説明

薄膜ガラスの端面処理方法、薄膜ガラス、及び薄膜ガラスの端面処理装置

【課題】薄膜ガラスの端面の温度を適切に管理し、且つ、その熱変形を抑制しつつ、当該端面を強化する処理方法および処理装置を提供する。
【解決手段】端面処理装置1は、薄膜ガラスGを搬送する搬送台2と、薄膜ガラスGを予備加熱する予備加熱室3と、薄膜ガラスGの端面Gaにスポット状プラズマPを照射する照射ノズル4とを備えている。薄膜ガラスGの端面Gaにスポット状プラズマPを照射し、当該端面Gaに脱水架橋反応を生じさせる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、薄膜ガラスの端面処理方法、薄膜ガラス、及び薄膜ガラスの端面処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、表示デバイス用の基板材料として、ガスバリア性や透光性などに優れる薄膜ガラスが好適に用いられている。この薄膜ガラスにおいては、端面に存在する微細な欠陥が劈開の起点となって割れや破損を生じるため、端面の状態によっては強度が著しく低下してしまう恐れがある。
【0003】
そこで、例えば特許文献1,2に記載の技術では、ガラス板の端面にバーナーの炎やレーザー光などを照射し、当該端面を軟化させて滑らかにすることによって、ガラス板の強度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−247634号公報
【特許文献2】特開2009−234856号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献1,2に記載の技術では、バーナーの炎やレーザー光を利用しているため、厚さが極めて薄い薄膜ガラスに適用する場合には、端面の温度管理が難しく、良好に端面を強化できないという問題がある。特にレーザー光を用いる場合、ガラスはレーザー光に対するエネルギー吸収効率が非常に高く、レーザー光を受けると局所的に瞬時に高温になるため、熱変形を起こしてレーザー光のスポットから端面が外れてしまう恐れがある。
また、上記特許文献1,2に記載の技術では、端面が軟化温度に至るまでガラス板を加熱しているため、温度変化に起因する熱変形が大きく生じやすいという問題もある。
【0006】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、薄膜ガラスの端面の温度を適切に管理し、且つ、その熱変形を抑制しつつ、当該端面を強化することができる薄膜ガラスの端面処理方法、当該方法により端面が処理された薄膜ガラス、及び薄膜ガラスの端面処理装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、薄膜ガラスの端面処理方法において、
薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射し、当該端面に脱水架橋反応を生じさせることを特徴とする。
【0008】
ここで、「脱水架橋反応」とは、水分が除去されることに伴って分子間の結合構造が変わる反応である。薄膜ガラスの端面において、この脱水架橋反応が生じると、珪素(Si)イオンと水酸化物(OH)イオン又は水素(H)イオンとの結合部分から水分(H2O)が除去されて、酸素(O)イオンが2つの珪素イオンと安定的に結合される結果、当該端面の物理的な強度が向上する(図5参照)。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の薄膜ガラスの端面処理方法において、
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、前記薄膜ガラスの軟化点未満であることを特徴とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の薄膜ガラスの端面処理方法において、
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、400℃以上,且つ前記薄膜ガラスの歪点以下であることを特徴とする。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法において、
前記スポット状プラズマの照射前に、前記薄膜ガラスの予備加熱を行うことを特徴とする。
【0012】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法において、
前記スポット状プラズマの形成に用いる気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする。
【0013】
請求項6に記載の発明は、薄膜ガラスにおいて、
請求項1〜5の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法によって端面が処理されたことを特徴とする。
【0014】
請求項7に記載の発明は、薄膜ガラスの端面処理装置において、
薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射して当該端面に脱水架橋反応を生じさせるプラズマ照射手段を備えることを特徴とする。
【0015】
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の薄膜ガラスの端面処理装置において、
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、前記薄膜ガラスの軟化点未満であることを特徴とする。
【0016】
請求項9に記載の発明は、請求項7又は8に記載の薄膜ガラスの端面処理装置において、
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、400℃以上,且つ前記薄膜ガラスの歪点以下であることを特徴とする。
【0017】
請求項10に記載の発明は、請求項7〜9の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理装置において、
前記プラズマ照射手段による前記スポット状プラズマの照射前に、前記薄膜ガラスの予備加熱を行う予備加熱手段を備えることを特徴とする。
【0018】
請求項11に記載の発明は、請求項7〜10の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理装置において、
前記スポット状プラズマの形成に用いる気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射し、当該端面に脱水架橋反応を生じさせるので、この端面における分子間の結合構造を安定化させて当該端面を強化することができる。
また、ガラスの軟化温度以下の温度で生じさせうる脱水架橋反応を利用しているので、端面を軟化させて強化していた従来と異なり、当該端面を軟化させることがなく、ひいては端面周辺の熱変形を抑制することができる。
また、エネルギーを効率的に収斂させて、その出力を高精度にコントロールできるスポット状プラズマを用いているので、温度管理が難しいバーナーやレーザーを利用していた従来に比べ、極めて薄い薄膜ガラスに適用する場合であっても、その端面の温度を適切に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】薄膜ガラスの端面処理装置の斜視図である。
【図2】図1のII−II線での断面図である。
【図3】図1のIII−III線での断面図である。
【図4】スポット状プラズマの温度分布を説明するための図である。
【図5】脱水架橋反応による薄膜ガラスの強度向上効果を説明するための図である。
【図6】薄膜ガラスの端面処理装置の別例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【0022】
図1は、本実施形態における薄膜ガラスの端面処理装置(以下、単に端面処理装置という)1の斜視図であり、図2及び図3は、図1のII−II線及びIII−III線での断面図である。
【0023】
これらの図に示すように、端面処理装置1は、厚さが極めて薄い(例えば200μm以下の)薄膜ガラスGを搬送方向Xに沿って搬送させつつ、その幅方向の一方の端面Gaにスポット状プラズマPを照射して当該端面Gaを強化する装置である。具体的には、端面処理装置1は、薄膜ガラスGを搬送する搬送台2と、薄膜ガラスGを予備加熱する予備加熱室3と、薄膜ガラスGの端面Gaにスポット状プラズマPを照射する照射ノズル4とを備えている。
【0024】
このうち、搬送台2は、図示しない搬送アクチュエータにより搬送方向Xに沿って移動可能に構成されている。この搬送台2は、長手方向を搬送方向Xと一致させた状態の薄膜ガラスGが上面に載置されるようになっており、この状態で搬送アクチュエータに駆動されることにより、薄膜ガラスGを搬送方向Xに沿って搬送する。
【0025】
予備加熱室3は、搬送台2の搬送経路中に配設された矩形状のチャンバーであり、搬送方向Xの後方側の端面に搬入孔31を有し、搬送方向Xの前方側の端面に搬出孔32を有している。これら搬入孔31及び搬出孔32は、搬送方向Xに沿って搬送台2に搬送される薄膜ガラスGを、予備加熱室3内に搬入及び予備加熱室3内から搬出させるための通過孔である。
【0026】
また、予備加熱室3は、搬送方向Xに沿った一方の側面に、内部を搬送される薄膜ガラスGの端面Gaに向けて外部からスポット状プラズマPを照射させるための照射孔33を有している。この照射孔33は、予備加熱室3の一方の側面のうち、予備加熱室3内を搬送される薄膜ガラスGの端面Gaが長手方向に沿って連続的に露出する位置であって、搬送方向Xの前方側の位置に形成されている。
【0027】
また、予備加熱室3は、図示しないヒーターを内部に備えるか、或いは内部へ熱風を送風可能に構成されており、内部が所定の予備加熱温度に保たれるようになっている。この予備加熱温度は、300〜600℃の範囲内の温度である。予備加熱室3は、スポット状プラズマPが照射される前の薄膜ガラスGを予め昇温させておくことで、局所的にスポット状プラズマPが照射されることによる薄膜ガラスGの熱変形及び残留歪の発生をさらに抑制することができる。
【0028】
照射ノズル4は、図示しないプラズマ発生装置の先端に設けられたプラズマ照射手段である。プラズマ発生装置は、一対の電極間に空気又は不活性ガスを供給しつつ、当該電極間に高周波電圧を印加することでプラズマを発生させる。そして、このプラズマがスポット状に収束されることにより、照射ノズル4先端の噴射口41からスポット状プラズマPとして噴射される。ここで、不活性ガスとは、周期表の第18属元素、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等の希ガス、及び窒素等である。
【0029】
この照射ノズル4は、その噴射口41を予備加熱室3の照射孔33に正対させつつ、スポット状プラズマPが搬送方向Xに直交する方向に沿って照射されるように配置されており、予備加熱室3内を搬送される薄膜ガラスGの端面Gaに対し、照射孔33を通じてスポット状プラズマPを照射する。
【0030】
照射ノズル4から照射されるスポット状プラズマPは、図4に示すように、噴射口41からの距離Lに応じた温度分布を有している。照射ノズル4は、薄膜ガラスGの端面Gaに照射されるスポット状プラズマPの温度Tが650℃となるように、つまり噴射口41からの距離Lが5mmとなる位置cに端面Gaが位置するように配置されている。但し、温度Tは400℃以上,且つ薄膜ガラスGの歪点以下であることが好ましい。ここで、本実施形態における薄膜ガラスGは、アルカリ成分を含まない無アルカリガラスであり、歪点(歪温度)が約650℃である。歪点とは、ガラス中の内部応力を数時間で除去できる温度であり、この歪点以下の温度では実質的に熱応力が生じない。なお、無アルカリガラスの軟化点(軟化温度)は約900℃であり、この温度になると無アルカリガラスは軟化してしまう。
【0031】
以上の構成を具備する端面処理装置1では、予備加熱室3の内部を所定の予備加熱温度に保ちつつ、照射ノズル4の噴射口41からスポット状プラズマPを照射させた状態で、搬送台2を搬送方向Xに沿って移動させることにより、搬送台2に載置された薄膜ガラスGが予備加熱室3内に搬入されて予備加熱温度の雰囲気中で昇温された後に、薄膜ガラスGの端面Gaに対し当該薄膜ガラスGの全長に亘って連続的にスポット状プラズマPが照射される。
【0032】
すると、スポット状プラズマPを照射された端面Gaでは、加熱されることにより脱水架橋反応が生じる。端面Gaにおいて脱水架橋反応が生じると、図5(a)に示すように、珪素(Si)イオンと水酸化物(OH)イオン又は水素(H)イオンとの結合部分から水分(H2O)が除去されて、図5(b)に示すように、酸素(O)イオンが2つの珪素イオンと安定的に結合される結果、当該端面Gaの物理的な強度が向上する。
【0033】
このとき、端面Gaに照射されるスポット状プラズマPの温度Tが薄膜ガラスGの歪点以下であると、端面Ga周辺の熱変形を抑制しつつ、当該端面Gaを強化することができる。また、スポット状プラズマPが照射される前に薄膜ガラスGが予備加熱室3内で予め昇温されていると、スポット状プラズマPが照射されることによる端面Ga周辺の熱変形及び残留歪をより確実に抑制することができる。
【0034】
以上のように、本実施形態によれば、薄膜ガラスGの端面Gaにスポット状プラズマPを照射して当該端面Gaに脱水架橋反応を生じさせるので、この端面Gaにおける分子間の結合構造を安定化させて当該端面Gaを強化することができる。
【0035】
また、エネルギーを効率的に収斂させて、その出力を高精度にコントロールできるスポット状プラズマPを用いているので、温度管理が難しいバーナーやレーザーを利用していた従来に比べ、極めて薄い薄膜ガラスGに適用する場合であっても、端面Gaの温度を適切に管理することができる。
【0036】
また、薄膜ガラスGの軟化温度以下の温度で生じさせうる脱水架橋反応を利用することで、端面を軟化させて強化していた従来と異なり、端面Gaを軟化させることがなく、ひいては端面Ga周辺の熱変形を抑制することができる。したがって、こうして得られる薄膜ガラスGは、軟化による変形のない良好な形状の端面Gaを有するものである。
【0037】
また、薄膜ガラスGの端面Gaに照射されるスポット状プラズマPの温度Tが薄膜ガラスGの歪点以下であるので、端面Ga周辺の熱変形を抑制しつつ、当該端面Gaを強化することができる。
【0038】
また、スポット状プラズマPが照射される前に薄膜ガラスGが予備加熱室3内で予め昇温されていると、スポット状プラズマPが照射されることによる端面Ga周辺の熱変形をより確実に抑制することができる。
【0039】
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0040】
例えば、上記実施形態では、端面処理装置1として、所定長さの薄膜ガラスGを枚葉処理するものについて説明したが、当該端面処理装置1は、図6に示すように、ロール状に巻かれた長尺な薄膜ガラスGをロールツーロール方式で搬送しつつ端面処理するように構成してもよい。
【0041】
また、照射ノズル4は、予備加熱室3の両側方に2つ配置することで、薄膜ガラスGの両端面に同時にスポット状プラズマPを照射できるように構成してもよい。
【0042】
また、照射ノズル4を固定しつつ薄膜ガラスGを搬送させることで薄膜ガラスGの全長に亘って連続的にスポット状プラズマPを照射することとしたが、薄膜ガラスGを搬送させずに照射ノズル4を搬送方向Xに沿って移動可能に構成することとしてもよい。但し、この場合には、予備加熱室3の照射孔33を薄膜ガラスGの全長に亘る長穴状に形成する必要がある。
【実施例1】
【0043】
以下に、実施例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【0044】
本実施例では、端面Gaに照射されるスポット状プラズマPの温度Tを変えたときの、端面Gaの強度(破断強度)と、その長手方向に亘るバラツキを確認した。
【0045】
<試験条件>
薄膜ガラスGとして、厚さ100μm,長さ150mm,幅20mmであり、歪点が650℃の無アルカリガラス(日本電気硝子株式会社製:OA−10G)を用いた。また、薄膜ガラスGの搬送速度は、4m/minで一定とした。プラズマ発生装置には、大気圧プラズマ装置(積水化学株式会社製:AP−T2706)を用いた。
【0046】
<結果>
結果を表1に示す。なお、表中の「確認結果」の欄の記号は、それぞれ以下の内容を示している。
【0047】
【表1】

【0048】
◎:端面Gaの強度が良好に向上しており、且つ、バラツキが殆どなかった。
○:端面Gaの強度が良好に向上しているものの、バラツキが多少見られた。
△:端面Gaの強度が多少向上していた。
【0049】
<まとめ>
表1の結果から、薄膜ガラスGの端面Gaに照射されるスポット状プラズマPの温度Tとしては、400℃〜650℃(歪点)が好ましく、500℃〜650℃(歪点)がより好ましいことが分かる。
【符号の説明】
【0050】
1 端面処理装置
2 搬送台
3 予備加熱室(予備加熱手段)
31 搬入孔
32 搬出孔
33 照射孔
4 照射ノズル(プラズマ照射手段)
41 噴射口
G 薄膜ガラス
Ga 端面
P スポット状プラズマ
X 搬送方向

【特許請求の範囲】
【請求項1】
薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射し、当該端面に脱水架橋反応を生じさせることを特徴とする薄膜ガラスの端面処理方法。
【請求項2】
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、前記薄膜ガラスの軟化点未満であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜ガラスの端面処理方法。
【請求項3】
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、400℃以上,且つ前記薄膜ガラスの歪点以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の薄膜ガラスの端面処理方法。
【請求項4】
前記スポット状プラズマの照射前に、前記薄膜ガラスの予備加熱を行うことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法。
【請求項5】
前記スポット状プラズマの形成に用いる気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法。
【請求項6】
請求項1〜5の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理方法によって端面が処理されたことを特徴とする薄膜ガラス。
【請求項7】
薄膜ガラスの端面にスポット状プラズマを照射して当該端面に脱水架橋反応を生じさせるプラズマ照射手段を備えることを特徴とする薄膜ガラスの端面処理装置。
【請求項8】
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、前記薄膜ガラスの軟化点未満であることを特徴とする請求項7に記載の薄膜ガラスの端面処理装置。
【請求項9】
前記薄膜ガラスの端面に照射される前記スポット状プラズマの温度が、400℃以上,且つ前記薄膜ガラスの歪点以下であることを特徴とする請求項7又は8に記載の薄膜ガラスの端面処理装置。
【請求項10】
前記プラズマ照射手段による前記スポット状プラズマの照射前に、前記薄膜ガラスの予備加熱を行う予備加熱手段を備えることを特徴とする請求項7〜9の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理装置。
【請求項11】
前記スポット状プラズマの形成に用いる気体が空気又は不活性ガスであることを特徴とする請求項7〜10の何れか一項に記載の薄膜ガラスの端面処理装置。

【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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【公開番号】特開2012−236747(P2012−236747A)
【公開日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−107844(P2011−107844)
【出願日】平成23年5月13日(2011.5.13)
【出願人】(000001270)コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Fターム(参考)】