JPWO2012132474A1 - ガラス基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、ガラス基板中に泡が存在すると表示欠点の原因となるため、泡が存在するガラス基板は、FPD用ガラス基板として用いることはできない。このため、泡がガラス基板に残存しないことが求められている。
上記ガラス熔解窯では、ガラス原料の投入端側の領域から導出端側の領域に至る途中のホットスプリング領域に、通電方向を窯の長さ方向とした複数対の電極を適宜間隔で窯の幅方向全長に亘って複列配置することにより、熔融ガラスのホットスプリングを強調している。これにより、半熔融状態等のガラスが導出端側へ早流れすることを抑えている。
また、フラットディスプレイ、例えば液晶ディスプレイ等のガラス基板には、ガラス基板に形成するTFT(Thin Film Transistor)等の半導体素子の特性に悪影響を与えないようにすることが求められている。このため、液晶ディスプレイ等のガラス基板には、上述したようにアルカリ金属成分を全く含まない無アルカリガラス、あるいは、アルカリ金属成分を含んでも微量であるアルカリ微量含有ガラスが用いられることが好ましい。しかし、無アルカリガラスやアルカリ微量含有ガラスは、高温粘性が高いため、上述したように、ホットスプリングを強調することが難しい。すなわち、高温粘性が高いガラス組成を持つガラス基板を製造する場合、ホットスプリングを強調した上記公知の方法を用いて脈理等のガラス組成のムラを抑制したガラス基板を製造することは難しい。
前記熔解工程では、ガラス原料を、熔解槽に蓄えられた熔融ガラスの液面の略全面に投入することにより、液面を含む表層の温度が均一化した熔融ガラスを作り、
前記熔解槽の内側側壁のうち、第1の方向に向く内側側壁の底部に設けられた流出口から後工程に向けて前記熔融ガラスを流し、
前記熔融ガラスを流すとき、熔融ガラスの深さ方向において前記表層より下方に位置する前記熔融ガラスの下層の温度を、前記下層において前記熔融ガラスの温度分布に起因した対流が生じないように、前記熔解槽の前記第1の方向の両端部に位置する熔融ガラスに与える熱量を少なくとも調整することにより、前記下層の熔融ガラスの前記第1の方向に沿った温度分布を均一化させながら、前記熔融ガラスを前記流出口から前記後工程に流す。
ガラス基板の製造方法は、熔解工程(ST1)と、清澄工程(ST2)と、均質化工程(ST3)と、供給工程(ST4)と、成形工程(ST5)と、徐冷工程(ST6)と、切断工程(ST7)と、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、梱包工程で積層された複数のガラス基板は、納入先の業者に搬送される。
ここで、ガラス原料が投入される熔融ガラスの液面の「略全面」とは、熔解槽の熔融ガラスの液面の80%以上をいう。ガラス原料の投入方法は、ガラス原料を収めたバケットを反転して熔融ガラスにガラス原料を分散投入する方式でも、ベルトコンベアを用いてガラス原料を搬送して分散投入する方式、あるいは略全面に一時に投入する方式でも、スクリューフィーダによりガラス原料を分散投入する方式、あるいは一時に略全面に一時に投入する方式でもよい。後述する実施形態では、バケットを用いてガラス原料が投入される。また、熔融ガラスの「表層」とは、液面から溶解槽の底部に向かった深さの5%以下の範囲内の液面を含む領域をいい、熔融ガラスの「下層」とは、表層以外の領域をいう。また、流出口が設けられる「底部」とは、上記下層の一部であって、底面に近い領域をいう。好ましくは、溶解槽の深さ方向において底面からの深さが、液面と溶解槽の底部との間の深さの1/2以下である領域をいう。
熔解槽の熔融ガラスは、熔融ガラス自身に電気が流れて自ら発熱することで昇温するが、加熱方法は、この通電による熔融ガラスの加熱のほかに、バーナーによる火焔を補助的に与えてガラス原料を熔解することもできる。なお、ガラス原料には清澄剤が添加される。清澄剤として、SnO2,As2O3,Sb2O3等が知られているが、特に制限されない。しかし、環境負荷低減の点から、清澄剤としてSnO2(酸化錫)を用いることが好ましい。
供給工程(ST4)では、攪拌槽から延びる配管を通して熔融ガラスが成形装置に供給される。
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。成形は、オーバーフローダウンドロー法あるいはフロート法を用いることができる。後述する本実施形態では、オーバダウンロード法が用いられる。
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、切断装置において、成形装置から供給されたシートガラスを所定の長さに切断することで、板状のガラス板を得る。切断されたガラス板はさらに、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。この後、ガラス基板の端面の研削、研磨が行われ、ガラス基板の洗浄が行われ、さらに、気泡や脈理等の異常欠陥の有無が検査された後、検査合格品のガラス板が最終製品として梱包される。
図2に示す例の熔解装置101では、ガラス原料の投入がバケット101dを用いて行われる。清澄槽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MGの清澄が行われる。さらに、攪拌槽103では、スターラ103aによって熔融ガラスMGが攪拌されて均質化される。成形装置200では、成形体210を用いたオーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスMGからシートガラスSGが成形される。
図3は、本実施形態の熔解槽101の概略構成を説明する図である。
熔解槽101は、ガラス原料を、熔解槽101に蓄えられた熔融ガラスMGの液面101cの略全面に投入することにより、液面を含む表層の温度が均一化した熔融ガラスを作る。さらに、熔解槽101は、熔解槽101の内側側壁のうち、図3中の左右方向(第1の方向)、より具体的には左方向に向く内側側壁の底部に設けられた流出口104aから後工程に向けて熔融ガラスMGを流す。
図4に示すように、ガラス原料は、熔解槽101に蓄えられた熔融ガラスMGの液面の略全面に投入される。これにより、液面を含む表層の温度が均一化した熔融ガラスMGが作られる。
すなわち、熔解槽101は、コンピュータ118の指示によって、バケット101dがガラス原料を収めた状態で、バケット101dを目標とする区域に移動させ、バケット101dの上面を下面に反転させるパケット動作機構を備える。バケット101dがガラス原料を投入する区域および投入する時間間隔は、熔融ガラスMGの液面101cに浮遊するガラス原料が無くならないように、予め定められている。したがって、熔解槽101内部では、熔融ガラスMGの液面の略全面に投入されるので、常に熔融ガラスMGの液面101cをガラス原料が覆うように浮遊している。
このため、本実施形態では、熔解槽101において、ガラス原料を、熔融ガラスMGの液面の略全面に投入する。したがって、熔融ガラスMGの液面を含む表層における温度が均一化される。また、SiO2等の原料成分の熔け残りを防止することもできる。
本実施形態では、熔解槽101には3対の電極114が設けられるが、2対あるいは4対以上の電極が設けられてもよい。電極114の対が4対以上の場合でも、各電極114の対と、この対に隣り合う電極114の対との間の第1の方向における離間距離はいずれも同じであることが、下層における熔融ガラスMGの温度を均一化させるために温度を制御する点で好ましい。
比抵抗ρは、電流が流れる熔融ガラスMGの温度によって変化するので、予め比抵抗ρと熔融ガラスMGの温度の間の関係を求めておくことにより、この関係を用いて、コンピュータ118で算出された比抵抗ρから熔融ガラスMGの温度情報を求めることができる。比抵抗ρと熔融ガラスMGの温度の間の関係は、例えば、F(ρ)のように、比抵抗ρの関数式で表すことができる。一例を挙げると、関数式F(ρ)は下記式で定めることができる。一般に、第1の方向に面する内側壁110c,110d近傍に位置する熔融ガラスMGは内側壁110c,110dから熱放射により低温になり易い。このため、本実施形態では、熔解槽202の第1の方向の両端部における温度を上昇させることにより、下層における温度分布を均一化させる。
a,b:ガラス組成に依存する定数。
一方、図6は、従来の熔解槽内部の熔融ガラスの対流を説明する図である。図6に示すように、従来の熔解槽では、領域Aにおいて、ポットスプリングが形成されるように熔融ガラスは部分的に強く加熱されて対流が促進される。このため、熔融ガラスの液面の一部に投入したガラス原料のうち、SiO2等の熔けにくい原料成分が対流によって移動し、例えばシリカリッチの異質素地120がガラス原料の投入位置から離れたところに溜まり易い。また、この異質素地120が対流に沿って流出口から流出する機会が増え、脈理等のガラス組成のムラの原因となりやすい。
したがって、粘性の高い熔融ガラス、例えば、熔融ガラスの102.5poiseにおける温度が1300℃以上(例えば、1300℃以上1650℃以下)、より好ましくは、1500℃以上(例えば、1500℃以上1650℃以下)である熔融ガラスであっても、本実施形態の製造方法を適用することができ、従来の製造方法の場合に比べて、脈理等のガラス組成のムラを抑制することができる利点が大きい。また、1500℃における比抵抗が180Ω・cm以上である比抵抗が大きい熔融ガラスにおいても、ホットスプリングを強調するために過度な電圧をかける必要がないため、耐火物に電流が流れることを防ぐことができる。このため、ガラスの失透の原因になり易いZrO2(ジルコニア)が熔解槽101の熔融ガラスMGと接する内側側壁から溶出することを防止しつつガラス組成のムラを抑制することができるため、本実施形態の製造方法が適している。また、このような比抵抗が大きい溶融ガラスについては、熔解槽101においてバーナーによる加熱を併用してもよい。
また、本実施形態では、3対の電極114に供給する電力は、溶解槽101の熱の放出を考慮して、第1の方向の熔解槽101の中央部に比べて、両端部の方が高くなるように供給されるので、下層における熔融ガラスMGの第1の方向における温度分布を均一化し易い。
本実施形態に用いるガラスの組成については、アルミノシリケートガラスで構成され、SiO2(シリカ)を50質量%以上含むことができる。このガラス組成を有するアルミノシリケートガラスに適用した本実施形態の製造方法は、従来に比べて効果的にガラス組成のムラを抑制することができる。さらには、SiO2を55質量%以上含むことができ、さらに、SiO2を60質量%以上含むことができる。これらの組成を有するアルミノシリケートガラスを適用した本実施形態の製造方法は、従来に比べてより効果的にガラス組成ムラを抑制することができる。SiO2を50質量%以上含み、シリカリッチの異質素地ができ易いガラス組成であっても、熔融ガラスMGが温度分布に起因した対流が発生しないように熔解されるので、シリカリッチの異質素地が流出口104aから流出することを防止することができる。また、ガラス原料が液面101cに常に一定の厚さ分存在するように投入されるので、SiO2の熔け残りが防止され、図6に示すようなSiO2による異質素地120が生じ難い。また、SiO2を50質量%以上含み熔融ガラスMGの粘性が高いガラス組成をガラス基板に用い、従来のように熔融ガラスの対流を促進した場合、溶解槽を構成する耐火物に含有するZrO2(ジルコニア)が熔融ガラスに溶出し、ガラスの失透の原因になる場合がある。しかし、本実施形態は、熔融ガラスMGの温度分布に起因する対流を引き起こさないように下層における熔融ガラスMGの温度分布を均一化するので、従来のように熔融ガラスを過度に高温に加熱する必要がない。このため、溶解槽101の耐火物からZrO2(ジルコニア)の溶出を防ぐことができる。なお、SiO2のガラス組成における含有率の上限は例えば70質量%である。
また、ガラス基板は、アルミノボロシリケートガラスで構成されることが好ましい。B2O3(酸化ホウ素)は、SiO2に比べて低温で熔解し、しかも、SiO2の熔解温度を低下させる。したがって、SiO2の含有率が高いガラス組成においては、B2O3を含有させることは、異質素地120(図6参照)を生じさせ難い点で有効である。
以下示す組成の含有率表示は、質量%である。
SiO2:50〜70%、
B2O3:5〜18%、
Al2O3:0〜25%、
MgO:0〜10%、
CaO:0〜20%、
SrO:0〜20%、
BaO:0〜10%、
RO:5〜20%(ただし、RはMg、Ca、Sr及びBaから選ばれる少なくとも1種であり、ガラス基板が含有するものである)、
を含有する無アルカリガラスであることが好ましい。
SiO2:50〜70%、
B2O3:1〜10%、
Al2O3:0〜25%、
MgO:0〜10%、
CaO:0〜20%、
SrO:0〜20%、
BaO:0〜10%、
RO:5〜30%(ただし、RはMg、Ca、Sr及びBaの合量)、
を含有する無アルカリガラスであることも、同様に好ましい。
SiO2:50〜70%、
B2O3:3〜15%、
Al2O3:8〜25%、
MgO:0〜10%、
CaO:0〜20%、
SrO:0〜20%、
BaO:0〜10%、
RO:5〜20%(ただし、RはMg、Ca、Sr及びBaの合量)、
を含有する無アルカリガラスであることも、同様に好ましい。
この他に、清澄剤として、SnO2(酸化錫)を0.01〜0.5質量%含むことが、環境負荷を低減する一方、効率よい清澄効果を発揮させる点で、好ましい。
101 熔解槽
101a 液槽
101b 上部空間
101c 液面
101d バケット
101f 原料投入窓
102 清澄槽
103 攪拌槽
103a スターラ
104,105,106 ガラス供給管
110 壁
110a,110b,110c,110d 内側側壁
112 バーナー
114 電極
116 制御ユニット
118 コンピュータ
120 異質素地
200 成形装置
210 成形体
300 切断装置
前記熔解槽でつくられる熔融ガラスと接する前記熔解槽の内側側壁のうち、第1の方向に向く内側側壁の底部には、流出口から後工程に向けて熔融ガラスを流す流出口が設けられ、
前記熔解槽でつくられる熔融ガラスと接する前記熔解槽の内側側壁のうち、前記熔解槽の互いに対向する内側側壁には、前記熔解槽の外側から前記内側側壁の面まで延びた、互いに対向する電極の対が、前記第1の方向に沿って少なくとも3対以上設けられ、
前記熔解工程では、
ガラス原料を、前記熔解槽に蓄えられた熔融ガラスの液面の略全面に投入することにより、液面を含む表層の温度が均一化した熔融ガラスを作り、
前記熔融ガラスを前記流出口から流し、
前記熔融ガラスを流すとき、熔融ガラスの深さ方向において前記表層より下方に位置する熔融ガラスの下層において、前記電極の対の間に電力を与えて、前記下層に位置する熔融ガラスを通電加熱し、かつ、前記熔融ガラスの温度分布に起因した対流が生じないように、前記第1の方向の両側に位置する両側の電極の対が熔融ガラスに与える熱量を前記両側の電極の対の内側に位置する電極の対が熔融ガラスに与える熱量より大きくすることにより、前記下層の熔融ガラスの前記第1の方向に沿った温度分布を均一化させながら、前記熔融ガラスを前記流出口から前記後工程に流す。
Claims (11)
- ガラス原料を熔解槽で加熱して熔解する熔解工程を含み、
前記熔解工程では、
ガラス原料を、熔解槽に蓄えられた熔融ガラスの液面の略全面に投入することにより、液面を含む表層の温度が均一化した熔融ガラスを作り、
前記熔解槽の内側側壁のうち、第1の方向に向く内側側壁の底部に設けられた流出口から後工程に向けて前記熔融ガラスを流し、
前記熔融ガラスを流すとき、熔融ガラスの深さ方向において前記表層より下方に位置する前記熔融ガラスの下層の温度を、前記下層において前記熔融ガラスの温度分布に起因した対流が生じないように、前記熔解槽の前記第1の方向の両端部に位置する熔融ガラスに与える熱量を少なくとも調整することにより、前記下層の熔融ガラスの前記第1の方向に沿った温度分布を均一化させながら、前記熔融ガラスを前記流出口から前記後工程に流す、
ことを特徴とするガラス基板の製造方法。 - 前記下層における前記温度分布を均一化させるために、前記熔解槽の前記第1の方向に平行な内側側壁のうち、前記下層に対応する前記深さ方向の部分に、前記液面に平行な方向に電流を流して前記下層に位置する熔融ガラスを通電加熱する複数対の電極が設けられ、前記複数対の電極のそれぞれの対は、前記第1の方向に直交する方向に向いてお互いに対向している、請求項1に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記複数対の電極に供給する電力は、前記第1の方向の前記熔解槽の前記第1の方向の中央部に位置する電極に比べて、前記第1の方向の前記熔解槽の両側に位置する電極の方が高い、請求項2に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記熔解槽の前記熔融ガラスと接する内側側壁は、ジルコニアを成分に含む耐火物によって構成されている、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。
- 前記熔融ガラスの102.5poiseにおける温度は、1300℃以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記製造されるガラス基板は、アルミノシリケートガラスで構成され、SiO2を50質量%以上含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記製造されるガラス基板は、アルミノシリケートガラスで構成され、SiO2とAl2O3とを合計で60質量%以上含む、請求項6に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記製造されるガラス基板は、無アルカリガラスあるいはアルカリ微量含有ガラスで構成される、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記熔融ガラスの1500℃における比抵抗は、180Ω・cm以上である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記ガラス原料には、酸化錫が清澄剤として添加されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載のガラス基板の製造方法。
- 前記熔解槽の外側側壁には、前記複数対の電極が設けられる部分の周りに保温部材が設けられる、請求項2に記載のガラス基板の製造方法。
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