JP5816717B1 - レーザ光によるガラス基板融着方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】2枚のガラス基板を融着させる際に、簡単な方法及び装置構成で、加工端面を変形させることなく融着させる。【解決手段】このガラス基板融着方法は、密着された2枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させる方法であって、第1工程及び第2工程を備えている。第1工程は第1ガラス基板と第2ガラス基板とを密着させる。第2工程は、波長が2.7以上6.0μm以下のレーザ光を第1ガラス基板と第2ガラス基板との密着部に沿って走査し、第1及び第2ガラス基板を溶融させて融着する。【選択図】図5
Description
本発明は、ガラス基板融着方法、特に、密着された2枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるガラス基板融着方法及びそれを実現するためのレーザ加工装置に関する。
重ね合わされた2枚のガラス基板からなる合わせガラス基板を製造する方法が、特許文献1に示されている。
特許文献1の図2に示されたガラス基板の接合方法では、まず、2枚のガラス基板を重ね合わせ、この重ね合わせた2枚のガラス基板を1対の保持部材によって挟持する。このとき、2枚の保持部材の縁部が2枚のガラス基板の端面から突出するようにする。そして、2枚のガラス基板の端面に向けてレーザ光を照射し、2枚のガラス基板の縁部を融着させる。
特許文献1の方法では、2枚のガラス基板を1対の保持部材によって挟持しているので、2枚のガラス基板のレーザ光照射部分が溶融して垂れ下がるのを防止することができる。
しかし、この特許文献1の方法では、密着させるガラス基板を挟持するために1対の保持部材が必要になる。
本発明の課題は、2枚のガラス基板を融着させる際に、簡単な方法及び装置構成で、加工端面の溶融による変形を抑えることにある。
本発明の一側面に係るガラス基板融着方法は、密着された2枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させる方法であって、第1工程及び第2工程を備えている。第1工程は第1ガラス基板と第2ガラス基板とを密着させる。第2工程は、波長が2.7以上6.0μm以下のレーザ光を第1ガラス基板と第2ガラス基板との接合部に照射し、第1及び第2ガラス基板を溶融させて融着する。
この方法では、波長が2.7μm以上6.0μm以下の中赤外光のレーザ光が2枚のガラス基板の接合部に対して照射される。中赤外光はガラス基板の内部まで浸透しながら吸収されるために、ガラス基板の表面から内部にわたって、熱分布の偏りが少なくなる。すなわち、ガラス基板の内部は比較的均一に加熱され、かつレーザ照射側の加工端面のみが高温になるのを抑えることができる。したがって、ガラス基板の加工端面の溶融垂れを抑えつつ、2枚のガラス基板を溶融させて互いに溶着させることができる。
本発明の別の側面に係るガラス基板融着方法では、第2工程では、レーザ光を第1及び第2ガラス基板のレーザ光照射側の表面近傍に集光させる。
ここでは、レーザ光が、2枚のガラス基板のレーザ光照射側の表面近傍に集光され、照射される。したがって、レーザ光が照射された部分を効率的に溶融させ、かつガラス基板内部にあまり影響を与えることなく2枚のガラス基板を融着させることができる。
本発明の一側面に係るレーザ加工装置は、密着された2枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させる装置である。このレーザ加工装置は、ワークテーブルと、レーザ光照射機構と、を備えている。ワークテーブルは密着された第1ガラス基板及び第2ガラス基板が載置される。レーザ光照射機構は、波長が2.7以上6.0μm以下のレーザ光を第1ガラス基板と第2ガラス基板との接合部に照射する。
本発明の別の側面に係るレーザ加工装置では、レーザ光照射機構は、レーザ発振器と、光学系と、を有している。レーザ発振器は波長が2.7以上6.0μm以下のレーザ光を発振する。光学系は、レーザ発振器からのレーザ光を集光して、集光されたレーザ光を第1ガラス基板と第2ガラス基板との接合部に照射する。
本発明のさらに別の側面に係るレーザ加工装置では、光学系とワークテーブルとを相対的に移動させて、集光されたレーザ光を接合部に沿って走査する走査機構をさらに備えている。
以上のような本発明では、2枚のガラス基板を融着させる際に、簡単な方法及び装置構成で、加工端面を変形させることなく融着することができる。
[レーザ加工装置]
本発明の一実施形態によるレーザ加工装置を図1に示す。このレーザ加工装置は、重ね合わされた2枚のガラス基板G1,G2が載置されるワークテーブル1と、レーザ発振器2と、光学系3と、走査機構としてのテーブル移動機構4と、を備えている。そして、レーザ発振器2、光学系3、及びテーブル移動機構4によってレーザ照射機構が構成されている。
本発明の一実施形態によるレーザ加工装置を図1に示す。このレーザ加工装置は、重ね合わされた2枚のガラス基板G1,G2が載置されるワークテーブル1と、レーザ発振器2と、光学系3と、走査機構としてのテーブル移動機構4と、を備えている。そして、レーザ発振器2、光学系3、及びテーブル移動機構4によってレーザ照射機構が構成されている。
レーザ発振器2は、波長が2.7μm以上6.0μm以下の中赤外光のレーザ光を発振する。ここで、レーザ発振器2としては、Er:Y2O3、Er:ZBLAN、Er:YSGG、Er:GGG、Er:YLF、Er:YAG、Dy:ZBLAN、Ho:ZBLAN、CO、Cr:ZnSe、Cr:ZnS、Fe:ZnSe、Fe:ZnS、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたレーザ光で、前述のように、波長が2.7〜6.0μmのものを出射するものであればよい。また、ここでは、連続発振のレーザ光を出射する。
光学系3は、2つの反射ミラー5a,5bと、集光レンズ6と、を含んでいる。反射ミラー5a,5bはレーザ発振器2からのレーザ光を2つのガラス基板G1,G2の側面に対して直交するように導く。集光レンズ6は、レーザ光を集光して、レーザ光が2枚のガラス基板G1,G2の接合部の表面で集光するように設定されている。
テーブル移動機構4は、互いに直交するX及びY方向にワークテーブル1を移動させるための機構である。このテーブル移動機構4によって、集光点を両ガラス基板G1,G2の接合部に沿って走査することができる。
[ガラス基板の融着方法]
以上の装置を用いて2枚のガラス基板G1,G2を融着させる場合は、まず、融着すべき2枚のガラス基板G1,G2を重ねあわせ、ワークテーブル1上の所定位置にセットする。次に、図2の模式図で示すように、前述のような中赤外光のレーザ光を2枚のガラス基板G1,G2の側面から、2枚のガラス基板G1,G2の接合部に照射する。なお、レーザ光の集光位置は、ガラス基板G1,G2の表面(側面)あるいはその近傍とする。そして、このレーザ光を、連続照射しながら接合部に沿って走査する。
以上の装置を用いて2枚のガラス基板G1,G2を融着させる場合は、まず、融着すべき2枚のガラス基板G1,G2を重ねあわせ、ワークテーブル1上の所定位置にセットする。次に、図2の模式図で示すように、前述のような中赤外光のレーザ光を2枚のガラス基板G1,G2の側面から、2枚のガラス基板G1,G2の接合部に照射する。なお、レーザ光の集光位置は、ガラス基板G1,G2の表面(側面)あるいはその近傍とする。そして、このレーザ光を、連続照射しながら接合部に沿って走査する。
以上の方法によって、2つのガラス基板G1,G2が密着された部分が互いに溶融して融着する。このとき、2つのガラス基板G1,G2のレーザ光が照射される側面は高温にならない。したがって、その端面(加工端面)が溶融して変形するのを抑えることができる。
[透過率と波長]
図3に、板厚が0.2mmの無アルカリガラス(例えばOA10(製品名:日本電気硝子社製))のガラス基板に対するレーザ光の波長と透過率との関係を示している。また、図4に、板厚が0.5mmのソーダガラスのガラス基板に対するレーザ光の波長と透過率との関係を示している。
図3に、板厚が0.2mmの無アルカリガラス(例えばOA10(製品名:日本電気硝子社製))のガラス基板に対するレーザ光の波長と透過率との関係を示している。また、図4に、板厚が0.5mmのソーダガラスのガラス基板に対するレーザ光の波長と透過率との関係を示している。
図3から明らかなように、板厚0.2mmの無アルカリガラスに対しては、波長が10.6μmのCO2レーザでは透過率が「0」であるので、レーザ光は基板の表面で吸収されることになる。また、波長が1μmのYAGレーザや、波長が532nmのグリーンレーザでは、透過率が90%以上であり、透過しない約10%のレーザ光もそのほとんどは表面で反射され、基板内部に吸収されない。そして、波長が2.8μmのレーザ光であれば、レーザ光の出力を適切なパワーに調節することによって、レーザ光は基板内部でほぼ均一に吸収され、基板内部を溶融させて、重ね合わされた2枚の基板を融着することができる。また、このとき、基板表面(レーザ光の照射側の端面=加工端面)の温度が上昇しすぎるのを抑制でき、加工端面の溶融による変形を抑えることができる。
また、図4の板厚0.5mmのソーダガラスでは、波長が2.8μmのレーザ光では、基板の内部までレーザ光が透過しながら吸収され、したがってレーザ光の出力のパワーを適切に調整することによって、前記同様に、基板内部を溶融させて、重ね合わされた2枚の基板を融着することができるとともに、加工端面の溶融による変形を抑えることができる。
なお、図3と図4に示したグラフの透過率の値の差は、試料の厚さの違いに起因するものであり、厚さが同じであれば、無アルカリガラスとソーダガラスとで透過率に差は無いと思われる。
以上のことから、波長が2.7μm以上6.0μm以下のレーザ光を用いて、レーザ光のパワーを適切に調整することによって、多くのガラス基板に対して、加工端面の溶融による変形を抑えながら、基板内部を溶融させて2枚の基板を融着することができると推察される。また、レーザ光を照射する基板の厚さが比較的厚い場合でも、波長2.7μm以上5.0μm以下のレーザ光を用いることにより、安定して2枚の基板を融着することができる。
[実験例]
図5に実験例を示している。ここでの実験条件は以下の通りである。
図5に実験例を示している。ここでの実験条件は以下の通りである。
ガラス基板:3mm×50mm×t0.2mmの無アルカリガラス(例えばOA10(製品名:日本電気硝子社製))
レーザ光:Erファイバレーザ、波長2.7μm、出力6.6W、連続発振
なお、図5において、断面の右端がレーザ照射側の端面(加工端面)である。
レーザ光:Erファイバレーザ、波長2.7μm、出力6.6W、連続発振
なお、図5において、断面の右端がレーザ照射側の端面(加工端面)である。
これらの実験結果から、中赤外光のレーザ光を用いて照射条件を適切に設定することによって、2枚のガラス基板を、加工端面の溶融による変形を抑えて、安定して融着することができることがわかる。
[他の実施形態]
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
(a)前記実施形態では、2枚のガラス基板を図1に示すように重ねて融着する場合について説明したが、2枚のガラス基板を融着させる形態はこれに限定されない。例えば、図6(a)に示すように、端面を突き合わせて2枚のガラス基板を融着させる場合にも本発明を適用できる。また、図6(b)に示すように、2枚のガラス基板の一部のみが重ね合わされているような場合にも本発明を適用できる。
(b)前記実施形態では、連続発振のレーザ光を用いたが、繰り返し周波数1MHz以上の擬似連続発振のパルスレーザ光や、繰り返し周波数が10kHz以上のパルスレーザ光を照射するようにしてもよい。
1 ワークテーブル
2 レーザ発振器
3 光学系
4 テーブル移動機構
G1,G2 ガラス基板
2 レーザ発振器
3 光学系
4 テーブル移動機構
G1,G2 ガラス基板
Claims (5)
- 密着された2枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるガラス基板の融着方法であって、
第1ガラス基板と第2ガラス基板とを密着させる第1工程と、
波長が2.7以上6.0μm以下のレーザ光を前記第1ガラス基板と前記第2ガラス基板との接合部に対して前記第1及び第2ガラス基板の側面から照射し、前記第1及び第2ガラス基板を溶融させて融着する第2工程と、
を備えたレーザ光によるガラス基板融着方法。 - 前記第2工程では、前記レーザ光を前記第1及び第2ガラス基板のレーザ光が照射される側面の表面近傍に集光させる、請求項1に記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。
- 密着された2枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるレーザ加工装置であって、
密着された第1ガラス基板及び第2ガラス基板が載置されるワークテーブルと、
波長が2.7以上6.0μm以下のレーザ光を前記第1ガラス基板と前記第2ガラス基板との接合部に対して前記第1及び第2ガラス基板の側面から照射するレーザ光照射機構と、
を備えたレーザ加工装置。 - 前記レーザ光照射機構は、
波長が2.7以上6.0μm以下のレーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器からのレーザ光を集光して、集光されたレーザ光を前記第1ガラス基板と前記第2ガラス基板との接合部に対して前記第1及び第2ガラス基板の側面から照射する光学系と、
を有する、
請求項3に記載のレーザ加工装置。 - 前記光学系と前記ワークテーブルとを相対的に移動させて、集光されたレーザ光を前記接合部に沿って走査する走査機構をさらに備えた、請求項4に記載のレーザ加工装置。
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