JP4980265B2 - ガラス溶着方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着してガラス溶着体を製造するガラス溶着方法に関する。

上記技術分野における従来のガラス溶着方法として、第１のガラス部材と第２のガラス部材との間に、ガラスフリットを含むガラスフリット層を溶着予定領域に沿って配置する配置工程と、レーザ光を溶着予定領域に沿って照射し、第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着する溶着工程と、を含むものが知られている。

溶着工程においては、特許文献１に記載されているように、溶着予定領域に沿ったガラスフリット層の中心線にレーザ光の光軸を一致させた状態で、レーザ光を溶着予定領域に沿って照射するのが一般的である。
特開２００７−２００８３９号公報

しかしながら、図８に示されるように、ガラス部材４とガラス部材５とを溶着するに際し、溶着予定領域Ｒに沿ったガラスフリット層３の中心線ＣＬにレーザ光Ｌの光軸ＯＡを一致させた状態で、レーザ光Ｌを溶着予定領域Ｒに沿って照射すると（図８では、溶着予定領域Ｒが紙面に対して垂直方向に延在している）、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、ガラスフリット層３がその中心線ＣＬを基準として対称に溶融することになるので、溶融領域７で発生した泡が溶融領域７の両側の未溶融領域８によって外部に逃がされない。そのため、溶融領域７が再固化した際に、その領域に泡が一様に残存することになり、最悪の場合、泡の連結によって溶着部の気密性の低下を招くおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溶着部の気密性が確保されたガラス溶着体を簡易に製造することができるガラス溶着方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るガラス溶着方法は、第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着してガラス溶着体を製造するガラス溶着方法であって、第１のガラス部材と第２のガラス部材との間に、複数のガラス片を含むガラス片層を溶着予定領域に沿って配置する配置工程と、第１のガラス部材に対して第２のガラス部材が押圧された状態で、レーザ光を溶着予定領域に沿って照射し、第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着する溶着工程と、を含み、溶着工程では、第１のガラス部材と第２のガラス部材との間隙に臨む溶融領域の露出面積が溶着予定領域の一方の側よりも他方の側で大きくなるように、ガラス片層を溶融させることを特徴とする。

このガラス溶着方法では、第１のガラス部材と第２のガラス部材との間隙に臨む溶融領域の露出面積が溶着予定領域の一方の側よりも他方の側で大きくなるように、ガラス片層を溶融させる。これにより、ガラス片層においては溶着予定領域の他方の側よりも一方の側で未溶融領域が大きく残存することになるので、溶融領域で発生した泡が溶着予定領域の他方の側から外部に逃がされる。そのため、溶融領域が再固化した際に、その中央部に泡が殆ど残存せず、泡の連結による溶着部の気密性の低下が防止される。従って、このガラス溶着方法によれば、溶着部の気密性が確保されたガラス溶着体を簡易に製造することができる。

本発明に係るガラス溶着方法においては、溶着工程では、溶融領域の露出面積が一方の側でゼロとなるように、ガラス片層を溶融させることが好ましい。この場合、ガラス片層において溶着予定領域の一方の側に残存した未溶融領域がスペーサとして機能するため、第１のガラス部材と第２のガラス部材との間隙を確実に維持することができる。

本発明に係るガラス溶着方法においては、溶着工程では、溶着予定領域が環状に設定されている場合に、一方の側を溶着予定領域の内側とし、他方の側を溶着予定領域の外側とすることが好ましい。この場合、溶融領域で発生した泡が溶着予定領域の外側から外部に逃がされることになるため、第１のガラス部材、第２のガラス部材及びガラス片層によって囲まれた領域内に、ガスが進入するのを防止することができる。

本発明によれば、溶着部の気密性が確保されたガラス溶着体を簡易に製造することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係るガラス溶着方法の一実施形態によって製造されたガラス溶着体の斜視図である。図１に示されるように、ガラス溶着体１は、ガラスフリット（ガラス片）２を含むガラスフリット層（ガラス片層）３を介して、ガラス部材（第１のガラス部材）４とガラス部材（第２のガラス部材）５とが溶着予定領域Ｒに沿って溶着されたものである。溶着予定領域Ｒは、ガラス部材４，５の外縁に沿うように環状に設定されている。なお、ガラス部材４，５は、例えば、無アルカリガラスからなる厚さ０．７ｍｍの矩形板状の部材であり、後述するレーザ光Ｌに対して透過性を有している。一方、ガラスフリット２は、例えば、低融点ガラス（バナジウムリン酸系ガラス、鉛ホウ酸ガラス等）からなる粉末状の部材であり、後述するレーザ光Ｌに対して吸収性を有している。

次に、上述したガラス溶着体１を製造するためのガラス溶着方法について説明する。

まず、図２に示されるように、ガラス部材４にガラスフリット２を焼成によって固着させ、ガラスフリット層３を溶着予定領域Ｒに沿って形成する。具体的には、ディスペンサやスクリーン印刷等によって溶着予定領域Ｒに沿うようにフリットペースト（ガラスフリット２、有機溶剤及びバインダを混練したもの）をガラス部材４の表面に塗布した後、フリットペーストが塗布されたガラス部材４を乾燥機内で乾燥させて有機溶剤を除去し、更に加熱炉内で焼成（仮焼成）してバインダを除去する。

続いて、図３に示されるように、ガラスフリット層３を介してガラス部材４上にガラス部材５を配置し、ガラス部材４に対してガラス部材５が押圧されるように、ガラス部材４とガラス部材５とを双方が重ね合わされた状態で固定する。このとき、ガラス部材４とガラス部材５との間には、図３（ｂ）に示されるように、間隙Ｓが形成される。なお、ガラス部材４に対してガラス部材５がその自重によって押圧されれば、ガラス部材４とガラス部材５とを固定せずに、ガラスフリット層３を介してガラス部材４上にガラス部材５を配置するだけでもよい。

続いて、図４に示されるように、ガラス部材４に対してガラス部材５が押圧された状態で、レーザ光Ｌを溶着予定領域Ｒに沿って照射し、ガラス部材４とガラス部材５とを溶着して、ガラス溶着体１を得る。このとき、ガラスフリット層３に集光スポットＦＳを合わせ、且つ溶着予定領域Ｒに沿ったガラスフリット層３の中心線ＣＬに対して外側に光軸ＯＡを偏倚させた状態で、ガラス部材５を介してレーザ光Ｌを溶着予定領域Ｒに沿って照射する。なお、溶着予定領域Ｒに沿ったガラスフリット層３の中心線ＣＬに対して外側とは、環状に延在する中心線ＣＬに対して、環状に設定された溶着予定領域Ｒの外側を意味する。

このレーザ光Ｌの照射によって生じる具体的現象について説明する。

まず、レーザ光Ｌが照射されると、レーザ光Ｌがガラス部材５を透過してガラスフリット層３に吸収される。これにより、ガラスフリット層３においてレーザ光Ｌが照射された部分が７００℃〜８００℃程度の温度に発熱してその部分及びその部分の周辺部分（ガラス部材４，５の表面部分）が溶融し、図４（ｂ）に示されるように、溶融領域７が形成される。

このとき、レーザ光Ｌの光軸ＯＡがガラスフリット層３の中心線ＣＬに対して外側に偏倚させられているため、ガラス部材４とガラス部材５との間隙Ｓに臨む溶融領域７の露出面積が溶着予定領域Ｒの内側よりも外側で大きくなる。ここでは、溶着予定領域Ｒの内側において間隙Ｓに臨む溶融領域７の露出面積がゼロとなり、溶着予定領域Ｒの外側において間隙Ｓに臨む溶融領域７の露出面積７ａのほうが大きくなるように、ガラスフリット層３を溶融させる。

これにより、ガラスフリット層３においては、溶着予定領域Ｒの外側よりも内側で未溶融領域８が大きく残存することになり、更にガラス部材４に対してガラス部材５が押圧されているので、溶融領域７には、その中央部から外側に向かう流れと共に、その中央部から内側を介して外側に向かう流れが生じる。そのため、溶融領域７で発生した泡が外側から外部に逃がされ、溶融領域７が再固化した際に、その中央部に泡が殆ど残存しない。

図５は、レーザ光入射側のガラス部材をガラス溶着体から剥離したときのガラスフリット層の表面写真を示す図である。図５に示されるように、ガラスフリット層３における溶融・再固化領域の外側には、中央部から外側に向かう溶融領域７内の流れ、及び中央部から内側を介して外側に向かう溶融領域７内の流れによって、発泡痕（白色部分）が多数存在する発泡層が形成されている。同様に、ガラスフリット層３における溶融・再固化領域の内側にも、中央部から内側を介して外側に向かう溶融領域７内の流れによって、発泡痕が多少存在する発泡層が形成されている。これらに対し、ガラスフリット層３における溶融・再固化領域の中央部には、発泡痕が殆ど存在しない。

なお、上記ガラス溶着方法によって製造されたガラス溶着体１には、図６に示されるように、ガラスフリット層３の中心線ＣＬに対して外側に偏倚した溶融痕９が形成されている。このような溶融痕９が残存するのは、次の理由による。すなわち、レーザ光Ｌが照射されると、ガラスフリット層３だけでなくガラス部材４，５の表面部分も溶融する。このとき、急激な温度上昇によって体積が増加するため、ガラス部材４，５の表面部分における固体・液体界面に圧力が生じる。その直後、レーザ光Ｌが照射されなくなると、急激な温度下降によって急冷が起こるため、ガラス部材４，５の表面部分における固体・液体界面に生じた歪が緩和されることなく固化する。これにより、ガラス部材４，５の表面部分における固体・液体界面付近において密度が高まり、溶融痕９が形成される。

以上説明したように、上記ガラス溶着方法においては、ガラス部材４とガラス部材５との間隙Ｓに臨む溶融領域７の露出面積が溶着予定領域Ｒの内側よりも外側で大きくなるように、ガラスフリット層３を溶融させる。これにより、ガラスフリット層３においては溶着予定領域Ｒの外側よりも内側で未溶融領域８が大きく残存することになるので、溶融領域７で発生した泡が溶着予定領域Ｒの外側から外部に逃がされる。そのため、溶融領域７が再固化した際に、その中央部に泡が殆ど残存せず、泡の連結による溶着部の気密性の低下が防止される。従って、上記ガラス溶着方法によれば、溶着部の気密性が確保されたガラス溶着体１を簡易に製造することができる。

また、溶融領域７で発生した泡が溶着予定領域Ｒの外側から外部に逃がされることになるため、ガラス部材４，５及びガラスフリット層３によって囲まれた領域内に、ガスが進入するのを防止することができる。

また、間隙Ｓに臨む溶融領域７の露出面積が内側でゼロとなるように、ガラスフリット層３を溶融させるため、ガラスフリット層３において溶着予定領域Ｒの内側に残存した未溶融領域８がスペーサとして機能する。これにより、ガラス部材４とガラス部材５との間隙Ｓを確実に維持することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、レーザ光Ｌの照射によるガラスフリット層３の溶融に際し、溶着予定領域Ｒの内側において間隙Ｓに臨む溶融領域７の露出面積をゼロとしたが、図７に示されるように、溶着予定領域Ｒの内側において間隙Ｓに臨む溶融領域７の露出面積７ｂをゼロとしなくてもよい。この場合にも、溶着予定領域Ｒの外側において間隙Ｓに臨む溶融領域７の露出面積７ａが露出面積７ｂよりも大きくなるようにガラスフリット層３を溶融させれば、溶融領域７が再固化した際にその中央部に泡が殆ど残存せず、溶着部の気密性が確保されたガラス溶着体１を簡易に製造することが可能である。なお、ガラス部材４に対してガラス部材５が押圧されているため、その押圧力次第で溶融領域７が押し潰されて、最終的には、溶着予定領域Ｒの内側において間隙Ｓに臨む溶融領域７の露出面積がゼロとなる場合がある。

また、ガラスフリット２は、低融点ガラスからなる粉末状の部材に限定されず、ガラス部材４，５と同程度の融点を有するガラスからなる部材であってもよい。ガラスフリット層３に集光スポットＦＳが合うようにレーザ光Ｌを集光することで、ガラスフリット層３が局所的に加熱されるからである。このように、本発明に係るガラス溶着方法によれば、ガラスフリット２に用いるガラス材料の選択の自由度を大きくすることができる。

また、ガラス部材４にガラスフリット２を固着させず、ガラス部材４とガラス部材５との間にガラスフリット２を介在させることで、ガラスフリット層３を溶着予定領域Ｒに沿って形成してもよい。

また、ガラスフリット層３が薄いときには、ガラス部材４を介してレーザ光Ｌを溶着予定領域Ｒに沿って照射してもよい。

本発明に係るガラス溶着方法の一実施形態によって製造されたガラス溶着体の斜視図である。 本発明に係るガラス溶着方法の一実施形態における配置工程の前半を説明するための図である（（ａ）：斜視図、（ｂ）：（ａ）のIIｂ−IIｂ線に沿っての断面図）。 本発明に係るガラス溶着方法の一実施形態における配置工程の後半を説明するための図である（（ａ）：斜視図、（ｂ）：（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線に沿っての断面図）。 本発明に係るガラス溶着方法の一実施形態における溶着工程を説明するための図である（（ａ）：斜視図、（ｂ）：（ａ）のIVｂ−IVｂ線に沿っての断面図）。 レーザ光入射側のガラス部材をガラス溶着体から剥離したときのガラスフリット層の表面写真を示す図である。 図１のVI−VI線に沿っての断面図である。 本発明に係るガラス溶着方法の他の実施形態における溶着工程を説明するための図である。 従来のガラス溶着方法の溶着工程を説明するための図である。

符号の説明

１…ガラス溶着体、２…ガラスフリット（ガラス片）、３…ガラスフリット層（ガラス片層）、４…ガラス部材（第１のガラス部材）、５…ガラス部材（第２のガラス部材）、７…溶融領域、Ｒ…溶着予定領域、Ｌ…レーザ光。

Claims (3)

1. 第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着してガラス溶着体を製造するガラス溶着方法であって、
   前記第１のガラス部材と前記第２のガラス部材との間に、複数のガラス片を含むガラス片層を溶着予定領域に沿って配置する配置工程と、
   前記第１のガラス部材に対して前記第２のガラス部材が押圧された状態で、レーザ光を前記溶着予定領域に沿って照射し、前記第１のガラス部材と前記第２のガラス部材とを溶着する溶着工程と、を含み、
   前記溶着工程では、前記第１のガラス部材と前記第２のガラス部材との間隙に臨む溶融領域の露出面積が前記溶着予定領域の一方の側よりも他方の側で大きくなるように、前記ガラス片層を溶融させることを特徴とするガラス溶着方法。
2. 前記溶着工程では、前記溶融領域の露出面積が前記一方の側でゼロとなるように、前記ガラス片層を溶融させることを特徴とする請求項１記載のガラス溶着方法。
3. 前記溶着工程では、前記溶着予定領域が環状に設定されている場合に、前記一方の側を前記溶着予定領域の内側とし、前記他方の側を前記溶着予定領域の外側とすることを特徴とする請求項１又は２記載のガラス溶着方法。