JP6510866B2 - ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板の端面を研削する工程を含んだガラス基板の製造方法に関する。

フラットパネルディスプレイ等のガラス基板を製造する際、成形されたガラス基板の切断には、機械的な切断とレーザによる溶断があり、一般的には機械的な切断が多く用いられている。機械的な切断によるガラス基板の切断では、ガラス基板に機械的に切れ目を入れて切断するため、切断された端面には、数μｍ〜１００μｍ程度の深さのクラックが生成される。このクラックは、ガラス基板の機械的強度の劣化を招くため、研削により取り除く。すなわち、ガラス基板の端面を面取り加工して、ガラス基板の機械的強度を上げ、ガラス基板のカケ、ワレを防止し、後工程でのハンドリングをし易くする。
面取り加工として、ガラス基板端面を研削ホイールを用いて研削する。この際、ガラス基板の過熱防止及び摩擦低減のため、ガラス基板の端面と研削ホイールとの接触箇所に、研削液を供給しながら研削を行う。しかしながら、接触箇所に供給された後の研削液が、研削ホイールの回転により飛び散り、ガラス基板表面に飛散していた。この飛散した研削液は、ガラス破片（カレット）を含むため、ガラス基板表面のキズ等が発生して品質が低下し、高精細化パネルへの要求を満たすことは難しかった。
この問題を解決するため、ガラス基板上へのカレットの飛散を防止すべく、ガラス基板と研削ホイールとの間にカレット防止板を設けたものがある（例えば、特許文献１）。しかし、装置の構造によっては、ガラス基板と研削ホイールとの間にカレット防止板を設置できない場合があった。
また、ガラス端面と研削ホイールとの接触箇所に供給された後の研削液を、ガラス基板の内側の上部から端部に向けたウォーターカーテンで遮断し、ガラス基板表面へのカレットの飛散を防止するものがある（例えば、特許文献２）。

特開２００５-１５３０５９ 特開２００８−８７１３５

特許文献２に記載のウォーターカーテンは、飛散する研削液を遮断するには水圧が弱く、ガラス基板表面へのカレット飛散が多かった。その後の洗浄工程にて、ガラス基板表面を上部からシャワーにより洗浄するが、ガラス板の強度を考慮するとカレットを除去できる程シャワー圧を高くすることができず、カレットを十分除去できなかった。
一方、ウォーターカーテンの水圧を、ガラス基板へのカレットの飛散を防止できる程度強くすると、ガラス端部にあたるウォーターカーテンによりガラス基板端部が振動し、ガラス基板端面の研削ホイールへの接触角度が一定にならない。そのため、研削品質が落ち、ガラス基板の端部のワレ・破損が生じる可能性あった。
本発明は、ガラス基板の端面を研削ホイールによって端面加工する際に、ガラス基板表面へのカレットの飛散を減少させるガラス基板の製造方法を目的とする。

本発明のガラス基板の製造方法は、ガラス基板のガラス端面を研削ホイールによって端面加工するガラス基板の製造方法において、前記ガラス端面と研削ホイールとの接触箇所に研削液を供給し、前記研削液を供給する時、前記ガラス基板と衝突することなく、前記接触箇所から前記研削ホイールの回転方向の下流後方に送出された研削液と衝突するように、前記ガラス基板の内側から外側に、且つ、前記接触箇所に対して前記下流後方の前記研削液の流れに向けて液体を噴射することにより、前記下流後方に送出された前記研削液を前記ガラス端面から外側に送出する。
このガラス基板の製造方法によれば、接触箇所の後に送出された研削液に対して、ガラス基板の内側から外側に、且つ、前記接触箇所近傍に選択的に液体を供給することにより、送出された研削液の軌道を、ガラス基板表面の内側からガラス基板の端面から外側に変更する。この様に送出された研削液の軌道を変更することにより、ガラス基板表面へのカレットの飛散量を大幅に減少させる。そのため、その後の洗浄工程でのガラス基板上部からのシャワーにより、ガラス基板表面に飛散したカレットを十分除去することが可能となる。

前記接触箇所近傍に選択的に供給される液体の衝撃力は０.３ｋｇ/ｃｍ^２以上、
ここで、衝撃力（ｋｇ／ｃｍ^２）は、Ｉ＝Ｋ×Ｑ×Ｐ^１／２によって表され、Ｋは定数（０．０２４）、Ｑは流量（Ｌ／ｍｉｎ）、Ｐは液体圧力（ｋｇ／ｃｍ^２）であることが好ましい。

さらに、ガラス基板の上部からシャワーを当てて、ガラス基板表面を洗浄することが好ましい。
また、前記液体の噴射によって作られる流れの広がり角度は１５度以下である、ことが好ましい。

本発明によると、ガラス基板の端面を研削ホイールによって端面加工する際に、ガラス基板表面へのカレットの飛散を減少させることができる。

本発明のガラス基板の製造方法のフローの一例を示す図である。 本発明の端面加工処理ラインの一例を示す図である。 本発明の端面加工の概念図である。

以下、図面を用いて、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＞
本発明のガラス基板の製造方法の一例は、図１に示すように、熔解工程（ステップＳＴ１）、清澄工程（ステップＳＴ２）、均質化工程（ステップＳＴ３）、成形工程（ステップＳＴ４）、徐冷工程（ステップＳＴ５）、採板・切断工程（ステップＳＴ６）、端面加工工程（ステップＳＴ７）、洗浄工程（ステップＳＴ８）、検査・梱包・出荷工程（ステップＳＴ９）を備える。

熔解工程（ＳＴ１）では、ガラス原料を、火焔および電極を用いた直接通電で加熱して熔解することで熔融ガラスを得る。
清澄工程（ＳＴ２）は、熔融ガラスを加熱する。加熱された熔融ガラス中に含まれる気泡が、加熱された熔融ガラス中の清澄剤の還元反応で生じた酸素を吸収することにより成長し液面に浮上して放出される。その後、熔融ガラスを冷却する過程で生じる清澄剤の還元反応により気泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に吸収されて気泡が消滅する。
均質化工程（ＳＴ３）では、熔融ガラスを、スターラ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。

成形工程（ＳＴ４）では、均質化された溶融ガラスが、成形工程で用いられる図示しない成形体に供給され、熔融ガラスをガラスシートに成形し、ガラスシートの流れを作る。なお、成形工程では、ダウンドロー法に限定されず、フロート法、ロールアウト法等を用いることができる。
徐冷工程（ＳＴ５）では、成形されて流れるガラスシートを引き伸ばし、かつ、一定の厚さを有し、かつ反り及び歪みが生じないように温度調整をしてガラスシートを冷却する。
採板・切断工程（ＳＴ６）では、ガラスシートを所定の長さに切断することで、板状のガラス基板に採板する。採板されたガラス基板はさらに、ダイヤモンドカッターあるいはレーザ等により所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス基板が作製される。

端面加工工程（ＳＴ７）では、作製されたガラス基板に端面加工が施される。この端面加工では、前述の通り、ガラス端面と研削ホイールとの接触箇所に選択的に研削液を供給し、接触箇所の後に送出された研削液に対して、ガラス基板の内側から外側に、且つ、接触箇所近傍に選択的に液体を供給することにより、送出された研削液をガラス端面から外側に送出する。これにより、ガラス基板にカレットが飛散することを防ぐ。

洗浄工程（ＳＴ８）では、端面加工されたガラス基板を洗浄する。洗浄工程では、端面が研削されたガラス基板の主表面の全面が、洗浄液を用いて洗浄される。
検査・梱包・出荷工程（ＳＴ９）では、ガラス基板に気泡、脈理、あるいは失透等の異常欠陥の有無が、図示しない欠陥検査装置を用いて検査された後、検査合格品のガラス基板が最終製品としてガラス基板の束の形態で梱包され、コンテナに収納されて、トラック等の車両により、納入先に出荷される。

＜端面加工工程＞
ガラス基板の端面加工を行う端面加工処理ラインの装置配置の一例を図２に示す。ガラス基板１１の端面加工処理ラインには、第１面取り機１２、第２面取り機１４、コーナーカット機１６、および反転機１８が設けられ、第１面取り機１２、反転機１８、第２面取り機１４、および、コーナーカット機１６が、搬送経路の上流側から順に配置されている。
成形されたガラス基板１１を搬送しながら、研削ホイールとして、後述するダイヤモンドホイール１２ａ，１４ａ，１６ａ、研磨ホイール１２ｂ，１４ｂを回転させることによりガラス基板１１の端面を研削する。なお、図２において、後述する研削液の供給装置及び液体を供給する装置は省略するが、研削ホイール毎に１つ設けられることが好ましい。
端面処理加工ラインでは、具体的には、第１面取り機１２において、矩形状のガラス基板１１の短辺の端面について、搬送経路の両側に設けられた、例えば面取り用のダイヤモンドホイール１２ａを用いて面取りが行われる。この後、搬送経路の両側に設けられた研磨ホイール１２ｂを用いて面取りされたガラス基板１１の端面の研磨（鏡面加工）が行われる。

研磨後、反転機１８は、ガラス基板１１の向きを９０°回転させて、搬送経路に沿ってガラス基板１１を第２面取り機１４に搬送する。第２面取り機１４において、矩形状のガラス板１１の長辺の端面に対して、搬送経路の両側に設けた面取り用ダイヤモンドホイール１４ａを用いて面取りを行い、この後、搬送経路の両側に設けられた研磨ホイール１４ｂを用いて面取りされたガラス基板１１の端面の研磨が行われる。なお、ダイヤモンドホイール１２ａ，１４ａの砥粒には、例えば＃４００のダイヤモンド砥粒が用いられ、研磨ホイール１２ｂ，１２ｂの砥粒には、例えば＃４００のＳｉＣ砥粒が用いられる。

第２面取り機１４での研磨の後、コーナーカット機１６にガラス基板１１は搬送され、コーナーカット用ダイヤモンドホイール１６ａを用いてガラス基板１１のコーナーが面取り、研磨される。この場合、ガラス基板１１の搬送速度は、例えば５ｍ／分とされて、ガラス基板１１の連続生産が行われる。コーナーカット用ダイヤモンドホイール１６ａの砥粒には、例えば＃４００のダイヤモンド砥粒が用いられる。
なお、端面加工工程において、各研削ホイール１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ，１６ａには、１又は複数の溝（凹溝）が設けられる。研削は、１つの溝だけでガラス基板に対し行なってもよい。この場合、例えば、当該１つの溝によって研削効率が低下した（砥粒間に目詰りが生じた等）場合は、これに隣接する他の溝を用いる、といった具合に、複数の溝を順に用いることができる。

本発明では端面加工の際、図３に示すように、ガラス基板１１の端面と研削ホイール３との接触箇所４に選択的に研削液２を供給し、接触箇所の後に送出された研削液に対して、ガラス基板１１の内側から外側に、且つ、前記接触箇所近傍に選択的に液体１を供給することにより、送出された研削液をガラス端面から外側に送出する。すなわち、接触箇所４の後に送出された研削液は、液体１の供給により、ガラス基板内側に向かう方向Ａからガラス基板外側に向かう方向Ｂに向きを変更するため、つまり、ガラス基板上から押し出されるため、ガラス基板表面へのカレットの飛散量を大幅に減少させることができる。

ガラス基板１１は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板である。また、これ以外にも、携帯機器のディスプレイを保護するカバーガラス、携帯機器の筐体用ガラス基板及び磁気ディスク用のガラス基板であってもよい。さらに、ガラス基板は、平面ガラス基板のみならず、曲面ガラス基板であってもよい。ガラス基板は、例えば、０.２ｍｍ〜０.８ｍｍの厚みを有し、かつ、縦６８０ｍｍ〜２２００ｍｍおよび横８８０ｍｍ〜２５００ｍｍの寸法を有する。

研削ホイール３は、回転しながらガラス基板の端面を研削する。研削ホイール３は、例えば、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドやメタルボンドで固めたダイヤモンドホイールである。砥粒の粒度は、例えばJIS R6001-1987に規定される♯４００程度である。研削ホイール３は、円板形状又はドラム形状に形成され、外周面を有している。研削ホイール３は、図示しない回転軸（回転中心線）に装着され、一定の回転速度で回転する。研削ホイール３の直径は、例えば２５０ｍｍである。回転数は、一定の周速となるよう、研削ホイール３の直径に応じて適宜設定され、例えば２０００〜３０００ｒｐｍである。３０００ｒｐｍ以下とすることにより、研削ホイール３の表面に供給された研削液をより確実に研削点に供給することができる。

研削ホイール３は、外周面に１又は複数の溝（凹溝）が周方向にわたって形成されている。溝は、外周面に対し内周側に凹んで形成され、その底部の断面形状は、台形状であるが、特にこれに制限されず、Ｕ字又はＶ字形状、あるいは凹面形状等であってよい。溝の幅は、ガラス基板の板厚に応じた長さを有している。また、溝の深さは、最大深さで、例えば１８ｍｍである。溝は、その最大深さ位置で示す。各溝の断面形状、幅方向長さ、溝深さ等は、溝同士で同一又は異なってよい。

研削液は、研削ホイール３とガラス基板１１との接触箇所４に、過熱防止及び摩擦低減のため供給される。研削液は、例えば、水、逆浸透膜を透過させて得られたＲＯ水である。
研削液は、ガラス基板と研削ホイールとの間の位置から接触箇所に供給される。研削液の水圧は、１〜３ｋｇ／ｃｍ^２が好ましく、１．５〜２．５ｋｇ／ｃｍ^２がより好ましい。研削ホイールの周方向に形成された溝を効率的に冷却することを考慮すると、溝に水平な面に対する研削液の供給角度は、好ましくは３０度以下、より好ましくは１０度以下、さらに好ましくは５度以下である。

接触箇所近傍に選択的に供給される液体（以下、液体とも称す。）１は、特に限定しないが、例えば、水、ＲＯ水が用いられる。
液体の衝撃力は、０.３ｋｇ/ｃｍ^２以上が好ましく、０．５ｋｇ/ｃｍ^２以上がより好ましい。０.３ｋｇ/ｃｍ^２以上だと、ガラス基板表面へのカレットの飛散が減少する。また、液体の水圧が一定以上となるとガラス基板表面の欠陥数にほぼ変化がなくなるので、経済的な面を考慮すると、２.０ｋｇ/ｃｍ^２以下が好ましい。
なお、衝撃力は、対象面への衝撃力を１ｃｍ^２当たりのインパクトの数値によって示したもので、Ｉ＝Ｋ×Ｑ×Ｐ^１／２によって表され、Ｉは衝撃力（ｋｇ／ｃｍ^２）、Ｋは定数（０．０２４）、Ｑは流量（Ｌ／ｍｉｎ）、Ｐは液体圧力（ｋｇ／ｃｍ^２）である。

液体の供給は、接触箇所の後に送出される研削液の流れに対して研削ホイールとは反対のガラス基板側から行う。ガラス基板側から、ガラス端面と研削ホイールとの接触箇所近傍に、液体を供給することにより、送出された研削液をガラス端面から外側に送出することができる。
液体の供給箇所は、ガラス端面と研削ホイールとの接触箇所の近傍である。液体を接触箇所に供給すると、研削ホイールが振動してガラス端面の欠陥が生じるため、接触箇所を避けて接触箇所近傍に液体を供給する。接触箇所近傍とは、好ましくは接触箇所から１〜１０ｃｍの範囲である。
液体の噴射角、つまり、噴射された液体が広がる角度は、狭いほど好ましく、１５度以下が好ましく、より好ましくは１０度以下、さらに好ましくは５度以下である。
液体の噴射幅、つまり、噴射された液体が研削液に供給された際の液体の幅は、３〜２６ｍｍが好ましく、より好ましくは３〜１３ｍｍである。

液体の供給は、ストレートノズルを用いて行うことが好ましい。ストレートノズルとは、ノズルの噴射口は１つで、ノズルから噴射された液体の断面の径は、噴射口の径と同じであるものをいう。ストレートノズルとしては、例えば、いけうち社製のストレートノズル１／４ＭＣＰ２２３−Ｓ３０３、スプレーイングシステム社製のストレートノズルＨ１／８Ｕ−ＳＳ００３０、共立合金製作所製のストレートノズル１／４ＫＫＳ３．０Ｔである。

＜洗浄工程＞
洗浄工程にてガラス基板表面を洗浄することにより、ガラス基板表面に飛散したカレット除去し、さらにガラス欠陥を減少させることができる。
洗浄は、ガラス基板の上部から、ガラス基板全面に対してシャワーを噴射して洗浄することが好ましい。シャワーとしては、例えば、扇形ノズルを用いる。扇形ノズルを用いる場合は、シャワー圧は１．５ｋｇ／ｃｍ^２以上が好ましく、７ｋｇ／ｃｍ^２以上がより好ましい。

以下、実施例を用いて本願発明をより詳細に説明する。

＜実施例１＞
図２に示すガラス基板の端面加工処理ラインを用いてガラス端面の研削を行った。この際、ガラス基板端面と研磨ホイールとの接触箇所に研削液を供給した。また、接触箇所の後に送出された研削液に対して液体を供給し、送出された研削液をガラス端面から外側に送出した。

ガラス基板として、以下の組成を有する、１１００ｍｍ×１３００ｍｍ×０．７ｍｍのサイズのフラットパネルディスプレイ用のガラス基板を用いた。
ＳｉＯ_２: ６０質量％、
Ｂ_２Ｏ_３: １０質量％、
Ａｌ_２Ｏ_３: １９．８質量％、
ＣａＯ: ５質量％、
ＳｒＯ: ５質量％、
ＳｎＯ_２: ０．２質量％。

研削ホイールは、外径２５０ｍｍのダイヤモンドホイール１２ａを用い、ダイヤモンドの粒度はＦ５００（ＪＩＳ Ｒ６００１）とした。
研削液としては、ＲＯ水を用い、水圧２．０ｋｇ／ｃｍ^２で、ガラス基板端面と研磨ホイールとの接触箇所に供給した。
液体としては、ＲＯ水を、ストレートノズル（いけうち社製、１／４ＭＣＰ２２３−Ｓ３０３）を用いて、衝撃力０．５ｋｇ／ｃｍ^２にて、送出された研削液に対して、ガラス基板と研磨ホイールとの接触箇所からの距離５ｃｍの位置に送出し、送出された研削液をガラス端面から外側に押し出した。
ここで、衝撃力は、Ｉ＝Ｋ×Ｑ×Ｐ^１／２によって示され、Ｉ：衝撃力（ｋｇ／ｃｍ^２）、Ｋ：定数（０．０２４）、Ｑ：流量（Ｌ／ｍｉｎ）、Ｐ：液体圧力（kｇ／ｃｍ^２）である。

次に、ガラス基板表面に対して洗浄工程を行った。洗浄工程は、上部５ｃｍからガラス表面全面に対してシャワーを噴射して（いけうち社製扇形ノズル１／４ＭＶＶ１１５０５−Ｓ３０３、水圧１．５ｋｇ／ｃｍ^２、噴射角８０度）、ガラス基板表面を洗浄した。

次に、ガラス基板表面へのカレットの飛散を、ガラス表面の単位面積当たりのガラス欠陥数により測定した。欠陥として、ガラス基板表面１ｍ^２当たり、４０μｍ以上のカレット数を欠陥数としてカウントした。

＜実施例２＞
ガラス基板と研磨ホイールとの接触箇所近傍に供給する液体の衝撃力を０．５ｋｇ／ｃｍ^２から１．０ｋｇ／ｃｍ^２に変更したこと以外は、実施例１と同一条件にて試験を行い、ガラス基板表面１ｍ^２当たりの欠陥数をカウントした。

＜比較例１＞
ガラス基板と研磨ホイールとの接触箇所近傍に流体を供給しなかったこと以外は、実施例１と同一条件にて試験を行い、ガラス基板表面１ｍ^２当たりの欠陥数をカウントした。

＜比較例２＞
接触箇所の後に送出された研削液に対して液体を供給しなかった代りに、特許文献２と同様に、ガラス基板の内側上方からガラス基板の端部に向かって斜め下方に水を噴出させて、ガラス基板へのカレットの飛散を防止するためのウォーターカーテン（水圧１．０ｋｇ/ｃｍ^２）を形成したこと以外は、実施例１と同一条件にて試験を行い、ガラス基板表面１ｍ^２当たりの欠陥数をカウントした。

表１に示す通り、実施例1及び２の本願発明によるガラスの製造方法によると、ガラス表面の欠陥が非常に少なかった。これに対して、ガラス基板と研磨ホイールとの接触箇所に流体を供給しなかった比較例１、及びウォーターカーテンを用いた比較例２では、ガラス表面の欠陥が多かった。
このことから、本発明の実施例によると、ガラス基板の端面を研削ホイールによって端面加工する際に、ガラス基板表面へのカレットの飛散を大幅に減少できることが理解される。

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。

１ 液体
２ 研削液
３ 研削ホイール
４ 接触点
１１ ガラス基板
１２ 第１ガラス面取り機
１４ 第２ガラス面取り機
１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ、１６ａ 研削ホイール
１６ コーナーカット機
１８ 反転機

Claims (4)

1. ガラス基板のガラス端面を研削ホイールによって端面加工するガラス基板の製造方法において、
   前記ガラス端面と研削ホイールとの接触箇所に研削液を供給し、
   前記研削液を供給する時、前記ガラス基板と衝突することなく、前記接触箇所から前記研削ホイールの回転方向の下流後方に送出された研削液と衝突するように、前記ガラス基板の内側から外側に、且つ、前記接触箇所に対して前記下流後方の前記研削液の流れに向けて液体を噴射することにより、前記下流後方に送出された前記研削液を前記ガラス端面から外側に送出することを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 供給される前記液体の衝撃力は０.３ｋｇ/ｃｍ^２以上であり、前記衝撃力（ｋｇ／ｃｍ^２）は、Ｉ＝Ｋ×Ｑ×Ｐ^１／２によって表され、Ｋは定数（０．０２４）、Ｑは流量（Ｌ／ｍｉｎ）、Ｐは液体圧力（ｋｇ／ｃｍ^２）である、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。
3. さらに、前記ガラス基板の上部からシャワーを当てて、前記ガラス基板表面を洗浄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。
4. 前記液体の噴射によって作られる流れの広がり角度は１５度以下である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。

Images