JP5817722B2 - ガラス基板及びガラス基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はガラス基板及びガラス基板の製造方法に係り、特に砥石により端面を研削されるガラス基板及びガラス基板の製造方法に関する。

例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスなどの薄型ディスプレイ装置では、大型画面の開発が進められている。薄型ディスプレイ装置に用いられるガラス基板は、１枚のマザーボードに複数個分が加工され、各加工工程が終了すると、各画面の大きさに切断される。このマザーボードは、一辺の長さが例えば、２．２ｍ〜３ｍを有する。

また、ガラス基板の端面は、エッジや微小な凹凸があるとクラックが発生しやすいため、例えば、端面を面取り形状または半円形状に研削加工して端面の表面を滑らかにしている（例えば、特許文献１参照）。また、ガラス基板の端面研削工程では、砥石とガラス基板の端面との接触部分に冷却液（クーラント）を供給してガラス基板の発熱を抑制する。さらに、端面研削加工において、研削された部分からのカレットが細かい粒子となって飛散するため、研削後の洗浄工程によりガラス基板に付着したカレット除去を行なっている。

日本国特開２００９−２０３１４１号公報

従来のガラス基板では、カレットの発生量（飛散量）等を考慮せずに端面の研削形状（研削後の断面形状）を面取り形状または半円形状に研削しているが、砥石が接触する端面の接触面積及び形状に応じてカレットの発生量（飛散量）が増大したり、研削時に冷却液供給による冷却が充分でないときは発熱によってガラス基板にヤケが発生し変色するおそれがある。

特にガラス基板の主平面にカレットが付着すると、洗浄工程によってカレットを充分に除去できない場合がある。そのため、ガラス基板の端面研削工程においては、カレットの飛散量を抑制することが重要な課題である。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決したガラス基板及びガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、端面を砥石により研削されるガラス基板において、
前記砥石に研削された端面は、
前記端面の上部に形成される上部曲面と、
前記端面の下部に形成される下部曲面と、
前記上部曲面と前記下部曲面との中間に形成される中間部曲面とを有し、
前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面の夫々が任意の曲率半径を有し、
前記上部曲面および前記中間部曲面の曲率半径が異なり、
前記上部曲面の曲率半径Ｒ１、前記下部曲面の曲率半径Ｒ２、および前記中間部曲面の曲率半径Ｒ３が、前記ガラス基板の厚さよりも小さく、Ｒ１≦Ｒ２、Ｒ２≦Ｒ３、またはＲ１=Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ１の関係を有することを特徴とする。
（２）本発明の前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面は、隣り合う曲面の曲率半径を変化させることで連続した曲面を形成することを特徴とする。
（３）本発明の前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面は、ほぼ楕円形状の輪郭形状に近似する連続した曲面を形成することを特徴とする。
（４）本発明は、前記上部曲面と前記中間部曲面との境界に第１の凹部が形成され、前記下部曲面と前記中間部曲面との境界に第２の凹部が形成されることを特徴とする。
（５）本発明の前記第１、第２の凹部は、夫々板厚方向に所定の間隔を有するようにガラス基板の主平面と平行となる方向に
延在形成されることを特徴とする。
（６）本発明の前記ガラス基板は、一辺が２．２ｍ以上の四角形であることを特徴とする。
（７）本発明の前記ガラス基板の端面は、平均粗さＲａが０．３μｍ以下であることを特徴とする。
（８）本発明の前記ガラス基板の厚さは、０．０５〜２．８ｍｍであることを特徴とする。
（９）本発明は、端面を砥石により研削されるガラス基板の製造方法において、
前記砥石の外周には、前記端面の上部に形成される上部曲面と、前記端面の下部に形成される下部曲面と、前記上部曲面と前記下部曲面との中間に形成される中間部曲面とに対応する曲面が形成されており、
前記砥石を回転させながら前記ガラス基板の端面に沿うように相対移動させて、
前記ガラス基板の端面を、
前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面の夫々が任意の曲率半径を有し、
前記上部曲面および前記中間部曲面の曲率半径が異なり、
前記上部曲面の曲率半径Ｒ１、前記下部曲面の曲率半径Ｒ２、および前記中間部曲面の曲率半径Ｒ３が、前記ガラス基板の厚さよりも小さく、Ｒ１≦Ｒ２、Ｒ２≦Ｒ３、またはＲ１=Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ１の関係を有するように加工することを特徴とする。
（１０）本発明は、前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面が、各曲率半径を変化させることで連続した曲面を形成するように加工することを特徴とする。

本発明によれば、砥石に研削された端面形状の上部曲面、下部曲面、中間部曲面の曲率半径を任意の大きさに選択することにより、ガラス基板の端面が砥石に接触する接触面積を削減して研削時のカレット発生量及び発熱量を抑制することが可能になる。

本発明によるガラス基板の一実施例を示す縦断面図である。 端面研削工程における砥石とガラス基板の端面との相対位置関係を示す縦断面図である。 端面研削工程で用いられる研削装置を模式的に示す平面図である。 従来のガラス基板の研削方法１を説明するための縦断面図である。 従来のガラス基板の研削方法２を説明するための縦断面図である。 本発明によるガラス基板の変形例１を説明するための縦断面図である。 本発明によるガラス基板の変形例２を説明するための縦断面図である。 本発明によるガラス基板の変形例３を説明するための縦断面図である。 変形例３の砥石とガラス基板の端面との相対位置関係を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

図１Ａは本発明によるガラス基板の一実施例を示す縦断面図である。図１Ａに示されるように、ガラス基板１０は、例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスなどの薄型ディスプレイ装置に用いられる四角形状の大型ガラスパネルである。ガラス基板１０の厚さｔ（図1Ａでいうガラス基板１０の上下方向寸法）は、０．０５ｍｍ〜２．８ｍｍであることが望ましい。また、ガラス基板１０の主平面は、一辺が２．２ｍ以上の四角形であることが望ましい。

ガラス基板１０の端面１２は、ほぼ楕円形状に近似された曲面に研削される。端面１２は、端面１２の上部に形成される上部曲面１２ａと、端面１２の下部に形成される下部曲面１２ｂと、上部曲面１２ａと下部曲面１２ｂとの中間に形成される中間部曲面１２ｃとを有する。

本実施例における各曲面１２ａ〜１２ｃは、上部曲面１２ａの曲率半径Ｒ１と、下部曲面１２ｂの曲率半径Ｒ２と、中間部曲面１２ｃの曲率半径Ｒ３とによって連続するほぼ楕円形状に近似する曲面に形成されている。尚、楕円は、長辺軸上の２点からの距離の合計が一定となるように各曲率半径が変化しているが、ここでは、説明の便宜上、上記曲率半径Ｒ１〜Ｒ３を変化させることで連続した曲線として描くことが可能になる。

また、本実施例では、仮想楕円形状の長辺ａ＝０．７ｍｍ、短辺ｂ＝０．６ｍｍとする。長辺ａは、ガラス基板１０の厚さｔと同じである。各曲率半径Ｒ１〜Ｒ３は、当該ガラス基板１０の厚さｔよりも小さく、Ｒ１≦Ｒ２、Ｒ２≦Ｒ３、または上記Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ１の関係を有する。

図１Ａの斜線で示す部分が研削によって削除される研削領域２０である。すなわち、上記各曲面１２ａ〜１２ｃの左側が研削される研削領域２０であり、上記各曲面１２ａ〜１２ｃの右側が研削後のガラス基板１０である。

また、ガラス基板１０の端面１２を研削する際の条件としては、研削量ｘ＝０．１５ｍｍ、厚さｔ＝０．７ｍｍ、端面１２から研削縁部までのＸ方向の距離ｃ＝０．２３ｍｍとする。また、ガラス基板１０の端面１２の端面研削工程では、平均粗さＲａが０．３μｍ以下であることが望ましい。

また、ガラス基板１０の端面１２の上部曲面１２ａに対する接線Ｓ１と下部曲面１２ｂに対する接線Ｓ２との角度αは、６０°に設定されている。尚、角度αは、砥石３０の開き角であり、任意の角度に設定することが可能である。

また、ガラス基板１０の端面１２において、上記厚さｔは、短辺ｂより大きいため、Ｘ方向の中心線上の端面１２の中心Ｏから上記接線Ｓ１，Ｓ２が基板１０の主平面１４から離れる境界Ｐまでの距離ｃは、０．２３ｍｍとなり、従来のように端面１２を面取り形状あるいは半円形とした場合よりも小さくなる。これにより、端面研削工程時に発生するカレットの飛散方向が端面１２側に移動し、ガラス基板１０の主平面１４におけるカレット付着量を削減することができる。

また、端面１２を楕円形状に研削する場合、従来の面取り形状や半円形状に研削するものに比べて砥石との接触面積が減少するため、研削時の発熱が抑制される。さらに、端面１２を楕円形状に研削する場合、上記距離ｃが小さくなる分、カレット飛散方向が主平面１４より端面側（主平面１４より離間する方向）に移動して主平面１４へのカレット付着量が減少する。

そのため、本実施例では、端面研削工程時における主平面１４側へのカレット飛散量を抑制できると共に、端面１２の発熱も抑制することができる。

図１Ｂは端面研削工程における砥石とガラス基板の端面との相対位置関係を示す縦断面図である。図１Ｂに示されるように、ガラス基板１０の端面１２は、砥石３０を回転させて研削される。砥石３０はダイヤモンド砥粒を有しており、回転軸４０により回転可能に支持されている。また、砥石３０は、滑車のようにガラス基板１０の端面１２に接する凹曲面からなる加工溝を有しており、ガラス基板１０の端面１２の曲面形状に対応した凹曲面３２と、凹曲面３２の上方に配された上鍔部３４と、凹曲面３２の下方に配された下鍔部３６とを有する。

凹曲面３２は、ガラス基板１０の端面１２の研削形状に対応する楕円形状の凹曲面に形成されている。すなわち、凹曲面３２は、上部曲面１２ａに対応する曲率半径Ｒ１と、下部曲面１２ｂに対応する曲率半径Ｒ２と、中間部曲面１２ｃに対応する曲率半径Ｒ３とによって連続する楕円形状に形成されている。

尚、上記ダイヤモンド砥粒の砥石３０は、放電加工により凹曲面３２の形状を任意の形状に加工される。従って、砥石３０を回転させながらガラス基板１０の端面１２に凹曲面３２を接触させることによりガラス基板１０の端面１２の形状を任意の形状に研削することができる。

図２は端面研削工程で用いられる研削装置を模式的に示す平面図である。図２に示されるように、端面研削工程において、ガラス基板１０は、研削装置の吸着テーブル５０の上面に載置された状態で吸着されて保持されている。ガラス基板１０と砥石３０とは、ガラス基板１０の左右両側の端面１２に一対の砥石３０が接触するように位置合わせされる。

また、各砥石３０の高さ位置（Ｙ方向位置）が、ガラス基板１０の端面１２の高さ位置（Ｙ方向位置）に合わせて調整される。すなわち、図１Ａに示されるように、砥石３０の凹曲面３２の中心の高さ位置とガラス基板１０の端面１２の中心Ｏの高さ位置とが一致するように設定される。

一対の砥石３０は、夫々が回転駆動されながら、Ｘ１方向、Ｘ２方向に送られてガラス基板１０の左右両側の端面１２を研削する。また、端面研削時は、砥石３０の凹曲面３２とガラス基板１０の端面１２との接触部分に冷却液（クーラント）を供給して研削による発熱を緩和する。そして、当該研削工程が終了すると、ガラス基板１０を９０度回動させて他の二辺の端面１２の研削を行なう。

尚、ガラス基板１０を回動させる際は、当該ガラス基板１０を空気吸引により吸着したまま吸着テーブル５０と共に回動させても良いし、あるいは空気噴出によりガラス基板１０を浮上させてガラス基板１０のみを９０度回動させ、位置合わせを行なって吸着するようにしても良い。

このように、端面研削工程では、ガラス基板１０の四方向の各端面１２を砥石３０により任意の形状に研削している。また、端面研削工程で発生するカレットは、砥石３０の回転方向に飛散するため、各端面１２から離間する方向に飛散され、主平面１４の付着量が削減されている。
〔従来の研削方法〕
ここで、従来の研削方法について説明する。

図３は従来のガラス基板の研削方法１を説明するための縦断面図である。図３に示されるように、従来のガラス基板の研削方法１では、ガラス基板１０の端面１２を面取り形状に研削する。この研削方法１の研削条件は、上記実施例の場合と同様であり、研削量ｘ＝０．１５ｍｍ、厚さｔ＝０．７ｍｍ、面取り角度α＝５２°としている。また、端面１２の外側面と面取りとの角が曲率半径Ｒ４，Ｒ５の曲面に形成されている。

しかしながら、端面１２を面取り形状とするため、端面１２から研削縁部までのＸ方向の距離がｃ＝０．２９ｍｍとなり、上記実施例の場合よりも大きい。これにより、砥石３０による端面研削工程では、主平面１４側へのカレット飛散量が増大し、冷却液による冷却が充分でないときには、端面１２が発熱によりヤケが発生するおそれがある。

図４は従来のガラス基板の研削方法２を説明するための縦断面図である。図４に示されるように、従来のガラス基板の研削方法２では、ガラス基板１０の端面１２を半円形状に研削する。この研削方法２の研削条件は、上記実施例の場合と同様であり、研削量ｘ＝０．１５ｍｍ、厚さｔ＝０．７ｍｍ、角度α＝６０°としている。また、端面１２の曲率半径Ｒ６は、ガラス基板１０の厚さ（ｔ＝０．７ｍｍ）の半分である。

しかしながら、端面１２を半円形状とするため、端面１２から研削縁部までのＸ方向の距離がｃ＝０．２５ｍｍとなり、上記実施例の場合よりも大きい。これにより、砥石３０による端面研削工程では、主平面１４側へのカレット飛散量が増大し、冷却液による冷却が充分でないときには、端面１２が発熱によりヤケが発生するおそれがある。

ここで、変形例について説明する。
〔変形例１〕
図５は本発明によるガラス基板の変形例１を説明するための縦断面図である。図５に示されるように、変形例１では、楕円形状に形成された端面１２に対する砥石３０の接線Ｓ１，Ｓ２の角度αがα＝５２°に設定されている。尚、変形例２における他の条件は、前述した条件と同じである。

変形例１の場合も上記実施例の場合と同様に、端面１２を楕円形状に研削する場合、従来の面取り形状や半円形状のものに比べて砥石との接触面積が減少するため、研削時の発熱が抑制される。さらに、端面１２を楕円形状に研削する場合、上記距離ｃが小さくなる分、カレット飛散方向が主平面１４より端面側に移動して主平面１４へのカレット付着量が減少する。

そのため、本変形例１では、端面研削工程時における主平面１４側へのカレット飛散量を抑制すると共に、端面１２の発熱も抑制することができる。

〔変形例２〕
図６は本発明によるガラス基板の変形例２を説明するための縦断面図である。図６に示されるように、変形例２では、楕円形状に形成された端面１２に対する砥石３０の接線Ｓ１，Ｓ２の角度αがα＝７２°に設定されている。また、変形例２では、研削量ｘ＝０．１５ｍｍ、厚さｔ＝０．７ｍｍは、前述した条件と同じである。一方、距離ｃ及び長辺ａと短辺ｂとの比は、上記実施例の場合と異なるが、０．５≦ｂ／ａ≦２．０であることが好ましい。

変形例２においては、短辺ｂが上記実施例及び変形例１のものよりも小さく設定されている。そのため、端面１２を楕円形状に研削する場合、従来の面取り形状や半円形状のものに比べて砥石との接触面積が減少するため、研削時の発熱が抑制される。さらに、上記距離ｃが上記実施例及び変形例１のものよりも小さくなっており、その分、カレット飛散方向が主平面１４より端面側に移動して主平面１４へのカレット付着量が減少する。

〔変形例３〕
図７は本発明によるガラス基板の変形例３を説明するための縦断面図である。図８は変形例３の砥石とガラス基板の端面との相対位置関係を示す縦断面図である。

図７に示されるように、変形例３のガラス基板１０は、端面１２に３つの異なる曲率半径を有する曲面１２ａ〜１２ｃを有しており、各曲面１２ａ〜１２ｃの境界には、第１の凹部１２ｄ、第２の凹部１２ｅが形成されている。各曲面１２ａ〜１２ｃの曲率半径Ｒ１〜Ｒ３は、夫々ガラス基板１０の厚さｔよりも小さい値に設定されており、且つＲ１≦Ｒ２、Ｒ２≦Ｒ３、またはＲ１＜Ｒ２＜Ｒ３の関係にある。

第１凹部１２ｄは、上部曲面１２ａと中間部曲面１２ｃとの境界に設けられ、第２凹部１２ｅは中間部曲面１２ｃと下部曲面１２ｂとの境界に設けられている。

図８に示されるように、変形例３の端面１２に対する砥石３０の接線Ｓ１，Ｓ２の角度αがα＝９０°に設定されている。また、端面１２から研削縁部までのＸ方向の距離がｃ＝０．１３７ｍｍとなり、上記実施例の場合よりも小さい。尚、研削量ｘ＝０．１５ｍｍ、厚さｔ＝０．７ｍｍは、前述した条件と同じである。

そのため、上記距離ｃが小さくなる分、カレット飛散方向が主平面１４より端面側に移動して主平面１４へのカレット付着量が減少する。

よって、本変形例３では、実施例及び変形例１，２よりも端面研削工程時における主平面１４側へのカレット飛散量を抑制すると共に、端面１２の発熱も抑制することができる。

また、変形例３の端面１２は、内側に凹んだ第１の凹部１２ｄと第の２凹部１２ｅと有するため、回転する砥石３０によって研削される際に発生するカレットが凹部１２ｄ、１２ｅに溜り、凹部１２ｄ、１２ｅより外側に突出する上部曲面１２ａ及び下部曲面１２ｂによって主平面１４にカレットが飛散されることが抑制される。尚、凹部１２ｄ、１２ｅに溜ったカレットは、後段の洗浄工程で除去される。

上部曲面１２ａ及び下部曲面１２ｂの曲率半径Ｒ１、Ｒ２は、上記のように異なる半径としても良いし、あるいは同じ半径としても良い。曲率半径Ｒ１、Ｒ２が同じ半径（Ｒ１＝Ｒ２）の場合には、上部曲面１２ａと下部曲面１２ｂとが上下方向で対称に形成される。また、凹部１２ｄ、１２ｅは、夫々板厚方向に所定の間隔を有するようにガラス基板１０の主平面１４と平行となるＸ方向に延在形成される。そのため、端面研削工程時の砥石３０とガラス基板１０との高さ調整のずれを凹部１２ｄ、１２ｅの位置から研削終了後に測定（検査）することが可能になる。

また、変形例３においては、端面１２に対する砥石３０の接線Ｓ１，Ｓ２の角度αがα＝９０°と大きな値に設定されているので、カレットの飛散方向が主平面１４よりも端面側になるため、このことからも主平面１４へのカレット飛散量が抑制される。

このように、ガラス基板１０の端面１２は、夫々曲率半径の異なる３つの曲面１２ａ〜１２ｃの組み合わせからなり、且つ各曲面１２ａ〜１２ｃの境界には、凹部１２ｄ、１２ｅが形成されているため、端面研削工程における主平面１４のカレット付着量を削減することが可能になる。

上記実施例では、薄型ディスプレイ装置に用いられるガラス基板の端面を研削する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、比較的厚さｔの薄い（例えば、厚さｔ＝０．０５ｍｍ〜２．８ｍｍ）ガラス基板であれば、本発明を適用することができるのは勿論である。

本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１０年６月２１日出願の日本特許出願（特願２０１０-１４０２５４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１０ ガラス基板
１２ 端面
１２ａ 上部曲面
１２ｂ 下部曲面
１２ｃ 中間部曲面
１２ｄ 第１の凹部
１２ｅ 第２の凹部
１４ 主平面
２０ 研削領域
３０ 砥石
３２ 凹曲面
３４ 上鍔部
３６ 下鍔部
４０ 回転軸
５０ 吸着テーブル

Claims (10)

1. 端面を砥石により研削されるガラス基板において、
   前記砥石に研削された端面は、
   前記端面の上部に形成される上部曲面と、
   前記端面の下部に形成される下部曲面と、
   前記上部曲面と前記下部曲面との中間に形成される中間部曲面とを有し、
   前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面の夫々が任意の曲率半径を有し、
   前記上部曲面および前記中間部曲面の曲率半径が異なり、
   前記上部曲面の曲率半径Ｒ１、前記下部曲面の曲率半径Ｒ２、および前記中間部曲面の曲率半径Ｒ３が、前記ガラス基板の厚さよりも小さく、Ｒ１≦Ｒ２、Ｒ２≦Ｒ３、またはＲ１=Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ１の関係を有することを特徴とするガラス基板。
2. 前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面は、隣り合う曲面の曲率半径を変化させることで連続した曲面を形成することを特徴とする請求項１に記載のガラス基板。
3. 前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面は、ほぼ楕円形状の輪郭形状に近似する連続した曲面を形成することを特徴とする請求項２に記載のガラス基板。
4. 前記上部曲面と前記中間部曲面との境界に第１の凹部が形成され、前記下部曲面と前記中間部曲面との境界に第２の凹部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板。
5. 前記第１、第２の凹部は、夫々板厚方向に所定の間隔を有するようにガラス基板の主平面と平行となる方向に延在形成されることを特徴とする請求項４に記載のガラス基板。
6. 前記ガラス基板は、一辺が２．２ｍ以上の四角形であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のガラス基板。
7. 前記ガラス基板の端面は、平均粗さＲａが０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のガラス基板。
8. 前記ガラス基板の厚さは、０．０５ｍｍ〜２．８ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のガラス基板。
9. 端面を砥石により研削されるガラス基板の製造方法において、
   前記砥石の外周には、前記端面の上部に形成される上部曲面と、前記端面の下部に形成される下部曲面と、前記上部曲面と前記下部曲面との中間に形成される中間部曲面とに対応する曲面が形成されており、
   前記砥石を回転させながら前記ガラス基板の端面に沿うように相対移動させて、
   前記ガラス基板の端面を、
   前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面の夫々が任意の曲率半径を有し、
   前記上部曲面および前記中間部曲面の曲率半径が異なり、
   前記上部曲面の曲率半径Ｒ１、前記下部曲面の曲率半径Ｒ２、および前記中間部曲面の曲率半径Ｒ３が、前記ガラス基板の厚さよりも小さく、Ｒ１≦Ｒ２、Ｒ２≦Ｒ３、またはＲ１=Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ１の関係を有するように加工することを特徴とするガラス基板の製造方法。
10. 前記上部曲面、前記下部曲面、前記中間部曲面が、隣り合う曲面の曲率半径を変化させることで連続した曲面を形成するように加工することを特徴とする請求項９に記載のガラス基板の製造方法。

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