JP2015160799A - ガラス板製造装置及びガラス板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス板製造装置を構成する流通管におけるフランジ部分と管部分の接合面での破損を防止すること。【解決手段】熔解部、清澄部、撹拌部、成形部を少なくとも構成として有し、前記各構成間を接続して熔融ガラスを流通させる流通管を有し、前記流通管は少なくとも一端にフランジを有する管から構成され、前記フランジと前記管との間に連接部分を有し、前記フランジは白金又は白金合金から選ばれた一種の材料から構成され、前記管は白金又は白金合金以外の材料から構成され、ガラス板製造装置において、前記フランジと前記管との連接部分が湾曲面で構成されている、ことを特徴とする、前記ガラス板の製造装置である。【選択図】図３

Description

本発明は、ガラス板製造装置及びガラス板の製造方法に関する。

ガラス板を製造する際、ガラス原料を熔解炉で熔融して熔融ガラスをつくり、この後熔融ガラスを清澄管で清澄し、清澄後の熔融ガラスを、例えば成形体を用いてシートガラスに成形する。熔解炉でつくられた熔融ガラスは移送管を通して清澄管に送られる。

特許文献１には、熔解炉、移送管及び清澄管のそれぞれの当接する端部を通過し前記端部の間にある空隙に進入する熔融ガラスを、前記端部が冷却固化することにより前記熔解炉と前記移送管と前記清澄管とを熔融ガラスの流路として形成することを特徴とするガラス板の製造方法が記載されている。
特許文献２には、白金もしくは白金合金に金属酸化物を分散させてなる強化白金製の中空管の外周に白金または白金合金製のフランジを気密接合する方法が記載されている。

ところで、上記特許文献１に記載されたガラス板の製造方法では、熔解炉と移送管と清澄管とを接続し、さらに、清澄管以降、熔融ガラスからシートガラスをつくるための成形装置までの熔融ガラスの流路を確保した後、ガラス板の製造が開始される。このとき、白金又は白金合金で構成されたフランジ部分と強化白金又は強化白金合金で構成された管部分が接合されて構成された移送管は、フランジ部分の通電加熱により千数百度に昇温されるので熱膨張し、フランジ部分と管部分の接合面における引っ張り強度差による応力集中により破損を生じる。この破損は、移送管からの熔融ガラスの漏れ、及び破損した移送管からの異物混入により、製品の歩留り低下等の原因となる。

図４は、上記特許文献１における移送管を、フランジ２０４ａ及び管２０４ｂからなり、角部ＩＩを有する移送管２０４の形状の一例（図４（ａ））及び図４（ａ）における部分Ａの拡大図（図４（ｂ））として示す。
移送管２０４は、フランジ２０４ａの通電加熱により千数百度に昇温されるので、フランジ２０４ａ及びフランジ２０４ａを介して熱の伝播を受ける管２０４ｂは共に熱膨張する。ここで、フランジ２０４ａ及び管２０４ｂは、互いに異なる材料から構成されることにより引っ張り強度が異なるため、フランジ２０４ａ及び管２０４ｂとの接合面における角部ＩＩで応力集中が生じる。角部ＩＩとは、移送管２０４のフランジ２０４ａ及び管２０４ｂとの接合部分が角度を有する部分である。移送管２０４は、角部ＩＩにおいては、その形状により応力集中を緩和することができないため、フランジ２０４ａ及び管２０４ｂの接合面において破損を生じる。この破損は、移送管２０４からの熔融ガラスＭＧの漏れ、及び破損した移送管２０４を介した熔融ガラスへの異物混入の原因となる。

特開第２０１３−２１６５３５号公報 特許第４８７２９０９号明細書

そこで、本発明者らは、フランジ部分と管部分との接合面での破損の原因が、接合面が角部であることにより、前記接合面に引っ張り強度差による応力が集中することにあることを見出し、連接部分を湾曲面で構成した流通管で構成したガラス板製造装置及びガラス板の製造方法とすることにより、本発明を完成した。

よって、本発明は、
熔解部、清澄部、撹拌部、成形部を少なくとも構成として有し、
前記各構成間を接続して熔融ガラスを流通させる流通管を有し、前記流通管は少なくとも一端にフランジを有する管から構成され、前記フランジと前記管との間に連接部分を有し、前記フランジは白金又は白金合金から選ばれた一種の材料から構成され、前記管は白金又は白金合金以外の材料から構成され、
ガラス板製造装置において、
前記フランジと前記管との連接部分が湾曲面で構成されている、ことにより、前記連接部分の破損を防止することを目的とする。

本発明の一態様は、ガラス板製造装置である。当該製造装置は、
熔解部、清澄部、撹拌部、成形部を少なくとも構成として有し、
前記各構成間を接続して熔融ガラスを流通させる流通管を有し、前記流通管は少なくとも一端にフランジを有する管から構成され、前記フランジと前記管との間に連接部分を有し、前記フランジは白金又は白金合金から選ばれた一種の材料から構成され、前記管は白金又は白金合金以外の材料から構成され、
ガラス板製造装置において、
前記フランジと前記管との連接部分が湾曲面で構成されている。

前記ガラス板製造装置の好ましい他の一態様では、前記フランジには、軸方向の応力が付与されている。
本発明の他の一態様は、ガラス板の製造方法である。当該製造方法は、
熔解部、清澄部、撹拌部、成形部を少なくとも構成として有し、
前記各構成間を接続して熔融ガラスを流通させる流通管を有し、前記流通管は少なくとも一端にフランジを有する管から構成され、前記フランジと前記管との間に連接部分を有し、前記フランジは白金又は白金合金から選ばれた一種の材料から構成され、前記管は白金又は白金合金以外の材料から構成され、
ガラス板製造装置において、
前記フランジと前記管との連接部分が湾曲面で構成されているガラス板製造装置によってガラス板を製造する。

上記の製造装置及びガラス板の製造方法によれば、フランジと管との連接部分を湾曲面とすることにより、従来技術における移送管の角部における引っ張り強度差による応力が緩和されるため、当該連接部分の破損を防止することができる。

図１は、本実施形態における熔解工程〜切断工程を行うガラス板製造装置の一例を模式的に示す図である。 図２は、本実施形態のガラス板の製造方法の工程の一例を示す図である。 図３は、本実施形態の流通管の形状の一例を示す図（図３（ａ））、及び図３（ａ）における部分Ａの拡大図（図３（ｂ））である。 図４は、従来技術における移送管の形状の一例を示す図（図４（ａ））、及び図４（ａ）における部分Ａの拡大図（図４（ｂ））である。

以下、図面を参照しながら、本発明のガラス板製造装置及びガラス板の製造方法についてさらに説明する。
図１は、本実施形態のガラス板製造装置の一例を示す図である。

（ガラス板製造装置）
図１は、本実施形態における熔解工程（ＳＴ１）〜切断工程（ＳＴ７）を行うガラス板製造装置の一例を模式的に示す図である。当該装置は、図１に示すように、主に熔解装置１００と、成形装置２００と、切断装置３００と、を有する。熔解装置１００は、熔解炉１０１と、清澄管１０２と、攪拌槽１０３と、流通管１０４、１０５、１０６と、を有する。
図１に示す熔解装置１０１では、ガラス原料の投入がバケット１０１ｄを用いて行われる。清澄管１０２では、熔融ガラスＭＧの温度を調整して、清澄剤の酸化還元反応を利用して熔融ガラスＭＧの清澄が行われる。さらに、攪拌槽１０３では、スターラ１０３ａによって熔融ガラスＭＧが攪拌されて均質化される。成形装置２００では、成形体２１０を用いたオーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスＭＧからガラス板ＳＧが成形される。
なお、図１では、流通管１０４は熔解炉１０１と清澄管１０２とを接続する移送管であるが、流通管１０４は、熔解炉１０１に接続された処理槽と清澄管１０２を接続する移送管であってもよい。処理槽として、例えば、酸素ガスを熔融ガラスに供給するとともに、熔融ガラスＭＧの温度を低下させて清澄剤に上記酸素ガスの一部を吸収させる処理槽が挙げられる。

（流通管）
次に、本発明の特徴である、流通管１０４について詳述する。なお、流通管１０５及び１０６については、後述する。
図３は、本発明の流通管１０４の形状の一例を示す図（図３（ａ））、及び図３（ａ）における部分Ａの拡大図（図３（ｂ））を示す。

流通管１０４は、本発明のガラス板の製造装置において使用する。流通管１０４は、熔解炉１０１及び清澄管１０２を接続する。流通管１０４は、熔解炉１０１においてガラス原料を熔解してつくられた熔融ガラスＭＧを、清澄管１０２へ搬送する役目を果たす。

流通管１０４は、フランジ１０４ａを有する。フランジ１０４ａは、白金又は白金合金から選ばれた一種の材料からなる。フランジ１０４ａは、その周囲に、通電加熱用の電極を備える。通電加熱の方法については後述する。
流通管１０４は、管１０４ｂを有する。管１０４ｂは、強化白金又は強化白金合金から選ばれた一種の材料からなる。
流通管１０４におけるフランジ１０４ａと管１０４ｂとの連接部分は、図３（ｂ）に示すとおり、湾曲面Ｉで構成されている。

図３（ａ）は、流通管１０４の一端にフランジ１０４ａがある場合を示すが、流通管１０４は、少なくとも一端にフランジ１０４ａを有していればよい。よって、流通管１０４は、両端にフランジ１０４ａを有していてもよく、この場合にも、一端にフランジ１０４ａがある場合と同様の効果が得られる。

（連接部分）
連接部分とは、流通管１０４におけるフランジ１０４ａ及び管１０４ｂが接合する部分である。連接部分が湾曲面Ｉで構成されることにより、従来技術の移送管２０４における角部ＩＩ（図４（ｂ））への応力集中を緩和することができ、流通管１０４の破損を防止することができる。

（湾曲面Ｉ）
湾曲面Ｉとは、流通管１０４におけるフランジ１０４ａと管１０４ｂとの連接部分の凹面を意味する。
凹面とは、連続した円滑な面を意味するが、非連続的に円滑であって応力集中を回避できる面であってもよい。
湾曲面Ｉを有することにより、従来技術の移送管２０４における角部ＩＩ（図４（ｂ））への応力集中を緩和することができ、流通管１０４の破損を防止することができる。特に、フランジ１０４ａに軸方向の応力が付与されている場合に、湾曲面Ｉにおける応力集中を緩和することができる。

白金とは、元素Ｐｔを意味する。白金合金とは、これに限定されないが、例えば、白金−金合金、白金−ロジウム合金（例えば、ＰｔＲｈ１０、ＰｔＲｈ２０など）などの、白金と他の金属の合金である。

強化白金とは、白金又は白金合金に金属酸化物を分散させてなる強化白金を意味する。金属酸化物は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２又はＹ_２Ｏ_３に代表される周期表（ＩＵＰＡＣ（1989））による）における３族、４族又は１３族の金属酸化物である。強化白金合金とは、これに限定されないが、例えば、強化白金−金合金、強化白金−ロジウム合金などである。

（引っ張り強度差）
引っ張り強度差とは、２種の異なる材料の引っ張り強度の差の絶対値を意味する。
移送管２０４においては、フランジ２０４ａ及び管２０４ｂは２種の異なる材料で構成されており、前記フランジ２０４ａ及び前記管２０４ｂの引っ張り強度差が、１５ＭＰａ（１４００℃）以上である場合、移送管２０４が通電加熱により高温となった場合に、フランジ２０４ａ及び管２０４ｂとの接合面への応力集中を緩和することができず、移送管２０４が破損する原因となる。

流通管１０４の長さは、流通管の寸法に応じて適宜選択される。なお、経済性の観点から、１０ｍｍ〜５０００ｍｍであり、好ましくは、５００ｍｍ〜３０００ｍｍであり、より好ましくは、１０００ｍｍ〜２０００ｍｍである。
前記湾曲面Ｉの半径は、連接部分にかかる応力を緩和できればいずれであってもよく、流通管１０４の寸法に応じて適宜選択される。なお、流通管１０４の湾曲面Ｉにかかる応力緩和の観点から、Ｒ２〜Ｒ１００であり、好ましくは、Ｒ５〜Ｒ５０である。
前記湾曲面Ｉの角度は、連接部分にかかる応力を緩和できればいずれであってもよく、流通管１０４の寸法に応じて適宜選択される。なお、流通管１０４の湾曲面Ｉにかかる応力緩和の観点から、３０°〜１５０°であり、好ましくは、６０°〜１２０°である。

なお、流通管１０４の断面形状は通常真円であるが、連接部分にかかる応力を緩和できればいずれであってもよく、これに限定されない。流通管１０４の断面形状は、楕円であってもよく、四角形、六角形、八角形等の多角形であってもよい。多角形の場合、流通管１０４の湾曲面Ｉにかかる応力緩和の観点から、好ましくは、四角形以上の多角形であり、より好ましくは、多角形の角の部分を丸くした形状であることが好ましい。

（通電加熱）
通電加熱とは、電極に給電（通電）するとジュール熱により電極が発熱し、この発熱を利用して加熱することを意味する。
流通管１０４は、熔融ガラスＭＧを通電加熱するために、フランジ１０４ａの周囲に取り付けられた電極を備える。電極に給電するとジュール熱により電極が発熱し、発熱により生じた熱がフランジ１０４ａ及び管１０４ｂを伝播する。伝播された熱は、流通管１０４内を流通する熔融ガラスＭＧに供給され、熔融ガラスＭＧの温度が上昇する。
熔融ガラスＭＧの温度は、高い粘度を保つために、千数百度に維持する必要がある。よって、通電加熱により加熱される移送管２０４は、熔融ガラスＭＧの温度より高温となる。ここで、フランジ２０４ａ及び管２０４ｂを有する、従来技術における移送管２０４は、通電加熱により千数百度より高温となる。すなわち、通電加熱により高温となったフランジ２０４ａ及び管２０４ｂは熱膨張し、角部ＩＩに引っ張り強度差による応力集中が生じるが、前記角部ＩＩの形状では、引っ張り強度差による応力集中を緩和することができず、フランジ２０４ａ及び管２０４ｂの接合面において破損を生じる。
本発明によれば、流通管１０４における連接部分が湾曲面Ｉで構成されていることにより、上記破損を防止することができる。

（流通管１０５及び１０６）
流通管１０５及び１０６について説明する。
上述の流通管１０４が、熔解炉１０１及び清澄管１０２を接続するものであるのに対し、流通管１０５及び１０６は、それぞれ清澄管１０２及び攪拌槽１０３、並びに攪拌槽１０３及び成形体２１０を接続するものである点において異なる。しかしながら、上記点を除き、流通管１０５及び１０６は、流通管１０４と同様の構成であり、その効果についても同様であるので、説明を省略する。

（ガラス板の製造方法）
次に、本発明のガラス板製造装置を使用したガラス板の製造方法について、以下に説明する。

（ガラス板の製造方法）
ガラス板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）と、清澄工程（ＳＴ２）と、均質化工程（ＳＴ３）と、供給工程（ＳＴ４）と、成形工程（ＳＴ５）と、徐冷工程（ＳＴ６）と、切断工程（ＳＴ７）と、を主に有する。この他に、研削工程、研磨工程、洗浄工程、検査工程、梱包工程等を有し、梱包工程で積層された複数のガラス基板は、納入先の業者に搬送される。

熔解工程（ＳＴ１）は熔解炉で行われる。熔解炉では、ガラス原料を、熔解炉に蓄えられた熔融ガラスＭＧの液面に投入し、加熱することにより熔融ガラスＭＧを作る。さらに、熔解炉の内側側壁の１つの底部に設けられた流出口１０１ａから下流工程に向けて熔融ガラスＭＧを流す。
熔解炉の熔融ガラスＭＧの加熱は、熔融ガラスＭＧ自身に電気が流れて自ら発熱して加熱する方法に加えて、バーナーによる火炎を補助的に与えてガラス原料を熔解することもできる。なお、ガラス原料には清澄剤が添加される。清澄剤として、ＳｎＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３等が知られているが、特に制限されない。しかし、環境負荷低減の点から、清澄剤としてＳｎＯ_２（酸化錫）を用いることが好ましい。

清澄工程（ＳＴ２）は、少なくとも清澄管において行われる。清澄工程では、清澄管内の熔融ガラスＭＧが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれるＯ_２、ＣＯ_２あるいはＳＯ_２を含んだ泡が、清澄剤の還元反応により生じたＯ_２を吸収して成長し、熔融ガラスＭＧの液面に泡は浮上して放出される。さらに、清澄工程では、熔融ガラスＭＧの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスＭＧに残存する泡中のＯ_２等のガス成分が熔融ＭＧガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄剤による酸化反応及び還元反応は、熔融ガラスＭＧの温度を制御することにより行われる。なお、清澄工程は、減圧雰囲気の空間を清澄管につくり、熔融ガラスＭＧに存在する泡を減圧雰囲気で成長させて脱泡させる減圧脱泡方式を用いることもできる。この場合、清澄剤を用いない点で有効である。なお、清澄工程では、酸化錫を清澄剤として用いた清澄方法を用いる。

均質化工程（ＳＴ３）では、清澄管から延びる配管を通って供給された攪拌槽内の熔融ガラスＭＧを、スターラを用いて攪拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。これにより、脈理等の原因であるガラスの組成ムラを低減することができる。
供給工程（ＳＴ４）では、攪拌槽から延びる配管を通して熔融ガラスＭＧが成形装置に供給される。

成形装置では、成形工程（ＳＴ５）及び徐冷工程（ＳＴ６）が行われる。
成形工程（ＳＴ５）では、熔融ガラスＭＧをガラス板に成形し、ガラス板の流れを作る。成形は、オーバーフローダウンドロー法が用いられる。
徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れるガラス板が所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。
切断工程（ＳＴ７）では、切断装置において、成形装置から供給されたガラス板を所定の長さに切断することで、板状のガラス板を得る。切断されたガラス板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス基板が作られる。この後、ガラス基板の端面の研削、研磨が行われ、ガラス基板の洗浄が行われ、さらに、気泡等の異常欠陥の有無が検査された後、検査合格品のガラス板が最終製品として梱包される。

本発明のガラス板の製造方法は、流通管１０４を有するガラス板製造装置を使用する。流通管１０４は、上述のとおり熔解炉１０１と清澄管１０２とを接続する。流通管１０４は、通電加熱のための電極をフランジ１０４ａの周囲に備えており、電極に給電するとジュール熱により電極が発熱し、発熱により生じた熱がフランジ１０４ａ及び管１０４ｂを伝播する。伝播された熱は、流通管１０４内を流通する熔融ガラスＭＧに供給され、熔融ガラスＭＧの温度が上昇する。通電加熱により、流通管１０４の温度は千数百度に達する。
本発明のガラス板の製造方法では、流通管１０４を有するガラス板製造装置を使用するため、通電加熱により、流通管１０４の温度が千数百度に達しても連接部分への応力集中による破損を回避することができ、効率よくガラス板を製造することができる。

本実施形態のガラス板の製造方法では、あらゆるガラス板の製造に適用可能ではあるが、特に液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置及びプラズマディスプレイ装置などのフラットパネルディスプレイ用のガラス基板、あるいは、表示部を覆うカバーガラスの製造に好適である。

（ガラス原料、ガラス組成）
本実施形態のガラス板の製造方法に従ってガラス板を製造するには、所望のガラス組成となるようにガラス原料を調合する。例えば、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板を製造する場合は、以下の組成を有するように原料を混合するのが好適である。
（ａ）ＳｉＯ_２：５０〜７０質量％、
（ｂ）Ｂ_２Ｏ_３：５〜１８質量％、
（ｃ）Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２５質量％、
（ｄ）ＭｇＯ：０〜１０質量％、
（ｅ）ＣａＯ：０〜２０質量％、
（ｆ）ＳｒＯ：０〜２０質量％、
（ｏ）ＢａＯ：０〜１０質量％、
（ｐ）ＲＯ：５〜２０質量％（但し、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種であり、ガラス板に含有される成分）、
（ｑ）Ｒ’_２Ｏ：０．１０質量％を超え２．０質量％以下（但し、Ｒ’は、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫから選ばれる少なくとも１種であり、ガラス板に含有されるアルカリ金属成分）、
（ｒ）酸化スズ、酸化鉄、および、酸化セリウムなどから選ばれる少なくとも１種の金属酸化物を合計で０．０５〜１．５質量％。

なお、（ｑ）Ｒ’_２Ｏは必須ではないため、含有させなくてもよい。この場合、Ｒ’_２Ｏを実質的に含まない無アルカリガラスとなり、ガラス板からＲ’_２Ｏが流出してＴＦＴを破壊するおそれを低減することができる。他方、あえて（ｑ）Ｒ’_２Ｏを、０．１０質量％を超え２．０質量％以下含有させることによって、ＴＦＴ特性の劣化やガラスの熱膨張を一定範囲内に抑制しつつ、ガラスの塩基性度を高め、価数変動する金属の酸化を容易にして、清澄性を高めることができる。さらに、ガラスの比抵抗を低下させることができるので、熔解槽１０１にて電気熔融を行うためには好適となる。

（実施例）
以下、実施例により本発明をさらに説明する。
本実施例では、管部分が白金合金（ＰｔＲｈ２０）で構成され、フランジ部分が強化白金合金（ＰｔＲｈ２０にＺｒＯ_２を分散させたもの）で構成された流通管を作製し、前記流通管を有するガラス板製造装置を使用した。前記白金合金と前記強化白金合金との引っ張り強度差は、約２０ＭＰａである。前記流通管は、管とフランジとの連接部分が湾曲面で構成されているため、１６００℃で１００時間の通電加熱後も破損しなかった。
一方、同様の条件において、従来技術の移送管を有するガラス板製造装置を使用した場合には、管とフランジとの連接部分が湾曲面で構成されていない角部であるため、２４時間の通電加熱後に移送管の角部が破損した。
以上により、本発明のガラス板製造装置及びガラス板の製造方法によれば、流通管の破損を防止することができ、問題なくガラス板を製造することができた。

以上、本発明のガラス板製造装置及びガラス板の製造方法について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいことはもちろんである。

本発明は、ガラス板の製造に種々適用可能である。

１００ 熔解装置
２００ 成形装置
３００ 切断装置
１０４ 流通管
１０４ａ フランジ
１０４ｂ 管
２０４ 従来技術における移送管
２０４ａ 従来技術におけるフランジ
２０４ｂ 従来技術における管
Ｉ 湾曲面
ＩＩ 角部

Claims (3)

1. 熔解部、清澄部、撹拌部、成形部を少なくとも構成として有し、
   前記各構成間を接続して熔融ガラスを流通させる流通管を有し、前記流通管は少なくとも一端にフランジを有する管から構成され、前記フランジと前記管との間に連接部分を有し、前記フランジは白金又は白金合金から選ばれた一種の材料から構成され、前記管は白金又は白金合金以外の材料から構成され、
   ガラス板製造装置において、
   前記フランジと前記管との連接部分が湾曲面で構成されている、
   ことを特徴とする、前記ガラス板の製造装置。
2. 前記フランジには、軸方向の応力が付与されている、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の製造装置。
3. 請求項１又は２に記載のガラス板製造装置によってガラス板を製造する、
   ガラス板の製造方法。
   
   

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