JP2012041266A - ガラス条の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】母材ガラス板1を加熱炉10内で加熱して軟化させ所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を有するガラス条の製造方法において、前記加熱延伸工程において、前記加熱炉10内における前記母材ガラス板1の両方の面でガス流が同じになるようにして前記母材ガラス板1を延伸する。
【選択図】図4
Description
さらには、加熱中にガラス表面が蒸発し、蒸発したガスが炉内の低温部で粒子化し、その粒子が延伸途中の母材や延伸後のガラス条に堆積し表面欠陥の原因となったり、上記の蒸発ガスが炉内の部材を腐食し炉内部材を劣化させたり、炉内の材料と反応しダストを形成しガラスのダストとなり延伸途中の母材や延伸後のガラス条に堆積し表面欠陥の原因となる場合がある。
ここで、「母材ガラス板の両方の面」とは、母材ガラス板の断面において、縦横のうち幅の広い方の2つの面を意味する。また、「ガス流が同じになるように」とは、目標としてガス流が同じになるように意図して作製することを意味しており、避けられない種々の外的要因から結果的にガス流が変わってしまったものも当然含まれるものである。
また、この発明にかかる第2のガラス条の製造方法によれば、加熱延伸工程において、母材ガラス板の両方の面に独立にガスを導入することを特徴とする。
また、この発明にかかる第3のガラス条の製造方法によれば、加熱延伸工程において、加熱炉内にガスを導入し、該ガスを導入するガス導入口は、片方の面で母材ガラス板の幅方向に複数に分割されていることを特徴とする。
また、この発明にかかる第4のガラス条の製造方法によれば、ガスが加熱炉に導入される前に予熱されていることを特徴とする。
また、この発明にかかる第5のガラス条の製造方法によれば、母材ガラス板の延伸時のメニスカス長さが母材ガラス板の幅の1.5倍以上10倍以下であることを特徴とする。
また、この発明にかかる第6のガラス条の製造方法によれば、加熱延伸工程において、母材ガラス板の母材ガラス板の平均粘度が106ポアズ以上であり、メニスカス部の最低粘度が105.5ポアズ以上107.6ポアズ以下となるように加熱することを特徴とする。
また、この発明にかかる第7のガラス条の製造方法によれば、加熱延伸工程において、母材ガラス板を軟化させる加熱炉と、延伸されたガラス条を徐冷する徐冷炉とを設け、それぞれを独立に温度制御してガラス条を作製することを特徴とする。
また、この発明にかかる第8のガラス条の製造方法によれば、加熱延伸工程において、引き落とし率が20%以下となるように母材ガラス板を延伸することを特徴とする。ここで、「引き落とし率」とは、延伸の前後の幅の変化のことを言い、(延伸後の幅の大きさ/延伸前の幅の大きさ×100)のことを言う。
また、この発明にかかる第9のガラス条の製造方法によれば、ガラス条の断面アスペクト比が10以上、1000以下であることを特徴とする。ここで、「断面アスペクト比」とは、断面の幅と厚さの比を指すものである。
また、この発明にかかる第10のガラス条の製造方法によれば、加熱延伸工程の後に、ガラス条の形状を計測し、形状の目標値と実測値との差を引き取り機構にフィードバックして、ガラス条の引き出し速度を制御することを特徴とする。
また、この発明にかかる第11のガラス条の製造方法によれば、計測値は、ガラス条の幅であることを特徴とする。
また、この発明にかかる第12のガラス条の製造方法によれば、母材ガラス板として石英ガラスのガラス板を用いることを特徴とする。
また、この発明にかかる第13のガラス条の製造方法によれば、母材ガラス板として多成分ガラス板を用いることを特徴とする。
また、この発明にかかる第14のガラス条によれば、加熱された母材ガラス板を所望の厚さに延伸して作製されガラス条であって、平均粗さが200nm以下であり、幅が40mm以下であることを特徴とする。
また、この発明にかかる第15のガラス条によれば、平坦度が0.5μm/mm以下であり、1mm波長でのうねりが100nm以下であることを特徴とする。これによりラップ工程を簡素化でき、これによりラップ材として研磨レートの低いものが採用できることから、ラップ後のガラス板の表面粗さも改善することができる。
ここで、「平坦度」とは、条を必要な面積の基板として切り取った後、それ全体を水平面上に置いた時、基板面状の任意の1mm離れた二点での垂直方向の最高点と最低点の差を指す。「1mm波長でのうねり」とは、測定器:ZYGO NEW VIEW200(ZYGO社)により測定されたものを指し、測定面範囲0.85mm×0.64mmにおける、波長50μm以上の全波長領域の平均粗さを指す。「平均粗さ」とは、JIS−B0601−2001の規格に基づき測定されたものを指し、特に「平均粗さ」は算術平均高さRaを指す。
また、この発明にかかる第16のガラス条によれば、平坦度が0.25μm/mm以下であり、1mm波長でのうねりが10nm以下であり、平均粗さが100nm以下であることを特徴とする。これにより用途によってはラップ工程を省略できる。
また、この発明にかかる第17のガラス条によれば、平坦度が0.15μm/mm以下であり、1mm波長でのうねりが0.5nm以下であり、平均粗さが2nm以下であることを特徴とする。これにより用途によってはラップ工程と1次ポリッシュを省略できる。
また、この発明にかかる第18のガラス条によれば、平坦度が0.05μm/mm以下であり、1mm波長でのうねりが0.2nm以下であり、平均粗さが0.5nm以下であることを特徴とする。これにより最終ポリッシュ工程だけとすることも可能となる。
また、この発明にかかる第19のガラス条によれば、材質が石英ガラスであることを特徴とする。
さらに、この発明にかかる第20のガラス条によれば、材質が多成分ガラスであることを特徴とする。
また、この発明にかかる第21のガラス基板によれば、加熱された母材ガラス板を所望の厚さに延伸して作製されたガラス基板であって、平均粗さが200nm以下であり、幅が40mm以下であることを特徴とする。
実施の形態1.
図1は本発明にかかるガラス条の製造方法の尖形工程を説明するための模式図である。本実施の形態においては、母材として長尺平板状の母材ガラス板1を用いた。母材ガラス板1の材質は石英ガラスである。この母材ガラス板1の表面状態は板厚を一定にして平坦度を所定の範囲(0.1mm/100mmから0.01mm/100mm)にするために両面から研削加工を行った後、透明になる程度まで火炎研摩もしくは機械研摩したものである。母材ガラス板1の角はクラック防止の為に0.5mmR以上面取りされている。また、母材ガラス板1の形状は、長さ約1m、幅350.5mm、厚さ10.8mm、表面粗さがRaで0.05μmのものが用いられる。また、断面アスペクト比は32.45である。本工程においては、次の加熱延伸工程において、最初の引き出し動作が容易なように母材ガラス板1の先端を尖形にし、先端部に錘状部分を形成した。本実施の形態においては、ヒータ2により母材ガラス板1を溶断することによりこれを実現するがこれに限定されるものではない。
ここで、加熱炉内に導入するガスは、N2、Ar、He、あるいはそれらの混合ガスなどが用いられる。母材ガラス板として多成分ガラスを用いる場合には、加熱炉内に導入するガスとして大気を用いることもできる。このときクリーンで水分の少ない空気を使うことが好ましい。また、加熱炉内に導入されるガスをあらかじめ400℃から1200℃程度に予熱することが好ましい。予熱温度は母材ガラス板の材質により適宜調整される。この予熱には加熱炉または徐冷炉の熱を利用すると、あらためてガス予熱用ヒータを設置する必要が無く、効率的である。
本実施の形態の加熱延伸工程においては、加熱炉10内に窒素ガスを流し、ガラス条11の表面に窒素をドープして剛性を高めた。また、加熱延伸工程の直後に、ガラス条11をアンモニアガス雰囲気中に通過させ、ガラス条11の表面に窒素をドープして剛性を高めた。また、実施の形態1と同様に母材ガラス板1の両方の面に独立にガスを導入し、加熱炉10内を大気圧と比較して正圧に保ち、かつ母材ガラス板1の両方の面でガス流が同じになるようにした。
ます、得られたガラス条を所望の形状に切り取り、切り取った面を化学的(低濃度のフッ酸水溶液でのエッチング)あるいは機械的(研磨やラップなど)あるいは、石英や酸化チタンなどの無機物のコーティングや、フェムト秒レーザによる、切断面の近傍の基板ガラスの内部に圧縮応力が作用する密度変質層を形成した後、溶剤や超音波を用いたウエットプロセスまたはO2プラズマを用いたドライプロセスにより、ガラス条に傷が付かないように保護膜を剥離した。
このように本発明によれば、ポリッシュによる削り量を小さくすることができる。
母材ガラス板として、幅100mm、厚さ2mmのものを使用した。表面粗さはRaで73nmであった。本発明に係る製造方法にて、線引炉にて線引した結果、幅22.3mm、厚さ0.45mmのガラス板となった。このとき、引き落とし率は20%であった。最終的に、平坦度が1μm/mm、うねりが9nm、粗さRaが10nmのガラス条が作製された。
実施例1と同じサイズの母材ガラス板を使用した。線引炉の中にヘリウムガスを10l/min、実施例1と同じ温度で加熱した。線引炉にて線引した結果、平坦度が0.1μm/mm、うねりが2nm、粗さRaが30nmのガラス条が作製された。
熱伝導率の良いヘリウムガスの作用で、ガラスが均熱化され、平坦度とうねりが同時に改善された。しかし、ヘリウムガスの熱伝導でガラス表面温度が下がり、ガラス粘度が上がったため粗さが悪化した。
線引炉に投入された母材ガラス板の軸線方向中心線と、図3の計測装置7の位置におけるガラス条の軸線方向中心線と図3の引き取り機構30におけるガラス条の軸線方向中心線が直線状に存在しないような相互間の位置の場合、ガラス板を次第に斜めに引くことになり、作製したガラス条にそり曲りが生じた。
ここで、そり曲がりは、定量的に言えば上述の平坦度と同義なものを表現し、この場合の平坦度としては10μm/mm以上が生じた。
母材引出し先端と引取機入口との距離が約3mの場合、両者を結ぶ線と母材ガラス板の軸線方向中心線が、引取機の位置で0.1mm以内のずれになるように、引取機アラインメントを調整した。このようにすると、作製したガラス条にそり曲がりが生じなかった。
母材ガラス板を、幅100mm、厚さ2mm、および表面粗さRa4nmに予め仕上げておいた。これを、線引炉にて線引した結果、幅22.3mm、厚さ0.45mmのガラス板となった。このとき、引き落とし率は20%であった。最終的に、平坦度が1μm/mm、うねりが2nm、粗さRaが0.6nmのガラス条が作製された。
仕上がりの粗さは実施例1に比べ改善された。母材ガラス板の粗さを小さくした作用である。次いで、コロイダルシリカスラリーを用いて基板面を10分程度ポリッシュした。結果、粗さRaは0.3nmに改善されたものの、うねりはほとんど縮小されなかった。
母材ガラス板を、幅100mm、厚さ2mm、および表面粗さはRa4nmに予め仕上げておいた。これを、ヘリウムガスを10l/min流した線引炉の中に設置して、実施例5同じ温度にて加熱して、線引きした。幅22.3mm、厚さ0.45mmのガラス板となった。このとき、引き落とし率は20%であった。最終的に、平坦度が1μm/mm、うねりが0.45nm、粗さRaが2nmのガラス条が作製された。
仕上がりの粗さは実施例1に比べ改善された。次いで、これに対して、コロイダルシリカスラリーを用いて基板面を10分程度ポリッシュした。結果、粗さRaは0.3nmに改善され、うねりも0.15nmに縮小された。
2 ヒータ
3 支持棒
10 加熱炉
11 ガラス条
15 ヒータ
Claims (13)
- 母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を有するガラス条の製造方法において、
前記加熱延伸工程において、前記加熱炉内における前記母材ガラス板の両方の面でガス流が同じになるようにして前記母材ガラス板を延伸することを特徴とするガラス条の製造方法。 - 前記加熱延伸工程において、前記母材ガラス板の両方の面に独立にガスを導入することを特徴とする請求項1のガラス条の製造方法。
- 前記加熱延伸工程において、前記加熱炉内にガスを導入し、該ガスを導入するガス導入口は、片方の面で前記母材ガラス板の幅方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項1または2に記載のガラス条の製造方法。
- 前記ガスが前記加熱炉に導入される前に予熱されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のガラス条の製造方法。
- 前記母材ガラス板の延伸時のメニスカス長さが母材ガラス板の幅の1.5倍以上10倍以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のガラス条の製造方法。
- 前記加熱延伸工程において、前記母材ガラス板の平均粘度が106ポアズ以上であり、メニスカス部の最低粘度が105.5ポアズ以上107.6ポアズ以下となるように加熱することを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載のガラス条の製造方法。
- 前記加熱延伸工程において、前記母材ガラス板を軟化させる前記加熱炉と、延伸された前記ガラス条を徐冷する徐冷炉とを設け、それぞれを独立に温度制御してガラス条を作製することを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載のガラス条の製造方法。
- 前記加熱延伸工程において、引き落とし率が20%以下となるように前記母材ガラス板を延伸することを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載のガラス条の製造方法。
- 前記ガラス条の断面アスペクト比が10以上、1000以下であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載のガラス条の製造方法。
- 前記加熱延伸工程の後に、前記ガラス条の形状を計測し、前記形状の目標値と実測値との差を引き取り機構にフィードバックして、前記ガラス条の引き出し速度を制御することを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載のガラス条の製造方法。
- 前記計測値は、前記ガラス条の幅であることを特徴とする請求項10に記載のガラス条の製造方法。
- 前記母材ガラス板として石英ガラスのガラス板を用いることを特徴とする請求項1から11のいずれか1つに記載のガラス条の製造方法。
- 前記母材ガラス板として多成分ガラス板を用いることを特徴とする請求項1から11のいずれか1つに記載のガラス条の製造方法。
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