JPH0242777B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術的分野 本発明は熔融ガラスなどの清澄を促進するため
に大気圧以下の圧力を使用することに関するもの
である。さらに具体的にいえば、本発明はその種
の清澄技法を連続的に商業規模で利用するための
実際的配置に関するものである。

発明の背景 ガラスの熔解において、実質的な量のガスがバ
ツチ物質の分解の結果として生成される。その他
のガスはバツチ物質によつて物理的に随伴される
か、あるいは、熔融中のガラスの中へ燃焼熱源か
ら導入される。大部分のガスは熔解の初期相中に
逃散するが、いくらかは熔融物中に捕捉されるこ
とになる。捕捉されたガスのいくらかはガラス中
で溶けるが、その他の部分は泡または「種子」と
して知られる別々のガス状物包含物を形成する
が、これらは生成物ガラス中で不当に高い濃度に
放置される場合には障害となる。これらのガス包
含物は表面へ上り、「清澄」として知られるガラ
ス製造操作の段階において十分な時間が与えられ
ると、溶融体から逃散する。熔融体の粘度を下
げ、気泡直径を拡大させることによつてガス状包
含物の上昇と逃散を促進するために、清澄帯域中
で高温が慣用的に与えられる。清澄段階において
用いる高温に必要とされるエネルギー、およびガ
ス状包含物が熔融体から逃げ出す十分な時間を与
えるの必要とされる大きい熔解槽はガラス製造作
業の主要な出費である。従つて、清澄工程を改善
してこれらのコストを軽減することは望ましいこ
とである。

減圧が、溶解ガスの熔融物上の分圧を下げるこ
とによつて清澄工程を助け得ることは知られてき
た。また、圧力を下げることが熔融物内での泡の
容積を増加してそれらが表面へ上昇するのを早め
るようになる。慣用的清澄室の規模においてその
中で真空を引くように気密槽を提供することの非
実際性は、米国特許No.1564235；2781411；
2877280；3338694および3442622において開示さ
れているような、比較的小規模のバツチ操作に真
空清澄を使用することに限定してきた。

連続式真空清澄方法が提唱されてきたが、しか
し、大規模で連続的のガラス製造には各種の欠点
のために容認されていなかつた。米国特許No.
805139；1589308；および3519412において示され
る連続式真空清澄装置においては、主要な欠点は
圧力差によつて、真空帯の中へ通じかつそれから
通ずる比較的狭い垂直方向通路を必要とすること
である。これらの通路はその種の槽の構築を特に
気密壁の必要性から見て複雑化し、汚染性耐可物
接触への押出物の露出を増し、そして、押出物の
流れに対して著しく粘い抵抗を付与する。

中程度の真空でも釣合いを取るのに実質的なガ
ラスの高さが必要とされることが認められる。そ
の種の系の生産量の変更も、特に粘い抗力の因子
から考えて問題である。生産速度の伸縮性はつく
られつつある製品の変更（厚さ、幅）および望ま
れる生産速度に及ぼす経済的要因のために、連続
式商業的作用において重要である。上記の三つの
特許の各々においては、真空帯の通路を通る流れ
の速度を増すための駆動力は、真空帯から下流の
熔融物の深さと相対的な真空帯上流の熔融物の深
さを増すことによつて提供されることができる。
この水準差の大きさはこれらの系において固有の
粘稠抵抗によつてさらに大きくされる。熔融物の
表面の高さにおいて側壁の促進されたエロージヨ
ンがおこるので、水準を著しく変えることはエロ
ージヨンを悪化させ、これはこんどは製品ガラス
の品質を悪化させる。

より単純な構造は米国特許No.3429684に示され
ており、その中では、バツチ物質は真空ロツク
（lock）を通して供給され、垂直に細長い真空室
の頂部において熔解される。その装置において生
産量を変えることは室中に課せられる真空量を変
えることを必要とするように見え、これは清澄達
成度を不利に変えるものである。真空室内で原料
物質を熔解することは、いくつかの理由でその装
置のもう一つの欠点である。第一に、真空下で原
料物質の初期分解を実施することにより大容積の
発泡体が形成され、これはその溌泡体を収容する
十分な大きさの槽を必隣とする。第二に、原料物
質が生産物の流への短絡路に従つて行くかもしれ
ず、従つて適切な熔解と清澄を無効にしてしま
う。第三には、真空槽内で熔解の初期段階を実施
し、清澄温度へ熔融物を加熱することは、槽内で
溶融物へ供給されるべき大量の熱を必要とする。
槽へそのような大きな熱を投入することは壁のエ
ロージヨンを増す熔融物内の対流を誘起し、清澄
された生成物の流れの汚染に連がる。第四に、バ
ツチ炭酸塩の分解から放出される二酸化炭素は槽
内で二酸化炭素の比較的高い分圧をつくり出し、
それによつて減圧が熔融物から二酸化炭素を除く
能力を少くとも一部を打消す。

米国特許No.4195982は、はじめにガラスを昇圧
下で溶融し、次にそのガラスをより低圧で別の室
の中で清澄することを開示している。両方の室が
加熱される。

米国特許No.4110098はわざとガラスを発泡させ
清澄を助ける方法を開示している。その発泡は強
い加熱と大気圧での化学的発泡剤とによつて誘起
される。

発明の要約 本発明においては、従来技術の欠陥を有利にか
つ経済的に克服する方式で真空清澄を商業的規模
の連続式ガラス製造方法において用いる方法と装
置が提供される。熔融に必要とされる熱エネルギ
ーの大部分が熔融物へ与えられて真空室内に含ま
れる熔融物質へ熱エネルギーがほとんどまたは全
く供給される必要がないようにされたのちに、熔
融状ガラスが真空清澄室へ入れられる。好ましく
は、槽壁を通る如損失を補償するのに必要である
以上の熱は真空段階において付加されない。十分
に高い生産速度においては、真空室は入つてくる
熔融ガラス自体以外によつては完全に加熱される
ことがない。本発明の具体化においては、バツチ
物質は工程のその段階に特定的に適合させた段階
においてまず液化させ、その液化物質を第二段階
へ移し、そこで固体粒子の溶解が本質上完了し、
かつ物質の温度が清澄に適する粘度を与える温度
へ上げられる。次に、熔融物質を真空室へ送る。
その結果、溶解のガス状生成物の大部分は物質が
真空にかけられる前に駆逐され、最大ガス発生の
領域は清澄帯から分離され、それによつて、初期
溶解段階を施こされる物質が清澄を行なつている
溶融物の部分と混合するようになり得ない。熔解
に必要な熱の大部分または全部は物質が真空清澄
段階に入る前に満たされ、清澄段階の加熱は実質
的にさけることができるので、清澄帯域中の熔融
体の過度の対流がさけられる。

その結果、槽の侵蝕が減り、溶融物の不完全清
澄化部分により清澄化された部分と混じるように
なる確率が減少する。

真空によつて清澄工程へ提供される援助はより
低温を清澄に使用することを可能にする。より低
温であることは低エネルギー消費にとつてのみな
らず、槽に及ぼす腐蝕効果のためにも利用があ
る。1540℃（2800〓）の程度のピーク温度におい
て普通に清澄されたガラスは、使用する真空水準
に応じて、約1430℃（2600〓）、さらには1370℃
（2500〓）またはそれ以下より高くない温度にお
いて同程度に清澄することができる。

真空清澄室中での発泡体の発生が溶融体からの
ガスの除去を著しく増進することが理論づけられ
る。発泡体によつて提供される薄膜と大きい表面
積は低圧条件への露出を増し、液相からのガスの
輸送を促進する。このことは慣用的清澄と対照的
であり、その場合には、独立気泡を表面へ浮き上
らせ粘稠熔融物から逃がす滞溜時間が与えられね
ばならず、これは大きい熔融物プールを保持する
ことが必要となる。このように、本発明の真空清
澄はかなりせまい空間の中で与えられた程度の清
澄を達成することができる。本発明の好ましい具
体化においては、発泡溶融体を真空へ露出するこ
との有利な効果は、物質が真空槽に入るとき、そ
れが真空槽中で保持されている熔融物質の本体に
入る前、そして、好ましくは入つてゆく流れが発
泡体層の中に侵入する前に、物質を発泡させるこ
とによつて増進される。

本発明のもう一つの面は連続式清澄操作におい
て生産量を制御する利点に関係する。液状化物質
をバルブ手段を通して真空室の上端の中へ計量
し、清澄化熔融物は別のバルブ装置を通して真空
室の下端から送られる。真空室内で保たれる液の
高さは、熔融物が重力によつて取出口から流れる
ことができるように、真空を釣合わせるのに必要
とする高さより少くともわずかに大きい。また、
抜出しに必要とする最小値より大きい液の高さを
提供することにより、生産速度は室中の真空圧を
変えることなく、かつ、室中の液水準を変えるこ
となく、バルブによつて制御することができる。
逆に、真空圧のある範囲は生産速度を変えること
なく使用できる。バルブとは別に、この系には通
過する熔融物質の流れに対する比較的低い抵抗が
与えられている。

生産量が本発明の与えられた設備において可変
であるだけでなく、その有効性は、低容積の応用
には有効に作動しない慣用のタンク型循還清澄槽
とちがつて、系の規模とは比較的独立的である。
それゆえ、本発明は広い範囲のガラス製造操作へ
有効に応用できる。

真空清澄室の好ましい形態は垂直方向に細長い
槽であり、最も便利なのは、縦型円筒の形状にあ
る。液状化物質はその槽の中で保持される熔融物
質の上方の頭部空間の中へ導入される。その頭部
空間中で減圧に出会うと、その物質の少くとも実
質的部分が、その物質中にとけているガスの放
出、および物質中に存在する気泡と種子の拡大に
基づいて、発泡する。発泡体の形成は減圧へ露出
される表面積を大いに増大し、従つて液相からの
ガス状種の除去を助ける。熔融状プールからでは
なく、槽中で保持される熔融状プールの上方で発
泡体を生成させることは、発泡体を圧漬しガスの
逃散を助けるのに有利である。また、新たに発生
された発泡体を発泡体層上に沈積させることはそ
の発泡体の圧漬を促進することも発見された。垂
直式に細長い幾何形状の別の利点は、上方端にお
いて残留する密度の低い気泡体または泡を含む物
質のために成層化がおこり、従つて、総体的の物
質移送は気泡体領域から離れており、それによつ
て、未清澄化物質が生成物の流れの中へ含まれる
ようになることがおこりそうもないようにさせる
ことである。減圧下での熔融物からのガスの追い
出しは熔融物中の溶解ガス濃度を大気圧でのそれ
らの飽和点以下へ下げる。熔融状物質が底の取出
口へ向けて下向きに進むにつれて、槽中の熔融物
の深さに基づく増加圧が溶液中に残留ガスを残留
させかつ残留しているかもしれない小種子の容積
を減少させる。ガスの溶解はまた、物質が取出口
の方へ進むにつれて温度を低下させることによつ
て助けられるかもしれない。その上、真空清澄後
に残留するガスの低濃度は、慣用的清澄に関する
問題でしばしばあるとおり、ガラス製造方法のそ
の後の段階における気泡核化の確率を小さくす
る。

ガラス、特にソーダ・石灰・シリカガラスの商
業的熔融においては、硫酸ナトリウムまたは硫酸
カルシウムあるいはその他の硫黄源が通常バツチ
物質の中に含まれて熔解および清澄化工程を助け
る。アンチモン、砒素、および弗素も清澄助剤と
して知られている。熔融物中の硫黄のような清澄
助剤の存在は、大容積の気泡体が誘起されるた
め、および真空清澄槽のセラミツク耐火壁への侵
蝕のために、真空清澄に関する一つの問題である
ことが発見された。しかしこれまでは、ガラスの
効果的な熔解と清澄は清澄助剤なしでは達成が困
難であつた。本発明のさらにもう一つの有利な面
は、化学的清澄助剤をほとんどまたは全く使用し
ないで高水準品質までガラスを熔解および清澄化
し得ることである。これは、熔解と清澄の工程が
別々の段階で実施され、それによつて、化学的清
澄助剤の使用を最少化するか回避するよう適合さ
せた方法によつて各段階を実施し得るので、本発
明において可能性がある。一般的には、化学的清
澄助剤が熔融物プール内からの気泡の集合および
上昇を促進する役目をすると一般的に信じられる
が、しかし、その種の機構は本発明の清澄工程に
おいて小役割しか果たさないと信じられる。それ
ゆえ、品質に及ぼす著しい効果は清澄助剤使用量
の省略または実質的減少から生ずるものではな
い。清澄助剤の省略または減少はまた環境中への
望ましくない放出物を減らすために望ましい。

板ガラス製造のフロート法においては、ガラス
からの硫黄の減少または省略は、平面形成室にお
ける硫化錫の、ガラス上面への凝縮としたたりに
通ずる、形成と蒸発によつておこされる欠陥を避
けるために、追加的に利点を示す。硫黄と鉄と組
合されるとガラスに着色効果をもち、従つて清澄
のために硫黄を避けることはある種のガラスの色
のより精細な調節を可能にする。

特に有利なのは、粉状バツチ物質を本発明の分
離された工程段階によつて清澄される前に初期流
動性段階にさせる、米国特許No.4381934に開示さ
れている別個のアブレーシヨン液状化法
（ablating liquifaction process）を使用するこ
とである。しかし、その他の液状化技法も使用で
きる。

詳細説明 この詳細説明はガラス溶解に特に適合させた方
法と装置に関連して述べるが、本発明が他の物質
の処理にも同じく応用できることは当然である。

図を参照すると、本発明の総括体熔解法は好ま
しくは三段階、すなわち、液状化段階１０、溶解
段階１１、および真空清澄段階１２、から成る。
液状化段階１０において熔解を開始させるのには
各種の装置を用いることができるが、この工程段
階を分離しそれを経済的に実施するための極めて
有効な配置は米国特許No.4381934に開示されるも
のであり、これは好ましい液状化段階の具体化の
詳細を引用することによつて本明細書に組入れら
れている。その液状化槽の基本的構造はドラム１
５であり、これはスチール製であり、一般的には
円筒状側壁部、一般的には開放状の頂部、および
放出し用の取出口以外は閉じられている底部をも
つている。

ドラム１５は、例えば、複数個の支持輪１７で
回転的に支えられかつ複数回の調節輪１８によつ
て所定位置に保持される、取巻き支持リング１６
によつて実質上垂直の軸の周りで回転するように
取付けられている。実質的に包みこまれた空洞
が、例えば周縁枠２０によつて静止支持体が備え
られた蓋構造によつて、ドラム内で形成されてい
る。蓋２０は耐火炉構築技術における熟練者にと
つて知られているとおりに各種の形をとることが
できる。図に描かれている好ましい配列は複数個
の耐火性ブロツクから製作された上向きドーム型
の曲面アーチ構造である。一体性または平らな懸
垂設計を蓋に用いることができる。

バツチ物質を液状化するための熱は蓋２０を貫
通してのびる１個以上のバーナー２２によつて与
えられてよい。好ましくは、複数個のバーナーが
ドラム内の広い領域へ火焔を向けるよう蓋の周り
に配置される。バーナーは槽内の激しい環境から
守るために好ましくは水冷される。排気は蓋の中
の開口２３を通つて液状化槽の内部から逃げ出
す。有利には、排気ガス中の蒸熱は米国特許No.
4519814に記載のような予熱段階（図示せず）に
おいてバツチ物質を予熱するのに使つてよい。

バツチ物質は、粉末状態に好ましくはあるが、
シユート２４によつて液状化槽の空洞の中へ供給
され、シユート２４は描かれている具体化におい
ては排気開口２３を通してのびている。供給シユ
ート配置の詳細は米国特許No.4529428において見
られる。

バツチシユート２４はドラム１０の側壁に近接
して終り、それによつて、バツチ物質がドラムの
内側側壁上に沈積する。バツチ物質の層２５はド
ラムの回転によつて助けられてドラム１０内壁上
で保持され、絶縁用ライニングとして役立つ。

ライニング２５の表面上のバツチ物質は空洞内
の熱へ露出されるので、液状化層２６を形成し、
傾斜しているライニングを槽の底へ中央抜出し開
口へ流れ落ちる。その取出口にはセラミツク製ブ
ツシユが取付けられている。液状化物質の流れ２
８は液状化槽から自由に第二段階１１へ通ずる開
口２９を通つて落下する。この第二段階は熔解槽
とよばれてよいが、それは、その機能の一つが液
状化槽１０を出る液状化流２８の中で残留するバ
ツチ物質の未熔融粒の溶解を完了させることであ
るからである。その位置における液状化物質は代
表的には部分的にだけ熔融していて、未熔融砂粒
および実質的ガス相を含む。炭酸塩バツチ物質と
清澄剤としての硫酸塩を使用する代表的なソー
ダ・石灰シリカ熔融方法においてはガス相は主と
して酸化炭素類と酸化硫黄類で構成される。窒素
も捕捉空気から存在してもよい。

溶解槽１１は、下流清澄段階から離された位置
において滞留時間を与えることによつて、第一段
階から来る液状化物質の中の未熔解粒子の溶解を
完了させる機能を果たす。ソーダ・石灰・シリカ
ガラスバツチは代表的には約1200℃（2200〓）の
温度において液化し、溶解槽１１に約1200℃
（2200〓）から約1320℃（2400〓）の温度におい
て入り、その温度において残留未溶解粒子は通常
は十分な滞留時間が与えられるときに溶解するよ
うになる。図示の溶解槽１１は水平方向に細長い
耐火性浅箱３０の形にあり、耐化性屋根３１をも
ち、両端に取入口と取出口があつて、適切な滞留
時間を保証する。溶解槽中の熔融物質の深さは物
質の循還を阻止するために比較的浅い。

実質的熱エネルギーの付加は溶解段階を実施す
るのに必要ではないが、加熱は工程を促進するこ
とができ、従つて熔解槽１１の寸法を小さくす
る。さらに有意義なことは、後に続く清澄段階用
に温度を上げるように溶解段階中の物質を加熱す
ることが好ましい。清澄用温度を最大まで上げる
ことはガラス粘度の低下と含まれるガスの蒸気圧
の増加のために有利である。代表的には、約1540
℃（2800〓）の温度がソーダ・石灰・シリカガラ
スの清澄化にとつて望ましいと考えられるが、し
かし、清澄を助けるために真空が用いられるとき
には、より低いピーク清澄温度を生成物品質を犠
性にすることなく使用できる。その温度の下げ得
る量は真空度に依存する。それゆえ、清澄を本発
明に従つて真空下で実施すべきときには、ガラス
温度は清澄前に、例えば1480℃（2700〓）以下へ
上げる必要があり、任意的には1430℃（2600〓）
以下へ上げる必要がある。ここで開示する圧力の
低い方の範囲を用いるときには、清澄槽中の温度
は1370（2500〓）より高くないことが必要である。

この程度のピーク温度の低下は耐火性槽の著し
く長い寿命と、同時にエネルギー節減をもたら
す。熔解槽に入る液状化物質は清澄用の熔融状物
質を調製するために中程度にしか加熱される必要
はない。燃焼熱源を熔解段階１１において使用で
きるが、しかし、この段階は電気加熱によく適合
することが発見されたのであり、それによつて、
複数個の電極３２が図に示すように側壁を水平に
貫通して提供されてもよい。熱はガラスの電気熔
融に慣用的に用いられる技法において、電極間を
通る電流に対する熔融体自身の抵抗によつて発生
される。

電極３２は当業熟練者にとつてよく知られてい
る種類の炭素またはモリブデンであつてよい。

浮滓除去部材３３が熔解槽中に設けられて取出
口端へ浮遊物質が近づくのを妨げる。

溶解段階１１から清澄段階１２への物質の流れ
のバルブ制御は抜出し管３６と軸的に一線に列ぶ
プランジヤー３５から成る。プランジヤーの軸３
７は熔解槽の屋根３１を突きぬけてのびて、プラ
ンジヤー３５と管３６のギヤツプを調節させ、そ
れによつて清澄段階中への物質の流速を変調させ
る。

バルブ装置が好ましいけれども、その他の手段
を当業において既知のとおり、清澄段階への熔融
物質の流速を制御するために与えられる。一つの
例は、通過する熔融状物質の粘度、従つて流速を
変調するよう、抜出し管と関連する加熱および／
冷却手段を使用することである。

清澄段階１２は好ましくは垂直の直立槽でら成
り、一般的には円筒状の形態であつて、気密水冷
ケーシング中に包まれた内部セラミツク耐火物ラ
イニング４０をもつている。その耐火物は当業で
よく知られているアルミナ・ジルコニア・シリカ
のタイプのものであつてよい。ケーシングは二重
壁円筒状側壁部材４１で間に環状の水通路をもつ
部材と、円形の端未冷却器４２および４３、とを
含む。断熱層（図示せず）を耐火物４０と側壁４
１との間に備えてもよい。バルブ管３６は白金の
ような耐火性金属でつくつてもよく、清澄槽の上
端においてオリフイス４４の中へ気密的にはめこ
まれる。

熔融状物質が管３６を通過し清澄槽内の減圧に
出会うにつれて、熔融物中に含まれるガスは容積
が膨脹し、液体５１本体上に静置す気泡体層５０
をつくり出す。発泡体は崩壊すると、液体の本体
５１の中に組込まれる。大気圧以下の圧力を清澄
槽内で槽の上部を貫通してのびている真空導管５
２を通して確立させることができる。ここで用い
るとき、「発泡体」は熔融状物質の容積の少くと
も２倍を特徴とするものと考えられることができ
る。物質が十分に発泡化すると、その容積増は２
倍よりはるかに大きい。熔融状物質を発泡体の薄
い膜として分配することは減圧へ露出される表面
積を大いに増大する。それゆえ、発泡効果を最大
にすることが好ましい。発泡体は液体上方の上部
空間中の槽頂部において存在する系中の最低圧へ
露出されることがまた好ましく、従つて、新たに
導入され発泡させる物質を発泡体層頂部上の上部
空間中を落下させることによつて、露出は改善さ
れる。また、発泡体下の液体プールの表面から発
泡体をつくらせるよりは発泡体層頂部上に新たに
発泡した物質を沈積させることが、槽中の物質移
送とより両量性がある。真空空間中の圧力と清澄
槽に入る熔融物質の容積流速とに応じて、入つて
くる流れは一般的には凝集状の液体の流れとして
発泡体層中へ侵入し、それによつて発泡がプール
５１の表面からおこるか、あるいは、流れが減圧
にふれると直ちに発泡をおこすか、のいずれかで
ある。いずれの様式も使用できるが、上述の理由
から、後者の様式がより有効であることが発見さ
れた。

清澄槽１２に入る熔融状押出物質の熱含量は槽
内の適当温度が維持するのに十分なものであるこ
とができるが、しかし、低温出速度においては、
壁を通るエネルギー損失が溶融状物質によつて槽
の中へエネルギーが移送される速度をこえるかも
しれない。そのような場合には、不適切な温度を
避けるために清澄槽内で加熱を提供することが望
ましいかもしれない。

その加熱量は比較的少量であることができ、な
ぜならばその目的が壁を貫通する熱損失を補うた
めだけであるからであり、そして、慣用的な電気
加熱装置によつて実施することができ、その際、
電極が側壁から放射方向に貫いてのび、電流がガ
ラス中を電極間で流れる。

押出速度と関係なく、槽１２中の溶融状本体上
方の空間は、溶融状塊が存在しないことおよび熔
融状物質からの輻射が発泡体層５０によつて遮断
されることのために、希望温度より低くなる傾向
がある。その結果、発泡層の上部は比較的低温と
なることができ、このことは、発泡体の粘度を増
しガスが追出される速度をおそくすることにな
る。その場合、液体と発泡体の上方空間を加熱す
る手段を提供することが有利であることが発見さ
れた。この目的に対しては、バーナー５３を提供
し燃焼を真空空間内で維持することが可能である
ことがわかつたが、これは米国特許No.4704153
（1986年８月12日付米国特許原S.No.895647）の主
題である。

導管５４は真空槽上部端において提供し、それ
によつて少量の水を周期的に発泡体上へスプレー
してもよい。水のスプレーは発泡体が崩壊するの
を助けることが発見されたが、これはもう一つの
米国特許No.4794860（1986年７月７日付米国特許願
S.No.882647（後に1987年９月29日付米国特許願S.
No.102227で置き換られた。）） 描かれている具体化においては、清澄された熔
融状物質は清澄槽１２の底から白金のような耐火
性金属の抜出し管５５によつて抜出される。槽の
側壁中に底部領域内に抜出し口を配置することも
できる。抜出し管５５は耐火性底部部分５６の表
面をこえてのびることが好ましく、その内部に抜
出し管が押出流の中に屑が入るのを妨げるよう取
付けられている。底部部分５６には管５５に接し
て厚さの薄い部分が設けられ、管上の断熱効果を
下げるようになつていて、それにより、管の温度
を管内での物質の凝固を妨げるように上げさせ
る。管の周りの洩れは底部部分５６の下で水冷却
器５７によつて妨げられる。抜出し管５５からの
熔融状物質の流速はステム５９の端で支持される
円維状絞り部材５８によつて制御される。ステム
５９は機械的手段（図示せず）と関連して、絞り
部材５８の高さを調節し、従つて絞り部材と管５
５との間の間隙をそこからの流速を制御するよう
に調節する。清澄された物質の熔融状の流れ６０
は清澄槽の底から自由に落下し、所望製品へ賦形
される成形台（図示せず）へ送られてよい。清澄
ガラスは例えば、フロートガラス成形室へ送り、
そこで熔融ガラスが熔融金属プール上で浮かせ板
ガラスを形成させてよい。

各種の形状を採用できるが、清澄槽１２は、そ
の形態が円筒状であることが好ましい。円筒形は
気密槽を構築するために有利である。内部表面接
触面積対容積の比はまた円形断面で以て最小化さ
れる。慣用の開放炉型の循環清澄槽と比較して、
耐火性接触面積の何分の一かだけが本発明の円筒
状真空清澄槽によつて必要とされる。

清澄槽１２中で保持される溶融物質５１の高さ
は室中で課せられる真空水準によつて指令され
る。液体の高さに基づく圧力頭は取出口において
大気圧に等しいかをより大きい圧力を確立し、物
質を槽から自由に取出させるのに十分なものでな
ければならない。その高さは熔融物質の比重に依
存し、それはソーダ・石灰・シリカガラスについ
ては清澄段階の温度において約2.3である。真空
を補償するのに必要である最低値をこえる高さ
は、大気圧の変動を考慮し、真空の変動を許し、
取出し口を通る定常流を保証するために望まれ
る。取出し口を通る流れが底部バルブ手段なしで
調節されるような条件を維持することができる。
しかし本発明の好ましい具体化においては、取出
し口流速が真空圧力によつて決定されることがな
く、むしろ機械的バルブ手段、すなわち、絞り部
材５８によつて決定されるよう、実質的に過大の
高さが提供される。そのような配置は生産速度と
真空圧力とが互に独立に変えられることを可能に
する。あるいはまた、取出口に圧力差に打勝つポ
ンプ手段が設けられる場合には、取出し口での圧
力が大気圧以下であることができる。

熔融ガラスに関して使用することを考えたポン
プの例は米国特許No.4083711に開示されており、
その開示は文献としてここに引用されている。

槽１２の圧力平衡化機能はその幅に無関係であ
り、従つて、槽は理論的には、狭い垂直パイプの
形にあることができる。しかし、比較的広い槽が
ガス再吸収を可能にする滞留時間のため、流れ抵
抗を減らすため、および、熱を槽下部の中へ補助
加熱源を必要とすることなく分配するために、好
ましい。これらの目的に対して、５対１より大き
くない高さ対広さの比が好ましい。

清澄工程に及ぼす真空の恩恵はだんだんと達成
され、すなわち、圧力が低いほど利点が大きい。
大気圧以下での小さな圧力低下ははかり得る程度
の改善をもたらすかもしれないが、しかし真空室
を経済的に正当化するには、実質的な減圧の使用
が好ましい。例えば、大気圧の半分以下の圧力が
ソーダ・石灰・シリカ板ガラスへ付与されるかな
りの清澄改善にとつて好ましい。顕著に大きいガ
ス除去は三分の一気圧またはそれ以下の圧力にお
いて達成される。標準的澄明ソーダ・石灰・シリ
カ板ガラス組成物は100トルの絶対圧力において
清澄されて100cm³あたり１個の種子をもつ製品を
得たが、これは多くのガラス製品にとつて許容で
きる品質水準である。100トル以下例えば20から
50トルの清澄圧力が1000−10000cm³あたり約１個
の種子の商業的フロートガラスの品質を得るのに
好ましい。直径が0.01mm以下の種子は認識できな
いものと考えられ、種子の数に含まれない。

硫黄または弗素の化合物のような熔解・清澄助
剤が慣用的にガラスバツチ中に含まれるが、ガラ
ス熔解炉からの排気ガス中で実質的な部分の望ま
しくない放出物を生成する。

それらの省略は望ましいことであるが、板ガラ
ス標準規格用には特に、最高水準の品質を得るの
に助剤の使用が必要であると考えられてきた。そ
の上、硫黄源（例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カ
ルシウム）は真空下において過度の発泡をおこす
ことが発見された。代表的には板ガラスバツチは
硫酸ナトリウムをシリカ源物質（砂）の1000重量
部あたり約５から15重量部の量で存在し、約10重
量部が適切な清澄を保証するのに望ましと考えら
れる。しかし本発明に従つて作業するときには、
硫酸ナトリウムを２重量部へ制限して取扱い可能
の発泡水準を維持することが好ましいことが発見
されたのであり、そして、さらに、清澄が有害に
影響されないことが発見された。最も好ましく
は、硫酸ナトリウムは砂1000部あたり１部以下で
用いられ、0.5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ついて与えられたも
のであるが、しかし、それらを他の硫黄源へ分子
量比によつて転換させ得ることが明らかである。
清澄助剤の完全削除は本発明で以て可能であり、
ただし、硫黄の痕跡量は他のバツチ物質中に代表
的には存在し、従つて、たとえバツチ中で硫黄を
わざわざ含ませないとしても、少量の硫黄が存在
するかもしれない。

本発明の真空清澄法にかけたガラスの物理的性
質に対して、顕著な有害効果は発見されなかつ
た。しかし、その真空処理はガラス組成にいくら
かの検出可能効果を実際にもち、この方法によつ
て製造されるガラスが慣用の商業的方法によつて
製造される同じ種類のガラスと区別できるように
なる。この真空処理は揮発性物質成分、特に硫黄
のような清澄助剤、の濃度を慣用法で以て達成さ
れる平衡水準より低い水準へ低下させることが発
見された。小ポツトなどで生成されたガラスはと
きどき、ほとんどまたは全く清澄助剤の残留含量
をもたないと報告される。これは、非連続式熔解
法は清澄に長時間を与え、それによつて化学的清
澄助剤の必要性を回避するからである。また、小
さい熔融体は、慣用的炭酸塩鉱物バツチ物質とち
がつて実質的容積のガス状副生成物を生成しない
化学注純原料および酸化物原料物質から、しばし
ば製造される。しかし、連続式熔解法によつて大
量生産されるソーダ・石灰・シリカガラス製品は
顕著な量の残留清澄助剤を特徴とする。そのよう
な製品は建物または乗物における窓ガラス透視開
口部に適する板ガラス（例えば、フロート・ガラ
ス）および容器（例えば瓶）を含む。その種の製
品においては、残留硫黄含有量（SO₃として表
現）は代表的には重量で0.2％の程度であり、0.1
％以下ではほとんどない。バツチへ硫黄清澄助剤
を注意深く添加するときでも、少くとも0.02％の
SO₃が慣用の連続式熔解槽の中でつくられるソー
ダ・石灰・シリカガラスの中で通常検出できる。
透明窓ガラスの応用のための板ガラスは通常は
0.05％以上のSO₃をもつ。それとは異なり、ソー
ダ・石灰・シリカガラスは本発明により連続式で
好ましい真空水準において、比較的小量の硫黄清
澄助剤が上述のとおりにバツチ中に含まれるとき
でも、0.02％以下の残留SO₃で以て製造すること
ができ、そして硫黄をわざわざ含めないときには
0.01％以下のSO₃で以て製造することができる。
硫黄をわざわざ添加しないで最小圧力において、
0.005％以下のSO₃含量が達成できる。

硫黄化合物で以て普通に清澄される商業的ソー
ダ・石灰・シリカガラスは次のとおり特性づけて
よい： 重量％ SiO₂ 70−74 Na₂O 12−16 CaO ８−12 MgO ０−５ Al₂O₃ ０−３ K₂O ０−３ BaO ０−１ Fe₂O₃ ０−１ 少量の着色剤またはその他の清澄助剤もまた存
在してよい。砒素、アンチモン、弗素、およびリ
チウム化合物がときどき清澄助剤としてときどき
用いられ、残留がこのタイプのガラスにおいて検
出できる。フロートガラスの板または瓶は上記組
成物の普通の商業的具体化を代表する。

フロート法によつて形成された（すなわち、熔
融錫上で浮かせて）板ガラスは、少くとも片面上
でガラス表面部分の中へ移行した測定可能量の酸
化錫によつて特徴づけられる。代表的には、フロ
ートガラス片は、錫と接触した表面の下方の二、
三ミクロンの中で少くとも0.05重量％のSnO₂濃
度をもつ。フロート法は硫黄黄含有清澄助剤の顕
著な量を慣用的に用いるタイプの比較的大規模の
連続式溶解槽を必要とするので、フロート・ガラ
スはソーダ・石灰・シリカガラスについて一般的
に上記で論じたよりも高い最低SO₃濃度を特徴と
する。それゆえ、0.08％以下のSO₃をもつ本発明
によつて清澄されたフロートガラスは慣用的な商
業的に入手できるフロートガラスと区別される。
大部分のフロートガラスは次の組成範囲に入る： Sio₂ 72−74重量％ Na₂O 12−14 CaO ８−10 MgO ３−５ Al₂O₃ ０−２ K₂O ０−１ Fe₂O₃ ０−１ 着色剤と痕跡の他の物質が存在してもよい。

本発明の好ましい具体化と利点のいくつかに関
する記述はガラスなどをつくる連続式方式と関連
させたけれども、非連続式清澄操作も本発明の利
点の少くともいくつかを得ることができることは
明らかなはずである。

当業における熟練者に知られているその他の変
形は特許請求の範囲によつて定義される本発明の
領域内に含まれる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の好ましい具体化に従つて液状
化段階、溶解段階、および真空清澄段階を含む熔
融操作の三段階の、垂直断面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス状物質または類似物を熔解および清澄
   する方法であつて、 物質の熔融物を生成させ； 熔融された物質をそれが熔融物質本体上方で大
   気圧以下の圧力で保つた空間の中へ導入されると
   きに発泡させ； 発泡体を熔融物質本体中へ崩壊させ；そして、 熔融物質を熔融物質本体から引出す； ことから成る方法。 ２ 熔融物質を熔融物質水準上方の有弁オリフイ
   スを通して大気圧以下の空間中へ導入する、特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 熔融物質本体中の移送が抜出位置へ向けて主
   として垂直方向にある、特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ４ 大気圧以下の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。 ５ 大気圧以下の圧力が大気圧の三分の一以下で
   ある、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６ 抜出しの高さにおける熔融物質本体の中の圧
   力が少くとも大気圧である、特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ７ 抜出速度が取出口オリフイス手段によつて制
   御される、特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ８ 新たに発泡させられた物質がさきに形成され
   た発泡体塊上へ沈積される、特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ９ 熔融および清澄されつつある物質がガラスで
   ある、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １０ 熔融および清澄されつつある物質がソー
   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。 １１ ガラス状物質または類似物を熔融および清
   澄する方法であつて、 第一室においてバツチ物質を不完全に熔融した
   流動性状態とし、 未熔融粒子を含む流動性物質を粒子の熔融が実
   質上完了される第二室へ抜出し、 物質を第二室から、物質を清澄するようそれが
   大気圧以下の圧力にかけられる第三室へ送る、 ことから成る方法。 １２ 熔融されつつある物質がソーダ・石灰・シ
   リカガラスであり、その物質が第二室から1480℃
   （2700〓）以下で温度の第三室へ送られる、特許
   請求の範囲第１１項に記載の方法。 １３ 物質が第一室から約1200℃（2200〓）から
   1320℃（2400〓）で第二室へ送られる、特許請求
   の範囲第１２項に記載の方法。 １４ 物質が第二室において清澄に適する温度へ
   加熱される、特許請求の範囲第１１項に記載の方
   法。 １５ 第三室中の圧力が大気圧の半分以下であ
   る、特許請求の範囲第１１項に記載の方法。 １６ 第三室中の圧力が大気圧の三分の一以下で
   ある、特許請求の範囲第１１項に記載の方法。 １７ 熔融されつつある物質がソーダ・石灰・シ
   リカガラスであり、バツチ物質が第一室へ、シリ
   カ源物質の1000重量部あたり２重量部の硫酸ナト
   リウムと当量の量以下の量の、清澄助剤としての
   硫黄源と一緒に供給される、特許請求の範囲第１
   １項に記載の方法。 １８ 物質が第三室中へ制御された可変速度で可
   変開口のオリフイスを通して送られる、特許請求
   の範囲第１１項に記載の方法。 １９ 物質が第三室から可変開口のオリフイスを
   通して抜出される、特許請求の範囲第１８項に記
   載の方法。 ２０ バツチ物質を流動性状態にする段階が、バ
   ツチ物質をある傾斜上に支持させながら熱へ露出
   することから成る、特許請求の範囲第１１項に記
   載の方法。 ２１ その傾斜が中央で加熱される空洞をとりか
   こんでいる、特許請求の範囲第２０項に記載の方
   法。 ２２ 温度を第二室中で電気加熱によつて上げ
   る、特許請求の範囲第１１項に記載の方法。 ２３ 物質が第二室中で取入口領域から取出口領
   域へ主として水平の流路に沿つて流れる、特許請
   求の範囲第１１項に記載の方法。 ２４ ガラスの総対的温度が第三室中において上
   げられない、特許請求の範囲第１１項に記載の方
   法。 ２５ 第三室中の物質が上部取入口端から下部取
   出口端の方へ主として垂直方向の通路に従う、特
   許請求の範囲第１１項に記載の方法。 ２６ 第１室においてバツチ物質を不完全熔融の
   流動性状態とし、 この流動性物質を第二室へその温度が実質上そ
   の液状化温度をこえる前に抜出し、 第二室において物質の温度を清澄に適する温度
   へ上げ、そして、 物質を第二室から、物質を清澄するように大気
   圧以下の圧力にかける第三室へ送る、 ことから成る、特許請求の範囲第１１項に記載の
   方法。 ２７ 熔融されつつある物質がソーダ・石灰・シ
   リカガラスであり、物質が第二室から1480℃
   （2700〓）以下の温度で第三室へ送られる、特許
   請求の範囲第２６項に記載の方法。 ２８ 物質が第一室から約1200℃（2200〓）から
   1320℃（2400〓）の温度で第二室へ送られる、特
   許請求の範囲第２７項に記載の方法。 ２９ 第二室に入る物質が未熔融粒子を含み、粒
   子の溶解を可能にする十分な滞留時間が第二室中
   で与えられる、特許請求の範囲第２６項に記載の
   方法。 ３０ 第三室中の圧力が大気圧の半分以下であ
   る、特許請求の範囲第２６項に記載の方法。 ３１ 第三室中の圧力が大気圧の三分の一以下で
   ある、特許請求の範囲第２６項に記載の方法。 ３２ 熔融されつつある物質がソーダ・石灰・シ
   リカガラスであり、バツチ物質が第一室へ、シリ
   カ源物質の1000重量部あたり２重量部の硫酸ナト
   リウムと当量の量以下の量の、清澄助剤としての
   硫黄源と一緒に供給される、特許請求の範囲第２
   ６項に記載の方法。 ３３ 物質が第三室中へ制御された可変速度で可
   変開口のオリフイスを通して送られる、特許請求
   の範囲第２６項に記載の方法。 ３４ 物質が第三室から可変開口のオリフイスを
   通して抜出される、特許請求の範囲第３３項に記
   載の方法。 ３５ バツチ物質を流動性状態にする段階がバツ
   チ物質をある傾斜上で支持させながら熱へ露出す
   ることから成る、特許請求の範囲第２６項に記載
   の方法。 ３６ その傾斜が中央で加熱される空洞をとりか
   こんでいる、特許請求の範囲第３５項に記載の方
   法。 ３７ 温度が第二室において電気加熱によつて上
   げられる、特許請求の範囲第２６項に記載の方
   法。 ３８ 物質が第二室において取入れ口領域から取
   出口領域へ主として水平である通路に沿つて流れ
   る、特許請求の範囲第２６項に記載の方法。 ３９ ガラスの総括的温度が第三室中で上げられ
   ない、特許請求の範囲第２６項に記載の方法。 ４０ 第三室中の物質が上部取入口端から下部取
   出口端へ向けて主として垂直方向の通路に従う、
   特許請求の範囲第２６項に記載の方法。 ４１ バツチ物質を液状化し； この液状化物質を大気圧以下の圧力が中で維持
   されている槽の上部部分のバルブ手段を通して送
   り； 液状化物質を減圧槽内で物質を実質的に清澄す
   る充分な時間の間維持し； 清澄物質を槽の下方部分から抜出す； ことから成る、特許請求の範囲第１１項に記載の
   方法。 ４２ 上部部分における圧力が大気圧力の半分以
   下であり、下部部分の圧力が少くとも大気圧であ
   る、特許請求の範囲第４１項に記載の方法。 ４３ 液状化物質が槽から抜出される速度が第二
   のバルブ手段によつて制御される、特許請求の範
   囲第４１項に記載の方法。 ４４ ガラス状物質がソーダ・石灰・シリカガラ
   スである、特許請求の範囲第４１項に記載の方
   法。 ４５ 液状化されたのち、かつ、バルブ手段を通
   過する前に、液状化物質の温度が清澄に適する温
   度へ上げられる、特許請求の範囲第４１項に記載
   の方法。