JP6749123B2 - ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置 - Google Patents
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上記熔融槽では、ガラス原料の投入端側の領域から導出端側の領域に至る途中のホットスプリング領域に、通電方向を窯の長さ方向とした複数対の電極を適宜間隔で窯の幅方向全長に亘って複列配置することにより、熔融ガラスのホットスプリングを強調している。これにより、半熔融状態等のガラスが導出端側へ早流れすることを抑えている。
前記熔解槽は、複数の耐火物が積層されて構成され、前記ガラス原料を前記熔解槽に貯留される熔融ガラスの液面の略全面に投入するための投入口と、前記投入口から投入されたガラス原料を加熱して熔解する複数の加熱装置と、前記熔解槽に貯留される熔融ガラスに電流を流して通電加熱する複数の一対の電極と、前記投入口に対向する熔解槽の側壁位置に前記熔融ガラスを前記成形装置に向けて流す流出口と、を有し、
前記加熱装置は、前記一対の電極が設けられた位置の前記熔融ガラスの液面より上方位置に設けられ、前記熔融ガラスの液面において、前記投入口から前記流出口に向かって少なくとも第1領域、第2領域、第3領域があり、前記第1領域から前記第2領域に前記熔融ガラスが流れるよう前記第1領域の加熱量>前記第2領域の加熱量とし、前記第3領域から前記第2領域に前記熔融ガラスが流れるよう前記第3領域の加熱量>前記第2領域の加熱量とし、前記第3領域から前記第1領域に流れるよう前記第3領域の加熱量>前記第1領域の加熱量とする、
ことを特徴とする。
前記熔解槽は、前記ガラス原料を前記熔解槽に貯留される熔融ガラスの液面の略全面に投入するための投入口と、前記投入口から投入されたガラス原料を加熱して熔解する複数の加熱装置と、前記熔解槽に貯留される熔融ガラスに電流を流して通電加熱する複数の一対の電極と、前記投入口に対向する熔解槽の側壁位置に前記熔融ガラスを前記成形装置に向けて流す流出口と、を有し、
前記加熱装置は、前記一対の電極が設けられた位置の前記熔融ガラスの液面より上方位置に設けられ、前記熔融ガラスの液面において、前記投入口から前記流出口に向かって少なくとも第1領域、第2領域、第3領域があり、前記第1領域から前記第2領域に前記熔融ガラスが流れるよう前記第1領域の加熱量>前記第2領域の加熱量とし、前記第3領域から前記第2領域に前記熔融ガラスが流れるよう前記第3領域の加熱量>前記第2領域の加熱量とし、前記第3領域から前記第1領域に流れるよう前記第3領域の加熱量>前記第1領域の加熱量とする、
ことを特徴とする。
(ガラス基板の製造方法の全体概要)
図1は、本実施形態のガラス基板の製造方法の工程の一例を示す図である。ガラス基板の製造方法は、熔解工程(ST1)、清澄工程(ST2)、均質化工程(ST3)、供給工程(ST4)、成形工程(ST5)、徐冷工程(ST6)、および、切断工程(ST7)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、梱包工程等を有してもよい。製造されたガラス基板は、必要に応じて梱包工程で積層され、納入先の業者に搬送される。
なお、清澄工程は、熔融ガラスに存在する泡を減圧雰囲気で成長させて脱泡させる減圧脱泡方式を用いることもできる。減圧脱泡方式は、清澄剤を用いない点で有効である。しかし、減圧脱泡方式は装置が複雑化及び大型化する。このため、清澄剤を用い、熔融ガラス温度を上昇させる清澄方法を採用することが好ましい。
供給工程(ST4)では、撹拌された熔融ガラスが成形装置に供給される。
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。成形には、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、徐冷後のシートガラスを所定の長さに切断することで、板状のガラス基板を得る。切断されたガラス基板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス基板が作られる。
図2に示す熔解槽101には、図示されないバーナー等の加熱手段が設けられている。熔解槽には清澄剤が添加されたガラス原料が投入され、熔解工程(ST1)が行われる。熔解槽101で熔融した熔融ガラスは、移送管104を介して清澄管102に供給される。
清澄管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の清澄工程(ST2)が行われる。具体的には、清澄管102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酸素、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酸素を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に浮上して気相空間に放出される。その後、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酸素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。清澄後の熔融ガラスは、移送管105を介して攪拌槽103に供給される。
攪拌槽103では、攪拌機107によって熔融ガラスが攪拌されて均質化工程(ST3)が行われる。攪拌槽103で均質化された熔融ガラスは、ガラス供給管106を介して成形装置108に供給される(供給工程ST4)。
成形装置108では、オーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスからシートガラスSGが成形され(成形工程ST5)、徐冷される(徐冷工程ST6)。
切断装置109では、シートガラスSGから切り出された板状のガラス基板が形成される(切断工程ST7)。
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の略全面に投入することにより、液面を含む表層において均一にガラス原料が熔融した熔融ガラスを作る。さらに、熔解槽の内側側壁のうち、第1の方向に向く内側側壁の底部に設けられた流出口から後工程に向けて熔融ガラスを流す。
ここで、ガラス原料が投入される熔融ガラスの液面の「略全面」とは、熔解槽の熔融ガラスの液面の80%以上をいう。ガラス原料の投入方法は、ガラス原料を収めたバケットを反転して熔融ガラスにガラス原料を分散投入する方式でも、ベルトコンベアを用いてガラス原料を搬送して分散投入する方式、あるいは略全面に一時に投入する方式でも、スクリューフィーダによりガラス原料を分散投入する方式、あるいは一時に略全面に一時に投入する方式でもよい。本実施形態では、バケット101dを用いてガラス原料が投入される。また、熔融ガラスの「表層」とは、液面から溶解槽の底部に向かった深さの5%以下の範囲内の液面を含む領域をいい、熔融ガラスの「下層」とは、表層以外の領域をいう。また、流出口が設けられる「底部」とは、上記下層の一部であって、底面に近い領域をいう。好ましくは、溶解槽の深さ方向において底面からの深さが、液面と溶解槽の底部との間の深さの1/2以下である領域をいう。
本実施形態では、熔解槽101には3対の電極114が設けられるが、2対あるいは4対以上の電極が設けられてもよい。
しかし、本実施形態の熔解槽101では、前述のような熔融ガラスMGの対流を形成しているので、異質素地120が、流出口104a側の側壁付近に漂って来ることはない。さらに、流出口104a側の側壁では、熔融ガラスMGの流れが底面から液面に向けて流れているので、異質素地が沈み込むことも無い。
熔解槽のほぼ中央付近Aのガラス温度を一番高くすることで、中央付近Aの底部から熔融ガラスが湧上り、ガラス原料の投入口側と、流出口側に分かれて流れる熔融ガラスの対流を形成する。この時、このような対流が強く安定して形成できれば、異質素地120が、流出口側の側壁に漂っていくことは無い。通常のソーダライムガラスでは、ガラスの温度をそれほど上げなくても粘度が下がるので、対流を強く安定して維持することは容易であるが、高温粘性の高いガラスでは、対流を強く安定して維持することが難しい。熔融ガラスの対流が弱くなり、異質素地120が図7に示すように、流出口側の側壁の前に漂っていけば、異質素地120は、流出口側の側壁に沿って沈み込むガラスの流れに巻き込まれ、下流工程に流出し易くなってしまう。
したがって、粘性の高い熔融ガラス、例えば、102.5 poiseにおける温度が1500℃以上(例えば、1500℃以上1650℃以下)であるガラスに対して、本実施形態の製造方法を適用することができ、従来の製造方法の場合に比べて、脈理等のガラス組成のムラを抑制することができる利点が大きい。
本実施形態に用いるガラスの組成については、アルミノシリケートガラスで構成され、SiO2(シリカ)を55質量%以上含むことができる。このガラス組成を有するアルミノシリケートガラスに適用した本実施形態の製造方法は、従来に比べて効果的にガラス組成のムラを抑制することができる。さらには、SiO2を60質量%以上含むことができ、さらに、SiO2を65質量%以上含むこともできる。SiO2を55質量%含み、シリカリッチの異質素地120ができやすいガラス組成であっても、シリカリッチの異質素地120が流出口104a側の側壁に漂って行くのを、熔融ガラスMGの液面101cの対流が防ぐので、また、流出口104a側の側壁では、ガラスの流れがボトム(底面)の側から素地面(液面)の側に向けて流れているので、シリカリッチの異質素地120が、流出口104aから流出することを防ぐことができる。
また、SiO2を55質量%以上含み熔融ガラスMGの粘性が高いガラス組成に対して、シリカリッチの異質素地120の流出を防ぐためには、従来は、ホットスプリングを強く安定して維持するために熔融ガラスMGの温度を上げる必要があった。このため、熔解槽を構成するレンガの侵食が速くなり、熔解槽の寿命が短くなり易かった。また、熔融ガラス中に含まれる清澄剤の還元反応(酸素放出反応)が清澄槽ではなく、熔解槽で促進してしまうことで、泡品質が悪化し易かった。しかし、本実施形態は、従来のようにホットスプリングを強く安定して維持するために熔融ガラスMGの温度を高める必要が無いので、熔解槽101の寿命の短縮や泡品質の悪化を防げることができる。なお、SiO2のガラス組成における含有率の上限は例えば70質量%である。
SiO2とAl2O3とを合計で70質量%以上含みシリカリッチの異質素地120ができ易いガラス組成であっても、熔融ガラスMGの液面101cの対流が、シリカリッチの異質素地120が流出口104a側の側壁に漂って行くのを防ぐ。また、流出口104a側の側壁では、熔融ガラスMGの流れがボトム(底面)側から素地面(液面)の側に向けて流れているので、シリカリッチの異質素地120が、流出口104aから流出することを防ぐことができる。
また、SiO2とAl2O3とを合計で70質量%以上含み、熔融ガラスMGの粘性が高いガラス組成に対して、シリカリッチの異質素地120の流出を防ぐためには、従来は、ホットスプリングを強く安定して維持するために熔融ガラスの温度を上げる必要があった。このため、熔解槽101を構成するレンガの侵食が速くなり、熔解槽101の寿命が短くなり易かった。また、熔融ガラス中に含まれる清澄剤の還元反応(酸素放出反応)が清澄槽ではなく、熔解槽101で促進してしまうことで、泡品質が悪化し易かった。しかし、本実施形態は、従来のようにホットスプリングを強く安定して維持するために熔融ガラスMGの温度を高める必要が無いので、熔解槽101の寿命の短縮や泡品質の悪化を防げることができる。
なお、ガラス組成において、SiO2とAl2O3との合計の含有率の上限は、例えば85質量%である。
SiO2:55−80質量%
Al2O3:8−20質量%
B2O3:0−18質量%
RO 0〜17モル%(ROはMgO、CaO、SrO及びBaOの合量)、
R’2O 0〜2モル%(R’2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合量)。
ROのうち、MgOが0〜10質量%、CaOが0〜10質量%、SrOが0〜10質量%、BaOが0〜10質量%であることが好ましい。
さらに、熔融ガラス中で価数変動する金属の酸化物(酸化スズ、酸化鉄)を合計で0.05〜1.5質量%含んでいることが好ましい。
AS2O3、Sb2O3、PbOを実質的に含まないことが好ましいが、これらを任意に含んでいてもよい。
また、ガラス中で価数変動する金属の酸化物(酸化スズ、酸化鉄)を合計で0.05〜1.5質量%含み、As2O3、Sb2O3及びPbOを実質的に含まないということは必須ではなく任意である。
また、本実施形態で製造されるガラス基板は、カバーガラス、磁気ディスク用ガラス、太陽電池用ガラス基板などにも適用することが可能である。
101 熔解槽
102 清澄管
103 撹拌槽
104、105 移送管
106 ガラス供給管
107 攪拌機
108 成形装置
109 切断装置
MG 熔融ガラス
SG シートガラス
Claims (3)
- ガラス原料が熔解され生成される熔融ガラスを貯留する熔解槽と、前記熔融ガラスからガラス基板を成形する成形装置とを用いてガラス基板を製造するガラス基板の製造方法であって、
前記熔解槽は、複数の耐火物が積層されて構成され、前記ガラス原料を前記熔解槽に貯留される熔融ガラスの液面の略全面に投入するための投入口と、前記投入口から投入されたガラス原料を加熱して熔解する複数の加熱装置と、前記熔解槽に貯留される熔融ガラスに電流を流して通電加熱する複数の一対の電極と、前記投入口に対向する熔解槽の側壁位置に前記熔融ガラスを前記成形装置に向けて流す流出口と、を有し、
前記加熱装置は、前記一対の電極が設けられた位置の前記熔融ガラスの液面より上方位置に設けられ、前記熔融ガラスの液面において、前記投入口から前記流出口に向かって少なくとも第1領域、第2領域、第3領域があり、前記第1領域から前記第2領域に前記熔融ガラスが流れるよう前記第1領域の加熱量>前記第2領域の加熱量とし、前記第3領域から前記第2領域に前記熔融ガラスが流れるよう前記第3領域の加熱量>前記第2領域の加熱量とし、前記第3領域から前記第1領域に流れるよう前記第3領域の加熱量>前記第1領域の加熱量とする、
ことを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 前記投入口側から、前記流出口側に向かう程、前記熔解槽の底部に位置する熔融ガラスの温度が上昇し、かつ、前記熔解槽の底部に位置する熔融ガラスの最高温度が、ガラス原料の投入される位置における熔融ガラスの表層の温度に対して高くなるように、熔融ガラスの加熱制御をすることにより、前記流出口から下流工程に熔融ガラスを流すとともに、前記流出口から流れなかった熔融ガラスの一部が、前記流出口が設けられた前記熔解槽の側壁に沿って液面に向かって上昇し、前記液面に上昇した熔融ガラスの一部が前記液面に沿って、前記投入口側の前記熔解槽の側壁に向かって流れ、前記投入口側の前記熔解槽の側壁に沿って前記液面から下降し、さらに前記熔解槽の底面に沿って前記投入口側から前記流出口側に向かって流れるように、熔融ガラスの対流を作る、
ことを特徴とする請求項1に記載のガラス基板の製造方法。 - ガラス原料が熔解され生成される熔融ガラスを貯留する熔解槽と、前記熔融ガラスからガラス基板を成形する成形装置とを備えるガラス基板の製造装置であって、
前記熔解槽は、前記ガラス原料を前記熔解槽に貯留される熔融ガラスの液面の略全面に投入するための投入口と、前記投入口から投入されたガラス原料を加熱して熔解する複数の加熱装置と、前記熔解槽に貯留される熔融ガラスに電流を流して通電加熱する複数の一対の電極と、前記投入口に対向する熔解槽の側壁位置に前記熔融ガラスを前記成形装置に向けて流す流出口と、を有し、
前記加熱装置は、前記一対の電極が設けられた位置の前記熔融ガラスの液面より上方位置に設けられ、前記熔融ガラスの液面において、前記投入口から前記流出口に向かって少なくとも第1領域、第2領域、第3領域があり、前記第1領域から前記第2領域に前記熔融ガラスが流れるよう前記第1領域の加熱量>前記第2領域の加熱量とし、前記第3領域から前記第2領域に前記熔融ガラスが流れるよう前記第3領域の加熱量>前記第2領域の加熱量とし、前記第3領域から前記第1領域に流れるよう前記第3領域の加熱量>前記第1領域の加熱量とする、
ことを特徴とするガラス基板の製造装置。
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