JP5993444B2 - ガラス物品を作製する装置および方法 - Google Patents

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１１年４月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／４８０，４２８号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。

本開示は、一般にガラス物品を作製する方法および装置に関し、特に、導管内でガラスの流れを再配向する装置、および、導管内で溶融ガラスの流れプロファイルを再配向するステップを含むガラス物品を作製する方法に関する。

例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）で使用することができる板状ガラスなど、種々のガラス物品の成形には通常ガラス製造システムが使用されている。例えば、溶融ガラスをアイソパイプ、成形槽、デビトーズ、または他の成形用構造体に流すものが知られており、例えばフュージョンダウンドロー法などのダウンドロー法によってガラスリボンが成形される。ガラスリボンを続いてシートに分割して、例えばＬＣＤ用の板状ガラスを提供することができる。

フラットガラス用途、特にＬＣＤパネル用途のためのガラスの品質の属性要件が徐々に厳しくなっている。撹拌チャンバ内でのガラス攪拌プロセスに両方が関連している、２つの相互に関連した属性があり、すなわち、完成したガラス表面の平坦度の欠陥（「むら」すなわち「筋」として知られている）と、撹拌ブレードおよび撹拌チャンバ壁の浸食により生じる貴金属粒子含有物である。ガラス表面のしわ−筋−は、ガラスの不十分な均質性または送出前のガラスの不十分な混合が最終製品に表れた一般的な形である。パネルに生じた厚さの変動は液晶間隙の変動となり、ＬＣＤの動作不良に繋がり得る。貴金属含有物はガラスパネルのバルクに不連続性を生じさせ、完成したＬＣＤ製品に欠陥である「黒点」を生じさせる。

本攪拌システムの目的は、バッチ溶融によるものや、タンクの耐火物からの分解生成物など、溶解プロセスの人工物であるガラス内の化学組成変化を低減することである。ガラスの最適な攪拌は、ガラスの均質化と材料の浸食という２つの現象のバランスを取ったものであるが、攪拌ロッドのブレードと攪拌チャンバ壁との間のせん断が増加するとこの両方が増進され、完成したガラスの品質に関して前者は利益になり、後者は害になる。本発明者らは、攪拌ロッドの速度を上げずにガラスの均質化を高めるための解決策を見出した。数値モデリングおよびオイルモデルによる結果から、清澄器−撹拌チャンバ接続管の下部から撹拌チャンバ内に入るガラスが、最も攪拌器で混合されていないことが示された。この位置は、ガラスの不均質性のレベルが最大である「汚泥層」の位置にも相当する。すなわち撹拌チャンバから出て行くガラスの全体の均質性は、入ってくるガラスの最も均質でない部分を、より良く混合されることで特徴付けられる攪拌器内の位置に再配向することによって改善することができる。

ガラス流の流れの定義された区分を再配向して、撹拌チャンバ内の効果的に混合される位置にこれを導くことによって、製造されるガラスの筋の品質が改善される。従って、１．ガラス表面の平坦度に対するより厳しい顧客の要件を満足する、筋の減少、２．撹拌チャンバ内でのより効果的な均質化の恩恵としての攪拌速度の潜在的な低下による、攪拌チャンバ内に生じる白金粒子の量の低減、という２つの目標を達成することができる。

一態様によれば、ガラス物品を作製する方法が提供され、この方法は、
（Ｉ）バッチ材料をガラス溶解装置内で溶解して、溶融ガラスを生成するステップ、
（ＩＩ）溶融ガラスを清澄チャンバ内へと流すステップ、
（ＩＩＩ）清澄チャンバ内で、溶融ガラスから気泡を除去するステップ、
（ＩＶ）清澄チャンバと撹拌チャンバとの間に流体連通を提供する導管の注入口に、導管内を進む第１分量の高度が導管内を進む第２分量よりも低い流れプロファイルを注入口に入るときに有している、清澄チャンバからの溶融ガラスを通して流すステップ、
（Ｖ）導管の内部で、第１分量が第２分量よりも高い高度でこの導管内を進むように流れプロファイルをねじるステップ、
（ＶＩ）溶融ガラスを、導管の出口から撹拌チャンバ内へと流すステップ、
（ＶＩＩ）撹拌チャンバ内で溶融ガラスを攪拌するステップ、および、
（ＶＩＩＩ）その分量の溶融ガラスを撹拌チャンバから成形槽に流して、ガラス物品を成形するステップ、
を含む。

第２の態様によれば態様１による方法が提供され、成形槽がアイソパイプを含み、かつガラス物品が、フュージョンダウンドロー法により成形されたガラスシートを含むことを特徴とする。

第３の態様によれば態様１または２による方法が提供され、ステップ（Ｖ）が、導管の内部に位置付けられた機器で、流れプロファイルをねじるステップを含んでいることを特徴とする。

第４の態様によれば態様１から３いずれか１つによる方法が提供され、ステップ（Ｖ）が、螺旋羽根で流れプロファイルをねじるステップを含んでいることを特徴とする。

第５の態様によれば態様４の方法が提供され、ステップ（Ｖ）の際、流れプロファイルをねじっている間に螺旋羽根が、導管に対して回転できないように固定されたままであることを特徴とする。

第６の態様によれば、ガラス物品を作製する方法が提供され、この方法は、
（Ｉ）バッチ材料をガラス溶解装置内で溶解して、溶融ガラスを生成するステップ、
（ＩＩ）ガラス溶解装置と清澄チャンバとの間に流体連通を提供する導管の注入口に、導管内を進む第１分量の高度が導管内を進む第２分量よりも低い流れプロファイルを注入口に入るときに有している、溶融ガラスを通して流すステップ、
（ＩＩＩ）導管の内部で、第１分量が第２分量よりも高い高度でこの導管内を進むように流れプロファイルをねじるステップ、
（ＩＶ）溶融ガラスを、導管の出口から清澄チャンバ内へと流すステップ、
（Ｖ）清澄チャンバ内で、溶融ガラスから気泡を除去するステップ、
（ＶＩ）溶融ガラスを、清澄チャンバから撹拌チャンバへと流すステップ、
（ＶＩＩ）撹拌チャンバ内で溶融ガラスを攪拌するステップ、および、
（ＶＩＩＩ）その分量の溶融ガラスを撹拌チャンバから成形槽に流して、ガラス物品を成形するステップ、
を含む。

第７の態様によれば態様６による方法が提供され、成形槽がアイソパイプを含み、かつガラス物品が、フュージョンダウンドロー法により成形されたガラスシートを含むことを特徴とする。

第８の態様によれば態様６または７による方法が提供され、ステップ（ＩＩＩ）が、導管の内部に位置付けられた機器で、流れプロファイルをねじるステップを含んでいることを特徴とする。

第９の態様によれば態様６から８いずれか１つによる方法が提供され、ステップ（ＩＩＩ）が、螺旋羽根で流れプロファイルをねじるステップを含んでいることを特徴とする。

第１０の態様によれば態様９の方法が提供され、ステップ（ＩＩＩ）の際、流れプロファイルをねじっている間に螺旋羽根が、導管に対して回転できないように固定されたままであることを特徴とする。

第１１の態様によれば、ガラス物品を作製する装置が提供され、この装置は、
バッチ材料を溶解して溶融ガラスにするよう構成された、ガラス溶解装置、
ガラス溶解装置の下流に位置付けられ、ガラス溶解装置から溶融ガラスを受け取るように構成された、清澄チャンバ、
清澄チャンバの下流に位置付けられた、撹拌チャンバ、
溶融ガラスが清澄チャンバから撹拌チャンバまで流れるための経路を提供するように構成された、導管、
導管内に回転できないように固定され、かつ導管内で溶融ガラスの流れプロファイルをねじるように構成された、螺旋羽根、および、
撹拌チャンバの下流に位置付けられ、撹拌チャンバから溶融ガラスを受け取ってガラス物品を成形するように構成された、成形槽、
を備えている。

第１２の態様によれば態様１１による装置が提供され、成形槽が、溶融ガラスからガラス物品をフュージョンダウンドロー（fusion down-draw；融合して下方に延伸）するように構成された、アイソパイプを備えていることを特徴とする。

第１３の態様によれば態様１１または１２の装置が提供され、螺旋羽根が上流端部および下流端部を含み、この螺旋羽根が、上流端部と下流端部との間で、約９０°から約２７０°までの範囲内の角度でねじられたものであることを特徴とする。

第１４の態様によれば態様１１から１３いずれか１つの装置が提供され、螺旋羽根が、導管の軸流方向に垂直な水平軸に対して約３０°から約６０°までの傾斜した角度で位置付けられた、上流エッジをさらに含んでいることを特徴とする。

第１５の態様によれば、ガラス物品を作製する装置が提供され、この装置は、
バッチ材料を溶解して溶融ガラスにするよう構成された、ガラス溶解装置、
ガラス溶解装置の下流に位置付けられた、清澄チャンバ、
溶融ガラスがガラス溶解装置から清澄チャンバまで流れるための経路を提供するように構成された、導管、
導管内に回転できないように固定され、かつ導管内で溶融ガラスの流れプロファイルをねじるように構成された、螺旋羽根、
ガラス溶解装置の下流に位置付けられ、清澄チャンバから溶融ガラスを受け取るように構成された、撹拌チャンバ、および、
撹拌チャンバの下流に位置付けられ、撹拌チャンバから溶融ガラスを受け取ってガラス物品を成形するように構成された、成形槽、
を備えている。

第１６の態様によれば態様１５の装置が提供され、成形槽が、溶融ガラスからガラス物品をフュージョンダウンドローするように構成された、アイソパイプを備えていることを特徴とする。

第１７の態様によれば態様１５または１６の装置が提供され、螺旋羽根が上流端部および下流端部を含み、この螺旋羽根が、上流端部と下流端部との間で、約９０°から約２７０°までの範囲内の角度でねじられたものであることを特徴とする。

第１８の態様によれば態様１７の装置が提供され、その角度が約１８０°であることを特徴とする。

第１９の態様によれば態様１５から１８いずれか１つの装置が提供され、螺旋羽根が、導管の軸流方向に垂直な水平軸に対して約３０°から約６０°までの傾斜した角度で位置付けられた、上流エッジをさらに含んでいることを特徴とする。

第２０の態様によれば態様１９の装置が提供され、その傾斜した角度は、水平軸に対して約４５°であることを特徴とする。

本発明の上記および他の特徴、態様、および利点は、本発明の以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むと、より理解できる。

ガラス物品を作製する装置の一例を示した概略図 装置の一部を示している、図１の線２−２に沿った装置の概略図 図１の装置の一部拡大図 導管内に回転できないように固定された一例の螺旋羽根の拡大図 螺旋羽根の上流エッジを示している、図４の線５−５に沿った導管の断面図 螺旋羽根の下流エッジを示している、図４の線６−６に沿った導管の断面図 図４の螺旋羽根の上流側右上斜視図 上流エッジが導管の水平軸に沿って位置するように螺旋羽根を据え付けたときの溶融ガラスの流れプロファイルの再配向を示したコンピュータモデルの概略図 上流エッジが導管の水平軸に対して４５°の角度で位置するように螺旋羽根を据え付けたときの溶融ガラスの流れプロファイルの再配向を示したコンピュータモデルの概略図 ガラス物品を作製する装置の別の例を示した概略図

ここで、請求される発明の実施形態例を示している添付の図面を参照し、本発明を以下でより十分に説明する。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同じ参照番号を使用する。ただし、請求される発明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。これらの実施形態例は、本開示を完全かつ完成したものとし、さらに請求される発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。

図１は、後にガラスシートへと加工するためのガラスリボン１０４を融合延伸する、フュージョンドロー装置１０２の概略図を示している。フュージョンドロー装置１０２は、バッチ材料１０８を貯蔵容器１１０から受け入れてバッチ材料１０８を溶融ガラス１２４に溶解するように構成された、ガラス溶解装置１０６を含み得る。バッチ材料１０８は、モータ１１４で動くバッチ送出装置１１２を用いて導入することができる。モータ１１４を作動させて所望量のバッチ材料１０８を矢印１１８で示したようにガラス溶解装置１０６に導入するように、随意的なコントローラ１１６を構成してもよい。プローブ１２０を用いて直立管１２６内の溶融ガラス１２４のレベル１２２を測定し、測定された情報を通信回線１２８を経由してコントローラ１１６に伝えてもよい。

フュージョンドロー装置１０２は、例えば清澄管などの清澄チャンバ１３０を、ガラス溶解装置１０６の下流に位置付けてさらに含み得る。清澄チャンバ１３０は、ガラス溶解装置１０６から溶融ガラス１２４を受け入れるように構成されている。例えば、一例においてフュージョンドロー装置１０２は、溶融ガラス１２４がガラス溶解装置１０６から清澄チャンバ１３０に流れるための経路を提供するように構成された、第１導管１３２を含んでいる。

フュージョンドロー装置１０２は、清澄チャンバ１３０の下流に位置付けられた撹拌チャンバ１３４をさらに含み得る。撹拌チャンバ１３４は、清澄チャンバ１３０から溶融ガラス１２４を受け入れるように構成されている。例えば、フュージョンドロー装置１０２は、溶融ガラス１２４が清澄チャンバ１３０から撹拌チャンバ１３４へと流れるための経路を提供するように構成された、第２導管１３６を含み得る。一例において撹拌チャンバ１３４は、回転可能なシャフト１４０の軸に関して回転矢印１４２で示したように回転するよう回転可能なシャフト１４０に据え付けられた、複数の混合部材１３８を含み得る。

図示のように、溶融ガラス１２４を撹拌チャンバ１３４から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１５２を、撹拌チャンバ１３４の下流に位置付けてもよい。例えばフュージョンドロー装置１０２は、例えばボウルなどの送出槽１４４を、撹拌チャンバ１３４の下流に位置付けて含み得る。送出槽１４４は、溶融ガラス１２４を撹拌チャンバ１３４から受け入れるように構成することができる。例えばフュージョンドロー装置１０２は、溶融ガラス１２４が撹拌チャンバ１３４から送出槽１４４へと流れるための経路を提供するよう構成された、第３導管１４６を含み得る。

さらに図示されているように、フュージョンドロー装置１０２は、送出槽１４４から成形槽１５２の注入口１５０へと溶融ガラス１２４を矢印１５４で示したように送出するよう位置付けられた、下降管１４８をさらに含み得る。

本開示の態様によれば、特定の用途に応じて種々の成形槽を使用することができる。例えば、成形槽を使用して、異なる光学用途のための種々様々な構造を有するガラス物品を提供することができる。例えば成形槽を、ガラスレンズまたは他の光学ガラス部品を提供するように設計してもよい。ほんの一例であるが、成形槽はガラスリボンを加工するのに使用される装置を含み得る。こういった成形槽は、ガラス物品を製造するための、ダウンドロー、アップドロー、フロート、フュージョン、プレス圧延（press rolling）、スロットドロー、または他の、成形槽を含み得る。一例において成形槽は、種々の用途で使用することができるガラスリボンを提供するように設計することができる。例えば、成形槽により提供されるガラスリボンは、液晶ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、プラズマディスプレイ、あるいは他のディスプレイまたは照明用途に組み込むために、さらに加工され得る。

１つの非限定的な例において、図２は、例えば溶融ガラスからガラス物品をフュージョンダウンドローするように構成されたアイソパイプを随意的に含み得る、一例の成形槽１５２を示している。例えば図２は、図１の線２−２に沿った、フュージョンドロー装置１０２用の一例のアイソパイプの断面斜視図である。図示のように、成形槽１５２は成形ウェッジ１５６を含み、成形ウェッジ１５６はその対向する端部間に延在している、一対の下方傾斜成形面部分１５８、１６０を備えている。この下方傾斜成形面部分１５８、１６０対は、下流方向１６２に沿って集束して底部１６４を形成する。延伸平面１６６は底部１６４を通って延在し、ガラスリボン１０４は延伸平面１６６に沿って下流方向１６２に延伸され得る。図示のように、延伸平面１６６は底部１６４を二等分するものでもよいが、延伸平面１６６を、底部１６４に対して他の配向で延在するものとすることもできる。

図４に示したように、第１導管１３２および第２導管１３６内の溶融ガラス１２４は、導管内を進む第１分量１８２の高度が導管内を進む第２分量１８４よりも低い、流れプロファイル１８０を有している。一例において、第１分量１８２は導管の下方部分１３２ａ、１３６ａに沿って進み得、かつ第２分量１８４は第１分量１８２の上方を進み得る。従って、第１分量１８２は第２分量１８４と導管の下方部分１３２ａ、１３６ａとの間に位置付けられ得る。さらなる例において第２分量１８４は、第１分量１８２の上方に位置付けられるのではなく、第１分量１８２よりも高度が高くかつ横方向にずれた位置で、導管内を進み得る。

フュージョンドロー装置１０２は、第１分量１８２が導管内を第２分量１８４よりも高い高度で進むよう流れプロファイル１８０を導管内でねじるように構成された構造を、第１導管１３２および／または第２導管１３６内に随意的に含み得る。例えば一例において、第２分量１８４を第１分量１８２と導管の下方部分１３２ａ、１３６ａとの間に位置付けることができるように、第２分量１８４は第１分量１８２の下方で進み得る。さらなる例において第１分量１８２は、第２分量１８４の上方に位置付けられるのではなく、第２分量１８４よりも高度が高くかつ横方向にずれた位置で、導管内を進み得る。

一例においてこの構造は、導管内に位置付けられて流れプロファイルをねじる機器を含んでもよい。例えばこの機器は、流れプロファイル１８０を再配向するように構成された、螺旋羽根１７０を含み得る。図示のように、螺旋羽根１７０を第１導管１３２内（図１０に示したように）および／または第２導管１３６内（図１および３に示したように）に、回転できないように固定してもよい。図４および７に示したように、螺旋羽根１７０は提供される場合には、導管１３２、１３６内の溶融ガラス１２４の流れプロファイル１８０をねじるように構成することができる。

螺旋羽根１７０は種々様々な構成を含み得る。図４および７に示したように、螺旋羽根１７０は、流れの死角をなくし、かつ導管内での圧力の増大を最小限に抑えるような、滑らかな螺旋構造を備えたものとしてもよい。滑らかな螺旋構造によれば、さらに、ガラス流がねじられるときにガラス流の減衰または他の攪乱を防ぐことができる。従って、滑らかな螺旋構造によれば、流れプロファイルが螺旋羽根１７０でねじられるときに、層流の流れの妨害を最小限に抑えながら流体流をねじることが可能になり得る。さらに螺旋羽根１７０は、導管を通過する溶融ガラス内には存在していない可能性が高いが、任意の泡を通過させることができる滑らかな形状の単純な構造を有している。直観的に流路内の再配向機器で泡を直接除去できそうであるが、意外なことに実際には、気泡を自由に通過させると、後に行われる溶融ガラス内の気泡の除去を単純化することができる。確かに溶融ガラスの経路内に置かれた再配向機器で泡を消散させるように試みると、泡の集積または集塊を実際にもたらすことがあり、これはガラス物品を成形する前に続いて行われる泡の除去を複雑にする可能性がある。従って、螺旋羽根１７０を単純な形状にすることで、溶融ガラスの経路内の任意の予期せぬ泡の通過を助けることができる。その結果、羽根の螺旋の本質によって螺旋羽根１７０を通過する気泡の妨害を最小にすることによって、意外なことに溶融ガラス内の任意の気泡の除去を助けることができる。

図示のように、螺旋羽根１７０は上流端部１７２ａと下流端部１７２ｂとを含み得、上流端部１７２ａと下流端部１７２ｂとの間に連続的な螺旋区分が画成されている。図示していないが、特定の用途に応じて複数のこの区分を導管内で順に並べて、流れプロファイル１８０の所望の再配向をもたらすようにしてもよい。

さらに図７に示したように、螺旋羽根１７０は、導管内での螺旋羽根１７０の据え付けを助け得る２つの螺旋エッジ１７３ａ、１７３ｂを含んでもよい。一例において螺旋エッジ１７３ａ、１７３ｂは導管内に圧入されるが、螺旋羽根１７０を導管内に回転できないように据え付けるよう、螺旋エッジを導管に溶接してもよいし、あるいは機械的に取り付けてもよい。

さらに図示したように、上流端部１７２ａは上流エッジ１７４ａを含み得、かつ下流端部１７２ｂは下流エッジ１７４ｂを含み得る。図示の例において、これらのエッジは実質的に平坦であるが、１つまたは両方のエッジを丸みを帯びたものとしてもよい。さらに図示のように、これらのエッジは実質的に真っ直ぐであるが、さらなる例では、例えばＳ字状などの湾曲した形状を有していてもよい。

図７に示したように、一例において螺旋羽根１７０は、軸流方向１９０において上流エッジ１７４ａと下流エッジ１７４ｂとの間で断面軸１７６を時計回りに回転させることによって生成される形状を備え得る。さらなる例において、螺旋羽根１７０の形状は、この第１のエッジと第２のエッジとの間で断面軸を反時計回りに回転させることによって生成されたものでもよい。断面軸１７６は、上流端部１７２ａと下流端部１７２ｂとの間で種々様々な角度だけ回転させ得る。例えば、上流端部１７２ａと下流端部１７２ｂとの間で螺旋羽根１７０を、約９０°から約３６０°までの範囲内の、例えば約９０°から約２７０°までの、あるいは９０°から約１８０°までの範囲内の角度でねじるように、断面軸１７６を回転させてもよい。図７に示し、また図５および６から明らかであるように、一例では螺旋羽根１７０を上流端部１７２ａと下流端部１７２ｂとの間で約１８０°ねじってもよい。

さらに螺旋羽根１７０は、軸流方向１９０に垂直な水平軸１９２に対して上流エッジを種々様々な角度αで位置付けて据え付けてもよい。例えば、上流エッジを水平軸１９２に対して、０°から１８０°まで、例えば約３０°から約６０°までのある角度αだけ傾斜させてもよい。図５に示したように、上流エッジ１７４ａは水平軸１９２に対して約４５°の角度αで位置付けられる。図６に示したように、螺旋を１８０°ねじったものとすると、下流エッジ１７４ｂは同じく約４５°の角度βで位置付けられ得る。図５にさらに示されているように、導管の断面を軸流方向１９０に見ると、４つの四分円Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶが見られ、このとき上流エッジ１７４ａは四分円ＩおよびＩＩＩの間で斜めに延在するように位置付けられる。

図８および９は、図７に示した羽根に類似している螺旋羽根を使用したコンピュータモデルを示したものであり、ここでは羽根は、上流端部１７２ａと下流端部１７２ｂとの間で、断面軸１７６を軸流方向１９０において時計回りに回転させることによって生成される形状に沿って約１８０°ねじられたものである。図８は、水平軸１９２に沿って据え付けられた上流エッジ１７４ａを示している。コンピュータモデルは、溶融ガラス１２４が螺旋羽根１７０を通って下流へと流れるときに、流れプロファイル１８０の第１分量１８２が螺旋羽根１７０の上流端部１７２ａでの上流位置２００から螺旋羽根１７０の下流端部１７２ｂでの下流位置２０２までねじられることを示唆している。点線で示したように、流れプロファイル１８０の第１分量１８２は、四分円ＩＩおよびＩＩＩ内のより高い高度に位置付けられるように再配向される。

図９は、上流エッジ１７４ａを水平軸１９２に対して約４５°の角度αで位置付けて螺旋羽根を据え付けた結果を示している。ただし、図５とは異なり、このコンピュータモデルの据え付けでは四分円ＩＩおよびＩＶの間で延在するように斜めに位置付けられた上流エッジ１７４ａが与えられる。図示のように、このコンピュータモデルは、溶融ガラス１２４が螺旋羽根１７０を通って下流に流れるときに、流れプロファイル１８０の第１分量１８２が上流端部１７２ａでの上流位置２００から下流端部１７２ｂでの下流位置２０２まで再配向されることを示唆している。図示のように約４５°の角度αで据え付けると、下流位置２０２が、上流位置２００よりも高度が高くかつ水平軸１９２に垂直な垂直軸２０４に沿って上流位置２００の実質的に上方に位置付けられるよう再配向されるように、下流位置２０２をシフトさせることができる。図示のように、下流位置の高度は導管の全高の約５０％でもよい。さらなる例では、この高度は導管の高さの５０％を超えてもよいし、あるいは５０％未満でもよい。

図示のように、ガラス溶解装置１０６、清澄チャンバ１３０、撹拌チャンバ１３４、送出槽１４４、および成形槽１５２は、フュージョンドロー装置１０２に沿って連続して位置し得るガラス溶解ステーションの例である。

ガラス溶解装置１０６は、典型的には、例えば耐火（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る。フュージョンドロー装置１０２は、白金、あるいは、例えば白金ロジウム、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た構成要素をさらに含み得るが、こういった構成要素は、例えば、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、および／または二酸化ジルコニウムなどの、耐火性金属を含むものでもよい。白金含有構成要素は、第１導管１３２、清澄チャンバ１３０（例えば、清澄管）、第２導管１３６、直立管１２６、撹拌チャンバ１３４（例えば、撹拌チャンバ）、混合部材１３８および回転可能なシャフト１４０、第３導管１４６、送出槽１４４（例えば、ボウル）、下降管１４８、注入口１５０、および螺旋羽根１７０のうちの、１以上を含み得る。成形槽１５２は同様に耐火性材料から作製され、かつガラスリボン１０４を成形するように設計される。さらなる例において成形槽１５２は、必ずしも耐火性材料ではない、他の材料から作製してもよい。例えば、成形槽１５２は全ての金属または金属クラッドを含み得るが、さらなる例では他の材料を使用してもよい。

ここで、ガラス物品を作製する方法を説明する。図１に示したように、この方法は、バッチ材料１０８をガラス溶解装置１０６内で溶解して溶融ガラス１２４を生成するステップを含み得る。図３に示したように、その後溶融ガラス１２４を、例えば第１導管１３２を介して清澄チャンバ１３０内へと流す。この方法は次いで、清澄チャンバ１３０内で溶融ガラス１２４から気泡２０６を除去するステップ、および、清澄チャンバ１３０と撹拌チャンバ１３４との間に流体連通を提供する第２導管１３６の注入口１３７を通して、溶融ガラス１２４を清澄チャンバ１３０から流すステップとを含む。

図３および４に示したように、注入口１３７から入っていく溶融ガラス１２４は、第２導管１３６内を進む第１分量１８２の高度が第２導管１３６内を進む第２分量１８４よりも低い、流れプロファイル１８０を含んでいる。さらに図示されているように、この方法は、第１分量１８２が第２導管１３６内で第２分量１８４よりも高い高度で進むように、第２導管１３６の内部で流れプロファイル１８０を再配向するステップをさらに含み得る。

この方法は、第２導管１３６の出口１３９から撹拌チャンバ１３４内へと溶融ガラス１２４を流すステップをさらに含む。その後、溶融ガラス１２４は撹拌チャンバ１３４内で攪拌される。例えば、回転可能なシャフト１４０を回転矢印１４２で示したように回転させて、混合部材１３８（図３に概略的に示されている）を回転させてもよい。撹拌チャンバ１３４の働きによって、ガラス物品を成形するために溶融ガラスのその分量を撹拌チャンバから成形槽へと流す前に、溶融ガラス１２４を均質にすることができる。

当然のことながら、撹拌チャンバ１３４は、溶解プロセスの結果として生じる溶融ガラス１２４内の化学組成変化を低減するように設計される。例えば、バッチ材料の溶解や装置１０２の一部（例えば、耐火性材料）の分解は、溶融ガラス１２４に化学組成変化を生じさせ得る原因の例である。撹拌チャンバから成形槽へと出て行く溶融ガラス１２４の均質化を最適化するために、撹拌チャンバ１３４内で溶融ガラスの最適な混合を実現することが望ましい。最適な攪拌とは、混合部材１３８と撹拌チャンバ１３４の壁との間のせん断を増加させることによって高められ得るガラスの均質化とのバランスを取ったものである。一方、せん断が増加すると撹拌チャンバ１３４内部の材料の浸食も増加する可能性があり、それにより撹拌チャンバ１３４の一部が分解して望ましくない化学成分が加えられてしまうことがある。

上で論じたように流れプロファイル１８０を再配向すると、撹拌チャンバ１３４内で混合部材１３８の回転速度を上げることなくガラスの均質化を向上させることができると考えられる。さらなる例では、流れプロファイル１８０を再配向すると、混合部材の回転速度を遅くしても同様の均質化あるいは均質化の向上が可能となる。つまりそれにより、混合部材１３８と撹拌チャンバ１３４の壁との間のせん断によりもたらされる分解を低減させることができる。

モデリングの結果から、撹拌チャンバに入っていく流れプロファイルの下部付近の溶融ガラス１２４が、撹拌チャンバ１３４で最も混合されない位置になり易いことが示されている。不完全なものは「汚泥層」に沿って沈む傾向にあるため、流れプロファイルの下部の位置は溶融ガラス１２４内で最も不均質性のレベルが高いものに相当する。従って、流れプロファイル１８０の第１分量１８２内に見られる汚泥層を、撹拌チャンバ１３４に入るときにより高い高度になるように再配向すると、撹拌チャンバ１３４を出て行く溶融ガラスの全体の均質性を高めることができる。

その結果、図１に戻ると、溶融ガラス１２４の均質な混合物が第３導管１４６を通って送出槽１４４に流れ、さらに下降管１４８を通って成形槽１５２の注入口１５０に入り得る。図２に示したように成形槽は、続いてガラスシートに加工されるガラスリボン１０４をフュージョンダウンドローするように設計された、アイソパイプを含み得る。ガラスリボン１０４がより均質な溶融ガラス１２４から成形されるため、生成されたガラスシートの完成後のガラス表面の平坦度が増し、さらに効果の低い混合手順では攪拌ブレードや攪拌チャンバ壁の浸食によって生じる可能性があった貴金属粒子を含有していないガラスシートを生成することができる。

図４および７に示されているように、ガラス混合物の再配向は、流れプロファイル１８０を螺旋羽根１７０でねじることによって達成することができる。さらに螺旋羽根１７０は、流れプロファイル１８０をねじる間、第２導管１３６に対して回転できないように固定されたままとしてもよい。

実験的証拠によれば、流れプロファイル１８０を第１導管１３２または第２導管１３６で再配向すると、混合を高めることができると示唆されている。図１０は、流れプロファイルを第１導管１３２内で再配向する、装置１０２の別の例を示している。この例において、この方法は、バッチ材料をガラス溶解装置内で溶解して溶融ガラスを生成する最初のステップを含む。その後、ガラス溶解装置１０６と清澄チャンバ１３０との間に流体連通を提供する第１導管１３２の注入口２０８に溶融ガラスを通して流す。図示のように、注入口２０８を入っていく溶融ガラス１２４は、第１導管１３２内を進む第１分量１８２の高度が第１導管１３２内を進む第２分量１８４よりも低い、流れプロファイルを有している。この方法はその後、第１分量１８２が第２分量１８４よりも高い高度で第１導管１３２内を進むように、第１導管１３２の内部で流れプロファイルを再配向するステップを含む。

第１導管１３２内の流れプロファイルの再配向は、例えば前述した螺旋羽根１７０を用いて実現することができる。一例において螺旋羽根１７０は、電気加熱回路を提供するように設計された電気フランジ２１２の外部に位置していてもよく、この電気加熱回路は電気フランジ２１２間で第１導管１３２に亘って抵抗加熱を提供する。従って、螺旋羽根１７０の位置を少なくとも部分的にガラス溶解装置１０６内とすると、抵抗加熱回路を妨害するのを防ぐことが可能になり得る。第１導管１３２内に螺旋羽根１７０を設けると、時間とともに変形し易くなり得るこの導管１３２に、さらなる構造の安定性がさらに与えられる。この実施形態は、ガラス内の耐火物の化学成分の飽和度を低下させることによって、溶解装置の耐火石の溶出速度を増加させるというさらなる利点を有し得る。

この方法はその後、第１導管１３２の出口２１０から清澄チャンバ１３０内へと溶融ガラスを流すステップに進む。次いで、清澄チャンバ１３０内で、溶融ガラス１２４から気泡２０６が除去される。溶融ガラスをその後、撹拌チャンバ１３４内へと流す。図示のように、撹拌チャンバ１３４に入るときでも、材料の第１分量１８２は依然として第２導管１３６の上方部分に位置し得る。従って、溶融ガラスの均質性が高まり、さらにそれにより品質が向上したガラス物品を得ることができる。

上述したように流れプロファイルを再配向すると、ガラス物品（ガラスシートなど）において表面の平坦度の向上が認められるであろう。さらに、撹拌チャンバ１３４内の混合部材１３８の攪拌速度を潜在的に低下させ、それにより浸食が減少して結果的に撹拌チャンバ内でより均質化することができる。さらに、混合の効率が高まることで撹拌チャンバ１３４のサイズを小さくすることが可能になり得、それにより典型的には貴金属から作製される撹拌チャンバ１３４の製造コストを大幅に削減することができる。

本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の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。すなわち、本発明の改変および変形が添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、本発明はこのような改変および変形を含むと意図されている。

１０２ フュージョンドロー装置
１０４ ガラスリボン
１０６ ガラス溶解装置
１０８ バッチ材料
１２４ 溶融ガラス
１３０ 清澄チャンバ
１３２ 第１導管
１３４ 撹拌チャンバ
１３６ 第２導管
１３７ 第２導管の注入口
１３８ 混合部材
１３９ 第２導管の出口
１４４ 送出槽
１４６ 第３導管
１４８ 下降管
１５０ 注入口
１５２ 成形槽
１７０ 螺旋羽根
１７２ａ 上流端部
１７２ｂ 下流端部
１７４ａ 上流エッジ
１７４ｂ 下流エッジ
１８０ 流れプロファイル
１８２ 第１分量
１８４ 第２分量
１９０ 軸流方向
１９２ 水平軸
２０６ 気泡
２０８ 第１導管の注入口
２１０ 第１導管の出口

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装置内で溶解して、溶融ガラスを生成するステップ、
   （ＩＩ）前記ガラス溶解装置と清澄チャンバとの間に流体連通を提供する第１導管の注入口に、該第１導管内を進む第１分量の高度が該第１導管内を進む第２分量よりも低い流れプロファイルを該注入口に入るときに有している、前記溶融ガラスを通して流すステップ、
   （ＩＩＩ）前記溶融ガラスを、前記第１導管の出口から前記清澄チャンバ内へと流すステップ、
   （ＩＶ）前記清澄チャンバ内で、前記溶融ガラスから気泡を除去するステップ、
   （Ｖ）前記清澄チャンバと撹拌チャンバとの間に流体連通を提供する第２導管の注入口に、該第２導管内を進む第１分量の高度が該第２導管内を進む第２分量よりも低い流れプロファイルを該第２導管の注入口に入るときに有している、前記清澄チャンバからの前記溶融ガラスを通して流すステップ、
   （ＶＩ）前記溶融ガラスを、前記第２導管の出口から前記撹拌チャンバ内へと流すステップ、
   （ＶＩＩ）前記撹拌チャンバ内で前記溶融ガラスを攪拌するステップ、
   （ＶＩＩＩ）前記溶融ガラスの前記分量を前記撹拌チャンバから成形槽に流して、前記ガラス物品を成形するステップ、および、
   （ＩＸ）前記第１分量が前記第２分量よりも高い高度で前記第１導管および前記第２導管のうちの該一方の出口から出るように、前記第１導管および前記第２導管のうちの一方の内部で、螺旋羽根を用いて前記流れプロファイルをねじって該流れプロファイルを再配向するステップ、
   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法により成形されたガラスシートを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ステップ（ＩＸ）が、前記第１導管および前記第２導管のうちの一方の内部に位置付けられた前記螺旋羽根で、前記流れプロファイルをねじるステップ、を含んでいることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. ステップ（ＩＸ）の際、前記流れプロファイルをねじっている間に前記螺旋羽根が、前記第１導管および前記第２導管のうちの前記一方に対して回転できないように固定されたままであることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. ガラス物品を作製する装置であって、
   バッチ材料を溶解して溶融ガラスにするよう構成された、ガラス溶解装置、
   前記ガラス溶解装置の下流に位置付けられ、前記ガラス溶解装置から前記溶融ガラスを受け取るように構成された、清澄チャンバ、
   前記清澄チャンバの下流に位置付けられた、撹拌チャンバ、
   前記溶融ガラスが前記ガラス溶解装置から前記清澄チャンバまで流れるための経路を提供するように構成された、あるいは、前記溶融ガラスが前記清澄チャンバから前記撹拌チャンバまで流れるための経路を提供するように構成された、導管、
   前記導管内に回転できないように固定され、かつ前記第１分量が前記第２分量よりも高い高度で該導管の出口から出るように該導管内で前記溶融ガラスの流れプロファイルをねじって該流れプロファイルを再配向するように構成された、螺旋羽根、および、
   前記撹拌チャンバの下流に位置付けられ、前記撹拌チャンバから前記溶融ガラスを受け取って前記ガラス物品を成形するように構成された、成形槽、
   を備えており、
   前記導管の注入口に入る前記溶融ガラスが、該導管内を進む第１分量の高度が該導管内を進む第２分量よりも低い流れプロファイルを有していることを特徴とする装置。
6. 前記成形槽が、前記溶融ガラスから前記ガラス物品をフュージョンダウンドローするように構成された、アイソパイプを備えていることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記螺旋羽根が上流端部および下流端部を含み、該螺旋羽根が、該上流端部と下流端部との間で、９０°から２７０°までの範囲内の角度でねじられたものであることを特徴とする請求項５または６記載の装置。
8. 前記角度が１８０°であることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記螺旋羽根が、前記導管の軸流方向に垂直な水平軸に対して３０°から６０°までの傾斜した角度で位置付けられた、上流エッジをさらに含んでいることを特徴とする請求項５から８いずれか１項記載の装置。

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