JP6590540B2 - 溶融ガラスからガラス製品を製造する方法および装置 - Google Patents
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Description
という、高い均質指数。同式中、
N:相互に前後に連通された攪拌装置の数、
ν:攪拌器回転速度、
ρ:ガラスの密度、
n:攪拌器のブレード数、
L:攪拌装置の内部長さ、
D:攪拌装置の内径、
である。
η:ガラスの粘度
D:攪拌装置の内径
w:壁間隔(攪拌器ブレード/内壁)
ν:回転速度
である。
・攪拌される体積を大きくすること。すなわち、内径Dと内部全長Lとを大きくすること。
・攪拌器の回転速度を中程度にすること(3〜10rpm)
・溶融ガラスが攪拌装置内にて滞留する滞留時間が比較的長く、かつピッチを置いて攪拌器ブレードを配置した、押出方向が軸方向である攪拌装置を一緒に用いて、溶融ガラスにおいて生じる膨張を大きくし、溶融ガラス中に現れる筋(不均質部分)の再配向および分離を強くすることにより、溶融ガラスの均質度を非常に高くすることができる。
1.攪拌装置内における溶融ガラスの自由表面積 A = (π/4)D2 が比較的大きいこと。このことは、‐特に、攪拌装置の天火オーブンをバーナ加熱すると‐(たとえば、溶融ガラスの高揮発性成分から蒸発することにより、「蒸発層」)表面層が化学変化する原因となる。
溶融ガラスの構成成分が失われることにより、一般的に、この蒸発層の使用温度(攪拌容器内における溶融ガラスの温度)における粘度が他の残りの溶融ガラスより高くなり、使用温度における蒸発層の密度も一般的に、他の残りの溶融ガラスより僅かに高くなる。
(粘度および密度を測定する際には、上記使用温度にて生じる関係は、室温では反転する場合もあるというような、温度依存性を考慮しなければならない。)
2.公知の手法や装置は、溶融ガラスの均質性に課される非常に厳しい要求を満たすように、上述のような比較的高粘性の溶融ガラス成分を再分離および攪拌(均質化)することができない。
ことを特徴とする方法、により解決される。
溶融ガラスからガラス物品を製造する方法であって、
・溶融ガラスを攪拌容器内に連続導入するステップと、
・前記攪拌容器内にて実質的に縦方向に配置された攪拌器軸に固定された少なくとも1つの攪拌ブレードを有する少なくとも1つのブレード型攪拌器を用いて、前記攪拌容器内にて前記溶融ガラスを攪拌するステップと、
・前記攪拌容器から前記溶融ガラスを連続排出するステップと、
・前記溶融ガラスを成形してガラス物品を得るステップと
を少なくとも有する方法において、
前記攪拌するステップにより、前記攪拌容器内の表面に位置する前記溶融ガラスが当該攪拌容器内に引き込まれて、導入されたときの当該溶融ガラスの組成とは異なる組成の、当該溶融ガラスの表面層の形成が防止されるか、または少なくとも最小限になる
ことを特徴とする方法。
溶融ガラスからガラス物品を製造する方法であって、
・溶融ガラスを攪拌容器内に連続導入するステップと、
・前記攪拌容器内にて実質的に縦方向に配置された攪拌器軸に固定された少なくとも1つの攪拌ブレードを有する少なくとも1つのブレード型攪拌器を用いて前記攪拌容器内にて前記溶融ガラスを攪拌するステップと、
・前記攪拌容器から前記溶融ガラスを連続排出するステップと、
・前記溶融ガラスを成形してガラス物品を得るステップと
を少なくとも有する方法において、
前記攪拌するステップにより、前記攪拌容器内の表面に位置する前記溶融ガラスは当該攪拌容器内に引き込まれないか、またはほとんど引き込まれない
ことを特徴とする方法。
第1装置:
溶融ガラスからガラス物品を製造するための装置であって、
・溶融ガラスを攪拌容器内に連続導入するための手段と、
・前記攪拌容器内にて実質的に縦方向に配置された攪拌器軸に固定された少なくとも1つの攪拌ブレードを有する少なくとも1つのブレード型攪拌器を用いて前記攪拌容器内にて前記溶融ガラスを攪拌するための手段と、
・前記攪拌容器から前記溶融ガラスを連続吐出するための手段と、
・前記溶融ガラスを成形してガラス物品を得るための手段と
を有する装置において、
前記溶融ガラスを攪拌するための手段は、前記攪拌容器内の表面に位置する前記溶融ガラスが当該攪拌容器内に(特に前記攪拌器軸に沿って)引き込まれて、導入されたときの前記溶融ガラスの組成とは異なる組成の、前記溶融ガラスの表面層の形成が防止されるかまたは少なくとも最小化されるように、構成および配置されている
ことを特徴とする装置。
・菱形状の5つの攪拌ブレード。
・最上部のブレード(9)の攪拌円直径は、最大攪拌円直径の50%未満、有利には45%未満である。
・攪拌ブレード(6,7)は最大攪拌円直径を有し、
攪拌ブレード(5,8)の攪拌円直径は最大攪拌円直径の95%未満、有利には90%未満である。
・最上部の3つのブレード(7,8,9)のブレード間隔は、少なくとも前記菱形の高さである。
・反時計回りの攪拌器の場合、上部の3つの各攪拌ブレード(7,8,9)は上方から見て、前記菱形により支援されて、アジマス方向に下方向に、反時計回りの方向に10°ずれるように配置されており、かつ、当該上部の3つの攪拌ブレード(7,8,9)の押出方向は下方向である。
前記菱形の迎え角は35°である。
・下部の2つの攪拌ブレード(5,6)において、攪拌ブレード(6)は、攪拌ブレード7に対してアジマス方向にずれるように配置されておらず、反時計回りの攪拌器の場合、攪拌ブレード(5)は上方から見てアジマス方向に、攪拌ブレード(6)に対して時計回りの方向に10°ずれるように配置されている。前記2つの攪拌ブレード(5,6)の押出方向は、前記菱形により支援されて上方向になっており、前記菱形の迎え角は145°である。
・最下部の2つのブレード(5,6)のブレード間隔は、少なくとも前記菱形の高さである。
・押出方向が下方向である前記攪拌ブレード(7,8,9)と押出方向が上方向である攪拌ブレード(5,6)との間のブレード間隔は、押出方向が一方向である攪拌ブレード間のブレード間隔より50%大きい。
・最上部のブレードは、溶融ガラス表面(A1)より180mm下方にある。
・溶融ガラスの粘性は140Pa・sである。
溶融ガラスからガラス物品を製造するための装置であって、
・溶融ガラスを攪拌容器内に連続導入するための手段と、
・前記攪拌容器内にて実質的に縦方向に配置された攪拌器軸に固定された少なくとも1つの攪拌ブレードを有する少なくとも1つのブレード型攪拌器を用いて前記攪拌容器内にて前記溶融ガラスを攪拌するための手段と、
・前記攪拌容器から前記溶融ガラスを連続排出するための手段と、
・前記溶融ガラスを成形してガラス物品を得るための手段と
を有する装置において、
前記溶融ガラスを攪拌するための手段は、前記攪拌容器内の表面に位置する前記溶融ガラスが当該攪拌容器内に引き込まれないか、またはほとんど引き込まれないように構成および配置されている
ことを特徴とする装置。
・菱形状の4つの攪拌ブレード。
・攪拌ブレード(6,7)は最大攪拌円直径を有し、
攪拌ブレード(5,8)の攪拌円直径は最大攪拌円直径の95%未満、有利には90%未満である。
・最上部の2つのブレード(7,8)のブレード間隔は、少なくとも前記菱形の高さである。
・反時計回りの攪拌器の場合、上部の2つの各攪拌ブレード(7,8)は上方から見て、前記菱形により支援されて、アジマス方向に下方向に、反時計回りの方向に10°ずれるように配置されており、かつ、当該上部の3つの攪拌ブレード(7,8,9)の押出方向は下方向である。
前記菱形の迎え角は35°である。
・下部の2つの攪拌ブレード(5,6)において、攪拌ブレード(6)は、攪拌ブレード7に対してアジマス方向にずれるように配置されておらず、反時計回りの攪拌器の場合、攪拌ブレード(5)は上方から見てアジマス方向に、攪拌ブレード(6)に対して時計回りの方向に10°ずれるように配置されている。前記2つの攪拌ブレード(5,6)の押出方向は、前記菱形により支援されて上方向になっており、前記菱形の迎え角は145°である。
・最下部の2つのブレード(5,6)のブレード間隔は、少なくとも前記菱形の高さである。
・押出方向が下方向である前記攪拌ブレード(7,8,9)と押出方向が上方向である攪拌ブレード(5,6)との間のブレード間隔は、押出方向が一方向である攪拌ブレード間のブレード間隔より50%大きい。
・最上部のブレードは、溶融ガラス表面(A2)より310mm下方にある。
・溶融ガラスの粘性は160Pa・sである。
a)当該攪拌容器内に流された他の残りの溶融ガラスの通過時間の最大10倍、有利には最大5倍の、当該攪拌容器における通過時間を示すか、
または、
b)当該攪拌容器内に流された他の残りの溶融ガラスの通過時間の少なくとも1000倍、有利には少なくとも2000倍の、当該攪拌容器内における通過時間を示す
ように、当該攪拌容器内における溶融ガラスの運動および流れに影響を及ぼす幾何学的形状を有しかつ配置されている。
本願の発明者は、措置a)により、攪拌容器内の表面に位置する溶融ガラスが、当該攪拌容器内において他の残りの溶融ガラスと連続的に混合されることにより、溶融ガラスの表面に形成される不均質部分が過度に大きくなって、最終結果物のガラス物品の品質に悪影響を及ぼす前に、当該不均質部分が連続的に分解されて可能な限り混合されるとの認識を得た。
本発明では、「うねり」と称される、ガラス表面のストリップ状の縦方向のゆらぎ(構造幅が0.8mmから8mmまでの間である場合の表面形状のRMS値。「SEMI D24-2000: Specification for glass substrates used to manufacture flat panel displays 2006」を参照のこと)の最大振幅が200nm未満、有利には100nm未満、さらに有利には70nm未満である、電子装置用の平板ガラス、たとえばディスプレイガラスまたはカバーガラスを製造することができる。前記電子装置はたとえば、スマートフォン、タブレットコンピュータまたはモニタ等である。
a)当該攪拌容器内に導入される他の残りの溶融ガラスの通過時間の最大10倍、有利には最大5倍の、当該攪拌容器内における通過時間を示すように、
または、
b)当該攪拌容器内に導入される他の残りの溶融ガラスの通過時間の少なくとも1000倍、有利には少なくとも2000倍の、当該攪拌容器内における通過時間を示すように、
攪拌容器内における当該溶融ガラスの運動および流れに影響が及ぼされるようにすることができる。
・最上部から見て最初の攪拌ブレードのブレード径は、隣接する攪拌ブレードのブレード径より小さい。
・前記攪拌器軸上における各攪拌ブレード相互間の間隔は等しいかまたは異なる。
・攪拌ブレードの迎え角は、隣接する攪拌ブレードの迎え角に等しいかまたは異なる。
・各攪拌ブレードの押出作用は、上方向または下方向である。
・各攪拌ブレードは、隣接する攪拌ブレードに対して回転するか、または回転しない。
・最上部から見て最初の攪拌ブレードから溶融ガラスの表面までの距離
・攪拌装置の底部から見て最初のブレードから当該底部までの距離
・ブレード数が偶数または奇数。
・(大規模スケールおよび小規模スケール、すなわち、数mmまたは数cmの物理スケールでの)高い粘度安定性。
・フロート法に適している。
・ガラス物品表面のうねりが200nm未満であり、有利には100mm未満であり、さらに有利には70nm未満であること。
・後続の研磨処理(表面処理)を行わなくてもよいこと。この研磨処理は、1mm未満のガラス厚に適したタッチポリッシュとの名称で知られているものだけである。
それと同時に本発明は、事前に試作およびテストしたときの特性を維持しながら、化学変化した高粘度の表面溶融ガラスが、既に攪拌および均質化した溶融ガラス中に入り込んで筋を形成する問題および/またはうねりの問題を引き起こすのを防止するように、攪拌の基本的思想を変更したものである。製造しようとするガラス物品が薄くなるほど、均質性にかかる要求が厳しくなる。表面における組成および/または粘度の不均質性がごく僅かであっても、この不均質性はガラス物品に影響を及ぼし、このことは制御不能であり、これによって、不規則性、筋の形成、うねりの問題または他の表面現象が引き起こされ、これらの事象により、その後にガラス物品の複雑な表面処理や表面研磨を行う必要性が出てくることとなる。それゆえ、溶融ガラスの体積を筋無しで作成するだけでは不十分となってしまうので、そのようにする代わりに、均質化プロセスでは特に、攪拌容器内の表面に存在する溶融ガラスを考慮する必要がある。
・大型の攪拌容器を用いると、均質化にかかる滞留時間を長くすることができるため(溶融ガラスの特に大規模スケールおよび小規模スケールの組成不均質部分の拡張、再分散、再配向、分離にかかる長時間の滞留時間)。
・低速の回転速度と、ひいては低壁面剪断応力とにより、たとえば高ジルコニウム含有量の耐火性材料から成る攪拌容器の攪拌器発生する腐食が最小限になるため。
(N:攪拌システムの数、ν:回転速度、ρ:ガラスの密度、n:攪拌ブレードの数、L:攪拌器の長さ、D:攪拌器の直径、および、
(η:ガラスの粘度、D:攪拌器の直径、w:壁間隔、ν:回転速度)
・このようにして、表面積‐体積比OVR=A/V=3/2・(1/L)が定義されるため。これは、他の攪拌システムに対して比較的大きい値である。
1.表面の連続的な引き込みと、攪拌容器の内側における飛び跳ねの最小化。
2.見かけ上よどみ状態の表面(「定常」表面)、および、攪拌容器の内側における飛び跳ねの最小化。
1.溶融ガラスの表面を可能な限り多く残して、表面近傍の溶融ガラスが体積または排出流中に引き込まれないようにすること。
2.表面の溶融ガラスを連続的に引き込むこと、すなわち、目立った粘度差が形成されないように、表面における溶融ガラスの滞留時間を短く維持すること。
物理学的シミュレーションにより確認されたガラス表面の連続的な引き込みは、以下の構成により実現される:
・5つの攪拌ブレード。
・全ての攪拌ブレードが押出作用を有する。
・上部の3つの攪拌ブレードは、それぞれ10°ずれて攪拌器軸に取り付けられており、かつ、当該3つの攪拌ブレードの押出方向は下方向である。
・前記下方向の押出は、前記攪拌ブレードの幾何学的態様により支援される。
・下部の2つの攪拌ブレードの押出方向は上方向であり、当該各2つの攪拌ブレードは−10°ずれて配置されている。
・前記上方向の押出は、前記攪拌ブレードの幾何学的態様により支援される。
・前記攪拌器軸上における前記各攪拌ブレードの間隔は、押出方向が下方向である前記上部の3つの各攪拌ブレードの間では同じである。
・前記攪拌器軸上における前記各攪拌ブレードの間隔は、押出方向が上方向である前記下部の2つの各攪拌ブレードの間では同じである。
・前記上部の3つの攪拌ブレードと前記下部の2つの攪拌ブレードとの間の間隔、すなわち、押出方向が互いに逆方向である攪拌ブレード間の間隔は、格段に大きい(最大2倍の間隔)。
・最上部の攪拌ブレードの攪拌円直径は、他の攪拌ブレードの攪拌器1周の直径の約半分に短縮され、その押出方向は下方向である。
・その下方に位置する攪拌ブレードの攪拌円直径の押出方向も下方向であり、当該攪拌円直径は最大攪拌円直径の70%から95%である。
・押出方向が上方向である最下部の攪拌ブレードの攪拌円直径も短くされて、最大攪拌円直径の70%から95%までであり、これにより、溶融ガラスが底部において動いている場合に攪拌円内へ入り込むのを改善することができる。
・溶融ガラス(11)を攪拌容器(1)内に連続導入するためのインレット(2)。
・前記攪拌容器(1)内にて実質的に縦方向に配置された攪拌器軸(4)に固定された5つの攪拌ブレード(5,6,7,8,9)を有する少なくとも1つのブレード型攪拌器を用いて前記攪拌容器内(1)にて前記溶融ガラスを攪拌するための手段。
・前記攪拌容器(1)から前記溶融ガラス(11)を連続排出するためのアウトレット(3)。
・前記溶融ガラスを成形して前記ガラス物品を得るための手段(図示されていない)。
図5aから図5dに、溶融ガラス(11)からガラス物品を製造するための、本発明の第2装置を示しており、当該第2装置は少なくとも以下の手段を含む:
・溶融ガラス(11)を攪拌容器(1)内に連続導入するためのインレット(2)。
・前記攪拌容器(1)内にて実質的に縦方向に配置された攪拌器軸(4)に固定された4つの攪拌ブレード(5,6,7,8)を有する少なくとも1つのブレード型攪拌器を用いて前記攪拌容器内にて前記溶融ガラス(11)を攪拌するための手段。
・前記攪拌容器(1)から前記溶融ガラス(11)を連続排出するためのアウトレット(3)。
・前記溶融ガラスを成形して前記ガラス物品を得るための手段(図示されていない)。
A)1.壁面剪断応力が500Pa未満であり、
2.溶融ガラスの表面の飛び跳ね運動が20mm未満であり、有利には10mm未満であり、
3.ブレード型攪拌器は貴金属または貴金属クラッドコアから成り、
4.前記溶融ガラスは、カバーされた又はカバーされていない石製の流路および/または貴金属流路内に向かって排出される
ことを特徴とするガラス物品製造装置。
うねりと称される、ガラス表面のストリップ状の縦方向のゆらぎ(構造幅が0.8mmから8mmまでの間の場合の表面形状のRMS値。「SEMI D24-2000; Specification for glass substrates used to manufacture flat panel displays 2006」を参照のこと)は200nm未満であり、有利には100nm未満であり、更に有利には70nm未満である
ことを特徴とする、ガラス物品製造方法。
2 インレット(または、2重攪拌装置においては流路)
3 アウトレット
4 攪拌器軸
5 圧送方向が上方向である攪拌ブレード
6 圧送方向が上方向である攪拌ブレード
7 圧送方向が下方向である攪拌ブレード
8 圧送方向が下方向である攪拌ブレード
9 圧送方向が下方向である攪拌ブレード
10 溶融ガラスの処理流量
11 溶融ガラス
12 攪拌容器内の表面にある溶融ガラス
13 溶融ガラスの液位
14 溶融ガラスのエッジギャップ流、および、攪拌器の運動により生じた、溶融ガラスの流れ(破線矢印)
15 圧送作用が相互に逆方向である攪拌ブレード間の距離
16 攪拌器の回転方向
17 攪拌ブレードの圧送方向(攪拌ブレードの先端の矢印で示す)
18 サスペンドブロック
A1/A2 溶融ガラスの液位から、最上部の攪拌ブレードの上縁部と等しい距離
Claims (12)
- 溶融ガラスからガラス物品を製造する方法であって、
少なくとも、
・前記溶融ガラスを攪拌容器内に連続導入するステップと、
・前記攪拌容器内にて実質的に縦方向に配置された攪拌器軸に固定された複数の攪拌ブレードを有する少なくとも1つのブレード型攪拌器を用いて、前記攪拌容器内にて前記溶融ガラスを攪拌するステップと、
・前記攪拌容器から前記溶融ガラスを連続排出するステップと、
・前記溶融ガラスを成形してガラス物品を得るステップと
を有する方法において、
前記攪拌するステップにより、前記攪拌容器内の表面に位置する前記溶融ガラスが前記攪拌容器内に引き込まれて、導入されたときの前記溶融ガラスの組成とは異なる組成の、前記溶融ガラスの表面層の形成が防止されるか、または少なくとも最小限になり、
最上部の攪拌ブレードは、前記攪拌器軸に沿って前記溶融ガラスの下方向の流れを生成し、最下部の攪拌ブレードは、前記攪拌器軸に沿って前記溶融ガラスの上方向の流れを生成する、
ことを特徴とする方法。 - 前記最上部の攪拌ブレードは、前記引き込み作用を実質的に生じさせるように構成され、かつ、前記攪拌容器内の前記溶融ガラスの表面から距離A1の場所に配置されている、
請求項1記載の方法。 - 前記攪拌容器内の前記表面に位置する前記溶融ガラスは、前記攪拌容器内に流された残りの溶融ガラスの通過時間の最大10倍または最大5倍の、前記攪拌容器における通過時間を示す、
請求項1または2に記載の方法。 - 前記攪拌器軸に沿って前記溶融ガラスの一方向の流れを生成する互いに隣接した攪拌ブレード間の間隔は、前記攪拌器軸に沿って前記溶融ガラスの逆方向の流れを生成する互いに隣接した攪拌ブレード間の間隔より小さい、
請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。 - 前記溶融ガラスの連続導入を前記攪拌容器の上部領域において行い、前記溶融ガラスの連続排出を前記攪拌容器の下部領域において行うか、または、その逆を行う、
請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。 - 複数の前記攪拌容器が直列に配置されている、
請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 - 前記攪拌するステップにより、6 r.p.m. の攪拌器回転速度で、前記攪拌容器内における前記溶融ガラスの液位の最大2%の表面、有利には最大1%の表面において、前記攪拌容器内の前記表面に位置する前記溶融ガラスは、前記溶融ガラスの最大振幅の上下運動を生じさせる、
請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。 - 攪拌器回転速度は、0.5 r.p.m. から20 r.p.m. までの範囲内に、有利には1 r.p.m. から15 r.p.m. までの範囲内に、特に有利には2 r.p.m. から10 r.p.m. までの範囲内に設定される、
請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。 - 前記溶融ガラスの成形は、前記溶融ガラスのフロート成形、引抜き加工または圧延加工を含む、
請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。 - 溶融ガラスからガラス物品を製造するための装置であって、
少なくとも、
・前記溶融ガラスを攪拌容器内に連続導入するための手段と、
・前記攪拌容器内にて実質的に縦方向に配置された攪拌器軸に固定された複数の攪拌ブレードを有する少なくとも1つのブレード型攪拌器を用いて前記攪拌容器内にて前記溶融ガラスを攪拌するための手段と、
・前記攪拌容器から前記溶融ガラスを連続排出するための手段と、
・前記溶融ガラスを成形してガラス物品を得るための手段と、
を有する装置において、
前記溶融ガラスを攪拌するための前記手段は、前記攪拌容器内の表面に位置する前記溶融ガラスが前記攪拌容器内に引き込まれて、導入されたときの前記溶融ガラスの組成とは異なる組成の、前記溶融ガラスの表面層の形成が防止され得るかまたは少なくとも最小化され得るように、構成および配置されており、
最上部の攪拌ブレードは、前記攪拌器軸に沿って前記溶融ガラスの下方向の流れを生成し、最下部の攪拌ブレードは、前記攪拌器軸に沿って前記溶融ガラスの上方向の流れを生成する、
ことを特徴とする装置。 - 前記最上部の攪拌ブレードは、前記引き込み作用を実質的に生じさせるように構成され、かつ、前記攪拌容器内の前記溶融ガラスの表面から距離A1の場所に配置されている、
請求項10記載の装置。 - 前記攪拌容器内の前記表面に位置する前記溶融ガラスは、前記攪拌容器内に流された残りの溶融ガラスの通過時間の最大10倍または最大5倍の、前記攪拌容器における通過時間を示す、
請求項10または11に記載の装置。
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