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JP2012179680A - ガラス板の研磨方法 - Google Patents

ガラス板の研磨方法 Download PDF

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JP2012179680A JP2011044250A JP2011044250A JP2012179680A JP 2012179680 A JP2012179680 A JP 2012179680A JP 2011044250 A JP2011044250 A JP 2011044250A JP 2011044250 A JP2011044250 A JP 2011044250A JP 2012179680 A JP2012179680 A JP 2012179680A
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厚 城山
Yoshitaka Nakatani
嘉孝 中谷
Makoto Fukuda
真 福田
Takeo Suzuki
健雄 鈴木
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Abstract

【課題】本発明は、フロート法によって製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として最適なガラス板に研磨するガラス板の研磨方法を提供する。
【解決手段】本発明は、フロート法により製造されたガラス板Gであって、厚さが0.7mm以下であり、1辺の長さが1000mm以上、ヤング率が65GPa以上のガラス板Gを研磨対象とする。このガラス板Gの非研磨面をガラス保持部材16によって保持し、ガラス板Gの研磨面にある高さ0.3μm以下のうねりを研磨具26によって研磨することにより0.05μm以下に低減させてフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造する。研磨具26は、A硬度が20以上、D硬度が99以下、厚さが1.0〜2.5mm、厚さ分布が±0.05mm以内であることが好ましい。また、ガラス保持部材16は、圧縮率が10〜70%、圧縮弾性率が70〜98、A硬度が2〜20、厚さが0.3〜2.0mm、厚さ分布が±0.05mm以内であることが好ましい。
【選択図】図1

Description

本発明は、ガラス板の研磨方法に関する。
溶融ガラスを溶融錫浴上に流し込むことによってガラス板を製造するフロート法によるガラス板の製造装置は、特許文献1、2等に開示されている。また、フロート法によって製造されたガラス板を、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のFPD(Flat Panel Display)用ガラス基板に研磨する研磨装置も従来から知られている。
フロート法で製造されたガラス板は、その表面に微小な凹凸やうねり(3〜30mmのピッチで、最大高さが0.3μmのうねり)が存在するが、このような微小な凹凸やうねりは、画像に歪みや色むらを与える原因となる。このため、微小な凹凸やうねりを研磨装置によって除去することが必要となる。
特許文献3に開示された研磨装置は、研磨具保持定盤に取り付けられた研磨具に、ガラス保持部材に保持されたガラス板を押し当てるとともに、研磨具保持定盤及びガラス保持部材を相対的に移動させて、ガラス板の微小な凹凸やうねりを除去している。
特開2008−239370号公報 特開2009−46366号公報 WO2007/020859号公報
従来では、フロート法により製造されたガラス板を、すなわち、表面に微小な凹凸やうねりが存在するガラス板を、画像に歪みや色むらのないFPD用ガラス基板に研磨する最適な研磨方法について開示されたものはない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、フロート法によって製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として最適なガラス板に研磨するガラス板の研磨方法を提供することを目的とする。
本発明は、前記目的を達成するために、溶融ガラスを溶融錫浴上に流し込むことにより製造されたガラス板であって、厚さが0.7mm以下であり、1辺の長さが1000mm以上、ヤング率が65GPa以上のガラス板を研磨対象のガラス板とし、前記ガラス板の非研磨面をガラス保持部材によって保持し、該ガラス板の研磨面にある高さ0.3μm以下のうねりを研磨具によって研磨することにより0.05μm以下に低減させてフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造することを特徴とするガラス板の研磨方法を提供する。
フロート法により製造されたガラス板であって、FPD用ガラス基板として使用される、厚さが0.7mm以下、1辺の長さが1000mm以上、ヤング率が65GPa以上のガラス板は、その表面(研磨面)に3〜30mmのピッチで最大高さが0.3μmのうねりが存在する。このため、本発明では、ガラス板の研磨面にある高さ0.3μm以下のうねりを研磨具によって研磨し、そのうねりの最大高さを0.05μm以下に低減する。これにより、画像に歪みや色むらを与えないFPD用ガラス基板として最適なガラス板を製造できる。
本発明の前記研磨具は、A硬度が20以上、D硬度が99以下、厚さが1.0〜2.5mm、厚さ分布が±0.05mm以内であることが好ましい。
本発明によれば、研磨具の硬度、厚さ、厚さ分布を上記の如く規定することにより、フロート法により製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。
本発明の前記ガラス保持部材は、圧縮率が10〜70%、圧縮弾性率が70〜98、A硬度が2〜20、厚さが0.3〜2.0mm、厚さ分布が±0.05mm以内であることが好ましい。
本発明によれば、ガラス保持部材の圧縮率、圧縮弾性率、硬度、厚さ、厚さ分布を上記の如く規定することにより、フロート法により製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。
本発明の前記ガラス保持部材は、前記ガラス保持部材は、シール材を介してガラス保持定盤に取り付けられており、該ガラス保持定盤が評価長さを30mmとしたときのうねり曲線の最大断面高さが20μm以下であることが好ましい。
本発明によれば、ガラス保持定盤のうねり曲線の最大断面高さを上記の如く規定することにより、ガラス板の非研磨面に存在するうねりをガラス保持部材によって良好に吸収できるので、フロート法により製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。
本発明の前記研磨具は、シール材を介して研磨具保持定盤に取り付けられており、該研磨具保持定盤が評価長さを30mmとしたときの断面曲線の最大断面高さが100μm以下であることが好ましい。
本発明によれば、研磨具保持定盤の断面曲線の最大断面高さを上記の如く規定することにより、研磨具の表面のうねりを抑えることができるので、フロート法により製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。
本発明の前記研磨具は前記ガラス板に対して一定の荷重で押圧されており、該荷重のばらつきが平均荷重の10%以下であることが好ましい。
本発明によれば、ガラス板に対する研磨具の荷重を上記の如く規定することにより、フロート法により製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。
本発明の前記研磨具は、ツルーイング砥石と該ツルーイング砥石を包囲するように配置された研磨能力のないフレームとが押し当てられて目立てされることが好ましい。
本発明によれば、所定の圧力によってツルーイング砥石、及びフレームを研磨具に押し付けて、研磨具の面をツルーイング砥石によって研削する。この際、前記圧力はツルーイング砥石の外周に位置するフレームに集中するが、フレームは研削能力を有していないため、フレームと接触する研磨具の一部の面は研削されない。すなわち、圧力が均一に与えられているツルーイング砥石のみによって研磨具の面が研削される。これにより、研磨具の面全体が平坦に研削されるので、ツルーイング砥石による目立てを改善できる。
本発明のガラス板の研磨方法によれば、フロート法によって製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として最適なガラス板に研磨することができる。
実施の形態の研磨具が適用された研磨装置の全体構造を示す斜視図 図1に示した研磨装置の側面図 従来のツルーイング砥石による研磨具の目立て方法を示した模式図 図3に示した目立て方法により目立てされた研磨具の平面図 実施の形態のツルーイング砥石による目立て方法を示した模式図 図5に示した目立て方法により目立てされた研磨具の平面図 ドレッシング用水ノズルによる研磨具の目直し方法を示した側面図
以下、添付図面に従って本発明に係るガラス板の研磨方法の好ましい実施の形態を詳説する。
図1は、実施の形態のガラス板の研磨方法が適用された研磨装置10の全体構成を示す斜視図である。図2は、図1に示した研磨装置10の側面図である。
これらの図に示す研磨装置10は、フロート法により製造されたガラス板Gであって、例えば厚さが0.7mm以下であり、1辺の長さが1000mm以上、ヤング率が65GPaのガラス板Gの表面(研磨面)を、研磨具を用いてFPD用ガラス基板に必要な平坦度に研磨する研磨装置である。すなわち、この研磨装置10は、3〜30mmのピッチで最大高さが0.3μmのうねりが存在するガラス板Gの研磨面を研磨して、そのうねりの最大高さを0.05μm以下に低減することにより、画像に歪みや色むらを与えないFPD用ガラス基板として最適なガラス板を製造する装置である。
なお、前記うねりの測定方法は、JIS B0031:’82とJIS B0601:’82に記載の方法である。また、前記うねりを0.05μm以下にするための研磨量は研磨具の硬度に応じて決定する。研磨具の硬度が高い程、研磨量は少なくともうねりを低減できる。
研磨装置10は、研磨ヘッド12と定盤14とから構成される。研磨ヘッド12は、ガラス板Gの非研磨面を保持するガラス保持部材16、ガラス保持部材16がシール材18を介して取り付けられたガラス保持定盤20、及びガラス保持定盤20が取り付けられたキャンバス22を備えている。キャンバス22には回転軸24が固定され、回転軸24がその軸芯Pを中心に回転されることにより、研磨ヘッド12が回転されるとともに、回転軸24が公転軸Pを中心に公転されることにより、研磨ヘッド12が公転される。
また、キャンバス22の空気室23には、中空の回転軸24を介して圧縮エアが供給され、この圧縮エアの圧力がガラス保持定盤20、シール材18、及びガラス保持部材16を介してガラス板Gに伝達される。
前記定盤14は、研磨具26、研磨具26がシール材28を介して取り付けられた研磨具保持定盤30を備えている。シール材28は、軟質で吸着保持性を高める樹脂製(例えばポリウレタン製)のシール材である。
したがって、実施の形態の研磨装置10は、前記圧縮エアの圧力によってガラス板Gの研磨面を研磨具26に押し付けるとともに、研磨ヘッド12を自転、公転させることにより、ガラス板Gの研磨面を研磨する。
研磨具26は、A硬度(ISO 7619に準ずる)が20以上、D硬度(ISO 7619に準ずる)が99以下、厚さが1.0〜2.5mm、厚さ分布が±0.05mm以内であることが好ましい。
研磨具26のA硬度が20未満であると、ガラス板Gのうねりを低減できず、D硬度が99を超えるとガラス板Gが割れ易くなる。また、研磨具26の厚さが1mm未満であると、研磨具26に溝加工ができない。特に大面積の研磨具26では溝加工ができないと砥粒分布が不均一となりガラス板Gの加工に問題が生じる。これに対して、研磨具26の厚さが2.5mmを超えると、研磨具26の変形代が大きくなりガラス板Gの加工品質が低下する。なお、研磨具26の厚さ分布は、溝加工部分を除く領域での最大厚み−最小厚みである。この厚さ分布が±0.3mmを超えると、圧力分布が大きくなりガラス板の加工品質が低下する。
このように研磨具26の硬度、厚さ、厚さ分布を上記の如く規定することにより、フロート法により製造されたガラス板Gを、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。
一方、本願発明者は鋭意検討した結果、うねりを0.05μm以下にするには研磨具26のA硬度を管理するだけでは不十分で、ガラス保持部材16の圧縮率、圧縮弾性率、A硬度、厚さ、及び分布を管理する必要があることを突き止めた。
例えば、ガラス保持部材16のA硬度が低過ぎると、ガラス保持部材16の耐久性が低下し、ガラス保持部材16を繰り返し使用することができない。また、ガラス保持部材16のA硬度が適度に低い場合には、ガラス板Gの非研磨面に存在するうねりを、ガラス保持部材16が吸収するので、ガラス板Gの研磨面に存在しているうねりを研磨具26によって良好に研磨できる。これに対して、ガラス保持部材16のA硬度が高過ぎると、ガラス板Gの非研磨面に存在するうねりをガラス保持部材16によって吸収できない状態で、ガラス板Gの研磨面を研磨具26によって研磨するので、ガラス板Gをガラス保持部材16から取り外した際に、ガラス板Gがスプリングバックを起こし、この結果、ガラス板Gの研磨面に0.05μmを超えるうねりが残る。
また、厚さ分布が±0.05mmより大きくなると、ガラス保持部材16のクッション性にガラス板Gの面内でムラが発生し、うねりが均一になくならないという問題が生じる。
圧縮率は初期のガラス板Gに追随するクッション性を表し、圧縮弾性率は繰り返し使用する場合の復元の程度を表するのに必要なパラメーターである。ガラス保持部材16は、発泡ポリウレタン製である。
上記問題を解消するため、ガラス保持部材16は、圧縮率(JIS L1021−6:’07付属書1に準ずる)が10〜70%、圧縮弾性率(JIS L1021−6:’07付属書1に準ずる、但し、初期荷重は100gf/cmとし、最終荷重は1120gf/cm)が70〜98、A硬度が2〜20、厚さが0.3〜2.0mm、厚さ分布が±0.05mm以内であることが好ましい。
また、ガラス保持部材16の管理は、ガラス板Gが薄くなると特に管理範囲を狭くする必要がある。例えば、板厚0.5mm以下のガラス板Gの場合のガラス保持部材16は、圧縮率が10〜70%、圧縮弾性率が70〜98、A硬度が2〜20、厚さが0.5〜1.5mm、厚さ分布が±0.05mm以内であることが好ましい。また、板厚0.3mm以下のガラス板Gの場合のガラス保持部材16は、圧縮率が10〜70%、圧縮弾性率が70〜98、A硬度が2〜20、厚さが0.7〜1.2mm、厚さ分布が±0.05mm以内であることが好ましい。
ガラス保持部材16の圧縮率、圧縮弾性率、A硬度、厚さ、厚さ分布を上記の如く規定することにより、フロート法により製造されたガラス板Gを、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。
また、ガラス保持部材16がシール材18を介して取り付けられるガラス保持定盤20の面については、評価長さを30mmとしたときのうねり曲線の最大断面高さが20μm以下であることが好ましい。
ガラス保持部材16を管理しても、ガラス保持定盤20のうねり曲線の最大断面高さが高過ぎる場合には、ガラス板Gの非研磨面に存在するうねりをガラス保持部材16によって良好に吸収できず、ガラス板Gの研磨面のうねりを0.05μm以下に研磨できないことが判明した。
ガラス保持定盤20のうねり曲線の最大断面高さを上記の如く規定することにより、ガラス板Gの非研磨面に存在するうねりをガラス保持部材16によって良好に吸収できるので、フロート法により製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。
研磨具26がシール材28を介して取り付けられる研磨具保持定盤30の面については、評価長さを30mmとしたときの断面曲線の最大断面高さが100μm以下であることが好ましい。
研磨具26を管理しても、研磨具保持定盤30の断面曲線の最大断面高さが高過ぎる場合には、研磨具26の表面に大きなうねりが発生し、ガラス板Gの研磨面のうねりを0.05μm以下に研磨できないことが判明した。
したがって、研磨具保持定盤30の断面曲線の最大断面高さを上記の如く規定することにより、研磨具26の表面のうねりを抑えることができるので、フロート法により製造されたガラス板を、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。
なお、うねり曲線の最大断面高さは、JIS B0601:’01に記載されている。うねり曲線の最大断面高さは、測定長30mm、λC=0.8mmの測定条件で株式会社東京精密製サーフコム「1400−D64」にて測定する。
更にまた、ガラス板Gの研磨面を、研磨具26に対して押圧する荷重のばらつきは、平均荷重の10%以下であることが好ましい。
ガラス板Gに対する研磨具26の荷重を上記の如く規定することにより、フロート法により製造されたガラス板Gを、FPD用ガラス基板として更に最適なガラス板に研磨することができる。なお、荷重分布の測定手段として、ニッタ株式会社製大面積圧力分布測定システムの「BIG−MAT」又は「HUGE−MAT」を用いることができる。
以上の如く、実施の形態の研磨装置10によれば、フロート法により製造されたガラス板Gであって、厚さが0.7以下であり、1辺の長さが1000mm以上、ヤング率が65GPa以上のガラス板Gを研磨対象とし、ガラス板Gの非研磨面をガラス保持部材16によって保持し、ガラス板Gの研磨面にある高さ0.3μm以下のうねりを研磨具26によって研磨することにより0.05μm以下に低減させてフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造する。これにより、画像に歪みや色むらを与えないFPD用ガラス基板として最適なガラス板Gを製造できる。
研磨仕様の一例を下記に示す。
研磨圧力:2kPa〜25kPa
研磨スラリ:酸化セリウム水溶液を研磨具保持定盤のスラリ供給孔から供給
研磨具:軟質ウレタン製スエード状で表面にスラリを流す溝有り(溝ピッチ4.5mm、溝幅1.5mm、溝深さ1〜1.5mm)
ガラス板の厚み:0.2mm〜0.7mm
ガラス板の形状:1辺が1000mmを超えた矩形状ガラス板
ガラス板の非研磨面:ガラス保持部材にて密着保持
以上が研磨仕様の一例である。
ところで、実施の形態の研磨装置10では、ガラス板Gの研磨レートを維持するために、研磨具26の面をダイヤモンド砥粒が含有されたツルーイング砥石によって定期的に研削し、目立てを実施している。
従来では、図3の模式図に示すようにガラス板Gと略同サイズで板状のツルーイング砥石40をガラス保持部材16に取り付ける。そして、図1に示したキャンバス22の空気室23に供給された圧縮エアのエア圧によって、図3のツルーイング砥石40を研磨具26に押し付けて、研磨具26の面を研削する。この際、ツルーイング砥石40は、ガラス板Gの研磨と同様に研磨ヘッド12の動作によって自転、公転しながら研磨具26の面を研削する。
従来のツルーイング砥石40による研削時において、前記エア圧はツルーイング砥石40のエッジ部分40Aに集中するという現象が生じる。このため、エッジ部分40Aと接触する研磨具26の一部の面26Aが他の面26Bよりも多めに研削されるので、研磨具26の面全体が平坦に研削されないという不具合があった。また、エッジ部分40Aと接触する前記一部の面26Aは、ツルーイング砥石40の自転、公転によって、図4の平面図に示すように研磨具26の面に環状に現れる。
このような不具合を防止するために、実施の形態の研磨装置10では、図5に示すように、ダイヤモンド砥粒を有さず研削能力のない矩形状のフレーム42を、図6の平面図に示すようにツルーイング砥石40を包囲するようにガラス保持部材16に取り付けている。そして、キャンバス22の空気室23に供給された圧縮エアのエア圧によってツルーイング砥石40、及びフレーム42を研磨具26に押し付けて、研磨具26の面をツルーイング砥石40によって研削する。
この際、前記エア圧はツルーイング砥石40の外周に位置するフレーム42に集中するが、フレーム42は研削能力を有していないため、フレーム42と接触する研磨具26の一部の面は研削されない。すなわち、エア圧が均一に与えられているツルーイング砥石40のみによって研磨具26の面が研削される。これにより、研磨具26の面全体が平坦に研削されるので、ツルーイング砥石40による目立てを改善できる。
なお、研磨具26のツルーイング時のみにフレーム42を用いるのではなく、ガラス板Gの研磨時においてもフレーム42を使用することが好ましい。これにより、ガラス板Gの研磨時にエア圧がガラス板Gのエッジに集中することを防止できるので、ガラス板Gのエッジの研削過多を防止できる。フレーム42の材質としては、ステンレス、鉄、アルミニウム、ポリエチレン、ポリウレタン等の研磨能力を有しない材質を例示できる。
また、実施の形態の研磨装置10では、ガラス板Gの研磨レートを維持するために、研磨具26の面を定期的に水洗浄することにより、研磨具26の面に付着している研磨液中の酸化セリウム等の残渣を除去する目直しを実施している。
従来の水洗浄装置は、研磨具26の上方に、噴射孔を下側に向けたドレッシング用水ノズルを配置している。この水ノズルの前記噴射孔から洗浄水を、研磨具26の面に対して直交する方向に噴射させるとともに、研磨具26及び水ノズルを相対的に水平方向に移動させて研磨具26の目直しを実施していた。
しかしながら、従来の洗浄装置では、研磨具26の面に付着している前記残渣を効率よく除去することができず、また、除去した残渣を研磨具26の系外に効率よく洗い流すことができないという不具合があった。
このような不具合を防止するために、実施の形態の研磨装置10では、図7の側面図に示すようにドレッシング用水ノズル44を傾斜させ、噴射孔46から噴射される洗浄水48の噴射角度θを鋭角に設定している。そして、水ノズル44と研磨具26を水平方向に相対的に往復移動させることで、研磨具26の面に付着している残渣を除去する。
これにより、研磨具26の面に付着している残渣は、傾斜して噴射された洗浄水48の圧力によって掘り起こされるため、効率よく除去される。また。除去した残渣は、傾斜して噴射されている洗浄水48によって研磨具26の系外に効率よく洗い流される。これにより、水ノズル166による目直しを改善できる。
なお、洗浄水48の噴射角度θは、残渣の掘り起こし効率、及び残渣の洗い流し効率の観点から10〜45度が好ましく、30度がより好ましい。また、洗浄水48が研磨具26に衝突した際の打力は、弱ければ残渣の除去効率が下がり、高ければ研磨具26が破損するおそれがあることから、5〜50kPaが好ましい。更に、研磨具26と水ノズル44の相対速度は、遅ければ研磨具26のドレッシング効率が下がり、速ければ残渣の除去効率が下がることから、3〜20m/minが好ましい。
G…ガラス板、10…研磨装置、12…研磨ヘッド、14…定盤、16…ガラス保持部材、18…シール材、20…ガラス保持定盤、22…キャンバス、23…空気室、24…回転軸、26…研磨具、28…シール材、30…研磨具保持定盤、40…ツルーイング砥石、42…フレーム、44…水ノズル、46…噴射孔、48…洗浄水

Claims (7)

  1. 溶融ガラスを溶融錫浴上に流し込むことにより製造されたガラス板であって、厚さが0.7mm以下であり、1辺の長さが1000mm以上、ヤング率が65GPa以上のガラス板を研磨対象のガラス板とし、
    前記ガラス板の非研磨面をガラス保持部材によって保持し、該ガラス板の研磨面にある高さ0.3μm以下のうねりを研磨具によって研磨することにより0.05μm以下に低減させてフラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造することを特徴とするガラス板の研磨方法。
  2. 前記研磨具は、A硬度が20以上、D硬度が99以下、厚さが1.0〜2.5mm、厚さ分布が±0.05mm以内である請求項1に記載のガラス板の研磨方法。
  3. 前記ガラス保持部材は、圧縮率が10〜70%、圧縮弾性率が70〜98、A硬度が2〜20、厚さが0.3〜2.0mm、厚さ分布が±0.05mm以内である請求項1、又は2に記載のガラス板の研磨方法。
  4. 前記ガラス保持部材は、シール材を介してガラス保持定盤に取り付けられており、該ガラス保持定盤が評価長さを30mmとしたときのうねり曲線の最大断面高さが20μm以下である請求項1〜3のいずれかに記載のガラス板の研磨方法。
  5. 前記研磨具は、シール材を介して研磨具保持定盤に取り付けられており、該研磨具保持定盤が評価長さを30mmとしたときの断面曲線の最大断面高さが100μm以下である請求項1〜4のいずれかに記載のガラス板の研磨方法。
  6. 前記研磨具は前記ガラス板に対して一定の荷重で押圧されており、該荷重のばらつきが平均荷重の10%以下である請求項1〜5のいずれかに記載のガラス板の研磨方法。
  7. 前記研磨具は、ツルーイング砥石と該ツルーイング砥石を包囲するように配置された研磨能力のないフレームとが押し当てられて目立てされる請求項1〜6のいずれかに記載のガラス板の研磨方法。
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