TWI495530B - 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：將包含雷射光吸收性顏料之玻璃層以沿著熔接預定區域之方式燒接於一玻璃構件上之後，隔著玻璃層而使另一玻璃構件重合於該玻璃構件上，並沿著熔接預定區域照射雷射光，藉此將一玻璃構件與另一玻璃構件熔接。

另外，作為於玻璃構件上燒接玻璃層之技術，通常為如下技術：自包含玻璃料、雷射光吸收性顏料、有機溶劑及黏合劑之漿料層中除去有機溶劑及黏合劑，藉此使玻璃層固著於玻璃構件上後，藉由將固著有玻璃層之玻璃構件於煅燒爐內加熱而使玻璃層熔融，於玻璃構件上燒接玻璃層(例如參照專利文獻1)。

又，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而自玻璃層除去有機物(有機溶劑或黏合劑)的技術(例如參照專利文獻2、3)。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，可抑制由於使用爐而引起之消耗能量之增大及爐內之加熱時間之變長。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特表2006-524419號公報

專利文獻2：日本專利特開2002-366050號公報

專利文獻3：日本專利特開2002-367514號公報

然而，若藉由雷射光之照射而於玻璃構件上燒接玻璃層，並隔著該玻璃層而將玻璃構件彼此熔接，則有時熔接狀態會變得不均勻。

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可靠性較高之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，玻璃構件彼此之熔接狀態變得不均勻之原因在於，如圖10所示，若燒接時玻璃層之溫度超過熔點Tm，會引起玻璃層之雷射光吸收率急遽變高。即，配置於玻璃構件上之玻璃層中，會因為玻璃料之粒子性等，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，於可見光下看起來泛白)。若於此種狀態下照射雷射光以於玻璃構件上燒接玻璃層，則會因為玻璃料熔融而使粒子性受到破壞等，令雷射光吸收性顏料之吸收特性變得顯著，因而玻璃層之雷射光吸收率急遽變高(例如，於可見光下看起來泛黑或泛綠)。

此時，雷射光具有如圖11所示般於寬度方向(與雷射光之行進方向大致正交之方向)上之中央部之溫度變高的溫度分佈。因此，若為了要讓自照射起始位置起遍及整個寬度方向成為玻璃層熔融之穩定區域，使雷射光於照射起始位置暫時停滯後再行進，則於寬度方向上之中央部會因最初開始之熔融而使中央部之雷射光吸收率上升，由於該上升而使中央部成為入熱過多之狀態，因而恐有玻璃構件產生裂痕或玻璃層結晶化之虞。

因此，如圖12所示，若玻璃層不於雷射光之照射起始位置遍及整個寬度方向而熔融亦使雷射光行進，則自照射起始位置至穩定狀態之區域成為熔融之寬度自中央部逐漸變寬的不穩定區域。若隔著包含此種不穩定區域之玻璃層而將玻璃構件彼此熔接，則雷射光吸收率於不穩定區域與穩定區域有所不同，因此可製造熔接狀態不均勻之玻璃熔接體。

進而，於不穩定區域中，黏合劑未充分分解而殘留。若隔著包含此種不穩定區域之玻璃層而將玻璃構件彼此熔接，則由於玻璃料之熔點高於黏合劑之分解點，故而於黏合劑之分解氣體自熔融之玻璃層逸出之前，玻璃層固化。藉此，玻璃層中形成多個氣泡，若該氣泡相連，則存在玻璃熔接體中玻璃層發生洩漏之虞。

本發明者基於該見解進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：將包含黏合劑、雷射光吸收材及玻璃粉之玻璃層，以沿著環狀之熔接預定區域之方式配置於第1玻璃構件上；自熔接預定區域中之照射起始位置至照射起始位置，沿著熔接預定區域照射第1雷射光後，繼續沿著自熔接預定區域中之照射起始位置起之特定區域再次照射第1雷射光，藉此使黏合劑氣化並使玻璃粉熔融，使玻璃層固著於第1玻璃構件上；及使第2玻璃構件隔著玻璃層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，藉此將第1玻璃構件與第2玻璃構件熔接。

又，本發明之玻璃層固著方法之特徵在於：其係使玻璃層固著於第1玻璃構件上而製造玻璃層固著構件者，其包括以下步驟：將包含黏合劑、雷射光吸收材及玻璃粉之玻璃層，以沿著環狀之熔接預定區域之方式配置於第1玻璃構件上；及自熔接預定區域中之照射起始位置至照射起始位置，沿著熔接預定區域照射第1雷射光後，繼續沿著自熔接預定區域中之照射起始位置起之特定區域再次照射第1雷射光，藉此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。

該等玻璃熔接方法及玻璃層固著方法中，當使玻璃層固著於第1玻璃構件上時，沿著自熔接預定區域中之照射起始位置起之特定區域再次照射第1雷射光，使該特定區域之玻璃層再熔融。可藉由此種再熔融而使特定區域成為穩定區域，使減少熔接預定區域中之不穩定區域之玻璃層固著於第1玻璃構件上。進而，可藉由再次之第1雷射光之照射而使殘留於不穩定區域中之黏合劑氣化，且自玻璃層逸出。其結果，藉由隔著上述減少不穩定區域之玻璃層將第1玻璃構件與第2玻璃構件熔接，可使玻璃構件彼此之熔接狀態成為均勻。因此，根據該等玻璃熔接方法及玻璃層固著方法，可製造可靠性較高之玻璃熔接體。再者，所謂「穩定區域」，係指玻璃層遍及整個寬度方向而熔融之區域；所謂「不穩定區域」，係指玻璃層僅於寬度方向之一部分熔融之區域。又，此處所使用之「環狀」至少包括圓環狀或矩形環狀。

本發明之玻璃熔接方法中，較佳為特定區域包含自照射起始位置照射一次第1雷射光時玻璃層之熔融變得不穩定的整個不穩定區域。因再次照射第1雷射光之特定區域中包含整個不穩定區域，可使熔接預定區域中之不穩定區域進而減少之玻璃層固著於第1玻璃構件上。

本發明之玻璃熔接方法中，較佳為使沿著特定區域再次照射第1雷射光時之照射功率低於沿著特定區域最初照射第1雷射光時之照射功率。特定區域藉由第1雷射光之最初之照射而一部分已熔融，且以降低之照射功率進行再熔融，藉此成為與其他穩定區域同等之熔融，可使熔接預定區域中之熔融變得均勻。

又，於上述情形時，進而較佳為使沿著特定區域再次照射第1雷射光時之照射功率遞減。藉由逐漸降低照射功率，可有效地將熔融區域之比率向第1雷射光之行進方向逐漸變高之不穩定區域替換為穩定區域，從而使熔接預定區域中之熔融更均勻。

根據本發明，可製造可靠性較高之玻璃熔接體。

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。

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。如圖1所示，玻璃熔接體1係隔著沿著熔接預定區域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熔接而成者。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係沿著玻璃構件4、5之外緣而設定成矩形環狀。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)，且沿著熔接預定區域R而形成為具有特定寬度之矩形環狀。

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，而於玻璃構件4上固著玻璃層3，從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料漿料，而沿著閉環狀之熔接預定區域R於玻璃構件4之表面4a形成漿料層6。玻料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(硝基纖維素、乙基纖維素、丙烯酸等)即黏合劑混練而成者。玻料漿料亦可為將使預先添加有雷射光吸收性顏料(雷射光吸收材)之低熔點玻璃成為粉末狀之玻璃料(玻璃粉)、有機溶劑、及黏合劑混練而成者。即，漿料層6包含玻璃料2、雷射光吸收性顏料、有機溶劑及黏合劑。

繼而，使漿料層6乾燥而除去有機溶劑，藉此沿著熔接預定區域R使形成為封閉之矩形環狀之玻璃層3固著於玻璃構件4之表面4a。藉此，包含黏合劑、雷射光吸收性顏料及玻璃料2之玻璃層3以沿著環狀之熔接預定區域R之方式配置於玻璃構件4上。再者，固著於玻璃構件4之表面4a的玻璃層3會藉由玻璃料2之粒子性等，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，於可見光下看起來泛白)。

繼而，如圖3~圖5所示，使聚光點對準玻璃層3之照射起始位置A，開始照射雷射光(第1雷射光)L1，且使照射沿著熔接預定區域R向圖示箭頭之行進方向前進。另外，由於雷射光L1具有如上述之溫度分佈(參照圖11)，因此如圖5所示，自照射起始位置A起、至成為遍及玻璃層3之整個寬度方向(與雷射光之行進方向大致正交之方向)進行熔融之穩定區域的穩定區域起始位置B為止存在特定距離，自照射起始位置A至穩定區域起始位置B為止成為玻璃層3之熔融於寬度方向之一部分進行之不穩定區域。該不穩定區域中，如圖5或圖12所示，熔融之玻璃層3之寬度即熔融區域之比率會向雷射光L1之行進方向逐漸變高。

其後，越過穩定區域起始位置B，沿著熔接預定區域R繼續對玻璃層3照射雷射光L1，如圖6所示，進行雷射光L1之照射直至返回至照射起始位置A為止，進而，如圖7所示，沿著自該照射起始位置A至玻璃層3之熔融穩定之穩定區域起始位置B的不穩定區域，繼續照射雷射光L1，使不穩定區域之玻璃層3再熔融。該不穩定區域中，一旦進行雷射照射則熔融區域之比率向雷射光之行進方向逐漸變高，因此當再次沿著不穩定區域進行雷射照射時，使雷射光L1之照射功率自照射起始位置A起逐漸降低，於越過穩定區域起始位置B之附近使照射功率為零。

如上所述，使雷射光L1之照射於不穩定區域重疊，遍及配置於玻璃構件4上之玻璃層3之熔接預定區域R全周而使黏合劑氣化並使玻璃料2熔融，藉此除去黏合劑，進行再固化，使玻璃層3燒接且固著於玻璃構件4之表面4a。其結果，如圖7所示，製造玻璃層固著構件10(即，固著有玻璃層3之玻璃構件4)。再者，燒接於玻璃構件4之表面4a之玻璃層3係由於玻璃料2之熔融而使粒子性受到破壞等，雷射光吸收性顏料之吸收特性顯著出現，成為雷射光吸收率較高之狀態(例如，於可見光下看起來泛黑)。

繼而，若遍及熔接預定區域R全周之穩定之玻璃層3之燒接結束，則如圖8所示，使玻璃構件5隔著玻璃層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)。

繼而，如圖9所示，使聚光點對準玻璃層3而沿著熔接預定區域R照射雷射光(第2雷射光)L2。藉此，遍及熔接預定區域R全周而成為雷射光吸收率較高且均勻之狀態的玻璃層3吸收雷射光L2，玻璃層3及其周邊部分(玻璃構件4、5之表面4a、5a部分)相同程度地熔融‧再固化，從而將玻璃構件4與玻璃構件5熔接(熔接中，亦有時玻璃層3熔融，而玻璃構件4、5未熔融)。此時，形成為燒接於玻璃構件4上之玻璃層3之熔融遍及熔接預定區域R全周而穩定之穩定區域，亦充分除去黏合劑，因此玻璃構件4與玻璃構件5可沿著熔接預定區域R均勻地熔接。

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，當玻璃層3固著於玻璃構件4上時，沿著自熔接預定區域R中之照射起始位置A至熔接預定區域R中之穩定區域起始位置B為止的不穩定區域再次照射雷射光L1，使該不穩定區域之玻璃層3再熔融。藉由此種再熔融而使不穩定區域成為穩定區域，可將熔融遍及熔接預定區域R全周而穩定之玻璃層3固著於玻璃構件4上。進而，可藉由再次之雷射光L1之照射而使殘留於不穩定區域中之黏合劑氣化，且自玻璃層3逸出。其結果，藉由隔著伴隨著此種穩定區域所形成之玻璃層3將玻璃構件4與玻璃構件5熔接，可使玻璃構件4、5彼此之熔接狀態變得均勻。因此，根據以上之玻璃熔接方法及玻璃層固著方法，可製造可靠性較高之玻璃熔接體1。

又，上述玻璃熔接方法中，使沿著不穩定區域再次照射雷射光L1時之照射功率逐漸低於沿著不穩定區域最初照射雷射光L1時之照射功率。如上所述，藉由逐漸降低照射功率，而將熔融區域之比率向雷射光L1之行進方向逐漸變高之不穩定區域有效替換為穩定區域，可使熔接預定區域R全周之熔融更均勻。

本發明並不限定於上述實施形態。

例如，本實施形態中，係使用大致矩形環狀之熔接預定區域R，但只要為環狀之熔接預定區域即可，亦可為圓環狀之熔接預定區域。

又，本實施形態中，係直接對玻璃層3照射雷射光L1，但亦可隔著玻璃構件4而對玻璃層3照射雷射光L1。

產業上之可利用性

根據本發明，可製造可靠性較高之玻璃熔接體。

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

10．．．玻璃層固著構件

A．．．照射起始位置

B．．．穩定區域起始位置

L1．．．雷射光(第1雷射光)

L2．．．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之立體圖；

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剖面圖；

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平面圖；

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係表示玻璃層之溫度與雷射光吸收率之關係之圖表；

圖11係表示雷射照射之溫度分佈之圖；及

圖12係表示雷射照射之穩定區域及不穩定區域之圖。

2．．．玻璃料(玻璃粉)

3．．．玻璃層

4．．．玻璃構件(第1玻璃構件)

A．．．照射起始位置

B．．．穩定區域起始位置

L1．．．雷射光(第1雷射光)

Claims (5)

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：將包含黏合劑、雷射光吸收材及玻璃粉之玻璃層，以沿著環狀之熔接預定區域之方式配置於上述第1玻璃構件上；自上述熔接預定區域中之照射起始位置至上述照射起始位置，沿著上述熔接預定區域照射第1雷射光後，繼續沿著自上述熔接預定區域中之上述照射起始位置起之特定區域再次照射上述第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玻璃構件隔著上述玻璃層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。
2. 如請求項1之玻璃熔接方法，其中上述特定區域包含在自上述照射起始位置起一度照射上述第1雷射光之情形時上述玻璃層之熔融變得不穩定之不穩定區域整體。
3. 如請求項1之玻璃熔接方法，其中使沿著上述特定區域再次照射上述第1雷射光時之照射功率，低於沿著上述特定區域最初照射上述第1雷射光時之照射功率。
4. 如請求項3之玻璃熔接方法，其中使沿著上述特定區域再次照射上述第1雷射光時之照射功率遞減。
5. 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玻璃構件上而製造玻璃層固著構件者，其包括以下步驟：將包含黏合劑、雷射光吸收材及玻璃粉之上述玻璃層，以沿著環狀之熔接預定區域之方式配置於上述第1玻璃構件上；及自上述熔接預定區域中之照射起始位置至上述照射起始位置，沿著上述熔接預定區域照射第1雷射光後，繼續沿著自上述熔接預定區域中之上述照射起始位置起之特定區域再次照射上述第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。