(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコン及びIII−V族化合物半導体からなる群から選択されるいずれかの材料から形成されており、接合面の一部あるいは全面に金属膜が形成されている第１の部材の接合面の少なくとも一部に、ＳｉＯ2からなる膜を形成した後、第２のガラス部材を圧着し得る温度のもとで、前記接合面に前記第２のガラス部材を熱圧着することを特徴とするガラス部材の接合方法。
【請求項２】
前記ＳｉＯ2からなる膜を、ＣＶＤ法（化学気相成長法）によって形成することを特徴とする請求項１に記載のガラス部材の接合方法。
【請求項３】
前記第２のガラス部材は、
少なくとも１種以上のアルカリ元素を含むガラスから成り、
前記第１の部材の熱膨張係数と前記第２のガラス部材の熱膨張係数との差が−１．０×１０-6〜＋１．０×１０-6／℃の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合面の一部あるいは全面に金属膜が形成されているガラス等の部材の接合面に、他のガラス部材を接合するための、ガラス部材の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ガラス部材を接合する方法として、ガラス間の融着により接合する方法、低融ガラスを介して接合する方法、有機接着剤を用いて接合する方法などが知られている。ガラス間の融着により接合する方法は、ガラス部材の接合面を鏡面研磨後、適切な温度で密接圧着保持し、ガラス部材を相互融着させる方法である。また、低融ガラスを介して接合する方法は、接合しようとするガラス部材と比較して粘度の小さい低融ガラスを、特定の接着温度のもとでガラス部材の接合面に介在させ、徐冷することによりガラス部材を接着させる方法である。また、有機接着剤を用いて接合する方法は、ガラス部材の接合面にポリビニルブチラールなどの有機接着剤を介在させ、ガラス部材を接着させる方法である。これらの方法を用いることにより、ガラス部材を強固に接合することが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、昨今の薄膜形成技術の進歩はめざましく、ガラス部材の表面に金属膜を形成することが可能となった。表面に金属膜が形成されたガラス部材は、その金属膜が反射層として作用することから、様々な光学部品として利用されるものとなった。例えば、図２４に示すような、表面に金属膜３が形成されたガラス部材１を複数個並べて接合することにより、図２５に示すようなストライプ状反射面を有する光学窓２が形成できる。この、ストライプ状反射面を有する光学窓２は、例えば光電子増倍管の光入射面に接続され、光の各入射位置における光強度を検出するために用いられる。
【０００４】
しかし、表面に金属膜が形成されているガラス部材に他のガラス部材を接合する場合、上記従来技術に示した方法を用いると、接合面が容易に剥離してしまう、又は金属膜が破壊されて反射面をなさないという現象が認められる。そのため、上記従来の方法を用いて製造された光学窓あるいは電子管などの光学部品は耐久性に劣り、実用上問題であった。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決し、接合面に金属膜が形成されているガラス等の部材の接合面に他のガラス部材を接合する場合において、接合面が容易に剥離せず、金属膜が破壊されることのない、ガラス部材の接合方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のガラス部材の接合方法は、ガラス、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコン及びIII−V族化合物半導体からなる群から選択されるいずれかの材料から形成されており、接合面の一部あるいは全面に金属膜が形成されている第１のガラス等の部材の接合面の少なくとも一部に、ＳｉＯ2からなる膜を形成した後、第２のガラス部材を圧着し得る温度のもとで、上記接合面に第２のガラス部材を熱圧着することを特徴としている。
【０００７】
ガラス、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコン及びIII−V族化合物半導体からなる群から選択されるいずれかの材料から形成されており、接合面に金属膜が形成されている第１の部材の接合面に、ＳｉＯ2膜を介して第２のガラス部材を熱圧着することにより、２つのガラス部材が強固に接合され、接合面が剥離しにくくなるとともに、金属膜が破壊されることが無くなる。
【０００８】
また、本発明のガラス部材の接合方法は、ＳｉＯ2からなる膜を、ＣＶＤ法（化学気相成長法）によって形成することを特徴としても良い。
【０００９】
さらに、本発明のガラス部材の接合方法は、第２のガラス部材が少なくとも１種以上のアルカリ元素を含むガラスから成り、第１の部材の熱膨張係数と第２のガラス部材の熱膨張係数との差が−１．０×１０-6〜＋１．０×１０-6／℃の範囲であることを特徴としても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を図面を参照して説明する。本実施形態に係るガラス部材の接合方法は、金属膜が形成されている第１のガラス部材の接合面にＳｉＯ2からなる膜を形成する第１の工程と、上記第１の工程において接合面にＳｉＯ2膜が形成された第１のガラス部材の接合面上に、第２のガラス部材を重ねて熱圧着する第２の工程から成っている。以下、順を追って各工程を説明する。
【００１２】
まず、第１の工程について説明する。本実施形態に係るガラス部材の接合方法で用いる第１のガラス部材１０は、少なくとも１種以上のアルカリ元素を含むガラスからなっており、図２に示されるような形状のものである。すなわち、接合面に金属膜、例えばＣｒ膜１２が形成されている面状のガラス部材である。Ｃｒ膜１２は、１０００Å程度の一様な厚さを持って形成されている。
【００１３】
本工程では、上記第１のガラス部材１０の接合面に形成されたＣｒ膜１２の上に、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2を蒸着し、厚さが１０００Å程度のＳｉＯ2膜１４を形成する。その結果、第１のガラス部材１０は、図３に示すような構造になる。
【００１４】
次に、第２の工程について説明する。本工程ではまず、第１の工程で接合面にＳｉＯ2膜１４が形成された第１のガラス部材１０と第２のガラス部材２０を図４のように上下に配置し、真空熱処理炉に挿入する。この際、第１のガラス部材１０と第２のガラス部材２０を重ねてもよいが、接合面に付着したガスを脱離させるために、ガス抜き処理が終了するまでは、図４に示すように第１のガラス部材１０と第２のガラス部材２０との間隔を開けておく方が好ましい。また、材質の面においては、第１のガラス部材１０の熱膨張係数と第２のガラス部材の熱膨張係数との差が−１．０×１０-6〜＋１．０×１０-6／℃の範囲であることが好ましい。
【００１５】
ガス抜き処理終了後、第１のガラス部材１０と第２のガラス部材２０を、それらの接合面が密着するように重ね、炉内温度を第１のガラス部材１０と第２のガラス部材２０の屈服点温度付近にし、加重圧力を１００〜２００ｇ／ｃｍ2にした状態で３０分〜１時間密着保持することにより熱圧着する。熱圧着された第１のガラス部材１０と第２のガラス部材２０は、図１に示すように相互に接合され、接合体が形成される。
【００１６】
この方法によって接合された２つのガラス部材の接合面は、容易に剥離することがなく、よって、金属の反射膜あるいは電極等を有する様々な光学部品を製造する場合に用いることができる。以下、本実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いて光学部品を製造する具体例について説明する。
【００１７】
第１の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いた、ストライプ状反射面を有する光学窓の製造方法である。ストライプ状反射面を有する光学窓を製造するためには、まず、面状のガラス部材１０を洗浄し、その後、その一方の主面にＣＶＤ法にを用いてＣｒを蒸着し、１０００Å程度の厚みを持ったＣｒ膜１２を形成する。その結果、面状のガラス部材１０は、図２に示すような形状となる。
【００１８】
次に、Ｃｒ膜１２上にＳｉＯ2膜１４を形成する。ＳｉＯ2膜１４は、上記実施形態における第１の工程の欄で説明したように、ＣＶＤ法を用いて、Ｃｒ膜１４上にＳｉＯ2を蒸着させることにより形成される。ＳｉＯ2膜１４を形成した面状のガラス部材１０は図３に示すような構造になる。
【００１９】
続いて、Ｃｒ膜１２及びＳｉＯ2膜１４が形成された面状のガラス部材１０を、図５のように多数枚重ねて配置する。重ねて配置する面状のガラス部材１０の枚数は、光学窓を接合して用いる電子管の画素数によって決定され、使用する面状のガラス部材１０の厚みは、電子管の解像度によって決定される。また、使用する面状のガラス部材１０の面積は、製造する光学窓の大きさ、および枚数などによって決定される。
【００２０】
更に、図５のように配置された多数枚の面状のガラス部材１０を真空熱処理炉内に挿入し、熱圧着する。具体的には、上記実施形態における第２の工程で説明したように、上記多数枚の面状のガラス部材１０を、それぞれの接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材１０の屈服点温度付近にし、加重圧力を１００〜２００ｇ／ｃｍ2にした状態で３０分〜１時間密着保持することにより熱圧着する。熱圧着された多数枚の面状のガラス部材１０は図６に示すような接合体となる。
【００２１】
次に、この熱圧着されたガラス部材１０の接合体を、図７に示すように圧着面に垂直に切断する。切断された一片は、図８に示すような形状のストライプ状反射面を有する光学窓３０となり、電子管の光学窓として用いられる。
【００２２】
第１の具体例のストライプ状反射面を有する光学窓３０を形成する場合、図２に示すように接合面全面にＣｒ膜１２を設けたガラス部材１０を用いていたが、これは図９に示すように、Ｃｒ膜１２を接合面の全面ではなく、長方形の部分に分割して形成したガラス部材１０を用いてもよい。このようなガラス部材１０の上面にＳｉＯ2膜を形成すると、ガラス部材１０は図１０に示すような形状となり、これを重ねて接合し、接合面に垂直、かつ、Ｃｒ膜１２と切断面が交差しないように切断することにより、図１１に示すようなストライプ状反射面を有する光学窓３０が形成される。図１１に示すようなストライプ状反射面を有する光学窓３０は、金属反射膜（Ｃｒ膜１２）が光入射面あるいはその反対側の面に露出していないため、電子管などに接着して使用する場合、反射層による電気的な短絡への配慮が不要となる。
【００２３】
第２の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いた格子状反射面を有する光学窓の製造方法である。格子状反射面を有する光学窓を形成するには、上記第１の具体例において作成したストライプ状反射面を有する光学窓３０を用いる。ストライプ状反射面を有する光学窓３０の一方の主面に、ＣＶＤ法を用いて、Ｃｒ膜１２、ＳｉＯ2膜１４を順次形成する。Ｃｒ膜１２、ＳｉＯ2膜１４の厚みは、双方とも１０００Å程度である。一方の主面にＣｒ膜１２、ＳｉＯ2膜１４を形成したストライプ状反射面を有する光学窓３０は、図１２のような形状になる。
【００２４】
次に、Ｃｒ膜１２、ＳｉＯ2膜１４を形成したストライプ状反射面を有する光学窓３０を多数枚重ねて熱圧着する。具体的には、上記実施形態の第２の工程で説明したように、真空熱処理炉内で上記多数枚の面状のガラス部材１０を、それぞれの接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材１０の屈服点温度付近にし、加重圧力を１００〜２００ｇ／ｃｍ2にした状態で３０分〜１時間密着保持することにより熱圧着する。その結果、多数枚のストライプ状反射面を有する光学窓３０は相互に接合され、図１３に示すような接合体を形成する。
【００２５】
上記の接合体を、図１４に示すように、ガラス部材１０の接合面およびストライプ状反射面を有する光学窓３０の接合面の双方に垂直な切断面を有するように切断すると、図１５に示すような格子状反射面を有する光学窓４０となる。格子状反射面を有する光学窓４０は、Ｃｒによる格子状の反射層を持ち、電子管の光学窓として用いられる。
【００２６】
第３の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を利用した電子管の製造方法である。面状のガラス部材１０にＣｒ膜１２、ＳｉＯ2膜１４を形成する所までは、上記第１の具体例と同様である。
【００２７】
次に、リソグラフィ技術を用いて、Ｃｒ膜１２、ＳｉＯ2膜１４が所定の形状になるようにエッチング処理をする。ＳｉＯ2をエッチング処理するためにはＨＦなどを、また、Ｃｒをエッチング処理するためには、硝酸第２セリウム・アンモニウムと過塩素酸と水の混合物、または、赤血塩とＮａＯＨ（もしくはＫＯＨ）と水の混合物を用いればよい。エッチング処理をした結果、面状のガラス部材１０の形状は図１６に示すようになる。
【００２８】
エッチング処理後、カソード用、あるいはアノード用の電極用金属材料１６をＣＶＤ法、あるいは他の蒸着法によって所定の形状に形成する。ここで電極用金属材料１６としては、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｓｎ、Ａｕなどが挙げられる。その結果、面状のガラス部材１０は図１７に示すような形状になる。
【００２９】
続いて、カソード用、あるいはアノード用の電極用金属材料１６をそれぞれ蒸着した面状のガラス部材１０を、支持ガラス１８を用いて、図１８のように配置する。
【００３０】
その後、上記実施形態における第２の工程にて説明したように、真空熱処理炉内で２枚の面状のガラス部材１０と支持ガラス１８とを、それぞれの接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材１０の屈服点温度付近にし、加重圧力を１００〜２００ｇ／ｃｍ2にした状態で３０分〜１時間密着保持することにより熱圧着する。
【００３１】
最後にＣｒ膜１２部分に外部電極１９を引き出し、図１９に示すように電子管５０が形成できる。
【００３２】
第４の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を利用した電子管の製造方法である。
【００３３】
本方法では、まず、図２０に示すように、カソード用材料となるＧａＡｓ半導体結晶から成る面状部材５２の接合面にＳｉＯ2膜１４を形成する。ＳｉＯ2膜１４の形成は、第１の具体例と同様に、ＣＶＤ法を用いて面状部材５２の接合面にＳｉＯ2を蒸着する方法で行う。
【００３４】
次に、図２１に示すように、真空熱処理炉内で面状部材５２の接合面とガラス部材１０の接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材１０の屈服点温度付近にし、加重圧力を１００〜２００ｇ／ｃｍ2にした状態で３０分〜１時間密着保持することにより熱圧着する。
【００３５】
続いて、図２２に示すように、ガラス部材１０上に電極となるＣｒ膜１２を蒸着し、さらに、図２３に示すように、所定の位置にＳｉＯ2膜１４を形成する。
【００３６】
以降の処理は、具体例３と同様で、２つのガラス部材１０を、支持ガラス１８を用いて熱圧着し、外部電極１９を引き出すことにより、電子管５０を形成する。  上記第１〜第４の具体例に示すように、本実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いて、ガラス部材を接合することにより、接合面が容易に剥離せず、かつ金属膜が破壊されないため、耐久性能が高く、良好な反射面あるいは電極を持った光学窓、あるいは電子管を製造することが可能となる。
【００３７】
また、上記実施形態において、第１のガラス部材１０の接合面に形成されている金属膜はＣｒから形成されていたが、これはＣｒでなくても良い。例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａからなる膜が形成されていても、本実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いることにより、２つのガラス部材を効果的に接合することができる。
【００３８】
また、上記実施形態において、第１のガラス部材の接合面にＳｉＯ2を蒸着させる方法として、ＣＶＤ法を用いていたが、これはＰＶＤ法など、別の蒸着方法であっても良い。
【００３９】
また、上記実施形態においては、接合面の全面にＳｉＯ2を蒸着し、ＳｉＯ2膜１４を形成していたが、接合強度が所望の強度を満たすのであれば、接合面の全面ではなく一部にＳｉＯ2膜１４を形成し、熱圧着を行っても良い。
【００４０】
さらに、上記実施形態において、ガラス部材を接合させる対象であるガラス等の部材として、ガラス、III−V族化合物半導体についての具体例を示したが、本方法においてガラス部材を接合することがすることができるガラス等の部材としては、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコンからなる部材などが考えられる。これらの部材に、ガラス部材を接合するときも、上記実施形態に係る方法において、２つの部材を強固に接合することが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のガラス部材の接合方法を用いることにより、接合面に金属膜が形成されているガラス等の部材の接合面に、他のガラス部材を接合する場合において、２つの部材を頑強に接合することが可能となり、接合面が容易に剥離することがなくなり、また、金属膜が破壊されることもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法によって接合された面状のガラス部材の状態を表した図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法において用いられる面状のガラス部材を表した図である。
【図３】本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法の第１の工程を表した図である。
【図４】本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法の第２の工程を表した図である。
【図５】本発明の第１の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図６】本発明の第１の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図７】本発明の第１の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図８】本発明の第１の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の完成図である。
【図９】本発明の第１の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図１０】本発明の第１の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図１１】本発明の第１の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の完成図である。
【図１２】本発明の第２の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図１３】本発明の第２の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図１４】本発明の第２の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。
【図１５】本発明の第２の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の完成図である。
【図１６】本発明の第３の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図１７】本発明の第３の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図１８】本発明の第３の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図１９】本発明の第３の具体例に係る電子管の完成図である。
【図２０】本発明の第４の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図２１】本発明の第４の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図２２】本発明の第４の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図２３】本発明の第４の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。
【図２４】ストライプ反射面を有する光学窓を構成するガラス部材を表す図である。
【図２５】ストライプ反射面を有する光学窓の完成図である。
【符号の説明】
１、１０、２０…ガラス部材、２、３０…ストライプ状反射面を有する光学窓、３…金属膜、１２…Ｃｒ膜、１４…ＳｉＯ2膜、１６…電極用金属材料、１８…支持ガラス、１９…外部電極、４０…格子状反射面を有する光学窓、５０…電子管、５２…面状部材
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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