(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形炉において、成形体から熔融ガラスをオーバーフローさせてシートガラスを成形する工程と、
前記成形炉の下部の徐冷炉において、前記シートガラスを下降させながら冷却する冷却工程と、を備え、
前記徐冷炉の内部空間は、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられるとともに、前記シートガラスが通過するスリット状の隙間を有する内部隔壁によって複数の内部区画に隔てられ、
前記徐冷炉の水平方向の外部には、前記徐冷炉の内部空間と炉壁により水平方向に隔てられる徐冷炉外部空間が形成され、
前記徐冷炉外部空間は、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられた外部隔壁によって複数の外部区画に隔てられ、
前記複数の外部区画のうち最上部の外部区画の気圧を、前記内部区画のうち最上部の内部区画の気圧よりも高くなるように制御することで、前記最上部の外部区画内の気体を前記最上部の内部区画へ流入させ、
前記複数の外部区画のうち前記最上部の外部区画よりも下方にある下方外部区画の気圧を、前記内部区画のうち前記下方外部区画に対応する場所にある下方内部区画の気圧よりも低くなるように制御することで、前記下方内部区画から上昇する気流を抑制することを特徴とするガラス基板の製造方法。
【請求項２】
前記最上部の外部区画の気圧と前記最上部の内部区画の気圧との最上部気圧差を、前記複数の外部区画のうち最下部の外部区画の気圧と前記複数の内部区画のうち最下部の内部区画の気圧との最下部気圧差よりも大きくすることを特徴とする、請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
【請求項３】
前記成形炉の水平方向の外部には、前記成形炉の内部空間と炉壁により隔てられる成形炉外部空間が形成され、
前記成形炉外部空間の気圧を、前記成形炉の内部空間の気圧よりも高くなるように制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載のガラス基板の製造方法。
【請求項４】
熔融ガラスをオーバーフローさせてシートガラスを成形する成形体を有する成形炉と、
前記成形炉の下部に設けられ、前記シートガラスを下降させながら冷却する徐冷炉と、
前記徐冷炉の内部空間に、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられるとともに、前記シートガラスが通過するスリット状の隙間を有し、前記内部空間を複数の内部区画に隔てる内部隔壁と、
前記徐冷炉の水平方向の外部に、前記徐冷炉の内部空間と水平方向に隔てられる徐冷炉外部空間を形成する炉壁と、
前記徐冷炉外部空間に、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられ、前記徐冷炉外部空間を複数の外部区画に隔てる外部隔壁と、
前記複数の外部区画のうち最上部の外部区画の気圧を、前記内部区画のうち最上部の内部区画の気圧よりも高くなるように制御することで、前記最上部の外部区画内の気体を前記最上部の内部区画へ流入させるとともに、前記複数の外部区画のうち前記最上部の外部区画よりも下方にある下方外部区画の気圧を、前記内部区画のうち前記下方外部区画に対応する場所にある下方内部区画の気圧よりも低くなるように制御することで、前記下方内部区画から上昇する気流を抑制する圧力制御装置と、
を備え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、ガラス基板の製造方法およびガラス基板の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス板の製造方法の一つとして、ダウンドロー法が用いられている。ダウンドロー法では、成形体からオーバーフローした熔融ガラスが、分流して成形体の側面に沿って流下する。次に、熔融ガラスは、成形体の下端部で合流して、ガラス板に成形される。成形されたガラス板は、鉛直方向下方に搬送されながら冷却される。冷却工程において、ガラス板は、粘性域から粘弾性域を経て弾性域へと推移する。
【０００３】
ディスプレイの製造に用いられるガラス板（ディスプレイ用ガラス基板）は、ディスプレイを製造する工程において、熱処理により熱収縮をする。このとき、ガラス基板の熱収縮率が大きいと、ガラス基板の表面に形成される素子の配置がずれるピッチズレが生じやすくなる。このため、ピッチズレを低減する観点から、ディスプレイ用ガラス基板には、熱処理時における熱収縮率が小さいことが求められている。
【０００４】
ガラス板の熱収縮率を小さくする方法としては、（１）ガラス組成を調整することで、ガラスの歪点を高くすること、（２）成形工程後のシートガラスの冷却速度を低減することなどが挙げられる。例えば、ガラス板の熱収縮率を小さくする技術として、歪点が６８０℃以上になるようにガラス組成を改良する技術が知られている（特許文献１）。
【０００５】
また、冷却工程を、成形後のシートガラスの中央領域の温度が徐冷点になるまでシートガラスを冷却する第１の冷却工程と、中央領域の温度が、徐冷点から歪点−５０℃になるまでシートガラスを冷却する第２の冷却工程と、中央領域の温度が、歪点−５０℃から歪点−２００℃になるまでシートガラスを冷却する第３の冷却工程と、に分ける。このとき、第１の冷却工程における平均冷却速度を、第３の冷却工程における平均冷却速度より速くし、第３の冷却工程における平均冷却速度を、第２の冷却工程における平均冷却速度より速くする技術が知れている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００３−５０３３０１号公報
【特許文献２】特許第５１５３９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に従って、歪点が高くなるように組成を調整すると、失透及び難熔解という問題が生じやすいため、歪点を高くするには限界がある。また、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を作製するとき、成形工程後に行う冷却工程においてシートガラスの冷却速度を小さくすると、徐冷経路が長くなり、徐冷装置のコストが増大するという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に従って、第１の冷却工程における平均冷却速度を、第３の冷却工程における平均冷却速度より速くし、第３の冷却工程における平均冷却速度を、第２の冷却工程における平均冷却速度より速くしても、熱収縮率の低減に限界があり、十分ではないという問題があった。
【０００９】
携帯電話等のモバイル機器に搭載されるディスプレイには、益々高精細化及び低消費電力化が求められている。そのため、近年、ディスプレイの製造工程における熱処理時に生じるガラス基板の熱収縮率をさらに小さくすることが益々求められている。
【００１０】
そこで、本発明は、成形後に行う冷却工程において、熱収縮率が低くディスプレイ用ガラス基板に適したガラス基板の製造方法およびガラス基板の製造装置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】
【００１１】
本発明者は、従来の徐冷点よりもさらに低い温度までシートガラスの冷却速度を高め、その後、徐冷を開始することで、シートガラスの熱収縮率をさらに効率よく低減することができることを見出した。しかし、シートガラスの成形装置は建物等の構造物内に設けられており、ダウンドロー法におけるシートガラスの冷却経路は鉛直上方から下方に向かうため、構造物の改修、増築等をせずに冷却経路を延長することは困難である。そこで、本発明者は、シートガラスの冷却経路を延長せずにシートガラスの熱収縮率を高める以下の方法を発明した。
【００１２】
本発明の一態様は、ガラス基板の製造方法であって、
成形炉において、成形体から熔融ガラスをオーバーフローさせてシートガラスを成形する工程と、
前記成形炉の下部の徐冷炉において、前記シートガラスを下降させながら冷却する冷却工程と、を備え、
前記徐冷炉の内部空間は、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられるとともに、前記シートガラスが通過するスリット状の隙間を有する内部隔壁によって複数の内部区画に隔てられ、
前記徐冷炉の水平方向の外部には、前記徐冷炉の内部空間と炉壁により水平方向に隔てられる徐冷炉外部空間が形成され、
前記徐冷炉外部空間は、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられた外部隔壁によって複数の外部区画に隔てられ、
前記複数の外部区画のうち最上部の外部区画の気圧を、前記内部区画のうち最上部の内部区画の気圧よりも高くなるように制御することで、前記最上部の外部区画内の気体を前記最上部の内部区画へ流入させ、
前記複数の外部区画のうち前記最上部の外部区画よりも下方にある下方外部区画の気圧を、前記内部区画のうち前記下方外部区画に対応する場所にある下方内部区画の気圧よりも低くなるように制御することで、前記下方内部区画から上昇する気流を抑制することを特徴とする。
【００１３】
前記最上部の外部区画の気圧と前記最上部の内部区画の気圧との最上部気圧差を、前記複数の外部区画のうち最下部の外部区画の気圧と前記複数の内部区画のうち最下部の内部区画の気圧との最下部気圧差よりも大きくすることが好ましい。
【００１４】
前記成形炉の水平方向の外部には、前記成形炉の内部空間と炉壁により隔てられる成形炉外部空間が形成され、
前記成形炉外部空間の気圧を、前記成形炉の内部空間の気圧よりも高くなるように制御することが好ましい。
【００１５】
本発明の他の態様は、ガラス基板の製造装置であって、
熔融ガラスをオーバーフローさせてシートガラスを成形する成形体を有する成形炉と、
前記成形炉の下部に設けられ、前記シートガラスを下降させながら冷却する徐冷炉と、
前記徐冷炉の内部空間に、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられるとともに、前記シートガラスが通過するスリット状の隙間を有し、前記内部空間を複数の内部区画に隔てる内部隔壁と、
前記徐冷炉の水平方向の外部に、前記徐冷炉の内部空間と水平方向に隔てられる徐冷炉外部空間を形成する炉壁と、
前記徐冷炉外部空間に、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられ、前記徐冷炉外部空間を複数の外部区画に隔てる外部隔壁と、
前記複数の外部区画のうち最上部の外部区画の気圧を、前記内部区画のうち最上部の内部区画の気圧よりも高くなるように制御することで、前記最上部の外部区画内の気体を前記最上部の内部区画へ流入させるとともに、前記複数の外部区画のうち前記最上部の外部区画よりも下方にある下方外部区画の気圧を、前記内部区画のうち前記下方外部区画に対応する場所にある下方内部区画の気圧よりも低くなるように制御することで、前記下方内部区画から上昇する気流を抑制する圧力制御装置と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述の態様のガラス基板の製造方法およびガラス基板の製造装置によれば、徐冷炉の外部から徐冷炉の最上部の内部区画に流入する気体によって、徐冷炉の最上部の内部区画においてシートガラスを急速に冷却するとともに、徐冷炉の最下部の内部区画から上昇する気流を抑制することで、最上部の内部区画よりも下方の内部区画においてシートガラスの徐冷を行うことができる。このため、シートガラスの冷却経路を延長せずにシートガラスの熱収縮率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ガラス基板の製造方法を示すフロー図である。
【図２】ガラス基板の製造装置の概略図である。
【図３】成形装置２００を示す概略図である。
【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。
【図５】圧力制御システムを示すブロック図である。
【図６】シートガラスの温度と時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のガラス基板の製造方法およびガラス基板の製造装置について説明する。
（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の一例を示す図である。ガラス基板の製造方法は、熔解工程（ＳＴ１）、清澄工程（ＳＴ２）、均質化工程（ＳＴ３）、供給工程（ＳＴ４）、成形工程（ＳＴ５）、徐冷工程（ＳＴ６）、および、切断工程（ＳＴ７）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、梱包工程等を有してもよい。製造されたガラス基板は、必要に応じて梱包工程で積層され、納入先の業者に搬送される。
【００１９】
熔解工程（ＳＴ１）では、ガラス原料を加熱することにより熔融ガラスを作る。
清澄工程（ＳＴ２）では、熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、ＣＯ２あるいはＳＯ２を含んだ泡が発生する。この泡が熔融ガラス中に含まれる清澄剤（酸化スズ等）の還元反応により生じた酸素を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に浮上して放出される。その後、清澄工程では、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。
【００２０】
均質化工程（ＳＴ３）では、スターラを用いて熔融ガラスを撹拌することにより、ガラス成分の均質化を行う。これにより、脈理等の原因であるガラスの組成ムラを低減することができる。均質化工程は、後述する撹拌槽において行われる。
供給工程（ＳＴ４）では、撹拌された熔融ガラスが成形装置に供給される。
【００２１】
成形工程（ＳＴ５）及び徐冷工程（ＳＴ６）は、成形装置で行われる。
成形工程（ＳＴ５）では、熔融ガラスをシートガラスに成形し、シートガラスの流れを作る。成形には、オーバーフローダウンドロー法が用いられる。
徐冷工程（ＳＴ６）では、成形されて流れるシートガラスが所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。
切断工程（ＳＴ７）では、徐冷後のシートガラスを所定の長さに切断することで、板状のガラス基板を得る。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られる。
【００２２】
図２は、本実施形態における熔解工程（ＳＴ１）〜切断工程（ＳＴ７）を行うガラス基板の製造装置の概略図である。ガラス基板の製造装置は、図２に示すように、主に熔解装置１００と、成形装置２００と、切断装置３００と、を有する。熔解装置１００は、熔解槽１０１と、清澄管１０２と、撹拌槽１０３と、移送管１０４、１０５と、ガラス供給管１０６と、を有する。
図２に示す熔解槽１０１には、図示されないバーナー等の加熱手段が設けられている。熔解槽には清澄剤が添加されたガラス原料が投入され、熔解工程（ＳＴ１）が行われる。熔解槽１０１で熔融した熔融ガラスは、移送管１０４を介して清澄管１０２に供給される。
清澄管１０２では、熔融ガラスＭＧの温度を調整して、清澄剤の酸化還元反応を利用して熔融ガラスの清澄工程（ＳＴ２）が行われる。具体的には、清澄管１０２内の熔融ガラスが昇温されることにより、熔融ガラス中に含まれる酸素、ＣＯ２あるいはＳＯ２を含んだ泡が、清澄剤の還元反応により生じた酸素を吸収して成長し、熔融ガラスの液面に浮上して気相空間に放出される。その後、熔融ガラスの温度を低下させることにより、清澄剤の還元反応により得られた還元物質が酸化反応をする。これにより、熔融ガラスに残存する泡中の酸素等のガス成分が熔融ガラス中に再吸収されて、泡が消滅する。清澄後の熔融ガラスは、移送管１０５を介して撹拌槽１０３に供給される。
撹拌槽１０３では、撹拌子１０３ａによって熔融ガラスが撹拌されて均質化工程（ＳＴ３）が行われる。撹拌槽１０３で均質化された熔融ガラスは、ガラス供給管１０６を介して成形装置２００に供給される（供給工程ＳＴ４）。
成形装置２００では、オーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスからシートガラスＳＧが成形され（成形工程ＳＴ５）、徐冷される（徐冷工程ＳＴ６）。
切断装置３００では、シートガラスＳＧから切り出された板状のガラス基板が形成される（切断工程ＳＴ７）。
【００２３】
次に、成形装置２００の詳細な構成について説明する。
【００２４】
（成形装置）
図３は成形装置２００を示す概略図であり、図４は図３のIV−IV矢視断面図である。
成形装置２００の炉壁２０３、２０４、仕切り板２６０および隔壁２６１〜２６４は、酸化被膜が形成されたSiC部材、耐火レンガ、耐火断熱レンガ、ファイバー系断熱材等の耐火物、及びステンレスなどの金属の組み合わせにより形成されている。図３、図４に示すように、成形装置２００の内部空間は、仕切り板２６０によって、成形炉２０１と、成形炉２０１の下部の徐冷炉２０２とに区分けされている。成形炉２０１では成形工程（ＳＴ５）が行われ、徐冷炉２０２では徐冷工程（ＳＴ６）が行われる。
【００２５】
図４に示すように、成形炉２０１は、鉛直な炉壁２０３によって、水平方向外側の外部空間と区画されている。また、成形炉２０１は、１対の雰囲気仕切り部材２２０（断熱材）によって上部成形炉２０１Ａと下部成形炉２０１Ｂとに区分けされている。
上部成形炉２０１Ａには、成形体２１０が設けられている。上部成形炉２０１Ａには、雰囲気及び成形体２１０、成形体２１０を流下する熔融ガラスＭＧを加熱するためのヒータ２１６が設けられている。
成形体２１０には、図２に示すガラス供給管１０６を通して熔解装置１００から熔融ガラスが供給される。なお、ガラス供給管１０６は白金からなり、通電により加熱され、ガラス供給管１０６から成形体２１０に供給される熔融ガラスの温度・粘度を調整することができる。
【００２６】
成形体２１０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、上端から下端に向かって幅が狭くなる鉛直断面楔形状を成している。成形体２１０の上部には、熔融ガラスＭＧを導く流路となる溝２１２が設けられている。溝２１２は、ガラス供給管１０６と接続され、ガラス供給管１０６を通して流れてくる熔融ガラスＭＧは、溝２１２を伝って流れる。溝２１２の深さは、熔融ガラスＭＧの流れの下流ほど浅くなっているため、溝２１２を流れる熔融ガラスＭＧは徐々に溝２１２から溢れ出し、成形体２１０の両側の側壁を伝わって流下し、成形体２１０の下方端部２１３で合流し、融合して鉛直下方に流下する。これにより、成形装置２００内で成形体２１０から鉛直下方に向かうシートガラスＳＧが作られる。
なお、成形体２１０の下方端部２１３の直下におけるシートガラスＳＧの温度は、１０５．７〜１０７．５ｐｏｉｓｅの粘度に相当する温度であり、例えば１０００〜１１３０℃である。
成形体２１０の長さ方向の両端部には、ガイド部材２１４、２１５が設けられている。ガイド部材２１４、２１５は、溝２１２から溢れ出す熔融ガラスが成形体２１０の両端の方向（図３の左右方向）に溢れ出すのを抑制する。ガイド部材２１４、２１５は、例えば白金族金属等からなる。
【００２７】
上部成形炉２０１Ａ内には、上部成形炉２０１Ａ内を加熱するヒータ２１６が設けられている。上部成形炉２０１Ａ内の温度は、ヒータ２１６により、成形体２１０から流下される熔融ガラスが充分に低粘度に保たれる所定の温度範囲内に調整されている。
また、上部成形炉２０１Ａ内には、ヒータ２１６よりも下方であって、かつ、雰囲気仕切り部材２２０よりも上方に、１対の遮断部材２１７が設けられている。１対の遮断部材２１７はシートガラスＳＧの厚さ方向の両側（図４の左側および右側）に設けられており、シートガラスＳＧの厚さ方向に、シートガラスＳＧが通過する間隔（第１の隙間）を空けて配置されている。第１の間隔は、シートガラスＳＧの厚さよりも充分に大きい。
遮断部材２１７はシートガラスＳＧの厚さ方向（図４の左右方向）に移動可能であり、遮断部材２１７をシートガラスＳＧの厚さ方向へ移動させることでヒータ２１６からの輻射熱が雰囲気仕切り部材２２０へ到達する量を調整することができる。遮断部材２１７は、雰囲気仕切り部材２２０の温度が上昇しすぎることを防ぐ役割を果たす。
【００２８】
１対の雰囲気仕切り部材２２０は、成形体２１０の下方端部２１３の下方近傍に設けられており、成形炉２０１の内部空間を上部成形炉２０１Ａと下部成形炉２０１Ｂとに区分けする。１対の雰囲気仕切り部材２２０は、板状の断熱材であって、シートガラスＳＧの厚さ方向の両側（図４の左側および右側）に設けられており、シートガラスＳＧの厚さ方向に、シートガラスＳＧが通過する間隔（第２の隙間）を空けて配置されている。第２の間隔は、シートガラスＳＧの厚さよりも充分に大きい。雰囲気仕切り部材２２０は、成形装置２００の内部空間を仕切ることにより、雰囲気仕切り部材２２０の上方の上部成形炉２０１Ａと下方の下部成形炉２０１Ｂとの間の熱の移動を遮断する。
【００２９】
下部成形炉２０１Ｂには、１対の冷却ローラ２３０と、冷却装置２４０が設けられている。
冷却ローラ２３０および冷却装置２４０は、雰囲気仕切り部材２２０の下方に設けられている。
１対の冷却ローラ２３０は、図３、図４に示すように、シートガラスＳＧを厚さ方向の両側から挟持して下方に引っ張るように、シートガラスＳＧの厚さ方向の両側に設けられている。冷却ローラ２３０は、シートガラスＳＧの幅方向両端部を、約１０１４．５ｐｏｉｓｅ以上の粘度に相当する温度以下の温度に低下するように、冷却する。冷却ローラ２３０は中空であり、内部に冷却媒体（例えば空気等）が供給されることにより急冷されている。
冷却ローラ２３０はシートガラスＳＧの幅方向（図３の左右方向）に移動可能に設けられている。冷却ローラ２３０によるシートガラスＳＧの冷却位置を調整することで、シートガラスＳＧの幅を調整することができる。シートガラスＳＧの幅を調整することにより、成形体２１０から流下される熔融ガラスの幅（図３の左右方向の長さ）を調整することができる。
【００３０】
冷却装置２４０は、シートガラスＳＧの幅方向の中央部を、軟化点より高い温度から、徐冷点近傍まで冷却する。ここで、シートガラスＳＧの中央部とは、シートガラス成形後に切断される対象を除く領域であり、シートガラスＳＧの板厚が均一となるように製造される領域である。冷却装置２４０は、例えば上下方向に３段のユニットからなり、上段ユニットでシートガラスＳＧを軟化点近傍まで急冷し、中段ユニットおよび下段ユニットでシートガラスを緩やかに冷却することで、シートガラスＳＧを徐冷点近傍まで冷却する。冷却装置２４０は、シートガラスＳＧの幅方向の中央部を、約１０９．０ｐｏｉｓｅ以上の粘度に相当する温度に低下するように、冷却する。
【００３１】
図４に示すように、徐冷炉２０２は、鉛直な炉壁２０４によって、水平方向外側の外部空間と区画されている。また、徐冷炉２０２は、水平に設けられた仕切り板２６０により下部成形炉２０１Ｂと仕切られている。徐冷炉２０２の内部空間は、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられた隔壁２６１によって複数の内部区画Ｃａ〜Ｃｆに区分けされている。なお、本実施形態においては、徐冷炉２０２内が６つの内部区画Ｃａ〜Ｃｆに区分けされている例について説明するが、内部区画の数は任意である。
【００３２】
徐冷炉２０２の内部区画Ｃａ〜Ｃｆには、それぞれ搬送部材２５０と、温度調整装置２５１と、圧力センサ２７０と、が設けられている。
下部成形炉２０１Ｂ及び徐冷炉２０２では、上記冷却ローラ２３０、冷却装置２４０および温度調整装置２５１により、シートガラスＳＧが、予め設計された温度プロファイルに対応した温度分布を持つように、冷却する。徐冷炉２０２で冷却されたシートガラスＳＧは、徐冷炉２０２の下部に設けられた切断装置３００によって切断される。
【００３３】
粘性領域では、例えば、シートガラスＳＧの幅方向の端部の温度が中央領域の温度より低く、且つ、中央領域の温度が均一になるような温度プロファイル（第１プロファイル）に設計される。これにより、幅方向の収縮を抑えつつ、シートガラスＳＧの板厚を均一にすることができる。
粘弾性領域では、例えば、シートガラスＳＧの温度が中央部から端部に向かって幅方向に漸減するような温度プロファイル（第２プロファイル）に設計される。
ガラス歪点の近傍の温度領域では、シートガラスＳＧの幅方向の端部の温度と中央部の温度とが略均一になるような温度プロファイルに設計される。
上記の設計された温度プロファイルに従うようにシートガラスＳＧの温度を管理することにより、シートガラスＳＧの反り及び歪（残留応力）を低減することができる。なお、シートガラスＳＧの中央領域は、板厚を均一にする対象の部分を含む領域であり、シートガラスＳＧの端部は、製造後に切断される対象の部分を含む領域である。
【００３４】
成形炉２０１よりも上部の外部空間ＳＡと、成形炉２０１の水平方向外側の外部空間ＳＢとは、成形炉２０１の上端部の高さに水平に設けられた隔壁２６２により区分けされている。外部空間ＳＡ、ＳＢには、それぞれ圧力センサ２７０、圧力制御装置２８０が設けられており、外部空間ＳＡ、ＳＢ内の圧力は所定の範囲内に調整されている。
【００３５】
徐冷炉２０２の水平方向外側の外部空間は、徐冷炉２０２の上端部の高さに水平に設けられた隔壁２６３により外部空間ＳＢと区分けされているとともに、鉛直方向に間隔を空けて水平に設けられた隔壁２６４によって複数の外部区画Ｓａ〜Ｓｆに区分けされている。隔壁２６４の数は隔壁２６１の数と等しいことが好ましく、隔壁２６４を設ける鉛直方向の間隔は、隔壁２６１を設ける鉛直方向の間隔と等しいことが好ましい。すなわち、徐冷炉２０２内の複数の内部区画Ｃａ〜Ｃｆが、徐冷炉２０２の外部空間の複数の外部区画Ｓａ〜Ｓｆとそれぞれ同じ高さ位置となるように、隔壁２６１、２６４を設けることが好ましい。
外部区画Ｓａ〜Ｓｆには、それぞれ圧力センサ２７０、圧力制御装置２８０が設けられており、外部区画Ｓａ〜Ｓｆ内の圧力はそれぞれ所定の範囲内に調整されている。
圧力制御装置２８０は、例えば外部空間ＳＡ、ＳＢ又は外部区画Ｓａ〜Ｓｆ内へ外気を供給し、あるいは外部空間ＳＡ、ＳＢ又は外部区画Ｓａ〜Ｓｆ内の気体を外部へ排出する送風機である。
【００３６】
図５は、圧力センサ２７０および圧力制御装置２８０を用いて上部成形炉２０１Ａ、下部成形炉２０１Ｂ、内部区画Ｃａ〜Ｃｆ、外部空間ＳＡ、ＳＢおよび外部区画Ｓａ〜Ｓｆの圧力を制御する圧力制御システムを示すブロック図である。
制御システムは、上部成形炉２０１Ａ、下部成形炉２０１Ｂ、内部区画Ｃａ〜Ｃｆ、外部空間ＳＡ、ＳＢおよび外部区画Ｓａ〜Ｓｆのそれぞれに設けられた圧力センサ２７０と、外部空間ＳＡ、ＳＢおよび外部区画Ｓａ〜Ｓｆのそれぞれに設けられた圧力制御装置２８０と、制御装置５００と、駆動ユニット５１０と、を有する。
【００３７】
制御装置５００は、圧力センサ２７０のそれぞれから送られる上部成形炉２０１Ａ、下部成形炉２０１Ｂ、内部区画Ｃａ〜Ｃｆ、外部空間ＳＡ、ＳＢおよび外部区画Ｓａ〜Ｓｆのそれぞれの気圧の計測結果に基づいて、同じ高さの位置における炉内部空間と炉外部空間との気圧の差が設定された範囲に調整されるように、圧力制御装置２８０のそれぞれを駆動するための制御信号を生成し、駆動ユニット５１０に出力する。駆動ユニット５１０は、制御装置５００から入力された制御信号に基づいて、圧力制御装置２８０のそれぞれを駆動する。
【００３８】
本実施形態においては、複数の外部区画Ｓａ〜Ｓｆのうち最上部の外部区画Ｓａの気圧を、複数の内部区画Ｃａ〜Ｃｆのうち最上部の内部区画Ｃａの気圧よりも高くなるように制御する。外部区画Ｓａの気圧を内部区画Ｃａの気圧よりも高くすることで、外部区画Ｓａと内部区画Ｃａとを隔てる炉壁２０４を通じて外部区画Ｓａ内の気体を内部区画Ｃａへ流入させることができる。外部区画Ｓａから内部区画Ｃａへ流入した気体は内部区画ＣａにおいてシートガラスＳＧを急速に冷却し、シートガラスＳＧによって加熱されることで、シートガラスＳＧに沿って上昇する上昇気流となる。この上昇気流は上昇して下部成形炉２０１Ｂに入り、下部成形炉２０１Ｂ内でシートガラスＳＧを急速に冷却する。これにより、下部成形炉２０１Ｂおよび内部区画Ｃａ内でシートガラスＳＧを従来よりも急速に冷却することができる。内部区画Ｃａでは、シートガラスＳＧの幅方向の中央部を、１０１１．０ｐｏｉｓｅ〜１０１３．２ｐｏｉｓｅの粘度に相当する温度に低下するように、冷却する。
【００３９】
また、複数の内部区画Ｃａ〜Ｃｆの気圧は、上部の内部区画ほど気圧が高く、下部の内部区画ほど気圧が低くなるように制御される。このように複数の内部区画Ｃａ〜Ｃｆの気圧を制御することで、シートガラスＳＧに沿って上昇する気流が発生することを防ぐことができ、上昇気流によってシートガラスＳＧが内部区画Ｃｂ〜Ｃｆにおいて急速に冷却されることを抑制することができる。
【００４０】
一方、複数の外部区画Ｓａ〜Ｓｆのうち他の外部区画Ｓｂ〜Ｓｆの気圧は、同じ高さの内部区画Ｃｂ〜Ｃｆの気圧よりも低くなるように制御される。このように外部区画Ｓｂ〜Ｓｆの気圧を制御することで、炉壁２０４を通じて外部区画Ｓｂ〜Ｓｆのそれぞれから内部区画Ｃｂ〜Ｃｆへ水平方向に流入する気体の量を低減することができる。
特に、最下部の外部区画Ｓｆの気圧は、複数の内部区画Ｃａ〜Ｃｆのうち最下部の内部区画Ｃｆの気圧よりも低くなるように制御される。外部区画Ｓｆの気圧を内部区画Ｃｆの気圧よりも低くすることで、外部区画Ｓｆから内部区画Ｃｆに流入する気体の量を低減し、内部区画Ｃｆに流入した気体が上昇気流となるのを抑制することができる。
これにより、内部区画Ｃｂ〜ＣｆにおいてシートガラスＳＧが上昇気流によって急速に冷却されることを防ぐことができ、シートガラスＳＧの冷却速度を低下させることができる。
【００４１】
図６は、本実施形態におけるシートガラスＳＧの幅方向の中央部における温度と、シートガラスＳＧの中央部が成形体２１０の下方端部２１３から離れた時間との関係を示す図である。なお、シートガラスＳＧの中央部が成形体２１０の下方端部２１３から離れた時間は、シートガラスＳＧの中央部と成形体２１０の下方端部２１３との距離に比例する。図６において、ＡはシートガラスＳＧが成形体２１０の下方端部２１３を離れた時点であり、ＢはシートガラスＳＧの中央部の温度が徐冷点まで低下した時点であり、ＣはシートガラスＳＧの中央部の温度が４５０℃まで低下した時点であり、ＤはシートガラスＳＧの中央部の温度が３００℃まで低下した時点であり、ＥはシートガラスＳＧが切断装置３００に到達した時点である。
【００４２】
本実施形態においては、下部成形炉２０１Ｂおよび内部区画Ｃａ内でシートガラスＳＧを急速に冷却することで、シートガラスＳＧが成形体２１０の下方端部２１３を離れてからシートガラスＳＧの中央部の温度が徐冷点よりも低い温度（４５０℃）まで、シートガラスＳＧを急速に冷却することができる。一方、内部区画Ｃｂ〜ＣｆにおいてシートガラスＳＧが急速に冷却されることを防ぐことで、シートガラスＳＧの中央部の温度が４５０℃から３００℃まで（時点Ｃから時点Ｄまで）低下させる速度を、時点Ａから時点Ｃまでと比較して低速にすることができる。このように冷却することで、シートガラスＳＧの熱収縮率を効率よく低減することができる。
【００４３】
このように、徐冷点よりもさらに低い温度までシートガラスの冷却速度を高め、その後、冷却速度を低下させることで、シートガラスの熱収縮率を効率よく低減することができる理由は、以下のように考えられる。
シートガラスの冷却速度が急であると、ガラスのすばやく熱緩和して収縮する成分において熱緩和が進行する。冷却速度を低下させると、すばやく熱緩和して収縮する成分の熱緩和が抑制あるいは阻止される一方、ガラスの緩やかに熱緩和して収縮する成分の熱緩和は進行する。シートガラスの冷却速度を低下させる温度を下げることで、すばやく熱緩和して収縮する成分の熱緩和が抑制あるいは阻止される温度が低くなり、熱緩和が進む一方、緩やかに熱緩和して収縮する成分においても熱緩和が進行し、いずれの成分においても熱緩和が充分に進行すると考えられる。
【００４４】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、シートガラスＳＧを下部成形炉２０１Ｂで冷却される温度よりもさらに低い温度まで急速に冷却し、その後、内部区画Ｃｂ〜Ｃｆにおいて徐冷することで、シートガラスＳＧの熱収縮率を効率よく低減することができる。
【００４５】
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。
【００４６】
本実施形態のガラス基板の製造方法によって製造されるガラス基板には、歪点や徐冷点が高く良好な寸法安定性を有する無アルカリのボロアルミノシリケートガラスあるいはアルカリ微量含有ガラスが用いられる。
【００４７】
本実施形態が適用されるガラス基板は、例えば以下の組成を含む無アルカリガラスからなる。
ＳｉＯ２：５６−６５質量％
Ａｌ２Ｏ３：１５−１９質量％
Ｂ２Ｏ３：８−１３質量％
ＭｇＯ：１−３質量％
ＣａＯ：４−７質量％
ＳｒＯ：１−４質量％
ＢａＯ：０−２質量％
Ｎａ２Ｏ：０−１質量％
Ｋ２Ｏ：０−１質量％
Ａｓ２Ｏ３：０−１質量％
Ｓｂ２Ｏ３：０−１質量％
ＳｎＯ２：０−１質量％
Ｆｅ２Ｏ３：０−１質量％
ＺｒＯ２：０−１質量％
【００４８】
本実施形態で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を含むディスプレイ用ガラス基板に好適である。ＩＧＺＯ（インジウム、ガリウム、亜鉛、酸素）等の酸化物半導体を使用した酸化物半導体ディスプレイ用ガラス基板及びＬＴＰＳ（低温度ポリシリコン）半導体を使用したＬＴＰＳディスプレイ用ガラス基板に好適である。また、本実施形態で製造されるガラス基板は、アルカリ金属酸化物の含有量が極めて少ないことが求められる液晶ディスプレイ用ガラス基板に好適である。また、有機ＥＬディスプレイ用ガラス基板にも好適である。言い換えると、本実施形態のガラス基板の製造方法は、ディスプレイ用ガラス基板の製造に好適であり、特に、液晶ディスプレイ用ガラス基板の製造に好適である。
また、本実施形態で製造されるガラス基板は、カバーガラス、磁気ディスク用ガラス、太陽電池用ガラス基板などにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  熔解装置
１０１  熔解槽
１０２  清澄管
１０３  撹拌槽
１０３ａ  撹拌子
１０４  移送管
１０５  移送管
１０６  ガラス供給管
２００  成形装置
２０１  成形炉
２０１Ａ  上部成形炉
２０１Ｂ  下部成形炉
２０２  徐冷炉
２０３、２０４  炉壁
２１０  成形体
２１２  溝
２１３  下方端部
２１４、２１５  ガイド部材
２１６  ヒータ
２１７  遮断部材
２２０  雰囲気仕切り部材
２３０  冷却ローラ
２４０  冷却装置
２５０  搬送部材
２５１  温度調整装置
２６０  仕切り板
２６１−２６４  隔壁
２７０  圧力センサ
２８０  圧力制御装置
３００  切断装置
５００  制御装置
５１０  駆動ユニット
Ｃａ−Ｃｆ  内部区画
ＭＧ  熔融ガラス
ＳＡ、ＳＢ  外部空間
ＳＧ  シートガラス
Ｓａ−Ｓｆ  外部区画
【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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