JP7105794B2 - 高温ガラス溶融容器 - Google Patents

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関連出願の相互参照

本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１６年１１月８日出願の米国仮特許出願第６２／４１９，１３３号の米国法典第３５編特許法１１９条に基づく優先権の利益を主張する。

本発明は、概して、ガラス融送達システム容器に関し、より詳細には高温ガラス製造用の容器に関する。

例えば高解像度ディスプレイ用途などに使用するためのガラス組成物は、かなり高い溶融温度を有していることがある。このような組成物は、容器壁とガラス溶融物との界面に耐火材料を有する溶融容器または加熱炉などのガラス溶融送達システム容器内で溶融されることが多い。電極の使用および／または可燃性流体の燃焼によって溶融容器にパワーが供給される。

しかしながら、高温のガラス溶融物は、耐火材料に対して腐食性であり、時間の経過とともに耐火物を薄化する傾向があり、それによって容器寿命を制限する可能性がある。加えて、耐火材料の腐食は、該耐火材料がガラス溶融物中に溶解することによって生じる欠陥を含めて、最終ガラス製品に望ましくない欠陥を生じる可能性がある。したがって、耐食性は、ガラス溶融送達システム容器の耐火材料にとって重要な性質である。

ガラス溶融送達システム容器の耐火材料の他の重要な特性としては、耐熱衝撃性および電気抵抗率が挙げられる。その点で、耐熱衝撃性および電気抵抗率は、耐火材料が破損し、破損の重大度に応じて、溶融容器の耐用年数が損なわれるか、あるいは耐火材料の影響を受ける領域に固体欠陥を生じるかもしれない可能性に対処する。

例えば、耐火材料の電気抵抗率は、電気伝導の大部分が耐火材料ではなくガラス溶融物内で起こるように十分に高くなければならない。一般に、ガラス溶融物の電気抵抗率が耐火物の電気抵抗率よりも実質的に低い場合には、これはそれほど実際的な問題ではない。しかしながら、ガラス溶融物の電気抵抗率が耐火物の電気抵抗率とほぼ等しいかそれより高い場合には、それは重大な問題となりうる。ガラス溶融物と耐火物との抵抗率の相対的な差異は、組成に依存するだけでなく、温度にも依存する。例えば、耐火材料は、温度が高くなるにつれて次第に導電性になり、その結果、高温ガラス溶融操作において支配的な温度では、耐火材料と特定のガラス溶融物との界面における耐火材料の電気抵抗率は、ガラス溶融物のものよりも低くなりうるのに対し、耐火物の電気抵抗率は、より低い温度では同じガラス溶融物のものよりも高くなりうる。

ガラス溶融物の電気抵抗率に対する耐火材料の電気抵抗率は、耐火材料内で発生する電力の量に影響を与える。耐火材料内で発生する電力の量はまた、耐火材料の幾何学形状、電極間の経路長、および電極間の電圧を含めた他の要因によっても影響を受ける。破壊条件は、耐火材料において、耐火材料からの熱損失によって消散できる量を上回るパワーが耐火材料内で生じる条件として説明することができる。ガラス溶融物界面での耐火材料からの熱伝達量および高温耐火物から該耐火物の低温面への熱伝達量に応じて、これは、次に、耐火材料の温度がその融点まで上昇する望ましくない暴走状態を引き起こす可能性がある。ひとたび融点を超えると、耐火物を冷却した後であっても、耐火物の抵抗率は、溶融および再冷却することによって、あるいは他の近くの耐火物と化学的に混合することによって、恒久的に低くなりうる。この低い抵抗率は、リカバリー後に破壊条件を超える可能性をより高くする。最終的に、耐火物の破壊条件を超えずに、必要とされるガラス溶融温度を維持することができない場合には、製造プロセスを停止しなければならず、システムを再構築するためのコストおよび製造時間の損失を招く。

本明細書に開示される実施形態は、ガラス溶融送達システム容器を含む。ガラス溶融送達システム容器は少なくとも１つの側壁および床を含み、該少なくとも１つの側壁および床は耐火材料を含有している。ガラス溶融送達システム容器はまた、耐火材料を通って延びる少なくとも１つの電極も備えている。少なくとも１つの電極は、ガラス溶融物と接触する耐火材料の破壊条件を超えることなく、耐火材料と接触するガラス溶融物を少なくとも約１６００℃の平均温度で加熱するように構成される。

本明細書に開示される実施形態はまた、ガラス物品の製造方法も含む。本方法は、ガラス溶融送達システム容器内でガラス組成物を処理する工程を含む。ガラス溶融送達システム容器は少なくとも１つの側壁および床を含み、該少なくとも１つの側壁および床は耐火材料を含有している。ガラス溶融送達システム容器はまた、耐火材料を通って延びる少なくとも１つの電極も備えている。少なくとも１つの電極は、ガラス溶融物と接触する耐火材料の破壊条件を超えることなく、耐火材料と接触するガラス溶融物を少なくとも約１６００℃の平均温度で加熱する。

本明細書に開示される実施形態はさらに、上記方法によって製造されたガラスシートなどのガラス物品、並びに上記方法によって製造されたガラスシートを含む電子デバイスも含む。

本明細書に開示される実施形態のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載されており、一部には、その説明から当業者には容易に明らかになり、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、本明細書に記載される開示される実施形態を実施することによって認識される。

前述の概要および後述する詳細な説明はいずれも、特許請求の範囲に記載される実施形態の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は本開示のさまざまな実施形態を例証しており、その説明とともに、それらの原理および動作を説明する役割を担う。

例示的なフュージョンダウンドローガラス製造プロセスの概略図 本明細書に開示される実施形態に従うガラス溶融容器の上面断面図 図２のガラス溶融容器の側面図 本明細書に開示される実施形態に従うガラス溶融容器の上面断面図 図４のガラス溶融容器の端面断面図

これより、その例が添付の図面に例証される本開示の好ましい実施形態について、詳細に説明する。可能な場合はいつでも、同一または類似した部分についての言及には、図面全体を通して同じ参照番号が用いられる。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。

本明細書では、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表現することができる。このような範囲が表現される場合、別の実施形態は、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。範囲の各々の端点は、他の端点に関連して、および他の端点とは独立してのいずれにおいても重要であることが理解されよう。

本明細書で用いられる方向の用語（例えば、上、下、右、左、前、後、上部、底部）は、描かれた図を参照してのみ作られており、絶対的な方向を意味することは意図していない。

特に明記しない限り、本明細書に記載のいずれの方法も、その工程が特定の順序で実行されることを必要とする、若しくは、装置には特定の向きが必要であると解釈されることは、決して意図していない。したがって、方法クレームが、その工程が従うべき順序を実際に記載していない場合、若しくは、装置クレームが個々の構成要素に対する順序または方向を実際に記載していない場合、あるいは、工程が特定の順序に限定されるべきであることが特許請求の範囲または明細書に別段に明確に述べられていない場合、若しくは装置の構成要素に対する特定の順序または向きが記載されていない場合には、いかなる意味においても、順序または方向が推測されることは決して意図していない。これには、次を含む解釈のためのあらゆる非明示的根拠が当てはまる：工程の配置、動作フロー、構成要素の順序、または構成要素の方向に関する論理的事項；文法上の編成または句読点から派生した平明な意味；および、明細書に記載される実施形態の数またはタイプ。

本明細書で用いられる場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数の指示対象を含む。よって、例えば、「ある１つの（ａ）」構成要素への言及は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、そのような構成要素を２つ以上有する態様を含む。

本明細書で用いられる場合、用語「ガラス溶融送達システム容器」は、ガラス溶融送達システムに用いられるあらゆる容器を含み、電気抵抗加熱は、ガラス組成物を加熱するため、および／または、ガラス組成物の温度を所定の温度より高く若しくは所定の温度範囲内に維持するために、用いられる。ガラス溶融送達システム容器の例としては、本明細書に記載される溶融容器、清澄容器、および接続導管が含まれる。

本明細書で用いられる場合、用語「耐火材料の破壊条件」とは、耐火材料において、該耐火材料からの熱損失によって消散できる量を上回るパワーが耐火材料内で生じる条件を指し、その結果、例えば、経時によって、耐火材料の少なくとも１つの機械的性質が、耐火材料の破壊条件が満たされる結果として悪影響を被る。

図１に例示的なガラス製造装置１０が示されている。幾つかの例では、ガラス製造装置１０は、溶融容器１４を含むことができるガラス溶融炉１２を備えることができる。溶融容器１４に加えて、ガラス溶融炉１２は、任意選択的に、原料を加熱して該原料を溶融ガラスへと変換する加熱要素（例えば、燃焼バーナーまたは電極）などの１つ以上の追加の構成要素を含むことができる。さらなる例では、ガラス溶融炉１２は、溶融容器の近傍からの熱損失を低減する熱管理装置（例えば断熱構成要素）を含んでいてもよい。さらに別の例では、ガラス溶融炉１２は、原材料のガラス溶融物への溶融を促進する電子デバイスおよび／または電気機械デバイスを含むことができる。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、支持部材等）または他の構成要素を含んでいてもよい。

ガラス溶融容器１４は、耐火材料、典型的には、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セラミック材料で構成される。幾つかの例では、ガラス溶融容器１４は、耐火セラミックブリックから構築されてもよい。ガラス溶融容器１４の特定の実施形態は、以下により詳細に説明される。

幾つかの例では、例えば連続長のガラスリボンなどのガラス基板を製造するためのガラス製造装置の構成要素として、ガラス溶融炉を組み込むことができる。幾つかの例では、本開示のガラス溶融炉は、スロットドロー装置、フロートバス装置、フュージョン法などのダウンドロー装置、アップドロー装置、プレス圧延装置、管延伸装置、または本明細書に開示される態様からの利益を享受するであろう他の任意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うる。例として、図１は、その後に個別のガラスシートへと加工するためにガラスリボンを溶融延伸するための溶融ダウンドローガラス製造装置１０の構成要素として、ガラス溶融炉１２を概略的に示している。

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、任意選択的に、ガラス溶融容器１４に対して上流に位置付けられた上流ガラス製造装置１６を含みうる。幾つかの例では、上流ガラス製造装置１６の一部または全体をガラス溶融炉１２の一部として組み込むことができる。

図示される例に示すように、上流ガラス製造装置１６は、貯蔵ビン１８、原料送達デバイス２０、および該原料送達デバイスに接続されたモーター２２を含みうる。貯蔵ビン１８は、矢印２６で示すように、ガラス溶融炉１２の溶融容器１４に供給することができる量の原料２４を貯蔵するように構成することができる。原料２４は、典型的には、１つ以上のガラス形成金属酸化物と１つ以上の改質剤とを含む。幾つかの例では、原料送達デバイス２０が所定量の原料２４を貯蔵ビン１８から溶融容器１４へと送達するように、モーター２２によって原料送達デバイス２０に動力を与えることができる。さらなる例では、モーター２２は、溶融容器１４の下流で感知される溶融ガラスのレベルに基づいた制御された速度で原料２４を導入するように原料送達デバイス２０に動力を与えることができる。その後、溶融容器１４内の原料２４を加熱して溶融ガラス２８を形成することができる。

ガラス製造装置１０はまた、任意選択的に、ガラス溶融炉１２に対して下流に位置付けられた下流ガラス製造装置３０を含むことができる。幾つかの例では、下流ガラス製造装置３０の一部をガラス溶融炉１２の一部として組み込むことができる。幾つかの事例では、以下で論じる第１の接続導管３２、または下流ガラス製造装置３０の他の部分をガラス溶融炉１２の一部として組み込むことができる。第１の接続導管３２を含む下流ガラス製造装置の要素は、貴金属から形成することができる。適切な貴金属としては、白金、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、およびパラジウムからなる金属の群から選択される白金族金属、またはそれらの合金が挙げられる。例えば、ガラス製造装置の下流構成要素は、約７０～約９０質量％の白金および約１０質量％～約３０質量％のロジウムを含む白金－ロジウム合金から形成することができる。しかしながら、他の適切な金属として、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、およびそれらの合金を挙げることができる。

下流ガラス製造装置３０は、溶融容器１４の下流に位置し、かつ、上記第１の接続導管３２によって溶融容器１４に結合された、清澄容器３４などの第１の調整（すなわち、処理）容器を含みうる。幾つかの例では、溶融ガラス２８は、第１の接続導管３２によって溶融容器１４から清澄容器３４へと重力供給されてもよい。例えば、重力によって、溶融ガラス２８を、溶融容器１４から清澄容器３４へと第１の接続導管３２の内部経路を通過させることができる。しかしながら、他の調整容器を、例えば溶融容器１４と清澄容器３４との間など、溶融容器１４の下流に位置付けることができることが理解されるべきである。幾つかの実施形態では、一次溶融容器からの溶融ガラスをさらに加熱して溶融プロセスを継続するか、または清澄容器に入る前に溶融容器内の溶融ガラスの温度より低い温度へと冷却する調整容器を溶融容器と清澄容器との間に用いることができる。

気泡は、さまざまな技術によって、清澄容器３４内の溶融ガラス２８から除去することができる。例えば、原料２４は、加熱されると化学還元反応を被り、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）を含みうる。他の適切な清澄剤としては、限定はしないが、ヒ素、アンチモン、鉄、およびセリウムが挙げられる。清澄容器３４は、溶融容器温度より高い温度へと加熱され、それによって溶融ガラスと清澄剤を加熱する。清澄剤の温度誘発性の化学還元によって生じた酸素気泡は、清澄容器内の溶融ガラスを通って上昇し、ここで、溶融炉内で生成した溶融ガラス内のガスは、清澄剤によって生成された酸素気泡中に拡散または一体化しうる。次に、拡大した気泡は、清澄容器内の溶融ガラスの自由表面へと上昇し、その後、清澄容器から排出することができる。酸素気泡はさらに、清澄容器内での溶融ガラスの機械的混合も誘発することができる。

下流ガラス製造装置３０は、溶融ガラスを混合するための混合容器３６など、別の調整容器をさらに含むことができる。混合容器３６は、清澄容器３４の下流に配置することができる。混合容器３６を使用して均質なガラス溶融組成物をもたらし、それによって、そうでなければ清澄容器から出る清澄された溶融ガラス内に存在するであろう化学的または熱的不均一性のコードを低減することができる。示されるように、清澄容器３４は、第２の接続導管３８によって混合容器３６に連結されうる。幾つかの例では、溶融ガラス２８は、第２の接続導管３８によって清澄容器３４から混合容器３６へと重力供給することができる。例えば、重力によって、溶融ガラス２８を、清澄容器３４から混合容器３６へと第２の接続導管３８の内部経路を通過させることができる。混合容器３６は清澄容器３４の下流に示されているが、混合容器３６は、清澄容器３４の上流に位置付けることもできることに留意すべきである。幾つかの実施形態では、下流ガラス製造装置３０は、例えば清澄容器３４の上流の混合容器と清澄容器３４の下流の混合容器など、複数の混合容器を含んでいてもよい。これらの複数の混合容器は、同じ設計のものであっても、異なる設計のものであってもよい。

下流ガラス製造装置３０は、混合容器３６の下流に配置することができる送達容器４０などの別の調整容器をさらに含んでいてもよい。送達容器４０は、溶融ガラス２８を調整し、下流の成形装置内へと供給することができる。例えば、送達容器４０は、出口導管４４によって成形本体４２への溶融ガラス２８の一定の流れを調整および／または提供するためのアキュムレータおよび／または流量制御装置として機能することができる。示されるように、混合容器３６は、第３の接続導管４６によって送達容器４０に連結されうる。幾つかの例では、溶融ガラス２８は、第３の接続導管４６によって混合容器３６から送達容器４０へと重力供給されうる。例えば、重力によって、第３の接続導管４６の内部経路を通って清澄容器３６から送達容器４０へと溶融ガラス２８を駆動させることができる。

下流ガラス製造装置３０は、上述の成形本体４２と入口導管５０とを備えた成形装置４８をさらに含むことができる。出口導管４４は、溶融ガラス２８を送達容器４０から成形装置４８の入口導管５０へと送達するように位置付けることができる。例えば、例において、出口導管４４は入口導管５０の内面に入れ子にされ、かつ、そこから離間され、それによって出口導管４４の外面と入口導管５０の内面との間に位置付けられた溶融ガラスの自由表面を提供することができる。フュージョンダウンドローガラス製造装置の成形本体４２は、成形本体の上面に位置付けられたトラフ５２と、成形本体の底縁部５６に沿って延伸方向に収束する収束成形面５４とを備えることができる。送達容器４０、出口導管４４、および入口導管５０を介して成形本体のトラフへと送達された溶融ガラスは、トラフの側壁から溢れ出て、溶融ガラスの別々の流れとして収束成形面５４に沿って下降する。溶融ガラスの別々の流れは、底縁部５６の下で底縁部５６に沿って合流して、単一のガラスリボン５８を生成し、これは、重力、エッジロール、およびプルロールなど（図示せず）によってガラスリボンに張力を印加することにより、ガラスが冷えてガラスの粘性が増すにつれてガラスリボンの寸法を制御するように底縁部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、粘弾性転移を経て、ガラスリボン５８に安定した寸法特性を与える機械的性質を獲得する。ガラスリボン５８は、幾つかの実施形態では、ガラスリボンの弾性領域においてガラス分離装置１００によって個々のガラスシート６２へと分離することができる。次いで、ロボット６４によって、把持具６５を使用して個々のガラスシート６２をコンベヤシステムに移すことができ、その後、個々のガラスシートをさらに加工することができる。

図２は、側壁１４２および床１４４を有するガラス溶融容器１４の上面断面図であり、側壁１４２および床１４４の各々は耐火材料を含む。溶融容器は長さ（Ｌ）および幅（Ｗ）を有する。溶融容器１４はまた、側壁１４２を通って延びる複数の電極１４６も含む。具体的には、図２の実施形態では、溶融容器１４は、２つの対向する側壁１４２を含み、各対向する側壁はそこを通って延びる複数の電極１４６を含む。

図３は、側壁１４２、床１４４、および複数の電極１４６を示す、図２のガラス溶融容器１４の側面図である。図３の線２８２はガラス溶融線を表し、ガラス溶融深さは（Ｄ）で示されている。図２の実施形態では、各電極は電極材料の複数のブロックの積み重ねを含み、連続したモノリス型の電極本体を形成する。図３の実施形態では、各電極は、電極を形成する連続材料の単一ロッドを含み、その底部は、電極摩耗を補償するために電極を溶融物内に押し込むことができるように、追加の電極材料を底部に加えるためにねじ加工されていてもよい。

電極１４６は、高温ガラス溶融物に対しても適切な耐食性を示す屈折特性を有する、任意の導電性材料で構成することができる。例示的な電極材料としては、限定はしないが、スズ、モリブデン、白金、並びにそれらの合金および酸化物からなる群より選択される少なくとも１つの材料が挙げられる。

側壁１４４および床１４２は、各々、高温ガラス溶融物に対して良好な耐食性を有すると同時に比較的高い電気抵抗率を有する、耐火セラミックブリック材料などの耐火材料を含む。例示的な耐火材料としては、アルミナおよびジルコニアが挙げられる。ある特定の例示的な実施形態では、側壁１４４および床１４２は、各々、ジルコニアを含み、その開示全体がここに参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第７，６８７，４２２号、同第７，６５５，５８７号、および米国特許出願公開第２００８／００７６６５９号の各明細書に開示される少なくとも１つのジルコニア材料など、比較的高い電気抵抗率を有するジルコニア材料などのジルコニアで実質的に構成されていてもよい。

電極１４６は、有利には、ジュール則によればＰ＝Ｉ^２Ｒである（式中、Ｐは電気加熱力であり、Ｉは電流であり、Ｒは溶融条件下でのガラス溶融物の抵抗率である）、所望の電流密度分布を有するガラス溶融物を通る制御された電流を提供する交流電圧で電源（図示せず）に接続されており、所望の熱エネルギーをガラス溶融物に生成する。図２および３に示される実施形態は、ジュール加熱がガラス溶融物と直接接触している電極１４６によって供給される電流をガラス溶融物に通すことによって行われる、複数の電極１４６を含む溶融容器１４を示しているが、本明細書に開示される実施形態は、加熱炉をガラス溶融物が得る高い動作温度にするために、天然ガスなどの燃料の燃焼炎を追加的に用いるものも含むことが理解されるべきである。

図２および３の実施形態において、電極１４６の少なくとも１つをガラス溶融容器１４の中心に向かって内側へと移動するように押すために、電極押圧機構（図２または３には示さず）を使用することができる。少なくとも１つの実施形態では、電極材料の各ブロックは、別々の独立した電極押圧機構に接続されていてもよい。少なくとも１つの実施形態では、電極押圧機構は、後部電極部分と直接または間接的に接続された少なくとも１つのロッドを含み、それを通して外部からの押圧力を後部電極部分に加えることができる。少なくとも１つの実施形態では、電極押圧機構は、後部電極部分と直接的または間接的に接続された力印加装置を断続的に駆動するように適合された自動モーターを含んでいてもよい。本明細書に開示される実施形態で採用されうる電極押圧機構のこれらおよび他の態様は、その開示全体がここに参照することによって本明細書に組み込まれる欧州特許出願公開第２５３００５７号に記載されている。

図２および３から分かるように、本明細書に開示される実施形態は、ガラス溶融容器１４が少なくとも１つの側壁１４２および床１４４を備えているものを含み、該少なくとも１つの側壁および床は、耐火材料を含み、少なくとも１つの電極１４６が、少なくとも１つの側壁を通って延びる。少なくとも１つの電極１４６は、耐火材料と接触するガラス溶融物を、該ガラス溶融物と接触する耐火材料の破壊条件を超えることなく、例えば少なくとも約２００時間の期間、さらには例えば少なくとも約５００時間の期間、およびまたさらには例えば少なくとも約１０００時間の期間など、少なくとも約１００時間の期間、約１６００℃～約１７００℃を含む、例えば少なくとも約１６２５℃、さらには例えば少なくとも約１６５０℃、またさらには例えば少なくとも約１６７５℃など、少なくとも約１６００℃の平均温度へと加熱するように構成される。

例示的な実施形態では、少なくとも１つの電極１４６からの印加電圧は、例えば少なくとも約１０，０００時間の期間、さらには例えば少なくとも約５０，０００時間の期間、またさらには例えば少なくとも約１００，０００時間の期間など、少なくとも約５，０００時間の期間、例えば約１６００℃～約１７００℃を含む、例えば少なくとも約１６２５℃、さらには例えば少なくとも約１６５０℃、またさらには例えば少なくとも約１６７５℃など、少なくとも約１６００℃の平均温度で、ガラス溶融物の加熱を可能にするのに少なくとも十分であるべきである。例示的な印加電極電圧としては、約４００ボルト～約１１００ボルトなど、約２００ボルト～約１５００ボルトを含む、例えば少なくとも約４００ボルト、さらには例えば少なくとも約６００ボルト、またさらには例えば少なくとも約８００ボルト、またさらには例えば少なくとも約１０００ボルトなど、少なくとも約２００ボルトが挙げられる。

ガラス溶融物はまた、典型的には、特定の点においてガラス溶融物が到達する最高温度として定義することができる「ホットスポット」温度を有する。少なくとも１つの電極１４６が、ガラス溶融物と接触する耐火材料の破壊条件を超えることなく、約５，０００時間～約２００，０００時間を含む、例えば少なくとも約１０，０００時間の期間、さらには例えば少なくとも約５０，０００時間の期間、またさらには例えば少なくとも約１００，０００時間の期間など、少なくとも約５，０００時間の期間、約１６５０℃～約１７５０℃を含む、例えば少なくとも約１６７５℃、さらには例えば少なくとも約１７００℃、またさらには例えば少なくとも約１７２５℃など、少なくとも約１６５０℃のホットスポット温度で耐火材料と接触するガラス溶融物を加熱するように構成されているものを本明細書に開示される実施形態が含むように、ホットスポット温度はガラス溶融物の平均温度よりも少なくとも５０℃高いと予想することができる。

ある特定の例示的な実施形態では、上記条件は、溶融容器が所定の範囲内の寸法を有する場合に満たすことができる。このような条件は、例として、例えば図２に示すように、溶融容器が長さ（Ｌ）および幅（Ｗ）を有し、長さの幅に対する比が、約３：１を含む、約２．６：１～約３．４：１、さらには約２．８：～３．２：１など、約２．４：１～約３．６：１の範囲であるものを含みうる。

加えて、上記条件は、ガラス溶融物が溶融容器の幅に対して特定の深さを有する場合に満たすことができる。このような条件は、例として、ガラス溶融物が、例えば図３に示すような深さ（Ｄ）および例えば図２に示すような幅（Ｗ）を有し、ガラス溶融物の深さが、溶融容器の幅の約５０％～約８０％など、溶融容器の幅の例えば少なくとも約５５％、さらには例えば少なくとも約６０％、およびさらに例えば少なくとも約６５％、およびまたさらに例えば少なくとも約７０％など、少なくとも約５０％であるものを含みうる。

加えて、上記条件は、電極が、それらの幅および次に最も近い電極への近接性に関して所定の構成を有する場合に満たすことができる。このような条件は、例として、溶融容器が２つの対向する側壁を含み、各対向する側壁がそこを通って延びる少なくとも２つの電極を備えており、ここで、例えば図３に（Ｂ）として示される電極間の最短距離と例えば図３に（Ａ）として示される側壁の長手方向の電極の幅との比が、約１．５：１を含む、例えば約１：１～約２．２：１、さらには例えば約１．２：１～約２：１など、約０．８：１～約２．４：１の範囲であるものを含みうる。

加えて、上記条件は、電極がそれらの長さおよび床からの距離に関して所定の構成を有する場合に満たすことができる。このような条件は、例として、例えば図３に（Ｙ）として示される各電極の床と底部との間の垂直距離が、垂直方向の各電極の長さの約５％～約２０％を含む、例えば垂直方向の各電極の長さの少なくとも約１０％、さらには例えば垂直方向の各電極の長さの少なくとも約１５％など、例えば図３に（Ｘ）として示される垂直方向の各電極の長さの少なくとも約５％であるものを含みうる。

加えて、上記条件は、容器内のガラス溶融物の体積と、各電極の床と底部との間の垂直距離との間に特別な関係が存在する場合に満たすことができ、ここで、容器内のガラス溶融物の体積（Ｖ）は、例えば、図２および３に示されるように（Ｌ）×（Ｗ）×（Ｄ）で表すことができ、（Ｖ）／（Ｙ）^３が、約２，０００～約８，０００を含む、さらには約３，０００～約６，０００を含む、例えば約１，０００～約１０，０００など、例えば約４０，０００未満、さらには例えば約２０，０００未満、およびさらに例えば約１０，０００未満など、約６０，０００未満である場合などに、各電極の床と底部との間の垂直距離は、例えば図３に（Ｙ）として示すことができる。

図２および３の実施形態は、各対向する側壁１４２がそこを通って延びる７つの電極１４６を含む、２つの対向する側壁１４２を備えた溶融容器１４を示しているが、本明細書に開示される実施形態は、２つの対向する側壁が各々、各対向する側壁に例えば２～５０の電極、さらには例えば５～２０の電極など、１～１００の電極を含む、各対向する側壁に少なくとも１つの電極、少なくとも２つの電極、少なくとも３つの電極など、任意の数の電極を含むものを含みうることが理解されるべきである。例えば、各対向する側壁は、例えば図３に示すような（Ａ）の幅を各々有するＮ個の電極を有することができ、ここで、例えば図３に（Ｂ）で示されるような電極間の最短距離は、上記の関係を満たし、Ｎ×Ａは、例えば図２に示される溶融容器の長さ（Ｌ）の約３０％～約５０％を含む、例えば少なくとも約３５％、さらに少なくとも約４０％、さらには少なくとも約４５％など、少なくとも約３０％である。

図４および５は、複数の電極を含む溶融容器１４の代替的な実施形態の上面断面図および端面断面図をそれぞれ示しており、第１の電極１４８のセットは溶融容器１４の側壁１４２を通って延び、第２の電極１４７のセットは溶融容器１４の床１４４を通って延びる。図４および５に示される実施形態では、各電極は、溶融容器１４の内部チャンバ内へと所定の距離だけ延びる細長い本体を備えている。加えて、第２の電極のセットは、少なくとも１つの側壁１４２から所定の距離にある床１４４上の位置から延びる。

図５から分かるように、第１のセットの電極１４８の各々は、床１４４に対して平行な平面（Ｐ）に対して角度（α）で延びている。角度（α）は、例えば、例えば約１０度～約６０度、さらには例えば約２０度～約４５度など、約０度～約７５度の範囲でありうる。

電極１４７および／または１４８の断面の幾何学形状は限定されていないが、ある特定の例示的な実施形態では、電極１４７および／または１４８は、実質的に円形または楕円形の断面を有する実質的に円筒形の形状を有することができる。正方形、長方形、および三角形などの他の断面もまた可能である。電極１４７および／または１４８の直径は、限定されていないが、例えば、約３インチ（約７．６２ｃｍ）を含む約２～４インチ（約５．０８～１０．１６ｃｍ）など、約１～５インチ（約２．５４～１２．７ｃｍ）の範囲でありうる。図２および３を参照して説明した実施形態と同様に、電極１４７および／または１４８は、高温ガラス溶融物に対して適切な耐食性も示す、屈折特性を有する任意の導電材料から構成することができる。例示的な電極材料としては、限定はしないが、スズ、モリブデン、白金、並びにそれらの合金および酸化物からなる群より選択される少なくとも１つの材料が挙げられる。

ある特定の例示的な実施形態では、第２の電極１４７のセットは、ガラス溶融物の深さの約６０％～約７５％を含む、例えば少なくとも約６５％、さらには例えば少なくとも約７０％など、少なくとも約６０％だけ、床上の位置から上方へと延びることができる。このような電極はまた、例えば、溶融容器１４２の幅の例えば約５％～約２０％など、少なくとも約５％、例えば少なくとも約１０％、さらには例えば少なくとも約１５％の距離だけ、最も近い側壁から離れて延在しうる。

図５に示される実施形態では、ガラス溶融物内へと最も遠くまで延びる電極１４７および１４８の部分は、ガラス溶融物中でほぼ同じおおよその高さにあり、かつ、最も近い側壁からほぼ同じおおよその距離にあるが、本明細書に開示される実施形態はそのように限定されず、ガラス溶融物内へと最も遠く延びる電極１４７の部分が、ガラス溶融物内へと最も遠くまで延びる電極１４８の部分と比較して、ガラス溶融物内でより高いまたはより低い高さでありうる、および／または、最も近い側壁からより近くまたはより遠くにありうるものも含むことが理解されるべきである。ある特定の実施形態では、個々の電極１４７は、異なる高さ、直径、および／または最も近い側壁からの距離のものでありうることが理解されるべきである。加えて、ある特定の実施形態では、個々の電極１４８は、ガラス溶融物内へと異なる距離で延び、床１４４に平行な平面に対して異なる角度で延び、および／または異なる直径を有することができる。

図４および５の実施形態は、各対向する側壁１４２が、そこを通って延びる１２の電極１４８を含み、床１４４が、電極１４８に対して交互の配置で、そこを通って延びる２４の電極１４７を含む、２つの対向する側壁１４２を含む溶融容器１４を示しているが、本明細書に開示される実施形態は、２つの対向する側壁および床の各々が、各対向する側壁および／または床を通って延びる、例えば２～５０の電極、さらには例えば５～２０の電極など、各対向する側壁および／または床を通って延びる１～１００の電極を含む、各対向する側壁および／または床を通って延びる少なくとも１つの電極、少なくとも２つの電極、少なくとも３つの電極など、そこを通って延びる任意の数の電極を有するものを含む、別の構成を含みうることが理解されるべきである。例えば、各対向する側壁および／または床は、そこを通って延びるＮ個の電極を有することができ、ここで、電極間の最短距離は、溶融容器の長さの約５％を含む、例えば約２％～約１５％、さらには例えば約３％～約１０％、さらに例えば約４％～約８％など、例えば約１％～約２０％の範囲である。

本明細書に開示される実施形態は、比較的高いまたは低い電気抵抗率を有するものを含む、さまざまなガラス組成物とともに使用することができる。このような組成物は、例えば、５８～６５質量％のＳｉＯ_２、１４～２０質量％のＡｌ_２Ｏ_３、８～１２質量％のＢ_２Ｏ_３、１～３質量％のＭｇＯ、５～１０質量％のＣａＯ、および０．５～２質量％のＳｒＯを含有する無アルカリガラス組成物などのガラス組成物を含みうる。このような組成物はまた、５８～６５質量％のＳｉＯ_２、１６～２２質量％のＡｌ_２Ｏ_３、１～５質量％のＢ_２Ｏ_３、１～４質量％のＭｇＯ、２～６質量％のＣａＯ、１～４質量％のＳｒＯ、および５～１０質量％のＢａＯを含有する無アルカリガラス組成物などのガラス組成物も含みうる。このような組成物は、さらには、５７～６１質量％のＳｉＯ_２、１７～２１質量％のＡｌ_２Ｏ_３、５～８質量％のＢ_２Ｏ_３、１～５質量％のＭｇＯ、３～９質量％のＣａＯ、０～６質量％のＳｒＯ、および０～７質量％のＢａＯを含有する無アルカリガラス組成物などのガラス組成物も含みうる。このような組成物は、追加的に、５５～７２質量％のＳｉＯ_２、１２～２４質量％のＡｌ_２Ｏ_３、１０～１８質量％のＮａ_２Ｏ、０～１０質量％のＢ_２Ｏ_３、０～５質量％のＫ_２Ｏ、０～５質量％のＭｇＯ、および０～５質量％のＣａＯを含み、ある特定の実施形態では、１～５質量％のＫ_２Ｏおよび１～５質量％のＭｇＯも含みうる、例えばアルカリ含有ガラス組成物などのガラス組成物を含みうる。

本明細書に開示される実施形態は、テレビ、タブレット、およびスマートフォンなどの高解像度ディスプレイを有する電子デバイスを含む、電子デバイスに使用されるガラスシートなどのガラス物品の製造に使用することができる。

本明細書に開示される実施形態に従って電極および溶融容器の幾何学形状を構成することによって、ガラス溶融物と接触する耐火材料の破壊条件を超えることなく、少なくとも約１６００℃の平均温度でガラス溶融物を加熱することができる。この点に関し、出願人が行ったモデル化実験は、ガラスが上記組成のいずれかを含み、耐火物がジルコニアを含む場合などに、少なくとも約１６００℃のガラスおよび耐火物温度において、電極の構成および溶融容器の幾何学形状が、ガラス溶融物内で発生したパワーに対する、ガラス溶融物界面において耐火材料内で発生したパワーの量に実質的に影響を及ぼすことを示唆している。一方、ある特定の高温溶融操作では、十分な電極電力によって、ガラス溶融物が少なくとも約１６００℃の平均温度に達することができなければならないが、このような電力は、とりわけ５，０００時間を超える期間では、ガラス溶融物界面における耐火材料の破壊条件を超えると以前に予想されていた。本明細書に開示される電極構成および溶融容器の幾何学形状を含む本明細書に開示される実施形態は、この問題に対する解決策を提供し、代替的な構成および幾何学形状に対して耐火物内で発生するパワーの量を少なくとも３０％削減することができる。本明細書に開示される実施形態はまた、より柔軟な溶融システム操作を可能にすることができ、溶融システム構成を変更する必要なしに、異なる電気抵抗率および異なる温度条件を有する異なるガラス組成物を利用することができる。

本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の実施形態に対してさまざまな修正および変形がなされうることは、当業者にとって明白であろう。よって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に入ることを条件として、そのような修正および変形にも及ぶ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
耐火材料を含む、少なくとも１つの側壁および床と、
前記耐火材料を通って延びる少なくとも１つの電極と
を含む、ガラス溶融送達システム容器であって、
前記少なくとも１つの電極が、ガラス溶融物と接触する前記耐火材料の破壊条件を超えることなく、前記耐火材料と接触するガラス溶融物を少なくとも約１６００℃の平均温度で加熱するように構成される、
ガラス溶融送達システム容器。

実施形態２
前記耐火材料がジルコニアを含む、実施形態１に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態３
前記容器が、前記耐火材料と接触する前記ガラス溶融物を、少なくとも約５，０００時間の間、少なくとも約１６００℃の平均温度へと加熱するように構成される、実施形態１に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態４
前記溶融容器が長さおよび幅を有し、前記長さの前記幅に対する比が、約２．４：１～約３．６：１の範囲である、実施形態１に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態５
前記溶融容器が、該溶融容器の前記幅の少なくとも約５０％の深さを有するガラス溶融物を受け入れるように構成されている、実施形態４に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態６
前記溶融容器が２つの対向する側壁を含み、各対向する側壁がそこを通って延びる少なくとも２つの電極を備えており、電極間の最短距離と前記側壁の長手方向における該電極の幅との比が、約０．８：１～約２．４：１の範囲である、実施形態４に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態７
前記容器内の前記ガラス溶融物の体積（Ｖ）および前記床と前記少なくとも１つの電極の底部との間の垂直距離（Ｙ）が、関係（Ｖ）／（Ｙ）^３＜６０，０００を満たす、実施形態１に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態８
前記少なくとも１つの電極が、前記溶融容器の内部チャンバ内へと所定の距離だけ延びる細長い本体を備えている、実施形態１に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態９
前記少なくとも１つの電極が、前記床に平行な平面に対して約０度～約７５度の範囲の角度で延びる、実施形態８に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態１０
前記溶融容器が、前記少なくとも１つの側壁から所定の距離にある前記床上の位置から前記溶融容器の内部チャンバ内へと所定の距離だけ延びる細長い本体を備えている少なくとも１つの電極を含む、実施形態８に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態１１
前記少なくとも１つの電極が、スズ、モリブデン、白金、並びにそれらの合金および酸化物からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含む、実施形態１に記載のガラス溶融送達システム容器。

実施形態１２
ガラス物品の製造方法であって、該方法が、ガラス溶融送達システム容器内でガラス組成物を処理する工程を含み、前記ガラス溶融送達システム容器が、
耐火材料を含む、少なくとも１つの側壁および床と、
前記耐火材料を通って延びる少なくとも１つの電極と
を含み、
前記少なくとも１つの電極が、ガラス溶融物と接触する前記耐火材料の破壊条件を超えることなく、前記耐火材料と接触するガラス溶融物を少なくとも約１６００℃の平均温度で加熱する、
方法。

実施形態１３
前記耐火材料がジルコニアを含む、実施形態１２に記載の方法。

実施形態１４
前記耐火材料と接触する前記ガラス溶融物が、少なくとも約５，０００時間の間、少なくとも約１６００℃の平均温度へと加熱される、実施形態１２に記載の方法。

実施形態１５
前記溶融容器が長さおよび幅を有し、前記長さの前記幅に対する比が、約２．４：１～約３．６：１の範囲である、実施形態１２に記載の方法。

実施形態１６
前記ガラス溶融物が、前記溶融容器の前記幅の少なくとも約５０％の深さを有する、実施形態１５に記載の方法。

実施形態１７
前記溶融容器が２つの対向する側壁を含み、各対向する側壁がそこを通って延びる少なくとも２つの電極を備えており、電極間の最短距離と前記側壁の長手方向における該電極の幅との比が、約０．８：１～約２．４：１の範囲である、実施形態１５に記載の方法。

実施形態１８
前記容器内の前記ガラス溶融物の体積（Ｖ）および前記床と前記少なくとも１つの電極の底部との間の垂直距離（Ｙ）が、関係（Ｖ）／（Ｙ）^３＜６０，０００を満たす、実施形態１２に記載の方法。

実施形態１９
前記少なくとも１つの電極が、前記溶融容器の内部チャンバ内へと所定の距離だけ延びる細長い本体を備えている、実施形態１２に記載の方法。

実施形態２０
前記少なくとも１つの電極が、前記床に平行な平面に対して約０度～約７５度の範囲の角度で延びる、実施形態１９に記載の方法。

実施形態２１
前記溶融容器が、前記少なくとも１つの側壁から所定の距離にある前記床上の位置から前記溶融容器の内部チャンバ内へと所定の距離だけ延びる細長い本体を備えている少なくとも１つの電極を含む、実施形態１９に記載の方法。

実施形態２２
前記少なくとも１つの電極が、スズ、モリブデン、白金、並びにそれらの合金および酸化物からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含む、実施形態１２に記載の方法。

実施形態２３
実施形態１２に記載の方法によって製造されたガラス物品。

実施形態２４
前記ガラス物品がガラスシートである、実施形態２３に記載のガラス物品。

実施形態２５
実施形態２４に記載のガラスシートを含む、電子デバイス。

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 貯蔵ビン
２０ 原料送達デバイス
２２ モーター
２４ 原料
２８ 溶融ガラス
３０ 下流ガラス製造装置
３２ 第１の接続導管
３４ 清澄容器
３６ 混合容器
３８ 第２の接続導管
４０ 送達容器
４２ 成形本体
４４ 出口導管
４６ 第３の接続導管
４８ 成形装置
５０ 入口導管
５２ トラフ
５４ 収束成形面
５６ 底縁部
５８ ガラスリボン
６０ 延伸方向
６２ ガラスシート
６４ ロボット
６５ 把持具
１００ ガラス分離装置
１４２ 側壁
１４４ 床
１４６，１４７，１４８ 電極
２８２ ガラス溶融線

Claims (12)

1. ジルコニアを含む耐火材料を含む、側壁および床と、
   前記耐火材料を通って延びる少なくとも１つの電極と
   を含む、ガラス溶融送達システム容器であって、
   前記少なくとも１つの電極が、ガラス溶融物と接触する前記耐火材料の破壊条件を超えることなく、前記耐火材料と接触するガラス溶融物を少なくとも１６００℃の平均温度で加熱するように構成され、
   前記溶融容器が長さおよび幅を有し、前記長さの前記幅に対する比が、２．４：１～３．６：１の範囲であり、
   前記溶融容器が、該溶融容器の前記幅の少なくとも５０％の深さを有するガラス溶融物を受け入れるように構成されている、ガラス溶融送達システム容器。
2. 前記容器が、前記耐火材料と接触する前記ガラス溶融物を、少なくとも５，０００時間の間、少なくとも１６００℃の平均温度へと加熱するように構成される、請求項１に記載のガラス溶融送達システム容器。
3. 前記溶融容器が２つの対向する側壁を含み、各対向する側壁がそこを通って延びる少なくとも２つの電極を備えており、電極間の最短距離と前記側壁の長手方向における該電極の幅との比が、０．８：１～２．４：１の範囲である、請求項１に記載のガラス溶融送達システム容器。
4. 前記容器内の前記ガラス溶融物の体積（Ｖ）および前記床と前記少なくとも１つの電極の底部との間の垂直距離（Ｙ）が、関係（Ｖ）／（Ｙ）^３＜６０，０００を満たす、請求項１～３のいずれか一項に記載のガラス溶融送達システム容器。
5. 前記少なくとも１つの電極が、前記溶融容器の内部チャンバ内へと所定の距離だけ延びる細長い本体を備えている、請求項１に記載のガラス溶融送達システム容器。
6. 前記溶融容器が、前記側壁から所定の距離にある前記床上の位置から前記溶融容器の内部チャンバ内へと所定の距離だけ延びる細長い本体を備えている少なくとも１つの電極を含む、請求項５に記載のガラス溶融送達システム容器。
7. ガラス物品の製造方法であって、該方法が、ガラス溶融送達システム容器内でガラス組成物を処理する工程を含み、前記ガラス溶融送達システム容器が、
   ジルコニアを含む耐火材料を含む、側壁および床と、
   前記耐火材料を通って延びる少なくとも１つの電極と
   を含み、
   前記少なくとも１つの電極が、ガラス溶融物と接触する前記耐火材料の破壊条件を超えることなく、前記耐火材料と接触するガラス溶融物を少なくとも１６００℃の平均温度で加熱し、
   前記溶融容器が２つの対向する側壁を含み、各対向する側壁が、該側壁を通って延びる少なくとも２つの電極を備えており、電極間の最短距離と前記側壁の長手方向における該電極の幅との比が、０．８：１～２．４：１の範囲であり、
   前記床と前記少なくとも１つの電極の底部との間の垂直距離が、垂直方向の前記電極の長さの少なくとも５％である、
   方法。
8. 前記耐火材料と接触する前記ガラス溶融物が、少なくとも５，０００時間の間、少なくとも１６００℃の平均温度へと加熱される、請求項７に記載の方法。
9. 前記溶融容器が長さおよび幅を有し、前記長さの前記幅に対する比が、２．４：１～３．６：１の範囲である、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記容器内の前記ガラス溶融物の体積（Ｖ）および前記床と前記少なくとも１つの電極の底部との間の垂直距離（Ｙ）が、関係（Ｖ）／（Ｙ）^３＜６０，０００を満たす、請求項７～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの電極が、前記溶融容器の内部チャンバ内へと所定の距離だけ延びる細長い本体を備えている、請求項７に記載の方法。
12. 前記溶融容器が、前記側壁から所定の距離にある前記床上の位置から前記溶融容器の内部チャンバ内へと所定の距離だけ延びる細長い本体を備えている少なくとも１つの電極を含む、請求項１１に記載の方法。

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