JP5552551B2 - ガラス基板の製造方法およびガラス基板の製造装置 - Google Patents
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Description
清澄剤は従来As2O3が一般的であったが、近年の環境負荷の観点から、毒性の低いSnO2やFe2O3等が用いられるようになってきている。
脱泡処理時に清澄管を加熱する温度は、成形するべきガラス基板の組成によって相違するが、1000〜1650℃程度である。
また、清澄管内部では、溶融ガラスから気泡中のガス、例えば酸素が上述の気相空間に放出される。この酸素の成分によっても、清澄管のうち気相空間に接する内壁部分の白金または白金合金も揮発する。すなわち、清澄槽内部の気相空間は、酸素によって揮発した白金または白金合金の揮発物を含んでいる。
この白金や白金合金等の揮発物が凝固して得られる結晶(白金異物あるいは白金合金異物)の一部が微粒子として溶融ガラス中に混入し、ガラス基板の品質の低下を招くおそれがあった。
ガラスの原料を熔解して熔融ガラスを生成する熔解工程と、
白金あるいは白金合金で構成され加熱された長尺状の管を含む清澄槽中において、気相空間が形成された状態で前記熔融ガラスを通過させる間、前記熔融ガラスを加熱することにより前記熔融ガラスから前記気相空間に泡を放出させる脱泡処理を含む清澄工程と、を含む。
前記清澄槽の前記管は、前記気相空間に含まれる白金揮発物を凝固させる温度以下になる箇所の少なくとも一部において、前記気相空間を有しないように形成されている。
前記管は、前記気相空間に含まれる白金揮発物を凝固させる温度以下になる箇所の少なくとも一部では前記気相空間を有しないように形成されているので、前記一部またはその近傍の前記管の内壁面に、白金あるいは白金合金の揮発物が凝固して得られる結晶が生成されにくく、清澄工程中の熔融ガラス中に異物として混入することは少なくなる。したがって、ガラス基板を製造するとき、白金や白金合金からつくられる異物がガラス基板に混入することを抑えることができる。
前記電極板は前記管の通電加熱のために用いられるが、板形状であり放熱により冷却され易いので前記電極板が設けられることにより前記管の壁の温度が局所的に低下する。したがって、前記電極板位置において、前記気相空間を有しないように、前記管は形成されることが好ましい。
また、前記清澄槽の前記管は、前記管の温度が1600℃以下になる箇所の少なくとも一部において、前記気相空間を有しないように形成されることが好ましい。
投入されたガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる熔解装置と、
白金あるいは白金合金で構成された管を含み、前記管中において、気相空間が形成された状態で前記熔融ガラスを通過させる間、前記管に設けられた一対の電極板間に電流を流して前記管を通電加熱してから前記気相空間に泡を放出させる脱泡処理を少なくとも行う清澄槽と、
前記清澄槽を通過した前記熔融ガラスを成形してガラスシートとする成形装置と、
前記ガラスシートを徐冷する徐冷装置と、
徐冷した前記ガラスシートを切断してガラス基板とする切断装置と、
を含む。
前記管には、前記管の長手方向において、前記管の壁の温度が前記気相空間内に含まれる白金揮発物が凝固する温度以下となる箇所が少なくとも一部存在し、前記一部において、前記気相空間を有しない部分が形成されている。
前記管の壁の温度が前記気相空間内に含まれる白金揮発物が凝固する温度以下となる前記管の長手方向の部分の少なくとも一部では、前記気相空間を有しないので、前記部分の前記一部またはその近傍の前記管の内壁面に、白金あるいは白金合金の揮発物が凝固して得られる結晶が生成されにくく、清澄工程中の熔融ガラス中に異物として混入することは少なくなる。したがって、ガラス基板の製造装置は、白金や白金合金からつくられる異物がガラス基板に混入することを抑えることができる。
前記熔融ガラスを加熱は、前記管に設けられた一対の電極板から前記管に電流を流して通電加熱することにより行われる。このとき、前記管の壁の温度が前記白金揮発物が凝固する温度以下になる箇所は、例えば、前記電極板が設けられることにより前記管の壁の温度が局所的に低下する、前記管の長手方向の電極板位置である。
成長し、熔融ガラスの液面に浮上して破泡し消滅する。泡に含まれたガスは、清澄槽に設けられた気相空間を通じて外気に放出される。
供給工程(ST4)では、攪拌槽から延びる配管を通して熔融ガラスが成形装置に供給される。
成形工程(ST5)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。
徐冷工程(ST6)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。
成形装置200は、成形体210を含み、清澄槽200、攪拌槽103を通過した熔融ガラスMGを、成形体210を用いたオーバーフローダウンドロー法により、成形してガラスシートSGとする。
徐冷装置220は、板厚偏差、歪、及び反りがガラスシートSGに生じないように、ガラスシートSGを徐冷する。
切断装置300は、徐冷したガラスシートSGを切断してガラス基板とする。
図3は、清澄工程を行う装置構成を主に示す図である。図4(a),(b)は、本実施形態で用いる清澄管における断面と熔融ガラスの関係を示す図である。
清澄工程は、脱泡処理と吸収処理とを含む。以下の説明では、清澄剤としてSnO2を用いた例で説明する。SnO2は、従来のAs2O3に比べて清澄機能は低いが、環境負荷が低い点で清澄剤として好適に用いることができる。しかし、SnO2は、清澄機能がAs2O3に比べて低いので、SnO2を用いた場合、熔融ガラスMGの清澄工程時の熔融ガラスMGの温度を従来より高くしなければならない。この場合、例えば清澄工程における最高温度は1700℃程度、好ましくは1710℃以下、より好ましくは1720℃以下にすることができる。
清澄管102aの周りには、図示されないが、耐火物レンガで覆われていてもよい。清澄管102aの略中央部には、通気管102bが設けられている。
清澄管102aの両側の端部には、電極板102c,102dが、清澄管102aの外周を取り巻くようにフランジ状に設けられている。電極板102c,102dは、交流電源102gと接続され、所定の電圧が印加される。電極板102c,102dは、清澄管102aに電流を流して清澄管102aを通電加熱することにより、清澄管102aを流れる熔融ガラスMGの温度を例えば1630℃以上に昇温する。この場合、例えば清澄工程における最高温度は1700℃程度、好ましくは1710℃以下、より好ましくは1720℃以下にすることができる。
清澄管202の上方の気相空間で破泡して放出されたガス成分は、通気管102bより、清澄管102外に放出される。清澄管102において、浮上速度の速い径の大きい泡が除去される。
清澄管102a内を流れる熔融ガラスMGの温度は例えば1630℃以上に維持された後、清澄管102aの後半部分以降または後続するガラス供給管105以降において徐々に(段階的にあるいは連続的に)降温され、泡の吸収処理が行われる。吸収処理では、上述したように気泡が熔融ガラスMGの降温により熔融ガラスMG内に吸収され消滅する。
図3では、一対の電極板102c,102dを設けた例が示されているが、例えば、清澄管102aの後半部分において降温する場合、電極板102c,102dの他に1対以上の電極板を設けてもよい。
一方、清澄管102aは、通電加熱により高温(例えば、1700℃程度)に加熱されるので、白金あるいは白金合金からなる清澄管102aの内壁面から白金あるいは白金合金が揮発し易い。特に、気相空間は、酸素を含むので、より一層気相空間中に白金あるいは白金合金が揮発する。このように、気相空間は、清澄管102aの内壁面から気化した白金揮発物を含んでいる。
このため、この位置において気相空間があると、気相空間中の白金揮発物が上記部分の周りで冷却されて、この位置における内壁面に凝固し易くなり、白金あるいは白金合金の結晶が生成し易い。この白金あるいは白金合金の結晶の一部が、微粒子となって離脱し、熔融ガラスMG内に落下して熔融ガラスMGに容易に混入する。このような熔融ガラスMGが後工程に流れると、金属異物が混入した欠陥を有するガラス基板が作製されるため好ましくない。
気相空間内に含まれる白金揮発物が凝固する温度は、予め実験などにより求められる。この温度は、気相空間の酸素分圧等の気相空間の条件に影響を受ける白金揮発物の揮発量によって、変動する。
なお、本実施形態の清澄管102aの管断面は、清澄管102aの気相空間を有しない第1の部分から連続的に拡大しているが、管断面は、段階的に拡大してもよい。
また、白金揮発物が凝固する温度は、清澄管102a内の気相空間の雰囲気中の白金あるいは白金合金の濃度によって変化するが、例えば1600℃以下であり、清澄管102aの温度が1600℃以下、特に1500℃以下となる領域において白金揮発物の凝固は生じやすい。したがって、清澄管102aは、清澄管102aの温度が1600℃以下になる箇所の少なくとも一部において、気相空間を有しないように形成されることが好ましい。
また、本実施形態の清澄管102aでは、清澄管102aの長手方向において、気相空間内に含まれる白金揮発物が凝固する温度以下となる位置、すなわち、電極板位置が2箇所存在し、この2箇所のいずれにおいても、気相空間を有しない部分が形成されている。しかし、清澄管102aの長手方向において、清澄管102aに、気相空間内に含まれる白金揮発物が凝固する温度以下となる部分が複数個所存在するとき、この部分の少なくとも1箇所において、気相空間を有しない部分が形成されてもよい。
(A)従来より清澄剤として用いられてきたAs2O3等に比べてSnO2は毒性が少ないので、環境負荷低減の点から、清澄剤としてSnO2を用いることが好ましい。しかし、清澄剤として用いられてきたAs2O3等に比べて清澄機能が劣るSnO2の清澄機能を効果的に機能させるために、清澄管内の熔融ガラスの温度は従来よりも高温にする。
(B)高温粘性の高いガラスでは、清澄工程における脱泡処理において、清澄管内の熔融ガラスの温度を従来よりも高温にする。高温粘性の高いガラスとは、例えば、熔融ガラスMGの102.5 poiseにおける温度は、1500℃以上である場合が挙げられる。また、無アルカリガラス及びアルカリ微量含有ガラスは、高温粘性が高いガラスである。
ガラス基板のガラス組成は例えば以下のものを挙げることができる。
以下示す組成の含有率表示は、質量%である。
SiO2:50〜70%、
Al2O3:0〜25%、
B2O3:1〜15%、
MgO:0〜10%、
CaO:0〜20%、
SrO:0〜20%、
BaO:0〜10%、
RO:5〜30%(ただし、RはMg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1種であり、ガラス基板が含有するものである)、
を含有する無アルカリガラスであることが、好ましい。
また、本実施形態のガラス基板の製造方法を適用する場合は、ガラス組成物が、上記各成分に加えて、質量%表示で、SnO2:0.01〜1%(好ましくは0.01〜0.5%)、Fe2O3:0〜0.2%(好ましくは0.01〜0.08%)を含有し、環境負荷を考慮して、As2O3、Sb2O3及びPbOを実質的に含有しないようにガラス原料を調製してもよい。
101 熔解槽
101a 液槽
101b 上部空間
101c 液面
101d スクリューフィーダ
102 清澄槽
102a 清澄管
102b 通気管
102c,102d 電極板
102g 交流電源
103 攪拌槽
103a スターラ
104,105,106 ガラス供給管
200 成形装置
210 成形体
220 徐冷装置
300 切断装置
Claims (10)
- ガラスの原料を熔解して熔融ガラスを生成する熔解工程と、
白金あるいは白金合金で構成され加熱された長尺状の管を含む清澄槽中において、気相空間が形成された状態で前記熔融ガラスを通過させる間、前記熔融ガラスを加熱することにより前記熔融ガラスから前記気相空間に泡を放出させる脱泡処理を含む清澄工程と、
を含み、
前記清澄槽の管は、前記気相空間に含まれる白金揮発物を凝固させる温度以下になる箇所の少なくとも一部において、前記気相空間を有しないように形成されている、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 前記熔融ガラスを加熱は、前記管に設けられた一対の電極板から前記管に電流を流して通電加熱することにより行われ、
前記管の温度が局所的に低下する前記電極板の位置において、気相空間を有しないように形成されている、請求項1に記載のガラス基板の製造方法。 - 前記熔融ガラスは、清澄剤としてSnO2を含む、請求項1または2に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記熔融ガラスの102.5 poiseにおける温度は、1500℃以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記管の前記気相空間を有しない箇所は、前記管の内壁面全周が熔融ガラスと接している、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記管は、前記管の管断面全体が前記熔融ガラスの流路であって、前記気相空間を有さない第1の部分と、前記気相空間を有し、前記熔融ガラスの液面を有するように、前記清澄槽の管路断面の一部が、前記熔融ガラスの流路になっている第2の部分とを備える、請求項1〜5に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記管の管断面は、前記管の前記気相空間を有しない箇所から段階的にあるいは連続的に拡大している、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記一対の電極板は、前記管の入り口及び出口の両端部に設けられている、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記ガラス基板は、無アルカリガラス又はアルカリ微量含有ガラス基板である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 熔融ガラスを生成する熔解槽を有するガラス基板の製造装置であって、
投入されたガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる熔解装置と、
白金あるいは白金合金で構成された管を含み、前記管中において、気相空間が形成された状態で前記熔融ガラスを通過させる間、前記管に設けられた一対の電極板間に電流を流して前記管を通電加熱してから前記気相空間に泡を放出させる脱泡処理を少なくとも行う清澄槽と、
前記清澄槽を通過した前記熔融ガラスを成形してガラスシートとする成形装置と、
前記ガラスシートを徐冷する徐冷装置と、
徐冷した前記ガラスシートを切断してガラス基板とする切断装置と、
を含み、
前記管には、前記管の長手方向において、前記管の壁の温度が前記気相空間内に含まれる白金揮発物が凝固する温度以下となる箇所の少なくとも一部において、前記気相空間を有しない部分が形成されている、
ことを特徴とするガラス基板の製造装置。
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