JP5574454B2 - Manufacturing method of glass substrate - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス基板を製造するガラス基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a glass substrate manufacturing method for manufacturing a glass substrate.
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。)に用いるガラス基板には、厚さが例えば0.5〜0.7mmと薄いガラス板が用いられている。このFPD用ガラス基板は、例えば第1世代では300×400mmのサイズであるが、第10世代では2850×3050mmのサイズになっている。 As a glass substrate used for a flat panel display (hereinafter referred to as “FPD”) such as a liquid crystal display or a plasma display, a thin glass plate having a thickness of, for example, 0.5 to 0.7 mm is used. For example, the FPD glass substrate has a size of 300 × 400 mm in the first generation, but has a size of 2850 × 3050 mm in the tenth generation.
このような大きなサイズのFPD用ガラス基板を製造するには、オーバーフローダウンドロー法がよく使用される。オーバーフローダウンドロー法は、成形炉において熔融ガラスを成形体の上部から溢れ(オーバーフロー)させることにより成形体の下方においてシートガラス(板状ガラス)を成形する工程と、シートガラスを徐冷炉において徐冷する冷却工程とを含む。徐冷炉は、対になったローラ間にシートガラスを引き込み下方に搬送することにより所望の厚さに引き伸ばした後、シートガラスを徐冷する。この後、シートガラスは、所定の寸法に切断されてガラス板とされて保管される。 In order to manufacture such a large size glass substrate for FPD, an overflow down draw method is often used. In the overflow downdraw method, a step of forming a sheet glass (plate glass) below the formed body by causing the molten glass to overflow (overflow) from the upper part of the formed body in a forming furnace, and the sheet glass is gradually cooled in the slow cooling furnace. A cooling step. The slow cooling furnace draws the sheet glass between a pair of rollers and conveys it downward to stretch it to a desired thickness, and then slowly cools the sheet glass. Thereafter, the sheet glass is cut into a predetermined size to be a glass plate and stored.
このようなオーバーフローダウンドロー法を用いるガラス基板の製造方法が特許文献1に開示されている。図8は、この特許文献1に開示されているガラス板の製造装置の部分断面正面図である。成形炉1において熔融ガラス3を成形体2の上部からオーバーフローさせることにより成形体2の下方においてシートガラス8を成形し、成形したシートガラス8の各側縁部8a,8b近傍にそれぞれ設けられた複数段のローラ5a,5b,6a,6b,7a,7b,・・・によってシートガラス8は下方に搬送されていき、この過程で徐冷が行われる。なお、上記各ローラ、例えばローラ5a,5bは、それぞれローラ軸9a,9bの一端(先端部)に固定され、各ローラ軸9a,9bは軸受10a,10bに片支持されている。そして、各ローラ軸9a,9bの他端(後端部)はモータ12a,12bに接続されている。
A method for producing a glass substrate using such an overflow downdraw method is disclosed in Patent Document 1. FIG. 8 is a partial cross-sectional front view of the glass plate manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. In the molding furnace 1, the glass sheet 8 is formed below the molded
このようなオーバーフローダウンドロー法を用いるガラス基板の製造方法においては、シートガラスを搬送する上記ローラ付近の温度が比較的高い状態(高いところでは600℃以上)に保たれている。一般に、ローラ軸は金属製のため、温度上昇に伴い強度が低下するため変形リスクが高まり、もし軸が曲がれば軸の回転に伴い軸先端近くに装着されたロール面がガラス基板を送る速度に周期的な変動が起こり、縦(引張り)方向での厚み偏差や、反りを発生させる原因となる。特許文献1には、このようなローラ軸の変形を防止するため、例えば軸を中空にして、その中空空間内に冷却用のガスを流すことによりローラ軸を冷却することが開示されている。この場合、冷却ガスがシートガラス周囲に噴き出すことがないように、軸先端で穴は塞がれていることが開示されている。 In such a glass substrate manufacturing method using the overflow downdraw method, the temperature in the vicinity of the roller that conveys the sheet glass is maintained at a relatively high state (600 ° C. or higher at a high point). In general, because the roller shaft is made of metal, the risk of deformation increases because the strength decreases as the temperature rises.If the shaft is bent, the roll surface mounted near the tip of the shaft with the rotation of the shaft will feed the glass substrate. Periodic fluctuations occur, causing a thickness deviation or warpage in the longitudinal (tensile) direction. Patent Document 1 discloses that in order to prevent such deformation of the roller shaft, for example, the shaft is hollow and the roller shaft is cooled by flowing a cooling gas into the hollow space. In this case, it is disclosed that the hole is closed at the end of the shaft so that the cooling gas does not blow out around the sheet glass.
特許文献1に開示されているローラ軸内に冷却用のガスを流してローラ軸を冷却する場合、例えば図9に示すように、外周でガラスを挟むローラ20を、一端が塞がれた中空のローラ軸21の塞がれた端部側に装着し、塞がれていない軸端側から両端が開口したインナーパイプ22を挿入し、該インナーパイプ22の後端部から冷却用のガスを流入させる。インナーパイプ22の先端からローラ軸21の中空部先端に向かって噴出したガスは、中空軸を塞いでいる内壁面に当たった後、インナーパイプ22外側のローラ軸21内部を通って後端近傍から外に排出されるようにする方法が一般的である。なお、図9の(a)は部分断面正面図、(b)は側面図である。図9(a)中の破線矢印は、上述のガスの流れを示している。
When the roller shaft is cooled by flowing a cooling gas into the roller shaft disclosed in Patent Document 1, for example, as shown in FIG. 9, the
しかしながら、片持ち支持のローラ軸では支持端側の根元近くに最も大きな応力がかかるので、高温になるローラ軸を冷却する際、最も冷却が必要な箇所もそこになるが、上記の従来構成によると、冷却用ガスは先ずローラ軸21の先端部に供給され、そこから軸内壁との直接的な熱交換が開始されるので、ローラ軸21の先端が最も効果的に冷却される構成である。この構成では、ローラ軸21の根元を所定の温度以下に冷却するためにガスの流入量を調整した場合、ローラ軸21の先端温度は炉内にある根元周辺部よりも下がることになってしまう。
However, in the cantilevered roller shaft, the greatest stress is applied near the base on the support end side, so when cooling the roller shaft that becomes high temperature, the portion that needs the most cooling is also there. Then, the cooling gas is first supplied to the tip of the
ところで、成形体からオーバーフローされた熔融ガラスは、反り及び歪が必要以上に大きくならないように、すなわち顧客の品質要求を満たすように、上述の徐冷が行われる。具体的には、流れ方向に沿ってシートガラスの幅方向の温度プロファイルが予め設計されており、シートガラスが設計された温度プロファイルとなるように、冷却装置やヒータなどを用いて厳密な温度管理を行っている。ところが、徐冷工程において、上記のようにシートガラスを搬送するローラ20のローラ軸21の先端が過剰に冷却されると、ローラ軸21の先端面が炉内に対し特に断熱されていないことで、その近傍にあるシートガラスが過剰に冷却されてしまったり、ある程度の断熱性能を持つとはいえ、ロール材を通じてロール面が接触するガラスの熱を低温のロール軸が必要以上に奪うことで、上記温度プロファイルのバランスが崩れて、予め設計された温度プロファイルを再現できなくなる。その結果、製造されたガラス基板の反り及び歪は大きくなりやすい。
By the way, the molten glass overflowed from the molded body is subjected to the above-described slow cooling so that warpage and distortion do not increase more than necessary, that is, satisfy the quality requirements of customers. Specifically, the temperature profile in the width direction of the sheet glass is designed in advance along the flow direction, and strict temperature management is performed using a cooling device or a heater so that the sheet glass has the designed temperature profile. It is carried out. However, in the slow cooling process, when the tip of the
そこで、本発明は、設計された温度プロファイルを精度良く再現でき、これによりガラス基板の平面度(反り量)及び歪の悪化を抑制することが可能なガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has an object to provide a glass substrate manufacturing method capable of accurately reproducing a designed temperature profile and thereby suppressing deterioration of flatness (warping amount) and distortion of the glass substrate. And
本発明者は、徐冷工程において高温の炉内で長期間使用されてもローラ軸に必要とされる真直度を保ち、かつガラスに対し設計された温度プロファイルを精度良く再現できるように以下の構成の発明を想到するに至った。 In order to maintain the straightness required for the roller shaft even when used in a high-temperature furnace for a long period of time in the slow cooling process and accurately reproduce the temperature profile designed for the glass, The inventors came up with the invention of the configuration.
(構成1の発明)
熔融ガラスを成形体からオーバーフローさせて連続したシートガラスを成形し、ローラにより、前記シートガラスを挟持して下方に搬送するするガラス基板の製造方法であって、前記ガラス基板の反り及び歪を低減するために、前記成形体から流下した前記シートガラスを前記ローラにより下方に引張りながら徐冷する際に形成される前記シートガラスの幅方向の温度プロファイルを、流れ方向に沿って所定の設定に制御するとともに、前記ローラを支持するローラ軸の真直度が維持され、且つシートガラスの温度プロファイルへの影響が抑えられるように前記ローラ軸を冷却することを特徴とするガラス基板の製造方法である。ここで、「ローラ軸の真直度が維持され」とは、真直度が所定の規格値内にあることをいう。
(Invention of Configuration 1)
A method for producing a glass substrate, in which molten glass is overflowed from a molded body to form a continuous sheet glass, and the sheet glass is sandwiched by a roller and conveyed downward, wherein warpage and distortion of the glass substrate are reduced. Therefore, the temperature profile in the width direction of the sheet glass formed when the sheet glass flowing down from the molded body is slowly cooled while being pulled downward by the roller is controlled to a predetermined setting along the flow direction. In addition, the glass substrate manufacturing method is characterized in that the roller shaft is cooled so that the straightness of the roller shaft supporting the roller is maintained and the influence on the temperature profile of the sheet glass is suppressed. Here, “the straightness of the roller shaft is maintained” means that the straightness is within a predetermined standard value.
(構成2の発明)
前記ローラが装着された側の前記ローラ軸先端面の温度が、軸支持部に近い側の炉内にある側面部よりも少なくとも低くならないように、前記ローラ軸の温度を制御することを特徴とする構成1に記載のガラス基板の製造方法である。
(Invention of Configuration 2)
The temperature of the roller shaft is controlled so that the temperature of the tip surface of the roller shaft on the side where the roller is mounted is not at least lower than the side surface portion in the furnace near the shaft support portion. It is a manufacturing method of the glass substrate of the structure 1 to do.
(構成3の発明)。
前記ローラ軸はローラを装着する側の先端部を塞いだ中空構造であり、その側面に複数の開口穴を有する前記ローラ軸の穴内径よりも小径のインナーパイプを前記ローラ軸中空部に挿入し、前記インナーパイプの後端部から冷却媒体を供給することで、複数の穴から噴き出した冷却媒体を壁面に直角方向から当てることにより前記ローラ軸を中空部内面から広範に渡って効率的に冷却し、該ローラ軸の温度を長手方向で異なった任意の温度分布に制御することを特徴とする構成2に記載のガラス基板の製造方法である。
(Invention of Configuration 3).
The roller shaft has a hollow structure in which a tip end on the side where the roller is mounted is closed, and an inner pipe smaller in diameter than the inner diameter of the roller shaft having a plurality of opening holes on the side surface is inserted into the roller shaft hollow portion. By supplying the cooling medium from the rear end of the inner pipe, the cooling medium ejected from the plurality of holes is applied to the wall surface in a direction perpendicular to the wall surface, thereby efficiently cooling the roller shaft from the inner surface of the hollow section over a wide area. And it is a manufacturing method of the glass substrate of the
(構成4の発明)
前記ローラ軸のローラ装着部より根元側の、前記ローラ軸が徐冷炉内で露出している部位を断熱材で覆うことを特徴とする構成3に記載のガラス基板の製造方法である。
(構成5の発明)
前記シートガラスの幅方向に沿って設けられた熱源を用いて、前記シートガラスに、前記シートガラスの幅方向に沿って温度分布を与えて徐冷することを特徴とする構成1乃至4のいずれか一項に記載のガラス基板の製造方法である。
(Invention of Configuration 4)
The glass substrate manufacturing method according to
(Invention of Configuration 5)
Any one of the constitutions 1 to 4, wherein a temperature distribution is given to the sheet glass along the width direction of the sheet glass by using a heat source provided along the width direction of the sheet glass, and the sheet glass is gradually cooled. A method for producing a glass substrate according to claim 1.
(構成6の発明)
前記ローラが挟持する前記シートガラスの温度は、600℃〜1100℃であることを特徴とする構成1乃至5のいずれか一項に記載のガラス基板の製造方法である。
(Invention of Configuration 6)
6. The glass substrate manufacturing method according to claim 1, wherein the temperature of the sheet glass sandwiched between the rollers is 600 ° C. to 1100 ° C. 6.
本発明によれば、徐冷工程において、シートガラスを搬送するローラを支持するローラ軸の真直度が、長期間必要な水準に維持されるように冷却するとともに、シートガラスの幅方向における温度プロファイルに影響を与えないようにローラ軸の温度を制御することにより、予め意図した(設計された)温度プロファイルを精度良く再現でき、ガラス基板の平面度(反り量)及び歪の悪化を抑制することが可能なガラス基板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, in the slow cooling process, the roller shaft supporting the roller for conveying the sheet glass is cooled so that the straightness of the roller shaft is maintained at a necessary level for a long time, and the temperature profile in the width direction of the sheet glass By controlling the temperature of the roller shaft so as not to affect the temperature, the intended (designed) temperature profile can be accurately reproduced, and the flatness (warping amount) and distortion of the glass substrate can be suppressed. It is possible to provide a method for manufacturing a glass substrate that can be used.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(ガラス基板の製造方法の全体概要)
図1は、本発明の実施形態であるガラス基板の製造方法のフローを示す図である。
ガラス基板の製造方法は、熔解工程(ST1)と、清澄工程(ST2)と、均質化工程(ST3)と、供給工程(ST4)と、成形工程(ST5)と、冷却工程(ST6)と、切断工程(ST7)と、を主に有する。また、ガラス基板の製造方法は、研削工程、研磨工程、洗浄工程、検査工程、梱包工程等の他の工程を有する。梱包工程で積層された複数のガラス板は、納入先の業者(顧客)に搬送される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(Overall overview of glass substrate manufacturing method)
FIG. 1 is a diagram showing a flow of a glass substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
The glass substrate manufacturing method includes a melting step (ST1), a clarification step (ST2), a homogenization step (ST3), a supply step (ST4), a forming step (ST5), a cooling step (ST6), Cutting step (ST7). Moreover, the manufacturing method of a glass substrate has other processes, such as a grinding process, a grinding | polishing process, a washing | cleaning process, an inspection process, and a packing process. The plurality of glass plates stacked in the packing process are transported to a supplier (customer) as a delivery destination.
図2は、熔解工程(ST1)〜切断工程(ST7)を行う装置を模式的に示す図である。当該装置は、図2に示すように、熔解装置100と、成形装置200と、切断装置300とを主に有する。熔解装置100は、熔解槽101と、清澄槽102と、攪拌槽103と、第1配管104と、第2配管105と、第3配管106とを有する。成形装置200については後述する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an apparatus for performing the melting step (ST1) to the cutting step (ST7). As shown in FIG. 2, the apparatus mainly includes a
熔解工程(ST1)では、熔解槽101内に供給されたガラス原料を、図示されない火焔及び電気ヒータで加熱して熔解することで熔融ガラスMGを得る。清澄工程(ST2)は、清澄槽102において行われ、熔解槽101から第1配管104を通って供給された清澄槽102内の熔融ガラスMGを加熱することにより、熔融ガラスMG中に含まれる酸素やSO2の気泡が、清澄剤の酸化還元反応により成長し液面に浮上して放出される、あるいは、気泡中のガス成分が熔融ガラスMG中に吸収されて、気泡が消滅する。
均質化工程(ST3)では、清澄槽102から第2配管105を通って供給された攪拌槽103内の熔融ガラスMGを、スターラ103aを用いて攪拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。
供給工程(ST4)では、熔融ガラスMGが、攪拌槽103から第3配管106を通って成形装置200に供給される。
In the melting step (ST1), molten glass MG is obtained by melting the glass raw material supplied into the
In the homogenization step (ST3), the glass component is homogenized by stirring the molten glass MG in the
In the supply step (ST4), the molten glass MG is supplied from the stirring
成形装置200では、成形工程(ST5)及び冷却工程(ST6)が行われる。
成形工程(ST5)では、熔融ガラスMGをシートガラスSG(図3参照)に成形し、シートガラスSGの流れを作る。本実施形態では、後述する成形体210を用いたオーバーフローダウンドロー法を用いている。この場合、シートガラスSGの流れ方向(図中Z方向)は、鉛直下方となる。冷却工程(ST6)では、成形されて流れるシートガラスSGが所望の厚さになり、冷却に起因する反り及び歪が生じないように冷却される。
切断工程(ST7)では、切断装置300において、成形装置200から供給されたシートガラスSGが所定の長さに切断されることで、板状のガラス基板Gを得る。
この後、ガラス基板Gの端面の研削・研磨が行われた後、ガラス基板Gの洗浄が行われ、さらに、気泡や脈理等の異常欠陥の有無が検査された後、検査合格品のガラス基板Gが最終製品として梱包される。
In the
In the forming step (ST5), the molten glass MG is formed into a sheet glass SG (see FIG. 3) to make a flow of the sheet glass SG. In the present embodiment, an overflow down draw method using a molded
In the cutting step (ST7), the sheet glass SG supplied from the forming
Then, after grinding and polishing of the end face of the glass substrate G, the glass substrate G is cleaned, and further, the presence or absence of abnormal defects such as bubbles and striae is inspected, and then the glass that has passed the inspection. The substrate G is packed as a final product.
本実施形態において製造されるガラス基板Gは、例えば、液晶ディスプレイ用ガラス基板、有機ELディスプレイ用ガラス基板、カバーガラスに好適に用いられる。また、このガラス基板は、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。 The glass substrate G manufactured in the present embodiment is suitably used for, for example, a glass substrate for liquid crystal display, a glass substrate for organic EL display, and a cover glass. In addition, the glass substrate can also be used as a display for a portable terminal device, a cover glass for a housing, a touch panel plate, a glass substrate for a solar cell, or a cover glass. Particularly, it is suitable for a glass substrate for a liquid crystal display using a polysilicon TFT.
また、ガラス基板Gの厚さは、例えば0.1mm〜1.5mmである。好ましくは0.1〜1.2mm、より好ましくは0.3〜1.0mm、さらにより好ましくは0.3〜0.8mm、特に好ましくは0.3〜0.5mmである。
さらに、ガラス基板Gの幅方向の長さは、例えば500mm〜3500mmであり、1000mm〜3500mmであることが好ましく、2000mm〜3500mmであることがより好ましい。一方、ガラス基板Gの縦方向の長さも、例えば500mm〜3500mmであり、1000mm〜3500mmであることが好ましく、2000mm〜3500mmであることがより好ましい。
Moreover, the thickness of the glass substrate G is 0.1 mm-1.5 mm, for example. Preferably it is 0.1-1.2 mm, More preferably, it is 0.3-1.0 mm, More preferably, it is 0.3-0.8 mm, Most preferably, it is 0.3-0.5 mm.
Furthermore, the length of the glass substrate G in the width direction is, for example, 500 mm to 3500 mm, preferably 1000 mm to 3500 mm, and more preferably 2000 mm to 3500 mm. On the other hand, the length of the glass substrate G in the vertical direction is, for example, 500 mm to 3500 mm, preferably 1000 mm to 3500 mm, and more preferably 2000 mm to 3500 mm.
(ガラス基板の組成)
ガラス基板Gに用いるガラスは、例えば、ボロシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス、ソーダライムガラス、アルカリシリケートガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、アルカリアルミノゲルマネイトガラスなどを適用することができる。なお、本発明に適用できるガラスは上記に限定されるものではない。
(Composition of glass substrate)
As the glass used for the glass substrate G, for example, borosilicate glass, aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, soda lime glass, alkali silicate glass, alkali aluminosilicate glass, alkali aluminogermanate glass, or the like can be used. The glass applicable to the present invention is not limited to the above.
ガラス基板Gのガラス組成は例えば以下のものを挙げることができる。以下示す組成の含有率表示は、質量%である。
SiO2:50〜70%、
Al2O3:0〜25%、
B2O3:1〜15%、
MgO:0〜10%、
CaO:0〜20%、
SrO:0〜20%、
BaO:0〜10%、
RO:5〜30%(ただし、RはMg、Ca、Sr及びBaの合量)、
を含有する無アルカリガラスであることが、好ましい。
The glass composition of the glass substrate G can mention the following, for example. The content rate display of the composition shown below is mass%.
SiO 2 : 50 to 70%,
Al 2 O 3 : 0 to 25%,
B 2 O 3 : 1 to 15%
MgO: 0 to 10%,
CaO: 0 to 20%,
SrO: 0 to 20%,
BaO: 0 to 10%,
RO: 5 to 30% (where R is the total amount of Mg, Ca, Sr and Ba),
It is preferable that it is an alkali free glass containing.
なお、本実施形態では無アルカリガラスとしたが、ガラス基板Gはアルカリ金属を微量含んだアルカリ微量含有ガラスであってもよい。アルカリ金属を含有させる場合、R'2Oの合計が0.10%以上0.5%以下、好ましくは0.20%以上0.5%以下 (ただし、R'はLi、Na及びKから選ばれる少なくとも1種であり、ガラス基板Gが含有するものである)含むことが好ましい。勿論、R’2Oの合計が0.10%未満であってもよい。また、ガラスの熔解を容易にするために、比抵抗を低下させるという観点から、ガラス中の酸化鉄の含有量が0.01〜0.2%(好ましくは0.01〜0.08%)であることがさらに好ましい。また、清澄剤として添加される酸化錫の含有量が0.01〜1%(好ましくは0.01〜0.5%)であることがさらに好ましい。 In the present embodiment, alkali-free glass is used, but the glass substrate G may be alkali-containing glass containing a trace amount of alkali metal. When an alkali metal is contained, the total of R ′ 2 O is 0.10% or more and 0.5% or less, preferably 0.20% or more and 0.5% or less (where R ′ is selected from Li, Na, and K) It is preferable that the glass substrate G contains at least one kind. Of course, the total of R ′ 2 O may be less than 0.10%. In order to facilitate melting of the glass, the content of iron oxide in the glass is 0.01 to 0.2% (preferably 0.01 to 0.08%) from the viewpoint of reducing the specific resistance. More preferably. Moreover, it is more preferable that the content of tin oxide added as a fining agent is 0.01 to 1% (preferably 0.01 to 0.5%).
(成形装置の説明)
図3は、ガラス基板Gの成形装置200の構成を示す側面図である。
成形装置200は、成形工程(ST5)を行う成形炉201と、冷却工程(ST6)を行う徐冷炉202とを含む。
(Description of molding equipment)
FIG. 3 is a side view showing the configuration of the glass substrate
The
本実施形態で行う冷却工程(ST6)では、ガラス基板Gの反りおよび歪を低減するために、成形工程(ST5)で成形されたシートガラスSGの幅方向(図2に示す成形装置200における水平方向)に沿って設けられたヒータユニットを用いて、シートガラスSGに、シートガラスSGの幅方向に沿って温度分布を与えながら冷却する徐冷処理を行う。
In the cooling step (ST6) performed in this embodiment, in order to reduce warpage and distortion of the glass substrate G, the width direction of the sheet glass SG formed in the forming step (ST5) (horizontal in the forming
成形炉201及び徐冷炉202は、耐火レンガ、耐火断熱レンガ、あるいはファイバー系断熱材等の耐火物で構成された炉壁に囲まれて構成されている。成形炉201は、徐冷炉202に対して鉛直上方に設けられている。成形炉201及び徐冷炉202の炉壁で囲まれた炉内部空間には、成形体210と、雰囲気仕切り部材220と、冷却ローラ230と、冷却ユニット240と、搬送ローラ250a〜250cを含む複数の搬送ローラと、複数の温度調整装置とが設けられている。
The forming
成形体210は、図2に示すように、第3配管106を通して熔解装置100から流れてくる熔融ガラスMGを、シートガラスSGに成形する。これにより、成形装置200内で、鉛直下方のシートガラスSGの流れが作られる。成形体210は、耐火レンガ等によって構成された細長い構造体であり、図3に示すように断面が楔形状を成している。成形体210の上部には、熔融ガラスMGを導く流路となる溝212が設けられている。溝212は、成形体210に設けられた供給口において第3配管106と接続され、第3配管106を通して流れてくる熔融ガラスMGは、溝212を伝って流れる。溝212の深さは、熔融ガラスMGの流れの下流ほど浅くなっており、溝212から熔融ガラスMGが鉛直下方に向かって溢れ出るようになっている。
溝212から溢れ出た熔融ガラスMGは、成形体210の両側の側壁を伝わって流下する。側壁を流れた熔融ガラスMGは、成形体210の下方端部213(図3に示す)で合流し、1つのシートガラスSGが成形される。シートガラスSGは、図3に示すシートガラスSGの流下方向であるZ方向に流れる。なお、成形体210の下方端部213の直下におけるシートガラスSGの温度は、105.7〜107.5poiseの粘度に相当する温度(例えば1000〜1130℃)である。
As shown in FIG. 2, the formed
The molten glass MG overflowing from the
成形体210の下方端部213の下方近傍には、雰囲気仕切り部材220が設けられている。雰囲気仕切り部材220は、一対の板状の断熱部材であって、シートガラスSGを厚さ方向(図中X方向)の両側から挟むように、シートガラスSGの厚さ方向の両側に設けられている。シートガラスSGと雰囲気仕切り部材220との間には、雰囲気仕切り部材220がシートガラスSGに接触しない程度に隙間が設けられている。雰囲気仕切り部材220は、成形炉201の内部空間を仕切ることにより、雰囲気仕切り部材220の上方の炉内部空間と下方の炉内部空間との間の熱の移動を遮断する。
An
雰囲気仕切り部材220の下方には空冷式の冷却ローラ230が設けられている。冷却ローラ230は、図3に示すように、シートガラスSGを厚さ方向の両側から挟むように、シートガラスSGの厚さ方向の両側に設けられている。なお、冷却ローラ230は、シートガラスSGの幅方向両端部の温度が約109・0poise以上の粘度に相当する温度(例えば900℃以下)に低下するまで、冷却することが好ましい。
An air-cooled
雰囲気仕切り部材220の下方に冷却ユニット240が設けられている。冷却ユニット240は、複数の冷却装置から構成されている。
A
天板202aの下方の天板202aと天板202bに挟まれた領域には、温度調整装置が設けられている。この領域には搬送ローラ250aがシートガラスSGの厚さ方向の両側のそれぞれに設けられている。さらに、この領域には、熱源であるヒータユニット270が、温度調整装置としてシートガラスSGの厚さ方向の両側のそれぞれに設けられている。ヒータユニット270は、幅方向の温度プロファイルを制御するように、シートガラスの幅方向に沿って複数設けられたヒータを有する。ヒータはそれぞれ、加熱量が調整可能である。
A temperature adjusting device is provided in a region sandwiched between the
天板20bの下方に隣接する天板(図示されず)と天板202bに挟まれた領域には、さらに、別のヒータユニット270を用いた温度調整装置が設けられている。
A temperature adjusting device using another
図4は、上記ヒータユニット270を説明する図である。なお、図4では、搬送ローラ250aの図示は省略されている。
ヒータユニット270は、シートガラスSGの幅方向に沿って5つのヒータ270a〜270eに分かれており、それぞれのヒータ270a〜270eがそれぞれ熱を発する。ヒータ270a〜270eは、例えば、クロム系発熱線等の熱源を備える。5つのヒータ270a〜270eのそれぞれの加熱量は個別に調整可能に構成されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the
The
上記冷却ローラ230、冷却ユニット240およびヒータユニット270により、例えば、以下のように、シートガラスSGが、予め設計された温度プロファイルに対応した温度分布を持つように、冷却する。図5は、本発明における複数の温度プロファイルを説明する図である。
粘性領域では、例えば、第1温度プロファイルP1が設計されている。粘弾性領域では、例えば、第2温度プロファイルP2、第3温度プロファイルP3および第4温度プロファイルP4が設計されている。
第1温度プロファイルP1は、シートガラスの幅方向の端部が端部に挟まれた中央領域の温度より低く、且つ、中央領域の温度が均一になるような温度プロファイルである。第1温度プロファイルP1により、幅方向の収縮を抑えつつ、シートガラスの板厚を均一にすることができる。
The sheet roller SG is cooled by the cooling
In the viscous region, for example, the first temperature profile P1 is designed. In the viscoelastic region, for example, a second temperature profile P2, a third temperature profile P3, and a fourth temperature profile P4 are designed.
The first temperature profile P1 is a temperature profile in which the end portion in the width direction of the sheet glass is lower than the temperature of the central region sandwiched between the end portions, and the temperature of the central region is uniform. With the first temperature profile P1, it is possible to make the thickness of the sheet glass uniform while suppressing shrinkage in the width direction.
第2温度プロファイルP2は、シートガラスの幅方向の温度が中央部から端部に向かって漸減するような温度プロファイルである。第3温度プロファイルP3は、第2温度プロファイルP2と同様、シートガラスの幅方向の温度が中央部から端部に向かって漸減するような温度プロファイルであるが、温度勾配が第2温度プロファイルP2より低減されている。第4温度プロファイルP4は、ガラス歪点の近傍の温度領域において、シートガラスの幅方向の端部と中央部との温度勾配がさらに低減し、略均一になるような温度プロファイルである。第2温度プロファイルP2、第3温度プロファイルP3および第4温度プロファイルP4により、反り及び歪(残留応力)を低減できる。なお、シートガラスの中央領域は、板厚を均一にする対象の部分を含む領域であり、シートガラスの端部は、製造後に切断される対象の部分を含む領域である。 The second temperature profile P2 is a temperature profile in which the temperature in the width direction of the sheet glass gradually decreases from the central portion toward the end portion. Similarly to the second temperature profile P2, the third temperature profile P3 is a temperature profile in which the temperature in the width direction of the sheet glass gradually decreases from the central portion toward the end portion, but the temperature gradient is higher than that of the second temperature profile P2. Has been reduced. The fourth temperature profile P4 is a temperature profile in which the temperature gradient between the end portion and the center portion in the width direction of the sheet glass is further reduced and becomes substantially uniform in the temperature region near the glass strain point. Warpage and distortion (residual stress) can be reduced by the second temperature profile P2, the third temperature profile P3, and the fourth temperature profile P4. In addition, the center area | region of sheet glass is an area | region including the part of the object which makes plate | board thickness uniform, and the edge part of sheet glass is an area | region including the part of the object cut | disconnected after manufacture.
以上説明したとおり、成形体からオーバーフローされた熔融ガラスは、反り及び歪が許容値を超えないように、上述の徐冷工程が実施される。この徐冷工程においては、上述したように、反り及び歪が許容値を超えないように、流れ方向に沿ってシートガラスの幅方向の温度プロファイルが予め設計されており、シートガラスが設計された温度プロファイルとなるように、冷却装置やヒータなどを用いて厳密な温度管理を行っている。ところが、徐冷工程において、前述のシートガラスを搬送するローラの先端が過剰に冷却されると、その近傍にあるシートガラスがその冷却の影響によって予め設計された温度プロファイルを再現できなくなる。その結果、製造されたガラス基板に許容値を超える反り及び歪が生じてしまう。 As described above, the molten glass overflowed from the formed body is subjected to the above-described slow cooling step so that warpage and strain do not exceed allowable values. In this slow cooling step, as described above, the temperature profile in the width direction of the sheet glass is designed in advance along the flow direction so that the warp and strain do not exceed the allowable values, and the sheet glass is designed. Strict temperature management is performed using a cooling device, a heater, or the like so as to obtain a temperature profile. However, in the slow cooling process, if the tip of the roller that conveys the sheet glass is excessively cooled, the sheet glass in the vicinity thereof cannot reproduce the temperature profile designed in advance due to the cooling effect. As a result, warpage and distortion exceeding the allowable value are generated in the manufactured glass substrate.
そこで、本発明では、ローラを支持するローラ軸の真直度が、長期間必要な水準に維持されるようにローラ軸を冷却するとともに、設計された温度プロファイルに及ぼす影響ができるだけ小さくなるように、ローラ軸の温度を制御することを特徴としている。以下、実施の形態に基づき説明する。 Therefore, in the present invention, the roller shaft is cooled so that the straightness of the roller shaft supporting the roller is maintained at a necessary level for a long time, and the influence on the designed temperature profile is minimized. It is characterized by controlling the temperature of the roller shaft. Hereinafter, a description will be given based on the embodiment.
[第1の実施の形態]
図6は、本発明におけるローラ軸の冷却方法の第1の実施の形態を示す部分断面正面図である。
ここで示すローラ30は、前述の図3に示す成形装置200における搬送ローラ250a〜250cに相当するものであり、本実施の形態ではローラ30は片持ち支持されている。従って、ローラ30は、成形装置の徐冷炉内において、ローラ30は、上方から流れてくるシートガラス面と接触し、シートガラスを下方に搬送する。
[First Embodiment]
FIG. 6 is a partial sectional front view showing a first embodiment of a roller shaft cooling method according to the present invention.
The
上記ローラ30を支持するローラ軸31は中空構造に形成されており、その先端部に上記ローラ30が固定されている。通常、ローラ30の材質は無機繊維を固めたものであり、ローラ軸31の材質としては耐熱性に優れ硬度も高い例えばマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられたりする。本実施形態においても同様の材質のものが使用される。また、上記ローラ軸31の穴内径よりも小径の、先端部が閉口し、後端部が開口し、側面に複数の開口部(小さい穴)32a1、32a2、32b1、32b2、・・・、32f1、32f2を有するインナーパイプ32を上記ローラ軸31中空部に挿入している。そして、該インナーパイプ32の後端部から冷却媒体を供給することにより、インナーパイプ32側面の上記開口部からローラ軸31内部に向かって冷却媒体が噴き出される。この場合の冷却媒体としては、ガスでも液体でもよい。が、液体は熱容量が大きいため過剰に熱量を奪い、軸温度を下げ過ぎるので、ガスがより好ましい。なお、図6中の破線矢印は、上述の冷却媒体の流れを示している。
The
本実施の形態によれば、上記インナーパイプ32の先端は閉口しており、インナーパイプ32内に流入した冷却媒体は、専らインナーパイプ32の側面に設けた上記複数の穴からローラ軸31内部に噴き出させるため、冷却媒体がローラ軸31の先端面及びその周囲はあまり冷却しないようにしながら、本来冷却するする必要があるローラ軸31の内面を炉内部全長に渡って、かつ穴位置と穴径を任意に変更することで、場所により冷却程度を変えて冷却することが可能となる。ローラ先端に近接するガラスへの影響が抑制されると、設計された温度プロファイルを精度良く再現することが可能になり、ガラス基板の平面度および歪の悪化を抑制することができる。つまり、本実施の形態によれば、ローラ30を支持するローラ軸32が雰囲気中の熱によりクリープ変形することで、真直度が所定の規格値を超えないように、且つシートガラスの温度プロファイルに及ぼす影響が最小限になるようにローラ軸31を効果的に冷却することができる。
According to the present embodiment, the tip of the
なお、本実施の形態において、インナーパイプ32の側面に設ける開口部に関し、その大きさ、位置、数等は図6に示す態様に限定されるものではない。ローラ軸31をその長手方向にかかる曲げモーメントの大きさに応じて最小限の風量で効果的に冷却する観点から、上記開口部の大きさ、位置、数等は任意に設定することができる。
In the present embodiment, the size, position, number, and the like of the opening provided on the side surface of the
[第2の実施の形態]
図7は、本発明におけるローラ軸の冷却方法の第2の実施の形態を示す部分断面正面図である。
図7に示すとおり、本実施の形態は、上述の第1の実施の形態(図6)において、露出している前記ローラ軸31の露出部を断熱材33で覆うことを特徴とするものである。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a partial sectional front view showing a second embodiment of the roller shaft cooling method according to the present invention.
As shown in FIG. 7, the present embodiment is characterized in that the exposed portion of the exposed
露出している前記ローラ軸31の露出部を断熱材33で覆うことにより、ローラ軸31が受ける雰囲気の高温状態(600℃以上)の影響が低減されるため、ローラ軸31の冷却をより効果的に行うことができ、冷却媒体の供給量を大幅に減らすことができる。
上記断熱材33で覆う方法としては、例えば内側に断熱材を充填した円筒状の断熱カバーを露出しているローラ軸31に被せて断熱する方法などが挙げられる。なお、上記断熱材33は、当然その温度での耐熱性も備えている必要がある。
By covering the exposed exposed portion of the
Examples of the method of covering with the
本実施の形態によればローラ軸を必要な低温に保つために必要な風量が少なくできるため、従来の構成以上にローラ先端に近接するガラスが選択的に(過剰に)冷却されにくく、かつ低温の金属製ローラ軸が炉内に露出しないため、シートガラスの温度プロファイルにより影響を及ぼしにくくなるので、ガラス基板の平面度および歪の悪化を防止することができる。つまり、本実施の形態によれば、ローラ30を支持するローラ軸32が雰囲気中の熱によりクリープ変形し真直度が所定の規格値を超えないよう、且つシートガラスの温度プロファイルに及ぼす影響が更に抑制されるようにローラ軸31を冷却することができる。
According to the present embodiment, the amount of air necessary to keep the roller shaft at the required low temperature can be reduced, and therefore the glass close to the roller tip is less likely to be selectively (excessively) cooled than the conventional configuration, and the temperature is low. Since the metal roller shaft is not exposed in the furnace, it is less likely to be affected by the temperature profile of the sheet glass, so that the flatness and distortion of the glass substrate can be prevented. That is, according to the present embodiment, the
以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。
本発明のガラス基板の製造方法を実施するための本実施形態の製造装置を用いて、ガラス基板を製造した。なお、前述の搬送ローラのローラ軸は、前述の図6に示す方法によって冷却した。また、ガラス原料は、以下の組成となるように調合した。
SiO2 61%,
Al2O3 17%,
B2O3 11%,
CaO 6%,
SrO 3%,
BaO 1%
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
The glass substrate was manufactured using the manufacturing apparatus of this embodiment for implementing the manufacturing method of the glass substrate of this invention. The roller shaft of the above-described transport roller was cooled by the method shown in FIG. Moreover, the glass raw material was prepared so that it might become the following compositions.
SiO 2 61%,
Al 2 O 3 17%,
B 2 O 3 11%,
CaO 6%,
BaO 1%
製造したガラス基板のそれぞれについて、各1週間に渡って3時間毎に1枚(8枚/日)づつサンプリングし、各56枚のサンプルにつき平面度(反り量)と歪みを測定し、それぞれの平均値を算出した。
その結果、本実施形態のガラス基板の製造装置により製造されたガラス基板の平面度は、搬送ローラのローラ軸を前述の図9に示す方法によって冷却する従来のガラス基板の製造装置により製造されたガラス基板の平面度より5%低減した。また、本実施形態のガラス基板の製造装置により製造されたガラス基板の歪量は、従来のガラス基板の製造装置により製造されたガラス基板の歪量より5%低減した。
なお、平面度については、レーザ変位計を用いて測定した。また、歪量は、ユニオプト製の複屈折率測定器ABR−10Aを使用して、予め定められた複数の測定位置について複屈折量を測定し、測定した複屈折量のうち最大値を歪量として採用した。
これより、本発明によるガラス基板の製造方法の効果は明確である。
For each of the manufactured glass substrates, one piece (8 pieces / day) was sampled every 3 hours over one week, and the flatness (warping amount) and distortion were measured for each of the 56 samples. The average value was calculated.
As a result, the flatness of the glass substrate manufactured by the glass substrate manufacturing apparatus of this embodiment was manufactured by a conventional glass substrate manufacturing apparatus that cools the roller shaft of the transport roller by the method shown in FIG. The flatness of the glass substrate was reduced by 5%. Further, the strain amount of the glass substrate manufactured by the glass substrate manufacturing apparatus of the present embodiment was reduced by 5% from the strain amount of the glass substrate manufactured by the conventional glass substrate manufacturing apparatus.
In addition, about flatness, it measured using the laser displacement meter. In addition, the amount of strain is measured by using a birefringence measuring device ABR-10A manufactured by UNIOPT, and the amount of birefringence is measured at a plurality of predetermined measurement positions. Adopted as.
From this, the effect of the manufacturing method of the glass substrate by this invention is clear.
本実施形態では、熱源としてヒータを複数備えるヒータユニットを用いたが、熱源は、熱を放射する発熱源であるヒータに限られず、熱風をシートガラスSGに向けて提供する高温エアー吹き付け装置をシートガラスSGの幅方向に複数設けたものであってもよい。 In the present embodiment, a heater unit including a plurality of heaters is used as a heat source. However, the heat source is not limited to a heater that is a heat source that radiates heat, and a high-temperature air blowing device that provides hot air toward the sheet glass SG is used as a sheet. A plurality of glass SGs may be provided in the width direction.
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。 As mentioned above, although the manufacturing method of the glass substrate of this invention was demonstrated in detail, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of this invention, you may make various improvement and a change. Of course.
30 ローラ
31 ローラ軸
32 インナーパイプ
32a1、32a2、・・・、32f1、32f2 開口部
33 断熱材
100 熔解装置
101 熔解槽
102 清澄槽
103 攪拌槽
104 第1配管
105 第2配管
106 第3配管
200 成形装置
201 成形炉
202 徐冷炉
202a,202b 天板
210 成形体
212 溝
213 下方端部
220 雰囲気仕切り部材
230 冷却ローラ
240 冷却ユニット
242 中央部冷却ユニット
242 冷却量調整ユニット
244 端部冷却ユニット
250a〜250c 搬送ローラ
270 ヒータユニット
270a〜270e ヒータ
300 切断装置
30
Claims (4)
前記ガラス基板の反り及び歪を低減するために、前記成形体から流下した前記シートガラスを前記ローラにより下方に引張りながら徐冷する際に形成される前記シートガラスの幅方向の温度プロファイルを、流れ方向に沿って所定の設定に制御するとともに、
前記ローラを支持するローラ軸の真直度が維持され、且つシートガラスの温度プロファイルへの影響が抑えられるように前記ローラ軸を冷却し、
前記ローラが装着された側の前記ローラ軸先端面の温度が、軸支持部に近い側の炉内にある側面部よりも少なくとも低くならないように、前記ローラ軸の温度を制御し、
前記ローラ軸はローラを装着する側の先端部を塞いだ中空構造であり、その側面に複数の開口穴を有する前記ローラ軸の穴内径よりも小径のインナーパイプを前記ローラ軸中空部に挿入し、前記インナーパイプの後端部から冷却媒体を供給することで、複数の穴から噴き出した冷却媒体を壁面に直角方向から当てることにより前記ローラ軸を中空部内面から広範に渡って効率的に冷却し、該ローラ軸の温度を長手方向で任意の異なった温度分布に制御することを特徴とするガラス基板の製造方法。 A molten glass is overflowed from a molded body to form a continuous sheet glass, and a roller is a method for producing a glass substrate that sandwiches the sheet glass and conveys it downward,
In order to reduce warpage and distortion of the glass substrate, the sheet glass that has flowed down from the molded body is flown through a temperature profile in the width direction of the sheet glass that is formed when the sheet glass is slowly cooled while being pulled downward by the roller. Control to a predetermined setting along the direction,
Cooling the roller shaft so that the straightness of the roller shaft supporting the roller is maintained and the influence on the temperature profile of the sheet glass is suppressed ;
Controlling the temperature of the roller shaft so that the temperature of the roller shaft tip surface on the side on which the roller is mounted is not lower than at least the side surface portion in the furnace on the side close to the shaft support portion;
The roller shaft has a hollow structure in which a tip end on the side where the roller is mounted is closed, and an inner pipe smaller in diameter than the inner diameter of the roller shaft having a plurality of opening holes on the side surface is inserted into the roller shaft hollow portion. By supplying the cooling medium from the rear end of the inner pipe, the cooling medium ejected from the plurality of holes is applied to the wall surface in a direction perpendicular to the wall surface, thereby efficiently cooling the roller shaft from the inner surface of the hollow section over a wide area. And the temperature of this roller axis | shaft is controlled to arbitrary different temperature distribution in a longitudinal direction, The manufacturing method of the glass substrate characterized by the above-mentioned.
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