JP5936724B2 - ガラス製造装置の成形部 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ表示基板用板ガラス等のガラス成形品を、フュージョン法を利用して作製するときに用いられるガラス製造装置の成形部及びそれを用いたガラス成形品の製造方法に関する。

従来、溶融ガラスより連続的にガラス成形品を形成し、極めて薄い板厚の板ガラスを製造する方法として、フュージョン法が知られている。

フュージョン法は、まず、溶融した原料ガラスを樋形状の溝を有するアルミナ系、ジルコン系等の耐火セラミックス材料で形成された成形部に流し込み、成形部の溝の容量以上に流し込むと溝側面の上端から溶融したガラスが溢れ出し、成形部の下端で合流したガラスを垂直方向に引き伸ばし、冷却して固めることによって板ガラスを製造する方法である。フュージョン法では、ガラスの成形時に無理な力がかからず、ガラスへのダメージを少なくして作製することができ、かつ、ガラス成形品の表面が自由表面のみで形成されるために液晶ディスプレイ表示基板用板ガラス等の高い平坦精度が要求されるガラス成形品を製造することに適した方法である（例えば、特許文献１を参照。）。

しかし、アルミナ系、ジルコン系等の耐火セラミックス材料で形成された成形部は、ガラス成形品の幅に対応する成形部の長さが長くなればなるほど製作することが困難になる。このため幅の広い大型のガラス成形品を製造するための成形部の製作に際しては、一体成形が望ましいが大型のガラス成形の場合、一体成形が不可能になるのでまず成形部を長手方向に幾つかの部分に分けて製作した後で、これらを連結することによって一体とした成形部を製作しなければならない。したがって完成した大型ガラス成形品製造用の成形部には継ぎ目ができてしまう。このため成形されるガラス成形品について、継ぎ目における筋の発生を防止して平坦精度を確保するために、高い精度の研磨仕上げ又は白金によるカバーが必要になる。

さらにアルミナ系、ジルコン系等の耐火セラミックス材料からなる成形部は溶融ガラスとの接触によって侵食を受けるため、成形されるガラス成形品の平坦精度の低下等の経時的な品質低下を生じ、ガラス製造装置の連続使用時間を長くすることができなかった。

そのため、成形部の表面に白金又は白金合金を被覆することによって、耐火セラミックス材料からなる成形部が溶融ガラスとの接触によって侵食されることを抑制し、併せて大型成形品製造用の成形部が有する継ぎ目を保護する方法が提案されている（例えば、特許文献２又は３を参照。）。

米国特許第３３３８６９６号明細書 特開２００２−２５５５７５号公報 特開２００７−１５３７１３号公報

しかし成形部は、耐火物からなる支持部材によって長手方向の両端で支えられているため、ガラス成形品の大型化が進むと、成形部及びガラスの自重によって中央付近に反りが発生する。その結果、成形部から溶融ガラスの溢れる位置によって下方への流量が変化するため、ガラスの厚みが異なる等、均質なガラスの成形が困難になるという問題があった。

また、白金又は白金合金は高温時における剛性が低いことから、成形部に白金又は白金合金を被覆した場合でも成形部の経時的な変形を防止することはできず、上記の問題を解決することはできなかった。

そこで本発明は、溶融ガラスとの接触による成形部の侵食の抑制と、高温時における成形部の剛性の保持を共に満たし、ガラス成形品の大小に関わらず、長時間、安定して製造できる、フュージョン法を利用するガラス製造装置の成形部及びそれを用いたガラス成形品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、フュージョン法を利用してガラス成形品を製造するときに用いられるガラス製造装置の成形部の構造及び材料の組成を種々検討した結果、前記成形部における溶融ガラスとの接触部分を、イリジウムで形成し、かつ、酸素との接触を避けることができる成形部であれば、白金又は白金合金と同様に溶融ガラスによる侵食を抑制することができ、かつ、高温度で高い剛性が得られることによって、上記問題を解決できることを見出し、発明を完成した。

すなわち本発明に係るガラス製造装置の成形部は、フュージョン法を利用してガラス成形品を製造するときに用いられるガラス製造装置の成形部において、前記成形部は、イリジウムで形成された構造を有するか、或いは、構造体をイリジウムが被覆している構造を有し、溶融ガラスとの接触部分がイリジウムで形成され、かつ、イリジウムからなる部分の表面のうち前記溶融ガラスと接触していない表面部分（以降、単に表面部分（Ｎ）ということもある。）を有し、該表面部分（Ｎ）は前記成形部の両端であり、前記成形部は、前記表面部分（Ｎ）と大気との接触を遮断する大気遮蔽手段を有し、該大気遮蔽手段は、前記表面部分（Ｎ）を保護しつつ前記成形部を支持する耐火物材料からなる支持部材であり、前記成形部は、前記支持部材によってかけられる両端から内側への圧力により、前記成形部の上面が直線状に保持されることを特徴とする。イリジウムからなる外表面のうち成形部の長手方向の両端面及びその縁部は溶融ガラスと接触しないため、支持部材によって大気との接触を遮断することによって、その外表面が酸化され揮発することを防止できる。イリジウムは高温度での剛性が高く、圧縮荷重によりクリープ変形も小さいため、成形部の構造材料又は被覆材料として使用すると成形部の変形を防止することができる。

本発明に係るガラス製造装置の成形部には、イリジウムで形成された中空体の構造を有し、前記大気遮蔽手段は、更に、前記中空体の内部空間に不活性ガス又は水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給するための配管である場合が含まれる。成形部の軽量化のためにその内部を中空構造とすることが好ましい。このとき中空体の内部空間に不活性ガス又は水素ガスと不活性ガスの混合ガスを通気する配管を設けることによって、中空体内面のイリジウムが大気中の酸素と接触して酸化され揮発することを防止することができる。

本発明に係るガラス製造装置の成形部には、構造体をイリジウムが被覆している構造を有し、かつ、前記大気遮蔽手段は、更に、前記構造体と前記被覆しているイリジウムとの間隙に不活性ガス又は水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給するための配管である場合が含まれる。前記配管を設けることによって、構造体とそれを被覆しているイリジウムとの間隙及び構造体中に存在する大気によってイリジウムが酸化され揮発することを防止できる。

本発明に係るガラス製造装置の成形部では、大気遮蔽手段として不活性ガスを供給する配管を使用する場合、前記不活性ガスが、窒素ガスであることが好ましい。経済的に酸素を遮断することができる。

本発明に係るガラス製造装置の成形部には、イリジウムで形成された中空体の内部空間に、金属又はセラミックスの梁が通されて前記成形部が支持されている場合が含まれる。成形部の剛性を高めて変形を防止できる。

本発明に係るガラス製造装置の成形部には、イリジウムが被覆している構造体はセラミックス又は金属で形成されてなり、前記成形部は前記構造体によって支持されている場合が含まれる。

本発明に係るガラス製造装置の成形部では、前記金属又はセラミックスの梁又は前記被覆されている構造体の材質がイリジウムである場合が含まれる。

本発明に係るガラス製造装置の成形部では、前記被覆しているイリジウムの厚みが、０．５〜３．０ｍｍであることが好ましい。この厚みであれば成形部に十分な高温強度を付与することができる。

本発明は、フュージョン法を利用してガラス成形品を製造するときに、ガラス成形品の大小に関わらず、成形部及びガラスの自重による成形部の反りを低減でき、かつ、成形部が溶融ガラスとの接触によって侵食を受けることを低減できる。この結果、フュージョン法を利用してガラス成形品を長期間、安定して製造できる。

以下本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。なお、同一部材・同一部位には同一符号を付した。

図１に本実施形態に係るガラス製造装置の概略正面図を示す。ここで最初に図１を使用して、フュージョン法によるガラス成形品の製造方法について説明する。図１に示すように、成形部１の両端９，１０には、上流側支持部材２と下流側支持部材３がそれぞれ係合し、両端９，１０から内側方向へ圧力をかけることによって、成形部の上面４が直線状に保持されている。また上流側支持部材２には、溶融ガラスの導入路５が設けられている。

導入路５は、清澄された溶融ガラスを成形部１の溝部６に供給するために設けられていて、供給された溶融ガラスは、溝部６に沿って上流側支持部材２側から下流側支持部材３側に流動するとともに成形部１の上面４よりオーバーフローする。

オーバーフローした溶融ガラス(不図示)は、成形部１の側面７に沿って流れ、下端８において一体化し、下方に引っ張られることによって板状のガラス成形品が連続的に形成される。

次に本実施形態に係るガラス製造装置の成形部について説明する。図１において、成形部１は、溶融ガラスとの接触部分がイリジウムで形成されている。すなわち、少なくとも溝部６の表面、上面４及び側面７の表面がイリジウムで形成されている。さらに本実施形態に係るガラス製造装置の成形部１は、イリジウムからなる表面のうち溶融ガラスと接触していない表面部分と大気との接触を遮断する大気遮断手段を有している。

イリジウムは、溶融ガラスによる侵食を受けにくく、かつ、ガラス製造時の高温度においても高い剛性を有しているため、圧縮荷重によりクリープ変形も小さいため成形部の構造材料又は被覆材料として使用すると成形部の変形を防止することができ、成形部１は長期間、高品質のガラス成形品を製造することができる。

しかし、イリジウムは高温度において大気中の酸素と反応して酸化され揮発し、消耗が進みやすい。そのため、本実施形態に係るガラス製造装置の成形部１では、溶融ガラスと接触していない部分は大気との接触を遮断する大気遮断手段を設けている。大気遮断手段を設けることによって、ガラス製造時の高温度においても、高い剛性を維持しつつ、消耗を抑制することができるため、高品質で精度の高いガラス成形品を長時間連続して製造することが可能となった。以下、成形部１について、５つの形態（第１実施形態から第５実施形態）に分けて説明する。大気遮断手段は各形態によって変形例があり、一緒に説明することとする。

第１実施形態から第５実施形態に係るガラス製造装置の成形部１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅの断面概略図を、図２〜図６に示す。第１実施形態に係るガラス製造装置の成形部１ａは、図２に示すように、一体型の成形部１ａであって、イリジウムの単一材料によって成形部１ａ全体が形成されている。図１において、イリジウムからなる成形部１の外表面であってガラスと接触しない表面としては、成形部１の両端９，１０がある。そこで、上流側支持部材２及び下流側支持部材３を大気遮蔽手段として、両端９，１０の端面及びその縁部が大気と接触しないように保護することが好ましい。イリジウムが高温度において大気中の酸素と反応して酸化され揮発し、消耗することを防止するためである。また、上流側支持部材２と下流側支持部材３は、成形部の両端９，１０から内側方向へ圧力をかけており、これによって成形部の上面４が直線状に保持されている。直線状に保持するためには、支持部材２，３による内側への圧力を調整する圧力調整手段（不図示）を設けることが好ましい。圧力調整手段は、例えば、支持部材２，３間の距離を調整するスライド機構である。クリープ変形の程度は温度によって変化するため、支持部材による内側への圧力は、圧力調整手段によって必要に応じて調整可能である。

第２実施形態に係るガラス製造装置の成形部１ｂは、図３に示すように、セラミックス材料若しくは金属材料で形成される構造体１５ａをイリジウムからなる被覆層１７によって被覆している構造を有する。なお、構造体１５ａはバルク体である。

一方、第３実施形態に係るガラス製造装置の成形部１ｃは、図４に示すように、セラミック材料若しくは金属材料で形成された構造体１５ｂが内部空間２１を有する中空構造である。この場合、成形部１ｃの軽量化をすることができる。

第２実施形態又は第３実施形態では、図３又は図４において、構造体１５ａ，１５ｂとそれを被覆しているイリジウムからなる被覆層１７との間隙３０に大気が侵入又は存在した場合に、イリジウムが大気中の酸素と反応して酸化され揮発するため、大気遮断手段として成形部１ｂ、１ｃの間隙３０に不活性ガス又は不活性ガスと水素との混合ガスを供給する配管（図１の配管１１）を設けることが好ましい。例えば、図１に示すように、成形部１ｂ,１ｃの両端９,１０の一方にガス供給用の配管１１を設ける。ここで供給された不活性ガス又は不活性ガスと水素との混合ガスは、成形部１ｂ,１ｃの構造上の間隙より排出されるが、成形部１ｂ,１ｃの両端９，１０の他方にガス排出用の配管１２をさらに設けてガスを排出してもよい。ここで不活性ガスは、窒素ガスであることが好ましい。イリジウムからなる被覆層１７と酸素との接触を経済的に遮断することができる。また、不活性ガス中に混合する水素の比率は、０．１〜２０％が好ましい。さらに、成形部１ｂ,１ｃの両端９,１０の外表面のイリジウムは溶融ガラスと接触しないため、第１実施形態と同様に、支持部材２，３も大気遮断手段とし、溶融ガラスとの非接触部分を大気から支持部材２，３によって遮断してイリジウムを保護することが好ましい。

第４実施形態に係るガラス製造装置の成形部１ｄは、図５に示すように、イリジウムで形成された中空体１９ａの構造を有している。成形部の軽量化及び材料コストの低減のためには、成形部１ｄを中空構造とすることが好ましい。この場合、中空体１９ａの内部空間２１に不活性ガス又は水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給することによって、中空体内面のイリジウムが大気中の酸素と接触して酸化され揮発することを防止することができる。したがって、大気遮断手段として中空構造の成形部１ｄの内部空間２１に不活性ガス又は不活性ガスと水素との混合ガスを供給する配管（図１の配管１１）を設けることが好ましい。第２実施形態と同様に、ガス排出用の配管１２をさらに設けてガスを排出してもよい。不活性ガスは窒素ガスであることが好ましい。さらに成形部１ｄにおいても、第１実施形態と同様に、支持部材２，３も大気遮断手段とすることが好ましい。

第５実施形態に係るガラス製造装置の成形部１ｅは、図６に示すように、イリジウムで形成された中空体１９ｂの内部空間２１に、金属又はセラミックス材料の梁２３が通されて成形部１ｅが支持されている。梁２３によって成形部１ｅの剛性を高めて変形を防止することができる。梁２３は、金属であれば加工性がよいため、断面が、Ｉ形（例えば図６に示した）、Ｈ形、Ｔ形、溝形、山形（Ｌ形）の部材を使用できる。また、成形部１ｅにおいても、第４実施形態と同様の大気遮断手段、すなわち、不活性ガス又は不活性ガスと水素との混合ガスを供給する配管を設けることが好ましい。また、ガス排出用の配管１２をさらに設けてもよい。不活性ガスは窒素ガスであることが好ましい。さらに第１実施形態と同様に、支持部材２，３も大気遮断手段とすることが好ましい。

ここで第２、第３及び第５実施形態におけるセラミックス材料の例としては、アルミナ系、ジルコン系、ムライト系、シリカアルミナ等の耐火物セラミックス材料が挙げられ、金属材料の例としては、高温で強度を有するイリジウム、イリジウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、ニッケル合金等の耐熱性金属材料が挙げられる。

本実施形態に係るガラス製造装置の成形部では、第１〜第５の実施形態のいずれも、支持部材２，３は耐火物材料、例えばアルミナ、ジルコニア、ジルコン、シリコンナイトライド、ボロンナイトライドからなることが好ましい。

本実施形態に係るガラス製造装置の成形部では、イリジウムの被覆層１７の厚みが、０．５〜３．０ｍｍであることが好ましい。０．５ｍｍより薄いと、自重等によって板材が変形するおそれがあり、３．０ｍｍより厚いと板としての表面の平坦性を保つことが難しくなる。

本実施形態に係るガラス成形品の製造方法は、第１〜第５の各実施形態の成形部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅを使用して製造する方法の他に、例えば、図１に示すようなフュージョン法を利用したガラス製造装置において、成形部１を取り囲む製造雰囲気を、不活性ガス雰囲気又は水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気として製造することもできる。この方法によれば、第１〜第５の各実施形態と同様に成形部のイリジウムが大気と接触することが遮断されて、酸化され揮発することが抑制される。したがって長期間のガラス製造をすることができる。

図１に示すガラス製造装置において、図２、図３及び図６に示したガラス製造装置の成形部を作製し、イリジウムで形成された箇所については、その加工状態（材料加工時の割れの有無、表面の平坦性）を確認した。その後、以下の条件で用いて、窒素ガス雰囲気で、成形部の両端９，１０に支持部材２，３によって内側へ圧力をかけながら、溶融したアルミノシリケートガラスを導入路５より成形部１の溝部６に供給し、上面４よりオーバーフローさせ、１００〜３００ｍ／時間の速度で下方に引っ張り、板ガラスを連続的に製造した。成形部の良否の判別は、連続１週間の使用後冷却、再度１週間使用したときの成形部の状態（表面の揮発の有無、上部の反りの有無）を目視することによって行なった。

（実施例１）
図２の成形部１をイリジウムで作製した。

（実施例１８）
図３の成形部１ｂの構造体１５ａとしてジルコンを用い、その被覆層１７にイリジウムを０．５ｍｍの厚さで被覆して作製した。

（実施例１９）
図３の成形部１ｂの構造体１５ａとしてイリジウムを用い、その被覆層１７にイリジウムを３．０ｍｍの厚さで被覆して作製した。

（比較例１）
図２の成形部１ａをジルコンで作製した。

（比較例１０）
図３の成形部１ｂの構造体１５ａとしてジルコンを用い、その被覆層１７にイリジウムを０．３ｍｍの厚さで被覆して作製した。

（比較例１１）
図３の成形部１ｂの構造体１５ａとしてイリジウムを用い、その被覆層１７にイリジウムを３．５ｍｍの厚さで被覆して作製した。

結果を表１〜表２に示した。実施例１、１８及び１９については、使用後冷却時及び再使用後も反り等もなく、問題がないことが確認されたが、比較例１及び１０については、上部で反り等が確認され、再度使用することができなかった。また、比較例１１については、表面の平坦性に差があり、ガラスの厚みが箇所によって差が生じる恐れがある為、使用することができなかった。

本発明の実施形態の一例を示すガラス製造装置の正面概略図である。 本発明の第１実施形態を示すガラス製造装置の成形部の断面概略図である。 本発明の第２実施形態を示すガラス製造装置の成形部の断面概略図である。 本発明の第３実施形態を示すガラス製造装置の成形部の断面概略図である。 本発明の第４実施形態を示すガラス製造装置の成形部の断面概略図である。 本発明の第５実施形態を示すガラス製造装置の成形部の断面概略図である。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 成形部
２ 上流側支持部材
３ 下流側支持部材
４ 上面
５ 導入路
６ 溝部
７ 側面
８ 下端
９，１０ 側端
１１ ガス供給用配管
１２ ガス排出用配管
１５ａ、１５ｂ 構造体
１７ 被覆層
１９ａ、１９ｂ 中空体
２１ 内部空間
２３ 梁
３０ 間隙

Claims (8)

1. フュージョン法を利用してガラス成形品を製造するときに用いられるガラス製造装置の成形部において、
   前記成形部は、イリジウムで形成された構造を有するか、或いは、構造体をイリジウムが被覆している構造を有し、溶融ガラスとの接触部分がイリジウムで形成され、かつ、イリジウムからなる部分の表面のうち前記溶融ガラスと接触していない表面部分（Ｎ）を有し、
   該表面部分（Ｎ）は前記成形部の両端であり、
   前記成形部は、前記表面部分（Ｎ）と大気との接触を遮断する大気遮蔽手段を有し、
   該大気遮蔽手段は、前記表面部分（Ｎ）を保護しつつ前記成形部を支持する耐火物材料からなる支持部材であり、
   前記成形部は、前記支持部材によってかけられる両端から内側への圧力により、前記成形部の上面が直線状に保持されることを特徴とするガラス製造装置の成形部。
2. 前記成形部は、イリジウムで形成された中空体の構造を有し、前記大気遮蔽手段は、更に、前記中空体の内部空間に不活性ガス又は水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給するための配管であることを特徴とする請求項１に記載のガラス製造装置の成形部。
3. 前記成形部は、構造体をイリジウムが被覆している構造を有し、かつ、前記大気遮蔽手段は、更に、前記構造体と前記被覆しているイリジウムとの間隙に不活性ガス又は水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給するための配管であることを特徴とする請求項１に記載のガラス製造装置の成形部。
4. 前記不活性ガスが、窒素ガスであることを特徴とする請求項２又は３に記載のガラス製造装置の成形部。
5. 前記イリジウムで形成された中空体の内部空間に、金属又はセラミックスの梁が通されて前記成形部が支持されていることを特徴とする請求項２に記載のガラス製造装置の成形部。
6. 前記イリジウムが被覆している構造体はセラミックス又は金属で形成されてなり、前記成形部は前記構造体によって支持されていることを特徴とする請求項１又は３に記載のガラス製造装置の成形部。
7. 前記金属がイリジウムであることを特徴とする請求項５又は６に記載のガラス製造装置の成形部。
8. 前記被覆しているイリジウムの厚みが、０．５〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項１、３又は６に記載のガラス製造装置の成形部。

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