JP2011032144A - ガラス製部材の接着方法及びガラス製部材の接合体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2以上のガラス製部材を接着させるガラス製部材の接着方法であって、接着させる前記ガラス製部材の間に樹脂製部材を配した状態とし、前記ガラス製部材の内の少なくとも一方の背面側から該ガラス製部材を透過させて前記樹脂製部材にレーザー光を照射することによって該樹脂製部材を熱溶融させ、該熱溶融された前記樹脂製部材で前記接着を実施することを特徴とするガラス製部材の接着方法などを提供する。
【選択図】 図1
Description
このガラス板は、単独で使用される以外に、2枚を貼り合わせて用いられる場合がある。
例えば、プラズマディスプレイパネルにおいては、前面側と背面側との2枚のガラス板の間に蛍光体を収容させてプラズマ放電によって発光させるべく、この2枚のガラス板を僅かな間隙を設けて配置するとともにガラス板の外周部を低融点ガラスで封着させることが行われている。
すなわち、低融点ガラスフリットを熱溶融させて、2枚のガラス板をその外周部で接着することが行われている。
このようにして接着剤を利用してガラス板を貼り合せれば熱による歪みが接合体に発生することを抑制させることができる。
しかし、接着剤による接着は、一般的に長い時間を要する上に、接着剤から発生する揮発性有機成分(VOC)への対策が必要となることが多く良好なる作業性を確保することが難しい。
なお、得られる接合体に熱歪みが発生することを抑制しつつ良好なる作業性を確保することが困難であるという問題は、板状のガラス製部材のみならず種々の形状のガラス製部材に共通する問題である。
そして、樹脂製部材は、通常、ガラスを溶融状態にさせる温度よりも低温で溶融可能となる。
しかも、本発明においてはガラス製部材を透過させたレーザー光により樹脂製部材が直接加熱されて接着が行われる。
したがって、本発明のガラス製部材の接着方法によれば、ガラス製部材が高温に加熱されることを抑制しつつ接着を行うことができる。
しかも、レーザー光によって短時間に加熱・接着が行われ、接着剤を用いる従来の方法に比べて、簡便に接着を実施することができる。
すなわち、本発明によれば、接合体に熱歪みが発生されることを抑制しつつも簡便なる方法で実施可能なガラス製部材の接着方法と、簡便に作製可能でありながら熱歪みの抑制されたガラス製部材の接合体とが提供され得る。
まず、第1の形態として、表面に樹脂被覆が施された2枚のガラス板を接着させてガラス板接合体(以下、単に「接合体」ともいう)を作製する方法を説明する。
この図1にも示されているように、本実施形態における前記表面コートガラス板10a、10bは、板形状のガラス製部材11a、11b(以下、「ガラス板11a」、「ガラス板11b」ともいう)と、このガラス板11a、11bの表面を覆う被覆材12a、12bとによって構成されている。
そして、その際には、一方の表面コートガラス板10aの背面側からレーザー光50が照射されて、このレーザー光50をこの表面コートガラス板10aの内部を通過させることが行われるため、少なくとも、このレーザー光50を通過させる側のガラス板11aについては、レーザー光の波長に対して30%以上の光線透過率を有していることが好ましく、特には、50%以上の光線透過率を有していることが好ましい。
透過光強度÷入射光強度×100% ・・・(1)
(ただし、「入射光強度」は、「照射光強度−表面反射光強度」によって求められる。)
この熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、トリアセチルセルロース、ノルボルネン樹脂、アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、シクロオレフィンポリマー、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などを採用することができる。
さらには、酸化防止剤、難燃剤、架橋剤、光安定剤、顔料、充填材などの添加剤を挙げることができる。
例えば、前記熱可塑性樹脂が用いられてなる樹脂フィルムを接着剤でガラス板の表面に接着して、接着層とフィルム層との積層構造を有する被覆材を形成させることも可能である。
なお、ワニスをガラス板に塗布乾燥させる場合や、この接着層を形成させる場合においては、ガラス板と被覆材との接着をより強固なものとし得る点において、予めガラス板表面をカップリング剤で処理しておくことが好ましい。
このカップリング剤は、ガラス板の表面に0.001μm以上10μm以下の厚みとなるように塗布されることが好ましく、0.001μm以上2μm以下の厚みとなるように塗布されることがさらに好ましい。
この接着層の厚みとしては、0.01μm以上10μm以下であることが好ましく、0.1μm以上7μm以下であることがより好ましい。
接着層の厚みとして、上記の範囲が好ましいのは、ガラス板と樹脂フィルムとの間に優れた接着力を発揮させ得るためである。
また、前記ガラス板11a、11bと、この被覆材12a、12bとは、その厚みについても特に限定されるものではなく、それぞれの厚みが同一であっても異なっていてもよい。
そして、前記ガラス板は、通常、20μm〜20mmの範囲の内から選択され得る。
なお、被覆材12a、12bは、用いる樹脂の種類などによってその硬度や弾性率を変化させるものの、通常、ガラス板に比べるとはるかに軟質で低弾性となる。
したがって、ある程度以上の厚みとすることで作製される接合体をクッション性(耐衝撃性)に優れたものとすることができる。
ただし、過度に被覆材12a、12bの厚みを増大させると接合体の熱寸法安定性を低下させるおそれを有する。
したがって、ガラス板の厚みが上記の範囲の内のいずれかの厚みである場合には、被覆材12a、12bの合計厚みはガラス板の厚みに対して4倍以下となるように形成されることが好ましい。
なお、クッション性と熱寸法安定性との両立の観点からは、被覆材の合計厚みを、ガラス板の厚みに対して0.4倍以上3倍以下とすることが好ましく、0.5倍以上2.2倍以下とすることが特に好ましい。
また、必要であれば、2枚のガラス板の内側に位置する側の被覆材の厚みと、外側の被覆材(接合体の表面側)の厚みとを異ならせて接合体を作製することも可能である。
この場合、上記のガラス板の厚みと被覆材の厚みとの比率については、表面コートガラス板10a、10bのそれぞれの上下両方の被覆材の厚みの総合計と、ガラス板の合計厚みとの間において上記のような範囲となっていれば、通常、上記のような効果を期待することができる。
この光吸収剤としては、例えば、カーボンブラック、フタロシアニン系吸収剤、ナフタロシアニン系吸収剤、ポリメチン系吸収剤、ジフェニルメタン系吸収剤、トリフェニルメタン系吸収剤、キノン系吸収剤、アゾ系吸収剤を挙げることができる。
例えば、波長が800〜1200nmのレーザー光を用いる場合であれば、Gentex社から「Clearweld」の商品名で市販の光吸収剤を用いることができる。
また、例えば、レーザー光50を透過させない下側の表面コートガラス板10bの被覆材12bを構成する樹脂組成物に、予め、この光吸収剤を配合しておくことによっても上記と同様の効果を得ることができる。
なお、通常、塗工液を作製する場合の方が、被覆材を構成する樹脂組成物に配合する場合に比べて使用する光吸収剤の量を節約することができる。
一方で、通常、被覆材を構成する樹脂組成物に配合する場合の方が、塗工液を作製する場合に比べて、塗工に要する手間(塗布、乾燥などの作業)を省くことができ、作業性の観点からは好ましい態様であるといえる。
これらの内でも、安価で且つ面内均一な強度のレーザー光が得られ易い点においては、半導体レーザーやファイバーレーザーが好ましい。
また、レーザーの出力、パワー密度、スポットサイズ、照射回数、走査速度などは、被覆材の構成成分(樹脂種等)、厚み、光吸収率などから適宜選択され得る。
まず、表面コートガラス板10a、10bを作製する方法を説明する。
前記ワニスを用いる場合であれば、例えば、このワニスを調製する工程と、前記ガラス板12a、12bのそれぞれにカップリング剤処理を施す工程と、該カップリング剤処理されたガラス板にワニスを塗布乾燥する工程を実施して表面コートガラス板を作製することができる。
前記ガラス板にワニスを塗布乾燥する工程においては、コンマコーティングやダイコーティング等のコーティング法、フレキソ印刷等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法等の様々な塗工方法が用いられ得る。
あるいは、樹脂フィルム側に接着剤を塗布して、接着層付樹脂フィルムを作製し、これをカップリング処理が施されたガラス板に貼り合せるようにしてもよい。
前記光吸収剤を利用する場合であれば、例えば、ディスペンサー、インクジェットプリンター、スクリーン印刷、2流体式、1流体式または超音波式スプレー、スタンパーなどの一般的な手法で、この表面コートガラス板10bの上面に光吸収剤を塗布することができる。
そして、図1(b)に示すように、この表面コートガラス板10bの上にもう一方の表面コートガラス板10aを重ね合わせてセットすることで、界面に光吸収剤を配した状態とすることができる。
しかも、レーザー光50を照射する位置を、接触界面の面方向に移動させることで接触界面に大面積の溶着箇所20を形成させることができる。
例えば、集光レンズによって所望のビームサイズに集光されたスポットビームを、所望の溶接箇所に走査照射することで大面積の溶着が可能となる。
または、ガルバノスキャナーによってレーザーヘッドは固定した状態でビームを走査させることも可能であり、更には回折光学素子といった光学素子の使用によって所望の形状にレーザービームを整形し、無走査によって一括して大面積の溶着を実施することも可能である。
このようにして2つのガラス製部材を接着して1つの接合体30とすることができる。
このときに加える圧力としては、0.5kgf/cm2以上100kgf/cm2以下とすることが好ましく、1kgf/cm2以上20kgf/cm2以下とすることがさらに好ましい。
また、表面コートガラス板10aの上面に上記のような部材を直接接触させずに接触界面部40に圧力を作用させる方法として、アシストガスを吹き付ける方法が挙げられる。
この際、アシストガスの気体種としては、ヘリウム、ネオンなどの不活性ガス、空気、窒素ガスなどが用いられ得る。
なお、アシストガスのガス圧は、レーザー光50の照射地点に0.01MPa以上5MPa未満の圧力が作用する圧力とされることが好ましい。
アシストガスのガス圧が上記のような範囲内であることが好ましいのは、上記範囲未満では、接着性の向上効果を期待することが難しく、上記範囲を超えている場合には、圧力が過大で表面コートガラス板10aなどを振動させてしまい、位置ズレなどを発生させるおそれを有するためである。
すなわち、アシストガスのガス圧が上記のような範囲内であることが好ましいのは、位置精度が高く、しかも、強度の高い溶着を実施させ得るためであり、このような観点においては、アシストガスのガス圧は、0.1MPa以上2MPa未満であることがさらに好ましい。
このように界面を消失させることで十分な相溶化がなされ、表面コートガラス板10a、10b間の接着強度の向上を図ることができる。
また、溶着箇所20に界面が形成されないため、例えば、光の透過性などを良好なものとすることもできる。
しかも、レーザー光50の照射による簡便な方法でガラス板どうしが強固に接合された接合体を形成させることができる。
なお、本実施形態においては、ガラス製部材としてガラス板を例示しているが、本発明においては、ガラス製部材をガラス板に限定するものではなく、ガラス棒、ガラス球など種々の形態のガラス製部材を採用可能である。
また、本実施形態においては、ガラス製部材の接着に用いる樹脂製部材を、予めガラス板に被覆された被覆材である場合を例示しているが、本発明は、樹脂製部材の使用態様をこのような場合に限定するものではない。
図2〜4は、本発明の第2〜4の実施形態を示す側面図であり、第1の実施形態と同様の構成を示すものには同じ符号を付している。
前記第1の実施形態においては、ガラス板11a、11bに予め被覆材12a、12bが被覆された表面コートガラス板10a、10bを用いる場合を説明したが、この第2実施形態においては、樹脂製部材による被覆がなされていないガラス板11a、11bを、樹脂フィルム12cを介して積層し、該樹脂フィルム12cを、上側のガラス板11aの背面側から照射したレーザー光50で溶融させて、その溶融樹脂を上下両方のガラス板11a、11bの表面に接着させることによりガラス板11a、11bどうしを接着させる場合を示したものである。
一方で、ガラス板11a、11bの接着に用いる樹脂製部材として、樹脂フィルム12cを利用することから、用いる樹脂フィルム12cの種類などによっては作業性の低下を招くおそれを有する。
一方で、この第2の実施形態においては、樹脂製部材として、例えば、10μm以下の厚みの樹脂フィルムを用いようとすると、コシが弱すぎるとともに静電気の作用などによって目的としない場所に付着したりしてハンドリングが悪くなるおそれを有する。
そのことを防止すべく、10μmを超えるような厚みの厚い樹脂フィルムを用いると、この第2の実施形態では、上下のガラス板のそれぞれ接着させるために、樹脂フィルム全体を軟化(溶融)させる必要があるために投入するエネルギーが多大なものとなるおそれを有する。
この第2の実施形態において、ガラス板11a、11bにカップリング処理を施したり、溶着時において加圧したりすることで接着強度の向上を図り得る点などについては第1の実施形態と同じである。
この第3の実施形態においては、ガラス板の表面に被覆材を被覆する作業を半減させることができるとともに、薄い樹脂フィルムを用いる場合におけるハンドリングの問題も解消可能である。
そして、これら3枚の表面コートガラス板10x、10y、10zを積層させたものに対しては、例えば、この図4に示すように、上下からレーザー光50’、50”を照射して一括して接着を行うことができる。
すなわち、最も上位に配されている表面コートガラス板10xと、その下の表面コートガラス板10yとの接触界面部40’に対して、上位の表面コートガラス板10xの背面側からレーザー光50’を照射し、溶着部20’を形成させるとともに、最も下位に配されている表面コートガラス板10zとこの表面コートガラス板10zの上の表面コートガラス板10yとの接触界面部40”に対して、下位の表面コートガラス板10zの背面側からレーザー光50”を照射し、溶着部20”を形成させることができる。
なお、このような接着方法を採用するにあたっては、これまでの実施形態のようにステージ上にガラス板を載置してレーザー光の照射を行うのではなく、下方からのレーザー光50”を照射可能とすべく、3枚の表面コートガラス板10x、10y、10zを積層させたものを透明なガラス板60”上に載置し、このガラス板60”越しにレーザー光50”を照射させるようにすればよい。
また、その場合には、上位の表面コートガラス板10xの上方にも同様のガラス板60’を配置して、下方のガラス板60”と共働させて溶着時における接触界面部40’、40”の加圧を実施させても良い。
この第5実施形態にかかる方法としては、例えば、下方側の接触界面部40”に上方側の接触界面部40’よりも多くの光吸収剤を配する方法などが挙げられる。
あるいは、中央のみを表面コートガラス板とし、上下の表面コートガラス板10x、10zを単なるガラス板に変更して、中央の表面コートガラス板の上面側、下面側のそれぞれの被覆材を利用して3枚のガラス板の接着を行うこともできる。
そして、本発明の接着方法によって得られるガラス製部材の接合体は、ガラス製部材どうしの接着強度に優れ、接着時に高い熱が加えられることが抑制されていることから熱歪みが抑制された状態に形成されうる。
ガラス製部材の接合体を作製するために用いた使用材料は以下の通りである。
1)ガラス板
材質「D263」(ホウケイ酸ガラス、ショット社製)、厚み50μm
2)被覆材
材質「ポリエーテルサルフォン樹脂」
3)光吸収剤「Clearweld LD120C」(ジェンテックス社製:100nm厚みでの940nmの波長の光の吸収率40%)
4)加圧部材(ガラス板)
材質「溶融石英ガラス」
まず、2枚のガラス板に対し、片面に前記被覆材が35μm厚みとなるようにして表面コートガラス板を作製した。
次いで、この表面コートガラス板を、前記被覆材どうしを当接させた状態で重ね合わせ、しかも、その接触界面部に前記光吸収剤を100nmの厚みで配した状態とし、前記加圧部材で3kgf/cm2の圧力で加圧しつつレーザー光を照射して、界面部の溶着を実施した。
具体的には、波長940nm、出力30W、スポット径2mmφのレーザースポットを50mm/sの速度で走査させて溶着を行った。
得られた接合体は一方のガラス板側の被覆材と他方のガラス板側の被覆材との界面が消失された状態となっており、界面部において被覆材を構成している樹脂組成物どうしが十分に相溶化されていることが確認できた。
また、熱歪みなどは見られず、高い接着強度でガラス板どうしが接着されていることが確認できた。
ガラス製部材の接合体を作製するために用いた使用材料は以下の通りである。
1)ガラス板
材質「D263」(ホウケイ酸ガラス、ショット社製)、厚み50μm
2)被覆材
材質「ポリアリレート樹脂」
3)光吸収剤「Clearweld LD120C」(ジェンテックス社製:100nm厚みでの940nmの波長の光の吸収率40%)
4)加圧部材(ガラス板)
材質「溶融石英ガラス」
まず、2枚のガラス板に対し、片面に前記被覆材が35μm厚みとなるようにして表面コートガラス板を作製した。
次いで、この表面コートガラス板を、前記被覆材どうしを当接させた状態で重ね合わせ、しかも、その接触界面部に前記光吸収剤を100nmの厚みで配した状態とし、前記加圧部材で3kgf/cm2の圧力で加圧しつつレーザー光を照射して、界面部の溶着を実施した。
具体的には、波長940nm、出力50W、スポット径2mmφのレーザースポットを30mm/sの速度で走査させて溶着を行った。
すなわち、被覆材に用いる樹脂種、レーザー出力、レーザースポット走査速度のみを異ならせるのみで、後の条件は実施例1と同じである。
また、熱歪みなどは見られず、高い接着強度でガラス板どうしが接着されていることが確認できた。
Claims (6)
- 2以上のガラス製部材を接着させるガラス製部材の接着方法であって、
接着させる前記ガラス製部材の間に樹脂製部材を配した状態とし、前記ガラス製部材の内の少なくとも一方の背面側から該ガラス製部材を透過させて前記樹脂製部材にレーザー光を照射することによって該樹脂製部材を熱溶融させ、該熱溶融された前記樹脂製部材で前記接着を実施することを特徴とするガラス製部材の接着方法。 - 前記樹脂製部材が、接着前の前記ガラス製部材の表面に被覆された被覆材である請求項1記載のガラス製部材の接着方法。
- 前記樹脂製部材を構成する樹脂成分として熱可塑性樹脂が用いられている請求項1又は2記載のガラス製部材の接着方法。
- 前記レーザー光の照射される位置に、予め光吸収剤を配して前記接着を実施する請求項1乃至3のいずれか1項に記載のガラス製部材の接着方法。
- 2以上のガラス製部材が接着されてなるガラス製部材の接合体であって、
前記ガラス製部材の間に樹脂製部材が配された状態で、前記ガラス製部材の内の少なくとも一方の背面側から該ガラス製部材を透過させて前記樹脂製部材にレーザー光が照射されることによって該樹脂製部材が熱溶融され、該熱溶融された前記樹脂製部材でガラス製部材の前記接着が施されていることを特徴とするガラス製部材の接合体。 - 前記樹脂製部材が接着前のガラス製部材のそれぞれの表面に被覆された被覆材であり、該被覆材どうしを当接させ、しかも、その接触界面を消失させた状態となるように前記接着が施されている請求項5記載のガラス製部材の接合体。
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JP5883965B2 (ja) | レーザー光を用いた接合方法 |
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