JP6566824B2

JP6566824B2 - ガラス基板の製造方法

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Inventors: 諒鈴木
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Publication date: 2019-08-28
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Description

本発明は、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。特に、熔融ガラスからフロート法で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ことは比較的容易にできる。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、徐冷炉を長くすることは設備上あるいは操業操作上の点から難しい。このため、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のガラスを利用する、言い換えれば、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、熔融ガラス時の高温粘性や電気抵抗率も大きくなる傾向にある。

ここで、特許文献１（特表２０１２−５１７３９８号公報）に開示されているように、ガラス原料から溶融時の電気抵抗率が大きい熔融ガラスをつくる場合、熔解槽内の気相空間において、バーナー加熱により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（輻射伝熱）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（輻射伝熱）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。

特表２０１２−５１７３９８号公報

このように、熔解槽内の気相空間を高温化するためにバーナー加熱するとともに、熔解槽本体に設けられた電極対を介して溶融ガラスを通電加熱する場合、熔解槽の上層領域の溶融ガラスはバーナー加熱により温度が高くなり、加えて、通電加熱の電流は温度の高い領域へとより流れ易くなるため、電気密度が温度の高い領域へ偏り、通電加熱量を大きくするにつれて溶融ガラスの温度の高低差が増していく傾向となる。

熔解槽に貯留される溶融ガラスの温度の高低差が拡がると、熔融ガラスの液面近くで温度が著しく高くなる場合、清澄剤である酸化スズが分解し、後の清澄工程での泡の除去能力が低下する可能性がある。また、原料中のホウ酸が揮発により損失し、異質な熔融ガラスが生成し、これが混入することで脈理の原因になりうる。また、電極や耐火物が溶融ガラスと接する場所で温度の高い場所があると、電極や耐火物の侵食が激しくなり、熔解炉全体の寿命が縮まることとなる。
他方、溶融ガラスの温度が低い領域で、例えば、流出口が設けられる側壁側（短手方向）では、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、この異質素地が溶融ガラスの下方に沈み込んで流出口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。

そこで、本発明は、熔解槽に貯留される溶融ガラスの温度の高低差を縮小し、溶融ガラスの高温領域で生じる、電極や耐火物の侵食、清澄剤の損失を防ぎ、さらに、溶融ガラスの低温領域で生じる流出口側の側壁における異質素地の下方への沈み込みを減少させ、成形工程におけるガラス板の脈理の発生を抑制する、ガラス板の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、熔解槽において、１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱させる工程を含むガラス板の製造方法であって、前記熔解槽の側壁は、電流密度を制御する電流密度制御構造を有し、前記電流密度制御構造は、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物で構成され、少なくとも、電流密度の大きい領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第１耐火物と、電流密度の小さい領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第２耐火物とを有し、第２耐火物の電気抵抗率は、第１耐火物の電気抵抗率よりも低いことを特徴とする。

本発明の一態様は、熔解槽において、１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱させる工程を含むガラス板の製造方法であって、
前記熔解槽の側壁は、電流密度を制御する電流密度制御構造を有し、
前記電流密度制御構造は、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物で構成され、少なくとも、高温領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第１耐火物と、低温領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第２耐火物とを有し、第２耐火物の電気抵抗率は、第１耐火物の電気抵抗率よりも低いことを特徴とする、ガラス板の製造方法。

さらに、前記第１耐火物および第２耐火物は、ジルコニア系電鋳耐火物である、ことが好ましい。

さらに、前記電流密度制御構造の第２耐火物は、低温領域の溶融ガラスが接触する熔解槽側壁の隅部に設けられる、ことが好ましい。

さらに、前記溶融ガラスの高温領域および低温領域が、溶融槽モデルを用いた溶融ガラスの熱流体解析（ＣＦＤ）に基づいて特定される、ことが好ましい。

本発明の、電流密度制御構造を備えた熔解槽によれば、溶融ガラスの電流密度の偏りを抑制し、熔解槽中の溶融ガラスの温度の不均一（高低差）を改善することが可能となる。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を示す模式図である。本発明の実施形態の温度分布（電極１〜６）と、電流密度制御構造を含まない場合の温度分布（電極１〜６）を示す図である。電流密度制御構造による溶融ガラスの温度分布を示す図である。本発明の実施形態の一例を示す模式図である。本発明の実施形態の一例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について説明する。
本実施形態の一つ目は、熔解槽の側壁に電流密度を制御する電流密度制御構造を有し、該電流密度制御構造は、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物で構成され、少なくとも、電流密度の大きい領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第１の耐火物と、電流密度の小さい領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第２の耐火物とを備え、第２の耐火物の電気抵抗率は、第１の耐火物の電気抵抗率よりも低いことを特徴とする。

本実施形態の二つ目は、熔解槽の側壁に電流密度を制御する電流密度制御構造を有し、該電流密度制御構造は、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物で構成され、少なくとも、高温領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第１耐火物と、低温領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第２耐火物とを有し、第２耐火物の電気抵抗率は、第１耐火物の電気抵抗率よりも低いことを特徴とする。

電流密度制御構造の設定は、例えば、熔解槽モデルを用いて溶融ガラスをつくるシミュレーション計算を行って熔解槽の溶融ガラスにおける温度分布を予測計算し、予測計算で得られた温度分布で、溶融ガラスの温度が小さい、及び／又は、電流密度が小さい領域に、電流密度制御構造の第２の耐火物を設定する。

（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ため、熔解槽の上層領域の溶融ガラスはバーナー加熱により温度が高くなり、さらに、通電加熱の電流は温度の高い領域へとより流れ易くなり、電流密度が温度の高い領域へ偏り、結果、通電加熱量が大きくなるにつれて溶融ガラスの温度の高低差が増していく傾向となる。

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。

本実施形態では、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ための熔解槽１０１は、側壁１１０ｂにおいて溶融ガラスの電流密度を制御する電流密度制御構造を有する。

（１）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以上である。

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。

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１１０が備える４つの側壁１１０ｂのうち、少なくとも、１つの側壁１１０ｂが、溶融ガラスの電流密度を制御する電流密度制御構造を有する。電流密度制御構造は、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物から構成され、溶融ガラスの温度領域および電流密度によって、電気抵抗率の異なる耐火物の構造配置が決定される。電流密度制御構造では、電気抵抗率の高い耐火物が高温領域及び／又は電流密度の大きい領域の溶融ガラスに接触し、電気抵抗率の低い耐火物が低温領域及び／又は電流密度が小さい領域の溶融ガラスに接触するように、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物が配置され、熔解槽の構造を構成する。

たとえば、熔解槽における溶融ガラスの各領域〔i）上層領域、ii）中層領域、iii）低層領域、iv）電極が設けられない側壁領域、v）熔解槽の角領域〕の温度分布は偏る傾向にある。通電加熱の効果が得られ易い電極対１１４に挟まれる領域で、且つ、バーナー加熱が伝わり易い上層領域から中層領域は、溶融ガラスが高温となる傾向が高い（溶融ガラスの高温領域）。バーナー加熱の熱が伝わり難い低層領域で、且つ、通電加熱の効果が得られ難い熔解槽の角領域又は電極が設けられない側壁領域は、溶融ガラスが低温となる傾向が高い（溶融ガラスの低温領域）。さらに、通電加熱量が大きくなるほど、溶融ガラスの低温領域では、温度が低いため、電流密度が小さくなる傾向がある。

溶融ガラスの高温領域および低温領域の特定は、バーナー加熱、通電加熱など溶融ガラスの温度制御する各条件にもとづいて特定される。また、溶融槽モデルを用いた溶融ガラスの熱伝導のシミュレーション計算にもとづいて、溶融ガラスの高温領域および低温領域を特定することもできる。

電気抵抗率の高い耐火物として（第１耐火物）、１５００℃での電気抵抗率が５０Ω・ｃｍ〜５００Ω・ｃｍ、１６００℃での電気抵抗率が３０Ω・ｃｍ〜２００Ω・ｃｍの電鋳耐火物が用いられ、ジルコニア系電鋳耐火物、アルミナ−ジルコニア−シリカ系電鋳耐火物、等が挙げられる。なかでも、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質の耐火物のうち、電気抵抗率を高くする目的でガラス相が調整されているものを用いるのが好ましい。例えば、サンゴバン・ティーエム社製のジルコニア系高抵抗電鋳耐火物（ＳＣＩＭＯＳ−ＣＺ、ＳＣＩＭＯＳ−ＭＣＺ）が用いられる。また、高精細用低収縮ガラス基板を製造するために電気抵抗率の高いガラスを溶融する場合、熔解槽の側壁の電流密度制御構造における電気抵抗率の高い耐火物（第１耐火物）としては、酸化タンタルなどの添加によりさらに高抵抗化された耐火物を用いるのも、好ましい。

電気抵抗率の低い耐火物として（第２耐火物）、１５００℃での電気抵抗率が２０Ω・ｃｍ〜２００Ωｃｍ、１６００℃での電気抵抗率が２０Ωｃｍ〜１００Ωｃｍの電鋳耐火物で、例えば、ジルコニア系電鋳耐火物、アルミナ−ジルコニア−シリカ系電鋳耐火物、等が挙げられる。なかでも、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。例えば、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−Ｚ）が用いられる。また、高精細用低収縮ガラス基板を製造するために、電気抵抗率の高いガラスを溶融する場合、熔解槽の電流密度制御構造における電気抵抗率の低い耐火物（第２耐火物）としては、ジルコニア電鋳耐火物のうち、電気抵抗率を高くする目的でガラス相が調整されているものも、好ましい。

電気抵抗率の高い耐火物（第１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（第２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。電気抵抗率および熱伝導率がこれらの範囲にあると、保温性に優れ、且つ、電流密度制御構造の効果を高めることができる。

電気抵抗率の高い耐火物（第１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（第２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。

電気抵抗率の高い耐火物（第１耐火物）の厚みは、６０ｍｍ〜３００ｍｍである。電気抵抗率の低い耐火物（第２耐火物）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。

（２）特徴
本発明の熔解槽本体１１０が備える４つの側壁１１０ｂのうち、少なくとも１つの側壁１１０ｂは、溶融ガラスの電流密度を制御する電流密度制御構造を有する。電流密度制構造は、上述したように、熔解槽に貯留される溶融ガラスの温度領域における電流密度の偏りを制御するための構造である。

電流密度制御構造は、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物で構成される。電流密度制御構造における耐火物の構成は、電気抵抗率の高い耐火物（第１耐火物）が電流密度の大きい領域の溶融ガラスに接触し、電気抵抗率の低い耐火物（第２耐火物）が電流密度の小さい領域の溶融ガラスに接触するように、配置される。

あるいは、電流密度制御構造は、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物で構成される。電流密度制御構造における耐火物の構成は、電気抵抗率の高い耐火物（第１耐火物）が高温領域の溶融ガラスに接触し、電気抵抗率の低い耐火物（第２耐火物）が低温領域の溶融ガラスに接触するように、配置される。

熔解槽本体１１０に貯留される溶融ガラスにおける各領域の温度分布は偏る傾向にある。電極対１１４に挟まれる電流密度の大きい領域で、溶融ガラスの中層領域から上層領域では、溶融ガラスが高温となる傾向にある（溶融ガラスの高温領域）。電流密度の小さい熔解槽の角領域又は電極が設けられない側壁領域では、溶融ガラスが低温となる傾向にある（溶融ガラスの低温領域）。

溶融ガラスの高温領域と低温領域の温度分布の差は、通電加熱量が大きくなるにつれ、拡大する傾向にある。これは、電流は温度の高いところへより流れ易くなるため、バーナー加熱により温度が高くなる溶融ガラス領域、電極対に挟まれ通電加熱により温度が高くなる溶融ガラス領域では、より多くの電流が流れ易くなる傾向となる。他方、バーナー加熱や通電加熱の熱量が到達し難い溶融ガラス領域では、低温となり、電流密度がより小さくなる傾向となる。

本実施形態の電流密度制御構造を、熔解槽本体１１０が備える４つの側壁１１０ｂのうち、少なくとも１つの側壁１１０ｂに備え、電気抵抗率の高い耐火物（第１耐火物）が高温領域で且つ電流密度が大きい領域の溶融ガラスに接触し、さらに、電気抵抗率の低い耐火物（第２耐火物）が低温領域で且つ電流密度が小さい領域の溶融ガラスに接触することで、電流密度の偏りを抑制し、上述のような溶融ガラスの温度分布の偏りを均一化することができる。
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、溶融ガラスＭＧの熱伝導のシミュレーションを行って熔解槽１０１全体の温度分布を求める。求めた温度分布において、溶融ガラスの温度が低く、なお且つ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、電流密度制御構造の耐火物２の配置を決定した。

実施形態１では、図５に示されるとおり、熔解槽の４つの側壁のうち、溶解槽の長手方向の側壁のうちの一つにおいて、両角の側壁部位、電極直下の側壁部位、および電極下側で底壁１１０ａと隣接する側壁部位を第２の耐火物とし、これらの側壁部位の他は全て第１の耐火物として、電流密度制御構造を設置した。第２の耐火物の電気抵抗率は、第１の耐火物の電気抵抗率よりも低くする。第１の耐火物としてサンゴバン・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℃））、第２の耐火物としてサンゴバン・ティーエム社製のジルコニア系電鋳耐火物（ＳＣＩＭＯＳ−Ｚ）、電気抵抗率４６Ω・ｃｍ（１６００℃））を使用する。

このように、長手方向の側壁において、両角の側壁部位と、電極直下の側壁部位と、電極下側で底壁１１０ａと隣接する側壁部位とを第２の耐火物とし、本発明の電気密度制御構造を設けた場合、第２の耐火物の電気抵抗率は第１の耐火物の電気抵抗率よりも低いため、通電加熱量が大きくなるにつれ、第２の耐火物に接触する溶融ガラスＭＧの領域へと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ていき、第２の耐火物に接触する領域の溶融ガラス温度は、電流密度制御構造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、温度の不均一が改善される。

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、電流密度制御構造が設けられ、第２の耐火物に接触する溶融ガラスＭＧの領域の電流密度がより大きくなり、第２耐火物に接触する溶融ガラスＭＧの領域の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７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、熔解槽本体の設計において、溶融ガラスＭＧの熱伝導のシミュレーションを行って熔解槽１０１全体の温度分布を求め、溶融ガラスの温度が低く、なお且つ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８に示されるとおり、実施形態２で設けられる耐火物２の位置に加え、さらに、電極が配置されない短手方向の側壁部位にも第２耐火物を設け、電流密度制御構造とする。実施形態１と同様、第２の耐火物の電気抵抗率は、第１の耐火物の電気抵抗率よりも低くし、第１の耐火物としてサンゴバン・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℃））、第２の耐火物としてサンゴバン・ティーエム社製のジルコニア系電鋳耐火物（ＳＣＩＭＯＳ−Ｚ）、電気抵抗率４６Ω・ｃｍ（１６００℃））を使用する。

実施形態２（図８）のようにして本発明の電流密度制御構造を設けた場合においても、第２の耐火物の電気抵抗率は第１の耐火物の電気抵抗率よりも低いため、通電加熱量が大きくなるにつれ、第２の耐火物に接触する溶融ガラスＭＧの領域へと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ていき、第２の耐火物に接触する領域の溶融ガラス温度は、電流密度制御構造を設けない場合と比べ、より高くなる。この結果、温度の不均一が改善される。

実施形態３
実施形態１と同様、熔解槽本体の設計において、溶融ガラスＭＧの熱伝導のシミュレーションを行って熔解槽１０１全体の温度分布を求め、溶融ガラスの温度が低く、なお且つ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９に示されるとおり、長手方向の２つの側壁のうちの一つを全て第２耐火物として、電流密度制御構造とする。実施形態１と同様、第２の耐火物の電気抵抗率は、第１の耐火物の電気抵抗率よりも低くし、第１の耐火物としてサンゴバン・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℃））、第２の耐火物としてサンゴバン・ティーエム社製のジルコニア系電鋳耐火物（ＳＣＩＭＯＳ−Ｚ）、電気抵抗率４６Ω・ｃｍ（１６００℃））を使用する。

実施形態３（図９）のようにして本発明の電流密度制御構造を設けた場合においても、実施形態１および２と同様、温度の不均一が改善される。

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）
１２１第１耐火物
１２２第２耐火物

Claims

熔解槽において、１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱させる工程を含むガラス板の製造方法であって、
前記熔解槽の側壁は、電流密度を制御する電流密度制御構造を有し、
前記電流密度制御構造は、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物で構成され、少なくとも、電流密度の大きい領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第１耐火物と、電流密度の小さい領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第２耐火物とを有し、第２耐火物の電気抵抗率は、第１耐火物の電気抵抗率よりも低いことを特徴とする、ガラス板の製造方法。
熔解槽において、１５５０℃における電気抵抗率が１３０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱させる工程を含むガラス板の製造方法であって、
前記熔解槽の側壁は、電流密度を制御する電流密度制御構造を有し、
前記電流密度制御構造は、電気抵抗率の異なる２種以上の耐火物で構成され、少なくとも、高温領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第１耐火物と、低温領域の溶融ガラスに接触するように設けられる第２耐火物とを有し、第２耐火物の電気抵抗率は、第１耐火物の電気抵抗率よりも低いことを特徴とする、ガラス板の製造方法。
前記第１耐火物および第２耐火物は、ジルコニア系電鋳耐火物である、請求項１又は２に記載のガラス板の製造方法。
前記電流密度制御構造の第２耐火物は、低温領域の溶融ガラスが接触する熔解槽側壁の隅部に設けられる、ことを特徴とする、請求項２又は３に記載のガラス板の製造方法。
前記溶融ガラスの高温領域および低温領域が、溶融槽モデルを用いた溶融ガラスの熱伝導シミュレーションに基づいて特定される、請求項２から４のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。