JP6341199B2 - フロート板ガラス製造方法 - Google Patents
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Description
一方、特許文献3の方法では、フロート板ガラスの表面に存在する微小な異物付近で、または、該異物と接した状態で、ハロゲン化アンモニウムを高温で昇華させることが必要になるため、フロートバス内で実施することは難しく、フロートバス外に、この方法を実施するための設備を設ける必要がある。
しかも、ハロゲン化アンモニウムは金属を腐食する作用があるため、処理に使用する設備の腐食も問題となる。
さらに、上記それぞれの方法では、ガラス表面に異物が落下したことにより、異物除去後の基板表面に微小な凹部が生じていることがわかり、これが近年の高品質なディスプレイ用ガラス基板に影響を及ぼす可能性があることを発見した。
(6.92u1+15.8)c1t1・exp(−4303/T1)>r (1)
(式(1)中、c1は塩素を含むガスの塩素濃度[vol%]、u1は塩素を含むガスの流速(線速度)[cm/s]、t1は塩素を含むガスの噴霧時間[s]、T1はガラスリボンの表面温度[K]、rはガラスリボン表面に存在するスズ欠点の半径[μm]である。)
(6.92u2+15.8)c2t2・exp(−4303/T2)>r (2)
(式(2)中、c2はフッ素を含むガスのフッ素濃度[vol%]、u2はフッ素を含むガスの流速(線速度)[cm/s]、t2はフッ素を含むガスの噴霧時間[s]、T2はガラスリボンの表面温度[K]、rはガラスリボン表面に存在するスズ欠点の半径[μm]である。)
また、本発明のフロート板ガラス製造方法において、製造するガラスのガラス転移点をTgとするとき、フロートバス内のTg+30℃〜Tg+300℃の還元雰囲気において、前記ガラスリボン表面に、前記塩素を含むガス、および、前記フッ素を含むガスを噴霧することが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラス製造方法において、前記塩素を含むガスが塩化水素(HCl)であることが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラス製造方法において、前記フッ素を含むガスがフッ化水素(HF)であることが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラス製造方法において、前記塩素を含むガスの塩素濃度c1[vol%]と前記フッ素を含むガスのフッ素濃度c2[vol%]の合計c1+c2が5[vol%]より大きいことが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラス製造方法において、前記塩素を含むガスの塩素濃度c1[vol%]が2[vol%]以上であることが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラス製造方法において、前記フッ素を含むガスのフッ素濃度c2[vol%]が2[vol%]以上であることが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラス製造方法において、前記塩素を含むガスの塩素濃度c1[vol%]と前記塩素を含むガスの噴霧時間t1[s]の積c1×t1と、前記フッ素を含むガスのフッ素濃度c2[vol%]と前記フッ素を含むガスの噴霧時間t2[s]の積c2×t2の和(c1×t1)+(c2×t2)が120[vol%×s]より大きいことが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラス製造方法において、前記塩素を含むガスの噴霧時間t1[s]または、前記フッ素を含むガスの噴霧時間t2[s]のいずれか一方が10[s]未満であることが好ましい。
また、本発明は、フロート板ガラスのフロートバス内で溶融金属と接する面に対向するトップ面から0.05μmの深さにおける塩素含有量をCl1[wt%]、前記トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素含有量の最小値をCl2[wt%]とするとき、Cl1>Cl2であり、前記トップ面から0.05μmの深さにおけるフッ素含有量をF1[wt%]、前記トップ面から0.05μm超20μm以下の深さにおけるフッ素含有量の最小値をF2[wt%]とするとき、F1>F2であるフロート板ガラスを提供する。
また、前記フロート板ガラスは、前記フロート板ガラスのガラス表面に、塩素を含むガスと、フッ素を含むガスとをフロートバス内で接触させることにより表面処理を行い製造されたフロート板ガラスであることが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラスにおいて、前記トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素またはフッ素の含有量が、フロートバス内でガラスリボン表面に、塩素を含むガス及びフッ素を含むガスを噴霧しないフロート板ガラスの塩素またはフッ素含有量よりも、高い領域を有することが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラスにおいて、前記トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素含有量変化の傾きを[dCl]、フッ素の含有量変化の傾きを[dHF]としたとき、[dCl]または[dHF]が負となる領域を有することが好ましい。
また、本発明のフロート板ガラスにおいて、前記トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素またはフッ素の含有量が、前記トップ面から10μmより深い部分の塩素またはフッ素含有量よりも、高いことが好ましい。
本発明の方法では、フロートバスを移動するガラスリボン表面に、塩素を含むガスと、フッ素を含むガスと、を以下に述べる条件を満たすように噴霧する。
Sn+2HCl → SnCl2+H2
なお、塩素を含むガスが塩化水素(HCl)以外の場合も上記と同様の反応機構でスズ欠点が除去される。
本発明の方法において、上記の反応機構が進行するのは、フロートバス内が高温に保持されているからである。その理由は、高温になるほどSnCl2の蒸気圧が高くなるため、反応によって生成したSnCl2がガラスリボン表面から揮散するからである。
なお、フロートバス内の温度は、その部位によっても異なるが、500〜1200℃に保持されている。また、溶融スズの酸化を防止するため、フロートバス内は水素(通常4〜10体積%)と窒素(通常90〜96体積%)の混合ガスで満たされて還元雰囲気となっている。
これらの中でも、塩化水素(HCl)がコスト面、取扱い方法が周知等の理由から好ましい。
本発明の方法において、フッ素を含むガスの噴霧により、ガラスリボン表面全体をエッチングして、ガラスリボン表面を平坦化させる。
本発明の方法において、フロートバス内が高温に保持されているため、フッ素を含むガスの噴霧によるガラスリボン表面のエッチングの進行が速い。
これらの中でも、フッ化水素(HF)がコスト面、取扱い方法が周知等の理由から好ましい。
(6.92u1+15.8)c1t1・exp(−4303/T1)>r (1)
式(1)中、c1は塩素を含むガスの塩素濃度[vol%]、u1は塩素を含むガスの流速(線速度)[cm/s]、t1は塩素を含むガスの噴霧時間[s]、T1はガラスリボンの表面温度[K]、rはガラスリボン表面に存在するスズ欠点の半径[μm]である。
rは好ましくは、15μm以下、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下である。
塩素を含むガスの噴霧条件が、上記式(1)を満たさない場合、ガラスリボン表面にトップスペックとして存在するスズ欠点を十分除去できないおそれがある。
(6.92u2+15.8)c2t2・exp(−4303/T2)>r (2)
(式(2)中、c2はフッ素を含むガスのフッ素濃度[vol%]、u2はフッ素を含むガスの流速(線速度)[cm/s]、t2はフッ素を含むガスの噴霧時間[s]、T2はガラスリボンの表面温度[K]、rはガラスリボン表面に存在するスズ欠点の半径[μm]である。)
rは好ましくは、15μm以下、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下である。
フッ素を含むガスの噴霧条件が、上記式(2)を満たさない場合、ガラスリボン表面を十分平滑化できないおそれがある。
また、塩素を含むガス、および、フッ素を含むガスは、別々のノズルから噴霧してもよいし、両者の混合ガスとして、同一のノズルから噴霧してもよい。
また、両者を別々のノズルから噴霧する場合、ガラスリボンの移動方向において、いずれか一方を他方よりも上流側で噴霧してもよいし、両者を同一の位置で噴霧してもよい。
但し、いずれか一方を他方よりも上流側で噴霧する場合、それぞれのガスによる作用を考慮すると、塩素を含むガスをフッ素を含むガスよりも上流側で噴霧することが好ましい。
・塩素を含むガスによるスズ欠点除去作用、および、フッ素を含むガスによるガラスリボン表面のエッチング作用は、高温で実施するほど高い。
・但し、ガラスリボンの移動方向について見た場合に、フロートバス内の最上流側の温度が最も高いが、この位置でガスの噴霧を実施すると、スズ欠点除去後のガラスリボン表面に新たなトップスペックは発生するおそれがある。
これらガスの噴霧に使用するノズルの先端と、ガラスリボン表面と、の距離は50mm以下であることが好ましく、20mm以下であることがより好ましく、10mm以下であることがさらに好ましい。
フロート板ガラスのトップ面とは、その製造過程において、フロートバス内で溶融金属と接するボトム面に対向する面を言う。
具体的には、本発明の方法で得られるフロート板ガラスは、フロートバス内で溶融金属と接する面に対向するトップ面から0.05μmの深さにおける塩素含有量をCl1[wt%]、該トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素含有量の最小値をCl2[wt%]とするとき、Cl1>Cl2であり、該トップ面から0.05μmの深さにおけるフッ素含有量をF1[wt%]、該トップ面から0.05μm超20μm以下の深さにおけるフッ素含有量の最小値をF2[wt%]とするとき、F1>F2であるフロート板ガラスである。
なお、Cl2とF2でトップ面から深さの上限が異なるのは、ガラス中での拡散係数が塩素とフッ素では異なるためである。
なお、FPD用ガラス基板として広く使用される、無アルカリガラス組成のフロート板ガラスを製造する際、清澄剤として塩素やフッ素をガラス原料に添加する場合がある。このような場合、すなわち、清澄剤として塩素やフッ素を含有されている場合においても、本発明の方法で得られるフロート板ガラスは、その製造過程において、ガラスリボン表面に塩素を含むガス、および、フッ素を含むガスが噴霧されているため、上記のCl1>Cl2、F1>F2の関係を満たす。
(実施例1)
使用するガラスサンプル表面には、半径5μmのスズ欠点が存在しているのをレーザ顕微鏡により確認した(図1(a))。
実験条件は、表1に示したように実験装置内を水素10体積%、窒素90体積%の混合ガスで満たされた還元雰囲気に保持し、該実験装置内の温度を900℃まで昇温した。
この状態で、ガラスサンプル表面に、HClおよびHFを、それぞれの濃度が500ppmになるように、窒素ガスで希釈した混合ガスを、流速(線速度)0.5cm/sで80分間(4800s)噴霧した。
このHClの噴霧条件は式(1)を満たしている。
(6.92u1+15.8)c1t1・exp(−4303/T1)>r (1)
式(1)中、c1は塩素を含むガスの塩素濃度[vol%]、u1は塩素を含むガスの流速(線速度)[cm/s]、t1は塩素を含むガスの噴霧時間[s]、T1はガラスリボンの表面温度[K]、rはガラスリボン表面に存在するスズ欠点の半径[μm]である。
一方、HFの噴霧条件は式(2)を満たしている。
(6.92u2+15.8)c2t2・exp(−4303/T2)>r (2)
式(2)中、c2はフッ素を含むガスのフッ素濃度[vol%]、u2はフッ素を含むガスの流速(線速度)[cm/s]、t2はフッ素を含むガスの噴霧時間[s]、T2はガラスリボンの表面温度[K]、rはガラスリボン表面に存在するスズ欠点の半径[μm]である。
混合ガスの噴霧終了後、常温まで冷却した後、ガラスサンプル表面をレーザ顕微鏡及び走査型電子顕微鏡(SEM−EDX)で観察を行った。また、混合ガスの噴霧終了後、常温まで冷却した後のガラスサンプルについて、ガラスサンプル表面から深さ方向における塩素含有量およびフッ素含有量を四重極型二次イオン質量分析装置(SIMS)(PHI ADEPT−1010、アルバック・ファイ株式会社製)により測定した。
(実施例2)
HClおよびHFの噴霧を表1に記載した条件とし、これ以外は、実施例1と同様の手順を実施した。
(実施例3)
HClおよびHFの噴霧を表1に記載した条件とし、これ以外は、実施例1と同様の手順を実施した。
なお、ここでは、HClおよびHFを窒素ガスで希釈した混合ガスを用いて噴霧を行ったが、HClとHFをそれぞれ窒素ガスで希釈したガスを別々に噴霧してもよい。
ガラスサンプル表面から深さ方向における塩素含有量およびフッ素含有量のプロファイルを図2〜4に示した。なお、図3は、図2中、ガラスサンプル表面から深さ3μmまでを拡大した図である。図から明らかなように、ガラスサンプル表面から0.05μmの深さにおける塩素含有量(Cl1)と、ガラスサンプル表面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素含有量の最小値(Cl2)と、は、Cl1>Cl2の関係を満たしている。また、ガラスサンプル表面から0.05μmの深さにおけるフッ素含有量(F1)と、ガラスサンプル表面から0.05μm超20μm以下の深さにおけるフッ素含有量の最小値(F2)と、はF1>F2の関係を満たしている。
図2〜4には、HClおよびHFを含む混合ガスの代わりに、窒素ガスを噴霧した比較例1のガラスサンプルでの測定結果も示している。比較例1では、Cl1≦Cl2、F1≦F2の関係になっている。
また、実施例1及び2のトップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素またはフッ素の含有量が、比較例1より高い領域を有している。このとき比較例1は、本発明における、フロートバス内でガラスリボン表面に、塩素を含むガス及びフッ素を含むガスを噴霧しないフロート板ガラスに相当する。
また、実施例1及び2のトップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素含有量変化の傾きを[dCl]、フッ素の含有量変化の傾きを[dHF]としたとき、[dCl]または[dHF]が負となる領域を有している。これに対し、比較例1の塩素含有量変化の傾きとフッ素の含有量変化の傾きは常に正であり、つまり、塩素含有量及びフッ素含有量はトップ面から深さ方向に向かって単調に増加している。
また、実施例2においてはトップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素またはフッ素の含有量が、前記トップ面から10μmより深い部分の塩素またはフッ素含有量よりも高い値を示している。
HClおよびHFをそれぞれの濃度が500ppmになるように窒素ガスで希釈した混合ガスの代わりに、窒素ガスを、流速(線速度)0.5cm/sで80分間(4800s)噴霧した以外は、実施例1と同様の手順を実施した。
ガスの噴霧終了後、常温まで冷却した後、ガラスサンプル表面をレーザ顕微鏡により確認したところ、スズ欠点は除去されていなかった(図5(a)、(b))。
HClのみを、濃度が5%になるように、窒素ガスで希釈したガスを、流速(線速度)20cm/sで10秒間噴霧した以外は、実施例1と同様の手順を実施した。このHClの噴霧条件は上記式(1)を満たしている。
ガスの噴霧終了後、常温まで冷却した後、ガラスサンプル表面をレーザ顕微鏡により確認したところ、スズ欠点は除去されていたが、スズ欠点が存在していた部位に凹部が確認された(図6(a)、(b))。
HClのみを、濃度が0.1%になるように、窒素ガスで希釈したガスを、流速(線速度)0.5cm/sで60秒間噴霧した以外は、実施例1と同様の手順を実施した。このHClの噴霧条件は上記式(1)を満たしていない。
ガスの噴霧終了後、常温まで冷却した後、ガラスサンプル表面をレーザ顕微鏡により確認したところ、スズ欠点は除去されていなかった(図7(a)、(b))。
HFのみを、濃度が0.1%になるように、窒素ガスで希釈したガスを、流速(線速度)0.5cm/sで60秒間噴霧した以外は、実施例1と同様の手順を実施した。このHFの噴霧条件は上記式(2)を満たしていない。
ガスの噴霧終了後、常温まで冷却した後、ガラスサンプル表面をレーザ顕微鏡により確認したところ、スズ欠点は除去されていなかった(図8(a)、(b))。
HFのみを、濃度が0.1%になるように、窒素ガスで希釈したガスを、流速(線速度)0.5cm/sで20分間(1200s)噴霧した以外は、実施例1と同様の手順を実施した。このHFの噴霧条件は上記式(2)を満たしている。
ガスの噴霧終了後、常温まで冷却した後、ガラスサンプル表面をレーザ顕微鏡により確認したところ、スズ欠点は除去されていなかった(図9(a)、(b))。
Claims (15)
- フロートバス内の500〜1200℃の還元雰囲気において、ガラスリボン表面に、塩素を含むガスと、フッ素を含むガスと、を、それぞれ下記式(1)、(2)に示す条件を満たすように噴霧する、フロート板ガラス製造方法。
(6.92u1+15.8)c1t1・exp(−4303/T1)>r (1)
(式(1)中、c1は塩素を含むガスの塩素濃度[vol%]、u1は塩素を含むガスの流速(線速度)[cm/s]、t1は塩素を含むガスの噴霧時間[s]、T1はガラスリボンの表面温度[K]、rはガラスリボン表面に存在するスズ欠点の半径[μm]である。)
(6.92u2+15.8)c2t2・exp(−4303/T2)>r (2)
(式(2)中、c2はフッ素を含むガスのフッ素濃度[vol%]、u2はフッ素を含むガスの流速(線速度)[cm/s]、t2はフッ素を含むガスの噴霧時間[s]、T2はガラスリボンの表面温度[K]、rはガラスリボン表面に存在するスズ欠点の半径[μm]である。) - 製造するガラスのガラス転移点をTgとするとき、フロートバス内のTg+30℃〜Tg+300℃の還元雰囲気において、前記ガラスリボン表面に、前記塩素を含むガス、および、前記フッ素を含むガスを噴霧する、請求項1に記載のフロート板ガラス製造方法。
- 前記塩素を含むガスが塩化水素(HCl)である請求項1または2に記載のフロート板ガラス製造方法。
- 前記フッ素を含むガスがフッ化水素(HF)である、請求項1または2に記載のフロート板ガラス製造方法。
- 前記塩素を含むガスの塩素濃度c1[vol%]と前記フッ素を含むガスのフッ素濃度c2[vol%]の合計c1+c2が5[vol%]より大きい請求項1〜4のいずれか1項に記載のフロート板ガラス製造方法。
- 前記塩素を含むガスの塩素濃度c1[vol%]が2[vol%]以上である請求項5に記載のフロート板ガラス製造方法。
- 前記フッ素を含むガスのフッ素濃度c2[vol%]が2[vol%]以上である請求項5に記載のフロート板ガラス製造方法。
- 前記塩素を含むガスの塩素濃度c1[vol%]と前記塩素を含むガスの噴霧時間t1[s]の積c1×t1と、前記フッ素を含むガスのフッ素濃度c2[vol%]と前記フッ素を含むガスの噴霧時間t2[s]の積c2×t2の和(c1×t1)+(c2×t2)が120[vol%×s]より大きい請求項1〜7のいずれか1項に記載のフロート板ガラス製造方法。
- 前記塩素を含むガスの噴霧時間t1[s]または、前記フッ素を含むガスの噴霧時間t2[s]のいずれか一方が10[s]未満である請求項1〜7のいずれか1項に記載のフロート板ガラス製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載のフロート板ガラス製造方法により得られるフロート板ガラスであって、フロートバス内で溶融金属と接する面に対向するトップ面から0.05μmの深さにおける塩素含有量をCl1[wt%]、前記トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素含有量の最小値をCl2[wt%]とするとき、Cl1>Cl2であり、前記トップ面から0.05μmの深さにおけるフッ素含有量をF1[wt%]、前記トップ面から0.05μm超20μm以下の深さにおけるフッ素含有量の最小値をF2[wt%]とするとき、F1>F2であるフロート板ガラス。
- フロート板ガラスのフロートバス内で溶融金属と接する面に対向するトップ面から0.05μmの深さにおける塩素含有量をCl1[wt%]、前記トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素含有量の最小値をCl2[wt%]とするとき、Cl1>Cl2であり、前記トップ面から0.05μmの深さにおけるフッ素含有量をF1[wt%]、前記トップ面から0.05μm超20μm以下の深さにおけるフッ素含有量の最小値をF2[wt%]とするとき、F1>F2であるフロート板ガラス。
- 前記フロート板ガラスは、前記フロート板ガラスのガラス表面に、塩素を含むガスと、フッ素を含むガスとをフロートバス内で接触させることにより表面処理を行い製造されたフロート板ガラスである請求項11に記載のフロートガラス板。
- 前記トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素またはフッ素の含有量が、フロートバス内でガラスリボン表面に、塩素を含むガス及びフッ素を含むガスを噴霧しないフロート板ガラスの塩素またはフッ素含有量よりも、高い領域を有する請求項11または12に記載のフロート板ガラス。
- 前記トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素含有量変化の傾きを[dCl]、フッ素の含有量変化の傾きを[dHF]としたとき、[dCl]または[dHF]が負となる領域を有する請求項11〜13のいずれか1項に記載のフロート板ガラス。
- 前記トップ面から0.05μm超10μm以下の深さにおける塩素またはフッ素の含有量が、前記トップ面から10μmより深い部分の塩素またはフッ素含有量よりも、高い請求項11〜14のいずれか1項に記載のフロート板ガラス。
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