JP6752036B2 - 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、一般的に、ガラス原料から熔融ガラスを生成させた後、熔融ガラスをガラス基板へと成形する工程を経て製造される。上記の工程中には、熔融ガラスが内包する微小な気泡を除去する工程（以下、清澄ともいう）が含まれる。清澄は、清澄管の本体を加熱しながら、この清澄管本体に清澄剤を配合させた熔融ガラスを通過させ、清澄剤の酸化還元反応により熔融ガラス中の泡が取り除かれることで行われる。より具体的には、粗熔解した熔融ガラスの温度をさらに上げて清澄剤を機能させ泡を浮上脱泡させた後、温度を下げることにより、脱泡しきれずに残った比較的小さな泡は熔融ガラスに吸収させるようにしている。すなわち、清澄は、泡を浮上脱泡させる処理（以下、脱泡処理または脱泡工程ともいう）および小泡を熔融ガラスへ吸収させる処理（以下、吸収処理または吸収工程ともいう）を含む。

成形前の高温の熔融ガラスに接する部材の内壁は、その部材に接する熔融ガラスの温度、要求されるガラス基板の品質等に応じ、適切な材料により構成する必要がある。たとえば、上述の清澄管本体を構成する材料は、通常、白金族金属の単体又は合金が用いられていることが知られている。白金族金属は、融点が高く、熔融ガラスに対する耐食性にも優れている。

清澄工程においては、白金族金属の単体又は合金からなる清澄管に通電することによって清澄管が加熱されることで清澄管を通過する熔融ガラスが加熱される（通電加熱）。このとき、清澄管の中心付近を通過する熔融ガラスの温度は、清澄管の内壁の近傍の熔融ガラスの温度よりも低くなる。また、清澄管を通過する熔融ガラスの速度は、壁面抵抗があるために、管路の中心付近のほうが清澄管の内壁の近傍よりも速くなる。このため、清澄管の中心付近を通過する熔融ガラスが充分に加熱されないまま清澄管を通過してしまい、清澄が不充分となってしまうおそれがある。

清澄管内の熔融ガラスの温度を均一にするために、熔融ガラスを撹拌する撹拌手段を清澄管内に設けることが知られている（特許文献１）。しかし、清澄管内で泡が浮上する気相空間に撹拌手段があると、泡に含まれていた酸素、ＣＯ_２、ＳＯ_２等の気体が気相空間から清澄管の外部へ排気される流れを妨げるおそれがある。気相空間の気体の流れが妨げられると、還元された白金族金属が清澄管の内壁面に付着し、脱泡工程中の熔融ガラス中に落下して混入し、ガラス基板に異物として混入するおそれがある。気相空間に撹拌手段があるか否かを判定するためには、熔融ガラスの界面（液面）位置を正確に計測する必要がある。熔融ガラスの液面位置を計測する方法として、接触式による計測方法がある。

特許５６１６４５０号公報

接触式による計測方法は、熔融ガラスの界面位置を正確に計測することができる。しかし、清澄管の内壁から白金族金属が徐々に揮発することにより、熔融ガラスに接触する接触部には、白金族金属の揮発物が析出しやすいという問題がある。析出した揮発物（白金異物）が熔融ガラスに混入すると、高品質のガラス基板を量産することが困難になる。

そこで、本発明は、接触式による熔融ガラスの界面位置を計測する方法であっても、白金族金属の揮発物が析出するのを抑制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。

本発明の第一の態様は、ガラス基板の製造方法であって、
白金製または白金合金製からなる清澄管に、熔融ガラスを加熱しながら上流側から下流側へと流し、前記熔融ガラス中の気泡を、前記熔融ガラスの界面と前記清澄管の内壁とによって囲まれる気相空間に向けて放出させる清澄工程と、
前記気相空間に不活性ガスを供給して、前記白金が揮発するのを抑制する揮発抑制工程と、を有し、
前記清澄管には、前記気相空間に前記不活性ガスを供給するガス供給管と、前記ガス供給管より上流側に前記気相空間内のガスを前記清澄管の外部へと排気する排気管と、が接続され、
前記ガス供給管内には、前記熔融ガラスの界面と接触して前記熔融ガラスの界面の高さ位置を計測する界面位置計測器が設けられ、
前記界面位置計測器が計測した前記熔融ガラスの界面の高さ位置に基づいて、前記熔融ガラスの流量を制御する、
ことを特徴とする。

前記清澄管には、前記清澄管の内壁に所定の間隔を空けて前記熔融ガラスの流れを抑制する板部材が設けられ、
前記熔融ガラスの界面の高さ位置に基づいて、前記熔融ガラスの界面の高さが前記板部材の上端部に一致するように前記熔融ガラスの流量を制御する、ことが好ましい。

前記清澄工程より上流の工程から前記清澄管に流入する前記熔融ガラスの流入量、及び／又は、前記清澄工程より下流の工程に前記清澄管から流出する前記熔融ガラスの流出量を調整することにより、前記熔融ガラスの界面の位置を制御する、ことが好ましい。

前記ガス供給管の直径は、４０ｍｍ以下である、ことが好ましい。

本発明の第二の態様は、ガラス基板の製造装置であって、
白金製または白金合金製からなり、熔融ガラスを加熱しながら上流側から下流側へと流し、前記熔融ガラス中の気泡を、前記熔融ガラスの界面と内壁とによって囲まれる気相空間に向けて放出させる清澄工程が行われる清澄管と、
前記白金の揮発が抑制されるよう前記気相空間に不活性ガスを供給するガス供給器と、
有し、
前記清澄管には、前記ガス供給器に接続され前記気相空間に前記不活性ガスを供給するガス供給管と、前記ガス供給管より上流側に前記気相空間内のガスを前記清澄管の外部へと排気する排気管と、が接続され、
前記ガス供給管内には、前記熔融ガラスの界面と接触して前記熔融ガラスの界面の高さ位置を計測する界面位置計測器が設けられる、
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、本発明は、接触式による熔融ガラスの界面位置を計測する方法であっても、白金族金属の揮発物が析出するのを抑制できる。

本実施形態の製造方法のフローを示す図である。 ガラス基板の製造装置の概略図である。 図２に示す清澄管の概略図である。 ガス供給管を有する清澄管の長手方向における鉛直断面図である。

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。

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取り込んで（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、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。

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。

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１２０と、撹拌槽１０３と、ガラス供給管１０４、１０５、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、ガラス供給管１０４を介して清澄管１２０に供給される。
清澄管１２０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１２０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取り込んで（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を介して撹拌槽１０３に供給される。
撹拌槽１０３では、撹拌子１０３ａによって熔融ガラスが撹拌されて均質化工程（ＳＴ３）が行われる。撹拌槽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）。

（清澄管の構成）
次に、図３、図４を参照して、清澄管１２０の構成について説明する。図３は、実施の形態の清澄管１２０の構成を示す概略斜視図であり、図４は、ガス供給管１２５を有する清澄管１２０の長手方向における鉛直断面図である。
図３、図４に示すように、清澄管１２０の長手方向の両端の外周面には、電極１２１ａ、１２１ｂが設けられており、清澄管１２０の気相空間１２０ａ（図４参照）と接する壁には、排気管１２４及びガス供給管１２５が設けられている。

清澄管１２０は、例えば、白金又は白金合金等（白金族金属）からなる円筒状の容器であり、長手方向（図３の左右方向）の両端のそれぞれにガラス供給管１０４，１０５が接続されている。減圧脱泡に用いられる清澄管には、通常、ガラス供給管は、清澄管の底面をなす清澄管の周面の２箇所から下方に延びるよう清澄管に接続されている。清澄工程（ＳＴ２）では、ガラス供給管１０４から清澄管１２０内に供給された熔融ガラスＭＧは、清澄管１２０内を流れながら清澄が行われ、ガラス供給管１０５から攪拌槽１０３に移送される。このとき、清澄管１２０には、熔融ガラスＭＧの液面に対して上方の位置に、熔融ガラスＭＧを除いた空間である気相空間１２０ａが形成される。気相空間１２ａには、熔融ガラスＭＧ内に生じた気泡が浮上して液面で破泡することで、ガスが放出される。気相空間１２０ａに放出されたガスは、さらに、排気管１２４を通って清澄管１２０の外に排出される。
なお、本明細書において、「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。ここで、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。白金族金属は高価ではあるが、融点が高く、熔融ガラスに対する耐食性にも優れている。また、清澄管１２０が白金族金属から構成されている場合を具体例として説明するが、清澄管１２０の一部が、耐火物や他の金属などから構成されていてもよい。

清澄管１２０の長手方向の両端のそれぞれには、清澄管１２０の表面から外周側に突出した円板状の電極１２１ａ、１２１ｂが設けられている。電極１２１ａ、１２１ｂは、電源装置１２２に接続されている。電極１２１ａ、１２１ｂの間に電圧が印加されることにより、電極１２１ａ、１２１ｂの間の清澄管１２０に電流が流れて、清澄管１２０が通電加熱される。この通電加熱により、清澄管１２０の本体の最高温度が例えば、１６００℃〜１７５０℃、より好ましくは１６３０℃〜１７５０℃となるように加熱され、ガラス供給管１０４から供給された熔融ガラスＭＧの最高温度は、脱泡に適した温度、例えば、１６００℃〜１７２０℃、より好ましくは１６２０℃〜１７２０℃に加熱される。通電加熱によって熔融ガラスＭＧの温度を制御することで、熔融ガラスの粘度を調節し、これにより清澄管１２０を通過する熔融ガラスＭＧの流速を調節することができる。

なお、電極１２１ａ、１２１ｂは、過熱しやすいため、水または空気で冷却される。また、電極１２１ａ、１２１ｂが設けられる位置は、清澄管１２０の長手方向の両端でなくてもよく、一方又は両方が清澄管１２０の両端以外の部分に設けられてもよく、特に限定されない。電極の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上設けられてもよい。
また、電極１２１ａ、１２１ｂには、図示しない温度計測装置（熱電対等）が設けられていてもよい。温度計測装置は電極１２１ａ、１２１ｂの温度を計測し、計測した結果を、制御装置１２３に出力する。
制御装置１２３は電源装置１２２が清澄管１２０に通電させる電流量を制御し、これにより清澄管１２０を通過する熔融ガラスＭＧの温度および流速を制御する。制御装置１２３は、ＣＰＵ、メモリ等を含むコンピュータである。

排気管１２４は、清澄管１２０内の気相空間１２０ａと大気とを接続し、気相空間１２０ａ内の気体や意図的に導入される不活性なガスを大気に排出する。排気管１２４は、清澄管１２０内の気相空間１２０ａと接する何れかの位置に設けられている。例えば、清澄管１２０円周方向の頂部に設けられている。排気管１２４の形状は、特に制限されないが、清澄管１２０から真っすぐ延びた煙突状の形状であってもよく、屈曲した形状であってもよい。熔融ガラスＭＧを清澄する清澄工程において、熔融ガラスＭＧ中に含まれるＣＯ_２、Ｎ_２、ＳＯ_２等の気体成分を含む泡は、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ＭＧの界面（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１２０内の気相空間１２０ａに放出され、排気管１２４を経由して外気に排気（排出）される。これにより、白金族金属が酸化されて揮発することを抑制し、揮発した白金族金属が還元されることによる白金族金属の析出量を低減することができる。

排気管１２４は、白金又は白金合金等からなる材料、耐熱レンガ、および、これらの組み合わせ、のいずれかにより構成される。異物が清澄管１２０内に落下するのを防止する観点からは、排気管１２４のうち少なくとも清澄管１２０と接続される部分は、白金又は白金合金等からなる材料で構成されるのが好ましい。より好ましくは、排気管１２４は、白金又は白金合金からなることが好ましい。なお、排気管１２４が白金又は白金合金等からなる材料で構成される場合には、排気管１２４の揮発を防止するために、排気管１２４の内表面及び外表面の少なくともいずれかに溶射膜を設けることが好ましい。

排気管１２４が設けられる清澄管１２０に対する位置は、特に制限されないが、例えば、清澄管１２０の長手方向中央に設けられる。排気管１２４は、１つだけ設けられてもよく、２つ以上設けられてもよい。なお、電極が３つ以上設けられる場合は、排気管１２４は、例えば、長手方向に隣り合って配された２つの電極の間に１つ設けられる。

ガス供給管１２５は、清澄管１２０内の気相空間１２０ａとガス供給器とを接続し、気相空間１２０ａ内に不活性なガスを供給する。ガス供給管１２５、清澄管１２０内の気相空間１２０ａと接する何れかの位置に設けられている。例えば、清澄管１２０円周方向の頂部に設けられている。ガス供給管１２５の形状は、特に制限されないが、後述する界面位置計測器１２８をガス供給管１２５内に設けるため、清澄管１２０から真っすぐ延びた煙突状の形状が好ましい。ガス供給管１２５は、アルミナチューブ、白金又は白金合金等からなる材料、耐熱レンガ、および、これらの組み合わせ、のいずれかにより構成される。異物が清澄管１２０内に落下するのを防止する観点からは、ガス供給管１２５のうち少なくとも清澄管１２０と接続される部分は、アルミナチューブ、白金又は白金合金等からなる材料で構成されるのが好ましい。なお、ガス供給管１２５が白金又は白金合金等からなる材料で構成される場合には、ガス供給管１２５の揮発を防止するために、ガス供給管１２５の内表面及び外表面の少なくともいずれかに溶射膜を設けることが好ましい。

ガス供給管１２５は、ガス供給器と接続され、ガス供給器からガス供給管１２５を介して清澄管１２０内の気相空間１２０ａに、不活性ガスを供給する。ガス供給管１２５から不活性ガスを供給する工程が、揮発抑制工程に相当する。不活性ガスとして、白金にとって不活性な気体、白金族金属との反応性が酸素よりも低い気体を用いることができる。具体的には、窒素（Ｎ２）、希ガス（例えばアルゴン（Ａｒ））等を用いることができる。ガス供給器は制御装置１２３により制御され、不活性ガスの供給量、供給圧力が調整される。不活性ガスを清澄管１２０内の気相空間１２０ａに流すことで流路内における酸素分圧を低く抑える。不活性ガスの供給量は特に制限されないが、供給量が多いほど清澄管１２０及び気相空間１２０ａを冷却してしまうため、酸素分圧を低く抑える程度に不活性ガスの供給量を抑制することが好ましい。また、不活性ガスが多いと熔融ガラスＭＧに溶けて、泡になるおそれがあるため、酸素分圧を低く抑える程度に不活性ガスの供給量を抑制することが好ましい。また、不活性ガスを気相空間１２０ａに供給する際の流速は特に制限されないが、流速が上がると白金合金が揮発しやすくなるため、流速は遅い方が好ましい。不活性ガスの供給量は、例えば、０．１リットル／分から４リットル／分であり、不活性ガスの流速は、例えば、５００ｍｍ／ｓから１００００ｍｍ／ｓである。

ガス供給管１２５は、排気管１２４より下流側に設けられることが好ましい。気相空間１２０ａは、上流側より下流側の温度が低くなる。気相空間１２０ａの温度が低くなると飽和に達しやすく、白金族金属の揮発物が析出しやすい。このため、気相空間１２０ａの温度が低くなる領域にガス供給管１２５から不活性ガスを供給することにより、揮発物の析出を抑制することができる。

ガス供給管１２５の直径は、４０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましい。ガス供給管１２５から供給する不活性ガスの流速が速いほど、ガス供給管１２５に析出する揮発物を抑制できる。このため、ガス供給管１２５の直径を４０ｍｍ以下にすることにより、一定以上の不活性ガスの流速を確保でき、揮発物の析出を抑制できる。また、後述するように、界面位置計測器１２６はガス供給管１２５内に設けられるため、界面位置計測器１２６に析出する揮発物も抑制できる。界面位置計測器１２６は気相空間１２０ａを通じで熔融ガラスＭＧと接触するため、界面位置計測器１２６には揮発物が析出しやすいため、不活性ガスによって界面位置計測器１２６の表面を一定上の速さで不活性ガスを流すことにより、界面位置計測器１２６が不活性ガスによって覆われた状態になり、界面位置計測器１２６への揮発物の析出を抑制することができる。一定のガス供給量で、不活性ガスの流速を大きくするためには、ガス供給管１２５の直径が小さい方がよい。しかし、ガス供給管１２５の直径が小さいと、ガス供給管１２５と界面位置計測器１２６と触れることにより、電圧が変化して界面位置の測定にミスが生じるおそれがある。このため、ガス供給管１２５の直径は４０ｍｍから１０ｍｍが好ましい。

界面位置計測器１２６は、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面位置を検知するセンサー部と、センサー部が検知した信号（データ）に基づいて界面位置を計測する計測部（制御装置１２３）と、からなる。ここで、界面位置とは、清澄管１２０内における熔融ガラスＭＧが流れる液相領域と熔融ガラスＭＧ中の気泡が放出される気相空間（気相領域）との境界領域であり、液相領域の最上位置、気相領域の最下位置である。界面位置計測器１２８のセンサー部は、ガス供給管１２５を通じて清澄管１２０内に導入され、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面位置を検知する。計測部（制御装置１２３）は、センサー部に接続され、センサー部から送られた信号（データ）に基づいて、清澄管１２０内における熔融ガラスＭＧの界面位置を計測する。界面位置計測器１２６のセンサー部は熔融ガラスＭＧと接触し、センサー部と熔融ガラスＭＧとの接触量によって変化する電圧を計測することにより、界面位置が計測される。接触式である界面位置計測器１２６は、レーザー等を用いて計測する非接触式の計測器よりミリ単位で正確に界面位置を計測でき、界面位置が変化した場合であってもその変化を短時間で検出することができる。

界面位置計測器１２６（のセンサー部）は、図４に示すように、不活性ガスが供給されるガス供給管１２５内に設けられる。熔融ガラスＭＧと接触する界面位置計測器１２６（のセンサー部）には、揮発物（白金異物）が析出するおそれがある。界面位置計測器１２６に析出した揮発物が熔融ガラスに混入すると、高品質のガラス基板を量産することが困難になる。ガス供給管１２５からは白金にとって不活性なガスが供給されるため、ガス供給管１２５及びガス供給管１２５近傍では、揮発物の析出が抑制される。ガス供給管１２５内を通じて界面位置計測器１２６を、気相空間１２０ａ、熔融ガラスＭＧに導入すると、ガス供給管１２５からは不活性ガスが供給され、界面位置計測器１２６周辺には不活性ガスが充満しているため、界面位置計測器１２６に析出する揮発物を抑制することができる。

清澄管１２０の内部には、複数の板部材１２７からなる板部材群が、清澄管１２０の長手方向に間隔を空けて配置される。板部材１２７は、清澄管１２０の本体と同様に、白金族金属から構成されている。板部材１２７同士の間隔は、任意に変更することができる。清澄管１２０に板部材１２７を設けると、板部材１２７にぶつかった熔融ガラスＭＧは流れが一時的に停滞し、異質ガラスが生じる可能性がある。しかしながら、せん断速度を高めることで、熔融ガラスＭＧはより引き伸ばされる（撹拌される）。せん断速度とは、流体速度の導関数であり、熔融ガラスＭＧのせん断速度を計算することによってその流動特性がわかる。せん断応速度が大きいほど、隣接する熔融ガラスＭＧ間の流速差が大きく、攪拌効果が高く、熔融ガラスＭＧを均質化できる。一方、せん断速度が小さいほど、隣接する熔融ガラスＭＧ間の流速差が小さく、攪拌効果が低い。このため、板部材１２７を設けることにより、せん断速度を高めつつ、清澄管１２０を流れる熔融ガラスＭＧのせん断速度のばらつきを改善することにより、攪拌効率を高める。また、熔融ガラスＭＧ中にサイズの小さい不純物が存在すると、熔融ガラスＭＧの界面（表面）に浮び上がり、板部材１２７によって攪拌されずに下流側に流れるため、この不純物がガラス品質に影響を及ぼすことがある。このため、所定の角度だけ傾斜させて板部材１２７を設けることによりせん断速度を高め、板部材１２７によって熔融ガラスＭＧを攪拌し、また、清澄管１２０に滞在する時間を長くして、脱泡処理を促進させることができる。

清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面位置（気相空間１２０ａの位置）は、ガラス供給管１０４から流入する熔融ガラスＭＧの量、ガラス供給管１０５から流出する熔融ガラスＭＧの量、清澄管１２０から漏出する熔融ガラスＭＧの量等によって、変化する。清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの量が減り界面位置が下がると、熔融ガラスＭＧを攪拌する板部材１２７が、気相空間１２０ａに露出することとなる。板部材１２７は、白金族金属から構成されているため、気相空間１２０ａに長時間露出した状態にあると、板部材１２７に揮発物が析出するおそれがある。また、板部材１２７による攪拌力が低下し、熔融ガラスＭＧが一時的に停滞し、異質ガラスが生じる可能性がある。一方、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの量が増え界面位置が上がると、界面付近の熔融ガラスＭＧは板部材１２７よって攪拌されずに上流から下流に流れてしまうため、脱泡不良が生じる可能性がある。このため、界面位置計測器１２８より清澄管１２０内の熔融ガラスの界面位置を計測し、熔融ガラスＭＧの界面の高さが、板部材１２７の上端部に一致するように熔融ガラスＭＧの流量を制御する必要がある。接触式の界面位置計測器１２６は、絶えず変化する熔融ガラスＭＧの界面位置を正確に、短時間で検出することができるため、熔融ガラスＭＧの界面の高さが、板部材１２７の上端部に一致するように熔融ガラスＭＧの流量を制御できる。

本実施形態においては、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さが、界面位置に最も近い板部材１２７の上端部の最も高い位置と一致するように、熔融ガラスＭＧの流量および流速を制御する。すなわち、すべての板部材１２７が熔融ガラスＭＧ内にあり、気相空間１２０ａに板部材１２７が露出しないように、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを調整する。

熔融ガラスＭＧの界面の高さを変更するには、ガラス供給管１０４、１０５を流れる熔融ガラスＭＧの流量を変更すればよい。清澄工程より上流の工程である熔解工程から清澄工程に流入する、つまり、清澄管１２０に流入する熔融ガラスＭＧの流入量、及び／又は、清澄工程から清澄工程より下流の工程である均質化工程、供給工程、成形工程に流出する、つまり、清澄管１２０から流出する熔融ガラスＭＧの流出量を調整することにより、熔融ガラスの界面の位置を制御する。例えば、ガラス供給管１０４から清澄管１２０へ流入する熔融ガラスの流量を、ガラス供給管１０５により清澄管１２０から流出する熔融ガラスの流量よりも大きくすることで、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げることができる。ガラス供給管１０４、１０５における熔融ガラスＭＧの流量を制御するには、ガラス供給管１０４、１０５を流れる熔融ガラスＭＧの温度を変化させ、熔融ガラスＭＧの粘性を調整すればよい。例えば、熔融ガラスＭＧの温度を上昇させ、熔融ガラスＭＧの粘性を下げることで、熔融ガラスＭＧの流量および流速を上昇させることができる。一方、熔融ガラスＭＧの温度を下降させ、熔融ガラスＭＧの粘性を上げることで、熔融ガラスＭＧの流量および流速を低下させることができる。

清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げるためには、熔解槽１０１にガラス原料を投入する投入時間間隔を短くする、より具体的には、投入時間間隔を３分から２分、１分にする。また、１回のガラス原料の投入量を増やす、より具体的には、１回の投入量を１００ｋｇから２００ｋｇ、３００ｋｇにする。これにより、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げることができる。一方、ガラス供給管１０４から清澄管１２０へ流入する熔融ガラスの流量を、ガラス供給管１０５により清澄管１２０から流出する熔融ガラスＭＧの流量よりも小さくすることで、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げることができる。清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げるためには、熔解槽１０１にガラス原料を投入する投入時間間隔を長くする、より具体的には、投入時間間隔を３分から４分、５分にする。また、１回のガラス原料の投入量を減らす、より具体的には、１回の投入量を１００ｋｇから８０ｋｇ、５０ｋｇにする。これにより、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げることができる。ガラス原料の投入時間間隔、投入量は、熔解槽１０１においてガラス原料を熔解できる範囲において、任意に変更することができる。

また、清澄管１２０から流出する熔融ガラスの流量よりも小さくすることで、熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げることができる。清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げるためには、清澄管１２０の下流に位置するガラス供給管１０６を流れる熔融ガラスＭＧの温度を下げる、より具体的には、熔融ガラスＭＧの温度を１０００℃から９８０℃、９５０℃にする。ガラス供給管１０６を流れる熔融ガラスＭＧの流量を抑制することにより、清澄管１２０から流出する熔融ガラスＭＧの流量が抑制されるため、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを上げることができる。一方、清澄管１２０から流出する熔融ガラスＭＧの流量よりも大きくすることで、熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げることができる。清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げるためには、清澄管１２０の下流に位置するガラス供給管１０６を流れる熔融ガラスＭＧの温度を上げる、より具体的には、熔融ガラスＭＧの温度を１０００℃から１０２０℃、１０５０℃にする。ガラス供給管１０６を流れる熔融ガラスＭＧの流量を増やすことにより、清澄管１２０から流出する熔融ガラスＭＧの流量が増えるため、清澄管１２０内の熔融ガラスＭＧの界面の高さを下げることができる。ガラス供給管１０６における熔融ガラスＭＧの温度、熔融ガラスＭＧの温度を変更する位置は、成形装置２００においてシートガラスＳＧを成形できる範囲において、任意に変更することができる。

このように、清澄管１２０内における熔融ガラスＭＧの界面の高さ位置を、正確に、短時間で検出し、界面の高さ位置を調整することで、気相空間１２０ａ内に板部材１２７が露出することを防ぐことができるため、板部材１２７は、気相空間１２０ａに放出された酸素、ＣＯ₂、ＳＯ₂等の気体が排気管１２７に向かう流れを妨げることがない。また、板部材１２７が気相空間１２０ａ内に放出された酸素、ＣＯ₂、ＳＯ₂等の気体に接触することを防ぐことで、板部材１２７を構成する白金族金属が酸化されることで揮発されることを防ぐことができる。また、接触式の界面位置計測器１２６であっても、界面位置計測器１２６の周囲に不活性ガスを供給することにより、界面位置計測器１２６への揮発物の析出を抑制することができる。

本実施形態のガラス基板の製造方法によって製造されるガラス基板には、歪点や徐冷点が高く良好な寸法安定性を有する無アルカリのボロアルミノシリケートガラスあるいはアルカリ微量含有ガラスが用いられる。

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。
ＳｉＯ_２：５５−８０質量％
Ａｌ_２Ｏ_３：８−２０質量％
Ｂ_２Ｏ_３：０−１８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)。

ＳｉＯ_２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。

また、ＳｉＯ２、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、及びＲＯを少なくとも含み、モル比（（２×ＳｉＯ_２）＋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、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。

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
１０３ 撹拌槽
１０３ａ 撹拌子
１０４、１０５、１０６ ガラス供給管
１２０ 清澄管
１２０ａ 気相空間
１２１ａ、１２１ｂ 電極
１２２ 電源装置
１２３ 制御装置
１２４ 排気管
１２５ ガス供給管
１２６ 界面位置計測器
１２７ 板部材
２００ 成形装置
３００ 切断装置
ＭＧ 熔融ガラス
ＳＧ シートガラス

Claims (5)

1. 白金製または白金合金製からなる清澄管に、熔融ガラスを加熱しながら上流側から下流側へと流し、前記熔融ガラス中の気泡を、前記熔融ガラスの界面と前記清澄管の内壁とによって囲まれる気相空間に向けて放出させる清澄工程と、
   前記気相空間に不活性ガスを供給して、前記白金が揮発するのを抑制する揮発抑制工程と、を有し、
   前記清澄管には、前記気相空間に前記不活性ガスを供給するガス供給管と、前記ガス供給管より上流側に前記気相空間内のガスを前記清澄管の外部へと排気する排気管と、が接続され、
   前記ガス供給管内には、前記熔融ガラスの界面と接触して前記熔融ガラスの界面の高さ位置を計測する界面位置計測器が設けられ、
   前記界面位置計測器が計測した前記熔融ガラスの界面の高さ位置に基づいて、前記熔融ガラスの流量を制御する、
   ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 前記清澄管には、前記清澄管の内壁に所定の間隔を空けて前記熔融ガラスの流れを抑制する板部材が設けられ、
   前記熔融ガラスの界面の高さ位置に基づいて、前記熔融ガラスの界面の高さが前記板部材の上端部に一致するように前記熔融ガラスの流量を制御する、
   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。
3. 前記清澄工程より上流の工程から前記清澄管に流入する前記熔融ガラスの流入量、及び／又は、前記清澄工程より下流の工程に前記清澄管から流出する前記熔融ガラスの流出量を調整することにより、前記熔融ガラスの界面の位置を制御する、
   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. 前記ガス供給管の直径は、４０ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガラス基板の製造方法。
5. 白金製または白金合金製からなり、熔融ガラスを加熱しながら上流側から下流側へと流し、前記熔融ガラス中の気泡を、前記熔融ガラスの界面と内壁とによって囲まれる気相空間に向けて放出させる清澄工程が行われる清澄管と、
   前記白金の揮発が抑制されるよう前記気相空間に不活性ガスを供給するガス供給器と、
   有し、
   前記清澄管には、前記ガス供給器に接続され前記気相空間に前記不活性ガスを供給するガス供給管と、前記ガス供給管より上流側に前記気相空間内のガスを前記清澄管の外部へと排気する排気管と、が接続され、
   前記ガス供給管内には、前記熔融ガラスの界面と接触して前記熔融ガラスの界面の高さ位置を計測する界面位置計測器が設けられる、
   ことを特徴とするガラス基板の製造装置。

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