(57)【要約】【課題】本発明は、被接合体に低融点金属からなる接合部を形成する場合において、接合品質が高い接合部を形成可能な被接合体の接合部形成装置及び接合部形成方法、並びにそれらを用いたガラス基板の接合装置及び接合方法を提供することを第１の目的としている。【解決手段】本発明は、被接合体の一面に低融点金属からなる接合部を形成する装置であって、前記被接合体の一面に対し移動自在に構成されているとともに当該被接合体の一面に溶融した低融点金属を供給し溶融金属池を形成する溶融金属池形成手段と、前記溶融金属池の表面に一端部が挿入され当該溶融金属池中の異物を除去する異物除去手段とを備え、前記異物除去手段は前記溶融金属池形成手段の移動方向に対し後方に配設されているとともに当該溶融金属池形成手段と同期して移動する被接合体の接合部形成装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合体の一面に低融点金属からなる接合部を形成する装置であって、前記被接合体の一面に対し移動自在に構成されているとともに当該被接合体の一面に溶融した低融点金属を供給し溶融金属池を形成する溶融金属池形成手段と、前記溶融金属池の表面に一端部が挿入され当該溶融金属池中の異物を除去する異物除去手段とを備え、前記異物除去手段は前記溶融金属池形成手段の移動方向に対し後方に配設されているとともに当該溶融金属池形成手段と同期して移動する被接合体の接合部形成装置。
【請求項２】
前記溶融金属池形成手段は、溶融した低融点金属を被接合体の一面に供給する溶融金属供給部と前記溶融金属供給部に超音波を印加する超音波発生部とを備えた溶融金属供給手段を有する請求項１に記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項３】
被接合体の一面に低融点金属からなる接合部を形成する装置であって、前記被接合体の一面に対し移動自在に構成されているとともに当該被接合体の一面に配置された低融点金属を加熱し溶融金属池を形成する溶融金属池形成手段と、前記溶融金属池の表面に一端部が挿入され当該溶融金属池中の異物を除去する異物除去手段とを備え、前記異物除去手段は前記溶融金属池形成手段の移動方向に対し後方に配設されているとともに当該溶融金属池形成手段と同期して移動する被接合体の接合部形成装置。
【請求項４】
前記溶融金属池形成手段は、前記低融点金属を局所的に加熱可能な加熱部を有する請求項２に記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項５】
前記溶融金属池に挿入された前記異物除去手段の一端部の辺縁と当該溶融金属池の表面の頂部との距離は、溶融金属池の高さの７０％未満である請求項１乃至４のいずれかに記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項６】
前記異物除去手段の一端部の辺縁は、前記溶融金属池の表面の形状に略相応している形状を有する請求項１乃至５のいずれかに記載の溶融した被接合体の接合部形成装置。
【請求項７】
前記異物除去手段は、前記溶融金属池に一端部が挿入され回動しつつ当該溶融金属池中から異物を除去する異物除去部と、当該溶融金属池の上方に配置され前記異物除去部の外周面に付着した異物を回収する異物回収部とを有する請求項１乃至６のいずれかに記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項８】
前記異物除去部の少なくとも前記溶融金属池と接触する部分は、前記溶融金属池を汚さない材料で構成されている請求項１乃至７のいずれかに記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項９】
前記異物除去部の少なくとも前記溶融金属池と接触する部分はカーボン又はセラミックスで構成されている請求項１乃至８のいずれかに記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項１０】
前記異物除去手段は、前記異物を捕捉する捕捉面を有する請求項１乃至９のいずれかに記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項１１】
前記捕捉面は凹凸状をなしている請求項１０に記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項１２】
前記捕捉面は略網目状をなしている請求項１０又は１１のいずれかに記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項１３】
前記異物が、前記低融点金属を主体とした金属酸化物を含む請求項１乃至１２のいずれかに記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項１４】
前記被接合体がガラス基板であり、前記低融点金属がＳｎ−Ａｇ−Ａｌ系半田である請求項１乃至１３のいずれかに記載の被接合体の接合部形成装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の被接合体の接合部形成装置を有する一対のガラス基板を接合するガラス基板の接合装置。
【請求項１６】
被接合体の一面に低融点金属からなる接合部を形成する方法であって、被接合体の一面に溶融した低融点金属を供給し溶融金属池を形成するととともに溶融金属池中の異物を除去する被接合体の接合部形成方法。
【請求項１７】
溶融した低融点金属を塗布するときに超音波を印加しながら塗布する請求項１６に記載の被接合体の接合部形成方法。
【請求項１８】
被接合体の一面に低融点金属からなる接合部を形成する方法であって、被接合体の一面に配置された低融点金属を加熱し溶融金属池を形成するとともに溶融金属池中の異物を除去する被接合体の接合部形成方法。
【請求項１９】
低融点金属を局所的に加熱し溶融金属池を形成する請求項１８に記載の被接合体の接合部形成方法。
【請求項２０】
溶融金属池の表層部において異物を除去する請求項１６乃至１９に記載の被接合体の接合部形成方法。
【請求項２１】
前記異物が、前記低融点金属を主体とした金属酸化物を含む請求項１６乃至２０のいずれかに記載の被接合体の接合部形成方法。
【請求項２２】
請求項１６乃至２２のいずれかに記載の接合部形成方法で、被接合体であるガラス基板に、低融点金属であるＳｎ−Ａｇ−Ａｌ系半田からなる接合部を形成する被接合体の接合部形成方法。
【請求項２３】
請求項２３に記載の被接合体の接合部形成方法で、一対のガラス基板の各々一面にＳｎ−Ａｇ−Ａｌ系半田からなる接合部を形成する接合部形成工程と、接合部が形成された面を重ね合わせてガラス基板同士を接合する接合工程とを含むガラス基板の接合方法。
【請求項２４】
前記接合部形成工程において、一方のガラス基板に形成される接合部の厚みを他方のガラス基板に形成される接合部より薄く形成し、前記接合工程において重力の作用する方向に対しガラス基板の表面を垂直に配置するとともに他方のガラス基板を下方に置く請求項２４に記載のガラス基板の接合方法。
【請求項２５】
前記接合部形成工程は有酸素雰囲気中で行われ、前記接合工程は実質的に無酸素雰囲気中で行われる請求項２４又は２５に記載のガラス基板の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガラス基板、金属基板又はセラミックス基板等の被接合体に錫・銀・鉛・インジュームその他それらの合金であるハンダや金属ロウ等の低融点金属からなる接合部を形成するための接合部形成装置及び接合部形成方法、並びにそれらを用いたガラス基板の接合装置及び接合方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
複層ガラス（いわゆるペアガラス）や画像表示装置を構成する真空周囲器においては、ガラス基板同士を接合することにより高気密な空間を形成することが必要であり、高気密性や低アウトガス性の観点から極めて高い接合品質が求められる代表的な製品である。以下、本発明について、ガラス基板の接合を例にして説明するが、本発明の適用対象を限定するものではない。
【０００３】
上記複合ガラスや真空周囲器では、次のようにしてガラス基板同士を接合している。（１）矩形状の２枚のガラス基板を準備する。（２）一方又は双方のガラス基板の接合面に、その外周縁に沿い溶融したインジュームやハンダ等の低融点金属を枠状に塗布し、接合部を形成する。（３）ガラス基板の接合面同士が対向するように位置決めする。（４）ガラス基板同士を重ね合わせ、接合部を介して２枚のガラスを接合する。
【０００４】
ガラス基板の接合に関連する技術が特許文献１に記載されている。特許文献１には、画像表示装置の真空周囲器を構成する前面基板及び背面基板（いずれもガラス基板である。）を直接的又は間接的に接合する金属封着材（本発明における低融点金属に相当する。）からなる接合部を当該前面基板及び背面基板の接合面に形成するため、当該接合面に超音波を印加しながら溶融した金属封着材を塗布する装置が開示されている。
【０００５】
このように溶融した低融点金属（以下溶融金属という場合がある。）をガラス基板に塗布するときに超音波を印加すると、ガラス基板の表面に存在する気泡や異物が超音波により除去され、ガラス基板と接合部との接合界面の接合性は向上するという利点がある。一方で、ガラス基板に付着していた異物、接合部を構成する低融点金属そのものに含まれていた低融点金属と酸素とで形成される金属酸化物その他の異物は溶融金属からは除去されない。これらの異物は溶融金属より比重が軽いので、溶融金属中を浮上する。その結果、異物は接合部の表面に偏在する状態となる。更に、上記のように溶融金属に超音波を印加すると溶融金属は極めて良く攪拌されるため、全体的に大気と触れて酸化しやすくなり、溶融金属の塗布工程においても上記と同様な金属酸化物（一般的にノロと言われる。）が形成される。このノロも上記と同様な理由により接合部の表面に異物として偏在する状態となる。
【０００６】
異物が表面に偏在する接合部が形成された２枚のガラス基板を上記説明のように重ね合わせて接合すると、一方のガラス基板のみに接合部を形成した場合には当該接合部と他方のガラス基板との接合界面、双方のガラス基板に接合部を形成した場合には接合部同士の接合界面に異物が存在していることになる。このような異物は接合界面における接合性を阻害し、健全な接合界面を得ることができない要因となる。すなわち、異物の量が少ない場合にはその存在する箇所からリークが生じ気密性が害され、異物の量が多い場合に至っては接合自体が不可能となるという問題が生じる。この問題は、非酸化雰囲気中、例えば真空中又は不活性ガス中で接合部を形成すれば、溶融金属の塗布工程中におけるノロ発生は解消できる可能性はある。しかしながら、装置構成が複雑になり製品が高コストとなるという弊害を招来し、また、溶融金属そのものに存在している異物についての問題の解消手段とならない。
【０００７】
２枚の板状体の広い面積を溶融ロウ材によって接合する技術が特許文献２に記載されている。特許文献２には、２枚の板状体の各々片面のロウ接すべき領域全体に溶融したロウ材（本発明における低融点金属）による被覆を形成し、２枚の板状体に形成したそれぞれの溶融ロウ材による被覆の端縁同志を接触せしめ、その後被覆同志を摺り合わせて溶融ロウ材による被覆同志を接触合体させて冷却し、ロウ材を凝固させることにより板状体同志をロウ接する方法が開示されている。
【０００８】
このロウ接方法によれば、溶融ロウ材で構成された被覆同士の摺り合わせ合体動作により、当該被覆表面を覆っていた酸化物層を扱き出し、酸化物を含まない清浄なロウ材による板状体同士の接合を実現することが出来るので、特許文献２で記載されている条件の下では健全な接合界面を得ることが出来るという利点がある。
【０００９】
しかしながら、かかるロウ接方法における溶融ロウ材による被覆同士の摺り合わせ動作により酸化物層を除去するためには、ロウ材自身が溶融していることが必要であり取り扱いが非常に難しく現実的には実施が困難である。また、通常、溶融ロウ材による被覆の表面に形成された酸化物層の厚みは一定でなく、酸化物層が厚い部分は上記摺り合わせ動作によっても除去されず酸化物層が残留する可能性があり、確実性に欠ける。さらに、例えば上記説明したようにガラス基板に枠状に接合部（特許文献２にいう溶融ロウ材による被覆）を形成する場合に、当該接合部の表面に偏在する酸化物を除去するために上記ロウ接方法を適用することは極めて困難である。すなわち、図１１（ａ）に示すように、特許文献２のロウ接方法は、矩形状など比較的単純な形状で配置された溶融ロウ材Ｈによって板状体であるガラス基板Ｇを接合することを前提としており、この場合には摺り合わせ動作により扱き出された酸化物層Ｈ１１１は清浄なロウ材部分Ｈに残留することはない。一方で、図１１（ｂ）に示すように、溶融ロウ材Ｈを枠状に配置する場合には、摺り合わせ動作によりしごき出された酸化物層Ｈ１１１は清浄なロウ材部分Ｈの中には残留することはないが、製品となる枠の中に酸化物層が扱き出される。このため、例えば上記真空包囲器のように複雑な接合部を形成する場合には適用することができない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１８４３１３号公報
【特許文献２】特開平６−１１４５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、被接合体に低融点金属からなる接合部を形成する場合において、接合品質が高い接合部を形成可能な被接合体の接合部形成装置及び接合部形成方法、並びにそれらを用いたガラス基板の接合装置及び接合方法を提供することを第１の目的としている。また、低コストで接合部を形成可能な被接合体の接合部形成装置及び接合部形成方法、並びにそれらを用いたガラス基板の接合装置及び接合方法を提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係わる第１発明は、被接合体の一面に低融点金属からなる接合部を形成する装置であって、前記被接合体の一面に対し移動自在に構成されているとともに当該被接合体の一面に溶融した低融点金属を供給し溶融金属池を形成する溶融金属池形成手段と、前記溶融金属池の表面に一端部が挿入され当該溶融金属池中の異物を除去する異物除去手段とを備え、前記異物除去手段は前記溶融金属池形成手段の移動方向に対し後方に配設されているとともに当該溶融金属池形成手段と同期して移動する被接合体の接合部形成装置である。
【００１３】
第１発明の被接合体の接合部形成装置（以下接合部形成装置と略する場合がある。）によれば以下の作用を生じる。溶融金属池形成手段は、所定の経路に従い被接合体の一面上を移動し被接合体の一面に溶融した低融点金属を供給することで溶融金属池を形成する。異物除去手段は、溶融金属池形成手段により形成された溶融金属池の表面に挿入されたその一端部により、溶融金属池の表面近傍に偏在する異物を除去する。そして、異物除去手段は、溶融金属池形成手段の移動方向に対して後方に、溶融金属池形成手段と同期して移動可能に配置されているので、溶融金属池の表面近傍に偏在する異物は異物除去手段で除去される。その結果、接合界面となる表面に接合性を阻害する異物が殆ど存在しない接合部を形成することができる。
【００１４】
この態様の接合部形成装置は、前記溶融金属池形成手段が、溶融した低融点金属を被接合体の一面に供給する溶融金属供給部と、前記溶融金属供給部に超音波を印加する超音波発生部とを備えた溶融金属供給手段とで構成されている場合には好ましい態様である。ガラス基板上の気泡や異物を除去するために溶融金属に超音波が印加すると、上記したように溶融金属池の中に新たな酸化物が生じ易いからである。
【００１５】
本発明に係わる第２発明は、被接合体の一面に低融点金属からなる接合部を形成する装置であって、前記被接合体の一面に対し移動自在に構成されているとともに当該被接合体の一面に配置された低融点金属を加熱し溶融金属池を形成する溶融金属池形成手段と、前記溶融金属池の表面に一端部が挿入され当該溶融金属池中の異物を除去する異物除去手段とを備え、前記異物除去手段は前記溶融金属池形成手段の移動方向に対し後方に配設されているとともに当該溶融金属池形成手段と同期して移動する被接合体の接合部形成装置である。この第２発明の接合部形成装置と第１発明の接合部形成装置との相異点は、溶融金属池形成手段が、低融点金属を加熱して溶融金属池を形成するという構成にある。異物除去手段及び溶融金属池形成手段と異物除手段の関係は第１発明の接合部形成装置と同じである。
【００１６】
第２発明の接合部形成装置によれば、溶融金属池形成手段は、予め被接合体の一面に配置された低融点金属を加熱することで溶融金属池を形成する。その後の作用については上記第１発明の接合部形成装置と同じである。
【００１７】
第２発明の接合部形成装置において、溶融金属池形成手段は、低融点金属を局所的に加熱する加熱部を有していることが好ましい。例えば有酸素雰囲気において、被接合体に配置された低融点金属を全体的に加熱して溶融金属池を形成するよりも、低融点金属を局所的に加熱し溶融金属池を局所的に設けていけば溶融金属が酸化される機会が減少し、当該溶融金属池における新たな酸化物の形成を抑制することができるからである。上記加熱部は、加熱範囲や加熱温度の精密な制御が可能なレーザ等の高エネルギービームを発生することの出来る装置で構成することが望ましい。
【００１８】
上記接合部形成装置において、溶融金属池に挿入された異物除去手段の一端部の辺縁と当該溶融金属池の表面の頂部との距離は、溶融金属池の高さの７０％未満であることが望ましい。また、７０％以上となると溶融金属池の形状を保持することができない。すなわち、溶融金属池の形状は、その表面に薄く形成された酸化膜により保持されており、７０％以上となった場合には酸化膜が破れて溶融金属池の溶融金属が漏れ出し、溶融金属池の形状を保持することができなくなる。なお、この酸化膜も異物の一種であるが、上記範囲内に存在する酸化膜は異物除去手段で除去され、清浄な新生面が露出するので接合部の接合性を阻害しない。
【００１９】
異物除去手段の一端部の辺縁は、溶融金属池の表面の形状に略相応している形状を有することが望ましい。溶融金属池の形状を損なうことなく異物を除去できるからである。
【００２０】
異物除去手段は、溶融金属池に一端部が挿入され回動しつつ溶融金属池中から異物を除去する異物除去部と、溶融金属池の上方に配置され異物除去部の外周面に付着した異物を回収する異物回収部とを有することが望ましい。この異物除去手段を備えることにより、連続的に異物を除去することが可能となり、特に装置の自動化には有利である。
【００２１】
異物除去部の少なくとも溶融金属池と接触する部分は、不純物の混入による接合部の接合性を害さないために、溶融金属池を汚さない材料で構成されていることが好ましい。特に、カーボンやセラミックスで構成されていれば好適である。
【００２２】
異物除去手段には、異物を容易に除去可能なように、異物を捕捉する捕捉面を形成することが望ましい。異物の捕捉性の観点から付着面は凹凸状とすることが好ましく、更に略網目状とすれば捕捉性が最も高いので好適である。
【００２３】
上記接合部形成装置は、上記説明した異物が低融点金属を主体とした金属酸化物を含む場合、すなわち接合部を形成する過程で金属酸化物が形成される場合に、有効である。
【００２４】
上記接合部形成装置は、被接合体がガラス基板であり、低融点金属がＳｎ−Ａｇ−Ａｌハンダである場合において有効である。Ｓｎ−Ａｇ−Ａｌハンダからなる接合部がガラス基板に接合されるためには有酸素雰囲気で接合部を形成することが望ましいからである。
【００２５】
本発明に係わる第３発明は、上記接合部形成装置を有する一対のガラス基板を接合するガラス基板の接合装置である。かかる接合装置によれば、上記接合部形成装置により形成された表面における異物の少ない接合部が形成されたガラス基板が製造される。そして、当該ガラス基板同士を重ね合わせて接合することにより、接合部とガラス基板又は接合部において高い接合品質を有する接合界面を実現できる。この接合装置により、高気密な複層ガラスや画像表示装置の真空包囲器などを提供できる。
【００２６】
本発明に係わる第４発明は、上記第１発明の接合部形成装置により具現されるものである。すなわち、被接合体の一面に低融点金属からなる接合部を形成する方法であって、被接合体の一面に溶融した低融点金属を供給し溶融金属池を形成するととともに溶融金属池中の異物を除去する被接合体の接合部形成方法である。ここで、超音波を印加しながら低融点金属を供給すれば、溶融金属池と被接合体との界面に存在する気泡や異物が除去され当該界面における接合性が高まる。そして、超音波による溶融金属の攪拌で生じた異物は除去される。
【００２７】
本発明に係わる第５発明は、上記第２発明の接合部形成装置により具現されるものである。すなわち、被接合体の一面に低融点金属からなる接合部を形成する方法であって、被接合体の一面に配置された低融点金属を加熱し溶融金属池を形成するとともに溶融金属池中の異物を除去する被接合体の接合部形成方法である。ここで、低融点金属を局所的に加熱し溶融金属池を形成することが望ましい。溶融金属が酸化される機会が減少し、当該溶融金属池における新たな酸化物の形成を抑制することができるからである。
【００２８】
上記態様の被接合体の接合部形成方法（以下接合部形成方法と略する場合がある。）において、溶融金属池の表層部において異物を除去することが望ましい。接合界面における接合性を担保するためには表層部に存在する異物を除去すれば充分であり、そのことにより溶融金属池の形状を崩れず維持されるからである。
【００２９】
上記接合部形成方法は、上記説明した異物が低融点金属を主体とした金属酸化物を含む場合、すなわち接合部を形成する過程で金属酸化物が形成される場合に、有効である。
【００３０】
上記接合部形成方法は、被接合体がガラス基板であり、低融点金属がＳｎ−Ａｇ−Ａｌハンダである場合において有効である。Ｓｎ−Ａｇ−Ａｌハンダからなる接合部がガラス基板に接合されるためには有酸素雰囲気で接合部を形成する必要があるからである。
【００３１】
本発明に係わる第６発明は、上記第３発明の接合装置により具現されるものである。すなわち、一対のガラス基板の各々一面にＳｎ−Ａｇ−Ａｌハンダからなる接合部を形成する接合部形成工程と、接合部が形成された面を重ね合わせてガラス基板同士を接合する接合工程とを含むガラス基板の接合方法である。
【００３２】
上記接合部形成工程において、一方のガラス基板に形成される接合部の厚みを他方のガラス基板に形成される接合部より薄く形成し、前記接合工程において重力の作用する方向に対しガラス基板の表面を垂直に配置するとともに他方のガラス基板を下方に置くことが望ましい。ガラス基板を接合するときには双方のガラス基板に形成された接合部を溶融し、溶融した接合部同士を重ね合わせる必要があるが、そのときに上方に置かれるガラス基板の接合部の形状が崩れることを防止できるからである。
【００３３】
さらに、接合部形成工程は有酸素雰囲気中で行われ、接合工程は低酸素雰囲気中で行われることが望ましい。Ｓｎ−Ａｇ−Ａｌハンダからなる接合部がガラス基板に接合されるためには有酸素雰囲気で接合部を形成することが望ましい。そして、接合工程を低酸素雰囲気とすることで接合部の表面における酸化物層の生成を抑制し、接合界面における接合性を担保することができる。なお、接合工程は、実質的に無酸素雰囲気中で行うことが更に望ましく、真空雰囲気又は還元雰囲気とすることが望ましい。
【００３４】
さらに加えて、接合部形成工程後又は接合工程前において、接合部の中の気泡を除去するため、溶融状態を維持した又は再加熱により溶融状態とした接合部を真空雰囲気中に置くことにより溶融状態の接合部から気泡を除去する工程（脱泡工程）を設けておけば、接合部の気密性を向上できるので好ましい。
【００３５】
上記接合部形成装置又は接合部形成方法において、異物が除去された後の溶融金属池を適宜処理して接合部を形成することができる。例えば、溶融金属池を冷却して固体状の接合部を形成することができる。また、被接合体を介して溶融金属池を加熱しその溶融状態を保持しておくことにより液体状の接合部を形成することができる。
有酸素雰囲気中で接合部を形成する場合には、溶融金属池の表面における金属酸化物の生成を抑制するために、不活性ガス（アルゴン、窒素等）を溶融金属池の周囲に供給することにより低酸素雰囲気又は無酸素雰囲気とすることができる。また、溶融金属池から異物が除去された後、接合部の表面における金属酸化物の生成を防止するため接合部付近に不活性ガス（アルゴン、窒素等）を供給することにより接合部の周囲を低酸素雰囲気又は無酸素雰囲気とすることができる。
【発明の効果】
【００３６】
上記本発明に係わる第１〜第６発明の説明から明らかなように、本発明によれば上記説明したように構成したので、被接合体に低融点金属からなる接合部を形成する場合において、接合界面となる接合部の表面に存在する異物の量を極めて少なくすることができ、もって高い接合品質の接合部を形成可能な被接合体の接合部形成装置及び接合部形成方法、並びにそれらを用いたガラス基板の接合装置及び接合方法を提供することができる。また、本発明によれば、低融点金属と酸素からなる金属酸化物の発生を防止するため無酸素雰囲気中で接合部を形成する必要もなく、低コストで接合部を形成可能な被接合体の接合部形成装置及び接合部形成方法、並びにそれらを用いたガラス基板の接合装置及び接合方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明について、その実施態様に基づき説明する。なお、本発明は以下の実施態様に限定されるものではなく、また、各実施態様における構成要素は任意に組合わせることができる。
【００３８】
（第１実施態様）
本発明に係る第１実施態様の接合部形成装置及び接合部形成方法について図１、２に基づいて説明する。図１は本発明の基本要旨を説明する図であり、第１態様の接合部形成装置の概略構成図である。図２は図１の部分拡大図及びその側面図である。なお、以下説明する他の実施態様も含め、本発明に係わる実施態様の接合部形成装置は、図１０（ｂ）（ｄ）に示す矩形状のガラス基板Ｇ１・Ｇ２を接合するため、ガラス基板Ｇ１・Ｇ２の外周辺縁に沿いＳｎ−Ａｇ−Ａｌハンダ（以下ハンダと言う。）で構成される接合部Ｈ１・Ｈ２を枠状に形成するものである。このハンダは、Ｉｎを含まないので安価であり、鉛を含まないことから環境に優しく、更にガラス基板など酸化物を含む被接合体との接合性及び気密封止性に優れたものであり、ガラス基板の接合や封止に好適なものである。
【００３９】
第１実施態様の接合部形成装置１０は大気中、すなわち有酸素雰囲気中で使用されるものであり、次のように構成されている。符号１１は溶融金属池形成手段であり、符号１１３はハンダ層を形成する母材となる溶融ハンダＨを収納する収納容器である。収納容器１１３は、溶融ハンダＨの溶融状態を維持する容器用発熱体１１７を有する略円管状の外郭１１９とその外郭１１９の上部開口を閉塞するとともに後述する圧力制御部１４が接続される接続口１１５を備えた蓋体１１４とから構成されている。ここで、容器用発熱体１１７は加熱制御部１５に接続され発熱量が制御される。なお、容器用発熱体１１７は、溶融ハンダＨの溶融状態を維持することばかりでなく、原料である固相のハンダを溶融する場合にも使用することができる。
【００４０】
符号１１１は、上記外郭１１９の下方開口部（下流側）に連設され収納容器１１３に収納されている溶融ハンダＨをガラス基板Ｇの表面に供給する略円管状のノズル（供給部）である。このノズル１１１の周囲にはその内部を流通する溶融ハンダＨが凝固しないようにコイル状のノズル用発熱体１１６が設けられている。そして、ノズル用発熱体１１６は加熱制御部１５に接続され、適宜発熱量が制御される。なお、第１実施態様のノズル１１１の先端部１１２には、好ましい態様として、供給された溶融ハンダからなる溶融金属池Ｈ１を形成するように図示しない凹部が形成されている。適切な大きさの溶融金属池Ｈ１を形成することにより、常に接合部Ｈ２を形成するために必要な溶融ハンダを確保することができ、切れ目や擦れ無く接合部Ｈ２を形成することができる。
【００４１】
符号１４は、管路１１８を介して上記接続口１１５に接続された圧力制御部である。圧力制御部１４は、具体的には収納容器１１の内部に収納された溶融ハンダＨを加減圧するガスｇの圧力及び流量を制御し、基本的に、先端部１１２からの溶融ハンダＨの吐出動作のＯＮ／ＯＦＦ制御、およびノズル１１１から供給される溶融ハンダＨの流量及び吐出圧力が所望の量となるように調整する。このような構成とすることにより、溶融金属池Ｈ１の大きさを常に一定とすることができる。なお、収納容器内に収納された溶融ハンダＨを加圧するガスｇは、溶融ハンダＨの過剰な酸化を防止するため例えばアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを使用することが望ましい。また、溶融ハンダＨの吐出させる方法は上記に限定されることなく、例えば外郭１１９の内壁に密接して移動可能なロッドを外郭１１９の上部開口に設け、当該ロッドを押引することにより溶融ハンダＨをノズル１１１から吐出させる構成としてもよい。
【００４２】
そして、上記溶融金属池形成手段１１は、図示しない移動手段に組み込まれており、ガラス基板Ｇの上方を紙面に水平な軸（Ｘ軸）、垂直な軸（Ｙ軸）及びガラス基板Ｇの表面に対し鉛直な軸（Ｚ軸）に自在に移動可能なように構成されている。したがって、供給手段１１は、そのノズル１１１の先端部１１２とガラス基板Ｇとの表面との間隙を適正な大きさに保持しつつガラス基板Ｇ上に任意のパターンで溶融ハンダＨを塗布することが可能であり、ガラス基板Ｇの表面に所望の形状の接合部Ｈ２を形成することができる。
【００４３】
符号１３は、ガラス基板Ｇの下方に配設され溶融ハンダＨと同程度の温度である２００〜３５０℃程度にガラス基板Ｇを加熱する平板状の発熱体である。この発熱体１３によれば、溶融ハンダＨの温度と同程度にガラス基板Ｇを加熱することにより、ガラス基板Ｇに供給された溶融ハンダによる溶融金属池Ｈ１が凝固することを防止することができ好ましい。
【００４４】
符号１２は、第１実施態様における平板状の異物除去手段である。異物除去手段１２は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、幅方向において溶融金属池Ｈ１を包含可能な幅Ｗで構成され、その下端部（一端部）１２５が溶融金属池Ｈ１の表面に所定深さｈ１、挿入可能なよう配置されている。また、異物除去手段１２は、溶融金属池形成手段１１から伸びる図示しない固定部材で、図中符号Ａで示す溶融金属池形成手段１１の進行方向に対し溶融金属池形成手段１１の後方に所定の位置関係となるよう固定されている。つまり、異物除去手段１２は、溶融金属池形成手段１１の移動に同期して移動可能なように構成されている。
【００４５】
ここで、異物除去手段１２の下端部の溶融金属池Ｈ１の頂部からの挿入深さｈ１は、溶融金属池の高さｈに対して７０％未満に設定することが望ましい。挿入深さｈ１を７０％以上とすると溶融金属池Ｈ１１の表面にごく薄く形成され、溶融金属池Ｈ１の形状を保持している金属酸化物層が除去されてしまい、溶融金属池Ｈ１の形状が損なわれ、所望の形状を有する接合部Ｈ２を形成できなくなる可能性がある。この溶融金属池Ｈ１の表面に薄く形成される金属酸化物層も接合部Ｈ２の接合性を阻害する異物ではあるが、異物除去手段１２により接合部Ｈ２の表面からは除去されるので問題はない。なお、異物Ｈ１１の除去を確実に行うためには、異物除去手段１２の挿入深さｈ１を３０％以上とすることが更に望ましい。
【００４６】
本態様の異物除去手段１２は板状であり、進行方向Ａにおける前面である捕捉面１２１と溶融金属池Ｈ１の表面との成す角度θが９０°以下となるように配置されている。ここで、異物除去手段１２の下端部１２５の形状は図２（ａ）（ｂ）に示すような直線状の辺縁を有するもの以外にも図２（ｃ）（ｄ）に示す形状とすることができる。すなわち、図２（ｃ）（ｄ）に示す異物除去手段１２ｂの下端部１２５ｂは、溶融金属池Ｈ１の表面の曲率を有する凸形状にほぼ対応するように凹状にその辺縁が形成されている。異物除去手段１２ｂの下端部をこのような形状とすることにより、溶融金属池Ｈ１の形状を損なうことなく接合部Ｈ２を形成することができる。以上のような異物除去手段１２ｂの場合にも溶融金属池Ｈ１に対する挿入深さｈ１は上記と同様な範囲である。
【００４７】
図３に示すように、異物除去手段８２は、その捕捉面８２１が金属溶融池Ｈ１の表面と９０°よりも大きい角度θで交差する状態に配置することが望ましく、さらに、捕捉面８２１がほぼ水平に近くなるよう１３５°よりも大きな角度θで交差する状態に配置すれば、異物Ｈ１１の捕捉効率を高めることができるので望ましい。このように異物除去手段を配置することにより、一旦異物除去手段８２で捕捉した異物Ｈ１１は溶融金属池Ｈ１に再び落下することがなく、確実に異物Ｈ１１を溶融金属池Ｈ１から除去することができる。すなわち、異物除去手段８２で掻き取られた異物Ｈ１１は、傾斜している捕捉面８２１に乗り上げ、捕捉面８２１に載置された状態となり溶融金属池Ｈ１に再び落下することがない。更に、異物Ｈ１１が溶融金属池Ｈ１の表面全体に生じているような場合であっても、一旦捕捉面８２１に載置された異物Ｈ１１は、異物除去手段８２の移動により捕捉面８２１に乗り上げてきた後続する異物Ｈ１１に押上げられ捕捉面８２１を上方へ移動するが、依然として捕捉面８２１に載置された状態を維持することができる。したがって、長く延びる接合部Ｈ２を形成する場合でも、捕捉した異物Ｈ１１は溶融金属池Ｈ１に落下することがない。さらに、図３に示すように、掻き取った異物Ｈ１１を異物除去手段８２から回収するため、異物除去手段８２の上方端の下方に異物除去槽８２４を配置することにより、いたずらに異物除去手段８２を長大化することなく異物Ｈ１１を溶融金属池Ｈ１から除去することができる。
【００４８】
異物除去手段１２は種々の材料から構成することができるが、溶融ハンダに溶出せず溶融金属池Ｈ１を汚さないもので構成されていることが望ましい。そのためには、少なくとも溶融したハンダよりも高融点であり、溶融したハンダに浸食されないことが必要である。このような条件を満足する材料であれば異物除去手段１２を構成する材料として使用することができ、例えば鉄、アルミニウム等の金属材料、セラミックスやカーボン等の非金属材料を選択することができる。特に、セラミックスやカーボンは溶融金属池Ｈ１を汚さない材料として好適である。なお、異物除去手段１２の全体が当該材料により構成されている必要はなく、溶融金属池Ｈ１１と直接接触する下端部１２５のみが当該材料で構成されていてもよい。
【００４９】
更に、異物除去手段１２は、異物Ｈ１１１を容易に捕捉可能な捕捉面を備えていることが好ましい。この捕捉面の具体的な構成については、次に説明する第２実施態様の接合部形成装置にて詳述する。
【００５０】
上記構成の接合部形成装置１０を使用し溶融ハンダＨを塗布する場合の動作について図１を参照し説明する。固体状のハンダ塊を収納容器１１３に収納し、蓋体１１４で外郭１１９の上部開口を密閉した後、加減圧制御部１４にて収納容器１１３の内部を減圧するとともに容器用発熱体１１７を発熱させて収納容器１１３に収納されているハンダ塊を溶融し、溶融ハンダＨの溶融状態を維持する。同時にノズル用発熱体１１６を発熱させノズル１１１を所定の温度まで余熱する。
【００５１】
次いで、図示しない移動手段により、ノズル先端部１１２とガラス基板Ｇの表面との間に所定の間隙（ギャップ）が形成される位置まで溶融金属池形成手段１１をＺ軸方向に移動する。このとき、異物除去手段１２は、その下端部１２５が、溶融金属池Ｈ１の頂部から設定された深さｈ１だけ溶融金属池Ｈ１に挿入可能な状態に配置されている。
【００５２】
そして、加減圧制御部１４から所定の圧力及び流量のガスｇを収納容器１１３に供給するとノズル先端部１１２から溶融ハンダＨが所定量吐出する。ここで、ノズル１１１は上記ノズル用発熱体１１６で加熱されているので、その通路内で溶融ハンダＨが凝固して詰まり等が生じることなく円滑に溶融ハンダＨはガラス基板Ｇの表面に供給され、溶融金属池Ｈ１が形成される。
【００５３】
溶融ハンダＨをガラス基板Ｇへ供給するのとほぼ同時に、溶融金属池形成手段１１を図示しない移動手段によりＸ軸及びＹ軸に沿い矢示Ａの方向へ水平に移動させる。ノズル１１１から供給される溶融ハンダＨの供給位置がＡ方向に移動することにより溶融金属池Ｈ１が連続的に形成される。また、溶融金属池形成手段１１の移動とともに溶融金属池形成手段１１と同期して移動可能なように構成されている異物除去手段１２もＡ方向へ移動する。ここで、異物除去手段１２の下端部１２５は、溶融金属池Ｈ１の表面に挿入可能な状態に配置されているので、図２（ａ）（ｃ）に示すように、溶融金属池Ｈ１の表面に存在する金属酸化物などを含む異物Ｈ１１を移動しながら掻き取ることにより除去していく。そして、異物Ｈ１１が除去された溶融金属池Ｈ１により接合部Ｈ２が形成される。なお、形成された接合部Ｈ２の状態は特に限定されない。例えば、図１の接合部形成装置１０の場合には、接合部Ｈ２は発熱体１３で加熱されているので溶融状態となっている。この溶融状態を維持したまま他方のガラス基板と接合することができる。また、形成された接合部Ｈ２を冷却することにより凝固状態とすることができる。
【００５４】
ガラス基板Ｇの外周の内側をその辺縁に沿い溶融金属池形成手段１１を移動させると、ガラス基板Ｇの表面に枠状の接合部Ｈ２が形成される。そして、上記異物除去手段１２により溶融金属池Ｈ１の表面に存在する異物Ｈ１１は除去されるので、この枠状の接合部Ｈ２の表面には接合性を阻害する異物Ｈ１１がほぼ存在しない状態となっている。なお、本態様の異物除去手段１２を用いた場合、掻き取られた異物Ｈ１１はその下端部１２５に堆積する。この堆積した異物Ｈ１１は適宜な時期に除去すればよい。
【００５５】
（第２実施態様）
本発明に係る第２実施態様の接合部形成装置及び接合部形成方法について図４、図７及び図８に基づいて説明する。図４は第２態様の接合部形成装置の概略構成図であり、図７、７は、図４の拡大正面図及び拡大側面図であり、接合部形成装置を構成する異物除去手段を説明する図である。なお、図４、６及び７において、上記第１態様の接合部形成装置１０の構成要素と同じものは同一符合を付しており、詳細な説明を省略する（以下その他の実施態様についても同じ。）。
【００５６】
第２態様の接合部形成装置２０の構成は、基本的に上記第１態様の接合部形成装置１０と同様であり、異物除去手段２２ａの構成のみが異なっている。すなわち、接合部形成装置２０は、溶融金属池形成手段１１と異物除去手段２２ａとを備えている。
【００５７】
異物除去手段２２ａにおいて符合２２１ａは異物除去部である。図７（ａ）に示すように、異物除去部２２１ａは、回転自在な支持ローラ２２２で張設されたエンドレス状の帯体であり、その下端部２２１１ａが溶融金属池Ｈ１の表面に所定深さだけ挿入可能なように配置されている。そして、異物除去部２２１ａは図示しない回転駆動手段で回転する支持ローラ２２２により図４において矢印Ｂに沿い回動するよう構成されている。
【００５８】
符合２２３は、溶融金属池Ｈ１の上方であって異物除去部２２１ａの外周面に当接するように配置された異物除去スクレーパであり、符合２２４はスクレーパの下流側に配置された異物回収槽である。この異物除去スクレーパ２２３と異物回収槽２２４とで異物回収部２２６が構成されている。
【００５９】
上記のように構成された異物除去手段２２ａによれば、溶融金属池Ｈ１の表面に存在する異物Ｈ１１は異物除去部２２１ａの下端部２２１１ａに付着する。下端部２２１１ａに付着した異物Ｈ１１は、異物除去部２２１ａが矢印Ｂの方向に回動することにより異物除去スクレーパ２２３の方へ移動する。異物除去スクレーパ２２３は、異物除去部２２１ａの表面に付着している異物Ｈ１１を連続的に除去し、下流側に配置された異物回収槽２２４に収納する。したがって、異物除去手段２２ａは、連続的に形成される溶融金属池Ｈ１の表面に発生した異物Ｈ１１を連続的に除去することができる。なお、異物除去部の構成は上記異物除去スクレーパ２２３及び異物除去槽２２４に限定されず、例えば異物除去部２２１ａの表面から異物Ｈ１１を吸引し除去する構成や、エアブローして除去する構成等を適用することができる。
【００６０】
上記異物除去手段２２ａの異物除去部２２１ａには、異物Ｈ１１、その中でも特に溶融金属池Ｈ１１の表面に一定の面積で生じ接合品質を低下させる金属酸化物をより確実に除去できる好ましい構成として、異物Ｈ１１を捕捉する網目状の捕捉面２２７ａが形成されている。異物除去部２２１ａに網目状の捕捉面２２７ａを付加することにより、網目を構成する線材により異物Ｈ１１を更に確実に捕捉することが可能となる。なお、捕捉面２２７ａは、例えば金属やカーボンの線材を網目状にした帯体を適宜加工することにより構成することができる。網目の大きさ（メッシュサイズ）は発生する異物Ｈ１１により適宜設定することができ、例えば図７（ｂ）に示す異物除去部２２１ｂの捕捉面２２７ｂのように網目を密にしてもよい。また、異物除去部２２１ａそれ自体を網目状とすることができる。このようにすれば、異物除去部２２１ａが溶融金属池Ｈ１１の中を移動するとき、溶融金属池Ｈ１１の溶融ハンダは網目を通してスムースに流動するので、溶融金属池Ｈ１１の形状を損なうことなく異物Ｈ１１が除去できるという利点がある。
【００６１】
図７（ｃ）・（ｄ）に捕捉面の別の形態を示す。図７（ｃ）に示す異物除去部２２１ｃには凹２２７１ｃ及び凸２２７２ｃにより構成された捕捉面２２７ｃが形成されている。かかる捕捉面２２７ｃによれば凸２２７２ｃにより異物Ｈ１１をより確実に捕捉することができる。図７（ｄ）に示す異物除去部２２１ｄには粗面で構成された捕捉面２２７ｄが形成されている。かかる捕捉面２２７ｄによれば粗面により異物Ｈ１１をより確実に捕捉することができる。
【００６２】
図８は、第２態様おいて、図２（ｃ）（ｄ）で説明した異物除去手段１２ｂに対応する形態で構成した異物除去手段２２ｅである。すなわち、異物除去手段２２ｅの異物除去部２２１ｅはエンドレス状の帯体で構成し、その異物除去部２２１ｅを張設する支持ローラ２２２ｅの胴部２２２１ｅに凹状のコンケーブ２２２２ｅを設けることにより、異物除去部２２１ｅの下端部２２１１ｅをコンケーブ２２２２ｅの形状に倣わせ、溶融金属池Ｈ１の表面の曲率を有する凸形状にほぼ対応するように凹状にその辺縁を形成している。異物除去部２２１ｅの下端部２２１１ｅをこのような形状とすることにより、溶融金属池Ｈ１の形状を損なうことなく連続的に異物Ｈ１１を除去して、接合界面となる表面に異物Ｈ１１の無い接合部Ｈ２を形成することができる。
【００６３】
（第３実施態様）
本発明に係る第３実施態様の接合部形成装置及び接合部形成方法について、その概略構成図である図５に基づいて説明する。
【００６４】
第３態様の接合部形成装置３０は、上記第２態様の接合部形成装置２０の溶融金属池形成手段１１を別の態様に置き換えた例であり、異物除去手段２２ａの構成は接合部形成装置２０と同様である。
【００６５】
接合部形成装置３０の溶融金属池形成手段３１は次のように構成されている。符合３１１はハンダＨを加熱し溶融する加熱部であり、加熱部３１１で加熱され溶融したハンダにより溶融金属池Ｈ１が形成される。符合３１２は加熱部３１１に印加する超音波を発生する振動子が組み込まれた超音波発生部である。超音波発生部３１２から印加された超音波は加熱部３１１を介して溶融金属池Ｈ１に作用し、溶融金属池Ｈ１とガラス基板Ｇとの界面に存在する異物や気泡を除去する。なお、符号３１３は、超音波発生部３１２で発生する超音波の強度等を制御する制御部である。
【００６６】
符号３３は、上記溶融金属池形成手段３１の加熱部３１１へ糸状の固形ハンダＨを供給するハンダ供給手段である。符号３２２は固形ハンダＨが挿通可能な供給通路を有し固形ハンダＨが加熱部３１１に接触するようにガイドする案内部であり、符号３１１は、巻き取られた状態の固形ハンダＨを収納するとともに上記案内部３２２の供給通路に収納された固形ハンダＨを送り出す収納部である。なお、収納部３１１は図示しない固形ハンダ送出部を備えており、固形ハンダＨの消耗に対応した速度で固形ハンダＨを送り出すことができる。
【００６７】
上記溶融金属池形成手段３１及び固形ハンダ供給手段３３は共に、図示しない移動手段に組み込まれており、ガラス基板Ｇの上方を紙面に水平な軸（Ｘ軸）、垂直な軸（Ｙ軸）及びガラス基板Ｇの表面に対し鉛直な軸（Ｚ軸）に自在に移動可能なように構成されている。
【００６８】
本態様の接合部形成装置３０の動作は、基本的に接合部形成装置１０・２０と同様である。すなわち、溶融金属池形成手段３１の加熱部３１１をガラス基板Ｇに対し位置決めする。固形ハンダ供給手段３３から供給された糸状の固形ハンダＨが加熱部３１１へ接触することにより固形ハンダＨが溶融し、溶融金属池Ｈ１を形成する。このとき、溶融金属池Ｈ１には加熱部３１１を介して超音波が作用しているので、溶融金属池Ｈ１とガラス基板Ｇとの界面に存在する気泡や異物がキャビテーション効果により除去され、溶融ハンダがガラス基板Ｇと良好に接触しそれらの界面反応が進行する。その結果、接合部Ｈ２とガラス基板Ｇとの界面における接合性が高めることができる。
【００６９】
次いで、図示しない移動手段により、溶融金属池形成手段３１及び固形ハンダ供給手段３３を共に矢印Ａの方向へ移動する。溶融による消耗に応じて固形ハンダＨは加熱部３１１に供給されるので、溶融金属池形成手段３１がＡ方向に移動することにより溶融金属池Ｈ１が連続的に形成される。ここで、溶融金属池Ｈ１には超音波が作用しているため、溶融ハンダの過剰な攪拌により新たな金属酸化物が生成される。しかしながら、上記のように異物除去手段２２ａは構成されているので、溶融金属池形成手段３１と同期して移動しつつ新たに形成され溶融金属池Ｈ１の表面に浮上してきた金属酸化物を含む異物Ｈ１１を連続して除去し、接合界面となる表面に異物Ｈ１１を含まない接合部Ｈ２を形成することができる。
【００７０】
なお、第１・第２態様の溶融金属池形成手段１０・２０のノズル１１１に超音波を印加するよう構成すれば、上記と同様な作用・効果を奏することができる。
【００７１】
（第４実施態様）
本発明に係る第４実施態様の接合部形成装置及び接合部形成方法について、その概略構成図である図６に基づいて説明する。
【００７２】
第４態様の接合部形成装置４０は、今まで説明した接合部形成装置１０〜３０と異なり、ガラス基板Ｇの表面上に配置されたハンダＨを溶融して溶融金属池Ｈ１を形成する構成である。すなわち、接合部形成装置４０は、ガラス基板Ｇの表面に配置されたハンダＨを溶融して溶融金属池Ｈ１を形成する溶融金属池形成手段４１と、上記と同様に構成された異物除去手段２２ａとを備えている。
【００７３】
溶融金属池形成手段４１は、図示しない移動手段に組み込まれており、ガラス基板Ｇの上方を紙面に水平な軸（Ｘ軸）、垂直な軸（Ｙ軸）及びガラス基板Ｇの表面に対し鉛直な軸（Ｚ軸）に自在に移動可能なように構成されている。また、溶融金属池形成手段４１は、その下端から、ガラス基板Ｇに配置されたハンダＨを包含するエリアに高エネルギービーム（例えばレーザやプラズマ）４２を照射可能なように構成されている。
【００７４】
上記接合部形成装置４０は以下のように動作する。まず、外周の内側にその辺縁に沿い枠状にハンダＨを配置されたガラス基板Ｇを準備する。このハンダＨの形態としては、例えば粉状、棒状又はペースト状など種々のものを使用することができるが、例えば枠状に成形された固形ハンダのように、所望の形状に予め成形されたものであればハンダＨの配置の手間が少なく好ましい。
【００７５】
溶融金属池形成手段４１をガラス基板Ｇに対し位置決めする。その後、高エネルギービーム４２をハンダＨに照射して、そのエリアに含まれるハンダＨを溶融し溶融金属池Ｈ１を形成する。
【００７６】
溶融金属池形成手段４１を矢印Ａの方向へ移動する。溶融金属池形成手段４１がＡ方向に移動することにより溶融金属池Ｈ１が連続的に形成される。上記のように異物除去手段２２ａは構成されているので、溶融金属池形成手段４１と同期して移動しつつ溶融金属池Ｈ１の表面の異物Ｈ１１を連続して除去し、接合界面となる表面に異物Ｈ１１を含まない接合部Ｈ２を形成することができる。
【００７７】
（第５実施態様）
本発明に係る第５実施態様のガラス基板の接合装置及び接合方法について図９及び図１０に基づいて説明する。図９は第５態様のガラス基板の接合装置の概略構成図、図１０は第５態様のガラス基板の接合装置の動作を説明する図である。
【００７８】
第５態様のガラス基板の接合装置（以下接合装置と言う。）５０は、図１０（ｂ）・（ｃ）に示すように、２枚のガラス基板Ｇ１・Ｇ２の外周の内側にそれぞれ枠状の接合部Ｈ２１・Ｈ２２を形成し、接合部Ｈ２１・Ｈ２２同士を重ね合わせ接合することによりガラス基板Ｇ１・Ｇ２を接合しそれらの接合体を形成する。
【００７９】
接合装置５０は、図９に示すように、ガラス基板Ｇ１に接合部Ｈ２１を形成する第１接合部形成部５１と、ガラス基板Ｇ２に接合部Ｈ２２を形成する接合部形成装置３０が組み込まれた第２接合部形成部５２と、接合部Ｈ２１・Ｈ２２が形成されたガラス基板Ｇ１・Ｇ２を搬送する搬送部を介し配置され、ガラス基板Ｇ１・Ｇ２を接合するガラス基板接合部５３とで構成されている。以下、第１接合部形成部５１、第２接合部形成部５２及びガラス基板接合部５３について説明するが、第１接合部形成部５１と第２接合部形成部５２は同じ構成であるので第２接合部形成部５２については説明を省略する。
【００８０】
図１０（ａ）に示す第１接合部形成部５１において、符合５１１は上記第３態様の接合部形成装置３０（図５）である。接合部形成装置５１１は、上記説明したものと同様に構成されている。すなわち、接合部形成装置５１１は、加熱部３１１、超音波発生部３１２及び制御部３１３で構成された溶融金属池形成手段３１と、案内部３２２及び収納部３１１で構成されたハンダ供給手段３３と、溶融金属池形成手段３１及びハンダ供給手段３３を共にガラス基板Ｇ１上を自在に移動させる図示しない移動手段と、異物除去部２２１ａ及び異物回収部２２６とで構成され溶融金属池形成手段３１と同期して移動する異物除去手段２２ａと、ガラス基板Ｇ１を所定の温度に加熱する発熱体１３とを有している。なお、第１接合部形成部５１に組み込む接合部形成装置は第１〜第４態様の接合部形成装置１０〜４０のいずれであってもよい。
【００８１】
符合５１２は、上記接合部形成装置５１１を収納する気密容器である。符合５１３は気密容器５１２と配管を介して接続された酸素濃度制御手段であり、気密容器５１２の中の酸素濃度を一定の濃度に制御可能なように構成されている。
【００８２】
気密容器５１２の中の酸素濃度を一定の濃度に制御するのは以下の理由による。
Ｓｎ−Ａｇ−Ａｌハンダに添加されているＡｌは、Ｚｎ・Ｔｉ・Ｓｉ・Ｃｒ及び希土類と並んで酸素親和力の高い元素である。Ａｌを含むＳｎ−Ａｇ−Ａｌハンダがガラス基板など酸化物と接合できるのは、酸素親和性の高いＡｌがガラス基板の表面に存在する酸素と結合するためであると考えられる。そのため、Ｓｎ−Ａｇ−Ａｌハンダで形成された接合部Ｈ２１をガラス基板Ｇと接合させるためには一定の酸素濃度の有酸素雰囲気下で接合部Ｈ２１を形成することが望ましい。一方で、酸素濃度が過大である場合には、過剰な酸素とＡｌが結合して過度な酸化物を生成し、接合部Ｈ２１とガラス基板Ｇ１との接合性を害したり、接合部Ｈ２１・Ｈ２２の表面に金属酸化物が生じ接合部Ｈ２１・Ｈ２２同士の接合性を害する可能性がある。そのため、接合部Ｈ２１を形成する場合には、溶融金属池Ｈ１及び接合部Ｈ２１が一定の酸素濃度の中に置かれるよう気密容器５１２の中の酸素濃度を一定の範囲内に管理する必要がある。
【００８３】
ガラス基板接合部５３において、符合５３１は、上記第１接合部形成部５１で接合部Ｈ２１が形成されたガラス基板Ｇ１が載置台である。符合５３２は、上記第２接合部形成部５２で接合部Ｈ２２が形成されたガラス基板Ｇ２を水平な姿勢で保持するとともにガラス基板Ｇ１に対して平面方向及び鉛直方向に移動自在に構成され、接合部Ｈ２２が接合部Ｈ２１に対応するようガラス基板Ｇ２を位置決めし、接合部Ｈ２１と接合部２２を重ね合わせる重合手段である。符合５３３は、ガラス基板Ｇ１に重ね合わされたガラス基板Ｇ２の上に置かれる平板状の錘である。符合５３４は、上記載置台５３１、重合手段５３２、錘５３３及びガラス基板Ｇ１・Ｇ２を内包可能な気密容器である。気密容器５３４には、配管を介して真空ポンプ５３５及び加熱手段５３６が接続され、気密容器５３３の内部の雰囲気と温度を制御可能に構成している。
【００８４】
ここで、接合部Ｈ２１と接合部Ｈ２２を接合するときには、接合部Ｈ２１・Ｈ２２の表面に金属酸化物が生じることを防止するため低酸素雰囲気又は無酸素雰囲気とすることが好ましい。そこで、ガラス基板接合部５３では、真空ポンプ５３５により気密容器５３４の中を真空とし、実質的に無酸素雰囲気としている。なお、気密容器５３４の中の空気を不活性ガスであるアルゴンや窒素で置換することにより、低酸素雰囲気又は無酸素雰囲気の状態としてもよい。
【００８５】
また、接合部Ｈ２１・Ｈ２２を接合するときは、接合部Ｈ２１と接合部Ｈ２２との界面が溶融状態である必要がある。そこで、重ね合わせる前の接合部Ｈ２１・Ｈ２２が凝固状態の場合にはハンダを再溶融するため、溶融状態の場合には溶融状態を維持するため、気密容器５３４の内部の温度をハンダの溶融温度以上に設定する。接合部Ｈ２１・Ｈ２２が接合した後には、接合部Ｈ２１・Ｈ２２を凝固させるため気密容器５３４の内部の温度を降下させる。なお、載置台５３１又は錘５３３に発熱体を組み込むことにより、ガラス基板Ｇ１・Ｇ２を介して接合部Ｈ２１・Ｈ２２の温度を制御する構成とすることもできる。
【００８６】
上記接合装置５０の動作について説明する。なお、上記のとおり第１接合部形成部５１と第２接合部形成部５２の構成は同じであるので、第２接合部形成部５２の動作の説明は省略し、ガラス基板Ｇ２における接合部Ｈ２２は、ガラス基板Ｇ１の接合部２１と同様な方法で同時に第２接合部形成部５２で形成されていることを前提とし、以下説明する。
【００８７】
第１接合部形成部５１の接合部形成装置５１１にガラス基板Ｇ１をセットする。その後、気密容器５１２が密閉され、酸素濃度制御手段５１３は、気密容器５１２の中の酸素が所望の濃度となるよう動作する。
【００８８】
その後、上記接合部形成装置３０と同様な動作で接合部形成装置５１１は接合部Ｈ２１を形成する。すなわち、溶融金属池形成手段３１の加熱部３１１をガラス基板Ｇに対し位置決めする。固形ハンダ供給手段３３から供給された糸状の固形ハンダＨが加熱部３１１へ接触することにより固形ハンダＨが溶融し、溶融金属池Ｈ１を形成する。
【００８９】
次いで、図示しない移動手段により、溶融金属池形成手段３１及び固形ハンダ供給手段３３を共に矢印Ａの方向へ移動する。これらの移動経路は、ガラス基板Ｇ１の外周の内側であってその辺縁に沿い溶融金属池Ｈ１が形成されるように設定されている。そして、溶融による消耗に応じて固形ハンダＨは加熱部３１１に供給されるので、溶融金属池形成手段３１がＡ方向に移動することにより溶融金属池Ｈ１が連続的に形成される。異物除去手段２２ａは、溶融金属池形成手段３１と同期して移動しつつ溶融金属池Ｈ１の表面の金属酸化物を含む異物Ｈ１１を連続して除去する。その結果、接合部２２との接合界面となる表面に異物Ｈ１１を含まない枠状の接合部Ｈ２１が形成される。その後、発熱体１３により接合部Ｈ２１を降温し、接合部Ｈ２１を凝固状態とする。
【００９０】
接合部Ｈ２１・Ｈ２２が形成された後、搬送部は、第１接合部形成部５１及び第２接合部形成部５２からガラス基板接合部５３へガラス基板Ｇ１・Ｇ２を搬送する。
【００９１】
次いで、ガラス基板接合部５３の載置台５３１の所定位置に接合部Ｈ２１が形成された面を上方に向けて一方のガラス基板Ｇ１をセットするとともに、接合部Ｈ２２が形成された面を下方に向けて他方のガラス基板Ｇ２を重合手段５３２に水平に保持させる。その後、気密容器５３４を密閉する。
【００９２】
真空ポンプ５３５は、密閉された気密容器５３４の内部を真空状態とする。それと平行して、加熱手段５３６は気密容器５３４の内部を加熱し、凝固している接合部Ｈ２１・Ｈ２２を再溶融する。なお、接合部Ｈ２１・Ｈ２２の再溶融は、以下で述べる接合部Ｈ２１・Ｈ２２の重ね合わせ後に行ってもよい。
【００９３】
重合手段５３２は、接合部Ｈ２１に対し接合部Ｈ２２が対応するよう水平方向におけるガラス基板Ｇ２の位置を合わせ、その後鉛直方向にガラス基板Ｇ２を所定位置まで移動させることにより、接合部Ｈ２１の表面（上面）と接合部Ｈ２２の表面（下面）とを重ね合わせる。その後、錘５３４をガラス基板Ｇ２の上面にセットする。加熱手段５３６により気密容器５３４の中をハンダの凝固温度まで降温すると、接合部Ｈ２１・Ｈ２２はその界面において接合する。
【００９４】
なお、重力が作用する方向に対して接合部Ｈ２１・Ｈ２２の接合界面となる面が垂直に配置されている場合（すなわち重力が作用する方向に対してガラス基板Ｇ１・Ｇ２の表面が垂直に配置されている場合である。）には、接合部Ｈ２１の厚みは接合部Ｈ２２よりも厚い方が望ましい。ガラス基板Ｇ１・Ｇ２を接合するときには双方のガラス基板Ｇ１・Ｇ２に形成された接合部Ｈ２１を溶融し、溶融した接合部Ｈ２１同士を重ね合わせる必要があるが、そのときに上方に置かれるガラス基板Ｇ１の接合部Ｈ２１の形状が崩れることを防止できるからである。
【００９５】
また、上記ではガラス基板Ｇ１・Ｇ２ともに接合部Ｈ２１・Ｈ２２を形成し、接合部Ｈ２１・Ｈ２２を接合させることによりガラス基板Ｇ１・Ｇ２の接合体を得たが、一方のガラス基板Ｇ１にのみ接合部Ｈ２１を形成し、他方のガラス基板Ｇ２に接合部Ｈ２１を直接接合しガラス基板Ｇ１・Ｇ２の接合体を得るようにしてもよい。
【００９６】
以下、本発明に係る実験例を説明する。なお、以下の実験例では異物除去手段２２ａに代えて異物除去手段１２（図１）を組み込んだ第３態様の接合部形成装置３０（図５）を使用した。なお、接合部形成装置３０の溶融金属池形成手段３１には（黒田テクノ株式会社）製の超音波はんだ付け装置（型式：ＵＳＭ−３）を使用した。印加した超音波の周波数は５９．５ＫＨｚであり、その超音波発信出力は１５Ｗとした。
【００９７】
（実験例１）
縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚み３ｍｍの２枚のガラス基板Ｇを、Ａｇ３．５％、Ａｌ０．３％、残部Ｓｎ及び不可避不純物からなるハンダを用いて接合した。ガラス基板Ｇに、大気中で、ガラス基板Ｇの外周の内側１．５ｍｍに幅中心があるよう幅３ｍｍ、厚み１  ｍｍの接合部Ｈ２を枠状に形成した。このときの異物除去手段１２の挿入深さｈ１は溶融金属池Ｈ１の高さの３０％である０．３ｍｍとした。接合部Ｈ２の溶融状態を保持しつつ２枚のガラス基板Ｇを加熱プレートの上で重ね合わせ、その後加熱プレートを冷却することによりガラス基板Ｇの接合体を得ることができた。
【００９８】
（実験例２）
異物除去手段１２の挿入深さを溶融金属池Ｈ１の高さの６５％である０．６５ｍｍとする以外は実験例１と同一の条件でガラス基板Ｇの接合を試みた。ガラス基板Ｇは良好に接合した。
【００９９】
（実験例３）
異物除去手段１２の挿入深さを溶融金属池Ｈ１の高さの７５％である０．７５ｍｍとする以外は実験例１と同一の条件でガラス基板Ｇの接合を試みた。溶融金属池Ｈ１の形状が崩れ、所望の接合部Ｈ２を形成できなかった。
【０１００】
（実験例４）
上記実験例１に対し、接合部形成装置３０から異物除去手段１２を取外した以外は同一の条件でガラス基板Ｇの接合を試みた。異物Ｈ１１のため接合部Ｈ２同士を接合することができず、接合体を得ることができなかった。
【０１０１】
（実験例５）
上記実験例１に対し、真空中で接合部Ｈ２を形成する以外は同一の条件でガラス基板Ｇの接合を試みた。接合部Ｈ２はガラス基板Ｇ自体に接合したが、接合強度が充分ではなく搬送する途中で剥離した。
【０１０２】
（実験例６）
上記実験例１に対し、接合部Ｈ２を固相まで冷却し、その後２枚のガラス基板Ｇの接合部Ｈ２同士を重ね合わせ、一方のガラス基板Ｇに錘を乗せ、真空中で加熱することにより接合部Ｈ２を溶融して接合し、その後接合部Ｈ２を冷却し凝固する以外は、同一の条件でガラス基板Ｇを接合した。ガラス基板Ｇは良好に接合した。
【０１０３】
（実験例７）
一方のガラス基板Ｇのみに厚み２ｍｍの接合部Ｈ２を形成する以外は、実験例１と同一の条件でガラス基板Ｇの接合を試みた。ガラス基板Ｇは良好に接合した。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明に係る第１態様の接合部形成装置の概略構成図である。
【図２】図１の部分拡大図及びその側面図である。
【図３】図１の異物除去手段の別形態を示す図である。
【図４】本発明に係る第２態様の接合部形成装置の概略構成図であり、
【図５】本発明に係る第３態様の接合部形成装置の概略構成図である。
【図６】本発明に係る第４態様の接合部形成装置の概略構成図である。
【図７】図４の拡大正面図及び拡大側面図である。
【図８】図４の異物除去手段の別形態を示す図である。
【図９】本発明に係る接合装置の概略構成図である。
【図１０】図９の接合装置の動作を説明する図である。
【図１１】従来のガラス基板の接合方法を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０（２０、３０、４０）  接合部形成装置
１１（３１、４１）        溶融金属池形成手段
１２（２２）              異物除去手段
１３                      発熱体
５０                      接合装置
５１                      第１接合部形成部
５２                      第２接合部形成部
５３                      ガラス基板接合部
Ｇ（Ｇ１、Ｇ２）          ガラス基板
Ｈ                        ハンダ
Ｈ１                      溶融金属池
Ｈ２（Ｈ２１、Ｈ２２）    接合部
Ｈ１１                    異物
【図１】
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【図２】
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【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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