JPWO2009125750A1 - 溶融ガラス製造装置およびそれを用いた溶融ガラス製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ガラス製品の高品質化と、溶融ガラス製造での省エネルギー化と、を同時に実現する溶融ガラス製造装置、および該製造装置を用いた溶融ガラス製造方法、ならびにガラス製品の製造方法を提供する。減圧脱泡装置を有する溶融ガラス製造装置であって、溶解槽には、溶解槽内における溶融ガラス流の循環を上流側循環流と下流側循環流とに分離する分離手段が設けられており、溶解槽の溶融ガラス流路の長さをＬFとするとき、分離手段から溶解槽の溶融ガラス流路の下流端までの距離が０．１ＬF〜０．４５ＬFであり、第１の導管構造において、溶融ガラスの流動方向上流側には、第１の導管構造の他の部位よりも幅が広い幅広部位が設けられており、該幅広部位には幅広部位を通過する溶融ガラスを冷却する手段が設けられていることを特徴とする。
Description
本発明は、溶融ガラス製造装置およびそれを用いた溶融ガラス製造方法ならびにガラス製品の製造装置およびガラス製品の製造方法に関する。
建築用、車両用、フラットパネルディスプレイ用などのガラス製品の製造方法においては、なお一層の高品質化と省エネルギー化、すなわち、気泡が残存しない高品質なガラス製品の製造と、ガラス製品の製造時に消費されるエネルギーの削減が求められている。ガラス製品の高品質化を妨げる要因はいくつかあるが、溶融ガラス中の気泡の存在と溶融ガラスが不均質であることが問題となることが多い。気泡が残存しない高品質なガラス製品を製造する方法としては、例えば本願出願人が特許文献１に開示している減圧脱泡方法が挙げられる。この方法は、減圧雰囲気下で溶融ガラス中の気泡を大きく成長させることにより、溶融ガラス中の気泡を浮上させ、破泡させて除去するものであり、減圧脱泡装置によって実施される。
減圧脱泡方法は、主に高品質であることが要求される用途のガラス製品の製造に用いられているが、最近では建築用や車両用の板ガラスなどのように、多品種で大量生産される溶融ガラスにおいても清澄効果の高い減圧脱泡方法で清澄を行うことが望まれている。しかしながら、設備投資に見合う効果を得るのに十分な技術の開発は難しく、本願出願人が知る限りにおいては実現していなかった。このため、建築用や車両用などの溶融ガラスの製造では、特許文献２に開示されているように、溶解槽を溶解区域と清澄区域とに分離して、各々の区域で溶融ガラスを循環させることにより、原料の溶解および溶融ガラスの清澄ならびに均質化を行っている。より具体的には、溶解区域ではガラス原料の溶解と溶融ガラスを循環流によって攪拌することにより初期の均質化を行い、清澄区域では溶融ガラスを循環流によって清澄区域内に一定時間滞在させることにより、溶融ガラスの清澄および均質化を行う。
減圧脱泡方法は、主に高品質であることが要求される用途のガラス製品の製造に用いられているが、最近では建築用や車両用の板ガラスなどのように、多品種で大量生産される溶融ガラスにおいても清澄効果の高い減圧脱泡方法で清澄を行うことが望まれている。しかしながら、設備投資に見合う効果を得るのに十分な技術の開発は難しく、本願出願人が知る限りにおいては実現していなかった。このため、建築用や車両用などの溶融ガラスの製造では、特許文献２に開示されているように、溶解槽を溶解区域と清澄区域とに分離して、各々の区域で溶融ガラスを循環させることにより、原料の溶解および溶融ガラスの清澄ならびに均質化を行っている。より具体的には、溶解区域ではガラス原料の溶解と溶融ガラスを循環流によって攪拌することにより初期の均質化を行い、清澄区域では溶融ガラスを循環流によって清澄区域内に一定時間滞在させることにより、溶融ガラスの清澄および均質化を行う。
他方、省エネルギー化については、ガラス製品の製造工程全体において求められているが、特に、大量のエネルギーを消費するガラス原料の溶解工程の省エネルギー化が強く望まれている。既に、これに対応すべく、主に溶解槽での燃焼方式を改良するものや、後述するように溶解槽内の溶融ガラスの循環流の特性を変えることにより、一定の効果を上げてきた。
一般的にガラス原料を溶解する場合のエネルギー消費効率は、ほぼ溶解槽の容量に比例して高くなるため、高い省エネルギー化を達成するためには、燃焼方式を改良することなど以外に溶解槽の容量および引き出し量を大きくすることが有効な方法である。しかしながら、従来にも増して大容量の溶解槽を含む溶融ガラス製造装置を建設すること自体、種々のデメリット、例えば立地条件の制約、建設コストの増加等が生じることは想像に難くない。また、溶融ガラス製造装置の稼動にあたっては一つのガラス品種のみを扱うことは少ないため、ガラス品種に応じたガラス原料の変更に伴うガラスカレット（溶解を含む製造中あるいは製造後に発生する固化状態で溶解時に再利用可能なガラス屑）の発生およびそれに伴う稼動効率の低下があり、溶解槽の容量を大きくした場合には、結局実際の操業全体で省エネルギーに結びつかない可能性が高い。このような状況において、少なくとも従来の溶融ガラス製造装置の規模で、従来の溶解槽の容量とエネルギー消費効率との関係の延長線上にない、より一層の高い省エネルギー化を実現することのできる溶融ガラス製造装置および溶融ガラス製造方法ならびにガラス製品の製造方法が非常に強く望まれている。
特許文献２には、溶解槽内での循環流に着目して、ガラスの溶解時に消費されるエネルギーを削減する方法が開示されている。
一般的にガラス原料を溶解する場合のエネルギー消費効率は、ほぼ溶解槽の容量に比例して高くなるため、高い省エネルギー化を達成するためには、燃焼方式を改良することなど以外に溶解槽の容量および引き出し量を大きくすることが有効な方法である。しかしながら、従来にも増して大容量の溶解槽を含む溶融ガラス製造装置を建設すること自体、種々のデメリット、例えば立地条件の制約、建設コストの増加等が生じることは想像に難くない。また、溶融ガラス製造装置の稼動にあたっては一つのガラス品種のみを扱うことは少ないため、ガラス品種に応じたガラス原料の変更に伴うガラスカレット（溶解を含む製造中あるいは製造後に発生する固化状態で溶解時に再利用可能なガラス屑）の発生およびそれに伴う稼動効率の低下があり、溶解槽の容量を大きくした場合には、結局実際の操業全体で省エネルギーに結びつかない可能性が高い。このような状況において、少なくとも従来の溶融ガラス製造装置の規模で、従来の溶解槽の容量とエネルギー消費効率との関係の延長線上にない、より一層の高い省エネルギー化を実現することのできる溶融ガラス製造装置および溶融ガラス製造方法ならびにガラス製品の製造方法が非常に強く望まれている。
特許文献２には、溶解槽内での循環流に着目して、ガラスの溶解時に消費されるエネルギーを削減する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献２に記載の方法では、溶解槽を溶解区域と清澄区域とに分離して、各々の区域で溶融ガラスを循環させることによって溶融ガラスの清澄および均質化を行う構造自体が、省エネルギー化には不利である。
すなわち、溶融ガラス中に存在する気泡量を、溶融ガラスの製造上問題とならないレベルまで低減させるためには、溶融ガラスをある程度の時間、清澄区域に滞在させる必要がある。特許文献２に図示された溶解槽の場合、その全体の長さの約２／３は清澄区域である。このように大きな清澄区域を所定の温度に保持するにはかなりのエネルギーを要する。また、特許文献２に記載の方法では、溶解区域と清澄区域の各々で、溶融ガラスが循環流を形成することを前提しているが、両者の循環流は完全に分離されていないので、一方の循環流の一部は他方へと移動することとなり、より温度が低い清澄区域内の溶融ガラスの一部が溶解区域へと移動する。このため、本来ガラス原料を溶解するのに必要な温度を維持するために、溶解区域でより多くの加熱エネルギーが必要となる。
すなわち、溶融ガラス中に存在する気泡量を、溶融ガラスの製造上問題とならないレベルまで低減させるためには、溶融ガラスをある程度の時間、清澄区域に滞在させる必要がある。特許文献２に図示された溶解槽の場合、その全体の長さの約２／３は清澄区域である。このように大きな清澄区域を所定の温度に保持するにはかなりのエネルギーを要する。また、特許文献２に記載の方法では、溶解区域と清澄区域の各々で、溶融ガラスが循環流を形成することを前提しているが、両者の循環流は完全に分離されていないので、一方の循環流の一部は他方へと移動することとなり、より温度が低い清澄区域内の溶融ガラスの一部が溶解区域へと移動する。このため、本来ガラス原料を溶解するのに必要な温度を維持するために、溶解区域でより多くの加熱エネルギーが必要となる。
また、建築用や車両用などのガラス製品を大量生産することを意図した溶融ガラス製造装置の場合、費用対効果を無視すれば、特許文献２に記載された溶解槽と、特許文献１に記載の減圧脱泡装置と、を組み合わせることで気泡が残存しない高品質なガラス製品が得られる可能性はある。しかしながら、高品質なガラス製品の製造と、省エネルギー化と、を併せて実現することは、これらの技術を単に組み合わせただけでは困難である。特許文献１および２にも、これらを実現するための示唆はない。
本発明は、以上に鑑みてなされたもので、ガラス製品の高品質化と、溶融ガラス製造での省エネルギー化と、を同時に実現する溶融ガラス製造装置、および該製造装置を用いた溶融ガラス製造方法、ならびにガラス製品の製造装置およびガラス製品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、以上に鑑みてなされたもので、ガラス製品の高品質化と、溶融ガラス製造での省エネルギー化と、を同時に実現する溶融ガラス製造装置、および該製造装置を用いた溶融ガラス製造方法、ならびにガラス製品の製造装置およびガラス製品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、ガラス製品の高品質化と、溶融ガラス製造での省エネルギー化と、を同時に実現するため、ガラスの清澄手段として減圧脱泡装置を用いることに加えて、減圧脱泡装置による減圧脱泡効果に着目し省エネルギーに導くための溶解槽構造と、溶解槽から減圧脱泡装置に溶融ガラスを送るための手段として溶融ガラスを高効率で送ることができ、かつ減圧脱泡装置に供給される溶融ガラス中の溶融ガラスの均質性と特に温度を、減圧脱泡を行うのに適したレベルに調整することができる特定の構造を有する導管構造と、を用いることによって上記目的を達成することを特徴とする。具体的には、本発明は、主に従来の溶解槽の清澄区域の長さを短くすることによる清澄区域での溶融ガラスの温度低下の削減によって溶融ガラス製造での省エネルギー化を実現する。さらに、前記溶解槽の清澄区域の長さが短くなることに対応して、前記導管構造内、特に溶融ガラスの流動方向上流側で、溶融ガラスの均質性の向上と溶融ガラスの冷却を行うことによって減圧脱泡装置での減圧脱泡をより効果的に実施する。これによって、ガラス製品の高品質化と前記溶融ガラス製造での省エネルギー化とを同時に実現する。
即ち、本発明は、ガラス原料を溶解する溶解槽；内部が減圧雰囲気に保持され、前記溶解槽から供給される溶融ガラス中の泡を浮上および破泡させて除去する減圧脱泡装置；前記溶解槽と前記減圧脱泡装置とを接続する第１の導管構造；および前記減圧脱泡装置の下流に設けられた、溶融ガラスを成形手段に導く第２の導管構造；を有する溶融ガラス製造装置であって、前記溶解槽には、該溶解槽内における溶融ガラス流の循環を上流側循環流と下流側循環流とに分離する分離手段が設けられており、前記溶解槽の溶融ガラス流路の長さをＬFとするとき、前記分離手段から前記溶解槽の前記溶融ガラス流路の下流端までの距離が０．１ＬF〜０．４５ＬFであり、前記第１の導管構造において、溶融ガラスの流動方向上流側には、該導管構造の他の部位よりも幅が広い幅広部位が設けられており、該幅広部位には該幅広部位を通過する溶融ガラスを冷却する手段が設けられていることを特徴とする溶融ガラス製造装置を提供する。
即ち、本発明は、ガラス原料を溶解する溶解槽；内部が減圧雰囲気に保持され、前記溶解槽から供給される溶融ガラス中の泡を浮上および破泡させて除去する減圧脱泡装置；前記溶解槽と前記減圧脱泡装置とを接続する第１の導管構造；および前記減圧脱泡装置の下流に設けられた、溶融ガラスを成形手段に導く第２の導管構造；を有する溶融ガラス製造装置であって、前記溶解槽には、該溶解槽内における溶融ガラス流の循環を上流側循環流と下流側循環流とに分離する分離手段が設けられており、前記溶解槽の溶融ガラス流路の長さをＬFとするとき、前記分離手段から前記溶解槽の前記溶融ガラス流路の下流端までの距離が０．１ＬF〜０．４５ＬFであり、前記第１の導管構造において、溶融ガラスの流動方向上流側には、該導管構造の他の部位よりも幅が広い幅広部位が設けられており、該幅広部位には該幅広部位を通過する溶融ガラスを冷却する手段が設けられていることを特徴とする溶融ガラス製造装置を提供する。
本発明の溶融ガラス製造装置において、前記幅広部位が下記式を満足することが好ましい。
０．２ ≦ Ｗ／Ｌ ≦１．５
５００ ≦ ｈ ≦ ５０００
（式中、Ｗは溶融ガラス流路の最大幅（ｍｍ）であり、Ｌは幅広部位において溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の長さ（ｍｍ）であり、ｈは溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位における溶融ガラス流路の高さ（ｍｍ）である。）
ここで、溶融ガラスの流路の高さｈは、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、この幅広部位の底部から上部までの内部空間の高さを表す。この部位での溶融ガラス流自体の深さ（高さ）は、溶融ガラス流路の高さｈに対して、０．３ｈ〜１ｈ倍程度であり、溶融ガラス流自体の上面が自由表面（液面）で気相に接していても、溶融ガラス流路上部の壁体と接触していてもよい。溶融ガラスの液面から流路の上部までの距離は、０．３ｍよりも大きく、３ｍよりも小さいことがより好ましい。
また、前記幅広部位において、前記溶融ガラス流路の最大幅Ｗ（ｍｍ）と、前記幅広部位において溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の長さＬ（ｍｍ）が下記式を満たすことが好ましい。
２０００ ≦ Ｗ ≦ １２０００
１０００ ≦ Ｌ ≦ ２００００
また、本発明の溶融ガラス製造装置において、前記幅広部位には、該幅広部位を通過する溶融ガラスを攪拌する手段が設けられていることが好ましい。
また、本発明の溶融ガラス製造装置において、前記幅広部位には、該幅広部位内の溶融ガラスが逆流するのを防止する手段が設けられていることが好ましい。
０．２ ≦ Ｗ／Ｌ ≦１．５
５００ ≦ ｈ ≦ ５０００
（式中、Ｗは溶融ガラス流路の最大幅（ｍｍ）であり、Ｌは幅広部位において溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の長さ（ｍｍ）であり、ｈは溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位における溶融ガラス流路の高さ（ｍｍ）である。）
ここで、溶融ガラスの流路の高さｈは、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、この幅広部位の底部から上部までの内部空間の高さを表す。この部位での溶融ガラス流自体の深さ（高さ）は、溶融ガラス流路の高さｈに対して、０．３ｈ〜１ｈ倍程度であり、溶融ガラス流自体の上面が自由表面（液面）で気相に接していても、溶融ガラス流路上部の壁体と接触していてもよい。溶融ガラスの液面から流路の上部までの距離は、０．３ｍよりも大きく、３ｍよりも小さいことがより好ましい。
また、前記幅広部位において、前記溶融ガラス流路の最大幅Ｗ（ｍｍ）と、前記幅広部位において溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の長さＬ（ｍｍ）が下記式を満たすことが好ましい。
２０００ ≦ Ｗ ≦ １２０００
１０００ ≦ Ｌ ≦ ２００００
また、本発明の溶融ガラス製造装置において、前記幅広部位には、該幅広部位を通過する溶融ガラスを攪拌する手段が設けられていることが好ましい。
また、本発明の溶融ガラス製造装置において、前記幅広部位には、該幅広部位内の溶融ガラスが逆流するのを防止する手段が設けられていることが好ましい。
本発明の溶融ガラス製造装置において、前記分離手段が、前記溶解槽の溶融ガラス流路の幅方向にわたって、前記溶解槽の前記溶融ガラス流路の底面から突出して設けられた敷居体であり、前記溶解槽における前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の高さをｈ1とするとき、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から前記敷居体の上端までの高さが０．１ｈ1〜０．３ｈ1であることが好ましい。
また、前記溶解槽において、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面は、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路底面より高くしてもよい。
また、前記溶解槽において、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の高さをｈ1（ｍｍ）、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から前記敷居体の上端までの高さをｈ2（ｍｍ）、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面までの高さをｈ3（ｍｍ）とするとき、下記式を満たすことが好ましい。
ｈ3 ＜ ｈ2
０ ＜ ｈ3 ≦ ０．６ｈ2
ここで、溶融ガラスの流路の高さｈ1は、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、溶解槽の溶融ガラスを溶解する溶解槽の底部から上部までの内部空間の高さを表す。溶融ガラス自体の高さ（深さ）は、一般的には溶融ガラスの流路の高さに対して、１〜８ｍ減じた値となる。
また、前記溶解槽において、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路底面近傍に吐出口が位置するようにバブラーがさらに設けられており、前記溶融ガラスの流動方向における前記バブラーと前記敷居体との距離が５００ｍｍ以上であることが好ましい。
また、本発明の溶融ガラス製造装置において、前記分離手段が、前記溶解槽の前記溶融ガラス流路底面近傍に吐出口が位置するように、かつ該吐出口が前記溶融ガラス流路の幅方向にわたって配設されるように設けられたバブラーであってもよい。
また、前記溶解槽において、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面は、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路底面より高くしてもよい。
また、前記溶解槽において、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の高さをｈ1（ｍｍ）、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から前記敷居体の上端までの高さをｈ2（ｍｍ）、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面までの高さをｈ3（ｍｍ）とするとき、下記式を満たすことが好ましい。
ｈ3 ＜ ｈ2
０ ＜ ｈ3 ≦ ０．６ｈ2
ここで、溶融ガラスの流路の高さｈ1は、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、溶解槽の溶融ガラスを溶解する溶解槽の底部から上部までの内部空間の高さを表す。溶融ガラス自体の高さ（深さ）は、一般的には溶融ガラスの流路の高さに対して、１〜８ｍ減じた値となる。
また、前記溶解槽において、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路底面近傍に吐出口が位置するようにバブラーがさらに設けられており、前記溶融ガラスの流動方向における前記バブラーと前記敷居体との距離が５００ｍｍ以上であることが好ましい。
また、本発明の溶融ガラス製造装置において、前記分離手段が、前記溶解槽の前記溶融ガラス流路底面近傍に吐出口が位置するように、かつ該吐出口が前記溶融ガラス流路の幅方向にわたって配設されるように設けられたバブラーであってもよい。
本発明の溶融ガラス製造装置において、前記幅広部位よりも溶融ガラスの流動方向下流側の前記第１の導管構造を通過する溶融ガラスを加熱する手段が設けられていることが好ましい。
また、本発明の溶融ガラス製造装置において、前記幅広部位よりも溶融ガラスの流動方向下流側の前記第１の導管構造での溶融ガラス流路が、前記幅広部位の前記溶融ガラス流路よりも低い位置に設けられていることが好ましい。
本発明の溶融ガラス製造装置においては、前記溶融ガラスを、ソーダライムガラスの溶融ガラスとしてもよい。
また、本発明の溶融ガラス製造装置において、前記幅広部位よりも溶融ガラスの流動方向下流側の前記第１の導管構造での溶融ガラス流路が、前記幅広部位の前記溶融ガラス流路よりも低い位置に設けられていることが好ましい。
本発明の溶融ガラス製造装置においては、前記溶融ガラスを、ソーダライムガラスの溶融ガラスとしてもよい。
また、本発明は上記した溶融ガラス製造装置を用いた溶融ガラス製造方法を提供する。
本発明の溶融ガラス製造方法では、前記溶解槽において、燃料を酸素ガスと混合させた燃焼熱によってガラス原料を溶解することが好ましい。
また、本発明の溶融ガラス製造方法において、前記減圧脱泡装置の減圧脱泡槽を通過する溶融ガラス中の泡量を泡量観察手段によって測定し、前記泡量の測定結果に応じて、前記減圧脱泡槽内の減圧度を調節してもよい。
また、本発明は上記した溶融ガラス製造装置と、該溶融ガラス製造装置の下流に設けられた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、を備えたガラス製品の製造装置を提供する。
また、本発明は上記した溶融ガラス製造装置と、該溶融ガラス製造装置の下流に設けられた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、を用いたガラス製品の製造方法を提供する。
また、本発明は上記した溶融ガラス製造方法により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。
本発明の溶融ガラス製造方法では、前記溶解槽において、燃料を酸素ガスと混合させた燃焼熱によってガラス原料を溶解することが好ましい。
また、本発明の溶融ガラス製造方法において、前記減圧脱泡装置の減圧脱泡槽を通過する溶融ガラス中の泡量を泡量観察手段によって測定し、前記泡量の測定結果に応じて、前記減圧脱泡槽内の減圧度を調節してもよい。
また、本発明は上記した溶融ガラス製造装置と、該溶融ガラス製造装置の下流に設けられた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、を備えたガラス製品の製造装置を提供する。
また、本発明は上記した溶融ガラス製造装置と、該溶融ガラス製造装置の下流に設けられた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、を用いたガラス製品の製造方法を提供する。
また、本発明は上記した溶融ガラス製造方法により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。
本発明によれば、気泡が少ない高品質なガラス製品の製造と、溶融ガラスの製造時の省エネルギー化と、を同時に実現することができる。
本発明によれば、従来の溶解槽に設けられた清澄域で溶融ガラスを循環させることによって溶融ガラスの清澄を行う溶融ガラス製造装置を用いた場合に比べて、同一量の溶融ガラスを製造する際に消費されるエネルギーを最大で４０％程度削減することができる。さらに溶解槽でのガラス原料の溶解を酸素燃焼により実施した場合、最大で６０％程度エネルギーを削減することができる。
また、本発明では、清澄剤の使用が不要となるため、ガラスカレット率の高いガラス原料を使用することができる。なお、ガラスカレット率とは、ガラス原料中のガラスカレットの割合を示す。清澄剤は一度溶解させると清澄の能力を失ってしまうので、ガラスカレット中には清澄剤が含まれないためである。ガラスカレット率が高いガラス原料は、省エネルギーおよびガラスカレットのリサイクルの点から好ましい。清澄剤として、よく芒硝（Ｎａ2ＳＯ4）が添加されるが、本発明では、清澄剤として芒硝（Ｎａ2ＳＯ4）を添加しないことにより、硫黄（Ｓ）の含有が少ない溶融ガラスを製造することができる。さらに、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯX）濃度を減少できる。
さらに、本発明では、従来の溶解槽に設けられた清澄域で溶融ガラスを循環させることによって溶融ガラスの清澄を行う溶融ガラス製造装置を用いた場合に比べて、溶解槽におけるガラス溶解温度を低くすることができる。これにより、溶融ガラスを製造する際に消費されるエネルギーをさらに削減することができる。
さらにまた、本発明は溶解槽におけるガラス溶解温度を低くすることにより、ガラス成分の揮散を抑制することができる。ガラスの発色成分として、希少物質であるセレンを使用することがあるが、溶融ガラスからの揮散量が多いことから製造後のガラス製品におけるセレンの含有量に対して、かなり多量のセレンを原料中に投入する必要がある。本発明は溶解槽におけるガラス溶解温度を低くできるので、溶融ガラスからのセレンの揮散も抑制することができる。
本発明によれば、従来の溶解槽に設けられた清澄域で溶融ガラスを循環させることによって溶融ガラスの清澄を行う溶融ガラス製造装置を用いた場合に比べて、同一量の溶融ガラスを製造する際に消費されるエネルギーを最大で４０％程度削減することができる。さらに溶解槽でのガラス原料の溶解を酸素燃焼により実施した場合、最大で６０％程度エネルギーを削減することができる。
また、本発明では、清澄剤の使用が不要となるため、ガラスカレット率の高いガラス原料を使用することができる。なお、ガラスカレット率とは、ガラス原料中のガラスカレットの割合を示す。清澄剤は一度溶解させると清澄の能力を失ってしまうので、ガラスカレット中には清澄剤が含まれないためである。ガラスカレット率が高いガラス原料は、省エネルギーおよびガラスカレットのリサイクルの点から好ましい。清澄剤として、よく芒硝（Ｎａ2ＳＯ4）が添加されるが、本発明では、清澄剤として芒硝（Ｎａ2ＳＯ4）を添加しないことにより、硫黄（Ｓ）の含有が少ない溶融ガラスを製造することができる。さらに、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯX）濃度を減少できる。
さらに、本発明では、従来の溶解槽に設けられた清澄域で溶融ガラスを循環させることによって溶融ガラスの清澄を行う溶融ガラス製造装置を用いた場合に比べて、溶解槽におけるガラス溶解温度を低くすることができる。これにより、溶融ガラスを製造する際に消費されるエネルギーをさらに削減することができる。
さらにまた、本発明は溶解槽におけるガラス溶解温度を低くすることにより、ガラス成分の揮散を抑制することができる。ガラスの発色成分として、希少物質であるセレンを使用することがあるが、溶融ガラスからの揮散量が多いことから製造後のガラス製品におけるセレンの含有量に対して、かなり多量のセレンを原料中に投入する必要がある。本発明は溶解槽におけるガラス溶解温度を低くできるので、溶融ガラスからのセレンの揮散も抑制することができる。
以下、図面を参照して本発明を説明する。
本発明の溶融ガラス製造装置は、ガラス原料の溶解および溶融ガラスの均質化および清澄をする溶解槽、内部の気圧が大気圧未満に設定され溶解槽から供給される溶融ガラス中の泡を浮上および破泡させる減圧脱泡装置、溶解槽と減圧脱泡装置とを接続する第１の導管構造、および、減圧脱泡装置の下流側に設けられた溶融ガラスを成形手段に導く第２の導管構造、を有する。
本発明の溶融ガラス製造装置は、ガラス原料の溶解および溶融ガラスの均質化および清澄をする溶解槽、内部の気圧が大気圧未満に設定され溶解槽から供給される溶融ガラス中の泡を浮上および破泡させる減圧脱泡装置、溶解槽と減圧脱泡装置とを接続する第１の導管構造、および、減圧脱泡装置の下流側に設けられた溶融ガラスを成形手段に導く第２の導管構造、を有する。
図１は、本発明の溶融ガラス製造装置の１実施形態の平面図であり、図２は、図１に示す溶融ガラス製造装置の縦断面図である。
図１、２では、本発明の溶融ガラス製造装置１の構成要素のうち、溶解槽２、減圧脱泡装置５（上昇管５３、減圧脱泡槽５２、下降管５４）、および、溶解槽２と減圧脱泡装置５とを接続する第１の導管構造３、ならびに減圧脱泡装置５の下流側に設けられた溶融ガラスを成形手段に導く第２の導管構造６が示されている。
図１、２では、本発明の溶融ガラス製造装置１の構成要素のうち、溶解槽２、減圧脱泡装置５（上昇管５３、減圧脱泡槽５２、下降管５４）、および、溶解槽２と減圧脱泡装置５とを接続する第１の導管構造３、ならびに減圧脱泡装置５の下流側に設けられた溶融ガラスを成形手段に導く第２の導管構造６が示されている。
本発明の溶融ガラス製造装置において、ガラス原料を溶解する溶解槽２は以下に述べる構成であることが好ましい。但し、以下に述べる溶解槽２の構成は、本発明の溶融ガラス製造装置において必須ではない。
図１、２に示す溶解槽２はオープン構造の溶解槽であり、溶融ガラス流路をなす溶解槽２の底面には、その幅方向にわたって分離手段としての敷居体２１が突出して設けられている。
敷居体２１の存在により、溶解槽２内における溶融ガラス流の循環は上流側循環流１００と、下流側循環流１０１と、に分離される。
溶解槽における敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の高さをｈ1とするとき、敷居体２１の高さ（敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から敷居体の上端までの高さ）ｈ2は、溶融ガラス流を上流側循環流と下流側循環流とに分離する機能の点から、０．１ｈ1〜０．３ｈ1とすることが好ましい。前述のとおり、溶融ガラスの流路の高さとは、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、溶解槽の溶融ガラスを溶解する内部空間の高さを表す。
敷居体２１の高さｈ2は、０．１１ｈ1〜０．２８ｈ1であることがより好ましく、０．１２ｈ1〜０．２６ｈ1であることがさらに好ましい。
溶融ガラス自体の高さ（深さ）は、一般的な溶解槽において、溶融ガラス流路の高さｈ1に対して１／２〜１／１５倍であることが好ましい。溶融ガラス自体の高さ（深さ）は、敷居体２１の高さｈ2に対して、５０〜１０００ｍｍを加えた程度である。
図１、２に示す溶解槽２はオープン構造の溶解槽であり、溶融ガラス流路をなす溶解槽２の底面には、その幅方向にわたって分離手段としての敷居体２１が突出して設けられている。
敷居体２１の存在により、溶解槽２内における溶融ガラス流の循環は上流側循環流１００と、下流側循環流１０１と、に分離される。
溶解槽における敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の高さをｈ1とするとき、敷居体２１の高さ（敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から敷居体の上端までの高さ）ｈ2は、溶融ガラス流を上流側循環流と下流側循環流とに分離する機能の点から、０．１ｈ1〜０．３ｈ1とすることが好ましい。前述のとおり、溶融ガラスの流路の高さとは、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、溶解槽の溶融ガラスを溶解する内部空間の高さを表す。
敷居体２１の高さｈ2は、０．１１ｈ1〜０．２８ｈ1であることがより好ましく、０．１２ｈ1〜０．２６ｈ1であることがさらに好ましい。
溶融ガラス自体の高さ（深さ）は、一般的な溶解槽において、溶融ガラス流路の高さｈ1に対して１／２〜１／１５倍であることが好ましい。溶融ガラス自体の高さ（深さ）は、敷居体２１の高さｈ2に対して、５０〜１０００ｍｍを加えた程度である。
溶解槽２内における溶融ガラス流の循環を上流側循環流１００と、下流側循環流１０１と、に分離する理由は、これらの循環流を形成することによって、溶融ガラスの均質化と清澄を行うためである。具体的には、上流側循環流１００を形成することによってガラス原料の溶解と溶融ガラスの初期の均質化を行い、下流側循環流１０１を形成することにより溶融ガラスの清澄とさらに均質化を行う。また、上流側循環流１００を形成することによって、溶融ガラス中に存在する異物の除去も行う。これらのように、上流側循環流および下流側循環流の２つの循環流を設けることについては、特許文献２にも記載されているように従来から実施されている。
従来の溶融ガラス製造装置において、溶解槽内での均質作用と清澄作用によって、より具体的には下流側循環流による均質作用と清澄作用によって、溶融ガラスを均質化するとともに溶融ガラス中に存在する気泡を溶融ガラスの製造上問題とならないレベルにするには、溶解槽内、より具体的には下流側循環流が形成される溶解槽の清澄域内に、溶融ガラスをある程度の時間滞在させる必要があった。このため、特許文献２に図示された溶解槽のように、従来の溶解槽では下流側循環流が形成される清澄域の長さが長くなるように設計されていた。
これに対して、本発明の溶融ガラス製造装置１では、下流側に設けられた減圧脱泡装置５での減圧脱泡により溶融ガラスの清澄を主として行うため、溶解槽２において下流側循環流１０１が形成される部位の長さを従来の溶解槽に比べて短くすることができる。
但し、減圧脱泡を効果的に実施するためには、減圧脱泡装置５に供給される溶融ガラスの均質化に加えて特に温度と気泡量を、減圧脱泡を行うのに適したレベルにする必要がある。溶融ガラスの気泡量は、許容される最大泡径によって変化し、またガラス製品の用途、その他要求される条件によっても異なる。このため、例えば、建築用などのソーダライムガラスの製品を製造する場合、上流側循環流１００から下流に流れる溶融ガラスにｎ個／ｋｇの所定の泡径以上の気泡が存在しているとすると、従来の減圧脱泡装置を含まない溶融ガラス製造装置では溶解槽から流出する溶融ガラス中の前記所定の泡径以上の気泡量をｎ／１０００以下まで下げる必要がある。また、本発明の溶融ガラス製造装置１では、溶解槽２において下流側循環流１０１が形成される部位の長さを従来の溶解槽に比べて短くすることができる分、溶解槽２から出る溶融ガラスの温度が減圧脱泡槽５２に導入するには高めの温度となる。
このため、本発明の溶融ガラス製造装置１においても、溶解槽２内に下流側循環流１０１を形成させて溶融ガラスの清澄を行い、溶融ガラス中の気泡量を下げ、溶融ガラスの均質化をする必要がある。但し、本発明の溶融ガラス製造装置１では、減圧脱泡装置５と、溶解槽２と減圧脱泡装置５とを接続する第１の導管構造３に溶融ガラスの均質化と特に温度を減圧脱泡を行うのに適したレベルに効果的に調節するための幅広部位３１、３２と、を設けているため、下流側循環流１０１を形成することによる均質作用と清澄作用のみで、溶融ガラスの均質性と気泡量と温度とを減圧脱泡を行うのに適したレベルにする必要はない。上述した建築用などのソーダライムガラスの製品を製造する場合、本発明の溶融ガラス製造装置１では、下流側循環流１０１を形成することによる清澄作用によって、溶解槽２から流出する溶融ガラス中の許容される最大泡径以上の気泡量がｎ／１０程度まで下がればよい。
これに対して、本発明の溶融ガラス製造装置１では、下流側に設けられた減圧脱泡装置５での減圧脱泡により溶融ガラスの清澄を主として行うため、溶解槽２において下流側循環流１０１が形成される部位の長さを従来の溶解槽に比べて短くすることができる。
但し、減圧脱泡を効果的に実施するためには、減圧脱泡装置５に供給される溶融ガラスの均質化に加えて特に温度と気泡量を、減圧脱泡を行うのに適したレベルにする必要がある。溶融ガラスの気泡量は、許容される最大泡径によって変化し、またガラス製品の用途、その他要求される条件によっても異なる。このため、例えば、建築用などのソーダライムガラスの製品を製造する場合、上流側循環流１００から下流に流れる溶融ガラスにｎ個／ｋｇの所定の泡径以上の気泡が存在しているとすると、従来の減圧脱泡装置を含まない溶融ガラス製造装置では溶解槽から流出する溶融ガラス中の前記所定の泡径以上の気泡量をｎ／１０００以下まで下げる必要がある。また、本発明の溶融ガラス製造装置１では、溶解槽２において下流側循環流１０１が形成される部位の長さを従来の溶解槽に比べて短くすることができる分、溶解槽２から出る溶融ガラスの温度が減圧脱泡槽５２に導入するには高めの温度となる。
このため、本発明の溶融ガラス製造装置１においても、溶解槽２内に下流側循環流１０１を形成させて溶融ガラスの清澄を行い、溶融ガラス中の気泡量を下げ、溶融ガラスの均質化をする必要がある。但し、本発明の溶融ガラス製造装置１では、減圧脱泡装置５と、溶解槽２と減圧脱泡装置５とを接続する第１の導管構造３に溶融ガラスの均質化と特に温度を減圧脱泡を行うのに適したレベルに効果的に調節するための幅広部位３１、３２と、を設けているため、下流側循環流１０１を形成することによる均質作用と清澄作用のみで、溶融ガラスの均質性と気泡量と温度とを減圧脱泡を行うのに適したレベルにする必要はない。上述した建築用などのソーダライムガラスの製品を製造する場合、本発明の溶融ガラス製造装置１では、下流側循環流１０１を形成することによる清澄作用によって、溶解槽２から流出する溶融ガラス中の許容される最大泡径以上の気泡量がｎ／１０程度まで下がればよい。
上述したように、本発明の溶融ガラス製造装置１では、下流側に設けられた減圧脱泡装置５での減圧脱泡によって溶融ガラスの清澄を行うため、溶解槽２において下流側循環流１０１が形成される部位の長さを従来の溶解槽に比べて短くすることができる。
したがって、本発明の溶融ガラス製造装置では、溶解槽２の全長も短くできる。本発明の溶融ガラス製造装置では、溶解槽２の溶融ガラス流路の長さをＬFとするとき、溶解槽２の分離手段である敷居体２１から下流端までの距離が０．１ＬF〜０．４５ＬFとなる必要がある。溶解槽２の敷居体２１から下流端までの距離が０．１ＬFよりも小さいと、溶解槽２から流出する溶融ガラスの清澄作用と均質作用がほとんど得られない。溶解槽２の敷居体２１から下流端までの距離が０．４５ＬFよりも大きいと、溶融ガラスの製造時に溶解槽２で消費されるエネルギーを顕著に削減することができない。
溶解槽２の敷居体２１から下流端までの距離が０．１２ＬF〜０．４ＬFとなることが好ましく、０．１３ＬF〜０．３５ＬFであることがより好ましく、０．１４ＬF〜０．３ＬFであることがさらに好ましい。
したがって、本発明の溶融ガラス製造装置では、溶解槽２の全長も短くできる。本発明の溶融ガラス製造装置では、溶解槽２の溶融ガラス流路の長さをＬFとするとき、溶解槽２の分離手段である敷居体２１から下流端までの距離が０．１ＬF〜０．４５ＬFとなる必要がある。溶解槽２の敷居体２１から下流端までの距離が０．１ＬFよりも小さいと、溶解槽２から流出する溶融ガラスの清澄作用と均質作用がほとんど得られない。溶解槽２の敷居体２１から下流端までの距離が０．４５ＬFよりも大きいと、溶融ガラスの製造時に溶解槽２で消費されるエネルギーを顕著に削減することができない。
溶解槽２の敷居体２１から下流端までの距離が０．１２ＬF〜０．４ＬFとなることが好ましく、０．１３ＬF〜０．３５ＬFであることがより好ましく、０．１４ＬF〜０．３ＬFであることがさらに好ましい。
上述したように、溶解槽２において上流側循環流１００を形成させる理由は、従来の溶解槽と同様に、ガラス原料の溶解、溶融ガラスの初期の均質化、および、溶融ガラス中に存在する異物の除去を行うためである。このため、溶解槽２のうち上流側循環流１００が形成される部位、すなわち、溶解槽２の溶融ガラス流路のうち、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の部位の長さは、従来の溶解槽と同程度の長さであることが好ましい。
本発明の溶融ガラス製造装置では、溶解槽２全体の長さ、特に敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側の部位の長さを短くすることにより、溶融ガラス製造時に溶解槽を所定の温度に保持するために必要となるエネルギーも減少する。これにより、溶融ガラス製造時の省エネルギー化が達成される。
また、溶解槽２全体の長さを短くすることにより、ガラス品種を変える場合の溶解槽２内の組成の違う溶融ガラスを排出する時間が短くでき、生産効率が向上する。このことは、無駄なエネルギーの削減にもなり、省エネルギーにも貢献する。
以上、分離手段として敷居体２１を使用する場合を中心に説明したが、敷居体２１にバブラーを補助手段として利用する場合や、バブラーのみを分離手段とする場合も同様の効果が得られる。バブラーは、溶融ガラス流路底面近傍に吐出口が位置し、溶解槽２の幅方向、より具体的には、溶解槽２の溶融ガラス流路の幅方向にわたって吐出口が配設されるように設けることが好ましい。
本発明の溶融ガラス製造装置では、溶解槽２全体の長さ、特に敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側の部位の長さを短くすることにより、溶融ガラス製造時に溶解槽を所定の温度に保持するために必要となるエネルギーも減少する。これにより、溶融ガラス製造時の省エネルギー化が達成される。
また、溶解槽２全体の長さを短くすることにより、ガラス品種を変える場合の溶解槽２内の組成の違う溶融ガラスを排出する時間が短くでき、生産効率が向上する。このことは、無駄なエネルギーの削減にもなり、省エネルギーにも貢献する。
以上、分離手段として敷居体２１を使用する場合を中心に説明したが、敷居体２１にバブラーを補助手段として利用する場合や、バブラーのみを分離手段とする場合も同様の効果が得られる。バブラーは、溶融ガラス流路底面近傍に吐出口が位置し、溶解槽２の幅方向、より具体的には、溶解槽２の溶融ガラス流路の幅方向にわたって吐出口が配設されるように設けることが好ましい。
溶解槽２の寸法は、溶融ガラス製造装置の規模にもよるが、例えば、生産量が１００〜１０００トン／日の溶融ガラス製造装置の場合、溶解槽２の寸法の具体例は以下の通りである。
溶融ガラス流路の長さ：５〜５０ｍ、より好ましくは１０〜４５ｍ、さらに好ましくは１５〜４０ｍ。
敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の長さ：３〜４５ｍ、より好ましくは５〜４０ｍ、さらに好ましくは１０〜３５ｍ。
敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路の長さ：１〜２２．５ｍ、より好ましくは１．５〜２２．５ｍ、さらに好ましくは２〜２０ｍ。
溶融ガラス流路の幅：５〜２０ｍ、より好ましくは７〜１５ｍ、さらに好ましくは８〜１２ｍ。
溶融ガラス流路の高さ（敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側）ｈ1：１．５〜９ｍ、より好ましくは１．７〜８．８ｍ、さらに好ましくは１．８〜８．５ｍ。
なお、分離手段がバブラーのみの場合、バブラーはほぼ敷居体の位置に相当する位置に設置すればよい。
溶融ガラス流路の長さ：５〜５０ｍ、より好ましくは１０〜４５ｍ、さらに好ましくは１５〜４０ｍ。
敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の長さ：３〜４５ｍ、より好ましくは５〜４０ｍ、さらに好ましくは１０〜３５ｍ。
敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路の長さ：１〜２２．５ｍ、より好ましくは１．５〜２２．５ｍ、さらに好ましくは２〜２０ｍ。
溶融ガラス流路の幅：５〜２０ｍ、より好ましくは７〜１５ｍ、さらに好ましくは８〜１２ｍ。
溶融ガラス流路の高さ（敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側）ｈ1：１．５〜９ｍ、より好ましくは１．７〜８．８ｍ、さらに好ましくは１．８〜８．５ｍ。
なお、分離手段がバブラーのみの場合、バブラーはほぼ敷居体の位置に相当する位置に設置すればよい。
図２に示す溶解槽２は、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面が、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路底面よりも高いステップボトム構造２２となっている。
上述したように、溶解槽２のうち、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側では、下流側循環流１０１を形成させることによって溶融ガラスの清澄作用と均質作用を行う。溶融ガラスの清澄は、溶融ガラス中の気泡を浮上させ、破泡させて除去するものであるため、溶融ガラス流路の深さが小さいほど清澄作用は起こりやすい。図２に示す溶解槽２のように、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側をステップボトム構造２２とすれば、下流側循環流１０１が形成される部分の溶融ガラス流路の深さが小さくなるので、溶融ガラスの清澄作用を向上させることができる。このため、溶解槽２はステップボトム構造であることが好ましい。
上述したように、溶解槽２のうち、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側では、下流側循環流１０１を形成させることによって溶融ガラスの清澄作用と均質作用を行う。溶融ガラスの清澄は、溶融ガラス中の気泡を浮上させ、破泡させて除去するものであるため、溶融ガラス流路の深さが小さいほど清澄作用は起こりやすい。図２に示す溶解槽２のように、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側をステップボトム構造２２とすれば、下流側循環流１０１が形成される部分の溶融ガラス流路の深さが小さくなるので、溶融ガラスの清澄作用を向上させることができる。このため、溶解槽２はステップボトム構造であることが好ましい。
溶解槽２にステップボトム構造を設ける場合には、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の高さをｈ1（ｍｍ）、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から敷居体２１の上端までの高さをｈ2（ｍｍ）、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面までの高さをｈ3（ｍｍ）、とするとき、下記式を満たすことが好ましい。
ｈ3 ＜ ｈ2 （１）
０ ＜ ｈ3 ≦ ０．６ｈ２ （２）
ここで、溶融ガラスの流路の高さｈ1は、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、溶解槽の溶融ガラスを溶解する溶解槽の底部から上部までの内部空間の高さを表す。なお、溶解槽の上部壁面が平面でない場合は、溶融ガラスの流路の最上部までの高さである。溶融ガラス自体の高さ（深さ）は、一般的には溶融ガラスの流路の高さに対して、１〜８ｍ減じた値となる。式（１）を満たすことが好ましいのは、敷居体２１の高さをステップボトム構造２２の底面の高さよりも高くすると、敷居体２１が溶融ガラス流を上流側循環流１００と下流側循環流１０１とに分離する機能にとって好適だからである。また、式（２）を満たすことが好ましいのは、式（２）を満たすステップボトム構造の底面の高さが清澄作用にとって好適だからである。また、ｈ3は、０＜ｈ3≦０．１５ｈ1であれば好ましく、０＜ｈ3≦０．１０ｈ1であればさらに好ましい。
ｈ3 ＜ ｈ2 （１）
０ ＜ ｈ3 ≦ ０．６ｈ２ （２）
ここで、溶融ガラスの流路の高さｈ1は、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、溶解槽の溶融ガラスを溶解する溶解槽の底部から上部までの内部空間の高さを表す。なお、溶解槽の上部壁面が平面でない場合は、溶融ガラスの流路の最上部までの高さである。溶融ガラス自体の高さ（深さ）は、一般的には溶融ガラスの流路の高さに対して、１〜８ｍ減じた値となる。式（１）を満たすことが好ましいのは、敷居体２１の高さをステップボトム構造２２の底面の高さよりも高くすると、敷居体２１が溶融ガラス流を上流側循環流１００と下流側循環流１０１とに分離する機能にとって好適だからである。また、式（２）を満たすことが好ましいのは、式（２）を満たすステップボトム構造の底面の高さが清澄作用にとって好適だからである。また、ｈ3は、０＜ｈ3≦０．１５ｈ1であれば好ましく、０＜ｈ3≦０．１０ｈ1であればさらに好ましい。
図１、２に示す溶解槽２において、敷居体２１よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路には、該溶融ガラス流路底面近傍に吐出口が位置するようにバブラー２３が設けられている。バブラー２３を設けることで、上流側循環流１００の形成が促進され、溶融ガラスを均質化させる作用が促進される。バブラー２３を設けることによる上記の効果をより効果的に発揮させるためには、溶融ガラスの流動方向におけるバブラー２３と敷居体２１との距離が５００ｍｍ以上であることが好ましい。これは、敷居体２１にバブラー２３が近いと、敷居体２１がバブラー２３の泡によって侵食される度合いが高くなるためである。よって、溶融ガラスの流動方向におけるバブラー２３と敷居体２１との距離は２０００ｍｍ以上であることがより好ましく、３０００ｍｍ以上であることがさらに好ましい。なお、バブラー２３を設ける場合、図１に示すように、溶解槽２の幅方向、より具体的には、溶解槽２の溶融ガラス流路の幅方向、にわたって吐出口が配設されるようにバブラー２３を設けることが好ましい。
また、図１、２に示す溶解槽２では、溶解槽２の溶融ガラス流路の幅方向にわたって吐出口が配設されるように設けられた１群のバブラー２３が、溶融ガラスの流動方向において２組設けられているがこれに限定されず、例えば、このような１群のバブラー２３を溶融ガラスの流動方向において１組のみ設けてもよく、３組以上設けてもよい。ただし、バブラー２３は、分離手段として別のバブラーを使用する場合には、バブラー２３による泡が上流側循環流１００と下流側循環流１０１の分離を妨げない位置に設置する。
また、図１、２に示す溶解槽２では、溶解槽２の溶融ガラス流路の幅方向にわたって吐出口が配設されるように設けられた１群のバブラー２３が、溶融ガラスの流動方向において２組設けられているがこれに限定されず、例えば、このような１群のバブラー２３を溶融ガラスの流動方向において１組のみ設けてもよく、３組以上設けてもよい。ただし、バブラー２３は、分離手段として別のバブラーを使用する場合には、バブラー２３による泡が上流側循環流１００と下流側循環流１０１の分離を妨げない位置に設置する。
溶解槽２および該溶解槽２内に設けられた敷居体２１、バブラー２３等の構造物は、耐熱性および溶融ガラスに対する耐食性に優れていることが求められる。これを満たす材料としては、電鋳レンガのような耐火レンガ、または、白金、若しくは白金ロジウム合金のような白金合金を使用することができる。
溶解槽２から流出した溶融ガラスは、溶解槽２と減圧脱泡装置５とを接続する第１の導管構造の一部をなし、溶融ガラスの流動方向の下流側に比べて幅の広い幅広部位３１、３２へと移動する。幅広部位３１、３２は、溶融ガラス流路の幅が減圧脱泡装置５につながる幅狭部位３３よりも大きい構造であることにより、幅広部位３１、３２を溶融ガラスが通過する際に、溶融ガラスの組成的な均質化が効果的に発揮される。これによって、溶融ガラス中の気泡量に加えて溶融ガラスの均質性を減圧脱泡を行うのに適したレベルにできる。なお、幅広部位３２は、幅広部位の一部であって、幅広部位３１と幅狭部位３３とを接続するための接続部である。
また、幅広部位３１、３２は、幅広部位３１、３２を通過する溶融ガラスの温度を減圧脱泡を行うのに適した温度に調整する機能を有する。上述した建築用や車両用などのソーダライムガラスの製品を製造する場合、溶解槽２から流出する溶融ガラスの温度は、１２００〜１６００℃である。一方、減圧脱泡を効果的に行うためには、溶融ガラスの温度を１０００〜１４００℃にする必要がある。本発明の溶融ガラス製造装置１では、幅広部位３１、３２を設けることにより、溶解槽２から流出した溶融ガラスの温度を減圧脱泡を行うのに適した温度に調整することができる。
また、幅広部位３１、３２は、幅広部位３１、３２を通過する溶融ガラスの温度を減圧脱泡を行うのに適した温度に調整する機能を有する。上述した建築用や車両用などのソーダライムガラスの製品を製造する場合、溶解槽２から流出する溶融ガラスの温度は、１２００〜１６００℃である。一方、減圧脱泡を効果的に行うためには、溶融ガラスの温度を１０００〜１４００℃にする必要がある。本発明の溶融ガラス製造装置１では、幅広部位３１、３２を設けることにより、溶解槽２から流出した溶融ガラスの温度を減圧脱泡を行うのに適した温度に調整することができる。
幅広部位３１、３２での溶融ガラスの温度の調整や、組成的な均質作用や温度の均一作用が効果的に発揮されるため、幅広部位３１、３２は下記式（３）、（４）を満たすことが好ましい。
０．２ ≦ Ｗ／Ｌ ≦ １．５ （３）
５００ ≦ ｈ ≦ ５０００ （４）
式（３）、（４）中、Ｗは溶融ガラス流路の最大幅（ｍｍ）であり、ｈは溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位における溶融ガラス流路の高さ（ｍｍ）であり、Ｌは幅広部位において溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の長さ（ｍｍ）である。
溶融ガラスの流路の高さｈは、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、この幅広部位の底部から上部までの内部空間の高さを表す。この部位での溶融ガラス流自体の深さ（高さ）は、溶融ガラス流路の高さｈに対して、０．２ｈ〜１ｈ程度であり、溶解槽２からの溶融ガラス流自体の上面が自由表面（液面）で気相に接していても、溶融ガラス流路上部の壁体と接触していてもよい。溶融ガラスの液面から流路の上部までの距離は、０．３ｍよりも大きく、３ｍよりも小さいことが好ましく、０．４ｍよりも大きく、２．５ｍよりも小さいことがより好ましく、０．５ｍよりも大きく、２．０ｍよりも小さいことがさらに好ましい。また、幅広部位３１、３２での溶融ガラス流路内の溶融ガラス自体の高さは、溶解槽２での敷居体２１よりも下流側の溶融ガラス自体の高さよりも低いことが好ましい。
幅広部位３１、３２が上記式（３）、（４）を満たすことが好ましい理由について以下に述べる。
上述したように、幅広部位３１、３２は、溶融ガラスの均質性と温度を減圧脱泡を行うのに適したレベルに調節する機能を有する。このため、溶融ガラスが幅広部位３１、３２内に滞在する時間をある程度確保する必要がある。幅広部位３１、３２のような溶融ガラスの導管構造において、溶融ガラスが滞在する時間を増加させるには、導管構造の容積を増加させればよい。幅広部位３１、３２のように水平方向に配置された溶融ガラスの導管構造の容積を増加させるためには、導管構造の幅、高さ、長さのうち少なくとも１つを増加させればよいことになる。しかしながら、導管構造の長さを増加すると、該導管構造を通過する溶融ガラスの圧損が増加するので好ましくない。また、導管構造の高さを増加すると、溶融ガラスの均質化と温度の均一化が低下するので好ましくない。しかも、導管構造の高さを増加すると、該導管構造内で溶融ガラスの循環流が生じるおそれがある。溶融ガラスの循環流が生じた場合、温度が低い溶融ガラスが溶解槽２に進入するおそれがあるので好ましくない。以上の理由から本発明の溶融ガラス製造装置では、第１の導管構造３の溶融ガラスの流動方向上流側の導管構造の幅を増加させた幅広部位３１、３２を設けることで、上述した機能を達成する。
０．２ ≦ Ｗ／Ｌ ≦ １．５ （３）
５００ ≦ ｈ ≦ ５０００ （４）
式（３）、（４）中、Ｗは溶融ガラス流路の最大幅（ｍｍ）であり、ｈは溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位における溶融ガラス流路の高さ（ｍｍ）であり、Ｌは幅広部位において溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の長さ（ｍｍ）である。
溶融ガラスの流路の高さｈは、溶融ガラス自体の高さ（深さ）ではなく、この幅広部位の底部から上部までの内部空間の高さを表す。この部位での溶融ガラス流自体の深さ（高さ）は、溶融ガラス流路の高さｈに対して、０．２ｈ〜１ｈ程度であり、溶解槽２からの溶融ガラス流自体の上面が自由表面（液面）で気相に接していても、溶融ガラス流路上部の壁体と接触していてもよい。溶融ガラスの液面から流路の上部までの距離は、０．３ｍよりも大きく、３ｍよりも小さいことが好ましく、０．４ｍよりも大きく、２．５ｍよりも小さいことがより好ましく、０．５ｍよりも大きく、２．０ｍよりも小さいことがさらに好ましい。また、幅広部位３１、３２での溶融ガラス流路内の溶融ガラス自体の高さは、溶解槽２での敷居体２１よりも下流側の溶融ガラス自体の高さよりも低いことが好ましい。
幅広部位３１、３２が上記式（３）、（４）を満たすことが好ましい理由について以下に述べる。
上述したように、幅広部位３１、３２は、溶融ガラスの均質性と温度を減圧脱泡を行うのに適したレベルに調節する機能を有する。このため、溶融ガラスが幅広部位３１、３２内に滞在する時間をある程度確保する必要がある。幅広部位３１、３２のような溶融ガラスの導管構造において、溶融ガラスが滞在する時間を増加させるには、導管構造の容積を増加させればよい。幅広部位３１、３２のように水平方向に配置された溶融ガラスの導管構造の容積を増加させるためには、導管構造の幅、高さ、長さのうち少なくとも１つを増加させればよいことになる。しかしながら、導管構造の長さを増加すると、該導管構造を通過する溶融ガラスの圧損が増加するので好ましくない。また、導管構造の高さを増加すると、溶融ガラスの均質化と温度の均一化が低下するので好ましくない。しかも、導管構造の高さを増加すると、該導管構造内で溶融ガラスの循環流が生じるおそれがある。溶融ガラスの循環流が生じた場合、温度が低い溶融ガラスが溶解槽２に進入するおそれがあるので好ましくない。以上の理由から本発明の溶融ガラス製造装置では、第１の導管構造３の溶融ガラスの流動方向上流側の導管構造の幅を増加させた幅広部位３１、３２を設けることで、上述した機能を達成する。
幅広部位３１、３２において、溶融ガラス流路の最大幅Ｗの溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の長さＬに対する比Ｗ／Ｌは、上述した機能を達成するのに十分な滞在時間を確保し、幅方向の温度ムラや溶融ガラスの流動抵抗を小さくするために、０．２〜１．５であることが好ましい。
幅広部位３１、３２において、Ｗ／Ｌが０．２５〜１．４５であることがより好ましく、０．３〜１．４であることがさらに好ましく、０．３５〜１．３５であることがさらに好ましい。
幅広部位３１、３２において、Ｗ／Ｌが０．２５〜１．４５であることがより好ましく、０．３〜１．４であることがさらに好ましく、０．３５〜１．３５であることがさらに好ましい。
幅広部位３１、３２において、溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の溶融ガラス流路の高さｈが、溶融ガラスの均質性を確保し、幅広部位３１、３２内で溶融ガラスの循環流を発生させず、溶融ガラスによる流路の侵食や溶融ガラスの圧損を起こさない観点から、５００〜５０００ｍｍであることが好ましい。
幅広部位３１、３２において、溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の溶融ガラス流路の高さｈは、５５０〜４０００ｍｍであることがより好ましく、６００〜３５００ｍｍであることがさらに好ましく、６５０〜３０００ｍｍであることがさらに好ましい。
最大幅Ｗは、溶解槽２の幅よりも大きくてもよいが、幅広部位３１、３２の溶融ガラスの通路の構造およびその形成の点からは、溶解槽２の幅より小さい方が好ましい。具体的には、溶融ガラス流路の最大幅Ｗが、２０００〜１２０００ｍｍであることが好ましく、２５００〜１００００ｍｍであることがより好ましく、３０００〜８０００ｍｍであることがさらに好ましい。
上述した機能を達成するためには、幅広部位３１、３２において、溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位は、ある程度の長さ（距離）を有することが好ましい。具体的には、溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位は、長さＬが１０００〜２００００ｍｍであることが好ましく、１５００〜１５０００ｍｍであることがより好ましく、２０００〜１００００ｍｍがさらに好ましい。
但し、上記した長さの範囲内において、溶融ガラス流路の幅は全て最大幅Ｗであることは必ずしも必要ではなく、上述した長さの範囲内において、溶融ガラス流路の幅はある程度変化していてもよい。
上述した機能を達成するためには、幅広部位３１、３２において、溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位は、ある程度の長さ（距離）を有することが好ましい。具体的には、溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位は、長さＬが１０００〜２００００ｍｍであることが好ましく、１５００〜１５０００ｍｍであることがより好ましく、２０００〜１００００ｍｍがさらに好ましい。
但し、上記した長さの範囲内において、溶融ガラス流路の幅は全て最大幅Ｗであることは必ずしも必要ではなく、上述した長さの範囲内において、溶融ガラス流路の幅はある程度変化していてもよい。
図１、２に示す幅広部位３１には、幅広部位３１を通過する溶融ガラスを冷却するための冷却手段３４が設けられている。なお、図１、２では、冷却手段３４が幅広部位３１にあるが、幅広部位３２または幅広部位３１、３２にあってもよい。上述したように、幅広部位３１、３２は、溶融ガラスの温度を減圧脱泡を行うのに適した温度に調整する機能を有する。幅広部位３１、３２にこの機能を効果的に発揮させるためには、該幅広部位３１、３２に冷却手段３４を設ける。
図１、２において、冷却手段３４は白金製、白金合金製、または鋼鉄製の筒状体であって、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスに浸漬するように上方から垂直に挿入し、該筒状体の内部に冷却水を通過させることにより溶融ガラスを冷却する。冷却手段の場合には、その内部に冷却機能を有するので、その材料として鋼製でもよい。
幅広部位３１、３２に図示する形態の冷却手段３４を設ける場合、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスに浸漬する深さが２０〜１０００ｍｍとなるように配設することが、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスを冷却する効果に優れ、しかも、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスで循環流が生じるのを防止する効果を発揮することから好ましい。幅広部位３１、３２内の溶融ガラスに浸漬する深さが６０〜８００ｍｍとなるように冷却手段３４を配設することがより好ましく、溶融ガラスに浸漬する深さが１００〜６００ｍｍとなるように配設することがさらに好ましい。
幅広部位３１、３２に図示した形態の冷却手段３４を設ける場合、使用する冷却手段の数は特に限定されず１つであってもよい。但し、図１に示すように、冷却手段３４を複数使用し、幅広部位３１、３２の幅方向にわたって該冷却手段３４を配設することが、幅広部位３１、３２を通過する溶融ガラスに温度ムラが生じないので好ましい。
図１、２では、冷却手段３４を幅広部位３１内の溶融ガラスに浸漬するように上方から垂直に挿入しているが、冷却手段３４の配設の仕方はこれに限定されず、例えば、幅広部位３１、３２の幅方向に向けて冷却手段３４を水平に配設してもよい。この場合、１つの冷却手段３４で幅広部位３１、３２の幅方向にわたって該冷却手段３４を配設することができる。なお、冷却手段３４を水平に配設する場合においても、該冷却手段が溶融ガラスに浸漬する深さが上述した範囲になるように配設することが好ましい。
また、図１、２では、幅広部位３１の幅方向にわたって配設された１群の冷却手段３４が、溶融ガラスの流動方向において１列配設されているがこれに限定されず、例えば、このような１群の冷却手段３４が、溶融ガラスの流動方向において、２列以上配設されていてもよい。溶融ガラスの流動方向において、冷却手段を２列以上配設する場合、冷却手段が溶融ガラスに浸漬する深さを列ごとに変えてもよい。例えば、溶融ガラスの流動方向の上流側の列は、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスで循環流が生じるのを防止するために、溶融ガラスに浸漬する深さが深めになるように配設してもよい。これにより、冷却手段３４は、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスが逆流するのを防止する手段としても機能させることができる。
図１、２において、冷却手段３４は白金製、白金合金製、または鋼鉄製の筒状体であって、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスに浸漬するように上方から垂直に挿入し、該筒状体の内部に冷却水を通過させることにより溶融ガラスを冷却する。冷却手段の場合には、その内部に冷却機能を有するので、その材料として鋼製でもよい。
幅広部位３１、３２に図示する形態の冷却手段３４を設ける場合、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスに浸漬する深さが２０〜１０００ｍｍとなるように配設することが、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスを冷却する効果に優れ、しかも、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスで循環流が生じるのを防止する効果を発揮することから好ましい。幅広部位３１、３２内の溶融ガラスに浸漬する深さが６０〜８００ｍｍとなるように冷却手段３４を配設することがより好ましく、溶融ガラスに浸漬する深さが１００〜６００ｍｍとなるように配設することがさらに好ましい。
幅広部位３１、３２に図示した形態の冷却手段３４を設ける場合、使用する冷却手段の数は特に限定されず１つであってもよい。但し、図１に示すように、冷却手段３４を複数使用し、幅広部位３１、３２の幅方向にわたって該冷却手段３４を配設することが、幅広部位３１、３２を通過する溶融ガラスに温度ムラが生じないので好ましい。
図１、２では、冷却手段３４を幅広部位３１内の溶融ガラスに浸漬するように上方から垂直に挿入しているが、冷却手段３４の配設の仕方はこれに限定されず、例えば、幅広部位３１、３２の幅方向に向けて冷却手段３４を水平に配設してもよい。この場合、１つの冷却手段３４で幅広部位３１、３２の幅方向にわたって該冷却手段３４を配設することができる。なお、冷却手段３４を水平に配設する場合においても、該冷却手段が溶融ガラスに浸漬する深さが上述した範囲になるように配設することが好ましい。
また、図１、２では、幅広部位３１の幅方向にわたって配設された１群の冷却手段３４が、溶融ガラスの流動方向において１列配設されているがこれに限定されず、例えば、このような１群の冷却手段３４が、溶融ガラスの流動方向において、２列以上配設されていてもよい。溶融ガラスの流動方向において、冷却手段を２列以上配設する場合、冷却手段が溶融ガラスに浸漬する深さを列ごとに変えてもよい。例えば、溶融ガラスの流動方向の上流側の列は、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスで循環流が生じるのを防止するために、溶融ガラスに浸漬する深さが深めになるように配設してもよい。これにより、冷却手段３４は、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスが逆流するのを防止する手段としても機能させることができる。
図１、２に示す幅広部位３１には、該幅広部位３１を通過する溶融ガラスを攪拌するための攪拌手段３５が設けられている。なお、図１、２では、攪拌手段３５を幅広部位３１に設けているが、幅広部位３２に設けてもよい。幅広部位３１、３２に冷却手段３４を設けるので、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスの均質性、特に温度が低下するため粘度の均一性が低下するおそれがある。例えば、幅広部位３１、３２内の溶融ガラスの表層部と底部とで温度ムラが生じ、溶融ガラスの均質性が低下するおそれがある。幅広部位３１、３２に攪拌手段３５を設けることで、このような溶融ガラスの温度ムラを解消し、溶融ガラスの均質性の低下を抑制することができる。なお、攪拌手段としては、溶融ガラスを攪拌する目的で使用される公知の手段から広く選択することができる。上記の効果を発揮させる目的で、幅広部位３１、３２に攪拌手段３５を設ける場合、冷却手段３４よりも下流側に設けることが好ましい。
なお、図１、２に示すように、幅広部位３１に攪拌手段３５を設ける場合、使用する攪拌手段の数は特に限定されず、１つであってもよい。但し、図１に示すように、攪拌手段３５を複数使用し、幅広部位３１、３２の幅方向にわたって攪拌手段３５を配設することが、溶融ガラスの温度ムラを解消して、溶融ガラスの均質性の低下を抑制する効果を発揮させるうえで好ましい。また、図１、２では、幅方向にわたって配設された１群の攪拌手段３５が、溶融ガラスの流動方向において１列配設されているがこれに限定されず、例えば、このような１群の攪拌手段３５が、溶融ガラスの流動方向において、２列以上配設されていてもよい。
なお、図１、２に示すように、幅広部位３１に攪拌手段３５を設ける場合、使用する攪拌手段の数は特に限定されず、１つであってもよい。但し、図１に示すように、攪拌手段３５を複数使用し、幅広部位３１、３２の幅方向にわたって攪拌手段３５を配設することが、溶融ガラスの温度ムラを解消して、溶融ガラスの均質性の低下を抑制する効果を発揮させるうえで好ましい。また、図１、２では、幅方向にわたって配設された１群の攪拌手段３５が、溶融ガラスの流動方向において１列配設されているがこれに限定されず、例えば、このような１群の攪拌手段３５が、溶融ガラスの流動方向において、２列以上配設されていてもよい。
図１に示す幅広部位（接続部）３２は、幅広部位３１に比べて幅が狭い、第１の導管構造３の幅狭部位３３と接続するため、下流側の幅が狭くなっている。図１に示す幅広部位（接続部）３２のように、下流側の幅が狭くなった構造とすることは、幅広部位３１の下流側に滞留部を生じさせないので好ましい。但し、幅広部位（接続部）３２の幅が狭くなる部位の角度αが大きすぎると溶融ガラスが通過する際の圧損（流動抵抗）が問題となるので、該角度αが１０〜６０度であることが好ましく、２０〜５０度であることがより好ましく、３０〜４５度であることがさらに好ましい。
第１の導管構造全体で上流側に位置する幅広部位３１と３２との合計長さの第１の導管構造全体の長さに対する比は、幅広部位３１、３２が前述の作用を奏するために、０．３〜０．９５が好ましく、０．４〜０．９がより好ましく、０．５〜０．８５がさらに好ましい。
第１の導管構造全体で上流側に位置する幅広部位３１と３２との合計長さの第１の導管構造全体の長さに対する比は、幅広部位３１、３２が前述の作用を奏するために、０．３〜０．９５が好ましく、０．４〜０．９がより好ましく、０．５〜０．８５がさらに好ましい。
幅広部位３１、３２は、溶解槽２と同様に耐熱性および溶融ガラスに対する耐食性に優れていることが求められる。これを満たす材料としては、電鋳レンガのような耐火レンガ、または、白金、若しくは白金ロジウム合金のような白金合金を使用することができる。
図１に示す溶融ガラス製造装置１において、幅広部位３１、３２を通過した溶融ガラスは、さらに下流側の第１の導管構造３の幅狭部位３３を通過して減圧脱泡装置５に供給される。詳しくは後述するが、図１に示す減圧脱泡装置５は、減圧脱泡槽５２内部の圧力を大気圧よりも低い減圧環境に保持することによって生じるサイフォン効果によって、第１の導管構造３内の溶融ガラスを吸い上げて減圧脱泡槽５２内に導入するものであり、減圧脱泡槽５２ならびに該減圧脱泡槽５２に接続する上昇管５３および下降管５４の内部は、サイフォン効果を発揮するのに十分な減圧環境に維持する必要がある。このため、上昇管５３および下降管５４の下端を、これらがそれぞれ接続する第１と第２の導管構造３、６内の溶融ガラスの自由表面の液面の高さよりも低くする必要がある。図１に示す溶融ガラス製造装置では、幅狭部位３３を幅広部位３２と接続する側に比べて上昇管５３と接続する側の高さが低くなったスロート構造とすることで、上昇管５３の下端が幅広部位３１、３２内の溶融ガラスの自由表面の液面の高さよりも低くなっている。即ち、溶融ガラス製造装置１において、幅広部位３１、３２よりも溶融ガラスの流動方向下流側の幅狭部位３３での溶融ガラス流路が、幅広部位３１、３２の溶融ガラス流路よりも低い位置に設けられていることが好ましい。なお、図示していないが、第２の導管構造６も下降管５４と接続する側の高さが、該導管構造６の他端側、すなわち、溶融ガラスの流動方向における下流側に比べて低くなったスロート構造となっている。
幅広部位３１、３２よりも下流側の幅狭部位３３を通過する溶融ガラスでは、溶融ガラスの部位によって温度ムラが生じる場合がある。例えば、幅狭部位３３の底面側の溶融ガラスが表層側の溶融ガラスに比べて温度が低くなる場合がある。このような温度ムラが生じると溶融ガラスの均質性に悪影響を及ぼすため好ましくない。このため、幅広部位３１、３２よりも溶融ガラスの流動方向下流側を通過する溶融ガラスを加熱する手段を設けることが好ましい。加熱手段を設ける場合、その種類は特に限定されず、溶解槽においてガラスを加熱するのと同様の手段を用いることができる。すなわち、燃料を燃焼することによって溶融ガラスを加熱する手段、電力を用いて溶融ガラスを加熱する手段等を用いることができる。
幅広部位３１、３２よりも下流側の幅狭部位３３を通過する溶融ガラスでは、溶融ガラスの部位によって温度ムラが生じる場合がある。例えば、幅狭部位３３の底面側の溶融ガラスが表層側の溶融ガラスに比べて温度が低くなる場合がある。このような温度ムラが生じると溶融ガラスの均質性に悪影響を及ぼすため好ましくない。このため、幅広部位３１、３２よりも溶融ガラスの流動方向下流側を通過する溶融ガラスを加熱する手段を設けることが好ましい。加熱手段を設ける場合、その種類は特に限定されず、溶解槽においてガラスを加熱するのと同様の手段を用いることができる。すなわち、燃料を燃焼することによって溶融ガラスを加熱する手段、電力を用いて溶融ガラスを加熱する手段等を用いることができる。
幅狭部位３３は、溶解槽２および幅広部位３１、３２と同様に耐熱性および溶融ガラスに対する耐食性に優れていることが求められる。これを満たす材料としては、電鋳レンガのような耐火レンガ、または、白金、若しくは白金ロジウム合金のような白金合金を使用することができる。
幅狭部位３３の寸法は特に限定されないが、具体例を挙げると以下の通りである。
水平方向における長さ：好ましくは１〜２０ｍ、より好ましくは１．２〜１０ｍ、さらに好ましくは１．４〜５ｍ
内部断面形状における幅：好ましくは０．２〜２ｍ、より好ましくは０．３〜１．６ｍ、さらに好ましくは０．４〜１．４ｍ
溶融ガラス流路高さ：好ましくは０．１〜３ｍ、より好ましくは０．２〜２ｍ、さらに好ましくは０．３〜１ｍ
溶融ガラス流路の高低差：好ましくは０．２〜２ｍ、より好ましくは０．３〜１．５ｍ、さらに好ましくは０．４〜１ｍ
また、幅狭部位３３の内部断面形状も特に限定されず、四角形等の多角形、円形または楕円形状とすることができる。
幅狭部位３３の寸法は特に限定されないが、具体例を挙げると以下の通りである。
水平方向における長さ：好ましくは１〜２０ｍ、より好ましくは１．２〜１０ｍ、さらに好ましくは１．４〜５ｍ
内部断面形状における幅：好ましくは０．２〜２ｍ、より好ましくは０．３〜１．６ｍ、さらに好ましくは０．４〜１．４ｍ
溶融ガラス流路高さ：好ましくは０．１〜３ｍ、より好ましくは０．２〜２ｍ、さらに好ましくは０．３〜１ｍ
溶融ガラス流路の高低差：好ましくは０．２〜２ｍ、より好ましくは０．３〜１．５ｍ、さらに好ましくは０．４〜１ｍ
また、幅狭部位３３の内部断面形状も特に限定されず、四角形等の多角形、円形または楕円形状とすることができる。
減圧脱泡装置５は、金属製、例えばステンレス鋼製であって、使用時その内部が減圧状態に保持される減圧ハウジング５１（図１では省略されている）を有する。減圧ハウジング５１内には、減圧脱泡槽５２がその長軸が水平方向に配向するように収納配置されている。減圧脱泡槽５２の一端の下面には垂直方向に配向する上昇管５３が、他端の下面には下降管５４が取り付けられている。減圧ハウジング５１内において、減圧脱泡槽５２、上昇管５３および下降管５４の周囲には断熱材５５が配設されている。
減圧脱泡装置５において、減圧脱泡槽５２、上昇管５３および下降管５４は、電鋳レンガのような耐火レンガ製、または白金製若しくは白金合金製の中空管である。
減圧脱泡槽５２が耐火レンガ製の中空管である場合、減圧脱泡槽５２は、外形が矩形断面を有する耐火レンガ製の中空管であり、溶融ガラスの流路をなす内部形状は矩形断面を有することが好ましい。
上昇管５３および下降管５４が耐火レンガ製の中空管である場合、上昇管５３および下降管５４は、外形が円形断面や矩形を含む多角形断面を有する耐火レンガ製の中空管であり、溶融ガラスの流路をなす内部形状が円形断面を有することが好ましい。
減圧脱泡槽５２が耐火レンガ製の中空管である場合、減圧脱泡槽５２は、外形が矩形断面を有する耐火レンガ製の中空管であり、溶融ガラスの流路をなす内部形状は矩形断面を有することが好ましい。
上昇管５３および下降管５４が耐火レンガ製の中空管である場合、上昇管５３および下降管５４は、外形が円形断面や矩形を含む多角形断面を有する耐火レンガ製の中空管であり、溶融ガラスの流路をなす内部形状が円形断面を有することが好ましい。
一方、減圧脱泡槽５２が白金製または白金合金製の中空管である場合、減圧脱泡槽５２における溶融ガラスの流路をなす内部断面形状が、円形または楕円形を有することが好ましい。
上昇管５３および下降管５４が白金製または白金合金製の中空管である場合、上昇管５３および下降管５４における溶融ガラスの流路をなす内部断面形状が、円形または楕円形を有することが好ましい。
上昇管５３および下降管５４が白金製または白金合金製の中空管である場合、上昇管５３および下降管５４における溶融ガラスの流路をなす内部断面形状が、円形または楕円形を有することが好ましい。
減圧脱泡装置の各構成要素の寸法は、使用する減圧脱泡装置に応じて適宜選択することができるが、図１、２に示す減圧脱泡装置５の場合、その寸法の具体例は以下の通りである。
水平方向における長さ：１〜３０ｍ、好ましくは１〜２５ｍ、より好ましくは１〜２０ｍ内部断面形状における幅：０．２〜１０ｍ、好ましくは０．２〜７ｍ、より好ましくは０．２〜５ｍ
また、上昇管５３および下降管５４の寸法の具体例は以下の通りである。
長さ：０．２〜６ｍ、好ましくは０．４〜５ｍ
内部断面形状における幅：０．０５〜０．８ｍ、好ましくは０．１〜０．６ｍ
水平方向における長さ：１〜３０ｍ、好ましくは１〜２５ｍ、より好ましくは１〜２０ｍ内部断面形状における幅：０．２〜１０ｍ、好ましくは０．２〜７ｍ、より好ましくは０．２〜５ｍ
また、上昇管５３および下降管５４の寸法の具体例は以下の通りである。
長さ：０．２〜６ｍ、好ましくは０．４〜５ｍ
内部断面形状における幅：０．０５〜０．８ｍ、好ましくは０．１〜０．６ｍ
本発明の溶融ガラス製造装置における減圧脱泡装置は、図示した構造のものに限定されず、様々な構造の減圧脱泡装置を用いることができる。
減圧脱泡装置５での減圧脱泡により、溶融ガラス中の気泡量が、製造されるガラス製品の用途に応じた所望のレベルに低減された溶融ガラスは、第２の導管構造６を経て成形手段（図示していない）へと送られて、ガラス製品に成形される。第２の導管構造６の材料、形状および寸法については第１の導管構造３（幅広部位３１、３２、幅狭部位３３）について記載したのと同様である。
例えば、板ガラスの製造のために溶融ガラスを板状のガラスリボンに成形する手段としては、フロート法、フュージョン法またはダウンドロー法を用いた成形手段が挙げられる。これらの中でもフロート法によるフロートバスを用いた成形手段が、薄板ガラスから厚板ガラスまでの広範囲の厚さの高品質な板ガラスを大量に製造できる理由から好ましい。
溶融ガラスの生産量としては、１００〜１０００トン／日であることが好ましく、ガラス品種を変えたり付帯設備などを考慮すると、３００〜８００トン／日であることがより好ましく、３５０〜７００トン／日であることがさらに好ましい。
例えば、板ガラスの製造のために溶融ガラスを板状のガラスリボンに成形する手段としては、フロート法、フュージョン法またはダウンドロー法を用いた成形手段が挙げられる。これらの中でもフロート法によるフロートバスを用いた成形手段が、薄板ガラスから厚板ガラスまでの広範囲の厚さの高品質な板ガラスを大量に製造できる理由から好ましい。
溶融ガラスの生産量としては、１００〜１０００トン／日であることが好ましく、ガラス品種を変えたり付帯設備などを考慮すると、３００〜８００トン／日であることがより好ましく、３５０〜７００トン／日であることがさらに好ましい。
本発明のガラス製品の製造装置は、上述した本発明の溶融ガラス製造装置と、該溶融ガラス製造装置の下流に設けられた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、を備えるものである。成形手段については、上述した通りである。徐冷手段としては、成形後のガラスの搬送機構としての搬送ロールと、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ゆっくり冷却する（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なくすことができる。但し、徐冷手段は、成形後のガラスに内在する残留応力をなくすことができれば、上記手段に限定されない。
次に、本発明の溶融ガラス製造方法およびガラス製品の製造方法について説明する。
本発明の溶融ガラス製造方法は、上述した本発明の溶融ガラス製造装置を用いて溶融ガラスを製造する。本発明のガラス製品の製造方法は、上述した本発明の溶融ガラス製造装置を用いて溶融ガラスを製造し（溶融ガラス製造工程）、その溶融ガラスを成形手段によって成形し（成形工程）、さらに徐冷手段によって成形後のガラスを徐冷し（徐冷工程）、ガラス製品を製造する。本発明の溶融ガラス製造方法およびガラス製品の製造方法における個々の手順について以下に述べる。
図３は、本発明のガラス製品の製造方法の１実施形態の流れ図である。図３では、本発明のガラス製品の製造方法の構成要素である溶融ガラス製造工程および成形工程ならびに徐冷工程に加えて、さらに必要に応じて用いる切断工程、その他後工程が示されている。
本発明の溶融ガラス製造方法は、上述した本発明の溶融ガラス製造装置を用いて溶融ガラスを製造する。本発明のガラス製品の製造方法は、上述した本発明の溶融ガラス製造装置を用いて溶融ガラスを製造し（溶融ガラス製造工程）、その溶融ガラスを成形手段によって成形し（成形工程）、さらに徐冷手段によって成形後のガラスを徐冷し（徐冷工程）、ガラス製品を製造する。本発明の溶融ガラス製造方法およびガラス製品の製造方法における個々の手順について以下に述べる。
図３は、本発明のガラス製品の製造方法の１実施形態の流れ図である。図３では、本発明のガラス製品の製造方法の構成要素である溶融ガラス製造工程および成形工程ならびに徐冷工程に加えて、さらに必要に応じて用いる切断工程、その他後工程が示されている。
所望の組成になるように調製したガラス原料を溶解槽２に投入し、ガラスの種類に応じた所定の温度、例えば、建築用や車両用などのソーダライムガラスの場合、約１４００〜１６００℃に加熱してガラス原料を溶融して溶融ガラスを得る。
ガラス原料を溶解する際、通常は、天然ガスや重油等の燃料油といった燃料を空気と混合して燃焼させ、得られた燃焼熱によってガラス原料を溶解するが、これら燃料を酸素ガスと混合して燃焼させ、得られた燃焼熱によってガラス原料を溶解すること、すなわち、ガラス原料の溶解を酸素燃焼により行うことが燃焼効率に優れ、ガラス原料の溶解時に消費されるエネルギーを削減することができるので好ましい。
また、燃料に酸素ガスを混合して燃焼した場合、燃料に空気を混合して燃焼した場合に比べて燃焼後の気体中に含まれる水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）の量が増加する。天然ガスに酸素を混合して燃焼した場合を例にとると、天然ガスに空気を混合して燃焼した場合に比べて、燃焼後の気体中には約３．５倍の水（Ｈ2Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2）が含まれている。この結果、溶解槽２内の雰囲気には、天然ガスに空気を混合して燃焼した場合に比べて約３．５倍の水（Ｈ2Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2）が含まれることとなり、該雰囲気と接する溶融ガラスにも、天然ガスに空気を混合して燃焼した場合に比べて約３．５倍の水（Ｈ2Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2）が含まれることとなる。水（Ｈ2Ｏ）は、特に減圧脱泡装置を有する場合にガラスの種類によらず清澄効果があり、建築用、車両用、容器用、ディスプレイ用の溶融ガラスにとって清澄剤として作用する。したがって、これらの溶融ガラスを製造する場合、ガラス原料の溶解を酸素燃焼により行うことによって、溶融ガラスの清澄作用が向上することが期待される。
また、燃料に酸素ガスを混合して燃焼した場合、燃料に空気を混合して燃焼した場合に比べて燃焼後の気体中に含まれる水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）の量が増加する。天然ガスに酸素を混合して燃焼した場合を例にとると、天然ガスに空気を混合して燃焼した場合に比べて、燃焼後の気体中には約３．５倍の水（Ｈ2Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2）が含まれている。この結果、溶解槽２内の雰囲気には、天然ガスに空気を混合して燃焼した場合に比べて約３．５倍の水（Ｈ2Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2）が含まれることとなり、該雰囲気と接する溶融ガラスにも、天然ガスに空気を混合して燃焼した場合に比べて約３．５倍の水（Ｈ2Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ2）が含まれることとなる。水（Ｈ2Ｏ）は、特に減圧脱泡装置を有する場合にガラスの種類によらず清澄効果があり、建築用、車両用、容器用、ディスプレイ用の溶融ガラスにとって清澄剤として作用する。したがって、これらの溶融ガラスを製造する場合、ガラス原料の溶解を酸素燃焼により行うことによって、溶融ガラスの清澄作用が向上することが期待される。
ガラス原料には、ガラスの種類に応じた清澄剤を添加してもよい。但し、本発明の溶融ガラス製造方法では減圧脱泡により溶融ガラスの清澄を主として行うため、必要がない場合、清澄剤は添加しないことが好ましい。例えば、ソーダライムガラスの場合、清澄剤として芒硝（Ｎａ2ＳＯ4）が一般的に添加されるが、本発明の溶融ガラス製造方法では、清澄剤として芒硝（Ｎａ2ＳＯ4）を添加しないことにより、硫黄（Ｓ）の含有が少ない溶融ガラスを製造することができるので好ましい。また、清澄剤を添加しないのでカレット率が高いガラス原料を使用することができる。清澄剤は一度溶解させると清澄の能力を失ってしまうので、ガラスカレット中には清澄剤が含まれないためカレット率を高くしても影響がないからである。さらに、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯX）濃度が減少するので、環境への悪影響を軽減できる。
溶解槽２内の溶融ガラスは、上流側循環流１００を形成することでそのガラス原料の溶解および初期の均質化が図られる。また、下流側循環流１０１を形成することによって生じる均質作用と清澄作用によって溶融ガラス中の均質性と気泡量が所望のレベルまで低減される。溶融ガラスの気泡量は、許容される最大泡径によって変化し、またガラス製品の用途、その他要求される条件によっても異なる。このため、以下では、上流側循環流１００から流れた溶融ガラスにｎ個／ｋｇの所定の泡径以上の気泡が存在しているとして説明をする。
溶解槽２から流出した溶融ガラスは、敷居体２１の下流域を通過することにより、溶融ガラス中の気泡量が減圧脱泡を行うのに適したレベルまで低減される。例えば、建築用などのソーダライムガラスの場合、溶解槽２から流出する溶融ガラス中の許容される最大泡径以上の気泡量がｎ／１０程度まで下がればよい。例えば、建築用などのソーダライムガラスの場合、溶融ガラスの温度が１２００〜１６００℃に調整される。
溶融ガラスは、幅広部位３１、３２にて、溶融ガラス中の気泡量に加えて均質性と特に温度が減圧脱泡を行うのに適したレベルに調整され、幅狭部位３３を経て減圧脱泡装置５へと送られる。例えば、建築用などのソーダライムガラスの場合、溶融ガラスの温度が１０００〜１４００℃に調整される。
減圧脱泡装置５では、減圧ハウジング５１を外部から真空ポンプ等により真空吸引することによって、減圧ハウジング５１内に配置された減圧脱泡槽５２の内部が製造されるガラスの種類に応じた所定の減圧度に保持される。建築用などのソーダライムガラスの場合は、減圧脱泡槽５２内部の圧力が０〜６１３ｈＰａ（０〜４６０ｍｍＨｇ）に保持されていることが好ましく、１０〜３３７ｈＰａ（８〜２５３ｍｍＨｇ）に保持されていることがより好ましい。
所定の減圧度に保持された減圧脱泡槽５２に溶融ガラスを通過させることにより、溶融ガラス中の気泡量が、ガラス製品の用途に応じた所定のレベルまで低減される。例えば、建築用などのソーダライムガラスの場合、減圧脱泡槽５２から流出する溶融ガラス中の最大泡径以上の気泡量がｎ／１０００以下まで低減される。
なお、減圧脱泡槽５２内に存在する溶融ガラス中の泡量に応じて、減圧脱泡槽５２内部の減圧度を調節してもよい。
なお、減圧脱泡槽５２を通過する溶融ガラス中の泡量を、泡量観察手段によって測定し、泡量の測定結果に応じて減圧脱泡槽５２内部の減圧度を調節してもよい。例えば、泡量確認手段として、減圧脱泡槽５２の天井部に設けられた窓（図示しない）からカメラにより、溶融ガラス中の泡量をモニタし、それを画像処理した結果などに応じて減圧脱泡槽５２内部の減圧度を調節してもよい。確認した泡量が多い場合は、清澄性を高めるために減圧度を上げる。確認した泡量と減圧度は、ガラスの組成、要求される品質に応じて適宜決めることができる。
減圧脱泡装置５では、減圧ハウジング５１を外部から真空ポンプ等により真空吸引することによって、減圧ハウジング５１内に配置された減圧脱泡槽５２の内部が製造されるガラスの種類に応じた所定の減圧度に保持される。建築用などのソーダライムガラスの場合は、減圧脱泡槽５２内部の圧力が０〜６１３ｈＰａ（０〜４６０ｍｍＨｇ）に保持されていることが好ましく、１０〜３３７ｈＰａ（８〜２５３ｍｍＨｇ）に保持されていることがより好ましい。
所定の減圧度に保持された減圧脱泡槽５２に溶融ガラスを通過させることにより、溶融ガラス中の気泡量が、ガラス製品の用途に応じた所定のレベルまで低減される。例えば、建築用などのソーダライムガラスの場合、減圧脱泡槽５２から流出する溶融ガラス中の最大泡径以上の気泡量がｎ／１０００以下まで低減される。
なお、減圧脱泡槽５２内に存在する溶融ガラス中の泡量に応じて、減圧脱泡槽５２内部の減圧度を調節してもよい。
なお、減圧脱泡槽５２を通過する溶融ガラス中の泡量を、泡量観察手段によって測定し、泡量の測定結果に応じて減圧脱泡槽５２内部の減圧度を調節してもよい。例えば、泡量確認手段として、減圧脱泡槽５２の天井部に設けられた窓（図示しない）からカメラにより、溶融ガラス中の泡量をモニタし、それを画像処理した結果などに応じて減圧脱泡槽５２内部の減圧度を調節してもよい。確認した泡量が多い場合は、清澄性を高めるために減圧度を上げる。確認した泡量と減圧度は、ガラスの組成、要求される品質に応じて適宜決めることができる。
減圧脱泡装置５にて清澄された溶融ガラスは、第２の導管構造６を経て成形手段へと送られ成形される（成形工程）。成形後のガラスは、成形後に固化したガラスの内部に残留応力が残らないように徐冷手段によって徐冷され（徐冷工程）、さらに必要に応じて切断され（切断工程）、その他後工程を経て、ガラス製品となる。例えば、板ガラスの場合には、溶融ガラスを成形手段によってガラスリボンに成形し、それを徐冷手段によって徐冷した後、所望の大きさに切断し、必要に応じてガラス端部を研磨するなどの後加工をして板ガラスが得られる。
本発明の溶融ガラス製造方法によって製造される溶融ガラスは、加熱溶融法により製造される溶融ガラスである限り、組成的には制約はない。したがって、ソーダライムガラスや、無アルカリガラスであってもよいし、アルカリホウケイ酸ガラスのような混合アルカリ系ガラスであってもよい。また、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、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、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：６５〜７５％、Ａｌ2Ｏ3：０〜３％、ＣａＯ：５〜１５％、ＭｇＯ：０〜１５％、Ｎａ2Ｏ：１０〜２０％、Ｋ2Ｏ：０〜３％、Ｌｉ2Ｏ：０〜５％、Ｆｅ2Ｏ3：０〜３％、ＴｉＯ2：０〜５％、ＣｅＯ2：０〜３％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、Ｂ2Ｏ3：０〜５％、ＺｎＯ：０〜５％、ＺｒＯ2：０〜５％、ＳｎＯ2：０〜３％、ＳＯ3：０〜０．５％、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の基板に使用される無アルカリガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：３９〜７０％、Ａｌ2Ｏ3：３〜２５％、Ｂ2Ｏ：１〜２０％、ＭｇＯ：０〜１０％、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、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3：０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：６〜２４％、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：６〜２４％、という組成を有することが好ましい。
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、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：６５〜７５％、Ａｌ2Ｏ3：０〜３％、ＣａＯ：５〜１５％、ＭｇＯ：０〜１５％、Ｎａ2Ｏ：１０〜２０％、Ｋ2Ｏ：０〜３％、Ｌｉ2Ｏ：０〜５％、Ｆｅ2Ｏ3：０〜３％、ＴｉＯ2：０〜５％、ＣｅＯ2：０〜３％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、Ｂ2Ｏ3：０〜５％、ＺｎＯ：０〜５％、ＺｒＯ2：０〜５％、ＳｎＯ2：０〜３％、ＳＯ3：０〜０．５％、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の基板に使用される無アルカリガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：３９〜７０％、Ａｌ2Ｏ3：３〜２５％、Ｂ2Ｏ：１〜２０％、ＭｇＯ：０〜１０％、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、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ2：５０〜７５％、Ａｌ2Ｏ3：０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：６〜２４％、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：６〜２４％、という組成を有することが好ましい。
図１、２に示した溶融ガラス製造装置で、生産量約５００トン／日が可能な規模の装置を製作した。この装置によって、ソーダライムガラスの溶融ガラスを製造し、さらにフロートバスによって板ガラスを製造して、溶融ガラス製造時に消費されるエネルギー量、製造された溶融ガラス中および板ガラス中の気泡量を、溶融ガラスの清澄を主に溶解槽の清澄域にて行う従来の板ガラスの溶融ガラス製造装置と比較した。なお、本発明では酸素燃焼を採用した。また、本発明の溶融ガラス製造装置での溶解槽の上流端から減圧脱泡装置を含むフロートバス直前までの長さと、従来の板ガラスの溶融ガラス製造装置での溶解槽を含むフロートバス直前までの長さはほぼ同じ長さである。さらに、溶融ガラス製造時に消費されるエネルギー量については、溶解槽からフロートバス直前までに消費されるエネルギー量を比較した。
溶融ガラス製造装置について、本発明の製造装置と従来の製造装置の溶融ガラスの流れ方向の主要寸法の違いは以下のとおりである。
（本発明の製造装置）
溶解槽の上流端からフロートバス直前までの長さ： ＬT（約６０ｍ）
溶解槽の上流端から敷居体までの長さ： ０．４ＬT
溶融槽の敷居体から下流端までの長さ： ０．１ＬT
（溶解槽の溶融ガラス流路の長さＬF： ０．５ＬT）
溶融槽の下流端から減圧脱泡装置上流端までの長さ： ０．１５ＬT
減圧脱泡装置の上流端からフロートバス直前までの長さ： ０．３５ＬT
（従来の製造装置：減圧脱泡装置がない場合）
溶解槽の上流端からフロートバス直前までの長さ： ＬT
溶解槽の上流端から敷居体までの長さ： ０．４ＬT
溶融槽の敷居体からフロートバス直前までの長さ： ０．６ＬT
また、本発明の製造装置のその他の概略を以下に示す。
（溶解槽２）
耐火レンガ製
敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路高さｈ1： ４．５ｍ
敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路底面から、敷居体よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面までの高さｈ3： ０．５ｍ
溶融ガラス自体の高さ（深さ）： １．３ｍ
（敷居体２１）
耐火レンガ製
敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から、前記敷居体の上端までの高さをｈ2： ０．８ｍ
敷居体上端部から溶融ガラス液面までの高さ： ０．５ｍ
（バブラー２３）
白金製
敷居体からの溶融ガラス流動方向の距離（上流側）： ４．３ｍ
敷居体からの溶融ガラス流動方向の距離（上流側）： ３ｍ
（幅広部位３１、３２）
耐火レンガ製
溶融ガラス流路最大幅Ｗ： ４．１ｍ
溶融ガラス流路最大幅部分の長さＬ： ５ｍ
溶融ガラス流路高さｈ： １．５ｍ
溶融ガラス流路長さ： ６．４ｍ
溶融ガラス自体の高さ（深さ）： ０．５ｍ
（幅狭部位３３）
耐火レンガ製
内部断面形状：矩形
溶融ガラス流路幅： ０．９ｍ
溶融ガラス流路長さ： ２．５ｍ
溶融ガラス流路深さ： ０．５ｍ
溶融ガラス流路の高低差： ０．５ｍ
幅狭部位３３の途中には溶融ガラスを加熱する加熱手段が設けられている。
（冷却手段３４）
鋼鉄製（水冷式）
溶解槽の下流端からの溶融ガラス流動方向の距離： １ｍ
溶融ガラスへの浸漬深さ： ０．３ｍ
（攪拌手段３５）
鋼鉄製（水冷式）
溶解槽の下流端からの溶融ガラス流動方向の距離： ３ｍ
溶融ガラスへの浸漬深さ： ０．３ｍ
（上昇管５３、下降管５４）
耐火レンガ製
内部断面形状：円形
長さ： ３ｍ
内部断面形状における幅： ０．６ｍ
（減圧脱泡槽５２）
耐火レンガ製
（第２の導管構造６）
幅狭部位３３と、加熱手段を除いてほぼ同一
溶融ガラス製造装置について、本発明の製造装置と従来の製造装置の溶融ガラスの流れ方向の主要寸法の違いは以下のとおりである。
（本発明の製造装置）
溶解槽の上流端からフロートバス直前までの長さ： ＬT（約６０ｍ）
溶解槽の上流端から敷居体までの長さ： ０．４ＬT
溶融槽の敷居体から下流端までの長さ： ０．１ＬT
（溶解槽の溶融ガラス流路の長さＬF： ０．５ＬT）
溶融槽の下流端から減圧脱泡装置上流端までの長さ： ０．１５ＬT
減圧脱泡装置の上流端からフロートバス直前までの長さ： ０．３５ＬT
（従来の製造装置：減圧脱泡装置がない場合）
溶解槽の上流端からフロートバス直前までの長さ： ＬT
溶解槽の上流端から敷居体までの長さ： ０．４ＬT
溶融槽の敷居体からフロートバス直前までの長さ： ０．６ＬT
また、本発明の製造装置のその他の概略を以下に示す。
（溶解槽２）
耐火レンガ製
敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路高さｈ1： ４．５ｍ
敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路底面から、敷居体よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面までの高さｈ3： ０．５ｍ
溶融ガラス自体の高さ（深さ）： １．３ｍ
（敷居体２１）
耐火レンガ製
敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から、前記敷居体の上端までの高さをｈ2： ０．８ｍ
敷居体上端部から溶融ガラス液面までの高さ： ０．５ｍ
（バブラー２３）
白金製
敷居体からの溶融ガラス流動方向の距離（上流側）： ４．３ｍ
敷居体からの溶融ガラス流動方向の距離（上流側）： ３ｍ
（幅広部位３１、３２）
耐火レンガ製
溶融ガラス流路最大幅Ｗ： ４．１ｍ
溶融ガラス流路最大幅部分の長さＬ： ５ｍ
溶融ガラス流路高さｈ： １．５ｍ
溶融ガラス流路長さ： ６．４ｍ
溶融ガラス自体の高さ（深さ）： ０．５ｍ
（幅狭部位３３）
耐火レンガ製
内部断面形状：矩形
溶融ガラス流路幅： ０．９ｍ
溶融ガラス流路長さ： ２．５ｍ
溶融ガラス流路深さ： ０．５ｍ
溶融ガラス流路の高低差： ０．５ｍ
幅狭部位３３の途中には溶融ガラスを加熱する加熱手段が設けられている。
（冷却手段３４）
鋼鉄製（水冷式）
溶解槽の下流端からの溶融ガラス流動方向の距離： １ｍ
溶融ガラスへの浸漬深さ： ０．３ｍ
（攪拌手段３５）
鋼鉄製（水冷式）
溶解槽の下流端からの溶融ガラス流動方向の距離： ３ｍ
溶融ガラスへの浸漬深さ： ０．３ｍ
（上昇管５３、下降管５４）
耐火レンガ製
内部断面形状：円形
長さ： ３ｍ
内部断面形状における幅： ０．６ｍ
（減圧脱泡槽５２）
耐火レンガ製
（第２の導管構造６）
幅狭部位３３と、加熱手段を除いてほぼ同一
生産量５００トン／日規模の溶融ガラス製造方法において、上記の寸法のように本発明の場合は、従来の場合に比較して、溶融ガラスの流れ方向の敷居体から溶解槽下流端までの長さが１／６となり、酸素燃焼と併せて消費エネルギーを約５０％削減できた。これは、酸素燃焼を適用しない場合で約３０％削減でき、酸素燃焼によりさらに約２５％削減できたことを意味する。この際の溶解槽でのガラス溶解温度は、本発明の溶解槽で１５５０℃、従来の溶融ガラス製造装置の溶解槽で１６００℃であった。なお、この消費エネルギーは、溶解槽や幅広部位や減圧脱泡装置での保温の程度を向上することにより、さらに減少させることができる。
溶解槽の溶融ガラスが敷居体を通過する際の泡径０．２ｍｍ以上の気泡量は１００〜１０００個／ｋｇ程度、溶解槽から流出する際の同サイズの気泡量は１０〜１００個／ｋｇ程度、溶解槽から流出される溶融ガラスの温度は１４５０℃であった。溶融ガラスの各工程の途中での泡量は、溶融ガラスをサンプリングし、サンプル中の泡数をカウントする方法によって測定した。幅広部位３１、３２を通過させることにより、溶融ガラスの均質性が得られ、溶融ガラスの温度は１３５０℃に調整され、泡径０．２ｍｍ以上の気泡量は１０〜１００個／ｋｇ程度で溶解槽から流出する際に比べて顕著な変化はなかった。減圧脱泡槽の内部の圧力が０〜０．２ｈＰａ（０〜１５２ｍｍＨｇ）に保持されることで溶融ガラス中の泡径０．２ｍｍ以上の気泡量が０．１個／ｋｇ以下まで低減された。さらに、フロートバスにより溶融ガラスが板状のガラスリボンに成形され、徐冷され、採板されたガラス製品としての板ガラスの気泡量と均質性は、従来の溶融ガラス製造装置と同等もしくはそれよりも良好であった。
溶解槽の溶融ガラスが敷居体を通過する際の泡径０．２ｍｍ以上の気泡量は１００〜１０００個／ｋｇ程度、溶解槽から流出する際の同サイズの気泡量は１０〜１００個／ｋｇ程度、溶解槽から流出される溶融ガラスの温度は１４５０℃であった。溶融ガラスの各工程の途中での泡量は、溶融ガラスをサンプリングし、サンプル中の泡数をカウントする方法によって測定した。幅広部位３１、３２を通過させることにより、溶融ガラスの均質性が得られ、溶融ガラスの温度は１３５０℃に調整され、泡径０．２ｍｍ以上の気泡量は１０〜１００個／ｋｇ程度で溶解槽から流出する際に比べて顕著な変化はなかった。減圧脱泡槽の内部の圧力が０〜０．２ｈＰａ（０〜１５２ｍｍＨｇ）に保持されることで溶融ガラス中の泡径０．２ｍｍ以上の気泡量が０．１個／ｋｇ以下まで低減された。さらに、フロートバスにより溶融ガラスが板状のガラスリボンに成形され、徐冷され、採板されたガラス製品としての板ガラスの気泡量と均質性は、従来の溶融ガラス製造装置と同等もしくはそれよりも良好であった。
本発明は、均質で気泡の少ない高品質のガラス製品の製造に好適し、建築用、車両用、フラットパネルディスプレイ用などのガラス製品の製造に利用できる。
なお、２００８年４月７日に出願された日本特許出願２００８−９９４９７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、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
なお、２００８年４月７日に出願された日本特許出願２００８−９９４９７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、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
１：溶融ガラス製造装置
２：溶解槽
２１：敷居体（分離手段）
２２：ステップボトム構造
２３：バブラー
３：第１の導管構造
３１：幅広部位
３２：幅広部位（接続部）
３３：幅狭部位
３４：冷却手段
３５：攪拌手段
５：減圧脱泡装置
５１：減圧ハウジング
５２：減圧脱泡槽
５３：上昇管
５４：下降管
５５：断熱材
６：第２の導管構造
１００：上流側循環流
１０１：下流側循環流
２：溶解槽
２１：敷居体（分離手段）
２２：ステップボトム構造
２３：バブラー
３：第１の導管構造
３１：幅広部位
３２：幅広部位（接続部）
３３：幅狭部位
３４：冷却手段
３５：攪拌手段
５：減圧脱泡装置
５１：減圧ハウジング
５２：減圧脱泡槽
５３：上昇管
５４：下降管
５５：断熱材
６：第２の導管構造
１００：上流側循環流
１０１：下流側循環流
Claims (19)
- ガラス原料を溶解する溶解槽；内部が減圧雰囲気に保持され、前記溶解槽から供給される溶融ガラス中の泡を浮上および破泡させて除去する減圧脱泡装置；前記溶解槽と前記減圧脱泡装置とを接続する第１の導管構造；および前記減圧脱泡装置の下流側に設けられた、溶融ガラスを成形手段に導く第２の導管構造；を有する溶融ガラス製造装置であって、
前記溶解槽には、該溶解槽内における溶融ガラス流の循環を上流側循環流と下流側循環流とに分離する分離手段が設けられており、前記溶解槽の溶融ガラス流路の長さをＬFとするとき、前記分離手段から前記溶解槽の前記溶融ガラス流路の下流端までの距離が０．１ＬF〜０．４５ＬFであり、
前記第１の導管構造において、溶融ガラスの流動方向上流側には、該導管構造の他の部位よりも幅が広い幅広部位が設けられており、該幅広部位には該幅広部位を通過する溶融ガラスを冷却する手段が設けられていることを特徴とする溶融ガラス製造装置。 - 前記幅広部位が下記式を満足する請求項１に記載の溶融ガラス製造装置。
０．２ ≦ Ｗ／Ｌ ≦１．５
５００ ≦ ｈ ≦ ５０００
（式中、Ｗは溶融ガラス流路の最大幅（ｍｍ）であり、Ｌは幅広部位において溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の長さ（ｍｍ）であり、ｈは溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位における溶融ガラス流路の高さ（ｍｍ）である。） - 前記幅広部位において、前記溶融ガラス流路の最大幅Ｗ（ｍｍ）と、前記幅広部位において溶融ガラス流路の幅が最大幅Ｗとなる部位の長さＬ（ｍｍ）が下記式を満たす請求項２に記載の溶融ガラス製造装置。
２０００ ≦ Ｗ ≦ １２０００
１０００ ≦ Ｌ ≦ ２００００ - 前記幅広部位には、該幅広部位を通過する溶融ガラスを攪拌する手段が設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置。
- 前記幅広部位には、該幅広部位内の溶融ガラスが逆流するのを防止する手段が設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置。
- 前記分離手段が、前記溶解槽の溶融ガラス流路の幅方向にわたって、前記溶解槽の前記溶融ガラス流路の底面から突出して設けられた敷居体であり、前記溶解槽における前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の高さをｈ1とするとき、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から前記敷居体の上端までの高さが０．１ｈ1〜０．３ｈ1である請求項１ないし５のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置。
- 前記溶解槽において、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面が、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路底面より高くなっている請求項６に記載の溶融ガラス製造装置。
- 前記溶解槽において、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の高さをｈ1（ｍｍ）、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から前記敷居体の上端までの高さをｈ2（ｍｍ）、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路の底面から前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向下流側の溶融ガラス流路底面までの高さをｈ3（ｍｍ）とするとき、下記式を満たす請求項７に記載の溶融ガラス製造装置。
ｈ3 ＜ ｈ2
０ ＜ ｈ3 ≦ ０．６ｈ2 - 前記溶解槽において、前記敷居体よりも溶融ガラスの流動方向上流側の溶融ガラス流路底面近傍に吐出口が位置するようにバブラーがさらに設けられており、前記溶融ガラスの流動方向における前記バブラーと前記敷居体との距離が５００ｍｍ以上である請求項６ないし８のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置。
- 前記分離手段が、前記溶解槽の前記溶融ガラス流路底面近傍に吐出口が位置するように、かつ該吐出口が前記溶融ガラス流路の幅方向にわたって配設されるように設けられたバブラーである請求項１ないし５のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置。
- 前記幅広部位よりも溶融ガラスの流動方向下流側の前記第１の導管構造を通過する溶融ガラスを加熱する手段が設けられている請求項１ないし１０のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置。
- 前記幅広部位よりも溶融ガラスの流動方向下流側の前記第１の導管構造での溶融ガラス流路が、前記幅広部位の前記溶融ガラス流路よりも低い位置に設けられている請求項１ないし１１のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置。
- 前記溶融ガラスが、ソーダライムガラスの溶融ガラスである請求項１ないし１２のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置。
- 請求項１ないし１３のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置を用いた溶融ガラス製造方法。
- 前記溶解槽において、燃料を酸素ガスと混合させた燃焼熱によってガラス原料を溶解する請求項１４に記載の溶融ガラス製造方法。
- 前記減圧脱泡装置の減圧脱泡槽を通過する溶融ガラス中の泡量を泡量観察手段によって測定し、前記泡量の測定結果に応じて、前記減圧脱泡槽内の減圧度を調節する請求項１４または１５に記載の溶融ガラス製造方法。
- 請求項１ないし１３のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置と、該溶融ガラス製造装置の下流に設けられた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、を備えたガラス製品の製造装置。
- 請求項１ないし１３のいずれかに記載の溶融ガラス製造装置と、該溶融ガラス製造装置の下流に設けられた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、を用いたガラス製品の製造方法。
- 請求項１４ないし１６のいずれかに記載の溶融ガラス製造方法により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。
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