JP2016050149A - ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ガラス原料を熔解して清澄剤を含む熔融ガラスをつくる熔解工程と、
少なくとも一部が白金族金属を含む材料からなる清澄管内に前記熔融ガラスが供給されることによって前記清澄管の内壁と前記熔融ガラスの液面とで形成される気相空間に、前記熔融ガラスからガスを放出させるとともに、前記気相空間に放出されたガスを前記清澄管に接続された通気管から前記清澄管外に排出する清澄工程と、
前記清澄された熔融ガラスをシートガラスに成形する成形工程と、を備え、
前記清澄工程では、前記通気管の上方に位置する上部空間に、前記熔融ガラスが発する輻射熱により前記上部空間を保温する保温部材が設けられ、前記上部空間に設けられた開口領域から前記ガスを放出する、
ことを特徴とする。
ガラス原料を熔解して清澄剤を含む熔融ガラスをつくる熔解槽と、
少なくとも一部が白金族金属を含む材料からなり、前記熔融ガラスが供給されることによって内壁と前記熔融ガラスの液面とで気相空間が形成され、前記気相空間に前記熔融ガラスからガスが放出される清澄管と、
前記清澄管と接続され、前記気相空間に放出されたガスを前記清澄管外に排出する通気管と、
前記通気管の上方に位置し、前記熔融ガラスが発する輻射熱により前記上部空間を保温する保温部材と、
前記清澄槽により清澄された熔融ガラスをシートガラスに成形する成形装置と、を備える、
ことを特徴とする。
以下、本実施形態のガラス基板の製造方法、ガラス基板の製造装置及び熔融ガラスの清澄槽について説明する。図1は、本実施形態のガラス基板の製造方法の工程の一例を示す図である。
以降で説明する白金または白金合金等は、白金族金属であり、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、および、これらのうちの2種以上の合金、を含む。
成形工程(ST4)では、熔融ガラスをシートガラスに成形し、シートガラスの流れを作る。成形には、オーバーフローダウンドロー法あるいはフロート法を用いることができる。後述する本実施形態では、オーバーフローダウンドロー法が用いられる例を挙げて説明する。
徐冷工程(ST5)では、成形されて流れるシートガラスが所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。
ここで、清澄工程(ST2)および清澄槽について説明する。清澄工程(ST2)では、脱泡を行う間、さらに、清澄管の内壁から揮発した揮発成分の凝集を抑えるために、通気管の上部空間に対し温度調整を行う。清澄工程(ST2)は、清澄槽によって行われる。図3および図4に、清澄槽202を説明するための図を示す。図4は、通気管212に注目して示す清澄槽202の模式的な断面図である。清澄槽202は、清澄管202aと、通気管212と、ヒータ(発熱体)221と、レンガ層(構造体)222と、レンガ保温部材223とを有する。
清澄管202aは、例えば、白金又は金合金等からなる円筒状の容器であり、長手方向(図3の左右方向)の両端のそれぞれにガラス供給管104,105が接続されている。なお、減圧脱泡に用いられる清澄管には、通常、ガラス供給管は、清澄管の底面をなす清澄管の周面の2箇所から下方に延びるよう清澄管に接続されている。清澄工程(ST2)では、ガラス供給管104から清澄管202a内に供給された熔融ガラスGは、清澄管202a内を流れながら清澄が行われ、ガラス供給管105から攪拌槽103に移送される。このとき、清澄管202a内の上方の部分には、熔融ガラスGを除いた空間である気相空間Sが形成される。気相空間Sには、熔融ガラスG内に生じた気泡Bが浮上して液面で破泡することで、ガスが放出される。気相空間Sに放出されたガスは、さらに、通気管212を通って清澄管202aの外に排出される。
通気管212は、清澄管202a内の気相空間と大気とを接続し、気相空間内の気体や意図的に導入される不活性なガスを大気に排出する。通気管212は、清澄管202a内の気相空間と接する何れかの位置に設けられている。例えば、清澄管202a円周方向の頂部に設けられている。通気管212の形状は、特に制限されないが、清澄管202aから上方に真っすぐ延びた煙突状の形状であってもよく、屈曲した形状であってもよい。通気管212は、白金又は白金合金等からなる材料、耐熱レンガ、および、これらの組み合わせ、のいずれかにより構成される。温度調整装置220によって加熱されやすく、また、異物が清澄管202a内に落下するのを防止する観点からは、通気管212のうち少なくとも清澄管202aと接続される部分は、白金又は白金合金等からなる材料で構成されるのが好ましい。なお、通気管212が白金又は白金合金等からなる材料で構成される場合には、通気管212の揮発を防止するために、通気管212の内表面及び外表面の少なくともいずれかに溶射膜を設けることが好ましい。
通気管212には、長手方向(図3および図4において上下方向)の1箇所または複数箇所に、例えば熱電対からなる温度測定手段が設けられる。温度測定手段は、少なくとも通気管212の上方に設けられていることが好ましい。
また、通気管212の上方には、通気管212の上部空間212aの温度が低下しないように所定の温度範囲内に保たれるよう、熔融ガラスGが発する輻射熱を受けて上部空間212aを保温する、また、気体の流れを抑制するレンガ保温部材(レンガ蓋)223が設けられる。レンガ保温部材223は、通気管212の上方に位置する上部空間212aを覆い、通気管212と清澄管202a外とを遮蔽する。また、レンガ保温部材223は、熔融ガラスGが発する輻射熱を受けて上部空間212aを保温することにより、気相空間に接する部分から揮発した揮発成分の凝集を抑制する。上部空間212aには、気体ガスを外部に流すための開口領域223aが設けられ、上部空間212aにある気体は、上部空間212aから外部に徐々に放出される。
温度調整装置220は、通気管212の上部空間212aに対し温度調整を行う装置である。温度調整は、温度調整装置220を用いて行うことができる。温度調整装置220は、例えば、図4に示すヒータ221と、ヒータ221に接続される制御装置(図示せず)と、を有している。
ヒータ221は、通気管212の上部空間212aを加熱できるものであれば特に限定されず、ハロゲンヒータ、電熱コイル等、公知の加熱手段、発熱体が用いられる。ヒータ221は、例えば、図4に示されるように、通気管212の上部空間212aの外周側に複数設けられる。ヒータ221は、制御装置に接続され、清澄工程において通気管212の上部空間212aの温度が所定の温度範囲内に保たれるよう温度制御される。なお、ヒータ221の設置位置及び設置数は、通気管212の上部空間212aの温度を制御できればよく、任意である。
レンガ層222は、清澄管202a内の熔融ガラスを保温するための構造体であり、清澄管202aを外周側から覆うよう設けられた多数の耐熱レンガからなる。レンガ層222は、清澄管202aの上面部、及び、通気管212が清澄管202aと接続された部分に、通気管212を囲むように、設けられた耐熱レンガ(第1のレンガ)222aを有している。従来、耐熱レンガ222aは、清澄管202aが放熱しないように熱伝導率の低いレンガが好ましく用いられてきた。しかし、本実施形態の耐熱レンガ222aは、他の部分に配される耐熱レンガ222b(第2のレンガ)よりも熱伝導率が高いことが好ましい。耐熱レンガ222aは、通気管212および清澄管202aに接触して又は近接して設けられているため、清澄管202aの熱が通気管212に伝わりやすくなり、清澄時の通気管212の温度を高い温度に保つことができるためである。耐熱レンガ222aの熱伝導率は、例えば2〜30 W/(m・K)であることが好ましい。また、耐熱レンガ222b(第2のレンガ)の熱伝導率は、例えば0.05〜15W/(m・K)であることが好ましい。さらに、耐熱レンガ222aの熱伝導率は耐熱レンガ222bよりも高いことが好ましく、耐熱レンガ222aの熱伝導率と耐熱レンガ222b(第2のレンガ)の熱伝導率との比が3倍以上あることが好ましい。
なお、レンガ層222は、清澄管202aの径方向に複数の層を有する、耐熱レンガを上下方向(図4の上下方向)に積み重ねたものであってもよい。また、第1のレンガは、接続部212cに配された耐熱レンガ222aを含むものであれば、上下方向に隣接して配されるまたは左右方向(図4の左右方向)に隣接して配される複数の耐熱レンガで構成されてもよい。また、耐熱レンガ(第1のレンガ)222a及び耐熱レンガ(第2のレンガ)222bは、清澄管202aに直接接している必要はなく、清澄管202aと、耐熱レンガ222a及び耐熱レンガ222bとの間に他の耐火物が設けられていてもよい。
通気管212内を上昇する気体の温度は上昇するにつれて下がっていくが、図4中の矢印で示す通気管212内を上昇した気体は、レンガ保温部材223にぶつかり、通気管212の上部空間212aにおいて滞留する。レンガ保温部材223は、熔融ガラスGが発する輻射熱、ヒータ221からの熱、及び、気体からの熱を受けて、温度の低下が抑制されている。また、上部空間212aにある気体は、大気と直接触れ合っていないため、温度の低下が抑制される。また、通気管212の上部空間212aに隣接した位置に設けられたヒータ221により、上部空間212aにある気体、及び、レンガ保温部材223は温められて、温度の低下速度がさらに抑制される。これにより、白金又は白金合金等を含む揮発成分の凝集が抑えられる。
清澄管202aのうち、通気管212が設けられた長手方向領域の部分(通気管対応部分)では、温度が大きく低下する。これは、通気管212が、大気に近い領域に突出する管であるので、大気への熱の放射は避けられないためである。また、通気管212の下方の部分には、清澄管202aにも接する耐熱レンガが配されているため、清澄管202aの熱が通気管212に伝わりにくいためである。清澄管202aの温度は、通気管対応部分で低く、通気管212から長手方向に遠ざかる方向に進むにつれ、徐々に高くなっている。そして、フランジ202e,202fが設けられた長手方向領域の部分では、清澄管202aの温度が低くなっている。これは、清澄管202aからフランジ202e,202fに熱が伝わり外部に放射されるためである。また、フランジ202e,202fは冷却されるためである。この部分の温度は、例えば、通気管対応部分よりも低い。
清澄管202aでは、このような温度分布を有する。具体的に、清澄管202aの最も温度の高い部分と最も温度の低い部分との温度差は、例えば、50℃以上であり、150℃以上であり、250℃以上である。
また、上記温度差の下限値は、特に制限されないが、例えば0℃、すなわち、清澄管202aの最高温度部分と通気管212との温度差がない温度である。例えば、通気管21の温度が清澄管202aの最高温度部分の温度よりも低く、清澄管202aの温度が最も高い部分(最高温度部分)と通気管212の最も低い温度との温度差は0〜300℃であることが好ましく、より好ましくは0〜200℃であり、さらに好ましくは0〜100℃である。なお、通気管21の温度が清澄管202aの最高温度部分の温度よりも高くなるよう、温度調整を行ってもよい。しかし、通気管212の温度が高くなりすぎると、通気管212が白金又は白金合金等からなる材料で構成されている場合は変形しやすくなる。このため、通気管212の温度は、清澄管202aの最高温度を超えないことが好ましい。
揮発成分の凝集は、清澄管202aの最高温度部分の温度が、1630℃以上である場合により顕著に発生し、1650℃以上である場合にさらに顕著に発生するため、本実施形態の方法はより好適である。清澄管202aの最高温度部分の温度の上限値は、白金又は白金合金等が溶融しないよう、1720℃以下であるのが好ましい。
あるいは、通気管212に図示しない吸引装置を接続し、白金または白金合金等を含む揮発成分を、気相空間S内の他のガスとともに通気管212から素早く排出させるようにしてもよい。このとき、気相空間S内の気圧は、大気圧、あるいは、清澄槽103を取り巻く外部雰囲気の圧力よりも低くなっている。具体的には、気相空間S内の気圧は、大気圧よりも0超〜10Pa小さくてもよい(0Pa<大気圧―気相空間内気圧<10Pa)。
このようなガラス基板として、以下のガラス組成のガラス基板が例示される。したがって、以下のガラス組成をガラス基板が有するようにガラス原料は用いられる。
SiO2:55〜75モル%、
Al2O3:5〜20モル%、
B2O3:0〜15モル%、
RO:5〜20モル%
(RはMg、Ca、Sr及びBaのうち、ガラス基板に含まれる全元素)、
R’2O:0〜0.8モル%(R’はLi、K、及びNaのうち、ガラス基板に含まれる全元素)。上記ガラスは、高温粘性が高いガラスの一例である。このようなガラスにおいて、清澄管102aにおいて適正な熔融ガラスの粘度で脱泡を行うために熔融ガラスを高温に加熱する。このため、清澄管102aの内壁から揮発成分は多量に揮発し、揮発成分の凝集が問題となる。このような場合、白金または白金合金等の揮発成分の凝集を抑制する本実施形態の効果は顕著となる。
このとき、SiO2、Al2O3、B2O3、及びRO(Rは、Mg、Ca、Sr及びBaのうち前記ガラス基板に含有される全元素)の少なくともいずれかを含み、モル比((2×SiO2)+Al2O3)/((2×B2O3)+RO)は4.0以上であってもよい。すなわち、モル比((2×SiO2)+Al2O3)/((2×B2O3)+RO)は4.0以上であるガラスは、高温粘性が特に高いガラスの一例である。そのため、白金または白金合金等の揮発成分の凝集を抑制する本実施形態の効果はより顕著となる。また、アルカリ金属酸化物の含有量が少ないほどガラス粘度は高くなる傾向にあるので、アルカリ金属酸化物の合量であるR’2Oが0〜0.8モル%であるガラスは特に粘性が高い。粘度が高いガラスを十分に清澄させるためには清澄槽温度(白金または白金合金)の温度を高くする必要があるが、このような粘度の高いガラスを製造する場合であっても、本実施形態を適用することで白金または白金合金等の揮発成分の凝集を抑制する効果が得られる。
また、本実施形態で製造されるガラス基板は、カバーガラス、磁気ディスク用ガラス、太陽電池用ガラス基板などにも適用することが可能である。
清澄管は、清澄時の気相空間と触れる部分の少なくとも一部が白金又は白金合金等からなる材料で構成されたものであればよい。
清澄剤として酸化錫を用い、図3に示す清澄槽を用いて、熔融ガラスの清澄を行うとともに、上記実施形態の温度調整を行い、清澄後、2270mm×2000mmであり、厚さが0.5mmのシートガラスに成形し、100枚のガラス基板を作成した(実施例)。温度調整は、白金製の通気管212の上部空間に対する加熱により行い、通気管212の上部空間212aの温度を1500℃に保った。なお、清澄管の最高温度部分の温度は、1650℃であり、通気管と清澄管の最高温度部分の温度差は100℃であった。清澄時間は1時間であった。また、ガラス基板のガラス組成は、SiO2 66.6モル%、Al2O3 10.6モル%、B2O3 11.0モル%、MgO,CaO,SrO及びBaOの合量 11.4モル%であり、歪点は660℃、粘度が102.5ポアズであるときの熔融ガラスの温度は1570℃であった。
一方、通気管212の上部空間に対する温度調整を行わなかった点を除いて、上記実施例と同様にして、熔融ガラスの清澄を行った(比較例)。比較例において、清澄時の通気管の温度は、1300℃であり、通気管と清澄管の最高温度部分の温度差は350℃であった。実施例および比較例のガラス基板の白金異物の有無を、目視で確認したところ、実施例では、白金異物が確認されたガラス基板の数は、比較例の1/6に抑えることができた。
202a 清澄管
212 通気管
220 温度調整手段
221 ヒータ
222 レンガ層
223 レンガ保温部材
B 気泡
G 熔融ガラス
S 気相空間
Claims (4)
- 清澄管において熔融ガラスの清澄を行うガラス基板の製造方法であって、
ガラス原料を熔解して清澄剤を含む熔融ガラスをつくる熔解工程と、
少なくとも一部が白金族金属を含む材料からなる清澄管内に前記熔融ガラスが供給されることによって前記清澄管の内壁と前記熔融ガラスの液面とで形成される気相空間に、前記熔融ガラスからガスを放出させるとともに、前記気相空間に放出されたガスを前記清澄管に接続された通気管から前記清澄管外に排出する清澄工程と、
前記清澄された熔融ガラスをシートガラスに成形する成形工程と、を備え、
前記清澄工程では、前記通気管の上方に位置する上部空間に、前記熔融ガラスが発する輻射熱により前記上部空間を保温する保温部材が設けられ、前記上部空間に設けられた開口領域から前記ガスを放出する、
ことを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 前記上部空間に発熱体を設け、前記通気管の上部空間の温度が1500℃以上となるよう加熱する、
ことを特徴とする請求項1に記載のガラス基板の製造方法。 - 前記通気管の高さは、前記上部空間の高さより低い、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のガラス基板の製造方法。 - ガラス原料を熔解して清澄剤を含む熔融ガラスをつくる熔解槽と、
少なくとも一部が白金族金属を含む材料からなり、前記熔融ガラスが供給されることによって内壁と前記熔融ガラスの液面とで気相空間が形成され、前記気相空間に前記熔融ガラスからガスが放出される清澄管と、
前記清澄管と接続され、前記気相空間に放出されたガスを前記清澄管外に排出する通気管と、
前記通気管の上方に位置し、前記熔融ガラスが発する輻射熱により前記上部空間を保温する保温部材と、
前記清澄槽により清澄された熔融ガラスをシートガラスに成形する成形装置と、を備える、
ことを特徴とするガラス基板の製造装置。
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