JP6986958B2

JP6986958B2 - ガラス基板製造装置、及びガラス基板の製造方法

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Publication number: JP6986958B2
Application number: JP2017251905A
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Inventors: 将守本
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Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2021-12-22
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Description

本発明は、ガラス基板製造装置、及びガラス基板の製造方法に関する。

一般に、ガラス板製造装置は、ガラス原料から熔融ガラスを生成させる熔融槽と、熔融ガラスをガラス板へと成形する成形装置とを備えている。また、ガラス板製造装置は、製造するべきガラス板の種類によっては、熔融ガラスが内包する微小な気泡を除去するための清澄槽をさらに備えている。例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いるアクティブマトリックス型液晶ディスプレイ（以下、「ＴＦＴ−ＬＣＤ」ということがある）の基板に適したガラス板は、清澄槽を備えた装置を用いて製造されている。

ガラス板製造装置において熔融ガラスに接する部材の内壁は、その部材と接する熔融ガラスの温度、要求されるガラス板の品質等に応じ、適切な材料により構成する必要がある。ＴＦＴ−ＬＣＤ基板用ガラス板を製造するガラス板製造装置において、清澄槽及び移送管は、通常、白金族金属により構成されていてその内部を熔融ガラスが通過する導管（容器）と、導管を支持する耐火物支持体とを備えている。耐火物支持体は、典型的には、耐火レンガにより構成される。高価な白金族金属は薄く引き延ばされて使用されるため、耐火レンガは、強度が不足する導管を補強する支持体、さらには導管を保温する断熱体としての役割を果たす。

ところで、高温に加熱された導管の表面に酸素が供給されると、白金族金属がＰｔＯ₂等の金属酸化物となる。この金属酸化物は高温では揮発する傾向があるため、白金族金属の酸化は容器の薄肉化をもたらすことになる。容器の薄肉化が進行すると、移送管を通過する熔融ガラスによる内圧により、容器が変形又は破損するおそれが高まる。従来、白金族金属の酸化物の揮発を抑制し、導管の薄肉化を抑制するために、導管の外表面に形成した耐火性酸化物からなる溶射膜（被覆層）を設けたガラス基板製造装置が知られている（特許文献１）。

特許第６０９９０３７号公報

しかし、上記従来のガラス基板製造装置では、溶射膜の厚みが徐々に減り、やがて局所的に消失する場合があることがわかった。このように溶射膜が減耗すると、溶射膜による白金族金属の揮発を抑制する効果が損なわれ、導管が薄肉化するおそれがある。

そこで、本発明は、白金族金属を含む材料から構成された容器の被覆層の減耗を抑制することのできるガラス基板製造装置及びガラス基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、ガラス基板製造装置であって、
熔融ガラスを処理する処理装置を含み、
前記処理装置は、
白金族金属を含む材料から構成され、前記熔融ガラスを収容する容器と、
前記容器の外周面を被覆するよう設けられた、耐火性酸化物からなる被覆層と、
前記被覆層が設けられた前記容器を支持するよう前記容器を取り囲む耐火物支持体と、を備え、
前記耐火物支持体は、ＳｉＯ₂含有量が２質量％以下である耐火物材料からなる、ことを特徴とする。

前記処理装置は、さらに、前記被覆層と前記耐火物支持体との間に配置された不定形耐火物からなる耐火物保護層を備えていてもよい。

前記耐火物保護層は、前記耐火物支持体のＳｉＯ₂含有量に基づいて定められた厚さを有していることが好ましい。

前記容器は、第１の部分と、前記熔融ガラスを処理するときに前記第１の部分より高温になる第２の部分と、を有し、
前記耐火物支持体のＳｉＯ₂含有量は、前記第２の部分の周りにおいて、前記第１の部分の周りよりも少ないことが好ましい。

本発明の別の一態様は、ガラス基板の製造方法であって、
処理装置を用いて熔融ガラスを処理する処理工程を含み、
前記処理装置は、
白金族金属を含む材料から構成され、前記熔融ガラスを収容する容器と、
前記容器の外周面を被覆するよう設けられた、耐火性酸化物からなる被覆層と、
前記被覆層が設けられた前記容器を支持するよう前記容器を取り囲む耐火物支持体と、を備え、
前記耐火物支持体は、ＳｉＯ₂含有量が２質量％以下である耐火物材料からなる、ことを特徴とする。

本発明によれば、白金族金属を含む材料から構成された容器の被覆層の減耗を抑制することができる。

本実施形態の製造方法のフローを示す図である。ガラス基板製造装置の概略図である。清澄槽の構造の一例を示す断面図である。清澄槽の構造の一例を示す断面図である。溶射膜の減耗を説明する図である。

以下、本発明のガラス基板の製造方法、及びガラス基板製造装置について説明する。
（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図である。
ガラス基板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）と、清澄工程（ＳＴ２）と、供給工程（ＳＴ４）と、成形工程（ＳＴ５）と、を主に有する。また、均質化工程（ＳＴ３）と、徐冷工程（ＳＴ６）と、切断工程（ＳＴ７）と、を有していてもよい。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。

図２は、熔解工程（ＳＴ１）〜切断工程（ＳＴ７）を行うガラス基板製造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２００と、成形装置３００と、切断装置４００と、を有する。熔解装置２００は、熔解槽２０１と、清澄槽本体２０２と、撹拌槽２０３と、ガラス供給管２０４，２０５，２０６と、を主に有する。
なお、ガラス供給管２０４，２０５は、後述するように清澄機能を有するので、実質的に清澄槽を構成する。そこで、本実施形態では、清澄槽とは、清澄槽本体２０２と、ガラス供給管２０４，２０５を含むものとする。以降では、ガラス供給管２０４を第１清澄槽２０４、清澄槽本体２０２を第２清澄槽２０２、ガラス供給管２０５を第３清澄槽２０５という。

なお、熔融ガラスの流れ方向に沿って、熔解槽２０１と成形装置３００との間に配置された、第１清澄槽２０４，第３清澄槽２０５，ガラス供給管２０６、第２清澄槽２０２、撹拌槽２０３は、熔融ガラスを処理する処理装置である。これらの処理装置の本体部分は、それぞれ、熔融ガラスを収容する容器として機能し、白金族金属を含む材料から構成されている。第１清澄槽２０４および第３清澄槽２０５は円筒形状もしくは、樋形状を成している。
本明細書において、「白金族金属」は、白金族元素からなる金属を意味し、単一の白金族元素からなる金属のみならず白金族元素の合金を含む用語として使用する。ここで、白金族元素とは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）の６元素を指す。白金族金属は、高価ではあるが、融点が高く、熔融ガラスに対する耐食性にも優れている。

熔解工程（ＳＴ１）では、熔解槽２０１内に供給されたガラス原料を、少なくとも電極を用いた通電加熱により熔解することで、熔融ガラスを得る。電極を用いた通電加熱の他に、図示されない火焔を用いてガラス原料を熔解して熔融ガラスを得てもよい。

清澄工程（ＳＴ２）は、少なくとも第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５において行われる。清澄工程では、第１清澄槽２０４内の熔融ガラスＭＧが昇温されることにより、熔融ガラスＭＧ中に含まれるＯ_２、ＣＯ_２あるいはＳＯ_２等のガス成分を含んだ泡が、清澄剤であるＳｎＯ_２の還元反応により生じたＯ_２を吸収して成長し、熔融ガラスＭＧの液面に浮上して放出される。また、清澄工程では、熔融ガラスＭＧの温度の低下による泡中のガス成分の内圧が低下することと、ＳｎＯ_２の還元反応により得られたＳｎＯが熔融ガラスＭＧの温度の低下によって酸化反応をすることにより、熔融ガラスＭＧに残存する泡中のＯ_２等のガス成分が熔融ガラスＭＧ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ＭＧの温度を調整することにより行われる。熔融ガラスＭＧの温度の調整は、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５の温度を調整することにより行われる。各清澄槽の容器の温度の調整は、容器そのものへ電気を流す直接通電加熱、或いは、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５の周りに配置した加熱装置あるいは冷却装置を用いて行われる。また、図２では、清澄を行う槽が、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５の３つの部分に分かれているが、さらに細分化されてもよい。

本実施形態の熔融ガラスＭＧの温度の調整では、上述した方法の一つである直接通電加熱が用いられる。具体的には、第２清澄槽２０２に熔融ガラスＭＧを供給する第１清澄槽２０４に設けられた図示されない金属製フランジと、第２清澄槽２０２に設けられた金属製フランジとの間で電流を流し、さらに、第２清澄槽２０２に設けられた金属製フランジと、この金属フランジに対して熔融ガラスＭＧの下流側の第２清澄槽２０２の部分に設けられた金属製フランジとの間に電流を流すことにより熔融ガラスＭＧの温度が調整される。

均質化工程（ＳＴ３）では、第３清澄槽２０５を通って供給された撹拌槽２０３内の熔融ガラスＭＧを、スターラ２０３ａを用いて撹拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。撹拌槽２０３は２つ以上設けられてもよい。

供給工程（ＳＴ４）では、ガラス供給管２０６を通して熔融ガラスが成形装置３００に供給される。

成形装置３００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、熔融ガラスを板状ガラスＧに成形し、板状ガラスＧの流れを作る。本実施形態では、後述する成形体３１０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、成形されて流れる板状ガラスＧが、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４００において、成形装置３００から供給された板状ガラスＧを所定の長さに切断することで、ガラス基板を得る。なお、切断工程（ＳＴ７）は、必ずしも徐冷工程（ＳＴ６）の直後に設けられなくてもよい。例えば、端面の研削・研磨を行った後に切断工程（ＳＴ７）が設けられてもよい。

（清澄工程）
清澄工程は、脱泡工程と吸収工程とを含む。脱泡工程では、熔融ガラスＭＧを１６３０℃以上に昇温させて、清澄剤であるＳｎＯ_２が酸素を放出させ、この酸素を熔融ガラスＭＧの既存の泡に取り込ませ、既存の泡の泡径を拡大させる。これにより、熔融ガラスＭＧの温度上昇に起因した泡内のガス成分の内圧上昇による泡径の拡大と、熔融ガラスＭＧの温度上昇に起因した熔融ガラスＭＧの粘性の低下との相乗効果により、泡の浮上速度が高まり、脱泡が促進する。脱泡工程において、熔融ガラスの温度は、熔解工程後の温度範囲（例えば、１５６０〜１６２０℃）より高い温度範囲（例えば、１６３０〜１７００℃）に保たれる。
吸収工程では、脱泡工程とは逆に熔融ガラスＭＧの温度を低下させることにより、熔融ガラスＭＧ中の泡内の酸素を再び熔融ガラスＭＧに吸収させることと、熔融ガラスＭＧの温度低下により泡内のガス成分の内圧を低下させることとの相乗効果により、泡径を縮小させ、熔融ガラスＭＧ中に泡を消滅させる。

第１清澄槽２０４は、第２清澄槽２０２よりも管断面が小さく、かつ第２清澄槽２０２とは異なり上部開空間が気相である雰囲気空間を有していない。つまり、第１清澄槽２０４では、熔融ガラスＭＧが第１清澄槽２０４の内側断面全体に充填されて流れるため、第２清澄槽２０２と比較して効率的に熔融ガラスＭＧの温度を上昇させることができる。つまり、第２清澄槽２０２内で熔融ガラスＭＧの温度を１６３０℃以上まで昇温するよりも、第１清澄槽２０４内で熔融ガラスＭＧの温度を１６３０℃以上まで昇温する方が、第２清澄槽２０２の加熱温度を低くできるので、第２清澄槽２０２の容器を構成する白金族金属の揮発や熔損を抑制するという観点から好ましい。

続いて、この熔融ガラスＭＧが第２清澄槽２０２に導入される。
第２清澄槽２０２は、第１清澄槽２０４と異なり、第２清澄槽２０２内部の上部開空間が気相の雰囲気空間であり、熔融ガラスＭＧ中の泡が熔融ガラスＭＧの液面に浮上して熔融ガラスＭＧの外に放出できるようになっている。
第２清澄槽２０２では、第２清澄槽２０２の本体である容器の加熱により熔融ガラスＭＧは引き続き１６３０℃以上の高温に維持され、熔融ガラスＭＧ中の泡は、第２清澄槽２０２の上方に向かって浮上して、熔融ガラスＭＧの液表面で破泡することにより熔融ガラスＭＧは脱泡される。特に、熔融ガラスＭＧが１６３０℃以上まで加熱されると（例えば１６３０〜１７００℃になると）、ＳｎＯ_２は、還元反応を加速的に起こす。ここで、第２清澄槽２０２の上方の上部開空間で破泡、放出されたガス成分は、図示されない、ガス放出口より、第２清澄槽２０２外に放出される。第２清澄槽２０２において、泡の浮上、脱泡によって浮上速度の速い径の大きな泡が除去された熔融ガラスＭＧは、第３清澄槽２０５に導入される。

第３清澄槽２０５では、第３清澄槽２０５の本体である容器の冷却により、あるいは第３清澄槽２０５の加熱の程度を抑制することにより、熔融ガラスＭＧは冷却される。この冷却により熔融ガラスＭＧの温度が下がるので、泡の浮上、脱泡は行われず、残存した小さな泡内のガス成分の圧力は下がり、泡径は徐々に小さくなる。さらに、熔融ガラスＭＧの温度が１６００℃以下になると、脱泡工程においてＳｎＯ_２の還元反応で得られたＳｎＯの一部は酸素を吸収して、ＳｎＯ_２に戻ろうとする。このため、泡内のガス成分である酸素は、熔融ガラスＭＧ中に再吸収され、泡はますます小さくなり、熔融ガラスＭＧ中に吸収されて最終的に消失する。この時、熔融ガラスＭＧは、１６００℃から１５００℃の温度範囲で冷却される。
なお、第３清澄槽２０５は、第２清澄槽２０２よりも断面が小さいため、第２清澄槽２０２と比較して効率的に熔融ガラスＭＧを冷却させることができる。つまり、第２清澄槽２０２内で熔融ガラスＭＧの温度を冷却するよりも、第３清澄槽２０５内で熔融ガラスＭＧの温度を冷却する方が、降温速度を速くできる観点から好ましい。

ここで、清澄工程における熔融ガラスの温度は、ガラス基板製造工程の他の工程における温度よりも高い。また、脱泡工程における熔融ガラス温度は、吸収工程における熔融ガラス温度よりも高い。つまり、ガラス基板製造工程の全工程の中で、脱泡工程における熔融ガラス温度が最も高い。

なお、上記説明では簡略化のために、第１清澄槽２０４では熔融ガラスＭＧが１６３０℃まで昇温され、第２清澄槽２０２では、熔融ガラスＭＧの泡の浮上、脱泡が行われ、第３清澄槽２０５では、熔融ガラスＭＧが熔融ガラスＭＧの降温により泡の吸収が行われるように、清澄槽毎に機能を分けて説明したが、清澄槽毎に機能が完全に分かれていなくてもよい。第２清澄槽２０２の長さ方向の途中までの部分が熔融ガラスＭＧを昇温させる構成としてもよく、第２清澄槽２０２の長さ方向の途中から第３清澄槽２０５の間を、熔融ガラスＭＧの降温を開始させる部分とするように構成することもできる。

（清澄槽）
次に、図３及び図４を参照しながら、清澄槽の構造について具体的に説明する。
図３及び図４は、第２清澄槽２０２の構造の一例を示す断面図である。
ここでは、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５のうち、代表して第２清澄槽２０２を例にして、その構造を説明する。
第２清澄槽２０２は、容器１と、被覆層２と、耐火物支持体４と、を備え、これらは内周側から外周側にこの順で配置されている。ガラス基板製造装置の運転時（操業中）には、容器１の内部に、熔融ガラスＭＧが供給される。なお、図２では、第２清澄槽２０２として容器１のみを示したが、図３および図４に示したように、現実には、容器１の外周に耐火物支持体４等が存在するために、外部から容器１の外周を視認することはできない。

容器１は、典型的には白金から構成される。容器１は、図示したように円筒形であることが好ましいが、熔融ガラスＭＧをその内部に収容する空間が確保されていればその形状に制限はなく、例えばその外形が直方体などであってもよい。

被覆層２は、容器１の外周面を被覆するよう設けられた、耐火性酸化物からなる層である。被覆層２は、具体的に、溶射により容器１の外周面に形成された溶射膜である。耐火性酸化物は、第２清澄槽２０２の高温の動作条件に耐えられる任意の耐火性酸化物（セラミック材料）であり、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＭｇＯを含むものが挙げられるが、これらに限らない。また、耐火性酸化物は、Ｙ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂、ＣａＯ−ＺｒＯ₂、ＭｇＯ−ＺｒＯ₂などの安定化ジルコニアであってもよい。

被覆層２の溶射方法は、ガス式溶射でもよいし、電気式溶射でもよい。ガス式溶射の例としては、フレーム溶射が挙げられる。電気式溶射の例としては、大気プラズマ溶射、減圧プラズマ溶射などのプラズマ溶射が挙げられる。本発明には様々な溶射方法を適用することができ、可能な方法を採用してよい。

耐火性酸化物は、所望の被覆厚を有する被覆層２が形成されるまで十分に溶射されるものとする。被覆層２の厚さは、溶射膜の種類と、容器１の要求耐用年数により定まる。例えば、耐用年数３年以上、被覆層２の種類として安定化ジルコニアを溶射する場合、５０〜５００μｍ程度が望ましく、１００〜４００μｍ程度がより望ましい。被覆層２の厚みがこれより薄いと、十分な揮発抑制効果が発揮できない。一方、被覆層２の厚みがこれより厚いと、被覆層２を不必要に厚くしていることになり、溶射コストが高くなると同時に、溶射膜の剥離も起き易くなる。

高温に加熱された容器１の表面に酸素が供給され、ＰｔＯ₂等の白金族金属の酸化物が揮発すると、容器１の薄肉化が進行するおそれがあるが、容器１の外表面に被覆層２が設けられていることで、容器１の表面に酸素が供給された場合でも、白金族金属がＰｔＯ_２等の金属酸化物となることが抑制される。これにより、容器１が薄肉化することが抑制される。

耐火物支持体４は、被覆層２が設けられた容器１を支持するよう容器１を取り囲む。耐火物支持体４は、典型的には耐火レンガから構成される。耐火レンガは、第２清澄槽２０２の最外層に配置され、容器１を支持し保温し、さらには外部から加わる可能性がある物理的な力から容器１を保護する役割を担う。なお、本明細書では、慣用に従って、耐火レンガにより構成された支持体を「耐火レンガ」と簡略化して記載するが、耐火レンガは、多くの場合、複数の耐火レンガ（耐火物により構成されたレンガ個体）を所定形状に積み重ねて構成され、多くの場合はその間に耐火モルタル等の耐火充填材を塗布し固定された、複数のレンガから構成された支持体である。

第２清澄槽２０２は、図３及び図４に示すように、さらに、被覆層２と耐火物支持体４との間に配置された不定形耐火物からなる耐火物保護層３を備えていてもよい。
不定形耐火物の種類は特に制約は設けないが、その使用条件から、最高使用温度１６００℃以上、圧縮強度２００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上で、緻密で、ガス透過性が小さいものが望ましい。例えば、アルミナセメントを配合した、キャスタブル耐火物が適している。

耐火物保護層３は、被覆層２と耐火物支持体４との間の空間を挟小化し、好ましくは完全に除去するように、被覆層２と耐火物支持体４との間に充填されていることが望ましい。

第２清澄槽２０２において、耐火物支持体４を構成する耐火レンガは、ＳｉＯ₂含有量が２質量％以下である耐火物材料からなる。耐火レンガのＳｉＯ₂含有量がこのように少ないことによって、下記説明するように、被覆層２の減耗を抑制することができる。なお、ＳｉＯ₂含有量は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を用いて元素分析を行うことにより測定される。

本発明者の研究によれば、ガラス基板の製造方法を継続して行う間に、被覆層２の厚みが徐々に減り、やがて消失する場合があることが明らかにされた。そして、本発明者が検討を重ねたところ、耐火物支持体に含まれるＳｉＯ₂と、被覆層２を構成する耐火性酸化物に含まれる成分（以降、溶射膜の成分という）とが反応することで、溶射膜が徐々に薄くなり、減耗することを突き止めた。
ここで、図５に、従来のガラス基板製造装置における被覆層の減耗を説明する図を示す。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、この順に時間経過したときの第２清澄槽２０２の一部の様子を示している。図５中の符号は、上記説明した第２清澄槽２０２の各要素の符号と対応する。
第２清澄槽２０２の容器１は、清澄工程を行う間、高温に加熱される。このとき、容器１が保有する熱が被覆層２、耐火物保護層３、耐火物支持体４に順次伝達され、あるいは、加熱装置により加熱されることで、これらの部材も高温になっている（図５（ａ））。第２清澄槽２０２が高温になっていると、耐火物支持体４に含まれるＳｉＯ₂が、耐火物保護層３との界面から耐火物保護層３内に移動し、耐火物保護層３内に拡散する。このため、耐火物保護層３中のＳｉＯ₂濃度が高くなる（図５（ｂ））。すると、耐火物保護層３と被覆層２との界面において、溶射膜の成分が、耐火物保護層３中のＳｉＯ₂と反応し、これにより、被覆層２は徐々に薄くなり、やがて消失すると考えられる（図５（ｃ））。このように被覆層２が減耗すると、容器１の外周面から白金族金属の揮発が生じやすくなり、容器１の薄肉化を抑制できない。

本実施形態では、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が２質量％以下に制限されている。このため、操業中に、耐火物保護層３内に移動する耐火物支持体４中のＳｉＯ₂が少く、耐火物保護層３中のＳｉＯ₂と溶射膜の成分との反応を効果的に抑制でき、被覆層２の減耗を抑制できる。このため、溶射膜による白金族金属の揮発抑制効果を維持でき、容器１の薄肉化を抑制できる。
一方、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が２質量％を超えると、操業中に、耐火物保護層３内に移動する耐火物支持体４中のＳｉＯ₂が多く、このため、耐火物保護層３中のＳｉＯ₂と溶射膜の成分との反応を抑制できない。なお、従来のガラス基板製造装置において、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量は、一般に、５〜１５質量％である。

耐火物保護層３は、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量に基づいて定められた厚さを有していることが好ましい。具体的に、耐火物保護層３の厚さは、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が少ないほど薄く、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が多いほど厚くなるよう設定されていることが好ましい。これにより、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が比較的多い場合であっても、耐火物保護層３が厚いことで、耐火物支持体４から移動したＳｉＯ₂によって耐火物保護層３中のＳｉＯ₂濃度が高くなることが抑えられ、溶射膜の成分とＳｉＯ₂との反応を抑制する効果が高められる。一方、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が比較的少ない場合は、耐火物保護層３を薄くできる。このような観点から、耐火物保護層３の厚さは、例えば、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量（質量％）×１０で計算される厚さ（ｍｍ）となるよう設定される。この場合の耐火物保護層３の好ましい厚さとして、０〜１５０ｍｍ、０〜１００ｍｍ、０〜５０ｍｍを例示できる。耐火物保護層３の厚さを所定以上の厚さにすることにより、容器１の外周面から白金族金属の揮発（減耗）を抑制・軽減することができる。
本実施形態において、第２清澄槽２０２は、耐火物保護層３を備えていなくてもよい。この場合、耐火物支持体４は、被覆層２に接して配置されることで容器１を支持する。本実施形態では、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が少ないことで、上述したように、溶射膜の成分とＳｉＯ₂との反応が抑制され、被覆層２の減耗が抑制されるため、耐火物支持体４を被覆層２と接するように配置することができる。なお、耐火物支持体４中のＳｉＯ₂と溶射膜の成分との反応を抑制する効果を高める観点からは、耐火物保護層３を備えない場合の耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．５質量％以下であり、さらに好ましくは０質量％である。

耐火物支持体４に用いられる耐火物材料は、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯのうち１つ以上の成分を合計９０質量％以上含むとともに、Ｎａ₂Ｏ、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃等の微量成分を合計１０質量％以下含む。
耐火物支持体４に用いられる耐火レンガの材料の具体例として、アルミナ系電鋳耐火物、アルミナ−ジルコニア系電鋳耐火物が挙げられる。アルミナ系電鋳耐火物は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の含有量が９０質量％以上である耐火物であり、アルミナ−ジルコニア系電鋳耐火物は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）及びジルコニア（ＺｒＯ₂）の含有量の合計が９０質量％以上である耐火物である。アルミナ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シリーズのアルミナ系電鋳耐火物が挙げられる。

本実施形態の処理装置は、第２清澄槽２０２に制限されず、第１清澄槽２０４、第３清澄槽２０５、撹拌槽２０３、ガラス供給管２０６等の他の処理装置にも適用できる。例えば、第１清澄槽２０４は、脱泡工程を行うために高い温度に昇温されるため、第１清澄槽２０４において、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が２質量％以下であると、耐火物支持体４中のＳｉＯ₂と溶射膜の成分との反応が効果的に抑制され、被覆層２の減耗が抑制される。

容器１は、通常、第１の部分と、熔融ガラスを処理するとき（操業中）に第１の部分より高温になる第２の部分と、を有している。例えば、第１清澄槽２０４及び第２清澄槽２０２のうち、上述した金属フランジやガス放出口が設けられた部分では、これらの部分で放熱が行われることで、局所的に温度が低下しやすい。このように低温になった部分（第１の部分）では、溶射膜の成分とＳｉＯ₂との反応が起こり難い。このため、一実施形態によれば、容器１のうち、高温になる部分（第２の部分）の外周側にだけ、ＳｉＯ₂含有量が２質量％以下である耐火物支持体４が配置されていても、溶射膜の成分とＳｉＯ₂との反応を効果的に抑制することができる。この場合、第１の部分とは、金属フランジやガス放出口が設けられた位置を含む領域であって、熔融ガラスが流れる流れ方向に沿った容器１の長さの所定割合（例えば１０％以下）の長さ領域の容器１の部分をいう。
一方で、一実施形態によれば、ＳｉＯ₂含有量が２質量％以下である耐火物支持体４は、第２の部分の周りだけでなく、第１の部分の周りにも、配置されてもよい。この場合、第２の部分の周りでは、耐火物支持体のＳｉＯ₂含有量が、第１の部分の周りよりも少ないことが好ましい。このような形態によっても、溶射膜の成分とＳｉＯ₂との反応を効果的に抑制することができる。
また、ＳｉＯ₂含有量が２質量％以下である耐火物支持体４が、複数の処理装置に配置される場合、一実施形態によれば、操業中の温度が低い第１の処理装置よりも、操業中の温度が高い第２の処理装置では、耐火物支持体のＳｉＯ₂含有量が、第１の処理装置よりも少ないことが好ましい。例えば、第１清澄槽２０４及び第２清澄槽２０２では、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が、他の処理装置よりも少ないことが好ましい。さらに、第１清澄槽２０４及び第２清澄槽２０２のうち、熔融ガラスの温度が操業中の最高温度に維持される時間の長さが長い方の処理装置では、当該最高温度に維持される時間が短い方の処理装置よりも、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が少ないことが好ましい。

本実施形態によれば、耐火物支持体４のＳｉＯ₂含有量が２質量％以下に制限されていることで、高温下でも、耐火物支持体４からＳｉＯ₂が耐火物保護層３中に移動することが抑制される。その結果、溶射膜の成分が、耐火物保護層３と界面においてＳｉＯ₂と反応することが実質的になく、被覆層２の減耗が抑制される。したがって、容器１の外表面が露出して、白金族金属が揮発することが抑制される。
また、被覆層２と耐火物支持体４との間に耐火物保護層３を設けた場合に、耐火物保護層３の厚さを薄くすることができる、あるいは、耐火物保護層３を省略することができる。

本実施形態が適用されるガラス基板は、例えば以下の組成を含む無アルカリガラスからなる。
ＳｉＯ_２：５５−８０質量％
Ａｌ_２Ｏ_３：８−２０質量％
Ｂ_２Ｏ_３：０−１８質量％
ＲＯ０〜１７モル％（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量)、
Ｒ’₂Ｏ０〜２モル％（Ｒ’₂ＯはＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合量)。

ＳｉＯ_２は６０〜７５質量％、さらには、６３〜７２質量％であることが、熱収縮率を小さくするという観点から好ましい。
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。

また、ＳｉＯ_２、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、及びＲＯを少なくとも含み、モル比（（２×ＳｉＯ２）＋Ａｌ₂Ｏ₃）／（（２×Ｂ₂Ｏ₃）＋ＲＯ）は４．５以上であるガラスであってもよい。また、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの少なくともいずれか含み、モル比（ＢａＯ＋ＳｒＯ）／ＲＯは０．１以上であることが好ましい。

また、質量％表示のＢ₂Ｏ₃の含有率の２倍と質量％表示のＲＯの含有率の合計は、３０質量％以下、好ましくは１０〜３０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、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３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。

本実施形態で製造されるガラス基板は、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板を含むディスプレイ用ガラス基板に好適である。ＩＧＺＯ（インジウム、ガリウム、亜鉛、酸素）等の酸化物半導体を使用した酸化物半導体ディスプレイ用ガラス基板及びＬＴＰＳ（低温度ポリシリコン）半導体を使用したＬＴＰＳディスプレイ用ガラス基板に好適である。また、本実施形態で製造されるガラス基板は、アルカリ金属酸化物の含有量が極めて少ないことが求められる液晶ディスプレイ用ガラス基板に好適である。また、有機ＥＬディスプレイ用ガラス基板にも好適である。言い換えると、本実施形態のガラス基板の製造方法は、ディスプレイ用ガラス基板の製造に好適であり、特に、液晶ディスプレイ用ガラス基板の製造に好適である。その他、携帯端末機器などのディスプレイや筐体用のカバーガラス、タッチパネル板、太陽電池のガラス基板やカバーガラスとしても用いることができる。特に、ポリシリコンＴＦＴを用いた液晶ディスプレイ用ガラス基板に好適である。
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。

（実験例）
白金製の導管（容器）の外周面に、プラズマ溶射により厚さ１０００μｍのＹ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂の溶射膜を設け、その周りを囲むように耐火レンガを配置して耐火物支持体を形成し、さらに、溶射膜と耐火物支持体との隙間に、耐火物保護層として、アルミナセメントを配合した厚さ５０ｍｍのキャスタブル耐火物を配置することで、第２清澄槽を作製した。耐火レンガには、実施例１ではＳｉＯ_２０．９質量％、実施例２ではＳｉＯ_２１．５質量％、実施例３ではＳｉＯ_２２．０質量％からなるものを用いた。この第２清澄槽を備える上記実施形態のガラス基板製造装置を用いて、ガラス基板の製造を行った（実施例１〜３）。操業中、第２清澄槽の温度は、１６３０〜１７００℃に保たれていた。
一方、耐火レンガとして、ＳｉＯ_２４．５質量％からなるものを用い、さらに、耐火物保護層の厚さを１５０ｍｍとした点を除いて実施例と同様に構成した第２清澄槽を作製し、実施例と同じ操業条件でガラス基板の製造を行った（比較例）。
なお、耐火レンガのＳｉＯ_２量は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に組み込まれたＥＤＳ装置を用いて測定した値である。

１年操業を続けた後、実施例１〜３及び比較例の第２清澄槽を解体し、溶射膜の厚さを測定した。この結果、溶射膜の厚さは、実施例１〜３では、７５０〜１０００μｍであったのに対し、比較例では、０〜１００μｍであり、局部的に溶射膜が消失していた。このことから、ＳｉＯ₂含有量が２質量％以下である耐火物支持体を備えることで、溶射膜の減耗を抑制できることがわかる。
しかも、実施例１〜３では、比較例よりも耐火物保護層の厚さが小さいにも関わらず、溶射膜の減耗の程度が比較例よりも小さく、溶射膜の減耗を抑制する効果が高いことがわかる。

以上、本発明のガラス基板の製造方法及びガラス基板の製造装置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。

１容器
１ａ被覆層
３耐火物保護層
４耐火物支持体
２００熔解装置
２０１熔解槽
２０２第２清澄槽（清澄槽本体）
２０３撹拌槽
２０３ａ撹拌機
２０４第１清澄槽（ガラス供給管）
２０５第３清澄槽（ガラス供給管）
２０６ガラス供給管
２０８成形装置
２０９切断装置
ＭＧ熔融ガラス
ＳＧシートガラス

Claims

熔融ガラスを処理する処理装置を含み、
前記処理装置は、
白金族金属を含む材料から構成され、前記熔融ガラスを収容する容器と、
前記容器の外周面を被覆するよう設けられた、耐火性酸化物からなる被覆層と、
前記被覆層が設けられた前記容器を支持するよう前記容器を取り囲む耐火物支持体と、を備え、
前記耐火物支持体は、ＳｉＯ₂含有量が２質量％以下である耐火物材料からなる、ことを特徴とするガラス基板製造装置。
前記処理装置は、さらに、前記被覆層と前記耐火物支持体との間に配置された不定形耐火物からなる耐火物保護層を備える、請求項１に記載のガラス基板製造装置。
前記耐火物保護層は、前記耐火物支持体のＳｉＯ₂含有量に基づいて定められた厚さを有している、請求項２に記載のガラス基板製造装置。
前記容器は、第１の部分と、前記熔融ガラスを処理するときに前記第１の部分より高温になる第２の部分と、を有し、
前記耐火物支持体のＳｉＯ₂含有量は、前記第２の部分の周りにおいて、前記第１の部分の周りよりも少ない、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。
処理装置を用いて熔融ガラスを処理する処理工程を含み、
前記処理装置は、
白金族金属を含む材料から構成され、前記熔融ガラスを収容する容器と、
前記容器の外周面を被覆するよう設けられた、耐火性酸化物からなる被覆層と、
前記被覆層が設けられた前記容器を支持するよう前記容器を取り囲む耐火物支持体と、を備え、
前記耐火物支持体は、ＳｉＯ₂含有量が２質量％以下である耐火物材料からなる、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。