JP2022160601A - ガラス溶融物の表面上の気泡の寿命を減少させる方法 - Google Patents

ガラス溶融物の表面上の気泡の寿命を減少させる方法 Download PDF

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Abstract

【課題】溶融ガラスの表面上の気泡の寿命を減少させ、溶融ガラスの体積内に気泡が再び引き込まれる可能性を最小にすることができ、完成したガラス物品中の膨れ（気泡）の発生を減少させる方法を提供する。【解決手段】自由表面６６上に自由体積６４を含む容器内に収容されるまたは容器を通って流れるある体積の溶融ガラス２８の自由表面上にある気泡４の寿命を減少させ、それによって、その体積の溶融ガラス中に戻る気泡が再び引き込まれるのを最小にし、完成したガラス製品中の膨れの発生を減少させる方法。【選択図】図３

Description

関連出願の説明
本出願は、その内容が依拠され、下記に全て述べられているかのようにここに全てが引用される、２０１７年３月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／４７２１１６号に優先権の恩恵を主張するものである。
本開示は、広く、ガラス物品を形成する方法に関し、詳しくは、容器中に界面活性剤を導入して、その容器内のある体積の溶融ガラスの表面での気泡の寿命を減少させる方法に関する。
ライティング・パネル、もしくは画面表示装置の液晶または他の形態の製造に使用されるガラス基板などの光学的品質のガラス物品の製造には、様々な導管または容器を通る溶融ガラスの輸送を含む高温過程が含まれる。これらの導管または容器のあるものは、自由体積、例えば、溶融ガラスの表面上の気体雰囲気を含み得る。その表面に上昇するであろう気泡は、一般に、表面に到達した際に直ぐに破裂すると予測されるが、ある場合には、そうはならず、それによって、溶融ガラス中に再び引き込まれる虞があるであろう。
ここに記載される方法は、容器（例えば、導管、入れ物、タンクなど）内に収容されるおよび／または容器を通って流れる溶融ガラスの自由表面上に存在する気泡膜の表面張力を変え、それによって、溶融ガラスの表面上の気泡の寿命を減少させ、溶融ガラスの体積内に気泡が再び引き込まれる可能性を最小にすることができる。それゆえ、完成したガラス物品中の膨れ（気泡）の発生を減少させることができる。
したがって、溶融ガラス中の気泡の寿命を減少させる方法において、電力補助された溶融容器内で溶融ガラスを形成する工程、およびその溶融ガラスを溶融容器の下流の容器に通して流す工程であって、その下流の容器は、溶融ガラスの自由表面と下流の容器の上端との間に自由体積を含むものである工程を有してなる方法が記載される。少なくとも１種類の不活性ガスおよび水蒸気を含む加湿気体がその自由体積中に流し込まれる。実施の形態において、その加湿気体は、燃焼によって生じない。例えば、実施の形態において、加湿気体は、炭素化合物、例えば、炭化水素または他の炭素化合物を含有しない。
その下流の容器の壁は金属製である（例えば、溶融ガラスと接触する金属壁を備える）ことがある。例えば、下流の容器は、白金合金などの白金を含むことがある。
その下流の容器は、例えば、清澄容器または撹拌容器などの溶融ガラスの状態調節容器であることがある。実施の形態において、加湿気体は、清澄容器内の溶融ガラスの流動方向と実質的に平行な方向で清澄容器中に流し込まれる。
前記加湿気体の露点は、約４１℃から約９２℃の範囲内、例えば、約６０℃から約９２℃の範囲内にあり得る。
前記加湿気体の流量は、０超から約８０標準状態リットル毎分（ｓｌｐｍ）以下の範囲内、例えば、約１０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内にあり得る。
前記加湿気体は、例えば、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスを含むことがあるが、さらなる実施の形態において、その搬送ガスは、別の不活性ガス、例えば、ヘリウム、ネオンまたはクリプトンなどの希ガス、もしくは先の不活性ガスのいずれかの組合せであってもよい。
前記下流の容器内の溶融ガラスの温度は、約１３００℃以上、例えば、１４５０℃以上、または１７００℃以上、例えば、約１３００℃から約１７２０℃の範囲内にあり得る。
前記加湿気体中の平均酸素（Ｏ２）含有量は、約１０体積％から約９０体積％の範囲内、例えば、間の全ての範囲と部分的範囲を含む、約１５体積％から約９０体積％の範囲内、約２０体積％から約９０体積％の範囲内、約３０体積％から約９０体積％の範囲内、約４０体積％から約９０体積％の範囲内、約５０体積％から約９０体積％の範囲内、約６０体積％から約９０体積％の範囲内、約７０体積％から約９０体積％の範囲内、約８０体積％から約９０体積％の範囲内、約１０体積％から約８０体積％の範囲内、約１０体積％から約７０体積％の範囲内、約１０体積％から約６０体積％の範囲内、約１０体積％から約５０体積％の範囲内、約１０体積％から約４０体積％の範囲内、約１０体積％から約３０体積％の範囲内、または約１０体積％から約２０体積％の範囲内にあり得る。
いくつかの実施の形態において、前記方法は、加湿気体を下流の容器中に流し込む前に、加湿気体を加熱する工程をさらに含むことがある。例えば、いくつかの実施の形態において、加湿気体は、加湿気体を下流の容器中に流し込む前に、露点より高い温度に加熱されることがある。
他の実施の形態において、溶融ガラス中の気泡の寿命を減少させる方法であって、電力補助された溶融容器内で溶融ガラスを形成する工程、およびその溶融ガラスを溶融容器の下流にある下流の容器に通して流す工程であって、その下流の容器は、溶融ガラスの自由表面と下流の容器の上端との間に自由体積を含み、その溶融ガラスが、自由表面上に単気泡の深さ以下の気泡層を含むものである工程を有してなる方法が記載される。加湿気体は、容器の外からなど、自由体積中に流し込まれ、その加湿気体は、水蒸気および少なくともある程度の酸素を含む。実施の形態において、その加湿気体は、燃焼によって生じない（例えば、溶融容器内の水中燃焼によって形成されない）。実施の形態において、その加湿気体は、炭素化合物、例えば、炭化水素または他の炭素化合物を含有しない。
その下流の容器の壁、例えば、容器全体は、白金、例えば、白金合金を含むことがある。
前記加湿気体の露点は、約４１℃から約９２℃の範囲内にあり得る。
前記加湿気体の流量は、０超から約８０標準状態リットル毎分（ｓｌｐｍ）以下の範囲内、例えば、約１０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内にあり得る。
前記加湿気体は、例えば、窒素などの不活性ガスまたは希ガス、もしくはその組合せを含むことがある。
前記加湿気体中の平均酸素（Ｏ２）含有量は、約１０体積％から約９０体積％の範囲内、例えば、間の全ての範囲と部分的範囲を含む、約１５体積％から約９０体積％の範囲内、約２０体積％から約９０体積％の範囲内、約３０体積％から約９０体積％の範囲内、約４０体積％から約９０体積％の範囲内、約５０体積％から約９０体積％の範囲内、約６０体積％から約９０体積％の範囲内、約７０体積％から約９０体積％の範囲内、約８０体積％から約９０体積％の範囲内、約１０体積％から約８０体積％の範囲内、約１０体積％から約７０体積％の範囲内、約１０体積％から約６０体積％の範囲内、約１０体積％から約５０体積％の範囲内、約１０体積％から約４０体積％の範囲内、約１０体積％から約３０体積％の範囲内、または約１０体積％から約２０体積％の範囲内にあり得る。
いくつかの実施の形態において、前記下流の容器内の溶融ガラスの温度は、約１３００℃以上、例えば、１４５０℃以上、または１７００℃以上、例えば、約１３００℃から約１７２０℃の範囲内にあり得る。
さらに別の実施の形態において、溶融ガラス中の気泡の寿命を減少させる方法において、電力補助された溶融容器内で溶融ガラスを形成する工程、その溶融ガラスを溶融容器の下流の容器中に通過させる工程であって、その溶融ガラスは、その溶融ガラスの自由表面上に複数の気泡を含むものである工程、およびその自由表面の上にある下流の容器の自由体積中に導入される界面活性剤によって、複数の気泡の膜上の表面張力勾配を減少させる工程を有してなる方法が記載される。いくつかの実施の形態によれば、その気泡は発泡体(foam)を構成しない。
実施の形態において、界面活性剤を導入する工程は、燃焼によって生じない加湿気体を自由体積中に流し込む工程を含む。その加湿気体は、窒素などの少なくとも１種類の不活性ガス、希ガス、またはその組合せを含み得る。
いくつかの実施の形態において、その下流の容器の壁、例えば、容器全体は、白金を含み得る。
前記加湿気体の露点は、約４１℃から約９２℃の範囲内、例えば、約６０℃から約９２℃の範囲内にある。
いくつかの実施の形態において、前記加湿気体の流量は、０超から約８０標準状態リットル毎分（ｓｌｐｍ）以下の範囲内、例えば、約１０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内にあり得る。
いくつかの実施の形態において、前記下流の容器内の溶融ガラスの温度は、約１３００℃以上、例えば、１４５０℃以上、例えば、約１３００℃から約１７２０℃の範囲内にあり得る。
前記加湿気体は燃焼によって形成されない。
いくつかの実施の形態において、前記下流の容器は清澄容器である。いくつかの実施の形態において、その下流の容器は撹拌容器である。
いくつかの実施の形態において、前記下流の容器は、撹拌容器と成形体との間に位置している。例えば、下流の容器は供給容器であることがある。
前記方法は、前記溶融ガラスを成形体に向ける工程、およびその溶融ガラスを成形体からリボンとして引き出す工程をさらに含むことがある。
さらに別の実施の形態では、溶融ガラス中の気泡の寿命を減少させる方法において、溶融容器内で溶融ガラスを形成する工程、その溶融ガラスを溶融容器の下流の容器に通して流す工程であって、その下流の容器は、溶融ガラスの自由表面と下流の容器の上端との間に自由体積を含み、その溶融ガラスが自由表面上に少なくとも１つの気泡を含むものである工程、およびその自由体積中に加湿気体を流し込む工程を有してなり、その加湿気体中の酸素の分圧が、少なくとも１つの気泡中の酸素の分圧以上である方法が開示されている。
ここに開示された実施の形態の追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者にとって容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載されたような実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、ここに開示された実施の形態の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図された実施の形態を提示していることが理解されよう。添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に含まれ、その一部を構成する。図面は、本開示の様々な実施の形態を示しており、説明と共に、その原理および作動を説明する働きをする。
溶融ガラスの気泡がマランゴニ効果を経験したときの気泡の一連の概略図 本開示の実施の形態による例示のガラス製造装置の概略図 加湿搬送ガスを清澄容器に提供するための気体供給管を備えた例示の清澄容器の断面図 加湿搬送ガスを清澄容器に提供するための例示の気体供給管の詳細断面図 加湿搬送ガスを撹拌容器に提供するための入口を備えた例示の撹拌容器の断面図 様々な直径の気泡に関する測定破裂（排除）時間を示すグラフ 気泡上の２つの異なる雰囲気である、乾燥空気雰囲気および加湿雰囲気についての、気泡の直径の関数としての気泡排除時間をプロットしたグラフ
ここで、その例が添付図面に示された、本開示の実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部分を指すために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具体化でき、ここに述べられた実施の形態に限定されると解釈されるべきではない。
範囲は、「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値まで、としてここに表現することができる。そのような範囲が表現されている場合、別の実施の形態は、その１つの特定の値から、および／または他方の特定の値までを含む。同様に、値が、「約」という先行詞によって近似として表現されている場合、その特定値は別の実施の形態を形成すると理解されよう。範囲の各々の端点は、他方の端点に関してと、他方の端点に関係なくの両方で有意であることがさらに理解されよう。
ここに用いられることがある方向の用語－例えば、上、下、右、左、前、後、頂部、底部－は、描かれた図面に関してのみ使用され、絶対的な向きを暗示する意図はない。
特に明記のない限り、ここに述べられたどの方法も、その工程が特定の順序で行われることを必要とする、または任意の装置について、特定の向きが要求されると解釈されることは決して意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順序を実際に列挙していない場合、または装置の請求項が、個々の構成要素に関する順序または向きを実際に列挙していない場合、もしくは請求項または記載に、工程が特定の順序に限定されること、または装置の構成要素に対する特定の順序または向きが列挙されていない場合、どの点に関しても、順序または向きが暗示されることは決して意図されていない。このことは、工程の配列、操作の流れ、構成要素の順序、または構成要素の向き；文法構成または句読法に由来する明白な意味；および明細書に記載された実施の形態の数またはタイプに関する論理事項を含む、解釈に関するどの可能性のある非表現基準にも適用される。
ここに用いられているように、名詞は、内容が明白に他に示していない限り、複数の対象を含む。それゆえ、例えば、成分に対する言及は、内容が明白に他に示していない限り、そのような成分を２つ以上有する態様を含む。
ここに用いられているように、溶融ガラスなどの溶融材料を収容する導管または他の容器の文脈における「自由体積」という用語は、溶融ガラスに占められていない容器の体積を称すると解釈されるものとする。より詳しくは、自由体積は、容器内の溶融ガラスの表面とその容器の上端との間に延在し、例えば、１種類以上の気体、蒸気、もしくは他の非固体または非液体成分を収容することができる。その自由体積は、溶融材料の「自由表面」で溶融材料と接する。その溶融材料は、容器内に収容されても、その容器を通って流れていてもよい。
ここに用いられているように、「溶融ガラス」は、冷却された際に、ガラス状態になり得る溶融材料を意味すると解釈されるものとする。溶融ガラスという用語は、「溶融物」という用語と同意語として使用される。溶融ガラスは、例えば、主要なシリカガラスを形成することがあるが、本開示にそのように限定されない。
ここに用いられているように、「酸化還元」という用語は、還元化学反応または酸化化学反応のいずれか一方または両方を称する。
ここに用いられているように、耐火材料は、非金属材料であって、約５３８℃より高い環境に暴露される構造、またはシステムの構成部材にそれらを適用できるようにする化学的および物理的性質を有する非金属材料である。
最終的なガラス物品中の膨れ（気泡）により、生産収率の低下がもたらされ得る。このことは一般に、商業的に望ましくない。ガラス中の気泡は、例えば、溶融ガラスが、溶融ガラスの粘度を減少させるように加熱され、溶融ガラスの酸化還元状態が、既存の気泡中に追加の酸素を放出するようにシフトして、気泡を成長させる清澄過程によって、除去することができる。溶融ガラスの低下した粘度と組み合わされた気泡の増加した浮力により、溶融ガラスの自由表面への気泡の上昇が促進され、その自由表面で気泡が破裂する。気泡内に収容された気体は、自由体積に入り、次いで、意図的な排出、もしくは容器内の漏れまたは他の出口のいずれかを通じて、容器から出ることができる。
歴史的に、気泡の破裂は、気泡がガラス溶融物の自由表面に到達した後に、非常に素早く生じると考えられていた。しかしながら、気泡は、気泡が溶融物の上の気体雰囲気と入れ替わり、その後、溶融物内に再び取り込まれれるのに十分な時間に亘り溶融物の表面上で持続し得ることが分かった。
完成したガラス物品中の膨れの分析により、かなりの割合のＮ２ガスが示された。調査したガラスは、他に感知できる量の溶解窒素を含有しておらず、窒素は、金属容器の酸化を減少させるためにその容器の自由体積を構成する雰囲気中にたびたび使用される主要な気体であるので、その膨れは、溶融物の上、すなわち、溶融物の自由表面で、雰囲気との交換中にその高いＮ２ガス含有量を得たと理論付けられる。これには、ガス交換を行うのに十分な時間に亘り溶融物の表面上に気泡が持続し、気泡が溶融ガラスの体積中に再び入り、その後、最終的なガラス製品中に固定される必要がある。再び取り込まれることに潜在的に寄与し得る自由表面は、例えば、清澄容器および撹拌容器内で見られるが、自由表面は同様に他の容器でも見られるであろう。しかしながら、溶融物の自由表面に到達した後、最終的なガラス物品中に膨れとして現れる溶融物中の気泡について、その気泡は、最初に、溶融物の自由表面上に留まるときに破裂するのを避けなければならない。
溶融ガラスの溜まり内では、気泡の破裂に、気泡が溶融物の表面上に留まるときに気泡膜のはけ(drainage)が先行する。はけは、通常のはけおよび変則的なはけの２つの主要手段によって生じる。通常のはけにおいて、気泡膜は、その気泡膜を構成する液体が、重力のために溶融物にはけて戻るので、時間と共に薄くなる。十分な材料が膜からはけて、特に気泡の最上部での、膜の厚さが閾値厚まで減少したときに、気泡が破裂する。変則的なはけにおいて、溶融材料の帯が膜の表面を横切って移動し、膜は、時間と共に通常通りに厚さが減少しない。変則的なはけは、気泡膜に沿った表面張力勾配により、表面張力が低い領域から表面張力が高い領域への材料の流れが生じる、マランゴニ効果（ギブス・マランゴニ効果）によって生じると考えられる。このマランゴニ効果は、重力により誘発されたはけと反対の流れを生じ、特に気泡の最上部で、気泡壁の厚さを、破裂が生じる閾値厚より上に維持することができる。
理論で束縛する意図はないが、溶融ガラスを収容する容器内の高温、溶融ガラス中の揮発性成分の存在、および特定のガラス製造過程内の気泡の一般に単一（非相互接続）特性により、気泡膜に表面張力勾配が生じると考えられる。マランゴニ効果によるこの勾配は、例えば、気泡の最上部で、気泡膜の肥厚化を生じ、これにより、溶融物の表面上の気泡の寿命が長くなる。図１を参照すると、気泡の寿命における一連の期間が示されている。（ａ）では、気泡４が溶融ガラスの自由表面６に到達したまさに直後の気泡４が示されている。上部の厚さｔ１と、基部の厚さｔ２との間にほぼ一貫した膜厚を有する気泡４が示されている。（ｂ）では、気泡膜は、矢印８で示されるように、溶融物へとはけ始め、気泡の最上部での著しい菲薄化により反映されている。高温では、ガラス溶融物の様々な化学成分が、揮発により溶融物の自由表面で失われ得ることに留意すべきである。ホウ素などの特定の化学成分が失われる場合、溶融ガラスの表面張力が増す。他の揮発性成分としては、アルカリ（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、ＣｓおよびＦｒ）およびアルカリ土類（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＲａ）が挙げられる。追加の揮発性成分としては、Ｖ、ＴｉおよびＦが挙げられる。溶融物からの成分の揮発は、気泡膜はバルク溶融物から大きく離れており、膜の両側に大気を含むので、溶融ガラスの自由表面と比べると、気泡膜内で増強されている。より重要なことには、初期のはけによる気泡の最上部での気泡膜の菲薄化は、気泡の最上部での成分の揮発が、気泡膜の基部での成分の揮発よりも、気泡の最上部での表面張力に大きい影響があることを意味する。少なくとも、膜のより薄い部分は、膜のより厚い部分よりも速く揮発性成分を失い、したがって、気泡膜の基部よりも表面張力の大きい変化を比例して経験するので、このことが当てはまる。例えば、気泡膜の内部から周囲の外気に揮発性成分が放出される経路は、薄い膜部分のほうが、より厚い膜部分よりも短い。気泡の上（最上）部とバルク溶融物の表面に最も近い気泡の基部との間に結果として生じる表面張力勾配が、マランゴニ効果を促進するものである。したがって、（ｃ）では、溶融ガラスの流れ８は逆になり、溶融ガラスは、はけるよりも気泡の最上部に流れ、それによって、例えば、（ｂ）と比べて、上部の厚さｔ１が増す。対処されていない場合、マランゴニ効果は、変則的なはけを生じ、および／または長くし、気泡の寿命を延ばし得る。したがって、粘度を低下させて、気泡のはけを助け、破裂を誘発させるために局所温度を上昇させると、逆に、マランゴニ効果が悪化し、気泡の寿命が長くなり得ることを認識できる。
溶融ガラスを収容する金属容器の外側と接触する湿潤雰囲気を設定することが公知である。すなわち、水蒸気を含む雰囲気が、溶融ガラスと反対の容器の外壁と接触させられる。光学的品質のガラス物品の製造に使用される白金含有容器壁の場合に、特にそうである。容器内（すなわち、溶融ガラス内）の水素の分圧以上の、湿潤雰囲気の圧力から生じる容器の外側の水素の分圧は、溶融ガラスから金属壁を通る水素の流動を防ぎ、それによって、溶融ガラスと金属壁の界面での酸素膨れの形成が防がれる。本開示によれば、溶融物の上、すなわち、容器（容器内）の自由体積内の雰囲気中の湿気は、界面活性剤の機能を果たし、気泡膜の表面張力勾配を減少させ、マランゴニ効果、変則的なはけ、および結果として延びた気泡の寿命を減少させるか、または避けることが判明した。
例示のガラス製造装置１０が、図２に示されている。いくつかの実施の形態では、ガラス製造装置１０は、溶融容器１４を含み得るガラス溶融炉１２を備えることができる。溶融容器１４に加え、ガラス溶融炉１２は、必要に応じて、原材料を加熱し、その原材料を溶融ガラスに転化するように作られた加熱素子（例えば、燃焼バーナまたは電極）などの１つ以上の追加の構成要素を含み得る。例えば、溶融容器１４は、電力補助された溶融容器であることがあり、エネルギーは、燃焼バーナと直接加熱の両方により原材料に加えられ、電流が原材料を通り、それによって、原材料のジュール加熱によりエネルギーが加えられる。ここに用いられているように、電力補助された溶融容器は、ジュール加熱およびガラス表面上の燃焼加熱の両方からの熱エネルギーを得る溶融容器であり、ジュール加熱により原材料および／または溶融物に与えられるエネルギーの量は、溶融物に加えられる全エネルギーの約２０％以上である。ここに用いられているように、電力補助された溶融容器は、溶融物の表面の下で燃焼が起こる水中燃焼過程を含まない。
さらに別の実施の形態では、ガラス溶融炉１２は、その溶融容器からの熱損失を減少させる熱管理装置（例えば、断熱要素）を含むことがある。またさらに別の実施の形態では、ガラス溶融炉１２は、ガラス溶融物への原材料の溶融を促進する電子装置および／または電気機械装置を含むことがある。さらにまた、ガラス溶融炉１２は、支持構造（例えば、支持シャーシ、支持部材など）または他の構成要素を含むことがある。
ガラス溶融容器１４は、典型的に、耐火セラミック材料、例えば、アルミナまたはジルコニアを含む耐火セラミック材料などの耐火材料から形成されるが、耐火セラミック材料は、選択的に、または組合せのいずれかで使用される、イットリウム（例えば、イットリア、イットリア安定化ジルコニア、リン酸イットリウム）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）またはアルミナ・ジルコニア・シリカまたさらには酸化クロムなどの他の耐火材料を含んでもよい。いくつかの例では、ガラス溶融容器１４は、耐火セラミックレンガから構成されることがある。
いくつかの実施の形態では、溶融炉１２は、ガラス物品、例えば、不定長のガラスリボンを製造するように作られたガラス製造装置の構成要素として組み込まれることがあるが、さらに別の実施の形態では、ガラス製造装置は、制限なく、ガラス棒、ガラス管、ガラス外囲器（例えば、点灯装置、例えば、電球のためのガラス外囲器）、およびガラスレンズなどの他のガラス物品を形成するように作られてもよく、多くの他のガラス物品が考えられる。いくつかの例では、その溶融炉は、スロットドロー装置、フロート浴装置、ダウンドロー装置（例えば、フュージョンダウンドロー装置）、アップドロー装置、プレス装置、圧延装置、チューブ引き抜き装置または本開示から恩恵を受けるであろう他のガラス製造装置を含むガラス製造装置の構成要素として組み込まれることがある。一例として、図２は、個々のガラスシートに後で処理するためのガラスリボンをフュージョンドローするためのまたはガラスリボンをスプールに巻くためのフュージョンダウンドロー式ガラス製造装置１０の構成要素としてのガラス溶融炉１２を概略示している。
ガラス製造装置１０（例えば、フュージョンダウンドロー装置１０）は、必要に応じて、ガラス溶融容器１４に対して上流に位置する上流ガラス製造装置１６を備えることができる。いくつかの例では、上流ガラス製造装置１６の一部またはその全体が、ガラス溶融炉１２の部分として組み込まれることがある。
図２に示された実施の形態に示されるように、上流ガラス製造装置１６は、原材料貯蔵容器１８、原材料供給装置２０、およびその原材料供給装置に接続されたモータ２２を含むことができる。貯蔵容器１８は、矢印２６により示されるように、１つ以上の供給口を通じてガラス溶融炉１２の溶融容器１４中に供給され得るある量の原材料２４を貯蔵するように作られることがある。原材料２４は、典型的に、１種類以上のガラス形成金属酸化物および１種類以上の改質剤を含む。いくつかの例では、原材料供給装置２０は、原材料供給装置２０が所定量の原材料２４を貯蔵容器１８から溶融容器１４に供給するように、モータ２２により駆動することができる。さらに別の例では、モータ２２は、溶融ガラスの流動方向に対して溶融容器１４の下流で検出される溶融ガラスのレベルに基づいて制御された速度で原材料２４を導入するように原材料供給装置２０を駆動することができる。溶融容器１４内の原材料２４は、その後、加熱されて、溶融ガラス２８を形成することができる。一般に、最初の溶融工程において、原材料が微粒子として、例えば、様々な「砂」を含むものとして溶融容器に加えられる。原材料は、先の溶融操作および／または成形操作からのくずガラス（すなわち、カレット）も含むことがある。溶融過程を開始するために、典型的に、燃焼バーナが使用される。電力補助された溶融過程において、原材料の電気抵抗が一旦、十分に低下したら（例えば、原材料が液化し始めたときに）、原材料と接触するように配置された電極間に電位を生じさせ、それによって、原材料に電流を設定することによって、電力補助が開始され、その原材料は、典型的に、この時に、溶融状態に入る、または溶融状態にある。
ガラス製造装置１０は、必要に応じて、溶融ガラス２８の流動方向に対してガラス溶融炉１２の下流に位置する下流ガラス製造装置３０も備えることがある。いくつかの例では、下流ガラス製造装置３０の一部が、ガラス溶融炉１２の部分として組み込まれることがある。しかしながら、ある場合には、下記に述べられる第１の接続導管３２、または下流ガラス製造装置３０の他の部分が、ガラス溶融炉１２の部分として組み込まれることがある。第１の接続導管３２を含む、下流ガラス製造装置の要素が、貴金属から形成されることがある。適切な貴金属としては、白金、インジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウムおよびパラジウム、またはその合金からなる貴金属の群より選択される白金族金属が挙げられる。例えば、そのガラス製造装置の下流の構成要素は、約７０質量％から約９０質量％の白金および約１０質量％から約３０質量％のロジウムを含む白金・ロジウム合金から形成されることがある。しかしながら、他の適切な金属として、モリブデン、レニウム、タンタル、チタン、タングステン、およびその合金が挙げられる。
下流ガラス製造装置３０は、溶融容器１４の下流に位置し、上述した第１の接続導管３２によって溶融容器１４に連結された、清澄容器３４などの第１の状態調節（すなわち、処理）容器を含み得る。いくつかの例では、溶融ガラス２８が、溶融容器１４から第１の接続導管３２によって清澄容器３４に重力送りされることがある。例えば、重力により、溶融ガラス２８が、溶融容器１４から清澄容器３４に第１の接続導管３２の内部通路に通されることがある。しかしながら、他の状態調節容器が、溶融容器１４の下流に、例えば、溶融容器１４と清澄容器３４との間に配置されてもよい。いくつかの実施の形態において、状態調節容器が溶融容器と清澄容器との間に用いられ、その中で、主要溶融容器からの溶融ガラスは、補助容器内でさらに加熱されて、溶融過程を継続する、または清澄容器に入る前に、主要溶融容器内の溶融ガラスの温度より低い温度に冷却される。
先に記載されたように、様々な技術によって、溶融ガラス２８から気泡を除去することができる。例えば、原材料２４は、加熱されたときに、化学的還元反応を経て、酸素を放出する、酸化スズなどの多価化合物（すなわち、清澄剤）を含むことがある。他の適切な清澄剤としては、制限なく、ヒ素、アンチモン、鉄およびセリウムが挙げられるが、先に述べたように、いくつかの用途では、環境上の理由のために、ヒ素およびアンチモンの使用は推奨されないであろう。清澄容器３４は、溶融容器の温度より高い温度に加熱され、それによって、清澄剤が加熱される。溶融物中に含まれる１種類以上の清澄剤の温度誘発された化学的還元によって生じる酸素気泡は、清澄容器内の溶融ガラスを通って上昇し、溶融過程中にその溶融炉内で生じる溶融ガラス中のガスは、清澄剤により生じた酸素気泡中に融合するか、または拡散することができる。次に、浮力の増加と共に拡大された気泡は、清澄容器内の溶融ガラスの自由表面まで上昇し、その後、清澄容器から漏れ出ることができる。酸素気泡は、溶融ガラスを通って上昇するときに清澄容器内の溶融ガラスの機械的混合をさらに誘発し得る。
ガラス製造装置の１つ以上の容器、例えば、清澄容器または撹拌容器内の溶融ガラスの表面にある気泡は、一般に、単気泡として上昇し、溶融ガラスの自由表面上に単気泡の深さ以下と一般に考えられる気泡層を形成することがあることに留意すべきである。水中燃焼過程などのいくつかのガラス製造過程では、溶融ガラスの表面上に、多気泡深さの厚い持続性の発泡体が生じ得、その溶融物自体が３０％までの空隙を含むことがある。ここに用いられているように、発泡体は、薄い相互接続された膜によって隔てられた大きい体積の気体の一群である。発泡体の例に、ビールのグラス上の泡および泡風呂がある。他方で、本開示の主題である溶融ガラスの自由表面に到達する気泡は、通常、性質上単一であり、シャンパンのグラス中の泡にそっくりに溶融ガラス中を上昇し、溶融炉、または表面下の燃焼過程が行われている方法に見られるような持続性の厚い発泡体とは区別されるべきである。さらに、表面上の燃焼過程は、燃焼炎が容器にとって有害であり得るので、ここに記載されたシートガラスのフュージョン法などの、光学的品質のガラスのために設計された現代のガラス製造装置の金属容器内では望ましくない。ここに記載された方法は、発泡体の形成および持続性に対処する上で有用であろうことに留意のこと。しかしながら、発泡体を構成する気泡の表面層しか界面活性剤に露出されないので、有効性は低下する。
下流ガラス製造装置３０は、清澄容器３４から下流に流れる溶融ガラスを混合するための混合装置３６、例えば、撹拌容器などの別の状態調節容器をさらに含むことができる。混合装置３６を使用して、均質なガラス溶融物を提供し、それによって、清澄容器から出る清澄済み溶融ガラス内にそうしなければ存在するであろう化学的または熱的不均質性を減少させることができる。図から分かるように、清澄容器３４は、第２の接続導管３８によって混合装置３６に連結されることがある。いくつかの実施の形態では、溶融ガラス２８は、第２の接続導管３８を通じて清澄容器３４から混合装置３６に重力送りされることがある。例えば、重力により、溶融ガラス２８が、清澄容器３４から混合装置３６に第２の接続導管３８の内部通路に通されることがある。一般に、その混合装置内の溶融ガラスは自由表面を含み、その自由表面と混合装置の上端との間に自由体積がある。混合装置３６が溶融ガラスの流動方向に対して清澄容器３４の下流に示されているが、他の実施の形態において、混合装置３６は清澄容器３４の上流に配置されても差し支えないことに留意のこと。いくつかの実施の形態において、下流ガラス製造装置３０は、多数の混合装置、例えば、清澄容器３４の上流の混合装置と清澄容器３４の下流の混合装置を備えることがある。これらの多数の混合装置は、同じ設計のものであっても、または互いに異なる設計のものであってもよい。いくつかの実施の形態において、容器および／または導管の１つ以上は、溶融材料の混合とその後の均質化を促進するために、その中に配置された静止型混合翼を備えることがある。
下流ガラス製造装置３０は、混合装置３６の下流に位置することがある供給容器４０などの別の状態調節容器をさらに含むことができる。供給容器４０は、溶融ガラス２８を状態調節して、下流の成形装置に供給することがある。例えば、供給容器４０は、出口導管４４を通って溶融ガラス２８の成形体４２への一貫した流れを調節し、提供するための蓄積装置および／または流量調整器の機能を果たすことができる。供給容器４０内の溶融ガラスは、いくつかの実施の形態において、自由表面を含み得、自由体積がその自由表面から供給容器の上端へと上方に延在する。図から分かるように、混合装置３６は、第３の接続導管４６によって供給容器４０に連結されることがある。いくつかの例では、溶融ガラス２８は、混合装置３６から第３の接続導管４６を通って供給容器４０に重力送りされることがある。例えば、重力により、溶融ガラス２８が、混合装置３６から供給容器４０に第３の接続導管４６の内部通路に通されることがある。
下流ガラス製造装置３０は、入口導管５０を含む上述した成形体４２を備えた成形装置４８をさらに備えることができる。出口導管４４は、溶融ガラス２８を供給容器４０から成形装置４８の入口導管５０に供給するように配置されることがある。フュージョンダウンドロー式ガラス製造装置における成形体４２は、その成形体の上面に配置された樋５２、およびその成形体の底縁（基部）５６に沿った延伸方向に集束する集束成形面５４（片面しか示されていない）を含むことができる。供給容器４０、出口導管４４および入口導管５０を通じて成形体の樋に供給された溶融ガラスは、樋の壁を溢れ、溶融ガラスの別々の流れとして集束する成形面５４に沿って下降する。成形体の樋内の溶融ガラスは自由表面を含み、自由体積がその溶融ガラスの自由表面から、成形体が中に配置されている外囲器の上部まで延在することに留意すべきである。集束する成形面の少なくとも一部を降下する溶融ガラスの流れは、ダムおよびエッジディレクタによって、抑えられ、方向付けられる。溶融ガラスの別々の流れは、基部に沿ってその下で接合して、１つの溶融ガラス５８を製造し、この溶融ガラスは、溶融ガラスが冷えて、その材料の粘度が上昇するときに、ガラスリボンの寸法を制御するために、重力、エッジロールおよび牽引ロール（図示せず）などによって、ガラスリボンに下向き張力を印加することによって、基部５６から延伸方向６０に延伸される。したがって、ガラスリボン５８は、粘弾性移行を経て、ガラスリボン５８に安定な寸法徳地用を与える機械的性質を得る。ガラスリボン５８は、いくつかの実施の形態において、ガラスリボンの弾性領域においてガラス分離装置（図示せず）によって個々のガラスシート６２に分割されることがあるが、さらに別の実施の形態において、ガラスリボンを、スプールに巻き付け、さらに加工するために貯蔵してもよい。
ここで、本開示の主題である原理を、そのような理解は、清澄容器に限定されず、ある体積の溶融ガラスの上に自由体積を含む他の容器、例えば、撹拌容器、供給容器、および溶融ガラスを収容および／または搬送し、自由体積を含むことがある他の容器および／または導管を含む容器にも適用できるという理解の下で、清澄容器に関して記載する。以下に用いられるように、「容器」という用語は、個別の処理容器、例えば、清澄容器や撹拌容器、およびそのような個別の処理容器を接続する導管の両方を包含すると考えられる。
図３は、例示の清澄容器３４の断面側面図である。清澄容器３４は、その中を流れるある体積の溶融ガラス２８、および溶融ガラス２８の自由表面６６の上に位置する自由体積６４内に収容された気体雰囲気を含む。溶融ガラスは、矢印６８で示されるように、第１の端部で清澄容器中に流れ込み、矢印７０で示されるように、反対の第２の端部から流れ出る。例えば、溶融ガラスは、導管３２を通じて清澄容器３４中に流れ込み、導管３８を通じて清澄容器３４から流れ出ることができる。この清澄容器内の溶融ガラスは、一般に容器自体内で設定される電流によって、溶融温度より高い温度に、例えば、約１６５０℃から１７００℃の範囲内など、約１６００℃から約１７００℃の範囲内の温度に加熱されるが、さらに別の実施の形態において、清澄容器は、他の手段、例えば、外部加熱素子（図示せず）によって、加熱することができる。いくつかの実施の形態において、溶融ガラスは、約１７２０℃までなど、１７００℃より高い温度に加熱されることがある。
図３に示されるように、清澄容器３４は、フランジ間と清澄容器の介在壁内に電流が設定されるように、それぞれの電極７４を通じて電力源（図示せず）と電気通信しているフランジ７２、例えば、少なくとも２つのフランジを備えることができる。いくつかの実施の形態において、多数のフランジ、例えば、３つのフランジ、４つのフランジ、またさらには５つのフランジもしくはそれより多いフランジを使用してよく、ここで、その容器は、温度帯の異なる局所加熱によって、複数の温度帯に熱的に分割することができる。気泡の成長により増加した気泡の浮力、および温度上昇の結果として低下した溶融ガラスの粘度により、気泡への押上力が増加するのと同時に、溶融ガラス内の気泡７６の上昇に対する抵抗が減少し、それによって、自由表面６６への気泡の上昇が促進する。自由表面６６では、気泡が破裂し、その中に収容された気体が自由体積６４中に放出されるであろう。その気体は、いくつかの実施の形態において、矢印８２で示されるような、随意的な通気管８０を通じて、清澄容器からその後に排出されるであろう。実施の形態において、通気管８０は、例えば、外部電気抵抗加熱素子８４などの１つ以上の加熱素子により、加熱されることがあるが、さらに別の実施の形態において、通気管８０は、清澄容器３４と似た様式で、通気管内に電流を直接設定することによって、加熱されてもよい。しかしながら、さらに記載されるように、いくつかの気泡は、自由表面６６に到達した際に、先に記載された理由のために、自由表面６６での比較的長期の滞留時間中に破裂せず、清澄容器を通って流れる溶融ガラス内に再び引き込まれることがある。
ここに記載された実施の形態によれば、加湿気体８８を、加湿器９０と流体連通した清澄容器の気体供給管８６を通じて、自由表面６６の上の自由体積６４中に注入することができる。加湿気体８８は、水蒸気および酸素（Ｏ２）を含み、不燃性搬送ガスをさらに含み得る。図２の加湿器は清澄容器３４および混合装置３６に接続されている（下記に述べられている）のが示されているが、清澄容器３４および／または混合装置３６、および／または任意の他の容器に、個別の専用の加湿器、または個々の加湿器と共用の加湿器の組合せによって、加湿気体が供給されるように、個々の加湿器を使用してもよい。ここに用いられているように、不燃性搬送ガスは、炭化水素を含まず、および／またはガラス製造過程中の燃焼の副生成物として形成されず、例えば、窒素などの不活性ガスを含むことがあるが、さらに別の実施の形態において、搬送ガスは、別の不活性ガス、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス、または先の不活性ガスのいずれかの組合せであってもよい。例えば、実施の形態において、搬送ガス、または一般に、加湿気体のいずれかの成分のいずれも、加湿の供給源（例えば、水蒸気）として、燃料、例えば、天然ガスの燃焼に依存するガラス製造過程（例えば、溶融容器）における水中燃焼バーナに由来しない。
加湿気体の平均酸素（Ｏ２）含有量は、気泡からの酸素の外方拡散がないことを確実にするために、気泡中の酸素含有量以上であるべきである。すなわち、気泡の外側の雰囲気中の酸素の分圧は、気泡内の酸素の分圧と少なくとも等しいべきである。気泡から周囲の雰囲気中への酸素の外方拡散は、気泡の収縮をもたらし、その後、気泡の壁厚の増加をもたらし得る。肥厚化した気泡の壁は、その気泡がガラス流内に再び引き込まれるのに十分な時間に亘り、気泡の破裂を延期させ得る。それゆえ、いくつかの実施の形態において、加湿気体内の酸素の分圧は、気泡の膨張を確実にするために、気泡内の酸素の分圧より大きくすることができる。
前記加湿気体中の平均酸素含有量は、例えば、約１０体積％から約９０体積％の範囲内、例えば、間の全ての範囲と部分的範囲を含む、約１５体積％から約９０体積％の範囲内、約２０体積％から約９０体積％の範囲内、約３０体積％から約９０体積％の範囲内、約４０体積％から約９０体積％の範囲内、約５０体積％から約９０体積％の範囲内、約６０体積％から約９０体積％の範囲内、約７０体積％から約９０体積％の範囲内、約８０体積％から約９０体積％の範囲内、約１０体積％から約８０体積％の範囲内、約１０体積％から約７０体積％の範囲内、約１０体積％から約６０体積％の範囲内、約１０体積％から約５０体積％の範囲内、約１０体積％から約４０体積％の範囲内、約１０体積％から約３０体積％の範囲内、または約１０体積％から約２０体積％の範囲内にあり得る。いくつかの実施の形態において、加湿気体は空気を含み得る。
いくつかの実施の形態において、界面活性剤としての水蒸気の存在は、気泡壁の内部よりも低い、気泡壁の外部の酸素の分圧の効果を無効にすることができる。したがって、気泡壁を肥厚化させ、気泡の持続性を延長する（気泡の破裂を遅らせる）ことができる、気泡の収縮を防ぐことが目的であることが理解されよう。したがって、酸素および水蒸気の量を調節して、気泡の収縮を防ぐことができ、いくつかの実施の形態において、これにより、気泡内部の酸素の分圧よりも低い気泡外部の酸素の分圧がもたらされ得る。
より低い温度で作動する容器、例えば、撹拌容器は、例えば、清澄容器などの作動温度がより高い容器よりも高い酸素濃度を、容器壁の過度な酸化が行われずに、許容するであろうことにも留意すべきである。
前記加湿気体の露点は、約４１℃から約９２℃の範囲内、例えば、約６０℃から約９２℃の範囲内にあり得る。加湿気体の残りは、前記不活性搬送ガスであり得る。
前記加湿気体の流量は、０超から約８０ｓｌｐｍまでの範囲内、例えば、約１０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約２０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約３０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約４０ｓｌｐｍから約８０ｓｃｆｍの範囲内、約５０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約６０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約７０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約７０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約６０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約５０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約４０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約３０ｓｌｐｍの範囲内、または約１０ｓｌｐｍから約２０ｓｌｐｍの範囲内にあり得る。
いくつかの実施の形態において、清澄容器の気体供給管８６を加熱し、それによって、清澄容器３４に供給される加湿気体を加熱してもよい。例えば、清澄容器の気体供給管８６およびそれにより加湿気体８８は、外部電気抵抗加熱素子９２などの１つ以上の加熱素子によって加熱されることがあるが、さらに別の実施の形態において、清澄容器の気体供給管８６は、清澄容器３４を加熱する方法と類似の様式で、清澄容器の気体供給管内に直接電流を設定することによって加熱してもよい。例えば、清澄容器の気体供給管８６は、清澄容器３４に関して記載されたような、電力源と電気通信している１つ以上のフランジを備えることがある。
図４は、溶融ガラス２８（図示せず）の自由表面６６の上の清澄容器３４の壁１００を貫通するのが示されている例示の清澄容器の気体供給管８６の断面図である。清澄容器の気体供給管８６は、清澄容器の気体供給管が清澄容器の壁１００を貫通しているところの補給スリーブ１０２を通って延在しているのが示されている。それに加え、補強プレート１０４が、補強スリーブ１０２を取り囲み、清澄容器の壁１００の上と下に位置しており、それに取り付けられているのが示されている。補強プレート１０４、補強スリーブ１０２、および清澄容器の壁１００は、溶接などによって、互いに取り付けることができる。例えば、補強プレート１０４は、清澄容器の壁１００および補強スリーブ１０２に溶接することができる。その上、実施の形態において、補強スリーブ１０２を清澄容器の気体供給管８６に溶接することができる。補強プレート１０４および補強スリーブ１０２は、清澄容器の気体供給管が清澄容器を貫通するところに、清澄容器の壁および清澄容器の気体供給管８６に追加の厚さを与える。何故ならば、その全ては、白金合金の薄いシートから形成され、その金属はシステムの初期加熱中に膨張するので、容易に変形され得るからである。
清澄容器の気体供給管８６は、閉じた底部１０６と、この清澄容器の気体供給管の底部に近い清澄容器の気体供給管の側壁上に位置し、加湿気体が清澄容器３４内の溶融ガラスの流動方向１１０に実質的に平行な方向に清澄容器の気体供給管から排出されるように向けられた（例えば、下流方向に向けられた）排気口１０８とを備える。加湿気体および溶融ガラスの実質的に平行な流れにより、気体供給管から溶融ガラスの表面上に排出される加湿気体の直接的な衝突およびその後の溶融ガラスの表面の冷却が最小になる、またはなくなる。そのような冷却により、最終製品に欠陥として現れ得る溶融ガラス中の粘度の不均一性が生じ得る。それに加え、側部が開いた清澄容器の気体供給管は、揮発しやすいホウ素のようなガラス成分などの凝縮物が、排気口内に蓄積し、最終的に下にある溶融ガラス中に滴り得る可能性を低下させる。
いくつかの実施の形態において、清澄容器３４の代わりに、またはそれに加え、混合装置３６に加湿気体が供給されることがある。図５は、例示の混合装置３６の断面図である。混合装置３６は、撹拌容器２００、例えば、撹拌容器、および撹拌容器２００の上に位置する撹拌容器カバー２０２を備える。混合装置３６は、撹拌容器内に回転可能に取り付けられた撹拌機２０４をさらに備え、撹拌機２０４は、撹拌容器カバー２０２を通って延在する軸２０６および軸２０６から延在する複数の混合翼２０８を備え、撹拌機２０４の少なくとも一部は溶融ガラス２８中に浸かっている。軸２０６は、例えば、その撹拌機を回転させるのに使用されるチェーンまたはギヤ駆動装置により、モータ（図示せず）に連結されることがある。図５に示された実施の形態において、溶融ガラスは、それぞれ、矢印２１０および２１２で示されるように、導管３８を通じて撹拌容器２００に入り、回転する撹拌機の混合翼を通って下方に流れ、導管４６を通じて出る。自由体積２１４が、溶融ガラス２８の自由表面２１６と容器カバー２０２との間に位置し、維持されることがある。
混合装置３６は、撹拌容器の気体供給管２１８および随意的な撹拌容器の通気管２２０をさらに備えることがある。実施の形態において、撹拌容器の気体供給管２１８および存在する場合には、撹拌容器の通気管２２０の内の一方または両方は、撹拌容器カバー２０２を通って延在し、自由表面２１６の上の自由体積２１４に開口するように配置することができる。加湿気体２２２は、撹拌容器の気体供給管２１８を通じて撹拌容器２００内の自由表面２１６の上の自由体積２１４中に注入することができる。加湿気体２２２は、少なくとも、酸素と混ざった水蒸気を含む。清澄容器に関するように、気泡外部の雰囲気中の酸素の分圧は、いくつかの実施の形態において、気泡内部の酸素の分圧と少なくとも等しいことがあり、いくつかの実施の形態において、加湿気体内の酸素の分圧は、気泡の膨張を確実にするために、気泡内の酸素の分圧より大きくあり得るが、さらに別の実施の形態において、気泡の収縮が起こらない限り、水蒸気の存在により、気泡内部の酸素の分圧より低い気泡外部の酸素の分圧を許容することができる。
したがって、撹拌容器に供給される加湿気体中の平均酸素含有量は、約１０体積％から約９０体積％の範囲内、例えば、間の全ての範囲と部分的範囲を含む、約１５体積％から約９０体積％の範囲内、約２０体積％から約９０体積％の範囲内、約３０体積％から約９０体積％の範囲内、約４０体積％から約９０体積％の範囲内、約５０体積％から約９０体積％の範囲内、約６０体積％から約９０体積％の範囲内、約７０体積％から約９０体積％の範囲内、約８０体積％から約９０体積％の範囲内、約１０体積％から約８０体積％の範囲内、約１０体積％から約７０体積％の範囲内、約１０体積％から約６０体積％の範囲内、約１０体積％から約５０体積％の範囲内、約１０体積％から約４０体積％の範囲内、約１０体積％から約３０体積％の範囲内、または約１０体積％から約２０体積％の範囲内にあり得る。その加湿気体の露点は、約４１℃から約９２℃の範囲内、例えば、約６０℃から約９２℃の範囲内にあり得る。加湿気体の残りは、不活性搬送ガス、例えば、窒素、または希ガスのいずれか、もしくはその組合せであり得る。
加湿気体２２２の流量は、０超から約８０ｓｌｐｍまでの範囲内、例えば、約１０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約２０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約３０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約４０ｓｌｐｍから約８０ｓｃｆｍの範囲内、約５０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約６０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約７０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約７０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約６０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約５０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約４０ｓｌｐｍの範囲内、約１０ｓｌｐｍから約３０ｓｌｐｍの範囲内、または約１０ｓｌｐｍから約２０ｓｌｐｍの範囲内にあり得る。自由表面２１６の上の撹拌容器２００の自由体積２１４内の気体は、矢印２２４で示されるように、撹拌容器の通気管２２０を通して排気することができる。
清澄剤は、撹拌容器内にある間に十分な酸素気泡を提供しそうにないが、気泡、例えば、溶融容器内に起因する気泡、またさらには清澄過程中に再び引き込まれた気泡は、それでも、撹拌容器内の溶融ガラスの表面に上昇するであろうことに留意すべきである。さらに、ホウ素などの特定のガラス成分の気化が、撹拌容器内でまだ生じ得る。
実施の形態において、撹拌容器の気体供給管２１８は加熱され、それによって、撹拌容器２００に供給される加湿気体が加熱されることがある。例えば、撹拌容器の気体供給管２１８、およびそれによる加湿気体２２２は、外部電気抵抗加熱素子２２６などの１つ以上の加熱素子によって加熱されることがあるが、さらに別の実施の形態において、撹拌容器の気体供給管２１８は、その撹拌容器の気体供給管内に電流を直接設定することによって加熱されることがある。いくつかの実施の形態において、撹拌容器の通気管２２０は、存在する場合、例えば、外部電気抵抗加熱素子２２８などの１つ以上の加熱素子によって加熱されることがあるが、さらに別の実施の形態において、撹拌容器の通気管２２０は、その撹拌容器の通気管内に電流を直接設定することによって、加熱されることがある。いくつかの実施の形態において、撹拌容器の通気管が必要ないことがあり、その場合、通気は、漏れ、例えば、撹拌容器カバー２０２と撹拌容器２００との間の漏れによって得られる。
図６は、様々な初期の気泡気体およびカバー気体に関する、約１５５０℃での溶融されたＣｏｒｎｉｎｇ Ｅａｇｌｅ（登録商標）ＸＧ（登録商標）ガラス内に形成された気泡の測定破裂時間のグラフである（気泡気体は、気泡内に収容された気体を意味し、カバー気体は、自由体積、例えば、自由体積６４および／または２１４内の気体を意味する）。全ての気泡は、通常のはけを前提とする計算に基づいて、理論破裂時間を超えた。菱形で示された、湿潤燃焼カバー雰囲気内のＯ２気泡が最も速く破裂し、続いて、三角形で示される、研究室の空気カバー気体を含む蒸気を使用して膨らませた気泡が破裂し、続いて、正方形で示された、研究室の空気カバー気体内の研究室の空気を使用して膨らませた気泡が破裂した。Ｘは、通常のはけを前提とする理論破裂時間を示す。このデータは、気泡気体またはカバー気体のいずれかからの、気泡膜での水の存在が、気泡の破裂時間に影響するようであることを示している。
図７は、湿潤雰囲気（○）および乾燥（加湿していない）雰囲気の両方に関する気泡の直径の関数としての気泡破裂時間（消去時間）をプロットしたグラフである。このデータは、気泡を取り囲む雰囲気の加湿の結果としての気泡の寿命の著しい減少を示している。ガラス溶融は石英坩堝内で行い、その溶融過程中に気泡が形成された。アルミナ管を通じて、乾燥空気と加湿空気の両方の空気を坩堝に流し込んだ。石英坩堝を高温の観察炉内に垂直に入れ、石英坩堝に隣接して取り付けられたカメラによって、ガラス溶融物上に集まった気泡のその場観察を行った。気泡のほとんど（１，０００μｍ超の直径を有する）は、１，６００℃での石英坩堝の持続時間は約２時間であるという理由のために、１４０分以内で消去できなかったので、グラフに示された１，０００μｍを超える気泡（乾燥条件）はより少ない。２時間後、坩堝は、変形し、かつ結晶化し始めた。溶融ガラスはＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）「ＥＧ」の溶融物であった。乾燥空気は０℃の露点を有するのに対し、湿度の高い空気の露点は６０℃であった。
本開示の精神および範囲から逸脱せずに、本開示の実施の形態に様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。例えば、先の記載は清澄容器および撹拌容器に重点を置いていたが、ここに記載された原理は、自由表面を有する溶融ガラスを含む他の容器にも適用できる。それゆえ、本開示は、そのような改変および変更を、それらが付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入るという条件で、含む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
溶融ガラス中の気泡の寿命を減少させる方法において、
電力補助された溶融容器内で溶融ガラスを形成する工程、
前記溶融ガラスを前記溶融容器の下流の容器中に通過させる工程であって、該下流の容器は、該下流の容器内の溶融ガラスの自由表面の上に自由体積を含むものである工程、および
前記自由体積中に加湿気体を流し込む工程、
を有してなる方法。
実施形態２
前記下流の容器の壁が白金を含む、実施形態１に記載の方法。
実施形態３
前記下流の容器が清澄容器である、実施形態１に記載の方法。
実施形態４
前記下流の容器が撹拌容器である、実施形態１に記載の方法。
実施形態５
前記加湿気体の露点が約４１℃から約９２℃の範囲内にある、実施形態１に記載の方法。
実施形態６
前記露点が約６０℃から約９２℃の範囲内にある、実施形態５に記載の方法。
実施形態７
前記加湿気体の流量が、０超から約８０ｓｌｐｍ以下の範囲内にある、実施形態１に記載の方法。
実施形態８
前記加湿気体の流量が、約４０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内にある、実施形態７に記載の方法。
実施形態９
前記加湿気体が１０体積％以上のＯ２を含む、実施形態１に記載の方法。
実施形態１０
前記加湿気体が約１０体積％から約９０体積％のＯ２を含む、実施形態９に記載の方法。
実施形態１１
前記下流の容器内の前記溶融ガラスの温度が約１３００℃以上である、実施形態１に記載の方法。
実施形態１２
前記加湿気体を前記下流の容器中に流し込む前に、該加湿気体を加熱する工程をさらに含む、実施形態１に記載の方法。
実施形態１３
前記加湿気体を前記下流の容器中に流し込む前に、該加湿気体を前記露点より高い温度に加熱する工程をさらに含む、実施形態５に記載の方法。
実施形態１４
前記加湿気体が水中燃焼過程によって形成されない、実施形態１に記載の方法。
実施形態１５
前記加湿気体が、前記清澄容器の前記溶融ガラスの流動方向に対して実質的に平行な方向で、該清澄容器中に流し込まれる、実施形態３に記載の方法。
実施形態１６
溶融ガラス中の気泡の寿命を減少させる方法において、
電力補助された溶融容器内で溶融ガラスを形成する工程、
前記溶融ガラスを前記溶融容器の下流の容器に通して流す工程であって、該下流の容器は、該溶融ガラスの自由表面と該下流の容器の上端との間に自由体積を含み、該溶融ガラスが、前記自由表面上に単気泡の深さ以下の気泡層を含むものである工程、および
前記自由体積中に酸素を含む加湿気体を流し込む工程、
を有してなる方法。
実施形態１７
前記下流の容器の壁が白金を含む、実施形態１６に記載の方法。
実施形態１８
前記加湿気体の露点が約４１℃から約９２℃の範囲内にある、実施形態１６に記載の方法。
実施形態１９
前記加湿気体の流量が、０超から約８０ｓｌｐｍ以下の範囲内にある、実施形態１６に記載の方法。
実施形態２０
前記加湿気体の流量が、約４０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内にある、実施形態１９に記載の方法。
実施形態２１
前記加湿気体が１０体積％以上のＯ２を含む、実施形態１６に記載の方法。
実施形態２２
前記下流の容器内の前記溶融ガラスの温度が約１３００℃以上である、実施形態１６に記載の方法。
実施形態２３
前記温度が約１４５０℃以上である、実施形態２２に記載の方法。
実施形態２４
前記温度が約１３００℃から約１７２０℃の範囲内にある、実施形態２２に記載の方法。
実施形態２５
前記加湿気体が燃焼によって形成されない、実施形態１６に記載の方法。
実施形態２６
前記下流の容器が清澄容器である、実施形態１６に記載の方法。
実施形態２７
前記下流の容器が撹拌容器である、実施形態１６に記載の方法。
実施形態２８
前記下流の容器が前記撹拌容器と成形体との間に配置されている、実施形態２７に記載の方法。
実施形態２９
前記溶融ガラスを成形体に向け、該溶融ガラスを該成形体からリボンとして延伸する工程をさらに含む、実施形態１６に記載の方法。
実施形態３０
溶融ガラス中の気泡の寿命を減少させる方法において、
電力補助された溶融容器内で溶融ガラスを形成する工程、
前記溶融ガラスを前記溶融容器の下流の容器中に通過させる工程であって、該溶融ガラスは、該溶融ガラスの自由表面上に複数の気泡を含むものである工程、および
前記自由表面の上にある前記下流の容器の自由体積中に導入される界面活性剤によって、前記複数の気泡の膜上の表面張力勾配を減少させる工程、
を有してなる方法。
実施形態３１
前記気泡が発泡体を構成しない、実施形態３０に記載の方法。
実施形態３２
前記界面活性剤を導入させる工程が、前記自由体積中に加湿気体を流し込む工程を含む、実施形態３０に記載の方法。
実施形態３３
前記加湿気体が酸素を含む、実施形態３２に記載の方法。
実施形態３４
前記下流の容器の壁が白金を含む、実施形態３０に記載の方法。
実施形態３５
前記加湿気体の露点が約４１℃から約９２℃の範囲内にある、実施形態３２に記載の方法。
実施形態３６
前記加湿気体の流量が、０超から約８０ｓｌｐｍ以下の範囲内にある、実施形態３２に記載の方法。
実施形態３７
前記加湿気体の流量が、約４０ｓｌｐｍから約８０ｓｌｐｍの範囲内にある、実施形態３６に記載の方法。
実施形態３８
前記加湿気体が１０体積％以上のＯ２を含む、実施形態３３に記載の方法。
実施形態３９
前記下流の容器内の前記溶融ガラスの温度が約１３００℃以上である、実施形態３２に記載の方法。
実施形態４０
前記温度が約１４５０℃以上である、実施形態３９に記載の方法。
実施形態４１
前記温度が約１３００℃から約１７２０℃の範囲内にある、実施形態３９に記載の方法。
実施形態４２
前記加湿気体が燃焼によって形成されない、実施形態３２に記載の方法。
実施形態４３
前記下流の容器が清澄容器である、実施形態３０に記載の方法。
実施形態４４
前記下流の容器が撹拌容器である、実施形態３０に記載の方法。
実施形態４５
前記下流の容器が前記撹拌容器と成形体との間に配置されている、実施形態４４に記載の方法。
実施形態４６
前記溶融ガラスを成形体に向け、該溶融ガラスを該成形体からリボンとして延伸する工程をさらに含む、実施形態３０に記載の方法。
４ 気泡
６、６６、２１６ 自由表面
１０ ガラス製造装置
１２ ガラス溶融炉
１４ 溶融容器
１６ 上流ガラス製造装置
１８ 貯蔵容器
２０ 原材料供給装置
２２ モータ
２４ 原材料
２８ 溶融ガラス
３０ 下流ガラス製造装置
３２、３８ 導管
３４ 清澄容器
３６ 混合装置
４０ 供給容器
４２ 成形体
４４ 出口導管
４８ 成形装置
５０ 入口導管
５２ 樋
５４ 集束成形面
５６ 底縁または基部
５８ ガラスリボン
６２ ガラスシート
６４、２１４ 自由体積
７２ フランジ
７４ 電極
８０、２２０ 通気管
８４、９２、２２６、２２８ 外部電気抵抗加熱素子
８６、２１８ 気体供給管
８８、２２２ 加湿気体
９０ 加湿器
１００ 溶融容器の壁
１０２ 補強スリーブ
１０４ 補強プレート
１０６ 閉じた底部
２００ 撹拌容器
２０２ カバー
２０４ 撹拌機
２０６ 軸
２０８ 混合翼

Claims (10)

  1. 溶融ガラス中の気泡の寿命を減少させる方法において、
    電力補助された溶融容器内で溶融ガラスを形成する工程、
    前記溶融ガラスを前記溶融容器の下流の容器中に通過させる工程であって、該下流の容器は、該下流の容器内の溶融ガラスの自由表面の上に自由体積を含むものである工程、および
    前記自由体積中に加湿気体を流し込む工程、
    を有してなり、
    前記下流の容器は、清澄容器であり、
    前記加湿気体は、前記清澄容器内の前記溶融ガラスの流動方向に対して実質的に平行な方向に前記清澄容器内に流し込まれる方法。
  2. 前記下流の容器の壁が白金を含む、請求項１記載の方法。
  3. 前記加湿気体は、１０体積％以上の酸素を含むと共に、４１℃から９２℃の範囲内にある露点を有する、請求項１または２記載の方法。
  4. 前記加湿気体の流量は、０超から約８０ｓｌｐｍ（標準状態リットル毎分）以下の範囲内にある、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
  5. 前記下流の容器内の前記溶融ガラスの温度が１３００℃以上である、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
  6. 前記加湿気体を前記下流の容器中に流し込む前に、該加湿気体の露点より高い温度に該加湿気体を加熱する工程をさらに含む、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
  7. 前記加湿気体は窒素を含む、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
  8. 前記加湿気体は炭化水素を含有しない、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
  9. 溶融ガラス中の気泡の寿命を減少させる方法において、
    電力補助された溶融容器内で溶融ガラスを形成する工程、
    前記溶融ガラスを前記溶融容器の下流の清澄容器に通して流す工程であって、前記清澄容器内の前記溶融ガラスが、前記溶融ガラスの自由表面上に複数の気泡を含むものである工程、および
    前記自由表面の上にある前記清澄容器の自由体積中に導入される界面活性剤により、前記複数の気泡の膜上の表面張力勾配を減少させる工程、
    を有してなり、
    前記界面活性剤の導入は、前記清澄容器内の前記溶融ガラスの流動方向に対して実質的に平行な方向に前記自由体積中に流し込む工程を含み、
    前記加湿気体は炭化水素を含有しない、方法。
  10. 前記加湿気体の露点は、４１℃から９２℃の範囲内にあり、
    前記加湿気体中の酸素の分圧は、前記複数の気泡内の酸素の分圧と少なくとも等しい、請求項９記載の方法。
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