KR101627484B1 - 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 용융 유리의 청징 공정에 있어서, 용융 유리에 이물이 혼입되는 것을 억제할 수 있는 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치를 제공하는 것이다.
유리 기판의 제조 방법은, 용융 공정과, 청징 공정과, 성형 공정을 구비한다. 청징 공정에 있어서, 용융 유리 G는 백금제 또는 백금 합금제의 청징관(41)의 내부를, 기상 공간(41c)이 형성되도록 흐른다. 기상 공간(41c)은, 청징관(41)의 내부에 있어서, 용융 유리 G 액면 LS보다 상방의 공간이다. 청징관(41)은, 청징관(41)의 외벽면으로부터 외측으로 돌출되어 있는 통기관(41a)과, 용융 유리 G의 액면 LS보다 상방에 설치되는 수용부(41d)를 갖는다. 통기관(41a)은, 기상 공간(41c)과 청징관(41)의 외부 공간을 연통시킨다. 수용부(41d)는, 통기관(41a)의 길이 방향을 따라서 통기관(41a)을 본 경우에 있어서, 통기관(41a)의 단면의 일부를 덮는다.
유리 기판의 제조 방법은, 용융 공정과, 청징 공정과, 성형 공정을 구비한다. 청징 공정에 있어서, 용융 유리 G는 백금제 또는 백금 합금제의 청징관(41)의 내부를, 기상 공간(41c)이 형성되도록 흐른다. 기상 공간(41c)은, 청징관(41)의 내부에 있어서, 용융 유리 G 액면 LS보다 상방의 공간이다. 청징관(41)은, 청징관(41)의 외벽면으로부터 외측으로 돌출되어 있는 통기관(41a)과, 용융 유리 G의 액면 LS보다 상방에 설치되는 수용부(41d)를 갖는다. 통기관(41a)은, 기상 공간(41c)과 청징관(41)의 외부 공간을 연통시킨다. 수용부(41d)는, 통기관(41a)의 길이 방향을 따라서 통기관(41a)을 본 경우에 있어서, 통기관(41a)의 단면의 일부를 덮는다.
Description
본 발명은 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유리 기판의 제조 방법은, 특허문헌 1(일본 특허 공표 제2006-522001호 공보)에 기재되어 있듯이, 유리 원료를 가열하여 용융 유리를 생성하는 용융 공정과, 용융 유리로부터 유리 기판을 성형하는 성형 공정을 갖는다. 유리 기판의 제조 방법은, 용융 공정과 성형 공정 사이에, 용융 유리에 포함되는 미소한 기포를 제거하는 청징 공정을 더 포함한다. 청징 공정에서는, As2O3 등의 청징제가 배합된 용융 유리를 고온의 청징관에 통과시킴으로써, 청징제의 산화 환원 반응에 의해 용융 유리 중의 기포가 제거된다. 구체적으로는, 최초에 용융 유리의 온도를 높여서 청징제를 기능시킴으로써, 용융 유리에 포함되는 기포를, 청징관 내의 용융 유리의 액면에 부상시켜서 제거한다. 이어서, 용융 유리의 온도를 낮추어, 용융 유리에 잔류하고 있는 미소한 기포를, 용융 유리에 흡수시켜서 제거한다. 용융 유리가 통과하는 청징관은, 상측의 내벽면과 용융 유리의 액면 사이에, 기상 공간을 갖는다. 기상 공간은, 청징관에 접속된 통기관을 통해서, 청징관의 외부 공간인 외기와 연통하고 있다.
고온의 용융 유리로부터 고품질의 유리 기판을 양산하기 위해서는, 유리 기판의 결함의 요인이 되는 이물이 용융 유리에 혼입되지 않는 것이 바람직하다. 그 때문에, 용융 유리에 접촉하는 부재의 내벽은, 그 부재에 접촉하는 용융 유리의 온도 및 요구되는 유리 기판의 품질 등에 따라, 적절한 재료로 구성될 필요가 있다. 용융 유리에 접촉하는 부재의 내벽에는, 통상 백금족 금속이 사용된다. 이하, 「백금족 금속」은, 단일의 백금족 원소로 이루어지는 금속 및 백금족 원소로 이루어지는 금속의 합금을 의미한다. 백금족 원소는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os) 및 이리듐(Ir)의 6 원소이다. 백금족 금속은 고가이지만, 융점이 높아, 용융 유리에 대한 내식성이 우수하다.
청징관의 내부를 통과하는 용융 유리의 온도는, 성형되는 유리 기판의 조성에 따라 다르며, 플랫 패널 디스플레이(FPD)용 유리 기판의 경우, 1000℃ 내지 1700℃이다. 최근, 환경 부하 저감의 관점에서, As2O3 대신 SnO2가 청징제로서 사용되고 있다. SnO2는 As2O3과 비교하여 청징 효과가 작아 As2O3과 동등한 청징 효과를 얻기 위해서는 용융 유리의 온도를 높일 필요가 있다. 구체적으로는, SnO2를 청징제로서 사용하는 경우, 청징관의 내부를 통과하는 용융 유리의 온도는, 1500℃ 내지 1700℃로 설정된다.
SnO2를 청징제로서 사용하는 유리 기판의 제조 방법에서는, 청징관의 내벽은 고온의 용융 유리와 접촉하고 있다. 그 때문에, 장기간에 걸친 청징관의 사용에 의해, 청징관의 내벽으로부터 백금족 금속이 서서히 휘발한다. 이 휘발물은, 용융 유리 중의 기포와 함께, 청징관의 기상 공간 및 통기관을 통해서 외기로 배출된다. 그러나, 백금족 금속의 휘발물은, 외기로 배출되는 과정에서 온도가 저하하여, 과포화 상태가 된다. 그 때문에, 청징관 및 통기관의 내벽에는, 응고한 휘발물이 석출하기 쉽다. 이하, 청징관 및 통기관의 내벽에 석출한 물질을 「백금 이물」이라고 칭한다. 통기관의 내부는, 외기와 연통하고 있기 때문에 온도가 저하하기 쉽고, 백금 이물은, 통기관의 내벽에 특히 석출하기 쉽다. 백금 이물은, 시간의 경과에 수반하여 성장하면, 청징관 및 통기관의 내벽으로부터 자중에 의해 박리되어, 청징관 내의 용융 유리로 낙하할 가능성이 있다. 또한, 통기관의 내벽에 석출한 백금 이물을 제거할 때에 백금 이물이 청징관 내의 용융 유리로 낙하해 버릴 가능성이 있다. 그리고, 용융 유리에 백금 이물이 혼입되면, 고품질의 유리 기판을 양산하는 것이 곤란해진다.
본 발명의 목적은, 용융 유리의 청징 공정에 있어서, 용융 유리에 이물이 혼입되는 것을 억제할 수 있는 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법은, 유리 원료를 가열하여 용융 유리를 생성하는 용융 공정과, 용융 유리를 청징하는 청징 공정과, 청징된 용융 유리로부터 유리 기판을 성형하는 성형 공정을 구비한다. 청징 공정에 있어서, 용융 유리는, 백금제 또는 백금 합금제의 청징관의 내부를, 기상 공간이 형성되도록 흐른다. 기상 공간은, 청징관의 내부에 있어서, 용융 유리의 액면보다 상방의 공간이다. 청징관은, 청징관의 외벽면으로부터 외측으로 돌출되어 있는 통기관과, 용융 유리의 액면보다 상방에 설치되는 수용부를 갖는다. 통기관은 기상 공간과 청징관의 외부 공간을 연통시킨다. 수용부는, 통기관의 길이 방향을 따라서 통기관을 본 경우에 있어서, 통기관 단면의 일부를 덮는다.
본 발명에 따른 유리 기판 제조 방법에서는, 유리 원료를 가열하여 생성된 용융 유리는, 고온의 청징관의 내부를 통과함으로써 가열된다. 청징관의 내부에서는, 용융 유리에 포함되는 기포가, 용융 유리에 배합된 청징제의 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수하여 성장한다. 성장한 기포는, 용융 유리의 액면에 부상하여, 기포가 터져서 소멸한다. 소멸한 기포에 포함되어 있던 가스는, 청징관 내의 기상 공간에 방출되고, 통기관을 경유하여 청징관으로부터 배출된다.
본 발명에 따른 유리 기판 제조 방법에서는, 청징관은, 백금제 또는 백금 합금제이다. 백금 또는 백금 합금은, 융점이 높아, 용융 유리에 대한 내식성이 우수하므로, 고온의 용융 유리와 접촉하는 청징관의 재질로서 적합하다. 그러나, 장기간에 걸친 청징관의 사용에 의해, 청징관의 내벽으로부터 백금 성분이 서서히 휘발한다. 백금을 포함하는 휘발물은 용융 유리 중의 기포와 함께, 통기관을 경유하여 청징관으로부터 배출된다. 백금을 포함하는 휘발물은 통기관을 통과하는 과정에서 온도가 저하하면, 과포화 상태가 되기 쉽다. 그 때문에, 통기관의 내벽에는, 응고한 휘발물이 백금 이물로서 부착되는 경우가 있다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법에서는, 통기관 내부 공간 또는 청징관의 기상 공간에, 수용부가 설치되어 있다. 통기관의 내벽에 부착된 백금 이물은 시간의 경과에 수반하여 성장하면, 자중에 의해 내벽면으로부터 박리하여 낙하할 가능성이 있다. 또한, 청징관의 보수 작업 시에 있어서, 통기관의 내벽면으로부터 백금 이물을 제거할 때에 백금 이물이 낙하할 가능성이 있다. 수용부는, 통기관의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 받아들인다. 따라서, 수용부에 의해, 통기관의 내벽에 부착된 백금 이물이 용융 유리에 혼입되는 것이 억제된다.
또한, 수용부는, 통기관에 있어서, 기상 공간에 존재하는 백금을 포함하는 기체가 응고하는 온도를 갖는 부분보다도 하방에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 통기관의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 보다 효과적으로 받아들이기 위해서는, 수용부는, 통기관의 내부 공간에 있어서, 가능한 한 고온의 휘발물이 통과하는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 수용부는, 청징관 내의 기상 공간에 가능한 한 가까운 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 용융 유리는, 청징제로서 SnO2를 포함하는 것이 바람직하다. SnO2를 청징제로서 사용하는 유리 기판의 제조 방법에서는, As2O3을 청징제로서 사용하는 경우와 비교하여, 청징관의 내부를 통과하는 용융 유리의 온도를 높게 할 필요가 있다. 그 때문에, SnO2를 청징제로서 사용하는 경우, 청징관의 내벽으로부터 백금 성분이 휘발하기 쉽고, 통기관의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉽다. 그 때문에, 본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법은, SnO2를 청징제로서 사용하는 유리 기판의 제조 방법에 적합하다.
또한, 본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법은, 점도가 102. 5포아즈인 경우에 1500℃ 이상의 온도를 갖는 용융 유리 등, 고온 점성이 높은 용융 유리를 청징하는 경우에 적합하다. 고온 점성이 높은 용융 유리는, 통상의 알칼리 유리의 용융 유리와 비교하여, 청징 공정에서의 온도를 높게 할 필요가 있다. 그 때문에, 청징관의 내벽으로부터 백금 성분이 휘발하는 문제가 현저해져서, 통기관의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉽다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법은, 높은 고온 점성을 갖는 용융 유리, 즉 청징 공정에 있어서 통상의 용융 유리보다도 고온으로 할 필요가 있는 용융 유리를 사용하는 유리 기판의 제조 방법에 적합하다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 장치는, 유리 원료를 가열하여 용융 유리를 생성하는 용융조와, 용융조에서 생성된 용융 유리를 청징하는 청징관과, 청징관에서 청징된 용융 유리로부터 유리 기판을 성형하는 성형 장치를 구비한다. 청징관은, 기상 공간이 형성되도록 용융 유리가 내부를 흐르는, 백금제 또는 백금 합금제의 관이다. 기상 공간은, 청징관의 내부에 있어서, 용융 유리의 액면보다 상방의 공간이다. 청징관은, 청징관의 외벽면으로부터 외측으로 돌출되어 있는 통기관과, 용융 유리의 액면보다 상방에 설치되는 수용부를 갖는다. 통기관은 기상 공간과 청징관의 외부 공간을 연통시킨다. 수용부는, 통기관의 길이 방향을 따라서 통기관을 본 경우에 있어서, 통기관의 단면의 일부를 덮는다.
본 발명에 따른 유리 기판 제조 방법은, 유리 원료를 가열하여 용융 유리를 생성하는 용융 공정과, 용융 유리를 청징하는 청징 공정과, 청징된 용융 유리로부터 유리 기판을 성형하는 성형 공정을 구비한다. 청징 공정에 있어서, 용융 유리는, 백금제 또는 백금 합금제의 청징관의 내부를, 기상 공간이 형성되도록 흐른다. 기상 공간은, 청징관의 내부에 있어서, 용융 유리의 액면보다 상방의 공간이다. 청징관은, 청징관의 외벽면으로부터 외측으로 돌출되어 있는 통기관을 갖는다. 통기관은 기상 공간과 청징관의 외부 공간을 연통시킨다. 통기관은 청징관의 길이 방향에 있어서의 청징관의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치된다. 최고 온도 영역은, 청징관의 최고 온도를 Tmax℃로 나타내는 경우, 바람직하게는 (Tmax-20)℃ 내지 Tmax℃의 범위 내의 온도 영역이고, 더욱 바람직하게는, (Tmax-10)℃ 내지 Tmax℃의 범위 내의 온도 영역이고, 특히 바람직하게는, (Tmax-5)℃ 내지 Tmax℃의 범위 내의 온도 영역이다.
본 발명에 따른 유리 기판 제조 방법에서는, 유리 원료를 가열하여 생성된 용융 유리는, 고온의 청징관의 내부를 통과함으로써 가열된다. 청징관의 내부에서는, 용융 유리에 포함되는 기포가, 용융 유리에 배합된 청징제 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수하여 성장한다. 성장한 기포는, 용융 유리 액면에 부상하여, 기포가 터져서 소멸한다. 소멸한 기포에 포함되어 있던 가스는, 청징관 내의 기상 공간에 방출되고, 통기관을 경유하여 청징관으로부터 배출된다.
본 발명에 따른 유리 기판 제조 방법에서는, 청징관은, 백금제 또는 백금 합금제이다. 백금 또는 백금 합금은, 융점이 높아, 용융 유리에 대한 내식성이 우수하므로, 고온의 용융 유리와 접촉하는 청징관의 재질로서 적합하다. 그러나, 장기간에 걸친 청징관의 사용에 의해, 청징관의 내벽으로부터 백금 성분이 서서히 휘발한다. 백금을 포함하는 휘발물은, 용융 유리 중의 기포와 함께, 통기관을 경유하여 청징관으로부터 배출된다. 백금을 포함하는 휘발물은, 청징관의 기상 공간 및 통기관을 통과하는 과정에서 온도가 저하하면, 과포화 상태가 되기 쉽다. 그 때문에, 청징관 및 통기관의 내벽에는, 응고한 휘발물이 백금 이물로서 부착되는 경우가 있다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법에서는, 통기관은 청징관의 외벽면에 연결되어 있다. 청징관의 양단부에는, 청징관을 전열 가열하기 위해서 사용되는 전극이 설치되어 있다. 통상, 전극은, 방열 효과가 큰 플랜지 형상을 가지므로, 청징관의 양단부는, 청징관의 양단부 사이의 중간부에 비해 방열되기 쉽다. 그 때문에, 청징관의 길이 방향의 온도 프로파일은, 청징관의 양단부의 온도보다도 청징관의 중간부 온도가 높은 경향을 나타내는, 위로 볼록한 형상을 갖고 있다. 통기관은 청징관의 길이 방향에 있어서 온도가 가장 높아지는 부분, 즉 청징관의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치되어 있다. 이에 의해, 청징관 내에서 발생한 백금을 포함하는 휘발물은, 기상 공간 내에서 가장 높은 온도를 갖는 공간을 경유하여, 통기관의 내부로 유입된다. 그 때문에, 백금을 포함하는 휘발물은, 기상 공간에 있어서, 저온부로부터 고온부를 향해 흘러서 통기관으로부터 배출되므로, 기상 공간에 있어서의 백금을 포함하는 휘발물의 과포화 상태를 억제할 수 있다. 이에 의해, 청징관의 기상 공간에 있어서의 내벽 및 통기관의 내벽에, 백금 이물이 부착되는 것이 억제된다. 따라서, 청징관의 내벽 및 통기관의 내벽으로부터 백금 이물이 낙하하여, 용융 유리에 혼입되는 것이 억제된다.
또한, 용융 유리는, 청징제로서 SnO2를 포함하는 것이 바람직하다. SnO2를 청징제로서 사용하는 유리 기판의 제조 방법에서는, As2O3을 청징제로서 사용하는 경우와 비교하여, 청징관의 내부를 통과하는 용융 유리의 온도를 높게 할 필요가 있다. 그 때문에, SnO2를 청징제로서 사용하는 경우, 청징관의 내벽으로부터 백금 성분이 휘발하기 쉬워, 청징관의 내벽 및 통기관의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉽다. 그 때문에, 본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법은, SnO2를 청징제로서 사용하는 유리 기판의 제조 방법에 적합하다.
또한, 본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법은, 점도가 102. 5포아즈인 경우에 1500℃ 이상의 온도를 갖는 용융 유리 등, 고온 점성이 높은 용융 유리를 청징하는 경우에, 적합하다. 고온 점성이 높은 용융 유리는, 통상의 알칼리 유리의 용융 유리와 비교하여, 청징 공정에서의 온도를 높게 할 필요가 있다. 그 때문에, 청징관의 내벽으로부터 백금 성분이 휘발하는 문제가 현저해져서, 청징관의 내벽 및 통기관 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉽다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법은, 높은 고온 점성을 갖는 용융 유리, 즉 청징 공정에 있어서 통상의 용융 유리보다도 고온으로 할 필요가 있는 용융 유리를 사용하는 유리 기판의 제조 방법에 적합하다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 장치는, 유리 원료를 가열하여 용융 유리를 생성하는 용융조와, 용융조에서 생성된 용융 유리를 청징하는 청징관과, 청징관에서 청징된 용융 유리로부터 유리 기판을 성형하는 성형 장치를 구비한다. 청징관은, 기상 공간이 형성되도록 용융 유리가 내부를 흐르는, 백금제 또는 백금 합금제의 관이다. 기상 공간은, 청징관의 내부에 있어서, 용융 유리의 액면보다 상방의 공간이다. 청징관은, 청징관의 외벽면으로부터 외측으로 돌출되어 있는 통기관을 갖는다. 통기관은 기상 공간과 청징관의 외부 공간을 연통시킨다. 통기관은 청징관의 길이 방향에 있어서의 청징관의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치된다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치는, 용융 유리의 청징 공정에 있어서, 용융 유리에 이물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법의 공정을 나타내는 플로우차트.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 청징관의 외관도.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 5는 도 4에 나타나는 화살표 Ⅴ의 방향을 따라 본 통기관의 외관도.
도 6은 제1 실시 형태의 변형예 A에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 7은 도 6에 나타나는 화살표 Ⅶ의 방향을 따라 본 통기관의 외관도.
도 8은 제1 실시 형태의 변형예 B에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 9는 도 8에 나타나는 화살표 Ⅸ의 방향을 따라 본 통기관의 외관도.
도 10은 제1 실시 형태의 변형예 C에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 11은 도 10에 나타내는 화살표 XI의 방향을 따라 본 통기관의 외관도.
도 12는 제2 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법의 공정을 나타내는 플로우차트.
도 13은 제2 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 14는 제2 실시 형태에 따른 청징관의 외관도.
도 15는 제2 실시 형태에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 16은 제2 실시 형태에 따른 청징관의 측면도와 청징관의 온도 프로파일의 대응 관계를 도시하는 도면.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 청징관의 외관도.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 5는 도 4에 나타나는 화살표 Ⅴ의 방향을 따라 본 통기관의 외관도.
도 6은 제1 실시 형태의 변형예 A에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 7은 도 6에 나타나는 화살표 Ⅶ의 방향을 따라 본 통기관의 외관도.
도 8은 제1 실시 형태의 변형예 B에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 9는 도 8에 나타나는 화살표 Ⅸ의 방향을 따라 본 통기관의 외관도.
도 10은 제1 실시 형태의 변형예 C에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 11은 도 10에 나타내는 화살표 XI의 방향을 따라 본 통기관의 외관도.
도 12는 제2 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법의 공정을 나타내는 플로우차트.
도 13은 제2 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 14는 제2 실시 형태에 따른 청징관의 외관도.
도 15는 제2 실시 형태에 따른 청징관의 길이 방향에 있어서의 단면도.
도 16은 제2 실시 형태에 따른 청징관의 측면도와 청징관의 온도 프로파일의 대응 관계를 도시하는 도면.
-제1 실시 형태-
(1) 유리 기판 제조 장치의 전체 구성
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판 제조 장치의 제1 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법의 공정의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
유리 기판 제조 방법은, 도 1에 도시한 바와 같이, 주로, 용해 공정 S1과, 청징 공정 S2와, 교반 공정 S3과, 성형 공정 S4와, 서냉 공정 S5와, 절단 공정 S6을 구비한다.
용해 공정 S1에서는, 유리 원료가 가열되어 용융 유리가 얻어진다. 용융 유리는, 용해조에 저류되어, 원하는 온도를 갖도록 통전 가열된다. 유리 원료에는, 청징제가 첨가된다. 환경 부하 저감의 관점에서, 청징제로서, SnO2가 사용된다.
청징 공정 S2에서는, 청징관의 내부를 용융 유리가 흐른다. 최초에, 용융 유리의 온도를 상승시킨다. 청징제는 승온에 의해 환원 반응을 일으켜서 산소를 방출한다. 용융 유리 중에 포함되는 CO2, N2, SO2 등의 기체 성분을 포함하는 기포는, 청징제의 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수한다. 산소를 흡수하여 성장한 기포는, 용융 유리의 액면에 부상하여, 기포가 터져서 소멸한다. 소멸한 기포에 포함되어 있던 가스는, 청징관 내의 기상 공간에 방출되고, 최종적으로 외기로 배출된다. 이어서, 청징 공정 S2에서는, 용융 유리의 온도를 저하시킨다. 이에 의해, 환원된 청징제는, 산화 반응을 일으켜서, 용융 유리 중에 잔존해 있는 산소 등의 가스 성분을 흡수한다.
교반 공정 S3에서는, 청징된 용융 유리가 교반되어, 용융 유리의 성분이 균질화된다. 이에 의해, 유리 기판의 맥리 등의 원인인 용융 유리의 조성 얼룩이 저감된다. 균질화된 용융 유리는, 성형 공정 S4로 보내진다.
성형 공정 S4에서는, 오버플로우 다운드로법 또는 플로트법에 의해, 용융 유리로부터 유리 리본이 연속적으로 성형된다.
서냉 공정 S5에서는, 성형 공정 S4에서 연속적으로 성형된 유리 리본이 원하는 두께를 갖고, 또한 왜곡 및 휨이 발생하지 않도록, 서서히 냉각된다.
절단 공정 S6에서는, 서냉 공정 S5에서 서냉된 유리 리본이 소정의 길이로 절단되어, 유리 시트가 얻어진다. 유리 시트는, 또한 소정의 크기로 절단되어, 유리 기판이 얻어진다. 그 후, 유리 기판의 단부면의 연삭 및 연마, 및 유리 기판의 세정이 행해진다. 또한, 유리 기판의 흠집 등의 결함의 유무가 검사되고, 검사에 합격한 유리 기판이 곤포되어 제품으로서 출하된다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)의 구성의 일례를 도시하는 모식도이다. 유리 기판 제조 장치(200)는, 용해조(40)와, 청징관(41)과, 교반 장치(100)와, 성형 장치(42)와, 이송관(43a, 43b, 43c)을 구비한다. 이송관(43a)은 용해조(40)와 청징관(41)을 접속한다. 이송관(43b)은 청징관(41)과 교반 장치(100)를 접속한다. 이송관(43c)은 교반 장치(100)와 성형 장치(42)를 접속한다.
용해조(40)에서 생성된 용융 유리 G는 이송관(43a)을 통과해서 청징관(41)으로 유입된다. 청징관(41)에서 청징된 용융 유리 G는 이송관(43b)을 통과해서 교반 장치(100)로 유입된다. 교반 장치(100)에서 교반된 용융 유리 G는 이송관(43c)을 통과해서 성형 장치(42)로 유입된다. 성형 장치(42)에서는, 오버플로우 다운드로법에 의해 용융 유리 G로부터 유리 리본 GR이 성형된다. 유리 리본 GR은 후속 공정에서 소정의 크기로 절단되어, 유리 기판이 제조된다. 유리 기판의 폭 방향의 치수는, 예를 들어 500㎜ 내지 3500㎜이다. 유리 기판의 길이 방향의 치수는, 예를 들어 500㎜ 내지 3500㎜이다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치에 의해 제조되는 유리 기판은, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD)용 유리 기판으로서, 특히 적합하다. FPD용 유리 기판으로서는, 무알칼리 유리 또는 알칼리 미량 함유 유리가 사용된다. FPD용 유리 기판은, 고온 시에 있어서의 점성이 높다. 예를 들어, 102. 5포아즈의 점성을 갖는 용융 유리의 온도는 1500℃ 이상이다.
용해조(40)는 버너 등의 가열 수단(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 용해조(40)에서는, 가열 수단에 의해 유리 원료가 용해되어, 용융 유리 G가 생성된다. 유리 원료는, 원하는 조성의 유리를 실질적으로 얻을 수 있게 제조된다. 유리의 조성의 일례로서, FPD용 유리 기판으로서 적합한 무알칼리 유리는, SiO2:50질량% 내지 70질량%, Al2O3:0질량% 내지 25질량%, B2O3:1질량% 내지 15질량%, MgO:0질량% 내지 10질량%, CaO:0질량% 내지 20질량%, SrO:0질량% 내지 20질량%, BaO:0질량% 내지 10질량%를 함유한다. 여기서, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계의 함유량은, 5질량% 내지 30질량%이다.
또한, FPD용 유리 기판으로서, 알칼리 금속을 미량 포함하는 알칼리 미량 함유 유리를 사용해도 된다. 알칼리 미량 함유 유리는, 성분으로서, 0.1질량% 내지 0.5질량%의 R'2O를 포함하고, 바람직하게는 0.2질량% 내지 0.5질량%의 R'2O를 포함한다. 여기서, R'는 Li, Na 및 K로부터 선택되는 적어도 1종이다. 또한, R'2O의 함유량의 합계는, 0.1질량% 미만이어도 된다.
또한, FPD용 유리 기판으로서, 아몰퍼스 실리콘이 아닌, 폴리실리콘(저온 폴리실리콘)을 사용해도 된다. 예를 들어, 질량% 표시로 이하의 성분을 포함하는 유리판이 예시된다. (1) SiO2:52% 내지 78%, (2) Al2O3:3% 내지 25%, (3) B2O3:3% 내지 15%, (4) RO(단, RO는 MgO, CaO, SrO 및 BaO 중, 유리판에 함유되는 전체 성분의 합계량):3% 내지 20%, (4) 질량비(SiO2+Al2O3)/B2O3:7 내지 20).
본 발명에 의해 제조되는 유리는, 상기 성분에 더하여, SnO2:0.01질량% 내지 1질량%(바람직하게는, 0.01질량% 내지 0.5질량%), Fe2O3:0질량% 내지 0.2질량%(바람직하게는, 0.01질량% 내지 0.08질량%)를 더 함유해도 된다. 또한, 본 발명에 의해 제조되는 유리는, 환경 부하를 고려하여, As2O3, Sb2O3 및 PbO를 실질적으로 함유하지 않는다.
상기와 같이 제조된 유리 원료는, 원료 투입기(도시하지 않음)를 사용해서 용해조(40)에 투입된다. 원료 투입기는 스크류 피더를 사용해서 유리 원료의 투입을 행해도 되고, 버킷을 사용해서 유리 원료의 투입을 행해도 된다. 용해조(40)에서는, 유리 원료는 그 조성 등에 따른 온도로 가열되어 용해된다. 이에 의해, 용해조(40)에서는, 예를 들어 1500℃ 내지 1600℃의 고온의 용융 유리 G가 얻어진다. 또한, 용해조(40)에서는, 몰리브덴, 백금 또는 산화 주석 등으로 구성된 적어도 한 쌍의 전극 사이에 전류를 흘림으로써, 전극 사이의 용융 유리 G가 통전 가열되어도 되고, 또한 통전 가열에 더하여 버너에 의한 화염을 보조적으로 줌으로써, 유리 원료가 가열되어도 된다.
용해조(40)에서 얻어진 용융 유리 G는 용해조(40)로부터 이송관(43a)을 통과해서 청징관(41)으로 유입된다. 청징관(41) 및 이송관(43a, 43b, 43c)은, 백금제 혹은 백금 합금제의 관이다. 청징관(41)에는 용해조(40)와 마찬가지로 가열 수단이 설치되어 있다. 청징관(41)에서는 용융 유리 G가 더 승온하게 됨으로써 청징된다. 예를 들어, 청징관(41)에 있어서, 용융 유리 G의 온도는, 1500℃ 내지 1700℃로 상승하게 될 수 있다.
청징관(41)에 있어서 청징된 용융 유리 G는 청징관(41)으로부터 이송관(43b)을 통과해서 교반 장치(100)로 유입된다. 용융 유리 G는 이송관(43b)을 통과할 때에 냉각된다. 교반 장치(100)에서는, 청징관(41)을 통과하는 용융 유리 G의 온도보다도 낮은 온도에서, 용융 유리 G가 교반된다. 예를 들어, 교반 장치(100)에 있어서, 용융 유리 G의 온도는, 1250℃ 내지 1450℃이다. 예를 들어, 교반 장치(100)에 있어서, 용융 유리 G의 점도는, 500포아즈 내지 1300포아즈이다. 용융 유리 G는 교반 장치(100)에 있어서 교반되어 균질화된다.
교반 장치(100)에서 균질화된 용융 유리 G는 교반 장치(100)로부터 이송관(43c)을 통과해서 성형 장치(42)로 유입된다. 용융 유리 G는 이송관(43c)을 통과할 때에 용융 유리 G의 성형에 적합한 점도가 되도록 냉각된다. 예를 들어, 용융 유리 G는 1200℃ 부근까지 냉각된다. 성형 장치(42)에서는, 오버플로우 다운드로법에 의해 용융 유리 G가 성형된다. 구체적으로는, 성형 장치(42)로 유입된 용융 유리 G는 성형로(도시하지 않음)의 내부에 설치되어 있는 성형체(52)에 공급된다. 성형체(52)는 내화 벽돌에 의해 성형되어, 쐐기 형상의 단면 형상을 갖는다. 성형체(52)의 상면에는 성형체(52)의 길이 방향을 따라서 홈이 형성되어 있다. 용융 유리 G는 성형체(52)의 상면의 홈에 공급된다. 홈으로부터 흘러넘친 용융 유리 G는 성형체(52)의 한 쌍의 측면을 타고 아랫쪽으로 유하한다. 성형체(52)의 측면을 유하한 한 쌍의 용융 유리 G는 성형체(52)의 하단부에서 합류하고, 유리 리본 GR이 연속적으로 성형된다. 유리 리본 GR은 아랫쪽으로 흐름에 따라서 서서히 냉각되고, 그 후, 원하는 길이의 유리 시트로 절단된다.
(2) 청징관의 구성
이어서, 청징관(41)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 청징관(41)의 외관도이다. 도 4는 청징관(41)의 길이 방향을 따라, 청징관(41)을 수직으로 절단한 단면도이다. 청징관(41)은, 예를 들어 0.5㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖고, 300㎜ 내지 500㎜의 내경을 갖는다. 청징관(41)에는, 통기관(41a) 및 한 쌍의 가열 전극(41b)이 설치되어 있다. 청징관(41)의 내부에서는, 기상 공간(41c)이 상방에 형성되어 있는 상태에서 용융 유리 G가 흐른다. 즉, 청징관(41)의 내부에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 용융 유리 G의 액면 LS가 존재한다. 통기관(41a)의 내부 공간은, 기상 공간(41c)과 연통하고 있다. 또한, 한 쌍의 가열 전극(41b) 사이에 전류를 흘림으로써, 청징관(41)이 통전 가열된다. 이에 의해, 청징관(41)의 내부를 통과하는 용융 유리 G가 가열되어 청징된다. 용융 유리 G의 청징 과정에 있어서, 용융 유리 G 중에 포함되는 CO2, N2, SO2 등의 기체 성분을 포함하는 기포는, 청징제의 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수한다. 산소를 흡수하여 성장한 기포는, 용융 유리 G의 액면 LS에 부상하여, 기포가 터져서 소멸한다. 소멸한 기포에 포함되어 있던 가스는, 청징관(41) 내의 기상 공간(41c)에 방출되고, 통기관(41a)을 경유하여 외기로 배출된다.
통기관(41a)은 청징관(41)의 외벽면에 설치되고, 청징관(41)의 외측으로 돌출되어 있다. 본 실시 형태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 통기관(41a)은 청징관(41)의 외벽면의 상단부에 설치되고, 청징관(41)의 상방을 향해 굴뚝 형상으로 돌출되어 있다. 통기관(41a)은 청징관(41)의 내부 공간의 일부인 기상 공간(41c)과, 청징관(41)의 외부 공간인 외기를 연통하고 있다. 통기관(41a)은, 청징관(41)과 마찬가지로, 백금 또는 백금 합금으로 성형된다. 통기관(41a)은, 예를 들어 0.5㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖고, 10㎜ 내지 100㎜의 내경을 갖는다.
통기관(41a)은 수용부(41d)를 갖고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 수용부(41d)는 용융 유리 G의 액면 LS보다 상방에 위치하고, 또한 통기관(41a)의 내벽면에 설치되어 있다. 수용부(41d)는 통기관(41a)과 마찬가지로, 백금 또는 백금 합금으로 성형된다. 도 5는 도 4에 나타나는 화살표 Ⅴ의 방향을 따라 본 통기관(41a)의 외관도이다. 도 5는 통기관(41a)의 길이 방향, 즉 연직 방향을 따라, 상방으로부터 하방을 향해 통기관(41a)을 본 상태를 나타낸다. 바꾸어 말하면, 도 5는 통기관(41a)으로부터 청징관(41)의 내부를 들여다 본 경우에, 어떻게 보일지를 나타낸다. 수용부(41d)는 통기관(41a)의 단면의 일부를 덮고 있다. 수용부(41d)는, 중앙부에 구멍이 형성된 원형의 판이다. 수용부(41d)의 외주는 통기관(41a)의 내벽면에 접합되어 있다. 수용부(41d)의 중앙부의 구멍에 의해, 청징관(41)의 기상 공간(41c)은 외기와 연통하고 있다.
가열 전극(41b)은 청징관(41)의 양단부 각각에 설치되는, 플랜지 형상의 전극판이다. 가열 전극(41b)은 전원(도시하지 않음)과 접속되어 있다. 가열 전극(41b)에 전력이 공급됨으로써, 한 쌍의 가열 전극(41b) 사이의 청징관(41)에 전류가 흐르고, 청징관(41)이 통전 가열된다. 이에 의해, 청징관(41)은, 예를 들어 1700℃로 가열되며, 청징관(41)의 내부를 흐르는 용융 유리 G는 용융 유리 G에 포함되는 청징제인 SnO2의 환원 반응이 일어나는 온도, 예를 들어 1600℃ 내지 1650℃로 가열된다. 청징관(41)을 흐르는 전류를 제어함으로써, 청징관(41)의 내부를 흐르는 용융 유리의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 청징관(41)에 설치되는 가열 전극(41b)의 수 및 위치는, 청징관(41)의 재질, 내경 및 길이 또는 통기관(41a)의 위치 등에 따라, 적절하게 결정되어도 된다.
또한, 도 3 및 도 4에는 나타나지 않지만, 청징관(41)의 외벽면에는, 알루미나 시멘트 등으로 이루어지는 내화물 보호층이 설치되어 있다. 내화물 보호층의 외벽면에는, 내화물 벽돌이 더 설치되어 있다. 내화물 벽돌은, 베이스(도시하지 않음)에 적재되어 있다. 즉, 청징관(41)은 내화물 보호층 및 내화물 벽돌에 의해 하방으로부터 지지되어 있다.
(3) 특징
(3-1)
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법에서는, 유리 원료를 가열하여 생성된 용융 유리 G는 청징관(41)의 내부를 통과할 때에 가열된다. 청징관(41)의 내부에서는, 용융 유리 G에 첨가되어 있는 청징제인 SnO2의 산화 환원 반응에 의해, 용융 유리 G에 포함되는 CO2 또는 SO2를 포함하는 기포가 제거된다. 구체적으로는, 최초에 용융 유리 G의 온도를 높여서, 청징제를 환원시킴으로써, 산소의 기포를 용융 유리 G 중에 발생시킨다. 용융 유리 G 중에 포함되는 CO2, N2, SO2 등의 기체 성분을 포함하는 기포는, 청징제의 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수한다. 산소를 흡수하여 성장한 기포는, 용융 유리 G의 액면 LS에 부상하여, 기포가 터져서 소멸한다. 소멸한 기포에 포함되어 있던 가스는, 기상 공간(41c)에 방출되고, 통기관(41a)을 경유하여 외기로 배출된다. 이어서, 용융 유리 G의 온도를 낮추어, 환원된 청징제를 산화시킨다. 이에 의해, 용융 유리 G 중에 잔류하고 있는 산소의 기포가, 용융 유리 G에 흡수된다. 이와 같이, 청징제의 산화 환원 반응에 의해, 용융 유리 G에 포함되는 기포가 제거된다.
청징관(41)은, 백금제 또는 백금 합금제이다. 백금 또는 백금 합금은, 융점이 높아, 용융 유리 G에 대한 내식성이 우수하므로, 고온의 용융 유리 G와 접촉하는 청징관(41)의 재질로서 적합하다. 그러나, 장기간에 걸친 청징관(41)의 사용에 의해, 청징관(41)의 내벽으로부터 백금 성분이 서서히 휘발한다. 백금을 포함하는 휘발물은, 용융 유리 G에 포함되는 기포와 함께, 기상 공간(41c)에 방출되고, 통기관(41a)을 경유하여 외기로 배출된다. 그러나, 백금을 포함하는 휘발물은, 통기관(41a)을 통과하는 과정에서 온도가 저하하여, 과포화 상태가 되기 쉽다. 그 때문에, 통기관(41a)의 내벽에는, 응고한 휘발물이 백금 이물로서 부착된다. 그리고, 통기관(41a)의 내벽에 부착된 백금 이물은 시간의 경과에 수반하여 성장한다. 성장한 백금 이물은, 자중에 의해 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하할 가능성이 있다. 또한, 청징관(41)의 보수 작업 시에 있어서, 통기관(41a)의 내벽면으로부터 백금 이물을 제거할 때에 백금 이물이 낙하할 가능성이 있다.
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)에서는, 청징관(41)의 배기관인 통기관(41a)의 내벽면에 수용부(41d)가 설치되어 있다. 수용부(41d)는 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 받아들이기 위한 부재이다. 통기관(41a)이 수용부(41d)를 갖지 않는 경우, 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리한 백금 이물은, 청징관(41)의 내부 공간까지 낙하하여, 청징관(41)을 통과하는 용융 유리 G에 혼입되어 버릴 우려가 있다. 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되면, 제조되는 유리 기판의 품질 결함이 될 우려가 있다. 수용부(41d)는, 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물이, 청징관(41) 내의 용융 유리 G의 액면 LS까지 낙하하는 것을 억제한다. 따라서, 수용부(41d)에 의해, 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되는 것이 억제되므로, 고품질의 유리 기판을 높은 수율로 양산할 수 있다.
(3-2)
본 실시 형태에 있어서, 수용부(41d)는 통기관(41a)에 있어서, 청징관(41)의 기상 공간(41c)에 존재하는 백금을 포함하는 휘발물이 응고하는 온도를 갖는 부분보다도 하방에 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 수용부(41d)는 통기관(41a)의 내부 공간에 있어서, 가능한 한 고온의 휘발물이 통과하는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 수용부(41d)는 청징관(41) 내의 기상 공간(41c)에 가능한 한 가까운 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
통기관(41a)의 온도는, 청징관(41)과 통기관(41a)의 연결부가 가장 높고, 그 연결부에서 상방을 향함에 따라서 저하하는 경향을 나타낸다. 즉, 통기관(41a)의 내부 공간의 온도도, 기상 공간(41c)과 연통하는 부분이 가장 높아, 상방을 향함에 따라서 저하하는 경향을 나타낸다. 이에 의해, 청징관(41)의 내벽으로부터 서서히 휘발한 백금을 포함하는 기체는, 통기관(41a)을 상방을 향해 흐르는 과정에서, 서서히 냉각되어, 과포화 상태가 된다. 그 때문에, 통기관(41a)의 내부 공간은, 통기관(41a)의 길이 방향을 따라, 백금을 포함하는 휘발물이 응고하는 온도를 나타내는 포인트인 백금 응고 포인트를 갖는다. 따라서, 백금 응고 포인트보다 상방에 있어서, 백금을 포함하는 휘발물이 응고하여, 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉽다.
그 때문에, 수용부(41d)를 백금 응고 포인트보다도 하방에 설치함으로써, 수용부(41d)는 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 보다 효과적으로 받아들일 수 있다. 수용부(41d)가 백금 응고 포인트보다도 상방에 설치되어 있는 경우, 수용부(41d)보다도 하방에 있어서, 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉽다. 이 경우, 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 수용부(41d)가 받아들이지 못할 우려가 있다.
(3-3)
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)는, 백금제 또는 백금 합금제의 청징관(41)에 있어서, SnO2를 청징제로서 사용하는 경우에, 특히 효과적이다. 최근, 환경 부하의 관점에서, As2O3 대신에 SnO2가 청징제로서 사용된다. SnO2를 사용하는 경우, As2O3을 사용하는 경우보다도, 청징관(41)에 있어서 용융 유리 G를 보다 고온으로 할 필요가 있기 때문에, 백금 또는 백금 합금의 휘발의 문제가 현저해진다. 그리고, 백금 또는 백금 합금의 휘발이 촉진되면, 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉬워진다.
본 실시 형태에서는, 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉬운 상황에 있어서도, 수용부(41d)는 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 받아들일 수 있으므로, 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되는 것이 억제된다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법은, SnO2를 청징제로서 사용하는 유리 기판의 제조 공정에, 특히 효과적이다.
(3-4)
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)는, 백금제 또는 백금 합금제의 청징관(41)에 있어서, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 및 유기 EL 디스플레이 등의 FPD용 유리 기판의 제조에 적합한 유리 원료로부터 생성되는 용융 유리를 청징하는 경우에, 특히 효과적이다.
청징관(41)에서는 용융 유리 G의 점도를, 용융 유리 G에 포함되는 기포가 액면에 부상하기 쉬운 값으로 조절함으로써, 용융 유리 G가 청징된다. 그러나, FPD용 유리 기판에 적합한 무알칼리 유리 및 알칼리 미량 함유 유리는, 고온 시에 있어서 높은 점도를 갖는다. 그 때문에, 청징 공정에 있어서, 용융 유리의 온도를, 통상의 알칼리 유리의 용융 유리의 온도에 비해 높게 할 필요가 있기 때문에, 상술한 백금 또는 백금 합금의 휘발의 문제가 현저해진다. 그리고, 백금 또는 백금 합금의 휘발이 촉진되면, 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉬워진다.
본 실시 형태에서는, 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉬운 상황에 있어서도, 수용부(41d)는 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 받아들일 수 있으므로, 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되는 것이 억제된다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법은, FPD용 유리 기판의 제조 공정에, 특히 효과적이다.
(4) 변형예
(4-1) 변형예 A
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)에서는, 통기관(41a)은 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 받아들이는 수용부(41d)를 갖고 있다. 수용부(41d)는 도 5에 도시한 바와 같이, 통기관(41a)의 내벽면에 설치되는 환상의 판이다. 그러나, 수용부(41d)는 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 받아들일 수 있는 형상이면, 다른 형상을 가져도 된다.
도 6 및 도 7은 수용부(41d)의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 도 6은, 도 4와 마찬가지로, 청징관(141)의 길이 방향을 따라, 청징관(141)을 수직으로 절단한 단면도이다. 도 7은 도 5와 마찬가지로, 도 6에 나타나는 화살표 Ⅶ의 방향을 따라 본 통기관(141a)의 외관도이다. 도 7은 통기관(141a)의 길이 방향을 따라, 상방으로부터 하방을 향해 통기관(141a)을 본 상태를 나타낸다.
도 7에 도시한 바와 같이, 수용부(141d)는 통기관(141a)의 내벽면에 설치되어 있다. 수용부(141d)는 상 수용부(141d1)와, 하 수용부(141d2)로 구성된다. 상 수용부(141d1) 및 하 수용부(141d2)는, 각각 반원 형상을 갖고 있다. 상 수용부(141d1) 및 하 수용부(141d2)는 통기관(141a)의 길이 방향을 따라, 서로 다른 위치에 설치되어 있다. 구체적으로는, 상 수용부(141d1)는 하 수용부(141d2)보다도, 높은 위치에 설치되어 있다. 상 수용부(141d1) 및 하 수용부(141d2)는 각각 통기관(141a)의 단면의 일부를 덮고 있다. 그 때문에, 청징관(141) 내의 기상 공간(141c)의 기체는 통기관(141a)을 통과해서 외기로 배출된다.
본 변형예에 있어서도, 수용부(141d)에 의해, 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되는 것이 억제되므로, 고품질의 유리 기판을 높은 수율로 양산할 수 있다. 또한, 본 실시 형태와 마찬가지로, 수용부(141d)는 백금 응고 포인트보다도 하방에 설치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 수용부(141d)는 통기관(141a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 보다 효과적으로 받아들일 수 있다.
(4-2) 변형예 B
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)에서는, 수용부(41d)는 통기관(41a)의 내벽면에 설치되어 있다. 그러나, 수용부(41d)는 용융 유리 G의 액면 LS보다 상방에 설치되어 있으면 되고, 예를 들어 청징관(41)의 기상 공간(41c)에 설치되어도 된다.
도 8 및 도 9는 수용부(41d)의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 도 8은, 도 4와 마찬가지로, 청징관(241)의 길이 방향을 따라, 청징관(241)을 수직으로 절단한 단면도이다. 도 9는 도 5와 마찬가지로, 도 8에 나타나는 화살표 Ⅸ의 방향을 따라 본 통기관(241a)의 외관도이다. 도 9는, 통기관(241a)의 길이 방향을 따라, 상방으로부터 하방을 향해 통기관(241a)을 본 상태를 나타낸다.
도 8에 도시한 바와 같이, 수용부(241d)는 청징관(241)의 상방의 내벽면에 설치된다. 수용부(241d)는 용융 유리 G의 액면 LS보다 상방에 위치하고 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 수용부(241d)는 상면에서 본 경우에 있어서, 다수의 구멍을 갖는 망상의 판이다. 통기관(241a)의 길이 방향을 따라, 상방으로부터 하방을 향해 통기관(241a)을 본 경우에 있어서, 통기관(241a)의 단면은 수용부(241d)의 망상의 판 부재에 덮여 있다. 수용부(241d)는 통기관(241a)의 단면의 일부를 덮고 있다. 그 때문에, 청징관(241) 내의 기상 공간(241c)의 기체는 통기관(241a)을 통과해서 외기로 배출된다.
본 변형예에 있어서도, 수용부(241d)에 의해, 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되는 것이 억제되므로, 고품질의 유리 기판을 높은 수율로 양산할 수 있다.
(4-3) 변형예 C
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)에서는, 통기관(41a)은 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물을 받아들이는 수용부(41d)를 갖고 있다. 수용부(41d)는 도 5에 도시한 바와 같이, 통기관(41a)의 내벽면에 설치되는 환상의 판이다. 그러나, 수용부(41d)는 청징관(41)의 일부로 구성되어도 된다.
도 10 및 도 11은 수용부(41d)의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 도 10은, 도 4와 마찬가지로, 청징관(341)의 길이 방향을 따라, 청징관(341)을 수직으로 절단한 단면도이다. 도 11은 도 5와 마찬가지로, 도 10에 나타나는 화살표 XI의 방향을 따라 본 통기관(341a)의 외관도이다. 도 11은 통기관(341a)의 길이 방향을 따라, 상방으로부터 하방을 향해 통기관(341a)을 본 상태를 나타낸다.
도 11에 도시한 바와 같이, 청징관(341)은 원형의 배기 구멍(341e)를 갖고 있다. 배기 구멍(341e)은 청징관(341)의 상단부에 형성된다. 배기 구멍(341e)은 청징관(341) 내의 기상 공간(341c)과, 청징관(341)에 설치되는 통기관(341a)의 내부 공간을 연통시킨다. 도 11에 도시한 바와 같이, 배기 구멍(341e)의 내경은, 통기관(341a)의 내경보다 작다. 또한, 통기관(341a)의 길이 방향을 따라서 통기관(341a)을 본 경우에 있어서, 통기관(341a)의 원형의 단면 형상의 중심은, 배기 구멍(341e)의 중심과 동일 위치에 있다. 도 11에 있어서, 청징관(341)의 외벽의 일부로서, 배기 구멍(341e)의 외주보다 외측에 있고, 또한 통기관(341a)의 내벽면보다 내측에 있는 부분은, 통기관(341a)의 내벽으로부터 박리한 백금 이물을 받아들이는 수용부(341d)의 기능을 갖고 있다. 청징관(341) 내의 기상 공간(341c)의 기체는, 통기관(341a)을 통과해서 외기로 배출된다.
본 변형예에 있어서도, 청징관(341)의 일부로 구성되는 수용부(341d)에 의해, 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되는 것이 억제되므로, 고품질의 유리 기판을 높은 수율로 양산할 수 있다.
(4-4) 변형예 D
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)에서는, 청징관(41), 통기관(41a) 및 수용부(41d)는 백금 또는 백금 합금으로 성형되지만, 다른 백금족 금속으로 성형되어도 된다. 「백금족 금속」은 단일의 백금족 원소로 이루어지는 금속 및 백금족 원소로 이루어지는 금속의 합금을 의미한다. 백금족 원소는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os) 및 이리듐(Ir)의 6 원소이다. 백금족 금속은, 고가이지만, 융점이 높아, 용융 유리에 대한 내식성이 우수하다.
- 제2 실시 형태-
(1) 유리 기판 제조 장치의 전체 구성
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치의 제2 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 12는 본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법의 공정의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
유리 기판 제조 방법은, 도 12에 도시한 바와 같이, 주로, 용해 공정 S1과, 청징 공정 S2와, 교반 공정 S3과, 성형 공정 S4와, 서냉 공정 S5와, 절단 공정 S6을 구비한다.
용해 공정 S1에서는, 유리 원료가 가열되어 용융 유리가 얻어진다. 용융 유리는 용해조에 저류되어, 원하는 온도를 갖도록 통전 가열된다. 유리 원료에는 청징제가 첨가된다. 환경 부하 저감의 관점에서, 청징제로서, SnO2가 사용된다.
청징 공정 S2에서는, 청징관의 내부를 용융 유리가 흐른다. 최초에, 용융 유리의 온도를 상승시킨다. 청징제는, 승온에 의해 환원 반응을 일으켜서 산소를 방출한다. 용융 유리 중에 포함되는 CO2, N2, SO2 등의 기체 성분을 포함하는 기포는, 청징제 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수한다. 산소를 흡수하여 성장한 기포는, 용융 유리의 액면에 부상하여, 기포가 터져서 소멸한다. 소멸한 기포에 포함되어 있던 가스는, 청징관 내의 기상 공간에 방출되고, 최종적으로 외기로 배출된다. 이어서, 청징 공정 S2에서는, 용융 유리의 온도를 저하시킨다. 이에 의해, 환원된 청징제는, 산화 반응을 일으켜서, 용융 유리 중에 잔존해 있는 산소 등의 가스 성분을 흡수한다.
교반 공정 S3에서는, 청징된 용융 유리가 교반되어, 용융 유리의 성분이 균질화된다. 이에 의해, 유리 기판의 맥리 등의 원인인 용융 유리의 조성 얼룩이 저감된다. 균질화된 용융 유리는 성형 공정 S4로 보내진다.
성형 공정 S4에서는, 오버플로우 다운드로법 또는 플로트법에 의해, 용융 유리로부터 유리 리본이 연속적으로 성형된다.
서냉 공정 S5에서는, 성형 공정 S4에서 연속적으로 성형된 유리 리본이 원하는 두께를 갖고, 또한 왜곡 및 휨이 발생하지 않도록, 서서히 냉각된다.
절단 공정 S6에서는, 서냉 공정 S5에서 서냉된 유리 리본이 소정의 길이로 절단되어, 유리 시트가 얻어진다. 유리 시트는, 또한 소정의 크기로 절단되고, 유리 기판이 얻어진다. 그 후, 유리 기판의 단부면의 연삭 및 연마, 및 유리 기판의 세정이 행해진다. 또한, 유리 기판의 흠집 등의 결함의 유무가 검사되고, 검사에 합격한 유리 기판이 곤포되어 제품으로서 출하된다.
도 13은 본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)의 구성의 일례를 도시하는 모식도이다. 유리 기판 제조 장치(200)는, 용해조(40)와, 청징관(41)과, 교반 장치(100)와, 성형 장치(42)와, 이송관(43a, 43b, 43c)을 구비한다. 이송관(43a)은, 용해조(40)와 청징관(41)을 접속한다. 이송관(43b)은 청징관(41)과 교반 장치(100)를 접속한다. 이송관(43c)은 교반 장치(100)와 성형 장치(42)를 접속한다.
용해조(40)에서 생성된 용융 유리 G는 이송관(43a)을 통과해서 청징관(41)으로 유입된다. 청징관(41)에서 청징된 용융 유리 G는 이송관(43b)을 통과해서 교반 장치(100)로 유입된다. 교반 장치(100)에서 교반된 용융 유리 G는 이송관(43c)을 통과해서 성형 장치(42)로 유입된다. 성형 장치(42)에서는 오버플로우 다운드로법에 의해 용융 유리 G로부터 유리 리본 GR이 성형된다. 유리 리본 GR은 후속 공정에서 소정의 크기로 절단되어, 유리 기판이 제조된다. 유리 기판의 폭 방향의 치수는, 예를 들어 500㎜ 내지 3500㎜이다. 유리 기판의 길이 방향의 치수는, 예를 들어 500㎜ 내지 3500㎜이다.
본 발명에 따른 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치에 의해 제조되는 유리 기판은, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD)용 유리 기판으로서, 특히 적합하다. FPD용 유리 기판으로서는, 무알칼리 유리 또는 알칼리 미량 함유 유리가 사용된다. FPD용 유리 기판은, 고온 시에 있어서의 점성이 높다. 예를 들어, 102. 5포아즈의 점성을 갖는 용융 유리의 온도는 1500℃ 이상이다.
용해조(40)는 버너 등의 가열 수단(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 용해조(40)에서는, 가열 수단에 의해 유리 원료가 용해되어, 용융 유리 G가 생성된다. 유리 원료는, 원하는 조성의 유리를 실질적으로 얻을 수 있게 제조된다. 유리의 조성의 일례로서, FPD용 유리 기판으로서 적합한 무알칼리 유리는, SiO2:50질량% 내지 70질량%, Al2O3:0질량% 내지 25질량%, B2O3:1질량% 내지 15질량%, MgO:0질량% 내지 10질량%, CaO:0질량% 내지 20질량%, SrO:0질량% 내지 20질량%, BaO:0질량% 내지 10질량%를 함유한다. 여기서, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계의 함유량은, 5질량% 내지 30질량% 이다.
또한, FPD용 유리 기판으로서, 알칼리 금속을 미량 포함하는 알칼리 미량 함유 유리를 사용해도 된다. 알칼리 미량 함유 유리는, 성분으로서, 0.1질량% 내지 0.5질량%의 R'2O를 포함하고, 바람직하게는 0.2질량% 내지 0.5질량%의 R'2O를 포함한다. 여기서, R'는, Li, Na 및 K로부터 선택되는 적어도 1종이다. 또한, R'2O의 함유량의 합계는, 0.1질량% 미만이어도 된다.
또한, FPD용 유리 기판으로서, 아몰퍼스 실리콘이 아닌, 폴리실리콘(저온 폴리실리콘)을 사용해도 된다. 예를 들어, 질량% 표시로 이하의 성분을 포함하는 유리판이 예시된다. (1) SiO2:52% 내지 78%, (2) Al2O3:3% 내지 25%, (3) B2O3:3% 내지 15%, (4) RO(단, RO는 MgO, CaO, SrO 및 BaO 중, 유리판에 함유되는 전체 성분의 합계량):3% 내지 20%, (4) 질량비(SiO2+Al2O3)/B2O3:7 내지 20).
본 발명에 의해 제조되는 유리는, 상기 성분에 더하여, SnO2:0.01질량% 내지 1질량%(바람직하게는, 0.01질량% 내지 0.5질량%), Fe2O3:0질량% 내지 0.2질량%(바람직하게는, 0.01질량% 내지 0.08질량%)를 더 함유해도 된다. 또한, 본 발명에 의해 제조되는 유리는, 환경 부하를 고려하여, As2O3, Sb2O3 및 PbO를 실질적으로 함유하지 않는다.
상기와 같이 제조된 유리 원료는, 원료 투입기(도시하지 않음)를 사용해서 용해조(40)에 투입된다. 원료 투입기는, 스크류 피더를 사용해서 유리 원료의 투입을 행해도 되고, 버킷을 사용해서 유리 원료의 투입을 행해도 된다. 용해조(40)에서는, 유리 원료는, 그 조성 등에 따른 온도로 가열되어 용해된다. 이에 의해, 용해조(40)에서는, 예를 들어 1500℃ 내지 1600℃의 고온의 용융 유리 G가 얻어진다. 또한, 용해조(40)에서는, 몰리브덴, 백금 또는 산화 주석 등으로 성형된 적어도 한 쌍의 전극 사이에 전류를 흘림으로써, 전극 사이의 용융 유리 G가 통전 가열 되어도 되고, 또한 통전 가열에 더하여 버너에 의한 화염을 보조적으로 줌으로써, 유리 원료가 가열되어도 된다.
용해조(40)에서 얻어진 용융 유리 G는 용해조(40)로부터 이송관(43a)을 통과해서 청징관(41)으로 유입된다. 청징관(41) 및 이송관(43a, 43b, 43c)은, 백금제 혹은 백금 합금제의 관이다. 청징관(41)에는, 용해조(40)와 마찬가지로 가열 수단이 설치되어 있다. 청징관(41)에서는, 용융 유리 G가 더 승온하게 됨으로써 청징된다. 예를 들어, 청징관(41)에 있어서, 용융 유리 G의 온도는, 1500℃ 내지 1700℃로 상승하게 될 수 있다.
청징관(41)에 있어서 청징된 용융 유리 G는 청징관(41)으로부터 이송관(43b)을 통과해서 교반 장치(100)로 유입된다. 용융 유리 G는 이송관(43b)을 통과할 때에 냉각된다. 교반 장치(100)에서는, 청징관(41)을 통과하는 용융 유리 G의 온도보다도 낮은 온도에서, 용융 유리 G가 교반된다. 예를 들어, 교반 장치(100)에 있어서, 용융 유리 G의 온도는 1250℃ 내지 1450℃이다. 예를 들어, 교반 장치(100)에 있어서, 용융 유리 G의 점도는, 500포아즈 내지 1300포아즈이다. 용융 유리 G는 교반 장치(100)에 있어서 교반되어 균질화된다.
교반 장치(100)에서 균질화된 용융 유리 G는 교반 장치(100)로부터 이송관(43c)을 통과해서 성형 장치(42)로 유입된다. 용융 유리 G는 이송관(43c)을 통과할 때에 용융 유리 G의 성형에 적합한 점도가 되도록 냉각된다. 예를 들어, 용융 유리 G는 1200℃ 부근까지 냉각된다. 성형 장치(42)에서는, 오버플로우 다운드로법에 의해 용융 유리 G가 성형된다. 구체적으로는, 성형 장치(42)로 유입된 용융 유리 G는 성형로(도시하지 않음)의 내부에 설치되어 있는 성형체(52)에 공급된다. 성형체(52)는 내화 벽돌에 의해 성형되어, 쐐기 형상의 단면 형상을 갖는다. 성형체(52)의 상면에는, 성형체(52)의 길이 방향을 따라서 홈이 형성되어 있다. 용융 유리 G는 성형체(52)의 상면의 홈에 공급된다. 홈으로부터 흘러넘친 용융 유리 G는 성형체(52)의 한 쌍의 측면을 타고 아랫쪽으로 유하한다. 성형체(52)의 측면을 유하한 한 쌍의 용융 유리 G는 성형체(52)의 하단부에서 합류하고, 유리 리본 GR이 연속적으로 성형된다. 유리 리본 GR은 아랫쪽으로 흐름에 따라서 서서히 냉각되고, 그 후, 원하는 길이의 유리 시트로 절단된다.
(2) 청징관의 구성
이어서, 청징관(41)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 도 14는 청징관(41)의 외관도이다. 도 15는 청징관(41)의 길이 방향을 따라, 청징관(41)을 수직으로 절단한 단면도이다. 청징관(41)은, 예를 들어 0.5㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖고, 300㎜ 내지 500㎜의 내경을 갖는다. 청징관(41)에는, 통기관(41a) 및 한 쌍의 가열 전극(41b)이 설치되어 있다. 청징관(41)의 내부에서는, 기상 공간(41c)이 상방에 형성되어 있는 상태에서 용융 유리 G가 흐른다. 즉, 청징관(41)의 내부에는, 도 15에 도시한 바와 같이, 용융 유리 G의 액면 LS가 존재한다. 통기관(41a)의 내부 공간은, 기상 공간(41c)과 연통하고 있다. 또한, 한 쌍의 가열 전극(41b) 사이에 전류를 흘림으로써, 청징관(41)이 통전 가열된다. 이에 의해, 청징관(41)의 내부를 통과하는 용융 유리 G가 가열되어 청징된다. 용융 유리 G의 청징 과정에 있어서, 용융 유리 G 중에 포함되는 CO2, N2, SO2 등의 기체 성분을 포함하는 기포는, 청징제의 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수한다. 산소를 흡수하여 성장한 기포는 용융 유리 G의 액면 LS에 부상하여, 기포가 터져서 소멸한다. 소멸한 기포에 포함되어 있던 가스는 청징관(41) 내의 기상 공간(41c)에 방출되고, 통기관(41a)을 경유하여 외기로 배출된다.
통기관(41a)은 청징관(41)의 외벽면에 설치되고, 청징관(41)의 외측으로 돌출되어 있다. 본 실시 형태에서는, 도 15에 도시한 바와 같이, 통기관(41a)은 청징관(41)의 외벽면의 상단부에 설치되고, 청징관(41)의 상방을 향해 굴뚝 형상으로 돌출되어 있다. 통기관(41a)은 청징관(41)의 내부 공간의 일부인 기상 공간(41c)과, 청징관(41)의 외부 공간인 외기를 연통하고 있다. 통기관(41a)은 청징관(41)과 마찬가지로, 백금 또는 백금 합금으로 성형된다. 통기관(41a)은 예를 들어 0.5㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖고, 10㎜ 내지 100㎜의 내경을 갖는다.
가열 전극(41b)은 청징관(41)의 양단부 각각에 설치되는, 플랜지 형상의 전극판이다. 가열 전극(41b)은 전원(도시하지 않음)과 접속되어 있다. 가열 전극(41b)에 전력이 공급됨으로써, 한 쌍의 가열 전극(41b) 사이의 청징관(41)에 전류가 흐르고, 청징관(41)이 통전 가열된다. 이에 의해, 청징관(41)은, 예를 들어 1700℃로 가열되고, 청징관(41)의 내부를 흐르는 용융 유리 G는 용융 유리 G에 포함되는 청징제인 SnO2의 환원 반응이 일어나는 온도, 예를 들어 1600℃ 내지 1650℃로 가열된다. 청징관(41)을 흐르는 전류를 제어함으로써, 청징관(41)의 내부를 흐르는 용융 유리의 온도를 제어할 수 있다.
도 16은 청징관(41)의 측면도와, 청징관(41)의 온도 프로파일의 대응 관계를 도시하는 도면이다. 도 16의 상단의 도면은, 청징관(41)의 측면도이다. 도 16의 하단의 도면은, 청징관(41)의 온도 프로파일을 나타내는 그래프이다. 청징관(41)의 온도 프로파일을 나타내는 그래프에 있어서, 횡축은 청징관(41)의 길이 방향 위치를 나타내고, 종축은 청징관(41)의 온도를 나타낸다.
플랜지 형상을 갖는 가열 전극(41b)은, 높은 방열 효과를 가지므로, 청징관(41)의 양단부는, 청징관(41)의 양단부 사이의 중간부에 비해 방열되기 쉽다. 그 때문에, 도 16에 도시한 바와 같이, 청징관(41)의 양단부, 즉 한 쌍의 가열 전극(41b)의 근방은, 청징관(41)의 길이 방향에 있어서 가장 온도가 낮은 영역이다.한편, 청징관(41)의 중간부에는 청징관(41)의 길이 방향에 있어서 가장 온도가 높은 영역이 존재한다. 즉, 청징관(41)의 온도 프로파일은 청징관(41)의 양단부의 온도보다도 청징관(41)의 중간부의 온도가 높은 경향을 나타내는, 위로 볼록한 형상을 갖고 있다. 통기관(41a)은, 청징관(41)의 길이 방향에 있어서의, 청징관(41)의 온도 프로파일의 최고 온도 영역 R에 설치된다. 도 16에 도시한 바와 같이, 최고 온도 영역 R은, 청징관(41)의 온도 프로파일이 최고 온도를 나타내는 포인트인 최고 온도 포인트 P의 근방의 영역이다. 최고 온도 영역 R은, 청징관(41)의 최고 온도, 즉 최고 온도 포인트 P에 있어서의 청징관(41)의 온도를 Tmax℃과 나타내는 경우, 바람직하게는 (Tmax-20)℃ 내지 Tmax℃의 범위 내의 온도 영역이고, 더욱 바람직하게는, (Tmax-10)℃ 내지 Tmax℃의 범위 내의 온도 영역이고, 특히 바람직하게는, (Tmax-5)℃ 내지 Tmax℃의 범위 내의 온도 영역이다.
또한, 청징관(41)의 길이 방향에 있어서의, 청징관(41)의 내부를 통과하는 용융 유리 G의 온도 프로파일은, 청징관(41)의 온도 프로파일과 동일한 경향을 나타내고, 위로 볼록한 형상을 갖고 있다. 용융 유리 G의 온도 프로파일 피크는, 청징관(41)의 온도 프로파일의 피크와 비교해서, 용융 유리 G의 하류측에 위치하고 있다. 이것은 용융 유리 G는 청징관(41)의 길이 방향을 따라서 청징관(41)의 내부를 흐르고, 청징관(41)과 열교환하면서 흐르고 있는 데에 기인한다.
또한, 도 14 및 도 15에는 나타나지 않지만, 청징관(41)의 외벽면에는, 알루미나 시멘트 등으로 이루어지는 내화물 보호층이 설치되어 있다. 내화물 보호층의 외벽면에는, 내화물 벽돌이 더 설치되어 있다. 내화물 벽돌은, 베이스(도시하지 않음)에 적재되어 있다. 즉, 청징관(41)은 내화물 보호층 및 내화물 벽돌에 의해 하방으로부터 지지되어 있다.
또한, 청징관(41)의 길이 방향에 있어서의 단면 상에 있어서, 청징관(41)의 외벽면, 청징관(41)의 내벽면, 청징관(41) 내의 용융 유리 G, 청징관(41) 내의 기상 공간(41c)의 각각의 온도는 다르지만, 청징관(41)의 온도 프로파일은, 청징관(41)의 외벽면 상의 온도 프로파일, 청징관(41)의 내벽면 상의 온도 프로파일, 청징관(41) 내의 용융 유리 G의 온도 프로파일, 청징관(41) 내의 기상 공간(41c)의 온도 프로파일 중 어느 것이어도 된다. 또한, 청징관(41)의 저면에 접하는 용융 유리 G의 온도와, 청징관(41) 내의 기상 공간(41c)에 접하는 용융 유리 G의 온도와, 청징관(41) 내의 용융 유리 G에 접하는 기상 공간(41c)의 온도와, 청징관(41)의 내벽면에 접하는 기상 공간(41c)의 온도는, 각각 다르지만, 어느 하나의 온도를 측정함으로써 형성된 온도 프로파일을 사용해도 된다. 그 때문에, 청징관(41)을 어느 하나의 온도 프로파일의 최고 온도 포인트 P의 근방의 영역에 설치해도 된다.
(3) 특징
(3-1)
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법에서는, 유리 원료를 가열하여 생성된 용융 유리 G는 청징관(41)의 내부를 통과할 때에 가열된다. 청징관(41)의 내부에서는, 용융 유리 G에 첨가되어 있는 청징제인 SnO2의 산화 환원 반응에 의해, 용융 유리 G에 포함되는 CO2 또는 SO2를 포함하는 기포가 제거된다. 구체적으로는, 최초에 용융 유리 G 온도를 높여서, 청징제를 환원시킴으로써, 산소의 기포를 용융 유리 G 중에 발생시킨다. 용융 유리 G 중에 포함되는 CO2, N2, SO2 등의 기체 성분을 포함하는 기포는, 청징제의 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수한다. 산소를 흡수하여 성장한 기포는, 용융 유리 G의 액면 LS에 부상하여, 기포가 터져서 소멸한다. 소멸한 기포에 포함되어 있던 가스는, 기상 공간(41c)에 방출되고, 통기관(41a)을 경유하여 외기로 배출된다. 이어서, 용융 유리 G의 온도를 낮추어, 환원된 청징제를 산화시킨다. 이에 의해, 용융 유리 G 중에 잔류하고 있는 산소의 기포가, 용융 유리 G에 흡수된다. 이와 같이, 청징제의 산화 환원 반응에 의해, 용융 유리 G에 포함되는 기포가 제거된다.
청징관(41)은 백금제 또는 백금 합금제이다. 백금 또는 백금 합금은 융점이 높아, 용융 유리 G에 대한 내식성이 우수하므로, 고온의 용융 유리 G와 접촉하는 청징관(41)의 재질로서 적합하다. 그러나, 장기간에 걸친 청징관(41)의 사용에 의해, 청징관(41)의 내벽으로부터 백금 성분이 서서히 휘발한다. 백금을 포함하는 휘발물은, 용융 유리 G에 포함되는 기포와 함께, 기상 공간(41c)에 방출되고, 통기관(41a)을 경유하여 외기로 배출된다.
그러나, 백금을 포함하는 휘발물은, 통기관(41a)을 통과하는 과정에서 온도가 저하하여, 과포화 상태가 되기 쉽다. 그 때문에, 통기관(41a)의 내벽에는, 응고한 휘발물이 백금 이물로서 부착된다. 그리고, 통기관(41a)의 내벽에 부착된 백금 이물은, 시간의 경과에 수반하여 성장한다. 성장한 백금 이물은, 자중에 의해 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하할 가능성이 있다. 또한, 청징관(41)의 보수 작업 시에 있어서, 통기관(41a)의 내벽면으로부터 백금 이물을 제거할 때에 백금 이물이 낙하할 가능성이 있다.
또한, 백금을 포함하는 휘발물은 청징관(41)의 기상 공간(41c)을 통기관(41a)을 향해 통과하는 과정에서, 고온부로부터 저온부를 향해 흘러서 온도가 저하하는 경우가 있다. 이 경우, 기상 공간(41c)에 있어서도, 백금을 포함하는 휘발물이 과포화 상태로 되기 쉽고, 응고한 휘발물이 백금 이물로서 청징관(41)의 내벽에 부착하는 경우가 있다. 그리고, 청징관(41)의 내벽에 부착된 백금 이물은, 시간의 경과에 수반하여 성장하고, 자중에 의해 청징관(41)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하할 가능성이 있다.
본 실시 형태에서는, 통기관(41a)은 청징관(41)의 길이 방향에 있어서 온도가 가장 높아지는 부분, 즉 청징관(41)의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치되어 있다. 이에 의해, 청징관(41) 내에서 발생한 백금을 포함하는 휘발물은 기상 공간(41c) 내에서 가장 높은 온도를 갖는 공간을 경유하여, 통기관(41a)의 내부로 유입된다. 그 때문에, 백금을 포함하는 휘발물은 기상 공간(41c)에 있어서, 저온부로부터 고온부를 향해 흘러서 통기관(41a)으로부터 배출되므로, 기상 공간(41c)에 있어서의 백금을 포함하는 휘발물의 과포화 상태가 억제된다. 이에 의해, 청징관(41)의 기상 공간(41c)에 있어서의 내벽에, 백금 이물이 부착되는 것이 억제된다. 또한, 통기관(41a)을 흐르는 가스의 온도가, 가능한 한 높게 유지되기 때문에, 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되는 것이 억제된다. 따라서, 청징관(41)의 내벽 및 통기관(41a)의 내벽으로부터 백금 이물이 낙하하여, 용융 유리 G에 혼입되는 것이 억제된다.
통기관(41a)이 청징관(41)의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치되어 있지 않은 경우, 백금을 포함하는 휘발물은, 통기관(41a)의 내부로 유입되기 전에, 온도가 저하할 가능성이 있다. 이 경우, 백금을 포함하는 휘발물이 통기관(41a)의 내벽에 있어서 응고하여, 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착될 우려가 있다.
또한, 통기관(41a)이 청징관(41)의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치되어 있지 않은 경우, 청징관(41)의 기상 공간(41c)에 있어서, 백금을 포함하는 휘발물이 고온부로부터 저온부를 향해 흐른다. 이에 의해, 기상 공간(41c)에 있어서, 온도가 저하한 백금을 포함하는 휘발물이 과포화 상태로 되어, 청징관(41)의 내벽 및 통기관(41a)의 내벽에 있어서 응고하고, 이들의 내벽에 백금 이물이 부착될 우려가 있다.
그리고, 청징관(41)의 내벽면 및 통기관(41a)의 내벽면으로부터 박리하여 낙하한 백금 이물이, 용융 유리 G에 혼입되어 버릴 우려가 있다. 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되면, 제조되는 유리 기판의 품질 결함으로 될 우려가 있다. 본 실시 형태에서는, 통기관(41a)이 청징관(41)의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치됨으로써, 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되는 것이 억제되어, 고품질의 유리 기판을 높은 수율로 양산할 수 있다.
(3-2)
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)는, 백금제 또는 백금 합금제의 청징관(41)에 있어서, SnO2를 청징제로서 사용하는 경우에, 특히 효과적이다. 최근, 환경 부하의 관점에서, As2O3 대신에 SnO2가 청징제로서 사용된다. SnO2를 사용하는 경우, As2O3을 사용하는 경우보다도, 청징관(41)에 있어서 용융 유리 G를 보다 고온으로 할 필요가 있기 때문에, 백금 또는 백금 합금의 휘발의 문제가 현저해진다. 그리고, 백금 또는 백금 합금의 휘발이 촉진되면, 청징관(41)의 내벽 및 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉬워진다.
본 실시 형태에서는, 백금 또는 백금 합금의 휘발이 촉진되어 청징관(41)의 내벽 및 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉬운 상황에 있어서도, 통기관(41a)이 청징관(41)의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치됨으로써, 백금 또는 백금 합금의 응고가 억제되므로, 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되는 것이 억제된다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법은, SnO2를 청징제로서 사용하는 유리 기판의 제조 공정에, 특히 효과적이다.
(3-3)
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)는, 백금제 또는 백금 합금제의 청징관(41)에 있어서, 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 및 유기 EL 디스플레이 등의 FPD용 유리 기판의 제조에 적합한 유리 원료로부터 생성되는 용융 유리를 청징하는 경우에, 특히 효과적이다.
청징관(41)에서는, 용융 유리 G의 점도를, 용융 유리 G에 포함되는 기포가 액면에 부상하기 쉬운 값으로 조절함으로써, 용융 유리 G가 청징된다. 그러나, FPD용 유리 기판에 적합한 무알칼리 유리 및 알칼리 미량 함유 유리는, 고온 시에 있어서 높은 점도를 갖는다. 예를 들어, 무알칼리 유리 및 알칼리 미량 함유 유리를 성형하기 위해서 사용되는 용융 유리는, 점도가 102. 5포아즈인 경우에, 1500℃ 이상의 온도를 갖는다. 그 때문에, 청징 공정에 있어서, 용융 유리의 온도를, 통상의 알칼리 유리의 용융 유리의 온도에 비해 높게 할 필요가 있기 때문에, 상술한 백금 또는 백금 합금의 휘발의 문제가 현저해진다. 그리고, 백금 또는 백금 합금의 휘발이 촉진되면, 청징관(41)의 내벽 및 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉬워진다.
본 실시 형태에서는, 백금 또는 백금 합금의 휘발이 촉진되어 청징관(41)의 내벽 및 통기관(41a)의 내벽에 백금 이물이 부착되기 쉬운 상황에 있어서도, 통기관(41a)이 청징관(41)의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치됨으로써, 백금 또는 백금 합금의 응고가 억제되므로, 용융 유리 G에 백금 이물이 혼입되는 것이 억제된다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 방법은 FPD용 유리 기판의 제조 공정에, 특히 효과적이다.
(4) 변형예
본 실시 형태에 따른 유리 기판 제조 장치(200)에서는, 청징관(41) 및 통기관(41a)은 백금 또는 백금 합금으로 성형되지만, 다른 백금족 금속으로 성형되어도 된다. 「백금족 금속」은, 단일의 백금족 원소로 이루어지는 금속 및 백금족 원소로 이루어지는 금속의 합금을 의미한다. 백금족 원소는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os) 및 이리듐(Ir)의 6 원소이다. 백금족 금속은, 고가이지만, 융점이 높아, 용융 유리에 대한 내식성이 우수하다.
41 : 청징관
41a : 통기관
41b : 가열 전극
41c : 기상 공간
41d : 수용부
200 : 유리 기판 제조 장치
G : 용융 유리
LS : 용융 유리의 액면
R : 최고 온도 영역
41a : 통기관
41b : 가열 전극
41c : 기상 공간
41d : 수용부
200 : 유리 기판 제조 장치
G : 용융 유리
LS : 용융 유리의 액면
R : 최고 온도 영역
Claims (4)
- 유리 원료를 가열하여 용융 유리를 생성하는 용융 공정과,
상기 용융 유리를 청징하는 청징 공정과,
청징된 상기 용융 유리로부터 유리 기판을 성형하는 성형 공정
을 구비하고,
상기 청징 공정에 있어서, 상기 용융 유리는, 백금제 또는 백금 합금제의 청징관의 내부를, 상기 용융 유리의 액면보다 상방의 공간인 기상 공간이 형성되도록 흐르고,
상기 청징관은, 상기 청징관의 외벽면으로부터 외측으로 돌출되어 있는 통기관을 갖고,
상기 통기관은, 상기 기상 공간과 상기 청징관의 외부 공간을 연통시키고, 또한 상기 청징관의 길이 방향에 있어서의 상기 청징관의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치되는 유리 기판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 용융 유리는, 청징제로서 SnO2를 포함하는 유리 기판의 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용융 유리는, 점도가 102. 5포아즈인 경우에, 1500℃ 이상의 온도를 갖는 유리 기판의 제조 방법. - 유리 원료를 가열하여 용융 유리를 생성하는 용융조와,
상기 용융조에서 생성된 상기 용융 유리를 청징하는 청징관과,
상기 청징관에서 청징된 상기 용융 유리로부터 유리 기판을 성형하는 성형 장치를 구비하고,
상기 청징관은, 상기 용융 유리의 액면보다 상방의 공간인 기상 공간이 형성되도록 상기 용융 유리가 내부를 흐르는, 백금제 또는 백금 합금제의 관이고,
상기 청징관은, 상기 청징관의 외벽면으로부터 외측으로 돌출되어 있는 통기관을 갖고,
상기 통기관은, 상기 기상 공간과 상기 청징관의 외부 공간을 연통시키고, 또한 상기 청징관의 길이 방향에 있어서의 상기 청징관의 온도 프로파일의 최고 온도 영역에 설치되는 유리 기판의 제조 장치.
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