JP2013216521A - ガラスの製造装置及びそれを用いたガラス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト高を招来させることなく、白金容器近傍のガラス領域で泡の発生を防止し得るガラス製造装置及びそれを用いたガラス製造方法を提供する。
【解決手段】溶解工程３１、清澄工程３２、供給工程３６〜３９、均質化工程３３、及び成形工程３５中の少なくとも一部に使用されるガラス製造装置１において、白金又は白金合金からなる白金容器の外側に、開気孔を有するセラミック多孔体を備え、該開気孔内にガラス成分が含浸されていることを特徴とするガラス製造装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス製造装置及びそれを用いたガラス製造方法に関し、例えば電子デバイス用ガラス板、特に高い泡品位が要求される液晶ディスプレイ用ガラス板、有機ＥＬディスプレイ用ガラス板の製造に好適なガラス製造装置及びそれを用いたガラス製造方法に関する。

ガラスを工業的に生産する場合、ガラス原料を溶解、清澄、均質化した後、得られたガラス融液を成形装置に供給して所望の形状に成形する方法が一般的に用いられる。また、高品質が要求されるディスプレイ用ガラス板の場合、清澄工程、供給工程等の製造工程では、表示欠陥（異物、泡等）が発生しないように、白金又は白金合金からなる白金容器が一般的に用いられる。

ところで、特許文献１には、白金容器とガラス融液の接触に起因して泡が発生するという問題が記載されている。特許文献１によると、白金容器の外側の水素濃度よりガラス融液中の水素濃度が高いと、ガラス融液中の水素が白金容器を透過し、白金容器の外側に拡散し易くなり、結果として白金容器近傍のガラス領域で酸素が飽和状態に達して、酸素泡が発生し易くなる。

白金容器近傍のガラス領域で泡の発生を防止するために、特許文献１では、泡の原因となるガラス中の水分量を低下させる方法が提案されている。また、特許文献２では、白金容器の外側の雰囲気に水素ガスを導入する方法が提案されている。更に、特許文献３〜５では、白金容器の外表面に皮膜を形成する方法が提案されている。

特表２００１−５０００９８号公報 特表２００１−５０３００８号公報 特表２００４−５２３４４９号公報 特表２００６−５２２００１号公報 特開２００６−７６８７１号公報

特許文献１に記載の方法は、ガラス中の水分量をβ−ＯＨで表し、このβ−ＯＨ値を０．５／ｍｍ未満に調整することにより、白金容器とガラス融液との界面における泡の発生を防止する方法である。そして、同文献では、ハロゲン等の乾燥剤をガラス原料に添加することにより、β−ＯＨ値を０．５／ｍｍ未満に調整している。

近年、溶解槽を大型化することにより、ガラスを大量生産し、液晶ディスプレイ用ガラス板の急激な需要拡大に対応することが検討されている。しかし、溶解槽を大型化すると、溶解槽内にガラス融液が長時間滞在するようになる。この場合、溶融雰囲気中からガラス融液中に拡散する水分量が増加し易くなるため、β−ＯＨ値を０．５／ｍｍ未満に調整し難くなる。また、近年、環境的観点から、清澄剤であるＡｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３等の使用が制限されつつある。これらの清澄剤の使用が制限されると、溶解槽内におけるガラス融液の滞在時間を長くする手法が採用される場合があり、この場合も、上記と同様にして、ガラス融液中の水分量が増加し易くなる。従って、ガラス原料の選択により、β−ＯＨ値を０．５／ｍｍ未満に低下させる方法は、生産効率の上で問題がある。

また、特許文献２に記載の方法は、白金容器の外側の雰囲気に水素ガスを導入することにより、白金容器近傍のガラス領域で泡の発生を防止する方法である。しかし、この方法は、水素ガス濃度を常時、厳密に管理する必要があるため、コスト高の要因となる。具体的には、水素ガス濃度が高過ぎると、白金容器の壁を通じて、白金容器の外側からガラス融液に水素が過剰に供給されて、その過剰な水素がガラス融液の特定成分を還元して、結果として、その還元成分が白金容器と合金を形成する虞がある（特許文献２参照）。一方、水素ガス濃度が低過ぎると、発泡防止効果が乏しくなる（特許文献２参照）。

また、特許文献３〜５に記載の方法は、白金容器の外表面に皮膜を形成して、白金容器近傍のガラス領域で泡の発生を防止する方法である。この方法の場合、無欠陥の皮膜が要求される。つまり皮膜に亀裂等の欠陥があると、その部分に対応する白金容器近傍のガラス領域で泡の発生を防止し難くなる。しかし、実際の施工において、白金容器の外表面に無欠陥の皮膜を効率的に形成することは困難である。また、高温雰囲気、操業温度の変動等の影響により、操業中に皮膜が劣化したり、破損したりする可能性もある。しかも皮膜の欠陥が微小である場合は、その欠陥の発見が困難になり、欠陥の補修を行う際には操業を中断する必要がある。従って、特許文献３〜５に記載の方法は、コスト高の要因となる。

そこで、本発明は、コスト高を招来させることなく、白金容器近傍のガラス領域で泡の発生を防止し得るガラス製造装置及びそれを用いたガラス製造方法を創案することを技術的課題とする。

本発明者等は、鋭意検討の結果、白金容器の外側に、開気孔を有するセラミック多孔体を配置すると共に、ガラス成分を開気孔内に含浸させることにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明のガラス製造装置は、溶解工程、清澄工程、供給工程、均質化工程、及び成形工程中の少なくとも一部に使用されるガラス製造装置において、白金又は白金合金からなる白金容器の外側に、開気孔を有するセラミック多孔体を備え、該開気孔内にガラス成分が含浸されていることを特徴とする。

ここで、「白金容器」は、ガラス融液を収容し得る限り、その形状が限定されず、ポット形状、パイプ形状等も含む。更に、「白金容器」は、白金又は白金合金のみで形成された容器のみならず、ガラス融液との接触部分が白金または白金合金で内張りされた容器も含む。「白金又は白金合金」は、白金族元素又は白金族元素を主成分として含む合金を指すが、耐熱性の観点から、白金又は白金を主成分として含む合金が好ましい。「開気孔」は、気孔の一部が表面に露出して、開孔を形成しているものを指す。

白金容器の外側に、開気孔を有するセラミック多孔体を配置すると共に、セラミック多孔体の開気孔内にガラス成分を含浸させると、ガラス成分の脱落を防止しつつ、白金容器近傍のガラス領域で泡の発生を防止し易くなる。更に、厳密な工程管理が不要になり、また施工の困難性もない。

また、本発明のガラス製造装置は、セラミック多孔体の開気孔率が１０体積％以上であることが好ましい。

また、本発明のガラス製造装置は、セラミック多孔体が、シリカ又はアルミナを主成分として含むことが好ましい。

また、本発明のガラス製造装置は、ガラス成分が、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないことが好ましい。ここで、「実質的にアルカリ金属酸化物を含まない」とは、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、及びＫ_２Ｏ）の含有量が２０００ｐｐｍ（質量）以下の場合を指す。

また、本発明のガラス製造装置は、セラミック多孔体の外側に、更に電鋳耐火物を備えることが好ましく、電鋳耐火物の気孔率が５体積％以下であることが更に好ましい。

また、本発明のガラス製造方法は、上記のガラス製造装置を、溶解工程、清澄工程、供給工程、均質化工程、及び成形工程中の少なくとも一部に用いて、ガラス（好ましくは無アルカリガラス）を製造することを特徴とする。ここで、「無アルカリガラス」は、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないガラスを指す。

本発明の一実施形態に係るガラス製造装置及びそれを用いたガラス製造方法を説明するための模式的側面図である。 本発明の一実施形態に係る均質化槽を説明するための略図的断面図である。 本発明の一実施形態に係る供給管を説明するための略図的断面図である。

本発明のガラス製造装置は、溶解工程、清澄工程、供給工程、均質化工程、及び成形工程中の少なくとも一部に使用される。一般的に、ガラスの製造工程は、溶解工程、清澄工程、均質化工程、及び成形工程を含んでいる。溶解工程は、ガラス原料を溶解し、ガラス化する工程である。清澄工程は、溶解工程で得られたガラス融液を清澄剤等の働きによって清澄する工程である。供給工程は、各工程間にガラス融液を移送する工程である。均質化工程は、ガラス融液を攪拌し、均質化する工程である。成形工程は、ガラス融液を所望の形状に成形する工程である。なお、必要に応じて、上記以外の工程、例えばガラス融液を成形に適した状態に調節する状態調節工程を均質化工程後に取り入れてもよい。

本発明のガラス製造装置は、清澄工程以降の工程に適用することが好ましく、特に供給工程に適用することが好ましい。清澄工程以降の工程でガラス融液中に泡が発生した場合は、その泡を除去することが困難である。よって、本発明のガラス製造装置は、これらの工程に適用する意義が大きい。

成形工程は、特に限定されないが、高品質が要求されるディスプレイ用ガラス板の成形工程であることが好ましい。また、ディスプレイ用ガラス板の場合、ダウンドロー法、特にオーバーフローダウンドロー法、スロットダウンドロー法で成形することが望ましい。ダウンドロー法でガラス板を成形する場合、通常、清澄工程以降で白金容器が使用される。よって、本発明のガラス製造装置は、ダウンドロー法でガラス板を成形する場合に、特に有効である。

本発明のガラス製造装置は、上記の通り、白金容器の外側に、開気孔を有するセラミック多孔体を備え、該開気孔内にガラス成分が含浸されていることを特徴とする。セラミック多孔体として、開気孔を有する限り、種々の材料が使用可能である。

セラミック多孔体は、アルミナ、ムライト、シリカの何れかを主成分として含むことが好ましく、特にアルミナを主成分として含むことが好ましい。例えば、アルミナを主成分とするセラミック多孔体を用い、セラミック多孔体の開気孔内に、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないガラス成分を含浸させると、セラミック多孔体とガラス成分の界面から針状のムライト結晶が析出し易くなる。そして、針状のムライト結晶は、ガラス成分の保持機能を有するため、含浸させたガラス成分の脱落を防止することができる。

セラミック多孔体の開気孔率は、好ましくは１０体積％以上、２０〜８０体積％、３０〜８０体積％、特に４０〜８０体積％である。開気孔率が１０体積％より小さいと、開気孔内にガラスを含浸させることが困難になる。一方、開気孔率が８０体積％より大きいと、セラミック多孔体がガラス成分により侵食され過ぎて、白金容器を位置固定し難くなる。

開気孔内にガラス成分を含浸させる方法として、種々の方法を採用することができる。例えば、セラミック多孔体をガラス融液中に浸漬して、開気孔内にガラス融液を浸透させた後、セラミック多孔体をガラス融液から取り出す方法、或いは白金容器の外側に隙間を設けた状態でセラミック多孔体を配置した上で、白金容器を加熱した後、その隙間にガラス成分を供給し、そのガラス成分を開気孔内に浸透させる方法を採用することができる。

本発明のガラス製造装置は、セラミック多孔体の外側に、更に電鋳耐火物を備えることが好ましい。電鋳耐火物は、一般的に使用される焼成耐火物に比して、粒界が明確でなく、気孔率が低い。よって、電鋳耐火物は、含浸させたガラス成分の脱落を防止する上で有効である。

電鋳耐火物の気孔率は、好ましくは５体積％以下、特に３体積％以下である。電鋳耐火物の気孔率が５体積％より大きいと、含浸させたガラス成分が、電鋳耐火物中に浸透して、発泡防止効果が乏しくなる虞がある。

含浸させるガラス成分のガラス組成は、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないことが好ましく、質量％で、ＳｉＯ_２ ４０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ５〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜１５％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜２５％、ＳｒＯ ０〜１５％、及びＢａＯ ０〜１５％を含有することが好ましい。このようにすれば、工程温度が高温になっても、高粘性を維持し得るため、ガラス成分がガラス製造装置から脱落する事態を防止し易くなり、長期に亘って、白金容器近傍のガラス領域において発泡を防止し易くなる。

本発明のガラス製造方法は、上記のガラス製造装置を、溶解工程、清澄工程、供給工程、均質化工程、及び成形工程中の少なくとも一部に用いて、ガラスを製造することを特徴とする。本発明のガラス製造方法の技術的特徴は、本発明のガラス製造装置の技術的特徴と一部重複する。よって、本発明のガラス製造装置の説明において、便宜上、その重複部分の説明を省略する。

本発明のガラス製造方法は、種々のガラスを製造することが可能である。その中でも、無アルカリガラスを製造することが好ましい。無アルカリガラスは、一般的に溶融温度が高い。よって、無アルカリガラスを製造する際、清澄工程、均質化工程等の各工程を白金容器内で行う必要性が高く、この場合、本発明の効果が大きくなる。

無アルカリガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ４０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ５〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜１５％、ＭｇＯ ０〜１０％（好ましくは０〜１％）、ＣａＯ ０〜１５％（好ましくは５〜１０％）、ＳｒＯ ０〜１５％、ＢａＯ ０〜１５％、及びＳｎＯ_２ ０〜１％（好ましくは０．１〜１％）を含有することが好ましい。このようにすれば、ディスプレイ用ガラス板の要求特性（低密度、高歪点、耐薬品性、低膨張性、耐失透性等）を満たし易くなる。また、無アルカリガラスは、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３を含有していないことが好ましい。これらの清澄剤は、清澄性に優れるが、環境的観点から、その使用を制限することが好ましい。ここで、「実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３を含有していない」とは、ガラス組成中のＡｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３の含有量が１０００ｐｐｍ（質量）以下の場合を指す。

本発明のガラス製造方法は、種々のガラスの製造に適用可能であるが、高い泡品位が要求されるディスプレイ用ガラス板（特に、液晶ディスプレイ用ガラス板、有機ＥＬディスプレイ用ガラス板）の製造に好適である。なお、本発明のガラス製造方法は、プラズマディスプレイ用ガラス板の製造にも適用可能である。

次に、図面を用いて、本発明のガラス製造装置及びそれを用いたガラス製造方法の一例を詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るガラス製造装置及びそれを用いたガラス製造方法を説明するための模式的側面図である。図１に示すガラス製造装置１は、液晶ディスプレイパネル用ガラス板等に使用される無アルカリガラスを製造するためのガラス製造装置である。

図１に示すように、ガラス製造装置１は、溶解槽３１と、清澄槽３２と、均質化槽（攪拌槽）３３と、状態調節槽３４と、成形槽（オーバーフロー槽）３５と、供給容器３６、３７、３８、３９とを備えている。

溶解槽３１は、投入されたガラス原料（バッチ、カレット等）を溶解して、ガラス融液を得る溶解工程を行うための容器である。溶解槽３１は、供給容器３６によって清澄槽３２に接続されている。

清澄槽３２は、溶解槽３１から供給されたガラス融液を清澄する清澄工程を行うための白金容器である。清澄槽３２は、供給容器３７によって均質化槽（攪拌槽）３３に接続されている。

均質化槽（攪拌槽）３３は、清澄されたガラス融液を攪拌し、均一化する均質化工程を行うための白金容器である。また、均質化槽（攪拌槽）３３には、図示しない攪拌羽根が取り付けられている。均質化槽（攪拌槽）３３は、供給容器３８によって状態調節槽３４に接続されている。

状態調節槽３４は、ガラス融液を成形に適した状態に調節する白金容器である。状態調節槽３４は、供給容器３９によって成形槽（オーバーフロー槽）３５に接続されている。

成形槽（オーバーフロー槽）３５は、ガラス融液を所望の形状に成形する成形工程を行うための容器である。図１では、成形槽（オーバーフロー槽）３５は、断面形状（紙面と直行する断面形状）が略楔形を呈しており、成形槽（オーバーフロー槽）３５の上部にオーバーフロー溝が形成されている。供給容器３９によってガラス融液をオーバーフロー溝に供給した後、そのガラス融液をオーバーフロー溝から溢れさせて、成形槽（オーバーフロー槽）３５の両側の側壁面（紙面の表裏両側に位置する側面）に沿って流下させる。そして、その流下させたガラス融液を成形体の下頂部で融合させて、板状に成形する。

図２は、均質化槽（攪拌槽）３３の略図的断面図である。なお、清澄槽３２、状態調節槽３４も同様の構造を有している。図３は、供給容器３７の略図的断面図である。なお、供給容器３８、３９も供給容器３７と同様の構造を有している。

図２、図３から明らかなように、均質化槽（攪拌槽）３３、供給容器３７、３８、３９は、白金容器１１の外側に開気孔を有するセラミック多孔体１２を備えている。そして、セラミック多孔体１２は、アルミナを主成分として含んでいる。また、セラミック多孔体１２の開気孔率は１０体積％以上である。

セラミック多孔体１２の開気孔内には、ガラス成分が含浸されている。ガラス成分は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ４０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ５〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜１５％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜２５％、ＳｒＯ ０〜１５％、及びＢａＯ ０〜１５％を含有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有していない。

セラミック多孔体１２とガラス成分の界面に針状のムライト結晶が析出している。

セラミック多孔体１２の外側には、電鋳耐火物１３が配置されている。電鋳耐火物１３の気孔率は５体積％以下である。

ガラス融液１４は、無アルカリガラス（例えば日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ）からなる。

図１〜３に記載のガラス製造装置１によれば、清澄槽３２でガラス融液１４中の初期泡を除去し得ると共に、その後の工程で泡の発生を抑制することができる。

なお、図１〜３に記載のガラス製造装置１は、単なる例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。例えば、溶解工程と清澄工程を単一の白金容器で行ってもよいし、一つの工程を複数の白金容器で行ってもよい。

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。但し、以下の実施例は、単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。

（実施例）
まず３５ｍｍ×３５ｍｍ×１０ｍｍ厚のセラミックス多孔体（開気孔率６０体積％）を用意し、このセラミックス多孔体の開気孔内にはガラス成分が含浸されている。次に、セラミック多孔体の上に、３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．０５ｍｍ厚の白金箔を配置した。続いて、この白金箔の上に、水分量５５０ｐｐｍの無アルカリガラス（例えば日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ）を配置して、これを実験試料とした。更に、この実験試料を電気炉に投入した後、１５００℃まで加熱し、１５００℃で１５分間保持した。最後に、電気炉から実験試料を取り出して、冷却した後、無アルカリガラスの状態を観察した。

（比較例）
３５ｍｍ×３５ｍｍ×１０ｍｍ厚のセラミックス多孔体（開気孔率６０体積％）の上に、３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．０５ｍｍ厚の白金箔を直接載置したこと以外は、上記実施例と同様に実験を行った。

その結果、実施例では、無アルカリガラス中に泡がほとんど観察されなかった。一方、比較例では、無アルカリガラスの白金箔界面に多数の泡が観察された。

１…ガラス製造装置
１１…白金容器
１２…セラミックス多孔体
１３…電鋳耐火物
１４…ガラス融液
３１…溶解槽
３２…清澄槽
３３…均質化槽（攪拌槽）
３４…状態調節槽
３５…成形槽（オーバーフロー槽）
３６〜３９…供給容器

Claims (8)

1. 溶解工程、清澄工程、供給工程、均質化工程、及び成形工程中の少なくとも一部に使用されるガラス製造装置において、
   白金又は白金合金からなる白金容器の外側に、開気孔を有するセラミック多孔体を備え、
   該開気孔内にガラス成分が含浸されていることを特徴とするガラス製造装置。
2. 前記セラミック多孔体の開気孔率が１０体積％以上であることを特徴とする請求項１に記載のガラス製造装置。
3. 前記セラミック多孔体が、シリカ又はアルミナを主成分として含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス製造装置。
4. 前記ガラス成分が、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のガラス製造装置。
5. 前記セラミック多孔体の外側に、更に電鋳耐火物を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のガラス製造装置。
6. 前記電鋳耐火物の気孔率が５体積％以下であることを特徴とする請求項５に記載のガラス製造装置
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のガラス製造装置を、溶解工程、清澄工程、供給工程、均質化工程、及び成形工程中の少なくとも一部に用いて、ガラスを製造することを特徴とするガラス製造方法。
8. 無アルカリガラスを製造することを特徴とする請求項７に記載のガラス製造方法。