JP6571416B2 - ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板のアニール工程を含むガラス基板の製造方法、およびガラス基板のアニール工程を行う熱処理炉を含むガラス基板の製造装置に関する。

近年、ディスプレイパネルの分野では、画質の向上のために画素の高精細化が進展している。この高精細化の進展に伴って、ディスプレイパネルに用いられるガラス基板にも寸法精度が高いことが望まれている。例えば、ディスプレイパネルの製造工程中に、ガラス基板が高温で熱処理されても寸法が変化しにくいように、熱収縮率の小さいガラス基板が求められている。

一般に、ガラス基板の熱収縮率は、ガラスの歪点が高いほど小さくなる。このため、特許文献１（特表２０１４−５０３４６５）に開示されているように、熱収縮率を抑制するために、歪点が高くなるようにガラス組成を変更する方法が知られている。しかし、歪点が高くなるようにガラス組成を変更すると、熔解温度および成形温度が高くなる傾向にあり、ガラス基板の製造が難しくなるという問題がある。

特表２０１４−５０３４６５

ガラス基板製造の困難性を招くことなく、ガラス基板の熱収縮率を低減させる方法として、フュージョン法等により成形したシートガラスを切断して得られたガラス基板をオフラインにおいて熱処理（オフラインアニール処理）する方法がある。オフラインアニール処理方法として、例えば、ガラス基板を吊り下げた状態で１枚ずつ搬送しながら、高温の雰囲気にガラス基板を曝すことでガラス基板を熱処理する方法が用いられる。この方法では、複数のガラス基板を連続して搬送することで、ガラス基板を効率的に熱処理することができる。

ガラス基板を１枚ずつ吊り下げた状態で搬送し熱処理する場合、熱処理の直前に、ガラス基板の平面の角度を熱処理条件に適合させて設定し、搬送手段に設置した後、搬送手段の速度を調整しつつ熱処理に搬入しなければならない。熱処理に搬入するまでの速度調整では、生産効率を踏まえると、いったん加速させる必要があり、その後、熱処理の導入速度へと調整される。この速度変化において、１枚ずつ吊り下げられたガラス基板どうしが、揺れて接触し、破損する可能性がある。

そこで、本発明は、ガラス基板の生産効率を高めつつ、熱処理への導入においてガラス基板の破損を防ぎ、熱収縮に優れたガラス基板を経済的に優位に製造するための製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ガラス基板をアニールするガラス基板の製造方法において、
ガラス基板を搬送しながら熱処理炉で熱処理する熱処理工程と、ガラス基板を搬送して該熱処理炉にガラス基板を導入する導入工程とを含み、
前記熱処理工程および前記導入工程では、複数のガラス基板それぞれの主表面が搬送方向を向くように一端が保持されて順次搬送され、
前記導入工程は、ガラス基板それぞれの搬送速度を加速させて搬送速度Ｖ１にする加速搬入工程と、前記加速搬入工程で得られたガラス基板それぞれの搬送速度Ｖ１を減速させて搬送速度Ｖ２にしながらガラス基板の振れ幅を低減する振れ防止工程とからなり、
前記振れ防止工程において、隣接するガラス基板間の間隔を、前記熱処理炉におけるガラス基板の最大振れ幅より大となるように設定し、振れ幅が一定の範囲に収まる状態になるまでガラス基板を搬送し、その後、熱処理工程に導入する。

本発明の他の一態様は、ガラス基板をアニールするガラス基板の製造方法において、
ガラス基板を熱処理炉で熱処理する熱処理工程と、該熱処理炉にガラス基板を導入する導入工程とを含み、
前記熱処理工程および前記導入工程には、複数のガラス基板が一端を保持されて順次搬送され、
前記導入工程は、加速搬入工程と、振れ防止工程とからなり、
前記加速搬入工程における搬送速度Ｖ１を振れ防止工程における搬送速度Ｖ２より大とし、
前記振れ防止工程において、隣接するガラス基板間の間隔を、前記熱処理炉におけるガラス基板の最大振れ幅より大となるように設定し、振れ幅が一定の範囲に収まる状態になるまでガラス基板を搬送し、その後、前記熱処理工程に導入し、
前記加速搬入工程では、加速度ａ＝（重力加速度ｇ）×（揺れ防止工程におけるガラス基板の間隔Ｄ）／（ガラス基板の鉛直方向の長さＬ）で前記搬送速度Ｖ１まで加速させ、
さらに、前記揺れ防止工程において、加速時間よりも長い時間で搬送させて前記搬送速度Ｖ２まで減速する。

本発明のさらに他の一態様は、ガラス基板のアニール工程を行う熱処理炉を備えた熱処理装置を含むガラス基板の製造装置であって、
前記熱処理装置は、ガラス基板を前記熱処理炉に導入する導入機構を備え、
前記熱処理炉および前記導入機構には、複数のガラス基板をそれぞれの主表面が搬送方向を向くように複数のガラス基板の一端を一枚ずつ保持して順次搬送する保持手段が設けられ、
前記導入機構は、ガラス基板の搬送速度を加速させる加速搬入手段と、前記加速搬入手段で得られたガラス基板の搬送速度を減速させながらガラス基板の振れ幅を低減する揺れ防止手段とを備える。

また、前記導入機構は、離間して隣接するガラス基板の間に緩衝材を供給する緩衝材供給手段を、さらに備えることが好ましい。

本発明のさらに他の一態様は、ガラス基板のアニール工程を行う熱処理炉を備えた熱処理装置を含むガラス基板の製造装置であって、
前記熱処理装置は、ガラス基板を前記熱処理炉に導入する導入機構を備え、
前記熱処理炉および前記導入機構には複数のガラス基板を一枚ずつ保持して順次搬送する保持手段が設けられ、
前記導入機構は、加速搬入手段と、揺れ防止手段とを備え、
前記導入機構は、離間して隣接するガラス基板の間に圧縮エアーを緩衝材として供給する緩衝材供給手段をさらに備える。

上述のガラス基板の製造方法およびガラス基板の製造装置によれば、ガラス基板の生産効率を高めつつ、ガラス基板の破損を防いで、熱収縮に優れたガラス基板を経済的に優位に製造するための製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本実施形態のガラス基板の製造方法の流れを示すフローチャートである。 本実施形態の熱処理装置の断面の概略を示す図である。 本実施形態の導入工程におけるガラス基板の搬送時間と搬送速度の関係の一例（ガラス基板の移動グラフの一例）を示す図である。 本実施形態におけるガラス基板の導入工程のイメージを示す図である。 本実施形態の緩衝材供給手段の一例の概略を示す図である。 本実施形態の熱処理におけるガラス基板の搬送イメージを示す図である。 ガラス基板の温度履歴を示す図である。 熱処理温度で維持する維持時間とガラス基板の熱収縮率の絶対値との関係を示した図である。 冷却時間とガラス基板の熱収縮率の絶対値との関係を示した図である。 加熱時間とガラス基板の熱収縮率の絶対値との関係を示した図である

（１）ガラス基板の製造方法
以下、本発明のガラス基板の製造装置およびガラス基板の製造方法について説明する。
本実施形態において製造されるガラス基板は、特に制限されないが、例えば縦寸法及び横寸法のそれぞれが、５００ｍｍ〜３５００ｍｍ、１５００ｍｍ〜３５００ｍｍ、１８００〜３５００ｍｍ、２０００ｍｍ〜３５００ｍｍなどが挙げられ、２０００ｍｍ〜３５００ｍｍであることが好ましい。
ガラス基板の厚さは、例えば、０．１〜１．１（ｍｍ）が挙げられ、より好ましくは０．７５ｍｍ以下の極めて薄い矩形形状の板で、例えば、０．５５ｍｍ以下、さらには０．４５ｍｍ以下の厚さがより好ましい。ガラス基板の厚さの下限値としては、０．１５ｍｍ以上が好ましく、０．２５ｍｍ以上がより好ましい。
まず、熔融されたガラスが、例えばフュージョン法あるいはフロート法等の公知の方法により、所定の厚さの帯状ガラスであるシートガラスが成形される（ステップＳ１）。
次に、成形されたシートガラスが所定の長さの素板であるガラス基板に採板される（ステップＳ２）。採板により得られたガラス基板は、搬送機構により、ピンチング保持されつつ、熱処理工程に誘導され搬送される（ステップＳ３）。次に、この搬送されたガラス基板に対し熱処理を行なう（ステップＳ４）。
このステップＳ３の処理およびステップＳ４の処理が、本実施形態のオフラインアニール工程である。オフラインアニール工程ついては後述する。

熱処理後のガラス基板は切断工程に搬送され、製品のサイズに切断され、ガラス基板が得られる（ステップＳ５）。得られたガラス基板には、端面の研削、研磨およびコーナカットを含む端面加工が行われた後、ガラス基板は洗浄される（ステップＳ６）。洗浄されたガラス基板はキズ、塵、汚れあるいは光学欠陥を含む傷が無いか、光学的検査が行われる（ステップＳ７）。検査により品質の適合したガラス基板は、ガラス基板を保護する紙と交互に積層された積層体としてパレットに積載されて梱包される（ステップＳ８）。梱包されたガラス基板は納入先業者に出荷される。

このようなガラス基板として、以下のガラス組成のガラス基板が例示される。つまり、以下のガラス組成のガラス基板が製造されるように、熔融ガラスの原料が調合される。
ＳｉＯ₂ ５５〜８０モル％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ８〜２０モル％、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜１２モル％、
ＲＯ ０〜１７モル％（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量)。

ＳｉＯ₂は６０〜７５モル％、さらには、６３〜７２モル％であることが、熱収縮率を小さくするという観点から好ましい。
ＲＯのうち、ＭｇＯが０〜１０モル％、ＣａＯが０〜１５モル％、ＳｒＯが０〜１０％、ＢａＯが０〜１０％であることが好ましい。

また、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、及びＲＯを少なくとも含み、モル比（（２×ＳｉＯ₂）＋Ａｌ₂Ｏ₃）／（（２×Ｂ₂Ｏ₃）＋ＲＯ）は４．５以上であるガラスであってもよい。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は０．１以上であることが好ましい。

また、モル％表示のＢ₂Ｏ₃の含有率の２倍とモル％表示の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、ガラス中で価数変動する金属の酸化物（酸化スズ、酸化鉄）を合計で０．０５〜１．５モル％含み、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３及びＰｂＯを実質的に含まないということは必須ではなく任意である。

本実施形態で製造されるガラス基板は、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、またはカーブドパネルディスプレイ用ガラス基板で、例えば、液晶ディスプレイ用ガラス基板あるいは、有機ＥＬディスプレイ用のガラス基板として好適である。さらに、本実施形態で製造されるガラス基板は、高精細ディスプレイに用いるＬＴＰＳ（Low-temperature poly silicon）・ＩＧＺＯ（Indium-Gallium-Zinc-Oxide）・ＴＦＴディスプレイ用ガラス基板として特に好適である。

本実施形態における熔融ガラスからシートガラスを成形する方法として、フロート法やフュージョン法等が用いられるが、本実施形態のガラス基板のオフラインにおける熱処理を含むガラス基板の製造方法は、フュージョン法（オーバーダウンドロー法）において製造ライン上の徐冷装置を長くすることが困難である点から、フュージョン法に適している。本実施形態の熱処理により熱収縮率を低減する前のガラス基板の熱収縮率は、５０ｐｐｍ以下であり、好ましくは４０ｐｐｍ以下、より好ましくは３０ｐｐｍ以下、更により好ましくは２０ｐｐｍ以下である。熱収縮率を低減する前のガラス基板の熱収縮率の範囲としては、１０ｐｐｍ〜４０ｐｐｍが好ましい。

（２）オフラインアニール工程
本実施形態のオフラインアニール工程の熱処理について詳細に説明する。
前述のとおり、本実施形態のオフラインアニール工程は、採板により得られたガラス基板を搬送機構によりピンチング保持してから、熱処理へ誘導し搬送する（ステップＳ３）、及び、この搬送されたガラス基板に対し熱処理を行なう（ステップＳ４）、を含む。

（２−１）ステップＳ３（Ｓ２から熱処理炉へのガラス基板の導入工程）
ステップＳ３の搬送機構を説明する。ステップＳ２で採板されたガラス基板は、受渡装置により、ガラス基板の平面が鉛直方向（Ｚ方向）になるように支持される。受渡装置はガラス基板の平面が鉛直方向に制御するための姿勢制御機構を備えている。
方向が調整されたガラス基板は、その平面が鉛直方向に支持された状態で、ガラス基板の上縁が保持部に固定され吊り下げられる。保持部に固定されたガラス基板は、次工程の熱処理工程の入口側まで搬入手段により誘導され、熱処理炉の入口に導入される。
次のガラス基板の受け渡しのため、受渡装置は採板工程（ステップＳ２）に備えられた所定の位置へ戻る。これにより連続的にガラス基板の受け渡しを行う。

本発明のステップＳ３は、ステップＳ２から搬送されたガラス基板１１を熱処理炉へ導入する導入工程であり、ステップＳ２で採板されたガラス基板を、保持部へ固定し吊り下げた状態とする保持プロセスと、吊り下げられた状態を維持しつつ搬送手段により熱処理炉へと導入する導入プロセスとを備える。
さらに、この導入プロセスは、ガラス基板の搬送を速度Ｖ１（搬送速度Ｖ１）まで加速させる加速搬入工程と、速度Ｖ１を調整して（たとえば減速して）速度Ｖ２（搬送速度Ｖ２）を得て熱処理炉にガラス基板を導入する揺れ防止工程と、からなる（図１）。

図３に、ステップＳ２からステップＳ３の保持プロセスを経たガラス基板について、ガラス基板の初速度（図２では初速度０ｍ／秒）をＶ１（加速搬入工程）まで加速させた後、減速させてＶ２（揺れ防止工程）を得るときの速度と時間の関係を示す。

まず、加速搬入工程を説明する。加速搬入工程では、ステップＳ２からステップＳ３の保持プロセスを経たガラス基板について、搬送速度をＶ１まで加速させる。そのときの加速度ａは、次の式より得られる。
加速度ａ＝（重力加速度ｇ）×（揺れ防止工程におけるガラス基板の間隔Ｄ）／（ガラス基板の鉛直方向の長さＬ）
上記式において、「揺れ防止工程におけるガラス基板の間隔Ｄ」は、「熱処理における隣り合う２枚のガラス基板１１の対向する主表面間の距離」を指し、
「ガラス基板の鉛直方向の長さＬ」とは、「熱処理に施すガラス基板の平面の鉛直方向の長さ」であり、さらに、
上記式の「重力加速度ｇ」は約９．８ｍ／ｓ^２とする。

「揺れ防止工程におけるガラス基板の間隔Ｄ」を特定するための、「熱処理における隣り合う２枚のガラス基板１１の対向する主表面間の距離」を、次の（１）から（３）を含む事項により定める。
（１）熱処理においてガラス基板１１に予め設計された温度プロファイルが形成されるよう、熱処理の制御として、制御装置により発熱装置の温度、風力、風向き等の制御、さらに炉４０内の温度分布がほぼ一様となるように発熱量、発熱時間の制御、を決定して、これらの制御内容に基づいて、熱処理に適合するガラス基板１１どうしの距離を特定する。
（２）熱処理の制御内容が決定されると、炉４０内の風速などの環境条件が特定され、熱処理炉４０内におけるガラス基板の最大振れ幅が特定される。
（３）その他の要素として、搬送方向に対し反対向きの風圧（搬送速度に関係する）、ガラス基板１１の保持部の大きさ（例えば、進行方向の長さサイズ）、熱処理炉４０内のスペース、要求される生産スピード、ガラスのヤング率、熱流の循環による加熱方式を採用する場合の流体が妨げられない間隔、など、制約的な要素を考慮し、熱処理におけるガラス基板どうしの距離が最適に調整される。

本実施形態の熱処理を実施する「熱処理における隣り合う２枚のガラス基板どうしの主表面間の距離」（以下、間隔Ｇとも言う）は、１０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲であればよく、熱処理および生産効率の観点から、好ましくは３０ｍｍ〜２００ｍｍ、より好ましくは５０ｍｍ〜１５０ｍｍ、更により好ましいのは５０ｍｍ〜１００ｍｍである。
間隔Ｇが狭いほど、生産性は高くなるが、熱風の熱がガラス基板によって奪われやすくなる。後述するように、本実施形態の製造方法では、ガラス基板の面内での熱収縮率のバラつきを低減できることから、ガラス基板の間隔が狭い場合にも好適である。

このようにして得られた「揺れ防止工程におけるガラス基板の間隔Ｄ」に基づいて、ステップＳ３の導入プロセスにおける、加速搬入工程の加速度ａが決定され、加速搬入工程の搬送速度ＶＩ、加速搬入工程における搬送時間、距離を定めることができる。

次に、揺れ防止工程を説明する。揺れ防止工程では、ガラス基板は、搬送で生じた揺れ幅が一定の範囲に収まるまで、搬送が誘導される。
すなわち、揺れ防止工程の搬送時間は、搬送で生じた揺れ幅が一定の範囲に収まるように決められる。例えば、揺れ防止工程の搬送時間は、加速搬入工程の搬送時間（加速時間）よりも長く設定することができる。

例えば、本実施態様を行ったところ、加速時は７０ｍｍの後ろ振れが発生し、他方、減速時は３０ｍｍ以下の前振れになり、既に導入されている一つ前のガラス基板１１と接触せずに所望の間隔で隣接することが可能となった。

前工程から搬送されたガラス基板１１に対し、加速搬入工程および揺れ防止工程において、上述の搬送速度Ｖ１及び搬送速度Ｖ２により速度コントロールして搬送することで、ガラス基板１１の熱処理炉４０への導入において、ガラス基板１１どうしの間隔が熱処理における最適な間隔へと調整されつつ、ガラス基板１１どうしの接触を抑制し、さらに、熱処理におけるガラス基板１１の揺れによる破損も防ぐことが可能となる。

本発明の実施形態における、アニール工程を行う熱処理炉を備えた熱処理装置を含むディスプレイ用のガラス基板の製造装置は、該熱処理装置にガラス基板を導入する導入機構を備え、熱処理装置および導入機構は複数のガラス基板を一枚ずつ保持して順次搬送する保持手段有し、さらに、導入機構は、加速搬入手段と、揺れ防止手段とを備える。

ステップＳ２から搬送されたガラス基板を熱処理炉４０へ搬入する前に、ガラス基板１１を一枚ずつ保持手段によりガラス基板の平面を鉛直方向にして吊り下げた後、導入機構の加速搬入手段によりガラス基板１１を一枚ずつ加速させながら搬送し、さらに、導入機構の揺れ防止手段により、ガラス基板１１を減速させながら、搬送で生じた揺れ幅が一定の範囲に収まるまで搬送を誘導しつつ、熱処理炉へのガラス基板１１の導入において、ガラス基板１１の熱処理炉へ導入する位置から、熱処理炉にすでに導入されている一つ前のガラス基板１１までの距離が、熱処理炉内におけるガラス基板の最大振れ幅よりも大きくなるように設定して導入する。

ステップＳ２の搬送、ステップＳ３の導入機構の搬送、およびステップ４の熱処理の搬送は、連続した一つの手段で搬送してもよいし、別々の手段でそれぞれを制御し搬送することもできる。
ステップＳ３の導入機構における加速手段の搬送と、揺れ防止手段の搬送は、導入機構による導入プロセスの搬送速度をＶ１からＶ２へ滑らかに制御するためには、連続した一つの手段で搬送するのがより好ましい。
ステップＳ３の導入機構は、さらに、緩衝材供給手段を備えるのがより好ましい。緩衝材として、ガラス基板１１のパーティクル付着防止という観点から、圧縮エアーが好ましい。

（２−２）ステップＳ４（熱処理工程）
ステップＳ４の熱処理について説明する。本実施形態の熱処理工程（ステップ４）は、例えば、ダウンドロー法により成形されたシートガラスを温度管理された状態で冷却する第１徐冷工程を経て得られたガラス基板を、再度加熱し、所定の温度まで昇温させた後、再度冷却する第２徐冷工程を行う処理である。

本実施形態では、１枚ずつガラス基板１１を搬送しながら加熱する枚葉方式の熱処理が行われる。枚葉方式の熱処理を行う熱処理装置について説明する。

図２は、本実施形態の熱処理装置１０１の断面の概略図である。
熱処理装置１０１は、主に、熱処理炉４０と駆動部１０２とを備える。熱処理炉４０は、ガラス基板１１の熱処理が行われる熱処理空間４０ａを内部に有する。駆動部１０２は、熱処理炉４０内の熱処理空間４０ａをガラス基板の搬送方向に走行し設置される。駆動部１０２がガラス基板１１を吊り下げて熱処理空間４０ａを走行し、ガラス基板１１が熱処理される。

ガラス基板１１の上端部は保持部１１２に把持されていて、駆動部１０２と接する保持部１１２が搬送方向へと移動することで、保持部１１に吊り下げられているガラス基板１１が搬送される。保持部１１２は、ガラス基板１１を吊り下げつつ、ガラス基板１１の平面を鉛直方向に維持する。

保持部１１２は、ガラス基板の上端部を挟み込んで把持するためのクランプを有する。
クランプの種類は、特に制限されないが、例えば、バネ力によってガラス基板１１の両主表面を挟むバネクランプを採用することができる。１つの保持部１１２（例えば、保持バーなど）に取り付けられるクランプの数は、１つであってもよいが、搬送中のガラス基板の姿勢をより安定させるために、２つ以上であることが好ましい。２つ以上のクランプが保持部１１２に取り付けられている場合、クランプは、保持部に対し幅方向にスライドできるよう構成されていることが好ましい。金属材料で構成された保持部は、ガラス基板１１よりも熱膨張率が高く幅方向に延びやすい。このため、クランプが保持部１１２に対して幅方向に移動することで、保持部（保持バーなど）が熱膨張してもガラス基板１１上端部に撓みや変形が生じるのを防止することができる。

駆動部１０２は、複数のガラス基板１１を所定の間隔Ｇを空けて連続して搬送する。ガラス基板１１の間隔Ｇは、ガラス基板１１の搬送方向において、隣り合う２枚のガラス基板１１の対向する一対の主表面の間の距離である。
ガラス基板１１の間隔Ｇは、狭いほど、生産性は高くなるが、熱風の熱がガラス基板によって奪われやすくなる。本実施形態の製造方法では、後述するようにガラス基板の面内での熱収縮率のバラつきを低減できることから、ガラス基板の間隔が狭い場合にも好適である。
また、熱処理空間４０ａにおいて熱流を循環させてガラス基板１１を加熱する方式を採用する場合、熱流の流れが妨げられないように、ガラス基板１１の間隔を定めることができる。
本実施形態では、ガラス基板の間隔Ｇは、１０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲であればよく、生産効率の観点から、好ましくは２００ｍｍ以下、より好ましくは１５０ｍｍ以下、更により好ましいのは１００ｍｍ以下である。ガラス基板の間隔Ｇの下限値として、５０ｍｍ以上が好ましい。

駆動部１０２のほかの搬送ユニットとして、ガラス基板の搬送領域の下方に、熱処理炉４０の底部を構成するようなベルト機構を設けてもよい。ベルト機構は、熱処理の間は駆動させず、必要に応じ、駆動させることができる。ベルト機構には、例えば、厚み方向に貫通する開孔が面方向に並ぶよう形成されたメッシュベルトが用いられる。メッシュベルトを用いることによって、熱処理で送風されるダウンフローの熱風はメッシュベルトを通過し下方に流れることができ、熱風の下方向への流れを安定させることができる。厚み方向に貫通する開孔を有しないベルトを用いた場合、熱風がベルトに衝突することでベルト上の粉塵が舞い上がって、搬送中のガラス基板Ｇに付着する可能性あるが、他方、メッシュベルトを用いた場合は、ベルト表面に粉塵が溜まる可能性が低いため、粉塵による不都合の発生を抑えることができる。なお、ベルト機構の代わりに、駆動しない板状部材（メッシュなどの部材を含む）で、熱処理炉４０の底部を構成してもよい。

熱処理炉４０には、炉４０の雰囲気（空気）を加熱するための熱処理ユニット（複数の発熱装置）が設けられ、上から下への一方向の熱流（ダウンフロー）が形成され、炉４０の雰囲気が温められる。

加熱ユニットとして、搬送されるガラス基板１１の上方および下方のそれぞれに搬送方向に並ぶよう配置された複数のファン付きヒータが備えられる。ファン付きヒータは、搬送されるガラス基板１１に、予め設計された温度プロファイルが形成されるよう、制御装置によって温度、風力、風向きなどが制御され、さらに、炉４０内の搬送方向の各位置では温度分布はほぼ一様となるように、発熱量を制御する。
ガラス基板１１の上面と下面との間で熱履歴に差が生じると、上面と下面とで熱収縮率が異なり、引っ張りと圧縮応力が生じるために反りが発生する。このため、ガラス基板１１の上面と下面の温度変化の差をなくす、つまり、熱履歴の差を小さくする。

ファン付きヒータは、ヒータで加熱された気体をファンで送風するよう、ヒータとファンが互いに隣接して配置された一体の装置であり、熱処理炉４０内では、ヒータに対しファンを下方にして配置される。ファン付きヒータのヒータには、例えば、セラミックヒーター、金属線シーズヒーター等、が用いられる。ファンは、熱処理の間、ヒータで加熱された空気を、下方に向けて送風するよう駆動される。熱処理炉空間４０ａの雰囲気中に粉塵が浮遊している場合であっても、このようなダウンフローの熱風によって粉塵は炉４０の底部に運ばれるため、粉塵が雰囲気中を浮遊し続けてガラス基板１１の表面に付着するのを抑えることができる。また、ダウンフローの熱風は、熱処理空間４０ａ内を循環する空気流を形成できる点で好ましい。熱風は、ガラス基板１１間を下方に流れた後、熱処理空間４０ａの底部に沿って側壁まで流れて、側壁に沿って上昇し、さらに熱処理空間４０ａの天井に沿って流れることで、熱処理空間ａの中を循環する。

ファン付きヒータは、発熱する領域の横方向の長さが、搬送されるガラス基板１１の幅方向長さより長いことが好ましい。また、搬送方向に隣り合うファン付きヒータの間隔は、搬送方向にわたって熱風の温度にムラが生じないように調整され設置される。

次に、ステップＳ４の熱処理について説明する。熱処理（オフラインアニール処理）では、ガラス基板１１を所定の熱処理温度の雰囲気下に所定の時間曝すことで、ガラス基板１１の主表面１１ａ内の熱分布および歪分布が一様になるように、ガラス基板１１の熱処理が行われる。

ステップＳ３により搬送されたガラス基板１１に対し、製造ラインから外れたオフラインで熱処理が行われる。切断装置により幅方向の端部（耳部）の切断された板状のガラス基板１１は、必要に応じ、表面等に付着した切断屑（パーティクル、カレット等）の除去が行われた後、ガラス基板１１は、熱処理炉４０の入口側の所定位置まで搬送される。
熱処理炉４０では、ファン付きヒータを制御して、炉内の雰囲気温度が、熱処理温度になるよう処理する。ここで、熱処理温度とは、高精細ディスプレイに用いるＬＴＰＳ、ＩＧＺＯから構成される半導体層をガラス基板１１に形成する形成温度であり、具体的には４００℃〜６００℃の範囲の温度である。高精細ディスプレイを製造する際のガラス基板Ｇの加工処理温度は、ガラスの歪点（１０^１４．５ポワズの粘度に相当する温度、例えば６６１℃）より低い温度である。この加工処理温度より低い温度領域において、ガラス基板の熱収縮率が大きいと、ガラス基板は高精細ディスプレイを製造するためのガラス基板として適さない。このため、高精細ディスプレイを製造するガラス基板の加工処理温度と等しい温度領域である４００℃〜６００℃の範囲の熱処理温度において、ガラス基板１１を熱処理し、熱処理温度以下の温度領域において、熱収縮率が０〜１５ｐｐｍ、好ましくは０〜１０ｐｐｍ、より好ましくは０〜６ｐｐｍ、さらに好ましくは０〜３ｐｐｍとなるようにする。
なお、歪点はガラスの種類によって異なるが、ガラス基板１１は、熱収縮を小さくするために、歪点が高いガラス組成を有することが好ましく、ガラス基板１１のガラスの歪点は、６００℃以上であることが好ましく、より好ましくは６５５℃以上であり、例えば６６１℃が挙げられ、更に６９０℃以上であることがより好ましい。
歪点が６６１℃である場合、熱処理温度は、歪点（６６１℃）−（６０℃〜２６０℃）＝６０１℃〜４０１℃であることが好ましい。しかし、ガラス基板１１の熱収縮率を小さくして、ガラス基板１１を高精細ディスプレイ用ガラス基板として用いるためには、上記の温度範囲に限定されない。例えば、熱処理温度は、４００℃〜５５０℃でもよい。

以下、図７とともに熱処理について説明する。
熱処理空間４０ａは、主として、昇温空間、維持空間および降温空間から構成される。駆動部１０２によって搬送されるガラス基板１１は、熱処理工程において、昇温空間４０ａ、維持空間４０ａおよび降温空間４０ａを順に通過する。

ガラス基板１１は、熱処理炉内に搬送されると、昇温区間（加熱区間）４０ａにおいて室温（例えば、２５℃）から熱処理温度になるよう加熱される。図５は、ガラス基板１１の熱履歴を示す図である。ガラス基板１１は、昇温区間４０ａ内で搬送されながら、室温から４００℃〜６００℃の範囲の熱処理温度Ｔｍ１になるまで加熱される。ガラス基板１１の温度を熱処理温度になるまで加熱する工程が、加熱工程である。昇温区間４０ａでは、例えば、６．７℃／分以上〜６０℃／分以下の昇温速度Ｓ１、加熱時間１０分〜６０分で加熱する。

次に、ガラス基板１１は、搬送されながら維持区間４０ａに入り、維持区間４０ａにおいて４００℃〜６００℃の範囲の熱処理温度Ｔｍ１が維持される。加熱工程を経た後、維持工程では、ガラス基板１１の温度を熱処理温度Ｔｍ１で、維持時間６０分〜１５０分維持する。ガラス基板１１の温度を熱処理温度Ｔｍ１のまま維持し続ける工程が、維持工程である。維持工程では、ガラス基板１１の温度が４００℃〜６００℃の範囲で変化してもよく、ガラス基板１１の温度が一定でなくてもよい。

次に、ガラス基板１１は、搬送されながら降温区間（冷却区間）４０ａに入り、降温区間４０ａにおいて中間温度Ｔｍ２を経て室温まで冷却される。ガラス基板１１の温度を、熱処理温度Ｔｍ１から中間温度Ｔｍ２、中間温度Ｔｍ２から室温まで冷却する工程が、冷却工程である。降温区間では、熱処理温度Ｔｍ１から熱処理温度Ｔｍ１より５０℃〜１５０℃低い中間温度Ｔｍ２（例えば、４００℃）になるまでの区間と、中間温度Ｔｍ２から室温になるまでの区間とで、ガラス基板Ｇの降温速度を変化させて冷却する。具体的には、熱処理温度Ｔｍ１から中間温度Ｔｍ２までの降温区間では、０．８℃／分以上〜２．５℃／分以下の第1降温速度Ｓ３、冷却時間６０分〜１２０分で冷却する。中間温度Ｔｍ２から常温までの降温区間では、第1降温速度Ｓ３より速い第２降温速度Ｓ４で冷却する。第２降温速度Ｓ４は、第１降温速度Ｓ３より速い速度であれば任意である。降温区間においては、熱処理温度Ｔｍ１から中間温度Ｔｍ２までの第１降温速度を、中間温度Ｔｍ２から常温までの第２降温速度より速くすることにより、ガラス基板１１の生産効率性を高めつつ、ガラス基板１１の熱収縮率を低減することができる。

図中に示す温度は、室温（常温）＜Ｔｍ２＜Ｔｍ１であり、Ｔｍ１＝熱処理温度（例えば、５００℃）、Ｔｍ２＝中間温度（例えば、４００℃）である。
加熱工程、維持工程、冷却工程における速度、時間の範囲を以下に示す。
（１）加熱工程：ｔ１−０＝１０分〜６０分、Ｔｍ１−室温＝４００℃〜６００℃、昇温速度Ｓ１は、（Ｔｍ１−室温）／（ｔ１−０）＝６．７℃／分〜６０℃／分。
（２）維持工程：ｔ２−ｔ１＝６０分〜１５０分、Ｔｍ１−Ｔｍ１＝０、速度Ｓ２＝（Ｔｍ１−Ｔｍ１）／（ｔ２−ｔ１）＝０℃／分、
（３）第１冷却工程：ｔ３−ｔ２＝６０分〜１２０分、Ｔｍ１−Ｔｍ２＝５０℃〜１５０℃、第１降温速度Ｓ３＝（Ｔｍ１−Ｔｍ２）／（ｔ３−ｔ２）＝０．８℃／分〜２．５℃／分
（４）第２冷却工程：ｔ４−ｔ３＞ｔ３−ｔ２、Ｔｍ２−室温＝３５０℃〜４５０℃、第２降温速度Ｓ４は、（Ｔｍ２−室温）／（ｔ４−ｔ３）＞第１降温速度Ｓ３。
ここで、室温は、２５℃に限定されず、例えば、０℃〜３０℃である。また、熱処理温度は、５００℃に限定されず、４００℃〜６００℃の任意の温度であり、中間温度は、４００℃に限定されず、熱処理温度−（５０℃〜１５０℃）の任意の温度である。また、昇温速度・降温速度は、ガラス基板Ｇ全体を昇温・降温する平均速度である。

熱処理炉内において、ガラス基板１１の平面方向の周囲（上方）からの熱風加熱によりガラス基板１１が加熱されると、ガラス基板１１において、発熱装置に近い風上側部分と発熱装置から遠い風下側部分とでは、温度のずれが生じる。このため、ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値が小さくなるように、熱処理温度で維持する維持時間を、６０分〜１５０分、より好ましくは、９０分〜１２０分にする。熱処理温度で維持する時間を一定時間以上にすることにより、ガラス基板１１に加えられる熱量が多くなり、ガラス基板１１が熱収縮し、熱収縮率の絶対値が小さくなる。ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値を小さくすることにより、ガラス基板１１の面方向の熱収縮率のばらつきを抑制することができる。図８は、熱処理温度で維持する維持時間とガラス基板の熱収縮率の絶対値との関係を示した図である。同図に示すように、維持時間が６０分を過ぎるとガラス基板１１の熱収縮率の絶対値は３ｐｐｍ以下になり、維持時間が１２０分を過ぎるとガラス基板１１の熱収縮率の絶対値は１ｐｐｍ以下になる。ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値を３ｐｐｍ以下にすることにより、面方向の熱収縮のばらつきは３ｐｐｍ以下になり、ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値を１ｐｐｍ以下にすることにより、面方向の熱収縮のばらつきは１ｐｐｍ以下になる。維持時間を６０分以上、９０分以上、１２０分以上にすることにより、面方向の熱収縮のばらつきを３ｐｐｍ以下、２ｐｐｍ以下、１ｐｐｍ以下にすることができる。維持時間を１２０分以上にすることにより、ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値を１ｐｐｍ以下にすることができるが、維持時間が１５０分であっても、維持時間が１２０分と比べて、ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値はほとんど変化しない。維持時間が１５０分より長くすると、熱処理効率が悪くなり、ガラス基板１１の生産効率が低下する。このため、熱処理温度で維持する維持時間を、６０分〜１５０分、より好ましくは、９０分〜１２０分にすることにより、ガラス基板１１の生産効率を高めつつ、ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値を小さくして、面方向の熱収縮のばらつきを抑制することができる。

次に、ガラス基板１１を熱処理温度から中間温度まで冷却する冷却時間とガラス基板１１の熱収縮率の絶対値との関係を示す。図９は、冷却時間とガラス基板の熱収縮率の絶対値との関係を示した図である。同図に示すように、冷却時間が６０分を過ぎるとガラス基板１１の熱収縮率の絶対値は１ｐｐｍ以下になり、冷却時間が９０分を過ぎるとガラス基板１１の熱収縮率の絶対値はほぼ０ｐｐｍになる。冷却時間を６０分以上にすることにより、ガラス基板Ｇの熱収縮率の絶対値は１ｐｐｍ以下になり、面方向の熱収縮のばらつきを１ｐｐｍ以下にすることができる。冷却時間が１２０分であっても、冷却時間が９０分と比べて、ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値はほとんど変化しない。冷却時間が１２０分より長くすると、熱処理効率が悪くなり、ガラス基板１１の生産効率が低下する。このため、熱処理温度から中間温度まで冷却する冷却時間を、６０分〜１２０分、より好ましくは、約９０分にすることにより、ガラス基板１１の生産効率を高めつつ、ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値を小さくして、面方向の熱収縮のばらつきを抑制することができる。

次に、ガラス基板１１を室温（常温）から熱処理温度まで加熱する加熱時間とガラス基板１１の熱収縮率の絶対値との関係を示す。図１０は、加熱時間とガラス基板の熱収縮率の絶対値との関係を示した図である。同図に示すように、加熱時間が１０分、３０分、６０分のいずれであっても、ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値はほとんど変化しない。ガラス基板１１の熱収縮率の絶対値は、加熱時間によってほとんど変化しないため、加熱時間が短いほど、ガラス基板１１の生産効率は高くなる。室温から熱処理温度まで加熱する加熱工程では、ガラス基板１１の温度を熱処理温度まで高めることができれば、加熱時間は任意であり、例えば、加熱時間を、６０分以下、より好ましくは、１０分〜３０分にすることにより、ガラス基板１１の生産効率を高めることができる。

このような熱処理により、高精細液晶ディスプレイを製造するのに好適な熱収縮率を有するガラス基板を製造することができる。また、ガラス基板の熱収縮率を０〜１５ｐｐｍとすることができる。ガラス基板Ｇの熱収縮率は、０〜１０ｐｐｍとすることが好ましく、０〜６ｐｐｍとすることがより好ましく、更に０〜３ｐｐｍとすることがより好ましい。このような熱収縮率が、ガラス基板のガラス組成と、熱処理の温度と熱処理時間を調整することにより達成することができる。また、ガラス基板の熱収縮に対して影響が小さい温度領域においては、処理時間を短くし、昇温速度・降温速度を速めることにより、ガラス基板の生産効率を高めることができる。

なお、本実施形態におけるステップＳ３及びステップＳ４については、ガラス基板１１を一枚ずつ保持部で固定し吊り下げる方法で製造する、という製造方法だけでなく、ガラス基板を積層させた方法で製造する、など、ほかの方法でガラス基板を保持し製造してもよい。

以上のように、導入機構を備えたアニール工程を行う熱処理装置を含むディスプレイ用のガラス基板の製造装置である、本実施形態によれば、熱処理工程の前工程から搬送されるガラス基板１１に対し、加速搬入工程で搬送速度Ｖ１まで加速させた後、揺れ防止工程において、搬送速度Ｖ２まで減速し、振れ幅が一定の範囲に収まる状態になるまでガラス基板１１を搬送することで、ガラス基板１１の熱処理炉４０への導入において、ガラス基板１１どうしの間隔を熱処理における最適な間隔へと調整しつつ、ガラス基板１１どうしの接触を抑制し、さらに、熱処理における（炉４０への搬入、熱処理および搬出まで）ガラス基板１１の破損を防ぐことが可能となる。

さらに、このような導入機構を備えたアニール工程を行う熱処理装置を含むディスプレイ用のガラス基板の製造装置によれば、ガラス基板の接触による破損を抑制しつつ、熱収縮率が低減したガラス基板を、連続式で効率的に製造することができる。このため、高精細ディスプレイに有用なガラス基板を、経済的に優れた方法で提供することができる。

以上、本発明のガラス基板の製造装置、および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。

１１ ガラス基板
１３ 緩衝吸収材
１４ 圧縮エアー
４０ 熱処理装置
４０ａ 熱処理空間
１０１ 熱処理装置
１０２ 駆動部
１１２ 保持部

Claims (5)

1. ガラス基板をアニールするガラス基板の製造方法において、
   ガラス基板を搬送しながら熱処理炉で熱処理する熱処理工程と、ガラス基板を搬送して該熱処理炉にガラス基板を導入する導入工程とを含み、
   前記熱処理工程および前記導入工程では、複数のガラス基板それぞれの主表面が搬送方向を向くように一端が保持されて順次搬送され、
   前記導入工程は、ガラス基板それぞれの搬送速度を加速させて搬送速度Ｖ１にする加速搬入工程と、前記加速搬入工程で得られたガラス基板それぞれの搬送速度Ｖ１を減速させて搬送速度Ｖ２にしながらガラス基板の振れ幅を低減する振れ防止工程とからなり、
   前記振れ防止工程において、隣接するガラス基板間の間隔を、前記熱処理炉におけるガラス基板の最大振れ幅より大となるように設定し、振れ幅が一定の範囲に収まる状態になるまでガラス基板を搬送し、その後、熱処理工程に導入する、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. ガラス基板をアニールするガラス基板の製造方法において、
   ガラス基板を熱処理炉で熱処理する熱処理工程と、該熱処理炉にガラス基板を導入する導入工程とを含み、
   前記熱処理工程および前記導入工程には、複数のガラス基板の一端が保持されて複数のガラス基板が順次搬送され、
   前記導入工程は、加速搬入工程と、振れ防止工程とからなり、
   前記加速搬入工程における搬送速度Ｖ１を振れ防止工程における搬送速度Ｖ２より大とし、
   前記振れ防止工程において、隣接するガラス基板間の間隔を、前記熱処理炉におけるガラス基板の最大振れ幅より大となるように設定し、振れ幅が一定の範囲に収まる状態になるまでガラス基板を搬送し、その後、前記熱処理工程に導入し、
   前記加速搬入工程では、加速度ａ＝（重力加速度ｇ）×（揺れ防止工程におけるガラス基板の間隔Ｄ）／（ガラス基板の鉛直方向の長さＬ）で前記搬送速度Ｖ１まで加速させ、
   さらに、前記揺れ防止工程において、加速時間よりも長い時間で搬送させて前記搬送速度Ｖ２まで減速する、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
3. ガラス基板のアニール工程を行う熱処理炉を備えた熱処理装置を含むガラス基板の製造装置であって、
   前記熱処理装置は、ガラス基板を前記熱処理炉に導入する導入機構を備え、
   前記熱処理炉および前記導入機構は、複数のガラス基板それぞれの主表面が搬送方向を向くように複数のガラス基板の一端を一枚ずつ保持して順次搬送する保持手段が設けられ、
   前記導入機構は、ガラス基板の搬送速度を加速させる加速搬入手段と、前記加速搬入手段で得られたガラス基板の搬送速度を減速させながらガラス基板の振れ幅を低減する揺れ防止手段とを備える、ことを特徴とするガラス基板の製造装置。
4. 前記導入機構は、離間して隣接するガラス基板の間に緩衝材を供給する緩衝材供給手段をさらに備える、請求項３に記載のガラス基板の製造装置。
5. ガラス基板のアニール工程を行う熱処理炉を備えた熱処理装置を含むガラス基板の製造装置であって、
   前記熱処理装置は、ガラス基板を前記熱処理炉に導入する導入機構を備え、
   前記熱処理炉および前記導入機構には複数のガラス基板を一枚ずつ保持して順次搬送する保持手段が設けられ、
   前記導入機構は、加速搬入手段と、揺れ防止手段とを備え、
   前記導入機構は、離間して隣接するガラス基板の間に圧縮エアーを緩衝材として供給する緩衝材供給手段をさらに備える、ことを特徴とするガラス基板の製造装置。

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