JP2005505483A - ガラス特性の温度を調整する方法及びそれによって製造されるガラス物品 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
(発明の背景)
本出願は、2001年2月9日に出願された、「曲げ温度及びアニール温度を実質的に変化させることなくガラスの溶融温度及び二次成形温度を調整する方法並びにそれによって製造されるガラス物品(METHODS OF ADJUSTING GLASS MELTING AND FORMING TEMPERATURES WITHOUT SUBSTANTIALLY CHANGING BENDING AND ANNEALING TEMPERATURES AND ARTICLES PRODUCED THEREBY)」なる名称の米国特許シリアル番号09/780887号の部分継続特許出願である。この米国特許出願明細書は、言及することにより、本明細書に組み入れる。
【0002】
(1.発明の分野)
本発明は、概して、改善された溶融特性と清澄特性(refining characteristics)とを有するガラス組成物に関し、また、一層詳しく言えば、好ましくは、所望により、ガラスの曲げ粘性及び/又はアニーリング粘性の温度を実質的に変えることなく、溶融温度及び/又は成形粘度の温度及び/又は失透温度を低下させるために、ガラスの組成を調整する方法に関する。本発明はまた、該ガラス組成物から造られたガラス物品にも関する。
【背景技術】
【0003】
(2.技術的考案)
ガラス製造者は、ガラスバッチ原料を溶融し、該溶融ガラスを清澄化してガラス物品を形成する。例えば、従来のフロートガラス法において、ガラスバッチ原料は、炉又は溶融室で加熱して、ガラス溶融体を形成する。溶融済みスズ浴の上にガラス溶融体を注ぐ。溶融済みスズ浴の上で、ガラス溶融体が形成され、連続的に冷却されて、フロートガラスリボン(float glass ribbon)が形成される。フロート板ガラス等の固体ガラス物品を形成するために、フロートガラスリボンは、冷却され切断される。使用される個々の諸バッチ原料、及びそれらの相対量は、ガラス物品の所望の特性に基づいて選定される。典型的なガラスバッチ組成物は、2、3例を挙げると、米国特許第5,071,796号;同第5,837,629号;同第5,688,727号;同第5,545,596号;同第5,780,372号;同第5,352,640号;及び同第5,807,417号明細書に開示されている。
【0004】
ガラス製造技術における当業者によって認識されるように、ガラス組成物の特性は、該ガラス組成物の温度特性と粘度特性とに基づいて規定することができる。例えば、ガラスの「溶融温度」は一般に、ガラスが100ポアズの粘度を有する温度として定義されており、この温度は一般に、「対数2(log2)」の粘度(即ち、ポアズ単位でのガラスの粘度の対数は、2である)の温度と呼ばれている。同様に、「二次成形温度」(対数4の粘度)、「曲げ温度」(対数7.6の粘度)、「アニーリング温度」(対数13の粘度)、及び「歪み点(strain point」(対数14.5の粘度)は、ポアズ単位でのガラスの粘度の対数がそれぞれ、4、7.6、13、及び14.5である温度として定義されている。「液相線温度」は、ガラスが失透し始める温度であり、それによって、ガラス生成物に望ましくない濁りが生じることがある。二次成形温度と液相線温度の間の差分は、「使用範囲(working range)」として知られている。通常、40°F(22℃)以上に及ぶ使用範囲を有することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ガラス組立て加工業者は、ガラス製造業者から板ガラスを購入し、これら板ガラスを種々の商品(例えば、建築用窓、鏡、シャワードア、自動車の窓、断熱ガラスユニット、等)に加工する。この加工は典型的には、板ガラスを加熱して該板ガラスを曲げ、次いで、制御可能なように該板ガラスを冷却して、該板ガラスをアニーリングし、焼入れする(temper)か、又は加熱強化する。特殊なタイプのガラスのための焼入れ温度及び/又はアニーリング温度は、組立て加工(二次加工)プロセスにおける重要な経済的要因であり、費用がかかり且つ時間がかかっている現行の組立て加工プロセスを実質的に変更することなく、容易に変えることはできない。
【0006】
板ガラスに対する輸送総トン数及び品質の要求が増大しているため、板ガラス製造業者は、それらガラスの製造量を増大させると共に、板ガラスの製造コストを低減させる必要に迫られている。多くのガラス製造業者は、彼等のガラス炉を益々高い処理量(throughput)と温度とで作動させ、増大しているガラスの需要に応じている。しかし、この、ガラス製造量を増大させる必要性のために、幾つかの問題点が生じている。例えば、従来の板ガラス炉の作動温度は典型的には、2850°F(1564℃)程度である。炉によって一層多くのガラスバッチ原料を処理する場合、一層短い時間で、増大している量のガラスバッチ原料を溶融させるためには、一層多くの燃料が必要である。この増大している燃料使用量は、板ガラス又はガラス物品の製造コストを著しく増大させて、溶融操作のための熱効率を低下させる結果となる。更に、増大した処理量及び高温で溶融室を稼動させれば、例えば、シリカのクラウン(crown)及び胸壁(breast walls)に熱的損傷及び/又は化学的損傷を生じさせることによって、溶融室の耐火物に損傷を与えることもある。この耐火物の損傷は、溶融室の上部構造物の早期故障又は早期崩壊を引き起こし、ガラス中に固体欠陥(solid defects)を生じさせることがある。
【0007】
フロートガラス法によって造られるガラスの二次成形温度は、該ガラスの失透を回避するために十分高い温度に保持され、それによって、フロートガラス生成物中に結晶質欠陥が生じる。幾つかのガラス組成物に対して、そのような一層高い二次成形温度は、溶融スズ浴に溶融ガラスを送出するセクション(sections; 区画)を包含する、フロートガラス溶融室のセクションの溶出速度が増大することに関し問題となることがある。例えば、溶融室の二次成形用耐火物の耐用年数が減少することがある。
【0008】
従って、ガラス組成物(従って、該ガラス組成物が造られるバッチ原料)を調整して、一層低い溶融点及び/又は一層低い二次成形温度及び/又は一層低い液相線温度を与える方法を、ガラス製造業者に提供することは好都合であろう。前者は、燃料の使用量と溶融室の生じ得る損傷とを減少させると同時に、出発ガラス組成物と実質的に同じ曲げ温度及びアニーリング温度を維持するのに役立つ。後者は、二次成形用耐火物を包含する溶融室のセクションの耐用年数を伸ばすことがある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
(発明の概要)
本発明は、ガラス組成物の溶融温度及び/又は二次成形温度及び/又は液相線温度を調整する(例えば、低下させる)方法を提供する。そのような調整は、該ガラスの曲げ温度及び/又はアニーリング温度の実質的な変化を回避することができる。酸化カルシウム(CaO)及び酸化マグネシウム(MgO)を含有するガラス組成物に向けられた本発明の1つの面において、CaOの量(例えば、重量%)を増大させ、且つ実質的に同じ量(重量%)だけMgOを減少させれば、結果として、ガラスの曲げ温度及びアニーリング温度を実質的に変化させることなく、溶融温度及び二次成形温度が低下したガラスが得られることが見出だされた。また、ガラス中のMgOの量を減少させ、且つCaO、R2O(Na2O及びK2O)、Al2O3及び/又はSiO2の少なくとも2種以上の量を増大させることによって、液相線温度を低下することも見出だされた。これら物質の量の減少とそれに伴なう増大とは、ガラス溶融体の腐食性(corrosiveness; 浸食性)に悪影響を与えることなく行われる。更に、溶融温度、軟化温度及び/又は液相線温度のいずれかの温度に、前述の諸物質の2種以上のいずれかの量の随伴的増加量は影響を受ける。例えば、異なる溶融室からの複数のガラス組成物を組み合わせて、後続のいずれかの曲げ操作及びアニーリング操作のための共通の軟化点を得るために、ガラスの軟化点は変更することができる。この場合、CaO及びR2O及び/又はAl2O3及び/又はSiO2の量を増加させて、これら物質の2種以上の全増加量がMgOの減少量と等しくなるようにする。
【0010】
本発明のもう1つの面における、ガラス組成物の溶融温度及び二次成形温度を低下させる方法は、該ガラス組成物のCaO及び/又はMgOの少なくとも幾らかを、金属酸化物であってその金属イオンが、Ca++及び/又はMg++よりも小さい場強度(field strength)を有する該金属酸化物(例えば、Ba++又はSr++)と置換する工程を包含する。
【0011】
また、板ガラスを製造する上で好都合な諸特性を有するガラス組成物も提供される。1つの具体例のガラス組成物は、約2570°F〜約2590°F(1410℃〜1421℃)の範囲の溶融温度と、約1850°F〜約1894°F(1010℃〜約1034℃)の範囲の二次成形温度とを有している。そのガラス組成物は、約1300°F〜約1350°F(704℃〜約732℃)の範囲の曲げ温度と、約1016°F〜1020°F(547℃〜549℃)の範囲のアニーリング温度とを有している。
【0012】
本発明のもう1つの面において、ガラス組成物は、該組成物を過度に腐食性にするようにアルカリ成分を増大させることなく、低下した液相線温度を有している。そのような面におけるガラス組成物は、約2510°F〜約2650°F(1376℃〜約1454℃)の範囲の溶融温度と、約1800°F〜約1894°F(982℃〜1034℃)の範囲の二次成形温度と、約1780°F〜約1850°F(971℃〜1010℃)の範囲の液相線温度とを有している。該ガラス組成物は、約1300°F〜約1350°F(704℃〜約732℃)の範囲の曲げ温度と、約1016°F〜1020°F(547℃〜549℃)の範囲のアニーリング温度とを有することがある。そのようなガラス組成物におけるMgOの量は、一層多量の鉄を含有するガラスでは、約1〜約3重量%の範囲であり、一層少量の鉄を含有するガラスでは、約0.01〜0.15重量%の範囲である。一層多量の鉄を含有するガラスは、少なくとも0.1重量%の鉄含量を有しており、一層少量の鉄を含有するガラスは、0.1重量%未満の鉄含量を有している。
CaO + R2O + Al2O3の合計量が約23〜約29重量%の範囲にあるとき、該合計量はMgOの減少を補うことができる。
【発明の効果】
【0013】
上述の解説及び次の諸実施例から認識されると思うが、本発明のガラス組成物は、実質的に同じ製造特性を維持しながら、改善された溶融特性と清澄特性とを与える。例えば、本発明のガラス組成物によって溶融温度が減少すれば、ガラスの諸バッチ成分を初期に溶融するのに平均して一層少ない燃料を必要とする。加えて、本発明のガラス組成物に従って形成した結果としてのガラス物品はまた、本発明を実施しないで生じる融点よりも一層低い融点をも有する。このことは、本発明のガラス物品をガラス溶融室中でカレットとして使用する場合、燃料の所要量を更に低減させる該カレットを溶融するのに一層少ない燃料を必要とすることを意味する。更に、ガラス物品は、ガラス組立て加工業者が、市販のガラス製品を製造するのに使用される組立て加工パラメータ(fabricating parameters)(例えば、曲げ温度及びアニーリング温度)を変化させることを必要とせずに、該組立て加工業者の現行の曲げ装置、曲げ方法、アニーリング装置及びアニーリング方法を用いて、該組立て加工業者が使用することができる。更に、石灰石(CaO源)は典型的には、ドロマイト(CaO及びMgOの源)よりも安価である。従って、ガラス組成物中のCaOの量を増大させ、MgOの量を減少させることは、バッチ内には一層多くの石灰と一層少ないドロマイトが必要であることを意味し、このことによって、ガラスバッチのコストが低減される。
【0014】
本発明の更なる面において、上述のようなガラス組成物中のCaOとMgOとの相対量を変化させることの他に、ガラスの1種以上の成分(例えば、CaO及び/又はMgO)は、一層小さい場強度(field strength)を有する物質で全体的に又は部分的に置換することができる。CaO及び/又はMgOは、Ca++又はMg++よりも一層小さい場強度を有する物質(例えば、Ba++又はSr++を含有する酸化物)で全体的に又は部分的に置換することができる。
【0015】
次の諸実施例は、本発明の原理を例証するために与える。しかし、本発明は、与えられている特定のそれら実施例に限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
(発明の記述)
本明細書及び特許請求の範囲で使用した、寸法、物理的特性、プロセスパラメータ、成分の量、反応条件、等を表わす全ての数字は、全ての場合、用語「約」によって修正されているものと解釈されるべきである。従って、そうではないと指摘しない限り、本明細書及び特許請求の範囲に開示されている数値は、本発明によって得ようと試みられている所望の諸特性によって変化し得る近似値である。各々の数値は、少なくとも、特許請求の範囲と同等の原理を適用することを制限する試みとしてではなく、報告された数の有効数字を考慮し、且つ、通常の丸めの手法を適用することによって解釈すべきである。更に、本明細書及び特許請求の範囲に開示する範囲は全て、その中に含まれる全てのサブ範囲(subranges; 部分範囲)を包含するものと解釈すべきである。例えば、「1〜10」なる表示範囲は、1なる最小値と10なる最大値の間の全てのサブ範囲[即ち、1以上の最小値で始まり、10以下の最大値で終る全てのサブ範囲(例えば、5.5〜10)]を包含するものと見なすべきである。加えて、量に関する数字記号の内容はいずれも、別に規定してなければ、ガラス組成物の全重量に基づく「重量%」による。本明細書及び特許請求の範囲に開示するガラス組成物の全鉄含有量は、現実に存在する形態とは関係なく、標準的分析慣習に従って、Fe2O3に置き換えて表わす。本明細書及び特許請求の範囲で使用する用語「太陽エネルギー制御(solar control)」及び「太陽エネルギー制御特性(solar control properties)」は、ガラスの太陽エネルギー制御特性(例えば、可視光透過率及び/若しくは可視光反射率、赤外線透過率及び/若しくは赤外線反射率、又は紫外線透過率及び/若しくは紫外線反射率)に影響を与える特性を意味する。
【0017】
本発明は、ガラス組成物を調整して、該ガラス組成物の溶融温度及び/又は二次成形温度及び/又は液相線温度を変える(例えば、低下させる)方法であって、ガラスの曲げ温度及び/又はアニーリング温度を実質的に変えることなく、成し遂げることのできる該方法を提供する。もう1つの方法として、特定のガラス組成物の曲げ温度及び/又はアニーリング温度は、そのような温度が、一層広い範囲のガラス組成に合う(match)ように変更することができる。本発明はまた、フロートガラス法に対してとりわけうまく適合する改善された溶融特性及び二次成形特性を有するガラス組成物をも提供することができる。先ず、本発明を実施して、前述の特定の諸温度を調整する典型的な方法について解説し、次いで、本発明の典型的な諸ガラス組成物について解説する。
【0018】
本発明は、如何なるタイプのガラスを用いて実施することも可能であるが、本発明は、主成分としてのシリカを、他の溶融化助剤及び清澄化助剤と一緒に有する板ガラス組成物(例えば、ソーダ・石灰・シリカガラス組成物)に対しては、とりわけ良く適合する。基礎のソーダ・石灰・シリカガラス組成物は、シリカ(砂)、ソーダ灰(ソーダの炭酸塩)、ドロマイト(カルシウム及びマグネシウムの炭酸塩)、石灰石(カルシウムの炭酸塩)、及び酸化剤(例えば、硝酸塩又は硫酸塩)を有するバッチから形成される。石灰石及びドロマイトは、シリカの溶融を助け且つガラス生性物の耐久性を改善するためのフラックスとして役立つ。当業者は認識すると思われるが、それらバッチ成分の相対量は、製造すべきガラスの所望の組成によって決まる。
【0019】
溶融室の中にバッチ原料を供給する前か又は溶融している間に、バッチ原料にカレット(cullet)を添加することができる。カレットは、透明ガラスであっても良いし、又は通常の着色剤を含有していても良い。カレットはまた、第一鉄状態又は第二鉄状態の鉄を含有していても良い。とは言え、大抵の太陽エネルギー制御ガラス生成物のためには、第一鉄状態が望ましい。
【0020】
ガラスの最終特性(例えば、赤外線透過率、赤外線反射率、又は紫外線透過率、紫外線反射率、又は光学的特性、審美性、等)に影響を与える追加的物質を、バッチに添加することもできる。そのような物質には、チタン、セレン、コバルト、セリウム、バナジウム、モリブデン、クロム、ニッケル、マンガン、銅、及びこれらのいずれかの組み合わせの単体又は化合物が包含される。通常、これらのタイプの物質の量が増大するにつれて、結果として得られるガラスの赤外線透過率及び紫外線透過率は低下する。更に、これらの物質の幾つかは、ガラスの着色剤として作用することがあり、また、板ガラス工業及び/又はフロートガラス工業で知られている他の着色剤も添加することができる。
【0021】
本発明のガラス組成物は、少量の他の物質[例えば、溶融助剤及び清澄助剤、混入物又は不純物(例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、イオウ、ストロンチウム、ジルコニウム、塩素、コバルト、ニッケル、セレン、クロム、モリブデン、バリウム、チタン、セリウム、スズ、亜鉛又は鉄)]を含有することがある。
【0022】
上記で解説したようなフロート法において、溶融スズ上でガラスを形成する結果として、適度な量の酸化スズが、溶融スズと接触している側のガラス表面部分の中に移動することがある。たとえ、フロートガラスを形成するためのバッチ原料にスズ化合物が意図的に添加されていなかったとしても、1枚のフロートガラスは、SiO2濃度を有することがある。この濃度は、溶融スズと接触していたガラス表面の下の最初の25μmでは0.05〜2重量%となることがある。SiO2の典型的な背景濃度は、30ppmほども高いことがある。溶融スズによって支えられたガラス表面の最初の10Å付近の高濃度スズによって、そのガラス表面の反射率が僅か増大することがある;しかし、ガラスの諸特性に及ぼす全体的影響は微小である。
【0023】
本発明を実施する場合、ガラス組成物(とりわけ、ソーダ・石灰・シリカ板ガラス組成物)に関し、該ガラス組成物中のCaOを、選定量(重量%)だけ増大させ;同時に、MgOを、同じ選定量(即ち、CaOと同じ重量%の変化)だけ、又は実質的に同じ量(例えば、選定量の±5重量%以下、例えば、選定量の±5重量%又はそれ以下、例えば、選定量の±4重量%又はそれ以下、例えば、選定量の±3重量%又はそれ以下、例えば、選定量の±1重量%又はそれ以下、好ましくは選定量の±1重量%未満)だけ減少させ;同時に、CaO + MgOの合計量を実質的に一定に保持する(例えば、その合計量を、出発合計量の±5重量%以内に、例えば、±3重量%以内に、例えば、±1重量%以内に、好ましくは±1重量%未満以内に保持する);ことによって、該ガラスの曲げ温度及びアニーリング温度を実質的に変えることなく、該ガラスの溶融温度及び二次成形温度を低下させることを見出だした。本発明を制限する訳ではないが、この結果は少なくとも部分的に、カルシウムイオンの原子場強度(atomic field strength)[通常、z/a2(式中、「z」はイオン電荷であり、「a」はカチオンとアニオンの間の核間距離である)と呼ばれる](0.33)が、マグネシウムイオンの原子場強度(0.45)よりも小さいという事実に基づくものと思われる。このより小さい、カルシウムイオンの原子場強度は、マグネシウムの共有結合強度と比べてより小さいカルシウムの共有結合強度を生じさせ、従って、カルシウムの共有結合を破壊するための剪断力はより小さく、それによって、溶融温度及び二次成形温度の範囲においてガラス粘度はより小さくなると思われる。
【0024】
本発明の1つの特定の具体例において、ガラス組成物中におけるMgOに対するCaOの相対量(該ガラス組成物の全重量に基づく重量%)を増大させ、同時に、CaO + MgOの合計量(該ガラス組成物の全重量に基づく重量%)を、12〜15重量%(例えば12.1〜15重量%、例えば12.5〜13.0重量%、例えば12.8〜12.9重量%)の範囲に維持すれば、該ガラスの曲げ温度及びアニーリング温度を実質的に変えることなく、この調整を行う前に比べて、一層低い溶融温度と一層低い二次形成温度とを有するガラスが得られることが見出だされた。本明細書及び特許請求の範囲における字句「曲げ温度及びアニーリング温度を実質的に変えることなく」又は「曲げ温度及びアニーリング温度を実質的に維持して」は、ガラスの曲げ温度及びアニーリング温度が、せいぜい約1°F〜約10°F(0.5℃〜5℃)しか、好ましくはせいぜい約2°F〜約5°F(1℃〜3℃)しか、一層好ましくは約5°F(3℃)より少なく、更に一層好ましくはせいぜい約4°F(2.5℃)しか、なおさら一層好ましくは約3°F(2℃)より少なく、また最も好ましくは約2°F(1℃)より少なく変化することを意味する。
【0025】
以下に示す実施例1〜実施例5において、種々の典型的な諸ガラス組成物をモデル化し、本発明の実施に従って、CaOとMgOとの重量%を変化させ、同時に、他の諸ガラス成分を実質的に変化しない状態に維持することによる効果を示す。当業者には認識されると思うが、これらのガラス組成物を形成するためには、バッチ成分(例えば、石灰石及びドロマイト)を調整して、所望のガラス組成物を生成する。
【0026】
ガラスの挙動に関するこの新たな理解に基づき、ガラスの諸製造パラメータ(例えば、曲げ温度及び/又はアニーリング温度)に悪影響を与えることなく、以前実施されてきたCaOとMgOとの量(重量%)に比べて、相対的に一層大きいCaO量と一層小さいMgO量とを有する諸ガラス物品を造ることができる。
【0027】
本発明の特徴を含む典型的なガラス組成物は、次のように特徴付けられる:
【0028】
【表1】
【0029】
当業者には認識されると思うが、上記に解説したような他の通常の成分又は要素(例えば、着色剤、太陽エネルギー制御物質、混入物、等)もまた、該ガラスの中に存在していても良い。
【0030】
上記の典型的な組成物において、該組成物の全重量に基づき、CaOは9重量%より大きいのが好ましく、且つ、MgOは4重量%未満であるのが好ましい。例えば、CaOは10重量%以上、例えば10〜10.5重量%、例えば10.25±0.25重量%である場合がある。MgOは3重量%以下、例えば2〜3重量%、例えば2.5±0.5重量%である場合がある。CaO + MgOの合計重量%は、約12.8〜12.9、例えば12.85±0.5であるのが好ましい。追加の典型的な諸ガラス組成物には、
【0031】
【表2】
が包含される。
【0032】
上記の、追加の典型的なガラス組成物によって、2600°F(1425℃)未満、例えば2500°F〜2600°F(1370℃〜1425℃)、例えば2570°F〜2590°F(1410℃〜1421℃)の溶融温度と、約1900°F(1037℃)未満、例えば1800°F〜1900°F(981℃〜1037℃)、例えば1850°F〜1894°F(1010℃〜1034℃)の二次形成温度とが得られる。そのガラスは、約1400°F(759℃)未満、例えば1300°F〜1400°F(704℃〜759℃)、例えば1300°F〜1350°F(704℃〜732℃)の曲げ温度と、約1050°F(565℃)未満、例えば1010°F〜1050°F(543℃〜565℃)、例えば1016°F〜1020°F(547℃〜549℃)のアニーリング温度とを有するのが好ましい。
【0033】
本発明のもう1つの特定の具体例において、CaO、R2O(Na2O及び/又はK2O)、SiO2及び/又はAl2O3の1種以上(全てを包含する)の相対量(ガラス組成物の全重量に基づく重量%)を増大させ、同時に、該ガラス組成物中のMgOの量を減少させれば、ガラス溶融体の腐食性(corrosiveness)に悪影響を及ぼすことなく、液相線温度が低下することが見出だされた。次の諸成分の全量(ガラス組成物の全重量に基づく重量%)は付随的に(concomitantly)、次の範囲内に維持する:
【0034】
【表3】
【0035】
表1のガラス組成物と同様に、上記で解説したような他の通常の成分又は要素(例えば、着色剤、太陽エネルギー制御物質、混入物、等)もまた、表3のガラス組成物の中に存在していても良い。MgOの量は、通常3重量%未満であるが、米国特許第5,030,594号明細書に記載のガラスのような低含量の鉄を含有するガラスでは更に低い。この米国特許明細書は言及することによって本明細書に組み入れる。低含量の鉄を含有するガラスにおいて、MgOの量は、0.01〜0.15重量%の範囲である場合がある。これらのガラス組成物の液相線温度は、1790°F〜1820°F(976℃〜994℃)の範囲である。如何なる形態(第一鉄及び/又は第二鉄)であっても、少なくとも0.1重量%の量の一層高い含量の鉄を含有するガラスのMgOは、1〜3重量%の範囲に及ぶ。
【0036】
これらの成分の量を含有するガラス組成物から、好ましくは20°F(約11℃)、最も好ましくは30°F(約17℃)低下した、一層低い液相線温度を有するガラスが得られる。このことは、この調整を行う前の他のあらゆるものと比べて、十分な溶融温度と二次成形温度とを維持しながら成し遂げることができる。この調整はまた、所望により、該ガラスの曲げ温度及びアニーリング温度を実質的に変えることなく実施することができる。この後者の調整に関し、増大した量の物質は実質的にCaOである。本明細書及び特許請求の範囲において「実質的に(substantially)」とは、該ガラスの曲げ温度及びアニーリング温度を実質的には変えないような、CaOの量をいう。表3からのガラス組成物の溶融温度、二次成形温度及び液相線温度は、表4に示す範囲にある場合がある。
【0037】
【表4】
【0038】
上記の典型的な諸ガラス組成物は、本発明の一般的概念を説明するように与えられているが、本発明は、これらの特定の典型的な諸具体例に限定されないものと理解すべきである。
【実施例1】
【0039】
予測的実施例1
諸板ガラス組成物と、それらのそれぞれの温度関連特性とのデータベースを構築した。このデータベースは主として、フロートガラス法によって造った市販の諸板ガラス組成物に基づいた。続いて、このデータベースは、市販の「データ・デスク(Data Desk)」及び「SAS」統計プログラムを用いて統計的にモデル化を行い、種々のガラス特性(例えば、溶融温度、二次成形温度、曲げ温度、アニーリング温度、液相線温度、及び使用範囲(working range))を求めるためのアルゴリズム(演算手順)を開発した。結果として得られたアルゴリズムは、マイクロソフト社(Microsoft Corporation)からのエクセル[EXCEL(登録商標)]メニューで利用し得る「ソルバー(Solver)」プログラムを用いて最適化した。
【0040】
表6は、次のように特徴付けられる仮想ガラス組成物について、CaOとMgOの量を変化させるこのコンピュータモデル化の結果を示す。
【0041】
【表5】
【0042】
【表6】
【0043】
表6のコンピュータモデル化の結果に示されるように、組成物中のCaOの重量%が(該組成物中のCaO + MgOの全重量%は12.84〜12.85のままで)9.20から10.50に増大するとき、ガラスの溶融温度は2594°F(1423℃)から2558°F(1403℃)に低下し、二次成形温度は1868°F(1020℃)から1857°F(1014℃)に低下する。しかし、ガラスの曲げ温度は、僅か1343°F(728℃)から1344°F(729℃)に変化するのみであり、アニーリング温度は、1022°F(550℃)から1028°F(553℃)に変化している。
【0044】
また、表6に示されるように、ガラス組成物中のCaOの重量%が増大するにつれて、該ガラス組成物の使用範囲は狭くなる。この、使用範囲の減少量を最小限に抑えるために、該ガラス中のNa2O + K2Oの重量%を増大させ、及び/又は該ガラス中のSiO2 + Al2O3の重量%を所望の通り減少させることができる。9.9〜10.5重量%のCaO範囲において、これら成分の0.05〜0.1重量%程度の変化は、50°F(28℃)を超える使用範囲を維持するのに有効であると予想される。
【実施例2】
【0045】
予測的実施例2
もう1つのガラス組成物についても、上述のようにコンピュータモデル化を行った。モデル化したガラスは、次のように特徴付けられる:
【0046】
【表7】
【0047】
表8は、上記のガラス組成物でCaOとMgOとを変化させるコンピュータモデル化の結果を示す。
【0048】
【表8】
【0049】
表8に示されるように、ガラス中のCaO重量%を9.01から10.60に増大させ、同時に、MgO重量%を実質的に同じ量だけ減少させることによって、ガラスの溶融温度は約22°F(12℃)低下し、同時にガラスの曲げ温度は僅か1°F(0.5℃)しか変化せず、且つ、アニーリング温度は僅か7°F(4℃)しか変化しない。
【0050】
上記で解説したように、所望により、使用範囲が50°F(28℃)を超えるように調整するために、Na2O + K2Oの重量%を増大させ、及び/又はSiO2 + Al2O3の重量%を所望に応じて減少させることができる。
【実施例3】
【0051】
予測的実施例3
もう1つのガラス組成物についても、上述のようにコンピュータモデル化を行った。モデル化したガラス組成物は次のような諸成分を有した:
【0052】
【表9】
【0053】
コンピュータモデル化の結果は、図1にグラフで示し、諸パラメータの変化は、基準線値(0値)を基準とする規格化偏差(normalized deviation)として示す。与えられたパラメータの「0値」は、
溶融温度 2600°F(1427℃)
二次成形温度 1868°F(1020℃)
曲げ温度 1344°F(729℃)
アニーリング温度 1013°F(545℃)
使用範囲 81°F(45℃)
液相線温度 1787°F(975℃)
歪み温度 943°F(506℃)
【0054】
図1に示すように、CaOの相対量が増大するにつれて、ガラスの溶融温度は著しく低下するものの、ガラスの曲げ温度及びアニーリング温度は実質的に変化していない。
【実施例4】
【0055】
予測的実施例4
次の組成を有する更なるガラス組成物を、モデル化した:
【0056】
【表10】
【0057】
コンピュータモデル化の結果は、図1と同様のやり方で0値からの正規化偏差として、図2にグラフで示す。種々のパラメータの「0値」は、
溶融温度 2619°F(1437℃)
二次成形温度 1870°F(1021℃)
曲げ温度 1335°F(724℃)
アニーリング温度 1015°F(546℃)
使用範囲 61°F(34℃)
液相線温度 1809°F(987℃)
歪み温度 946°F(508℃)
【実施例5】
【0058】
上述のコンピュータモデル化とは別に、本発明について試験を行い、従来のガラス溶融室の熱効率に及ぼす、本発明の実施の影響を決定した。本明細書及び特許請求の範囲で用いる用語「熱効率(thermal efficiency)」は、所定量のガラスバッチ原料を溶融するのに必要な燃料の理論量[バッチ原料1トンを溶融するのに2,500,000BTU(英国熱量単位)、カレット1トンを溶融するのに1,700,000BTUと仮定する]を、使用した燃料の実際量で割ったものを意味する。用語「%熱効率」は、熱効率を100倍したものである。試験を行ったガラス組成物は、
【0059】
【表11】
によって特徴付けられる。
【0060】
このガラス組成物を形成するためのバッチ原料は、ガラス炉で溶融した。また、図3は、ガラス組成物中のCaOの相対量(重量%)が増加し同時に該ガラス組成物中のMgOが同じ量(重量%)だけ減少するようにバッチ原料の量を調整したときの、熱効率の変動を示す。CaOの重量%が約9.0%から約9.4%に増大したとき、熱効率は概して約32.5%から約35%に増大した。
【0061】
表12は、実際のガラス組成物と予測的ガラス組成物とを示す。これらのガラス組成物によって、MgOの量が減少し、且つCaO、R2O、Al2O3、SiO2の1種以上の量が増加すれば、結果的に液相線温度が低下することが分かる。
【0062】
【表12−1】
【表12−2】
【表12−3】
注釈:
軟化点+/−1°F(17℃)を除き、測定した粘度及び液相線温度の値は+/−2°F(−17℃)である。
所見:
実施例6は、最小の溶融粘度(MV)を有するが、液相線温度は標準よりも14°F高く、軟化点は標準よりも21°F高い。
実施例6は、最小の液相線温度を有するが、軟化点は低い側にあり、溶融点は標準よりも僅か16°F低い。
実施例10は、標準よりも26°F低い液相線温度と、標準よりも25°F低い溶融粘度と、標準よりも7°F低い軟化点を有する。
標準は、2640°Fの対数2、2021°Fの対数3.5、1886°Fの対数4、1344°Fの対数7.6、及び1829°Fの液相線温度である。
R2O=Na2O及びK2Oから成るアルカリ酸化物。
RO=CaO及びMgOから成るアルカリ土類金属酸化物。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】[本発明の典型的な(コンピュータでモデル化した)ガラス組成物のためのCaOの重量%]に対する[選定したパラメータの正規化偏差(normalized deviation)]のグラフである。
【図2】[本発明のもう1つの典型的な(コンピュータでモデル化した)ガラス組成物のためのCaOの重量%]に対する[選定したパラメータの正規化偏差]のグラフである。
【図3】[本発明の特徴に従ってガラス製造炉を作動した8ヶ月間の間に使用したCaOの重量%]に対する[熱効率]である。
Claims (25)
- CaO及びMgOを含有するガラス組成物の、溶融温度、二次成形温度、液相線温度、及びそれらのいずれかの組み合せから選ばれるガラス特性のための温度を低下させる方法において、
前記MgOを、選定した重量%だけ減少させる工程と、
CaO、R2O、Al2O3及びSiO2から選ばれる成分の少なくとも2種を、実質的に同じ重量%だけ増大させる工程と
を包含する、上記方法。 - CaOを、9重量%より大きく且つ12重量%以下に増大させる工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- CaOを、10重量%以上に増大させる工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- MgOを、3重量%未満に減少させる工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- MgOを減少させると共に、Na2O及びCaOを増大させる工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- CaO + MgOの合計量を、10.5重量%より大きい量に維持する工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- 鉄を多量含有するガラスでは、MgOの量が1〜3重量%の範囲である、請求項1に記載の方法。
- 鉄を少量含有するガラスでは、MgOの量が0.01〜0.15重量%の範囲である、請求項1に記載の方法。
- CaO + R2O + Al2O3の合計量を、23〜29重量%の範囲に維持する工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- ガラス組成物が、約2510°F〜約2650°F(1376℃〜1454℃)の範囲の溶融温度と、約1800°F〜1894°F(982℃〜1034℃)の範囲の二次成形温度と、約1780°F〜1850°F(971℃〜1010℃)の範囲の液相線温度とを与える、請求項1に記載の方法。
- MgOの量を減少させると共に、それに付随して全ての材料を増大させる、請求項1に記載の方法。
- ガラス組成物が、約2520°F〜約2640°F(1382℃〜1449℃)の範囲の溶融温度と、約1805°F〜1884°F(985℃〜1029℃)の範囲の二次成形温度と、約1789°F〜1845°F(976℃〜1007℃)の範囲の液相線温度とを与える、請求項1に記載の方法。
- MgOを、選定した重量%だけ減少させる工程と、
CaO、R2O、Al2O3及びSiO2から選ばれる成分の少なくとも2種類を、実質的に同じ重量%だけ増大させる工程と
を包含する、ガラス組成物の溶融温度、二次成形温度及び液相線温度を低下させる方法であって、前記組成物中のCaO又はMgOの少なくとも1種の少なくとも一部分を、金属酸化物であってその金属が、Ca++又はMg++の少なくとも1種よりも小さい場強度を有する該金属酸化物と置換する、上記方法。 - CaO又はMgOの少なくとも一部分を、少なくとも1種の金属酸化物であってその金属がBa又はSrから選ばれる該金属酸化物と置換する、請求項11に記載の方法。
- ガラス組成物の溶融温度、二次成形温度及び液相線温度の少なくとも1つを低下させ、同時に該ガラスの軟化温度及びアニーリング温度を実質的に維持する方法であって、
MgOを、選定した重量%だけ減少させる工程と、
CaO、R2O、Al2O3及びSiO2から選ばれる成分の少なくとも2種類を、実質的に同じ重量%だけ増大させる工程であって、その増大量がCaOの実質的量を含む該工程と
を包含する、上記方法。 - SiO2 70〜75重量%
Na2O 12〜15重量%
K2O 0〜5重量%
CaO 9重量%より多い
MgO 4重量%未満
Al2O3 0.01〜4重量%
SO3 0〜1重量%
Fe2O3 0〜2重量%
を含有するガラス組成物であって、しかも
SiO2 + Al2O3 70重量%以上
Na2O + K2O 12〜17重量%
CaO + MgO 9〜14重量%
CaO + R2O + Al2O3 23〜29重量%
である、上記ガラス組成物。 - ガラス組成物が、約2510°F〜約2650°F(1376℃〜1454℃)の範囲の溶融温度と、約1800°F〜1894°F(982℃〜1034℃)の範囲の二次成形温度と、約1780°F〜1850°F(971℃〜1010℃)の範囲の液相線温度とを与える、請求項16に記載のガラス組成物。
- 多量の鉄を含有するガラスでは、MgOの量が1〜3重量%の範囲である、請求項16に記載のガラス組成物。
- 少量の鉄を含有するガラスでは、MgOの量が0.01〜0.15重量%の範囲であり、しかも、該ガラスが約1790°F〜1820°F(976℃〜994℃)の範囲の液相線温度を有する、請求項16に記載のガラス組成物。
- 液相線温度が、約1789°F〜1845°F(976℃〜1007℃)の範囲である、請求項16に記載のガラス組成物。
- CaO + R2O + Al2O3が、24〜28重量%の範囲である、請求項16に記載のガラス組成物。
- CaOが、9より大きく12重量%までの範囲である、請求項16に記載のガラス組成物。
- CaO + MgOが、10〜13.5重量%の範囲である、請求項16に記載のガラス組成物。
- 請求項1の方法によって製造される板ガラス生成物。
- 請求項1の方法によって製造されるフロートガラス生成物。
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