JP2001247321A

JP2001247321A - レーザー光によるガラス接合方法および装置

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Publication number: JP2001247321A
Application number: JP2000060039A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Yoshida; 茂夫吉田
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-11
Anticipated expiration: 2020-03-06
Also published as: JP4177945B2

Abstract

(57)【要約】【課題】歪の発生を排除して高精度な接合を可能にす
るとともに、短時間に接合力の高いガラス接合を実現す
ることのできるガラス接合方法及び装置を提供する。【解決手段】接合対象のガラス板６，７は、ガラスホ
ルダ５の座グリ穴に互いに密着して嵌め込まれる。レー
ザー照射装置２，３から照射されるレーザー光101，102
は、光軸を同一線上にし、ガラス板６，７の上下両側よ
りガラス板６，７の表面に焦点を合わせて照射される。
ガラス板６，７でなるガラス密着体を上下両側からレー
ザー光で加熱することにより、レーザー光の軸近傍のガ
ラスは蒸発し、ガラス板６，７には穴３０が形成され
る。次に、レーザー光101及び102の焦点をガラス板６，
７の表面からずらし、穴３０の壁面に照射することによ
り、該壁面のガラスを溶融させ、溶融したガラスを冷却
により固化し、ガラス板６，７を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２枚又はそれ以上
のガラス板を接合するガラス接合方法およびその接合装
置に関し、特に薄く成形加工された複数の石英ガラス板
を、レーザー光で溶着して接合するガラス接合方法およ
びその接合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザー光を用いて２つの金属部
品を接合する溶接技術はよく知られている。図６
（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれレーザー光を
用いた金属部品の溶接方法を概念的に示す断面図であ
る。図１０は、レーザー溶接で用いられるレーザー照射
装置の構成を示す図である。レーザー溶接では、レーザ
ー光を被加工部品の接合部位に照射し、該照射部位を加
熱溶融して接合する。図６（ａ）は、金属円筒８と金属
円筒８より小径の金属円筒９とを溶接する状態を示す。
金属円筒８と金属円筒９とを所望の接合位置関係にて密
着させて、レーザー光１１２を溶着ポイントに照射して
溶着する。この方法は、図６（ｂ）に示される同径の金
属円筒１０，１１を接合する場合においても同様であ
り、レーザー光１１３を接合部位に照射して溶着する。
図６（ｃ）は、金属板１２，１３を接合する状態を示
す。この場合においては、両金属板を所定の接合位置関
係にて重ね合わせ、レーザー光１１４を溶着ポイントに
照射して溶着する。

【０００３】ガラスの接合方法としては、例えば、ガラ
スのコップまたは花瓶に把手を接合する場合のように、
高温の炉にガラス材料を入れて軟化させ、他のガラスに
取り付けて整形した後に冷却するという手法が知られて
いる。

【０００４】またガラス板同士の接合方法としては、図
７に示されるように、ガラス板１４とガラス板１５との
間に接着剤１６を塗布することにより、両ガラスを接合
する方法が用いられている。その他の従来のガラス接合
方法としては、例えば特開平２−１２０２５９号公報
に、ガラス封止に際して用いられるガラス接合方法が提
案されている。この従来例においては、着色したガラス
透明体より成る光吸収剤を、接合しようとするガラス間
に介在させ、レーザー光を当該光吸収剤に照射し、該光
吸収剤を溶解させてガラスを接合する方法が採られてい
る。その光吸収剤としては、接合対象のガラスと略同じ
組成のガラス透明体に遷移金属イオンをドープすること
により着色したものが用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６を参照して説明し
たレーザー光による従来の金属溶接方法をガラスの溶接
方法に適用しようとすると、幾つかの課題を解決しなけ
ればならない。まず、ガラスはレーザー光による熱吸収
効率が低く、また熱伝導率も金属等に比較して格段に小
さいので、図８に示されるように、ガラス板１７の一方
の表面に対してレーザー光１１５を照射する場合に、該
レーザー光１１５によるガラス板１７に形成される溶け
込み部１７ａが小さく、このためにガラス板１７を溶着
部として他のガラスに接合しようとするとき、接合に必
要な十分な溶着部の深さが得られない。

【０００６】また、レーザー光１１５によるガラス板１
７の熱吸収量は、レーザー光１１５が照射されるガラス
板１７の表面の状態にも依存している。例えば、ガラス
板１７の表面が鏡面のように研磨されている場合にはレ
ーザー光の吸収量が極めて低く、表面が粗い状態または
汚れがある場合にはレーザー光を吸収し易い状態とな
る。従って、レーザー光１１５のパワーが同一であって
もガラス板１７の表面の状態が異なる場合には、例え
ば、一方は明確に穴が開けられるのに対して、もう一方
は単に表面が薄く溶融するだけの不完全な溶融状態とな
る。このように、レーザー光１１５によるガラス溶接に
おいては、ガラス板１７の表面における溶融度の制御が
困難である。

【０００７】図６（ｃ）に示される金属板１２，１３に
代えて、図９に示すようにガラス板３２，３３としたと
きには、レーザー光１１４の溶着ポイントに対する照射
により、当該溶着ポイントにおいてガラス板３２，３３
の溶着が可能になったとしても、ガラス板３２及びガラ
ス板３３には、それぞれ熱応力１１６および１１７が内
部応力として残留する。この内部応力に起因して、重ね
合わせ溶接したガラス板３３が図９に示す如くに歪が生
じ、精度の高いガラス板接合の実現が困難になる。

【０００８】なお、レーザー光を用いないガラス接合方
法においては、高温の炉を用いて接合する場合には、一
方のガラスの形状が軟化していて不定形であるために、
成形加工されたガラス板同士を固定する接合方法として
は適用不可能である。

【０００９】また、図７を参照して説明した接着剤によ
るガラス接合方法には、次の欠点がある。

【００１０】(1) 接着剤が硬化するのに時間がかかるの
で、硬化するまでの間、ガラス板相互の位置関係を保持
する治具などが必要となり、ガラスを大量に接合する際
には、その分の治具が必要となるために設備のコスト高
の要因となる。

【００１１】(2) 接着剤の耐熱温度がガラスに比較して
低いので、接合されたガラス構造のの耐熱温度を高くす
ることができない。

【００１２】(3) 接着剤の熱膨張係数がガラスと異なる
ので、温度条件によっては接合部位で剥離することがあ
る。

【００１３】(4) 接着剤の塗布厚を調整することが困難
であるから、複数の被接合ガラスを正確な位置関係で接
合することが難しい。

【００１４】更に、特開平２−１２０２５９号公報にお
いて提案されているガラス接合方法では、ガラス板を歪
みなく精度高く接合することが不可能であり、且つ光吸
収剤を必要とするという欠点がある。

【００１５】本発明の目的は、上記の課題を解決し、下
記の利点を有するレーザー光によるガラス接合方法およ
び装置を提供することにある。

【００１６】(１) 複数のガラス板を短時間に接合す
る。

【００１７】(２) 耐熱温度の高いガラス接合構造を得
る。

【００１８】(３)ガラス板が剥離し難いガラス接合構造
を得る。

【００１９】(４) 複数のガラス板を正確な位置関係で
接合できる。

【００２０】(５) 複数のガラス板を歪なく接合でき
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は次の手段によ
り、前述の課題を解決する。

【００２２】（１）接合対象の複数のガラスを密着して
重ね合わせることにより複数ガラス密着体を形成し、該
複数ガラス密着体にビーム状のレーザー光を照射し、該
ガラスの一部分を溶融し、溶融した該ガラスを固化させ
ることにより、該接合対象の複数のガラスを接合する方
法において、前記レーザー光は、光軸を共通にして互い
に反対方向から前記複数ガラス密着体に照射され、該複
数ガラス密着体の表面又はその近傍をそれぞれ焦点とす
る第１及び第２のレーザー光でなり、前記第１及び第２
のレーザー光を前記複数ガラス密着体に同時に照射する
ことにより、前記複数ガラス密着体に前記光軸方向の穴
を開ける穴開け工程を含むことを特徴とするガラス接合
方法。

【００２３】（２）前記第１及び第２のレーザー光のエ
ネルギー特性が互いに等しいことを特徴とする前記
（１）に記載のレーザー光によるガラス接合方法。

【００２４】（３）前記穴開け工程で開けられた穴の壁
をなすガラスの表面に前記第１及び第２のレーザー光を
同時に照射し、該表面及びその近傍を溶融する内壁溶融
工程を含み、前記内壁溶融工程において前記内壁の表面
に照射する第１及び第２のレーザー光のエネルギー密度
は、前記該穴開け工程において形成されつつある穴の側
面に照射される前記第１及び第２のレーザー光のエネル
ギー密度より低いことを特徴とする前記（１）又は
（２）に記載のガラス接合方法。

【００２５】（４）接合対象の複数のガラスを互いに密
着して重ね合わせ、該複数のガラスにおける溶着ポイン
トを1つの直線上に揃え、複数ガラス密着体を形成する
ように、該複数のガラスをガラス保持手段の所定位置に
それぞれ嵌める第１のステップと、第１及び第２のレー
ザー光をそれぞれ逆方向に出射する第１及び第２のレー
ザー照射手段の光軸を前記ガラス保持手段に嵌められた
複数ガラス密着体における前記1つの直線上に合わせる
第２のステップと、前記第１及び第２のレーザー光の焦
点を前記１つの直線と前記複数ガラス密着体の表面との
交点又はその近傍における該１つの直線上の点に合わせ
て、該第１及び第２のレーザー光を該複数ガラス密着体
に同時に照射し、該複数ガラス密着体に該１つの直線を
軸とする穴を形成する第３のステップと、前記第１及び
第２のレーザー光の焦点を前記第３のステップにおける
前記焦点からそれぞれずらせて、該第１及び第２のレー
ザー光を所定の規定時間にわたって、同時に照射し、前
記穴の内壁のガラスを溶融させる第４のステップと、前
記該第１及び第２のレーザー光の照射を停止して、前記
複数ガラス密着体を冷却させ、前記溶融ガラスを固化す
る第５のステップとを有することを特徴とするガラス接
合方法。

【００２６】（５）接合対象の複数のガラスを互いに密
着して重ね合わせ、該複数のガラスにおける溶着ポイン
トを1つの直線上に揃え、複数ガラス密着体を形成する
ように、該複数のガラスをガラス保持手段の所定位置に
それぞれ嵌める第１のステップと、第１及び第２のレー
ザー光をそれぞれ逆方向に出射する第１及び第２のレー
ザー照射手段の光軸を前記ガラス保持手段に嵌められた
複数ガラス密着体における前記1つの直線上に合わせる
第２のステップと、前記第１及び第２のレーザー光の焦
点を前記１つの直線と前記複数ガラス密着体の表面との
交点又はその近傍における該１つの直線上の点に合わせ
て、該第１及び第２のレーザー光を該複数ガラス密着体
に同時に照射し、該複数ガラス密着体に該１つの直線を
軸とする穴を形成する第３のステップと、前記第１及び
第２のレーザー光の出力のパワーを前記第３のステップ
における前記パワーより低減し、該第１及び第２のレー
ザー光を規定時間にわたって、同時に照射し、前記穴の
内壁のガラスを溶融させる第４のステップと、前記該第
１及び第２のレーザー光の照射を停止して、前記複数ガ
ラス密着体を冷却させ、前記溶融ガラスを固化する第５
のステップとを有することを特徴とするガラス接合方
法。

【００２７】（６）複数のガラスを密着して重ね合わせ
てなる複数ガラス密着体にレーザー光を照射し、該複数
ガラス密着体を接合するガラス接合装置において、光軸
を共通にし、互いに反対方向から前記複数ガラス密着体
に第１及び第２のレーザー光をそれぞれ照射する第１及
び第２のレーザー照射装置と、前記第１及び第２のレー
ザー照射装置による前記第１及び第２のレーザー光の焦
点並びにレーザー光のパワーを制御する接合制御手段
と、前記複数ガラス密着体を保持する手段と、前記保持
手段を搭載し、該保持手段の平面内位置を設定するＸ−
Ｙステージとを備え、前記接合制御手段は、前記Ｘ−Ｙ
ステージを制御し、前記複数ガラス密着体における接合
ポイントを前記光軸に合わせ、また、前記接合制御手段
は、前記第１及び第２のレーザー照射装置を制御し、第
１及び第２のレーザー光の焦点を前記複数ガラス密着体
の表面又はその近傍とし、該第１及び第２のレーザー光
を前記複数ガラス密着体に同時に照射させることによ
り、前記複数ガラス密着体に前記光軸方向の穴を開け、
該穴の壁をなすガラスの表面に前記第１及び第２のレー
ザー光を同時に照射させ、該表面及びその近傍を溶融
し、前記穴の内壁を溶融する際に該内壁の表面に照射す
る第１及び第２のレーザー光のエネルギー密度は、前記
穴を開ける際に該穴の側面に照射される前記第１及び第
２のレーザー光のエネルギー密度より低いことを特徴と
するガラス接合装置。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を挙げ、
本発明を一層詳しく説明する。

【００２９】図２は、本発明になるレーザー光によるガ
ラス接合装置の構成および配置関係を示す概念図であ
り、図３は図２のガラス接合装置のブロック図である。
図４は、図２のガラス接合装置に適用する本発明のガラ
ス接合方法を示す流れ図である。また、図１は、図２の
装置に図４の方法を適用して２枚のガラスを接合する手
順を示す図である。図１において、ガラス板６，７は厚
さ２ｍｍ程度の円盤状の石英ガラスであり、図にはガラ
ス板６，７の縦断面が現れているが、ガラス板６，７の
縦断面におけるハッチングは省いてある。図２では、接
合されるガラス板６，７のうちのガラス板６だけが描か
れており、図面の錯綜を避けるためにガラス板７は省略
されている。図１（ｂ）に示すように、接合されるガラ
ス板６，７はガラスホルダ５の座グリ穴に嵌められる。
ガラスホルダ５は、ガラス板６，７の被照射軸１０９を
互いに一致させ、かつ両者を密着させ、両者を安定に保
持する。ここで被照射軸１０９は、ガラス板６,７の中
心軸と一致している。なお、図１（ｂ）において、ガラ
ス板７の下側にある矩形の無地領域は空間である。

【００３０】図２のガラス接合装置は、接合制御部１
と、レーザー照射装置２，３と、X-Yステージ４と、ガ
ラスホルダ５とを備えて構成されている。レーザー照射
装置２および３として用いられるレーザー装置は、一般
に金属用のレーザー溶接機に使用されている既存のＣＯ
_２レーザー装置である。該レーザー照射装置には、レー
ザートリマやレーザーマーキング装置に用いられている
タイプのレーザー装置を、パワーを調節して転用しても
差し支えない。レーザー照射装置２及び３は全く同じ構
造及び機能を有し、出力のレーザー光１０１及び１０２
は互いに等しいエネルギー特性を有する。

【００３１】一般的にＣＯ_２レーザー装置は、図１０に
示されるように、ポンピング装置２０、完全反射鏡２
１、部分反射鏡２２、レーザー媒質２３、ミラー２４、
集束レンズ２５および集束レンズ可動手段２６によりな
る。完全反射鏡２１、部分反射鏡２２及びレーザー媒質
２３はレーザー共振器２７を構成している。集束レンズ
可動手段２６により集束レンズ２５を可動とすることに
より、レーザー光１２２の焦点１３０を所定位置に合わ
せることができる。従って、このレーザー装置を使用す
ることにより、被接合部品であるガラスの表面に焦点を
合わせて該ガラスに穴を開けたり、焦点をずらせて広範
囲に亘りガラスを加熱することが可能である。

【００３２】図２においては、レーザー照射装置２及び
３は、レーザー光１０１及び１０２をそれぞれ出射す
る。レーザー光１０１及び１０２は、光軸を同じくし、
互いに反対方向に進行する。レーザー照射装置２及び３
は、照射経路が同一線上にあるように、更にガラス板
６，７を密着してなるガラス密着体を互いに反対方向か
ら照射するように、相対向して配置されている。レーザ
ー照射装置２，３から出射されるレーザー光１０１及び
１０２の焦点の位置及びそのパワーは、図３に示される
ように、接合制御部１により出力されるレーザー光用制
御信号１０３及び１０５により制御される。

【００３３】ガラスホルダ５は、Ｘ−Ｙステージ４に固
定されて、その表面がレーザー光１０１及び１０２に直
交するように配置されている。X-Yステージ４は、モー
ターを動力とするスライダを２軸直交させて構成されて
おり、図３に示されるように、接合制御部１より出力さ
れるＸ−Ｙステージ用制御信号１０７により制御され
て、ガラスホルダ５を、図２に示されるようにＸ，Ｙの
両方向に２次元的に移動させることができる。

【００３４】また接合制御部１は、レーザー照射装置
２、３およびX-Yステージ４に対する制御／監視機能を
有しており、レーザー光用制御信号１０３および１０５
により、それぞれ対応するレーザー照射装置２および３
に対する電源のオンオフを含む各種制御を行う。更に、
接合制御部１は、Ｘ−Ｙステージ４に対してＸ−Ｙステ
ージ用制御信号１０７を送り、Ｘ−Ｙステージ４におけ
る２軸直交されたスライダを駆動するモーターを制御し
て、Ｘ−Ｙステージ４に設定されている接合対象のガラ
ス板６，７の溶着ポイントの位置を、レーザー光１０１
及び１０２の光軸に合致させる。これらの制御作用の実
施に伴ない、レーザー照射装置２、３およびX-Yステー
ジ４から送られてくる動作データ１０４、１０６及びＸ
−Ｙステージ動作信号１０８は接合制御部１へ帰還され
る。接合制御部１は、帰還された動作データ１０４、１
０６及びＸ−Ｙステージ動作信号１０８により、制御信
号を更に適切に設定し、レーザー照射装置２，３及びX-
Yステージ４を安定に制御する。

【００３５】次に、図４を参照し、図２の接合装置によ
るガラスの接合方法を詳しく説明する。図４は、その接
合方法の手順を示す流れ図である。また、図１（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、接合対象のガラ
ス板６および７を溶着する際の接合手順に対応して、レ
ーザー光１０１および１０２の照射状況の推移を示す図
である。図１の例では、ガラス板６及び７の被照射軸１
０９上に両ガラスの溶着ポイント１１０及び１１１があ
る。

【００３６】まずステップＳ11においては、図１（ａ）
のガラス板７とガラス板６を、図１（ｂ）の断面図に示
されるように、ガラスホルダ５の上面から、ガラスホル
ダ５における座グリ穴に順に嵌める。図１（ｃ）は、図
１（ｂ）の被照射軸１０９近傍を拡大して示す図であ
る。ガラス板７は下側の座グリ穴に嵌められ、ガラス板
６は上側の座グリ穴に嵌められる。ガラスホルダ５は、
座グリ穴の内周面がガラス板６とガラス板７の外周に密
着し、ガラス板６とガラス板７とが密着するように形成
してある。そこで、ガラスホルダ５に嵌められたガラス
板６とガラス板７とは、共通の被照射軸１０９に一致さ
せ、従って溶着ポイント１１０および１１１を被照射軸
１０９に合わせ、互いに密着して重ね合わされる。ガラ
スホルダ５に嵌められたガラス板６とガラス板７とは、
前述の複数ガラス密着体に相当する。

【００３７】次に、ステップＳ12において、X-Yステー
ジ4により、ガラスホルダ５に対して２次元の移動制御
を行い、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示される溶着ポ
イント１１０及び１１１をレーザー照射装置２および３
の各レーザー光１０１及び１０２の光軸に一致させる。
ここで、ガラス板６，７の被照射軸１０９がレーザー光
１０１及び１０２の光軸である。

【００３８】次いでステップＳ13においては、図１
（ｄ）に示されるように、レーザー光１０１および１０
２の焦点を調整して、該焦点をガラス板６および７の溶
着ポイント１１０及び１１１に合わせ、相対向するレー
ザー光１０１，１０２を同時に照射し、ガラス板６及び
７に穴３０を開ける。このとき、レーザー光１０１およ
び１０２が、相対向して同時に照射されるので、穴３０
はガラス板６，７の境界部分に関し対称な形となる。レ
ーザー光１０１，１０２のパワーが８watt、ガラス板
６、７の厚みが０.５mmであるとき、レーザー光１０
１，１０２は５秒で穴３０を完成させることができる。
このとき、穴３０の入口開口における径は０.４mmであ
った。なお、レーザー照射装置２，３のレーザー光出射
端からガラス板６，７へ至るまでの距離は２０５mmであ
った。

【００３９】ステップＳ１４においては、図１（ｅ）に
示されるように、レーザー照射装置２および３の相対向
するレーザー光１０１および１０２の焦点を、ステップ
Ｓ13において開けられた穴３０を覆うように、各溶着ポ
イント１１０及び１１１よりずらせ、規定時間の間、ガ
ラス板６及び７に対して両レーザー光により同時に照射
を行い、該穴３０の内壁を溶融し、溶融部４０を形成す
る。このステップＳ１４においてレーザー光１０１，１
０２の焦点を溶着ポイント１１０及び１１１からずらす
のは、穴３０の内壁をなすガラスを溶融し、且つ、これ
らのガラスに蒸発しない程度のエネルギーを与えるため
である。レーザー照射装置２，３のパワーがステップＳ
１３で８wattであるときには、ステップＳ１４では焦点
を溶着ポイント１１０及び１１１からずらすのである
が、焦点をずらしたときには、溶着ポイント１１０，１
１１におけるパワーは、６〜７wattとする。このとき、
穴３０の内壁は、１０〜１５秒のレーザー光照射で溶着
に好ましい程度に溶融する。したがって、ステップＳ１
４におけるレーザー光１０１，１０２により穴３０の壁
面に与えられるエネルギーは、ステップＳ１３における
レーザー光１０１，１０２により穴３０の壁面に与えら
れるエネルギーより小さい。

【００４０】次いで、ステップＳ15において、前記規定
時間の経過後に両レーザー光の照射を停止し、穴３０の
壁面における溶融部４０を冷却し、固化することによ
り、ガラス板６とガラス板７とを接合する。溶融部４０
の厚みは0.1ｍｍ程度であり、極く薄い。しかし、この
程度の厚みでもって接合されたガラス板６とガラス板７
は、ガラス板６，７に加わる力が小さいときは、十分に
接合の目的を果たす。

【００４１】上述の方法でガラス板６，７を接合すると
き、相対向する２つのレーザー光の焦点位置を調整し
て、ガラス板６，７に対する照射を制御することによ
り、ガラス板６及び７に加えられる熱エネルギーはガラ
ス板６，７の接合面に関し対称であり、該接合面と被照
射軸１０９との交点に関しても対称であるから、ガラス
板６，７に生じる内部応力は該交点に関し相互に釣り合
っている。したがって、上述の方法で接合されたガラス
板６，７には、ガラス板６，７の冷却後に歪を生じさせ
る内部応力は残留しない。また、上記の溶着を、他の溶
着ポイントに対してそれぞれ繰り返して行うことによ
り、接合されたガラス構造における固着力は更に増大す
る。

【００４２】上述の方法では、上述のように複数のガラ
ス板を歪なく接合できるばかりではなく、接着剤で接着
するのではないから、接着剤を乾燥させる工程を要せ
ず、複数のガラス板を短時間に接合できる。また、接着
剤を用いないから、耐熱温度が高く、ガラス板が剥離
し難いガラス接合構造が得られる。また、ガラスホルダ
５でガラス板６，７の位置合わせをするから、複数の
ガラス板を正確な位置関係で接合できる。

【００４３】また、穴開け工程では、レーザー光１０
１，１０２による溶け込み部の深さを考慮することな
く、ガラスを蒸発させ、穴３０を形成すれば足り、穴の
深さの制御も不要である。したがって、穴開け工程では
ガラス表面の状態により穴３０の形成時間に差があった
としても、接合の品質に影響はない。また、内壁溶融工
程では、レーザー光１０１，１０２は穴３０の表面に作
用し、該表面のガラスを溶融させるのであるが、穴３０
は穴開あけ工程で形成したばかりであり、その表面には
汚れはなく、その光吸収率は一定であるから、安定した
時間で適切な深さまでガラスを溶融させることができ
る。従って、本実施の形態による方法及び装置によるガ
ラスの接合は、制御性よく行うことができる。

【００４４】図５は、図２に示したガラス接合装置に適
用するガラス接合方法の別の例を示す流れ図である。図
５の方法は、図４におけるステップ１４をステップ２４
に変更した方法であり、ステップ１１乃至１３及びステ
ップ１５は図４におけるステップと同じである。

【００４５】図４に示されるステップＳ14においては、
レーザー照射装置２および３の相対向するレーザー光１
０１および１０２の焦点を、溶着ポイント１１０および
１１１の位置よりずらして、規定時間の間、ガラス板６
および７に対する両レーザー光の同時照射を行うものと
しているが、このように各レーザー光の焦点をずらして
照射する目的は、前述したように、被接合ガラスが溶融
し、且つ蒸発しない程度の抑制されたエネルギーを与え
るためである。従って、代替手段としてはレーザー光の
焦点をずらすことなく、レーザー光自体の照射パワーを
所定レベルに低減することによっても同様の対応処置を
採ることができる。即ち、図５のガラス接合手順におい
ては、当該代替手段として、ステップＳ２４において、
レーザー光１０１及び１０２の照射パワーを低減する手
法が適用されている。従って、図５の方法では、接合制
御部１より出力されるレーザー光用制御信号１０３およ
び１０５により制御されて、レーザー照射装置２および
３のレーザー光１０１および１０２の照射パワーが、所
定レベルに抑制される。図５の方法でも、図４の方法と
同様に、ステップＳ２４におけるレーザー光１０１，１
０２により穴３０の壁面に与えられるエネルギーは、ス
テップＳ１３おけるレーザー光１０１，１０２により穴
３０の壁面に与えられるエネルギーより小さい。

【００４６】以上に挙げた本発明の実施の形態では、接
合するガラス板は２枚であった。しかし、本発明による
装置及び方法によれば、３枚又はそれ以上の枚数のガラ
スを密着して重ね、穴開け工程および内壁溶融工程を同
様に行うことにより、接合でき、２枚を接合するときと
同様な効果を得ることができる。図１の如く２枚のガラ
ス板を接合するときには穴３０は貫通穴となるが、３枚
のガラス板を接合するときには、ステップＳ１３で開け
る穴は貫通穴である必要はない。３枚のガラス板を上下
に重ねて接合するとき、上側と下側から穴を開け、それ
ぞれの穴の底が中間のガラス板にまで至っておれば、ガ
ラス板の各接合面が穴に臨むことになり、各穴に溶融部
を形成することにより、３枚のガラス板を一体に接合で
きる。

【００４７】なお、以上に実施の形態を挙げ、本発明を
具体的に説明したが、本発明がこの実施の形態に限定さ
れるものでないことは勿論である。以上の実施の形態で
は、ガラス板６,７の厚さがともに０.５ｍｍであった。
しかし、本発明の方法によれば、両ガラス板の厚みが相
違しても、両ガラス板を歪みなく接合できる。例えば、
ガラス板６が１６ｍｍφ、０．５ｍｍ厚、ガラス７板が
φ２ｍｍ、２ｍｍ厚であるとき、ガラス板６，７を接合
した接合ガラス構造においてガラス板６，７が歪むこと
なく、その接合ガラス構造を加速度計の可動電極の部材
とし、その加速度計を機器に搭載したとき、ガラス板
６,７が剥がれたりすることはない。

【００４８】上述の実施の形態では、レーザー照射装置
２及び３は全く同じ構造および機能を有し、出力のレー
ザー光１０１及び１０２は互いに等しいエネルギー特性
を有するとしたが、レーザー光１０１及び１０２のエネ
ルギー特性は必ずしも同じではなくても本発明は実施で
きる。少なくともガラスの接合面に至る深さの穴をレー
ザー光でガラス板に形成する本発明の方法では、ガラス
板の縁にレーザー光を照射する従来のガラス接合方法に
比べて、ガラスに曲げ応力を生じ難い。従って、互いに
対向して照射するレーザー光のエネルギー特性が相違し
たとしても、ガラス板を熱応力で曲げてしまうおそれは
比較的少ないのである。

【００４９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、複数のガラス板を短時間に接合でき、耐熱温度が高
く、ガラス板が剥離し難いガラス接合構造を生成でき、
複数のガラス板を正確な位置関係で歪なく接合できる
ガラスの接合方法及び装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガラスホルダ５に嵌められたガラスに対する溶
着手順を示す溶着ポイント近傍の部分断面図である。

【図２】本発明になるレーザー光によるガラス接合装置
を概念的に示す図である。

【図３】図２の実施の形態の装置における構成を示すブ
ロック図である。

【図４】本発明になるガラス接合方法の一例であって、
図２の装置に適用する方法における処理の手順を示す流
れ図である。

【図５】本発明になるガラス接合方法の別の例であっ
て、図２の装置に適用する方法における処理の手順を示
す流れ図である。

【図６】レーザー光による金属の接合方法を例示する概
念図である。

【図７】接着剤によるガラス接合構造を示す断面図であ
る。

【図８】レーザー光をガラス板に照射したときに該ガラ
スの表面部に形成される溶け込み部の例を示す断面図で
ある。

【図９】レーザー光により従来の方法で２枚のガラス板
を接合するときにガラスに歪が生じる様子を概念的に示
す断面図である。

【図１０】ＣＯ_２レーザー装置の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１接合制御部２，３レーザー照射装置４ X-Yステージ５ガラスホルダ６，７，１４，１５，１７，３２，３３ガラス板８，９，１０，１１金属円筒１２，１３金属板１６接着剤１７ａ溶け込み部２０ポンピング装置２１完全反射鏡２２部分反射鏡２３レーザー媒質２４ミラー２５集束レンズ２６集束レンズ可動手段２７レーザー共振器３０穴４０溶融部１３０焦点１０１，１０２，１１２，１１３，１１４，１１５，１
２２レーザー光１０３，１０５レーザー光用制御信号１０４，１０６動作データ１０７Ｘ−Ｙステージ用制御信号１０８Ｘ−Ｙステージ動作信号１０９被照射軸１１０，１１１溶着ポイント１１６，１１７熱応力１１８溶接ポイント１２０電気エネルギー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接合対象の複数のガラスを密着して重ね合
わせることにより複数ガラス密着体を形成し、該複数ガ
ラス密着体にビーム状のレーザー光を照射し、該ガラス
の一部分を溶融し、溶融した該ガラスを固化させること
により、該接合対象の複数のガラスを接合する方法にお
いて、前記レーザー光は、光軸を共通にして互いに反対方向か
ら前記複数ガラス密着体に照射され、該複数ガラス密着
体の表面又はその近傍をそれぞれ焦点とする第１及び第
２のレーザー光でなり、前記第１及び第２のレーザー光を前記複数ガラス密着体
に同時に照射することにより、前記複数ガラス密着体に
前記光軸方向の穴を開ける穴開け工程を含むことを特徴
とするガラス接合方法。
【請求項２】前記第１及び第２のレーザー光のエネルギ
ー特性が互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載
のレーザー光によるガラス接合方法。
【請求項３】前記穴開け工程で開けられた穴の壁をなす
ガラスの表面に前記第１及び第２のレーザー光を同時に
照射し、該表面及びその近傍を溶融する内壁溶融工程を
含み、前記内壁溶融工程において前記内壁の表面に照射する第
１及び第２のレーザー光のエネルギー密度は、前記該穴
開け工程において形成されつつある穴の側面に照射され
る前記第１及び第２のレーザー光のエネルギー密度より
低いことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス接
合方法。
【請求項４】接合対象の複数のガラスを互いに密着して
重ね合わせ、該複数のガラスにおける溶着ポイントを1
つの直線上に揃え、複数ガラス密着体を形成するよう
に、該複数のガラスをガラス保持手段の所定位置にそれ
ぞれ嵌める第１のステップと、第１及び第２のレーザー
光をそれぞれ逆方向に出射する第１及び第２のレーザー
照射手段の光軸を前記ガラス保持手段に嵌められた複数
ガラス密着体における前記1つの直線上に合わせる第２
のステップと、前記第１及び第２のレーザー光の焦点を前記１つの直線
と前記複数ガラス密着体の表面との交点又はその近傍に
おける該１つの直線上の点に合わせて、該第１及び第２
のレーザー光を該複数ガラス密着体に同時に照射し、該
複数ガラス密着体に該１つの直線を軸とする穴を形成す
る第３のステップと、前記第１及び第２のレーザー光の焦点を前記第３のステ
ップにおける前記焦点からそれぞれずらして、該第１及
び第２のレーザー光を所定の規定時間にわたって、同時
に照射し、前記穴の内壁のガラスを溶融させる第４のス
テップと、前記該第１及び第２のレーザー光の照射を停止して、前
記複数ガラス密着体を冷却させ、前記溶融ガラスを固化
する第５のステップとを有することを特徴とするガラス
接合方法。
【請求項５】接合対象の複数のガラスを互いに密着して
重ね合わせ、該複数のガラスにおける溶着ポイントを1
つの直線上に揃え、複数ガラス密着体を形成するよう
に、該複数のガラスをガラス保持手段の所定位置にそれ
ぞれ嵌める第１のステップと、第１及び第２のレーザー光をそれぞれ逆方向に出射する
第１及び第２のレーザー照射手段の光軸を前記ガラス保
持手段に嵌められた複数ガラス密着体における前記1つ
の直線上に合わせる第２のステップと、前記第１及び第２のレーザー光の焦点を前記１つの直線
と前記複数ガラス密着体の表面との交点又はその近傍に
おける該１つの直線上の点に合わせて、該第１及び第２
のレーザー光を該複数ガラス密着体に同時に照射し、該
複数ガラス密着体に該１つの直線を軸とする穴を形成す
る第３のステップと、前記第１及び第２のレーザー光の出力のパワーを前記第
３のステップにおける前記パワーより低減し、該第１及
び第２のレーザー光を規定時間にわたって、同時に照射
し、前記穴の内壁のガラスを溶融させる第４のステップ
と、前記該第１及び第２のレーザー光の照射を停止して、前
記複数ガラス密着体を冷却させ、前記溶融ガラスを固化
する第５のステップとを有することを特徴とするガラス
接合方法。
【請求項６】複数のガラスを密着して重ね合わせてなる
複数ガラス密着体にレーザー光を照射し、該複数ガラス
密着体を接合するガラス接合装置において、光軸を共通にし、互いに反対方向から前記複数ガラス密
着体に第１及び第２のレーザー光をそれぞれ照射する第
１及び第２のレーザー照射装置と、前記第１及び第２のレーザー照射装置による前記第１及
び第２のレーザー光の焦点並びにレーザー光のパワーを
制御する接合制御手段と、前記複数ガラス密着体を保持する手段と、前記保持手段を搭載し、該保持手段の平面内位置を設定
するＸ−Ｙステージとを備え、前記接合制御手段は、前記Ｘ−Ｙステージを制御し、前
記複数ガラス密着体における接合ポイントを前記光軸に
合わせ、また、前記接合制御手段は、前記第１及び第２のレーザ
ー照射装置を制御し、第１及び第２のレーザー光の焦点
を前記複数ガラス密着体の表面又はその近傍とし、該第
１及び第２のレーザー光を前記複数ガラス密着体に同時
に照射させることにより、前記複数ガラス密着体に前記
光軸方向の穴を開け、該穴の壁をなすガラスの表面に前
記第１及び第２のレーザー光を同時に照射させ、該表面
及びその近傍を溶融し、前記穴の内壁を溶融する際に該内壁の表面に照射する第
１及び第２のレーザー光のエネルギー密度は、前記穴を
開ける際に該穴の側面に照射される前記第１及び第２の
レーザー光のエネルギー密度より低いことを特徴とする
ガラス接合装置。