JP2010042992A - 高ｕｖ透過性ガラスを製造するための溶解装置ならびに方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新規の溶解装置、ならびに、ＵＶ領域において高透過性を有するガラスを製造することのできる新規の光学ガラスの溶解方法を提供する。
【解決手段】溶湯のための溶解槽１と、この溶湯のための高純度の原材料を供給するための供給口１１と、溶解槽１の中で溶かされた物質を取り出すための取出口５と、溶解槽１の上方に設けられた天井部９とを備え、ここで、上記供給口１１が、溶湯の上側の天井部９の領域において溶解槽１に設けられるとともに、上記取出口５が、溶解槽１の底部２１の領域に設けられ、さらに、加熱装置を備えてなる高ＵＶ透過性ガラスを製造するための溶解装置１において、この加熱装置が、溶湯の領域において溶解槽に設けられた加熱素子、とりわけ電極１７を備え、溶湯３を攪拌するとともに、溶解物表面上１５に載っている混合物から、溶解物へと物質を均一に混入させ、かつ混合させるための攪拌装置３０が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、高ＵＶ透過性ガラスを製造するための溶解装置において、溶湯のための溶解槽と、前記溶湯のための高純度の原材料を供給する、あるいは入れるための供給口と、前記溶解槽の中で溶かされた物質を取り出すための取出口と、前記溶解槽の上方に設けられた天井部と、加熱装置とを備えている溶解装置に関する。さらに、本発明は、高ＵＶ透過性ガラスを製造するための方法に関する。

均質な光学ガラスは、現在、溶解槽、供給口、ならびに取出口を有し、さらに溶解槽の上方に天井部、またはドーム部を有した溶解装置を用いて製造されている。

溶解物へのエネルギーは、一方では、例えば電極等を用いて溶解物を直接熱することにより、また他方では、溶解物の表面を火炎で熱するバーナーを用いて投入される。

従来の技術によれば、均質な光学ガラスを製造するために、高純度の原材料の良く均一化された混合物が、一定量ずつ供給口を通して溶解物の溶解物表面上にもたらされる。原材料を供給する際には、混合物が閉鎖された覆いとして形成されないように留意する。というのも、閉じた混合物の覆いは、光学ガラスが従来技術によくあるように攪拌器で均一化されずに溶解されると、良好な屈折率均一性にとっての妨げになるからである。エネルギーは、一方では、例えば電極を用いて直に供給され、他方、従来技術による方法ならびに周知の溶解装置の場合には、溶解槽の上方に設けられたバーナーによって溶解物の表面が火炎で熱せられる。このとき、これら双方の加熱装置によるエネルギーの投入、つまり、溶解物への直接的なエネルギーの投入、ならびに、溶解物表面の上方における火炎での加熱によるエネルギーの投入は、溶解槽の底部、及びドーム部−すなわち天井部、に設けられている温度検出装置によって制御され、これにより、天井ドーム部の温度が大体底部の温度に相当するものとなる。ドーム部の温度は、約１３００℃、底部の温度は約１３５０℃になる。

比較的均一な溶解装置内の温度分布によって、混合物が確実に一様に溶解される。これにより、溶解される混合物の良好な光学的均一性が得られる。溶解された混合物は、取出口、換言すれば排出口を通り、白金製パイプ系を介して精製室に至る。

従来技術による溶解装置を用いて溶解されたガラスは、すばらしい均質性を呈するが、しかしながら、特にＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ； 紫外線）領域において、明らかに透過率が低下する。

この低いＵＶ透過性は、しかし、例えばテレコミュニケーション、マイクロリソグラフィー、あるいは高出力映像、例えば高出力ｒ−ＬＣＤ映像、ないしはｔ−ＬＣＤ映像等の分野でこのようなガラスを用いるのには都合の悪いものとなる。この問題は、鉛の成分が原因となってＵＶ領域で既に比較的高い内部吸収を有する鉛ガラス類において特に深刻である。

とりわけ、鉛ガラスに十分なＵＶ透過性が無いことが、このガラスを反射型液晶ディスプレイ（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙｓ； ｒ−ＬＣＤ）の分野へ応用する際の妨げとなっている。その非常に低い光弾性係数を考えれば、斯かるガラスの類が、上記のような応用に抜きん出て相応しいものであるにもかかわらずである。

特開昭６２−０２７３４６号公報 特開平０１−１６４７３５号公報 特開平０７−０１２９９５号公報 特開昭６０−１８０９３０号公報 特表平０６−５１１４６１号公報 特開平０２−２５２６２６号公報 特公昭４２−００７６１８号公報 特開平０８−３０１６２１号公報 特開平０９−２９５８１５号公報 特開平１１−０７９７５４号公報 特開平０４−１６００１８号公報

発明の課題は、したがって、新規の溶解装置、ならびに、ＵＶ領域において高透過性を有するガラスを製造することのできる新規の光学ガラスの溶解方法を提供することにある。上述の如く、現在周知の溶解方法によっては、ＵＶ高透過性ガラスを得ることはできない。

ＵＶ高透過性ガラスは、ｒ−ＬＣＤの分野以外でも、例えば、特にグラスファイバーやファイバー増幅等のテレコミュニケーションの分野、ならびに、特に高出力投影に見られるマイクロリソグラフィーにおいて応用することができるため、新規の方法、及び新規の溶解装置は、溶かされるガラスの種類に関して高い柔軟性を有している必要がある。さらに、これらのガラスが少なくとも現在従来の方法によって溶かされるガラスの均一性に匹敵するような非常に高い均一性を有することが要求される。

さらに、新規の装置、ならびに新規の方法は、これまで周知であった装置に比べて、より簡単に構成されているべきである。

本発明により、この課題は、従来技術に係る溶解装置において、例えば電極等、溶湯の領域に設けられている加熱素子だけを有する加熱装置と、さらに、溶湯を攪拌するための攪拌装置とを用いて解決される。溶解槽は、攪拌器が中心に設けられた円型の溶解るつぼとされていることが好ましい。攪拌器は、好ましい実施形態においては、三つの部分、つまり、上記溶解るつぼへと、真ん中で導かれる第１の部分、９０°の角度をなしてわずかに溶解物表面の下の所をさらに導かれる第２の部分、及び、溶解槽の外径の略３分の２において再び９０°の角度をなして下方に導かれる第３の部分を有している。攪拌器がこのような構成とされていることによって、物質が溶解物表面に載っている混合物から溶解物へと一様に混入され、混合される。

温度を調整し、制御するため、底部にもドーム部にも温度検出装置が設けられている。

装置以外にも、本発明は、ＵＶ領域において高透過性を有するガラスを製造する方法をも提供する。この方法は、高純度のガラス原材料の良く均一化された混合物を供給し、これにより、溶解物表面上に閉じた混合物の覆いを形成させ、エネルギーをもっぱらガラスの溶解物の領域においてのみ供給し、すでに溶解の間にガラスの溶解物を攪拌することを特徴とする。

本発明者らは、驚くべきことに、本発明による方法の場合、溶解中の攪拌を通じて、普通なら攪拌することに結びついて現れてくるような欠点が無いようにしながらも溶解を促進させることができるという知見を得た。そうして、本発明によれば混合物の覆いの下でのみ攪拌が行なわれるため、本発明に係る方法の場合、とくに、るつぼの材料が混合物粒子による負荷を受けることが回避される。

本発明による方法は、鉛を含有する鉛ガラスを製造するとともに大幅に改善されたＵＶ透過性実現するため、そして、改善されたＵＶ透過性を有した従来のガラスを製造するために用いることができる。

従来技術による溶解装置の断面図である。 従来技術による溶解装置の上面図である。 本発明による溶解装置の断面図である。 本発明による溶解装置の上面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

図１は、少ない溶解容量用の３槽連続型溶解ユニットに用いられる従来技術による溶解槽の断面図である。この溶解槽１から出て、溶解された混合物、すなわちガラス３は、取出口５、及び白金製パイプ系７を通って図示されぬ精練室に達し、そこから図示されぬ攪拌るつぼ、そしてその後、フィーダに至り、さらに、熱成形処理が施される。このような装置のスループットは、約１５０〜２００ｋｇ／ｈの量に達する。従来技術による溶解装置は、溶解槽１の他に、天井部９ならびに供給口１１、そして排気口１３を有している。

ガラス溶解物１３は、溶解物表面１５を有し、この上に、供給口、換言すれば挿入口１１を通して、高純度の原材料が一定量ずつ、もしくは連続してもたらされる。従来の技術によれば、このとき、閉じた混合物の覆いは形成されない。本来の溶解工程は、溶解物表面の下方に設けられた２×４個の電極１７．１，１７．２，１７．３及び１７．４によって熱せられるもので、その他に、角度を有して設けられた二つのバーナー１９によって、溶解物３の表面１５が火炎によって熱せられる。このとき、これらの双方の加熱装置によるエネルギーの投入は、その都度、天井部、換言すればドーム部９、及び溶解槽１の底部２１に設けられた温度検出素子２３，２５を用いて、電気的に制御され、ドーム部の領域で約１３００℃の温度、大体、底部の温度で約１３５０℃に相当する程度の温度が実現されるようになっている。これにより、混合物が確実に一様に溶け、したがって、物質の光学的な均一性が保証される。図２には、従来技術による装置の上面図が示されている。

明らかに、二つの互いにずらして設けられたガスバーナー１９．１，１９．２、及び底部２１に配設された温度検出素子２３、排気口１３、供給口１１ならびに精練溝７への取出口５が見て取れよう。

図３には、本発明による装置が示されている。図１及び図２における従来技術による装置と同等の部材には、同一の符号を付す。

図３は、本発明に係る新規の溶解槽の構成を断面で示す図である。従来技術の装置と異なり、本発明による装置は、溶解物３にもっぱら直接、つまり、溶解物表面１５の下においてのみエネルギーを投入する手段を備えている。エネルギーの投入は、もっぱら２×４個の電極１７．１，１７．２，１７．３及び１７．４のみを用いて行われる。天井部９、換言すればドーム部も、溶解物表面１５も、いずれも熱せられたり、例えば火炎によって熱せられたりすることはない。このため、冷たい上部構造、すなわち、冷たいドーム部が形成される。溶解物表面１５の上方の温度は、およそ５００〜７００℃の値になる。

さらに、供給される原材料が一様に溶解物表面１５上に配分され、或る閉じた混合物の覆いが形成されるように、良く均一化された混合物が供給口１１を通して供給される。従来技術による方法の場合に、閉じた混合物の覆いがあると、従来技術では攪拌器による均一化が行なわれないで溶解されるために、連続的な素早い溶解や、同じく、優れた屈折率の一様性を得る点では妨げとなろう。

これに対して、本発明による装置は、攪拌器３０を有している。この攪拌器３０は、溶解槽１の中心に設けられた第１の部分３０．１と、この第１の部分に、溶解物表面１５の僅かに下の所で９０°の角度をなして接続される第２の部分３０．２と、大体、溶解槽１の外径の３分の２の所で再び９０°の角度をなして下方へと導かれる第３の部分とを備えている。攪拌器がこのような構成とされていることによって、閉じた混合物の覆いにおける溶解物表面１５上に載っている混合物から、確実に溶解物へと物質が均一に混入され、かつ混合され、したがって、閉じた混合物の覆いがあるにもかかわらず、物質が均一に溶解することが保証される。火炎によってドーム部が熱せられないために、溶解槽内の温度が全体的に一層低くなり、約１２５０℃となる。閉じた混合物の覆いが、冷めた上部構造に向かって、温度が上方に行くに従って不均一に低下するのを防いでいる。溶解物表面１５が火炎によって熱せられないため、新規の溶解装置へのエネルギーの投入がかなり少なくなり、同時に、新規の溶解装置のもとで新しい方法を用いることにより、精練されたガラスのＵＶ透過性が改善され、これに加えて、ＳＦガラスの場合には、発光特性が大幅に改善される。図３の装置において、上述した方法によって溶解されたガラスの光学的な均一性は、通常の方法で従来技術による装置において製造されたガラスに匹敵する。

図４には、本発明による新しい溶解装置が示されている。図３にそれぞれ対応する部材は、同一の符号を付す。とりわけ、第１の部分３０．１と、第２の部分３０．２と、第３の部分とを有した攪拌器３０が明瞭に示されている。

以下に、本発明による装置で本発明による方法を用いることにより製造されたガラスの実施例を挙げる。これらの実施例から、本発明により得られたガラスが、従来の方法によって製造されたガラスに対して、ＵＶ透過性に関して優っていることが明らかに分かる。

表１には、従来の方法で製造されたガラスと本発明の方法により製造されたガラスとの比較実験のために挙げられた複数のガラスの種類の組成が、重量％で示されている。

ここで、ｎ_ｄは屈折率を、ｖ_ｄはアッベ数を示す。

表２には、従来の方法と、これに比較して本発明の方法とによって製造されたガラスに対する溶解のためのパラメータが挙げられている。

表３は、再び、異なる方法、つまり、従来ならびに本発明の方法により製造されたガラスの実質的な透過率を与えるものである。

表２及び表３において、従来の方法で製造されるガラスの種類は、付加記号なしで示されており、また、新しい方法によるものは、ＨＴが付されて示されている。さらに、違いをはっきりさせるために、古い方法の場合にはバーナーのガスの消費量、そして、新しい方法の場合には攪拌の回転数が与えられている。バーナーのガスの消費を省いたことは、温度の低下や、透過率の値の向上とならんで、新しい方法により製造されるガラスのエネルギーの節約の大半を担うものである。

以下の表４には、特にフリントガラス及び軽フリントガラスのガラスの組成の範囲が重量％で与えられている。

好ましいのは以下の範囲となる。

とりわけフリントガラス、軽フリントガラスのガラス１、ガラス２、ガラス３、及びガラス４のガラスの組成の範囲が、例として、以下の表６に重量％で挙げられている。

本発明の方法を用いて、まださらに多くのガラスの種類をも溶解することができる。このような類のガラス組成に対する単なる例として、表７によるガラス等が挙げられよう。

好ましいのは以下の範囲である。

本発明による装置、及び本発明による方法によって、攪拌することに結びついて現れてくるような欠点が無いようにして異なるガラスの種類を攪拌しながら溶解できることが初めて示された。これにより、エネルギーの投入が最小限に抑えられ、溶解の工程が促進され、そして、ＵＶ領域で高い透過性のあるガラスが得られた。

１ 溶解槽
３ ガラス（溶解物）
５ 取出口
９ 天井部（ドーム部）
１１ 供給口
１３ 排気口
１５ 溶解物表面
１７．１，１７．２，１７．３，１７．４ 電極（加熱素子）
３０．１ 第１の部分
３０．２ 第２の部分
３０．３ 第３の部分
３０ 攪拌器（攪拌装置）

Claims (13)

1. 溶湯のための溶解槽（１）と、
   前記溶湯のための高純度の原材料を供給する、あるいは入れるための供給口（１１）と、
   前記溶解槽の中で溶かされた物質を取り出すための取出口（５）と、
   前記溶解槽（１）の上方に設けられた天井部（９）とを備え、
   前記供給口（１１）が、前記溶湯の上側の前記天井部（９）の領域において前記溶解槽（１）に設けられ、
   前記取出口（５）が、前記溶解槽の底部の領域に設けられ、
   かつ、加熱装置を備えてなる高ＵＶ透過性ガラスを製造するための溶解装置において、 前記加熱装置が、前記溶湯の領域のうち溶解物表面（１５）の下においてのみ前記溶解槽に設けられた加熱素子（１７．１，１７．２，１７．３，１７．４）を備え、
   前記溶湯を攪拌するとともに、溶解物表面上で閉じた混合物の覆いとして載っている混合物から、溶解物へと物質を均一に混入させ、かつ混合させるための攪拌装置（３０）が設けられており、
   前記攪拌装置（３０）は、前記溶解物表面（１５）の下においてのみ攪拌を行うように構成されていることを特徴とする溶解装置。
2. 請求項１に記載の溶解装置において、
   前記加熱装置は、電極（１７．１，１７．２，１７．３，１７．４）の形態の加熱素子であることを特徴とする溶解装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の溶解装置において、
   前記溶解槽は、円型の外形状を有していることを特徴とする溶解装置。
4. 請求項３に記載の溶解装置において、
   前記攪拌装置は、第１の部分（３０．１）と、第２の部分（３０．２）と、第３の部分（３０．３）とを有する攪拌器（３０）を備え、
   前記第１の部分は、溶解槽１の中心に設けられ、前記攪拌器は、前記第２の部分において前記溶解物表面の僅かに下の所で９０°方向が変えられ、外径の３分の２の所まで続くように設けられ、そこに前記第３の部分が接続され、この第３の部分は、再び９０°方向が変えられて、下方に続くように設けられていることを特徴とする溶解装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の溶解装置において、
   前記天井部、及び／又は前記底部には、温度検出装置が設けられていることを特徴とする溶解装置。
6. 溶解物表面（１５）を有するガラス溶解物が入った溶解槽（１）内で実施される溶解方法を用い、ＵＶ領域において高透過性を有するガラスを製造するための方法において、
   前記溶解槽に、供給口（１１）を通して高純度のガラス原材料の良く均一化された混合物を絶えず供給して、閉じた混合物の覆いが前記溶解物表面（１５）上に形成されるようにし、
   前記ガラスの溶解物に、常に前記溶解物表面（１５）の下方でエネルギーを供給し、
   前記溶解物表面の上側の空間ならびに前記溶解物表面そのものにはエネルギーを供給せず、
   前記ガラス溶解物を前記溶解物表面（１５）の下においてのみ攪拌し、
   前記溶解物表面上で閉じた混合物の覆いとして載っている混合物を前記溶解物の中に一様に混入し、かつ混合することを特徴とする高透過性ガラスを製造するための方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   前記高透過性ガラスは、ｖ_ｄ≦５０のアッベ数を有するフリントガラスであることを特徴とする方法。
8. 請求項６または７に記載の方法において、
   前記高純度のガラス原材料を、一定量ずつ、もしくは連続して供給することを特徴とする方法。
9. 請求項６から８のいずれか１項に記載の方法において、
   前記溶湯の中の温度は、１１００〜１３００℃の領域に存在することを特徴とする方法。
10. 請求項６から８のいずれか１項に記載の方法において、
    前記溶湯の中の温度は、１２３０〜１３８０℃の領域に存在することを特徴とする方法。
11. 請求項６から１０のいずれか１項に記載の方法において、
    前記溶解物表面の上側の空間が、５００〜７００℃の領域の温度を有していることを特徴とする方法。
12. 請求項６から１１のいずれか１項に記載の方法において、
    攪拌数を３０〜１００回／ｍｉｎとして攪拌することを特徴とする方法。
13. 請求項６から１２のいずれか１項に記載の方法により製造された、レンズ系、ｒ−ＬＣＤ、ガラスファイバー及びファイバー増幅器用の高ＵＶ透過性ガラス。

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