JP6714677B2 - ガラス基板製造装置、及びガラス基板の製造方法 - Google Patents
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上記ガラス熔解窯では、ガラス原料の投入端側の領域から導出端側の領域に至る途中のホットスプリング領域に、通電方向を窯の長さ方向とした複数対の電極を適宜間隔で窯の幅方向全長に亘って複列配置することにより、熔融ガラスのホットスプリングを強調している。これにより、半熔融状態等のガラスが導出端側へ早流れすることを抑えている。
ガラス原料を熔解し、熔融ガラスをつくる熔解槽を備え、
前記熔解槽は、前記熔融ガラスと接する壁部と、前記壁部のうち前記熔融ガラスを囲む側壁に設けられた複数の電極対と、前記側壁のうち、前記複数の電極対が並ぶ方向と交差するように延在した部分に設けられ、前記熔融ガラスを外部に流出させる流出口と、を有し、
前記側壁の前記部分のうち前記流出口の周りの第1の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の部分よりも離れて位置する前記壁部のうちの第2の部分の材料よりも導電率が大きく、
前記第2の部分は、前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対の周りに設けられ、
前記第2の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の電極対よりも離れて配置された第2の電極対の周りの第3の部分の材料よりも導電率が小さく、
前記第1の部分の材料は、前記第3の部分の材料よりも導電率が大きい、ことを特徴とする。
本発明の別の一態様は、ガラス基板製造装置であって、
ガラス原料を熔解し、熔融ガラスをつくる熔解槽を備え、
前記熔解槽は、前記熔融ガラスと接する壁部と、前記壁部のうち前記熔融ガラスを囲む側壁に設けられた複数の電極対と、前記側壁のうち、前記複数の電極対が並ぶ方向と交差するように延在した部分に設けられ、前記熔融ガラスを外部に流出させる流出口と、を有し、
前記側壁の前記部分のうち前記流出口の周りの第1の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の部分よりも離れて位置する前記壁部のうちの第2の部分の材料よりも導電率が大きく、
前記電極対が並ぶ方向において、前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対と、前記流出口との間隔Mは、前記流出口から最も離れて位置する前記第2の部分の端と、前記第1の電極対との間隔Nより長い、ことを特徴とする。
熔解槽を用いてガラス原料を熔解し、熔融ガラスをつくる熔解工程を有し、
前記熔解槽は、前記熔融ガラスと接する壁部と、前記壁部のうち前記熔融ガラスを囲む側壁に設けられた複数の電極対と、前記側壁のうち、前記複数の電極対が並ぶ方向と交差するように延在した部分に設けられ、前記熔融ガラスを外部に流出させる流出口と、を有し、
前記側壁の前記部分のうち前記流出口の周りの第1の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の部分よりも離れて位置する前記壁部のうちの第2の部分の材料よりも導電率が大きく、
前記第2の部分は、前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対の周りに設けられ、
前記第2の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の電極対よりも離れて配置された第2の電極対の周りの第3の部分の材料よりも導電率が小さく、
前記第1の部分の材料は、前記第3の部分の材料よりも導電率が大きい、ことを特徴とする。
本発明の別の一態様は、ガラス基板の製造方法であって、
熔解槽を用いてガラス原料を熔解し、熔融ガラスをつくる熔解工程を有し、
前記熔解槽は、前記熔融ガラスと接する壁部と、前記壁部のうち前記熔融ガラスを囲む側壁に設けられた複数の電極対と、前記側壁のうち、前記複数の電極対が並ぶ方向と交差するように延在した部分に設けられ、前記熔融ガラスを外部に流出させる流出口と、を有し、
前記側壁の前記部分のうち前記流出口の周りの第1の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の部分よりも離れて位置する前記壁部のうちの第2の部分の材料よりも導電率が大きく、
前記電極対が並ぶ方向において、前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対と、前記流出口との間隔Mは、前記流出口から最も離れて位置する前記第2の部分の端と、前記第1の電極対との間隔Nより長い、ことを特徴とする。
(ガラス基板の製造方法の全体概要)
図1は、本実施形態のガラス基板の製造方法の工程の一例を示す図である。ガラス基板の製造方法は、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)、および、切断工程(ST7)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、梱包工程等を有してもよい。製造されたガラス基板は、必要に応じて梱包工程で積層され、納入先の業者に搬送される。
清澄工程(ST2)では、熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、CO2あるいはSO2を含んだ泡が発生する。この泡が熔融ガラス中に含まれる清澄剤(酸化スズ等)の還元反応により生じた酸素を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に浮上して放出される。その後、清澄工程では、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄剤による酸化反応及び還元反応は、熔融ガラスの温度を制御することにより行われる。
供給工程(ST4)では、撹拌された熔融ガラスが成形装置に供給される。
成形工程(ST5)では、熔融ガラスをシートガラスに成形し、シートガラスの流れを作る。成形には、オーバーフローダウンドロー法が用いられる。
徐冷工程(ST6)では、成形されて流れるシートガラスが所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。
切断工程(ST7)では、徐冷後のシートガラス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られる。
図2は、本実施形態における熔解工程(ST1)〜切断工程(ST7)を行うガラス基板製造装置の概略図である。ガラス基板製造装置は、図2に示すように、主に熔解装置100と、成形装置108と、切断装置109と、を有する。熔解装置100は、熔解槽101と、清澄管102と、撹拌槽103と、移送管104、105と、ガラス供給管106と、を有する。
図2に示す熔解槽101には、バーナー112(図3及び図4参照)等の加熱手段が設けられている。熔解槽には清澄剤が添加されたガラス原料が投入され、熔解工程(ST1)が行われる。熔解槽101で熔融した熔融ガラスは、移送管104を介して清澄管102に供給される。
清澄管102では、熔融ガラスMGの温度を調整して、清澄剤の酸化還元反応を利用して熔融ガラスの清澄工程(ST2)が行われる。具体的には、清澄管102内の熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、CO2あるいはSO2を含んだ泡が、清澄剤の還元反応により生じた酸素を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に浮上して気相空間に放出される。その後、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄後の熔融ガラスは、移送管105を介して撹拌槽103に供給される。
撹拌槽103では、撹拌機107によって熔融ガラスが撹拌されて均質化工程(ST3)が行われる。撹拌槽103で均質化された熔融ガラスは、ガラス供給管106を介して成形装置108に供給される(供給工程ST4)。
成形装置108では、オーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスからシートガラスSGが成形され(成形工程ST5)、徐冷される(徐冷工程ST6)。
切断装置109では、シートガラスSGから切り出された板状のガラス基板が形成される(切断工程ST7)。
図3は、本実施形態の熔解槽101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に沿った断面図である。
熔解槽101は、主として、熔解槽本体を構成する壁110と、バーナー112と、電極対114と、迫部113とを備える。
熔解槽101は、例えば、ガラス原料を、熔解槽101に蓄えられた熔融ガラスMGの液面101cの略全面に投入することにより、液面を含む表層において均一にガラス原料が熔融した熔融ガラスを作る。さらに、熔解槽101は、熔解槽101の内側側壁のうち、図3中の左右方向(第1の方向)に向く内側側壁の底部に設けられた流出口104aから後工程に向けて熔融ガラスMGを流す。第1の方向とは、図3において、熔解槽101の長手方向であり、ガラス原料の投入口から移送管104へ向かう方向であるとともに、複数の電極対114が並ぶ方向である。
熔解槽101では、熔融ガラスMGの液面の略全面に投入され、常に熔融ガラスMGの液面101cをガラス原料が覆うように浮遊していることによって、熔融ガラスMGの熱が液面101cを通して、気相である上部空間101bに放射されず、熔融ガラスMGの液面を含む表層において均一にガラス原料が熔融した熔融ガラスを形成させることができる。
本実施形態では、熔解槽101には3つの電極対114が設けられるが、2つあるいは4つ、5つ、6つ以上の電極対が設けられてもよい。
熔解槽101の壁部は、液槽101aを構成する壁110の部分であり、図5及び図7には、このうち、内側側壁110a、底壁110c、及び、図3中の右側側壁が示されている。なお、図5及び図7において、3つの電極対114は、流出口104aから近い順に、電極対114a、電極対114b、電極対114cで表される。
電極対114aの間を流れる電流は、熔融ガラスMGだけでなく、第1の部分111aにも流れる。上記したように、第1の部分111aの材料の導電率が、第2の部分111bの材料の導電率より大きいと、第1の部分111aを流れる電流量は、第1の部分111aの材料の導電率が第2の部分111bの材料の導電率と等しい場合と比べ、熔融ガラスMGを流れる電流量に対して多くなる。このため、第1の部分111aにより消費される電力が増加し、第1の部分111aの発熱量が大きくなる。したがって、流出口104a付近に位置する熔融ガラスMGは、通電によって加熱されることに加え、第1の部分111aによっても加熱され、さらにその周囲に位置する熔融ガラスMGに対して相対的に温度が上昇する。これにより、流出口104aの近傍で、熔融ガラスMGの液面付近から下方向に向かって流れる下降流の発生が抑制される。また、このような下降流の発生を抑制する効果によって、熔融ガラスMG内に生じている下降流の速度を低減することもできる。本明細書において、導電率は、熔解工程(ST1)を行うときの熔解槽101内の熔融ガラスMGの温度(例えば1500℃)における導電率を意味する。
一方で、第1の部分111aの材料の導電率が、第2の部分111bの材料の導電率に対して過度に大きいと、第1の部分111aの発熱量が大きくなりすぎ、これにより、第1の部分111aの一部が熔融ガラスMG中に溶出し、第1の部分111aの損耗が進行する場合がある。このため、第1の部分111aの材料の導電率は、第2の部分111bの材料の導電率の20倍以下であることが好ましく、15倍以下であることがより好ましい。
第1から第3の部分111a〜111cの材料の導電率が、上記した大小関係を満たしていると、第1の部分111a付近の熔融ガラスMGの温度上昇量が、さらにその周囲の熔融ガラスMGの温度上昇量に対して大きくなり、熔融ガラスMGの間の温度差が強調されるので、流出口104aの近傍での下降流の発生を効果的に抑制できる。
また、上記した導電率(S/m)の大小関係を満たす、第1から第3の部分111a〜111cの好ましい電気抵抗率(Ω・cm)の範囲として、1500℃において、第1の部分111aの電気抵抗率50〜90Ω・cm、第2の部分111bの電気抵抗率200〜600Ω・cm、第3の部分111cの電気抵抗率90〜400Ω・cmが挙げられる。
第1から第3の部分111a〜111cの材料の具体例として、ジルコニア系電鋳耐火物が挙げられる。ジルコニア系電鋳耐火物は、ジルコニア(ZrO2)の含有量が90質量%以上である耐火物である。ジルコニア系電鋳耐火物の好ましい具体例としては、サンゴバン・ティーエム(SAINT-GOBAIN TM)社のSCIMOSシリーズのジルコニア系電鋳耐火物が挙げられ、例えば、第1の部分111aの材料としてSCIMOS Zが挙げられ、第2の部分111bの材料としてSCIMOS MCZが挙げられ、第3の部分111cの材料としてSCIMOS CZが挙げられる。
間隔Aの好ましい長さは、例えば、間隔Bの長さの100%を超え、150%以下である。
間隔Mの好ましい長さは、例えば、間隔Nの100%を超え、150%以下である。
下降流を抑制する効果を高めるために、電極対114aの間を流れる電流量I1は、電極対114bの間を流れる電流量I2の2倍以上であることが好ましい。
一方で、電極対114aの間を流れる電流量が、電極対114bの間を流れる電流量に対して過度に大きいと、第1の部分111aの発熱量が大きくなりすぎ、これにより、第1の部分111aの一部が熔融ガラスMG中に溶出し、第1の部分111aの損耗が進行する場合がある。このため、電極対114aの間を流れる電流量I1は、電極対114bの間を流れる電流量I2の5倍以下であることが好ましく、4倍以下であることがより好ましい。
熔解工程では、熔融ガラスMGの下層において熔融ガラスMGの温度分布に起因した対流が生じないように、熔融ガラスMGの深さ方向に沿って下層の温度を、調整することが好ましい。このような熔融ガラスMGの流れをつくることにより、流出口104aの近傍で熔融ガラスMGの下降流を発生し難くすることができる。熔融ガラスMGの下層とは、熔融ガラスMGの表層以外の領域をいう。熔融ガラスMGの表層とは、液面101cから熔解槽101の底部に向かった深さの5%以下の範囲内の液面101cを含む領域をいう。なお、流出口104aは、熔解槽101の底部に設けられており、熔解槽101の底部とは、下層の一部であって、底面側に位置する領域、好ましくは、熔解槽101の深さ方向において底面からの高さが、液面101cと熔解槽101の底面との間の深さの1/2の以下である領域をいう。
上記した下層の温度の調整は、具体的には、下層に位置する熔融ガラスMGのうち、熔解槽101の第1の方向(図3中の左右方向)の両端部に位置する熔融ガラスに与える熱量を少なくとも調整する(大きくする)ことにより、下層における温度分布を均一化させることで行う。このように両端部に位置する熔融ガラスに与える熱量を少なくとも調整するのは、図3中の左右の側壁から外部に熱が放出され易く、上記両端部における熔融ガラスMGの温度は中央部に比べて低くなり易いからである。すなわち、温度が低下し易い両端部に位置する熔融ガラスの温度が上昇するように、両端部に位置する熔融ガラスに与える熱量を調整する。このため、温度が低下し易い両端部に位置する熔融ガラスMGの温度が上昇するように、図3中の左側側壁のうち液槽を構成する部分(第4の部分)の材料の導電率を、この部分に最も接近して配置された電極対114cの周りの壁部の材料の導電率よりも大きくすることが好ましい。例えば、第4の部分の材料には、第1の部分111aと同じ材料、あるいは、第1の部分111aの材料よりも導電率が高い材料が用いられる。また、第4の部分は、内側側壁110a、110bの間の間隔の好ましくは50%以上、より好ましくは80%以上、特に好ましくは100%の範囲にわたって配置されている。さらに、これらの態様と合わせて、3つの電極対114に供給する電力を、第1の方向の中央部の電極対114bに比べて、両側に位置する電極対114a、114cを高く設定することも好ましい。
以上のように熔解工程を行うことにより、熔融ガラスMGは、下層における熔融ガラスMGの温度分布に起因した対流を起こすことなく、熔融ガラスMGの流出口104aからの流出に引っ張られて、図9に示す矢印のように流れる。
このようにして、成形されたガラス基板において脈理等が発生してガラス品質が低下することが抑制される。
SiO2:55−80質量%
Al2O3:8−20質量%
B2O3:0−18質量%
RO 0〜17モル%(ROはMgO、CaO、SrO及びBaOの合量)、
R’2O 0〜2モル%(R’2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合量)。
ROのうち、MgOが0〜10質量%、CaOが0〜10質量%、SrOが0〜10質量%、BaOが0〜10質量%であることが好ましい。
さらに、熔融ガラス中で価数変動する金属の酸化物(酸化スズ、酸化鉄)を合計で0.05〜1.5質量%含んでいることが好ましい。
AS2O3、Sb2O3、PbOを実質的に含まないことが好ましいが、これらを任意に含んでいてもよい。
また、ガラス中で価数変動する金属の酸化物(酸化スズ、酸化鉄)を合計で0.05〜1.5質量%含み、As2O3、Sb2O3及びPbOを実質的に含まないということは必須ではなく任意である。
また、本実施形態で製造されるガラス基板は、カバーガラス、磁気ディスク用ガラス、太陽電池用ガラス基板などにも適用することが可能である。
101 熔解槽
102 清澄管
103 撹拌槽
104、105 移送管
104a 流出口
106 ガラス供給管
107 撹拌機
108 成形装置
109 切断装置
110 壁
110a、110b 内側側壁
111a 第1の部分
111b 第2の部分
111c 第3の部分
114 電極対
MG 熔融ガラス
SG シートガラス
Claims (8)
- ガラス基板製造装置であって、
ガラス原料を熔解し、熔融ガラスをつくる熔解槽を備え、
前記熔解槽は、前記熔融ガラスと接する壁部と、前記壁部のうち前記熔融ガラスを囲む側壁に設けられた複数の電極対と、前記側壁のうち、前記複数の電極対が並ぶ方向と交差するように延在した部分に設けられ、前記熔融ガラスを外部に流出させる流出口と、を有し、
前記側壁の前記部分のうち前記流出口の周りの第1の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の部分よりも離れて位置する前記壁部のうちの第2の部分の材料よりも導電率が大きく、
前記第2の部分は、前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対の周りに設けられ、
前記第2の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の電極対よりも離れて配置された第2の電極対の周りの第3の部分の材料よりも導電率が小さく、
前記第1の部分の材料は、前記第3の部分の材料よりも導電率が大きい、ことを特徴とするガラス基板製造装置。 - ガラス基板製造装置であって、
ガラス原料を熔解し、熔融ガラスをつくる熔解槽を備え、
前記熔解槽は、前記熔融ガラスと接する壁部と、前記壁部のうち前記熔融ガラスを囲む側壁に設けられた複数の電極対と、前記側壁のうち、前記複数の電極対が並ぶ方向と交差するように延在した部分に設けられ、前記熔融ガラスを外部に流出させる流出口と、を有し、
前記側壁の前記部分のうち前記流出口の周りの第1の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の部分よりも離れて位置する前記壁部のうちの第2の部分の材料よりも導電率が大きく、
前記電極対が並ぶ方向において、前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対と、前記流出口との間隔Mは、前記流出口から最も離れて位置する前記第2の部分の端と、前記第1の電極対との間隔Nより長い、ことを特徴とするガラス基板製造装置。 - 前記第1の部分は、前記電極対をなす2つの電極を結ぶ方向に沿った前記流出口の両側のそれぞれに、当該電極が設けられた側壁の間の間隔の25%以上の範囲に配置されている、請求項1又は2に記載のガラス基板製造装置。
- 前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対の間を流れる電流量は、前記流出口に対して前記第1の電極対よりも離れて配置された第2の電極対の間を流れる電流量よりも多い、請求項1から3のいずれか1項に記載のガラス基板製造装置。
- 前記第1の部分の材料の導電率の大きさは、前記第2の部分の材料の導電率の大きさの20倍以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載のガラス基板製造装置。
- ガラス基板の製造方法であって、
熔解槽を用いてガラス原料を熔解し、熔融ガラスをつくる熔解工程を有し、
前記熔解槽は、前記熔融ガラスと接する壁部と、前記壁部のうち前記熔融ガラスを囲む側壁に設けられた複数の電極対と、前記側壁のうち、前記複数の電極対が並ぶ方向と交差するように延在した部分に設けられ、前記熔融ガラスを外部に流出させる流出口と、を有し、
前記側壁の前記部分のうち前記流出口の周りの第1の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の部分よりも離れて位置する前記壁部のうちの第2の部分の材料よりも導電率が大きく、
前記第2の部分は、前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対の周りに設けられ、
前記第2の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の電極対よりも離れて配置された第2の電極対の周りの第3の部分の材料よりも導電率が小さく、
前記第1の部分の材料は、前記第3の部分の材料よりも導電率が大きい、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。 - ガラス基板の製造方法であって、
熔解槽を用いてガラス原料を熔解し、熔融ガラスをつくる熔解工程を有し、
前記熔解槽は、前記熔融ガラスと接する壁部と、前記壁部のうち前記熔融ガラスを囲む側壁に設けられた複数の電極対と、前記側壁のうち、前記複数の電極対が並ぶ方向と交差するように延在した部分に設けられ、前記熔融ガラスを外部に流出させる流出口と、を有し、
前記側壁の前記部分のうち前記流出口の周りの第1の部分の材料は、前記流出口に対して前記第1の部分よりも離れて位置する前記壁部のうちの第2の部分の材料よりも導電率が大きく、
前記電極対が並ぶ方向において、前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対と、前記流出口との間隔Mは、前記流出口から最も離れて位置する前記第2の部分の端と、前記第1の電極対との間隔Nより長い、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 前記熔解工程では、前記電極対のうち前記流出口に最も接近して配置された第1の電極対の間を流れる電流量を、前記流出口に対して前記第1の電極対よりも離れて配置された第2の電極対の間を流れる電流量よりも多くする、請求項6又は7に記載のガラス基板の製造方法。
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