JP6660792B2 - ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス基板の製造方法、及び、ガラス基板の製造装置に関する。
ガラス基板は、工業的には、ガラス原料を熔融して生成させた熔融ガラスを成形して製造される。一般に、ガラス基板の製造装置は、ガラス原料から熔融ガラスを生成させる熔融部（熔融槽）と、熔融ガラスをガラス基板へと成形する成形部（成形装置）と、熔融部と成形部との間を熔融ガラスが移送可能であるように接続する移送部（移送管）とを備え、必要に応じ、熔融ガラスが内包する微小な気泡を除去する清澄槽等から構成される中間部をさらに備えている。中間部を備えた装置では、熔融部と中間部、中間部と成形部、場合によっては中間部を構成する各槽の間、を移送部がそれぞれ連結する。
ＬＣＤ基板用ガラス基板を製造するガラス基板の製造装置の内壁には、通常、熔融ガラスに対する耐食性に優れる白金族金属（典型的には白金）が用いられている。内壁を構成する材料として白金族金属が用いられる移送部（移送管）は、通常、白金族金属により構成されていてその内部を熔融ガラスが通過する導管を備え、さらに、導管を支持する耐火物支持体を備えている。耐火物支持体は、典型的には、耐火レンガにより構成される。高価な白金族金属は薄く引き延ばされて使用されるため、耐火レンガは、強度が不足する導管を補強する支持体として、さらには導管を保温する断熱体としての役割を果たす。白金族金属からなる導管は、高温な熔融ガラスにさらされることにより白金が揮発することにより破損し、また、温度変化により生じた座屈により破損し、破損個所から熔融ガラスが漏出することがある。特許文献１には、導管の破損を低減できる導管により熔融ガラスの漏出を抑制する方法が開示されている。
しかし、白金が揮発することにより導管が破損して、熔融ガラスが漏出することがある。導管から熔融ガラスが漏出すると、導管内の温度が低下するため、熔融ガラスが内包する微小な気泡を除去する清澄が不十分となり、成形するガラス基板に品質不良が起こる場合があった。
そこで、本発明は、熔融ガラスが漏出した場合であっても、熔融ガラスの温度を維持できるガラス基板の製造方法及びガラス基板の製造装置の提供を目的とする。
本発明の一態様は、ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成する熔融槽と、前記熔融ガラスからガラス基板を成形する成形装置と、前記熔融槽から前記成形装置へと移送される熔融ガラスが通過する移送管とを備えるガラス基板の製造方法であって、
前記移送管は、
白金族金属からなり、前記熔融ガラスの流路を構成する導管と、
前記導管の外部に設置され、前記導管が内側に設置される加熱空間を形成する耐熱部材と、
前記加熱空間内の前記導管の外部の場所に設置される複数の発熱体と、を有し、
前記耐熱部材は、前記導管から漏出した熔融ガラスを外部に排出する排出口を有し、
前記排出口近傍に、前記漏出した熔融ガラスを加熱する加熱装置を有し、
前記加熱装置により、前記漏出した熔融ガラスを加熱して前記排出口から排出する、
ことを特徴とする。
前記移送管は、
白金族金属からなり、前記熔融ガラスの流路を構成する導管と、
前記導管の外部に設置され、前記導管が内側に設置される加熱空間を形成する耐熱部材と、
前記加熱空間内の前記導管の外部の場所に設置される複数の発熱体と、を有し、
前記耐熱部材は、前記導管から漏出した熔融ガラスを外部に排出する排出口を有し、
前記排出口近傍に、前記漏出した熔融ガラスを加熱する加熱装置を有し、
前記加熱装置により、前記漏出した熔融ガラスを加熱して前記排出口から排出する、
ことを特徴とする。
前記漏出した熔融ガラスの量を検出し、検出した熔融ガラスの量と、前記排出口から排出する熔融ガラスの量と、が一致するよう前記漏出した熔融ガラスの加熱を制御する、ことが好ましい。
前記漏出した熔融ガラスの量が一定の量に達した後、前記加熱装置による加熱を開始する、ことが好ましい。
前記漏出した熔融ガラスと前記発熱体との距離を検出し、前記距離が一定の距離内にあるとき、前記加熱装置による加熱量を増加する、ことが好ましい。
本発明の他の一態様は、ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成する熔融槽と、前記熔融ガラスからガラス基板を成形する成形装置と、前記熔融槽から前記成形装置へと移送される熔融ガラスが通過する移送管とを備えるガラス基板の製造装置であって、
前記移送管は、
白金族金属からなり、前記熔融ガラスの流路を構成する導管と、
前記導管の外部に設置され、前記導管が内側に設置される加熱空間を形成する耐熱部材と、
前記加熱空間内の前記導管の外部の場所に設置される複数の発熱体と、を有し、
前記耐熱部材は、前記導管から漏出する熔融ガラスを外部に排出する排出口を有し、
前記排出口近傍に、前記漏出した熔融ガラスを加熱する加熱装置を有し、
前記導管から漏出した熔融ガラスが前記排出口から排出されるよう熔融ガラスを加熱する加熱装置を有する、
ことを特徴とする。
前記移送管は、
白金族金属からなり、前記熔融ガラスの流路を構成する導管と、
前記導管の外部に設置され、前記導管が内側に設置される加熱空間を形成する耐熱部材と、
前記加熱空間内の前記導管の外部の場所に設置される複数の発熱体と、を有し、
前記耐熱部材は、前記導管から漏出する熔融ガラスを外部に排出する排出口を有し、
前記排出口近傍に、前記漏出した熔融ガラスを加熱する加熱装置を有し、
前記導管から漏出した熔融ガラスが前記排出口から排出されるよう熔融ガラスを加熱する加熱装置を有する、
ことを特徴とする。
上述の態様のガラス基板の製造方法及びガラス基板の製造装置によれば、熔融ガラスが漏出した場合であっても、ガラス基板の製造を維持できる。
以下、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の全体概要）
図１は、本実施形態のガラス基板の製造方法の工程の一例を示す図である。ガラス基板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）、清澄工程（ＳＴ２）、均質化工程（ＳＴ３）、供給工程（ＳＴ４）、成形工程（ＳＴ５）、徐冷工程（ＳＴ６）、および、切断工程（ＳＴ７）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、梱包工程等を有してもよい。製造されたガラス基板は、必要に応じて梱包工程で積層され、納入先の業者に搬送される。
（ガラス基板の製造方法の全体概要）
図１は、本実施形態のガラス基板の製造方法の工程の一例を示す図である。ガラス基板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）、清澄工程（ＳＴ２）、均質化工程（ＳＴ３）、供給工程（ＳＴ４）、成形工程（ＳＴ５）、徐冷工程（ＳＴ６）、および、切断工程（ＳＴ７）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、梱包工程等を有してもよい。製造されたガラス基板は、必要に応じて梱包工程で積層され、納入先の業者に搬送される。
熔解工程（ＳＴ１）では、ガラス原料を加熱することにより熔融ガラスを作る。
清澄工程（ＳＴ２）では、熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、ＣＯ2あるいはＳＯ2を含んだ泡が発生する。この泡が熔融ガラス中に含まれる清澄剤（酸化スズ等）の還元反応により生じた酸素を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に浮上して放出される。その後、清澄工程では、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄剤による酸化反応及び還元反応は、熔融ガラスの温度を制御することにより行われる。
なお、清澄工程は、熔融ガラスに存在する泡を減圧雰囲気で成長させて脱泡させる減圧脱泡方式を用いることもできる。減圧脱泡方式は、清澄剤を用いない点で有効である。しかし、減圧脱泡方式は装置が複雑化及び大型化する。このため、清澄剤を用い、熔融ガラス温度を上昇させる清澄方法を採用することが好ましい。
清澄工程（ＳＴ２）では、熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、ＣＯ2あるいはＳＯ2を含んだ泡が発生する。この泡が熔融ガラス中に含まれる清澄剤（酸化スズ等）の還元反応により生じた酸素を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に浮上して放出される。その後、清澄工程では、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄剤による酸化反応及び還元反応は、熔融ガラスの温度を制御することにより行われる。
なお、清澄工程は、熔融ガラスに存在する泡を減圧雰囲気で成長させて脱泡させる減圧脱泡方式を用いることもできる。減圧脱泡方式は、清澄剤を用いない点で有効である。しかし、減圧脱泡方式は装置が複雑化及び大型化する。このため、清澄剤を用い、熔融ガラス温度を上昇させる清澄方法を採用することが好ましい。
均質化工程（ＳＴ３）では、スターラを用いて熔融ガラスを撹拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。これにより、粘性差を抑制し、脈理等の原因であるガラスの組成ムラを低減することができる。均質化工程は、後述する撹拌槽において行われる。
供給工程（ＳＴ４）では、撹拌された熔融ガラスが成形装置に供給される。
供給工程（ＳＴ４）では、撹拌された熔融ガラスが成形装置に供給される。
成形工程（ＳＴ５）及び徐冷工程（ＳＴ６）は、成形装置で行われる。
成形工程（ＳＴ５）では、熔融ガラスをシートガラスに成形し、シートガラスの流れを作る。成形には、オーバーフローダウンドロー法が用いられる。
徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れるシートガラスが所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。
切断工程（ＳＴ７）では、徐冷後のシートガラスを所定の長さに切断することで、板状のガラス基板を得る。切断されたガラス基板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス基板が作られる。
成形工程（ＳＴ５）では、熔融ガラスをシートガラスに成形し、シートガラスの流れを作る。成形には、オーバーフローダウンドロー法が用いられる。
徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れるシートガラスが所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。
切断工程（ＳＴ７）では、徐冷後のシートガラスを所定の長さに切断することで、板状のガラス基板を得る。切断されたガラス基板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス基板が作られる。
図２は、本実施形態における熔解工程（ＳＴ１）〜切断工程（ＳＴ８）を行うガラス基板の製造装置の概略図である。ガラス基板の製造装置は、図２に示すように、主に熔解装置１００と、成形装置２００と、切断装置３００と、を有する。熔解装置１００は、熔解槽１０１と、清澄管１０２と、攪拌槽１０３と、移送管１０４、１０５と、ガラス供給管１０６と、を有する。
図２に示す熔解槽１０１には、図示されないバーナー等の加熱手段が設けられている。熔解槽には清澄剤が添加されたガラス原料が投入され、熔解工程（ＳＴ１）が行われる。熔解槽１０１で熔融した熔融ガラスは、移送管１０４を介して清澄管１０２に供給される。
清澄管１０２では、熔融ガラスＭＧの温度を調整して、清澄剤の酸化還元反応を利用して熔融ガラスの清澄工程（ＳＴ２）が行われる。具体的には、清澄管１０２内の熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、ＣＯ2あるいはＳＯ2を含んだ泡が、清澄剤の還元反応により生じた酸素を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に浮上して気相空間に放出される。その後、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄後の熔融ガラスは、移送管１０５を介して攪拌槽１０３に供給される。
攪拌槽１０３では、攪拌機１０７によって熔融ガラスが攪拌されて均質化工程（ＳＴ３）が行われる。攪拌槽１０３で均質化された熔融ガラスは、ガラス供給管１０６を介して成形装置２００に供給される（供給工程ＳＴ４）。
成形装置２００では、オーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスからシートガラスＳＧが成形され（成形工程ＳＴ５）、徐冷される（徐冷工程ＳＴ６）。
切断装置３００では、シートガラスＳＧから切り出された板状のガラス基板が形成される（切断工程ＳＴ７）。
図２に示す熔解槽１０１には、図示されないバーナー等の加熱手段が設けられている。熔解槽には清澄剤が添加されたガラス原料が投入され、熔解工程（ＳＴ１）が行われる。熔解槽１０１で熔融した熔融ガラスは、移送管１０４を介して清澄管１０２に供給される。
清澄管１０２では、熔融ガラスＭＧの温度を調整して、清澄剤の酸化還元反応を利用して熔融ガラスの清澄工程（ＳＴ２）が行われる。具体的には、清澄管１０２内の熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、ＣＯ2あるいはＳＯ2を含んだ泡が、清澄剤の還元反応により生じた酸素を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に浮上して気相空間に放出される。その後、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄後の熔融ガラスは、移送管１０５を介して攪拌槽１０３に供給される。
攪拌槽１０３では、攪拌機１０７によって熔融ガラスが攪拌されて均質化工程（ＳＴ３）が行われる。攪拌槽１０３で均質化された熔融ガラスは、ガラス供給管１０６を介して成形装置２００に供給される（供給工程ＳＴ４）。
成形装置２００では、オーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスからシートガラスＳＧが成形され（成形工程ＳＴ５）、徐冷される（徐冷工程ＳＴ６）。
切断装置３００では、シートガラスＳＧから切り出された板状のガラス基板が形成される（切断工程ＳＴ７）。
（攪拌槽の構成）
攪拌槽１０３は、熔融ガラスを攪拌しながら上流側から下流側に流すガラス供給管の一部である。移送管１０４、１０５、及び、清澄槽１０２と同様に、攪拌槽１０３内を熔融ガラスが流れ、攪拌槽１０３内において熔融ガラスＭＧのガラス成分の均質化が行われ、均質化された熔融ガラスＭＧは、第３配管１０６を通って成形装置２００に供給される。攪拌槽１０３には、例えば、耐熱性及び高温耐食性の高い白金または白金合金（白金族金属）が用いられる。ここで、白金族金属は、白金族元素からなる金属を意味し、単一の白金族元素からなる金属のみならず白金族元素の合金を含む用語として使用する。白金族元素とは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）の６元素を指す。ここでは、攪拌槽１０３の構成を用いて、ガラス供給管の構成を示す。
攪拌槽１０３は、熔融ガラスを攪拌しながら上流側から下流側に流すガラス供給管の一部である。移送管１０４、１０５、及び、清澄槽１０２と同様に、攪拌槽１０３内を熔融ガラスが流れ、攪拌槽１０３内において熔融ガラスＭＧのガラス成分の均質化が行われ、均質化された熔融ガラスＭＧは、第３配管１０６を通って成形装置２００に供給される。攪拌槽１０３には、例えば、耐熱性及び高温耐食性の高い白金または白金合金（白金族金属）が用いられる。ここで、白金族金属は、白金族元素からなる金属を意味し、単一の白金族元素からなる金属のみならず白金族元素の合金を含む用語として使用する。白金族元素とは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）の６元素を指す。ここでは、攪拌槽１０３の構成を用いて、ガラス供給管の構成を示す。
図３は、攪拌槽１０３を有する攪拌装置１３０の一例を示す縦断面図である。同図に示す攪拌装置１３０は、攪拌槽（攪拌容器）１０３と、攪拌槽１０３の上部を覆う蓋（容器カバー）１１０と、攪拌槽１０３の内部に配置された攪拌機１０７とを備える。攪拌機１０７は、鉛直方向に配置される回転シャフト１０８と、回転シャフト１０８の下方の側周面に取り付けられた攪拌翼（羽根）１０９とを有する。回転シャフト１０８は、蓋（容器カバー）１１０から蓋１１０の上方に突出した突出部を有する。回転シャフト１０８は、落下してくるＰｔ、Ｓｎ等の凝集物を保持するための保持部材１１７を突出部に有する。攪拌槽１０３には、移送管１０５及び移送管１０６が接続されており、清澄槽１０２から移送管１０５を通って攪拌槽１０３内に供給された熔融ガラスＭＧは、攪拌機１０７を用いて攪拌することにより、ガラス成分の均質化が行われ、均質化された熔融ガラスＭＧは、攪拌槽１０３から移送管１０６を通って成形装置２００に供給される。
なお、前述の図２では、攪拌槽１０３と攪拌機１０７のみが図示されているが、詳細な構成は図３に示すとおりである。
なお、前述の図２では、攪拌槽１０３と攪拌機１０７のみが図示されているが、詳細な構成は図３に示すとおりである。
攪拌槽１０３及び撹拌槽１０３の上部を覆う蓋１１０の周囲は第１の耐火材料１１１で覆われている。そして、第１の耐火材料１１１の外側の雰囲気（加熱空間１１２）を加熱する複数の発熱体１１８を有している。つまり、攪拌槽１０３を加熱する方法として間接加熱法を採用している。加熱手段が加熱する加熱空間１１２は、さらに第２の耐火材料（耐熱部材）１１３で覆われている。上記第１の耐火材料１１１および第２の耐火材料１１３は、耐火レンガ、耐火断熱レンガ、あるいはファイバー系断熱材等の耐火物である。発熱体１１８は、加熱空間１１２に設置される。発熱体１１８は、通電により発熱し、炭化ケイ素等から構成される棒状の部材である。発熱体１１８は、その長手方向が水平方向に沿うように配置されている。発熱体１１８の出力は、個別に調整される。発熱体１１８は、攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６を輻射により加熱して、熔融ガラスＭＧの温度を制御し、温度の低下を抑制する。また、発熱体１１８は、回転シャフト１０８、保持部材１１７を選択的に加熱する。
第１の耐火材料１１１および第２の耐火材料１１３は、耐火レンガ、耐火断熱レンガ、あるいはファイバー系断熱材等の耐火物であり、耐熱部材である。また耐火煉瓦１１３の天井面に、断熱性のある煉瓦を設置することにより加熱空間１１２の上部の温度は上昇し、回転シャフト１０８、保持部材１１７の部分の温度も上がるため、熔融ガラスからのＰｔＯ２、ＳｎＯ２揮発物が温度差の縮小により、ＰｔＯ２、ＳｎＯ２揮発物が、回転シャフト１０８、保持部材１１７の表面で凝集することを抑制する。ここで、揮発物は、ガラス原料や攪拌槽内に存在している成分から形成されるものであり、例えば、ＰｔＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２が挙げられる。
第２の耐火材料１１３には、熔融ガラスＭＧが、攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６から漏出した際に、熔融ガラスＭＧを第２の耐火材料１１３の外部に排出するための排出口１１９が設けられる。高温の熔融ガラスＭＧが攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６内を流れると白金が揮発することにより破損し、破損個所から熔融ガラスＭＧが漏出する。第１の耐火材料１１１が設けられた位置において漏出した熔融ガラスＭＧは、白金管と第１の耐火材料１１１との隙間を流れ、また、第１の耐火材料１１１を溶かしながら流れ、加熱空間１１２の底部（第２の耐火材料１１３の底部）に溜まる。熔融ガラスＭＧが漏出を続けると加熱空間１１２内に溜まり続け、熔融ガラスＭＧが発熱体１１８に接触すると、発熱体１１８が損傷する。発熱体１１８が損傷すると、加熱空間１１２が加熱されず、攪拌槽１０３内において熔融ガラスＭＧの攪拌不良が発生し、成形するシートガラスＳＧに品質不良が発生する可能性がある。このため、攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６から漏出した熔融ガラスＭＧを、第２の耐火材料１１３の外部に排出することにより、攪拌装置１３０に発生する不良を防ぐ必要がある。
なお、排出口１１９を設ける位置、数、及び、径サイズは任意であるが、移送管１０５と攪拌槽１０３との接合領域、攪拌槽１０３と移送管１０６との接合領域、第１の耐火材料１１１が設けられてない領域から熔融ガラスＭＧが漏出することが多いため、これらの領域の下方位置に、排出口１１９を設けることが好適である。
なお、排出口１１９を設ける位置、数、及び、径サイズは任意であるが、移送管１０５と攪拌槽１０３との接合領域、攪拌槽１０３と移送管１０６との接合領域、第１の耐火材料１１１が設けられてない領域から熔融ガラスＭＧが漏出することが多いため、これらの領域の下方位置に、排出口１１９を設けることが好適である。
加熱装置１２０は、排出口１１９近傍に設けられ、漏出した熔融ガラスＭＧが第２の耐火材料１１３の外部に排出されるように熔融ガラスＭＧ及び第２の耐火材料１１３を加熱する。加熱装置１２０は、ガスによって対象物を加熱するガスバーナー部材、通電により発熱する通電加熱部材などからなる。漏出した熔融ガラスＭＧは、加熱空間１１２内において加熱されるが、攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６内を流れたいたときより温度が低下するため粘度が高くなり、加熱空間１１２内に溜まりやすい。このため、加熱装置１２０は、加熱量を制御することにより、排出口１１９から排出する熔融ガラスＭＧの量を制御する。加熱空間１１２内には、攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６から漏出した熔融ガラスＭＧの量、加熱空間１１２の底部領域に溜まった熔融ガラスＭＧの量（高さ）を検出する検出装置（図示せず）が設けられる。例えば、攪拌槽１０３に流入した熔融ガラスＭＧの量と攪拌槽１０３から流出した熔融ガラスＭＧの量との差分から、熔融ガラスＭＧの漏出量を検出でき、また、加熱空間１１２内に設けられる液位測定装置（図示せず）を用いて、加熱空間１１２の底部領域に溜まった熔融ガラスＭＧの量（高さ）を検出できる。加熱空間１１２に熔融ガラスＭＧが漏出した後、加熱装置１２０による加熱量を制御して、排出口１１９から排出する熔融ガラスＭＧの量を制御する。
なお、加熱装置１２０は、排出口１１９から排出する熔融ガラスＭＧの量を制御できればよく、加熱装置１２０の設置位置、設置数は任意であり、排出口１１９の周囲、第２の耐火材料１１３の内部に設けることができる。また、排出口１１９近傍に設けられた発熱体１１８を加熱装置１２０として用いることもできる。
なお、加熱装置１２０は、排出口１１９から排出する熔融ガラスＭＧの量を制御できればよく、加熱装置１２０の設置位置、設置数は任意であり、排出口１１９の周囲、第２の耐火材料１１３の内部に設けることができる。また、排出口１１９近傍に設けられた発熱体１１８を加熱装置１２０として用いることもできる。
また、回転シャフト１０８の上方は、蓋１１０及びその上の第１の耐火材料１１１を貫通し、さらに第２の耐火材料１１３を貫通し、回転手段（図示していない）に接続されている。回転シャフト１０８は撹拌槽１０３に内装され、回転シャフト１０８を回転自在に支持する、撹拌槽１０３上部の蓋１１０及び第１の耐火材料１１１近傍に設けられる支持部材（図示していない）によって支持されている。回転手段が支持部材を回転させることにより、支持部材に支持された回転シャフト１０８が回転する。なお、回転シャフト１０８と、蓋１１０およびその上の第１の耐火材料１１１との間には、第１の間隙（クリアランス）１１５が設けられており、また、回転シャフト１０８と第２の耐火材料１１３との間には、第２の間隙（クリアランス）１１６が設けられている。
そして、回転シャフト１０８が貫通する第１の耐火材料１１１より上方に位置する回転シャフト１０８の、蓋１１０及び第１の耐火材料１１１から突出した突出部に、回転シャフト１０８と蓋１１０及び第１の耐火材料１１１との間に存在する第１の間隙１１５をほぼ覆う大きさを有する保持部材１１７を設けている。このため、保持部材１１７は、第２の耐火材料１１３の天井等から落下した揮発物の凝集物等が第１の間隙１１５を通過して熔融ガラスＭＧ中に混入することを防止する遮蔽部材である。
なお、攪拌装置１３０を構成する攪拌槽１０３、撹拌機１０７（回転シャフト１０８、攪拌翼１０９）の材料は、白金または白金合金等の白金族金属が用いられるが、保持部材１１７についても、同様の白金族金属を用いるのが好適である。
なお、攪拌装置１３０を構成する攪拌槽１０３、撹拌機１０７（回転シャフト１０８、攪拌翼１０９）の材料は、白金または白金合金等の白金族金属が用いられるが、保持部材１１７についても、同様の白金族金属を用いるのが好適である。
攪拌装置１３０を用いる攪拌工程において、清澄槽１０２から移送管１０５を通って攪拌槽１０３内に供給された熔融ガラスＭＧは、攪拌槽１０３の内部を上方から下方へ導かれながら、撹拌機１０７によって攪拌され、ガラス成分が均質化された熔融ガラスＭＧは、攪拌槽１０３から移送管１０６を通って成形装置２００に供給される。なお、攪拌装置１３０に熔融ガラスＭＧを通過させて攪拌する際に、熔融ガラスＭＧの表面の位置が多少は上下するため、攪拌槽１０３の上部を覆う蓋１１０と熔融ガラスＭＧの表面との間に一定広さの気相空間１１４を有するように攪拌槽１０３と移送管１０５との位置関係が調節される。ここでは、攪拌槽１０３内に供給された熔融ガラスＭＧは、攪拌槽１０３の内部を上方から下方へ導かれるように構成されているが、これに限らず、攪拌槽１０３の内部を下方から上方へ導かれるように構成されてもよい。
（加熱装置１２０の加熱の制御）
攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６から漏出した熔融ガラスＭＧは、加熱空間１１２内において発熱体１１８により加熱されるが、攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６内を流れたいたときより温度が低下するため粘度が高くなり、加熱空間１１２の底部領域に溜まる。加熱空間１１２の底部領域に溜まった熔融ガラスＭＧの高さ（量）を検出するための液位測定装置（図示せず）が設けられる。液位測定装置、及び、加熱装置１２０は、制御装置に接続される。制御装置は、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４は、制御装置のブロック図である。制御装置は、液位測定装置が測定した加熱空間１１２内における第２の耐火材料１１３の底面から熔融ガラスＭＧの高さ（量）に基づいて、加熱装置１２０による加熱量を制御する。図５は、排出口１１９の近傍の拡大図である。制御装置は、液位測定装置を動作させて、加熱空間１１２の底部領域に溜まった熔融ガラスＭＧの高さ情報を取得する。熔融ガラスＭＧの高さが高さＡ１未満である場合には、制御装置は加熱装置１２０を動作させず、熔融ガラスＭＧの高さが高さＡ１以上である場合に、制御装置は加熱装置１２０を動作させて熔融ガラスＭＧを加熱し、熔融ガラスＭＧの粘度を下げることにより排出口１１９から熔融ガラスＭＧを排出する。制御装置は、加熱装置１２０の加熱量を制御して、加熱空間１１２の底部領域に熔融ガラスＭＧが溜まった状態を維持する。攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６から漏出した熔融ガラスＭＧの漏出量と排出口１１９から排出する熔融ガラスＭＧの排出量とが一致するように、加熱装置１２０の加熱量を制御するのが好適である。このような制御により、加熱空間１１２の底部領域、特に、排出口１１９に熔融ガラスＭＧが存在すると、排出口１１９が熔融ガラスＭＧに塞がれるため、排出口１１９から熱が漏れることを抑制でき、加熱空間１１２の温度を所定の温度に保つことができる。また、加熱装置１２０の加熱によって第２の耐火材料１１３が損傷するのを抑制することができる。また、不要な加熱がなくなり、装置の維持費用を抑制することができる。
攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６から漏出した熔融ガラスＭＧは、加熱空間１１２内において発熱体１１８により加熱されるが、攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６内を流れたいたときより温度が低下するため粘度が高くなり、加熱空間１１２の底部領域に溜まる。加熱空間１１２の底部領域に溜まった熔融ガラスＭＧの高さ（量）を検出するための液位測定装置（図示せず）が設けられる。液位測定装置、及び、加熱装置１２０は、制御装置に接続される。制御装置は、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４は、制御装置のブロック図である。制御装置は、液位測定装置が測定した加熱空間１１２内における第２の耐火材料１１３の底面から熔融ガラスＭＧの高さ（量）に基づいて、加熱装置１２０による加熱量を制御する。図５は、排出口１１９の近傍の拡大図である。制御装置は、液位測定装置を動作させて、加熱空間１１２の底部領域に溜まった熔融ガラスＭＧの高さ情報を取得する。熔融ガラスＭＧの高さが高さＡ１未満である場合には、制御装置は加熱装置１２０を動作させず、熔融ガラスＭＧの高さが高さＡ１以上である場合に、制御装置は加熱装置１２０を動作させて熔融ガラスＭＧを加熱し、熔融ガラスＭＧの粘度を下げることにより排出口１１９から熔融ガラスＭＧを排出する。制御装置は、加熱装置１２０の加熱量を制御して、加熱空間１１２の底部領域に熔融ガラスＭＧが溜まった状態を維持する。攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６から漏出した熔融ガラスＭＧの漏出量と排出口１１９から排出する熔融ガラスＭＧの排出量とが一致するように、加熱装置１２０の加熱量を制御するのが好適である。このような制御により、加熱空間１１２の底部領域、特に、排出口１１９に熔融ガラスＭＧが存在すると、排出口１１９が熔融ガラスＭＧに塞がれるため、排出口１１９から熱が漏れることを抑制でき、加熱空間１１２の温度を所定の温度に保つことができる。また、加熱装置１２０の加熱によって第２の耐火材料１１３が損傷するのを抑制することができる。また、不要な加熱がなくなり、装置の維持費用を抑制することができる。
攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６から漏出する熔融ガラスＭＧの量が増加すると、加熱空間１１２の底部領域に溜まった熔融ガラスＭＧの高さが徐々に高くなる。攪拌装置１３０の設置時において、加熱空間１１２の底部領域から発熱体１１８までの高さＡ２が定められている。熔融ガラスＭＧの高さが徐々に高くなり、発熱体１１８までの高さ位置まで達すると、熔融ガラスＭＧが発熱体１１８と接触し、発熱体１１８が損傷するおそれがある。このため、制御装置は、液位測定装置を動作させて熔融ガラスＭＧの高さ情報を取得し、熔融ガラスＭＧの高さが高さＡ２未満になるように、加熱装置１２０を動作させて排出口１１９から熔融ガラスＭＧを排出する。制御装置は、熔融ガラスＭＧの液面位置と発熱体１１８との距離を検出し、この距離が一定の距離内にあるとき、加熱装置１２０の加熱量を増加する。これにより、発熱体１１８が損傷するのを防ぐことができ、熔融ガラスＭＧが漏出した場合であっても、ガラス基板の製造を維持できる。
図７は、加熱装置１２０の加熱量と排出口１１９からの熔融ガラスＭＧの排出量との関係を示した図である。熔融ガラスＭＧの排出量は、加熱装置１２０の加熱量に応じて変化するが、加熱装置１２０には加熱限界が存在する。加熱装置１２０の加熱限界時での熔融ガラスＭＧの排出量はＤ１であり、排出量Ｄ１より熔融ガラスＭＧの漏出量が多くなると、加熱空間１１２の底部領域に熔融ガラスＭＧが溜まり始め、熔融ガラスＭＧが発熱体１１８に達してしまう。このような場合には、第２の耐火材料１１３の底面に新たな排出口１１９及び加熱装置１２０を設けることにより、熔融ガラスＭＧの排出量を増加させることができる。これにより、発熱体１１８の損傷を防ぎ、熔融ガラスＭＧが漏出した場合であっても、ガラス基板の製造を維持できる。熔融ガラスＭＧによって、攪拌槽１０３、移送管１０５、１０６、第２の耐火材料１１３が損傷し、装置寿命（操業限界）になるまで、排出口１１９からの熔融ガラスＭＧを排出することができ、熔融ガラスＭＧが漏出した場合であっても、ガラス基板の製造を維持できる。
このように、ガラス移送管から漏出する熔融ガラスＭＧの漏出量によって加熱装置による加熱量を制御することにより、装置が損傷するのを防ぐことができ、ガラス基板の製造を維持できる。また、熔融ガラスＭＧが漏出した場合であっても、装置寿命限界まで、ガラス基板の製造装置を使用することができる。
本実施形態が適用されるガラス基板は、例えば以下の組成を含む無アルカリガラスからなる。
ＳｉＯ２：５５−８０質量％
Ａｌ２Ｏ３：８−２０質量％
Ｂ２Ｏ３：０−１８質量％
ＲＯ ０〜１７モル％（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量)、
Ｒ’2Ｏ ０〜２モル％（Ｒ’2ＯはＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの合量)。
ＳｉＯ２：５５−８０質量％
Ａｌ２Ｏ３：８−２０質量％
Ｂ２Ｏ３：０−１８質量％
ＲＯ ０〜１７モル％（ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量)、
Ｒ’2Ｏ ０〜２モル％（Ｒ’2ＯはＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの合量)。
ＳｉＯ2は６０〜７５質量％、さらには、６３〜７２質量％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質量％、ＣａＯが０〜１０質量％、ＳｒＯが０〜１０質量％、ＢａＯが０〜１０質量％であることが好ましい。
ＲＯのうち、ＭｇＯが０〜１０質量％、ＣａＯが０〜１０質量％、ＳｒＯが０〜１０質量％、ＢａＯが０〜１０質量％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、質量％表示のＢ2Ｏ3の含有率の２倍と質量％表示のＲＯの含有率の合計は、３０質量％以下、好ましくは１０〜３０質量％であることが好ましい。
さらに、熔融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質量％含んでいることが好ましい。
ＡＳ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＰｂＯを実質的に含まないことが好ましいが、これらを任意に含んでいてもよい。
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質量％含み、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３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。
さらに、熔融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質量％含んでいることが好ましい。
ＡＳ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＰｂＯを実質的に含まないことが好ましいが、これらを任意に含んでいてもよい。
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質量％含み、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３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を含むディスプレイ用ガラス基板に好適である。ＩＧＺＯ（インジウム、ガリウム、亜鉛、酸素）等の酸化物半導体を使用した酸化物半導体ディスプレイ用ガラス基板及びＬＴＰＳ（低温度ポリシリコン）半導体を使用したＬＴＰＳディスプレイ用ガラス基板に好適である。また、本実施形態で製造されるガラス基板は、アルカリ金属酸化物の含有量が極めて少ないことが求められる液晶ディスプレイ用ガラス基板に好適である。また、有機ＥＬディスプレイ用ガラス基板にも好適である。言い換えると、本実施形態のガラス基板の製造方法は、ディスプレイ用ガラス基板の製造に好適であり、特に、液晶ディスプレイ用ガラス基板の製造に好適である。その他、携帯端末機器などのディスプレイや筐体用のカバーガラス、タッチパネル板、太陽電池のガラス基板やカバーガラスとしても用いることができる。特に、ポリシリコンＴＦＴを用いた液晶ディスプレイ用ガラス基板に好適である。
また、本実施形態で製造されるガラス基板は、カバーガラス、磁気ディスク用ガラス、太陽電池用ガラス基板などにも適用することが可能である。
また、本実施形態で製造されるガラス基板は、カバーガラス、磁気ディスク用ガラス、太陽電池用ガラス基板などにも適用することが可能である。
以上、本発明のガラス基板の製造方法及びガラス基板の製造装置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。
１００ 熔解装置
１０１ 熔解槽
１０２ 清澄管
１０３ 撹拌槽
１０４、１０５ 移送管
１０６ ガラス供給管
２００ 成形装置
３００ 切断装置
ＭＧ 熔融ガラス
ＳＧ シートガラス
１０１ 熔解槽
１０２ 清澄管
１０３ 撹拌槽
１０４、１０５ 移送管
１０６ ガラス供給管
２００ 成形装置
３００ 切断装置
ＭＧ 熔融ガラス
ＳＧ シートガラス
Claims (4)
- ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成する熔融槽と、前記熔融ガラスからガラス基板を成形する成形装置と、前記熔融槽から前記成形装置へと移送される熔融ガラスが通過する移送管とを備えるガラス基板の製造方法であって、
前記移送管は、
白金族金属からなり、前記熔融ガラスの流路を構成する導管と、
前記導管の外部に設置され、前記導管が内側に設置される加熱空間を形成する耐熱部材と、
前記加熱空間内の前記導管の外部の場所に設置される複数の発熱体と、を有し、
前記耐熱部材は、前記導管から漏出した熔融ガラスを外部に排出する排出口を有し、
前記排出口近傍に、前記漏出した熔融ガラスを加熱する加熱装置を有し、
前記加熱装置により、前記漏出した熔融ガラスを加熱して前記排出口から排出し、
前記漏出した熔融ガラスと前記発熱体との距離を検出し、前記距離が一定の距離内にあるとき、前記加熱装置による加熱量を増加する、
ことを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 前記漏出した熔融ガラスの量を検出し、検出した熔融ガラスの量と、前記排出口から排出する熔融ガラスの量と、が一致するよう前記漏出した熔融ガラスの加熱を制御する、
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。 - 前記漏出した熔融ガラスの量が一定の量に達した後、前記加熱装置による加熱を開始する、
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。 - ガラス原料を加熱して熔融ガラスを生成する熔融槽と、前記熔融ガラスからガラス基板を成形する成形装置と、前記熔融槽から前記成形装置へと移送される熔融ガラスが通過する移送管とを備えるガラス基板の製造装置であって、
前記移送管は、
白金族金属からなり、前記熔融ガラスの流路を構成する導管と、
前記導管の外部に設置され、前記導管が内側に設置される加熱空間を形成する耐熱部材と、
前記加熱空間内の前記導管の外部の場所に設置される複数の発熱体と、を有し、
前記耐熱部材は、前記導管から漏出する熔融ガラスを外部に排出する排出口を有し、
前記排出口近傍に、前記導管から漏出した熔融ガラスが前記排出口から排出されるよう熔融ガラスを加熱する加熱装置を有し、
前記漏出した熔融ガラスと前記発熱体との距離を検出し、前記距離が一定の距離内にあるとき、前記加熱装置による加熱量が増加する、
ことを特徴とするガラス基板の製造装置。
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