JP6311511B2 - ガラス接合体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス接合体の製造方法及びガラス接合体に関する。

従来、例えば、複数のガラス材を接合し、ガラス接合体を作製することが成されている。ガラス材の接合方法としては、例えば、レーザー光を照射することにより複数のガラス材を溶接する方法が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。

特開２００８−２３９４３０号公報

例えば、第１のガラス材と、第２のガラス材とを垂直に溶接したいという要望がある。具体的には、例えば、筒状の第１のガラス材の長さ方向における一方側端部に、円板状の第２のガラス材を溶接し、有底円筒管状の容器を作製したいという要望がある。

しかしながら、第１のガラス材と、第２のガラス材とを垂直に溶接した場合、溶接部の厚みが薄くなるため、強度が低くなりやすい。すなわち、高強度なガラス接合体が得られ難い。

本発明の主な目的は、高強度なガラス接合体を製造する方法を提供することにある。

本発明に係るガラス接合体の製造方法は、第１のガラス材の端面に第２のガラス材が接合されてなるガラス接合体の製造方法であって、第２のガラス材の端部が、第１のガラス材と第２のガラス材との当接部よりも外側に至るように、第１のガラス材の端面と第２のガラス材の主面を当接させる工程と、当接部の外側端部よりも内側にレーザー光を第２のガラス材に対して照射することにより第２のガラス材の端部を融解させて第１のガラス材と第２のガラス材とを溶接する工程と、を含む。この方法では、第１の部分と第２の部分との接合部の肉厚を大きくでき、接合部の強度を向上することができる。従って、高強度なガラス接合体を製造することができる。

本発明に係るガラス接合体の製造方法では、当接部よりも外側に位置する部分が融解するまでレーザー光を照射することが好ましい。そうすることにより、確実に第１の部分と第２の部分との接合部の肉厚を大きくできるため、接合部の強度をさらに向上することができる。

本発明に係るガラス接合体の製造方法では、当接部における第１のガラス材の厚みをｔ_１とし、当接部における第２のガラス材の厚みをｔ_２とし、溶接前において、当接部よりも外側に位置している部分の第２のガラス材の厚み方向における断面積をＳとしたときに、Ｓ≦ｔ_１×ｔ_２となるように、第１のガラス材と第２のガラス材とを当接させてレーザー光を照射することが好ましい。このようにすることにより、レーザー溶接により、第２のガラス材の当接部よりも外側に位置している部分を確実に消失させることができる。

本発明に係るガラス接合体の製造方法では、当接部における第１のガラス材の厚みをｔ_１とし、溶接前において、当接部よりも外側に位置している部分の長さをＬとしたときに、Ｌ≦ｔ_１となるように第１のガラス材と第２のガラス材とを当接させてレーザー光を照射することが好ましい。そうすることにより、レーザー溶接により、第２のガラス材の当接部よりも外側に位置している部分を確実に消失させることができる。

本発明に係るガラス接合体の製造方法では、第２のガラス材の主面に対して垂直な方向から視たときに、レーザー光の第２のガラス材の主面におけるスポットの中心が、第１のガラス材の厚み方向において、当接部の中心よりも内側に位置するようにレーザー光を第２のガラス材に照射することが好ましい。そうすることにより、接合部をより厚肉にすることができるため、接合部の強度をさらに向上することができる。

本発明に係るガラス接合体の製造方法では、第２のガラス材の主面に対して垂直な方向から視たときに、レーザー光の第２のガラス材の主面におけるスポットが、第１のガラス材の厚み方向において、当接部の内側端部よりも内側にまで至っていることが好ましい。そうすることにより、接合部をより厚肉にすることができ、接合部の強度をさらに向上することができる。

本発明に係るガラス接合体の製造方法では、第１及び第２のガラス材を歪点以上の温度にまで加熱した状態で、第１のガラス材と第２のガラス材との溶接を行うことが好ましい。そうすることにより、レーザー溶接時に第１及び第２のガラス材が破損することを抑制することができる。

本発明に係るガラス接合体は、円筒状の第１のガラス材と、第１のガラス材の長さ方向における一方側端部を塞ぐように第１のガラス材にレーザー溶接された円板状の第２のガラス材とを備える。本発明に係るガラス接合体では、第１のガラス材と第２のガラス材との接合部の強度が高い。

本発明に係るガラス接合体は、第１のガラス材と第２のガラス材との接合部が内側に向かって突出していることが好ましい。この場合、接合部の強度をより高くすることができる。

本発明によれば、高強度なガラス接合体を製造する方法を提供することができる。

本発明の一実施形態におけるガラス接合体の製造工程を説明するための模式的斜視図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩにおける模式的断面図である。 図２のＩＩＩ部分の拡大模式的断面図である。 図２のＩＩＩ部分の拡大模式的平面図である。 本発明の一実施形態において製造されたガラス接合体の模式的断面図である。 図５のＶＩ部分の拡大模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、本実施形態におけるガラス接合体の製造工程を説明するための模式的斜視図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける模式的断面図である。図３は、図２のＩＩＩ部分の拡大模式的断面図である。図４は、図２のＩＩＩ部分の拡大模式的平面図である。図５は、本実施形態において製造されたガラス接合体の模式的断面図である。図６は、図５のＶＩ部分の拡大模式的断面図である。

まず、図１〜図４を参照しながら、図５及び図６に示すガラス接合体１の製造方法について説明する。

図５に示すガラス接合体１は、図１及び図２に示すように、第１のガラス材１０と、第２のガラス材２０とを有する。第１及び第２のガラス材１０，２０の形状及び寸法は、特に限定されない。第１及び第２のガラス材１０，２０は、それぞれ、平板状、曲板状、屈曲板状、円筒状等であってもよい。本実施形態では、第１のガラス材１０は、円筒状である。第２のガラス材２０は、円板状である。

図３に示すように、第２のガラス材２０の端部２０ａにおいて、第１のガラス材１０の端面１０ａと、第２のガラス材２０の主面２０ｂとを当接させる。具体的には、第２のガラス材２０の端部２０ａが、第１のガラス材１０と第２のガラス材２０との当接部１０ｂ、２０ｄよりも、半径方向の外側に至るように、第１のガラス材１０の端面１０ａと第２のガラス材２０の端部２０ａにおける主面２０ｂとを当接させる。

本実施形態では、具体的には、第２のガラス材２０の直径は、第１のガラス材１０の直径よりも大きい。これら第２のガラス材２０と第１のガラス材１０とを、中心が一致するように配し、第１のガラス材１０の端面１０ａと、第２のガラス材２０の端部２０ａにおける主面２０ｂとを当接させる。このため、第２のガラス材２０の端部２０ａが、第１のガラス材１０の当接部１０ｂよりも半径方向の外側にまで至る。

上述のように、第１のガラス材１０の端面１０ａと第２のガラス材２０の主面２０ｂとを当接させた状態で、第２のガラス材２０の上方から他方側の主面２０ｃにレーザー光ＬＢを照射する。具体的には、図４に示すように、当接部１０ｂ、２０ｄの外側端部１０ｂ１よりも内側にレーザー光ＬＢを照射する。これにより、第２のガラス材２０の端部２０ａを融解させて第１のガラス材１０と第２のガラス材２０とを溶接する。本実施形態では、第２のガラス材２０の端部２０ａのうち、第１のガラス材１０と当接している部分２０ｄ、１０ｂよりも外側に位置する外側部分２０ｅが融解するまで、第２のガラス材２０にレーザー光ＬＢを照射する。その結果、図５に示す、ガラス接合体１を得る。

なお、レーザー光ＬＢの照射による第１のガラス材１０と第２のガラス材２０との溶接は、第１及び第２のガラス材１０，２０を、第１及び第２のガラス材１０，２０の歪点以上にまで加熱した状態で行うことが好ましく、歪点＋５℃〜歪点＋１００℃の温度範囲で行うことがより好ましい。このようにすることで、溶接の際に、第１及び第２のガラス材１０，２０が破損することを抑制することができる。

図５及び図６に示すガラス接合体１は、第１のガラス材１０と、第１のガラス材１０と接合された第２のガラス材２０とを有する。ガラス接合体１は、有底円筒管状の容器を構成している。第１のガラス材１０と第２のガラス材２０によって構成される接合部３０における成す角の大きさ（θ）は、特に限定されない。接合部３０における成す角の大きさ（θ）は、例えば、９０°未満であってもよいし、９０°であってもよいし、９０°より大きくてもよい。

具体的には、本実施形態では、ガラス接合体１は、円筒状の第１のガラス材１０と、第１のガラス材１０の長さ方向における一方側端部を塞ぐように第１のガラス材１０にレーザー溶接された第２のガラス材２０とを備える。

本実施形態では、当接部１０ｂ、２０ｄの外側端部１０ｂ１よりも内側にレーザー光ＬＢを照射するため、第２のガラス材２０において、当接部２０ｄ（１０ｂ）から融解が開始していく。このため、当接部２０ｄ（１０ｂ）が融解した後に融解した外側部分２０ｅは、内側に引き寄せられていく。より具体的には、融解した外側部分２０ｅは、接合部３０の内側に引き寄せられていく。このため、第１のガラス材１０と第２のガラス材２０との接合部３０が、他の部分に比べて厚肉となり、内側に突出する突出部３０ａが形成される。従って、高強度なガラス接合体１を得ることができる。

より高強度なガラス接合体１を得る観点からは、接合部３０をより厚肉にすることが好ましい。従って、第２のガラス材２０の外側部分２０ｅが融解するまで、第２のガラス材２０にレーザー光を照射することが好ましい。このようにすることで、レーザー光を照射した際に、融解した外側部分２０ｅが接合部３０の内側により引き寄せられて、接合部をより厚肉にすることができ、より高強度なガラス接合体１を得ることができる。

また、図４に示すように、第２のガラス材２０の主面２０ｂ、２０ｃに対して垂直な方向から視たときに、レーザー光ＬＢの第２のガラス材２０の主面２０ｃにおけるスポットの中心Ｃ１が、第１のガラス材１０の厚み方向において、当接部２０ｄ（１０ｂ）の中心Ｃ２よりも内側に位置するようにレーザー光ＬＢを照射することが好ましい。このようにすることで、融解した外側部分２０ｅが接合部３０の内側に引き込まれやすくなり、接合部３０をさらに厚肉にできる。

また、第２のガラス材２０の主面２０ｂ、２０ｃに対して垂直な方向から視たときに、レーザー光ＬＢの第２のガラス材２０の主面２０ｃにおけるスポットが、第１のガラス材１０の厚み方向において、当接部１０ｂ、２０ｄの内側端部１０ｂ２よりも内側にまで至っていることがさらに好ましい。このようにすることで、融解した外側部分２０ｅが内側に引き込まれやすくなり、接合部３０をさらに厚肉にできる。

なお、図６に示すように、レーザー光ＬＢの照射位置によっては、主面２０ｃに凹部２０ｃ１が形成されることもある。しかしながら、凹部２０ｃ１の深さよりも突出部３０ａの高さの方が高くなる。このため、凹部２０ｃ１が形成された場合であっても、高強度なガラス接合体１を得ることができる。

第１のガラス材１０の厚みをｔ_１とし、
当接部２０ｄ（１０ｂ）における第２のガラス材２０の厚みをｔ_２とし、
溶接前において、当接部２０ｄ（１０ｂ）よりも外側に位置している外側部分２０ｅの第２のガラス材の厚み方向における断面積をＳとし、
溶接前において、当接部２０ｄ（１０ｂ）よりも外側に位置している外側部分２０ｅの長さをＬとしたときに、以下の条件（１）、（２）を満たすように、第１のガラス材１０に第２のガラス材２０を当接させてレーザー溶接を行うことが好ましい。

Ｓ≦ｔ_１×ｔ_２ ……… （１）
Ｌ≦ｔ_１ ……… （２）
Ｓがｔ_１×ｔ_２よりも大きい場合や、Ｌがｔ_１よりも大きい場合、レーザー溶接によって外側部分２０ｅが完全に消失しない場合がある。条件（１）や条件（２）を満たすようにレーザー溶接を行うことによって、外側部分２０ｅが消失しやすくなる。

なお、本発明のガラス接合体は、例えば、耐腐食性が要求される薬品等の容器として用いることができる。

１：ガラス接合体
１０：第１のガラス材
１０ａ：端面
１０ｂ、２０ｄ：当接部
１０ｂ１：外側端部
１０ｂ２：内側端部
２０：第２のガラス材
２０ａ：端部
２０ｂ、２０ｃ：主面
２０ｃ１：凹部
２０ｅ：外側部分
３０：接合部
３０ａ：突出部

Claims (6)

1. 第１のガラス材の端面に第２のガラス材が接合されてなるガラス接合体の製造方法であって、
   前記第２のガラス材の端部が、前記第１のガラス材と前記第２のガラス材との当接部よりも外側に至るように、前記第１のガラス材の端面と前記第２のガラス材の主面を当接させる工程と、
   前記当接部の外側端部よりも内側にレーザー光を前記第２のガラス材に対して照射することにより前記第２のガラス材の端部を融解させて前記第１のガラス材と前記第２のガラス材とを溶接する工程と、
   を含み、
   前記第２のガラス材の主面に対して垂直な方向から視たときに、前記レーザー光の前記第２のガラス材の主面におけるスポットの中心が、前記第１のガラス材の厚み方向において、前記当接部の中心よりも内側に位置するように前記レーザー光を前記第２のガラス材に照射する、ガラス接合体の製造方法。
2. 第１のガラス材の端面に第２のガラス材が接合されてなるガラス接合体の製造方法であって、
   前記第２のガラス材の端部が、前記第１のガラス材と前記第２のガラス材との当接部よりも外側に至るように、前記第１のガラス材の端面と前記第２のガラス材の主面を当接させる工程と、
   前記当接部の外側端部よりも内側にレーザー光を前記第２のガラス材に対して照射することにより前記第２のガラス材の端部を融解させて前記第１のガラス材と前記第２のガラス材とを溶接する工程と、
   を含み、
   前記第２のガラス材の主面に対して垂直な方向から視たときに、前記レーザー光の前記第２のガラス材の主面におけるスポットが、前記第１のガラス材の厚み方向において、前記当接部の内側端部よりも内側にまで至っている、ガラス接合体の製造方法。
3. 前記当接部よりも外側に位置する部分が融解するまでレーザー光を照射する、請求項１又は２に記載のガラス接合体の製造方法。
4. 前記当接部における前記第１のガラス材の厚みをｔ１とし、
   前記当接部における前記第２のガラス材の厚みをｔ２とし、
   溶接前において、前記当接部よりも外側に位置している部分の前記第２のガラス材の厚み方向における断面積をＳとしたときに、
   Ｓ≦ｔ１×ｔ２
   となるように、前記第１のガラス材と前記第２のガラス材とを当接させてレーザー光を照射する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス接合体の製造方法。
5. 前記当接部における前記第１のガラス材の厚みをｔ１とし、
   溶接前において、前記当接部よりも外側に位置している部分の長さをＬとしたときに、 Ｌ≦ｔ１となるように前記第１のガラス材と前記第２のガラス材とを当接させてレーザー光を照射する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス接合体の製造方法。
6. 前記第１及び第２のガラス材を歪点以上の温度にまで加熱した状態で、前記第１のガラス材と前記第２のガラス材との溶接を行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス接合体の製造方法。

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