JP2018168019A - 熔融ガラスの清澄装置、及びガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】清澄管の電極板近傍において、局所的に温度低下し易い清澄管の周状の位置における温度を高め、電極板から離れた位置において天頂部分の過熱を制御する方法の提供。【解決手段】清澄管４１と、熔融ガラスを加熱するためのフランジ形状の電極板５０a、５０ｂと、電極板５０a、５０ｂを冷却する冷却管と、清澄管４１に電流を供給する配線と、を備え、清澄管４１は、電極板５０a、５０ｂの配置位置において、配線の電極板５０a、５０ｂとの接続位置の側にある清澄管４１の白金族金属が第１の厚さを有する第１領域５８Ａと、接続位置と反対側にある清澄管４１の白金族金属が第１の厚さに比べて厚い第２の厚さを有する第２領域５８Ｂと、を有し、第１領域５８Ａと第２領域５８Ｂは、清澄管４１の長手方向に延在し、第１領域５８Ａの電流密度を第２領域５８Ｂの電流密度より高くする過熱を制御する方法。【選択図】図５

Description

本発明は、熔融ガラスの清澄装置、及びガラス基板の製造方法に関する。

ガラス基板は、一般的に、ガラス原料から熔融ガラスを生成させた後、熔融ガラスをガラス基板へと成形する工程を経て製造される。上記の工程中には、熔融ガラスが内包する微小な気泡を除去する工程（以下、清澄ともいう）が含まれる。清澄は、管状の清澄管の本体を加熱しながら、この清澄管本体に清澄剤を配合させた熔融ガラスを通過させ、清澄剤の酸化還元反応により熔融ガラス中の泡が取り除かれることで行われる。より具体的には、粗熔解した熔融ガラスの温度をさらに上げて清澄剤を機能させ泡を浮上脱泡させた後、温度を下げることにより、脱泡しきれずに残った比較的小さな泡を熔融ガラスに吸収させるようにしている。すなわち、清澄は、泡を浮上脱泡させる処理（以下、脱泡処理または脱泡工程ともいう）および小泡を熔融ガラスへ吸収させる処理（以下、吸収処理または吸収工程ともいう）を含む。清澄剤は従来Ａｓ_２Ｏ_３が一般的であったが、近年の環境負荷の観点から、ＳｎＯ_２等が用いられるようになってきている。

高温の熔融ガラスから品位の高いガラス基板を量産するためには、ガラス基板の欠陥の要因となる異物等が、ガラス基板を製造するいずれの装置からも熔融ガラスへ混入しないよう考慮することが望まれる。このため、ガラス基板の製造過程において熔融ガラスに接する部材の内壁は、その部材に接する熔融ガラスの温度、要求されるガラス基板の品質等に応じ、適切な材料により構成する必要がある。たとえば、上述の清澄管本体を構成する材料は、通常白金または白金合金等の白金族金属が用いられていることが知られている（特許文献１）。白金または白金合金は、高価ではあるが融点が高く、熔融ガラスに対する耐食性にも優れている。

脱泡工程時に清澄管本体を加熱する温度は、成形するべきガラス基板の組成によって相違するが、１６００〜１７００℃程度である。
清澄管本体を加熱する技術として、例えば、清澄管本体に１対のフランジ状の電極板を設け、この電極板の対に電圧を印加することにより、清澄管本体を通電加熱する技術が知られている（特許文献２）。また、フランジ状の電極板には、銅やニッケルから構成される水冷管（冷却管）が設けられている。

特表２００６−５２２００１号公報 特表２０１１−５１３１７３号公報

近年、ガラス基板に含まれる白金異物が、問題となっている。
例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）に使用されるガラス基板（ＦＰＤ用ガラス基板）に含まれる白金異物は、近年特に厳しく制限されている。また、フラットパネルディスプレイ用に限らず、他の用途でも問題となっている。

しかしながら、上記特許文献２に記載されているように、フランジ状の電極板を水冷管（冷却管）で冷却すると、清澄管の電極板近傍の位置では、局所的に温度が低下する。具体的に説明すると、フランジ状の電極板では、電極板の外周部を通水冷却（水冷）する場合が多い。電極板のうち、水冷されている部分では、電気抵抗がきわめて小さい銅を電極に用いることができるので、このような構成の電極板は、大電流が必要な清澄槽の電極板として効率よく用いることができる。しかし、電極板は溶損や銅の酸化に対する安全性を確保するために十分に冷却される必要があるので、この冷却により清澄管の熔融ガラスや気相空間の温度が、電極板の近傍で局所的に低くなる。一方、清澄管のうち、電極板から離れた位置（清澄管の長手方向の位置）では、気相空間に接している部分が過熱し高温になりやすい。過熱し易い理由は、流れる熔融ガラスに接している部分では、清澄管の抵抗によって生じる発熱がすみやかに熔融ガラスに受け渡されるのに対して、気相空間に接している部分では、熔融ガラスとの間に存在する気相（空気層）を介して熔融ガラスに熱を伝えなければならず、清澄管の発熱が熔融ガラスに伝わりにくいためである。

一方、清澄管本体の内部表面が、白金または白金合金（白金族金属）から構成されている場合、気相空間（酸素を含む雰囲気）に接している部分が揮発する。揮発した白金または白金合金は、清澄管の電極板近傍の局所的に温度が低下した位置で凝縮し、凝縮物となって付着する。この凝縮物の一部は脱泡工程中の熔融ガラス中に落下して混入し、ガラス基板に白金異物として混入する恐れがあった。このため、温度が低い清澄管の天頂部分は、特に凝縮物が形成されやすく、凝縮物の一部が熔融ガラス中に落下して混入し、ガラス基板に白金異物として混入する恐れが高くなる。

本発明は、以上の点を鑑み、凝縮物の形成を生じ難くし、ガラス製品の白金異物を低減するために、清澄管において、温度が局所的に低くなり易い電極板近傍の清澄管の周状の位置における清澄管の温度を高め、かつ、清澄管の長手方向の、電極板から離れた位置において天頂部分の過熱を制御することが可能な熔融ガラスの清澄装置及びガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、熔融ガラスを清澄する清澄装置である。当該清澄装置は、
少なくとも一部が白金族金属で構成された清澄管と、
前記清澄管に電流を流して発生する発熱により熔融ガラスを加熱するために、前記清澄管の外周を囲むように設けられたフランジ形状を有する電極板と、
前記電極板を冷却する冷却管と、
前記電極板に一方向から接続した、前記電極板を通して前記清澄管に電流を供給する配線と、を備える。
前記清澄管は、前記清澄管の長手方向における前記電極板の配置位置において、前記配線の前記電極板との接続位置の側にある前記清澄管の白金族金属が第１の厚さを有する第１領域と、前記接続位置と反対側にある前記清澄管の白金族金属が前記第１の厚さに比べて厚い第２の厚さを有する第２領域と、を有し、前記第１領域と前記第２領域は、前記清澄管の長手方向に延在する。前記第１領域の電流密度を前記第２領域の電流密度より高くして前記第１領域を発熱させることにより、前記冷却管による前記第１領域における温度の低下を抑制する。

前記電極板は、前記清澄管の長手方向における異なる位置に少なくとも２箇所設けられ、
前記清澄管は、前記電極板のそれぞれの配置位置に、前記第１領域及び前記第２領域を有する、ことが好ましい。

前記第１の厚さは、前記清澄管の長手方向に沿って一定であるか、前記電極板から離れるほど厚くなり、前記第２の厚さが前記清澄管の長手方向に沿って一定であるか、前記電極板から離れるほど薄くなる、ことが好ましい。

前記第１領域と前記第２領域は、前記清澄管の長手方向と直交する管の周方向に延びており、前記第１の厚さは、前記周方向に沿って一定であるか、前記接続位置から遠ざかるほど厚くなり、前記第２の厚さは、前記周方向に沿って一定であるか、前記接続位置に近づくほど薄くなる、ことが好ましい。

前記熔融ガラスは、前記熔融ガラスの上方に気相空間を有するように前記清澄管の内部空間に供給され、
前記配線は下方向に延びて前記電極板に接続されており、
前記第１領域の前記内部空間側の面は、前記気相空間と接し、前記第２領域の前記内部空間側の面は、前記熔融ガラスと接する、ことが好ましい。

本発明の他の一態様はガラス基板の製造方法である。当該製造方法は、
熔融ガラスを作る熔解工程と、
少なくとも一部が白金族金属で構成された清澄管を通電加熱することにより前記清澄管内で前記熔融ガラスを清澄する清澄工程と、を有する。
前記清澄管には、前記清澄管の外周を囲むように設けられたフランジ形状を有する電極板が設けられ、前記電極板には、前記電極板に一方向から接続した、前記電極板を通して前記清澄管に電流を供給する配線が設けられる。
前記清澄管は、前記清澄管の長手方向における前記電極板の配置位置において、前記配線の前記電極板との接続位置の側にある前記清澄管の白金族金属が第１の厚さを有する第１領域と、前記接続位置と反対側にある前記清澄管の白金族金属が前記第１の厚さに比べて厚い第２の厚さを有する第２領域と、を有し、前記第１領域と前記第２領域は、前記清澄管の長手方向に延在する。前記第１領域の電流密度を前記第２領域の電流密度より高くして前記第１領域を発熱させることにより、前記冷却管による前記第１領域における温度の低下を抑制する。

上述の熔融ガラスの清澄装置及びガラス基板の製造方法によれば、清澄管の電極板近傍において、温度が局所的に低くなり易い清澄管の周状の位置における清澄管の温度を高めることができ、これにより、凝縮物の形成を生じ難くし、ガラス基板中の白金異物を低減することができる。しかも、電極板から離れた位置における天頂部分の過熱を制御することができる。

本実施形態のガラス基板の製造方法の簡単な工程を説明するためのフロー図である。 本実施形態のガラス基板の製造方法に用いる装置の概略的な配置図である。 本実施形態で用いる清澄管の構成の例を示す概略図である。 清澄管の長手方向の温度分布を説明する図である。 一実施形態における清澄管の電流密度と清澄管の厚さを説明する図である。 一実施形態における清澄管の管の厚さの周状の分布を説明する図である。

以下、図面を参照しながら、本発明のガラス基板の製造方法及び熔融ガラスの清澄装置の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態のガラス基板の製造方法の工程を示すフロー図である。図１に示すように、ガラス基板は、主に熔解工程（ＳＴ１）、清澄工程（ＳＴ２）、均質化工程（ＳＴ３）、供給工程（ＳＴ４）、成形工程（ＳＴ５）、徐冷工程（ＳＴ６）、切断工程（ＳＴ７）を経て作製される。
また、図２は、上述の熔解工程（ＳＴ１）〜切断工程（ＳＴ７）を経て作製される本実施形態のガラス基板の製造方法で用いる装置の概略図であり、各工程において使用される装置の配置を概略的に示している。
図２に示すように、ガラス基板製造装置２００は、ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成する熔解装置４０と、熔融ガラスを清澄する清澄管４１と、熔融ガラスを撹拌して均質化するための撹拌装置１００と、ガラス基板に成形する成形装置４２とを備えている。また、熔融ガラスを上述の装置間に移送するガラス供給管４３ａ、４３ｂ、４３ｃを有する。熔解装置４０以降、成形装置４２までの各装置間を接続するガラス供給管４３ａ、４３ｂ、４３ｃおよび清澄管４１と撹拌装置１００は、白金族金属で構成されている。

熔解装置４０は、耐火煉瓦等の耐火物により構成されている。また、熔解装置４０には、図示されない燃料と酸素等を混合した燃焼ガスが燃焼して火炎を発するバーナー等の加熱手段が設けられている。
熔解工程（ＳＴ１）では、たとえばＳｎＯ_２等の清澄剤が添加されて熔解装置４０内に供給されたガラス原料を、上述の加熱手段で加熱して熔解することで熔融ガラスＭＧを得る。具体的には、図示されない原料投入装置を用いてガラス原料が熔融ガラスの液面に供給される。ガラス原料は、バーナーの火炎からの輻射熱により、加熱される。ガラス原料は、上述の加熱手段により加熱されて徐々に熔解し、熔融ガラスＭＧ中に溶ける。
また、上記加熱手段は、例えばモリブデン、白金または酸化スズ等で構成された少なくとも１対の電極であってもよい。この場合、熔融ガラスＭＧは、上記電極間に電流を流すことにより通電加熱されて、昇温されてもよい。

熔解装置４０に投入されるガラス原料は、製造するべきガラス基板の組成に応じて適宜調製される。一例として、ＴＦＴ型ＬＣＤ用基板として用いるガラス基板を製造する場合を挙げると、ガラス基板を構成するガラス組成物を質量％で表示して、
ＳｉＯ_２：５０〜７０％、
Ａｌ_２Ｏ_３：０〜２５％、
Ｂ_２Ｏ_３：１〜１５％、
ＭｇＯ：０〜１０％、
ＣａＯ：０〜２０％、
ＳｒＯ：０〜２０％、
ＢａＯ：０〜１０％、
ＲＯ：５〜３０％（ただし、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの合量)、
を含有する無アルカリガラスであることが、好ましい。

なお、本実施形態では無アルカリガラスとしたが、ガラス基板はアルカリ金属を微量含んだアルカリ微量含有ガラスであってもよい。アルカリ金属を含有させる場合、Ｒ’_２Ｏの合計が０．１０％以上０．５％以下、好ましくは０．２０％以上０．５％以下(ただし、Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及びＫから選ばれる少なくとも１種であり、ガラス基板が含有するものである)含むことが好ましい。勿論、Ｒ’ _２Ｏの合計が０．１０％より低くてもよい。
また、本発明のガラス基板の製造方法を適用する場合は、ガラス組成物が、上記各成分に加えて、質量％で表示して、ＳｎＯ_２：０．０１〜１％（好ましくは０．０１〜０．５％）、Ｆｅ_２Ｏ_３：０〜０．２％（好ましくは０．０１〜０．０８％）を含有し、環境負荷を考慮して、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３及びＰｂＯを実質的に含有しないようにガラス原料を調製しても良い。

次の清澄工程（ＳＴ２）は、清澄管４１において行われる。清澄工程では、清澄管４１内の気相空間を有するように熔融ガラスＭＧの液位を調整して熔融ガラスＭＧを通過させる。このとき、清澄管４１内の熔融ガラスＭＧが所定温度（上記組成のガラスの場合は例えば１６００℃以上）に昇温されることにより、熔融ガラスＭＧ中に含まれるＯ_２、ＣＯ２あるいはＳＯ_２を含んだ泡が、例えばＳｎＯ_２等の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の液面に浮上して放出される。その後、ガラス供給管４３ｂ等において熔融ガラスＭＧの温度を低下させることにより、ＳｎＯ_２等の清澄剤が還元反応して得られたＳｎＯが酸化反応をすることにより、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ガラスＭＧ中に吸収されて、泡が消滅する。清澄剤による酸化反応および還元反応は、熔融ガラスＭＧの温度を制御することにより行われる。

均質化工程（ＳＴ３）では、ガラス供給管４３ｂを通って供給された撹拌装置１００内の熔融ガラスＭＧを、後述する攪拌機を用いて撹拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。攪拌装置１００は、１つの攪拌機を用いて熔融ガラスＭＧを攪拌するが、２つ以上の攪拌機を用いて熔融ガラスＭＧを攪拌することもできる。

供給工程（ＳＴ４）では、ガラス供給管４３ｃを通して熔融ガラスＭＧが成形装置４２に供給される。熔融ガラスは、清澄管４１から成形装置に送られる際のガラス供給管４３ｃにおいて、成形に適した温度（上記組成のガラスの場合は例えば１２００℃程度）となるように冷却される。
成形装置４２では、成形工程（ＳＴ５）および徐冷工程（ＳＴ６）が行われる。
成形工程（ＳＴ５）では、熔融ガラスＭＧをシート状ガラス４４に成形し、シート状ガラス４４の流れを作る。徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れるシート状ガラス４４が所望の厚さになり、内部歪みが生じないように冷却される。
切断工程（ＳＴ７）では、図示しない切断装置において、成形装置４２から供給されたシート状ガラス４４を所定の長さに切断することで、板状のガラス基板を得る。切断されたガラス基板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス基板が作製される。この後、ガラス基板の端面の研削、研磨およびガラス基板の洗浄が行われ、さらに、泡やキズ、汚れ等の欠点の有無が検査された後、検査合格品のガラス基板が最終製品として梱包される。

［清澄管の構成］
次に、図３を用いて、清澄管４１の構成を説明する。図３は、本実施形態で用いる清澄管４１の構成を示す概略図である。
図３に示すように、清澄管４１は、筒状の形状を有しており、白金又は白金合金から構成されている。清澄管４１の両端の外周面には、フランジ形状の電極板５０ａ,５０ｂが溶接されている。電極板５０ａ,５０ｂは、清澄管４１を通電加熱するために用いられ、電源装置５２に接続されている。電極板５０ａ,５０ｂの間に電圧が印加されることにより、電極板５０ａ,５０ｂの間の清澄管４１に電流が流れて、清澄管４１が通電加熱される。この通電加熱により、清澄管４１は例えば、１６５０℃〜１７００℃程度に加熱され、ガラス供給管４３ａから供給された熔融ガラスＭＧは、脱泡に適した温度、例えば、１６００℃〜１７００℃程度に加熱される。

また、電極板５０ａ,５０ｂの外周には冷却管５０２ａ，５０２ｂが設けられている。
なお、電極板５０ａは電極板５０ｂと、冷却管５０２ａは冷却管５０２ｂと、冷媒供給装置５４ａは冷媒供給装置５４ｂと、それぞれ同じ構成を有するので、以下、電極板５０ａ,５０ｂを電極５０と総称し、冷媒供給装置５４ａ,５４ｂを冷媒供給装置５４と総称し、冷却管５０２ａ，５０２ｂを冷却管５０２と総称して説明する。

電極板５０は、白金または白金合金から構成されている。なお、本実施形態では、電極板５０が白金または白金合金から構成されている場合を具体例として説明するが、電極板５０の一部が、パラジウム，銀，銅などの他の金属から構成されていてもよい。例えば、白金または白金合金は高価であるため、電極板５０の比較的温度が低い場所では、パラジウム，銀，銅などを使用してもよい。電極板５０は、板状に形成され、清澄管４１の両端の外周面に互いの電極板５０（５０ａ,５０ｂ）がほぼ平行になるように溶接されて設置される。また、電極板５０は、電源装置５２と接続するための配線５２が設けられている。配線５２は、清澄管４１から突出しているために、清澄管４１の外気により冷却される。このため、電極板５０近傍の清澄管４１が冷却される。
なお、電極板５０の設置位置、設置方法は、電源装置５２から流れた電流が電極５０、清澄管４１を流れて、熔融ガラスＭＧを加熱できればよく、任意である。

冷却管５０２は、冷媒供給装置５４に接続されている。冷却管５０２は、管状に構成されており、冷媒供給装置５４から供給された冷媒を受け入れる流入口と、供給された冷媒を冷媒供給装置５４に対して排出する排出口とを有する。すなわち、冷却管５０２は、冷媒供給装置５４から供給された冷媒を通過させることにより、冷却管５０２に接触するように設けられている電極板５０を冷却するように構成されている。

上記冷媒は、水などの液体であってもよいし、空気などの気体であってもよい。
一実施形態によれば、上記冷媒は、気体であることがより好ましい。冷媒が水などの液体である場合は、冷却能が高いため、清澄管４１の電極５０の近傍では局所的に温度が低下する。
清澄管において局所的な温度低下が起きると、清澄が十分に行なわれず、泡品質が低下するおそれがあった。また、白金又は白金合金から構成された清澄管では気相空間を有するので白金又は白金合金が揮発する。揮発した白金又は白金合金（白金揮発物という）は、電極板近傍の局所的に温度が低下した位置で凝縮し、凝縮物となって付着する。凝縮物の一部は脱泡工程中の熔融ガラスＭＧ中に落下して混入し、ガラス基板の品質の低下を招くおそれがあった。したがって、一実施形態によれば、上記冷媒は、気体であることが好ましい。

冷却管５０２は、金属から構成される。冷媒供給装置５４から供給される冷媒が水などの液体である場合は、冷却能が高いため、上記金属に、銅やニッケルなどを用いてもよく、使用に耐え得る。しかしながら、冷媒供給装置５４から供給される冷媒が気体である場合は、液体と比較して冷却能が低いため、上記金属に、高温の空気中で酸化されない材料を用いることが好ましい。具体的には、白金、ロジウム、銀、パラジウム、金、またはこれらの合金が好ましい。銀は、これらの材質のうち、最も価格が安く、また電気抵抗が小さいので発熱を抑えることができる。したがって、上記金属は銀を含むことが好ましく、９０質量％以上含むことがより好ましい。また、例えば、清澄管に通電する電流が３０００アンペアを超えるときは，冷却管材料は電気抵抗率が小さく，電流のバイパスとして機能する材質が望ましく、例えば、銅、銀、白金を用いることができる。また、通電する電流が３０００アンペアより小さいときは，冷却管材料の抵抗発熱についての問題は小さいので，ステンレスやニッケル、コバルトなどを用いることもできる。すなわち、冷却管５０２は、銀、白金、銅、ロジウム、パラジウム、金、鉄、コバルト、ニッケルのいずれかを含むように構成されていてよい。なお、冷却管５０２に白金より融点が低い銀等の材料を用いる場合、冷却管５０２の周囲を耐火煉瓦等の耐火物で覆い、冷却管５０２を保護することもできる。

このように、清澄管４１の周囲には、電極板５００、電源装置５２、冷媒供給装置５４、配線５６、冷却管５０２が設けられて熔融ガラスＭＧの清澄装置を形成している。すなわち、本実施形態の清澄装置は、少なくとも一部が白金族金属で構成された清澄管４１；清澄管４１に電流を流して発生する発熱により熔融ガラスＭＧを加熱するために、清澄管４１の外周を囲むように設けられたフランジ形状を有する電極板５０；電極板５０を冷却する冷却管５０２；電極板５０に一方向から接続した、電極板５０を通して清澄管４１に電流を供給する配線５６、を備える。
図３には示されていないが、清澄管４１の外周には、清澄管４１を囲むように放熱を抑制するために断熱材及び耐火煉瓦等の耐火物が設けられている。

このような清澄管４１における温度分布の一例を図４に示す。図４は、清澄管４１の長手方向の（清澄管４１の天頂部における）温度分布を説明する図である。図４では、最高温度がＴ２であり、最低温度がＴ１である。
図４に示すように、電極板５０（５０ａ，５０ｂ）の近傍では、清澄管４１の温度は低下する。これは、主に、冷却管５０による冷却等によって電極板５０近傍の清澄管４１の部分も熱を奪われるためである。
特に、電極板５０から電流が清澄管４１に最初に流入する部分には、電流は流れ難い。図４に示す例では、電流は、配線５６を介して上方から清澄管４１に流れるため、電極板５０近傍における清澄管４１の天頂部分に流れる電流は、電極板５０近傍における清澄管４１の底部分に流れる電流に比べて少ない。このため、電極板５０近傍における清澄管４１の天頂部分の発熱量は低く温度は低い。このため、清澄管４１の天頂部分では、白金族金属の揮発物が凝縮し易くなり、この凝縮物が熔融ガラスＭＧ中に落下してガラス製品の白金異物となり易い。

清澄管４１の電流は、上方から供給されることが好ましい。この場合、電極板５０から電流が清澄管４１に最初に流入する場所では、電流は上方の天頂部分に偏っている。このため、上部の気相空間における電極板５０付近の温度低下は、天頂部分に偏って流れる電流による発熱によって、ある程度打ち消される。しかし、気相空間における電極板５０近傍の温度は他の部分と比べると低く、白金族金属が凝集しやすい。本実施形態では、天頂部分の厚みを薄くすることにより、電流の偏りによる電極板５０付近における温度補償効果を増幅し、電極板５０付近の温度低下をより軽減する。すなわち、清澄管４１は、清澄管４１の長手方向における電極板５０の配置位置において、配線５６の電極板５０との接続位置の側にある清澄管４１の白金族金属が第１の厚さＴｈ１（本実施形態によれば、天頂部分の厚さ）を有する第１領域５８Ａ（図５参照）と、配線５６の電極板５０との接続位置と反対側にある清澄管４１の白金族金属が第１の厚さＴｈ１に比べて厚い第２の厚さＴｈ２（本実施形態によれば、底部分の厚さ）を有する第２領域５８Ｂ（図５参照）と、を有する構成とする。これにより、第１領域５８Ａの電流密度を第２領域５８Ｂの電流密度より高くして第１領域５８Ａを発熱させることにより、冷却管５０２による第１領域５８Ａにおける温度の低下を抑制する。また、第１領域５８Ａと第２領域５８Ｂは電極板５０の配置位置から清澄管４１の長手方向に延在する構成となっている。
図５は、本実施形態における清澄管４１の電流密度と清澄管４１の厚さを説明する図である。図中、電流密度の高低は矢印の長さの大小で示している。清澄管４１の天頂部分の厚さを底部分の厚さに比べて薄くすることにより、図５に示すように、清澄管４１の天頂部分の電流が流れる面積を底部分の面積に比べて小さくすることができ、その結果、清澄管４１の天頂部分の電流密度ｉ１を高くすることができる。清澄管４１における発熱は、電流密度の２乗に比例するので、電流密度が高くなった天頂部分では発熱量は大きくなる。このため、電極板５０近傍における清澄管４１の温度の低下を抑制することができる。

本実施形態によれば、図３，４に示すように、電極板５０は、清澄管４１の長手方向における異なる位置に少なくとも２箇所設けられる。このとき、清澄管４１は、電極板５０のそれぞれの配置位置に、厚さの異なる上記第１領域５８Ａ及び第２領域５８Ｂを有することが好ましい。電極板５０が設けられる清澄管４１の位置近傍では、清澄管４１の温度が低下するため、電極板５０が設けられる清澄管４１の位置のそれぞれにおいて、厚さの異なる上記第１領域５８Ａ及び第２領域５８Ｂを備えることにより、電極板５０の位置近傍における清澄管４１の温度の低下を抑制することができる。本実施形態によれば、白金族金属の厚さが異なる第１領域５８Ａと第２領域５８Ｂは電極板５０の配置位置から清澄管４１の長手方向に延在する構成となっているので、以下に説明するように、気相空間全体の温度差を軽減することができる。具体的に説明すると、清澄管４１のうち、電極板５０近傍から離れた位置（清澄管４１の長手方向の位置）では、清澄管４１内の電流密度は均一に近づくので、清澄管４１の周方向の発熱量の分布は、白金板の厚さに比例するようになり、天頂部分の発熱が小さくなる。すなわち、発熱の分布は、電極板５０の近傍と、電極板５０から離れた位置では逆の傾向となる。一方、清澄管４１のうち熔融ガラスＭＧと接している部分では熱がすみやかに熔融ガラスＭＧに受け渡されるのに対して、気相空間に接している部分では、清澄管４１と熔融ガラスＭＧの間に気相（空気層）が存在するので、熔融ガラスＭＧに熱が伝わり難く、熔融ガラスＭＧに接している部分に較べて蓄熱されて過熱し易い。この結果、清澄管４１内の気相空間全体の温度差はつき易い。この温度差は、電極板５０の近傍から離れにつれて大きくなる。しかし、清澄管４１の長手方向の、電極板５０近傍から離れた位置では、清澄管４１の周方向の発熱量の分布は、白金族金属の厚さに比例するようになり、気相空間に接している部分に対応する天頂部分の発熱が小さくなるので、気相空間に接している部分における上記過熱は抑制される。これにより、気相空間全体の温度差が軽減される。

本実施形態では、天頂部分の厚さＴｈ１を従来よりも薄くし、底部分の厚さＴｈ２を従来よりも厚くし、かつ、Ｔｈ２＞Ｔｈ１とすることにより、天頂部分への電流密度の偏りを、従来よりもさらに大きくすることができるため、電極板５０の近傍の気相空間の温度低下を、効果的に小さくすることができる。

一実施形態によれば、図５に示すように、厚さが異なる第１領域５８Ａ及び第２領域５８Ｂは、清澄管４１の長手方向に沿って延在してもよい。この場合、第１の厚さＴｈ１は、清澄管４１の長手方向に沿って一定であるか、電極板５０から離れるほど厚くなり、第２の厚さＴｈ２が清澄管４１の長手方向に沿って一定であるか、電極板５０から離れるほど薄くなることが好ましい。電極板５０の近傍（電極板５０から長手方向で５０ｃｍ離間した範囲内）から離れても、電流密度ｉ１＞電流密度ｉ２を維持することにより、清澄管４１の周上の温度分布を均一に近づけることができる。
しかし、電極板５０から離れるほど電流は清澄管４１の周上に均一に流れようとする。このため、清澄管４１の気相空間に接している部分における上述した過熱の程度が小さい場合、電極板５０の近傍から十分に外れた電極板５０間の中間部分では、清澄管４１の天頂部分と底部分の厚さを揃えて、電流密度も揃え、これにより清澄管４１の周上の発熱量及び温度分布を均一にすることが好ましい。すなわち、図３に示すように、電極板５０の中間部分では、天頂部分と底部分の厚さを同じ値のＴｈ３に揃えることが好ましい。この場合、第１の厚さＴｈ１は、電極板５０の位置近傍の第１領域５８Ａから離れにつれて、厚さＴｈ３に近づくように漸増し、第２の厚さＴｈ２は、電極板５０の位置近傍の第２領域５８Ｂから離れにつれて、厚さＴｈ３に近づくように漸減することが好ましい。

また、一実施形態によれば、第１領域５８Ａと第２領域５８Ｂは、図６に示すように、清澄管４１の長手方向と直交する管の周方向Ｃに延びており、第１の厚さＴｈ１は、周方向Ｃに沿って一定であるか、配線５２と電極板５０の接続位置から遠ざかるほど厚くなり、第２の厚さＴｈ２は、周方向Ｃに沿って一定であるか、配線５２と電極板５０の接続位置に近づくほど薄くなることが好ましい。厚さの異なる第１領域５８Ａと第２領域５８Ｂが清澄管４１の周方向Ｃに延びることにより、清澄管４１の周上の温度分布を効率よく均一に近づけることができる。図６は、一実施形態における清澄管４１の管の厚さの周状の分布を説明する図である。清澄管４１の周上の発熱量の分布を滑らかに変化させるためには、第１の厚さＴｈ１は、配線５２と電極板５０の接続位置から遠ざかるほど徐々に厚くなり、第２の厚さＴｈ２は、配線５２と電極板５０の接続位置に近づくほど徐々に薄くなることが好ましい。

図２，４に示すように、熔融ガラスＭＧは、熔融ガラスＭＧの上方に気相空間ＧＰを有するように清澄管４１の内部空間に供給される。配線５６は、図３に示されるように、上方向から下方向に延びて電極板５０に接続される。このとき、第１領域５８Ａの内部空間側の面は、気相空間ＧＰと接し、第２領域５８Ｂの内部空間側の面は、熔融ガラスＭＧと接することが好ましい。気相空間ＧＰの熱容量は低いので、気相空間ＧＰと接する清澄管４１の部分の温度は、冷却管５０２の冷却によって低くなり易いので、気相空間と接する清澄管４１の部分を、第１領域５８Ａとして発熱量を増化させることで、気相空間と接する清澄管４１の部分の温度の低下を効率よく抑制することができる。したがって、第１領域５８Ａと第２領域５８Ｂの接続部分が、熔融ガラスＭＧの液面の位置に対応するように、第１領域５８Ａ及び第２領域５８Ｂが設けられることが好ましい。

なお、本明細書において、「白金又は白金合金（白金族金属）」は、白金族元素からなる金属を意味し、単一の白金族元素からなる金属のみならず白金族元素の合金を含む用語として使用する。ここで、白金族元素とは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）の６元素を指す。

また、本実施形態は、酸化錫（ＳｎＯ_２）を清澄剤として使用するガラス基板の製造に特に適している。清澄剤は従来ヒ素（ＡＳ_２Ｏ_３）が一般的であったが、近年の環境負荷の観点から、酸化錫（ＳｎＯ_２）が使用されている。酸化錫は亜ヒ酸と比較して脱泡工程時に泡を放出する力が弱いため、ガラスの粘性を低くして脱泡効果を上げる必要があり、結果として高い温度で清澄を行う必要がある。したがって、清澄剤として酸化錫（ＳｎＯ_２）を使用する場合、ヒ素（亜ヒ酸；ＡＳ_２Ｏ_３）を使用する場合と比較して、清澄管を高い温度に加熱する必要があるが、清澄管において局所的に温度が低下した場合、温度差がより大きくなるので、上述した白金異物の問題がより顕著となる。したがって本実施形態は、酸化錫（ＳｎＯ_２）を清澄剤として使用するガラス基板の製造に特に適している。

また、本実施形態で用いるガラスは、無アルカリガラスやアルカリを微量しか含まないアルカリ微量含有ガラスであり、ガラス基板の製造に特に適している。無アルカリガラスやアルカリ微量含有ガラスは、アルカリ微量含有ガラスに比べてアルカリを多く含有するガラスに比べて、粘性が高いため、より高い温度で清澄を行う必要があり、清澄管を高い温度に加熱する必要がある。
清澄管を高い温度に加熱すると、清澄管において局所的に温度が低下した場合、上述した白金異物の問題がより顕著となる。したがって、本実施形態で用いるガラスは、無アルカリガラスやアルカリを微量しか含まないアルカリ微量含有ガラスであり、ガラス基板の製造に特に適している。また、無アルカリガラスやアルカリを微量しか含まないアルカリ微量含有ガラスが用いられる、液晶表示装置用ガラス基板や有機EL用ガラス基板などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用ガラス基板の製造に特に適している。
ＦＰＤ用ガラス基板として、例えば、液晶ディスプレイ用ガラス基板や有機ＥＬディスプレイ用ガラス基板が挙げられる。ＦＰＤ用ガラス基板は、例えば、厚さが０．１〜０．７ｍｍで、サイズが３００×４００ｍｍ〜２８５０×３０５０ｍｍであり、本実施形態のガラス基板の製造方法及び熔融ガラスの清澄装置では、泡や白金異物の欠陥が改善されることから、よりサイズの大きなガラスの製造に適している。

本実施形態は、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳS）用ガラス基板を製造する場合に特に適している。低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）用ガラス基板は、一般的にガラス基板をエッチング等によりスリミングして使用する。ガラス基板をエッチング等によりスリミングすると、ガラス基板の内部に含まれる白金異物が表面に表れ、ガラス表面に凹凸を形成するため問題となる。したがって、のガラス基板の製造方法及び熔融ガラスの清澄装置は、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）用ガラス基板を製造する場合に特に適している。低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）用ガラス基板は、歪点が高いガラス基板であり、例えば、歪点が６７５℃以上、好ましくは、６８０℃以上、更に好ましくは、６９０℃以上のガラス基板が挙げられる。

本実施形態は、ＦＰＤ用ガラス基板を製造する場合に特に適している。近年、フラットパネルディスプレイでは、より高コントラストが求められており、従来問題となっていなかった白金異物が、高コントラスト化に伴い問題となっている。したがって、本実施形態のガラス基板の製造方法及び熔融ガラスの清澄装置は、ＦＰＤ用ガラス基板を製造する場合に特に適している。

以上、本発明の熔融ガラスの清澄装置、及びガラス基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、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

４０ 熔解装置
４１ 清澄管
４２ 成形装置
４３ａ,４３ｂ，４３ｃ ガラス供給管
５０ａ，５０ｂ，５０ 電極板
５２ 電源装置
５４ａ，５４ｂ，５４ 冷媒供給装置
５６ 配線
５８Ａ 第１領域
５８Ｂ 第２領域
１００ 撹拌装置
２００ ガラス基板製造装置
５０２ａ，５０２ｂ,５０２ 冷却管

Claims (6)

1. 熔融ガラスを清澄する清澄装置であって、
   少なくとも一部が白金族金属で構成された清澄管と、
   前記清澄管に電流を流して発生する発熱により熔融ガラスを加熱するために、前記清澄管の外周を囲むように設けられたフランジ形状を有する電極板と、
   前記電極板を冷却する冷却管と、
   前記電極板に一方向から接続した、前記電極板を通して前記清澄管に電流を供給する配線と、を備え、
   前記清澄管は、前記清澄管の長手方向における前記電極板の配置位置において、前記配線の前記電極板との接続位置の側にある前記清澄管の白金族金属が第１の厚さを有する第１領域と、前記接続位置と反対側にある前記清澄管の白金族金属が前記第１の厚さに比べて厚い第２の厚さを有する第２領域と、を有し、前記第１領域と前記第２領域は、前記清澄管の長手方向に延在し、前記第１領域の電流密度を前記第２領域の電流密度より高くして前記第１領域を発熱させることにより、前記冷却管による前記第１領域における温度の低下を抑制する、ことを特徴とする熔融ガラスの清澄装置。
2. 前記電極板は、前記清澄管の長手方向における異なる位置に少なくとも２箇所設けられ、
   前記清澄管は、前記電極板のそれぞれの配置位置に、前記第１領域及び前記第２領域を有する、請求項１に記載の熔融ガラスの清澄装置。
3. 前記第１の厚さは、前記清澄管の長手方向に沿って一定であるか、前記電極板から離れるほど厚くなり、前記第２の厚さが前記清澄管の長手方向に沿って一定であるか、前記電極板から離れるほど薄くなる、請求項１または２に記載の熔融ガラスの清澄装置。
4. 前記第１領域と前記第２領域は、前記清澄管の長手方向と直交する管の周方向に延びており、前記第１の厚さは、前記周方向に沿って一定であるか、前記接続位置から遠ざかるほど厚くなり、前記第２の厚さは、前記周方向に沿って一定であるか、前記接続位置に近づくほど薄くなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熔融ガラスの清澄装置。
5. 前記熔融ガラスは、前記熔融ガラスの上方に気相空間を有するように前記清澄管の内部空間に供給され、
   前記配線は下方向に延びて前記電極板に接続されており、
   前記第１領域の前記内部空間側の面は、前記気相空間と接し、前記第２領域の前記内部空間側の面は、前記熔融ガラスと接する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熔融ガラスの清澄装置。
6. ガラス基板の製造方法であって、
   熔融ガラスを作る熔解工程と、
   少なくとも一部が白金族金属で構成された清澄管を通電加熱することにより前記清澄管内で前記熔融ガラスを清澄する清澄工程と、を有し、
   前記清澄管には、前記清澄管の外周を囲むように設けられたフランジ形状を有する電極板が設けられ、前記電極板には、前記電極板に一方向から接続した、前記電極板を通して前記清澄管に電流を供給する配線が設けられ、
   前記清澄管は、前記清澄管の長手方向における前記電極板の配置位置において、前記配線の前記電極板との接続位置の側にある前記清澄管の白金族金属が第１の厚さを有する第１領域と、前記接続位置と反対側にある前記清澄管の白金族金属が前記第１の厚さに比べて厚い第２の厚さを有する第２領域と、を有し、前記第１領域と前記第２領域は、前記清澄管の長手方向に延在し、前記第１領域の電流密度を前記第２領域の電流密度より高くして前記第１領域を発熱させることにより、前記冷却管による前記第１領域における温度の低下を抑制する、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。

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