JP2004026585A

JP2004026585A - 板ガラスの接合方法および矩形ガラス枠の製造方法

Info

Publication number: JP2004026585A
Application number: JP2002186570A
Authority: JP
Inventors: Gennai Yanagisawa; 柳沢　源内; Reijiro Furuse; 古瀬　令次郎
Original assignee: Engineering System Co Ltd
Current assignee: Engineering System Co Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】パネルディスプレイ用の矩形ガラス枠の接合を平面度および気密性を保持した状態で行うことのできる矩形ガラス枠の製造方法を提案すること。
【解決手段】矩形ガラス枠の製造方法では、板ガラスの接合部分６の裏面および表面側から、それぞれ第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を同軸状態に照射し、各レーザ光の照射位置を接合部分６の出隅側から入り隅側に向けて同一の速度で移動させることにより、当該接合部分を加熱軟化させて接合する。第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２の出力、移動速度、および焦点位置を、接合対象の板ガラスの特性に応じて調整することにより、平面度、気密性を保った状態で接合部分６を加熱軟化させて接合できる。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数枚の板ガラスを接合するための板ガラスの接合方法に関するものである。また、本発明は、当該接合方法を利用して４枚の板ガラスを矩形枠状に接合することにより、プラズマディスプレイなどのパネルディスプレイ用のガラスパネルを保持するための矩形ガラス枠を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイでは２枚のガラスを高真空状態で対向配置し、これらの外周部分を矩形ガラス枠によって保持するようにしている。この矩形ガラス枠は、気密性や平面度を必要とされるため、一枚のガラスパネルの中心を矩形にくり抜くことにより製造されている。しかしながら、一枚のガラスパネルから矩形ガラス枠を切り出す方法では、中心部分の材料が無駄になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる材料の無駄を無くすためには、矩形ガラス枠を４枚の板ガラスを相互に接合（溶接）することにより構成すればよい。板ガラスの接合法としては、赤外線やレーザをガラス接合部分に照射して板ガラスを相互に接合することが考えられる。しかしながら、単に、光線を板ガラスの接合部分に照射しただけでは、気密性および平面度を保ちつつ、板ガラスを接合することができない。また、気密性および平面度を保ちつつ、レーザ光などを用いて板ガラスを接合する方法については何ら提案されていないのが現状である。
【０００４】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、接合部分の平面度および気密性を保持した状態で板ガラスを接合可能な板ガラスの接合方法を提案することにある。
【０００５】
また、本発明の課題は、平面度および気密性を保持した状態で４枚の板ガラスを相互に接合して、パネルディスプレイ用の矩形ガラス枠を製造可能な矩形ガラス枠の製造方法を提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の板ガラスの接合方法は、
複数の板ガラスを重ね合せ、
前記板ガラスの接合部分に複数のレーザ光を照射し、それらの照射位置を当該接合部分に沿って相対移動させ、当該接合部分を少なくとも歪み点温度以上となるように加熱して軟化させることにより、
前記接合部分を融着することを特徴としている。
【０００７】
ここで、前記レーザ光として、少なくとも、前記接合部分を予熱するための第１のレーザ光と、予熱された前記接合部分を少なくとも歪み点温度まで加熱するための第２のレーザ光を用いることが望ましい。また、融着後の前記接合部分を徐冷するための第３のレーザ光を用いることもできる。
【０００８】
次に、前記レーザ光のそれぞれを前記接合部分の同一位置に異なる方向から照射し、これらの照射位置を同一速度で移動することが望ましい。
【０００９】
また、前記レーザ光の照射位置の移動速度、各レーザ光の出力、および各レーザ光の焦点位置のうちの少なくとも一つを、接合対象の板ガラスに応じて調整することが望ましい。
【００１０】
本発明の方法を板ガラスの突き合わせ部分の接合に適用する場合には、前記板ガラスの接合面を相互に突き合わせ、当該接合面を含む前記接合部分に、前記板ガラスの表面側および裏面側から、同軸状態で前記レーザ光を照射すればよい。また、接合面を相互の所定の力で押付けた状態でレーザ光を照射することが望ましい。
【００１１】
一方、本発明は、４枚の板ガラスを相互に接合して矩形ガラス枠を製造する矩形ガラス枠の製造方法であって、
前記４枚の板ガラスを、それらの接合面を相互に突き合わせて矩形ガラス枠を形成した状態に配置し、
前記矩形ガラス枠の四隅における各接合面を相互に加圧しながら、当該接合面を含む接合部分に複数本のレーザ光を照射し、それらの照射位置を当該接合部分に沿って移動させて、当該接合部分を歪み点温度以上に加熱して軟化させることにより、
前記接合部分を融着することを特徴としている。
【００１２】
ここで、前記レーザ光として、少なくとも、前記接合部分を予熱するための第１のレーザ光と、予熱された前記接合部分を歪み点温度まで加熱するための第２のレーザ光を用いることが望ましい。
【００１３】
また、前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光を、前記接合部分を挟んで表裏から同軸状態で当該接合部分に照射することが望ましい。
【００１４】
さらに、前記レーザ光として、融着後の前記接合部分を徐冷するための第３のレーザ光を用いることもできる。
【００１５】
一方、前記レーザ光の照射位置を、前記接合部分に沿って前記矩形ガラス枠の出隅側から入り隅側に向けて移動することが望ましい。
【００１６】
また、前記レーザ光の照射位置の移動速度、各レーザ光の出力、および各レーザ光の焦点位置のうちの少なくとも一つを、接合対象の板ガラスに応じて調整することが望ましい。
【００１７】
さらに、前記レーザ光の照射に先立って、各接合面を研磨しておくことが望ましい。
【００１８】
さらにまた、前記矩形ガラス枠における４つの出隅部分に面取りが形成された状態となるように、各板ガラスの両端の角を面取りしておくことが望ましい。
【００１９】
本発明の方法は、プラズマディスプレイなどのパネルディスプレイ用の矩形ガラス枠の製造に用いるのに適している。
【００２０】
本発明では、板ガラスの接合部分に複数のレーザ光を照射し、板ガラスを相互に融着するようにしている。複数のレーザ光を用いることにより、接合部分の表面部分および内部を大幅な温度差を伴うことなく加熱して軟化させることができる。また、局部的な過熱によるガラスの黒化、ダレ、変形も防止できる。よって、板ガラスの特性に応じてレーザの出力、照射位置の移動速度、および焦点位置を調整することにより、板ガラスの接合部分における平面度、気密性を保ちつつ、しかも透明性を保ちつつ、接合を行うことができる。
【００２１】
従って、本発明の方法を用いてパネルディスプレイ用の矩形ガラス枠を製造すれば、一枚のガラスパネルの中心をくり貫くことなく、矩形ガラス枠を製造できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した矩形ガラス枠の製造方法の実施例を説明する。
【００２３】
（矩形ガラス枠）
本例の製造方法の説明に先立って、製造後の矩形ガラス枠を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本例の方法によって接合された矩形ガラス枠を示す斜視図およびその接合部分を示す拡大斜視図である。この図に示すように、本例の矩形ガラス枠１は、同一形状および厚さの４枚の板ガラス２、３、４、５を融着することにより構成されている。各板ガラス２〜５は、長さが１００ｍｍ程度、幅が約２ｍｍ程度、厚さが約１ｍｍ程度である。また、その歪み点は６００ないし６５０℃、徐冷点は６５０ないし７００℃、ガラス転移点は６００ないし６５０℃、軟化点は８００ないし８５０℃の高融点ガラス（高歪み点ガラス）と呼ばれるものを用いている。これらの板ガラスの両端は４５度傾斜した傾斜端面２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂとなっており、これらが接合面とされている。これらの接合面２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂは、平坦に研磨仕上げされており、矩形ガラス枠１の外周側の端部２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄ、５ｃ、５ｄは、面取りされている。
【００２４】
これら板ガラス２ないし５を矩形に組むことにより構成した未接合状態の矩形ガラス枠の四隅における各接合部分６、７、８、９を融着することにより、矩形ガラス枠１が得られる。また、各接合部分６、７、８、９における外周側の端部は、図１（ｂ）に接合部分６を代表として示すように、各接合面における端部２ｃ、２ｄ、３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄ、５ｃ、５ｄによって、角が面取りされた形状となっている。
【００２５】
（接合方法）
次に、本例の矩形ガラス枠の製造方法、特に矩形ガラス枠を構成している板ガラスの接合方法を説明する。図２は本例の矩形ガラス枠１の接合方法を示す説明図であり、接合部分６の接合方法を示してある。この接合部分６と同様の方法で、他の接合部分７、８、９も接合されるので、接合部分７、８、９の接合についての説明は省略する。
【００２６】
まず、板ガラス２、３の接合面２ｂ、３ａを相互に突き合わした状態に配置する。
【００２７】
次に、図２に示す矢印Ａ、Ｂの方向から板ガラス２、３をそれぞれ押し付けて、未融着状態の接合面２ｂ、３ａを相互に加圧する。これらの接合面２ｂ、３ａを含む接合部分６に対して、裏面側から第１のレーザ光Ｌ１を照射し、表面側から第２のレーザ光Ｌ２を同軸状態で照射する。
【００２８】
第１のレーザ光Ｌ１は、接合部分６の下方に配置した第１のレーザ光源１１から出射され、第１の集光レンズ１２を介して接合部分６の裏面に所定の大きさの光スポット１３を形成する。この第１のレーザ光Ｌ１は接合部分６を予熱するためのものである。第２のレーザ光Ｌ２は、接合部分６の上方に配置した第２のレーザ光源２１から出射され、第２の集光レンズ２２を介して接合部分６の表面に所定の大きさの光スポット２３を形成する。この第２のレーザ光Ｌ２は、予熱された接合部分６をさらに軟化点温度以上まで加熱するためのものである。
【００２９】
これらの光スポット１３、２３の形成位置を接合部分６に沿って、矩形ガラス枠１における外周側から内周側（矢印Ｃで示す方向）に同一速度で移動させる。
【００３０】
光スポット１３、２３の移動は、第１および第２のレーザ光源１１、１２を含む光学系の全体を移動させてもよいし、ポリゴンミラーなどの走査素子を用いてレーザビームを走査してもよい。あるいは、矩形ガラス枠１の側を移動させてもよい。さらには、双方を移動させることも可能である。
【００３１】
ここで、光スポット１３、２３の移動は、各光学系を移動させるための各移動機構１０１、１０２を制御装置１００により制御される。また、各レーザ光の出力も、制御装置１００により制御される。さらに、光スポット径、すなわち各レーザ光の収束状況も、集光レンズを光軸方向に移動するフォーカシング機構１０３、１０４を介して制御装置１００によって制御される。
【００３２】
図３は第１および第２のレーザ光の照射状態を示す説明図である。この図を参照して説明すると、第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２は、接合部分６を挟んで接合部分の表面および裏面に対して垂直な方向から、それぞれの光軸が同軸状態になるようにして照射される。
【００３３】
また、第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２が接合部分６の裏面および表面に焦点を結ばないように調整されている。本例では、第１のレーザ光Ｌ１の焦点位置１４を接合部分６の裏面の手前側としてある。逆に、第２のレーザ光Ｌ２の焦点位置２４を接合部分６の表面よりも前方に位置するようにしてある。従って、光スポット１３、２３は焦点位置における場合よりも大きな径のスポットであり、接合部分６を局所加熱することなく、均一加熱することができる。
【００３４】
これに加えて、本例では、接合部分６の予熱用の第１のレーザ光Ｌ１の出力を第２のレーザ光Ｌ２に比べると出力を小さく設定してある。
【００３５】
このように、第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を用いると、単一のレーザ光を用いるよりも、接合部分６の加熱条件を最適に設定できる。すなわち、単一のレーザ光を用いた場合、接合部分６を片面から加熱するので、板ガラスの厚さ方向の加熱が不均一になり、反対側の部分を接合可能な状態にするためにはレーザ照射側の面が過剰加熱状態に陥ってしまう。過熱状態になり、軟化点温度を大幅に上回る温度状態になると、当該部分に金属成分が析出して黒化するなどの弊害が発生する。また、ガラスにだれや変形が発生するので、平面度および気密性を保持したままでの接合状態を形成できないという弊害が発生する。
【００３６】
本例では、出力の異なるレーザ光Ｌ１、Ｌ２を接合部分６の両側から同軸状態に照射し、各レーザ光をわずかに焦点ぼけした状態で接合部分６に照射させている。従って、接合部分を全体的に均一に接合に適した温度状態に加熱することができる。よって、接合部分の透明度を保ちつつ、また、その平面度および気密性を保ちつつ、当該接合部分を加熱軟化させて融着することができる。
【００３７】
さらに、制御装置１００によって、各レーザ光の出力、移動速度および焦点位置を調整可能となっている。よって、接合対象の板ガラスに応じて、これらを調整することにより、適切な状態で板ガラスを接合することができる。
【００３８】
次に、本例では、矩形ガラス枠１の外周側の端部を面取りしてある。この面取りは、接合の際に接合部分６の平面度を保つためのものである。詳しく説明すると、図４（ａ）に示すように、端部２ｄ、３ｃを面取りしない状態で、接合部分６に第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射して溶接すると、図４（ｂ）に示すように、端部２ｄ、３ｃが熱変形して膨らんだ熱変形部分Ｄとなってしまう。一方、本例のように、端部２ｄ、３ｃを面取りしておくと、溶接の際に熱変形しない。従って、端部２ｄ、３ｃの面取りにより、溶接後の接合部分６の平面度を保つことができる。
【００３９】
また、本例では、第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を矩形ガラス枠１における出隅側から入り隅側に向かう方向（図４の矢印Ｃで示す方向）に移動させている。この方向に加熱位置を移動すると、接合部分６の熱変形を抑制できる。第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を矩形ガラス枠１における入り隅側から出隅側に向かう方向（図４の矢印Ｅで示す方向）にした場合には、熱分布あるいは応力分布が不均一になりやすく、接合部分６の端部２ｄ、３ｃに熱変形ができやすいことが確認された。
【００４０】
さらに、本例では、接合部分６における接合面２ｄ、３ｃを予め平坦に研磨仕上げして密着性をよくしてある。このようにすると、接合面に気泡を抱き込むことがないので、気密性の高い接合を実現できる。
【００４１】
なお、第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２に加えて、溶接された部分を徐冷するための第３のレーザ光を追加して用いてもよい。この場合は、図５に示すように、接合部分６に第１および第２のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射して溶接し、その溶接した部分に第３のレーザ光Ｌ３を照射して徐冷する。この第３のレーザ光Ｌ３も、第１、第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２に同期させて、接合部分６に沿って同一速度で移動させればよい。
【００４２】
また、上記の実施例は、プラズマディスプレイ用の矩形ガラス枠１を製造するために本発明を適用したものであるが、本発明の方法は、その他のディスプレイ用の矩形ガラス枠の製造にも同様に適用できる。
【００４３】
（板ガラスの各種接合形態）
図６（ａ）ないし（ｈ）は、本発明の接合方法を適用可能な各種の接合形態の例を示す説明図である。
【００４４】
これらの図に示すように、２枚の板ガラス２Ａ、３Ａを接合するための接合形態としては部材の溶接形態と同様な形態がある。例えば、図６（ａ）の突合せ溶接、図６（ｂ）のすみ肉溶接、図６（ｃ）の角溶接、図６（ｄ）のへり溶接、図６（ｅ）の回し溶接、図６（ｆ）の重ね溶接、図６（ｇ）のプラグ溶接、図６（ｈ）のスロット溶接などがある。これらの接合形態においても、複数のレーザ光、例えば、第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を接合部分６Ａの同一位置に異なる方向から照射して、接合部分６Ａに形成される各レーザ光Ｌ１、Ｌ２の光スポットを接合部分に沿って同一速度で移動させることにより、２枚の板ガラス２Ａ、３Ａを加熱軟化させて接合することが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によれば、複数のレーザ光を板ガラスの接合部分に照射して加熱軟化させることにより、接合部分における平面度、気密性を保ちつつ、板ガラスを相互に融着して接合することができる。
【００４６】
従って、一枚のガラスパネルの中心をくり貫かなくても、４枚の板ガラスを接合して矩形ガラス枠を製造できる。よって、プラズマディスプレイなどのパネルディスプレイ用の矩形ガラス枠を、材料の無駄を出さずに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の接合方法によって接合されたプラズマディスプレイ用の矩形ガラス枠の一例を示す斜視図およびその接合部分を示す拡大斜視図である。
【図２】図１の矩形ガラス枠の接合方法を示す説明図である。
【図３】図２の接合方法における第１および第２のレーザ光の接合部分に対する照射状態を示す説明図である。
【図４】図２の接合方法において接合部分の端部を面取りしない場合の熱変形を示す説明図である。
【図５】図２の接合方法においてさらに第３のレーザ光を用いた場合の説明図である。
【図６】（ａ）ないし（ｈ）は、本発明の板ガラスの接合方法を適用可能な接合形態の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　矩形ガラス枠
２〜５　板ガラス
２ａ〜５ａ、２ｂ〜５ｂ　接合面
２ｃ〜５ｃ、２ｄ〜５ｄ　端部
６〜９　接合部
１１　第１のレーザ光源
１２　第１のレンズ
１３　光スポット
１４　焦点位置
２１　第２のレーザ光源
２２　第２のレンズ
２３　光スポット
２４　焦点位置
Ｌ１　第１のレーザ光
Ｌ２　第２のレーザ光
１００　制御装置
１０１、１０２　移動機構
１０３、１０４　フォーカシング機構

Claims

複数の板ガラスを重ね合せ、
前記板ガラスの接合部分に複数のレーザ光を照射し、それらの照射位置を当該接合部分に沿って相対移動させ、当該接合部分を少なくとも歪み点温度以上となるように加熱して軟化させることにより、
前記接合部分を融着することを特徴とする板ガラスの接合方法。
請求項１において、
前記レーザ光として、少なくとも、前記接合部分を予熱するための第１のレーザ光と、予熱された前記接合部分を少なくとも歪み点温度まで加熱するための第２のレーザ光を用いることを特徴とする板ガラスの接合方法。
請求項２において、
前記レーザ光として、更に、融着後の前記接合部分を徐冷するための第３のレーザ光を用いることを特徴とする板ガラスの接合方法。
請求項１ないし３いずれかの項において、
前記レーザ光のそれぞれを前記接合部分の同一位置に異なる方向から照射し、これらの照射位置を同一速度で移動することを特徴とする板ガラスの接合方法。
請求項４において、
前記レーザ光の照射位置の移動速度、各レーザ光の出力、および各レーザ光の焦点位置のうちの少なくとも一つを、接合対象の板ガラスに応じて調整することを特徴とする板ガラスの接合方法。
請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
前記板ガラスの接合面を相互に突き合わせ、
当該接合面を含む前記接合部分に、前記板ガラスの表面側および裏面側から、同軸状態で前記レーザ光を照射することを特徴とする板ガラスの接合方法。
請求項６において、
前記接合面を相互に所定の力で押付けた状態に保持し、この状態で前記レーザ光を照射することを特徴とする板ガラスの接合方法。
４枚の板ガラスを相互に接合して矩形ガラス枠を製造する矩形ガラス枠の製造方法であって、
前記４枚の板ガラスを、それらの接合面を相互に突き合わせて矩形ガラス枠を形成した状態に配置し、
前記矩形ガラス枠の四隅における各接合面を相互に加圧しながら、当該接合面を含む接合部分に複数本のレーザ光を照射し、それらの照射位置を当該接合部分に沿って移動させて、当該接合部分を歪み点温度以上に加熱して軟化させることにより、
前記接合部分を融着することを特徴とする矩形ガラス枠の製造方法。
請求項８において、
前記レーザ光として、少なくとも、前記接合部分を予熱するための第１のレーザ光と、予熱された前記接合部分を少なくとも歪み点温度まで加熱するための第２のレーザ光とを用いることを特徴とする矩形ガラス枠の製造方法。
請求項９において、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光を、前記接合部分を挟んで表裏から同軸状態で当該接合部分に照射することを特徴とする矩形ガラス枠の製造方法。
請求項１０において、
前記レーザ光として、更に、融着後の前記接合部分を徐冷するための第３のレーザ光を用いることを特徴とする矩形ガラス枠の製造方法。
請求項１０において、
前記レーザ光の照射位置を、前記接合部分に沿って前記矩形ガラス枠の出隅側から入り隅側に向けて移動することを特徴とする矩形ガラス枠の製造方法。
請求項１２において、
前記レーザ光の照射位置の移動速度、各レーザ光の出力、および各レーザ光の焦点位置のうちの少なくとも一つを、接合対象の板ガラスに応じて調整することを特徴とする矩形ガラス枠の製造方法。
請求項８ないし１３のうちのいずれかの項において、
前記レーザ光の照射に先立って、各接合面を研磨しておくことを特徴とする矩形ガラス枠の製造方法。
請求項８ないし１４のうちのいずれかの項において、
前記矩形ガラス枠における４つの出隅部分に面取りが形成された状態となるように、各板ガラスの両端の角が面取りされていることを特徴とする矩形ガラス枠の製造方法。
請求項８ないし１５のうちのいずれかの項において、
前記矩形ガラス枠はプラズマディスプレイなどのパネルディスプレイ用の矩形ガラス枠であることを特徴とする矩形ガラス枠の製造方法。