JP2013049629A - 薄板ガラスおよび薄板ガラスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブル性に対する信頼性の高い薄板ガラスおよびフレキシブル性に対する信頼性の高い薄板ガラスの製造方法を提供すること。
【解決手段】主表面および側面を有し、前記主表面および前記側面は保護膜が被覆されており、前記側面の平均表面粗さが０．２μｍ以下である薄板ガラス。断面が所定の幅と厚さとを有する長方形である母材ガラス板を準備する準備工程と、前記母材ガラス板を加熱し、軟化させて、断面が長方形である条状の薄板ガラスに延伸する加熱延伸工程と、前記薄板ガラスに保護膜を形成する工程と、を含む薄板ガラスの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄板ガラスおよび薄板ガラスの製造方法に関するものである。

近年、半導体素子の基板、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや磁気ディスク基板等に使用される薄板ガラスの需要が高まっている。薄板ガラスを製造する方法としては、所定の厚みを有する母材ガラス板を所望の厚さまで研磨して薄板ガラスとする方法がある。また、安価かつ大量に表面性のいい薄板ガラスを製造する方法として、所定の厚みを有してかつ表面粗さを良くした母材ガラス板を用いて、これを加熱軟化させて、軟化した状態のガラス板を延伸することによって、所望の厚さの薄板ガラスを製造する方法が開示されている（特許文献１参照）。

フレキシブル性を持った薄板ガラスはさまざまな用途が検討されており、特にフレキシブル性を必要とする用途においては、フレキシブル性に対する信頼性の確保が重要な課題である。

特開平１１−１９９２５５号公報

しかしながら、従来の薄板ガラスは、ねじれの方向に力を加えると破断しやすいという問題があったので、フレキシブル性に対する信頼性が低かった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フレキシブル性に対する信頼性の高い薄板ガラスおよびフレキシブル性に対する信頼性の高い薄板ガラスの製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る薄板ガラスは、主表面および側面を有し、前記主表面および前記側面は保護膜が被覆されており、前記側面の平均表面粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る薄板ガラスは、上記発明において、前記側面の平均表面粗さが０．０５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る薄板ガラスの製造方法は、断面が所定の幅と厚さとを有する長方形である母材ガラス板を準備する準備工程と、前記母材ガラス板を加熱し、軟化させて、断面が長方形である条状の薄板ガラスに延伸する加熱延伸工程と、前記薄板ガラスに保護膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る薄板ガラスの製造方法は、上記発明において、前記保護膜は、前記薄板ガラスに非接触で形成することを特徴とする。

本発明に係る薄板ガラスの製造方法は、上記発明において、前記薄板ガラスは側面の平均表面粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る薄板ガラスの製造方法は、上記発明において、前記薄板ガラスは側面の平均表面粗さが０．０５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る薄板ガラスの製造方法は、上記発明において、前記加熱延伸工程における引き落とし率を１０％以下とすることを特徴とする。

本発明に係る薄板ガラスの製造方法は、上記発明において、前記準備工程は、製造する薄板ガラスの断面係数に応じて該薄板ガラスの側面の平均表面粗さが所定値以下となるように母材ガラス板を加工する工程を含むことを特徴とする。

本発明に係る薄板ガラスの製造方法は、上記発明において、前記断面係数は０．００１１以上、０．０６５６以下であり、前記平均表面粗さは０．２μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る薄板ガラスの製造方法は、上記発明において、前記保護膜は、前記薄板ガラスに保護材を噴霧することにより形成することを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブル性に対する信頼性の高い薄板ガラスを実現できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る薄板ガラスを長さ方向に垂直に切断したものを模式的に表す斜視断面図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係る薄板ガラスの製造方法の実施に用いる加熱延伸装置を模式的に表す概略図である。 図３は、ねじれ破断角度を測定する方法を説明するための説明図である。 図４は、実施例１〜３、比較例１の母材ガラス板の幅および厚さ、引き落とし率、薄板ガラスのＲａ１およびＲａ２、ねじれ破断角度を示す図である。 図５は、実施例１〜３、比較例１の薄板ガラスについて、Ｒａ２とねじれ破断角度との関係を示すグラフである。 図６は、実施例４〜１３、比較例２、３の薄板ガラスについて、材質、幅および厚さ、断面係数、Ｒａ２、ねじれ破断角度を示す図である。 図７は、実施例４〜１３、比較例２、３の薄板ガラスについて、断面係数とねじれ破断角度との関係を示すグラフである。

以下に、図面を参照して本発明に係る薄板ガラスおよび薄板ガラスの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る薄板ガラスを長さ方向に垂直に切断したものを模式的に表す斜視断面図であり、斜線部は薄板ガラスの断面を示す。薄板ガラス１は、条状であって長さ方向に垂直な断面が長方形であり、長方形の長辺を形成する対向した二つの主表面２と、短辺を形成する対向した二つの側面３とを有する。本発明の実施の形態１に係る薄板ガラス１は、側面３の平均表面粗さが０．２μｍ以下と小さいことにより、ねじれの方向に力を加えても破断しにくいので、フレキシブル性に対する信頼性の高い薄板ガラスとなる。また、側面３の平均表面粗さが０．０５μｍ以下とさらに小さければ、フレキシブル性に対する信頼性の一層高い薄板ガラスとなる。主表面２の平均表面粗さについては、本実施の形態１においては０．０１μｍ以下であるが、用途に応じて適宜調整することができ、０．００５μｍ以下が特に好ましい。なお、以下では、薄板ガラスの側面の平均表面粗さをＲａ２、主表面の平均表面粗さをＲａ１で表す。また、本明細書において平均表面粗さとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１の粗さ曲線の算術平均高さによるものである。

本実施の形態１に係るＲａ２の小さい薄板ガラス１は、以下に述べる本発明の実施の形態２に係る薄板ガラスの製造方法により製造することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２に係る薄板ガラスの製造方法の実施に用いる加熱延伸装置を模式的に表す概略図である。加熱延伸装置４は、カーボンヒータ６を備える加熱炉７と、保護膜被覆装置９と、キャップスタン１０と、複数のローラからなるテンション調整機構１１と、巻き取りボビン１２とを備えるものである。

次に、加熱延伸装置４を用いた本実施の形態２に係る薄板ガラスの製造方法について説明する。まず、所定の長さ、幅、および厚さを有し所定の主表面および側面の平均表面粗さを有する長方形の母材ガラス板５を用意する。母材ガラス板５はクラック防止の観点から長辺方向の角部の面取りを行っておくことが好ましい。製品歩留まりを考慮すると面取りは幅１ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは面取り幅０．５ｍｍ以下である。次に、母材ガラス板５の長辺を縦方向にして加熱炉７にセットし、カーボンヒータ６により母材ガラス板５を加熱し、軟化させて、所定の幅と厚さの薄板ガラス条８に延伸する。薄板ガラス条８の幅と厚さとの調整は、延伸速度の調整により行うことができる。この加熱延伸により、母材ガラス板５の縦方向の側面が薄板ガラス条８の側面となる。本発明の実施の形態２に係る薄板ガラスの製造方法では、加熱延伸の際に、母材ガラス板の引き落とし率を調整することにより、薄板ガラス条８のＲａ２が０．２μｍ以下となるように母材ガラス板５を加工し、薄板ガラス条８とする。

ここで引き落とし率とは、（薄板ガラスの幅÷母材ガラス板の幅）×１００であり、延伸速度の調整により調整することができる。引き落とし率は、母材ガラス板５の側面の平均表面粗さに応じて、薄板ガラス条８のＲａ２が０．２μｍ以下となるように調整するが、この際、引き落とし率を小さくするほど薄板ガラス条８のＲａ２を小さくすることができる。

また、母材ガラス板５を面積の一層大きな大型ガラス板から切り出した場合、その切断面の平均表面粗さは１．０μｍ程度と大きい。しかし、本発明の実施の形態２に係る薄板ガラスの製造方法では、引き落とし率を１０％以下とするので、母材ガラス板５の側面の平均表面粗さが１．０μｍと大きくても、薄板ガラス条８のＲａ２を０．２μｍ以下とできる。また、引き落とし率を５％以下とすれば、薄板ガラス条８のＲａ２を０．０５μｍ以下とできる。また、母材ガラス板５を加熱延伸する前に、エッチングや研磨などにより母材ガラス板５の側面の表面粗さを例えば０．０５μｍ以下程度に小さくしておけば、薄板ガラス条８のＲａ２を一層小さくできるし、あるいは引き落とし率を小さくしなくても薄板ガラス条８のＲａ２を所望の値まで低下させることができる。

次に、保護膜被覆装置９により、加熱延伸された薄板ガラス条８に非接触でコーティング材を噴霧することにより、薄板ガラス条８の表面に保護膜を被覆する。なお、被覆は、薄板ガラス条８の表面に保護テープを貼ったり、保護ラップを巻いたり、ダイスやローラでコーティング材を塗布したりすることで行ってもよい。

次に、キャップスタン１０により、薄板ガラス条８を、テンション調整機構１１を介して巻き取りボビン１２に巻き取る。薄板ガラス８はテンション調整機構１１により所定のテンションが付加されているので、滑らかに巻き取りボビン１２に巻き取られる。また、薄板ガラス条８は、保護膜を被覆する前にはキャプスタン等に接触することなく、巻き取りは保護層が被覆された状態で行うことができるので、Ｒａ１およびＲａ２の小さい薄板ガラスが得られやすい。また、巻取りの際に、薄板ガラス条８は巻き取りボビン１２の幅方向にトラバースされることによって、ボビンの幅全体にわたって均一に巻き取られるが、トラバースの際に薄板ガラス条８には、ねじれの方向に力が加わる。しかし、本実施の形態２に係る製造方法で製造された薄板ガラス条８は、ねじれの方向に力を加えても破断しにくいので、ボビンの幅を広くしてトラバースさせても破断しにくい。したがって、薄板ガラス条８の巻き取りの幅を広くして巻き取り効率を高めることができるから、生産性を高めることができる。

本実施の形態２に係る製造方法で製造された薄板ガラス条８は、Ｒａ２が０．２μｍ以下と小さくなり、ねじれの方向に力を加えても破断しにくいので、フレキシブル性に対する信頼性の高いものとなる。そして、薄板ガラス条８は、所定の長さに切断して、フレキシブル性が必要とされる用途に好適に利用することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る薄板ガラスの製造方法について説明する。本実施の形態３に係る薄板ガラスの製造方法は、実施の形態２に係る薄板ガラスの製造方法と同様であるが、製造する薄板ガラスの断面係数に応じて該薄板ガラスの側面の平均表面粗さが所定値以下となるように母材ガラス板を加工する点が異なる。

ここで、断面係数とは、部材の曲げ応力度を求めるときに使用するもので、部材の断面の形状を表す係数である。薄板ガラスの断面が長方形である場合には、長方形の長辺の長さすなわち薄板ガラスの幅をｈ、長方形の短辺の長さすなわち薄板ガラスの厚さをｄとすると、薄板ガラスの断面係数はｈ×ｄ²／６で表される。

以下、本実施の形態３に係る薄板ガラスの製造方法について説明する。まず、実施の形態２に係る薄板ガラスの製造方法と同様に、加熱延伸装置を用いて、所定の長さ、幅、および厚さを有し所定の主表面および側面の平均表面粗さを有する長方形の母材ガラス板を長辺の方向を垂直にして加熱炉にセットし、カーボンヒータにより母材ガラス板を加熱し、軟化させて、所定の幅と厚さの薄板ガラス条に延伸し、薄板ガラス条の表面に保護膜を被覆し、巻き取りボビンに巻き取る。本実施の形態３に係る薄板ガラスの製造方法においては、加熱延伸の際には、製造する薄板ガラス条の幅と厚さにより決まる断面係数に応じて、薄板ガラス条の側面の平均表面粗さが所定値以下となるように引き落とし率を調整して加熱延伸を行う。その結果、断面係数に応じた側面の平均表面粗さを有し、ねじれの方向に力を加えても破断しにくく、フレキシブル性に対する信頼性の高い薄板ガラス条を製造できる。

以下に、本発明にかかる薄板ガラスの製造方法の実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

（実施例１〜３、比較例１）
石英からなり異なる幅および厚さを有する長さ約１．５ｍの母材ガラス板を準備し、これを図２に示すような加熱延伸装置を用いて炉温２０００℃で加熱延伸し、幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの薄板ガラスを製造した（実施例１〜３）。なお、母材ガラス板の主表面の平均表面粗さは０．３μｍ、側面の平均表面粗さは１．０μｍであった。

一方、石英からなり厚さ３ｍｍの大型ガラス板を所定の大きさに切断し、それを上面から研磨し、さらに切断することで、幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの薄板ガラスを製造した（比較例１）。

これら実施例１〜３、比較例１に係る薄板ガラスについて、そのねじれに対する強度を、被覆のない状態でのねじれ破断角度の測定により評価した。図３は、ねじれ破断角度を測定する方法を説明するための説明図である。まず、薄板ガラス１５を固定治具１３と固定回転治具１４とで２５ｍｍ間隔で固定し、固定回転治具１４を２０°／ｓｅｃの速度で回転させ、破断した角度をねじれ破断角度とした。

図４は、実施例１〜３、比較例１の薄板ガラスについて、母材ガラス板の幅および厚さ、引き落とし率、薄板ガラスのＲａ１およびＲａ２、ねじれ破断角度を示す図である。また、図５は、実施例１〜３、比較例１の薄板ガラスについて、Ｒａ２とねじれ破断角度との関係を示すグラフである。図４および図５が示すように、Ｒａ２が小さくなるほどねじれ破断角度が大きくなる。そして、Ｒａ２が０．２μｍ以下であれば、ねじれ破断角度が４０度以上であり、かつＲａ２を小さくすることによるねじれ破断角度の増大が顕著になり、フレキシブル性に対する信頼性が十分高い薄板ガラスとなる。さらに、Ｒａ２が０．０５μｍ以下であれば、ねじれ破断角度が５０度以上であり、かつＲａ２を小さくすることによるねじれ破断角度の増大が一層顕著になり、フレキシブル性に対する信頼性が一層高い薄板ガラスとなる。

（実施例４〜１３、比較例２、３）
石英または多成分ガラス（ショット社製テンパックス フロート（登録商標））からなり様々な幅および厚さを有しかつ主表面の平均表面粗さが０．３μｍ、側面の平均表面粗さが１．０μｍである長さ約１．５ｍの母材ガラス板を準備し、これを図２に示すような加熱延伸装置を用いて石英は炉温２０００℃、多成分ガラスは炉温１０００℃で加熱延伸し、様々な幅および厚さ、すなわち断面係数を有する薄板ガラスを製造した（実施例４〜１３）。同様に、石英からなり様々な幅および厚さを有しかつ主表面の平均表面粗さが０．３μｍ、側面の平均表面粗さが１．０μｍである長さ約１．５ｍの母材ガラス板を準備し、側面を研磨して薄板ガラスを製造した（比較例２、３）。なお、薄板ガラスのＲａ２は、製造する薄板ガラスの断面係数に応じて、加熱延伸の際の引き落とし率の調整により、それぞれ０．０５μｍ以下（実施例４〜８）、０．０５〜０．２μｍ（実施例９〜１３）、０．５〜１μｍ（比較例２、３）とした。また、薄板ガラスのＲａ１は、いずれも０．０１μｍ以下とした。
尚、実施例４〜８は引き落とし率は５％以下、実施例９〜１３は５％より大きく１０％以下である。

図６は、実施例４〜１３、比較例２、３の薄板ガラスについて、材質、幅および厚さ、断面係数、Ｒａ２、ねじれ破断角度を示す図である。また、図７は、実施例４〜１３、比較例２、３の薄板ガラスについて、断面係数とねじれ破断角度との関係を示すグラフである。なお、グラフの横軸は対数表示したものである。図６および７が示すように、断面係数が小さくなるにつれて、あるいはＲａ２が小さくなるにつれて、ねじれ破断角度は大きくなる。その結果、例えば断面係数が０．００３６であってねじれ破断角度が８０度というフレキシブル性の高い薄板ガラスを製造したい場合には、Ｒａ２を０．２μｍ以下の値にすればよいこととなる。このときの引き落とし率は例えば１０％以下である。また、例えば断面係数が０．００７８であってねじれ破断角度が８０度というフレキシブル性のさらに高い薄板ガラスを製造したい場合には、Ｒａ２を０．０５μｍ以下の値にすればよいこととなる。このときの引き落とし率は例えば５％以下である。
すなわち、製造する薄板ガラスの断面係数に応じてＲａ２が所定値以下となるように母材ガラス板を加工して薄板ガラスを製造すれば、所望の大きさのねじれ破断角度を有するフレキシブル性に対する信頼性が十分高い薄板ガラスが製造できることが確認された。

さらに、Ｒａ２と薄板ガラスの形状を決定することによって、ねじれ破断角度を推定することもできる。例えばＲａ２を０．０５以下、薄板ガラスの幅を２０ｍｍ、厚さを０．１４ｍｍ（すなわち、断面係数０．０６５３）とした場合、図７の近似曲線から、ねじれ破断角度は４０°程度であると推定できる。また、薄板ガラスの幅は２０ｍｍのままで、厚さを０．０５ｍｍ（すなわち、断面係数０．００８３）とすると、ねじれ破断角度は８０°以上となることが推定できる。

なお、上記では、母材ガラス板を加熱延伸することにより薄板ガラスを製造する場合に、引き落とし率の調整によって薄板ガラスの側面の平均表面粗さが所定値以下となるようにする場合について説明したが、母材ガラス板の主表面を研磨することにより薄板ガラスを製造する場合は、母材ガラス板の側面の研磨によって薄板ガラスの側面の平均表面粗さが所定値以下となるようにしてもよい。

１、１５ 薄板ガラス
２ 主表面
３ 側面
４ 加熱延伸装置
５ 母材ガラス板
６ カーボンヒータ
７ 加熱炉
８ 薄板ガラス条
９ 保護膜被覆装置
１０ キャップスタン
１１ テンション調整機構
１２ 巻き取りボビン
１３ 固定治具
１４ 固定回転治具

Claims (10)

1. 主表面および側面を有し、前記主表面および前記側面は保護膜が被覆されており、前記側面の平均表面粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とする薄板ガラス。
2. 前記側面の平均表面粗さが０．０５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の薄板ガラス。
3. 断面が所定の幅と厚さとを有する長方形である母材ガラス板を準備する準備工程と、
   前記母材ガラス板を加熱し、軟化させて、断面が長方形である条状の薄板ガラスに延伸する加熱延伸工程と、
   前記薄板ガラスに保護膜を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする薄板ガラスの製造方法。
4. 前記保護膜は、前記薄板ガラスに非接触で形成することを特徴とする請求項３に記載の薄板ガラスの製造方法。
5. 前記薄板ガラスは側面の平均表面粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の薄板ガラスの製造方法。
6. 前記薄板ガラスは側面の平均表面粗さが０．０５μｍ以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の薄板ガラスの製造方法。
7. 前記加熱延伸工程における引き落とし率を１０％以下とすることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１つに記載の薄板ガラスの製造方法。
8. 前記準備工程は、製造する薄板ガラスの断面係数に応じて該薄板ガラスの側面の平均表面粗さが所定値以下となるように母材ガラス板を加工する工程を含むことを特徴とする請求項３〜７のいずれか１に記載の薄板ガラスの製造方法。
9. 前記断面係数は０．００１１以上、０．０６５６以下であり、前記平均表面粗さは０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の薄板ガラスの製造方法。
10. 前記保護膜は、前記薄板ガラスに保護材を噴霧することにより形成することを特徴とする請求項４に記載の薄板ガラスの製造方法。

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