JP2016069236A - ガラス基板の製造方法、および、ガラス基板の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明に係るガラス基板の製造方法、および、ガラス基板の製造装置は、攪拌装置から効率的にガラス異物を排出して熔融ガラスを均一に攪拌することで、脈理の発生を低減することができる。【解決手段】攪拌工程では、熔融ガラスＧが、攪拌容器１０１と攪拌器１０２とを備える攪拌装置１００で攪拌される。排出工程では、攪拌容器１０１内のガラス液面ＧＬに形成されるガラス異物が、攪拌容器１０１の側壁に設けられた排出口１１１ａから排出される。排出工程は、第１排出工程と第２排出工程とをそれぞれ少なくとも１回交互に行う。第１排出工程では、攪拌器１０２が停止している状態で、排出口１１１ａからガラス異物が排出される。第２排出工程では、攪拌容器１０１内の熔融ガラスＧを攪拌器１０２が攪拌している状態で、排出口１１１ａからガラス異物が排出される。【選択図】図６

Description

本発明は、ガラス基板の製造方法、および、ガラス基板の製造装置に関する。

ガラス基板等のガラス製品の量産工程においては、ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成し、生成した熔融ガラスを成形して、ガラス基板等のガラス製品が製造される。熔融ガラスが不均質であると、ガラス製品には脈理が生じる。脈理は、周囲とは屈折率や比重が異なる筋状の領域である。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用基板等の用途においては、脈理は、ガラス製品から排除されることが求められる。脈理の発生を防ぐために、例えば、特許文献１（特開２０１０−１００４６２号公報）に記載されているように、円筒形状の攪拌容器と、攪拌器とを備える攪拌装置を用いて熔融ガラスが均一になるように攪拌することが行われている。

また、近年、液晶ディスプレイの高精細化に伴って、ガラス基板の表面に配置される画素のパターンサイズが低下し、また、ガラス基板の表面に形成されるブラックマトリックスの線幅およびピッチが低下している。そして、高精細ＬＣＤ用の基板として用いられるガラス基板は、通常のガラス基板と比較して脈理の発生の防止に関する基準がより厳しく、脈理の徹底的な排除が強く求められている。

しかし、攪拌装置を用いて熔融ガラスを攪拌したとしても、攪拌装置内の熔融ガラス液面に、熔融ガラスとは異なるガラス組成を有するガラス異物が形成され、このガラス異物が熔融ガラスと共に均質化されることなく攪拌容器から流出されるために、熔融ガラスが均一に攪拌されないという問題が生じた。この問題を解決するためには、ガラス異物を攪拌容器から排出する方法が考えられるが、ガラス異物を十分に攪拌容器から排出することができないという問題があった。また、ガラス異物を攪拌容器から排出している間は、ガラス基板を製造することができない。

そこで、本発明は、攪拌装置から効率的にガラス異物を排出して熔融ガラスを均一に攪拌することで、脈理の発生を低減することができるガラス基板の製造方法、および、ガラス基板製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係るガラス基板の製造方法は、攪拌工程と排出工程とを備える。攪拌工程は、ガラス原料を熔解して生成された熔融ガラスを、攪拌容器と攪拌器とを備える攪拌装置で攪拌する工程である。排出工程は、攪拌工程において、攪拌容器内の熔融ガラス液面に形成され、熔融ガラスと異なるガラス組成を有するガラス異物を、攪拌容器の側壁に設けられた排出口から排出する工程である。排出工程は、第１排出工程と第２排出工程とをそれぞれ少なくとも１回交互に行う。第１排出工程は、攪拌器が停止している状態で、排出口からガラス異物を排出する工程である。第２排出工程は、攪拌容器内の熔融ガラスを攪拌器が攪拌している状態で、排出口からガラス異物を排出する工程である。

このガラス基板の製造方法では、第１排出工程と第２排出工程とが交互に行われる。第１排出工程では、攪拌容器内の熔融ガラス液面中央部において熔融ガラスの流速が大きく、攪拌容器の内壁近傍において熔融ガラスの流速が小さい。一方、第２排出工程では、攪拌容器内の熔融ガラス液面中央部において熔融ガラスの流速が小さく、攪拌容器の内壁近傍において熔融ガラスの流速が大きい。そのため、第１排出工程と第２排出工程とを交互に行うことで、熔融ガラス液面全域において、ガラス異物を含む熔融ガラスを攪拌容器内から効率的に排出することができる。従って、このガラス基板の製造方法は、攪拌装置から効率的にガラス異物を排出して熔融ガラスを均一に攪拌することで、脈理の発生を低減することができる。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法では、排出工程は、第１排出工程と第２排出工程とをそれぞれ複数回交互に行うことが好ましい。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法では、攪拌器は、攪拌容器内において鉛直方向に沿って配置される回転軸であるシャフトと、シャフトに取り付けられる羽根とを有することが好ましい。この場合、さらに、第２排出工程では、シャフトを軸として攪拌器を回転させることで撹拌容器の壁面付近のガラス異物を排出することが好ましい。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法では、攪拌容器は、熔融ガラス液面の近傍の高さ位置において側壁に形成される、熔融ガラスの流入口を有することが好ましい。この場合、さらに、排出口は、攪拌容器内において流入口と対向していることが好ましい。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法では、攪拌装置は、攪拌容器と排出口を介して連通しているバッファ容器をさらに有することが好ましい。この場合、さらに、バッファ容器は、バッファ容器内の熔融ガラスを排出するための排出管口を有し、バッファ容器の内部空間は、排出口から排出管口に向かうに従って狭くなっていることが好ましい。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法では、少なくとも、第１排出工程が行われる回数、第２排出工程が行われる回数、第１排出工程が行われる期間、第２排出工程が行われる期間、第１排出工程において排出口から排出されるガラス異物の量、および、第２排出工程において排出口から排出されるガラス異物の量が、コンピュータシミュレーションにより決定されることが好ましい。

本発明に係るガラス基板の製造装置は、ガラス原料を熔解して生成された熔融ガラスを攪拌し、攪拌容器と攪拌器とを有する攪拌装置を備える。攪拌容器は、攪拌容器内の熔融ガラス液面に形成され熔融ガラスと異なるガラス組成を有するガラス異物を排出するための排出口を有する。排出口は、攪拌容器の側壁に設けられる。攪拌器を停止する動作と、攪拌容器内の熔融ガラスを攪拌器で攪拌する動作とが、それぞれ少なくとも１回交互に行われることで、ガラス異物が排出される。

本発明に係るガラス基板の製造方法、および、ガラス基板の製造装置は、攪拌装置から効率的にガラス異物を排出して熔融ガラスを均一に攪拌することで、脈理の発生を低減することができる。

実施形態に係るガラス製造装置の構成の一例を示す模式図である。 攪拌装置の側面図である。 攪拌装置の上面図である。 攪拌装置によって攪拌される熔融ガラスの流れを表す図である。 攪拌装置の上面図であり、第１排出工程時における熔融ガラスの主な流れを示す図である。 攪拌装置の上面図であり、第２排出工程時における熔融ガラスの主な流れを示す図である。 変形例Ａにおける、第２排出工程時の滞留領域を示す図である。

（１）ガラス製造装置の全体構成
本発明に係るガラス基板の製造方法、および、ガラス基板の製造装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のガラス製造装置２００の模式図である。ガラス製造装置２００は、熔解槽４０と、清澄槽４１と、攪拌装置１００と、成形装置４２とを備える。熔解槽４０と清澄槽４１とは、導管４３ａによって接続されている。清澄槽４１と攪拌装置１００とは、導管４３ｂによって接続されている。攪拌装置１００と成形装置４２とは、導管４３ｃによって接続されている。熔解槽４０で生成された熔融ガラスＧは、導管４３ａを通過して清澄槽４１に流入する。清澄槽４１で清澄された熔融ガラスＧは、導管４３ｂを通過して攪拌装置１００に流入する。攪拌装置１００で攪拌された熔融ガラスＧは、導管４３ｃを通過して成形装置４２に流入する。成形装置４２では、オーバーフローダウンドロー法により熔融ガラスＧからガラスリボン４４が成形される。

熔解槽４０は、図示されていないが、バーナー等の加熱手段を備えている。熔解槽４０では、加熱手段によりガラス原料が熔解され、熔融ガラスＧが生成される。ガラス原料は、所望の組成のガラスを実質的に得ることができるように調製される。ガラスの組成の一例として、無アルカリガラスおよび微アルカリガラスは、ＳｉＯ₂：５７質量％〜７０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：１５質量％〜２５質量％、Ｂ₂Ｏ₃：０質量％〜１３質量％、ＭｇＯ：０質量％〜１５質量％、ＣａＯ：０質量％〜２０質量％、ＳｒＯ：０質量％〜２０質量％、ＢａＯ：０質量％〜１０質量％、Ｎａ₂Ｏ：０質量％〜１質量％、Ｋ₂Ｏ：０質量％〜１質量％、Ａｓ₂Ｏ₃：０質量％〜１質量％、Ｓｂ₂Ｏ₃：０質量％〜１質量％、ＳｎＯ₂：０質量％〜１質量％、Ｆｅ₂Ｏ₃：０質量％〜１質量％、ＺｒＯ₂：０質量％〜１質量％からなる。ここで、「実質的に」とは、０．１質量％未満の範囲で、その他の微量成分の存在が許容されることを意味する。また、上記の組成を有するガラスに関して、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃およびＳｎＯ₂の各含有率は、複数の価数を有するＦｅ、Ａｓ、ＳｂまたはＳｎの成分を、それぞれＦｅ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃またはＳｎＯ₂として換算した値である。

上記のように調製されたガラス原料は、熔解槽４０に投入される。熔解槽４０では、ガラス原料は、その組成等に応じた温度で熔解される。これにより、熔解槽４０では、例えば、１５００℃〜１６２０℃の高温の熔融ガラスＧが得られる。

熔解槽４０で得られた熔融ガラスＧは、熔解槽４０から導管４３ａを通過して清澄槽４１に流入する。清澄槽４１は、図示されていないが、熔解槽４０と同様に、加熱手段を備えている。清澄槽４１では、熔融ガラスＧをさらに昇温させることで、熔融ガラスＧの清澄が行われる。清澄槽４１において、熔融ガラスＧの温度は、好ましくは１６００℃〜１８００℃、より好ましくは１６３０℃〜１７５０℃、さらに好ましくは１６５０℃〜１７５０℃に上昇させられる。

清澄槽４１で清澄された熔融ガラスＧは、清澄槽４１から導管４３ｂを通過して攪拌装置１００に流入する。熔融ガラスＧは導管４３ｂを通過する際に冷却されるので、攪拌装置１００では、清澄槽４１の熔融ガラスＧよりも低い温度の熔融ガラスＧが攪拌される。上記の組成を有するガラスに関して、攪拌装置１００では、熔融ガラスＧの温度を１４００℃〜１５５０℃の範囲内に設定し、かつ、熔融ガラスＧの粘度を２５００ｄＰａ・ｓ〜４５０ｄＰａ・ｓの範囲内に調整して、熔融ガラスＧの攪拌が行われることが好ましい。熔融ガラスＧは、攪拌装置１００において攪拌されることで均質化される。

攪拌装置１００で攪拌されて均質化された熔融ガラスＧは、攪拌装置１００から導管４３ｃを通過して成形装置４２に流入する。熔融ガラスＧは導管４３ｃを通過する際に、成形装置４２での成形に適した温度、例えば、１２００℃まで冷却される。成形装置４２では、オーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスＧからガラスリボン４４が成形される。具体的には、成形装置４２の上部から溢れた熔融ガラスＧが、成形装置４２の側壁に沿って下方へと流れることで、成形装置４２の下端からガラスリボン４４が連続的に成形される。ガラスリボン４４は下方へ向かうに従って徐冷され、最終的に、所望の大きさのガラス基板に切断される。

（２）攪拌装置の構成
攪拌装置１００の具体的な構成について説明する。図２は、攪拌装置１００の側面図である。図３は、攪拌装置１００の上面図である。攪拌装置１００は、主として、攪拌容器１０１と、攪拌器１０２と、バッファ容器１１１と、排出管１１２とを備えている。

攪拌容器１０１は、円筒形状の容器である。攪拌容器１０１は、上部側面に取り付けられる上流側導管１０３、および、下部側面に取り付けられる下流側導管１０４を有している。上流側導管１０３は、図１の導管４３ｂであり、下流側導管１０４は、図１の導管４３ｃである。以下、攪拌容器１０１と上流側導管１０３との接続部であり、攪拌容器１０１の側壁に形成される孔を、流入口１０３ａと呼ぶ。また、攪拌容器１０１と下流側導管１０４との接続部であり、攪拌容器１０１の側壁に形成される孔を、流出口１０４ａと呼ぶ。また、以下において、「径方向」は、攪拌容器１０１の水平方向の断面形状である円の径方向を意味し、「周方向」は、当該円の周方向を意味する。なお、攪拌容器１０１の水平方向の断面形状は、楕円であってもよい。

熔融ガラスＧは、上流側導管１０３から流入口１０３ａを介して水平方向に攪拌容器１０１内に流入し、攪拌容器１０１内において上方から下方に導かれながら攪拌器１０２によって攪拌され、攪拌容器１０１内から流出口１０４ａを介して水平方向に下流側導管１０４へ流出する。攪拌容器１０１内における熔融ガラスＧの液面であるガラス液面ＧＬの高さ位置は、流入口１０３ａの上端と同程度、または、流入口１０３ａの上端より下方であることが好ましい。

攪拌器１０２は、攪拌容器１０１内に配置され、熔融ガラスＧを攪拌するために用いられる。攪拌器１０２は、強化白金で形成されている。強化白金は、白金または白金合金にジルコニア等の酸化物を分散させて、圧延した素材である。強化白金は、層状の白金粒界構造を有し、白金または白金合金と比べて、高温下におけるクリープ強度および引張強度が高い。そのため、強化白金は、高温の熔融ガラスＧが接触する攪拌器１０２にとって、好適な材料である。

攪拌器１０２は、鉛直方向に沿って配置される円柱形状の回転軸１０５と、回転軸１０５の外周面に連結される攪拌翼１０６を有している。回転軸１０５は、図３の矢印の方向に、その円柱形状の上面の中心と下面の中心とを連結する中心線Ｌの周りを軸回転する。回転軸１０５は、内部が空洞である管状の部材である。攪拌翼１０６は、回転軸１０５よりも細い管状の部材から構成されている。攪拌翼１０６は、回転軸１０５を貫通する複数の支持管１０６ａと、支持管１０６ａの両端部を連結する枠管１０６ｂとから構成されている。図３に示されるように、中心線Ｌに沿って攪拌装置１００を見た場合、複数の支持管１０６ａと枠管１０６ｂとは、互いに重なっている。支持管１０６ａおよび枠管１０６ｂは、回転軸１０５の外周面に、溶接によって取り付けられている。なお、支持管１０６ａと枠管１０６ｂとは、一体の部材であってもよい。

バッファ容器１１１は、攪拌容器１０１の上部側面に取り付けられている。バッファ容器１１１は、攪拌容器１０１と同じ材質で形成されている。なお、バッファ容器１１１と攪拌容器１０１とは、一体の部材であってもよい。以下、攪拌容器１０１とバッファ容器１１１との接続部であり、攪拌容器１０１の側壁に形成される孔を、排出口１１１ａと呼ぶ。攪拌容器１０１内において、排出口１１１ａは、回転軸１０５を挟んで、流入口１０３ａと対向している。

攪拌容器１０１内の熔融ガラスＧは、排出口１１１ａを介して、バッファ容器１１１内に流入する。中心線Ｌに沿って攪拌装置１００を見た場合、バッファ容器１１１の内部空間は、排出口１１１ａから径方向外側に向かうに従って、周方向の寸法である幅が徐々に小さくなる形状を有している。バッファ容器１１１には、後述するガラス異物を含む熔融ガラスＧが一時的に貯留される。バッファ容器１１１内の熔融ガラスＧの液面は、攪拌容器１０１内のガラス液面ＧＬと同じ高さ位置であることが好ましい。

排出管１１２は、バッファ容器１１１の底面に取り付けられ、鉛直方向に延びている管である。排出管１１２は、攪拌容器１０１やバッファ容器１１１と同じ材質で形成されている。なお、バッファ容器１１１と排出管１１２とは、一体の部材であってもよい。以下、バッファ容器１１１と排出管１１２との接続部であり、バッファ容器１１１の底面に形成される孔を、排出管口１１２ａと呼ぶ。排出管口１１２ａは、バッファ容器１１１の底面において径方向外側に形成されている。すなわち、バッファ容器１１１の内部空間の幅は、排出口１１１ａから排出管口１１２ａに向かうに従って徐々に小さくなっている。排出管１１２は、バッファ容器１１１内にある、ガラス異物を含む熔融ガラスＧを、攪拌装置１００の外部に排出するための管である。排出管１１２には、手動で操作可能な図示しない開閉バルブが取り付けられている。ガラス異物を含む熔融ガラスＧは、開閉バルブが開いている間に、バッファ容器１１１内から排出管口１１２ａを介して排出管１１２に流入し、排出管１１２を流れて排出される。開閉バルブが閉じている間は、ガラス異物を含む熔融ガラスＧは、バッファ容器１１１内から排出されない。

（３）攪拌装置の攪拌工程
攪拌装置１００による熔融ガラスＧの攪拌工程について説明する。図４は、攪拌装置１００で攪拌される熔融ガラスＧの流れを表す図である。図４に示される矢印は、熔融ガラスＧの流れの向きを表す。攪拌工程では、排出管１１２の開閉バルブは閉じられている。攪拌容器１０１の内部には、上流側導管１０３から流入口１０３ａを介して熔融ガラスＧが水平方向に流入される。攪拌器１０２の回転軸１０５の上端部は、図示されないモータと連結されている。攪拌装置１００を上面視した場合において、攪拌器１０２は、回転軸１０５の中心線Ｌの周りを回転する。攪拌器１０２の回転方向は、流入口１０３ａ、流出口１０４ａおよび排出口１１１ａの位置関係等から決定され、時計回りまたは反時計回りのいずれであってもよい。本実施形態では、攪拌器１０２は、反時計回りに回転する。攪拌容器１０１の内部において、熔融ガラスＧは、上方から下方に向かって徐々に導かれながら、攪拌器１０２によって攪拌される。攪拌された熔融ガラスＧは、攪拌容器１０１の内部から流出口１０４ａを介して下流側導管１０４へ水平方向に流出される。なお、攪拌装置１００によって攪拌される熔融ガラスＧの温度は、１０^2.5ｄＰａ・ｓの粘度を有する場合において、１４５０℃〜１７５０℃である場合に好適であり、１５００℃〜１７５０℃である場合により好適であり、１５３０℃〜１７５０℃である場合にさらに好適である。

（４）ガラス異物の排出工程
攪拌装置１００による、ガラス異物を含む熔融ガラスＧの排出工程について説明する。攪拌装置１００における熔融ガラスＧの攪拌が長期間継続すると、攪拌容器１０１内のガラス液面ＧＬ近傍の層には、熔融ガラスＧとは異なるガラス成分を有するガラス異物が徐々に生成される。ガラス異物は、熔融ガラスＧに含まれるガラス成分のうち、主として、他の成分と比べて比重が小さい成分から構成される熔融ガラスである。ガラス異物は、ガラス製造装置２００により製造されるガラス基板の脈理の原因となるため、ガラス製造装置２００によるガラス基板の製造が行われない期間に、攪拌容器１０１内から排出されて取り除かれる。

攪拌装置１００による、ガラス異物を含む熔融ガラスＧの排出工程は、攪拌器１０２が停止している状態で排出口１１１ａからガラス異物を排出する第１排出工程と、攪拌容器１０１内の熔融ガラスＧを攪拌器１０２が攪拌している状態で排出口１１１ａからガラス異物を排出する第２排出工程とから構成される。第１排出工程および第２排出工程は、それぞれ少なくとも１回交互に行われるが、それぞれ複数回交互に行われることが好ましい。なお、第１排出工程および第２排出工程においても、熔融ガラスＧは、流入口１０３ａを介して攪拌容器１０１内に流入し、流出口１０４ａを介して攪拌容器１０１内から流出している。

ガラス異物を含む熔融ガラスＧの排出工程は、排出管１１２の開閉バルブを開けることにより開始される。第１排出工程および第２排出工程の切り替えは、回転軸１０５を駆動するモータの回転数を手動で調節することにより行われる。すなわち、モータの回転数をゼロに調節することで第１排出工程が行われ、モータの回転数を所定の値に調節することで第２排出工程が行われる。次に、第１排出工程および第２排出工程における熔融ガラスＧの流れについて説明する。

第１排出工程は、攪拌器１０２の回転軸１０５の回転を停止させ、排出管１１２の開閉バルブを開けた状態で行われる。バッファ容器１１１内にある、ガラス異物を含む熔融ガラスＧは、排出管口１１２ａを介して排出管１１２に流入し、攪拌装置１００から排出される。図５は、攪拌装置１００の上面図であり、第１排出工程時における、ガラス液面ＧＬ近傍の熔融ガラスＧの主な流れを示す図である。攪拌器１０２は停止しているので、攪拌容器１０１内のガラス液面ＧＬ近傍では、攪拌器１０２の回転に起因する流れは発生しない。そのため、ガラス液面ＧＬ近傍では、流入口１０３ａから攪拌容器１０１内に流入し、回転軸１０５を挟んで流入口１０３ａの反対側にある排出口１１１ａからバッファ容器１１１内に流入する流れが発生する。このように、第１排出工程では、流入口１０３ａから排出口１１１ａに向かって熔融ガラスＧが直線的に流れやすく、回転軸１０５の近傍、すなわち、ガラス液面ＧＬの中央部において、ガラス液面ＧＬ近傍の熔融ガラスＧの流速が大きい。一方、攪拌容器１０１の内壁近傍、すなわち、ガラス液面ＧＬの周縁部では、ガラス液面ＧＬ近傍の熔融ガラスＧの流速が小さく、ガラス異物が滞留しやすい。従って、第１排出工程では、ガラス液面ＧＬの中央部においてガラス異物が排出されやすく、ガラス液面ＧＬの周縁部においてガラス異物が排出されにくい。

第２排出工程は、攪拌器１０２の回転軸１０５を回転させながら、排出管１１２の開閉バルブを開けた状態で行われる。バッファ容器１１１内にある、ガラス異物を含む熔融ガラスＧは、排出管口１１２ａを介して排出管１１２に流入し、攪拌装置１００から排出される。図６は、攪拌装置１００の上面図であり、第２排出工程時における、ガラス液面ＧＬ近傍の熔融ガラスＧの主な流れを示す図である。攪拌器１０２は回転しているので、攪拌容器１０１内のガラス液面ＧＬ近傍では、攪拌器１０２の回転に起因する流れが発生している。この流れは、主として、攪拌容器１０１の内壁近傍の領域における周方向の流れである。そのため、ガラス液面ＧＬ近傍では、流入口１０３ａから攪拌容器１０１内に流入した熔融ガラスＧは、攪拌容器１０１の内壁近傍において周方向に沿って流れ、排出口１１１ａからバッファ容器１１１内に流入する。このように、第２排出工程では、攪拌容器１０１の内壁近傍、すなわち、ガラス液面ＧＬの周縁部において、ガラス液面ＧＬ近傍の熔融ガラスＧの流速が大きい。一方、回転軸１０５の近傍、すなわち、ガラス液面ＧＬの中央部では、ガラス液面ＧＬ近傍の熔融ガラスＧの流速は小さく、ガラス異物が滞留しやすい。従って、第２排出工程では、ガラス液面ＧＬの周縁部においてガラス異物が排出されやすく、ガラス液面ＧＬの中央部においてガラス異物が排出されにくい。

図５および図６には、それぞれ、ガラス異物を含む熔融ガラスＧの流速が相対的に小さい領域である滞留領域Ｒがハッチングされて示されている。滞留領域Ｒは、ガラス液面ＧＬ近傍において熔融ガラスＧの流速が小さい領域である。すなわち、第１排出工程および第２排出工程では、主に、滞留領域Ｒ以外の領域において、ガラス液面ＧＬ近傍にある、ガラス異物を含む熔融ガラスＧが、流入口１０３ａから排出口１１１ａに向かって流れる。

（５）特徴
本実施形態に係るガラス基板の製造方法では、ガラス異物を含む熔融ガラスＧを攪拌容器１０１内から排出する排出工程が行われる。排出工程では、攪拌器１０２が停止している状態で、ガラス異物を含む熔融ガラスＧを排出する第１排出工程と、攪拌器１０２が回転している状態で、ガラス異物を含む熔融ガラスＧを排出する第２排出工程とが交互に繰り返される。

図５および図６に示されるように、第１排出工程と第２排出工程とでは、滞留領域Ｒが占める範囲が互いに異なっている。滞留領域Ｒは、攪拌容器１０１内のガラス液面ＧＬ近傍における、ガラス異物を含む熔融ガラスＧの流速が相対的に小さい領域である。第１排出工程では、図５に示されるように、攪拌容器１０１の内壁近傍に滞留領域Ｒが形成され、第２排出工程では、図６に示されるように、攪拌容器１０１の回転軸１０５近傍に滞留領域Ｒが形成されている。

しかし、第１排出工程では、第２排出工程で形成される滞留領域Ｒにおける流速は大きく、第２排出工程では、第１排出工程で形成される滞留領域Ｒにおける流速は大きい。そのため、本実施形態では、第１排出工程と第２排出工程とを交互に繰り返すことで、ガラス異物を含む熔融ガラスＧを効率的に攪拌容器１０１内からバッファ容器１１１内に送り込む方法が採られている。仮に、第１排出工程のみが行われる場合、攪拌容器１０１の内壁近傍の滞留領域Ｒに存在するガラス異物が排出口１１１ａに到達するまでには、長時間を要する。同様に、第２排出工程のみが行われる場合、回転軸１０５近傍の滞留領域Ｒに存在するガラス異物が排出口１１１ａに到達するまでには、長時間を要する。そこで、第１排出工程の滞留領域Ｒと、第２排出工程の滞留領域Ｒとが互いに重なり合う領域が小さいことに着目して、第１排出工程と第２排出工程とを交互に行うことで、ガラス液面ＧＬ全域から滞留領域Ｒを実質的に除去することができる。これにより、ガラス液面ＧＬ近傍に存在するガラス異物は、第１排出工程のみ、または、第２排出工程のみを行う場合と比較して、より短い時間で、流入口１０３ａから排出口１１１ａに送られる。そして、排出口１１１ａに送られたガラス異物は、バッファ容器１１１に流入し、排出管口１１２ａを介して排出管１１２に流入して、最終的に攪拌装置１００から排出される。これにより、攪拌容器１０１内の熔融ガラスＧからガラス異物が除去される。

従って、本実施形態に係るガラス基板の製造方法では、攪拌容器１０１内において、熔融ガラスＧがガラス異物と共に流出口１０４ａを介して下流側導管１０４に流出されることが抑制される。ガラス異物が混入した不均質な熔融ガラスＧから製造されたガラス基板は、脈理が発生する可能性が高い。本実施形態では、ガラス異物を攪拌容器１０１から効率的に除去することで、攪拌装置１００において熔融ガラスＧを均質に攪拌することができる。これにより、脈理の発生が抑制され、高品質のガラス製品を得ることができる。

また、本実施形態に係るガラス基板の製造方法では、攪拌容器１０１内において、排出口１１１ａは、回転軸１０５を挟んで、流入口１０３ａと対向している。そのため、第１排出工程において流入口１０３ａから攪拌容器１０１内に流入した熔融ガラスＧは、流れの方向を変えずにそのままガラス液面ＧＬを流れて、排出口１１１ａからバッファ容器１１１内に流入しやすい。従って、流入口１０３ａと対向する位置に排出口１１１ａを設けることで、第１排出工程において熔融ガラスＧを効率的に排出することができる。

また、本実施形態に係るガラス基板の製造方法では、排出管口１１２ａは、バッファ容器１１１の底面において径方向外側に形成され、かつ、バッファ容器１１１の内部空間の幅は、排出口１１１ａから排出管口１１２ａに向かうに従って徐々に小さくなっている。このように、排出口１１１ａの周方向の寸法が大きいので、排出工程において流入口１０３ａから攪拌容器１０１内に流入した熔融ガラスＧは、ガラス液面ＧＬを流れた後、排出口１１１ａからバッファ容器１１１内に流入しやすい。特に、第２排出工程において、流入口１０３ａから攪拌容器１０１内に流入した熔融ガラスＧは、攪拌容器１０１の内壁近傍を伝って周方向に流れた後、排出口１１１ａからバッファ容器１１１内に流入しやすい。従って、排出口１１１ａの周方向の寸法が大きいバッファ容器１１１を設けることで、熔融ガラスＧを効率的に排出することができる。

（６）変形例
（６−１）変形例Ａ
本実施形態では、第２排出工程は、攪拌器１０２の回転軸１０５を回転させながら、排出管１１２の開閉バルブを開けた状態で行われる。図６に示されるように、第２排出工程では、攪拌容器１０１の内壁近傍、すなわち、ガラス液面ＧＬの周縁部において、ガラス液面ＧＬ近傍の熔融ガラスＧの流速が大きい。ここで、攪拌器１０２の回転速度は、適宜に調整されてもよい。攪拌器１０２の回転速度が大きいほど、ガラス液面ＧＬの周縁部における熔融ガラスＧの流速が大きくなり、熔融ガラスＧに含まれるガラス異物が効率的に排出される。しかし、攪拌器１０２の回転速度が大きいほど、熔融ガラスＧの流速が大きい領域の径方向の寸法が小さくなり、回転軸１０５の近傍の滞留領域Ｒが大きくなる。滞留領域Ｒが大きくなると、攪拌容器１０１内からガラス異物を排出する全体的な効率が低下するおそれがある。そのため、攪拌器１０２の回転速度は、流入口１０３ａを介して攪拌容器１０１内に流入する熔融ガラスＧの流量、流出口１０４ａを介して攪拌容器１０１内から流出する熔融ガラスＧの流量、および、排出口１１１ａを介してバッファ容器１１１内に流入する熔融ガラスＧの流量等を考慮して設定されることが好ましい。図７は、図６の場合よりも攪拌器１０２の回転速度が大きい場合における、滞留領域Ｒを示す図である。図７において、熔融ガラスＧは、滞留領域Ｒよりも径方向外側を流れる。

（６−２）変形例Ｂ
本実施形態では、第１排出工程および第２排出工程の切り替えは、回転軸１０５を駆動するモータの回転数を手動で調節することにより行われる。しかし、モータの回転数は、コンピュータによって自動的に制御されてもよい。また、排出管１１２の開閉バルブの開閉状態も、コンピュータによって自動的に制御されてもよい。

（６−３）変形例Ｃ
本実施形態では、攪拌器１０２が停止している状態で、ガラス異物を含む熔融ガラスＧを排出する第１排出工程と、攪拌器１０２が回転している状態で、ガラス異物を含む熔融ガラスＧを排出する第２排出工程とが交互に繰り返されて、ガラス異物を含む熔融ガラスＧが攪拌容器１０１内から排出される。

第１排出工程および第２排出工程の実行に関する種種のパラメータは、予め、コンピュータシミュレーションにより決定されてもよい。コンピュータシミュレーションでは、例えば、攪拌装置１００を通過する熔融ガラスＧの熱流体解析シミュレーションを実行することで、攪拌容器１０１内のガラス液面ＧＬ近傍の熔融ガラスＧが、より効率的に排出口１１１ａから排出される状態のパラメータが算出される。そのようなパラメータの例示としては、第１排出工程が行われる回数、第２排出工程が行われる回数、第１排出工程が行われる期間、第２排出工程が行われる期間、第１排出工程において排出口１１１ａから排出されるガラス異物の量、および、第２排出工程において排出口１１１ａから排出されるガラス異物の量が挙げられる。第１排出工程が行われる期間は、１回の第１排出工程が実行される時間であり、第２排出工程が行われる期間は、１回の第２排出工程が実行される時間である。コンピュータシミュレーションにより決定された上記のパラメータに基づいて排出工程を行うことで、ガラス異物を含む熔融ガラスＧを攪拌容器１０１内からより効率的に排出することができる。

なお、上記のパラメータは、模型実験、または、コンピュータシミュレーションと模型実験との組み合わせによって決定されてもよい。模擬実験は、例えば、熔融ガラスの代わりに水あめ等の粘性物質を攪拌容器に入れて攪拌工程を再現する実験である。

（６−４）変形例Ｄ
本実施形態では、攪拌容器１０１の内部において、熔融ガラスＧは、上方から下方に向かって徐々に導かれながら、攪拌器１０２によって攪拌される。しかし、熔融ガラスＧは、下方から上方に向かって徐々に導かれながら、攪拌器１０２によって攪拌されてもよい。この場合、熔融ガラスＧは、攪拌容器１０１の下部側面に形成された流入口から攪拌容器１０１内に流入し、攪拌容器１０１の上部側面に形成された流出口から流出する。

（６−５）変形例Ｅ
本実施形態に係るガラス製造装置２００では、攪拌装置１００は、清澄槽４１と成形装置４２との間に設置され、清澄槽４１で清澄された熔融ガラスＧを攪拌する。しかし、攪拌装置１００は、熔解槽４０と清澄槽４１との間に設置されてもよい。この場合、攪拌装置１００は、熔解槽４０で生成された熔融ガラスＧを攪拌して、均質化された熔融ガラスＧを清澄槽４１に供給する。なお、２つの攪拌装置１００が、熔解槽４０と清澄槽４１との間、および、清澄槽４１と成形装置４２との間に設置されてもよい。

（７）実施例
図２および図３に示される攪拌装置１００と同じ構成を有する空間を通過する熔融ガラスＧの流れに関して、熱流体解析シミュレーションを実行した。流れは定常とし、ＳＩＭＰＬＥアルゴリズムを用いて、単一のソルバを用いて解いた。また、今回は、等温状態における流れ場の解析であるため、対流熱伝達や輻射熱伝達に関しては解かなかった。次に、解析時に設定した各種パラメータについて説明する。実施形態と同じ構成要素には、同じ参照符号が用いられている。
（ａ）熔融ガラスの粘度：９０．８８Ｐａ・ｓ、
（ｂ）排出口１１１ａから流出する熔融ガラスＧの流量ｄ１：０、０．５、１．０および１．４（ｔ／ｄａｙ）の４パターン、
（ｃ）流出口１０４ａから流出する熔融ガラスＧの流量ｄ２：１８（ｔ／ｄａｙ）、
（ｄ）流入口１０３ａから流入する熔融ガラスＧの流量ｄ３：ｄ１＋ｄ２（ｔ／ｄａｙ）、
（ｅ）攪拌容器１０１のガラス液面ＧＬの高さ位置：流入口１０３ａの上端より５ｍｍ上方、
（ｆ）攪拌器１０２の下端の高さ位置：攪拌容器１０１の底面より３０ｍｍ上方、
（ｇ）攪拌器１０２の回転方向：上方から見て反時計回り、
（ｈ）攪拌器１０２の回転数：０ｒｐｍ、３ｒｐｍ、１２．５ｒｐｍの３パターン、
以上のパラメータ下で、攪拌装置１００内における熔融ガラスＧの流れ場を解析した。最初に、流量ｄ１が０（ｔ／ｄａｙ）である場合には、流入口１０３ａから流入した熔融ガラスＧは、攪拌容器１０１の内部空間全体に広がった後、ゆっくりと降下して流出口１０４ａから流出したことが確認された。この場合、バッファ容器１１１内では、熔融ガラスＧの流速はほぼゼロであった。次に、実施形態の第１排出工程および第２排出工程にそれぞれ相当するモデルの解析結果について説明する。

（７−１）第１排出工程の解析結果
次に、実施形態の第１排出工程に相当する、攪拌器１０２の回転数が０ｒｐｍであり、かつ、流量ｄ１が０．５、１．０および１．４（ｔ／ｄａｙ）である場合の解析結果について説明する。

この場合、流量ｄ１が大きいほど、排出口１１１ａ近傍における熔融ガラスＧの流速が大きくなった。また、流量ｄ１が大きいほど、鉛直方向においてより下方に存在する熔融ガラスＧが排出口１１１ａに引き込まれることが確認された。そのため、ガラス異物がガラス液面ＧＬ近傍に集中的に存在している場合には、流量ｄ１を低く抑えた方が、排出口１１１ａから流出される熔融ガラスＧ中のガラス異物の割合が多くなる。また、ガラス液面ＧＬの高さ位置の変動を抑える等の目的で、排出口１１１ａから流出される熔融ガラスＧの量を少なくしたい場合には、ガラス異物を効率的に排出するために、流量ｄ１を低く抑える方が好ましいと考えられる。

一方で、流量ｄ１を高くした方がガラス液面ＧＬ近傍の熔融ガラスＧの流速は大きくなるので、ガラス異物が排出されるために必要な時間は短くなる。そのため、時間的な制約がある場合において、排出工程に要する時間を短くしたい場合には、流量ｄ１を高くする方が好ましいと考えられる。

また、攪拌容器１０１の内壁近傍における熔融ガラスＧの速度は小さく、攪拌容器１０１の内壁近傍の熔融ガラスＧが排出口１１１ａから排出されるためには、長時間を要することが確認された。

（７−２）第２排出工程の解析結果
次に、実施形態の第２排出工程に相当する、攪拌器１０２の回転数が３ｒｐｍまたは１２．５ｒｐｍであり、かつ、流量ｄ１が１．０（ｔ／ｄａｙ）である場合の解析結果について説明する。

この場合、流入口１０３ａから流入した熔融ガラスＧが、攪拌器１０２を避けて、攪拌容器１０１の内壁近傍を伝って排出口１１１ａに流れ込むような流れ場が確認された。そのため、攪拌器１０２を回転させる場合、ガラス液面ＧＬの中央部の熔融ガラスＧは、排出口１１１ａに流れ込みにくいことが確認された。また、この傾向は、攪拌器１０２の回転数が大きいほど、顕著に見られた。そのため、攪拌容器１０１の内壁近傍の熔融ガラスＧを効率的に排出するためには、攪拌器１０２の回転数を大きくすることが好ましいと考えられる。

１００ 攪拌装置
１０１ 攪拌容器
１０２ 攪拌器
１０５ 回転軸
１０６ 攪拌翼
１１１ バッファ容器
１１１ａ 排出口
１１２ 排出管
２００ ガラス製造装置（ガラス基板の製造装置）
Ｇ 熔融ガラス
ＧＬ ガラス液面（熔融ガラス液面）
Ｌ 回転軸の中心線

特開２０１０−１００４６２号公報

Claims (7)

1. ガラス原料を熔解して生成された熔融ガラスを、攪拌容器と攪拌器とを備える攪拌装置で攪拌する攪拌工程と、
   前記攪拌工程において、前記攪拌容器内の熔融ガラス液面に形成され、前記熔融ガラスと異なるガラス組成を有するガラス異物を、前記攪拌容器の側壁に設けられた排出口から排出する排出工程と、
   を備え、
   前記排出工程は、
   前記攪拌器が停止している状態で、前記排出口から前記ガラス異物を排出する第１排出工程と、
   前記攪拌容器内の前記熔融ガラスを前記攪拌器が攪拌している状態で、前記排出口から前記ガラス異物を排出する第２排出工程と、
   をそれぞれ少なくとも１回交互に行う、
   ガラス基板の製造方法。
2. 前記排出工程は、前記第１排出工程と前記第２排出工程とをそれぞれ複数回交互に行う、
   請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
3. 前記攪拌器は、
   前記攪拌容器内において鉛直方向に沿って配置される回転軸であるシャフトと、
   前記シャフトに取り付けられる羽根と、
   を有し、
   前記第２排出工程では、前記シャフトを軸として前記攪拌器を回転させることで前記撹拌容器の壁面付近のガラス異物を排出する、
   請求項１または２に記載のガラス基板の製造方法。
4. 前記攪拌容器は、前記熔融ガラス液面の近傍の高さ位置において前記側壁に形成される、前記熔融ガラスの流入口を有し、
   前記排出口は、前記攪拌容器内において前記流入口と対向している、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
5. 前記攪拌装置は、前記攪拌容器と前記排出口を介して連通しているバッファ容器をさらに有し、
   前記バッファ容器は、前記バッファ容器内の前記熔融ガラスを排出するための排出管口を有し、
   前記バッファ容器の内部空間は、前記排出口から前記排出管口に向かうに従って狭くなっている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
6. 少なくとも、
   前記第１排出工程が行われる回数、
   前記第２排出工程が行われる回数、
   前記第１排出工程が行われる期間、
   前記第２排出工程が行われる期間、
   前記第１排出工程において前記排出口から排出される前記ガラス異物の量、および、
   前記第２排出工程において前記排出口から排出される前記ガラス異物の量が、
   コンピュータシミュレーションにより決定される、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。
7. ガラス原料を熔解して生成された熔融ガラスを攪拌し、攪拌容器と攪拌器とを有する攪拌装置を備え、
   前記攪拌容器は、前記攪拌容器内の熔融ガラス液面に形成され前記熔融ガラスと異なるガラス組成を有するガラス異物を排出するための排出口を有し、
   前記排出口は、前記攪拌容器の側壁に設けられ、
   前記攪拌器を停止する動作と、前記攪拌容器内の前記熔融ガラスを前記攪拌器で攪拌する動作とが、それぞれ少なくとも１回交互に行われることで、前記ガラス異物が排出される、
   ガラス基板製造装置。

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