JP2014224002A - ガラス板の製造方法、熔解槽の設計方法及び熔解槽 - Google Patents

Abstract

【課題】熔解槽において１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上となる熔融ガラスをつくるとき、熔解槽の敷き部の熱ごもりを抑え、熔損を生じさせない方法を提供する。
【解決手段】熔解槽において、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱によりつくるとき、熔解槽の敷き部１２４を含む底部の温度が、前記底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるように、前記熔解槽には前記底部の保温抑制構造が設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ガラス板を製造するガラス板の製造方法、この製造方法に用いる熔解槽、及びこの熔解槽の設計方法に関する。

近年、ディスプレイパネルの分野では、画質の向上のために画素の高精細化が進んでいる。この高精細化の進展に伴って、ディスプレイパネルに用いるガラス基板にも高品質であることが望まれている。例えば、パネルの製造工程中に、高温に熱処理されたガラス基板において寸法変化が生じ難いように、熱収縮の小さいガラス基板が求められている。

一般に、ガラス板の熱収縮は、ガラスの歪点が高いほど、また、ガラス板の製造工程中の徐冷速度を小さくするほど、小さくなることが知られている。そのため、同じガラス組成であっても、徐冷速度を十分に小さくすることによって、熱収縮を求められるレベルまで低減することは可能である。特に、熔融ガラスからフロート法でガラス板を製造する場合、徐冷炉を長くして徐冷速度を小さくすることは比較的容易にできるが、ダウンドロー法を用いてガラス板を製造する場合、徐冷炉を長くすることは設備上あるいは操業操作上の点から難しい。このため、ダウンドロー法で熱収縮に対する要求に答えるガラス板を製造するには、従来のガラス組成に比べて歪点の高いガラス組成のガラスを利用する、言い換えれば、高温粘性の高いガラス組成のガラスを利用しなければならない。このようなガラス組成を持つガラスは、一般的に、熔融ガラス時の電気抵抗率も大きくなる傾向にある。

ここで、ガラス原料から熔融ガラスをつくる場合、熔解槽内の気相空間では、バーナー加熱によって気相空間の温度を高温化して熔解槽の壁の温度を高くし、この壁からの輻射熱により投入したガラス原料を熔解させるとともに、熔解してできる熔融ガラスを、上記輻射熱により加熱する。さらに、熔解槽の液槽に設けられた電極対を介して通電加熱を行うことにより、熔融ガラスを所望の粘度にする（特許文献１の段落００１５）。

特開２０１２−５１７３９８号公報

このような熔融ガラスの通電加熱を行う熔解工程において、熔融ガラスの電気抵抗率が低い場合、加熱するための電流を多量に流さなければならないが、一方において、溶融ガラスの電気抵抗率が高い場合、加熱するための電流は、熔融ガラスのみならず熔解槽を構成する耐火レンガにも流れる場合がある。熔融ガラスの電気抵抗率が高くなればなるほど、耐火レンガに流れる電流は増える。このような耐火レンガとして、熔融ガラスの侵食性に優れ、電気抵抗率の高いジルコニア（ＺｒＯ₂）系電鋳耐火物レンガやＡｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂及びＳｉＯ₂を含むＡＺＳ電鋳耐火レンガを用いたとしても、ガラス板の熱収縮を小さくするために、高温粘性の高い、さらには電気抵抗率の高いガラス組成を用いた場合、耐火レンガに電流が流れ、耐火レンガは通電加熱され易い。例えば、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスの場合、熔解槽の耐火レンガは通電加熱され、その熱が熔解槽の底部を構成する敷き部の耐火レンガに蓄積されて温度がその周囲に比べて部分的に高くなる熱ごもりが無視できなくなる。１５５０℃における電気抵抗率が１９０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスの場合、熱ごもりは顕著になる。この熱ごもりにより、耐火レンガの強度は低下して変形し易くなり、場合によっては、耐火レンガが熔損する虞がある。耐火レンガが熔損すると、熔融ガラス、ひいてはガラス板の生産が継続できないだけでなく、場合によっては重大な設備破損につながる。

このように、熱収縮の小さいガラス基板の要請に応じて熔融ガラスを高粘性化させてガラス板を改良するとき、従来の熔解槽では破損する虞がある。この点で、熔解槽の設計は重要である。
また、高粘性化した熔融ガラスは、難熔性であるので、後工程へ導く流出口側の壁面近傍の熔融ガラスの液面には、異質素地（難熔性成分であるＳｉＯ₂の濃度が他の場所よりも高くなった素地）が溜まっている場合が多い。この異質素地が熔解槽の底壁側に沈み込んで、後工程に流出すると、ガラス板は脈理と呼ばれる光学的に異質な筋状の欠点を形成する。このため、熔解槽における流出口側の壁面近傍の熔融ガラスの温度は、中央部付近の熔融ガラスの温度に比べて下がりすぎないようにすることも必要である。

本発明は、熔解槽において１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上となる熔融ガラスをつくる場合、熔解槽の敷き部の熱ごもりを抑え、熔損を生じさせないガラス板の製造方法、熔解槽の設計方法及び熔解槽を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、熔解槽において、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱によりつくる工程を含むガラス板の製造方法である。このとき、前記熔解槽の敷き部を含む底部の温度が、前記底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるように、前記熔解槽には前記底部の保温抑制構造が設定される。

なお、基準とする熔解槽モデルを用いて熔融ガラスをつくるシミュレーション計算を行って前記底部の温度分布を予測計算し、前記温度分布の最高温度が前記荷重軟化点温度未満になるように、前記底部の保温抑制構造が設定される、ことが好ましい。

また、前記敷き部は、複数の耐火レンガの積層構造であり、前記保温抑制構造の設定は、前記耐火レンガの少なくとも一層において、前記敷き部の耐火レンガの熱伝導率を部分的に周囲に対して異ならせることを含む、ことが好ましい。

また、前記敷き部は、複数の耐火レンガの積層構造であり、前記保温抑制構造の設定は、前記耐火レンガの少なくとも一層において、前記敷き部の底面に延びる孔を前記敷き部の耐火レンガに設けることを含む、ことが好ましい。

あるいは、前記保温抑制構造の設定は、前記熔解槽の底部に設けられるドレン口、温度センサの設置用開口、および泡形成用気体導入口のうち、いずれか１つの開口の位置を設定することを含む、ことも好ましい。

前記熔融ガラスは、酸化錫を含有し、１０^２．５ポアズであるときの温度が１５８０℃以上であってもよい。

本発明の他の一態様は、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱によりつくる熔解槽の設計方法である。当該方法は、
基準とする熔解槽モデルを用いて熔解槽と熔融ガラスの熱伝導のシミュレーション計算を行って前記熔解槽の敷き部を含む底部の温度分布を求め、前記温度分布の最高温度が前記荷重軟化点温度未満になるように、前記熔解槽モデルの底部を修正することにより熔解槽の底部の保温抑制構造を設定する。

本発明のさらに他の一態様は、熔融ガラスをつくる熔解槽である。当該熔解槽は、
１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを貯留する熔解槽本体と、
前記熔融ガラスを通電加熱する電極対と、
前記熔解槽の敷き部を含む底部の温度を、前記底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満にする前記底部の保温抑制構造と、を含む。

上記形態のガラス板の製造方法、熔解槽の設計方法及び熔解槽によれば、熔解槽において、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上となる熔融ガラスをつくる場合、熔解槽の敷き部の熱ごもりを抑えることができ、熔解槽の熔損を生じさせない。

本実施形態のガラス板の製造方法の工程の一例を示す図である。 本実施形態における熔解工程〜切断工程を行うガラス板製造装置の一例を模式的に示す図である。 本実施形態の熔解槽の熔解槽本体とその周辺の構造の概略を説明する斜視図である。 本実施形態の熔解槽の断面を説明する図である。 本実施形態の熔解槽本体の長手方向に沿った断面図である。 （ａ）は、基準とする熔解槽モデルの断面構造の一例を示した図であり、（ｂ）は、図６（ａ）に示す構成を有する熔解槽と熔融ガラスの熱伝導のシミュレーション計算の結果の一例を示す図である。 （ａ）は、熔解槽モデルの断面構造の一例を示した図であり、（ｂ）は、図７（ａ）に示す構成を有する熔解槽と熔融ガラスの熱伝導のシミュレーション計算の結果の一例を示す図である。 （ａ）は、熔解槽モデルの断面構造の他の一例を示した図であり、（ｂ）は、図８（ａ）に示す構成を有する熔解槽と熔融ガラスの熱伝導のシミュレーション計算の結果の一例を示す図である。 熔解槽内の熔融ガラスの対流の例を説明する図である。 本実施形態における熔解槽内の熔融ガラスの対流の例を説明する図である。

以下、本実施形態のガラス板の製造方法について説明する。
本実施形態は、熔解槽の上述した熱ごもりを抑制するために、熔解槽の敷き部を含む底部の温度が、熔解槽の底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるように、熔解槽の底部に保温抑制構造を設ける。
例えば、熔解槽において溶融ガラスをつくる前に、基準とする熔解槽モデルを用いて熔融ガラスをつくるシミュレーション計算を行って熔解槽の底部の温度分布を予測計算し、予測計算で得られた温度分布の温度が底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるように、熔解槽の底部の保温抑制構造を設定する。
なお、敷き部は、複数の耐火レンガの積層構造であるとき、敷き部の耐火レンガの少なくとも一層において、敷き部の耐火レンガの熱伝導率を部分的に周囲に対して異ならせることにより、敷き部の保温抑制構造を設定する。
あるいは、敷き部は、複数の耐火レンガの積層構造であるとき、この敷き部の耐火レンガの少なくとも一層において、敷き部の底面に延びる孔を敷き部の耐火レンガに設けることにより、保温抑制構造を設定する。
あるいは、熔解槽の底部に設けられるドレン口、温度センサの設置用開口、および泡形成用気体導入口のうち、いずれか１つの開口の位置を設定し、熔解槽の敷き部を含む底部の温度が、底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるようにする。

図１は、本実施形態のガラス板の製造方法の工程の一例を示す図である。

（ガラス板の製造方法の全体概要）
ガラス板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）と、清澄工程（ＳＴ２）と、均質化工程（ＳＴ３）と、供給工程（ＳＴ４）と、成形工程（ＳＴ５）と、徐冷工程（ＳＴ６）と、切断工程（ＳＴ７）と、を主に有する。この他に、研削工程、研磨工程、洗浄工程、検査工程、梱包工程等を有し、梱包工程で積層された複数のガラス板は、納入先の業者に搬送される。

熔解工程（ＳＴ１）は熔解槽で行われる。熔解槽では、ガラス原料を、熔解槽に蓄えられた熔融ガラスの液面に投入し、加熱することにより１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを作る。さらに、熔解槽の内側側壁の１つの底部に設けられた流出口から下流工程に向けて熔融ガラスを流す。
熔解槽の熔融ガラスの加熱は、熔融ガラス自身に電気が流れて自ら発熱し加熱するとともに、バーナーによる火焔を補助的に与えてガラス原料を熔解する。具体的には、投入されたガラス原料は、熔解槽１０１の気相空間の壁面あるいはバーナーの火炎からの熱輻射伝熱で加熱され、熱分解して熔解される。こうしてできた熔融ガラスは、より高温に通電加熱される。なお、ガラス原料には清澄剤が添加される。清澄剤として、ＳｎＯ₂，Ａｓ₂Ｏ₃，Ｓｂ₂Ｏ₃等が知られているが、特に制限されない。しかし、環境負荷低減の点から、清澄剤としてＳｎＯ₂（酸化錫）を用いることができる。熔解槽では、ガラス板に脈理が生じないようにガラス原料が完全に熔解されるとともに、後工程が適切に行われるように所定の粘度の熔融ガラスが通電加熱によりつくられる。

清澄工程（ＳＴ２）は、少なくとも清澄槽において行われる。清澄工程では、清澄槽内の熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれるＯ₂、ＣＯ₂あるいはＳＯ₂を含んだ泡が、清澄剤の還元反応により生じたＯ₂を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に泡は浮上して放出される。さらに、清澄工程では、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中のＯ₂等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄剤による酸化反応及び還元反応は、熔融ガラスの温度を制御することにより行われる。なお、清澄工程では、酸化錫を清澄剤として用いた清澄方法を用いることができる。

均質化工程（ＳＴ３）では、清澄槽から延びる配管を通って供給された攪拌槽内の熔融ガラスを、スターラを用いて攪拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。これにより、脈理等の原因であるガラスの組成ムラを低減することができる。
供給工程（ＳＴ４）では、攪拌槽から延びる配管を通して熔融ガラスが成形装置に供給される。

成形装置では、成形工程（ＳＴ５）及び徐冷工程（ＳＴ６）が行われる。
成形工程（ＳＴ５）では、熔融ガラスをシートガラスに成形し、シートガラスの流れを作る。成形は、オーバーフローダウンドロー法が用いられる。
徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れるシートガラスが所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。
切断工程（ＳＴ７）では、切断装置において、成形装置から供給されたシートガラスを所定の長さに切断することで、板状のガラス板を得る。切断されたガラス板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス板が作られる。この後、ガラス板の端面の研削、研磨が行われ、ガラス板の洗浄が行われ、さらに、気泡や脈理等の異常欠陥の有無が検査された後、検査合格品のガラス板が最終製品として梱包される。

図２は、本実施形態における熔解工程（ＳＴ１）〜切断工程（ＳＴ７）を行うガラス板製造装置の一例を模式的に示す図である。当該装置は、図２に示すように、主に熔解装置１００と、成形装置２００と、切断装置３００と、を有する。熔解装置１００は、熔解槽１０１と、清澄槽１０２と、攪拌槽１０３と、ガラス供給管１０４，１０５，１０６と、を有する。
図２に示す熔解装置１０１では、ガラス原料の投入がバケット１０１ｄを用いて行われ、このガラス原料の熔解により得られる熔融ガラスＭＧが所定の粘度になるように熔融ガラスＭＧは加熱される。清澄槽１０２では、熔融ガラスＭＧの温度を調整して、清澄剤の酸化還元反応を利用して熔融ガラスＭＧの清澄が行われる。さらに、攪拌槽１０３では、スターラ１０３ａによって熔融ガラスＭＧが攪拌されて均質化される。成形装置２００では、成形体２１０を用いたオーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスＭＧからシートガラスＳＧが成形される。本実施形態は、バケット１０１ｄをガラス原料の投入手段として用いるが、これに制限されない。例えば、スクリューフィーダを用いることもできる。バケット１０１ｄを用いたガラス原料の投入方式は、熔融ガラスＭＧの液面のうちバケット１０１ｄの原料投入口側の液面に投入する（前方投入する）方式と、液面全面に投入する（全面投入する）方式を含む。本実施形態では、図２に示すように、前方投入によりガラス原料が投入される。

このようなガラス板の製造方法及びガラス板製造装置において、熱収縮の小さいガラス板をつくるために、高温粘性の高いガラス組成のガラスを利用する場合、熔解槽１０１では、高温粘性の高くないガラスに比べて多量の電流を流して通電加熱をしなければならない。しかし、高温粘性の高いガラスでは、熔融状態の電気抵抗率は大きくなる傾向にあり、熔融ガラスの電気抵抗率は、熔解槽１０１の側壁及び底壁に用いる耐火レンガの電気抵抗率と同等になる。このため、熔解槽１０１の側壁に設けられた電極対に電流を流して熔融ガラスに電流を流そうとすると、本来熔融ガラスに流れるべき電流の一部は、熔解槽１０１の側壁及び底壁に流れ、側壁および底壁が加熱される。特に、熔解槽１０１の底壁の下方に、複数層の断熱特性に優れた耐火レンガを敷き詰めた層構成の敷き部には、断熱特性によって熱が逃げず、部分的に熱が蓄積されて高温になる熱ごもりが発生する。このような熱ごもりは、底壁や敷き部の耐火レンガの機械的強度を低下させ、熱クリープが生じる他、耐火レンガの一部が熔損して貯留すべき熔融ガラスが外部に流出する虞もある。
このため、本実施形態では、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱によりつくる前に、熔解槽１０１の敷き部を含む底部の温度が、底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるように、底部の保温抑制構造が設定される。なお、耐火レンガの荷重軟化点温度は、ＪＩＳ Ｒ２２０９：２００７により規定されている。本実施形態における耐火レンガの荷重軟化点温度は、上記ＪＩＳ規定のＴ２（２％収縮）である。なお、このＴ２の値から許容範囲内の値（例えば１０℃〜２０℃）を差し引いた値を耐火レンガの荷重軟化点温度として用いてもよい。以下、熔解槽の構成をより詳細に説明する。

（熔解槽）
図３は、熔解槽１０１の熔解槽本体とその周辺の構造の概略を説明する斜視図であり、図４は、熔解槽１０１の断面を簡略化して説明する図である。原料投入口から熔融ガラスの後工程へ流す流出口へ向かう方向を熔解槽１０１の長手方向というとき、図４に示す断面は、図３に示す電極１１４が設けられた長手方向の位置における断面である。図５は、熔解槽本体の長手方向に沿った断面図である。

本実施形態において、熔解槽１０１は、熔解槽本体１１０と、バーナー１１２と、電極対１１４と、迫部１１８と、を主に有する。

熔解槽本体１１０は、上部に気相空間を有し、下部において熔融ガラスを貯留する部分であり、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを貯留する。

バーナー１１２は、熔解槽本体１１０の気相空間を囲う気相空間仕切り壁１１６上の長手方向の異なる位置に、互いに対向する両方の壁それぞれに３つ設けられている。このときバーナー１１２は、互いに対向する位置には設けられず、互い違いに設けられている。なお、バーナー１１２は、互いに対向する両壁の双方に設けられず、片方の壁に３つ設けてもよい。図３では、熔解槽本体１１０の奥側の壁に設けられるバーナー１１２のみが示されている。バーナー１１２は、燃料と酸素等を混合した燃焼ガスが燃焼して火炎を発する。図４では、２つのバーナー１１２が対向する壁の対向する位置に設けられるように示されるが、図４に示す２つバーナー１１２は、図４の紙面に対して垂直方向の異なる位置に設けられている。

電極対１１４は、熔融ガラスを通電加熱するために熔解槽本体１１０の側壁部の、長手方向の３つの異なる位置に、熔融ガラスを挟んで互いに対向するように３対設けられている。図３では、熔解槽本体１１０の手前側の側壁部に設けられる電極のみが示されている。電極対１１４は、例えば、酸化錫あるいはモリブデン等の耐熱性を有する導電性材料が用いられる。電極対１１４は、制御ユニット１２０に接続され、制御ユニット１２０から制御された電流の供給を受ける。制御ユニット１２０は、コンピュータ１２２と接続されており、コンピュータ１２２の制御信号により、電極対１１４に流れる電流が制御されている。コンピュータ１２２は、熔解槽１０１の底部の温度が底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるように、予め定められた電流を電極対１１４に流すように制御信号を生成する。

気相空間仕切り壁１１６は、熔解槽本体１１０の一部であり、溶融ガラスの貯留部分の上部に設けられた壁である。この壁にバーナー１１２が設けられている。また、気相空間仕切り壁１１６には、開閉自在な原料投入口１０１ｆが設けられ、この原料投入口１０１ｆを通してガラス原料を積んだバケット１０１ｄ（図２参照）が出入りする。バケット１０１ｄにより、ガラス原料は熔解槽本体１１０に貯留する熔融ガラスの液面に投入される。熔解槽本体１１０の原料投入口１０１ｆと対向する側壁の底部近傍には、流出口１０４ａが設けられている。熔解槽１０１は、流出口１０４ａから後工程に向けて熔融ガラスを流す。

迫部１１８は、熔解槽１０１の気相空間を閉じる天井壁である。図４には、迫部１１８が詳しく示されている。迫部１１８の頂部には、温度センサ１１８ａが設けられている。
熔解槽本体１１０、気相空間仕切り壁１１６及び迫部１１８は、いずれも熔融ガラスの温度に対して耐熱性を有するものが用いられ、例えば電気抵抗，耐食性が高いジルコニア系電鋳耐火物レンガが用いられる。また、仕切り壁、迫部１１８には、ＡＺＳ（Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂）を使用してもよい。

熔解槽本体１１０の下部には、耐火レンガによって構成された積層構造の敷き部１２４が設けられている。敷き部１２４は、４層構造の断熱層を有する。熔解槽１０１の底壁１１０ａには、敷き部１２４に用いる耐火レンガに比べて荷重軟化点温度の高い耐火レンガが用いられる。荷重軟化点温度の高い耐火レンガは、気孔率の低い緻密な耐火レンガであるため、熱伝導率は比較的高い。このため、敷き部１２４において、底壁１１０ａに用いる耐火レンガに比べて熱伝導率の低い断熱性の高い耐火レンガが用いられる。熱伝導率の低い耐火レンガは、気孔率の高い耐火レンガであるため、荷重軟化点温度は低くなる。このような層構造が熔解槽１１０に一般的に用いられる。本実施形態では、熔解槽本体１１０の底壁１１０ａと敷き部１２４とを含む部分を熔解槽１１０の底部１２６と言う。

熔解槽本体部１１０の底壁には、温度センサ設置用開口１２６ａとドレン口１２６ｂと孔１２６ｃが設けられる。本実施形態では、温度センサ設置用開口１２６ａとドレン口１２６ｂと孔１２６ｃが設けられるが、温度センサ設置用開口１２６ａとドレン口１２６ｂと孔１２６ｃのいずれか１つあるいは２つが設けられてもよい。また、温度センサ設置用開口１２６ａと孔１２６ｃのそれぞれの設置数は１つに限定されず、複数であってもよい。
温度センサ設置用開口１２６ａは、熔融ガラスＭＧの底壁部分における温度を計測する温度センサ、例えば熱電対を設置するために熔解槽本体１１０の底壁に設けられた開口である。この開口は、底壁１１０ａ及び敷き部１２４の耐火レンガにあけられた孔と接続されている。したがって、上記開口と接続された孔は、熔融ガラスＭＧの粘度を高くして熔融ガラスＭＧが孔から漏出しないように、孔及び孔の周辺の保温は抑えられている。
ドレン口１２６ｂは、熔融ガラスＭＧを後工程に流すことなく、ガラス板製造装置の外部に流出する流出口１０４ａである。熔解槽本体１１０に貯留する熔融ガラスＭＧは、熔解槽１０１あるいは熔解装置１００の補修のために、熔解槽本体１１０から完全に抜き出す場合がある。なお、ドレン口１２６ｂは、流出口１０４ａが設けられる側壁に設けることもできる。
また、熔解槽本体１１０には、熔融ガラスＭＧ中の泡を成長させて後工程の清澄工程で清澄しやすくするために、熔融ガラスＭＧに泡を導入する場合がある。この場合、熔融ガラスＭＧに泡を導入するための泡形成用気体導入口が熔解槽本体１１０の底壁に設けられる。図３〜５に示す実施形態では、泡形成用気体導入口が設けられていない。この気体導入口も、底壁１１０ａ及び敷き部１２４の耐火レンガにあけられた孔と接続されている。したがって、上記泡形成用気体導入口と接続された孔も、熔融ガラスＭＧの粘度を高くして熔融ガラスＭＧが孔から漏出しないように、孔及び孔の周辺の保温は抑えられている。
孔１２６ｃは、耐火レンガの少なくとも一層において設けられ、耐火レンガから敷き部１２４の底面１２４ａに延びる孔である。図５に示す例では、敷き部１２４の下から２つ目のレンガ層と底面１２４ａとの間に孔１２６ｃが設けられている。孔１２６ｃは、耐火レンガの少なくとも一層から底面１２４ａに延びる孔であればよく、孔１２６ｃの開始位置は熔解槽１０１の底壁の面を除き特に制限されない。孔１２６ｃを設けることで、孔１２６ｃを囲う耐火レンガは外気に触れる面積が広くなるため熱放射をし易い。このため、孔１２６ｃの周辺の耐火レンガの保温は抑えられている。
このように、温度センサ設置用開口１２６ａ、ドレン口１２６ｂ、熔融ガラスＭＧに泡を導入するための泡形成用気体導入口、あるいは孔１２６ｃを設けることは、保温抑制構造を設けることにあたる。そして、温度センサ設置用開口１２６ａ、ドレン口１２６ｂ、熔融ガラスＭＧに泡を導入するための泡形成用気体導入口、あるいは孔１２６ｃの位置を適切に設けることにより、底部１２６を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるようにすることができる。

このような熔解槽１０１では、熔融ガラスの粘度を所定の粘度にするために熔融ガラスに電流を流して通電加熱するので、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを用いる場合、上述したように、底部１２６の一部分において熱ごもりが発生し易い。このため、底部１２６には、底部１２６の温度を、底部１２６を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満にする底部１２６の保温抑制構造が設けられている。なお、熱ごもりの発生する部分は、電極対１１４の各位置に与える電流および熔解槽本体１１０の形状に応じて変化するが、熱ごもりの発生する部分は、概略、熔解槽本体１１０の長手方向の中心と、この中心から流出口１０４ａ側にずれた位置との間に位置することが多い。

保温抑制構造として、例えば、敷き部１２４の耐火レンガの少なくとも一層において、敷き部１２４の耐火レンガの熱伝導率を部分的に同じ層の周囲に対して異ならせた構造を用いることができる。より具体的には、敷き部１２４に保温抑制構造が設けられない場合、耐火レンガの温度が最も高くなる位置における温度であって、耐火レンガの荷重軟化点温度以上の温度となる部分を、熔解槽１０１の温度分布を計測することにより、あるいは、コンピュータを用いた熱シミュレーション計算により、見出す。この見出された部分は、長時間荷重軟化点温度以上の温度に曝されると、熔融ガラスＭＧの重さや熔解槽１０１の重さによって熱クリープを生じて変形し、さらには、耐火レンガが熔損して熔解槽１０１が損傷する虞がある。このため、上記熱ごもりを抑制するために、敷き部１２４の熱ごもりの発生する部分の耐火レンガを、保温抑制構造として、より熱伝導率の高い耐火レンガに変更する。したがって、この場合、保温抑制構造は、敷き部１２４の耐火レンガの少なくとも一層において、敷き部１２４の耐火レンガの熱伝導率を部分的に同じ層の周囲に対して異ならせた構造となる。例えば、熔解槽１０１の長手方向と直交する幅方向の中心線を挟んだ熔解槽１０１の底壁の幅の３０．５％〜６９．５％の中央部分において、この中央部分の両側に比べて熱伝導率の高い、すなわち放熱効果の高い耐火レンガを用いることが好ましい。なお、熱シミュレーション計算は、実際にガラス板を作製するための溶融ガラスをつくる前に行っても、ガラス板を作製するための溶融ガラスをつくる操業開始後に行ってもよい。

保温抑制構造として、上記熱ごもりが発生する部分に、熔解槽１０１の底部に設けられるドレン口１２６ｂ、温度センサの設置用開口１２６ａ、および泡形成用気体導入口のうち、いずれか１つの開口の位置を設定した構造を用いることもできる。ドレン口１２６ｂ、温度センサの設置用開口１２６ａ及び泡形成用気体導入口は、底壁１１０ａ及び敷き部１２４の耐火レンガにあけられた孔と接続されており、保温を抑制する構造となっているので、断熱性は低く放熱しやすい。このため、特定した熱ごもりの部分に、ドレン口１２６ｂ、温度センサの設置用開口１２６ａ、および泡形成用気体導入口のうち、いずれか１つの開口の位置を設定することで、保温を抑制することができる。
また、保温抑制構造として、上記熱ごもりが発生する部分に、熔解槽１０１の底部に設けられる孔１２６ｃを設定した構造を用いることもできる。孔１２６ｃは、敷き部１２４の耐火レンガにあけられた孔であり、保温を抑制する構造となっているので、断熱性は低く放熱しやすい。このため、特定した熱ごもりの部分に、孔１２６ｃを設けることで、保温を抑制することができる。

熔解槽１０１でつくる熔融ガラスＭＧは、酸化錫を含有し、１０^２．５ポアズであるときの温度が１５８０℃以上であっても、熔解槽本体１１０及び底部１２６の熱クリープの発生を抑え、耐火レンガの熔損を抑えることができる。すなわち、酸化錫を含有し、１０^２．５ポアズであるときの温度が１５８０℃以上の高温粘性の高い熔融ガラスを用いる場合、本発明の効果は大きくなる。
また、本実施形態では、１５５０℃における電気抵抗率が１９０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスについても適用できる。

このような熔解槽１１０、すなわち、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱によりつくる熔解槽は、以下の設計方法によって設計することができる。
まず、基準とする図示されない熔解槽モデルを用いて熔解槽１０１を用いた熔融ガラスＭＧの熱伝導のシミュレーション計算を行って熔解槽１０１の敷き部１２４を含む底部１２６の温度分布を求める。求めた温度分布の最高温度が荷重軟化点温度以上の場合、荷重軟化点温度未満になるように、上述の熔解槽モデルの保温抑制構造を修正することにより熔解槽１０１の底部１２６の保温抑制構造を決定する。
このような設計方法は、演算処理ユニット及びメモリを有するコンピュータを用いてソフトウェアを実行することにより実現することができる。

このように、保温抑制構造を熔解槽１０１の底部１２６に設ける場合、熔融ガラスＭＧの流出口１０４ａの設けられる下流側壁１０１ｂと接続される底部１２６の部分に、保温抑制構造を設けないことが好ましい。この部分に保温抑制構造を用いると、下流側壁１０１ｂ近傍の熔融ガラスＭＧの温度は低下するので、下流側壁１０１ｂ近傍の熔融ガラスＭＧの液面には異質素地（難熔性成分であるＳｉＯ₂の濃度が他の場所よりも高くなった素地）が溜まり易い。この異質素地が熔融ガラスＭＧの下方に沈み込んで流出口１０４ａから流出して後工程に流れ、脈理を形成する場合がある。このような異質素地の流出を抑制するために、下流側壁１０１ｂ近傍の熔融ガラスＭＧの温度が下がりすぎないようにすることが必要である。この点から、熔解槽１０１の下流側壁１０１ｂと接続される底部１２６の部分に、上述した保温抑制構造を設けないことが好ましい。

次に、熔解槽１０１と熔融ガラスＭＧの熱伝導のシミュレーション計算を用いた熔解槽の温度分布を説明する。
図６（ａ）は、基準とする熔解槽モデルの断面構造の一例を示した図である。図６（ａ）は、熔解槽モデルを、長手方向と直交する幅方向の中心位置を通り、長手方向に沿った垂直平面で切断した図を示している。熔解槽モデル１０１Ｍは、熔解槽本体モデル１１０Ｍと敷き部モデル１２４Ｍを含む。敷き部モデル１２４Ｍは、４層のレンガ層モデルで構成されている。熔解槽本体モデル１１０Ｍと敷き部モデル１２４Ｍの熱伝導率は、基準とする実際の熔解槽１０１の熔解槽本体１１０と敷き部１２４の熱伝導率の値を用いた。熔解槽本体モデル１１０Ｍの壁に対応する部分の熱伝導率は（3.18799×10^-12Ｔ⁴ − 1.8239798×10^-8Ｔ³ ＋ 4.0884149 × 10^-5Ｔ² −0.0384005Ｔ＋13.677581）[Ｗ／（ｍ・Ｋ）］(Ｔ:温度[Ｋ])とし、４層の敷き部モデル１２４Ｍの熱伝導率は、上層から順番にそれぞれ、
・（3.18799×10^-12Ｔ⁴ −1.8239798×10^-8Ｔ³ ＋ 4.0884149 × 10^-5Ｔ² −0.0384005Ｔ＋13.677581）［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］(Ｔ:温度[Ｋ])、
・３．６０５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、
・２．０９３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、
・（3.05869×10^-4Ｔ−0.159519）［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］(Ｔ:温度[Ｋ])、
とした。
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す構成を有する熔解槽１０１と熔融ガラスＭＧの熱伝導のシミュレーション計算の結果の一例を示す図である。熱伝導のシミュレーション計算として、熔融ガラスＭＧを模擬する流体要素を熔解槽本体モデル１１０Ｍに満たして、流体要素の液面に放射熱伝達境界条件（放射率０．７、参照温度１５８０℃）の温度境界条件を与え、流体要素に（流量６トン／日、流入温度１５００℃、３つの電極について、投入機側から順に１１４アンペア，１２５アンペア，１３８アンペア）の条件で加熱を与えて通電加熱をシミュレーションして熔融ガラスＭＧ及び熔解槽１０１の熱伝導による温度分布のシミュレーション計算を行った。
図６（ｂ）によれば、底部１２６に対応する底部モデル１２６Ｍの部分で、温度は最高温度となっている。この最高温度は１７１３℃であった。最高温度の長手方向の位置は、熔解槽モデル１０１Ｍの長手方向の中央部分から流出口１０４ａを再現した部分の側に寄った位置である。

図７（ａ）は、図６（ｂ）に示す最高温度１７１３℃となった位置にドレン口モデル１２６ｂＭを設けた熔解槽モデル１０１Ｍの構成の一例を示す図である。この場合、ドレン口モデル１２６ｂＭの近傍のレンガのモデルには、ドレン口モデル１２６ｂＭによる放熱が極端に大きくならないように、ドレン口モデル１２６ｂＭを取り巻くレンガのモデルは、このレンガのモデルを取り囲むレンガのモデルに比べて熱伝導率が低くなる（保温性の高くなる）ように熱伝導率が設定されている。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す構成の熔解槽と熔融ガラスの熱伝導のシミュレーション計算の結果の一例を示す図である。熱伝導のシミュレーション計算では、ドレン口モデル１２６ｂＭを取り巻くレンガのモデル以外は、図６（ａ）の場合と同様の熱伝導率の値を用いて、図６（ａ）の場合と同様のシミュレーション計算を行った。ドレン口モデル１２６ｂＭを取り巻くレンガのモデルの熱伝導率は１．７４４［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］とした。図７（ｂ）によれば、底部１２６を再現した、敷き部モデル１２４Ｍを含む底部モデル１２６Ｍの最高温度の位置は、長手方向のガラス原料供給側に移動し、最高温度は１６９６℃に低下した。

図８（ａ）は、図６（ｂ）に示す最高温度１７１３℃となった部分にドレン口１２６ｂＭを設けた熔解槽モデルの構成の他の一例を示す図である。この場合、図７（ｂ）に示す最高温度を示す領域に、３つの孔モデル１２６ｃＭを設けるとともに、ドレン口１２６ｂＭに対して長手方向の流出口に対応する部分の側に１つの孔モデル１２６ｃＭを設けた。さらに、敷き部１２４の４層のレンガ層に対応するレンガ層モデルのうち下から２番目のレンガ層モデルにおいて、熔解槽１０１の長手方向と直交する幅方向の中心線を挟んだ中央部分のレンガ層モデルの熱伝導率が、この中央部分を挟んだ幅方向外側のレンガ層モデルの熱伝導率に比べて高くなるようにし、この熱伝導率の高いレンガ層モデルを、熔解槽モデル１０１Ｍの長手方向に延在させるように構成した。この中央部分のレンガ層モデルの熱伝導率は２．０９３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］とした。これ以外のレンガ層モデルの熱伝導率は、図７（ａ）に示す例と同様の熱伝導率を用いた。すなわち、耐火レンガ層の少なくとも一層において、敷き部１２４の耐火レンガの熱伝導率を部分的に周囲に対して異ならせることをモデルで再現した。これ以外の敷き部１２４のレンガ層モデルは、図７（ａ）に示す例と同様の熱伝導率の値を用いた。

図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す構成の熔解槽と熔融ガラスの熱伝導のシミュレーション計算の結果の一例を示す図である。熱伝導のシミュレーション計算では、図７（ａ）に示す例と同様のシミュレーション計算を行った。図８（ｂ）によれば、底部モデル１２６Ｍの最高温度の位置は、長手方向の熔融ガラスの流出口１０４ａの側に移動し、最高温度は１６６４℃に低下した。

このようなシミュレーション計算の結果より、敷き部１２４のレンガ層の構成を調整して、ドレン口１２６ｂの位置を調整し、また、孔１２６ｃの位置を設定して孔１２６ｃを設けることにより、熔解槽１０１の底部１２６の温度を低減することができる。底部１２６に用いる耐火レンガの荷重軟化点温度は、例えば１７００℃前後であるので、上述したような保温を抑制する構造を採用することにより、底部１２６の耐火レンガの温度を荷重軟化点温度未満にすることが可能となる。

図６（ｂ）に示すシミュレーション計算の結果の熔融ガラスの温度分布を参照すると、底部１２６の最高温度の位置は、熔解槽の幅方向中央部分の長手方向中央部分から流出口側に位置するので、熔解槽１０１の底壁においても、上記底部１２６の最高温度の長手方向の位置（位置Ａ）において温度が最も高くなっている。このため、図９に示すように、熔解槽１０１において、位置Ａから熔融ガラスＭＧが液面に向かって上昇するような対流が生じやすい。図９は、熔解槽１０１内の熔融ガラスＭＧの対流の例を説明する図である。このような熔融ガラスＭＧの対流が発生すると、ガラス原料１０１ａのうち難熔性成分であるＳｉＯ₂の濃度が他の場所よりも高くなった素地である異質素地１０１ｃが対流によって長手方向の流出口１０４ａの側の液面に溜まっている場合が多い。この異質素地１０１ｃが対流Ｂの流れに乗って熔解槽１０１の底壁側で沈み込んで、後工程に流出し、ガラス板は脈理と呼ばれる光学的に異質な筋状の欠点を形成する虞がある。このため、図９に示すような対流を発生させないために、熔解槽１０１における流出口１０４ａの側の壁面近傍の熔融ガラスの温度Ｔ₃は、位置Ａにおける熔融ガラスＭＧの温度Ｔ₂に比べて小さいことは好ましくない。この点で、図６（ｂ）に示すシミュレーション計算の結果は、製造されるガラス板において脈理と呼ばれる光学的に異質な筋状の欠点を形成するので好ましくない結果である。図７（ｂ）に示すシミュレーション計算の結果は、図６（ｂ）に示すシミュレーション演算結果に比べて、温度Ｔ₃と温度Ｔ₂の差は小さくなっている。

一方、図８（ｂ）に示すシミュレーション演算結果では、熔解槽１０１の溝底近傍における熔融ガラスＭＧの温度は、流出口１０４ａの側の側壁における温度Ｔ₃に対して、長手方向中央部の温度Ｔ₂は低い。さらに、この温度Ｔ₂に対して、原料投入側の側壁における温度Ｔ₁は低い。しかも、ガラス原料の投入位置における熔融ガラスＭＧの表層の温度Ｔ₄は、温度Ｔ₃に対して低い。このため、図１０に示すように、熔解槽１０１では、反時計回りの対流が熔融ガラスＭＧに発生する。図１０は、熔解槽１０１内の熔融ガラスＭＧの好ましい対流の例を説明する図である。流出口１０４ａから流れなかった熔融ガラスＭＧの一部は熔解槽１０１の側壁に沿って液面に向かって上昇し、液面に上昇した熔融ガラスＭＧの一部が液面に沿って原料投入側の熔解槽１０１の側壁に向かって流れ、原料投入側の熔解槽１０１の側壁に沿って液面から下降し、さらに底壁に沿って原料投入側から排出口の側に向かって流れる。このため、異質素地１０１ｂが、流出口１０４ａの側の側壁付近に漂って来ることはない。さらに、流出口１０４ａの側の側壁では、熔融ガラスＭＧの流れが底壁から液面に向けて流れているので、異質素地１０１ｂが沈み込むことは無い。このため、製造されるガラス板において脈理と呼ばれる光学的に異質な筋状の欠点を形成しない。このように、上述した保温抑制構造を採用することは、熔解槽１０１における熔融ガラスＭＧの対流を改善し、ガラス板が脈理を発生しないようにすることができる。

以上、本実施形態では、熔解槽１０１の敷き部１２４を含む底部１２６の温度が、底部１２６を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるように、熔解槽１０１には底部１２６の保温抑制構造が設けられている。このため、底部１２６の熱ごもりを抑え、熔解槽の熔損を生じさせない。
本実施形態では、熔融ガラスをつくる前に、基準とする熔解槽モデルを用いて熔融ガラスをつくるシミュレーション計算を行って底部１２６の温度分布を予測計算し、温度分布の最高温度が荷重軟化点温度未満になるように、底部１２６の保温抑制構造を設定する。このため、熔解槽を用いた試行錯誤の実験に代わりに数値計算により底部１２６の耐火レンガの温度を予測できるので、底部１２６の熱ごもりを抑制し、熔解槽の熔損を生じさせない保温抑制構造を効率よく見出すことができる。
本実施形態では、底部１２６の保温抑制構造の設定は、底部１２６の耐火レンガの少なくとも一層において、敷き部１２４の耐火レンガの熱伝導率を部分的に周囲に対して異ならせることを含むので、耐火レンガの種類を変えるだけで熱の伝導を高め容易に熱ごもりを抑制することができる。
また、底部１２６の保温抑制構造の設定は、敷き部１２４の耐火レンガの少なくとも一層において、敷き部１２６の底面に延びる孔を敷き部１２４の耐火レンガに設けることを含むので、放熱を高め容易に熱ごもりを抑制することができる。
また、底部１２６の保温抑制構造の設定は、熔解槽１０１の底部に設けられるドレン口、温度センサの設置用開口、および泡形成用気体導入口のうち、いずれか１つの開口の位置を設定ことを含むので、放熱を高め、容易に熱ごもりを抑制することができる。
なお、熔融ガラスは、酸化錫を含有し、１０^２．５ポアズであるときの温度が１５８０℃以上である場合においても、本実施形態の保温抑制構造を設定することにより、底部１２６の温度が、底部１２６を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるようにすることができるので、本実施形態の保温抑制構造を採用しない場合に比べて、熱ごもりの抑制及び熔解槽の熔損の抑制の効果は大きくなる。

以上、本発明のガラス板の製造方法、熔解槽の設計方法及び熔解槽について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１００ 熔解装置
１０１ 熔解槽
１０１ａ ガラス原料
１０１ｂ 下流側壁
１０１ｃ 異質素地
１０１ｄ バケット
１０１ｆ 原料投入口
１０２ 清澄槽
１０３ 攪拌槽
１０３ａ スターラ
１０４，１０５，１０６ ガラス供給管
１０４ａ 流出口
１１０ 熔解槽本体
１１２ バーナー
１１４ 電極対
１１６ 気相空間仕切り壁
１１８ 迫部
１２０ 制御ユニット
１２２ コンピュータ
１２４ 敷き部
１２６ 底部
２００ 成形装置
２１０ 成形体
３００ 切断装置
１０１Ｍ 熔解槽モデル
１１０Ｍ 熔解槽本体モデル
１２４Ｍ 敷き部モデル
１２６Ｍ 底部モデル
１２６ｂＭ ドレン口モデル
１２６ｃＭ 孔モデル

Claims (8)

1. 熔解槽において、１５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱によりつくる工程を含むガラス板の製造方法であって、
   前記熔解槽の敷き部を含む底部の温度が、前記底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満になるように、前記熔解槽には前記底部の保温抑制構造が設定されることを特徴とするガラス板の製造方法。
2. 基準とする熔解槽モデルを用いて熔融ガラスをつくるシミュレーション計算を行って前記底部の温度分布を予測計算し、前記温度分布の最高温度が前記荷重軟化点温度未満になるように、前記底部の保温抑制構造が設定される、請求項１に記載のガラス板の製造方法。
3. 前記敷き部は、複数の耐火レンガの積層構造であり、
   前記保温抑制構造の設定は、前記耐火レンガの少なくとも一層において、前記敷き部の耐火レンガの熱伝導率を部分的に周囲に対して異ならせることを含む、請求項１または２に記載のガラス板の製造方法。
4. 前記敷き部は、複数の耐火レンガの積層構造であり、
   前記保温抑制構造の設定は、前記耐火レンガの少なくとも一層において、前記敷き部の底面に延びる孔を前記敷き部の耐火レンガに設けることを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
5. 前記保温抑制構造の設定は、前記熔解槽の底部に設けられるドレン口、温度センサの設置用開口、および泡形成用気体導入口のうち、いずれか１つの開口の位置を設定することを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
6. 前記熔融ガラスは、酸化錫を含有し、１０^２．５ポアズであるときの温度が１５８０℃以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
7. １５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを通電加熱によりつくる熔解槽の設計方法であって、
   基準とする熔解槽モデルを用いて熔解槽と熔融ガラスの熱伝導のシミュレーション計算を行って前記熔解槽の敷き部を含む底部の温度分布を求め、前記温度分布の最高温度が前記荷重軟化点温度未満になるように、前記熔解槽モデルの底部を修正することにより熔解槽の底部の保温抑制構造を設定する、ことを特徴とする熔解槽の設計方法。
8. 熔融ガラスをつくる熔解槽であって、
   １５５０℃における電気抵抗率が１６０Ω・ｃｍ以上である熔融ガラスを貯留する熔解槽本体と、
   前記熔融ガラスを通電加熱する電極対と、
   前記熔解槽の敷き部を含む底部の温度を、前記底部を構成する耐火レンガの荷重軟化点温度未満にする前記底部の保温抑制構造と、を含むことを特徴とする熔解槽。
   

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