CN107428581A - 玻璃衬底的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种能够减小玻璃衬底板厚偏差的玻璃衬底的制造方法。玻璃衬底的制造方法具备成形步骤、搬送步骤、获取步骤以及控制步骤。成形步骤是向形成在成形体上表面的供给槽供给熔融玻璃,使从供给槽溢出的熔融玻璃沿着成形体的两侧面流下,并使沿两侧面流下的熔融玻璃在成形体的下端合流而成形玻璃带。搬送步骤是将玻璃带一边朝下方搬送,一边缓冷。获取步骤是获取与成形体形状相关的形状数据。控制步骤是根据形状数据,以玻璃带宽度方向的板压偏差变小的方式,使用设置在成形体上方的温度调整机构来控制温度分布。温度分布是与成形体上表面接触的熔融玻璃的温度在成形体的供给槽的长度方向的分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃衬底的制造方法。
背景技术
用于液晶显示器及等离子体显示器等平板显示器(FPD)的玻璃衬底被要求表面具有高平坦度。通常,这种玻璃衬底是利用溢流下拉法制造。在溢流下拉法中,如专利文献1(美国专利第3,338,696号)记载,流入至成形体上表面的槽并从槽溢出的熔融玻璃沿着成形体的两侧面流下,并在成形体的下端合流而成形玻璃带。所成形的玻璃带一边朝下方被拉伸,一边进行缓冷。将经冷却的玻璃带切断为特定尺寸而获得玻璃衬底。
发明内容
[发明要解决的问题]
在溢流下拉法中,成形体设置在成形炉内的高温氛围下。另外,成形体上被施加有基于自身重量及熔融玻璃重量的荷重。因此,通过玻璃衬底制造装置的长年运转,成形体根据成形体材质的热蠕变特性而逐渐蠕变变形。尤其是,成形体的长度方向中央部容易因蠕变变形朝下方下垂而挠曲。结果存在如下问题:从成形体中央部溢出的熔融玻璃的量比从成形体两端部溢出的熔融玻璃的量多,所成形的玻璃带的宽度方向中央部的厚度增加,而导致作为最终产品的玻璃衬底的板厚偏差增加。
如果玻璃衬底的板厚偏差变大,那么不只是1片玻璃衬底内的厚度偏差会变大,多片玻璃衬底之间的厚度偏差也会变大,从而导致玻璃衬底的品质变得不稳定。在显示器用面板的制造步骤中,1片玻璃衬底内的厚度偏差有时可利用TFT(Thin Film Transistor,薄膜晶体管)配线等的图案形状的修正来应对。但是,多片玻璃衬底之间的厚度偏差则难以利用图案形状的修正来应对。另外,在高精细显示器用玻璃衬底形成比以往更细线化及高密度化的图案,因此,即便具有在以往的显示器用玻璃衬底中不被视作问题的程度的板厚偏差,也有产品品质产生问题的担忧。
另外,在使用液相温度高的玻璃及应变点高的玻璃的玻璃衬底的制造步骤中,成形体的蠕变变形因成形体的温度容易变高而尤其成为问题。另外,近年来,玻璃衬底的大型化进展,成形体的长度方向尺寸变长至超过3000mm的程度,因此,有因蠕变变形引起的成形体的挠曲变得更显著的倾向。
因此,本发明的目的在于提供一种能够使玻璃衬底的板厚偏差减小的玻璃衬底的制造方法。
[解决问题的技术手段]
本发明的玻璃衬底的制造方法具备成形步骤、搬送步骤、获取步骤以及控制步骤。成形步骤是向形成在成形体上表面的供给槽供给熔融玻璃,使从供给槽溢出的熔融玻璃沿着成形体的两侧面流下,并使沿两侧面流下的熔融玻璃在成形体的下端合流而成形玻璃带。搬送步骤是将在成形步骤中成形的玻璃带一边朝下方搬送,一边缓冷。获取步骤是获取与成形体的形状相关的形状数据。控制步骤是根据在获取步骤中获取的形状数据,以玻璃带宽度方向的板压偏差变小的方式,使用设置在成形体上方的温度调整机构来控制温度分布。温度分布是与成形体的上表面接触的熔融玻璃的温度在成形体的供给槽的长度方向的分布。
另外,在本发明的玻璃衬底的制造方法中,获取步骤优选获取成形体的基于蠕变变形的形状数据。
另外,在本发明的玻璃衬底的制造方法中,获取步骤优选至少获取成形体上表面的铅垂方向的位移量作为形状数据。在该情况下,控制步骤优选根据长度方向上的位移量的分布即形状分布来控制温度分布。
另外,在本发明的玻璃衬底的制造方法中,控制步骤优选以形状分布的位移量越大则对应的温度分布的温度越高的方式控制温度分布。
另外,在本发明的玻璃衬底的制造方法中,获取步骤优选通过利用计算机模拟求出形状的时间变化来获取形状数据。
另外,在本发明的玻璃衬底的制造方法中,获取步骤优选根据在搬送步骤中朝下方搬送并缓冷后的玻璃衬底的厚度来获取形状数据。
另外,在本发明的玻璃衬底的制造方法中,温度调整机构优选具有沿着长度方向设置的多个发热体。
另外,在本发明的玻璃衬底的制造方法中,发热体优选在内部具有供冷却用流体流动的空间且具有在与长度方向正交的方向上延伸的棒形状的陶瓷加热器。
[发明的效果]
本发明的玻璃衬底的制造方法能够使玻璃衬底的板厚偏差减小。
附图说明
图1是实施方式的玻璃衬底的制造方法的流程图。
图2是玻璃衬底的制造装置的示意图。
图3是成形装置的前视图。
图4是成形装置的侧视图。
图5是成形装置的上部成形空间附近的前视图。
图6是成形装置的上部成形空间附近的侧视图。
图7是控制装置的框图。
图8是由获取部所获取的成形体的形状数据的一例。
图9是成形体的应变速度依存于温度的变化的曲线图的一例。
图10是成形体的应变速度依存于应力的变化的曲线图的一例。
具体实施方式
(1)玻璃衬底的制造装置的构成
针对本发明的玻璃衬底的制造方法的实施方式,一边参照附图,一边进行说明。图1是表示本实施方式的玻璃衬底的制造方法的一例的流程图。
如图1所示,本实施方式的玻璃衬底的制造方法主要包括熔解步骤S1、澄清步骤S2、搅拌步骤S3、成形步骤S4、冷却步骤S5以及切断步骤S6。
在熔解步骤S1中,对玻璃原料进行加热而获得熔融玻璃。熔融玻璃是贮存在熔解槽,以具有期望温度的方式被通电加热。在玻璃原料中添加澄清剂。从降低环境负荷的观点来看,可使用SnO2作为澄清剂。
在澄清步骤S2中,在熔解步骤S1中获得的熔融玻璃在澄清管的内部流动而将熔融玻璃中所含的气体去除,由此,将熔融玻璃澄清。首先,在澄清步骤S2中,使熔融玻璃的温度上升。熔融玻璃中添加的澄清剂是利用升温引起还原反应而释放氧。熔融玻璃中所含的包含CO2、N2、SO2等气体成分的泡吸收利用澄清剂的还原反应所产生的氧。吸收氧而成长的泡上浮至熔融玻璃的液面,破裂而消失。消失的泡中所含的气体释放至澄清管内部的气相空间,并排出至外部大气。其次,在澄清步骤S2中,使熔融玻璃的温度降低。由此,经还原的澄清剂引起氧化反应而吸收熔融玻璃中残留的氧等气体成分。
在搅拌步骤S3中,对已在澄清步骤S2中被去除气体的熔融玻璃进行搅拌,而使熔融玻璃的成分均质化。由此,减少导致出现玻璃衬底脉理等的熔融玻璃的组成不均。
在成形步骤S4中,使用溢流下拉法,从在搅拌步骤S3中被均质化的熔融玻璃连续地成形玻璃带。
在冷却步骤S5中,将在成形步骤S4中成形的玻璃带一边朝下方搬送,一边冷却。在冷却步骤S5中,以玻璃带不产生应变及翘曲的方式,一边调节玻璃带的温度,一边使玻璃带逐渐冷却。
在切断步骤S6中,将在冷却步骤S5中冷却后的玻璃带切断为特定尺寸而获得玻璃衬底。然后,进行玻璃衬底端面的研削及研磨、以及玻璃衬底的清洗。然后,检查有无玻璃衬底的划痕等缺陷,并将检查合格的玻璃衬底捆包而作为产品出货。
图2是表示本实施方式的玻璃衬底制造装置1的一例的示意图。玻璃衬底制造装置1具备熔解槽10、澄清管20、搅拌装置30、成形装置40以及移送管50a、50b、50c。移送管50a将熔解槽10与澄清管20连接。移送管50b将澄清管20与搅拌装置30连接。移送管50c将搅拌装置30与成形装置40连接。
在熔解步骤S1中在熔解槽10中所获得的熔融玻璃2是通过移送管50a流入至澄清管20。在澄清步骤S2中在澄清管20澄清后的熔融玻璃2是通过移送管50b流入至搅拌装置30。在搅拌步骤S3中在搅拌装置30搅拌后的熔融玻璃2是通过移送管50c流入至成形装置40。在成形步骤S4中,利用成形装置40从熔融玻璃2连续地成形玻璃带3。在冷却步骤S5中,将玻璃带3一边朝下方搬送,一边冷却。在切断步骤S6中,将经冷却的玻璃带3切断为特定大小而获得玻璃衬底。玻璃衬底的宽度例如为500mm~3500mm,长度例如为500mm~3500mm。玻璃衬底的厚度例如为0.2mm~0.8mm。
利用玻璃衬底制造装置1制造的玻璃衬底尤其适合用作液晶显示器、等离子体显示器、有机EL(electroluminescence,电致发光)显示器等平板显示器(FPD)用玻璃衬底。作为FPD用玻璃衬底,使用无碱玻璃、含微量碱的玻璃、低温多晶硅(LTPS)用玻璃或氧化物半导体用玻璃。作为高精细显示器用玻璃衬底,使用高温时具有高粘性及高应变点的玻璃。例如,成为高精细显示器用玻璃衬底的原料的玻璃是在1500℃具有102.5泊的粘性。
在熔解槽10,使玻璃原料熔解,而获得熔融玻璃2。玻璃原料是以能够获得具有期望组成的玻璃衬底的方式制备。作为玻璃衬底的组成的一例,适合作为FPD用玻璃衬底的无碱玻璃含有SiO2:50质量%~70质量%、Al2O3:10质量%~25质量%、B2O3:1质量%~18质量%、MgO:0质量%~10质量%、CaO:0质量%~20质量%、SrO:0质量%~20质量%、BaO:0质量%~10质量%。此处,MgO、CaO、SrO及BaO的含量合计为5质量%~30质量%。
另外,作为FPD用玻璃衬底,也可使用含微量碱的玻璃,该玻璃含有微量碱金属。含微量碱的玻璃包含0.1质量%~0.5质量%的R'2O,优选包含0.2质量%~0.5质量%的R'2O。此处,R'是选自Li、Na及K中的至少1种。R'2O的含量合计也可小于0.1质量%。
另外,利用玻璃衬底制造装置1制造的玻璃衬底可还含有SnO2:0.01质量%~1质量%(优选0.01质量%~0.5质量%)、Fe2O3:0质量%~0.2质量%(优选0.01质量%~0.08质量%)。此外,从降低环境负荷的观点来看,利用玻璃衬底制造装置1制造的玻璃衬底实质上不含有As2O3、Sb2O3及PbO。
以具有所述组成的方式制备的玻璃原料是使用原料投入机(未图示)投入至熔解槽10。原料投入机可使用螺旋送料机进行玻璃原料的投入,也可使用铲斗进行玻璃原料的投入。在熔解槽10,玻璃原料是被加热至与其组成等对应的温度而熔解。在熔解槽10,例如,获得1500℃~1600℃的高温熔融玻璃2。在熔解槽10,可通过在利用钼、铂或氧化锡等成形的至少1对电极间流通电流而将电极间的熔融玻璃2通电加热,另外,也可除通电加热以外,利用燃烧器的火焰辅助加热玻璃原料。
在熔解槽10中所获得的熔融玻璃2是从熔解槽10通过移送管50a流入至澄清管20。澄清管20及移送管50a、50b、50c是铂制或铂合金制管。在澄清管20,与熔解槽10同样地设置有加热机构。在澄清管20,将熔融玻璃2进一步升温而澄清。例如,在澄清管20,熔融玻璃2的温度上升至1500℃~1700℃。
在澄清管20中澄清后的熔融玻璃2是从澄清管20通过移送管50b流入至搅拌装置30。熔融玻璃2在通过移送管50b时冷却。在搅拌装置30,以比通过澄清管20的熔融玻璃2的温度低的温度对熔融玻璃2进行搅拌。例如,在搅拌装置30中,熔融玻璃2的温度为1250℃~1450℃,熔融玻璃2的粘度为500泊~1300泊。熔融玻璃2是在搅拌装置30中进行搅拌而均质化。
在搅拌装置30中经均质化的熔融玻璃2是从搅拌装置30通过移送管50c流入至成形装置40。熔融玻璃2在通过移送管50c时,以具有适于成形熔融玻璃2的粘度的方式冷却。例如,熔融玻璃2冷却至1200℃附近。
在成形装置40,利用溢流下拉法从熔融玻璃2成形玻璃带3。其次,对成形装置40的详细构成及动作进行说明。
(2)成形装置的构成
图3是成形装置40的前视图。图3表示沿着与利用成形装置40成形的玻璃带3的表面垂直的方向观察下的成形装置40。图4是成形装置40的侧视图。图4表示沿着与利用成形装置40成形的玻璃带3的表面平行的方向观察下的成形装置40。
成形装置40具有被由耐火砖等耐火物构成的炉壁42包围的空间。该空间是从熔融玻璃2成形玻璃带3并将玻璃带3冷却的空间。该空间包括上部成形空间60、下部成形空间70及缓冷空间80这3个空间。图5是成形装置40的上部成形空间60附近的前视图。图6是成形装置40的上部成形空间60附近的侧视图。
成形步骤S4是在上部成形空间60进行。冷却步骤S5是在下部成形空间70及缓冷空间80进行。上部成形空间60是供从搅拌装置30经由移送管50c供给至成形装置40的熔融玻璃2成形为玻璃带3的空间。下部成形空间70是上部成形空间60下方的空间,且为供玻璃带3急冷至玻璃缓冷点附近的空间。缓冷空间80是下部成形空间70下方的空间,且为供玻璃带3逐渐冷却的空间。
成形装置40主要包括成形体62、多个发热体48、上部间隔部件64、冷却辊72、温度调节单元74、下部间隔部件76、下拉辊82a~82g、加热器84a~84g、隔热部件86、切断装置98以及控制装置91。其次,对成形装置40的各构成要素进行说明。
(2-1)成形体
成形体62设置在上部成形空间60。成形体62用于使熔融玻璃2溢流而成形玻璃带3。如图4所示,成形体62具有类似于楔形的五边形截面形状。成形体62的截面形状的尖端相当于成形体62的下端62a。成形体62为耐火砖制。
在成形体62的上表面62c,沿着成形体62的长度方向形成有供给槽62b。在成形体62的长度方向的端部,安装有与供给槽62b连通的移送管50c。供给槽62b是以随着从与移送管50c连通的一端部朝向另一端部而逐渐变浅的方式形成。以下,如图3所示,将成形体62的长度方向的一对端部中的与移送管50c连通侧的端部称为第1端部62d1,将其相反侧的端部称为第2端部62d2。此外,在成形体62的第2端部62d2,设置有用来阻断供给槽62b中熔融玻璃2的流动的铂制导件(未图示)。
从搅拌装置30送至成形装置40的熔融玻璃2是经由移送管50c流入至成形体62的供给槽62b。熔融玻璃2是在供给槽62b中从第1端部62d1朝向第2端部62d2流动。从成形体62的供给槽62b溢流的熔融玻璃2是沿着成形体62的两侧面流下,并在成形体62的下端62a附近合流。合流的熔融玻璃2利用重力沿铅垂方向落下而成形为板状。由此,在成形体62的下端62a附近连续地成形玻璃带3。所成形的玻璃带3是沿上部成形空间60流下后,在下部成形空间70及缓冷空间80一边冷却,一边朝下方被搬送。刚在上部成形空间60成形后的玻璃带3的温度为1100℃以上,粘度为25000泊~350000泊。例如,在制造高精细显示器用玻璃衬底的情况下,利用成形体62成形的玻璃带3的应变点为655℃~750℃,优选680℃~730℃,在成形体62的下端62a附近融合的熔融玻璃2的粘度为25000泊~100000泊,优选32000泊~80000泊。
(2-2)发热体
如图5及图6所示,在成形体62的上方设置有顶板44。顶板44是包含碳化硅的板状部件。顶板44固定在炉壁42。顶板44划分顶板44上方的上部温度控制空间46与顶板44下方的上部成形空间60。上部温度控制空间46是由炉壁42及顶板44包围的空间。如图5所示,在上部温度控制空间46,沿着成形体62的长度方向等间隔地配置有多个发热体48。
发热体48是包含碳化硅的多孔质的陶瓷加热器。发热体48是利用通电而发热的棒状部件。如图6所示,发热体48是沿着与成形体62的长度方向正交且与铅垂方向正交的方向配置。各发热体48连接于个别的电源,各发热体48的输出可个别地进行控制。发热体48是利用辐射来加热顶板44。由发热体48加热后的顶板44利用辐射对与成形体62的上表面62c接触的熔融玻璃2进行加热。
如图5及图6所示,发热体48在内部具有冷却通路48a。冷却通路48a沿着发热体48的长度方向形成。冷却通路48a是供用来将发热体48冷却的流体即冷却流体流动的空间。冷却流体例如为空气。各发热体48的冷却通路48a连接于个别的冷却流体供给装置,冷却通路48a中的冷却流体的流量可个别地进行控制。在冷却流体为空气的情况下,冷却流体供给装置为空气泵。此外,从抑制炉壁42、顶板44及发热体48等的因氧化引起的劣化的观点来说,在使玻璃衬底制造装置1持续3年以上长时间运转的情况下,优选使用氮气等惰性气体作为冷却流体。
控制装置91可通过控制发热体48的输出以及发热体48的冷却通路48a中的冷却流体的流量来控制从发热体48辐射的热量。控制装置91可通过提高发热体48的输出或者减少冷却通路48a中的冷却流体的流量来使发热体48的辐射热量增加而调整顶板44的温度。另外,控制装置91可通过降低发热体48的输出或者增加冷却通路48a中的冷却流体的流量来使发热体48的辐射热量减少而调整顶板44的温度。另外,通过停止发热体48的输出并增加冷却通路48a中的冷却流体的流量,可使发热体48附近的氛围温度降低,而利用对流热传导调整顶板44的温度。控制装置91是通过个别地控制各发热体48的辐射热量以及个别地调整冷却通路48a中的冷却流体的流量来管理顶板44的温度分布,对接受来自顶板44的辐射热的与成形体62的上表面62c接触的熔融玻璃2的温度分布进行控制。温度分布是成形体62的长度方向的温度分布。
(2-3)上部间隔部件
上部间隔部件64是设置在成形体62的下端62a附近的一对板状的隔热部件。如图4所示,上部间隔部件64是配置在玻璃带3的厚度方向两侧。上部间隔部件64是将上部成形空间60与下部成形空间70间隔开,而抑制热从上部成形空间60向下部成形空间70迁移。
(2-4)冷却辊
冷却辊72是设置在下部成形空间70的悬臂式辊。冷却辊72设置在上部间隔部件64的正下方。如图3所示,冷却辊72配置在玻璃带3的宽度方向两侧部。如图4所示,冷却辊72配置在玻璃带3的厚度方向两侧。玻璃带3是在其宽度方向的两侧部由冷却辊72夹持。冷却辊72是将从上部成形空间60送来的玻璃带3冷却。
在下部成形空间70,玻璃带3的宽度方向的两侧部分别由两对冷却辊72夹着。通过将冷却辊72朝向玻璃带3的两侧部的表面压抵,而使冷却辊72与玻璃带3的接触面积变大,有效率地进行冷却辊72对玻璃带3的冷却。冷却辊72是对玻璃带3赋予和下述下拉辊82a~82g将玻璃带3朝下方拉伸的力对抗的力。此外,由冷却辊72的旋转速度与配置在最上方的下拉辊82a的旋转速度的差决定玻璃带3的厚度。
冷却辊72在内部具有空冷管。冷却辊72是利用空冷管而始终冷却。冷却辊72是通过夹住玻璃带3的宽度方向两侧部而与玻璃带3接触。由此,热从玻璃带3传递至冷却辊72,因此,使玻璃带3的宽度方向两侧部冷却。与冷却辊72接触而冷却后的玻璃带3的宽度方向两侧部的粘度例如为109.0泊以上。
冷却辊72与玻璃带3之间的接触荷重可由控制装置91控制。接触荷重例如通过使用弹簧调整冷却辊72的位置而进行控制。接触荷重越大,冷却辊72压抵玻璃带3的力越强。
(2-5)温度调节单元
温度调节单元74设置在下部成形空间70。温度调节单元74设置在上部间隔部件64的下方且下部间隔部件76的上方。
在下部成形空间70,将玻璃带3冷却到玻璃带3的宽度方向中心部的温度降低至缓冷点附近为止。温度调节单元74是对在下部成形空间70冷却的玻璃带3的温度进行调节。温度调节单元74是将玻璃带3加热或冷却的单元。如图3所示,温度调节单元74包括中心部冷却单元74a及侧部冷却单元74b。中心部冷却单元74a是对玻璃带3的宽度方向中心部的温度进行调节。侧部冷却单元74b是对玻璃带3的宽度方向两侧部的温度进行调节。此处,玻璃带3的宽度方向中心部是指夹在玻璃带3的宽度方向两侧部之间的区域。
在下部成形空间70,如图3所示,多个中心部冷却单元74a及多个侧部冷却单元74b分别沿着玻璃带3流下的方向即铅垂方向配置。中心部冷却单元74a是以与玻璃带3的宽度方向中心部的表面对向的方式配置。侧部冷却单元74b是以与玻璃带3的宽度方向两侧部的表面对向的方式配置。
温度调节单元74是由控制装置91控制。各中心部冷却单元74a及各侧部冷却单元74b可由控制装置91独立控制。
(2-6)下部间隔部件
下部间隔部件76是设置在温度调节单元74下方的一对板状的隔热部件。如图4所示,下部间隔部件76设置在玻璃带3的厚度方向两侧。下部间隔部件76是将下部成形空间70与缓冷空间80在铅垂方向上间隔开,而抑制热从下部成形空间70向缓冷空间80迁移。
(2-7)下拉辊
下拉辊82a~82g是设置在缓冷空间80的悬臂式辊。在缓冷空间80,从上方朝向下方隔开间隔配置有下拉辊82a、下拉辊82b、…、下拉辊82f以及下拉辊82g。下拉辊82a配置在最上方,下拉辊82g配置在最下方。
如图3所示,下拉辊82a~82g分别配置在玻璃带3的宽度方向两侧部。如图4所示,下拉辊82a~82g分别配置在玻璃带3的厚度方向两侧。也就是说,玻璃带3的宽度方向两侧部是从上方朝向下方由两对下拉辊82a、两对下拉辊82b、…、两对下拉辊82f以及两对下拉辊82g夹着。
下拉辊82a~82g是一边夹住通过下部成形空间70的玻璃带3的宽度方向两端部,一边进行旋转,由此,将玻璃带3朝铅垂方向下方下拉。也就是说,下拉辊82a~82g是用来将玻璃带3朝下方搬送的辊。
各下拉辊82a~82g的角速度可由控制装置91独立控制。下拉辊82a~82g的角速度越大,将玻璃带3朝下方搬送的速度越大。
(2-8)加热器
加热器84a~84g设置在缓冷空间80。如图4所示,在缓冷空间80,从上方朝向下方隔开间隔配置有加热器84a、加热器84b、…、加热器84f以及加热器84g。加热器84a~84g分别配置在玻璃带3的厚度方向两侧。下拉辊82a~82g分别配置在加热器84a~84g与玻璃带3之间。
加热器84a~84g是朝向玻璃带3的表面辐射热而加热玻璃带3。通过使用加热器84a~84g,可对在缓冷空间80朝下方搬送的玻璃带3的温度进行调节。由此,加热器84a~84g可在玻璃带3的搬送方向上在玻璃带3形成特定的温度分布。
各加热器84a~84g的输出可由控制装置91独立控制。另外,加热器84a~84g也可沿着玻璃带3的宽度方向分割为多个加热器次单元(未图示),且各加热器次单元的输出可由控制装置91独立控制。在该情况下,各加热器84a~84g可通过根据玻璃带3的宽度方向的位置使发热量变化而在玻璃带3的宽度方向形成特定的温度分布。
此外,在各加热器84a~84g的附近,设置有测定缓冷空间80的氛围温度的热电偶(未图示)。热电偶例如对玻璃带3的宽度方向中心部附近的氛围温度与两侧部附近的氛围温度进行测定。加热器84a~84g也可根据由热电偶测定的缓冷空间80的氛围温度进行控制。
(2-9)隔热部件
隔热部件86设置在缓冷空间80。隔热部件86是设置在沿着玻璃带3的搬送方向相邻的两个下拉辊82a~82g之间的高度位置。如图4所示,隔热部件86是在玻璃带3的厚度方向两侧水平配置的一对隔热板。隔热部件86是将缓冷空间80在铅垂方向上间隔开,从而抑制缓冷空间80中的铅垂方向的热迁移。
隔热部件86是以不与朝下方搬送的玻璃带3接触的方式设置。另外,隔热部件86是以可调整至玻璃带3表面的距离的方式设置。由此,隔热部件86抑制隔热部件86上方的空间与隔热部件86下方的空间之间的热迁移。
(2-10)切断装置
切断装置98设置在缓冷空间80下方的空间。切断装置98是将通过缓冷空间80的玻璃带3每隔特定尺寸沿着玻璃带3的宽度方向切断。通过缓冷空间80的玻璃带3是冷却至室温附近的平坦的玻璃带3。
切断装置98是以特定的时间间隔将玻璃带3切断。由此,在玻璃带3的搬送速度固定的情况下,量产具有与最终产品接近的尺寸的玻璃衬底。
(2-11)控制装置
控制装置91是主要包括CPU(Central Processing Unit,中央处理器)、RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory,只读存储器)及硬盘等的计算机。图7是控制装置91的框图。如图7所示,控制装置91是与冷却辊驱动马达172、温度调节单元74、下拉辊驱动马达182、加热器84a~84g、发热体48以及切断装置驱动马达198连接。冷却辊驱动马达172是用来控制冷却辊72的位置及旋转速度等的马达。下拉辊驱动马达182是用来独立地控制各下拉辊82a~82g的位置及旋转速度等的马达。切断装置驱动马达198是用来控制切断装置98将玻璃带3切断的时间间隔等的马达。控制装置91存储有用来获取各构成要素的状态且控制各构成要素的程序。
控制装置91可控制冷却辊驱动马达172而获取并调节夹住玻璃带3的宽度方向侧部的一对冷却辊72与玻璃带3之间的接触荷重。控制装置91可控制下拉辊驱动马达182而获取旋转着的各下拉辊82a~82g的转矩并调节各下拉辊82a~82g的角速度。控制装置91可获取并调节温度调节单元74的输出以及各加热器84a~84g的输出。控制装置91是个别地控制各发热体48的辐射热量。控制装置91可控制切断装置驱动马达198而获取并调节切断装置98将玻璃带3切断的时间间隔等。
(3)成形装置的动作
在上部成形空间60,从搅拌装置30经由移送管50c送至成形装置40的熔融玻璃2是供给至形成在成形体62的上表面62c的供给槽62b。从成形体62的供给槽62b溢流的熔融玻璃2是沿着成形体62的两侧面流下,并在成形体62的下端62a的附近合流。在成形体62的下端62a的附近,从合流后的熔融玻璃2连续地成形玻璃带3。所成形的玻璃带3被送至下部成形空间70。
在下部成形空间70,玻璃带3的宽度方向两侧部是与冷却辊72接触而急冷。另外,利用温度调节单元74,将玻璃带3的温度调节到玻璃带3的宽度方向中心部的温度降低至缓冷点为止。由冷却辊72一边朝下方搬送、一边冷却的玻璃带3被送至缓冷空间80。
在缓冷空间80,玻璃带3是一边由下拉辊82a~82g下拉,一边逐渐冷却。玻璃带3的温度是以沿着玻璃带3的宽度方向形成特定的温度分布的方式受加热器84a~84g控制。在缓冷空间80,玻璃带3的温度是从缓冷点附近逐渐降低至较比应变点低200℃的温度更低的温度。
通过缓冷空间80的玻璃带3进一步冷却至室温附近,由切断装置98切断为特定尺寸而获得玻璃衬底。然后,进行玻璃衬底的端面的研磨及清洗等。然后,将特定的检查合格的玻璃衬底捆包而作为产品出货。
(4)控制装置的动作
控制装置91至少存储并执行包括搬送部、获取部以及控制部的3个程序。
搬送部是使用设置在成形体62下方的下拉辊82a~82g,将利用成形体62所成形的玻璃带3在缓冷空间80以特定的搬送速度朝下方搬送。搬送部是通过控制下拉辊驱动马达182调节各下拉辊82a~82g的旋转速度,以此来调节玻璃带3的搬送速度。
获取部是通过利用计算机模拟求出成形体62的形状的时间变化而获取与成形体62当前的形状相关的形状数据。获取部例如使用有限元素法,利用模拟求出成形体62的形状的时间变化,而获得形状数据。图8是由获取部所获取的成形体62的形状数据的一例。图8表示沿着与利用成形体62所成形的玻璃带3的表面垂直的方向观察下的成形体62。在图8中,比实际情况更强调地表示出成形体62的蠕变变形。在图8中,以虚线表示未使用的成形体62的形状,即蠕变变形之前的成形体62的形状,且以实线表示蠕变变形后的成形体62当前的形状。
获取部是从成形体62的基于蠕变变形的形状数据中,至少获取成形体62的上表面62c的铅垂方向的位移量即上表面位移量。在图8中,上表面位移量是蠕变变形前的上表面62c与蠕变变形后的上表面62c之间的铅垂方向的尺寸。此外,在图8中表示成形体62的长度方向上的上表面位移量的最大值即最大上表面位移量L。
另外,获取部获取由玻璃衬底形状测定装置(未图示)测定出的玻璃衬底的厚度数据。厚度数据是例如由玻璃衬底制造装置1所制造的玻璃衬底的厚度的宽度方向分布。
控制部是根据由获取部所获取的成形体62的形状数据,以玻璃带3的宽度方向的板厚偏差变小的方式,个别地控制各发热体48的辐射热量以及各发热体48的冷却通路48a中的冷却流体的流量,而控制与成形体62的上表面62c接触的熔融玻璃2的温度分布。成形体62的形状数据例如为成形体62的长度方向上的上表面位移量的分布即形状分布。控制部是以如下方式控制发热体48,即,根据形状分布求得的上表面62c的位移量越大,温度分布的第1端部62d1的温度越成为更低的值,且温度分布的中央部的温度越成为更高的值。作为根据形状分布求得的上表面62c的位移量,例如使用最大上表面位移量L。
如果熔融玻璃2的温度分布的第1端部62d1的温度变低,那么第1端部62d1的供给槽62b的熔融玻璃2的温度降低,因此,第1端部62d1的供给槽62b的熔融玻璃2的粘度上升。如果从供给槽62b溢出的熔融玻璃2的粘度上升,那么沿成形体62的两侧面流下的熔融玻璃2的厚度变大,因此,在成形体62的下端62a成形的玻璃带3的厚度也变大。因此,如果控制发热体48的辐射热量而使熔融玻璃2的温度分布的第1端部62d1的温度降低,那么玻璃带3的第1端部62d1侧的厚度变大。
另外,如果熔融玻璃2的温度分布的中央部的温度变高,那么宽度方向中央部的供给槽62b的熔融玻璃2的温度上升,因此,宽度方向中央部的供给槽62b的熔融玻璃2的粘度降低。由此,通过供给槽62b的宽度方向中央部的熔融玻璃2的粘度降低,因此,在供给槽62b中熔融玻璃2容易从宽度方向中央部朝向第2端部62d2流动。结果,朝向第2端部62d2流动的熔融玻璃2的量增加,而从供给槽62b的第2端部62d2溢出的熔融玻璃2的量增加,因此,玻璃带3的第2端部62d2侧的厚度变大。另外,宽度方向中央部的供给槽62b的熔融玻璃2的粘度降低,由此,玻璃带3的宽度方向中央部的厚度变小。
因此,通过如上所述控制与成形体62的上表面62c接触的熔融玻璃2的温度分布,可使玻璃带3的宽度方向中央部的厚度变小并使玻璃带3的宽度方向两端部的厚度变大。
控制装置91可利用搬送部、获取部及控制部像以下说明那样使在缓冷空间80朝下方搬送的玻璃带3的宽度方向的板厚偏差减小。
(5)特征
在本实施方式中,成形体62设置在上部成形空间60的高温氛围下。在玻璃带3的成形步骤中,对成形体62施加基于成形体62的重量及供给至供给槽62b的熔融玻璃2的重量的荷重。因此,因玻璃衬底制造装置1的长年运转,而使成形体62如图8所示因成形体62的材质的热蠕变特性逐渐蠕变变形。尤其是,成形体62的长度方向中央部容易因蠕变变形朝下方下垂而挠曲。在图8中,最大上表面位移量L是成形体62的长度方向中央部的上表面位移量。
如果成形体62如图8所示蠕变变形,那么从成形体62的长度方向中央部溢出的熔融玻璃2的量比从成形体62的长度方向两端部溢出的熔融玻璃2的量多。在该情况下,利用成形体62成形的玻璃带3的宽度方向中央部的厚度比宽度方向两端部的厚度大。结果,有玻璃带3的宽度方向的板厚偏差变大而导致作为最终产品的玻璃衬底的板厚偏差增加的担忧。尤其是,最大上表面位移量L越大,成形体62的蠕变变形的程度越大,因此,玻璃带3的宽度方向的板厚偏差也变大。
本实施方式的玻璃衬底制造装置1是根据成形体62的形状数据以及玻璃衬底的厚度数据,算出为了使玻璃衬底的宽度方向的板厚偏差减小而优选的温度分布。温度分布是与成形体62的上表面62c接触的熔融玻璃2的温度分布。而且,玻璃衬底制造装置1是根据算出的温度分布,个别地控制各发热体48的辐射热量以及各发热体48的冷却通路48a中的冷却流体的流量,而实现算出的温度分布,由此,可使因成形体62的蠕变变形引起的玻璃带3的宽度方向的板厚偏差减小。另外,玻璃衬底制造装置1也可在实现所算出的温度分布后,再次获取玻璃衬底的厚度数据,并根据所获取的厚度数据,进一步算出为了使玻璃衬底的宽度方向的板厚偏差减小而优选的温度分布。
接下来,对利用熔融玻璃2的温度分布的控制而使玻璃带3的宽度方向的板厚偏差减小的理由进行说明。首先,玻璃衬底制造装置1的控制装置91的获取部获取作为与图8所示的蠕变变形的成形体62当前的形状相关的形状数据的一种的形状分布。另外,获取部获取玻璃衬底的厚度数据。其次,控制装置91的控制部基于根据形状分布求得的上表面62c的位移量(最大上表面位移量L)以及玻璃衬底的厚度数据,决定如在缓冷空间80朝下方搬送的玻璃带3的宽度方向的板厚偏差成为最小的熔融玻璃2的温度分布。具体来说,控制部是以如下方式决定温度分布,即,最大上表面位移量L越大,温度分布的第1端部62d1的温度越成为更低的值,且温度分布的中央部的温度越成为更高的值。
其次,控制装置91的控制部是以实现所决定的温度分布的方式控制发热体48的辐射热量。利用以上步骤,控制装置91根据蠕变变形的成形体62的形状数据控制发热体48,从而控制熔融玻璃2的温度分布。
接下来,对如下情况的理由进行说明,即,蠕变变形的成形体62的最大上表面位移量L越大,由控制部决定的温度分布的第1端部62d1的温度越变更为更低的值,且温度分布的中央部的温度越变更为更高的值。如上所述,最大上表面位移量L越大,玻璃带3的宽度方向的板厚偏差越大,且玻璃带3的宽度方向中央部的厚度越大于宽度方向两端部的厚度。在该情况下,如果个别地调节各发热体48的辐射热量而使熔融玻璃2的温度分布的第1端部62d1的温度降低,那么根据所述理由,玻璃带3的第1端部62d1侧的厚度变大。另外,如果个别地调节各发热体48的辐射热量而使熔融玻璃2的温度分布的中央部的温度变高,那么根据所述理由,玻璃带3的第2端部62d2侧的厚度变大,且玻璃带3的宽度方向中央部的厚度变小。结果,玻璃带3的宽度方向中央部的厚度与宽度方向两端部的厚度的差变小,而玻璃带3的厚度在宽度方向上变得均匀。也就是说,玻璃带3的宽度方向的板厚偏差减小。
另外,通过以从成形体62的上表面62c溢流的熔融玻璃2的温度(粘度)自第1端部62d1至第2端部62d2变得均匀的方式进行控制,而使玻璃带3的宽度方向的板厚偏差减小。但是,因成形体62蠕变变形,而使成形的玻璃带3的宽度方向中央部变厚。为了使玻璃带3的宽度方向中央部的厚度减小,必须使在供给槽62b的第1端部62d1与第2端部62d2之间的中央部流动的熔融玻璃2的粘度降低。因此,相比于第1端部62d1与第2端部62d2之间的中央部,使在位于上游侧的第1端部62d1流动的熔融玻璃2的粘性增大,由此,玻璃带3的宽度方向的中央部变薄,且玻璃带3的第1端部62d1侧略微变薄。另外,相比于第2端部62d2,使在位于上游侧的中央部流动的熔融玻璃2的粘性降低,由此,玻璃带3的第1端部62d1侧变厚,且玻璃带3的宽度方向的中央部略微变厚。玻璃带3的宽度方向中央部的厚度是根据第1端部62d1侧与比第1端部62d1侧更靠下游的中央部的温度分布而变化。与产生蠕变变形之前的最初的温度分布相比,提高供给槽62b的位置口附近的温度,降低第1端部62d1侧的温度,提高第1端部62d1与第2端部62d2之间的中央部的温度,并提高第2端部62d2侧的温度,由此,可抑制产生成形体62的蠕变变形后的玻璃带3的宽度方向的板厚偏差。
因此,玻璃衬底制造装置1是即便在因成形体62的蠕变变形导致成形体62的长度方向中央部朝下方下垂而挠曲的情况下,也可通过使用发热体48对与成形体62的上表面62c接触的熔融玻璃2的温度分布进行控制而减小玻璃带3的宽度方向的板厚偏差。结果,玻璃衬底制造装置1可使作为最终产品的玻璃衬底的板厚偏差减小。
另外,在使用液相温度高的玻璃以及应变点高的玻璃的玻璃衬底的制造步骤中,成形体62的蠕变变形因成形体62的温度容易变高而尤其容易成为问题。另外,近年来,玻璃衬底的大型化进展,成形体的长度方向尺寸变长,因此,有因蠕变变形引起的成形体62的挠曲变得更显著的倾向。本实施方式的玻璃衬底制造装置1是对设置在成形体62上方的多个发热体48的辐射热量进行调节而控制与成形体62的上表面62c接触的熔融玻璃2的温度分布,由此,可有效地减小因成形体62的蠕变变形引起的玻璃带3的宽度方向的板厚偏差。
(6)变化例
(6-1)变化例A
在实施方式中,玻璃衬底制造装置1的控制装置91的获取部是通过利用计算机模拟求出成形体62的形状的时间变化而获取与成形体62当前的形状相关的形状数据。但是,获取部也可利用其他方法获取与成形体62当前的形状相关的形状数据。
例如,获取部也可根据成形体62的形状的实测值而获取形状数据。在该情况下,必须预先收集与成形体62的形状的实测值相关的数据以及与成形体62的使用条件相关的数据并进行分析。成形体62的使用条件是玻璃衬底制造装置1的运转时间、熔融玻璃2的温度、熔融玻璃2的粘度以及上部成形空间60的温度等与成形体62有关的各种参数。获取部是根据与成形体62的形状的实测值相关的数据和与成形体62的使用条件相关的数据的相关关系,预测并获取当前使用的成形体62的形状数据。
另外,获取部也可根据利用成形体62所成形的玻璃带3的板厚的实测值而获取形状数据。在该情况下,获取部是从玻璃衬底制造装置1的操作开始时获取与玻璃带3的宽度方向板厚的实测值相关的数据,基于根据经时性的板厚变化量以及操作条件所得的分析结果,预测并获取当前使用的成形体62的形状数据。
(6-2)变化例B
在实施方式中,玻璃衬底制造装置1的控制装置91的获取部是通过利用计算机模拟求出成形体62的形状的时间变化而获取与成形体62当前的形状相关的形状数据。但是,获取部也可利用其他方法获取与成形体62当前的形状相关的形状数据。
例如,获取部也可根据蠕变特性参数而获取形状数据。蠕变特性参数是用来再现施加至成形体62的应力、成形体62的温度以及基于蠕变变形的成形体62的应变速度之间的关系的参数。此处,施加至成形体62的应力是沿着成形体62的长度方向将成形体62压缩的力。另外,假设成形体62的应变速度无关时间而固定。接下来,对蠕变特性参数的决定方法进行说明。
首先,对在施加至成形体62的应力固定的条件下成形体62的应变速度依存于成形体62的温度的变化进行测定。图9是成形体62的应变速度依存于温度的变化的曲线图的一例。在图9中,施加至成形体62的应力的大小为2.0MPa。成形体62的应变速度是例如通过对利用成形体62的4点弯曲试验获得的成形体62的形状的变化量进行测定而算出。在图9中,成形体62的应变速度的测定值是以黑圆点表示。
其次,对在成形体62的温度固定的条件下成形体62的应变速度依存于施加至成形体62的应力的变化进行测定。图10是成形体62的应变速度依存于应力的变化的曲线图的一例。在图10中,成形体62的温度为1250℃。成形体62的应变速度是例如通过利用激光测定对成形体62的形状的变化量进行测定而算出。在图10中,成形体62的应变速度的测定值是以黑圆点表示。
其次,根据以下的式(1),决定可再现成形体62的应变速度依存于温度的变化以及依存于应力的变化的测定值的蠕变特性参数A、B、n。
[数1]
(1)
在式(1)中,R为8.314[J/mol·K],ΔH为4.500×105[J/mol],ε'为成形体62的应变速度[/hour],σ为施加至成形体62的应力[Pa],T为成形体62的温度[K]。蠕变特性参数A[/hour]、B[/Pa]及n是以利用式(1)求得的应变速度符合应变速度的测定值的方式决定。在图9及图10中,基于所决定的蠕变特性参数根据式(1)所算出的成形体62的应变速度是以中空的方形表示。此外,在图9及图10中所使用的蠕变特性参数A、B、n分别为8.648×1012[/hour]、4.491×10-9[/Pa]、9.987×10-1。
此外,获取部也可在决定蠕变特性参数后对蠕变特性参数进行验证。蠕变特性参数的验证是例如通过将成形体62的应变速度的测定系统模型化并利用计算机模拟确认是否已获得基于所决定的蠕变特性参数的应变速度来进行。
而且,获取部是利用计算机模拟使用所决定的蠕变特性参数算出特定温度及应力下的成形体62的应变速度而求出成形体62的形状的时间变化,由此,获取成形体62的形状数据。
(6-3)变化例C
在实施方式中,玻璃衬底制造装置1的控制装置91的控制部是使用图8所示的最大上表面位移量L作为成形体62的形状数据,并根据最大上表面位移量L决定熔融玻璃2的温度分布。但是,控制部也可使用与成形体62的形状数据相关的其他参数来决定熔融玻璃2的温度分布。
例如,控制部也可根据作为与成形体62的形状数据相关的参数的沿着与玻璃带3的表面垂直的方向观察时的成形体62的上表面62c或下端62a的曲率,而决定熔融玻璃2的温度分布。例如,控制部也可以如下方式决定温度分布,即,成形体62的上表面62c或下端62a的曲率越大,因蠕变变形引起的成形体62的挠曲量越大,因此,熔融玻璃2的温度分布的第1端部62d1的温度成为更低的值,且温度分布的中央部的温度成为更高的值。
[符号的说明]
2 熔融玻璃
3 玻璃带
48 发热体
62 成形体
62a 下端
62b 供给槽
62c 上表面
背景技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利第3,338,696号
Claims (8)
1.一种玻璃衬底的制造方法,具备:
成形步骤,向形成在成形体的上表面的供给槽供给熔融玻璃,使从所述供给槽溢出的所述熔融玻璃沿着所述成形体的两侧面流下,并使沿所述两侧面流下的所述熔融玻璃在所述成形体的下端合流而成形玻璃带;
搬送步骤,将在所述成形步骤中成形的所述玻璃带一边朝下方搬送,一边缓冷;
获取步骤,获取与所述成形体的形状相关的形状数据;以及
控制步骤,根据在所述获取步骤中获取的所述形状数据,以所述玻璃带的宽度方向的板压偏差变小的方式,使用设置在所述成形体上方的温度调整机构来控制温度分布;且
所述温度分布是与所述上表面接触的所述熔融玻璃的温度在所述供给槽的长度方向的分布。
2.根据权利要求1所述的玻璃衬底的制造方法,其中所述获取步骤是获取所述成形体的基于蠕变变形的所述形状数据。
3.根据权利要求2所述的玻璃衬底的制造方法,其中所述获取步骤是至少获取所述成形体的所述上表面的铅垂方向的位移量作为所述形状数据,且
所述控制步骤是根据所述长度方向上的所述位移量的分布即形状分布来控制所述温度分布。
4.根据权利要求3所述的玻璃衬底的制造方法,其中所述控制步骤是以所述形状分布的所述位移量越大,则对应的所述温度分布的所述温度越高的方式控制所述温度分布。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的玻璃衬底的制造方法,其中所述获取步骤是通过利用计算机模拟求出所述形状的时间变化来获取所述形状数据。
6.根据权利要求1所述的玻璃衬底的制造方法,其中所述获取步骤是根据在所述搬送步骤中朝下方搬送并缓冷后的所述玻璃衬底的厚度来获取所述形状数据。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的玻璃衬底的制造方法,其中所述温度调整机构具有沿着所述长度方向设置的多个发热体。
8.根据权利要求7所述的玻璃衬底的制造方法,其中所述发热体是在内部具有供冷却用流体流动的空间且具有在与所述长度方向正交的方向上延伸的棒形状的陶瓷加热器。
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