(57)【要約】【課題】  信頼性の高いガラス溶着体を製造することができるガラス溶着方法を提供する。【解決手段】  ガラス層３の一部にレーザ光を照射してガラス層３の一部を溶融させ、ガラス層３の他の部分よりもレーザ吸収率が高いレーザ光吸収部８ａ〜８ｄをガラス層３の４つの角部に形成する。そして、レーザ光吸収部８ａを照射開始位置として溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光を照射してガラス層３を溶融させ、ガラス部材４とガラス部材５とを溶着する。これにより、溶着用のレーザ光の照射を開始する起点付近からすぐにガラス層３の溶融が安定した安定領域とすることができる。その結果、不安定領域を低減させるべくガラス層３を必要以上に加熱することが不要となるので、ガラス部材４，５にクラックが生じるのを防止して、溶着状態を均一化することができる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
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前記第１のガラス部材に配置する工程と、
前記ガラス層の一部に第１のレーザ光を照射することにより前記ガラス層の一部を溶融させ、前記ガラス層にレーザ光吸収部を形成する工程と、
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、前記レーザ光吸収部を照射開始位置として前記溶着予定領域に沿って第２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。
【請求項２】
前記ガラス層の一部において、前記溶着予定領域に対する前記第２のレーザ光の進行方向と交差する方向における前記ガラス層の幅全体にわたるように、前記レーザ光吸収部を形成することを特徴とする請求項１記載のガラス溶着方法。
【請求項３】
前記溶着予定領域に対する前記第２のレーザ光の進行方向と交差する方向における中央部が前記第２のレーザ光の進行方向に突出するように、前記レーザ光吸収部を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のガラス溶着方法。
【請求項４】
前記溶着予定領域に沿って前記レーザ光吸収部を断続的に複数形成し、
複数の前記レーザ光吸収部のいずれか１つを前記照射開始位置とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のガラス溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野における従来のガラス溶着方法として、レーザ光吸収性顔料を含むガラス層を、溶着予定領域に沿うように一方のガラス部材に焼き付けた後、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、一方のガラス部材と他方のガラス部材とを溶着する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００６−５２４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レーザ光の照射によってガラス部材同士を溶着すると、ガラス部材にクラックが生じる場合があった。
【０００５】
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、信頼性の高いガラス溶着体を製造することができるガラス溶着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、レーザ光の照射によるガラス部材同士の溶着においてガラス部材にクラックが生じるのは、図１０に示されるように、レーザ光の照射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ことに起因していることを突き止めた。つまり、ガラス部材同士の間に配置されたガラス層においては、ガラスフリット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にレーザ光を照射すると、ガラスフリットの溶融によって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、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）。
【０００７】
このとき、レーザ光は、図１１に示されるように、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。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の溶融が安定した安定領域とするためにレーザ光を照射開始位置に一旦停止させてから移動すると、幅方向における中央部で最初に始まる溶融により幅方向における中央部のレーザ光吸収率が上昇し、その上昇により幅方向中央部のみが必要以上に加熱されて、ガラス部材にクラックを生じさてしまうのである。なお、レーザ光を照射開始位置に一旦停止させずに移動させると、図１２に示されるように、照射開始位置から安定領域に至るまでの領域が、溶融の幅が徐々に広がる不安定領域となり、ガラス溶着体において溶着状態が不均一になるおそれがある。
【０００８】
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、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第１のガラス部材に配置する工程と、ガラス層の一部に第１のレーザ光を照射することによりガラス層の一部を溶融させ、ガラス層にレーザ光吸収部を形成する工程と、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、レーザ光吸収部を照射開始位置として溶着予定領域に沿って第２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。
【０００９】
このガラス溶着方法では、第２のレーザ光の照射によって第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着する前に、ガラス層の一部に第１のレーザ光を照射してガラス層の一部を溶融させ、第１のレーザ光を照射していない部分よりもレーザ吸収率が高いレーザ光吸収部をガラス層に予め形成する。そして、このレーザ光吸収部を照射開始位置として溶着予定領域に沿って第２のレーザ光を照射してガラス層を溶融させて第１のガラス部材と第２のガラス部材とを溶着する。このように、第２のレーザ光の照射開始位置が既にレーザ光吸収部になっているため、第２のレーザ光の照射を開始する起点付近からすぐにガラス層の溶融が安定する安定領域とすることができる。その結果、不安定領域を低減させるべくガラス層を必要以上に加熱することが不要となるので、第１のガラス部材及び第２のガラス部材にクラックが生じるのを防止して、溶着状態を均一化することができ、信頼性の高いガラス溶着体を製造することが可能となる。なお、レーザ光吸収部を形成する場合には、ガラス層は、第１のレーザ光の照射によって、ガラス粉の融点以上の温度であって、且つガラス粉の結晶化開始温度よりも低い温度に加熱されることが好ましい。
【００１０】
本発明に係るガラス溶着方法においては、ガラス層の一部において、溶着予定領域に対する第２のレーザ光の進行方向と交差する方向におけるガラス層の幅全体にわたるように、レーザ光吸収部を形成することが好ましい。この場合、レーザ光吸収部を幅全体にわたるように形成することから、ガラス層の溶融を更に早期に安定化させることができる。
【００１１】
本発明に係るガラス溶着方法においては、溶着予定領域に対する第２のレーザ光の進行方向と交差する方向における中央部が第２のレーザ光の進行方向に突出するように、レーザ光吸収部を形成することがより好ましい。レーザ光の進行方向における温度分布は、図１１に示すように、レーザ光吸収部の幅方向における両端部の温度が中央部の温度に比べて低くなる傾向がある。レーザ光吸収部を幅方向における中央部が進行方向に突出するように形成することにより、中央部の温度がより速く上昇することとなるが、その結果、幅方向における中央部の熱が短時間で両端部に伝わり、両端部が十分に加熱され、レーザ光吸収部の幅方向における溶融をより均一にさせることができる。
【００１２】
本発明に係るガラス溶着方法においては、溶着予定領域に沿ってレーザ光吸収部を断続的に複数形成し、複数のレーザ光吸収部のいずれか１つを照射開始位置とすることが好ましい。このように複数のレーザ光吸収部を溶着予定領域に沿って断続的に形成しておけば、第２のレーザ光の走査速度が速くて溶融が追いつかずに不安定領域が形成されそうな場合であっても、断続的に高吸収領域を形成することにより不安定状態に戻すことなくガラス層の溶融を継続して安定化させることができる。その結果、走査速度の高速化による製造期間の短縮を図ることができると共に、製造歩留まりの向上も図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、信頼性の高いガラス溶着体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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２】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３】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４】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５】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。
【図６】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７】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。
【図８】レーザ光吸収部の変形例を示す図である。
【図９】レーザ光吸収部の別の変形例を示す図である。
【図１０】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。
【図１１】レーザ照射における温度分布を示す図である。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、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の外縁に沿って所定幅を有する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に沿って所定幅を有した矩形環状に形成されている。
【００１７】
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について説明する。
【００１８】
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。ペースト層６は、ガラスフリット２、レーザ光吸収性顔料、有機溶剤及びバインダを含んでいる。フリットペーストは、レーザ光吸収性顔料（レーザ光吸収材）が予め添加された低融点ガラスを粉末状にしたガラスフリット（ガラス粉）、有機溶剤、及びバインダを混練したものであってもよい。つまり、ペースト層６は、ガラスフリット２、レーザ光吸収性顔料、有機溶剤及びバインダを含んでいる。
【００１９】
続いて、ペースト層６を乾燥させて有機溶剤を除去し、更に、ペースト層６を加熱してバインダを除去することにより、溶着予定領域Ｒに沿ってガラス部材４の表面４ａに所定幅を有して延伸するガラス層３を固着させる。なお、ガラス部材４の表面４ａに固着したガラス層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、可視光下において白っぽく見える）。
【００２０】
続いて、図３に示されるように、ガラス層３が固着したガラス部材４に対し、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４に示されるように、溶着予定領域Ｒに沿って矩形環状に形成されたガラス層３の１つの角部に集光スポットを合わせて、ガラス部材５を介してレーザ光（第１のレーザ光）Ｌ１を照射する。このレーザ光Ｌ１のスポット径はガラス層３の幅より大きくなるように設定され、ガラス層３に照射されるレーザ光Ｌ１のパワーが幅方向（レーザ光の進行方向と略直交する方向）に同程度になるように調整されている。これにより、ガラス層の一部が幅方向全体に同等に溶融されて、レーザ光の吸収率が高いレーザ光吸収部８ａが幅方向全体にわたって形成される。
【００２１】
その後、図５に示されるように、ガラス層３の残りの３つの角部にも同様にレーザ光Ｌ１を順に照射してレーザ光吸収部８ｂ，８ｃ，８ｄを形成する。なお、レーザ光吸収部８ａ〜８ｄでは、ガラス層の一部（角部）でガラスフリット２の溶融によって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、この部分のレーザ光吸収率がレーザ光を照射されなかった領域に比べて高い状態となる（例えば、可視光下においてレーザ光吸収部８ａ〜８ｄに対応する角部のみが黒っぽく或いは緑っぽく見える）。また、レーザ光吸収部８ａ〜８ｄを形成する場合には、ガラス層３は、レーザ光Ｌ１の照射によって、ガラスフリット２の融点（例えば４００℃程度）以上の温度であって、且つガラスフリット２の結晶化開始温度（例えば７００℃程度）よりも低い温度（好ましくは、図１０における上側の水平部分の温度）に加熱される。これは、レーザ光吸収部８ａ〜８ｄのレーザ光吸収率を高い状態とするためには、ガラス層３を溶融させなければならない一方で、ガラス層３を結晶化させるとレーザ光吸収率が下がるからでる。
【００２２】
続いて、図５の図示左下に示されるレーザ光吸収部８ａを起点（照射開始位置）として、図６及び図７に示されるように、ガラス層３に集光スポットを合わせてレーザ光（第２のレーザ光）Ｌ２の照射を、溶着予定領域Ｒに沿って図示矢印の進行方向に向かって進める。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）が同程度に溶融・再固化し、ガラス部材４とガラス部材５とが溶着されて（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）、ガラス溶着体１が製造される。
【００２３】
このとき、レーザ光吸収率があらかじめ高められたレーザ光吸収部８ａを照射開始位置としてレーザ光Ｌ２の照射を開始しているため、照射開始位置からすぐにガラス層３の溶融が幅方向全体にわたって行われ溶融が安定した安定領域となっており、溶着予定領域Ｒ全域にわたってガラス層３の溶融が不安定となる不安定領域が低減されている。また、残りの３つの角部にもそれぞれレーザ光吸収部８ｂ〜８ｄを設けているため、ガラス溶着体として機能させる際に負荷がかかり易い角部が、溶着時に確実に溶融するようにもなっている。なお、溶着後のガラス層３は、溶着予定領域Ｒ全域にわたって、ガラスフリット２の溶融によって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、レーザ光吸収率が高い状態となる（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）。
【００２４】
以上説明したように、ガラス溶着体１を製造するためのガラス溶着方法においては、レーザ光Ｌ２の照射によってガラス部材４とガラス部材５とを溶着する前に、ガラス層３の一部にレーザ光Ｌ１を照射してガラス層３の一部を溶融させ、レーザ光Ｌ１を照射していない部分よりもレーザ吸収率が高いレーザ光吸収部８ａ〜８ｄをガラス層３の４つの角部に予め形成する。そして、複数のレーザ光吸収部８ａ〜８ｄのうちの一のレーザ光吸収部８ａを照射開始位置として溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ２を照射してガラス層３を溶融させてガラス部材４とガラス部材５とを溶着する。このように、レーザ光Ｌ２の照射開始位置がレーザ光吸収部８ａになっているため、レーザ光Ｌ２の照射を開始する起点付近からすぐにガラス層３の溶融が安定した安定領域とすることができる。その結果、不安定領域を低減させるべくガラス層３を必要以上に加熱することが不要となるので、ガラス部材４，５にクラックが生じるのを防止して、溶着状態を均一化することができ、信頼性の高いガラス溶着体１を製造することが可能となる。
【００２５】
また、上述したガラス溶着方法では、ガラス層３の一部（角部）において、溶着予定領域Ｒに対するレーザ光Ｌ２の進行方向と交差する方向におけるガラス層３の幅全体にわたるように、レーザ光吸収部８ａを形成している。この場合、レーザ光吸収部８ａを幅全体にわたるように形成することから、ガラス層３の溶融を更に早期に安定化させることができる。また、溶着予定領域Ｒに対するレーザ光Ｌ２の進行方向と交差する方向における中央部がレーザ光Ｌ２の進行方向に突出するように略円形状にレーザ光吸収部８ａ〜８ｄを形成している。このような形状により、レーザ光Ｌ２の進行方向と交差する方向における溶融がより均一になっている。
【００２６】
また、上述したガラス溶着方法では、溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光吸収部８ａ〜８ｄを断続的に複数形成し、これら複数のレーザ光吸収部８ａ〜８ｄのうちの１つであるレーザ光吸収部８ａを照射開始位置としている。このように複数のレーザ光吸収部８ａ〜８ｄを溶着予定領域Ｒに沿って断続的に形成しておけば、レーザ光Ｌ２の走査速度が速くて溶融が追いつかずに不安定領域が形成されそうな場合であっても、断続的に高吸収領域が形成されていることにより不安定状態に戻すことなくガラス層３の溶融を継続して安定化させることができる。その結果、走査速度の高速化による製造期間の短縮を図ることができると共に、製造歩留まりの向上も図ることができる。しかも、角部にレーザ光吸収部８ａ〜８ｄが形成されていることから、ガラス溶着体が形成された際に負荷がかかり易い角部を確実に溶融するようにもなっている。
【００２７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
例えば、本実施形態では、レーザ光吸収部８ａ〜８ｄを順に形成するようにしたが、４つのレーザを用いてこれらレーザ光吸収部８ａ〜８ｄを同時に形成するようにしてもよい。また、ガラス層３をガラス部材４に配置する工程とガラス層３にレーザ光吸収部８ａ〜８ｄを形成する工程とが略同時に行われるようにしてもよい。
【００２９】
また、ガラス部材４に配置されたガラス層３にガラス部材５を重ね合わせる前に、ガラス層３にレーザ光Ｌ１を照射して、レーザ光吸収部８ａ〜８ｄを形成してもよい。この場合には、レーザ光吸収部８ａ〜８ｄを形成した後に、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。
【００３０】
また、図８に示されるように、半円形状のレーザ光吸収部１８ａ、矩形状のレーザ光吸収部１８ｂ、複数の円を幅方向に形成したレーザ光吸収部１８ｃ、幅方向中央部に微小な円形で形成したレーザ光吸収部１８ｄなどを形成し、これらのレーザ光吸収部１８ａ〜１８ｄを照射開始位置としてガラス層３にレーザ光Ｌ２を照射することにより、ガラス部材４とガラス部材５との溶着を行うようにしてもよい。
【００３１】
また、矩形環状に形成された溶着予定領域Ｒの角部にレーザ光吸収部を設ける場合、図９に示されるように、扇状のレーザ光吸収部１８ｅ、１８ｆなどを形成し、これらのレーザ光吸収部１８ｅ、１８ｆを起点としてガラス層３にレーザ光Ｌ２を照射することにより、ガラス部材４とガラス部材５との溶着を行うようにしてもよい。
【００３２】
また、断続的にレーザ光吸収部を設ける場合、上述した実施形態で示したように各角部にレーザ光吸収部８ａ〜８ｄを設けるようにしてもよいし、ガラス層３の直線状の部分に複数のレーザ光吸収部を所定の間隔をあけて設けるようにしてもよい。
【００３３】
また、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射は、ガラス部材４側から行ってもよいし、ガラス部材４の反対側から行ってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
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）、８ａ〜８ｄ…レーザ光吸収部、Ｒ…溶着予定領域、Ｌ１…レーザ光（第１のレーザ光）、Ｌ２…レーザ光（第２のレーザ光）。
【図１】
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【図２】
2011111349.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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