JP5264267B2 - ガラス溶着方法 - Google Patents
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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環状の溶着予定領域に沿って形成した後、その溶着予定領域に沿ってガラスフリット層にレーザ光を照射することにより、第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特表２００６−５２４４１９号公報
しかしながら、上述したようなガラス溶着方法にあっては、環状の溶着予定領域に沿ってレーザ光の照射位置を移動させた際に、レーザ光の照射位置が照射開始位置に近付くと、照射位置におけるガラスフリット層の溶融・膨張によって、照射開始位置において溶着されていた第１のガラス部材と第２のガラス部材とが剥離するおそれがある。そこで、剥離速度よりも速い速度で照射開始位置を越えてレーザ光の照射位置を更に移動させれば、第１のガラス部材と第２のガラス部材とを再溶着することが可能となる。ところが、このような場合には、照射開始位置や照射終了位置を含む部分に残留応力が生じ、衝撃等を受けた際にその部分が剥離の起点となるおそれがある。
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、レーザ光の照射開始位置及び照射終了位置を含む部分に残留応力が生じるのを防止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、環状の溶着予定領域に沿ってガラス層を形成する工程と、ガラス層の一部に第１のレーザ光を照射することにより、ガラス層に結晶化部を形成する工程と、結晶化部を照射開始位置及び照射終了位置として溶着予定領域に沿ってガラス層に第２のレーザ光を照射することにより、第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着する工程と、を含むことを特徴とする。
このガラス溶着方法では、ガラス層に形成された結晶化部を照射開始位置及び照射終了位置として、溶着予定領域に沿ってガラス層に第２のレーザ光を照射することにより、第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着する。このとき、結晶化部におけるレーザ光の吸収率がガラス層におけるレーザ光の吸収率よりも低いため、溶着予定領域に沿って照射開始位置から第２のレーザ光を移動させた際にはガラス層が徐々に加熱され、一方、溶着予定領域に沿って照射終了位置まで第２のレーザ光を移動させた際にはガラス層が徐々に冷却されることになる。しかも、結晶化部の線膨張係数がガラス層の線膨張係数よりも低く、照射開始位置において第１のガラス部材と第２のガラス部材とが強固に溶着されるため、第２のレーザ光の照射位置が照射開始位置に近付いても、照射開始位置において溶着されていた第１のガラス部材と第２のガラス部材との剥離が抑制される。従って、このガラス溶着方法によれば、第２のレーザ光の照射開始位置及び照射終了位置を含む部分に残留応力が生じるのを防止することができる。
本発明に係るガラス溶着方法においては、第２のレーザ光の吸収率が中心部に向かって漸次的に低下するように結晶化部を形成することが好ましい。この場合、溶着予定領域に沿って照射開始位置から第２のレーザ光を移動させた際には、より一層緩やかにガラス層を加熱することができ、一方、溶着予定領域に沿って照射終了位置まで第２のレーザ光を移動させた際には、より一層緩やかにガラス層を冷却することができる。
本発明に係るガラス溶着方法においては、第１のレーザ光をパルス発振させ、第２のレーザ光を連続発振させることが好ましい。この場合、第１のガラス部材や第２のガラス部材を破損させ得る入熱過多の状態となるのを回避しつつ、ガラス層の一部に結晶化部を確実に形成することができ、また、第１のガラス部材と第２のガラス部材とを確実に溶着することができる。
本発明によれば、レーザ光の照射開始位置及び照射終了位置を含む部分に残留応力が生じるのを防止することができる。
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、溶着予定領域Ｒに沿って形成されたガラス層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とが溶着されたものである。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、溶着予定領域Ｒは、ガラス部材４，５の外縁に沿って矩形環状に設定されている。ガラス層３は、例えば、非晶質の低融点ガラス（バナジウムリン酸系ガラス、鉛ホウ酸ガラス等）からなり、溶着予定領域Ｒに沿って矩形環状に形成されている。ガラス層３の１つの曲部には、ガラス層３の一部が結晶化されてなる結晶化部８が形成されている。
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、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）からなる粉末状のガラスフリット２をガラス部材４の表面に固着させ、矩形環状の溶着予定領域Ｒに沿ってガラス層３を形成する。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に沿ってフリットペースト（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する。そして、ガラス部材４を加熱炉内で加熱し、バインダを除去した後、更に高温で焼成（仮焼成）してガラスフリット２を溶融・再固化させて、ガラス部材４にガラス層３を形成する。
なお、図６に示されるように、ガラスフリット２の固着層においては、粉末状のガラスフリット２によって、レーザ光吸収性顔料の吸収特性を上回る光散乱が起こるため、レーザ光の吸収率が低い（可視光では白色に見える）。それに対し、ガラス層３においては、溶融・再固化によって空隙が埋まると共に透明化し、レーザ光吸収性顔料の吸収特性が顕著に現れるため、レーザ光の吸収率が急激に高くなる（可視光では黒色に見える）。
続いて、図３に示されるように、ガラス層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とを固定する。これにより、ガラス部材４とガラス部材５との間に、矩形環状の溶着予定領域Ｒに沿ってガラス層３が形成される。
続いて、図４に示されるように、ガラス層３に集光スポットを合わせて、ガラス層３の１つの曲部にレーザ光（第１のレーザ光）Ｌ１を照射することにより、ガラス層３の１つの曲部に結晶化部８を形成する。レーザ光Ｌ１は、発振波長９４０ｎｍの半導体レーザからパルス発振させられ、スポット径１．６ｍｍ、レーザパワー４０Ｗ、照射時間３００ｍsecの条件でガラス層３の１つの曲部に照射される。これにより、レーザ光の吸収率が高いガラス層３にレーザ光Ｌ１が吸収されて、その結果、レーザ光の吸収率が中心部に向かって漸次的に低下する球状の結晶化部８が形成される。
なお、図６に示されるように、結晶化部８においては、各結晶質の界面や結晶質と非晶質との界面で、レーザ光吸収性顔料の吸収特性を上回る光散乱が起こるため、レーザ光の吸収率が低くなる（可視光では白色に見える）。そして、この結晶化部８においては、レーザ光の吸収率が中心部に向かって漸次的に低下している（可視光では中心部ほど白みを増しているように見える）。
続いて、図５に示されるように、ガラス層３に集光スポットを合わせて、結晶化部８を照射開始位置及び照射終了位置として溶着予定領域Ｒに沿ってガラス層３にレーザ光（第２のレーザ光）Ｌ２を照射することにより、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。レーザ光Ｌ２は、発振波長９４０ｎｍの半導体レーザから連続発振させられ、スポット径１．６ｍｍ、レーザパワー４０Ｗ、スキャン速度（溶着予定領域Ｒに沿ったレーザ光Ｌ２の集光スポットの相対移動速度）１０ｍｍ／secの条件でガラス層３に照射される。これにより、レーザ光の吸収率が高いガラス層３にレーザ光Ｌ２が吸収されて、ガラス層３及びその周辺部分（ガラス部材４，５の表面部分）が溶融・再固化することで、ガラス部材４とガラス部材５とが溶着される。
以上のガラス溶着方法においては、溶着予定領域Ｒに沿ってガラス層３にレーザ光Ｌ２を照射することにより、ガラス部材４とガラス部材５とを溶着するに際し、ガラス層３に形成された結晶化部８を照射開始位置及び照射終了位置とする。
このとき、結晶化部８におけるレーザ光の吸収率がガラス層３におけるレーザ光の吸収率よりも低いため（図６参照）、溶着予定領域Ｒに沿って照射開始位置からレーザ光Ｌ２の集光スポットを移動させた際にはガラス層３が徐々に加熱され、一方、溶着予定領域Ｒに沿って照射終了位置までレーザ光Ｌ２の集光スポットを移動させた際にはガラス層３が徐々に冷却されることになる。ここでは、レーザ光の吸収率が中心部に向かって漸次的に低下するように結晶化部８が形成されているため、溶着予定領域Ｒに沿って照射開始位置からレーザ光Ｌ２の集光スポットを移動させた際におけるガラス層３の加熱をより一層緩やかに行うことができる。溶着予定領域Ｒに沿って照射終了位置までレーザ光Ｌ２の集光スポットを移動させた際におけるガラス層３の冷却も同様である。
しかも、結晶化部８の線膨張係数がガラス層３の線膨張係数よりも低く、照射開始位置においてはガラス部材４とガラス部材５とが強固に溶着されている。そのため、ガラス層３が溶融・膨張している位置であるレーザ光Ｌ２の照射位置が照射開始位置に近付いても、照射開始位置において溶着されていたガラス部材４とガラス部材５との剥離が抑制される。
従って、上述したガラス溶着方法によれば、レーザ光Ｌ２の照射開始位置及び照射終了位置を含む部分に残留応力が生じるのを防止することができる。なお、結晶化部８を溶着予定領域Ｒに沿って連続的に形成すると、結晶化部８が形成される際の収縮が急激であるため、ガラス部材４，５を破損させるおそれがある。
更に、結晶化部８を形成するためのレーザ光Ｌ１をパルス発振させ、ガラス部材４とガラス部材５とを溶着するためのレーザ光Ｌ２を連続発振させるため、ガラス部材４，５を破損させ得る入熱過多の状態となるのを回避しつつ、ガラス層３の一部に結晶化部８を確実に形成することができ、また、ガラス部材４とガラス部材５とを確実に溶着することができる。
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、結晶化部８が形成される位置（すなわち、レーザ光Ｌ２の照射開始位置及び照射終了位置）は、溶着予定領域Ｒの曲部に限定されず、溶着予定領域Ｒの直線部であってもよい。更に、溶着予定領域Ｒは、矩形環状に限定されず、環状であれば、円形環状等であってもよい。
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、溶着予定領域Ｒに沿ってガラス層３を形成してもよい。
１…ガラス溶着体、３…ガラス層、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）、８…結晶化部、Ｒ…溶着予定領域、Ｌ１…レーザ光（第１のレーザ光）、Ｌ２…レーザ光（第２のレーザ光）。
Claims (3)
- 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、環状の溶着予定領域に沿ってガラス層を形成する工程と、
前記ガラス層の一部に第１のレーザ光を照射することにより、前記ガラス層に結晶化部を形成する工程と、
前記結晶化部を照射開始位置及び照射終了位置として前記溶着予定領域に沿って前記ガラス層に第２のレーザ光を照射することにより、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工程と、を含むことを特徴とするガラス溶着方法。 - 前記第２のレーザ光の吸収率が中心部に向かって漸次的に低下するように前記結晶化部を形成することを特徴とする請求項１記載のガラス溶着方法。
- 前記第１のレーザ光をパルス発振させ、前記第２のレーザ光を連続発振させ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。
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