JPH09165221A - ガラス製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異種タイプのガラス生産の際の切り替えが迅
速で何らの不都合を伴わずに高品質のガラスを生産でき
る低コストのガラス製造方法及び装置の提供。 【解決手段】 フロートガラス製造の方法及び装置であ
り、装置は溶融ゾーン２、精製ゾーン７及び精製ゾーン
７に通じる調整ゾーン８を備え、調整ゾーンからにの出
口はフロート管路に通じ、溶融ガラス６に下向きに突出
するシャフト17を有する攪拌手段15a 、15b により攪拌
し、異なる寸度の長軸、短軸をもつ概略長方形の外形を
有し、シャフトの軸線と同一平面上にある攪拌装置をフ
ロート管路の入口16に隣接する領域に配置して成る溶融
炉である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶融ガラスの製
造方法及び装置に関し、特にフロートタンクに入るガラ
スの欠陥を除去するか又は少なくとも最小化することに
より溶融ガラスを製造する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフロート溶融炉は溶融ゾーン、精
製ゾーン及び調整ゾーンを備える。溶融ゾーンはその名
が意味するようにガラス製造のために使用する組成を溶
融する。精製ゾーンでは溶融ガラスに出現する泡を除去
する。精製ゾーンから溶融ガラスは調整ゾーンを通過
し、このゾーンでフロートバスへの途中にあるフロート
管路（canal)に入る以前に冷却する。

【０００３】ガラスを形成するため溶融する各材料組成
は名目上は均質であるが、グレーンサイズの差が存在す
る。さらに原材料は互いに異なるグレーンサイズを有す
る。バッチを混合するが、かような混合は決して完全で
はない。材料を貯蔵している条件によっては、グレーン
の分結（segregation)及び化学変化の少なくとも一方が
生じる。これらの差異は完成ガラスに不均質をもたらす
ことが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】組成を一緒に混合し、
連続して溶融ゾーンに供給すると、このゾーンでは最初
に既に溶融したガラスの上に浮くブランケットを形成す
る。粒状の固体を混合することは決して完全ではなく、
実験のスケールが十分に小さいと、混合物内に平均的な
化学組成でも明瞭な差異が所々に見出される。さらに混
合物溶融として不均質が生じる。例えば大部分のフロー
トガラスにおいて、アルカリリッチの液相は浮いている
ブランケットの傾斜上部表面の下を流れる。同様にフロ
ートガラスはしばしば蓄熱炉で製造し、左右にわたる焼
成の変動として不均質が生じる。その他に起こり得る不
均質の原因は溶融しにくい腐食、溶融炉のガス状皮膜の
ガラスへの溶融及びガラス構成物質の幾分かの蒸発によ
る選択的ロスである。

【０００５】調整ゾーンにてガラスを冷却するが、この
ような冷却により生み出される熱対流のためさらに別の
問題が生じる。ガラスが調整ゾーンの側面壁及び底に接
触すると冷却が生じるが、制御可能な冷却は通例下向き
方向で達成される。すなわち溶融ガラスの上部表面を、
通例は空気により希望する程度に冷却する。設定する対
流は通例調整ゾーンを通る著しい容積のガラスの通過に
影響を及ぼす対流パターンに帰着する。その結果、これ
らの複雑な流れ経路を経て通過するのに著しく時間を費
やしたガラスは、比較的早い通過を経たガラスと一緒に
製品となり、このようにして存在する不均質を悪化させ
る。

【０００６】これらの不均質の原因の全ては完成ガラス
に不連続の離散欠陥及びすかしむら（ream) 欠陥の少な
くとも一方の欠陥を生じさせる。すかしむらは良く知ら
れているように、互いに隣接するガラス部分が異なって
いる光学上の密度又は屈折率を有するとき、ガラスに生
じる光学上の効果と結び付く。

【０００７】溶融炉を或るタイプのガラス、例えば錫入
りガラスの製造から純粋ガラスのような異なるタイプの
ガラス製造に切り替えなければならないとき、長い滞留
時間は大きな問題を生じさせる。このような例では、錫
入りガラスの或る部分の残滓を調整ゾーンから取り除く
のに極めて長時間を要する。標準の純粋ガラスが市場で
受入れられるレベルに到達する以前に溶融炉に錫入りガ
ラスの残留物があってはならないのが基本であることは
言うまでもない。このことは錫入りガラスの筋又は帯は
それ自体が純粋ガラスで一目瞭然であり、これら筋又は
帯の全てが消え去るまで純粋ガラスは許容される品質と
はならない。

【０００８】この発明の請求項１〜１２に記載した発明
は、上記問題を除去するか又は少なくともできるかぎり
少なくするガラス製造方法及び装置を提供することを目
的とし、明確に限定すれば、異種タイプのガラス生産の
間の切り替えをなお一層迅速に達成させることができ、
何らの不都合を伴わず、従って不経済な遅滞もなく市場
で受入れられるグレードの新しいガラスを実現すること
ができるガラス製造方法及び装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の請求項１に記載した発明は、溶融ゾーン
と、精製ゾーン及び溶融ガラスが連続して縦走する調整
ゾーンと、調整ゾーンからの溶融ガラスを受け取るフロ
ート管路とを備え、かつ溶融ガラス内に突出する攪拌手
段を有するガラス製造装置において、フロート管路の入
口に隣接する調整ゾーンに攪拌手段を位置させ、使用の
際、調整ゾーンからフロート管路への出口の全幅にわた
り溶融ガラスを繊維状に細流させる位置に攪拌手段を配
置して成ることを特徴とするガラス製造装置である。

【００１０】このガラス製造装置はフロート溶融炉であ
り、フロート管路に対する入口の直接上方流のガラスを
攪拌する構想は完全に新規である。これまで溶融ガラス
はこの領域ではあまりに冷たくなり過ぎて十分に攪拌す
ることができないというのが一般に認められてきた。さ
らにガラス生産業における従来の知識は、管路のような
溶融炉の限られた領域で攪拌を実施すべきであるとされ
てきた。管路における攪拌の主な欠点は、（ａ）満足で
きない特徴成果、（ｂ）管路を製造した材料の摩耗問題
及び（ｃ）不連続の離散欠陥の導入である。これらは幾
分相互に関連がある。

【００１１】一般にガラス製造溶融炉に必要とされる高
温度及び溶融ガラスの腐食性向により攪拌機を構成する
材料の選択は重要である。攪拌機は従来３種の異なるタ
イプの材料の一種から製造している。これらはａ）シリ
マナイト（珪線石）のような耐熱性材料、ｂ）プラチナ
又はモリブデンのような耐熱性金属又はｃ）軟鋼配管で
ある。これら材料の各々はそれ自身に結びつく問題を有
する。耐熱性材料はガラスに溶ける傾向を有し、屈折率
の変動とそれに伴う欠陥をを生み出す。これら材料はガ
ラスの中に“小石に似た物”、すなわち別個の固体欠陥
を流し出す。最後に、これら材料は、長期間の使用の
後、割れてガラス内に落下し、勿論これらを修復するの
は極めて困難である。耐熱性材料を使用する大きな不利
は勿論コストである。しかしこれらの材料は電気分解反
応のため電極として働くことにより泡の形成をもたら
す。

【００１２】軟鋼のようなスチールは廉価ですぐに入手
可能で、かつ加工できるという理由で明らかに好まれる
材料である。しかしスチールは融点が低いという大きな
不都合を有する。従ってこのような攪拌機は冷却しなけ
ればならず、最も明白な冷却方法は水を使用することで
ある。しかし従来の知識は管路に水冷攪拌機を実用化し
得ないという決定を下している。水冷はガラスの温度を
より一層低下させ、このことはガラスにさらなる欠陥を
生み出させるというのが現在の考え方である。さらに生
産ラインが故障すると、攪拌機は管路にガラスを固化さ
せる。次いでこのことは管路自体に物理的損傷を引き起
こす。

【００１３】驚くことに発明者らは調整ゾーンからフロ
ート管路への出口の直接上流を攪拌することにより、そ
してフロート管路に入る前にガラスを十分に繊維状に細
流化することを確保することにより、上述した問題は何
れも生じないか又は大幅に少なくなるということを見出
した。

【００１４】そこで好適には、請求項２に記載した発明
のように、攪拌手段は少なくとも一対の攪拌機を備え、
請求項３に記載した発明のように、各対における攪拌機
はほぼ同一であるものとする。

【００１５】また請求項４に記載した発明のように、各
攪拌機は、使用の際に溶融ガラスに下向きでほぼ垂直に
突出するシャフト部分を備え、シャフトはその下方端部
にシャフト軸線との共有軸線をもつ攪拌装置を担持し、
攪拌装置は長軸と短軸とを有し、２個の軸は異なる寸度
からなり、概して長方形の形状からなるのが有利であ
る。

【００１６】このような場合、請求項５に記載した発明
のように、攪拌装置は、互いにほぼ１８０°の角度で、
かつ互いに９０°の角度で配置した一対のパドルを備
え、攪拌機を反対方向に回転駆動するのが望ましい。

【００１７】この発明の特に好ましい実施例では、攪拌
機のパドルは使用の際に溶融ガラスのなかに全体を浸
す。

【００１８】また請求項６に記載した発明のように、望
ましくは攪拌手段を冷却する手段を備える。このような
装置では請求項７に記載した発明のように、攪拌機のシ
ャフトは軟鋼配管からなり、冷却手段は水冷装置を備え
る。

【００１９】この発明の第二の特徴における、この発明
の請求項８に記載した発明は、溶融ゾーンにてガラス形
成組成を溶融し、精製ゾーンにて溶融ガラスを精製して
泡を除去し、精製ゾーンから調整ゾーンに溶融ガラスを
通過させ、調整ゾーンからフロート管路にガラスを流出
させるステップを備えるフロート溶融炉によるガラスの
製造方法において、調整ゾーンからフロート管路への出
口の領域にて溶融ガラスに攪拌を受けさせ、これにより
ガラスの均質性を改善し、フロート管路の入口の全幅に
わたり溶融ガラスを十分に繊維状細流化させることを特
徴とするガラスの製造方法である。

【００２０】好適には、請求項９に記載した発明のよう
に、少なくとも一対の攪拌機を備え、各対の攪拌機を互
いに反対方向に回転することにより上記攪拌を達成す
る。

【００２１】また請求項１０に記載した発明のように、
各対の攪拌機を互いにほぼ９０°の位相で回転させるこ
と、請求項１１に記載した発明のように、調整ゾーンに
て攪拌機を冷却するステップを付加すること、そして請
求項１２に記載した発明のように、冷却を水冷により達
成することが望ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態の一
例を、図１〜図３に基づいて説明する。図１に全体を符
号１で示すガラス製造溶融炉を示す。この溶融炉は溶融
ゾーン２を備える。ガラスから溶融した原材料の混合物
を符号３で示す。図示の実施例ではポート４を経て横切
る火入れとして既知の方法で素材組成を溶融する。図１
から明らかなように素材が溶融すると、これらの素材は
溶融したガラス６の表面に次第に薄いブランケット５を
形成する。

【００２３】それから溶融ガラスは精製ゾーン７を通過
する。このゾーンは溶融炉のうちで最も高温部分であ
り、このような領域では溶融ゾーンで溶融した溶融ガラ
スに形成された泡を除去するか又は少なくとも泡の数を
最小にする。溶融ガラスの流れの方向に、直接流れに沿
って精製ガラスを冷却する調整ゾーン８が存在する。ガ
ラスの所定時間内の処理量及び熱対流の流れを含むいろ
いろな理由により、溶融ゾーン２の中では或る量の再循
環が生じる。しかしガラスは精製ゾーン７を通過するの
で、基本的に明確に認め得る、直進的流れ状態と再循環
の流れ状態との分離が存在する。直進的流れの状態は精
製ゾーンにおける溶融ガラスの表面に隣接していて、溶
融ガラス６の上部表面に隣接する部分としての調整ゾー
ンを通って流れる。その後この直進流１２はフロート管
路（canal)１３に入り、そこからフロートバス（図示せ
ず）を通る。

【００２４】熱対流の流れに基づき、また再循環の流れ
パターンが生じる。このような装置に生じる一つの問題
は、いわゆる“よどみ”領域が存在し、この領域で溶融
ガラスは比較的冷たく、かつねばつくようになる傾向が
あるということである。すなわち一旦ガラスがこのよう
なゾーンに入り込むと、長時間滞留する傾向を有する。
このような一つの領域は調整ゾーンの前方壁端部１４に
隣接する。これら領域にガラスを保有することは、例え
ば錫入りガラスの製造から純粋なガラス製造に切替える
とき、過度の切替え時間をもたらす。調整ゾーン８にお
けるガラス循環を該ゾーンから成るべく急速に分離する
が、“よどみ”領域に集まっているガラスは長時間止ま
る傾向を有し、そこから移動させるのは困難である。

【００２５】慣例に従い調整ゾーン８を冷却する。この
領域にてガラスの表面から、そして該ゾーンの基底及び
側壁を介して熱を取り去る。しかし熱の大部分はガラス
の表面から取り出す。これを達成するため、ガラスの上
部表面上に空気を流すのが慣例である。そかしこのこと
は二項対立をもたらす。最上部表面の冷却は、熱逆変流
として知られているようにガラスに反対方向の熱循環を
生み出させる。換言すれば表面に近いより冷たくより高
密度のガラスは、或る環境の下でより熱く、より低密度
のガラスにより支持されていて、このことが完成ガラス
に容認できない縞に至る局部的ガラス循環パターンを生
じさせる。従ってガラス上の冷却量は制限すべきであ
る。慣例としてこの問題は、単位表面積当り適切な冷却
率を達成するように十分に大きな調整ゾーンを設けるこ
とで阻止している。この点において、ガラスは最適温度
でフロート管路に入らなければならないから、ガラスの
冷却を確保することが必要であるということを念頭にお
かなければならない。しかしあいにくと、大きな調整ゾ
ーン８を設置すれば溶融炉設備の投資コストは著しく増
加し、かつ錫切り替えのとき溶融炉から残滓を完璧に取
り除くために要する時間が実態上増加する。

【００２６】この発明においては、図２に詳細を示すよ
うに少なくとも一対の攪拌機１５を備え、これら攪拌機
はフロート管路に対する入口１６の丁度上流に位置す
る。明瞭にするため一対のみの攪拌機１５を図２に示
す。個々の攪拌機１５ａ、５ｂは相互に同一である。各
攪拌機はシャフト１７を備え、このシャフトは使用の際
に溶融ガラスにほぼ垂直に下方に突出する。シャフトは
図示しない適当な駆動手段により駆動する。下方の自由
端にて各シャフトは一対のパドル１８ａ、１８ｂを担持
する。パドル１８ａ、１８ｂはシャフト１７の軸線に対
しほぼ９０°で延びる。２個のパドルは互いにほぼ１８
０°の角度で配置する。図２から分かるように、パドル
１８ａ、１８ｂはほぼ９０°による位相をもつ回転で、
かつ互いに同じ速度で回転するように２個の攪拌機を取
付ける。この回転速度は２〜２０rpmの範囲内にある
が、反対向きである。

【００２７】このような攪拌は図３に示す効果をもたら
す。図３は攪拌の作用下におけるガラスの微小部分の軌
跡を線図的に示す。これから明らかなように、ガラス部
分は、調整ゾーン８における間に管路の幅に少なくとも
等しい幅を左右に横断して移動することになる。このよ
うな移動は均質化プロセスの基本的特徴である。すなわ
ち全ての溶融ガラスは繊維状に細流化され、非定型的領
域は残余のガラスと交互に重なる結果、非定型的領域が
もたらす光学上のひずみは最小限度に抑えられる。調整
ゾーン８の幅及び攪拌機１５ａ、５ｂのサイズの少なく
ともいっぽう次第で、ガラス６はそれがフロート管路に
入る前に十分に繊維状に細流化されるか、もしくはその
ような細流化は管路の入口で達成される。いずれか一方
の場合でも目的は同一であり、すなち攪拌機１５ａ、５
ｂを迂回し、そして調整ゾーンの側面壁及び端部壁に沿
って管路に入ることを阻止することである。図３に示し
たように、管路の入口１６に対する経路を流れるいかな
るガラスも攪拌機１５ａ、５ｂの作用を受けているが管
路を通過していないガラスにより集められ、攪拌機１５
ａ、５ｂの上流側に戻される。

【００２８】攪拌機１５ａ、５ｂは、それを用いなけれ
ば管路入口１６に形成される光学上のいかなる欠陥をも
攪拌除去する。このような欠陥の攪拌除去により調整ゾ
ーンで使用する表面冷却をより高率とする。現存するフ
ロートガラス溶融炉ではこれらの問題を回避する必要か
ら生産高は制限され、このことはより多量のガラスを生
産し得ることを意味する。これに代わり新規な溶融炉で
は、フロート管路を通すのに適正な温度のガラスを得る
ため著しくより小さな調整ゾーン８を製作することが可
能である。勿論このことは実際上の投資コストの削減を
あらわす。

【００２９】フロート管路の入口領域での攪拌の他の利
点は、攪拌機１５ａ、５ｂを水冷することができるとい
うことである。フロート管路を通るガラスの同一温度を
達成するため、調整ゾーンをより高温度で作動させるこ
とが可能である。換言すれば、攪拌機１５ａ、５ｂの上
流の調整ゾーン８部分における溶融ガラス６の表面に供
給する冷却空気量はより少なくて済む。一般に調整ゾー
ン８がより高温度で作動すると、勿論溶融ガラスはより
一層流動性を増す。このことは調整ゾーン８の前方端部
壁に隣接するガラスの“よどみ”領域はより小さくな
り、また或るタイプのガラス生産から他のタイプのガラ
ス生産に溶融炉１を切り替えるとき、“よどみ”領域の
ガラス残滓をより一層容易に取り除くことができる。さ
らにこの発明による別の利点は、生じ勝ちな失透が遙に
より少なくなるということである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるガラス製造溶融炉の概要を示す
側面の断面図である。

【図２】この発明による溶融炉の部分を構成する攪拌機
の拡大正面図である。

【図３】図２に示す攪拌機により生み出されるガラスの
繊維状細流形状を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 溶融炉 ２ 溶融ゾーン ３ 原材料混合物 ４ ポート ５ ブランケット ６ 溶融ガラス ７ 精製ゾーン ８ 調整ゾーン １２ 直進流 １３ フロート管路 １４ 前方壁端部 １５、１５ａ、１５ｂ 攪拌機 １６ 入口 １７ シャフト １８ａ、１８ｂ パドル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター ジェームス ホイットフィール ド イギリス国 マーシーサイド ダブリュー エイ10 ４エヌイー セント ヘレンズ リヴィングトン ロード 59 (72)発明者 ロバート エメット トレヴェリヤン イギリス国 ランカシャー ヴィーガン パーボルド バーンサイド 12 (72)発明者 アンドリュー マイケル ケリー イギリス国 マーシーサイド エル18 ０ エイチゼット リヴァプール モスリー ヒル プラッツヴィル ロード ２ (72)発明者 デヴィッド マートリュー イギリス国 マーシーサイド ダブリュー エイ10 ５ディーエフ セント ヘレンズ エクレストン セシール ドライブ 15

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融ゾーン（２）と、精製ゾーン（７）
   及び溶融ガラスが連続して縦走する調整ゾーン（８）
   と、調整ゾーン（８）からの溶融ガラスを受け取るフロ
   ート管路（１３）とを備え、かつ溶融ガラス内に突出す
   る攪拌手段（１５）を有するガラス製造装置において、 フロート管路（１３）の入口（１６）に隣接する調整ゾ
   ーン（８）に攪拌手段を位置させ、使用の際、調整ゾー
   ンからフロート管路への出口の全幅にわたり溶融ガラス
   を繊維状に細流させる位置に攪拌手段（１５）を配置し
   て成ることを特徴とするガラス製造装置。
2. 【請求項２】 攪拌手段（１５）は少なくとも一対の攪
   拌機（１５ａ、１５ｂ）を備える請求項１に記載した装
   置。
3. 【請求項３】 各対における攪拌機（１５ａ、１５ｂ）
   はほぼ同一である請求項２に記載した装置。
4. 【請求項４】 各攪拌機（１５ａ、１５ｂ）は、使用の
   際に溶融ガラスに下向きでほぼ垂直に突出するシャフト
   部分（１７）を備え、シャフトはその下方端部にシャフ
   ト軸線との共有軸線をもつ攪拌装置（１８ａ、１８ｂ）
   を担持し、攪拌装置は長軸と短軸とを有し、２個の軸は
   異なる寸度からなり、概して長方形の形状からなる請求
   項３に記載した装置。
5. 【請求項５】 攪拌装置は、互いにほぼ１８０°の角度
   で、かつ互いに９０°の角度で配置した一対のパドル
   （１８ａ、１８ｂ）を備え、攪拌機（１５ａ、１５ｂ）
   を反対方向に回転駆動する請求項４に記載した装置。
6. 【請求項６】 攪拌手段を冷却する手段を備える請求項
   １〜４の何れか一項に記載した装置。
7. 【請求項７】 攪拌機のシャフト（１７）は軟鋼配管か
   らなり、冷却手段は水冷装置を備える請求項６に記載し
   た装置。
8. 【請求項８】 溶融ゾーン（２）にてガラス形成組成を
   溶融し、精製ゾーン（７）にて溶融ガラスを精製して泡
   を除去し、精製ゾーン（７）から調整ゾーン（８）に溶
   融ガラスを通過させ、調整ゾーン（８）からフロート管
   路（１３）にガラスを流出させるステップを備えるフロ
   ート溶融炉によるガラスの製造方法において、 調整ゾーン（８）からフロート管路（１３）への出口
   （１６）の領域にて溶融ガラスに攪拌を受けさせ、これ
   によりガラスの均質性を改善し、フロート管路（１３）
   の入口の全幅にわたり溶融ガラスを十分に繊維状細流化
   させることを特徴とするガラスの製造方法。
9. 【請求項９】 少なくとも一対の攪拌機（１５ａ、１５
   ｂ）を備え、各対の攪拌機（１５ａ、１５ｂ）を互いに
   反対方向に回転することにより上記攪拌を達成する請求
   項８に記載した方法。
10. 【請求項１０】 各対の攪拌機（１５ａ、１５ｂ）を互
    いにほぼ９０°の位相で回転させる請求項８又は９に記
    載した方法。
11. 【請求項１１】 調整ゾーン（８）にて攪拌機（１５
    ａ、１５ｂ）を冷却するステップを付加した請求項８〜
    １０の何れか一項に記載した方法。
12. 【請求項１２】 冷却を水冷により達成する請求項１１
    に記載した方法。