JP2018538228A - バッチの溶解及びガラスの均質性を向上するためのガラス溶融システム及び方法 - Google Patents

Abstract

ガラス物品を生産するための装置及び方法は、溶融用容器と、上記溶融用容器の下流の混合用容器とを含む。上記混合用容器は、上記混合用容器に導入される溶融ガラス流の混合の程度を、所定のレベル超となるように制御するために、ガス源から上記混合用容器に気泡を導入するよう構成された、複数のオリフィスを含む。

Description

優先権

本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１５年１１月２３日出願の米国仮特許出願第６２／２５８７６５号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は信頼できるものであり、また参照によってその全体が本出願に援用される。

本開示は一般にガラス溶融システム及び方法に関し、より具体的には、バッチの溶解及びガラスの均質性を向上するためのガラス溶融システム及び方法に関する。

ＬＣＤテレビ及びハンドヘルド電子デバイスガラス材料を含むディスプレイ用途のためのフラットパネルディスプレイとして使用されるもの等のガラス材料は、ガラス品質に関してますます厳格な要件を課されている。これは特に、特に業界がますます高いディスプレイ解像度へと移行し続けているためである。このような用途では、完成品のガラスシートの小さな欠陥によってさえ、シート全体が不良となり得る。完成品のガラスに見られる欠陥の多くは、バッチ材料の不十分な混合又は不十分な溶解による不均質性といった、ガラス溶融物中の不調和に起因するものであり得る。

不十分な混合又は不十分な溶解による不均質性は、（例えば経時的に量が変動する沈殿物及び／又はくずの取り込みによる）バッチ材料の溶融に使用される容器を出るガラス組成物の変動性を含む、多数の因子に起因し得る。このような不均質性は、得られるガラスシートに、視認できる筋（ｃｏｒｄ）又は細溝（ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）を発生させ得る。時間に応じたガラス組成の変動はまた、ガラス溶融物の流動の変動性を引き起こす場合があり、これは、応力、厚さ及びウェッジ（ｗｅｄｇｅ）といった属性に影響し得る。

ジルコニア石のような欠陥が、ガラスに接触する耐火物から経時的に放出される粒子の群から導入される場合もある。このような石が所定の大きさを超えてガラス溶融系内に長く留まるほど、得られるガラスシートの欠陥の程度が大きくなる。

更に、沈殿物（例えばガラス溶融物の底部に沈む高ジルコニア材料）又はくず（例えばガラス溶融物の上部で浮遊する高シリカ材料）といった、組成外の筋（ｏｆｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｒｄ）によって引き起こされる不均質性は、ガラス溶融物がガラス形成装置の比較的低温の領域に遭遇した場合に、望ましくない結晶化又は失透を引き起こし得る。

ガラス溶融物の不均質性を最小化する方法としては、ガラス溶融物の流路に沿った１つ以上の位置に撹拌器を配置すること、及びガラス溶融物の温度を上昇させることが挙げられる。しかしながら、上述のような撹拌器は、その幾何学的形状及び位置に応じて、十分な混合を提供できない場合があり、ガラス溶融物の温度を上昇させることは、ガラス溶融システムの材料特性によって制限され、またより高いシステムエネルギ入力を必要とする。

本明細書で開示されるのは、ガラス物品を生産するための装置である。上記装置は、溶融用容器と、上記溶融用容器から下流に位置する混合用容器とを含む。上記混合用容器は、上記混合用容器に導入される溶融ガラス流の混合の程度を、所定のレベル超となるように制御するために、ガス源から上記混合用容器に気泡を導入するよう構成された、複数のオリフィスを含む。

また本明細書で開示されるのは、ガラス物品の生産方法である。本方法は、溶融ガラス流を、溶融用容器から下流に位置する混合用容器に導入するステップを含む。上記混合用容器は、上記混合用容器に導入される溶融ガラス流の混合の程度を、所定のレベル超となるように制御するために、ガス源から上記混合用容器に気泡を導入するよう構成された、複数のオリフィスを含む。

更に本明細書で開示されるのは、上記方法で作製されたガラスシート、及び上記ガラスシートを含む電子デバイスである。

これらの及びその他の実施形態の更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、またその一部は、「発明を実施するための形態」から当業者には容易に明らかとなるか、又は以下の「発明を実施するための形態」、特許請求の範囲及び添付の図面を含む本明細書に記載の実施形態を実践することによって認識されるだろう。

以上の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも、本開示の実施形態を提示しており、これらの実施形態の性質及び特徴を、請求される通りに理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、これらの及びその他の実施形態の更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。これらの図面は、これらの及びその他の実施形態の様々な実施形態を図示し、本説明と併せて、これらの実施形態の原理及び動作を説明する役割を果たす。

本開示の態様による、形成デバイスを含む、ガラス物品を生産するための装置の概略図 本開示の実施形態による、混合用容器を含む、ガラス物品を生産するための装置の一部分の概略図 本開示の実施形態による、混合用容器の底部の上面切り欠き図 本開示の実施形態による、混合用容器の底部の上面切り欠き図 ガラス混合用容器及び接続チューブの概略図であり、気泡生成器へのアウトレット接続チューブはスタティックミキサを含む 混合気泡生成用容器及び接続チューブの概略図であり、気泡生成器へのインレット及びアウトレット接続チューブはスタティックミキサを含む 混合用容器内のガラス温度及び流れの斜視図であり、外部ガス源から混合用容器に気泡が導入されていない 本明細書で開示されている実施形態による、混合用容器内のガラス温度及び流れの斜視図であり、比較的短い距離だけ離間した２列のオリフィスから混合用容器内に気泡が導入されている 本明細書で開示されている実施形態による、混合用容器内のガラス温度及び流れの斜視図であり、比較的長い距離だけ離間した２列のオリフィスから混合用容器内に気泡が導入されている 異なる複数の混合用容器環境における、溶融ガラスの混合指数を示すチャート

これより本開示の実施形態を参照する。上記実施形態の例は添付の図面に図示されている。可能な場合は、図面全体を通して、同一又は同様の部品を指すために同一の参照番号を使用する。

図１は、後続のガラスシートへの加工のためにガラスリボン１０３をフュージョンドロー加工するためのガラス形成装置１０１の例示的な概略図を示す。図示されているガラス形成装置はフュージョンドロー装置を備えるが、更なる例では他のフュージョン形成装置を設けてもよい。ガラス形成装置１０１は、貯蔵ビン１０９からバッチ材料１０７を受け取るよう構成された溶融用容器（又は溶融炉）１０５を含むことができる。バッチ材料１０７は、モータ１１３によって動力供給されるバッチ送達デバイス１１１によって、導入できる。任意のコントローラ１１５は、モータ１１３を起動することによって、矢印１１７で示すように所望量のバッチ材料１０７を溶融用容器１０５に導入するよう構成できる。ガラス液位プローブ１１９を用いて、スタンドパイプ１２３内のガラス溶融物（又は溶融ガラス）１２１の液位を測定でき、測定した情報を、通信ライン１２５によってコントローラ１１５へと通信できる。

ガラス形成装置１０１はまた、清澄用チューブ等の清澄用容器１２７も含み、これは溶融用容器１０５の下流に位置し、第１の接続チューブ１２９によって溶融用容器１０５に流体接続される。撹拌チャンバ等の混合用容器１３１もまた、清澄用容器１２７の下流に位置決めでき、ボウル等の送達用容器１３３は混合用容器１３１の下流に位置してよい。図示されているように、第２の接続チューブ１３５は、清澄用容器１２７を混合用容器１３１に連結でき、第３の接続チューブ１３７は、混合用容器１３１を送達用容器１３３に連結できる。更に図示されているように、下降管１３９は、送達用容器１３３からのガラス溶融物１２１を形成デバイス１４３のインレット１４１に送達するよう位置決めできる。図示されているように、溶融用容器１０５、清澄用容器１２７、混合用容器１３１、送達用容器１３３、及び形成デバイス１４３は、ガラス形成装置１０１に沿って直列に配置してよい複数のガラス溶融物ステーションの例である。

溶融用容器１０５は典型的には、例えば耐火性（例えばセラミック）レンガといった耐火性材料から作製される。ガラス形成装置１０１は更に、典型的には白金、又は例えば白金‐ロジウム、白金‐イリジウム及びこれらの組み合わせといった白金含有金属から作製されるものの、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、ジルコニウム並びにその合金及び／又は二酸化ジルコニウムといった耐火性金属も含んでよい、構成部品を含んでよい。白金含有構成部品としては、第１の接続チューブ１２９、清澄用容器１２７（例えば清澄器チューブ）、第２の接続チューブ１３５、スタンドパイプ１２３、混合用容器１３１（例えば撹拌チャンバ）、第３の接続チューブ１３７、送達用容器１３３（例えばボウル）、下降管１３９、及びインレット１４１のうちの１つ以上が挙げられる。形成デバイス１４３は、セラミック等の耐火性材料製であり、ガラスリボン１０３を形成するよう設計される。

図２は、ガラス形成装置の一部分の例示的な概略図を示し、上記装置は混合用容器１４５を含む。図２に示す実施形態では、清澄用容器１２７は溶融用容器１０５の下流に位置し、混合用容器１４５は溶融用容器１０５の下流かつ清澄用容器１２７の上流に位置する。混合用容器１４５は、混合用容器インレットチューブ１２９Ａを介して溶融用容器１０５と流体連通し、また混合用容器アウトレットチューブ１２９Ｂを介して清澄用容器１２７と流体連通する。ガス（Ｇ）は、ガス供給源１４７を介して混合用容器１４５の底部に導入され、これは最終的には気泡１４８の発生をもたらし、この気泡１４８は混合用容器１４５内で上昇する。

特定の例示的実施形態では、混合用容器１４５は、混合用容器１４５内で溶融ガラスの平均温度を所定の範囲内に維持するための、電気抵抗加熱及び燃焼加熱から選択される少なくとも１つの能動的加熱機構といった能動的加熱用構成部品を含むことができるという点で、第２の溶融用容器としても機能できる。

特定の例示的実施形態では、混合用容器１４５は、混合用容器１４５を出るガラス溶融物の組成変動を実質的に最小化するため、及びバッチ材料の不十分な溶解又はジルコニア石等の欠陥に起因する不均質性を最小化するために、十分に大きな容積を有することができる。例えば特定の例示的実施形態では、混合用容器１４５は、溶融用容器１０５の少なくとも８０％、例えば溶融用容器の少なくとも９０％、更には溶融用容器の少なくとも１００％、溶融用容器の８０％〜１２０％もの容積を有することができる。

図３は、複数のガス供給オリフィス１４６を有する気泡生成用容器１４５の例示的な上面切り欠き図を示し、上記複数のガス供給オリフィス１４６は、ガスの通路を、ガス供給源１４７を介して気泡生成用容器１４５の底部に導入できる。図３に示す実施形態では、ガス供給オリフィス１４６は、オリフィスの２つのほぼ平行な列として配設され、上記列は互いから所定の距離（Ｄ）だけ離間して配設される。更にオリフィスの２つのほぼ平行な上記列は、溶融ガラス流の流れ方向（Ｆ）に対して概ね垂直な方向（Ｅ）に延在する。

図４は、複数のガス供給オリフィス１４６を有する気泡生成用容器１４５’の例示的な上面切り欠き図を示し、上記複数のガス供給オリフィス１４６は、ガスの通路を、ガス供給源１４７を介して気泡生成用容器１４５’の底部に導入できる。図４に示す実施形態では、ガス供給オリフィス１４６は、オリフィスの３つのほぼ平行な列として配設され、上記列はそれぞれ、互いから所定の距離（Ｄ）だけ離間して配設される。更にオリフィスの３つのほぼ平行な上記列は、溶融ガラス流の流れ方向（Ｆ）に対して概ね垂直な方向（Ｅ）に延在する。図４に示す実施形態では、気泡生成用容器１４５’は、図３に示す実施形態よりも、溶融ガラスの流れ方向（Ｆ）に長くなるように寸法設定される。

図３及び４の実施形態では、混合用容器１４５、１４５’は長方形の形状を有するものとして図示されているが、本明細書で開示される実施形態は、混合用容器が円形又は楕円形断面を有する円筒形等の他のいずれの形状を有し得る実施形態を含むことを理解されたい。更に、図３及び４は、ほぼ平行な列として配設されたガス供給オリフィス１４６を示しているが、本明細書で開示される実施形態は、ガス供給オリフィスが、楕円パターン、正方形パターン、長方形パターン、又は他の形状若しくは構成を有するパターンといった他のパターンで配設され得る実施形態を含むことを理解されたい。更に、図３及び４の実施形態は、それぞれ２列及び３列のオリフィスを示しているが、本明細書中の実施形態は、少なくとも４列、少なくとも５列等の、他の数の列を含むことができる。

特定の例示的実施形態では、混合用容器１４５、ガス供給源１４７及びガス供給オリフィス１４６を操作することによって、ガス供給オリフィス１４６へのガスの放出を、気泡が順次形成され、気泡生成用容器内で所定の速度で上昇するように時間設定してよい。このような時間設定と、ガス供給オリフィス１４６の幾何学的配置とを合わせることで、混合効果を向上させることができ、ガラス溶融物中での気泡の効力効果が撹拌作用を提供し、これにより、依然として溶解していないいずれのガラスバッチ材料の溶解を向上させることができ、また、最終的なガラス製品中で筋又はこぶ（ｋｎｏｔ）を発生させ得るタイプの不均質性といった、様々なガラス溶融物の不均質性を最小化又は排除できる。

混合用容器１４５内のガラス溶融物内の気泡１４８の平均サイズは制限されていないが、予測されるミキサ高さ及び温度（ガラス溶融物粘度）条件下で十分な気泡の上昇を可能とするために、例えば直径２ミリメートルであってよく、これは当業者であれば構成可能である。例えば、気泡１４８の平均サイズは、直径約２ミリメートル〜直径約５０ミリメートル、例えば直径約５ミリメートル〜直径約２０ミリメートル、更に例えば直径約１０ミリメートル〜直径約１５ミリメートルであってよい。

混合用容器１４５内への気泡１４８の導入速度は、混合用容器を通るガラス溶融物の流速、ガラスの組成、混合用容器の温度、混合用容器の圧力、所望の混合効果の程度、及び導入されるガス種を特に含むがこれらに限定されない、多数の因子に左右され得る。

混合効果の提供に加えて、混合用容器１４５内のガラス溶融物への気泡の導入により、ガラス溶融物中に気体種を導入してよく、これは、特に清澄を促進する所望のガスを添加することにより、及び清澄に有害であり得るガスを最小化又は排除することにより、ガラスの化学的性質を変化させ得る。例えば、混合用容器１４５内のガラス溶融物に特定のガス種を導入すると、多くのガラス溶融物において高い平衡圧力を有するＳＯ_２等のガスの還元をもたらすことができ、また同時に、スズ等の酸化された清澄用酸化還元剤をサポートでき、これにより、清澄用容器１２７内で加熱された場合にＯ_２を放出できる豊富な酸化された種を存在させることができる。これらのラインに沿って、混合用容器１４５内のガラス溶融物に特定のガス種を導入すると、清澄用容器１２７内で生成される気泡の削減につながり得る。

いずれの特定の気体種に限定されないが、混合用容器１４５の底部に導入されるガス（Ｇ）は例えば、窒素、酸素、空気、希ガス（例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ等）及びこれらの混合物からなる群から選択してよい。例えば特定の例示的実施形態では、混合用容器１４５の底部に導入されるガス（Ｇ）は、少なくとも５０モル％窒素、例えば少なくとも６０モル％窒素（少なくとも８０モル％の窒素、５０〜１００モル％の窒素、例えば６０〜９０モル％の窒素を含む）を含んでよい。混合用容器１４５の底部に導入されるガス（Ｇ）はまた、少なくとも窒素と酸素との混合物、例えば少なくとも５０モル％窒素及び最大５０モル％の酸素を含む混合物、例えば５０〜９０モル％窒素及び１０〜５０モル％の酸素、更に例えば６０〜８０モル％窒素及び２０〜４０モル％の酸素を含む混合物を含んでよい。

混合用容器１４５は例えば、耐火性（例えばセラミック）レンガ等の耐火性材料からなってよい。混合用容器インレットチューブ１２９Ａ、及び／又は混合用容器アウトレットチューブ１２９Ｂは、高温金属、特に耐酸化性を有する高温金属を用いて構成してよい。好適な金属は例えば白金族金属、即ち白金イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム及びルテニウムから選択できる。白金族金属の合金も使用してよい。例えば混合用容器インレットチューブ１２９Ａ及び／又は混合用容器アウトレットチューブ１２９Ｂは、白金、又は白金‐ロジウム合金等の白金の合金から構成してよい。

混合用容器１４５の平均温度は制限されていないが、特定の実施形態では、ガラスの組成に応じて、混合用容器内の溶融ガラス流の平均粘度が２５０〜５００ポアズ（２５〜５０Ｐａ・ｓ）、例えば３００〜５００ポアズ（３０〜５０Ｐａ・ｓ）となるように制御してよい。出願人は、混合用容器内で溶融ガラス流の粘度をこれらの範囲に維持すると、本明細書で開示される混合用容器の構成及び動作条件と合わせて、混合効果の向上を提供できることを発見した。

特定の例示的実施形態では、混合用容器１４５の平均温度は、溶融用容器１０５の平均温度未満であり、また溶融用容器の平均温度は、清澄用容器１２７の平均温度未満である。

例えば特定の実施形態では、混合用容器１４５の平均温度は、溶融用容器１０５の平均温度より、少なくとも２５℃、例えば少なくとも４０℃、更に例えば少なくとも５０℃低くてよい。このような実施形態では、混合用容器１４５の平均温度は例えば、約１５４０℃〜約１６９０℃、例えば約１５９０℃〜約１６４０℃となってよく、その一方で溶融用容器１０５の平均温度は例えば、約１５９０℃〜約１７４０℃、例えば約１６４０℃〜約１６９０℃となってよい。

特定の例示的実施形態では、混合用容器１４５及び溶融用容器１０５の平均温度は、ガラスの組成に応じて、溶融用容器１０５内の溶融ガラス流の平均粘度が２５０〜４００ポアズ（２５〜４０Ｐａ・ｓ）となり、混合用容器１４５内の溶融ガラス流の平均粘度が３００〜５００ポアズ（３０〜５０Ｐａ・ｓ）となるように、制御できる。

更に特定の例示的実施形態では、溶融用容器１０５の平均温度は、清澄用容器１２７の平均温度より、少なくとも１０℃、例えば少なくとも２０℃、更に例えば少なくとも３０℃低くてよい。このような実施形態では、溶融用容器１０５の平均温度は例えば、約１５９０℃〜約１７４０℃、例えば約１６４０℃〜約１６９０℃となってよく、その一方で清澄用容器１２７の平均温度は例えば、約１６００℃〜約１７５０℃、例えば約１６５０℃〜約１７００℃となってよい。

特定の例示的実施形態では、溶融用容器１０５及び清澄用容器１２７の平均温度は、ガラスの組成に応じて、溶融用容器１０５内の溶融ガラス流の平均粘度が２００〜４００ポアズ（２５〜４０Ｐａ・ｓ）となり、清澄用容器１２７内の溶融ガラス流の平均粘度が１５０〜４００ポアズ（１５〜４０Ｐａ・ｓ）となるように、制御できる。

特定の例示的実施形態では、混合用容器アウトレットチューブ１２９Ｂの平均温度は、混合用容器１４５の平均温度より高くてよい。特定の例示的実施形態では、混合用容器インレットチューブ１２９Ａの平均温度は、溶融用容器１０５の平均温度より低くてよい。

例えば特定の実施形態では、混合用容器アウトレットチューブ１２９Ｂの平均温度は、混合用容器１４５の平均温度より、少なくとも２５℃、例えば少なくとも４０℃、更に例えば少なくとも５０℃高くてよく、また混合用容器１４５の平均温度より２５℃〜７５℃高くてよい。特定の実施形態では、溶融用容器１０５の平均温度は、混合用容器インレットチューブ１２９Ａの平均温度より、少なくとも２５℃、例えば少なくとも４０℃、更に例えば少なくとも５０℃高くてよく、また混合用容器インレットチューブ１２９Ａの平均温度より２５℃〜７５℃高くてよい。混合用容器インレットチューブ１２９Ａ、混合用容器アウトレットチューブ１２９Ｂ及び清澄用容器１２７の温度の制御において、例えば、当業者に公知の間接的又は直接的な加熱方法を採用してよい。

図５は、ガラス混合用容器１４５、混合用容器インレットチューブ１２９Ａ及び混合用容器アウトレットチューブ１２９Ｂの例示的な概略図を示し、ここでアウトレットチューブ１２９Ｂはミキサ、特にスタティックミキサ１４９Ｂを含む。スタティックミキサ１４９Ｂは、混合用容器１４５を出るガラス溶融物のための、通過が困難な経路を提供でき、これにより、ガラス溶融物の混合の改善及び均質性の向上を可能とし、更に、最終的なガラス製品中で筋又はこぶを発生させ得る不均質性が低減又は排除される。

図６は、ガラス混合用容器１４５、混合用容器インレットチューブ１２９Ａ及び混合用容器アウトレットチューブ１２９Ｂの例示的な概略図を示し、ここでインレットチューブ１２９Ａはミキサ、特にスタティックミキサ１４９Ａを含み、アウトレットチューブ１２９Ｂはミキサ、特にスタティックミキサ１４９Ｂを含む。スタティックミキサ１４９Ａ及び１４９Ｂは、混合用容器１４５に出入りするガラス溶融物のための、通過が困難な経路を提供でき、これにより、ガラス溶融物の混合の改善及び均質性の向上を可能とし、更に、最終的なガラス製品中で筋又はこぶを発生させ得る不均質性が低減又は排除される。

図５及び６はスタティックミキサを示しているが、本明細書で開示される実施形態は、他のタイプのミキサ、例えば回転ブレード及びシャフトを有し、上記ブレードは例えばモータの動作によって回転できるミキサ等の、アクティブミキサを含んでもよいことを理解されたい。本明細書で開示される実施形態はまた、インレット及び／又はアウトレットチューブ全体の直径にわたって延在し、かつ溶融ガラスを流すための様々なパターン化された開口を有するプレート等の、図５及び６に図示されているもの以外の幾何学的形状を有するスタティックミキサも含む。本明細書で開示される実施形態は、混合用容器へのインレットチューブが少なくとも１つのミキサを含み、かつ混合用容器へのアウトレットチューブが少なくとも１つのミキサを内包しなくてよい実施形態も含む（図示せず）。

送達装置を通して溶融ガラスを搬送する際、溶融ガラスは、清澄用容器を通過させることによって調整され、この清澄用容器内では脱ガスプロセスが実施される。溶融プロセス中、多様なガスが発生する。これらのガスが溶融ガラス内に残ると、フュージョンプロセスによって得られるガラスシート等の完成品のガラス物品内に、気泡が生成される場合がある。ガラスから気泡を排除するために、溶融ガラスの温度を清澄用容器内で融点より高く上昇させる。バッチに含まれており溶融ガラス中に存在する多価化合物は、この温度上昇中に酸素を放出し、溶融プロセス中に形成されるガスを溶融ガラスから追い出すのを支援する。ガスは、溶融ガラスの自由表面の上方の、清澄用容器の通気口付き容積内へと放出される。場合によっては、清澄用容器内の温度は、例えばディスプレイ産業用のガラスシートの生産において、１６５０℃を超え、更には１７００℃を超えて、清澄用容器の壁の融点に近づく場合がある。

清澄用容器内の温度を上昇させるための１つの方法は、清澄用容器内で電流を発生させることであり、この場合温度は、容器の金属壁の電気抵抗によって上昇する。このような直接的な加熱を、ジュール加熱と呼ぶ場合がある。これを達成するために、フランジとも呼ばれる電極を清澄用容器に取り付け、この電極は、電流の入口及び出口位置として機能する。

図７は、混合用容器１４５内のガラス温度及び流れの斜視図を示し、ここでは、外部ガス源から混合用容器内に気泡は導入されていない。図７に示されているチェックマークは、混合用容器１４５内における、予測される溶融ガラスの流れの方向（線の角度）及び流れの速度（線の長さ）を示す。図７に示されている陰影は、混合用容器１４５内における予測される溶融ガラスの温度レジメンを示す。

図８は、本明細書で開示される実施形態による、混合用容器１４５内のガラス温度及び流れの斜視図を示し、気泡は、（例えば図９に示す実施形態に比べて）比較的短い距離だけ離間している２列のオリフィスを介して、混合用容器に導入される。具体的には、気泡は、６つのオリフィスの、ほぼ平行な２つの列を介して導入され、オリフィスの列の間の距離は、溶融ガラス流の流れ方向（Ｆ）における混合用容器の長さの約１２％である。図８に示されているチェックマークは、混合用容器１４５内における、予測される溶融ガラスの流れの方向（線の角度）及び流れの速度（線の長さ）を示す。図８を図７と比較すると分かるように、図８に示す実施形態は、図７に示す実施形態に対して、混合及び温度の均一性が向上している。

図９は、本明細書で開示される実施形態による、混合用容器１４５内のガラス温度及び流れの斜視図を示し、気泡は、（例えば図８に示す実施形態に比べて）比較的長い距離だけ離間している２列のオリフィスを介して、混合用容器に導入される。具体的には、気泡は、６つのオリフィスの、ほぼ平行な２つの列を介して導入され、オリフィスの列の間の距離は、溶融ガラス流の流れ方向（Ｆ）における混合用容器の長さの約３４％である。図９に示されているチェックマークは、混合用容器１４５内における、予測される溶融ガラスの流れの方向（線の角度）及び流れの速度（線の長さ）を示す。図９を図８と比較すると分かるように、図９に示す実施形態は、図８に示す実施形態に対して、混合及び温度の均一性が向上している。

本明細書で開示される実施形態による混合用容器内での混合の程度は、上記容器を用いた混合指数を決定することによって、定量的に近似できる。混合指数は、本質的に、混合用容器内のガラス溶融物の速度の合計であり、以下のように算出できる：

ここで、「密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）」は溶融ガラスの密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、「引力（ｐｕｌｌ）」はシステム（例えば混合用容器）を通る溶融ガラスの流量（ｋｇ／秒）であり、「ｎｍａｘ」は溶融ガラス中のモデル化されたガラス体積の総数である。

及び：
体積_ｎ＝ｄｘ_ｎ×ｄｙ_ｎ×ｄｚ_ｎ
ここでｕ、ｖ及びｗはそれぞれ、ｘ、ｙ及びｚ方向の溶融ガラス速度ベクトルである。

図１０は、混合用容器のサイズ、ガラスの組成、温度及び溶融ガラスの流量に関して制御された異なる複数の混合用容器環境における、溶融ガラスの混合指数を示すチャートであり、上記複数の環境の差異は、容器内の気泡生成の構成である。容器内の気泡生成の構成に関して、以下の４つの異なる条件が提示される：（１）外部ガス源から混合用容器に気泡が導入されない（図７と同様）；（２）溶融ガラス流の流れ方向に対して概ね垂直な６つのオリフィスの１つの列の形態の外部ガス源から、混合用容器に気泡が導入される；（３）溶融ガラス流の流れ方向に対して概ね垂直な６つのオリフィスの２つの略平行な列の形態の外部ガス源から、混合用容器に気泡が導入され、ここでオリフィスの２つの略平行な上記列の間の距離は、溶融ガラス流の流れ方向における混合用容器の長さの約１２％である（図８に示す実施形態と同様）；及び（４）溶融ガラス流の流れ方向に対して概ね垂直な６つのオリフィスの２つの略平行な列の形態の外部ガス源から、混合用容器に気泡が導入され、ここでオリフィスの２つの略平行な上記列の間の距離は、溶融ガラス流の流れ方向における混合用容器の長さの約３４％である（図９に示す実施形態と同様）。確認できるように、オリフィスの２つの略平行な列を有する実施形態は、少なくとも２５０の混合指数に対応する。具体的には、条件（１）は混合指数５０に対応し、条件（２）は混合指数１９５に対応し、条件（３）は混合指数２９０に対応し、条件（４）は混合指数３４８に対応する。従って、本明細書で開示される実施形態は、少なくとも２５０、例えば少なくとも２７５、更には少なくとも３００、また更には少なくとも３２５、例えば２５０〜３５０、更には２７５〜３２５の混合指数を実現できる。

図８及び９に図示及び説明されている実施形態、並びに図１０に図示及び説明されている混合指数に従って、出願人は、オリフィスの少なくとも２つの略平行な列の間の距離が、溶融ガラス流の流れ方向における混合用容器の長さの少なくとも１０％、例えば少なくとも２０％、更には少なくとも３０％、例えば溶融ガラス流の流れ方向における混合用容器の長さの約１０％〜約６０％、更には混合用容器の長さの約２０％〜約５０％、また更には混合用容器の長さの約３０％〜４０％である場合に、混合量及び温度の均一性の向上を達成できることを発見した。

図４の混合用容器１４５’のように、混合用容器がオリフィスの少なくとも３つの略平行な列を有する実施形態では、オリフィスの少なくとも３つの略平行な上記列それぞれの間の距離は、溶融ガラス流の流れ方向における混合用容器の長さの少なくとも１０％、例えば少なくとも２０％、更には少なくとも３０％、例えば溶融ガラス流の流れ方向における混合用容器の長さの約１０％〜約４０％、更には混合用容器の長さの約２０％〜約４０％、また更には混合用容器の長さの約３０％〜約４０％とすることができる。

特定の例示的実施形態では、混合用容器は、オリフィスの最大ｎ個の略平行な列を有してよく、ここでｎ＝［（１／Ｄ）×１００］−１（最も近い整数に丸められる）であり、Ｄは、略平行な列の間の平均距離であり、溶融ガラス流の流れ方向における混合用容器の長さのパーセンテージとして表現される。例えば略平行な列の間の平均距離が、溶融ガラス流の流れ方向における混合用容器の長さの１０％である場合、混合用容器は、オリフィスの最大９（［（１／１０）×１００］−１）個の略平行な列を有してよい。また、略平行な列の間の平均距離が、溶融ガラス流の流れ方向における混合用容器の長さの２５％である場合、混合用容器は、オリフィスの最大３（［（１／２５）×１００］−１）個の略平行な列を有してよい。このような実施形態では、略平行な列それぞれの間の距離は、概ね等しくても、又は異なっていてもよい。１列内のオリフィスの平均個数は制限されていないが、少なくとも２、例えば少なくとも３、更には少なくとも４、また更には少なくとも５、また更には少なくとも６、例えば２〜２０、更には３〜１０、また更には４〜８（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）であってよい。

特定の例示的実施形態では、オリフィスの列の端部と混合用容器の側壁との間の距離は、混合用容器の幅の少なくとも５％、例えば少なくとも８％、更には少なくとも１０％である。特定の例示的実施形態では、オリフィスの頂部と混合用容器の底部との間の距離は、混合用容器の高さの少なくとも１％、例えば少なくとも２％、更には少なくとも５％である。これらの距離を維持することにより、混合用容器の表面が腐食する可能性の最小化を補助できる。

本明細書で開示される実施形態は、多様なガラス組成物と共に使用してよい。限定するものではないが、このような組成物は例えば、５８〜６５重量％のＳｉＯ_２、１４〜２０重量％のＡｌ_２Ｏ_３、８〜１２重量％のＢ_２Ｏ_３、１〜３重量％のＭｇＯ、５〜１０重量％のＣａＯ及び０．５〜２重量％のＳｒＯを含むアルカリ非含有ガラス組成物のようなガラス組成物を含んでよい。このような組成物はまた、５８〜６５重量％のＳｉＯ_２、１６〜２２重量％のＡｌ_２Ｏ_３、１〜５重量％のＢ_２Ｏ_３、１〜４重量％のＭｇＯ、２〜６重量％のＣａＯ、１〜４重量％のＳｒＯ及び５〜１０重量％のＢａＯを含むアルカリ非含有ガラス組成物のようなガラス組成物を含んでよい。このような組成物は更に、５７〜６１重量％のＳｉＯ_２、１７〜２１重量％のＡｌ_２Ｏ_３、５〜８重量％のＢ_２Ｏ_３、１〜５重量％のＭｇＯ、３〜９重量％のＣａＯ、０〜６重量％のＳｒＯ及び０〜７重量％のＢａＯを含むアルカリ非含有ガラス組成物のようなガラス組成物を含んでよい。このような組成物は更に、５５〜７２重量％のＳｉＯ_２、１２〜２４重量％のＡｌ_２Ｏ_３、１０〜１８重量％のＮａ_２Ｏ、０〜１０重量％のＢ_２Ｏ_３、０〜５重量％のＫ_２Ｏ、０〜５重量％のＭｇＯ及び０〜５重量％のＣａＯを含むアルカリ非含有ガラス組成物のようなガラス組成物を含んでよく、これは特定の実施形態では、１〜５重量％のＫ_２Ｏ及び１〜５重量％のＭｇＯも含んでよい。

本明細書で開示される実施形態は、ガラス溶融物中での不十分な混合又は不十分な溶解に起因する不均質性に関連する上述の欠陥の多くを低減又は排除できる。例えば、混合用容器を溶融用容器の下流に配置する（ここで混合用容器は、特定の実施形態では第２の溶融用容器として機能する）ことによって、時間に対するガラス組成の変動を改善できる。このような変動性を低減することにより、得られるガラスシート内の視認できる筋又は細溝を有意に削減できる。

更に、時間に対するガラス組成の変動の低減により、流れの変動性を低減できる。流れの変動性はまた、ハーゲン・ポアズイユの方程式：

によって記述されるように、１）ガラスの液位又は水頭損失、２）温度、３）前端部の幾何学的形状によっても影響され、
ここでΔＰは圧力降下であり、Ｌはパイプの長さであり、μは動粘度であり、Ｑは体積流量であり、ｒはパイプの半径である。温度及びガラスの液位は厳密に制御できるため、組成変化が、流れの変動性の最大の原因となる傾向がある。流れの変動性の低減は、例えば応力、厚さ及びウェッジに関する属性の改善をもたらすことができる。

混合用容器が溶融用容器の下流かつ清澄用容器の上流に位置する、本明細書で開示される実施形態はまた、溶融物の流れが清澄用容器に入る前に欠陥の溶解を向上できることにより、ジルコニア石等の欠陥を削減できる。ジルコニア石の特定の場合、本明細書中の実施形態は、ガラス溶融物が清澄用容器に入る前に、高ジルコニアガラスを上記石から剥ぎ取ることができるようにすることができる。

本明細書で開示される実施形態は更に、沈殿物（例えばガラス溶融物の底部に沈む高ジルコニア材料）又はくず（例えばガラス溶融物の上部で浮遊する高シリカ材料）といった組成外の筋（ｏｆｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｒｄ）によって引き起こされる不均質性を最小化でき、この不均質性は、ガラス溶融物がガラス形成装置の比較的低温の領域に遭遇した場合に、望ましくない結晶化又は失透を引き起こし得る。

従って、本明細書で開示される実施形態は、膨れ（ｂｌｉｓｔｅｒ）、筋、及び／又はこぶ等の欠陥が削減されたガラスシートの生産を可能とすることができる。例えば本明細書で開示される実施形態は、本明細書で開示される実施形態を含まない方法に対して：長さ３００マイクロメートル超の膨れが少なくとも３０％、例えば少なくとも５０％、更には少なくとも７０％削減されたガラスシートの生産；例えば長さ２００マイクロメートル超の膨れが少なくとも３０％、例えば少なくとも５０％、更には少なくとも７０％削減されたガラスシートの生産；更には長さ１００マイクロメートル超の膨れが少なくとも３０％、例えば少なくとも５０％、更には少なくとも７０％削減されたガラスシートの生産；例えば長さ１００〜５００マイクロメートルの膨れが少なくとも３０％、例えば少なくとも５０％、更には少なくとも７０％削減されたガラスシートの生産を、可能とし得る。

本明細書で開示される具体的実施形態を、オーバフローダウンドロープロセスに関して説明したが、このような実施形態の動作原理は、フロープロセス及びスロットドロープロセスといった他のガラス形成プロセスにも適用できることを理解されたい。

本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示の実施形態に対して様々な修正及び変更を実施できることは、当業者には明らかであろう。従って本開示は、上記修正及び変更が添付の請求項及びその均等物の範囲内である限りにおいて、上述の及びその他の実施形態の修正及び変更を包含することが意図されている。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
溶融用容器と、上記溶融用容器の下流に位置する混合用容器とを備える、ガラス物品を生産するための装置であって、
上記混合用容器は、上記混合用容器に導入される溶融ガラス流の混合の程度を、所定のレベル超となるように制御するために、ガス源から上記混合用容器に気泡を導入するよう構成された、複数のオリフィスを備える、装置。

実施形態２
上記混合用容器に導入される溶融ガラス流の混合の上記程度は、少なくとも２５０の混合指数に対応する、実施形態１に記載の装置。

実施形態３
上記複数のオリフィスは、互いから所定の距離だけ離間して配設された、オリフィスの少なくとも２つの略平行な列を備える、実施形態１に記載の装置。

実施形態４
上記オリフィスの少なくとも２つの略平行な列は、上記溶融ガラス流の流れ方向に対して概ね垂直な方向に延在する、実施形態３に記載の装置。

実施形態５
上記オリフィスの少なくとも２つの略平行な列の間の上記距離は、上記溶融ガラス流の上記流れ方向における上記混合用容器の長さの少なくとも１０％である、実施形態３に記載の装置。

実施形態６
上記混合用容器の下流に位置する清澄用容器を更に備える、実施形態１に記載の装置。

実施形態７
上記混合用容器の平均温度は、上記溶融用容器の平均温度未満であり、
上記溶融用容器の上記平均温度は、上記清澄用容器の平均温度未満である、実施形態６に記載の装置。

実施形態８
上記溶融用容器は、少なくとも１つのミキサを備える接続チューブを介して、上記混合用容器と流体連通する、実施形態１に記載の装置。

実施形態９
上記混合用容器内の上記溶融ガラス流の平均粘度は、２５０〜５００ポアズ（２５〜５０Ｐａ・ｓ）である、実施形態１に記載の装置。

実施形態１０
上記気泡は、窒素、酸素、空気、希ガス及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのガスを含む、実施形態１に記載の装置。

実施形態１１
溶融ガラス流を、上記溶融用容器の下流に位置する混合用容器に導入するステップを含む、ガラス物品を生産するための方法であって、
上記混合用容器は、上記混合用容器に導入される上記溶融ガラス流の混合の程度を、所定のレベル超となるように制御するために、ガス源から上記混合用容器に気泡を導入するよう構成された、複数のオリフィスを備える、方法。

実施形態１２
上記混合用容器に導入される溶融ガラス流の混合の上記程度は、少なくとも２５０の混合指数に対応する、実施形態１１に記載の方法。

実施形態１３
上記複数のオリフィスは、互いから所定の距離だけ離間して配設された、オリフィスの少なくとも２つの略平行な列を備える、実施形態１１に記載の方法。

実施形態１４
上記オリフィスの少なくとも２つの略平行な列は、上記溶融ガラス流の流れ方向に対して概ね垂直な方向に延在する、実施形態１３に記載の方法。

実施形態１５
上記オリフィスの少なくとも２つの略平行な列の間の上記距離は、上記溶融ガラス流の上記流れ方向における上記混合用容器の長さの少なくとも１０％である、実施形態１３に記載の方法。

実施形態１６
清澄用容器は、上記混合用容器の下流に位置する、実施形態１１に記載の方法。

実施形態１７
上記混合用容器の平均温度は、上記溶融用容器の平均温度未満であり、
上記溶融用容器の上記平均温度は、上記清澄用容器の平均温度未満である、実施形態１６に記載の方法。

実施形態１８
上記溶融用容器は、少なくとも１つのミキサを備える接続チューブを介して、上記混合用容器と流体連通する、実施形態１１に記載の方法。

実施形態１９
上記混合用容器に導入される上記溶融ガラス流の平均粘度は、２５０〜５００ポアズ（２５〜５０Ｐａ・ｓ）である、実施形態１１に記載の方法。

実施形態２０
上記気泡は、窒素、酸素、空気、希ガス及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのガスを含む、実施形態１１に記載の方法。

１０１ ガラス形成装置
１０３ ガラスリボン
１０５ 溶融用容器、又は溶融炉
１０７ バッチ材料
１０９ 貯蔵ビン
１１１ バッチ送達デバイス
１１３ モータ
１１５ コントローラ
１１７ 矢印
１１９ ガラス液位プローブ
１２１ ガラス溶融物
１２３ スタンドパイプ
１２５ 通信ライン
１２７ 清澄用容器
１２９ 第１の接続チューブ
１２９Ａ 混合用容器インレットチューブ
１２９Ｂ 混合用容器アウトレットチューブ
１３１ 混合用容器
１３３ 送達用容器
１３５ 第２の接続チューブ
１３７ 第３の接続チューブ
１３９ 下降管
１４１ インレット
１４３ 形成デバイス
１４５ 混合用容器、気泡生成用容器
１４５’ 気泡生成用容器
１４６ ガス供給オリフィス
１４７ ガス供給源
１４８ 気泡
１４９Ａ スタティックミキサ
１４９Ｂ スタティックミキサ
Ｄ オリフィスの列の間の距離
Ｅ オリフィスの列の延在方向
Ｆ 溶融ガラス流の流れ方向
Ｇ ガス

Claims (15)

1. 溶融用容器と、前記溶融用容器の下流に位置する混合用容器とを備える、ガラス物品を生産するための装置であって、
   前記混合用容器は、前記混合用容器に導入される溶融ガラス流の混合の程度を、所定のレベル超となるように制御するために、ガス源から前記混合用容器に気泡を導入するよう構成された、複数のオリフィスを備える、装置。
2. 前記複数のオリフィスは、互いから所定の距離だけ離間して配設された、オリフィスの少なくとも２つの略平行な列を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記オリフィスの少なくとも２つの略平行な列は、前記溶融ガラス流の流れ方向に対して概ね垂直な方向に延在する、請求項２に記載の装置。
4. 前記オリフィスの少なくとも２つの略平行な列の間の前記距離は、前記溶融ガラス流の前記流れ方向における前記混合用容器の長さの少なくとも１０％である、請求項２又は３に記載の装置。
5. 前記混合用容器の下流に位置する清澄用容器を更に備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記混合用容器の平均温度は、前記溶融用容器の平均温度未満であり、
   前記溶融用容器の前記平均温度は、前記清澄用容器の平均温度未満である、請求項５に記載の装置。
7. 前記溶融用容器は、少なくとも１つのミキサを備える接続チューブを介して、前記混合用容器と流体連通する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記気泡は、窒素、酸素、空気、希ガス及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのガスを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 溶融ガラス流を、溶融用容器の下流に位置する混合用容器に導入するステップを含む、ガラス物品を生産するための方法であって、
   前記混合用容器は、前記混合用容器に導入される前記溶融ガラス流の混合の程度を、所定のレベル超となるように制御するために、ガス源から前記混合用容器に気泡を導入するよう構成された、複数のオリフィスを備える、方法。
10. 前記混合用容器に導入される溶融ガラス流の混合の前記程度は、少なくとも２５０の混合指数に対応する、請求項９に記載の方法。
11. 前記複数のオリフィスは、互いから所定の距離だけ離間して配設された、オリフィスの少なくとも２つの略平行な列を備える、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記オリフィスの少なくとも２つの略平行な列は、前記溶融ガラス流の流れ方向に対して概ね垂直な方向に延在する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記オリフィスの少なくとも２つの略平行な列の間の前記距離は、前記溶融ガラス流の前記流れ方向における前記混合用容器の長さの少なくとも１０％である、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記混合用容器に導入される前記溶融ガラス流の平均粘度は、２５０〜５００ポアズ（２５〜５０Ｐａ・ｓ）である、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記気泡は、窒素、酸素、空気、希ガス及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのガスを含む、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。

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