JP7354776B2 - ガラスの製造方法及び板ガラスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスの製造方法及び板ガラスの製造方法に関する。

従来、特許文献１に開示されるように、ＰｂＯを含有するガラスは、例えば、放射線遮蔽ガラスとして用いられている（特許文献１）。

特開２００７－１３７７５８号公報

上記のようにガラスがＰｂＯを含有する場合、例えば、ガラス原料に含有する鉄分等の不純物を要因としてガラスの光透過性が低下し易い。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰｂＯを含有するガラスの光透過性の低下を抑えることを可能にしたガラスの製造方法及び板ガラスの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するガラスの製造方法は、ＰｂＯを含有するガラスの製造方法であって、溶融炉内に酸素を供給することにより、前記ＰｂＯを含有するガラスに酸素濃度が１０体積％以上の気体を接触させる接触工程を備える。

一般に、溶融ガラスの温度が上昇することで、溶融ガラス中の鉄分等の不純物は還元され易くなる。この方法によれば、溶融炉内でガラスに接触する気体の酸素濃度が１０体積％以上であることで、溶融炉内における酸素が過多となり、ガラスが還元され難い環境となるため、ガラスに含まれる鉄分等の不純物の還元反応を抑えることができる。その結果、ガラスの光透過性の低下を抑えることができる。

上記ガラスの製造方法において、前記接触工程を１時間以上、４８時間以下の範囲内で行うことが好ましい。
この方法によれば、ＰｂＯを含有するガラスの光透過性をより高めることが可能となり、かつガラスの生産性を確保することができる。

上記ガラスの製造方法において、前記接触工程では、前記溶融炉内を加熱する酸素燃焼式バーナーにより、前記溶融炉内に前記酸素を供給することが好ましい。
この方法によれば、例えば、溶融炉内に酸素を供給するための供給流路を別途設けずに、溶融炉内に酸素を供給することが可能となる。

上記ガラスの製造方法において、前記ＰｂＯを含有するガラスは、酸化物系清澄剤をさらに含有することが好ましい。
この方法によれば、接触工程において、溶融炉内に供給する酸素によって酸化物系清澄剤の清澄効果を促進することができる。

上記ガラスの製造方法において、前記ＰｂＯを含有するガラスは、５ｐｐｍ以上のＦｅ_２Ｏ_３をさらに含有してもよい。
上記のようにガラスの透過性を低下させる成分を多く含有する場合でも、ガラスの光透過性の低下を抑えることができる。

板ガラスの製造方法は、ＰｂＯを含有するガラスから得られる板ガラスの製造方法であって、溶融炉内に酸素を供給することにより、前記ＰｂＯを含有するガラスに酸素濃度が１０体積％以上の気体を接触させる接触工程と、前記接触工程の後、前記ガラスを板状に成形する成形工程と、を備える。

本発明によれば、ＰｂＯを含有するガラスの光透過性の低下を抑えることが可能となる。

本実施形態におけるガラスの製造装置を示す模式断面図である。 板ガラスの製造方法を示すフロー図である。 ガラスの製造装置の変更例を示す模式断面図である。

以下、ガラスの製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、ガラスＧの製造には、ガラス原料を溶融させる溶融炉１１が用いられる。ガラスＧは、ＰｂＯを含有する。ガラスＧは、ガラス組成として質量％で、ＰｂＯ：５０～８０％を含有することが好ましく、より好ましくはＰｂＯ：５５～８０％である。このように、ガラス組成として質量％で、ＰｂＯ：５０％以上を含有するガラスは、放射線遮蔽能力が高く、放射線遮蔽ガラスとして好適に用いられる。

ガラスＧは、ガラス組成として質量％で、ＳｉＯ_２：１０～３０％、ＰｂＯ：５０～８０％、Ｂ_２Ｏ_３：０～１０％、Ａｌ_２Ｏ_３：０～１０％、ＳｒＯ：０～１０％、ＢａＯ：０～１０％、Ｎａ_２Ｏ：０～１０％、Ｋ_２Ｏ：０～１０％を含有することが好ましい。

ガラス原料には、鉄系の不純物が含有される場合があり、これによりガラスＧにはＦｅ_２Ｏ_３が含有される場合がある。本実施形態のガラスＧは、ガラス組成の質量割合で、Ｆｅ_２Ｏ_３：５ｐｐｍ以上を含有していてもよく、Ｆｅ_２Ｏ_３：１０ｐｐｍ以上を含有していてもよい。

ガラスＧは、酸化物系清澄剤を含有することが好ましい。酸化物系清澄剤としては、例えば、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ａｓ_２Ｏ_３等が挙げられる。酸化物系清澄剤は、Ｓｂ_２Ｏ_３であることが好ましい。

ガラスＧ中の酸化物系清澄剤の含有量は、１００～２００００ｐｐｍであることが好ましく、より好ましくは５００～１５０００ｐｐｍであり、さらに好ましくは１０００～１００００ｐｐｍである。ガラスＧ中の酸化物系清澄剤の含有量を増加させると、ガラスＧ中の泡をより低減することができる。ガラスＧ中の酸化物系清澄剤の含有量を低下させると、ガラスＧのコストを削減することができる。

溶融炉１１中におけるガラスＧの加熱温度は、例えば、９５０℃以上、１３００℃以下の範囲内であることが好ましい。ガラスＧの加熱温度をより高くすることで、ガラスＧの清澄性をより高めることができる。ガラスＧの加熱温度をより低くすることで、ガラスＧの光透過性をより高めることができる。

次に、ガラスＧの製造方法について板ガラスの製造方法とともに説明する。
図２に示すように、板ガラスの製造方法は、溶融炉１１内に酸素を供給することにより、溶融炉１１内のＰｂＯを含有するガラスＧに酸素濃度が１０体積％以上の気体を接触させる接触工程（ステップＳ１）を備えている。ステップＳ１の接触工程は、ＰｂＯを含有するガラスＧの光透過性を高める。本実施形態のステップＳ１の接触工程は、酸化物系清澄剤の清澄効果を促進する。ステップＳ１の接触工程で用いる気体の酸素濃度は、１２体積％以上であることがより好ましく、さらに好ましくは１４体積％以上である。

ステップＳ１の接触工程は、１時間以上、４８時間以下の範囲内で行うことが好ましい。ステップＳ１の接触工程の時間が１時間以上の場合、ＰｂＯを含有するガラスＧの光透過性をより高めることが可能なとなる。また、ステップＳ１の接触工程の時間が１時間以上の場合、酸化物系清澄剤による清澄効果をより促進することができる。ステップＳ１の接触工程の時間が４８時間以下の場合、ガラスＧの生産性を確保することができる。

本実施形態のステップＳ１の接触工程では、溶融炉１１内を加熱する酸素燃焼式バーナー１２により溶融炉１１内に酸素を供給している。詳述すると、酸素燃焼式バーナー１２は、天然ガス等の燃料ガスに混合するガスとして酸素を用いるものをいう。燃料ガスに混合するガス中の酸素濃度は、例えば、９３体積％以上であればよく、燃料ガスに混合するガスとして酸素と空気との混合ガスを用いてもよい。ステップＳ１の接触工程では、燃料ガスの燃焼に必要な酸素よりも多くの酸素を酸素燃焼式バーナー１２から溶融炉１１内に噴射することで、燃料ガスの燃焼に使用されない余剰の酸素を溶融炉１１内に供給することができる。ステップＳ１の接触工程では、例えば、溶融炉１１から排出される排ガス中の酸素濃度を測定することで、溶融炉１１内の気体の酸素濃度を管理することが好ましい。

なお、本実施形態のガラスＧの製造方法では、溶融炉１１内でガラスＧの清澄も行われるが、溶融炉１１の下流側に清澄槽をさらに配置し、清澄槽内でさらに清澄を行うこともできる。

板ガラスの製造方法は、ステップＳ１の接触工程と、ステップＳ１の接触工程の後、ガラスＧを板状に成形する成形工程（ステップＳ２）とを備えている。ステップＳ２の成形工程は、溶融炉１１で得られたガラスＧが供給される成形装置で行われる。ステップＳ２成形工程で用いる成形方法としては、例えば、ロールアウト法、フロート法、スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法、リドロー法等が挙げられる。成形方法の中でも、厚さ寸法の比較的大きい板ガラスを効率的に製造するという観点から、ロールアウト法を用いることが好ましい。板ガラスの厚さは、例えば、２ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以上であり、さらに好ましくは１０ｍｍ以上である。また、板ガラスが強い放射線を遮蔽する放射線遮蔽ガラスの場合、板ガラスの厚さの上限は、例えば、５００ｍｍ以下であることが好ましい。

次に、試験例について説明する。
（試験例１）
試験例１では、溶融炉及び酸素燃焼式バーナーを用いて、ガラス組成として質量％で、ＰｂＯ：５６％を含有するガラスを得た。このガラスには、酸化物系清澄剤としてのＳｂ_２Ｏ_３をガラス中において５０００ｐｐｍの含有量となるように配合した。また、溶融炉内への酸素の供給には、酸素燃焼式バーナーを用いた。試験例１の溶融炉内に満たされる気体の酸素濃度は、１０体積％以上である。また、溶融炉内のガラスの加熱温度を１０００～１１００℃とし、溶融炉内でガラス原料を溶融してから２４時間後に溶融炉からガラスを取り出した。すなわち、上述した接触工程を２４時間行うことで、ＰｂＯを含有するガラスを得た。続いて、得られたガラスから厚さ５ｍｍの板ガラスのサンプルを成形した。得られたサンプル中におけるＦｅ_２Ｏ_３の含有量は、５５ｐｐｍであった。

（試験例２）
試験例２では、酸素燃焼式バーナーを空気燃焼式バーナーに変更した以外は、試験例１と同様にガラスを得た。試験例２の溶融炉内に満たされる気体の酸素濃度は、５体積％以下である。次に、得られたガラスから厚さ５ｍｍの板ガラスのサンプルを成形した。得られたサンプル中におけるＦｅ_２Ｏ_３の含有量は、５５ｐｐｍであった。

（光透過率の測定）
試験例１，２で得られた板ガラスのサンプルの光透過率を測定した。ここでいう光透過率は、全光線透過率であり、光透過率の測定に用いる光の波長は、５５０ｎｍ及び４００ｎｍである。

試験例１で得られた板ガラスの光透過率は、８６．７％（５５０ｎｍ）及び７５．２％（４００ｎｍ）であった。
試験例２で得られた板ガラスの光透過率は、８５．７％（５５０ｎｍ）及び７３．９％（４００ｎｍ）であった。

この結果から、試験例１のように接触工程を行うことで、板ガラスの光透過率を高めることができることが分かる。
（泡数の算出）
試験例１，２で得られた板ガラス中の泡数をカウントし、板ガラス１ｋｇ当たりの泡数を算出した。

試験例１で得られた板ガラスの泡数は、２５個／ｋｇであった。
試験例２で得られた板ガラスの泡数は、５０個／ｋｇであった。
この結果から、試験例１のように接触工程を行うことで、ガラスの清澄性を高めることができることが分かる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）ＰｂＯを含有するガラスＧの製造方法は、溶融炉１１内に酸素を供給することにより、ＰｂＯを含有するガラスＧに酸素濃度が１０体積％以上の気体を接触させる接触工程（ステップＳ１）を備えている。

この方法によれば、溶融炉１１内でガラスＧに接触する気体の酸素濃度が１０体積％以上であることで、ガラスＧに含まれる成分の還元反応を抑えることができる。これにより、ＰｂＯを含有するガラスＧの光透過性の低下を抑えることが可能となる。従って、例えば、ガラスＧから得られた板ガラスを窓や衝立に用いた場合、一方の主面側から他方の主面側の視認性を十分に確保することが可能となる。

（２）ガラスＧの製造方法において、ステップＳ１の接触工程を１時間以上、４８時間以下の範囲内で行うことが好ましい。この場合、ＰｂＯを含有するガラスＧの光透過性をより高めることが可能となり、かつガラスＧの生産性を確保することができる。

（３）ガラスＧの製造方法において、ステップＳ１の接触工程では、溶融炉１１内を加熱する酸素燃焼式バーナー１２により、溶融炉１１内に酸素を供給することが好ましい。この場合、例えば、溶融炉１１内に酸素を供給するための供給流路を別途設けずに、溶融炉１１内に酸素を供給することが可能となる。従って、溶融炉１１の構造の複雑化を回避することが可能となる。

（４）ガラスＧの製造方法において、ＰｂＯを含有するガラスＧは、酸化物系清澄剤を含有することが好ましい。この場合、ステップＳ１の接触工程において、溶融炉１１内に供給する酸素によって酸化物系清澄剤の清澄効果を促進することができる。従って、例えば、ガラスＧから得られる板ガラス中の泡数が削減されることで、より高品位の板ガラスを得ることができる。

また、例えば、ガラスＧ中の泡数を所定数以下に抑えるための酸化物系清澄剤の使用量を削減することも可能となるため、ガラスＧの製造コストを抑えることが可能となる。
（５）ＰｂＯを含有するガラスＧが、５ｐｐｍ以上のＦｅ_２Ｏ_３をさらに含有する場合、ガラスＧの光透過性が低下し易くなる。このようにガラスＧの透過性を低下させる成分を多く含有する場合でも、ガラスＧの光透過性の低下を抑えることができる。このため、鉄系の不純物を含有する比較的安価なガラス原料を使用することで、ガラスＧの製造コストを抑えることが可能となる。

（変更例）
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・ガラスＧの製造方法において、酸素燃焼式バーナー１２を用いて溶融炉１１内に酸素を供給しているが、酸素燃焼式バーナー１２と空気燃焼式バーナーとを併用してもよい。
・図３に示すように、溶融炉１１内に酸素を供給する供給流路を別途設けることで、溶融炉１１内に酸素を供給してもよい。この場合、溶融炉１１内を加熱するバーナーとして、空気燃焼式バーナー１３のみを用いてもよいし、空気燃焼式バーナー１３と酸素燃焼式バーナーとを併用してもよい。この変更例において、酸素燃焼式バーナーを用いる場合、酸素燃焼式バーナーは、溶融炉１１内に余剰の酸素を供給しないように燃料ガスを燃焼させるものであってもよい。

・ガラスＧは、板ガラス以外のガラス物品の製造に用いることもできる。

１１…溶融炉、１２…酸素燃焼式バーナー、１３…空気燃焼式バーナー、Ｇ…ガラス。

Claims (6)

1. ＰｂＯを含有するガラスの製造方法であって、
   溶融炉内に酸素を供給することにより、前記ＰｂＯを含有するガラスに酸素濃度が１０体積％以上の気体を接触させる接触工程を備え、
   前記接触工程では、前記溶融炉内を加熱する酸素燃焼式バーナーにより、前記溶融炉内に前記酸素を供給し、
   前記酸素燃焼式バーナーで用いる燃料ガスに、９３体積％以上の酸素濃度のガスを混合する、ガラスの製造方法。
2. 前記接触工程を１時間以上、４８時間以下の範囲内で行う、請求項１に記載のガラスの製造方法。
3. 前記ＰｂＯを含有するガラスは、酸化物系清澄剤をさらに含有する、請求項１又は請求項２に記載のガラスの製造方法。
4. 前記ＰｂＯを含有するガラスは、５ｐｐｍ以上のＦｅ_２Ｏ_３をさらに含有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガラスの製造方法。
5. 前記ＰｂＯを含有するガラスは、質量％で５０～８０％のＰｂＯを含有する放射線遮蔽ガラスであり、
   前記放射線遮蔽ガラスは、５ｐｐｍ以上のＦｅ _２ Ｏ _３ と、１００～２００００ｐｐｍの酸化物系清澄剤とを含有する、請求項１又は請求項２に記載のガラスの製造方法。
6. ＰｂＯを含有するガラスから得られる板ガラスの製造方法であって、
   溶融炉内に酸素を供給することにより、前記ＰｂＯを含有するガラスに酸素濃度が１０体積％以上の気体を接触させる接触工程と、
   前記接触工程の後、前記ガラスを板状に成形する成形工程と、を備え、
   前記接触工程では、前記溶融炉内を加熱する酸素燃焼式バーナーにより、前記溶融炉内に前記酸素を供給し、
   前記酸素燃焼式バーナーで用いる燃料ガスに、９３体積％以上の酸素濃度のガスを混合する、板ガラスの製造方法。