JP4108790B2 - ガラス部材の接合方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合面の一部あるいは全面に金属膜が形成されているガラス等の部材の接合面に、他のガラス部材を接合するための、ガラス部材の接合方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ガラス部材を接合する方法として、ガラス間の融着により接合する方法、低融ガラスを介して接合する方法、有機接着剤を用いて接合する方法などが知られている。ガラス間の融着により接合する方法は、ガラス部材の接合面を鏡面研磨後、適切な温度で密接圧着保持し、ガラス部材を相互融着させる方法である。また、低融ガラスを介して接合する方法は、接合しようとするガラス部材と比較して粘度の小さい低融ガラスを、特定の接着温度のもとでガラス部材の接合面に介在させ、徐冷することによりガラス部材を接着させる方法である。また、有機接着剤を用いて接合する方法は、ガラス部材の接合面にポリビニルブチラールなどの有機接着剤を介在させ、ガラス部材を接着させる方法である。これらの方法を用いることにより、ガラス部材を強固に接合することが可能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一方、昨今の薄膜形成技術の進歩はめざましく、ガラス部材の表面に金属膜を形成することが可能となった。表面に金属膜が形成されたガラス部材は、その金属膜が反射層として作用することから、様々な光学部品として利用されるものとなった。例えば、図24に示すような、表面に金属膜3が形成されたガラス部材1を複数個並べて接合することにより、図25に示すようなストライプ状反射面を有する光学窓2が形成できる。この、ストライプ状反射面を有する光学窓2は、例えば光電子増倍管の光入射面に接続され、光の各入射位置における光強度を検出するために用いられる。
【0004】
しかし、表面に金属膜が形成されているガラス部材に他のガラス部材を接合する場合、上記従来技術に示した方法を用いると、接合面が容易に剥離してしまう、又は金属膜が破壊されて反射面をなさないという現象が認められる。そのため、上記従来の方法を用いて製造された光学窓あるいは電子管などの光学部品は耐久性に劣り、実用上問題であった。
【0005】
そこで、本発明は上記課題を解決し、接合面に金属膜が形成されているガラス等の部材の接合面に他のガラス部材を接合する場合において、接合面が容易に剥離せず、金属膜が破壊されることのない、ガラス部材の接合方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のガラス部材の接合方法は、ガラス、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコン及び III − V 族化合物半導体からなる群から選択されるいずれかの材料から形成されており、接合面の一部あるいは全面に金属膜が形成されている第1のガラス等の部材の接合面の少なくとも一部に、SiO2からなる膜を形成した後、第2のガラス部材を圧着し得る温度のもとで、上記接合面に第2のガラス部材を熱圧着することを特徴としている。
【0007】
ガラス、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコン及び III − V 族化合物半導体からなる群から選択されるいずれかの材料から形成されており、接合面に金属膜が形成されている第1の部材の接合面に、SiO2膜を介して第2のガラス部材を熱圧着することにより、2つのガラス部材が強固に接合され、接合面が剥離しにくくなるとともに、金属膜が破壊されることが無くなる。
【0008】
また、本発明のガラス部材の接合方法は、SiO2からなる膜を、CVD法(化学気相成長法)によって形成することを特徴としても良い。
【0009】
さらに、本発明のガラス部材の接合方法は、第2のガラス部材が少なくとも1種以上のアルカリ元素を含むガラスから成り、第1の部材の熱膨張係数と第2のガラス部材の熱膨張係数との差が−1.0×10-6〜+1.0×10-6/℃の範囲であることを特徴としても良い。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を図面を参照して説明する。本実施形態に係るガラス部材の接合方法は、金属膜が形成されている第1のガラス部材の接合面にSiO2からなる膜を形成する第1の工程と、上記第1の工程において接合面にSiO2膜が形成された第1のガラス部材の接合面上に、第2のガラス部材を重ねて熱圧着する第2の工程から成っている。以下、順を追って各工程を説明する。
【0012】
まず、第1の工程について説明する。本実施形態に係るガラス部材の接合方法で用いる第1のガラス部材10は、少なくとも1種以上のアルカリ元素を含むガラスからなっており、図2に示されるような形状のものである。すなわち、接合面に金属膜、例えばCr膜12が形成されている面状のガラス部材である。Cr膜12は、1000Å程度の一様な厚さを持って形成されている。
【0013】
本工程では、上記第1のガラス部材10の接合面に形成されたCr膜12の上に、CVD法を用いてSiO2を蒸着し、厚さが1000Å程度のSiO2膜14を形成する。その結果、第1のガラス部材10は、図3に示すような構造になる。
【0014】
次に、第2の工程について説明する。本工程ではまず、第1の工程で接合面にSiO2膜14が形成された第1のガラス部材10と第2のガラス部材20を図4のように上下に配置し、真空熱処理炉に挿入する。この際、第1のガラス部材10と第2のガラス部材20を重ねてもよいが、接合面に付着したガスを脱離させるために、ガス抜き処理が終了するまでは、図4に示すように第1のガラス部材10と第2のガラス部材20との間隔を開けておく方が好ましい。また、材質の面においては、第1のガラス部材10の熱膨張係数と第2のガラス部材の熱膨張係数との差が−1.0×10-6〜+1.0×10-6/℃の範囲であることが好ましい。
【0015】
ガス抜き処理終了後、第1のガラス部材10と第2のガラス部材20を、それらの接合面が密着するように重ね、炉内温度を第1のガラス部材10と第2のガラス部材20の屈服点温度付近にし、加重圧力を100〜200g/cm2にした状態で30分〜1時間密着保持することにより熱圧着する。熱圧着された第1のガラス部材10と第2のガラス部材20は、図1に示すように相互に接合され、接合体が形成される。
【0016】
この方法によって接合された2つのガラス部材の接合面は、容易に剥離することがなく、よって、金属の反射膜あるいは電極等を有する様々な光学部品を製造する場合に用いることができる。以下、本実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いて光学部品を製造する具体例について説明する。
【0017】
第1の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いた、ストライプ状反射面を有する光学窓の製造方法である。ストライプ状反射面を有する光学窓を製造するためには、まず、面状のガラス部材10を洗浄し、その後、その一方の主面にCVD法にを用いてCrを蒸着し、1000Å程度の厚みを持ったCr膜12を形成する。その結果、面状のガラス部材10は、図2に示すような形状となる。
【0018】
次に、Cr膜12上にSiO2膜14を形成する。SiO2膜14は、上記実施形態における第1の工程の欄で説明したように、CVD法を用いて、Cr膜14上にSiO2を蒸着させることにより形成される。SiO2膜14を形成した面状のガラス部材10は図3に示すような構造になる。
【0019】
続いて、Cr膜12及びSiO2膜14が形成された面状のガラス部材10を、図5のように多数枚重ねて配置する。重ねて配置する面状のガラス部材10の枚数は、光学窓を接合して用いる電子管の画素数によって決定され、使用する面状のガラス部材10の厚みは、電子管の解像度によって決定される。また、使用する面状のガラス部材10の面積は、製造する光学窓の大きさ、および枚数などによって決定される。
【0020】
更に、図5のように配置された多数枚の面状のガラス部材10を真空熱処理炉内に挿入し、熱圧着する。具体的には、上記実施形態における第2の工程で説明したように、上記多数枚の面状のガラス部材10を、それぞれの接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材10の屈服点温度付近にし、加重圧力を100〜200g/cm2にした状態で30分〜1時間密着保持することにより熱圧着する。熱圧着された多数枚の面状のガラス部材10は図6に示すような接合体となる。
【0021】
次に、この熱圧着されたガラス部材10の接合体を、図7に示すように圧着面に垂直に切断する。切断された一片は、図8に示すような形状のストライプ状反射面を有する光学窓30となり、電子管の光学窓として用いられる。
【0022】
第1の具体例のストライプ状反射面を有する光学窓30を形成する場合、図2に示すように接合面全面にCr膜12を設けたガラス部材10を用いていたが、これは図9に示すように、Cr膜12を接合面の全面ではなく、長方形の部分に分割して形成したガラス部材10を用いてもよい。このようなガラス部材10の上面にSiO2膜を形成すると、ガラス部材10は図10に示すような形状となり、これを重ねて接合し、接合面に垂直、かつ、Cr膜12と切断面が交差しないように切断することにより、図11に示すようなストライプ状反射面を有する光学窓30が形成される。図11に示すようなストライプ状反射面を有する光学窓30は、金属反射膜(Cr膜12)が光入射面あるいはその反対側の面に露出していないため、電子管などに接着して使用する場合、反射層による電気的な短絡への配慮が不要となる。
【0023】
第2の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いた格子状反射面を有する光学窓の製造方法である。格子状反射面を有する光学窓を形成するには、上記第1の具体例において作成したストライプ状反射面を有する光学窓30を用いる。ストライプ状反射面を有する光学窓30の一方の主面に、CVD法を用いて、Cr膜12、SiO2膜14を順次形成する。Cr膜12、SiO2膜14の厚みは、双方とも1000Å程度である。一方の主面にCr膜12、SiO2膜14を形成したストライプ状反射面を有する光学窓30は、図12のような形状になる。
【0024】
次に、Cr膜12、SiO2膜14を形成したストライプ状反射面を有する光学窓30を多数枚重ねて熱圧着する。具体的には、上記実施形態の第2の工程で説明したように、真空熱処理炉内で上記多数枚の面状のガラス部材10を、それぞれの接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材10の屈服点温度付近にし、加重圧力を100〜200g/cm2にした状態で30分〜1時間密着保持することにより熱圧着する。その結果、多数枚のストライプ状反射面を有する光学窓30は相互に接合され、図13に示すような接合体を形成する。
【0025】
上記の接合体を、図14に示すように、ガラス部材10の接合面およびストライプ状反射面を有する光学窓30の接合面の双方に垂直な切断面を有するように切断すると、図15に示すような格子状反射面を有する光学窓40となる。格子状反射面を有する光学窓40は、Crによる格子状の反射層を持ち、電子管の光学窓として用いられる。
【0026】
第3の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を利用した電子管の製造方法である。面状のガラス部材10にCr膜12、SiO2膜14を形成する所までは、上記第1の具体例と同様である。
【0027】
次に、リソグラフィ技術を用いて、Cr膜12、SiO2膜14が所定の形状になるようにエッチング処理をする。SiO2をエッチング処理するためにはHFなどを、また、Crをエッチング処理するためには、硝酸第2セリウム・アンモニウムと過塩素酸と水の混合物、または、赤血塩とNaOH(もしくはKOH)と水の混合物を用いればよい。エッチング処理をした結果、面状のガラス部材10の形状は図16に示すようになる。
【0028】
エッチング処理後、カソード用、あるいはアノード用の電極用金属材料16をCVD法、あるいは他の蒸着法によって所定の形状に形成する。ここで電極用金属材料16としては、Ni、Mg、Ag、Sn、Auなどが挙げられる。その結果、面状のガラス部材10は図17に示すような形状になる。
【0029】
続いて、カソード用、あるいはアノード用の電極用金属材料16をそれぞれ蒸着した面状のガラス部材10を、支持ガラス18を用いて、図18のように配置する。
【0030】
その後、上記実施形態における第2の工程にて説明したように、真空熱処理炉内で2枚の面状のガラス部材10と支持ガラス18とを、それぞれの接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材10の屈服点温度付近にし、加重圧力を100〜200g/cm2にした状態で30分〜1時間密着保持することにより熱圧着する。
【0031】
最後にCr膜12部分に外部電極19を引き出し、図19に示すように電子管50が形成できる。
【0032】
第4の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を利用した電子管の製造方法である。
【0033】
本方法では、まず、図20に示すように、カソード用材料となるGaAs半導体結晶から成る面状部材52の接合面にSiO2膜14を形成する。SiO2膜14の形成は、第1の具体例と同様に、CVD法を用いて面状部材52の接合面にSiO2を蒸着する方法で行う。
【0034】
次に、図21に示すように、真空熱処理炉内で面状部材52の接合面とガラス部材10の接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材10の屈服点温度付近にし、加重圧力を100〜200g/cm2にした状態で30分〜1時間密着保持することにより熱圧着する。
【0035】
続いて、図22に示すように、ガラス部材10上に電極となるCr膜12を蒸着し、さらに、図23に示すように、所定の位置にSiO2膜14を形成する。
【0036】
以降の処理は、具体例3と同様で、2つのガラス部材10を、支持ガラス18を用いて熱圧着し、外部電極19を引き出すことにより、電子管50を形成する。 上記第1〜第4の具体例に示すように、本実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いて、ガラス部材を接合することにより、接合面が容易に剥離せず、かつ金属膜が破壊されないため、耐久性能が高く、良好な反射面あるいは電極を持った光学窓、あるいは電子管を製造することが可能となる。
【0037】
また、上記実施形態において、第1のガラス部材10の接合面に形成されている金属膜はCrから形成されていたが、これはCrでなくても良い。例えば、Al、Ni、Ti、Mo、Taからなる膜が形成されていても、本実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いることにより、2つのガラス部材を効果的に接合することができる。
【0038】
また、上記実施形態において、第1のガラス部材の接合面にSiO2を蒸着させる方法として、CVD法を用いていたが、これはPVD法など、別の蒸着方法であっても良い。
【0039】
また、上記実施形態においては、接合面の全面にSiO2を蒸着し、SiO2膜14を形成していたが、接合強度が所望の強度を満たすのであれば、接合面の全面ではなく一部にSiO2膜14を形成し、熱圧着を行っても良い。
【0040】
さらに、上記実施形態において、ガラス部材を接合させる対象であるガラス等の部材として、ガラス、III−V族化合物半導体についての具体例を示したが、本方法においてガラス部材を接合することがすることができるガラス等の部材としては、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコンからなる部材などが考えられる。これらの部材に、ガラス部材を接合するときも、上記実施形態に係る方法において、2つの部材を強固に接合することが可能となる。
【0041】
【発明の効果】
本発明のガラス部材の接合方法を用いることにより、接合面に金属膜が形成されているガラス等の部材の接合面に、他のガラス部材を接合する場合において、2つの部材を頑強に接合することが可能となり、接合面が容易に剥離することがなくなり、また、金属膜が破壊されることもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法によって接合された面状のガラス部材の状態を表した図である。
【図2】本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法において用いられる面状のガラス部材を表した図である。
【図3】本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法の第1の工程を表した図である。
【図4】本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法の第2の工程を表した図である。
【図5】本発明の第1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図6】本発明の第1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図7】本発明の第1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図8】本発明の第1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の完成図である。
【図9】本発明の第1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図10】本発明の第1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図11】本発明の第1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の完成図である。
【図12】本発明の第2の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図13】本発明の第2の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図14】本発明の第2の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図15】本発明の第2の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の完成図である。
【図16】本発明の第3の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図17】本発明の第3の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図18】本発明の第3の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図19】本発明の第3の具体例に係る電子管の完成図である。
【図20】本発明の第4の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図21】本発明の第4の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図22】本発明の第4の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図23】本発明の第4の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図24】ストライプ反射面を有する光学窓を構成するガラス部材を表す図である。
【図25】ストライプ反射面を有する光学窓の完成図である。
【符号の説明】
1、10、20…ガラス部材、2、30…ストライプ状反射面を有する光学窓、3…金属膜、12…Cr膜、14…SiO2膜、16…電極用金属材料、18…支持ガラス、19…外部電極、40…格子状反射面を有する光学窓、50…電子管、52…面状部材
Claims (3)
- ガラス、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコン及びIII−V族化合物半導体からなる群から選択されるいずれかの材料から形成されており、接合面の一部あるいは全面に金属膜が形成されている第1の部材の接合面の少なくとも一部に、SiO2からなる膜を形成した後、第2のガラス部材を圧着し得る温度のもとで、前記接合面に前記第2のガラス部材を熱圧着することを特徴とするガラス部材の接合方法。
- 前記SiO2からなる膜を、CVD法(化学気相成長法)によって形成することを特徴とする請求項1に記載のガラス部材の接合方法。
- 前記第2のガラス部材は、
少なくとも1種以上のアルカリ元素を含むガラスから成り、
前記第1の部材の熱膨張係数と前記第2のガラス部材の熱膨張係数との差が−1.0×10-6〜+1.0×10-6/℃の範囲であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガラス部材の接合方法。
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