JP6514588B2

JP6514588B2 - ガラス基板の製造方法

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Inventors: 公彦中嶋
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Description

本発明は、ガラス基板の製造方法に関する。

液晶ディスプレイおよびプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）に用いられるガラス基板は、表面に高い平坦度が要求される。通常、このようなガラス基板は、オーバーフローダウンドロー法によって製造される。オーバーフローダウンドロー法では、特許文献１（米国特許第３，３３８，６９６号）に記載されているように、成形体の上面の溝に流し込まれて溝から溢れ出た熔融ガラスが、成形体の両側面を伝って流れ落ち、成形体の下端で合流してガラスリボンが成形される。成形されたガラスリボンは、下方に引っ張られながら徐冷される。冷却されたガラスリボンは、所定の寸法に切断されて、ガラス基板が得られる。

オーバーフローダウンドロー法において、成形体は、成形炉内の高温の雰囲気下に設置されている。また、成形体には、自重および熔融ガラスの重量による荷重がかかっている。そのため、ガラス基板製造装置の長年の稼動により、成形体は、成形体の材質の熱クリープ特性により徐々にクリープ変形する。特に、成形体の長手方向の中央部は、クリープ変形によって下方に垂れ下がって撓み易い。その結果、成形体の中央部から溢れ出る熔融ガラスの量が、成形体の両端部から溢れ出る熔融ガラスの量よりも多くなり、成形されるガラスリボンの幅方向中央部の厚みが増加し、最終製品であるガラス基板の板厚偏差が増加してしまう問題があった。

成形体のクリープ変形は、液相温度の高いガラス、および、歪点の高いガラスを用いるガラス基板の製造工程において、成形体の温度が高くなりやすいために特に問題となる。また、近年、ガラス基板の大型化が進み、成形体の長手方向の寸法が長くなってきているので、クリープ変形による成形体の撓みがより顕著となる傾向にある。

そこで、本発明は、ガラス基板の板厚偏差を低減することができるガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガラス基板の製造方法は、成形工程と、搬送工程と、取得工程と、算出工程と、調節工程とを備える。成形工程は、成形体の上面に形成された供給溝に熔融ガラスを供給し、供給溝の両側から溢れ出した熔融ガラスを成形体の両側面に沿って流下させ、両側面を流下した熔融ガラスを成形体の下端で合流させてガラスリボンを成形する。搬送工程は、成形体の下方に設置されているロールを用いて、成形工程で成形されたガラスリボンを所定の搬送速度で下方に搬送する。取得工程は、成形体の形状に関する形状データを取得する。算出工程は、取得工程で取得された形状データに基づいて、ガラスリボンの幅方向の板厚偏差が小さくなるように、搬送速度を算出する。調節工程は、算出工程で算出された搬送速度になるように、ガラスリボンの搬送速度を調節する。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法では、取得工程は、成形体のクリープ変形に基づく形状データを取得することが好ましい。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法では、取得工程は、形状データとして、成形体の上面の鉛直方向の変位量を少なくとも取得することが好ましい。この場合、算出工程は、変位量が大きいほど、搬送速度としてより大きい値を算出することが好ましい。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法では、搬送工程は、ガラスリボンの幅方向の両端部を挟むロールを用いてガラスリボンを徐冷しながら搬送し、算出工程で算出された搬送速度に基づいてロールの回転速度を制御することが好ましい。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法では、取得工程は、コンピュータシミュレーションによって成形体の形状の時間変化を求めることで、形状データを取得することが好ましい。

本発明に係るガラス基板の製造方法は、ガラス基板の板厚偏差を低減することができる。

実施形態に係るガラス基板の製造方法のフローチャートである。ガラス基板の製造装置の模式図である。成形装置の正面図である。成形装置の側面図である。制御装置のブロック図である。取得部によって取得された成形体の形状データの一例である。成形体の歪み速度の温度依存変化のグラフの一例である。成形体の歪み速度の応力依存変化のグラフの一例である。成形体の最大上面変位量と、ガラスリボンの搬送速度との間の関係を示すグラフである。

（１）ガラス基板の製造装置の構成
本発明に係るガラス基板の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るガラス基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。

図１に示されるように、本実施形態に係るガラス基板の製造方法は、主として、熔解工程Ｓ１と、清澄工程Ｓ２と、攪拌工程Ｓ３と、成形工程Ｓ４と、冷却工程Ｓ５と、切断工程Ｓ６とを含む。

熔解工程Ｓ１では、ガラス原料が加熱されて熔融ガラスが得られる。熔融ガラスは、熔解槽に貯留され、所望の温度を有するように通電加熱される。ガラス原料には、清澄剤が添加される。環境負荷低減の観点から、清澄剤として、ＳｎＯ₂が用いられる。

清澄工程Ｓ２では、熔解工程Ｓ１で得られた熔融ガラスが清澄管の内部を流れて熔融ガラスに含まれているガスが除去されることで、熔融ガラスが清澄される。最初に、清澄工程Ｓ２では、熔融ガラスの温度を上昇させる。熔融ガラスに添加されている清澄剤は、昇温により還元反応を起こして酸素を放出する。熔融ガラスに含まれるＣＯ₂、Ｎ₂、ＳＯ₂等のガス成分を含む泡は、清澄剤の還元反応によって生じた酸素を吸収する。酸素を吸収して成長した泡は、熔融ガラスの液面に浮上し、破泡して消滅する。消滅した泡に含まれていたガスは、清澄管の内部の気相空間に放出されて、外気に排出される。次に、清澄工程Ｓ２では、熔融ガラスの温度を低下させる。これにより、還元された清澄剤は、酸化反応を起こして、熔融ガラスに残存している酸素等のガス成分を吸収する。

攪拌工程Ｓ３では、清澄工程Ｓ２でガスが除去された熔融ガラスが攪拌されて、熔融ガラスの成分が均質化される。これにより、ガラス基板の脈理等の原因である熔融ガラスの組成のムラが低減される。

成形工程Ｓ４では、オーバーフローダウンドロー法を用いて、攪拌工程Ｓ３で均質化された熔融ガラスからガラスリボンが連続的に成形される。

冷却工程Ｓ５では、成形工程Ｓ４で成形されたガラスリボンが下方に搬送されながら冷却される。冷却工程Ｓ５では、ガラスリボンに歪みおよび反りが生じないように、ガラスリボンの温度を調節しながらガラスリボンが徐々に冷却される。

切断工程Ｓ６では、冷却工程Ｓ５で冷却されたガラスリボンが所定の寸法に切断されてガラス基板が得られる。その後、ガラス基板の端面の研削および研磨、並びに、ガラス基板の洗浄が行われる。その後、ガラス基板のキズ等の欠陥の有無が検査され、検査に合格したガラス基板が梱包されて製品として出荷される。

図２は、本実施形態に係るガラス基板製造装置１の一例を示す模式図である。ガラス基板製造装置１は、熔解槽１０と、清澄管２０と、攪拌装置３０と、成形装置４０と、移送管５０ａ，５０ｂ，５０ｃとを備える。移送管５０ａは、熔解槽１０と清澄管２０とを接続する。移送管５０ｂは、清澄管２０と攪拌装置３０とを接続する。移送管５０ｃは、攪拌装置３０と成形装置４０とを接続する。

熔解工程Ｓ１において熔解槽１０で得られた熔融ガラス２は、移送管５０ａを通過して清澄管２０に流入する。清澄工程Ｓ２において清澄管２０で清澄された熔融ガラス２は、移送管５０ｂを通過して攪拌装置３０に流入する。攪拌工程Ｓ３において攪拌装置３０で攪拌された熔融ガラス２は、移送管５０ｃを通過して成形装置４０に流入する。成形工程Ｓ４では、成形装置４０によって熔融ガラス２からガラスリボン３が連続的に成形される。冷却工程Ｓ５では、ガラスリボン３が下方に搬送されながら冷却される。切断工程Ｓ６では、冷却されたガラスリボン３が所定の大きさに切断されてガラス基板が得られる。ガラス基板の幅は、例えば、５００ｍｍ〜３５００ｍｍであり、長さは、例えば、５００ｍｍ〜３５００ｍｍである。ガラス基板の厚みは、例えば、０.２ｍｍ〜０.８ｍｍである。

ガラス基板製造装置１によって製造されるガラス基板は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、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）用のガラス基板として特に適している。ＦＰＤ用のガラス基板としては、無アルカリガラス、アルカリ微量含有ガラス、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）用のガラス、または、酸化物半導体用のガラスが用いられる。高精細ディスプレイ用のガラス基板としては、高温時に高い粘性および高い歪点を有するガラスが用いられる。例えば、高精細ディスプレイ用のガラス基板の原料となるガラスは、１５００℃において、１０^2.5ｐｏｉｓｅの粘性を有する。

熔解槽１０では、ガラス原料が熔解されて、熔融ガラス２が得られる。ガラス原料は、所望の組成を有するガラス基板を得ることができるように調製されている。ガラス基板の組成の一例として、ＦＰＤ用のガラス基板として好適な無アルカリガラスは、ＳｉＯ₂：５０質量％〜７０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：１０質量％〜２５質量％、Ｂ₂Ｏ₃：１質量％〜１８質量％、ＭｇＯ：０質量％〜１０質量％、ＣａＯ：０質量％〜２０質量％、ＳｒＯ：０質量％〜２０質量％、ＢａＯ：０質量％〜１０質量％を含有する。ここで、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの含有量の合計は、５質量％〜３０質量％である。

また、ＦＰＤ用のガラス基板として、アルカリ金属を微量含むアルカリ微量含有ガラスが用いられてもよい。アルカリ微量含有ガラスは、０．１質量％〜０．５質量％のＲ’₂Ｏを含み、好ましくは、０．２質量％〜０．５質量％のＲ’₂Ｏを含む。ここで、Ｒ’は、Ｌｉ、ＮａおよびＫから選択される少なくとも１種である。Ｒ’₂Ｏの含有量の合計は、０．１質量％未満であってもよい。

また、ガラス基板製造装置１によって製造されるガラス基板は、ＳｎＯ₂：０．０１質量％〜１質量％（好ましくは、０．０１質量％〜０．５質量％）、Ｆｅ₂Ｏ₃：０質量％〜０．２質量％（好ましくは、０．０１質量％〜０．０８質量％）をさらに含有してもよい。なお、ガラス基板製造装置１によって製造されるガラス基板は、環境負荷低減の観点から、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃およびＰｂＯを実質的に含有しない。

上記の組成を有するように調製されたガラス原料は、原料投入機（図示せず）を用いて熔解槽１０に投入される。原料投入機は、スクリューフィーダを用いてガラス原料の投入を行ってもよく、バケットを用いてガラス原料の投入を行ってもよい。熔解槽１０では、ガラス原料は、その組成等に応じた温度に加熱されて熔解される。熔解槽１０では、例えば、１５００℃〜１６００℃の高温の熔融ガラス２が得られる。熔解槽１０では、モリブデン、白金または酸化錫等で成形された少なくとも１対の電極間に電流を流すことで、電極間の熔融ガラス２が通電加熱されてもよく、また、通電加熱に加えてバーナーの火焔によってガラス原料が補助的に加熱されてもよい。

熔解槽１０で得られた熔融ガラス２は、熔解槽１０から移送管５０ａを通過して清澄管２０に流入する。清澄管２０および移送管５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、白金製あるいは白金合金製の管である。清澄管２０には、熔解槽１０と同様に加熱手段が設けられている。清澄管２０では、熔融ガラス２がさらに昇温させられて清澄される。例えば、清澄管２０において、熔融ガラス２の温度は、１５００℃〜１７００℃に上昇させられる。

清澄管２０において清澄された熔融ガラス２は、清澄管２０から移送管５０ｂを通過して攪拌装置３０に流入する。熔融ガラス２は、移送管５０ｂを通過する際に冷却される。攪拌装置３０では、清澄管２０を通過する熔融ガラス２の温度よりも低い温度で、熔融ガラス２が攪拌される。例えば、攪拌装置３０において、熔融ガラス２の温度は、１２５０℃〜１４５０℃であり、熔融ガラス２の粘度は、５００ｐｏｉｓｅ〜１３００ｐｏｉｓｅである。熔融ガラス２は、攪拌装置３０において攪拌されて均質化される。

攪拌装置３０で均質化された熔融ガラス２は、攪拌装置３０から移送管５０ｃを通過して成形装置４０に流入する。熔融ガラス２は、移送管５０ｃを通過する際に、熔融ガラス２の成形に適した粘度を有するように冷却される。例えば、熔融ガラス２は、１２００℃付近まで冷却される。

成形装置４０では、オーバーフローダウンドロー法によって熔融ガラス２からガラスリボン３が成形される。次に、成形装置４０の詳細な構成および動作について説明する。

（２）成形装置の構成
図３は、成形装置４０の正面図である。図３は、成形装置４０で成形されるガラスリボン３の表面に垂直な方向に沿って見た成形装置４０を示す。図４は、成形装置４０の側面図である。図４は、成形装置４０で成形されるガラスリボン３の表面に平行な方向に沿って見た成形装置４０を示す。

成形装置４０は、耐火レンガ等の耐火物からなる炉壁（図示せず）に囲まれた空間を有する。この空間は、熔融ガラス２からガラスリボン３が成形され、ガラスリボン３が冷却される空間である。この空間は、上部成形空間６０、下部成形空間７０および徐冷空間８０の３つの空間から構成される。

成形工程Ｓ４は、上部成形空間６０で行われる。冷却工程Ｓ５は、下部成形空間７０および徐冷空間８０で行われる。上部成形空間６０は、攪拌装置３０から移送管５０ｃを介して成形装置４０に供給された熔融ガラス２が、ガラスリボン３に成形される空間である。下部成形空間７０は、上部成形空間６０の下方の空間であり、ガラスリボン３が、ガラスの徐冷点の近傍まで急冷される空間である。徐冷空間８０は、下部成形空間７０の下方の空間であり、ガラスリボン３が徐々に冷却される空間である。

成形装置４０は、主として、成形体６２と、上部仕切り部材６４と、冷却ロール７２と、温度調節ユニット７４と、下部仕切り部材７６と、引下げロール８２ａ〜８２ｇと、ヒータ８４ａ〜８４ｇと、断熱部材８６と、切断装置９８と、制御装置９１とから構成される。次に、成形装置４０の各構成要素について説明する。

（２−１）成形体
成形体６２は、上部成形空間６０に設置される。成形体６２は、熔融ガラス２をオーバーフローさせてガラスリボン３を成形するために用いられる。図４に示されるように、成形体６２は、楔形に類似した五角形の断面形状を有する。成形体６２の断面形状の尖端は、成形体６２の下端６２ａに相当する。成形体６２は、耐火レンガ製である。

成形体６２の上面６２ｃには、成形体６２の長手方向に沿って、供給溝６２ｂが形成されている。成形体６２の長手方向の端部には、供給溝６２ｂと連通している移送管５０ｃが取り付けられている。供給溝６２ｂは、移送管５０ｃと連通している一方の端部から他方の端部に向かうに従って、徐々に浅くなるように形成されている。

攪拌装置３０から成形装置４０に送られてきた熔融ガラス２は、移送管５０ｃを介して、成形体６２の供給溝６２ｂに流し込まれる。成形体６２の供給溝６２ｂからオーバーフローした熔融ガラス２は、成形体６２の両側面を伝いながら流下し、成形体６２の下端６２ａの近傍において合流する。合流した熔融ガラス２は、重力により鉛直方向に落下して板状に成形される。これにより、成形体６２の下端６２ａの近傍において、ガラスリボン３が連続的に成形される。成形されたガラスリボン３は、上部成形空間６０を流下した後、下部成形空間７０および徐冷空間８０において冷却されながら下方に搬送される。上部成形空間６０で成形された直後のガラスリボン３の温度は１１００℃以上であり、粘度は２５０００ｐｏｉｓｅ〜３５００００ｐｏｉｓｅである。例えば、高精細ディスプレイ用のガラス基板を製造する場合、成形体６２によって成形されるガラスリボン３の歪点は、６５５℃〜７５０℃であり、好ましくは６８０℃〜７３０℃であり、成形体６２の下端６２ａの近傍で融合する熔融ガラス２の粘度は、２５０００ｐｏｉｓｅ〜１０００００ｐｏｉｓｅであり、好ましくは３２０００ｐｏｉｓｅ〜８００００ｐｏｉｓｅである。

（２−２）上部仕切り部材
上部仕切り部材６４は、成形体６２の下端６２ａの近傍に設置される一対の板状の断熱部材である。図４に示されるように、上部仕切り部材６４は、ガラスリボン３の厚み方向の両側に配置される。上部仕切り部材６４は、上部成形空間６０と下部成形空間７０とを仕切り、上部成形空間６０から下部成形空間７０への熱の移動を抑制する。

（２−３）冷却ロール
冷却ロール７２は、下部成形空間７０に設置される片持ちのロールである。冷却ロール７２は、上部仕切り部材６４の直下に設置される。図３に示されるように、冷却ロール７２は、ガラスリボン３の幅方向の両側部に配置される。図４に示されるように、冷却ロール７２は、ガラスリボン３の厚み方向の両側に配置される。ガラスリボン３は、その幅方向の両側部において、冷却ロール７２によって挟持されている。冷却ロール７２は、上部成形空間６０から送られてきたガラスリボン３を冷却する。

下部成形空間７０において、ガラスリボン３の幅方向の両側部は、それぞれ、２対の冷却ロール７２によって挟まれている。ガラスリボン３の両側部の表面に向かって冷却ロール７２が押し付けられることで、冷却ロール７２とガラスリボン３との接触面積が大きくなり、冷却ロール７２によるガラスリボン３の冷却が効率的に行われる。冷却ロール７２は、後述する引下げロール８２ａ〜８２ｇがガラスリボン３を下方に引っ張る力に対抗する力を、ガラスリボン３に与える。なお、冷却ロール７２の回転速度と、最も上方に配置される引下げロール８２ａの回転速度との差によって、ガラスリボン３の厚みが決定される。

冷却ロール７２は、内部に空冷管を有している。冷却ロール７２は、空冷管によって常に冷却されている。冷却ロール７２は、ガラスリボン３の幅方向の両側部を挟むことでガラスリボン３と接触する。これにより、ガラスリボン３から冷却ロール７２に熱が伝わるので、ガラスリボン３の幅方向の両側部が冷却される。冷却ロール７２と接触して冷却されたガラスリボン３の幅方向の両側部の粘度は、例えば、１０^9.0ｐｏｉｓｅ以上である。

冷却ロール７２とガラスリボン３との間の接触荷重は、制御装置９１によって制御可能である。接触荷重は、例えば、バネを用いて冷却ロール７２の位置を調整することで制御される。接触荷重が大きいほど、冷却ロール７２がガラスリボン３を押し付ける力が強くなる。

（２−４）温度調節ユニット
温度調節ユニット７４は、下部成形空間７０に設置される。温度調節ユニット７４は、上部仕切り部材６４の下方であって、下部仕切り部材７６の上方に設置される。

下部成形空間７０では、ガラスリボン３の幅方向の中心部の温度が徐冷点近傍に低下するまでガラスリボン３が冷却される。温度調節ユニット７４は、下部成形空間７０で冷却されるガラスリボン３の温度を調節する。温度調節ユニット７４は、ガラスリボン３を加熱または冷却するユニットである。図３に示されるように、温度調節ユニット７４は、中心部冷却ユニット７４ａおよび側部冷却ユニット７４ｂから構成される。中心部冷却ユニット７４ａは、ガラスリボン３の幅方向の中心部の温度を調節する。側部冷却ユニット７４ｂは、ガラスリボン３の幅方向の両側部の温度を調節する。ここで、ガラスリボン３の幅方向の中心部は、ガラスリボン３の幅方向の両側部に挟まれた領域を意味する。

下部成形空間７０では、図３に示されるように、複数の中心部冷却ユニット７４ａおよび複数の側部冷却ユニット７４ｂが、それぞれ、ガラスリボン３が流下する方向である鉛直方向に沿って配置されている。中心部冷却ユニット７４ａは、ガラスリボン３の幅方向の中心部の表面に対向するように配置されている。側部冷却ユニット７４ｂは、ガラスリボン３の幅方向の両側部の表面に対向するように配置されている。

温度調節ユニット７４は、制御装置９１によって制御される。各中心部冷却ユニット７４ａおよび各側部冷却ユニット７４ｂは、制御装置９１によって独立して制御可能である。

（２−５）下部仕切り部材
下部仕切り部材７６は、温度調節ユニット７４の下方に設置される一対の板状の断熱部材である。図４に示されるように、下部仕切り部材７６は、ガラスリボン３の厚み方向の両側に設置される。下部仕切り部材７６は、下部成形空間７０と徐冷空間８０とを鉛直方向に仕切り、下部成形空間７０から徐冷空間８０への熱の移動を抑制する。

（２−６）引下げロール
引下げロール８２ａ〜８２ｇは、徐冷空間８０に設置される片持ちのロールである。徐冷空間８０では、引下げロール８２ａ、引下げロール８２ｂ、・・・、引下げロール８２ｆおよび引下げロール８２ｇが、上方から下方に向かって間隔を空けて配置されている。引下げロール８２ａは、最も上方に配置され、引下げロール８２ｇは、最も下方に配置される。

図３に示されるように、引下げロール８２ａ〜８２ｇは、それぞれ、ガラスリボン３の幅方向の両側部に配置される。図４に示されるように、引下げロール８２ａ〜８２ｇは、それぞれ、ガラスリボン３の厚み方向の両側に配置される。すなわち、ガラスリボン３の幅方向の両側部は、上方から下方に向かって、２対の引下げロール８２ａ、２対の引下げロール８２ｂ、・・・、２対の引下げロール８２ｆおよび２対の引下げロール８２ｇによって挟まれている。

引下げロール８２ａ〜８２ｇは、下部成形空間７０を通過したガラスリボン３の幅方向の両端部を挟みつつ回転することにより、ガラスリボン３を鉛直方向下方に引き下げる。すなわち、引下げロール８２ａ〜８２ｇは、ガラスリボン３を下方に搬送するためのロールである。

各引下げロール８２ａ〜８２ｇの角速度は、制御装置９１によって独立して制御可能である。引下げロール８２ａ〜８２ｇの角速度が大きいほど、ガラスリボン３が下方に搬送される速度が大きくなる。

（２−７）ヒータ
ヒータ８４ａ〜８４ｇは、徐冷空間８０に設置される。図４に示されるように、徐冷空間８０では、ヒータ８４ａ、ヒータ８４ｂ、・・・、ヒータ８４ｆおよびヒータ８４ｇが、上方から下方に向かって間隔を空けて配置されている。ヒータ８４ａ〜８４ｇは、それぞれ、ガラスリボン３の厚み方向の両側に配置されている。引下げロール８２ａ〜８２ｇは、それぞれ、ヒータ８４ａ〜８４ｇとガラスリボン３との間に配置されている。

ヒータ８４ａ〜８４ｇは、ガラスリボン３の表面に向かって熱を輻射してガラスリボン３を加熱する。ヒータ８４ａ〜８４ｇを用いることで、徐冷空間８０において下方に搬送されるガラスリボン３の温度を調節することができる。これにより、ヒータ８４ａ〜８４ｇは、ガラスリボン３の搬送方向において、所定の温度分布をガラスリボン３に形成することができる。

各ヒータ８４ａ〜８４ｇの出力は、制御装置９１によって独立して制御可能である。また、ヒータ８４ａ〜８４ｇは、ガラスリボン３の幅方向に沿って複数のヒータサブユニット（図示せず）に分割され、各ヒータサブユニットの出力が制御装置９１によって独立して制御可能であってもよい。この場合、各ヒータ８４ａ〜８４ｇは、ガラスリボン３の幅方向の位置に応じて発熱量を変化させることで、ガラスリボン３の幅方向に所定の温度分布を形成することができる。

なお、各ヒータ８４ａ〜８４ｇの近傍には、徐冷空間８０の雰囲気の温度を測定する熱電対（図示せず）が設置されている。熱電対は、例えば、ガラスリボン３の幅方向の中心部近傍の雰囲気温度と、両側部近傍の雰囲気温度とを測定する。ヒータ８４ａ〜８４ｇは、熱電対によって測定される徐冷空間８０の雰囲気の温度に基づいて制御されてもよい。

（２−８）断熱部材
断熱部材８６は、徐冷空間８０に設置される。断熱部材８６は、ガラスリボン３の搬送方向に沿って隣り合う２つの引下げロール８２ａ〜８２ｇの間の高さ位置に設置される。図４に示されるように、断熱部材８６は、ガラスリボン３の厚み方向の両側において、水平に配置される一対の断熱板である。断熱部材８６は、徐冷空間８０を鉛直方向に仕切り、徐冷空間８０における鉛直方向の熱の移動を抑制する。

断熱部材８６は、下方に搬送されるガラスリボン３と接触しないように設置されている。また、断熱部材８６は、ガラスリボン３の表面までの距離が調整可能であるように設置されている。これにより、断熱部材８６は、断熱部材８６の上方の空間と断熱部材８６の下方の空間との間の熱の移動を抑制する。

（２−９）切断装置
切断装置９８は、徐冷空間８０の下方の空間に設置されている。切断装置９８は、徐冷空間８０を通過したガラスリボン３を、所定の寸法ごとに、ガラスリボン３の幅方向に沿って切断する。徐冷空間８０を通過したガラスリボン３は、室温近傍まで冷却されている平坦なガラスリボン３である。

切断装置９８は、所定の時間間隔でガラスリボン３を切断する。これにより、ガラスリボン３の搬送速度が一定である場合、最終製品に近い寸法を有するガラス基板が量産される。

（２−１０）制御装置
制御装置９１は、主として、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびハードディスク等から構成されるコンピュータである。図５は、制御装置９１のブロック図である。図５に示されるように、制御装置９１は、冷却ロール駆動モータ１７２、温度調節ユニット７４、引下げロール駆動モータ１８２、ヒータ８４ａ〜８４ｇおよび切断装置駆動モータ１９８と接続されている。冷却ロール駆動モータ１７２は、冷却ロール７２の位置および回転速度等を制御するためのモータである。引下げロール駆動モータ１８２は、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの位置および回転速度等を独立して制御するためのモータである。切断装置駆動モータ１９８は、切断装置９８がガラスリボン３を切断する時間間隔等を制御するためのモータである。制御装置９１は、各構成要素の状態を取得し、かつ、各構成要素を制御するためのプログラムを記憶している。

制御装置９１は、冷却ロール駆動モータ１７２を制御して、ガラスリボン３の幅方向の側部を挟む一対の冷却ロール７２とガラスリボン３との間の接触荷重を取得および調節することができる。制御装置９１は、引下げロール駆動モータ１８２を制御して、回転している各引下げロール８２ａ〜８２ｇのトルクを取得し、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの角速度を調節することができる。制御装置９１は、温度調節ユニット７４の出力、および、各ヒータ８４ａ〜８４ｇの出力を取得および調節することができる。制御装置９１は、切断装置駆動モータ１９８を制御して、切断装置９８がガラスリボン３を切断する時間間隔等を取得および調節することができる。

（３）成形装置の動作
上部成形空間６０において、攪拌装置３０から移送管５０ｃを介して成形装置４０に送られてきた熔融ガラス２は、成形体６２の上面６２ｃに形成される供給溝６２ｂに供給される。成形体６２の供給溝６２ｂからオーバーフローした熔融ガラス２は、成形体６２の両側面を伝って流下して、成形体６２の下端６２ａの近傍で合流する。成形体６２の下端６２ａの近傍において、合流した熔融ガラス２からガラスリボン３が連続的に成形される。成形されたガラスリボン３は、下部成形空間７０に送られる。

下部成形空間７０において、ガラスリボン３の幅方向の両側部は、冷却ロール７２と接触して急冷される。また、温度調節ユニット７４によって、ガラスリボン３の幅方向中心部の温度が徐冷点に低下するまで、ガラスリボン３の温度が調節される。冷却ロール７２によって下方に搬送されながら冷却されたガラスリボン３は、徐冷空間８０に送られる。

徐冷空間８０において、ガラスリボン３は、引下げロール８２ａ〜８２ｇによって引き下げられながら徐々に冷却される。ガラスリボン３の温度は、ガラスリボン３の幅方向に沿って所定の温度分布が形成されるように、ヒータ８４ａ〜８４ｇによって制御される。徐冷空間８０において、ガラスリボン３の温度は、徐冷点近傍から、歪点より２００℃低い温度よりも低い温度まで徐々に低下する。

徐冷空間８０を通過したガラスリボン３は、さらに室温近傍まで冷却され、切断装置９８によって所定の寸法に切断されてガラス基板が得られる。その後、ガラス基板の端面の研磨および洗浄等が行われる。その後、所定の検査に合格したガラス基板が梱包されて製品として出荷される。

（４）制御装置の動作
制御装置９１は、搬送部、取得部および算出部からなる３つのプログラムを少なくとも記憶して実行する。

搬送部は、成形体６２の下方に設置されている引下げロール８２ａ〜８２ｇを用いて、成形体６２によって成形されたガラスリボン３を、徐冷空間８０において所定の搬送速度で下方に搬送する。搬送部は、引下げロール駆動モータ１８２を制御して、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を調節することで、ガラスリボン３の搬送速度を調節する。

取得部は、成形体６２の現在の形状に関する形状データを取得する。具体的には、取得部は、クリープ特性パラメータに基づいて形状データを取得する。クリープ特性パラメータは、成形体６２に加えられる応力、成形体６２の温度、および、クリープ変形による成形体６２の歪み速度の間の関係を再現するためのパラメータである。ここで、成形体６２に加えられる応力は、成形体６２の長手方向に沿って成形体６２を圧縮する力である。また、成形体６２の歪み速度は、時間に依らず一定であると仮定する。次に、クリープ特性パラメータの決定方法について説明する。

最初に、成形体６２に加えられる応力が一定である条件下における、成形体６２の歪み速度の、成形体６２の温度依存変化を測定する。図７は、成形体６２の歪み速度の温度依存変化のグラフの一例である。図７では、成形体６２に加えられる応力の大きさは、２．０ＭＰａである。成形体６２の歪み速度は、例えば、成形体６２の４点曲げ試験による成形体６２の形状の変化量を測定することで算出される。図７では、成形体６２の歪み速度の測定値は、黒丸で示されている。

次に、成形体６２の温度が一定である条件下における、成形体６２の歪み速度の、成形体６２に加えられる応力依存変化を測定する。図８は、成形体６２の歪み速度の応力依存変化のグラフの一例である。図８では、成形体６２の温度は、１２５０℃である。成形体６２の歪み速度は、例えば、レーザー測定によって成形体６２の形状の変化量を測定することで算出される。図８では、成形体６２の歪み速度の測定値は、黒丸で示されている。

次に、以下の式（１）に基づいて、成形体６２の歪み速度の温度依存変化および応力依存変化の測定値が再現できるクリープ特性パラメータＡ，Ｂ，ｎを決定する。

式（１）において、Ｒは８．３１４［Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ］であり、ΔＨは４．５００×１０⁵［Ｊ／ｍｏｌ］であり、ε´は成形体６２の歪み速度［／ｈｏｕｒ］であり、σは成形体６２に加えられる応力［Ｐａ］であり、Ｔは成形体６２の温度［Ｋ］である。クリープ特性パラメータＡ［／ｈｏｕｒ］、Ｂ［／Ｐａ］およびｎは、式（１）により求められる歪み速度が、歪み速度の測定値にフィッティングするように決定される。図７および図８では、決定されたクリープ特性パラメータに基づいて式（１）から算出された成形体６２の歪み速度は、白抜きの四角で示されている。なお、図７および図８で用いられたクリープ特性パラメータＡ，Ｂ，ｎは、それぞれ、８．６４８×１０¹²［／ｈｏｕｒ］、４．４９１×１０^-9［／Ｐａ］、９．９８７×１０^-1である。

なお、取得部は、クリープ特性パラメータを決定した後、クリープ特性パラメータを検証してもよい。クリープ特性パラメータの検証は、例えば、成形体６２の歪み速度の測定系をモデル化して、決定されたクリープ特性パラメータに基づく歪み速度が得られているか否かをコンピュータシミュレーションにより確認することにより行われる。

そして、取得部は、コンピュータシミュレーションにより、決定されたクリープ特性パラメータを用いて所定の温度および応力下における成形体６２の歪み速度を算出して成形体６２の形状の時間変化を求めることで、成形体６２の形状データを取得する。

図６は、取得部によって取得された成形体６２の形状データの一例である。図６は、成形体６２によって成形されたガラスリボン３の表面に垂直な方向に沿って見た成形体６２を示す。図６では、成形体６２のクリープ変形が実際よりも強調して示されている。図６では、未使用の成形体６２の形状、すなわち、クリープ変形する前の成形体６２の形状が点線で示され、かつ、クリープ変形した後の成形体６２の現在の形状が実線で示されている。

取得部は、成形体６２のクリープ変形に基づく形状データから、成形体６２の上面６２ｃの鉛直方向の変位量である上面変位量を少なくとも取得する。図６において、上面変位量は、クリープ変形前の上面６２ｃとクリープ変形後の上面６２ｃとの間の鉛直方向の寸法である。図６には、成形体６２の長手方向における上面変位量の最大値である最大上面変位量Ｌが示されている。

算出部は、取得部によって取得された成形体６２の形状データに基づいて、ガラスリボン３の幅方向の板厚偏差が小さくなるように、徐冷空間８０におけるガラスリボン３の搬送速度を算出する。ガラスリボン３の幅方向の板厚偏差が小さいほど、ガラスリボン３の厚みが幅方向において均一になる。具体的には、算出部は、最大上面変位量Ｌが大きいほど、ガラスリボン３の搬送速度としてより大きい値を算出する。

また、搬送部は、算出部によって算出されたガラスリボン３の搬送速度に基づいて、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を調節する。これにより、搬送部は、ガラスリボン３の搬送速度を、算出部によって算出された値に調節する。

制御装置９１は、搬送部、取得部および算出部によって、徐冷空間８０において下方に搬送されるガラスリボン３の幅方向の板厚偏差を小さくすることができる。

（５）特徴
本実施形態において、成形体６２は、上部成形空間６０の高温の雰囲気下に設置されている。ガラスリボン３の成形工程において、成形体６２には、成形体６２の重量、および、供給溝６２ｂに供給される熔融ガラス２の重量による荷重がかかっている。そのため、ガラス基板製造装置１の長年の稼動により、成形体６２は、図６に示されるように、成形体６２の材質の熱クリープ特性により徐々にクリープ変形する。特に、成形体６２の長手方向の中央部は、クリープ変形によって下方に垂れ下がって撓み易い。図６において、最大上面変位量Ｌは、成形体６２の長手方向の中央部における上面変位量である。

成形体６２が図６に示されるようにクリープ変形すると、成形体６２の長手方向の中央部から溢れ出る熔融ガラス２の量が、成形体６２の長手方向の両端部から溢れ出る熔融ガラス２の量よりも多くなる。この場合、成形体６２によって成形されるガラスリボン３の幅方向中央部の厚みが増加し、ガラスリボン３の幅方向中央部の厚みが、幅方向両端部の厚みよりも大きくなる。その結果、ガラスリボン３の幅方向の板厚偏差が大きくなり、最終製品であるガラス基板の板厚偏差が増加してしまうおそれがある。

本実施形態のガラス基板製造装置１は、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を調節して、徐冷空間８０におけるガラスリボン３の搬送速度を調節することで、成形体６２のクリープ変形に起因するガラスリボン３の幅方向の板厚偏差を低減することができる。次に、その機構について説明する。

最初に、ガラス基板製造装置１の制御装置９１の取得部は、図６に示されるようにクリープ変形している成形体６２の現在の形状に関する形状データを取得する。次に、制御装置９１の算出部は、取得部が取得した成形体６２の形状データに基づいて、徐冷空間８０において下方に搬送されるガラスリボン３の幅方向の板厚偏差が最小となるような、ガラスリボン３の搬送速度を算出する。具体的には、算出部は、図６に示される最大上面変位量Ｌに基づいて、ガラスリボン３の搬送速度を算出する。次に、制御装置９１の搬送部は、算出部が算出した搬送速度が実現されるように、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を調節する。これにより、制御装置９１は、クリープ変形している成形体６２の形状データに基づいて、徐冷空間８０におけるガラスリボン３の搬送速度を調節する。図９は、クリープ変形している成形体６２の最大上面変位量Ｌと、ガラスリボン３の搬送速度との間の関係を示すグラフである。図９に示されるように、制御装置９１は、成形体６２の最大上面変位量Ｌが大きいほど、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を増加させて、ガラスリボン３の搬送速度を調節する。成形体６２の最大上面変位量Ｌと、ガラスリボン３の搬送速度との間には、相関関係（線形関係）がある。

次に、クリープ変形している成形体６２の最大上面変位量Ｌが大きいほど、算出部によって算出される搬送速度が大きい理由について説明する。上述したように、最大上面変位量Ｌが大きいほど、ガラスリボン３の幅方向中央部の厚みが幅方向両端部の厚みよりも大きくなる傾向にある。この場合、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を上げて、徐冷空間８０におけるガラスリボン３の搬送速度を大きくすると、徐冷空間８０におけるガラスリボン３の冷却速度が上昇し、鉛直方向（ガラスリボン３の流下方向）におけるガラスリボン３の収縮量も上昇する。幅方向における厚みが最も大きい部分である、ガラスリボン３の幅方向中央部において、ガラスリボン３の収縮量は最大となる。ガラスリボン３の幅方向中央部における鉛直方向の収縮によって、ガラスリボン３の幅方向中央部から幅方向両端部に向かって幅方向の張力が作用する。その結果、ガラスリボン３の幅方向両端部の厚みが大きくなり、ガラスリボン３の幅方向中央部の厚みと幅方向両端部の厚みとの差が小さくなる。

従って、成形体６２のクリープ変形により、成形体６２の長手方向の中央部が下方に垂れ下がって撓んだ場合、徐冷空間８０におけるガラスリボン３の搬送速度を大きくすることで、ガラスリボン３の幅方向の板厚偏差を低減することができる。その結果、ガラス基板製造装置１は、最終製品であるガラス基板の板厚偏差を低減することができる。

また、液相温度の高いガラス、および、歪点の高いガラスを用いるガラス基板の製造工程において、成形体６２のクリープ変形は、成形体６２の温度が高くなりやすいために特に問題となりやすい。また、近年、ガラス基板の大型化が進み、成形体の長手方向の寸法が長くなってきているので、クリープ変形による成形体６２の撓みがより顕著となる傾向にある。本実施形態では、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を調節して、徐冷空間８０におけるガラスリボン３の搬送速度を調節することで、成形体６２のクリープ変形に起因するガラスリボン３の幅方向の板厚偏差を効果的に低減することができる。

（６）変形例
（６−１）変形例Ａ
実施形態では、ガラス基板製造装置１の制御装置９１の取得部は、コンピュータシミュレーションによって成形体６２の形状の時間変化を求めることで、成形体６２の現在の形状に関する形状データを取得する。しかし、取得部は、他の方法によって、成形体６２の現在の形状に関する形状データを取得してもよい。

例えば、取得部は、成形体６２の形状の実測値に基づいて、形状データを取得してもよい。この場合、成形体６２の形状の実測値に関するデータ、および、成形体６２の使用条件に関するデータを予め収集して分析する必要がある。成形体６２の使用条件は、ガラス基板製造装置１の稼働時間、熔融ガラス２の温度、熔融ガラス２の粘度、および、上部成形空間６０の温度等の、成形体６２に関連する種種のパラメータである。取得部は、成形体６２の形状の実測値に関するデータと、成形体６２の使用条件に関するデータとの相関関係に基づいて、現在使用している成形体６２の形状データを予測して取得する。

また、取得部は、成形体６２によって成形されたガラスリボン３の板厚の実測値に基づいて、形状データを取得してもよい。この場合、取得部は、ガラスリボン３の幅方向の板厚の実測値に関するデータに基づいて、現在使用している成形体６２の形状データを予測して取得する。

（６−２）変形例Ｂ
実施形態では、ガラス基板製造装置１の制御装置９１は、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を調節して、徐冷空間８０におけるガラスリボン３の搬送速度を調節する。しかし、制御装置９１は、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を調節すると共に、成形体６２の供給溝６２ｂに供給される熔融ガラス２の量を調節してもよい。

徐冷空間８０におけるガラスリボン３の搬送速度を高くすると、成形体６２によって成形されるガラスリボン３の厚みが小さくなる。一方、成形体６２の供給溝６２ｂに供給される熔融ガラス２の量を増加させると、成形体６２によって成形されるガラスリボン３の厚みが大きくなる。そのため、制御装置９１は、各引下げロール８２ａ〜８２ｇの回転速度を高くすると共に、成形体６２の供給溝６２ｂに供給される熔融ガラス２の量を増加させることで、成形体６２によって成形されるガラスリボン３の厚みを維持しつつ、成形体６２のクリープ変形に起因するガラスリボン３の幅方向の板厚偏差の増加を抑制することができる。

（６−３）変形例Ｃ
実施形態では、ガラス基板製造装置１の制御装置９１の算出部は、成形体６２の形状データとして図６に示される最大上面変位量Ｌを用い、最大上面変位量Ｌが大きいほど、ガラスリボン３の搬送速度としてより大きい値を算出する。しかし、算出部は、成形体６２の形状データに関する他のパラメータを用いて、ガラスリボン３の搬送速度を算出してもよい。

例えば、算出部は、成形体６２の形状データに関するパラメータとして、ガラスリボン３の表面に垂直な方向に沿って見た場合における、成形体６２の上面６２ｃまたは下端６２ａの曲率に基づいて、ガラスリボン３の搬送速度を算出してもよい。例えば、算出部は、成形体６２の上面６２ｃまたは下端６２ａの曲率が大きいほど、クリープ変形による成形体６２の撓み量が大きいので、ガラスリボン３の搬送速度としてより大きい値を算出する。

２熔融ガラス
３ガラスリボン
６２成形体
６２ａ下端
６２ｂ供給溝
６２ｃ上面
８２ａ〜８２ｇ引下げロール（ロール）

米国特許第３，３３８，６９６号

Claims

成形体の上面に形成された供給溝に熔融ガラスを供給し、前記供給溝の両側から溢れ出した前記熔融ガラスを前記成形体の両側面に沿って流下させ、前記両側面を流下した前記熔融ガラスを前記成形体の下端で合流させてガラスリボンを成形する成形工程と、
前記成形体の下方に設置されているロールを用いて、前記成形工程で成形された前記ガラスリボンを所定の搬送速度で下方に搬送する搬送工程と、
前記成形体の形状に関する形状データを取得する取得工程と、
前記取得工程で取得された前記形状データに基づいて、前記ガラスリボンの幅方向の板厚偏差が小さくなるように、前記搬送速度を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出された前記搬送速度になるように、前記ガラスリボンの前記搬送速度を調節する調節工程と、
を備え、
前記取得工程は、前記成形体のクリープ変形に基づく前記形状データを取得する、
ガラス基板の製造方法。
前記取得工程は、前記形状データとして、前記成形体の前記上面の鉛直方向の変位量を少なくとも取得し、
前記算出工程は、前記変位量が大きいほど、前記搬送速度としてより大きい値を算出する、
請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
前記搬送工程は、前記ガラスリボンの幅方向の両端部を挟む前記ロールを用いて前記ガラスリボンを徐冷しながら搬送し、前記算出工程で算出された前記搬送速度に基づいて前記ロールの回転速度を制御する、
請求項１または２に記載のガラス基板の製造方法。
前記取得工程は、コンピュータシミュレーションによって前記形状の時間変化を求めることで、前記形状データを取得する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス基板の製造方法。