(57)【要約】【課題】高い寸法精度を有するガラススペーサを低コストで得ることができる製造方法を提供する。【解決手段】ガラス母材として、その算術平均表面粗さＲａが０．０５μｍ乃至１．２μｍの範囲内のガラスを用い、該ガラスを加熱しつつ延伸後、所望の長さに切断して、ガラススペーサを製造する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス母材を加熱しつつ延伸後、所望の長さに切断することによりガラススペーサを製造するガラススペーサの製造方法において、前記ガラス母材として、その算術平均表面粗さＲａが０．０５μｍ乃至１．２μｍであるガラスを用いることを特徴とするガラススペーサの製造方法。
【請求項２】
内面に画像形成部材が形成された前面板と電子放出素子群を搭載した背面板との両平板を隔てるガラススペーサを、ガラス母材を加熱しつつ延伸後、所望の長さに切断することにより製造するガラススペーサの製造方法において、前記ガラス母材として、スペーサ断面形状に対応した形状を有し、かつその算術平均表面粗さＲａが０．０５μｍ乃至１．２μｍであるガラスを用いることを特徴とするガラススペーサの製造方法。
【請求項３】
前記ガラスがソーダライムガラスであることを特徴とする請求項１又は２記載のガラススペーサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラススペーサの製造方法に関し、特に、高い寸法精度が要求される平面型ディスプレイ用途等のガラススペーサを低コストで得ることができる製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大きく重いブラウン管に代わるものとして、薄型で軽い自発光式のフラット型電子線励起ディスプレイがある。このフラット型電子線励起ディスプレイは、内面に画像形成部材が形成されたガラス基板から成る前面板と、電子放出素子群を搭載したガラス基板から成る背面板とを備える。画像形成部材は、電子放出素子からの電子ビームが照射されて発光する蛍光体を有する。前面板と背面板とは、支持枠を介して互いに気密的に接合されて支持枠と共に気密の耐大気圧構造をなす真空容器を形成する。
【０００３】
このようなフラット型電子線励起ディスプレイにあっては、電子ビームを蛍光体に照射して蛍光を発生させることにより画像を形成するため、電子線源、蛍光体、その他の構成部品が作り込まれる真空容器内は、約１．３３×１０−３Ｐａ（約１０−５ｔｏｒｒ）以下の真空雰囲気に保持される。このため、ディスプレイの表示画像が大きくなるに従って、真空容器内部と外部の気圧差によって前面板と背面板が変形又は接触する場合があった。この変形又は接触を防止して前面板と背面板との間隔を一定に保つために、前面板と背面板間には大気圧支持部材として複数のガラススペーサが挿入される。
【０００４】
このガラススペーサは、母材ガラスを加熱しつつ延伸し、次いで、延伸ガラスをカッター等により所望の長さに切断することにより製造される。
【０００５】
具体的には、略直方断面を有する加熱炉内部にそれぞれ独立して制御装置により制御される２対のヒータを設け、加熱炉の直下に１対の延伸ロールを設置した製造装置を用い、この製造装置に架設された母材ガラスをモータ駆動により供給速度を制御しつつ下端から順次加熱炉に送り込み、加熱炉から引き出したスペーサガラスを挟持しながら所定の延伸速度で延伸する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、他の製造方法として、予め側面を研磨した多角形断面を有する素材棒（母材）を垂直降下可能な機械系設備に固定し、下端から順次リング状の加熱装置内に挿入・溶融し、加熱装置下方に設置された１対の駆動ベルトによって延伸する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１４１９９号公報
【特許文献２】特開平７−１４４９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、平面型ディスプレイの実用化に向けた開発が盛んになるに伴い、スペーサには従来にも増して高精度化の要求が出ており、例えば長方断面のスペーサでは長辺幅２〜３ｍｍに対して１０μｍ未満の偏差しか許容されないケースもある。従って、長手方向にわたり歩留り良くこの精度を確保するためには、線引装置の高精度化はもとより母材の表面状態も重要な要因となる。
【０００８】
母材表面が鏡面もしくは鏡面に近い状態まで研磨される場合、装置が安定に運転していれば、目標寸法に対し、０．２０％未満の外径寸法の変動で線引きが可能であると考えられる。なお、安定に運転できる条件として、装置としては加熱炉内での炉内ガス流れの安定化、引取りロールあるいはベルトの速度安定性、ガラスのパスラインの直線性等々が確保されている必要がある。これに対して、母材の表面が粗い場合では、線引炉内での溶融・延伸時にガラスの変形が必ずしも安定ではなく、装置が安定に運転しているにも拘わらず、目標寸法に対し、０．５〜１．０％程度の周期的な外径寸法が発生してしまう。
【０００９】
ここで、特許文献１では、母材表面の粗さや線引後のスペーサの幅精度に関する詳細な記載はなく、母材ガラスの表面は加熱延伸時にほぼ火造り面となるので、元のガラスの加工精度はそれほど問題にならない、すなわち火造り面は母材ガラス成形型の微小な凹凸が転写されないので微視的に平坦であるとしている。しかし、線引後のスペーサ表面の微視的な平坦度は問題にならないとしても、長手方向の寸法安定性の点からは、ガラスの表面加工精度すなわち表面粗さが大きな問題となる。
【００１０】
また、断面形状が真円形の母材は、ガラス旋盤に装着して、回転させながら火炎等の熱により表面を加熱研磨することによって比較的容易に鏡面加工できる。しかし、真円形以外の場合には熱による表面加工でガラスが軟化して表面張力が発生し、特に角部では丸みを帯びた形状に変形してしまうため、特許文献２のように断面形状が多角形の母材の側面を鏡面仕上げするのは容易ではない。
【００１１】
従って、多角形断面を有する母材の側面を鏡面もしくは鏡面に近い状態まで仕上げるために、メカニカルな研磨が適用されることが多い。しかし、メカニカル研磨によってガラス母材表面を鏡面に仕上げるためには、熱研磨に比べて多くの作業時間を要し、加工コストが高くなってしまう。
【００１２】
以上のことより、従来の方法では、母材表面の研磨仕上げレベルすなわち表面粗さの最適値は定量化されておらず、コストがかさむ母材表面の鏡面加工に依らない、高精度なガラススペーサの線引技術は未だ確立されていなかった。すなわち、母材表面仕上げの低コスト化と高精度スペーサの線引とが必ずしも両立できていなかった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を解消し、高い寸法精度を有するガラススペーサを低コストで得ることができる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明のガラススペーサの製造方法は、ガラス母材を加熱しつつ延伸後、所望の長さに切断することによりガラススペーサを製造するガラススペーサの製造方法において、前記ガラス母材として、その算術平均表面粗さＲａが０．０５μｍ乃至１．２μｍであるガラスを用いることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のガラススペーサの製造方法は、内面に画像形成部材が形成された前面板と電子放出素子群を搭載した背面板との両平板を隔てるガラススペーサを、ガラス母材を加熱しつつ延伸後、所望の長さに切断することにより製造するガラススペーサの製造方法において、前記ガラス母材として、スペーサ断面形状に対応した形状を有し、かつその算術平均表面粗さＲａが０．０５μｍ乃至１．２μｍであるガラスを用いることを特徴とする。
【００１６】
前記ガラスをソーダライムガラスとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、母材表面の算術平均表面粗さＲａが０．０５μｍ乃至１．２μｍの範囲となるように表面研磨を施すことにより、幅寸法精度が１０μｍ以内の高精度なガラススペーサを低コストで製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に、本実施形態で使用するガラススペーサ線引装置の概略図を示す。
このガラススペーサ線引装置１０は、母材１を把持する母材把持部５と、母材把持部５を鉛直方向下方に移動させるためのスライドレール７と、母材１を溶融させる線引炉３と、線引炉３の下口から引き出したスペーサの外径寸法を測定するレーザ式の外径測定器９と、外径測定器９の下方に配置され、最終寸法を決定すると共にスペーサを引き取る引取ロール１１と、外径測定器９からの信号を引取ロール１１にフィードバックする制御系１３とを備えている。
【００１９】
母材把持部５は、図示しないサーボモータによって駆動される。線引炉３は、高純度カーボン製で内径１４０ｍｍのマッフル炉であり、炉心内には酸化劣化防止のためにマスフローコントローラを介してＨｅガスを投入している。また、外径測定器９はレーザ照射方向がスペーサ板幅面と直交するように設置され、スペーサの幅寸法を常時計測している。外径測定器９で計測したスペーサの寸法データ、特に基準値（例えば本実施形態では３．０ｍｍ）からの偏差信号は制御系１３を通して引取ロール１１にフィードバックされ、スペーサの外径を一定にすべく引取ロール１１の速度をコントロールするように構成されている。
【００２０】
次に、このガラススペーサ線引装置１０を用いてガラススペーサを製造する方法について説明する。
まず、幅１２０ｍｍ、厚さ６．０ｍｍ、長さ１２００ｍｍの略長方断面を有するソーダライムガラスの母材１を、精密に垂直降下可能な母材把持部５に連結して、母材把持部５をサーボモータにより速度６．５ｍｍ／ｍｉｎの一定速で駆動させ、母材１を線引炉３の炉心へ送り込む。線引炉３の炉心は予め７００℃に昇温しておき、線引炉３内で母材１を溶融させる。
次に、線引炉３内で溶融させた母材１をその断面形状を保持したまま炉下口より取り出し、対向配置された引取ロール１１によって約１０ｍ／ｍｉｎの速度で挟持・引取る。
【００２１】
図２に、算術平均による表面粗さ（以下、「算術平均表面粗さ」と記す）Ｒａが１．０μｍとなるまで機械研削により予め表面を研磨したガラス母材を線引した場合のスペーサの外径寸法の変動を示す。約１．０ｍにわたるスペーサの幅寸法の変動幅は±５μｍ以内と高精度なスペーサが安定に線引きできた。
【００２２】
ガラス母材表面の上記算術平均表面粗さＲａは０．０５μｍ以上、１．２μｍ以下とすることが好ましい。
ガラス母材表面の算術平均表面粗さＲａを１．２μｍ以下としたのは、後述の実施例の通り、線引き後のスペーサの寸法精度を１０μｍ以内の高精度に収めることができるからである。
一方、ガラス母材表面の算術平均表面粗さＲａが０．０５μｍ以上としたのは、母材表面の機械研削による加工コストを考慮したためである。
【００２３】
通常の機械研削では、粗研磨、中研磨、仕上研磨と段階的に使用する砥石の粒径を小さくしていく。ただし、粒径が小さくなると切削速度も低くなる。そのため、表面粗さを小さく、すなわち鏡面に近づくにつれ、研磨に要する時間が加速度的に長くなっていく。
【００２４】
表１に、ソーダライムガラスを機械研削によって各表面粗さに研磨するための単位面積（１ｍ２）あたり所要加工時間を示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１の結果より、特に、Ｒａが０．０５μｍより小さくなると急激に所要時間が長くなることが判る。加工時間はそのまま、母材加工コスト、ひいてはスペーサのコスト高につながる。スペーサの仕上り寸法精度上は鏡面が最も望ましいが、表１の結果より、スペーサの目標精度と加工コストの両立を考慮すると、Ｒａ＝０．０５μｍ以上が望ましいと考えられる。
【実施例】
【００２７】
母材表面粗さと線引スペーサの長手寸法変動との相関を明らかにして、外径変動幅を１０μｍ未満に抑えることができる必要最小限の母材表面粗さを定量化すべく実験を行った。
【００２８】
具体的には、図１に示すガラススペーサ線引装置１０に、幅１２０ｍｍ、厚さ６．０ｍｍ、長さ１２００ｍｍの略長方断面のソーダライムガラスの母材１をセットして、幅３．０ｍｍのガラススペーサを線引きした際の母材１の表面粗さとスペーサの長手寸法変動の相関を調べた。表面粗さについては、上記寸法を有する算術平均表面粗さＲａが０．５、１．２、１．５μｍの３種の母材を準備した。なお、算術平均表面粗さの測定には、株式会社キーエンス製の超深度形状測定顕微鏡ＶＫ−８５５０を用いた。
【００２９】
線引炉３の炉心温度は７００℃に設定し、速度６．５ｍｍ／ｍｉｎで上記３種の母材１を一定速で炉心へ送り込んだ。線引炉３下方の１対の引取ロール１１によって約１０ｍ／ｍｉｎでスペーサを引出し、幅約３．０ｍｍのスペーサを線引きした際のスペーサの寸法変動を比較評価した。
【００３０】
ここで、本来は炉直下のレーザ式の外径測定器９でスペーサ幅を測定して、基準値からの偏差信号を制御系１３から引取ロール１１に入力してフィードバック制御を行なって均一幅のスペーサとなるように線引きを行うが、本実施例では母材表面粗さがスペーサ外径変動に及ぼす影響を確認するために、フィードバック制御を使用せずに１０ｍ／ｍｉｎの一定の速度で引取ロール１１を運転した。
【００３１】
図３〜図５に、算術平均表面粗さＲａがそれぞれ、０．５、１．２、１．５μｍのガラス母材を線引した後のスペーサの約１．０ｍにわたる外径寸法の変動を示す。
図３より、母材表面の算術平均表面粗さＲａが０．５μｍの比較的平滑な母材では、長さ１ｍでのスペーサの変動幅は±５μｍ以内に収まっていた。また、図４より、Ｒａが１．２μｍの母材では数１０ｍｍ周期の変動が見られたが、その変動幅は±１０μｍ以内に収まっていた。
一方、図５より、Ｒａが１．５μｍの母材では短周期の変動は見られなかったものの、その変動幅は±１０μｍを大きく超えてしまった。
【００３２】
本実施例の結果より、スペーサの外径変動幅を±１０μｍ以内に収めるためには、母材表面の算術平均表面粗さＲａを１．２μｍ以下とすることが必要であることが明らかとなった。
【００３３】
なお、上記実施例では、母材材質としてソーダライムガラスを用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、例えばケイ酸塩系ガラス、アルミノケイ酸塩系ガラス、アルミノホウケイ酸塩系ガラス等を用いた場合もソーダライムガラスと同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態において用いたガラススペーサ線引装置の概略図である。
【図２】算術平均表面粗さＲａが１．０μｍの母材から線引したガラススペーサの長手位置での幅寸法のバラツキを示すグラフである。
【図３】算術平均表面粗さＲａが０．５μｍの母材から線引したガラススペーサの長手位置での幅寸法のバラツキを示すグラフである。
【図４】算術平均表面粗さＲａが１．２μｍの母材から線引したガラススペーサの長手位置での幅寸法のバラツキを示すグラフである。
【図５】算術平均表面粗さＲａが１．５μｍの母材から線引したガラススペーサの長手位置での幅寸法のバラツキを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  母材
３  線引炉
５  母材把持部
７  スライドレール
９  外径測定器
１１  引取ロール
１３  制御系
【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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