JP7127587B2 - 無アルカリガラス基板 - Google Patents
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Description
β-OHが0.15~0.5mm-1であり、Cl含有量が0.1~0.35質量%であり、
下記式(1)で表される泡成長指数Iが280以上であることを特徴とする無アルカリガラス基板を提供する。
I=590.5×[β-OH]+874.1×[Cl]-5.7×[B2O3]-33.3 (1)
なお、式(1)中、[β-OH]は前記無アルカリガラス基板のβ-OH(mm-1)を示し、[Cl]は前記無アルカリガラス基板のCl含有量(質量%)を示し、[B2O3]は前記無アルカリガラス基板のB2O3含有量(質量%)を示す。
以下、本発明の一実施態様における無アルカリガラス基板について説明する。無アルカリガラスとは、Na2O、K2O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。ここで、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないとは、アルカリ金属酸化物の含有量の合量が0.1質量%以下を意味する。
以下、本明細書において、酸化物基準の質量%を単に「%」と記載する。
SiO2が54%以上だと、無アルカリガラス基板の歪点が向上し、耐薬品性が良好となる。55%以上が好ましく、57%以上がより好ましく、58%以上がさらに好ましい。
SiO2が64%以下だと、ガラス溶解時の溶解性が良好となる。63%以下が好ましく、62%以下がより好ましく、61%以下がさらに好ましい。
Al2O3が23%以下だと、ガラス溶解時の溶解性が良好となる。22%以下が好ましく、21%以下がより好ましく、20%以下がさらに好ましい。
B2O3が12%以下だと、無アルカリガラス基板の歪点が向上する。11%以下が好ましく、10%以下がより好ましく、9%以下がさらに好ましい。
MgO+CaO+SrO+BaOが26%以下だと、無アルカリガラス基板の歪点が向上する。24%以下が好ましく、22%以下がより好ましく、20%以下がさらに好ましい。
12%以下だと、分相が抑えられるため好ましい。10%以下がより好ましく、8%以下がさらに好ましく、6%以下が特に好ましい。
12%以下だと、CaO原料である石灰石(CaCO3)中の不純物であるリンの混入が少ないため好ましい。10%以下がより好ましく、8%以下がさらに好ましく、6%以下が特に好ましい。
16%以下だと、耐酸性が良好であるため好ましい。14%以下がより好ましく、12%以下がさらに好ましく、10%以下が特に好ましい。
16%以下だと、原料溶解時のセグリゲーションが生じにくくなるため好ましい。13%以下がより好ましく、10%以下がさらに好ましく、7%以下が特に好ましい。
β-OHが0.5mm-1以下だと、泡の成長が大きくなりすぎるのを抑制できるため、減圧脱泡処理中に、泡層の肥大化による泡のすり抜けが生じることを抑制できる。0.45mm-1以下が好ましく、0.40mm-1以下がより好ましい。
X:ガラス板厚(mm)
T1:参照波数4000cm-1における透過率(%)
T2:水酸基吸収波数3570cm-1付近における最小透過率(%)
β-OHは、ガラス原料中の水分量、溶解槽中の水蒸気濃度、溶解槽におけるバーナ燃焼方法(酸素燃焼、空気燃焼)などに支配される。特に、β-OHは、バーナ燃焼方法を調整することにより、簡便に調整できる。具体的には、β-OHを高くするには、バーナ燃焼の酸素燃焼比率を高くし、β-OHを低くするには、バーナ燃焼の空気燃焼比率を高くする。
I=590.5×[β-OH]+874.1×[Cl]-5.7×[B2O3]-33.3 (1)
式(1)中、[β-OH]は無アルカリガラス基板のβ-OH(mm-1)を示し、[Cl]は無アルカリガラス基板のCl含有量(質量%)を示し、[B2O3]は無アルカリガラス基板のB2O3含有量(質量%)を示す。
泡成長指数Iが360以下だと、減圧脱泡槽を流れる溶融ガラスでのリボイルの発生を防止できるため好ましい。ここで、リボイルとは、白金製若しくは白金合金製、または緻密質耐火物製の溶融脱泡槽と接するガラス界面で泡が発生する現象をいう。340以下がより好ましく、320以下がさらに好ましい。
温度一定の条件で、減圧脱泡槽を減圧していった場合、減圧脱泡槽内の溶融ガラス中に存在する泡の体積(泡の径)はボイルの法則にしたがって増加する。しかしながら、減圧脱泡槽内がある圧力まで減圧されると、溶融ガラス中の泡の体積(泡の径)がボイルの法則を外れて急激に増加する。この圧力を圧力Pとする。
減圧脱泡槽内の状況を再現するために、無アルカリガラスのカレットが入った石英ガラス製のるつぼを真空減圧容器内に配置する。るつぼを1400℃まで加熱して、無アルカリガラスを溶融させる。無アルカリガラスが完全に溶融した後、真空減圧容器内を減圧しながら、溶融ガラス中の泡の径を観察する。溶融ガラス中の泡の径を観察するには、例えば、溶融ガラス中の泡を真空減圧容器に設けた覗き窓からCCDカメラを用いて撮影すればよい。なお、泡の径の測定を行う泡のサンプル個数は20個以上である。
真空減圧容器内の圧力を下げていくと、溶融ガラス中の泡の径がボイルの法則にしたがって増加する。しかしながら、真空減圧容器内がある圧力まで減圧されると、溶融ガラス中の泡の径がボイルの法則から外れて急激に増加してくる。この時の真空減圧容器内の圧力を圧力Pとする。
本発明者らは、複数種の無アルカリガラス基板における圧力Pの測定結果に基づき、泡成長指数Iを求めたところ、減圧雰囲気下、溶融ガラスに含まれる泡を容易に除去できる無アルカリガラス基板が式(1)の関係にあることを見出した。
歪点が700℃以下だと、フロートバス内及びフロートバス出口の温度をあまり高くする必要が無く、フロートバス内及びフロートバス下流側に位置する金属部材の寿命に影響を及ぼすことが少ないため好ましい。
成長泡の径が初期泡の径の3倍以上だと、減圧雰囲気下、溶融ガラスに含まれる泡が、成長しやすく、溶融ガラス内を浮上しやすい。そのため、溶融ガラスに含まれる泡を容易に除去できる。
本発明の無アルカリガラス基板は、成長泡の径が初期泡の径の17倍以下がより好ましく、15倍以下がさらに好ましく、13倍以下が特に好ましい。
次に、図面を用いて本発明の一実施態様における無アルカリガラス基板の製造方法を説明する。図1は、本発明の無アルカリガラス基板を製造するのに用いるガラス製造装置の一構成例を示した断面図である。
上述したように、本発明の無アルカリガラス基板は、減圧雰囲気下、溶融ガラスに含まれる泡を容易に除去できるため、ガラス原料には、無アルカリガラス基板の製造時に発生したカレットや、使用済みの無アルカリガラス基板のカレットの使用が好ましい。
図1に示すガラス製造装置1を用いて、無アルカリガラス組成のガラス原料を溶解槽10にて溶融することで溶融ガラスGを作製し、溶融ガラスGを減圧脱泡装置20にて減圧脱泡処理し、フロート法にて溶融ガラスを帯板状のガラスリボンに成形し、ガラスリボンを徐冷して切断し、板厚0.50mmの無アルカリガラス基板(例1,例2)を準備した。
(β-OH)
ガラス試料について波長2.75~2.95μmの光に対する吸光度を測定し、吸光度の最大値βmaxを該試料の厚さ(mm)で割ることで求めた。
したがって、泡成長指数I=590.5×0.32+874.1×0.2-5.7×7.8-33.3=286であった。
したがって、泡成長指数I=590.5×0.53+874.1×0-5.7×9.5-33.3=226であった。
減圧脱泡槽での溶融ガラスの清澄効果をシミュレーションにより評価した。溶融ガラス流内の泡が成長して溶融ガラス内を浮上する浮上速度は、泡径とストークスの式で関係付けられる。そこで、シミュレーションにおいては、泡成長率をもとに泡径を算出し、ストークスの式をもとに泡浮上の挙動を解析した。なお、泡は減圧脱泡槽に上昇管が取り付けられている位置の中央部で発生するものとし、初期泡の径を0.2mmに設定して演算した。
減圧脱泡槽内における上昇菅の中央部から下降菅の中央部までの水平方向長さ:10m
減圧脱泡槽の内径:500mm
溶融ガラスの液面の高さ:250mm
減圧脱泡槽を通過する溶融ガラスは以下のように想定した。
ガラス組成は以下の通り。なお、Clの含有量は、後述する表1を参照。
(ガラス母組成は酸化物基準の質量%表示、Clの含有量はガラスの母組成に対する質量%)
例3~6,8,9,11,15,16,18,19,22
SiO2:59.9%、Al2O3:17.2%、B2O3:8.0%、MgO:3.0%、CaO:4.1%、SrO:7.7%、BaO:0.1%(MgO+CaO+SrO+BaO=14.9%)
例7,12,17,20
SiO2:60.2%、Al2O3:18.2%、B2O3:6.0%、MgO:3.8%、CaO:4.2%、SrO:7.5%、BaO:0.1%(MgO+CaO+SrO+BaO=15.6%)
例10,21
SiO2:58.9%、Al2O3:14.8%、B2O3:13.0%、MgO:1.1%、CaO:3.8%、SrO:8.3%、BaO:0.1%(MgO+CaO+SrO+BaO=13.3%)
例13,14
SiO2:59.1%、Al2O3:15.3%、B2O3:12.0%、MgO:1.5%、CaO:3.9%、SrO:8.2%、BaO:0.1%(MgO+CaO+SrO+BaO=13.7%)
溶融ガラスの流量:0.6m3/h、1.2m3/hまたは1.79m3/h
減圧脱泡槽内の圧力:33.33kPa
減圧脱泡槽通過時の温度(平均):1400℃
減圧脱泡槽通過時の粘性:151Pa・s
減圧脱泡槽通過時の密度:2380kg/m3
脱泡性能については、減圧脱泡槽内における上昇管の中央部から泡が溶融ガラスの液面に浮上した位置までの距離(浮上距離)を評価した。浮上距離が小さいほど脱泡性能に優れている。
10 溶解槽
20 減圧脱泡装置
21 減圧ハウジング
22 減圧脱泡槽
23 上昇管
24 下降管
25 断熱材
Claims (11)
- 酸化物基準の質量%表示で、SiO2:54~66%、Al2O3:10~23%、B2O3:6~12%、MgO+CaO+SrO+BaO:8~26%を含有する無アルカリガラス基板であって、
β-OHが0.25~0.5mm-1であり、Cl含有量が0.23~0.35質量%であり、
下記式(1)で表される泡成長指数Iが280以上であることを特徴とする無アルカリガラス基板。
I=590.5×[β-OH]+874.1×[Cl]-5.7×[B2O3]-33.3(1)
なお、式(1)中、[β-OH]は前記無アルカリガラス基板のβ-OH(mm-1)を示し、[Cl]は前記無アルカリガラス基板のCl含有量(質量%)を示し、[B2O3]は前記無アルカリガラス基板のB2O3含有量(質量%)を示す。 - 前記式(1)で表される泡成長指数Iが360以下である、請求項1に記載の無アルカリガラス基板。
- β-OHが0.25~0.4mm-1である、請求項1または2に記載の無アルカリガラス基板。
- 酸化物基準の質量%表示で、MgO:0~12%、CaO:0~15%、SrO:0~16%、BaO:0~15%を含有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の無アルカリガラス基板。
- 歪点が650~700℃である、請求項1~4のいずれか一項に記載の無アルカリガラス基板。
- 基板サイズが短辺2100mm以上であり、長辺2400mm以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の無アルカリガラス基板。
- 基板サイズが短辺2900mm以上であり、長辺3200mm以上である、請求項1~6のいずれか一項に記載の無アルカリガラス基板。
- 泡径100μm超の泡密度が0.06個/kg以下である、請求項1~7のいずれか一項に記載の無アルカリガラス基板。
- 前記無アルカリガラス基板を溶融し、1400℃で保持しながら、大気圧から33.33kPaまで減圧速度一定で20分で減圧し、33.33kPaで5分間保持したとき、
減圧を開始する前の1400℃の溶融ガラスに含まれる、径が0.1~0.3mmである泡を初期泡とし、
33.33kPaで5分間保持した後の前記初期泡に対応する泡を成長泡として、前記成長泡の径は、前記初期泡の径の3倍以上である、請求項1~8のいずれか一項に記載の無アルカリガラス基板。 - 前記成長泡の径は、前記初期泡の径の20倍以下である、請求項9に記載の無アルカリガラス基板。
- 板厚が0.45mm以下である、請求項1~10のいずれか一項に記載の無アルカリガラス基板。
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