JP5849964B2 - ガラス溶融炉、ガラス素地の変性方法、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造方法およびガラス製品の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス溶融炉、ガラス素地の変性方法、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造方法およびガラス製品の製造装置に関する。

近年の省エネルギー化への要求やＣＯ_２削減の世界的な要求に伴い、自動車の窓等は日射熱遮蔽のために濃色化の傾向にある。これは、車内に侵入する熱エネルギーを低減させることにより、車内の温度上昇を抑えて冷房効率を高め、温室効果ガスの排出量を削減しようとするためである。特に近年では極めて熱遮蔽の高いガラスが求められる傾向にある。
ガラスの熱遮蔽性を高めるために、ガラスの表面に反射膜等を構成する対応も成されているが、膜の強度と耐久性や強烈な反射光が問題になることも多く、ベースガラスに着色成分を加えてガラス組成を変えることで、熱線吸収を高める対応も求められている。

着色ガラスの製造は、一般的に溶融槽の上流で投入するガラス原料の組成を変えて行われる。しかし、この方法では、前の着色ガラスの製造に続いて異なる組成の他の着色ガラスを製造する場合には、溶融槽内の前の着色ガラスを抜く必要があり、交換中の中間色ガラスは通常は製品として利用できないので無駄が多く、また色替えまでに長時間を要するという問題がある。
そのため、溶融槽でガラス原料のうち大半の組成成分を占めるベースガラスを溶融した後、溶融槽の下流で着色剤としてのカレットを投入する方法が知られている（たとえば、特許文献１〜３参照。）。

図８に特許文献１に記載のバッチ材料溶融装置を示す。図８中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、装置全体にガラスが流れる方向を示す。このバッチ材料溶融装置１００は、電気溶融（サブマージド電極の形態の加熱手段による電気溶融）および／または燃料燃焼型溶融（天井燃焼バーナーの形態の加熱手段による溶融）を備えた溶融室１０１であるモジュール１１１と、サブマージドバーナーを備えた溶融室１０２であるモジュール１１２と、移送ダクト１０４を介して溶融室１０１に連通し、かつ移送ダクト１０５を介して溶融室１０２に連通する混合室１０３であるモジュール１１３と、このモジュール１１３と下流側の装置とを連通する移送ダクト１０６とより構成されている。この溶融装置１００では、溶融室１０１で溶融された溶融ガラスと、溶融室１０２で溶融された溶融ガラスとが、モジュール１１３で混合され、均質化され、移送ダクト１０６より下流側へと流される。この溶融装置１００では、溶融室１０１から到来するガラスの組成を調節するために溶融室１０２を用いることにより、たとえば混合後のガラスの粘度特性、酸化還元特性または分光学的特性を変化させることができる。

特許文献２に記載の技術では、炉の内部において溶融ガラスの上方に補助槽を配置し、この補助槽中に高濃度の付加物を有するフリットを導入し、フリットを供給装置からの気流により加熱し溶融させて、溶融したフリットを溶融ガラスに流入させている。
特許文献３に記載の技術では、ガラス溶融炉の溶融帯で溶融したベースガラスに、ガラス溶融炉の下流の腰部(スロート)に配置された供給装置より、改質物質を添加している。特許文献３に記載の技術において、供給装置の一つの例は、水平に流れる溶融したベースガラスに対して垂直管を配置し、この垂直管を介して改質物質を供給する構成である。また、改質物質は、供給装置に接続された中空溶融器において電気加熱方法などにより溶融した上で、溶融したベースガラスに供給する構成も記載されている。

日本特表２００５−５１０４３９号公報 日本特開昭４９−３１７２５号公報 日本特表平１１−５１３９７２号公報

しかし、本発明者らが検討した結果、近年の省エネルギー施策に準じて求められる高濃度の着色剤入りガラスは、燃焼バーナーを用いた通常の溶融方法では、均一に溶融することが困難であることが明らかとなった。これは、燃焼バーナーの輻射熱によりガラス原料を溶融する場合、ガラスに含まれる着色剤の熱線吸収率が高すぎるため、溶融した着色剤入りガラスの上層で熱線が吸収されてしまい、溶融槽底部の溶融ガラスにまで充分な輻射伝熱できなくなるためである。大量のエネルギーを投入して溶融槽を高温に設定することにより着色剤入りガラスを溶融することは技術的には可能であるものの、消費エネルギーが増大するのみならず、大掛かりな設備を要する。また、着色剤入りガラスは上述の如く輻射伝熱し難いため、溶融した着色剤入りガラスを所定温度に保つことも難しく、槽底部の溶融ガラスが冷えやすくなる。

たとえば超高断熱自動車ルーフ窓等用のガラスを設計しようとした場合、ガラス中に着色剤として３〜５％以上の酸化鉄分を必要とする。本発明者らは、このような組成のガラスを溶融する場合についてシミュレーションで検討した。その結果、通常、溶融槽で溶融したガラスは、成形などの後工程に適した温度（１３００℃程度）まで冷却されるが、前記組成のガラスでは、この冷却工程において槽底部の溶融ガラスが冷えすぎてしまい、流れずに停滞する溶融ガラス領域が生じることが明らかとなった。このような停滞領域が生じると、他の組成のガラスを製造するために溶融ガラスを交換する際に長時間を要するのみならず、異なる溶融ガラスが部分的に流れた場合にはリーム欠点や泡欠点の原因になる。また、冷却槽や溶融工程の停滞部に、溶融ガラス温度を上げられずに流れない溶融ガラス領域が発生すると、溶融ガラスの清澄過程に寄与する体積が著しく減少し、品質と生産性を著しく減少させるか又は生産できないおそれがある。
一般に溶融ガラスの低層の低温で停滞した溶融ガラスの昇温に電気溶融を活用する例も知られており、本発明者らはこれについてシミュレーションで検討した。その結果、特に低温化し易く、成形工程に近く、製造されるガラス製品の品質に影響の強い冷却槽等の溶融ガラスの低層部を均一に電気加熱することは困難であると考えられる。
一方、上部からの輻射加熱を要しない電気溶融槽窯もこの種の濃色ガラスを溶かす方法の候補となるが、この方法においても同様に、電気溶融槽窯で溶融したガラスを後工程に送る流路や冷却槽において熱不足に陥りやすく、槽底部付近の溶融ガラスの低温化や滞留が起こると考えられる。

また、上述の特許文献１〜３に記載の技術のように、溶融したベースガラスに着色剤としてのカレット（以下、着色剤カレットともいう。）を投入する方法により着色剤を３〜５％もの高濃度で含む濃色ガラスを製造するには、たとえば着色剤を数十％含む着色剤カレットを用いる場合、着色剤カレットをベースガラスに対して十から数十％も投入する必要がある。特許文献１〜３に記載の技術のように、サブマージドバーナー、加熱気流、電気などによる加熱では、このような高濃度で着色剤を含むカレットを溶融することは難しく、仮に溶融できたとしても一度冷やされたカレットの再加熱の場合には着色剤カレットの温度は数１００℃程度と、ベースガラスの温度より遥かに低温となる。たとえば、１３００℃のベースガラスに対して、３００℃の着色剤カレットを１０％投入した場合、ガラス全体温度は１００℃程度低下してしまう。この温度低下により溶融ガラスの粘度が上昇するために攪拌がし難くなり、かつ分布する低温の着色剤カレットを均一に攪拌するのは容易ではない。

特許文献１に記載の技術では、図８に示す如く、着色剤などの添加剤を溶融するための溶融室１０２が必要であり、設備が大掛かりとなってしまう。また、同じ溶融室１０２で他の着色ガラスを製造する場合には溶融室１０２内の着色剤を完全に除く必要があり、色替えに長時間を要する。そのため少量多品種生産が要求される着色ガラスの製造には適さない。さらに、溶融室１０２でのサブマージドバーナーによる液中溶融法では、ガラス融液中でバーナーを燃焼するため、溶融された着色剤などの添加剤は多量の気泡を含み易く、製造されるガラス製品に気泡が混入する可能性がある。

以上のような背景から本発明は、高濃度の添加剤成分を含む変性溶融ガラスを、優れた品質で製造できるガラス溶融炉、ガラス素地の変性方法、および溶融ガラスの製造方法の提供を目的とする。
また、本発明は、上述の溶融ガラスの製造方法を用いるガラス製品の製造方法の提供を目的とする。
さらに、本発明は、上述のガラス溶融炉を備えるガラス製品の製造装置の提供を目的とする。

本発明は、溶融状態のガラス素地に添加剤を加えて変性溶融ガラスとし、該変性溶融ガラスを排出するガラス溶融炉であって、ガラス原料を溶融してガラス素地とする溶融槽と、前記溶融槽に連通され、該溶融槽のガラス素地を導入して排出部へと移送するフォアハースであって、添加剤を投入する投入部と、該投入部の下方で投入された前記添加剤を溶融添加剤粒子とする前記ガラス素地の液面上方の加熱気相部を形成するための加熱手段とを備える前記フォアハースと、を有し、前記添加剤が、投入される該添加剤に対して５０〜１００質量％の着色成分を含み該着色成分の添加量が前記ガラス素地１００質量％に対して、０．１〜２０質量％であることを特徴とするガラス溶融炉を提供する。
なお、ガラス素地とは、添加剤を加える前のベースガラス組成（母ガラス組成ともいう。）のガラスをいう。ただし、溶融状態のガラス素地を単にガラス素地という場合もある。
変性とは、溶融状態のガラス素地に、ガラス素地の質量よりも少量の添加剤を加え、それを溶融状態のガラス素地中に混ぜ合わせ均質化することで、ベースガラスの組成を変化させ、新たな機能を付与することをいう。変性とは、別の観点からすると、添加剤による比較的小さなガラス組成の変更でガラス製品の特性を検知できるように変えることをいう。
変性溶融ガラスとは、添加剤を加えた後の変性後の溶融ガラスであってガラス製品となるガラス組成のものをいう。

本発明のガラス溶融炉において、前記加熱手段が、酸素燃焼炎を発生させる酸素燃焼バーナーおよび熱プラズマを発生させる一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置のいずれかまたは両方であることが好ましい。
本発明のガラス溶融炉において、前記酸素燃焼バーナーに、前記投入部である添加剤供給路が設けられていてもよい。
本発明のガラス溶融炉において、前記酸素燃焼バーナーの先端と前記フォアハース内のガラス素地の液面位置との距離が、前記投入部からの前記添加剤を前記加熱気相部によって前記溶融添加剤粒子とするのに必要な長さ以上にされることが好ましい。
本発明のガラス溶融炉において、前記フォアハースの天井部に上方へ突出する天井突部を形成し、該天井突部に前記投入部と前記加熱手段とが設置されていてもよい。
本発明のガラス溶融炉において、前記フォアハースにおいて、前記投入部の設置位置よりも前記排出部側に撹拌手段を有していてもよい。

また、本発明は、溶融状態のガラス素地に添加剤を加えてガラス素地を変性させるガラス素地の変性方法であって、ガラス原料を溶融してガラス素地とする工程と、添加剤をガラス素地の液面上方の加熱気相部中に投入することにより該添加剤を溶融させて溶融添加剤粒子とし、該溶融添加剤粒子を前記ガラス素地に添加してガラスの組成を変性させる工程と、を含み、前記添加剤が、投入される該添加剤に対して５０〜１００質量％の着色成分を含み該着色成分の添加量が前記ガラス素地１００質量％に対して、０．１〜２０質量％であるガラス素地の変性方法を提供する。
本発明のガラス素地の変性方法において、酸素燃焼炎を発生させる酸素燃焼バーナーおよび熱プラズマを発生させる一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置のいずれかまたは両方により前記加熱気相部を形成することが好ましい。
本発明のガラス素地の変性方法において、内部に添加剤供給路が設けられた前記酸素燃焼バーナーにより前記加熱気相部を形成し、前記添加剤供給路から前記添加剤を前記加熱気相部に投入してもよい。

本発明のガラス素地の変性方法において、前記酸素燃焼バーナーの先端位置を、前記ガラス素地の液面位置に対して前記添加剤を前記加熱気相部によって前記溶融添加剤粒子とするために必要な高さに設定することが好ましい。
本発明のガラス素地の変性方法において、前記添加剤の平均粒径が、重量平均で１ｍｍ以下であることが好ましい。
本発明のガラス素地の変性方法において、前記添加剤が、着色成分を含み該着色成分の添加量が前記ガラス素地１００質量％に対して、０．１〜２０質量％であってもよい。
本発明のガラス素地の変性方法において、前記添加剤が、添加剤原料が混合された造粒体であってもよい。
本発明のガラス素地の変性方法において、前記添加剤が、変性成分を含んだガラスフリットであってもよい。
本発明のガラス素地の変性方法において、前記添加剤が、単一種または複数種の酸化物を含んでもよい。
本発明のガラス素地の変性方法において、前記ガラス原料を溶融してガラス素地とする工程が、該ガラス原料を加熱気相中で溶融する気中溶融法による工程であってもよい。

本発明は、上記ガラス素地の変性方法を用いて変性溶融ガラスを製造する溶融ガラスの製造方法を提供する。
また、本発明は、上記溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程と、を含むガラス製品の製造方法を提供する。
さらに、本発明は、上記ガラス溶融炉と、該ガラス溶融炉により製造された変性溶融ガラスを成形する成形手段と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段と、を備えるガラス製品の製造装置を提供する。

本発明のガラス溶融炉は、従来の装置と異なり、添加剤を予め溶融するための窯を必要とせず、既存の溶融炉のフォアハースに投入部と加熱手段よりなる添加剤溶融ユニットを設置するだけでよいため、設備的に簡便である。また、添加剤を溶融する窯も別途必要とせず、溶融槽上流で投入するベースガラスの原料自体の組成を替える必要もないため、従来の装置とは異なり、色替えの際に槽全体の溶融ガラスを除去する必要がなく、短時間で色替えができる。
本発明のガラス溶融炉では、他の組成の変性溶融ガラスを製造する場合には、投入部に投入する添加剤の種類を替える、または添加剤溶融ユニットを入れ替えるだけでよい。このため、少量多品種対応が求められる瓶用ガラスのような色ガラスの製造にも好適である。

本発明のガラス素地の変性方法および溶融ガラスの製造方法によれば、添加剤を加熱気相部中にて瞬時に溶融できるため、従来では溶融することが困難であった着色成分を多く含む添加剤も溶融することができる。また、加熱気相部で溶融された溶融添加剤粒子が降下してフォアハースを流れるガラス素地に分散するため、ガラス素地に溶融添加剤粒子が溶け込みやすく、均質な変性溶融ガラスを製造できる。
本発明のガラス素地の変性方法および溶融ガラスの製造方法では、添加剤は高温の加熱気相部にて溶融されるため、溶融された溶融添加剤粒子の温度は、フォアハースを流れるガラス素地の温度（たとえば、１３５０℃程度）と同等またはそれ以上の高温とすることが出来る。そのため、ガラス素地の温度を低下させることなく、容易に撹拌することができ、均質な組成の変性溶融ガラスを製造できる。また、加熱気相部の温度を調整することにより、溶融添加剤粒子の温度を自由に調整でき、ガラス素地との混合に有利な温度や粘度の溶融添加剤粒子とすることができる。さらに、溶融添加剤粒子の温度が充分に高く設定される為、溶融添加剤粒子の粘度が低くなりガラス素地との撹拌・混合の際に気泡を巻き込むおそれが少なく、優れた泡品質の変性溶融ガラスとなる。
本発明のガラス素地の変性方法および溶融ガラスの製造方法では、添加剤を加熱気相部で瞬時に溶融するため、従来の製造方法と比較して製造時間を短縮でき、消費エネルギー削減、排ガスの削減ができる。

本発明のガラス製品の製造方法は、上述の溶融ガラスの製造方法を用いることにより、添加剤が高い濃度で変性成分を含む場合にも、均質で高品質なガラス製品を提供できる。
また、本発明のガラス製品の製造装置は、上述のガラス溶融炉を備えることにより、均質で高品質なガラス製品を従来の変性ガラスの製造装置に比べて小規模で変性のための溶融槽を追加することなく製造できる。

図１は本発明に係るガラス溶融炉の一実施形態を模式的に示す縦断面図である。 図２（ａ）は図１に示すガラス溶融炉のフォアハースの縦断面図であり、図２（ｂ）は同フォアハースの天井部を除いた要部平断面図である。 図３（ａ）は図２（ｂ）に示すフォアハースのＡ−Ａ’線に沿う断面模式図であり、図３（ｂ）は同フォアハースのＢ−Ｂ’線に沿う断面模式図である。 図４は図１に示すガラス溶融炉のフォアハースが備える酸素燃焼バーナーの一例構造を示す縦断面図である。 図５は本発明に係るガラス溶融炉の他の実施形態を模式的に示す縦断面図である。 図６は本発明に係るガラス溶融炉の他の実施形態を模式的に示す縦断面図である。 図７は本発明に係るガラス原料の溶融方法を用いてガラス製品を製造する方法の一例を示すフロー図である。 図８は従来のバッチ材料溶融装置の構成を示す模式図である。

以下、添付図面に従って本発明に係るガラス溶融炉、ガラス素地の変性方法、溶融ガラスの製造方法、ガラス製品の製造方法およびガラス製品の製造装置の一実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。

図１は本発明に係るガラス溶融炉の一実施形態を模式的に示す縦断面図であり、図２（ａ）は図１に示すガラス溶融炉のフォアハースの縦断面図であり、図２（ｂ）は同フォアハースの天井部を除いた要部平断面図であり、図３（ａ）は図２（ｂ）に示すフォアハースのＡ−Ａ’線に沿う断面模式図であり、図３（ｂ）は同フォアハースのＢ−Ｂ’線に沿う断面模式図である。図１〜図３に示すガラス溶融炉は、本発明に係るガラス素地の変性方法および溶融ガラスの製造方法に用いられる。

図１に示す本実施形態のガラス溶融炉１０は、溶融槽３０とフォアハース２０とを備え、溶融槽３０とフォアハース２０は接続部（スロート）３４を介し連通されている。溶融槽２０で溶融されたガラス素地は接続部３４よりフォアハース２０に導入される。導入されたガラス素地はフォアハース２０において連続する成形工程などに適した温度に冷却（温度調整）され、排出部である排出口２２より成形装置５０側へと排出される。なお、必要に応じて、フォアハース２０と成形装置５０との間に脱泡装置を配して、泡品質を向上させることもできる。

溶融槽３０は、耐火煉瓦製の中空型の炉体３２と、炉体３２内の上部に火炎噴射方向が横向きとなるように配置された燃焼バーナー３１と、ガラス素地の原料を投入する原料投入部３３と、炉体３２内で溶融された溶融ガラス素地Ｇ０（以下、「ガラス素地Ｇ０」と略称することがある。）をフォアハース２０へと排出する接続部３４を備えている。溶融槽３０では、原料投入部３３より投入されたガラス原料のバッチが、炉体３２の壁部に設置された燃焼バーナー３１の火炎による輻射熱により溶融されて、ガラス素地Ｇ０として炉底部３２ａに貯留される。炉体３２には、必要に応じて炉底部３２ａに電極などの加熱手段（図示略）が配置され、炉底部３２ａに貯留されているガラス素地Ｇ０を目的の温度（たとえば１４００〜１５００℃程度）に溶融状態で保持できるように構成されている。

接続部３４の底部３４ａは、後述するフォアハース２０の底部２１ａよりも高い位置に設けられている。これにより、溶融槽３０で溶融されたガラス素地Ｇ０は、フォアハース２０に導入される際に溶融槽３０側に逆流することが抑止され、溶融槽３０からフォアハース２０の排出口２２まで一方向流が形成される。
燃焼バーナー３１としては、従来公知の燃焼バーナーを用いることができ、燃料、支燃ガス供給ノズルが適切に配置された酸素燃焼バーナーなどを用いればよい。

フォアハース２０は、耐火煉瓦製の炉壁２１に囲まれた筒状を成しており、その断面形状は円形、楕円形、矩形、不定形など、如何なる形状でもよい。フォアハース２０の高さおよび幅は、通常、溶融槽３０よりも小さく設定されており、フォアハース２０の底部２１ａは溶融槽３０の底部３２ａよりも高く設定される。
なお、フロート法等のガラス板の製造装置において、ガラスの溶融槽から成形装置であるフロートバスに溶融ガラスが流れる工程においてガラスの溶融槽に連続して設けられた溶融槽より幅が狭く、かつ底が浅く設計された溶融ガラスの清澄槽もフォアハースと称するものとする。この場合、溶融槽と清澄槽とを区画し、流量を制御するトンネル状の接続部３４を設けなくてもよい。

フォアハース２０の天井壁部２１ｔはその一部が他の部分より高く設定されており、この高く設定された天井突部２１Ｔには、２つの酸素燃焼バーナー１がフォアハース２０の幅方向に隣接して、火炎噴射方向が下向きとなるように、天井突部２１Ｔを貫通して設置されている。天井壁部２１ｔと天井突部２１Ｔはフォアハース２０の天井部を構成している。
加熱気相部に添加剤を供給するための投入部は、酸素燃焼バーナー１に一体形成されており、酸素燃焼バーナー１の出口付近で燃焼ガスを供給する管と酸素を供給する管と添加剤を供給する管が同軸で構成されている。この投入部と酸素燃焼バーナー１との組み合わせを、「添加剤溶融ユニット５」という。なお、後述の如く、本実施形態においては、酸素燃焼バーナー１に一体形成された添加剤供給路１２Ａが投入部となる。
本実施形態のガラス溶融炉１０のフォアハース２０において、加熱気相部を形成する加熱手段は酸素燃焼バーナー１からなる。加熱気相部は、酸素燃焼バーナー１の火炎（以下、酸素燃焼炎、または燃焼炎ともいう。）Ｆ中および火炎Ｆ近傍の高温部から構成される。

酸素燃焼バーナー１は、無機粉体加熱用バーナーとして公知な、原料（添加剤）、燃料ガス、燃焼ガス供給ノズルが適切に配置された酸素燃焼バーナーである。図４に本実施形態のガラス溶融炉が備える酸素燃焼バーナー１の一例構造を示す。なお、本発明における酸素燃焼バーナーの構造は、以下に示す例に限定されるものではない。
図４に示す酸素燃焼バーナー１は、複数の管状のノズル１１、１２、１３、１４および外管１５が同心円状に配置された多重管構造とされ、中央部に配置された第１ノズル１１と、この第１ノズル１１の外方に第１ノズル１１を取り囲むように順次配置された第２ノズル１２と第３ノズル１３と第４ノズル１４と外管１５とから構成されている。
第１ノズル１１の内部に燃料ガスを通過させるための燃料ガス供給路１１Ａが形成され、第１ノズル１１と第２ノズル１２との間に添加剤を通過させるための添加剤供給路１２Ａ（すなわち、投入部）が形成されている。また、第２ノズル１２と第３ノズル１３との間に燃焼ガスを通過させるための１次燃焼ガス供給路１３Ａが形成され、第３ノズル１３と第４ノズル１４との間に燃焼ガスを通過させるための２次燃焼ガス供給路１４Ａが形成され、第４ノズル１４と外管１５との間に冷却水などの冷媒を流通させるための冷媒流路１５Ａが形成されている。
第４ノズル１４と外管１５は、それらの先端部において接続部１６により接続されており、冷媒流路１５Ａの先端側はこの接続部１６により閉じられている。冷媒流路１５Ａは各ノズル１１〜１４を十分に冷却できるように、各ノズル１１〜１４の先端部近傍にまで設けられている。これにより、各ノズル１１〜１４が過熱状態になることを防止できる。

酸素燃焼バーナー１において、プロパン、ブタン、メタン、ＬＰＧ（液化石油ガス）、水素、重油、軽油、灯油などの燃料ガスがガス供給装置４６から供給管４７ａを介して燃料ガス供給路１１Ａに導入され、酸素や酸素富化ガスなどの燃焼ガスがガス供給装置４６から供給管４７ｂおよび４７ｃを介して１次燃焼ガス供給路１３Ａおよび２次燃焼ガス供給路１４Ａに導入される。また、後述する添加剤が供給装置４８から供給管４９を介して投入部である添加剤供給路１２Ａに供給される。これにより、酸素燃焼バーナー１の先端から酸素燃焼炎を噴射するとともに、添加剤を吹き出すことができる。本実施形態の酸素燃焼バーナー１により噴射される酸素燃焼炎により形成される加熱気相部の中心部の温度は、燃焼炎が、たとえば水素酸素燃焼炎の場合約２０００〜３０００℃である。

酸素燃焼バーナー１の先端３から火炎Ｆを下向きで噴射させて、この火炎Ｆ（すなわち、加熱気相部）中に添加剤を気体搬送又は機械搬送により酸素燃焼バーナー１の投入部である添加剤供給路１２Ａから供給する。これにより、添加剤を確実に且つ短時間に加熱気相部中で溶融させて溶融添加剤粒子Ｕとすることができる。なお、以下の説明において、前述の如く、添加剤等の粒子を加熱気相部中にて溶融する製法を「気中溶融法」と称することがある。

このように、投入部が一体となった酸素燃焼バーナー１を適用した場合には、酸素燃焼バーナー１の添加剤供給路１２Ａが投入部を兼ねているため、投入部を別個で設ける必要はない。また、燃焼バーナー１の先端３から下方向に噴射される火炎Ｆ中に、添加剤供給路１２Ａから添加剤が投入されることにより、添加剤の飛散方向が下向きに制御されるため、添加剤が火炎Ｆ外方に飛び散ることを抑制できる。

酸素燃焼バーナー１の先端３から火炎Ｆを下向きに噴射させて溶融添加剤粒子Ｕを生成するためには、酸素燃焼バーナー１の先端３の下方に火炎Ｆを形成するための空間に加え、火炎Ｆを通過した添加剤が充分に溶融して溶融添加剤粒子Ｕとなるまでの空間（すなわち、火炎Ｆ長の確保と火炎Ｆにより形成される加熱気相部での滞在時間の確保するための空間）が必要である。そのため、本実施形態では、フォアハース２０の天井壁部２１ｔよりも空間高さをかせぐために天井突部２１Ｔを形成して酸素燃焼バーナー１の上下位置を調整している。天井突部２１Ｔを設けてここに酸素燃焼バーナー１を設置することにより、酸素燃焼バーナー１の取り付け位置をガラス素地Ｇ０の液面よりも充分に高くすることができ、未溶融状態の添加剤をガラス素地Ｇ０に直接投入してしまうことを抑止できる。なお、ここでいう溶融添加剤粒子Ｕは、加熱気相雰囲気中で、投入した大半の添加剤が溶融状態となったものである。よって、投入した添加剤の一部に未溶融状態が残ったとしても、その未溶融の添加剤が加熱気相雰囲気の下方の溶融ガラスに落下後、その溶融ガラス中ですばやく溶融する限りは、加熱気相雰囲気中での未溶融状態の添加剤の存在を許容できる。また、既存のフォアハースの天井部の一部分を改良して天井突部２１Ｔを形成することにより、添加剤溶融ユニット５を容易に設置できるため、既存のガラス溶融炉に対して小さな規模の改良を施して本実施形態のガラス溶融炉１０を実現できる。フォアハース２０の天井部である天井壁部２１ｔの高さ自体を天井突部２１Ｔと同じ高さまで高くしてもよいが、ガラス素地Ｇ０の上に広い空間が生成してしまうので、燃焼バーナー２４でガラス素地Ｇ０の温度を維持することを考慮すると、エネルギー効率の面から無駄が多くなるおそれがある。
なお、ガラス素地Ｇ０の液面とフォアハース２０の天井壁部２１ｔ（天井部）との距離が、酸素燃焼バーナー１からの火炎Ｆを用いて気中溶融法を行うに充分である場合には、天井突部２１Ｔを形成せずに天井壁部２１ｔ（天井部）に酸素燃焼バーナー１を設置してもよい。さらに、酸素燃焼バーナー１の位置は、溶融添加剤粒子Ｕが上記の状態になる限りは、溶融炉のどこに設置されてもよい。

加熱気相部を形成する加熱手段としては酸素燃焼バーナー１に限定されるものではなく、熱プラズマを発生させる、一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置をフォアハース２０の天井突部２１Ｔに設けてもよい。また、図５に示すガラス溶融炉１０Ｂの如く、酸素燃焼バーナー１と、熱プラズマを発生させる一対以上の電極９で構成される多相アークプラズマ発生装置の両方をフォアハース２０に設けてもよい。更に、酸素燃焼バーナー１の火炎Ｆ、熱プラズマの温度は、後述する添加剤に含まれる気体成分を迅速にガス化散逸させ、ガラス化反応を進行させるために、添加剤の１成分として用いられることもある珪砂の溶融温度以上である１６００℃以上に設定することが好ましい。これにより、フォアハース２０内に投下された添加剤は、火炎Ｆ及び／又は熱プラズマによって、迅速にガス化散逸されるとともに、高温で加熱されることにより液状の目的組成の溶融添加剤粒子Ｕとなって降下し、フォアハース２０の底部２１ａを流れるガラス素地Ｇ０に着地して添加される。なお、火炎Ｆの場合、その中心温度は酸素燃焼のケースで２０００〜３０００℃であり、熱プラズマの場合は５０００〜２００００℃である。

フォアハース２０に沿って添加剤溶融ユニット５の設置位置の下流側（排出口２２側）には、天井壁部２１ｔに形成された開口２３を介して６個の撹拌装置７が、フォアハース２０幅方向に３個ずつ並置され２列に設置されている。撹拌装置７としては、従来公知の撹拌装置７を適用することができる。
添加剤溶融ユニット５の投入部（すなわち、酸素燃焼バーナー１の添加剤供給路１２Ａ）に投入された添加剤は、酸素燃焼バーナー１の火炎Ｆにより形成される加熱気相部中で溶融されて溶融添加剤粒子Ｕとなる。この溶融添加剤粒子Ｕはフォアハース２０中を降下し、フォアハース２０の底部２１ａを流れるガラス素地Ｇ０に添加された後、添加剤溶融ユニット５の下流側（排出口２２側）の撹拌装置７により撹拌されて均質化される。これにより、ガラス素地Ｇ０に添加剤が均一に添加された変性溶融ガラスＧ１が製造され、排出部である排出口２２より下流側へと排出される。

フォアハース２０内の壁部には、複数の燃焼バーナー２４が設置されており、これらの燃焼バーナー２４により、フォアハース２０を流れるガラス素地Ｇ０および変性溶融ガラスＧ１の温度低下を抑止しつつ、所望の温度に維持することができる。酸素燃焼バーナー２４としては、従来公知の燃焼バーナーを用いることができ、燃料、支燃ガス供給ノズルが適切に配置された酸素燃焼バーナーなどを用いればよい。
フォアハース２０に沿って添加剤溶融ユニット５の設置位置より若干上流側（接続部３４側）および若干下流側（排出口２２側）には、外部の真空排気装置（図示略）に接続された排気口２５が形成されている。また、撹拌装置７近傍の炉壁２１にも排気口２５が形成されており、この排気口２５を介して燃焼ガスが排出される。排気口２５は、酸素燃焼の特殊な燃焼ガスを速やかに排気するためと、フォアハース２０の炉圧や気流を制御するためなどのために設けられる。
なお、本明細書において、「上流」および「下流」といった場合、フォアハース２０の接続部３４側から排出口２２側に向かって流動するガラス素地Ｇ０の流動方向における上流および下流を意味する。

本実施形態において、ガラス素地Ｇ０の組成は特に制限されない。したがって、ソーダライムガラス、混合アルカリ系ガラス、ホウケイ酸ガラス、あるいは、無アルカリガラスのいずれであってもよい。また、本実施形態の溶融ガラスを用いて製造されるガラス製品の用途は、建築用や車両用に限定されず、フラットパネルディスプレイ用、容器・食器、その他の各種用途が挙げられる。

建築用または車両用の板ガラスに使用されるソーダライムガラスの場合には、ガラス素地Ｇ０は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２：６５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜３％、ＣａＯ：５〜１５％、ＭｇＯ：０〜１５％、Ｎａ_２Ｏ：１０〜２０％、Ｋ_２Ｏ：０〜３％、Ｌｉ_２Ｏ：０〜５％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０〜３％、ＴｉＯ_２：０〜５％、ＣｅＯ_２：０〜３％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、Ｂ_２Ｏ_３：０〜５％、ＺｎＯ：０〜５％、ＺｒＯ_２：０〜５％、ＳｎＯ_２：０〜３％、ＳＯ_３：０〜０．５％、という組成を有することが好ましい。

液晶ディスプレイ用または有機ＥＬディスプレイ用の基板に使用される無アルカリガラスの場合には、ガラス素地Ｇ０は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２：３９〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３：３〜２７％、Ｂ_２Ｏ_３：０〜２０％、ＭｇＯ：０〜１３％、ＣａＯ：０〜１７％、ＳｒＯ：０〜２０％、ＢａＯ：０〜３０％、という組成を有することが好ましい。

プラズマディスプレイ用の基板に使用される混合アルカリ系ガラスの場合には、ガラス素地Ｇ０は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２：５０〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：６〜２４％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ：６〜２４％、という組成を有することが好ましい。

その他の用途として、耐熱容器または理化学用器具等に使用されるホウケイ酸ガラスの場合には、ガラス素地Ｇ０は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２：６０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜５％、Ｂ_２Ｏ_３：５〜２０％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ：２〜１０％、という組成を有することが好ましい。

本実施形態における添加剤の組成は特に制限されないが、上記したガラス素地Ｇ０の組成に加えて、変性成分を含む組成のものを使用できる。導入形態は酸化物を基本とするが、金属の微粉体であってもよい。
添加剤は、たとえば、着色剤の添加によるガラス色調の変更、特定波長吸収イオンの添加により紫外線や熱線の吸収機能の付与、抗菌成分（銀イオン）の添加による抗菌性の付与、核形成物質の添加による結晶化促進、分相惹起成分（りん、フッ素）添加による乳白化、希土類イオンの導入による非線形光学効果の付与、溶融で揮発しやすいガラス組成成分の補充、溶融で時間をかけると変質してしまうようなガラス組成成分の付与などを目的として添加されるものである。
添加剤に含まれる変性成分としては、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｐｂ等の着色成分（着色剤）、Ｆ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ等の結晶化特性や耐候性を付与する成分が挙げられる。
添加剤中の変性成分の含有量は特に限定されず、適宜変更可能であるが、投入される添加剤に対し１〜１００質量％とすることができる。従来の方法では、添加剤が着色成分などの変性成分を多く含む場合、充分に溶融することが難しかったが、本実施形態によれば、添加剤を火炎Ｆにより形成された２０００〜３０００℃の加熱気相部中に投入することにより、例えば酸化鉄であれば５０質量％以上の変性成分を含む添加剤を加熱気相部にて完全に溶融して液状のままガラス素地に供給することができる。そのため、本発明は、これまで溶融することが困難であった高濃度の着色剤を含む添加剤を用いたガラスの変性が可能であり、着色成分を高濃度で含む濃色ガラスの製造に好適である。
本実施形態のガラス素地の変性方法によれば、具体的には、ガラス素地１００質量％に対して、着色成分０．１〜２０質量％を添加できる。

投入部（すなわち、酸素燃焼バーナー１の添加剤供給路１２Ａ）に投入する添加剤の形態としては、前記いずれかの組成のガラス素地の原料と変性成分とを、各成分の粉末を目的の添加剤組成比に合わせて混合し、造粒体とした添加剤原料としたものでよい。本明細書において、一種類ないし多種類の添加剤の原料を混合し造粒して、造粒体としたものも添加剤という場合もある。また、添加剤の形態としては、前述のガラス素地の組成に上記変性成分を含んだ組成を有するガラスをフリット状にしたガラスフリットや、ペレット状に加工したものや、前記組成のガラスのカレットのいずれか、あるいはそれらを混合したものでもよい。この他、添加剤は単一種または複数種の酸化物などを含んでもよい。例えば、添加物は、金属粉でもよい。
添加剤原料の造粒体を使用する場合、造粒体を火炎Ｆ中及び／または熱プラズマ中で一度に溶融、すなわちガラス化できるため、一旦所望の組成のガラスを製造した後に、フリット状、ペレット状などに成形する手間が省け好ましい。
投入部に投入する粒子状、ペレット状、カレット状、フレーク状等の添加剤の寸法は、１ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、「添加剤の寸法」とは、造粒体の場合は平均粒径（重量平均）を示し、ガラスフリットの場合には円相当径を示し、ペレット状およびガラスカレットの場合には最も薄い部分の厚みを示す。添加剤の寸法を１ｍｍ以下とすることにより、火炎Ｆ及び／または熱プラズマ中により形成された高温の加熱気相部中に投入された添加剤全体が充分に伝熱されるので、添加剤を完全に溶融させて溶融添加剤粒子Ｕとすることができる。なお、ペレット状およびガラスカレットの場合には最も厚い部分の厚みが１ｍｍ以下であれば、添加剤全体に伝熱するため、添加剤全体が完全に溶融される。着色材としてのガラスフリットの大きさは、市販されているものは通常１〜１０ｍｍであることが多いので、加熱気相部への投入にあたっては粉砕しておく必要がある場合がある。

投入部から投入する添加剤である添加剤原料の造粒体の一例として、たとえば、ガラス素地に無アルカリガラスの一例を適用し、変性成分としてＦｅを含有する場合について、次の通りである。珪砂、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ_３）などのガラス素地の原料粉末粒子と、他の原料に含まれる鉄分の他にＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４などの粉末粒子を目的の添加剤組成比に合致するように調合して添加剤粉末粒子とし、たとえばスプレードライ造粒法により３０〜１０００μｍ程度の造粒体として、添加剤原料を得ることができる。

前記添加剤粉末から添加剤原料を調製する方法としては、スプレードライ造粒法などの方法が使用でき、添加剤原料を分散溶解させた水溶液を高温雰囲気中に噴霧させて乾燥固化させる造粒法が好ましい。また、この造粒体は目的とする添加剤の成分組成に対応する混合比の原料のみで構成してもよいが、その造粒体に更に同一組成のガラスカレット微粉を混合して、これを添加剤原料として用いることもできる。

スプレードライ造粒により添加剤原料を得るための一例の方法として、上述の各成分の添加剤粉末として２〜５００μｍの範囲の添加剤粉末を蒸留水などの溶媒中に分散してスラリーを構成し、このスラリーをボールミルなどの攪拌装置で所定時間攪拌し、混合し、粉砕したのちにスプレードライ造粒することで上述の各成分の添加剤粉末がほぼ均一に分散された添加剤原料が得られる。
なお、前述のスラリーを攪拌装置で攪拌する際、添加剤原料粉末粒子の均一分散と造粒原料の強度を向上させる目的で、２−アミノエタノール、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などのバインダーを混合してから攪拌することが好ましい。
本実施形態において用いる添加剤原料は、上述のスプレードライ造粒法の他に、転動造粒法、攪拌造粒法などの乾式造粒法により形成することもできる。

添加剤原料の平均粒径（重量平均）は３０〜１０００μｍの範囲が好ましい。より好ましくは、平均粒径（重量平均）が５０〜５００μｍの範囲内の添加剤原料が使用され、さらに７０〜３００μｍの範囲内の添加剤原料が好ましい。
添加剤原料が溶融した溶融添加剤粒子Ｕの平均粒径（重量平均）は、通常、添加剤原料の平均粒径の８０％程度となることが多い。添加剤原料の粒径は、短時間で加熱でき、発生ガスの放散が容易である点、および粒子間の組成変動の低減の点から、前述の範囲を選択することが好ましい。

また、これらの添加剤原料は、必要に応じて、副原料として清澄剤、着色剤、溶融助剤、乳白剤等を含むことができる。また、これらの添加剤原料中のホウ酸などは、高温時の蒸気圧が比較的高いため加熱により蒸発しやすいことから、最終製品であるガラスの組成よりも余分に混合しておくことができる。
本実施形態において、副原料として清澄剤を含有する場合、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、フッ素（Ｆ）の中から１種または２種以上の元素を選択して含む清澄剤を必要量添加することができる。
また、従来から用いられているＳｂ、Ａｓ酸化物などの清澄剤は、泡削減効果が生じたとしても、これら清澄剤の元素は環境負荷低減の面で望ましくない元素であり、それらの利用は環境負荷低減の方向性から見て削減することが好ましい。

本実施形態のガラス溶融炉１０を用いたガラス素地の変性方法では、溶融槽３０で溶融したガラス素地Ｇ０をフォアハース２０に導入し、フォアハース２０を流れるガラス素地Ｇ０に気中溶融法により溶融させた溶融添加剤粒子Ｕを添加して撹拌し、均質な組成の変性溶融ガラスＧ１を得ることができる。
本実施形態のガラス素地の変性方法によれば、添加剤を加熱気相部中にて瞬時に溶融できるため、従来では溶融することが困難であった着色成分を多く含む添加剤も溶融することができる。また、加熱気相部で溶融された溶融添加剤粒子Ｕが降下してガラス素地Ｇ０に分散するため、ガラス素地Ｇ０に溶融添加剤粒子Ｕが溶け込みやすく、均質な変性溶融ガラスＧ１を製造できる。

本実施形態のガラス素地の変性方法では、添加剤は高温の加熱気相部（火炎Ｆの場合は２０００〜３０００℃、熱プラズマの場合は５０００〜２００００℃）にて溶融されるため、溶融された溶融添加剤粒子Ｕの温度は、フォアハース２０を流れるガラス素地Ｇ０の温度（たとえば、１３５０℃程度）と同等またはそれ以上の高温となる。そのため、ガラス素地Ｇ０の温度を低下させることなく、容易に撹拌することができ、均質な組成の変性溶融ガラスＧ１を製造できる。さらに、加熱気相部の温度を調整することにより、溶融添加剤粒子Ｕの温度を自由に調整でき、ガラス素地Ｇ０との混合に有利な温度や粘度の溶融添加剤粒子Ｕとすることができる。
また、溶融添加剤粒子Ｕの温度が充分に高く設定される為、溶融添加剤粒子Ｕの粘度が低くなりガラス素地Ｇ０との撹拌・混合の際に気泡を巻き込むおそれが少なく、優れた泡品質の変性溶融ガラスＧ１となる。
さらに、気中溶融法により添加剤を加熱気相部で瞬時に溶融するため、従来の製造方法と比較して製造時間を短縮でき、消費エネルギーの削減、排ガスの削減ができる。
さらにまた、本発明の溶融ガラスの製造方法は、上記した本発明のガラス素地の変性方法を用いるため、上述の効果を奏する。

本実施形態のガラス溶融炉１０は、従来の装置とは異なり、添加剤を予め溶融するための窯を必要とせず、既存の溶融炉のフォアハースに添加剤溶融ユニットを設置するだけでよいため、設備的に簡便である。また、添加剤を溶融する窯も別途必要とせず、溶融槽上流で投入するベースガラスの原料自体の組成を替える必要もないため、従来の装置とは異なり、色替えの際に槽全体のガラスを除去する必要がなく、短時間で色替えができる。
本実施形態において、添加剤溶融ユニット５はフォアハース２０に着脱可能とすることも好ましい。その場合、通常は従来のガラス溶融炉としてガラス素地の製造を行い、必要に応じてフォアハース２０に添加剤溶融ユニット５を設置して変性溶融ガラスを製造できる。
このように、本実施形態のガラス溶融炉１０では、他の組成の変性溶融ガラスを製造する場合には、投入部に投入する添加剤の種類を替える、または添加剤溶融ユニット５を入れ替えるだけでよく、少量多品種対応が求められる瓶用ガラスのような色ガラスの製造にも好適である。

上記実施形態において、溶融槽２０が燃焼バーナー３１を備え、この燃焼バーナー３１から噴射される火炎の輻射熱によりガラス原料が溶融されてガラス素地Ｇ０となる例を示しているが、本発明はこの例に限定されない。ガラス原料を加熱して溶融することができればよく、熱源は、燃焼バーナー、電気、プラズマなど従来公知の何れであってもよい。
図６は、本発明に係るガラス溶融炉の他の実施形態を示す縦断面図である。図６に示すガラス溶融炉１０Ｃは、溶融槽におけるガラス原料の加熱手段として、ガラス原料溶融ユニット４５を備える点で、上記実施形態のガラス溶融炉１０とは異なっている。なお、図６において、図１〜図３に示すガラス溶融炉１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態のガラス溶融炉１０Ｃは、溶融槽３０Ｂとフォアハース２０とを備え、溶融槽３０Ｂとフォアハース２０は接続部３４を介し連通されている。
溶融槽３０Ｂは、耐火煉瓦製の中空型の炉体３２と、炉体３２の天井部３２Ｔを貫通して火炎噴射方向が下向きとなるように配置された酸素燃焼バーナー４１と、酸素燃焼バーナー４１に一体形成されたガラス素地の原料を投入する原料投入部である原料供給路と、炉体３２内で溶融された溶融ガラス素地Ｇ０をフォアハース１０へと排出する接続部３４とを備えている。
酸素燃焼バーナー４１と、酸素燃焼バーナー４１に一体形成された原料供給路である原料投入部は、ガラス原料溶融ユニット４５を成している。ガラス原料溶融ユニット４５の構成は、前記実施形態のガラス溶融炉１０の添加剤溶融ユニット５の構成と同様である。酸素燃焼バーナー４１の火炎Ｆ２により原料投入部（酸素燃焼バーナー４１の原料供給路）の下方に加熱気相部が形成される。

酸素燃焼バーナー４１の構成は、前記実施形態の酸素燃焼バーナー１と類似しており、酸素燃焼バーナー１において第２ノズル１２と第３ノズル１３の間に形成される添加剤供給路１２Ａを原料供給路に置き換えた以外は同様の構成である。
この形態の溶融槽３０Ｂでは、ガラス原料を加熱気相部で溶融する気中溶融法により、液状の溶融ガラス粒子Ｙとして降下させ、炉底部３２ａに貯留してガラス素地Ｇ０を得ることができる。
炉体３２には、必要に応じて炉底部３２ａに電極などの加熱手段（図示略）が配置され、炉底部３２ａに貯留されているガラス素地Ｇ０を目的の温度（たとえば１４００〜１５００℃程度）に溶融状態で保持できるように構成されている。

本実施形態のガラス溶融炉１０Ｃにおいて、溶融槽３０Ｂで溶融されるガラス素地Ｇ０の組成は前記実施形態と同様である。
本実施形態のガラス溶融炉１０Ｃにおいて、溶融槽３０Ｂでのガラス原料の気中溶融法で使用されるガラス原料は、上記いずれかの組成のガラスの原料、たとえば上述の各成分の粒子状の原料粉末粒子を目的のガラスの組成比に合わせて混合し、造粒体としたガラス原料を用意する。
ガラス原料の製法および平均粒径（重量平均）は、前記実施形態における添加剤原料が混合された造粒体の製法および平均粒径（重量平均）と同様である。

なお、本実施形態のガラス溶融炉１０Ｃの溶融槽３０Ｂにおいて、加熱気相部を形成する加熱手段としては、前記実施形態の添加剤溶融ユニット５と同様に、酸素燃焼バーナー４１に限定されるものではなく、熱プラズマを発生させる、一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置を炉体３２の天井部３２Ｔに設けてもよく、また、酸素燃焼バーナー４１及び前記多相アークプラズマ発生装置の両方を炉体３２の天井部３２Ｔに設けてもよい。

本実施形態のガラス溶融炉１０Ｃによれば、前記実施形態のガラス溶融炉１０の効果に加えて、溶融槽３０Ｂにてガラス原料を気中溶融法により溶融してガラス素地Ｇ０とすることができるため、より一層、消費エネルギーの削減と排ガスの削減ができる。

図１〜図３、図５および図６に示すガラス溶融炉１０、１０Ｂ、１０Ｃにおいて、フォアハース２０の寸法は特に制限されるものではなく、溶融槽３０、３０Ｂの寸法等に合わせて適宜変更できる。一例として、１００トン／日程度の生産量のガラス素地Ｇ０に対して、１０トン／日程度の添加剤を添加して変性溶融ガラスＧ１を製造する場合における、フォアハース２０の寸法例を以下に示す。なお、以下に示す例では、フォアハース２０の底部２１ａを流れるガラス素地Ｇ０の高さを２００ｍｍとした。

［フォアハース２０］
・長さ：８０００ｍｍ
・幅：１５００ｍｍ
・酸素燃焼バーナー１の設置位置における内部高さ（底部２１ａと天井突部２１Ｔの内面との距離）：１０００ｍｍ
・酸素燃焼バーナー１設置位置以外における内部高さ（底部２１ａと天井壁部２１ｔの内面との距離）：６００ｍｍ

［酸素燃焼バーナー１（添加剤溶融ユニット５）］
・出力３０万Ｋｃａｌ／ｈ×２基
・設置位置：フォアハース２０の全長Ｌ（８０００ｍｍ）に対して、上流端から２Ｌ／３（下流端からＬ／３）
ここで、本発明において、フォアハース２０における酸素燃焼バーナー１（添加剤溶融ユニット５）の設置位置はフォアハース２０内であれば特に制限されないが、フォアハース２０の下流側の天井部に設置することが好ましい。フォアハース２０の下流側に設置することにより、ガラス素地Ｇ０および変性溶融ガラスＧ１の進行方向が下流側に限られて、上流に戻ることがなく、溶融槽内のガラス素地Ｇ０の温度およびガラス素地Ｇ０の流れに影響を与えないようにできる。また、これにより、ガラス素地Ｇ０の清澄を十分に行うことができる。さらに、下流に設置した攪拌装置７により均質化する領域と近接することにより、均質化する領域で必要な高温度を維持しやすい。

なお、上記実施形態のガラス溶融炉としては、フォアハース２０に酸素燃焼バーナー１が２基設置された例を示したが、本発明はこの例に限定されない。酸素燃焼バーナーの数や設置位置は適宜変更可能である。また、フォアハース２０が備える撹拌装置７の数も６個には限定されず、撹拌装置の数および配置も適宜変更可能である。

図７は本発明に係る溶融ガラスの製造方法を用いてガラス製品を製造する方法の一例を示すフロー図である。
図７に示す方法に従い、ガラス製品を製造するには、上述の溶融ガラスの製造方法を用いたガラス溶融工程Ｓ１により変性溶融ガラスである溶融ガラスＧ１を得たならば、溶融ガラスＧ１を成形装置５０に送って目的の形状に成形する成形工程Ｓ２を経た後、徐冷工程Ｓ３にて徐冷し、切断工程Ｓ４において必要な長さに切断することでガラス製品Ｇ５を得ることができる。
なお、必要に応じて、成形後の溶融ガラスを研磨する工程を設けて、ガラス製品Ｇ５を製造できる。
本発明のガラス製品の製造方法は、上述の溶融ガラスの製造方法を用いることにより、添加剤が高い濃度で変性成分を含む場合にも、均質で高品質なガラス製品を提供できる。

本発明に係るガラス製品の製造装置は、前述したガラス溶融炉１０、１０Ｂ、１０Ｃのいずれかと、該ガラス溶融炉１０、１０Ｂ、１０Ｃよりも下流側に設けられた溶融ガラスを成形する成形手段（成形装置）５０と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段と、を備える装置である。なお、成形手段、徐冷手段については、公知技術の範囲である。たとえば、成形手段としては、ガラス板の場合には、フロート法、ロール法、フュージョン法またはダウンドロー法などによる成形装置が挙げられ、またビンガラス、容器ガラスの場合には、ブロー・ブロー成型法、プレス・ブロー成型法などが挙げられる。なお、高い泡品質が求められる場合には、必要に応じて、ガラス溶融炉１０、１０Ｂ、１０Ｃと成形手段（成形装置）５０との間に減圧脱泡装置を配してもよい。

前記の中でもフロート法のためのフロートバスを用いた成形手段がガラス薄板からガラス厚板までの広範囲の厚さの高品質なガラス板を大量に製造できる理由から好ましい。たとえば、徐冷手段としては、成形後のガラスの温度を徐々に下げるための機構を備えた徐冷炉が一般的に用いられる。徐々に温度を下げる機構は、燃焼ガスまたは電気ヒータにより、その出力が制御された熱量を、炉内の必要位置に供給して成形後のガラスを徐冷する。これによって、成形後のガラスに内在する残留応力を無くすることができる。
本発明のガラス製品の製造装置は、上述のガラス溶融炉を備えることにより、均質で高品質なガラス製品を、従来の変性ガラスの製造装置に比べて小規模で、且つ変性のための溶融槽を追加することなく製造できる。

本発明のガラス溶融炉は、添加剤を予め溶融するための窯を別途必要とせず、溶融炉のフォアハースに添加剤溶融ユニットを設置するだけでよいため、設備的に簡便である。また、溶融槽上流で投入するベースガラスの原料自体の組成を替える必要もないため、色替えの際に槽全体の溶融ガラスを除去する必要がなく、他の組成の変性溶融ガラスを製造する場合には、投入部に投入する添加剤の種類を替える、または添加剤溶融ユニットを入れ替えるだけでよく、短時間で色替えができる。このため、少量多品種対応が求められる瓶用ガラスのような着色ガラスの製造にも好適である。
本発明のガラス溶融炉は、建築用ガラス、車両用ガラス、光学用ガラス、医療用ガラス、表示装置用ガラス、瓶ガラス、容器ガラス、ガラスビーズ、その他一般のガラス製品の製造に広く適用できる。
なお、２０１０年１２月２日に出願された日本特許出願２０１０−２６９６４３号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。

１…酸素燃焼バーナー（加熱手段）、５…添加剤溶融ユニット、７…撹拌装置、９…電極（加熱手段）、１０、１０Ｂ、１０Ｃ…ガラス溶融炉、１１…第１ノズル、１１Ａ…燃料ガス供給路、１２…第２ノズル、１２Ａ…添加剤供給路（投入部）、１３…第３ノズル、１３Ａ…１次燃焼ガス供給路、１４…第４ノズル、１４Ａ…２次燃焼ガス供給路、１５…外管、２０…フォアハース、２１…炉壁、２１ａ…底部、２１Ｔ…天井突部、２１ｔ…天井壁部、２２…排出口（排出部）、２３…開口、２４…燃焼バーナー、２５…排気口、３０、３０Ｂ…溶融槽、３１…燃焼バーナー、３２…炉体、３２ａ…炉底部、３２Ｔ…天井部、３３…原料投入部、３４…接続部、４１…酸素燃焼バーナー、４５…ガラス原料溶融ユニット、５０…成形装置（成形手段）、Ｇ０…ガラス素地、Ｇ１…変性溶融ガラス、Ｆ、Ｆ２…火炎、Ｕ…溶融添加剤粒子、Ｙ…溶融ガラス粒子。

Claims (18)

1. 溶融状態のガラス素地に添加剤を加えて変性溶融ガラスとし、該変性溶融ガラスを排出するガラス溶融炉であって、
   ガラス原料を溶融して溶融状態のガラス素地とする溶融槽と、
   前記溶融槽に連通され、該溶融槽のガラス素地を導入して排出部へと移送するフォアハースであって、添加剤を投入する投入部と、該投入部の下方で前記投入部からの前記添加剤を溶融添加剤粒子とする前記ガラス素地の液面上方の加熱気相部を形成するための加熱手段とを備える前記フォアハースと、
   を有し、
   前記添加剤が、投入される該添加剤に対して５０〜１００質量％の着色成分を含み該着色成分の添加量が前記ガラス素地１００質量％に対して、０．１〜２０質量％であることを特徴とするガラス溶融炉。
2. 前記加熱手段が、酸素燃焼炎を発生させる酸素燃焼バーナーおよび熱プラズマを発生させる一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置のいずれかまたは両方である請求項１に記載のガラス溶融炉。
3. 前記酸素燃焼バーナーに、前記投入部である添加剤供給路が設けられている請求項２に記載のガラス溶融炉。
4. 前記酸素燃焼バーナーの先端と前記フォアハース内のガラス素地の液面位置との距離が、前記投入部からの前記添加剤を前記加熱気相部によって前記溶融添加剤粒子とするのに必要な長さ以上にされた請求項２または３に記載のガラス溶融炉。
5. 前記フォアハースの天井部に上方へ突出する天井突部を形成し、該天井突部に前記投入部と前記加熱手段とが設置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス溶融炉。
6. 前記フォアハースにおいて、前記投入部の設置位置よりも前記排出部側に撹拌手段を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス溶融炉。
7. 溶融状態のガラス素地に添加剤を加えてガラス素地を変性させるガラス素地の変性方法であって、
   ガラス原料を溶融してガラス素地とする工程と、
   添加剤をガラス素地の液面上方の加熱気相部中に投入することにより該添加剤を溶融させて溶融添加剤粒子とし、該溶融添加剤粒子を前記ガラス素地に添加してガラスの組成を変性させる工程と、を含み、
   前記添加剤が、投入される該添加剤に対して５０〜１００質量％の着色成分を含み該着色成分の添加量が前記ガラス素地１００質量％に対して、０．１〜２０質量%であるガラス素地の変性方法。
8. 酸素燃焼炎を発生させる酸素燃焼バーナーおよび熱プラズマを発生させる一対以上の電極で構成される多相アークプラズマ発生装置のいずれかまたは両方により前記加熱気相部を形成する請求項７に記載のガラス素地の変性方法。
9. 内部に添加剤供給路が設けられた前記酸素燃焼バーナーにより前記加熱気相部を形成し、前記添加剤供給路から前記添加剤を前記加熱気相部に投入する請求項８に記載のガラス素地の変性方法。
10. 前記酸素燃焼バーナーの先端位置を、前記ガラス素地の液面位置に対して前記添加剤を前記加熱気相部によって前記溶融添加剤粒子とするために必要な高さに設定する請求項８または９に記載のガラス素地の変性方法。
11. 前記添加剤の平均粒径が、重量平均で１ｍｍ以下である請求項７〜１０のいずれか一項に記載のガラス素地の変性方法。
12. 前記添加剤が、添加剤原料が混合された造粒体である請求項７〜１１のいずれか一項に記載のガラス素地の変性方法。
13. 前記添加剤が、変性成分を含んだガラスフリットである請求項７〜１２のいずれか一項に記載のガラス素地の変性方法。
14. 前記添加剤が、単一種または複数種の酸化物を含む請求項７〜１２のいずれか一項に記載のガラス素地の変性方法。
15. 前記ガラス原料を溶融してガラス素地とする工程が、該ガラス原料を加熱気相中で溶融する気中溶融法による工程である請求項７〜１４のいずれか一項に記載のガラス素地の変性方法。
16. 請求項７〜１５のいずれか一項に記載のガラス素地の変性方法を用いて変性溶融ガラスを製造する溶融ガラスの製造方法。
17. 請求項１６に記載の溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程と、を含むガラス製品の製造方法。
18. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラス溶融炉と、該ガラス溶融炉により製造された変性溶融ガラスを成形する成形手段と、成形後のガラスを徐冷する徐冷手段と、を備えるガラス製品の製造装置。

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