WO2015060398A1 - ガラス溶融物用導管、ガラス溶融物用容器、それらの製造方法、ガラス物品製造装置、及びガラス物品製造方法 - Google Patents

ガラス溶融物用導管、ガラス溶融物用容器、それらの製造方法、ガラス物品製造装置、及びガラス物品製造方法 Download PDF

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剛 嶋崎
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旭硝子株式会社
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    • Y02P40/50Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Definitions

  • the present invention relates to a glass melt conduit or glass melt container used as a glass melt conduit in a glass article manufacturing apparatus, and a method for manufacturing the same.
  • the present invention also relates to a glass article manufacturing apparatus using the glass melt conduit or glass melt container. Furthermore, this invention relates to the glass article manufacturing method using the glass manufacturing apparatus.
  • platinum or platinum and other noble metal elements such as rhodium (Rh) , Gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir), and ruthenium (Ru) alloys are used (hereinafter, platinum and platinum alloys are collectively referred to as platinum materials in this specification).
  • Platinum materials are used as these constituent materials because they have a high melting point and do not deteriorate because they do not form an oxide layer in the atmosphere. It is also excellent in stability and has a low risk of contaminating molten glass.
  • the apparatus temperature in a glass manufacturing process changes with the processing contents, it exists in the high temperature environment of about 900 degreeC or more.
  • the platinum material can maintain sufficient durability for a long period of time without contaminating the glass melt inside the apparatus even in such a high temperature environment due to the above characteristics.
  • alkali-free glass in the case of an alkali-free glass substrate that does not substantially contain an alkali metal oxide used in liquid crystal displays (LCDs), organic electroluminescence displays (OLEDs), inorganic electroluminescence displays, etc., alkali-free glass has a high melting point. Since the viscosity is higher than that of the alkali-containing glass, the bubbles in the glass melt are difficult to float and it is difficult to suppress the bubbles.
  • Patent Documents 1 and 2 glass, ceramic, metal, and the like are cited as materials for a dense hydrogen-impermeable film.
  • Patent Document 2 a diffusion barrier layer containing iridium is used.
  • the hydrogen-impermeable dense film described in Patent Document 1 focuses on the molecular diameter and ion diameter of hydrogen, and by providing a dense film with a hydrogen-impermeable material by coating or the like, hydrogen is externally passed through the film.
  • the coating on the outer surface of the platinum material that does not come into contact with the glass melt does not necessarily become the intended dense film, deterioration of the coating due to use in a high-temperature environment, or the difference in thermal expansion coefficient between the platinum material and the coating. It is considered that hydrogen has been released to the outside due to peeling of the film due to the above.
  • the iridium-containing diffusion barrier layer described in Patent Document 2 is an expensive material for iridium, which increases the manufacturing cost of equipment, and iridium that is easily oxidized in a high-temperature environment as compared with a platinum material. It is considered that the intended effect cannot be exerted over a long period of time because it is oxidized by the use below.
  • iridium is harder and more brittle than platinum materials, so it is difficult to process.
  • the present invention provides a glass article manufacturing that can effectively and stably prevent the generation of bubbles during the glass manufacturing and prevent the bubbles from remaining in the manufactured glass article. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a glass article manufacturing method, a glass melt conduit or a glass melt container used in the glass article manufacturing apparatus, and a manufacturing method thereof.
  • the present invention provides a film formed by thermal spraying that satisfies the following conditions (1) to (4) on at least a part of the inner surface of a platinum or platinum alloy hollow tube.
  • the present invention provides a method for producing a glass melt conduit or glass melt container that is exposed to an oxygen-containing atmosphere at 1300 to 1800 ° C. (1)
  • the average film thickness of the coating is 0.1 to 0.5 mm.
  • a raw material containing a platinum alloy and at least one element selected from the group consisting of zirconium (Zr) and yttrium (Y) is used.
  • the platinum alloy of (2) is at least selected from the group consisting of platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), gold (Au), palladium (Pd), and ruthenium (Ru).
  • An alloy of one element and the total content of elements other than platinum is 5 to 40% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy.
  • the total content of elements other than the platinum alloy in the raw material of (2) is 0.05 to 3% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy.
  • the coating is preferably formed by plasma spraying.
  • the present invention also provides a glass melt comprising a platinum tube or a platinum alloy hollow tube, and a sprayed coating that satisfies the following conditions (1) to (5) on at least a part of the inner surface of the hollow tube:
  • a material conduit or glass melt container is provided.
  • the average film thickness of the coating is 0.1 to 0.5 mm.
  • the coating has pores, and the porosity of the coating is 8% by volume or more based on the total volume of the coating.
  • the coating is sprayed using a raw material containing a platinum alloy and at least one element selected from the group consisting of zirconium (Zr) and yttrium (Y), and then an oxygen of 1300 to 1800 ° C. Expose to the atmosphere.
  • the platinum alloy of (3) is at least selected from the group consisting of platinum (Pt) and rhodium (Rh), iridium (Ir), gold (Au), palladium (Pd), and ruthenium (Ru).
  • An alloy of one element and the total content of elements other than platinum is 5 to 40% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy.
  • the total content of elements other than the platinum alloy in the raw material of (3) is 0.05 to 3% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy.
  • the coating film has a layered structure in which the lamination interface between the particles of the coating film extends substantially parallel to the surface on which the coating film is formed, It is preferable that at least some of the pores in the coating are present between the stacked interfaces, and the average distance in the layer direction of the pores existing between the stacked interfaces is 50 ⁇ m or less.
  • the coating is a portion of the inner surface of the hollow tube that contacts the glass melt when the glass melt conduit or glass melt container is used.
  • (Section A) and a part exposed to the atmosphere (Section B) are formed on at least a part, and the coating formed on part A and the coating formed on part B are in contact with each other.
  • the area ratio (D / C) between the area C (cm 2 ) of the formed film and the boundary area D (cm 2 ) between the film formed at the part A and the film formed at the part B It is preferably 0.0005 or more.
  • the present invention also provides a glass article manufacturing apparatus using the glass melt conduit of the present invention as at least a part of the glass melt conduit.
  • the glass article manufacturing apparatus of the present invention has at least a melting tank for melting a glass raw material, and a clarification tank for clarifying a glass melt supplied from the melting tank, and is located downstream from the outlet of the clarification tank.
  • the glass melt conduit of the present invention is preferably used.
  • the present invention provides a glass article manufacturing method for obtaining a glass article by melting a glass raw material to obtain a glass melt using the glass article production apparatus of the present invention, and refining the glass melt.
  • the glass article manufacturing apparatus and glass article manufacturing method which can prevent generation
  • pipe for glass melts used for the glass article manufacturing apparatus or the container for glass melts, and those manufacturing methods can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a glass article manufacturing apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one structural example of the glass melt conduit of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another structural example of the glass melt conduit of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of one structural example of the glass melt container of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart of the method for producing a glass melt conduit according to the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional photograph of the thermal sprayed coating after heat treatment in the case of containing a platinum alloy as a raw material for forming the thermal sprayed coating.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a glass article manufacturing apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one structural example of the glass melt conduit of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another structural example of the glass melt conduit
  • FIG. 7 is a cross-sectional photograph of the thermal sprayed coating before heat treatment when a platinum alloy and zirconium (Zr) elements are contained as raw materials for forming the thermal sprayed coating.
  • FIG. 8 is a cross-sectional photograph of the thermal sprayed coating after heat treatment in the case of containing platinum alloy and zirconium (Zr) elements as raw materials for forming the thermal sprayed coating.
  • FIG. 9 is a cross-sectional photograph of the thermal sprayed coating after heat treatment in the case of containing platinum and zirconium (Zr) oxides as raw materials for forming the thermal sprayed coating.
  • FIG. 10 is a cross-sectional photograph of the thermal sprayed coating after heat treatment in the case of containing platinum and zirconium (Zr) elements as raw materials for forming the thermal sprayed coating.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a gas release path.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a glass article manufacturing apparatus.
  • a glass article manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a melting tank 2 for melting a glass raw material, a clarification tank 3 provided on the downstream side of the dissolution tank 2, and a glass melt for the next process provided on the downstream side of the clarification tank 3.
  • the adjusting tank 4 for adjusting the temperature condition and the homogenous condition of the product, and the forming device 5 provided on the downstream side of the adjusting tank 4, the dissolving tank 2, the clarifying tank 3, the adjusting tank 4 and the forming apparatus 5 are respectively They are connected by conduits 6, 7, 8 for circulating the glass melt.
  • the dissolution tank 2 is provided with a burner, an electrode, and the like, and can dissolve the glass raw material.
  • a glass melt outlet is formed on the downstream side of the dissolution tank 2, and the dissolution tank 2 and the clarification tank 3 communicate with each other via a conduit 6 having the outlet as an upstream end.
  • the clarification tank 3 is a part where glass clarification is mainly performed.
  • the glass melt is introduced into a reduced-pressure atmosphere in which the inside is maintained at a predetermined degree of decompression, and bubbles in the glass melt are grown so as to float on the surface of the glass melt and break the bubbles. It may be a vacuum degassing tank to be removed.
  • a glass melt outlet is formed on the downstream side of the clarification tank 3, and the clarification tank 3 and the adjustment tank 4 communicate with each other via a conduit 7 having the outlet as an upstream end.
  • the adjustment tank 4 is a part which stirs and homogenizes the glass melt with a stirrer or the like as necessary, and cools the glass melt.
  • An outflow port is formed on the downstream side of the adjustment tank 4, and the adjustment tank 4 and the molding device 5 communicate with each other via a conduit 8 having the outflow port as an upstream end.
  • the part to be stirred of the adjustment tank 4 may be called a stirring tank and the part to be cooled may be called a cooling tank.
  • the forming device 5 is a part that mainly forms glass into a desired shape, and is appropriately selected according to the shape of the glass product to be manufactured. For example, when the glass product is a glass substrate for a flat panel display, a float molding device, a downdraw molding device, or the like is used.
  • a glass plate having a thickness of preferably 0.7 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, still more preferably 0.3 mm or less, and particularly preferably 0.1 mm or less.
  • the glass melt conduits 6, 7, and 8 are required to have heat resistance that can withstand a high temperature environment, durability, and corrosion resistance to the glass melt.
  • a hollow tube made of a platinum alloy such as a platinum-gold alloy, a platinum-rhodium alloy, or a platinum-iridium alloy (hereinafter, these are collectively referred to as “platinum material”) is used.
  • platinum material such as a platinum-gold alloy, a platinum-rhodium alloy, or a platinum-iridium alloy
  • reinforced platinum in which metal oxide particles such as ZrO 2 and Y 2 O 3 are dispersed in platinum or a platinum alloy may be used as the platinum material.
  • the hollow tube made from a platinum material is used also for the adjustment tank 4 or the stirring tank and cooling tank as the adjustment tank 4.
  • the glass melt conduit in the present invention includes the adjustment tank 4, or the stirring tank and the cooling tank as the adjustment tank 4. .
  • a hollow tube made of platinum material is also used for the glass melt container described above.
  • the shape and dimensions of the hollow tube made of platinum material are appropriately selected according to the part used as the glass melt conduit and the use of the glass melt container.
  • the outer shape may be uneven, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-315894, and the one described in Japanese Reissued Table No. 2010/0667669. Thus, it may have a branch pipe.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one structural example of the glass melt conduit of the present invention.
  • a sprayed coating 20 is formed on the inner surface of a hollow tube 10 made of platinum material.
  • symbol G has shown the glass melt which distribute
  • the glass melt conduit shown in FIG. 2 can be applied to the conduits 6, 7, and 8 of the glass manufacturing apparatus 1 shown in FIG.
  • the conduit shown in FIG. 2 is connected to another conduit or a regulating tank.
  • the gap between the connected parts is preferably as narrow as possible, but is generally about 30 mm at the maximum. Since the sprayed coating 20 is formed at the connected portion, this portion of the sprayed coating 20 is in contact with the atmosphere outside the conduit.
  • This part is referred to as a part B (40).
  • site A (30) the region of the thermal spray coating that is in contact with the thermal spray coating at this site B (40) (in this embodiment) and that is in contact with the glass melt G.
  • site A (30) The area where this part A (30) is in contact with the glass melt G is defined as area C (not shown).
  • FIG. 2 is a flange, and the glass melt G enters the gap therebetween. Accordingly, since the temperature of the portion is low, the glass melt G is hardened, and the glass melt G does not leak from the gap between the conduits.
  • a portion indicated by a dotted line 50 in the vicinity of the connecting portion is a boundary portion between the portion A (30) and the portion B (40), and a boundary area D (the area of the cross section of the sprayed coating at the boundary portion, not shown). It is an area including This boundary portion is a portion serving as a gas release route (mainly considered to be oxygen generated in the glass melt, the same applies hereinafter).
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another structural example of the glass melt conduit of the present invention. In FIG.
  • a part of the hollow tube 10 made of platinum material is a vertical hollow tube, the upper space (the space above the glass melt) is opened, and the bottom is closed. This is different from FIG. For this reason, the thermal spray coating 20 facing the upper space is in contact with the atmosphere.
  • This part is a site B (40).
  • site A (30) the region of the thermal spray coating that is in contact with the thermal spray coating at this site B (40) (in this embodiment) and that is in contact with the glass melt G.
  • site A (30) The area where this part A (30) is in contact with the glass melt G is defined as area C (not shown).
  • a portion indicated by a dotted line 50 is a boundary portion between the portion A (30) and the portion B (40) and includes a boundary area D (the area of the cross section of the sprayed coating at the boundary portion, not shown). is there.
  • This boundary portion is a portion serving as a gas release path.
  • the glass melt conduit shown in FIG. 3 can be applied to, for example, the adjustment tank 4 of the glass manufacturing apparatus 1 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of one structural example of the glass melt container of the present invention.
  • a hollow tube 10 made of platinum material has a bottomed cylindrical shape, and a sprayed coating 20 is formed on the inner surface thereof.
  • the hollow space of the hollow tube 10 (the space above the glass melt) is opened, and the thermal spray coating 20 facing the upper space is in contact with the atmosphere.
  • This part is a site B (40).
  • site A (30) the region of the thermal spray coating that is in contact with the thermal spray coating at this site B (40) (in this embodiment) and that is in contact with the glass melt G.
  • area C The area where this part A (30) is in contact with the glass melt G is defined as area C (not shown).
  • a portion indicated by a dotted line 50 is a boundary portion between the portion A (30) and the portion B (40) and includes a boundary area D (the area of the cross section of the sprayed coating at the boundary portion, not shown). is there.
  • This boundary portion is a portion serving as a gas release path.
  • the glass melt container shown in FIG. 4 can be applied to a crucible that melts a glass raw material to obtain a glass melt.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a gas discharge path.
  • FIG. 5 is a flowchart of the method for producing a glass melt conduit according to the present invention. As will be described in detail later, in the method for producing a glass melt conduit according to the present invention, a hollow tube made of a platinum material is prepared, and then a platinum alloy is sprayed on the inner surface of the hollow tube to form a sprayed coating. Next, the hollow tube on which the sprayed coating is formed is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere.
  • the thermal spray coating formed on the inner surface of a hollow tube made of platinum material is required to have heat resistance that can withstand high temperature environments and corrosion resistance to glass melts.
  • the purpose of forming the thermal spray coating is to improve the strength, durability, and corrosion resistance of the base material surface by adding an element different from the base material forming the thermal spray coating or by tilting the composition of the base material. .
  • a platinum material is not normally used as a raw material for a thermal spray coating for a hollow tube made of an expensive platinum material, which is originally durable and corrosion resistant to a glass melt.
  • a platinum material is used as a raw material for the thermal spray coating based on the discovery described below. In the present invention, since a platinum material is used as a raw material for the thermal spray coating, the corrosion resistance and durability of the thermal spray coating do not become a problem unlike other thermal spray raw materials, and the generation of bubbles can be effectively and stably prevented.
  • At least one element selected from the group consisting of platinum alloy, zirconium (Zr), and yttrium (Y) (hereinafter referred to as “element A” in this specification) is used for forming the sprayed coating.
  • the raw material containing these is used.
  • the reason for using the raw material containing the element A in addition to the platinum alloy is as follows. When a thermal spray coating is formed using a platinum alloy as a raw material, in the thermal spray coating immediately after the formation, a large number of pores exist between the laminated interfaces of the particles of the thermal spray coating.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional photograph taken at a magnification of 50 of the state of the thermal sprayed coating after the heat treatment when the thermal sprayed coating is formed using platinum alloy as a raw material.
  • the high-temperature oxygen-containing atmosphere is specifically an oxygen-containing atmosphere of 1300 to 1800 ° C., preferably 1300 to 1500 ° C.
  • exposure to an oxygen-containing atmosphere at 1300 to 1800 ° C., preferably 1300 to 1500 ° C. may be referred to as heat treatment in an oxygen-containing atmosphere.
  • the raw material containing the element A is used in addition to the platinum alloy, a part of the element A is dispersed in the alloy crystal of the platinum alloy that forms the sprayed coating. Further, another part of the element A is dispersed in the crystal grain boundary of the platinum alloy forming the sprayed coating.
  • the element A When the thermal spray coating is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere by the procedure described later, the element A is oxidized to an oxide. For example, when the element A is Zr, it becomes ZrO 2 . At this time, the element A dispersed in the alloy crystal becomes an oxide, thereby causing dislocations in the alloy crystal. Thereby, the growth of crystal grains is suppressed. Further, it is considered that the element A dispersed in the crystal grain boundary also becomes an oxide, thereby suppressing the crystal grain growth. Due to the action of suppressing the growth of these crystal grains, a state in which many pores exist between the lamination interfaces between the particles of the sprayed coating and the pores are close to each other is maintained even after firing.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional photograph taken at a magnification of 100 of the state of the thermal spray coating before heat treatment when a raw material containing zirconium (Zr) as the element A is used in addition to the platinum alloy.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional photograph taken at a magnification of 50 of the state of the thermal sprayed coating after heat treatment when a raw material containing zirconium (Zr) as the element A is used in addition to the platinum alloy.
  • the elements A Zr and Y have an effect of suppressing the growth of crystal grains. In particular, when Zr is dissolved in a small amount in a platinum alloy, the melting point of the platinum alloy and the alloy of Zr increases (conversely, Y decreases the melting point of the platinum alloy and the alloy of Y). More preferred.
  • the oxide of element A is included in the raw material of the thermal spray coating, part of the oxide of element A is dispersed in the alloy crystal of the platinum alloy forming the thermal spray coating, and the oxide of element A Another part of is the same as described above in that it is dispersed at the crystal grain boundaries of the platinum alloy forming the sprayed coating.
  • the oxide of the element A is dispersed in the alloy crystal from the beginning, no dislocation occurs in the alloy crystal during the heat treatment in the oxygen-containing atmosphere. For this reason, the growth of crystal grains is not suppressed.
  • the oxide of element A dispersed in the grain boundary is considered to suppress the growth of crystal grains.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional photograph taken at a magnification of 50 of the state of the thermal spray coating after heat treatment when a raw material containing zirconium (Zr) oxide as the element A oxide in addition to platinum is used.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional photograph taken at a magnification of 50 of the state of the thermal spray coating after heat treatment when a raw material containing zirconium (Zr) as element A in addition to platinum is used.
  • the total content of the element A in the spray coating raw material is 0.05 to 3% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy.
  • the total content of element A is less than 0.05% by mass, the above-described action of suppressing the growth of crystal grains is low, and when the thermal spray coating is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere, many of the pores are blocked by the growth of crystal grains. The remaining pores are also present randomly in the sprayed coating. Therefore, it is impossible to provide a gas release path for releasing oxygen and hydrogen generated in the glass melt into the atmosphere.
  • the total content of element A in the thermal spray coating material is preferably 0.1 to 1% by mass, more preferably 0.1 to 0.5% by mass.
  • the platinum alloy used as a raw material for the thermal spray coating is a group consisting of platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), gold (Au), palladium (Pd), and ruthenium (Ru). And an alloy of at least one element selected from (hereinafter referred to as “element B” in the present specification).
  • element B an alloy of at least one element selected from
  • the total content of element B is 5 to 40% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy.
  • the total content of element B is less than 5% by mass, the above-described action of suppressing the growth of crystal grains is low, and when the thermal spray coating is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere, many of the pores are blocked by the growth of crystal grains.
  • the pores are also present randomly in the sprayed coating. Therefore, it is not possible to create a gas release path for releasing oxygen and hydrogen generated in the glass melt into the atmosphere.
  • the total content of element B is more than 40% by mass, the hardness of the platinum alloy becomes too high due to solid solution strengthening, which makes processing difficult.
  • the platinum alloy of the hollow tube and the platinum alloy excluding the element A in the sprayed coating are preferably the same.
  • the platinum alloy of the hollow tube is different from the platinum alloy excluding the element A in the thermal spray coating, the hollow tube has a configuration where the glass melt is in contact with the hollow tube and the thermal spray coating. This is because a local battery is formed between the glass and the sprayed coating, and bubbles may be generated in the glass melt.
  • the average film thickness of the sprayed coating formed on the inner surface of the hollow tube made of platinum material is 0.1 to 0.5 mm.
  • the average film thickness of the thermal spray coating is less than 0.1 mm, the area of the gas discharge path described above becomes small, and the function cannot be expressed.
  • the average film thickness of the thermal spray coating is more than 0.5 mm, it is considered that the function of the gas discharge path can be sufficiently exhibited in terms of the area of the gas discharge path described above, but the thickness of the film increases. Since the thermal spray coating is easily peeled off, there is a possibility that the function as a gas release path cannot be expressed. Furthermore, the processing cost increases as the thickness of the coating increases.
  • the average film thickness of the sprayed coating is preferably 0.2 to 0.3 mm.
  • the thermal spraying method used at the time of formation of a thermal spray coating is not specifically limited, For example, a flame spraying method or a plasma spraying method can be used. Among these, the plasma spraying method is preferable because the generally formed film has high adhesion to the substrate. In addition, the plasma spraying method is preferable because the sprayed material has a higher temperature than the flame spraying method, and the oxidation of the element A during the heat treatment is easily promoted.
  • the thermal spraying conditions during the formation of the coating are not particularly limited. In the case of flame spraying, the flame temperature is 700 to 1500 ° C. and 100 to 150 m / s, and in the case of plasma spraying, the gas phase temperature is 2000 to 3000 ° C. and 100. Thermal spraying at ⁇ 300 n / s is preferred.
  • the spray coating is 1300-1800 ° C., preferably 1300-1500 ° C.
  • Exposure to an oxygen-containing atmosphere heat treatment in an oxygen-containing atmosphere.
  • the heat treatment time is preferably 20 hours or longer, more preferably 50 hours or longer, and further preferably 200 hours or longer.
  • the effect of this invention is show
  • the element A dispersed in the alloy crystal of the platinum alloy that forms the sprayed coating and the element A dispersed in the crystal grain boundary of the platinum alloy that forms the sprayed coating are oxidized to become oxides.
  • the effect of suppressing growth is exhibited.
  • a gas release path for releasing oxygen and hydrogen generated in the object into the atmosphere can be formed.
  • the porosity of the thermal spray coating is preferably 8% by volume or more with respect to the total volume of the thermal spray coating in order to function as a gas release path for releasing oxygen and hydrogen generated in the glass melt into the atmosphere. More preferably, it is 12% by volume or more. Note that a plurality of thermal spray coatings having different porosity may be formed to be stacked. Also in this case, the porosity of the sprayed coating is preferably 8% by volume or more, and more preferably 12% by volume or more based on the total volume of the thermal sprayed coatings stacked.
  • a gas for releasing oxygen and hydrogen generated in the glass melt into the atmosphere that the average distance in the layer direction between pores existing between the laminated interfaces forming the layer structure is 50 ⁇ m or less. It is preferable for functioning as a release path, more preferably 40 ⁇ m or less, and further preferably 30 ⁇ m or less.
  • a sprayed coating is formed on the inner surface of a hollow tube made of platinum material used as a conduit for glass melt, in order to release oxygen and hydrogen generated in the glass melt into the atmosphere. This is to make it function as a route.
  • a sprayed coating is not formed in order to make the inner surface of the glass melt conduit function as a gas discharge path.
  • a known metal powder or metal fiber is sintered, a spacer is inserted, and then the spacer is removed.
  • a thermal spray coating in the site
  • a sprayed coating is formed on the entire portion in contact with the glass melt.
  • a sprayed coating may be formed at the part. Further, it is necessary to form a sprayed coating on at least a part of the inner surface of the hollow tube made of platinum material exposed to the atmosphere (portion B) when using the glass melt conduit.
  • the thermal spray coating formed on the part A and the thermal spray coating formed on the part B need to be in contact with each other.
  • the area C (cm 2 ) of the sprayed coating formed on the part A, and the boundary area D (cm 2 ) between the sprayed coating formed on the part A and the sprayed coating formed on the part B The area ratio (D / C) is preferably 0.0005 or more in order to function as a gas discharge path for releasing oxygen and hydrogen generated in the glass melt into the atmosphere.
  • the area ratio (D / C) is more preferably 0.001 or more, and further preferably 0.002 or more.
  • a sprayed coating may be formed on the entire inner surface of the hollow tube made of platinum material used as the glass melt conduit.
  • the glass article manufacturing apparatus of the present invention uses the glass melt conduit of the present invention as at least a part of the glass melt conduit constituting the glass article manufacturing apparatus.
  • the glass melt conduit of the present invention is used in the case of the glass article manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1, at least part of the conduits 6, 7, and 8 for circulating the glass melt, the adjustment tank 4, or the stirring tank as the adjustment tank 4 As the cooling tank.
  • the glass melt conduit of the present invention is used.
  • the pores present in the sprayed coating formed on the inner surface of the hollow tube made of platinum material cause oxygen and hydrogen generated in the glass melt to enter the atmosphere.
  • a gas release path is formed for release.
  • the glass melt conduit of the present invention when used as at least a part of the conduits 6, 7, and 8, the glass melt conduit of the present invention is used for any of the conduits. It is not particularly limited. Therefore, the glass melt conduit of the present invention may be used for only one of the conduits 6, 7, 8, or the glass melt conduit of the present invention may be used for all of the conduits 6, 7, 8. It may be used. Moreover, you may use the conduit
  • the glass melt conduit of the present invention is connected to the conduit 7 or 8 on the downstream side of the clarification tank 3. It is preferable to use it. Moreover, you may use the conduit
  • FIG. A molding device 5 is provided on the downstream side of the conduit 8.
  • the glass article manufacturing method of the present invention is the same as the conventional one except that the glass article manufacturing apparatus of the present invention described above is used. Therefore, the glass raw material prepared so that it may become a desired glass composition is thrown into the melting tank 2 of the glass article manufacturing apparatus shown in FIG. 1, and the glass melt obtained by heating and melting the conduit 6, the clarification tank 3, and the conduit 7 Then, the glass tank having a desired shape is obtained by passing the adjustment tank 4, which is a stirring tank or a cooling tank, the conduit 8 and the molding device 5 in this order.
  • the glass produced in the present invention is preferably alkali-free glass, and more preferably the following alkali-free glass.
  • the strain point of the alkali-free glass is preferably 650 ° C. or higher, more preferably 670 ° C. or higher, and further preferably 700 ° C. or higher. When the strain point is 670 ° C.
  • B 2 O 3 is preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 3%, still more preferably 0 to 2.5%, still more preferably 0 to 2%, and particularly preferably Is 0 to 1.5%.
  • T 2 of the alkali-free glass is preferably 1620 to 1820 ° C., more preferably 1630 to 1770 ° C., and further preferably 1640 to 1720 ° C.
  • Example 1 Evaluation of porosity
  • the sprayed coating is formed on a refractory brick, exposed to an oxygen-containing atmosphere (air atmosphere) at 1400 ° C. for 5 hours, and then the state of the structure of the sprayed coating is determined. The following procedure was observed. The observation was performed by cutting the thermal spray coating into a cross section, polishing, etching, and then enlarging it 50 times with an optical microscope. The porosity indicating the state of the tissue was calculated as the area ratio of the pores after binarizing the luminance. In this binarization, the target areas were set to 0.6 mm and 0.3 mm respectively in the vertical and horizontal directions.
  • Raw material A platinum
  • thermal spraying method flame spraying raw material B: platinum alloy of platinum and Rh
  • Rh is 10% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy
  • thermal spraying method flame spraying raw material C: platinum alloy of platinum and Rh And Zr
  • Rh is 10% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy
  • Zr is 0.2% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy
  • spraying method plasma spraying raw material D: platinum and Zr
  • Zr is the total mass of platinum. 0.2% by mass
  • thermal spraying method flame spraying raw material E: platinum and ZrO 2
  • ZrO 2 is 0.2% by mass with respect to the total mass of platinum
  • thermal spraying method flame spraying
  • the crystal grains in the thermal spray coating exposed to an oxygen-containing atmosphere (atmosphere) at 1500 ° C. for 5 hours grew to a size of 5 to 40 ⁇ m.
  • There were few pores present in the sprayed coating and the porosity of the sprayed coating was 4.9% by volume with respect to the total volume of the sprayed coating.
  • the existing pores were present randomly at the grain boundaries.
  • the sprayed coating exposed to an oxygen-containing atmosphere (atmospheric atmosphere) at 1500 ° C. for 20 hours the growth of crystal grains progressed to 30 to 200 ⁇ m.
  • the number of pores present in the sprayed coating decreased, and the porosity of the sprayed coating was 1.2% by volume.
  • the crystal grains in the thermal spray coating exposed to an oxygen-containing atmosphere (atmosphere) at 1500 ° C. for 5 hours are 5 to 40 ⁇ m.
  • the porosity of the sprayed coating was 7.2% by volume with respect to the total volume of the sprayed coating. Most of the existing pores were present randomly at the grain boundaries.
  • an oxygen-containing atmosphere atmospheric atmosphere
  • the raw material C using platinum alloy (platinum and Rh) and Zr as the raw material for the thermal spray coating the growth of crystal grains in the thermal spray coating exposed to an oxygen-containing atmosphere (atmosphere) at 1500 ° C. for 5 hours is suppressed.
  • the size was 5 to 30 ⁇ m.
  • the crystal grains in the thermal spray coating exposed to an oxygen-containing atmosphere (atmosphere) at 1500 ° C. for 5 hours grew to a size of 5 to 30 ⁇ m. .
  • the porosity of the sprayed coating was 4.9% by volume with respect to the total volume of the sprayed coating.
  • most of the existing pores were present randomly at the grain boundaries.
  • the crystal grains grew to a size of 10 to 50 ⁇ m.
  • Example (Evaluation of oxygen gas permeability) A sprayed coating was formed on the surface of the aluminum disc, and then the aluminum disc was dissolved and removed to obtain a disc sample formed only with the sprayed coating. This disk sample was exposed to an oxygen-containing atmosphere (atmospheric atmosphere) at 1500 ° C. for 20 hours, and then cut into a size necessary for measurement to obtain a sample.
  • the measurement of the oxygen gas permeability of the thermal spray coating was carried out using a method defined by JIS k-7126 Part 1, differential pressure method, GC (gas chromatographic) method. The measurement conditions were a dry atmosphere and 30 ° C.
  • the raw material of the thermal spray coating, the thermal spraying method, and the dimensions of the sample are as follows.
  • Raw material B platinum alloy of platinum and Rh, Rh is 10% by mass relative to the total mass of the platinum alloy
  • spraying method flame spraying, dimensions: diameter 58 mm, thickness 0.30 mm
  • Raw material C platinum alloy of platinum and Rh and Zr, Rh is 10% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy, Zr is 0.2% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy
  • spraying method plasma spraying, dimensions: Diameter 35mm, thickness 0.33mm
  • Raw material D platinum and Zr, Zr is 0.2% by mass with respect to the total mass of platinum
  • thermal spraying method flame spraying, dimensions: diameter 58 mm, thickness 0.30 mm
  • Raw material F platinum alloy of platinum and Rh and Zr, Rh is 10% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy, Zr is 0.2% by mass with respect to the total mass of the platinum alloy
  • spraying method flame spraying, dimensions: Diameter 58mm, thickness 0.33mm
  • the oxygen permeability was 1.95 ⁇ 10 ⁇ 18 mol ⁇ m
  • the oxygen permeability was 7.00 ⁇ 10 ⁇ 10 mol ⁇ m / m 2 ⁇ sec ⁇ Pa.
  • the oxygen permeability was 4.49 ⁇ 10 ⁇ 11 mol ⁇ m / m 2 ⁇ sec ⁇ Pa.
  • the oxygen permeability was 5.32 ⁇ 10 ⁇ 11 mol ⁇ m / m 2 ⁇ sec ⁇ Pa.
  • the oxygen permeability is preferably 5 ⁇ 10 ⁇ 11 mol ⁇ m / m 2 ⁇ sec ⁇ Pa or more, more preferably 10 ⁇ 10 mol ⁇ m / m 2 ⁇ sec ⁇ Pa or more, and more preferably 5 ⁇ 10 ⁇ 10 mol ⁇ m / m / pa m 2 ⁇ sec ⁇ Pa or more is more preferable.
  • a plurality of thermal spray coatings having different oxygen transmission rates may be formed to overlap each other. Also in this case, it is preferable that the oxygen transmission rate of the thermal spray coating is in the above-mentioned preferable range as the whole thermal spray coating.
  • Example 2 bubble suppression effect 1
  • a sprayed coating was formed on the outer surface of an aluminum cylindrical mold using the above raw material C. Thereafter, the aluminum mold was removed by dissolution to obtain a bottomed cylindrical container formed only with the sprayed coating.
  • the container has an opening diameter of 30 mm, a height of 30 mm, and a thickness of 0.3 mm.
  • Glass cullet was put into this container and heated under the following conditions to dissolve the glass cullet.
  • the glass cullet is the following alkali-free glass, and the water content ⁇ -OH in the glass is 0.5 mm ⁇ 1 .
  • Example 3 bubble suppression effect 2
  • a sprayed coating was formed on the side surface excluding the bottom surface inside the bottomed cylindrical container made of platinum.
  • the container had a width of 45 mm, a depth of 45 mm, and a height of 45 mm, and the upper opening was rectangular.
  • the sprayed coating formed inside had a thickness of 0.3 mm.
  • Glass cullet was put into the container, and the glass cullet was melted under the above initial melting conditions. The depth of the molten glass was 15 mm. Thereafter, the generation of bubbles at the interface between the glass melt and the container wall surface was evaluated under the above test conditions.
  • Example 4 bubble suppression effect 3
  • a sprayed coating was formed only on the inner bottom surface of the platinum container.
  • the generation of bubbles at the interface between the glass melt and the container wall surface was evaluated. As a result, it was confirmed that bubbles were generated at the inner bottom surface and side surface of the container and the glass melt interface.
  • Example 5 bubble suppression effect 4
  • a sprayed coating was formed only on the inner bottom surface of the platinum container.
  • two holes having a diameter of 0.5 mm were formed only on the bottom surface of the platinum container so as not to make holes in the sprayed coating on the bottom surface.
  • the area C in contact with the glass melt of the thermal spray coating formed in the portion A where the glass melt and the thermal spray coating are in contact is the area 2025 mm 2 (45 mm ⁇ 45 mm) of the bottom surface.
  • the boundary area D with the sprayed coating formed on the part B exposed to the atmosphere by two holes in the sprayed coating formed on the part A is the area 0.3927 mm 2 (0.25 mm ⁇ 2) at the bottom of the two holes. 0.25 mm ⁇ ⁇ ⁇ 2).
  • the thermal spray coating formed on the site B is a part of the thermal spray coating formed on the site A without the thermal spray coating belonging only to the site B.
  • the area ratio (D / C) is 0.000194.
  • Example 6 bubble suppression effect 5
  • a sprayed coating was formed on the inner bottom surface of the platinum container and one of the four side surfaces.
  • the area C in contact with the glass melt of the thermal spray coating formed in the portion A where the glass melt and the thermal spray coating are in contact with each other is a total of 2700 mm of the bottom and side surfaces in contact with the molten glass because 15 mm of the molten glass is added. 2 (45 mm ⁇ 45 mm + 45 mm ⁇ 15 mm).
  • the boundary area D between the thermal spray coating formed on the part A and the thermal spray coating formed on the part B exposed in the atmosphere is an area 13.5 mm 2 (the depth (or width) of the side surface multiplied by the thickness of the thermal spray coating ( 45 mm ⁇ 0.3 mm).
  • the area ratio (D / C) is 0.005.

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Abstract

 本発明は、白金製または白金合金製の中空管の内面の少なくとも一部に、下記条件(1)~(4)を満たす溶射による被膜を形成した後、前記被膜を1300~1800℃の酸素含有雰囲気にさらすガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器の製造方法に関する: (1)前記被膜の平均膜厚は0.1~0.5mmである; (2)前記被膜の形成には、白金合金と、ジルコニウム(Zr)およびイットリウム(Y)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、を含有する原料を用いる; (3)(2)の白金合金は、白金(Pt)と、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、金(Au)、パラジウム(Pd)、およびルテニウム(Ru)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、の合金であって、白金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して5~40質量%である; (4)(2)の原料中の、白金合金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して0.05~3質量%である。

Description

ガラス溶融物用導管、ガラス溶融物用容器、それらの製造方法、ガラス物品製造装置、及びガラス物品製造方法
 本発明は、ガラス物品製造装置においてガラス溶融物の導管として使用されるガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器およびその製造方法に関する。
 また、本発明は、そのガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器を用いたガラス物品製造装置に関する。
 さらに、本発明は、そのガラス製造装置を用いたガラス物品製造方法に関する。
 ガラス製造装置(溶解槽、清澄槽、調整槽、攪拌槽、冷却槽、その他、およびこれらの連絡流路)の構成材料としては、白金、または白金と他の貴金属元素、例えば、ロジウム(Rh)、金(Au)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)及びルテニウム(Ru)との合金が使用されている(以下、本明細書において、白金および白金合金を総称して白金材料という)。これらの構成材料として白金材料が用いられるのは、白金材料は融点が高く、大気中で酸化物層を形成しないため劣化せず、装置稼動時に変形、損傷のおそれが低いことに加え、化学的安定性にも優れ、溶融状態のガラスを汚染するおそれが低いことによる。
 ガラス製造工程における装置温度は、その処理内容により異なるが、約900℃以上の高温環境下にある。白金材料は、上記特性からこのような高温環境下でも装置内部のガラス溶融物を汚染することなく、長期間十分な耐久性を維持することができる。
 しかしながら、白金材料を用いたガラス製造装置においては、ガラス製造時に、ガラス溶融物中の水分に起因する気泡が、白金材料の界面で発生するという問題があった。これは、ガラス溶融物に含まれる水分が、白金材料と接触して解離し、水素と酸素を生成することに起因する。水素は白金材料を透過して外部に放出されるが、酸素は白金材料を透過できず、ガラス溶融物に残留する酸素の濃度が溶解度限界を超えると、白金材料の界面で気泡が発生すると考えられている(特許文献1、2参照)。このようにして発生した気泡は、製造されるガラス製品に残留すると、ガラス製品の品質を低下させる。
 特に、液晶ディスプレイ(LCD)、有機エレクトロルミネッセンス・ディスプレイ(OLED)、無機エレクトロルミネッセンス・ディスプレイ等に使用されるアルカリ金属酸化物を実質的に含有しない無アルカリガラス基板の場合、無アルカリガラスが高融点であり、アルカリ含有ガラスと比較して高粘性であるため、ガラス溶融物中の気泡が浮上しにくく、気泡の抑制が難しい。
 この問題を解決するため、白金材料の表面に、緻密な水素不透過性の被膜や、水素の拡散を低減または抑制する拡散障壁層を設けることが提案されている(特許文献1、2参照)。特許文献1では、緻密な水素不透過性の被膜の材料として、ガラス、セラミック、金属等が挙げられている。特許文献2では、イリジウムを含有する拡散障壁層が用いられている。
日本国特表2004-523449号公報 日本国特表2009-523696号公報
 特許文献1に記載の水素不透過性の緻密な被膜は、水素の分子径やイオン径に着目して、水素不透過性材料でコーティング等により緻密な被膜を設けることにより、被膜を通して水素が外部に放出されるのを防止することを意図したものであるが、ガラス製造時における気泡の発生を十分に低減することができるものではなかった。白金材料のガラス溶融物と接しない外側表面に設ける被膜が、必ずしも意図した緻密な膜とならないことや、高温環境下での使用による被膜の劣化や、白金材料と被膜との熱膨張係数の差による被膜剥離等が原因で、水素が外部に放出されてしまっているものと考えられる。
 また、特許文献2に記載のイリジウム含有拡散障壁層は、イリジウムが高価な材料であるため、設備の製造コストが増加するうえ、白金材料に比べて高温環境下で酸化されやすいイリジウムが、高温環境下での使用により酸化されるため、意図した効果を長期にわたって発揮できないと考えられる。また、イリジウムは白金材料と比べて、硬くて脆い特徴があるため、加工が困難である。
 上記の問題を解決するため、本発明は、ガラス製造時において、気泡の発生を効果的にかつ安定して防止し、製造されるガラス物品での気泡の残留を防止することができるガラス物品製造装置およびガラス物品製造方法、ならびに、そのガラス物品製造装置に用いるガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器およびそれらの製造方法を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明は、白金製または白金合金製の中空管の内面の少なくとも一部に、下記条件(1)~(4)を満たす溶射による被膜を形成した後、前記被膜を1300~1800℃の酸素含有雰囲気にさらすガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器の製造方法を提供する。
(1)前記被膜の平均膜厚は0.1~0.5mmである。
(2)前記被膜の形成には、白金合金と、ジルコニウム(Zr)およびイットリウム(Y)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、を含有する原料を用いる。
(3)(2)の白金合金は、白金(Pt)と、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、金(Au)、パラジウム(Pd)、およびルテニウム(Ru)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、の合金であって、白金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して5~40質量%である。
(4)(2)の原料中の、白金合金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して0.05~3質量%である。
 本発明のガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器の製造方法において、前記被膜が、プラズマ溶射により形成されることが好ましい。
 また、本発明は、白金製または白金合金製の中空管と、前記中空管の内面の少なくとも一部に、下記条件(1)~(5)を満たす溶射による被膜と、を有するガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器を提供する。
(1)前記被膜の平均膜厚は0.1~0.5mmである。
(2)前記被膜は気孔を有し、該被膜の気孔率が該被膜の全体積に対して8体積%以上である。
(3)前記被膜は、白金合金と、ジルコニウム(Zr)およびイットリウム(Y)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、を含有する原料を用いて溶射後、1300~1800℃の酸素含有雰囲気中にさらす。
(4)(3)の白金合金は、白金(Pt)と、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、金(Au)、パラジウム(Pd)、およびルテニウム(Ru)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、の合金であって、白金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して5~40質量%である。
(5)(3)の原料中の、白金合金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して0.05~3質量%である。
 本発明のガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器において、前記被膜では、該被膜の粒子同士の積層界面が、該被膜の形成面に対して略平行に延びる層構造をなしており、前記被膜中の気孔の少なくとも一部は、前記積層界面間に存在し、前記積層界面間に存在する気孔同士の前記層方向における平均距離が50μm以下であることが好ましい。
 本発明のガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器において、前記被膜は、前記中空管の内面のうち、ガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器の使用時に、ガラス溶融物に接する部位(部位A)と雰囲気中に露出する部位(部位B)の少なくとも一部に形成されており、部位Aに形成された被膜と部位Bに形成された被膜が互いに接しており、前記部位Aに形成された被膜の面積C(cm2)と、前記部位Aに形成された被膜と前記部位Bに形成された被膜との境界面積D(cm2)と、の面積比(D/C)が0.0005以上であることが好ましい。
 また、本発明は、ガラス溶融物用導管の少なくとも一部として、本発明のガラス溶融物用導管を用いたガラス物品製造装置を提供する。
 本発明のガラス物品製造装置は、ガラス原料を溶解する溶解槽、および前記溶解槽から供給されるガラス溶融物を清澄する清澄槽を少なくとも有しており、前記清澄槽の流出口より下流側の導管として、本発明のガラス溶融物用導管を用いることが好ましい。
 また、本発明は、本発明のガラス物品製造装置を用いて、ガラス原料を溶解してガラス溶融物を得て、前記ガラス溶融物を清澄してガラス物品を得るガラス物品製造方法を提供する。
 本発明によれば、ガラス製造時において、気泡の発生を効果的にかつ安定して防止し、製造されるガラス物品での気泡の残留を防止することができるガラス物品製造装置およびガラス物品製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、そのガラス物品製造装置に用いるガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器およびそれらの製造方法を提供することができる。
図1は、ガラス物品製造装置の一構成例を示した模式図である。 図2は、本発明のガラス溶融物用導管の一構成例の断面模式図である。 図3は、本発明のガラス溶融物用導管の別の一構成例の断面模式図である。 図4は、本発明のガラス溶融物用容器の一構成例の断面模式図である。 図5は、本発明のガラス溶融物用導管の製造方法のフロー図である。 図6は、溶射被膜の形成に、原料として白金合金を含有する場合の熱処理後の溶射被膜の断面写真である。 図7は、溶射被膜の形成に、原料として白金合金とジルコニウム(Zr)の元素を含有する場合の熱処理前の溶射被膜の断面写真である。 図8は、溶射被膜の形成に、原料として白金合金とジルコニウム(Zr)の元素を含有する場合の熱処理後の溶射被膜の断面写真である。 図9は、溶射被膜の形成に、原料として白金とジルコニウム(Zr)の酸化物を含有する場合の熱処理後の溶射被膜の断面写真である。 図10は、溶射被膜の形成に、原料として白金とジルコニウム(Zr)の元素を含有する場合の熱処理後の溶射被膜の断面写真である。 図11は、ガスの放出経路の模式図である。
 以下、本発明について説明する。
 本発明のガラス溶融物用導管は、ガラス物品製造装置においてガラス溶融物の導管として使用される。本発明のガラス溶融物用容器は、ガラス物品製造装置においてガラス溶融物の容器として使用される。ここで言うガラス溶融物の容器とは、たとえば、その内部でガラス原料を溶解し、得られたガラス溶融物を保持するためのるつぼである。
 図1は、ガラス物品製造装置の一構成例を示した模式図である。図1に示すガラス物品製造装置1は、ガラス原料を溶解する溶解槽2、溶解槽2の下流側に設けられた清澄槽3、清澄槽3の下流側に設けられ次工程のためにガラス溶融物の温度条件や均質条件を調整する調整槽4、および調整槽4の下流側に設けられた成形装置5を有し、溶解槽2、清澄槽3、調整槽4および成形装置5は、それぞれガラス溶融物を流通させるための導管6,7,8によって接続されている。
 溶解槽2は、バーナー、電極等が設けられ、ガラス原料を溶解することができる。溶解槽2の下流側にはガラス溶融物の流出口が形成されており、その流出口を上流端とする導管6を介して溶解槽2と清澄槽3とが連通している。
 清澄槽3は、主としてガラスの清澄が行われる部位である。清澄槽3では、たとえばガラス溶融物中に含まれる微細な泡が清澄剤から放出される清澄ガスにより浮上され、ガラス溶融物から除去される。また、清澄槽3として、内部が所定の減圧度に保持された減圧雰囲気下にガラス溶融物を導入し、ガラス溶融物内の気泡を大きく成長させて、ガラス溶融物表面に浮上させ破泡させて除去する減圧脱泡槽であってもよい。
 清澄槽3の下流側にはガラス溶融物の流出口が形成されており、その流出口を上流端とする導管7を介して清澄槽3と調整槽4とが連通している。
 調整槽4は、必要に応じてスターラー等によりガラス溶融物を攪拌して均質化、およびガラス溶融物を冷却する部位である。調整槽4の下流側には流出口が形成されており、流出口を上流端とする導管8を介して調整槽4と成形装置5とが連通している。調整槽4の攪拌する部位を攪拌槽、冷却する部位を冷却槽と呼ぶ場合もある。
 成形装置5は、主としてガラスを所望の形状に成形する部位であり、製造するガラス製品の形状に応じて適宜選択される。例えば、ガラス製品がフラットパネルディスプレイ用のガラス基板である場合、フロート成形装置、ダウンドロー成形装置等が使用される。フロート成形装置、ダウンドロー成形装置等を用いることにより、好ましくは0.7mm以下、より好ましくは0.5mm以下、さらに好ましくは0.3mm以下、特に好ましくは0.1mm以下の厚さのガラス板を得る。
 図1に示すガラス製造装置1において、ガラス溶融物の導管6,7,8には、高温環境に耐えうる耐熱性、耐久性、およびガラス溶融物に対する耐食性が要求されるため、白金製、または白金-金合金、白金-ロジウム合金、白金-イリジウム合金のような白金合金製(以下、本明細書において、これらを総称して、「白金材料製」という。)の中空管が用いられる。また、白金または白金合金にZrO2、Y23のような金属酸化物粒子を分散させた強化白金を、白金材料として使用してもよい。
 また、図1に示すガラス製造装置1において、調整槽4、あるいは調整槽4としての撹拌槽および冷却槽にも白金材料製の中空管が用いられる。
 したがって、本発明におけるガラス溶融物用導管には、図1に示すガラス製造装置1の導管6,7,8に加えて、調整槽4、あるいは調整槽4としての撹拌槽および冷却槽も含まれる。
 なお、上述したガラス溶融物の容器にも、白金材料製の中空管が用いられる。
 白金材料製の中空管の形状や寸法は、ガラス溶融物の導管として使用する部位や、ガラス溶融物の容器の用途に応じて適宜選択される。中空管の形状としては、日本国特開2006-315894号公報に記載のもののように、外観形状が凹凸を有するものであってもよく、日本国再表2010/067669号公報に記載のもののように、枝管を有するものであってもよい。
 本発明のガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器の製造方法では、白金材料製の中空管の内面の少なくとも一部に、以下に述べる手順で溶射による被膜(以下「溶射被膜」という。)を形成する。
 図2は、本発明のガラス溶融物用導管の一構成例の断面模式図である。図2において、白金材料製の中空管10の内面には溶射被膜20が形成されている。図中、符号Gは、導管内を流通するガラス溶融物を示している(図3も同様)。図2に示すガラス溶融物用導管は、たとえば、図1に示すガラス製造装置1の導管6,7,8に適用できる。図2に示す導管は、他の導管や調整槽などに接続される。この接続される部位の隙間は、狭い程よいが、一般的に最大で30mm程度である。この接続される部位において、溶射被膜20が形成されているため、この部分の溶射被膜20は導管の外の雰囲気と接触している。この部位を部位B(40)と呼ぶ。また、この部位B(40)における溶射被膜に接し(本実施形態では連通し)、かつ、ガラス溶融物Gと接している溶射被膜の領域を部位A(30)と呼ぶ。この部位A(30)がガラス溶融物Gと接している面積を面積C(図示せず。)とする。図2の導管の接続部はフランジとなっており、その間の隙間にガラス溶融物Gが入り込む。これによって、その部分の温度は低いためガラス溶融物Gが固まり、ガラス溶融物Gは導管同士の隙間から洩れることはない。図2において、接続部付近に点線50で示した部分が部位A(30)と部位B(40)の境界部分であり境界面積D(境界部分における溶射被膜の断面の面積。図示せず。)を含む領域である。この境界部分はガス(主にガラス溶融物中で発生した酸素と考えられる。以下同様)の放出経路となる部分である。
 図3は、本発明のガラス溶融物用導管の別の一構成例の断面模式図である。図3では、白金材料製の中空管10の一部が、縦方向の中空管となっており、その上部空間(ガラス溶融物の上部の空間)が開放され、底部は閉じている点で図2とは異なる。このため、上部空間に面する溶射被膜20が雰囲気と接触している。この部分が部位B(40)である。また、この部位B(40)における溶射被膜に接し(本実施形態では連通し)、かつ、ガラス溶融物Gと接している溶射被膜の領域を部位A(30)と呼ぶ。この部位A(30)がガラス溶融物Gと接している面積を面積C(図示せず。)とする。図3において、点線50で示した部分が部位A(30)と部位B(40)の境界部分であり境界面積D(境界部分における溶射被膜の断面の面積。図示せず。)を含む領域である。この境界部分はガスの放出経路となる部分である。図3に示すガラス溶融物用導管は、たとえば、図1に示すガラス製造装置1の調整槽4、もしくは、調整槽4としての撹拌槽や冷却槽に適用できる。
 図4は、本発明のガラス溶融物用容器の一構成例の断面模式図である。図4では、白金材料製の中空管10が有底筒状の形状をしており、その内面に溶射被膜20が形成されている。中空管10はその上部空間(ガラス溶融物の上部の空間)が開放され、上部空間に面する溶射被膜20が雰囲気と接触している。この部分が部位B(40)である。また、この部位B(40)における溶射被膜に接し(本実施形態では連通し)、かつ、ガラス溶融物Gと接している溶射被膜の領域を部位A(30)と呼ぶ。この部位A(30)がガラス溶融物Gと接している面積を面積C(図示せず。))とする。図4において、点線50で示した部分が部位A(30)と部位B(40)の境界部分であり境界面積D(境界部分における溶射被膜の断面の面積。図示せず。)を含む領域である。この境界部分はガスの放出経路となる部分である。図4に示すガラス溶融物用容器は、ガラス原料を溶解してガラス溶融物を得るるつぼに適用できる。
 図11は、ガス放出経路の模式図である。
 図5は、本発明のガラス溶融物用導管の製造方法のフロー図である。詳しくは後述するが、本発明のガラス溶融物用導管の製造方法では、白金材料製の中空管を作成した後、その中空管の内面に白金合金を溶射して溶射被膜を形成する。次に、溶射被膜が形成された中空管を酸素含有雰囲気で熱処理する。
 白金材料製の中空管の内面に形成する溶射被膜は、高温環境に耐えうる耐熱性、およびガラス溶融物に対する耐食性が要求される。溶射被膜の形成は、溶射被膜を形成する母材とは異なる元素を入れることや母材の組成を傾斜させることによって、母材表面の強度、耐久性、耐食性を向上すること等を目的とする。このため、ガラス溶融物に対して、もともと耐久性、耐食性が高く、高価な白金材料製の中空管に対して、通常は溶射被膜の原料として白金材料を用いない。しかし、本発明においては、以下に説明する発見に基づいて、溶射被膜の原料に白金材料を用いることとした。本発明では、溶射被膜の原料として、白金材料を採用したので、溶射被膜の耐食性や耐久性は、他の溶射原料と異なり問題とならないため、気泡の発生を効果的かつ安定的に防止できる。
 本発明では、溶射被膜の形成に、白金合金と、ジルコニウム(Zr)、およびイットリウム(Y)からなる群から選択される少なくとも1種の元素(以下、本明細書において『元素A』という。)と、を含有する原料を用いる。
 白金合金以外に、元素Aを含有する原料を用いる理由は以下の通りである。
 白金合金を原料として溶射被膜を形成した場合、形成直後の溶射被膜では、溶射被膜の粒子同士の積層界面間に気孔が多数存在している。しかしながら、通常の場合、溶射被膜が高温の酸素含有雰囲気にさらされると、結晶粒の成長によって気孔の大半が塞がり、残った気孔も溶射被膜中にランダムに存在するようになる。そのため、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素(主にガスとしての酸素と考えれる。以下同様)を雰囲気中に放出するためのガス放出経路をつくることができない。即ち、後述する白金合金以外に元素Aを含有する原料を用いた場合のようなガス放出経路を、つくることができない。
 図6に、白金合金を原料として溶射被膜を形成した場合の熱処理後の溶射被膜の状態を倍率50で撮影した断面写真を示す。なお、高温の酸素含有雰囲気とは、具体的には、1300~1800℃、好ましくは1300~1500℃の酸素含有雰囲気である。本明細書において、1300~1800℃、好ましくは1300~1500℃の酸素含有雰囲気にさらすことを、酸素含有雰囲気での熱処理と言う場合もある。
 これに対し、白金合金以外に、元素Aを含有する原料を用いた場合、元素Aの一部は、溶射被膜を形成する白金合金の合金結晶内に分散する。また、元素Aの別の一部は、溶射被膜を形成する白金合金の結晶粒界に分散する。溶射被膜を後述する手順で酸素含有雰囲気において熱処理すると、元素Aが酸化されて酸化物になる。たとえば、元素AがZrの場合、ZrO2になる。この際、合金結晶内に分散した元素Aは、酸化物になることによって、合金結晶内に転位を生じさせる。これにより、結晶粒の成長が抑制される。また、結晶粒界に分散した元素Aも酸化物になることによって、結晶粒の成長を抑制すると考えられる。これら結晶粒の成長を抑制する作用により、焼成後も、溶射被膜の粒子同士の積層界面間に気孔が多数存在し、かつ、これらの気孔が互いに近接して存在する状態が維持され、その気孔がガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路をつくることができる。図7に、白金合金以外に、元素Aとしてジルコニウム(Zr)を含有する原料を用いた場合の熱処理前の溶射被膜の状態を倍率100で撮影した断面写真を示す。図8に、白金合金以外に、元素Aとしてジルコニウム(Zr)を含有する原料を用いた場合の熱処理後の溶射被膜の状態を倍率50で撮影した断面写真を示す。
 元素AのZr、Yは、結晶粒の成長抑制の効果を有する。特に、Zrは、白金合金に少量固溶した場合に白金合金とZrによる合金の融点が上昇するため(逆にYは白金合金とYによる合金の融点が下降するため)、元素AはZrがより好ましい。
 一方、溶射被膜の原料中に、元素Aの酸化物を含有させた場合も、元素Aの酸化物の一部は溶射被膜を形成する白金合金の合金結晶内に分散し、元素Aの酸化物の別の一部は溶射被膜を形成する白金合金の結晶粒界に分散する点は上記と同様である。但し、元素Aの酸化物として当初から合金結晶内に分散しているため、酸素含有雰囲気での熱処理の際、合金結晶内に転位は生じない。このため、結晶粒の成長は抑制されない。結晶粒界に分散した元素Aの酸化物は、結晶粒の成長を抑制すると考えられるが、溶射被膜全体としてみた場合、元素Aを含有する原料を用いた場合に比べると、結晶粒の成長を抑制する作用は低くなる。この結果、溶射被膜を酸素含有雰囲気で熱処理すると、結晶粒の成長によって気孔の多くが塞がり、残った気孔も溶射被膜中にランダムに存在するようになる。そのため、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路をつくることができない。この溶射被膜の状態は、上記の白金合金を白金に置き換えても、ほぼ同じ状態となる。図9に、白金以外に、元素Aの酸化物としてジルコニウム(Zr)の酸化物を含有する原料を用いた場合の熱処理後の溶射被膜の状態を倍率50で撮影した断面写真を示す。
 白金合金ではなく、白金を原料として使用した場合には、元素Aを含有する原料を用いても、上述した結晶粒の成長を抑制する作用が十分発揮されず、結晶粒の成長によって気孔の大半が塞がり、残った気孔も溶射被膜中にランダムに存在するようになる。この理由は以下の通りである。
 白金合金では、白金にRh等の他の貴金属元素を添加することによって固溶強化が起こり、材料が硬くなることが知られている。白金のみの場合にはこの現象が起きないため、材料の延性が高い。これは、白金結晶内での白金元素の転位や拡散や移動が容易に起こるためと考えられる。また、白金結晶内での白金元素の転位や拡散や移動が速いことから、熱処理の際に結晶粒の成長速度が速い。そのため、白金のみの場合には、元素Aを含有する原料を用いた場合でも、上述した結晶粒の成長を抑制する作用は低いと考えられる。
 そして、白金のみの場合には、溶射被膜中の気孔の大半が塞がり、残った気孔も溶射被膜中にランダムに存在するようになる。そのため、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するための、ガス放出経路をつくることができない。図10に、白金以外に、元素Aとしてジルコニウム(Zr)を含有する原料を用いた場合の熱処理後の溶射被膜の状態を倍率50で撮影した断面写真を示す。
 本発明において、溶射被膜原料中の元素Aの合計含有量は、白金合金全質量に対して0.05~3質量%である。元素Aの合計含有量が0.05質量%未満だと、上述した結晶粒の成長を抑制する作用が低く、溶射被膜を酸素含有雰囲気で熱処理すると、結晶粒の成長により、気孔の多くが塞がり、残った気孔も溶射被膜中にランダムに存在するようになる。そのため、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路をなすことができない。
 一方、元素Aの合計含有量が3質量%超だと、元素Aの酸化による体積変化が大きく、白金合金の結晶の結合を阻害し、白金合金の強度が著しく低下する。また、元素Aの種類によっては、白金合金への固溶限界を超えるため、そもそも含有できない。
 溶射被膜原料中の元素Aの合計含有量は、0.1~1質量%であることが好ましく、0.1~0.5質量%であることがより好ましい。
 本発明において、溶射被膜の原料に使用する白金合金は、白金(Pt)と、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、金(Au)、パラジウム(Pd)、および、ルテニウム(Ru)からなる群から選択される少なくとも1種の元素(以下、本明細書において、「元素B」という。)と、の合金である。この白金合金は、元素Bの合計含有量が白金合金全質量に対して5~40質量%である。元素Bの合計含有量が5質量%未満だと、上述した結晶粒の成長を抑制する作用が低く、溶射被膜を酸素含有雰囲気で熱処理すると、結晶粒の成長によって気孔の多くが塞がり、残った気孔も溶射被膜中にランダムに存在するようになる。そのため、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路をつくることができない。
 一方、元素Bの合計含有量が40質量%超だと、固溶強化により白金合金の硬度が高くなり過ぎ、加工が困難になる。
 中空管の白金合金と、溶射被膜中の元素Aを除いた白金合金とは、同じものであることが好ましい。中空管の白金合金と溶射被膜中の元素Aを除いた白金合金とが異なる場合、ガラス溶融物が中空管と溶射被膜とに接触するような構成箇所があった際に、中空管と溶射被膜との間に局部電池が形成され、ガラス溶融物中に気泡が発生するおそれがあるからである。
 本発明において、白金材料製の中空管の内面に形成する溶射被膜の平均膜厚は、0.1~0.5mmである。溶射被膜の平均膜厚が0.1mm未満だと、上述したガス放出経路の面積が小さくなり、その機能を発現できなくなる。
 一方、溶射被膜の平均膜厚が0.5mm超だと、上述したガス放出経路の面積と言う点では、ガス放出経路としての機能を十分発揮できると考えられるが、被膜の厚みが増すことで、溶射被膜が剥がれやすくなるため、ガス放出経路としての機能を発現できなくなる恐れがある。さらに被膜の厚みが増すことで加工コストが増加する。
 溶射被膜の平均膜厚は、0.2~0.3mmであることが好ましい。
 溶射被膜の形成時に使用する溶射法は特に限定されず、たとえば、フレーム溶射法、または、プラズマ溶射法を用いることができる。これらの中でも、プラズマ溶射法が、一般的に形成された被膜が基材との密着性も高いことから好ましい。またプラズマ溶射法は、フレーム溶射法よりも溶射材料が高温となるため、熱処理の際の元素Aの酸化が促進されやすいため好ましい。
 被膜の形成時の溶射条件は特に限定されないが、フレーム溶射の場合、フレーム温度が700~1500℃で100~150m/sで溶射し、プラズマ溶射の場合、気相温度が2000~3000℃で100~300n/sで溶射することが好ましい。
 本発明のガラス溶融物用導管の製造方法では、上記の手順で白金材料製の中空管の内面に溶射被膜を形成した後、その溶射被膜を、1300~1800℃、好ましくは1300~1500℃の酸素含有雰囲気にさらす(酸素含有雰囲気で熱処理する)。熱処理時間は、好ましくは20時間以上、より好ましくは50時間以上、さらに好ましくは200時間以上である。尚、20時間以上熱処理することで、本発明の効果を奏する。なお独立した手順として酸素含有雰囲気での熱処理を実施することは必ずしも必要なく、ガラス物品の製造前に実施する熱上げを酸素含有雰囲気での熱処理としてもよい。これにより、溶射被膜を形成する白金合金の合金結晶内に分散した元素Aや、溶射被膜を形成する白金合金の結晶粒界に分散した元素Aが酸化されて酸化物となり、上述した結晶粒の成長を抑制する作用が発揮される。この結果、酸素含有雰囲気での熱処理後も、溶射被膜の粒子同士の積層界面間に気孔が多数存在し、かつ、これらの気孔が互いに近接して存在する状態が維持され、その気孔がガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路をなすことができる。
 溶射被膜の気孔率は、溶射被膜の全体積に対し8体積%以上であることが、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路として機能させるうえで好ましく、12体積%以上であることがより好ましい。
 尚、気孔率が異なる溶射被膜が複数層重ねて形成されていてもよい。この場合も溶射被膜の気孔率は、重ねられた溶射被膜の全体積に対し8体積%以上であることが好ましく、12体積%以上であることがより好ましい。
 また、層構造をなす積層界面間に存在する気孔同士の、その層方向における平均距離が、50μm以下であることが、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路として機能させるうえで好ましく、40μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることがさらに好ましい。
 本発明において、ガラス溶融物用導管として使用する白金材料製の中空管の内面に溶射被膜を形成するのは、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路として機能させるためである。なお、ガラス溶融物用導管の内面をガス放出経路として機能させるためには、溶射被膜を形成しない別の方法でも可能である。例えば、本発明と同様の膜組成となる原料を用いて同様の機能を有する膜を形成する手段としては、公知の金属粉末や金属繊維を用いた焼結、スペーサーを入れてした後にスペーサーを除去するスペーサー法、燃焼合成法、ガスを注入して焼結する発泡溶融法、発泡助剤を入れて焼結するプリカーサー法、溶融金属に窒素を入れて鋳造する連続帯溶融法、エッチング等がある。これらの膜の効果については、膜の構造の顕微鏡観察、後述する実施例で示すような実験、或いは膜の酸素透過率等の測定によって確認することができる。
 ここで、図3のように中空管の一部が開放され、溶融ガラスが大気と接している場合には、大気に面する部分が雰囲気中に露出する部分となる。図2のように、中空管が直接大気に開放されていない場合には、前述したように接続部などを通じて、中空管の外の雰囲気と通じる部分が雰囲気中に露出する部分となる。
 このため、白金材料製の中空管の内面のうち、ガラス溶融物用導管の使用時にガラス溶融物と接する部位(部位A)に溶射被膜を形成する必要がある。中空管のガラス溶融物と接する部位全体の泡を防止するには、ガラス溶融物と接する部位全体に溶射被膜を形成する。一方、中空管のガラス溶融物と接する一部の部位の泡を防止するには、その一部の部位に溶射被膜を形成すればよい。
 また、白金材料製の中空管の内面のうち、ガラス溶融物用導管の使用時に雰囲気中に露出する部位(部位B)の少なくとも一部にも溶射被膜を形成する必要がある。
 さらに、部位Aに形成された溶射被膜と、部位Bに形成された溶射被膜と、が互いに接している必要がある。ここで、部位Aに形成された溶射被膜の面積C(cm2)と、前記部位Aに形成された溶射被膜と前記部位Bに形成された溶射被膜との境界面積D(cm2)と、の面積比(D/C)が0.0005以上であることが、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路として機能させるうえで好ましい。
 その面積比(D/C)は、0.001以上であることがより好ましく、0.002以上であることがさらに好ましい。
 なお、ガラス溶融物用導管として使用する白金材料製の中空管の内面全体に溶射被膜を形成してもよい。
 本発明のガラス物品製造装置は、ガラス物品製造装置を構成するガラス溶融物の導管の少なくとも一部として、本発明のガラス溶融物用導管を用いたものである。たとえば、図1に示すガラス物品製造装置1の場合、ガラス溶融物を流通させるための導管6,7,8のうち、少なくとも一部として、あるいは調整槽4、若しくは調整槽4としての撹拌槽や冷却槽として、本発明のガラス溶融物用導管を用いたものである。
 上述したように、本発明のガラス溶融物用導管では、白金材料製の中空管の内面に形成された溶射被膜中に存在する気孔が、ガラス溶融物中で発生した酸素や水素を雰囲気中に放出するためのガス放出経路をなす。これにより、白金材料との界面、より具体的には、白金材料製の中間管の内面とガラス溶融物との界面での気泡の発生が抑制される。その結果、製造されるガラス物品の品質が向上する。
 図1に示すガラス物品製造装置1において、導管6,7,8のうち少なくとも一部として、本発明のガラス溶融物用導管を用いる場合、いずれの導管に本発明のガラス溶融物用導管を用いるかは特に限定されない。したがって、導管6,7,8のうち、いずれか一つのみに本発明のガラス溶融物用導管を用いてもよいし、導管6,7,8の全てに本発明のガラス溶融物用導管を用いてもよい。また、導管6,7,8のうち、いずれか二つに本発明のガラス溶融物用導管を用いてもよい。但し、白金材料との界面での気泡の発生の抑制による製造されるガラス物品の品質向上という点では、清澄槽3よりも下流側の導管7または8に、本発明のガラス溶融物用導管を用いることが好ましい。また、調整槽4、若しくは調整槽4としての撹拌槽や冷却槽として、本発明のガラス溶融物用導管を用いてもよい。導管8の下流側には成形装置5が設けられている。
 本発明のガラス物品製造方法では、上記で説明した本発明のガラス物品製造装置を使用する点以外は従来と同様である。したがって、図1に示すガラス物品製造装置の溶解槽2に所望のガラス組成になるよう調合したガラス原料を投入し、加熱溶解して得られたガラス溶融物を導管6、清澄槽3、導管7、攪拌槽または冷却槽である調整槽4、導管8および成形装置5の順に通過させて所望の形状のガラス物品を得る。
 本発明にて製造されるガラスは、無アルカリガラスであることが好ましく、以下の無アルカリガラスであることがより好ましい。
 酸化物基準の質量百分率表示で、
SiO:54~73  %
Al:10~23 %
:0 ~12  %
MgO:0~12 %
CaO:0~15  %
SrO:0~16  %
BaO:0~15  %
MgO+CaO+SrO+BaO:8~26  %
を含有する無アルカリガラス。
 前記無アルカリガラスの歪点は、好ましくは650℃以上、より好ましくは670℃以上、さらに好ましくは700℃以上である。歪点が670℃以上の場合、Bは好ましくは0 ~5 %、より好ましくは0 ~3 %、さらに好ましくは0 ~2.5 %、よりさらに好ましくは0 ~2 %、特に好ましくは0 ~1.5 %である。
 前記無アルカリガラスのT(ガラス粘度が10dPa・sとなる温度)は、好ましくは1620~1820℃、より好ましくは1630~1770℃、さらに好ましくは1640~1720℃である。
(例1(気孔率の評価))
 本例では、焼成後の溶射被膜の状態を調べるため、耐火レンガ上に溶射被膜を形成し、1400℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に5時間さらした後、溶射被膜の組織の状態を下記手順で観察した。観察は、溶射被膜を断面に切断、研磨し、エッチングを施した後、光学顕微鏡にて50倍に拡大して行った。組織の状態を示す気孔率は、輝度を二値化した後に、気孔部の面積比で算出した。この二値化にあたっては、対象面積を縦横それぞれ0.6mmと0.3mmとした。算出にあたっては、溶射被膜の断面から無作為に五箇所を選択し、その平均値を採用した。
 また、長時間の焼成後の溶射被膜の状態を調べるため、1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に20時間さらしたもの、および600時間さらしたものについても、同様の手順で溶射被膜の組織を観察した。
 溶射被膜の原料と使用した溶射方法は以下の通りである。
原料A:白金、溶射方法:フレーム溶射
原料B:白金とRhとの白金合金で、Rhは白金合金全質量に対して10質量%、溶射方法:フレーム溶射
原料C:白金とRhとの白金合金とZrで、Rhは白金合金全質量に対して10質量%、Zrは白金合金全質量に対して0.2質量%、溶射方法:プラズマ溶射
原料D:白金とZrで、Zrは白金全質量に対して0.2質量%、溶射方法:フレーム溶射
原料E:白金とZrO2で、ZrO2は白金全質量に対して0.2質量%、溶射方法:フレーム溶射
 溶射被膜の原料として、白金のみを使用した原料Aでは、1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に5時間さらした溶射被膜中の結晶粒が5~40μmのサイズに成長していた。溶射被膜中に存在する気孔は少なく、溶射被膜の気孔率は溶射被膜の全体積に対して4.9体積%であった。存在する気孔は結晶粒界にランダムに存在していた。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に20時間さらした溶射被膜では、結晶粒の成長が進行し、30~200μmであった。溶射被膜中に存在する気孔は少なくなり、溶射被膜の気孔率は1.2体積%であった。存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に600時間さらした溶射被膜では、結晶粒の成長が進行し、30~200μmであった。溶射被膜中に存在する気孔はさらに少なくなり、溶射被膜の気孔率は1.1体積%であった。存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 溶射被膜の原料として、白金合金(白金とRh)のみを使用した原料Bの場合も、1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に5時間さらした溶射被膜中の結晶粒が5~40μmのサイズに成長していた。溶射被膜中に存在する気孔は少なく、溶射被膜の気孔率は溶射被膜の全体積に対して7.2体積%であった。存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に20時間さらした溶射被膜では、結晶粒の成長が進行し、20~100μmであった。溶射被膜中に存在する気孔はさらに少なくなり、溶射被膜の気孔率は3.9体積%であった。存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に600時間さらした溶射被膜では、結晶粒の成長が進行し、20~100μmであった。溶射被膜中に存在する気孔はさらに少なくなり、溶射被膜の気孔率は3.0体積%であった。存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 一方、溶射被膜の原料として、白金合金(白金とRh)およびZrを使用した原料Cでは、1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に5時間さらした溶射被膜中の結晶粒の成長が抑制されており、5~30μmのサイズであった。溶射被膜中には多数の気孔が存在しており、溶射被膜の気孔率は溶射被膜の全体積に対して9.8体積%であった。また、溶射被膜の粒子同士の積層界面間に気孔が多数存在しており、層構造をなす積層界面間に存在する気孔同士の層方向における平均距離は50μm以下であった。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に20時間さらした溶射被膜でも、結晶粒の成長は抑制されており、10~40μmであった。溶射被膜の気孔率は13.5体積%であり、層構造をなす積層界面間に存在する気孔同士の層方向における平均距離は50μm以下であった。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に600時間さらした溶射被膜でも、結晶粒の成長は抑制されており、10~40μmであった。溶射被膜の気孔率は14.4体積%であり、層構造をなす積層界面間に存在する気孔同士の層方向における平均距離は50μm以下であった。
 これに対し、溶射被膜の原料として、白金およびZrを使用した原料Dでは、1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に5時間さらした溶射被膜中の結晶粒の成長は抑制されており、5~30μmのサイズであったが、溶射被膜中に存在する気孔は少なく、溶射被膜の気孔率は溶射被膜の全体積に対して6.2体積%であった。また、存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に20時間さらした溶射被膜でも、結晶粒の成長は抑制されており、40μm以下であったが、溶射被膜中に存在する気孔は少なく、溶射被膜の気孔率は7.4体積%であった。また、存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に600時間さらした溶射被膜でも、結晶粒の成長は抑制されており、40μm以下であったが、溶射被膜中に存在する気孔は少なく、溶射被膜の気孔率は7.2体積%であった。また、存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 溶射被膜の原料として、白金およびZrO2を使用した原料Eでは、1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に5時間さらした溶射被膜中の結晶粒が5~30μmのサイズに成長していた。溶射被膜中に存在する気孔は少なく、溶射被膜の気孔率は溶射被膜の全体積に対して4.9体積%であった。また、存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に20時間さらした溶射被膜では、結晶粒が10~50μmのサイズに成長していた。溶射被膜中に存在する気孔は少なく、溶射被膜の気孔率は4.9体積%であった。また、存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
 1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に600時間さらした溶射被膜でも、結晶粒が10~50μmのサイズに成長していた。溶射被膜中に存在する気孔は少なく、溶射被膜の気孔率は6.0体積%であった。また、存在する気孔の大半は結晶粒界にランダムに存在していた。
(例(酸素ガス透過率の評価))
 アルミニウム製の円板の表面に溶射被膜を形成し、その後、アルミニウム製の円板を溶解除去して、溶射被膜のみで形成された円板サンプルを得た。この円板サンプルを1500℃の酸素含有雰囲気(大気雰囲気)中に20時間さらした後、測定に必要なサイズに切断加工を行ないサンプルを得た。
 溶射被膜の酸素ガス透過率の測定は、JIS k-7126第1部・差圧法・GC(ガスクロマト)法で定められている方法を用いて行った。測定条件は乾燥雰囲気、30℃とした。
 溶射被膜の原料及び溶射方法、またサンプルの寸法は以下の通りである。
原料B:白金とRhとの白金合金で、Rhは白金合金全質量に対して10質量%、溶射方法:フレーム溶射、寸法:直径58mm、厚さ0.30mm
原料C:白金とRhとの白金合金とZrで、Rhは白金合金全質量に対して10質量%、Zrは白金合金全質量に対して0.2質量%、溶射方法:プラズマ溶射、寸法:直径35mm、厚さ0.33mm
原料D:白金とZrで、Zrは白金全質量に対して0.2質量%、溶射方法:フレーム溶射、寸法:直径58mm、厚さ0.30mm
原料F:白金とRhとの白金合金とZrで、Rhは白金合金全質量に対して10質量%、Zrは白金合金全質量に対して0.2質量%、溶射方法:フレーム溶射、寸法:直径58mm、厚さ0.33mm
 原料Bでは、酸素透過率は1.95×10-18mol・m/m・sec・Paであった。
 原料Cでは、酸素透過率は7.00×10-10mol・m/m・sec・Paであった。
 原料Dでは、酸素透過率は4.49×10-11mol・m/m・sec・Paであった。
 原料Fでは、酸素透過率は5.32×10-11mol・m/m・sec・Paであった。
 酸素透過率は5×10-11mol・m/m・sec・Pa以上が好ましく、10-10mol・m/m・sec・Pa以上がより好ましく、5×10-10mol・m/m・sec・Pa以上がさらに好ましい。
 尚、酸素透過率が異なる溶射被膜が複数層重ねて形成されていてもよい。この場合も溶射被膜の酸素透過率は、重ねられた溶射被膜全体として上記好ましい範囲であることが好ましい。
(例2(気泡の抑制効果1))
 上記の原料Cを用いて、アルミニウム製の筒状の型の外表面に溶射被膜を形成した。その後、アルミニウム製の型を溶解除去して、溶射被膜のみで形成された有底筒状の容器を得た。容器は、開口径30mm、高さ30mm、厚さ0.3mmである。
 この容器にガラスカレットを投入して、下記条件で加熱してガラスカレットを溶解させた。ガラスカレットは以下の無アルカリガラスであり、ガラス中の水分量β-OHは0.5mm-1である。
 酸化物基準の質量百分率表示で、
SiO: 60%、
Al: 17%、
: 8%、
MgO: 3%、
CaO: 4%、
SrO: 8%
(初期溶解条件)
 室温から300℃まで昇温速度150℃/hで2時間とした。その後、300℃から1500℃まで昇温速度120℃/hで10時間(絶対湿度78g/m3)とした。さらに、1500℃に到達後5時間保持(絶対湿度78g/m3)した。
 この条件でガラス溶融物中の泡抜きを実施した後、下記条件でガラス溶融物と容器壁面との界面での気泡の発生を評価した。
(本試験条件)
 室温から1350℃まで昇温速度330℃/hで4時間(絶対湿度2g/m3)とした。その後、1350℃に到達後2時間保持(絶対湿度2g/m3)した。
 ガラス溶融物と容器壁面との界面での気泡の発生は確認されなかった。
 一方、原料Aを用いて、上記と同様の手順を実施したところ、ガラス溶融物と容器壁面との界面で多数の気泡の発生が確認された。
(例3(気泡の抑制効果2))
 上記の原料Cを用いて、白金製の有底筒状の容器の内側の底面を除く側面に溶射被膜を形成した。容器は、幅45mm、奥行45mm、高さ45mmで、上部の開口部形状は矩形であった。内部に形成した溶射被膜は、膜厚が0.3mmであった。
 容器中にガラスカレットを投入して、上記の初期溶解条件でガラスカレットを溶解した。溶融ガラスの深さは15mmであった。その後、上記の本試験条件でガラス溶融物と容器壁面との界面での気泡の発生を評価した。
 その結果、溶射被膜を形成しなかった内側の底面とガラス溶融物との界面では多数の気泡の発生が確認されたが、溶射被膜を形成した容器の内側の側面とガラス溶融物との界面では気泡の発生は確認されなかった。
(例4(気泡の抑制効果3))
 例3と同様の手順で、白金製の容器の内側の底面のみに溶射被膜を形成した。上記と同様の手順で、ガラス溶融物と容器壁面との界面での気泡の発生を評価した。
 その結果、容器の内側の底面および側面と、ガラス溶融物の界面で気泡の発生が確認された。
(例5(気泡の抑制効果4))
 例4と同様の手順で、白金製の容器の内側の底面のみに溶射被膜を形成した。その後、底面の溶射被膜に穴を開けないように白金製の容器の底面のみに、直径0.5mmの穴を2個所形成した。
 ここで、ガラス溶融物と溶射被膜とが接する部位Aに形成された溶射被膜のガラス溶融物と接する面積Cは、底面の面積2025mm2(45mm×45mm)である。部位Aに形成された溶射被膜のうち2つの穴によって雰囲気中に露出する部位Bに形成された溶射被膜との境界面積Dは、2つの穴の底部の面積0.3927mm2(0.25mm×0.25mm×π×2)である。この場合、部位Bに形成された溶射被膜は、部位Bのみに属する溶射被膜は存在せず、部位Aに形成された溶射被膜の一部である。面積比(D/C)は0.000194である。上記と同様の手順で、ガラス溶融物と容器壁面との界面での気泡の発生を評価した。
 その結果、容器の内側の底面および側面と、ガラス溶融物との界面で気泡の発生が確認され、容器底面の穴を形成した位置でも気泡の発生が確認された。
(例6(気泡の抑制効果5))
 例4と同様の手順で、白金製の容器の内側の底面と、4つの側面のうち1つの側面全体に溶射被膜を形成した。ここで、ガラス溶融物と溶射被膜とが接する部位Aに形成された溶射被膜のガラス溶融物と接する面積Cは、溶融ガラスを15mm入れたので底面と側面のうち溶融ガラスと接する面の合計2700mm2(45mm×45mm+45mm×15mm)である。部位Aに形成された溶射被膜と雰囲気中に露出する部位Bに形成された溶射被膜との境界面積Dは、側面の奥行き(または幅)と溶射被膜の厚みを乗算した面積13.5mm2(45mm×0.3mm)である。面積比(D/C)は0.005である。上記と同様の手順で、ガラス溶融物と容器壁面との界面での気泡の発生を評価した。
 その結果、内側のうち、溶射被膜を形成しなかった面とガラス溶融物との界面で気泡の発生が確認された。しかし、内側のうち溶射被膜を形成した面および容器の底面では気泡の発生が確認されなかった。
 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、2013年10月23日出願の日本特許出願2013-219984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。
 1:ガラス物品製造装置
 2:溶解槽
 3:清澄槽
 4:調整槽
 5:成形装置
 6,7,8:導管
 10:白金材料製中空管
 20:溶射被膜
 30:部位A
 40:部位B
 50:境界面積Dを含む断面
 G:ガラス溶融物

Claims (8)

  1.  白金製または白金合金製の中空管の内面の少なくとも一部に、下記条件(1)~(4)を満たす溶射による被膜を形成した後、前記被膜を1300~1800℃の酸素含有雰囲気にさらすガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器の製造方法。
    (1)前記被膜の平均膜厚は0.1~0.5mmである。
    (2)前記被膜の形成には、白金合金と、ジルコニウム(Zr)およびイットリウム(Y)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、を含有する原料を用いる。
    (3)(2)の白金合金は、白金(Pt)と、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、金(Au)、パラジウム(Pd)、およびルテニウム(Ru)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、の合金であって、白金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して5~40質量%である。
    (4)(2)の原料中の、白金合金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して0.05~3質量%である。
  2.  前記被膜が、プラズマ溶射により形成される請求項1に記載のガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器の製造方法。
  3.  白金製または白金合金製の中空管と、前記中空管の内面の少なくとも一部に、下記条件(1)~(5)を満たす溶射による被膜と、を有するガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器。
    (1)前記被膜の平均膜厚は0.1~0.5mmである。
    (2)前記被膜は気孔を有し、該被膜の気孔率が該被膜の全体積に対して8体積%以上である。
    (3)前記被膜は、白金合金と、ジルコニウム(Zr)およびイットリウム(Y)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、を含有する原料を用いて溶射後、1300~1800℃の酸素含有雰囲気中にさらす。
    (4)(3)の白金合金は、白金(Pt)と、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、金(Au)、パラジウム(Pd)、およびルテニウム(Ru)からなる群から選択される少なくとも1種の元素と、の合金であって、白金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して5~40質量%である。
    (5)(3)の原料中の、白金合金以外の元素の合計含有量が白金合金全質量に対して0.05~3質量%である。
  4.  前記被膜では、該被膜の粒子同士の積層界面が、該被膜の形成面に対して略平行に延びる層構造をなしており、前記被膜中の気孔の少なくとも一部は、前記積層界面間に存在し、前記積層界面間に存在する気孔同士の前記層方向における平均距離が50μm以下である請求項3に記載のガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器。
  5.  前記被膜は、前記中空管の内面のうち、ガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器の使用時に、ガラス溶融物に接する部位(部位A)と雰囲気中に露出する部位(部位B)の少なくとも一部に形成されており、部位Aに形成された被膜と部位Bに形成された被膜が互いに接しており、前記部位Aに形成された被膜の面積C(cm2)と、前記部位Aに形成された被膜と前記部位Bに形成された被膜との境界面積D(cm2)と、の面積比(D/C)が0.0005以上である請求項3または4に記載のガラス溶融物用導管もしくはガラス溶融物用容器。
  6.  ガラス溶融物用導管の少なくとも一部として、請求項3~5のいずれか一項に記載のガラス溶融物用導管を用いたガラス物品製造装置。
  7.  ガラス原料を溶解する溶解槽、および前記溶解槽から供給されるガラス溶融物を清澄する清澄槽を少なくとも有しており、前記清澄槽の流出口より下流側の導管として、請求項3~5のいずれか一項に記載のガラス溶融物用導管を用いるガラス物品製造装置。
  8.  請求項6または7に記載のガラス物品製造装置を用いて、ガラス原料を溶解してガラス溶融物を得て、前記ガラス溶融物を清澄してガラス物品を得るガラス物品製造方法。
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