JP2012236747A

JP2012236747A - 薄膜ガラスの端面処理方法、薄膜ガラス、及び薄膜ガラスの端面処理装置

Info

Publication number: JP2012236747A
Application number: JP2011107844A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiko Takahashi; 清彦高橋; Kiyotaka Sueyasu; 清隆末安; Atsushi Murakami; 村上　　淳; Nobuaki Takahashi; 伸明高橋
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-12-06

Abstract

【課題】薄膜ガラスの端面の温度を適切に管理し、且つ、その熱変形を抑制しつつ、当該端面を強化する処理方法および処理装置を提供する。
【解決手段】端面処理装置１は、薄膜ガラスＧを搬送する搬送台２と、薄膜ガラスＧを予備加熱する予備加熱室３と、薄膜ガラスＧの端面Ｇａにスポット状プラズマＰを照射する照射ノズル４とを備えている。薄膜ガラスＧの端面Ｇａにスポット状プラズマＰを照射し、当該端面Ｇａに脱水架橋反応を生じさせる。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜ガラスの端面処理方法、薄膜ガラス、及び薄膜ガラスの端面処理装置に関する。

近年、表示デバイス用の基板材料として、ガスバリア性や透光性などに優れる薄膜ガラスが好適に用いられている。この薄膜ガラスにおいては、端面に存在する微細な欠陥が劈開の起点となって割れや破損を生じるため、端面の状態によっては強度が著しく低下してしまう恐れがある。

そこで、例えば特許文献１，２に記載の技術では、ガラス板の端面にバーナーの炎やレーザー光などを照射し、当該端面を軟化させて滑らかにすることによって、ガラス板の強度を向上させている。

特開２００８−２４７６３４号公報特開２００９−２３４８５６号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の技術では、バーナーの炎やレーザー光を利用しているため、厚さが極めて薄い薄膜ガラスに適用する場合には、端面の温度管理が難しく、良好に端面を強化できないという問題がある。特にレーザー光を用いる場合、ガラスはレーザー光に対するエネルギー吸収効率が非常に高く、レーザー光を受けると局所的に瞬時に高温になるため、熱変形を起こしてレーザー光のスポットから端面が外れてしまう恐れがある。
また、上記特許文献１，２に記載の技術では、端面が軟化温度に至るまでガラス板を加熱しているため、温度変化に起因する熱変形が大きく生じやすいという問題もある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、薄膜ガラスの端面の温度を適切に管理し、且つ、その熱変形を抑制しつつ、当該端面を強化することができる薄膜ガラスの端面処理方法、当該方法により端面が処理された薄膜ガラス、及び薄膜ガラスの端面処理装置の提供を課題とする。

前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、薄膜ガラスの端面処理方法において、
薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射し、当該端面に脱水架橋反応を生じさせることを特徴とする。

ここで、「脱水架橋反応」とは、水分が除去されることに伴って分子間の結合構造が変わる反応である。薄膜ガラスの端面において、この脱水架橋反応が生じると、珪素（Ｓｉ）イオンと水酸化物（ＯＨ）イオン又は水素（Ｈ）イオンとの結合部分から水分（Ｈ₂Ｏ）が除去されて、酸素（Ｏ）イオンが２つの珪素イオンと安定的に結合される結果、当該端面の物理的な強度が向上する（図５参照）。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜ガラスの端面処理方法において、
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、前記薄膜ガラスの軟化点未満であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の薄膜ガラスの端面処理方法において、
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、４００℃以上，且つ前記薄膜ガラスの歪点以下であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法において、
前記スポット状プラズマの照射前に、前記薄膜ガラスの予備加熱を行うことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法において、
前記スポット状プラズマの形成に用いる気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、薄膜ガラスにおいて、
請求項１〜５の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法によって端面が処理されたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、薄膜ガラスの端面処理装置において、
薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射して当該端面に脱水架橋反応を生じさせるプラズマ照射手段を備えることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の薄膜ガラスの端面処理装置において、
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、前記薄膜ガラスの軟化点未満であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の薄膜ガラスの端面処理装置において、
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、４００℃以上，且つ前記薄膜ガラスの歪点以下であることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項７〜９の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理装置において、
前記プラズマ照射手段による前記スポット状プラズマの照射前に、前記薄膜ガラスの予備加熱を行う予備加熱手段を備えることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項７〜１０の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理装置において、
前記スポット状プラズマの形成に用いる気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする。

本発明によれば、薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射し、当該端面に脱水架橋反応を生じさせるので、この端面における分子間の結合構造を安定化させて当該端面を強化することができる。
また、ガラスの軟化温度以下の温度で生じさせうる脱水架橋反応を利用しているので、端面を軟化させて強化していた従来と異なり、当該端面を軟化させることがなく、ひいては端面周辺の熱変形を抑制することができる。
また、エネルギーを効率的に収斂させて、その出力を高精度にコントロールできるスポット状プラズマを用いているので、温度管理が難しいバーナーやレーザーを利用していた従来に比べ、極めて薄い薄膜ガラスに適用する場合であっても、その端面の温度を適切に管理することができる。

薄膜ガラスの端面処理装置の斜視図である。図１のII−II線での断面図である。図１のIII−III線での断面図である。スポット状プラズマの温度分布を説明するための図である。脱水架橋反応による薄膜ガラスの強度向上効果を説明するための図である。薄膜ガラスの端面処理装置の別例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

図１は、本実施形態における薄膜ガラスの端面処理装置（以下、単に端面処理装置という）１の斜視図であり、図２及び図３は、図１のII−II線及びIII−III線での断面図である。

これらの図に示すように、端面処理装置１は、厚さが極めて薄い（例えば２００μｍ以下の）薄膜ガラスＧを搬送方向Ｘに沿って搬送させつつ、その幅方向の一方の端面Ｇａにスポット状プラズマＰを照射して当該端面Ｇａを強化する装置である。具体的には、端面処理装置１は、薄膜ガラスＧを搬送する搬送台２と、薄膜ガラスＧを予備加熱する予備加熱室３と、薄膜ガラスＧの端面Ｇａにスポット状プラズマＰを照射する照射ノズル４とを備えている。

このうち、搬送台２は、図示しない搬送アクチュエータにより搬送方向Ｘに沿って移動可能に構成されている。この搬送台２は、長手方向を搬送方向Ｘと一致させた状態の薄膜ガラスＧが上面に載置されるようになっており、この状態で搬送アクチュエータに駆動されることにより、薄膜ガラスＧを搬送方向Ｘに沿って搬送する。

予備加熱室３は、搬送台２の搬送経路中に配設された矩形状のチャンバーであり、搬送方向Ｘの後方側の端面に搬入孔３１を有し、搬送方向Ｘの前方側の端面に搬出孔３２を有している。これら搬入孔３１及び搬出孔３２は、搬送方向Ｘに沿って搬送台２に搬送される薄膜ガラスＧを、予備加熱室３内に搬入及び予備加熱室３内から搬出させるための通過孔である。

また、予備加熱室３は、搬送方向Ｘに沿った一方の側面に、内部を搬送される薄膜ガラスＧの端面Ｇａに向けて外部からスポット状プラズマＰを照射させるための照射孔３３を有している。この照射孔３３は、予備加熱室３の一方の側面のうち、予備加熱室３内を搬送される薄膜ガラスＧの端面Ｇａが長手方向に沿って連続的に露出する位置であって、搬送方向Ｘの前方側の位置に形成されている。

また、予備加熱室３は、図示しないヒーターを内部に備えるか、或いは内部へ熱風を送風可能に構成されており、内部が所定の予備加熱温度に保たれるようになっている。この予備加熱温度は、３００〜６００℃の範囲内の温度である。予備加熱室３は、スポット状プラズマＰが照射される前の薄膜ガラスＧを予め昇温させておくことで、局所的にスポット状プラズマＰが照射されることによる薄膜ガラスＧの熱変形及び残留歪の発生をさらに抑制することができる。

照射ノズル４は、図示しないプラズマ発生装置の先端に設けられたプラズマ照射手段である。プラズマ発生装置は、一対の電極間に空気又は不活性ガスを供給しつつ、当該電極間に高周波電圧を印加することでプラズマを発生させる。そして、このプラズマがスポット状に収束されることにより、照射ノズル４先端の噴射口４１からスポット状プラズマＰとして噴射される。ここで、不活性ガスとは、周期表の第１８属元素、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等の希ガス、及び窒素等である。

この照射ノズル４は、その噴射口４１を予備加熱室３の照射孔３３に正対させつつ、スポット状プラズマＰが搬送方向Ｘに直交する方向に沿って照射されるように配置されており、予備加熱室３内を搬送される薄膜ガラスＧの端面Ｇａに対し、照射孔３３を通じてスポット状プラズマＰを照射する。

照射ノズル４から照射されるスポット状プラズマＰは、図４に示すように、噴射口４１からの距離Ｌに応じた温度分布を有している。照射ノズル４は、薄膜ガラスＧの端面Ｇａに照射されるスポット状プラズマＰの温度Ｔが６５０℃となるように、つまり噴射口４１からの距離Ｌが５ｍｍとなる位置ｃに端面Ｇａが位置するように配置されている。但し、温度Ｔは４００℃以上，且つ薄膜ガラスＧの歪点以下であることが好ましい。ここで、本実施形態における薄膜ガラスＧは、アルカリ成分を含まない無アルカリガラスであり、歪点（歪温度）が約６５０℃である。歪点とは、ガラス中の内部応力を数時間で除去できる温度であり、この歪点以下の温度では実質的に熱応力が生じない。なお、無アルカリガラスの軟化点（軟化温度）は約９００℃であり、この温度になると無アルカリガラスは軟化してしまう。

以上の構成を具備する端面処理装置１では、予備加熱室３の内部を所定の予備加熱温度に保ちつつ、照射ノズル４の噴射口４１からスポット状プラズマＰを照射させた状態で、搬送台２を搬送方向Ｘに沿って移動させることにより、搬送台２に載置された薄膜ガラスＧが予備加熱室３内に搬入されて予備加熱温度の雰囲気中で昇温された後に、薄膜ガラスＧの端面Ｇａに対し当該薄膜ガラスＧの全長に亘って連続的にスポット状プラズマＰが照射される。

すると、スポット状プラズマＰを照射された端面Ｇａでは、加熱されることにより脱水架橋反応が生じる。端面Ｇａにおいて脱水架橋反応が生じると、図５（ａ）に示すように、珪素（Ｓｉ）イオンと水酸化物（ＯＨ）イオン又は水素（Ｈ）イオンとの結合部分から水分（Ｈ₂Ｏ）が除去されて、図５（ｂ）に示すように、酸素（Ｏ）イオンが２つの珪素イオンと安定的に結合される結果、当該端面Ｇａの物理的な強度が向上する。

このとき、端面Ｇａに照射されるスポット状プラズマＰの温度Ｔが薄膜ガラスＧの歪点以下であると、端面Ｇａ周辺の熱変形を抑制しつつ、当該端面Ｇａを強化することができる。また、スポット状プラズマＰが照射される前に薄膜ガラスＧが予備加熱室３内で予め昇温されていると、スポット状プラズマＰが照射されることによる端面Ｇａ周辺の熱変形及び残留歪をより確実に抑制することができる。

以上のように、本実施形態によれば、薄膜ガラスＧの端面Ｇａにスポット状プラズマＰを照射して当該端面Ｇａに脱水架橋反応を生じさせるので、この端面Ｇａにおける分子間の結合構造を安定化させて当該端面Ｇａを強化することができる。

また、エネルギーを効率的に収斂させて、その出力を高精度にコントロールできるスポット状プラズマＰを用いているので、温度管理が難しいバーナーやレーザーを利用していた従来に比べ、極めて薄い薄膜ガラスＧに適用する場合であっても、端面Ｇａの温度を適切に管理することができる。

また、薄膜ガラスＧの軟化温度以下の温度で生じさせうる脱水架橋反応を利用することで、端面を軟化させて強化していた従来と異なり、端面Ｇａを軟化させることがなく、ひいては端面Ｇａ周辺の熱変形を抑制することができる。したがって、こうして得られる薄膜ガラスＧは、軟化による変形のない良好な形状の端面Ｇａを有するものである。

また、薄膜ガラスＧの端面Ｇａに照射されるスポット状プラズマＰの温度Ｔが薄膜ガラスＧの歪点以下であるので、端面Ｇａ周辺の熱変形を抑制しつつ、当該端面Ｇａを強化することができる。

また、スポット状プラズマＰが照射される前に薄膜ガラスＧが予備加熱室３内で予め昇温されていると、スポット状プラズマＰが照射されることによる端面Ｇａ周辺の熱変形をより確実に抑制することができる。

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、端面処理装置１として、所定長さの薄膜ガラスＧを枚葉処理するものについて説明したが、当該端面処理装置１は、図６に示すように、ロール状に巻かれた長尺な薄膜ガラスＧをロールツーロール方式で搬送しつつ端面処理するように構成してもよい。

また、照射ノズル４は、予備加熱室３の両側方に２つ配置することで、薄膜ガラスＧの両端面に同時にスポット状プラズマＰを照射できるように構成してもよい。

また、照射ノズル４を固定しつつ薄膜ガラスＧを搬送させることで薄膜ガラスＧの全長に亘って連続的にスポット状プラズマＰを照射することとしたが、薄膜ガラスＧを搬送させずに照射ノズル４を搬送方向Ｘに沿って移動可能に構成することとしてもよい。但し、この場合には、予備加熱室３の照射孔３３を薄膜ガラスＧの全長に亘る長穴状に形成する必要がある。

以下に、実施例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

本実施例では、端面Ｇａに照射されるスポット状プラズマＰの温度Ｔを変えたときの、端面Ｇａの強度（破断強度）と、その長手方向に亘るバラツキを確認した。

＜試験条件＞
薄膜ガラスＧとして、厚さ１００μｍ，長さ１５０ｍｍ，幅２０ｍｍであり、歪点が６５０℃の無アルカリガラス（日本電気硝子株式会社製：ＯＡ−１０Ｇ）を用いた。また、薄膜ガラスＧの搬送速度は、４ｍ／ｍｉｎで一定とした。プラズマ発生装置には、大気圧プラズマ装置（積水化学株式会社製：ＡＰ−Ｔ２７０６）を用いた。

＜結果＞
結果を表１に示す。なお、表中の「確認結果」の欄の記号は、それぞれ以下の内容を示している。

◎：端面Ｇａの強度が良好に向上しており、且つ、バラツキが殆どなかった。
○：端面Ｇａの強度が良好に向上しているものの、バラツキが多少見られた。
△：端面Ｇａの強度が多少向上していた。

＜まとめ＞
表１の結果から、薄膜ガラスＧの端面Ｇａに照射されるスポット状プラズマＰの温度Ｔとしては、４００℃〜６５０℃（歪点）が好ましく、５００℃〜６５０℃（歪点）がより好ましいことが分かる。

１端面処理装置
２搬送台
３予備加熱室（予備加熱手段）
３１搬入孔
３２搬出孔
３３照射孔
４照射ノズル（プラズマ照射手段）
４１噴射口
Ｇ薄膜ガラス
Ｇａ端面
Ｐスポット状プラズマ
Ｘ搬送方向

Claims

薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射し、当該端面に脱水架橋反応を生じさせることを特徴とする薄膜ガラスの端面処理方法。
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、前記薄膜ガラスの軟化点未満であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜ガラスの端面処理方法。
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、４００℃以上，且つ前記薄膜ガラスの歪点以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜ガラスの端面処理方法。
前記スポット状プラズマの照射前に、前記薄膜ガラスの予備加熱を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法。
前記スポット状プラズマの形成に用いる気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法。
請求項１〜５の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法によって端面が処理されたことを特徴とする薄膜ガラス。
薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射して当該端面に脱水架橋反応を生じさせるプラズマ照射手段を備えることを特徴とする薄膜ガラスの端面処理装置。
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、前記薄膜ガラスの軟化点未満であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜ガラスの端面処理装置。
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、４００℃以上，且つ前記薄膜ガラスの歪点以下であることを特徴とする請求項７又は８に記載の薄膜ガラスの端面処理装置。
前記プラズマ照射手段による前記スポット状プラズマの照射前に、前記薄膜ガラスの予備加熱を行う予備加熱手段を備えることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理装置。
前記スポット状プラズマの形成に用いる気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする請求項７〜１０の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理装置。