WO2019004434A1

WO2019004434A1 - ガラス物品の製造方法、溶解炉及びガラス物品の製造装置

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Publication number: WO2019004434A1
Application number: PCT/JP2018/024826
Authority: WO
Inventors: 仁金谷; 典生岸; 和幸天山
Original assignee: 日本電気硝子株式会社
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2019-01-03
Also published as: JPWO2019004434A1; JP7174360B2

Abstract

ガラス物品の製造方法は、底部１ａに複数の電極７Ａ，７Ｂを備える溶解炉１により、ガラス原料ＧＲＭを加熱して溶解する溶解工程Ｓ１を含む。底部１ａは、電極７Ａ，７Ｂを囲繞する第一レンガ９Ａ，９Ｂと、第一レンガ９Ａ，９Ｂの相互間に配置される第二レンガ１０と、を有する。

Description

ガラス物品の製造方法、溶解炉及びガラス物品の製造装置

　本発明は、ガラス物品の製造方法、ガラスを溶融させる溶解炉及びガラス物品の製造装置に関する。

　周知のように、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイには、板ガラスが使用される。

　特許文献１に開示されるように、板ガラスは、溶解工程、清澄工程、均質化（撹拌）工程、成形工程等の各工程を経て薄板状に形成される。同文献に開示される板ガラスの製造方法では、溶解工程において、耐火物によって構成される溶解槽本体にガラス原料を収容し、当該ガラス原料を電極対及びバーナによって加熱する。

特開２０１７－１４０５５号公報

　上記のような板ガラスの製造方法では、溶融ガラスの電気抵抗率が高い場合に、溶解槽本体を構成する耐火物（耐火レンガ）の電気抵抗率との差が小さいことから、当該耐火物に電流が流れる場合がある。このように耐火物が通電されてしまうと、ガラス原料の溶融が阻害され、或いは消費電力が増大し、ガラス物品の製造コストの高騰化を招くおそれがあった。

　本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、通電加熱によって溶融ガラスを生成する場合に、耐火物の通電を防止することを技術的課題とする。

　本発明は上記の課題を解決するためのものであり、底部に複数の電極を備える溶解炉により、ガラス原料を加熱して溶解する溶解工程を含む、ガラス物品の製造方法であって、前記底部は、前記電極を囲繞する第一レンガと、前記第一レンガの相互間に配置される第二レンガとを有し、前記第一レンガは、前記第二レンガよりも、耐食性に優れ、前記第二レンガは、前記第一レンガよりも、電気抵抗率が高いことを特徴とする。

　かかる構成によれば、第一レンガの間に配置される第二レンガにより、当該第一レンガ同士の通電（短絡）を防止できる。電極を囲繞する第一レンガは、電極近傍において生じる高温の溶融ガラスの対流に対して高い耐食性を発揮し得る。また、第二レンガは、第一レンガを介して電極から離れた位置に配置されることから、比較的低温でかつ対流の少ない溶融ガラスに接触することになる。したがって、本発明によれば、第一レンガ間の通電を防止しつつ溶解炉を長期に亘って使用でき、ガラス物品の製造コストを可及的に低減できる。

　上記方法において、前記第一レンガは、電鋳レンガであることが望ましい。また、前記第二レンガは、デンスジルコン焼成レンガであることが望ましい。電鋳レンガは、デンスジルコン焼成レンガと比較して耐食性が優れるので、電極近傍で高温の溶融ガラスが対流することによる浸食を確実に低減できる。また、デンスジルコン焼成レンガは、電鋳レンガと比較して電気抵抗率が大幅に高い。したがって、電鋳レンガ同士の通電を確実に防止できる。

　また、前記溶解工程は、前記複数の電極のみで前記ガラス原料を通電加熱することが望ましい。バーナと複数の電極を併用する場合と比べ、バーナを使用することなく、複数の電極のみでガラス原料を加熱して溶解する場合には、溶融ガラスの通電を大幅に増加させる必要があり、耐火物の通電も増加する傾向となる。このため、バーナを使用することなく、複数の電極のみでガラス原料を加熱して溶解する場合に本発明を適用すれば、耐火物の通電を防止する効果がより顕著となる。

　また、前記ガラス物品は、無アルカリガラスにより構成されることが望ましい。本発明において無アルカリガラスとは、アルカリ成分（アルカリ金属酸化物）が実質的に含まれていないガラスのことであって、具体的には、アルカリ成分の重量比が３０００ｐｐｍ以下のガラスをいう。無アルカリガラスは、電気抵抗率が高く、溶融ガラスにおいて、第一レンガ（例えば電鋳レンガ）との電気抵抗率の差が小さくなる。このため、第一レンガの通電も増加する傾向となる。このような無アルカリガラスでガラス物品を構成する場合に本発明を適用すれば、耐火物の通電を防止する効果がより顕著となる。

　本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、底部に複数の電極を備える溶解炉であって、前記底部は、前記電極を囲繞する第一レンガと、前記第一レンガの相互間に配置される第二レンガとを有し、前記第一レンガは、前記第二レンガよりも、耐食性に優れ、前記第二レンガは、前記第一レンガよりも、電気抵抗率が高いことを特徴とする。また、本発明に係るガラス物品の製造装置は、上記構成の溶解炉と、前記溶解炉によって生成される溶融ガラスを成形する成形装置とを備えることを特徴とするものである。

　本発明によれば、通電加熱により溶融ガラスを生成する場合に、耐火物の通電を防止できる。

ガラス物品の製造装置を示す側面図である。溶解炉の側面断面図である。溶解炉の平面断面図である。図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。ガラス物品の製造方法を示すフローチャートである。溶解炉の他の実施形態を示す平面断面図である。図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。溶解炉の他の実施形態を示す断面図である。溶解炉の他の実施形態を示す断面図である。

　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１乃至図４は、本発明に係るガラス物品の製造方法及び製造装置の一実施形態を示す。

　図１に示すように、本実施形態に係るガラス物品の製造装置は、上流側から順に、溶解炉１と、清澄槽２と、均質化槽（攪拌槽）３と、ポット４と、成形体５と、これらの各構成要素１～５を連結するガラス供給路６ａ～６ｄとを備える。この他、製造装置は、成形体５により成形された帯状の板ガラスＧＲ（ガラス物品）を徐冷する徐冷炉（図示せず）及び徐冷後に帯状の板ガラスＧＲから所望寸法の板ガラスを切り出す切断装置（図示せず）を備える。

　溶解炉１は、投入されたガラス原料ＧＲＭを溶解して、溶融ガラスＧＭを得る溶解工程を行うための容器である。溶解炉１は、ガラス供給路６ａによって清澄槽２に接続されている。

　清澄槽２は、溶解炉１から供給された溶融ガラスＧＭを清澄剤等の作用により脱泡する清澄工程を行うための容器である。清澄槽２は、ガラス供給路６ｂによって均質化槽３に接続されている。

　均質化槽３は、清澄された溶融ガラスＧＭを攪拌し、均一化する工程（均質化工程）を行うための容器である。均質化槽３は、撹拌翼を有するスターラ３ａを備える。均質化槽３は、ガラス供給路６ｃによってポット４に接続されている。

　ポット４は、溶融ガラスＧＭを成形に適した状態に調整する状態調整工程を行うための容器である。ポット４は、溶融ガラスＧＭの粘度調整及び流量調整のための容積部として例示される。ポット４は、ガラス供給路６ｄによって成形体５に接続されている。

　各ガラス供給路６ａ～６ｄは、白金又は白金合金によって構成される複数のガラス供給管を連結することにより構成される。各ガラス供給路６ａ～６ｄの外周面は、耐火物によって保持されている。

　本実施形態では、溶融ガラスＧＭを所望の形状に成形する成形装置が、成形体５によって構成される。成形体５は、オーバーフローダウンドロー法によって溶融ガラスＧＭを板状に成形する。詳細には、成形体５は、断面形状（図１の紙面と直交する断面形状）が略楔形状を成しており、この成形体５の上部には、オーバーフロー溝（図示せず）が形成されている。

　成形体５は、溶融ガラスＧＭをオーバーフロー溝から溢れ出させて、成形体５の両側の側壁面（紙面の表裏面側に位置する側面）に沿って流下させる。成形体５は、流下させた溶融ガラスＧＭを側壁面の下頂部で融合させ、板状に成形する。

　成形された板ガラスＧＲは、例えば、厚みが０．０１～１０ｍｍであって、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ、有機ＥＬ照明、太陽電池などの基板や保護カバーに利用される。なお、成形装置は、成形体５に限らず、スロットダウンドロー法などの他のダウンドロー法を実行するものであってもよい。なお、本発明に係るガラス物品は、板ガラスＧＲに限定されず、ガラス管その他の各種形状を有するものを含む。例えば、ガラス管を形成する場合には、成形体５に代えてダンナー法を利用する成形装置が配備される。

　板ガラスＧＲの材質としては、ケイ酸塩ガラス、シリカガラスが用いられ、好ましくはホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、化学強化ガラスが用いられ、最も好ましくは無アルカリガラスが用いられる。ここで、無アルカリガラスとは、アルカリ成分（アルカリ金属酸化物）が実質的に含まれていないガラスのことであって、具体的には、アルカリ成分の重量比が３０００ｐｐｍ以下のガラスのことである。本発明におけるアルカリ成分の重量比は、好ましくは１０００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは５００ｐｐｍ以下であり、最も好ましくは３００ｐｐｍ以下である。

　以下、溶解炉１の具体的な構成について、図２乃至図４を参照しながら説明する。

　図２及び図３に示すように、溶解炉１は、長尺状に構成されており、平面視長方形状に構成される底部１ａと、底部１ａを囲繞する側部１ｂと、側部１ｂを閉塞する天井部１ｃとを有する。溶解炉１は、その長手方向Ｘの一端部（側部１ｂ）にガラス原料ＧＲＭの供給部１ｄを有し、他端部に溶融ガラスＧＭの流出部１ｅを備える。底部１ａ、側部１ｂ及び天井部１ｃは、耐火物（耐火レンガ）により構成される。なお、図３及び図４では、溶解炉１の構成を明確に示すために、ガラス原料ＧＲＭ及び溶融ガラスＧＭを図示していない。

　溶解炉１は、電極７Ａ，７Ｂの通電によってガラス原料ＧＲＭを通電加熱するものであり、バーナを備えていない。図２、図３に示すように、底部１ａには、複数の電極７Ａ，７Ｂが配置されている。各電極７Ａ，７Ｂは、モリブデン等の耐熱性を有する導電性材料により円柱状に構成されるが、この形状に限定されない。複数の電極７Ａ，７Ｂは、第一電極７Ａと第二電極７Ｂにより対として構成される。一対の電極７Ａ，７Ｂは、図３に示すように、溶解炉１の幅方向Ｙに離間されている。

　溶解炉１の底部１ａは、各電極７Ａ，７Ｂを囲繞する電鋳レンガ９Ａ，９Ｂ（第一レンガ）と、当該電鋳レンガ９Ａ，９Ｂの相互間に配置される複数の絶縁レンガ１０（第二レンガ）と、を有する。電鋳レンガ９Ａ，９Ｂの上面及び絶縁レンガ１０の上面は、炉内の溶融ガラスＧＭと接触する。電鋳レンガ９Ａ，９Ｂの下面側及び絶縁レンガ１０の下面側には、断熱（保温）のために耐火レンガが層状に配置される。層状の断熱用耐火レンガは、一層であってもよく、複数層であってもよい。断熱用耐火レンガには、例えばアルミナ・ジルコン質レンガ、ムライト質レンガ、シリカ質レンガを利用できる。電鋳レンガ９Ａ，９Ｂは、第一電極７Ａを囲繞する第一電鋳レンガ９Ａと、第二電極７Ｂを囲繞する第二電鋳レンガ９Ｂを含む。

　電鋳レンガ９Ａ，９Ｂとしては、例えば、ジルコニア系耐火物を利用できる。電鋳レンガ９Ａ，９Ｂの電気抵抗率は、例えば、１５００℃において１００Ω・ｃｍ以上１０００Ω・ｃｍ未満である。

　図４に示すように、電鋳レンガ９Ａ，９Ｂは、電極７Ａ，７Ｂの一部が挿通される孔９ａを有する。各電鋳レンガ９Ａ，９Ｂは、各電極７Ａ，７Ｂが孔９ａに挿通されることにより、当該孔９ａの内面によって各電極７Ａ，７Ｂの一部を囲繞する。電鋳レンガ９Ａ，９Ｂの孔９ａは、電極７Ａ，７Ｂの外径よりも大きく構成され、孔９ａの内面と電極７Ａ，７Ｂとの外面との間には、隙間が形成される。この隙間は、溶融ガラスＧＭが流れ込んで固化することにより閉塞される。

　図２及び図４に示すように、各電極７Ａ，７Ｂは、電極ホルダ８に支持されている。電極ホルダ８は、冷却配管（図示せず）を内部に備える。電極ホルダ８は、冷却配管に水等の液体冷却剤を流通させることにより、当該電極ホルダ８及び各電極７Ａ，７Ｂを冷却する。

　絶縁レンガ１０とは、電鋳レンガ９Ａ，９Ｂよりも高い電気抵抗率を有する耐火レンガをいう。絶縁レンガ１０の電気抵抗率は、例えば、１５００℃において１０００Ω・ｃｍ以上である。

　本実施形態では、絶縁レンガ１０として焼成レンガが使用される。焼成レンガとしては、例えば、アルミナ系、ジルコン系、アルミナ・ジルコン系、シリカ系、ムライト系、粘土質系の焼成レンガが利用できる。絶縁レンガ１０の材質としては、デンスジルコン焼成レンガを使用することが最も望ましい。デンスジルコン焼成レンガの電気抵抗率は、例えば、１５００℃において１０００Ω・ｃｍ以上１００００Ω・ｃｍ以下である。ここで、デンスジルコン焼成レンガは、気孔率が小さく緻密なジルコン焼成レンガであり、例えば気孔率が５％以下であるジルコン焼成レンガを用いればよい。デンスジルコン焼成レンガは、気孔率が小さくなるように、ラバープレス法により成形されることが多い。

　絶縁レンガ１０の厚みは、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下とされることが望ましいが、この範囲に限定されず、溶解させるガラス物品の種別、溶融ガラスＧＭの温度その他の条件に応じて適宜設定される。絶縁レンガ１０の厚みは、電鋳レンガ９Ａ，９Ｂと同程度とされているが、電鋳レンガ９Ａ，９Ｂの厚みと異なっていても良い。

　図４に示すように、絶縁レンガ１０は、第一電鋳レンガ９Ａと第二電鋳レンガ９Ｂとの間に配置され、これらを離間させる。この離間距離、すなわち、絶縁レンガ１０の幅Ｗ（一対の電極７Ａ，７Ｂの離間方向における長さ寸法をいう）は、５０ｍｍ以上３０００ｍｍ以下とされることが望ましい。絶縁レンガ１０の幅Ｗは、この範囲に限定されず、溶解させるガラスの材質及び温度に応じて適宜設定できる。図２及び図４に示すように、絶縁レンガ１０の上面１０ａは、溶融ガラスＧＭに対する接触面となっている。

　以下、上記構成の製造装置によってガラス物品（板ガラスＧＲ）を製造する方法について説明する。

　図５に示すように、本方法は、溶解工程Ｓ１と、清澄工程Ｓ２と、均質化工程Ｓ３と、状態調整工程Ｓ４と、成形工程Ｓ５と、徐冷工程Ｓ６と、切断工程Ｓ７とを備える。溶解工程Ｓ１では、供給部１ｄから溶解炉１内にガラス原料ＧＲＭが連続投入される。投入されたガラス原料ＧＲＭには、各電極７Ａ，７Ｂによる通電加熱が実行される。これにより、溶解炉１内においてガラス原料ＧＲＭが溶解し、溶融ガラスＧＭが生成される。

　溶解工程Ｓ１において、各電極７Ａ，７Ｂ周辺では、この溶融ガラスＧＭの温度が相対的に高くなっており、図４において矢印Ｆで示すように溶融ガラスＧＭの対流（上昇流）が生じている。この場合、各電極７Ａ，７Ｂを囲む電鋳レンガ９Ａ，９Ｂは、絶縁レンガ１０よりも耐食性が高いことから、高温の溶融ガラスＧＭの対流に対して高い耐食性を発揮する。一方、絶縁レンガ１０は、電鋳レンガ９Ａ，９Ｂよりも各電極７Ａ，７Ｂから離れており、溶融ガラスＧＭの対流が少ない位置にあって当該溶融ガラスＧＭに接触する。

　溶解工程Ｓ１後に、溶融ガラスＧＭは、溶解炉１の流出部１ｅから連続排出され、ガラス供給路６ａを通じて清澄槽２へと移送される。ガラス原料ＧＲＭには清澄剤が配合されており、溶融ガラスＧＭには、この清澄剤の作用によりガス（泡）が発生する。清澄工程Ｓ２では、清澄槽２に溶融ガラスＧＭを流通させることで、このガスを除去する。

　その後、清澄処理（脱泡処理）が実施された溶融ガラスＧＭを、ガラス供給路６ｂを通じて均質化槽３に移送する。均質化工程Ｓ３では、この均質化槽３においてスターラ３ａを回転させることで、溶融ガラスＧＭが撹拌（均質化）される。

　均質化された溶融ガラスＧＭは、ガラス供給路６ｃを通じてポット４に移送される。状態調整工程Ｓ４では、このポット４を介して、溶融ガラスＧＭの粘度及び流量が調整される。

　ポット４を通過した溶融ガラスＧＭは、ガラス供給路６ｄを通じて成形体５のオーバーフロー溝に流入する。成形工程Ｓ５では、溶融ガラスＧＭをオーバーフロー溝から溢れ出させ、成形体５の側壁面に沿って流下させる。成形体５は、流下させた溶融ガラスＧＭを下頂部で融合させることで、帯状の板ガラスＧＲを成形する。

　その後、帯状の板ガラスＧＲは、徐冷炉による徐冷工程Ｓ６に供される。切断装置による切断工程Ｓ７では、徐冷工程Ｓ６を経た帯状の板ガラスＧＲから所望寸法の板ガラスを切り出す。或いは、切断工程Ｓ７では、板ガラスＧＲの幅方向の両端部を切断して除去し、その後、帯状の板ガラスＧＲをロール状に巻き取ってもよい（巻取工程）。以上により、ガラス物品（板ガラスＧＲ）が完成する。

　以上説明した本実施形態に係るガラス物品の製造方法及び製造装置（溶解炉１）によれば、電鋳レンガ９Ａ，９Ｂ（第一レンガ）の間に配置される絶縁レンガ１０（第二レンガ）により、溶解工程Ｓ１中における電鋳レンガ９Ａ，９Ｂ間の通電を防止できる。さらに、上記のように、電極７Ａ，７Ｂの近傍に電鋳レンガ９Ａ，９Ｂを配置し、電極７Ａ，７Ｂから離れた位置に絶縁レンガ１０を配置することで、電極７Ａ，７Ｂの近傍で対流する高温の溶融ガラスＧＭに対する高い耐食性を確保するとともに、絶縁レンガ１０の損耗を抑制できる。したがって、電鋳レンガ９Ａ，９Ｂ間の通電（短絡）を防止しながらも、溶解炉１を長期に亘って使用でき、これによってガラス物品（板ガラスＧＲ）の製造コストを可及的に低減できる。

　図６及び図７は、ガラス物品の製造装置（溶解炉）の他の実施形態を示す。上記した図１乃至図５の例では、一対の電極７Ａ，７Ｂが溶解炉１の幅方向Ｙに離間して配置されていたが、本例において、一対の電極７Ａ，７Ｂは、溶解炉１の長手方向Ｘに間隔をおいて配置されている（図６参照）。また、図７に示すように、電鋳レンガ９Ａ，９Ｂは、板状（層状）に構成される複数の電鋳レンガ９Ａ，９Ｂを上下に積層することにより構成される。積層される各電鋳レンガ９Ａ，９Ｂは、異なる材質、異なる厚みを有するものが使用されてもよい。同様に、絶縁レンガ１０は、複数の焼成レンガ１０を上下に積層することにより構成される。各絶縁レンガ１０は、異なる厚みを有するものが使用されてもよい。

　図８及び図９は、ガラス物品の製造装置（溶解炉）の他の実施形態を示す。図８に示す例では、溶解炉１の底部１ａにおいて、一対の電極７Ａ，７Ｂの間に複数の絶縁レンガ１０が配置されている。この複数の絶縁レンガ１０の間には、電鋳レンガ９Ｃが配置され得る。図９に示す例では、溶解炉１の底部１ａにおいて、一対の電極７Ａ，７Ｂ間に配置される絶縁レンガ１０に凹部１０ｂが形成されており、この凹部１０ｂに電鋳レンガ９Ｃが嵌め込まれている。この構成に限らず、凹部１０ｂに替えて絶縁レンガ１０に貫通孔を形成し、当該貫通孔に電鋳レンガ９Ｃを挿入してもよい。

　なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

　上記の実施形態の製造装置では、バーナを有していない溶解炉１を例示したが、この構成に限定されない。溶解炉１は、溶解工程Ｓ１でガラス原料ＧＲＭを上方から補助的に加熱するバーナを備えていてもよい。また、溶解工程Ｓ１で、バーナを用いることなく、複数の電極のみでガラス原料ＧＲＭを通電加熱する場合であっても、立上げ工程では、バーナを用いてもよい。なお、立上げ工程は、溶解炉１を常温の状態から溶融ガラスＧＭが充満する状態にする工程である。

　なお、本発明において、第一レンガ及び第二レンガの電気抵抗率は、交流４端子法で測定するものとし、ガラス物品が無アルカリガラスで構成される場合、測定温度は１５００℃とする。また、第一レンガ及び第二レンガの耐食性は、回転浸食試験で測定するものとし、ガラス物品が無アルカリガラスで構成される場合、試験温度は１５００℃、試験時間は２４時間とする。

　１　　　　　溶解炉
　１ａ　　　　溶解炉の底部
　５　　　　　成形体
　７Ａ　　　　第一電極
　７Ｂ　　　　第二電極
　９Ａ　　　　第一電鋳レンガ（第一レンガ）
　９Ｂ　　　　第二電鋳レンガ（第一レンガ）
１０　　　　　絶縁レンガ（第二レンガ）
　ＧＲＭ　　　ガラス原料
　ＧＭ　　　　溶融ガラス
　ＧＲ　　　　板ガラス（ガラス物品）

Claims

　底部に複数の電極を備える溶解炉により、ガラス原料を加熱して溶解する溶解工程を含む、ガラス物品の製造方法であって、
　前記底部は、前記電極を囲繞する第一レンガと、前記第一レンガの相互間に配置される第二レンガとを有し、
　前記第一レンガは、前記第二レンガよりも、耐食性に優れ、
　前記第二レンガは、前記第一レンガよりも、電気抵抗率が高いことを特徴とするガラス物品の製造方法。
　前記第一レンガは、電鋳レンガである請求項１に記載のガラス物品の製造方法。
　前記第二レンガは、デンスジルコン焼成レンガである請求項１又は２に記載のガラス物品の製造方法。
　前記溶解工程は、前記複数の電極のみで前記ガラス原料を通電加熱する請求項１から３のいずれか一項に記載のガラス物品の製造方法。
　前記ガラス物品は、無アルカリガラスにより構成される請求項１から４のいずれか一項に記載のガラス物品の製造方法。
　底部に複数の電極を備える溶解炉であって、
　前記底部は、前記電極を囲繞する第一レンガと、前記第一レンガの相互間に配置される第二レンガとを有し、
　前記第一レンガは、前記第二レンガよりも、耐食性に優れ、
　前記第二レンガは、前記第一レンガよりも、電気抵抗率が高いことを特徴とする溶解炉。
　請求項６に記載の溶解炉と、前記溶解炉によって生成される溶融ガラスを成形する成形装置とを備えることを特徴とするガラス物品の製造装置。