JP2017178760A - ガラス板の製造方法及び熔解槽 - Google Patents

Abstract

【課題】熔解工程で高温粘性の高い熔融ガラスをつくるとき、熔解槽におけるガラス温度の不均質を改善するとともに、熔解槽の寿命を長期化するガラス板の製造方法及びこの製造方法に用いられる熔解槽を提供することを目的とする。【解決手段】電極及び熔解槽本体を備える熔解槽において、通電加熱により熔融ガラスをつくる熔解工程を含むガラス板の製造方法であって、前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスのガラス領域全体の中で、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に保温構造を設けることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス板の製造方法及び熔解槽に関する。

近年、ディスプレイパネルの分野では、画質の向上のために画素の高精細化が進んでいる。この高精細化の進展に伴って、ディスプレイパネルに用いられるガラス基板にも高品質であることが望まれている。例えば、ディスプレイパネルの製造工程中に、高温に熱処理されたガラス基板の寸法変化が生じにくいように、熱収縮の小さいガラス板が求められている。

一般に、ガラス板の熱収縮は、ガラスの歪点が高いほど、また、ガラス板の製造工程中の徐冷速度を小さくするほど、小さくなることが知られている。そのため、同じガラス組成であっても、徐冷速度を十分に小さくすることによって、求められるレベルまで熱収縮を低減することは可能である。

しかし、ダウンドロー法を用いてガラス板を製造する場合、徐冷炉を長くして徐冷速度を小さくするには設備上あるいは操業操作上の制約が大きい。そのため、ダウンドロー法で熱収縮に対する要求を満たすガラス板を製造するためには、従来のガラス組成に比べて歪点の高いガラス組成、即ち、高温粘性の高いガラス組成のガラスを利用しなければならない。このようなガラス組成を持つガラスは、一般的に、熔融ガラス時の電気抵抗率も大きくなる傾向にある。

特許文献１に開示されるとおり、ガラス原料を熔解する熔解槽では、ガラス原料から熔融ガラスをつくるとき、熔解槽内の気相空間を加熱するバーナー加熱と、熔解槽本体に設けられた電極対による通電加熱を組み合わせてガラス原料を加熱する。バーナー加熱により熔解槽の気相空間の温度を高温化して熔解槽の壁の温度を高くし、この壁からの輻射熱により投入したガラス原料を熔解させるとともに、熔解してできる熔融ガラスを、上記輻射熱により加熱する。さらに、熔解槽本体に設けられた電極対を介して通電加熱を行うことにより、熔融ガラスの温度および粘度を調整する。

特開２０１２−５１７３９８号公報

熔解槽において、バーナー加熱と通電加熱でガラス原料を熔解すると、熔融ガラス液面側の上部ガラス領域では、熔解槽内の気相空間を加熱するバーナー加熱を受けてガラス温度が高くなり、通電の電流が高温領域へ偏り、電流密度も高くなる傾向にある。歪点が高く、高温粘性の高いガラス組成は、熔融ガラスの電気抵抗率が高く、通電加熱時に流す電流も多くなるため、電流密度が偏る傾向はより強くなる。

熔融ガラスの液面側の上部ガラス領域では、電流密度が高くなるにつれ、ガラス温度の高温化が進行し、他方、熔解槽の底側の下部ガラス領域では低温化する傾向にある。
特に、この傾向は、電流密度の大きい電極付近のガラス領域において強く、電流密度がガラス液面側の上部に偏るとともに、高温化が助長され、ガラス温度の均質性の低下を進行させる原因となることを見出した。熔融ガラスにおけるガラス温度の不均質は、例えば、熔解槽のガラス流出口付近で液面付近の異物を巻き込んだ下降流を発生させ、ガラス品質に脈理を起こす可能性がある。

このような品質低下を防ぐためにも、熔解槽内のガラス温度を均質にすることが求められ、特に、電流密度が高い電極付近のガラス温度の均質性を改善する必要があった。

そこで、本発明は、高温粘性の高い熔融ガラスをつくる場合、熔解槽におけるガラス温度の不均質を改善するとともに、熔解槽の寿命を長期化するガラス板の製造方法及び熔解槽を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、以下の〔１〕〜〔８〕の構成を有する発明を完成させた。

〔１〕電極及び熔解槽本体を備える熔解槽において、通電加熱により熔融ガラスをつくる熔解工程を含むガラス板の製造方法であって、
前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスのガラス領域全体の中で、前記熔融ガラスが有する電流密度分布のうち、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に保温構造を設けることを特徴とする、ガラス板の製造方法。
〔２〕前記電極が前記熔解槽本体の側壁に設けられ、前記電流密度の小さいガラス領域が、前記電極付近で且つ前記熔解槽本体の底部付近にあり、前記熔解槽本体の側壁の外側で前記電極の下部に保温構造が設けられる、〔１〕に記載のガラス板の製造方法。
〔３〕前記電流密度の小さいガラス領域は、前記熔解槽本体の下角部周辺にあり、前記熔解槽本体の下角部の壁外側に保温構造が設けられる、〔２〕又は〔３〕に記載のガラス板の製造方法。
〔４〕前記熔解槽本体に貯留される前記溶融ガラスにおける前記電流密度の小さいガラス領域は、溶融槽モデルを用いた溶融ガラスの熱流体解析に電場解析を連成したシミュレーションに基づいて特定される、請求項〔２〕〜〔３〕のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
〔５〕前記熔融ガラスが、１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である、〔２〕〜〔４〕に記載のガラス板の製造方法。
〔６〕前記熔解槽本体の壁は、ジルコニア系電鋳耐火物である、〔２〕〜〔５〕に記載のガラス板の製造方法。

〔７〕熔融ガラスを通電加熱により作るための熔解槽であって、
１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを貯留する熔解槽本体と、前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスを通電加熱するための電極と、
を備え、
前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスのガラス領域全体の中でも、前記熔融ガラスが有する電流密度分布のうち、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に保温構造を設けることを特徴とする、熔解槽。
〔８〕前記電極が、前記熔解槽本体の側壁に設けられ
前記電流密度の小さいガラス領域が、前記電極付近で且つ前記熔解槽本体の底部付近にあり、前記熔解槽本体の側壁の外側で前記電極の下部に保温構造が設けられる〔７〕に記載の熔解槽。

実施形態に係るガラス板の製造方法の工程の一例を示すフローチャートである 実施形態に係るガラス板製造装置の構成を示す模式図である。 熔解槽の熔解槽本体とその周辺構造の概略的な斜視図である。 熔解槽の長手方向に直交する方向の断面図である。 本発明の実施形態の一例で、電極下部の側壁に保温構造を有することを示す模式図である。 本発明の実施形態の一例で、電極側の側壁の角部に保温構造を有することを示す模式図である。 本発明の実施形態の一例で、電極が備えられていない側壁側へ拡大された保温構造を有することを示す模式図である。

以下、本実施形態のガラス板の製造方法およびこの製造方法に用いられる熔解槽について説明する。
本実施形態は、電極及び熔解槽本体を備える熔解槽において、通電加熱により熔融ガラスをつくる熔解工程を含むガラス板の製造方法であって、
前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスのガラス領域全体の中でも、前記熔融ガラスが有する電流密度分布のうち、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に保温構造を設けることを特徴とする製造方法、を含む。

本実施形態は、熔融ガラスを通電加熱により作るための熔解槽であって、
１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを貯留する熔解槽本体と、前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスを通電加熱するための電極と、
を備え、
前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスのガラス領域全体の中で、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に保温構造を設けることを特徴とする熔解槽、を含む。

溶融ガラスの電流密度の分布は、バーナー加熱、通電加熱など溶融ガラスの加熱条件とともに、熔融ガラスの電気抵抗率、熔融ガラスの温度分布にもとづいて特定され、溶融槽モデルを用いて、熱流体解析に電場解析を連成したシミュレーション（流体流れ、熱伝導、及び電場の３連成解析）を行って、ガラス領域における電流密度の分布を得て、溶融ガラスの電流密度の小さい領域を特定することができる。

（ガラス板の製造方法の全体概要）
本発明に係るガラス板の製造方法、および、この方法に用いられる熔解槽の実施形態について、図を参照しながら説明する。図１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フロー図である。

（ガラス板の製造方法の全体概要）
ガラス板の製造方法は、図１に示されるように、主として、熔解工程（Ｓ１）と、清澄工程（ＳＴ）と、攪拌工程（Ｓ３）と、供給工程（Ｓ４）と、成形工程（Ｓ５）と、徐冷工程（Ｓ６）と、切断工程（Ｓ７）と、を主に備える。
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板は、納入先の業者に搬送される。

熔解工程Ｓ１では、ガラス原料が熔解槽に投入されて加熱されることで熔融ガラスが得られる。熔融ガラスは、熔解槽の側壁の底部に形成された流出口から、清澄工程Ｓ２に向かって流出する。熔解槽における熔融ガラスの加熱は、熔解槽の側壁に設けられた電極対を用いて熔融ガラスに電気を流して直接的に熔融ガラスを加熱する（通電加熱）とともに、熔融ガラスの液面の上方空間をバーナーの炎で加熱して間接的に熔融ガラスを加熱する（バーナー加熱）ことで行われる。なお、ガラス原料には、清澄剤が添加される。清澄剤として、例えば、ＳｎＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３およびＳｂ_２Ｏ_３が挙げられ、環境負荷低減の観点からＳｎＯ_２が用いられる。

清澄工程Ｓ２では、熔解槽から延びる配管を流れた熔融ガラスが清澄槽内で加熱されることで、熔融ガラス中に含まれるＣＯ_２、Ｎ_２、ＳＯ_２等を含む泡が、清澄剤の還元反応によって生じた酸素を吸収する。酸素を吸収して成長した泡は、熔融ガラスの液面に浮上して消滅する。清澄工程Ｓ２では、さらに、熔融ガラスの温度を低下させることで、還元された清澄剤が酸化反応を起こして、熔融ガラス中に残存している酸素等のガスが熔融ガラスに吸収される。清澄剤の還元反応および酸化反応は、清澄槽内の熔融ガラスの温度を制御することにより行われる。なお、清澄工程Ｓ２では、減圧雰囲気の空間を清澄槽内に形成し、熔融ガラス中の泡を減圧雰囲気下で成長させて除去する減圧脱泡方式を用いてもよい。

攪拌工程Ｓ３では、清澄槽から延びる配管を流れた熔融ガラスが、攪拌槽内で攪拌されて、熔融ガラスの成分が均質化される。これにより、脈理の原因である熔融ガラスの組成ムラが低減される。

供給工程Ｓ４では、攪拌槽で攪拌された熔融ガラスが、配管を流れて成形装置に供給される。

成形工程Ｓ５では、成形装置に供給された熔融ガラスから、オーバーフローダウンドロー法によりガラスリボンが連続的に成形される。

徐冷工程Ｓ６では、成形されたガラスリボンが所望の厚みを有し、かつ、歪みおよび反りが生じないように、ガラスリボンが徐々に冷却される。

切断工程Ｓ７では、冷却されたガラスリボンが所定の長さに切断されて、ガラス素板が得られる。ガラス素板は、さらに、所定の寸法に切断されて、製品サイズのガラス板が得られる。その後、ガラス板端面の研削および研磨、並びに、ガラス板の洗浄が行われる。さらに、気泡、脈理およびキズ等の欠陥の有無が検査され、検査に合格したガラス板が梱包されて製品として出荷される。ガラス板の幅方向の寸法は、例えば、５００ｍｍ〜３５００ｍｍである。ガラス板の長さ方向の寸法は、５００ｍｍ〜３５００ｍｍ、１５００ｍｍ〜３５００ｍｍ、１８００〜３５００ｍｍ、２０００ｍｍ〜３５００ｍｍなどが挙げられ、２０００ｍｍ〜３５００ｍｍであることが好ましい。

このガラス板の製造方法で用いられるガラス原料は、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ている。ガラスの組成の一例として、フラットパネルディスプレイ用のガラス板として好適な無アルカリガラスは、ＳｉＯ₂：５０質量％〜７０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：０質量％〜２５質量％、Ｂ₂Ｏ₃：１質量％〜１５質量％、ＭｇＯ：０質量％〜１０質量％、ＣａＯ：０質量％〜２０質量％、ＳｒＯ：０質量％〜２０質量％、ＢａＯ：０質量％〜１０質量％を含有する。ここで、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計の含有量は、５質量％〜３０質量％である。

また、フラットパネルディスプレイ用のガラス板として、アルカリ金属を微量含むアルカリ微量含有ガラスを用いてもよい。アルカリ微量含有ガラスは、成分として、０．１質量％〜０．５質量％のＲ’_２Ｏを含み、好ましくは、０．２質量％〜０．５質量％のＲ’_２Ｏを含む。ここで、Ｒ’は、Ｌｉ、ＮａおよびＫから選択される少なくとも１種である。なお、Ｒ’_２Ｏの含有量の合計は、０．１質量％未満であってもよい。

また、ガラスの組成は、上記成分に加えて、ＳｎＯ_２：０．０１質量％〜１質量％（好ましくは、０．０１質量％〜０．５質量％）、Ｆｅ_２Ｏ_３：０質量％〜０．２質量％（好ましくは、０．０１質量％〜０．０８質量％）をさらに含有してもよい。また、ガラスの組成は、環境負荷を考慮して、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３およびＰｂＯを実質的に含有しないことが好ましい。

なお、フラットパネルディスプレイ用のガラス板は、高温時における粘度が高い。例えば、１５００℃以上で１０^２．５ポアズの粘度を有する。あるいは、１５００℃で１０^２．５ポアズから１０^３．５ポアズの粘度有する。

図２は、熔解工程Ｓ１から切断工程Ｓ７までを行うガラス板製造装置１００の構成の一例を示す模式図である。ガラス板製造装置１００は、熔解槽１０１と、清澄槽１０２と、攪拌槽１０３と、成形装置１０４と、第１供給管１０５ａと、第２供給管１０５ｂと、第３供給管１０５ｃとを備える。第１供給管１０５ａは、熔解槽１０１と清澄槽１０２とを接続する。第２供給管１０５ｂは、清澄槽１０２と攪拌槽１０３とを接続する。第３供給管１０５ｃは、攪拌槽１０３と成形装置１０４とを接続する。

熔解工程Ｓ１において、ガラス原料は、バケット１０１ｄを用いて熔解槽１０１に投入される。ガラス原料は、熔解槽１０１内で加熱されて熔解し、熔融ガラスＭＧが得られる。熔解槽１０１では、例えば、１５００℃〜１６３０℃の熔融ガラスＭＧが得られる。熔解槽１０１内の熔融ガラスＭＧは、第１供給管１０５ａを流れて、清澄槽１０２に供給される。

バケット１０１ｄを用いるガラス原料の投入方法は、熔融ガラスＭＧの液面のうち第１供給管１０５ａの反対側の液面に投入する前方投入方式と、熔融ガラスＭＧの液面全体に均等に投入する全面投入方式とを含む。本実施形態では、図２に示されるように、前方投入方式によってガラス原料が熔解槽１０１に投入される。なお、ガラス原料は、バケット１０１ｄを用いる以外の方法で熔解槽１０１に投入されてもよく、例えば、スクリューフィーダを用いた方法による投入が挙げられる。

清澄工程Ｓ２では、清澄槽１０２において熔融ガラスＭＧが清澄される。清澄槽１０２では、熔融ガラスＭＧの温度が調整されて、熔融ガラスＭＧ中に含まれるガス成分が除去される。清澄槽１０２では、熔融ガラスＭＧは、例えば、１５００℃〜１７００℃まで昇温させられる。清澄された熔融ガラスＭＧは、第２供給管１０５ｂを流れて、攪拌槽１０３に供給される。

攪拌工程Ｓ３では、攪拌槽１０３において熔融ガラスＭＧが攪拌されて、熔融ガラスＭＧの成分が均質化される。攪拌槽１０３に供給される熔融ガラスＭＧの温度は、所定の範囲内になるように調整されている。攪拌槽１０３内の熔融ガラスＭＧの温度は、例えば、１２５０℃〜１４５０℃である。攪拌槽１０３内の熔融ガラスＭＧの粘度は、例えば、５００ポアズ〜１３００ポアズである。攪拌槽１０３で均質化された熔融ガラスＭＧは、第３供給管１０５ｃに流入する。

供給工程Ｓ４では、熔融ガラスＭＧは、第３供給管１０５ｃの中を流れながら、次の成形工程Ｓ５におけるガラスリボンの成形に適した温度まで冷却される。例えば、熔融ガラスＭＧは、第３供給管１０５ｃの中を流れる過程で、１２００℃付近まで冷却される。供給工程Ｓ４において、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスＭＧは、温度が制御されながら冷却される。第３供給管１０５ｃで冷却された熔融ガラスＭＧは、成形装置１０４に供給される。

成形工程Ｓ５では、成形装置１０４において、オーバーフローダウンドロー法によって熔融ガラスＭＧからガラスリボンが連続的に成形される。

徐冷工程Ｓ６では、成形装置１０４において、成形工程Ｓ５において成形されたガラスリボンが室温付近まで徐冷される。

切断工程Ｓ７では、徐冷されたガラスリボンが、切断装置（図示せず）によって所定の寸法に切断され、ガラス板が製造される。

本実施形態のガラス板の製造方法において、熱収縮の小さいガラス板を作るために高温粘性の高いガラスを用いる場合、熔解工程Ｓ１において、高温粘性の低いガラスに比べてより多量の電流を流して熔融ガラスを通電加熱する必要がある。溶融ガラスの高温粘性が高いほど、溶融ガラスの電気抵抗率は高い傾向にある。

溶融ガラスの加熱は、熔解槽内の気相空間を高温化するためのバーナー加熱に加え、熔解槽本体に設けられた電極対を介しての溶融ガラスの通電加熱を行う。熔解槽本体に貯留される溶融ガラスの上層領域はバーナー加熱により温度が高くなり、熔融ガラスの上層領域（熔融ガラスの液面側）のガラス温度が上昇すると、通電加熱の電流は、上層領域の温度が上昇したガラス領域へとより流れ易くなり、電流密度はより温度の高い上層のガラス領域に大きく偏る。この結果、熔融ガラスの液面側の上部ガラス領域では、電流密度が高くなるにつれ、ガラス温度の高温化が進行し、他方、熔解槽の底側の下部ガラス領域では低温化し、通電加熱により、溶融ガラスの温度の高低差が増していく傾向となる。

特に、この傾向は、電流密度の大きい電極付近のガラス領域において強く、電極付近のガラスにおいて、電流密度はガラス液面側の上部に偏るとともに、高温化が助長され、ガラス温度の均質性の低下を進行させる大きな原因となることを見出した。このような熔融ガラスにおけるガラス温度の不均質は、例えば、熔解槽のガラス流出口付近で液面付近の異物を巻き込んだ下降流を発生させ、ガラス品質に脈理を起こす可能性がある。

本実施形態は、このような、熔融ガラスにおける電流密度の偏りが引き起こすガラス温度の高低差の拡大を抑えるために、電流密度の小さいガラス領域に保温構造を有する。
高温粘性の高い熔融ガラス、具体的には、１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを作る場合、熔解槽１０１において、通電加熱による、電流密度の偏りがより深刻となり、溶融ガラスの温度の高低差が増加する傾向となるため、このような状況を抑え、熔融ガラスの温度の高低差を改善するために、電流密度の小さいガラス領域に保温構造を有する。

また、熔融ガラスの高温粘性が高いほど、熔融ガラスの電気抵抗率は大きくなる傾向にあるため、熔融ガラスの電気抵抗率は、熔解槽１０１の側壁および底壁を構成する耐火レンガの電気抵抗率と同等になる場合がある。このため、熔解槽１０１の側壁に設けられた電極対を用いて熔融ガラスに電流を流す際に、本来熔融ガラスに流れるべき電流の一部が、熔解槽１０１の側壁および底壁に流れ、熔解槽１０１が加熱される場合がある。特に、熔解槽１０１の底壁が、耐熱性および保温性に優れた耐火レンガから構成されている場合、耐火レンガ自身のジュール発熱の大きさに対して，放熱の大きさが不十分で，耐火レンガが異常高温となる傾向にあり、熱ごもりが発生する。このような熱ごもりは、熔解槽１０１の底壁を構成する耐火レンガの機械的強度を低下させて熱クリープを発生させる可能性があり、また、耐火レンガの一部が熔損して熔解槽１０１に貯留される熔融ガラスが外部に漏れ出る可能性があるため、熱ごもりを抑制するような構造を底壁に設けるのが好ましい。

（熔解槽の詳細な構成）
熔解槽１０１の詳細な構成について説明する。図３は、熔解槽１０１の熔解槽本体とその周辺構造の概略的な斜視図である。図４は、熔解槽１０１の長手方向に直交する方向の断面図である。熔解槽１０１の長手方向は、バケット１０１ｄの原料投入口から第１供給管１０５ａへ向かう方向であり、図３において複数の電極対１１４の並び方向である。熔解槽１０１は、主として、熔解槽本体１１０と、バーナー１１２と、電極対１１４と、迫部１１８とを備える。

熔解槽本体１１０は、熔融ガラスＭＧが貯留される容器である。熔解槽本体１１０は、高温の熔融ガラスに対して耐熱性を有する素材で成形されている。熔解槽本体１１０の内部空間の上部は、熔融ガラスＭＧの液面より上方の気相空間１１０ｃである。熔解槽本体１１０の内部空間の下部は、熔融ガラスＭＧが貯留される貯留空間１１０ｄである。熔解槽本体１１０に貯留される熔融ガラスＭＧは、１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上とすることができる。

熔解槽本体１１０は、主として、底壁１１０ａと、側壁１１０ｂと、気相空間仕切り壁１１６とから構成される。側壁１１０ｂは、底壁１１０ａの上面の外縁から上方に向かって突出している壁である。気相空間仕切り壁１１６は、側壁１１０ｂの上端と接続されている壁である。気相空間１１０ｃは、主に、熔解槽本体１１０の一部である気相空間仕切り壁１１６によって四方を囲まれている。

バーナー１１２は、気相空間仕切り壁１１６に取り付けられている。バーナー１１２は、燃料と酸素等を混合した燃焼ガスの燃焼により生じる火炎を気相空間１１０ｃに放出する。バーナー１１２は、気相空間１１０ｃを加熱することで、熔解槽本体１１０に貯留されている熔融ガラスＭＧを間接的に加熱する。図３では、気相空間仕切り壁１１６の互いに対向する一対の壁に、それぞれ６基のバーナー１１２が、対向する壁のバーナー位置に対し互い違いで向き合う様に配置されている。図３では、熔解槽本体１１０の奥側の壁に取り付けられているバーナー１１２のみが示され、６基のバーナー１１２が互いに対向する位置に設けられるように見えるが、これら６基のバーナー１１２は、図３の紙面に対して垂直方向の異なる位置に設けられている。気相空間仕切り壁１１６に取り付けられるバーナーの数は、一対の壁にそれぞれ６基に限らず、設計に応じて設定することができる。たとえば、気相空間仕切り壁１１６に取り付けられるバーナーの数は、一対の壁にそれぞれ２基〜１０基の範囲で設定され、気相空間１１０ｃを効果的に加熱するという観点から、一対の壁にそれぞれ３基〜８基が好ましく、より好ましくは、一対の壁にそれぞれ６基〜８基である。なお、バーナー１１２は、互いに対向する一対の壁の一方のみに設けられてもよく、設計に応じてバーナー数を設定することができる。

電極対１１４は、熔解槽本体１１０の長手方向の側壁１１０ｂに取り付けられている。図３では、電極対１１４は、長手方向の６箇所の異なる位置に、熔融ガラスＭＧを挟んで互いに対向するように設けられている。図３では、熔解槽本体１１０の手前側の側壁１１０ｂに取り付けられている電極のみが示されている。電極対１１４は、その間に存在する熔融ガラスＭＧに電流を流して、熔融ガラスＭＧを通電加熱する。電極対１１４は、例えば、酸化錫あるいはモリブデン等の耐熱性を有する導電性材料から成形される。

電極対１１４は、制御ユニット（図示せず）に接続され、制御ユニットから電流の供給を受ける。制御ユニットは、コンピュータ（図示せず）に接続される。コンピュータは、電極対１１４に流れる電流を制御するための制御信号を制御ユニットに送る。コンピュータは、熔解槽１０１に貯留される熔融ガラスＭＧの温度および粘度が所定の範囲内になるように制御信号を生成する、あるいは、電極対１１４それぞれで受け渡される電流が一定になるようフィードバック制御に基づいて制御信号を生成する。

電極対１１４が側壁１１０ｂに取り付けられる数は、設計に応じて設定することができる。たとえば、側壁１１０ｂに取り付けられる電極対の数は、２対〜１０対の範囲で設定され、熔融ガラスＭＧの温度および粘度を所定の範囲に効率的に通電加熱する観点から、３対〜８対が好ましく、６対〜８対がより好ましい。

気相空間仕切り壁１１６は、熔解槽本体１１０の一部であり、主に、貯留空間１１０ｄの上方の気相空間１１０ｃを囲む壁である。気相空間仕切り壁１１６には、開閉自在な原料投入口１０１ｆが設けられている。図３に示されるバケット１０１ｄは、原料投入口１０１ｆを出入りすることができる。ガラス原料を積んだバケット１０１ｄ又はスクリューフィーダにより、ガラス原料は、熔解槽本体１１０に貯留される熔融ガラスＭＧの液面に投入される。熔解槽本体１１０の、原料投入口１０１ｆと対向する側壁１１０ｂの底部近傍には、流出口１１５が設けられている。流出口１１５には、第１供給管１０５ａが接続されている。熔解槽１０１は、流出口１１５を介して後工程に熔融ガラスＭＧを供給する。なお、バケット１０１ｄの代わりにスクリューフィーダーを用いて、熔解槽本体１１０に貯留される溶融ガラスＭＧの液面にガラス原料が投入されてもよい。

迫部１１８は、熔解槽１０１の気相空間１１０ｃを覆う天井壁である。図４には、迫部１１８の詳細が示されている。迫部１１８の頂部には、温度センサ１１８ａが取り付けられている。温度センサ１１８ａは、気相空間１１０ｃの温度を測定する。迫部１１８は、高温の熔融ガラスＭＧに対して耐熱性を有する素材で成形されている。なお、気相空間仕切り壁１１６および迫部１１８は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２及びＳｉＯ_２を含むＡＺＳ系電鋳耐火レンガから構成される。

（熔解槽の詳細）
次に、熔解槽本体１１０の詳細な構成について説明する。熔解槽本体において、貯留されている熔融ガラスのガラス領域全体の中で、電流密度が小さいガラス領域に接する熔解槽本体の壁（例えば、側壁１１０）の外側に、保温構造１２０を設ける。断熱材の材質として、例えば、イソライト工業社製のＬＡＰ１６５などアルミナ系の断熱材が挙げられる。
保温構造１２０は、断熱効果の高い断熱材で保温機能を有するもので構成され、構造としては１または複数の構造を有することができる。

保温構造１２０は、熔解槽本体１１０の壁外側（例えば、側壁１１０の外側）に設けられ、さらに、前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスのガラス領域全体の中でも、前記熔融ガラスが有する電流密度分布のうち、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に保温構造を設けられる。
熔融ガラスのガラス領域全体〔i）液面側の上層領域、ii）中層領域、iii）低層領域〕のうち、電流密度が小さいガラス領域としてiii）低層領域が挙げられる。さらに、低層領域で且つ通電加熱の効果が得られ難い熔解槽の角領域、又は、低層領域で且つ電極が設けられない側壁領域が挙げられ、このような領域では、溶融ガラスの電流密度が小さくなる傾向が高い。

特に、電極付近の熔融ガラスでは電流密度がもともと大きいため、温度に対する影響も大きく、電極付近のガラスの電流密度の偏りは液面側と底側でより大きく拡大する傾向にあることが見出された。つまり、電極付近の底側のガラス領域において、電流密度が著しく小さくなることが見出されたため、例えば、保温構造１２０は、電極が設けられる熔解槽本体の側壁の外側で電極の下部に設けられるのが好ましい（実施態様１）。

ほかに、本実施形態の保温構造１２０が設けられる位置として、例えば、低層領域で且つ通電加熱の効果が得られ難い熔解槽の角領域が挙げられることから、電極が設けられる熔解槽本体の側壁の外側で電極下部とともに、電極が設けられる側壁の角部の外側にも合わせて保温構造を設けてもよい（実施態様２）。

あるいは、本実施形態の保温構造１２０が設けられる位置として、例えば、低層領域で且つ電極が設けられない側壁領域が挙げられることから、電極が設けられる熔解槽本体の側壁の外側で電極下部とともに、電極が設けられない側壁の角部の外側にも合わせて保温構造を設けてもよい（実施態様３）。

電極が設けられる熔解槽本体１１０の側壁１１０ｂで、電極の上部の側壁部位には、保温構造を設けないのが好ましい。

溶融ガラスの電流密度の分布は、バーナー加熱、通電加熱など溶融ガラスの加熱条件とともに、熔融ガラスの電気抵抗率、熔融ガラスの温度分布にもとづいて特定され、例えば、溶融槽モデルを用いた溶融ガラスの熱流体解析に電場解析を連成させるシミュレーションを用いて、溶融槽中の熔融ガラスが有する電流密度分布を得て、溶融ガラスの電流密度の小さい領域を特定することができる。

熔解槽本体１１０の側壁１１０ｂに使用されるものとして、ジルコニア系電鋳耐火物、デンスジルコン耐火物などが挙げられる。デンスジルコン耐火物、または、ジルコニア系焼成耐火物は、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）の含有量が９０質量％以上であり、かつ、圧縮後の焼成によって成形される耐火物である。例えば、電極上部の側壁１１０ｂには、サンゴバン・ティーエム社製のジルコニア系電鋳耐火物（ＳＣＭＯＳ−ＣＺ）が用いられる。電極下部の側壁１１０ｂには、サンゴバン・ティーエム社製のジルコニア系電鋳耐火物（ＳＣＭＯＳ−ＣＺやＳＣＩＭＯＳ−Ｚ）、が用いられる。なお、耐火物の熱伝導率が低いほど、その耐火物の断熱性および保温性が高い。すなわち、耐火物の熱伝導率が低いほど、耐火物から外部に熱が逃げにくいため、上述のとおり、電流密度が小さいガラス領域の電極下部の耐火物の外側には、外部に熱が逃げ難い材質を選択するのが好ましい。
熔解槽本体１１０の側壁１１０ｂには、電気抵抗性および耐食性の観点から、ジルコニア（ＺｒＯ_２）の含有量が９０質量％以上である高ジルコニアの耐火物を用いるのが好ましい。

熔解槽本体１１０の側壁１１０ｂに用いられる電気抵抗率の高い耐火物の、１４００℃のときにおける電気抵抗率および熱伝導率の範囲は、電気抵抗率が８０Ω・ｃｍ〜８００Ω・ｃｍであり、熱伝導率は３．０Ｗ／ｍ・Ｋ〜７．０Ｗ／ｍ・Ｋである。電気抵抗率の低い耐火物を用いるときには、電気抵抗率の低い耐火物の、１４００℃のときにおける電気抵抗率および熱伝導率の範囲は、電気抵抗率が３０Ω・ｃｍ〜３００Ω・ｃｍであり、熱伝導率は３．０Ｗ／ｍ・Ｋ〜７．０Ｗ／ｍ・Ｋである。

電気抵抗率の高い耐火物の腐食度は、例えば、２０００ｍｄｄ〜２００００ｍｄｄである。電気抵抗率の低い耐火物の腐食度は、例えば、２０００ｍｄｄ〜２００００ｍｄｄである。腐食度ｍｄｄ（ｍｇ／ｄｍ^２・ｄａｙ）とは、耐食性を表すパラメータであり、腐食度ｍｄｄが小さいほど、耐食性が高い。腐食度がこれらの範囲にあると、熔解槽の耐久性を高く維持することができる。

熔解槽本体の側壁１１０ｂの厚みは、６０ｍｍ〜３００ｍｍである。

熔解槽本体１１０の底壁１１０ａは、耐火物から構成されている。例えば、耐熱耐火レンガが積層された構造を有している。底壁１１０ａを構成する耐火物は、耐食性の高い、１種以上の耐火物で構成される。熔解槽１０１の底壁が、耐熱性および保温性に優れた耐火レンガから構成されている場合、耐火レンガに熱が蓄積されて高温状態が維持される熱ごもりが発生し、耐火レンガの機械的強度を低下させて熱クリープを発生させる可能性や、耐火レンガの一部が熔損する可能性があるため、熱ごもりを抑制するような構造を底壁に設けてもよい。

（特徴）
本発明の熔解槽本体１１０の壁外側には、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に保温構造１２０を設ける。保温構造１２０は、上述のとおり、熔解槽に貯留される溶融ガラスの電流密度の偏り（電流密度の高い／小さい）の差を抑制するための構造である。
特に、電極付近にある熔融ガラスでは電極付近の熔融ガラスでは電流密度がもともと大きいため、温度に対する影響も大きく、電極付近のガラスの電流密度の偏りは液面側と底側でより大きく拡大する傾向にあることが見出されたため、保温構造１２０は、このような電流密度の最も小さい領域にガラス領域に接する壁の外側部位に設けるのが好ましい。

保温構造１２０は、断熱性に優れた耐火物で構成され、熔解槽本体１１０に貯留される熔融ガラスの電流密度が小さいガラス領域に接する側壁の外側に設けられ、例えば、電極付近の底側のガラス領域において、電流密度が著しく小さくなることが見出されたため、電極が設けられる熔解槽本体の側壁１１０ｂの外側で電極の下部に設けられるのが好ましい（実施態様１）。

あるいは、本実施形態の保温構造１２０が設けられる位置として、ガラスの低層領域で且つ通電加熱の効果が得られ難い熔解槽の角領域が挙げられることから、電極が設けられる熔解槽本体の側壁の外側で電極下部とともに、電極が設けられる側壁の角部の外側にも合わせて保温構造を設けてもよい（実施態様２）。

あるいは、本実施形態の保温構造１２０が設けられる位置として、ガラスの低層領域で且つ電極が設けられない側壁領域が挙げられることから、電極が設けられる熔解槽本体の側壁の外側で電極下部とともに、電極が設けられない側壁の角部の外側にも合わせて保温構造を設けてもよい（実施態様３）。

溶融ガラスの加熱は、熔解槽内の気相空間を高温化するためのバーナー加熱に加え、熔解槽本体に設けられた電極対を介しての溶融ガラスの通電加熱を行う。熔解槽本体に貯留される溶融ガラスの上層領域はバーナー加熱により温度が高くなり、熔融ガラスの上層領域（熔融ガラスの液面側）のガラス温度が上昇すると、通電加熱の電流は、上層領域の温度が上昇したガラス領域へとより流れ易くなり、電流密度はより温度の高い上層のガラス領域に大きく偏る。この結果、熔融ガラスの液面側の上部ガラス領域では、電流密度が高くなるにつれ、ガラス温度の高温化が進行し、他方、熔解槽の底側の下部ガラス領域では低温化し、通電加熱により、溶融ガラスの温度の高低差が増していく傾向となる。

特に、この傾向は、電流密度の大きい電極付近のガラス領域において強く、電極付近のガラスにおいて、電流密度はガラス液面側の上部に偏るとともに、高温化が助長され、ガラス温度の均質性の低下を進行させる大きな原因となることを見出した。このような熔融ガラスにおけるガラス温度の不均質は、例えば、熔解槽のガラス流出口付近で液面付近の異物を巻き込んだ下降流を発生させ、ガラス品質に脈理を起こす可能性がある。

本実施形態の保温構造１２０を、熔解槽本体１１０の壁の外側で、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に設けることで、熔融ガラスにおける電流密度の偏りが引き起こすガラス温度の高低差の拡大を抑えることができ、熔融ガラスの温度分布の不均質を改善することができる。
これにより、溶融ガラスの高温領域で生じる、電極や耐火物の侵食、清澄剤の損失を防ぐとともに、流出口側の側壁（熔解槽の短手方向）における溶融ガラスの低温領域が縮小され、異質素地の沈み込みを抑制し、成形工程における脈理の発生を抑制することが可能となる。

実施形態１
熔解槽本体の設計において、バーナー加熱、通電加熱など溶融ガラスの加熱条件とともに、熔融ガラスの電気抵抗率、及び溶融ガラスＭＧの温度分布に基づいて、熔解槽本体１１０における、熔融ガラスＭＧの電流密度分布（溶融ガラスの電流密度の小さいガラス領域）を、溶融槽モデルを用いた溶融ガラスの熱流体解析に電場解析を連成させるシミュレーションを用いて求めた。電流密度が小さいと計算された溶融ガラスＭＧの領域を特定し、保温構造１２０の配置を決定した。

実施形態１では、保温構造１２０は、断熱性に優れた耐火物で構成され、図５に示されるとおり、電極付近の底側のガラス領域において、電流密度が著しく小さくなることが見出されたため、電極が設けられる熔解槽本体の側壁１１０ｂの外側で電極の下部に配置された（実施態様１）。
熔解槽本体１１０の側壁１１０ｂのうち、電極上部、電極下部および底壁には、サンゴバン・ティーエム社製のジルコニア系電鋳耐火物（ＳＣＩＭＯＳ−ＣＺ、電気抵抗率８２Ω・ｃｍ（１６００℃））を使用する。
保温構造１２０として、イソライト工業社製のＬＡＰ１６５，ＬＢＫ２３，及びＩＳＯＷＯＯＬブランケットを用いて断熱を行う。

このように、電極が設けられる熔解槽本体の側壁１１０ｂの外側で電極の下部に保温構造１２０が設けられた場合、保温構造１２０を設けない場合と比べ、より高くなる（図６を参照）。この結果、温度の不均質が改善された。つまり、放熱の抑制により温度が上がり、さらにその効果で電流密度が上がり、温度上昇効果が増幅された。

また、流出口１１５が設けられる側壁（短手方向の側壁）では、溶融ガラスＭＧの温度が低下し、下降流が生じ易い。流出口１１５が設けられる側壁近くには、異質素地（難熔性成分であるＳｉＯ_２の濃度が他の場所よりも高くなった素地）が溜まり易く、流出口１１５が設けられる側壁で生じる下降流によって、異質素地が溶融ガラスＭＧの下方に沈み込んで流出口１１５から流出して後工程に流れ、ガラス板の成形工程において脈理を形成する場合がある。

しかし、本実施形態１の熔解槽１０１では、保温構造１２０が設けられ、保温構造を有する側壁１１０ｂ部位の溶融ガラスＭＧの領域の電流密度がより大きくなり、通電加熱量が上昇していくため、短手方向の側壁側の低温領域であった大きさは縮小し、さらに下降流の程度も小さくなる（図６のＡ）。これにより、流出口１１５が設けられる側壁では、異質素地の下方への沈み込みが抑制され、流出口１１５から後工程への異質素地の流れは減少し、成形工程における脈理の発生を抑制することができる。

実施形態２
実施形態１と同様にして、熔解槽本体の設計において、電流密度が小さいと算出された溶融ガラスＭＧの領域を特定した。
実施形態２では、図６に示されるとおり、実施形態１で設けられる保温構造１２０の位置に加え、さらに、電極が設けられる側壁の角部の外側にも合わせて保温構造１２０を設ける。熔解槽本体１１０の側壁１１０ｂおよび底壁は、実施形態１と同様である。

実施形態２（図６）のようにして本発明の保温構造１２０を設けた場合においても、通電加熱量が大きくなるにつれ、保温構造１２０が設けられた側壁１１０ｂ部位のガラス領域にまで電流密度がより拡がり、かかる領域の通電加熱量が上昇し、保温構造１２０を設けない場合と比べ、温度の不均質が改善される。

実施形態３
実施形態１と同様にして、熔解槽本体の設計において、電流密度が小さいと算出された溶融ガラスＭＧの領域を特定した。
実施形態３では、図７に示されるとおり、実施形態１で設けられる保温構造１２０の位置に加え、さらに、電極が設けられない側壁の角部の外側にも合わせて保温構造１２０を設ける。熔解槽本体１１０の側壁１１０ｂおよび底壁は、実施形態１と同様である。

実施形態３のようにして電流密度の小さいガラス領域に保温構造を設けた場合においても、温度の不均質が改善される。

以上、本発明のガラス板の製造方法及び熔解槽について、実施形態により詳細に説明したが、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、種々の改良や変更をしてもよい。

１０１ 熔解槽
１１０ 熔解槽本体
１１０ａ 底壁（底部）
１１０ｂ 側壁（壁部）
１１４ 電極対（電極）
１２０ 保温構造

Claims (8)

1. 電極及び熔解槽本体を備える熔解槽において、通電加熱により熔融ガラスをつくる熔解工程を含むガラス板の製造方法であって、
   前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスのガラス領域全体の中でも、前記熔融ガラスが有する電流密度分布のうち、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に保温構造を設けることを特徴とする、ガラス板の製造方法。
2. 前記電極が前記熔解槽本体の側壁に設けられ、
   前記電流密度の小さいガラス領域が、前記電極付近で且つ前記熔解槽本体の底部付近にあり、前記熔解槽本体の側壁の外側で前記電極の下部に保温構造が設けられる、請求項１に記載のガラス板の製造方法。
3. 前記電流密度の小さいガラス領域は、前記熔解槽本体の下角部周辺にあり、前記熔解槽本体の下角部の壁外側に保温構造が設けられる、請求項２に記載のガラス板の製造方法。
4. 前記熔解槽本体に貯留される前記溶融ガラスにおける前記電流密度の小さいガラス領域は、溶融槽モデルを用いた溶融ガラスの熱流体解析に電場解析を連成したシミュレーションに基づいて特定される、請求項２〜３のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
5. 前記熔融ガラスが、１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である、請求項２〜４に記載のガラス板の製造方法。
6. 前記熔解槽本体の壁は、ジルコニア系電鋳耐火物である、請求項２〜５に記載のガラス板の製造方法。
7. 熔融ガラスを通電加熱により作るための熔解槽であって、
   １５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを貯留する熔解槽本体と、
   前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスを通電加熱するための電極と、
   を備え、
   前記熔解槽本体に貯留される前記熔融ガラスのガラス領域全体の中でも、前記熔融ガラスが有する電流密度分布のうち、電流密度が小さいガラス領域に接する前記熔解槽本体の壁外側に保温構造を設けることを特徴とする、熔解槽。
8. 前記電極が、前記熔解槽本体の側壁に設けられ、
   前記電流密度の小さいガラス領域が、前記電極付近で且つ前記熔解槽本体の底部付近にあり、前記熔解槽本体の側壁部の外側で前記電極の下部に保温構造が設けられる、請求項７に記載の熔解槽。

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