JPWO2008132887A1 - Method for producing alkali-free glass - Google Patents

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Abstract

ガラス中に泡が少なく、均質性、平坦度が高い無アルカリガラスを得ることができる製造方法を提供する。ケイ素源、アルカリ土類金属源及びホウ素源を含有するガラス原料を溶融し、成形する無アルカリガラスの製造方法において、前記アルカリ土類金属源として、アルカリ土類金属の水酸化物を、アルカリ土類金属源100モル%(MO換算。但しMはアルカリ土類金属元素である。以下同じ。)のうち、15〜100モル%(MO換算)含有するものを用いることを特徴とする無アルカリガラスの製造方法を採用する。Provided is a production method capable of obtaining an alkali-free glass having few bubbles in glass and high uniformity and flatness. In a method for producing an alkali-free glass in which a glass raw material containing a silicon source, an alkaline earth metal source and a boron source is melted and molded, an alkaline earth metal hydroxide is used as an alkaline earth metal source as the alkaline earth metal source. Non-alkaline glass characterized by using 15 to 100 mol% (MO conversion) of 100 mol% of metal source (MO conversion, where M is an alkaline earth metal element, the same shall apply hereinafter) The manufacturing method is adopted.

Description

本発明は、無アルカリガラスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an alkali-free glass.

液晶表示装置等のディスプレイ用のガラス基板には、アルカリ金属が実質的に含まれないことが要求されるため、該ガラス基板としては、無アルカリガラスが用いられている。また、該ガラス基板には、耐薬品性、耐久性が高いこと、ガラス中に泡が少ないこと、均質性が高く、平坦度が高いことが要求される。   Since a glass substrate for a display such as a liquid crystal display device is required to be substantially free of alkali metals, alkali-free glass is used as the glass substrate. Further, the glass substrate is required to have high chemical resistance and durability, few bubbles in the glass, high homogeneity, and high flatness.

ところで、無アルカリガラスのガラス原料には、アルカリ金属化合物が実質的に含まれていないため、該ガラス原料は溶融しにくい。そのため、ガラス原料の主成分である珪砂として、粒径の小さいものを用いる必要がある。
また、無アルカリガラスに溶解性、耐薬品性および耐久性を付与するためには、その組成にBを含ませることが有効である。Bの原料としては、安価で、入手しやすい点から、オルトホウ酸(単にホウ酸とも呼ばれる。)が用いられる。
By the way, since the alkali metal compound is not substantially contained in the glass raw material of the alkali-free glass, the glass raw material is difficult to melt. Therefore, it is necessary to use a sand having a small particle size as the silica sand which is the main component of the glass raw material.
In order to impart solubility, chemical resistance and durability to the alkali-free glass, it is effective to include B 2 O 3 in the composition. As a raw material for B 2 O 3 , orthoboric acid (also simply referred to as boric acid) is used because it is inexpensive and easily available.

しかし、オルトホウ酸を含むガラス原料を用いた場合、以下のような問題が発生することがある。
(1)オルトホウ酸の存在下では、粒径の小さい珪砂が凝集しやすく、溶融窯へのガラス原料の投入量が不安定となりやすい。そのため、溶融窯内の溶融ガラスの温度が不安定となったり、溶融ガラスの循環・滞留時間が不安定となる。その結果、ガラス原料の溶融が不均一となったり、溶融ガラスの組成が不均一となる。
(2)ガラス原料がアルカリ土類金属化合物を含む場合、溶解窯のガラス原料投入口にて溶融したオルトホウ酸と、アルカリ土類金属化合物とが凝集し、ダマが発生しやすい。オルトホウ酸およびアルカリ土類金属化合物は、珪砂の溶融を促進させる成分でもあるため、ダマが発生すると、溶融窯内におけるガラス原料の溶融が不均一となったり、溶融ガラスの組成が不均一となる。
However, when a glass raw material containing orthoboric acid is used, the following problems may occur.
(1) In the presence of orthoboric acid, silica sand with a small particle size tends to aggregate, and the amount of glass raw material charged into the melting furnace tends to become unstable. Therefore, the temperature of the molten glass in the melting furnace becomes unstable, and the circulation / retention time of the molten glass becomes unstable. As a result, the melting of the glass raw material becomes non-uniform or the composition of the molten glass becomes non-uniform.
(2) When the glass raw material contains an alkaline earth metal compound, the orthoboric acid melted at the glass raw material inlet of the melting furnace and the alkaline earth metal compound are aggregated, and lumps are likely to occur. Since orthoboric acid and alkaline earth metal compounds are components that promote the melting of silica sand, if lumps occur, the melting of the glass raw material in the melting furnace becomes uneven or the composition of the molten glass becomes uneven. .

(1)または(2)の問題が発生すると、溶融ガラスの均質性が悪くなるため、成形された無アルカリガラスの均質性、平坦度が低くなる。また、循環・滞留時間が不安定となるため、清澄剤によって溶融窯内の溶融ガラスから泡が抜ける前に、溶融ガラスの一部が溶融窯から流れ出る。また、ガラス原料の溶融が不均一なため、遅れて溶融した珪砂に対する清澄剤の効果が不充分となり、溶融ガラスから泡が充分に抜けない。   When the problem (1) or (2) occurs, the homogeneity of the molten glass is deteriorated, so that the homogeneity and flatness of the formed alkali-free glass are lowered. Further, since the circulation / retention time becomes unstable, a part of the molten glass flows out of the melting furnace before the bubbles are removed from the molten glass in the melting furnace by the refining agent. Moreover, since the melting of the glass raw material is not uniform, the effect of the clarifying agent on the quartz sand that has been melted late is insufficient, and the bubbles are not sufficiently removed from the molten glass.

無アルカリガラスの均質性を向上させることを目的に、アルカリ土類金属化合物(炭酸ストロンチウムおよびドロマイト。)の粒径が制御されたガラス原料が提案されている(特許文献1)。しかし、特許文献1に記載されたガラス原料は、遅れて溶融する珪砂について何ら考慮していない。珪砂の溶融が遅れると、未溶融状態の珪砂が、ガラス融液中に発生した泡に捕捉されてガラス融液の表層近くに集まり、これによりガラス融液の表層とそれ以外の部分とにおけるSiO成分の組成比に差が生じ、ガラスの均質性が低下するおそれがあった。
特開2003−40641号公報
In order to improve the homogeneity of the alkali-free glass, a glass raw material in which the particle size of an alkaline earth metal compound (strontium carbonate and dolomite) is controlled has been proposed (Patent Document 1). However, the glass raw material described in Patent Document 1 does not consider any silica sand that melts late. When the melting of the silica sand is delayed, the unmelted silica sand is trapped by the bubbles generated in the glass melt and gathers near the surface layer of the glass melt, whereby the SiO in the surface layer of the glass melt and other parts There was a difference in the composition ratio of the two components, and the homogeneity of the glass could be reduced.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-40641

本発明は、ガラス中に泡が少なく、しかも均質性及び平坦度に優れた無アルカリガラスを得ることができる製造方法を提供する。   The present invention provides a production method capable of obtaining an alkali-free glass having few bubbles in glass and excellent in homogeneity and flatness.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の無アルカリガラスの製造方法は、ケイ素源、アルカリ土類金属源及びホウ素源を含有するガラス原料を溶融し、成形する無アルカリガラスの製造方法において、前記アルカリ土類金属源として、アルカリ土類金属の水酸化物を、アルカリ土類金属源100モル%(MO換算。但しMはアルカリ土類金属元素である。以下同じ。)のうち、15〜100モル%(MO換算)含有するものを用いることを特徴とする。
アルカリ土類金属源としての前記アルカリ土類金属は、Mg、Ca、Sr及びBaのうちのいずれか1種または2種以上の元素が好ましい。
更にまた、前記ホウ素源として、無水ホウ酸を、ホウ素源100質量%(B換算)のうち、10〜100質量%(B換算)含有するものを用いることが好ましい。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
The method for producing an alkali-free glass of the present invention is a method for producing an alkali-free glass in which a glass raw material containing a silicon source, an alkaline earth metal source and a boron source is melted and molded. The earth metal hydroxide is contained in an amount of 15 to 100 mol% (MO conversion) out of 100 mol% of the alkaline earth metal source (in terms of MO. However, M is an alkaline earth metal element. The same shall apply hereinafter). It is characterized by using a thing.
The alkaline earth metal as the alkaline earth metal source is preferably one or more elements of Mg, Ca, Sr and Ba.
Further, as the boron source, boric acid anhydride, of the boron source 100 wt% (B 2 O 3 conversion), it is preferable to use those containing 10 to 100 wt% (B 2 O 3 conversion).

また、前記ガラス原料として、酸化物基準の質量百分率表示で下記組成(1)を有する無アルカリガラスとなるガラス原料を用いることが好ましく、下記組成(2)または(3)を有する無アルカリガラスとなるガラス原料を用いることが特に好ましい。
SiO:50〜66質量%、Al:10.5〜22質量%、B:5〜12質量%、MgO:0〜8質量%、CaO:0〜14.5質量%、SrO:0〜24質量%、BaO:0〜13.5質量%、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜29.5質量%・・・(1)。
SiO:58〜66質量%、Al:15〜22質量%、B:5〜12質量%、MgO:0〜8質量%、CaO:0〜9質量%、SrO:3〜12.5質量%、BaO:0〜2質量%、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜18質量%・・・(2)。
SiO:50〜61.5質量%、Al:10.5〜18質量%、B:7〜10質量%、MgO:2〜5質量%、CaO:0〜14.5質量%、SrO:0〜24質量%、BaO:0〜13.5質量%、MgO+CaO+SrO+BaO:16〜29.5質量%・・・(3)。
Moreover, it is preferable to use the glass raw material used as the alkali free glass which has the following composition (1) by the mass percentage display of an oxide basis as the said glass raw material, The alkali free glass which has the following composition (2) or (3), It is particularly preferable to use a glass material.
SiO 2: 50-66 wt%, Al 2 O 3: 10.5~22 wt%, B 2 O 3: 5~12 wt%, MgO: 0 to 8 mass%, CaO: from 0 to 14.5% by weight , SrO: 0 to 24 mass%, BaO: 0 to 13.5 mass%, MgO + CaO + SrO + BaO: 9 to 29.5 mass% (1).
SiO 2: 58 to 66 wt%, Al 2 O 3: 15~22 wt%, B 2 O 3: 5~12 wt%, MgO: 0 to 8 mass%, CaO: 0 to 9 wt%, SrO: 3 ˜12.5 mass%, BaO: 0 to 2 mass%, MgO + CaO + SrO + BaO: 9 to 18 mass% (2).
SiO 2: 50 to 61.5 wt%, Al 2 O 3: 10.5~18 wt%, B 2 O 3: 7~10 wt%, MgO: 2 to 5 wt%, CaO: 0 to 14.5 Mass%, SrO: 0 to 24 mass%, BaO: 0 to 13.5 mass%, MgO + CaO + SrO + BaO: 16 to 29.5 mass% (3).

本発明の無アルカリガラスの製造方法によれば、ガラス中に泡が少なく、しかも均質性及び平坦度に優れた無アルカリガラスを得ることができる。   According to the method for producing an alkali-free glass of the present invention, an alkali-free glass having few bubbles in the glass and excellent in homogeneity and flatness can be obtained.

図1は、実施例における無アルカリガラスの製造方法を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a method for producing alkali-free glass in Examples. 図2は、サンプルにおける組成の測定箇所を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the measurement points of the composition in the sample. 図3は、実験例1〜6のΔSiO(質量%)を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing ΔSiO 2 (mass%) of Experimental Examples 1 to 6. 図4は、実験例1〜6の5μm以上の泡の数(個・kg−1)を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the number of bubbles (kg · kg −1 ) of 5 μm or more in Experimental Examples 1 to 6.

符号の説明Explanation of symbols

12…ガラス原料、16…無アルカリガラス   12 ... Glass raw material, 16 ... Non-alkali glass

無アルカリガラスは、ケイ素源、アルカリ土類金属源及びホウ素源を含有するガラス原料を溶融し、成形することによって製造される。無アルカリガラスは、たとえば以下のように製造される。
(i)ケイ素源、アルカリ土類金属源及びホウ素源と、必要に応じてAl、清澄剤等とを、目標とする無アルカリガラスの組成となるような割合にて混合してガラス原料を調製する。
(ii)該ガラス原料、および必要に応じて、目標とする無アルカリガラスの組成と同じ組成を有するカレットを、溶融窯のガラス原料投入口から溶融窯内に連続的に投入し、1500〜1600℃にて溶融させ溶融ガラスとする。カレットとは、無アルカリガラスの製造の過程等で排出されるガラス屑である。
(iii)該溶融ガラスを、フロート法等の公知の成形法により所定の厚さとなるように成形する。
(iv)成形されたガラスリボンを徐冷した後、所定の大きさに切断し、板状の無アルカリガラスを得る。
The alkali-free glass is produced by melting and forming a glass raw material containing a silicon source, an alkaline earth metal source, and a boron source. The alkali-free glass is manufactured as follows, for example.
(I) A glass obtained by mixing a silicon source, an alkaline earth metal source, a boron source, and, if necessary, Al 2 O 3 , a refining agent, etc. at a ratio that makes the composition of the target non-alkali glass. Prepare raw materials.
(Ii) The glass raw material and, if necessary, cullet having the same composition as the target non-alkali glass composition are continuously charged into the melting furnace from the glass raw material inlet of the melting furnace, and 1500-1600 Melt at 0 ° C. to obtain molten glass. The cullet is glass waste discharged in the process of manufacturing alkali-free glass.
(Iii) The molten glass is molded to have a predetermined thickness by a known molding method such as a float method.
(Iv) After the formed glass ribbon is gradually cooled, it is cut into a predetermined size to obtain a plate-like non-alkali glass.

(ケイ素源)
無アルカリガラスを製造する際のガラス原料に含有されるケイ素源には珪砂を用いることができる。珪砂はガラスの製造に用いられるものであればどのようなものでもよい。
珪砂の平均粒径D50(メディアン粒径)は、15〜60μmが好ましく、20〜45μmがより好ましい。
珪砂の平均粒径D50を15μm以上とすれば、珪砂の凝集が抑えられ、泡が少なく、均質性、平坦度が高い無アルカリガラスが得られる。また、珪砂の平均粒径D50を60μm以下にすれば、珪砂が均一に溶融しやすくなり、泡がさらに少なく、均質性、平坦度がさらに高い無アルカリガラスが得られる。なお、平均粒径は、例えば、レーザー回折/散乱法により粒度分布を計測することにより測定される。
(Silicon source)
Silica sand can be used as the silicon source contained in the glass raw material when producing the alkali-free glass. Silica sand may be anything as long as it is used for glass production.
The average particle diameter D 50 (median particle diameter) of the silica sand is preferably 15 to 60 μm, and more preferably 20 to 45 μm.
If the average particle diameter D 50 of the silica sand or more 15 [mu] m, aggregation of the silica sand is suppressed, the foam is small, homogeneity, the alkali-free glass is high flatness can be obtained. Further, if the average particle diameter D 50 of the silica sand to 60μm or less, quartz sand is easily uniformly molten, it bubbles even less, homogeneity, the alkali-free glass is higher flatness can be obtained. The average particle diameter is measured, for example, by measuring the particle size distribution by a laser diffraction / scattering method.

(アルカリ土類金属源)
アルカリ土類金属源としては、アルカリ土類金属化合物を用いることができる。ここでアルカリ土類金属としては、Mg、Ca、Sr及びBaのうちのいずれか1種または2種以上の元素を例示できる。そして、アルカリ土類金属化合物の具体例としては、MgCO、CaCO、BaCO、SrCO、(Mg,Ca)CO(ドロマイト)等の炭酸塩や、MgO、CaO、BaO、SrO等の酸化物や、Mg(OH)、Ca(OH)、Ba(OH)、Sr(OH)等の水酸化物を例示できるが、本発明ではアルカリ土類金属源の一部または全部にアルカリ土類金属の水酸化物を含有させることが好ましい。
(Alkaline earth metal source)
An alkaline earth metal compound can be used as the alkaline earth metal source. Here, examples of the alkaline earth metal include any one element or two or more elements of Mg, Ca, Sr, and Ba. Specific examples of the alkaline earth metal compound include carbonates such as MgCO 3 , CaCO 3 , BaCO 3 , SrCO 3 , (Mg, Ca) CO 3 (dolomite), MgO, CaO, BaO, SrO and the like. Oxides and hydroxides such as Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2 , Sr (OH) 2 can be exemplified, but in the present invention, some or all of the alkaline earth metal source It is preferable to contain an alkaline earth metal hydroxide.

アルカリ土類金属の水酸化物の含有量は、アルカリ土類金属源100モル%(MO換算。但しMはアルカリ土類金属元素である。)のうち、好ましくは15〜100モル%(MO換算)、より好ましくは30〜100モル%(MO換算)であり、さらに好ましくは60〜100モル%(MO換算)である。上記水酸化物の含有量が15モル%未満では、ガラス原料を融解する際に、珪砂中に含まれるSiO成分の未融解量が増大し、この未融解のSiOが、ガラス融液中に泡が発生した際にこの泡に取り込まれてガラス融液の表層近くに集まる。これにより、ガラス融液の表層と表層以外の部分との間においてSiOの組成比に差が生じて、ガラスの均質性が低下するとともに平坦性も低下するので好ましくない。
また、アルカリ土類金属源中の水酸化物のモル比が増加するにつれて、ガラス原料の融解時のSiO成分の未融解量が低下するので、上記水酸化物のモル比は高ければ高いほどよい。
The content of the alkaline earth metal hydroxide is preferably 15 to 100 mol% (MO conversion) among 100 mol% of the alkaline earth metal source (MO conversion, where M is an alkaline earth metal element). ), More preferably 30 to 100 mol% (in terms of MO), and even more preferably 60 to 100 mol% (in terms of MO). When the content of the hydroxide is less than 15 mol%, when the glass raw material is melted, the unmelted amount of the SiO 2 component contained in the silica sand increases, and this unmelted SiO 2 is contained in the glass melt. When bubbles are generated, they are taken into the bubbles and gather near the surface of the glass melt. As a result, a difference in the composition ratio of SiO 2 occurs between the surface layer of the glass melt and the portion other than the surface layer, which is not preferable because the uniformity of the glass decreases and the flatness also decreases.
Also, as the molar ratio of hydroxide in the alkaline earth metal source increases, the unmelted amount of the SiO 2 component at the time of melting the glass raw material decreases, so the higher the molar ratio of the hydroxide is, the higher Good.

アルカリ土類金属源として、具体的には、アルカリ土類金属の水酸化物と炭酸塩との混合物、アルカリ土類金属の水酸化物単独、などを用いることができる。炭酸塩としては、MgCO、CaCO及び(Mg,Ca)CO(ドロマイト)のいずれか1種以上を用いることが好ましい。またアルカリ土類金属の水酸化物としては、Mg(OH)またはCa(OH)の少なくとも一方を用いることが好ましく、特にMg(OH)を用いることが好ましい。Specifically, as the alkaline earth metal source, a mixture of an alkaline earth metal hydroxide and a carbonate, an alkaline earth metal hydroxide alone, or the like can be used. As the carbonate, it is preferable to use one or more of MgCO 3 , CaCO 3 and (Mg, Ca) CO 3 (dolomite). As the alkaline earth metal hydroxide, it is preferable to use at least one of Mg (OH) 2 and Ca (OH) 2 , and it is particularly preferable to use Mg (OH) 2 .

(ホウ素源)
次に、ホウ素源としてのホウ素化合物は、オルトホウ酸(HBO)、メタホウ酸(HBO)、四ホウ酸(H)、無水ホウ酸(無水B)等が挙げられる。
通常の無アルカリガラスの製造においては、安価で、入手しやすい点から、オルトホウ酸が用いられる。
(Boron source)
Next, boron compounds as a boron source include orthoboric acid (H 3 BO 3 ), metaboric acid (HBO 2 ), tetraboric acid (H 2 B 4 O 7 ), anhydrous boric acid (anhydrous B 2 O 3 ), and the like. Is mentioned.
In the production of ordinary alkali-free glass, orthoboric acid is used because it is inexpensive and easily available.

本発明において、ホウ素源として無水ホウ酸を用いる場合には、ホウ素源100質量%(B換算)のうち、10〜100質量%(B換算)含有することが好ましい。無水ホウ酸を10質量%以上とすることにより、ガラス原料の凝集が抑えられ、泡の低減効果、均質性、平坦度の向上効果が得られる。無水ホウ酸のより好ましい範囲は、20〜100質量%の範囲である。無水ホウ酸以外のホウ素化合物としては、安価で入手しやすい点から、オルトホウ酸が好ましい。In the present invention, in the case of using anhydrous boric acid as a boron source, among the boron source 100 wt% (B 2 O 3 basis) preferably contains 10 to 100 wt% (B 2 O 3 conversion). By setting the boric anhydride to 10% by mass or more, aggregation of the glass raw material is suppressed, and an effect of reducing bubbles, homogeneity, and improving flatness can be obtained. A more preferable range of boric anhydride is in the range of 20 to 100% by mass. As a boron compound other than boric anhydride, orthoboric acid is preferable because it is inexpensive and easily available.

(他の原料)
他の原料としては、Al等が挙げられる。また、清澄剤等として、溶融性、清澄性、成形性を改善するため、ZnO、SO、F、Cl、SnOを含有させてもよい。
(Other ingredients)
Examples of other raw materials include Al 2 O 3 . Further, ZnO, SO 3 , F, Cl, SnO 2 may be contained as a fining agent or the like in order to improve the meltability, the fining property, and the moldability.

(ガラス原料)
ガラス原料は、前記各原料を混合した粉末状の混合物である。
(Glass raw material)
The glass raw material is a powdery mixture in which the respective raw materials are mixed.

ガラス原料の組成は、目標とする組成を有する無アルカリガラスとなるような組成とする。ガラス原料の組成としては、後述の組成(1)を有する無アルカリガラスとなるような組成が好ましく、後述の組成(2)または(3)を有する無アルカリガラスとなるような組成が特に好ましい。   The composition of the glass raw material is such that it becomes an alkali-free glass having a target composition. The composition of the glass raw material is preferably a composition that becomes an alkali-free glass having the composition (1) described later, and a composition that becomes an alkali-free glass having the composition (2) or (3) described later is particularly preferable.

(無アルカリガラス)
本発明の製造方法にて得られる無アルカリガラスは、その組成にケイ素源に由来するSiO、およびホウ素源に由来するBを含有する。無アルカリガラスとは、NaO、KO等のアルカリ金属酸化物を実質的に含有しないガラスをいう。
(Non-alkali glass)
The alkali-free glass obtained by the production method of the present invention contains SiO 2 derived from a silicon source and B 2 O 3 derived from a boron source in its composition. Alkali-free glass refers to glass that does not substantially contain alkali metal oxides such as Na 2 O and K 2 O.

以下、無アルカリガラスの好ましい組成について説明する。   Hereinafter, a preferable composition of the alkali-free glass will be described.

無アルカリガラスとしては、ディスプレイ用ガラス基板としての特性(熱膨張係数:25×10−7〜60×10−7/℃、耐薬品性、耐久性等。)を有し、板ガラスへの成形に適している点から、酸化物基準の質量百分率表示で下記組成(1)を有する無アルカリガラスが好ましい。
無アルカリガラス(100質量%)のうち、SiO:50〜66質量%、Al:10.5〜22質量%、B:5〜12質量%、MgO:0〜8質量%、CaO:0〜14.5質量%、SrO:0〜24質量%、BaO:0〜13.5質量%、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜29.5質量%・・・(1)。
As alkali-free glass, it has characteristics as a glass substrate for display (thermal expansion coefficient: 25 × 10 −7 to 60 × 10 −7 / ° C., chemical resistance, durability, etc.), and can be used for molding into plate glass. From the point of being suitable, the alkali free glass which has the following composition (1) by the mass percentage display of an oxide basis is preferable.
Among the alkali-free glass (100 mass%), SiO 2: 50~66 wt%, Al 2 O 3: 10.5~22 wt%, B 2 O 3: 5~12 wt%, MgO: 0 to 8 mass %, CaO: 0 to 14.5 mass%, SrO: 0 to 24 mass%, BaO: 0 to 13.5 mass%, MgO + CaO + SrO + BaO: 9 to 29.5 mass% (1).

また、無アルカリガラスとしては、歪点が640℃以上であり、熱膨張係数、密度が小さく、エッチングに用いられるバッファードフッ酸(BHF)による白濁が抑えられ、塩酸等の薬品への耐久性も優れ、溶融・成形が容易で、フロート成形に適している点から、酸化物基準の質量百分率表示で下記組成(2)を有する無アルカリガラスが特に好ましい。
無アルカリガラス(100質量%)のうち、SiO:58〜66質量%、Al:15〜22質量%、B:5〜12質量%、MgO:0〜8質量%、CaO:0〜9質量%、SrO:3〜12.5質量%、BaO:0〜2質量%、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜18質量%・・・(2)。
In addition, alkali-free glass has a strain point of 640 ° C. or higher, a low coefficient of thermal expansion and a low density, suppresses white turbidity due to buffered hydrofluoric acid (BHF) used for etching, and is resistant to chemicals such as hydrochloric acid. In particular, alkali-free glass having the following composition (2) in terms of oxide-based mass percentage is particularly preferable because it is excellent in melting, forming and suitable for float forming.
Among alkali-free glass (100% by mass), SiO 2 : 58 to 66% by mass, Al 2 O 3 : 15 to 22% by mass, B 2 O 3 : 5 to 12% by mass, MgO: 0 to 8% by mass, CaO: 0 to 9% by mass, SrO: 3 to 12.5% by mass, BaO: 0 to 2% by mass, MgO + CaO + SrO + BaO: 9 to 18% by mass (2).

SiOを58質量%以上とすることにより、無アルカリガラスの歪点が上がり、耐薬品性が良好となり、また熱膨張係数が低下する。SiOを66質量%以下とすることにより、ガラスの溶融性が良好となり、失透特性が良好となる。By setting SiO 2 to 58 mass% or more, the strain point of the alkali-free glass is increased, the chemical resistance is improved, and the thermal expansion coefficient is decreased. With the SiO 2 66 wt% or less, the melting property of the glass is improved, devitrification characteristic becomes good.

Alを15質量%以上とすることにより、無アルカリガラスの分相は抑えられ、熱膨張係数は低下し、歪点が上がる。
また、Alを22質量%以下とすることにより、ガラスの溶融性が良好となる。
By the al 2 O 3 and 15 mass% or more, phase separation of the alkali-free glass is suppressed, the thermal expansion coefficient is reduced, the strain point increases.
Further, by making the Al 2 O 3 and 22 wt% or less, the melting property of glass will be good.

は、BHFによる無アルカリガラスの白濁を抑え、高温での粘性を高くせずに無アルカリガラスの熱膨張係数および密度を低下させる。
を5質量%以上とすることにより、無アルカリガラスの耐BHF性が良好となる。また、Bを12質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの耐酸性が良好となるとともに歪点が上がる。
B 2 O 3 suppresses white turbidity of the alkali-free glass due to BHF, and reduces the thermal expansion coefficient and density of the alkali-free glass without increasing the viscosity at high temperature.
By the B 2 O 3 and 5 wt% or more, BHF resistance of the alkali-free glass will be good. Further, the B 2 O 3 by 12 mass% or less, the strain point increases with acid resistance of the alkali-free glass will be good.

MgOは、無アルカリガラスの熱膨張係数、密度の上昇を抑えて、ガラス原料の溶融性を向上させる。
MgOを8質量%以下とすることにより、BHFによる白濁を抑え、無アルカリガラスの分相を抑える。
MgO suppresses an increase in the thermal expansion coefficient and density of the alkali-free glass and improves the meltability of the glass raw material.
By making MgO 8 mass% or less, white turbidity due to BHF is suppressed and phase separation of alkali-free glass is suppressed.

CaOは、ガラス原料の溶融性を向上させる。
CaOを9質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの熱膨張係数が低下し、失透特性が良好となる。
CaO improves the meltability of the glass raw material.
By making CaO into 9 mass% or less, the thermal expansion coefficient of an alkali free glass falls and a devitrification characteristic becomes favorable.

SrOを3質量%以上とすることにより、無アルカリガラスの分相を抑えられ、BHFによる無アルカリガラスの白濁を抑えられる。
また、SrOを12.5質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの熱膨張係数が低下する。
By making SrO 3 mass% or more, the phase separation of an alkali free glass can be suppressed and the cloudiness of the alkali free glass by BHF can be suppressed.
Moreover, the thermal expansion coefficient of an alkali free glass falls by making SrO into 12.5 mass% or less.

BaOは、無アルカリガラスの分相を抑え、溶融性を向上させ、失透特性を向上させる。
BaOを2質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの密度が低下し、熱膨張係数が低下する。
BaO suppresses the phase separation of alkali-free glass, improves the meltability, and improves the devitrification characteristics.
By making BaO 2 mass% or less, the density of the alkali-free glass is lowered and the thermal expansion coefficient is lowered.

MgO+CaO+SrO+BaOを9質量%以上とすることにより、ガラスの溶融性が良好となる。MgO+CaO+SrO+BaOを18質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの密度が低下する。   By making MgO + CaO + SrO + BaO 9 mass% or more, the meltability of the glass becomes good. By making MgO + CaO + SrO + BaO 18% by mass or less, the density of the alkali-free glass is lowered.

組成(2)においては、溶融性、清澄性、成形性を改善するため、ZnO、SO、F、Cl、SnOを総量で無アルカリガラス(100質量%)のうち5質量%以下含有してもよい。また、カレットの処理に多くの工数が必要となるため、PbO、As、Sbは、不純物等として不可避的に混入するものを除き、含有しないことが好ましい。In composition (2), ZnO, SO 3 , F, Cl, SnO 2 are contained in a total amount of 5% by mass or less of non-alkali glass (100% by mass) in order to improve meltability, clarity, and moldability. May be. Moreover, since a lot of man-hours are required for the treatment of cullet, it is preferable that PbO, As 2 O 3 , and Sb 2 O 3 are not contained except those that are inevitably mixed as impurities.

また本発明における無アルカリガラスとしては、ディスプレイ用のガラス基板としての特性に優れ、耐還元性、均質性、泡抑制に優れ、フロート法による成形に適している点から、酸化物基準の質量百分率表示で下記組成(3)を有する無アルカリガラスが特に好ましい。
無アルカリガラス(100質量%)のうち、SiO:50〜61.5質量%、Al:10.5〜18質量%、B:7〜10質量%、MgO:2〜5質量%、CaO:0〜14.5質量%、SrO:0〜24質量%、BaO:0〜13.5質量%、MgO+CaO+SrO+BaO:16〜29.5質量%・・・(3)。
In addition, the alkali-free glass in the present invention is excellent in properties as a glass substrate for display, excellent in reduction resistance, homogeneity, foam suppression, and suitable for molding by the float process. Alkali-free glass having the following composition (3) in display is particularly preferred.
Among the alkali-free glass (100 mass%), SiO 2: 50~61.5 wt%, Al 2 O 3: 10.5~18 wt%, B 2 O 3: 7~10 wt%, MgO: 2~ 5 mass%, CaO: 0 to 14.5 mass%, SrO: 0 to 24 mass%, BaO: 0 to 13.5 mass%, MgO + CaO + SrO + BaO: 16 to 29.5 mass% (3).

SiOを50質量%以上とすることにより、無アルカリガラスの耐酸性が良好となり、密度が下がり、歪点が上がり、熱膨張係数が下がり、ヤング率が上がる。SiOを61.5質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの失透特性が良好となる。By making SiO 2 50 mass% or more, the acid resistance of the alkali-free glass is improved, the density is lowered, the strain point is raised, the thermal expansion coefficient is lowered, and the Young's modulus is raised. By the SiO 2 and 61.5 wt% or less, the devitrification property of the alkali-free glass will be good.

Alを10.5質量%以上とすることにより、無アルカリガラスの分相を抑え、歪点を上げ、ヤング率を上げる。また、Alを18質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの失透特性、耐酸性および耐BHF性が良好となる。By making Al 2 O 3 10.5% by mass or more, the phase separation of the alkali-free glass is suppressed, the strain point is increased, and the Young's modulus is increased. Moreover, by making Al 2 O 3 18% by mass or less, the devitrification characteristics, acid resistance and BHF resistance of the alkali-free glass are improved.

を7質量%以上とすることにより、無アルカリガラスの密度を低下させ、耐BHF性を向上させ、溶融性を向上させ、失透特性が良好となり、熱膨張係数を低下させる。
上記効果が発現される。Bを10質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの歪点が上がり、ヤング率が上がり、耐酸性が良好となる。
By setting B 2 O 3 to 7% by mass or more, the density of the alkali-free glass is reduced, the BHF resistance is improved, the meltability is improved, the devitrification characteristics are improved, and the thermal expansion coefficient is reduced.
The above effects are manifested. By setting B 2 O 3 to 10% by mass or less, the strain point of the alkali-free glass is increased, the Young's modulus is increased, and the acid resistance is improved.

MgOを2質量%以上とすることにより、無アルカリガラスの密度を低下させ、熱膨張係数を高くすることなく、歪点を過大に低下させず、溶融性を向上させる。
MgOを5質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの分相が抑えられ、失透特性、耐酸性および耐BHF性が良好となる。
By making MgO 2 mass% or more, the density of the alkali-free glass is lowered, the thermal expansion coefficient is not increased, the strain point is not excessively lowered, and the meltability is improved.
By making MgO 5 mass% or less, the phase separation of an alkali-free glass is suppressed, and devitrification characteristics, acid resistance, and BHF resistance are improved.

CaOは、無アルカリガラスの密度を高くすることなく、熱膨張係数を高くすることなく、歪点を過大に低下させず、溶融性を向上させる。
CaOを14.5質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの失透特性が良好となり、熱膨張係数が低下し、密度が低下し、耐酸性および耐アルカリ性が良好となる。
CaO improves the meltability without increasing the density of the alkali-free glass, without increasing the thermal expansion coefficient, without excessively reducing the strain point.
By making CaO 14.5 mass% or less, the devitrification property of an alkali free glass becomes favorable, a thermal expansion coefficient falls, a density falls, and acid resistance and alkali resistance become favorable.

SrOは、無アルカリガラスの密度を高くすることなく、熱膨張係数を高くすることなく、歪点を過大に低下させず、溶融性を向上させる。
SrOを24質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの失透特性が良好となり、熱膨張係数が低下し、密度が低下し、耐酸性および耐アルカリ性が良好となる。
SrO improves the meltability without increasing the density of the alkali-free glass, without increasing the thermal expansion coefficient, without excessively reducing the strain point.
By setting SrO to 24% by mass or less, the devitrification characteristics of the alkali-free glass are improved, the thermal expansion coefficient is decreased, the density is decreased, and the acid resistance and alkali resistance are improved.

BaOは、無アルカリガラスの分相を抑え、失透特性を向上させ、耐薬品性を向上させる。
BaOを13.5質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの密度が低下し、熱膨張係数が低下し、ヤング率が上がり、溶融性が良好となり、耐BHF性が良好となる。
BaO suppresses phase separation of alkali-free glass, improves devitrification characteristics, and improves chemical resistance.
By adjusting BaO to 13.5% by mass or less, the density of the alkali-free glass is lowered, the thermal expansion coefficient is lowered, the Young's modulus is increased, the meltability is improved, and the BHF resistance is improved.

MgO+CaO+SrO+BaOを16質量%以上とすることにより、ガラスの溶融性が良好となる。MgO+CaO+SrO+BaOを29.5質量%以下とすることにより、無アルカリガラスの密度、熱膨張係数が低下する。   By making MgO + CaO + SrO + BaO 16 mass% or more, the meltability of the glass becomes good. By setting MgO + CaO + SrO + BaO to 29.5% by mass or less, the density and thermal expansion coefficient of the alkali-free glass are lowered.

組成(3)においては、溶融性、清澄性、成形性を改善するため、ZnO、SO、F、Cl、SnOを総量で無アルカリガラス(100質量%)のうち5質量%以下含有してもよい。また、カレットの処理に多くの工数が必要となるため、PbO、As、Sbは、不純物等として不可避的に混入するものを除き、含有しないことが好ましい。In composition (3), ZnO, SO 3 , F, Cl, SnO 2 is contained in a total amount of 5% by mass or less of non-alkali glass (100% by mass) in order to improve meltability, clarity, and moldability. May be. Moreover, since a lot of man-hours are required for the treatment of cullet, it is preferable that PbO, As 2 O 3 , and Sb 2 O 3 are not contained except those that are inevitably mixed as impurities.

以上説明したように、本発明の無アルカリガラスの製造方法によれば、アルカリ土類金属源として、アルカリ土類金属の水酸化物を、アルカリ土類金属源100モル%(MO換算。但しMはアルカリ土類金属元素である。)のうち、15〜100モル%(MO換算)含有するものを用いるため、ガラス融液中におけるSiOの未融解量が大幅に減少するとともに泡の発生量が減少し、これによりSiOの偏析が改善され、均質性、平坦度が高い無アルカリガラスを得ることができる。As described above, according to the method for producing an alkali-free glass of the present invention, an alkaline earth metal hydroxide is used as an alkaline earth metal source at an alkaline earth metal source of 100 mol% (in terms of MO. However, M Is an alkaline earth metal element), and the content of 15 to 100 mol% (in terms of MO) is used, so that the unmelted amount of SiO 2 in the glass melt is greatly reduced and the amount of bubbles generated As a result, the segregation of SiO 2 is improved, and an alkali-free glass having high homogeneity and flatness can be obtained.

本発明においては、アルカリ土類金属の水酸化物(該水酸化物は、ガラスの液相生成前(約400℃)にHOを放出してしまうため、液相生成に影響を与え難い)を用いることで、アルカリ土類金属の炭酸塩(該炭酸塩は、ガラスの液相生成(600〜800℃)の際にCOを放出する)を用いる従来に比べてガラス融液中の泡の発生量が減少し、ガラス中の泡が少なくなるものと考えられる。
また、アルカリ土類金属の水酸化物を添加することで、ガラス融液の液性が酸性からアルカリ性側に傾き、これによりSiOの反応性が高まり、SiOの未融解量が低減するものと考えられる。
以上のように、本発明においては、未融解のSiO量の低減と泡発生量の低減とを相乗的に実現することができ、均質性、平坦度に優れた無アルカリガラスを得ることができる。
In the present invention, alkaline earth metal hydroxides (the hydroxides release H 2 O before glass liquid phase formation (about 400 ° C.), and thus hardly affect liquid phase generation. ) In an alkaline earth metal carbonate (the carbonate releases CO 2 during the liquid phase formation of glass (600 to 800 ° C.)) compared to the prior art in a glass melt. It is considered that the amount of bubbles generated is reduced and the bubbles in the glass are reduced.
Further, by adding a hydroxide of an alkaline earth metal, which liquid glass melt is tilt to an alkaline side from acidic, thereby the reactivity of the SiO 2 is increased, unmelted amount of SiO 2 is reduced it is conceivable that.
As described above, in the present invention, it is possible to synergistically reduce the amount of unmelted SiO 2 and the amount of bubbles generated, and obtain an alkali-free glass excellent in homogeneity and flatness. it can.

更に、本発明において、ホウ素源として、無水ホウ酸を、ホウ素源100質量%(B換算)のうち、10〜100質量%(B換算)含有するものを用いる場合、ガラス中の泡がより少なく、均質性及び平坦度がより高い無アルカリガラスを得ることができる。Further, if the present invention, as the boron source, boric acid anhydride, of the boron source 100 wt% (B 2 O 3 equivalent), the use of those containing 10 to 100 wt% (B 2 O 3 basis), Glass It is possible to obtain an alkali-free glass with fewer bubbles and higher homogeneity and flatness.

特にホウ素源としてオルトホウ酸を用いた場合は、オルトホウ酸の存在下において粒径の小さい珪砂が凝集しやすくなる。珪砂の凝集は、ガラス原料に含まれる水分によって起こるものと考えられ、珪砂の凝集を抑えるためには、ガラス原料に含まれる水分を少なくすればよい。すなわち分子中に水分子を多く含むオルトホウ酸の量を減らし、無水ホウ酸の量を増やすことにより、泡が少なく、均質性及び平坦度が高い無アルカリガラスを得ることができる。   In particular, when orthoboric acid is used as the boron source, silica sand having a small particle size is likely to aggregate in the presence of orthoboric acid. Aggregation of silica sand is considered to occur due to moisture contained in the glass raw material, and in order to suppress the aggregation of silica sand, the moisture contained in the glass raw material may be reduced. That is, by reducing the amount of orthoboric acid containing many water molecules in the molecule and increasing the amount of boric anhydride, an alkali-free glass with few bubbles, high homogeneity and flatness can be obtained.

また、ガラス原料がアルカリ土類金属化合物を含む場合、溶解窯のガラス原料投入口にて溶融したオルトホウ酸と、アルカリ土類金属化合物とが凝集する場合がある。オルトホウ酸とアルカリ土類金属化合物との凝集は、ガラス原料投入口にて加熱されたオルトホウ酸から水分子が1つ失われてメタホウ酸となり、このメタホウ酸が、150℃以上で液化してアルカリ土類金属化合物と接触するために起きる。従って、メタホウ酸からさらに水分子が失われた状態である無水ホウ酸を用いれば、メタホウ酸とアルカリ土類金属化合物との凝集を抑えられ、泡が少なく、均質性及び平坦度が高い無アルカリガラスを得ることができる。   When the glass raw material contains an alkaline earth metal compound, orthoboric acid melted at the glass raw material inlet of the melting furnace and the alkaline earth metal compound may aggregate. Aggregation of orthoboric acid and alkaline earth metal compound is caused by the loss of one water molecule from orthoboric acid heated at the glass raw material inlet to metaboric acid. This metaboric acid is liquefied at 150 ° C or higher and becomes alkaline. Occurs in contact with earth metal compounds. Therefore, by using boric anhydride in which water molecules are further lost from metaboric acid, aggregation of metaboric acid and alkaline earth metal compound can be suppressed, there are few bubbles, and no alkali is high in homogeneity and flatness. Glass can be obtained.

さらに、本発明の無アルカリガラスの製造方法において上記のように無水ホウ酸を用いる場合、以下の効果を期待できる。
(i)ガラス原料中の水分量が抑えられるため、ガラス原料を溶融する際の水の気化熱が少なくなる。よって、少なくなった気化熱の分だけ溶融窯で消費されるエネルギー量が低減され、省エネルギー化を図ることができ、また生産性が向上する。
(ii)溶融ガラス中の水分(β−OH)が低減するため、清澄剤に含まれる塩素(Cl)が下記反応によってHClとなり、揮散することが抑えられる。よって、清澄剤の量を低減でき、またHClを含む排ガスの処理負担が低減される。
OH-+Cl-→HCl↑+O2-
(iii)オルトホウ酸から水分子が1つ失われて生成したメタホウ酸は、揮散しやすいが、無水ホウ酸は揮散しにくいため、ホウ素源の量を低減でき、またメタホウ酸を含む排ガスの処理負担が低減される。
Further, when boric anhydride is used as described above in the method for producing alkali-free glass of the present invention, the following effects can be expected.
(I) Since the amount of water in the glass material is suppressed, the heat of vaporization of water when the glass material is melted is reduced. Therefore, the amount of energy consumed in the melting furnace is reduced by the amount of heat of vaporization that is reduced, energy saving can be achieved, and productivity is improved.
(Ii) Since moisture (β-OH) in the molten glass is reduced, chlorine (Cl) contained in the refining agent is converted to HCl by the following reaction, and volatilization is suppressed. Therefore, the amount of the refining agent can be reduced, and the treatment burden of the exhaust gas containing HCl is reduced.
OH + Cl → HCl ↑ + O 2− .
(Iii) Metaboric acid produced by losing one water molecule from orthoboric acid is easy to volatilize, but boric anhydride is difficult to volatilize, so the amount of boron source can be reduced, and treatment of exhaust gas containing metaboric acid The burden is reduced.

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

〔実験1〕
酸化物基準の質量百分率表示で、SiO:60質量%、Al:17質量%、B:8質量%、MgO:3質量%、CaO:4質量%、SrO:8質量%の組成を有する無アルカリガラスとなるように、ケイ素源、アルカリ土類金属源、ホウ素源およびその他の原料を調製してガラス母組成原料とし、さらに清澄剤として、該ガラス母組成原料ガラス化後の100質量%に対し、Clを1.0質量%混合し、ガラス原料とした。
[Experiment 1]
In terms of mass percentage based on oxide, SiO 2 : 60% by mass, Al 2 O 3 : 17% by mass, B 2 O 3 : 8% by mass, MgO: 3% by mass, CaO: 4% by mass, SrO: 8% by mass. % Of the glass mother composition as a refining agent by preparing a silicon source, an alkaline earth metal source, a boron source and other raw materials so as to be a non-alkali glass having a% composition. With respect to the subsequent 100% by mass, 1.0% by mass of Cl was mixed to obtain a glass raw material.

ケイ素源としては、平均粒径D50が26μm、最小径〜最大径が5〜100μmである珪砂を用いた。なお、平均粒径D50は、レーザー回折/散乱法(HORIBA LA950WET)で粒度分布を計測することにより測定した。
また、アルカリ土類金属源としては、Mg(OH)、Ca(OH)、ドロマイト((Mg,Ca)CO)、MgCO、CaCO、および炭酸ストロンチウムの化合物を表1に示すように用い、表1にアルカリ土類金属化合物中の水酸化物量をMO換算で示した。
更に、ホウ素源としては表1に示すように、無水ホウ酸(無水B)またはオルトホウ酸(HBO)を用いた。
As the silicon source, the average particle diameter D 50 of 26 .mu.m, the minimum diameter to a maximum diameter with quartz sand is 5 to 100 [mu] m. The average particle diameter D 50 was determined by measuring the particle size distribution by a laser diffraction / scattering method (HORIBA LA950WET).
As alkaline earth metal sources, compounds of Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , dolomite ((Mg, Ca) CO 3 ), MgCO 3 , CaCO 3 , and strontium carbonate are shown in Table 1. Table 1 shows the amount of hydroxide in the alkaline earth metal compound in terms of MO.
Furthermore, as shown in Table 1, boric anhydride (anhydrous B 2 O 3 ) or orthoboric acid (H 3 BO 3 ) was used as the boron source.

次に、図1(a)に示すように、ガラス化後の質量が250gとなる量のガラス原料12を、高さ90mm、外径70mmの有底円筒形の、白金ロジウム製の坩堝14に入れた。該坩堝14を加熱炉に入れ、強制的に坩堝14内を撹拌することなく、加熱炉の側面から露点80℃の空気を吹き込みながら1550℃(ガラス粘度ηがlogη=2.5に相当する温度)で1時間加熱し、ガラス原料12を溶融させた。溶融ガラスを坩堝14ごと冷却した後、図1(b)に示すように、坩堝14内の無アルカリガラス16の中央部から縦24mm、横35mm、厚さ1mmの板状サンプル18を切り出した。   Next, as shown in FIG. 1 (a), a glass raw material 12 having an amount of 250 g after vitrification is placed in a bottomed cylindrical crucible 14 made of platinum rhodium having a height of 90 mm and an outer diameter of 70 mm. I put it in. The crucible 14 was put into a heating furnace, and the inside of the crucible 14 was not forcedly stirred, but air at a dew point of 80 ° C. was blown from the side of the heating furnace at 1550 ° C. (temperature corresponding to a glass viscosity η of log η = 2.5). ) For 1 hour to melt the glass raw material 12. After the molten glass was cooled together with the crucible 14, a plate-like sample 18 having a length of 24 mm, a width of 35 mm, and a thickness of 1 mm was cut out from the center of the alkali-free glass 16 in the crucible 14 as shown in FIG.

図2に示すように、縦24mm、横35mmのサンプル18の中央部の縦18mm、横15mmの領域(上側の余白1.5mm、左右の余白10mm。)について、直径3mm蛍光X線のビームを、縦6箇所×横5箇所の合計30箇所に照射し、各箇所の無アルカリガラスの組成を測定した。
30箇所の組成のうちの、SiO(質量%)の最大値からSiO(質量%)の最小値を引いて、組成差(ΔSiO)を求めた。
また、サンプル18の中央部における縦24mm、横10mmの領域について、ガラス内に残存する泡の最大長さが5μm以上の泡の数を数え、ガラス1kg当たりの泡の数を求めた。
また、ガラス原料を溶解した際に、溶融せずに残存した珪砂(未融解SiO)の割合を求めた。未融解SiOは、250gの原料を長さ4000mm×幅20mmの白金ボートに添加し800〜1500℃の温度傾斜をつけた炉で1時間加熱した後に1400〜1500℃の温度域のガラス表面に残存する珪砂の占有面積によって測定した。これらの結果を表2、図3及び図4に併せて示す。
As shown in FIG. 2, a fluorescent X-ray beam with a diameter of 3 mm is applied to an area of 18 mm length and 15 mm width (upper margin 1.5 mm, left and right margins 10 mm) of a sample 18 having a length of 24 mm and a width of 35 mm. A total of 30 locations of 6 vertical locations × 5 horizontal locations were irradiated, and the composition of the alkali-free glass at each location was measured.
Of the composition of 30 points, the maximum value of SiO 2 (wt%) by subtracting the minimum value of SiO 2 (wt%), was determined composition difference (ΔSiO 2).
Further, the number of bubbles having a maximum length of bubbles of 5 μm or more remaining in the glass was counted in an area of 24 mm in length and 10 mm in the center of the sample 18 to obtain the number of bubbles per kg of glass.
Moreover, when dissolving the glass raw material, to determine the percentage of silica sand remaining without being melted (unmelted SiO 2). Unmelted SiO 2 is obtained by adding 250 g of raw material to a 4000 mm long × 20 mm wide platinum boat and heating it in a furnace with a temperature gradient of 800-1500 ° C. for 1 hour, and then on the glass surface in the temperature range of 1400-1500 ° C. It was measured by the area occupied by the remaining silica sand. These results are also shown in Table 2, FIG. 3 and FIG.

Figure 2008132887
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Figure 2008132887
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表1において、ΔSiOが小さいほど、組成のばらつきが小さい、すなわち無アルカリガラスの均質性がよいことを示す。表1、図3および図4に示すように、アルカリ土類金属源の一部に水酸化物を用いた実施例1〜6では、ΔSiOが0.5〜2.0質量%となり、未融解のSiO量が3〜18%となり、更に泡の数が5×10〜30×10個となり、比較例1に比べてΔSiO、未融解のSiO量及び泡の数が大幅に低減されていることが分かる。これは、アルカリ土類金属源として水酸化物を用いることで、ガラス融液の液性が酸性側からアルカリ性側に傾き、これにより珪砂中のSiOの反応性が向上し、その結果、未融解SiO量が減少したものと考えられる。
また、ホウ素源として無水ホウ酸(B)を用いた方が、未融解のSiO量及び泡の数が低減されて、かつ均質性がよいことが分かる。なお、アルカリ土類金属源の全部に水酸化物を用いると、ΔSiO、未融解のSiO量及び泡の数のいずれも、さらに減少できる。
以上のことから、本発明のガラスの製造方法を用いることで、ガラスの均質性を大幅に向上でき、更に泡の数を低減できるとともに平坦度の優れた無アルカリガラスを得ることができる。
In Table 1, the smaller the ΔSiO 2 , the smaller the variation in composition, that is, the better the homogeneity of the alkali-free glass. As shown in Table 1, FIG. 3 and FIG. 4, in Examples 1 to 6 in which hydroxide was used as a part of the alkaline earth metal source, ΔSiO 2 was 0.5 to 2.0% by mass, The amount of melted SiO 2 is 3 to 18%, and the number of bubbles is 5 × 10 4 to 30 × 10 4 , and ΔSiO 2 , the amount of unmelted SiO 2 and the number of bubbles are significantly larger than those of Comparative Example 1. It can be seen that it is reduced. This is because by using hydroxide as the alkaline earth metal source, the liquidity of the glass melt is inclined from the acidic side to the alkaline side, thereby improving the reactivity of SiO 2 in the silica sand. It is considered that the amount of molten SiO 2 has decreased.
In addition, it can be seen that the use of boric anhydride (B 2 O 3 ) as the boron source reduces the amount of unmelted SiO 2 and the number of bubbles and improves the homogeneity. If hydroxide is used for all of the alkaline earth metal source, any of ΔSiO 2 , the amount of unmelted SiO 2 and the number of bubbles can be further reduced.
From the above, by using the glass manufacturing method of the present invention, the homogeneity of the glass can be greatly improved, the number of bubbles can be reduced, and an alkali-free glass having excellent flatness can be obtained.

本発明の製造方法によって得られた無アルカリガラスは、ガラス中に泡が少なく、均質性、平坦度が高い。また、Bを含んでいるため耐薬品性および耐久性にも優れる。
該無アルカリガラスは、液晶表示装置等のディスプレイ用のガラス基板等として有用である。

なお、2007年4月17日に出願の日本出願特許2007−108086号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として取り入れるものである。
The alkali-free glass obtained by the production method of the present invention has few bubbles in the glass and high homogeneity and flatness. Also, excellent chemical resistance and durability because it contains B 2 O 3.
The alkali-free glass is useful as a glass substrate for a display such as a liquid crystal display device.

The entire contents of the specification, claims, drawings, and abstract of Japanese Patent Application No. 2007-108086 filed on April 17, 2007 are incorporated herein by reference as the disclosure of the specification of the present invention. It is.

Claims (5)

ケイ素源、アルカリ土類金属源及びホウ素源を含有するガラス原料を溶融し、成形する無アルカリガラスの製造方法において、
前記アルカリ土類金属源として、アルカリ土類金属の水酸化物を、アルカリ土類金属源100モル%(MO換算。但しMはアルカリ土類金属元素である。以下同じ。)のうち、15〜100モル%(MO換算)含有するものを用いることを特徴とする無アルカリガラスの製造方法。
In a method for producing alkali-free glass, in which a glass raw material containing a silicon source, an alkaline earth metal source and a boron source is melted and molded,
As the alkaline earth metal source, 15 to 15 mol of an alkaline earth metal hydroxide is used in 100 mol% of the alkaline earth metal source (in terms of MO, where M is an alkaline earth metal element, the same shall apply hereinafter). A method for producing alkali-free glass, comprising using 100 mol% (in terms of MO).
前記ホウ素源として、無水ホウ酸を、ホウ素源100質量%(B換算)のうち、10〜100質量%(B換算)含有するものを用いる、請求項1に記載の無アルカリガラスの製造方法。As the boron source, boric acid anhydride, of the boron source 100 wt% (B 2 O 3 basis), use those containing 10 to 100 wt% (B 2 O 3 equivalent), free of claim 1 A method for producing alkali glass. 前記ガラス原料として、酸化物基準の質量百分率表示で下記組成(1)を有する無アルカリガラスとなるガラス原料を用いる、請求項1または2に記載の無アルカリガラスの製造方法。
SiO:50〜66質量%、Al:10.5〜22質量%、B:5〜12質量%、MgO:0〜8質量%、CaO:0〜14.5質量%、SrO:0〜24質量%、BaO:0〜13.5質量%、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜29.5質量%・・・(1)
The manufacturing method of the alkali free glass of Claim 1 or 2 which uses the glass raw material used as the alkali free glass which has the following composition (1) by the mass percentage display of an oxide basis as the said glass raw material.
SiO 2: 50-66 wt%, Al 2 O 3: 10.5~22 wt%, B 2 O 3: 5~12 wt%, MgO: 0 to 8 mass%, CaO: from 0 to 14.5% by weight , SrO: 0 to 24% by mass, BaO: 0 to 13.5% by mass, MgO + CaO + SrO + BaO: 9 to 29.5% by mass (1)
前記ガラス原料として、酸化物基準の質量百分率表示で下記組成(2)を有する無アルカリガラスとなるガラス原料を用いる、請求項1または2に記載の無アルカリガラスの製造方法。
SiO:58〜66質量%、Al:15〜22質量%、B:5〜12質量%、MgO:0〜8質量%、CaO:0〜9質量%、SrO:3〜12.5質量%、BaO:0〜2質量%、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜18質量%・・・(2)
The manufacturing method of the alkali free glass of Claim 1 or 2 using the glass raw material used as the alkali free glass which has the following composition (2) by the mass percentage display of an oxide basis as the said glass raw material.
SiO 2: 58 to 66 wt%, Al 2 O 3: 15~22 wt%, B 2 O 3: 5~12 wt%, MgO: 0 to 8 mass%, CaO: 0 to 9 wt%, SrO: 3 -12.5 mass%, BaO: 0-2 mass%, MgO + CaO + SrO + BaO: 9-18 mass% (2)
前記ガラス原料として、酸化物基準の質量百分率表示で下記組成(3)を有する無アルカリガラスとなるガラス原料を用いる、請求項1または2に記載の無アルカリガラスの製造方法。
SiO:50〜61.5質量%、Al:10.5〜18質量%、B:7〜10質量%、MgO:2〜5質量%、CaO:0〜14.5質量%、SrO:0〜24質量%、BaO:0〜13.5質量%、MgO+CaO+SrO+BaO:16〜29.5質量%・・・(3)
The manufacturing method of the alkali free glass of Claim 1 or 2 using the glass raw material used as the alkali free glass which has the following composition (3) by the mass percentage display of an oxide as the said glass raw material.
SiO 2: 50 to 61.5 wt%, Al 2 O 3: 10.5~18 wt%, B 2 O 3: 7~10 wt%, MgO: 2 to 5 wt%, CaO: 0 to 14.5 % By mass, SrO: 0 to 24% by mass, BaO: 0 to 13.5% by mass, MgO + CaO + SrO + BaO: 16 to 29.5% by mass (3)
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