特許 6263354 ガラス熔解装置、および、ガラスシート製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6263354

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】ガラス熔解装置、および、ガラスシート製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 5/42 20060101AFI20180104BHJP

   C03B 5/027 20060101ALI20180104BHJP

   C03B 5/43 20060101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   C03B5/42

   C03B5/027

   C03B5/43

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-185348(P2013-185348)

(22)【出願日】2013年9月6日

(65)【公開番号】特開2015-51894(P2015-51894A)

(43)【公開日】2015年3月19日

【審査請求日】2016年9月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】598055910

【氏名又は名称】ＡｖａｎＳｔｒａｔｅ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111187

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 秀忠

(74)【代理人】

【識別番号】100159916

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 貴之

(72)【発明者】

【氏名】藤本 慎吾

【審査官】 有田 恭子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２５０９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５０７４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４７１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８２６０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｂ ５／０２７，５／４２，５／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の耐火物が積層されて構成される熔解槽と、前記熔解槽の側壁に形成された貫通孔に設置される少なくとも一対の電極とを備えるガラス熔解装置であって、
前記複数の耐火物のうち、鉛直方向に前記電極と隣り合う前記耐火物である第１耐火物と、
前記複数の耐火物のうち、水平方向に前記第１耐火物と隣り合う前記耐火物である第２耐火物と、
少なくとも１つの前記第１耐火物に取り付けられ、前記第２耐火物に前記第１耐火物を係止するための係止部材と、
を備え、
前記係止部材は、前記第１耐火物に着脱可能である、
ガラス熔解装置。

【請求項2】

前記熔解槽の外側から内側に向かって前記電極を押圧して前記電極を移動させる電極移動機構をさらに備える、
請求項１に記載のガラス熔解装置。

【請求項3】

前記係止部材は、
前記第１耐火物の表面に形成された凹部に嵌め込まれる嵌入部と、
前記第１耐火物の表面から突出し、前記第２耐火物と接する突出部と、
を有する、
請求項１または２に記載のガラス熔解装置。

【請求項4】

前記電極は、複数の導電性要素が積層されて構成される、
請求項１または３に記載のガラス熔解装置。

【請求項5】

前記第２耐火物は、さらに、前記電極の少なくとも１つの前記導電性要素と隣り合っている、
請求項４に記載のガラス熔解装置。

【請求項6】

前記第１耐火物は、前記電極の上方に配置される前記耐火物であり、
前記係止部材が前記第１耐火物に取り付けられていないときに、前記熔解槽の外側から内側に向かって前記第１耐火物を押圧して前記第１耐火物を移動させる耐火物移動機構をさらに備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載のガラス熔解装置。

【請求項7】

前記電極は、前記貫通孔の中心軸に直交する方向における断面形状が長方形であり、かつ、前記貫通孔の中心軸に直交する平面における水平方向の寸法が５００ｍｍ以上である、
請求項１から６のいずれか１項に記載のガラス熔解装置。

【請求項8】

前記第１耐火物と、前記電極との間の隙間である第１隙間の寸法は、少なくとも１．０ｍｍであり、
前記複数の耐火物のうち、水平方向に前記電極と隣り合う前記耐火物である第３耐火物と、前記電極との間の隙間である第２隙間の寸法は、少なくとも１．０ｍｍである、
請求項１から７のいずれか１項に記載のガラス熔解装置。

【請求項9】

熔解方法と成形方法とを備えるガラスシート製造方法であって、
前記熔解方法では、複数の耐火物が積層されて構成される熔解槽にガラス原料が投入され、前記熔解槽の側壁に形成された貫通孔に設置される少なくとも一対の電極を用いて前記ガラス原料が加熱されて熔融ガラスが生成され、
前記成形方法では、オーバーフローダウンドロー法によって前記熔融ガラスからガラスシートが成形され、
前記熔解槽は、
前記複数の耐火物のうち、鉛直方向に前記電極と隣り合う前記耐火物である第１耐火物と、
前記複数の耐火物のうち、水平方向に前記第１耐火物と隣り合う前記耐火物である第２耐火物と、
少なくとも１つの前記第１耐火物に取り付けられ、前記第２耐火物に前記第１耐火物を係止するための係止部材と、
を有し、
前記係止部材は、前記第１耐火物に着脱可能である、
ガラスシート製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス熔解装置、および、ガラスシート製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板を製造する工程では、一般的に、熔解槽に投入されたガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成し、清澄槽において熔融ガラスを脱泡し、成形装置を用いて熔融ガラスからシート状ガラスを成形する。そして、成形されたシート状ガラスを所定の寸法に切断することにより、ガラス基板が得られる。

【0003】

ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成する際に、熔融ガラスの液面上に投入されたガラス原料は、液面より上方に設置されるバーナー等の火炎により熔解する。具体的には、ガラス原料は、バーナー等により加熱された熔解槽の壁からの熱輻射や、液面より上方の高温の気相によって加熱され、下方の熔融ガラスに徐々に熔けて行く。熔解槽中の熔融ガラスは、熔融ガラスと接触する一対の電極を用いて通電される。熔融ガラスの通電によって、熔融ガラス自身が発するジュール熱によって、熔融ガラスが加熱される。一対の電極は、熔解槽の壁に形成された貫通孔に設置され、熔解槽中の熔融ガラスを挟んで対向している。熔解槽の壁は、複数の耐熱レンガが積層されて構成され、貫通孔に設置されている電極は、周囲の耐熱レンガによって保持されている。

【0004】

熔解槽の電極は、特許文献１（特開２００３−２９２３２３号公報）に開示されるように、白金、白金ロジウム合金、モリブデンおよび酸化錫等の耐熱性材料から成形される。酸化錫およびモリブデンの電極は、熔融ガラスと接触する電極の先端が浸食されることで、徐々に短くなる。浸食により電極の先端の位置が後退すると、熔解槽の壁を流れる電流が増加して熔解槽の壁が浸食されやすくなる。そのため、浸食により電極の先端の位置がある程度後退したら、熔解槽の外側から内側へ向かって電極を押し込んで、電極の先端を前進させる必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、熔解槽の外側から内側へ向かって電極を押し込む際に、電極と耐熱レンガとの間に働く摩擦力に起因して、電極の周囲の耐熱レンガが、熔解槽中の熔融ガラスに向かって電極と共に移動してしまうことがある。特に、電極の上方に積層されている耐熱レンガは、このような移動により熔融ガラス中に落下しやすい。これにより、熔解槽からの熔融ガラスの漏洩、および、熔解槽の崩壊が誘発され、熔解槽が使用不能になるおそれがある。

【0006】

本発明の目的は、電極を備える熔解槽の寿命を長期化することができるガラス熔解装置、および、ガラスシート製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るガラス熔解装置は、熔解槽と、少なくとも一対の電極と、第１耐火物と、第２耐火物と、係止部材とを備える。熔解槽は、複数の耐火物が積層されて構成される。電極は、熔解槽の側壁に形成された貫通孔に設置される。第１耐火物は、鉛直方向に電極と隣り合う耐火物である。第２耐火物は、水平方向に第１耐火物と隣り合う耐火物である。係止部材は、少なくとも１つの第１耐火物に取り付けられ、第２耐火物に第１耐火物を係止するための部材である。

【0008】

このガラス熔解装置は、熔解槽に投入されたガラス原料を熔解して、熔融ガラスを生成するための装置である。電極は、熔解槽中の熔融ガラスを通電により加熱するために用いられる。熔融ガラスの通電時において、電極の一方の端部は、熔解槽中において高温の熔融ガラスと接している。熔融ガラスと接している電極の端部は、徐々に浸食されて短くなる。そのため、定期的に、熔解槽の外側から内側に向かって電極を押し込んで、電極を移動させる必要がある。電極を押し込む際に、電極と第１耐火物との間に働く摩擦力に起因して、第１耐火物に、熔解槽中の熔融ガラスに向かう力が作用する。しかし、第１耐火物は、係止部材によって第２耐火物に係止されているので、第１耐火物が熔融ガラスに向かって移動することが抑制される。第１耐火物が熔融ガラスに向かって移動すると、第１耐火物が熔解槽から抜け落ちて、第１耐火物が熔融ガラス中に落下する可能性がある。これにより、熔解槽からの熔融ガラスの漏洩、および、熔解槽の崩壊が誘発され、熔解槽が使用不能になるおそれがある。そのため、電極の移動に伴う第１耐火物の移動を係止部材によって抑制することで、熔解槽からの熔融ガラスの漏洩、および、熔解槽の崩壊を防止して、熔解槽の寿命を長期化することができる。

【0009】

また、ガラス熔解装置は、電極移動機構をさらに備えることが好ましい。電極移動機構は、熔解槽の外側から内側に向かって電極を押圧して電極を移動させる機構である。

【0010】

また、係止部材は、嵌入部と、突出部とを有し、かつ、第１耐火物に着脱可能であることが好ましい。嵌入部は、第１耐火物の表面に形成された凹部に嵌め込まれる。突出部は、第１耐火物の表面から突出し、第２耐火物と接する。

【0011】

このガラス熔解装置では、係止部材は、例えば、第１耐火物に対する取り付けおよび取り外しが可能なピンである。電極を熔融ガラスに向かって押し込む際に、熔融ガラスに向かう力が第１耐火物に作用しても、第１耐火物の突出部の移動は、突出部と接する第２耐火物によって止められる。そのため、電極の移動に伴う第１耐火物の移動が、係止部材によって抑制される。

【0012】

また、電極は、複数の導電性要素が積層されて構成されることが好ましい。

【0013】

また、第２耐火物は、さらに、電極の少なくとも１つの導電性要素と隣り合っていることが好ましい。

【0014】

このガラス熔解装置では、第２耐火物は、例えば、熔解槽の側壁の上端から下端まで連続した一体物となっている耐熱レンガである。このような第２耐火物は、係止部材を介して第１耐火物を強固に係止することができるので、電極の移動に伴う第１耐火物の移動が効果的に抑制される。

【0015】

また、ガラス熔解装置は、耐火物移動機構をさらに備えることが好ましい。耐火物移動機構は、熔解槽の外側から内側に向かって、電極の上方に配置される第１耐火物を押圧して第１耐火物を移動させる機構である。

【0016】

このガラス熔解装置では、熔融ガラスの液面が電極の上端より上方にある場合、電極の上方に配置される第１耐火物は、熔解槽中において高温の熔融ガラスと接するので、徐々に浸食されて短くなる。電極の上方に配置される第１耐火物が短くなると、電極の上面が熔融ガラスに接するようになるので、熔融ガラスによる電極の侵食が促進される。そのため、耐火物移動機構を用いて、熔融ガラスに向かって第１耐火物を移動させることで、電極の侵食を抑制することができる。

【0017】

また、電極は、貫通孔の中心軸に直交する方向における断面形状が長方形であり、かつ、貫通孔の中心軸に直交する平面における水平方向の寸法が５００ｍｍ以上であることが好ましい。

【0018】

また、第１耐火物と電極との間の隙間である第１隙間の寸法は、少なくとも１．０ｍｍであり、かつ、第３耐火物と電極との間の隙間である第２隙間の寸法は、少なくとも１．０ｍｍであることが好ましい。第３耐火物は、水平方向に電極と隣り合う耐火物である。

【0019】

本発明に係るガラスシート製造方法は、熔解方法と成形方法とを備える。熔解方法では、熔解槽にガラス原料が投入され、少なくとも一対の電極を用いてガラス原料が加熱されて熔融ガラスが生成される。熔解槽は、複数の耐火物が積層されて構成される。電極は、熔解槽の側壁に形成された貫通孔に設置される。成形方法では、オーバーフローダウンドロー法によって熔融ガラスからガラスシートが成形される。熔解槽は、第１耐火物と、第２耐火物と、係止部材とを有する。第１耐火物は、鉛直方向に電極と隣り合う耐火物である。第２耐火物は、水平方向に第１耐火物と隣り合う耐火物である。係止部材は、少なくとも１つの第１耐火物に取り付けられ、第２耐火物に第１耐火物を係止するための部材である。

【発明の効果】

【0020】

本発明に係るガラス熔解装置、および、ガラスシート製造方法は、電極を備える熔解槽の寿命を長期化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態に係るガラス基板の製造方法を示すフローチャートである。

【図2】図１の熔解工程から切断工程までを行う装置の模式図である。

【図3】熔解装置の模式図である。

【図4】熔解槽の電極保持側壁と電極との配置を示す図である。

【図5】電極保持側壁の断面図である。

【図6】図５に示される電極に継ぎ足し電極を接続した状態を示す図である。

【図7】電極移動機構の模式図である。

【図8】係止ピンの外観図である。

【図9】係止ピンが取り付けられた電極保持側壁の一部の外観図である。

【図10】図９に示される電極保持側壁の上面図である。

【図11】図９に示される電極保持側壁の正面図である。

【図12】変形例Ａに係る電極保持側壁の外観図である。

【図13】変形例Ｄに係る電極および継ぎ足し電極の断面図である。

【図14】変形例Ｅに係る電極保持側壁の一部の外観図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

（１）ガラス基板の製造方法の概要
本発明の実施形態であるガラス熔解装置について、図面を参照しながら説明する。最初に、ガラス基板の製造方法の概要を説明する。この製造方法によって製造されるガラス基板は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造に用いられる。ガラス基板は、太陽電池パネルの製造にも用いられる。ガラス基板は、例えば、０.２ｍｍ〜０.８ｍｍの厚みを有し、かつ、縦６８０ｍｍ〜２２００ｍｍおよび横８８０ｍｍ〜２５００ｍｍの寸法を有する。ガラス基板は、例えば、次の組成（ａ）〜（ｊ）を有する。

【0023】

（ａ）ＳｉＯ₂：５０質量％〜７０質量％、
（ｂ）Ａｌ₂Ｏ₃：１０質量％〜２５質量％、
（ｃ）Ｂ₂Ｏ₃：５質量％〜１８質量％、
（ｄ）ＭｇＯ：０質量％〜１０質量％、
（ｅ）ＣａＯ：０質量％〜２０質量％、
（ｆ）ＳｒＯ：０質量％〜２０質量％、
（ｇ）ＢａＯ：０質量％〜１０質量％、
（ｈ）ＲＯ:５質量％〜２０質量％（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選択される少なくとも１種である。）、
（ｉ）Ｒ’₂Ｏ:０質量％〜２．０質量％（Ｒ’は、Ｌｉ、ＮａおよびＫから選択される少なくとも１種である。）、
（ｊ）ＳｎＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物。

【0024】

なお、上記の組成を有するガラスは、０．１質量％未満の範囲で、その他の微量成分の存在が許容される。

【0025】

ガラス基板は、フロート法およびダウンドロー法等により成形される。オーバーフローダウンドロー法を用いるＦＰＤ用のガラス基板の製造工程について説明する。図１は、ガラス基板の製造工程を表すフローチャートの一例である。ガラス基板の製造工程は、主として、熔解工程（ステップＳ１０）と、清澄工程（ステップＳ２０）と、攪拌工程（ステップＳ３０）と、成形工程（ステップＳ４０）と、徐冷工程（ステップＳ５０）と、切断工程（ステップＳ６０）と、端面加工工程（ステップＳ７０）とからなる。図２は、熔解工程Ｓ１０から切断工程Ｓ６０までを行うガラス基板製造装置１００の模式図である。ガラス基板製造装置１００は、熔解装置１０１と、清澄装置１０２と、攪拌装置１０３と、成形装置１０４と、切断装置１０５とから構成される。熔解装置１０１は、本実施形態のガラス熔解装置である。次に、熔解工程Ｓ１０から端面加工工程Ｓ７０までの各工程について説明する。

【0026】

熔解工程Ｓ１０では、熔解装置１０１によって、バーナー等の加熱手段によりガラス原料が熔解され、１５００℃〜１６００℃の高温の熔融ガラス９０が生成される。ガラス原料は、所望の組成のガラスを実質的に得ることができるように調製される。ここで、「実質的に」とは、０．１質量％未満の範囲で、その他の微量成分の存在が許容されることを意味する。

【0027】

清澄工程Ｓ２０では、清澄装置１０２によって、熔解工程Ｓ１０で生成された熔融ガラス９０をさらに昇温させることで、熔融ガラス９０の清澄が行われる。清澄装置１０２において、熔融ガラス９０の温度は、１６００℃〜１８００℃、好ましくは１６５０℃〜１７５０℃に上昇させられる。清澄装置１０２では、熔融ガラス９０に含まれるＯ₂、ＣＯ₂およびＳＯ₂の微小な泡が、ガラス原料に含まれるＳｎＯ₂等の清澄剤の還元により生じたＯ₂を吸収して成長し、熔融ガラス９０の液面に浮上する。

【0028】

攪拌工程Ｓ３０では、攪拌装置１０３によって、清澄工程Ｓ２０で清澄された熔融ガラス９０が攪拌され、化学的および熱的に均質化される。攪拌装置１０３では、熔融ガラス９０は鉛直方向に流れながら、軸回転するスターラーによって攪拌され、攪拌装置１０３の底部に設けられた流出口から下流工程に送られる。また、攪拌工程Ｓ３０では、ジルコニアリッチの熔融ガラス９０等、熔融ガラス９０の平均的な比重と異なる比重を有するガラス成分が攪拌装置１０３から除去される。

【0029】

成形工程Ｓ４０では、成形装置１０４によって、オーバーフローダウンドロー法によって、攪拌工程Ｓ３０で攪拌された熔融ガラス９０からガラスリボン９１が成形される。具体的には、成形セルの上部から溢れて分流した熔融ガラス９０が、成形セルの側壁に沿って下方へ流れ、成形セルの下端で合流することでガラスリボン９１が連続的に成形される。熔融ガラス９０は、成形工程Ｓ４０に流入する前に、オーバーフローダウンドロー法による成形に適した温度、例えば、１２００℃まで冷却される。

【0030】

徐冷工程Ｓ５０では、成形装置１０４によって、成形工程Ｓ４０で連続的に生成されたガラスリボン９１が、歪みおよび反りが発生しないように温度制御されながら、徐冷点以下まで徐冷される。

【0031】

切断工程Ｓ６０では、切断装置１０５によって、徐冷工程Ｓ５０で徐冷されたガラスリボン９１が所定の長さごとに切断される。切断工程Ｓ６０では、さらに、所定の長さごとに切断されたガラスリボン９１が、所定の寸法に切断されて、ガラス基板が得られる。

【0032】

端面加工工程Ｓ７０では、切断工程Ｓ６０で得られたガラス基板の端部が研磨および研削される。

【0033】

なお、端面加工工程Ｓ７０の後に、ガラス基板の洗浄工程および検査工程が行われる。最終的に、ガラス基板は梱包されて、ＦＰＤの製造業者に出荷される。ＦＰＤ製造業者は、ガラス基板の表面にＴＦＴ等の半導体素子を形成して、ＦＰＤを製造する。

【0034】

（２）熔解装置の構成
熔解工程Ｓ１０で用いられる熔解装置１０１の構成について説明する。図３は、熔解装置１０１の模式図である。熔解装置１０１は、熔解槽１１と、複数対の電極１２と、複数のバーナー１３と、流出管１４とを備える。図３において、熔解装置１０１は、３対の電極１２と、３つのバーナー１３とを備えるが、電極１２の対の数、および、バーナー１３の数は、熔解槽１１の寸法に応じて、任意の数であってもよい。

【0035】

熔解槽１１は、複数の耐火物が積層されて構成されている。耐火物は、例えば、耐熱レンガである。熔解槽１１は、耐火物により構成された側壁２１で囲まれた内部空間を有する。熔解槽１１の内部空間は、下部空間１１ａと上部空間１１ｂとから構成される。下部空間１１ａは、加熱により熔融されたガラス原料である熔融ガラス９０が貯留される空間である。上部空間１１ｂは、下部空間１１ａの上方にある気相空間であり、ガラス原料が投入されて加熱される空間である。熔解槽１１は、ある一対の電極１２の一方を保持する側壁２１と、他方を保持する側壁２１とからなる、互いに対向する一対の電極保持側壁２２を有する。熔解槽１１は、側壁２１の上端面に鉛直方向下方の力を加えることで、床面に固定されている。図３において、上部空間１１ｂの側壁２１は省略されている。

【0036】

電極１２は、電極保持側壁２２を構成する耐火物によって保持されている。下部空間１１ａにおいて、ある一対の電極１２同士は、熔融ガラス９０を介して対向している。図３には、それぞれの対の一方の電極１２が示され、他方の電極１２が省略されている。それぞれの対の一方の電極１２は正電極となり、他方の電極１２は負電極となって、熔融ガラス９０に電流が流される。熔融ガラス９０の通電によって、熔融ガラス９０は、ジュール熱を発して、熔融ガラス９０自身を加熱する。熔解槽１１では、熔融ガラス９０は、通電加熱によって、例えば、１５００℃以上に加熱される。

【0037】

バーナー１３は、上部空間１１ｂにおいて、電極保持側壁２２に取り付けられている。バーナー１３は、燃料と酸素等とが混合された燃焼ガスを燃焼させて、上部空間１１ｂにおいて火炎を生成する。バーナー１３によって生成された火炎は、上部空間１１ｂの側壁２１を加熱する。熔融ガラス９０の液面に存在するガラス原料は、高温の側壁２１からの輻射熱、および、上部空間１１ｂの高温の気体によって加熱されて熔解する。熔解したガラス原料は、その下方の熔融ガラス９０に熔けて行く。

【0038】

流出管１４は、熔解槽１１の側壁２１の底部に取り付けられる管である。流出管１４は、下部空間１１ａに貯留されている熔融ガラス９０を、熔解槽１１から流出させるための管である。流出管１４は、熔融ガラス９０を熔解装置１０１から清澄装置１０２に送る。

【0039】

（３）電極保持側壁および電極の詳細な構成
図４は、熔解槽１１の電極保持側壁２２と、電極保持側壁２２によって保持されている電極１２との配置を示す図である。図５は、電極保持側壁２２の厚さ方向における、電極保持側壁２２の断面図である。図４および図５において、電極１２に取り付けられるコネクタ等は省略されている。図５は、電極１２の磨耗、および、電極１２の押し込みを示す図である。図５において、点線は、押し込む前の電極１２の位置を示す。

【0040】

電極１２は、複数の棒状の電極要素１５を束ねた複合体である。電極要素１５は、互いに密着している。電極要素１５は、酸化スズまたはモリブデン等の耐熱性を有する導電性材料で成形されている。電極要素１５のそれぞれは、熔融ガラス９０を通電させる電極として機能する。図４では、鉛直方向に４行、水平方向に３列、合計１２本の電極要素１５から構成される電極１２が示されている。しかし、電極１２を構成する電極要素１５の数、鉛直方向の行数および水平方向の列数には制限はない。電極１２は、１つの電極要素１５のみから構成されてもよい。

【0041】

図４に示されるように、電極１２は、直方体の形状を有している。電極１２は、電極保持側壁２２に形成される貫通孔２３の内部に設置されている。貫通孔２３は、熔解槽１１の外部空間と、熔解槽１１の内部空間の下部空間１１ａとを連通する。貫通孔２３の内部において、電極１２は、その下方に配置されている耐火物の上に載せられて支持されている。電極１２は、貫通孔２３の中心軸に沿って、熔解槽１１の外部空間から、熔解槽１１の下部空間１１ａに向かって延びている。貫通孔２３の中心軸の方向は、図５に示される矢印の方向である。また、電極１２は、図５に示されるように、貫通孔２３の中心軸に沿って、下部空間１１ａの側にある端面である先端面１２ａと、熔解槽１１の外部空間の側にある端面である後端面１２ｂとを有する。電極１２の先端面１２ａおよび後端面１２ｂは、長方形の形状を有している。貫通孔２３の断面も、長方形の形状を有している。電極１２の上面、下面、および、先端面１２ａおよび後端面１２ｂを除く一対の側面は、電極保持側壁２２を構成する耐火物と隣り合っている。電極１２は、これらの耐火物によって囲まれて保持されている。

【0042】

以下、図４に示されるように、電極１２の上面と隣り合う耐火物を上耐火物３１、電極１２の下面と隣り合う耐火物を下耐火物３２、先端面１２ａおよび後端面１２ｂを除く電極１２の側面と隣り合う耐火物を側耐火物３３と呼ぶ。電極１２の下面は、下耐火物３２の上面と接し、電極１２は、下耐火物３２によって支持されている。下耐火物３２は、さらに、他の耐火物の上に載せられている。電極１２の側面と、側耐火物３３の側面との間にも、隙間が形成されている。電極１２の先端面１２ａは、熔解槽１１の下部空間１１ａにおいて、熔融ガラス９０と接している。一対の電極１２は、この状態で、外部電源（図示せず）から電流が供給される。

【0043】

電極１２の先端面１２ａは、高温の熔融ガラス９０と接しているので、熔融ガラス９０によって徐々に浸食されて摩耗する。電極１２は、周囲の耐火物によって保持されているので、貫通孔２３の中心軸に沿って、磨耗した電極１２を熔融ガラス９０に向かって押し込んで電極１２を移動させることで、下部空間１１ａにおける電極１２の先端面１２ａの水平方向の位置を一定にすることができる。すなわち、電極１２が摩耗した場合、図５に示されるように、摩耗した分だけ、熔融ガラス９０に向かって電極１２を下耐火物３２の上面に沿って移動させる。電極１２の先端面１２ａの位置を一定にすることにより、電極１２は、熔融ガラス９０を安定的に通電加熱することができる。

【0044】

また、電極１２は、図６に示されるように、継ぎ足し用の電極である継ぎ足し電極１６と接続させることができる。図６は、図５に示される電極１２に継ぎ足し電極１６を接続した状態を示す図である。継ぎ足し電極１６は、電極１２と同じ形状および構成を有している。すなわち、継ぎ足し電極１６は、複数の継ぎ足し電極要素１７を束ねた複合体である。なお、継ぎ足し電極１６を構成する継ぎ足し電極要素１７の数、鉛直方向の行数および水平方向の列数に制限はないが、電極１２を構成する電極要素１５と同じであることが好ましい。継ぎ足し電極１６は、図６に示されるように、先端面１６ａおよび後端面１６ｂを有し、電極１２の後端面１２ｂは、継ぎ足し電極１６の先端面１６ａと密着している。そのため、電極１２は、継ぎ足し電極１６と電気的に接続される。すなわち、電極１２および継ぎ足し電極１６は、それぞれ、電極１２と継ぎ足し電極１６とが一体となった電極を構成する。継ぎ足し電極１６は、電極１２と同様に、電極保持側壁２２を構成する耐火物と隣り合っており、これらの耐火物によって保持されている。

【0045】

電極１２および継ぎ足し電極１６は、電極移動機構４１によって移動可能となっている。電極移動機構４１は、電極１２の後端面１２ｂ、または、継ぎ足し電極１６の後端面１６ｂを、熔融ガラス９０に向かって押し込むための機構である。図７は、電極移動機構４１の模式図である。電極移動機構４１は、押さえ板４１ａと、押さえ軸４１ｂと、バネ４１ｃとを有する。押さえ板４１ａは、電極１２の後端面１２ｂ、または、継ぎ足し電極１６の後端面１６ｂに取り付けられる。図７では、押さえ板４１ａは、継ぎ足し電極１６の後端面１６ｂに取り付けられている。押さえ板４１ａの背面には、押さえ軸４１ｂがバネ４１ｃを介して取り付けられている。押さえ軸４１ｂは、床面に固定された圧力ジャッキ（図示せず）に連結されている。圧力ジャッキが、押さえ軸４１ｂに荷重を負荷することによって、押さえ軸４１ｂが、バネ４１ｃを介して押さえ板４１ａを熔融ガラス９０に向かって押す。継ぎ足し電極１６は、バネ４１ｃの弾性力による図７に示される力Ｆを受けて、電極１２と共に、熔融ガラス９０に向かって移動する。なお、バネ４１ｃは、ゴム等の弾性体であってもよい。

【0046】

電極１２および継ぎ足し電極１６を保持する耐火物の一つである上耐火物３１は、係止ピン５１が取り付けられている。係止ピン５１は、上耐火物３１に対して取り付けおよび取り外しが可能な金属部材である。図８は、係止ピン５１の外観図である。図９は、係止ピン５１が取り付けられた上耐火物３１を有する電極保持側壁２２の一部の外観図である。図１０は、図９に示される電極保持側壁２２の上面図である。図１１は、図９に示される電極保持側壁２２の正面図である。

【0047】

図９に示されるように、上耐火物３１は、水平方向において、一対の係止耐火物３４と隣り合っている。係止耐火物３４は、上耐火物３１と隣接する耐火物である。上耐火物３１は、係止耐火物３４と比べて、熔解槽１１の外側に向かって突出している。すなわち、図１０に示されるように、熔解槽１１の電極保持側壁２２の厚み方向において、上耐火物３１の寸法は、係止耐火物３４の寸法よりも大きい。以下、係止耐火物３４の側面と対向する上耐火物３１の側面の一部であって、係止耐火物３４の側面と接していない表面を、突出表面３１ａと呼ぶ。上耐火物３１の突出表面３１ａには、凹部３１ｂが形成されている。

【0048】

係止ピン５１は、図８に示されるように、嵌入部５２と突出部５３とから構成される。嵌入部５２は、上耐火物３１の凹部３１ｂに嵌入される部分である。突出部５３は、上耐火物３１の凹部３１ａから突出する部分である。嵌入部５２は、円柱形状を有し、突出部５３は、板形状を有している。

【0049】

図９〜１１に示されるように、係止ピン５１が上耐火物３１に取り付けられている状態において、嵌入部５２は、上耐火物３１の凹部３１ａの中に嵌入され、突出部５３は、上耐火物３１の突出表面３１ａから突出している。なお、図９〜１１に示されるように、嵌入部５２の一部は、上耐火物３１の突出表面３１ａから突出していてもよい。係止ピン５１の突出部５３は、図１０に示されるように、熔解槽１１の外表面の一部である、係止耐火物３４の表面と接している。

【0050】

なお、本実施形態において、電極１２は、貫通孔２３の中心軸に直交する方向における断面形状が長方形である。電極１２は、図１１に示されるように、貫通孔２３の中心軸に直交する平面における水平方向の寸法Ｗ１が５００ｍｍ以上である。また、上耐火物３１は、図１１に示されるように、貫通孔２３の中心軸に直交する方向における断面形状が長方形である。上耐火物３１は、図１１に示されるように、貫通孔２３の中心軸に直交する平面における水平方向の寸法Ｗ２が、電極１２の水平方向の寸法Ｗ１と等しい。同様に、下耐火物３２も、貫通孔２３の中心軸に直交する方向における断面形状が長方形であり、貫通孔２３の中心軸に直交する平面における水平方向の寸法が、電極１２の水平方向の寸法Ｗ１と等しい。

【0051】

（４）特徴
本実施形態の熔解装置１０１は、熔解槽１１に貯留されている熔融ガラス９０を通電加熱するために、電極１２を用いる。熔融ガラス９０を通電加熱している際に、電極１２の先端面１２ａは、熔解槽１１の下部空間１１ａにおいて熔融ガラス９０と接している。高温の熔融ガラス９０と接している電極１２の先端面１２ａは、徐々に浸食されて短くなる。そのため、定期的に、電極移動機構４１を用いて、熔解槽１１の外側から内側に向かって電極１２または継ぎ足し電極１６を押し込んで、電極１２の先端面１２ａの位置を移動させる必要がある。これにより、電極１２の先端面１２ａの位置が一定となり、熔融ガラス９０を安定的に通電加熱することができる。

【0052】

電極移動機構４１を用いて電極１２または継ぎ足し電極１６を押し込む際に、電極１２または継ぎ足し電極１６と、上耐火物３１との間に働く摩擦力に起因して、上耐火物３１に、熔融ガラス９０に向かう力が作用することがある。すなわち、電極１２または継ぎ足し電極１６と共に熔融ガラス９０に向かって移動しようとする力が、上耐火物３１に働くことがある。

【0053】

しかし、電極保持側壁２２の上耐火物３１は、係止ピン５１によって係止耐火物３４に係止されている。すなわち、図１０および図１１に示されるように、上耐火物３１に取り付けられている係止ピン５１の嵌入部５２の一部および突出部５３は、係止耐火物３４の表面と接しているので、熔融ガラス９０に向かって移動しようとする力が上耐火物３１に作用したとしても、係止耐火物３４と接している係止ピン５１は、熔融ガラス９０に向かう上耐火物３１の移動を阻止する。そのため、電極移動機構４１による電極１２または継ぎ足し電極１６の移動時において、上耐火物３１が熔融ガラス９０に向かって移動することが抑制される。

【0054】

上耐火物３１が電極１２と共に熔融ガラス９０に向かって移動すると、熔解槽１１の電極保持側壁２２から上耐火物３１が抜け落ちて、上耐火物３１が熔融ガラス９０中に落下する可能性がある。これにより、熔解槽１１からの熔融ガラス９０の漏洩、および、熔解槽１１の崩壊が誘発され、熔解槽１１が使用不能になるおそれがある。そのため、電極１２の移動に伴う上耐火物３１の移動を係止ピン５１によって阻止することで、熔解槽１１からの熔融ガラス９０の漏洩、および、熔解槽１１の崩壊を防止して、熔解槽１１の寿命を長期化することができる。

【0055】

また、本実施形態の熔解装置１０１では、係止ピン５１は、上耐火物３１に対する取り付けおよび取り外しが可能な部材である。そのため、係止ピン５１は、容易に交換可能である。

【0056】

また、本実施形態の熔解装置１０１では、上耐火物３１の突出表面３１ａに凹部３１ａを形成するだけで、係止ピン５１を上耐火物３１に容易に取り付けることができる。また、係止ピン５１を使用するためには、上耐火物３１の形状は、直方体でよい。そのため、電極１２の移動に伴う上耐火物３１の移動を抑制するために、上耐火物３１の形状を、直方体以外の形状に変更する必要がない。一般的に、上耐火物３１の形状が単純であるほど、上耐火物３１の成形に要する費用が抑えられる。従って、熔解装置１０１は、上耐火物３１を係止耐火物３４に係止するために係止ピン５１を使用することで、低コストで、電極１２の移動に伴う上耐火物３１の移動を抑制することができる。

【0057】

（５）変形例
以上、本発明に係るガラス熔解装置について説明したが、本発明は上記の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、種々の改良および変更が施されてもよい。

【0058】

（５−１）変形例Ａ
本実施形態では、図４および図９に示されるように、水平方向において上耐火物３１と隣り合う係止耐火物３４は、鉛直方向において、上耐火物３１と同じ寸法を有している。すなわち、係止耐火物３４は、上耐火物３１の下方に配置される電極１２と接していない。しかし、係止耐火物３４は、熔解槽１１の電極保持側壁２２の上端から下端まで連続した一体物となっている耐熱レンガであってもよい。図１２は、本変形例に係る電極保持側壁１２２の外観図である。電極保持側壁１２２は、電極１１２の上方に配置される上耐火物１３１と、水平方向において上耐火物１３１に隣接している係止耐火物１３４とを有している。

【0059】

本変形例において、係止耐火物１３４は、電極保持側壁１２２の上端から下端まで延びている。すなわち、図１２に示されるように、係止耐火物１３４は、上耐火物１３１と、電極１１２と、電極１１２の下方に配置される下耐火物１３２と隣り合っている。電極１１２は、複数の棒状の電極要素１１５を束ねた複合体である。上耐火物１３１は、係止ピン１５１によって係止耐火物１３４に係止されている。係止耐火物１３４の質量は大きいため、係止耐火物１３４は、係止ピン１５１を介して上耐火物１３１を強固に係止することができる。従って、本変形例では、電極１１２の移動に伴う上耐火物１３１の移動が効果的に抑制される。

【0060】

なお、本変形例において、係止耐火物１３４は、電極保持側壁１２２の上端から下端まで延びている必要はなく、例えば、係止耐火物１３４は、上耐火物１３１と隣接し、かつ、電極１１２の少なくとも１つの電極要素１１５と隣り合っていてもよい。

【0061】

（５−２）変形例Ｂ
本実施形態では、熔解装置１０１は、電極１２または継ぎ足し電極１６を熔融ガラス９０に向かって押し込むための電極移動機構４１を備えている。しかし、熔解装置１０１は、上耐火物３１等の耐火物を熔融ガラス９０に向かって押し込むための耐火物移動機構をさらに備えてもよい。

【0062】

本実施形態の熔解装置１０１では、図５〜７に示されるように、熔融ガラス９０の液面が電極１２の上端より上方にある場合、電極１２の上方に配置される上耐火物３１は、熔解槽１１の下部空間１１ａにおいて高温の熔融ガラス９０と接するので、徐々に浸食される。上耐火物３１が侵食されると、電極１２の上面が熔融ガラス９０に接するようになるので、熔融ガラス９０による電極１２の侵食が促進される。そのため、耐火物移動機構を用いて、熔融ガラス９０に向かって上耐火物３１を移動させて、下部空間１１ａにおける上耐火物３１の端面の位置を一定にすることで、電極１２の侵食を抑制することができる。なお、耐火物移動機構は、上耐火物３１以外の耐火物を熔融ガラス９０に向かって押し込む機構であってもよい。

【0063】

また、耐火物移動機構は、上耐火物３１を交換するために使用することができる。この場合、上耐火物３１の外側にさらに耐火物が設置される。上耐火物３１の外側に設置された耐火物は、上耐火物３１と接続される継ぎ足し耐火物である。耐火物移動機構によって継ぎ足し耐火物を熔融ガラス９０に向かって押し込むと、上耐火物３１および継ぎ足し耐火物が熔融ガラス９０に向かって移動する。最終的に、上耐火物３１が侵食によって消滅すると、継ぎ足し耐火物が上耐火物３１となる。

【0064】

また、上耐火物３１が熔融ガラス９０により侵食され、上耐火物３１の厚みが所定の値未満になった場合に、継ぎ足し耐火物を設置して熔融ガラス９０に向かって押し込み、上耐火物３１を移動させて熔融ガラス９０中に落としてもよい。これにより、耐火物移動機構を用いて上耐火物３１を交換することができる。

【0065】

（５−３）変形例Ｃ
本実施形態では、電極１２の上方に配置される上耐火物３１は、係止ピン５１が取り付けられている。しかし、電極１２の下方に配置される下耐火物３２にも、係止ピン５１が取り付けられてもよい。下耐火物３２は、上耐火物３１と比べて質量が大きいので、電極１２の移動に伴って移動しにくいが、電極１２と接しているので、電極１２と下耐火物３２との間の摩擦力の影響を受けやすい。そのため、下耐火物３２にも係止ピン５１を取り付けることで、電極１２の移動に伴う下耐火物３２の移動が抑制される。これにより、熔解装置１０１は、熔解槽１１からの熔融ガラス９０の漏洩、および、熔解槽１１の崩壊を防止して、熔解槽１１の寿命を長期化することができる。

【0066】

（５−４）変形例Ｄ
本実施形態では、電極１２の後端面１２ｂおよび継ぎ足し電極１６の先端面１６ａは、平面であるが、互いに対向する凹部が設けられもよい。図１３は、貫通孔２３の中心軸に沿った方向における、電極１２および継ぎ足し電極１６の断面図である。図１３に示されるように、電極１２の後端面１２ｂには、凹部１２ｃが形成され、継ぎ足し電極１６の先端面１６ａには、凹部１６ｃが形成されている。電極１２の凹部１２ｃと、継ぎ足し電極１６の凹部１６ｃとによって囲まれる空間には、酸化スズで成形された棒状の連結部材１８が設置されている。連結部材１８は、電極１２の後端面１２ｂと継ぎ足し電極１６の先端面１６ａとの間の位置ずれを防止する。

【0067】

従って、本変形例では、電極１２と継ぎ足し電極１６との間の位置ずれによる接続抵抗の上昇を抑制して、熔融ガラス９０を安定的に通電することができるので、熔解装置１０１を用いて安定的に熔融ガラス９０を製造することができる。

【0068】

また、本変形例では、電極１２の後端面１２ｂに凹部が形成され、かつ、継ぎ足し電極１６の先端面１６ａに凸部が形成されてもよい。この場合、後端面１２ｂの凹部と、先端面１６ａの凸部とが嵌合することで、電極１２と継ぎ足し電極１６との間の位置ずれが防止される。なお、電極１２の後端面１２ｂに凸部が形成され、かつ、継ぎ足し電極１６の先端面１６ａに凹部が形成されてもよい。

【0069】

（５−５）変形例Ｅ
本実施形態では、電極１２の側面と側耐火物３３の側面との間に隙間が形成されているが、さらに、電極１２の上面と上耐火物３１の下面との間にも隙間が形成されていてもよい。

【0070】

図１４は、本変形例における、電極保持側壁２２の一部の外観図である。図１４に示されるように、上耐火物３１は、貫通孔２３の中心軸に直交する平面における水平方向の寸法が、電極１２より大きい。上耐火物３１は、一番上方に設置されている一対の側耐火物３３によって支持されている。そのため、電極１２の上面が上耐火物３１の下面より鉛直方向下方に位置するように電極１２を設置することで、電極１２と上耐火物３１との間に隙間を形成することができる。

【0071】

本変形例では、上耐火物３１と電極１２との間の隙間である第１隙間の寸法は、少なくとも１．０ｍｍであり、かつ、側耐火物３３と電極１２との間の隙間である第２隙間の寸法は、少なくとも１．０ｍｍであることが好ましい。第１隙間および第２隙間を形成することで、電極移動機構４１を用いて継ぎ足し電極１６を押し込む際において、継ぎ足し電極１６および電極１２の表面と、上耐火物３１および側耐火物３３の表面との間の摩擦力に起因して、継ぎ足し電極１６および電極１２を熔融ガラス９０に向かって移動させることが困難になることが抑制される。

【0072】

なお、第１隙間および第２隙間に流入した熔融ガラス９０は、冷却されて粘度が高くなるので、熔融ガラス９０が第１隙間および第２隙間を通過して熔解槽１１の外部に漏れ出すことはない。

【符号の説明】

【0073】

１１ 熔解槽
１２ 電極
１５ 導電性要素（電極要素）
２１ 側壁
２２ 電極保持側壁（側壁）
２３ 貫通孔
３１ 上耐火物（第１耐火物）
３２ 下耐火物（第１耐火物）
３４ 係止耐火物（第２耐火物）
４１ 電極移動機構
５１ 係止ピン（係止部材）
５２ 嵌入部
５３ 突出部
１０１ 熔解装置（ガラス熔解装置）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0074】

【特許文献1】特開２００３−２９２３２３号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】