JP2016034894A - Method and apparatus for manufacturing glass substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置に関する。 The present invention relates to a glass substrate manufacturing method and a glass substrate manufacturing apparatus.
一般的に、ガラス基板の製造方法は、特許文献1に記載されているように、ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成する熔融工程と、熔融ガラスからガラス基板を成形する成形工程とを有する。ガラス基板の製造方法は、さらに、熔融工程と成形工程との間に、熔融ガラスに含まれる微小な泡を除去する清澄工程を含む。清澄工程では、As2O3等の清澄剤が配合された熔融ガラスを高温の清澄管に通過させることで、清澄剤の酸化還元反応によって熔融ガラス中の泡が除去される。具体的には、最初に、熔融ガラスの温度を上げて清澄剤を機能させることで、熔融ガラスに含まれる泡を、清澄管内の熔融ガラスの液面に浮上させて除去する。次に、熔融ガラスの温度を下げて、熔融ガラスに残留している微小な泡を、熔融ガラスに吸収させて除去する。熔融ガラスが通過する清澄管は、上側の内壁面と熔融ガラスの液面との間に、気相空間を有する。気相空間は、清澄管に接続された通気管を介して、清澄管の外部空間である外気と連通している。 Generally, the manufacturing method of a glass substrate has a melting process which heats a glass raw material and produces | generates a molten glass, and a shaping | molding process which shape | molds a glass substrate from molten glass, as described in patent document 1. . The method for producing a glass substrate further includes a refining step for removing minute bubbles contained in the molten glass between the melting step and the forming step. In the clarification step, bubbles in the molten glass are removed by an oxidation-reduction reaction of the clarifier by passing the molten glass containing a clarifier such as As 2 O 3 through a high-temperature clarifier. Specifically, first, by raising the temperature of the molten glass and causing the fining agent to function, bubbles contained in the molten glass are floated and removed on the liquid surface of the molten glass in the clarification tube. Next, the temperature of the molten glass is lowered, and fine bubbles remaining in the molten glass are absorbed by the molten glass and removed. The refining tube through which the molten glass passes has a gas phase space between the upper inner wall surface and the liquid surface of the molten glass. The gas phase space communicates with outside air, which is an external space of the clarification tube, through a ventilation tube connected to the clarification tube.
高温の熔融ガラスから高品質のガラス基板を量産するためには、ガラス基板の欠陥の要因となる異物が熔融ガラスに混入しないことが望ましい。そのため、熔融ガラスに接触する部材の内壁は、その部材に接触する熔融ガラスの温度、および、要求されるガラス基板の品質等に応じて、適切な材料で構成される必要がある。熔融ガラスに接触する部材の内壁には、通常、適切な材料として白金族金属が用いられる。以下、「白金族金属」は、単一の白金族元素からなる金属、および、白金族元素からなる金属の合金を意味する。白金族元素は、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)およびイリジウム(Ir)の6元素である。白金族金属は、高価であるが、融点が高く、熔融ガラスに対する耐食性に優れている。 In order to mass-produce a high-quality glass substrate from high-temperature molten glass, it is desirable that foreign substances that cause defects in the glass substrate do not enter the molten glass. Therefore, the inner wall of the member in contact with the molten glass needs to be made of an appropriate material according to the temperature of the molten glass in contact with the member and the required quality of the glass substrate. A platinum group metal is usually used as an appropriate material for the inner wall of the member in contact with the molten glass. Hereinafter, the “platinum group metal” means a metal composed of a single platinum group element and a metal alloy composed of a platinum group element. The platinum group elements are six elements of platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), osmium (Os) and iridium (Ir). Platinum group metals are expensive, but have a high melting point and excellent corrosion resistance against molten glass.
清澄管の内部を通過する熔融ガラスの温度は、成形されるガラス基板の組成によって異なり、フラットパネルディスプレイ(FPD)用のガラス基板の場合、1000℃〜1700℃である。近年、環境負荷低減の観点から、As2O3の代わりにSnO2が清澄剤として用いられている。SnO2は、As2O3と比べて清澄効果が小さく、As2O3と同等の清澄効果を得るためには熔融ガラスの温度を上げる必要がある。具体的には、SnO2を清澄剤として用いる場合、清澄管の内部を通過する熔融ガラスの温度は、1500℃〜1700℃に設定される。 The temperature of the molten glass passing through the inside of the clarification tube varies depending on the composition of the glass substrate to be molded, and is 1000 ° C. to 1700 ° C. in the case of a glass substrate for a flat panel display (FPD). In recent years, SnO 2 has been used as a refining agent instead of As 2 O 3 from the viewpoint of reducing environmental burden. SnO 2 has a small refining effect as compared with As 2 O 3, in order to obtain the same refining effect and As 2 O 3 is required to raise the temperature of the molten glass. Specifically, when using SnO 2 as a fining agent, the temperature of the molten glass passing through the inside of the fining tube is set to 1500 ° C. to 1700 ° C.
SnO2を清澄剤として用いるガラス基板の製造方法では、清澄管の内壁は、高温の熔融ガラスと接触している。このとき清澄剤は、昇温により還元反応を起こして酸素を放出する。一方、熔融ガラス中に含まれる気体成分を含む泡は、清澄剤の還元反応によって生じた酸素を吸収する。酸素を吸収して成長した泡は、熔融ガラスの液面に浮上し、破泡して消滅する。また、長期間に亘る清澄管の使用によって、清澄管の内壁から白金族金属が酸素と反応することによって徐々に揮発する。この揮発物は、熔融ガラス中の泡と共に、清澄管の気相空間および通気管を介して外気に排出される。しかし、白金族金属の揮発物は、外気に排出される過程で温度が低下して、過飽和状態になる。そのため、清澄管および通気管の内壁には、揮発物が析出しやすいという問題がある。以下、清澄管および通気管の内壁に析出した物質を「白金異物」と呼ぶ。この揮発物を発生させる酸素の濃度(酸素濃度)を通気管で計測することにより、熔融ガラス中で酸素を吸収して成長する泡の量を予測し、白金異物の析出を予測できる。しかし、通気管の内部は、外気と連通しているため温度が低下しやすく、白金異物は、通気管の内壁に特に析出しやすい。白金異物は、時間の経過に伴って成長すると、清澄管および通気管の内壁から自重により剥がれて、清澄管内の熔融ガラスに落下する可能性がある。また、通気管の内壁に析出した白金異物を除去する際に、白金異物が清澄管内の熔融ガラスに落下してしまう可能性がある。特に、酸素を取り込んで酸素濃度を計測するための計測管に白金異物が析出し、落下するおそれがある。そして、熔融ガラスに白金異物が混入すると、高品質のガラス基板を量産することが困難になる。 In the method for producing a glass substrate using SnO 2 as a fining agent, the inner wall of the fining tube is in contact with the high-temperature molten glass. At this time, the refining agent causes a reduction reaction by raising the temperature and releases oxygen. On the other hand, the foam containing the gas component contained in the molten glass absorbs oxygen generated by the reductive reaction of the fining agent. Bubbles that have grown by absorbing oxygen float on the liquid surface of the molten glass, break up and disappear. Further, by using the clarification tube for a long period of time, the platinum group metal gradually volatilizes by reacting with oxygen from the inner wall of the clarification tube. This volatile matter is discharged together with bubbles in the molten glass to the outside air through the gas phase space of the clarification tube and the ventilation tube. However, the platinum group metal volatiles become supersaturated as the temperature drops in the process of being discharged to the outside air. Therefore, there is a problem that volatile substances are likely to precipitate on the inner walls of the clarification pipe and the ventilation pipe. Hereinafter, the substance deposited on the inner wall of the clarification tube and the ventilation tube is referred to as “platinum foreign matter”. By measuring the oxygen concentration (oxygen concentration) that generates volatiles with a vent tube , the amount of bubbles that grow by absorbing oxygen in the molten glass can be predicted, and the precipitation of platinum foreign matter can be predicted. However, since the inside of the vent pipe communicates with the outside air, the temperature tends to decrease, and platinum foreign matter is particularly likely to deposit on the inner wall of the vent pipe. When the platinum foreign matter grows with the passage of time, it may be peeled off by its own weight from the inner walls of the clarification tube and the aeration tube, and may fall onto the molten glass in the clarification tube. Further, when removing the platinum foreign matter deposited on the inner wall of the vent pipe, the platinum foreign matter may fall onto the molten glass in the clarification tube. In particular, platinum foreign matter may be deposited on a measuring tube for taking in oxygen and measuring the oxygen concentration and fall. And when a platinum foreign material mixes in molten glass, it will become difficult to mass-produce a high quality glass substrate.
そこで、本発明は、熔融ガラスの清澄工程において、熔融ガラスに異物が混入することを抑制することができるガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the glass substrate which can suppress that a foreign material mixes in molten glass in the clarification process of molten glass, and the manufacturing apparatus of a glass substrate.
本発明の一態様は、ガラス基板の製造方法であって、
ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成する熔融工程と、
前記熔融ガラスを清澄する清澄工程と、
清澄された前記熔融ガラスからガラス基板を成形する成形工程と、を備え、
前記清澄工程において、前記熔融ガラスは、白金製または白金合金製の清澄管の内部を、前記熔融ガラスの表面より上方の空間である気相空間が形成されるように流れ、
前記清澄管は、前記清澄管の外壁面から外方に突出し、前記気相空間に存在する白金を含む気体が通過する通気管を有し、
前記通気管には、前記気体を取り込んで計測するための計測管が設けられ、
前記計測管に接続され、前記気体の酸素濃度を測定する酸素濃度計を有し、
前記計測管は、前記気体を取り込む側の開口端の縦断面が前記計測管の長手方向に対して傾斜している、
ことを特徴とする。
One aspect of the present invention is a method of manufacturing a glass substrate,
A melting process for heating the glass raw material to produce a molten glass;
A refining step of refining the molten glass;
A molding step of molding a glass substrate from the clarified molten glass,
In the clarification step, the molten glass flows inside a clarified tube made of platinum or a platinum alloy so that a gas phase space that is a space above the surface of the molten glass is formed,
The clarification pipe protrudes outward from the outer wall surface of the clarification pipe, and has a ventilation pipe through which a gas containing platinum existing in the gas phase space passes.
The ventilation pipe is provided with a measurement pipe for taking in and measuring the gas,
An oxygen concentration meter connected to the measuring tube for measuring the oxygen concentration of the gas;
In the measurement tube, the longitudinal section of the opening end on the side of taking in the gas is inclined with respect to the longitudinal direction of the measurement tube,
It is characterized by that.
前記酸素濃度計は、前記計測管に不活性ガスを流した後、前記計測管から前記気体を取り込んで酸素濃度を測定する、ことが好ましい。 The oxygen concentration meter preferably measures the oxygen concentration by flowing the inert gas through the measurement tube and then taking the gas from the measurement tube.
前記計測管の前記熔融ガラスの表面の側において前記気体が凝縮して液体となり、前記液体と前記計測管との間で発生する張力が、前記液体の自重により前記熔融ガラスの液面の側に向かって発生する力より大きい、ことが好ましい。 The gas condenses on the surface of the molten glass surface of the measuring tube to become a liquid, and the tension generated between the liquid and the measuring tube is caused by the weight of the liquid on the liquid surface side of the molten glass. It is preferable that it is larger than the force generated toward the direction.
前記酸素濃度計による計測結果に応じて、前記気相空間に供給する不活性ガスの供給量を調整する、ことが好ましい。 It is preferable to adjust the supply amount of the inert gas supplied to the gas phase space according to the measurement result by the oxygen concentration meter.
前記開口端の前記縦断面の、管の長手方向と直交する平面に対する傾斜角度φは、15度〜75度である、ことが好ましい。 It is preferable that the inclination angle φ of the longitudinal section of the open end with respect to a plane orthogonal to the longitudinal direction of the tube is 15 to 75 degrees.
本発明の他の態様は、ガラス基板の製造装置であって、
ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成する熔融槽と、
前記熔融槽で生成された前記熔融ガラスを清澄する清澄管と、
前記清澄管で清澄された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、
前記清澄管は、前記熔融ガラスの表面より上方の空間である気相空間が形成されるように前記熔融ガラスが内部を流れる、白金製または白金合金製の管であり、
前記清澄管は、前記清澄管の外壁面から外方に突出し、前記気相空間に存在する白金を含む気体が通過する通気管を有し、
前記通気管には、前記気体を取り込んで計測するための計測管が設けられ、
前記計測管に接続され、前記気体の酸素濃度を測定する酸素濃度計を有し、
前記計測管は、前記気体を取り込む側の開口端の縦断面が前記計測管の長手方向に対して傾斜している、
ことを特徴とする。
Another aspect of the present invention is a glass substrate manufacturing apparatus,
A melting tank for heating glass raw material to produce molten glass;
A refining tube for refining the molten glass produced in the melting tank;
A molding apparatus for molding a glass substrate from the molten glass clarified by the clarification tube,
The clarified tube is a tube made of platinum or a platinum alloy in which the molten glass flows inside so as to form a gas phase space that is a space above the surface of the molten glass,
The clarification pipe protrudes outward from the outer wall surface of the clarification pipe, and has a ventilation pipe through which a gas containing platinum existing in the gas phase space passes.
The ventilation pipe is provided with a measurement pipe for taking in and measuring the gas,
An oxygen concentration meter connected to the measuring tube for measuring the oxygen concentration of the gas;
In the measurement tube, the longitudinal section of the opening end on the side of taking in the gas is inclined with respect to the longitudinal direction of the measurement tube,
It is characterized by that.
さらに、前記酸素濃度計の計測前の待機中、不活性ガスを前記計測管に流すように構成された不活性ガス供給器を備える、ことが好ましい。 Furthermore, it is preferable to provide an inert gas supply device configured to allow an inert gas to flow through the measurement tube during standby before measurement by the oximeter.
前記開口端の前記縦断面の、前記計測管の長手方向と直交する平面に対する傾斜角度φは、15度〜75度である、ことが好ましい。 It is preferable that the inclination angle φ of the longitudinal section of the open end with respect to a plane orthogonal to the longitudinal direction of the measuring tube is 15 to 75 degrees.
上記態様によれば、熔融ガラスの清澄工程において、熔融ガラスに異物が混入することを抑制することができる。 According to the said aspect, in a clarification process of molten glass, it can suppress that a foreign material mixes into molten glass.
(1)ガラス基板製造装置の全体構成
本発明に係るガラス基板の製造方法、および、ガラス基板の製造装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係るガラス基板製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。
(1) Overall Configuration of Glass Substrate Manufacturing Apparatus An embodiment of a glass substrate manufacturing method and a glass substrate manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing an example of steps of the glass substrate manufacturing method according to the present embodiment.
ガラス基板製造方法は、図1に示されるように、主として、熔解工程S1と、清澄工程S2と、攪拌工程S3と、成形工程S4と、徐冷工程S5と、切断工程S6とを備える。 As shown in FIG. 1, the glass substrate manufacturing method mainly includes a melting step S1, a clarification step S2, a stirring step S3, a forming step S4, a slow cooling step S5, and a cutting step S6.
熔解工程S1では、ガラス原料が加熱されて熔融ガラスが得られる。熔融ガラスは、熔解槽に貯留され、所望の温度を有するように通電加熱される。熔融ガラスには、清澄剤が含まれる。例えば、ガラス原料に、清澄剤を添加してもよいし、ガラス原料に清澄剤を添加せず、熔解槽や上記通電加熱のために用いる電極から清澄剤の成分を溶出させることにより、熔融ガラスに清澄剤を含ませることもできる。環境負荷低減の観点から、清澄剤として、SnO2が用いられる。 In the melting step S1, the glass raw material is heated to obtain molten glass. The molten glass is stored in a melting tank and energized and heated to have a desired temperature. The glass melt contains a fining agent. For example, a clarifier may be added to a glass raw material, or a clarifier is not added to a glass raw material. A fining agent can also be included. From the viewpoint of reducing the environmental load, SnO 2 is used as a fining agent.
清澄工程S2は、清澄管で行われる。清澄管では、その内部を熔融ガラスが流れる。最初に、熔融ガラスの温度を上昇させる。清澄剤は、昇温により還元反応を起こして酸素を放出する。熔融ガラス中に含まれるCO2、N2、SO2等の気体成分を含む泡は、清澄剤の還元反応によって生じた酸素を吸収する。酸素を吸収して成長した泡は、熔融ガラスの気相空間と接する表面に浮上し、破泡して消滅する。消滅した泡に含まれていたガスは、清澄管内の気相空間に放出され、最終的に外気に排出される。次に、清澄工程S2では、熔融ガラスの温度を低下させる。これにより、還元された清澄剤は、酸化反応を起こして、熔融ガラス中に残存している酸素等のガス成分を吸収する。 The clarification step S2 is performed with a clarification tube. In the clarified tube, molten glass flows inside. First, the temperature of the molten glass is raised. The refining agent causes a reduction reaction with an increase in temperature to release oxygen. Bubbles containing gaseous components such as CO 2 , N 2 and SO 2 contained in the molten glass absorb oxygen generated by the reductive reaction of the fining agent. Bubbles grown by absorbing oxygen rise to the surface in contact with the gas phase space of the molten glass, break up and disappear. The gas contained in the extinguished bubbles is discharged into the gas phase space in the clarification tube and finally discharged to the outside air. Next, in the refining step S2, the temperature of the molten glass is lowered. Thereby, the reduced fining agent causes an oxidation reaction and absorbs gas components such as oxygen remaining in the molten glass.
攪拌工程S3では、清澄された熔融ガラスが攪拌されて、熔融ガラスの成分が均質化される。これにより、ガラス基板の脈理等の原因である熔融ガラスの組成ムラが低減される。均質化された熔融ガラスは、成形工程S4に送られる。 In the stirring step S3, the clarified molten glass is stirred, and the components of the molten glass are homogenized. Thereby, the composition nonuniformity of the molten glass which is a cause of the striae etc. of a glass substrate is reduced. The homogenized molten glass is sent to the forming step S4.
成形工程S4では、例えばオーバーフローダウンドロー法またはフロート法によって、熔融ガラスからガラスリボンが連続的に成形される。 In the forming step S4, a glass ribbon is continuously formed from the molten glass by, for example, an overflow downdraw method or a float method.
徐冷工程S5では、成形工程S4で連続的に成形されたガラスリボンが所望の厚みを有し、かつ、歪みおよび反りが生じないように、徐々に冷却される。 In the slow cooling step S5, the glass ribbon continuously formed in the forming step S4 is gradually cooled so as to have a desired thickness and to prevent distortion and warpage.
切断工程S6では、徐冷工程S5で徐冷されたガラスリボンが所定の長さに切断されて、ガラスシートが得られる。ガラスシートは、さらに、所定のサイズに切断されて、ガラス基板が得られる。その後、ガラス基板の端面の研削および研磨、並びに、ガラス基板の洗浄が行われる。さらに、ガラス基板のキズ等の欠陥の有無が検査され、検査に合格したガラス基板が梱包されて製品として出荷される。 In the cutting step S6, the glass ribbon slowly cooled in the slow cooling step S5 is cut into a predetermined length to obtain a glass sheet. The glass sheet is further cut into a predetermined size to obtain a glass substrate. Thereafter, the end surface of the glass substrate is ground and polished, and the glass substrate is cleaned. Further, the glass substrate is inspected for defects such as scratches, and the glass substrate that has passed the inspection is packed and shipped as a product.
図2は、本実施形態に係るガラス基板製造装置200の構成の一例を示す模式図である。ガラス基板製造装置200は、熔解槽40と、清澄管41と、攪拌装置100と、成形装置42と、移送管43a,43b,43cとを備える。移送管43aは、熔解槽40と清澄管41とを接続する。移送管43bは、清澄管41と攪拌装置100とを接続する。移送管43cは、攪拌装置100と成形装置42とを接続する。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the glass
熔解槽40で生成された熔融ガラスGは、移送管43aを通過して清澄管41に流入する。清澄管41で清澄された熔融ガラスGは、移送管43bを通過して攪拌装置100に流入する。攪拌装置100で攪拌された熔融ガラスGは、移送管43cを通過して成形装置42に流入する。成形装置42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GからガラスリボンGRが成形される。ガラスリボンGRは、後の工程で所定の大きさに切断されて、ガラス基板が製造される。ガラス基板の幅方向の寸法は、例えば、500mm〜3500mmである。ガラス基板の長さ方向の寸法は、例えば、500mm〜3500mmである。
The molten glass G produced in the
本発明に係るガラス基板の製造方法、および、ガラス基板の製造装置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、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)を含むディスプレイ用のガラス基板として、特に適している。FPDを含むディスプレイ用のガラス基板としては、無アルカリガラス、または、アルカリ微量含有ガラスが用いられる。ディスプレイ用のガラス基板は、高温時における粘性が高い。例えば、102.5ポアズの粘性を有する熔融ガラスの温度は、1500℃以上である。 The glass substrate manufactured by the glass substrate manufacturing method and the glass substrate manufacturing apparatus according to the present invention is a glass substrate for a display including a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display, a plasma display, and an organic EL display. Is particularly suitable. As a glass substrate for a display including FPD, non-alkali glass or alkali-containing glass is used. A glass substrate for display has high viscosity at high temperatures. For example, the temperature of the molten glass having a viscosity of 10 2.5 poise is 1500 ° C. or higher.
熔解槽40は、バーナー等の加熱手段(図示せず)を備えている。熔解槽40では、加熱手段によりガラス原料が熔解され、熔融ガラスG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。ガラスの組成の一例として、FPDを含むディスプレイ用のガラス基板として好適な無アルカリガラスは、SiO2:50質量%〜70質量%、Al2O3:0質量%〜25質量%、B2O3:1質量%〜15質量%、MgO:0質量%〜10質量%、CaO:0質量%〜20質量%、SrO:0質量%〜20質量%、BaO:0質量%〜10質量%を含有する。ここで、MgO、CaO、SrOおよびBaOの合計の含有量は、5質量%〜30質量%である。
The
また、FPDを含むディスプレイ用のガラス基板として、アルカリ金属を微量含むアルカリ微量含有ガラスを用いてもよい。アルカリ微量含有ガラスは、成分として、0.1質量%〜0.5質量%のR’2Oを含み、好ましくは、0.2質量%〜0.5質量%のR’2Oを含む。ここで、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。なお、R’2Oの含有量の合計は、0.1質量%未満であってもよい。 Moreover, you may use the alkali trace content glass which contains a trace amount of alkali metals as a glass substrate for displays containing FPD. Alkaline trace containing glass, as component, 'comprises 2 O, preferably, 0.2 wt% to 0.5 wt% R' of R 0.1 wt% to 0.5 wt% including the 2 O. Here, R ′ is at least one selected from Li, Na and K. The total content of R ′ 2 O may be less than 0.1% by mass.
本発明によって製造されるガラスは、上記成分に加えて、SnO2:0.01質量%〜1質量%(好ましくは、0.01質量%〜0.5質量%)、Fe2O3:0質量%〜0.2質量%(好ましくは、0.01質量%〜0.08質量%)をさらに含有してもよい。また、本発明によって製造されるガラスは、環境負荷を考慮して、As2O3、Sb2O3およびPbOを実質的に含有しない。 In addition to the above components, the glass produced according to the present invention includes SnO 2 : 0.01% by mass to 1% by mass (preferably 0.01% by mass to 0.5% by mass), Fe 2 O 3 : 0. You may further contain mass%-0.2 mass% (preferably 0.01 mass%-0.08 mass%). The glass produced by the present invention, in consideration of the environmental load, substantially free of As 2 O 3, Sb 2 O 3 , and PbO.
上記のように調製されたガラス原料は、原料投入機(図示せず)を用いて熔解槽40に投入される。原料投入機は、スクリューフィーダを用いてガラス原料の投入を行ってもよく、バケットを用いてガラス原料の投入を行ってもよい。熔解槽40では、ガラス原料は、その組成等に応じた温度に加熱されて熔解される。これにより、熔解槽40では、例えば、1500℃〜1600℃の高温の熔融ガラスGが得られる。なお、熔解槽40では、モリブデン、白金または酸化錫等で構成された少なくとも1対の電極間に電流を流すことで、電極間の熔融ガラスGが通電加熱されてもよく、また、通電加熱に加えてバーナーによる火焔を補助的に与えることで、ガラス原料が加熱されてもよい。
The glass raw material prepared as described above is charged into the
熔解槽40で得られた熔融ガラスGは、熔解槽40から移送管43aを通過して清澄管41に流入する。清澄管41および移送管43a,43b,43cは、白金製あるいは白金合金製の管である。清澄管41には、熔解槽40と同様に加熱手段が設けられている。清澄管41では、熔融ガラスGがさらに昇温させられることで清澄される。例えば、清澄管41において、熔融ガラスGの温度は、1500℃〜1700℃に上昇する。
The molten glass G obtained in the
清澄管41において清澄された熔融ガラスGは、清澄管41から移送管43bを通過して攪拌装置100に流入する。熔融ガラスGは、移送管43bを通過する際に冷却される。攪拌装置100では、清澄管41を通過する熔融ガラスGの温度よりも低い温度で、熔融ガラスGが攪拌される。例えば、攪拌装置100において、熔融ガラスGの温度は、1250℃〜1450℃である。例えば、攪拌装置100において、熔融ガラスGの粘度は、500ポアズ〜1300ポアズである。熔融ガラスGは、攪拌装置100において攪拌されて均質化される。
The molten glass G clarified in the
攪拌装置100で均質化された熔融ガラスGは、攪拌装置100から移送管43cを通過して成形装置42に流入する。熔融ガラスGは移送管43cを通過する際に、熔融ガラスGの成形に適した粘度となるように冷却される。例えば、熔融ガラスGは、1200℃付近まで冷却される。成形装置42では、オーバーフローダウンドロー法により熔融ガラスGが成形される。具体的には、成形装置42に流入した熔融ガラスGは、成形炉(図示せず)の内部に設置されている成形体52に供給される。成形体52は、耐火レンガによって成形され、楔状の断面形状を有する。成形体52の上面には、成形体52の長手方向に沿って溝が形成されている。熔融ガラスGは、成形体52の上面の溝に供給される。溝から溢れた熔融ガラスGは、成形体52の一対の側面を伝って下方へ流下する。成形体52の側面を流下した一対の熔融ガラスGは、成形体52の下端で合流して、ガラスリボンGRが連続的に成形される。ガラスリボンGRは下方へ流れるに従って徐々に冷却され、その後、所望の長さのガラスシートに切断される。
The molten glass G homogenized by the
(2)清澄管の構成
次に、清澄管41の詳細な構成について説明する。図3は、清澄管41の外観図である。図4は、清澄管41の長手方向に沿って、清澄管41を鉛直方向に切断した概略断面図である。図3に示すように、清澄管41には、通気管41a、および、一対の加熱電極41bが取り付けられている。清澄管41の内部では、気相空間41cが上方に形成されている状態で熔融ガラスGが流れる。すなわち、清澄管41の内部には、図4に示すように、気相空間と接する熔融ガラスGの表面LSが存在する。通気管41aの内部空間は、気相空間41cと連通している。また、一対の加熱電極41bの間に電流を流すことで、清澄管41が通電加熱される。これにより、清澄管41の内部を通過する熔融ガラスGが加熱されて清澄される。熔融ガラスGの清澄過程において、熔融ガラスG中に含まれるCO2、N2、SO2等の気体成分を含む泡は、清澄剤の還元反応によって生じた酸素を吸収する。酸素を吸収して成長した泡は、熔融ガラスGの表面LSに浮上し、破泡して消滅する。消滅した泡に含まれていたガスは、清澄管41内の気相空間41cに放出され、通気管41aを経由して外気に排出される。
(2) Structure of clarification tube Next, the detailed structure of the
通気管41aは、清澄管41の外壁面に取り付けられ、清澄管41の外方に突出している。本実施形態では、図4に示すように、通気管41aは、清澄管41の外壁面の上端部に取り付けられ、清澄管41の上方に向かって煙突状に突出している。通気管41aは、清澄管41の内部空間の一部である気相空間41cと、清澄管41の外部空間である外気とを連通している。通気管41aは、清澄管41と同様に、白金または白金合金で成形される。通気管41aは、例えば、0.5mm〜1.5mmの厚みを有し、20mm〜100mmの内径を有する。
The
通気管41aには、図4に示すように、通気管41aを通過する白金族金属の揮発物を含んだ気相空間内の気体を取り込むための計測管44が設けられ、計測管44から取り込んだ気体の酸素濃度を計測する酸素濃度計45が設けられている。計測管44は、例えば、通気管41aと同様に、白金または白金合金で成形され、計測管44から取り込まれて気体が酸素濃度計45に入るよう酸素濃度計45に接続されている。計測管44の内径及び外径は、計測管44が気体の酸素濃度を計測するできる程度の気体を取り込めればよいため、通気管41aの内径及び外径より小さく、例えば、その内径及び外径は20mm以下になっている。白金族金属の揮発物を含む気体は、通気管41aを介して外気に排出されるが、外気に排出される過程で温度が低下して、過飽和状態になる。特に、計測管44の入り口付近に揮発物が析出して液体となりやすく、この液体の析出物物が落下して、その結果、熔融ガラスに固体の白金異物となって混入する場合がある。これは、計測管44の外径が小さいため、液体の析出物と計測管44の外径の表面との間で発生する表面張力が弱いためである。図5は、計測管44の表面と揮発物が凝縮して液体となった析出物Mとの間で発生する表面張力による力を説明するための図である。管外径R1を持つ管外表面での表面張力による力を上向きの力F1とすると、力F1は以下の式(1)により求まる。
F1=2πr1×γ×cosθ 式(1)
ここで、r1=計測管44の外径の半径、γ=表面張力、θ=接触角である。なお、表面張力、接触角は、物質の粘度等によって定まるものであり、ここでは一定の値とする。
揮発物の析出物の質量をMとすると、析出物が、計測管44に留まっている条件は、M×g(重力加速度)<F1である。このため、析出物が落下するのを防止するためには、計測管44の外径の半径r1を大きくする必要がある。一方、計測管44の外径及び内径を大きくしていくと、計測管44の外周部(外面側)及び計測管44の内周部(内面側)に揮発物が析出しやすくなり、析出物が落下するおそれがある。このため、計測管44の外径の半径が一定の値以下であっても、計測管44に析出する析出物が落下するのを防止する必要がある。計測管44の熔融ガラスの外表面の側の入り口において揮発物が凝縮して液体となり、液体と計測管44との間で発生する張力が、液体の自重により熔融ガラスの液面の側に向かって発生する力より大きくすることにより、液体(析出物)が落下するのを防止することができる。
As shown in FIG. 4, the
F1 = 2πr1 × γ × cos θ Formula (1)
Here, r1 = radius of the outer diameter of the measuring
Assuming that the mass of the volatile precipitate is M, the condition that the precipitate remains in the measuring
図6は、本実施形態に係る計測管44と揮発物の析出物Mとの間で発生する表面張力による力を説明するための図である。本実施形態に係る計測管44は、清澄管41の熔融ガラスGの表面LSが存在する側(気体を取り込む側)において、管の長手方向に対して傾斜した開口端を備える。例えば、この開口端は、図5に示す管の長手方向に対して開口端が斜めになるようカットされてつくられる。つまり、計測管44は、気体を取り込む側の開口端に沿った垂直断面径(縦断面)が、酸素濃度計45に接続されている側(気体を取り込む側より上方側、清澄管41の外方に突出している側)の垂直断面径より大きくなっている。ここで、縦断面とは、物体を縦に切断したときに得られる切り口の平面である。図6に示すように、気体を取り込む側の開口端側の計測管44の縦断面は、管の長手方向に対して傾斜している。計測管44の気体取り込み口(気体を取り込む側の縦断面)である開口端を管の長手方向に対して傾斜した形状にすることにより、計測管44の内径及び外径R1を変化させずに、管外径での表面張力による力を上昇させることができる。本実施形態に係る計測管44では、開口端の垂直切断径が外径R2となり、揮発物の析出物Mと接する開口端の垂直断面径の半径は、R1の半分より大きいため、上述の式(1)より求まる表面張力による上向きの力F2は、力F1より大きい。このため、計測管44の入り口に析出した揮発物の析出物Mが落下するのを抑制することができる。計測管44の入り口が水平となす角、いいかえると管の長手方向と直交する平面に対する傾斜角度φは、好ましくは15度〜75度であり、より好ましくは30度〜60度であり、よりいっそう好ましくは45度である。角φは、揮発物の析出物Mの粘度によって任意に変化させることができ、析出物Mと計測管44との間で発生する張力が、析出物Mの自重により熔融ガラスの表面の側に向かって発生する力より大きければ、特に制限されない。
FIG. 6 is a diagram for explaining the force due to the surface tension generated between the
酸素濃度計45は、酸素濃度を計測できる任意の市販の機器である。酸素濃度計45は、例えば、ジルコニア式、磁気式、あるいは電極式濃度計が用いられる。酸素濃度計45は、計測管44から取り込まれた気体の酸素濃度を測定する。酸素濃度を計測する際、酸素濃度計45は、窒素(N2)供給器(図示せず)を制御して、計測管44内にN2を供給する。計測管44内、特に、酸素濃度計45が設けられた付近に、白金族金属の揮発物を含む気体が流入すると、計測誤差が生じやすい。また、計測管44に気体が流入すると、計測管44の入り口付近に、析出物が発生、堆積することにより、計測管44が塞がれて、詰まるおそれがある。このため、酸素濃度を測定する待機状態では、計測管44内にN2を充満させて、計測管44内に白金族金属の揮発物を含む気体が流入するのを抑制する。これにより、酸素濃度の計測時における酸素濃度の計測精度を高めている。また、計測管44を析出物によって詰まらせることなく、安定して酸素濃度を計測することができる。そして、酸素濃度計45は、計測管44内の気体を吸引し、この気体の酸素濃度を測定する。本実施形態では、窒素供給器を用いて窒素ガスを供給する代わりに、不活性ガス供給器を用いて窒素ガス以外の不活性ガスを供給してもよい。この場合の不活性ガスとは、白金の揮発物や熔融ガラスと反応しないガスであり、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の第18属元素のガスを含む。
ここで、窒素供給器は、計測管44に接続され、計測管44に不活性ガス、具体的には窒素ガスを供給する。白金族金属の揮発物を含む気体は、通気管41aを介して外気に排出されるが、外気に排出される過程で温度が低下して、過飽和状態になる。特に、計測管44から取り込まれる白金族金属の揮発物を含む気体は、計測管44の取り込み口から酸素濃度計45に向かうにつれて温度が低下して過飽和状態になり、計測管44の管内で揮発物が析出し、計測管44が詰まることがある。計測管44が揮発物(析出物)によって詰まると、気体の酸素濃度を安定して計測することができなくなる。また、計測管44から析出物が落下して、熔融ガラスに白金異物が混入する場合がある。このため、窒素供給器は計測管44に窒素を供給し、管内部を窒素で充満させて、計測管44内に白金族金属の揮発物を含む気体が流入するのを抑制することにより、計測管44に揮発物の析出物が詰まることを防止することもできる。
The
Here, the nitrogen supply device is connected to the
本実施形態に係るガラス基板の製造方法では、ガラス原料を加熱して生成された熔融ガラスGは、清澄管41の内部を通過する際に加熱される。清澄管41の内部では、熔融ガラスGに添加されている清澄剤であるSnO2の酸化還元反応によって、熔融ガラスGに含まれるCO2またはSO2を含む泡が除去される。具体的には、最初に、熔融ガラスGの温度を上げて、清澄剤を還元させることにより、酸素の泡を熔融ガラスG中に発生させる。熔融ガラスG中に含まれるCO2、N2、SO2等の気体成分を含む泡は、清澄剤の還元反応によって生じた酸素を吸収する。酸素を吸収して成長した泡は、熔融ガラスGの表面LSに浮上し、破泡して消滅する。消滅した泡に含まれていたガスは、気相空間41cに放出され、通気管41aを経由して外気に排出される。酸素濃度計45は、外気に排出されるガス(気体)の酸素濃度を計測することにより、酸素を吸収して成長する泡の量を予測し、白金異物の析出を予測する。計測した気体中の酸素濃度が高い場合、酸素を吸収して泡が成長しやすいことを意味するため、泡に含まれる揮発した白金族金属の揮発物の量が多い。このため、白金の揮発物が析出しやすく、揮発物の析出物、さらには、熔融ガラス中に含まれる白金異物も多い。一方、計測した気体中の酸素濃度が低い場合、酸素を吸収して泡が成長しにくいことを意味するため、泡に含まれる揮発した白金族金属の揮発物の量が少ない。このため、白金の揮発物が析出し難く、揮発物の析出物、さらには、熔融ガラス中に含まれる白金異物も少ない。このため、気体中の酸素濃度が所定の値以上になった場合、制御部(図示せず)は、清澄管41に放出する不活性ガスの供給量、例えばN2ガスの供給量を増やして、気体中の酸素濃度を相対的に低下させることにより、白金異物が析出するのを抑制する。一方、気体中の酸素濃度が所定の値以下である場合、制御部(図示せず)は、清澄管41に放出する不活性ガスの供給量、例えばN2ガスの供給量を減らして、熔融ガラスGに添加されている清澄剤であるSnO2の酸化還元反応を促進させて、熔融ガラスGに含まれるCO2またはSO2を含む泡を除去する。
In the manufacturing method of the glass substrate which concerns on this embodiment, the molten glass G produced | generated by heating a glass raw material is heated when passing the inside of the
加熱電極41bは、清澄管41の両端部のそれぞれに取り付けられる、フランジ形状の電極板である。加熱電極41bは、電源(図示せず)と接続されている。加熱電極41bに電力が供給されることにより、一対の加熱電極41bの間の清澄管41に電流が流れ、清澄管41が通電加熱される。これにより、清澄管41は、例えば、1700℃に加熱され、清澄管41の内部を流れる熔融ガラスGは、熔融ガラスGに含まれる清澄剤であるSnO2の還元反応が起こる温度、例えば、1600℃〜1650℃に加熱される。清澄管41を流れる電流を制御することで、清澄管41の内部を流れる熔融ガラスの温度を制御することができる。なお、清澄管41に取り付けられる加熱電極41bの数および位置は、清澄管41の材質、内径および長さ、または、通気管41aの位置等に応じて、適宜に決定されてもよい。
The
また、図3および図4には示されていないが、清澄管41の外壁面には、アルミナセメント等からなる耐火物保護層が設けられている。耐火物保護層の外壁面には、さらに、耐火物レンガが設けられている。耐火物レンガは、基台(図示せず)に載置されている。すなわち、清澄管41は、耐火物保護層および耐火物レンガによって下方から支持されている。
Although not shown in FIGS. 3 and 4, a refractory protective layer made of alumina cement or the like is provided on the outer wall surface of the
また、白金の揮発物の析出物が熔融ガラスに落下することを防止するために、通気管41a及び計測管44に、受け部を設けることもできる。受け部の構成については、特開2014−47124号公報に記載される内容を含み、当該内容が参酌される。
Moreover, in order to prevent the deposit of the volatile substance of platinum falling on molten glass, a receiving part can also be provided in the
以上説明したように、本実施形態の計測管では、計測管の入り口において気体が凝縮した液体の析出物と計測管との間で発生する張力が、液体の自重により熔融ガラスの液面の側に向かって発生する力より大きくすることにより、析出物が落下するのを防止することができる。また、計測管の内径、外径は、通気管の内径、外径より小さいため、計測管の外周部(外面側)及び計測管の内周部(内面側)に、揮発物が析出しにくく、析出物の落下を予防することができる。また、計測管の入り口付近に、析出物が発生、堆積することを抑制し、計測管が析出物によって詰まることなく、安定して酸素濃度を計測することができる。 As described above, in the measurement tube of the present embodiment, the tension generated between the liquid precipitate in which the gas is condensed at the entrance of the measurement tube and the measurement tube is on the liquid surface side of the molten glass due to the weight of the liquid. By making it larger than the force generated toward the surface, it is possible to prevent the precipitate from falling. Moreover, since the inner diameter and outer diameter of the measuring tube are smaller than the inner diameter and outer diameter of the ventilation tube, volatile substances are difficult to deposit on the outer peripheral portion (outer surface side) of the measuring tube and the inner peripheral portion (inner surface side) of the measuring tube. The fall of the precipitate can be prevented. Moreover, it is possible to suppress the generation and accumulation of precipitates near the entrance of the measurement tube, and to stably measure the oxygen concentration without the measurement tube being clogged with precipitates.
本発明のガラス基板の製造方法、ガラス基板の製造装置について詳細に説明したが、本発明は上記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、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 Although the manufacturing method of the glass substrate and the manufacturing apparatus of the glass substrate of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications are made without departing from the gist of the present invention. Of course it is also good.
41 清澄管
41a 通気管
41b 加熱電極
41c 気相空間
44 計測管
45 酸素濃度計
200 ガラス基板の製造装置
G 熔融ガラス
LS 熔融ガラスの表面
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記熔融ガラスを清澄する清澄工程と、
清澄された前記熔融ガラスからガラス基板を成形する成形工程と、を備え、
前記清澄工程において、前記熔融ガラスは、白金製または白金合金製の清澄管の内部を、前記熔融ガラスの表面より上方の空間である気相空間が形成されるように流れ、
前記清澄管は、前記清澄管の外壁面から外方に突出し、前記気相空間に存在する白金を含む気体が通過する通気管を有し、
前記通気管には、前記気体を取り込んで計測するための計測管が設けられ、
前記計測管に接続され、前記気体の酸素濃度を測定する酸素濃度計を有し、
前記計測管は、前記気体を取り込む側の開口端の縦断面が前記計測管の長手方向に対して傾斜している、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。 A melting process for heating the glass raw material to produce a molten glass;
A refining step of refining the molten glass;
A molding step of molding a glass substrate from the clarified molten glass,
In the clarification step, the molten glass flows inside a clarified tube made of platinum or a platinum alloy so that a gas phase space that is a space above the surface of the molten glass is formed,
The clarification pipe protrudes outward from the outer wall surface of the clarification pipe, and has a ventilation pipe through which a gas containing platinum existing in the gas phase space passes.
The ventilation pipe is provided with a measurement pipe for taking in and measuring the gas,
An oxygen concentration meter connected to the measuring tube for measuring the oxygen concentration of the gas;
The method of manufacturing a glass substrate, wherein the measuring tube has a vertical cross section of an opening end on the gas intake side inclined with respect to a longitudinal direction of the measuring tube.
前記熔融槽で生成された前記熔融ガラスを清澄する清澄管と、
前記清澄管で清澄された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、
前記清澄管は、前記熔融ガラスの表面より上方の空間である気相空間が形成されるように前記熔融ガラスが内部を流れる、白金製または白金合金製の管であり、
前記清澄管は、前記清澄管の外壁面から外方に突出し、前記気相空間に存在する白金を含む気体が通過する通気管を有し、
前記通気管には、前記気体を取り込んで計測するための計測管が設けられ、
前記計測管に接続され、前記気体の酸素濃度を測定する酸素濃度計を有し、
前記計測管は、前記気体を取り込む側の開口端の縦断面が前記計測管の長手方向に対して傾斜している、ことを特徴とするガラス基板の製造装置。 A melting tank for heating glass raw material to produce molten glass;
A refining tube for refining the molten glass produced in the melting tank;
A molding apparatus for molding a glass substrate from the molten glass clarified by the clarification tube,
The clarified tube is a tube made of platinum or a platinum alloy in which the molten glass flows inside so as to form a gas phase space that is a space above the surface of the molten glass,
The clarification pipe protrudes outward from the outer wall surface of the clarification pipe, and has a ventilation pipe through which a gas containing platinum existing in the gas phase space passes.
The ventilation pipe is provided with a measurement pipe for taking in and measuring the gas,
An oxygen concentration meter connected to the measuring tube for measuring the oxygen concentration of the gas;
The glass tube manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the measuring tube has a vertical cross section of an opening end on the gas intake side inclined with respect to a longitudinal direction of the measuring tube.
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