JP2009502715A - ガラス溶融体中の清澄剤の有効性を増大させる方法 - Google Patents

Abstract

供給材料が炉内で溶融されて、少なくとも一種類の清澄剤を含有するガラス溶融体を第１の温度Ｔ_１において形成する。ガラス溶融体は、Ｔ_１よりも低い第２の温度Ｔ_２まで冷却され、この冷却された溶融体に酸素を含むガスがバブリングにより通される。次にガラス溶融体は、Ｔ_１に等しいかそれよりも高い第３の温度Ｔ_３まで再加熱される。

Description

本発明は溶融ガラスを清澄にする方法に関するものである。本発明は、フラットパネル・ディスプレー用のガラス基板に用いられるような高融点ガラスまたは高歪点ガラスを清澄にするために特に有用である。

液晶ディスプレー（ＬＣＤ）は、平坦なガラス基板またはガラスシートを備えている。フュージョン法は、ＬＣＤに用いられるガラスシートを製造するのに用いるのに有用な技術であり、その理由は、他の方法により製造されるガラスシートに比較して、卓越した平坦性および平滑性を有する表面を備えたシートをフュージョン法が生成させるからである。フュージョン法は、例えば、それらの文献の内容は引例として本明細書に組み入れられる特許文献１および特許文献２に記載されている。

一般に、ＬＣＤは、非晶質シリコン（α‐Ｓｉ）薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）形式または多結晶シリコン（ρ‐Ｓｉまたはｐｏｌｙ-Ｓｉ）ＴＦＴ形式からなる。ｐｏｌｙ-Ｓｉは、より高い駆動電流および電子易動度を有するので、画素の応答時間が増大する。さらに、ρ‐Ｓｉを用いると、ディスプレー駆動回路を直接ガラス基板上に形成することが可能である。これに対して、α‐Ｓｉは、集積回路パッケージング技術を利用して、個別のドライバチップをディスプレーの周縁部に取り付けなければならない。

α‐Ｓｉからρ‐Ｓｉへの進化は、ガラス基板の使用に対して重要な課題を提供した。ｐｏｌｙ-Ｓｉコーティングは、α‐Ｓｉが必要とするよりも高い６００〜７００°の範囲の処理温度を必要とする。それ故に、ガラス基板はこのような温度で熱的に安定でなければならない。熱的安定性（すなわち、熱圧縮または熱収縮）は、特定のガラス組成固有の粘性（その歪点で示される）および製造工程によって決定されるガラスシートの熱履歴によって左右される。ｐｏｌｙ-ＳｉＴＦＴにとって必要とされるような高温処理は、ガラス基板の低収縮を保証するために、例えば６００℃で５時間もの長いアニール時間を必要とする。これらのニーズは、ガラス製造者を高融点ガラスの探求に駆り立てた。しかしながら、高融点・高歪点ガラスはいくつかの製造上の課題を提供する。先ず、ガラスは現在の製造法と相性が良くなければならない。

ＬＣＤガラスのための従来のガラス製造法は、一般にガラス先駆物質、すなわち供給材料を溶融炉内で溶かすことから始まる。この溶融工程中に発生する反応により、ガラス溶融体内で気泡（シードまたはブリスターとも呼ばれる）を形成するガスが放出される。シードは、供給材料の粒子間に捕捉された間隙空気によっても発生し得る。何れの場合でも、高品質のガラスを製造するためには、これらの気泡を取り除かねばならない。これらのガス性異物の除去は一般にガラスの「清澄化」によって達成される。明確にするために、溶融工程の結果として形成されたガス性異物は、反応生成物であろうと間隙空気であろうと、以後「シード」と呼ぶ。

ガラス溶融体の一般的な清澄化は化学的清澄化によるものである。清澄剤は、例えば供給材料に添加することによってガラス溶融体内に導入される。この清澄剤は、高温で還元される（酸素を失う）多価酸化物であり、低温で酸化（酸素と再結合）される。清澄剤によって放出された酸素は、次に溶融工程中に形成されたシード中に拡散され、シードを成長させる。これによりシードの浮力が増大してガラスの表面に浮上し、そこでガスがガラス溶融体の外に放出される。理想的には、シードの大部分が形成された後に、遅れて清澄剤が酸素を放出し、これにより清澄剤の有効性を増大させることが望ましい。そのためには、大きなシードは溶融炉内で除去されるものの、ガラスは一般に、ガラスの温度が融点を超えて上昇せしめられる清澄化槽内で追加の清澄化を受ける。清澄化槽内におけるガラス溶融体の温度上昇により、ガラスの粘度が低下し、溶融体内のシードがガラスの表面に浮上し易くなり、酸化物清澄剤が酸素を溶融体内に放出してシードを成長させ、シード除去工程を促進する。溶融体が清澄化されると、冷却されかつ攪拌されて溶融体を均質化し、当業者が周知の種々の利用可能な成形方法を通じて例えばガラスシートに成形される。

多くのガラス製造工程では、清澄剤として砒素を用いている。砒素は既知の清澄剤の中で最も高い温度用清澄剤で、溶融炉内のガラス溶融体に添加されて場合に、高い温度（例えば１４５０℃を超える）におけるガラス溶融体からのＯ_２放出を可能にする。溶融時の、特にガラス製造の清澄化段階でのシードの除去を助長するこの高温でのＯ_２放出は、より低い処理温度（ガラス内の如何なる残留ガス性異物の崩壊をも助長する）におけるＯ_２吸収のための強い傾向と結合されて、本質的にガス性異物を含まないガラス製品が得られる。
米国特許第３,３３８,６９６号明細書 米国特許第３,６８２,６０９号明細書

環境的観点からすれば、清澄剤として砒素を使用しないでガラスを、特に一般にＬＣＤガラスに用いられる高融点・高歪点ガラスを製造する別の方法が望ましいであろう。砒素を含む化合物は一般に有毒であり、砒素を伴うガラスの製造工程は、単に処理に費用を要する生産廃棄物を生むのみでなく、使用寿命が尽きた後のディスプレー装置自体の廃棄の問題をも発生させる。不幸にして、砒素のような確立された清澄剤と比較して、多くの代替可能な清澄剤は一般に僅かな酸素しか、および／または低過ぎる温度でしか酸素を放出せず、かつ品質改良工程中に少な過ぎるＯ_２しか再吸収せず、これによってそれらの清澄化能力および酸素再吸収能力を制限するものであった。したがって、これらの清澄剤は、ガラス製造工程の清澄化段階で（すなわち、ガラスが清澄化槽内にあるときに）、清澄化槽内のガラスを効果的に清澄化するには不十分な量の酸素しか発生させないものであった。

それ故に、特に高融点ガラスに対し別の清澄剤を使用することが可能な方法を見出すことができれば有益であろう。

本発明の広い様相において、供給原材料は加熱されかつ第１の温度Ｔ_１において溶融される。得られたガラス溶融体は、次に上記第１の温度Ｔ_１よりも低い第２の温度Ｔ_２まで冷却され、この第２の温度Ｔ_２に冷却されたガラス溶融体中に酸素を含む第１のガスが導入される。次にこの冷却されたガラス溶融体は、上記第１の温度Ｔ_１に等しいかそれよりも高い第３の温度Ｔ_３まで加熱される。

上記酸素を含むガスは本質的に純粋な酸素であってもよい。しかしながら、或る場合には、上記酸素は一種類以上の別のガスと組み合わせて導入されてもよい。例えば、酸素が空気との混合物であってもよい。好ましい実施例においては、希ガスもまた冷却されたガラス溶融体中にバブリングにより導入される。上記希ガスは、酸素とは別個にまたは酸素と混合されて、酸素と同時に上記冷却されたガラス溶融体中に導入され、あるいは酸素とは別の時間、例えば酸素が導入されるときよりも以前に導入されてもよい。ヘリウムはガラス溶融体中で高い拡散性を有するので、ヘリウムが好ましい希ガスである。

必ずしも必要ではないが、それでも上記第２の温度は上記第１の温度よりも少なくとも５０℃低いことが望ましい。上記冷却されたガラス溶融体が約１５分よりも長い滞留時間を有し、この滞留時間中、酸素を含むガスがガラス中に導入されることが好ましいが、滞留時間は約０．５時間であることがより好ましく、約１．５時間が最も好ましい。

一つの実施例においては、供給材料を第１の温度Ｔ_１で加熱して、多価酸化物を含む溶融ガラスを形成し、この溶融ガラスを上記第１の温度Ｔ_１よりも低い第２の温度Ｔ_２まで冷却し、この冷却された溶融ガラス中に、酸素を含む第１のガスを上記第２の温度Ｔ_２においてバブリングにより導入し、そしてこの冷却された溶融ガラスを上記第１の温度Ｔ_１に等しいかそれよりも高い第３の温度Ｔ_３（Ｔ_３≧Ｔ_１）まで加熱する諸ステップを含むガラスの清澄化方法が説明されている。上記第１のガスは、約５体積％を超える量の酸素を含むことが好ましく、約２０体積％を超える量の酸素を含むことがより好ましい。上記ガラス溶融体中への適切な酸素の導入を確実にするために、冷却された溶融ガラスの粘度は約１００Ｐａ・ｓ（約１０００ポアズ）未満であることが好ましい。

或る好ましい実施例においては、第２のガスまたは混合ガスがガラス溶融体中へ導入される。この第２のガスは、例えばヘリウムのような希ガスであることが好ましい。この希ガスは、上記溶融体が上記第２の温度にあるときに、例えば希ガスをガラス溶融体中にバブリングすることによってガラス溶融体中へ導入される。溶融ガラスは、上記第２の温度Ｔ_２を約１５分よりも長く維持されることが好ましい。

添付図面を参照した、如何なる限定をも意味するものではない下記の説明の過程で、本発明はより容易に理解され、かつ本発明のその他の目的、特徴、詳細および利点が明らかになるであろう。この説明中に含まれるそのようなシステム、方法、特徴および利点のすべては、本発明の範囲内であり、添付の請求項によって保護されるべきものである。

説明が目的であって限定するものではない下記の詳細な説明において、特定の詳細内容を開示する実施例は、本発明の完全な理解を提供するものである。しかしながら、本発明は、ここに開示された特定の詳細内容から離れた他の実施例も実施可能であることは、本明細書の利益を享受した通常の当業者には明らかであろう。さらに、本発明の説明を不明瞭にしないために、周知の装置、方法および材料の説明は省略されている。最後に、類似の要素には、適用可能な限り同じ参照符号を付してある。

一般的なガラス製造工程において、供給原料が炉（メルター）内で加熱されて、粘性のある塊、すなわちガラス溶融体を形成する。炉は一般に、焼かれたフリント粘土、シリマナイト、ジルコンまたはその他の耐火材料からなる耐火性ブロックで構成される。供給材料は、ガラス形成成分が共に混合されかつ個々の装填物としてメルター内へ導入されるバッチ処理によってメルター内へ導入されるか、あるいは供給材料が混合されて炉内へ連続的に導入される。供給された材料はカレットを含んでいてもよい。供給材料は、バッチ処理の場合には押し棒を用いて、連続供給メルターの場合には、スクリューまたはオーガー装置により、炉構造の開口部またはポートを通じて溶融炉内へ導入される。供給材料成分の量および形式はガラスの「レシピ」を構成する。バッチ処理は、一般に少量のガラスに用いられかつ数トン台までのガラスの容量を有する炉に用いられ、大型の商業用連続供給炉は１５００トンを超えるガラスを保有し、一日当たり数百トンを産出する。

供給材料は、供給材料の上方の１個または複数個のバーナーから放出される燃料・酸素焔によって、または一般に溶融炉内の壁に取りつけられた電極間に流れる電流によって、あるいはそれらの双方によって溶融炉内で加熱される。やはり耐火性ブロックから作成された壁の頂部構造は燃焼加熱炉内のメルターを覆い、燃料の燃焼空間を提供する。

工程によっては、供給材料が先ず燃料・酸素焔によって加熱され、供給材料が溶け始めて供給材料の電気抵抗が減少する。次に電流が供給材料／溶融体混合物を通過して、加熱工程を完了する。加熱中の供給材料の反応により、一般にブリスターまたはシードと呼ばれている異物をガラス溶融体内に形成する種々のガスが放出される。シードは、供給材料の粒子間の隙間空間内に捕捉された空気および耐火ブロック自体の溶融体中への溶解によっても形成し得る。シードを構成し得るガスは、例えば、Ｏ_２，ＣＯ_２，Ｎ_２およびＮＯの何れかおよびそれらの混合物からなる。その他のガスも形成されてシードとなる。水も溶融工程の副産物になることが多い。

溶融の最初の段階で、ガラス溶融体がメルター内で気泡の塊を形成する。シードが除去されない限り、これらシードは残りのガラス形成作業を通じて最後まで持ち来たされ、結局、最終ガラス製品内に凍結されることになり、製品内における目に見える欠陥となる。溶融体の頂部における泡は、「浮き」または溶融炉内部の仕切壁で溶融体の表面を覆うことによって溶融体から外へ出ないようにされる。溶融体内の大きいシードは溶融体の表面に上昇して、そこでシード内に含まれているガスが溶融ガラスから放出される。溶融体内の温度勾配から発生する対流は溶融体の均質化を助長する。しかしながら、消滅されるべき小さいシードにとって溶融炉内におけるガラス溶融体の滞留時間は不十分である。

シードの除去を最大にするために、ガラス製造者は一般に清澄剤を供給材料中に含有させる化学的清澄化処理を採用する。清澄剤の清澄化メカニズムは、溶融体中にガスを発生させ、溶融体中のガスとシード中のガスとの間の濃度差を確立してシードの成長を促すのである。

一般にＡＳ_２Ｏ_５の形の砒素が清澄剤として長年使用されて来た。ＡＳ_２Ｏ_５は、大部分の溶融が完了した後、高温において砒素を＋５から＋３へ還元することによってシードの無いガラスを得ると信じられている。この還元により、酸素が溶融体中に放出されてシード内に拡散される、その結果シードが成長し、溶融体内を通って上昇して溶融体外へ出ることになる。砒素は、余剰の酸素を再吸収することによって、ガラスの調整または冷却サイクル中にガラス内に残留し得るシードの除去を促進するというさらなる利点を有する。このように、砒素は傑出した清澄剤であり、殆ど干渉することなしにガス性異物が事実上無いガラスを生成させる。

不幸にして、砒素は有害物質であり、資源保護・回復議定書（ＲＣＲＡ）に登録された八つの重金属のうちの一つである。砒素を用いてガラスを処理すると、処理に費用を要する廃棄物を生み、使用寿命が尽きた後のディスプレー装置自体の廃棄の問題を発生させる。

酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_５）も砒素に代わって利用されて来たが、アンチモンは化学的振舞いに関して砒素と類似しており、したがって、例えば廃棄物処理について砒素と同様の多くの難問題を抱えている。

酸化錫（ＳｎＯ_２）はガラス製造に用いられてきた他の清澄剤である。しかしながら酸化錫は、砒素に類似した酸化還元反応に耐えるものの、ディスプレー用ガラスの成形温度（約１２００℃）における酸化錫の極めて低い溶解性（約０．２重量％）はバッチに添加することができる量を、したがって清澄化のために利用可能な酸素の量を限定する。したがって、従来のガラス製造工程では、酸化錫は化学的清澄剤としての限定された有効性しか備えていなかった。

本質的にアンチモンおよび／または砒素を含まない（例えばアンチモンおよび／または砒素の含有量が０．０５重量％未満）ガラスの概念が以前に記述されている。例えば、その内容が引例として本明細書に組み入れられる米国特許第６,１２８,９２４号明細書には、ＬＣＤディスプレーの製作のために有用なガラスの製造のための砒素に代わるものとして、単独にまたは組み合わせて用いられる一群の清澄剤が開示されている。この群は、ＣｅＯ_２，ＳｎＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３およびハロゲン化物を含む化合物である。確かに、米国特許第６,４６８,９３３号明細書には、本質的に砒素およびアンチモンを含まない系内の清澄剤として、ＳｎＯ_２と、塩化物（例えばＢａＣｌ_２またはＣａＣｌ_２）の形態のハロゲン化物を含む化合物との混合物を用いたガラス形成工程が記載されている。

本発明者等は、ガラス形成工程における例えば酸化錫のような清澄剤の有効性を助長するための方法をここに提案する。この方法は、広く言えば、多価酸化物を含むガラス溶融体を第１の温度において形成し、このガラス溶融体を上記第１の温度よりも低い第２の温度まで冷却し、冷却されたガラス溶融体中に上記第２の温度において酸素を含むガスを導入し、そして上記冷却されたガラス溶融体を、上記第１の温度よりも高い第３の温度まで加熱することを含む。

図１を参照すると、フュージョン法を用いてガラスシートを作成する本発明の一実施例による典型的なガラス製造システム１０の概略図が示されている。フュージョン法は、例えば特許文献１に記載されている。このガラス製造システム１０は、供給原材料が矢印１６で示されているように導入され、次いで溶かされて溶融ガラス１８を形成する溶融炉１４（メルター１４）を備えている。また、冷却槽２０も備えている。このガラス製造システム１０はさらに、一般に、例えば白金、または白金ロジウム、白金イリジウム、およびこれらの組合せのような白金を含む金属、または例えばモリブデン、パラジウム、レニウム、タンタル、チタン、タングステン、またはそれらの合金のような耐火性金属から作成された構成要素を含む。白金を含む構成要素は、清澄化槽２２（例えばファイナー・チューブ２２）、清澄化槽をファイナーに連結するチューブ２４、混合槽２６（例えば攪拌室２６）、ファイナーを攪拌室に連結するチュ−ブ２８、供給槽３０（例えばボウル３０）、攪拌室をボウルに連結するチューブ３２、降下管３４、および注入口３６である。注入口３６はガラスシート１２を成形する成形槽３８（例えばアイソパイプ３８）を含む。一般に、成形槽３８はセラミックまたはガラスセラミック耐火性材料から作成される。

ガラス原材料は、所望のガラス組成を特定するレシピに従って溶融炉１４内に供給される。供給原材料は、バッチの態様でまたは連続的供給手段を介して供給され、Ｓｉ，Ａｌ，Ｂ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｓｒ，またはＢａの酸化物を含むが、これらに限定されない。供給材料は以前の溶融作業で生じたカレットであってもよい。図３に示されているように、供給原材料は溶融炉１４内で加熱されかつ溶融されて、第１の温度Ｔ_１のガラス溶融体１８を形成する。第１の温度Ｔ_１は特定のガラス組成に応じて変え得る。ディスプレー用ガラス、特に硬質ガラス（すなわち高い溶融温度を有するガラス）に関しては、溶融温度が１５５０℃を超え、より一般的には少なくとも約１６００℃である。ＳｎＯ_２のような多価清澄剤は供給材料に最初から含まれていても、または溶融体に後から加えられてもよい。あるいは、特に清澄剤としてＳｎＯ_２を用いる場合には、電気的加熱により溶融を行なう溶融炉内の電極材料がＳｎＯ_２であることが多いので、供給材料に必ずしもＳｎＯ_２を加えなくてもよい。この場合には、電極が徐々に崩壊することによって十分なＳｎＯ_２が溶融体に加えられる。

供給材料は旧来のガラス溶融法によって加熱される。例えば供給材料は、先ずこの供給材料の表面の上方に配置された複数の燃焼バーナーによって加熱される。これら燃焼バーナーの使用によって溶融体の電気抵抗が十分に低下せしめられた適当な温度に達すると、電極間の溶融体内を流れる電流により溶融体が内部から加熱される。

本実施例によれば、供給原材料が第１の温度Ｔ_１において溶融されると、ガラス溶融体は、第１の温度Ｔ_１よりも低い第２の温度Ｔ_２まで冷却され、かつこの冷却された溶融体に対し酸素を含むガスが例えばバブリングによって導入される。Ｔ_１とＴ_２との間の温度差は図３のΔＴ_１２である。ガラス溶融体は、例えば図２に示された冷却槽２０のように溶融炉から離れた冷却槽の内部で冷却されてもよいが、ガラス溶融体が溶融炉の内部で冷却されてもよい。例えば、少なくとも一部分が溶融炉の他の部分から隔離された区画またはバッフルを溶融炉１４が備えていてもよい。図２に示されているように、加圧された酸素を含むガスがガス供給タンク４２からガスヘッダー４６を通じて冷却槽２０の複数の注入チューブ４４へ供給される。ガラス溶融体に対する酸素を含むガスの供給を制御するためには、人手操作によるまたは遠隔／自動制御のバルブ４８を用いればよい。チューブ４４を通じてガラス溶融体内に導入される酸素を含むガスの気泡のサイズは、直径が約１ｍｍから約４０ｍｍまでの範囲が望ましく、一般的に直径が約１０ｍｍである。図示のように、酸素を含むガスは冷却槽２０の底から導入される。しかしながら、酸素を含むガスは、例えば溶融体の表面を通ってまたは冷却槽２０の側壁を通って溶融体内へ挿入されているチューブを通じて供給されるように、他の方向から導入されてもよい。いくつかの実施例においては、酸素を含むガスが、一定の流量をもってではなく間歇的に供給される。すなわち、ガスの流れが所定の周期をもって断続される。この断続の周期は、先行する気泡が供給チューブの出口から立ち登ることができるように、かつ後続の気泡が供給チューブの出口で合体しないように、十分にゆっくりでなければならない。

理論に縛られるつもりはないが、先ず多価清澄剤の原子価状態の濃度は、所定の温度および溶融体中の酸素の所定の分圧において平衡すると信じられている。この平衡は、これら三つのパラメーターの関数である、すなわち、溶融体の温度と、多価酸化物清澄剤の原子価状態の濃度の比（すなわち、還元された清澄剤の濃度を酸化された清澄剤の濃度で除算したものに等しいレドックス比）と、酸素の分圧との関数である平衡定数によってコントロールされる。レドックス比が低い程、より多くの酸素を清澄剤が保持する。従来のガラス作成作業では、最初に第１の溶融温度（例えばＴ_１）でガラス溶融体が形成され、次に第１の温度よりも高い第２の清澄化温度（例えばＴ_２）まで加熱される。温度がＴ_１からＴ_２まで上昇した結果、清澄剤の還元が生じ、レドックス比が増大し、酸素を溶融体中に放出する。本発明によれば、ガラス溶融体の温度が第１の温度Ｔ_１から、この第１の温度Ｔ_１よりも低い第２の温度Ｔ_２まで低下せしめられるので、清澄剤の酸化を促進する力が発生する。酸素を含むガスがガラス溶融体中に導入されるので、清澄剤が酸素と結合してレドックス比が減少する。結局、清澄剤は酸素を取り込む。次にガラス溶融体が第１の温度よりも高い第３の温度まで加熱される。清澄剤から放出された酸素は次に溶融体中に拡散され、シードが成長する結果、シードは溶融体の表面まで上昇する。

追加の酸素を溶融体中に供給せずに、単純に温度を低下させたのみでは、清澄剤の有効性は向上しないことに注目すべきである。同様に、第１の温度で酸素を導入しても、溶融ガラスを冷却した後に酸素を導入するような有用性は生じない。所定の酸素を含むガスをより低い温度においてバブリングすると、より高い温度で可能になるよりも多量の酸素を清澄剤が貯えることが可能になる。本発明は、溶融ステップとバブリングステップとを切り離したところに利点がある。溶融は、最も効果的な、より高い温度で行なわれ（例えば溶解速度は温度とともに増大する）、バブリングは、最も有用な、より低い温度で行なわれる。

いくつかの実施例においては、酸素を含むガスが純粋の酸素である。好ましい実施例においては、このガスが、一種類以上の他のガスと混合された酸素を含む。例えば、空気がガラス溶融体の効果的な清澄化を生じさせることが判明している。しかしながら、酸素は、混合ガス中の酸素の分圧が溶融体中の酸素の分圧を超える条件下で、例えば、Ａｒ，Ｘｅ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｎ_２またはそれらの混合物のような任意の希（不活性）ガスの一種類以上と混合されることが好ましい。希ガス（またはそれらの混合物）は、シードに予め存在する酸素の分圧の制御に用いられる。すなわち、酸素に対する希ガスの比を増減させることにより、導入された気泡内の酸素の分圧が制御される。希ガスは溶融体およびシード中に直ちに拡散する。シード中の酸素の分圧は、実質的に低下せしめられ（シード中に存在するガス濃度が希釈される）、これによって、シード中に拡散する酸素の量が増大する。すなわち、シードの体積が成長して、溶融体の表面まで上昇する。ガラス溶融体中のヘリウムの拡散率は、３．３×１０^−７×exp（−４９３１／Ｔ）台と他の不活性ガスに比較して特に高いので（ここで、Ｔは絶対温度）、ヘリウムは好ましい希ガスである。希ガスは、冷却された溶融ガラス中に酸素との混合物として導入されても、あるいは希ガスが冷却された溶融ガラス中に別個に導入されてもよい。すなわち、希ガスおよび酸素の双方が、混合物として、あるいは同時に導入されることは必ずしも必要ではない。冷却された溶融ガラス中への希ガスの導入は、酸素の導入以前に開始されかつ酸素の導入に先立って終了しても、酸素の導入中も継続されてもよい。

上述のように、ガラス溶融体中に導入されるガス（酸素を含むガス、または、酸素と希ガスとが別個に）の気泡は、少なくとも３通りのメカニズムを通じてガラス清澄化を促進するガスのための貯蔵所として機能する。第１の場合において、もしヘリウムのような希ガスが、酸素を含むガスに先立ってまたは同時に（混合されまたは混合されずに）冷却されたガラス溶融体中に導入されると、ガラス溶融体内の希ガスの低い分圧が、導入された気泡からこの希ガスを溶融体中に拡散させる。この希ガスは最終的に、予め存在しているシードに出会い、シード内に拡散する。シードは成長して溶融体の表面まで上昇する。このようにして、希ガスは物理的清澄剤としての役目を果たす。

第２の場合においては、溶融体中に導入された希ガスが予め存在しているシード内に拡散し、これによって、予め存在しているシード内の酸素の分圧を、バブリングによって導入された酸素の分圧よりも低くなるまで低下させる。予め存在しているシード内の酸素の分圧が低下せしめられると、バブリングによって導入された酸素からシード内へさらなる酸素が拡散され、これによってシードがさらに成長する。

第３の場合においては、もし導入された気泡内の酸素の分圧が、溶融体中の酸素の分圧よりも高いとすると、導入された気泡からガラス溶融体中に拡散された酸素は、清澄剤の補充（結合）に利用することができることになり、レドックス比を減少させる。清澄剤が酸化錫の場合、酸化還元式の例として下式が与えられる。すなわち、

溶融体の温度が上昇すると、式（１）は右方へ向けられ、錫が還元されて酸素を溶融体中へ放出する。温度が下降すると、式は左方へ向けられ、錫を酸化させる。しかしながら、酸素は錫を酸化させる必要があることに注目すべきである。もし十分なＯ_２が得られなければ、溶融体をＴ_１からＴ_２まで冷却すると、溶融体中のｐＯ_２が減り、ＳｎＯ_２に対するＳｎＯの相対量（すなわちレドックス比）は実質的に変化しない。導入された気泡からの酸素は、酸素を費消した清澄剤に対し再結合する格好の酸素源となり、これによって、清澄剤を活性化する。本質的に、ガラス溶融体の温度を下げることは、酸化還元式（１）を左方に向けるのに必要な力を与え、酸素の溶融体中への導入を助長する。

酸素を含んだガスの導入に先立って、ガラス溶融体の温度をできるだけ低い第２の温度Ｔ_２まで低下させ、これによってΔＴ_１２を最大にして、清澄剤にできるだけ多量の酸素を補充することが望ましいものの、ガラス溶融体中で導入されたガスが気泡を形成し、かつ十分な酸素および不活性ガス（使用された場合）が溶融体中に拡散し得るように、バブリング／冷却段階におけるガラスの粘度は十分に低くなければならない。一般的なΔＴ_１２の値は少なくとも約５０℃である。しかしながら、バブリング／冷却段階におけるガラスの温度Ｔ_２は、ガラス溶融体の粘度が約１００Ｐａ・ｓ（約１０００ポアズ）よりも低くなるようにしなければならない。１００Ｐａ・ｓ（１０００ポアズ）を超えると、酸素または酸素と希ガスの効果的な拡散のためにはガラスの粘度が高過ぎ、適当なガスを溶融体中にバブリングすることが困難もしくは不可能になり得る。

十分な酸素が溶融体中に拡散するのを可能にするためには、ガラス溶融体が或る期間（Δｔ_１０＝ｔ_１−ｔ_０）第２の温度Ｔ_２に保たれることが同様に望ましい。冷却された溶融体中へのバブリングの効果は明らかに、ガラス溶融体の温度（したがって粘度）と、導入された（バブリングされた）ガスの体積分率と、低下せしめられた第２の温度Ｔ_２に溶融体が保持される滞留時間とに左右される。図４は、本発明により作成された清澄剤（酸化錫）を含むガラス溶融体の実験結果を示し、８０体積％のヘリウムと２０体積％の酸素との混合ガスを冷却されたガラス溶融体中に導入した結果の完成されたガラス中のシード数値（菱形）の減少度合いを示している。ベースのガラスはコーニング社のＥａｇｌｅ２０００（Ｒ）である。図４はまた、１５５０℃に等しい低められた第２の温度Ｔ_２における滞留時間の関数としての溶融体内に捕捉されたガスの体積分率（正方形）を比較しており、かつ１５５０℃において、約１５分間の滞留時間Δｔ_１０の後は、溶融体中に捕捉されるガスの体積分率のみでなく、得られたガラス内のシード（ブリスター）の密度が急角度で減少する。Ｔ_２における約１，５時間の滞留時間の後は、溶融体中のシード（ブリスター）の密度がさらに減少している。

図５は、図４のガラス溶融体に関する温度・粘度曲線を示す。図５から明らかなように、１５５０℃の第２の温度Ｔ_２におけるガラスの粘度は約１００Ｐａ・ｓ（約１０００ポアズ）である。酸素を含むガスは、温度Ｔ_２において少なくとも約１５分間ガラス溶融体にバブリングされることが好ましく、約１時間がより好ましく、そして約１，５時間が最も好ましい。バブリング中のガラスの粘度は約１００Ｐａ・ｓ（約１０００ポアズ）未満が好ましい。

冷却・バブリング段階が完了すると、ガラス溶融体は、少なくとも第１の温度Ｔ_１よりも高い、好ましくは第１の温度Ｔ_１よりもずっと高い第３の温度Ｔ_３まで再加熱される。約１６００℃の第１の温度Ｔ_１で溶融されたガラスに関しては、一般的なΔｔ_３１（＝Ｔ_３−Ｔ_１）は約５０℃である。しかしながら、Δｔ_３１の値は、他の多くの要因のうちでもガラスの組成に左右される。Ｔ_３は少なくとも約１６００℃が好ましく、約１６５０℃がより好ましい。ガラス溶融体は、少なくとも約１５分間第３の温度Ｔ_３に保たれるのが好ましい。ガラス溶融体の再加熱は、例えば、清澄化槽２２内におけるような当業者が周知の通常の清澄化作業に従って行なってもよい。溶融体が第３の温度Ｔ_３に保たれている間、高温が清澄剤に酸素を放出させる。清澄剤によって放出された酸素は、次にシードの成長およびガラス溶融体中のシードの除去に役立つことになる。ガラス溶融体の清澄化が完了すると、溶融体は均質化のために攪拌室に流動され、次いで通常のフュージョン法によるガラス作成工程のように成形槽３８に流動される。

通常のフュージョン法によるガラス作成工程においては、溶融されたガラスがフュ−ジョンパイプ３８（アイソパイプまたは成形楔としても知られている）に流動され、ここでガラスはフュ−ジョンパイプの両上縁をオーバーフローする。次にガラスはフュ−ジョンパイプの収斂する両形成面に沿って流下し、収斂する両形成面の交差部において個々の流れが合体してガラスシートを形成する。したがって、収斂する両形成面に接触したガラスはガラスシートの内部を形成し、ガラスシートの表面は清純のままである。前述のように、フュ−ジョン・ガラス作成方法および装置のこれ以上の詳細な説明は、特許文献１および特許文献２に記載されている。

以上、説明の目的で本発明を詳細に記述したが、このような細部は単に上記目的のためのみであって、添付の請求項に規定された本発明の精神および範囲から離れることなしに種々の変形が可能なことは、当業者によって理解されるであろう。例えば、説明の目的で、フュ−ジョン・ダウンドロー法が用いられているが、本発明は、広範囲のガラス作成法に適用可能である。同様に、ここに開示された本発明の方法は、液晶ディスプレー用ガラスに限定されるものでも、高融点ガラスの製造に必ずしも必要なものでもない。さらに、酸素は必ずしもガスの形態で溶融されたガラス中に導入されなくともよい。酸素は、当業者が周知のように、水の解離または電気分解によって導入されてもよい。

本発明の上述の実施例、特に何れかの「好ましい」実施例は、単に実施が可能な具体例に過ぎず、本発明の原理を明快に理解するために述べられたものに過ぎない。本発明の精神および原理から離れることなしに、本発明の上述の実施例に対し種々の変形、変更が可能である。例えば、ここに記載された本発明の方法は、フュージョン法以外のガラス形成法（例えばフロートガラス法）に、およびディスプレー装置用のガラス以外の製品のために利用可能である。これらの変形、変更のすべてがこの開示内容の範囲内に含まれ、かつ添付の請求項によって保護されることを意図するものである。

ガラス溶融工程の断面側面図 図１のガラス溶融工程の部分断面側面図 本発明の一実施例によるガラス溶融体に関する加熱・冷却・再加熱スケジュールの時間に対する温度変化を示すグラフ 冷却された温度において酸素を含むガスをガラス溶融体中に導入されるバブリング時間の関数としての最終的なブリスター密度およびガス体積分率を示すグラフ コーニング社製Ｅａｇｌｅ２０００（商標）ガラスに関する温度の関数としての粘度を示すグラフ

符号の説明

１０ ガラス製造システム
１２ ガラスシート
１４ 溶融炉（メルター）
１８ 溶融ガラス
２０ 冷却槽
２２ 清澄化槽
２４，２８，３２，４４ チューブ
２６ 混合槽
３０ 供給槽（ボウル）
３４ 降下管
３６ 注入口
３８ 成形槽（アイソパイプ、フュージョンパイプ）
４２ 供給タンク
４６ ガスヘッダー
４８ バルブ

Claims (10)

1. 供給材料を加熱して、多価酸化物を含む溶融ガラスを第１の温度Ｔ_１において形成し、
   該溶融ガラスを前記第１の温度Ｔ_１よりも低い第２の温度Ｔ_２まで冷却し、
   前記冷却された溶融ガラス中に、酸素を含む第１のガスを前記第２の温度Ｔ_２において導入し、
   前記冷却された溶融ガラスを、前記第１の温度Ｔ_１に等しいかそれよりも高い第３の温度Ｔ_３まで加熱する、
   諸ステップを含むことを特徴とするガラス作成方法。
2. 前記第１のガスが、約５体積％を超える量の酸素を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第１のガスが、Ａｒ，Ｘｅ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｋｒ，Ｎ_２およびそれらの混合物からなる群から選ばれた希ガスをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記導入ステップ中における前記冷却された溶融ガラスの粘度が約１００Ｐａ・ｓ（約１０００ポアズ）未満であることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記冷却された溶融ガラス中に、Ａｒ，Ｘｅ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｋｒ，Ｎ_２およびそれらの混合物からなる群から選ばれた希ガスを含む第２のガスを前記第２の温度Ｔ_２において導入することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. Ｔ_１−Ｔ_２≧５０℃であることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記溶融ガラスの前記第２の温度Ｔ_２における滞留時間が約１５分よりも長いことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記第１のガスがバブリングにより導入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記第１のガスが一定の流量で導入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. ａ）多価酸化物を含む溶融ガラスを第１の温度Ｔ_１において提供し、
    ｂ）該溶融ガラスを前記第１の温度Ｔ_１よりも低い第２の温度Ｔ_２まで冷却し、
    ｃ）前記冷却された溶融ガラス中に酸素を含むガスを導入し、この場合、この導入ステップ中における前記溶融ガラスの粘度は約１００Ｐａ・ｓ（約１０００ポアズ）未満であり、
    ｄ）前記溶融ガラスを前記第１の温度Ｔ_１以上の第３の温度Ｔ_３まで加熱する、
    諸ステップを含むことを特徴とするガラス作成方法。

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