(57)【要約】【課題】熔解炉から流れる熔融ガラスを、ガラス供給管を用いて清澄槽に導くとき、急速に、かつ、均一に熔融ガラスを昇温して、熔融ガラスから泡を効率よく抜くことができるガラス基板の製造装置及びガラス基板の製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基板の製造時、清澄槽で熔融ガラスの脱泡を行う。このとき、少なくとも前記清澄槽において前記熔融ガラスを加熱して、２℃／分以上の昇温速度で前記熔融ガラスを１６３０℃以上に昇温させることにより、前記熔融ガラス中に泡を生成させて前記熔融ガラスの脱泡を行う。前記ガラス供給管の少なくとも一部分を流れて熱を受ける前記熔融ガラスの表面積は、前記ガラス供給管の前記一部分の管断面積に一致する断面積を有する、断面形状が正円である円管を基準としたとき、前記円管の内壁面から熱を受ける熔融ガラスの表面積に比して大きくい。【選択図】図３
2014070001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板を製造するガラス基板の製造方法であって、
ガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる工程と、
白金あるいは白金合金で構成されるガラス供給管の内壁面から前記熔融ガラスを加熱しながら、前記熔融ガラスを流して管状の清澄槽に移送する工程と、
移送された前記熔融ガラスを前記清澄槽の内壁面から加熱しながら前記清澄槽で脱泡する工程と、を含み、
前記脱泡する工程は、少なくとも前記ガラス供給管において前記熔融ガラスを加熱して、２℃／分以上の昇温速度で前記熔融ガラスを１６３０℃以上に昇温させることにより、前記熔融ガラス中に泡を生成させて前記熔融ガラスの脱泡を行う工程を含み、
前記ガラス供給管の少なくとも一部分を流れて熱を受ける前記熔融ガラスの表面積は、前記ガラス供給管の前記一部分の管断面積に一致する断面積を有する、断面形状が正円である円管を基準としたとき、前記円管の内壁面から熱を受ける熔融ガラスの表面積に比して大きい、ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
【請求項２】
前記一部分の管断面形状は、長軸と短軸とを有する、請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
【請求項３】
前記一部分の管断面形状は、水平方向の長さが鉛直方向に比べて長い扁平形状である、請求項１または２に記載のガラス基板の製造方法。
【請求項４】
前記一部分には、前記内壁面から前記熔融ガラスを加熱する壁面加熱源の他に、前記ガラス供給管の一部分の管内に設けられ、前記熔融ガラスと接触する管内加熱源が設けられている、請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
【請求項５】
ガラス基板を製造するガラス基板の製造装置であって、
ガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる熔解炉と、
白金あるいは白金合金で構成される管であって、当該管の内壁面から前記熔融ガラスを加熱しながら、前記熔融ガラスを移送するガラス供給管と、
移送された前記熔融ガラスを内壁面から加熱しながら脱泡する管状の清澄槽と、を含み、
前記清澄槽において脱泡するとき、少なくとも前記清澄槽において前記熔融ガラスを加熱して、２℃／分以上の昇温速度で前記熔融ガラスを１６３０℃以上に昇温させることにより、前記熔融ガラス中に泡を生成させて前記熔融ガラスの脱泡を行い、
前記ガラス供給管の少なくとも一部分を流れて熱を受ける前記熔融ガラスの表面積は、前記ガラス供給管の前記一部分の管断面積に一致する断面積を有する、断面形状が正円である円管を基準としたとき、前記円管の内壁面から熱を受ける熔融ガラスの表面積に比して大きくなるように前記ガラス供給管は構成されている、ことを特徴とするガラス基板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板を製造するガラス基板の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板は、一般的に、ガラス原料を熔かして熔融ガラスを生成させた後、熔融ガラスをガラス基板へ成形する工程を経て製造される。上記の工程中に、熔融ガラスが内包する微小な気泡を除去する清澄処理が行われる。清澄処理は、管状の清澄槽を加熱しながら、清澄槽に清澄剤を配合させた熔融ガラスを通過させ、清澄剤の酸化還元反応により熔融ガラス中の泡を取り除くことで行われる。
より具体的には、粗熔解した熔融ガラスの温度をさらに上げて、清澄槽において清澄剤を機能させ泡を浮上脱泡させ、その後、温度を下げることにより、脱泡しきれずに残った小泡を熔融ガラス内に溶解吸収させる。すなわち、清澄処理は、泡を浮上脱泡させる脱泡処理及び小泡を熔融ガラスに吸収させる吸収処理を含む。
【０００３】
このような清澄処理を効率よく実行するために、上述の管状の清澄槽あるいは熔融ガラスを清澄槽に移送するガラス供給管を構成する材料には、白金あるいは白金合金が用いられることが知られている（特許文献１）。白金あるいは白金合金は、高価であるが融点が高く、熔融ガラスに対する耐食性が優れており、管状の清澄槽、さらには、ガラス供給管に好適に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５２２００１号公報
【０００５】
近年、環境負荷低減の観点から、ガラスの清澄剤としてＡｓ2Ｏ3に代わって、ＳｎＯ2が用いられる。しかし、ＳｎＯ2は、Ａｓ2Ｏ3に比べて脱泡能力が低いという問題がある。
また、上述の方法で作製されるガラス基板をＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用ガラス基板に用いる場合、ＦＰＤ用ガラス基板の表面に半導体素子が形成されるため、ＦＰＤ用ガラス基板は、アルカリ金属を全く含有しないか、含有しても半導体素子に影響を及ぼさない程度の微量のアルカリ金属を含有したガラスが用いられる。しかし、アルカリ金属を全く含有しないか、微量含有したガラスは、ソーダライムガラスなどのアルカリ金属を多量に含有したガラスに比べて、高温粘性が高く、製造中の熔融ガラスから泡が抜けにくいといった問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、ガラス基板を製造する際に、熔融ガラスから泡を効率よく抜いて、ガラス基板に残存する泡を低くすることができる、より具体的には、熔解炉から流れる熔融ガラスを、ガラス供給管を用いて清澄槽に導くとき、急速に、かつ、均一に熔融ガラスを昇温して、熔融ガラスから泡を効率よく抜くことができるガラス基板の製造装置及びガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、ガラス基板を製造するガラス基板の製造方法である。当該ガラス基板の製造方法は、
ガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる工程と、
白金あるいは白金合金で構成されるガラス供給管の内壁面から前記熔融ガラスを加熱しながら、前記熔融ガラスを流して管状の清澄槽に移送する工程と、
移送された前記熔融ガラスを前記清澄槽の内壁面から加熱しながら前記清澄槽で脱泡する工程と、を含む。
前記脱泡する工程は、少なくとも前記ガラス供給管において前記熔融ガラスを加熱して、２℃／分以上の昇温速度で前記熔融ガラスを１６３０℃以上に昇温させることにより、前記熔融ガラス中に泡を生成させて前記熔融ガラスの脱泡を行う工程を含む。
このとき、前記ガラス供給管の少なくとも一部分を流れて熱を受ける前記熔融ガラスの表面積は、前記ガラス供給管の前記一部分の管断面積に一致する断面積を有する、断面形状が正円である円管を基準としたとき、前記円管の内壁面から熱を受ける熔融ガラスの表面積に比して大きい。
前記熔融ガラスが前記ガラス供給管の少なくとも一部分を流れるとき、熱を受ける前記熔融ガラスの表面積は、前記断面が正円である円管の内壁面から受ける熔融ガラスの表面積に比して大きいので、熔融ガラスの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。したがって、前記脱泡を行う工程で効率よく泡を抜くことができる。
【０００８】
前記一部分の管断面形状は、長軸と短軸とを有することが好ましい。前記一部分の管断面が長軸と短軸とを有する楕円である楕円管は、管断面が正円である前記円管に比較して、前記内壁面から熱を受ける前記熔融ガラスの表面積が大きいので、前記熔融ガラスは前記内壁面の大きな加熱表面から熱を受けて、前記熔融ガラスの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。また、管断面を楕円にすることにより、前記熔融ガラスを加熱する加熱源と熔融ガラスとの間の最短距離のばらつきは小さくなるので、前記熔融ガラスの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。したがって、前記脱泡を行う工程で効率よく泡を抜くことができる。
【０００９】
前記一部分の管断面形状は、例えば、水平方向の長さが鉛直方向に比べて長い扁平形状である。前記扁平形状の管断面形状を有する管は、管断面が正円である前記円管に比較して、前記内壁面から熱を受ける前記熔融ガラスの表面積が大きいので、前記熔融ガラスは前記内壁面の大きな加熱表面から熱を受けて、前記熔融ガラスの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。また、管断面を扁平形状にすることにより、前記熔融ガラスを加熱する加熱源と熔融ガラスとの間の最短距離のばらつきは小さくなるので、前記熔融ガラスの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。したがって、前記脱泡を行う工程で効率よく泡を抜くことができる。
【００１０】
また、前記一部分には、前記内壁面から前記熔融ガラスを加熱する壁面加熱源の他に、前記ガラス供給管の一部分の管内に設けられ、前記熔融ガラスと接触する管内加熱源が設けられている。この場合においても、前記内壁面から熱を受ける前記熔融ガラスの表面積は、管断面が正円である前記円管に比較して、大きいので、前記熔融ガラスの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。また、前記熔融ガラスを加熱する加熱源は、前記壁面加熱源及び前記管内加熱源を含むので、前記熔融ガラスと前記加熱源との間の最短距離のばらつきが小さくなる。このため、前記熔融ガラスを、均一に昇温することができる。したがって、前記脱泡を行う工程で効率よく泡を抜くことができる。
【００１１】
また、本発明の一態様は、ガラス基板を製造するガラス基板の製造装置である。当該製造装置は、
ガラス原料を熔解して熔融ガラスをつくる熔解炉と、
白金あるいは白金合金で構成される管であって、当該管の内壁面から前記熔融ガラスを加熱しながら、前記熔融ガラスを移送するガラス供給管と、
移送された前記熔融ガラスを内壁面から加熱しながら脱泡する管状の清澄槽と、を含む。
前記清澄槽において脱泡するとき、少なくとも前記清澄槽において前記熔融ガラスを加熱して、２℃／分以上の昇温速度で前記熔融ガラスを１６３０℃以上に昇温させることにより、前記熔融ガラス中に泡を生成させて前記熔融ガラスの脱泡を行う。
前記ガラス供給管の少なくとも一部分を流れて熱を受ける前記熔融ガラスの表面積は、前記ガラス供給管の前記一部分の管断面積に一致する断面積を有する、断面形状が正円である円管を基準としたとき、前記円管の内壁面から熱を受ける熔融ガラスの表面積に比して大きくなるように前記ガラス供給管は構成されている。
前記熔融ガラスが前記ガラス供給管の少なくとも一部分を流れるとき、熱を受ける前記熔融ガラスの表面積は、前記断面が正円である円管の内壁面から受ける熔融ガラスの表面積に比して大きいので、熔融ガラスの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。したがって、前記脱泡を行う工程で効率よく泡を抜くことができる。
【発明の効果】
【００１２】
上記態様のガラス基板の製造方法によれば、熔融ガラスを、ガラス供給管を用いて清澄槽に導くとき、急速に、かつ、均一に熔融ガラスを昇温することができる。したがって、前記脱泡を行う工程で効率よく泡を抜くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態のガラス基板の製造方法の工程図である。
【図２】本実施形態のガラス基板の製造方法のうち、熔解工程〜切断工程を行う装置を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）は、本実施形態の清澄工程を行う装置構成を主に示す図であり、（ｂ）は、清澄工程を行うガラス供給管の管断面形状を説明する図である。
【図４】本実施形態の成形工程及び切断工程を行う装置構成を主に示す図である。
【図５】本実施形態の熔解工程から成形工程に至る温度履歴の一例を説明する図である。
【図６】本実施形態の脱泡処理が行われるときの熔融ガラスに含まれるＯ２の排出量と昇温速度の関係を示す図である。
【図７】ガラス基板に残存する泡を再現したガラス中の孔内に含有されるＳＯ２の含有量の測定結果を示す図である。
【図８】図５に示す熔融ガラスの温度履歴を模擬した実験炉でガラス基板を作製したときの泡レベルと降温速度の関係を示す図である。
【図９】図２に示すガラス基板を製造する装置を用いてガラス基板を製造したときのガラス基板内に存在する泡レベルと降温速度の関係を示す図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、本実施形態の第１清澄槽であるガラス供給管の管断面形状の変形例を示す図であり、（ｃ）は、本実施形態の変形例である内部加熱源を説明する図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示す管内加熱源の例を、管断面方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施形態のガラス基板の製造方法について説明する。
【００１５】
（ガラス基板の製造方法の全体概要）
図１は、本実施形態のガラス基板の製造方法の工程図である。
ガラス基板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）と、清澄工程（ＳＴ２）と、均質化工程（ＳＴ３）と、供給工程（ＳＴ４）と、成形工程（ＳＴ５）と、徐冷工程（ＳＴ６）と、切断工程（ＳＴ７）と、を主に有する。この他に、研削工程、研磨工程、洗浄工程、検査工程、梱包工程等を有し、梱包工程で積層された複数のガラス基板は、納入先の業者に搬送される。
【００１６】
図２は、熔解工程（ＳＴ１）〜切断工程（ＳＴ７）を行う装置を模式的に示す図である。当該装置は、図２に示すように、主に熔解装置２００と、成形装置３００と、切断装置４００と、を有する。熔解装置２００は、熔解槽２０１と、清澄槽２０２と、攪拌槽２０３と、ガラス供給管２０４，２０５，２０６と、を主に有する。なお、ガラス供給管２０４，２０５は、後述するように熔融ガラスＭＧを流す金属管であるとともに清澄機能を有するので、実質的に清澄槽でもある。以降では、ガラス供給管２０４を第１清澄槽２０４、清澄槽２０２を第２清澄槽２０２、ガラス供給管２０５を第３清澄槽２０５という。なお、熔解槽２０１以降、成形装置３００までの各槽間を接続する第１清澄槽２０４，第３清澄槽２０５，ガラス供給管２０６および第２清澄槽２０２と攪拌槽２０３の本体部分は、白金あるいは白金合金管により構成されている。第１清澄槽２０４および第３清澄槽２０５は円筒形状もしくは、樋形状を成している。
【００１７】
熔解工程（ＳＴ１）では、ＳｎＯ２が清澄剤として添加されて熔解槽２０１内に供給されたガラス原料を、図示されない火焔および電極を用いた通電加熱により熔解することで熔融ガラスを得る。具体的には、図示されない原料投入装置を用いてガラス原料Ｍは熔融ガラスＧの液面に分散させて供給される。ガラス原料Ｍは、火炎で高温となった気相により加熱されて徐々に熔解し、熔融ガラスＭＧ中に溶ける。熔融ガラスＭＧは、通電加熱により昇温される。
【００１８】
清澄工程（ＳＴ２）は、少なくとも第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２および第３清澄槽２０５において行われる。清澄工程では、第１清澄槽２０４内の熔融ガラスＭＧが昇温されることにより、熔融ガラスＭＧ中に含まれるＯ２、ＣＯ２あるいはＳＯ２等のガス成分を含んだ泡が、清澄剤であるＳｎＯ２の還元反応により生じたＯ２を吸収して成長し、熔融ガラスＭＧの液面に浮上して放出される。また、清澄工程では、熔融ガラスＭＧの温度の低下による泡中のガス成分の内圧が低下することと、ＳｎＯ２の還元反応により得られたＳｎＯが熔融ガラスＭＧの温度の低下によって酸化反応をすることにより、熔融ガラスＭＧに残存する泡中のＯ２等のガス成分が熔融ガラスＭＧ中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄剤による酸化反応及び還元反応は、熔融ガラスＭＧの温度を調整することにより行われる。熔融ガラスＭＧの温度の調整は、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５の温度を調整することにより、行われる。各清澄槽の温度の調整は、管そのものへ電気を流す直接通電加熱、或いは、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５の周りに配置したヒータを用いて各槽を加熱する間接加熱、さらに、空冷、水冷のクーラーによる間接冷却、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５のへのエアー吹きつけ、また水噴霧等のいずれかの加熱、冷却方法、或いは、これらの方法の組み合わせによって行われる。また、図２では、清澄を行う槽が、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５の３つの部分に分かれているが、さらに細分化されても当然よい。
本実施形態の熔融ガラスＭＧの温度の調整では、上述した方法の一つである直接通電加熱が用いられる。具体的には、第２清澄槽２０２に熔融ガラスＭＧを供給する第１清澄槽２０４に設けられた図示されない金属製フランジと、第２清澄槽２０２に設けられた図示されない金属製フランジとの間で電流を流し（図３（ａ）中の矢印）、さらに、第２清澄槽２０２に設けられた図示されない金属製フランジと、この金属フランジに対して熔融ガラスＭＧの下流側の第２清澄槽２０２に設けられた図示されない金属製フランジとの間に電流を流す（図３（ａ）中の矢印）ことにより熔融ガラスＭＧの温度が調整される。本実施形態では、金属製フランジ間の１つ目の領域と、金属製フランジ間の２つ目の領域に、別々の一定の電流を流して第１清澄槽２０４と第２清澄槽２０２を通電加熱することにより、熔融ガラスＭＧの温度を調整するが、この通電加熱は２つの領域の通電加熱による温度調整に限定されず、１つの領域の通電加熱を行って、あるいは、３つ以上の領域で通電加熱を行って、熔融ガラスＭＧの温度調整を行うこともできる。
均質化工程（ＳＴ３）では、第３清澄槽２０５を通って供給された攪拌槽２０３内の熔融ガラスＭＧを、スターラ２０３ａを用いて攪拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。攪拌槽２０３は２つ以上設けられてもよい。
供給工程（ＳＴ４）では、ガラス供給管２０６を通して熔融ガラスが成形装置３００に供給される。
【００１９】
成形装置３００では、成形工程（ＳＴ５）及び徐冷工程（ＳＴ６）が行われる。
成形工程（ＳＴ５）では、熔融ガラスを板状ガラスＧに成形し、板状ガラスＧの流れを作る。本実施形態では、後述する成形体３１０を用いたオーバーフローダウンドロー法を用いる。徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れる板状ガラスＧが、内部歪が生じないように冷却される。
切断工程（ＳＴ７）では、切断装置４００において、成形装置３００から供給された板状ガラスＧを所定の長さに切断することで、ガラス基板を得る。切断されたガラス基板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス基板が作製される。この後、ガラスの端面の研削、研磨およびガラス基板の洗浄が行われ、さらに、泡や脈理等の欠点の有無が検査された後、検査合格品のガラス基板が最終製品として梱包される。
【００２０】
（清澄工程）
図３（ａ）は、清澄工程を行う装置構成を主に示す図である。清澄工程は、脱泡工程と吸収工程とを含む。脱泡工程では、熔融ガラスＭＧを１６３０℃以上に昇温させて、清澄剤であるＳｎＯ２が酸素を放出させ、この酸素を熔融ガラスＭＧの既存の泡Ｂに取り込ませ、既存の泡Ｂの泡径を拡大させる。これにより、熔融ガラスＭＧの温度上昇に起因した泡Ｂ内のガス成分の内圧上昇による泡径の拡大と、熔融ガラスＭＧの温度上昇に起因した熔融ガラスＭＧの粘性の低下との相乗効果により、泡Ｂの浮上速度が高まり、脱泡が促進する。
吸収処理では、脱泡処理とは逆に熔融ガラスＭＧの温度を低下させることにより、熔融ガラスＭＧ中の泡Ｂ内の酸素を再び熔融ガラスＭＧに吸収させることと、熔融ガラスＭＧの温度低下により泡Ｂ内のガス成分の内圧を低下させることとの相乗効果により、泡径を縮小させ、熔融ガラスＭＧ中に泡Ｂを消滅させる。
なお、脱泡工程では、２℃／分以上の昇温速度で熔融ガラスＭＧの温度を１６３０℃以上に昇温させる。この熔融ガラスの昇温を実現するために、脱泡工程の一部を担うガラス供給管２０４の管断面形状は、後述するように扁平形状となっている。この点については後述する。なお、２℃／分以上の昇温速度とは、熔融ガラスＭＧの温度が、熔解工程後の熔融ガラスＭＧの温度（例えば１５８０℃であり、１５６０〜１６２０℃）から清澄温度（例えば、１６３０〜１７００℃）に到達する範囲における、熔融ガラスＭＧの平均昇温速度が２℃／分以上であることをいう。
【００２１】
第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２及び第３清澄槽２０５は、上述した温度履歴を、熔融ガラスＭＧに与えることにより、熔融ガラスＭＧの脱泡と、泡Ｂの吸収を行う装置である。このため、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２及び第３清澄槽２０５を目的の温度に加熱、冷却することができるような温度調節機能を有している。
第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２及び第３清澄槽２０５それぞれの温度調整は、各清澄槽そのものを通電する直接通電加熱、或いは、各槽周りに配置した図示されないヒータによる清澄槽の間接加熱、さらに、空冷、水冷のクーラーによる間接冷却、各清澄槽へのエアー吹きつけ、水噴霧等のいずれか１つの方法を用いて、或いは、これらの方法の組み合わせを用いて行われる。
【００２２】
このように、脱泡工程では、２℃／分以上の昇温速度で熔融ガラスＭＧの温度を１６３０℃以上に昇温させるために、第１清澄槽であるガラス供給管２０４の管断面形状は、水平方向の長さが鉛直方向に比べて長い扁平形状となっている。すなわち、図３（ｂ）に示すように、ガラス供給管２０４の管断面形状の鉛直方向の長さ（最大寸法）Ｄ1に対して、水平方向の長さ（最大寸法）Ｄ2が長くなるように、ガラス供給管２０４は構成されている。ガラス供給管２０４の管断面形状を扁平形状とすることにより、ガラス供給管２０４の加熱源となる内壁面と熔融ガラスＭＧが接触して熱を受けるときの熔融ガラスＭＧの表面積は、従来の同じ管断面積を有する正円の管において熔融ガラスが内壁面から熱を受ける表面積に比べて大きくなっている。いいかえると、熔融ガラスＭＧがガラス供給管２０４を通過する熔融ガラスＭＧの量に対する、加熱源となる内壁面と接触する熔融ガラスの面積の比は、正円の管の場合に比べて大きい。このため、熔融ガラスＭＧは内壁面から広い表面積で熱を受けるので、熔融ガラスＭＧの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。すなわち、第１清澄槽であるガラス供給管２０４の管断面積に一致する断面積を有する、断面が正円である円管を基準としたときと比して、本実施形態の第１清澄槽であるガラス供給管２０４の熔融ガラスＭＧは、ガラス供給管２０４の内壁面から熱を受ける熔融ガラスＭＧの表面積が大きくなっている。
なお、本実施形態では、水平方向の長さＤ2が鉛直方向Ｄ1に比べて長い扁平形状であるが、水平方向の長さＤ2が鉛直方向Ｄ1に比べて短い扁平形状であってもよい。しかし、ガラス供給管２０４は、熔解槽２０１と接続する管であるので、十分に熔解した均質な熔融ガラスを溶解槽２０１の底部から抜き出す点を考慮すると、底部の熔融ガラスを抜き出すことが可能な形状であることが好ましい。したがって、水平方向の長さＤ2が鉛直方向の長さＤ1に比べて長い扁平形状であることが好ましい。また、本実施形態では、第１清澄槽であるガラス供給管２０４の管断面形状は、管の全長に亘って扁平形状となっているが、ガラス供給管２０４の一部において管断面形状は扁平形状となっていてもよい。
【００２３】
図３（ａ）にしたがって、より詳しく清澄を説明する。
熔解槽２０１で熔解され、ガラス原料の分解反応により生成した泡Ｂを多く含んだ液状の熔解ガラスＭＧが、第１清澄槽２０４に導入される。
第１清澄槽２０４では、第１清澄槽２０４の本体である白金あるいは白金合金管の加熱により熔融ガラスＭＧが１６３０℃以上まで加熱され、清澄剤の還元反応が促進されることにより、多量の酸素が熔融ガラスＭＧに放出される。熔融ガラスＭＧ内の既存の泡Ｂは、熔融ガラスＭＧの温度上昇に起因した、泡Ｂ内のガス成分の圧力の上昇効果による泡径の拡大に、清澄剤の還元反応により放出された酸素が泡Ｂ内に拡散して入り込むことが重なって、この相乗効果により既存の泡Ｂの泡径が拡大する。この時、熔融ガラスＭＧは、２℃／分以上の昇温速度で１６３０℃以上の温度に達するまで加熱される。
【００２４】
続いて、この熔融ガラスＭＧが第２清澄槽２０２に導入される。
第２清澄槽２０２は、第１清澄槽２０４と異なり、第２清澄槽２０２内部の上部開空間が気相の雰囲気空間であり、熔融ガラスＭＧ中の泡Ｂが熔融ガラスＭＧの液面に浮上して熔融ガラスＭＧの外に放出できるようになっている。
第２清澄槽２０２では、第２清澄槽２０２の本体である白金あるいは白金合金管の加熱により熔融ガラスＭＧは引き続き１６３０℃以上の高温に維持され、熔融ガラスＭＧ中の泡Ｂは、第２清澄槽２０２の上方に向かって浮上して、熔融ガラスＭＧの液表面で破泡することにより熔融ガラスＭＧは脱泡される。特に、熔融ガラスＭＧが１６３０℃以上まで加熱されると（例えば１６３０〜１７００℃になると）、ＳｎＯ２は、還元反応を加速的に起こす。このとき、例えば、液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造する場合、ガラスの粘度は、熔融ガラスＭＧの温度の上昇により、泡Ｂの浮上、脱泡に適した粘度（２００〜８００ｐｏｉｓｅ）になっている。
ここで、第２清澄槽２０２の上方の上部開空間で破泡、放出されたガス成分は、図示されない、ガス放出口より、第２清澄槽２０２外に放出される。第２清澄槽２０２において、泡Ｂの浮上、脱泡によって浮上速度の速い径の大きな泡Ｂが除去された熔融ガラスＭＧは、第３清澄槽２０５に導入される。
本実施形態では、例えば、図３に示すように、第２清澄槽２０２から第３清澄槽２０５においては本体を構成する白金あるいは白金合金管の長さ方向に延びる２つの異なる領域に別々に流す電流を制御することにより熔融ガラスＭＧの昇温が行われてもよい。また、清澄槽の本体を構成する白金あるいは白金合金管の長さ方向に延びる３つ以上の異なる領域に別々に流す電流を制御することにより熔融ガラスＭＧの昇温が行われてもよい。
このように、熔融ガラスＭＧの昇温が、清澄槽の異なる少なくとも２つの領域に別々に流す電流を制御することにより、行われることが、脱泡処理を効率よく行わせる点で好ましい。
【００２５】
第３清澄槽２０５では、第３清澄槽２０５の本体である白金あるいは白金合金管の冷却により（加熱の程度を抑制することにより）熔融ガラスＭＧは冷却される。この冷却により熔融ガラスＭＧの温度が下がるので、泡Ｂの浮上、脱泡は行われず、残存した小さな泡Ｂ内のガス成分の圧力は下がり、泡径は徐々に小さくなる。さらに、熔融ガラスＭＧの温度が１６００℃以下になると、脱泡処理においてＳｎＯ２の還元反応で得られたＳｎＯの一部は酸素を吸収して、ＳｎＯ２に戻ろうとする。このため、泡Ｂ内のガス成分である酸素は、熔融ガラスＭＧ中に再吸収され、泡Ｂはますます小さくなり、熔融ガラスＭＧ中に吸収されて最終的に消失する。この時、熔融ガラスＭＧは、１６００℃から１５００℃の温度範囲で平均２℃／分以上の速度で冷却される。
【００２６】
図３に示す例では、清澄工程を行う清澄槽は、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、及び第３清澄槽２０５の３つの部分に分かれているが、清澄槽はさらに細分化されても当然よい。清澄槽を細分化した方が、熔融ガラスＭＧの温度調整をより細かく行うことができる。特に、清澄槽を細分化することは、熔融ガラスＭＧの種類や熔解量を変更する場合、温度調整がし易い点で有利である。
また、上記説明では簡略化のために、第１清澄槽２０４では熔融ガラスＭＧが１６３０℃まで昇温され、第２清澄槽２０２では、熔融ガラスＭＧの泡Ｂの浮上、脱泡が行われ、第３清澄槽２０５では、熔融ガラスＭＧが熔融ガラスＭＧの降温により泡Ｂの吸収が行われるように、清澄槽毎に機能を分けて説明したが、清澄槽毎に機能が完全に分かれていなくてもよい。第２清澄槽２０２の長さ方向の途中までの部分が熔融ガラスＭＧを昇温させる構成としてもよく、第２清澄槽２０２の長さ方向の途中から第３清澄槽２０５の間を、熔融ガラスＭＧの降温を開始させる部分とするように構成することもできる。
本実施形態では、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２、第３清澄槽２０５の表面温度、つまり熔融ガラスＭＧが流れていない清澄槽の外側の表面温度を測定して温度制御をすることにより熔融ガラスＭＧの昇温速度、降温速度を管理することができる。第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２及び第３清澄槽２０５の表面温度と、第１清澄槽２０４、第２清澄槽２０２及び第３清澄槽２０５の中を流れる熔融ガラスＭＧの平均温度（清澄槽内で温度分布を持つ熔融ガラスＭＧの温度の平均値）との関係を、コンピューターシミュレーションにより、清澄槽に供給する熔融ガラスＭＧの流速と温度の条件を用いて、予め算出することができる。このため、清澄槽の外側の測定された表面温度から、上記関係を用い昇温速度、降温速度を算出して昇温速度、降温速度を管理することができる。なお、熔融ガラスＭＧの流速は各装置の容積と、成形装置３００に流入される単位時間当たりの熔融ガラスＭＲの量から算出することができる。また、熔融ガラスＭＧの温度は、ガラスの粘性と熱伝導度から算出することができる。
【００２７】
このように、脱泡処理の後、熔融ガラスＭＧの温度を１６００℃から１５００℃の温度範囲を、例えば２℃／分以上の降温速度で降温させるのは、後述するように、最終製品であるガラス基板内に残存する単位質量当たりの泡数を低減させるためである。ここでいう泡は、予め設定された泡の体積、例えば直径２０μｍの泡の体積と同等以上の体積を有する泡をいう。
なお、上記降温速度は、速いほどガラス基板内に残存する泡数を低減できるが、この低減効果は上記降温速度の上昇に伴って小さくなっていく。上記降温速度は、３℃／分以上であることが好ましい。なお、上記降温速度の上限は特に設けられないが、ガラス基板を工業的に製造する場合、以下の理由から、５０℃／分が上限となる。
【００２８】
すなわち、熔融ガラスＭＧの降温速度が速くなりすぎると熔融ガラスＭＧの泡Ｂ内の酸素が熔融ガラスＭＧへ再吸収される現象が阻害され、結果として、熔融ガラスＭＧ中の泡Ｂそのものは減少しない可能性がある。また、ガラスの熱伝導度は高温でも２０〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と小さいため、さらに、熔融ガラスＭＧの急激な冷却は特別な手段を取らない限り、第３清澄槽２０５の外側からしか冷却できないため、上記降温速度を速くした場合、第３清澄槽２０５の外表面近くの熔融ガラスＭＧのみが冷えてしまい、第３清澄槽２０５の中心部の熔融ガラスＭＧは高温のままに維持される。つまり、第３清澄槽２０５内において、熔融ガラスＭＧの外表面部分と中心部との間で温度差が大きくなってしまう。この場合、外表面部分の熔融ガラスＭＧの中から結晶が析出してしまうという問題が生じる。また、第３清澄槽２０５内において、熔融ガラスＭＧの外表面部分と中心部の間で熔融ガラスＭＧの温度差が大きくなった状態で熔融ガラスＭＧを攪拌すると、温度差の大きなガラスが混ざり合うので、泡Ｂが発生する他、ガラスの組成上、均質性を阻害し易くなる。また、熔融ガラスＭＧの降温速度を速くする為には、第３清澄槽２０５からの放熱を増やさなければならないので、第３清澄槽２０５の白金もしくは白金合金管の本体を支えるバックアップレンガ等の支持部材の厚さを薄くしなければならない。しかし、支持部材の厚さを薄くする分だけ、設備の強度が下がる。このため、ガラス基板を工業的に製造する場合、熔融ガラスＭＧの降温速度をいたずらに速くすることは、上述したような問題を引き起こすのみであり、妥当とは言えない。
以上のことから、熔融ガラスＭＧの、１６００℃から１５００℃までの降温速度の上限は、５０℃／分であることが好ましく、３５℃／分であることがより好ましい。すなわち、本実施形態では、上記降温速度は、２℃／分〜５０℃／分であることが好ましく、３℃／分〜３５℃／分であることがより好ましい。
【００２９】
（成形工程）
図４は、成形工程及び切断工程を行う装置構成を主に示す図である。成形装置３００は、成形炉３４０と徐冷炉３５０を含む。
成形炉３４０および徐冷炉３５０は、耐火レンガ等の耐火物で構成された図示されない炉壁に囲まれて構成されている。成形炉３４０は、徐冷炉３５０に対して鉛直上方に設けられている。成形炉３４０及び徐冷炉３５０の炉壁で囲まれた炉内部空間に、成形体３１０と、雰囲気仕切り部材３２０と、冷却ローラ３３０と、冷却ユニット３３５と、搬送ローラ３５０ａ〜３５０ｄと、が設けられている。
成形体３１０は、図２に示すガラス供給管２０６を通して熔解装置２００から流れてくる熔融ガラスＭＧを板状ガラスＧに成形する。成形体３１０に供給されるときの熔融ガラスは、粘度η（ｐｏｉｓｅ）に関してｌｏｇη＝４．３〜５．７となる温度となっている。この熔融ガラスＭＧの温度は、ガラスの種類によって異なるが、例えば液晶ディスプレイ用ガラスであれば、１２００〜１３００℃である。これにより、成形装置３００内で、鉛直下方の板状ガラスＧの流れが作られる。成形体３１０には、耐火レンガ等によって構成された細長い構造体であり、図４に示すように断面が楔形状を成している。成形体３１０の上部には、熔融ガラスを導く流路となる供給溝３１２が設けられている。供給溝３１２は、成形装置３００に設けられた供給口において第３清澄槽２０５と接続され、第３清澄槽２０５を通して流れてくる熔融ガラスＭＧは、供給溝３１２を伝って流れる。供給溝３１２の深さは、熔融ガラスの流れの下流ほど浅くなっており、供給溝３１２から熔融ガラスＭＧが鉛直下方に向かって溢れ出るようになっている。
供給溝３１２から溢れ出た熔融ガラスは、成形体３１０の両側の側壁の垂直壁面および傾斜壁面を伝わって流下する。側壁を流れた熔融ガラスは、図４に示す成形体３１０の下方端部３１３で合流し、１つの板状ガラスＧが成形される。
【００３０】
成形体３１０の下方端部３１３の下方近傍には、雰囲気仕切り部材３２０が設けられている。雰囲気仕切り部材３２０は、一対の板状の断熱部材であって、板状ガラスＧの両側を挟むように、板状ガラスＧの厚さ方向の両側に設けられている。雰囲気仕切り部材３２０は、板状ガラスＧと接触しない程度に隙間があけられている。雰囲気仕切り部材３２０は、成形炉３４０の内部空間を仕切ることにより、雰囲気仕切り部材３２０の上方の炉内部空間と下方の炉内部空間との間の熱の移動を遮断する。
【００３１】
雰囲気仕切り部材３２０の下方には冷却ローラ３３０が設けられている。冷却ローラ３３０は、板状ガラスＧの幅方向の両端近傍の板状ガラスＧ表面と接触して、板状ガラスＧを下方に引き下げて所望の厚さに板状ガラスＧを伸ばすとともに、板状ガラスＧの両端部を冷却する。
【００３２】
成形炉３４０の下方には、搬送ローラ３５０ａ〜３５０ｄが所定の間隔で設けられ、板状ガラスＧを下方向にけん引する。図示される形態では、搬送ローラは４対設けられるが、５対以上であってもよい。成形炉３４０の下方の空間は、徐冷炉３５０の炉内部空間となっている。搬送ローラ３５０ａ〜３５０ｄのそれぞれは、ローラ対を有し、板状ガラスＧの両側を挟むように板状ガラスＧの幅方向の両側端部に設けられている。
【００３３】
（ガラス組成）
本実施形態のガラス基板の製造方法により製造されるガラス基板は、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板に好適に用いられる。例えば、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫのいずれの成分も含有されていないか、あるいは、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫのいずれか少なくとも１つの成分が含有されているとしても、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫの内含有する成分の合計量が、２質量％以下であるガラス組成を有することが、本実施形態の効果を効率よく発揮する点で好ましい。ガラス組成は、以下に示すものが好適に例示される。
（ａ）ＳｉＯ２：５０〜７０質量％、
（ｂ）Ｂ２Ｏ３：１〜１８質量％、
（ｃ）Ａｌ２Ｏ３：１０〜２５質量％、
（ｄ）ＭｇＯ：０〜１０質量％、
（ｅ）ＣａＯ：０〜２０質量％、
（ｆ）ＳｒＯ：０〜２０質量％、
（ｇ）ＢａＯ：０〜１０質量％、
（ｈ）ＲＯ：５〜２０質量％（ただしＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種であり、ＲＯは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯのうち含有する成分の合計）、
（ｉ）Ｒ’２Ｏ：０．１質量％を超え２．０質量％以下（ただしＲ’はＬｉ、ＮａおよびＫから選ばれる少なくとも１種であり、Ｒ’２ＯはＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏのうち含有する成分の合計）、
（ｊ）酸化錫、酸化鉄および酸化セリウムなどから選ばれる少なくとも１種の金属酸化物を合計で０．０５〜１．５質量％。
なお、上記（ｉ），（ｊ）の組成は必須ではないが、（ｉ），（ｊ）の組成を含むことができる。上記のガラスには、Ａｓ２Ｏ３およびＰｂＯを実質的に含まず、ＳｎＯ２が含まれている。なお、環境問題の観点からは、Ｓｂ２Ｏ３も実質的に含まないことが好ましい。
また、（ｉ）のＲ’２Ｏの含有が０質量％であっても構わない。
【００３４】
上述した成分に加え、本実施形態のガラス基板は、ガラスの様々な物理的、熔融、清澄、および成形の特性を調節するために、様々な他の酸化物を含有しても差し支えない。そのような他の酸化物の例としては、以下に限られないが、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、Ｙ２Ｏ３、およびＬａ２Ｏ３が挙げられる。
また、本実施形態においては、ＳｎＯ２はガラスを失透しやすくする成分であるため、清澄性を高めつつ失透を起こさせないためには、その含有率が０．０１〜０．５質量％であることが好ましく、０．０５〜０．３質量％であることがより好ましく、０．１〜０．３質量％であることがさらに好ましい。
上記金属酸化物に酸化鉄を含む場合、上記酸化鉄は、その含有量が０．０１〜０．１質量％であることが好ましく、０．０１〜０．０８質量％であることがより好ましい。
【００３５】
また、上記（ｉ）のＲ’２Ｏは、液晶ディスプレイ用ガラス基板や有機ＥＬディスプレイ用ガラス基板として適用する場合には、実質的に含まないこと、または、液晶ディスプレイ用ガラス基板や有機ＥＬディスプレイ用ガラス基板としてガラス表面に形成されるＴＦＴ（Thin Film Transistor）に影響を及ぼさない程度に微量含むこと、が好ましい。ガラス中に上記成分を敢えて微量含有させることによって、ＴＦＴに影響を及ぼすことなしに、ガラスの熱膨張を一定範囲内に抑制しつつ、ガラスの塩基性度を高め、価数変動する金属の酸化を容易にして、清澄性を発揮させることが可能である。また、Ｒ’２Ｏはガラスの電気比抵抗を下げ、熔解性を向上させることができる。そこで、Ｒ’２Ｏの合計含有率は０〜２．０質量％であり、０．１質量％を超え１．０質量％以下であることがより好ましく、０．２〜０．５質量％がさらに好ましい。なお、Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏは含有させずに、上記成分中でも、ガラスから溶出して半導体素子に影響を最も及ぼし難いＫ２Ｏを含有させることが好ましい。Ｋ２Ｏの含有率は、０〜２．０質量％であることが好ましく、０．１〜１．０質量％がより好ましく、０．２〜０．５質量％がさらに好ましい。
【００３６】
本実施形態のガラス基板が、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等に用いられるガラス基板として好適に用いられるような特性を得るためには、熔融ガラスＭＧの清澄温度における粘度が、アルカリを多量に含有したガラス基板等に比較して高くなるので、脱泡処理において泡の浮上速度が遅くなりやすい。本実施形態のガラス基板が、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等を構成するガラス基板である場合、例えば、１６３０℃の温度における熔融ガラスＭＧの粘度が１３０〜３５０ｐｏｉｓｅであることが好ましい。
【００３７】
（熔融ガラスの温度履歴）
図５は、本実施形態における熔解工程から成形工程に至る温度履歴の一例を説明する図である。
本実施形態のガラス基板の製造に用いるガラス原料は、目標とする化学組成となるように、種々の原料を秤量し、よく混ぜ合わせてガラス原料が作られる。その際、ＳｎＯ２が清澄剤として所定量、ガラス原料に添加される。こうして作られるＳｎＯ２が添加されたガラス原料は、熔解槽２０１に投入されて高温で熔解し、熔融ガラスＭＧがつくられる。熔解槽２０１に投入されたガラス原料は、その成分の分解温度に達したところで分解し、ガラス化反応により、熔融ガラスＭＧとなる。熔融ガラスＭＧは熔解槽２０１を流れる間に、徐々に温度を上げながら、熔解槽２０１の底部近くから第１清澄槽２０４（ガラス供給管２０４）に進む。
このため、熔解槽２０１では、ガラス原料の投入された時点における温度Ｔ１から第１清澄槽２０４（ガラス供給管２０４）に進入する時点における温度Ｔ３まで、熔融ガラスＭＧの温度はなだらかに上昇する温度履歴を有する。なお、図５中、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３であるが、Ｔ２＝Ｔ３あるいは、Ｔ２＞Ｔ３であってもよく、少なくともＴ１＜Ｔ３であればよい。
【００３８】
第１清澄槽２０４の図示されない金属製フランジと第２清澄槽２０２の図示されない金属製フランジとの間で一定の電流を流して第１清澄槽２０４の白金あるいは白金合金管を通電加熱することにより、さらに、第２清澄槽２０２の図示されない金属製フランジと第２清澄槽２０２の図示されない別の金属製フランジとの間で一定の電流を流して第２清澄槽２０２の白金あるいは白金合金を通電加熱することにより、第１清澄槽２０４に進入した熔融ガラスＭＧを、温度Ｔ３からＳｎＯ２が酸素を急激に放出する温度Ｔ４（例えば１６３０℃以上であり、１６５０〜１７００℃であることがさらに好ましい）まで、２℃／分以上の昇温速度で昇温する。昇温速度を２℃／分以上とするのは、後述するように、昇温速度が２℃／分以上の場合に、Ｏ２ガスの放出量が急激に大きくなるからである。なお、温度Ｔ３と温度Ｔ４の差が大きいほど、熔融ガラスＭＧ中のＳｎＯ２が放出するＯ２の量が多くなり、脱泡が促進される。このため、温度Ｔ４は、温度Ｔ３と比べて例えば５０℃程度高いことが好ましい。このとき、第１清澄槽であるガラス供給管２０４は、図３（ｂ）に示すような管断面形状を有するので、熔融ガラスＭＧが加熱源であるガラス供給管２０４の内壁面と接触して熱を受けるときの加熱表面積は、同じ管断面積で管断面形状が円を成した等価管の場合に比べて大きい。このため、熔融ガラスＭＧの昇温速度を２℃／分以上として、温度Ｔ４まで確実に昇温することができる。
さらに、第２清澄槽２０２に進入した熔融ガラスＭＧを、温度Ｔ４から温度Ｔ４と略同じ温度Ｔ５に維持する。なお、温度Ｔ３〜温度Ｔ５における温度調節は、本実施形態では、各清澄槽を通電加熱する方式を用いるが、この方式には限定されない。例えば、各清澄槽周りに配置した図示されないヒータによる間接加熱を用いて上記温度調節が行われてもよい。
【００３９】
このとき、熔融ガラスＭＧは１６３０℃以上に加熱されることにより、清澄剤であるＳｎＯ２の還元反応が促進される。これにより、多量の酸素が熔融ガラスＭＧ中に放出される。熔融ガラスＭＧ中の既存の泡Ｂは、熔融ガラスＭＧの温度上昇に起因した泡Ｂ内のガス成分の圧力の上昇効果による泡径の拡大に、上記清澄剤の還元反応により放出された酸素が泡Ｂ内に拡散して入ってくることが重なり、この相乗効果によって泡径が拡大する。
泡径の拡大した泡Ｂはストークスの法則に従って泡Ｂの浮上速度が速くなり、泡Ｂの浮上、破泡が促進される。
第２清澄槽２０２でも、熔融ガラスＭＧは引き続き、１６３０℃以上の高温に維持されるため、熔融ガラスＭＧ中の泡Ｂは、熔融ガラスＭＧの液表面に浮上し、液表面で破泡することにより、熔融ガラスＭＧの脱泡が行われる。
【００４０】
脱泡処理は、図５中では、温度Ｔ３から熔融ガラスＭＧの温度が温度Ｔ４に上昇し、その後、温度Ｔ４と略同じ温度Ｔ５に維持される期間で行われる。図５中、Ｔ４とＴ５が略同じであるが、Ｔ４＜Ｔ５であってもよいし、Ｔ４＞Ｔ５であってもよい。
なお、熔融ガラスＭＧの温度が温度Ｔ４に達するのは、第１清澄槽２０４である例を挙げて説明したが、第２清澄槽２０２内であってもよい。
【００４１】
次に、第２清澄槽２０２から第３清澄槽２０５に進んだ熔融ガラスＭＧは、残存する泡Ｂを吸収するため、温度Ｔ５から、温度Ｔ６（例えば、１６００℃）を経て、温度Ｔ７（攪拌工程に適した温度であり、ガラス硝種と攪拌装置のタイプで異なるが、例えば、１５００℃である。）まで、冷却される。
熔融ガラスＭＧの温度が低下することで、泡Ｂの浮上、脱泡が生じずに、熔融ガラスＭＧに残存した小泡中のガス成分の圧力も下がり、泡径はどんどん小さくなる。さらに熔融ガラスＭＧの温度が１６００℃以下になると、ＳｎＯ（ＳｎＯ２の還元により得られたもの）の一部が酸素を吸収して、ＳｎＯ２に戻ろうとする。このため、熔融ガラスＭＧ中の残存する泡Ｂ内の酸素は、熔融ガラスＭＧ中に再吸収され、小泡は一層小さくなる。この小泡は熔融ガラスＭＧに吸収されて、小泡は最終的に消滅する。
このＳｎＯの酸化反応により泡Ｂ内のガス成分であるＯ２を吸収させる処理が、吸収処理であり、温度Ｔ５から温度Ｔ６を経て温度Ｔ７まで低下する期間に行われる。図５では、温度Ｔ５〜Ｔ６の降温速度が、温度Ｔ６〜Ｔ７の降温速度に比べて速いが、温度Ｔ５〜Ｔ６の降温速度が、温度Ｔ６〜Ｔ７の降温速度に比べて遅くてもよいし、同等であってもよい。少なくともこの吸収処理の間、熔融ガラスＭＧの温度が１６００℃から１５００℃の温度範囲を２℃／分以上の降温速度で降温されることが好ましい。しかし、熔融ガラスＭＧがより高温状態にあるときの降温速度を大きくして、後述するＳＯ２の拡散を早期に抑制して、泡Ｂ内に取り込まれるＳＯ２を減少させる点で、温度Ｔ５〜Ｔ６の降温速度が、温度Ｔ６〜Ｔ７の降温速度に比べて速いことが好ましい。すなわち、吸収処理において、熔融ガラスＭＧが１５００℃以下である温度範囲における降温速度は、１６００℃から１５００℃の温度範囲における降温速度よりも遅いことが好ましい。
また、温度Ｔ６〜Ｔ７の降温速度を温度Ｔ５〜Ｔ６の降温速度よりも遅くすることで、泡Ｂ内に取り込まれるＳＯ２を減少させつつ、攪拌槽２０３に流入される熔融ガラスＭＧの第３清澄槽２０５（ガラス供給管２０５）内における、外側表面部分と中心部との間の温度差を小さくすることができる。
なお、ガラス基板の生産性の向上と設備コスト削減の点から、吸収処理において、熔融ガラスＭＧが１５００℃以下である温度範囲における降温速度は、１６００℃から１５００℃の温度範囲における降温速度よりも速いことが好ましい。なお、このような熔融ガラスＭＧの温度制御を行う場合、成形工程に供給する熔融ガラスＭＧの量を調整する流量調整装置を設けることが好ましい。
また、泡Ｂ内に取り込まれるＳＯ２を減少させつつ、成形工程に供給する熔融ガラスＭＧの量を、ガラス供給管２０６内の熔融ガラスＭＧの温度管理にて調整できる点で、吸収処理において、熔融ガラスＭＧが１５００℃以下である温度範囲における降温速度は、１６００℃から１５００℃の温度範囲における降温速度よりも遅いことが好ましい。これにより、ガラス供給管２０６を特別な形状に加工することや、ガラス供給管２０６以外に流量調整装置を設けることなしに、成形工程に流入される熔融ガラスＭＧの量は調整しやすくなる。また、成形工程に流入される熔融ガラスＭＧのガラス供給管２０６内における、外側表面部分と中心部との間の温度差を小さくすることができる。
【００４２】
上記吸収処理後、あるいは吸収処理の途中で、攪拌槽２０３に熔融ガラスＭＧは進入する。攪拌槽２０３は、熔融ガラスＭＧ中の組成ムラを小さくして熔融ガラスＭＧを均質化する。なお、攪拌槽２０３において、上記吸収処理が継続して行われてもよい。この後、成形工程における成形に適した温度Ｔ８、例えば１２００〜１３００℃になるまで熔融ガラスＭＧは降温される。
【００４３】
上述したように、清澄工程と成形工程との間に、熔融ガラスＭＧの成分を均質に攪拌する攪拌工程を含む。熔解工程では、熔融ガラスＭＧの熔解開始時の温度Ｔ１に比べて高い温度Ｔ３で熔融ガラスＭＧが清澄工程に供給される。清澄工程では、温度Ｔ７に比べて低い温度で熔融ガラスＭＧが攪拌工程に供給される。攪拌工程では、粘度η（ｐｏｉｓｅ）に関してｌｏｇη＝４．３〜５．７となる温度で熔融ガラスＭＧが成形工程に供給される。成形工程では、熔融ガラスＭＧの温度が、例えば、１２００〜１３００℃の状態で、熔融ガラスＭＧは板状ガラスに成形される。なお、ガラス基板の液相粘度は、ｌｏｇη＝４以上であることが好ましく、ガラス基板の液相温度は、１０５０℃〜１２７０℃であることが好ましい。このような液相粘度及び液相温度とすることにより、成形方法としてオーバーフローダウンドロー法を適用することができる。
【００４４】
図６は、実験炉において行われた測定結果であり、脱泡処理が行われるときの熔融ガラスに含まれるＯ２の排出量と昇温速度の関係を示す図である。昇温速度は、１５５０℃から１６４０℃の温度範囲における平均速度である。この測定に用いられたガラス基板は、アルカリ金属の含有量が少ない液晶用ディスプレイ用ガラス基板と同じガラス組成を有し、清澄剤としてＳｎＯ２が用いられた。具体的には、以下に示すガラス組成を有する液晶用ディスプレイ用ガラス基板を用いて、図６に示す測定結果が得られた。
ＳｉＯ２：６０質量％
Ａｌ２Ｏ３：１９．５質量％
Ｂ２Ｏ３：１０質量％
ＣａＯ：５．３質量％
ＳｒＯ：５質量％
ＳｎＯ２：０．２質量％
図６によると、Ｏ２の排出量を高くするには、熔融ガラスＭＧの昇温速度を２℃／分以上にすればよいことがわかる。なお、図６の測定結果において、ＣＯ２は、空洞が形成されたガラス基板に他のガラス基板を積み重ねることにより空洞内の気体（ＣＯ２）を密封し、この状態で各ガラス基板を加熱して融着させることにより、熔融ガラスＭＧ内に泡として存在させたものである。このような昇温速度を達成するために、本実施形態では、第１清澄槽であるガラス供給管２０４の管断面形状を扁平形状としている。第１清澄槽であるガラス供給管２０４は、同じ管断面積を有する等価円管の場合に比べて大きな加熱表面積で熔融ガラスに熱を与えるので、熔融ガラスの温度を急速に、かつ、均一に昇温させることができる。
本実施形態では、昇温速度の実質的な上限はなく、例えば、１０℃／分以下であればよい。ガラスは熱伝導度が小さいため、昇温速度を上昇させるためには、熱伝達面積を増やさなければならない。熱伝達面積を増やすためには、金属管である第１清澄槽２０４や第２清澄槽２０２等の内径を小さくし、さらに第１清澄槽２０４や第２清澄槽２０２等を長さ方向に長く形成することが挙げられる。また、熱伝達面積を増やすためには、第１清澄槽２０４や第２清澄槽２０２等の温度を、熔融ガラスＭＧの温度よりも著しく高い温度まで上げることも挙げられる。しかし、第１清澄槽２０４や第２清澄槽２０２等の内径を小さくし、さらに第１清澄槽２０４や第２清澄槽２０２等を長さ方向に長く形成すると、ガラス基板製造装置が大型化してしまい、好ましくない。また、第１清澄槽２０４や第２清澄槽２０２等の温度を、熔融ガラスＭＧの温度よりも著しく高い温度まで上げると、高温によってガラス基板製造装置が破損するおそれがある。したがって、昇温速度の実質的な上限は１０℃／分以下であることが好ましい。以上のことから、昇温速度は、２℃／分〜１０℃／分であることが好ましく、３℃／分〜８℃／分であることがより好ましく、３℃〜６．５℃／分であることがさらに好ましい。この範囲において、脱泡処理を効率よく行い、ガラス基板に残存する泡を効率よく低減することができる。
【００４５】
また、上述したように、脱泡処理後に行われる泡の吸収処理では、熔融ガラスＭＧが１６００℃から１５００℃の温度範囲で２℃／分以上の降温速度で降温される。これは以下説明する理由により行われる。
温度Ｔ３から温度Ｔ４に熔融ガラスＭＧを昇温して温度Ｔ５に至る期間、ＳｎＯ２が酸素を放出して還元される温度である１６００〜１６３０℃以上に熔融ガラスＭＧは昇温されるので、熔融ガラスＭＧ内の泡に、ＳｎＯ２が放出した酸素の取り込みが促進される他、高温になって熔融ガラスＭＧ内に溶存するＯ２、ＣＯ２、ＳＯ２の拡散が促進されて、上記泡Ｂ内に熔融ガラスＭＧ内に溶存するＯ２、ＣＯ２、ＳＯ２も取り込まれる。なお、熔融ガラスＭＧ中へのガス成分の熔解度は、ガラス成分により変わるが、ＳＯ２の場合、アルカリ金属成分の含有量の多いガラスでは比較的熔解度が高いが、アルカリ金属成分を含まないか、含んでも少量である本実施形態のような液晶ディスプレイ用ガラス基板に用いるガラス基板では熔融ガラスＭＧ中に熔解できる熔解度は低い。液晶ディスプレイ用ガラス基板に用いるガラス基板では、本来、ガラス原料として、人為的にはＳ（硫黄）成分を加えないが、原料中の不純物として、或いは、熔解槽２０１で用いる燃焼ガス（天然ガス、都市ガス、プロパンガス等）に、不純物として、微量に含まれている。このため、これらの不純物として含まれるＳ成分が、酸化されてＳＯ２となり、熔融ガラスＭＧに含まれている泡Ｂ内に拡散して入り込む。ＳＯ２は再吸収されにくいので泡Ｂとして残る。この現象は、従来のＡｓ２Ｏ３を清澄剤として使用していた時に比べ、非常に顕著に現れる。
ＳｎＯ２を清澄剤として使用したガラス組成の場合、熔融ガラスＭＧの高温での保持時間が長くなるほど、熔融ガラスＭＧ内の既存の泡Ｂ内へのＳＯ２の拡散が促進する。これは、高温になってＳＯ２の熔融ガラスＭＧ中の拡散速度が速まり、泡Ｂ内へ進入し易くなったためであると考えられる。
【００４６】
この後、温度Ｔ５から温度Ｔ７に熔融ガラスＭＧの降温を行うとき、ＳｎＯ２の還元により得られたＳｎＯが酸化反応によりＯ２を吸収して酸化しようとする。したがって、熔融ガラスＭＧ内に残存する泡ＢにあるＯ２はＳｎＯに吸収される。しかし、熔融ガラスＭＧ中のＳＯ２やＣＯ２の、既存の泡Ｂ内への拡散は依然として維持される。このため、温度Ｔ５から温度Ｔ７の期間中における泡Ｂ内のガス成分は、温度Ｔ３から温度Ｔ５の期間中に比べてＳＯ２，ＣＯ２の濃度が高い。特に、本実施形態で用いる熔融ガラスＭＧでは、アルカリ金属の含有量が少ない組成であるので、ＳＯ２の熔融ガラスＭＧにおける熔解度が小さい。このため、ＳＯ２がガスとして一旦泡Ｂに取り込まれると、このＳＯ２は、吸収処理において熔融ガラスＭＧ内に吸収されにくい。
【００４７】
以上、温度Ｔ５から温度Ｔ７の期間では、泡Ｂ内のＯ２はＳｎＯの酸化反応によりＳｎＯに吸収されるが、ＳＯ２，ＣＯ２の、既存の泡Ｂ内への拡散が依然として維持されるので、この期間を短期間にすることにより、ＳＯ２，ＣＯ２の、既存の泡Ｂ内への拡散を少なくし、泡Ｂの成長を抑制することができる。このため、温度Ｔ５から温度Ｔ７の吸収処理の期間中、熔融ガラスＭＧが１６００℃から１５００℃の温度範囲で２℃／分以上の降温速度で降温することにより、後述するようにガラス基板中の泡数を抑制することができる。
【００４８】
図７は、ガラス中の泡Ｂを再現した孔内に含有されるＳＯ２の含有量の測定結果を示す図であり、ガラスの温度条件と温度維持時間に対するＳＯ２の含有量の依存性を示す。図７中の黒丸の大きさが泡Ｂの大きさを示し、ＳＯ２の含有量を示す。
ガラス基板は、アルカリ金属の含有量が少ない上述した液晶用ディスプレイ用ガラス基板と同じガラス組成を有し、清澄剤としてＳｎＯ２を含有する。具体的には、図６の測定結果を得るときに作製したガラス基板と同様のガラス組成を有する液晶ディスプレイ用ガラス基板を用いた。
このガラス組成の熔融ガラスを板状に成形したガラス基板に孔を人工的にあけ、孔をあけたガラス基板の両側に酸素雰囲気中で、同種のガラス組成のガラス基板を挟むことにより、Ｏ２が充填された孔を泡として再現した。この孔を有するガラス基板を、１２００℃以上の温度と温度維持時間とを種々変えて熱処理し、孔内のＳＯ２の含有量をガス分析により測定した。１２００℃以上にガラス基板を加熱するので、ガラス基板は熔融状態となって、熔融ガラス内に残存する泡Ｂを再現することができる。
図７によると、略１５００℃以上の温度でＯ２の充填された孔にＳＯ２が含有されることがわかる。特に、高温になるほど、さらに温度維持時間が長くなるほど、ＳＯ２の含有量が増えることがわかる。これは、熔融状態となったガラス内に溶存するＳＯ２の拡散が高温により促進され、孔に取り込まれることを意味する。
したがって、熔融ガラスＭＧは、脱泡処理後の吸収処理において、速やかに１５００℃未満に降温されることが好ましく、本実施形態では、熔融ガラスＭＧは１６００℃から１５００℃の温度範囲で２℃／分以上の降温速度で降温されることが好ましい。
【００４９】
図８は、図５に示す熔融ガラスＭＧの温度履歴を模擬した実験炉でガラス基板を作製したときの発生する泡レベルと降温速度の関係を示す測定結果を示す図である。降温速度は、１６００℃から１５００℃の温度範囲における平均速度である。作製したガラス基板は、アルカリ金属の含有量が少ない液晶用ディスプレイ用ガラス基板と同じガラス組成を有し、清澄剤としてＳｎＯ２が用いられた。具体的には、図６の測定結果を得るときに作製したガラス基板と同様のガラス組成を有する液晶ディスプレイ用ガラス基板を用いた。
降温速度が２℃／分未満では、泡レベルが急激に上昇することがわかる。なお、泡レベルとは、降温速度を１０℃／分としたときの単位ガラス質量当たりの泡数を基準として、泡数がどの程度悪化するかを表す。例えば泡レベル３は、降温速度を１０℃／分としたときの泡数に対して３倍の泡数を意味する。
図８によると、泡レベルを低くするには、降温速度を２℃／分以上にすることが好ましい。
【００５０】
図９は、図２に示すガラス基板を製造する装置を用いてガラス基板を製造したときのガラス基板内に存在する泡レベルと降温速度の関係を示す測定結果を示す図である。このとき、熔融ガラスＭＧの温度履歴は図５に示す履歴をとる。降温速度は、１６００℃から１５００℃の温度範囲における平均速度である。作製したガラス基板は、アルカリ金属の含有量が少ない液晶用ディスプレイ用ガラス基板と同じガラス組成を有し、清澄剤としてＳｎＯ２が用いられた。具体的には、図６の測定結果を得るときに作製したガラス基板と同様のガラス組成を有する液晶ディスプレイ用ガラス基板を用いた。泡レベルとは、降温速度を８℃／分としたときの単位質量当たりの泡数を基準として、泡数がどの程度悪化するかを表す。例えば泡レベル５は、降温速度を８℃／分としたときの泡数に対して５倍の泡数を意味する。
図９によると、降温速度が２℃／分未満では、泡レベルが急激に上昇することがわかる。したがって、熔融ガラスＭＧを１６００℃から１５００℃の温度範囲で２℃／分以上の降温速度で降温されると、泡レベルが低減することがわかる。図９より、例えば降温速度が３℃／分〜８℃／分において泡レベルを低減する点でより有効であることがわかる。
【００５１】
以上のように、熔融ガラス中のＳＯ２泡数を低減できるので、攪拌工程における攪拌翼回転によって発生するキャビテーションの核となる泡も低減することができ、結果としてガラス基板中の泡数を低減することができる。この効果は、ガラス組成としてＢａＯやＳｒＯの含有量が少ないガラス基板の製造方法において、より顕著となる。
より詳細には、ガラス組成として含有されるＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯは、炭酸塩として原料に添加されることが多く、その分解温度は、ＭｇＯが最も低く、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの順に高くなる。つまり、分解温度が高いほど、ＣＯ２を放出しはじめる温度が高い。上記のことからも明らかなように、脱泡処理の後に熔融ガラスＭＧが降温すると、分解温度が高いものほど高い温度でＣＯ２を吸収しはじめる。例えば、ＢａＯは１３００℃近でＣＯ２の吸収がはじまる。
しかし、ガラス組成として比較的高い温度領域でＣＯ２の吸収がはじまるＢａＯやＳｒＯの含有量が少ないガラス基板の製造では、ＣＯ２の吸収が、熔融ガラスＭＧの温度が低下してから、つまり熔融ガラスＭＧの粘度が高くなってからはじまる。ここで、ＣＯ２は熔融ガラスＭＧの粘度が低い方が、熔融ガラスＭＧ中に速く拡散する。そのため、熔融ガラスＭＧの粘度が高くなってから（温度が低くなってから）ＣＯ２の吸収が始まるガラス基板の製造方法では、ＣＯ２が泡とし熔融ガラスＭＧ中に残存しやすくなる。
本実施形態のように熔融ガラス中に泡のガス成分として存在するＳＯ２を低減できれば、上述のようにＣＯ２が残存しやすいガラス基板の製造であっても、キャビテーションの核となる泡の発生も抑制することができ、結果として最終製品としてのガラス基板中の泡数を低減することができる。以上のことから、本実施形態は、ＢａＯの含有量が０〜１．０質量％のガラス基板の製造に好適であり、ＢａＯを実質的に含有しないガラス基板の製造方法にさらに好適である。また、本実施形態は、ＳｒＯの含有量が０〜３．０質量％のガラス基板の製造に好適であり、ＳｒＯを実質的に含有しないガラス基板の製造方法にさらに好適である。
【００５２】
（変形例）
図１０（ａ），（ｂ）は、本実施形態の第１清澄槽であるガラス供給管２０４の管断面形状の変形例を示す図である。管断面形状は、図１０（ａ）に示すように、水平方向に細長い略矩形形状であってもよいし、図１０（ｂ）に示すように、水平方向に細長い略矩形形状の角部が直線状に面取りされた断面形状であってもよい。これらの管断面形状であっても、ガラス供給管２０４の加熱源となる内壁面と接触して熱を受ける熔融ガラスＭＧの表面積は、従来の同じ管断面積を有する正円の管の内壁面から熱を受ける熔融ガラスの表面積に比べて大きくなっている。このため、熔融ガラスＭＧは広い表面積で熱を受けるので、熔融ガラスＭＧの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。すなわち、第１清澄槽であるガラス供給管２０４の管断面積に一致する断面積を有する、断面形状が正円である円管を基準とする。このとき、図１０（ａ），（ｂ）に示す管断面形状を有する第１清澄槽であるガラス供給管２０４の内壁面に接触して熔融ガラスＭＧが熱を受ける表面積は、断面形状が正円である円管内を熔融ガラスＭＧが流れて円管の内壁面から熱を受ける熔融ガラスＭＧの表面積に比べて大きくなっている。このように、図１０（ａ），（ｂ）に示す熔融ガラスＭＧは広い表面積でガラス供給管２０４の加熱源となる内壁面から熱を受けるので溶融ガラスＭＧと内壁面との間の最短距離のばらつきは小さくなり、熔融ガラスＭＧの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。したがって、脱泡を行う清澄槽では効率よく泡を抜くことができる。
【００５３】
図１０（ｃ）は、本実施形態の変形例である管内加熱源を説明する図である。図１０（ｃ）に示すように、ガラス供給管２０４には、ガラス供給管２０４の内壁面から熔融ガラスＭＧを加熱する壁面加熱源の他に、ガラス供給管２０４の管内に、熔融ガラスＭＧと接触する管内加熱源２０４ａが設けられていてもよい。図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）に示す管内加熱源２０４ａを、管断面方向から見た図である。ガラス供給管２０４の管断面形状は正円である。このような管内加熱源２０４ａを設けることにより、ガラス供給管２０４の管断面形状が正円であっても、このガラス供給管２０４を熔融ガラスＭＧが流れるとき、熔融ガラスＭＧが加熱源と接触して熱を受ける熔融ガラスＭＧの表面積は大きくなる。すなわち、図１０（ｃ），（ｄ）に示す管内加熱源２０４ａがガラス供給管２０４内に設けられことにより、熔融ガラスＭＧが加熱源と接触して熱を受ける熔融ガラスＭＧの表面積は、この円管内を熔融ガラスＭＧが流れるときに熔融ガラスＭＧが円管の内壁面と接触して内壁面から熱を受ける熔融ガラスの表面積に比べて大きくなっている。このため、熔融ガラスＭＧが広い表面積で熱を受けるので溶融ガラスＭＧと内壁面との間の最短距離のばらつきは小さくなり、熔融ガラスＭＧの温度を急速に、かつ、均一に昇温することができる。したがって、脱泡を行う清澄槽では効率よく泡を抜くことができる。勿論、ガラス供給管２０４の管断面形状は正円である必要はなく、図３（ｂ）、図１０（ａ），（ｂ）に示すような管断面形状を有していてもよい。
なお、本発明者は、シミュレーションにより、上記効果を有することを確認している。
【００５４】
以上、本発明のガラス基板の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５５】
２００  熔解装置
２０１  熔解槽
２０２  清澄槽
２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ  金属製フランジ
２０３  攪拌槽
２０３ａ  スターラ
２０４，２０５，２０６  ガラス供給管
２０４ａ  管内加熱源
３００  成形装置
３１０  成形体
３１２  供給溝
３１３  下方端部
３２０  雰囲気仕切り部材
３３０  冷却ローラ
３３５  冷却ユニット
３５０ａ〜３５０ｄ  搬送ローラ
３４０  成形炉
３５０  徐冷炉
４００  切断装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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