JP2008081333A

JP2008081333A - ガラス条の製造方法

Info

Publication number: JP2008081333A
Application number: JP2006260457A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Tateishi; 俊章立石; Yasuhiro Naka; 恭宏仲; Tetsuya Kumada; 哲哉熊田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-04-10
Also published as: US20090100874A1; WO2008038671A1

Abstract

【課題】母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させて所望の厚さに延伸してガラス条を成形する場合に、反りが小さく平坦度の優れた薄***状のガラス条を製造することができるガラス条の製造方法を提供すること。
【解決手段】母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を含み、前記母材ガラス板は、該母材ガラス板を透過する間に吸収される輻射熱が該母材ガラス板内において局所的に蓄熱する前に拡散する程度の透過率を有する。例えば前記母材ガラス板は、波長８００ｎｍ〜２２００ｎｍにおける透過率の最小値が厚さ３ｍｍにおいて８６％〜９５％である。
【選択図】図３

Description

本発明は、厚肉板状の母材ガラス板を加熱延伸して薄***状のガラス条を製造するガラス条の製造方法に関するものである。

従来から、半導体素子の基板、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや磁気ディスク基板等に使用されるガラス板は、平坦度、表面粗さを良くすることが最重要である。しかしながら、現状ガラス板の製法として一般的に用いられているフロート法や成型法では、厚さの薄いガラス板を製造する場合、でき上がるガラス板の平坦度が悪いため、上記用途に適応した平坦度に仕上げるために、ガラス板の表面の相当な量を研削・研磨しなければならなかった。このため、研削後のガラス板は、その表面粗さが非常に悪くなってしまうという問題がある。

この問題を解決するため、研削後のガラス板に対して２回のポリッシュを行うのが一般的であり、表面粗さを、１次ポリッシュ後に０．５ｎｍ、２次ポリッシュ後に０．１ｎｍ程度としている。さらに、次世代には、一層精度の高いものが要求されてくることから、これに加えてさらに３次ポリッシュが必要になってくると予想される。したがって、研削・研磨のみによってガラス板の平坦度を上げようとすると、研削・研磨の時間と労力とがかかり、結果的に、設備コストがかかってしまう。

そこで、所定の厚みを有して且つ表面粗さを良くした母材ガラス板を用いて、これを加熱軟化させ、軟化した状態のガラス板に延伸することによって、所望の厚さの薄ガラス板を作製する方法が考案されている（特許文献１〜３参照）。

特開平１１−１９９２５５号公報特開平８−１８３６２７号公報特開２００４−６７３９３号公報

しかしながら、たとえば母材ガラス板を加熱軟化させて延伸し、厚さが０．７ｍｍ以下の薄いガラス条を成形する場合、ガラス条が弓状に反り易く、平坦度が悪化してしまうという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させて所望の厚さに延伸してガラス条を成形する場合に、反りの発生を抑制し、平坦度の優れた薄***状のガラス条を製造することができるガラス条の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガラス条の製造方法は、母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を含み、前記母材ガラス板は、該母材ガラス板を透過する間に吸収される輻射熱が該母材ガラス板内において局所的に蓄熱する前に拡散する程度の透過率を有することを特徴とする。

また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記母材ガラス板は、波長８００ｎｍ〜２２００ｎｍにおける透過率の最小値が厚さ３ｍｍにおいて８６％〜９５％であることを特徴とする。

また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記母材ガラス板は、断面アスペクト比が５０以上であることを特徴とする。

また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の厚さが０．７ｍｍ以下になるように延伸することを特徴とする。

本発明によれば、母材ガラス板が、吸収される輻射熱が母材ガラス板内において局所的に蓄熱する前に拡散する程度の透過率を有することにより、母材ガラス板内で温度むらが発生しにくく、ガラスの熱膨張量のむらが小さいため、ガラス条の反りを抑制でき、平坦度の優れたガラス条を製造できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係るガラス条の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱延伸装置の斜視図である。図１に示すように、加熱延伸装置５０は、母材ガラス板１を加熱する電気抵抗炉である加熱炉１０と、この加熱炉１０に母材ガラス板１を送り込む母材送り機構２０と、この加熱炉１０からガラス条１１を引き出す引き取り機構３０とを有している。加熱炉１０には、母材ガラス板１を加熱する加熱手段として、複数のヒータが設けられる。また、加熱炉１０の下部には、ガラス条１１の外形を測定するための外形測定器７、ガラス条１１の表面に保護膜を形成する保護膜被覆装置８、ガラス条１１を引き取るテンションを測定するテンション測定器９、ガラス条１１のよじれを防止するガイドロール５が設けられる。また、引き取り機構３０の下部には、ガラス条の表面に溝を形刻して、所定の長さに折るためのカッター２１が設けられる。外形測定器７の計測した計測値は、フィードバック経路１３を経由して母材送り機構２０にフィードバックされる。母材送り機構２０は、このフィードバック値に基づいて母材送り速度をコントロールする。また、この計測値は、フィードバック経路１４を経由して引き取り機構３０にもフィードバックされる。引き取り機構３０は、このフィードバック値に基づいて引き出し速度をコントロールする。

図２は、図１に示す加熱炉１０の平面図および断面図である。図２に示すように、炉体１６の内部において、母材ガラス板１の周囲は矩形の炉心管１７で囲まれ、炉心管１７の外側には複数のヒータ１５ａ〜１５ｃが母材ガラス板１の両側に設置されている。ヒータとしては、例えばカーボン抵抗発熱体を用いることができる。また、ヒータが腐食しないように、ヒータの周囲を不活性ガスで保護することが好ましい。

本実施の形態に係るガラス条の製造方法では、加熱延伸装置５０に母材ガラス板１をセットし、ヒータ１５ａ〜１５ｃに通電する。すると、ヒータ１５ａ〜１５ｃから輻射熱が放出され、この輻射熱が母材ガラス板１を透過する間に一部が吸収されることによって母材ガラス板１が加熱する。母材ガラス板１は軟化点以上の温度に加熱すると軟化して溶け始め、その幅が収縮して所望の厚さに延伸される。この加熱延伸工程によって、所望の厚さと幅とを有するガラス条１１が形成される。

そして母材ガラス板１は、母材ガラス板１に吸収された輻射熱が母材ガラス板１内において局所的に蓄熱する前に拡散する程度の透過率を有する。その結果、母材ガラス板１が吸収する輻射熱の量が制限され、吸収した輻射熱が局所的にガラスの温度を上昇させるよりも速く母材ガラス板内に拡散するので、母材ガラス板内で熱が局所的に蓄熱して温度むらが発生しにくい。その結果、母材ガラス板内でのガラスの熱膨張量にもむらが発生しにくいので、ガラス条の反りが抑制される。

なお、加熱延伸装置５０のように矩形の加熱炉を用いてガラス条を製造する場合、ヒータから放出される輻射熱量に関して母材ガラス板の表側と裏側とで差が生じることがある。しかし、本実施の形態に係る母材ガラス板は、上記の輻射熱量の差が発生しても母材ガラス板の表側と裏側とで温度差が発生しにくく、ガラス条の反りが抑制される。

また、母材ガラス板の波長８００ｎｍ〜２２００ｎｍにおける透過率の最小値が厚さ３ｍｍにおいて８６％以上であれば、母材ガラス板が吸収した上記波長範囲内の赤外線が局所的に温度を上昇させるよりも速く母材ガラス板内に拡散するので、ガラス条の反りが確実に抑制される。

ただし、母材ガラス板の上記波長範囲における透過率が高すぎる場合、ヒータの熱輻射による加熱が少なくなり、加熱炉内の雰囲気ガス等から母材ガラス板への熱伝導による加熱が相対的に大きな量となる。しかし、この伝導加熱は、輻射加熱と比較して空間分布を一様にすることが難しい。その結果、伝導加熱の割合が大きくなると母材ガラス板内での温度むらが大きくなり、反り等が発生して安定した形状を保ったまま延伸加工を行うことが難しくなる。したがって、輻射加熱を所定の割合以上に保つために上記波長範囲における透過率の最小値は９５％以下であることが好ましい。

（実施例１〜６、比較例１〜３）
本発明の実施例１として、ホウ珪酸ガラス（ショット社製テンパックスフロート（登録商標））からなる、幅３０８ｍｍ、厚さ２．８ｍｍ、長さ約１．１５ｍ、断面アスペクト比１１０の母材ガラス板を用意した。なお、断面アスペクト比とは、ガラス板の断面における幅と厚さとの比である。図３は実施例１および後述する実施例２、３ならびに比較例１、２に係る母材ガラス板の透過率のスペクトルを示す図である。図３に示すように、実施例１に係る母材ガラス板の波長８００ｎｍ〜２２００ｎｍにおける透過率の最小値は厚さ３ｍｍにおいて９２％であった。そして、図１に示す加熱延伸装置を用いて上記の母材ガラス板を加熱延伸してガラス条を製造した。

なお、本実施例１では、加熱延伸装置の加熱炉に設置するヒータとして、長さ６２０ｍｍ、幅２５６ｍｍのカーボンヒータを使用し、これらのヒータを図２に示す配置でヒータ中心線の距離が互いに２７７ｍｍとなるように設置した。ヒータ温度は、中央に配置したヒータについては９００℃、両端に配置したヒータについては１１００℃とした。このようにヒータの温度設定をすることによって母材ガラス板が幅方向に凹型の温度分布を有するように加熱され、その結果ガラス条の幅方向の厚さが均一になる。また、延伸条件としては、引き出し速度を４ｍｍ／ｍｉｎとし、延伸後のガラス条を幅４２ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ、断面アスペクト比１０５とした。このようにガラス条の断面アスペクト比が５０以上であるか、または、厚さが０．７ｍｍ以下である場合、あるいはその両方である場合には、わずかな反りであっても全体の形状に与える影響が大きいため、本発明の平坦度を改善するという効果がより顕著なものとなる。

つぎに、上記のように製造したガラス条の反りについて反り量を指標として評価した。図４は、反り量について説明するための説明図であり、加熱延伸したガラス条１１を所望の形状に加工したガラス基板の断面を示す図である。反り量１１ａは、ガラス条１１を必要な面積の基板として切り取った後、その基板を水平面上に置いた時、基板面状の任意の単位長さ１１ｂだけ離れた二点間でのガラス条の厚さ方向の中心線１１ｃの垂直方向における最高点と最低点の差を指す。なお、反り量の測定は表面性状測定機（ミツトヨ製ＣＳ５０００）にて行い、上述の二点間の距離は２０ｍｍとした。

上記測定を行ったところ、実施例１に係るガラス条は反り量が１．５μｍであり、極めて平坦度の優れたガラス条が製造できたことが確認された。

一方、比較例１として、アルミノシリケート系ガラスからなる、幅３０８ｍｍ、厚さ２．８ｍｍ、長さ約１．１５ｍ、断面アスペクト比１１０の母材ガラス板を用意した。図３に示すように、比較例１に係る母材ガラス板の波長８００ｎｍ〜２２００ｎｍにおける透過率の最小値は厚さ３ｍｍにおいて８０％であった。そして、実施例１と同様にガラス条を製造したところ、製造したガラス条はその断面が凸状となり、反り量は１５μｍと極めて大きかった。

さらに、実施例２〜６、比較例２、３として、異なる特性の母材ガラス板を用いて実施例１および比較例１と同様にガラス条を製造した。なお、ヒータ温度は、各ガラス種の軟化点に対応した温度に設定し、実施例１および比較例１と同様に母材ガラス板が幅方向に凹型の温度分布を有するように加熱した。

図５は実施例１〜６、比較例１〜３について、用いた母材ガラス板および製造したガラス条の諸特性を示す図である。一方、図６は、母材ガラス板の透過率とガラス条の反り量との関係を示す図である。図５、６に示すように、実施例１〜６に係る母材ガラス板は、波長８００ｎｍ〜２２００ｎｍにおける透過率の最小値が厚さ３ｍｍにおいて８６％〜９２％であるため、製造したガラス条の反り量は３．０μｍ以下と良好であった。一方、比較例１〜３に係る母材ガラス板は、上記波長範囲における透過率の最小値が７０％〜８０％であるため、製造したガラス条の反り量は１５μｍ以上であり極めて大きかった。

特に、実施例４、５の場合は、母材ガラス板の熱膨張係数が１００×１０^-7／℃と高いにもかかわらず、これより熱膨張係数が低い比較例１〜３の場合よりも製造したガラス条の反り量が著しく小さかった。すなわち、実施例４、５に係る母材ガラス板は、吸収された輻射熱が母材ガラス板内において局所的に蓄熱する前に拡散する程度の透過率を有するので、母材ガラス板内で熱膨張量のむらが生じにくいため、熱膨張係数が高くてもガラス条の反り量が良好であったと考えられる。

以上説明したように、本発明によれば、加熱延伸工程において母材ガラス板内で温度むらが発生しにくく、ガラスの熱膨張量にむらが発生しにくいため、ガラス条の反りを抑制でき、平坦度の優れたガラス条を製造できる。

なお、本発明において用いる母材ガラス板の種類、サイズ、厚さなどは特に制限されない。また、ガラスの材質としては、たとえば、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ソーダアルミノ珪酸ガラス、アルミノボロシリケートガラス、ボロシリケートガラス、風冷または液冷等の処理を施された物理強化ガラス、化学強化ガラスなどを用いることができる。また、母材ガラス板に含まれるＦｅ₂Ｏ₃が多いほどガラスは青くなり、上記波長範囲における透過率の最小値が小さくなるが、Ｆｅ₂Ｏ₃の含有量を調整することによって所望の透過率を実現できる。

また、本発明に係るガラス条の製造方法によって製造されたガラス条は、その平坦性と表面性を活かした商品群に展開可能である。たとえば半導体素子、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや回路基板の材料に有用であり、特に、半導体素子の基板、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや小型の磁気ディスク基板、液晶ディスプレイ用カバーガラス、ＬＥＤ用基板等に好適なものである。

また、石英ガラスを用いた場合は、その高温耐性を利用して、熱ＣＶＤなどによって表面に機能性膜を堆積して使用することもできる。さらに、多成分ガラスを用いた場合は、低温プロセスを用いて表面に機能性膜を堆積して使用することもできる。

さらに、目的用途に合わせて、本発明のガラス条を多角形、円形、あるいは円盤状に切り取り、ガラス基板として用いても良く、さらに得られた基板を研磨して用いても良い。本発明のガラス条を用いて作製されたガラス基板は、医療分析等に用いられるＤＮＡチップのガラス基板にも好適なものである。また、本発明のガラス条を平面状に並べることにより、どのようなサイズの二次元基板にも拡張できる。

本発明の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱延伸装置の斜視図である。図１に示す加熱炉の平面図および断面図である。実施例１〜３および比較例１、２に係る母材ガラス板の透過率のスペクトルを示す図である。反り量について説明するための説明図である。実施例１〜６、比較例１〜３について、用いた母材ガラス板および製造したガラス条の諸特性を示す図である。母材ガラス板の透過率とガラス条の反り量との関係を示す図である。

符号の説明

１母材ガラス板
５ガイドロール
７外形測定器
８保護膜被覆装置
９テンション測定器
１０加熱炉
１１ガラス条
１１ａ反り量
１１ｂ単位長さ
１１ｃ厚さ方向の中心線
１３、１４フィードバック経路
１５ａ〜１５ｃヒータ
１６炉体
１７炉心管
２０母材送り機構
２１カッター
３０引き取り機構
５０加熱延伸装置

Claims

母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を含み、
前記母材ガラス板は、該母材ガラス板を透過する間に吸収される輻射熱が該母材ガラス板内において局所的に蓄熱する前に拡散する程度の透過率を有することを特徴とするガラス条の製造方法。
前記母材ガラス板は、波長８００ｎｍ〜２２００ｎｍにおける透過率の最小値が厚さ３ｍｍにおいて８６％〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載のガラス条の製造方法。
前記母材ガラス板は、断面アスペクト比が５０以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス条の製造方法。
前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の厚さが０．７ｍｍ以下になるように延伸することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のガラス条の製造方法。