JP2006169085A - ガラス製造に用いる白金または白金合金製装置および器具 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス製造工程において溶融ガラス中への異物の混入を長期間に渡って抑制することが可能な白金または白金合金からなるガラス製造装置および当該装置に用いる器具を提供すること。
【解決手段】白金または白金合金からなるガラス製造装置および器具の表面粗さをＲｍａｘ：４μｍ未満、Ｒａ：０．１μｍ以下の状態にすることで、白金器具表面と溶融ガラスの接触抵抗が小さくなり、器具表面にかかる摩擦力を低下させることが出来、且つ濡れ性が改善されることで、高温時の膨張収縮による表面のシワ、変形の発生を抑制し、白金ブツが溶融ガラス中に混入することを防ぐ。

Description

高温でのガラスの製造に用いられる白金または白金合金製ガラス製造装置および器具に関する。

従来技術

従来、ガラス製造においては、原料溶融からガラス化までの多くのプロセスで、プロセス毎に各種装置および器具を使用しているが、ガラスの使用目的別に高品質・低コスト化を図るため、１０００℃以上の高温下において化学的安定性を持ち、溶融ガラス中への不純物混入の起こり難い材料として貴金属、特に白金および白金合金が使用されてきた。

しかし、近年光伝送用・フラットパネル用・光学レンズ用ガラス等においてガラス成分の多様化および作業温度のより高温化等が行われ、白金および白金合金製装置および器具を用いた場合、数ヶ月の使用後において、微小白金粒（＜３０μｍ）の混入が生じ問題となっている。この現象の一つの要因として考えられる、白金材表面粗度が大きい場合、溶融ガラスと白金材表面の接触抵抗が大きいことにより表面変形等から徐々に白金材表面にシワ（＝凹凸）が生じ、その先端部が剥離することから生じると考えられている。この微小白金粒がガラス中に混入すると、光の散乱による透過を妨げるとともに白金粒の熱膨張または機械的衝撃によりクラック発生を生じ、ガラス製品歩留りの低下および高コスト化に繋がる。その為、表面粗さを小さくし、接触抵抗を小さくすることで長期間に渡って装置および器具の表面荒れを防ぎ、溶融ガラス中への白金ブツ混入を回避する必要があるが、従来は、白金または白金合金製装置および器具は表面処理が難しい為、概して表面を研磨布紙やブラスト装置を用いて粗研磨する程度であった。

ガラス製造用装置および器具の表面状態の改善については以下の開示がある。
特開平０７−１０５４６ 特開２００４−０９９３３９ 特許文献１では、溶融ガラスと接触する坩堝表面を滑らかに加工することで濡れ性の改善が上げられているが、溶融ガラス中への白金ブツの混入改善についてはなんら触れられていない。また、面粗度の範囲がＲｍａｘ４μｍ〜２０μｍとされている。
特許文献２では、スターラー表面に被覆を行なう等種々の表面処理を施すことで、ガラス溶融時の異物の混入を抑制している。これらの表面処理によってスターラーの摩耗量を低減することが出来たが、回転トルク等により生じる表面変形によるシワの発生には対応できなかった。
本特許は、面粗度を４μｍ未満とすることで、表面の濡れ性改善による発泡の減少と接触抵抗の減少による表面変形の問題の両方を解決する為になされたものである。

発明が解決しようとする課題

近年の電子産業の発展に伴い、ガラス製品あるいはガラス部品は様々な用途で使用されている。特に光学系ガラスにおいては、光損傷に繋がる不純物および強度低下に繋がる不純物等微細な異物混入でも重大な欠陥に繋がってしまう。そこで、光学系ガラス製造装置および器具には高純度且つ高温安定性の白金または白金合金製装置および器具が多く使用されている。使用装置または器具の呼称としては、坩堝、スターラー、清澄槽、スキマーブロック、フィーダ等があるが、近年ガラス製造時の温度がより高温化され、溶融ガラス中に白金ブツが混入することによるガラスの歩留り低下が問題となっている。
そこで、本発明は、装置および器具の表面を平坦にすることで、溶融ガラスへの異物の混入を防止し、ガラスの歩留りを向上させることを目的とした白金または白金合金からなる装置および器具を提供することを目的とする。

課題を解決する為の手段

前記の目的を達成する為、本発明は種々の方法でガラス製造装置および器具の表面粗さをＲｍａｘ：４μｍ未満、Ｒａ：０．１μｍ以下の状態にすることを特徴とする。装置および器具の表面粗さを前記Ｒｍａｘ：４μｍ未満、Ｒａ：０．１μｍ以下に改善することで、装置および器具の表面と溶融ガラスの濡れ性改善による発泡減少および接触抵抗が小さくなり、高温加冷却による膨張収縮による表面のシワおよび変形を抑制することを特徴とする。

従来ガラス溶融用白金器具の表面粗さはＲｍａｘ：５〜１０μｍ、Ｒａ：０．２〜０．３μｍ程度であったが、本発明では、種々の方法で表面粗さをＲｍａｘ：４μｍ未満、Ｒａ：０．１μｍ以下とし、それによって、白金器具表面と溶融ガラスの接触抵抗が小さく且つ濡れ性が改善されることで、器具表面に係る摩擦力を低下させることが出来、溶融ガラス中に白金ブツが混入することを防ぐ。

発明の効果

前記の通り、白金または白金合金製のガラス製造用容器の表面粗さをＲｍａｘ：４μｍ未満、Ｒａ：０．１μｍ以下にすることで、白金器具表面と溶融ガラスの接触抵抗が小さくなり、器具表面にかかる摩擦力を低下させることが出来、且つ濡れ性が改善されることで、高温時の膨張収縮による表面のシワ、変形の発生を抑制し、白金ブツが溶融ガラス中に混入することを防ぐことが出来た。

次に、本発明に係る器具の実施の形態について実施例に沿って説明する。少なくともガラス製造装置に使われる器具の材質には白金または白金合金が用いられる。白金合金は一般的には酸化物分散強化白金やＰｔ−Ｒｈ合金等が用いられる。これら器具は、種々の仕様条件に合わせた寸法・形状があり、本発明の研磨は、器具製作の仕上げ時に行なう。研磨法は種々のものを用いることが可能だが、タンブリング研磨および電解研磨を一例として挙げて説明する。ガラス製造装置に使われる装置および器具にも工程ごとに種々のものがあり、ここでは坩堝およびスターラーを一例として挙げて説明する。

ジルコニア分散型強化白金（ＦＰＯ−１０％Ｒｈ）を用いて、ガラス製造用坩堝とスターラーを作製した。坩堝の形状は外径がφ１５０ｍｍ、高さが８００ｍｍのものである。スターラーの形状は、回転軸と撹拌翼からなり、撹拌翼は回転軸に溶接されている。作製後、坩堝内に研磨材を入れ、坩堝を１００ｒｐｍの速度で１６時間回転させた。研磨材にはコーンコブとアルミナコンパウンドの混合品（混合比：１０：１）を用いた。研磨後の坩堝の内表面を表面粗さ測定器（東京精密製：ｓｕｒｆｃｏｍ４８０）で計測したところ、Ｒｍａｘ：１．４μｍ，Ｒａ：０．０２４μｍの表面粗さであった。また、スターラーについては、作製後、当該スターラーを蓋付きのステンレス製の容器内に挿入し、研磨材を容器に入れ、蓋を閉め、５０ｒｐｍの速度で１６時間回転させた。研磨材には坩堝と同様、コーンコブとアルミナコンパウンドの混合品（混合比：１０：１）を用いた。研磨後のスターラーの外表面を表面粗さ測定器で計測したところ、Ｒｍａｘ：１．６μｍ、Ｒａ：０．０２８μｍの表面粗さだった。この坩堝とスターラーをガラス製造装置に組み込み、１６００℃の温度で１００日間液晶用ガラスを溶解し、スターラーを３０ｒｐｍの速度で回転した後、肉厚１０ｍｍのガラスの板を製作して白金ブツの混入量を調べたところ、５０×５０ｃｍの面積に白金ブツは確認されなかった。

比較例１

スターラーの外表面を粗研磨し、表面粗さをＲｍａｘ：６．３μｍ、Ｒａ：０．２４μｍとした以外は実施例１と同様の条件でガラス板の製作を行い、白金ブツの混入を調査した。その結果、５０ｃｍ×５０ｃｍの面積あたり２０μｍ以下の白金ブツが１０個確認された。

比較例２

坩堝の内表面を粗研磨し、表面粗さをＲｍａｘ：５．４μｍ、Ｒａ：０．２２μｍとした以外は実施例１と同様の条件でガラス板の作製を行い、白金ブツの混入を調査した。その結果、５０ｃｍかける５０ｃｍの面積あたり２０μｍ以下の白金ブツが８個確認された。

実施例１と同様の材質・形状の坩堝とスターラーを作製し、電解研磨を行った。白金を陰極板として、陽極側に当該坩堝およびスターラーを設置して、電解液に浸漬し、１５分間交流電流を加えた。電解液には蒸留水６１０ｍｌに対し、塩酸：５０ｍｌ、弗化ナトリウム：１５０ｇ、塩化カリウム：１００ｇ、硝酸カリウム：５０ｇ、チオシアン酸カリウム：４０ｇを添加したものを用いた。電流は可変抵抗器で電流が０．５Ａ／０．２５ｃｍ２流れる様に調整した。研磨後の坩堝の内表面とスターラーの外表面を表面粗さ測定器で計測したところ、坩堝はＲｍａｘ：１．４μｍ、Ｒａ：０．０２５μｍ、スターラーはＲｍａｘ：１．６μｍ、Ｒａ：０．０２６の表面粗さであった。そしてこの坩堝とスターラーをガラス製造装置に組み込み、１６００℃の温度で１００日間液晶用ガラスを溶解し、肉厚１０ｍｍのガラスの板を製作して白金ブツの混入量を調べたところ、５０×５０ｃｍの面積に白金ブツは確認されなかった。

比較例３

スターラーの外表面を粗研磨し、表面粗さをＲｍａｘ：６．３μｍ、Ｒａ：０．２４μｍとした以外は実施例２と同様の条件でガラス板の製作を行い、白金ブツの混入を調査した。その結果、５０ｃｍ×５０ｃｍの面積あたり２０μｍ以下の白金ブツが１２個確認された。

比較例４

坩堝の内表面を粗研磨し、表面粗さをＲｍａｘ：５．４μｍ、Ｒａ：０．２２μｍとした以外は実施例２と同様の条件でガラス板の作製を行い、白金ブツの混入を調査した。その結果、５０ｃｍかける５０ｃｍの面積あたり２０μｍ以下の白金ブツが９個確認された。

実施例１と同様の材質・形状の坩堝とスターラーを作製し、実施例１と同様の条件でタンブリング研磨を行った後、更に実施例２と同様の条件で電解研磨を行った。研磨後の坩堝の内表面とスターラーの外表面を表面粗さ測定器で計測したところ、坩堝はＲｍａｘ：１．０μｍ，Ｒａ：０．０２０μｍ、スターラーはＲｍａｘ：１．２μｍ，Ｒａ：０．０２１μｍの表面粗さであった。そしてこの坩堝をガラス製造装置に組み込み、１６００℃の温度で１００日間液晶用ガラスを溶解し、肉厚１０ｍｍのガラスの板を製作して白金ブツの混入量を調べたところ、５０×５０ｃｍの面積に白金ブツは確認されなかった。

比較例５

スターラーの外表面を粗研磨し、表面粗さをＲｍａｘ：６．３μｍ、Ｒａ：０．２４μｍとした以外は実施例３と同様の条件でガラス板の製作を行い、白金ブツの混入を調査した。その結果、５０ｃｍ×５０ｃｍの面積あたり２０μｍ以下の白金ブツが７個確認された。

比較例６

坩堝の内表面を粗研磨し、表面粗さをＲｍａｘ：５．４μｍ、Ｒａ：０．２２μｍとした以外は実施例３と同様の条件でガラス板の作製を行い、白金ブツの混入を調査した。その結果、５０ｃｍかける５０ｃｍの面積あたり２０μｍ以下の白金ブツが９個確認された。

Claims (4)

1. ガラス製造に用いる白金または白金合金製装置および器具で、当該装置および器具の表面をＲｍａｘ：４μｍ未満、Ｒａ：０．１μｍ以下の表面粗さにしたことを特徴とするガラス製造装置および器具
2. 物理的手法を用いたことを特徴とする請求項１記載のガラス製造装置および器具
3. 化学的手法を用いたことを特徴とする請求項１記載のガラス製造装置および器具
4. 物理的手法および化学的手法を用いたことを特徴とする請求項１記載のガラス製造装置および器具