JP5105571B2 - Method for producing alkali-free glass - Google Patents

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Description

本発明は、液晶ディスプレイ、ELディスプレイ等のフラットディスプレイ基板に用いられる無アルカリガラスに関するものである。   The present invention relates to an alkali-free glass used for flat display substrates such as liquid crystal displays and EL displays.

従来、液晶ディスプレイ、ELディスプレイ等のフラットディスプレイ基板として、無アルカリガラス基板が広く使用されている。   Conventionally, alkali-free glass substrates have been widely used as flat display substrates such as liquid crystal displays and EL displays.

特に薄膜トランジスタ型アクティブマトリックス液晶ディスプレイ(TFT−LCD)等の電子デバイスは、薄型で消費電力も少ないことから、カーナビゲーションや、デジタルカメラのファインダー、近年ではパソコンのモニターやTV用など、様々な用途に使用されている。   In particular, electronic devices such as thin film transistor type active matrix liquid crystal displays (TFT-LCDs) are thin and have low power consumption. Therefore, they are suitable for various applications such as car navigation, digital camera viewfinders, and recently PC monitors and TVs in use.

TFT−LCDパネルメーカーでは、ガラスメーカーで成形されたガラス基板(素板)の上に複数個分のデバイスを作製した後、デバイス毎に分割切断して製品とすることによって、生産性の向上、コストダウンを図っている。近年、TVやパソコンのモニター等の用途においては、デバイスそのものにも大型のものが要求されており、これらのデバイスを多面取りするために、1000×1200mmといった大面積のガラス基板が要求されている。   In the TFT-LCD panel manufacturer, after producing a plurality of devices on a glass substrate (base plate) formed by a glass manufacturer, the product is divided and cut into devices, thereby improving productivity. Cost reduction is planned. In recent years, devices such as TV monitors and personal computer monitors have been required to be large in size, and a glass substrate having a large area of 1000 × 1200 mm has been required in order to obtain a large number of these devices. .

また携帯電話やノート型パソコンといった携帯型のデバイスにおいては、携帯時の利便性から、機器の軽量化が要求されており、ガラス基板にも軽量化が要求されている。ガラス基板の軽量化を図るには、基板を薄肉化することが有効であり、現在、TFT−LCD用ガラス基板の標準の厚みは約0.7mmと非常に薄くなっている。   Further, in portable devices such as mobile phones and notebook computers, weight reduction of devices is required for convenience when being carried, and weight reduction is also required for glass substrates. In order to reduce the weight of the glass substrate, it is effective to reduce the thickness of the substrate. At present, the standard thickness of the glass substrate for TFT-LCD is very thin, about 0.7 mm.

ところが、上記のような大型、薄肉のガラス基板は、自重によるたわみが大きく、そのことが製造工程において大きな問題になっている。   However, the large and thin glass substrate as described above has a large deflection due to its own weight, which is a big problem in the manufacturing process.

すなわち、この種のガラス基板は、ガラスメーカーで成形された後、切断、徐冷、検査、洗浄等の工程を通過する。これらの工程中、ガラス基板は、複数段の棚が形成されたカセットに出し入れされる。このカセットは、左右の内側2面、あるいは左右および奥の内側3面に形成された棚に、ガラス基板の両辺、あるいは3辺を載置するようにして水平方向に保持できるようになっているが、大型で、薄型のガラス基板はたわみ量が大きいため、ガラス基板をカセットの棚に入れる際に、ガラス基板の一部が、カセットや他のガラス基板に接触して破損したり、カセットの棚からガラス基板を取り出す際に、大きく揺動して不安定となりやすい。またディスプレイメーカーにおいても、同じ形態のカセットが使用されているため、同様の問題が発生している。   That is, this type of glass substrate is subjected to processes such as cutting, slow cooling, inspection, and washing after being formed by a glass manufacturer. During these steps, the glass substrate is taken in and out of a cassette having a plurality of stages of shelves. This cassette can be held in the horizontal direction by placing both sides or three sides of the glass substrate on the shelf formed on the left and right inner two surfaces or the left and right and inner three surfaces. However, because large and thin glass substrates have a large amount of deflection, when a glass substrate is placed in a cassette shelf, part of the glass substrate may come into contact with the cassette or another glass substrate, When taking out the glass substrate from the shelf, the glass substrate is likely to swing and become unstable. In addition, the same problem occurs in display makers because the same type of cassette is used.

このようなガラス基板の自重によるたわみ量は、ガラスの密度に比例し、ヤング率に反比例して変化する。従ってガラス基板のたわみ量を小さく抑えるためには、ヤング率/密度の比で表される比ヤング率を高くする必要がある。比ヤング率を高めるためには、ヤング率が高く、しかも密度が低いガラス材質が必要となるが、同じ比ヤング率でも、より密度の低いガラスでは、軽くなる分だけ同一重量のガラスの板厚を厚くできる。ガラスのたわみ量は板厚の二乗に反比例して変化するので、板厚を厚くできることによるたわみ低減への効果は非常に大きい。ガラスの密度を下げることはガラスの軽量化を図る上でも大きな効果があるので、ガラスの密度はできるだけ小さい方が良い。   The amount of deflection due to the weight of the glass substrate varies in proportion to the density of the glass and in inverse proportion to the Young's modulus. Therefore, in order to keep the amount of deflection of the glass substrate small, it is necessary to increase the specific Young's modulus represented by the ratio of Young's modulus / density. In order to increase the specific Young's modulus, a glass material with a high Young's modulus and a low density is required. Can be thickened. Since the amount of glass deflection changes in inverse proportion to the square of the plate thickness, the effect of reducing the deflection by increasing the plate thickness is very large. Lowering the density of the glass has a great effect on reducing the weight of the glass, so the density of the glass should be as small as possible.

一般に、この種の無アルカリガラスには、比較的多量のアルカリ土類金属酸化物が含有されている。ガラスの低密度化を図るためには、アルカリ土類金属酸化物の含有量を低減することが有効であるが、アルカリ土類金属酸化物はガラスの溶融性を促進させる成分であるため、その含有量を減らすと溶融性が低下する。ガラスの溶融性が低下すると、ガラス中に泡、異物等の内部欠陥が発生しやすくなる。ガラス中の泡や異物は、光の透過を妨げるため、ディスプレイ用ガラス基板としては致命的な欠陥となるが、このような内部欠陥を抑えるためには、ガラスを高温で長時間溶融しなければならない。その一方で、高温での溶融はガラス溶融窯への負担を増加させる。窯に使用されている耐火物は、高温になればなるほど激しく浸食され、窯のライフサイクルも短くなる。   In general, this kind of alkali-free glass contains a relatively large amount of alkaline earth metal oxide. In order to reduce the density of glass, it is effective to reduce the content of alkaline earth metal oxide, but since alkaline earth metal oxide is a component that promotes the melting property of glass, its When the content is reduced, the meltability is lowered. When the meltability of the glass is lowered, internal defects such as bubbles and foreign matters are likely to occur in the glass. Bubbles and foreign substances in the glass hinder the transmission of light, which is a fatal defect for glass substrates for displays. To suppress such internal defects, the glass must be melted at a high temperature for a long time. Don't be. On the other hand, melting at a high temperature increases the burden on the glass melting furnace. The refractory used in the kiln is eroded more vigorously as the temperature rises, and the life cycle of the kiln becomes shorter.

また、この種のガラス基板にとっては耐熱衝撃性も重要な要求課題である。ガラス基板の端面には面取りを行ったとしても微細な傷やクラックが存在しており、熱による引張り応力が傷やクラックに集中して働くと、時としてガラス基板が割れることがある。ガラスの破損はラインの稼働率を下げるだけでなく、破損の際に生じた微細なガラス粉がガラス基板上に付着し、断線不良やパターニング不良等を引き起こす恐れが大きい。   In addition, thermal shock resistance is an important requirement for this type of glass substrate. Even if chamfering is performed on the end surface of the glass substrate, fine scratches and cracks are present, and if the tensile stress due to heat is concentrated on the scratches and cracks, the glass substrate sometimes breaks. The glass breakage not only lowers the operating rate of the line, but also causes a fine glass powder generated at the time of breakage to adhere to the glass substrate and cause a disconnection failure or a patterning failure.

ところでTFT−LCDの最近の開発方向として、大画面化、軽量化以外に、高精細化、高速応答化、高開口率化などの高性能化が挙げられ、特に近年では、液晶ディスプレイの高性能化および軽量化を目的として、多結晶シリコンTFT−LCD(p−Si・TFT−LCD)の開発が盛んにおこなわれている。従来のp−Si・TFT−LCDでは、その製造工程温度が800℃以上と非常に高かったため、石英ガラス基板しか用いることができなかった。しかし最近の開発により、製造工程温度が400〜600℃まで低下しており、現在大量に生産されているアモルファスシリコンTFT−LCD(a−Si・TFT−LCD)と同様に、無アルカリガラス基板が用いられるようになってきた。   By the way, recent development direction of TFT-LCD includes high performance such as high definition, high speed response, high aperture ratio, etc. in addition to large screen and light weight. Polycrystalline silicon TFT-LCD (p-Si TFT-LCD) has been actively developed for the purpose of reducing the weight and weight. In the conventional p-Si • TFT-LCD, the manufacturing process temperature was as high as 800 ° C. or higher, so that only a quartz glass substrate could be used. However, due to recent developments, the manufacturing process temperature has dropped to 400-600 ° C. As with amorphous silicon TFT-LCDs (a-Si TFT-LCDs) currently produced in large quantities, alkali-free glass substrates have been developed. It has come to be used.

p−Si・TFT−LCDの製造工程は、a−Si・TFT−LCDの製造工程に比べ、熱処理工程が多く、ガラス基板は急加熱と急冷が繰り返されるため、ガラス基板への熱衝撃はより一層大きくなる。更に、上記したようにガラス基板は大型化しており、ガラス基板に温度差がつきやすくなるだけでなく、端面に微少なキズ、クラックが発生する確率も高くなり、熱工程中で基板が破壊する確率が高くなる。この問題を解決する最も根本的かつ有効な方法は、熱膨張差から生じる熱応力を減らすことであり、そのため熱膨張係数の低いガラスが求められている。また薄膜トランジスタ(TFT)材料との熱膨張差が大きくなると、ガラス基板にそりが発生するため、p−Si等のTFT材料の熱膨張係数(約30〜33×10-7/℃)に近似する熱膨張係数を有することも求められる。 The manufacturing process of p-Si TFT-LCD has more heat treatment processes than the manufacturing process of a-Si TFT-LCD, and the glass substrate is repeatedly subjected to rapid heating and rapid cooling, so the thermal shock to the glass substrate is more It gets bigger. Furthermore, as described above, the glass substrate is enlarged, and not only the glass substrate is likely to have a temperature difference, but also the probability of occurrence of minute scratches and cracks on the end surface is increased, and the substrate is destroyed during the thermal process. Probability increases. The most fundamental and effective method for solving this problem is to reduce the thermal stress resulting from the difference in thermal expansion. Therefore, a glass having a low thermal expansion coefficient is required. Further, when the difference in thermal expansion from the thin film transistor (TFT) material increases, warpage occurs in the glass substrate, and thus approximates the thermal expansion coefficient (about 30 to 33 × 10 −7 / ° C.) of the TFT material such as p-Si. It is also required to have a thermal expansion coefficient.

またp−Si・TFT−LCDの製造工程温度は、最近低くなったとは言っても、未だa−Si・TFT−LCDの製造工程温度に比べてかなり高い。ガラス基板の耐熱性が低いと、p−Si・TFT−LCDの製造工程中で、ガラス基板が400〜600℃の高温にさらされた時に、熱収縮と呼ばれる微小な寸法収縮が起こり、これがTFTの画素ピッチのずれを引き起こして表示不良の原因となる恐れがある。またガラス基板の耐熱性が更に低いと、ガラス基板の変形、そり等が起こる恐れがある。さらに成膜等の液晶製造工程でガラス基板が熱収縮してパターンずれを起こさないようにするためにも、耐熱性に優れたガラスが要求されている。   Moreover, although the manufacturing process temperature of p-Si * TFT-LCD has recently decreased, it is still considerably higher than the manufacturing process temperature of a-Si * TFT-LCD. If the heat resistance of the glass substrate is low, when the glass substrate is exposed to a high temperature of 400 to 600 ° C. during the manufacturing process of the p-Si • TFT-LCD, minute dimensional shrinkage called thermal shrinkage occurs, which is the TFT. May cause a display defect due to a shift in the pixel pitch. Further, if the heat resistance of the glass substrate is lower, the glass substrate may be deformed or warped. Furthermore, in order to prevent the glass substrate from being thermally contracted in the liquid crystal manufacturing process such as film formation, the glass having excellent heat resistance is required.

さらにTFT−LCD用ガラス基板の表面には、透明導電膜、絶縁膜、半導体膜、金属膜等が成膜され、しかもフォトリソグラフィーエッチング(フォトエッチング)によって種々の回路やパターンが形成される。また、これらの成膜、フォトエッチング工程において、ガラス基板には、種々の熱処理や薬品処理が施される。   Further, a transparent conductive film, an insulating film, a semiconductor film, a metal film, and the like are formed on the surface of the glass substrate for TFT-LCD, and various circuits and patterns are formed by photolithography etching (photo etching). In these film formation and photoetching steps, the glass substrate is subjected to various heat treatments and chemical treatments.

従ってガラス中にアルカリ金属酸化物(Na2O、K2O、Li2O)が含有されている
と、熱処理中にアルカリイオンが成膜された半導体物質中に拡散し、膜特性の劣化を招くと考えられており、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないことや、フォトエッチング工程において使用される種々の酸、アルカリ等の薬品によって劣化しないような耐薬品性を有することが要求される。
Therefore, when alkali metal oxides (Na 2 O, K 2 O, Li 2 O) are contained in the glass, alkali ions diffuse into the deposited semiconductor material during the heat treatment, resulting in deterioration of film characteristics. It is considered to be inviting, and is required to have substantially no alkali metal oxide and chemical resistance that does not deteriorate due to various acids and alkalis used in the photoetching process. .

またTFT−LCD用ガラス基板は、主としてダウンドロー法やフロート法により成形される。ダウンドロー法の例としては、スロットダウンドロー法やオーバーフローダウンドロー法等が挙げられ、ダウンドロー法で成形したガラス基板は研磨加工が不要であるため、コストダウンを図りやすいという利点がある。ただしダウンドロー法によってガラス基板を成形する場合には、ガラスが失透しやすいため、耐失透性に優れたガラスが要求される。   The glass substrate for TFT-LCD is mainly formed by a down draw method or a float method. Examples of the downdraw method include a slot downdraw method and an overflow downdraw method. A glass substrate formed by the downdraw method does not need to be polished, and thus has an advantage that costs can be easily reduced. However, when a glass substrate is formed by the down draw method, the glass is easily devitrified, so that a glass having excellent devitrification resistance is required.

そこで、上記諸特性を満足し、特に低密度、低膨張、高歪点であることを特徴とする基板用無アルカリガラスが提案されている。(例えば特許文献1)
特開2002−308643号公報
In view of this, alkali-free glass for substrates has been proposed which satisfies the above-mentioned various characteristics and is characterized by a particularly low density, low expansion and high strain point. (For example, Patent Document 1)
JP 2002-308643 A

特許文献1に開示の無アルカリガラスは、溶融温度(102.5ポアズに相当する温度)がおおよそ1580℃以上であり、高温溶融を必要とするものの、密度が2.45g/cm3以下、30〜380℃の温度範囲における平均熱膨張係数が25〜36×10-7/℃、歪点が640℃以上であり、上記要求を満たすものである。 The alkali-free glass disclosed in Patent Document 1 has a melting temperature (temperature corresponding to 10 2.5 poise) of about 1580 ° C. or higher and requires high-temperature melting, but the density is 2.45 g / cm 3 or less, 30 to The average thermal expansion coefficient in the temperature range of 380 ° C. is 25 to 36 × 10 −7 / ° C., and the strain point is 640 ° C. or higher, which satisfies the above requirements.

しかしながら、このような低密度、低膨張の無アルカリガラスを工業的規模で生産すると、製造条件の僅かな変動によって成形時に失透が生じる。 However, such a low density, when produced on an industrial scale the alkali-free glass of low Rise Zhang, devitrification occurs during forming by a slight variation in the manufacturing conditions.

本発明の目的は、工業的規模で生産しても、ガラスに失透を生じさせることなく成形可能な無アルカリガラスの製造方法を提供することである。 An object of the present invention may be produced on an industrial scale, it is to provide a manufacturing how moldable alkali-free glass without causing devitrification in the glass.

高温溶融を必要とする無アルカリガラスを工業的規模で生産する場合、製造設備の長寿命化の観点から、耐食性に優れた高ジルコニア系耐火物で、溶融窯やその下流に設けられる各種の設備(例えば清澄槽、調整槽等)を構成することが考えられる。ところが本発明者等の研究によれば、高ジルコニア系耐火物を使用した製造設備で上記特許文献1に示されたような無アルカリガラスを溶融すると、ZrO2成分が耐火物から溶出してガラス中のZrO2濃度が高まり、極めて失透し易い状態になることを見いだし、本発明を提案するに至った。 When producing alkali-free glass that requires high-temperature melting on an industrial scale, it is a high-zirconia refractory with excellent corrosion resistance from the viewpoint of extending the life of manufacturing equipment. (For example, a clarification tank, an adjustment tank, etc.) can be considered. However, according to the study by the present inventors, when alkali-free glass as disclosed in Patent Document 1 is melted in a production facility using a high zirconia refractory, the ZrO 2 component is eluted from the refractory and the glass. It has been found that the ZrO 2 concentration in the medium is increased and it is very easy to devitrify, and the present invention has been proposed.

即ち、本発明の無アルカリガラスの製造方法は、SiO−Al−B−RO(ROはMgO、CaO、BaO、SrO及びZnOの1種以上)系の組成を有し、密度が2.45g/cm 以下、30〜380℃の温度範囲における平均熱膨張係数が25〜36×10 -7 /℃、BaOの含有量が0〜0.1質量%(ただし0.1質量%を除く)である無アルカリガラスとなるように原料を調合する工程と、高ジルコニア系耐火物を用いた溶融窯にてガラス原料を溶融する溶融工程と、少なくとも一部が白金又は白金合金で形成された供給経路にて溶融ガラスを成形装置に供給する供給工程と、成形装置に供給された溶融ガラスを所定の形状に成形する成形工程とを含むことを特徴とする。なお本発明においては、カレットもガラス原料に含むものとする。因みに、本発明における「無アルカリ」とは、アルカリ金属酸化物(Li2O、Na2O、K2O)が0.2質量%以下であることを意味する。 That is, the manufacturing method of the alkali-free glass of the present invention, SiO 2 -Al 2 O 3 -B 2 O 3 -RO (RO is MgO, CaO, BaO, 1 or more SrO and ZnO) have a composition of type The density is 2.45 g / cm 3 or less, the average coefficient of thermal expansion in the temperature range of 30 to 380 ° C. is 25 to 36 × 10 −7 / ° C., and the content of BaO is 0 to 0.1% by mass (provided that it is not more than 0. A step of preparing the raw material so as to be an alkali-free glass ( excluding 1% by mass), a melting step of melting the glass raw material in a melting furnace using a high zirconia refractory, and at least a part of platinum or platinum The method includes a supply step of supplying molten glass to a forming device through a supply path formed of an alloy, and a forming step of forming the molten glass supplied to the forming device into a predetermined shape. In the present invention, cullet is also included in the glass raw material. Incidentally, “non-alkali” in the present invention means that the alkali metal oxide (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O) is 0.2 mass% or less.

また本発明の無アルカリガラスの製造方法は、直接通電加熱を行うことによりガラスを溶融することを特徴とする。   The method for producing an alkali-free glass of the present invention is characterized in that the glass is melted by direct current heating.

また本発明の無アルカリガラスの製造方法は、SnO2電極、Pt電極、Mo電極から選ばれる1種以上の電極を用いて直接通電加熱することを特徴とする。 In addition, the alkali-free glass manufacturing method of the present invention is characterized in that direct heating is performed using one or more electrodes selected from SnO 2 electrodes, Pt electrodes, and Mo electrodes.

また本発明の無アルカリガラスの製造方法は、ガラスを板状に成形することを特徴とする。   The method for producing alkali-free glass of the present invention is characterized in that glass is formed into a plate shape.

また本発明の無アルカリガラスの製造方法は、オーバーフローダウンドロー法にてガラスを板状に成形することを特徴とする。   In addition, the alkali-free glass manufacturing method of the present invention is characterized in that the glass is formed into a plate shape by an overflow down draw method.

また本発明の無アルカリガラスの製造方法は、得られるガラスのZrO2含有量が質量百分率で0.6%以下であることを特徴とする。 Moreover, the method for producing alkali-free glass of the present invention is characterized in that the obtained glass has a ZrO 2 content of 0.6% or less by mass percentage.

また本発明の無アルカリガラスの製造方法は、得られるガラスのSnO2含有量が質量百分率で0.3%以下であることを特徴とする。 The method for producing an alkali-free glass of the present invention is characterized in that SnO 2 content of the glass obtained is not more than 0.3% by mass percentage.

また本発明の無アルカリガラスの製造方法は、得られるガラスのβ−OH値が0.2/mm以上であることを特徴とする。   Further, the alkali-free glass production method of the present invention is characterized in that the obtained glass has a β-OH value of 0.2 / mm or more.

また本発明の無アルカリガラスの製造方法は、質量百分率でSiO2 50〜70%、Al23 10〜25%、B23 8.4〜20%、MgO 0〜10%、CaO 3〜15%、BaO 0〜0.1%(ただし0.1%を除く)、SrO 0〜10%、ZnO 0〜10%、TiO2 0〜5%、P25 0〜5%含有するガラスとなるように原料を調合することを特徴とする。 The method for producing alkali-free glass of the present invention, SiO 2 50-70% in percent by mass, Al 2 O 3 10~25%, B 2 O 3 8.4~20%, 0~10% MgO, CaO 3 -15%, BaO 0-0.1 % (excluding 0.1%) , SrO 0-10%, ZnO 0-10%, TiO 2 0-5%, P 2 O 5 0-5% The raw material is prepared so as to become glass.

本発明の製造方法によれば、溶融窯に耐食性の高い高ジルコニア系耐火物が用いられており、高温溶融を必要とする無アルカリガラスを溶融しても、長期にわたる安定操業を行うことができる。しかも溶融窯から出た溶融ガラスを成形装置に導く供給経路の少なくとも一部に白金又は白金合金を使用しており、ZrO2の溶出によるガラスの汚染が少ない。このため失透を生じさせることなくガラスを成形することができる。電極からの溶出や原料の不純物、或いは清澄剤としてガラスに含まれるSnO2を厳密に規制すれば、さらに失透性を改善することが可能である。ガラスの水分量を増加させれば、ガラスの粘性を低下させることが可能である。それゆえ高温溶融される無アルカリガラス、特にアルカリ土類成分を低減して低密度化及び低膨張化されたために失透性が低下した無アルカリガラスを製造する場合に特に有利である。 According to the production method of the present invention, a high zirconia refractory having high corrosion resistance is used in the melting furnace, and stable operation over a long period of time can be performed even when non-alkali glass that requires high-temperature melting is melted. . In addition, platinum or a platinum alloy is used in at least a part of the supply path for introducing the molten glass from the melting furnace to the molding apparatus, and the glass is less contaminated by elution of ZrO 2 . For this reason, glass can be shape | molded without producing devitrification. It is possible to further improve devitrification by strictly regulating elution from the electrode, impurities of the raw material, or SnO 2 contained in the glass as a fining agent. If the moisture content of the glass is increased, the viscosity of the glass can be reduced. Therefore, it is particularly advantageous when producing an alkali-free glass that is melted at a high temperature, particularly an alkali-free glass having reduced devitrification due to reduction in density and expansion by reducing alkaline earth components.

また本発明の方法で作製された無アルカリガラスは、低密度、低膨張であり、たわみ量が小さく、耐熱衝撃性に優れ、また反りが発生し難い。しかも工業的規模で生産しても失透しにくいという特徴がある。それゆえ液晶ディスプレイやELディスプレイの基板用ガラスとして好適である。 The alkali-free glass produced by the method of the present invention, low density, low Rise Zhang was Wami amount is small, excellent thermal shock resistance, also warpage hardly occurs. Moreover, it has a feature that it is not easily devitrified even if it is produced on an industrial scale. Therefore, it is suitable as glass for substrates of liquid crystal displays and EL displays.

本発明の方法により製造されるガラスは、SiO2−Al23−B23−RO(ROはMgO、CaO、BaO、SrO及びZnOの1種以上)系の組成を有する無アルカリガラスである。中でも高温溶融を必要とする低密度、低膨張のガラスの製造に好適である。 The glass produced by the method of the present invention is a non-alkali glass having a composition of SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —RO (RO is one or more of MgO, CaO, BaO, SrO and ZnO). It is. Of these low-density requiring a hot melt, it is suitable for the production of glass of a low Rise Zhang.

また上記ガラスは、質量百分率でZrO2を0.6%以下、好ましくは0.5%以下、より好ましくは0.3%以下、さらに好ましくは0.2%以下、最適には0.1%以下であり、また0.01%以上、特に0.02%以上含有することが好ましい。ZrO2が0.6%を超えると失透し易くなる。 The glass has a ZrO 2 content by mass of 0.6% or less, preferably 0.5% or less, more preferably 0.3% or less, still more preferably 0.2% or less, and optimally 0.1%. In addition, it is preferable to contain 0.01% or more, particularly 0.02% or more. If ZrO 2 exceeds 0.6%, devitrification tends to occur.

失透性の改善の観点からは、ZrO2が少ないほどよい。この傾向は、低密度、低膨張、高歪点のガラスになるほど顕著に現れる。しかしZrO2には少量の添加でも無アルカリガラスの化学的耐久性を向上させる働きがあり、これを含有させることが望ましい。またガラス原料から不純物として混入するZrO2を完全に防止することは、原料コストの上昇を招く。さらにガラスカレットからZrO2が混入する可能性もある(例えば高ジルコニア耐火物を使用して作製したガラスをカレットとして用いた場合、カレット中にZrO2成分が含まれている可能性が非常に高い)。なおガラスカレットは、無アルカリガラスのように溶融しにくいガラスにとっては好んで用いられる原料である。しかも昨今の環境に関する意識の高まりから、ガラスカレットを原料としてリサイクルして用いる必要性がますます高まっている。このような事情から、本発明ではZrO2の下限値を0.01%に設定することが望ましい。ZrO2を0.01%以上、特に0.02%以上含有することにより、ガラスの化学耐久性の改善が期待できる。またZrO2に関し、過度に高純度の原料を使用する必要がなくなり、原料コストの上昇を避けることが可能になる。またガラスカレットの使用が可能になる。 From the viewpoint of improvement in devitrification, the better ZrO 2 is small. This tendency becomes more prominent as the glass has a lower density, lower expansion, and higher strain point. However, ZrO 2 has a function of improving the chemical durability of the alkali-free glass even when added in a small amount, and it is desirable to contain this. Further, completely preventing ZrO 2 mixed as an impurity from the glass raw material causes an increase in raw material cost. Furthermore, there is a possibility that ZrO 2 is mixed from the glass cullet (for example, when a glass produced using a high zirconia refractory is used as the cullet, the possibility that the cullet contains a ZrO 2 component is very high. ). Glass cullet is a preferred raw material for glass that is difficult to melt, such as alkali-free glass. Moreover, with the recent increase in environmental awareness, there is an increasing need to recycle and use glass cullet as a raw material. For these reasons, in the present invention, it is desirable to set the lower limit of ZrO 2 to 0.01%. By containing 0.01% or more, particularly 0.02% or more of ZrO 2 , improvement in the chemical durability of the glass can be expected. Further, with respect to ZrO 2 , it is not necessary to use an excessively high-purity raw material, and an increase in raw material cost can be avoided. In addition, glass cullet can be used.

また上記ガラスは、SnO2の含有量が質量百分率で0.3%以下、特に0.28%以下であることが好ましく、また0.005%以上、特に0.02%以上、さらには0.03%以上であることが望ましい。SnO2は本発明において必須成分ではないが、清澄剤として添加可能な成分である。またSnO2電極を用いてガラスを電気溶融する場合、電極成分であるSnO2がガラス中に溶出する。SnO2の含有量は、ZrO2によるガラスの失透と密接に関係しており、SnO2量が多いと失透し易くなる。なおZrO2の場合と同様、失透性の改善の観点からは、SnO2が少ないほどよい。しかしSnO2は高温域において清澄効果を発揮する数少ない成分であり、しかも少量で高い清澄効果が期待できる。それゆえ高温溶融を必要とし、清澄し難い本発明のガラスにおいて、清澄性の改善やAs23使用量の削減のためにSnO2を0.005%以上、特に0.01%以上含有することが望まれる。なおSnO2の清澄効果は、電極から溶出したSnO2であっても同様である。 Further, the glass has a SnO 2 content of 0.3% or less, particularly 0.28% or less, preferably 0.005% or more, particularly 0.02% or more, and further preferably 0.002% or less. It is desirable that it is 03% or more. SnO 2 is not an essential component in the present invention, but is a component that can be added as a fining agent. In the case of electrically melting the glass with SnO 2 electrode, SnO 2 which is an electrode component is dissolved in the glass. The SnO 2 content is closely related to the devitrification of the glass due to ZrO 2. When the SnO 2 content is large, devitrification tends to occur. As in the case of ZrO 2, the smaller the SnO 2 , the better from the viewpoint of improving devitrification. However, SnO 2 is a few components that exhibit a clarification effect at high temperatures, and a high clarification effect can be expected in a small amount. Therefore, in the glass of the present invention that requires high-temperature melting and is difficult to clarify, it contains SnO 2 in an amount of 0.005% or more, particularly 0.01% or more in order to improve the clarity or reduce the amount of As 2 O 3 used. It is desirable. Note refining effect of SnO 2 is the same even SnO 2 eluted from the electrode.

本発明の製造方法により製造されるガラスは、密度が2.45g/cm3以下、好ましくは2.42g/cm3下、30〜380℃の温度範囲における平均熱膨張係数が25〜36×10-7/℃、好ましくは28〜35×10-7℃のガラスである。このような特性を有するガラスは、一般に高温溶融を必要とするが、耐熱衝撃性に優れ、TFT材料の熱膨張係数と近似するため反りが発生せず、また軽量化が可能で、たわみ量を低減できるという利点がある。
さらにガラスの歪点が640℃以上、好ましくは650℃以上であれば、耐熱衝撃性に一層優れ、また熱収縮が小さくできるためにより好ましい。
Glass that is by Ri Manufacturing the production method of the present invention has a density of 2. 45 g / cm 3 or less, good Mashiku is 2.42 g / cm 3 hereinafter, the average thermal expansion coefficient of 2 5~36 × 10 -7 / ℃ in the temperature range of 30 to 380 ° C., the good Mashiku 28-35 × a 10 -7 / ° C. of glass. Glass having such characteristics, generally requires a high temperature melting, excellent thermal shock resistance, without the occurrence of warp to approximate the thermal expansion coefficient of a TFT material, also can be lightweight, the amount of deflection there is an advantage that Ru can be reduced.
Further, if the strain point of the glass is 640 ° C. or higher, preferably 650 ° C. or higher, it is more preferable because the thermal shock resistance is further improved and the thermal shrinkage can be reduced.

上記したようなSiO2−Al23−B23−RO系ガラスは、一般に102.5ポイズに相当する温度が1580℃以上であり、高温溶融を必要とする。このような高温溶融を必要とするガラスでは、粘性を少しでも低下させることが溶融性の改善に繋がる。高温粘性の低下には、ガラスの水分を増加させることが有効である。そこで本発明の基板ガラスにおいては、ガラスの水分量をβ−OH値で表示して、0.2/mm以上、特に0.25/mm以上、さらには0.3/mm以上、望ましくは0.4/mm以上に調整することが好ましい。溶融性改善の観点からβ−OH値は高いほど好ましいが、その一方で高くなるほど歪点が低下する傾向がある。このような事情からβ−OH値の上限は0.65/mm以下、特に0.6/mm以下であることが望まれる。なおガラスのβ−OH値はガラスの赤外線吸収スペクトルにおいて次式によって求められる。 The above-described SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —RO-based glass generally has a temperature corresponding to 10 2.5 poise of 1580 ° C. or higher and requires high-temperature melting. In such a glass that requires high-temperature melting, reducing the viscosity as much as possible leads to improvement of the meltability. Increasing the water content of the glass is effective in reducing the high temperature viscosity. Therefore, in the substrate glass of the present invention, the moisture content of the glass is expressed by a β-OH value and is 0.2 / mm or more, particularly 0.25 / mm or more, further 0.3 / mm or more, preferably 0. It is preferable to adjust to 4 / mm or more. From the viewpoint of improving the meltability, the higher the β-OH value, the better, but on the other hand, the higher the value, the lower the strain point. For these reasons, it is desirable that the upper limit of the β-OH value is 0.65 / mm or less, particularly 0.6 / mm or less. Note that the β-OH value of glass is determined by the following equation in the infrared absorption spectrum of glass.

β−OH値 = (1/X)log10(T1/T2
X :ガラス肉厚(mm)
1:参照波長3846cm-1における透過率(%)
2:水酸基吸収波長3600cm-1付近における最小透過率(%)
さらに上記特性に加え、液相温度が1150℃以下(特に1130℃以下、さらには1100℃以下)、液相温度における粘度が105.4dPa・s以上(特に106.0dPa・s以上)であることが望ましい。この条件を満たすことにより、ダウンドロー法で板状に成形しても失透が発生せず、研磨工程を省略して生産コストを低減することが可能である。さらに10%HCl水溶液に80℃−24時間の条件で処理した時、その浸食量が10μm以下で、且つ、10%HCl水溶液に80℃−1時間の条件で処理した時、目視による表面観察で白濁、荒れが認められず、しかも130BHF溶液に20℃−30分間の条件で処理した時、その浸食量が0.8μm以下で、且つ、63BHF溶液に20℃−30分間の条件で処理した時、目視による表面観察で白濁、荒れが認められないことが望ましい。また比ヤング率が、27.5GPa/g・cm-3以上(特に29.0GPa・s以上)であることが望ましい。この条件を満たすことにより、ガラス基板のたわみ量を小さくすることができる。さらに102.5dPa・sの粘度におけるガラス融液の温度が1650℃以下であれば、溶融性も良好になる。
β-OH value = (1 / X) log 10 (T 1 / T 2 )
X: Glass wall thickness (mm)
T 1 : Transmittance (%) at a reference wavelength of 3846 cm −1
T 2 : Minimum transmittance (%) in the vicinity of a hydroxyl group absorption wavelength of 3600 cm −1
In addition to the above characteristics, the liquidus temperature is 1150 ° C. or lower (especially 1130 ° C. or lower, more preferably 1100 ° C. or lower), and the viscosity at the liquidus temperature is 10 5.4 dPa · s or higher (especially 10 6.0 dPa · s or higher). Is desirable. By satisfying this condition, devitrification does not occur even if it is formed into a plate shape by the downdraw method, and it is possible to reduce the production cost by omitting the polishing step. Further, when the 10% HCl aqueous solution was treated at 80 ° C. for 24 hours, the erosion amount was 10 μm or less, and when the 10% HCl aqueous solution was treated at 80 ° C. for 1 hour, the surface was visually observed. When no white turbidity or roughness is observed, and the 130 BHF solution is treated at 20 ° C. for 30 minutes, the erosion amount is 0.8 μm or less, and the 63 BHF solution is treated at 20 ° C. for 30 minutes. It is desirable that no white turbidity or roughness is observed by visual surface observation. The specific Young's modulus is desirably 27.5 GPa / g · cm −3 or more (particularly 29.0 GPa · s or more). By satisfying this condition, the amount of deflection of the glass substrate can be reduced. Furthermore, if the temperature of the glass melt at a viscosity of 10 2.5 dPa · s is 1650 ° C. or lower, the meltability will be good.

また本発明の製造方法により好適に製造されるガラスの組成例として、質量百分率でSiO2 50〜70%、Al23 10〜25%、B23 8.4〜20%、MgO 0〜10%、CaO 3〜15%、BaO 0〜0.1%(ただし0.1%を除く)、SrO 0〜10%、ZnO 0〜10%、TiO2 0〜5%、P25 0〜5%含有するガラスが挙げられる。このような組成を有するガラスは、一般に高温溶融を必要とするが、上記したような液晶ディスプレイ等の基板として求められる歪点、密度、熱膨張係数、耐薬品性、比ヤング率、溶融性、成形性等の特性を得ることが可能である。以下に組成範囲を限定した理由を説明する。 Further a composition example of the glass which is preferably produced by the production method of the present invention, SiO 2 50-70% in percent by mass, Al 2 O 3 10~25%, B 2 O 3 8.4~20%, MgO 0 ~10%, CaO 3~15%, BaO 0~ 0.1% ( excluding 0.1%), SrO 0~10%, 0~10% ZnO, TiO 2 0~5%, P 2 O 5 Glass containing 0 to 5% is mentioned. Glass having such a composition generally requires high-temperature melting, but the strain point, density, thermal expansion coefficient, chemical resistance, specific Young's modulus, meltability, and the like required for substrates such as liquid crystal displays as described above, It is possible to obtain characteristics such as moldability. The reason for limiting the composition range will be described below.

SiO2の含有量は50〜70%である。50%より少ないと、耐薬品性、特に耐酸性が悪化し、また低密度化を図ることが困難となる。また70%より多いと、高温粘度が高くなり、溶融性が悪くなると共に、ガラス中に失透異物(クリストバライト)の欠陥が生じ易くなる。SiO2の含有量は58%以上、特に60%以上、さらには62%以上であることが好ましく、また68%以下、特に66%以下が好ましい。 The content of SiO 2 is 50 to 70%. If it is less than 50%, chemical resistance, particularly acid resistance is deteriorated, and it is difficult to reduce the density. On the other hand, if it exceeds 70%, the high-temperature viscosity becomes high, the meltability becomes poor, and a defect of devitrified foreign matter (cristobalite) tends to occur in the glass. The SiO 2 content is preferably 58% or more, particularly 60% or more, more preferably 62% or more, and 68% or less, particularly preferably 66% or less.

Al23の含有量は10〜25%である。10%より少ないと、歪点を640℃以上にすることが困難となる。またAl23にはガラスのヤング率を向上し、比ヤング率を高める働きがあるが、10%より少ないとヤング率が低下する。Al23の含有量は12%以上、特に14.5%以上であることが好ましく、また19%以下、特に18.0%以下であることが好ましい。なお19%より多いと液相温度が高くなり、耐失透性が低下する。 The content of Al 2 O 3 is 10 to 25%. If it is less than 10%, it becomes difficult to set the strain point to 640 ° C. or higher. Al 2 O 3 has a function of improving the Young's modulus of the glass and increasing the specific Young's modulus, but if it is less than 10%, the Young's modulus is lowered. The content of Al 2 O 3 is preferably 12% or more, particularly preferably 14.5% or more, and is preferably 19% or less, particularly preferably 18.0% or less. If it exceeds 19%, the liquidus temperature increases and the devitrification resistance decreases.

23は融剤として働き、粘性を下げ溶融性を改善する成分である。一方、液晶ディスプレイに使用されるガラス基板には高い耐酸性が要求されるが、B23が多くなるほど耐酸性が低下する傾向にある。B23の含有量は8.4〜20%である。8.4%より少ないと、融剤としての働きが不十分になると共に、耐バッファードフッ酸性が悪化する。また20%より多いと、ガラスの歪点が低下し、耐熱性が低下すると共に耐酸性が悪化する。さらにヤング率が低下するため、比ヤング率が低下する。B23の含有量は8.6%以上であることが好ましく、また15%以下、特に14%以下、さらには12%以下であることが好ましい。 B 2 O 3 is a component that acts as a flux and lowers viscosity to improve meltability. On the other hand, a glass substrate used for a liquid crystal display is required to have high acid resistance, but the acid resistance tends to decrease as the amount of B 2 O 3 increases. The content of B 2 O 3 is 8.4 to 20%. If it is less than 8.4%, the function as a flux becomes insufficient and the buffered hydrofluoric acid resistance deteriorates. On the other hand, if it exceeds 20%, the strain point of the glass is lowered, the heat resistance is lowered and the acid resistance is deteriorated. Furthermore, since the Young's modulus decreases, the specific Young's modulus decreases. The content of B 2 O 3 is preferably 8.6% or more, 15% or less, particularly 14% or less, more preferably 12% or less.

MgOの含有量は0〜10%である。MgOは、歪点を低下させることなく、高温粘性を下げ、ガラスの溶融性を改善する。またアルカリ土類金属酸化物の中では最も密度を下げる効果がある。しかしながら多量に含有すると液相温度が上昇し、耐失透性が低下する。またMgOはバッファードフッ酸と反応して生成物を形成し、ガラス基板表面の素子上に固着したり、ガラス基板に付着してこれを白濁させる恐れがあるため、その含有量には制限がある。従ってMgOの含有量は0〜2%、特に0〜1%、さらには0〜0.5%、望ましくは実質的に含有しないことが好ましい。   The content of MgO is 0 to 10%. MgO lowers the high temperature viscosity without lowering the strain point and improves the meltability of the glass. In addition, the alkaline earth metal oxide is most effective in reducing the density. However, if it is contained in a large amount, the liquidus temperature rises and the devitrification resistance decreases. In addition, MgO reacts with buffered hydrofluoric acid to form a product, which may adhere to the element on the glass substrate surface or adhere to the glass substrate and cause it to become cloudy. is there. Therefore, the content of MgO is 0 to 2%, particularly 0 to 1%, more preferably 0 to 0.5%, and preferably it is not substantially contained.

CaOも、MgOと同様に歪点を低下させることなく、高温粘性を下げ、ガラスの溶融性を著しく改善する成分であり、その含有量は3〜15%である。この種の無アルカリガラス基板は、一般に溶融し難く、安価に高品質のガラス基板を大量に供給するためには、その溶融性を高めることが重要である。本発明のガラス組成系ではSiO2を減少させることが、溶融性を高めるために最も効果的であるが、SiO2の量を減らすと、耐酸性が極端に低下すると共にガラスの密度、熱膨張係数が増大するため好ましくない。従って本発明においては、ガラスの溶融性を高めるため、CaOを3%以上含有させている。一方、CaOが15%より多くなると、ガラスの耐バッファードフッ酸性が悪化し、ガラス基板表面が浸食されやすくなると共に、反応生成物がガラス基板表面に付着してガラスを白濁させ、さらに熱膨張係数が高くなりすぎるため好ましくない。CaOの含有量は4%以上、特に5%以上、さらには6%以上であることが好ましく、また12%以下、特に10%以下、さらには9%以下であることが好ましい。 CaO is also a component that lowers the high temperature viscosity and remarkably improves the meltability of the glass without lowering the strain point, like MgO, and its content is 3 to 15%. This kind of alkali-free glass substrate is generally difficult to melt, and in order to supply a large amount of a high-quality glass substrate at a low cost, it is important to improve its melting property. In the glass composition system of the present invention, reducing SiO 2 is most effective for increasing the meltability. However, reducing the amount of SiO 2 results in extremely low acid resistance and increases the density and thermal expansion of the glass. This is not preferable because the coefficient increases. Therefore, in this invention, in order to improve the meltability of glass, 3% or more of CaO is contained. On the other hand, if the CaO content exceeds 15%, the buffered hydrofluoric acid resistance of the glass deteriorates, and the glass substrate surface is easily eroded, and the reaction product adheres to the glass substrate surface, causing the glass to become cloudy and further thermal expansion. Since the coefficient becomes too high, it is not preferable. The CaO content is preferably 4% or more, particularly 5% or more, and more preferably 6% or more, and is preferably 12% or less, particularly 10% or less, and more preferably 9% or less.

BaOは、ガラスの耐薬品性、耐失透性を向上させる成分であるが、ガラスの密度や熱膨張係数を大きく上昇させる成分であり、低密度化、低膨張化する場合には極力含まない方が好ましい。また環境面からも多量の含有は好ましくない。BaOの含有量は0.1%以下(0.1%を除く)であるBaO is a component that improves the chemical resistance and devitrification resistance of glass, but it is a component that greatly increases the density and thermal expansion coefficient of glass, and is not included as much as possible in the case of low density and low expansion. Is preferred. Also, a large amount is not preferable from the viewpoint of the environment. The content of BaO is 0 . 1% or less (excluding 0.1%) .

SrOは、ガラスの耐薬品性、耐失透性を向上させる成分であり、0〜10%含有する。ただし多量に含有すると、ガラスの密度や熱膨張係数が上昇する。SrOの含有量は4%以下、特に2.7%、さらには1.5%以下が好ましい。   SrO is a component that improves the chemical resistance and devitrification resistance of glass, and is contained in an amount of 0 to 10%. However, if contained in a large amount, the density and thermal expansion coefficient of the glass increase. The SrO content is preferably 4% or less, particularly 2.7%, and more preferably 1.5% or less.

またBaOおよびSrOは、特に耐BHF性を高める性質を持つ成分である。従って、耐BHF性を向上させるためには、これらの成分を合量で0.1%以上(好ましくは0.3%以上、より好ましくは0.5%以上)含有させることが好ましい。しかし、上述したようにBaOおよびSrOを多く含有しすぎると、ガラスの密度、熱膨張係数が上昇するため、合量で6%以下に抑えることが望ましい。その範囲内で、BaOとSrOの合量は、耐BFH性及び耐失透性を高めるという観点に立てば、できるだけ多く含有することが望ましく、一方、密度や熱膨張係数の低下、或いは環境面への配慮という観点に立てば、できるだけ少なくすることが望ましい。   Further, BaO and SrO are components having a property of particularly improving BHF resistance. Therefore, in order to improve the BHF resistance, it is preferable to contain these components in a total amount of 0.1% or more (preferably 0.3% or more, more preferably 0.5% or more). However, as described above, if too much BaO and SrO are contained, the density and thermal expansion coefficient of the glass increase, so it is desirable to keep the total amount at 6% or less. Within that range, the total amount of BaO and SrO is preferably contained as much as possible from the viewpoint of improving BFH resistance and devitrification resistance, while reducing the density and thermal expansion coefficient, or environmental aspects. From the viewpoint of consideration, it is desirable to reduce as much as possible.

ZnOは、ガラス基板の耐バッファードフッ酸性を改善すると共に溶融性を改善する成分であるが、多量に含有するとガラスが失透しやすくなり、歪点も低下する上、密度が上昇するため好ましくない。従って、その含有量は0〜10%、好ましくは0〜7%、より好ましくは5%以下、さらに好ましくは3%以下、特に0.9%以下、最も好ましくは0.5%以下である。   ZnO is a component that improves the buffered hydrofluoric acid resistance of the glass substrate and improves the meltability. However, if it is contained in a large amount, it tends to devitrify the glass, lowering the strain point, and increasing the density. Absent. Therefore, the content is 0 to 10%, preferably 0 to 7%, more preferably 5% or less, further preferably 3% or less, particularly 0.9% or less, and most preferably 0.5% or less.

MgO、CaO、BaO、SrO、ZnOの各成分は混合して含有させることによりガラスの液相温度を著しく下げ、ガラス中に結晶異物を生じさせ難くすることにより、ガラスの溶融性、成形性を改善する効果がある。しかしながら、これらの合量が少ないと、融剤としての働きが充分ではなく溶融性が悪化すると共に、熱膨張係数が低くなりすぎ、TFT材料との整合性が低下する。一方、多すぎると、密度が上昇し、ガラス基板の軽量化が図れなくなる上、比ヤング率が低下するため好ましくない。これらの成分の合量は6〜20%、特に6〜15%、さらには6〜12%であることが好ましい。   Each component of MgO, CaO, BaO, SrO, ZnO is mixed and contained, so that the liquidus temperature of the glass is remarkably lowered, and it is difficult to produce crystalline foreign matters in the glass, thereby improving the meltability and moldability of the glass. There is an effect to improve. However, if the total amount of these is small, the function as a flux is not sufficient, the meltability is deteriorated, the thermal expansion coefficient becomes too low, and the consistency with the TFT material is lowered. On the other hand, when the amount is too large, the density increases, the weight of the glass substrate cannot be reduced, and the specific Young's modulus decreases, which is not preferable. The total amount of these components is preferably 6 to 20%, particularly 6 to 15%, and more preferably 6 to 12%.

TiO2は、ガラスの耐薬品性、特に耐酸性を改善し、かつ高温粘性を下げて溶融性を向上する成分であるが、多く含有するとガラスに着色を生じ、その透過率を減ずるためディスプレイ用のガラス基板としては好ましくない。よってTiO2は0〜5%、好ましくは0〜3%、より好ましくは0〜1%に規制すべきである。 TiO 2 is a component that improves the chemical resistance of glass, especially acid resistance, and lowers the viscosity at high temperature to improve the melting property. It is not preferable as a glass substrate. Thus TiO 2 is 0 to 5%, should be regulated preferably 0-3%, more preferably 0 to 1%.

25は、ガラスの耐失透性を向上する成分であるが、多く含有するとガラス中に分相、乳白が起こると共に、耐酸性が著しく悪化するため好ましくない。よってP25は0〜5%、好ましくは0〜3%、より好ましくは0〜1%に規制すべきである。 P 2 O 5 is a component that improves the devitrification resistance of the glass. However, if contained in a large amount, P 2 O 5 is not preferable because phase separation and milk white occur in the glass and the acid resistance is significantly deteriorated. Therefore, P 2 O 5 should be regulated to 0 to 5%, preferably 0 to 3%, more preferably 0 to 1%.

また、上記成分以外にも、本発明では、Y23、Nb23、La23を合量で5%程度まで含有することができる。これらの成分は歪点、ヤング率等を高める働きがあるが、多く含有すると密度が増大してしまうので好ましくない。更にガラス特性が損なわれない限り、As23、Sb23、Sb25、F2、Cl2、SO3、C、あるいはAl、Siなどの金属粉末等の清澄剤を合量で5%まで含有させることができる。また、CeO2、Fe23なども清澄剤として合量で5%まで含有させることができる。なおAs23は、環境面から使用しないことが望ましい。 In addition to the above components, in the present invention, Y 2 O 3 , Nb 2 O 3 , and La 2 O 3 can be contained up to about 5% in total. These components have a function of increasing the strain point, Young's modulus, etc., but if they are contained in a large amount, the density increases, which is not preferable. Furthermore, as long as the glass properties are not impaired, the total amount of clarifier such as metal powder such as As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 5 , F 2 , Cl 2 , SO 3 , C, Al, Si, etc. Up to 5%. Further, CeO 2 , Fe 2 O 3 and the like can be contained as a fining agent in a total amount of up to 5%. As 2 O 3 is desirably not used from the environmental viewpoint.

次に本発明の無アルカリガラスの製造方法を詳述する。本発明の方法は、調合工程、溶融工程、供給工程及び成形工程を含む。   Next, the method for producing alkali-free glass of the present invention will be described in detail. The method of the present invention includes a blending step, a melting step, a supplying step, and a forming step.

調合工程は、SiO2−Al23−B23−RO(ROはMgO、CaO、BaO、SrO及びZnOの1種以上)系の組成を有するガラスとなるようにガラス原料を調合してバッチを用意する工程である。特に上記したように、密度が2.55g/cm3以下、30〜380℃の温度範囲における平均熱膨張係数が25〜40×10-7/℃、歪点が640℃以上の特性を有するガラスとなるように、また質量百分率でSiO2 50〜70%、Al23 10〜25%、B23 8.4〜20%、MgO 0〜10%、CaO 3〜15%、BaO 0〜10%、SrO 0〜10%、ZnO 0〜10%、TiO2 0〜5%、P25 0〜5%含有するガラスとなるように調合することが望ましい。 In the blending step, glass raw materials are blended so that the glass has a composition of SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —RO (RO is one or more of MgO, CaO, BaO, SrO and ZnO). This is a process for preparing a batch. In particular, as described above, the glass has the characteristics that the density is 2.55 g / cm 3 or less, the average thermal expansion coefficient is 25 to 40 × 10 −7 / ° C., and the strain point is 640 ° C. or higher in the temperature range of 30 to 380 ° C. Also, by mass percentage, SiO 2 50 to 70%, Al 2 O 3 10 to 25%, B 2 O 3 8.4 to 20%, MgO 0 to 10%, CaO 3 to 15%, BaO 0 It is desirable to prepare such a glass that contains 10% to 10%, SrO 0 to 10%, ZnO 0 to 10%, TiO 2 0 to 5%, and P 2 O 5 0 to 5%.

また失透原因となるZrO2成分は、後の溶融工程で耐火物からの溶出により含有量が増えるおそれがある。このためガラス原料からのZrO2成分の混入を極力制限しておくことが重要であり、また化学耐久性の改善等を意図して使用する場合も、その添加量は最小限に留める必要がある。ZrO2の失透性を強めるSnO2成分は、SnO2電極を用いて電気溶融すると、電極からの溶出によって含有量が増えるおそれがある。このためガラス原料からの混入を極力制限しておくことが重要であり、また清澄効果等を得るために意図的に使用する場合も、その添加量は最小限に留める必要がある。 Further, the ZrO 2 component that causes devitrification may increase in content due to elution from the refractory in the subsequent melting step. For this reason, it is important to limit the incorporation of ZrO 2 component from the glass raw material as much as possible, and when it is intended to improve chemical durability, the amount of addition must be kept to a minimum. . If the SnO 2 component that enhances the devitrification property of ZrO 2 is electrically melted using a SnO 2 electrode, the content may increase due to elution from the electrode. For this reason, it is important to limit the mixing from the glass raw material as much as possible, and when it is intentionally used to obtain a clarification effect or the like, the addition amount must be kept to a minimum.

溶融工程は、高ジルコニア系耐火物を用いた溶融窯にて原料を溶融する工程である。高ジルコニア系耐火物としては、耐食性に優れ、長期間使用可能なZrO2電鋳耐火物を使用することが好ましい。溶融温度は、上記組成の無アルカリガラスの場合、1500〜1650℃程度である。 The melting step is a step of melting the raw material in a melting kiln using a high zirconia refractory. As the high zirconia refractory, it is preferable to use a ZrO 2 electroformed refractory that has excellent corrosion resistance and can be used for a long time. The melting temperature is about 1500 to 1650 ° C. in the case of the alkali-free glass having the above composition.

またSnO2電極、Pt電極、Mo電極等を用いて直接通電加熱による電気溶融を行うことにより、高温溶融を容易に行うことができる。この場合、重油やガスの燃焼を併用して溶融しても差し支えないことは言うまでもない。なお電極の種類は特に制限されるものではなく、電極の寿命や侵食度合い等を考慮して適切な種類を決定すればよい。また使用する電極は必ずしも1種類である必要はなく、種々の条件を考慮して2種以上の電極を組み合わせて使用することができる。例えばガラス中へのPtの溶出を問題とする場合、電極成分が溶出し易い部位にSnO2電極やMo電極を用い、それ以外の部位にPt電極を用いることができる。特にSnO2電極は、それ自身が酸化物からなるため、電極成分がガラス中に溶け込んでもガラスに悪影響を及ぼしにくい、という特徴がある。 Moreover, high temperature melting can be easily performed by performing electric melting by direct current heating using a SnO 2 electrode, a Pt electrode, a Mo electrode or the like. In this case, it goes without saying that there is no problem even if it is melted together with combustion of heavy oil or gas. The type of electrode is not particularly limited, and an appropriate type may be determined in consideration of the life of the electrode, the degree of erosion, and the like. Moreover, the electrode to be used does not necessarily need to be one type, and two or more types of electrodes can be used in combination in consideration of various conditions. For example, when elution of Pt into the glass is a problem, a SnO 2 electrode or a Mo electrode can be used in a part where the electrode component is easily eluted, and a Pt electrode can be used in other parts. In particular, since the SnO 2 electrode itself is made of an oxide, it has a feature that it does not adversely affect the glass even if the electrode component is dissolved in the glass.

供給工程は、少なくとも一部が白金又は白金合金で形成された供給経路を用いて、溶融窯で溶融された溶融ガラスを成形装置に供給する工程である。供給経路を白金又は白金合金で形成する理由は、ガラス中へのさらなるZrO2の溶け込みを防止することにある。またZrO2の溶け込みはガラスの失透性のみならず、均質性にも影響を与える。未研磨でも使用可能なガラスを作製するには、ガラスの均質性が高くなければならず、そのためには供給経路でのZrO2の溶け込みによるガラスの汚染を防がなければならない。白金又は白金合金を供給経路に用いることはガラスの均質性維持に寄与することになる。従って白金又は白金合金で形成される部位が多いほど好ましく、ガラスとの接触面全体が白金又は白金合金で形成されていることが理想的である。なお供給経路とは、溶融窯と成形装置との間に設けられる設備全体を指す。例えば清澄槽、調整槽、攪拌槽等、及び各槽を結ぶ連絡流路等が含まれる。また供給工程では、単にガラスを成形設備へ供給するに留まらず、ガラスを清澄均質化するものであることが望ましい。 The supply step is a step of supplying molten glass melted in a melting furnace to a molding apparatus using a supply path formed at least partially from platinum or a platinum alloy. The reason for forming the supply path with platinum or a platinum alloy is to prevent further ZrO 2 from dissolving into the glass. Further, the penetration of ZrO 2 affects not only the devitrification property of the glass but also the homogeneity. In order to produce a glass that can be used even if it is not polished, the glass must have high homogeneity, and for this purpose, it is necessary to prevent contamination of the glass due to ZrO 2 dissolution in the supply path. Using platinum or a platinum alloy in the supply path contributes to maintaining the homogeneity of the glass. Therefore, it is preferable that the number of parts formed of platinum or a platinum alloy is larger. Ideally, the entire contact surface with glass is formed of platinum or a platinum alloy. In addition, a supply path | route points out the whole installation provided between a melting kiln and a shaping | molding apparatus. For example, a clarification tank, an adjustment tank, a stirring tank, and the like, and a communication channel connecting the tanks are included. Further, in the supplying step, it is desirable that the glass is not limited to simply supplying glass to a forming facility, but the glass is clarified and homogenized.

なお「白金又は白金合金で形成された供給経路」とは、白金又は白金合金のみで作製された供給経路だけでなく、耐火物表面を白金で覆った供給経路も含む。   The “supply path formed of platinum or a platinum alloy” includes not only a supply path made of only platinum or a platinum alloy but also a supply path in which the refractory surface is covered with platinum.

成形工程は、成形装置に供給された溶融ガラスを所定の形状に成形する工程である。ディスプレイ用途では、ガラスをオーバーフローダウンドロー法、スロットダウンドロー法、フロート法、ロールアウト法等の方法を用いて薄板状に成形する。特にオーバーフローダウンドロー法によって成形すると、未研磨でも非常に表面品位に優れたガラス板が得られるため好ましい。   The forming step is a step of forming the molten glass supplied to the forming apparatus into a predetermined shape. For display applications, the glass is formed into a thin plate using a method such as an overflow downdraw method, a slot downdraw method, a float method, or a rollout method. In particular, molding by the overflow downdraw method is preferable because a glass plate having excellent surface quality can be obtained even when unpolished.

以上のようにして本発明の無アルカリガラスを製造することができる。   The alkali-free glass of the present invention can be produced as described above.

なお本発明の製造方法においては、成形工程での失透防止の観点から、ZrO2許容量は、得られるガラスの含有量が質量百分率で0.6%以下となるように制限するべきであり、好ましくは0.5%以下、より好ましくは0.3%以下、さらに好ましくは0.2%以下、最適には0.1%以下である。また0.01%以上、特に0.02%以上であることが望ましい。得られるガラス中のZrO2含有量が0.6%以下であれば、失透性を改善することができる。なおガラス中のZrO2量は、調合工程におけるZrO2原料の使用量や不純物の管理、溶融工程での耐火物の温度管理や電流量の調整、及び供給工程での白金又は白金合金の使用面積等によって調整可能である。 In the production method of the present invention, from the viewpoint of preventing devitrification in the molding step, the ZrO 2 allowable amount should be limited so that the content of the glass to be obtained is 0.6% or less by mass percentage. , Preferably 0.5% or less, more preferably 0.3% or less, further preferably 0.2% or less, and optimally 0.1% or less. Moreover, it is desirable that it is 0.01% or more, especially 0.02% or more. If the ZrO 2 content in the obtained glass is 0.6% or less, the devitrification can be improved. The amount of ZrO 2 in the glass is the amount of ZrO 2 raw material used and impurities in the preparation process, the temperature control of the refractory in the melting process and the adjustment of the current amount, and the area of platinum or platinum alloy used in the supply process. It is possible to adjust by such as.

また同様に、SnO2許容量は、得られるガラスの含有量が質量百分率で0.3%以下、特に0.28%以下であることが好ましく、また0.005%以上、特に0.01%以上となるようにすることが好ましい。得られるガラス中のSnO2含有量が0.3%以下であれば、ZrO2に起因する失透の発生を大幅に抑制することができる。なおガラス中のSnO2量は、調合工程におけるSnO2原料の使用量や不純物の管理、及び溶融工程でのSnO2電極の使用本数や電極の温度管理等によって調整可能である。 Similarly, the SnO 2 tolerance is such that the glass content obtained is 0.3% or less, particularly 0.28% or less in terms of mass percentage, and 0.005% or more, particularly 0.01%. It is preferable to be as described above. If the SnO 2 content in the obtained glass is 0.3% or less, the occurrence of devitrification due to ZrO 2 can be significantly suppressed. The amount of SnO 2 in the glass can be adjusted by controlling the amount of SnO 2 raw material used and impurities in the blending process, the number of SnO 2 electrodes used in the melting process, and the temperature control of the electrodes.

またガラスを低粘性化して溶融性を少しでも改善する目的で、ガラスの水分を増量することが好ましい。具体的にはβ−OH値で表示して、0.2/mm以上、特に0.25/mm以上、さらには0.3/mm以上、特に0.4/mm以上に調整することが好ましい。ガラスの水分量を調整するには、含水量の高い原料(例えば水酸化物原料)を選択したり、原料中に水分を添加したり、塩素等のガラス中の水分量を減少させる成分の含有量を制限したり、ガラス溶融の際に酸素燃焼を採用して炉内雰囲気中の水分量を増加させたり、炉内に直接水蒸気を導入したり、溶融ガラス中で水蒸気バブリングを行う等の方法により行うことができる。   Further, it is preferable to increase the water content of the glass for the purpose of reducing the viscosity of the glass and improving the meltability as much as possible. Specifically, it is preferable to adjust to 0.2 / mm or more, particularly 0.25 / mm or more, more preferably 0.3 / mm or more, particularly 0.4 / mm or more, expressed by β-OH value. . To adjust the moisture content of the glass, select a raw material with a high water content (for example, a hydroxide raw material), add moisture to the raw material, or contain ingredients that reduce the moisture content in the glass, such as chlorine. Methods such as limiting the amount, adopting oxygen combustion during glass melting to increase the amount of moisture in the furnace atmosphere, introducing water vapor directly into the furnace, or performing water vapor bubbling in the molten glass Can be performed.

表1及び2は、SnO2の含有量が、ZrO2に起因する失透に影響を与えることを示す実験結果である。ガラス1は、質量%でSiO2 60%、Al23 15%、B23 10%、CaO 5%、BaO 5%、SrO 5%含有し、密度が2.5g/cm3、30〜380℃における熱膨張係数が37×10-7/℃、 歪点が655℃のガラスであり、ガラス2は、質量%でSiO2 64%、Al23 16%、B23 11%、CaO 8%、SrO 1%含有し、密度が2.4g/cm3、30〜380℃における熱膨張係数が32×10-7/℃、歪点が660℃のガラスである。 Tables 1 and 2 show the experimental results showing that the SnO 2 content affects devitrification caused by ZrO 2 . Glass 1 contains SiO 2 60% by mass, Al 2 O 3 15%, B 2 O 3 10%, CaO 5%, BaO 5%, SrO 5%, and a density of 2.5 g / cm 3 , 30 A glass having a thermal expansion coefficient of 37 × 10 −7 / ° C. and a strain point of 655 ° C. at 380 ° C., and glass 2 is SiO 2 64%, Al 2 O 3 16%, B 2 O 3 11 in mass%. %, CaO 8%, SrO 1%, a density of 2.4 g / cm 3 , a coefficient of thermal expansion at 30 to 380 ° C. of 32 × 10 −7 / ° C., and a strain point of 660 ° C.

各試料は次のようにして調製した。まず上記組成となるように、ZrO2量及びSnO2量を変化させてガラス原料を調合した。この原料バッチを白金坩堝に入れ、1600℃で24時間溶融した後、成形した。その後、得られたガラスを粉砕し、標準篩30メッシュ(500μm)を通過させ、50メッシュ(300μm)に残るガラス粉末を白金のボートに入れ、温度勾配炉中で24時間保持した後取り出した。得られた試料について、顕微鏡観察によりガラス中にZrO2・SiO2結晶の見られた最高温度を表示した。なお表中の「−」部分は、未調査であることを示している。 Each sample was prepared as follows. First, glass materials were prepared by changing the amount of ZrO 2 and the amount of SnO 2 so as to obtain the above composition. This raw material batch was put in a platinum crucible, melted at 1600 ° C. for 24 hours, and then molded. Thereafter, the obtained glass was pulverized, passed through a standard sieve 30 mesh (500 μm), and the glass powder remaining on 50 mesh (300 μm) was placed in a platinum boat, held in a temperature gradient furnace for 24 hours, and then taken out. With respect to the obtained sample, the maximum temperature at which ZrO 2 · SiO 2 crystals were observed in the glass was displayed by microscopic observation. The “-” part in the table indicates that no investigation has been made.

上記の結果から、BaO等のアルカリ土類成分を低減して低密度化、低膨張化、高歪点化したガラス2の方が、少ないZrO2量で容易に失透することが分かった。またZrO2含有量及びSnO2含有量が高くなるほど、失透性が強まる傾向にあることが確認された。 From the above results, it was found that the glass 2 having a reduced density, a low expansion, and a high strain point by reducing alkaline earth components such as BaO easily devitrifies with a small amount of ZrO 2 . It was also confirmed that devitrification tends to increase as the ZrO 2 content and the SnO 2 content increase.

次に、本発明の方法の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の製造方法を実施するためのガラス製造設備1の概略構成を示す説明図である。   Next, an embodiment of the method of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a glass manufacturing facility 1 for carrying out the manufacturing method of the present invention.

まずガラス製造設備の構成を説明する。ガラス製造設備1は、溶融ガラスの供給源となる略矩形の溶融窯2と、該溶融窯2の下流側に設けられた清澄槽3と、該清澄槽3の下流側に設けられた調整槽4と、調整槽4の下流側に設けられた成形装置5とを有し、溶融窯2、清澄槽3、調整槽4及び成形装置5は、それぞれ連絡流路6、7、8によって接続されている。   First, the configuration of the glass manufacturing facility will be described. The glass production facility 1 includes a substantially rectangular melting furnace 2 serving as a molten glass supply source, a clarification tank 3 provided on the downstream side of the melting furnace 2, and an adjustment tank provided on the downstream side of the clarification tank 3. 4 and a molding apparatus 5 provided on the downstream side of the adjustment tank 4, and the melting furnace 2, the clarification tank 3, the adjustment tank 4, and the molding apparatus 5 are connected by communication channels 6, 7, and 8, respectively. ing.

前記溶融窯2は、底壁、側壁、及び天井壁とを有し、これらの各壁は、ZrO2電鋳耐火物等の高ジルコニア系耐火物で形成される。側壁は、耐火物が冷却され易いように壁厚が薄く設計されている。また左右両側の側壁下部及び底壁には複数対の電極が、左右両側の側壁上方には複数のバーナーがそれぞれ設置される。各電極には電極温度が過度に上昇しないように冷却手段が設けられる。またバーナーに酸素バーナーを使用して酸素燃焼加熱すれば、より高温の加熱が可能になり、またガラスの水分を容易に増加させることができる。そして電極間に電気を印加することによりガラスを直接通電加熱することができる。またバーナーの火炎を溶融ガラスの上部空間に向かって放射することにより、溶融ガラスを上方から加熱することができる。 The melting furnace 2 has a bottom wall, a side wall, and a ceiling wall, and each of these walls is formed of a high zirconia refractory such as a ZrO 2 electroformed refractory. The side wall is designed to be thin so that the refractory is easily cooled. In addition, a plurality of pairs of electrodes are installed on the lower and bottom walls of the left and right side walls, and a plurality of burners are installed above the left and right side walls. Each electrode is provided with cooling means so that the electrode temperature does not rise excessively. Further, if an oxygen burner is used for the burner and oxygen combustion heating is performed, heating at a higher temperature becomes possible, and the moisture of the glass can be easily increased. The glass can be directly energized and heated by applying electricity between the electrodes. Moreover, the molten glass can be heated from above by radiating the flame of the burner toward the upper space of the molten glass.

前記溶融窯2の下流側の側壁には、流出口が形成されており、該流出口を上流端に有する幅狭の連絡流路6を介して溶融窯2と清澄槽3とが連通している。   An outlet is formed on the downstream side wall of the melting furnace 2, and the melting furnace 2 and the clarification tank 3 communicate with each other via a narrow communication channel 6 having the outlet at the upstream end. Yes.

前記清澄槽3は、底壁、側壁及び天井壁とを有し、これらの各壁は、高ジルコニア系耐火物で形成されている。また前記連絡流路6は、底壁、側壁及び天井壁を有し、これらの各壁も、ZrO2電鋳耐火物等の高ジルコニア系耐火物で形成されている。前記清澄槽3は、溶融窯2よりも容積が小さく、その底壁及び側壁の内壁面(少なくとも溶融ガラスと接触する内壁面部位)は、白金又は白金合金が内張されており、前記連絡流路6の底壁及び側壁の内壁面にも白金又は白金合金が内張されている。この清澄槽3は、上流側の側壁に前記流出路6の下流端が開口している。清澄槽3は主としてガラスの清澄が行われる部位であり、ガラス中に含まれる微細な泡が、清澄剤から放出される清澄ガスにより拡大浮上され、ガラスから除去される。 The clarification tank 3 has a bottom wall, a side wall, and a ceiling wall, and each of these walls is formed of a high zirconia refractory. The communication channel 6 has a bottom wall, side walls, and a ceiling wall, and each of these walls is also formed of a high zirconia refractory such as a ZrO 2 electroformed refractory. The clarification tank 3 has a smaller volume than the melting furnace 2, and the bottom wall and the inner wall surface of the side wall (at least the inner wall surface part in contact with the molten glass) are lined with platinum or a platinum alloy, Platinum or a platinum alloy is also lined on the bottom wall of the path 6 and the inner wall surface of the side wall. In the clarification tank 3, the downstream end of the outflow passage 6 is opened on the upstream side wall. The clarification tank 3 is a part where clarification of the glass is mainly performed, and fine bubbles contained in the glass are levitated and clarified by the clarification gas released from the clarifier, and are removed from the glass.

前記清澄槽3の下流側の側壁には、流出口が形成され、流出口を上流端に有する幅狭の連絡流路7を介して清澄槽3の下流側に調整槽4が連通している。   An outlet is formed on the downstream side wall of the clarification tank 3, and the adjustment tank 4 communicates with the downstream side of the clarification tank 3 via a narrow communication channel 7 having the outlet at the upstream end. .

前記調整槽4は、底壁、側壁及び天井壁とを有し、これらの各壁は、高ジルコニア系耐火物で形成されている。また前記連絡流路7は、底壁、側壁及び天井壁を有し、これらの各壁も、ZrO2電鋳耐火物等の高ジルコニア系耐火物で形成されている。前記調整槽4の底壁及び側壁の内壁面(少なくとも溶融ガラスと接触する内壁面部位)は、白金又は白金合金が内張されており、前記連絡流路7の底壁及び側壁の内壁面にも、白金又は白金合金が内張されている。調整槽4は主としてガラスを成形に適した状態に調整する部位であり、溶融ガラスの温度を徐々に低下させて成形に適した粘度に調整する。 The said adjustment tank 4 has a bottom wall, a side wall, and a ceiling wall, and each of these walls is formed with the high zirconia refractory. The communication channel 7 has a bottom wall, a side wall, and a ceiling wall, and each of these walls is also formed of a high zirconia refractory such as a ZrO 2 electroformed refractory. The inner wall surface of the bottom wall and the side wall of the adjustment tank 4 (at least the inner wall surface part in contact with the molten glass) is lined with platinum or a platinum alloy, and is attached to the bottom wall and the inner wall surface of the side wall of the communication channel 7. Also, platinum or a platinum alloy is lined. The adjustment tank 4 is a part that mainly adjusts the glass to a state suitable for molding, and gradually adjusts the temperature of the molten glass to a viscosity suitable for molding.

前記調整槽4の下流側の側壁には、流出口が形成され、流出口を上流端に有する幅狭の連絡流路8を介して調整槽4の下流側に成形装置5が連通している。   An outlet is formed on the downstream side wall of the adjustment tank 4, and the molding device 5 communicates with the downstream side of the adjustment tank 4 via a narrow communication channel 8 having the outlet at the upstream end. .

成形装置5は、液晶用板ガラス等のディスプレイ用基板ガラスの成形に用いられる板ガラス成形装置であり、例えばオーバーフローダウンドロー装置である。また前記連絡流路8の底壁及び側壁の内壁面は、白金又は白金合金が内張されている。   The forming device 5 is a plate glass forming device used for forming a display substrate glass such as a liquid crystal plate glass, and is, for example, an overflow down draw device. The bottom wall and the inner wall surface of the side wall of the communication channel 8 are lined with platinum or a platinum alloy.

なお本実施例における供給経路とは、溶融窯の下流に設けられる連絡流路6から、成形装置上流側に設けられた連絡流路8までを指す。またここでは溶融窯、清澄槽、調整槽及び成形装置の各部位からなるガラス製造設備を例示したが、例えば調整槽と成形装置の間に、ガラスを攪拌均質化する攪拌槽を設けておくことも可能である。さらに上記各設備は、白金又は白金合金が耐火物に内張されてなるものを示したが、これに代えて白金又は白金合金自身で構成された設備を使用してもよいことは言うまでもない。   In addition, the supply path in a present Example points out from the connection flow path 6 provided in the downstream of a melting furnace to the connection flow path 8 provided in the shaping | molding apparatus upstream. Moreover, although the glass manufacturing equipment which consists of each part of a melting kiln, a clarification tank, an adjustment tank, and a shaping | molding apparatus was illustrated here, for example, between the adjustment tank and the shaping | molding apparatus, the stirring tank which stirs and homogenizes glass should be provided. Is also possible. Furthermore, although each said equipment showed what formed platinum or a platinum alloy by lining a refractory material, it cannot be overemphasized that the equipment comprised with platinum or platinum alloy itself may be used instead of this.

以上のような構成を有するガラス製造設備を用いてガラスを製造する方法を述べる。   A method of manufacturing glass using the glass manufacturing facility having the above-described configuration will be described.

まずSiO2−Al23−B23−RO(ROはMgO、CaO、BaO、SrO及びZnOの1種以上)系の組成を有するガラスとなるようにガラス原料を調合する。具体的には質量百分率でSiO2 50〜70%、Al23 10〜25%、B23 8.4〜20%、MgO 0〜10%、CaO 3〜15%、BaO 0〜10%、SrO 0〜10%、ZnO 0〜10%、TiO2 0〜5%、P25 0〜5%含有するガラスとなるようにガラス原料を調合する。なお上記以外にも清澄剤等種々の成分を添加可能であるが、ZrO2やSnO2成分については、ガラス原料からの混入を極力制限することが重要である。またこれらの成分を意図的に使用する場合は、製造設備からの混入量を十分に考慮した上で添加量を慎重に決定する必要がある。またガラスの水分量を増大させたい場合は、例えば水酸化原料を使用する。 First, a glass raw material is prepared so as to be a glass having a composition of SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —RO (RO is one or more of MgO, CaO, BaO, SrO and ZnO). Specifically SiO 2 50-70% by mass percentage, Al 2 O 3 10~25%, B 2 O 3 8.4~20%, 0~10% MgO, CaO 3~15%, BaO 0~10 %, SrO 0~10%, 0~10% ZnO, TiO 2 0~5%, to formulate a glass raw material so that the glass containing P 2 O 5 0~5%. In addition to the above, various components such as a refining agent can be added, but it is important to limit the incorporation of ZrO 2 and SnO 2 components from glass raw materials as much as possible. In addition, when these components are intentionally used, it is necessary to carefully determine the addition amount after taking into consideration the amount of mixing from the production equipment. When it is desired to increase the moisture content of the glass, for example, a hydroxide raw material is used.

続いて調合したガラス原料を溶融窯2に投入し、溶融、ガラス化する。溶融窯2内では、電極へ電圧印加してガラスを直接通電加熱する。またバーナーの燃焼炎によりガラスを上方から加熱する。このようにして1500〜1650℃程度の高温でガラスを溶融する。なお側壁や電極を十分に冷却しながら溶融を行えば、ZrO2やSnO2の溶出を効果的に抑制できる。 Subsequently, the prepared glass raw material is put into the melting furnace 2 and melted and vitrified. In the melting furnace 2, a voltage is applied to the electrodes and the glass is directly energized and heated. The glass is heated from above by a burner flame. In this way, the glass is melted at a high temperature of about 1500 to 1650 ° C. If melting is performed while sufficiently cooling the side walls and electrodes, elution of ZrO 2 and SnO 2 can be effectively suppressed.

溶融窯2でガラス化された溶融ガラスは、連絡流路6を通って清澄槽3へ導かれる。溶融ガラス中には、ガラス化反応時に発生した初期泡が含まれているが、清澄槽3では、この初期泡を、清澄剤成分から放出された清澄ガスにより拡大浮上させて除去する。   The molten glass vitrified in the melting furnace 2 is guided to the clarification tank 3 through the communication channel 6. The molten glass contains initial bubbles generated during the vitrification reaction. In the clarification tank 3, the initial bubbles are lifted and removed by the clarification gas released from the clarifier component.

清澄槽3で清澄された溶融ガラスは、連絡流路7を通って調整槽へ導かれる。調整槽4へ導かれた溶融ガラスは高温であり、粘性が低く、そのまま成形装置で成形することはできない。そこで調整槽にてガラスの温度を下げ、成形に適した粘度に調整する。   The molten glass clarified in the clarification tank 3 is guided to the adjustment tank through the communication channel 7. The molten glass led to the adjustment tank 4 is high temperature, has a low viscosity, and cannot be directly molded by a molding apparatus. Therefore, the temperature of the glass is lowered in an adjustment tank and adjusted to a viscosity suitable for molding.

調整槽4で粘性が調整された溶融ガラスは、連絡流路8を通ってオーバーフローダウンドロー装置へ導かれ、薄板状に成形される。さらに切断、端面加工等が施され、無アルカリガラスからなる基板ガラスを得ることができる。   The molten glass whose viscosity has been adjusted in the adjustment tank 4 is guided to the overflow downdraw apparatus through the communication channel 8 and formed into a thin plate shape. Furthermore, cutting, end face processing, etc. are given, and the substrate glass which consists of an alkali free glass can be obtained.

上記方法によれば、溶融窯を出たガラスは、汚染の少ない白金又は白金合金とのみ接触し、高ジルコニア耐火物等と接触することなく成形装置へと供給されており、過度のZrO2の混入が起こらない。またSnO2の含有量も厳密に管理することができる。さらには水分についても調整可能である。このため得られる無アルカリガラスは、ZrO2含有量
を0.6%以下、SnO2含有量を0.3%以下、β−OH値を0.2/mm以上にする
ことができ、失透が起こりにくく、また溶融性に優れたものとなる。
According to the above method, the glass that has exited the melting furnace is in contact with only platinum or a platinum alloy with little contamination, and is supplied to the molding apparatus without contact with high zirconia refractories, etc., and excessive ZrO 2 Mixing does not occur. In addition, the SnO 2 content can be strictly controlled. Furthermore, the moisture can be adjusted. Therefore, the alkali-free glass obtained can have a ZrO 2 content of 0.6% or less, a SnO 2 content of 0.3% or less, and a β-OH value of 0.2 / mm or more, and devitrification. Is less likely to occur and has excellent meltability.

次に、本発明方法にて製造したガラスについて説明する。   Next, the glass produced by the method of the present invention will be described.

まず質量%でSiO2 64%、Al23 16%、B23 11%、CaO 8%、SrO 1%の組成となるように珪砂、酸化アルミニウム、ホウ酸、炭酸カルシウム、硝酸ストロンチウムのガラス原料を調合し、混合した。なお上記原料中のZrO2及びSnO2の含有量は何れも0.01%以下となるようにした。また清澄剤として五酸化アンチモンをSb23換算で1.0%使用した。 First, silica sand, aluminum oxide, boric acid, calcium carbonate, strontium nitrate so as to have a composition of 64% by mass of SiO 2 64%, Al 2 O 3 16%, B 2 O 3 11%, CaO 8%, SrO 1%. Glass raw materials were prepared and mixed. The contents of ZrO 2 and SnO 2 in the raw material were both set to 0.01% or less. Moreover, 1.0% of antimony pentoxide was used as a clarifying agent in terms of Sb 2 O 3 .

次に、ガラス原料を、高ジルコニア系耐火物からなる溶融窯に供給し、SnO2電極による直接通電加熱及び酸素燃焼加熱を併用して、最高温度1650℃で溶融した。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。さらに溶融ガラスをオーバーフローダウンドロー装置に供給し、板状に成形した後、切断することにより、0.7mm厚のガラス試料を得た。なお溶融窯を出た溶融ガラスは、白金又は白金合金とのみ接触しながら成形装置へと供給される。 Next, the glass raw material was supplied to a melting kiln made of a high zirconia refractory, and melted at a maximum temperature of 1650 ° C. by using both direct current heating and oxycombustion heating with a SnO 2 electrode. Subsequently, the molten glass was clarified and homogenized in a clarification tank and an adjustment tank, and adjusted to a viscosity suitable for molding. Further, the molten glass was supplied to an overflow downdraw apparatus, formed into a plate shape, and then cut to obtain a 0.7 mm thick glass sample. The molten glass exiting the melting kiln is supplied to the molding apparatus while only in contact with platinum or a platinum alloy.

得られたガラス試料について、ZrO2やSnO2の含有量、及びガラスのβ−OH値を確認するとともに、失透物の有無等について評価した。結果を表3に示す。 The obtained glass samples, the content of ZrO 2 and SnO 2, and reaffirmed beta-OH value of the glass were evaluated for the presence of devitrification or the like. The results are shown in Table 3.

ガラス中のZrO2及びSnO2の含有量は蛍光X線分析により確認した。 The contents of ZrO 2 and SnO 2 in the glass were confirmed by fluorescent X-ray analysis.

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 determined 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)
1:参照波長3846cm-1における透過率(%)
2:水酸基吸収波長3600cm-1付近における最小透過率(%)
失透性は、得られた基板ガラス10m2分について、失透物の有無を顕微鏡により観察した。
β-OH value = (1 / X) log 10 (T 1 / T 2 )
X: Glass wall thickness (mm)
T 1 : Transmittance (%) at a reference wavelength of 3846 cm −1
T 2 : Minimum transmittance (%) in the vicinity of a hydroxyl group absorption wavelength of 3600 cm −1
Regarding devitrification, the presence or absence of devitrified substances was observed with a microscope for 10 m 2 of the obtained substrate glass.

清澄性は、ガラス基板中の100μm以上の泡数をカウントし、1kg当たりの泡数に換算することにより評価した。   The clarity was evaluated by counting the number of bubbles of 100 μm or more in the glass substrate and converting it to the number of bubbles per kg.

密度は、周知のアルキメデス法により測定した。   The density was measured by the well-known Archimedes method.

熱膨張係数は、ディラトメーターを用いて、30〜380℃の温度範囲における平均熱膨張係数を測定した。   The coefficient of thermal expansion was determined by measuring an average coefficient of thermal expansion in a temperature range of 30 to 380 ° C. using a dilatometer.

歪点、徐冷点はASTM C336−71の方法に基づいて測定した。   The strain point and annealing point were measured based on the method of ASTM C336-71.

軟化点はASTM C338−73の方法に基づいて測定した。また、104、103、102.5の粘度に相当する各温度は、白金球引き上げ法で測定した。 The softening point was measured based on the method of ASTM C338-73. Each temperature corresponding to a viscosity of 10 4 , 10 3 , 10 2.5 was measured by a platinum ball pulling method.

本発明の方法によって製造可能な無アルカリガラスは、ディスプレイ用途だけでなく、例えば電荷結合素子(CCD)、等倍近接型固体撮像素子(CIS)等のイメージセンサーや太陽電池用のガラス基板材料としても使用可能である。   The alkali-free glass that can be produced by the method of the present invention is not only used for displays, but also as a glass substrate material for image sensors such as charge coupled devices (CCD), equal-magnification proximity solid-state imaging devices (CIS), and solar cells. Can also be used.

本発明の製造法方法で使用するガラス製造設備の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the glass manufacturing equipment used with the manufacturing method method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガラス製造設備
2 溶融窯
3 清澄槽
4 調整槽
5 成形装置
6、7、8 連絡流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass manufacturing equipment 2 Melting kiln 3 Clarification tank 4 Adjustment tank 5 Molding device 6, 7, 8 Connection flow path

Claims (9)

SiO−Al−B−RO(ROはMgO、CaO、BaO、SrO及びZnOの1種以上)系の組成を有し、密度が2.45g/cm 以下、30〜380℃の温度範囲における平均熱膨張係数が25〜36×10 -7 /℃、BaOの含有量が0〜0.1質量%(ただし0.1質量%を除く)である無アルカリガラスとなるように原料を調合する工程と、高ジルコニア系耐火物を用いた溶融窯にてガラス原料を溶融する溶融工程と、少なくとも一部が白金又は白金合金で形成された供給経路にて溶融ガラスを成形装置に供給する供給工程と、成形装置に供給された溶融ガラスを所定の形状に成形する成形工程とを含むことを特徴とする無アルカリガラスの製造方法。 It has a composition of SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —RO (RO is one or more of MgO, CaO, BaO, SrO and ZnO), and has a density of 2.45 g / cm 3 or less, 30 to An alkali-free glass having an average thermal expansion coefficient of 25 to 36 × 10 −7 / ° C. in a temperature range of 380 ° C. and a BaO content of 0 to 0.1 mass% (excluding 0.1 mass%). The molten glass is formed by a process of preparing the raw material, a melting process of melting the glass raw material in a melting kiln using a high zirconia refractory, and a supply path at least partially formed of platinum or a platinum alloy A method for producing alkali-free glass, comprising: a supplying step for supplying to the apparatus; and a forming step for forming the molten glass supplied to the forming apparatus into a predetermined shape. 直接通電加熱を行うことによりガラスを溶融することを特徴とする請求項1の無アルカリガラスの製造方法。 The method for producing alkali-free glass according to claim 1, wherein the glass is melted by direct current heating. SnO電極、Pt電極、Mo電極から選ばれる1種以上の電極を用いて直接通電加熱することを特徴とする請求項2の無アルカリガラスの製造方法。 3. The method for producing alkali-free glass according to claim 2, wherein direct heating is carried out using one or more electrodes selected from SnO 2 electrodes, Pt electrodes, and Mo electrodes. ガラスを板状に成形することを特徴とする請求項1の無アルカリガラスの製造方法。 The method for producing alkali-free glass according to claim 1, wherein the glass is formed into a plate shape. オーバーフローダウンドロー法にてガラスを板状に成形することを特徴とする請求項1又は4の無アルカリガラスの製造方法。 The method for producing alkali-free glass according to claim 1 or 4, wherein the glass is formed into a plate shape by an overflow down draw method. 得られるガラスのZrO含有量が質量百分率で0.6%以下であることを特徴とする請求項1〜5の何れかの無アルカリガラスの製造方法。 Any of the manufacturing method of the alkali-free glass according to claim 1 to 5, ZrO 2 content of the resulting glass is equal to or less than 0.6% by mass percentage. 得られるガラスのSnO含有量が質量百分率で0.3%以下であることを特徴とする請求項1〜6の何れかの無アルカリガラスの製造方法。 The method for producing an alkali-free glass according to any one of claims 1 to 6, wherein the SnO 2 content of the obtained glass is 0.3% or less by mass percentage. 得られるガラスのβ−OH値が0.2/mm以上であることを特徴とする請求項1〜7の何れかの無アルカリガラスの製造方法。 The β-OH value of the obtained glass is 0.2 / mm or more, The method for producing alkali-free glass according to any one of claims 1 to 7. 質量百分率でSiO 50〜70%、Al 10〜25%、B 8.4〜20%、MgO 0〜10%、CaO 3〜15%、BaO 0〜0.1%(ただし0.1%を除く)、SrO 0〜10%、ZnO 0〜10%、TiO 0〜5%、P 0〜5%含有するガラスとなるように原料を調合することを特徴とする請求項1の無アルカリガラスの製造方法。 SiO 2 50-70% in percent by mass, Al 2 O 3 10~25%, B 2 O 3 8.4~20%, 0~10% MgO, CaO 3~15%, BaO 0~ 0.1% ( (Except 0.1%) , SrO 0 to 10%, ZnO 0 to 10%, TiO 2 0 to 5%, P 2 O 5 The method for producing alkali-free glass according to claim 1.
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