CN104944739B - 玻璃基板的制造方法以及玻璃基板的制造装置 - Google Patents

玻璃基板的制造方法以及玻璃基板的制造装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种玻璃基板的制造方法以及玻璃基板的制造装置。所述玻璃基板的制造方法以及玻璃基板的制造装置抑制铂族金属被氧化而挥发。本发明提供一种使用处理熔融玻璃的处理装置来处理熔融玻璃的玻璃基板的制造方法。以在熔融玻璃的液面的上部形成气相空间的方式，对内壁的至少一部分包含含有铂族金属的材料的处理装置的内部供给熔融玻璃，使对铂族金属不活泼的气体流入至气相空间，从连接气相空间与处理装置的外部空间的排气口抽吸气相空间内的气体，测量从排气口抽吸的气体中的氧浓度，以使氧浓度成为5.0％以下的范围的方式，调节对铂族金属不活泼的气体朝气相空间的流入量。

Description

玻璃基板的制造方法以及玻璃基板的制造装置
技术领域
本发明涉及一种制造玻璃基板的玻璃基板的制造方法以及玻璃基板的制造装置。
背景技术
一般来说，玻璃基板是经过从玻璃原料生成熔融玻璃后，使熔融玻璃成形为玻璃基板的步骤而制造。在所述步骤中，包括去除熔融玻璃所内包的微小气泡的步骤(以下也称为澄清)。澄清是通过如下方式而进行：一边加热澄清管的主体，一边使调配了澄清剂的熔融玻璃通过该澄清管主体，利用澄清剂的氧化还原反应，将熔融玻璃中的泡去除。更具体来说，进一步提高粗熔解的熔融玻璃的温度，使澄清剂发挥功能而使泡浮起消泡之后，使温度降低，由此，使熔融玻璃吸收未彻底消泡而残留的相对较小的泡。即，澄清包括使泡浮起消泡的处理(以下也称为消泡处理或消泡步骤)以及使熔融玻璃吸收小泡的处理(以下也称为吸收处理或吸收步骤)。
与成形前的高温熔融玻璃接触的部件的内壁需要根据与该部件接触的熔融玻璃的温度、所要求的玻璃基板的品质等而由适当的材料构成。例如，已知构成所述澄清管主体的材料通常使用铂族金属的单质或合金(专利文献1)。铂族金属的熔点高，且对熔融玻璃的耐蚀性也优异。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2010-111533号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
如果熔融玻璃通过在内壁面使用铂族金属的处理装置，那么在与经加热的内部表面的气相空间(含氧的氛围)接触的部分，铂族金属会作为氧化物而挥发。另一方面，铂族金属的氧化物在处理装置的温度局部降低的位置被还原，经还原的铂族金属附着至内壁面。有附着至内壁面的铂族金属落下并混入至消泡步骤中的熔融玻璃中，从而作为异物混入至玻璃基板的担忧。
本发明的目的在于提供一种可抑制铂族金属被氧化而挥发且制造品质高的玻璃基板的玻璃基板的制造方法以及制造装置。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述问题，本发明的第一形态是一种玻璃基板的制造方法，其特征在于：使用处理熔融玻璃的处理装置来处理熔融玻璃，且
当处理熔融玻璃时，
以在熔融玻璃的液面的上部形成气相空间的方式，对内壁的至少一部分包含含有铂族金属的材料的处理装置的内部供给熔融玻璃，
通过从连接所述气相空间与所述处理装置的外部空间的排气口抽吸所述气相空间内的气体，使对铂族金属不活泼的气体流入至所述气相空间，
测量从所述排气口抽吸的气体中的氧浓度，
以使所述氧浓度成为5.0％以下的范围的方式，调节所述对铂族金属不活泼的气体朝所述气相空间的流入量。
这里，对铂族金属不活泼的气体是指在处理装置中处理熔融玻璃时的气相空间的温度下对铂族金属不活泼的气体、与铂族金属的反应性比氧气低的气体，例如氮气(N2)、稀有气体(例如氩气(Ar))、一氧化碳(CO)等。
优选以使所述氧浓度成为5.0％以下的范围的方式调节从所述排气口的抽吸压力。进而，优选以使所述氧浓度成为0.1％以上且3.0％以下的范围的方式调节所述对铂族金属不活泼的气体的供给量。
优选对所述处理装置从所述熔融玻璃的上游侧及下游侧对所述气相空间供给所述对铂族金属不活泼的气体。
优选使从所述熔融玻璃的上游侧供给的所述对铂族金属不活泼的气体比从所述熔融玻璃的下游侧供给的所述对铂族金属不活泼的气体多。
优选在使所述对铂族金属不活泼的气体流入至所述气相空间之前将其进行预热。例如优选在使所述对铂族金属不活泼的气体流入至所述气相空间之前将其预热至500℃以上。
优选所述处理装置是澄清所述熔融玻璃的澄清处理装置，且
所述澄清处理装置中的所述熔融玻璃的最高温度为1600～1720℃。
本发明的第二形态是一种玻璃基板的制造装置，其特征在于使用对熔融玻璃进行澄清处理的澄清处理装置来处理熔融玻璃，且包括：
澄清处理装置，内壁的至少一部分包含含有铂族金属的材料，内部被供给熔融玻璃，并且在所述熔融玻璃的液面的上部形成气相空间；
气体供给装置，对所述气相空间供给除氧气以外的气体；
排气口，连接所述气相空间与所述澄清处理装置的外部空间；
抽吸装置，通过从所述排气口抽吸所述气相空间内的气体，使除氧气以外的气体流入至所述气相空间；
氧浓度计，测量从所述排气口抽吸的气体中的氧浓度；以及
控制装置，根据所述氧浓度计的测量结果，以使所述氧浓度成为特定范围的方式调节从所述排气口的抽吸压力。
[发明效果]
根据本发明，通过以使从排气口抽吸的气体中的氧浓度成为特定范围的方式调节从排气口的抽吸压力，可将处理装置内的气相空间中的氧浓度调节为所需范围。由此，可抑制因气相空间的氧浓度变高而引起的铂族金属的挥发，从而减少挥发的铂族金属的析出量。
附图说明
图1是表示玻璃基板的制造方法的流程的图。
图2是玻璃基板的制造装置的概略图。
图3是图2所示的澄清管的概略图。
图4是澄清管的长度方向的铅垂剖视图。
具体实施方式
以下，对本发明的玻璃基板的制造方法以及玻璃基板制造装置进行说明。
此外，本发明的“处理装置”包括熔解槽、澄清管、搅拌槽或成形装置、以及在这些装置间移送熔融玻璃的移送管、对这些装置供给玻璃的供给管。处理装置中的“处理”包括玻璃的熔解处理、熔融玻璃的澄清处理、搅拌处理、成形处理、以及熔融玻璃的移送处理、供给处理。
(玻璃基板的制造方法的整体概要)
图1是表示本实施方式的玻璃基板的制造方法的步骤的一例的图。玻璃基板的制造方法主要包括熔解步骤(ST1)、澄清步骤(ST2)、均质化步骤(ST3)、供给步骤(ST4)、成形步骤(ST5)、缓冷步骤(ST6)、及切割步骤(ST7)。此外，也可具有磨削步骤、研磨步骤、清洗步骤、检查步骤、捆包步骤等。也可视需要在捆包步骤中将所制造的玻璃基板积层，并搬送给买方业者。
在熔解步骤(ST1)中，通过加热玻璃原料而制造熔融玻璃。熔融玻璃的加热可通过通电加热来进行，所述通电加热是使熔融玻璃自身通电而使其发热从而加热。进而，也可利用燃烧器的火焰辅助加热而使玻璃原料熔解。
此外，熔融玻璃含有澄清剂。作为澄清剂，已知有氧化锡、亚砷酸、锑等，但并无特别限制。然而，就减轻环境负荷的方面来说，优选将氧化锡用作澄清剂。
在澄清步骤(ST2)中，通过使熔融玻璃升温，产生含有熔融玻璃中所含的氧、CO2或SO2的泡。该泡吸收因澄清剂的还原反应所产生的氧而成长，浮起并释放至熔融玻璃的液面。之后，在澄清步骤中，通过使熔融玻璃的温度降低，而使因澄清剂的还原反应而获得的还原物质发生氧化反应。由此，熔融玻璃中所残存的泡中的氧气等气体成分被再吸收至熔融玻璃中，而使泡消失。利用澄清剂的氧化反应及还原反应是通过控制熔融玻璃的温度而进行。
此外，澄清步骤也可使用使存在于熔融玻璃的泡在减压氛围中成长而消泡的减压消泡方式。减压消泡方式在不使用澄清剂的方面有效。然而，减压消泡方式会导致装置复杂化及大型化。因此，优选采用使用澄清剂使熔融玻璃温度上升的澄清方法。
在均质化步骤(ST3)中，通过使用搅拌器搅拌熔融玻璃，而进行玻璃成分的均质化。由此，可减少导致产生条纹等的玻璃的组成不均。
在供给步骤(ST4)中，将经搅拌后的熔融玻璃供给至成形装置。
成形步骤(ST5)及缓冷步骤(ST6)是利用成形装置而进行。
在成形步骤(ST5)中，使熔融玻璃成形为平板玻璃，而形成平板玻璃的流动。成形使用溢流下拉法。
在缓冷步骤(ST6)中，使成形而流动的平板玻璃成为所需厚度，以不发生内部应变的方式，进而以不发生翘曲的方式进行冷却。
在切割步骤(ST7)中，通过将缓冷后的平板玻璃切割成特定长度，获得板状的玻璃基板。进而将切割而成的玻璃基板切割成特定尺寸，而制造目标尺寸的玻璃基板。
图2是进行本实施方式中的熔解步骤(ST1)～切割步骤(ST7)的玻璃基板的制造装置的概略图。如图2所示，玻璃基板的制造装置主要包括熔解装置100、成形装置200、及切割装置300。熔解装置100包括熔解槽101、澄清管120、搅拌槽103、移送管104、105、及玻璃供给管106。
在图2所示的熔解槽101设置着未图示的燃烧器等加热机构。对熔解槽投入添加了澄清剂的玻璃原料，进行熔解步骤(ST1)。将在熔解槽101熔融的熔融玻璃经由移送管104供给至澄清管120。
在澄清管120中，调整熔融玻璃MG的温度，利用澄清剂的氧化还原反应进行熔融玻璃的澄清步骤(ST2)。将澄清后的熔融玻璃经由移送管105供给至搅拌槽。
在搅拌槽103中，利用搅拌器103a搅拌熔融玻璃而进行均质化步骤(ST3)。将在搅拌槽103中经均质化后的熔融玻璃经由玻璃供给管106供给至成形装置200(供给步骤ST4)。
在成形装置200中，通过溢流下拉法，从熔融玻璃成形为平板玻璃(成形步骤ST5)，并进行缓冷(缓冷步骤ST6)。
在切割装置300中，形成从平板玻璃切出的板状的玻璃基板(切割步骤ST7)。
(澄清管的构成)
接着，参照图3、图4，对澄清管120的构成进行说明。图3是表示实施方式的澄清管120的构成的概略图，图4是澄清管120的长度方向的铅垂剖视图。
如图3、图4所示，在澄清管120的长度方向的两端的外周面设置着电极121a、121b，在澄清管120的与气相空间接触的壁部设置着排气管127。
澄清管120的主体、电极121a、121b、及排气管127包含铂族金属。此外，在本说明书中，“铂族金属”是指含有铂族元素的金属，作为不仅包括由单一的铂族元素构成的金属而且包括铂族元素的合金的用语而使用。这里，铂族元素是指铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、钌(Ru)、锇(Os)、铱(Ir)等六种元素。铂族金属虽然昂贵，但熔点高，对熔融玻璃的耐蚀性也优异。
此外，在本实施例中，将澄清管120包含铂族金属的情况作为具体例而进行说明，但澄清管120的一部分也可包含耐火物或其他金属等。
电极121a、121b连接于电源装置122。通过对电极121a、121b之间施加电压，使电流流至电极121a、121b之间的澄清管120，而对澄清管120通电加热。通过该通电加热，以使澄清管120的主体的最高温度例如成为1600℃～1750℃、更优选成为1630℃～1750℃的方式进行加热，将从移送管104供给的熔融玻璃的最高温度加热至适合消泡的温度例如1600℃～1720℃、更优选为1620℃～1720℃。
另外，通过利用通电加热控制熔融玻璃的温度，而调节熔融玻璃的粘度，由此，可调节通过澄清管120的熔融玻璃的流速。
另外，也可在电极121a、121b设置着未图示的温度测量装置(热电偶等)。温度测量装置测量电极121a、121b的温度，并将测量所得的结果输出至控制装置123。
控制装置123控制电源装置122使澄清管120通电的电流量，由此，控制通过澄清管120的熔融玻璃的温度及流速。控制装置123为包含CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、存储器等的计算机。
此外，在本实施方式中，也可在电极121a设置着冲洗气体供给管124a，所述冲洗气体供给管124a是用以对澄清管120内的熔融玻璃的液面上方的气相空间120a供给除氧气以外的气体(冲洗气体)。同样地，也可在电极121b设置着冲洗气体供给管124b，所述冲洗气体供给管124b是用以对澄清管120内的熔融玻璃的液面上方的气相空间120a供给冲洗气体。
冲洗气体供给管124a与冲洗气体供给装置125a连接，从冲洗气体供给装置125a经由冲洗气体供给管124a对澄清管120内的气相空间120a从熔融玻璃的上游侧供给冲洗气体。同样地，冲洗气体供给管124b与冲洗气体供给装置125b连接，从冲洗气体供给装置125b经由冲洗气体供给管124b对澄清管120内的气相空间120a从熔融玻璃的下游侧供给冲洗气体。
通过调节冲洗气体供给管124a、124b的内径，可调节从冲洗气体供给管124a、124b供给的冲洗气体的量。
作为冲洗气体，可使用除氧气以外的气体，尤其是对铂族金属而言不活泼的气体、与铂族金属的反应性比氧气低的气体。具体来说，可使用氮气(N2)、稀有气体(例如氩气(Ar))、一氧化碳(CO)等。就易于操作的方面来说，优选采用N2气体。另一方面，冲洗气体在澄清步骤、或澄清后使玻璃温度降低的步骤中，溶入至溶融玻璃。与N2相比，Ar或CO易于在玻璃结构中移动。因此，即便在溶入至熔融玻璃中的冲洗气体作为气泡而产生的情况下，在熔融玻璃的移送中也易于再次被吸入至玻璃中，就泡品质方面来说，也可采用Ar。此外，图4中作为冲洗气体以氮气为例进行记载。
冲洗气体供给装置125a、125b由控制装置123控制，从而调整冲洗气体的供给量、供给压力。
在澄清管120的与气相空间接触的壁部设置着排气管127。排气管127设置在气相空间120a的上部。排气管127优选设置在澄清管120中的熔融玻璃的流动方向的上游侧端部与下游侧端部之间的位置。排气管127也可为从澄清管120的主体外壁面朝外侧呈烟囱状地突出的形状。排气管127连通气相空间120a(参照图4)与澄清管120的外部空间。
在排气管127设置着抽吸气相空间120a内的气体的抽吸装置129。通过利用抽吸装置129对排气管127侧减压(例如比大气压减压10Pa左右)，可有效率地排出气相空间120a内的氧气及冲洗气体。抽吸装置129由控制装置123控制。通过控制抽吸装置129的抽吸压，可降低气相空间120a内的氧的浓度(氧分压)。另外，通过控制抽吸压，可调节从冲洗气体供给装置125a、125b供给至气相空间120a的冲洗气体的量。
在排气管127设置着氧浓度计128。氧浓度计128测量从排气管127抽吸的气体的氧浓度，并将其测量信号输出至控制装置123。此外，在不对气相空间120a供给冲洗气体的情况下，也可测量从排气管127抽吸的气体中的氧分压。
在本实施方式中，通过从排气管127抽吸气相空间120a内的气体，可排出从澄清管120内的熔融玻璃释放的氧。另外，通过从冲洗气体供给管124a及冲洗气体供给管124b对气相空间120a供给冲洗气体，可降低气相空间120a的氧浓度。由此，可抑制铂族金属被氧化而挥发，从而减少因挥发的铂族金属被还原而引起的铂族金属的析出量。
这里，在本实施方式中，利用氧浓度计128测量从排气管127排出的气体的氧浓度，以使氧浓度成为一定范围(例如5.0％以下的范围)的方式，调节冲洗气体的供给量。即，将利用氧浓度计128测量所得的氧浓度的信号输出至控制装置123，控制装置123根据氧浓度的信号控制冲洗气体供给装置125a、125b，从而调整冲洗气体的供给量、供给压力。
优选以使从排气管127抽吸的气体的氧浓度成为5.0％以下的范围的方式，调节从排气口的抽吸压力或冲洗气体的供给量。如果氧浓度大于5.0％，那么会促进铂族金属的挥发，而有挥发的铂族金属的析出量增大的担忧。
另外，为了进一步抑制铂族的挥发及析出，优选以使氧浓度成为3.0％以下的范围的方式调节冲洗气体的供给量。在用于制造高分辨率显示器的玻璃基板中，甚至连粗细(直径)小于1μm的微小缺陷也不容许，通过使氧浓度成为3.0％以下，可防止产生粗细(直径)小于1μm的针状的铂缺陷。
此外，如果以使氧浓度小于0.1％的方式供给冲洗气体，那么利用冲洗气体使澄清管120的温度降低。另外，通过增大冲洗气体供给量、流速，对熔融玻璃的液面吹送冲洗气体，使冲洗气体溶入至熔融玻璃。这样一来，当熔融玻璃的温度降低时，有产生溶入的冲洗气体的气泡的担忧。因此，优选以使氧浓度成为0.1％以上的方式调节冲洗气体的供给量。为了抑制因冲洗气体使澄清管120温度降低，并且抑制因溶入的冲洗气体产生气泡，特别优选以使氧浓度成为1％以上的方式调节冲洗气体的供给量。
因此，优选以使氧浓度成为0.1％以上且3.0％以下的范围的方式调节冲洗气体的供给量，更优选以使氧浓度成为1％以上且3.0％以下的范围的方式调节冲洗气体的供给量。
为了防止熔融玻璃的冷却，优选在使从冲洗气体供给装置125a、125b供给的冲洗气体流入至气相空间120a之前将其进行预热。冲洗气体的预热温度例如优选预热至500℃以上。
因为从澄清管120内的熔融玻璃释放的氧的量在熔融玻璃的上游侧比下游侧多，所以优选使从熔融玻璃的上游侧供给的冲洗气体比从熔融玻璃的下游侧供给的冲洗气体多。即，优选使从冲洗气体供给管124a供给的冲洗气体的量比从冲洗气体供给管124b供给的冲洗气体的量多。通过使从冲洗气体供给管124a供给的冲洗气体的量比从冲洗气体供给管124b供给的冲洗气体的量多，可更有效率地利用冲洗气体稀释并排出从熔融玻璃释放的氧。
以上，对本发明的玻璃基板的制造方法进行了详细说明，但本发明并不限定于所述实施方式，当然也可在不脱离本发明的主旨的范围内，进行各种改良或变更。在所述说明中，作为处理装置，以澄清管为例进行了说明，但本发明并不限于此，也可对熔解槽、搅拌槽或成形装置、移送管、供给管应用本发明。
利用本实施方式的制造方法制造的玻璃基板例如优选用于液晶显示器用玻璃基板、有机EL(electro luminescence，电致发光)显示器用玻璃基板、覆盖玻璃。此外，也可用作移动终端设备等的显示器或壳体用覆盖玻璃、触控面板、太阳能电池的玻璃基板或覆盖玻璃。尤其是优选用于使用多晶硅TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)的液晶显示器用玻璃基板。
[符号的说明]
100 熔解装置
101 熔解槽
103 搅拌槽
104、105 移送管
106 玻璃供给管
120 澄清槽
121a、121b 电极
122 电源装置
123 控制装置
124a、124b 冲洗气体供给管
125a、125b 冲洗气体供给装置
127 排气管
128 氧浓度计
129 抽吸装置
200 成形装置
300 切割装置

Claims (9)

1.一种玻璃基板的制造方法，使用处理熔融玻璃的处理装置来处理熔融玻璃，
当利用澄清剂的氧化还原反应处理熔融玻璃时，
以在熔融玻璃的液面的上部形成气相空间的方式，对内壁的至少一部分包含含有铂族金属的材料的处理装置的内部供给熔融玻璃，
通过从连接所述气相空间与所述处理装置的外部空间的排气口抽吸所述气相空间内的气体，使对铂族金属不活泼的气体流入至所述气相空间，
测量从所述排气口抽吸的气体中的氧浓度，
以使所述氧浓度成为5.0(v/v)％以下的范围的方式，调节所述对铂族金属不活泼的气体朝所述气相空间的流入量，
所述流入量的调节是通过控制用以从所述排气口排出的所述气体的抽吸压力而进行。
2.根据权利要求1所述的玻璃基板的制造方法，其中以使所述氧浓度成为5.0(v/v)％以下的范围的方式调整从所述排气口的抽吸压力。
3.根据权利要求2所述的玻璃基板的制造方法，其中以使所述氧浓度成为0.1(v/v)％以上且3.0(v/v)％以下的范围的方式调节所述对铂族金属不活泼的气体的供给量。
4.根据权利要求2或3所述的玻璃基板的制造方法，其中对所述处理装置从所述熔融玻璃的上游侧及下游侧对所述气相空间供给对铂族金属不活泼的气体。
5.根据权利要求4所述的玻璃基板的制造方法，其中使从所述熔融玻璃的上游侧供给的所述对铂族金属不活泼的气体比从所述熔融玻璃的下游侧供给的所述对铂族金属不活泼的气体多。
6.根据权利要求1或2所述的玻璃基板的制造方法，其中在使所述对铂族金属不活泼的气体流入至所述气相空间之前将其进行预热。
7.根据权利要求6所述的玻璃基板的制造方法，其中在使所述对铂族金属不活泼的气体流入至所述气相空间之前将其预热至500℃以上。
8.根据权利要求1或2所述的玻璃基板的制造方法，其中所述处理装置是澄清所述熔融玻璃的澄清处理装置，且
所述澄清处理装置将所述熔融玻璃加热至1600～1720℃的范围，而使所述熔融玻璃的温度成为所述澄清处理装置中的最高温度。
9.一种玻璃基板的制造装置，使用利用澄清剂的氧化还原反应对熔融玻璃进行澄清处理的澄清处理装置来处理熔融玻璃，且包括：
澄清处理装置，内壁的至少一部分包含含有铂族金属的材料，内部被供给熔融玻璃，并且在所述熔融玻璃的液面的上部形成气相空间；
气体供给装置，对所述气相空间供给除氧气以外的气体；
排气口，连接所述气相空间与所述澄清处理装置的外部空间；
抽吸装置，通过从所述排气口抽吸所述气相空间内的气体，使除氧气以外的气体流入至所述气相空间；
氧浓度计，测量从所述排气口抽吸的气体中的氧浓度；以及
控制装置，根据所述氧浓度计的测量结果，以使所述氧浓度成为特定范围的方式调节从所述排气口的抽吸压力；
从所述气体供给装置朝所述气相空间的所述除氧气以外的气体的流入量是通过用以从所述排气口排出的所述气体的抽吸压力而调节。
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