CN101815680A - 玻璃板的制造方法及制造设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种玻璃板(C)的制造方法，包括：向设置在成形炉(11)内的成形体(10)供给熔融玻璃(A)，并且使熔融玻璃(A)从成形体(10)在沿铅垂方向延伸的传送路径(18)中流下，而延伸成形为板状的玻璃带(B)的成形工序；在退火炉(12)内除去玻璃带(B)的内部应变的退火工序；将玻璃带(B)在冷却室(13)内冷却到室温附近的冷却工序；将玻璃带(B)切割成规定尺寸的切割工序，其中，在冷却室(13)内设置排气路(15)，将冷却室内的空气排出到外部。

Description

玻璃板的制造方法及制造设备
技术领域
本发明涉及使熔融玻璃从成形体流下而沿铅垂方向延伸成形为玻璃带的玻璃板的制造方法及其制造设备。
背景技术
作为各种电子设备、尤其是液晶显示器等平板显示器用板玻璃的制造方法，已知有通过使熔融玻璃从成形体流下而沿铅垂方向延伸成形为玻璃带来形成玻璃板的下拉法。
下拉法具有溢流下拉法和狭缝下拉法这两种方法，尤其是溢流下拉法作为能够得到表面的起伏和粗糙度非常小且表面品质优良的玻璃板的方法广为周知。
所谓溢流下拉法是通过使向具有楔状的截面形状的成形体的顶部连续供给的熔融玻璃从成形体的顶部沿两侧面流下并在成形体的下端部熔合来形成板状的玻璃带，通过多个张紧辊夹持该玻璃带的两缘部并使其在沿铅垂方向延伸的传送路径上流下而延伸成形为玻璃带的方法。由此，玻璃带逐渐固化，成为具有规定的宽度和厚度的玻璃板。而且，严格管理传送路径内的气氛温度，由此，在充分减少玻璃板的内部应变(热应变)后，冷却到室温附近。
尤其是液晶显示器用玻璃板的情况下，即使玻璃板的内部残存微小的内部应变，也由于双折射而无法得到均质的图像，因此一直以来提出有以规定的温度斜度尽量均匀地冷却玻璃带的方法。
例如，在日本特开平5-124826号公报中公开有，由于辊轴的冷却的影响而玻璃板产生内部应变，为了防止变形而对辊进行单臂支承的情况，或者为了防止在玻璃带的传送路径内产生的热对流所引起的内部应变而对传送路径内进行水平分隔的对流防止板。
另外，在日本特开平10-53427号公报中公开有一种通过将成形炉或退火炉的内部水平分隔多个而形成多个室，使各个室具有室温调节功能而进行充分的退火，而制造内部应变少的玻璃板的方法。
另外，在日本特开2001-31435号公报中公开有一种在玻璃带的宽度方向上也形成退火炉的温度分布而抑制微小的内部应变或变形的技术。
专利文献1：日本特开平5-124826号公报
专利文献2：日本特开平10-53426号公报
专利文献3：日本特开2001-31435号公报
近年来，液晶显示器不断追求高精细、高画质，而要求所使用的玻璃板中的内部应变的最大值为1.0MPa以下。而且，液晶显示器用玻璃板的大板化快速发展，例如成形最终成为玻璃产品的部位的宽度尺寸(有效宽度)为2000mm以上的玻璃带。然而伴随着生产的玻璃板的尺寸变大而玻璃板的内部应变也有变大的倾向，从而难以将内部应变形成为1.0MPa以下。
沿玻璃带的表面上升的空气的流动(以下，称为低温空气流)成为玻璃板的内部应变的一个原因。即，在玻璃带的传送路径内，低温空气流总是沿玻璃带的表面上升，由此，退火炉内的气氛温度容易变动。在日本特开平5-139766号公报中，虽然公开有在退火炉内形成对流防止板的情况，但是由于低温空气流在玻璃带的表面附近上升，因此对流防止板无法进行充分隔断。而且若想要利用对流防止板完全防止低温空气流，则需要将玻璃带与对流防止板之间的间隔形成为非常小，从而存在玻璃带与对流防止板接触而在其表面形成损伤的担心。
发明内容
本发明鉴于上述情况，以提供一种避免伴随玻璃板的大板化而内部应变变大的问题并得到生产性优良、高品质的玻璃板的方法为技术性课题。
本发明者等为了解决上述课题而进行各种讨论的结果，发现了通过在冷却室内设置排气路来减少从冷却室流入退火炉的低温空气流的量，从而能够抑制玻璃带的传送路径内的低温空气流的上升，于是提出了本发明。
即，为了解决上述课题而提出的本发明的第一方面是一种玻璃板的制造方法，包括：向设置在成形炉内的成形体供给熔融玻璃，并且使熔融玻璃从该成形体在沿铅垂方向延伸的传送路径中流下，而延伸成形为板状的玻璃带的成形工序；在退火炉内除去该玻璃带的内部应变的退火工序；将该玻璃带在冷却室内冷却到室温附近的冷却工序；将该玻璃带切割为规定尺寸的切割工序，所述玻璃板的制造方法的特征在于，在所述冷却室内设置排气路，将冷却室内的空气排出到外部。
为了解决上述课题而提出的本发明的第二方面以第一方面所述的玻璃板的制造方法为基础，其特征在于，使冷却室内的空气通过排气路，向包围成形炉及/或退火炉的室排出。
为了解决上述课题而提出的本发明的第三方面以第一方面或第二方面所述的玻璃板的制造方法为基础，其特征在于，成形工序是利用溢流下拉法或狭缝下拉法成形玻璃带的工序。
为了解决上述课题而提出的本发明的第四方面以第一方面至第三方面中任一项所述的玻璃板的制造方法为基础，其特征在于，玻璃板的短边的长度为2000mm以上。
为了解决上述课题而提出的本发明的第五方面以第一方面至第四方面中任一项所述的玻璃板的制造方法为基础，其特征在于，玻璃板的内部应变的最大值为1.0MPa以下。
为了解决上述课题而提出的本发明的第六方面以第一方面至第五方面中任一项所述的玻璃板的制造方法为基础，其特征在于，玻璃板含有以质量百分率计SiO2 40～70％、Al2O3 2～25％、B2O30～20％、MgO 0～10％、CaO 0～15％、SrO 0～10％、BaO 0～15％、ZnO 0～10％、ZrO2 0～10％、澄清剂 0～2％的组成。
为了解决上述课题而提出的本发明的第七方面是一种玻璃板的制造设备，具备：成形炉，用于向成形体供给熔融玻璃，并且使熔融玻璃从该成形体在沿铅垂方向延伸的传送路径中流下，而延伸成形为板状的玻璃带；退火炉，用于除去该玻璃带的内部应变；冷却室，用于将该玻璃带冷却到室温附近；切割室，用于将该玻璃带切割为规定尺寸，所述玻璃板的制造设备的特征在于，所述冷却室内设有排气路。
为了解决上述课题而提出的本发明的第八方面以第七方面所述的玻璃板的制造设备为基础，其特征在于，冷却室的排气路与包围成形炉及/或退火炉的室连通。
根据本发明的第一方面，一种玻璃板的制造方法，包括：向设置在成形炉内的成形体供给熔融玻璃，并且使熔融玻璃从该成形体在沿铅垂方向延伸的传送路径中流下，而延伸成形为板状的玻璃带的成形工序；在退火炉内除去该玻璃带的内部应变的退火工序；将该玻璃带在冷却室内冷却到室温附近的冷却工序；将该玻璃带切割为规定尺寸的切割工序，其中，在所述冷却室内设置排气路，将冷却室内的空气排出到外部，因此，冷却室内的空气向玻璃带的传送路径和排气路这两方分散而排出，从而能够抑制传送路径内的低温空气流的上升。其结果，能够将退火炉内的气氛温度的变动抑制为最小限度，即使玻璃板的尺寸变大，也能够充分减少其内部应变。排气路设置在冷却室的顶部时，空气的排出效果增大，因此优选。
根据本发明的第二方面，使冷却室内的空气通过排气路，向包围成形炉及/或退火炉的室排出，因此，包围成形炉或退火炉的室的气压变高，从而抑制玻璃带的传送路径内的低温空气流的上升的效果增大。即，从冷却室上升到退火炉内的低温空气流在退火炉内被加热后，其一部分通过成形炉或退火炉的炉壁的间隙而向外部气氛漏出。然而，当升高包围成形炉或退火炉的室的气压时，抑制成形炉或退火炉的内部空气的漏出，从而抑制玻璃带的传送路径内的低温空气流的上升的效果增大。
根据本发明的第三方面，成形工序是利用溢流下拉法或狭缝下拉法成形玻璃带的工序，因此，能够效率良好地成形薄板玻璃。尤其是要得到表面品质优良的板玻璃时，与狭缝下拉法相比，优选采用溢流下拉法。此外，所谓狭缝下拉法是向具有长孔状(插槽状)的开口部的成形体供给熔融玻璃后，从成形体的开口部拉出熔融玻璃而形成板状的玻璃带，并使该玻璃带沿铅垂方向延伸成形而制造玻璃板的方法。
另外，在本发明中，在将玻璃带切割成规定长度时，可以将从冷却工序沿铅垂方向流下的玻璃带沿其宽度方向(与玻璃带的流下方向正交的方向)切割，也可以使玻璃带从铅垂方向向水平方向弯曲，使其沿水平方向移动的同时沿宽度方向切割。
根据本发明的第四方面，玻璃板的短边的长度为2000mm以上，因此，能够从一张玻璃板(原板)切出多张显示器面板用玻璃板，从而能够提高生产效率。存在一种玻璃板的尺寸越大而其内部应变也越大的倾向。其中一个理由考虑为，当玻璃板的尺寸变大时，其制造设备成为大型化，低温空气容易流入玻璃带的传送路径内，从而退火炉内的气氛温度容易变动。因此本发明在制造特别大型的玻璃板，具体来说短边为2000mm以上，优选2500mm以上，进而3000mm以上的玻璃板时有用。
根据本发明的第五方面，玻璃板的内部应变的最大值为1.0MPa以下，因此，能够防止液晶显示器的图像由于双折射而成为不均质的情况。根据本发明，由于能够将退火炉内的气氛温度的变动抑制为最小限度，因此即使玻璃板的尺寸变大，也能够抑制内部应变的产生。具体来说，能够将内部应变的最大值形成为1.0MPa以下，0.8MPa以下，进而0.7MPa以下。
根据本发明的第六方面，玻璃板含有以质量百分率计SiO2 40～70％、Al2O3 2～25％、B2O3 0～20％、MgO 0～10％、CaO 0～15％、SrO 0～10％、BaO 0～15％、ZnO 0～10％、ZrO2 0～10％、澄清剂0～2％的组成，因此，能够得到满足耐药剂性(良好的耐酸性、耐碱性、耐缓冲氟酸性(耐バツフア一ドフツ酸性))、耐热性(应变点630℃以上)、熔融性(与102.5泊的粘度相当的温度1600℃以下)、成形性(液相温度1150℃以下)、热膨胀系数(30～380℃的温度下25～45×10-7/℃)等特性且容易抑制成形后的内部应变的液晶显示器用玻璃板。
上述玻璃组成的优选理由如下所述。
SiO2是成为玻璃的网络的成分，具有降低玻璃的热膨胀系数、或减小内部应变、或提高玻璃的耐酸性、或提高玻璃的应变点而减小玻璃板的热收缩的效果。然而SiO2的含有量多时，存在玻璃的高温粘度变高、熔融性恶化且白硅石的失透未溶解物(失透ブツ)容易析出的倾向。由此SiO2的含有量为40～70％，优选50～67％，更优选57～64％。
Al2O3是降低玻璃的热膨胀系数或减小玻璃板的内部应变的成分。而且，也具有提高玻璃的应变点或抑制白硅石的失透未溶解物的析出的效果。然而，Al2O3的含有量变多时，玻璃的耐缓冲氟酸性变差或液相温度上升而难以成形。由此，Al2O3为2～25％，优选10～20％，更优选14～17％。
B2O3作为助熔剂起作用，是降低玻璃的粘性并改善熔融性的成分。而且，是降低玻璃的热膨胀系数或减小玻璃板的内部应变的成分。然而，B2O3的含有量变多时，玻璃的应变点降低，耐酸性容易恶化。由此，B2O3的含有量为0～20％，优选5～15％，更优选7.5～12％。
MgO是不使玻璃的应变点降低而仅使高温粘性降低来改善玻璃的熔融性的成分。然而，MgO的含有量变多时，玻璃中容易析出失透未溶解物。而且，在耐缓冲氟酸性下降且以缓冲氟酸处理玻璃板时，容易侵蚀其表面而附着反应生成物，从而成为白浊。由此MgO的含有量为0～10％，优选0～5％，更优选0～3.5％。
CaO是不使玻璃的应变点下降而仅使高温粘性下降来改善玻璃的熔融性的成分。然而，CaO的含有量变多时，耐缓冲氟酸性容易恶化。由此，CaO的含有量为0～15％，优选0～12％，更优选3.5～9％。
SrO是提高玻璃的耐药剂性和耐失透性的成分。然而，SrO的含有量变多时，存在玻璃的热膨胀系数容易变大而玻璃板的内部应变变大的倾向。由此，SrO的含有量为0～10％，优选0～8％，更优选0.5以上～8％。
BaO是与SrO同样地提高玻璃的耐药剂性和耐失透性的成分。然而，BaO的含有量变多时，存在玻璃的密度或热膨胀系数变大、或者熔融性显著恶化的倾向。由此，BaO为0～15％，优选0～10％，更优选0～8％。
ZnO是改善玻璃的耐缓冲氟酸性或熔融性的成分，但是其含有量变多时，玻璃的耐失透性或应变点容易下降。由此，ZnO的含有量为0～10％，优选0～5％，更优选0～1％。
ZrO2是提高玻璃的应变点的成分，但是其含有量变多时，玻璃的密度显著上升，或ZrO2引起的失透物容易析出。由此，ZrO2的含有量为0～10％，优选O～7％，更优选0～5％。
作为澄清剂，能够使用As2O3、Sb2O3、SnO2、SO3、F、Cl等直到2％为止。其中，由于As2O3和Sb2O3是环境负荷物质因此尽量避免使用，这种情况下，优选含有0.01～2％的SnO2。
另外，在本发明中，除上述成分以外，例如，以降低玻璃的液相温度而提高成形性为目的，能够分别含有Y2O3、La2O3、Nb2O3、P2O5直到3％为止。其中，当含有Na2O、K2O、Li2O等碱金属氧化物(R2O)时，有液晶显示器玻璃板上形成的各种膜或TFT元件的特性变差的担心，因此尽量避免含有所述成分。具体来说，应该将R2O限制为O.1％以下。
根据本发明的第七方面，一种玻璃板的制造设备，具备：成形炉，用于向成形体供给熔融玻璃，并且使熔融玻璃从该成形体在沿铅垂方向延伸的传送路径中流下，而延伸成形为板状的玻璃带；退火炉，用于除去该玻璃带的内部应变；冷却室，用于将该玻璃带冷却到室温附近；切割室，用于将该玻璃带切割为规定尺寸，其中，所述冷却室内设有排气路，因此，冷却室内的空气向玻璃带的传送路径和排气路这两方分散而排出，从而能够抑制传送路径内的低温空气流的上升。其结果，能够将退火炉内的气氛温度的变动抑制为最小限度，即使玻璃板的尺寸变大，也能够充分减少其内部应变。
根据本发明的第八方面，冷却室的排气路与包围成形炉及/或退火炉的室连通，因此冷却室的空气流入包围成形炉或退火炉的室，这些室内的气压变高，从而炉内的内部空气难以通过成形炉或退火炉的炉壁的间隙而向外部漏出。其结果，抑制玻璃带的传送路径内的低温空气流的上升的效果增大。
附图说明
图1是示出本发明的玻璃板的制造设备的简要主视图。
图2是示出比较例的玻璃板的制造设备的简要主视图。
符号说明：
10  成形体
11  成形炉
11a  成形炉的炉壁
12  退火炉
12a  退火炉的炉壁
13  冷却室
14  切割室
15  排气路
16  成形室
17  周壁部
18  传送路径
19  冷却辊(轧边辊)
20  张紧辊(退火辊)
21  支承辊
22  空气流通孔
A  熔融玻璃
B  玻璃带
C  玻璃板
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。
图1是示出本发明的玻璃板的制造设备的简要主视图。该制造设备是用于通过溢流下拉法来制造液晶显示器用的玻璃板(玻璃基板)的设备，从上方依次具备：成形炉11，其使向具有楔状的截面形状的成形体10供给的熔融玻璃A从顶部溢出，并且在其下端部熔合，由此成形玻璃带B；退火炉12，其用于在使玻璃带B退火，同时，除去其内部应变；冷却室13，其使退火的玻璃带B充分冷却；切割室14，其将冷却后的玻璃带B切割成规定尺寸。而且，在冷却室13的顶部设有排气路15，成形炉11和退火炉12由成形室16包围，冷却室13和成形室16由排气路15连通。所述上下方向相邻的冷却室13、切割室14及成形室16由具有气密性的周壁部17包围，成形炉11、退火炉12、冷却室13及切割室14由使玻璃带B流下的传送路径18进行连通。而且，在切割室14内另外设置有用于向图外的后续工序(例如端面研磨工序等)传送玻璃板C的传送路径。
接下来，说明上述玻璃板的制造设备所进行的玻璃板的制造工序。
在该制造设备中，首先，向设置在成形炉11内的成形体10的顶部供给熔融玻璃A，使该熔融玻璃A从成形体10的顶部溢出并在其下端部熔合而成形板状的玻璃带B。在成形体10的附近设置一对冷却辊(轧边辊)19，玻璃带B由该冷却辊19夹持两缘部，而将宽度方向的收缩抑制为最小限度。
接下来，通过使该成形后的玻璃带B在退火炉12内退火而除去内部应变。在退火炉12中沿铅垂方向配置有多对张紧辊(退火辊)20，通过张紧辊20沿宽度方向拉伸的同时向下方牵引，以使玻璃带B不会由于表面张力等而在宽度方向上收缩。而且，退火炉12内通过加热器(未图示)设定为规定的温度斜度，玻璃带B随着在退火炉12内流下而温度慢慢降低，由此除去内部应变。
在退火炉12的下方的冷却室13内配置有多对支承辊21，将固化成规定的宽度和厚度的玻璃带B向下方牵引。玻璃带B在冷却室13内被冷却到大致室温为止。而且，冷却室13内的空气流入退火炉12和排气路15这双方，流入排气路15的空气流入成形室16内。由此，流入退火炉12内的空气的量减少，从而能够抑制玻璃带的传送路径18内的低温空气流的上升。
在冷却室13内被冷却到室温附近的玻璃带在切割室14内被切割成规定尺寸的玻璃板C后，向后续工序传送。
使用上述的玻璃板的制造设备，成形具有以质量％计SiO2 60％、Al2O3 15％、B2O3 10％、CaO 6％、SrO 6％、BaO 2％、澄清剂 1％的组成的液晶显示器用玻璃板(日本电气硝子株式会社制OA-10)。
得到的玻璃板的尺寸为2360×2030×0.7mm，测定该玻璃板的最大应变为0.8MPa。
另外，图2是示出比较例的玻璃板的制造设备的简要主视图，该设备在冷却室13内未设置排气路，而其它的结构与图1的设备相同。使用该图2得设备，在与上述实施方式相同的条件下制作玻璃板，测定该玻璃板的最大应变为1.1MPa。
从以上情况可知，实施方式产生的玻璃板与比较例产生的玻璃板相比，最大应变变小，由此可知，通过设置从冷却室连通到包围退火炉的室的排气路，能得到降低玻璃板的内部应变的效果。
在此，玻璃板的最大应变是通过使用UNIOPT(ユニオプト)社制的应变计而利用光外差干涉法，根据玻璃板的双折射量测定应变应力而求出的值。求出玻璃板的最大应变的理由是，即使玻璃板中仅存在一处强应变，也不满足液晶显示器用玻璃板的产品规格。
此外，本发明并不局限于上述的实施方式，只要在不脱离本发明的主要内容的范围内，就还能够以各种方式来实施。
例如，在上述实施方式中，说明了将本发明适用于由溢流下拉法进行的玻璃板的制造中的情况，但是除此之外，也能够将本发明同样适用于由例如狭缝下拉法进行的玻璃板的制造中。
另外，在实施方式中，说明了成形炉和退火炉由一个室(成形室)包围的情况，但是成形炉和退火炉也可以分别由不同的室(例如成形室和退火室)包围。这种情况下，冷却室的排气路与退火室连通。
此外，在实施方式中，说明了将排气路与退火炉接近设置的情况，但是也可以远离退火炉设置。而且，排气路的形状或尺寸根据冷却室或退火炉的尺寸等适当设定即可。
产业上的可利用性
本发明的玻璃板的制造方法及制造设备以液晶显示器用玻璃板为首，能够使用在等离子显示器、有机EL等电致发光显示器，场致发射显示器等各种平板显示器中使用的玻璃板、或作为用于形成各种电子显示功能元件或薄膜的基材而使用的玻璃板的制造中。

Claims (8)

1.一种玻璃板的制造方法，包括：
向设置在成形炉内的成形体供给熔融玻璃，并且使熔融玻璃从该成形体在沿铅垂方向延伸的传送路径中流下，而延伸成形为板状的玻璃带的成形工序；在退火炉内除去该玻璃带的内部应变的退火工序；将该玻璃带在冷却室内冷却到室温附近的冷却工序；将该玻璃带切割为规定尺寸的切割工序，所述玻璃板的制造方法的特征在于，
在所述冷却室内设置排气路，将冷却室内的空气排出到外部。
2.根据权利要求1所述的玻璃板的制造方法，其特征在于，
使冷却室内的空气通过排气路，向包围成形炉及/或退火炉的室排出。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃板的制造方法，其特征在于，
成形工序是利用溢流下拉法或狭缝下拉法成形玻璃带的工序。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的玻璃板的制造方法，其特征在于，
玻璃板的短边的长度为2000mm以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的玻璃板的制造方法，其特征在于，
玻璃板的内部应变的最大值为1.0MPa以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的玻璃板的制造方法，其特征在于，
玻璃板含有以质量百分率计SiO2 40～70％、Al2O32～25％、B2O3 0～20％、MgO 0～10％、CaO 0～15％、SrO 0～10％、BaO 0～15％、ZnO 0～10％、ZrO2 0～10％、澄清剂 0～2％的组成。
7.一种玻璃板的制造设备，具备：
成形炉，用于向成形体供给熔融玻璃，并且使熔融玻璃从该成形体在沿铅垂方向延伸的传送路径中流下，而延伸成形为板状的玻璃带；退火炉，用于除去该玻璃带的内部应变；冷却室，用于将该玻璃带冷却到室温附近；切割室，用于将该玻璃带切割为规定尺寸，所述玻璃板的制造设备的特征在于，
所述冷却室内设有排气路。
8.根据权利要求7所述的玻璃板的制造设备，其特征在于，
冷却室的排气路与包围成形炉及/或退火炉的室连通。
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