JPS6345133A - ガラス状材料の清澄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の技術分野〕 本発明は溶融ガラス等の清澄化を促進するために大気圧
より低い圧力を用いることに関する。特に本発明はその
ような清澄化法で生ずる泡の量を調節するための実際的
な装置に関する。

〔本発明の背景〕

ガラスを溶融する際に、実質的な量のガスがバッチ材料
の分解の結果として生ずる。他のガスがそのバッチ材料
によって物理的に取り込まれるか又は燃焼熱源から溶融
材料中に入る。殆んどのガスは溶融の初期段階で逃げる
が、幾らかは溶融物中に取り込まれる。取り込まれたガ
スの幾らかはガラス中に溶解するが、他の部分は気泡即
ち「シード（ｓｅｅｄ）Ｊとして知られているバラバラ
なガス状含有物を形成し、それらはもし生成物ガラス中
に不当に高い濃度で残留すると好ましくないものになる
。ガス状含有物は、もし「精製」即ち清澄化として知ら
れている溶融操作の段階で充分な時間が与えられれば、
表面に上昇し、溶融物から逃げていく、溶融物の粘度を
低下し、気泡の直径を増大させることにより、ガス状含
有物の上昇と逃げを促進するため、従来清澄化域に高温
度を与えていた。清澄化段階で用いられている高温のた
めに必要なエネルギー及び、ガス状含有物を溶融物から
逃がすために充分な残留時間を与えるのに必要な大きな
溶融容器が、ガラス製造操作の主たる費用になっている
。従って、これらのコストを減少させるように、清澄化
方法を促進することが望ましい。

減圧は、含まれたガス状物質の分圧を低下し、溶融物内
の気泡の体積を増大させ、それらの表面への上昇を早め
ることにより清澄化過程を助けることが知られている。

従来の清澄化室の規模で、その中を真空にするように気
密な容器を与えることは実行不可能であるため、真空清
澄化は、次の米国特許に記載されているような比較的小
さな規模のバッチ操作で用いることに限定されている：
米国特許筒１，５６４，２３５号；第２，７８１，４１
１号；第２，８７７．２８０号、第３．３３８，６９４
号及び第３，４４２，６２２号。

連続的真空清澄化法が提案されているが、種々の欠点の
ため、ガラスの大規模で連続的な製造方法では、受は入
れられないことが判明している。

米国特許筒８０５　、１３９号；第１．５９８，３０８
号及び第３，５１９，４１２号に示されている連続的真
空清澄化装置での主たる欠点は、圧力差によって必要に
なる真空域に出入りさせるための比較的狭い垂直な通路
を必要とすることである。これらの通路は容器のような
構造を、特に気密な壁を必要とする観点から、複雑にし
、生成物の汚染を生ずる耐火物との接触を増大し、生成
物の流れに重大な粘稠な滞留を起こす、中程度の真空で
さえつり合いを取らせるのに必要な実質的な高さのガラ
スが必要であることが認められている。そのような系で
は生成量を変えることも間組であり、特に粘稠な滞留因
子を考慮に入れるとそうである。連続的な商業的操作で
は、製造される製品の変化及び希望されるｔ！！遣速変
速度響を与える経済的因子の変化による変動が重要であ
る。上記三つの特許り各々で、真空領域の通路を通る流
速を増大するための駆動力は、真空領域から下流の溶！
ｉ物の深さに対し、真空領域の上流にある溶１物の深さ
を増大することによってしか与えることができない、こ
の水準の差の大きさは、これらの装置に固有の粘稠な滞
留によって悪化する。溶！ｉ物の表面の上昇で、側壁の
腐食が促進されるため、水準が大きく変ることはその腐
食をひどくし、そのことが今度は生成物ガラスの品質を
悪くすることになる。

米国特許第３，４２９，６８４号にはもつと簡単な構造
が示されており、この場合、バッチ材料は真空閉鎖部を
通って供給され、垂直に長くなった真空室の頂部で溶融
される。その装置で生成量を変えることは、その室に加
えられる真空度を変えることが必要になると忠われ、そ
のことは達成される清澄化度を変化させることになり不
利である。真空室内で原料を溶融することは三つの理由
からその装置の別の欠点となっている。第一に多量の泡
が真空中で原料の最初の分解を行なわせろことにより生
じ、そのため泡が入るのに充分な大きな容器を必要とす
ることである。第二に原料が生成物流へ短絡して環流し
、そのため適切な溶融及び清澄化を妨げることになる危
険があることである。第三に、真空容器内で、溶融の初
期段階を行ない、溶融物を清澄化温度へ加熱することは
、その容器内で溶融物へ多量の熱を供給する必要がある
ことである。容器へのそのような大量の熱を導入するこ
とは、本質的に壁の腐食と増大させる溶融物内の対流を
引き起こし、そのため清澄化された生成物の流れの汚染
を引き起こすことである。

米国特許第４，１９５，９８２号には、上昇させた圧力
で最初に溶融し、次に低い圧力で別の室でそのガラスを
清澄化する方法が記載されている０両方の室共加熱され
る。

米国特許第４，１１０，０９８号には、清澄化を助ける
ためにわざとガラスを泡だたせる方法が記載されている
。その泡たちは大気圧で加熱を強くし、化学的発泡剤に
より引き起こされる。

連続的方法にしろ或はバッチ法にしろ、どのような規模
で行なわれる真空清澄化でも起きる問題は、時々生ずる
、特に減圧で生ずるおびただしい量の泡である。それら
の泡がはいれるように、液体容器の上に大きな空間も与
えなければならない。

この頂部空間は気密に維持されなければならないので、
その構造は、特に大規模な方法では、大きな経済的な欠
点になる。その結果、泡は用いることのできる真空度を
制約する因子として働く、真空清澄化法でのこの制約を
、大きな資本経費を費やすことなく軽減することが望ま
しいであろう。

米国特許第３，３５０，１８５号には、大気圧でガラス
溶融工程中の泡を崩壊させる方法が記載されており、こ
の場合燃焼の酸化又は還元条件を急激に変化させること
が泡の崩壊を起こさせることが見出だされている。

〔本発明の要約〕

本発明は１９８６年１月２日に出願された米国特許出ｊ
２０　Ｓ　ｅｒａｌ　Ｎ　ｏ、８１５，４９４号に記載
されているガラス等の真空清澄化法の改良に関する。そ
の方法は、溶融された材料を垂直に長い室の上部へ真空
下で送ることを含んでいる。一つの有利な特徴は、清澄
化に必要な熱エネルギーの全て又は殆んどを真空室より
上流へ与えることにより、真空室で行なわれる加熱が殆
んど又は全く必要なくなることである。入ってくる材料
の熱含量は、それ自体で真空室中に希望の温度を維持す
るのに実質的に充分である。しかし泡のつぶれを促進す
るために真空室の頂部空間中で補助的な加熱を与えるこ
とが有利であることが判明している。その室の頂部に集
まる泡の層は、下にある溶融物質の熱から頂部空間を絶
縁する傾向があると考えられている。入ってくる材料の
流れの頂部空間での滞留時間が思いことは、頂部空間の
加熱を殆んどなくするように見える。従って頂部空間は
比穀的冷たくなる傾向があり、その結果泡の層の部分も
比較的冷たくなる傾向があり、それによってそれらの発
泡体の部分の粘度が大きくなり、それらの部分のつぶれ
が遅れることになると思われる。頂部空間を加熱するこ
とにより引き起こされる発泡体崩壊の促進は、温度上昇
及びそれによる泡の粘度の低下によるものであることが
理論化されている。燃焼熱源が頂部空間を加熱するのに
用いられる場合、燃焼ガスが発泡体の泡の膜にぶつかる
ことにより、泡のつぶれる速度が機械的に増大されるこ
とにもなるであろう。

本発明の一部は、燃焼熱源が、真空清澄化室で希望の大
気圧より低い圧力を維持する能力に大きな影響を与える
ことなく、本発明の目的を達成するのに充分な速度でそ
の室中の減圧雰囲気中で操作することができると言う発
見にある。又、炎は減圧条件で容易に維持することがで
きることが判明している。

一つの操作方法として、清澄化工程によって溶融物から
除去されるガスと同じ燃焼生Ｕ＆、物を生じない熱源を
用いることにより更に別の利点が得られる。換言すれば
、溶ｒ＆物から清澄ｆヒで除かれるどの物質でも、その
頂部空間での分圧をできるでたけ低く維持することが有
利である。ガラスの場合、窒素及び二酸化炭素の除去が
、通常清澄化工程の主たる目的である。従って、真空室
中へ窒素が入るのを減少させるか又は全くなくすように
、その室中の頂部空間を加熱するためのバーナーを燃や
すのに、酸素に富む燃焼（好ましくは本質的に純粋な酸
素を用いた燃焼）を用いることが有利である。更に、燃
焼を維持するための空気を部分的に又は全部置き換えた
ものとして酸素を用いることにより、排出ガスの体積は
著しく少なくなり、それによって真空装置の負荷が減少
する。頂部空間雰囲気中に炭素酸化物が加えられるのを
避けるため、バーナーには炭素低含有又は炭素を含まな
い燃料（例えば、水素）を用いてもよい、水素と酸素に
よる燃焼は、唯一の燃焼生成物が水であるため、特に有
利である。ガラス中の水蒸気の溶解度は比較的高いため
、水の除去は通常ガラス清澄化工程での必要条件にはな
っていない、又、真空系で水蒸気を凝縮させることがで
きることにより、頂部空間バーナーによって引き起こさ
れる真空ポンプへの付加的な負担が実質的に除かれる。

別の方法は、頂部空間を加熱するのにプラズマトーチを
用いることである。キャリヤーガスも、水蒸気、水素、
酸素、又はヘリウム、の如き不活性ガスな含むいろいろ
いな種類のガスから這択することができる。

〔詳細な記述〕

ガラス及び同様なガラス状材料を溶融するのに特に用い
られる方法及び装置に関連して詳細に記述するが、本発
明は、他の物置の処理にも同様に適用することができる
ことは分るであろう。

本発明は、前述の１９８６年１月２日に出願された米国
特許出Ｅ　５ｅｒａｌ　Ｎｏ、８１５，４９４号に記載
されているガラス等の真空清澄化系と一緒に有利に用い
られるが、それに限定されるものではない、その系の好
ましい具体例として、溶融した材料は大気圧より低い圧
力の空間中へ導入されて泡を生じ、その泡が後でつぶさ
れる。泡の表面積が著しく増大すると、減圧下でのその
材料からのガスの除去が促進される。大気圧に戻すと、
溶融物中に溶解していたガスの濃度は飽和より低くなり
、気泡即ちシードへの核生成は起きにくくなる。その方
法に含まれる活発な泡形成のため、全生成量を増大する
ため泡の崩壊な促進するのが有利である。

好ましい具体例として、バッチ材ｆｌを本方法の液化工
程に特に用いられる段階で最初に液化し、液化された材
料を第二の段階へ送り、そこで固体粒子の溶解を本質的
に完了し、材料の温度を清澄化に適した温度へ上昇させ
てもよい。次に溶融した材料を真空室へ送る。その結果
、溶融のガス状副生成物の大部分は、その材料を真空に
かける前に除去され、そして最大ガス発生領域は清澄化
域から分離され、それによって溶融の最初の段階へいく
材料は、清澄化をうけている溶融物の部分と混ざり合う
ことはない、溶融に必要な熱の殆んど又は、全部が、そ
の材料が真空清澄化段階へ入る前に満足され、従って清
澄ｆヒ段階の加熱が実質的に回避されているので、清澄
化領域中の溶３皇物の過度の対流を避けることができる
。その結果、容器の腐食は減少し、溶融↑勿の清澄化が
不完全な部分が、一層よく清澄化された部分と混ざり合
う可能性が小さくなっている。好ましい具体例として、
清澄化段階への導入物は清澄化に適した温度になってお
り、従って清澄化容器へ熱を殆んど又は全く与える必要
はない、しかし本発明で真空室頂部空間の加熱手段は、
容器の壁、特に上部からの熱損失を補償する働きをし、
清澄化段階の少なくとも入り口部分にある材料の温度を
実質的に維持するであろう。

好ましい真空清澄化装置では、液化材料は真空室の上端
へバルブ部材を通って計量して入れられ、生成された溶
融物は真空室の下端から別のバルブ装置を通って送られ
る。真空室内に維持される液体の高さは真空につり合わ
せるのに必要な高さよりも少なくともわずか高いのが好
ましい、これにより、全生成速度は室中の真空圧力を変
えることなく、又室中の液体の水準を変えることなく、
バルブによって調節することができる。逆に言えば、あ
る範囲の真空圧力を全生成速度を変えることなく用いる
ことができる。バルブを別として、その系は、溶融され
た材料のそこを通る流動抵抗が比較的低くなるようにし
である。

真空清澄化室のための好ましい形状は垂直に長い容器で
あり、直立した円筒の形になっているのが最も便利であ
る。液化された材ｆ１は、その容器中に維持された溶融
材料の上の頂部空間へ導入される。頂部空間の減圧にぶ
つかると、材料の少なくとも実質的な部分が、その材料
に溶解していたガスの放出及びその材料中に存在してい
た気泡及びシードの増大のため、泡を発生する。泡の増
大は、減圧にさらされる表面積を著しく増大し、それに
よって液相からのガス状物質の除去を促進する。溶融物
の溜まりからよりもむしろ容器中に維持された溶融物の
溜まりの上に発泡体を生ずることは、泡をつぶし、ガス
を逃がすのを助けるのに有利である。新しく発生した発
泡体層へ付着させることは、その発泡体のつぶれを促進
することも判明している。垂直に長い幾同学的形匹の別
利点は、頂部で発泡体を発生し、底から生成物を落下さ
せることにより、全物質の移動が発泡体の領域から離れ
ていくことになり、それによってどの泡も生成物流中に
含まれることが起きにくくなるようにしていることであ
る。減圧下で溶融物からガスを追い出すことは、溶１％
ＩＴｈ中に溶解したガスの濃度を、大気圧でのそれらの
飽和点より低く減少させる。溶融した材料は底の出口の
方へ下方へ進むにつれて、容器中の溶融物の深さにより
圧力が増大し、残留ガスが溶液中に維持されるようにな
り、残っているかもしれないどんな小さなシードでも、
その体積を減少する。ガスの溶解は、材料が出口の方へ
進むに従って温度を低下させることによっても促進され
るであろう。

従来のガラス溶融法では、溶融及び清澄（ヒ「２ｍを助
けるためにバッチ材料に硫酸ナトリウム又は硫酸カルシ
ウム又は他の硫黄源を含ませている。

溶融物中に硫黄化合物が存在すると、生ずる泡の体積が
大きくなり、真空清澄ｆ上容器のセラミック耐火性壁を
侵食するため、真空で清澄化した時の問題になることが
判明している。しかしこれまでガラスの有効な溶融及び
清澄化を硫黄化合物を用いることなく達成することは困
難であった。好ましい真空清澄化袋はの更に別の有利な
特徴は、硫黄と殆んど又は全く用いることなくガラスを
溶融し、高い品質水準まで清澄化することができること
である。このことは本発明で可能である。何故なら溶融
及び清澄化工程を別々な段階で行ない、それによって各
工程が、硫黄の使用を最少にするか又は回避するのに適
用される方法によって遂行することができるからである
。

第１図に関し、本発明の全溶融方法は次の３つの段Ｒ？
からなるのが好ましい二液化「２階（１０）　、溶）Ｙ
段階（１１）及び真空清澄化段ｔｌ（１２）、液化段階
（１０）で溶融を開始するため種々の装置を用いること
ができるが、本方法のこの段階を分離し、それ”　経済
的に実施するため極めて効率的な装では、米国特許筒４
，３８１．９３４号に記載されているものであり、その
記載は好ましい液化段階の具体Ｉηの詳細を参照するた
めここに入れである。液化容器の基本的な構造はドラム
（１５）であり、それは鋼から作られていてもよく、全
体的に円筒状の形の側壁部分、−ｉに開いた頂部、及び
流出出口を除き閉じている底部を有する。ドラム＜１５
）は、例えば、複数の支持車（１７）の上に回転可能に
支持された丸い支持環（１６）によって実質的に垂直な
軸の周りに回転可能に取り付けられており、複数の配列
車（１８）によって適所に保持されている。ドラム（１
５）内には、例えば、外周枠（２１）によって停止支持
体が取り付けられたＭ楕遺体（２０）によって実質的に
閉じた空腔が形成されている。１２（２０）は耐火性セ
ラミック材料によって構成してもよく、耐火性炉製造分
野の当業者に知られているように種々の形を取ることが
できる６図に示された装置は、複数の耐火性ブロックか
ら作られた上方へドーム状に丸くなったアーチ構造にな
っている。蓋として一体的な設計又は平らな浮いた設計
を用いることもできることは理解されるであろう。

バッチ材料を液化するための熱は、ｆｉ　（２０）を通
って延びる一つ以上のバーナー（２２ンによって与えて
もよい、複数のバーナーを塁の周囲に配列し、それらの
炎をドラム内の材料の広い領域に向けるようにするのが
好ましい、バーナーは容器中の過酷な環境からそれらと
保ススするため、水で冷却するのが好ましい、排気ガス
は、蓋中の開口　〈２３）を通って液化容器の内部から
逃がすようにしてもよい、排気ガス中の廃熱は、米国特
許第 ４．５１９，８１４号に記載されているような余熱段階
く図示されていない）中でバッチ材料を余熱するのに用
いるのが有利である。

バッチ材料は、粉末状態になっているのが好ましいが、
落下管（２４〉によって液化容器の空腔中へ導入しても
よく、その管は図示した具体例では排気開口（２３）を
通って伸びている。供給落下管の装置の詳細は米国特許
第４，５２９，４２８号にみることができる。バッチ落
下管（２４）はドラム（１０）の側壁にすぐ隣接して終
わっており、それによってバッチ材料はドラムの内部側
壁部分上に付着する。バッチ材料の層（２５）はドラム
の回転によって助けられて、ドラム（１０）の内壁上に
維持され、絶縁ライニングとして山＜、ライニング（２
５）の表面上のバッチ材料は、空腔内の熱に曝され、容
器の底の中心流出孔へ傾斜したライニング上を流下する
液化される層（２６）を形成する。出口にはセラミック
耐火性套管（２７）が取り付けられてもよい、液化され
た材料（２８）の流れは液化容器から、第２の段階（１
１）へ導く開口（２９）を通って自由に落下する。

第２段階は溶解容器と呼ばれてもよい、何故ならその機
能の一つが、液化容器（１０）を出る液化された流れ（
２８）中に残留するバッチ材料の溶融されていない粒子
の溶解を完了することにあるからである。その点での液
化された材料は、典型的には溶融されていない砂粒子及
び実質的な気相を含み、部分的にしか溶融されていない
、炭酸塩バッチ材料及び清澄化助剤としての硫酸塩を用
いた典型的なソーダ・石灰・シリカ溶融法では、気相は
主に炭素酸化物と硫黄酸化物とからなる。窒素も取り込
まれた空気から存在することがある。

溶解容器（１１）は、下流の清澄化段階から隔菊された
位置での滞留時間を与えることにより、第１段階からき
た液化材料中の未溶解粒子を完全に溶解する機能を果た
す、ソーダ・石灰・シリカガラスバッチは、典型的には
約１１５０℃（２１００°Ｆ）〜１２００℃（２２ＱＯ
°Ｆ）の温度で液化し、溶解容器（１１）へ約１２００
℃（２１００″Ｆ）〜約１３２０℃（２４００°Ｆ）の
温度で入り、その温度で、残留未溶解粒子は通常充分な
残留時間が与えられると溶解する。溶解容器（１１）は
水平に長い耐火性槽（３０）の形になっており、耐火性
屋根（３１）、両端にある入り口及び出口をもち、適切
な滞留時間が確実に与えられるようになっている。溶解
容器中の溶融材料の深さは、材料の還流を起きにくくす
るため比較的浅くなっていてもよい。

溶解工程を行うため、実質的な熱エネルギーを付加する
必要はないが、加熱はその工程を促進し、従って溶解容
器（１１）の大きさを減少することができる。しかし一
層重要なことは、溶解段詣で材料を加熱し、次の清澄化
段階の準備をするためその温度を上昇させるようにする
のが好ましい。清澄化のための温度を最大にすることは
、ガラス粘度を低下し、含まれるガスの蒸気圧を増大さ
せるために有利である。典型的には、杓１５２０°Ｃ（
２８００°Ｆ）の温度がソーダ・石灰・シリカガラスを
清澄化するのに望ましいと考えられているが、清澄化を
助けるため真空を用いる場合には、比較的低い最大清澄
化温度を生成物の品質を犠牲にすることなく、用いるこ
とができる。低下することができる温度の福は真空度に
依存する。従って本発明に従い清澄化を真空下で行なう
とする場合、ガラス温度を、清澄化前に、１４８０℃（
２７００°Ｆ）以下に上昇させる必要があり、例えば、
好ましくは１４３０℃（２６００’　Ｆ）以下、最適に
は１３７０℃（２５００°Ｆ）に上昇させる必要がある
。この位の高さでの最大温度の低下はエネルギーの節約
と同様、耐火性容器の寿命を著しく長くする結果になる
。溶解容器中に入る液化された材料は、清澄化のための
溶融材料を調製するため中程度に加熱しさえすればよい
、燃焼熱源は溶解段階（１１〉で用いることができるが
、この段階はそれ自身電気加熱に委ねてもよいことが判
明しており、そのため複数の電極（３２）を、図示した
ように側壁を通って水平に沖びるように配置してもよい
、熱は、ガラスを電気溶融するのに従来用いられている
方法で電極間を通る電流に対する溶融物自身の抵抗によ
って発生する。電ｆ！＜３２）は当業者によく知られて
いる型の炭素またはモリブデンでもよい、浮遊物質が出
口端に近付かないように、溶解容器中にすくい取り部材
（３３）を配備してもよい。

溶解段階（１１）から清澄化段階（１２）への材料の流
れを調節するバルブは、落下管＜３６）と軸方向に並ん
だプランジャー（３５）からなっている。プランジャー
の軸（３７）は溶解容器の屋根（３１）を通って伸びて
おり、プランジャー（３５）と管（３６）との間隙を調
節し、それによって材料の清澄化段階への流入速度を変
えることができるようになっている。バルブ管り３６）
は白金の如き耐火性金属から作られていてもよく、清澄
化容器の上端にある孔（４４）中にはまりそれを蜜月す
ることができる。バルブ装置が好ましいが、他の手段を
、当分野で知られているように、清澄化段階への溶融材
料の流速を調節するために配備してもよい、一つの例は
、落下管に伴われた加熱及び（又は）冷却用手段を用い
、底と通る溶融材料の粘度を変え、それによって流速と
変えるようにすることである。

清澄化段階（１２）は、垂直に直立した容器からなるの
が好ましく、それは全体的に円筒状の形をし、気密な水
冷ケースで包まれた内部セラミック耐火性ライニング（
４０）を有していてもよい、耐火物は当分野で知られて
いるアルミナ・ジルコニア・シリカ型のものでよい、ケ
ースは二重壁になった円筒状の側壁ジャケット（４１）
を含み、それは環状の水通路及び環状の端部冷却部材（
４２）及び（４３）を有する。どんな適当な冷却用装置
でも用いることかでさる。ライニング（４０）とジャケ
ット（４１）との間に絶縁層（図示されていない）を与
えてもよい。

溶融された材料が管（３６）を通り、清澄化容器内の減
圧にぶつかると、その溶融物中に含まれていたガスは体
積が３の張し、液体本体（５１）の上に乗っている泡層
（５０）を生ずる。泡がつぶれると、それは１９体本体
り５１）中に入る。大気圧より低い圧力を、清澄化容器
内にその容器の上部を通って伸びる真空導管（５２）を
通して確立してもよい。

導管（５４）が、更に泡を破壊する必要がある場合に、
容器中へ泡破壊剤を導入するために清澄化容器の上部へ
伸びていてもよい、好ましい泡破壊剤は水であり、それ
は連続的又は間欠的に泡中へ噴霧されてもよい。

清澄化された溶融材料は、白金の如き耐火性金属の落下
管（５５）によって清澄化容器（１２）の底から滴り落
とす、落下管（５５）は耐火性底部（５６）の表面より
上に伸び、屑が生成物流中へ入らないようにその底部内
に取り付けられている。低部（５６）は、管（５５）に
隣接して厚さが薄くされ、管への絶縁効果を小さくする
ようになっており、それによって管の温度が上昇できる
ようにし、管内の材↑１が固まるのを防ぐようにしてあ
ってもよい、管の周りの洩れは低部（５６）の下の水冷
ｆｆｉ　（５７）によって防止されている。落下管〈５
５）からの溶融材料の流速は、柄（５９）の端の所に保
持されている円錐状スロットル部材（５８）によって調
節される。柄（５９）は、スロットル部材（５８）の上
昇をＦｌ　Ｈし、それによってスロットル部材と管（５
５）との間の間隙を調節し、底からの：ａ速を調節する
ようになっている機械的装置（図示されていない）に伴
われている。清澄化された材料の溶融流（６０）は清澄
化容器の底から自由落下し、成形段階（図示されていな
い）へ送り、そこで希望の製品の形にしてもよい０例え
ば、清澄（ヒされたガラスは、フロートガラス成形室へ
おくり、そこで溶融ガラスを溶融金ぶのプール上に浮か
べ、平らなガラスシートを形成してもよい。

清澄化容器（１２）は種々の形のものを用いることがで
きるが、円筒状の形をしているのが好ましい。

円筒状の形は、気密な容器を構成するのに有利である。

内面接触面責対体積の比も丸い断面によって最小になる
。従来の開放炉床型再循環清澄化器に比較して、耐火性
接触面積の一部分だけが、本発明の円筒状真空清澄化器
によって使われているだけである。

清澄化容器（１２）中に保持される溶融材料（５１）の
高さは、室中に加えられた真空度によって決る。

液体の高さによる圧力ヘッドは、容器がら材料が自由に
滴り落ちることができるように、出口の所の気圧に等し
いか又はそれより大きい圧力を范立するのに充分でなけ
ればならない、高さは溶融材料の比重に依存し、関与す
る温度でソーダ・石灰・シリカガラスの場合約２．３で
ある。真空と相殺するのに必要な最低値を越えた高さが
、気圧の変動を考慮し、真空の変動を可能にし、出口を
通る一定の流れを確実に与えるため望ましいであろう。

本発明の好ましい具体例として、実質的に過剰の高さを
与え、それによっ□て出口流速が真空圧力ではなく、機
械的なバルブ部材によって決定されるようにする。その
ような装置によって、全生成速度と真空圧力とを互いに
独立に変えることができるようになる。別法として、も
し出口に圧力差な乗り越えるためのポンプ装置が配備さ
れているならば、出口の所の圧力は大気圧より低くする
ことができるであろう、溶融ガラスと共に用いるように
考えられたポンプの一例は米国特許第４．０８３，７１
１号に記載されており、その記載は参考のためここに入
れである。

清澄化過程に対する真空の利点は、圧力が低くなるほど
、利点は大きくなるような形で得られる。

大気圧より低い圧力でのわずかな低下は無視できない改
良をもたらすが、真空室を経済的に正当化するためには
、実質的に低下した圧力が好ましい。

例えば、１７２気圧以下の圧力が、ソーダ・石灰・シリ
カ平板ガラスに、認めうる清澄化改良を与えるのに好ま
しい。１７３気圧以下でも、一層良い結果が得られてい
る。標準的透明ソーダ・石灰・シリカ平板ガラス組成物
は、１００）−ルの絶対圧で清澄化され、多くのガラス
製品にとって許容できる品質水準である、１００ｃ輪’
当たり１シードである製品が得られた。１００トールよ
り低い清澄化圧力、例えば、２０〜５０トールは、１．
０００−１０，０ＯＯｃ鏑コ当たりシード約１個の品質
の商業的フロートガラスを生ずるために好ましいであろ
う、径が０．０１ｍ＋＊より小さいシードは、見極める
ことができないと考えられ、シードの数中には含まれて
いない。

本発明の頂部空間加熱部材は、第１図に示す如く、頂部
冷却器（４２）を通って清澄化容器（１２）中に伸びる
バーナー（５３）の形をとってもよい。バーナーには、
その寿命を延ばすため、水冷ジャケットが取り付けられ
ているのが好ましい。泡破壊の正確なり１構は完全には
分かっていないが、バーナーからの熱が泡の粘度を減少
し、気泡の体積を増大し、その両方が泡のつぶを破裂さ
せる傾向があることが理論化されいる。十分大きな炎速
度で操作すると、泡への炎の衝突が泡のつぶを破裂させ
るであろう、落下管（３６）を白金で作った場合には、
白金の劣化を避けるため、酸化性炎を用いるのが好まし
い、もし白金が真空容器の頂部空間に存在しないならば
、還元性炎が、泡をつぶすその傾向が一層大きいので、
好ましい。

燃焼空気から系中に窒素が導入されるのを防ぐため、バ
ーナー（５３）は酸素で燃やすのが好ましい。

ガラス中に取り込まれることになるかも知れない窒素は
、溶融ガラス中での溶解度が比較的低いので、ガラス中
に欠陥を生ずる比教的大きな能力を持っている。もしガ
ラス中の他の気泡源であるニ酸化炭素を避けたいならば
、水素を燃料として用いるのがよい、水素と酸素との燃
焼生成１−である水は、溶融ガラスに対し、比較的大き
な溶解度を有する。溶融物中の二酸化炭素の濃度は清澄
化工程の通常の目的の一つであるので、二酸化炭素を避
けるのが望ましく、従って、清澄化容器の頂部空間中の
二酸化炭素の濃度をできるだけ低く保つのが望ましい、
一方、溶融物から水を除去することは通常重要ではない
、同様に、水蒸気又はヘリウムの如きガラス中に比較的
よく溶解するキャリヤーガスを用いてプラズマトーチを
バーナー（５３）の代わりに用いることができる。酸素
及び（又は）水素をプラズマキャリヤーガスとして用い
ることもできる。プラズマトーチは当分野で知られてお
り、その−例は米国特許第４，５４５，７９８号に示さ
れており、その記載は参考のためここに入れである。

バーナー（５３）からの凝縮可能な燃焼生成物は、導管
（５２）を通って真空室から取り出されるガスから除去
し、真空ポンプによって取り扱われなければならないガ
スの体積を減少させるようにしてもよい、それによって
今度は真空ポンプによっては一層低い圧力が得やすくな
る。排気ガスの実質的な部分が、バーナー〈５３）で水
素と酸素を用いた場合のように水蒸気からなる時には、
水蒸気の凝縮は、凝縮後に残るガスの体積が非常に少な
くなるので、特に有用である。従来の凝縮液のトラップ
装置を用いてもよく、その−例は、第２図に概略的に示
されている。そこでは、排出導管（５２）には水ジャケ
ット（６７）が配備され、ガス導管（６１）をそこを通
る熱ガスからｉ３！する。排出ガスを冷却するため従来
の殻及び管状熱交換器（６２）を用いてもよい、示した
装置では、冷却用水は殻を通過し、管中を通るガスを冷
却する。ガスは真空系中に存在する圧力で水の露点まで
冷却され、そのガスから水蒸気が凝縮する。凝縮した水
及び残留ガスは水トラツプ室（６３）へ流れ、そこから
ガスは真空ポンプ（６４）へ送られ、水は、収集容器（
６６）又は排水路へ垂直に伸びている圧力を等しくする
カラム（６５）へ滴り落ちる。もし固体の付着がかなり
の程度まで熱交換器表面に起きるならば、ガスご熱交換
器を通って上方へ送り、下方へ流れる凝縮水が熱交換器
の入り口端から付着物をフラッシュするようにするのが
有利であろう、　硫黄又はフッ素の化合物の如き溶融及
び清澄化助剤は従来ガラスバッチ中に含ませているが、
ガラス溶融炉からの排気ガス中の望ましくない放出物の
実質的な部分を生ずる。それらを除去することは望まし
いであろうが、最も高い水準の品質を得るためには、特
に平板ガラスの標準にとって、助剤を用いることは必要
であると考えられていた。更に、硫黄源（例えば、硫酸
ナトリウム、硫酸カルシウム）は真空下で過度の発泡を
起こすことが見出だされている。

典型的には、平板ガラスバッチは、シリカ源材料　′（
砂）１０００重量部当たり約５〜１５重量部の量で含ん
でおり、約１０重量部が適切な清澄化を確実に行なわせ
るのに望ましいと考えられている。　しかし、本発明に
従って操作する時には、取り扱い可能な水準の発泡を維
持するためには、硫酸ナトリウムを２重量部に限定する
ことが好ましいことが判明しており、それでも清澄化は
悪影響を受けないことが判明している。最も好ましくは
ＢＭナトリウムは砂１０００部当たり１部以下で用いら
れ、１／２部が特に有利な例である。これらの重量比は
、硫酸ナトリウムに対して与えられているが、それらは
他の硫黄源に対し分子量により基準化することができる
ことは明らかであろう、硫黄源材料を計画的に添加する
のを止めることも可能であるが、典型的な鉱物源バッチ
材料中に屡々存在する微量の硫黄化合物は、幾らかの硫
黄を溶融物中へ導入させることになるであろう。

本発明の範囲内で種々の変更を行なえることは当業者に
は明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい具体例による、液化段階、
溶解段附、真空清澄化段階を含む溶融操作の３つの段階
を通る垂直断面図である。 第２図は、蒸ス凝縮手段をもつ真空系の縮小した大きさ
で示した概略的断面図である。 １〇−液化容器（液化段階）１１−溶解容器（溶解段ｍ
）１２−清澄化容器（清澄化段階）５０−泡層（発泡体
）５１−液体本体　　５３−ハ゛−ナー 代　　理　　人　　浅　　村　　　皓 ＦＩＧ、２

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融状態になっているある量の材料を閉じた容器
   中に維持し、その溶融材料の上に泡の層が存在し、その
   材料の清澄化を助けるため、大気圧より低い圧力を容器
   中に加えるガラス状材料等の清澄化方法において、容器
   内の前記溶融材料上の領域を加熱し、泡がつぶれるのを
   促進することを特徴とする清澄化方法。
2. （２）加熱が容器内で燃焼によって行なわれる特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）燃焼が泡の方に向けられた炎を含む特許請求の範
   囲第２項に記載の方法。
4. （４）燃焼が、空気の酸素含有量より大きな酸素含有量
   をもつ酸化性ガスによって維持される特許請求の範囲第
   ２項に記載の方法。
5. （５）酸化性ガスが本質的に酸素からなる特許請求の範
   囲第４項に記載の方法。
6. （６）燃焼が少なくとも部分的に炭素を含まない燃料に
   よる特許請求の範囲第２項に記載の方法。
7. （７）燃料が本質的に水素からなる特許請求の範囲第６
   項に記載の方法。
8. （８）燃焼が少なくとも部分的に炭素を含まない燃料に
   よる特許請求の範囲第４項に記載の方法。
9. （９）燃焼が本質的に水素からなる燃料による特許請求
   の範囲第５項に記載の方法。
10. （１０）加熱がプラズマトーチによって行なわれる特許
    請求の範囲第１項に記載の方法。
11. （１１）プラズマが、水蒸気、水素、酸素、ヘリウム及
    びそれらの混合物からなる群から選択されたキャリヤー
    ガスを用いる特許請求の範囲第１０項に記載の方法。
12. （１２）頂部空間中の大気圧より低い圧力が大気圧の半
    分以下である特許請求の範囲第１項に記載の方法。
13. （１３）容器の外側が冷却される特許請求の範囲第１項
    に記載の方法。
14. （１４）付加的溶融材料が、容器中に維持された溶融材
    料の体積の水準より上の所に入れられる特許請求の範囲
    第１項に記載の方法。
15. （１５）付加的溶融材料が容器に入りながら泡を生ずる
    特許請求の範囲第１４項に記載の方法。
16. （１６）燃焼生成物が実質的に炭素酸化物を含まない特
    許請求の範囲第２項に記載の方法。
17. （１７）燃焼生成物が実質的に窒素を含まない特許請求
    の範囲第１６項に記載の方法。
18. （１８）燃焼生成物が実質的に窒素を含まない特許請求
    の範囲第２項に記載の方法。
19. （１９）燃焼生成物が水を含み、その水が容器から取り
    出され、大気圧より低い圧力で凝縮される特許請求の範
    囲第２項に記載の方法。
20. （２０）材料がソーダ・石灰・シリカガラスである特許
    請求の範囲第１項に記載の方法。
21. （２１）材料が平板ガラスである特許請求の範囲第２０
    項に記載の方法。
22. （２２）材料が硫黄化合物を清澄化助剤として、シリカ
    源材料１０００重量部当たり硫酸ナトリウム２重量部に
    等しい量以下の量で最初から含有する特許請求の範囲第
    ２０項に記載の方法。
23. （２３）材料に硫黄含有清澄化助剤を計画的に含有させ
    ていない特許請求の範囲第２２項に記載の方法。
24. （２４）材料が主として容器中の垂直な道を通り、その
    容器から、その底部にある出口を通って取り出される特
    許請求の範囲第１４項に記載の方法。