JP7623629B2 - Method for manufacturing alkali-free glass substrate - Google Patents
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Description
本発明は、無アルカリガラス基板の製造方法に関し、詳細には、Indium Gallium Zinc Oxide(IGZO)等の酸化物膜を有する薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を備えるディスプレイなどに好適な無アルカリガラス基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an alkali-free glass substrate, and more particularly to a method for manufacturing an alkali-free glass substrate suitable for displays equipped with thin film transistors (TFTs) having an oxide film such as indium gallium zinc oxide (IGZO).
フラットパネルディスプレイには、一般的に、支持基板として、ガラス基板が用いられている。このガラス基板の表面上には、TFTなどの電気回路パターンが形成される。このため、この種のガラス基板には、TFTなどに悪影響を及ぼさないように、アルカリ金属成分を実質的に含まない無アルカリガラス基板が採用されている。 In flat panel displays, a glass substrate is generally used as the support substrate. Electrical circuit patterns such as TFTs are formed on the surface of this glass substrate. For this reason, non-alkali glass substrates that contain substantially no alkali metal components are used for this type of glass substrate so as not to adversely affect the TFTs and other components.
無アルカリガラス基板の成形方法としては、オーバーフローダウンドロー法に代表されるダウンドロー法などが知られている。 Known methods for forming alkali-free glass substrates include the down-draw method, typified by the overflow down-draw method.
ダウンドロー法は、溶融ガラスを下方に引き伸ばして板状に形成する方法である。ダウンドロー法の一種であるオーバーフローダウンドロー法は、横断面略楔形の成形体(forming body)の両側から溢れさせた溶融ガラスを下方に引き伸ばすことによりガラスリボンを成形する方法である。成形体の両側から溢れた溶融ガラスは、成形体の両側面に沿って流下し、成形体の下方において合流する。従って、オーバーフローダウンドロー法では、ガラスリボンの表面が、空気以外と接触せず、表面張力によって形成されるため、成形後に表面を研磨しなくても、表面に異物が付着せず、表面が平坦なガラス基板を得ることができる。また、オーバーフローダウンドロー法によれば、薄いガラス基板を成形しやすいというメリットもある。 The down-draw method is a method of stretching molten glass downward to form it into a sheet shape. The overflow down-draw method, which is one type of down-draw method, is a method of forming a glass ribbon by stretching molten glass overflowing from both sides of a forming body with a roughly wedge-shaped cross section downward. The molten glass overflowing from both sides of the forming body flows down along both sides of the forming body and joins below the forming body. Therefore, in the overflow down-draw method, the surface of the glass ribbon does not come into contact with anything other than air and is formed by surface tension, so that a glass substrate with a flat surface can be obtained without having to polish the surface after forming and without foreign matter adhering to the surface. The overflow down-draw method also has the advantage of being easy to form thin glass substrates.
また、無アルカリガラス基板の溶融方法としては、特許文献1に記載されている電気溶融等が挙げられる。 Methods for melting alkali-free glass substrates include electric melting, which is described in Patent Document 1.
しかしながら、特許文献1に記載のガラスは、ブツが発生し易いという問題があった。 However, the glass described in Patent Document 1 had the problem of being prone to blemishes.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブツの個数が少ない無アルカリガラス基板の製造方法を提供することにある。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and its purpose is to provide a method for manufacturing an alkali-free glass substrate with a small number of bumps.
本発明の無アルカリガラスの製造方法は、SiO2-Al2O3-RO(ROはMgO、CaO、BaO、SrO及びZnOの1種以上)系の無アルカリガラス基板を連続的に製造する方法であって、錫化合物を含有し、且つヒ素化合物及びアンチモン化合物を実質的に含まないように原料バッチを調製する工程と、調製した原料バッチを、電極による通電加熱が可能な溶融窯で電気溶融する工程と、溶融されたガラスをダウンドロー法により板状に成形する工程とを含み、得られるガラスのβ-OH値が0.05/mm以上、金属ブツの個数が20個/ton以下であることを特徴とする。ここで、「金属ブツ」は、実体顕微鏡により観察を行い、観察視野内に1μm以上の金属ブツが観察された場合、金属ブツとしてカウントし、測定に使用したガラスのサイズから1ton当たりの金属ブツの個数を算出したものである。 The method for producing alkali-free glass of the present invention is a method for continuously producing an alkali-free glass substrate of SiO 2 -Al 2 O 3 -RO (RO is one or more of MgO, CaO, BaO, SrO and ZnO), which comprises the steps of preparing a raw material batch containing a tin compound and substantially free of arsenic compounds and antimony compounds, electrically melting the prepared raw material batch in a melting furnace capable of electrically heating with electrodes, and forming the molten glass into a plate by a down-draw method, and is characterized in that the β-OH value of the obtained glass is 0.05/mm or more and the number of metal particles is 20/ton or less. Here, the "metal particles" are calculated by observing with a stereomicroscope, and if metal particles of 1 μm or more are observed within the observation field, they are counted as metal particles, and the number of metal particles per ton is calculated from the size of the glass used for the measurement.
本発明者等は種々の検討を行った結果、ガラスを電気溶融すると、式1に示す通り(x、yは係数であり、MはFe、Cr及び/又はNiを示す。)、原料バッチ中に含まれるFe、Cr、Ni等によりガラス中のSnO2が還元され、Snを含む金属ブツがガラス中に析出することを見出した。さらに、ガラスのβ-OH値を高くすることにより、式2に示す通り(zは係数であり、MはFe、Cr及び/又はNiを示す。)、Fe、Cr、Ni等がガラス中のOH基と結合するため、SnO2を還元し難くなり、ガラス中に金属ブツが析出しにくくなることをも見出した。 As a result of various investigations, the inventors have found that when glass is electrically melted, SnO2 in the glass is reduced by Fe, Cr, Ni, etc. contained in the raw material batch, and metal particles containing Sn precipitate in the glass, as shown in formula 1 (x and y are coefficients, and M represents Fe, Cr, and/or Ni). Furthermore, they have also found that by increasing the β-OH value of glass, Fe, Cr, Ni, etc. bond to OH groups in the glass, as shown in formula 2 (z is a coefficient, and M represents Fe, Cr, and/or Ni), making it difficult to reduce SnO2 and difficult to precipitate metal particles in the glass.
(式1) SnO2+(2x/y)M⇒ Sn+(2/y)MxOy
(式2) (z)Si-OH+(z)M⇒ (z)Si-OM+(z/2)H2
(Formula 1) SnO 2 + (2x/y)M⇒ Sn+(2/y)MxOy
(Formula 2) (z)Si-OH+(z)M⇒ (z)Si-OM+(z/2)H 2
「無アルカリガラス」とは、アルカリ金属酸化物成分を意図的に添加していないガラスであり、具体的にはガラス組成中のアルカリ金属酸化物(Li2O、Na2O、及びK2O)の含有量が2000ppm(質量)以下であるガラスを意味する。「連続的に製造する」とは、タンク窯等の連続溶融窯でガラスを一定期間連続的に製造することを意味する。「SiO2-Al2O3-RO系」とは、「SiO2、Al2O3及びROを必須成分とするガラス組成系を意味する。「電気溶融」とは、ガラス中に電気を通電し、それによって発生するジュール熱でガラスを溶融する溶融方法である。なおここではヒーターやバーナーによる輻射加熱を補助的に利用する溶融方法を排除するものではない。「ヒ素及びアンチモンを実質的に含まない」とは、これらの成分を含むガラス原料やガラスカレットを、ガラスバッチに意図的に添加しないことを意味する。より具体的には、得られるガラス中に、モル基準で、ヒ素がAs2O3として50ppm以下、アンチモンがSb2O3として50ppm以下であることを意味する。「ダウンドロー法」とは、溶融ガラスを下方に連続的に引き延ばしながら成形する成形法の総称である。 "Alkali-free glass" refers to glass to which no alkali metal oxide components have been intentionally added, specifically glass in which the content of alkali metal oxides (Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O) in the glass composition is 2000 ppm (by mass) or less. "Continuously produced" refers to glass being continuously produced for a certain period of time in a continuous melting furnace such as a tank furnace. "SiO 2 -Al 2 O 3 -RO system" refers to a glass composition system in which SiO 2 , Al 2 O 3, and RO are essential components. "Electric melting" refers to a melting method in which electricity is passed through glass and the glass is melted by the Joule heat generated by the passage of electricity. Note that this does not exclude melting methods that supplementarily utilize radiant heating by a heater or burner. "Substantially free of arsenic and antimony" refers to glass raw materials and glass cullets containing these components not being intentionally added to the glass batch. More specifically, it means that the resulting glass contains, on a molar basis, 50 ppm or less of arsenic as As 2 O 3 and 50 ppm or less of antimony as Sb 2 O 3. The "down-draw method" is a general term for a forming method in which molten glass is formed while being continuously drawn downward.
また本発明では通電加熱を利用してガラスを溶融することを特徴とする。通電加熱を利用すると、溶融ガラスを得るための質量当たりのエネルギー量が低下するため、環境負荷を低減することができる。 The present invention is also characterized in that the glass is melted using electrical heating. When electrical heating is used, the amount of energy per mass required to obtain molten glass is reduced, thereby reducing the environmental impact.
本発明においては、得られるガラスのβ-OH値と金属ブツの個数を、ガラス原料及び/又は溶融条件にて調節することが好ましい。 In the present invention, it is preferable to adjust the β-OH value and the number of metal particles of the resulting glass by adjusting the glass raw materials and/or the melting conditions.
本発明においては、バーナー燃焼による輻射加熱を併用しない場合に、その効果がより顕著になる。「バーナー燃焼による輻射加熱を併用しない」とは、通常生産時にバーナー燃焼による輻射加熱を一切行わないことを意味し、生産立ち上げ時(昇温時)のバーナー使用を排除するものではない。また生産立ち上げ時や通常生産時に、ヒーターによる輻射加熱を併用することを排除するものではない。なお生産立ち上げ時とは、原料バッチが溶解してガラス融液になり、通電加熱可能になるまでの期間を指す。 In the present invention, the effect is more pronounced when radiant heating by burner combustion is not used in combination. "Radiant heating by burner combustion is not used in combination" means that radiant heating by burner combustion is not used at all during normal production, and does not exclude the use of a burner during start-up of production (when the temperature is rising). It also does not exclude the use of radiant heating by a heater in combination during start-up of production or normal production. Note that "start-up of production" refers to the period from when the raw material batch melts to become molten glass and becomes electrically heated.
本発明においては、ガラス組成として、さらにB2O3を含有する無アルカリガラス基板を製造するに際し、ホウ素源となるガラス原料の少なくとも一部に、オルトホウ酸を使用することが好ましい。 In the present invention, when producing an alkali-free glass substrate further containing B 2 O 3 as a glass composition, it is preferable to use orthoboric acid in at least a part of the glass raw material serving as a boron source.
上記構成を採用すれば、得られるガラスの水分量を調整し易くなる。またホウ素成分(B2O3)は、ガラスの溶融性を向上させる成分であることから、上記構成を採用すれば、生産性に優れたガラスを得やすくなる。 The adoption of the above-mentioned configuration makes it easier to adjust the water content of the obtained glass. Moreover, since the boron component (B 2 O 3 ) is a component that improves the meltability of glass, the adoption of the above-mentioned configuration makes it easier to obtain glass with excellent productivity.
本発明においては、原料バッチ中に、水酸化物原料を含有することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the raw material batch contains a hydroxide raw material.
本発明においては、原料バッチ中にガラスカレットを添加して無アルカリガラス基板を製造するに際し、ガラスカレットの少なくとも一部に、β-OH値が0.05/mm以上のガラスからなるガラスカレットを使用することが好ましい。ここで「ガラスカレット」とは、ガラスの製造中に生じた不良ガラス、又は市場から回収されたリサイクルガラス等を意味する。「β-OH値」は、FT-IRを用いてガラスの透過率を測定し、下記の式を用いて求めた値を指す。 In the present invention, when manufacturing an alkali-free glass substrate by adding glass cullet to a raw material batch, it is preferable to use glass cullet consisting of glass having a β-OH value of 0.05/mm or more as at least a part of the glass cullet. Here, "glass cullet" means defective glass generated during glass manufacturing, or recycled glass collected from the market. "β-OH value" refers to the value obtained by measuring the transmittance of glass using FT-IR and using the following formula.
β-OH値 = (1/X)log(T1/T2)
X:ガラス肉厚(mm)
T1:参照波長3846cm-1における透過率(%)
T2:水酸基吸収波長3600cm-1付近における最小透過率(%)
β-OH value = (1/X)log(T 1 /T 2 )
X: Glass thickness (mm)
T 1 : Transmittance (%) at a reference wavelength of 3846 cm −1
T 2 : Minimum transmittance (%) at a hydroxyl group absorption wavelength of about 3600 cm −1
本発明においては、ガラスカレットを磁気選別機に通すことにより金属を除去する工程を2回以上行うことが好ましい。 In the present invention, it is preferable to carry out the process of removing metals by passing the glass cullet through a magnetic separator two or more times.
再利用されるガラスカレットには、調合設備等で使用されるFe、Cr、Ni等を含む金属が混入している。ガラスカレットを2回以上磁気選別機に通すことにより、Fe、Cr、Ni等を含む金属を十分に取り除くことができ、原料バッチ中にFe、Cr、Ni等を含む金属が混入し難くなる。結果として、ガラス中にSnを含む金属ブツが析出し難くなる。 Recycled glass cullet contains metals including Fe, Cr, Ni, etc., which are used in blending equipment. By passing the glass cullet through a magnetic separator two or more times, metals including Fe, Cr, Ni, etc. can be sufficiently removed, making it difficult for metals including Fe, Cr, Ni, etc. to be mixed into the raw material batch. As a result, metal particles including Sn are less likely to precipitate in the glass.
本発明においては、得られるガラスの歪点が690℃以上となることが好ましい。ここで「歪点」は、ASTM C336-71の方法に基づいて測定した値である。 In the present invention, it is preferable that the strain point of the resulting glass is 690°C or higher. Here, "strain point" is a value measured based on the method of ASTM C336-71.
本発明においては、得られるガラスの熱収縮率が25ppm以下となることが好ましい。ここで「熱収縮率」とは、ガラスを常温から500℃まで5℃/分の速度で昇温し、500℃で1時間保持した後に、5℃/分の速度で降温させる条件で測定した時の値である。 In the present invention, it is preferable that the thermal shrinkage of the obtained glass is 25 ppm or less. Here, "thermal shrinkage" refers to the value measured under conditions in which the glass is heated from room temperature to 500°C at a rate of 5°C/min, held at 500°C for 1 hour, and then cooled at a rate of 5°C/min.
なお、熱収縮率は以下の方法で測定する。まず図1(a)に示すように、ガラス板1の試料として160mm×30mmの短冊状試料Gを準備する。この短冊状試料Gの長辺方向の両端部のそれぞれに、#1000の耐水研磨紙を用いて、端縁から20~40mm離れた位置でマーキングMを形成する。その後、図1(b)に示すように、マーキングMを形成した短冊状試料GをマーキングMと直交方向に沿って2つに折り割って、試料片Ga,Gbを作製する。そして、一方の試料片Gbのみを、常温(25℃)から500℃まで5℃/分で昇温させ、500℃で1時間保持した後に、5℃/分で常温まで降温させる熱処理を行う。上記熱処理後、図1(c)に示すように、熱処理を行っていない試料片Gaと、熱処理を行った試料片Gbを並列に配列した状態で、2つの試料片Ga,GbのマーキングMの位置ずれ量(△L1,△L2)をレーザー顕微鏡によって読み取り、下記の式により熱収縮率を算出する。なお、式中のl0は、初期のマーキングM間の距離である。 The thermal shrinkage is measured by the following method. First, as shown in FIG. 1(a), a rectangular sample G of 160 mm×30 mm is prepared as a sample of the glass plate 1. Markings M are formed on both ends of the long side of the rectangular sample G at positions 20 to 40 mm away from the edge using #1000 waterproof abrasive paper. Then, as shown in FIG. 1(b), the rectangular sample G on which the markings M are formed is folded in two along the direction perpendicular to the markings M to prepare sample pieces Ga and Gb. Then, only one of the sample pieces Gb is subjected to a heat treatment in which the temperature is raised from room temperature (25° C.) to 500° C. at a rate of 5° C./min, and the sample is held at 500° C. for 1 hour, and then the temperature is lowered to room temperature at a rate of 5° C./min. After the above heat treatment, as shown in Fig. 1(c), a sample piece Ga that has not been subjected to heat treatment and a sample piece Gb that has been subjected to heat treatment are arranged in parallel, and the positional deviations ( ΔL1 , ΔL2 ) of the markings M of the two sample pieces Ga and Gb are read by a laser microscope, and the thermal shrinkage is calculated by the following formula, where l0 is the initial distance between the markings M.
熱収縮率=[{ΔL1(μm)+ΔL2(μm)}×103]/l0(mm) (ppm) Heat shrinkage rate = [{ΔL 1 (μm) + ΔL 2 (μm)}×10 3 ]/l 0 (mm) (ppm)
上記構成を採用すれば、酸化物TFTを形成するのに好適なガラス基板を得ることができる。 By adopting the above configuration, a glass substrate suitable for forming oxide TFTs can be obtained.
本発明においては、酸化物TFTが形成されるガラス基板の製造に用いられることが好ましい。 In the present invention, it is preferable to use it in the manufacture of a glass substrate on which an oxide TFT is formed.
以下、本発明の無アルカリガラスの製造方法を詳述する。 The method for producing alkali-free glass of the present invention is described in detail below.
本発明の方法は、原料バッチを調製する工程と、調製したバッチを電気溶融する工程と、溶融されたガラスを板状に成形する工程とを含む。 The method of the present invention includes the steps of preparing a raw material batch, electrically melting the prepared batch, and forming the molten glass into a sheet shape.
(1)原料バッチを調製する工程
まず、SiO2-Al2O3-RO(ROはMgO、CaO、BaO、SrO及びZnOの1種以上)系の組成となるようにガラス原料を調製する。なお好適なガラス組成については後述する。
(1) Step of preparing raw material batch First, glass raw materials are prepared so as to have a composition of SiO 2 —Al 2 O 3 —RO (RO is one or more of MgO, CaO, BaO, SrO and ZnO). A suitable glass composition will be described later.
珪素源として珪砂、石粉(SiO2)等を用いることができる。 Silica sand, stone powder (SiO 2 ), etc. can be used as the silicon source.
アルミニウム源としてアルミナ(Al2O3)、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)等を用いることができる。 As the aluminum source, alumina (Al 2 O 3 ), aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), etc. can be used.
ホウ素源としては、オルトホウ酸(H3BO3)や無水ホウ酸(B2O3)を使用することができる。オルトホウ酸は結晶水を含むため、使用割合が大きい場合にはガラスの水分量を比較的高く調整できる。このため、オルトホウ酸と無水ホウ酸を双方使用し、目的とするβ-OH含有量に合わせてその使用割合を調整することが好ましい。 As the boron source, orthoboric acid (H 3 BO 3 ) or boric anhydride (B 2 O 3 ) can be used. Since orthoboric acid contains water of crystallization, when the ratio of orthoboric acid used is large, the water content of the glass can be adjusted to be relatively high. For this reason, it is preferable to use both orthoboric acid and boric anhydride and adjust the ratio of their use according to the target β-OH content.
アルカリ土類金属源には、炭酸カルシウム(CaCO3)、酸化マグネシウム(MgO)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、炭酸バリウム(BaCO3)、硝酸バリウム(Ba(NO3)2)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、硝酸ストロンチウム(Sr(NO3)2)等を用いることができる。 Examples of the alkaline earth metal source that can be used include calcium carbonate ( CaCO3 ), magnesium oxide (MgO), magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ), barium carbonate ( BaCO3 ), barium nitrate (Ba( NO3 ) 2 ), strontium carbonate ( SrCO3 ), and strontium nitrate (Sr( NO3 ) 2 ).
亜鉛源として酸化亜鉛(ZnO)等を用いることができる。 Zinc oxide (ZnO) etc. can be used as a zinc source.
ジルコニア源としてジルコン(ZrSiO4)等を用いることができる。なお溶融窯を構成する耐火物にとして、ジルコニア電鋳耐火物、デンスジルコン等のZr含有耐火物を使用する場合、耐火物からのジルコニア成分の溶出がある。これらの溶出成分もジルコニア源として利用してもよい。 Zircon (ZrSiO 4 ) and the like can be used as the zirconia source. When a Zr-containing refractory such as a zirconia electrocast refractory or dense zircon is used as the refractory material constituting the melting furnace, zirconia components may be eluted from the refractory material. These eluted components may also be used as the zirconia source.
チタン源として酸化チタン(TiO2)等を用いることができる。 Titanium oxide (TiO 2 ) or the like can be used as the titanium source.
リン源としてメタリン酸アルミ(Al(PO3)3)、ピロリン酸マグネシウム(Mg2P2O7)等を用いることができる。 As the phosphorus source, aluminum metaphosphate (Al(PO 3 ) 3 ), magnesium pyrophosphate (Mg 2 P 2 O 7 ), or the like can be used.
錫化合物として酸化錫(SnO2)等を使用することができる。なお酸化錫を用いる場合、平均粒径D50が0.3~50μm、2~50μm、特に5~50μmの範囲にある酸化錫を用いることが好ましい。酸化錫粉末の平均粒径D50が小さいと粒子間の凝集が起こり、調合プラントでの詰まりが生じ易くなる。一方、酸化錫粉末の平均粒径D50が大きいと、酸化錫粉末のガラス融液への溶解反応が遅れ、融液の清澄が進まない。結果としてガラス溶融の適切な時期に酸素ガスを十分に放出できなくなり、ガラス製品中に泡が残存し易く、泡品位に優れた製品を得ることが難しくなる。またガラス製品中に、SnO2結晶の未溶解ブツが出現する事態を引き起こし易くなる。 As the tin compound, tin oxide (SnO 2 ) or the like can be used. When tin oxide is used, it is preferable to use tin oxide having an average particle size D 50 in the range of 0.3 to 50 μm, 2 to 50 μm, and particularly 5 to 50 μm. If the average particle size D 50 of the tin oxide powder is small, aggregation between particles occurs, and clogging is likely to occur in the blending plant. On the other hand, if the average particle size D 50 of the tin oxide powder is large, the dissolution reaction of the tin oxide powder in the molten glass is delayed, and the clarification of the molten liquid does not progress. As a result, oxygen gas cannot be sufficiently released at the appropriate time of glass melting, bubbles tend to remain in the glass product, and it becomes difficult to obtain a product with excellent bubble quality. In addition, it is easy to cause a situation in which undissolved SnO 2 crystals appear in the glass product.
本発明においては、原料バッチ中に、炭酸塩原料を含んでいてもよい。炭酸塩原料は、清澄剤であるSnO2を効率的に機能させることができる。炭酸塩原料としては、例えば炭酸カルシウム(CaCO3)、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)等を使用することができる。 In the present invention, the raw material batch may contain a carbonate raw material. The carbonate raw material can make the fining agent SnO2 function efficiently. As the carbonate raw material, for example, calcium carbonate ( CaCO3 ), barium carbonate ( BaCO3 ), strontium carbonate ( SrCO3 ), etc. can be used.
本発明においては、原料バッチ中に、硝酸塩原料を含んでいてもよい。硝酸塩原料は、清澄剤であるSnO2を効率的に機能させることができる。硝酸塩原料としては、例えば硝酸バリウム(Ba(NO3)2)、硝酸ストロンチウム(Sr(NO3)2)等を使用することができる。 In the present invention, the raw material batch may contain a nitrate raw material. The nitrate raw material can make the fining agent SnO2 function efficiently. As the nitrate raw material, for example, barium nitrate (Ba( NO3 ) 2 ), strontium nitrate (Sr( NO3 ) 2 ), etc. can be used.
本発明においては、原料バッチ中に水酸化物原料を含んでいてもよい。水酸化物原料は、ガラス中の水分量を高めることができる。水酸化物原料としては、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)等を使用することができる。 In the present invention, the raw material batch may contain a hydroxide raw material. The hydroxide raw material can increase the water content in the glass. As the hydroxide raw material, aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ), calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ), etc. can be used.
本発明においては、バッチ中にヒ素化合物及びアンチモン化合物を実質的に含まないようにすることが好ましい。これらの成分を含有していると、電極を浸食するため、長期に亘って安定して電気溶融することが困難になる。またこれらの成分は、環境上好ましくない。 In the present invention, it is preferable that the batch is substantially free of arsenic compounds and antimony compounds. If these components are present, they will corrode the electrodes, making it difficult to perform stable electrical melting over a long period of time. Furthermore, these components are undesirable from an environmental standpoint.
本発明においては、上記したガラス原料に加えて、ガラスカレットを使用することが好ましい。ガラスカレットを使用する場合、原料バッチの総量に対するガラスカレットの使用割合は1質量%以上、5質量%以上、特に10質量%以上であることが好ましい。ガラスカレットの使用割合の上限に制約はないが、50質量%以下、40質量%以下、特に30質量%以下であることが好ましい。また使用するガラスカレットの少なくとも一部を、β-OH値が0.05/mm以上、0.07/mm以上、特に0.1/mm以上のガラスからなるガラスカレットとすることが好ましい。ガラスカレットのβ-OH値が高過ぎると、ガラスの歪点が低下し過ぎる虞があるため、ガラスカレットのβ-OH値の上限値は、0.4/mm以下であることが好ましい。 In the present invention, in addition to the glass raw materials described above, it is preferable to use glass cullet. When glass cullet is used, the proportion of glass cullet used relative to the total amount of the raw material batch is preferably 1 mass% or more, 5 mass% or more, and particularly 10 mass% or more. There is no upper limit to the proportion of glass cullet used, but it is preferably 50 mass% or less, 40 mass% or less, and particularly 30 mass% or less. It is also preferable that at least a part of the glass cullet used is glass cullet made of glass having a β-OH value of 0.05/mm or more, 0.07/mm or more, and particularly 0.1/mm or more. If the β-OH value of the glass cullet is too high, there is a risk that the strain point of the glass will be too low, so the upper limit of the β-OH value of the glass cullet is preferably 0.4/mm or less.
また、ガラスカレットを磁気選別機に通すことにより金属を除去する工程を2回以上、好ましくは3回以上、特に好ましくは5回以上行うことが好ましい。このようにすれば、ガラス中のSnO2を還元するFe、Cr、Ni等を含む金属が原料バッチ中に混入し難くなる。結果として、Snを含む金属ブツが析出し難くなる。なお、上記工程の回数を増やせば、Fe、Cr、Ni等を含む金属の混入量は減少するが、コストの観点から上記工程の回数は10回以下であることが好ましい。 In addition, it is preferable to carry out the process of removing metals by passing the glass cullet through a magnetic separator two or more times, preferably three or more times, and particularly preferably five or more times. In this way, metals including Fe, Cr, Ni, etc. that reduce SnO2 in the glass are less likely to be mixed into the raw material batch. As a result, metal particles including Sn are less likely to precipitate. Note that, if the number of times of the above process is increased, the amount of metals including Fe, Cr, Ni, etc. that are mixed in is reduced, but from the viewpoint of cost, it is preferable that the number of times of the above process is 10 or less.
(2)調製した原料バッチを電気溶融する工程
次に、調製した原料バッチを、溶融窯に投入し、電気溶融する。
(2) Step of Electrically Melting the Prepared Raw Material Batch Next, the prepared raw material batch is placed in a melting furnace and electrically melted.
溶融窯は、複数の電極を有するものであり、電極間に電気を印加することにより、ガラス融液中に電気が通電され、そのジュール熱によってガラスを連続的に溶融する。なお補助的にヒーターやバーナーによる輻射加熱を併用してもよい。 The melting furnace has multiple electrodes. By applying electricity between the electrodes, electricity flows through the molten glass, and the resulting Joule heat melts the glass continuously. Radiation heating from a heater or burner may also be used as an auxiliary method.
配置場所や電極形状の自由度が高く、電気を通し難い無アルカリガラスであっても、最適な電極配置、電極形状を採用することができ、通電加熱が容易になるため、電極としてモリブデン電極を採用することが好ましい。電極形状としてはロッド状であることが好ましい。ロッド状であれば、溶融窯の側壁面や底壁面の任意の位置に、所望の電極間距離を保って、所望の数の電極を配置することが可能である。電極の配置は、溶融窯の壁面(側壁面、底壁面等)、特に底壁面に、電極間距離を短くして複数対配置することが好ましい。なおガラス中にヒ素成分やアンチモン成分が含まれている場合、モリブデン電極を侵食するため使用できず、代わりにこれらの成分で浸食を受けない錫電極を使用する必要がある。ところが錫電極は、配置場所や電極形状の自由度が非常に低いため、無アルカリガラスを電気溶融することが難しくなる。 Molybdenum electrodes are preferably used as the electrodes because they offer a high degree of freedom in terms of the location and shape of the electrodes, and because the optimal electrode location and shape can be adopted even for non-alkali glass, which does not easily conduct electricity, and because this makes it easy to apply electrical heating. The electrode shape is preferably rod-shaped. If the electrodes are rod-shaped, it is possible to arrange the desired number of electrodes at any position on the side wall or bottom wall of the melting furnace while maintaining the desired distance between the electrodes. The electrodes are preferably arranged in pairs on the walls (side wall, bottom wall, etc.) of the melting furnace, especially on the bottom wall, with the distance between the electrodes being short. If the glass contains arsenic or antimony components, molybdenum electrodes cannot be used because they will corrode, and instead it is necessary to use tin electrodes, which are not corroded by these components. However, tin electrodes have very little freedom in terms of the location and shape of the electrodes, making it difficult to electrically melt non-alkali glass.
溶融窯に投入された原料バッチは、通電加熱により溶融し、ガラス融液(溶融ガラス)となる。その際、原料バッチ中に含まれる錫化合物は、ガラス融液中に溶解し、清澄剤として作用する。詳述すると、錫成分は、昇温過程で酸素泡を放出する。放出された酸素泡は、ガラス融液中に含まれる泡を拡大、浮上させてガラスから除去する。また錫成分は、降温過程では酸素泡を吸収することで、ガラス中に残存する泡を消滅させる。 The raw material batch fed into the melting furnace is melted by electrical heating to become molten glass (molten glass). At this time, the tin compounds contained in the raw material batch dissolve in the molten glass and act as a fining agent. More specifically, the tin component releases oxygen bubbles during the temperature rise process. The released oxygen bubbles expand the bubbles contained in the molten glass, causing them to rise to the surface and be removed from the glass. Furthermore, the tin component absorbs the oxygen bubbles during the temperature fall process, eliminating any bubbles remaining in the glass.
なお溶融窯で溶融されたガラスは、成形装置へ供給されるが、溶融窯と成形装置の間に清澄槽、撹拌槽、状態調節槽等を配置し、これらを通過させた後に、成形装置に供給するようにしてもよい。また溶融窯と成形装置(或いはその間に設ける各槽)の間を繋ぐ連絡流路は、ガラスの汚染を防止するために、少なくともガラスとの接触面が白金又は白金合金製であることが好ましい。 The glass melted in the melting furnace is supplied to the forming device, but a fining tank, stirring tank, conditioning tank, etc. may be placed between the melting furnace and the forming device, and the glass may be passed through these tanks before being supplied to the forming device. In addition, it is preferable that at least the surface of the communication flow path connecting the melting furnace and the forming device (or each tank placed between them) that comes into contact with the glass is made of platinum or a platinum alloy to prevent contamination of the glass.
(3)溶融されたガラスを板状に成形する工程
次に、溶融窯で溶融されたガラスを成形装置に供給し、ダウンドロー法により板状に成形する。
(3) Step of forming molten glass into a sheet Next, the glass molten in the melting furnace is supplied to a forming device and formed into a sheet by a down-draw method.
ダウンドロー法としては、オーバーフローダウンドロー法を採用することが好ましい。オーバーフローダウンドロー法とは、断面が楔状の樋状耐火物の両側から溶融ガラスを溢れさせて、溢れた溶融ガラスを樋状耐火物の下端で合流させながら、下方に延伸成形してガラスを板状に成形する方法である。オーバーフローダウンドロー法では、ガラス基板の表面となるべき面は樋状耐火物に接触せず、自由表面の状態で成形される。このため、未研磨で表面品位が良好なガラス基板を安価に製造することができ、またガラスの大型化や薄型化も容易である。なお、オーバーフローダウンドロー法で用いる樋状耐火物の構造や材質は、所望の寸法や表面精度を実現できるものであれば、特に限定されない。また、下方への延伸成形を行う際に、力を印加する方法も特に限定されない。例えば、十分に大きい幅を有する耐熱性ロールをガラスに接触させた状態で回転させて延伸する方法を採用してもよいし、複数の対になった耐熱性ロールをガラスの端面近傍のみに接触させて延伸する方法を採用してもよい。なおオーバーフローダウンドロー法以外にも、例えば、スロットダウン法等を採用することが可能である。 As the down-draw method, it is preferable to adopt the overflow down-draw method. The overflow down-draw method is a method in which molten glass is made to overflow from both sides of a trough-shaped refractory having a wedge-shaped cross section, and the overflowed molten glass is stretched downward while joining at the lower end of the trough-shaped refractory to form the glass into a plate shape. In the overflow down-draw method, the surface to be the surface of the glass substrate is not in contact with the trough-shaped refractory and is formed in a free surface state. For this reason, it is possible to inexpensively manufacture a glass substrate that is unpolished and has good surface quality, and it is also easy to make the glass larger and thinner. The structure and material of the trough-shaped refractory used in the overflow down-draw method are not particularly limited as long as they can achieve the desired dimensions and surface accuracy. In addition, the method of applying force when performing downward stretching is not particularly limited. For example, a method in which a heat-resistant roll having a sufficiently large width is rotated in contact with the glass to stretch it may be adopted, or a method in which a plurality of pairs of heat-resistant rolls are brought into contact with only the vicinity of the end face of the glass to stretch it may be adopted. In addition to the overflow downdraw method, other methods such as the slot down method can also be used.
なおこのようにして板状に成形されたガラスは、所定のサイズに切断され、必要に応じて各種の化学的、或いは機械的な加工等が施され、ガラス基板となる。 The glass formed into a plate in this manner is then cut to a specified size and, if necessary, subjected to various chemical or mechanical processes to produce a glass substrate.
(4)無アルカリガラスの組成
本発明の製造方法を好適に適用できる無アルカリガラスの組成として、質量%で、SiO2 50~70%、Al2O3 15~25%、B2O3 2~7.5%、MgO 0~10%、CaO 0~10%、SrO 0~10%、BaO 0~15%、ZnO 0~5%、ZrO2 0~1%、TiO2 0~5%、P2O5 0~10%、SnO2 0.1~0.5%を含有し、As2O3及びSb2O3を実質的に含有しないガラスが例示できる。上記のように各成分の含有量を限定した理由を以下に示す。なお、各成分の含有量の説明において、%表示は、特に断りがある場合を除き、質量%を表す。
(4) Composition of alkali-free glass The composition of alkali-free glass to which the manufacturing method of the present invention can be suitably applied is, in mass%, SiO 2 50-70%, Al 2 O 3 15-25%, B 2 O 3 2-7.5%, MgO 0-10%, CaO 0-10%, SrO 0-10%, BaO 0-15%, ZnO 0-5%, ZrO 2 0-1%, TiO 2 0-5%, P 2 O 5 0-10%, SnO 2 0.1-0.5%, and glass that does not substantially contain As 2 O 3 and Sb 2 O 3. The reasons for limiting the content of each component as described above are as follows. In the description of the content of each component, the % indication represents mass % unless otherwise specified.
SiO2は、ガラスの骨格を形成する成分である。SiO2の含有量の下限は50%、51%、51.5%、52%、55%、56%、57%、特に58%であることが好ましい。またSiO2の含有量の上限は70%、69%、68%、67%、66%、65%、64%、63%、特に62%であることが好ましい。SiO2の含有量が少な過ぎると、密度が高くなり過ぎると共に、耐酸性が低下し易くなる。一方、SiO2の含有量が多過ぎると、高温粘度が高くなり、溶融性が低下し易くなる。またクリストバライト等の失透結晶が析出し易くなって、液相温度が上昇し易くなる。 SiO 2 is a component that forms the skeleton of glass. The lower limit of the content of SiO 2 is preferably 50%, 51%, 51.5%, 52%, 55%, 56%, 57%, and particularly preferably 58%. The upper limit of the content of SiO 2 is preferably 70%, 69%, 68%, 67%, 66%, 65%, 64%, 63%, and particularly preferably 62%. If the content of SiO 2 is too small, the density becomes too high and the acid resistance is easily reduced. On the other hand, if the content of SiO 2 is too large, the high-temperature viscosity becomes high and the melting property is easily reduced. In addition, devitrified crystals such as cristobalite are easily precipitated, and the liquidus temperature is easily increased.
Al2O3は、ガラスの骨格を形成する成分であり、また歪点やヤング率を高める成分であり、更に分相を抑制する成分である。Al2O3の含有量の下限は15%、15.5%、16%、16.5%、17%、17.5%、特に18%であることが好ましい。またAl2O3の含有量の上限は25%、24%、23%、22%、21.5%、特に21%であることが好ましい。Al2O3の含有量が少な過ぎると、歪点、ヤング率が低下し易くなり、またガラスが分相し易くなる。一方、Al2O3の含有量が多過ぎると、ムライトやアノーサイト等の失透結晶が析出し易くなって、液相温度が上昇し易くなる。 Al 2 O 3 is a component that forms the skeleton of glass, increases the strain point and Young's modulus, and suppresses phase separation. The lower limit of the content of Al 2 O 3 is preferably 15%, 15.5%, 16%, 16.5%, 17%, 17.5%, and particularly preferably 18%. The upper limit of the content of Al 2 O 3 is preferably 25%, 24%, 23%, 22%, 21.5%, and particularly preferably 21%. If the content of Al 2 O 3 is too small, the strain point and Young's modulus tend to decrease, and the glass tends to separate. On the other hand, if the content of Al 2 O 3 is too large, devitrified crystals such as mullite and anorthite tend to precipitate, and the liquidus temperature tends to increase.
B2O3は、溶融性を高めると共に、耐失透性を高める成分である。B2O3の含有量の下限は2%、2.2%、特に2.5%であることが好ましい。またB2O3の含有量の上限は7.5%、特に7%であることが好ましい。B2O3の含有量が少な過ぎると、溶融性や耐失透性が低下し易くなり、またバッファードフッ酸などフッ酸系の薬液に対する耐性が低下し易くなる。またバッチからの水分の持ち込み量が少なくなり過ぎる虞がある。一方、B2O3の含有量が多過ぎると、歪点やヤング率が低下し易くなる。 B 2 O 3 is a component that enhances melting property and devitrification resistance. The lower limit of the content of B 2 O 3 is preferably 2%, 2.2%, particularly 2.5%. The upper limit of the content of B 2 O 3 is preferably 7.5%, particularly 7%. If the content of B 2 O 3 is too small, the melting property and devitrification resistance are likely to decrease, and the resistance to hydrofluoric acid-based chemicals such as buffered hydrofluoric acid is likely to decrease. There is also a risk that the amount of moisture carried over from the batch will be too small. On the other hand, if the content of B 2 O 3 is too large, the strain point and Young's modulus are likely to decrease.
MgOは、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分であり、アルカリ土類金属酸化物の中では、ヤング率を顕著に高める成分である。MgOの含有量の下限は0%、0.1%、0.5%、1%、1.5%、特に2%であることが好ましい。またMgOの含有量の上限は10%、9%、8%、7.5%、7%、6%、特に5%であることが好ましい。MgOの含有量が少な過ぎると、溶融性やヤング率が低下し易くなる。一方、MgOの含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなると共に、歪点が低下し易くなる。 MgO is a component that reduces high-temperature viscosity and increases melting properties, and among alkaline earth metal oxides, it is a component that significantly increases Young's modulus. The lower limit of the MgO content is preferably 0%, 0.1%, 0.5%, 1%, or 1.5%, and particularly preferably 2%. The upper limit of the MgO content is preferably 10%, 9%, 8%, 7.5%, 7%, or 6%, and particularly preferably 5%. If the MgO content is too low, the melting properties and Young's modulus are likely to decrease. On the other hand, if the MgO content is too high, the devitrification resistance is likely to decrease and the strain point is likely to decrease.
CaOは、歪点を低下させずに、高温粘性を下げて、溶融性を顕著に高める成分である。また、アルカリ土類金属酸化物の中では、導入原料が比較的安価であるため、原料コストを低廉化する成分である。CaOの含有量の下限は0%、0.1%、1%、2%、3%、特に3.5%であることが好ましい。またCaOの含有量の上限は10%、9%、8%、特に7%であることが好ましい。CaOの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、CaOの含有量が多過ぎると、ガラスが失透し易くなると共に、熱膨張係数が高くなり易い。 CaO is a component that reduces high-temperature viscosity and significantly improves melting properties without lowering the strain point. In addition, among alkaline earth metal oxides, CaO is a component that reduces raw material costs because the raw materials used are relatively inexpensive. The lower limit of the CaO content is preferably 0%, 0.1%, 1%, 2%, or 3%, and particularly 3.5%. The upper limit of the CaO content is preferably 10%, 9%, 8%, and particularly 7%. If the CaO content is too low, it becomes difficult to enjoy the above effects. On the other hand, if the CaO content is too high, the glass is prone to devitrification and the thermal expansion coefficient is likely to increase.
SrOは、分相を抑制し、また耐失透性を高める成分である。更に、歪点を低下させることなく、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分である。また液相温度の上昇を抑制する成分である。SrOの含有量の下限は0%、0.1%、特に0.3%であることが好ましい。またSrOの含有量の上限は10%、9%、8%、7%、6%、特に5%であることが好ましい。SrOの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、SrOの含有量が多過ぎると、密度が高くなり過ぎると共に、SrOを含む失透結晶が析出し易くなって、耐失透性が低下し易くなる。 SrO is a component that suppresses phase separation and enhances devitrification resistance. Furthermore, it is a component that reduces high-temperature viscosity and enhances melting property without lowering the strain point. It is also a component that suppresses the rise in liquidus temperature. The lower limit of the SrO content is preferably 0%, 0.1%, and particularly 0.3%. The upper limit of the SrO content is preferably 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, and particularly 5%. If the SrO content is too low, it becomes difficult to enjoy the above effects. On the other hand, if the SrO content is too high, the density becomes too high and devitrification crystals containing SrO are easily precipitated, which makes it easy for devitrification resistance to decrease.
BaOは、耐失透性を顕著に高める成分である。BaOの含有量の下限は0%、0.1%、0.5%、特に1%であることが好ましい。またBaOの含有量の上限は15%、14%、13%、12%、11%、特に10.5%であることが好ましい。BaOの含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、BaOの含有量が多過ぎると、密度が高くなり過ぎると共に、溶融性が低下し易くなる。またBaOを含む失透結晶が析出し易くなって、液相温度が上昇し易くなる。 BaO is a component that significantly improves devitrification resistance. The lower limit of the BaO content is preferably 0%, 0.1%, or 0.5%, and particularly preferably 1%. The upper limit of the BaO content is preferably 15%, 14%, 13%, 12%, or 11%, and particularly preferably 10.5%. If the BaO content is too low, it becomes difficult to obtain the above effects. On the other hand, if the BaO content is too high, the density becomes too high and the melting property tends to decrease. In addition, devitrification crystals containing BaO are more likely to precipitate, and the liquidus temperature tends to increase.
ZnOは、溶融性を高める成分である。ZnOの含有量は0~5%、0~4%、0~3%、特に0~2%であることが好ましい。ZnOの含有量が多過ぎると、ガラスが失透し易くなり、また歪点が低下し易くなる。 ZnO is a component that enhances meltability. The ZnO content is preferably 0-5%, 0-4%, 0-3%, and particularly 0-2%. If the ZnO content is too high, the glass becomes more susceptible to devitrification and the strain point becomes more likely to decrease.
ZrO2は、化学的耐久性を高める成分である。ZrO2の含有量の下限は0%、特に0.01%であることが好ましい。またZrO2の含有量の上限は1%、0.5%、0.2%、0.1%、特に0.05%であることが好ましい。ZrO2の含有量が多過ぎると、ZrSiO4の失透ブツが発生しやすくなる。 ZrO2 is a component that enhances chemical durability. The lower limit of the content of ZrO2 is preferably 0%, particularly preferably 0.01%. The upper limit of the content of ZrO2 is preferably 1%, 0.5%, 0.2%, 0.1%, particularly preferably 0.05%. If the content of ZrO2 is too high, devitrification of ZrSiO4 is likely to occur.
TiO2は、高温粘性を下げて、溶融性を高める成分である。またソラリゼーションを抑制する成分である。TiO2の含有量は0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、0~1%、特に0~0.1%であることが好ましい。TiO2の含有量が多過ぎると、ガラスが着色して、透過率が低下し易くなる。 TiO2 is a component that reduces high-temperature viscosity and enhances melting property. It is also a component that suppresses solarization. The content of TiO2 is preferably 0-5%, 0-4%, 0-3%, 0-2%, 0-1%, and particularly preferably 0-0.1%. If the content of TiO2 is too high, the glass becomes colored and the transmittance is easily reduced.
P2O5は、歪点を高める成分であると共に、アノーサイト等のアルカリ土類アルミノシリケート系の失透結晶の析出を抑制し得る成分である。P2O5の含有量は0~10%、0~9%、0~8%、0~7%、0~6%、0~5%、0~4%、特に0~3%であることが好ましい。P2O5の含有量が多過ぎると、ガラスが分相し易くなる。 P 2 O 5 is a component that increases the strain point and can suppress the precipitation of devitrified crystals of alkaline earth aluminosilicates such as anorthite. The content of P 2 O 5 is preferably 0 to 10%, 0 to 9%, 0 to 8%, 0 to 7%, 0 to 6%, 0 to 5%, 0 to 4%, and particularly preferably 0 to 3%. If the content of P 2 O 5 is too high, the glass is prone to phase separation.
SnO2は、高温域で良好な清澄作用を有する成分であると共に、歪点を高める成分であり、また高温粘性を低下させる成分である。またモリブデン電極を浸食しないというメリットがある。SnO2の含有量の下限は0.1%、特に0.15%であることが好ましい。またSnO2の含有量の上限は0.5%、0.45%、0.4%、0.35%、特に0.3%であることが好ましい。SnO2の含有量が少な過ぎると、上記効果を享受し難くなる。一方、SnO2の含有量が多過ぎると、SnO2の失透結晶が析出し易くなり、またZrO2の失透結晶の析出を促進し易くなる。 SnO2 is a component that has a good clarification effect in the high temperature range, and also increases the strain point and reduces the high temperature viscosity. It also has the advantage of not corroding the molybdenum electrode. The lower limit of the SnO2 content is preferably 0.1%, particularly 0.15%. The upper limit of the SnO2 content is preferably 0.5%, 0.45%, 0.4%, 0.35%, particularly 0.3%. If the SnO2 content is too low, it is difficult to enjoy the above effects. On the other hand, if the SnO2 content is too high, the devitrified crystals of SnO2 are easily precipitated, and the precipitation of the devitrified crystals of ZrO2 is easily promoted.
As2O3やSb2O3は、環境上の観点や電極の浸食防止の観点から、実質的に含有しないことが好ましい。ここで「実質的に含有しない」とは、これらの成分を含むガラス原料やガラスカレットを、ガラスバッチに意図的に添加しないことを意味する。より具体的には、得られるガラス中に、ヒ素がAs2O3として50ppm以下、アンチモンがSb2O3として50ppm以下であることを意味する。これらの成分は、清澄剤として有用であるが、モリブデン電極を浸食し、工業的規模での電気溶融を困難にするため使用すべきでない。また環境的観点からも使用しないことが好ましい。 It is preferable that As 2 O 3 and Sb 2 O 3 are not substantially contained from the viewpoint of the environment and from the viewpoint of preventing the erosion of electrodes. Here, "substantially not contained" means that glass raw materials or glass cullets containing these components are not intentionally added to the glass batch. More specifically, it means that arsenic is 50 ppm or less as As 2 O 3 and antimony is 50 ppm or less as Sb 2 O 3 in the obtained glass. These components are useful as fining agents, but should not be used because they corrode molybdenum electrodes and make electric melting on an industrial scale difficult. It is also preferable not to use them from the viewpoint of the environment.
上記成分以外にもその他の成分を合量で5%以下含有させることができる。 In addition to the above ingredients, other ingredients may be contained in a total amount of up to 5%.
またガラス中には、Cl、Fを含有させても構わないが、Clの含有量は0.1%未満、特に0.05%未満であることが好ましく、Fの含有量は0.1%未満、特に0.05%未満であることが好ましい。また、Cl+F(Cl及びFの合量)は0.1%未満であることが好ましい。 The glass may contain Cl and F, but the Cl content is preferably less than 0.1%, particularly less than 0.05%, and the F content is preferably less than 0.1%, particularly less than 0.05%. Also, it is preferable that Cl+F (the total amount of Cl and F) is less than 0.1%.
(5)無アルカリガラス基板の特性等
次に本発明の方法によって得られる無アルカリガラス基板について説明する。
(5) Characteristics of the Alkali-Free Glass Substrate Next, the alkali-free glass substrate obtained by the method of the present invention will be described.
本発明の方法によって得られる無アルカリガラス基板は、β-OH値が0.05/mm以上、0.07/mm以上、0.1/mm以上、0.12/mm以上、0.15/mm以上、0.18/mm以上、特に0.2/mm以上であるガラスからなる。このようにすれば、金属ブツの個数を十分に減らすことが可能となる。なお、β-OH値が大きすぎるとガラスの歪点が十分に高くならず、熱収縮率を低減することが難しくなるため、β-OH値の上限値は、0.4/mm以下、特に0.35/mm以下であることが好ましい。 The alkali-free glass substrate obtained by the method of the present invention is made of glass having a β-OH value of 0.05/mm or more, 0.07/mm or more, 0.1/mm or more, 0.12/mm or more, 0.15/mm or more, 0.18/mm or more, and particularly 0.2/mm or more. In this way, it is possible to sufficiently reduce the number of metal particles. If the β-OH value is too large, the strain point of the glass does not become sufficiently high, making it difficult to reduce the thermal shrinkage rate, so the upper limit of the β-OH value is preferably 0.4/mm or less, and particularly 0.35/mm or less.
本発明の方法によって得られる無アルカリガラス基板は、金属ブツの個数が20個/ton以下、10個/ton以下、5個/ton以下、特に3個/ton以下であるガラスからなる。なお、金属ブツの下限は特に限定されないが、現実的には0.1個/ton以上である。 The alkali-free glass substrate obtained by the method of the present invention is made of glass having a number of metal particles of 20 or less per ton, 10 or less per ton, 5 or less per ton, and particularly 3 or less per ton. There is no particular lower limit for the number of metal particles, but in practice it is 0.1 or more per ton.
本発明の方法によって得られる無アルカリガラス板は、ガラスを常温から500℃まで5℃/分の速度で昇温し、500℃で1時間保持した後に、5℃/分の速度で降温させたときの熱収縮率が25ppm以下、20ppm以下、19ppm以下、18ppm以下、17ppm以下、16ppm以下、15ppm以下、14ppm以下、特に13ppm以下となることが好ましい。熱収縮率が大きいと、酸化物TFTを形成するための基板として使用することが難しくなる。なお、熱収縮率の下限値は制限されないが、2ppm以上、特に3ppm以上であることが好ましい。 The alkali-free glass plate obtained by the method of the present invention preferably has a thermal shrinkage of 25 ppm or less, 20 ppm or less, 19 ppm or less, 18 ppm or less, 17 ppm or less, 16 ppm or less, 15 ppm or less, 14 ppm or less, and particularly 13 ppm or less when the glass is heated from room temperature to 500°C at a rate of 5°C/min, held at 500°C for 1 hour, and then cooled at a rate of 5°C/min. If the thermal shrinkage is large, it becomes difficult to use the glass as a substrate for forming an oxide TFT. There is no lower limit to the thermal shrinkage, but it is preferably 2 ppm or more, and particularly preferably 3 ppm or more.
本発明の方法によって得られる無アルカリガラス板は、歪点が690℃以上、700℃以上、705℃以上、特に710℃以上であるガラスからなるが好ましい。このようにすれば、酸化物TFTの製造工程において、ガラス板の熱収縮を抑制し易くなる。歪点が高すぎると、成形時や溶解時の温度が高くなり過ぎて、ガラス板の製造コストが高沸し易くなるため、歪点の上限は750℃以下、740℃以下、特に730℃以下であることが好ましい。 The alkali-free glass plate obtained by the method of the present invention is preferably made of glass having a strain point of 690°C or higher, 700°C or higher, 705°C or higher, and particularly 710°C or higher. In this way, it becomes easier to suppress thermal shrinkage of the glass plate in the manufacturing process of the oxide TFT. If the strain point is too high, the temperature during molding and melting becomes too high, which tends to increase the manufacturing cost of the glass plate, so the upper limit of the strain point is preferably 750°C or lower, 740°C or lower, and particularly 730°C or lower.
本発明の方法によって得られる無アルカリガラス板は、102.5dPa・sにおける温度が1630℃以下、1620℃以下、1610℃以下、1600℃以下、1590℃以下、特に1580℃以下であるガラスからなることが好ましい。102.5dPa・sにおける温度が高すぎると、ガラスが溶解し難くなって、ガラス板の製造コストが高騰すると共に、泡等の欠陥が生じ易くなる。102.5dPa・sにおける温度が低すぎると、液相温度における粘度を高く設計し難くなるため、102.5dPa・sにおける温度の下限は1500℃以上、1510℃以上、特に1520℃以上であることが好ましい。なお、「102.5dPa・sに相当する温度」は、白金球引き上げ法で測定した値である。 The alkali-free glass plate obtained by the method of the present invention is preferably made of glass having a temperature at 10 2.5 dPa·s of 1630°C or less, 1620°C or less, 1610°C or less, 1600°C or less, 1590°C or less, particularly 1580°C or less. If the temperature at 10 2.5 dPa·s is too high, the glass becomes difficult to melt, the manufacturing cost of the glass plate rises, and defects such as bubbles are easily generated. If the temperature at 10 2.5 dPa·s is too low, it becomes difficult to design the viscosity at the liquidus temperature to be high, so the lower limit of the temperature at 10 2.5 dPa·s is preferably 1500°C or more, 1510°C or more, particularly 1520°C or more. The "temperature corresponding to 10 2.5 dPa·s" is a value measured by a platinum ball pulling method.
本発明の方法によって得られる無アルカリガラス板は、液相温度が1250℃未満、1240℃未満、1230℃未満、1220℃未満、1210℃未満、特に1200℃未満であるガラスからなることが好ましい。このようにすれば、ガラス製造時に失透結晶が発生し難く、生産性が低下する事態を防止し易くなる。更に、オーバーフローダウンドロー法で成形し易くなるため、ガラス板の表面品位を高め易くなると共に、ガラス板の製造コストを低廉化することができる。そして、近年のガラス板の大型化、及びディスプレイの高精細化の観点から、表面欠陥となり得る失透物を極力抑制するためにも、耐失透性を高める意義は非常に大きい。なお、液相温度は、耐失透性の指標であり、液相温度が低い程、耐失透性に優れる。「液相温度」は、標準篩30メッシュ(500μm)を通過し、50メッシュ(300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れて、1100℃から1350℃に設定された温度勾配炉中に24時間保持した後、白金ボートを取り出し、ガラス中に失透(結晶異物)が認められた温度を指す。 The alkali-free glass plate obtained by the method of the present invention is preferably made of glass having a liquidus temperature of less than 1250°C, less than 1240°C, less than 1230°C, less than 1220°C, less than 1210°C, and particularly less than 1200°C. In this way, devitrification crystals are less likely to occur during glass production, making it easier to prevent a decrease in productivity. Furthermore, since it is easier to form the glass by the overflow downdraw method, it is easier to improve the surface quality of the glass plate and reduce the manufacturing cost of the glass plate. And, from the viewpoint of the recent increase in the size of glass plates and the high definition of displays, it is very important to improve devitrification resistance in order to minimize devitrification products that can become surface defects. The liquidus temperature is an index of devitrification resistance, and the lower the liquidus temperature, the better the devitrification resistance. "Liquid phase temperature" refers to the temperature at which devitrification (crystal inclusions) is observed in the glass after placing glass powder that passes through a standard sieve of 30 mesh (500 μm) and remains on the 50 mesh (300 μm) in a platinum boat and holding it in a temperature gradient furnace set at 1100°C to 1350°C for 24 hours, and then removing the platinum boat.
本発明の方法によって得られる無アルカリガラス板は、液相粘度が104.0dPa・s以上、104.2dPa・s以上、104.4dPa・s以上、104.5dPa・s以上、104.6dPa・s以上、104.7dPa・s以上、104.8dPa・s以上、104.9dPa・s以上、特に105.0dPa・s以上であるガラスからなることが好ましい。このようにすれば、成形時に失透が生じ難くなるため、オーバーフローダウンドロー法でガラス板を成形し易くなり、結果として、ガラス板の表面品位を高めることが可能になり、またガラス板の製造コストを低廉化することができる。なお、液相粘度は、成形性の指標であり、液相粘度が高い程、成形性が向上する。なお「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を指し、例えば白金球引き上げ法で測定可能である。 The alkali-free glass plate obtained by the method of the present invention is preferably made of glass having a liquidus viscosity of 10 4.0 dPa·s or more, 10 4.2 dPa·s or more, 10 4.4 dPa·s or more, 10 4.5 dPa·s or more, 10 4.6 dPa·s or more, 10 4.7 dPa·s or more, 10 4.8 dPa·s or more, 10 4.9 dPa·s or more, particularly 10 5.0 dPa·s or more. In this way, devitrification is less likely to occur during forming, making it easier to form the glass plate by the overflow downdraw method, and as a result, it is possible to improve the surface quality of the glass plate and reduce the manufacturing cost of the glass plate. The liquidus viscosity is an index of formability, and the higher the liquidus viscosity, the better the formability. The "liquidus viscosity" refers to the viscosity of glass at the liquidus temperature, and can be measured, for example, by the platinum sphere pull-up method.
本発明の方法によって得られる無アルカリガラス板は、基板面積が4m2以上であることが好ましい。基板面積が小さ過ぎると、IGZO等の酸化物膜を有するTFTを備える大型のLCD、OLEDディスプレイを効率よく製造し難くなる。 The alkali-free glass plate obtained by the method of the present invention preferably has a substrate area of 4 m2 or more. If the substrate area is too small, it becomes difficult to efficiently manufacture large LCD and OLED displays equipped with TFTs having an oxide film such as IGZO.
次に、本発明方法を用いて製造したガラスについて説明する。表1は本発明の実施例(No.1~6)を示している。 Next, we will explain the glass produced using the method of the present invention. Table 1 shows examples of the present invention (No. 1 to 6).
まず表1の組成となるように珪砂、酸化アルミニウム、オルトホウ酸、無水ホウ酸、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、炭酸バリウム、酸化第二錫を混合し、調合した。なお、目標組成と同じ組成のガラスカレット(β-OH値 0.2/mm、原料バッチの総量に対して35質量%使用)を併用した。なお、ガラスカレットについては、磁気選別機に通すことにより金属を除去する工程を2回行った。 First, silica sand, aluminum oxide, orthoboric acid, boric anhydride, calcium carbonate, strontium carbonate, strontium nitrate, barium carbonate, and stannic oxide were mixed and prepared to obtain the composition shown in Table 1. Glass cullet with the same composition as the target composition (β-OH value 0.2/mm, used at 35% by mass relative to the total amount of the raw material batch) was also used. The glass cullet was passed through a magnetic separator twice to remove metals.
次に、ガラス原料を、バーナー燃焼を併用しない電気溶融窯に供給して溶融し、続いて清澄槽、調整槽内で、溶融ガラスを清澄均質化するとともに、成形に適した粘度に調整した。 Next, the glass raw materials were fed into an electric melting furnace that did not use burners and melted, and then in a fining tank and adjustment tank, the molten glass was clarified and homogenized, and the viscosity was adjusted to a level suitable for molding.
続いて溶融ガラスをオーバーフローダウンドロー成形装置に供給し、板状に成形した後、切断することにより、0.5mm厚のガラス試料を得た。なお溶融窯を出た溶融ガラスは、白金又は白金合金のみと接触しながら成形装置へと供給された。 The molten glass was then fed to an overflow downdraw forming device, formed into a plate, and cut to obtain a glass sample with a thickness of 0.5 mm. The molten glass leaving the melting furnace was fed to the forming device while in contact with only platinum or platinum alloy.
得られたガラス試料について、50倍の実体顕微鏡で観察して、観察視野内に1μm以上の金属ブツが観察された場合、金属ブツとしてカウントし、測定に使用したガラスのサイズから1ton当たりの金属ブツの個数を算出した。結果を表1に示す。 The obtained glass samples were observed under a stereo microscope at 50x magnification. If metal particles of 1 μm or more were observed within the observation field, they were counted as metal particles, and the number of metal particles per ton was calculated based on the size of the glass used for the measurement. The results are shown in Table 1.
表1から明らかなように、試料No.1~6は、β-OH値が0.12/mm以上と大きいため、金属ブツの個数が13.8個/ton以下と小さかった。また、β-OH値を横軸に金属ブツを縦軸にプロットしたものを図2に示す。図2から明らかように、β-OH値が大きい程、金属ブツの個数は少なかった。 As is clear from Table 1, samples No. 1 to 6 had a large β-OH value of 0.12/mm or more, and therefore had a small number of metal particles of 13.8 particles/ton or less. Figure 2 shows a plot of β-OH value on the horizontal axis and metal particles on the vertical axis. As is clear from Figure 2, the larger the β-OH value, the fewer the number of metal particles.
なおガラスのβ-OH値は、FT-IRを用いてガラスの透過率を測定し、下記の式を用いて求めた。 The β-OH value of the glass was calculated by measuring the transmittance of the glass using FT-IR and using the following formula.
β-OH値 = (1/X)log10(T1/T2)
X :ガラス肉厚(mm)
T1:参照波長3846cm-1における透過率(%)
T2:水酸基吸収波長3600cm-1付近における最小透過率(%)
β-OH value = (1/X)log10(T 1 /T 2 )
X: Glass thickness (mm)
T 1 : Transmittance (%) at a reference wavelength of 3846 cm −1
T2 : Minimum transmittance (%) at a hydroxyl group absorption wavelength of about 3600 cm -1
Claims (10)
錫化合物を含有し、且つヒ素化合物及びアンチモン化合物を実質的に含まないように原料バッチを調製する工程と、
調製した原料バッチを、電極による通電加熱が可能な溶融窯で電気溶融する工程と、
溶融されたガラスをダウンドロー法により板状に成形する工程とを含み、
得られるガラスのβ-OH値が0.18/mm以上、還元状態のSnを含む金属ブツの個数が5個/ton以下であることを特徴とする無アルカリガラス基板の製造方法。 A method for continuously producing an alkali-free glass substrate of SiO 2 —Al 2 O 3 —RO (RO is one or more of MgO, CaO, BaO, SrO and ZnO), comprising the steps of:
preparing a feed batch containing tin compounds and substantially free of arsenic and antimony compounds;
A step of electrically melting the prepared raw material batch in a melting furnace capable of electrically heating using electrodes;
and forming the molten glass into a sheet shape by a down-draw method.
A method for producing an alkali-free glass substrate, characterized in that the β-OH value of the obtained glass is 0.18/mm or more and the number of metal particles containing reduced Sn is 5/ton or less .
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