JP2013521205A - ガラス物品を作製する装置および方法 - Google Patents

Abstract

ガラス物品を作製する装置が提供される。この装置は清澄前チャンバを含み、清澄前チャンバは、溶融ガラスを清澄前チャンバ内において攪拌するための第１攪拌機を備えている。この装置は、溶融ガラスから大多数の気泡を除去するよう構成された、清澄チャンバをさらに含む。この装置はさらに清澄後チャンバを含み、清澄後チャンバは、溶融ガラスを清澄後チャンバ内において攪拌するための第２攪拌機を備えている。さらにガラス物品を作製する方法が提供される。この方法は、溶融ガラスを清澄前チャンバ内で攪拌するステップと、清澄チャンバ内で溶融ガラスから大多数の気泡を除去するステップと、そして溶融ガラスを清澄後チャンバ内で攪拌するステップとを含む。

Description

関連出願の説明

本出願は、２０１０年２月２５日に出願された米国特許出願第６１／３０８０６７号の優先権の利益を主張するものである。

本発明は、一般にガラス物品を作製する装置および方法に関し、より具体的には、溶融ガラスを清澄前チャンバおよび清澄後チャンバ内で攪拌する装置および方法に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用板ガラスなどの種々のガラス物品の成形には、ガラス製造システムが一般に使用されている。例えば、溶融ガラスをアイソパイプ内に流し、ここでフュージョンダウンドロープロセスによりガラスリボンを成形するものが知られている。このガラスリボンを後に分割して、ＬＣＤ用板ガラスを提供することができる。

一実施形態例において、ガラス物品を作製する方法が提供される。この方法は、バッチ材料をガラス溶解炉内で溶解して、酸化スズを含む溶融ガラスを生成するステップを含む。この方法は、溶融ガラスをガラス溶解炉から清澄前チャンバへと流すステップと、溶融ガラスを清澄前チャンバ内で攪拌するステップとをさらに含む。この方法は、溶融ガラスを清澄前チャンバから清澄チャンバへと流すステップと、清澄チャンバ内で溶融ガラスから大多数の気泡を除去するステップとをさらに含む。この方法は、溶融ガラスを清澄チャンバから清澄後チャンバへと流すステップであって、清澄後チャンバ内での溶融ガラスの温度が、清澄前チャンバ内での溶融ガラスの温度よりも低いものであるステップをさらに含む。この方法は、溶融ガラスを清澄後チャンバ内で攪拌するステップと、清澄後チャンバから成形槽へと、ガラス物品を成形するための量の溶融ガラスを流すステップとをさらに含む。

別の実施形態例において、ガラス物品を作製する装置が提供される。この装置は、バッチ材料を溶融ガラスに溶解するよう構成されたガラス溶解炉と、ガラス溶解炉から溶融ガラスを受け入れるよう構成された清澄前チャンバとを含む。清澄前チャンバは、溶融ガラスを清澄前チャンバ内において攪拌するための第１攪拌機を含んでいる。この装置は、清澄前チャンバから溶融ガラスを受け入れて溶融ガラスから大多数の気泡を除去するよう構成された、清澄チャンバをさらに含む。この装置はさらに、清澄チャンバから溶融ガラスを受け入れるよう構成された清澄後チャンバを含む。清澄後チャンバは、溶融ガラスを清澄後チャンバ内において攪拌するための第２攪拌機を含み、第２攪拌機は、第１攪拌機よりも低いせん断力で溶融ガラスを攪拌するよう構成されている。この装置は、清澄後チャンバから溶融ガラスを受け入れてガラス物品を成形するよう構成された、成形槽をさらに含む。

これらおよび他の態様は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むと、よりよく理解される。

板ガラスを作製する装置の概略図 図１の装置の一部の拡大図 図２の線３−３に沿った断面図 図２の線４−４に沿った断面図

ここで、実施形態例を示している添付の図面を参照し、例を以下でより詳細に説明する。可能な限り、図面を通じて、同じまたは同様の部分の参照には同じ参照番号を使用する。ただし、態様は多くの異なる形で具現化し得、本書に明記される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。

図１は、ガラス物品を作製するよう構成された装置１０１の概略図である。一例において、ガラス物品は、ガラスアートピース、ガラス容器、ガラス棒、ガラス管、または他のガラス物品を含み得る。装置１０１を使用すると、望ましいことであるが、その内部に実質上気泡が存在しないガラス物品をさらに作り出すことができる。例えば、このガラス物品としては、光デバイスの１以上のガラスレンズなど、光デバイスの構成要素をさらに挙げることができる。さらなる例において、ガラス物品は、ＬＣＤディスプレイ用の板ガラスなどの板ガラスを含み得る。

図１にさらに示したように、装置１０１は、貯蔵容器１０７からのバッチ材料１０５を溶解するよう構成されたガラス溶解炉１０３を含む。バッチ材料は、バッチ送出機器１０９を用いて、ガラス溶解炉１０３の注入ポートから矢印１１１に沿って導入してもよい。ガラス溶解炉１０３の中で、バッチ材料１０５は溶解されて溶融ガラス１１３になる。溶融ガラス１１３は、所望のガラス物品の特性やプロセスにおける考慮事項に応じて、種々の組成を有するものとすることができる。例えば、溶融ガラス１１３は、溶融ガラスの気泡の清澄を強化して実質上気泡を含まないガラス物品を製造するために提供される、揮発性成分を含んでもよい。概略的に図示した溶融ガラス１１３は、酸化スズ（ＳｎＯ₂）および／または酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）などの揮発性成分を含み得る。

装置１０１は、ガラス溶解炉１０３から溶融ガラス１１３を受け入れるよう構成された、清澄前チャンバ１１５をさらに含む。図１および２に概略的に示したように、清澄前チャンバ１１５は、清澄前チャンバ１１５内の溶融ガラス１１３を攪拌するための第１攪拌機１１７を含む。第１攪拌機１１７は、鉛直軸に関して矢印１１９に沿って回転するように構成されたものでもよいが、この攪拌機を傾斜軸や水平軸などに関して回転させ得ることが意図されている。さらに、あるいは代わりに、攪拌機は、清澄前チャンバ１１５の軸、例えば中心軸などの周りを回るものでもよい。図示の例において、第１攪拌機１１７は、清澄前チャンバ１１５の中心軸に沿って延在する鉛直シャフト１２１を含む。第１のブレード組１２５を含む第１攪拌ブレード構造１２３は、鉛直シャフト１２１に一体化して取り付けられたものでもよい。第１攪拌ブレード構造１２３が清澄前チャンバ１１５内の溶融ガラス１１３を攪拌するよう鉛直シャフト１２１を矢印１１９に沿って回転させるために、第１モータ１２７を動作可能に接続してもよい。

図２に示すように、清澄前チャンバ１１５は、ガラス溶解炉１０３からの溶融ガラスを受け入れる注入口１２９を含んでいる。図３に示したように、この例の注入口１２９は、立面高さ１３１を有している。注入口１２９は円形の外周を有するものでもよく、このとき立面高さ１３１は注入口１２９の直径を構成する。図示していないが、注入口１２９は、多角形（例えば、三角形、長方形など）、曲線形状、または他の形状など、他の形を有するものでもよい。図２および４でさらに示されているように、清澄前チャンバ１１５は出口１３３をさらに含み、この出口１３３の外周は注入口１２９の外周に幾何学的に類似したものでもよいが、さらなる例においては様々な形を与えてもよい。図２に示したように、清澄前チャンバ１１５の注入口１２９を出口１３３よりも低い高度に位置付けてもよく、それにより清澄前チャンバ１１５内で溶融ガラス１１３をクロスフローさせることができる。溶融ガラス１１３のクロスフローが可能になると、第１攪拌ブレード構造１２３との相互作用が促進され、溶融ガラス１１３を、出口１３３を通過する前に混合することができる。

装置１０１は、清澄前チャンバ１１５から溶融ガラス１１３を受け入れて溶融ガラス１１３から大多数の気泡１３７を除去するよう構成された、清澄チャンバ１３５をさらに含む。図示のように清澄チャンバ１３５は細長い水平管を備えたものとすることができるが、さらなる例においては他のチャンバ構造を提供してもよい。さらに図示しているように、清澄チャンバ１３５に随意的に大気への通気孔を設けてもよい。すなわち、実施形態例は、清澄チャンバ１３５内の溶融ガラス１１３に本質的に真空が加えられないような清澄チャンバを提供するものでもよい。本書において、本質的に真空がないとは、清澄チャンバ１３５内の雰囲気が少なくとも０．８気圧の圧力を有することを意味すると意図されている。すなわち、真空が本質的にないとは、０．８気圧未満の圧力を回避しながら軽い真空が加えられる実施形態を含み得る。

装置１０１は、清澄チャンバ１３５から溶融ガラス１１３を受け入れるよう構成された、清澄後チャンバ１３９をさらに含む。図１および２に概略的に示したように、清澄後チャンバ１３９は、清澄後チャンバ１３９内の溶融ガラス１１３を攪拌するための第２攪拌機１４１を含む。第２攪拌機１４１は、鉛直軸に関して矢印１４３に沿って回転するように構成されたものでもよいが、この攪拌機を傾斜軸や水平軸などに関して回転させ得ることが意図されている。さらに、あるいは代わりに、攪拌機は、清澄後チャンバ１３９の軸、例えば中心軸などの周りを回るものでもよい。図示の例において、第２攪拌機１４１は、清澄後チャンバ１３９の中心軸に沿って延在する鉛直シャフト１４５を含む。

第２のブレード組１４９を含む第２攪拌ブレード構造１４７は、鉛直シャフト１４５に一体化して取り付けられたものでもよい。第１攪拌機１１７は、第２攪拌機１４１よりも低いせん断力で溶融ガラス１１３を攪拌するように構成してもよい。一例において、第２攪拌ブレード構造が含んでいる、溶融ガラスせん断用の表面積は、第１攪拌ブレード構造の溶融ガラスせん断用の表面積よりも大きい。実際に、図２で明らかであるが、第２攪拌ブレード構造１４７の第２ブレード組１４９が備えているブレードの数は、第１攪拌ブレード構造１２３の第１ブレード組１２５が備えているブレードの数よりも多い。従って、第２攪拌ブレード構造１４７が含んでいる、溶融ガラスせん断用の表面積は、第１攪拌ブレード構造１２３の溶融ガラスせん断用の表面積よりも大きい。

第２攪拌ブレード構造１４７が清澄後チャンバ１３９内の溶融ガラス１１３を攪拌するよう鉛直シャフト１４５を矢印１４３に沿って回転させるために、第２モータ１５１を動作可能に接続してもよい。図示のように、第２モータ１５１を第１モータ１２７より大きいものとしてもよく、および／または、第２モータ１５１を第１モータ１２７より多くのトルクを送るように構成してもよい。従って、第１攪拌ブレード構造が第２攪拌ブレード構造と同一または類似のものである事例においても、第１攪拌機１１７を第２攪拌機１４１よりも低いせん断力で溶融ガラス１１３を攪拌するように構成することができる。

図２に示したように、清澄後チャンバ１３９は、清澄チャンバ１３５から溶融ガラスを受け入れるための注入口１５３と、溶融ガラス１１３を送出槽１５７（ボウルなど）へと流すための出口１５５とを含む。図２に示したように、清澄後チャンバ１３９の注入口１５３を出口１５５よりも高い高度に位置付けてもよく、それにより清澄後チャンバ１３９内で溶融ガラス１１３をクロスフローさせることができる。溶融ガラス１１３のクロスフローによって第２攪拌ブレード構造１４７との相互作用が促進され、溶融ガラス１１３は出口１５５を通過する前に混合される。

装置１０１は、清澄後チャンバから溶融ガラスを受け入れてガラス物品を成形するよう構成された、成形槽をさらに含む。成形槽は、フュージョンダウンドロー、スロットドロー、フロート、押圧、鋳造、圧延、射出成形などを含み得る。例えば図１に示したように、成形槽は、フュージョンドロー技術を用いて溶融ガラス１１３から図示のガラスリボン１６１のようなガラス物品を融合下方延伸するよう構成された、アイソパイプ１５９を含んでもよい。

ガラス溶解炉１０３は、典型的には、耐火性（例えばセラミック）レンガなどの耐火性材料から作製されている。装置１０１がさらに含み得る構成要素は、白金や、あるいは白金‐ロジウム、白金‐イリジウム、およびこれらの組合せなどの白金含有金属から典型的には作製されるが、これら構成要素は、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、ルテニウム、オスミウム、ジルコニウム、および、これらの合金などの耐火性金属および／または二酸化ジルコニウムを含むものでもよい。白金含有構成要素としては、清澄前チャンバ１１５、清澄チャンバ１３５、清澄後チャンバ１３９、送出槽１５７、下降管１６３、および成形槽の注入口１６５のうちの、１以上を挙げることができる。白金含有構成要素として、種々の槽を互いに接続させる１以上の接続管をさらに挙げることができる。

図１を参照すると、ガラス物品を作製する方法は、バッチ材料１０５をガラス溶解炉内で溶解して、酸化スズを含む溶融ガラス１１３を生成するステップを含む。一例において、溶融ガラスは同様に酸化ホウ素を含むものでもよい。溶解されると、溶融ガラス１１３はガラス溶解炉１０３から清澄前チャンバ１１５の注入口１２９を通って流れ、次いで清澄前チャンバ１１５内において第１モータ１２７により攪拌される。図３に概略的に示したように、溶融ガラス１１３は清澄前チャンバ１１５内に溶融ガラス流１１３として導入され得るが、このとき清澄前チャンバに入ってくる溶融ガラス流の立面高さの少なくとも上方２０％（参照番号１６７で表す）が、清澄前チャンバ１１５内の溶融ガラス１１３の立面高さ１６９の少なくとも７５％の至る所に混合される。溶融ガラス流の立面高さの上方部分を十分に混合することができると、酸化スズ、酸化ホウ素、および／または他の清澄剤を、出口１３３を通って流れ出る溶融ガラスの至る所に分布させてガラス溶融物の均質化を助けることができ、それにより清澄チャンバ１３５内での気泡除去の有効性を高めることができる。図３に「＋」マーカー１７１で概略的に示しているが、高度の上方２０％（参照番号１６７）に含まれる酸化スズおよび／または酸化ホウ素は、その平均的な分布よりも少ない可能性がある。しかしながら、第１攪拌機１１７で攪拌すると、マーカー１７１は、出口１３３を通過して清澄チャンバ１３５へと出て行くガラス溶融物の流れの至る所に、より望ましい状態で分散される。清澄前チャンバ内においてより均質の溶融物が形成されると、溶融ガラス流内における水分含有量の多い領域が最小になるというさらなる利点がある。例えば、ガラス溶解炉１０３がガス‐酸素バーナを利用して溶融ガラスの表面を加熱すると、「＋」マーカー１７１を含む図３に示した領域内に、局所的に水分含有量が高い部分が生成される可能性がある。溶融ガラスが水分量の多いガス‐酸素燃焼雰囲気と接触すると、その表面領域の水分量が高まる。溶融ガラス流の水分量の多い領域が後に白金含有槽の壁に接触した場合、溶存水が水素に分解して、この水素が酸素を残して壁に浸透したときに泡が生成され得る。これにより水素の浸透が適切に制御されていないときには、泡が形成されたり、さらに後に最終的なガラス製品に欠陥が形成されたりすることがある。第１攪拌機１１７で攪拌した後、水分含有量は均一な濃度へとより好ましく変化する。清澄前チャンバ１１５内での攪拌処置は、清澄剤の適正な分布をもたらすような、溶融ガラスの攪拌のせん断力が比較的低いものでもよい。従って、エネルギーを節約することができ、かつ高価な攪拌用の構成要素の簡易化や、あるいは削減が可能になる。

図２に示したように、溶融ガラス流が次に清澄チャンバに入ると、ここで気泡１３７が清澄チャンバ１３５内のガラス溶融物の表面１７３に自由に上昇して、清澄チャンバ内の雰囲気１７５に放出され得る。溶融ガラスからの気泡の除去を促進するよう確実に本質的に真空が加えられないようにするため、均圧バルブ１７７を随意的に設けてもよい。本質的に真空が加えられないので、清澄チャンバ１３５内部での酸化スズおよび／または酸化ホウ素の過度の揮発は回避することができる。清澄チャンバ１３５を通過した後、溶融ガラス１１３は本質的にいかなる気泡も含んでいない。ただし、溶融ガラスの不均質部分を表す筋形成部分１７９が形成されることがある。

溶融ガラス１１３は次に清澄後チャンバ１３９に入り、ここで溶融ガラスは第２攪拌機１４１で攪拌される。ガラス溶融物が成形槽（例えば、アイソパイプ１５９）へと流れるとき、溶融ガラスは本質的に筋形成部分を含まない実質上均質な組成を有する。

温度計１８１、１８３で示したように、清澄後チャンバ内の溶融ガラスの温度は清澄前チャンバ内の溶融ガラスの温度よりも低い。従って、溶融ガラスの粘度は、清澄後チャンバよりも清澄前チャンバ内での方が低くなり得る。溶融ガラスを十分に攪拌するために、より大きなモータ１５１（モータ１２７と比較して）を使用してもよく、また清澄後チャンバ内での攪拌のせん断力を、清澄前チャンバ内での攪拌のせん断力よりも高くしてもよい。さらに、成形槽に入る前にガラス溶融物を十分に均質化させるために、清澄後チャンバでは清澄前チャンバよりも十分に溶融ガラスを混合してもよい。

ガラス溶融物は次に成形槽に入り、ここでガラス物品を成形することができる。例えば図示のように、成形槽はアイソパイプ１５９を含み、かつガラス物品は、フュージョンダウンドロープロセスによってガラスリボン１６１から成形された板ガラスを含む。

請求される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。

１０１ 装置
１０５ バッチ材料
１０３ ガラス溶解炉
１１３ 溶融ガラス
１１５ 清澄前チャンバ
１１７ 第１攪拌機
１２３ 第１攪拌ブレード構造
１２７ 第１モータ
１２９、１５３ 注入口
１３３、１５５ 出口
１３５ 清澄チャンバ
１３９ 清澄後チャンバ
１４１ 第２攪拌機
１４７ 第２攪拌ブレード構造
１５１ 第２モータ
１５７ 送出槽
１５９ アイソパイプ
１６１ ガラスリボン

Claims (9)

1. ガラス物品を作製する方法であって、
   （Ｉ）バッチ材料をガラス溶解炉内で溶解して、酸化スズを含む溶融ガラスを生成するステップ、
   （ＩＩ）前記溶融ガラスを前記ガラス溶解炉から清澄前チャンバへと流すステップ、
   （ＩＩＩ）前記溶融ガラスを前記清澄前チャンバ内で攪拌するステップ、
   （ＩＶ）前記溶融ガラスを前記清澄前チャンバから清澄チャンバへと流すステップ、
   （Ｖ）前記清澄チャンバ内で前記溶融ガラスから大多数の気泡を除去するステップ、
   （ＶＩ）前記溶融ガラスを前記清澄チャンバから清澄後チャンバへと流すステップであって、該清澄後チャンバ内での前記溶融ガラスの温度が、前記清澄前チャンバ内での前記溶融ガラスの温度よりも低いものであるステップ、
   （ＶＩＩ）前記溶融ガラスを前記清澄後チャンバ内で攪拌するステップ、および、
   （ＶＩＩＩ）前記清澄後チャンバから成形槽へと、前記ガラス物品を成形するための量の溶融ガラスを流すステップ、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記成形槽がアイソパイプを含み、かつ前記ガラス物品が、フュージョンダウンドロープロセスによって成形された板ガラスを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記溶融ガラスが酸化ホウ素を含むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記溶融ガラスが有している粘度が、前記清澄後チャンバ内よりも前記清澄前チャンバ内での方が低いことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 前記清澄前チャンバ内の前記溶融ガラスが受ける攪拌のせん断力の方が、前記清澄後チャンバ内の前記溶融ガラスが受けるものよりも低いことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. ステップ（ＩＩ）の際に、前記溶融ガラスが前記清澄前チャンバ内に、立面高さを含む溶融ガラス流として導入され、ここで前記清澄前チャンバに入る前記溶融ガラス流の前記立面高さの少なくとも上方２０％が、ステップ（ＩＩＩ）の際に、前記清澄前チャンバ内における前記溶融ガラスの立面高さの少なくとも７５％の至る所に混合されることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. ステップ（ＶＩＩ）の最後に、前記溶融ガラスが、本質的に筋形成部分を含まない、実質上均質の組成を有していることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の方法。
8. ステップ（Ｖ）の間、前記溶融ガラスからの前記気泡の除去を促進するために、本質的に真空が加えられないことを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の方法。
9. ガラス物品を作製する装置において、
   （Ａ）バッチ材料を溶融ガラスに溶解するよう構成されたガラス溶解炉、
   （Ｂ）前記ガラス溶解炉から溶融ガラスを受け入れるよう構成された清澄前チャンバであって、溶融ガラスを該清澄前チャンバ内において攪拌するための第１攪拌機を含んでいる、清澄前チャンバ、
   （Ｃ）前記清澄前チャンバから溶融ガラスを受け入れて該溶融ガラスから大多数の気泡を除去するよう構成された、清澄チャンバ、
   （Ｄ）前記清澄チャンバから溶融ガラスを受け入れるよう構成された清澄後チャンバであって、溶融ガラスを該清澄後チャンバ内において攪拌するための第２攪拌機を含み、該第２攪拌機が、前記第１攪拌機よりも低いせん断力で前記溶融ガラスを攪拌するよう構成されている、清澄後チャンバ、および、
   （Ｅ）前記清澄後チャンバから溶融ガラスを受け入れて前記ガラス物品を成形するよう構成された、成形槽、
   を備えていることを特徴とする装置。

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