(57)【要約】【課題】２枚のガラス基板を融着させる際に、簡単な方法及び装置構成で、加工端面を変形させることなく融着させる。【解決手段】このガラス基板融着方法は、密着された２枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させる方法であって、第１工程及び第２工程を備えている。第１工程は第１ガラス基板と第２ガラス基板とを密着させる。第２工程は、波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を第１ガラス基板と第２ガラス基板との密着部に沿って走査し、第１及び第２ガラス基板を溶融させて融着する。【選択図】図５
2015212208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密着された２枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるガラス基板の融着方法であって、
第１ガラス基板と第２ガラス基板とを密着させる第１工程と、
波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を前記第１ガラス基板と前記第２ガラス基板との接合部に照射し、前記第１及び第２ガラス基板を溶融させて融着する第２工程と、
を備えたレーザ光によるガラス基板融着方法。
【請求項２】
前記第２工程では、前記レーザ光を前記第１及び第２ガラス基板のレーザ光照射側の表面近傍に集光させる、請求項１に記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。
【請求項３】
密着された２枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるレーザ加工装置であって、
密着された第１ガラス基板及び第２ガラス基板が載置されるワークテーブルと、
波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を前記第１ガラス基板と前記第２ガラス基板との接合部に照射するレーザ光照射機構と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ光照射機構は、
波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器からのレーザ光を集光して、集光されたレーザ光を前記第１ガラス基板と前記第２ガラス基板との接合部に照射する光学系と、
を有する、
請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記光学系と前記ワークテーブルとを相対的に移動させて、集光されたレーザ光を前記接合部に沿って走査する走査機構をさらに備えた、請求項４に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板融着方法、特に、密着された２枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるガラス基板融着方法及びそれを実現するためのレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重ね合わされた２枚のガラス基板からなる合わせガラス基板を製造する方法が、特許文献１に示されている。
【０００３】
特許文献１の図２に示されたガラス基板の接合方法では、まず、２枚のガラス基板を重ね合わせ、この重ね合わせた２枚のガラス基板を１対の保持部材によって挟持する。このとき、２枚の保持部材の縁部が２枚のガラス基板の端面から突出するようにする。そして、２枚のガラス基板の端面に向けてレーザ光を照射し、２枚のガラス基板の縁部を融着させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２８１３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、２枚のガラス基板を１対の保持部材によって挟持しているので、２枚のガラス基板のレーザ光照射部分が溶融して垂れ下がるのを防止することができる。
【０００６】
しかし、この特許文献１の方法では、密着させるガラス基板を挟持するために１対の保持部材が必要になる。
【０００７】
本発明の課題は、２枚のガラス基板を融着させる際に、簡単な方法及び装置構成で、加工端面の溶融による変形を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係るガラス基板融着方法は、密着された２枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させる方法であって、第１工程及び第２工程を備えている。第１工程は第１ガラス基板と第２ガラス基板とを密着させる。第２工程は、波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を第１ガラス基板と第２ガラス基板との接合部に照射し、第１及び第２ガラス基板を溶融させて融着する。
【０００９】
この方法では、波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下の中赤外光のレーザ光が２枚のガラス基板の接合部に対して照射される。中赤外光はガラス基板の内部まで浸透しながら吸収されるために、ガラス基板の表面から内部にわたって、熱分布の偏りが少なくなる。すなわち、ガラス基板の内部は比較的均一に加熱され、かつレーザ照射側の加工端面のみが高温になるのを抑えることができる。したがって、ガラス基板の加工端面の溶融垂れを抑えつつ、２枚のガラス基板を溶融させて互いに溶着させることができる。
【００１０】
本発明の別の側面に係るガラス基板融着方法では、第２工程では、レーザ光を第１及び第２ガラス基板のレーザ光照射側の表面近傍に集光させる。
【００１１】
ここでは、レーザ光が、２枚のガラス基板のレーザ光照射側の表面近傍に集光され、照射される。したがって、レーザ光が照射された部分を効率的に溶融させ、かつガラス基板内部にあまり影響を与えることなく２枚のガラス基板を融着させることができる。
【００１２】
本発明の一側面に係るレーザ加工装置は、密着された２枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させる装置である。このレーザ加工装置は、ワークテーブルと、レーザ光照射機構と、を備えている。ワークテーブルは密着された第１ガラス基板及び第２ガラス基板が載置される。レーザ光照射機構は、波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を第１ガラス基板と第２ガラス基板との接合部に照射する。
【００１３】
本発明の別の側面に係るレーザ加工装置では、レーザ光照射機構は、レーザ発振器と、光学系と、を有している。レーザ発振器は波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を発振する。光学系は、レーザ発振器からのレーザ光を集光して、集光されたレーザ光を第１ガラス基板と第２ガラス基板との接合部に照射する。
【００１４】
本発明のさらに別の側面に係るレーザ加工装置では、光学系とワークテーブルとを相対的に移動させて、集光されたレーザ光を接合部に沿って走査する走査機構をさらに備えている。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような本発明では、２枚のガラス基板を融着させる際に、簡単な方法及び装置構成で、加工端面を変形させることなく融着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の概略構成図。
【図２】本発明の方法に用いる２枚のガラス基板の一例を示す模式図。
【図３】無アルカリガラスに対するレーザ光の波長と透過率との関係を示す図。
【図４】ソーダガラスに対するレーザ光の波長と透過率との関係を示す図。
【図５】２枚のガラス基板を融着させた場合の断面を示す顕微鏡写真。
【図６】２枚のガラス基板を融着させる他の形態。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［レーザ加工装置］
本発明の一実施形態によるレーザ加工装置を図１に示す。このレーザ加工装置は、重ね合わされた２枚のガラス基板Ｇ１，Ｇ２が載置されるワークテーブル１と、レーザ発振器２と、光学系３と、走査機構としてのテーブル移動機構４と、を備えている。そして、レーザ発振器２、光学系３、及びテーブル移動機構４によってレーザ照射機構が構成されている。
【００１８】
レーザ発振器２は、波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下の中赤外光のレーザ光を発振する。ここで、レーザ発振器２としては、Ｅｒ：Ｙ2Ｏ3、Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、Ｆｅ：ＺｎＳ、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたレーザ光で、前述のように、波長が２．７〜６．０μｍのものを出射するものであればよい。また、ここでは、連続発振のレーザ光を出射する。
【００１９】
光学系３は、２つの反射ミラー５ａ，５ｂと、集光レンズ６と、を含んでいる。反射ミラー５ａ，５ｂはレーザ発振器２からのレーザ光を２つのガラス基板Ｇ１，Ｇ２の側面に対して直交するように導く。集光レンズ６は、レーザ光を集光して、レーザ光が２枚のガラス基板Ｇ１，Ｇ２の接合部の表面で集光するように設定されている。
【００２０】
テーブル移動機構４は、互いに直交するＸ及びＹ方向にワークテーブル１を移動させるための機構である。このテーブル移動機構４によって、集光点を両ガラス基板Ｇ１，Ｇ２の接合部に沿って走査することができる。
【００２１】
［ガラス基板の融着方法］
以上の装置を用いて２枚のガラス基板Ｇ１，Ｇ２を融着させる場合は、まず、融着すべき２枚のガラス基板Ｇ１，Ｇ２を重ねあわせ、ワークテーブル１上の所定位置にセットする。次に、図２の模式図で示すように、前述のような中赤外光のレーザ光を２枚のガラス基板Ｇ１，Ｇ２の側面から、２枚のガラス基板Ｇ１，Ｇ２の接合部に照射する。なお、レーザ光の集光位置は、ガラス基板Ｇ１，Ｇ２の表面（側面）あるいはその近傍とする。そして、このレーザ光を、連続照射しながら接合部に沿って走査する。
【００２２】
以上の方法によって、２つのガラス基板Ｇ１，Ｇ２が密着された部分が互いに溶融して融着する。このとき、２つのガラス基板Ｇ１，Ｇ２のレーザ光が照射される側面は高温にならない。したがって、その端面（加工端面）が溶融して変形するのを抑えることができる。
【００２３】
［透過率と波長］
図３に、板厚が０．２ｍｍの無アルカリガラス（例えばＯＡ１０（製品名：日本電気硝子社製））のガラス基板に対するレーザ光の波長と透過率との関係を示している。また、図４に、板厚が０．５ｍｍのソーダガラスのガラス基板に対するレーザ光の波長と透過率との関係を示している。
【００２４】
図３から明らかなように、板厚０．２ｍｍの無アルカリガラスに対しては、波長が１０．６μｍのＣＯ２レーザでは透過率が「０」であるので、レーザ光は基板の表面で吸収されることになる。また、波長が１μｍのＹＡＧレーザや、波長が５３２ｎｍのグリーンレーザでは、透過率が９０％以上であり、透過しない約１０％のレーザ光もそのほとんどは表面で反射され、基板内部に吸収されない。そして、波長が２．８μｍのレーザ光であれば、レーザ光の出力を適切なパワーに調節することによって、レーザ光は基板内部でほぼ均一に吸収され、基板内部を溶融させて、重ね合わされた２枚の基板を融着することができる。また、このとき、基板表面（レーザ光の照射側の端面＝加工端面）の温度が上昇しすぎるのを抑制でき、加工端面の溶融による変形を抑えることができる。
【００２５】
また、図４の板厚０．５ｍｍのソーダガラスでは、波長が２．８μｍのレーザ光では、基板の内部までレーザ光が透過しながら吸収され、したがってレーザ光の出力のパワーを適切に調整することによって、前記同様に、基板内部を溶融させて、重ね合わされた２枚の基板を融着することができるとともに、加工端面の溶融による変形を抑えることができる。
【００２６】
なお、図３と図４に示したグラフの透過率の値の差は、試料の厚さの違いに起因するものであり、厚さが同じであれば、無アルカリガラスとソーダガラスとで透過率に差は無いと思われる。
【００２７】
以上のことから、波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下のレーザ光を用いて、レーザ光のパワーを適切に調整することによって、多くのガラス基板に対して、加工端面の溶融による変形を抑えながら、基板内部を溶融させて２枚の基板を融着することができると推察される。また、レーザ光を照射する基板の厚さが比較的厚い場合でも、波長２．７μｍ以上５．０μｍ以下のレーザ光を用いることにより、安定して２枚の基板を融着することができる。
【００２８】
［実験例］
図５に実験例を示している。ここでの実験条件は以下の通りである。
【００２９】
ガラス基板：３ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ０．２ｍｍの無アルカリガラス（例えばＯＡ１０（製品名：日本電気硝子社製））
レーザ光：Ｅｒファイバレーザ、波長２．７μｍ、出力６．６Ｗ、連続発振
なお、図５において、断面の右端がレーザ照射側の端面（加工端面）である。
【００３０】
これらの実験結果から、中赤外光のレーザ光を用いて照射条件を適切に設定することによって、２枚のガラス基板を、加工端面の溶融による変形を抑えて、安定して融着することができることがわかる。
【００３１】
［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【００３２】
（ａ）前記実施形態では、２枚のガラス基板を図１に示すように重ねて融着する場合について説明したが、２枚のガラス基板を融着させる形態はこれに限定されない。例えば、図６（ａ）に示すように、端面を突き合わせて２枚のガラス基板を融着させる場合にも本発明を適用できる。また、図６（ｂ）に示すように、２枚のガラス基板の一部のみが重ね合わされているような場合にも本発明を適用できる。
【００３３】
（ｂ）前記実施形態では、連続発振のレーザ光を用いたが、繰り返し周波数１ＭＨｚ以上の擬似連続発振のパルスレーザ光や、繰り返し周波数が１０ｋＨｚ以上のパルスレーザ光を照射するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  ワークテーブル
２  レーザ発振器
３  光学系
４  テーブル移動機構
Ｇ１，Ｇ２  ガラス基板
【図１】
2015212208.tif 000003
【図２】
2015212208.tif 000004
【図６】
2015212208.tif 000005
【図３】
2015212208.tif 000006
【図４】
2015212208.tif 000007
【図５】
2015212208.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月24日(2015.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密着された２枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるガラス基板の融着方法であって、
第１ガラス基板と第２ガラス基板とを密着させる第１工程と、
波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を前記第１ガラス基板と前記第２ガラス基板との接合部に対して前記第１及び第２ガラス基板の側面から照射し、前記第１及び第２ガラス基板を溶融させて融着する第２工程と、
を備えたレーザ光によるガラス基板融着方法。
【請求項２】
前記第２工程では、前記レーザ光を前記第１及び第２ガラス基板のレーザ光が照射される側面の表面近傍に集光させる、請求項１に記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。
【請求項３】
密着された２枚のガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるレーザ加工装置であって、
密着された第１ガラス基板及び第２ガラス基板が載置されるワークテーブルと、
波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を前記第１ガラス基板と前記第２ガラス基板との接合部に対して前記第１及び第２ガラス基板の側面から照射するレーザ光照射機構と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ光照射機構は、
波長が２．７以上６．０μｍ以下のレーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器からのレーザ光を集光して、集光されたレーザ光を前記第１ガラス基板と前記第２ガラス基板との接合部に対して前記第１及び第２ガラス基板の側面から照射する光学系と、
を有する、
請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記光学系と前記ワークテーブルとを相対的に移動させて、集光されたレーザ光を前記接合部に沿って走査する走査機構をさらに備えた、請求項４に記載のレーザ加工装置。