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JP2015224150A - Method for producing alkali-free glass - Google Patents

Method for producing alkali-free glass Download PDF

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Publication number
JP2015224150A
JP2015224150A JP2014108830A JP2014108830A JP2015224150A JP 2015224150 A JP2015224150 A JP 2015224150A JP 2014108830 A JP2014108830 A JP 2014108830A JP 2014108830 A JP2014108830 A JP 2014108830A JP 2015224150 A JP2015224150 A JP 2015224150A
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JP
Japan
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glass
alkali
less
free glass
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014108830A
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Japanese (ja)
Inventor
周平 野村
Shuhei Nomura
周平 野村
和孝 小野
Kazutaka Ono
和孝 小野
博文 ▲徳▼永
博文 ▲徳▼永
Hirofumi Tokunaga
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alkali-free glass which has a high strain point, a high Young's modulus and excellent solubility during producing and can be easily subjected to float molding.SOLUTION: There is provided an alkali-free glass which has a Young's modulus of 87 GPa or more, a strain point of 680°C or more and an average thermal expansion coefficient at 50 to 350°C of 30×10to 47×10/°C, comprises, by mass% on the basis of oxide, 55 to 69 of SiO, 17 to 27 of AlO, 0 to 3 of BO, 0 to 20 of MgO, 2 to 20 of CaO, 0 to 2 of SrO, 0 to 2 of BaO and 0.01 to 1 of SnOand satisfies [SiO]×6.7+[AlO]+[BO]×4.4-458≤0, in which SiO+AlO+MgO+CaO is 95 or more and MgO+CaO+SrO+BaO is 12 to 23.

Description

本発明は、各種フラットパネルディスプレイ(FPD)の製造に用いられるディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして好適な、アルカリ金属酸化物を実質上含有せず、フロート成形が可能な、無アルカリガラスおよびその製造方法に関する。   The present invention is a non-alkali glass which is suitable for display substrate glass and photomask substrate glass used in the production of various flat panel displays (FPD) and which can be float-molded substantially without containing an alkali metal oxide. And a manufacturing method thereof.

従来、各種ディスプレイ用基板ガラス、特に表面に金属ないし酸化物薄膜等を形成するものでは、例えば特許文献1に示されるような以下に示す特性が要求されてきた。
(1)アルカリ金属酸化物を含有していると、アルカリ金属イオンが薄膜中に拡散して膜特性を劣化させるため、実質的にアルカリ金属イオンを含まないこと。
(2)薄膜形成工程で高温にさらされる際に、ガラスの変形およびガラスの構造安定化に伴う収縮(熱収縮)を最小限に抑えうるように、歪点が高いこと。
(3)半導体形成に用いる各種薬品に対して充分な化学耐久性を有すること。特にSiOxやSiNxのエッチングのためのバッファードフッ酸(BHF:フッ酸とフッ化アンモニウムの混合液)、およびITOのエッチングに用いる塩酸を含有する薬液、金属電極のエッチングに用いる各種の酸(硝酸、硫酸等)、レジスト剥離液のアルカリに対して耐久性のあること。
(4)内部および表面に欠点(泡、脈理、インクルージョン、ピット、キズ等)がないこと。
Conventionally, various display substrate glasses, particularly those in which a metal or oxide thin film is formed on the surface, have been required to have the following characteristics as shown in Patent Document 1, for example.
(1) When an alkali metal oxide is contained, alkali metal ions diffuse into the thin film and deteriorate the film characteristics, so that the alkali metal ions are not substantially contained.
(2) When exposed to a high temperature in the thin film forming process, the strain point is high so that the deformation (thermal shrinkage) associated with glass deformation and glass structural stabilization can be minimized.
(3) Sufficient chemical durability against various chemicals used for semiconductor formation. In particular, buffered hydrofluoric acid (BHF: mixture of hydrofluoric acid and ammonium fluoride) for etching SiO x and SiN x , and chemicals containing hydrochloric acid used for etching ITO, various acids used for etching metal electrodes (Nitric acid, sulfuric acid, etc.) Resistant to alkali of resist stripping solution.
(4) There are no defects (bubbles, striae, inclusions, pits, scratches, etc.) inside and on the surface.

上記の要求に加えて、近年では、以下のような状況にある。
(5)ディスプレイの軽量化が要求され、ガラス自身も密度の小さいガラスが望まれる。
(6)ディスプレイの軽量化が要求され、基板ガラスの薄板化が望まれる。
In addition to the above requirements, in recent years, there are the following situations.
(5) The weight reduction of the display is required, and the glass itself is desired to have a low density glass.
(6) A reduction in the weight of the display is required, and a reduction in the thickness of the substrate glass is desired.

(7)これまでのアモルファスシリコン(a−Si)タイプの液晶ディスプレイに加え、若干熱処理温度の高い多結晶シリコン(p−Si)タイプの液晶ディスプレイが作製されるようになってきた(a−Si:約350℃→p−Si:350〜550℃)。
(8)液晶ディスプレイ作製熱処理の昇降温速度を速くして、生産性を上げたり耐熱衝撃性を上げるために、ガラスの線膨張係数の小さいガラスが求められる。
(7) In addition to the conventional amorphous silicon (a-Si) type liquid crystal display, a polycrystalline silicon (p-Si) type liquid crystal display having a slightly higher heat treatment temperature has been produced (a-Si). : About 350 ° C. → p-Si: 350 to 550 ° C.).
(8) In order to increase the temperature raising / lowering rate of the heat treatment for manufacturing the liquid crystal display to increase the productivity and the thermal shock resistance, a glass having a small linear expansion coefficient is required.

一方、エッチングのドライ化が進み、耐BHF性に対する要求が弱くなってきている。これまでのガラスは、耐BHF性を良くするために、B23を6〜10モル%含有するガラスが多く用いられてきた。しかし、B23は歪点を下げる傾向がある。B23を含有しないまたは含有量の少ない無アルカリガラスの例としては以下のようなものがある。 On the other hand, dry etching has progressed, and the demand for BHF resistance has become weaker. As the conventional glass, a glass containing 6 to 10 mol% of B 2 O 3 has been often used in order to improve the BHF resistance. However, B 2 O 3 tends to lower the strain point. Examples of non-alkali glass not containing B 2 O 3 or having a low content are as follows.

特許文献2にはB23を0〜3重量%含有するガラスが開示されているが、実施例の歪点が690℃以下である。 Patent Document 2 discloses a glass containing 0 to 3% by weight of B 2 O 3 , but the strain point of Examples is 690 ° C. or lower.

特許文献3にはB23を0〜5モル%含有するガラスが開示されているが、50〜300℃での平均熱膨張係数が50×10-7/℃を超える。 Patent Document 3 discloses a glass containing 0 to 5 mol% of B 2 O 3 , but the average thermal expansion coefficient at 50 to 300 ° C. exceeds 50 × 10 −7 / ° C.

特開2001−348247号JP 2001-348247 A 特開平4−325435号公報JP-A-4-325435 特開平5−232458号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-232458

FPDの大型化が進むにつれ、製造工程において自重たわみに起因する変形が生じ、歩留まりが低下することが懸念されている。また、大型のFPDの実用強度を十分確保するには、基板ガラスの破壊靭性を向上させることが有用である。   As the size of the FPD increases, there is a concern that deformation due to its own weight deflection occurs in the manufacturing process and yield decreases. Further, in order to sufficiently ensure the practical strength of a large FPD, it is useful to improve the fracture toughness of the substrate glass.

本願発明者らは鋭意検討の結果、このような用途に適する無アルカリガラスは、溶解時の溶融ガラスの表層に泡の層(以下、泡層という)が生じやすく、特に清澄剤にSnO2を使用した場合に顕著であることを見出した。泡層が存在すると、ガラス中の泡が十分に抜けきらず、上記(4)の品質に対する要求を満たすのが難しくなる。また、溶融窯でガラス原料を溶解する際には、バーナーによる燃焼を熱源として使用する場合があるが、溶融ガラスの表層に泡層が生じると、熱が効率よく溶融ガラスの下面まで伝わらず、ガラス原料の溶解に多量の時間を要することになる。また、泡層に反射された熱により、溶融窯の上部炉材が必要以上に加熱され、炉材劣化の原因となる。 As a result of intensive studies, the inventors of the present application have found that alkali-free glass suitable for such applications tends to form a foam layer (hereinafter referred to as a foam layer) on the surface of the molten glass at the time of melting, and in particular SnO 2 is used as a fining agent. It was found that it was remarkable when used. When the foam layer is present, bubbles in the glass cannot be sufficiently removed, and it becomes difficult to satisfy the quality requirement (4). In addition, when melting the glass raw material in the melting kiln, there is a case where combustion by a burner is used as a heat source, but when a foam layer is generated on the surface layer of the molten glass, heat is not efficiently transmitted to the lower surface of the molten glass, A large amount of time is required to dissolve the glass raw material. In addition, the heat reflected by the foam layer heats the upper furnace material of the melting kiln more than necessary, causing deterioration of the furnace material.

また、溶解時の溶融ガラスの表層付近に径の大きな泡(以下、大泡という)が生じると、大泡の周囲のガラスに熱が効率よく伝わらず、ガラス中の温度が不均質になり脈理が生じ、上記(4)の品質に対する要求を満たすのが難しくなる。また、大泡に含まれる種々のガス成分が大泡の周囲のガラスへ拡散し、大泡の周囲とそれ以外のガラスにおいて組成差が生じて脈理が生じる原因となる。
本明細書における大泡とは、後述する実施例での大泡の評価方法において、大泡と判断されるものを指す。
なお、上記した大泡は、上記した泡層中の泡同士が合体したことにより生じるものや、溶融ガラス中から泡が浮上する際に泡同士が合体することにより生じるものや、泡が浮上する際に泡自体が膨れることにより生じるものなどである。上記した泡層も上記した大泡も溶融ガラス中に泡が多く存在することによるものと考えられる。
In addition, when bubbles with large diameter (hereinafter referred to as large bubbles) occur near the surface layer of the molten glass during melting, heat is not efficiently transferred to the glass around the large bubbles, and the temperature in the glass becomes inhomogeneous. This makes it difficult to satisfy the quality requirement (4). In addition, various gas components contained in the large bubbles diffuse into the glass around the large bubbles, causing a difference in composition between the large bubbles and the other glass, causing striae.
The large bubble in this specification refers to what is judged as a large bubble in the evaluation method of the large bubble in the Example mentioned later.
In addition, an above-described large bubble is what arises when the bubbles in an above-mentioned foam layer united, what is produced when bubbles adjoin when a bubble floats out from molten glass, and a bubble rises. This may be caused by the bubbles themselves expanding. It is considered that both the above-described foam layer and the above-described large foam are due to the presence of many bubbles in the molten glass.

本発明の目的は、高ヤング率であり、歪点が高く、清澄剤にSnO2を用いた際でも泡層や大泡が生じにくく、フロート成形が容易な無アルカリガラスを提供する事にある。 An object of the present invention is to provide an alkali-free glass that has a high Young's modulus, a high strain point, hardly generates a foam layer or large bubbles even when SnO 2 is used as a fining agent, and is easy to float. .

本発明はヤング率が87GPa以上であり、歪点が680℃以上であり、50〜350℃での平均熱膨張係数が30×10-7〜47×10-7/℃であって、酸化物基準の質量%表示で、
SiO2 55〜69、
Al23 17〜27、
23 0〜3、
MgO 0〜20、
CaO 2〜20、
SrO 0〜2、
BaO 0〜2、
SnO2 0.01〜1、
を含有し、SiO2+Al23+MgO+CaOが95以上であり、MgO+CaO+SrO+BaOが12〜23であり、[SiO2]×6.7+[Al23]+[B23]×4.4−458≦0を満たす無アルカリガラスを提供する。
The present invention has a Young's modulus of 87 GPa or more, a strain point of 680 ° C. or more, an average coefficient of thermal expansion at 50 to 350 ° C. of 30 × 10 −7 to 47 × 10 −7 / ° C., and an oxide. Reference mass% display
SiO 2 55~69,
Al 2 O 3 17-27,
B 2 O 3 0-3,
MgO 0-20,
CaO 2-20,
SrO 0-2,
BaO 0-2,
SnO 2 0.01 to 1,
SiO 2 + Al 2 O 3 + MgO + CaO is 95 or more, MgO + CaO + SrO + BaO is 12 to 23, and [SiO 2 ] × 6.7 + [Al 2 O 3 ] + [B 2 O 3 ] × 4.4 An alkali-free glass satisfying −458 ≦ 0 is provided.

本発明の無アルカリガラスは、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして好適であるが、磁気ディスク用ガラス基板等としても使用できる。但し、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして、ガラス板の大型化や薄板化が求められることを考慮すると、高ヤング率であることから、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして有効である。   The alkali-free glass of the present invention is suitable as various display substrate glasses and photomask substrate glasses, but can also be used as a magnetic disk glass substrate. However, considering the demand for larger and thinner glass plates for various display substrate glasses and photomask substrate glasses, it has a high Young's modulus, so various display substrate glasses and photomask substrate glasses It is effective as

本発明の無アルカリガラスは、清澄剤として作用するSnO2を含有しているにもかかわらず、ガラス原料溶解時における泡層の発生が抑制される。そのため、溶融窯でガラス原料を溶解する際の熱源として、バーナーによる燃焼を使用する場合に、ガラス原料の溶解に多量の時間を要するおそれがない。また、泡層に反射された熱により、溶融窯の上部炉材が劣化するおそれがない。 Although the alkali-free glass of the present invention contains SnO 2 that acts as a fining agent, the generation of a foam layer when the glass raw material is dissolved is suppressed. Therefore, when using combustion by a burner as a heat source at the time of melt | dissolving a glass raw material with a melting kiln, there is no possibility of requiring a lot of time for melt | dissolution of a glass raw material. Moreover, there is no possibility that the upper furnace material of the melting kiln will deteriorate due to the heat reflected by the foam layer.

また、ガラス原料の溶解に後述する2段階の溶解工程を用いた場合に、溶解工程1と溶解工程2との間で、泡層が消滅するのに要する時間が短くなる。これにより、溶融ガラスの清澄に要する時間が短縮される。また、溶解窯から下流側へ運ばれる溶融ガラスに残留する泡が少なくなる。
これらの効果は、溶解窯でガラス原料を溶解する際の熱源として、通電加熱を使用する場合にも発揮される。
Further, when a two-stage melting process described later is used for melting the glass raw material, the time required for the foam layer to disappear between the melting process 1 and the melting process 2 is shortened. Thereby, the time required for clarification of molten glass is shortened. Moreover, the foam which remains in the molten glass conveyed downstream from a melting kiln decreases.
These effects are also exhibited when using energization heating as a heat source when melting the glass raw material in the melting kiln.

図1は、例1,2と例10について、保持時間と、残存泡数の関係を示したグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the retention time and the number of remaining bubbles for Examples 1, 2, and 10.

次に各成分の組成範囲について説明する。SiO2は69%(質量%、以下特記しないかぎり同じ)超では、ヤング率が低くなってしまう。また、粘性も高くなり、溶解温度の上昇や、清澄時に泡が抜けきらず、気泡が混入するおそれがある。また、ムライトの失透が発生しやすくなり、失透温度TLが上昇してしまう。55%未満では、熱膨張係数が増加してしまう。好ましくは56〜68%、さらに好ましくは57〜67%、特に好ましくは58〜65である。 Next, the composition range of each component will be described. If SiO 2 exceeds 69% (mass%, the same unless otherwise specified), the Young's modulus becomes low. In addition, the viscosity is increased, and there is a risk that bubbles may be mixed in due to an increase in melting temperature or bubbles that cannot be completely removed during clarification. Further, devitrification of mullite easily occurs, and the devitrification temperature T L increases. If it is less than 55%, the thermal expansion coefficient will increase. Preferably it is 56-68%, More preferably, it is 57-67%, Most preferably, it is 58-65.

Al23はガラスの分相性を抑制し、熱膨脹係数を下げ、ガラス転移点Tgを上げるが、17%未満ではこの効果があらわれなくなってしまう。またヤング率が低くなり、熱収縮量が増加してしまう。Al23はSiO2同様ネットワークフォーマーとして働くため、27%超では粘性が増加し、溶解温度の上昇、気泡混入のおそれがある。また、ムライト、アノーサイト、スピネルといった失透が発生しやすくなり、失透温度TLを上昇させるおそれがある。好ましくは17〜26%、さらに好ましくは18〜25%、特に好ましくは18〜24%である。 Al 2 O 3 suppresses the phase separation of the glass, lowers the thermal expansion coefficient, and raises the glass transition point Tg, but if it is less than 17%, this effect will not appear. In addition, the Young's modulus decreases, and the amount of heat shrinkage increases. Since Al 2 O 3 works as a network former like SiO 2, if it exceeds 27%, the viscosity increases, so that the melting temperature may increase and bubbles may be mixed. Further, devitrification such as mullite, anorthite, and spinel is likely to occur, and the devitrification temperature TL may be increased. Preferably it is 17 to 26%, more preferably 18 to 25%, particularly preferably 18 to 24%.

23は必須ではないが、ガラスの溶解反応性をよくし、また、失透温度TLを低下させるため3%まで含有できる。しかし、多すぎると歪点が下がるほか、ヤング率も低下してしまう。また環境負荷も高くなる。したがって2%以下が好ましく、1%以下がより好ましく、0.5%以下がさらに好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。実質的に含有しないとは、不可避的不純物を除き含有しないことをいう(以下、同じ)。 B 2 O 3 is not essential, but can be contained up to 3% in order to improve the melting reactivity of the glass and to lower the devitrification temperature TL . However, if it is too much, the strain point is lowered and the Young's modulus is also lowered. In addition, the environmental load increases. Therefore, it is preferably 2% or less, more preferably 1% or less, still more preferably 0.5% or less, and particularly preferably not substantially contained. “Substantially not contained” means not containing any inevitable impurities (hereinafter the same).

MgOは必須ではないが、アルカリ土類の中では膨張を高くせず、かつ歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性を向上させ、ヤング率を高めるため、含有できる。しかし、20 %を超えると、熱収縮量が増加してしまう。また、コーディエライトやディオプサイトといった失透が発生しやすくなり、失透温度TLが上昇してしまう。好ましくは2〜19%、より好ましくは3〜17%、さらに好ましくは3〜15%、特に好ましくは5〜12%である。 Although MgO is not essential, it can be contained in alkaline earths because it does not increase the expansion and does not excessively lower the strain point, improves solubility and increases the Young's modulus. However, if it exceeds 20%, the amount of heat shrinkage will increase. Further, devitrification such as cordierite and diopsite is likely to occur, and the devitrification temperature TL increases. Preferably it is 2-19%, More preferably, it is 3-17%, More preferably, it is 3-15%, Most preferably, it is 5-12%.

CaOは、溶解性を向上させ、MgOと共に含有することで失透の発生を抑制できるため、2%以上含有させる必要がある。しかし、20%を超えると、熱膨張係数が大きくなってしまう。また熱収縮量の増加も引き起こしてしまう。好ましくは2〜18%、より好ましくは3〜16%、さらに好ましくは4〜14%、特に好ましくは5〜12%である。   Since CaO improves solubility and contains together with MgO, the occurrence of devitrification can be suppressed, so it is necessary to contain 2% or more. However, if it exceeds 20%, the thermal expansion coefficient becomes large. It also causes an increase in the amount of heat shrinkage. Preferably it is 2-18%, More preferably, it is 3-16%, More preferably, it is 4-14%, Most preferably, it is 5-12%.

SrOは必須ではないが、ガラスの失透温度TLを上昇させず溶解性を向上させるため2%まで含有できる。しかし、多すぎると熱膨張係数が増加してしまう。また、SrOの原料としてSrCO3を用いた場合、熱分解により炭酸ガスを放出する温度が高くなり、ガラス原料の溶解時に泡層や大泡が生じる原因となる。したがって2%以下が好ましく、1%以下がさらに好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。 SrO is not essential, but can be contained up to 2% in order to improve the solubility without increasing the devitrification temperature T L of the glass. However, if the amount is too large, the thermal expansion coefficient increases. In addition, when SrCO 3 is used as the SrO raw material, the temperature at which carbon dioxide gas is released by thermal decomposition becomes high, which causes a foam layer or large bubbles to be generated when the glass raw material is melted. Accordingly, the content is preferably 2% or less, more preferably 1% or less, and particularly preferably substantially not contained.

BaOは必須ではないが、ガラスの溶解性を向上させるため2%まで含有できる。しかし、多すぎると熱膨張係数が増加してしまう。また密度も大きく上昇する。また、BaOの原料としてBaCO3を用いた場合、熱分解により炭酸ガスを放出する温度が高くなり、ガラス原料の溶解時に泡層や大泡が生じる原因となる。したがってBaOの含有量は2%以下が好ましく、1%以下がさらに好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。 BaO is not essential, but can be contained up to 2% in order to improve the solubility of the glass. However, if the amount is too large, the thermal expansion coefficient increases. The density also increases greatly. Further, when BaCO 3 is used as a BaO raw material, the temperature at which carbon dioxide gas is released due to thermal decomposition becomes high, which causes a foam layer or large bubbles to be generated when the glass raw material is melted. Therefore, the content of BaO is preferably 2% or less, more preferably 1% or less, and particularly preferably not substantially contained.

上述した成分に加え、本発明のガラスは様々な機械的特性、溶融性、成形性を調整する為に、本発明の目的を逸脱しない範囲で他の酸化物、例えばZrO2やZnO等を総量で3%まで含有出来る。1%以下が好ましく、0.5%以下がより好ましく、0.3%以下がさらに好ましく、0.2%以下がよりさらに好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。 In addition to the above-mentioned components, the glass of the present invention contains other oxides such as ZrO 2 and ZnO in a total amount within a range not departing from the object of the present invention in order to adjust various mechanical properties, meltability and formability. Up to 3%. 1% or less is preferable, 0.5% or less is more preferable, 0.3% or less is more preferable, 0.2% or less is further more preferable, and it is particularly preferable that it is not substantially contained.

本発明の無アルカリガラスは、SiO2、Al23、MgO、CaOは合量(SiO2+Al23+MgO+CaO)で95%以上である。95%未満であると、高い歪点と高いヤング率という物性を両立することが出来なくなる。好ましくは97%以上であり、特に好ましくは99%以上である。 In the alkali-free glass of the present invention, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, and CaO are 95% or more in total amount (SiO 2 + Al 2 O 3 + MgO + CaO). If it is less than 95%, it becomes impossible to achieve both a high strain point and a high Young's modulus. Preferably it is 97% or more, Most preferably, it is 99% or more.

MgO、CaO、SrO、BaOは合量(MgO+CaO+SrO+BaO)で12%よりも少ないと、ガラス粘度が104dPa・sとなる温度T4が高くなり、フロート成形の際にフロートバスの筐体構造物やヒータの寿命を極端に短くする恐れがある。12.5%以上が好ましく、13%以上がさらに好ましい。23%よりも多いと、熱膨張係数を小さくできないという難点が生じるおそれがある。22.5%以下が好ましく、22%以下がさらに好ましい。 When the total amount of MgO, CaO, SrO, BaO is less than 12% (MgO + CaO + SrO + BaO), the temperature T 4 at which the glass viscosity becomes 10 4 dPa · s increases, and the float bath casing structure is formed during float forming. Otherwise, the life of the heater may be shortened extremely. 12.5% or more is preferable, and 13% or more is more preferable. If it exceeds 23%, there is a risk that the thermal expansion coefficient cannot be reduced. It is preferably 22.5% or less, and more preferably 22% or less.

本願発明者らは、SiO2+Al23+MgO+CaOが95%以上であり、かつ、Al23の含有量が17%以上の無アルカリガラスについて、ガラスの組成と物性の関係を詳細に検討した結果、ディスプレイ基板への要求物性を満たしつつ、ガラス原料溶解時の泡層の生成を抑える為には、各成分を以下に示す特定の配合割合とする必要があることを見出した。即ち、上記に加えて、[SiO2]×6.7+[Al23]+[B23]×4.4−458≦0を満たすことで、製造されるガラスの歪点とヤング率を高く保ったまま、ガラス原料溶解時に泡層の生成を抑えることができる。好ましくは、[SiO2]×6.7+[Al23]+[B23]×4.4−458≦−5であり、更に好ましくは[SiO2]×6.7+[Al23]+[B23]×4.4−458≦−10である。より好ましくは[SiO2]×6.7+[Al23]+[B23]×4.4−458≦−15であり、更に好ましくは[SiO2]×6.7+[Al23]+[B23]×4.4−458≦−20である。 The inventors of the present application have examined in detail the relationship between glass composition and physical properties of non-alkali glass having a SiO 2 + Al 2 O 3 + MgO + CaO content of 95% or more and an Al 2 O 3 content of 17% or more. As a result, the present inventors have found that in order to suppress the generation of a foam layer when glass raw materials are dissolved while satisfying the required physical properties of the display substrate, each component needs to have a specific blending ratio shown below. That is, in addition to the above, by satisfying [SiO 2 ] × 6.7 + [Al 2 O 3 ] + [B 2 O 3 ] × 4.4-458 ≦ 0, the strain point of the glass to be produced and Young's While maintaining the rate high, the formation of the foam layer can be suppressed when the glass raw material is melted. Preferably, [SiO 2 ] × 6.7 + [Al 2 O 3 ] + [B 2 O 3 ] × 4.4-458 ≦ −5, and more preferably [SiO 2 ] × 6.7 + [Al 2 O 3 ] + [B 2 O 3 ] × 4.4-458 ≦ −10. More preferably [SiO 2] × 6.7 + [ Al 2 O 3] + [B 2 O 3] × 4.4-458 ≦ -15, more preferably [SiO 2] × 6.7 + [ Al 2 O 3 ] + [B 2 O 3 ] × 4.4-458 ≦ −20.

本発明の無アルカリガラスは、スズ化合物をSnO2換算で0.01〜1%含有する。本明細書において、SnO2含有量と記載した場合、SnO2換算のスズ化合物の含有量を指す。
SnO2に代表されるスズ化合物は、ガラス融液中でO2ガスを発生する。
ガラス融液中では、1450℃以上の温度でSnO2からSnOに還元され、O2ガスを発生し、泡を大きく成長させる作用をする。本発明の無アルカリガラスの製造時においては、ガラス原料を1500〜1800℃に加熱して溶融するため、ガラス融液中の泡がより効果的に大きくなる。原料中のスズ化合物は、ガラス母組成の総量100%に対してSnO2換算で、0.01%以上含まれるように調製する。SnO2含有量が0.01%未満だと、ガラス原料の溶解時における清澄作用が低下する。好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.1%以上である。SnO2含有量が1%超だと、ガラスの着色や、失透が発生する恐れがある。無アルカリガラス中のスズ化合物の含有量は、ガラス母組成の総量100%に対してSnO2換算で好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.7%以下、さらに好ましくは0.5%以下、よりさらに好ましくは0.4%以下、特に好ましくは0.3%以下である。
Alkali-free glass of the present invention contains 0.01% to 1% of the tin compound in terms of SnO 2. In the present specification, when described as SnO 2 content refers to the content of the tin compound of the terms of SnO 2.
Tin compounds typified by SnO 2 generate O 2 gas in the glass melt.
In the glass melt, it is reduced from SnO 2 to SnO at a temperature of 1450 ° C. or more, generating O 2 gas and acting to grow bubbles greatly. During the production of the alkali-free glass of the present invention, the glass raw material is heated to 1500 to 1800 ° C. and melted, so that bubbles in the glass melt are more effectively increased. The tin compound in the raw material is prepared so as to be contained at 0.01% or more in terms of SnO 2 with respect to 100% of the total amount of the glass mother composition. When the SnO 2 content is less than 0.01%, the clarification action during melting of the glass raw material is lowered. Preferably it is 0.05% or more, More preferably, it is 0.1% or more. If the SnO 2 content exceeds 1%, the glass may be colored or devitrified. The content of the tin compound in the alkali-free glass is preferably 1.0% or less, more preferably 0.7% or less, still more preferably 0.5% in terms of SnO 2 with respect to 100% of the total amount of the glass mother composition. In the following, it is more preferably 0.4% or less, particularly preferably 0.3% or less.

Fe23は、本発明の無アルカリガラスが溶融する典型的な温度である1400℃〜1800℃の温度域において、赤外線の吸収に寄与する。これによりガラス原料を溶融する際の効率が向上し、無アルカリガラスの製造プロセスの安定性が高まる。そのため、本発明の無アルカリガラスは、鉄化合物をFe23換算で0.005%以上含有するのが望ましい。一方で本発明の無アルカリガラスは、清澄剤として作用するスズ化合物を含有するが、ガラス組成中に鉄化合物が存在すると、鉄の価数変化によりスズによるO2ガスの放出が阻害される。そのため、鉄化合物の含有量はFe23換算で0.08%以下であることが好ましい。さらに好ましくは0.06%以下、さらにより好ましくは0.04以下、特に好ましくは0.02以下である。 Fe 2 O 3 contributes to infrared absorption in a temperature range of 1400 ° C. to 1800 ° C., which is a typical temperature at which the alkali-free glass of the present invention melts. Thereby, the efficiency at the time of melt | dissolving a glass raw material improves, and stability of the manufacturing process of an alkali free glass increases. Therefore, the alkali-free glass of the present invention desirably contains an iron compound in an amount of 0.005% or more in terms of Fe 2 O 3 . Meanwhile alkali-free glass of the present invention contains a tin compound which acts as a fining agent, the iron compound is present in the glass composition, the release of O 2 gas by tin is inhibited by valence change of the iron. Therefore, the iron compound content is preferably 0.08% or less in terms of Fe 2 O 3 . More preferably, it is 0.06% or less, still more preferably 0.04 or less, and particularly preferably 0.02 or less.

本発明の無アルカリガラスは、ガラス原料の溶解時において、SiO2原料であるケイ砂がより低い温度で溶解し、ガラス融液中に未融ケイ砂が溶け残ることがない。
ガラス融液中に未融ケイ砂が溶け残っていると、ガラス融液中に発生した泡に未融ケイ砂が取り込まれた状態となるため、溶解時における清澄作用が低下する。
また、ガラス融液中に未融ケイ砂が溶け残っていると、泡に取り込まれた未融ケイ砂がガラス融液の表層近くに集まることにより、ガラス融液の表層と表層以外の部分との間においてSiO2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。
In the alkali-free glass of the present invention, when the glass raw material is melted, the silica sand as the SiO 2 raw material is melted at a lower temperature, and the unmelted silica sand does not remain undissolved in the glass melt.
If unmelted silica sand remains undissolved in the glass melt, the unmelted silica sand is taken into the bubbles generated in the glass melt, so that the clarification action during melting is reduced.
Also, if unmelted silica sand remains undissolved in the glass melt, the unmelted silica sand taken in by the bubbles gathers near the surface of the glass melt, so that the surface layer of the glass melt and parts other than the surface layer A difference in the composition ratio of SiO 2 occurs between the glass and the homogeneity of the glass, and the flatness also decreases.

ガラスの溶解性、清澄性、成形性を改善するため、ガラス原料にはSO3、F、Clを総量で0.5%以下、好ましくは0.3%以下、より好ましくは0.1%以下含有できる。 In order to improve the solubility, clarity and formability of the glass, the total amount of SO 3 , F and Cl in the glass raw material is 0.5% or less, preferably 0.3% or less, more preferably 0.1% or less. Can be contained.

なお、本発明のガラスは、パネル製造時にガラス表面に設ける金属ないし酸化物薄膜の特性劣化を生じさせないために、アルカリ金属酸化物を不純物レベルを超えて(すなわち実質的に)含有しない。この場合の不純物レベルとは、質量基準で2000ppm以下である。また、ガラスのリサイクルを容易にするため、PbO、As23、Sb23は実質的に含有しないことが好ましい。 The glass of the present invention does not contain an alkali metal oxide in excess of the impurity level (ie substantially) in order not to cause deterioration of the characteristics of the metal or oxide thin film provided on the glass surface during panel production. The impurity level in this case is 2000 ppm or less on a mass basis. In order to facilitate recycling of the glass, it is preferable that PbO, As 2 O 3 and Sb 2 O 3 are not substantially contained.

本発明の無アルカリガラスは、次のような方法で製造するのが好ましい。まず通常使用される各成分の原料を目標成分になるように調合する。これを溶解炉に投入し、後述の溶解工程によって溶融し、溶融ガラスとする。このガラス融液をフロート法により所定の板厚に成形し、徐冷後切断することによって板ガラスを得ることができる。
ここで、フロート法により成形する前のガラス融液に対して、必要に応じて減圧脱泡装置その他の脱泡装置を用いて脱泡することができる。
The alkali-free glass of the present invention is preferably produced by the following method. First, the raw materials of each component normally used are blended so as to become target components. This is put into a melting furnace and melted by a melting step described later to obtain molten glass. A glass sheet can be obtained by forming this glass melt into a predetermined plate thickness by a float method, and cutting it after slow cooling.
Here, with respect to the glass melt before shaping | molding by the float glass process, it can degas using a vacuum degassing apparatus other defoaming apparatus as needed.

溶解工程は、原料を溶解窯へ投入し加熱し原料を溶融ガラスとする溶解工程1と、その後、溶融ガラスをさらに加熱してガラス中の泡を脱泡させる溶解工程2と、を有する2段階の溶解工程を採用することが好ましい。これは、SnO2の還元反応による酸素を一挙に発生させ、泡がより少ない無アルカリガラスが得られるからである。また、溶解工程1と溶解工程2との間で、ガラス原料の溶解時に発生した泡層が消滅するため、溶融ガラスの清澄に要する時間が短縮される。 The melting step is a two-stage process including: a melting step 1 in which a raw material is charged into a melting furnace and heated to make the raw material into molten glass; and a melting step 2 in which the molten glass is further heated to defoam bubbles in the glass. It is preferable to employ the dissolution step. This is because oxygen due to SnO 2 reduction reaction is generated all at once, and an alkali-free glass with fewer bubbles is obtained. Moreover, since the foam layer generated at the time of melting the glass raw material disappears between the melting step 1 and the melting step 2, the time required for refining the molten glass is shortened.

そして、溶解工程1において原料が溶融ガラスとなる温度(以下、初期温度という)に対し、溶解工程2における溶融ガラスの温度(以下、到達温度という)は、SnO2の還元反応による酸素を一挙に発生させ、泡がより少ない無アルカリガラスが得られるという観点から、50℃以上高いことが好ましく、70℃以上高いことがより好ましく、90℃以上高いことがさらに好ましい。 Then, the temperature of the raw material in the melting step 1 becomes molten glass (hereinafter, referred to as initial temperature) to a temperature of the molten glass in the melting step 2 (hereinafter, referred to reach temperature), at once by oxygen reduction reaction of SnO 2 From the viewpoint of generating an alkali-free glass with fewer bubbles, it is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 70 ° C. or higher, and still more preferably 90 ° C. or higher.

上述した初期温度は、原料を効果的に溶解させるが、SnO2の還元反応による酸素の発生はまだ抑制しておくという観点から、1400〜1550℃であり、1430〜1530℃であるのが好ましい。
また初期温度におけるSnの価数の割合(Sn−レドックス)を、例えば、周知の酸化還元滴定による湿式分析法、またはメスバウアー分光法により求めた場合、溶解工程1ではSnO2の還元反応による酸素の発生はまだ抑制しておくという観点から、無アルカリガラス中のSn2+/(Sn4++Sn2+)で示す比の値は0.25以下であることが好ましく、0.2以下であることがより好ましく、0.15以下であることがさらにより好ましい。
ここで、メスバウアー分光法によるSn−レドックスの測定は、特開2008−150228号に記載の方法により実施可能である。
The initial temperature described above is 1400 to 1550 ° C. and preferably 1430 to 1530 ° C. from the viewpoint of effectively dissolving the raw material but still suppressing the generation of oxygen due to the reduction reaction of SnO 2. .
Further, when the ratio of Sn valence at the initial temperature (Sn-redox) is determined by, for example, a well-known wet analysis method by oxidation-reduction titration or Mossbauer spectroscopy, in the dissolution step 1, oxygen due to the reduction reaction of SnO 2 From the standpoint of still suppressing the generation of Sn 2+ / (Sn 4+ + Sn 2+ ) in the alkali-free glass, the value of the ratio is preferably 0.25 or less, More preferably, it is 0.15 or less.
Here, the measurement of Sn-redox by Mossbauer spectroscopy can be performed by the method described in JP-A-2008-150228.

溶解工程2における到達温度は、Sn−レドックスを上げてSnO2の還元反応による酸素を一挙に発生させ、さらに粘度ηを低くして泡浮上速度を早くし、より泡の少ない無アルカリガラスが得られるという観点から、1500〜1800℃であり、1550〜1800℃であるのが好ましい。
また到達温度でのSn−レドックスは、0.15以上であることが好ましく、0.20以上であることがより好ましく、0.25以上であることがさらにより好ましい。
また到達温度でのSn−レドックスは、初期温度でのSn−レドックスよりも0.05以上高い事ことが好ましく、0.1以上高いことがより好ましい。
The ultimate temperature in the melting step 2 is to raise Sn-redox to generate oxygen at once by the reduction reaction of SnO 2 , further lower the viscosity η to increase the bubble rising speed, and obtain an alkali-free glass with fewer bubbles. From the viewpoint of being obtained, it is 1500-1800 degreeC, and it is preferable that it is 1550-1800 degreeC.
The Sn-redox at the ultimate temperature is preferably 0.15 or more, more preferably 0.20 or more, and even more preferably 0.25 or more.
Further, the Sn-redox at the ultimate temperature is preferably 0.05 or more higher than the Sn-redox at the initial temperature, and more preferably 0.1 or more.

本発明の無アルカリガラスは、ヤング率が87GPa以上であるため、破壊靭性が向上しており、ガラス板の大型化や薄板化が求められる各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスに好適である。89GPa以上がより好ましく、91GPa以上がさらに好ましい。   Since the alkali-free glass of the present invention has a Young's modulus of 87 GPa or more, the fracture toughness is improved, and it is suitable for various display substrate glasses and photomask substrate glasses that require a larger or thinner glass plate. is there. 89 GPa or more is more preferable, and 91 GPa or more is more preferable.

また、本発明の無アルカリガラスは、比弾性(ヤング率/密度)が33GPa・cm3/g以上であるため、自重たわみが低減されている。このため、製造工程において自重たわみに起因する変形が少なく、ガラス板の大型化や薄板化が求められる各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスに好適である。34GPa・cm3/g以上がより好ましく、35GPa・cm3/g以上がさらに好ましい。 In addition, since the alkali-free glass of the present invention has a specific elasticity (Young's modulus / density) of 33 GPa · cm 3 / g or more, the self-weight deflection is reduced. For this reason, there is little deformation resulting from its own weight deflection in the manufacturing process, and it is suitable for various display substrate glasses and photomask substrate glasses that require a larger or thinner glass plate. 34 GPa · cm 3 / g or more is more preferable, and 35 GPa · cm 3 / g or more is more preferable.

本発明の無アルカリガラスは、歪点が680℃以上であるため、パネル製造時の熱収縮を抑えられる。また、p−Si TFTの製造方法としてレーザーアニールによる方法を適用することができる。690℃以上が好ましく、700℃以上がより好ましい。
本発明の無アルカリガラスは、歪点が680℃以上であるため、製造プロセスにおいてガラスの仮想温度が上昇しやすい用途(例えば、板厚0.7mm以下、好ましくは0.5mm以下、より好ましくは0.3mm以下の有機EL用のディスプレイ用基板または照明用基板、あるいは板厚0.3mm以下、好ましくは0.1mm以下の薄板のディスプレイ用基板または照明用基板)に適している。
板厚0.7mm以下、さらには0.5mm以下、さらには0.3mm以下、さらには0.1mm以下の板ガラスの成形では、成形時の引き出し速度が速くなる傾向があるため、ガラスの仮想温度が上昇し、ガラスの熱収縮量が増大しやすい。この場合、高歪点のガラスであると、熱収縮を抑制することができる。
Since the alkali-free glass of the present invention has a strain point of 680 ° C. or higher, thermal shrinkage during panel production can be suppressed. Further, a laser annealing method can be applied as a method for manufacturing the p-Si TFT. 690 ° C. or higher is preferable, and 700 ° C. or higher is more preferable.
Since the alkali-free glass of the present invention has a strain point of 680 ° C. or higher, the glass fictive temperature tends to increase in the production process (for example, a thickness of 0.7 mm or less, preferably 0.5 mm or less, more preferably Suitable for organic EL display substrates or illumination substrates having a thickness of 0.3 mm or less, or thin display substrates or illumination substrates having a thickness of 0.3 mm or less, preferably 0.1 mm or less.
When forming a sheet glass having a plate thickness of 0.7 mm or less, further 0.5 mm or less, further 0.3 mm or less, and further 0.1 mm or less, the drawing speed at the time of forming tends to increase. Increases, and the amount of heat shrinkage of the glass tends to increase. In this case, heat shrinkage can be suppressed when the glass has a high strain point.

また本発明の無アルカリガラスは、歪点と同様の理由で、ガラス転移点Tgが好ましくは730℃以上であり、好ましくは740℃以上であり、より好ましくは750℃以上である。   The alkali-free glass of the present invention has a glass transition point Tg of preferably 730 ° C. or higher, preferably 740 ° C. or higher, and more preferably 750 ° C. or higher for the same reason as the strain point.

また本発明の無アルカリガラスは、50〜350℃での平均熱膨張係数が30×10-7〜47×10-7/℃であり、耐熱衝撃性が大きく、パネル製造時の生産性を高くできる。本発明の無アルカリガラスにおいて、50〜350℃での平均熱膨張係数は好ましくは35×10-7以上である。50〜350℃での平均熱膨張係数は好ましくは46×10-7/℃以下、より好ましくは45×10-7/℃以下、さらに好ましくは44×10-7/℃以下である。 The alkali-free glass of the present invention has an average coefficient of thermal expansion at 50 to 350 ° C. of 30 × 10 −7 to 47 × 10 −7 / ° C., has high thermal shock resistance, and has high productivity during panel production. it can. In the alkali-free glass of the present invention, the average thermal expansion coefficient at 50 to 350 ° C. is preferably 35 × 10 −7 or more. The average thermal expansion coefficient at 50 to 350 ° C. is preferably 46 × 10 −7 / ° C. or less, more preferably 45 × 10 −7 / ° C. or less, and further preferably 44 × 10 −7 / ° C. or less.

また、本発明の無アルカリガラスは、粘度が102ポイズ(dPa・s)となる温度T2が1760℃以下であることが好ましく、より好ましくは1720℃以下である。温度T2が上記範囲であれば、ガラス原料の溶解が比較的容易である。 In the alkali-free glass of the present invention, the temperature T 2 at which the viscosity becomes 10 2 poise (dPa · s) is preferably 1760 ° C. or less, more preferably 1720 ° C. or less. If temperature T 2 is within the above range, it is relatively easy dissolution of the glass raw material.

また、本発明の無アルカリガラスは、粘度が10ポイズ(dPa・s)となる温度T4が1350℃以下であることが好ましく、より好ましくは1330℃以下、1320℃以下、さらには1310℃以下、特に好ましくは1300℃以下であり、フロート法による成形が可能である。 In the alkali-free glass of the present invention, the temperature T 4 at which the viscosity becomes 10 4 poise (dPa · s) is preferably 1350 ° C. or less, more preferably 1330 ° C. or less, 1320 ° C. or less, and further 1310 ° C. In the following, it is particularly preferably 1300 ° C. or lower, and molding by the float process is possible.

また、本発明の無アルカリガラスは、失透温度TLが1320℃以下であることがフロート法による成形が容易になることから好ましい。より好ましくは1310℃以下、さらにより好ましくは1300℃以下、特に好ましくは1290℃以下である。また、フロート成形性の目安となる温度T4(ガラスの粘度ηが104ポイズ(dPa・s)となる温度 単位:℃)と失透温度TLとの差(T4−TL)は好ましくは−50℃以上、−30℃以上、さらには0℃以上、より好ましくは10℃以上、さらにより好ましくは20℃以上である。
本明細書における失透温度は、白金製の皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で17時間熱処理を行い、熱処理後の光学顕微鏡観察によって、ガラスの表面及び内部に結晶が析出する最高温度と結晶が析出しない最低温度との平均値である。
In addition, the alkali-free glass of the present invention preferably has a devitrification temperature T L of 1320 ° C. or less because molding by the float method becomes easy. More preferably, it is 1310 degrees C or less, More preferably, it is 1300 degrees C or less, Most preferably, it is 1290 degrees C or less. Further, the temperature T 4 which is a measure of the float formability (glass viscosity η is 10 4 poise (dPa · s) and consisting Temperature unit: ° C.) the difference between the liquidus temperature T L (T 4 -T L) is Preferably they are -50 degreeC or more, -30 degreeC or more, Furthermore, 0 degreeC or more, More preferably, it is 10 degreeC or more, More preferably, it is 20 degreeC or more.
In this specification, the devitrification temperature is obtained by putting crushed glass particles in a platinum dish and performing heat treatment for 17 hours in an electric furnace controlled at a constant temperature. It is an average value of the maximum temperature at which crystals are deposited inside and the minimum temperature at which crystals are not deposited.

本発明の無アルカリガラスは、熱処理時の収縮量が小さいことが好ましい。液晶パネル製造においては、アレイ側とカラーフィルタ側で熱処理工程が異なる。その為、特に高精細パネルにおいて、ガラスの熱収縮率が大きい場合、嵌合時にドットのずれが生じるという問題がある。
なお、熱収縮率の評価は次の手順で行える。
初めに、対象となるガラスを1500℃〜1800℃で溶解した後、溶融ガラスを流し出し、板状に成形後冷却する。得られた板状ガラスを研磨加工して100mm×20mm×1mmのガラス板を得る。
次に、得られたガラス板をガラス転移点Tg+70℃まで加熱し、この温度で1分間保持した後、降温速度40℃/分で室温まで冷却する。その後、ガラス板の表面に圧痕を長辺方向に2箇所、間隔A(A=90mm)で打ち、処理前試料とする。本発明では、圧痕はビッカース圧子を用いて打ち、例えば荷重50g、打ちこみ時間は10秒で行う。
次に処理前試料を600℃まで昇温速度100℃/時間で加熱し、600℃で1時間保持した後、降温速度100℃/時間で室温まで冷却し処理後試料1とする。
そして、処理後試料1の圧痕間距離Bを測定する。
このようにして得たA、Bから下記式を用いて熱収縮率を算出する。
熱収縮率[ppm]=(A−B)/A×106
上記評価方法において、熱収縮率は好ましくは70ppm以下であり、より好ましくは60ppm以下であり、さらにより好ましくは50ppm以下である。
The alkali-free glass of the present invention preferably has a small amount of shrinkage during heat treatment. In manufacturing a liquid crystal panel, the heat treatment process differs between the array side and the color filter side. For this reason, particularly in a high-definition panel, when the thermal shrinkage rate of glass is large, there is a problem in that dot displacement occurs during fitting.
The thermal shrinkage rate can be evaluated by the following procedure.
First, after melting the target glass at 1500 ° C. to 1800 ° C., the molten glass is poured out, cooled into a plate shape, and then cooled. The obtained plate glass is polished to obtain a glass plate of 100 mm × 20 mm × 1 mm.
Next, the obtained glass plate is heated to the glass transition point Tg + 70 ° C., held at this temperature for 1 minute, and then cooled to room temperature at a temperature drop rate of 40 ° C./min. Thereafter, two indentations are made on the surface of the glass plate in the long side direction at intervals A (A = 90 mm) to obtain a sample before processing. In the present invention, the indentation is applied using a Vickers indenter, for example, a load of 50 g and an indentation time of 10 seconds.
Next, the pre-treatment sample is heated to 600 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hour, held at 600 ° C. for 1 hour, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 100 ° C./hour to obtain treated sample 1.
And the distance B between impressions of the sample 1 after a process is measured.
The thermal contraction rate is calculated from A and B thus obtained using the following formula.
Thermal contraction rate [ppm] = (A−B) / A × 10 6
In the above evaluation method, the thermal shrinkage rate is preferably 70 ppm or less, more preferably 60 ppm or less, and even more preferably 50 ppm or less.

本発明の無アルカリガラスは、比較的溶解性が低いため、各成分の原料として下記を用いることが好ましい。   Since the alkali-free glass of the present invention has relatively low solubility, it is preferable to use the following as a raw material for each component.

(ケイ素源(SiO2原料))
SiO2の原料としてはケイ砂を用いることができるが、メディアン粒径D50が20μm〜300μm、粒径2μm以下の粒子の割合が0.3体積%以下、かつ粒径400μm以上の粒子の割合が2.5体積%以下のケイ砂を用いることが、ケイ砂の凝集を抑えて溶融させることができるので、ケイ砂の溶融が容易になり、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ことから好ましい。
(Silicon source (SiO 2 raw material))
Silica sand can be used as a raw material for SiO 2 , but the ratio of particles having a median particle diameter D 50 of 20 μm to 300 μm, a particle diameter of 2 μm or less is 0.3% by volume or less, and a particle diameter of 400 μm or more. Using silica sand with a volume of 2.5 vol% or less can suppress the agglomeration of the silica sand and melt it, facilitating the melting of the silica sand, less bubbles, high uniformity and flatness. Alkali glass is preferable because it is obtained.

なお、本明細書における「粒径」とは珪砂の球相当径(本発明では一次粒径の意)であって、具体的にはレーザー回折/散乱法によって計測された粉体の粒度分布における粒径をいう。
また、本明細書における「メディアン粒径D50」とは、レーザー回折法によって計測された粉体の粒度分布において、ある粒径より大きい粒子の体積頻度が、全粉体のそれの50%を占める粒子径をいう。言い換えると、レーザー回折法によって計測された粉体の粒度分布において、累積頻度が50%のときの粒子径をいう。
また、本明細書における「粒径2μm以下の粒子の割合」及び「粒径400μm以上の粒子の割合」は、例えば、レーザー回折/散乱法によって粒度分布を計測することにより測定される。
The “particle size” in this specification is the equivalent sphere diameter of silica sand (meaning the primary particle size in the present invention), and specifically, in the particle size distribution of the powder measured by the laser diffraction / scattering method. Refers to particle size.
Further, in this specification, “median particle diameter D 50 ” means that the volume frequency of particles larger than a certain particle diameter is 50% of that of the whole powder in the particle size distribution of the powder measured by the laser diffraction method. The particle diameter occupied. In other words, it refers to the particle diameter when the cumulative frequency is 50% in the particle size distribution of the powder measured by the laser diffraction method.
Further, “the ratio of particles having a particle diameter of 2 μm or less” and “the ratio of particles having a particle diameter of 400 μm or more” in this specification are measured by measuring the particle size distribution by a laser diffraction / scattering method, for example.

また、ケイ砂のメディアン粒径D50が300μm以下であれば、ケイ砂の溶融がより容易になるので、より好ましい。 Further, if the median particle size D 50 of silica sand is 300 μm or less, it is more preferable because melting of the silica sand becomes easier.

(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化合物の具体例としては、MgCO3、CaCO3、BaCO3、SrCO3、(Mg,Ca)CO3(ドロマイト)等の炭酸塩や、MgO、CaO、BaO、SrO等の酸化物や、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Ba(OH)2、Sr(OH)2等の水酸化物を例示できる。ただし、アルカリ土類金属化合物としてBaCO,SrCOを用いた場合、1000℃以上の高温でも熱分解による炭酸ガスの放出が発生し、原料溶解中に泡層や大泡が生じる原因となる。その為、Ba,Srの原料としては水酸化物を用いることが望ましい。
(Alkaline earth metal source)
An alkaline earth metal compound can be used as the alkaline earth metal source. 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. Examples thereof include oxides and hydroxides such as Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2 , and Sr (OH) 2 . However, when BaCO 3 or SrCO 3 is used as the alkaline earth metal compound, carbon dioxide gas is released due to thermal decomposition even at a high temperature of 1000 ° C. or more, which causes a foam layer or large bubbles to be generated during the dissolution of the raw material. Therefore, it is desirable to use a hydroxide as a raw material for Ba and Sr.

(スズ源(Snの原料))
スズ化合物は、Snの酸化物、硫酸塩、塩化物、フッ化物などであるが、SnO2が泡を著しく大きくすることから特に好ましい。SnO2の粒径が大きすぎるとSnO2の粒子がガラス原料に溶解しきれずに残る恐れがあるので、SnO2の平均粒径(D50)は200μm以下、好ましくは150μm以下、より好ましくは100μm以下とする。また、SnO2の粒径が小さすぎると、かえって、ガラス融液中で凝集して、溶け残りになることがあるので、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上とする。
(Tin source (Sn raw material))
Tin compounds are Sn oxides, sulfates, chlorides, fluorides, etc., but SnO 2 is particularly preferred because it significantly increases bubbles. If the particle size of SnO 2 is too large, SnO 2 particles may not be completely dissolved in the glass material, so the average particle size (D 50 ) of SnO 2 is 200 μm or less, preferably 150 μm or less, more preferably 100 μm. The following. Further, if the particle size of SnO 2 is too small, the SnO 2 may agglomerate in the glass melt and remain undissolved, so it is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more.

表1、2のガラスになるように原料を調合し、白金坩堝を用いて1650℃の温度で溶解した。溶解にあたっては、白金スターラを用い撹拌しガラスの均質化を行った。次いで溶解ガラスを流し出し、板状に成形後徐冷した。   The raw materials were prepared so as to become the glasses of Tables 1 and 2, and melted at a temperature of 1650 ° C. using a platinum crucible. In melting, the mixture was stirred using a platinum stirrer to homogenize the glass. Next, the molten glass was poured out, formed into a plate shape, and then slowly cooled.

表1、2に、例1〜11のガラス組成(単位:質量%)と歪点(単位:℃)(JIS R3103に記載のファイバー法により測定)、ガラス転移点Tg(単位:℃)、50℃〜350℃の平均熱膨張係数(単位:×10-7/℃)、比重(単位:g/cm3)(アルキメデス法により測定)、ヤング率(単位:GPa)(超音波法により測定)、比弾性率(単位:GPa・cm3/g)、高温粘性値として、溶解性の目安となる温度T2(ガラス粘度ηが102ポイズとなる温度、単位:℃)、とフロート成形性およびフュージョン成形性の目安となる温度T4(ガラス粘度ηが104ポイズとなる温度、単位:℃)(回転粘度計により測定)、失透温度TL(単位:℃)(上記手法により測定)、T4−TL(単位:℃)、熱収縮率(単位:ppm)(上記手法により測定)を示す。ここで例1〜6は実施例、例7〜11は比較例である。このとき用いた原料中のケイ砂の粒度として、メディアン粒径D50、粒径2μm以下の粒子の割合、および、粒径400μm以上の粒子の割合をあわせて表1に示す。また、下記手順で評価した泡層厚み、大泡数、初期泡数、泡減衰係数もあわせて表1、2に示す。
なお、表1、2中、括弧書で示した値は計算値である。
In Tables 1 and 2, the glass composition (unit: mass%) and strain point (unit: ° C) of Examples 1 to 11 (measured by the fiber method described in JIS R3103), glass transition point Tg (unit: ° C), 50 Average thermal expansion coefficient (unit: x 10 -7 / ° C.), specific gravity (unit: g / cm 3 ) (measured by Archimedes method), Young's modulus (unit: GPa) (measured by ultrasonic method) , Specific elastic modulus (unit: GPa · cm 3 / g), high temperature viscosity value, temperature T 2 that is a measure of solubility (temperature at which glass viscosity η becomes 10 2 poise, unit: ° C.), and float moldability And T 4 (temperature at which the glass viscosity η becomes 10 4 poise, unit: ° C.) (measured with a rotational viscometer), devitrification temperature T L (unit: ° C.) (measured by the above method) ), T 4 -T L (unit: ° C.), heat shrinkage (unit: p m) indicating the (measured by the above method). Here, Examples 1 to 6 are Examples, and Examples 7 to 11 are Comparative Examples. Table 1 shows the median particle size D 50 , the proportion of particles having a particle size of 2 μm or less, and the proportion of particles having a particle size of 400 μm or more as the particle size of silica sand in the raw material used at this time. In addition, Tables 1 and 2 also show the foam layer thickness, the number of large bubbles, the number of initial bubbles, and the foam attenuation coefficient evaluated by the following procedure.
In Tables 1 and 2, the values shown in parentheses are calculated values.

[泡層厚みの評価方法]
例1〜11のガラスが250g得られるように原料を調合し、直径50mm〜90mmの白金坩堝を用いて1500℃の温度で1時間溶解した後、ガラス転移点Tg+30℃の温度で60分保持した後、1℃/分の速度で室温(25℃)までガラスを徐冷し評価用のガラスを得た。この評価用ガラスを用いて、ガラス上面の泡層厚みを測定した。泡層厚みの測定は次の手順で行った。まず評価用ガラスの坩堝中央部をコアドリルで直径40mmにくり抜き、ガラス上面から30mmの部分を円柱状ガラスとして切り出した。該円柱状ガラスから、中心軸を含み中心軸に対して平行に厚さ1mmのガラス板サンプルを切り出した。更に切り出した時の切断面の両面を光学研磨加工(鏡面研磨仕上げ)し、評価用サンプル1とした。この評価用サンプル1を用いて、光学研磨加工面に対して垂直方向に実体顕微鏡で評価観察を行った。観察領域はるつぼのガラス上面(溶解時にガラスが空気に触れていた面)から0〜0.5mmに相当する部位、0.5〜1.0mmに相当する部位、といった様に0.5mmごとに区切り、それぞれの観察領域内において(観察面の泡の投影面積の総和)/(観察領域の面積)が0.8以上の領域を泡層とし、るつぼのガラス上面から泡層と判定されない領域が出現するまでの距離を泡層厚みとした。
溶融窯において効率良くガラス原料を溶解し、かつ泡層に反射された熱による溶融窯の上部炉材の劣化を防ぐ為には、泡層厚みは1.5mm以下であることが好ましく、1.0mm以下であることがより好ましく、0.5mm以下であることがさらにより好ましい。
[大泡の評価方法]
上記した評価用サンプル1を用いて、上記したガラス上面から20mmの深さの領域(大泡確認領域)において、泡層厚みの評価方法に記載した評価観察の要領で長径が2mm以上の泡を大泡とした。上記した大泡確認領域における大泡の数を大泡数として計測した。上記した大泡は存在しないことが好ましい。
[初期泡数及び泡減衰係数の評価方法]
例1〜11と同じ原料バッチを白金坩堝を用いて1500℃の温度で1時間溶解後、1600℃の温度で所定時間保持し、その後に840℃で60分保持した後、1℃/分の速度で室温(25℃)までガラスを徐冷し評価用ガラスとした。この評価用ガラスを用いて、上記した評価用サンプル1と同様の加工を行ない評価用サンプル2とした。この評価用サンプル2において、坩堝のガラス上面から10〜20mmの間に相当する部位について、光学研磨加工面を実体顕微鏡で観察し、直径50μm以上の泡数を計測し、その値をガラス板の体積で割り、得られた数値を泡数とした。1600℃の温度での保持時間をx、泡数をyとし、y=A×exp(−B )xとして回帰式を求め、Aを初期泡数(上記した1600℃の温度での保持時間0分に相当)、Bを泡減衰係数とした。
初期泡数は、10000個以下であることが好ましく、9000個以下であることがさらに好ましく、8000個以下であることがさらにより好ましい。また泡減衰係数は、0.030以上であることが好ましく、0.035以上であることがさらに好ましい。
[Method for evaluating foam layer thickness]
The raw materials were prepared so that 250 g of the glass of Examples 1 to 11 was obtained, melted at a temperature of 1500 ° C. for 1 hour using a platinum crucible having a diameter of 50 mm to 90 mm, and then held at a temperature of glass transition point Tg + 30 ° C. for 60 minutes. Thereafter, the glass was gradually cooled to room temperature (25 ° C.) at a rate of 1 ° C./min to obtain a glass for evaluation. Using this evaluation glass, the thickness of the foam layer on the upper surface of the glass was measured. The foam layer thickness was measured by the following procedure. First, the crucible central part of the glass for evaluation was cut into a diameter of 40 mm with a core drill, and a 30 mm portion from the upper surface of the glass was cut out as a cylindrical glass. A glass plate sample having a thickness of 1 mm was cut out from the cylindrical glass in parallel to the central axis including the central axis. Further, both surfaces of the cut surface when cut out were subjected to optical polishing (mirror polishing finish) to obtain a sample 1 for evaluation. The evaluation sample 1 was used for evaluation observation with a stereomicroscope in a direction perpendicular to the optical polishing surface. The observation area is every 0.5 mm such as a portion corresponding to 0 to 0.5 mm, a portion corresponding to 0.5 to 1.0 mm from the upper surface of the glass of the crucible (the surface where the glass was in contact with air during melting). In each observation area, the area where (the total projected area of bubbles on the observation surface) / (area of the observation area) is 0.8 or more is the foam layer, and the area that is not determined as the foam layer from the upper surface of the crucible glass The distance until it appeared was taken as the foam layer thickness.
In order to efficiently melt the glass raw material in the melting furnace and prevent deterioration of the upper furnace material of the melting furnace due to the heat reflected by the foam layer, the foam layer thickness is preferably 1.5 mm or less. It is more preferably 0 mm or less, and even more preferably 0.5 mm or less.
[Evaluation method for large bubbles]
Using the sample 1 for evaluation described above, in the region having a depth of 20 mm from the upper surface of the glass (large bubble confirmation region), a bubble having a major axis of 2 mm or more in the manner of evaluation observation described in the method for evaluating the foam layer thickness. It was a large bubble. The number of large bubbles in the large bubble confirmation region described above was measured as the number of large bubbles. The large bubbles described above are preferably absent.
[Evaluation method of initial bubble number and bubble damping coefficient]
The same raw material batch as in Examples 1 to 11 was melted at a temperature of 1500 ° C. for 1 hour using a platinum crucible, held at a temperature of 1600 ° C. for a predetermined time, and then held at 840 ° C. for 60 minutes, and then 1 ° C./min. The glass was gradually cooled to room temperature (25 ° C.) at a speed to obtain a glass for evaluation. Using this evaluation glass, processing similar to that of the above-described evaluation sample 1 was performed to obtain an evaluation sample 2. In the sample 2 for evaluation, the optical polishing surface was observed with a stereomicroscope for a portion corresponding to between 10 and 20 mm from the upper surface of the glass of the crucible, the number of bubbles having a diameter of 50 μm or more was measured, and the value was measured on the glass plate. Dividing by the volume, the number obtained was taken as the number of bubbles. The regression equation is obtained by setting the retention time at a temperature of 1600 ° C. to x, the number of bubbles to y, and y = A × exp (−B) x, and A is the initial bubble number (the retention time at the temperature of 1600 ° C. described above is 0 B) is the foam attenuation coefficient.
The initial number of bubbles is preferably 10,000 or less, more preferably 9000 or less, and even more preferably 8000 or less. The foam attenuation coefficient is preferably 0.030 or more, and more preferably 0.035 or more.

表1、2から明らかなように、SiO2+Al23+MgO+CaOが95%以上であり、かつ、Al23の含有量が17%以上の例1〜6、10,11は、SiO2+Al23+MgO+CaOが上記の範囲を満たさない例7〜9に比べて、680℃以上の高い歪点と、87GPa以上の高いヤング率を有しており、大泡も存在しないことが確認された。また、SiO2+Al23+MgO+CaOが95%以上であり、かつ、Al23の含有量が17%以上の例1〜6、10,11の中でも、[SiO2]×6.7+[Al23]+[B23]×4.4−458≦0を満たす例1〜6は、上記の範囲を満たさない例10,11に比べて、泡層厚みが低減しており、溶解性が改善していることが確認された。 As is apparent from Tables 1 and 2 , Examples 1 to 6, 10, and 11 in which SiO 2 + Al 2 O 3 + MgO + CaO is 95% or more and Al 2 O 3 content is 17% or more are SiO 2 Compared with Examples 7 to 9 where + Al 2 O 3 + MgO + CaO does not satisfy the above range, it has a high strain point of 680 ° C. or higher, a high Young's modulus of 87 GPa or more, and it is confirmed that there are no large bubbles. It was. Further, among Examples 1 to 6, 10, and 11 in which SiO 2 + Al 2 O 3 + MgO + CaO is 95% or more and the content of Al 2 O 3 is 17% or more, [SiO 2 ] × 6.7 + [ In Examples 1 to 6 that satisfy Al 2 O 3 ] + [B 2 O 3 ] × 4.4 to 458 ≦ 0, the foam layer thickness is reduced as compared with Examples 10 and 11 that do not satisfy the above range. It was confirmed that the solubility was improved.

表3は例1,2と例10について、初期泡数と泡減衰係数を示したものである。また図1は例1,2と例10について、上記1600℃の温度での保持時間と、泡数の関係を示したグラフである。ここから明らかなように例1,2は、例10に比べ、上記1600℃の温度での保持時間に対しガラス中の泡数がよく低減されており、清澄性も改善していることが確認された。
Table 3 shows the number of initial bubbles and the bubble attenuation coefficient for Examples 1, 2 and 10. FIG. 1 is a graph showing the relationship between the retention time at the temperature of 1600 ° C. and the number of bubbles in Examples 1, 2 and 10. As is clear from this, in Examples 1 and 2, it was confirmed that the number of bubbles in the glass was well reduced and the clarity was improved with respect to the holding time at the temperature of 1600 ° C. compared to Example 10. It was done.

表4に、Fe23を変化させた例12,13のガラス組成(単位:質量%)と物性を示す。例12,13は実施例である。このとき用いた原料中の珪砂の粒度として、メディアン粒径D50、粒径2μm以下の粒子の割合、および、粒径400μm以上の粒子の割合をあわせて表4に示す。また、原料溶融時の泡層厚み、大泡数、初期泡数、泡減衰係数もあわせて表4に示す。各種特性の評価は例1〜11と同様の試験にて行った。
表4から明らかなように、Fe23が0.08%以下である例12は、Fe23が0.08%を超える例13に比べ、高い泡減衰係数を有しており、清澄性がより向上していることが確認された。
Table 4 shows the glass composition (unit: mass%) and physical properties of Examples 12 and 13 in which Fe 2 O 3 was changed. Examples 12 and 13 are examples. Table 4 shows the median particle size D 50 , the proportion of particles having a particle size of 2 μm or less, and the proportion of particles having a particle size of 400 μm or more as the particle size of silica sand in the raw material used at this time. Table 4 also shows the foam layer thickness, the number of large bubbles, the initial number of bubbles, and the foam attenuation coefficient when the raw material is melted. Various characteristics were evaluated in the same tests as in Examples 1-11.
As is apparent from Table 4, Example 12 in which Fe 2 O 3 is 0.08% or less has a higher bubble attenuation coefficient than Example 13 in which Fe 2 O 3 exceeds 0.08%. It was confirmed that the clarity was further improved.

本発明の無アルカリガラスは、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして好適であるが、磁気ディスク用ガラス基板等としても使用できる。但し、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして、ガラス板の大型化や薄板化が求められることを考慮すると、高ヤング率であること、また薄膜形成工程で高温にさらされる際に、ガラスの変形およびガラスの構造安定化に伴う寸法変化を最小限に抑えることが求められることを考慮すると熱収縮量が小さいことから、各種ディスプレイ用基板ガラスやフォトマスク用基板ガラスとして有効である。   The alkali-free glass of the present invention is suitable as various display substrate glasses and photomask substrate glasses, but can also be used as a magnetic disk glass substrate. However, as the substrate glass for various displays and the substrate glass for the photomask, considering that the glass plate needs to be enlarged or thinned, it has a high Young's modulus, and when exposed to high temperatures in the thin film formation process, Considering that it is required to minimize the dimensional change associated with glass deformation and glass structural stabilization, the amount of heat shrinkage is small, which is effective as substrate glass for various displays and substrate glass for photomasks.

Claims (6)

ヤング率が87GPa以上であり、歪点が680℃以上であり、50〜350℃での平均熱膨張係数が30×10-7〜47×10-7/℃であって、酸化物基準の質量%表示で、
SiO2 55〜69、
Al23 17〜27、
23 0〜3、
MgO 0〜20、
CaO 2〜20、
SrO 0〜2、
BaO 0〜2、
SnO2 0.01〜1、
を含有し、SiO2+Al23+MgO+CaOが95以上であり、MgO+CaO+SrO+BaOが12〜23であり、[SiO2]×6.7+[Al23]+[B23]×4.4−458≦0を満たす無アルカリガラス。
The Young's modulus is 87 GPa or more, the strain point is 680 ° C. or more, the average thermal expansion coefficient at 50 to 350 ° C. is 30 × 10 −7 to 47 × 10 −7 / ° C., and the mass based on oxide In% display
SiO 2 55~69,
Al 2 O 3 17-27,
B 2 O 3 0-3,
MgO 0-20,
CaO 2-20,
SrO 0-2,
BaO 0-2,
SnO 2 0.01 to 1,
SiO 2 + Al 2 O 3 + MgO + CaO is 95 or more, MgO + CaO + SrO + BaO is 12 to 23, and [SiO 2 ] × 6.7 + [Al 2 O 3 ] + [B 2 O 3 ] × 4.4 Alkali-free glass satisfying −458 ≦ 0.
Fe23の含有量が酸化物基準の質量%表示で0.08%以下である請求項1に記載の無アルカリガラス。 The alkali-free glass according to claim 1, wherein the content of Fe 2 O 3 is 0.08% or less in terms of mass% based on oxide. 比弾性が33GPa・cm3/g以上である請求項1または2に記載の無アルカリガラス。 The alkali-free glass according to claim 1 or 2, wherein the specific elasticity is 33 GPa · cm 3 / g or more. 請求項1〜3に記載の無アルカリガラスであって、白金坩堝で1500℃で1時間溶解した後、ガラス転移点Tg+30℃の温度で60分保持した後、1℃/分の速度で室温まで徐冷した際の泡層厚みがガラス上面から1.5mm以下である、無アルカリガラス。   The alkali-free glass according to claim 1, wherein the glass is melted at 1500 ° C. for 1 hour in a platinum crucible, held at a temperature of glass transition point Tg + 30 ° C. for 60 minutes, and then brought to room temperature at a rate of 1 ° C./minute. An alkali-free glass having a foam layer thickness of 1.5 mm or less from the upper surface of the glass when slowly cooled. 請求項1〜4に記載の無アルカリガラスであって、白金坩堝で1500℃で1時間溶解した後、ガラス転移点Tg+30℃の温度で60分保持した後、1℃/分の速度で室温まで徐冷した際のガラス上面から20mmの領域において、長径2mm以上の泡が存在しない無アルカリガラス。   5. The alkali-free glass according to claim 1, wherein the glass is melted at 1500 ° C. for 1 hour in a platinum crucible, held at a temperature of glass transition point Tg + 30 ° C. for 60 minutes, and then brought to room temperature at a rate of 1 ° C./minute. An alkali-free glass in which bubbles having a major axis of 2 mm or more do not exist in a region 20 mm from the upper surface of the glass when slowly cooled. SiO2原料の珪素源として、メディアン粒径D50が20μm〜300μm、粒径2μm以下の粒子の割合が0.3体積%以下、かつ粒径400μm以上の粒子の割合が2.5体積%以下のケイ砂を用いる、請求項1〜5のいずれかに記載の無アルカリガラスの製造方法。 As the silicon source of the SiO 2 raw material, the median particle size D 50 is 20 μm to 300 μm, the proportion of particles having a particle size of 2 μm or less is 0.3% by volume or less, and the proportion of particles having a particle size of 400 μm or more is 2.5% by volume or less. The manufacturing method of the alkali free glass in any one of Claims 1-5 using the silica sand of this.
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