(57)【要約】【課題】必要最小限の冷却長でクラックの無い高精度なガラススペーサを量産製造するガラススペーサの製造方法を提供する。【解決手段】複数の電子放出素子部が形成された基板と電子放出素子部から放出された電子の入射により可視光を発生する面板とから構成される平面型ディスプレイの前記両平板を隔てるガラススペーサＳの製造方法において、ガラススペーサＳの断面形状とほぼ相似形状のガラス母材Ｍ先端を線引炉２内で加熱・溶融して線引きする際、ガラススペーサＳの冷却速度を１１０℃／秒以下にする方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子放出素子部が形成された基板と電子放出素子部から放出された電子の入射により可視光を発生する面板とから構成される平面型ディスプレイの前記両平板を隔てるガラススペーサの製造方法において、前記ガラススペーサの断面形状とほぼ相似形状のガラス母材先端を線引炉内で加熱・溶融して線引きする際、前記ガラススペーサの冷却速度を１１０℃／秒以下にす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】
前記ガラススペーサの断面積が０．２４ｍｍ2 以上である請求項１記載のガラススペーサの製造方法。
【請求項３】
前記線引炉直下で光学式寸法測定器により断面矩形状のガラススペーサの長辺寸法を測定すると共に、その測定データを、前記ガラススペーサを引き取る引取手段にフィードバックして自動制御により前記ガラススペーサの寸法を均一に保持しながら線引きする請求項１または２記載のガラススペーサの製造方法。
【請求項４】
前記光学式寸法測定器の近傍に、前記ガラススペーサの捻れを防止する捻れ防止手段を設けた請求項１〜３いずれかに記載のガラススペーサの製造方法。
【請求項５】
前記ガラス母材の線引速度を５．０ｍ／分以上にする請求項１〜４いずれかに記載のガラススペーサの製造方法。
【請求項６】
複数の電子放出素子部が形成された基板と電子放出素子部から放出された電子の入射により可視光を発生する面板とから構成される平面型ディスプレイの前記両平板を隔てるガラススペーサの製造装置において、ガラス母材を加熱・溶融して線引きする線引炉と、前記ガラススペーサを引き取る引取手段と、前記線引炉と前記引取手段間に設けられ、前記ガラススペーサの冷却速度を１１０℃／秒以下にする冷却手段とを備えたことを特徴とするガラススペーサの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面型ディスプレイ用ガラススペーサの製造方法及び装置に係り、特に、ガラス母材を溶融・延伸することによる高精度かつ低コストなガラススペーサの製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大きく重いブラウン管に代わるものとして、薄型で軽い自然発光式のフラット型電子線励起ディスプレイ（ＦＥＤ）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なる前面板と、電子放出素子群を搭載したガラス基板からな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または接触する場合があった。この変形また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の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の製造方法の１つに、母材ガラスを加熱しつつ延伸する方法が種々提案されている。
【０００５】
具体的には、略直方断面を有する加熱炉（線引炉）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（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、特許文献２では、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結合し、下端から順次リング状の加熱装置内に挿入・溶融する。加熱装置は低電圧の熱線を熱源とし、±０．１℃に調整することができる。そして、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。
【０００７】
しかしながら、これらの公知例には、ガラススペーサの線引後の冷却速度、あるいは冷却速度を推定できるデータ、例えば線引温度、冷却スパン、冷却雰囲気、線引速度等の記載は無い。
【０００８】
一方、ガラス外径１２５μｍの標準的な石英系の光ファイバの冷却速度に関しては、種々検討がなされている。特許文献３では、４０００℃／秒以下が適当との記載がある。理由は、石英系の光ファイバに４０００℃／秒を超える急冷却を与えると、ガラス内部に溶融時に発生する構造欠陥が残留してファイバにとって有害な水素ガスを吸収することになり信頼性低下を招くためである。一方、４０００℃／秒以下の冷却速度によれば冷却過程で分子が再結合することによって構造欠陥は抑制できるというのが数値限定の根拠である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１４１９９号公報
【特許文献２】特開平０７−１４４９３９号公報
【特許文献３】特開２００３−３３５５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、特許文献３のような光ファイバの線引装置をガラススペーサの製造装置として転用することが考えられる。しかしながら、この場合、以下の１）、２）に記すような問題がある。
【００１１】
１）光ファイバと同等の冷却速度では熱歪みによりガラススペーサにクラックが発生する。
【００１２】
ガラススペーサの材質としては、例えばソーダライムガラス、ケイ酸塩系ガラス、アルミノケイ酸塩系ガラス等が挙げられるが、溶融温度は７００〜８００℃、熱膨張係数は６〜９×１０-6／℃と、光ファイバの材質である石英に比べて溶融温度は低いものの、熱膨張係数は約１０倍大きい。一方で、ガラススペーサの断面寸法はケースバイケースであるが、長辺寸法は２．０ｍｍ以上、短辺寸法は０．１ｍｍ以上である。すなわち、φ０．１２５ｍｍの標準の光ファイバの少なくとも２０倍の断面積である。
【００１３】
このように、ガラススペーサは熱膨張係数および断面積が大きいことから、φ０．１２５ｍｍのファイバにとっては適正な冷却速度であっても１１０℃／秒を超える冷却速度では熱歪みが残留し、ガラススペーサにクラックが発生してしまう。クラックは線引中に発生する場合と、線引後数時間ないし数１０時間後に発生する場合がある。
【００１４】
２）外径測定器の近傍でガラススペーサが捻れて、正確な寸法測定ができない。
【００１５】
近年、ＦＥＤ方式の平面型ディスプレイの実用化に向けた開発が進むにつれ、ガラススペーサには従来にも増して高精度化の要求が出ている。特に長辺寸法はパネル間の間隙を拘束するために用いられ、長辺寸法２〜３ｍｍに対して１０μｍの偏差しか許容されない。
【００１６】
断面が真円形状の光ファイバでは、線引中にファイバが捻れながら走行しても測定精度に問題はなかった。一方、ガラススペーサの線引においてはガラススペーサが捻れると長辺の投影幅寸法が変わって実際の寸法よりも小さく測定してしまう。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、前記した背景技術の欠点を解消し、必要最小限の冷却長でクラックの無い高精度なガラススペーサを量産製造するガラススペーサの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、複数の電子放出素子部が形成された基板と電子放出素子部から放出された電子の入射により可視光を発生する面板とから構成される平面型ディスプレイの前記両平板を隔てるガラススペーサの製造方法において、前記ガラススペーサの断面形状とほぼ相似形状のガラス母材先端を線引炉内で加熱・溶融して線引きする際、前記ガラススペーサの冷却速度を１１０℃／秒以下にするガラススペーサの製造方法である。
【００１９】
請求項２の発明は、前記ガラススペーサの断面積が０．２４ｍｍ2 以上である請求項１記載のガラススペーサの製造方法である。
【００２０】
請求項３の発明は、前記線引炉直下で光学式寸法測定器により断面矩形状のガラススペーサの長辺寸法を測定すると共に、その測定データを、前記ガラススペーサを引き取る引取手段にフィードバックして自動制御により前記ガラススペーサの寸法を均一に保持しながら線引きする請求項１または２記載のガラススペーサの製造方法である。
【００２１】
請求項４の発明は、前記光学式寸法測定器の近傍に、前記ガラススペーサの捻れを防止する捻れ防止手段を設けた請求項１〜３いずれかに記載のガラススペーサの製造方法である。
【００２２】
請求項５の発明は、前記ガラス母材の線引速度を５．０ｍ／分以上にする請求項１〜４いずれかに記載のガラススペーサの製造方法である。
【００２３】
請求項６の発明は、複数の電子放出素子部が形成された基板と電子放出素子部から放出された電子の入射により可視光を発生する面板とから構成される平面型ディスプレイの前記両平板を隔てるガラススペーサの製造装置において、ガラス母材を加熱・溶融して線引きする線引炉と、前記ガラススペーサを引き取る引取手段と、前記線引炉と前記引取手段間に設けられ、前記ガラススペーサの冷却速度を１１０℃／秒以下にする冷却手段とを備えたガラススペーサの製造装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、必要最小限の冷却長でクラックの無い高精度なガラススペーサを量産製造できるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な第１の実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２６】
本発明の要旨は、ガラススペーサの線引において、クラックが発生しない上限冷却速度を明らかにしたことにある。上限冷却速度は以下の実験により明らかにした。
【００２７】
ケイ酸塩系ガラス製の略長方断面の母材から、幅（長辺寸法）２．０ｍｍ、厚さ（短辺寸法）０．１２ｍｍのガラススペーサを線引速度６０ｍ／ｍｉｎで線引し、線引炉直下で種々の冷却方法によって冷却速度を変えて線引した場合の、ガラススペーサのクラック発生の有無を検証した。
【００２８】
図１に実験に用いた本発明の好適な第１の実施形態を示すガラススペーサの製造（線引）装置の概略図を示す。
【００２９】
図１に示すように、ガラススペーサの製造装置１は、線引炉（加熱炉）２の直下にステンレス製の内径φ２０ｍｍ、長さ１０ｍの水冷式の２重冷却管（冷却手段）３が設置してある。冷却管３には２．０ｍ毎に放射温度計測定用に直径φ１０ｍｍの開口窓（温度測定窓）４が設置されている。冷却管３の下方側部には、ヘリウム（Ｈｅ）や窒素などの冷却用気体を冷却管３内に導入する導入口３ｘが設けられる。
【００３０】
今回は冷却条件を種々変えると共に、各々の開口窓４からガラススペーサＳの温度を赤外線放射温度計を用いて測定することによりガラススペーサＳの線引後の冷却状況を実測した。
【００３１】
ここで、装置１をより詳細に説明する。装置１は、平面型ディスプレイに用いられるガラススペーサＳを製造するための装置である。平面型ディスプレイは、複数の電子放出素子部が形成された基板（背面板）と、電子放出素子部から放出された電子の入射により可視光を発生する面板（前面板）とから構成される。ガラススペーサＳは、この平面型ディスプレイの前記両平板を隔てるものである。
【００３２】
装置１は、ガラススペーサＳの矩形状の断面形状とほぼ相似形状の断面を有するガラス母材Ｍの後端を把持する母材把持部５と、母材把持部５を上下にスライド自在に支持するスライドレール６とを備える。ガラス母材Ｍの先端部の周囲には、ガラス母材Ｍを加熱・溶融して線引きする線引炉２が設けられる。
【００３３】
線引炉２の直下には、ガラススペーサＳの長辺寸法を測定する光学式寸法測定器として外径測定器７が設けられる。外径測定器７の近傍となる線引炉２と外径測定器７間には、ガラススペーサＳの捻れを防止する捻れ防止手段として捻り防止治具（捻れ防止固定具）８が設けられる。捻り防止治具８は、金属板本体にａ１（幅）×ｂ１（厚さ）の角穴加工が施されて構成される。
【００３４】
捻り防止治具８の角穴（スリット）にガラススペーサＳを通すことにより、ガラススペーサＳの水平方向の移動が規制されるので、外径測定器７の測定視野からガラススペーサＳが外れることはない。さらに、外径測定器７はレーザを備えているが、レーザ照射方向に関しガラススペーサＳは常に直交位置を保てるので、高精度な寸法測定が可能である。
【００３５】
線引炉２とガラススペーサＳを上方から下方に引き取る引取手段としての引取ロール（引取ローラ）９との間には、ガラススペーサＳの冷却速度を１１０℃／秒以下にする冷却管３が設けられる。
【００３６】
引取ロール９を通過した後のガラススペーサＳの横断面寸法は、ａ２（幅）×ｂ２（厚さ）（ただし、ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２）である。
【００３７】
ガラススペーサＳの断面積は０．２４ｍｍ2 以上にするとよい。第１の実施形態では、ａ１＝３．０ｍｍ、ｂ１＝０．２ｍｍ、ａ２＝２ｍｍ、ｂ２＝０．１２ｍｍとし、ガラススペーサＳの断面積を０．２４ｍｍ2 とした。
【００３８】
外径測定器７と引取ロール９とは、制御盤などの自動制御系１０を介して接続される。制御系１０には、外径測定器７から測定データとして偏差信号が入力され、その偏差信号を基にＦＢ（フィードバック）信号が自動制御系１０から出力されて引取ロール９に入力される。
【００３９】
ここで言う自動制御とは、具体的には、制御系１０により、ガラススペーサＳの幅が広くなると引取ロール９の回転速度を増加させ、ガラススペーサＳの幅が狭くなると引取ロール９の回転速度を減少させてガラススペーサＳの幅が一定となるように自動で制御することをいう。
【００４０】
ガラス母材Ｍの線引速度は５．０ｍ／分以上にするとよい。光ファイバあるいはガラススペーサＳの線引において線径の自動制御を行う場合、制御性の阻害要因となる計測タイムラグを短くするために、外径測定器７はガラス成形位置すなわち線引炉２直下に設置される。
【００４１】
しかしながら、線引炉２の中心から下端部までは数１００ｍｍあるため、また線引炉２からの輻射熱等の影響を回避するために、通常は外径測定器７を炉心から少なくとも０．５ｍ以上離れた位置に設置せざるを得ない。このとき、例えば、線引速度が５ｍ／分では計測タイムラグは６秒になり、汎用のＰＩＤ制御系では辛うじて収束できる状況である。したがって、線引速度が５ｍ／分未満になると、タイムラグが６秒より大きくなり制御暴走を招くことになるから線引速度を５．０ｍ／分以上にするとよい。
【００４２】
さて、実験は以下の４種の冷却条件で実施した。
【００４３】
（１）空冷（冷却管３を横スライドして不使用）
（２）窒素雰囲気（水温１５℃）
（３）ヘリウム雰囲気（水温１５℃）
（４）液体窒素噴霧
スペーサ温度の測定結果を図２に示す。図２に示すように、（１）が最も徐冷であり、（４）が最も急冷条件である。
【００４４】
冷却管入口部での冷却速度（スペーサ温度勾配）と線引後のガラススペーサＳのクラック発生の状況を表１に示す。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１に示すように、冷却速度６０、７５、１１０、１３０℃／ｓがそれぞれ（１）〜（４）の冷却条件である。
【００４７】
線引後のガラススペーサＳにクラックが発生したのは（４）液体窒素噴霧の冷却速度１３０℃／ｓの場合のみであり、（１）〜（３）の条件ではクラックの発生はなかった。
【００４８】
さらに、母材寸法の異なる同材質の母材から、同様に線引速度６０ｍ／ｍｉｎで幅３．０ｍｍ、厚さ０．１２ｍｍのガラススペーサＳを線引きしてクラックの発生状況を確認したところ、結果は同じであり、（４）液体窒素噴霧の冷却速度１３０℃／ｓの場合のみクラックの発生が見られた。
【００４９】
すなわち、少なくとも今回のガラススペーサＳ（幅２．０ｍｍ、断面積０．２４ｍｍ2 ）では、１１０℃／ｓがクラックの発生の無い、適正な上限冷却速度であることが明らかになった。
【００５０】
以上の実験結果より、本発明者は、ガラススペーサＳの断面形状とほぼ相似形状のガラス母材Ｍ先端を線引炉２内で加熱・溶融して線引きする際、ガラススペーサＳの冷却速度を（１）〜（３）の冷却条件などによって１１０℃／秒以下、好ましくは１１０〜６０℃／秒にするガラススペーサの製造方法を創案した。
【００５１】
また、線引炉２直下で外径測定器７により断面矩形状のガラススペーサＳの長辺寸法を測定すると共に、その測定データを引取ロール９にフィードバックして自動制御によりガラススペーサＳの寸法を均一に保持しながら線引きしてもよい。
【００５２】
これにより、装置１あるいは本実施の形態に係る製造方法によれば、必要最小限の冷却長でクラックの無い高精度なガラススペーサを量産製造できる。
【００５３】
例えば、幅３．０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのガラススペーサＳを約６０ｍ／ｍｉｎで線引きする場合、８〜１０ｍの冷却スパンで、冷却速度１１０℃／秒を実現し、クラックの無い高寸法精度のガラススペーサＳを量産できる。
【００５４】
第１の実施形態では、上限冷却速度が１１０℃／秒であることを示したが、実際の線引作業では１１０℃／秒に近い冷却条件を見出して、冷却設備を構築することが望ましい。なぜならば、冷却速度が速いほど相対的にタワー高さ（装置１の高さ）を削減でき、装置構築コストおよび作業性も向上するからである。ただし、本実施例でも示したように線引速度６０ｍ／ｍｉｎでは約１０ｍの冷却スパンが必要になる。
【００５５】
第１の実施形態では、一例としてヘリウムガスによるステンレス製の水冷管での冷却方法を示したが、ガス種類、冷却方式共これに限定されるものではない。例えば、熱伝導が低い窒素ガスでも室温未満の最適な温度に冷却した上で、ガラススペーサＳに噴霧することで、今回のヘリウム冷却と同等の冷却効果が得られる。また、液体窒素では急冷が過ぎてしまったが、他の液体、例えば水などの気化熱を利用して冷却することも考えられる。
【００５６】
また、線引ライン上での冷却方式は１方式に限定されるものではない。第１の実施形態のような１方式による冷却工程では、冷却開始直後はスペーサ温度が高いため、冷却後半に比べて冷却速度が速い。そこで、さらに冷却効率を高める方法としては、冷却後半部分に前半部分と異なるさらに冷却速度が速い方式を組み合わせることも効果的である。
【００５７】
例えば、図３に示す第２の実施形態であるガラススペーサの製造装置２１のように、冷却方式の異なる２本の冷却管３３ａ，３３ｂを直列に配置して使用することも可能である。上部の冷却管３３ａは、前記第１の実施形態の２重水冷管３と同様、ステンレス製の水冷管３３ａ内にヘリウムを投入したものであり、長さは５ｍである。下部の水冷管３３ｂは単一のステンレス管であるが、予めチラーユニットで−３０℃まで冷却したヘリウムを投入している。この時のスペーサ温度の測定結果を図４に示す。図４に示すように、全領域で冷却速度１１０℃／秒以下を確保しながら、冷却スパンは８．０ｍで済むことがわかる。
【００５８】
前記実施形態では、母材材質としてケイ酸塩系ガラスを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、ソーダライムガラス、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ても良く、同様の効果が得られる。
【００５９】
さらに、ガラスにとって１１０℃／秒未満の冷却方法であれば、ガラススペーサＳにダメージを与えることなく効率良く冷却しながら線引することができる。
【実施例】
【００６０】
本発明によるガラススペーサＳの線引作業の実施例を図１の装置１をもとに説明する。
【００６１】
略長方断面のソーダライムガラス母材Ｍを、精密に垂直降下可能な母材把持部５に連結して、炉心を予め約８００℃に昇温した線引炉２に挿入する。母材Ｍ表面は機械研削仕上げされ、その算術平均表面粗さＲａは約０．５μｍである。
【００６２】
線引炉２は高純度カーボン製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。母材把持部５はサーボモータによって駆動され、一定速で母材Ｍは線引炉心へ送り込まれる。
【００６３】
線引炉２直下にはレーザ式の外径測定器７、および長さ１０ｍの水冷式冷却管３が設置されている。さらに、冷却管３出口の直下には引取ロール９が設置されている。線引炉２内で溶融された母材Ｍはその断面形状を保持したまま炉下口より取り出され、冷却管３内に導入される。冷却管３はステンレス製の２重管であり、内径φ２０ｍｍ、外径φ６０ｍｍ、１５℃に温度調整された水が２重管内部を常時循環している。冷却管３を出たガラススペーサＳは、幅２．０ｍｍ、厚さ０．１２ｍｍとなるように約６０ｍ／ｍｉｎの速度で対向配置された引取ロール９によって挟持・引取りされる。
【００６４】
外径測定器７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７の直上には、ステンレス板に３．０×０．２ｍｍの角穴加工を施した捻り防止治具８がある。角穴にガラススペーサＳを通すことにより、外径測定器７の測定視野からガラススペーサＳが外れることはなく、またレーザ照射方向に関しガラススペーサＳは常に直交位置を保てるので、高精度な寸法測定が可能である。
【００６５】
外径測定器７で計測したガラススペーサＳの寸法データ、特に基準値（今回は２．０ｍｍ）からの偏差信号は制御盤などの制御系１０を通して引取ロール９にフィードバックされ、ガラススペーサＳの外径を一定にするがごとくロールの回転速度を微妙にコントロールしている。この結果、ガラススペーサＳの幅寸法は全長にわたり基準値の２．０ｍｍに対し、偏差±２．５μｍ以内に収束させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の好適な第１の実施形態を示すガラススペーサの製造（線引）装置の概略図である。
【図２】図１に示した装置において冷却管内でのガラススペーサの温度測定結果を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す２段冷却管を備えたガラススペーサの製造装置の概略図である。
【図４】図１および図３に示した装置で線引きしたガラススペーサの温度測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  ガラススペーサの製造装置
２  線引炉
３  冷却管（冷却手段）
９  引取ロール（引取手段）
Ｍ  ガラス母材
Ｓ  ガラススペーサ
【図１】
2007207653.tif 000004
【図２】
2007207653.tif 000005
【図３】
2007207653.tif 000006
【図４】
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