JPWO2014050824A1 - ガラス基板の製造装置及びガラス基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
脱泡工程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。
清澄管に上述の溶融ガラスを通過させる際に、清澄管の内部表面と溶融ガラスの液面との間に一定広さの脱泡用の気相空間を有するようにすることが必要である。
ところで、ガラス基板の製造においては、用いる清澄剤によって清澄作用が効果的に発揮される温度が異なることが知られている。例えば、As2O3(亜ヒ酸)は、気泡を除去する能力に優れており、清澄温度も1500℃程度以上の範囲で足りるため、従来は清澄剤としてAs2O3を用いるのが一般的であった。しかし、亜ヒ酸は環境負荷が高いため、既に述べたように近年は環境負荷が高くない清澄剤としてSnO2(酸化錫)等が用いられるようになってきている。しかし、酸化錫は亜ヒ酸と比較して脱泡工程時に泡を放出する力が弱いため、ガラスの粘性を低くして脱泡効果を上げる必要があり、したがって高い温度で清澄を行う必要がある。例えば、酸化錫を清澄剤として使用した場合は、1600℃以上に昇温させることが好ましい。このため、上述の気相空間に接する清澄管の内壁部分において、この内壁部分が従来よりも揮発しやすくなってしまうという課題があった。このような白金の揮発による薄肉化や、高温による強度の低下を防止するため、清澄管には周方向にリング状の補強材などの補強部が設けられる場合、補強部の近傍で白金の揮発物が付着しやすくなる。この付着した揮発物が落下して脱泡工程中の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。
本発明は以上の点を鑑み、ガラス基板の製造過程において清澄管を加熱して脱泡処理を行う際、清澄剤として環境負荷の少ないSnO2等を用いても、清澄管の強度を保ちつつ、清澄管の補強部の近傍に付着する揮発物を低減することができるガラス基板の製造方法及び製造装置を提供する。
また、本発明の別の態様は、ガラス基板の製造工程において、溶融ガラスを清澄するための清澄槽を有するガラス基板の製造装置であって、前記清澄槽は、白金または白金合金からなる清澄管と、前記清澄管の周方向に設けられ、前記清澄管の内部表面から前記清澄管の内側へ突出する補強部と、前記清澄管の内部表面の上部の領域であって、前記清澄管に溶融ガラスを通過させて清澄する際に、前記溶融ガラスの液面上の空間として予め設定された気相空間と、を備え、前記気相空間に属する前記補強部の少なくとも一部が取り除かれている。
上記の態様において、前記気相空間に属する補強部の少なくとも一部を曲面状に形成してもよい。
また、本発明の別の態様は、ガラス基板の製造方法であって、上記のガラス基板の製造装置を用い、前記清澄管を加熱しながら、清澄剤を配合させた溶融ガラスを前記清澄管に通過させて脱泡する脱泡工程を含む。
上記の態様は、前記清澄剤が酸化錫である場合に特に適している。
上記の態様は、前記溶融ガラスは、粘度を102.5ポアズとする場合に、1300℃以上の溶融温度を要する材料で構成する場合に特に適している。
ガラス基板製造装置(以下、単に装置ともいう)100は、ガラス原料を加熱して溶融ガラスを生成する溶融槽10と、溶融ガラスを清澄する清澄槽30と、溶融ガラスを成形する成形装置(図示せず)と、これらの間を接続する移送管20、40とを備えている。
移送管20は、溶融槽10と清澄槽30とを接続し、溶融槽10から導出された溶融ガラスを清澄槽30に供給する。移送管40は、清澄槽30と成形装置(図示せず)を接続し、清澄槽30から導出された溶融ガラスを成形装置(図示せず)に供給する。なお、清澄槽30と成形装置との間には溶融ガラスを撹拌して均質化するための撹拌槽が配置されることがある。矢印は溶融ガラスが流れる方向を示す。
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、質量%はこれらの合計量を意味する。)、
を含有する無アルカリガラスであることが、好ましい。
なお、本実施形態では無アルカリガラスとしたが、ガラス基板はアルカリ金属を微量含んだアルカリ微量含有ガラスであってもよい。アルカリ金属を含有させる場合、R’2Oの合計が0.10%以上0.5%以下、好ましくは0.20%以上0.5%以下(ただし、R’はLi、Na及びK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)含むことが好ましい。勿論、R’2Oの合計が0.10%未満でもよい。
また、本発明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%で表示して、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良い。
清澄槽30は、主に清澄管31、清澄管31に接続されたヒータ電極32a及び32b、及び清澄管を補強する補強材としての補強部33により構成されている。
清澄管31は白金あるいは白金ロジウム合金等の白金合金の金属管であり、一般的に円筒状のものが採用されている。清澄管31の管路を流路として、溶融ガラスMGは清澄管31の内部を流れる。
図3の(a)に示すように、補強部33は清澄管31の周方向に設けられ、清澄管31の内部表面31aから清澄管31の内側へ突出したリング状の部材である。補強部33の周方向の座屈強度は、清澄管31の周方向の座屈強度よりも高い。そのため、清澄管31に補強部33を設けることで、清澄管31の周方向の座屈強度が向上する。本実施形態においては、上述の脱泡工程を含むガラス基板の製造方法において、清澄管31の内部表面31aの上部の領域であって、清澄管31に溶融ガラスMGを通過させて脱泡する際に溶融ガラスMGの液面上の空間として予め気相空間gを設定する。そして、気相空間gに属する補強部33を取り除いている。
このため、溶融ガラスMGに配合させる清澄剤として環境負荷の少ないSnO2を用いることにより清澄に係る温度が高温を要し、清澄管31の気相空間gに接する部分が揮発をした場合であっても、補強部33の近傍に気相空間g内の気流が滞留せず、揮発物の濃度が局所的に上昇して過飽和状態になることがないため、揮発物が補強部33の近傍に付着しない。また、気相空間gを除いて、補強部33が清澄管31の周方向に設けられているので、補強部33によって清澄管31の強度を保つことができる。したがって、脱泡工程中に、清澄管31の強度を保ちつつ、溶融ガラスMGに異物が混入するのを効果的に避けることができ、ガラス製品の品質を保つことができる。
つまり、清澄槽30の温度を、清澄槽30を構成する清澄管31の白金または白金合金の耐温度近傍まで上げる必要がある。
また、酸化錫を清澄剤として使用した場合は、1630℃〜1700℃、好ましくは1630℃〜1710℃、さらに好ましくは1630℃〜1720℃近傍まで昇温される。つまり、清澄槽30の温度を、清澄槽30を構成する本体1の白金または白金合金の耐熱温度近傍まで上げる必要がある。したがって、本発明は酸化錫を清澄剤として使用するガラス基板の製造に特に適している。
本発明は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ(FPD)用のガラス基板の製造に特に適している。
いずれの場合も本発明を適用することにより、清澄管31の内壁の、気相空間gに接する部分が揮発した場合であっても、清澄管31の内部表面31aに揮発物が付着することを抑制できる。
また、上述の実施形態では、溶融ガラスMGの液面上の空間として予め設定された気相空間gに属する補強部33をすべて取り除くようにした。しかし、図4の(a)あるいは図4の(b)に示すように、補強部33は、気相空間gに属する少なくとも一部を取り除くことで、取り除いた部分における気流の滞留が生じない形状に形成することもできる。清澄管31の気相空間gに接する部分が揮発した場合、清澄管31の頂部aにおいて揮発物が付着しやすい傾向がある。そのため、気相空間gの少なくとも頂部aにおいて、清澄管31の内部表面31aから補強部33が突出しないように、補強部33の一部を取り除く。これにより、補強部33は、頂部aの近傍で気流の滞留が生じない形状になり、補強部33の近傍への揮発物の付着が抑制される。したがって、補強部33によって清澄管31の強度を保ちつつ、溶融ガラスMGへの異物の混入を抑制し、ガラス製品の品質を保つことができる。また、気相空間gに属する補強部33に1または2以上の孔を形成することで、補強部33の近傍における気流の滞留が生じないようにしてもよい。また、気相空間gの少なくとも一部において、清澄管31の内部表面31aから補強部33が突出する量pを、その他の部分よりも小さくするだけでも一定の効果が得られる。すなわち、清澄管31の内部表面31aから補強部33が突出する量pが従来よりも減少するので、補強部33の近傍における気流の滞留が抑制され、揮発物の付着が抑制され、溶融ガラスMGへの異物の混入が抑制され、ガラス製品の品質を保つことができる。また、図6に示すように、気相空間gに属する補強部33の少なくとも一部を曲面状、好ましくは滑らかな曲面状に形成して、補強部33の近傍における気流Fの滞留が生じないようにしてもよい。
上述の実施形態では、補強部33は、周方向に切れ目のないリング状の板材を用い、清澄管31、31の間に補強部33を配置して、補強部33の両側に清澄管31が接続される構成を採用している。しかし、本発明の態様は上述の実施形態に限られない。例えば、切れ目を有するリング状の補強部を清澄管31の内部表面31aに固定し、補強部33の切れ目の部分を清澄管31の内部に予め設定された気相空間gに対応させる。このようにして、補強部33の切れ目の部分を、清澄管31の内部表面31aから補強部33が突出しない領域として設定してもよい。また、補強部33は、切り欠き部33aを有する周方向に切れ目のないリング状の板材を、清澄管31の内部表面31aに固定しても良い。また、切り欠き部33aの円弧の半径rを、ガス排気口30aに近づくほど大きくすることにより、気流Fがガス排気口30aに向かうようにしても良い。
なお、本明細書において、「白金族金属」は、白金族元素からなる金属を意味し、単一の白金族元素からなる金属のみならず白金族元素の合金を含む用語として使用する。ここで、白金族元素とは、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)の6元素を指す。白金族金属は高価ではあるが、融点が高く、溶融ガラスに対する耐食性にも優れている。
また、清澄槽は、図示したように円筒形であることが好ましいが、溶融ガラスMGをその内部に収容する空間が確保されていればその形状に制限はなく、例えばその外形が直方体などであってもよい。
本発明は、オーバーフロー・ダウンドロー法でガラスを成形するガラス基板の製造に適する。本発明は、オーバーフロー・ダウンドロー法でガラスを成形するガラス基板の製造に適する。オーバーフロー・ダウンドロー法は、溶融ガラスを楔状成形体の両側面に沿って流下させて、前述の楔状成形体の下端部で合流させることにより板状ガラスに成形し、成形された板状ガラスを徐冷し、切断する。オーバーフロー・ダウンドロー法は、溶解したガラスを何物にも触れることなく垂直方向に引き伸ばして冷却することで、滑らかな表面を実現することができる。その後、切断された板状ガラスは、さらに、顧客の仕様に合わせて所定にサイズに切断され、端面研磨、洗浄などが行われ、出荷される。
本発明は、例えば、厚さが0.5〜0.7mmで、サイズが300×400mm〜2850×3050mmのFPD用ガラス基板の製造に適する。
なお、液晶表示装置用ガラス基板等は、その表面に半導体素子が形成されるため、アルカリ金属成分を全く含有しないか、または含まれていても半導体素子に影響を及ぼさない程度の微量であることが好ましい。また、液晶表示装置用ガラス基板等は、ガラス基板中に泡が存在すると表示欠陥の原因となるため、泡を極力低減することが好ましい。これらのことから、液晶表示装置用ガラス基板等では、上述したように、ガラス組成、溶融ガラスの温度、清澄剤等が選択されるので、本発明は、液晶表示装置用ガラス基板等の製造に適する。
その他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々好適な他の形態への変更が可能である。
例えば、上述の実施形態では、補強部としてリング状の板材を用いる場合について説明したが、補強部は清澄管を屈曲させて清澄管の周方向に設けた凹凸であってもよい。清澄管を径方向外側に突出するように屈曲させて補強部を形成した場合には、清澄管の内部表面には凹部が形成される。また、清澄管を径方向内側に突出するように屈曲させて補強部を形成した場合には、清澄管の内部表面には凸部が形成される。補強部としてこのような凹部または凸部を有する場合、気相空間の少なくとも一部において、これらの凹部または凸部を気相空間における気流の滞留が生じない形状に形成することができる。具体的には、気相空間における凹部または凸部をその他の領域よりも小さく形成するか、あるいは気相空間において凹部または凸部を形成せず、清澄管の内部表面を平坦にすることができる。
31a 清澄管の内部表面
33 補強部
10 溶融槽
20、40 移送管
30 清澄槽
g 気相空間
Claims (4)
- ガラス基板の製造工程において、溶融ガラスを清澄するための清澄槽を有するガラス基板の製造装置であって、
前記清澄槽は、
白金または白金合金からなる清澄管と、
前記清澄管の周方向に設けられ、前記清澄管を補強する補強部と、
前記清澄管の内部表面の上部の領域であって、前記清澄管に溶融ガラスを通過させて清澄する際に、前記溶融ガラスの液面上の空間として予め設定された気相空間と、
を備え、
前記補強部は、前記気相空間の少なくとも一部において、前記気相空間における気流の滞留が生じない形状に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。 - ガラス基板の製造工程において、溶融ガラスを清澄するための清澄槽を有するガラス基板の製造装置であって、
前記清澄槽は、
白金または白金合金からなる清澄管と、
前記清澄管の周方向に設けられ、前記清澄管の内部表面から前記清澄管の内側へ突出する補強部と、
前記清澄管の内部表面の上部の領域であって、前記清澄管に溶融ガラスを通過させて清澄する際に、前記溶融ガラスの液面上の空間として予め設定された気相空間と、
を備え、
前記気相空間に属する前記補強部の少なくとも一部が取り除かれている、
ガラス基板の製造装置。 - 前記気相空間に属する補強部の少なくとも一部を曲面状に形成する、
請求項1または2に記載のガラス基板の製造装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のガラスの製造装置を用い、
前記清澄管を加熱しながら、清澄剤を配合させた溶融ガラスを前記清澄管に通過させて脱泡する脱泡工程を含むことを特徴とする、ガラス基板の製造方法。
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