JP6333602B2 - ガラス基板の製造方法 - Google Patents
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Description
前記熔解槽の貯留槽に熔融ガラスが貯留されていないガラス基板の製造の操業開始前に、前記貯留槽の内側と前記貯留槽の外側をつなぐ、前記熔解槽の側壁に設けられた貫通孔に対して、前記貫通孔の内壁面との間に隙間を設けて前記電極を挿入した状態で、前記熔解槽の内部を加熱する加熱処理を行う。
前記操業時において前記電極を前記貯留槽の内側に向けて押し込むことができるように、前記加熱処理では、前記貫通孔周りの熱膨張を規制して、前記電極と前記貫通孔の間の前記隙間に前記隙間の寸法を一定の範囲内にする熱膨張規制部材を配する。
前記創業開始時、前記熱膨張規制部材は前記熔解槽の温度により燃焼してあるいは熔出して前記隙間から消失している。
図1は、本実施形態のガラス板の製造方法の工程図である。
ガラス板の製造方法は、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、徐冷工程(ST6)と、切断工程(ST7)と、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、梱包工程等を有する。
均質化工程(ST3)では、第3清澄槽205を通って供給された攪拌槽203内の熔融ガラスMGを、スターラ203a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。攪拌槽203は2つ以上設けられてもよい。
供給工程(ST4)では、ガラス供給管206を通して熔融ガラスが成形装置300に供給される。
成形工程(ST5)では、熔融ガラスを板状ガラスGに成形し、板状ガラスGの流れを作る。本実施形態では、後述する成形体310を用いたオーバーフローダウンドロー法を用いる。徐冷工程(ST6)では、成形されて流れる板状ガラスGが、内部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400において、成形装置300から供給された板状ガラスGを所定の長さに切断することで、ガラス板を得る。切断されたガラス板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス板が作製される。この後、ガラスの端面の研削、研磨およびガラス板の洗浄が行われ、さらに、泡等の欠点の有無が検査された後、検査合格品のガラス板が最終製品とされる。
熔解槽201は、耐火レンガである耐火物材により構成された壁210を有する。熔解槽201は、壁210で囲まれた内部空間を有する。熔解槽201の内部空間は、上記空間に投入されたガラス原料が熔解してできた熔融ガラスMGを加熱しながら収容する貯留槽Bと、熔融ガラスMGの上層に形成され、ガラス原料が投入される、気相である上部空間Aとを有する。
上部空間Aの壁210には、燃料と酸素等を混合した燃焼ガスが燃焼して火炎を発するバーナー207が設けられる。バーナー207は火炎によって上部空間Aの耐火物材を加熱して壁210を高温にする。ガラス原料は、高温になった壁210の輻射熱により、また、高温となった気相の雰囲気により加熱されて熔解する。
具体的には、ガラス原料は、目標とするガラス組成となるように、種々の原料を秤量し、よく混ぜ合わせて作られる。このガラス原料は、熔解槽201に投入されて高温で熔解し、熔融ガラスMGがつくられる。熔解槽201に投入されたガラス原料は、その成分の分解温度に達したところで分解し、ガラス化反応により、熔融ガラスMGとなる。熔融ガラスMGは熔解槽201を下方に流れる間に、徐々に温度を上げながら、熔解槽201の底部近くからガラス供給管204に進む。このため、熔解槽201では、ガラス原料の投入された時点における温度からガラス供給管204に流出する時点における温度まで、熔融ガラスMGの温度はなだらかに上昇する。
また、上述した貫通孔210a周りの耐火物レンガにかかる力、及び上記加熱処理によって生じる熱膨張も、貫通孔210aの位置によって異なる。このため、耐火レンガの熱膨張によって小さくなろうとする貫通孔210aの程度も貫通孔210a毎に異なる。このため、貫通孔210aと電極208との間の隙間214も、加熱処理後において場所に拠らず一定になるように、貫通孔210a周りの耐火物材の熱膨張を規制することも必要である。
熱膨張規制部材212は、熔解槽201においてガラス原料を熔解して熔融ガラスを作製する創業開始時、熔解槽201の温度により燃焼あるいは熔出して隙間214からすでに消失していることが好ましい。操業開始時、熱膨張規制部材212が消失していない場合、熱膨張規制部材212は電極208の熔解槽201の側への押し込みを阻害する障害物となる。このような熱膨張規制部材212の材料は、創業開始時、熔解槽201の温度により燃焼あるいは熔出して隙間214からすでに消失していればよく、特に制限されないが、例えば、ガラスや木材が挙げられる。ガラスは、例えば加熱処理中の温度で容易に熔解して熔出するような粘性の低いガラス組成を有することが好ましい。加熱処理では、熔解槽201の温度は1000℃近傍まで上昇するので、木材等は燃焼し、あるいは、炭化して粒子になり消失する。なお、操業開始直後に作製される熔融ガラスは、ガラス基板のガラスとせず廃棄される。木材が炭化しできた粒子は、熔融ガラスに混入しても廃棄されるので問題は生じない。
創業開始時、熱膨張規制部材212は熔解槽201の温度により燃焼あるいは熔出して前記隙間から消失することにより、操業開始時、隙間214には空間が存在するだけである。このため、熔融ガラスMGの一部が隙間214に進入するが、熔解槽201の外側の低温部分の温度によって隙間214に進入した熔融ガラスMGは降温して粘性が高くなり、熔融ガラスMGの流出は抑えられる。
熔解槽201において、熔解槽201を構成する耐火物材の熱膨張率が、温度20℃における耐火物材の熱膨張率の少なくとも50%になる温度まで、熱膨張規制部材212は消失せず隙間214に保持されることにより、貫通孔210a周りの断熱部材の熱膨張を規制して貫通孔210aが小さくなることを十分に抑制することができる。
また、同じ大きさあるいは同じ量の熱膨張規制部材212を隙間214に配することにより、熔解槽201と電極208との間の隙間214を貫通孔210aの場所に拠らず一定にすることができる。
また、近年、ガラス基板を、LTPS(低温ポリシリコン)・TFTや酸化物半導体を膜形成して、高精細ディスプレイのパネルを作製するための基板として用いられる。この場合、熱収縮率が低いガラス基板が求められている。熱収縮率の低いガラスは、ガラス組成により達成可能であるが、このようなガラス組成では歪点が高くなり、難熔性となる場合が多い。
本実施形態で製造されるガラス基板として、以下のガラス組成1のガラス基板が例示される。つまり、以下のガラス組成をガラス基板が有するようにガラス原料は調合される。
SiO2 60〜80モル%、
Al2O3 10〜20モル%、
B2O3 0〜10モル%、
RO 0〜17モル%(ROはMgO、CaO、SrO及びBaOの合量)。
また、MgO 0〜10モル%、CaO 0〜10モル%、SrO 0〜10%、BaO 0〜10%であってもよい。
このとき、SiO2は65〜75モル%、さらには、68〜75モル%であると泡と未熔解物の発生を低減する本実施形態の効果は顕著になる。また、B2O3が0〜7モル%、0〜5モル%、0〜2モル%と少なくなるほど、泡と未熔解物の発生を低減する本実施形態の効果はより顕著になる。
このとき、SiO2、Al2O3、B2O3、及びRO(Rは、Mg、Ca、Sr及びBaのうち前記ガラス基板に含有される全元素)を少なくとも含み、モル比((2×SiO2)+Al2O3)/((2×B2O3)+RO)は4.5以上であってもよい。また、MgO、CaO、SrO、及びBaOの少なくともいずれか含み、モル比(BaO+SrO)/RO(ROは、CaO,MgO,SrO及びBaOの合量)は0.1以上であてもよい。
また、モル%表示のB2O3の含有率の2倍とモル%表示の上記ROの含有率の合計は、30モル%以下、好ましくは10〜30モル%であることが好ましい。
また、上記ガラス組成1のガラス基板におけるアルカリ金属酸化物の含有率は、0モル%以上0.4モル%以下であってもよい。
また、ガラス基板として、以下のガラス組成2のガラス基板が例示される。したがって、以下のガラス組成をガラス基板が有するようにガラス原料は調合される。
SiO2:55〜75モル%、
Al2O3:5〜20モル%、
B2O3:0〜15モル%、
RO:5〜20モル%
(RはMg、Ca、Sr及びBaのうち、ガラス基板に含まれる全元素)、
R’2O:0〜0.4モル%(R’はLi、K、及びNaのうち、ガラス基板に含まれる全元素)。
このとき、SiO2、Al2O3、B2O3、及びRO(ROは、MgO、CaO、SrO及びBaOの合量)の少なくともいずれかを含み、モル比((2×SiO2)+Al2O3)/((2×B2O3)+RO)は4.0以上であってもよい。
201 熔解槽
202 清澄槽
203 攪拌槽
203a スターラ
204,205,206 ガラス供給管
207 バーナー
208 電極
210 側壁
210a 貫通孔
212 熱膨張規制部材
214 隙間
300 成形装置
310 成形体
400 切断装置
Claims (4)
- 熔解槽に設けられた一対の電極間に電流を流すことにより熔融ガラスを通電加熱して熔融ガラスをつくる熔解工程を含むガラス基板の製造方法であって、
前記熔解槽の貯留槽に熔融ガラスが貯留されていないガラス基板の製造の操業開始前に、前記貯留槽の内側と前記貯留槽の外側をつなぐ、前記熔解槽の側壁に設けられた貫通孔に対して、前記貫通孔の内壁面との間に隙間を設けて前記電極を挿入した状態で、前記熔解槽の内部を加熱する加熱処理を行い、
前記操業時において前記電極を前記貯留槽の内側に向けて押し込むことができるように、前記加熱処理では、前記貫通孔周りの熱膨張を規制して、前記電極と前記貫通孔の間の前記隙間に前記隙間の寸法を一定の範囲内にする熱膨張規制部材を配し、
前記創業開始時、前記熱膨張規制部材は前記熔解槽の温度により燃焼してあるいは熔出して前記隙間から消失している、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 前記熔解槽は耐火物材で構成され、
前記熔解槽において、前記耐火物材の熱膨張率が、温度20℃における前記耐火物材の熱膨張率の少なくとも50%になる温度まで、前記熱膨張規制部材は前記隙間に保持される、請求項1に記載のガラス基板の製造方法。 - 前記ガラス基板の製造の操業開始時、前記貫通孔の前記内壁面と対向する前記電極の面は、前記内壁面と非接触な面を含む、請求項1または2に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記電極は、酸化錫で構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
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