知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-21
(54)【発明の名称】ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法
(51)【国際特許分類】
C03B 5/225 20060101AFI20220114BHJP
C03B 5/193 20060101ALI20220114BHJP
【ＦＩ】
C03B5/225
C03B5/193
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021528404
(86)(22)【出願日】2019-11-12
(85)【翻訳文提出日】2021-07-16
(86)【国際出願番号】 US2019060993
(87)【国際公開番号】W WO2020112348
(87)【国際公開日】2020-06-04
(31)【優先権主張番号】62/772,247
(32)【優先日】2018-11-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100123652
【弁理士】
【氏名又は名称】坂野 博行
(74)【代理人】
【識別番号】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(72)【発明者】
【氏名】アドキンス，ローラ ローズ ヴァン コット
(72)【発明者】
【氏名】デ アンジェリス，ギルバート
(72)【発明者】
【氏名】ドゥラムリア，メーガン オーロラ
(72)【発明者】
【氏名】ラロンツ，ピエール
(57)【要約】
容器内に含まれるか、または容器を通って流れる溶融ガラスの体積の自由表面上の気泡を収縮させ、それにより、溶融ガラスの体積への気泡の再混入を最小限に抑え、溶融ガラスから生産された完成したガラス製品中の気泡の発生を抑えるための方法が開示される。気泡の供給源の位置を特定する方法についても記述される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、溶融ガラスを含む容器の自由容積内にカバーガスを流すステップであって、前記溶融ガラスが自由表面を有し、前記自由表面上に気泡がある、ステップ
を含み、
前記カバーガス中の酸素の分圧が、前記気泡中の酸素の分圧よりも低く、前記カバーガスの相対湿度が約１％以下である、
方法。
【請求項2】
前記カバーガス中の酸素の濃度が約１体積％以下である、請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記酸素の濃度が、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲である、請求項２記載の方法。
【請求項4】
前記カバーガスがＮ２を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項5】
前記カバーガス中の前記Ｎ２の濃度が約９８体積％以上である、請求項４記載の方法。
【請求項6】
前記溶融ガラスをガラス物品に成形するステップをさらに含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項7】
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、
前記溶融ガラスを前記第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、前記第２の容器が、前記溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含み、前記第２の容器内の前記溶融ガラスが、前記自由表面上に気泡を有する、ステップと、
前記自由容積内にカバーガスを流すステップと
を含み、
前記カバーガス中の酸素の分圧が、前記気泡中の酸素の分圧よりも低く、前記カバーガスの相対湿度が約１％以下である、
方法。
【請求項8】
前記カバーガス中の酸素の濃度が約１体積％以下である、請求項７記載の方法。
【請求項9】
前記第１の容器内の前記溶融ガラスが第１の温度を有し、前記方法が、前記第２の容器内の前記溶融ガラスを前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱するステップをさらに含む、請求項７または８記載の方法。
【請求項10】
前記カバーガスがＮ２を含む、請求項７から９までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
本出願は、２０１８年１１月２８日に出願された米国仮出願第６２／７７２，２４７号の優先権の利益を主張するものであり、その内容は、以下に完全に記載されているかのように、その全体が参照により本明細書に援用される。
【技術分野】
【0002】
本開示は、概して、ガラス物品を形成するための方法に関し、より詳細には、容器内の溶融ガラスの体積表面における気泡の気泡サイズを小さくすることによって気泡を制御するための方法に関する。
【背景技術】
【0003】
照明パネルまたは液晶もしくは他の形態の視覚的ディスプレイの製造に使用されるガラス基材などの光学的品質のガラス物品の製造には、様々な通路（例えば、容器）を通る溶融ガラスの輸送を含む高温プロセスが伴う。一部の容器には、自由容積、例えば、溶融ガラスの表面の上方のガス状雰囲気を含むものがある。表面に上昇した気泡は、表面に到達すると直ぐに破裂し、それによって気泡がなくなることが一般に期待されるが、場合によっては破裂せず、それによって溶融ガラスに再混入する恐れがある。
【発明の概要】
【0004】
本明細書に記述する方法は、ガラス融液の表面にあるガス気泡のサイズを小さくすることができる。幾つかの実施形態では、この気泡サイズの縮小は、気泡の崩壊をもたらすことができる。それゆえ、完成したガラス物品内の気泡（ブリスター）の発生を抑えることができる。
【0005】
したがって、ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、溶融ガラスを第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、第２の容器が、溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含み、第２の容器内の溶融ガラスが、自由表面上に気泡を有する、ステップと、自由容積内にカバーガスを流すステップとを含み、カバーガス中の酸素の分圧が、気泡中の酸素の分圧よりも低く、カバーガスの相対湿度が約１％以下である、方法が開示される。
【0006】
カバーガス中の酸素の濃度を、約１体積％以下、例えば、約０．５体積％以下、例えば、約０．２体積％以下、例えば、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲、約０．０７５体積％～約１．５体積％の範囲などとすることができる。
【0007】
方法は、第２の容器内の溶融ガラスを、第１の容器内の溶融ガラスの第１の温度よりも高い第２の温度に加熱するステップをさらに含んでもよい。
【0008】
幾つかの実施形態では、加熱するステップは、第２の温度を１６００℃以上に上昇させることを含むことができる。
【0009】
幾つかの実施形態では、カバーガスはＮ２を含むことができる。例えば、カバーガスの大部分のガスがＮ２であってよい。例えば、カバーガスは、７８体積％以上、例えば、約８５体積％以上、約９０体積％以上、約９５体積％以上、約９８体積％以上、または約９９．８体積％以上の濃度のＮ２を含んでもよい。
【0010】
方法はまた、溶融ガラスを第２の容器から成形装置に流し、溶融ガラスをガラス物品に成形するステップをさらに含んでもよい。
【0011】
他の実施形態では、ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、溶融ガラスを第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、第２の容器が、溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含み、第２の容器内の溶融ガラスが自由表面上に気泡を有する、ステップと、自由容積内にカバーガスを流すステップであって、カバーガスが、５０体積％以上の濃度のＮ２と、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の濃度のＯ２とを含み、約１％以下の相対湿度を有する、ステップとを含む方法が記述される。
【0012】
様々な実施形態では、カバーガスは、９８体積％以上、７８体積％以上、例えば、約８５体積％以上、約９０体積％以上、約９５体積％以上、約９８体積％以上、または約９９．８体積％以上の濃度のＮ２を含むことができる。
【0013】
幾つかの実施形態では、カバーガス中のＯ２の濃度は、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲、例えば、約０．０７５体積％～約０．１５体積％の範囲とすることができる。
【0014】
幾つかの実施形態では、カバーガスの相対湿度は、約０．１％以下、例えば、約０．０５％以下とすることができる。
【0015】
幾つかの実施形態では、方法は、下流側装置において気泡が溶融ガラスに導入された位置を決定するために、タグガスをカバーガスと混合するステップを含むことができる。
【0016】
方法は、溶融ガラスを第２の容器から成形装置に流し、溶融ガラスをガラス物品に成形するステップであって、ガラス物品が気泡を含む、ステップをさらに含んでもよい。
【0017】
方法はまた、気泡中のタグガスの存在を検出するステップをさらに含んでもよい。
【0018】
また他の実施形態では、ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、溶融ガラスを第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、第２の容器が、溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含む、ステップと、自由容積内にカバーガスを流すステップであって、カバーガスが、８０体積％以上の濃度のＮ２と、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の濃度のＯ２と、タグガスとを含み、約０．１％以下の相対湿度を有する、ステップとを含む方法が開示される。
【0019】
タグガスは、アルゴン、クリプトン、ネオン、ヘリウム、およびキセノンからなる群から選択することができる。
【0020】
様々な実施形態では、第２の容器は清澄容器とすることができ、カバーガスは第１のカバーガスとすることができ、タグガスは第１のタグガスとすることができる。方法は、溶融ガラスを第２の容器から第３の容器に流すステップと、第３の容器に含まれる自由容積内に第２のカバーガスを流すステップであって、第２のカバーガスが、第１のタグガスとは異なる第２のタグガスを含む、ステップとをさらに含んでもよい。
【0021】
第２のカバーガスは、さらに、８０体積％以上の濃度のＮ２と、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の濃度のＯ２とを含み、約０．１％以下の相対湿度を有してもよい。
【0022】
方法はまた、溶融ガラスを第３の容器から成形装置に流し、溶融ガラスをガラス物品に成形するステップであって、ガラス物品が気泡を含む、ステップをさらに含んでもよい。
【0023】
方法はまた、気泡中の第１のタグガスまたは第２のタグガスの少なくとも一方を検出するステップをさらに含んでもよい。
【0024】
本明細書に開示する実施形態の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的には、その説明から当業者にとって明らかになるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付図面を含めて、本明細書に記述するような実施形態を実践することによって認識されるであろう。
【0025】
上述した全般的な説明と以下の詳細な説明との両方が、本明細書に開示する実施形態の性質および特徴を理解するための概要または枠組みを提示することを意図した実施形態を提示していることを理解されたい。添付図面は、更なる理解をもたらすために含まれており、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、本開示の様々な実施形態を示し、説明と合わせて、それらの原理および動作を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】気泡がマランゴニ効果を受けるときの溶融ガラスの気泡の一連の概略図である。
【図2】本開示の実施形態による例示的なガラス製作装置の概略図である。
【図3】乾燥したカバーガスを清澄容器に供給するためのガス供給管を含む例示的な清澄容器の断面図である。
【図4】乾燥したカバーガスを清澄容器に供給するための例示的なガス供給管の詳細な断面図である。
【図5】乾燥したカバーガスを撹拌容器に供給するための入口を含む例示的な撹拌容器の断面図である。
【図6】タグガスを乾燥したカバーガスと混合するように構成された混合チャンバの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
次に、本開示の実施形態について詳細に言及し、それらの例を添付図面に示す。可能な場合には、同一の参照数字は、同一または同様の部分を参照するために図面を通して使用される。しかし、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た実施形態に限定して解釈されるべきではない。
【0028】
本明細書では、「約」ある値から、かつ／または「約」別の値までとして、範囲を表現する可能性がある。そのような範囲を表現するときに、別の実施形態が、ある値から、かつ／または他の値までを含む。同様に、先行詞「約」の使用により近似値として値を表現するときに、値が別の実施形態を形成することが理解されるであろう。各範囲の端点は、他の端点との関係でも、他の端点から独立してでも、有意であることがさらに理解されるであろう。
【0029】
本明細書で使用し得る方向を示す用語、例えば、上、下、右、左、前、後、頂、底は、描かれた図についてのみ言及しており、絶対的な向きを示唆することを意図していない。
【0030】
特に明示しない限り、本明細書に記載する任意の方法が、そのステップを特定の順序で実行することを要求していると解釈されることも、装置の任意の特定の向きを要求していると解釈されることも意図していない。したがって、方法の請求項がそのステップが従うべき順序を実際に記載していない場合、装置の請求項が個々の構成要素に対する順序もしくは向きを実際に記載していない場合、ステップが特定の順序に限定されることを請求項もしくは明細書が特に具体的に記載していない場合、または装置の構成要素に対する特定の順序もしくは向きを記載していない場合に、いかなる観点でも順序または向きが推測されることを決して意図していない。このことは、ステップの配列、動作フロー、構成要素の順序、または構成要素の向きに関する論理的な事項、文法的な構成または句読点から得られる平易な意味、および本明細書に記載する実施形態の数または種類を含む、解釈のためのあらゆる潜在的な明示されていない根拠に当てはまる。
【0031】
本明細書で使用するとき、単数形の「１つの（a）」、「１つの（an）」、および「その（the）」は、文脈が別段に明示していない限り、複数の参照対象を含む。したがって、例えば、「１つの（a）」構成要素についての言及は、文脈が別段に明示していない限り、２つ以上のそのような構成要素を有する態様を含む。
【0032】
本明細書で使用する場合、溶融ガラスなどの溶融材料を含む導管または他の容器の文脈中での用語「自由容積」は、溶融ガラスによって占められていない導管および／または容器の容積を指すと解釈されるべきである。特に、自由容積は、容器内の溶融ガラスの表面と容器の頂部との間に広がり、例えば、１種以上のガスまたは蒸気を含み得る。自由容積は、溶融材料の「自由表面」で溶融材料と接触する。溶融材料は、容器内に含まれてもよく、または容器を通って流れてもよい。
【0033】
本明細書で使用する場合、「溶融ガラス」は、冷却されるとガラス状態になり得る溶融材料を意味すると解釈されるべきである。特に示さない限り、名詞である場合の溶融ガラスという用語は、「融液」という用語と同義に使用される。溶融ガラスは、例えば、大部分がシリカガラスを形成してもよいが、本開示はそのように限定されない。
【0034】
本明細書で使用する場合、「酸化還元」という用語は、還元化学反応または酸化化学反応のいずれか一方または両方を指す。
【0035】
本明細書で使用する場合、用語「備える（comprise、comprises、comprising）」およびそれらの変化形と、「含む（include、includes、including）」およびそれらの変化形とは両方とも、いずれもオープンエンドの移行句として解釈されるべきである。
【0036】
本明細書で使用する場合、耐火性材料は、約５３８℃を上回る環境にさらされる構造体に、またはシステムの構成要素として、適用可能な化学的および物理的特性を有する非金属材料である。
【0037】
ガラス物品内のブリスター（気泡）は、商業的には一般に望ましくなく、また、その存在により、生産歩留まりが低下し得る。ガラス物品内の気泡は、ガラス融液中で発生し、例えば、溶融ガラスを容器内で加熱して溶融ガラスの粘度を低下させ、また溶融ガラスの酸化還元状態を変化させて、既存の気泡中に追加の酸素を放出させ、溶融ガラス中の気泡を成長させる、清澄プロセスによって除去することができる。酸素富化気泡の浮力が増し、溶融ガラスの粘度の低下と相まって、溶融ガラスの自由表面への気泡の上昇が促され、そこで気泡が破裂する。気泡中に含まれるガスは、自由容積に入った後、意図的な排気によって、または容器内の漏出口もしくは他の出口を通って、容器から出ることができる。泡は、例えば、酸素（Ｏ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、および／または二酸化炭素（ＣＯ２）を含む、溶融プロセスから生じる様々なガスの混合物を含んでもよい。泡はさらに、例えば、水蒸気（Ｈ２Ｏ）の形の水またはヒドロキシル（ＯＨ－）を含んでもよい。
【0038】
歴史的に、気泡の破裂は、気泡がガラス融液の自由表面に到達すると直ぐに起きるものと想定されていた。しかし、気泡は、融液の上方のガス状雰囲気との交換が行われ、その後に融液内に再混入できるほどの十分な時間にわたり、融液の表面で持続できることが判明した。
【0039】
完成したガラス物品内のブリスターを分析すると、かなりの割合でＮ２ガスが含まれていた。調査されたガラスは、元々は測定可能な量の溶存窒素を含んでおらず、窒素は、金属容器の自由容積を含む雰囲気中で、容器の酸化を抑えるために（例えば、自由容積を周辺雰囲気に開放、例えば排気されたままにし得る）しばしば使用されるガスの大部分であるため、ブリスターは、融液の上方、すなわち融液の自由表面の上方の自由容積内の雰囲気との交換中に、高いＮ２ガス含有量を得たと理論づけられる。このガス交換には、ガス交換に適応し、また気泡が溶融ガラスの体積に再進入した後に、最終的なガラス製品にブリスターとして固定されるのに十分な時間にわたり、融液の表面で気泡が持続する必要がある。再混入に寄与し得る溶融ガラスの自由表面は、例えば、清澄容器や撹拌容器に見られるが、自由表面は、例えば、溶融ガラスをある容器から別の容器に搬送するために使用される導管などの他の容器にも見られる場合がある。しかし、融液中の気泡が融液の自由表面に到達した後に最終的なガラス物品内のブリスターとして現れるには、気泡はまず、融液の自由表面にあるときに破裂しないようにしなければならない。
【0040】
溶融ガラスのプール内では、気泡の破裂には、気泡が融液の表面にあるときの気泡膜の流出が先行する。流出は、規則的な流出および不規則な流出の２つの主要な手段によって起きる。規則的な流出では、気泡膜を構成する液体が重力によって流出して融液中に戻るため、気泡膜は時間とともに薄くなる。十分な材料が膜から流出して、特に気泡頂部で、膜の厚さが閾値厚さまで薄くなると、気泡が破裂する。不規則な流出では、溶融材料の帯が膜の表面を横切る場合があり、膜の厚さは、規則的な流出の場合よりもはるかにゆっくりと時間とともに薄くなる。不規則な流出は、気泡膜に沿った表面張力の勾配により、表面張力の低い領域から高い領域への物質の流れが生じるマランゴニ効果（ギブス－マランゴニ効果）によって生じると考えられる。マランゴニ効果は、重力による流出とは逆の流れを生じさせ、特に気泡頂部で、気泡壁の厚さを、破裂が起きる閾値を上回る厚さに保つことができる。
【0041】
理論に拘束されることを望むものではないが、溶融ガラスを含む容器内の高温、溶融ガラス中の揮発成分の存在、および特定のガラス製作プロセスにおける自由表面上で気泡が一般的に別々になる（相互に関連しない）性質により、気泡膜の表面張力の勾配がもたらされ得ると考えられる。この勾配により、マランゴニ効果の結果として、融液の表面での気泡寿命を長くする、例えば気泡頂部での、気泡膜の厚膜化が生じる可能性がある。図１を参照すると、気泡寿命の一連の期間が示されている。（ａ）では、溶融ガラスの自由表面６に到達した直後の気泡４が示されている。気泡４は、頂部厚さｔ１と基部厚さｔ２との間の概ね均一な膜厚を伴って示されている。（ｂ）では、気泡膜は、矢印８で示し、また気泡頂部での著しい薄膜化によって表されるように、流出して融液に戻り始めている。高温では、ガラス融液の様々な化学成分が融液の自由表面で揮発によって失われ得ることに留意すべきである。ホウ素などの特定の化学成分が失われると、溶融ガラスの表面張力が大きくなる。他の揮発成分としては、アルカリ（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびＦｒ）ならびにアルカリ土類（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＲａ）を挙げることができる。追加の揮発成分としては、Ｖ、Ｔｉ、およびＦを挙げることができる。融液からの成分の揮発は、溶融ガラスの自由表面と比べて気泡膜において多くなる。これは、気泡膜が大量の融液から大きく隔てられ、膜の両側（すなわち、気泡の内側と気泡の外側）に雰囲気を含んでいるためである。より重要なことに、初期流出中の気泡頂部での気泡膜の薄膜化は、気泡頂部での成分の揮発が、気泡膜基部での成分の揮発よりも、気泡頂部での表面張力に大きな影響を及ぼすことを意味する。このことは、所与の蒸発速度により、膜の厚い部分よりも膜の薄い部分で局所的な融液の組成がより速く変化し得、したがって、気泡膜の薄い部分が気泡膜基部よりも表面張力の大きな変化を比例して受け得ることに少なくともよって起こり得る。例えば、揮発成分が気泡膜の内部から周囲の雰囲気に放出される経路は、膜の薄い部分の方が膜の厚い部分よりも短くなり得る。気泡膜の上側（頂部）部分と大量の融液の表面に最も近い気泡膜基部との間に結果として形成される表面張力の勾配が、マランゴニ効果を促す。したがって、図１を再び参照すると、（ｃ）では、溶融ガラスの流れ８が反転し、溶融ガラスが流出せずに気泡頂部に流れ、それにより、例えば（ｂ）と比べて、頂部厚さｔ１が増す。マランゴニ効果は、対処しなければ、不規則な流出を引き起こし、かつ／または長引かせ、気泡寿命を延ばし得る。したがって、局所温度を上昇させて粘度を低下させ、気泡の流出、さらには気泡の破裂の誘発を助けることにより、逆にマランゴニ効果が深刻化し、気泡寿命が延び得ることが理解できる。
【0042】
過去の研究は、例えば清澄容器内や混合装置内などの溶融ガラスの上方の雰囲気中に界面活性剤を導入し、それにより、気泡膜の薄膜化を促し、気泡の破裂時間を早めることに向けられてきた。例えば、国際公開第２０１８／１７０３９２号には、高い酸素含有量（例えば、約１０体積％以上）の加湿ガスを、溶融ガラスを含む容器に導入することが記載されている。しかし、高い酸素含有量は、場合によっては、高い運転温度での金属容器、例えば白金を含む容器の、急速な酸化を促す場合がある。
【0043】
したがって、本明細書で後述するように、表面気泡の破裂を速めるのではなく、表面気泡を小さくする、例えば収縮させることに依存する方法が開示される。そのような収縮は、場合によっては、気泡の完全な崩壊につながり、それにより、溶融ガラス中に再混入するために利用可能な気泡の数を少なくする。
【0044】
図２に示すのは、例示的なガラス製造装置１０である。幾つかの実施形態では、ガラス製造装置１０は、溶融容器１４を含み得るガラス溶融炉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、原料を加熱して溶融ガラスに変化させるように構成された加熱要素（例えば、燃焼バーナおよび／または電極）などの１つ以上の追加の構成要素を任意に含むことができる。例えば、溶融容器１４は、燃焼バーナと、電流を原料に流すことにより原料のジュール加熱によってエネルギーを加える直接加熱との両方により、原料にエネルギーを加える電気ブーストされた溶融容器であってもよい。本明細書で使用する場合、電気ブーストされた溶融容器は、ジュール加熱とガラス表面の燃焼加熱との両方によって熱エネルギーを得る溶融容器であり、ジュール加熱によって原料および／または融液に付与されるエネルギーの量は、融液に加えられる全エネルギーの約２０％以上である。
【0045】
更なる実施形態では、ガラス溶融炉１２は、溶融容器からの熱損失を抑える熱管理装置（例えば、断熱構成要素）を含んでもよい。また更なる実施形態では、ガラス溶融炉１２は、原料からガラス融液への溶融を促す電子デバイスおよび／または電気機械デバイスを含んでもよい。ガラス溶融炉１２はまた、支持構造（例えば、支持シャーシ、支持部材など）または他の構成要素をさらに含んでもよい。
【0046】
ガラス溶融容器１４は、耐火性セラミック材料のような耐火性材料、例えばアルミナまたはジルコニアを含む耐火性セラミック材料から形成され得るが、耐火性セラミック材料は、代替的にまたは任意の組み合わせで使用する、イットリウム（例えば、イットリア、イットリア安定化ジルコニア、リン酸イットリウム）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）、またはアルミナ－ジルコニア－シリカ、さらには酸化クロムなどの他の耐火性材料を含んでもよい。幾つかの例では、ガラス溶融容器１４は、耐火性セラミックレンガから構築されてもよい。
【0047】
幾つかの実施形態では、溶融炉１２は、ガラス物品、例えば不定長のガラスリボンを作製するように構成されたガラス製造装置の構成要素として組み込まれてもよいが、更なる実施形態では、ガラス製造装置は、他のガラス物品、限定することなく、他の多くのガラス物品が企図されるが、例えば、ガラス棒、ガラス管、ガラス外囲器（例えば、照明具、例えば電球用のガラス外囲器）、およびガラスレンズを形成するように構成されてもよい。幾つかの例では、溶融炉は、スロットドロー装置、フロートバス装置、ダウンドロー装置（例えば、フュージョンダウンドロー装置）、アップドロー装置、プレス装置、圧延装置、チューブ引き装置、または本開示の恩恵を受ける任意の他のガラス製造装置を構成するガラス製造装置の構成要素として組み込まれてもよい。例として、図２は、後続の処理で個々のガラスシートにするためにガラスリボンを融着延伸するか、またはガラスリボンをスプール上に圧延するためのフュージョンダウンドローガラス製造装置１０の構成要素としてのガラス溶融炉１２を模式的に示している。
【0048】
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、ガラス溶融容器１４の上流に配置された上流側ガラス製造装置１６を任意に含むことができる。幾つかの例では、上流側ガラス製造装置１６の一部分または全体が、ガラス溶融炉１２の一部として組み込まれてもよい。
【0049】
また図２を参照すると、上流側ガラス製造装置１６は、原料貯蔵ビン１８と、原料送出装置２０と、原料送出装置２０に接続されたモータ２２とを含むことができる。原料貯蔵ビン１８は、矢印２６で示すように、１つ以上の供給ポートを通してガラス溶融炉１２の溶融容器１４に供給可能な量の原料２４を貯蔵するように構成され得る。原料２４は典型的に、１種以上のガラス形成用金属酸化物および１種以上の改質剤を含む。原料２４はまた、以前の溶融および／または形成運転による廃棄ガラス、例えばカレットを含むことができる。幾つかの例では、原料送出装置２０には、原料送出装置２０が所定量の原料２４を貯蔵ビン１８から溶融容器１４に送出するように、モータ２２によって動力を供給することができる。更なる例では、モータ２２は、原料送出装置２０に動力を供給して、溶融ガラスの流れ方向に関して溶融容器１４の下流で感知される溶融ガラスのレベルに基づいて、制御された速度で原料２４を導入することができる。溶融容器１４内の原料２４は、その後に加熱されて溶融ガラス２８を形成することができる。
【0050】
ガラス製造装置１０はまた、溶融ガラス２８の流れ方向に関してガラス溶融炉１２の下流に配置された下流側ガラス製造装置３０を任意に含むことができる。幾つかの例では、下流側ガラス製造装置３０の一部分が、ガラス溶融炉１２の一部として組み込まれてもよい。しかし、幾つかの例では、後述する第１の接続導管３２、または下流側ガラス製造装置３０の他の部分が、ガラス溶融炉１２の一部として組み込まれてもよい。第１の接続導管３２を含む、下流側ガラス製造装置の要素が、貴金属から形成されてもよい。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群から選択される白金族金属、またはそれらの合金を挙げることができる。例えば、ガラス製造装置の下流側構成要素は、約７０質量％～約９０質量％の白金と約１０質量％～約３０質量％のロジウムとからなる白金－ロジウム合金から形成することができる。しかし、他の適切な金属としては、モリブデン、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。
【0051】
下流側ガラス製造装置３０は、溶融容器１４の下流に位置し、上述した第１の接続導管３２を介して溶融容器１４に結合された、清澄容器３４などの第１の調整（例えば、処理）容器を含むことができる。幾つかの例では、溶融ガラス２８は、第１の接続導管３２を介して溶融容器１４から清澄容器３４に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が第１の接続導管３２を通って溶融容器１４から清澄容器３４に推進されてもよい。しかし、他の調整容器が、溶融容器１４の下流に、例えば溶融容器１４と清澄容器３４との間などに、配置されてもよいことは理解されるべきである。幾つかの実施形態では、溶融容器と清澄容器との間に、調整容器を採用して、一次溶融容器からの溶融ガラスを、溶融プロセスを継続するために二次容器内でさらに加熱してもよく、または、清澄容器に入る前に一次溶融容器内で溶融ガラスの温度よりも低い温度に冷却してもよい。
【0052】
前述したように、様々な技術によって溶融ガラス２８から気泡を除去してもよい。例えば、原料２４は、加熱されると化学還元反応を起こして酸素を放出する酸化スズなどの多価化合物（例えば、清澄剤）を含んでもよい。他の適切な清澄剤としては、限定しないが、ヒ素、アンチモン、鉄、およびセリウムが挙げられるが、前述したように、ヒ素および／またはアンチモンの使用は、環境上の理由から推奨されない場合がある。清澄容器３４は、溶融容器の温度よりも高温に加熱され得、それによって清澄剤を加熱する。融液に含まれる１種以上の清澄剤の温度誘発化学還元によって生成された酸素は、溶融プロセスにおいて溶融炉内で生成された気泡に合体または拡散することができ、酸素富化気泡は、清澄容器内の溶融ガラスを通って上昇し、外圧の減少につれて直径を増すことができる。拡大して浮力を増したガス気泡は、清澄容器内の溶融ガラスの自由表面に上昇して破裂し、気泡中のガスは、清澄容器の外に排気される。これらの気泡は、溶融ガラスを通って上昇するときに、清澄容器内の溶融ガラスの機械的混合をさらに誘発することができる。
【0053】
ガラス製作装置の１つ以上の容器、例えば清澄容器内の溶融ガラスの表面の気泡は概して、別々の気泡として上昇し、溶融ガラスの自由表面に一般に別々の気泡の深さよりも大きくない気泡の層を形成する場合があることに留意すべきである。ガラス製作プロセスには、水中燃焼プロセスのように、溶融ガラスの表面に多数の気泡の深さで厚くて持続する泡を生成するものがあり、融液自体は、最大で３０％の空隙を含む場合がある。本明細書で使用する場合、泡とは、相互接続された薄い膜によって分離された大量のガスの集合である。泡の例としては、グラスに入ったビールおよび泡風呂の泡が挙げられる。一方、本開示の対象である溶融ガラスの自由表面に到達する気泡は、典型的に性質上別々であり、シャンパングラス内の気泡のように溶融ガラスを通って上昇するものであり、溶融炉内または表面下での燃焼プロセスが行われる方法に見られる、持続する厚い泡とは区別されるべきである。本明細書に記述する方法は、泡の形成および持続に対処するのに有用であり得る。しかし、泡を構成する気泡の表面層のみが自由容積内の雰囲気にさらされるため、効果は低下する。
【0054】
下流側ガラス製造装置３０は、清澄容器３４の下流に流れる溶融ガラスを混合するための、混合装置３６、例えば撹拌容器などの別の調整容器をさらに含むことができる。混合装置３６は、均質なガラス融液を供給するために使用され、それにより、さもなければ清澄容器から出る清澄化された溶融ガラス中に存在し得る、化学的または熱的な不均質性を抑えることができる。図示したように、清澄容器３４は、第２の接続導管３８によって混合装置３６に結合されてもよい。幾つかの実施形態では、溶融ガラス２８は、第２の接続導管３８を通って清澄容器３４から混合装置３６に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が第２の接続導管３８を通って清澄容器３４から混合装置３６に推進されてもよい。典型的に、混合装置内の溶融ガラスは、自由表面を有し、自由表面と混合装置の頂部との間には、自由容積が広がる。混合装置３６は、溶融ガラスの流れ方向に関して清澄容器３４の下流に示されているが、混合装置３６は、他の実施形態では清澄容器３４の上流に配置されてもよいことに留意されたい。幾つかの実施形態では、下流側ガラス製造装置３０は、複数の混合装置、例えば、清澄容器３４の上流の混合装置と、清澄容器３４の下流の混合装置とを含んでもよい。これら複数の混合装置は、同じ設計であってもよいし、互いに異なる設計であってもよい。幾つかの実施形態では、容器および／または導管の１つ以上は、内部に配置されて溶融ガラスの混合およびその後の均質化を促す静的混合ベーンを含んでもよい。
【0055】
下流側ガラス製造装置３０は、混合装置３６の下流に配置され得る送出容器４０のような別の調整容器をさらに含むことができる。送出容器４０は、下流側成形装置に供給される溶融ガラス２８を調整してもよい。例えば、送出容器４０は、溶融ガラス２８の均一な流れを調節し、出口導管４４を通して成形体４２に供給する、蓄積器および／または流量制御器として機能することができる。送出容器４０内の溶融ガラスは、幾つかの実施形態では、自由表面を有することができ、自由容積が、自由表面から送出容器の頂部まで上向きに広がる。図示するように、混合装置３６は、第３の接続導管４６によって送出容器４０に結合されてもよい。幾つかの例では、溶融ガラス２８は、第３の接続導管４６を通って混合装置３６から送出容器４０に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が第３の接続導管４６を通って混合装置３６から送出容器４０に推進されてもよい。
【0056】
下流側ガラス製造装置３０は、入口導管５０を含む、上述した成形体４２を備える成形装置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を送出容器４０から成形装置４８の入口導管５０に送出するように配置することができる。フュージョンダウンドローガラス製作装置の成形体４２は、成形体の上面に配置された樋５２と、成形体の底縁（根部）５６に沿って延伸方向に収束する収束成形面５４（一面のみを示す）とを備えることができる。送出容器４０、出口導管４４、および入口導管５０を経て成形体樋に送出された溶融ガラスは、樋の壁から溢れ、溶融ガラスの個別の流れとして収束成形面５４に沿って下降する。成形体樋内の溶融ガラスは、自由表面を有し、自由容積が、溶融ガラスの自由表面から、成形体が配置された筐体の頂部まで広がっていることに留意されたい。収束成形面の少なくとも一部分を流下する溶融ガラスの流れは、ダムおよびエッジ誘導器によって遮断されて誘導される。溶融ガラスの個別の流れは、収束成形面同士が合わさる成形体の底縁（根部）５６に沿って下方で合流し、溶融ガラスが冷却されて材料の粘度が増すと、重力、エッジロール、引っ張りロール（図示せず）などによってガラスリボンに下向きの張力をかけてガラスリボンの寸法を制御することにより、根部５６から延伸方向６０に延伸される溶融ガラスの単一のリボン５８を生成する。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特性を獲得する。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（図示せず）によって個々のガラスシート６２に分離されてもよく、更なる実施形態では、ガラスリボンは、スプールに巻かれ、更なる処理のために保管されてもよい。
【0057】
以下では、本開示の実施形態について清澄容器の文脈で記述するが、このような実施形態は、清澄容器に限定されず、溶融ガラスの体積の自由表面の上に自由容積を含む他の容器に適用されてもよく、このような容器としては、撹拌容器、送出容器、および溶融ガラスを含み、かつ／または搬送し、また融液の上に自由容積を含み得る他の容器および／または導管が挙げられることが理解される。以下で使用する場合、「容器」という用語は、例えば清澄容器や撹拌容器などの処理容器と、そのような個別の処理容器同士を接続する導管との両方を包含すると考えられる。
【0058】
図３は、例示的な清澄容器３４の側断面図である。清澄容器３４は、内部を通って流れる溶融ガラス２８の体積と、溶融ガラス２８の自由表面６６の上方に位置する自由容積６４中に含まれるガス状雰囲気とを含む。溶融ガラスは、矢印６８で示すように、第１の端部で清澄容器３４に流入し、矢印７０で示すように、反対側の第２の端部で清澄容器３４から流出する。例えば、溶融ガラスは、接続導管３２を通って清澄容器３４に流入し、接続導管３８を通って清澄容器３４から流出することができる。清澄容器内の溶融ガラスは、典型的には容器自体内に形成される電流によって、例えば約１６００℃～約１７００℃の範囲、約１６５０℃～１７００℃の範囲など、溶融温度よりも高温に加熱することができるが、更なる実施形態では、清澄容器は、他の手段、例えば外部加熱要素（図示せず）によって加熱することができる。幾つかの実施形態では、溶融ガラスは、最大で約１７２０℃など１７００℃超の温度に加熱されてもよい。
【0059】
図３に示すように、清澄容器３４は、電気フランジ７２、例えば少なくとも２つの電気フランジを備えることができ、電気フランジは、電気フランジ間および清澄容器の１つ以上の仕切り壁内で電流が形成されるように、それぞれの電極部分７４によって給電源（図示せず）と電気的に連通している。幾つかの実施形態では、例えば、３つの電気フランジ、４つの電気フランジ、または５つ以上の電気フランジなど、多数の電気フランジを使用してもよく、電気フランジ間での温度ゾーンの局所的な選択加熱によって、清澄容器および／または取り付けられた接続導管を複数の温度ゾーンに区分することができる。気泡の成長による気泡の浮力の増加、および温度上昇による溶融ガラスの粘度の低下により、気泡にかかる上向きの力を増加させ、溶融ガラス中での気泡４の上昇に対する抵抗を減少させ、それによって自由表面６６への気泡の上昇が促される。自由表面６６では、気泡が破裂し、内部に含まれるガスが自由容積６４中に放出されてもよい。例えば、気泡中に含まれるガスは、酸素（Ｏ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、および二酸化炭素（ＣＯ２）を含むことができる。気泡は、水（Ｈ２Ｏ）をさらに含んでもよい。様々な実施形態では、清澄剤による酸素放出により気泡が酸素富化されるため、気泡内部の成分の大部分が酸素となる場合がある。気泡の破裂によって放出されたガスは、幾つかの実施形態では、矢印８２で示すように、任意的な排気管８０を介して、清澄容器の外に排気されてもよい。排気管８０は、垂直の向きで示されており、清澄容器の頂部で清澄容器３４に入るが、排気管８０の向きおよび位置は、この点に限定されない。例えば、排気管８０は、水平に向けられ、清澄容器の側面に沿って清澄容器に入るか、または他の任意の適切な向き、角度、もしくは位置とすることができる。幾つかの実施形態では、排気管８０は、例えば、外部電気抵抗加熱要素（複数可）８４などの１つ以上の加熱要素により、加熱されてもよいが、更なる実施形態では、排気管８０は、清澄容器３４と同様の方法で排気管内に直接電流を形成することによって加熱されてもよい。しかし、さらに記述するように、自由表面６６に到達する幾つかの気泡が、前述した理由により自由表面６６での長い滞留時間中でも破裂しない場合があり、清澄容器を通って流れる溶融ガラス中に再混入する場合がある。
【0060】
本明細書に記述する実施形態によれば、ガス供給源９０から供給される乾燥したカバーガス８８を、乾燥ガスが容器内の溶融ガラスを「カバー」するように、清澄容器ガス供給管８６を通して自由表面６６の上方の自由容積６４に注入することができる。清澄容器ガス供給管８６は、垂直の向きに示されており、清澄容器の頂部で清澄容器３４に入るが、清澄容器ガス供給管８６の向きおよび位置は、この点に限定されない。例えば、清澄容器ガス供給管８６は、水平に向けられ、清澄容器の側面に沿って清澄容器に入るか、または任意の他の適切な向き、角度、または位置とすることができる。カバーガス８８は、様々な実施形態では、約１％以下の相対湿度、例えば、約０．５％以下、約０．１％以下、ゼロパーセント（０％）などの約０．０５％以下の相対湿度であることができ、例えば窒素などの不活性ガスをさらに含むことができるが、更なる実施形態では、不活性ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス、または前述した不活性ガスのいずれかの組み合わせであってもよい。
【0061】
清澄容器３４に供給されるカバーガス８８の平均酸素（Ｏ２）含有量は、気泡から外への酸素の拡散を確実にするために、気泡中の酸素含有量よりも少なくあるべきである。すなわち、気泡の外側のカバーガス中の酸素の分圧は、気泡の内側の酸素の分圧よりも小さくあるべきである。例えば、様々な実施形態では、清澄容器３４に供給されるカバーガス８８は、０．２体積％以下のＯ２含有量、例えば、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲、約０．０７５体積％～約１．５体積％の範囲などのＯ２含有量を有してもよい。カバーガス中には、カバーガス中の高濃度の窒素による清澄容器の白金で構成された壁の還元を防ぐのに十分な酸素が存在するべきである。しかし、酸素の濃度は、白金で構成された壁の有害な酸化を防ぐのに十分に低くなければならない。したがって、様々な実施形態では、カバーガス８８は、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の酸素を含み、約０．５％以下の相対湿度を有し、大部分が窒素ガスであることができる。他の実施形態では、カバーガス８８は、約０．０７５体積％～約０．１５体積％の範囲の酸素を含み、約０．１％以下の相対湿度を有し、大部分が窒素ガスであることができる。また他の実施形態では、カバーガス８８は、約０．０７５体積％～約０．１５体積％の範囲の酸素を含み、約０．０５％以下の相対湿度を有し、大部分が窒素ガスであることができる。幾つかの実施形態では、カバーガスは、７８体積％以上、例えば、約８５体積％以上、約９０体積％以上、約９５体積％以上、約９８体積％以上、または約９９．８体積％以上の濃度のＮ２を含んでもよい。
【0062】
カバーガス８８によって自由容積６４に供給される低酸素、低湿度の雰囲気は、清澄容器３４内の溶融ガラス２８の表面上の気泡の内側から気泡膜を横切って自由容積６４に至るガスおよび／または蒸気の正味の流れを生じさせることができ、前述したように、放出されたガスおよび／または蒸気（例えば、水蒸気）は、排気管８０を通って自由容積６４から出ることができる。気泡から気泡膜を横切って拡散するガスおよび／または蒸気の放出により、気泡を収縮させることができる。収縮により、溶融ガラスの流れに再混入できないほどに気泡が小さくなり、気泡がより多く破裂することができる。幾つかの実施形態では、そのような収縮により、気泡を完全に崩壊させることができる。
【0063】
カバーガス８８の流量は、約１回転／分以上約１回転／時間以下の範囲（それらの間の全ての範囲および部分範囲を含む）とすることができる。本明細書で使用する場合、「回転」とは、単位時間当たりで自由容積の容積に相当する流量を意味する。例えば、容積が１立方メートルである場合、１回転／分は、１立方メートル／分に等しいガス流量を意味する。４立方メートルの容積に対する２回転／分のガスの供給は、８立方メートル／分の流量を意味する。選択される流量は、富化ガスが供給される自由容積のサイズに依存する。カバーガスの流量は、例えば、約０．０２回転／分～約１回転／分の範囲、約０．０５回転／分～約１回転／分の範囲、約０．１回転／分～約１回転／分の範囲、約０．５回転／分～約１回転／分の範囲、または約０．８回転／分～約１回転／分の範囲（それらの間の全ての範囲および部分範囲を含む）とすることができる。
【0064】
幾つかの実施形態では、清澄容器ガス供給管８６を加熱し、それにより、清澄容器３４に供給されるカバーガス８８を加熱してもよい。例えば、清澄容器ガス供給管８６、ひいてはカバーガス８８は、外部電気抵抗加熱要素（複数可）９２などの１つ以上の加熱要素によって加熱されてもよいが、更なる実施形態では、清澄容器ガス供給管８６は、清澄容器３４を加熱する方法と同様に、清澄容器ガス供給管内に直接電流を形成することによって加熱されてもよい。例えば、清澄容器ガス供給管８６は、清澄容器３４に関して記述したような、給電源と電気的に連通している１つ以上の電気フランジを含んでもよい。
【0065】
図４は、溶融ガラス２８の自由表面６６（図示せず）の上方で清澄容器３４の壁１００を貫通するように示されている、例示的な清澄容器ガス供給管８６の断面図である。清澄容器ガス供給管８６は、清澄容器ガス供給管が清澄容器壁１００を貫通している補強スリーブ１０２を通って延びるように示されている。加えて、補強プレート１０４が、補強スリーブ１０２に隣接し、清澄容器壁１００の上方および下方に位置し、それに取り付けられるように示されている。補強プレート１０４、補強スリーブ１０２、および清澄容器壁１００は、溶接などによって互いに取り付けることができる。例えば、補強プレート１０４は、清澄容器壁１００および補強スリーブ１０２に溶接することができる。加えて、実施形態では、補強スリーブ１０２は、清澄容器ガス供給管８６に溶接することができる。補強プレート１０４および補強スリーブ１０２は、清澄容器ガス供給管が清澄容器を貫通する箇所で、清澄容器壁および清澄容器ガス供給管８６に追加の厚さおよび剛性をもたらす。これは、いずれも白金合金の薄いシートで形成することができ、システムの初期加熱中に金属が膨張すると容易に変形するためである。
【0066】
清澄容器ガス供給管８６は、閉じた底部１０８と、排出ポート１１０とをさらに含んでもよく、排出ポートは、清澄容器ガス供給管の底部付近で清澄容器ガス供給管の側壁１１１に配置され、カバーガス８８が（例えば、下流方向を向いた）清澄容器３４内の溶融ガラスの流れ方向１１２と概ね平行な方向で清澄容器ガス供給管８６から排出され得るように向けられる。カバーガス８８と溶融ガラス２８の概ね平行な流れにより、ガス供給管から排出されるカバーガス８８が溶融ガラスの自由表面６６に直接衝突することを最小限に抑えるかまたは排除し、溶融ガラスの自由表面の冷却を避けることができる。そのような冷却により、完成製品の欠陥として現れ得る溶融ガラス中の不均一な粘度が引き起こされ得る。加えて、ガス供給管がサイドポートになっていると、揮発しやすいホウ素のようなガラス成分などの凝縮物が排出ポートに蓄積し、最終的に下方の溶融ガラスに落下する可能性が低くなる。
【0067】
幾つかの実施形態では、清澄容器３４に代えて、またはそれに加えて、混合装置３６にカバーガス８８を供給してもよい。図５は、例示的な混合装置３６の断面図である。混合装置３６は、撹拌容器２００と、撹拌容器２００の上に配置された撹拌容器カバー２０２とを含むことができる。混合装置３６は、撹拌容器２００内に回転可能に取り付けられた撹拌器２０４をさらに含んでもよく、撹拌器２０４は、撹拌容器カバー２０２を通って延びるシャフト２０６と、シャフト２０６から延びる複数の混合ブレード２０８とを含み、撹拌器２０４の少なくとも一部が、溶融ガラス２８に浸漬される。シャフト２０６は、例えば、撹拌器を回転させるために使用されるチェーンまたはギア駆動装置によって、モータ（図示せず）に結合されてもよい。図５に示す実施形態では、溶融ガラスは、矢印２１０および２１２でそれぞれ示すように、導管３８を通って撹拌容器２００に入り、回転する撹拌器の混合ブレードの間を下向きに流れて導管４６を通って出る。溶融ガラス２８の自由表面２１６と容器カバー２０２との間には、自由容積２１４が配置されて維持されてもよい。
【0068】
混合装置３６は、撹拌容器ガス供給管２１８および任意的な撹拌容器排気管２２０をさらに含んでもよい。実施形態では、撹拌容器ガス供給管２１８、または存在する場合の撹拌容器排気管２２０の一方または両方は、撹拌容器カバー２０２を通って延び、自由表面２１６の上方の自由容積２１４に開口するように配置することができる。撹拌容器ガス供給管２１８および撹拌容器排気管２２０は、垂直の向きで撹拌容器カバー２０２を通って入るように示されているが、撹拌容器ガス供給管２１８および／または撹拌容器排気管２２０の向き、角度、または位置は、この点に限定されない。カバーガス８８は、矢印２２２で示すように、撹拌容器ガス供給管２１８を通して撹拌容器２００内の自由表面２１６の上方の自由容積２１４に注入することができる。清澄容器と同様に、自由容積２１４に供給されるカバーガス中の酸素の分圧は、自由表面２１６に存在する気泡の内側の酸素の分圧以下とすることができる。
【0069】
カバーガス８８の流量は、約１回転／分以上約１回転／時間以下の範囲（それらの間の全ての範囲および部分範囲を含む）とすることができる。本明細書で使用する場合、「回転」とは、単位時間当たりで自由容積の容積に相当する流量を意味する。例えば、容積が１立方メートルである場合、１回転／分は、１立方メートル／分に等しいガス流量を意味する。４立方メートルの容積に対する２回転／分のガスの供給は、８立方メートル／分の流量を意味する。流量は、富化ガスが供給される自由容積のサイズに依存する。例えば、流量は、約０．０２回転／分～約２回転／分の範囲、約０．０５回転／分～約１回転／分の範囲、約０．１回転／分～約１回転／分の範囲、約０．５回転／分～約１回転／分の範囲、または約０．８回転／分～約１回転／分の範囲（それらの間の全ての範囲および部分範囲を含む）とすることができる。自由表面２１６の上方の攪拌容器２００の自由容積２１４中のガスは、矢印２２４で示すように、攪拌容器排気管２２０を通して排出することができる。幾つかの実施形態では、流量は、約１標準リットル／分（ｓｌｐｍ）～約５０ｓｌｐｍの範囲、例えば、約１ｓｌｐｍ～約３０ｓｌｐｍの範囲とすることができる。
【0070】
清澄剤が撹拌容器内で有意な酸素泡を供給する可能性は低いが、例えば、溶融容器内から発生した泡、または清澄プロセス中に再混入した泡などの泡が撹拌容器内の溶融ガラスの表面に依然として上昇する場合があることに留意すべきである。加えて、ホウ素などの特定のガラス成分の揮発が、撹拌容器内で依然として起こり得る。
【0071】
実施形態では、撹拌容器ガス供給管２１８を加熱し、それにより、撹拌容器２００に供給されるカバーガス８８を加熱してもよい。例えば、撹拌容器ガス供給管２１８、ひいてはカバーガス８８は、外部電気抵抗加熱要素（複数可）２２６などの１つ以上の加熱要素によって加熱されてもよいが、更なる実施形態では、撹拌容器ガス供給管２１８は、撹拌容器ガス供給管内に直接電流を形成することによって加熱されてもよい。幾つかの実施形態では、撹拌容器排気管２２０は、存在する場合、例えば、外部電気抵抗加熱要素（複数可）２２８などの１つ以上の加熱要素によって加熱されてもよいが、更なる実施形態では、撹拌容器排気管２２０は、撹拌容器排気管内に直接電流を形成することによって加熱されてもよい。幾つかの実施形態では、撹拌容器排気管が必要ない場合もあり、この場合、排気は、例えば、撹拌容器カバー２０２と撹拌容器２００との間の漏出口によって得られる。
【0072】
幾つかの実施形態では、非反応性ガス、例えば、アルゴン、クリプトン、ネオン、キセノンなどの希ガス、または他の非反応性ガスを、カバーガスに、例えば、清澄器内の自由容積に注入されるカバーガスに、または攪拌容器内の自由容積に注入されるカバーガスに、ガラス製作プロセスの結果として得られる完成したガラス物品内のブリスターの供給源を特定するための補助手段として、所定の濃度で添加することができる。すなわち、溶融ガラス中の気泡は、気泡形成の場所を決定する手段としての検出可能な量の非反応性ガスとタグ付けすることができる。例えば、特定の第１の非反応性ガス（以下、「タグ」ガス）を、清澄容器３４に、例えば、それぞれの容器ガス供給管（例えば、清澄容器ガス供給管８６）と流体連通するガス混合チャンバに、供給されるカバーガスに添加することができる。適切なタグガスとしては、アルゴン、クリプトン、ネオン、ヘリウム、およびキセノンを挙げることができるが、これらに限定されない。例示的なガス混合チャンバが図６に示されており、カバーガス８８は、ガス供給管８６内に延び、開放端３０４でガス供給管８６内に開口する供給ライン３０２を通してガス混合チャンバ３００に供給される。開放端３０４からガス供給管８６へのカバーガスの流れにより、開放端３０４に低圧領域が形成され、低圧領域は、（ガス供給管８６と流体連通している）タグガス供給通路３０８からガス供給管８６にタグガス３０６を引き込み、そこでタグガス３０６がカバーガス８８と混合する。タグガス３０８がカバーガス８８と混合された後、カバーガス８８を清澄容器３４に供給することができる。しかし、当業者に知られているような様々な他のガス混合装置を使用してもよい。
【0073】
完成したガラス物品内で検出されたブリスターは、第１のタグガスが、清澄容器に供給されるカバーガスに添加された第１のタグガスの濃度と一致する濃度でブリスター中に存在するかどうかを判定し、それにより、ブリスターの供給源を清澄容器として特定するために、例えば質量分析によって、分析することができる。しかし、清澄容器に供給されるタグガスの濃度と一致しない濃度のタグガスがブリスター中で検出された場合、ブリスターの供給源が清澄容器ではないことが示され得る。同様に、第１のタグガスとは異なる第２のタグガスを、異なる容器、例えば撹拌容器に供給されるカバーガスに添加することができる。その後、ガラス物品内のブリスターの分析を使用して、第１のタグガスを含むブリスターの数（存在する場合）、および／または第２のタグガスを含むブリスターの数（存在する場合）を決定し、それにより、ブリスターの供給源をより良好に識別および定量化することができる。例えば、第２のタグガスが検出されるが、第１のタグガスが検出されない場合、ブリスターの供給源は、第２のタグガスが注入された容器に由来すると推測され得る。第１のタグガスと第２のタグガスとの両方が気泡中に存在することは、気泡が複数の容器間の輸送に耐え、両方の容器内の溶融ガラスの表面に存在することを示し得る。
【0074】
１種以上のタグガスは典型的に、カバーガスを構成する大部分のガスではない。例えば、カバーガスを含む大部分のガス（５０％以上）がＮ２である場合、カバーガスは５０％未満のタグガスを含んでもよく、タグガスは大部分のガスとは異なる。
【0075】
本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本開示の実施形態に様々な変更および変形を施せることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、先の説明では、清澄容器および撹拌容器を中心に説明したが、本明細書に記述する実施形態は、清澄容器および撹拌容器について上述したような流量およびガス組成を使用して、自由表面を有する溶融ガラスを含む、送出容器４０などの他の容器に適用することができる。それゆえ、本開示は、そのような変更および変形を、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に入ることを条件に包含することが意図されている。
【0076】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0077】
実施形態１
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、
溶融ガラスを含む容器の自由容積内にカバーガスを流すステップであって、前記溶融ガラスが自由表面を有し、前記自由表面上に気泡がある、ステップ
を含み、
前記カバーガス中の酸素の分圧が、前記気泡中の酸素の分圧よりも低く、前記カバーガスの相対湿度が約１％以下である、
方法。
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、
溶融ガラスを含む容器の自由容積内にカバーガスを流すステップであって、前記溶融ガラスが自由表面を有し、前記自由表面上に気泡がある、ステップ
を含み、
前記カバーガス中の酸素の分圧が、前記気泡中の酸素の分圧よりも低く、前記カバーガスの相対湿度が約１％以下である、
方法。
【0078】
実施形態２
前記カバーガス中の酸素の濃度が約１体積％以下である、実施形態１記載の方法。
前記カバーガス中の酸素の濃度が約１体積％以下である、実施形態１記載の方法。
【0079】
実施形態３
前記酸素の濃度が、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲である、実施形態２記載の方法。
前記酸素の濃度が、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲である、実施形態２記載の方法。
【0080】
実施形態４
前記カバーガスがＮ２を含む、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。
前記カバーガスがＮ２を含む、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。
【0081】
実施形態５
前記カバーガス中の前記Ｎ２の濃度が約９８体積％以上である、実施形態４記載の方法。
前記カバーガス中の前記Ｎ２の濃度が約９８体積％以上である、実施形態４記載の方法。
【0082】
実施形態６
前記溶融ガラスをガラス物品に成形するステップをさらに含む、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の方法。
前記溶融ガラスをガラス物品に成形するステップをさらに含む、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の方法。
【0083】
実施形態７
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、
第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、
前記溶融ガラスを前記第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、前記第２の容器が、前記溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含み、前記第２の容器内の前記溶融ガラスが、前記自由表面上に気泡を有する、ステップと、
前記自由容積内にカバーガスを流すステップと
を含み、
前記カバーガス中の酸素の分圧が、前記気泡中の酸素の分圧よりも低く、前記カバーガスの相対湿度が約１％以下である、
方法。
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、
第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、
前記溶融ガラスを前記第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、前記第２の容器が、前記溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含み、前記第２の容器内の前記溶融ガラスが、前記自由表面上に気泡を有する、ステップと、
前記自由容積内にカバーガスを流すステップと
を含み、
前記カバーガス中の酸素の分圧が、前記気泡中の酸素の分圧よりも低く、前記カバーガスの相対湿度が約１％以下である、
方法。
【0084】
実施形態８
前記カバーガス中の酸素の濃度が約１体積％以下である、実施形態７記載の方法。
前記カバーガス中の酸素の濃度が約１体積％以下である、実施形態７記載の方法。
【0085】
実施形態９
前記酸素の濃度が、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲である、実施形態８記載の方法。
前記酸素の濃度が、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲である、実施形態８記載の方法。
【0086】
実施形態１０
前記第１の容器内の前記溶融ガラスが第１の温度を有し、前記方法が、前記第２の容器内の前記溶融ガラスを前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱するステップをさらに含む、実施形態７から９までのいずれか１つ記載の方法。
前記第１の容器内の前記溶融ガラスが第１の温度を有し、前記方法が、前記第２の容器内の前記溶融ガラスを前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱するステップをさらに含む、実施形態７から９までのいずれか１つ記載の方法。
【0087】
実施形態１１
前記第２の温度が１６００℃以上である、実施形態１０記載の方法。
前記第２の温度が１６００℃以上である、実施形態１０記載の方法。
【0088】
実施形態１２
前記カバーガスがＮ２を含む、実施形態７から１１までのいずれか１つ記載の方法。
前記カバーガスがＮ２を含む、実施形態７から１１までのいずれか１つ記載の方法。
【0089】
実施形態１３
前記カバーガス中の前記Ｎ２の濃度が約９８体積％以上である、実施形態１２記載の方法。
前記カバーガス中の前記Ｎ２の濃度が約９８体積％以上である、実施形態１２記載の方法。
【0090】
実施形態１４
前記溶融ガラスを前記第２の容器から成形装置に流し、前記溶融ガラスをガラス物品に成形するステップをさらに含む、実施形態７から１３までのいずれか１つ記載の方法。
前記溶融ガラスを前記第２の容器から成形装置に流し、前記溶融ガラスをガラス物品に成形するステップをさらに含む、実施形態７から１３までのいずれか１つ記載の方法。
【0091】
実施形態１５
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、
第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、
前記溶融ガラスを前記第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、前記第２の容器が、前記溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含む、ステップと、
前記自由容積内にカバーガスを流すステップであって、前記カバーガスが、５０体積％以上の濃度のＮ２と、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の濃度のＯ２とを含み、約１％以下の相対湿度を有する、ステップと
を含む、方法。
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、
第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、
前記溶融ガラスを前記第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、前記第２の容器が、前記溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含む、ステップと、
前記自由容積内にカバーガスを流すステップであって、前記カバーガスが、５０体積％以上の濃度のＮ２と、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の濃度のＯ２とを含み、約１％以下の相対湿度を有する、ステップと
を含む、方法。
【0092】
実施形態１６
前記カバーガスが、９８体積％以上の濃度のＮ２を含む、実施形態１５記載の方法。
前記カバーガスが、９８体積％以上の濃度のＮ２を含む、実施形態１５記載の方法。
【0093】
実施形態１７
前記カバーガス中のＯ２の前記濃度が、約０．０５体積％～約０．１５体積％の範囲である、実施形態１６記載の方法。
前記カバーガス中のＯ２の前記濃度が、約０．０５体積％～約０．１５体積％の範囲である、実施形態１６記載の方法。
【0094】
実施形態１８
前記カバーガスの前記相対湿度が約０．１％以下である、実施形態１７記載の方法。
前記カバーガスの前記相対湿度が約０．１％以下である、実施形態１７記載の方法。
【0095】
実施形態１９
前記カバーガスを前記自由容積内に流す前に、タグガスを前記カバーガスと混合するステップをさらに含む、実施形態１５から１８までのいずれか１つ記載の方法。
前記カバーガスを前記自由容積内に流す前に、タグガスを前記カバーガスと混合するステップをさらに含む、実施形態１５から１８までのいずれか１つ記載の方法。
【0096】
実施形態２０
前記溶融ガラスを前記第２の容器から成形装置に流し、前記溶融ガラスをガラス物品に成形するステップであって、前記ガラス物品が気泡を含む、ステップをさらに含む、実施形態１９記載の方法。
前記溶融ガラスを前記第２の容器から成形装置に流し、前記溶融ガラスをガラス物品に成形するステップであって、前記ガラス物品が気泡を含む、ステップをさらに含む、実施形態１９記載の方法。
【0097】
実施形態２１
前記気泡中の前記タグガスの存在を検出するステップをさらに含む、実施形態２０記載の方法。
前記気泡中の前記タグガスの存在を検出するステップをさらに含む、実施形態２０記載の方法。
【0098】
実施形態２２
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、
第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、
前記溶融ガラスを前記第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、前記第２の容器が、前記溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含む、ステップと、
前記自由容積内にカバーガスを流すステップであって、前記カバーガスが、８０体積％以上の濃度のＮ２と、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の濃度のＯ２と、タグガスとを含み、約０．１％以下の相対湿度を有する、ステップと
を含む、方法。
ガラス製作プロセスにおいて気泡を制御する方法であって、
第１の容器内で溶融ガラスを形成するステップと、
前記溶融ガラスを前記第１の容器の下流の第２の容器内に流すステップであって、前記第２の容器が、前記溶融ガラスの自由表面の上方に自由容積を含む、ステップと、
前記自由容積内にカバーガスを流すステップであって、前記カバーガスが、８０体積％以上の濃度のＮ２と、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の濃度のＯ２と、タグガスとを含み、約０．１％以下の相対湿度を有する、ステップと
を含む、方法。
【0099】
実施形態２３
前記タグガスが、アルゴン、クリプトン、ネオン、ヘリウム、およびキセノンからなる群から選択される、実施形態２２記載の方法。
前記タグガスが、アルゴン、クリプトン、ネオン、ヘリウム、およびキセノンからなる群から選択される、実施形態２２記載の方法。
【0100】
実施形態２４
前記第２の容器が清澄容器であり、前記カバーガスが第１のカバーガスであり、前記タグガスが第１のタグガスであり、前記方法が、前記溶融ガラスを前記第２の容器から第３の容器に流すステップと、前記第３の容器に含まれる自由容積内に第２のカバーガスを流すステップであって、前記第２のカバーガスが、前記第１のタグガスとは異なる第２のタグガスを含む、ステップとをさらに含む、実施形態２３記載の方法。
前記第２の容器が清澄容器であり、前記カバーガスが第１のカバーガスであり、前記タグガスが第１のタグガスであり、前記方法が、前記溶融ガラスを前記第２の容器から第３の容器に流すステップと、前記第３の容器に含まれる自由容積内に第２のカバーガスを流すステップであって、前記第２のカバーガスが、前記第１のタグガスとは異なる第２のタグガスを含む、ステップとをさらに含む、実施形態２３記載の方法。
【0101】
実施形態２５
前記第２のカバーガスが、さらに、８０体積％以上の濃度のＮ２と、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の濃度のＯ２とを含み、約０．１％以下の相対湿度を有する、実施形態２４記載の方法。
前記第２のカバーガスが、さらに、８０体積％以上の濃度のＮ２と、約０．０５体積％～約０．２体積％の範囲の濃度のＯ２とを含み、約０．１％以下の相対湿度を有する、実施形態２４記載の方法。
【0102】
実施形態２６
前記溶融ガラスを前記第３の容器から成形装置に流し、前記溶融ガラスをガラス物品に成形するステップであって、前記ガラス物品が気泡を含む、ステップをさらに含む、実施形態２５記載の方法。
前記溶融ガラスを前記第３の容器から成形装置に流し、前記溶融ガラスをガラス物品に成形するステップであって、前記ガラス物品が気泡を含む、ステップをさらに含む、実施形態２５記載の方法。
【0103】
実施形態２７
前記気泡中の前記第１のタグガスまたは前記第２のタグガスの少なくとも一方を検出するステップをさらに含む、実施形態２５記載の方法。
前記気泡中の前記第１のタグガスまたは前記第２のタグガスの少なくとも一方を検出するステップをさらに含む、実施形態２５記載の方法。
【図1(a)】
【図1(b)】
【図1(c)】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】