JP2022112205A - ガラス物品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】全電気溶融炉を用いてガラス物品を製造するにあたり、酸化スズ粉末を含んだガラス原料を使用する場合に、ガラス物品における欠陥の発生を回避すること。【解決手段】ガラス溶解炉１に収容された溶融ガラス２上に酸化スズ粉末を含んだガラス原料４を供給すると共に、供給したガラス原料４を溶融ガラス２に浸漬させた電極７，８により加熱して溶解させる溶解工程を備えたガラス物品の製造方法において、酸化スズ粉末として、１００ｇを採取してＡＳＴＭ規格 Ｅ１１の１４０メッシュである篩に通した場合に、篩上に残存する質量が０．０１ｇ以下となる粉末を用いるようにした。【選択図】図１
Description
本開示は、ガラス物品の製造方法に関する。
周知のように、ガラス板やガラス管、ガラス繊維等に代表されるガラス物品は、ガラス溶解炉にてガラス原料を加熱、溶解させて生成した溶融ガラスを所定の形状に成形することで製造される。ガラス溶解炉としては、炉内の溶融ガラスに浸漬させた電極のみで加熱を行う形態の全電気溶融炉（特許文献１を参照）や、電極と燃焼バーナーとを併用して加熱を行う形態の炉等がある。
ガラス原料には、溶融ガラスから気泡を脱泡させるための清澄剤が含まれており、清澄剤としては、酸化スズ（ＳｎＯ２）粉末が広く用いられている。例えば、特許文献２には、泡品位に優れたガラス物品を製造するべく、酸化スズ粉末としてメディアン径Ｄ５０が２μｍ～９μｍである粉末を用いることが開示されている。
ところで、全電気溶融炉を用いてガラス物品を製造するにあたり、酸化スズ粉末を含んだガラス原料を使用した場合には、以下のような問題が発生することがあった。
すなわち、全電気溶融炉では燃焼バーナーによる加熱を行わないことから、炉内の上部空間における温度が低くなり、その結果、酸化スズ粉末の一部が溶解せずに溶け残りやすくなる。これに由来して、製造されたガラス物品に粒状スズが欠陥として発生する場合があった。
上述の事情に鑑みて解決すべき技術的課題は、全電気溶融炉を用いてガラス物品を製造するにあたり、酸化スズ粉末を含んだガラス原料を使用する場合に、ガラス物品における欠陥の発生を回避することである。
上記の課題を解決するためのガラス物品の製造方法は、ガラス溶解炉に収容された溶融ガラス上に酸化スズ粉末を含んだガラス原料を供給すると共に、供給したガラス原料を溶融ガラスに浸漬させた電極により加熱して溶解させる溶解工程を備えたガラス物品の製造方法であって、酸化スズ粉末として、１００ｇを採取してＡＳＴＭ規格 Ｅ１１の１４０メッシュである篩に通した場合に、篩上に残存する質量が０．０１ｇ以下である粉末を用いることを特徴とする。
本方法では、酸化スズ粉末として、１００ｇを採取してＡＳＴＭ規格 Ｅ１１の１４０メッシュである篩に通した場合に、篩上に残存する質量が０．０１ｇ以下である粉末を用いている。このような酸化スズ粉末を用いた場合には、溶解工程での酸化スズ粉末の溶け残りを好適に防止することが可能となる。その結果、ガラス物品における欠陥の発生を回避することができる。
上記の方法では、酸化スズ粉末として、メディアン径Ｄ５０が１μｍ～８０μｍである粉末を用いることが好ましい。
メディアン径Ｄ５０が小さすぎる場合、酸化スズ粉末に含まれる粒子が相応に微細であることになり、このような微細な粒子を作り出すためにコストが嵩むことから、結果として酸化スズ粉末を含んだガラス原料の生産コストが増大しやすくなる。一方、メディアン径Ｄ５０が大きすぎる場合、篩上に残存する質量が１００ｇあたり０．０１ｇ以下という条件を満たし難くなる。しかしながら、メディアン径Ｄ５０が１μｍ～８０μｍであれば、ガラス原料の生産コストの増大を防止しつつ、上述の条件を満たしやすくなる。
上記の方法では、酸化スズ粉末として、メディアン径Ｄ５０が５０μｍ超～８０μｍである粉末を用いることが好ましい。
このようにすれば、メディアン径Ｄ５０が５０μｍ超であることで、ガラス原料の生産コストを削減できる。さらに、酸化スズ粉末に過度に微細な粒子が含まれ難いことで、例えば、ガラス溶解炉にガラス原料を供給するにあたって原料をフィーダーで送りやすくなる等、ガラス原料の取り扱いを容易にすることが可能となる。
上記の方法では、溶融ガラスが、質量％で、０．０１％～１．５％のＳｎＯ２を含有するように、ガラス原料を調合することが好ましい。
このようにすれば、溶融ガラスから気泡を好適に脱泡させることができる。
上記の方法では、溶融ガラスが、質量％で、ＳｉＯ２：５０％～７０％、Ａｌ２Ｏ３：１２％～２５％、Ｂ２Ｏ３：０％～１２％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの合量）：０％～１％未満、ＭｇＯ：０％～８％、ＣａＯ：０％～１５％、ＳｒＯ：０％～１２％、ＢａＯ：０％～１５％を含有するように、ガラス原料を調合してもよい。
このようにすれば、ガラス物品としてディスプレイ用のガラス基板を製造するような場合に、欠陥の発生を回避できるという効果を享受することが可能となる。
上記の方法では、ガラス原料のカレット率が４０％以下であってもよい。
ガラス原料のカレット率が低いほど、酸化スズ粉末の溶け残りに由来してガラス物品に欠陥が発生しやすい。そのため、カレット率が４０％以下である場合に、篩上に残存する質量が１００ｇあたり０．０１ｇ以下となる酸化スズ粉末を用いるようにすれば、欠陥の発生を回避する効果を好適に享受できる。
上記の方法では、溶融ガラスにおける粘度１０２．５Ｐａ・ｓに相当する温度が、１６３０℃以下であってもよい。
溶融ガラスが上記のような温度の条件を満たす場合には、酸化スズ粉末の溶け残りに由来してガラス物品に欠陥が発生しやすい。従って、上記の条件を満たす場合に、篩上に残存する質量が１００ｇあたり０．０１ｇ以下となる酸化スズ粉末を用いるようにすれば、欠陥の発生を回避する効果を好適に享受できる。
上記のガラス物品の製造方法によれば、全電気溶融炉を用いてガラス物品を製造するにあたり、酸化スズ粉末を含んだガラス原料を使用する場合に、ガラス物品における欠陥の発生を回避することが可能となる。
以下、実施形態に係るガラス物品の製造方法について、添付の図面を参照しながら説明する。まず、本製造方法に用いるガラス溶解炉について説明する。
図１に示すガラス溶解炉１は、溶融ガラス２の収容が可能な溶解室３を備えた全電気溶融炉である。本ガラス溶解炉１は、溶解室３内の溶融ガラス２の表面２ａ上に供給されたガラス原料４を加熱して溶解させる溶解工程Ｐ１を実行すると共に、溶解工程Ｐ１により生成された溶融ガラス２を溶解室３外に流出させる構成となっている。
溶解室３は、当該溶解室３内でのガラス原料４（溶融ガラス２）の流れ方向Ｄにおける上流端に位置する前壁３ａと、下流端に位置する後壁３ｂと、一対の側壁３ｃ（図１には一対の片方のみ表示）と、天井壁３ｄと、底壁３ｅとを有する。
前壁３ａには、ガラス原料４を連続的に供給するためのスクリューフィーダー５が設置されている。スクリューフィーダー５から供給されたガラス原料４は、溶融ガラス２の表面２ａ上で流れ方向Ｄに流れながら溶解していく。これにより、表面２ａにおける一部の領域がガラス原料４で覆われた状態となっている。後に詳述するが、ガラス原料４には、清澄剤としての酸化スズ（ＳｎＯ２）粉末が含まれている。後壁３ｂには、溶融ガラス２を連続的に流出させるための流出口６が形成されている。ここで、酸化スズ粉末とは、ＳｎＯ２を主成分とする粉末を意味し、その製造過程や取り扱い過程で不可避的に混入する不純物を含んでもよい。例えば、酸化スズ粉末のＳｎＯ２の含有量は、９８質量％以上である。
底壁３ｅには、溶融ガラス２を通電により加熱するための棒状の電極７が、溶融ガラス２に浸漬された状態で複数設置されている。また、一対の側壁３ｃの各々には、溶融ガラス２を通電により加熱するための板状の電極８が、溶融ガラス２に浸漬された状態で複数設置されている。これら電極７，８が溶融ガラス２を加熱するのに伴って、溶融ガラス２の表面２ａ上のガラス原料４が間接的に加熱されて順次に溶解していく。
本ガラス溶解炉１では、溶融ガラス２の連続的な生成の開始後（溶解工程Ｐ１の開始後）においては、溶解室３内の溶融ガラス２に付与する熱エネルギーを電極７，８のみにより発生させる。これにより、溶解室３内で溶融ガラス２の水分量が増加するのを抑制でき、得られるガラス（ガラス物品）の水分量を低下させることができる。また、燃焼バーナーによる加熱を行うことなく、炉内の上部空間における温度を低くした状態で溶融ガラス２を生成できる。このため、温室効果ガスの排出量を削減できると共に、ガラス原料４の溶解に必要なエネルギーを削減できる。なお、連続的な生成の開始前の段階（溶解工程Ｐ１を実行できる状態まで炉を立ち上げる段階）では、例えば、側壁３ｃに設置した燃焼バーナー（図示省略）により溶融ガラス２、及び／又は、ガラス原料４を加熱する場合がある。
ガラスの水分量の低下、温室効果ガスの排出量の削減及び溶解に必要なエネルギーの削減を促進する観点から、溶解工程Ｐ１では、複数のガラス溶融炉１を用いることなく、単一のガラス溶解炉１を用いて溶融ガラス２を生成することが好ましい。温室効果ガスの排出量の削減及び溶解に必要なエネルギーの削減を促進する観点から、ガラス溶融炉１における溶融ガラス２の最高温度は１４００℃～１７００℃であることが好ましく、ガラス溶融炉１における溶融ガラス２の滞在時間は２時間～２４０時間であることが好ましい。
ガラスの水分量を示す指標として、β－ＯＨを用いることができる。このβ－ＯＨを低下させると、歪点を高めることができる。また、ガラス組成が同じ場合でも、β―ＯＨが小さい方が、歪点以下温度での熱収縮率が小さくなる。β－ＯＨは、好ましくは０．３０／ｍｍ以下、０．２５／ｍｍ以下、０．２０／ｍｍ以下、０．１５／ｍｍ以下、特に０．１０／ｍｍ以下である。なお、β－ＯＨが小さ過ぎると、溶融性が低下し易くなる。よって、β－ＯＨは、好ましくは０．０１／ｍｍ以上、特に０．０３／ｍｍ以上である。
ここで、「β－ＯＨ」は、ＦＴ－ＩＲを用いてガラスの透過率を測定し、下記の数式１を用いて求めた値を指す。
［数１］
β－ＯＨ＝（１／Ｘ）ｌｏｇ（Ｔ１／Ｔ２）
Ｘ：板厚（ｍｍ）
Ｔ１：参照波長３８４６ｃｍ－１における透過率（％）
Ｔ２：水酸基吸収波長３６００ｃｍ－１付近における最小透過率（％）
β－ＯＨ＝（１／Ｘ）ｌｏｇ（Ｔ１／Ｔ２）
Ｘ：板厚（ｍｍ）
Ｔ１：参照波長３８４６ｃｍ－１における透過率（％）
Ｔ２：水酸基吸収波長３６００ｃｍ－１付近における最小透過率（％）
以下、上記のガラス溶解炉１を用いたガラス物品の製造方法について説明する。本実施形態では、ガラス物品としてディスプレイ用のガラス基板を製造する場合を例に挙げる。
本製造方法では、上述のとおり、ガラス溶解炉１に収容された溶融ガラス２上に酸化スズ粉末を含んだガラス原料４を供給する。酸化スズ粉末としては、溶解工程Ｐ１での酸化スズ粉末の溶け残りを防止する目的の下、酸化スズ粉末１００ｇを採取してＡＳＴＭ規格 Ｅ１１の１４０メッシュである篩（目開きが１０５μｍである篩）に通した場合に、篩上に残存する酸化スズ粉末の質量が０．０１ｇ以下である酸化スズ粉末を用いる。なお、篩上に残存する酸化スズ粉末の質量は、０．００５ｇ以下であることが好ましく、０．００１ｇ以下であることがより好ましい。一方、篩上に残存する酸化スズ粉末の質量の下限は、０ｇとすることができる。ここで言う「篩上に残存する酸化スズ粉末」とは、以下のような酸化スズ粉末を意味している。すなわち、酸化スズ粉末の粒子は凝集を起こすことから、これを考慮して篩上に残った酸化スズ粉末を篩の網目に押し付け、それでもなお篩を通らない酸化スズ粉末を「篩上に残存する酸化スズ粉末」とする。
酸化スズ粉末を含んだガラス原料４の生産コストの増大を防止する観点と、上述した篩上に残存する質量が１００ｇあたり０．０１ｇ以下という条件を満たしやすくする観点とから、酸化スズ粉末におけるメディアン径Ｄ５０は１μｍ～８０μｍとしている。なお、好ましくはメディアン径Ｄ５０を５０μｍ超～８０μｍとする。これにより、ガラス原料４の計量及び搬送を安定させることができる。
ガラス原料４は、カレット率が４０％以下とされている。また、ガラス原料４は、当該ガラス原料４が溶解して溶融ガラス２が生成された際に、質量％で、０．０１％～１．５％のＳｎＯ２が含有されるように調合されている。さらに、ガラス原料４は、溶融ガラス２が生成された際に、質量％で、ＳｉＯ２：５０％～７０％、Ａｌ２Ｏ３：１２％～２５％、Ｂ２Ｏ３：０％～１２％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの合量）：０％～１％未満、ＭｇＯ：０％～８％、ＣａＯ：０％～１５％、ＳｒＯ：０％～１２％、ＢａＯ：０％～１５％が含有されるように調合されている。なお、この溶融ガラス２では、粘度１０２．５Ｐａ・ｓに相当する温度が１６３０℃以下となっている。
図２に示すように、溶解工程Ｐ１の実行によりガラス溶解炉１で生成された溶融ガラス２は、その後に清澄工程Ｐ２、撹拌工程Ｐ３、状態調整工程Ｐ４、成形工程Ｐ５を順次に経る。
清澄工程Ｐ２の実行には清澄槽９を用いる。清澄槽９では、ガラス溶解炉１から清澄槽９に流入した溶融ガラス２について、当該溶融ガラス２を加熱しながら清澄剤（酸化スズ粉末）の作用により溶融ガラス２から気泡を脱泡させる。
撹拌工程Ｐ３の実行には撹拌槽１０と撹拌翼を備えたスターラー１１とを用いる。具体的には、清澄槽９から撹拌槽１０に流入した溶融ガラス２について、当該溶融ガラス２をスターラー１１により撹拌することにより、溶融ガラス２を均質化させる。
状態調整工程Ｐ４の実行には状態調整槽１２を用いる。状態調整槽１２では、溶融ガラス２を成形に適した状態にするべく、溶融ガラス２の温度（粘度）や流量等を調整する。
成形工程Ｐ５の実行には成形体１３を用いる。成形体１３では、オーバーフローダウンドロー法によって溶融ガラス２からガラスリボン１４を連続的に成形する。なお、成形体１３は、スロットダウンドロー法、リドロー法、フロート法等の他の成形法によりガラスリボン１４を成形するものであっても構わない。
その後、成形したガラスリボン１４からガラス基板の元となるガラス板を切り出す切断工程、ガラス板の研削・研磨工程、洗浄工程、検査工程等の種々の工程を経ることで、ディスプレイ用のガラス基板が製造される。なお、本実施形態では、ガラス物品としてディスプレイ用のガラス基板を製造しているが、勿論、これ以外のガラス物品（例えばガラス管、ガラス繊維等）を製造するようにしてもよい。
上記の実施形態と同様の態様の下、下記の［表１］に示すように、１００ｇを採取してＡＳＴＭ規格 Ｅ１１の１４０メッシュである篩に通した場合に、篩上に残存する質量が相互に異なる４種類の酸化スズ粉末（実施例：３種、比較例：１種）をそれぞれ使用し、ディスプレイ用のガラス基板を製造した。そして、製造された１００ｋｇのガラス基板群について、酸化スズ粉末の溶け残りに由来した欠陥（粒状スズ）が発生しているか否かを調査した。具体的には、酸化スズ粉末の溶け残りに由来し、かつ、長さ１０μｍ以上である欠陥の個数をカウントした。
ここで、［表１］における欠陥の有無の項目について、「◎」とは上記欠陥の個数が０．０１個以下であったことを意味し、「○」とは上記欠陥の個数が０．０１個を上回り、かつ、０．１個以下であったことを意味し、「△」とは上記欠陥の個数が０．１個を上回り、かつ、０．２個以下であったことを意味し、「×」とは上記欠陥の個数が０．２個を上回ったことを意味している。
［表１］に示す結果のとおり、実施例１～３においては、比較例とは異なってガラス基板における欠陥の発生を回避することが可能であった。このような結果が得られたのは、実施例１～３においては、比較例とは異なって溶解工程Ｐ１での酸化スズ粉末の溶け残りを好適に防止できたためと推認される。なお、比較例のガラス原料４、及び、実施例１～３のガラス原料４をそれぞれ使用し、全電気溶融炉である上記のガラス溶解炉１ではなく、電極と燃焼バーナーとを併用する形態の炉を用いてガラス基板を製造した場合には、いずれも欠陥は発生しなかった。
１ ガラス溶解炉
２ 溶融ガラス
４ ガラス原料
７ 電極
８ 電極
Ｐ１ 溶解工程
２ 溶融ガラス
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７ 電極
８ 電極
Ｐ１ 溶解工程
Claims (7)
- ガラス溶解炉に収容された溶融ガラス上に酸化スズ粉末を含んだガラス原料を供給すると共に、供給した前記ガラス原料を前記溶融ガラスに浸漬させた電極により加熱して溶解させる溶解工程を備えたガラス物品の製造方法であって、
前記酸化スズ粉末として、１００ｇを採取してＡＳＴＭ規格 Ｅ１１の１４０メッシュである篩に通した場合に、前記篩上に残存する質量が０．０１ｇ以下である粉末を用いることを特徴とするガラス物品の製造方法。 - 前記酸化スズ粉末として、メディアン径Ｄ５０が１μｍ～８０μｍである粉末を用いることを特徴とする請求項１に記載のガラス物品の製造方法。
- 前記酸化スズ粉末として、メディアン径Ｄ５０が５０μｍ超～８０μｍである粉末を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス物品の製造方法。
- 前記溶融ガラスが、質量％で、０．０１％～１．５％のＳｎＯ２を含有するように、前記ガラス原料を調合することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
- 前記溶融ガラスが、質量％で、ＳｉＯ２：５０％～７０％、Ａｌ２Ｏ３：１２％～２５％、Ｂ２Ｏ３：０％～１２％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの合量）：０％～１％未満、ＭｇＯ：０％～８％、ＣａＯ：０％～１５％、ＳｒＯ：０％～１２％、ＢａＯ：０％～１５％を含有するように、前記ガラス原料を調合することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
- 前記ガラス原料のカレット率が４０％以下であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
- 前記溶融ガラスにおける粘度１０２．５Ｐａ・ｓに相当する温度が、１６３０℃以下であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
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