TWI402126B - Glass welding method and glass layer fixation method - Google Patents

Description

玻璃熔接方法及玻璃層固著方法

本發明係關於一種將玻璃構件彼此熔接而製造玻璃熔接體之玻璃熔接方法及為實現此之玻璃層固著方法。

作為上述技術領域中之先前之玻璃熔接方法，已知有如下方法：將包含有機物(有機溶劑或黏合劑)、雷射光吸收材及玻璃粉之玻璃層以沿著熔接預定區域之方式固著於一玻璃構件上後，使另一玻璃構件經由玻璃層而重合於該玻璃構件上，並沿著熔接預定區域照射雷射光，藉此將一玻璃構件及另一玻璃構件彼此熔接。

另外，為使玻璃層固著於玻璃構件上，提出有藉由雷射光之照射來代替爐內之加熱從而自玻璃層除去有機物的技術(例如參照專利文獻1、2)。根據此種技術，可防止形成於玻璃構件上之功能層等受到加熱而劣化，又，變長可抑制由於使用爐而引起的消耗能量之增大及爐內之加熱時間之變長。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2002-366050號公報

專利文獻2：日本專利特開2002-367514號公報

然而，若藉由雷射光之照射而使玻璃層固著於玻璃構件 上(所謂之預煅燒)，其後，藉由雷射光之照射而經由玻璃層將玻璃構件彼此熔接(所謂之正式煅燒)，則有時會於玻璃層發生洩漏，而無法獲得必需氣密之熔接之玻璃熔接體。

因此，本發明係鑒於上述情況而完成者，其目的在於提供一種可製造必需氣密之熔接的玻璃熔接體之玻璃熔接方法、及為實現此之玻璃層固著方法。

本發明者為達成上述目的反覆進行努力研究，結果發現，於玻璃熔接體中在玻璃層發生洩漏之原因在於自玻璃層除去黏合劑。即，若為使黏合劑氣化，並且使玻璃粉熔融而使玻璃層固著於玻璃構件上，而使雷射光之照射區域沿著熔接預定區域相對移動，對玻璃層照射雷射光，則因玻璃粉之熔點高於黏合劑之分解點，故玻璃層有時會於黏合劑之分解氣體自熔融之玻璃層逸出之前固化。藉此，如圖13所示，玻璃層中形成多個氣泡，若該氣泡相連，則於玻璃熔接體中在玻璃層會發生洩漏。

再者，即便為消去形成於玻璃層中之氣泡而再次照射雷射光，亦無法容易地填埋玻璃層中之氣泡。估計其原因在於玻璃層之黏度變高。又，若藉由以不會使玻璃粉熔融而僅可使黏合劑氣化之雷射功率照射雷射光，其後，以可使玻璃粉熔融之雷射功率照射雷射光，從而使玻璃層固著於玻璃構件上，則如圖14所示，玻璃層未潤濕玻璃構件而凝聚。估計其原因在於，於最初之雷射光之照射時，氣化之 黏合劑進入至玻璃構件與玻璃層之間。

本發明者根據以上之見解進而反覆進行研究而完成本發明。即，本發明之玻璃熔接方法之特徵在於：其係將第1玻璃構件與第2玻璃構件熔接而製造玻璃熔接體者，其包括以下步驟：以沿著延伸之熔接預定區域之方式，將包含黏合劑、雷射光吸收材及玻璃粉之玻璃層以特定寬度配置於第1玻璃構件上；藉由使第1雷射光之照射區域沿著熔接預定區域相對移動並對玻璃層照射第1雷射光，使黏合劑氣化，並使玻璃粉熔融而使玻璃層固著於第1玻璃構件上；及藉由使第2玻璃構件經由玻璃層而重合於固著有玻璃層之第1玻璃構件上，並對玻璃層照射第2雷射光，而將第1玻璃構件與第2玻璃構件熔接，且，第1雷射光之照射區域包含沿著熔接預定區域之延伸方向排列之第1區域及第2區域，且以第1區域相對於第2區域在前之方式沿著熔接預定區域移動，第2區域係於藉由第1區域之照射而熔融之玻璃層固化之前對玻璃層進行照射。又，本發明之玻璃層固著方法之特徵在於：其係於第1玻璃構件上固著玻璃層而製造玻璃層固著構件者，其包括以下步驟：以沿著延伸之熔接預定區域之方式將包含黏合劑、雷射光吸收材及玻璃粉之玻璃層以特定寬度配置於第1玻璃構件上；及藉由使第1雷射光之照射區域沿著熔接預定區域相對移動，對玻璃層照射第1雷射光，而使黏合劑氣化，並使玻璃粉熔融而使玻璃層固著於第1玻璃構件上，且，第1雷射光之照射區域包含沿著熔接預定區域之延伸方向排列之第1區 域及第2區域、且以第1區域相對於第2區域在前之方式沿著熔接預定區域移動，第2區域係於藉由第1區域之照射而熔融之玻璃層固化之前對玻璃層進行照射。

該等玻璃熔接方法及玻璃層固著方法中，為使黏合劑氣化、並使玻璃粉熔融而使玻璃層固著於第1玻璃構件上，而對玻璃層照射第1雷射光。此處，第1雷射光之照射區域包含沿著熔接預定區域之延伸方向排列之第1區域及第2區域，且以第1區域相對於第2區域在前之方式沿著熔接預定區域移動。並且，第2區域係於藉由第1區域之照射而熔融之玻璃層固化之前對玻璃層進行照射。如上所述，因於玻璃層固化之前對玻璃層照射第1雷射光之第2區域，故玻璃層固化所需之時間變長，其結果，藉由第1雷射光之第1區域之照射而氣化之黏合劑容易自玻璃層逸出。因此，根據該等玻璃熔接方法及玻璃層固著方法，可抑制玻璃層中形成氣泡，因此可製造必需氣密之熔接之玻璃熔接體。

又，本發明之玻璃熔接方法中，較佳為第1區域中之第1雷射光之強度高於第2區域中之第1雷射光之強度。於此情形時，能夠以短時間效率良好地使玻璃層熔融。另一方面，即便繼第1區域之後對玻璃層照射第2區域，亦可防止玻璃層之溫度持續上升而到達結晶化溫度，可將玻璃層之溫度維持為高於熔點且低於結晶化溫度之溫度。

又，本發明之玻璃熔接方法中，第1區域與第2區域可相連，第1區域與第2區域亦可相隔開。於任一情形時，均因於玻璃層固化之前對玻璃層照射第1雷射光之第2區域，故 藉由第1雷射光之第1區域之照射而氣化之黏合劑容易自玻璃層逸出。再者，就減小藉由於第1區域之照射與第2區域之照射之間的冷卻而產生之應力之觀點而言，較佳為第1區域與第2區域相連。

又，本發明之玻璃熔接方法中，較佳為第1雷射光係自第1玻璃構件側經由第1玻璃構件而照射至玻璃層。此時，由於玻璃層中之第1玻璃構件側之部分受到充分加熱，故而可提高玻璃層對於第1玻璃構件之密著性。並且，可防止玻璃層中的與第1玻璃構件為相反側之部分(即，玻璃層中與第2玻璃構件熔接之部分)由於過多受熱而結晶化，因此可使玻璃層對於第2玻璃構件之熔接狀態均勻化。

根據本發明，可製造必需氣密之熔接之玻璃熔接體。

以下，參照圖式對本發明之較佳實施形態加以詳細說明。再者，各圖中對於相同或相當部分標註相同的符號，省略重複之說明。

如圖1所示，玻璃熔接體1係經由沿著熔接預定區域R而形成之玻璃層3，而將玻璃構件(第1玻璃構件)4與玻璃構件(第2玻璃構件)5熔接者。玻璃構件4、5例如為包含無鹼玻璃且厚度為0.7 mm的矩形板狀之構件，熔接預定區域R係以沿著玻璃構件4、5之外緣之方式以特定寬度設定為矩形環狀。玻璃層3例如包含低熔點玻璃(釩磷酸系玻璃、鉛硼酸玻璃等)，且以沿著熔接預定區域R之方式以特定寬度形 成為矩形環狀。

其次，對用於製造上述玻璃熔接體1之玻璃熔接方法(包含為將玻璃構件4與玻璃構件5熔接而製造玻璃熔接體1，而使玻璃層3固著於玻璃構件4上而製造玻璃層固著構件之玻璃層固著方法)加以說明。

首先，如圖2所示，藉由利用分注器或網版印刷等塗佈玻璃漿料，而沿著熔接預定區域R於玻璃構件4之表面4a形成漿料層6。玻璃漿料例如係將包含低熔點玻璃(釩磷酸系玻璃、鉛硼酸玻璃等)之粉末狀之玻璃料(玻璃粉)2、氧化鐵等無機顏料即雷射光吸收性顏料(雷射光吸收材)、乙酸戊酯等有機溶劑、及於玻璃之軟化點溫度以下熱分解之樹脂成分(丙烯酸等)即黏合劑混練而成者。即，漿料層6包含有機溶劑、黏合劑、雷射光吸收性顏料及玻璃料2。

繼而，使漿料層6乾燥而除去有機溶劑。藉此，玻璃層3以沿著呈矩形環狀延伸之熔接預定區域R之方式以特定寬度配置於玻璃構件4上。即，玻璃層3包含黏合劑、雷射光吸收性顏料及玻璃料2。再者，配置於玻璃構件4之表面4a之玻璃層3係由於玻璃料2之粒子性等而引起超出雷射光吸收性顏料之吸收特性之光散射，而成為雷射光吸收率較低之狀態(例如，於可見光下看起來玻璃層3發白)。

繼而，如圖3所示，於使玻璃層3相對於玻璃構件4而位於鉛直方向上側之狀態下，將玻璃構件4載置於載置台7上。繼而，沿著熔接預定區域R，使聚光點對準形成為矩形環狀之玻璃層3之1個角部而照射雷射光L1。該雷射光L1 之光點直徑設定為大於玻璃層3之寬度，對玻璃層3所照射之雷射光L1之雷射功率調整為於玻璃層之寬度方向(與雷射光L1之行進方向大致正交之方向)上成為相同程度。藉此，玻璃層3之一部分於整個寬度方向上同等地熔融，而雷射光之吸收率較高之雷射光吸收部8a遍及整個寬度方向而形成。

其後，如圖4所示，對玻璃層3之剩餘3個角部，亦同樣地依序照射雷射光L1而形成雷射光吸收部8b、8c、8d。再者，雷射光吸收部8a~8d中，由於玻璃料2之熔融而其粒子性受到破壞等，從而顯著表現出雷射光吸收性顏料之吸收特性，此部分之雷射光吸收率成為高於未照射雷射光L1之部分之狀態(例如，於可見光下，僅與雷射光吸收部8a~8d相對應之角部發黑或發綠)。

繼而，如圖5、6所示，以雷射光吸收部8a為起點(照射起始位置)，使聚光點對準玻璃層3，沿著熔接預定區域R照射雷射光(第1雷射光)L2。即，以雷射光吸收部8a為照射起始位置，使雷射光L2之照射區域沿著熔接預定區域R相對移動，而對玻璃層3照射雷射光L2。此時，雷射光L2係於使玻璃層3相對於玻璃構件4而位於鉛直方向上側之狀態下，經由設置於載置台7上之開口(未圖示)及玻璃構件4而自玻璃構件4側照射至玻璃層3(雷射光L1亦相同)。藉此，黏合劑氣化而自玻璃層3除去，並且玻璃層3熔融再固化，玻璃層3燒接且固著於玻璃構件4之表面4a(預煅燒)，從而製造出玻璃層固著構件。

此處，如圖7(a)所示，預煅燒用雷射光L2之照射區域包含沿著熔接預定區域R之延伸方向(即，與玻璃層3之寬度方向大致正交之方向)排列之第1區域A1及第2區域A2，且第1區域A1與第2區域A2相連。如圖7(b)所示，第1區域A1中之雷射光L2之強度高於第2區域A2中之雷射光L2之強度，且雷射光L2之照射區域係以第1區域A1相對於第2區域A2先行之方式而沿著熔接預定區域R移動。玻璃層3中，藉由第1區域A1之照射而使黏合劑氣化，並使玻璃料2熔融。繼而，於藉由第1區域A1之照射而熔融之玻璃層3固化之前對玻璃層3照射第2區域A2，藉此氣化之黏合劑自玻璃層3逸出。即，黏合劑係藉由第1區域A1之照射而氣化，並藉由第2區域A2之照射而自玻璃層3逸出。

再者，於玻璃層3之預煅燒時，以預先提高雷射光吸收率之雷射光吸收部8a為照射起始位置起開始照射雷射光L2，因此，自照射起始位置起，玻璃層3即刻於整個寬度方向上熔融。藉此，遍及整個熔接預定區域R，玻璃層3之熔融不穩定之不穩定區域減少，而成為玻璃層3之熔融穩定之穩定區域。又，於剩餘之3個角部亦分別設置有雷射光吸收部8b~8d，因此當作為玻璃熔接體而發揮功能時容易受到負載之角部於預煅燒時確實地熔融。再者，固著於玻璃構件4之表面4a之玻璃層3係整個熔接預定區域R上，由於玻璃料2之熔融而使其粒子性受到破壞等，從而顯著表現出雷射光吸收性顏料之吸收特性，成為雷射光吸收率較高之狀態。

繼玻璃層3之預煅燒之後，如圖8所示，玻璃構件5經由玻璃層3而重合於玻璃層固著構件10(即，固著有玻璃層3之玻璃構件4)上。繼而，如圖9所示，使聚光點對準玻璃層3，沿著熔接預定區域R照射雷射光(第2雷射光)L3。即，使雷射光L3之照射區域沿著熔接預定區域R相對移動，而對玻璃層3照射雷射光L3。藉此，於成為整個熔接預定區域R之雷射光吸收率較高且均勻之狀態之玻璃層3吸收雷射光L3，玻璃層3及其周邊部分(玻璃構件4、5之表面4a、5a部分)熔融再固化(正式煅燒)，使玻璃構件4與玻璃構件5沿著熔接預定區域R熔接而獲得玻璃熔接體1(熔接中，亦有時玻璃層3熔融，而玻璃構件4、5未熔融)。再者，雷射光L3之照射亦可對整個玻璃層3總括地進行。

如上所述，用於製造玻璃熔接體1之玻璃熔接方法(包含玻璃層固著方法)中，為使黏合劑氣化、並使玻璃層3熔融而使該玻璃層3固著於玻璃構件4上(即，為進行預煅燒)，而對玻璃層3照射雷射光L2。此處，雷射光L2之照射區域包含沿著熔接預定區域R之延伸方向排列之第1區域A1及第2區域A2，且以第1區域A1相對於第2區域A2在前之方式沿著熔接預定區域R移動。並且，第2區域A2係於藉由第1區域A1之照射而熔融之玻璃層3固化之前對玻璃層3進行照射。如上所述，於玻璃層3固化之前對玻璃層3照射雷射光L2之第2區域A2，因此玻璃層3固化所需之時間變長，其結果，藉由雷射光L2之第1區域A1之照射而氣化之黏合劑容易自玻璃層3逸出。因此，根據該玻璃熔接方法，使氣 化之黏合劑確實地自熔融之玻璃層3逸出，如圖10所示，可抑制玻璃層3中形成氣泡，因此可製造必需氣密之熔接之玻璃熔接體1。

又，如圖7(b)所示，第1區域A1中之雷射光L2之強度高於第2區域A2中之雷射光L2之強度，因此能夠以短時間效率良好地使玻璃層3熔融。另一方面，即便繼第1區域A1之後對玻璃層3照射第2區域A2，亦可防止玻璃層3之溫度持續上升而達到結晶化溫度Tc，可將玻璃層3之溫度維持為高於熔點Tm且低於結晶化溫度Tc之溫度。

又，預煅燒用雷射光L2係自玻璃構件4側經由玻璃構件4而照射至玻璃層3。藉此，玻璃層3中之玻璃構件4側之部分受到充分加熱，因此可提高玻璃層3對於玻璃構件4之密著性。並且，防止玻璃層3中的與玻璃構件4為相反側之部分(即，玻璃層3中與玻璃構件5熔接之部分)由於過多受熱而結晶化，因此可使玻璃層3相對於玻璃構件5之熔接狀態均勻化。

又，預煅燒用雷射光L2係於使玻璃層3相對於玻璃構件4而位於鉛直方向上側之狀態下對玻璃層3進行照射。藉此，可使預煅燒時所產生之氣體(例如，黏合劑之分解氣體或水蒸氣等)效率良好地向上方逸出。

本發明並不限定於上述實施形態。例如，預煅燒用雷射光L2中，第1區域A1與第2區域A2亦可如圖11所示，僅隔開特定之間隔。於此情形時，亦於玻璃層3固化之前對玻璃層3照射雷射光L2之第2區域A2，因此可抑制於玻璃層3 中形成氣泡。進而，第1區域A1中之雷射光L2之強度高於第2區域A2中之雷射光L2之強度，因此能夠以短時間且效率良好地使玻璃層3熔融，並可將玻璃層3之溫度維持為高於熔點Tm且低於結晶化溫度Tc之溫度。

再者，於第1區域A1與第2區域A2之間隔為5 mm、雷射光L2之沿著熔接預定區域R之相對移動速度為30 mm/sec之情形時，第1區域A1之強度與第2區域A2之強度之比例如為5：1。

又，如圖12所示，預煅燒用雷射光L2中，第1區域A1與第2區域A2之強度亦可相同。於此情形時，由於玻璃層3之溫度會持續緩緩上升，因此必需以使玻璃層3之溫度不達到結晶化溫度Tc之方式對第1區域A1及第2區域A2之強度進行控制。

惟於此情形下，亦可抑制於玻璃層3中形成氣泡，並可獲得充分之加工速度。例如，若欲以照射區域為圓形狀(直徑為1.6 mm)之雷射光來抑制於玻璃層3中形成氣泡，則必需將雷射光L2之沿著熔接預定區域R之相對移動速度降低至1 mm/sec。與此相對，若欲以照射區域(包含強度相同之第1區域A1及第2區域A2之照射區域)為沿著熔接預定區域R之長條狀(1.0 mm×3.2 mm)之雷射光L2來抑制於玻璃層3中形成氣泡，則可將雷射光L2之沿著熔接預定區域R之相對移動速度提高至10 mm/sec。如上所述，就加工速度而言，後者為前者之10倍之多。再者，就雷射功率而言，如前者為5 W左右、後者為20 W左右之情形，後者無 需為前者之10倍之多。

又，成為預煅燒用雷射光L2之照射對象之玻璃層3並不限定於包含黏合劑、雷射光吸收性顏料及玻璃料2者，亦可為與包含有機溶劑、黏合劑、雷射光吸收性顏料及玻璃料2之漿料層6相當者。又，玻璃料2並不限定於具有低於玻璃構件4、5之熔點者，亦可為具有玻璃構件4、5以上之熔點者。又，雷射光吸收性顏料亦可包含於玻璃料2本身中。

產業上之可利用性

根據本發明，可製造必需氣密之熔接之玻璃熔接體。

1‧‧‧玻璃熔接體

2‧‧‧玻璃料(玻璃粉)

3‧‧‧玻璃層

4‧‧‧玻璃構件(第1玻璃構件)

4a‧‧‧表面

5‧‧‧玻璃構件(第2玻璃構件)

5a‧‧‧表面

6‧‧‧漿料層

7‧‧‧載置台

8a~8d‧‧‧雷射光吸收部

10‧‧‧玻璃層固著構件

A1‧‧‧第1區域

A2‧‧‧第2區域

L1‧‧‧雷射光

L2‧‧‧雷射光(第1雷射光)

L3‧‧‧雷射光(第2雷射光)

R‧‧‧熔接預定區域

圖1係藉由本發明之玻璃熔接方法之一實施形態而製造之玻璃熔接體的立體圖。

圖2係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之立體圖。

圖3係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之剖面圖。

圖4係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之平面圖。

圖5係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之剖面圖。

圖6係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之平面圖。

圖7(a)、(b)係表示預煅燒用雷射光之照射區域與玻璃層 之關係的圖。

圖8係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之立體圖。

圖9係用以對用於製造圖1之玻璃熔接體之玻璃熔接方法進行說明之立體圖。

圖10係表示固著於玻璃構件上之玻璃層之照片之圖。

圖11(a)、(b)係表示預煅燒用雷射光之照射區域與玻璃層之關係的圖。

圖12(a)、(b)係表示預煅燒用雷射光之照射區域與玻璃層之關係的圖。

圖13係表示形成有氣泡之玻璃層之照片的圖。

圖14係表示凝聚之玻璃層之照片的圖。

3‧‧‧玻璃層

A1‧‧‧第1區域

A2‧‧‧第2區域

L2‧‧‧雷射光(第1雷射光)

Claims (7)

1. 一種玻璃熔接方法，其特徵在於：其係將第1玻璃構件與第2玻璃構件熔接而製造玻璃熔接體者，其包括以下步驟：以沿著延伸之熔接預定區域之方式，將包含黏合劑、雷射光吸收材及玻璃粉之玻璃層以特定寬度配置於上述第1玻璃構件上；使第1雷射光之照射區域沿著上述熔接預定區域相對移動，並對上述玻璃層照射上述第1雷射光，藉此使上述黏合劑氣化，並使上述玻璃粉熔融而使上述玻璃層固著於上述第1玻璃構件上；及使上述第2玻璃構件經由上述玻璃層而重合於固著有上述玻璃層之上述第1玻璃構件上，並對上述玻璃層照射第2雷射光，藉此將上述第1玻璃構件與上述第2玻璃構件熔接，且上述第1雷射光之照射區域包含沿著上述熔接預定區域之延伸方向排列之第1區域及第2區域，且以上述第1區域相對於上述第2區域在前之方式沿著上述熔接預定區域移動，上述第2區域係於藉由上述第1區域之照射而熔融之上述玻璃層固化之前對上述玻璃層進行照射。
2. 如請求項1之玻璃熔接方法，其中上述第1區域中之上述第1雷射光之強度高於上述第2區域中之上述第1雷射光之強度。
3. 如請求項1之玻璃熔接方法，其中上述第1區域與上述第2區域相連。
4. 如請求項1之玻璃熔接方法，其中上述第1區域與上述第2區域相隔開。
5. 如請求項1之玻璃熔接方法，其中上述第1雷射光係自上述第1玻璃構件側經由上述第1玻璃構件而對上述玻璃層進行照射。
6. 一種玻璃層固著方法，其特徵在於：其係使玻璃層固著於第1玻璃構件而製造玻璃層固著構件者，其包括以下步驟：以沿著延伸之熔接預定區域之方式，將包含黏合劑、雷射光吸收材及玻璃粉之上述玻璃層以特定寬度配置於上述第1玻璃構件上；及使第1雷射光之照射區域沿著上述熔接預定區域相對移動，並對上述玻璃層照射上述第1雷射光，藉此使上述黏合劑氣化，並使上述玻璃粉熔融而使上述玻璃層固著於上述第1玻璃構件上；上述第1雷射光之照射區域包含沿著上述熔接預定區域之延伸方向排列之第1區域及第2區域，且以上述第1區域相對於上述第2區域在前之方式沿著上述熔接預定區域移動，上述第2區域係於藉由上述第1區域之照射而熔融之上述玻璃層固化之前對上述玻璃層進行照射。
7. 一種玻璃層固著方法，其特徵在於：其係使玻璃層固著 於第1玻璃構件而製造玻璃層固著構件者，其包括以下步驟：以沿著延伸之熔接預定區域之方式，將包含雷射光吸收材及玻璃粉之上述玻璃層以特定寬度配置於上述第1玻璃構件上；及使第1雷射光之照射區域沿著上述熔接預定區域相對移動，並對上述玻璃層照射上述第1雷射光，藉此使上述玻璃粉熔融而使上述玻璃層固著於上述第1玻璃構件上；上述第1雷射光之照射區域包含沿著上述熔接預定區域之延伸方向排列之第1區域及第2區域，且以上述第1區域相對於上述第2區域在前之方式沿著上述熔接預定區域移動，上述第2區域係於藉由上述第1區域之照射而熔融之上述玻璃層固化之前對上述玻璃層進行照射。