JP6498547B2 - ガラス板の製造方法、および、ガラス板の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス板の製造方法、および、ガラス板の製造装置に関する。

液晶ディスプレイおよびプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイのガラス基板として用いられるガラス板は、その表面に高い平坦度が要求される。特に、近年では、ガラス板表面の平坦度に対する要求がますます高まっている。また、ＴＦＴ液晶ディスプレイ用のガラス板には高い熱的安定性が求められる。このようなガラス板の製造には、それを実現できるように調合されたガラス原料が用いられる。

このようなフラットパネルディスプレイ用のガラス板は、例えば、オーバーフローダウンドロー法によって製造される。オーバーフローダウンドロー法では、成形体の上面の溝に流し込まれて溢れ出た熔融ガラスが、成形体の両側面を伝って流れ落ち、成形体の下端で合流した後に下方に引き延ばされることでガラスリボンが成形される。ガラスリボンは、冷却された後、所定の寸法に切断されて、ガラス板が作られる。

ガラス板の製造に用いられるガラス原料は、通常は難溶性であるため、熔融ガラス中には、脈理と呼ばれる、周囲と成分が異なる部分が発生することがある。オーバーフローダウンドロー法において成形されたガラスリボンが下方に引き延ばされる際に、熔融ガラス中の脈理とその周囲との温度および粘度の違いにより、それらの引き延ばされ具合が異なることがある。これにより、ガラスリボン表面の平坦度が悪化するおそれがある。このような脈理の問題を解決するために、例えば、特許文献１（特開２００４−６７４０８号公報）には、ガラス原料として、平均粒径が３０μｍ〜６０μｍのシリカを使用して脈理の発生を抑える技術が開示されている。

しかし、特許文献１（特開２００４−６７４０８号公報）に開示の技術を使用しても、成形体に供給される熔融ガラスの温度が不均一であると、脈理の原因となる異質な熔融ガラスが生成され、脈理が十分に抑制されないおそれがある。

本発明は、成形体に供給される熔融ガラスの温度を制御することで、熔融ガラス中の脈理の発生を抑制し、均一な板厚を有するガラス板を製造することができるガラス板の製造方法、および、ガラス板の製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係るガラス板の製造方法は、熔融ガラスを供給管に流して成形装置に供給する供給工程と、供給工程において成形装置に供給された熔融ガラスからガラス板を成形する成形工程とを備える。供給工程は、供給管を流れる熔融ガラスを保温するための保温材に周囲を囲まれた供給管を通電加熱しながら、熔融ガラスの流れ方向に向かって熔融ガラスの温度が下がるように熔融ガラスを供給管に流す。流れ方向の上流側から下流側に向かって供給管は、第１管区分、第２管区分および第３管区分に区画される。第２管区分を流れる電流は、第１管区分を流れる電流よりも高い。第３管区分を囲む保温材は、第１管区分を囲む保温材よりも低い熱伝導率を有する。

このガラス板の製造方法では、保温材に囲まれた供給管を通電加熱することで、供給管を流れる熔融ガラスの温度が制御される。供給管の断面の中心を流れる熔融ガラスの温度は、供給管の内壁面の近傍を流れる熔融ガラスの温度よりも高い。熔融ガラスのこの温度差は、熔融ガラスの脈理の原因となるので、小さいほど好ましい。供給管の第２管区分は、第１管区分と比べて高電流が流れる部分であり、供給管の内壁面の近傍を流れる熔融ガラスの温度の低下が抑制される。その結果、熔融ガラスの温度差が低減される。また、供給管の第３管区分は、第１管区分と比べて保温力が高い部分であり、熔融ガラスの温度の低下が抑制される。これにより、成形装置に供給される熔融ガラスの温度が均一になるので、熔融ガラスの脈理の発生が抑制される。従って、このガラス板の製造方法は、均一な板厚を有するガラス板を製造することができる。

供給工程は、第２管区分において、供給管の温度と、供給管の断面の中心を流れる熔融ガラスの温度との差が流れ方向に沿って小さくなるように熔融ガラスを流すことが好ましい。

第２管区分において、供給管の内径は、流れ方向に沿って小さくなることが好ましい。

第３管区分を流れる電流は、第２管区分を流れる電流よりも低いことが好ましい。

第２管区分と第３管区分との間の境界において、供給管の温度と、供給管の断面の中心を流れる熔融ガラスの温度との差は、５０℃以下であることが好ましい。

本発明に係るガラス板の製造装置は、熔融ガラスからガラス板を成形する成形装置と、成形装置に熔融ガラスを供給するための供給管とを備える。供給管は、供給管を流れる熔融ガラスを保温するための保温材に周囲を囲まれる。供給管は、通電加熱されながら、熔融ガラスの流れ方向に向かって熔融ガラスの温度が下がるように熔融ガラスを供給管に流す。流れ方向の上流側から下流側に向かって供給管は、第１管区分、第２管区分および第３管区分に区画される。第２管区分を流れる電流は、第１管区分を流れる電流よりも高い。第３管区分を囲む保温材は、第１管区分を囲む保温材よりも低い熱伝導率を有する。

本発明に係るガラス板の製造方法、および、ガラス板の製造装置は、成形体に供給される熔融ガラスの温度を制御することで、脈理がなく、均一な板厚を有するガラス板を製造することができる。

実施形態に係るガラス板の製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。 実施形態に係るガラス板製造装置の構成を示す模式図である。 第３供給管の一例の模式図である。 第３供給管の断面図である。 第３供給管の断面方向における、第３供給管の中を流れる熔融ガラスの温度変化を表すグラフである。 第３供給管の長手方向における、第３供給管の中を流れる熔融ガラスの温度変化を表すグラフである。

（１）ガラス板の製造方法の概要
本発明に係るガラス板の製造方法、および、ガラス板の製造装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態のガラス板の製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。

ガラス板の製造方法は、図１に示されるように、主として、熔解工程Ｓ１と、清澄工程Ｓ２と、攪拌工程Ｓ３と、供給工程Ｓ４と、成形工程Ｓ５と、徐冷工程Ｓ６と、切断工程Ｓ７とを備える。

熔解工程Ｓ１では、ガラス原料が熔解槽に投入されて加熱されることで熔融ガラスが得られる。熔融ガラスは、熔解槽の底部に形成された流出口から、清澄工程Ｓ２に向かって流出する。熔解槽における熔融ガラスの加熱は、熔融ガラスに電気を流して直接的に熔融ガラスを加熱する方法、および、熔融ガラスの液面の上方空間をバーナーの炎で加熱して間接的に熔融ガラスを加熱する方法により行われる。ガラス原料には、清澄剤が添加される。清澄剤は、例えば、ＳｎＯ₂、Ａｓ₂Ｏ₃およびＳｂ₂Ｏ₃である。環境負荷低減の観点からは、清澄剤として、ＳｎＯ₂が用いられる。

清澄工程Ｓ２では、熔解槽から延びる配管を流れた熔融ガラスが清澄槽内で加熱されることで、熔融ガラス中に含まれるＣＯ₂、Ｎ₂、ＳＯ₂等を含む泡が、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、熔融ガラスの液面に浮上して消滅する。清澄工程Ｓ２では、さらに、熔融ガラスの温度を低下させることで、還元された清澄剤が酸化反応を起こして、熔融ガラス中に残存している酸素等のガスが熔融ガラスに吸収される。清澄剤の還元反応および酸化反応は、清澄槽内の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Ｓ２では、減圧雰囲気の空間を清澄槽内に形成し、熔融ガラス中の泡を減圧雰囲気下で成長させて除去する減圧脱泡方式が用いられてもよい。

攪拌工程Ｓ３では、清澄槽から延びる配管を流れた熔融ガラスが、攪拌槽内で攪拌されて、熔融ガラスの成分が均質化される。これにより、脈理の原因である熔融ガラスの組成ムラが低減される。

供給工程Ｓ４では、攪拌槽で攪拌された熔融ガラスが、配管を流れて成形装置に供給される。

成形工程Ｓ５では、成形装置に供給された熔融ガラスから、オーバーフローダウンドロー法によりガラスリボンが連続的に成形される。

徐冷工程Ｓ６では、成形されたガラスリボンが所望の厚みを有し、かつ、歪みおよび反りが生じないように、ガラスリボンが徐々に冷却される。

切断工程Ｓ７では、冷却されたガラスリボンが所定の長さに切断されて、ガラス素板が得られる。ガラス素板は、さらに、所定の寸法に切断されて、製品サイズのガラス板が得られる。その後、ガラス板端面の研削および研磨、並びに、ガラス板の洗浄が行われる。さらに、気泡、脈理およびキズ等の欠陥の有無が検査され、検査に合格したガラス板が梱包されて製品として出荷される。ガラス板の幅方向の寸法は、例えば、５００ｍｍ〜３５００ｍｍである。ガラス板の長さ方向の寸法は、例えば、５００ｍｍ〜３５００ｍｍである。

このガラス板の製造方法で用いられるガラス原料は、所望の組成のガラスを実質的に得ることができるように調製されている。ガラスの組成の一例として、フラットパネルディスプレイ用のガラス板として好適な無アルカリガラスは、ＳｉＯ₂：５０質量％〜７０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：０質量％〜２５質量％、Ｂ₂Ｏ₃：１質量％〜１５質量％、ＭｇＯ：０質量％〜１０質量％、ＣａＯ：０質量％〜２０質量％、ＳｒＯ：０質量％〜２０質量％、ＢａＯ：０質量％〜１０質量％を含有する。ここで、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計の含有量は、５質量％〜３０質量％である。

また、フラットパネルディスプレイ用のガラス板として、アルカリ金属を微量含むアルカリ微量含有ガラスを用いてもよい。アルカリ微量含有ガラスは、成分として、０．１質量％〜０．５質量％のＲ’₂Ｏを含み、好ましくは、０．２質量％〜０．５質量％のＲ’₂Ｏを含む。ここで、Ｒ’は、Ｌｉ、ＮａおよびＫから選択される少なくとも１種である。なお、Ｒ’₂Ｏの含有量の合計は、０．１質量％未満であってもよい。

また、ガラスの組成は、上記成分に加えて、ＳｎＯ₂：０．０１質量％〜１質量％（好ましくは、０．０１質量％〜０．５質量％）、Ｆｅ₂Ｏ₃：０質量％〜０．２質量％（好ましくは、０．０１質量％〜０．０８質量％）をさらに含有してもよい。また、ガラスの組成は、環境負荷を考慮して、Ａｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃およびＰｂＯを実質的に含有しないことが好ましい。

なお、フラットパネルディスプレイ用のガラス板は、高温時における粘度が高い。例えば、１０^2.5ポアズの粘度を有する熔融ガラスの温度は、１５００℃以上である。

図２は、熔解工程Ｓ１から切断工程Ｓ７までを行うガラス板製造装置１００の構成の一例を示す模式図である。ガラス板製造装置１００は、熔解槽１０１と、清澄槽１０２と、攪拌槽１０３と、成形装置１０４と、第１供給管１０５ａと、第２供給管１０５ｂと、第３供給管１０５ｃとを備える。第１供給管１０５ａは、熔解槽１０１と清澄槽１０２とを接続する。第２供給管１０５ｂは、清澄槽１０２と攪拌槽１０３とを接続する。第３供給管１０５ｃは、攪拌槽１０３と成形装置１０４とを接続する。

熔解工程Ｓ１において、ガラス原料は、スクリューフィーダー等を用いて熔解槽１０１に投入される。ガラス原料は、熔解槽１０１内で加熱されて熔解し、熔融ガラスが得られる。熔解槽１０１では、例えば、１５００℃〜１６００℃の熔融ガラスが得られる。熔解槽１０１内の熔融ガラスは、第１供給管１０５ａを流れて、清澄槽１０２に供給される。

清澄工程Ｓ２では、清澄槽１０２において熔融ガラスが清澄される。清澄槽１０２では、熔融ガラスの温度が調整されて、熔融ガラス中に含まれるガス成分が除去される。清澄槽１０２では、熔融ガラスは、例えば、１５００℃〜１７００℃まで昇温させられる。清澄された熔融ガラスは、第２供給管１０５ｂを流れて、攪拌槽１０３に供給される。

攪拌工程Ｓ３では、攪拌槽１０３において熔融ガラスが攪拌されて、熔融ガラスの成分が均質化される。攪拌槽１０３に供給される熔融ガラスの温度は、所定の範囲内になるように調整されている。攪拌槽１０３内の熔融ガラスの温度は、例えば、１２５０℃〜１４５０℃である。攪拌槽１０３内の熔融ガラスの粘度は、例えば、５００ポアズ〜１３００ポアズである。攪拌槽１０３で均質化された熔融ガラスは、第３供給管１０５ｃに流入する。

供給工程Ｓ４では、熔融ガラスは、第３供給管１０５ｃの中を流れながら、次の成形工程Ｓ５におけるガラスリボンの成形に適した温度まで冷却される。例えば、熔融ガラスは、第３供給管１０５ｃの中を流れる過程で、１２００℃付近まで冷却される。供給工程Ｓ４において、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスは、温度が制御されながら冷却される。供給工程Ｓ４における熔融ガラスの温度制御については後述する。第３供給管１０５ｃで冷却された熔融ガラスは、成形装置１０４に供給される。

成形工程Ｓ５では、成形装置１０４において、オーバーフローダウンドロー法によって熔融ガラスからガラスリボンが連続的に成形される。

徐冷工程Ｓ６では、成形装置１０４において、成形工程Ｓ５において成形されたガラスリボンが室温付近まで徐冷される。

切断工程Ｓ７では、徐冷されたガラスリボンが、切断装置（図示せず）によって所定の寸法に切断され、ガラス板が製造される。

（２）供給工程の概要
次に、供給工程Ｓ４について詳細に説明する。上述したように、供給工程Ｓ４は、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスを、成形工程Ｓ５に適した温度まで冷却する工程である。例えば、供給工程Ｓ４では、熔融ガラスの温度は、少なくとも１５０℃低下することが好ましい。供給工程Ｓ４で冷却された熔融ガラスの温度は、少なくともガラスの失透温度より高い。ガラスの失透温度は、約１２００℃である。攪拌工程Ｓ３において実現された熔融ガラスの均質性を保つために、供給工程Ｓ４における熔融ガラスの冷却は、所定の速度で行われる。そのため、第３供給管１０５ｃは、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度および粘度を細かく制御するための機構を有していることが好ましい。また、第３供給管１０５ｃは、高温の熔融ガラスと接触するため、耐火金属で成形されていることが好ましい。具体的には、第３供給管１０５ｃは、白金または白金合金から成形されていることがより好ましい。

図３は、第３供給管１０５ｃの一例の模式図である。図３の下の矢印は、熔融ガラスの流れ方向を表す。図３に示されるように、第３供給管１０５ｃは、複数の給電端子１１１を有している。各給電端子１１１は、第３供給管１０５ｃの外周面に取り付けられるフランジと、フランジから延びる電極とから構成される。複数の給電端子１１１は、第３供給管１０５ｃの長手方向に沿って、互いに間隔を空けて取り付けられている。隣り合う２つの給電端子１１１は、１つの通電加熱装置１１２を構成する。隣り合う２つの通電加熱装置１１２は、１つの給電端子１１１を共有する。すなわち、ｎ＋１個の給電端子１１１は、ｎ個の通電加熱装置１１２を構成する。この場合、第３供給管１０５ｃは、ｎ＋１個の給電端子１１１を境界として、第３供給管１０５ｃの長手方向に沿って、ｎ個のセクションに区画される。例えば、第３供給管１０５ｃが１０個の給電端子１１１を有する場合、第３供給管１０５ｃは、９つのセクションに区画される。各通電加熱装置１１２は、各セクションの両端に位置する２つの給電端子１１１から構成される。そのため、各セクションには、１つの通電加熱装置１１２が備えられている。

以下において、第３供給管１０５ｃは、１０個の給電端子１１１によって９つのセクションＳＣ１〜ＳＣ９に区画されているとする。９つのセクションＳＣ１〜ＳＣ９は、第３供給管１０５ｃの上流側から下流側に向かって、第１セクションＳＣ１、第２セクションＳＣ２、・・・、第９セクションＳＣ９と呼ばれる。上流側は、第３供給管１０５ｃに熔融ガラスが流入する側である。下流側は、第３供給管１０５ｃから熔融ガラスが流出する側である。

また、第３供給管１０５ｃは、上流側から下流側に向かって、第１管区分ＰＰ１、第２管区分ＰＰ２および第３管区分ＰＰ３の３つの領域に分けられる。管区分ＰＰ１〜ＰＰ３は、セクションＳＣ１〜ＳＣ９とは異なる区画である。第１管区分ＰＰ１は、第１セクションＳＣ１から第５セクションＳＣ５までの領域に相当し、その長さは約６０００ｍｍである。第２管区分ＰＰ２は、第６セクションＳＣ６から第７セクションＳＣ７までの領域に相当し、その長さは約２０００ｍｍである。第３管区分ＰＰ３は、第８セクションＳＣ８から第９セクションＳＣ９までの領域に相当し、その長さは約２０００ｍｍである。各管区分ＰＰ１〜ＰＰ３は、少なくとも１つのセクションから構成されていることが好ましい。各管区分ＰＰ１〜ＰＰ３を構成するセクションの数は、任意であるが、多いほど好ましい。なぜなら、セクションの数が多いほど、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度をより細かく制御することができるからである。また、各セクションＳＣ１〜ＳＣ９の長さは、任意に設定できる。例えば、セクションＳＣ１〜ＳＣ９の長さは、全て同じであってもよく、上流側から下流側に向かって徐々に短くなってもよい。第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度をより細かく制御したい領域では、セクションの長さをより短くすることが好ましい。

第３供給管１０５ｃの各セクションＳＣ１〜ＳＣ９では、１つの通電加熱装置１１２を構成する２つの給電端子１１１が、当該セクションに電気を流し、当該セクションをジュール熱によって発熱させる。これにより、第３供給管１０５ｃ内の熔融ガラスが加熱される。各通電加熱装置１１２は、電流および電圧を個別に制御可能である。これにより、第３供給管１０５ｃのセクションＳＣ１〜ＳＣ９ごとに、その内部を流れる熔融ガラスの温度を制御できる。従って、供給工程Ｓ４では、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度および粘度を細かく制御することができる。

また、図３に示されるように、第３供給管１０５ｃの各セクションＳＣ１〜ＳＣ９には、測定装置１１３が取り付けられている。測定装置１１３は、第３供給管１０５ｃの各セクションＳＣ１〜ＳＣ９の中を通過する熔融ガラスの温度および粘度を測定する。測定装置１１３は、例えば、細管式粘度計、回転式粘度計および温度計等から構成される。細管式粘度計は、測定対象の流体試料を細管に通し、試料が細管を通過する時間（流量）と、細管の両端の圧力差とから、試料の粘度を測定する。回転式粘度計は、回転体から流体試料が受ける抵抗である粘性抵抗を、回転体の回転トルク等から読み取ることによって、試料の粘度を測定する。

図４は、第３供給管１０５ｃの長手方向に沿って第３供給管１０５ｃを切断した場合の断面図である。図４の下の矢印は、熔融ガラスの流れ方向を表す。図４に示されるように、第３供給管１０５ｃは、耐火物１０６ａ〜１０６ｃによって囲まれている。耐火物１０６ａ〜１０６ｃは、第３供給管１０５ｃの外周面と接触するように取り付けられる。第３供給管１０５ｃにおいて、第１管区分ＰＰ１には、第１耐火物１０６ａが取り付けられ、第２管区分ＰＰ２には、第２耐火物１０６ｂが取り付けられ、第３管区分ＰＰ３には、第３耐火物１０６ｃが取り付けられる。なお、図３では、耐火物１０６ａ〜１０６ｃが省略されている。

第１耐火物１０６ａおよび第２耐火物１０６ｂは、電鋳耐火物から成形される。この電鋳耐火物は、例えば、サンゴバン・ティーエム社製のＳＣＩＭＯＳ−Ｍである。この電鋳耐火物の熱伝導率は、４００℃で３．０Ｗ／ｍ・Ｋである。第３耐火物１０６ｃは、高アルミナ質の耐火耐熱レンガから成形される。この耐火耐熱レンガは、例えば、イソライト工業株式会社製のＬＡＰ−１６５である。この耐火耐熱レンガの熱伝導率は、４００℃で０．３７Ｗ／ｍ・Ｋである。第１耐火物１０６ａおよび第２耐火物１０６ｂの厚みは、２５ｍｍである。第３耐火物１０６ｃの厚みは、６５ｍｍである。第１耐火物１０６ａおよび第２耐火物１０６ｂは、最小限の熱抵抗で熔融ガラスの放熱を促進するための耐火物であるのに対し、第３耐火物１０６ｃは、熔融ガラスを保温するための耐火物である。なお、第３耐火物１０６ｃの断熱性能が、第１耐火物１０６ａおよび第２耐火物１０６ｂより優れているのであれば、耐火物１０６ａ〜１０６ｃの材質および寸法は、任意に設定されてもよい。この場合、第２耐火物１０６ｂの材質および厚みは、第１耐火物１０６ａと異なっていてもよい。耐火物１０６ａ〜１０６ｃの断熱性能が優れているほど、当該耐火物が取り付けられているセクションの中を流れる熔融ガラスの温度を維持する保温力が高い。

耐火物１０６ａ〜１０６ｃは、主に、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度の低下を抑制する効果を有する。耐火金属製の第３供給管１０５ｃは、熱伝導率が高いため、耐火物１０６ａ〜１０６ｃが第３供給管１０５ｃに取り付けられていない場合、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの熱は、第３供給管１０５ｃを介して、第３供給管１０５ｃの周囲の空間に放出されやすい。第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスが放熱されやすいと、熔融ガラスの温度および粘度の制御が困難となる。従って、耐火物１０６ａ〜１０６ｃは、供給工程Ｓ４において第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度および粘度を細かく制御するために必要である。

また、図４に示されるように、第３供給管１０５ｃの内径は、上流側から下流側に向かって、ｄ１からｄ３まで変化する。第３供給管１０５ｃの内径は、第３供給管１０５ｃの中の熔融ガラスが流れる空間を、第３供給管１０５ｃの断面方向に切断した場合における、切断面である円の直径である。第１セクションＳＣ１の上流側において、第３供給管１０５ｃの内径は、ｄ１（１３０ｍｍ）からｄ２（２００ｍｍ）まで連続的に増加する。第１セクションＳＣ１において、内径がｄ１である上流側の部分は、攪拌工程Ｓ３において攪拌槽１０３から供給される熔融ガラスが流れる管と接続される部分である。第１セクションＳＣ１の下流側、および、第２セクションＳＣ２から第６セクションＳＣ６までの部分では、内径はｄ２である。第７セクションＳＣ７では、内径はｄ２からｄ３（１４５ｍｍ）まで連続的に減少する。第８セクションＳＣ８および第９セクションＳＣ９では、内径はｄ３である。なお、第３供給管１０５ｃの内径ｄ１，ｄ２，ｄ３は、熔融ガラスの所望の流量における摩擦損失ヘッドが第３供給管１０５ｃ前後での熔融ガラスの液面の高低差と一致するように、または、第３供給管１０５ｃ前後での熔融ガラスの温度差に相当する放熱量が得られるように、設定される。

第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度および粘度は、各セクションＳＣ１〜ＳＣ９によって異なる。また、同一のセクションにおいても、第３供給管１０５ｃの上面側付近と底面側付近とでは、熔融ガラスの温度および粘度が異なる。ここで、第３供給管１０５ｃの上面側は、第３供給管１０５ｃの径方向中心より上方の部分であり、第３供給管１０５ｃの底面側は、第３供給管１０５ｃの径方向中心より下方の部分である。

第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度および粘度の違いは、熔融ガラスの脈理の原因となる。供給工程Ｓ４では、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度は低下し、粘度は上昇する。そのため、第３供給管１０５ｃ内に熔融ガラスの流速が周囲より小さい部分が存在すると、その部分に上流側から持ち込まれる熔融ガラスの顕熱が低下するので、熔融ガラスの温度が低下する。その結果、熔融ガラスの粘度が上昇するので、熔融ガラスの流速がさらに低下する。この悪循環を防ぐためには、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度および粘度を制御して、周囲よりも流速が小さいよどみを発生させないことが重要である。第３供給管１０５ｃ内に熔融ガラスのよどみが発生すると、異質な熔融ガラスが生じる。異質な熔融ガラスが成形工程Ｓ５で成形されるガラスリボンに入り込むと、最終製品であるガラス板に形成される脈理等の欠陥の原因となる。ガラス板の脈理は、所定の幅においてガラス板の厚みが変動する歪みの一種である。脈理は、成形工程Ｓ５におけるガラスリボンの搬送方向に沿って筋状に連続的に発生する。

熔融ガラスに含まれる成分の中で、ＳｉＯ₂は軽い成分であり、ＺｒＯ₂は重い成分である。そのため、ＳｉＯ₂は、第３供給管１０５ｃの上面側に留まりやすく、ＺｒＯ₂は、第３供給管１０５ｃの底面側に留まりやすい。このように、第３供給管１０５ｃの内部で、熔融ガラスの成分が不均一に分散すると、脈理の原因となる。

また、第３供給管１０５ｃの中を熔融ガラスが流れる際に、熔融ガラスから第３供給管１０５ｃに熱伝達が起こるので、熔融ガラスの温度が低下する。この場合、第３供給管１０５ｃの断面方向において、第３供給管１０５ｃの内周面に近い熔融ガラスほど、第３供給管１０５ｃとの熱交換が起こりやすいので、温度が下がりやすい。一方、第３供給管１０５ｃの断面方向において、第３供給管１０５ｃの内周面から遠い熔融ガラスほど、第３供給管１０５ｃとの熱交換が起こりにくいので、温度が下がりにくい。すなわち、第３供給管１０５ｃの内周面からの距離が遠いところを流れる熔融ガラスほど、温度が低下しにくい。

その結果、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度は、第３供給管１０５ｃの内周面において第３供給管１０５ｃの温度に最も近くなる。また、第３供給管１０５ｃの内周面から第３供給管１０５ｃの断面中心に向かうに従って、熔融ガラスの温度と第３供給管１０５ｃの温度との差が大きくなる。図５は、第３供給管１０５ｃの断面方向における、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度変化を表すグラフである。図５において、横軸は、第３供給管１０５ｃの断面中心からの距離を表し、縦軸は、熔融ガラスの温度を表す。図５に示されるように、第３供給管１０５ｃの断面中心から内周面に向かうに従って、熔融ガラスの温度が連続的に低下する。そのため、熔融ガラスの温度は、第３供給管１０５ｃの断面方向において均一ではない。第３供給管１０５ｃの断面方向における熔融ガラスの温度の不均一性は、脈理の原因となる。なぜなら、第３供給管１０５ｃの断面方向において温度が不均一である熔融ガラスが成形工程Ｓ５に供給されると、均質なガラスリボンの成形が妨げられるからである。そのため、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度は、第３供給管１０５ｃの断面方向において、できるだけ均一であることが好ましい。特に、第３供給管１０５ｃの下流側の第３管区分ＰＰ３において、熔融ガラスの温度が均一であることが好ましい。具体的には、第２管区分ＰＰ２と第３管区分ＰＰ３との境界において、第３供給管１０５ｃの断面方向における熔融ガラスの温度差は、５０℃以下であることが好ましい。

第３供給管１０５ｃの断面方向における熔融ガラスの温度差を小さくする方法には、第３供給管１０５ｃに大電流を流して発熱量を大きくして放熱を打ち消す方法と、耐火物１０６ａ〜１０６ｃの熱抵抗を大きくして放熱を小さくする方法とがある。大電流を流す方法では、熔融ガラスの流量を制御する性能に優れるが、電極の位置によって熔融ガラスの温度分布が不均一になる場合がある。一方、耐火物１０６ａ〜１０６ｃの熱抵抗を大きくする方法では、熔融ガラスの温度の均一性および省エネルギーに優れる。そのため、本実施形態では、第２管区分ＰＰ２で大電流を流して温度差を小さくすると同時に、第３供給管１０５ｃ全体の流量制御性能を向上させ、特に高い精度の温度制御が要求される第３管区分ＰＰ３において第３耐火物１０６ｃの熱抵抗を大きくする方法が採られている。

供給工程Ｓ４では、上述の原因による脈理を防止するために、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度が制御される。具体的には、第３供給管１０５ｃを通電加熱して、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスを加熱し、かつ、第３供給管１０５ｃを耐火物１０６ａ〜１０６ｃで囲むことで、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの放熱を抑制する。供給工程Ｓ４では、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度が、上流側から下流側に向かって徐々に低下するように、熔融ガラスの温度が制御される。第３供給管１０５ｃの各セクションＳＣ１〜ＳＣ９において、熔融ガラスの温度は個別に制御される。第３供給管１０５ｃの通電加熱装置１１２は、測定装置１１３の測定データに基づいて、熔融ガラスの温度が後述する変化を示すように、各セクションＳＣ１〜ＳＣ９に流れる電流および電圧を制御する。第３供給管１０５ｃでは、第２管区分ＰＰ２（セクションＳＣ６〜ＳＣ７）を流れる電流は、第１管区分ＰＰ１（セクションＳＣ１〜ＳＣ５）を流れる電流よりも高い。具体的には、第２管区分ＰＰ２を流れる電流は、２０００Ａであり、第１管区分ＰＰ１を流れる電流は、１０００Ａである。なお、第３管区分ＰＰ３（セクションＳＣ８〜ＳＣ９）を流れる電流は、第２管区分ＰＰ２を流れる電流より低いことが好ましい。ここでは、第３管区分ＰＰ３を流れる電流は、１０００Ａである。管区分ＰＰ１〜ＰＰ３を流れる電流が高いほど、当該管区分が通電加熱されやすい。なお、適正な電流値は、第３供給管１０５ｃの内径および厚さに強く依存する。

図６は、第３供給管１０５ｃの長手方向における、第３供給管１０５ｃの中を流れる熔融ガラスの温度変化を表すグラフである。図６において、横軸は、第３供給管１０５ｃの上流側の端部からの距離を表し、縦軸は、熔融ガラスの温度を表す。図６には、セクションＳＣ１〜ＳＣ９および管区分ＰＰ１〜ＰＰ３の範囲が示されている。図６において、実線Ｌ１は、第３供給管１０５ｃの内周面に接触する熔融ガラスの温度、すなわち、第３供給管１０５ｃの温度である「管温度」の変化を表し、点線Ｌ２は、第３供給管１０５ｃの断面中心の熔融ガラスの温度である「中心温度」の変化を表す。図６において、鎖線Ｌ３は、単位断面積当たりの熔融ガラスの質量流量で重み付け平均したガラス平均温度を表す。

次に、図６に示される熔融ガラスの温度変化について説明する。第３供給管１０５ｃに流入する熔融ガラスは、攪拌工程Ｓ３において均質化された熔融ガラスであるので、第１管区分ＰＰ１（セクションＳＣ１〜ＳＣ５）に流入する熔融ガラスの管温度と中心温度との差はゼロである。第１管区分ＰＰ１は、ガラスの失透温度を下回らない程度まで熔融ガラスを冷却するための領域である。第１管区分ＰＰ１では、管温度および中心温度が徐々に低下し、かつ、第３供給管１０５ｃからの放熱によって、管温度と中心温度との差が徐々に増加する傾向にある。第１管区分ＰＰ１と第２管区分ＰＰ２との境界において、管温度と中心温度との差は、１００℃以下であることが好ましい。図６において、第１管区分ＰＰ１では、ガラス平均温度は、１４７０℃から１２６０℃まで低下する。

第２管区分ＰＰ２では、管温度の低下が抑制される。第２管区分ＰＰ２を流れる電流は、第１管区分ＰＰ１を流れる電流よりも高い。そのため、通電加熱によって第２管区分ＰＰ２に付与される熱量は、通電加熱によって第１管区分ＰＰ１に付与される熱量よりも大きい。そのため、第２管区分ＰＰ２では、第３供給管１０５ｃからの放熱が抑制され、第３供給管１０５ｃの温度がほぼ一定に維持される。このとき、第２管区分ＰＰ２内では、第３供給管１０５ｃの断面中心の熔融ガラスから、第３供給管１０５ｃの内周面に接触する熔融ガラスに向かって熱が移動するので、中心温度は徐々に低下する。その結果、第２管区分ＰＰ２では、管温度と中心温度との差が徐々に減少する傾向にある。第２管区分ＰＰ２と第３管区分ＰＰ３との境界において、管温度と中心温度との差は、５０℃以下であることが好ましい。図６において、第２管区分ＰＰ２では、ガラス平均温度は、１２６０℃から１２５０℃まで低下する。

なお、第２管区分ＰＰ２の第７セクションＳＣ７では、第３供給管１０５ｃの内径が減少する。そのため、第２管区分ＰＰ２では、第３供給管１０５ｃの外周面の面積が徐々に減少するので、第３供給管１０５ｃを介する熔融ガラスの放熱が抑制される。すなわち、第２管区分ＰＰ２では、高電流の付与と内径の減少との２つの要因によって、管温度と中心温度との差が徐々に減少する。

第３管区分ＰＰ３では、熔融ガラスの温度が実質的に均一になる。第３管区分ＰＰ３を囲む第３耐火物１０６ｃの断熱性能は、第１耐火物１０６ａおよび第２耐火物１０６ｂより優れている。そのため、第３管区分ＰＰ３では、第１管区分ＰＰ１および第２管区分ＰＰ２と比べて、第３供給管１０５ｃを介する熔融ガラスの放熱がより抑制される。また、第３管区分ＰＰ３を流れる電流は、第２管区分ＰＰ２を流れる電流よりも低く、通電加熱によって第３管区分ＰＰ３に付与される熱量は、通電加熱によって第２管区分ＰＰ２に付与される熱量よりも小さい。そのため、第３管区分ＰＰ３の中を流れる熔融ガラスの温度の上昇が抑制される。これにより、第３管区分ＰＰ３では、ガラス平均温度がほぼ一定となる状態で、熔融ガラス内での熱移動によって管温度と中心温度との差がさらに減少する。図６において、第３管区分ＰＰ３では、ガラス平均温度は、１２５０℃を維持している。

次に、第３供給管１０５ｃを通過する熔融ガラスの温度の好ましい範囲について述べる。第３供給管１０５ｃの上流側の端部では、管温度および中心温度は、１４２０℃〜１４７０℃であることが好ましい。第１管区分ＰＰ１と第２管区分ＰＰ２との境界では、管温度は、１２１０℃〜１２６０℃であり、中心温度は、１３００℃〜１３５０℃であることが好ましい。第２管区分ＰＰ２と第３管区分ＰＰ３との境界では、管温度は、１２１０℃〜１２６０℃であり、中心温度は、１２５０℃〜１３００℃であることが好ましい。第３供給管１０５ｃの下流側の端部では、管温度および中心温度は、１２４０℃〜１２８０℃であることが好ましい。

（３）特徴
実施形態のガラス板の製造方法は、供給工程Ｓ４において、耐火物１０６ａ〜１０６ｃに囲まれた第３供給管１０５ｃを通電加熱することで、第３供給管１０５ｃを通過しながら冷却される熔融ガラスの温度を細かく制御することができる。第３供給管１０５ｃは、３つの管区分ＰＰ１〜ＰＰ３に区画される。第１管区分ＰＰ１では、熔融ガラスが、成形工程Ｓ５に適した温度に近い温度まで冷却される。第２管区分ＰＰ２は、上流側の第１管区分ＰＰ１と比べて高電流が流れる部分であり、第３供給管１０５ｃの内壁面の近傍を流れる熔融ガラスの温度の低下が抑制される。その結果、第２管区分ＰＰ２では、第３供給管１０５ｃの断面方向における熔融ガラスの温度差が低減される。第３管区分ＰＰ３は、第１耐火物１０６ａおよび第２耐火物１０６ｂに比べて断熱性能が高い第３耐火物１０６ｃに囲まれる。第３管区分ＰＰ３は、第１管区分ＰＰ１および第２管区分ＰＰ２と比べて熔融ガラスの保温力が高い部分であり、熔融ガラスの温度が維持されながら、第２管区分ＰＰ２において低減された熔融ガラスの温度差がさらに低減される。これにより、第３供給管１０５ｃの下流側の端部では、第３供給管１０５ｃの断面方向において、熔融ガラスの温度は実質的に均一になる。その結果、温度が均一な熔融ガラスが成形工程Ｓ５に供給されるので、熔融ガラスの脈理の発生が抑制される。従って、このガラス板の製造方法は、熔融ガラス中の脈理の発生を抑制し、均一な板厚を有するガラス板を製造することができる。

また、このガラス板の製造方法では、第２管区分ＰＰ２は、第３供給管１０５ｃの内径が徐々に減少する部分を有する。そのため、第２管区分ＰＰ２では、第３供給管１０５ｃの外周面の面積が徐々に減少するので、第３供給管１０５ｃを介する熔融ガラスの放熱が抑制される。これにより、第２管区分ＰＰ２では、第３供給管１０５ｃの内壁面の近傍を流れる熔融ガラスの温度の低下が抑制される。従って、第２管区分ＰＰ２では、第３供給管１０５ｃの断面方向における熔融ガラスの温度差が低減される。

また、このガラス板の製造方法では、第３管区分ＰＰ３を流れる電流は、第２管区分ＰＰ２を流れる電流よりも小さい。そのため、第３管区分ＰＰ３では、第２管区分ＰＰ２と比べて第３供給管１０５ｃの温度が上昇しにくい。これにより、第３管区分ＰＰ３では、熔融ガラスの温度は、高い断熱性能を有する第３耐火物１０６ｃによってほぼ一定に維持される。従って、第３管区分ＰＰ３では、第３供給管１０５ｃの断面方向における熔融ガラスの温度差が低減される。

（４）変形例
以上、実施形態のガラス板の製造方法およびガラス板製造装置１００について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種種の変更が行われてもよい。例えば、本発明は、以下に説明する変更が適用されてもよい。

（４−１）変形例Ａ
実施形態のガラス板の製造方法では、第２管区分ＰＰ２は、第３供給管１０５ｃの内径が徐々に減少する部分を有する。しかし、第２管区分ＰＰ２は、第３供給管１０５ｃの内径が徐々に減少する部分を有さなくてもよい。その場合、第２管区分ＰＰ２における熔融ガラスの放熱を抑制するために、第２管区分ＰＰ２を流れる電流を実施形態の２０００Ａより高くしてもよく、第２管区分ＰＰ２を囲む第２耐火物１０６ｂとして、実施形態の第２耐火物１０６ｂより高い断熱性能を有する耐火物を用いてもよい。例えば、このような耐火物として、実施形態の第３耐火物１０６ｃが用いられてもよい。

（４−２）変形例ＢＡ
実施形態のガラス板の製造方法では、第３管区分ＰＰ３を流れる電流は、第２管区分ＰＰ２を流れる電流より小さい。しかし、第３供給管１０５ｃの内径、および、熔融ガラスの温度の目標値に応じて、第３管区分ＰＰ３を流れる電流は、第２管区分ＰＰ２を流れる電流より小さくなくてもよい。例えば、第３管区分ＰＰ３を流れる電流は、第２管区分ＰＰ２を流れる電流と同じでもよい。この場合、第３管区分ＰＰ３を囲む耐火物として、実施形態の第３耐火物１０６ｃより高い断熱性能を有する耐火物を用いてもよい。

（４−３）変形例Ｃ
実施形態のガラス板の製造方法では、第３供給管１０５ｃは、白金または白金合金で成形されるが、他の白金族金属で成形されてもよい。「白金族金属」は、単一の白金族元素からなる金属、および、白金族元素からなる金属の合金である。白金族元素は、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）およびイリジウム（Ｉｒ）の６元素である。白金族金属は、高価であるが、融点が高く、熔融ガラスに対する耐食性に優れている。そのため、白金族金属は、第３供給管１０５ｃの材質として適している。

（４−４）変形例Ｄ
実施形態のガラス板の製造方法では、フラットパネルディスプレイ用のガラス板として好適な無アルカリガラスまたはアルカリ微量含有ガラスの製造のために調合されたガラス原料が用いられる。

しかし、近年、フラットパネルディスプレイのさらなる高精細化を実現するために、従来のａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）・ＴＦＴではなく、ｐ−Ｓｉ（低温ポリシリコン）・ＴＦＴまたは酸化物半導体を用いたディスプレイが求められている。ｐ−Ｓｉ・ＴＦＴおよび酸化物半導体の形成工程では、ａ−Ｓｉ・ＴＦＴの形成工程よりも高温の熱処理工程が存在する。そのため、ｐ−Ｓｉ・ＴＦＴおよび酸化物半導体が形成されるガラス板には、熱収縮率が小さい特性が求められている。ガラス板の熱収縮率を小さくするためには、ガラスの歪点を高くすることが好ましい。しかし、歪点が高いガラスは、液相温度が高く、かつ、液相粘度が低くなる傾向がある。すなわち、歪点が高いガラスの液相粘度は、成形工程Ｓ５における熔融ガラスの適正な粘度に近付く。そのため、ガラスの失透を抑制するために、成形装置１０４に熔融ガラスを供給する第３供給管１０５ｃにおいて、その断面方向における熔融ガラスの温度をできるだけ均一にすることがより強く求められている。

実施形態のガラス板の製造方法は、温度が均一な熔融ガラスを成形装置１０４に供給できるので、例えば、歪点が６６５℃以上のガラスを用いるガラス板の製造方法にも適用できる。特に、ｐ−Ｓｉ・ＴＦＴおよび酸化物半導体に好適な、歪点が６５５℃以上、６８０℃以上または６９０℃以上のガラスを用いるガラス板の製造方法に、実施形態のガラス板の製造方法を適用することができる。また、液相粘度が６０００Ｐａ・ｓ以下、５０００Ｐａ・ｓ以下または４５００Ｐａ・ｓ以下のガラスを用いるガラス板の製造方法にも、実施形態のガラス板の製造方法を適用することができる。

歪点が６６５℃以上または液相粘度が４５００Ｐａ・ｓ以下のガラスの組成は、例えば、ＳｉＯ₂：５２質量％〜７８質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３質量％〜２５質量％、Ｂ₂Ｏ₃：３質量％〜１５質量％、ＲＯ（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａの少なくとも１種）：３質量％〜２０質量％を含有する。質量比（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃）／Ｂ₂Ｏ₃は、７〜２０であることが好ましい。また、歪点をより上昇させるために、質量比（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃）／ＲＯは、７．５以上であることが好ましい。歪点をさらに上昇させるために、β―ＯＨ値は、０．１ｍｍ^-1〜０．３ｍｍ^-1であることが好ましい。また、高い歪点を実現しつつ液相粘度の低下を抑制するために、質量比ＣａＯ／ＲＯは０．６５であることが好ましい。

また、ガラスの様々な特性を調節するために、ガラスの組成は、上述の成分に加えて、他の酸化物を含有してもよい。酸化物は、例えば、ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＭｏＯ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、ＷＯ₃、Ｙ₂Ｏ₃およびＬａ₂Ｏ₃である。液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイは、ガラス板の中の泡欠陥に対する要求基準が特に厳しい。その場合、ガラスの組成は、上記酸化物の中で清澄効果が特に大きいＳｎＯ₂を少なくとも含有することが好ましい。

また、上記のＲＯとして、硝酸塩や炭酸塩が用いられてもよい。熔融ガラスの酸化性を向上させるためには、適切な割合の硝酸塩を含む酸化物をＲＯとして用いることが好ましい。

１００ ガラス板製造装置
１０４ 成形装置
１０５ｃ 第３供給管（供給管）
１０６ａ 第１耐火物（保温材）
１０６ｂ 第２耐火物（保温材）
１０６ｃ 第３耐火物（保温材）
ＰＰ１ 第１管区分
ＰＰ２ 第２管区分
ＰＰ３ 第３管区分

特開２００４−６７４０８号公報

Claims (6)

1. 熔融ガラスを供給管に流して成形装置に供給する供給工程と、
   前記供給工程において前記成形装置に供給された前記熔融ガラスからガラス板を成形する成形工程と、
   を備え、
   前記供給工程は、前記供給管を流れる前記熔融ガラスを保温するための保温材に周囲を囲まれた前記供給管を通電加熱しながら、前記熔融ガラスの流れ方向に向かって前記熔融ガラスの温度が下がるように前記熔融ガラスを前記供給管に流し、
   前記流れ方向の上流側から下流側に向かって前記供給管を第１管区分、第２管区分および第３管区分に区画した場合において、前記第２管区分を流れる電流は、前記第１管区分を流れる電流よりも高く、かつ、前記第３管区分を囲む前記保温材は、前記第１管区分を囲む前記保温材よりも低い熱伝導率を有する、
   ガラス板の製造方法。
2. 前記供給工程は、前記第２管区分において、前記供給管の温度と、前記供給管の断面の中心を流れる前記熔融ガラスの温度との差が前記流れ方向に沿って小さくなるように前記熔融ガラスを流す、
   請求項１に記載のガラス板の製造方法。
3. 前記第２管区分において、前記供給管の内径は、前記流れ方向に沿って小さくなる、
   請求項１または２に記載のガラス板の製造方法。
4. 前記第３管区分を流れる電流は、前記第２管区分を流れる電流よりも低い、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
5. 前記第２管区分と前記第３管区分との間の境界において、前記供給管の温度と、前記供給管の断面の中心を流れる前記熔融ガラスの温度との差は、５０℃以下である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
6. 熔融ガラスからガラス板を成形する成形装置と、
   前記成形装置に前記熔融ガラスを供給するための供給管と、
   を備え、
   前記供給管は、前記供給管を流れる前記熔融ガラスを保温するための保温材に周囲を囲まれ、かつ、通電加熱されながら、前記熔融ガラスの流れ方向に向かって前記熔融ガラスの温度が下がるように前記熔融ガラスを前記供給管に流し、
   前記流れ方向の上流側から下流側に向かって前記供給管を第１管区分、第２管区分および第３管区分に区画した場合において、前記第２管区分を流れる電流は、前記第１管区分を流れる電流よりも高く、かつ、前記第３管区分を囲む前記保温材は、前記第１管区分を囲む前記保温材よりも低い熱伝導率を有する、
   ガラス板の製造装置。

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