JP2017119602A

JP2017119602A - ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置

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Publication number: JP2017119602A
Application number: JP2015257181A
Authority: JP
Inventors: 将守本; Osamu Morimoto; 鈞奕張; Chunyi Chang
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Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2035-12-28
Also published as: JP6616183B2

Abstract

【課題】気相空間の気体の流れを妨げずに清澄管内の熔融ガラスを均一に加熱する方法及び装置の提供。【解決手段】熔融ガラスＭＧを加熱しながら清澄管１２０の上流から下流へと流し、清澄管１２０の上部の気相空間１２０ａに気泡を放出させる清澄工程と、清澄管１２０は、内壁に所定の間隔を空けて設けられる熔融ガラスＭＧの流れを抑制する板部材１２４，１２５，１２６と、熔融ガラスＭＧの界面の位置を計測する界面位置計測計１２８と、を備え、界面位置制御工程では、界面位置計測計１２８が計測した界面の位置に基づいて、熔融ガラスＭＧの界面が所定の位置界面の高さが板部材１２４，１２５，１２６の上端部に一致する様に清澄管１２０に流入、流出する熔融ガラスＭＧの流量を制御する界面位置制御工程と、を有し、電極１２１ａ及び電極１２１ｂの間に電圧を印加、加熱して、熔融ガラスを均一に加熱する方法及び装置。【選択図】図４

Description

本発明は、ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置に関する。

ガラス基板は、一般的に、ガラス原料から熔融ガラスを生成させた後、熔融ガラスをガラス基板へと成形する工程を経て製造される。上記の工程中には、熔融ガラスが内包する微小な気泡を除去する工程（以下、清澄ともいう）が含まれる。清澄は、清澄管の本体を加熱しながら、この清澄管本体に清澄剤を配合させた熔融ガラスを通過させ、清澄剤の酸化還元反応により熔融ガラス中の泡が取り除かれることで行われる。より具体的には、粗熔解した熔融ガラスの温度をさらに上げて清澄剤を機能させ泡を浮上脱泡させた後、温度を下げることにより、脱泡しきれずに残った比較的小さな泡は熔融ガラスに吸収させるようにしている。すなわち、清澄は、泡を浮上脱泡させる処理（以下、脱泡処理または脱泡工程ともいう）および小泡を熔融ガラスへ吸収させる処理（以下、吸収処理または吸収工程ともいう）を含む。

成形前の高温の熔融ガラスに接する部材の内壁は、その部材に接する熔融ガラスの温度、要求されるガラス基板の品質等に応じ、適切な材料により構成する必要がある。たとえば、上述の清澄管本体を構成する材料は、通常、白金族金属の単体又は合金が用いられていることが知られている（特許文献１）。白金族金属は、融点が高く、熔融ガラスに対する耐食性にも優れている。

特開２０１０−１１１５３３号公報

清澄工程においては、白金族金属の単体又は合金からなる清澄管に通電することによって清澄管が加熱されることで清澄管を通過する熔融ガラスが加熱される（通電加熱）。このとき、清澄管の中心付近を通過する熔融ガラスの温度は、清澄管の内壁の近傍の熔融ガラスの温度よりも低くなる。また、清澄管を通過する熔融ガラスの速度は、壁面抵抗があるために、管路の中心付近のほうが清澄管の内壁の近傍よりも速くなる。このため、清澄管の中心付近を通過する熔融ガラスが充分に加熱されないまま清澄管を通過してしまい、清澄が不充分となってしまうおそれがある。

一方、清澄管の中心付近の熔融ガラスの温度を上げるために、清澄管の加熱量を増やすと、清澄管を構成する白金族金属の単体又は合金の酸化による揮発が促進される。揮発した金族酸化物が清澄管の局所的に温度が低下した位置で還元されると、還元された白金族金属が清澄管の内壁面に付着する。内壁面に付着した白金族金属は脱泡工程中の熔融ガラス中に落下して混入し、ガラス基板に異物として混入するおそれがある。

清澄管内の熔融ガラスの温度を均一にするために、熔融ガラスを撹拌する撹拌手段を清澄管内に設けることも考えられる。しかし、清澄管内で泡が浮上する気相空間に撹拌手段があると、泡に含まれていた酸素、ＣＯ₂、ＳＯ₂等の気体が気相空間から清澄管の外部へ排出される流れを妨げるおそれがある。気相空間の気体の流れが妨げられると、還元された白金族金属が清澄管の内壁面に付着し、脱泡工程中の熔融ガラス中に落下して混入し、ガラス基板に異物として混入するおそれがある。

本発明は、気相空間の気体の流れを妨げることなく、清澄管内の熔融ガラスを均一に撹拌することができるガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様は、ガラス基板の製造方法であって、
清澄管に、熔融ガラスを加熱しながら上流側から下流側へと流し、前記熔融ガラス中の気泡を、前記熔融ガラスの界面と前記清澄管の内壁とによって囲まれる気相空間に向けて放出させる清澄工程と、
前記熔融ガラスの界面が所定の位置となるように前記清澄管に流入する熔融ガラス及び前記清澄管から流出する熔融ガラスの流量を制御する界面位置制御工程と、を有し、
前記清澄管には、前記清澄管の内壁に所定の間隔を空けて設けられる前記熔融ガラスの流れを抑制する板部材と、前記熔融ガラスの界面の位置を計測する界面位置計測計と、が備えられ、
前記界面位置制御工程では、前記界面位置計測計が計測した前記熔融ガラスの界面の位置に基づいて、前記熔融ガラスの界面の高さが前記板部材の上端部に一致するように前記熔融ガラスの流量を制御する。
前記板部材は、前記清澄管の長手方向に対して傾斜して設けられる、ことが好ましい。

前記界面位置制御工程では、前記清澄工程より上流の工程から前記清澄管に流入する前記熔融ガラスの流入量、及び／又は、前記清澄工程より下流の工程に前記清澄管から流出する前記熔融ガラスの流出量を調整することにより、前記熔融ガラスの界面の位置を制御する、ことが好ましい。

前記清澄管には、前記清澄管の外壁面に前記清澄管の外方に突出し、前記気相空間と外気とを連通させる通気管が設けられ、
前記界面位置計測計は、前記通気管を通じて前記清澄管の外方から導かれ、前記熔融ガラスの界面の位置を計測する、ことが好ましい。

本発明の第二の態様は、ガラス基板の製造装置であって、
熔融ガラスを加熱しながら上流側から下流側へと流し、前記熔融ガラス中の気泡を、前記熔融ガラスの界面と内壁とによって囲まれる気相空間に向けて放出させる清澄工程が行われる清澄管を含み、
前記清澄管には、前記清澄管の内壁に所定の間隔を空けて設けられる前記熔融ガラスの流れを抑制する板部材と、前記熔融ガラスの界面の位置を計測する界面位置計測計と、が備えられ、
前記清澄管では、前記界面位置計測計が計測した前記熔融ガラスの界面の位置に基づいて、前記熔融ガラスの界面の高さが前記板部材の上端部に一致するように前記熔融ガラスの流量が制御される。

上述の態様のガラス板の製造方法によれば、気相空間の気体の流れを妨げることなく、清澄管内の熔融ガラスを均一に撹拌することができる。

本実施形態の製造方法のフローを示す図である。ガラス基板の製造装置の概略図である。図２に示す清澄管の概略図である。清澄管の長手方向における鉛直断面図である。清澄管の長手方向における鉛直断面のシミュレーションにより得られたせん断速度を示した図であり、（ａ）は、清澄管に第２板部材を設けない場合のせん断速度を示した図であり、（ｂ）は、熔融ガラスの界面の高さ位置と第２板部材の上端部の位置とが一致し、第２板部材と第３板部材とを傾斜させて設けた場合のせん断速度を示した図である。

以下、本発明のガラス基板の製造方法について説明する。
（ガラス基板の製造方法の全体概要）
図１は、本実施形態のガラス基板の製造方法の工程の一例を示す図である。ガラス基板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）、清澄工程（ＳＴ２）、均質化工程（ＳＴ３）、供給工程（ＳＴ４）、成形工程（ＳＴ５）、徐冷工程（ＳＴ６）、および、切断工程（ＳＴ７）を主に有する。この他に、研削工程、研磨工程、洗浄工程、検査工程、梱包工程等を有してもよい。製造されたガラス基板は、必要に応じて梱包工程で積層され、納入先の業者に搬送される。

熔解工程（ＳＴ１）では、ガラス原料を加熱することにより熔融ガラスを作る。

清澄工程（ＳＴ２）では、熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、ＣＯ₂あるいはＳＯ₂を含んだ泡が発生する。この泡が熔融ガラス中に含まれる清澄剤（酸化スズ等）の還元反応により生じた酸素を取り込んで（吸収して）成長し、熔融ガラスの液面に浮上して放出される。その後、清澄工程では、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄剤による酸化反応及び還元反応は、熔融ガラスの温度を制御することにより行われる。

なお、清澄工程は、熔融ガラスに存在する泡を減圧雰囲気で成長させて脱泡させる減圧脱泡方式を用いることもできる。減圧脱泡方式は、清澄剤を用いない点で有効である。しかし、減圧脱泡方式は装置が複雑化及び大型化する。このため、清澄剤を用い、熔融ガラス温度を上昇させる清澄方法を採用することが好ましい。

均質化工程（ＳＴ３）では、スターラを用いて熔融ガラスを撹拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。これにより、脈理等の原因であるガラスの組成ムラを低減することができる。均質化工程は、後述する撹拌槽において行われる。

供給工程（ＳＴ４）では、撹拌された熔融ガラスが成形装置に供給される。

成形工程（ＳＴ５）及び徐冷工程（ＳＴ６）は、成形装置で行われる。

成形工程（ＳＴ５）では、熔融ガラスをシートガラスに成形し、シートガラスの流れを作る。成形には、オーバーフローダウンドロー法が用いられる。

徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れるシートガラスが所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。

切断工程（ＳＴ７）では、徐冷後のシートガラスを所定の長さに切断することで、板状のガラス基板を得る。切断されたガラス基板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス基板が作られる。

図２は、本実施形態における熔解工程（ＳＴ１）〜切断工程（ＳＴ８）を行うガラス基板の製造装置の概略図である。ガラス基板の製造装置は、図２に示すように、主に熔解装置１００と、成形装置２００と、切断装置３００と、を有する。熔解装置１００は、熔解槽１０１と、清澄管１２０と、撹拌槽１０３と、移送管１０４、１０５と、ガラス供給管１０６と、を有する。

図２に示す熔解槽１０１には、図示されないバーナー等の加熱手段が設けられている。熔解槽には清澄剤が添加されたガラス原料が投入され、熔解工程（ＳＴ１）が行われる。熔解槽１０１で熔融した熔融ガラスは、移送管１０４を介して清澄管１２０に供給される。

清澄管１２０では、熔融ガラスＭＧの温度を調整して、清澄剤の酸化還元反応を利用して熔融ガラスの清澄工程（ＳＴ２）が行われる。具体的には、清澄管１２０内の熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、ＣＯ₂あるいはＳＯ₂を含んだ泡が、清澄剤の還元反応により生じた酸素を取り込んで（吸収して）成長し、熔融ガラスの液面に浮上して気相空間に放出される。その後、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄後の熔融ガラスは、移送管１０５を介して撹拌槽１０３に供給される。

撹拌槽１０３では、撹拌子１０３ａによって熔融ガラスが撹拌されて均質化工程（ＳＴ３）が行われる。撹拌槽１０３で均質化された熔融ガラスは、ガラス供給管１０６を介して成形装置２００に供給される（供給工程ＳＴ４）。

成形装置２００では、オーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスからシートガラスＳＧが成形され（成形工程ＳＴ５）、徐冷される（徐冷工程ＳＴ６）。

切断装置３００では、シートガラスＳＧから切り出された板状のガラス基板が形成される（切断工程ＳＴ７）。
（清澄管の構成）
次に、図３、図４を参照して、清澄管１２０の構成について説明する。図３は、実施の形態の清澄管１２０の構成を示す概略斜視図であり、図４は清澄管１２０の長手方向における鉛直断面図である。

図３、図４に示すように、清澄管１２０の長手方向の両端の外周面には、電極１２１ａ、１２１ｂが設けられており、清澄管１２０の気相空間１２０ａ（図４参照）と接する壁には、排気管１２７が設けられている。また、界面位置計測計１２８が設けられ、界面位置計測計１２８のセンサー部が排気管１２７を通じて清澄管１２０内に導入され、熔融ガラスの界面位置が計測される。

清澄管１２０の本体、電極１２１ａ、１２１ｂおよび排気管１２７は、白金族金属から構成されている。なお、本明細書において、「白金族金属」は、白金族元素からなる金属を意味し、単一の白金族元素からなる金属のみならず白金族元素の合金を含む用語として使用する。ここで、白金族元素とは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）の６元素を指す。白金族金属は高価ではあるが、融点が高く、熔融ガラスに対する耐食性にも優れている。

なお、本実施例では、清澄管１２０が白金族金属から構成されている場合を具体例として説明するが、清澄管１２０の一部が、耐火物や他の金属などから構成されていてもよい。

電極１２１ａ、１２１ｂは、電源装置１２２に接続されている。電極１２１ａ、１２１ｂの間に電圧が印加されることにより、電極１２１ａ、１２１ｂの間の清澄管１２０に電流が流れて、清澄管１２０が通電加熱される。この通電加熱により、清澄管１２０の本体の最高温度が例えば、１６００℃〜１７５０℃、より好ましくは１６３０℃〜１７５０℃となるように加熱され、移送管１０４から供給された熔融ガラスの最高温度は、脱泡に適した温度、例えば、１６００℃〜１７２０℃、より好ましくは１６２０℃〜１７２０℃に加熱される。

また、通電加熱によって熔融ガラスの温度を制御することで、熔融ガラスの粘度を調節し、これにより清澄管１２０を通過する熔融ガラスの流速を調節することができる。

また、電極１２１ａ、１２１ｂには、図示しない温度計測装置（熱電対等）が設けられていてもよい。温度計測装置は電極１２１ａ、１２１ｂの温度を計測し、計測した結果を、制御装置１２３に出力する。

制御装置１２３は電源装置１２２が清澄管１２０に通電させる電流量を制御し、これにより清澄管１２０を通過する熔融ガラスの温度および流速を制御する。制御装置１２３は、ＣＰＵ、メモリ等を含むコンピュータである。

清澄管１２０の気相空間と接する壁には、排気管１２７が設けられている。排気管１２７は気相空間１２０ａの上部に設けられている。排気管１２７は、清澄管１２０における熔融ガラスの流れ方向の上流側端部と下流側端部の間の位置に設けられていることが好ましい。排気管１２７は、清澄管１２０の本体外壁面から外側に向かって煙突状に突出する形状であってもよい。排気管１２７は、気相空間１２０ａ（図４参照）と、清澄管１２０の外部空間とを連通している。排気管１２７から気相空間１２０ａ内の気体を排出することで、清澄管１２０内の熔融ガラスから放出される酸素を排出することができる。これにより、白金族金属が酸化されて揮発することを抑制し、揮発した白金族金属が還元されることによる白金族金属の析出量を低減することができる。

界面位置計測計１２８は、清澄管１２０内の熔融ガラスの界面位置を検知するセンサー部と、センサー部が検知した信号（データ）に基づいて界面位置を計測する計測部と、からなる。ここで、界面位置とは、清澄管１２０内における熔融ガラスが流れる液相領域と熔融ガラス中の気泡が放出される気相領域（気相空間）との境界領域であり、液相領域の最上位置、気相領域の最下位置である。界面位置計測計１２８のセンサー部は、排気管１２７を通じて清澄管１２０内に導入され、清澄管１２０内の熔融ガラスの界面位置を検知する。計測部は、センサー部に接続され、センサー部から送られた信号（データ）に基づいて、清澄管１２０内における熔融ガラスの界面位置を計測する。本実施形態では、界面位置計測計１２８より清澄管１２０内の熔融ガラスの界面位置を計測し、熔融ガラスの界面の高さが、後述する第２板部材１２５の上端部に一致するように熔融ガラスの流量を制御する。

本実施形態では、図４に示すように、清澄管１２０が略水平方向に延在するように配置されている。清澄管１２０の内部には、複数の板部材１２４、１２５、１２６からなる板部材群が設けられている。板部材群は、複数の第１板部材１２４からなる第１板部材群、複数の第２板部材１２５からなる第２板部材群、複数の第３板部材１２６からなる第３板部材群を含む。第１板部材１２４、第２板部材１２５、第３板部材１２６は、清澄管１２０の本体と同様に、白金族金属から構成されている。

複数の第１板部材１２４は、清澄管１２０の内壁の最下部および最上部と間隔を空けた第１の高さに設けられている。複数の第１板部材１２４は、清澄管１２０の長手方向に間隔を空けて配置される。第１板部材１２４は、清澄管１２０の中心付近を清澄管１２０の長手方向に流れる熔融ガラスの流れを妨げ、第１板部材１２４よりも上側と第１板部材１２４よりも下側に分岐させる。

複数の第２板部材１２５は、第１板部材１２４の高さ（第１の高さ）よりも高くかつ清澄管１２０の内壁の最上部と間隔を空けた第２の高さに設けられている。複数の第２板部材１２５は、清澄管１２０の長手方向に、複数の第１板部材１２４と間隔を空けて交互に配置される。第２板部材１２５は、清澄管１２０内の熔融ガラスの界面付近を清澄管１２０の長手方向に流れる熔融ガラスの流れを妨げ、熔融ガラスの流れを第２板部材１２５よりも下側（清澄管の中心付近）に向かわせる。複数の第２板部材１２５は、清澄管１２０の長手方向に対して傾斜して設けられる。複数の第２板部材１２５の傾斜角度Ａ１は、例えば、２０度から７０度、より好ましくは３０度から６０度の範囲である。清澄管１２０に第２板部材１２５を設けると、第２板部材１２５にぶつかった熔融ガラスは流れが一時的に停滞し、異質ガラスが生じる可能性がある。しかしながら、せん断速度を高めることで、熔融ガラスはより引き伸ばされる（撹拌される）。せん断速度とは、流体速度の導関数であり、熔融ガラスのせん断速度を計算することによってその流動特性がわかる。せん断応速度が大きいほど、隣接する熔融ガラス間の流速差が大きく、攪拌効果が高く、熔融ガラスを均質化できる。一方、せん断速度が小さいほど、隣接する熔融ガラス間の流速差が小さく、攪拌効果が低い。このため、第２板部材１２５を設けることにより、せん断速度を高めつつ、清澄管１２０を流れる熔融ガラスのせん断速度のばらつきを改善することにより、攪拌効率を高める。また、熔融ガラス中にサイズの小さい不純物が存在すると、熔融ガラスの界面（表面）に浮び上がり、複数の第１板部材１２４によって攪拌されずに下流側に流れるため、この不純物がガラス品質に影響を及ぼすことがある。このため、所定の角度だけ傾斜させて複数の第２板部材１２５を設けることによりせん断速度を高め、複数の第２板部材１２５によって熔融ガラスを攪拌し、また、清澄管１２０に滞在する時間を長くして、脱泡処理を促進させることができる。第２板部材１２５の下端部では、第２板部材１２５にぶつかった熔融ガラスは、第２板部材１２５に沿って下方（清澄管１２０の底部方向）に流れ、渦流が発生する。この渦流によって熔融ガラスが攪拌される。第２板部材１２５の上端部では、第２板部材１２５にぶつかった熔融ガラスは、第２板部材１２５に沿って上方（熔融ガラスの界面方向）に流れる。熔融ガラスの界面の高さ位置と第２板部材１２５の上端部の位置とが一致するように熔融ガラスの流量が制御されているため、第１板部材１２４に沿って上方に流れた熔融ガラスは、第２板部材１２５によって攪拌される。熔融ガラスの界面の高さ位置と第２板部材１２５の上端部の位置とを一致させることにより、熔融ガラス及び熔融ガラス中の不純物は、第２板部材１２５の上端部の上方を流れることなく、第２板部材１２５により攪拌される。これにより、脱泡処理を促進させることができる。第２板部材１２５同士の間隔Ｄ１は、例えば、１００ｍｍから５００ｍ、より好ましくは２００ｍｍから４００ｍｍの範囲である。第２板部材１２５同士の間隔Ｄ１を広げすぎると、熔融ガラスが第２板部材１２５によって攪拌されずに上流側から下流側に流れてしまうため脱泡処理が促進されず、第２板部材１２５同士の間隔Ｄ１を狭めすぎると、第２板部材１２５によって熔融ガラスの流れが停滞してしまい、熔融ガラス中の不純物が熔融ガラスの界面（表面）に浮び上がり攪拌されず、この不純物がガラス品質に影響を及ぼしてしまう。このため、第２板部材１２５同士の間隔Ｄ１が所定の間隔になるように複数の第２板部材１２５を設けることにより、せん断速度を高めて熔融ガラスを攪拌することにより、脱泡処理を促進させることができる。

複数の第３板部材１２６は、第１板部材１２４の高さ（第１の高さ）よりも低い第３の高さに、清澄管１２０の内壁の最下部と間隔を空けずに設けられている。複数の第３板部材１２６は、清澄管１２０の長手方向に、複数の第１板部材１２４と間隔を空けて交互に配置される。第３板部材１２６は、清澄管１２０内の熔融ガラスの最下部を清澄管１２０の長手方向に流れる熔融ガラスの流れを妨げ、熔融ガラスの流れを第３板部材１２６よりも上側（清澄管の中心付近）に向かわせる。複数の第３板部材１２６は、清澄管１２０の長手方向に対して傾斜して設けられる。複数の第３板部材１２６の傾斜角度Ｂ１は、例えば、２０度から７０度、より好ましくは３０度から６０度の範囲である。また、第３板部材１２６同士の間隔は、例えば、１００ｍｍから５００ｍ、より好ましくは２００ｍｍから４００ｍｍの範囲である。

図５は、清澄管の長手方向における鉛直断面のシミュレーションにより得られたせん断速度を示した図であり、（ａ）は、第２板部材１２５を設けない場合のせん断速度を示す図であり、（ｂ）は、熔融ガラスの界面の高さ位置と第２板部材１２５の上端部の位置とが一致し、第２板部材１２５と第３板部材１２６とを傾斜させて設けた場合のせん断速度を示す図である。図５（ａ）に示すように、第２板部材１２５を設けないと、第１板部材１２４が設けられた付近（清澄管１２０の中心部）では、せん断速度が高められて攪拌されているが、熔融ガラスの界面付近と清澄管１２０の底部付近とでは、せん断速度が異なり、熔融ガラスの攪拌ムラが生していた。また、熔融ガラスは、第１板部材１２４の上端部の上方である熔融ガラスの界面付近を流れ、熔融ガラスの流速は、他の領域と比べて速くなる。熔融ガラスは、第２板部材１２５によって攪拌されずに、上流側から下流側に流れるため、清澄管１２０に滞在する時間が短くなり、脱泡処理が促進しない。一方、図５（ｂ）に示すように、熔融ガラスの界面の高さ位置と第２板部材１２５の上端部の位置とが一致すると、熔融ガラスは、第２板部材１２５によって攪拌され、せん断速度が高くなっていた。また、熔融ガラスの界面付近と清澄管１２０の底部付近とでせん断速度が一致し、清澄管１２０内において熔融ガラスを均一に攪拌していた。また、第２板部材１２５及び第３板部材１２６にぶつかった熔融ガラスは、第２板部材１２５の下端部側及び第３板部材１２６の上端部側に流れ、渦流となる。このため、熔融ガラスは、第２板部材１２５及び第３板部材１２６に攪拌されながら上流側から下流側に流れ、清澄管１２０に滞在する時間が長くなり、脱泡処理が促進される。

このように、第１板部材１２４、第２板部材１２５、第３板部材１２６が設けられることで、清澄管１２０内の熔融ガラスが清澄管１２０の長手方向に流れるのみでなく、熔融ガラスが上下方向にも移動するように変更されるため、清澄管１２０内で熔融ガラスが均一に撹拌され、熔融ガラスの温度を均一にすることができる。

なお、図４に示すように、第２板部材１２５と第３板部材１２６とは、清澄管１２０の長手方向の同じ位置にあってもよい。すなわち、第２板部材１２５の下方に第３板部材１２６を設けてもよい。

ここで、第１板部材１２４の位置において、第１板部材１２４の上側を流れる熔融ガラスの流量を前記第１板部材の上側の流路断面積で除した流速と、第１板部材１２４の下側を流れる熔融ガラスの流量を第１板部材１２４の下側の流路断面積で除した流速とが等しくなるように、清澄管１２０を流れる熔融ガラスの流量および流速を制御することが好ましい。第１板部材１２４の上側を流れる熔融ガラスの流速と第１板部材１２４の下側を流れる熔融ガラスの流速とを等しくすることで、清澄管１２０内で熔融ガラスを均一に撹拌することができる。

第１板部材１２４の上側を流れる熔融ガラスの流速と第１板部材１２４の下側を流れる熔融ガラスの流速は、清澄管１２０による加熱量により調整することができる。

例えば、清澄管１２０の加熱量を増加させることで、清澄管１２０の内壁に近い、第１板部材１２４の下側を流れる熔融ガラスの温度を上昇させ、粘性を低下させることで、第１板部材１２４の下側を流れる熔融ガラスの流速を上げることができる。一方、清澄管１２０の加熱量を減少させることで、清澄管１２０の内壁に近い、第１板部材１２４の下側を流れる熔融ガラスの温度を低下させ、粘性を上昇させることで、第１板部材１２４の下側を流れる熔融ガラスの流速を下げることができる。

なお、第１板部材１２４の上側を流れる熔融ガラスは、清澄管１２０の内壁から遠いため、清澄管１２０の加熱量の変化による温度の変化量は、第１板部材１２４の下側を流れる熔融ガラスよりも小さい。

本実施形態においては、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さが、第２板部材１２５の上端部の最も高い位置と一致するように、熔融ガラスの流量および流速を制御する。すなわち、第１板部材１２４、第２板部材１２５、第３板部材１２６のいずれもが熔融ガラス内にあり、気相空間１２０ａに第１板部材１２４、第２板部材１２５、第３板部材１２６がないように、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを調整する。

熔融ガラスＭＧの界面の高さを変更するには、移送管１０４、１０５を流れる熔融ガラスの流量を変更すればよい。清澄工程より上流の工程である熔解工程から清澄工程に流入する、つまり、前記清澄管に流入する熔融ガラスの流入量、及び／又は、清澄工程から清澄工程より下流の工程である均質化工程、供給工程、成形工程に流出する、つまり、清澄管から流出する熔融ガラスの流出量を調整することにより、熔融ガラスの界面の位置を制御する。例えば、移送管１０４から清澄管１２０へ流入する熔融ガラスの流量を、移送管１０５により清澄管１２０から流出する熔融ガラスの流量よりも大きくすることで、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げることができる。移送管１０４、１０５における熔融ガラスの流量を制御するには、移送管１０４、１０５を流れる熔融ガラスの温度を変化させ、熔融ガラスの粘性を調整すればよい。例えば、熔融ガラスの温度を上昇させ、熔融ガラスの粘性を下げることで、熔融ガラスの流量および流速を上昇させることができる。一方、熔融ガラスの温度を下降させ、熔融ガラスの粘性を上げることで、熔融ガラスの流量および流速を低下させることができる。

清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げるためには、熔解槽１０１にガラス原料を投入する投入時間間隔を短くする、より具体的には、投入時間間隔を３分から２分、１分にする。また、１回のガラス原料の投入量を増やす、より具体的には、１回の投入量を１００ｋｇから２００ｋｇ、３００ｋｇにする。これにより、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げることができる。一方、移送管１０４から清澄管１２０へ流入する熔融ガラスの流量を、移送管１０５により清澄管１２０から流出する熔融ガラスの流量よりも小さくすることで、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げることができる。清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げるためには、熔解槽１０１にガラス原料を投入する投入時間間隔を長くする、より具体的には、投入時間間隔を３分から４分、５分にする。また、１回のガラス原料の投入量を減らす、より具体的には、１回の投入量を１００ｋｇから８０ｋｇ、５０ｋｇにする。これにより、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げることができる。ガラス原料の投入時間間隔、投入量は、熔解槽１０１においてガラス原料を熔解できる範囲において、任意に変更することができる。

また、清澄管１２０から流出する熔融ガラスの流量よりも小さくすることで、熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げることができる。清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げるためには、清澄管１２０の下流に位置するガラス供給管１０６を流れる熔融ガラスの温度を下げる、より具体的には、熔融ガラスの温度を１０００℃から９８０℃、９５０℃にする。ガラス供給管１０６を流れる熔融ガラスの流量を抑制することにより、清澄管１２０から流出する熔融ガラスの流量が抑制されるため、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げることができる。一方、清澄管１２０から流出する熔融ガラスの流量よりも大きくすることで、熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げることができる。清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げるためには、清澄管１２０の下流に位置するガラス供給管１０６を流れる熔融ガラスの温度を上げる、より具体的には、熔融ガラスの温度を１０００℃から１０２０℃、１０５０℃にする。ガラス供給管１０６を流れる熔融ガラスの流量を増やすことにより、清澄管１２０から流出する熔融ガラスの流量が増えるため、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げることができる。ガラス供給管１０６における熔融ガラスの温度、熔融ガラスの温度を変更する位置は、成形装置２００においてシートガラスＳＧを成形できる範囲において、任意に変更することができる。

このように、清澄管１２０内における熔融ガラスＭＧの界面の高さを調整することで、気相空間１２０ａ内に第１板部材１２４、第２板部材１２５、第３板部材１２６が露出することを防ぐことができるため、第１板部材１２４、第２板部材１２５、第３板部材１２６は、気相空間１２０ａに放出された酸素、ＣＯ₂、ＳＯ₂等の気体が排気管１２７に向かう流れを妨げることがない。

また、第１板部材１２４、第２板部材１２５、第３板部材１２６が気相空間１２０ａ内に放出された酸素、ＣＯ₂、ＳＯ₂等の気体に接触することを防ぐことで、第１板部材１２４、第２板部材１２５、第３板部材１２６を構成する白金族金属が酸化されることで揮発されることを防ぐことができる。

また、熔融ガラスの流量を一時的に増やし、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを第２板部材１２５の上端部より高くすることにより、熔融ガラス中に存在する小さい不純物を除去することもできる。熔融ガラスＭＧの界面の高さと第２板部材１２５の上端部とが一致するように、熔融ガラスＭＧの量を制御し続けると、小さい不純物の場合、不純物は熔融ガラスの界面（表面）に浮び上がり第２板部材１２５付近に徐々に溜り、第２板部材１２５によっても攪拌されずに下流側に流れることがあり、この不純物がガラス品質に影響を及ぼすことがある。このため、熔融ガラスの流量を一時的に増やすことにより、第２板部材１２５付近に溜まった不純物を下流に押し流す。一定量溜まった不純物は、熔融ガラスＭＧの界面付近を流れ続けるため、均質化工程（ＳＴ３）が行われる撹拌槽１０３において除去することにより、効率的に不純物を除去することができる。

以上、本発明のガラス基板の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本実施形態のガラス基板の製造方法によって製造されるガラス基板には、歪点や徐冷点が高く良好な寸法安定性を有する無アルカリのボロアルミノシリケートガラスあるいはアルカリ微量含有ガラスが用いられる。

本実施形態が適用されるガラス基板は、例えば以下の組成を含む無アルカリガラスからなる。
ＳｉＯ_２：５６−６５質量％
Ａｌ_２Ｏ_３：１５−１９質量％
Ｂ_２Ｏ_３：８−１３質量％
ＭｇＯ：１−３質量％
ＣａＯ：４−７質量％
ＳｒＯ：１−４質量％
ＢａＯ：０−２質量％
Ｎａ_２Ｏ：０−１質量％
Ｋ_２Ｏ：０−１質量％
Ａｓ_２Ｏ_３：０−１質量％
Ｓｂ_２Ｏ_３：０−１質量％
ＳｎＯ_２：０−１質量％
Ｆｅ_２Ｏ_３：０−１質量％
ＺｒＯ_２：０−１質量％
本実施形態で製造されるガラス基板は、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板を含むディスプレイ用ガラス基板に好適である。ＩＧＺＯ（インジウム、ガリウム、亜鉛、酸素）等の酸化物半導体を使用した酸化物半導体ディスプレイ用ガラス基板及びＬＴＰＳ（低温度ポリシリコン）半導体を使用したＬＴＰＳディスプレイ用ガラス基板に好適である。また、本実施形態で製造されるガラス基板は、アルカリ金属酸化物の含有量が極めて少ないことが求められる液晶ディスプレイ用ガラス基板に好適である。また、有機ＥＬディスプレイ用ガラス基板にも好適である。言い換えると、本実施形態のガラス基板の製造方法は、ディスプレイ用ガラス基板の製造に好適であり、特に、液晶ディスプレイ用ガラス基板の製造に好適である。その他、携帯端末機器などのディスプレイや筐体用のカバーガラス、タッチパネル板、太陽電池のガラス基板やカバーガラスとしても用いることができる。特に、ポリシリコンＴＦＴを用いた液晶ディスプレイ用ガラス基板に好適である。

また、本実施形態で製造されるガラス基板は、カバーガラス、磁気ディスク用ガラス、太陽電池用ガラス基板などにも適用することが可能である。

１００熔解装置
１０１熔解槽
１０２清澄管
１０３撹拌槽
１０３ａ撹拌子
１０４、１０５移送管
１０６ガラス供給管
１２０清澄管
１２０ａ気相空間
１２１ａ、１２１ｂ電極
１２２電源装置
１２３制御装置
１２４第１板部材
１２５第２板部材
１２６第３板部材
１２７排気管
１２８界面位置計測計
２００成形装置
３００切断装置
ＭＧ熔融ガラス
ＳＧシートガラス

Claims

ガラス基板の製造方法であって、
清澄管に、熔融ガラスを加熱しながら上流側から下流側へと流し、前記熔融ガラス中の気泡を、前記熔融ガラスの界面と前記清澄管の内壁とによって囲まれる気相空間に向けて放出させる清澄工程と、
前記熔融ガラスの界面が所定の位置となるように前記清澄管に流入する熔融ガラス及び前記清澄管から流出する熔融ガラスの流量を制御する界面位置制御工程と、を有し、
前記清澄管には、前記清澄管の内壁に所定の間隔を空けて設けられる前記熔融ガラスの流れを抑制する板部材と、前記熔融ガラスの界面の位置を計測する界面位置計測計と、が備えられ、
前記界面位置制御工程では、前記界面位置計測計が計測した前記熔融ガラスの界面の位置に基づいて、前記熔融ガラスの界面の高さが前記板部材の上端部に一致するように前記熔融ガラスの流量を制御する、
ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
前記板部材は、前記清澄管の長手方向に対して傾斜して設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
前記界面位置制御工程では、前記清澄工程より上流の工程から前記清澄管に流入する前記熔融ガラスの流入量、及び／又は、前記清澄工程より下流の工程に前記清澄管から流出する前記熔融ガラスの流出量を調整することにより、前記熔融ガラスの界面の位置を制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス基板の製造方法。
前記清澄管には、前記清澄管の外壁面に前記清澄管の外方に突出し、前記気相空間と外気とを連通させる通気管が設けられ、
前記界面位置計測計は、前記通気管を通じて前記清澄管の外方から導かれ、前記熔融ガラスの界面の位置を計測する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガラス基板の製造方法。
ガラス基板の製造装置であって、
熔融ガラスを加熱しながら上流側から下流側へと流し、前記熔融ガラス中の気泡を、前記熔融ガラスの界面と内壁とによって囲まれる気相空間に向けて放出させる清澄工程が行われる清澄管を含み、
前記清澄管には、前記清澄管の内壁に所定の間隔を空けて設けられる前記熔融ガラスの流れを抑制する板部材と、前記熔融ガラスの界面の位置を計測する界面位置計測計と、が備えられ、
前記清澄管では、前記界面位置計測計が計測した前記熔融ガラスの界面の位置に基づいて、前記熔融ガラスの界面の高さが前記板部材の上端部に一致するように前記熔融ガラスの流量が制御される、
ことを特徴とするガラス基板の製造装置。