ガラス条の製造方法
【課題】母材ガラス板を、加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する場合に、平坦度の優れた薄肉棒状のガラス条を製造することができるガラス条の製造方法を提供する。
【解決手段】母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を含み、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ、つまりメニスカス長２２が、前記母材ガラス板の幅２３の２／３以上となるように加熱する。
【解決手段】母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を含み、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ、つまりメニスカス長２２が、前記母材ガラス板の幅２３の２／３以上となるように加熱する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚肉板状の母材ガラス板を加熱延伸して薄肉棒状のガラス条を製造するガラス条の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子の基板、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや磁気ディスク基板等に使用されるガラス板は、平坦度、表面粗さを良くすることが最重要である。しかしながら、現状ガラス板の製法として一般的に用いられているフロート法や成型法では、厚さの薄いガラス板を製造する場合、でき上がるガラス板の平坦度が悪いため、上記用途に適応した平坦度に仕上げるために、ガラス板の表面の相当な量を研削・研磨しなければならなかった。このため、研削後のガラス板は、その表面粗さが非常に悪くなってしまうという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するため、研削後のガラス板に対して２回のポリッシュを行うのが一般的であり、表面粗さを、１次ポリッシュ後に０．５ｎｍ、２次ポリッシュ後に０．１ｎｍ程度としている。さらに、次世代には、一層精度の高いものが要求されてくることから、これに加えてさらに３次ポリッシュが必要になってくると予想される。したがって、検索・研磨のみによってガラス板の平坦度を上げようとすると、研削・研磨の時間と労力とがかかり、結果的に、設備コストがかかってしまう。
【０００４】
そこで、所定の厚みを有して且つ表面粗さを良くした母材ガラス板を用いて、これを加熱軟化させ、軟化した状態のガラス板に延伸することによって、所望の厚さの薄ガラス板を作製する方法が考案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、このような板ガラスの作製方法において、板幅方向に沿って複数の冷却手段を配置した構成として、板ガラスの局部的な肉厚の不均一に対して、対応する位置のヒータのパワーを調整するか、あるいは幅方向を部分的に冷却することにより、局部的な肉厚の不均一を解消する手段が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１９９２５５号公報
【特許文献２】特開平８−１８３６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、たとえば母材ガラス板を加熱軟化させて延伸し、厚さが０．７ｍｍ以下の薄いガラス条を成形する場合、ガラス条の厚さを幅方向に均一にすることは難しく、従来の加熱延伸後のガラス条は平坦度の劣ったものとなっていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、母材ガラス板を、加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する場合に、平坦度の優れた薄肉棒状のガラス条を製造することができるガラス条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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガラス条の製造方法は、母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を含み、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、前記母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、前記母材ガラス板の幅の１．５倍以下となるように加熱することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、少なくとも前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの部分において、幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の幅方向の中央部と端部との粘度比が、１より大きく２０以下となるように加熱することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラスの幅方向の中央部に相対する位置に非発熱部を有し、該非発熱部の両側に発熱部を有する加熱体を用いて加熱することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、少なくとも前記母材ガラス板の溶け始めの部分から該母材ガラス板の歪み点温度の部分までが、前記加熱炉内に含まれるように加熱することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記母材ガラス板として、熱膨張係数が３２×１０-7（１／ｋ）以下のものを用いることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記母材ガラス板として、ホウ珪酸ガラスまたは石英ガラスからなるものを用いることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の断面アスペクト比が５０以上になるように延伸することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の厚さが０．７ｍｍ以下になるように延伸することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、加熱延伸工程において、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱することにより、母材ガラス板の中央部と端部でガラスの流れる速度の差が大きくならないので、ガラス条の幅方向の厚さが均一になり、平坦度の優れたガラス条を製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱延伸装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す加熱炉の断面図である。
【図３】図３は、図１に示す加熱炉の平面図である。
【図４】図４は、母材ガラス板の幅方向の温度分布を示すグラフと、母材ガラス板に対応するヒータの配置の概略を示す概略図である。
【図５】図５は、中央部のヒータの代わりにカーボンのブロックを設置したヒータの概略図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施の形態に係るガラス条の製造方法を説明する説明図である。
【図７】図７は、本発明のさらに別の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱炉の平面図である。
【図８】図８は、本発明のさらに別の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱炉の平面図である。
【図９】図９は、実施例１〜５および比較例１を示す図である。
【図１０】図１０は、実施例６〜８および比較例２を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例９〜１１を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係るガラス条の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱延伸装置の斜視図である。加熱延伸装置５０は、母材ガラス板１を加熱する電気抵抗炉である加熱炉１０と、この加熱炉１０に母材ガラス板１を送り込む母材送り機構２０と、この加熱炉１０からガラス条１１を引き出す引き取り機構３０とを有している。加熱炉１０には、母材ガラス板１を加熱する加熱手段として、図示しない複数のヒータが設けられる。また、加熱炉１０の下部には、ガラス条１１の外形を測定するための外形測定器７、ガラス条１１の表面に保護膜を形成する保護膜被覆装置８、ガラス条１１を引き取るテンションを測定するテンション測定器９、ガラス条１１のよじれを防止するガイドロール５が設けられる。また、引き取り機構３０の下部には、ガラス条の表面に溝を形刻して、所定の長さに折るためのカッター２１が設けられる。外形測定器７の計測した計測値は、フィードバック経路１３を経由して母材送り機構２０にフィードバックされる。母材送り機構２０は、このフィードバック値に基づいて母材送り速度をコントロールする。また、この計測値は、フィードバック経路１４を経由して引き取り機構３０にもフィードバックされる。引き取り機構３０は、このフィードバック値に基づいて引き出し速度をコントロールする。
【００２３】
図２は、図１に示す加熱炉１０の断面図であり、図３は、図１に示す加熱炉１０の平面図である。母材ガラス板１は、炉体１６の内部において、矩形の炉心管１７内に配置される。炉心管１７の外側には複数のヒータ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが設置されている。ヒータとしては、例えばカーボン抵抗発熱体を用いる。また、ヒータが消耗しないように、ヒータの周囲を不活性ガスで保護する。
【００２４】
母材ガラス板は、軟化点以上の温度に加熱されると軟化して溶け始め、その幅が収縮し、延伸される。延伸の際に、母材ガラス板の輪郭線は変曲点を形成し、その後所望の厚さと幅とを有するガラス条が形成される。この母材ガラス板の溶け始めの位置から変曲点の位置までをメニスカス部、この部分の長さをメニスカス長という。メニスカス部では、母材ガラス板の幅方向の中央部と端部とでガラスの流れの差が生じる。
【００２５】
本発明では、加熱延伸工程において、母材ガラス板が幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱する。すると、母材ガラス板の端部においては、中央部に比べて高温であるため、ガラスの粘度が一層低くなり、ガラスの流れる速度が速くなる。このように、母材ガラス板のメニスカス部において、その幅方向の中央部と端部とで生じていたガラスの流れの差が、ガラスの粘度に差がつくことによって補償され、ガラスの流れる速度がつりあうので、ガラス条の幅方向の厚さが均一になり、平坦度の優れたガラス条を製造できる。
【００２６】
図４は、図２に示す加熱炉における母材ガラス板の幅方向の温度分布を示すグラフと、母材ガラス板に対応するヒータの配置の概略を示す概略図である。グラフの横軸は母材ガラス板における温度の測定位置を示し、縦軸は測定位置での母材ガラス板の相対温度を示す。そして、グラフの下部には、母材ガラス板に対応するヒータの配置を示す。母材ガラス板の中央部に相対する位置のヒータ１５ｂを、その両側のヒータ１５ａ、１５ｃより低温にすることにより、母材ガラス板が、幅方向に、グラフに示すような凹型の温度分布を有するように加熱できる。
【００２７】
上記のように、母材ガラス板が幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱するには、図２において中央部のヒータ１５ｂのパワーを投入しないことにより実施してもよいし、図５のように、ヒータ１５ｂの代わりにカーボンのブロック１８を設置してもよい。このように、母材ガラスの幅方向の中央部に相対する位置に非発熱部を有し、この非発熱部の両側に発熱部を有するような加熱体を用いて加熱すれば、母材ガラス板の中央部と端部との温度差をより大きくして、ガラスの粘度に一層差をつけることができる。また、炉心管の外側の炉の断熱材として熱伝導率の一層大きいものを用いても、この温度差をより大きくすることができる。そのような断熱材として、例えばカーボンのブロックで構成した箱体にカーボン繊維質を詰め込んだものを用いることができる。このような断熱材は、熱伝導率が０．４〜４Ｗ／ｍｋあるいはそれ以上の値とすることができる。
【００２８】
（実施の形態２）
次に、本発明の別の実施の形態について説明する。上述の実施の形態１は、母材ガラス板の幅方向の温度分布を規定することにより、平坦度の優れたガラス条を製造できるというものであるが、本実施の形態は、母材ガラス板の延伸方向における加熱炉内の温度分布と母材ガラス板の幅との関係を規定することにより、平坦度の優れたガラス条を製造できるというものである。
【００２９】
図６は、本発明の別の実施の形態に係るガラス条の製造方法を説明する説明図である。本実施の形態によれば、加熱延伸工程は、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ、すなわちメニスカス長２２が、母材ガラス板の幅２３の２／３以上となるように加熱する。このようにすれば、母材ガラス板のメニスカス部の長さが十分に長いので、ガラス板の幅の収縮に伴う端部の傾斜勾配が小さくなり、中央部と端部とのガラスの流れる速度の差が大きくならない。したがって、ガラス条の幅方向の厚さが均一になり、平坦度の優れたガラス条を製造できる。
【００３０】
メニスカス長２２はヒータの長さを調整し、加熱炉内の母材ガラス板の延伸方向におけるヒートゾーンの長さを調整することで適宜調整することができ、ヒートゾーンを長くすれば、メニスカス長２２も長くできる。また、引き出し速度を速くすることによっても、メニスカス長を長くできる。ここで、ヒートゾーンとは、図６に示すように加熱炉内の温度が、使用するガラスの軟化点以上の温度になっている部分のことをいい、母材ガラス板の延伸方向におけるヒートゾーンの長さ２４をヒートゾーン長とする。母材ガラス板は、それが最高温度となる部分で粘度が最小となり、その輪郭が変曲点を形成する。ガラスが最高温度になる位置は、ヒートゾーンと引き出し速度の組み合わせで決まる。
【００３１】
したがって、ヒータ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの長さや配置を適宜調整することにより、ヒートゾーンの上端部から最高温度の部分までの長さやヒートゾーン長を調節して、上記のように母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱できる。また、本実施の形態の場合は、ヒータ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを同一の温度に設定し、母材ガラス板が幅方向に均一の温度分布を有するように加熱してもよいが、ヒータ１５ｂを、ヒータ１５ａ、１５ｃより低温に設定したり、ヒータ１５ｂのパワーを投入しなかったり、ヒータ１５ｂの代わりにカーボンのブロックを設置したりすることにより、母材ガラス板が幅方向に凹型の温度分布を有するように加熱すれば、ガラス条の幅方向の厚さが一層均一になり、平坦度の一層優れたガラス条を製造できる。
【００３２】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに別の実施の形態について説明する。上述の実施の形態１は、母材ガラス板の幅方向の温度分布を規定することにより、平坦度の優れたガラス条を製造できるというものであり、実施の形態２は、母材ガラス板の延伸方向における加熱炉内の温度分布と母材ガラス板の幅との関係を規定することにより、平坦度の優れたガラス条を製造できるというものである。本実施の形態は、これらを組み合わせた上に、さらに上記幅方向の温度分布を規定する位置を規定することにより、平坦度の一層優れたガラス条を、加熱効率よく製造できるというものである。
【００３３】
図７は、本発明のさらに別の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱炉の平面図である。このように、比較的ヒータ長の短いヒータ１５ｄ、１５ｅ、１５ｆを備えた加熱炉４０を用い、ヒータ１５ｄ、１５ｆにより、少なくとも母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの部分、すなわち、メニスカス部２５が、母材ガラス板の幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱する。そして、さらに、比較的ヒータ長の短いヒータ１５ｅを、部分２５より下部に配置することにより、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱する。このようにすれば、個々のヒータ長が短くても、ガラス条の幅方向の厚さが一層均一になり、平坦度の一層優れたガラス条を製造できる。
【００３４】
すなわち、母材ガラス板の輪郭線の変曲点の位置が、延伸方向においてガラスの粘度が極小となる点であり、そこから下ではガラスは冷却固化されるので、変曲点から下の部分では、両端部のヒータの長さを長くして幅方向に凹状の温度分布を形成しても、成形するガラス条の平坦度に与える影響は比較的少ない。つまり、母材ガラス板の溶け始めの位置から、輪郭線の変曲点の位置までを、幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱することが重要であるから、それに必要な長さのヒータを両端に用いればよいのである。一方、母材ガラス板の中央部であってヒートゾーンの上部は、両端のヒータにより十分に加熱できるので、中央のヒータについては、上部に至るまで長くなくてもよく、両端のヒータよりも低い位置であってヒートゾーンの最高温度の部分をより下方に形成できるような位置に配置すれば、ヒータ長が比較的短いヒータであっても、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱できるのである。
【００３５】
（実施の形態４）
次に、本発明のさらに別の実施の形態について説明する。上述の実施の形態１〜３は、ガラス条の幅方向の厚さを均一にし、平坦度の優れたガラス条を製造できるものであるが、本実施の形態は、上記実施の形態のいずれにも組み合わせることができ、それによってガラス条にひずみが生じないようにする製造方法に係るものである。
【００３６】
図８は、本発明のさらに別の実施形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱炉の平面図である。このように、加熱炉１０に、加熱炉下部を延長した構造体１９で囲った加熱炉６０を用いて、母材ガラス板の溶け始めの部分から母材ガラス板の歪み点温度の部分までが、加熱炉内に含まれるように加熱する。このようにすれば、ガラス条が加熱炉から大気中に引き出される際に、ガラス条が歪み点温度以下の温度に急冷されてひずみが生じるおそれがなくなる。また、ガラス条の引き出し速度を速くすることもできる。また、母材ガラス板の溶け始めの部分から、母材ガラス板の歪み点温度より５０℃、さらに好ましくは１００℃低い温度の部分までが、加熱炉内に含まれるように加熱すれば、ひずみが確実に生じないのでより好ましい。
【００３７】
以下に、本発明にかかるガラス条の製造方法の実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１〜５、比較例１）
本発明の実施例として、ホウ珪酸ガラス（ショット社製テンパックス フロート（登録商標））又は石英からなる、幅３２８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ約１．５ｍの母材ガラス板を準備し、これを加熱延伸してガラス条を製造した。加熱炉については、図２のように３枚のヒータを母材ガラス板の両側に配置したものを使用するか、または、図８のように炉下部を延長した構造体で囲ったものを使用した。ヒータは、長さ６２０ｍｍ、幅２５６ｍｍのものを使用し、ヒータ中心線の距離が互いに２７７ｍｍとなるように配置した。延伸条件としては、引き出し速度４ｍｍ／ｍｉｎ、延伸後の幅２５ｍｍ、厚さ０．３８ｍｍとした。このときの断面アスペクト比は６６である。なお、断面アスペクト比とは、ガラス板の断面における幅と厚さの比である。また、このようにガラス条の断面アスペクト比が５０以上であるか、または、厚さが０．７ｍｍ以下である場合、あるいはその両方である場合に、本発明の平坦度を改善するという効果がより顕著なものとなる。
【００３９】
以下、図９に示した実施例１〜５および比較例１について説明する。実施例１は、図２の加熱炉において、中央部のヒータの温度を９００℃、両端のヒータの温度を１０１０℃にそれぞれ設定した場合である。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は９１５℃、両端部の温度は９４５℃であり、これらの温度差が３０℃の凹状温度分布となった。このような条件で製造したガラス条は、その断面が凹レンズ状となっていたが、平坦度は板幅２０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。なお、平坦度とは、ガラス条を必要な面積の基板として切り取った後、それ全体を水平面上に置いたとき、基板面上の任意の単位長さ離れた二点での垂直方向の最高点と最低点との差を指す。上記の場合は板幅２０ｍｍを単位長さとした。
【００４０】
一方、比較例１は、図２の加熱炉において、中央部と両端のヒータの温度を同一の１０００℃に設定した場合である。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は９８５℃、両端部の温度は９８０℃であり、温度差はほとんどなかった。このような条件で製造したガラス条は、その断面が顕著な凹レンズ状となっており、平坦度は板幅２０ｍｍに対して４０μｍと大きかった。
【００４１】
実施例２は、図２の加熱炉において、中央部のヒータはパワーを投入せず、さらに、炉心管の炉の外側の断熱材として、カーボンのブロックで構成した箱体にカーボン繊維質を詰め込んだものを用いた。この断熱材の熱伝導率は０．４〜４Ｗ／ｍｋであった。こうして、母材ガラス板の幅方向の中央部と両端部との温度差を、実施例１の場合より大きい６０℃とした。このとき、母材ガラス板の幅方向の中央部と両端部とのガラスの粘度の比は、１１．６であった。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して３μｍであり、良好であった。
【００４２】
一方、実施例３では、実施例２と同様に中央部のヒータはパワーを投入せず、さらに断熱材として熱伝導率が４Ｗ／ｍｋ以上のものを用いた。こうして、母材ガラス板の幅方向の中央部と両端部との温度差を、実施例１、２の場合より大きい８０℃とした。このとき、母材ガラス板の幅方向の中央部と両端部とのガラスの粘度の比は、２６．３であった。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して１０μｍであり、比較例１に比べて改善されているが、実施例１、２よりは大きかった。さらに、ガラス条の断面積は凸状であった。すなわち、母材ガラス板の中央部の温度を下げすぎると、粘度が上がりすぎて、逆に平坦度が悪化する傾向が見られた。これらの結果から、母材ガラス板の幅方向の中央部と端部との粘度比が、１より大きく２０以下となるように加熱することが好ましいことがわかった。
【００４３】
実施例４は、石英からなる母材ガラス板を用いた場合である。図２の加熱炉において、中央部のヒータの温度を２０２０℃、両端のヒータの温度を１７８０℃にそれぞれ設定した場合である。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は１７９０℃、両端部の温度は１９５０℃であり、これらの温度差が１６０℃の凹状温度分布となった。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して２μｍであり、良好であった。このように、テンパックス フロート（登録商標）や石英のような、熱膨張係数が３２×１０-7（１／ｋ）以下の材質からなる母材ガラス板を用いれば、矩形の炉を用いる場合のようにガラス板の表裏で温度差が生じ易い場合であっても、表面と裏面の伸びの差が小さいので、ガラス板の熱膨張による曲がりが生じにくく、より平坦なガラス条ができる。また、急加熱、急冷をしても割れないので、ガラス条の引き出し速度を大きくできる。
【００４４】
実施例５は、図８に示すように、炉下部を延長した構造体で囲った場合である。引き出し速度は７ｍ／ｍｉｎとした。この場合、炉のヒータ下端から１．５ｍだけ下まで構造体で囲われており、延伸されたガラス条が加熱炉から出て、大気により急冷されるまでの間を徐冷することができる。これにより、テンパックス フロート（登録商標）の歪み点温度である５１０℃までを徐冷することができた。このように、炉下部を延長した構造体を用いることにより、引き出し速度を速くしても、ガラス条にひずみは生じておらず、また平坦度も、板幅２０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。
【００４５】
（実施例６〜８、比較例２）
本発明の実施例として、軟化点が８２０℃のテンパックス フロート（登録商標）からなる、幅３２８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ約１．５ｍの母材ガラス板を準備し、これを加熱延伸してガラス条を製造した。加熱炉については、図２のように３枚のヒータを母材ガラス板の両側に配置したものを使用した。ヒータの温度は、いずれも１０００℃に設定した。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は９８５℃、両端部の温度は９８０℃であり、温度差はほとんどなかった。延伸条件としては、引き出し速度７ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００４６】
以下、図１０に示した実施例６〜８および比較例２について説明する。実施例６は、ヒータの長さを適当な長さにすることによってヒートゾーン長を調整し、メニスカス長が、母材ガラス板の幅（母材幅）の１．２倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。
【００４７】
一方、比較例２は、メニスカス長が、母材幅の０．６１倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して４０μｍであり、大きかった。
【００４８】
実施例７は、母材ガラス板の幅が大きい場合であって、メニスカス長が、母材幅の０．６８倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅６０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。すなわち、母材ガラス板の幅にかかわらず、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ（メニスカス長）が、母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱すれば、平坦度が優れたガラス条を製造することができることがわかった。
【００４９】
実施例８は、メニスカス長が、母材ガラス板の幅（母材幅）の１．５倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。しかしこの場合、製造条件の調整に対するガラス条の形状の応答が遅くなり、引き出し速度の微調整でガラス条の幅の平均値や厚さの平均値を調整することが困難となる場合があった。この結果から、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ（メニスカス長）が、母材ガラス板の幅の１．５倍以下となるように加熱すれば、幅や厚さが精度よく制御されたガラス条を製造することができることがわかった。
【００５０】
（実施例９〜１１）
本発明の実施例として、テンパックス フロート（登録商標）からなる、幅３２８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ約１．５ｍの母材ガラス板を準備し、これを加熱延伸してガラス条を製造した。加熱炉については、図２のように３枚のヒータを母材ガラス板の両側に配置したものを使用するか、または、図７のように比較的ヒータ長の短いヒータを用いたものを使用した。ヒータは、いずれも幅２５６ｍｍのものを使用した。延伸条件としては、引き出し速度７ｍｍ／ｍｉｎ、延伸後の幅２５ｍｍ、厚さ０．３８ｍｍとした。このときの断面アスペクト比は６６である。
【００５１】
以下、図１１に示した実施例９〜１１について説明する。実施例９は、図２の加熱炉において、中央部のヒータの温度を８７５℃、両端のヒータの温度を１０５５℃にそれぞれ設定し、かつ、ヒータの長さを適当な長さにすることによってヒートゾーン長を調整し、メニスカス長が、母材ガラス板の幅（母材幅）の０．８８倍となるように加熱した場合である。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は９２０℃、両端部の温度は９８０℃であり、これらの温度差が６０℃の凹状温度分布となった。このような条件で製造したガラス条は、平坦度は板幅２０ｍｍに対して１μｍであり、きわめて良好であった。
【００５２】
実施例１０は、実施例９と同様に、図２の加熱炉において、中央部のヒータの温度を８７５℃、両端のヒータの温度を１０５５℃にそれぞれ設定するが、ヒータの長さをやや短くし、メニスカス長が、母材幅の０．６１倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度は板幅２０ｍｍに対して３μｍであり、良好であるものの、実施例９の値よりはやや大きかった。すなわち、母材ガラス板が幅方向に凹状の温度分布を有するように、かつ、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ（メニスカス長）が、母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱すれば、平坦度が一層優れたガラス条を製造することができることがわかった。
【００５３】
実施例１１は、図７に示すような比較的ヒータ長の短いヒータを用いた加熱炉により加熱を行った場合である。この場合、実施例９と同様の温度設定を行うことにより、母材ガラス板の中央部と両端部のとの温度差が６０℃の凹状温度分布となった。また、ヒータ長が実施例９の場合の約１／２にもかかわらず、ヒートゾーン長は実施例９と同様の長さとでき、メニスカス長も、実施例９と同様に母材幅の０．８８倍となった。このような条件で製造したガラス条は、実施例９と同様に、平坦度は板幅２０ｍｍに対して１μｍであり、きわめて良好であった。しかも、ヒータ長の短いヒータを用いたので、少ない電力量で効率よく加熱を行うことができた。
【００５４】
以上のように、本発明にかかるガラス条の製造方法により製造されたガラス条は、その平坦性と表面性を活かした商品群に展開可能である。たとえば半導体素子、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや回路基板の材料に有用であり、特に、半導体素子の基板、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや小型の磁気ディスク基板等に好適なものである。
【００５５】
また、石英ガラスを用いた場合は、その高温耐性を利用して、熱ＣＶＤなどによって表面に機能性膜を堆積して使用することもできる。さらに、多成分ガラスを用いた場合は、低温プロセスを用いて表面に機能性膜を堆積して使用することもできる。
【００５６】
さらに、目的用途に合わせて、本発明のガラス条を多角形、円形、あるいは円盤状に切り取り、ガラス基板として用いても良く、さらに得られた基板を研磨して用いても良い。本発明のガラス条を用いて作製されたガラス基板は、医療分析等に用いられるＤＮＡチップのガラス基板にも好適なものである。また、本発明のガラス条を平面状に並べることにより、どのようなサイズの二次元基板にも拡張できる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 母材ガラス板
５ ガイドロール
７ 外形測定器
８ 保護膜被覆装置
９ テンション測定器
１０、４０、６０ 加熱炉
１１ ガラス条
１３、１４ フィードバック経路
１５ａ〜１５ｆ ヒータ
１６ 炉体
１７ 炉心管
１８ カーボンブロック
１９ 構造体
２０ 母材送り機構
２１ カッター
２２ メニスカス長
２３ 母材ガラス板の幅
２４ ヒートゾーン長
２５ メニスカス部
３０ 引き取り機構
５０ 加熱延伸装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚肉板状の母材ガラス板を加熱延伸して薄肉棒状のガラス条を製造するガラス条の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子の基板、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや磁気ディスク基板等に使用されるガラス板は、平坦度、表面粗さを良くすることが最重要である。しかしながら、現状ガラス板の製法として一般的に用いられているフロート法や成型法では、厚さの薄いガラス板を製造する場合、でき上がるガラス板の平坦度が悪いため、上記用途に適応した平坦度に仕上げるために、ガラス板の表面の相当な量を研削・研磨しなければならなかった。このため、研削後のガラス板は、その表面粗さが非常に悪くなってしまうという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するため、研削後のガラス板に対して２回のポリッシュを行うのが一般的であり、表面粗さを、１次ポリッシュ後に０．５ｎｍ、２次ポリッシュ後に０．１ｎｍ程度としている。さらに、次世代には、一層精度の高いものが要求されてくることから、これに加えてさらに３次ポリッシュが必要になってくると予想される。したがって、検索・研磨のみによってガラス板の平坦度を上げようとすると、研削・研磨の時間と労力とがかかり、結果的に、設備コストがかかってしまう。
【０００４】
そこで、所定の厚みを有して且つ表面粗さを良くした母材ガラス板を用いて、これを加熱軟化させ、軟化した状態のガラス板に延伸することによって、所望の厚さの薄ガラス板を作製する方法が考案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、このような板ガラスの作製方法において、板幅方向に沿って複数の冷却手段を配置した構成として、板ガラスの局部的な肉厚の不均一に対して、対応する位置のヒータのパワーを調整するか、あるいは幅方向を部分的に冷却することにより、局部的な肉厚の不均一を解消する手段が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１９９２５５号公報
【特許文献２】特開平８−１８３６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、たとえば母材ガラス板を加熱軟化させて延伸し、厚さが０．７ｍｍ以下の薄いガラス条を成形する場合、ガラス条の厚さを幅方向に均一にすることは難しく、従来の加熱延伸後のガラス条は平坦度の劣ったものとなっていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、母材ガラス板を、加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する場合に、平坦度の優れた薄肉棒状のガラス条を製造することができるガラス条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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガラス条の製造方法は、母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を含み、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、前記母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、前記母材ガラス板の幅の１．５倍以下となるように加熱することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、少なくとも前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの部分において、幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の幅方向の中央部と端部との粘度比が、１より大きく２０以下となるように加熱することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラスの幅方向の中央部に相対する位置に非発熱部を有し、該非発熱部の両側に発熱部を有する加熱体を用いて加熱することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、少なくとも前記母材ガラス板の溶け始めの部分から該母材ガラス板の歪み点温度の部分までが、前記加熱炉内に含まれるように加熱することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記母材ガラス板として、熱膨張係数が３２×１０-7（１／ｋ）以下のものを用いることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記母材ガラス板として、ホウ珪酸ガラスまたは石英ガラスからなるものを用いることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の断面アスペクト比が５０以上になるように延伸することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るガラス条の製造方法は、上記の発明において、前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の厚さが０．７ｍｍ以下になるように延伸することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、加熱延伸工程において、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱することにより、母材ガラス板の中央部と端部でガラスの流れる速度の差が大きくならないので、ガラス条の幅方向の厚さが均一になり、平坦度の優れたガラス条を製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱延伸装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す加熱炉の断面図である。
【図３】図３は、図１に示す加熱炉の平面図である。
【図４】図４は、母材ガラス板の幅方向の温度分布を示すグラフと、母材ガラス板に対応するヒータの配置の概略を示す概略図である。
【図５】図５は、中央部のヒータの代わりにカーボンのブロックを設置したヒータの概略図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施の形態に係るガラス条の製造方法を説明する説明図である。
【図７】図７は、本発明のさらに別の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱炉の平面図である。
【図８】図８は、本発明のさらに別の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱炉の平面図である。
【図９】図９は、実施例１〜５および比較例１を示す図である。
【図１０】図１０は、実施例６〜８および比較例２を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例９〜１１を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係るガラス条の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱延伸装置の斜視図である。加熱延伸装置５０は、母材ガラス板１を加熱する電気抵抗炉である加熱炉１０と、この加熱炉１０に母材ガラス板１を送り込む母材送り機構２０と、この加熱炉１０からガラス条１１を引き出す引き取り機構３０とを有している。加熱炉１０には、母材ガラス板１を加熱する加熱手段として、図示しない複数のヒータが設けられる。また、加熱炉１０の下部には、ガラス条１１の外形を測定するための外形測定器７、ガラス条１１の表面に保護膜を形成する保護膜被覆装置８、ガラス条１１を引き取るテンションを測定するテンション測定器９、ガラス条１１のよじれを防止するガイドロール５が設けられる。また、引き取り機構３０の下部には、ガラス条の表面に溝を形刻して、所定の長さに折るためのカッター２１が設けられる。外形測定器７の計測した計測値は、フィードバック経路１３を経由して母材送り機構２０にフィードバックされる。母材送り機構２０は、このフィードバック値に基づいて母材送り速度をコントロールする。また、この計測値は、フィードバック経路１４を経由して引き取り機構３０にもフィードバックされる。引き取り機構３０は、このフィードバック値に基づいて引き出し速度をコントロールする。
【００２３】
図２は、図１に示す加熱炉１０の断面図であり、図３は、図１に示す加熱炉１０の平面図である。母材ガラス板１は、炉体１６の内部において、矩形の炉心管１７内に配置される。炉心管１７の外側には複数のヒータ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが設置されている。ヒータとしては、例えばカーボン抵抗発熱体を用いる。また、ヒータが消耗しないように、ヒータの周囲を不活性ガスで保護する。
【００２４】
母材ガラス板は、軟化点以上の温度に加熱されると軟化して溶け始め、その幅が収縮し、延伸される。延伸の際に、母材ガラス板の輪郭線は変曲点を形成し、その後所望の厚さと幅とを有するガラス条が形成される。この母材ガラス板の溶け始めの位置から変曲点の位置までをメニスカス部、この部分の長さをメニスカス長という。メニスカス部では、母材ガラス板の幅方向の中央部と端部とでガラスの流れの差が生じる。
【００２５】
本発明では、加熱延伸工程において、母材ガラス板が幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱する。すると、母材ガラス板の端部においては、中央部に比べて高温であるため、ガラスの粘度が一層低くなり、ガラスの流れる速度が速くなる。このように、母材ガラス板のメニスカス部において、その幅方向の中央部と端部とで生じていたガラスの流れの差が、ガラスの粘度に差がつくことによって補償され、ガラスの流れる速度がつりあうので、ガラス条の幅方向の厚さが均一になり、平坦度の優れたガラス条を製造できる。
【００２６】
図４は、図２に示す加熱炉における母材ガラス板の幅方向の温度分布を示すグラフと、母材ガラス板に対応するヒータの配置の概略を示す概略図である。グラフの横軸は母材ガラス板における温度の測定位置を示し、縦軸は測定位置での母材ガラス板の相対温度を示す。そして、グラフの下部には、母材ガラス板に対応するヒータの配置を示す。母材ガラス板の中央部に相対する位置のヒータ１５ｂを、その両側のヒータ１５ａ、１５ｃより低温にすることにより、母材ガラス板が、幅方向に、グラフに示すような凹型の温度分布を有するように加熱できる。
【００２７】
上記のように、母材ガラス板が幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱するには、図２において中央部のヒータ１５ｂのパワーを投入しないことにより実施してもよいし、図５のように、ヒータ１５ｂの代わりにカーボンのブロック１８を設置してもよい。このように、母材ガラスの幅方向の中央部に相対する位置に非発熱部を有し、この非発熱部の両側に発熱部を有するような加熱体を用いて加熱すれば、母材ガラス板の中央部と端部との温度差をより大きくして、ガラスの粘度に一層差をつけることができる。また、炉心管の外側の炉の断熱材として熱伝導率の一層大きいものを用いても、この温度差をより大きくすることができる。そのような断熱材として、例えばカーボンのブロックで構成した箱体にカーボン繊維質を詰め込んだものを用いることができる。このような断熱材は、熱伝導率が０．４〜４Ｗ／ｍｋあるいはそれ以上の値とすることができる。
【００２８】
（実施の形態２）
次に、本発明の別の実施の形態について説明する。上述の実施の形態１は、母材ガラス板の幅方向の温度分布を規定することにより、平坦度の優れたガラス条を製造できるというものであるが、本実施の形態は、母材ガラス板の延伸方向における加熱炉内の温度分布と母材ガラス板の幅との関係を規定することにより、平坦度の優れたガラス条を製造できるというものである。
【００２９】
図６は、本発明の別の実施の形態に係るガラス条の製造方法を説明する説明図である。本実施の形態によれば、加熱延伸工程は、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ、すなわちメニスカス長２２が、母材ガラス板の幅２３の２／３以上となるように加熱する。このようにすれば、母材ガラス板のメニスカス部の長さが十分に長いので、ガラス板の幅の収縮に伴う端部の傾斜勾配が小さくなり、中央部と端部とのガラスの流れる速度の差が大きくならない。したがって、ガラス条の幅方向の厚さが均一になり、平坦度の優れたガラス条を製造できる。
【００３０】
メニスカス長２２はヒータの長さを調整し、加熱炉内の母材ガラス板の延伸方向におけるヒートゾーンの長さを調整することで適宜調整することができ、ヒートゾーンを長くすれば、メニスカス長２２も長くできる。また、引き出し速度を速くすることによっても、メニスカス長を長くできる。ここで、ヒートゾーンとは、図６に示すように加熱炉内の温度が、使用するガラスの軟化点以上の温度になっている部分のことをいい、母材ガラス板の延伸方向におけるヒートゾーンの長さ２４をヒートゾーン長とする。母材ガラス板は、それが最高温度となる部分で粘度が最小となり、その輪郭が変曲点を形成する。ガラスが最高温度になる位置は、ヒートゾーンと引き出し速度の組み合わせで決まる。
【００３１】
したがって、ヒータ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの長さや配置を適宜調整することにより、ヒートゾーンの上端部から最高温度の部分までの長さやヒートゾーン長を調節して、上記のように母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱できる。また、本実施の形態の場合は、ヒータ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを同一の温度に設定し、母材ガラス板が幅方向に均一の温度分布を有するように加熱してもよいが、ヒータ１５ｂを、ヒータ１５ａ、１５ｃより低温に設定したり、ヒータ１５ｂのパワーを投入しなかったり、ヒータ１５ｂの代わりにカーボンのブロックを設置したりすることにより、母材ガラス板が幅方向に凹型の温度分布を有するように加熱すれば、ガラス条の幅方向の厚さが一層均一になり、平坦度の一層優れたガラス条を製造できる。
【００３２】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに別の実施の形態について説明する。上述の実施の形態１は、母材ガラス板の幅方向の温度分布を規定することにより、平坦度の優れたガラス条を製造できるというものであり、実施の形態２は、母材ガラス板の延伸方向における加熱炉内の温度分布と母材ガラス板の幅との関係を規定することにより、平坦度の優れたガラス条を製造できるというものである。本実施の形態は、これらを組み合わせた上に、さらに上記幅方向の温度分布を規定する位置を規定することにより、平坦度の一層優れたガラス条を、加熱効率よく製造できるというものである。
【００３３】
図７は、本発明のさらに別の実施の形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱炉の平面図である。このように、比較的ヒータ長の短いヒータ１５ｄ、１５ｅ、１５ｆを備えた加熱炉４０を用い、ヒータ１５ｄ、１５ｆにより、少なくとも母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの部分、すなわち、メニスカス部２５が、母材ガラス板の幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱する。そして、さらに、比較的ヒータ長の短いヒータ１５ｅを、部分２５より下部に配置することにより、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱する。このようにすれば、個々のヒータ長が短くても、ガラス条の幅方向の厚さが一層均一になり、平坦度の一層優れたガラス条を製造できる。
【００３４】
すなわち、母材ガラス板の輪郭線の変曲点の位置が、延伸方向においてガラスの粘度が極小となる点であり、そこから下ではガラスは冷却固化されるので、変曲点から下の部分では、両端部のヒータの長さを長くして幅方向に凹状の温度分布を形成しても、成形するガラス条の平坦度に与える影響は比較的少ない。つまり、母材ガラス板の溶け始めの位置から、輪郭線の変曲点の位置までを、幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱することが重要であるから、それに必要な長さのヒータを両端に用いればよいのである。一方、母材ガラス板の中央部であってヒートゾーンの上部は、両端のヒータにより十分に加熱できるので、中央のヒータについては、上部に至るまで長くなくてもよく、両端のヒータよりも低い位置であってヒートゾーンの最高温度の部分をより下方に形成できるような位置に配置すれば、ヒータ長が比較的短いヒータであっても、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱できるのである。
【００３５】
（実施の形態４）
次に、本発明のさらに別の実施の形態について説明する。上述の実施の形態１〜３は、ガラス条の幅方向の厚さを均一にし、平坦度の優れたガラス条を製造できるものであるが、本実施の形態は、上記実施の形態のいずれにも組み合わせることができ、それによってガラス条にひずみが生じないようにする製造方法に係るものである。
【００３６】
図８は、本発明のさらに別の実施形態に係るガラス条の製造方法に用いる加熱炉の平面図である。このように、加熱炉１０に、加熱炉下部を延長した構造体１９で囲った加熱炉６０を用いて、母材ガラス板の溶け始めの部分から母材ガラス板の歪み点温度の部分までが、加熱炉内に含まれるように加熱する。このようにすれば、ガラス条が加熱炉から大気中に引き出される際に、ガラス条が歪み点温度以下の温度に急冷されてひずみが生じるおそれがなくなる。また、ガラス条の引き出し速度を速くすることもできる。また、母材ガラス板の溶け始めの部分から、母材ガラス板の歪み点温度より５０℃、さらに好ましくは１００℃低い温度の部分までが、加熱炉内に含まれるように加熱すれば、ひずみが確実に生じないのでより好ましい。
【００３７】
以下に、本発明にかかるガラス条の製造方法の実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１〜５、比較例１）
本発明の実施例として、ホウ珪酸ガラス（ショット社製テンパックス フロート（登録商標））又は石英からなる、幅３２８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ約１．５ｍの母材ガラス板を準備し、これを加熱延伸してガラス条を製造した。加熱炉については、図２のように３枚のヒータを母材ガラス板の両側に配置したものを使用するか、または、図８のように炉下部を延長した構造体で囲ったものを使用した。ヒータは、長さ６２０ｍｍ、幅２５６ｍｍのものを使用し、ヒータ中心線の距離が互いに２７７ｍｍとなるように配置した。延伸条件としては、引き出し速度４ｍｍ／ｍｉｎ、延伸後の幅２５ｍｍ、厚さ０．３８ｍｍとした。このときの断面アスペクト比は６６である。なお、断面アスペクト比とは、ガラス板の断面における幅と厚さの比である。また、このようにガラス条の断面アスペクト比が５０以上であるか、または、厚さが０．７ｍｍ以下である場合、あるいはその両方である場合に、本発明の平坦度を改善するという効果がより顕著なものとなる。
【００３９】
以下、図９に示した実施例１〜５および比較例１について説明する。実施例１は、図２の加熱炉において、中央部のヒータの温度を９００℃、両端のヒータの温度を１０１０℃にそれぞれ設定した場合である。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は９１５℃、両端部の温度は９４５℃であり、これらの温度差が３０℃の凹状温度分布となった。このような条件で製造したガラス条は、その断面が凹レンズ状となっていたが、平坦度は板幅２０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。なお、平坦度とは、ガラス条を必要な面積の基板として切り取った後、それ全体を水平面上に置いたとき、基板面上の任意の単位長さ離れた二点での垂直方向の最高点と最低点との差を指す。上記の場合は板幅２０ｍｍを単位長さとした。
【００４０】
一方、比較例１は、図２の加熱炉において、中央部と両端のヒータの温度を同一の１０００℃に設定した場合である。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は９８５℃、両端部の温度は９８０℃であり、温度差はほとんどなかった。このような条件で製造したガラス条は、その断面が顕著な凹レンズ状となっており、平坦度は板幅２０ｍｍに対して４０μｍと大きかった。
【００４１】
実施例２は、図２の加熱炉において、中央部のヒータはパワーを投入せず、さらに、炉心管の炉の外側の断熱材として、カーボンのブロックで構成した箱体にカーボン繊維質を詰め込んだものを用いた。この断熱材の熱伝導率は０．４〜４Ｗ／ｍｋであった。こうして、母材ガラス板の幅方向の中央部と両端部との温度差を、実施例１の場合より大きい６０℃とした。このとき、母材ガラス板の幅方向の中央部と両端部とのガラスの粘度の比は、１１．６であった。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して３μｍであり、良好であった。
【００４２】
一方、実施例３では、実施例２と同様に中央部のヒータはパワーを投入せず、さらに断熱材として熱伝導率が４Ｗ／ｍｋ以上のものを用いた。こうして、母材ガラス板の幅方向の中央部と両端部との温度差を、実施例１、２の場合より大きい８０℃とした。このとき、母材ガラス板の幅方向の中央部と両端部とのガラスの粘度の比は、２６．３であった。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して１０μｍであり、比較例１に比べて改善されているが、実施例１、２よりは大きかった。さらに、ガラス条の断面積は凸状であった。すなわち、母材ガラス板の中央部の温度を下げすぎると、粘度が上がりすぎて、逆に平坦度が悪化する傾向が見られた。これらの結果から、母材ガラス板の幅方向の中央部と端部との粘度比が、１より大きく２０以下となるように加熱することが好ましいことがわかった。
【００４３】
実施例４は、石英からなる母材ガラス板を用いた場合である。図２の加熱炉において、中央部のヒータの温度を２０２０℃、両端のヒータの温度を１７８０℃にそれぞれ設定した場合である。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は１７９０℃、両端部の温度は１９５０℃であり、これらの温度差が１６０℃の凹状温度分布となった。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して２μｍであり、良好であった。このように、テンパックス フロート（登録商標）や石英のような、熱膨張係数が３２×１０-7（１／ｋ）以下の材質からなる母材ガラス板を用いれば、矩形の炉を用いる場合のようにガラス板の表裏で温度差が生じ易い場合であっても、表面と裏面の伸びの差が小さいので、ガラス板の熱膨張による曲がりが生じにくく、より平坦なガラス条ができる。また、急加熱、急冷をしても割れないので、ガラス条の引き出し速度を大きくできる。
【００４４】
実施例５は、図８に示すように、炉下部を延長した構造体で囲った場合である。引き出し速度は７ｍ／ｍｉｎとした。この場合、炉のヒータ下端から１．５ｍだけ下まで構造体で囲われており、延伸されたガラス条が加熱炉から出て、大気により急冷されるまでの間を徐冷することができる。これにより、テンパックス フロート（登録商標）の歪み点温度である５１０℃までを徐冷することができた。このように、炉下部を延長した構造体を用いることにより、引き出し速度を速くしても、ガラス条にひずみは生じておらず、また平坦度も、板幅２０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。
【００４５】
（実施例６〜８、比較例２）
本発明の実施例として、軟化点が８２０℃のテンパックス フロート（登録商標）からなる、幅３２８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ約１．５ｍの母材ガラス板を準備し、これを加熱延伸してガラス条を製造した。加熱炉については、図２のように３枚のヒータを母材ガラス板の両側に配置したものを使用した。ヒータの温度は、いずれも１０００℃に設定した。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は９８５℃、両端部の温度は９８０℃であり、温度差はほとんどなかった。延伸条件としては、引き出し速度７ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００４６】
以下、図１０に示した実施例６〜８および比較例２について説明する。実施例６は、ヒータの長さを適当な長さにすることによってヒートゾーン長を調整し、メニスカス長が、母材ガラス板の幅（母材幅）の１．２倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。
【００４７】
一方、比較例２は、メニスカス長が、母材幅の０．６１倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して４０μｍであり、大きかった。
【００４８】
実施例７は、母材ガラス板の幅が大きい場合であって、メニスカス長が、母材幅の０．６８倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅６０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。すなわち、母材ガラス板の幅にかかわらず、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ（メニスカス長）が、母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱すれば、平坦度が優れたガラス条を製造することができることがわかった。
【００４９】
実施例８は、メニスカス長が、母材ガラス板の幅（母材幅）の１．５倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度が板幅２０ｍｍに対して５μｍであり、良好であった。しかしこの場合、製造条件の調整に対するガラス条の形状の応答が遅くなり、引き出し速度の微調整でガラス条の幅の平均値や厚さの平均値を調整することが困難となる場合があった。この結果から、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ（メニスカス長）が、母材ガラス板の幅の１．５倍以下となるように加熱すれば、幅や厚さが精度よく制御されたガラス条を製造することができることがわかった。
【００５０】
（実施例９〜１１）
本発明の実施例として、テンパックス フロート（登録商標）からなる、幅３２８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ約１．５ｍの母材ガラス板を準備し、これを加熱延伸してガラス条を製造した。加熱炉については、図２のように３枚のヒータを母材ガラス板の両側に配置したものを使用するか、または、図７のように比較的ヒータ長の短いヒータを用いたものを使用した。ヒータは、いずれも幅２５６ｍｍのものを使用した。延伸条件としては、引き出し速度７ｍｍ／ｍｉｎ、延伸後の幅２５ｍｍ、厚さ０．３８ｍｍとした。このときの断面アスペクト比は６６である。
【００５１】
以下、図１１に示した実施例９〜１１について説明する。実施例９は、図２の加熱炉において、中央部のヒータの温度を８７５℃、両端のヒータの温度を１０５５℃にそれぞれ設定し、かつ、ヒータの長さを適当な長さにすることによってヒートゾーン長を調整し、メニスカス長が、母材ガラス板の幅（母材幅）の０．８８倍となるように加熱した場合である。このとき、母材ガラス板の中央部の温度は９２０℃、両端部の温度は９８０℃であり、これらの温度差が６０℃の凹状温度分布となった。このような条件で製造したガラス条は、平坦度は板幅２０ｍｍに対して１μｍであり、きわめて良好であった。
【００５２】
実施例１０は、実施例９と同様に、図２の加熱炉において、中央部のヒータの温度を８７５℃、両端のヒータの温度を１０５５℃にそれぞれ設定するが、ヒータの長さをやや短くし、メニスカス長が、母材幅の０．６１倍となるように加熱した場合である。このような条件で製造したガラス条は、平坦度は板幅２０ｍｍに対して３μｍであり、良好であるものの、実施例９の値よりはやや大きかった。すなわち、母材ガラス板が幅方向に凹状の温度分布を有するように、かつ、母材ガラス板の溶け始めの位置から、延伸の際に形成される母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さ（メニスカス長）が、母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱すれば、平坦度が一層優れたガラス条を製造することができることがわかった。
【００５３】
実施例１１は、図７に示すような比較的ヒータ長の短いヒータを用いた加熱炉により加熱を行った場合である。この場合、実施例９と同様の温度設定を行うことにより、母材ガラス板の中央部と両端部のとの温度差が６０℃の凹状温度分布となった。また、ヒータ長が実施例９の場合の約１／２にもかかわらず、ヒートゾーン長は実施例９と同様の長さとでき、メニスカス長も、実施例９と同様に母材幅の０．８８倍となった。このような条件で製造したガラス条は、実施例９と同様に、平坦度は板幅２０ｍｍに対して１μｍであり、きわめて良好であった。しかも、ヒータ長の短いヒータを用いたので、少ない電力量で効率よく加熱を行うことができた。
【００５４】
以上のように、本発明にかかるガラス条の製造方法により製造されたガラス条は、その平坦性と表面性を活かした商品群に展開可能である。たとえば半導体素子、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや回路基板の材料に有用であり、特に、半導体素子の基板、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサや小型の磁気ディスク基板等に好適なものである。
【００５５】
また、石英ガラスを用いた場合は、その高温耐性を利用して、熱ＣＶＤなどによって表面に機能性膜を堆積して使用することもできる。さらに、多成分ガラスを用いた場合は、低温プロセスを用いて表面に機能性膜を堆積して使用することもできる。
【００５６】
さらに、目的用途に合わせて、本発明のガラス条を多角形、円形、あるいは円盤状に切り取り、ガラス基板として用いても良く、さらに得られた基板を研磨して用いても良い。本発明のガラス条を用いて作製されたガラス基板は、医療分析等に用いられるＤＮＡチップのガラス基板にも好適なものである。また、本発明のガラス条を平面状に並べることにより、どのようなサイズの二次元基板にも拡張できる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 母材ガラス板
５ ガイドロール
７ 外形測定器
８ 保護膜被覆装置
９ テンション測定器
１０、４０、６０ 加熱炉
１１ ガラス条
１３、１４ フィードバック経路
１５ａ〜１５ｆ ヒータ
１６ 炉体
１７ 炉心管
１８ カーボンブロック
１９ 構造体
２０ 母材送り機構
２１ カッター
２２ メニスカス長
２３ 母材ガラス板の幅
２４ ヒートゾーン長
２５ メニスカス部
３０ 引き取り機構
５０ 加熱延伸装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を含み、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、前記母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱することを特徴とするガラス条の製造方法。
【請求項２】
前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、前記母材ガラス板の幅の１．５倍以下となるように加熱することを特徴とする請求項１に記載のガラス条の製造方法。
【請求項３】
前記加熱延伸工程は、少なくとも前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの部分において、幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス条の製造方法。
【請求項４】
前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の幅方向の中央部と端部との粘度比が、１より大きく２０以下となるように加熱することを特徴とする請求項３に記載のガラス条の製造方法。
【請求項５】
前記加熱延伸工程は、前記母材ガラスの幅方向の中央部に相対する位置に非発熱部を有し、該非発熱部の両側に発熱部を有する加熱体を用いて加熱することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のガラス条の製造方法。
【請求項６】
前記加熱延伸工程は、少なくとも前記母材ガラス板の溶け始めの部分から該母材ガラス板の歪み点温度の部分までが、前記加熱炉内に含まれるように加熱することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガラス条の製造方法。
【請求項７】
前記母材ガラス板として、熱膨張係数が３２×１０-7（１／ｋ）以下のものを用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガラス条の製造方法。
【請求項８】
前記母材ガラス板として、ホウ珪酸ガラスまたは石英ガラスからなるものを用いることを特徴とする請求項７に記載のガラス条の製造方法。
【請求項９】
前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の断面アスペクト比が５０以上になるように延伸することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のガラス条の製造方法。
【請求項１０】
前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の厚さが０．７ｍｍ以下になるように延伸することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のガラス条の製造方法。
【請求項１】
母材ガラス板を加熱炉内で加熱して軟化させ、所望の厚さに延伸してガラス条を成形する加熱延伸工程を含み、前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、前記母材ガラス板の幅の２／３以上となるように加熱することを特徴とするガラス条の製造方法。
【請求項２】
前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの長さが、前記母材ガラス板の幅の１．５倍以下となるように加熱することを特徴とする請求項１に記載のガラス条の製造方法。
【請求項３】
前記加熱延伸工程は、少なくとも前記母材ガラス板の溶け始めの位置から、前記延伸の際に形成される前記母材ガラス板の輪郭線における変曲点の位置までの部分において、幅方向に凹状の温度分布を有するように加熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス条の製造方法。
【請求項４】
前記加熱延伸工程は、前記母材ガラス板の幅方向の中央部と端部との粘度比が、１より大きく２０以下となるように加熱することを特徴とする請求項３に記載のガラス条の製造方法。
【請求項５】
前記加熱延伸工程は、前記母材ガラスの幅方向の中央部に相対する位置に非発熱部を有し、該非発熱部の両側に発熱部を有する加熱体を用いて加熱することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のガラス条の製造方法。
【請求項６】
前記加熱延伸工程は、少なくとも前記母材ガラス板の溶け始めの部分から該母材ガラス板の歪み点温度の部分までが、前記加熱炉内に含まれるように加熱することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガラス条の製造方法。
【請求項７】
前記母材ガラス板として、熱膨張係数が３２×１０-7（１／ｋ）以下のものを用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガラス条の製造方法。
【請求項８】
前記母材ガラス板として、ホウ珪酸ガラスまたは石英ガラスからなるものを用いることを特徴とする請求項７に記載のガラス条の製造方法。
【請求項９】
前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の断面アスペクト比が５０以上になるように延伸することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のガラス条の製造方法。
【請求項１０】
前記加熱延伸工程は、前記ガラス条の厚さが０．７ｍｍ以下になるように延伸することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のガラス条の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−５１７８９（Ｐ２０１２−５１７８９Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８８１６（Ｐ２０１１−１９８８１６）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【分割の表示】特願２００５−３１８０８５（Ｐ２００５−３１８０８５）の分割
【原出願日】平成１７年１１月１日（２００５．１１．１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【分割の表示】特願２００５−３１８０８５（Ｐ２００５−３１８０８５）の分割
【原出願日】平成１７年１１月１日（２００５．１１．１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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