KR20170113368A - 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치 - Google Patents

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KR20170113368A
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Abstract

[과제] 시트 유리에 국소적으로 발생하는 판 두께 편차를 억제할 수 있는 유리 기판의 제조 방법 등을 제공한다.
[해결 수단] 용융 유리를 유리 공급관으로부터 공급 홈을 갖는 성형체에 공급하고, 성형체를 사용하여 오버플로우 다운드로우법에 의해 시트 유리를 성형하는 유리 기판의 제조 방법이며, 공급 홈은, 상기 공급 홈에 공급되는 용융 유리가 상기 공급 홈으로부터 오버플로우하는 양이, 상기 공급 홈의 연장 방향과, 상기 연장 방향과 직교하는 폭 방향에서 균일해지는 저면의 형상을 갖고, 유리 공급관으로부터 공급 홈에 공급하는 용융 유리의 최대 온도차가 30℃ 이하이면서, 또한 용융 유리의 점도가 22000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하인 용융 유리를 공급 홈에 공급하고, 성형체의 하단부에서 용융 유리를 합류시켜 시트 유리를 성형하는 성형 공정과, 성형 공정에서 성형한 시트 유리에 국소적으로 발생하는 판 두께 편차를 억제하도록 시트 유리의 폭 방향의 양단부를 냉각하는 단부 냉각 공정을 구비한다.

Description

유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAKING GLASS SUBSTRATE}
본 발명은 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이에 사용하는 유리 기판(이하, 「디스플레이용 유리 기판」이라고 함)을 제조하는 데, 오버플로우 다운드로우법이 사용되는 경우가 있다. 오버플로우 다운드로우법은, 성형로에 있어서 용융 유리를 성형체의 상부로부터 넘치게 함으로써(오버플로우시킴으로써) 성형체의 하방에 있어서 판상의 시트 유리를 성형하는 공정과, 시트 유리를 서냉로에 있어서 서냉하는 냉각 공정을 포함한다. 서냉로에서는, 쌍으로 된 롤러 사이에 시트 유리를 인입하고, 롤러에 의해 시트 유리를 하방으로 반송하면서 원하는 두께로 잡아늘인 후, 시트 유리를 서냉한다. 이 후, 시트 유리를 소정의 치수로 절단함으로써 유리판이 형성된다.
성형체의 측면을 따라 유하하는 용융 유리는, 성형체를 이격하는 동시에, 표면 장력에 의해 시트 유리의 폭 방향으로 수축된다. 특허문헌 1에는 성형체와 성형체 하방의 인장 롤러 사이에 있어서, 시트 유리의 폭 방향의 테두리부의 근방에 있어서, 시트 유리와 이격하여 설치된 냉각 유닛을 사용하여, 시트 유리의 테두리부 온도를 조정하여, 시트 유리의 수축을 억제하는 방법이 개시되어 있다. 그 후, 수축이 억제된 시트 유리는 서냉 공간을 통과하여 성형된다. 이 서냉 공간에서는, 분위기 온도가 원하는 온도 프로파일(유리판에 왜곡이 발생하지 않는 온도 분포)이 되도록 제어되어, 유리판의 판 두께 편차, 휨, 왜곡이 억제된다.
일본 특허 공개 (평)5-124827호 공보
최근들어 액정 표시 장치용 유리 기판에 있어서는, 요구되는 스펙(품질)이 엄격해지고 있다. 유리 기판의 표면에는 높은 평탄성이 요구되고, 요구 스펙을 만족시키기 위해서는, 특히 급격한 오목 또는 볼록에 의한 맥리 또는 국소적인 판 두께 편차의 발생을 억제할 필요가 있다. 이 맥리는, 소정의 폭에 있어서 시트 유리의 두께(높이)가 변동한 요철이며, 성형체를 이격하는 동시에, 표면 장력에 의해 시트 유리의 폭 방향으로 수축됨으로써 생기는 것으로, 시트 유리의 반송 방향으로 줄무늬 형상으로 연속적으로 발생한다.
따라서, 본 발명은 시트 유리에 발생하는 맥리를 포함하는 국소적인 판 두께 편차를 억제할 수 있는 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태는, 용융 유리를 유리 공급관으로부터 공급 홈을 갖는 성형체에 공급하고, 상기 성형체를 사용하여 오버플로우 다운드로우법에 의해 시트 유리를 성형하는 유리 기판의 제조 방법이다. 당해 제조 방법에서는,
상기 공급 홈은, 상기 공급 홈에 공급되는 용융 유리가 상기 공급 홈으로부터 오버플로우하는 양이, 상기 공급 홈의 연장 방향과, 상기 연장 방향과 직교하는 폭 방향에서 균일해지는 저면의 형상을 갖고,
상기 유리 공급관으로부터 상기 공급 홈에 공급하는 용융 유리의 최대 온도차가 30℃ 이하이면서, 또한 용융 유리의 점도가 22000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하인 용융 유리를 상기 공급 홈에 공급하여, 상기 성형체의 하단부에서 상기 용융 유리를 합류시켜 시트 유리를 성형하는 성형 공정과,
상기 성형 공정에서 성형한 상기 시트 유리에 국소적으로 발생하는 판 두께 편차를 억제하도록 시트 유리의 폭 방향의 양단부를 냉각하는 단부 냉각 공정을 구비한다.
상기 단부 냉각 공정에서는, 상기 시트 유리의 폭 방향으로 상기 성형체가 변형되어 있지 않을 때에 가하는, 상기 시트 유리의 단면 형상이 목표 형상이 되는 장력을 기준 장력으로 하고, 상기 성형체가 변형되어 있지 않을 때는, 상기 시트 유리의 폭 방향의 양단부를 냉각함으로써 상기 기준 장력이 되도록 제어하고, 상기 성형체가 변형되어 있을 때는 상기 성형체의 변형에 따라 상기 기준 장력에 더한 장력을 상기 시트 유리에 가하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 성형체의 변형은, 상기 성형체의 사용에 수반하여 경시 변화하는 크리프 변형이며, 상기 크리프 변형에 의한 상기 성형체의 소정 위치 변위량에 따른 장력을 상기 기준 장력에 더하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 변형이 클수록, 상기 양단부의 냉각을 강화하는 것이 바람직하다.
상기 판 두께 편차는 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 성형 공정에 있어서, 상기 성형체를 유하하는 용융 유리의 온도가 상기 용융 유리의 액상 온도보다도 10℃ 내지 150℃ 높아지도록, 상기 용융 유리를 가열하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는, 용융 유리를 유리 공급관으로부터 공급 홈을 갖는 성형체에 공급하고, 상기 성형체를 사용하여 오버플로우 다운드로우법에 의해 시트 유리를 성형하는 유리 기판의 제조 장치이다.
상기 성형체는, 최대 온도차가 30℃ 이하이면서, 또한 점도가 22000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하인 용융 유리의 공급을 받는 공급 홈과, 상기 성형체의 하단부에서 상기 용융 유리를 합류시켜 시트 유리를 성형하기 위한 벽면을 갖는다.
상기 공급 홈은, 상기 공급 홈에 공급되는 용융 유리가 상기 공급 홈으로부터 오버플로우하는 양이, 상기 공급 홈의 연장 방향과, 상기 연장 방향과 직교하는 폭 방향에서 균일해지는 저면의 형상을 갖는다.
상기 제조 장치는, 상기 성형체로 성형한 상기 시트 유리에 국소적으로 발생하는 판 두께 편차를 억제하도록 시트 유리의 폭 방향의 양단부를 냉각하는 단부 냉각 장치를 더 구비한다.
상술한 형태의 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치에 의하면, 시트 유리에 발생하는 국소적인 판 두께 편차를 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 제조 방법의 플로우를 도시하는 도면.
도 2는 유리 기판의 제조 장치의 개략도.
도 3은 본 실시 형태의 제조 방법에 사용할 수 있는 성형체의 일례를 나타내는 사시도.
도 4는 도 3에 도시하는 장치를 사용한 본 발명의 제조 방법의 일례를 설명하는 도면.
도 5는 성형체의 공급 홈에 접속되는 유리 공급관의 단면을 도시하는 도면.
도 6은 본 실시 형태에서 사용하는 유리 공급관의 길이 방향에 있어서의, 유리 공급관 내를 흐르는 용융 유리의 온도 변화를 나타내는 그래프.
도 7은 취득부에 의해 취득된 성형체의 형상 변화의 예를 설명하는 도면.
도 8은 크리프 변형한 성형체에 의해 성형된 유리 리본의 단면의 일례를 도시하는 도면.
도 9은 성형체의 변위량과 유리 리본에 가하는 장력 T의 관계를 도시하는 도면.
도 10의 (a)는 도 4에 도시하는 A-A 선을 따른 시트 유리의 단면의 일례를 확대한 도면이며, (b)는 도 4에 도시하는 B-B 선을 따른 시트 유리의 단면의 일례를 확대한 도면.
이하, 본 실시 형태의 유리 기판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(유리 기판의 제조 방법 전체 개요)
도 1은 본 실시 형태의 유리 기판의 제조 방법의 공정의 일례를 도시하는 도면이다. 유리 기판의 제조 방법은, 용해 공정(ST1), 청징 공정(ST2), 균질화 공정(ST3), 공급 공정(ST4), 성형 공정(ST5), 서냉 공정(ST6) 및 절단 공정(ST7)을 주로 갖는다. 그 밖에, 연삭 공정, 연마 공정, 세정 공정, 검사 공정, 곤포 공정 등을 가져도 된다. 제조된 유리 기판은 필요에 따라 곤포 공정에서 적층되어, 납입처의 업자에게 반송된다.
용해 공정(ST1)에서는, 유리 원료를 가열함으로써 용융 유리를 만든다.
청징 공정(ST2)에서는, 용융 유리가 승온됨으로써, 용융 유리 중에 포함되는 산소, CO2 혹은 SO2를 포함한 기포가 발생한다. 이 기포가 용융 유리 중에 포함되는 청징제(산화주석 등)의 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수하여 성장하고, 용융 유리의 액면으로 부상하여 방출된다. 그 후, 청징 공정에서는, 용융 유리의 온도를 저하시킴으로써, 청징제의 환원 반응에 의해 얻어진 환원 물질이 산화 반응을 한다. 이에 의해, 용융 유리에 잔존하는 기포 중의 산소 등의 가스 성분이 용융 유리 중에 재흡수되어, 기포가 소멸된다. 청징제에 의한 산화 반응 및 환원 반응은, 용융 유리의 온도를 제어함으로써 행하여진다.
또한, 청징 공정은 용융 유리에 존재하는 기포를 감압 분위기에서 성장시켜 탈포시키는 감압 탈포 방식을 사용할 수도 있다. 감압 탈포 방식은 청징제를 사용하지 않는 점에서 유효하다. 그러나, 감압 탈포 방식은 장치가 복잡화 및 대형화된다. 이로 인해, 청징제를 사용하여, 용융 유리 온도를 상승시키는 청징 방법을 채용하는 것이 바람직하다.
균질화 공정(ST3)에서는, 교반기를 사용하여 용융 유리를 교반함으로써, 유리 성분의 균질화를 행한다. 이에 의해, 맥리 등의 원인인 유리의 조성 불균일을 저감시킬 수 있다. 균질화 공정은, 후술하는 교반조에 있어서 행하여진다.
공급 공정(ST4)에서는, 교반된 용융 유리가 성형 장치에 공급된다.
성형 공정(ST5) 및 서냉 공정(ST6)은, 성형 장치로 행하여진다.
성형 공정(ST5)에서는, 용융 유리를 시트 유리로 성형하고, 시트 유리의 흐름을 만든다. 성형에는, 오버플로우 다운드로우법이 사용된다.
서냉 공정(ST6)에서는, 성형되어 흐르는 시트 유리가 원하는 두께가 되어, 내부 왜곡이 발생하지 않도록, 더우기 휨이 발생하지 않도록 냉각된다.
절단 공정(ST7)에서는, 서냉 후의 시트 유리를 소정의 길이로 절단함으로써, 판상의 유리 기판을 얻는다. 절단된 유리 기판은 소정의 사이즈로 더 절단되어, 목표 사이즈의 유리 기판이 만들어진다.
도 2는 본 실시 형태에 있어서의 용해 공정(ST1) 내지 절단 공정(ST8)을 행하는 유리 기판의 제조 장치의 개략도이다. 유리 기판의 제조 장치는, 도 2에 도시한 바와 같이 주로 용해 장치(100)와, 성형 장치(200)와, 절단 장치(300)를 갖는다. 용해 장치(100)는 용해조(101)와, 청징관(102)과, 교반조(103)와, 이송관(104, 105)과, 유리 공급관(106)을 갖는다.
도 2에 도시하는 용해조(101)에는, 도시되지 않는 버너 등의 가열 수단이 설치되어 있다. 용해조에는 청징제가 첨가된 유리 원료가 투입되어, 용해 공정(ST1)이 행하여진다. 용해조(101)에서 용융된 용융 유리는, 이송관(104)을 통하여 청징관(102)에 공급된다.
청징관(102)에서는, 용융 유리 MG의 온도를 조정하고, 청징제의 산화 환원 반응을 이용하여 용융 유리의 청징 공정(ST2)이 행하여진다. 구체적으로는, 청징관(102) 내의 용융 유리가 승온됨으로써, 용융 유리 중에 포함되는 산소, CO2 혹은 SO2를 포함한 기포가, 청징제의 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수하여 성장하고, 용융 유리의 액면으로 부상하여 기상 공간에 방출된다. 그 후, 용융 유리의 온도를 저하시킴으로써, 청징제의 환원 반응에 의해 얻어진 환원 물질이 산화 반응을 한다. 이에 의해, 용융 유리에 잔존하는 기포 중의 산소 등의 가스 성분이 용융 유리 중에 재흡수되어, 기포가 소멸된다. 청징 후의 용융 유리는 이송관(105)을 통하여 교반조(103)에 공급된다.
교반조(103)에서는, 교반자(103a)에 의해 용융 유리가 교반되어 균질화 공정(ST3)이 행하여진다. 교반조(103)에서 균질화된 용융 유리는 유리 공급관(106)을 통하여 성형 장치(200)에 공급된다(공급 공정 ST4).
성형 장치(200)에서는, 오버플로우 다운드로우법에 의해 용융 유리로부터 시트 유리 SG가 성형되고(성형 공정 ST5), 서냉된다(서냉 공정 ST6).
절단 장치(300)에서는, 시트 유리 SG로부터 잘라내어진 판상의 유리 기판이 형성된다(절단 공정 ST7).
공급 공정 S4에서는, 유리 공급관(106) 내를 흐르는 용융 유리의 온도가 제어된다. 구체적으로는, 유리 공급관(106)을 통전 가열하고, 유리 공급관(106) 내를 흐르는 용융 유리를 가열하면서, 또한 유리 공급관(106)을 내화물로 둘러쌈으로써, 유리 공급관(106) 내를 흐르는 용융 유리의 방열을 억제한다. 공급 공정 S4에서는, 유리 공급관(106) 내를 흐르는 용융 유리의 온도가, 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 저하하도록, 용융 유리의 온도가 제어된다. 유리 공급관(106)은 복수의 섹션으로 구분되고, 용융 유리의 온도는 섹션별로 제어된다. 유리 공급관(106)을 가열하는 통전 가열 장치는, 측정 장치의 측정 데이터에 기초하여, 용융 유리의 온도가 변화를 나타내도록, 유리 공급관(106)의 각 섹션에 흐르는 전류 및 전압을 제어한다. 유리 공급관(106)에 있어서 전류 및 전압을 제어함으로써, 성형 장치(200)에 공급하는 용융 유리의 온도를 적절히 변경할 수 있다. 여기서, 유리 공급관(106)의 하류측의 단부에서는, 관 온도 및 용융 유리의 중심 온도는 1235℃ 내지 1265℃인 것이 바람직하고, 1240℃ 내지 1260℃인 것이 보다 바람직하다.
(성형체의 구성)
이어서, 도 3, 도 4를 참조하여, 성형 장치(200)가 구비하는 성형체(1)의 구성에 대하여 설명한다. 도 3에 본 실시 형태의 제조 방법에 사용할 수 있는 성형체(1)의 일례를, 도 4에, 도 3에 도시하는 성형체(1)를 사용한 본 실시 형태의 제조 방법에 있어서의 성형 공정의 일례를, 각각 나타낸다. 성형체(1)는, 용융 유리가 공급되는 공급 홈(2)이 형성된 상면(3)과, 공급 홈(2)의 양측으로부터 흘러넘쳐 상면(3)에 있어서의 공급 홈(2)이 연장되는 방향의 양단부(3a, 3b) 사이로부터 흘러내리는 용융 유리를 유도하여, 성형체(1)의 하단부(4)에서 융합시켜 시트 유리 SG로 하는 1쌍의 벽면(5)(도 3, 4에서는 한쪽 벽면만이 도시되어 있음)과, 벽면(5)의 폭 방향에 있어서의 양쪽 단부(5a, 5b)의 위치에 형성된 1쌍의 가이드(6a, 6b)를 구비한다. 가이드(6a, 6b)는, 각각 단부(5a, 5b)의 위치에서 벽면(5)으로부터 돌출되도록 서로 대향하여 형성되어 있다. 공급 홈(2)으로부터 흘러넘치는 용융 유리는 1쌍의 벽면(5) 각각을 유하한다. 벽면(5)은, 공급 홈(2)으로부터 흘러넘치는 용융 유리가 연직 방향으로 유하하는 수직 벽면과, 수직 벽면을 유하한 용융 유리를 성형체(1)의 하단부(4)로 유도하는, 수직 벽면과 접속한 경사벽면을 갖는다. 벽면(5)을 유하하는 용융 유리의 1쌍의 흐름은 성형체(1)의 하단부(4)에서 합류하여, 서로 합류한다. 이때, 가이드(6a, 6b)에 의해 벽면(5)을 따라 유하하는 용융 유리의 폭이 규제되어, 예를 들어 폭 방향의 두께의 균일성이 높은 시트 유리 SG가 연속하여 형성된다. 성형체(1)의 하단부(4)는, 1쌍의 벽면(5)끼리(경사벽면끼리) 접속한 직선 형상의 능선을 형성하고 있다. 도 3, 4에 도시한 부호 2a는, 공급 홈(2)의 저면(2a)이며, 도 4에 도시하는 부호 7은 공급 홈(2)에 공급된 용융 유리의 액면(7)이다.
여기서, 성형체(1)의 공급 홈(2)은, 공급 홈(2)에 공급되는 용융 유리가 공급 홈(2)으로부터 오버플로우하는 양이, 공급 홈(2)의 연장 방향(용융 유리의 흐름 방향)과, 이 연장 방향과 직교하는 공급 홈(2)의 폭 방향에서 균일해지는 저면(2a)의 형상을 갖는다. 공급 홈(2)을 흐르는 용융 유리의 유량은, 용융 유리의 점도, 용융 유리의 밀도, 공급 홈(2)을 흐르는 용융 유리의 액면부터 저면(2a)까지의 깊이, 저면(2a)의 폭에 기초하는 식으로부터 산출된다. 이 식에, 용융 유리의 유량의 선 밀도가, 유리 공급관(106)이 접속되는 홈 시점측부터 홈 종점측까지의 흐름 방향에 있어서 일정해지는, 즉 오버플로우하는 양이 균일해지는 조건을 가함으로써, 공급 홈(2)의 저면(2a)의 형상이 구해진다. 또한, 성형체(1)의 양단부(3a, 3b)의 위치에 있어서의 공급 홈(2)은, 용융 유리가 공급 홈(2)의 양측에 흘러넘쳐 상면(3)의 양단부(3a, 3b)의 위치로부터 다른 부분과 동일하도록 균일하게 오버플로우하는 저면(2a)부터 상면(3)까지의 높이를 갖는다. 상면(3)의 양단부(3a, 3b)로부터 용융 유리가 오버플로우할 때, 용융 유리는 상면(3)부터 용융 유리의 액면까지의 높이를 갖는다. 오버플로우할 때의 저면(2a)부터 용융 유리의 액면까지의 높이로부터 상면(3)부터 용융 유리의 액면까지의 높이를 뺀 저면(2a)의 형상으로 이루어지는 홈 커브와, 상면(3)의 교점이, 공급 홈(2)의 홈 종점이 된다. 이에 의해, 유리 공급관(106)이 접속되는 공급 홈(2)의 홈 시점부터 홈 종점까지의 거리가 구해지고, 성형체(1)의 형상이 결정된다.
냉각 롤러(8)는 시트 유리 SG의 폭 방향 양단부를 열 처리하는 유닛이다. 냉각 롤러(8)는 성형체(1)의 하단부(4)보다 하류측에 배치되어 있다. 또한, 냉각 롤러(8)는 시트 유리 SG의 두께 방향 양측이면서, 또한 시트 유리 SG의 폭 방향 양측에 배치된다. 즉, 냉각 롤러(8)는 성형체(1)로부터 이격된 시트 유리 SG를, 성형체(1)의 바로 아래에서 열 처리한다. 시트 유리 SG의 두께 방향 양측에 배치된 냉각 롤러(8)는 쌍으로 동작한다. 따라서, 시트 유리 SG의 폭 방향 양단부는, 2쌍의 냉각 롤러(8)에 의해 끼워 넣어진다. 냉각 롤러(8)는 내부에 통과된 공랭관에 의해 공랭되어 있다. 냉각 롤러(8)는, 시트 유리 SG의 단부 SGa에 접촉하고, 열 전도에 의해 시트 유리 SG의 단부 SGa를 급랭한다(단부 냉각 공정). 냉각 롤러(8)는, 시트 유리 SG의 단부 SGa의 점도가 109. 0dPa·s 이상이 되도록 시트 유리 SG의 단부 SGa를 급랭한다. 또한, 냉각 롤러(8)는, 바람직하게는 시트 유리 SG의 단부 SGa의 점도가, 109.0 내지 1014. 5dPa·s의 범위 내가 되도록 시트 유리 SG의 단부 SGa를 급랭한다.
가이드(6a, 6b) 각각의 근방에는, 성형체(1)의 상면(3)측으로부터 하단부(4)측으로 연장되도록 히터가 배치되어 있고, 1쌍의 벽면(5)을 유하하는 용융 유리에 있어서의 가이드(6a, 6b) 근방의 부분 및 벽면(5)을 유하하는 용융 유리가, 당해 히터에 의해 가열된다. 이 가열은, 벽면(5)을 유하하는 용융 유리에 있어서의 가이드(6a, 6b) 근방의 부분의 점도가, 성형체(1)의 상면(3)으로부터 하단부(4)에 이르기까지(용융 유리의 당해 부분이 성형체(1)의 상면(3)으로부터 유하하여 하단부(4)에 이르기까지), 당해 용융 유리를 구성하는 유리 조성물의 액상 점도(이하, 간단히 「액상 점도」라고도 함) 미만이 되도록, 가이드(6a, 6b)를 따라 행하여진다.
가이드를 구비하는 성형체(1)를 사용한 오버플로우 다운드로우법에 의한 시트 유리 SG의 성형(및 당해 시트 유리 SG를 냉각하여 얻은 유리 기판의 제조)에서는, 가이드 근방, 즉 성형하는 시트 유리 SG의 단부에 있어서 실투가 발생하기 쉽다. 이것은, 성형체(1)가 수용되는 성형로가, 성형체(1)의 하단부에서 용융 유리를 성형에 적합한 점도로 하는 것을 목적으로 하여, 시트 유리 SG의 성형뿐만 아니라 용융 유리의 냉각도 목적으로 하는 온도, 즉 용융 유리보다도 낮은 온도로 통상적으로 설정되어 있기 때문에, 용융 유리의 열이 가이드(6a, 6b)로부터 빼앗김으로써, 가이드(6a, 6b) 근방의 용융 유리의 온도가 용융 유리에 있어서의 다른 부분의 온도보다도 저하되기 쉬운 점 및 이러한 온도의 저하 및 가이드(6a, 6b)와의 접촉에 의한 물리적인 저항에 의해, 가이드(6a, 6b) 근방의 용융 유리의 유하 속도가 용융 유리에 있어서의 다른 부분보다도 저하되기 쉽고, 가이드(6a, 6b)에 접하고 나서 성형체(1)를 이격할 때까지 장시간 요하는 점 등의 이유에 의한다고 생각된다.
일본 특허 공개 제2010-215428호 공보의 기술에 의하면, 가이드의 하단부에서 발생하는 실투를 억제할 수 있을 가능성이 있다. 그러나 당해 문헌의 기술에서는, 가이드의 하단부보다도 상류의 영역, 특히 용융 유리가 가이드와 접촉하여 냉각되기 시작한 초기에 발생하는 실투를 억제하는 것은 어려워, 한번 발생한 실투를 가이드의 하단부의 가열로 해소할 수도 없다. 또한, 플랫 패널 디스플레이의 유리 기판에 대한 사용에 적합한 무알칼리 유리, 알칼리 미량 함유 유리 등의, 액상 온도가 높고, 액상 점도가 작은 유리 조성물, 예를 들어 본 실시 형태의 제조 방법에서 사용되는 액상 점도가 80000dPa·s 이상 100000dPa·s 이하이고, 액상 온도가 1200℃ 내지 1220℃의 범위의 유리 조성물로 구성되는 시트 유리를 성형하는 경우에, 이러한 실투가 특히 발생하기 쉬워진다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 성형체(1)의 벽면(5)을 유하하는 용융 유리에 있어서의 가이드(6a, 6b) 근방의 부분의 점도가, 성형체(1)의 상면(3)으로부터 하단부(4)에 이르기까지 액상 점도 미만을 유지하도록(당해 부분의 온도가, 성형체(1)의 상면(3)으로부터 하단부(4)에 이르기까지 액상 온도 이상이 되도록), 가이드(6a, 6b)를 따라 용융 유리에 있어서의 당해 부분을 가열한다. 이에 의해, 용융 유리의 가이드 근방의 부분(용융 유리의 단부)에 있어서의 실투를 억제하는 높은 효과가 얻어지고, 용융 유리를 구성하는 유리 조성물이 80000dPa·s 이상 100000dPa·s 이하의 작은 액상 점도를 가지면서, 또한 1200℃ 내지 1220℃의 범위의 액상 온도를 갖는 경우에도 당해 단부에 있어서의 실투의 발생이 억제된다.
본 명세서에 있어서, 액상 온도란, 용융체와 결정의 초상(初相) 사이의 평형 온도이며, 그 온도 초과에서는 결정이 존재하지 않는 온도를 의미하고, 액상 점도란, 유리가 상기 액상 온도가 되는 점도를 의미한다.
도 5는 성형체(1)의 공급 홈(2)에 접속되는 유리 공급관(106)의 단면을 도시하는 도면이다. 유리 공급관(106) 내에서, 유리 공급관(106)의 중심 영역(106a)을 흐르는 용융 유리의 온도와 주변 영역(106b)을 흐르는 용융 유리의 온도를 비교하면, 중심 영역(106a)을 흐르는 용융 유리의 온도가 높아진다. 중심 영역(106a)과 주변 영역(106b)의 온도차(점도차)가 있는 상태에서, 성형체(1)의 공급 홈(2)에 용융 유리가 공급되면, 성형체(1)가 설치된 공간 내에서 용융 유리가 가열되어도, 유리 공급관(106)으로부터 성형체(1)의 상면(3)에 도달할 때까지는 용융 유리의 온도차는 개선되지 않아, 용융 유리의 온도차가 남은 상태에서 성형체(1)의 상면(3)으로부터 하단부(4)를 향하여 오버플로우하게 된다. 성형체(1)의 상면(3)에서 오버플로우하는 시점에서 용융 유리에 온도차가 있으면, 용융 유리의 흐름이 국소적으로 변화되기(정체되기) 때문에, 용융 유리가 균일하게 오버플로우하지 않아, 성형체(1)의 벽면(5)을 유하하는 용융 유리의 두께(량)가 변화되어, 하단부(4)에서 성형되는 시트 유리 SG의 두께가 국소적으로 상이하게 된다. 이에 의해, 시트 유리 SG에는 맥리를 포함하는 국소적인 판 두께 편차가 발생한다. 시트 유리의 양단부 SGa는 냉각 롤러(8)에 의해 냉각되고, 시트 유리 SG에는 양단부 SGa 방향을 향하는 장력이 가해지기 때문에, 시트 유리 SG에 발생한 판 두께 편차는 저감된다. 이러한 원리에 의해 발생하는 시트 유리 SG의 판 두께 편차를 10㎛ 이하로 억제하기 위해서는, 성형체(1)의 공급 홈(2)에 공급할 때의 유리 공급관(106) 내에 있어서의 용융 유리의 최대 온도차 및 용융 유리의 점도가 중요해진다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 유리 공급관(106)으로부터 성형 장치(200)(성형체(1)의 공급 홈(2))에 공급할 때의 용융 유리의 최대 온도차(유리 공급관(106)의 중심 영역(106a)과 주변 영역(106b)의 온도차)를 30℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 20℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 10℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 용융 유리의 최대 점도차(유리 공급관(106)의 중심 영역(106a)과 주변 영역(106b)의 점도차)를 19000dPa·s 이하로 하는 것이 바람직하고, 12500dPa·s 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 6200dPa·s 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리는 성형체(1)가 설치된 공간 내에 있어서 가열되기 때문에, 성형체(1)의 공급 홈(2)으로부터 상면(3)에 도달할 때까지, 용융 유리의 온도차는, 공급 홈(2)의 공급 시의 온도차보다 더 작아져, 예를 들어 10℃ 이하가 된다. 이러한 온도차의 상태에서, 상면(3)으로부터 용융 유리를 오버플로우시키면, 용융 유리가 균일하게 오버플로우하여, 벽면(5)을 유하하는 용융 유리의 두께(량)가 균일해진다. 하단부(4)에서 합류한 용융 유리는, 시트 유리 SG로 성형된다. 하단부(4)에 있어서의 시트 유리 SG의 판 두께 편차는 10㎛보다 크지만, 시트 유리의 양단부 SGa를 향하여 장력이 가해지도록 냉각 롤러(8)에 의해 시트 유리의 양단부 SGa를 냉각함으로써, 시트 유리 SG에 발생하는 국소적인 판 두께 편차는 10㎛ 이하가 된다. 시트 유리의 양단부 SGa를 냉각함으로써 저감할 수 있는 판 두께 편차의 양은 용융 유리의 점도에 영향을 미친다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 유리 공급관(106)을 통하여 용융 유리를 성형 장치(200)(성형체(1)의 공급 홈(2))에 공급할 때의 용융 유리의 점도는, 22000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하인 것이 바람직하고, 25000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하인 것이 보다 바람직하고, 25000dPa·s 이상 35000dPa·s 이하인 것이 보다 바람직하다. 성형체(1)의 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 점도를 낮추는, 즉 용융 유리의 온도를 높이면, 성형체(1)의 크리프 현상이 현저해져, 성형 개시부터의 시간 경과에 따라 시트 유리의 중앙부가 쳐지는 등의 문제도 발생한다. 한편, 성형체(1)의 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 점도를 높이는, 즉 용융 유리의 온도를 낮추면, 시트 유리에 판 두께 편차가 발생하기 쉽고, 또한 실투가 발생하기 쉽다. 이로 인해, 판 두께 편차 및 실투의 발생을 방지하면서, 성형체(1)의 크리프 현상을 억제할 수 있는 용융 유리를, 성형체(1)에 공급할 필요가 있다. 성형 장치(200)에 공급할 때의 용융 유리의 점도를 22000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하인 것이 바람직하다. 상기 점도는, 용융 유리의 평균 온도에 따라, 유리 조성에 따라 정해지는 점도이다. 이하, 이 점도를 평균 온도에 기초하는 점도라고 한다.
용융 유리를 구성하는 유리 조성물의 액상 점도가 80000dPa·s 이상 100000dPa·s 이하인 경우, 성형체(1)로 성형하는 용융 유리의 점도가 가장 높아지는 성형체(1)의 하단부에 있어서 실투를 방지하기 위하여, 용융 유리의 점도가, 80000dPa·s 미만이 되도록 용융 유리의 점도를 제어한다. 성형체(1)의 크리프 현상을 억제하기 위하여, 성형체(1)의 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 점도를 높이면서, 성형체(1)의 하단부에 있어서 용융 유리의 점도가 80000dPa·s 미만이 되도록, 용융 유리를 성형체(1)의 공급 홈(2)에 공급한다. 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 성형체(1)의 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 점도(평균 온도에 기초하는 점도)는, 하한은 22000dPa·s 내지 25000dPa·s이며, 상한은 35000dPa·s 내지 38000dPa·s이다.
공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 점도가 작아짐으로써, 용융 유리가 공급 홈(2)에 공급되고 나서, 상면(3)으로부터 오버플로우할 때까지의 시간이 짧아진다. 이로 인해, 이 시간 동안에 용융 유리가 수취하는 열량은 감소한다. 용융 유리는 공급 홈(2) 내에서 온도차가 작아지도록 가열되지만, 공급으로부터 오버플로우할 때까지의 시간이 짧으면 온도차를 해소할 수 없어, 온도차가 있는 상태로 오버플로우한다. 그러면, 유하하는 속도가 국소적으로 변화하는 개소가 발생하여, 판 두께 편차의 원인이 된다. 성형체(1)의 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 점도(평균 온도에 기초하는 점도)를 22000dPa·s 내지 38000dPa·s로 함으로써, 성형체(1)의 하단부(4)에서 합류하여 성형되는 시트 유리 SG는 저점도가 되어 냉각 롤러(8)의 냉각 효과를 받기 쉬워, 폭 방향의 단부측으로 잡아늘려, 시트 유리 SG의 판 두께 편차의 억제 효과가 커진다. 한편, 용융 유리가 저점도가 되면 오버플로우할 때까지의 시간이 짧아지기 때문에, 용융 유리의 온도차(점성차)가 있으면, 이 온도차(점성차)에 의해 판 두께 편차가 발생한다. 이로 인해, 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 최대 온도차를 30℃ 이하로 한다. 이들 2개의 조건을 만족하는 용융 유리를 공급 홈(2)에 공급함으로써, 시트 유리 SG의 판 두께 편차를 10㎛ 이하로 할 수 있다.
공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 최대 온도차를 30℃ 이하로 하기 위해서는, 유리 공급관(106)을 흐르는 용융 유리의 온도 관리가 중요하고, 유리 공급관(106)의 관 길이 방향으로 도 6에 도시하는 바와 같이 복수의 섹션 SC1 내지 SC9 및 복수의 관 구분 PP1 내지 PP3으로 구획하여 온도의 조정이 행해진다. 도 6은 유리 공급관(106)의 관 길이 방향에 있어서의, 유리 공급관(106) 내를 흐르는 용융 유리의 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6에 있어서, 실선 L1은, 유리 공급관(106)의 내주면에 접촉되는 용융 유리의 온도, 즉, 유리 공급관(106)의 온도인 「관 온도」의 변화를 나타내고, 점선 L2는, 유리 공급관(106)의 단면 중심의 용융 유리의 온도인 「중심 온도」의 변화를 나타낸다. 도 6에 있어서, 쇄선 L3은, 단위 단면적당 용융 유리의 질량 유량으로 가중치 부여 평균한 유리 평균 온도를 나타낸다. 이 평균 온도를 사용하여, 용융 유리의, 평균 온도에 기초하는 점도는 구해진다.
도 6에 도시되는 용융 유리의 온도 변화에 대하여 설명하면, 유리 공급관(106)에 유입되는 용융 유리는, 균질화 공정 ST3에 있어서 균질화된 용융 유리이므로, 제1 관 구분 PP1(섹션 SC1 내지 SC5)로 유입되는 용융 유리의 관 온도와 중심 온도의 차는 제로이다. 제1 관 구분 PP1은, 유리의 실투 온도를 하회하지 않을 정도까지 용융 유리를 냉각하기 위한 영역이다. 제1 관 구분 PP1에서는, 관 온도 및 중심 온도가 서서히 저하되고, 또한, 유리 공급관(106)으로부터의 방열에 의해, 관 온도와 중심 온도의 차가 서서히 증가하는 경향이 있다. 제1 관 구분 PP1과 제2 관 구분 PP2의 경계에 있어서, 관 온도와 중심 온도의 차는, 100℃ 이하인 것이 바람직하다. 도 6에 있어서, 제1 관 구분 PP1에서는, 유리 평균 온도는 1470℃에서 1260℃까지 저하된다.
제2 관 구분 PP2에서는, 관 온도의 저하가 억제된다. 제2 관 구분 PP2를 흐르는 전류는, 제1 관 구분 PP1을 흐르는 전류보다도 높다. 그로 인해, 통전 가열에 의해 제2 관 구분 PP2에 부여되는 열량은, 통전 가열에 의해 제1 관 구분 PP1에 부여되는 열량보다도 크다. 그로 인해, 제2 관 구분 PP2에서는, 유리 공급관(106)으로부터의 방열이 억제되고, 유리 공급관(106)의 온도가 거의 일정하게 유지된다. 이때, 제2 관 구분 PP2 내에서는, 유리 공급관(106)의 단면 중심의 용융 유리로부터, 유리 공급관(106)의 내주면에 접촉하는 용융 유리를 향하여 열이 이동하므로, 중심 온도는 서서히 저하된다. 그 결과, 제2 관 구분 PP2에서는, 관 온도와 중심 온도의 차가 서서히 감소하는 경향이 있다. 제2 관 구분 PP2와 제3 관 구분 PP3의 경계에 있어서, 관 온도와 중심 온도의 차는, 50℃ 이하인 것이 바람직하다. 도 6에 있어서, 제2 관 구분 PP2에서는, 유리 평균 온도는 1260℃에서 1250℃까지 저하된다.
또한, 제2 관 구분 PP2의 제7 섹션 SC7에서는, 유리 공급관(106)의 내경이 감소한다. 그로 인해, 제2 관 구분 PP2에서는, 유리 공급관(106)의 외주면 면적이 서서히 감소하므로, 유리 공급관(106)을 통하는 용융 유리의 방열이 억제된다. 즉, 제2 관 구분 PP2에서는, 고전류의 부여와 내경의 감소의 2가지 요인에 의해, 관 온도와 중심 온도의 차가 서서히 감소한다.
제3 관 구분 PP3에서는, 용융 유리의 관 온도와 중심 온도의 최대 온도차가 30℃ 이하가 된다. 제3 관 구분 PP3을 둘러싸는 내화물의 단열 성능은, 제1 관 구분 PP1 및 제2 관 구분 PP2를 둘러싸는 내화물(106)보다 우수하다. 그로 인해, 제3 관 구분 PP3에서는, 제1 관 구분 PP1 및 제2 관 구분 PP2와 비교하여, 유리 공급관(106)을 통하는 용융 유리의 방열이 보다 억제된다. 또한, 제3 관 구분 PP3을 흐르는 전류는, 제2 관 구분 PP2를 흐르는 전류보다도 낮고, 통전 가열에 의해 제3 관 구분 PP3에 부여되는 열량은, 통전 가열에 의해 제2 관 구분 PP2에 부여되는 열량보다도 작다. 그로 인해, 제3 관 구분 PP3의 내를 흐르는 용융 유리의 온도 상승이 억제된다. 이에 의해, 제3 관 구분 PP3에서는, 유리 평균 온도가 거의 일정해지는 상태이고, 용융 유리 내에서의 열 이동에 의해 관 온도와 중심 온도의 차가 더욱 감소한다. 도 6에 있어서, 제3 관 구분 PP3에서는, 유리 평균 온도는 1250℃를 유지하고 있다.
또한, 유리 공급관(106)을 통과하는 용융 유리 온도의 바람직한 범위는 이하와 같다. 유리 공급관(106)의 상류측의 단부에서는, 관 온도 및 중심 온도는, 1420℃ 내지 1470℃인 것이 바람직하다. 제1 관 구분 PP1과 제2 관 구분 PP2의 경계에서는, 관 온도는 1210℃ 내지 1260℃이고, 중심 온도는 1300℃ 내지 1350℃인 것이 바람직하다. 제2 관 구분 PP2와 제3 관 구분 PP3의 경계에서는, 관 온도는, 1210℃ 내지 1260℃이고, 중심 온도는 1250℃ 내지 1300℃인 것이 바람직하다. 유리 공급관(106)의 하류측의 단부에서는, 관 온도 및 중심 온도는, 1235℃ 내지 12665℃인 것이 바람직하다.
이러한 유리 공급관(106)에 의한 용융 유리의 온도 조정에 의해, 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 최대 온도차를 30℃ 이하로 한다.
또한, 용융 유리의 중심 온도의 측정은, 온도계로 곤란한 경우가 있으므로, 이 경우, 유리 공급관(106)으로부터의 단위 시간, 단위 면적의 방열량의 정보와, 유리 공급관(106)의 단위 시간, 단위 면적의 가열량의 정보와, 유리 공급관(106)에 유입될 때의 용융 유리의 온도 및 유량의 정보를 사용하여, 유리 공급관(106)의 관 온도의 측정 결과로부터 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구할 수 있다.
또한, 상술하는 관 온도는, 유리 공급관(106)의 각 위치에 설치된 온도계(도시하지 않음)에 의해 측정된다. 점도는, 유리 공급관(106)이 성형체(1)의 공급 홈(2)과 접속하는 부분에 설치된 점도계(도시하지 않음)에 의해 측정된다. 점도계는, 예를 들어 세관식 점도계 또는 회전식 점도계가 사용된다. 세관식 점도계는, 측정 대상의 용융 유리를 세관에 통과시키고, 용융 유리가 세관을 통과하는 시간(유량)과, 세관의 양단의 압력차로부터, 용융 유리의 점도를 측정한다. 회전식 점도계는, 회전체로부터 용융 유리가 받는 저항인 점성 저항을, 회전체의 회전 토크 등으로부터 판독함으로써, 용융 유리의 점도를 측정한다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 성형체(1)의 벽면(5)을 유하하는 용융 유리에 있어서의 가이드(6a, 6b) 근방의 부분의 온도가, 성형체(1)의 상면(3)으로부터 하단부(4)에 이르기까지 액상 온도보다도 10℃ 이상 높은 온도가 되도록 당해 부분을 가열하는 것이 바람직하고, 액상 온도보다도 15℃ 이상 높은 온도가 되도록 당해 부분을 가열하는 것이 보다 바람직하다. 이들의 경우, 성형하는 시트 유리의 단부에 있어서의 실투의 발생이 보다 확실하게 억제된다. 구체적인 액상 온도는 유리 조성물의 조성에 따라 상이하다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 성형 공정에 있어서, 성형체(1)의 벽면(5)을 유하하는 용융 유리에 있어서의 가이드(6a, 6b) 근방의 부분의 온도가, 성형체(1)의 상면(3)으로부터 하단부(4)에 이르기까지 액상 온도보다도 10℃ 내지 150℃ 높아지도록(액상 온도보다도 10℃ 이상 높으면서, 또한 액상 온도에 150℃를 가한 온도 이하가 되도록), 가이드를 따라 당해 부분을 가열하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 성형체(1)의 변형 및 성형 후의 시트 유리 SG에 있어서의 폭 방향의 수축을 억제할 수 있다. 성형체(1)의 벽면(5)을 유하하는 용융 유리에 있어서의 가이드(6a, 6b) 근방의 부분의 온도가, 성형체(1)의 상면(3)으로부터 하단부(4)에 이르기까지 액상 온도보다도 15℃ 내지 100℃ 높아지도록, 가이드를 따라 당해 부분을 가열하는 것이 더욱 바람직하다.
용융 유리가 성형체(1)로부터 이격된 후의 단부의 급랭(시트 유리 SG의 단부 SGa의 급랭)과 조합함으로써, 시트 유리 SG의 판 두께 편차가 10㎛ 이하가 된다. 또한, 당해 단부 SGa에 있어서의 실투의 발생의 억제가 더욱 확실해진다.
성형체(1)의 벽면(5)을 유하하는 용융 유리에 있어서의 가이드(6a, 6b)의 근방의 부분의 온도가 성형체(1)의 상면(3)으로부터 하단부(4)에 이르기까지 액상 온도보다도 충분히 높아지도록 성형체(1)를 유하하는 용융 유리 전체의 온도를 액상 온도보다도 충분히 고온으로 함으로써도 이론상은 실투가 억제된다. 그러나, 액상 온도가 높은 유리를 제조하는 경우, 현실적으로는 오버플로우 다운드로우법에 이러한 방법을 적용할 수 없다. 오버플로우 다운드로우법에 의한 시트 유리의 성형에 적절한 용융 유리의 점도가 존재하기 때문이다(하기와 같은 시트 유리의 이완이나 시트 유리의 폭의 수축의 문제가 발생하지 않도록 하기 위해서는, 성형체(1)의 하단부(4)에 있어서의 용융 유리의 점도가 40000dPa·s 이상인 것이 바람직하고, 70000dPa·s 이상인 것이 보다 바람직하다). 용융 유리에 있어서의 가이드 근방의 부분의 온도가 액상 온도보다도 충분히 높아지도록, 성형체(1)를 유하하는 용융 유리 전체의 온도를 액상 온도보다도 충분히 고온으로 하면, 혹은 성형체(1)의 하단부(4)에서의 가열을 과도하게 행하면, 성형체(1)의 하단부(4)에 있어서의 용융 유리의 점도가 상기 적절한 범위보다도 작아져 버릴 가능성이 있다. 그러면, 성형체(1)를 이격한 후의 시트 유리의 점도가 충분히 상승되지 않아, 성형체(1)의 하류측에 배치된 반송 롤러에 의한 인장 속도 이상의 속도로 시트 유리가 낙하하여 당해 롤 상에서 시트 유리가 이완되거나, 시트 유리의 폭이 수축되거나 하는 문제가 발생한다. 또한, 성형체의 온도가 높아지면 질수록, 성형체의 사용에 수반하여 경시 변화하는 크리프 현상이 현저해져, 성형 개시부터의 시간 경과에 따라 시트 유리의 중앙부가 쳐지는 등의 문제도 발생한다. 유리 기판으로서 원하는 두께 및 성형 후의 서냉 공정에서 실시되는 시트 유리의 온도 제어를 고려하면, 반송 롤러에 의한 인장 속도의 증가에는 한계가 있다(서냉 공정에서 실시되는 시트 유리의 온도 제어를 고려하면, 시트 유리의 반송 속도는 50 내지 500m/시가 바람직하고, 100 내지 400m/시가 바람직하고, 120 내지 300m/시가 바람직하다).
또한, 용융 유리에 있어서의 가이드 근방의 부분의 온도가 액상 온도보다도 충분히 높아지도록 하면, 성형하는 시트 유리의 폭이 수축되어 유리 기판으로서의 제품폭을 확보할 수 없다. 또한, 성형체(1)를 유하하는 용융 유리 전체의 온도를 액상 온도보다도 충분히 고온으로 하면 성형체(1)의 크리프 현상이 발생하고, 이 크리프 현상이 현저해지면, 제조하는 유리 기판의 판 두께의 균일성이 저하된다.
성형체(1)에 있어서의 용융 유리가 흐르는 벽면으로부터 돌출되는 가이드의 높이는, 성형 장치의 하방의 위치일수록 낮아지는 것이 바람직하다. 성형체(1)의 하단부(4)가, 양측의 경사벽면끼리 접속한 직선 형상의 능선이며, 1쌍의 가이드의 경사진 벽면에 있어서의 높이가, 당해 능선의 위치에 있어서 0(제로)인 것이 바람직하다. 이에 의해, 시트 유리의 단부(귀부(耳部))가 두 갈래로 개방되는 것이 더 억제되어, 유리 기판을 보다 안정되게 연속적으로 생산할 수 있다.
냉각 롤러(8)의 냉각량, 회전량은, 제어 장치(도시하지 않음)에 의해 제어된다. 제어 장치는, 주로 CPU, RAM, ROM 및 하드 디스크 등으로 구성되는 컴퓨터이다. 제어 장치는, 냉각 롤러(8)를 구동시키는 구동 모터를 제어하여, 시트 유리 SG의 폭 방향의 단부 SGa를 사이에 두는 1쌍의 냉각 롤러(8)와 시트 유리 SG 사이의 접촉 하중을 취득 및 조절할 수 있다. 제어 장치는, 각 냉각 롤러(8)의 냉각량을 개별로 제어한다. 또한, 제어 장치는 하기에 설명하는, 시트 유리 SG의 두께 방향의 단면의 형상이 목표 형상이 되는 것을 목적으로 하여, 냉각 롤러(8)에 의한 냉각에 의해 시트 유리 SG에 가하는 장력을 제어하기 위하여, 반송부, 취득부, 판정부 및 제어부로서 기능하는 4개의 프로그램을 적어도 기억하고 실행한다.
반송부는, 성형체(1)의 하방에 설치되어 있는 반송 롤러를 사용하여, 성형체(1)에 의해 성형된 시트 유리 SG를, 서냉 공간에 있어서 소정의 반송 속도로 하방으로 반송한다. 반송부는, 반송 롤러를 구동시키는 구동 모터를 제어하여, 반송 롤러의 회전 속도를 조절함으로써, 시트 유리 SG의 반송 속도를 조절한다.
취득부는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 성형체(1)의 형상의 시간 변화를 구함으로써, 성형체(1)의 현재의 형상에 관한 형상 데이터를 취득한다. 구체적으로는, 취득부는 크리프 특성 파라미터에 기초하여 형상 데이터를 취득한다. 크리프 특성 파라미터는, 성형체(1)에 가해지는 응력, 성형체(1)의 온도 및 크리프 변형에 의한 성형체(1)의 왜곡 속도 사이의 관계를 재현하기 위한 파라미터이다. 여기서, 성형체(1)에 가해지는 응력은 성형체(1)의 길이 방향(공급 홈(2)의 연장 방향)을 따라 성형체(1)를 압축하는 힘이다. 또한, 성형체(1)의 왜곡 속도는, 시간과 상관없이 일정하다고 가정한다. 처음에, 취득부는 성형체(1)에 가해지는 응력이 일정한 조건 하에 있어서의, 성형체(1)의 왜곡 속도의, 성형체(1)의 온도 의존 변화를 측정한다. 이어서, 취득부는 성형체(1)의 온도가 일정한 조건 하에 있어서의, 성형체(1)의 왜곡 속도의, 성형체(1)에 가해지는 응력 의존 변화를 측정한다. 이어서, 취득부는 성형체(1)의 왜곡 속도의 온도 의존 변화 및 응력 의존 변화의 측정값을 재현할 수 있는 크리프 특성 파라미터를 결정한다. 그리고, 취득부는, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해, 결정된 크리프 특성 파라미터를 사용하여 소정의 온도 및 응력 하에서의 성형체(1)의 왜곡 속도를 산출하여 성형체(1)의 형상의 시간 변화를 구함으로써, 성형체(1)의 형상 데이터를 취득한다. 도 7은 취득부에 의해 취득된 성형체(1)의 형상 데이터의 일례이다. 도 7은 성형체(1)에 의해 성형된 시트 유리 SG의 표면에 수직인 방향을 따라 본 성형체(1)를 도시한다. 도 7에서는 성형체(1)의 크리프 변형이 실제보다도 강조되어 도시되어 있다. 도 7에서는 미사용 성형체(1)의 형상, 즉 크리프 변형하기 전의 성형체(1)의 형상이 점선으로 나타나면서, 또한 크리프 변형한 후의 성형체(1)의 현재의 형상이 실선으로 나타나 있다.
취득부는, 성형체(1)의 크리프 변형에 기초하는 형상 데이터로부터, 성형체(1)의 상면(3)의 연직 방향의 변위량인 상면 변위량을 적어도 취득한다. 도 7에 있어서, 상면 변위량은 크리프 변형 전의 상면(3)과 크리프 변형 후의 상면(3) 사이의 연직 방향의 치수이다. 또한, 도 7에는 성형체(1)의 길이 방향에 있어서의 상면 변위량의 최댓값인 최대 상면 변위량 L이 나타나 있다. 또한, 취득부는 유리 기판 형상 측정 장치(도시하지 않음)에 의해 측정된 유리 기판의 두께 데이터를 취득한다. 두께 데이터는, 예를 들어 성형 장치(200)에 의해 제조된 유리 기판의 두께의 폭 방향의 프로파일이다.
판정부는, 취득부에 의해 취득된 변위량 L이 기준량이 되었는지 여부를 판정한다. 여기서, 기준량이란, 시트 유리 SG에 대하여 일정한 장력(초기의 장력)을 가하여, 시트 유리 SG(유리 기판)를 성형 예정의 두께(예를 들어 0.1㎜ 내지 0.8㎜)로 성형했을 때, 판 두께 편차가 ±10㎛를 만족할 수 있는 양이다. 시트 유리 SG에 가하는 장력을 초기값으로부터 변화시키지 않는 경우, 변위량 L이 기준량을 초과하면, 시트 유리 SG의 판 두께 편차가 ±10㎛를 초과한다. 이로 인해, 시트 유리 SG에 가하는 장력을 초기의 장력보다 증대시킴으로써, 시트 유리 SG의 판 두께 편차가 ±10㎛ 이내가 되도록 시트 유리 SG의 두께를 제어한다. 기준량은, 초기의 장력, 시트 유리 SG의 성형 예정의 판 두께, 판 두께 편차 등에 의해 임의로 변경할 수 있어, 예를 들어 3㎜ 내지 30㎜이다.
제어부는, 성형된 시트 유리 SG의 폭 방향(성형체(1)의 길이 방향)을 따라 성형체(1)가 변위되어 있지 않을 때에 가하는, 시트 유리 SG의 두께 방향의 단면의 형상이 목표 형상이 되는 장력을 기준 장력(초기의 장력)으로 하고, 냉각 롤러(8)의 냉각량을 제어함으로써 시트 유리 SG의 폭 방향의 양단부 SGa를 냉각함으로써, 시트 유리 SG에 가하는 장력이 기준 장력이 되도록 제어한다. 성형체(1)가 변위되어 있지 않은 상태에 있어서, 시트 유리 SG의 폭 방향으로 기준 장력을 가함으로써, 시트 유리 SG가 성형 예정의 판 두께가 되어, 판 두께 편차가 ±10㎛를 만족한다. 성형체(1)가 크리프 변형되어 있는 상태에 있어서, 시트 유리 SG에 가하는 장력이 기준 장력의 상태이면, 목표 형상이 되지 않아, 예를 들어 성형 예정의 판 두께가 성형되지 않고, 또한 판 두께 편차가 ±10㎛를 만족하지 않게 된다. 이로 인해, 제어부는 기준 장력 외에, 성형체(1)의 변위에 따른 장력을 시트 유리 SG에 가한다. 여기서, 성형체(1)의 변위는, 예를 들어 성형체(1)의 길이 방향에 있어서의 상면 변위이다. 제어부는, 취득부에 의해 취득된 성형체(1)의 형상 데이터에 기초하여, 시트 유리 SG의 두께가 성형 예정의 두께가 되도록, 또한 시트 유리 SG의 폭 방향의 판 두께 편차가 작아지도록, 냉각 롤러(8)의 냉각량을 제어함으로써, 시트 유리 SG에 가하는 장력을 제어한다. 성형체(1)의 형상 데이터는, 예를 들어 성형체(1)의 길이 방향에 있어서의 상면 변위량의 프로파일인 형상 프로파일이다. 제어부는, 형상 프로파일로부터 구해지는 상면(3)의 변위량이 클수록, 시트 유리 SG의 폭 방향으로의 장력이 커지도록 냉각 롤러(8)의 냉각량을 제어한다. 형상 프로파일로부터 구해지는 상면(3)의 변위량으로서는, 예를 들어 최대 상면 변위량 L이 사용된다.
성형체(1)의 하단부(4)에서 성형되는 시트 유리 SG는 하단부(4)로부터 이격되면, 자신의 표면 장력에 의해 중앙 영역 SGb가 폭 방향의 중앙을 향하여 수축되기 시작한다. 이로 인해, 냉각 롤러(8)가 시트 유리 SG의 양단부 SGa를 냉각하여 양단부 SGa의 점도를 상승시키고, 중앙 영역 SGb로부터 양단부 SGa를 향하여 장력이 가해지도록 하여 시트 유리 SG가 폭 방향으로 수축되는 것을 억제하여, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb의 두께가 균일해지도록 하고 있다. 그러나, 성형체(1)가 크리프 변형되면, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb 부근의 용융 유리량이 증가하여, 중앙 영역 SGb의 두께가 변화한다. 즉, 시트 유리 SG의 두께 유지 방향의 단면의 형상은 목표 형상이 아니게 된다. 도 8은 성형체(1)의 크리프 변형에 의해 중앙 영역 SGb 부근의 두께가 증가된 시트 유리 SG를 도시하는 도면이다. 성형체(1)가 크리프 변형되면, 상면(3)의 단부(3a)와 단부(3b) 사이로부터 흘러넘치는 용융 유리의 양이 증가되기 때문에, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb 부근의 두께가 증가된다. 도 8에서는 중앙 영역 SGb 부근의 두께가, 성형 예정의 두께보다 최대 D1 두꺼워져, 중앙 영역 SGb의 두께가 불균일해지고 있다. 따라서, 제어부는 성형체(1)의 형상 데이터에 따라 냉각 롤러(8)의 냉각량을 변화시키고, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb로부터 양단부 SGa를 향하여 장력이 가해지도록 하여 시트 유리 SG가 폭 방향으로 수축되는 것을 억제하여, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb의 두께가 균일해지도록 하고 있다.
도 9는 성형체(1)의 최대 상면 변위량 L과 시트 유리 SG에 가하는 장력 T의 관계를 도시하는 도면이다. 도 9에서는 최대 상면 변위량 L을 변위량 L이라고 기재하고 있다. 제어부는, 판정부에 의해 성형체(1)의 최대 상면 변위량 L이 L1을 초과하지 않는다고 판정된 경우, 성형체(1)의 크리프 변형에 의한 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb의 두께의 변화는 무시할 수 있는 것으로 하여, 시트 유리 SG에 가하는 장력 T를, 초기값 T1(변위량 L의 범위: 0 이상 L1 미만)로부터 변화시키지 않는다. 성형체(1)의 변위량 L이 L1 미만이면 제어부가, 냉각 롤러(8)의 냉각량을 변화시키지 않고, 장력 T를 초기값 T1로 유지함으로써, 성형되는 시트 유리 SG의 판 두께 편차가 ±10㎛를 만족한다. 제어부는 판정부에 의해 성형체(1)의 변위량 L이 L1을 초과하고 있다고 판정된 경우, 도 9에 도시한 바와 같이 최대 상면 변위량 L에 대응하는 장력 T가 시트 유리 SG에 가해지도록 제어한다. 최대 상면 변위량 L이 L1 이상이 되면 도 8에 도시한 바와 같이, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb의 두께가 증가되어, 두께가 균일하지 않게 되어 온다. 이로 인해, 제어부는 변위량 L에 대응하도록, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb로부터 양단부 SGa를 향하여, 초기값 T1보다 큰 장력 T=T1+A×최대 상면 변위량 L(변위량 L의 범위: L1 이상 Lm 미만, A: 계수)이 시트 유리 SG에 가해지도록 제어한다. 제어부는 성형체(1)의 변형이 클수록 양단부 SGa의 냉각을 강화한다. 구체적으로는, 냉각 롤러(8)의 냉각량을 증가시켜, 양단부 SGa의 점도를 상승시킨다. 양단부 SGa의 점도가 높아지면, 중앙 영역 SGb로부터 양단부 SGa를 향하는 장력 T가 커지고, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb에 있는 용융 유리가 양단부 SGa로 인장되어, 중앙 영역 SGb의 두께가 성형 예정의 두께에 가까워져, 두께가 균일해진다. 제어부는, 양단부 SGa의 점도를, 예를 들어 109.0dPa·s로부터 1014.5dPa·s까지 증가시킴으로써, 장력 T가 커지도록 제어한다.
또한, 최대 상면 변위량 L의 범위가, L1 이상 Lm 미만인 경우, 장력 T를 T1로부터 Tm으로 제어함으로써, 중앙 영역 SGb의 두께가 성형 예정의 두께에 근접하여, 두께가 균일해지지만, 변위량 L이 Lm을 초과하여 변위한 경우, 장력 T를 제어 하는 것만으로는, 중앙 영역 SGb의 두께를 성형 예정의 두께에 근접하게 하면서, 두께를 균일하게 하는 것이 곤란하기 때문에, 판정부에 의해 성형체(1)의 정기적인 교환 시기에 도달했다고 판정된다.
또한, 성형체(1)의 크리프 변형에 의해, 시트 유리 SG의 국소적인 판 두께 편차(표면 요철차)도 변화한다. 시트 유리 SG의 체적 수축량은, 시트 유리 SG의 단부 SGa로부터 중앙 영역 SGb를 향함에 따라 커지므로, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb에 있어서 인장 응력이 작용한다. 중앙 영역 SGb 부근의 두께가 두꺼워져, 양단부 SGa로부터 중앙 영역 SGb를 향하는 장력이 커짐으로써, 시트 유리 SG의 표면 요철차가 커진다. 도 10의 (a)는 도 4의 A-A선의 단면을 확대한 도면이며, 도 10의 (b)는 도 4의 B-B선의 단면을 확대한 도면이다. 냉각 롤러(8)에 의해 시트 유리 SG에 장력 T를 가하기 전에는, 시트 유리 SG는 중앙 영역 SGb를 향하여 수축되기 때문에, 시트 유리 SG의 표면 요철차는 D2가 되고, 냉각 롤러(8)에 의해 시트 유리 SG에 장력 T를 가한 후에는 시트 유리 SG의 표면 요철차는 D2보다 작은 D3이 된다. 성형체(1)가 크리프 변형되면, 시트 유리 SG의 표면 요철차 D2, D3도 커진다. 이로 인해, 최대 상면 변위량 L에 대응하도록, 중앙 영역 SGb로부터 양단부 SGa를 향하는 장력 T를 가함으로써, 시트 유리 SG가 양단부 SGa로 인장되기 때문에, 시트 유리 SG의 표면 요철차 D3은 작아진다. 중앙 영역 SGb의 두께를 성형 예정의 두께에 근접하게 하기 위해서, 최대 상면 변위량 L에 대응하도록 장력 T를 가함으로써, 시트 유리 SG의 표면 요철차 D3이 작아져, 시트 유리 SG의 중앙 영역 SGb의 두께가 균일해진다.
또한, 제어부는, 시트 유리 SG에 장력 T를 가함으로써, 시트 유리 SG의 반송 방향으로 발생할 우려가 있는 맥리를 억제할 수도 있다. 맥리는, 소정의 폭의 범위에서 시트 유리 SG의 두께(높이)가 변동된 왜곡의 일종이며, 시트 유리 SG의 반송 방향으로 줄무늬 형상으로 연속적으로 발생한다. 또한, 맥리의 요인에는 유리의 점도차도 포함된다. 제어부가 냉각 롤러(8)의 냉각량을 제어함으로써 시트 유리 SG의 폭 방향으로 장력이 가해지면, 시트 유리 SG의 표면 요철의 일종인 국소적으로 발생하는 맥리는, 시트 유리 SG의 양단측 SGa로 잡아늘려, 표면 요철차가 작아져, 국소적인 판 두께 편차가 ±10㎛를 만족하는 시트 유리 SG가 성형된다.
이상 설명한 바와 같이, 성형체(1)의 하단부(4)에 있어서, 시트 유리 SG에 가하는 시트 유리 SG의 폭 방향의 장력 T를, 성형체(1)의 크리프 변형에 의한 변위량에 대응시켜 변화시킴으로써, 중앙 영역 SGb의 두께를 성형 예정의 두께에 근접하게 하면서, 두께를 균일하게 할 수 있다. 성형체(1)의 크리프 변형에 의해 성형체(1)의 길이 방향의 중앙부가 하방으로 쳐져 휜 경우, 냉각 롤러(8)의 냉각량을 증대시키고, 시트 유리 SG에 가해지는 시트 유리 SG의 폭 방향의 장력 T를 크게 함으로써, 시트 유리 SG의 폭 방향의 판 두께 편차를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 최종 제품인 유리 기판의 판 두께 편차를 저감시킬 수 있다.
또한, 액상 온도가 높은 유리 및 왜곡점이 높은 유리를 사용하는 유리 기판의 제조 공정을 있어서, 성형체(1)의 크리프 변형은 성형체(1)의 온도가 높아지기 쉽기 때문에 특히 문제가 되기 쉽다. 또한, 최근들어 유리 기판의 대형화가 진행되어, 성형체의 길이 방향의 치수가 길어지고 있으므로, 크리프 변형에 의한 성형체(1)의 휨이 보다 현저해지는 경향이 있다. 본 실시 형태에서는, 냉각 롤러(8)의 냉각량을 조절하여, 시트 유리 SG에 가해지는 장력 T를 변화시킴으로써, 성형체(1)의 크리프 변형에 기인하는 시트 유리 SG의 폭 방향의 판 두께 편차를 효과적으로 저감시킬 수 있다.
본 실시 형태의 제조 방법에 의하면, 용융 유리를 구성하는 유리 조성물의 액상 온도가 높고, 액상 점도가 작은 경우, 예를 들어 유리 조성물이 무알칼리 유리, 알칼리 미량 함유 유리 등인 경우에 있어서도, 성형하는 시트 유리의 단부에 있어서의 실투를 억제하는 효과가 얻어진다. 즉, 용융 유리를 구성하는 유리 조성물의 액상 온도가 높고, 액상 점도가 작은 경우에, 본 실시 형태의 제조 방법에 의해 초래되는 이점이 크다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 용융 유리를 구성하는 유리 조성물의 액상 점도는 10000dPa·s 이하이다. 이러한 유리 조성물에서는, 종래 오버플로우 다운드로우법에 의한 시트 유리의 성형에 있어서 단부에 있어서의 실투의 문제가 발생하기 쉽다. 그러나, 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 실투 억제의 효과가 얻어진다.
본 실시 형태의 제조 방법에 사용하는 용융 유리의 액상 점도는 100000dPa·s 이하이다. 액상 점도가 100000dPa·s 이하인 유리 조성물에서는 상기 실투의 문제가 보다 현저해지지만, 본 실시 형태의 제조 방법에서는 실투 억제의 효과가 얻어진다. 오버플로우 다운드로우법에 의한 시트 유리의 성형을 안정되게 실시할 수 있는 관점에서는, 액상 점도는 80000dPa·s 이상이 바람직하다.
본 실시 형태의 제조 방법에 있어서 사용하는 용융 유리를 구성하는 유리 조성물의 액상 온도는 1200℃ 이상 1220℃ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 유리 조성물에서는, 종래 오버플로우 다운드로우법에 의한 시트 유리의 성형에 있어서 단부에 있어서의 실투의 문제가 발생하기 쉽다. 그러나, 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 실투 억제의 효과가 얻어진다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 용융 유리가 지르코니아 및/또는 산화주석을 함유하고 있어도 된다. 지르코니아를 함유하는 용융 유리에서는, 지르코니아를 함유하고 있지 않은 경우에 비하여 유리 조성물의 액상 온도가 상승한다. 이러한 용융 유리에서는, 종래 오버플로우 다운드로우법에 의한 시트 유리의 성형에 있어서 단부에 있어서의 실투의 문제가 발생하기 쉽다. 그러나, 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 실투 억제의 효과가 얻어진다. 지르코니아는, 유리 조성물의 성분으로서 원래 용융 유리에 포함되는 경우 이외에도, 고지르코니아계 내화물을 사용하여 구성되는 용해조 및 성형 장치를 사용함으로써도 용융 유리에 용출된다. 특히, 이러한 용해조를 사용하여 유리 원료를 전기 용해하는 경우, 용융 유리 중의 지르코니아 농도가 높아지는 경향이 있다. 즉 본 실시 형태의 제조 방법은, 고지르코니아계 내화물을 사용하여 구성되는 용해조를 사용하여 유리 원료를 전기 용해하는 경우에 보다 적합해진다.
또한, 고지르코니아계 내화물을 사용하여 구성되는 용해조는, 종래 널리 사용되고 있는 알루미나 전주 내화물을 사용하여 구성되는 용해조에 비하여, 유리에 침식되기 어려워, 용해조로서의 수명이 길다. 또한, 용융 유리의 발포를 억제할 수도 있다. 이로 인해, 용융 온도(유리 조성물의 점도가 102. 5포아즈가 되는 온도)가 높은 유리 조성물, 예를 들어 무알칼리 유리 및 알칼리 미량 함유 유리의 용융 유리의 형성에 적합하다.
또한, 용해조에서 형성하는 용융 유리가 무알칼리 유리 또는 알칼리 미량 함유 유리에 의해 구성되는 경우, 유리 조성물의 비저항이 높아지기 쉬워, 유리 원료가 아니고 고지르코니아 내화물에 전류가 흐르는 경향이 있다. 당해 내화물에 전류가 흐르면, 용해조에서 형성되는 용융 유리에 지르코니아가 용출된다. 즉 본 실시 형태의 제조 방법은, 고지르코니아계 내화물을 사용하여 구성되는 용해조를 사용하여, 무알칼리 유리 또는 알칼리 미량 함유 유리의 용융 유리를 전기 용해에 의해 형성하는 경우에 더욱 적합해진다.
액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 FPD용 유리 기판에는 무알칼리 유리 또는 알칼리 미량 함유 유리로 구성되는 유리 기판이 바람직하다. 패널 제조 공정에 있어서 유리 기판으로부터 알칼리 성분이 용출되면, 박막 트랜지스터(TFT) 등의 전자 소자의 특성이 열화될 우려가 있기 때문이다. 즉 본 실시 형태의 제조 방법은, 고지르코니아계 내화물을 사용하여 구성되는 용해조를 사용하여 유리 원료를 전기 용해하여, 얻어진 용융 유리를 사용하여 오버플로우 다운드로우법에 의해 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판을 제조하는 경우에, 특히 적합해진다. 또한, 무알칼리 유리란, 실질적으로 알칼리 금속 산화물을 함유하지 않는(함유율로 하여 0.05질량％ 미만) 유리 조성물을 의미한다. 알칼리 미량 함유 유리란, 알칼리 금속 산화물을 0.05 내지 2.0질량％ 함유하는 유리 조성물을 의미한다.
산화주석을 함유하는 용융 유리에서는, 산화주석의 정출에 의해 실투가 발생하기 쉬워진다. 또한, 지르코니아와 공존한 경우, 산화주석은 지르코니아를 정출시키는 작용을 갖는다. 이러한 용융 유리에서는, 종래 오버플로우 다운드로우법에 의한 시트 유리의 성형에 있어서 단부에 있어서의 실투의 문제가 특히 발생하기 쉽다. 그러나, 본 실시 형태의 제조 방법에서는 실투 억제의 효과가 얻어진다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 용융 유리를 구성하는 유리 조성물이 무알칼리 유리 또는 알칼리 미량 함유 유리이어도 된다. 알칼리 금속 산화물을 2.0질량％ 초과 함유하는 알칼리 유리와 비교하여, 이러한 무알칼리 유리 또는 알칼리 미량 함유 유리의 액상 온도는 높고, 액상 점도는 작은 경향이 있지만, 본 실시 형태의 제조 방법에서는 실투 억제의 효과가 얻어진다. 이 효과가, 고지르코니아계 내화물을 사용하여 구성되는 용해조를 사용하여 무알칼리 유리 또는 알칼리 미량 함유 유리의 용융 유리를 전기 용해에 의해 형성하는 경우에 특히 현저해지는 것은, 전술한 바와 같다.
또한, TFT(Thin Film Transistor) 등의 전자 소자의 특성의 열화를 방지한다는 관점에서는, 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판에는 무알칼리 유리가 적합하다. 단, 용해성 및 청징성이라는 관점에서는, 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판에는 알칼리 미량 함유 유리가 적합하다. 알칼리 금속 산화물을 굳이 미량 포함시켜 알칼리 미량 함유 유리로 함으로써, 유리 조성물의 용해성 및 청징성이 향상된다. 청징성에는 알칼리 금속 산화물의 존재에 의해 유리의 염기성도가 상승하여, 가수 변동하는 금속의 산화가 용이해지는 데 기여한다. 또한, 고지르코니아계 내화물을 사용하여 구성되는 용해조에 있어서 유리 원료의 전기 용해에 의해 용융 유리를 형성하는 경우에 있어서도, 무알칼리 유리에 비하여 유리의 비저항을 작게 할 수 있어, 용융 유리에 대한 지르코니아의 용출을 억제하여, 용융 유리의 실투성 상승을 억제할 수 있다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 용융 유리를 구성하는 유리 조성물에 대하여, 102. 5포아즈의 점도를 나타내는 온도(용융 온도)가 1500℃ 내지 1750℃이어도 된다. 이러한 유리 조성물은 용융 시에 고온이 필요해지기 때문에, 고지르코니아계 내화물을 사용하여 구성되는 용해조에 의해 용융 유리를 형성하는 경우에 지르코니아가 용출되기 쉽다. 이러한 유리 조성물에 대해서도, 본 실시 형태의 제조 방법에서는 실투 억제의 효과가 얻어진다.
본 실시 형태의 제조 방법으로 제조하는 유리 기판에 포함되는 유리 성분으로서, 예를 들어 SiO2, Al2O3, B2O3, MgO, CaO, SrO, BaO, Li2O, Na2O, K2O, ZrO2, TiO2, ZnO 및 P2O5를 들 수 있다.
SiO2는 유리의 골격 성분이며, 따라서 필수 성분이다. 함유량이 적어지면, 왜곡점이 저하되고, 열 팽창 계수가 증가되는 경향이 있다. 또한, SiO2 함유량이 지나치게 적으면, 유리 기판을 저밀도화하는 것이 어려워진다. 한편, SiO2 함유량이 너무 많으면, 용융 유리 MG의 비저항이 상승하고, 용융 온도가 현저하게 높아져 용해가 곤란해지는 경향이 있다. SiO2 함유량이 너무 많으면, 실투 온도가 상승하고, 내실투성이 저하되는 경향도 있다. 또한, SiO2 함유량이 너무 많으면, 에칭 레이트가 느려진다. 이러한 관점에서, SiO2의 함유량은, 예를 들어 60 내지 80㏖％의 범위인 것이 바람직하다. SiO2의 함유량은, 보다 바람직하게는 64 내지 73㏖％ 혹은 65 내지 75㏖％, 보다 한층 바람직하게는 66 내지 72㏖％, 또한 보다 한층 바람직하게는 67 내지 71㏖％의 범위이다.
Al2O3은 왜곡점을 높이는 필수 성분이다. Al2O3 함유량이 지나치게 적으면, 왜곡점이 저하된다. 또한, Al2O3 함유량이 지나치게 적으면, 영률 및 산에 의한 에칭 레이트도 저하되는 경향이 있다. 한편, Al2O3 함유량이 너무 많으면, 유리의 실투 온도가 상승하고, 내실투성이 저하되므로, 성형성이 악화되는 경향이 있다. 이러한 관점에서, Al2O3의 함유량은 8 내지 20㏖％의 범위이다. Al2O3의 함유량은, 바람직하게는 10 내지 17㏖％, 보다 바람직하게는 10.5 내지 17㏖％, 보다 바람직하게는 11 내지 15㏖％, 더욱 바람직하게는 12 내지 15㏖％의 범위이다.
B2O3은 유리의 고온 점성을 저하시켜, 용융성을 개선하는 성분이다. 즉, 용융 온도 근방에서의 점성을 저하시키므로, 용해성을 개선한다. 또한, 실투 온도를 저하시키는 성분이기도 하다. B2O3 함유량이 적으면, 용해성 및 내실투성이 저하되는 경향이 있다. B2O3 함유량이 너무 많으면, 왜곡점 및 영률이 저하된다. 또한, 유리 성형 시의 B2O3의 휘발에 의해 실투가 발생하기 쉬워진다. 특히, 왜곡점이 높은 유리는, 성형 온도가 높아지는 경향이 있기 때문에, 상기 휘발이 촉진되어, 실투의 생성이 현저한 문제가 된다. 또한, 유리 용해 시의 B2O3의 휘발에 의해 유리의 불균질이 현저해져, 맥리가 발생하기 쉬워진다. 이러한 관점에서, B2O3 함유량은 0 내지 15㏖％이며, 바람직하게는 0 내지 8㏖％이며, 보다 바람직하게는 0 내지 7㏖％이며, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 6㏖％, 한층 바람직하게는 1 내지 5㏖％, 보다 한층 바람직하게는 1.5 내지 4.5㏖％의 범위이다.
MgO는 용해성을 향상시키는 성분이다. 또한, 알칼리 토금속 중에서는 밀도를 증가시키기 어려운 성분이므로, 그의 함유량을 상대적으로 증가시키면, 저밀도화를 도모하기 쉬워진다. 함유시킴으로써, 용융 유리 MG의 비저항 및 용융 온도를 저하할 수 있다. 단, MgO의 함유량이 너무 많으면, 유리의 실투 온도가 급격하게 상승되기 때문에, 특히 성형 공정에서 실투하기 쉬워진다. 이러한 관점에서, MgO 함유량은 0 내지 15㏖％이며, 바람직하게는 1 내지 15㏖％, 보다 바람직하게는 0 내지 6㏖％, 더욱 바람직하게는 1 내지 6㏖％의 범위이다. 혹은, MgO 함유량은 0 내지 15㏖％인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0 내지 6㏖％, 더욱 바람직하게는 1 내지 6㏖％의 범위이다.
CaO는 유리의 실투 온도를 급격하게 올리지 않고 유리의 용해성을 향상시키는 데 유효한 성분이다. 또한, 알칼리 토금속 산화물 중에서는 밀도를 증가시키기 어려운 성분이므로, 그의 함유량을 상대적으로 증가시키면, 저밀도화를 도모하기 쉬워진다. 함유량이 너무 적으면, 용융 유리 MG의 비저항의 상승 및 내실투성 저하가 발생하는 경향이 있다. CaO 함유량이 너무 많으면, 열 팽창 계수가 증가되고, 밀도가 상승하는 경향이 있다. 이러한 관점에서, CaO 함유량은 0 내지 20㏖％이며, 바람직하게는 1 내지 15㏖％, 보다 바람직하게는 2 내지 11㏖％, 더욱 바람직하게는 4 내지 9㏖％의 범위이다.
SrO는 유리의 실투 온도를 낮출 수 있는 성분이다. SrO는 필수적이지 않지만, 함유시키면 내실투성 및 용해성이 향상된다. 그러나, SrO 함유량이 너무 많으면, 밀도가 상승되어 버린다. 이러한 관점에서, SrO 함유량은 0 내지 15㏖％이며, 바람직하게는 0 내지 8㏖％이며, 보다 바람직하게는 0 내지 3㏖％, 더욱 바람직하게는 0 내지 1㏖％, 한층 바람직하게는 0 내지 0.5㏖％의 범위이고, 보다 한층 바람직하게는 실질적으로 함유시키지 않는다.
BaO는 유리의 실투 온도 및 용융 유리 MG의 비저항을 효과적으로 내릴 수 있는 필수 성분이다. BaO를 함유시키면, 내실투성 및 용해성이 향상된다. 그러나, BaO의 함유량이 너무 많으면, 밀도가 상승되어 버린다. 또한, 환경 부하의 관점 및 열 팽창 계수가 증대되는 경향이 있는 점에서, BaO 함유량은 0 내지 15㏖％ 혹은 0.1 내지 15㏖％이며, 바람직하게는 1 내지 15㏖％이며, 보다 바람직하게는 1 내지 10㏖％, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 6㏖％의 범위이다.
Li2O 및 Na2O는 유리의 열 팽창 계수를 크게 하여 열 처리 시에 기판을 파손하거나 할 우려가 있는 성분이다. 또한, 왜곡점을 저하시키는 성분이기도 하다. 한편, 용융 유리 MG의 비저항을 저하시킬 수 있으므로, 함유시킴으로써 용해조가 침식되는 것을 억제할 수 있다. 이상의 관점에서 Li2O의 함유량은 0 내지 0.5㏖％인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 실질적으로 함유시키지 않는다. Na2O의 함유량은 0 내지 0.5㏖％인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0 내지 0.2㏖％이다. 또한, Na2O는 Li2O와 비교하여 왜곡점을 저하시키기 어려운 성분인 점에서, Na2O>Li2O인 것이 바람직하다. 또한, 유리 기판으로부터 용출되어 TFT 특성을 열화시키는 것을 방지한다는 관점에서는, Li2O 및 Na2O는 실질적으로 함유시키지 않는 것이 바람직하다.
K2O는 유리의 염기성도를 높여, 청징성을 촉진시키는 성분이다. 또한, 용융 유리 MG의 비저항을 저하시키는 성분이다. 함유시키면, 용융 유리 MG의 비저항이 저하되기 때문에, 용해조를 구성하는 내화물에 전류가 흘러 버리는 것을 방지할 수 있어, 용해조가 침식되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 용해조를 구성하는 내화물이 지르코니아를 함유하는 경우, 용해조가 침식되어, 용해조로부터 용융 유리 MG로 지르코니아가 용출되어 버리는 것을 억제할 수 있기 때문에, 지르코니아에 기인하는 실투도 억제할 수 있다. 또한, 용해 온도 근방에 있어서의 유리 점성을 저하시키므로, 용해성과 청징성이 향상된다. 한편, K2O 함유량이 너무 많으면, 열 팽창 계수 증대 및 왜곡점 저하의 경향이 있다. 이러한 관점에서, K2O 함유량은 바람직하게는 0 내지 0.8㏖％, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.5㏖％, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3㏖％의 범위이다.
ZrO2 및 TiO2는 유리의 왜곡점을 향상시키는 성분이다. 그러나, ZrO2양 및 TiO2양이 지나치게 많아지면, 실투 온도가 현저하게 상승되기 때문에, 내실투성이 저하되는 경향이 있다. 특히, ZrO2는 융점이 높고 난용이기 때문에, 원료의 일부가 용해조의 저부에 퇴적된다는 문제를 일으킨다. 이들 미용해의 성분이 유리 소지에 혼입되면 인클루전으로서 유리의 품질 악화를 야기한다. 또한, TiO2는 유리를 착색시키는 성분이므로, 디스플레이용 기판에는 바람직하지 않다. 이러한 관점에서, 본 실시 형태의 유리 기판에서는 ZrO2 및 TiO2의 함유량은, 각각 0 내지 5㏖％가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0 내지 2㏖％의 범위이며, 실질적으로 함유하지 않는 것이 더욱 바람직하다.
ZnO는 용해성을 향상시키는 성분이다. 단, 필수 성분이 아니다. ZnO 함유량이 지나치게 많아지면, 실투 온도가 상승하고, 왜곡점이 저하되고, 밀도가 상승하는 경향이 있다. 이러한 관점에서, ZnO 함유량은, 바람직하게는 0 내지 5㏖％, 보다 바람직하게는 0 내지 2㏖％의 범위이며, 실질적으로 함유하지 않는 것이 더욱 바람직하다.
P2O5는 고온 점성을 저하시키고, 용해성을 향상시키는 성분이다. 단, 필수 성분이 아니다. P2O5 함유량이 너무 많으면 왜곡점이 저하된다. 또한, 유리 용해 시의 P2O5의 휘발에 의해 유리의 불균질이 현저해져, 맥리가 발생하기 쉬워진다. 이러한 관점에서, P2O5 함유량은, 바람직하게는 0 내지 3㏖％, 보다 바람직하게는 0 내지 1㏖％, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.5㏖％의 범위이며, 실질적으로 함유하지 않는 것이 한층 바람직하다.
본 실시 형태가 적용되는 유리 기판은, 예를 들어 이하의 조성을 포함하는 무알칼리 유리를 포함한다.
SiO2: 55 내지 80질량％
Al2O3: 8 내지 20질량％
B2O3: 0 내지 18질량％
RO: 0 내지 17몰％(RO는 MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합량),
R'2O: 0 내지 2몰％(R'2O는 Li2O, Na2O 및 K2O의 합량).
SiO2는 60 내지 75질량％, 나아가, 63 내지 72질량％인 것이 열 수축률을 작게 한다는 관점에서 바람직하다.
RO 중 MgO가 0 내지 10질량％, CaO가 0 내지 10질량％, SrO가 0 내지 10질량％, BaO가 0 내지 10질량％인 것이 바람직하다.
또한, SiO2, Al2O3, B2O3 및 RO를 적어도 포함하고, 몰비((2×SiO2)+Al2O3)/((2×B2O3)+RO)는 4.5 이상인 유리이어도 된다. 또한, MgO, CaO, SrO 및 BaO 중 적어도 어느 하나 포함하고, 몰비(BaO+SrO)/RO는 0.1 이상인 것이 바람직하다.
또한, 질량％ 표시의 B2O3의 함유율의 2배와 질량％ 표시의 RO의 함유율의 합계는 30질량％ 이하, 바람직하게는 10 내지 30질량％인 것이 바람직하다.
또한, 용융 유리 중에서 가수 변동하는 금속의 산화물(산화주석, 산화철)을 합계 0.05 내지 1.5질량％ 포함하고 있는 것이 바람직하다.
AS2O3, Sb2O3, PbO를 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하지만, 이들을 임의로 포함하고 있어도 된다.
또한, 유리 중에서 가수 변동하는 금속의 산화물(산화주석, 산화철)을 합계 0.05 내지 1.5질량％ 포함하고, As2O3, Sb2O3 및 PbO를 실질적으로 포함하지 않는다는 것은 필수가 아니라 임의이다.
본 실시 형태에서 제조되는 유리 기판은, 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판을 포함하는 디스플레이용 유리 기판에 적합하다. IGZO(인듐, 갈륨, 아연, 산소) 등의 산화물 반도체를 사용한 산화물 반도체 디스플레이용 유리 기판 및 LTPS(저온도 폴리실리콘) 반도체를 사용한 LTPS 디스플레이용 유리 기판에 적합하다. 또한, 본 실시 형태에서 제조되는 유리 기판은, 알칼리 금속 산화물의 함유량이 매우 적은 것이 요구되는 액정 디스플레이용 유리 기판에 적합하다. 또한, 유기 EL 디스플레이용 유리 기판에도 적합하다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태의 유리 기판의 제조 방법은, 디스플레이용 유리 기판의 제조에 적합하고, 특히 액정 디스플레이용 유리 기판의 제조에 적합하다. 기타, 휴대 단말 기기 등의 디스플레이나 하우징용 커버 유리, 터치 패널판, 태양 전지의 유리 기판이나 커버 유리로서도 사용할 수 있다. 특히, 폴리실리콘 TFT를 사용한 액정 디스플레이용 유리 기판에 적합하다.
또한, 본 실시 형태에서 제조되는 유리 기판은, 커버 유리, 자기 디스크용 유리, 태양 전지용 유리 기판 등에도 적용하는 것이 가능하다.
이상, 본 실시 형태의 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 개량이나 변경을 해도 되는 것은 물론이다.
(실시예)
고지르코니아계 내화물을 사용한 용해조에 의해, 하기의 조성을 갖도록 조합한 유리 원료를 전기 용해하여, 용융 유리를 형성했다. 이어서, 형성한 용융 유리를 백금 합금제의 청징관에서 청징한 후, 교반조에서 교반했다. 계속해서, 용융 유리를, 성형 장치(200)(성형체(1))에 공급하고, 오버플로우 다운드로우법에 의해 시트 유리를 성형했다. 시트 유리의 단부를, 당해 단부의 점도가 1012. 5dPa·s가 되도록 냉각 롤러(8)로 냉각하여 성형한 시트 유리를 서냉한 후, 절단하여, 두께 0.4㎜, 사이즈 2200㎜×2500㎜의 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판을 얻었다. 또한, 당해 유리 조성물의 액상 점도는 50000dPa·s이며, 왜곡점은 715℃이었다.
SiO2: 61.5질량％,
Al2O3: 20질량％,
B2O3: 8.4질량％,
CaO: 10질량％,
SnO2: 0.1질량％
유리 공급관(106)으로부터 성형체(1)의 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 최대 온도차, 용융 유리의 점도(평균 온도에 기초하는 점도)를 변화시켜, 시트 유리(유리 기판)의 판 두께 편차를 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 용융 유리의 최대 온도차가 30℃ 이하, 용융 유리의 점도(평균 온도에 기초하는 점도)가 22000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하인 실시예 1 내지 6에서는, 판 두께 편차는 10㎛ 이하가 되어, 판 두께 편차를 억제할 수 있었다. 한편, 용융 유리의 최대 온도차가 30℃를 초과하는 경우, 용융 유리의 점도(평균 온도에 기초하는 점도)가 22000dPa·s 미만인 경우, 용융 유리의 점도가 38000dPa·s를 초과하는 경우인 비교예 1 내지 7에서는, 판 두께 편차는 10㎛보다 커졌다. 이러한 점에서, 시트 유리의 판 두께 편차를 10㎛ 이하로 하기 위해서는, 성형체(1)의 공급 홈(2)에 공급하는 용융 유리의 최대 온도차를 30℃ 이하로 하면서, 또한 용융 유리의 점도(평균 온도에 기초하는 점도)를 22000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하로 하면 되는 것을 확인할 수 있었다.
100: 용해 장치
101: 용해조
102: 청징관
103: 교반조
103a: 교반자
104, 105: 이송관
106: 유리 공급관
200: 성형 장치
300: 절단 장치
MG: 용융 유리
SG: 시트 유리
SGa: (시트 유리의) 단부
1: 성형체
2: 공급 홈
3: 상면
3a, 3b: (상면의) 단부
4: 하단부
5: 벽면
6a, 6b: 가이드
7: 액면
8: 냉각 롤러

Claims (7)

  1. 용융 유리를 유리 공급관으로부터 공급 홈을 갖는 성형체에 공급하고, 상기 성형체를 사용하여 오버플로우 다운드로우법에 의해 시트 유리를 성형하는 유리 기판의 제조 방법이며,
    상기 공급 홈은, 상기 공급 홈에 공급되는 용융 유리가 상기 공급 홈으로부터 오버플로우하는 양이, 상기 공급 홈의 연장 방향과, 상기 연장 방향과 직교하는 폭 방향에서 균일해지는 저면의 형상을 갖고,
    상기 유리 공급관으로부터 상기 공급 홈에 공급하는 용융 유리의 최대 온도차가 30℃ 이하이면서, 또한 용융 유리의 점도가 22000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하인 용융 유리를 상기 공급 홈에 공급하고, 상기 성형체의 하단부에서 상기 용융 유리를 합류시켜 시트 유리를 성형하는 성형 공정과,
    상기 성형 공정에서 성형한 상기 시트 유리에 국소적으로 발생하는 판 두께 편차를 억제하도록 시트 유리의 폭 방향의 양단부를 냉각하는 단부 냉각 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단부 냉각 공정에서는, 상기 시트 유리의 폭 방향으로 상기 성형체가 변형되어 있지 않을 때에 가하는, 상기 시트 유리의 단면 형상이 목표 형상이 되는 장력을 기준 장력으로 하고, 상기 성형체가 변형되어 있지 않을 때는, 상기 시트 유리의 폭 방향의 양단부를 냉각함으로써 상기 기준 장력이 되도록 제어하고, 상기 성형체가 변형되어 있을 때는, 상기 성형체의 변형에 따라 상기 기준 장력에 더한 장력을 상기 시트 유리에 가하는 것을 특징으로 하는 유리 기판의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 성형체의 변형은, 상기 성형체의 사용에 수반하여 경시 변화하는 크리프 변형이며, 상기 크리프 변형에 의한 상기 성형체의 소정 위치 변위량에 따른 장력을 상기 기준 장력에 더하는, 유리 기판의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 변형이 클수록 상기 양단부의 냉각을 강화하는, 유리 기판의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판 두께 편차는 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 유리 기판의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 공정에 있어서, 상기 성형체를 유하하는 용융 유리의 온도가 상기 용융 유리의 액상 온도보다도 10℃ 내지 150℃ 높아지도록, 상기 용융 유리를 가열하는 것을 특징으로 하는 유리 기판의 제조 방법.
  7. 용융 유리를 유리 공급관으로부터 공급 홈을 갖는 성형체에 공급하고, 상기 성형체를 사용하여 오버플로우 다운드로우법에 의해 시트 유리를 성형하는 유리 기판의 제조 장치이며,
    상기 성형체는, 최대 온도차가 30℃ 이하이면서, 또한 점도가 22000dPa·s 이상 38000dPa·s 이하인 용융 유리의 공급을 받는 공급 홈과, 상기 성형체의 하단부에서 상기 용융 유리를 합류시켜 시트 유리를 성형하기 위한 벽면을 갖고,
    상기 공급 홈은, 상기 공급 홈에 공급되는 용융 유리가 상기 공급 홈으로부터 오버플로우하는 양이, 상기 공급 홈의 연장 방향과, 상기 연장 방향과 직교하는 폭 방향에서 균일해지는 저면의 형상을 갖고,
    또한, 상기 성형체에 의해 성형한 상기 시트 유리에 국소적으로 발생하는 판 두께 편차를 억제하도록 시트 유리의 폭 방향의 양단부를 냉각하는 단부 냉각 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 기판의 제조 장치.
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