JP4990229B2

JP4990229B2 - 板ガラス製造装置および板ガラス製造方法

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Publication number: JP4990229B2
Application number: JP2008156556A
Authority: JP
Inventors: 哲郎君嶋; 勝彦森定; 浩幸苅谷
Original assignee: Avanstrate Inc
Current assignee: Avanstrate Inc
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2028-06-16
Also published as: JP2009298665A

Description

本発明は、板ガラス製造装置および板ガラス製造方法に関する。

液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（以下、「ＦＰＤ」という。）のガラス基板に用いられる板ガラスでは、ガラス表面に高い平坦度が要求される。近年では、ガラス表面の平坦度に対する要求品質がますます高まってきている。

このようなＦＰＤガラス基用板ガラスは、オーバーフローダウンドロー法によって製造されることが多い。オーバーフローダウンドロー法では、溶融ガラスを成形装置に供給することで帯状のガラスリボンが連続的に成形される。その際、ガラスリボンが下方へ引き下げられ、その引き下げ速度によって厚みの調整が行われる。その後、ガラスリボンが所定長さで切断されて、板ガラスが製造される。

ところで、例えばＴＦＴ液晶ディスプレイ用の板ガラスには高い熱的安定性が求められるため、この板ガラスの製造にはそれを実現するように調製されたガラス原料が用いられる。このようなガラス原料は通常は難溶性であるために、溶融ガラス中に脈理（周りの部分と成分が異なった部分）が発生しやすくなる。そして、溶融ガラス中に脈理が存在すると、成形装置で成形されるガラスリボンを引き下げる際に周りの部分と脈理との粘性の違いによってそれらの引き伸ばされ方が異なるために、ガラス表面の平坦度が悪化することになる。

このような脈理の問題に対し、例えば特許文献１には、平均粒径が３０〜６０μｍのシリカ原料を使用することで、脈理の発生を抑える技術が開示されている。
特開２００４−６７４０８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術を用いても脈理を完全にゼロにすることはできず、製造した板ガラスがガラス表面の平坦度に対する要求品質を満たさずに製品として使用できないことがある。そこで、板ガラスを製造する際の歩留まりを改善することが望まれる。

本発明は、このような事情に鑑み、歩留まりを向上させることができる板ガラス製造装置および板ガラス製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の発明者は、ガラス表面の平坦度に対する要求品質が板ガラスの一方面と他方面とで異なることに着目した。例えば液晶ディスプレイ用の板ガラスでは、電極および配向膜などが積層される主面（使用面）には高い平坦度が要求されるが、その反対側の背面（非使用面）にはそれほど高い平坦度は要求されない。そこで、発明者は、脈理を背面側に集中させることができれば、満足する品質の板ガラスを高い歩留まりで製造できるのではないかと考えた。なお、ピーク高さとは、ある基準長さ中におけるうねり曲線の平均線から山の頂または谷の底までの距離のうちで最大のものをいう。

本発明は、このような観点からなされたものであり、溝から両側にオーバーフローさせた溶融ガラスを壁面に沿って流下させて融合させる成形装置と、溶融ガラスを清澄するための清澄槽と、前記清澄槽で清澄された溶融ガラスを前記成形装置に導く移送管と、を備え、前記移送管は、前記清澄槽側の一端から前記成形装置側の他端に向かって斜めに下りながら側方に略円弧状に曲がることにより、前記成形装置の溝から当該移送管が曲がる方向側にオーバーフローする側の溶融ガラス中に脈理が少なくなるとともに前記成形装置の溝から当該移送管が曲がる方向と反対側にオーバーフローする側の溶融ガラス中に脈理が多くなるように当該移送管を流れる溶融ガラスを回転させる、板ガラス製造装置を提供する。

また、本発明は、溶融ガラスを成形装置の溝から両側にオーバーフローさせてガラスリボンを成形する工程を含む板ガラスの製造方法であって、一端から他端に向かって斜めに下りながら側方に略円弧状に曲がる移送管に溶融ガラスを流すことにより、当該溶融ガラスを回転させながら前記成形装置に供給し、前記成形装置の溝から当該移送管が曲がる方向側にオーバーフローする側の溶融ガラス中に脈理を少なくするとともに前記成形装置の溝から当該移送管が曲がる方向と反対側にオーバーフローする側の溶融ガラス中に脈理を多くする、板ガラス製造方法を提供する。

本発明によれば、脈理を板ガラスの一方の面側に相対的に多く流出させることができる。そして、この面を背面として使用すれば、主面のピーク高さが小さく抑えられ、主面と背面のどちらにおいても平坦度に対する要求品質が満たされるようになる。すなわち、本発明によれば、製品として使用できる板ガラスの割合を増やして、歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。

図１〜図３に示すように、本発明の一実施形態に係る板ガラス製造装置は、溶融ガラスを生成するための熔解槽１と、溶融ガラスを清澄するための清澄槽３と、溶融ガラスから帯状のガラスリボンを成形する成形装置５とを備えている。なお、図１〜図３中には、水平面上の直交する２方向をＸ方向およびＹ方向、鉛直方向をＺ方向で示している。

本実施形態では、溶解槽１と清澄槽３がＸ方向に並んでおり、成形装置５が溶解槽１から−Ｙ方向に向かって斜め下に配置されている。そして、熔解槽１と清澄槽３とがＸ方向に延びる直線状の第１移送管２で接続され、清澄槽３と成形装置５とが平面視でＹ方向からＸ方向に曲がる第２移送管４で接続されている。

熔解槽１では、当該溶解槽１に投入されたガラス原料が溶解されて溶融ガラスが生成される。熔解槽１に投入されるガラス原料は、例えばＴＦＴ用の板ガラスを製造する場合は、モル％で表示して、ＳｉＯ₂：５０〜７０％、Ｂ₂Ｏ₃：５〜１５％、Ａｌ₂Ｏ₃：５〜１５％、ＭｇＯ：０〜３％、ＣａＯ：３〜１０％、ＳｒＯ：１〜３％、ＢａＯ：０〜５％、Ｎａ₂Ｏ：０〜１％、Ｋ₂Ｏ：０〜１％、Ａｓ₂Ｏ₃：０〜１％を含むように調製される。また、ガラス原料は、上記の成分以外に、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｃｌなどを好ましくは２モル％以下の範囲で含んでいてもよい。

溶解槽１で生成された溶融ガラスは、第１移送管２を通じて清澄槽３に送り込まれる。清澄槽３では、溶融ガラスが一定時間、所定温度（上記の組成のガラスの場合は例えば１５００℃以上）に保たれて、清澄（溶融ガラス中からの気泡の除去など）が行われる。

第２移送管４は、清澄槽３で清澄された溶融ガラスを成形に適した温度（上記の組成のガラスの場合は例えば１２００℃程度）となるように温度調整（冷却）しながら成形装置５に導くものである。なお、第２移送管４の詳細については、後述にて説明する。

成形装置５は、下向きに尖る五角形楔状（幅狭のホームベース状）の断面形状でＸ方向に延びており、その上面には、−Ｘ方向に向かって段々と深さが浅くなる溝５１が形成されている。そして、溝５１内には、第２移送管４から−Ｘ方向に向かって溶融ガラスが供給されるようになっている。溝５１内に溶融ガラスが供給されると、図４に示すように、溶融ガラス６が溝５１から＋Ｙ方向側と−Ｙ方向側の両側にオーバーフローする。オーバーフローした溶融ガラス６は、壁面５２に沿って流下することで、壁面５２の下端部同士が交わる稜線の下方で融合する。これにより、帯状のガラスリボン６０が連続的に成形される。なお、図示は省略するが、成形装置５には、壁面５２に沿って流下する溶融ガラス６の幅を規制するガイドが設けられている。また、成形装置５で成形されるガラスリボン６０は、図略の引き下げ装置によって下方に引き下げられる。

次に、第２移送管４について詳細に説明する。第２移送管４は、円形断面を有しており、一端４ａが清澄槽３の−Ｙ方向側の側面に接続され、他端４ｂが成形装置５の＋Ｘ方向側の端面に接続されている。そして、第２移送管４は、一端４ａから他端４ｂに向かって下りながら成形装置方向に略９０°曲がっている。

より詳しくは、第２移送管４は、清澄槽３の側面から−Ｙ方向に向かって真っ直ぐに下る上流側直線部４１と、成形装置５の＋Ｘ方向側の端面へ−Ｘ方向に向かって真っ直ぐに下る下流側直線部４３とを有するとともに、これら４１，４３をつなぐ四半円弧状の屈曲部４２とを有している。

なお、図１〜図３では、簡略化のために第２移送管４を１本の管で描いているが、実際の第２移送管４は、軸方向に所定長さで複数ブロックに分割されている。各ブロックは、白金または白金合金で構成された肉厚が０．７〜０．８ｍｍ程度の短管であり、その両端には電極が接続されたフランジが設けられている。そして、各ブロックは、短管に通電によるジュール熱を発生させることで溶融ガラスを適当な温度に保つ。また、各ブロックは、外側を耐火煉瓦で取り囲まれている。

第２移送管４の勾配は、全長に亘って一定（例えば９°）であってもよい。この場合、屈曲部４２の中心線は、Ｘ軸およびＹ軸と９°で交わる、すなわち＋Ｘ方向を−Ｙ方向に４５°振った方向に傾斜する傾斜面上に位置することになる。

本実施形態では、屈曲部４２は、平面視で真円と重なる円弧状をなしている。すなわち、屈曲部４２は、前記の傾斜面上では、楕円と重なるようになっている。この屈曲部４２の中心線を水平面上に投影したときの半径は、例えば２．５ｍである。ただし、屈曲部４２は、前記の傾斜面上で真円と重なるような円弧状となっていてもよい。あるいは、屈曲部４２は、略円弧状に曲がるものであればよく、例えば直線状の前記のブロックが角度を付けながらつなげられることにより、中心線が複数本の直線で構成されるようになっていてもよい。

第２移送管４は、全長に亘って一定径であってもよいが、例えば、上流側直線部４１の全体または一部分を下流に向かって拡径するテーパー状にするとともに、下流側直線部４３の全体または一部分を下流に向かって縮径するテーパー状にしてもよい。具体的な例としては、屈曲部４２の直径をφ２１０ｍｍとし、上流側直線部４１の途中にφ１３０ｍｍからφ２１０ｍｍに拡径するテーパー部を設け、下流側直線部４３の途中にφ２１０からφ１４５ｍｍに縮径するテーパー部を設ける。

次に、以上説明した板ガラス成形装置の作用を説明する。

溶解槽１から清澄槽３でメルティングセグリゲーションにより発生したＳｉＯ₂成分を多く含む異質ガラスが発生すると、脈理の原因となる。このＳｉＯ₂を多く含む異質ガラスは周りの溶融ガラスより僅かに比重が軽いため、成形装置５に導く第２移送管４内の上部に多く流れ込む。また、溶解槽１から清澄槽３ではＢ₂Ｏ₃などが揮発することで、表面（上部）層の溶融ガラスはＳｉＯ₂濃度が高くなり、これがそのまま第２移送管４内に流れ込むと脈理になってしまう。このため、清澄槽３から第２移送管４内に流れ込んだ直後の溶融ガラス６では、図５（ａ）に示すように、上側の９０°の第１角度領域Ａには脈理が相対的に多く存在し、下側の９０°の第３角度領域Ｃには脈理があまり存在しない。その間の第２角度領域Ｂおよび第４角度領域Ｄでは、第１角度領域Ａにおける析出量と第３角度領域Ｃにおける析出量の中間程度の量の脈理が存在する。

そして、本実施形態の第２移送管４は、下りながら右側に折れ曲がっているので、第２移送管４を流れる溶融ガラス６は、その粘性および自重によって第２移送管４から受ける抵抗力と、屈曲部４２における内側と外側との経路長の違いとにより、第２移送管４から受ける抵抗力の小さな上側の溶融ガラスが外側に押し流されるようにして屈曲部４２を通過するようになる。すなわち、溶融ガラス６は、左に捩られるようにして第２移送管４を流れ、これにより第２移送管４の他端４ｂでは、図５（ｂ）に示すように、溶融ガラス６が時計回りに回転し、脈理の量が多い第１角度領域Ａが−Ｙ方向に偏り、脈理の量が少ない第３角度領域Ｃが＋Ｙ方向に偏る。換言すれば、溶融ガラス６は、第２移送管４を流れることにより、進行方向から見て（図１中のVA，VB矢指方向視で）時計回りに回転させられながら成形装置５に供給される。

従って、図４に示すように、成形装置５の溝５１から第２移送管４の曲がる方向側にオーバーフローする側（＋Ｙ方向側）の溶融ガラス６Ａ中に脈理が少なくなり、成形装置５の溝５１から第２移送管４の曲がる方向と反対側にオーバーフローする側（−Ｙ方向側）の溶融ガラス６Ｂ中に脈理が多くなる。すなわち、本実施形態の板ガラス製造装置を使用して板ガラスを製造すれば、脈理を板ガラスの一方の面側に相対的に多く流出させることができる。そして、この面をそれほど高い平坦度が要求されない背面として使用すれば、高い平坦度が要求される主面のピーク高さが小さく抑えられ、主面と背面のどちらにおいても平坦度に対する要求品質が満たされるようになる。このように、本実施形態の板ガラス製造装置によれば、製品として使用できる板ガラスの割合を増やして、歩留まりを向上させることができる。

次に、前述したように、第２移送管４を流れる溶融ガラス６が回転することを確認するために行ったシミュレーションについて説明する。

シミュレーションで作成した第２移送管４のモデルでは、前記実施形態で例示した寸法を採用し、上流側直線部４１および下流側直線部４３の長さをそれぞれ約２ｍとした。また、第２移送管４を流れる溶融ガラスの流量を２８．９ｃｍ³／ｓ、その温度を一定の１４９０℃（粘度６７．６Ｐａ・ｓ）とした。

シミュレーションによる解析結果では、第２移送管４を流れることで溶融ガラス６が約１８°時計回りに回転した。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に何ら制限されるものではない。

実施例では、前記実施形態の板ガラス製造装置を用いて板ガラスの製造を行った。製造する板ガラスは、横（Ｘ方向の幅）１３００ｍｍ、縦（Ｙ方向の長さ）１１００、厚さ０．７ｍｍとした。

溶解槽１に投入するガラス原料は、モル％で表示して、ＳｉＯ₂：６４．７％、Ｂ₂Ｏ₃：１０．９％、Ａｌ₂Ｏ₃：１１．４％、ＭｇＯ：２．７％、ＣａＯ：５．７％、ＳｒＯ：１．９％、ＢａＯ：２．３％、Ａｓ₂Ｏ₃：０．４％を含むように調製されたものを用いた。

板ガラス製造装置における諸条件としては、前記シミュレーションと同じにした。

板ガラスは、合計で３３６枚製造した。これらを光学的に脈理検査した結果、１４枚が脈理不良と判定された。

脈理不良と判定された１４枚の板ガラスについて、光学検査では主面と背面の区別が付かないため、板ガラスの両表面のピーク高さを測定した。この測定には、東京精密社製の表面粗さ測定機（サーフコム１４００−Ｄ）を用いた。

測定したピーク高さを相対的に小さい側の面（主面）および相対的に大きい側の面（背面）のそれぞれについてある基準高さと比較すると、主面では、その比較値が平均０．８、最大１．１、最小０．７となり、背面では、その比較値が平均１．２、最大１．６、最小１．１となった。

この結果から、脈理を背面側に相対的に多く流出させることができ、主面の平坦度を向上させることができることが分かる。

（変形例）
前記実施形態では、第２移送管４が曲がる角度が略９０°であったが、第２移送管４が曲がる角度はこれに限らず種々選定可能であり、例えば１８０°であってもよい。この場合には、第２移送管４内を流れる溶融ガラス６の回転量をさらに大きくすることができる。ただし、第２移送管４が曲がる角度が略９０°であれば、第２移送管４の長さを抑えつつ、第２移送管４内を流れる溶融ガラス６を適切な量だけ回転させることができる。

また、屈曲部４２の曲がる方向は、側方であればよく、右向きであっても左向きであってもよい。

さらに、第２移送管４の一端４ａは、清澄槽３の−Ｙ方向側の側面に接続されている必要はなく、例えば＋Ｘ方向側の側面に接続されていてもよい。

また、上流側直線部４１および下流側直線部４３を省略して、第２移送管４を全長に亘って曲げることも可能である。

本発明は、ＦＰＤガラス基板用の板ガラスを製造する製造装置および製造方法に特に好適である。

本発明の一実施形態に係る板ガラス製造装置を概略的に示す斜視図である。図１に示した板ガラス製造装置の正面図である。図１に示した板ガラス製造装置の側面図である。図１のIV−IV線に対応する、成形装置の断面図である。（ａ）は図１のVA−VA線に対応する、移送管の一端の断面図、（ｂ）は図１のVB−VB線に対応する、移送管の他端の断面図である。

符号の説明

１溶解槽
２第１移送管
３清澄槽
４第２移送管
４ａ一端
４ｂ他端
４２屈曲部
５成形装置

Claims

溝から両側にオーバーフローさせた溶融ガラスを壁面に沿って流下させて融合させる成形装置と、
溶融ガラスを清澄するための清澄槽と、
前記清澄槽で清澄された溶融ガラスを前記成形装置に導く移送管と、を備え、
前記移送管は、前記清澄槽側の一端から前記成形装置側の他端に向かって斜めに下りながら側方に略円弧状に曲がることにより、前記成形装置の溝から当該移送管が曲がる方向側にオーバーフローする側の溶融ガラス中に脈理が少なくなるとともに前記成形装置の溝から当該移送管が曲がる方向と反対側にオーバーフローする側の溶融ガラス中に脈理が多くなるように当該移送管を流れる溶融ガラスを回転させる、板ガラス製造装置。
前記移送管は、前記溶融ガラスを温度調整しながら導くものである、請求項１に記載の板ガラス製造装置。
前記移送管が曲がる角度は、略９０°である、請求項１または２に記載の板ガラス製造装置。
溶融ガラスを成形装置の溝から両側にオーバーフローさせてガラスリボンを成形する工程を含む板ガラスの製造方法であって、
一端から他端に向かって斜めに下りながら側方に略円弧状に曲がる移送管に溶融ガラスを流すことにより、当該溶融ガラスを回転させながら前記成形装置に供給し、前記成形装置の溝から当該移送管が曲がる方向側にオーバーフローする側の溶融ガラス中に脈理を少なくするとともに前記成形装置の溝から当該移送管が曲がる方向と反対側にオーバーフローする側の溶融ガラス中に脈理を多くする、板ガラス製造方法。