ガラス溶着方法及びガラス層定着方法
【課題】 気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することができるガラス溶着方法、及びそのためのガラス層定着方法を提供する。
【解決手段】 仮焼成用のレーザ光Ｌ１の照射によって、ガラス層３のうちの一部３１を除き、その一部３１で開いた矩形環状に延在する主部３２を溶融させ、ガラス部材４に定着させる。これにより、ガラス部材４に定着したガラス層３の主部３２の一端３２ａと他端３２ｂとの間に、ガラスフリット２が溶融していないガラス層３の一部３１が存在することになる。この状態で、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、ガラス層３の一部３１及び主部３２に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射することにより、ガラス部材４とガラス部材５とを溶着すると、ガラス層３でのリークの発生を防止して、気密な溶着を必要とするガラス溶着体１を製造することが可能となる。
【解決手段】 仮焼成用のレーザ光Ｌ１の照射によって、ガラス層３のうちの一部３１を除き、その一部３１で開いた矩形環状に延在する主部３２を溶融させ、ガラス部材４に定着させる。これにより、ガラス部材４に定着したガラス層３の主部３２の一端３２ａと他端３２ｂとの間に、ガラスフリット２が溶融していないガラス層３の一部３１が存在することになる。この状態で、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、ガラス層３の一部３１及び主部３２に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射することにより、ガラス部材４とガラス部材５とを溶着すると、ガラス層３でのリークの発生を防止して、気密な溶着を必要とするガラス溶着体１を製造することが可能となる。
【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、及びそのためのガラス層定着方法に関する。
【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、有機物（有機溶剤やバインダ）、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一方のガラス部材に定着させた後、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、一方及び他方のガラス部材同士を溶着する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、ガラス部材にガラス層を定着させるために、炉内での加熱に代えて、レーザ光の照射によってガラス層から有機物を除去する技術が提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。このような技術によれば、ガラス部材に形成された機能層等が加熱されて劣化するのを防止することができ、また、炉の使用による消費エネルギの増大及び炉内での加熱時間の長時間化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２７６５５号公報
【特許文献２】特開２００２−３６６０５０号公報
【特許文献３】特開２００２−３６７５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザ光の照射によってガラス部材にガラス層を定着させ（いわゆる仮焼成）、その後、レーザ光の照射によってガラス層を介してガラス部材同士を溶着すると（いわゆる本焼成）、ガラス層でリークが起こり、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を得ることができない場合があった。
【０００６】
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、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することができるガラス溶着方法、及びそのためのガラス層定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】
【０００７】
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、ガラス溶着体においてガラス層でリークが起こるのは、閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように配置されたガラス層が、レーザ光の照射によってガラス部材に定着させられるときに、切断される場合があることに起因していることを突き止めた。つまり、ガラス粉を溶融させてガラス部材にガラス層を定着させるために、図８に示されるように、ガラス層３の所定の位置Ｐを始点及び終点として、溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層３にレーザ光を照射すると、場合によっては、所定の位置Ｐの近傍でガラス層３が切断されるのである。これは、レーザ光の照射領域が所定の位置Ｐに戻って来たときに、既に固化しているガラス層３の溶融始端部３ａに、ガラス粉の溶融によって収縮するガラス層３の溶融終端部３ｂが接続し難いからと想定される。
【０００８】
そして、図９，１０に示されるように、ガラス層３の溶融終端部３ｂが盛り上がるため、ガラス部材４の溶着対象であるガラス部材５を、ガラス層３を介して重ね合わせても、溶融終端部３ｂが邪魔となって、ガラス層３にガラス部材５を均一に接触させることができない。この状態で、レーザ光の照射によってガラス部材４とガラス部材５とを溶着しようとしても、均一且つ気密な溶着を実現することは極めて困難である。なお、図８〜１０の状態でのガラス層３に関する寸法を例示すると、ガラス層３の幅は１．０ｍｍ程度、ガラス層３の厚さは１０μｍ程度、溶融終端部３ｂの高さは２０μｍ程度、ガラス層３の切れ幅（すなわち、溶融始端部３ａと溶融終端部３ｂとの間隔）は４０μｍ程度である。
【０００９】
図１１は、ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の平面写真を示す図である。同図に示されるように、ガラス層３は、溶融始端部３ａと溶融終端部３ｂとの間で切断される。なお、溶融始端部３ａの幅が中央部から徐々に広がっているのは、次の理由による。
【００１０】
すなわち、ガラス部材に配置されたガラス層においては、ガラス粉の粒子性等によって、レーザ光吸収材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を焼き付けるためにレーザ光を照射すると、ガラス粉の溶融によって粒子性が崩れるなどして、レーザ光吸収材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）。つまり、図１２に示されるように、ガラス層の定着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のである。
【００１１】
このとき、図１３に示されるように、レーザ光は、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のが一般的である。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が溶融する安定領域となるように、レーザ光を照射開始位置に暫く停滞させてから進行させると、幅方向における中央部で最初に始まる溶融により中央部のレーザ光吸収率が上昇し、その上昇により中央部が入熱過多の状態となり、ガラス部材にクラックが生じたりやガラス層が結晶化したりするおそれがある。
【００１２】
そこで、図１４に示されるように、レーザ光の照射開始位置で幅方向全体にわたってガラス層が溶融しなくてもレーザ光を進行させると、照射開始位置から安定状態に至る領域が中央部から徐々に溶融の幅が広がる不安定領域となる。図１１において、溶融始端部３ａの幅が中央部から徐々に広がっているのは、以上の理由による。
【００１３】
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、閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を第１のガラス部材に配置する工程と、溶着予定領域に沿って第１のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第１のレーザ光を照射することにより、ガラス層のうち、一部において開いた環状に延在する主部を溶融させ、第１のガラス部材にガラス層の主部を定着させる工程と、ガラス層の主部が定着した第１のガラス部材にガラス層を介して第２のガラス部材を重ね合わせ、ガラス層に第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。
【００１４】
また、本発明に係るガラス層定着方法は、第１のガラス部材にガラス層を定着させてガラス層定着部材を製造するガラス層定着方法であって、閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を第１のガラス部材に配置する工程と、溶着予定領域に沿って第１のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第１のレーザ光を照射することにより、ガラス層のうち、一部において開いた環状に延在する主部を溶融させ、第１のガラス部材にガラス層の主部を定着させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
これらのガラス溶着方法及びガラス層定着方法では、第１のレーザ光の照射によって、ガラス層のうちの一部を除き、その一部で開いた環状に延在する主部を溶融させ、第１のガラス部材に定着させる。これにより、第１のガラス部材に定着したガラス層の主部の一端と他端との間に、ガラス粉が溶融していないガラス層の一部が存在することになる。この状態で、第１のガラス部材にガラス層を介して第２のガラス部材を重ね合わせ、ガラス層の一部及び主部に第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と、ガラス層でのリークの発生を防止して、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することが可能となる。
【００１６】
また、本発明に係るガラス溶着方法においては、溶着予定領域は直線部を有し、ガラス層の主部の一端及び他端は、溶着予定領域の直線部において、ガラス層の一部を挟んで対向していることが好ましい。この場合、ガラス層の主部の一端と他端との間に、所望の幅で精度良くガラス層の一部を存在させることができる。
【００１７】
また、本発明に係るガラス溶着方法においては、レーザ光吸収材及びガラス粉に加えてバインダを含むガラス層を第１のガラス部材に配置した場合には、ガラス層の主部においてはバインダがガス化すると共にガラス粉が溶融し、且つガラス層の一部においてはバインダがガス化すると共にガラス粉が溶融しないように、ガラス層に第１のレーザ光を照射することが好ましい。この場合、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ときに、バインダのガス化によってガラス層の一部に気泡が形成されること、延いては多数の気泡の接続によってガラス層の一部でリークが発生することを確実に防止することができる。
【００１８】
このとき、ガラス層の主部における第１のレーザ光の照射パワーよりもガラス層の一部における第１のレーザ光の照射パワーが低くなるように、ガラス層に第１のレーザ光を照射することが好ましい。或いは、ガラス層の主部における第１のレーザ光の移動速度よりもガラス層の一部における第１のレーザ光の移動速度が高くなるように、ガラス層に第１のレーザ光を照射することが好ましい。或いは、ガラス層の主部には第１のレーザ光が照射され、且つガラス層の一部には第１のレーザ光が照射されないように、ガラス層に第１のレーザ光を照射し、ガラス層に第１のレーザ光を照射した後、ガラス層に第２のレーザ光を照射する前に、ガラス層の一部においてバインダがガス化するように、ガラス層に第３のレーザ光を照射することが好ましい。
【００１９】
これらの場合、ガラス層の主部においてはバインダがガス化すると共にガラス粉が溶融し、且つガラス層の一部においてはバインダがガス化すると共にガラス粉が溶融しない状態を確実に得ることができる。
【００２０】
また、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第２のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第２のレーザ光を照射する場合には、ガラス層の主部における第２のレーザ光の照射パワーよりもガラス層の一部における第２のレーザ光の照射パワーが高くなるように、ガラス層に第２のレーザ光を照射することが好ましい。或いは、溶着予定領域に沿って第２のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第２のレーザ光を照射する場合には、ガラス層の主部における第２のレーザ光の移動速度よりもガラス層の一部における第２のレーザ光の移動速度が低くなるように、ガラス層に第２のレーザ光を照射することが好ましい。
【００２１】
これらの場合、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ときに、ガラス層の主部に比べレーザ光吸収率が低いガラス層の一部においてガラス粉を確実に溶融させ、第１のガラス部材と第２のガラス部材とをガラス層の全体に渡って均一に溶着することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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断面図である。
【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斜視図である。
【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断面図である。
【図８】ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の平面図である。
【図９】ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の断面図である。
【図１０】ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の断面図である。
【図１１】ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の平面写真を示す図である。
【図１２】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１３】レーザ照射における温度分布を示す図である。
【図１４】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】
【００２４】
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。
【００２５】
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の外縁に沿うように所定の幅で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に沿うように所定の幅で矩形環状に形成されている。
【００２６】
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（ガラス部材４とガラス部材５とを溶着してガラス溶着体１を製造するために、ガラス部材４にガラス層３を定着させてガラス層定着部材を製造するガラス層定着方法を含む）について説明する。
【００２７】
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。つまり、ペースト層６は、有機溶剤、バインダ、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２を含んでいる。
【００２８】
続いて、ペースト層６を乾燥させて有機溶剤を除去する。これにより、閉じた矩形環状に延在する溶着予定領域Ｒに沿うように、バインダ、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２を含むガラス層３がガラス部材４に配置されることになる。なお、ガラス部材４の表面４ａに配置されたガラス層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、可視光下においては、ガラス層３が白っぽく見える）。
【００２９】
続いて、図３に示されるように、溶着予定領域Ｒの直線部上の位置Ｐ１を始点及び終点として、溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光（第１のレーザ光）Ｌ１の照射領域を相対的に移動させてガラス層３にレーザ光Ｌ１を照射することにより、ガラス層３のうち、一部３１において開いた矩形環状に延在する主部３２を溶融させ、ガラス部材４にガラス層３の主部３２を定着させて（仮焼成）、ガラス層定着部材１０を得る。なお、ガラス層３の主部３２の一端３２ａ及び他端３２ｂは、溶着予定領域Ｒの直線部において、ガラス層３の一部３１を挟んで対向している。
【００３０】
ここでは、ガラス層３がレーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２に加えてバインダを含んでいるので、ガラス層３の主部３２においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融し、且つガラス層３の一部３１においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融しないように、ガラス層３にレーザ光Ｌ１を照射する。具体的には、図３に示されるように、照射パワーＷ１で、位置Ｐ１から溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ１の照射領域を相対的に移動させる。そして、位置Ｐ２において照射パワーをＷ１からＷ２（＜Ｗ１）に切り替え、その照射パワーＷ２で、溶着予定領域Ｒに沿って位置Ｐ１までレーザ光Ｌ１の照射領域を相対的に移動させる。つまり、レーザ光Ｌ１は、ガラス層３の主部３２におけるレーザ光Ｌ１の照射パワーよりもガラス層３の一部３１におけるレーザ光Ｌ１の照射パワーが低くなるように（換言すれば、ガラス層３の主部３２における入熱量（レーザ光がその照射領域で有するエネルギ密度）よりもガラス層３の一部３１における入熱量が低くなるように）、ガラス層３に照射される。なお、レーザ光Ｌ１の移動速度（溶着予定領域に対するレーザ光の照射領域の相対的な移動速度）は一定である。
【００３１】
このとき、ガラス層３の温度は、位置Ｐ１の直後（ガラス層３の主部３２の一端３２ａに対応する位置）において融点Ｔｍに達して、その後、融点Ｔｍ以上に維持され、位置Ｐ２（ガラス層３の主部３２の他端３２ｂに対応する位置）において融点Ｔｍ以下となって、その後、降下する。ただし、位置Ｐ２と位置Ｐ１の直後との間の部分（ガラス層３の一部３１に対応する部分）においては、ガラス層３の温度は、バインダの分解点Ｔｄ以上に維持される。
【００３２】
これにより、ガラス層３の主部３２においては、バインダがガス化して除去されると共にガラスフリット２が溶融し、ガラス部材４の表面４ａにガラス層３が焼き付けられて定着させられる。一方、ガラス層３の一部３１においては、バインダがガス化して除去されるものの、ガラスフリット２が溶融せずに残存している。なお、ガラス層３の主部３２では、ガラスフリット２の溶融によってその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るため、ガラス層３の主部３２のレーザ光吸収率は、ガラス層３の一部３１に比べて高い状態となる（例えば、可視光下においては、ガラス層３の主部３２が黒っぽく或いは緑っぽく見え、ガラス層３の一部３１が白っぽく見える）。
【００３３】
ところで、仮焼成によってガラス層定着部材１０を得るに際し、レーザ光Ｌ１の照射パワーを一定にして、次のように、レーザ光Ｌ１の移動速度を切り替えてもよい。すなわち、図４に示されるように、位置Ｐ１の直前においてレーザ光Ｌ１の移動速度をＶ１に到達させ、その移動速度Ｖ１で、位置Ｐ１から溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ１の照射領域を相対的に移動させる。そして、位置Ｐ２の直前において移動速度をＶ２（＞Ｖ１）に到達させ、その移動速度Ｖ２で、溶着予定領域Ｒに沿って位置Ｐ１を過ぎるまでレーザ光Ｌ１の照射領域を相対的に移動させる。つまり、レーザ光Ｌ１は、ガラス層３の主部３２におけるレーザ光Ｌ１の移動速度よりもガラス層３の一部３１におけるレーザ光Ｌ１の移動速度が高くなるように（換言すれば、ガラス層３の主部３２における入熱量よりもガラス層３の一部３１における入熱量が低くなるように）、ガラス層３に照射される。
【００３４】
このとき、ガラス層３の温度は、位置Ｐ１の直後（ガラス層３の主部３２の一端３２ａに対応する位置）において融点Ｔｍに達して、その後、融点Ｔｍ以上に維持され、位置Ｐ２（ガラス層３の主部３２の他端３２ｂに対応する位置）において融点Ｔｍ以下となって、その後、降下する。ただし、位置Ｐ２と位置Ｐ１の直後との間の部分（ガラス層３の一部３１に対応する部分）においては、ガラス層３の温度は、バインダの分解点Ｔｄ以上に維持される。
【００３５】
これにより、ガラス層３の主部３２においては、バインダがガス化して除去されると共にガラスフリット２が溶融し、ガラス部材４の表面４ａにガラス層３が焼き付けられて定着させられる。一方、ガラス層３の一部３１においては、バインダがガス化して除去されるものの、ガラスフリット２が溶融せずに残存している。
【００３６】
続いて、図５に示されるように、ガラス層定着部材１０（すなわち、ガラス層３の主部３２が定着したガラス部材４）にガラス層３を介してガラス部材５を重ね合わせる。そして、図６に示されるように、溶着予定領域Ｒに沿ってガラス層３にレーザ光（第２のレーザ光）Ｌ２を照射する。すなわち、溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させてガラス層３にレーザ光Ｌ２を照射する。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）を溶融・再固化させ、溶着予定領域Ｒに沿ってガラス部材４とガラス部材５とを溶着して（本焼成）、ガラス溶着体１を得る（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）。
【００３７】
具体的には、図６に示されるように、照射パワーＷ３で、ガラス層３の主部３２の一端３２ａに対応する位置の直後の位置Ｐ３から溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させる。そして、ガラス層３の主部３２の他端３２ｂに対応する位置の直前の位置Ｐ４において照射パワーをＷ３からＷ４（＞Ｗ３）に切り替え、その照射パワーＷ４で、溶着予定領域Ｒに沿って位置Ｐ３を過ぎるまでレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させる。つまり、レーザ光Ｌ２は、ガラス層３の主部３２におけるレーザ光Ｌ２の照射パワーよりもガラス層３の一部３１におけるレーザ光Ｌ２の照射パワーが高くなるように（換言すれば、ガラス層３の主部３２における入熱量よりもガラス層３の一部３１における入熱量が高くなるように）、ガラス層３に照射される。なお、レーザ光Ｌ２の移動速度は一定である。
【００３８】
このとき、ガラス層３の温度は、位置Ｐ３の直後において融点Ｔｍに達し、矩形環状の溶着予定領域Ｒ一周分は確実に、融点Ｔｍ以上の一定温度に維持されて、その後、降下する。このように、レーザ光Ｌ２の照射パワーを切り替えても、ガラス層３の一部３１及び主部３２の温度が融点Ｔｍ以上の一定温度に維持されるのは、ガラス層３の一部３１のレーザ光吸収率がガラス層３の主部３２のレーザ光吸収率よりも低いからである。なお、このことから、照射パワーＷ３でのレーザ光Ｌ２の照射は、ガラス層３の主部３２上から開始すべきである。
【００３９】
これにより、ガラス層３の全体が過剰加熱されることなく溶融し、ガラス部材４とガラス部材５とが均一に溶着される。このように、レーザ光Ｌ２の照射による過剰加熱が抑制されることから、ガラス部材４，５にヒートクラックが生じるなど、ガラス溶着体１における損傷の発生が防止される。
【００４０】
ところで、本焼成によってガラス溶着体１を得るに際し、レーザ光Ｌ２の照射パワーを一定にして、次のように、レーザ光Ｌ２の移動速度を切り替えてもよい。すなわち、図７に示されるように、ガラス層３の主部３２の一端３２ａに対応する位置の直後の位置Ｐ３の直前においてレーザ光Ｌ２の移動速度をＶ３に到達させ、その移動速度Ｖ３で、位置Ｐ３から溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させる。そして、ガラス層３の主部３２の他端３２ｂに対応する位置Ｐ４の直後において移動速度をＶ４（＜Ｖ３）に到達させ、その移動速度Ｖ４で、溶着予定領域Ｒに沿って位置Ｐ３を過ぎるまでレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させる。つまり、レーザ光Ｌ２は、ガラス層３の主部３２におけるレーザ光Ｌ２の移動速度よりもガラス層３の一部３１におけるレーザ光Ｌ２の移動速度が低くなるように（換言すれば、ガラス層３の主部３２における入熱量よりもガラス層３の一部３１における入熱量が高くなるように）、ガラス層３に照射される。
【００４１】
このとき、ガラス層３の温度は、位置Ｐ３の直後において融点Ｔｍに達し、矩形環状の溶着予定領域Ｒ一周分は確実に、融点Ｔｍ以上の一定温度に維持されて、その後、降下する。このように、レーザ光Ｌ２の移動速度を切り替えても、ガラス層３の一部３１及び主部３２の温度が融点Ｔｍ以上の一定温度に維持されるのは、ガラス層３の一部３１のレーザ光吸収率がガラス層３の主部３２のレーザ光吸収率よりも低いからである。なお、このことから、移動速度Ｖ３でのレーザ光Ｌ２の照射は、ガラス層３の主部３２上から開始すべきである。
【００４２】
これにより、ガラス層３の全体が過剰加熱されることなく溶融し、ガラス部材４とガラス部材５とが均一に溶着される。このように、レーザ光Ｌ２の照射による過剰加熱が抑制されることから、ガラス部材４，５にヒートクラックが生じるなど、ガラス溶着体１における損傷の発生が防止される。
【００４３】
以上説明したように、ガラス溶着体１の製造するためのガラス溶着方法（ガラス層定着方法を含む）においては、仮焼成用のレーザ光Ｌ１の照射によって、ガラス層３のうちの一部３１を除き、その一部３１で開いた矩形環状に延在する主部３２を溶融させ、ガラス部材４に定着させる。これにより、ガラス部材４に定着したガラス層３の主部３２の一端３２ａと他端３２ｂとの間に、ガラスフリット２が溶融していないガラス層３の一部３１が存在することになる。この状態で、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、ガラス層３の一部３１及び主部３２に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射することにより、ガラス部材４とガラス部材５とを溶着すると、ガラス層３でのリークの発生を防止して、気密な溶着を必要とするガラス溶着体１を製造することが可能となる。
【００４４】
また、溶着予定領域Ｒの直線部において、ガラス層３の一部３１を挟んで対向するように、ガラス層３の主部３２の一端３２ａ及び他端３２ｂを形成する。これによれば、ガラス層３の主部３２の一端３２ａと他端３２ｂとの間に、所望の幅で精度良くガラス層３の一部３１を存在させることができる。
【００４５】
また、ガラス層３の主部３２においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融し、且つガラス層３の一部３１においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融しないように、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射する。これによれば、本焼成用のレーザ光Ｌ２の照射によってガラス部材４とガラス部材５とを溶着するときに、バインダのガス化によってガラス層３の一部３１に気泡が形成されること、延いては多数の気泡の接続によってガラス層３の一部３１でリークが発生することを確実に防止することができる。
【００４６】
このとき、ガラス層３の主部３２における照射パワーよりもガラス層３の一部３１における照射パワーが低くなるように、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射する。或いは、ガラス層３の主部３２における移動速度よりもガラス層３の一部３１における移動速度が高くなるように、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射する。これらによれば、ガラス層３の主部３２においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融し、且つガラス層３の一部３１においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融しない状態を確実に得ることができる。
【００４７】
また、ガラス層３の主部３２における照射パワーよりもガラス層３の一部３１における照射パワーが高くなるように、ガラス層３に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射する。或いは、ガラス層３の主部３２における移動速度よりもガラス層３の一部３１における移動速度が低くなるように、ガラス層３に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射する。これらによれば、本焼成用のレーザ光Ｌ２の照射によってガラス部材４とガラス部材５とを溶着するときに、ガラス層３の主部３２に比べレーザ光吸収率が低いガラス層３の一部３１においてガラスフリット２を確実に溶融させ、ガラス部材４とガラス部材５とをガラス層３の全体に渡って均一に溶着することができる。
【００４８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、次のように、仮焼成によってガラス層定着部材１０を得てもよい。すなわち、ガラス層３の主部３２にはレーザ光Ｌ１が照射され、且つガラス層３の一部３１にはレーザ光Ｌ１が照射されないように、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射する。そして、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射した後、ガラス層３に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射する前に、ガラス層３の一部３１においてバインダがガス化するように、ガラス層３にレーザ光（第３のレーザ光）を照射する。これによっても、ガラス層３の主部３２においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融し、且つガラス層３の一部３１においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融しない状態を確実に得ることができる。
【００４９】
また、ガラス層定着部材１０を長距離又は長時間搬送する必要がある場合等には、仮焼成時に、ガラス層３の一部３１からバインダを除去しなければ、ガラス層３の一部３１が崩れるのを防止することができる。
【００５０】
また、本焼成用のレーザ光Ｌ２の照射は、その照射領域を溶着予定領域Ｒに沿って相対的に移動させるものに限定されず、ガラス層３の全体に対して一括で行うものであってもよい。また、仮焼成用のレーザ光Ｌ１の照射対象となるガラス層３は、有機溶剤、バインダ、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２を含んだペースト層６に相当するものであってもよいし、そのようなペースト層６から有機溶剤及びバインダを除去するなどして、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２を含んだものであってもよい。また、ガラスフリット２は、ガラス部材４，５の融点よりも低い融点を有するものに限定されず、ガラス部材４，５の融点以上の融点を有するものであってもよい。また、レーザ光吸収性顔料は、ガラスフリット２自体に含まれていてもよい。更に、溶着予定領域Ｒは、矩形環状に限定されず、円形環状等、閉じた環状に延在するものであればよい。
【符号の説明】
【００５１】
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）、１０…ガラス層定着部材、３１…一部、３２…主部、３２ａ…一端、３２ｂ…他端、Ｌ１…レーザ光（第１のレーザ光）、Ｌ２…レーザ光（第２のレーザ光）、Ｒ…溶着予定領域。
【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、及びそのためのガラス層定着方法に関する。
【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、有機物（有機溶剤やバインダ）、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一方のガラス部材に定着させた後、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、一方及び他方のガラス部材同士を溶着する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、ガラス部材にガラス層を定着させるために、炉内での加熱に代えて、レーザ光の照射によってガラス層から有機物を除去する技術が提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。このような技術によれば、ガラス部材に形成された機能層等が加熱されて劣化するのを防止することができ、また、炉の使用による消費エネルギの増大及び炉内での加熱時間の長時間化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２７６５５号公報
【特許文献２】特開２００２−３６６０５０号公報
【特許文献３】特開２００２−３６７５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザ光の照射によってガラス部材にガラス層を定着させ（いわゆる仮焼成）、その後、レーザ光の照射によってガラス層を介してガラス部材同士を溶着すると（いわゆる本焼成）、ガラス層でリークが起こり、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を得ることができない場合があった。
【０００６】
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、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することができるガラス溶着方法、及びそのためのガラス層定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】
【０００７】
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、ガラス溶着体においてガラス層でリークが起こるのは、閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように配置されたガラス層が、レーザ光の照射によってガラス部材に定着させられるときに、切断される場合があることに起因していることを突き止めた。つまり、ガラス粉を溶融させてガラス部材にガラス層を定着させるために、図８に示されるように、ガラス層３の所定の位置Ｐを始点及び終点として、溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層３にレーザ光を照射すると、場合によっては、所定の位置Ｐの近傍でガラス層３が切断されるのである。これは、レーザ光の照射領域が所定の位置Ｐに戻って来たときに、既に固化しているガラス層３の溶融始端部３ａに、ガラス粉の溶融によって収縮するガラス層３の溶融終端部３ｂが接続し難いからと想定される。
【０００８】
そして、図９，１０に示されるように、ガラス層３の溶融終端部３ｂが盛り上がるため、ガラス部材４の溶着対象であるガラス部材５を、ガラス層３を介して重ね合わせても、溶融終端部３ｂが邪魔となって、ガラス層３にガラス部材５を均一に接触させることができない。この状態で、レーザ光の照射によってガラス部材４とガラス部材５とを溶着しようとしても、均一且つ気密な溶着を実現することは極めて困難である。なお、図８〜１０の状態でのガラス層３に関する寸法を例示すると、ガラス層３の幅は１．０ｍｍ程度、ガラス層３の厚さは１０μｍ程度、溶融終端部３ｂの高さは２０μｍ程度、ガラス層３の切れ幅（すなわち、溶融始端部３ａと溶融終端部３ｂとの間隔）は４０μｍ程度である。
【０００９】
図１１は、ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の平面写真を示す図である。同図に示されるように、ガラス層３は、溶融始端部３ａと溶融終端部３ｂとの間で切断される。なお、溶融始端部３ａの幅が中央部から徐々に広がっているのは、次の理由による。
【００１０】
すなわち、ガラス部材に配置されたガラス層においては、ガラス粉の粒子性等によって、レーザ光吸収材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を焼き付けるためにレーザ光を照射すると、ガラス粉の溶融によって粒子性が崩れるなどして、レーザ光吸収材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）。つまり、図１２に示されるように、ガラス層の定着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のである。
【００１１】
このとき、図１３に示されるように、レーザ光は、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のが一般的である。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が溶融する安定領域となるように、レーザ光を照射開始位置に暫く停滞させてから進行させると、幅方向における中央部で最初に始まる溶融により中央部のレーザ光吸収率が上昇し、その上昇により中央部が入熱過多の状態となり、ガラス部材にクラックが生じたりやガラス層が結晶化したりするおそれがある。
【００１２】
そこで、図１４に示されるように、レーザ光の照射開始位置で幅方向全体にわたってガラス層が溶融しなくてもレーザ光を進行させると、照射開始位置から安定状態に至る領域が中央部から徐々に溶融の幅が広がる不安定領域となる。図１１において、溶融始端部３ａの幅が中央部から徐々に広がっているのは、以上の理由による。
【００１３】
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、閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を第１のガラス部材に配置する工程と、溶着予定領域に沿って第１のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第１のレーザ光を照射することにより、ガラス層のうち、一部において開いた環状に延在する主部を溶融させ、第１のガラス部材にガラス層の主部を定着させる工程と、ガラス層の主部が定着した第１のガラス部材にガラス層を介して第２のガラス部材を重ね合わせ、ガラス層に第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。
【００１４】
また、本発明に係るガラス層定着方法は、第１のガラス部材にガラス層を定着させてガラス層定着部材を製造するガラス層定着方法であって、閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を第１のガラス部材に配置する工程と、溶着予定領域に沿って第１のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第１のレーザ光を照射することにより、ガラス層のうち、一部において開いた環状に延在する主部を溶融させ、第１のガラス部材にガラス層の主部を定着させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
これらのガラス溶着方法及びガラス層定着方法では、第１のレーザ光の照射によって、ガラス層のうちの一部を除き、その一部で開いた環状に延在する主部を溶融させ、第１のガラス部材に定着させる。これにより、第１のガラス部材に定着したガラス層の主部の一端と他端との間に、ガラス粉が溶融していないガラス層の一部が存在することになる。この状態で、第１のガラス部材にガラス層を介して第２のガラス部材を重ね合わせ、ガラス層の一部及び主部に第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と、ガラス層でのリークの発生を防止して、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することが可能となる。
【００１６】
また、本発明に係るガラス溶着方法においては、溶着予定領域は直線部を有し、ガラス層の主部の一端及び他端は、溶着予定領域の直線部において、ガラス層の一部を挟んで対向していることが好ましい。この場合、ガラス層の主部の一端と他端との間に、所望の幅で精度良くガラス層の一部を存在させることができる。
【００１７】
また、本発明に係るガラス溶着方法においては、レーザ光吸収材及びガラス粉に加えてバインダを含むガラス層を第１のガラス部材に配置した場合には、ガラス層の主部においてはバインダがガス化すると共にガラス粉が溶融し、且つガラス層の一部においてはバインダがガス化すると共にガラス粉が溶融しないように、ガラス層に第１のレーザ光を照射することが好ましい。この場合、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ときに、バインダのガス化によってガラス層の一部に気泡が形成されること、延いては多数の気泡の接続によってガラス層の一部でリークが発生することを確実に防止することができる。
【００１８】
このとき、ガラス層の主部における第１のレーザ光の照射パワーよりもガラス層の一部における第１のレーザ光の照射パワーが低くなるように、ガラス層に第１のレーザ光を照射することが好ましい。或いは、ガラス層の主部における第１のレーザ光の移動速度よりもガラス層の一部における第１のレーザ光の移動速度が高くなるように、ガラス層に第１のレーザ光を照射することが好ましい。或いは、ガラス層の主部には第１のレーザ光が照射され、且つガラス層の一部には第１のレーザ光が照射されないように、ガラス層に第１のレーザ光を照射し、ガラス層に第１のレーザ光を照射した後、ガラス層に第２のレーザ光を照射する前に、ガラス層の一部においてバインダがガス化するように、ガラス層に第３のレーザ光を照射することが好ましい。
【００１９】
これらの場合、ガラス層の主部においてはバインダがガス化すると共にガラス粉が溶融し、且つガラス層の一部においてはバインダがガス化すると共にガラス粉が溶融しない状態を確実に得ることができる。
【００２０】
また、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第２のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第２のレーザ光を照射する場合には、ガラス層の主部における第２のレーザ光の照射パワーよりもガラス層の一部における第２のレーザ光の照射パワーが高くなるように、ガラス層に第２のレーザ光を照射することが好ましい。或いは、溶着予定領域に沿って第２のレーザ光の照射領域を相対的に移動させてガラス層に第２のレーザ光を照射する場合には、ガラス層の主部における第２のレーザ光の移動速度よりもガラス層の一部における第２のレーザ光の移動速度が低くなるように、ガラス層に第２のレーザ光を照射することが好ましい。
【００２１】
これらの場合、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ときに、ガラス層の主部に比べレーザ光吸収率が低いガラス層の一部においてガラス粉を確実に溶融させ、第１のガラス部材と第２のガラス部材とをガラス層の全体に渡って均一に溶着することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、気密な溶着を必要とするガラス溶着体を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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断面図である。
【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斜視図である。
【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断面図である。
【図８】ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の平面図である。
【図９】ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の断面図である。
【図１０】ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の断面図である。
【図１１】ガラス部材に定着したガラス層の溶融始端部及び溶融終端部の平面写真を示す図である。
【図１２】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１３】レーザ照射における温度分布を示す図である。
【図１４】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】
【００２４】
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。
【００２５】
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の外縁に沿うように所定の幅で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に沿うように所定の幅で矩形環状に形成されている。
【００２６】
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（ガラス部材４とガラス部材５とを溶着してガラス溶着体１を製造するために、ガラス部材４にガラス層３を定着させてガラス層定着部材を製造するガラス層定着方法を含む）について説明する。
【００２７】
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。つまり、ペースト層６は、有機溶剤、バインダ、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２を含んでいる。
【００２８】
続いて、ペースト層６を乾燥させて有機溶剤を除去する。これにより、閉じた矩形環状に延在する溶着予定領域Ｒに沿うように、バインダ、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２を含むガラス層３がガラス部材４に配置されることになる。なお、ガラス部材４の表面４ａに配置されたガラス層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、可視光下においては、ガラス層３が白っぽく見える）。
【００２９】
続いて、図３に示されるように、溶着予定領域Ｒの直線部上の位置Ｐ１を始点及び終点として、溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光（第１のレーザ光）Ｌ１の照射領域を相対的に移動させてガラス層３にレーザ光Ｌ１を照射することにより、ガラス層３のうち、一部３１において開いた矩形環状に延在する主部３２を溶融させ、ガラス部材４にガラス層３の主部３２を定着させて（仮焼成）、ガラス層定着部材１０を得る。なお、ガラス層３の主部３２の一端３２ａ及び他端３２ｂは、溶着予定領域Ｒの直線部において、ガラス層３の一部３１を挟んで対向している。
【００３０】
ここでは、ガラス層３がレーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２に加えてバインダを含んでいるので、ガラス層３の主部３２においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融し、且つガラス層３の一部３１においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融しないように、ガラス層３にレーザ光Ｌ１を照射する。具体的には、図３に示されるように、照射パワーＷ１で、位置Ｐ１から溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ１の照射領域を相対的に移動させる。そして、位置Ｐ２において照射パワーをＷ１からＷ２（＜Ｗ１）に切り替え、その照射パワーＷ２で、溶着予定領域Ｒに沿って位置Ｐ１までレーザ光Ｌ１の照射領域を相対的に移動させる。つまり、レーザ光Ｌ１は、ガラス層３の主部３２におけるレーザ光Ｌ１の照射パワーよりもガラス層３の一部３１におけるレーザ光Ｌ１の照射パワーが低くなるように（換言すれば、ガラス層３の主部３２における入熱量（レーザ光がその照射領域で有するエネルギ密度）よりもガラス層３の一部３１における入熱量が低くなるように）、ガラス層３に照射される。なお、レーザ光Ｌ１の移動速度（溶着予定領域に対するレーザ光の照射領域の相対的な移動速度）は一定である。
【００３１】
このとき、ガラス層３の温度は、位置Ｐ１の直後（ガラス層３の主部３２の一端３２ａに対応する位置）において融点Ｔｍに達して、その後、融点Ｔｍ以上に維持され、位置Ｐ２（ガラス層３の主部３２の他端３２ｂに対応する位置）において融点Ｔｍ以下となって、その後、降下する。ただし、位置Ｐ２と位置Ｐ１の直後との間の部分（ガラス層３の一部３１に対応する部分）においては、ガラス層３の温度は、バインダの分解点Ｔｄ以上に維持される。
【００３２】
これにより、ガラス層３の主部３２においては、バインダがガス化して除去されると共にガラスフリット２が溶融し、ガラス部材４の表面４ａにガラス層３が焼き付けられて定着させられる。一方、ガラス層３の一部３１においては、バインダがガス化して除去されるものの、ガラスフリット２が溶融せずに残存している。なお、ガラス層３の主部３２では、ガラスフリット２の溶融によってその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るため、ガラス層３の主部３２のレーザ光吸収率は、ガラス層３の一部３１に比べて高い状態となる（例えば、可視光下においては、ガラス層３の主部３２が黒っぽく或いは緑っぽく見え、ガラス層３の一部３１が白っぽく見える）。
【００３３】
ところで、仮焼成によってガラス層定着部材１０を得るに際し、レーザ光Ｌ１の照射パワーを一定にして、次のように、レーザ光Ｌ１の移動速度を切り替えてもよい。すなわち、図４に示されるように、位置Ｐ１の直前においてレーザ光Ｌ１の移動速度をＶ１に到達させ、その移動速度Ｖ１で、位置Ｐ１から溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ１の照射領域を相対的に移動させる。そして、位置Ｐ２の直前において移動速度をＶ２（＞Ｖ１）に到達させ、その移動速度Ｖ２で、溶着予定領域Ｒに沿って位置Ｐ１を過ぎるまでレーザ光Ｌ１の照射領域を相対的に移動させる。つまり、レーザ光Ｌ１は、ガラス層３の主部３２におけるレーザ光Ｌ１の移動速度よりもガラス層３の一部３１におけるレーザ光Ｌ１の移動速度が高くなるように（換言すれば、ガラス層３の主部３２における入熱量よりもガラス層３の一部３１における入熱量が低くなるように）、ガラス層３に照射される。
【００３４】
このとき、ガラス層３の温度は、位置Ｐ１の直後（ガラス層３の主部３２の一端３２ａに対応する位置）において融点Ｔｍに達して、その後、融点Ｔｍ以上に維持され、位置Ｐ２（ガラス層３の主部３２の他端３２ｂに対応する位置）において融点Ｔｍ以下となって、その後、降下する。ただし、位置Ｐ２と位置Ｐ１の直後との間の部分（ガラス層３の一部３１に対応する部分）においては、ガラス層３の温度は、バインダの分解点Ｔｄ以上に維持される。
【００３５】
これにより、ガラス層３の主部３２においては、バインダがガス化して除去されると共にガラスフリット２が溶融し、ガラス部材４の表面４ａにガラス層３が焼き付けられて定着させられる。一方、ガラス層３の一部３１においては、バインダがガス化して除去されるものの、ガラスフリット２が溶融せずに残存している。
【００３６】
続いて、図５に示されるように、ガラス層定着部材１０（すなわち、ガラス層３の主部３２が定着したガラス部材４）にガラス層３を介してガラス部材５を重ね合わせる。そして、図６に示されるように、溶着予定領域Ｒに沿ってガラス層３にレーザ光（第２のレーザ光）Ｌ２を照射する。すなわち、溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させてガラス層３にレーザ光Ｌ２を照射する。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）を溶融・再固化させ、溶着予定領域Ｒに沿ってガラス部材４とガラス部材５とを溶着して（本焼成）、ガラス溶着体１を得る（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）。
【００３７】
具体的には、図６に示されるように、照射パワーＷ３で、ガラス層３の主部３２の一端３２ａに対応する位置の直後の位置Ｐ３から溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させる。そして、ガラス層３の主部３２の他端３２ｂに対応する位置の直前の位置Ｐ４において照射パワーをＷ３からＷ４（＞Ｗ３）に切り替え、その照射パワーＷ４で、溶着予定領域Ｒに沿って位置Ｐ３を過ぎるまでレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させる。つまり、レーザ光Ｌ２は、ガラス層３の主部３２におけるレーザ光Ｌ２の照射パワーよりもガラス層３の一部３１におけるレーザ光Ｌ２の照射パワーが高くなるように（換言すれば、ガラス層３の主部３２における入熱量よりもガラス層３の一部３１における入熱量が高くなるように）、ガラス層３に照射される。なお、レーザ光Ｌ２の移動速度は一定である。
【００３８】
このとき、ガラス層３の温度は、位置Ｐ３の直後において融点Ｔｍに達し、矩形環状の溶着予定領域Ｒ一周分は確実に、融点Ｔｍ以上の一定温度に維持されて、その後、降下する。このように、レーザ光Ｌ２の照射パワーを切り替えても、ガラス層３の一部３１及び主部３２の温度が融点Ｔｍ以上の一定温度に維持されるのは、ガラス層３の一部３１のレーザ光吸収率がガラス層３の主部３２のレーザ光吸収率よりも低いからである。なお、このことから、照射パワーＷ３でのレーザ光Ｌ２の照射は、ガラス層３の主部３２上から開始すべきである。
【００３９】
これにより、ガラス層３の全体が過剰加熱されることなく溶融し、ガラス部材４とガラス部材５とが均一に溶着される。このように、レーザ光Ｌ２の照射による過剰加熱が抑制されることから、ガラス部材４，５にヒートクラックが生じるなど、ガラス溶着体１における損傷の発生が防止される。
【００４０】
ところで、本焼成によってガラス溶着体１を得るに際し、レーザ光Ｌ２の照射パワーを一定にして、次のように、レーザ光Ｌ２の移動速度を切り替えてもよい。すなわち、図７に示されるように、ガラス層３の主部３２の一端３２ａに対応する位置の直後の位置Ｐ３の直前においてレーザ光Ｌ２の移動速度をＶ３に到達させ、その移動速度Ｖ３で、位置Ｐ３から溶着予定領域Ｒに沿ってレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させる。そして、ガラス層３の主部３２の他端３２ｂに対応する位置Ｐ４の直後において移動速度をＶ４（＜Ｖ３）に到達させ、その移動速度Ｖ４で、溶着予定領域Ｒに沿って位置Ｐ３を過ぎるまでレーザ光Ｌ２の照射領域を相対的に移動させる。つまり、レーザ光Ｌ２は、ガラス層３の主部３２におけるレーザ光Ｌ２の移動速度よりもガラス層３の一部３１におけるレーザ光Ｌ２の移動速度が低くなるように（換言すれば、ガラス層３の主部３２における入熱量よりもガラス層３の一部３１における入熱量が高くなるように）、ガラス層３に照射される。
【００４１】
このとき、ガラス層３の温度は、位置Ｐ３の直後において融点Ｔｍに達し、矩形環状の溶着予定領域Ｒ一周分は確実に、融点Ｔｍ以上の一定温度に維持されて、その後、降下する。このように、レーザ光Ｌ２の移動速度を切り替えても、ガラス層３の一部３１及び主部３２の温度が融点Ｔｍ以上の一定温度に維持されるのは、ガラス層３の一部３１のレーザ光吸収率がガラス層３の主部３２のレーザ光吸収率よりも低いからである。なお、このことから、移動速度Ｖ３でのレーザ光Ｌ２の照射は、ガラス層３の主部３２上から開始すべきである。
【００４２】
これにより、ガラス層３の全体が過剰加熱されることなく溶融し、ガラス部材４とガラス部材５とが均一に溶着される。このように、レーザ光Ｌ２の照射による過剰加熱が抑制されることから、ガラス部材４，５にヒートクラックが生じるなど、ガラス溶着体１における損傷の発生が防止される。
【００４３】
以上説明したように、ガラス溶着体１の製造するためのガラス溶着方法（ガラス層定着方法を含む）においては、仮焼成用のレーザ光Ｌ１の照射によって、ガラス層３のうちの一部３１を除き、その一部３１で開いた矩形環状に延在する主部３２を溶融させ、ガラス部材４に定着させる。これにより、ガラス部材４に定着したガラス層３の主部３２の一端３２ａと他端３２ｂとの間に、ガラスフリット２が溶融していないガラス層３の一部３１が存在することになる。この状態で、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、ガラス層３の一部３１及び主部３２に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射することにより、ガラス部材４とガラス部材５とを溶着すると、ガラス層３でのリークの発生を防止して、気密な溶着を必要とするガラス溶着体１を製造することが可能となる。
【００４４】
また、溶着予定領域Ｒの直線部において、ガラス層３の一部３１を挟んで対向するように、ガラス層３の主部３２の一端３２ａ及び他端３２ｂを形成する。これによれば、ガラス層３の主部３２の一端３２ａと他端３２ｂとの間に、所望の幅で精度良くガラス層３の一部３１を存在させることができる。
【００４５】
また、ガラス層３の主部３２においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融し、且つガラス層３の一部３１においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融しないように、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射する。これによれば、本焼成用のレーザ光Ｌ２の照射によってガラス部材４とガラス部材５とを溶着するときに、バインダのガス化によってガラス層３の一部３１に気泡が形成されること、延いては多数の気泡の接続によってガラス層３の一部３１でリークが発生することを確実に防止することができる。
【００４６】
このとき、ガラス層３の主部３２における照射パワーよりもガラス層３の一部３１における照射パワーが低くなるように、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射する。或いは、ガラス層３の主部３２における移動速度よりもガラス層３の一部３１における移動速度が高くなるように、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射する。これらによれば、ガラス層３の主部３２においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融し、且つガラス層３の一部３１においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融しない状態を確実に得ることができる。
【００４７】
また、ガラス層３の主部３２における照射パワーよりもガラス層３の一部３１における照射パワーが高くなるように、ガラス層３に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射する。或いは、ガラス層３の主部３２における移動速度よりもガラス層３の一部３１における移動速度が低くなるように、ガラス層３に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射する。これらによれば、本焼成用のレーザ光Ｌ２の照射によってガラス部材４とガラス部材５とを溶着するときに、ガラス層３の主部３２に比べレーザ光吸収率が低いガラス層３の一部３１においてガラスフリット２を確実に溶融させ、ガラス部材４とガラス部材５とをガラス層３の全体に渡って均一に溶着することができる。
【００４８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、次のように、仮焼成によってガラス層定着部材１０を得てもよい。すなわち、ガラス層３の主部３２にはレーザ光Ｌ１が照射され、且つガラス層３の一部３１にはレーザ光Ｌ１が照射されないように、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射する。そして、ガラス層３に仮焼成用のレーザ光Ｌ１を照射した後、ガラス層３に本焼成用のレーザ光Ｌ２を照射する前に、ガラス層３の一部３１においてバインダがガス化するように、ガラス層３にレーザ光（第３のレーザ光）を照射する。これによっても、ガラス層３の主部３２においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融し、且つガラス層３の一部３１においてはバインダがガス化すると共にガラスフリット２が溶融しない状態を確実に得ることができる。
【００４９】
また、ガラス層定着部材１０を長距離又は長時間搬送する必要がある場合等には、仮焼成時に、ガラス層３の一部３１からバインダを除去しなければ、ガラス層３の一部３１が崩れるのを防止することができる。
【００５０】
また、本焼成用のレーザ光Ｌ２の照射は、その照射領域を溶着予定領域Ｒに沿って相対的に移動させるものに限定されず、ガラス層３の全体に対して一括で行うものであってもよい。また、仮焼成用のレーザ光Ｌ１の照射対象となるガラス層３は、有機溶剤、バインダ、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２を含んだペースト層６に相当するものであってもよいし、そのようなペースト層６から有機溶剤及びバインダを除去するなどして、レーザ光吸収性顔料及びガラスフリット２を含んだものであってもよい。また、ガラスフリット２は、ガラス部材４，５の融点よりも低い融点を有するものに限定されず、ガラス部材４，５の融点以上の融点を有するものであってもよい。また、レーザ光吸収性顔料は、ガラスフリット２自体に含まれていてもよい。更に、溶着予定領域Ｒは、矩形環状に限定されず、円形環状等、閉じた環状に延在するものであればよい。
【符号の説明】
【００５１】
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）、１０…ガラス層定着部材、３１…一部、３２…主部、３２ａ…一端、３２ｂ…他端、Ｌ１…レーザ光（第１のレーザ光）、Ｌ２…レーザ光（第２のレーザ光）、Ｒ…溶着予定領域。
【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、
閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を前記第１のガラス部材に配置する工程と、
前記溶着予定領域に沿って第１のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射することにより、前記ガラス層のうち、一部において開いた環状に延在する主部を溶融させ、前記第１のガラス部材に前記ガラス層の前記主部を定着させる工程と、
前記ガラス層の前記主部が定着した前記第１のガラス部材に前記ガラス層を介して前記第２のガラス部材を重ね合わせ、前記ガラス層に第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】
前記溶着予定領域は直線部を有し、
前記ガラス層の前記主部の一端及び他端は、前記溶着予定領域の前記直線部において、前記ガラス層の前記一部を挟んで対向してい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】
前記レーザ光吸収材及び前記ガラス粉に加えてバインダを含む前記ガラス層を前記第１のガラス部材に配置した場合には、前記ガラス層の前記主部においては前記バインダがガス化すると共に前記ガラス粉が溶融し、且つ前記ガラス層の前記一部においては前記バインダがガス化すると共に前記ガラス粉が溶融しないように、前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射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】
前記ガラス層の前記主部における前記第１のレーザ光の照射パワーよりも前記ガラス層の前記一部における前記第１のレーザ光の照射パワーが低くなるように、前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射することを特徴とする請求項３記載のガラス溶着方法。
【請求項５】
前記ガラス層の前記主部における前記第１のレーザ光の移動速度よりも前記ガラス層の前記一部における前記第１のレーザ光の移動速度が高くなるように、前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射することを特徴とする請求項３記載のガラス溶着方法。
【請求項６】
前記ガラス層の前記主部には前記第１のレーザ光が照射され、且つ前記ガラス層の前記一部には前記第１のレーザ光が照射されないように、前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射し、
前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射した後、前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射する前に、前記ガラス層の前記一部において前記バインダがガス化するように、前記ガラス層に第３のレーザ光を照射することを特徴とする請求項３記載のガラス溶着方法。
【請求項７】
前記溶着予定領域に沿って前記第２のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射する場合には、前記ガラス層の前記主部における前記第２のレーザ光の照射パワーよりも前記ガラス層の前記一部における前記第２のレーザ光の照射パワーが高くなるように、前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜６記載のガラス溶着方法。
【請求項８】
前記溶着予定領域に沿って前記第２のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射する場合には、前記ガラス層の前記主部における前記第２のレーザ光の移動速度よりも前記ガラス層の前記一部における前記第２のレーザ光の移動速度が低くなるように、前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜６記載のガラス溶着方法。
【請求項９】
第１のガラス部材にガラス層を定着させてガラス層定着部材を製造するガラス層定着方法であって、
閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含む前記ガラス層を前記第１のガラス部材に配置する工程と、
前記溶着予定領域に沿って第１のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射することにより、前記ガラス層のうち、一部において開いた環状に延在する主部を溶融させ、前記第１のガラス部材に前記ガラス層の前記主部を定着させる工程と、を含むことを特徴とするガラス層定着方法。
【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、
閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含むガラス層を前記第１のガラス部材に配置する工程と、
前記溶着予定領域に沿って第１のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射することにより、前記ガラス層のうち、一部において開いた環状に延在する主部を溶融させ、前記第１のガラス部材に前記ガラス層の前記主部を定着させる工程と、
前記ガラス層の前記主部が定着した前記第１のガラス部材に前記ガラス層を介して前記第２のガラス部材を重ね合わせ、前記ガラス層に第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】
前記溶着予定領域は直線部を有し、
前記ガラス層の前記主部の一端及び他端は、前記溶着予定領域の前記直線部において、前記ガラス層の前記一部を挟んで対向してい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】
前記レーザ光吸収材及び前記ガラス粉に加えてバインダを含む前記ガラス層を前記第１のガラス部材に配置した場合には、前記ガラス層の前記主部においては前記バインダがガス化すると共に前記ガラス粉が溶融し、且つ前記ガラス層の前記一部においては前記バインダがガス化すると共に前記ガラス粉が溶融しないように、前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射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】
前記ガラス層の前記主部における前記第１のレーザ光の照射パワーよりも前記ガラス層の前記一部における前記第１のレーザ光の照射パワーが低くなるように、前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射することを特徴とする請求項３記載のガラス溶着方法。
【請求項５】
前記ガラス層の前記主部における前記第１のレーザ光の移動速度よりも前記ガラス層の前記一部における前記第１のレーザ光の移動速度が高くなるように、前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射することを特徴とする請求項３記載のガラス溶着方法。
【請求項６】
前記ガラス層の前記主部には前記第１のレーザ光が照射され、且つ前記ガラス層の前記一部には前記第１のレーザ光が照射されないように、前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射し、
前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射した後、前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射する前に、前記ガラス層の前記一部において前記バインダがガス化するように、前記ガラス層に第３のレーザ光を照射することを特徴とする請求項３記載のガラス溶着方法。
【請求項７】
前記溶着予定領域に沿って前記第２のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射する場合には、前記ガラス層の前記主部における前記第２のレーザ光の照射パワーよりも前記ガラス層の前記一部における前記第２のレーザ光の照射パワーが高くなるように、前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜６記載のガラス溶着方法。
【請求項８】
前記溶着予定領域に沿って前記第２のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射する場合には、前記ガラス層の前記主部における前記第２のレーザ光の移動速度よりも前記ガラス層の前記一部における前記第２のレーザ光の移動速度が低くなるように、前記ガラス層に前記第２のレーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜６記載のガラス溶着方法。
【請求項９】
第１のガラス部材にガラス層を定着させてガラス層定着部材を製造するガラス層定着方法であって、
閉じた環状に延在する溶着予定領域に沿うように、レーザ光吸収材及びガラス粉を含む前記ガラス層を前記第１のガラス部材に配置する工程と、
前記溶着予定領域に沿って第１のレーザ光の照射領域を相対的に移動させて前記ガラス層に前記第１のレーザ光を照射することにより、前記ガラス層のうち、一部において開いた環状に延在する主部を溶融させ、前記第１のガラス部材に前記ガラス層の前記主部を定着させる工程と、を含むことを特徴とするガラス層定着方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１１１３５０（Ｐ２０１１−１１１３５０Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６７８１４（Ｐ２００９−２６７８１４）
【出願日】平成２１年１１月２５日（２００９．１１．２５）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２５日（２００９．１１．２５）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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