WO2011065105A1 - ガラス溶着方法及びガラス層定着方法 - Google Patents

ガラス溶着方法及びガラス層定着方法 Download PDF

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聡 松本
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    • H01J9/26Sealing together parts of vessels

Definitions

  • the present invention relates to a glass welding method for manufacturing a glass welded body by welding glass members together, and a glass layer fixing method therefor.
  • this invention is made
  • the present inventors have found that the glass layer in the glass welded body is leaked so that the glass disposed along the planned welding region extending in a closed ring shape. It has been found that this is due to the fact that the layer may be cut when it is fixed to the glass member by laser light irradiation. That is, in order to melt the glass powder and fix the glass layer to the glass member, as shown in FIG. 9, the laser beam along the planned welding region R with the predetermined position P of the glass layer 3 as the start point and the end point, as shown in FIG. 9.
  • the glass layer 3 When the glass layer 3 is irradiated with laser light while relatively moving the irradiation region, the glass layer 3 is cut in the vicinity of the predetermined position P in some cases. This is because, when the irradiation region of the laser beam returns to the predetermined position P, the melting end portion of the glass layer 3 contracted by the melting of the glass powder on the melting start end portion 3a of the already solidified glass layer 3. It is assumed that 3b is difficult to connect.
  • the melting end portion 3 b of the glass layer 3 rises. Therefore, even if the glass member 5 to be welded to the glass member 4 is overlapped via the glass layer 3, The glass member 5 cannot be brought into uniform contact with the glass layer 3 because the portion 3b becomes an obstacle. In this state, even if it is attempted to weld the glass member 4 and the glass member 5 by laser light irradiation, it is extremely difficult to achieve uniform and airtight welding.
  • 9 to 11 exemplify dimensions relating to the glass layer 3, the width of the glass layer 3 is about 1.0 mm, the thickness of the glass layer 3 is about 10 ⁇ m, and the height of the melting end portion 3b is about 20 ⁇ m.
  • the cut width of the glass layer 3 (that is, the interval between the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b) is about 40 ⁇ m.
  • FIG. 12 is a diagram showing a plan photograph of the melting start end and melting end of the glass layer fixed on the glass member. As shown in the figure, the glass layer 3 is cut between the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b. The reason why the width of the melting start end portion 3a gradually increases from the central portion is as follows.
  • the laser light generally has a temperature distribution in which the temperature of the central portion in the width direction (direction substantially orthogonal to the traveling direction of the laser light) increases. . Therefore, if the laser light is allowed to stay for a while at the irradiation start position so that it becomes a stable region where the glass layer melts from the irradiation start position over the entire width direction, The laser light absorptance of the portion increases, and the rise causes the central portion to be in a state of excessive heat input, which may cause cracks in the glass member and crystallization of the glass layer.
  • the region from the irradiation start position to the stable state gradually increases from the central portion. It becomes an unstable region where the width of the melting is widened.
  • the width of the melting start end portion 3a gradually increases from the central portion for the above reason.
  • the glass welding method according to the present invention is a glass welding method for manufacturing a glass welded body by welding a first glass member and a second glass member, and is a planned welding region extending in a closed annular shape.
  • the glass layer containing the laser light absorbing material and the glass powder is first such that the volume per unit length of a part of the glass is larger than the volume per unit length of the main part excluding the part.
  • the first laser light irradiation area is moved relatively along the planned welding area, with one or the other end of the main part connected to the glass member as a start point and an end point.
  • the glass layer fixing method according to the present invention is a glass layer fixing method for manufacturing a glass layer fixing member by fixing a glass layer to a first glass member, wherein the glass layer fixing method is applied to a welding planned region extending in a closed annular shape.
  • the glass layer containing the laser light absorbing material and the glass powder is placed along the first layer so that the volume per unit length is larger than the volume per unit length of the main part excluding a part.
  • the first laser light irradiation area is relatively moved along the planned welding area with one or the other end of the main part connected to the glass member as a starting point and an end point. Irradiating the glass layer with the first laser beam to melt the glass layer and fixing the glass layer to the first glass member.
  • the positions (the start point and end point of the first laser beam irradiation) That is, the glass layer is cut or cut at a part of the glass layer or one end or the other end of the main part of the glass layer connected to the part.
  • the first laser beam irradiation start point and The part set as the end point will swell sufficiently.
  • the thickness of a part of the glass layer is thicker than the thickness of the main part of the glass layer.
  • variety of a part of glass layer is made wider than the width
  • the first glass is defined by the second glass member superimposed on the first glass member to which the glass layer is fixed via the glass layer.
  • the part is melted, and then the glass layer is irradiated with the third laser light. It is preferable to weld the first glass member and the second glass member. In this case, it is possible to easily and surely carry out the pressing / melting process of the portion that is the start point and the end point of the irradiation with the first laser beam.
  • the second laser light is irradiated to the part in a state where the part having the start point and the end point is included in the irradiation region. In this case, it is possible to reliably melt the portions that are the starting point and the ending point of the first laser light irradiation collectively.
  • the glass welded body 1 includes a glass member (first glass member) 4 and a glass member (second glass member) through a glass layer 3 formed along the planned welding region R. ) 5 is welded.
  • the glass members 4 and 5 are, for example, rectangular plate-shaped members made of non-alkali glass and having a thickness of 0.7 mm.
  • the planned welding region R is rectangular with a predetermined width so as to follow the outer edges of the glass members 4 and 5. It is set in a ring.
  • the glass layer 3 is made of, for example, low-melting glass (vanadium phosphate glass, lead borate glass or the like), and is formed in a rectangular ring shape with a predetermined width so as to follow the planned welding region R.
  • a glass welding method for manufacturing the glass welded body 1 described above in order to manufacture the glass welded body 1 by welding the glass member 4 and the glass member 5, the glass layer 3 is fixed to the glass member 4.
  • a glass layer fixing method for producing a glass layer fixing member in order to manufacture the glass welded body 1 by welding the glass member 4 and the glass member 5, the glass layer 3 is fixed to the glass member 4.
  • a paste layer 6 is formed on the surface 4a of the glass member 4 along the planned welding region R by applying a frit paste by a dispenser, screen printing or the like.
  • the frit paste is, for example, a powdery glass frit (glass powder) 2 made of low-melting glass (vanadium phosphate glass, lead borate glass, etc.), a laser light absorbing pigment (laser) which is an inorganic pigment such as iron oxide.
  • a light absorbing material an organic solvent such as amyl acetate, and a binder that is a resin component (such as acrylic) that is thermally decomposed at a temperature lower than the softening temperature of the glass. That is, the paste layer 6 includes an organic solvent, a binder, a laser light absorbing pigment, and the glass frit 2.
  • the paste layer 6 is dried to remove the organic solvent.
  • the glass layer 3 containing the binder, the laser light absorbing pigment, and the glass frit 2 is disposed on the glass member 4 along the planned welding region R extending in a closed rectangular ring shape.
  • positioned on the surface 4a of the glass member 4 will be in the state where the light scattering exceeding the absorption characteristic of a laser beam absorptive pigment occurs by the particle property of the glass frit 2, etc., and a laser beam absorptivity is low. (For example, the glass layer 3 looks whitish under visible light).
  • the glass layer 3 is applied to the surface 4a of the glass member 4 over the entire circumference of the planned welding region R, and then the glass layer 3 is subjected to FIG. ),
  • the frit paste FP is further applied to a predetermined portion on the straight line portion of the welding planned region R, thereby forming the welding planned region R.
  • the thickness of the part 31 of the glass layer 3 is thicker than the thickness of the main part 32 of the glass layer 3 excluding the part 31. That is, in the glass layer 3 arranged on the glass member 4, the volume per unit length of the part 31 is larger than the volume per unit length of the main part 32.
  • the irradiation region of the laser beam (first laser beam) L ⁇ b> 1 along the planned welding region R with the predetermined position P in the part 31 of the glass layer 3 as the start point and the end point. are moved relatively, and the glass layer 3 is irradiated with the laser light L1.
  • the binder is gasified and the glass frit 2 is melted to fix the glass layer 3 to the glass member 4 (temporary firing), thereby obtaining the glass layer fixing member 10.
  • the absorption characteristics of the laser light-absorbing pigment appear remarkably due to the particle properties of the glass frit 2 being melted, so that the laser light absorption rate of the glass layer 3 is the same as that of the glass frit 2.
  • the state becomes higher than before (for example, the glass layer 3 looks blackish or greenish under visible light).
  • the glass layer 3 is cut, and a part 31 of the glass layer 3 is divided into a melting start end portion 3a and a melting end portion 3b.
  • a part 31 of the glass layer 3 is divided into a melting start end portion 3a and a melting end portion 3b.
  • terminus part 3b are Compared with the case where such a volume difference is not provided, the swell is greatly increased and protrudes largely from the main part 32 of the glass layer 3 to the opposite side of the glass member 4.
  • the width of the glass layer 3 is about 1.0 mm
  • the thickness of the glass layer 3 is about 10 ⁇ m
  • the height of the melting terminal portion 3 b is about 60 ⁇ m
  • the cut width of the glass layer 3 (that is, The distance between the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b) is about 40 ⁇ m. It should be noted that the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b of the glass layer 3 are opposed to each other with the cap G of the glass layer 3 sandwiched between the straight portions of the planned welding region R.
  • the glass member 5 is superposed on the glass layer fixing member 10 (that is, the glass member 4 in which the glass layer 3 is melted and fixed) through the glass layer 3.
  • the glass member 5 presses the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b (the portions set as the start point and end point of the irradiation of the laser light L1) toward the glass member 4 side.
  • the laser beam L2 (second laser beam, third laser beam) is irradiated to the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b.
  • the laser beam L2 is stopped in a state in which the irradiation region includes the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b, and is irradiated to the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b.
  • the laser spot diameter is 1.6 mm
  • the moving speed is 0 mm / sec
  • the laser power is 6 W.
  • the irradiation region of the laser beam L2 is formed in a ring shape, or the irradiation region of the laser beam L2 is provided on each of the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b. It may be combined into a twin spot.
  • the irradiation start portion 3a and the melting end portion 3b are melted by the irradiation with the laser light L2, and the gap G of the glass layer 3 is filled as shown in FIG. 6 (b).
  • the sinking of the glass member 5 is stopped by the main portion 32 of the unmelted glass layer 3 and the thickness of the glass layer 3 is made uniform, so that the laser light absorptance is also uniform.
  • the glass member 5 comes into contact with the formed glass layer 3 uniformly.
  • the irradiation condition of the laser beam L2 is switched, and the glass layer 3 is irradiated with the laser beam L2 along the planned welding region R. That is, the irradiation region of the laser beam L2 is relatively moved along the planned welding region R to irradiate the glass layer 3 with the laser beam L2. Thereby, the glass layer 3 and its peripheral part (surfaces 4a and 5a part of the glass members 4 and 5) are melted and re-solidified, and the glass member 4 and the glass member 5 are welded along the planned welding region R ( Main firing) to obtain a glass welded body 1 (in the welding, the glass layer 3 may melt and the glass members 4 and 5 may not melt).
  • the laser spot diameter is 1.6 mm
  • the moving speed is 10 mm / sec
  • the laser power is 40 W.
  • the glass layer 3 is fixed to the glass member 4 by irradiation with the laser beam L1 for temporary firing.
  • the glass layer is cut at a position that is a start point and an end point of the irradiation of the laser beam L1 for temporary firing (including a case where the glass layer is cut and remarkably included).
  • the glass layer 3 since the volume per unit length of the part 31 was made larger than the volume per unit length of the main part 32, the melting start end part 3a and the melting end part 3b are sufficiently raised. It will be.
  • the thickness of the part 31 of the glass layer 3 is made larger than the thickness of the main part 32 of the glass layer 3.
  • the glass layer 3 in which the volume per unit length of the part 31 of the glass layer 3 is made larger than the volume per unit length of the main part 32 of the glass layer 3 can be obtained reliably.
  • the protrusion of the glass layer 3 in the width direction is suppressed, the effective region surrounded by the glass layer 3 in the glass welded body 1 can be widened.
  • the predetermined position P that is the start point and the end point of the irradiation of the laser beam L ⁇ b> 1
  • one end 32a or the other end 32b of the main portion 32 of the glass layer 3 connected to a part 31 of the glass layer 3 can be used.
  • the melting end portion 3b of the glass layer 3 is moved backward with respect to the melting start end portion 3a of the already solidified glass layer 3. Since it contracts, one end 32a of the main portion 32 on the front side in the traveling direction of the laser light L1 (that is, in the direction of arrow A) is more preferable than the other end 32b of the main portion 32.
  • the glass member 5 superimposed on the glass member 4 via the glass layer 3 presses the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b toward the glass member 4, while the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b
  • the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b are melted, and subsequently, the glass layer 3 is irradiated with the laser light L2 for main firing, thereby forming the glass member 4 And the glass member 5 are welded.
  • the laser beam L2 before the main firing is stopped in a state where the irradiation region includes the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b, and is irradiated to the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b. According to this, it is possible to reliably melt the portions that are the starting point and the ending point of the irradiation with the laser beam L1 for temporary firing (that is, the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b) collectively.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the width of the part 31 of the glass layer 3 may be wider than the width of the main portion 32 of the glass layer 3.
  • the glass layer 3 in which the volume per unit length of the part 31 of the glass layer 3 is made larger than the volume per unit length of the main part 32 of the glass layer 3 can be obtained reliably.
  • the frit paste needs to be applied only once, the arrangement of the glass layer 3 on the glass member 4 can be easily completed.
  • the predetermined position P used as the start point and the end point of the irradiation of the laser beam L1 is a part of the glass layer 3.
  • one end 32a or the other end 32b of the main portion 32 of the glass layer 3 connected to a part 31 of the glass layer 3 can be used.
  • the melting end portion 3b of the glass layer 3 is moved backward with respect to the melting start end portion 3a of the already solidified glass layer 3.
  • one end 32a of the main portion 32 on the front side in the traveling direction of the laser light L1 (that is, in the direction of arrow A) is preferable to the other end 32b of the main portion 32.
  • the main firing laser is subsequently applied to the main portion 32 of the glass layer 3.
  • the glass layer 3 has a portion that is a starting point and an end point of irradiation of the laser beam L1 for temporary firing (that is, a melting start end portion 3a and a melting end portion 3b) as a plate-like member (for example, a light transmissive material instead of the glass member 5).
  • the part may be melted by irradiating the part with a laser beam while pressing the part toward the glass member 4 side. Then, when the pressing and melting of the melting start end portion 3a and the melting end portion 3b are finished, the plate-like member is peeled off to obtain the glass layer fixing member 10.
  • the laser beam L2 for main firing starts irradiation on the glass layer 3 from a portion other than the start point and the end point of the irradiation of the laser beam L1 for temporary firing, and is overlapped to the glass layer 3. The irradiation of is terminated.
  • the irradiation of the laser beam L2 for main firing is not limited to the movement of the irradiation region relative to the planned welding region R, but is performed collectively on the entire glass layer 3.
  • the glass layer 3 to be irradiated with the laser beam L1 for pre-baking may correspond to a paste layer 6 containing an organic solvent, a binder, a laser light absorbing pigment, and the glass frit 2,
  • the organic solvent and the binder may be removed from the paste layer 6 to contain the laser light absorbing pigment and the glass frit 2.
  • the glass frit 2 is not limited to one having a melting point lower than that of the glass members 4 and 5, and may have a melting point equal to or higher than the melting point of the glass members 4 and 5.
  • the laser light absorbing pigment may be contained in the glass frit 2 itself.
  • the welding planned region R is not limited to a rectangular ring shape, and may be any one that extends in a closed ring shape such as a circular ring shape.
  • SYMBOLS 1 Glass welded body, 2 ... Glass frit (glass powder), 3 ... Glass layer, 4 ... Glass member (1st glass member), 5 ... Glass member (2nd glass member), 10 ... Glass layer fixing member , 31 ... part, 32 ... main part, 32a ... one end, 32b ... other end, L1 ... laser light (first laser light), L2 ... laser light (second laser light, third laser light), R: Welding planned area.

Abstract

 ガラス層3の一部31を始点及び終点とした仮焼成用のレーザ光の照射によってガラス部材4にガラス層3を定着させると、その一部31でガラス層3が切断される。ここで、ガラス層3では、一部31の厚さが主部32の厚さよりも厚くされていたため、端部3a,3bが十分に盛り上がる。この状態で、端部3a,3bをガラス部材4側に押圧しつつ、本焼成前段階のレーザ光L2の照射によって端部3a,3bを溶融させると、ギャップGが確実に埋められると共に、ガラス層3の厚さが均一化される。このようなガラス層3に本焼成用のレーザ光L2を照射することにより、ガラス部材4とガラス部材5とを溶着する。

Description

ガラス溶着方法及びガラス層定着方法
 本発明は、ガラス部材同士を溶着してガラス溶着体を製造するガラス溶着方法、及びそのためのガラス層定着方法に関する。
 上記技術分野における従来のガラス溶着方法として、有機物(有機溶剤やバインダ)、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を、溶着予定領域に沿うように一方のガラス部材に定着させた後、そのガラス部材にガラス層を介して他方のガラス部材を重ね合わせ、溶着予定領域に沿ってレーザ光を照射することにより、一方及び他方のガラス部材同士を溶着する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
 ところで、ガラス部材にガラス層を定着させるために、炉内での加熱に代えて、レーザ光の照射によってガラス層から有機物を除去する技術が提案されている(例えば、特許文献2,3参照)。このような技術によれば、ガラス部材に形成された機能層等が加熱されて劣化するのを防止することができ、また、炉の使用による消費エネルギの増大及び炉内での加熱時間の長時間化を抑制することができる。
特表2008-527655号公報 特開2002-366050号公報 特開2002-367514号公報
 しかしながら、レーザ光の照射によってガラス部材にガラス層を定着させ(いわゆる仮焼成)、その後、レーザ光の照射によってガラス層を介してガラス部材同士を溶着すると(いわゆる本焼成)、ガラス層でリークが起こり、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を得ることができない場合があった。
 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、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することができるガラス溶着方法、及びそのためのガラス層定着方法を提供することを目的とする。
 本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ガラス溶着体においてガラス層でリークが起こるのは、閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように配置されたガラス層が、レーザ光の照射によってガラス部材に定着させられるときに、切断される場合があることに起因していることを突き止めた。つまり、ガラス粉を溶融させてガラス部材にガラス層を定着させるために、図9に示されるように、ガラス層3の所定の位置Pを始点及び終点として、溶着予定領域Rに沿ってレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層3にレーザ光を照射すると、場合によっては、所定の位置Pの近傍でガラス層3が切断されるのである。これは、レーザ光の照射領域が所定の位置Pに戻って来たときに、既に固化しているガラス層3の溶融始端部3aに、ガラス粉の溶融によって収縮するガラス層3の溶融終端部3bが接続し難いからと想定される。
 そして、図10,11に示されるように、ガラス層3の溶融終端部3bが盛り上がるため、ガラス部材4の溶着対象であるガラス部材5を、ガラス層3を介して重ね合わせても、溶融終端部3bが邪魔となって、ガラス層3にガラス部材5を均一に接触させることができない。この状態で、レーザ光の照射によってガラス部材4とガラス部材5とを溶着しようとしても、均一且つ気密な溶着を実現することは極めて困難である。なお、図9~11の状態でのガラス層3に関する寸法を例示すると、ガラス層3の幅は1.0mm程度、ガラス層3の厚さは10μm程度、溶融終端部3bの高さは20μm程度、ガラス層3の切れ幅(すなわち、溶融始端部3aと溶融終端部3bとの間隔)は40μm程度である。
 図12は、ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の平面写真を示す図である。同図に示されるように、ガラス層3は、溶融始端部3aと溶融終端部3bとの間で切断される。なお、溶融始端部3aの幅が中央部から徐々に広がっているのは、次の理由による。
 すなわち、ガラス部材に配置されたガラス層においては、ガラス粉の粒子性等によって、レーザ光吸収材の吸収特性を上回る光散乱が起こり、レーザ光吸収率が低い状態となっている(例えば、可視光下において白っぽく見える)。このような状態でガラス部材にガラス層を焼き付けるためにレーザ光を照射すると、ガラス粉の溶融によって粒子性が崩れるなどして、レーザ光吸収材の吸収特性が顕著に現れ、ガラス層のレーザ光吸収率が急激に高くなる(例えば、可視光下において黒っぽく或いは緑っぽく見える)。つまり、図13に示されるように、ガラス層の定着時にガラス層の温度が融点Tmを超えるとガラス層のレーザ光吸収率が急激に高くなるのである。
 このとき、図14に示されるように、レーザ光は、幅方向(レーザ光の進行方向と略直交する方向)における中央部の温度が高くなる温度分布を有しているのが一般的である。そのため、照射開始位置から幅方向全体にわたってガラス層が溶融する安定領域となるように、レーザ光を照射開始位置に暫く停滞させてから進行させると、幅方向における中央部で最初に始まる溶融により中央部のレーザ光吸収率が上昇し、その上昇により中央部が入熱過多の状態となり、ガラス部材にクラックが生じたりやガラス層が結晶化したりするおそれがある。
 そこで、図15に示されるように、レーザ光の照射開始位置で幅方向全体にわたってガラス層が溶融しなくてもレーザ光を進行させると、照射開始位置から安定状態に至る領域が中央部から徐々に溶融の幅が広がる不安定領域となる。図12において、溶融始端部3aの幅が中央部から徐々に広がっているのは、以上の理由による。
 本発明者は、この知見に基づいて更に検討を重ね、本発明を完成させるに至った。すなわち、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、閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿い、且つ、一部の単位長さ当たりの体積が、一部を除く主部の単位長さ当たりの体積よりも大きくなるように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を第1のガラス部材に配置する工程と、一部又は一部に接続する主部の一端若しくは他端を始点及び終点として、溶着予定領域に沿って第1のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第1のレーザ光を照射することにより、ガラス層を溶融させ、第1のガラス部材にガラス層を定着させる工程と、ガラス層において始点及び終点とした部分を第1のガラス部材側に押圧しつつ、当該部分に第2のレーザ光を照射することにより、当該部分を溶融させる工程と、ガラス層が定着した第1のガラス部材にガラス層を介して第2のガラス部材が重ね合わせられた状態で、ガラス層に第3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。
 また、本発明に係るガラス層定着方法は、第1のガラス部材にガラス層を定着させてガラス層定着部材を製造するガラス層定着方法であって、閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿い、且つ、一部の単位長さ当たりの体積が、一部を除く主部の単位長さ当たりの体積よりも大きくなるように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を第1のガラス部材に配置する工程と、一部又は一部に接続する主部の一端若しくは他端を始点及び終点として、溶着予定領域に沿って第1のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第1のレーザ光を照射することにより、ガラス層を溶融させ、第1のガラス部材にガラス層を定着させる工程と、を含むことを特徴とする。
 これらのガラス溶着方法及びガラス層定着方法では、第1のレーザ光の照射によって第1のガラス部材にガラス層を定着させたときに、第1のレーザ光の照射の始点及び終点とした位置(すなわち、ガラス層の一部、又はその一部に接続するガラス層の主部の一端若しくは他端)でガラス層が切断され或いは切断され気味になる。ここで、ガラス層においては、一部の単位長さ当たりの体積が、その一部を除く主部の単位長さ当たりの体積よりも大きくされていたため、第1のレーザ光の照射の始点及び終点とした部分が十分に盛り上がることになる。この状態で、当該部分を第1のガラス部材側に押圧しつつ、第2のレーザ光の照射によって当該部分を溶融させると、ガラス層において切断され或いは切断され気味になった領域が確実に埋められると共に、ガラス層の厚さが全体に渡って均一化されることになる。このようなガラス層を介して第1のガラス部材に第2のガラス部材が重ね合わせられた状態で、ガラス層に第3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れば、ガラス層でのリークの発生を防止して、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することが可能となる。
 また、本発明に係るガラス溶着方法においては、ガラス層の一部の厚さは、ガラス層の主部の厚さよりも厚くされていることが好ましい。或いは、ガラス層の一部の幅は、ガラス層の主部の幅よりも広くされていることが好ましい。これらの場合、一部の単位長さ当たりの体積が、その一部を除く主部の単位長さ当たりの体積よりも大きくされたガラス層を確実に得ることができる。
 また、本発明に係るガラス溶着方法においては、ガラス層が定着した第1のガラス部材にガラス層を介して重ね合わせられた第2のガラス部材によって、始点及び終点とした部分を第1のガラス部材側に押圧しつつ、当該部分に第2のレーザ光として第3のレーザ光を照射することにより、当該部分を溶融させ、続いて、ガラス層に第3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とが好ましい。この場合、第1のレーザ光の照射の始点及び終点とした部分の押圧・溶融工程を容易に且つ確実に実施することができる。
 また、本発明に係るガラス溶着方法においては、第2のレーザ光は、始点及び終点とした部分を照射領域に含んだ状態で、当該部分に照射されることが好ましい。この場合、第1のレーザ光の照射の始点及び終点とした部分を一括で確実に溶融させることができる。
 本発明によれば、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することが可能となる。
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のガラス溶着体を製造するためのガラス溶着方法を説明するための斜視図である。 図1のガラス溶着体を製造するためのガラス溶着方法を説明するための断面図である。 図1のガラス溶着体を製造するためのガラス溶着方法を説明するための断面図である。 図1のガラス溶着体を製造するためのガラス溶着方法を説明するための斜視図である。 図1のガラス溶着体を製造するためのガラス溶着方法を説明するための断面図である。 図1のガラス溶着体を製造するためのガラス溶着方法を説明するための断面図である。 図1のガラス溶着体を製造するためのガラス溶着方法を説明するための平面図である。 ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の平面図である。 ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の断面図である。 ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の断面図である。 ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の平面写真を示す図である。 ガラス層の温度とレーザ光吸収率との関係を示すグラフである。 レーザ照射における温度分布を示す図である。 レーザ照射における安定領域及び不安定領域を示す図である。
 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の外縁に沿うように所定の幅で矩形環状に設定されている。ガラス層3は、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)からなり、溶着予定領域Rに沿うように所定の幅で矩形環状に形成されている。
 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(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を製造するために、ガラス部材4にガラス層3を定着させてガラス層定着部材を製造するガラス層定着方法を含む)について説明する。
 まず、図2に示されるように、ディスペンサやスクリーン印刷等によってフリットペーストを塗布することにより、溶着予定領域Rに沿ってガラス部材4の表面4aにペースト層6を形成する。フリットペーストは、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(ガラス粉)2、酸化鉄等の無機顔料であるレーザ光吸収性顔料(レーザ光吸収材)、酢酸アミル等である有機溶剤及びガラスの軟化点温度以下で熱分解する樹脂成分(アクリル等)であるバインダを混練したものである。つまり、ペースト層6は、有機溶剤、バインダ、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット2を含んでいる。
 続いて、ペースト層6を乾燥させて有機溶剤を除去する。これにより、閉じた矩形環状に延在する溶着予定領域Rに沿うように、バインダ、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット2を含むガラス層3がガラス部材4に配置されることになる。なお、ガラス部材4の表面4aに配置されたガラス層3は、ガラスフリット2の粒子性等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り、レーザ光吸収率が低い状態となっている(例えば、可視光下においては、ガラス層3が白っぽく見える)。
 ここで、ガラス層3は、図3(a)に示されるように、溶着予定領域Rの全周に渡ってフリットペーストFPがガラス部材4の表面4aに一層塗布された後、図3(b)に示されるように、溶着予定領域Rの直線部上の所定の部分においてフリットペーストFPが更に一層塗布されることで、形成される。これにより、図2に示されるように、ガラス層3の一部31の厚さは、その一部31を除くガラス層3の主部32の厚さよりも厚くなる。つまり、ガラス部材4に配置されたガラス層3においては、一部31の単位長さ当たりの体積が主部32の単位長さ当たりの体積よりも大きくなっている。
 続いて、図4に示されるように、ガラス層3の一部31内の所定の位置Pを始点及び終点として、溶着予定領域Rに沿ってレーザ光(第1のレーザ光)L1の照射領域を相対的に移動させてガラス層3にレーザ光L1を照射する。このレーザ光L1の照射によって、バインダをガス化すると共にガラスフリット2を溶融させ、ガラス部材4にガラス層3を定着させて(仮焼成)、ガラス層定着部材10を得る。なお、ガラス層3では、ガラスフリット2の溶融によってその粒子性が崩れるなどしてレーザ光吸収性顔料の吸収特性が顕著に現れるため、ガラス層3のレーザ光吸収率は、ガラスフリット2の溶融前に比べ高い状態となる(例えば、可視光下においては、ガラス層3が黒っぽく或いは緑っぽく見える)。
 このとき、所定の位置Pの近傍では、ガラス層3が切断されて、ガラス層3の一部31が溶融始端部3aと溶融終端部3bとに分かれる。これは、レーザ光L1の照射領域が所定の位置Pに戻って来たときに、既に固化しているガラス層3の溶融始端部3aに、ガラスフリット2の溶融によって収縮するガラス層3の溶融終端部3bが接続し難いからと想定される。そして、ガラス層3の一部31の単位長さ当たりの体積がガラス層3の主部32の単位長さ当たりの体積よりも大きくされていたことから、溶融始端部3a及び溶融終端部3bは、そのような体積差が設けられない場合に比べ、大きく盛り上がり、ガラス層3の主部32からガラス部材4の反対側に大きく突出している。このガラス層3に関する寸法を例示すると、ガラス層3の幅は1.0mm程度、ガラス層3の厚さは10μm程度、溶融終端部3bの高さは60μm程度、ガラス層3の切れ幅(すなわち、溶融始端部3aと溶融終端部3bとの間隔)は40μm程度である。なお、ガラス層3の溶融始端部3a及び溶融終端部3bは、溶着予定領域Rの直線部において、ガラス層3のキャップGを挟んで対向している。
 続いて、図5に示されるように、ガラス層定着部材10(すなわち、ガラス層3が溶融して定着したガラス部材4)にガラス層3を介してガラス部材5を重ね合わせる。そして、図6(a)に示されるように、ガラス部材5によって、溶融始端部3a及び溶融終端部3b(レーザ光L1の照射の始点及び終点とした部分)をガラス部材4側に押圧しつつ、溶融始端部3a及び溶融終端部3bにレーザ光L2(第2のレーザ光、第3のレーザ光)を照射する。このレーザ光L2は、溶融始端部3a及び溶融終端部3bを照射領域が含んだ状態で停止させられて、溶融始端部3a及び溶融終端部3bに照射される。このときのレーザ光L2の照射条件を例示すると、レーザスポット径が1.6mm、移動速度が0mm/sec、レーザパワーが6Wである。なお、ギャップGにおけるガラス部材4,5の過剰加熱を防止するために、レーザ光L2の照射領域をリング状としたり、レーザ光L2の照射領域を溶融始端部3a及び溶融終端部3bのそれぞれに合わせてツインスポット化したりしてもよい。
 このレーザ光L2の照射によって、溶融始端部3a及び溶融終端部3bを溶融させ、図6(b)に示されるように、ガラス層3のギャップGを埋める。このとき、ガラス部材5の沈み込みが、溶融していないガラス層3の主部32によって停止させられて、ガラス層3の厚さが均一化されるので、レーザ光吸収率も高い状態で均一化されているガラス層3にガラス部材5が均一に接触することになる。
 続いて、レーザ光L2の照射条件を切り替えて、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。すなわち、溶着予定領域Rに沿ってレーザ光L2の照射領域を相対的に移動させてガラス層3にレーザ光L2を照射する。これにより、ガラス層3及びその周辺部分(ガラス部材4,5の表面4a,5a部分)を溶融・再固化させ、溶着予定領域Rに沿ってガラス部材4とガラス部材5とを溶着して(本焼成)、ガラス溶着体1を得る(溶着においては、ガラス層3が溶融し、ガラス部材4,5が溶融しない場合もある)。このときのレーザ光L2の照射条件を例示すると、レーザスポット径が1.6mm、移動速度が10mm/sec、レーザパワーが40Wである。
 以上説明したように、ガラス溶着体1の製造するためのガラス溶着方法(ガラス層定着方法を含む)においては、仮焼成用のレーザ光L1の照射によってガラス部材4にガラス層3を定着させたときに、仮焼成用のレーザ光L1の照射の始点及び終点とした位置でガラス層が切断される(切断され気味になる場合も含む)。ここで、ガラス層3においては、一部31の単位長さ当たりの体積が主部32の単位長さ当たりの体積よりも大きくされていたため、溶融始端部3a及び溶融終端部3bが十分に盛り上がることになる。この状態で、溶融始端部3a及び溶融終端部3bをガラス部材4側に押圧しつつ、本焼成前段階のレーザ光L2の照射によって溶融始端部3a及び溶融終端部3bを溶融させると、ガラス層3において切断されていた領域(すなわち、ギャップG)が確実に埋められると共に、ガラス層3の厚さが全体に渡って均一化されることになる。このようなガラス層3を介してガラス部材4にガラス部材5が重ね合わせられた状態で、ガラス層3に本焼成用のレーザ光L2を照射することにより、ガラス部材4とガラス部材5とを溶着すると、ガラス層3でのリークの発生を防止して、気密な溶着を必要とするガラス溶着体1を製造することが可能となる。
 なお、ガラス層の全体の単位長さ当たりの体積を通常よりも大きくすることは、現実的ではない。そのようなガラス層を介してガラス部材同士が溶着されると、残留応力が大きくなり、ガラス溶着体に損傷を生じ易くなるからである。
 また、ガラス層3をガラス部材4に配置するに際し、ガラス層3の一部31の厚さを、ガラス層3の主部32の厚さよりも厚くする。これにより、ガラス層3の一部31の単位長さ当たりの体積がガラス層3の主部32の単位長さ当たりの体積よりも大きくされたガラス層3を確実に得ることができる。しかも、この場合、ガラス層3の幅方向へのはみ出しが抑制されるので、ガラス溶着体1においてガラス層3によって囲まれた有効領域を広くすることができる。
 なお、図7に示されるように、仮焼成用のレーザ光L1を矢印Aの方向に移動させる場合、レーザ光L1の照射の始点及び終点とする所定の位置Pは、ガラス層3の一部31内(好ましくは、その中央部31a)の他、ガラス層3の一部31に接続するガラス層3の主部32の一端32a又は他端32bとすることができる。ただし、レーザ光L1の照射領域が所定の位置Pに戻って来たときに、既に固化しているガラス層3の溶融始端部3aに対して後退するようにガラス層3の溶融終端部3bが収縮するので、レーザ光L1の進行方向(すなわち、矢印A方向)前側の主部32の一端32aのほうが、主部32の他端32bよりも好ましい。
 また、ガラス部材4にガラス層3を介して重ね合わせられたガラス部材5によって、溶融始端部3a及び溶融終端部3bをガラス部材4側に押圧しつつ、溶融始端部3a及び溶融終端部3bに本焼成前段階のレーザ光L2を照射することにより、溶融始端部3a及び溶融終端部3bを溶融させ、続いて、ガラス層3に本焼成用のレーザ光L2を照射することにより、ガラス部材4とガラス部材5とを溶着する。これによれば、仮焼成用のレーザ光L1の照射の始点及び終点とした部分(すなわち、溶融始端部3a及び溶融終端部3b)の押圧・溶融工程を容易に且つ確実に実施することができる。
 また、本焼成前段階のレーザ光L2は、溶融始端部3a及び溶融終端部3bを照射領域が含んだ状態で停止させられて、溶融始端部3a及び溶融終端部3bに照射される。これによれば、仮焼成用のレーザ光L1の照射の始点及び終点とした部分(すなわち、溶融始端部3a及び溶融終端部3b)を一括で確実に溶融させることができる。
 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、図8に示されるように、ガラス層3をガラス部材4に配置するに際し、ガラス層3の一部31の幅を、ガラス層3の主部32の幅よりも広くしてもよい。これにより、ガラス層3の一部31の単位長さ当たりの体積がガラス層3の主部32の単位長さ当たりの体積よりも大きくされたガラス層3を確実に得ることができる。しかも、フリットペーストの塗布が1回で済むため、ガラス部材4に対するガラス層3の配置を容易に完了することができる。
 なお、図8に示されるように、仮焼成用のレーザ光L1を矢印Aの方向に移動させる場合、レーザ光L1の照射の始点及び終点とする所定の位置Pは、ガラス層3の一部31内(好ましくは、その中央部31a)の他、ガラス層3の一部31に接続するガラス層3の主部32の一端32a又は他端32bとすることができる。ただし、レーザ光L1の照射領域が所定の位置Pに戻って来たときに、既に固化しているガラス層3の溶融始端部3aに対して後退するようにガラス層3の溶融終端部3bが収縮するので、レーザ光L1の進行方向(すなわち、矢印A方向)前側の主部32の一端32aのほうが、主部32の他端32bよりも好ましい。このとき、本焼成前段階用のレーザ光L2の照射領域は、ガラス層3の一部31に合わせて大きくする必要があるので、続けて、ガラス層3の主部32に本焼成用のレーザ光L2を照射する場合には、ガラス層3の両側をマスクしたり、レーザ光L2の照射領域をガラス層3の主部32に合わせて小さくしたりする必要がある。
 また、ガラス層3において仮焼成用のレーザ光L1の照射の始点及び終点とした部分(すなわち、溶融始端部3a及び溶融終端部3b)を板状部材(例えば、ガラス部材5に代わる光透過性の部材)によってガラス部材4側に押圧しつつ、当該部分にレーザ光を照射することにより、当該部分を溶融させてもよい。そして、溶融始端部3a及び溶融終端部3bの押圧及び溶融が終了したら、板状部材を剥離して、ガラス層定着部材10を得る。この場合、本焼成用のレーザ光L2は、仮焼成用のレーザ光L1の照射の始点及び終点とした部分以外の部分からガラス層3への照射を開始し、オーバーラップさせてガラス層3への照射を終了する。
 また、本焼成用のレーザ光L2の照射は、その照射領域を溶着予定領域Rに沿って相対的に移動させるものに限定されず、ガラス層3の全体に対して一括で行うものであってもよい。また、仮焼成用のレーザ光L1の照射対象となるガラス層3は、有機溶剤、バインダ、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット2を含んだペースト層6に相当するものであってもよいし、そのようなペースト層6から有機溶剤及びバインダを除去するなどして、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット2を含んだものであってもよい。また、ガラスフリット2は、ガラス部材4,5の融点よりも低い融点を有するものに限定されず、ガラス部材4,5の融点以上の融点を有するものであってもよい。また、レーザ光吸収性顔料は、ガラスフリット2自体に含まれていてもよい。更に、溶着予定領域Rは、矩形環状に限定されず、円形環状等、閉じた環状に延在するものであればよい。
 本発明によれば、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することが可能となる。
 1…ガラス溶着体、2…ガラスフリット(ガラス粉)、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)、10…ガラス層定着部材、31…一部、32…主部、32a…一端、32b…他端、L1…レーザ光(第1のレーザ光)、L2…レーザ光(第2のレーザ光、第3のレーザ光)、R…溶着予定領域。

Claims (6)

  1.  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、
     閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿い、且つ、一部の単位長さ当たりの体積が、前記一部を除く主部の単位長さ当たりの体積よりも大きくなるように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を前記第1のガラス部材に配置する工程と、
     前記一部又は前記一部に接続する前記主部の一端若しくは他端を始点及び終点として、前記溶着予定領域に沿って第1のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第1のレーザ光を照射することにより、前記ガラス層を溶融させ、前記第1のガラス部材に前記ガラス層を定着させる工程と、
     前記ガラス層において前記始点及び前記終点とした部分を前記第1のガラス部材側に押圧しつつ、当該部分に第2のレーザ光を照射することにより、当該部分を溶融させる工程と、
     前記ガラス層が定着した前記第1のガラス部材に前記ガラス層を介して前記第2のガラス部材が重ね合わせられた状態で、前記ガラス層に第3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。
  2.  前記ガラス層の前記一部の厚さは、前記ガラス層の前記主部の厚さよりも厚くされていることを特徴とする請求項1記載のガラス溶着方法。
  3.  前記ガラス層の前記一部の幅は、前記ガラス層の前記主部の幅よりも広くされていることを特徴とする請求項1記載のガラス溶着方法。
  4.  前記ガラス層が定着した前記第1のガラス部材に前記ガラス層を介して重ね合わせられた前記第2のガラス部材によって、前記始点及び前記終点とした部分を前記第1のガラス部材側に押圧しつつ、当該部分に前記第2のレーザ光として前記第3のレーザ光を照射することにより、当該部分を溶融させ、続いて、前記ガラス層に前記第3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ことを特徴とする請求項1記載のガラス溶着方法。
  5.  前記第2のレーザ光は、前記始点及び前記終点とした部分を照射領域が含んだ状態で、当該部分に照射されることを特徴とする請求項1記載のガラス溶着方法。
  6.  第1のガラス部材にガラス層を定着させてガラス層定着部材を製造するガラス層定着方法であって、
     閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿い、且つ、一部の単位長さ当たりの体積が、前記一部を除く主部の単位長さ当たりの体積よりも大きくなるように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を前記第1のガラス部材に配置する工程と、
     前記一部又は前記一部に接続する前記主部の一端若しくは他端を始点及び終点として、前記溶着予定領域に沿って第1のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第1のレーザ光を照射することにより、前記ガラス層を溶融させ、前記第1のガラス部材に前記ガラス層を定着させる工程と、を含むことを特徴とするガラス層定着方法。
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