JP5335700B2 - ガラス清澄装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融ガラス清澄装置に関し、とくに貴金属清澄容器の支持および保護に関するものである。

ガラス製品の典型的な製造工程は、溶融ガラスを形成するために、金属酸化物等の原供給材料を溶融することから始まる。溶融工程はガラスを形成することとなるのみならず、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化硫黄、三酸化硫黄、アルゴン、窒素および水蒸気等の種々のガスを含む、種々の不要な副産物を形成することにもなる。これらのガスは除去されないと、製造工程の間存在し続け、完成したガラス製品に、小さな、時には微細なガス状の含有物が含まれることとなる。

ガラス製品の中には、小さなガス状の含有物は有害でないものもある。しかしながら、他の製品にとっては、５０μｍ程度の小さなガス状含有物は容認できない。そのような一つの製品は、液晶および有機発光ダイオードディスプレイ等のディスプレイデバイスの製造に使用されるガラスシートである。そのようなアプリケーションのために、ガラスは、並はずれた明瞭さ、汚れのない表面を有し、歪みおよび含有物がないものでなければならない。

溶融ガラスからガス状含有物を除去するために、通常供給材料に清澄剤が加えられる。清澄剤は、冷却されたときに、その工程において酸素を吸収する減少した価電子状態となり、加熱されたときに、酸素を放出する増加した価電子状態となる多価化合物である。放出された酸素は、溶融ガラスまたは溶融生成物にガスを生じさせる原因となり、融合して溶融生成物の表面に上昇し、そこで工程から除去される。加熱は通常高温清澄容器において行われる。

ディスプレイ級のガラスの典型的な清澄温度は、１７００℃程度とすることができる。この程度温度が高いと、容器の破壊を防止するために、特殊な金属または合金が必要である。白金または白金ロジウム等の白金合金が通常使用される。有利なことに、白金は溶融温度が高く、ガラス中において容易には破壊しない。しかしながら、そのような高温においては、白金または白金合金は酸化しやすい。したがって、高温の白金清澄容器と大気中の酸素との接触を防止する手だてを取らなければならない。さらに、白金は貴金属であり非常に高価であるため、清澄容器の壁は通常できるだけ薄く製造される。したがって、清澄容器は物理的な支持がさらに必要となる可能性がある。

本発明の一態様によれば、トラフを画成するクレイドルと、トラフ内に配置された、溶融ガラスを搬送する容器と、チャンネルを有し、前記クレイドルおよび前記容器の間に配置されたベッド材と、該ベッド材における前記チャンネルと係合される、該ベッド材の少なくとも一部を支持するキーストーンとを有することを特徴とするガラス清澄装置を特徴とするものである。

本発明の他の態様によれば、トラフおよび該トラフから上方に延在する壁を画成する耐火クレイドルと、該トラフ内に配置された白金からなる容器と、該容器および前記クレイドルとの間に配置された、前記容器を囲み、その上部にチャンネルを有する耐火ベッドと、前記クレイドルの上方に配置された耐火キーストーンとを備え、該耐火キーストーンが前記耐火ベッドを支持するために前記チャンネルと係合することを特徴とするガラス清澄装置を特徴とするものである。

上述した概要の説明および後述する詳細な説明の双方が本発明の実施形態を示し、クレームされた発明の本質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図するものであることが理解されよう。本発明のさらなる理解のために添付図面が含められ、本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する。図面は発明の詳細な説明とともに本発明の典型的な実施形態を示し、本発明の原理および動作を説明するために用いられる。

清澄容器を支持するクレイドルを含み、清澄容器の酸素を低減する本実施形態による溶融ガラス清澄装置の断面図 説明のために種々の耐火ブロックが除去された、図１に示す容器の部分断面図 図１に示すクレイドルの斜視図 ベッドのチャンネルおよびフランジ部分を示す、本実施形態による耐火ベッドの拡大断面図 清澄容器を示さずに耐火ベッドのチャンネルおよびフランジ部分を示す、図４のベッド材の斜視図

以下の詳細な説明において、限定のためではなく説明の目的のために、本発明を完全に理解するための具体的な内容を開示する実施形態が記載される。しかしながら、本発明が本明細書に開示された具体的な内容から外れた他の実施形態においても実施できることは、本明細書の利益を得た当業者には明らかであろう。さらに、本発明の記載を不明瞭なものとしないために、周知のデバイス、方法および材料の記載が省略されてもよい。最後に、それが適用できるところはどこであっても、同じ参照番号は同じ部材を参照する。

図１〜３に示すように、本発明によれば、清澄容器１２、クレイドル１４、ベッド材１６、種々の形状およびサイズを有する複数の耐火ブロック１８、およびキーストーン２０を有する装置１０を提供する。

清澄容器１２は、通常、時には１７００℃を超える非常に高い温度に耐えることが可能な金属により構成される。貴金属容器は、白金族金属（例えば、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウムおよびオスミウム)、またはこれらの合金から選択された金属からなることが好ましい。しかしながら、モリブデン等の他の高温金属または合金を、白金族金属とは別にまたはこれと組み合わせて、もしくは他の高温金属との合金として使用してもよい。時には１５００℃を超える温度となる高温溶融ガラスを溶融炉等から受け入れるのに加えて、さらに溶融ガラスを加熱するために容器１２が使用される。したがって、容器１２それ自体が加熱されてもよい。ある実施形態において、容器１２は、電流を金属容器に流すことによって加熱される。しかしながら、例えば火炎等の公知の技術により容器１２を加熱する他の方法を使用してもよい。清澄容器１２は、円筒管形状であることが好ましい。

クレイドル１４は、そこから上方へ延在する側壁２４を有するトラフ２２を画成する。クレイドル１４は、Ｕ字形状のトラフからなることが好ましい。クレイドル１４は、一般に機械的に破壊しない高温に耐えることが可能な材料から形成される。本明細書において使用されているように、他に定義されなければ、耐火物とは高温に耐えることができる材料を意味する。耐火材料は、主としてケイ素、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムおよびジルコニウム等の元素の単一または混合高融点酸化物からなる。しかしながら、非酸化物耐火物も存在し、これは炭化物、窒化物、ホウ化物およびグラファイト等の材料を含む。耐火材料の実際の組成物は、耐火材料が使用される温度および環境、並びに耐火材料が接触する材料に依存する。クレイドル１４は、例えば、アルミナまたは溶融鋳造ジルコニアから形成することができる。

清澄容器１２は、クレイドル１４内に配置され、ベッド材１６により囲まれる。図１に示すように、クレイドルの側壁２４は、清澄容器１２の上端のさらに上方に延在することが好ましく、ベッド材１６は容器とクレイドルとの間に配置される。ベッド材１６は、容器１２を囲むためにトラフ２２に流され、その後、清澄容器１２用の保護ベッドとなる固体耐火材料１６となるために所定位置において硬化する、耐火スラリーとして始まる。したがって、ベッド材１６は、「キャスタブル(castable)」（例えばキャスタブル１６）と称されることがある。ベッド材１６は清澄容器１２と密着し、これにより清澄容器を最大限に支持し、容器表面の外に酸素が広がることを防止する。クレイドル１４と同様に、ベッド材１６は、１７００℃を超える温度に耐えられるべきである。ベッド材１６は、耐火化合物であることが好ましく、例えば高純度アルミナまたはジルコニアからなるものとすることができる。

クレイドル１４は、耐火ブロック１８によってクレイドルの側方および底部において支持され、同様の耐火ブロックにより覆われている。クレイドル１４および耐火ブロック１８を、耐火ブロックアセンブリを構造的に支持するためのスチールエンクロージャ２５等の別のエンクロージャ内に取り付けてもよい。例えば、耐火ブロック１８は、Ｉｎｓａｌｃｏｒ（登録商標）レンガであってもよい。

図１，２に示すように、キーストーン２０は、クレイドルの側壁２４の上部に配置されることが好ましい。ベッド材１６はクレイドルトラフへ注がれ、キーストーン２０の先端部に到達する。キーストーン２０はクレイドル１４の上方において互いに接触しないが、その代わりにそれぞれが側壁間の距離の半分に満たないほど側壁２４から内側に延在しているため、ベッド材１６は上方に流れ、キーストーン２０の先端部に到達することができる。キーストーン２０は、延長エッジ２６においてＲ部分をも有することが好ましい。最終結果は、ベッド材１６が硬化した後、ベッド材１６がキーストーン２０と係合されることである。すなわち、チャンネルは、キーストーン２０が適合するベッド材の上部に形成される。ベッド材１６およびキーストーン２０の双方は、クレイドル１４およびキーストーン耐火物２０が耐火ブロック内に入れられるように、さらなる耐火ブロック１８により蓋がされる。キーストーン２０は、耐火物から形成されることが好ましく、例えば溶融ジルコニアまたはアルミナからなるものとすることができる。

容器１２を通って溶融ガラスが流れるような高温になると、ベッド材１６はベッド材の支持機能に負の影響を与えることが可能な組成変形または「クリープ」を起こしやすい。すなわち、ベッド材はたわみ、容器１２を変形または押しつぶす可能性がある。これは、容器を流れる溶融ガラスの静水圧により、容器の下部において相殺される。しかしながら、通常溶融ガラスは清澄容器を満たさない；このため、それより上方においては容器内部に静水圧が作用しないガラスレベルラインがある。ベッド材によるクリープ、およびその後の清澄容器１２の上端におけるベッド材の重量による圧力が存在し、ベッド材の重量に対抗する内力（例えば静水圧）がないと、容器１２上部において構造的破壊が発生する可能性がある。ベッド材を支持する構造を提供することにより、キーストーン２０はこの問題を解決する。

図３は、説明のためにクレイドル１４およびキーストーン２０がない状態でのベッド材１６を拡大して示す図であり、ベッド材とキーストーンとの間の部分を示している。清澄容器１２および清澄容器内の溶融ガラス３０のレベルを示すガラスレベルライン２８も示している。支持がないと、容器１２上方のベッド材１６は徐々にクリープし、容器１２の上端に下方に向かう力を与え、その結果容器１２が変形し、容器を構造的破壊の危険にさらす。本実施形態によれば、ベッド材１６には対向するチャンネル３２が形成されており、チャンネル間の厚さ「ｄ」は、チャンネル上方のフランジ３４の幅「Ｄ」よりも小さい。ベッド材１６の上部がチャンネル３２に係合するキーストーン２０によって支持されるように、キーストーン２０はベッド材１６の両側においてチャンネル３２と係合する。別の表現で言うならば、キーストーン２０は容器１２上方の空間内に延在し、その空間は、硬化していない状態のベッド材１６が満たされると、キーストーンの一部（例えばキーストーンのＲ部分の上部表面上）を覆う。ベッド材１６が硬化するか、さもなくばその硬化した状態に変化すると、ベッド材は、キーストーンの延在部分の形状を補間する形状（すなわちチャンネル３２）を形成する。したがって、キーストーン２０は、ベッド材１６の荷重を担うことにより支持機能を提供し、これにより、清澄容器１２の高温に起因して、ベッド材１６の上部が徐々にたわむことを防止する。チャンネル３２は、対向する関係にて全体的に同一の高さ方向のレベルを維持して、ベッド材１６の長さに沿って長軸方向に延在することが好ましい。

図２に示すように、清澄容器の温度を監視できるように、装置１０は、ベッド材１６内に取り付けられた少なくとも１つの熱電対３６をさらに備えるものであってもよい。少なくとも１つの熱電対は、予想される測定温度範囲および測定に必要な正確度に基づいて選択してもよい。例えば、タイプ「Ｂ」およびタイプ「Ｓ」熱電対が、清澄容器（例えば金属チューブ１２）の温度の測定に使用される。双方の熱電対タイプは、白金およびロジウムを含む貴金属熱電対である。タイプ「Ｂ」熱電対は、通常約１８００℃までのアプリケーションに使用されるが、タイプ「Ｓ」熱電対は、通常約１６００℃までの温度測定に使用される。清澄容器の上部を測定するために、タイプ「Ｂ」熱電対を使用することが好ましいが、タイプ「Ｓ」熱電対は清澄容器の中間点の温度を測定するために使用される。少なくとも１つの熱電対からの導線３８が、清澄容器温度の記録および／または制御に使用される可能性がある測定機器（不図示）に接続される。

ある実施形態において、破線４０に示すように、クレイドルの底部の角を面取りしてもよい。不要な材料を除去することによって、クレイドル１４をさらに均一に加熱でき、クレイドル材料のひび割れを最小限のものとすることができる。

本発明の上述した実施形態、とくにあらゆる「好ましい」実施形態は、実施可能な実施例であり、本発明の原理を明確に理解するためにのみ記載されたものであることが強調されるべきである。本発明の精神および原理から実質的に逸脱することなく、上述した本発明の実施形態に対して、多くの変形および修正が可能である。すべてのそのような修正および変形は、本明細書の開示および本発明の範囲内においてここに含まれ、以下の特許請求の範囲により保護されることを意図している。

１０ 装置
１２ 清澄容器
１４ クレイドル
１６ ベッド材
１８ 耐火ブロック
２０ キーストーン

Claims (8)

1. ガラス清澄装置であって、
   トラフ（２２）を画成するクレイドル（１４）、
   前記トラフ内に配置された、溶融ガラス（３０）を搬送するための容器（１２）、
   チャンネル（３２）を有し、前記クレイドルおよび前記容器の間に配置されたベッド材（１６）、および
   前記チャンネルと係合し、前記ベッド材の少なくとも一部を支持するキーストーン（２０）、
   を備えたことを特徴とするガラス清澄装置。
2. 前記容器（１２）がチューブであることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記容器（１２）が、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、モリブデンおよびこれらの合金からなる群から選択された金属からなることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 前記クレイドルの側壁（２４）が、前記容器（１２）の上方へ延在することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
5. 前記ベッド材（１６）が、スラリーとして前記クレイドルおよび前記容器の間に配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
6. 前記ベッド材（１６）が、耐火材料からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の装置。
7. 前記チャンネル（３２）が、前記ベッド材（１６）の長さ方向に沿って延在することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の装置。
8. 前記容器（１２）の温度を測定するために、前記耐火ベッド（１６）内に取り付けられた少なくとも１つの熱電対をさらに備えたことを特徴とする請求項７記載の装置。

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