JPWO2011010624A1

JPWO2011010624A1 - ガラス製造装置及びガラス製造方法

Info

Publication number: JPWO2011010624A1
Application number: JP2011523651A
Authority: JP
Inventors: 靖人有賀
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-12-27
Also published as: WO2011010624A1; TW201109284A; KR20120038974A; CN102471115A

Abstract

本発明は、ガラスの品質向上及び生産性向上を図ることができるガラス製造装置及びガラス製造方法を提供する。本発明のガラス製造装置は、上流側攪拌ポット２２の底部に形成された開口部２３にドレイン管４０が設けられ、ドレイン管４０は、排出管４２とオリフィス４４とから構成される。排出管４２は、電熱加熱装置４６を有し、また、オリフィス４４は排出管４２の下部に着脱自在に設けられる。上流側攪拌ポット２２の底部に溜まった、主にジルコニアを多く含有した溶融ガラスを排出する場合には、排出管４２を電熱加熱装置４６によって所定の温度に加熱し、排出管４２内の溶融ガラスＧを排出に良好な粘度に保持し、この状態で、オリフィス４４の排出口４５から外部に排出する。そして、オリフィス４４を交換する場合には、オリフィス４４のみを排出管４２から取り外して新たなオリフィス４４に交換する。

Description

本発明はＦＰＤ（Flat Panel Display）用のガラス基板を製造するガラス製造装置及びガラス製造方法に係り、特に無アルカリガラス製である液晶ディスプレイ用のガラス基板を製造するガラス製造装置及びガラス製造方法に関する。

ＦＰＤ用のガラス基板を製造する製法として、フロート法による製造方法が知られている。フロート法によるガラス製造装置は、溶解槽、減圧脱泡装置、溶融金属浴（フロートバス）、徐冷炉、及び切断装置から構成されている。溶解槽で溶融された溶融ガラスは減圧脱泡装置に供給され、ここで減圧脱泡処理された後、搬送管を介してフロートバスに流入される。フロートバスには溶融錫が満たされており、フロートバスに流入された溶融ガラスは、溶融錫液上で流延されて所定厚さになるとともに平坦化される。

一方、特許文献１に開示されたガラス製造装置は、溶解槽、攪拌ポット、パイプフィーダー、成形用ポット等から構成されている。また、攪拌ポットには、攪拌ポット内の溶融ガラスを攪拌するスターラーが配置されるとともに、攪拌ポットの底部には、攪拌ポットの底部に溜まった異質な溶融ガラスを排出するドレイン管が設けられている。このガラス製造装置によれば、溶解槽でガラス原料を溶融して溶融ガラスとし、この溶融ガラスを溶解槽から攪拌ポットに流入させる。そして、攪拌ポット内でスターラーにより溶融ガラスを撹拌することで溶融ガラスの均質性を上げ、その後温度調整をしながら溶融ガラスを、パイプフィーダーを介して成形用ポットに流入させる。

日本国特開２００７−１６１５６６号公報

攪拌ポットの底部には異質な溶融ガラスが溜まるが、これは、主にジルコニアを多く含有した溶融ガラスであり、ジルコニアは、高温の溶融ガラスによって溶解槽の耐火物製煉瓦から溶出されたものである。耐火物製煉瓦から溶出されるジルコニアは、耐火物製煉瓦が高温になるほど溶融ガラスに溶出しやすくなる。したがって、アルカリガラスの溶融ガラスよりも無アルカリガラスの溶融ガラスの方が高温であるため、ジルコニアの含有量は無アルカリガラスの溶融ガラスの方が多い。溶解槽におけるアルカリガラスの溶融ガラスの温度は約１２００〜１４００℃であり、同じく溶解槽における無アルカリガラスの溶融ガラスの温度は約１５００〜１６５０℃である。

高品質なガラス基板を製造するためには、主にジルコニアを多く含有した溶融ガラスを攪拌ポットから排出する必要があり、この場合には、白金又は白金合金製のドレイン管を溶融ガラスの温度近傍まで電熱加熱して、すなわち、ドレイン管を加熱することによりドレイン管内の溶融ガラスの粘度を制御して、主にジルコニアを多く含有した溶融ガラスを攪拌ポットからドレイン管を介して外部に排出している。

温度に対する粘度特性について説明すると、アルカリガラスの粘度は、温度上昇に従って緩やかに低下する特性を有しているが、無アルカリガラスの粘度は、所定の小幅温度域で急激に低下する特性を有している。よって、溶融した無アルカリガラスにおいては、ドレイン管からの排出流量をドレイン管の温度のみで微調整することは困難である。また、図４の如く、攪拌ポット１の底部に連結される従来のドレイン管２の形状は、直管（特許文献１の図１：ドレインノズル４を参照）の形状をしている。このため、溶融ガラスを維持できる温度にドレイン管の温度を設定するとともに、ドレイン管の出口にオリフィスを一体形成し、このオリフィスによって排出量を絞ることにより排出量を微調整することが考えられる。

しかしながら、ドレイン管にオリフィスを設けると、ドレイン管内の高温の溶融ガラスによってオリフィスが劣化したり破損したりして、オリフィスの排出口の口径が大きくなるため、溶融ガラスの排出量を微調整できなくなり、製造されるガラス板の品質が低下するという問題がある。つまり、フロート成形装置に供給される溶融ガラスに、主にジルコニアを多く含有した溶融ガラスである異質な溶融ガラスが含有するからであり、また、溶融ガラスの排出量が無用に大きくなると品質の良好な溶融ガラスまで排出されることから、ガラス板の生産性が低下する。この問題を解消するためには、ドレイン管全体を交換しなければならず、ドレイン管の交換時にはガラス板の生産を停止するため、ガラス板の生産性が低下するという欠点があった。

また、口径の異なるオリフィスに交換して排出量を最適化したい場合にも、ドレイン管全体を交換する必要があるので、この場合にもガラス板の生産性が低下するという欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ガラスの品質向上及び生産性向上を図ることができるガラス製造装置及びガラス製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、溶融ガラスを一時的に収容する容器の底部又は溶融ガラスを搬送する搬送管の底部に、溶融ガラスを排出するためのドレイン管が設けられたガラス製造装置において、前記ドレイン管は、前記容器の底部又は前記搬送管の底部に連結されるとともに加熱手段を有する排出管と、該排出管の下部に着脱自在に設けられたオリフィスとから構成されることを特徴とするガラス製造装置を提供する。

本発明によれば、ドレイン管の直管部である排出管と、その下部に設けられるオリフィスとを分離構造とし、オリフィスを排出管に対して着脱自在に取り付けている。異質の溶融ガラスをドレイン管によって排出する場合には、排出管を電熱加熱装置等の加熱手段によって所定の温度に加熱し、排出管内の溶融ガラスを排出に良好な粘度に保持し、この状態で、オリフィスの排出口から排出する。そして、オリフィスが劣化したり破損したりしてオリフィスを交換する場合、及び口径の異なるオリフィスに交換してオリフィスを最適化する場合には、オリフィスのみを排出管から取り外して新たなオリフィスに交換する。これにより、オリフィスの交換作業が容易になり、しかも短時間で済むので、製造されるガラスの品質に影響を与えず、かつ、ガラス製造装置を停止することなく交換作業を行うことができるので、ガラスの生産性が向上する。

また、本発明は、前記容器に収容される溶融ガラス又は前記搬送管で搬送される溶融ガラスの温度が１３５０〜１４５０℃であり、前記ドレイン管から排出される溶融ガラスの温度が１２００〜１４００℃であり、前記溶融ガラスは該溶融ガラスの粘度をη［ｄＰａ・ｓ］とするとき、ｌｏｇη＝２となる温度が１４６０℃超〜１７５０℃以下であることが好ましい。本発明によれば、異質な溶融ガラスを安定して排出することができる。

また、本発明の前記排出管は、白金又は白金合金製であり、厚さ０．３〜２ｍｍ、長さ２００〜８００ｍｍ、内径２０〜８０ｍｍであり、前記加熱手段により１０５０〜１３５０℃に加熱され、前記オリフィスは、白金又は白金合金製であり、排出口の口径が３〜７０ｍｍであることが好ましい。本発明によれば、異質な溶融ガラスのみを安定して排出することができる。

また、本発明は、さらに前記オリフィスに加熱手段が設けられることが好ましい。本発明によれば、加熱手段によってオリフィスを、排出管の温度と同程度に加熱することにより、異質の溶融ガラスのみを安定して排出することができる。

また、本発明の前記排出管は、前記容器の底部又は前記搬送管の底部に着脱自在に連結されていることが好ましい。本発明によれば、排出管が破損した場合には、新たな排出管に容易に交換できる。

本発明は、前記目的を達成するために、本発明のガラス製造装置を用いてガラスを製造することを特徴とするガラス製造方法を提供する。これにより、本発明のガラス製造方法によれば、製造されるガラスの品質向上及び生産性向上を図ることができる。

以上説明したように本発明のガラス製造装置及びガラス製造方法によれば、ドレイン管の排出管とオリフィスとを分離構造としたので、オリフィスの交換が可能となり、製造されるガラスの品質向上及び生産性向上を図ることができる。

本発明のガラス製造装置の実施の形態を示す概略断面図上流側攪拌ポットとドレイン管の構成を模式的に示した構造図上流側攪拌ポットとドレイン管の構成を模式的に示した他の構造図従来の攪拌ポットとドレイン管の構成を模式的に示した構造図

以下、添付図面に従って本発明に係るガラス製造装置及びガラス製造方法の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明のガラス製造装置の実施の形態を示す概略断面図である。このガラスの製造装置は、ガラス原料を溶解して溶融ガラスＧを収容する溶解槽２０と、溶融ガラスＧを減圧脱泡処理して溶融ガラスＧ中の気泡を減圧吸引する減圧脱泡装置１０とから構成される。

なお、実施の形態のガラス原料は、ＬＣＤ用ガラス基板に好適なアルカリ金属酸化物を実質的に含有しないガラス原料であるが、このガラス原料に限定されるものではなく、ＰＤＰ用ガラス基板に好適なアルカリ金属酸化物を含有したガラス原料（ソーダライムガラス）であってもよい。

無アルカリガラスの組成（質量百分率表示による組成）は、ＳｉＯ_２：５０．０〜６６．０％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０．５〜２２．０％、Ｂ_２Ｏ_３：０〜１２．０％、ＭｇＯ：０〜８．０％、ＣａＯ：０〜１４．５％、ＳｒＯ：０〜２４．０％、ＢａＯ：０〜１３．５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：９．０〜２９．５％であるが、この組成も一例である。

溶解槽２０は、燃料ガスを燃焼して得られる火炎の熱を利用して、又は電熱を利用して得られる約１５００℃以上の高温でガラス原料を溶融し、この溶融ガラスＧを収容する槽であり、減圧脱泡装置１０の前段に配置される。溶解槽２０では、溶融ガラスＧはその液表面が大気圧に晒されて自由表面が形成されている。また、溶解槽２０は、ジルコニアを含有する耐火物製煉瓦によって構成されている。前記ジルコニアを含有する耐火物製煉瓦は、重量％でＺｒＯ_２が８５％以上９７％以下、残部がＳｉＯ_２を主体とするガラス質である熱溶融耐火物で構成されている。

減圧脱泡装置１０は、減圧された減圧脱泡槽１４において溶融ガラスＧの減圧脱泡処理を行う。この減圧脱泡装置１０は減圧脱泡槽１４、上昇管１６、下降管１８から構成される。

上昇管１６の下端は、溶解槽２０に連通する上流側攪拌ポット２２に接続され、下降管１８の下端は、フロート成形装置２６に搬送管２７を介して連通する下流側攪拌ポット２４に接続される。

上流側攪拌ポット２２は、溶融ガラスＧを一時的に収容する容器である。この上流側攪拌ポット２２の上流は搬送管２７を介して溶解槽２０と接続され、下流は搬送管２７を介して上昇管１６の下流と接続される。一方、下流側攪拌ポット２４の上流は搬送管２７を介して下降管１８の下流と接続され、下流は搬送管２７を介してフロート成形装置２６と接続される。また、上流側攪拌ポット２２の内部には、減圧脱泡槽１４へ供給する溶融ガラスＧを攪拌する上流側スターラー３６が溶融ガラスＧに浸されて設けられる。また、下流側攪拌ポット２４の内部には、減圧脱泡槽１４から払い出された溶融ガラスＧを攪拌する下流側スターラー３８が溶融ガラスＧに浸されて設けられる。
攪拌ポットの上部空間を窒素雰囲気にすると、白金製の攪拌ポット内部が酸化揮散せず、それによるガラス欠点が抑制できるので好ましい。

上流側スターラー３６及び下流側スターラー３８は、回転自在なシャフト及びこのシャフトに螺旋状に巻き付けられた羽根を備える。

前記の如く構成されたガラス製造装置によって無アルカリガラスは、次の方法により製造される。

まず、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないガラス原料を、溶解槽２０に連続的に投入し、１５００〜１６５０℃で加熱し溶解して、溶融ガラスＧとする。

次に、溶融ガラスＧを上流側攪拌ポット２２による攪拌、減圧脱泡槽１４による減圧脱泡、下流側攪拌ポット２４による攪拌をする。

次いで、成形工程において、フロート法等のガラス板成形方法により所定の板厚に成形され、徐冷後、切断されて所望の大きさの無アルカリガラスに製造される。

ところで、実施の形態のガラス製造装置では、上流側攪拌ポット２２の底部に形成された開口部２３にドレイン管４０が設けられている。このドレイン管４０は、排出管４２とオリフィス４４とから構成されている。

図２は、上流側攪拌ポット２２とドレイン管４０の構成を模式的に示した構造図である。同図によれば、ドレイン管４０を構成する排出管４２は、電熱加熱装置４６を有し、また、オリフィス４４は排出管４２の下部に着脱自在に設けられている。すなわち、実施の形態のドレイン管４０は、排出管４２とオリフィス４４とが分離構造であり、オリフィス４４が排出管４２に対して着脱自在に取り付けられている。

上流側攪拌ポット２２の底部に溜まった、主にジルコニアを多く含有した溶融ガラスを、ドレイン管４０によって排出する場合には、排出管４２を電熱加熱装置４６によって所定の温度に加熱し、排出管４２内の溶融ガラスＧを排出に良好な粘度に保持し、この状態で、オリフィス４４の排出口４５から矢印方向に外部に排出する。そして、オリフィス４４が劣化したり破損したりしてオリフィス４４を交換する場合、及び排出口４５の口径が異なるオリフィス４４に交換してオリフィス４４を最適化する場合には、オリフィス４４のみを排出管４２から取り外して新たなオリフィス４４に交換する。

これにより、オリフィス４４の交換作業が容易になり、しかも短時間で済むので、製造されるガラス板の品質に影響を与えず、かつ、ガラス製造装置を停止することなく交換作業を行うことができるので、ガラス板の生産性が向上する。

排出管４２に対するオリフィス４４の取り付け構造は、各々の連結部にフランジ４２Ａ、４４Ａを形成し、排出管４２のフランジ４２Ａにオリフィス４４のフランジ４４Ａを耐火物（不図示）で押し付けて取り付ける構造を例示できる。この取り付け構造によれば、排出管４２に対してオリフィス４４を簡単に着脱することができる。なお、オリフィス４４の交換時にガラス製造装置を停止する場合でも、オリフィス４４の交換作業が容易になったことから停止時間は極短時間で済むので、ガラス板の生産性を低下させることはない。

また、実施の形態のガラス製造装置では、上流側攪拌ポット２２に収容される溶融ガラスＧまたは搬送管２７で搬送される溶融ガラスＧの温度が１３５０〜１４５０℃であり、ドレイン管４０から排出される溶融ガラスＧの温度が１２００〜１４００℃であることが好ましい。また、溶融ガラスＧは、溶融ガラスＧの粘度をη［ｄＰａ・ｓ］とするとき、ｌｏｇη＝２となる温度が１４６０℃超〜１７５０℃以下であることが好ましい。これにより、主にジルコニアを多く含有した溶融ガラスＧをドレイン管４０のオリフィス４４から安定して排出することができる。

また、実施の形態の排出管４２は、白金又は白金合金製であり、厚さ０．３〜２ｍｍ、長さ２００〜８００ｍｍ、内径２０〜８０ｍｍであり、電熱加熱装置４６により１０５０〜１３５０℃に加熱されることが好ましい。一方、オリフィス４４は、白金又は白金合金製であり、排出口４５の口径が３〜７０ｍｍであることが好ましい。これにより、主にジルコニアを多く含有した溶融ガラスＧのみをドレイン管４０のオリフィス４４から安定して排出することができる。なお、排出管４２においては、耐火物製煉瓦等の耐火物に排出管４２と略同径の貫通孔を形成し、この貫通孔の内周面に白金又は白金合金を溶射してコーティングすることにより構成してもよい。

また、図３の如くオリフィス４４に電熱加熱装置４８（加熱手段）を設けてもよい。電熱加熱装置４８によってオリフィス４４を、排出管４２の温度と同程度に加熱することにより、オリフィス４４と溶融ガラスＧとの温度差を解消することができるため、その温度差に起因するオリフィス４４の早期劣化、破損を防止することができる。

また、オリフィス４４の加熱手段は電熱加熱装置４８に限定されるものではなく、バーナーによる加熱であってもよい。

更に、図３の如く排出管４２を、上流側攪拌ポット２２の底部に着脱自在に連結してもよい。これにより、排出管４２が破損した場合には、新たな排出管４２に容易に交換できる。上流側攪拌ポット２２に対する排出管４２の取り付け構造は、排出管４２の連結部にフランジ４２Ｂを形成し、上流側攪拌ポット２２の開口部２３に対応する底部に排出管４２のフランジ４２Ｂを耐火物（不図示）で押し付けて取り付ける構造を例示できる。この取り付け構造によれば、上流側攪拌ポット２２の底部に対して排出管４２を簡単に着脱することができる。

なお、ドレイン管４０で排出される異質の溶融ガラスＧの排出量は、一日当たり約１〜３０トンである。
なお、排出された異質の溶融ガラスＧは、その後カレットとして、組成や水分量を確認して、用途に合ったガラスにリサイクルすることができる。

実施の形態では、上流側攪拌ポット２２に実施の形態のドレイン管４０を設けた例を説明したが、ドレイン管４０の取り付け位置は、上流側攪拌ポット２２に限定されるものではなく、下流側攪拌ポット２４でもよく、また、溶解槽２０からフロート成形装置２６までの経路に設置されている溶融ガラスＧを搬送する搬送管２７であれば、その搬送管（例えば、溶解槽２０から上流側攪拌ポット２２に溶融ガラスＧを搬送する搬送管２７および／または下流側攪拌ポット２４からフロート成形装置２６に溶融ガラスＧを搬送する搬送管２７）の底部にドレイン管４０を設けてもよい。
更に溶解槽２０と搬送管２７との接合部付近の溶解槽底部に、漏斗構造等を設けてドレイン管４０が設けられると（不図示）、効果的である。
なお、溶解槽２０と搬送管２７との接合部における耐火物煉瓦には、白金又は白金合金製の保護層（不図示）が設けられていると好ましい。
さらに溶解槽２０の側壁には、溶解槽の整備等の際に溶融ガラスを抜くための抜き出し口（不図示）が設けられていると好ましい。
これら溶解槽２０や、溶解槽底部のドレイン管周辺や、前記抜き出し口周辺における耐火物煉瓦は、８５％〜９７重量％がＺｒＯ_２で残部がＳｉＯ_２主体のガラス質耐火物煉瓦で構成されると、耐侵食性上、好ましい。

また、溶融ガラスＧは無アルカリガラスに限定されるものではなく、アルカリガラスであっても実施の形態のドレイン管４０を適用することができる。すなわち、アルカリガラス製であるＰＤＰ用ガラス基板を製造する製造装置、アルカリガラス製のＬＣＤ用ガラス基板を製造する製造装置に実施の形態のドレイン管４０を適用することができる。

更に、ガラス板の製法はフロート法に限定されるものではなく、他の製法、例えば、リドロー法、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等にも適用できる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は、２００９年７月２４日出願の日本特許出願２００９−１７３５０９に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明のガラス製造装置及びガラス製造方法によれば、ドレイン管の排出管とオリフィスとを分離構造としたので、オリフィスの交換が可能となり、製造されるガラスの品質向上及び生産性向上を図ることができる。

Ｇ…溶融ガラス、１０…減圧脱泡装置、１４…減圧脱泡槽、１６…上昇管、１８…下降管、２０…溶解槽、２２…上流側攪拌ポット、２３…開口部、２４…下流側攪拌ポット、２６…フロート成形装置、２７…搬送管、３６…上流側スターラー、３８…下流側スターラー、４０…ドレイン管、４２…排出管、４４…オリフィス、４５…排出口、４６…電熱加熱装置、４８…電熱加熱装置

Claims

溶融ガラスを一時的に収容する容器の底部又は溶融ガラスを搬送する搬送管の底部に、溶融ガラスを排出するためのドレイン管が設けられたガラス製造装置において、
前記ドレイン管は、前記容器の底部又は前記搬送管の底部に連結されるとともに加熱手段を有する排出管と、該排出管の下部に着脱自在に設けられたオリフィスとから構成されることを特徴とするガラス製造装置。
前記容器に収容される溶融ガラスまたは前記搬送管で搬送される溶融ガラスの温度が１３５０〜１４５０℃であり、前記ドレイン管から排出される溶融ガラスの温度が１２００〜１４００℃であり、前記溶融ガラスは該溶融ガラスの粘度をη［ｄＰａ・ｓ］とするとき、ｌｏｇη＝２となる温度が１４６０℃超〜１７５０℃以下である請求項１記載のガラス製造装置。
前記排出管は、白金又は白金合金製であり、厚さ０．３〜２ｍｍ、長さ２００〜８００ｍｍ、内径２０〜８０ｍｍであり、前記加熱手段により１０５０〜１３５０℃に加熱され、
前記オリフィスは、白金又は白金合金製であり、排出口の口径が３〜７０ｍｍである請求項１又は２に記載のガラス製造装置。
さらに、前記オリフィスに加熱手段が設けられた請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス製造装置。
前記排出管は、前記容器の底部又は前記搬送管の底部に着脱自在に連結されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス製造装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス製造装置を用いてガラスを製造することを特徴とするガラス製造方法。