(57)【要約】  シールを形成するための方法及び装置が開示される。一実施形態においては、第１のパネル及び第２のパネルが提供される。シーラー材料が、第１のパネルと第２のパネルとの間に存在する。シーラー材料は、シール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触する。第１の加熱プロセスが、シール経路に沿ってシーラー材料から得られる金属粒子を加熱するために行われて、シール経路に沿った金属粒子の溶融を生じさせる。第２の加熱プロセスが、第１の加熱プロセスとは別に、溶融された金属粒子と第１のパネルとの間、及び溶融された金属粒子と第２のパネルとの間にシール経路に沿って連続溶接を提供するために行われ、それによって、シール経路に沿ってシールを生成する。
2020518103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールを形成する方法であって、
第１のパネル及び第２のパネルを提供するステップであって、シーラー材料が、前記第１のパネルと前記第２のパネルとの間に存在し、前記シーラー材料は、シール経路の全てに沿って前記第１のパネル及び前記第２のパネルと接触する、ステップと、
前記シーラー材料が前記シール経路の全てに沿って前記第１のパネル及び前記第２のパネルと接触する一方で、前記シール経路に沿って前記シーラー材料から得られる金属粒子を加熱するために第１の加熱プロセスを行って、前記シール経路に沿った前記金属粒子の溶融を生じさせるステップと、
前記溶融された金属粒子と前記第１のパネルとの間、及び前記溶融された金属粒子と前記第２のパネルとの間に前記シール経路に沿って連続溶接を提供するために、前記第１の加熱プロセスとは別に第２の加熱プロセスを行うステップであって、それによって、前記シール経路に沿ってシールを生成する、ステップと
を含む方法であって、前記第２の加熱プロセスはレーザーを使用して行われる、方法。
【請求項２】
前記シール経路に沿った前記第１の加熱プロセスによる前記金属粒子の溶融は、前記シール経路に沿った前記溶融された金属粒子と前記第１のパネル又は前記第２のパネルとの間の最大間隙が５ミクロンより小さい最大寸法を有するようになされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の加熱プロセスは、５０ｐｓ未満のパルス長を有するパルスを提供するように構成されたレーザーを使用して行われる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のパネル及び前記第２のパネルを提供するステップは、順番に、
前記シーラー材料を前記第１のパネルに堆積するステップと、
前記シーラー材料の一部を除去するために、前記シーラー材料を加熱するステップであって、それによって、前記シーラー材料の剛性を高める、ステップと、
前記第１のパネル及び前記第２のパネルが、前記シーラー材料が前記シール経路の全てに沿って前記第１のパネル及び前記第２のパネルと接触する対向構成になるように、前記第１のパネル及び前記第２のパネルの何れか又は両方を移動させるステップと
を含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記シーラー材料の加熱後の前記シーラー材料の剛性は、前記第１のパネル及び前記第２のパネルの何れか又は両方の移動中に、前記シーラー材料の高さが少なくとも５％低くなることができるようになされて、前記第１のパネル及び前記第２のパネルを対面構成にし、それによって、前記第１のパネルにおける不規則性、前記第２のパネルにおける不規則性、及び前記第２のパネルに対する前記第１のパネルの不整合のうちの１つ以上を補償する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記シール経路は、前記第１のパネルと前記第２のパネルとの間の領域を少なくとも部分的に取り囲む、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記シール経路は、閉ループの少なくとも９５％を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記連続溶接は、前記シール経路に沿った複数の平行ラインに沿って提供される、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属粒子は、銀、金、ニッケル、アルミニウム、銅のうちの１つ以上を含む、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属粒子は、金属マイクロ粒子又は金属ナノ粒子を含む、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記シーラー材料は、母材に保持された前記金属粒子を含む、請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記母材は、液体又はペーストを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記シール経路によって少なくとも部分的に取り囲まれた領域内のガスの圧力又は組成を変化させ、続いて前記領域を密封するステップを更に含む、請求項１〜１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のパネル及び前記第２のパネルの何れか又は両方が、可視スペクトルにおける放射に対して透明である、請求項１〜１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のパネルの何れか又は両方が、透明なガラス材料、好ましくはケイ酸塩ガラス、より好ましくはソーダ石灰ガラスを含む、請求項１〜１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
第１のパネルと第２のパネルとを備える密閉ユニットを製造する方法であって、請求項１〜１５の何れか一項に記載の方法を使用して、前記第１のパネルと前記第２のパネルとの間にシールを形成するステップを含む方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法を使用して製造される密封ユニット。
【請求項１８】
シールを形成するための装置であって、
第１のパネルにシール経路に沿ってシーラー材料を堆積するように構成された堆積ユニットと、
前記第１のパネル及び第２のパネルが、シール経路の全てに沿って前記シーラー材料が前記第１のパネル及び前記第２のパネルと接触する対面構成になるように、前記第１のパネル及び前記第２のパネルの何れか又は両方を移動させるように構成されたパネルハンドラーと、
前記シーラー材料が前記シール経路の全てに沿って前記第１のパネル及び前記第２のパネルと接触する一方で、前記シール経路に沿って前記シーラー材料から得られる金属粒子を加熱して、前記シール経路に沿った前記金属粒子の溶融を生じさせるように構成された第１の加熱ユニットと、
前記溶融された金属粒子と前記第１のパネルとの間、及び前記溶融された金属粒子と前記第２のパネルとの間に前記シール経路に沿って連続溶接を提供し、それによって、前記シール経路に沿ってシールを生成するように構成された第２の加熱ユニットと
を備え、前記第２の加熱ユニットは、前記連続溶接を提供するように構成されたレーザーを備える、装置。
【請求項１９】
前記レーザーは、５０ｐｓ未満のパルス長を有するパルスを提供するように構成されている、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記シーラー材料の一部を加熱することによって除去し、それによって、前記シーラー材料の剛性を高めるように構成された第３の加熱ユニットを更に備え、
前記パネルハンドラーは、前記シーラー材料の剛性が前記第３の加熱ユニットによって高められた後、前記第１のパネル及び前記第２のパネルの何れか又は両方を対面構成に移動させるように構成されている、請求項１８又は１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記シール経路は、前記第１のパネルと第２のパネルとの間の領域を少なくとも部分的に取り囲む、請求項１８〜２０の何れかに記載の装置。
【請求項２２】
前記シール経路によって少なくとも部分的に取り囲まれた前記領域内のガスの圧力又は組成を変化させ、続いて前記領域を密封するように構成されたガス制御及びシーリング装置を更に備える、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネル間にシールを形成するための方法及び装置に関し、特に真空絶縁ガラスアセンブリ、又はＯＬＥＤディスプレイデバイス、ＯＬＥＤ照明、スマートウィンドウ、若しくはペロブスカイト及び／若しくは有機ベースの太陽光発電システムのような大気湿度に敏感な電子機器を含むパネルを備えるアセンブリのような密封ユニットを製造する際に使用するための方法並びに装置に関する。 
【背景技術】
【０００２】
ガラスフリットシーリングは、透明パネル間に密封領域を提供するための既知の技術である。ガラスフリットは、パネル間の閉ループトラックに堆積され、閉ループトラックのラインに沿ってガラス溶接を形成するために加熱され、それによって密封領域を提供する。炉が加熱するために使用されてもよい。このアプローチは、対応する大きい炉を提供する必要性に起因して、密封領域が大きい物体（例えば、大きいウィンドウユニット又は大きいディスプレイパネル）の一部を形成する場合に困難である。更に、処理される物体の全ては炉の内側にある必要があるので、高温に敏感な構成要素（例えば、ディスプレイパネルの繊細な電子機器）は存在できず、処理されることができる物体の範囲が制限される場合がある。
【０００３】
レーザーガラスフリットシーリングは、レーザーがガラスフリットを局所的に加熱するために使用される代替技術である。これは、物体の全体を炉の内側に置く必要性を回避し得、繊細な構成要素の過度の加熱を、それらがガラスフリットから充分に離れて位置付けられる限り、回避することができる。しかし、溶接プロセスのためにガラスフリットに適用される必要がある温度はまだ相対的に高く（典型的には４００〜５００℃）、炉によるかなりの予熱（例えば、最終温度の１００℃程度内まで）がまだ要求される場合がある。このような温度を局所的に適用することは、熱膨張と熱収縮との差に起因してかなりの熱応力を発生することがある。このような応力は、レーザーガラスフリットシーリングが効果的に使用されることができる状況の範囲を制限し、並びに／又は製造歩留まり、信頼性、及び／若しくは製品寿命を低下させることが分かっている。
【０００４】
特許文献１は、圧電素子を気密密封するためのシーリング方法を開示する。方法は、金属粉末及び有機溶媒を含む特別に調合された金属ペーストを使用する。シーリング方法は、順番に、（ａ）金属ペーストをベース部材又はキャップ部材に塗布するステップと、（ｂ）金属粉末焼結体を形成するために、金属ペーストを乾燥し、８０℃〜３００℃で焼結するステップと、（ｃ）キャップ部材をベース部材上にそれらの間の金属粉末焼結体と共に配置し、少なくとも金属粉末焼結体を加熱する一方で、一方向又は両方向から圧力を加えることによって、ベース部材とキャップ部材とを接合するステップとを含む。圧力及び熱が、高密度の接合部を形成するために金属粉末焼結体を高密度化する。この結果、特許文献１のアプローチは、接合プロセス中に相対的に高い温度を再び要求し、それは、高温に敏感な構成要素が存在しない場合に使用を制限する場合がある。体現化中に要求される圧力は、かなりの局所的な応力を誘発する場合があり、それは、接合が使用されることができる状況の範囲を制限する場合がある。最後に、所望の機能を達成するには、金属ペーストの慎重な設計が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２１２４２５４号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Zhang et al., APPLIED OPTICS Vol. 54, No. 30 8957-8961 (20 October 2015)
【非特許文献２】Carter et al., APPLIED OPTICS Vol. 53, No. 19 4233-4238 (1 July 2014)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来技術の１つ以上の課題に少なくとも部分的に対処する、シールを形成し、及び／又は密封ユニットを製造するための方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様によれば、シールを形成する方法が提供され、方法は、第１のパネル及び第２のパネルを提供するステップであって、シーラー材料が、第１のパネルと第２のパネルとの間に存在し、シーラー材料は、シール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触する、ステップと、シーラー材料がシール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触する一方で、シール経路に沿ってシーラー材料から得られる金属粒子を加熱するために第１の加熱プロセスを行って、シール経路に沿った金属粒子の溶融を生じさせるステップと、溶融された金属粒子と第１のパネルとの間、及び溶融された金属粒子と第２のパネルとの間にシール経路に沿って連続溶接を提供するために、第１の加熱プロセスとは別に第２の加熱プロセスを行うステップであって、それによって、シール経路に沿ってシールを生成する、ステップとを含み、第２の加熱プロセスはレーザーを使用して行われる。
【０００９】
この結果、金属粒子を含むシーラー材料が、２つのパネルの間に、シール経路全てに沿って両方のパネルに接触するように位置付けられる方法が提供される。これは、金属粒子が母材内で互いに通り越して流れることができるので（固体金属の金属原子とは対照的に）、容易に達成されることができる。この結果、シーラー材料が提供された後に金属粒子を溶融することによって、シール経路に沿って金属の連続層を作り出すことが可能である。そして、金属の連続層が、シール経路に沿ってシールを作る出すためにパネルに溶接されることができる。このプロセスは、ガラスフリットを使用する同等のプロセスよりはるかに低いレベルの加熱で行われ、それによって、パネル及び／又はパネル間に密封される近くの機能構成要素への熱応力を低減させ、パネルを炉内に位置付ける必要性を回避する。シールの透過性は、典型的には、熱硬化性プラスチックエッジシールのような代替品より低く、それによって、多くの場合、製品の機能要素と互換性のないガラスフリットに関連する高温処理を必要としない一方で、酸素／水分の侵入に敏感なＯＬＥＤ照明及び第３世代ＰＶアプリケーションのような製品の寿命を延ばす。
【００１０】
２つのパネルが結合された後にのみ金属粒子を溶融することは、溶融された金属粒子と第１及び第２のパネルとの間に光学的に正確な界面を生成することを可能にし、それによって、第２の加熱プロセスにおいてシールに沿った効率的なレーザー溶接を可能にする。このアプローチは、さもなければパネルを介したレーザー溶接を効果的にするために必要である場合がある、困難で時間のかかるガラス研磨技術の必要性を回避する。実施形態においては、シール経路に沿った第１の加熱プロセスによる金属粒子の溶融は、シール経路に沿った溶融された金属粒子と第１のパネル又は第２のパネルとの間の最大間隙が５ミクロンより小さく、任意に２ミクロン未満、任意に１ミクロン未満、任意に５００ｎｍ未満、任意に３００ｎｍ未満、任意に１５０ｎｍ未満である、最大寸法を有するようになされる。
【００１１】
実施形態において、溶接は、５０ｐｓ未満のパルス長を有するパルスを提供するように構成されたレーザーを使用するレーザー溶接によって行われる。このアプローチは、溶接が確実に非常に低い熱負荷で達成されることを可能にする。
【００１２】
実施形態において、方法は、シーラー材料を第１のパネルに堆積するステップと、シーラー材料の一部を除去するために、シーラー材料を加熱するステップであって、それによって、シーラー材料の剛性を高める、ステップと、第１のパネル及び第２のパネルが、シーラー材料がシール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触する対向構成になるように、第１のパネル及び第２のパネルの何れか又は両方を移動させるステップとを含む。このアプローチは、シーラー材料を相対的に低粘度の状態で効率的に堆積させることを可能にする。後続の加熱は、シーラー材料の剛性を、第１のパネル及び第２のパネルによる最適な範囲の圧縮に抵抗することに適するレベルに高める（すなわち、変形が、過度のクランプ力が必要とされることなく、パネルにおける不完全性又は不整合を補償することを可能にし、同時に、パネル間で圧搾される場合にシーラー材料が過度に広がるほど液体ではない）。
【００１３】
代替の態様においては、シールを形成するための装置が提供され、装置は、第１のパネルにシール経路に沿ってシーラー材料を堆積するように構成された堆積ユニットと、第１のパネル及び第２のパネルが、シール経路の全てに沿ってシーラー材料が第１のパネル及び第２のパネルと接触する対面構成になるように、第１のパネル及び第２のパネルの何れか又は両方を移動させるように構成されたパネルハンドラーと、シーラー材料がシール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触する一方で、シール経路に沿ってシーラー材料から得られた金属粒子を加熱して、シール経路に沿った金属粒子の溶融を生じさせるように構成された第１の加熱ユニットと、溶融された金属粒子と第１のパネルとの間、及び溶融された金属粒子と第２のパネルとの間にシール経路に沿って連続溶接を提供し、それによって、シール経路に沿ってシールを生成するように構成された第２の加熱ユニットとを備え、第２の加熱ユニットは、連続溶接を提供するように構成されたレーザーを備える。
【００１４】
次に、本発明が、添付の図面を参照して、例として更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態の方法を使用して形成された密封ユニットの概略上面図である。
【図２】図１の密封ユニットのラインＡ−Ａに沿った概略側面断面図である。
【図３】閉ループの少なくとも９５％を形成する例示的なシール経路を描写する。
【図４】パネルを通して視られたシール経路の一部の概略上面図であって、シーラー材料における複数の平行な溶接ラインを示す。
【図５】シールを形成する例示的な方法における段階を描写する概略側面図である。
【図６】シールを形成する例示的な方法における段階を描写する概略側面図である。
【図７】シールを形成する例示的な方法における段階を描写する概略側面図である。
【図８】シールを形成する例示的な方法における段階を描写する概略側面図である。
【図９】シールを形成する例示的な方法における段階を描写する概略側面図である。
【図１０】シールを形成する例示的な方法における段階を描写する概略側面図である。
【図１１】シールを形成する例示的な方法における段階を描写する概略側面図である。
【図１２】シーラー材料の剛性を高めるためにシーラー材料が処理され、続いて、パネルをそれらの間にシーラー材料を挟む対面構成にすることによってシーラー材料が平坦化された後、シーラー材料の一部の表面プロファイルを測定する白色干渉計から得られたデータを描写する。
【図１３】シーラー材料内の金属粒子の溶融後のシーラー材料の表面を示すＳＥＭ画像である。
【図１４】シーラー材料の溶接部分の表面プロファイルを、パネルの対応する部分から溶接部分を除去した後、測定する白色光干渉計から得られたデータを描写する。
【図１５】図１４に示されるシーラー材料の溶接部分に対応するパネルの部分の表面プロファイルを、パネルの対応する部分から溶接部分を除去した後、測定する白色干渉計から得られたデータを描写する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施形態は、第１のパネル１と第２のパネル２との間にシールを形成することに関する。シールは、密閉ユニット５を製造するために使用されてもよい。密封ユニットは、例えば、真空絶縁ガラスアセンブリ、ＯＬＥＤディスプレイデバイス、ＯＬＥＤ照明、スマートウィンドウ、又はペロブスカイト及び有機ベースの太陽光発電システムの部品を形成してもよい。
【００１７】
例示的な密封ユニット５が図１及び図２に概略的に描写される。密封ユニット５は、第１のパネル１及び第２のパネル２を備える。シーラー材料４は、第１のパネル１と第２のパネル２との間に設けられる。シーラー材料４と、第１のパネル１と、第２のパネル２との組合せが、密閉ユニット５内の領域６を密閉する。外側環境から保護される電子機器８が、領域６内に設けられてもよい。
【００１８】
シーラー材料４は、シール経路に沿って堆積される。第１のパネル、第２のパネル、及びシーラー材料は、シーラー材料４がシール経路の全てに沿って第１のパネル１及び第２のパネル２と接触するように構成される。更に、以下で更に詳細に説明されるように、シーラー材料４は、シールがシーラー材料４と第１のパネル１との間、及びシーラー材料４と第２のパネル２との間にシール経路の全てに沿って形成されるようにパネルにレーザー溶接される。
【００１９】
様々な実施形態において、シール経路は、第１のパネル１と第２のパネル２との間の領域６を少なくとも部分的に取り囲む。シール経路は、例えば、閉ループ２４の少なくとも９５％、任意に少なくとも９９％を含んでもよい。このようなシール経路の例が図３に示される。或いは、図１に描写されるように、シール経路は完全な閉ループを形成してもよい（示される例においては長方形であるが、他の形状が使用されることができる）。シール経路に沿ったシールは、シール経路に沿った単一のラインに沿ってレーザー溶接によって形成されてもよい。或いは、図４に概略的に描写されるように、シール経路は、複数の平行ライン４１〜４３に沿ってレーザー溶接によって形成されてもよい。複数の平行ライン４１〜４３に沿って溶接することは、シールの信頼性を向上させる。
【００２０】
典型的には、第１のパネル１及び第２のパネル２は、実質的に相補的な形状を有する（すなわち、それぞれの表面が完全に形成されて配向される場合には、それらが互いに完全に平行になるようになされることができるように）。一実施形態においては、第１のパネル１及び第２のパネル２は、両方とも実質的に平面である。別の実施形態においては、第１のパネル１及び第２のパネル２は、両方のパネルに共通の一定の曲率半径で湾曲する。第１のパネル１及び第２のパネル２の何れか又は両方が、可視スペクトルの放射に対して透明であってもよい。加えて、第１のパネル１及び第２のパネル２の少なくとも一方は、レーザー溶接を行うために使用される放射に対して充分に透明である必要がある（「第２の加熱プロセス」−以下を参照）。
【００２１】
第１のパネル１及び第２のパネル２の何れか又は両方は、ケイ酸塩ガラスのような透明ガラス材料を含んでもよい。コスト及び利便性のために、ケイ酸塩ガラスは、好ましくはソーダ石灰ガラスを含む。ソーダ石灰ガラスは、当技術分野で周知であり、例えば、大よそ７５％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）からの酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、石灰（ＣａＯ）とも呼ばれる酸化カルシウム、及び幾つかより少ない添加物から構成されてもよい。ソーダ石灰ガラスは、温度及び温度勾配の大きい変動にさらされる場合には破損しやすくなる。本明細書に開示される方法を行うために要求される加熱の極めて局所的な性質は、このような課題を回避し、ソーダ石灰ガラスが高い信頼性と収率で使用されることを可能にする。しかし、例えば、ホウケイ酸ガラス、溶融シリカ、等のようなソーダ石灰ガラスより低い熱膨張係数を有する材料を含む、他の透明なガラス材料が使用されることができる。
【００２２】
第１のパネル１及び第２のパネル２は、後の段階で密封される、第１のパネル１と第２のパネル２との間の領域６に面するそれぞれの表面（例えば、図における第１のパネル１の上面及び第２のパネル２の下面）を有する。それぞれの表面間の間隔は、領域６内で名目上一定であってもよい。
【００２３】
シール経路に沿って設けられたシールは、最終的に完全に密封される場合には、領域６の周りにシールの一部を形成する。最終的なシーリングは、所望のガス又は真空状態が領域６内で確立された後になされる。このように、最終的なシールの前の方法のステップは、領域６内のガスの圧力又は組成を変化させること含んでもよい。これは、領域６の中に導くポートへの適切な真空ポンプ又はガス源の接続によって達成されてもよい。ポートは、側面から領域６にアクセスしてもよい（例えば、シーラー材料４が閉ループ２４を完成しなかった、図３における間隙２６のような間隙を通って、又は第１のパネル１若しくは第２のパネル２の小さい孔を通って）。所望のガス又は真空状態が確立される場合には、ポートは密閉される。
【００２４】
次に、シールを形成し、密封ユニット５を製造するための方法及び装置が、図５〜図１５を参照して説明される。
【００２５】
図５は、堆積ユニット１１が第１のパネル１におけるシール経路に沿ってシーラー材料４を堆積する初期ステップを描写する。堆積プロセスの性質は特に限定されない。一実施形態においては、堆積ユニット１１は、シーラー材料４を含むシリンジをシール経路に沿って移動させ、シリンジに接続された圧縮空気供給システムを使用して適切な速度でシリンジからシーラー材料４を追い出すことによって動作する。他の印刷技術が使用されてもよい。
【００２６】
一実施形態においては、シーラー材料４は、母材に保持された金属粒子を含む。母材及び金属粒子の性質は、以下に説明されるように、それらが第１のパネル１と第２のパネル２との間にシールを形成するためにそれぞれの役割を果たすことができる限り、特に限定されない。一実施形態においては、母材は非金属である。堆積される時点において、シーラー材料４は、それが効率的に堆積されることができるように、相対的に低い粘度を有する必要がある。後に更に詳細に説明されるように、シーラー材料４は、第１のパネル１及び第２のパネル２を、シール経路の全てに沿って、シーラー材料と両方のパネルとの連続接触があるように、シーラー材料４と接触させることを可能にし、金属粒子の溶融（焼結）を可能にし、続いて、シールが溶融された金属粒子の第１のパネル１及び第２のパネル２への溶接によって形成されることを可能にするような、様々な他の機能を提供する必要がある。
【００２７】
一実施形態においては、金属粒子は、銀、金、ニッケル、アルミニウム、及び／又は銅のうちの１つ以上を含む。好ましくは、金属粒子は銀及び／又は銅を含む。金属粒子は、金属マイクロ粒子及び／又は金属ナノ粒子を含んでもよい。母材は液体又はペーストであってもよい。母材は、有機担体又は有機担体の組合せを含んでもよく、例えば、母材は、エタノール及び／又はエチレングリコールを含んでもよい。一実施形態においては、母材は、エポキシ、アクリル、及びポリウレタンのうちの１つ以上を含む。
【００２８】
後続のステップにおいては、図６に描写されるように、加熱ユニット１２は、シーラー材料の一部、例えば、シーラー材料の金属粒子を保持する母材の揮発性若しくは容易に蒸発される成分（例えば、有機担体若しくは有機担体の組合せ）、又は母材の全てを加熱によって除去する。シーラー材料の一部の除去は、シーラー材料４の剛性を高める（シーラー材料４の粘度を増加させる）。加熱は様々な方法で行われてもよい。典型的には、揮発性成分の適切な除去を達成するために、例えば１００℃の領域で数分間（例えば１〜１０分）、相対的に低い温度のみが必要とされる。加熱は、第１のパネル１及び第２のパネル２の全体に同時に行われてもよく、又は例えば、移動式赤外線ランプ若しくはレーザーを使用して局所的に行われてもよい。
【００２９】
シーラー材料４の剛性を高めることは、望ましくは、第１のパネル１及び第２のパネル２が対面構成にされる図７〜図９に概略的に描写される後続のステップ中のシーラー材料４の変形に対する抵抗を高める。対面構成は、第１のパネル１及び第２のパネル２がそれらの間のシーラー材料４を圧搾して、シール経路の全てに沿ってシーラー材料４と第１のパネル１及び第２のパネル２の両方との間の完全な接触を保証するようになされる。示される実施形態においては、このプロセスは、パネルハンドラー１３を使用して行われる。パネルハンドラー１３は、第１のパネル１及び第２のパネル２の一方又は両方を把持し、それらの間の制御された相対運動を提供することができる。パネルハンドラー１３は、第１のパネル１と第２のパネル２とが対面構成になるように、第１のパネル１及び第２のパネル２の何れか又は両方を移動させる。図７の例においては、パネルハンドラー１３は、第２のパネル２のみを把持し、第２のパネル２を第１のパネル１上に下向きに移動させる。そして、図８に描写されるように、第１のパネル１と第２のパネル２が共に押圧される。対面構成は、シーラー材料４がシール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触するようになされる。これは、第１のパネル１及び第２のパネル２が共に押圧される場合に、シール経路に沿って僅かに変形するシーラー材料４によって達成される。変形は、第１のパネル１における不規則性、第２のパネル２における不規則性、及び／又は第２のパネル２に対する第１のパネル１の不整合を補償する（図９に概略的に描写されるように）。一実施形態においては、シーラー材料の加熱後のシーラー材料４の剛性は、第１のパネル１若しくは第２のパネル２への損傷のリスク、又はシール経路に沿ったシーラー材料４の連続性の中断のリスクなしに、第１のパネル１及び第２のパネル２を対面構成にするために、第１のパネル１及び第２のパネル２の何れか又は両方の移動中に、シーラー材料４の高さが少なくとも５％、任意に少なくとも１０％、任意に少なくとも２５％、任意に少なくとも５０％、任意に少なくとも７５％、任意に少なくとも９０％低くなることができるようになされる。図１２は、第１のパネル１及び第２のパネル２が対面構成にある場合のそれらの間のシーラー材料４の典型的な表面プロファイルを示す。シーラー材料４のビードの上面の変形（平坦化）が見られるが、シーラー材料４の過度の横方向の広がりはない。
【００３０】
図１０に描写されるように、後続のステップにおいて、加熱ユニット２１は、シール経路に沿って金属粒子の溶融を生じさせるように、シール経路に沿ってシーラー材料から得られた金属粒子を加熱する。金属粒子は、例えば、金属粒子を保持する母材の少なくとも一部を除去することによって、又はシーラー材料の成分から（例えば有機金属成分から）金属粒子の生成若しくは沈殿をもたらす化学反応を開始することによって、シーラー材料から得られてもよい。加熱は、第１の加熱プロセスと呼ばれてもよい（第２の加熱プロセスは下記で説明される）。一実施形態においては、加熱は、数１０分（例えば、マイクロ／ナノ粒子ベースのシーラント材料のためには５０分）の間、１５０〜２００℃の温度範囲のオーブン内で行われる。金属粒子の溶融は、シール経路に沿って金属の連続経路を効果的に形成する。金属の連続経路は、一方の側面に沿って第１のパネル１と連続的に接触し、他方の側面に沿って第２のパネル２と連続的に接触する。この溶融プロセスによって、シールはまだ強固に又は全く形成されない。溶融プロセスは、後続のステップのレーザー溶接を使用してシールを作り出すために必要な金属の連続経路を単に提供する。一実施形態においては、シール経路に沿った第１の加熱プロセスによる金属粒子の溶融は、シール経路に沿った溶融された金属粒子と第１のパネル又は第２のパネルとの間の最大間隙が、５ミクロンより小さく、任意に２ミクロン未満、任意に１ミクロン未満、任意に５００ｎｍ未満、任意に３００ｎｍ未満、任意に１５０ｎｍ未満である、最大寸法を有するようになされる。図１３は、この方法で処理されたシーラー材料の連続金属表面を示すＳＥＭ画像である。
【００３１】
一実施形態においては、加熱ユニット２１は、レーザー、例えば、ダイオード励起固体レーザー、ファイバーレーザー、レーザーダイオード、又はＣＯ２レーザーを備える。レーザーは、連続波（ＣＷ）レーザービーム、又は準連続波（準ＣＷ）レーザービームを提供するように構成されてもよい。或いは、レーザーは、パルスレーザービームを提供するように構成されてもよい。レーザーは、好ましくは、約５００ｎｍ〜１１０００ｎｍの範囲の波長を有するレーザービームを提供する。加熱ユニット２１は、移動可能に取り付けられてもよく、及び／又は加熱ユニット２１からのレーザースポットがシール経路の全てに沿って移動するように、ビーム走査光学システムが設けられてもよい。或いは、加熱ユニット２１は、ＩＲランプ、マイクロ波源、又は超音波源を備えてもよい。
【００３２】
図１１に描写されるように、後続のステップにおいては、加熱ユニット２２は、シール経路に沿って連続溶接を提供する。連続溶接が、溶融された金属粒子と第１のパネル１との間、及び溶融された金属粒子と第２のパネル２との間の両方（すなわち、シーラー材料４の両方の側面）に提供される。連続溶接が、シール経路に沿ってシールを形成する。シールは、シーラー材料４の内側面４ａ（図１を参照）とシーラー材料４の外側面４ｂとの間でガスがシーラー材料４を直接通過することを防ぐようなものである。この結果、溶接プロセスは、シーラー材料４と第１のパネル１及び第２のパネル２の何れかとの間に隙間がないようになされる。
【００３３】
ガラスの金属に対するレーザー溶接は、最近一般的な状況で実証されている。レーザー溶接は、５０ｐｓ未満、任意に１５ｐｓ未満、任意に１ｐｓ未満、任意に５００ｆｓ未満のパルス長を提供するように構成されたレーザーを使用して行われることができる。好ましくは、レーザーは、約５００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長を有するレーザービームを提供する。典型的には、繰り返し率は、１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの範囲である。連続パルス間の熱蓄積を可能にするために、相対的に高い繰り返し率が望ましい。各パルスは、典型的にはマイクロ秒のオーダーである、先行するパルスからの熱エネルギーが消散する前に到着する必要がある。更に、連続スポット間の要求される相対的な幾何学的変位は固定される可能性が高いので、繰り返し率を上げることは、処理が溶接ラインに沿ってより速く進行することを可能にし、処理量が向上する。加熱ユニット２２は、シーラー材料４と第１のパネル１との間の界面に溶接を提供するように構成された第１の加熱ユニット・サブユニット２２ａと、シーラー材料４と第２のパネル２との間の界面に溶接を提供するように構成された第２の加熱ユニット・サブユニット２２ｂとを備えてもよい。この結果、溶接は、両方の側面からシーラー材料４上にレーザーを向けることによって達成されてもよい。加熱ユニット２２（提供される場合には、第１の加熱ユニット・サブユニット２２ａと第２の加熱ユニット・サブユニット２２ｂとを含む）は、移動可能に取り付けられてもよく、及び／又は加熱ユニット２２からの１つ以上のレーザースポットがシール経路の全てに沿って移動するように、ビーム走査光学システムが設けられてもよい。
【００３４】
このようなレーザーパラメータを使用してシーラー材料４に蓄積されるエネルギーの量は非常に少なく、典型的には、例えば、（加熱ユニット２１によって行われる）先行するステップにおいて金属粒子の溶融を行うために要求されたエネルギーより１桁小さい。パルスエネルギー、繰り返し率、レーザースポットサイズ、及びレーザースポットと溶接される界面との間の相対移動速度（スポット速度）は、溶接プロセスを最適化するように選択／制御される。パルス繰り返し率及びスポット速度は、個々のパルスに関連するレーザースポットがシール経路に沿って重なるようになされる。
【００３５】
詳細な技術は、例えば非特許文献１及び２において説明される。非特許文献１は、例えば、直径８ミクロンのスポットに焦点を合わせた、１ｋＨｚの繰り返し率及び１６０ｆｓのパルス持続時間を有する８００ｎｍのＴｉ：サファイアチャープパルス増幅フェムト秒レーザーシステムが使用されることができることを教示する。１〜３５マイクロジュールの範囲のパルスエネルギーが使用され、スポットの相対移動速度は毎秒３０〜８００ミクロンである。非特許文献２は、７．１２ｐｓパルス及び４００ｋＨｚの繰り返し率の１０３０ｎｍレーザーを使用する。レーザー出力は１．７９Ｗ、スポットサイズは１．２ミクロン、スポット速度は１ｍｍ／秒である。
【００３６】
非特許文献１及び２に開示される技術は、金属粒子を溶融するために処理されたシーラー材料４から形成された金属ではなく、固体金属に適用される。固体金属が溶接されるラインの全てに亘ってガラス表面と連続的に接触することを保証することは困難であるので、固体金属が使用される場合、長距離に亘ってレーザー溶接を行うことは困難である。存在する間隙は、両方の界面がまだレーザーの焦点深度内にあり、プラズマを含むように充分小さいように、充分に小さくする必要がある。プラズマが漏れる場合には、溶接ではなく融蝕が生じ、シールが破壊され、ガラス及び／又は金属が損傷する。この課題に対処する１つのアプローチは、金属とガラスとを共にクランプすることであるが、これは、ガラスに望ましくない応力を導入し、及び／又は不利になる場合がある。本発明者は、これらの課題が、固体金属の代わりに金属粒子を含むシーラー材料４を提供し、シーラー材料４が第１のパネル１及び第２のパネル２によって挟まれた後に、溶接を形成する準備ができた金属粒子を共に溶融するようにシーラー材料４を処理することによって、克服されることができることを認識した。溶融された金属粒子と、溶接が行われる第１のパネル１及び第２のパネル２の表面との間の連続接触が、大きいクランプ力を要求することなく、長距離に亘って確実に達成されることができる。
【００３７】
溶接プロセスの有効性は、図１４及び図１５に示される表面プロファイルに図示される。図は、溶接プロセスによって、どのようにシーラー材料４の金属がパネルの材料内に大いに埋め込まれ、シール経路に沿ってパネルにおいて連続溝を形成するのかを示す。示される例は、図４を参照して上記議論されたタイプのものであり、複数の平行な溶接ライン４１〜４３がシール経路に沿って形成される。図１４においては、複数の溶接ライン４１〜４３を見ることができる。図１５においては、複数の溶接ライン４１〜４３を見ることができないが、これは、画像を生成するために溶接部分を引き離すことによって生じた損傷に起因する可能性がある。
【００３８】
追加の実施形態が、以下の番号付き条項に開示される。
【００３９】
条項１
シールを形成する方法であって、
第１のパネル及び第２のパネルを提供するステップであって、シーラー材料が、第１のパネルと第２のパネルとの間に存在し、シーラー材料は、シール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触する、ステップと、
シーラー材料がシール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触する一方で、シール経路に沿ってシーラー材料から得られる金属粒子を加熱するために第１の加熱プロセスを行って、シール経路に沿った金属粒子の溶融を生じさせるステップと、
溶融された金属粒子と第１のパネルとの間、及び溶融された金属粒子と第２のパネルとの間にシール経路に沿って連続溶接を提供するために、第１の加熱プロセスとは別に第２の加熱プロセスを行うステップであって、それによって、シール経路に沿ってシールを生成する、ステップと
を含む方法であって、第２の加熱プロセスはレーザーを使用して行われる、方法。
【００４０】
条項２
シール経路に沿った第１の加熱プロセスによる金属粒子の溶融は、シール経路に沿った溶融された金属粒子と第１のパネル又は第２のパネルとの間の最大間隙が５００ｎｍより小さい最大寸法を有するようになされる、条項１の方法。
【００４１】
条項３
第２の加熱プロセスは、５０ｐｓ未満のパルス長を有するパルスを提供するように構成されたレーザーを使用して行われる、条項１又は２の方法。
【００４２】
条項４
第１のパネル及び第２のパネルを提供するステップは、順番に、
シーラー材料を第１のパネルに堆積するステップと、
シーラー材料の一部を除去するために、シーラー材料を加熱するステップであって、それによって、シーラー材料の剛性を高める、ステップと、
第１のパネル及び第２のパネルが、シーラー材料がシール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触する対向構成になるように、第１のパネル及び第２のパネルの何れか又は両方を移動させるステップと
を含む、条項１〜３の何れかの方法。
【００４３】
条項５
シーラー材料の該加熱後のシーラー材料の剛性は、第１のパネル及び第２のパネルの何れか又は両方の移動中に、シーラー材料の高さが少なくとも５％低くなることができるようになされて、第１のパネル及び第２のパネルを対面構成にし、それによって、第１のパネルにおける不規則性、第２のパネルにおける不規則性、及び第２のパネルに対する第１のパネルの不整合のうちの１つ以上を補償する、条項４の方法。
【００４４】
条項６
シール経路は、第１のパネルと第２のパネルとの間の領域を少なくとも部分的に取り囲む、条項１〜５の何れかの方法。
【００４５】
条項７
シール経路は、閉ループの少なくとも９５％を含む、条項６の方法。
【００４６】
条項８
連続溶接は、シール経路に沿った複数の平行ラインに沿って提供される、条項６又は７の方法。
【００４７】
条項９
金属粒子は、銀、金、ニッケル、アルミニウム、銅のうちの１つ以上を含む、条項１〜８の何れかの方法。
【００４８】
条項１０
金属粒子は、金属マイクロ粒子又は金属ナノ粒子を含む、条項１〜９の何れかの方法。
【００４９】
条項１１
シーラー材料は、母材に保持された金属粒子を含む、条項１〜１０の何れかの方法。
【００５０】
条項１２
母材は、液体又はペーストを含む、条項１１の方法。
【００５１】
条項１３
シール経路によって少なくとも部分的に取り囲まれた領域内のガスの圧力又は組成を変化させ、続いて該領域を密封するステップを更に含む、条項１〜１２の何れかの方法。
【００５２】
条項１４
第１のパネル及び第２のパネルの何れか又は両方が、可視スペクトルにおける放射に対して透明である、条項１〜１３の何れかの方法。
【００５３】
条項１５
第１のパネルの何れか又は両方が、透明なガラス材料、好ましくはケイ酸塩ガラス、より好ましくはソーダ石灰ガラスを含む、条項１〜１４の何れかの方法。
【００５４】
条項１６
第１のパネルと第２のパネルとを備える密閉ユニットを製造する方法であって、条項１〜１５の何れかの方法を使用して、第１のパネルと第２のパネルとの間にシールを形成するステップを含む方法。
【００５５】
条項１７
条項１６の方法を使用して製造される密封ユニット。
【００５６】
条項１８
シールを形成するための装置であって、
第１のパネルにシール経路に沿ってシーラー材料を堆積するように構成された堆積ユニットと、
第１のパネル及び第２のパネルが、シール経路の全てに沿ってシーラー材料が第１のパネル及び第２のパネルと接触する対面構成になるように、第１のパネル及び第２のパネルの何れか又は両方を移動させるように構成されたパネルハンドラーと、
シーラー材料がシール経路の全てに沿って第１のパネル及び第２のパネルと接触する一方で、シール経路に沿ってシーラー材料から得られる金属粒子を加熱して、シール経路に沿った金属粒子の溶融を生じさせるように構成された第１の加熱ユニットと、
溶融された金属粒子と第１のパネルとの間、及び溶融された金属粒子と第２のパネルとの間にシール経路に沿って連続溶接を提供し、それによって、シール経路に沿ってシールを生成するように構成された第２の加熱ユニットと
を備え、第２の加熱ユニットは、連続溶接を提供するように構成されたレーザーを備える、装置。
【００５７】
条項１９
レーザーは、５０ｐｓ未満のパルス長を有するパルスを提供するように構成されている、条項１８の装置。
【００５８】
条項２０
シーラー材料の一部を加熱することによって除去し、それによって、シーラー材料の剛性を高めるように構成された第３の加熱ユニットを更に備え、
パネルハンドラーは、シーラー材料の剛性が第３の加熱ユニットによって高められた後、第１のパネル及び第２のパネルの何れか又は両方を対面構成に移動させるように構成されている、条項１８又は１９の装置。
【００５９】
条項２１
シール経路は、第１のパネルと第２のパネルとの間の領域を少なくとも部分的に取り囲む、条項１８〜２０の何れかの装置。
【００６０】
条項２２
シール経路によって少なくとも部分的に取り囲まれた領域内のガスの圧力又は組成を変化させ、続いて該領域を密封するように構成されたガス制御及びシーリング装置を更に備える、条項２１の装置。
【図１】
2020518103.tif 000003
【図２】
2020518103.tif 000004
【図３】
2020518103.tif 000005
【図４】
2020518103.tif 000006
【図５】
2020518103.tif 000007
【図６】
2020518103.tif 000008
【図７】
2020518103.tif 000009
【図８】
2020518103.tif 000010
【図９】
2020518103.tif 000011
【図１０】
2020518103.tif 000012
【図１１】
2020518103.tif 000013
【図１２】
2020518103.tif 000014
【図１３】
2020518103.tif 000015
【図１４】
2020518103.tif 000016
【図１５】
2020518103.tif 000017
【国際調査報告】
2020518103.tif 000018
2020518103.tif 000019