JP5711190B2 - ガラス導管及びガラス板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、熔融ガラスを加熱しながら搬送するガラス導管、及びガラス板を製造するガラス板の製造方法に関する。
液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（以下、「ＦＰＤ」という。）に用いるガラス基板には、厚さが例えば０．５〜０．７ｍｍと薄いガラス板が用いられている。このＦＰＤ用ガラス基板は、例えば第１世代では３００×４００ｍｍのサイズであるが、第１０世代では２８５０×３０５０ｍｍのサイズになっている。
このような第８世代以降の大きなサイズのＦＰＤ用ガラス基板、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）をガラス表面に形成するガラス基板には、ＴＦＴの特性を劣化させないために、アルカリ金属を全く含まないか、含んでも少量であるガラス板が好適に用いられる。また、このようなガラス板は、熱収縮が極めて小さいため、４００〜５００℃の熱処理を行ってポリシリコンＴＦＴをガラス表面に形成する場合にも好適に用いられる。
一方、アルカリ金属を全く含まないか、含んでも少量であるガラス板の製造段階では、熔融ガラスの高温粘性は高い。このため、熔融ガラスの脱泡を行う清澄槽は、上記熔融ガラスの脱泡を効果的に行うために、上記熔融ガラスを、アルカリ金属を含む従来の熔融ガラスに比べて高い温度に昇温する。また、清澄処理では、酸素等を放出して、熔融ガラス内の泡を成長させるための清澄剤が熔融ガラスに含まれているが、昨今の環境負荷の低減の点から、清澄機能は大きいが毒性の高いＡｓ2Ｏ3に替えて、熔融ガラスを１６００〜１６３０℃以上の高温にして脱泡処理を有効に機能させるＳｎＯ2等の清澄剤を用いる場合が多い。
以上の理由から、清澄槽では熔融ガラスは、１６００℃以上の高温に加熱される。このような加熱は、ガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる熔解槽から数１００℃の温度上昇を行うために、熔解槽から清澄槽に熔融ガラスを搬送するガラス導管には、金属製のガラス導管を通電加熱して搬送中の熔融ガラスを加熱する電極が設けられる。
また、清澄槽から、清澄槽の後工程である、熔融ガラスを均質化するための攪拌槽に熔融ガラスを搬送するガラス導管にも、熔融ガラスの温度を所望の温度に調整するために、金属製のガラス導管を通電加熱して搬送中の熔融ガラスを加熱する電極が設けられる。
また、攪拌槽から成形装置に熔融ガラスを搬送するガラス導管にも、熔融ガラスの温度を所望の温度に調整するために、金属製のガラス導管を通電加熱して搬送中の熔融ガラスを加熱するために電極が設けられる。
ガラス導管に電極を設ける場合、一般にガラス導管の管本体の周上を取り囲むフランジを介して、電極がガラス導管の管本体に接続される。しかし、電極は、一方向から管本体と接続されるため、管本体を流れる電流は管の周上の一部に局在化し易い。このため、通電加熱も局在化し、ガラス導管の周上の温度が分布を持ち、熔融ガラスの加熱にも影響を与え、熔融ガラスに温度差をつくる。この温度差は、シートガラスを成形工程で成形したとき、シートガラスの厚さの変動によってガラス表面に凸凹をつくり易い。また、温度の低い部分がガラス導管の周上の一部に存在することにより、この部分のガラスは失透し易くなる。
また、熔融ガラスを所望の温度に加熱するには、通電加熱が十分でない部分に電流を流すために、電極及びフランジにも過度な電流が流れ、フランジが必要以上に加熱され、さらに、管の一部分も必要以上に高温に加熱される。
また、清澄槽から、清澄槽の後工程である、熔融ガラスを均質化するための攪拌槽に熔融ガラスを搬送するガラス導管にも、熔融ガラスの温度を所望の温度に調整するために、金属製のガラス導管を通電加熱して搬送中の熔融ガラスを加熱する電極が設けられる。
また、攪拌槽から成形装置に熔融ガラスを搬送するガラス導管にも、熔融ガラスの温度を所望の温度に調整するために、金属製のガラス導管を通電加熱して搬送中の熔融ガラスを加熱するために電極が設けられる。
ガラス導管に電極を設ける場合、一般にガラス導管の管本体の周上を取り囲むフランジを介して、電極がガラス導管の管本体に接続される。しかし、電極は、一方向から管本体と接続されるため、管本体を流れる電流は管の周上の一部に局在化し易い。このため、通電加熱も局在化し、ガラス導管の周上の温度が分布を持ち、熔融ガラスの加熱にも影響を与え、熔融ガラスに温度差をつくる。この温度差は、シートガラスを成形工程で成形したとき、シートガラスの厚さの変動によってガラス表面に凸凹をつくり易い。また、温度の低い部分がガラス導管の周上の一部に存在することにより、この部分のガラスは失透し易くなる。
また、熔融ガラスを所望の温度に加熱するには、通電加熱が十分でない部分に電流を流すために、電極及びフランジにも過度な電流が流れ、フランジが必要以上に加熱され、さらに、管の一部分も必要以上に高温に加熱される。
このようなガラス導管に関して、電極をガラス導管に接続して、効率よくガラス導管を通電加熱するための電極のガラス導管への接続形態が提案されている。
例えば、通電加熱用の電極の局部過加熱が防止された熔融ガラス用の中空管体（ガラス導管）が知られている（特許文献１）。
当該中空管体は、通電加熱される用途に用いられる白金または白金合金製の中空管を有する中空管体であって、中空管の外周には、リング状の電極が接合されている。このリング状の電極の外縁には、１またはそれ以上の引き出し電極が接合されており、リング状の電極は、白金または白金合金製の電極中心部と、該電極中心部の外側に設けられた白金もしくは白金合金製、または白金以外の金属材料製の厚肉部と、からなる。
例えば、通電加熱用の電極の局部過加熱が防止された熔融ガラス用の中空管体（ガラス導管）が知られている（特許文献１）。
当該中空管体は、通電加熱される用途に用いられる白金または白金合金製の中空管を有する中空管体であって、中空管の外周には、リング状の電極が接合されている。このリング状の電極の外縁には、１またはそれ以上の引き出し電極が接合されており、リング状の電極は、白金または白金合金製の電極中心部と、該電極中心部の外側に設けられた白金もしくは白金合金製、または白金以外の金属材料製の厚肉部と、からなる。
上述の中空管体のリング状の電極の外縁には、電極中心部の外側に設けられた白金製もしくは白金合金製、または白金以外の金属材料製の厚肉部が設けられ、中空管の周上には従来に比べて均一に電流が流れる。このため、通電加熱用の電極の局部過加熱が防止される。しかし、この中空管では、相対する方向から２つの引き出し電極が中空管に設けられるので、電極の配置が複雑になり、煩雑な装置構成になり易い。
本発明は、従来とは異なる方式を用いて、熔融ガラスの通電加熱を効率よく行うことができるガラス導管及びこのガラス導管を用いてガラス板を作製するガラス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、熔融ガラスを加熱しながら搬送するガラス導管である。当該ガラス導管は、
金属製の管本体と、
前記管本体の長手方向の異なる位置に設けられた一対のフランジと、
前記管本体に電流を流して加熱するために、前記フランジのそれぞれに接続した電極と、を備える。
前記電極から前記フランジに至る電流路は、前記フランジのそれぞれに電流が流れるとき、前記フランジの周上の異なる２箇所に給電するために、電流を分岐させる分岐路を備える。
前記電極は、前記フランジの外縁に接続された板状電極であり、前記フランジと接続される前記電極の端部に形成された切り欠きによって前記電流路が二又に分かれることにより、前記分岐路が形成されている。
金属製の管本体と、
前記管本体の長手方向の異なる位置に設けられた一対のフランジと、
前記管本体に電流を流して加熱するために、前記フランジのそれぞれに接続した電極と、を備える。
前記電極から前記フランジに至る電流路は、前記フランジのそれぞれに電流が流れるとき、前記フランジの周上の異なる２箇所に給電するために、電流を分岐させる分岐路を備える。
前記電極は、前記フランジの外縁に接続された板状電極であり、前記フランジと接続される前記電極の端部に形成された切り欠きによって前記電流路が二又に分かれることにより、前記分岐路が形成されている。
前記ガラス導管の好ましい他の一形態では、前記板状電極の幅方向における中心線の延びる方向は、前記管本体の断面の中心点から延びる放射方向であり、前記切り欠きは、前記中心線上に形成されている。
前記ガラス導管の好ましい他の一形態では、前記板状電極の幅は、前記管本体の直径よりも大きく、かつ、前記フランジの外径以下である。
前記ガラス導管の好ましいさらに他の一形態では、前記フランジは、前記管本体の周りを囲むように接続した内環部と、前記内環部の周りを取り囲み、前記電極と接続された外環部とを有し、前記内環部の厚さが、前記外環部の厚さよりも薄い。
このとき、前記外環部は、周上に厚肉部と前記厚肉部に比べて厚さの薄い薄肉部とを有し、前記電極と接続される前記フランジの接続部分は、前記薄肉部である、ことが好ましい。
このとき、前記外環部は、周上に厚肉部と前記厚肉部に比べて厚さの薄い薄肉部とを有し、前記電極と接続される前記フランジの接続部分は、前記薄肉部である、ことが好ましい。
前記ガラス導管の好ましいさらに他の一形態では、前記管本体の中心点は、前記フランジの中心点に対して前記電極が前記フランジに延びる方向に向かってオフセットしている。
本発明の他の一態様は、ガラス板を製造するガラス板の製造方法である。当該製造方法は、
ガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる熔解工程と、
前記熔融ガラスが内部を流れる金属管で構成された清澄槽を通電加熱することにより、前記熔融ガラスを清澄する清澄工程と、
前記清澄後の熔融ガラスを均質化する均質化工程と、
ガラス板を製造するために、均質化した前記熔融ガラスをシート状ガラスに成形する成形工程と、を含む。
前記熔解工程、前記清澄工程、前記均質化工程、及び前記成形工程の間の熔融ガラスの搬送のために、前記ガラス導管が用いられる。
ガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる熔解工程と、
前記熔融ガラスが内部を流れる金属管で構成された清澄槽を通電加熱することにより、前記熔融ガラスを清澄する清澄工程と、
前記清澄後の熔融ガラスを均質化する均質化工程と、
ガラス板を製造するために、均質化した前記熔融ガラスをシート状ガラスに成形する成形工程と、を含む。
前記熔解工程、前記清澄工程、前記均質化工程、及び前記成形工程の間の熔融ガラスの搬送のために、前記ガラス導管が用いられる。
上記態様のガラス導管およびガラス板の製造方法では、搬送中の熔融ガラスの通電加熱を効率よく行うことができる。
以下、本実施形態のガラス導管及びガラス板の製造方法について説明する。
（ガラス板の製造方法の全体概要）
図１は、ガラス板の製造方法の工程図である。
ガラス板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）と、清澄工程（ＳＴ２）と、均質化工程（ＳＴ３）と、供給工程（ＳＴ４）と、成形工程（ＳＴ５）と、徐冷工程（ＳＴ６）と、切断工程（ＳＴ７）と、を主に有する。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。
図１は、ガラス板の製造方法の工程図である。
ガラス板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）と、清澄工程（ＳＴ２）と、均質化工程（ＳＴ３）と、供給工程（ＳＴ４）と、成形工程（ＳＴ５）と、徐冷工程（ＳＴ６）と、切断工程（ＳＴ７）と、を主に有する。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。
図２は、熔解工程（ＳＴ１）〜切断工程（ＳＴ７）を行う装置を模式的に示す図である。当該装置は、図２に示すように、主に熔解装置１００と、成形装置２００と、切断装置３００と、を有する。熔解装置１００は、熔解槽１０１と、清澄槽１０２と、攪拌槽１０３と、ガラス導管１０４，１０５，１０６と、を有する。
熔解工程（ＳＴ１）では、熔解槽１０１内に供給されたガラス原料を、図示されない火焔および電気ヒータで加熱して熔解することで熔融ガラスを得る。
清澄工程（ＳＴ２）は、ガラス導管１０４、清澄槽１０２およびガラス導管１０５において主に行われ、清澄槽１０２内の熔融ガラスＭＧを加熱することにより、熔融ガラスＭＧ中に含まれるＯ2等の気泡が、清澄剤の酸化還元反応により成長し液面に浮上して放出される、あるいは、気泡中のガス成分が熔融ガラス中に吸収されて、気泡が消滅する。
均質化工程（ＳＴ３）では、ガラス導管１０５を通って供給された攪拌槽１０３内の熔融ガラスＭＧを、スターラを用いて攪拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。
供給工程（ＳＴ４）では、ガラス導管１０６を通して熔融ガラスＭＧが成形装置２００に供給される。
清澄工程（ＳＴ２）は、ガラス導管１０４、清澄槽１０２およびガラス導管１０５において主に行われ、清澄槽１０２内の熔融ガラスＭＧを加熱することにより、熔融ガラスＭＧ中に含まれるＯ2等の気泡が、清澄剤の酸化還元反応により成長し液面に浮上して放出される、あるいは、気泡中のガス成分が熔融ガラス中に吸収されて、気泡が消滅する。
均質化工程（ＳＴ３）では、ガラス導管１０５を通って供給された攪拌槽１０３内の熔融ガラスＭＧを、スターラを用いて攪拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。
供給工程（ＳＴ４）では、ガラス導管１０６を通して熔融ガラスＭＧが成形装置２００に供給される。
成形装置２００では、成形工程（ＳＴ５）及び徐冷工程（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Ｇに成形し、シート状ガラスＧの流れを作る。本実施形態では、図示されない成形体を用いたオーバーフローダウンドロー法を用いる。徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れるシートガラスＳＧが所望の厚さになり、内部歪が生じないように冷却される。
切断工程（ＳＴ７）では、切断装置３００において、成形装置２００から供給されたシートガラスＳＧを所定の長さに切断することで、板状のガラス板を得る。切断されたガラス板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス板が作製される。この後、ガラス端面の研削、研磨、及びガラス主面の洗浄が行われ、さらに、気泡等の異常欠陥の有無が検査された後、検査合格品のガラス板が最終製品として梱包される。
成形工程（ＳＴ５）では、熔融ガラスＭＧをシート状ガラスＧに成形し、シート状ガラスＧの流れを作る。本実施形態では、図示されない成形体を用いたオーバーフローダウンドロー法を用いる。徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れるシートガラスＳＧが所望の厚さになり、内部歪が生じないように冷却される。
切断工程（ＳＴ７）では、切断装置３００において、成形装置２００から供給されたシートガラスＳＧを所定の長さに切断することで、板状のガラス板を得る。切断されたガラス板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス板が作製される。この後、ガラス端面の研削、研磨、及びガラス主面の洗浄が行われ、さらに、気泡等の異常欠陥の有無が検査された後、検査合格品のガラス板が最終製品として梱包される。
（ガラス導管）
図３（ａ）は、図２に示すガラス導管１０４をより詳細に説明した断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すガラス導管１０４の左端をＸ方向から見た電極及ぶフランジの配置を説明する図である。以降で説明するガラス導管１０４の形態は、ガラス導管１０５，１０６においても用いることができる。
図３（ａ）は、図２に示すガラス導管１０４をより詳細に説明した断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すガラス導管１０４の左端をＸ方向から見た電極及ぶフランジの配置を説明する図である。以降で説明するガラス導管１０４の形態は、ガラス導管１０５，１０６においても用いることができる。
ガラス導管１０４は、熔解槽１０１と清澄槽１０２との間を結ぶ、白金あるいは白金合金で構成された管を有する。具体的には、ガラス導管１０４は、白金あるいは白金合金で構成された管本体１１０と、管本体１１０の長手方向の異なる位置に設けられた一対の金属製のフランジ１１２，１１４と、管本体１１０に電流を流して加熱するために、フランジ１１２，１１４のそれぞれに接続した板状の電極１１６，１１８と、を備える。本実施形態では、電極１１６，１１８は、フランジ１１２，１１４と平行に配置されているが、フランジ１１２，１１４に対して傾斜して配置されていても良い。フランジ１１２，１１４の材質は、電流を流す導電体であればよく、好ましくは、高温に耐えられる点から、白金あるいは白金合金が好適に用いられる。フランジ１１２，１１４は、管本体１１０と接続された内環部１１２ａ，１１４ａと、内環部１１２ａ，１１４ａを取り囲み、電極１１６，１１８と接続された外環部１１２ｂ，１１４ｂとを有する。内環部１１２ａ，１１４ａの厚さは、外環部１１２ｂ，１１４ｂの厚さよりも薄い。外環部１１２ｂ，１１４ｂは、電極１１６，１１８と接続されている。
このように、電極１１６，１１８と接続される外環部１１２ｂ，１１４ｂの厚さを内環部１１２ａ，１１４ａより厚くするのは、外環部１１２ｂ，１１４ｂの電気抵抗を内環部１１２ａ，１１４ａに比べて小さくするためである。これにより、電極１１６，１１８からフランジ１１２，１１４に流れる電流が、外環部１１２ｂ，１１４ｂを流れ易くなる。すなわち、本実施形態では、内環部１１２ａ，１１４ａ及び外環部１１２ｂ，１１４ｂの厚さが同じ場合に比べて、フランジ１１６，１１８を挟んで電極１１６，１１８と反対側の部分にまで電流が回りこんで流れ易くなる。この結果、本実施形態では、より均一な電流の流れを管本体１１０の周上で形成することができ、従来のような局部的な通電加熱を解消することができる。
電極１１６，１１８におけるフランジ１１２，１１４に向けて流れる電流の電流路は、フランジ１１６，１１８のそれぞれに給電する前に、フランジの周上の異なる２箇所に給電するために、分岐した分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）を備える。
このような分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）は、例えば、図３（ｂ）に示すように、電極１１６，１１８の一部に切り欠き１１７，１１９が形成されることにより、分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）が形成されていることが好ましい。電極１１６，１１８の一部に切り欠き１１７，１１９が形成されることで、分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）が容易に形成され得る。なお、分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）の形成のために切り欠き１１７，１１９が形成されなくてもよい。例えば、切り欠き１１７，１１９のように、電極１１６，１１８の板厚が完全に０にならなくても、板厚を薄くすることにより、電流を図３（ｂ）に示すように２又に分岐させることができる。
本実施形態では、電極１１６，１１８は、管本体１１０の上方からフランジ１１２，１１４に接続されているが、電極１１６，１１８の接続は、管本体１１０の上方からフランジ１１２，１１４に接続される形態に限定されず、管本体１１０の斜め上方から、横方向から、斜め下方向から、あるいは、真下方向から、接続されてもよい。
このような分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）は、例えば、図３（ｂ）に示すように、電極１１６，１１８の一部に切り欠き１１７，１１９が形成されることにより、分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）が形成されていることが好ましい。電極１１６，１１８の一部に切り欠き１１７，１１９が形成されることで、分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）が容易に形成され得る。なお、分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）の形成のために切り欠き１１７，１１９が形成されなくてもよい。例えば、切り欠き１１７，１１９のように、電極１１６，１１８の板厚が完全に０にならなくても、板厚を薄くすることにより、電流を図３（ｂ）に示すように２又に分岐させることができる。
本実施形態では、電極１１６，１１８は、管本体１１０の上方からフランジ１１２，１１４に接続されているが、電極１１６，１１８の接続は、管本体１１０の上方からフランジ１１２，１１４に接続される形態に限定されず、管本体１１０の斜め上方から、横方向から、斜め下方向から、あるいは、真下方向から、接続されてもよい。
なお、電極１１６，１１８の幅方向における中心線ＣＬは、管本体１１０の断面の中心点Ｏから延びる放射方向であり、切り欠き１１７，１１９は、中心線ＣＬ上に形成されていることが、電流を均等に配分して、分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）に電流を流す点で好ましい。これにより、管本体１１０の周上に分散して電流が流れ易くなる。
また、板状を成した電極１１６，１１８の幅は、管本体１１０の直径よりも大きいことが、フランジ１１２の上部（電極の接続位置の側の部分）において、管本体１１０の外径よりも広い範囲に電流が供給され、管本体１１０の底部（電極の接続位置の反対側の部分）まで電流が回り込み易くなる点で好ましい。なお、電極１１６，１１８の幅は、フランジ１１２の外径（直径）より大きくてもよい。この場合、フランジ１１２の外径よりも広い範囲に電流が供給され、管本体１１０の底部（電極の接続位置の反対側の部分）まで電流がより回り込み易くなる点で好ましい。また、電極１１６，１１８の幅は、フランジ１１２の直径以下であってもよい。この場合、電極１１６，１１８の幅がフランジ１１２の直径よりも大きい場合と比較して、電極における放熱をより少なくすることができる。また、電流の回り込みやすさと放熱性とのバランスを考慮して、電極１１６，１１８の幅を管本体１１０の直径よりも大きく、かつ、フランジ１１２の直径以下にしてもよい。本実施形態のように、電極１１６，１１８の幅Ｗ1は、フランジ１１２，１１４の直径（Ｗ2）と等しいことが、電流を分散させて管本体１１０に流し、かつ電極１１６，１１８における放熱を抑制することができる点で、好ましい。
本実施形態のフランジ１１２，１１４は、管本体１１０と接続された内環部１１２ａと、内環部１１２ａを取り囲み、電極１１６，１１８と接続された外環部１１２ｂ，１１４ｂとを有する。内環部１１２ａ，１１４ａの厚さは、外環部１１２ｂ，１１４ｂの厚さよりも小さい。本実施形態でのフランジ１１２，１１４は、厚さの異なる内環部及び外環部を有するが、フランジ１１２，１１４の厚さは均一であってもよい。本実施形態では、電極１１６，１１８における電流の電流路が、フランジ１１６，１１８のそれぞれに給電する前に、フランジの周上の異なる２箇所に給電するために、分岐した分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）を少なくとも備えていればよい。
また、板状を成した電極１１６，１１８の幅は、管本体１１０の直径よりも大きいことが、フランジ１１２の上部（電極の接続位置の側の部分）において、管本体１１０の外径よりも広い範囲に電流が供給され、管本体１１０の底部（電極の接続位置の反対側の部分）まで電流が回り込み易くなる点で好ましい。なお、電極１１６，１１８の幅は、フランジ１１２の外径（直径）より大きくてもよい。この場合、フランジ１１２の外径よりも広い範囲に電流が供給され、管本体１１０の底部（電極の接続位置の反対側の部分）まで電流がより回り込み易くなる点で好ましい。また、電極１１６，１１８の幅は、フランジ１１２の直径以下であってもよい。この場合、電極１１６，１１８の幅がフランジ１１２の直径よりも大きい場合と比較して、電極における放熱をより少なくすることができる。また、電流の回り込みやすさと放熱性とのバランスを考慮して、電極１１６，１１８の幅を管本体１１０の直径よりも大きく、かつ、フランジ１１２の直径以下にしてもよい。本実施形態のように、電極１１６，１１８の幅Ｗ1は、フランジ１１２，１１４の直径（Ｗ2）と等しいことが、電流を分散させて管本体１１０に流し、かつ電極１１６，１１８における放熱を抑制することができる点で、好ましい。
本実施形態のフランジ１１２，１１４は、管本体１１０と接続された内環部１１２ａと、内環部１１２ａを取り囲み、電極１１６，１１８と接続された外環部１１２ｂ，１１４ｂとを有する。内環部１１２ａ，１１４ａの厚さは、外環部１１２ｂ，１１４ｂの厚さよりも小さい。本実施形態でのフランジ１１２，１１４は、厚さの異なる内環部及び外環部を有するが、フランジ１１２，１１４の厚さは均一であってもよい。本実施形態では、電極１１６，１１８における電流の電流路が、フランジ１１６，１１８のそれぞれに給電する前に、フランジの周上の異なる２箇所に給電するために、分岐した分岐路１１６ａ，１１６ｂ（１１８ａ，１１８ｂ）を少なくとも備えていればよい。
（変形例１）
図４（ａ）は、図３に示す形態と異なる変形例１である。
図４（ａ）に示す変形例１では、フランジ１１２，１１４の中心点に対して、管本体１１０の中心点が電極１１６，１１８の反対側（図４（ａ）では下方の側）にオフセットしている。図３に示す形態では、フランジ１１２，１１４の中心点と、管本体１１０の中心点は、一致していた。この中心点のオフセットの有無のみが、上記実施形態と本変形例１との差異である。このような中心点のオフセットをすることにより、内環部１１２ａ，１１４ａの電極１１６，１１８側（図４（ａ）中の上方側）の長さＬ1を上記実施形態に対して長くすることができ、内環部１１２の電極１１６，１１８と反対側（図４（ａ）中の下方側）の長さＬ2を上記実施形態に対して短くすることができる。内環部１１２ａ，１１４ａの厚さは外環部１１２ｂ，１１４ｂよりも薄いので、電気抵抗が比較的高い。このため、内環部１１２ａ，１１４ａの電極１１６，１１８側の、電流の流れる流路の長さが比較的長い部分は電流が流れ難く、内環部１１２ａ，１１４ａの電極１１６，１１８と反対側の、電流の流れる流路の長さが比較的短い部分は電流が流れ易い。したがって、図４（ａ）に示す変形例１の場合、内環部１１２ａ，１１４ａの電極１１６，１１８と反対側（図４（ａ）中の下方側）の部分に電流が回り込み易いため、より均一な電流の流れを管本体１１０の周上で形成することができる。このため、局部的な通電加熱を解消することができる。
図４（ａ）は、図３に示す形態と異なる変形例１である。
図４（ａ）に示す変形例１では、フランジ１１２，１１４の中心点に対して、管本体１１０の中心点が電極１１６，１１８の反対側（図４（ａ）では下方の側）にオフセットしている。図３に示す形態では、フランジ１１２，１１４の中心点と、管本体１１０の中心点は、一致していた。この中心点のオフセットの有無のみが、上記実施形態と本変形例１との差異である。このような中心点のオフセットをすることにより、内環部１１２ａ，１１４ａの電極１１６，１１８側（図４（ａ）中の上方側）の長さＬ1を上記実施形態に対して長くすることができ、内環部１１２の電極１１６，１１８と反対側（図４（ａ）中の下方側）の長さＬ2を上記実施形態に対して短くすることができる。内環部１１２ａ，１１４ａの厚さは外環部１１２ｂ，１１４ｂよりも薄いので、電気抵抗が比較的高い。このため、内環部１１２ａ，１１４ａの電極１１６，１１８側の、電流の流れる流路の長さが比較的長い部分は電流が流れ難く、内環部１１２ａ，１１４ａの電極１１６，１１８と反対側の、電流の流れる流路の長さが比較的短い部分は電流が流れ易い。したがって、図４（ａ）に示す変形例１の場合、内環部１１２ａ，１１４ａの電極１１６，１１８と反対側（図４（ａ）中の下方側）の部分に電流が回り込み易いため、より均一な電流の流れを管本体１１０の周上で形成することができる。このため、局部的な通電加熱を解消することができる。
（変形例２）
図４（ｂ）は、図３に示す形態と異なる変形例２である。
図４（ｂ）に示す変形例２では、フランジ１１２，１１４の電極１１６，１１８との接続部分である上半分が、薄肉部１１２ｂ1,１１４ｂ1になっており、下半分が厚肉部１１２ｂ2,１１４ｂ2になっている。すなわち、外環部１１２ｂ，１１４ｂは、周上に厚肉部１１２ｂ2,１１４ｂ2と厚肉部１１２ｂ2,１１４ｂ2に比べて厚さの薄い薄肉部１１２ｂ1,１１４ｂ1とを有し、電極１１６，１１８と接続されるフランジ１１２，１１４の接続部分は、薄肉部１１２ｂ1,１１４ｂ1である。このように、電極１１６，１１８と接続されるフランジ１１２，１１４の接続部分を、薄肉部１１２ｂ1,１１４ｂ1とすることにより、電極１１６、１１８と反対側にある厚肉部１１２ｂ2,１１４ｂ2に電流を回り込み易くすることができる。したがって、変形例２は、より均一な電流の流れを管本体１１０の周上で形成することができる。このため、局部的な通電加熱を解消することができる。
図４（ｂ）は、図３に示す形態と異なる変形例２である。
図４（ｂ）に示す変形例２では、フランジ１１２，１１４の電極１１６，１１８との接続部分である上半分が、薄肉部１１２ｂ1,１１４ｂ1になっており、下半分が厚肉部１１２ｂ2,１１４ｂ2になっている。すなわち、外環部１１２ｂ，１１４ｂは、周上に厚肉部１１２ｂ2,１１４ｂ2と厚肉部１１２ｂ2,１１４ｂ2に比べて厚さの薄い薄肉部１１２ｂ1,１１４ｂ1とを有し、電極１１６，１１８と接続されるフランジ１１２，１１４の接続部分は、薄肉部１１２ｂ1,１１４ｂ1である。このように、電極１１６，１１８と接続されるフランジ１１２，１１４の接続部分を、薄肉部１１２ｂ1,１１４ｂ1とすることにより、電極１１６、１１８と反対側にある厚肉部１１２ｂ2,１１４ｂ2に電流を回り込み易くすることができる。したがって、変形例２は、より均一な電流の流れを管本体１１０の周上で形成することができる。このため、局部的な通電加熱を解消することができる。
（ガラス原料、ガラス組成）
本実施形態のガラス板の製造方法では、あらゆるガラス板の製造に適用可能であるが、特に液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置やプラズマディスプレイ装置などのフラットパネルディスプレイ用のガラス基板、あるいは、表示部を覆うカバーガラスの製造に好適である。
本実施形態のガラス板の製造方法に従ってガラス板を製造するには、所望のガラス組成となるようにガラス原料を調合する。例えば、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板を製造する場合は、以下の組成を有するように原料を混合するのが好適である。
本実施形態のガラス板の製造方法では、あらゆるガラス板の製造に適用可能であるが、特に液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置やプラズマディスプレイ装置などのフラットパネルディスプレイ用のガラス基板、あるいは、表示部を覆うカバーガラスの製造に好適である。
本実施形態のガラス板の製造方法に従ってガラス板を製造するには、所望のガラス組成となるようにガラス原料を調合する。例えば、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板を製造する場合は、以下の組成を有するように原料を混合するのが好適である。
（ａ）ＳｉＯ2：５０〜７０質量％、
（ｂ）Ｂ2Ｏ3：５〜１８質量％、
（ｃ）Ａｌ2Ｏ3：１０〜２５質量％、
（ｄ）ＭｇＯ：０〜１０質量％、
（ｅ）ＣａＯ：０〜２０質量％、
（ｆ）ＳｒＯ：０〜２０質量％、
（ｏ）ＢａＯ：０〜１０質量％、
（ｐ）ＲＯ：５〜２０質量％（但し、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種であり、ガラス板に含有される成分）、
（ｑ）Ｒ’2Ｏ：０．１０質量％を超え２．０質量％以下（但し、Ｒ’は、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫから選ばれる少なくとも１種であり、ガラス板に含有されるアルカリ金属成分）、
（ｒ）酸化スズ、酸化鉄、および、酸化セリウムなどから選ばれる少なくとも１種の金属酸化物を合計で０．０５〜１．５質量％。
（ｂ）Ｂ2Ｏ3：５〜１８質量％、
（ｃ）Ａｌ2Ｏ3：１０〜２５質量％、
（ｄ）ＭｇＯ：０〜１０質量％、
（ｅ）ＣａＯ：０〜２０質量％、
（ｆ）ＳｒＯ：０〜２０質量％、
（ｏ）ＢａＯ：０〜１０質量％、
（ｐ）ＲＯ：５〜２０質量％（但し、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種であり、ガラス板に含有される成分）、
（ｑ）Ｒ’2Ｏ：０．１０質量％を超え２．０質量％以下（但し、Ｒ’は、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫから選ばれる少なくとも１種であり、ガラス板に含有されるアルカリ金属成分）、
（ｒ）酸化スズ、酸化鉄、および、酸化セリウムなどから選ばれる少なくとも１種の金属酸化物を合計で０．０５〜１．５質量％。
なお、（ｑ）Ｒ’2Ｏは必須ではないため、含有させなくてもよい。この場合、Ｒ’2Ｏを実質的に含まない無アルカリガラスとなり、ガラス板からＲ’2Ｏが流出してＴＦＴを破壊するおそれを低減することができる。他方、あえて（ｑ）Ｒ’2Ｏを、０．１０質量％を超え２．０質量％以下含有させることによって、ＴＦＴ特性の劣化やガラスの熱膨張を一定範囲内に抑制しつつ、ガラスの塩基性度を高め、価数変動する金属の酸化を容易にして、清澄性を高めることができる。さらに、ガラスの比抵抗を低下させることができるので、熔解槽１０１にて電気熔融を行うためには好適となる。
さらに、近年さらなる高精細化を実現するために、α-Ｓｉ（アモルファスシリコン）・ＴＦＴ（Thin Film Transistor）ではなく、ｐ-Ｓｉ(低温ポリシリコン)・ＴＦＴや酸化物半導体を用いたディスプレイが求められている。ここで、ｐ-Ｓｉ・ＴＦＴや酸化物半導体の形成工程では、α-Ｓｉ・ＴＦＴの形成工程よりも高温な熱処理工程が存在する。そのため、ｐ-Ｓｉ・ＴＦＴや酸化物半導体が形成されるガラス板には、熱収縮率が小さいことが求められている。熱収縮率を小さくするためには、ガラスの歪点を高くすることが好ましいが、歪点が高いガラスは、高温時の粘度（高温粘性）が高くなる傾向にある。そのため、ガラス導管において、より熔融ガラスの温度を上昇させる必要がある。しかし、熔融ガラスの温度を上昇させるために電極１１６，１１８からフランジ１１２，１１４に供給する電力が大きくなる。従来のガラス導管では、電極側に電流が集中することになるので、ガラス導管が破損してしまう虞がある。しかし、本実施形態及び変形例１，２では、ガラス導管１０４の電極１１６，１１８側への電流の集中を緩和できるので、高温粘性が高くなりやすい高歪点ガラスの製造にも好適である。
例えば歪点が６５５℃以上のガラス板の製造には本実施形態及び変形例１，２が好適となる。特に、ｐ-Ｓｉ・ＴＦＴや酸化物半導体にも好適な歪点が６７５℃以上のガラス板が本実施形態及び変形例１，２に好適であり、歪点６８０℃以上のガラス板がさらに好適であり、歪点６９０℃以上のガラス板が特に好適である。
歪点が６７５℃以上のガラス板の組成としては、例えば、ガラス板が質量％表示で、以下の成分を含むものが例示される。
ＳｉＯ2：５２〜７８質量％、
Ａｌ2Ｏ3：３〜２５質量％、
Ｂ2Ｏ3：３〜１５質量％、
ＲＯ(但し、ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの成分であって、ガラス板に含まれる成分の合量)：３〜２０質量％、
質量比（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｂ2Ｏ3は７以上の範囲である、
ことが好ましい。
さらに、歪点をより上昇させるために、質量比（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／ＲＯは７．５以上であることが好ましい。さらに、歪点を上昇させるために、β−ＯＨ値を０．１〜０．３ｍｍ-1とすることが好ましい。他方、溶解時にガラスではなく溶解槽１０１に電流が流れてしまわないように、Ｒ2Ｏ(但し、Ｒ2ＯはＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの成分であって、ガラス板に含まれる成分の合量) ０．０１〜０．８質量％としてガラスの比抵抗を低下させることが好ましい。あるいは、ガラスの比抵抗を低下させるために質量比Ｆｅ2Ｏ3：０．０１〜１質量％とすることが好ましい。さらに、高い歪点を実現しつつ失透温度の上昇を防止するために質量比ＣａＯ／ＲＯは０．６５以上とすることが好ましい。あるいは、質量比（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｂ2Ｏ3は７．５〜２０の範囲であることが好ましい。失透温度を１２５０℃以下とすることにより、オーバーフローダウンドロー法の適用が可能となる。また、モバイル機器などに適用されることを考慮すると、軽量化の観点からはＳｒＯ及びＢａＯの合計含有量が０〜２質量％未満であることが好ましい。
ＳｉＯ2：５２〜７８質量％、
Ａｌ2Ｏ3：３〜２５質量％、
Ｂ2Ｏ3：３〜１５質量％、
ＲＯ(但し、ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの成分であって、ガラス板に含まれる成分の合量)：３〜２０質量％、
質量比（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｂ2Ｏ3は７以上の範囲である、
ことが好ましい。
さらに、歪点をより上昇させるために、質量比（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／ＲＯは７．５以上であることが好ましい。さらに、歪点を上昇させるために、β−ＯＨ値を０．１〜０．３ｍｍ-1とすることが好ましい。他方、溶解時にガラスではなく溶解槽１０１に電流が流れてしまわないように、Ｒ2Ｏ(但し、Ｒ2ＯはＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの成分であって、ガラス板に含まれる成分の合量) ０．０１〜０．８質量％としてガラスの比抵抗を低下させることが好ましい。あるいは、ガラスの比抵抗を低下させるために質量比Ｆｅ2Ｏ3：０．０１〜１質量％とすることが好ましい。さらに、高い歪点を実現しつつ失透温度の上昇を防止するために質量比ＣａＯ／ＲＯは０．６５以上とすることが好ましい。あるいは、質量比（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｂ2Ｏ3は７．５〜２０の範囲であることが好ましい。失透温度を１２５０℃以下とすることにより、オーバーフローダウンドロー法の適用が可能となる。また、モバイル機器などに適用されることを考慮すると、軽量化の観点からはＳｒＯ及びＢａＯの合計含有量が０〜２質量％未満であることが好ましい。
なお、上記のフラットパネルディスプレイ用のガラス基板は、ヒ素を実質的に含まないことが好ましく、ヒ素およびアンチモンを実質的に含まないことがより好ましい。すなわち、これらの物質を含むとしても、それは不純物としてであり、具体的には、これらの物質は、Ａｓ2Ｏ3、および、Ｓｂ2Ｏ3という酸化物のものも含め、０．１質量％以下であることが好ましい。
上述した成分に加え、本実施形態及び変形例１，２で用いるガラスは、ガラスの様々な物理的、熔融、清澄、および、成形の特性を調節するために、様々な他の酸化物を含有しても差し支えない。そのような他の酸化物の例としては、以下に限られないが、ＳｎＯ2、ＴｉＯ2、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｏＯ3、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3、Ｙ2Ｏ3、および、Ｌａ2Ｏ3が挙げられる。ここで、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用ガラス基板は、泡に対する要求が特に厳しいので、上記酸化物の中では清澄効果が大きいＳｎＯ2を少なくとも含有することが好ましい。
以上、本発明のガラス導管およびガラス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。
１００ 熔解装置
１０１ 熔解槽
１０２ 清澄槽
１０３ 攪拌槽
１０４，１０５，１０６ ガラス導管
１１０ 管本体
１１２，１１４ フランジ
１１２ａ，１１４ａ 内環部
１１２ｂ，１１４ｂ 外環部
１１２ｂ1，１１４ｂ1 薄肉部
１１２ｂ2,１１４ｂ2 厚肉部
１１６，１１８ 電極
１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂ 分岐路
１１７，１１９ 切り欠き
１０１ 熔解槽
１０２ 清澄槽
１０３ 攪拌槽
１０４，１０５，１０６ ガラス導管
１１０ 管本体
１１２，１１４ フランジ
１１２ａ，１１４ａ 内環部
１１２ｂ，１１４ｂ 外環部
１１２ｂ1，１１４ｂ1 薄肉部
１１２ｂ2,１１４ｂ2 厚肉部
１１６，１１８ 電極
１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂ 分岐路
１１７，１１９ 切り欠き
Claims (7)
- 熔融ガラスを加熱しながら搬送するガラス導管であって、
金属製の管本体と、
前記管本体の長手方向の異なる位置に設けられた一対のフランジと、
前記管本体に電流を流して加熱するために、前記フランジのそれぞれに接続した電極と、を備え、
前記電極から前記フランジに至る電流路は、前記フランジのそれぞれに電流が流れるとき、前記フランジの周上の異なる２箇所に給電するために、電流を分岐させる分岐路を備え、
前記電極は、前記フランジの外縁に接続された板状電極であり、前記フランジと接続される前記電極の端部に形成された切り欠きによって前記電流路が二又に分かれることにより、前記分岐路が形成されている、ことを特徴とするガラス導管。 - 前記板状電極の幅方向における中心線の延びる方向は、前記管本体の断面の中心点から延びる放射方向であり、
前記切り欠きは、前記中心線上に形成されている、請求項１に記載のガラス導管。 - 前記板状電極の幅は、前記管本体の直径よりも大きく、かつ、前記フランジの外径以下である、請求項１または２に記載のガラス導管。
- 前記フランジは、前記管本体の周りを囲むように接続した内環部と、前記内環部の周りを取り囲み、前記電極と接続された外環部とを有し、
前記内環部の厚さが、前記外環部の厚さよりも薄い、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス導管。 - 前記外環部は、周上に厚肉部と前記厚肉部に比べて厚さの薄い薄肉部とを有し、前記電極と接続される前記フランジの接続部分は、前記薄肉部である、請求項４に記載のガラス導管。
- 前記管本体の中心点は、前記フランジの中心点に対して前記電極が前記フランジに延びる方向に向かってオフセットしている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス導管。
- ガラス板を製造するガラス板の製造方法であって、
ガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる熔解工程と、
前記熔融ガラスが内部を流れる金属管で構成された清澄槽を通電加熱することにより、前記熔融ガラスを清澄する清澄工程と、
前記清澄後の熔融ガラスを均質化する均質化工程と、
ガラス板を製造するために、均質化した前記熔融ガラスをシート状ガラスに成形する成形工程と、を含み、
前記熔解工程、前記清澄工程、前記均質化工程、及び前記成形工程の間の熔融ガラスの搬送のために、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラス導管を用いる、ことを特徴とするガラス板の製造方法。
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