JP4673275B2 - フュージョンダウンドロー法による板ガラスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フュージョンダウンドロー法による板状ガラスの製造方法に関する。詳しくは、改良されたフュージョンセルを用いて、高品質の板ガラスを製造する方法に関する。

フュージョンダウンドロー法は、板ガラスの製造方法として一般的に用いられている。図３は、この方法で使用されるフュージョンセルを示すものであるが、フュージョンセルは、上部に樋状の溝部及び堰が形成されており、その下部に先細りのルートが形成されてなる。板ガラス製造においては、前処理として均質化、清澄化処理された溶融ガラスを上部の溝に導入し、やがて溝から溢れる溶融ガラスは側壁を通ってルートで融合して板状となり、これを引き出して板ガラスとする。この方法は、ガラス表面と成形部材との接触を極力回避することができ、高品位の表面が得られるというメリットがあることから、ディスプレイ用ガラス等製造方法として広く用いられている。
特表２００５−５１４３０２号公報 特表２００５−５１２９２６号公報

ガラス製造においては、溶融ガラスの温度管理が重要な課題である。溶融ガラスの温度はその粘度に影響を及ぼし、温度分布及び粘度が不均一な溶融ガラスはその流れに悪影響が生じ、結果的に製品となるガラスの品質も悪化する。フュージョンダウンドロー法による板ガラス成形工程においては、この溶融ガラスの温度管理の問題がとりわけ重要である。フュージョンセルを通過するガラスは温度低下が大きく、その上部（溝）における温度とルートでの温度との間に温度差が生じ易い。そして、温度差が大きいと板ガラスの安定的な成形が困難となる。また、この方法において、サイズの大きい板ガラスを製造するためには、フュージョンセルを大型化することが必要であるが、そうなると通過する溶融ガラスの温度差、粘度差が生じ易くなり、製造される板ガラスの厚さに影響を及ぼす。更に、この工程は、板ガラス製品製造の最終的な工程であり、その前工程で如何に高品質な溶融ガラスを用意しても、この工程で温度管理を怠ることで製品品質が悪化するからである。

そこで、これまでのフュージョンダウンドロー法による工程では、フュージョンセル各所にヒーターを設け、フュージョンセルを加熱することで溶融ガラスの温度低下及び温度分布の不均一を防止している。

しかしながら、ヒーターによる加熱は、局所的なものであり複数箇所にヒーターを設けても溶融ガラスの温度分布を完全に均一なものとするのは困難である。また、ヒーターの設置数を増加させることは、フュージョンセルの構造を複雑化すると共に消費電力の増大に繋がる。

本発明は、以上のような背景のもとになされたものであり、フュージョンダウンドロー法による板ガラスの製造方法において、溶融ガラスの温度低下を抑制し、かつ、その温度分布が均一な状態で製品の成形が可能であるものを提供する。

本発明者等は、上記課題を解決する溶融ガラスの温度維持の方法として、従来と同様にフュージョンセルの加熱を行なうこととしつつ、その方法としてヒーター加熱に替えてセル表面に抵抗体となる金属被膜を形成し、これを通電することを見出し、本発明に想到した。

即ち、本発明は、少なくとも溶融ガラスと接触する面に溶射による貴金属被膜を備えるフュージョンセルを用い、前記フュージョンセルに溶融ガラスを通過させるフュージョンダウンドロー法による板ガラスの製造方法であって、前記貴金属被膜を通電加熱しながら溶融ガラスを通過させる板ガラスの製造方法である。

本発明のように溶融ガラスとの接触面に貴金属からなる被膜を形成し、これを通電することで、被膜を形成した箇所は一様に加熱されることとなる。これにより、溶融ガラスの温度分布は均一なものとなり、流れが不安定となる等の不都合が解消される。また、金属被膜の通電による加熱温度は、抵抗体となる被膜の厚さ、印加する電力により容易に調整可能であり、利便性も高い。これにより、セル上部の溝付近、セルのルート付近において、被膜の厚さ又は印加電力を変化させることで各部位における加熱温度を変化させることもでき、各部位における温度低下を抑制することもできる。

ここで、本発明において、抵抗体となる金属被膜を貴金属としたのは、その高融点、高温強度によるものである。溶融ガラスの温度は１０００℃以上の高温であり、かかる高温の流体と接触する被膜について一般的な金属材料を適用すると、変形、溶解が生じ、溶融ガラスを汚染することとなる。貴金属であれば溶融ガラスによる浸食を受けずに加熱することができる。

貴金属被膜は、白金からなるものが好ましいが、この他、白金合金、例えば、白金−ロジウム合金、白金−イリジウム合金、白金−金合金を適用できる。白金合金については、白金より硬度等の特性に優れるものがあり、ガラス製造装置の部位によっては適用が好ましい場合がある。そして、貴金属被膜の形成法は溶射法による。溶射法は、厚膜の形成が可能であり、その厚さ制御が容易である。また、比較的大きいサイズの対象物に対しても施行可能な方法である。溶射法の具体的手法は、特に制限されるものはなく、フレーム溶射、プラズマ溶射等、何れも適用できる。

この溶射による貴金属被膜の厚さは、１００〜１０００μｍとするのが好ましく、１００〜５００μｍがより好ましい。１００μｍ未満の膜厚では、溶融ガラスの浸食によりフュージョンセルの基材が損傷するおそれがあり、膜厚が１０００μｍを超えると溶射時の溶射膜が収縮する際に剥離が生じやすくなるからである。尚、被膜の厚さにより抵抗値は変化し、被膜を薄くする程、小電流で加熱することができる。そのため、被膜を薄くすることにより、通電のための装置構成を簡易なものとすることができる。従って、貴金属被膜の膜厚は、保護被膜として機能上必要な膜厚を考慮しつつ設定することが好ましい。また、膜厚はフュージョンセル全体で均一にしても良いが、部分に応じて変化させても良い。例えば、温度が高い状態にある、セル上部（溝部）での膜厚は厚くしつつ、温度低下が懸念されるルート下部については膜厚を薄くして抵抗値を上昇させて加熱の効率を確保する等、膜厚を調整することができる。

また、フュージョンセルの材質は、従来から構成材料として用いられている電鋳煉瓦やデンスジルコン等の緻密質の耐火物材料を適用できる。電鋳煉瓦とは、電気溶融鋳造（電鋳）により製造される煉瓦であり、電気炉にて溶融したレンガ原料（Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＺｒＯ₂ −ＳｉＯ₂ 質セラミックやＡｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 質セラミック等）を鋳型に流し込んで冷却させたものである。更に、本発明においては、基材として焼結煉瓦を用いることができる。焼結煉瓦とは、アルミナ、シリカ、ジルコニアを主成分とするセラミック原料と適宜の結合材とを混練して成形した後、焼成することによって得られる煉瓦材料である。焼結煉瓦は、電鋳煉瓦よりも緻密性には欠け、見掛気孔率で５〜５０％程度のものであるため、そのままの状態では溶融ガラスによる浸食を免れないものであるが、本発明では、貴金属被膜が保護被膜として作用するため使用可能でなる。

尚、本発明においては、電鋳煉瓦、焼結煉瓦等からなる基材に直接、溶射膜を形成しても良いが、芯材上に適宜の中間層を形成し、その上に溶射膜を形成しても良い。

本発明は、上記のようにして貴金属被膜を形成したフュージョンセルを用い、貴金属被膜を通電加熱する板ガラスの製造方法であり、それ以外においては、従来の方法と異なることはない。貴金属被膜の通電加熱の方法としては、貴金属被膜に電極を設置し、この電極を介して貴金属被膜を通電することができる。この電極の設置部位としては特に限定されることはなく、また、複数設置することができ、これにより設置部位ごとに加熱温度を調整し、セルの上流部分と下流部分との温度差を解消することができる。

また、貴金属被膜の通電加熱の方法としては、ガラス製造装置において通常使用されているフュージョンセルの支持部材を利用することができる。この場合、貴金属被膜と、フュージョンセルの支持部材とが接触するように貴金属被膜を形成し、支持部材を介して貴金属被膜を通電する。

貴金属被膜を通電する際の電力は、被膜の厚さや流れる溶融ガラスの条件に応じて調整できる。好適な印加電力の範囲は、ガラス製造装置の規模、フュージョンセルの寸法により変化するが、被膜の断線が生じない条件として、被膜の断面積を基準として電流密度が２．７〜３０Ａ／ｍｍ^２となるようにするのが好ましい。

尚、本発明においては、貴金属被膜の通電加熱を単独で行なっても良いが、従来のヒーター加熱を併用しても良い。

以上説明したように、本発明によればフュージョンセルを通過する溶融ガラスの温度低下及び温度分布の不均一を抑制し、効率的に高品質の板ガラスを製造することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態で使用したフュージョンセル１００を概略示すものである。このフュージョンセル１００は、寸法が幅１ｍ、溝部１１０の深さ２０ｃｍ、側壁１２０の長さ６０ｃｍである基材（材質：ハイアルミナ焼結煉瓦）の全面にフレーム溶射法にて白金被膜１３０を形成したものである。白金被膜の厚さは、溝部１１０の内面については２５０μｍとし、側壁１２０については３００μｍとし、側面は５００μｍとした。尚、溶射被膜を形成した後には、その表面を研摩ヤスリで研摩し表面粗さの調整処理を行なっている。

そして、フュージョンセルの側面には、通電加熱のための電極２００、２１０、２２０を３点設置している。この電極の構造を図２に示す。電極は、まず白金被膜１３０に白金プレート２０１をろう付けにより接合し、これに水冷式の銅製のバー２０２を溶接で接合したものである。この電極は、外部の電源及び制御装置（図示せず）に接続されている。

このフュージョンセルを用いて板ガラス製造を行った。従来と同様に、目的組成に調合されたガラス原料を溶解槽にて溶融ガラスとし、これを清澄槽へ導入し清澄剤を投入して溶解槽での反応時に発生した泡を除去する。そして、清澄された溶融ガラスを攪拌槽へ導入して溶融ガラスを均質化する。このようにして、清澄、均質化された溶融ガラスをフォアハースに通過させてフュージョンセル１００の溝部１１０に供給する。

このとき電極を介してフュージョンセルを通電加熱した。通電の条件は、電極２００の電力を１０ｋＷ（電流密度：５．０Ａ／ｍｍ^２）、電極２１０の電力を１５ｋＷ（電流密度：６．１Ａ／ｍｍ^２）、電極２２０の電力を２０ｋＷ（電流密度：７．１Ａ／ｍｍ^２）と変化させた。

溝部１１０から溢れた溶融ガラスは側壁１２０を通過し、その端部で融合して板ガラスとなる。このとき上流である溝部１１０付近の溶融ガラスの温度は１２３０℃であった。そして、下流である側壁１２０の端部（ルート）における溶融ガラスの温度は１１９０℃であった。従って、本実施形態では、溶融ガラスの温度低下は４０℃であった。

これに対し、本実施形態と同様の箇所にヒーターを設置した電鋳煉瓦製のフュージョンセルを用いた場合においては、溶融ガラスの温度低下は１００℃程度あった。

本実施形態で製造したフュージョンセルの外観を示す図。 本実施形態に係るフュージョンセルの電極取り付け部を示す図。 フュージョンダウンドロー法で使用されるフュージョンセルを示す図。

Claims (3)

1. 少なくとも溶融ガラスと接触する面に溶射による貴金属被膜を備えるフュージョンセルを用い、前記フュージョンセルに溶融ガラスを通過させるフュージョンダウンドロー法による板ガラスの製造方法であって、
   前記溶射による貴金属被膜は、厚さが１００〜１０００μｍであって、前記フュージョンセルの部位によって変化するものであり、
   前記の厚さの変化する貴金属被膜に対して印加電力を変化させつつ通電加熱し、各部位における加熱温度を変化させて溶融ガラスを通過させる板ガラスの製造方法。
2. 貴金属被膜に電極を設置し、前記電極を介して貴金属被膜を通電加熱する請求項１記載の板ガラスの製造方法。
3. 貴金属被膜と、フュージョンセルを支持する支持部材とが接触するように貴金属被膜を形成し、前記支持部材を介して貴金属被膜を通電する請求項１記載の板ガラスの製造方法。
   
   

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