KR101165566B1

KR101165566B1 - 유리 용착 방법 및 유리층 정착 방법

Info

Publication number: KR101165566B1
Application number: KR1020127006078A
Authority: KR
Inventors: 사토시 마츠모토
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-07-16
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: TWI410291B; JP5525246B2; WO2011065108A1; US9227871B2; CN102666416A; US20120240630A1; KR20120035231A; JP2011111350A; TW201117908A; CN102666416B

Abstract

가소성용 레이저 광(L1)의 조사에 의해서, 유리층(3) 중 일부(31)를 제거하고, 그 일부(31)에서 개방된 직사각형 고리 모양으로 연장하는 주요부(32)를 용융시켜, 유리 부재(4)에 정착시킨다. 이것에 의해, 유리 부재(4)에 정착한 유리층(3)의 주요부(32)의 일단(32a)과 타단(32b)과의 사이에, 유리 프리트(2)가 용융하고 있지 않는 유리층(3)의 일부(31)가 존재하게 된다. 이 상태에서, 유리 부재(4)에 유리층(3)을 사이에 두고 유리 부재(5)를 서로 겹치고, 유리층(3)의 일부(31) 및 주요부(32)에 본소성용 레이저 광(L2)을 조사함으로써, 유리 부재(4)와 유리 부재(5)를 용착하면, 유리층(3)에서의 리크의 발생을 방지하여, 기밀한 용착을 필요로 하는 유리 용착체(1)를 제조하는 것이 가능해진다。

Description

유리 용착 방법 및 유리층 정착 방법{GLASS WELDING METHOD AND GLASS LAYER FIXING METHOD}

본 발명은, 유리 부재끼리를 용착(溶着)하여 유리 용착체를 제조하는 유리 용착 방법, 및 이를 위한 유리층 정착(定着) 방법에 관한 것이다.

상기 기술 분야에서의 종래 유리 용착 방법으로서, 유기물(유기 용제나 바인더), 레이저 광 흡수재 및 유리 가루를 포함하는 유리층을, 용착 예정 영역을 따르도록 일방(一方)의 유리 부재에 정착시킨 후, 그 유리 부재에 유리층을 사이에 두고 타방(他方)의 유리 부재를 서로 겹치고, 용착 예정 영역을 따라서 레이저 광을 조사함으로써, 일방(一方) 및 타방(他方)의 유리 부재끼리를 용착하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

그런데, 유리 부재에 유리층을 정착시키기 위해서, 로(爐) 내에서의 가열을 대신하여, 레이저 광의 조사에 의해서 유리층으로부터 유기물을 제거하는 기술이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2, 3 참조). 이와 같은 기술에 의하면, 유리 부재에 형성된 기능층(機能層) 등이 가열되어 열화하는 것을 방지할 수 있고, 또, 로(爐)의 사용에 의한 소비 에너지의 증대 및 로(爐) 내에서의 가열 시간의 장시간화를 억제할 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공표 2008－527655호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 2002－366050호 공보 특허 문헌 3 : 일본특허공개 2002－367514호 공보

그렇지만, 레이저 광의 조사에 의해서 유리 부재에 유리층을 정착시켜(이른바 가소성(假燒成)), 그 후, 레이저 광의 조사에 의해서 유리층을 매개로 하여 유리 부재끼리를 용착하면(이른바 본소성(本燒成)), 유리층에서 리크가 일어나서, 기밀한 용착을 필요로 하는 유리 용착체를 얻을 수 없는 경우가 있었다.

이에, 본 발명은, 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 기밀한 용착을 필요로 하는 유리 용착체를 제조할 수 있는 유리 용착 방법, 및 이를 위한 유리층 정착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 상기 목적을 달성하기 위해서 예의(銳意) 검토를 거듭한 결과, 유리 용착체에서 유리층에 리크가 일어나는 것은, 폐쇄된 고리 모양으로 연장하는 용착 예정 영역을 따르도록 배치된 유리층이, 레이저 광의 조사에 의해서 유리 부재에 정착시켜질 때에, 절단되는 경우가 있는 것에 기인하고 있는 것을 밝혀냈다. 즉, 유리 가루를 용융시켜 유리 부재에 유리층을 정착시키기 위해서, 도 8에 도시된 바와 같이, 유리층(3)의 소정의 위치(P)를 시점(始点) 및 종점(終点)으로 하여, 용착 예정 영역(R)을 따라서 레이저 광의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 유리층(3)에 레이저 광을 조사하면, 경우에 따라서는, 소정의 위치(P)의 근방에서 유리층(3)이 절단되는 것이다. 이것은, 레이저 광의 조사 영역이 소정의 위치(P)로 돌아왔을 때에, 이미 고화하고 있는 유리층(3)의 용융 시단부(始端部, 3a)에, 유리 가루의 용융에 의해서 수축하는 유리층(3)의 용융 종단부(終端部, 3b)가 접속하기 어렵기 때문이라고 생각된다.

그리고, 도 9, 10에 도시된 바와 같이, 유리층(3)의 용융 종단부(3b)가 부풀어오르기 때문에, 유리 부재(4)의 용착 대상인 유리 부재(5)를, 유리층(3)을 사이에 두고 서로 겹쳐도, 용융 종단부(3b)가 방해가 되어, 유리층(3)에 유리 부재(5)를 균일하게 접촉시킬 수 없다. 이 상태에서, 레이저 광의 조사에 의해서 유리 부재(4)와 유리 부재(5)를 용착하려고 해도, 균일 또한 기밀한 용착을 실현하는 것은 지극히 곤란하다. 또한, 도 8 ~ 도 10의 상태에서의 유리층(3)에 관한 치수를 예시하면, 유리층(3)의 폭은 1.0mm 정도, 유리층(3)의 두께는 10μm 정도, 용융 종단부(3b)의 높이는 20μm 정도, 유리층(3)의 절단폭(즉, 용융 시단부(3a)와 용융 종단부(3b)와의 간격)은 40μm 정도이다.

도 11은, 유리 부재에 정착한 유리층의 용융 시단부 및 용융 종단부의 평면 사진을 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 유리층(3)은, 용융 시단부(3a)와 용융 종단부(3b)와의 사이에서 절단된다. 또한, 용융 시단부(3a)의 폭이 중앙부로부터 서서히 넓어지고 있는 것은, 다음의 이유에 기인한다.

즉, 유리 부재에 배치된 유리층에서는, 유리 가루의 입자성 등에 의해서, 레이저 광 흡수재의 흡수 특성을 상회하는 광 산란이 일어나고, 레이저 광 흡수율이 낮은 상태로 되어 있다(예를 들면, 가시광선 하에서 하얗게 보인다). 이와 같은 상태에서 유리 부재에 유리층을 눌어붙이기 위해서 레이저 광을 조사하면, 유리 가루의 용융에 의해서 입자성이 무너지는 등으로 인해서, 레이저 광 흡수재의 흡수 특성이 현저하게 나타나고, 유리층의 레이저 광 흡수율이 급격히 높아진다(예를 들면, 가시광선 하에서 검게 혹은 푸르게 보인다). 즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 유리층의 정착시에 유리층의 온도가 융점(Tm)을 넘으면 유리층의 레이저 광 흡수율이 급격히 높아지는 것이다.

이 때, 도 13에 도시된 바와 같이, 레이저 광은, 폭방향(레이저 광의 진행 방향과 대략 직교하는 방향)에서의 중앙부의 온도가 높아지는 온도 분포를 가지고 있는 것이 일반적이다. 이 때문에, 조사 개시 위치로부터 폭방향 전체에 걸쳐서 유리층이 용융하는 안정 영역이 되도록, 레이저 광을 조사 개시 위치에 잠시 정체시키고 나서 진행시키면, 폭방향에서의 중앙부에서 최초로 시작되는 용융에 의해 중앙부의 레이저 광 흡수율이 상승하고, 그 상승에 의해 중앙부가 입열 과다 상태가 되어, 유리 부재에 크랙이 생기거나 유리층이 결정화하거나 할 우려가 있다.

이에, 도 14에 도시된 바와 같이, 레이저 광의 조사 개시 위치에서 폭방향 전체에 걸쳐서 유리층이 용융하지 않아도 레이저 광을 진행시키면, 조사 개시 위치로부터 안정 상태에 이르는 영역이 중앙부로부터 서서히 용융폭이 넓어지는 불안정 영역이 된다. 도 11에서, 용융 시단부(3a)의 폭이 중앙부로부터 서서히 넓어지고 있는 것은, 이상의 이유에 기인한다.

본 발명자는, 이 지견(知見)에 근거하여 더욱 검토를 거듭하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다. 즉, 본 발명에 관한 유리 용착 방법은, 제1 유리 부재와 제2 유리 부재를 용착하여 유리 용착체를 제조하는 유리 용착 방법으로서, 폐쇄된 고리 모양으로 연장하는 용착 예정 영역을 따르도록, 레이저 광 흡수재 및 유리 가루를 포함하는 유리층을 제1 유리 부재에 배치하는 공정과, 용착 예정 영역을 따라서 제1 레이저 광의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 유리층에 제1 레이저 광을 조사함으로써, 유리층 중, 일부에서 개방된 고리 모양으로 연장하는 주요부를 용융시켜, 제1 유리 부재에 유리층의 주요부를 정착시키는 공정과, 유리층의 주요부가 정착한 제1 유리 부재에 유리층을 사이에 두고 제2 유리 부재를 서로 겹치고, 유리층에 제2 레이저 광을 조사함으로써, 제1 유리 부재와 제2 유리 부재를 용착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 유리층 정착 방법은, 제1 유리 부재에 유리층을 정착시켜 유리층 정착 부재를 제조하는 유리층 정착 방법으로서, 폐쇄된 고리 모양으로 연장하는 용착 예정 영역을 따르도록, 레이저 광 흡수재 및 유리 가루를 포함하는 유리층을 제1 유리 부재에 배치하는 공정과, 용착 예정 영역을 따라서 제1 레이저 광의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 유리층에 제1 레이저 광을 조사함으로써, 유리층 중, 일부에서 개방된 고리 모양으로 연장하는 주요부를 용융시켜, 제1 유리 부재에 유리층의 주요부를 정착시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 유리 용착 방법 및 유리층 정착 방법에서는, 제1 레이저 광의 조사에 의해서, 유리층 중 일부를 제거하고, 그 일부에서 개방된 고리 모양으로 연장하는 주요부를 용융시켜, 제1 유리 부재에 정착시킨다. 이것에 의해, 제1 유리 부재에 정착한 유리층의 주요부의 일단과 타단과의 사이에, 유리 가루가 용융하고 있지 않는 유리층의 일부가 존재하게 된다. 이 상태에서, 제1 유리 부재에 유리층을 사이에 두고 제2 유리 부재를 서로 겹치고, 유리층의 일부 및 주요부에 제2 레이저 광을 조사함으로써, 제1 유리 부재와 제2 유리 부재를 용착하면, 유리층에서의 리크의 발생을 방지하여, 기밀한 용착을 필요로 하는 유리 용착체를 제조하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명에 관한 유리 용착 방법에서는, 용착 예정 영역은 직선부를 가지며, 유리층의 주요부의 일단 및 타단은, 용착 예정 영역의 직선부에서, 유리층의 일부를 사이에 두고 대향하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 유리층의 주요부의 일단과 타단과의 사이에, 원하는 폭으로 정밀도 좋게 유리층의 일부를 존재시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 유리 용착 방법에서는, 레이저 광 흡수재 및 유리 가루에 더하여 바인더를 포함하는 유리층을 제1 유리 부재에 배치한 경우에는, 유리층의 주요부에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 가루가 용융하고, 또한 유리층의 일부에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 가루가 용융하지 않도록, 유리층에 제1 레이저 광을 조사하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제2 레이저 광의 조사에 의해서 제1 유리 부재와 제2 유리 부재를 용착할 때에, 바인더의 가스화에 의해서 유리층의 일부에 기포가 형성되는 것, 나아가서는 다수의 기포의 접속에 의해서 유리층의 일부에서 리크가 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

이 때, 유리층의 주요부에서의 제1 레이저 광의 조사 파워보다도 유리층의 일부에서의 제1 레이저 광의 조사 파워가 낮아지도록, 유리층에 제1 레이저 광을 조사하는 것이 바람직하다. 혹은, 유리층의 주요부에서의 제1 레이저 광의 이동 속도보다도 유리층의 일부에서의 제1 레이저 광의 이동 속도가 높아지도록, 유리층에 제1 레이저 광을 조사하는 것이 바람직하다. 혹은, 유리층의 주요부에는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 가루가 용융하도록 제1 레이저 광이 조사되고, 또한 유리층의 일부에는 제1 레이저 광이 조사되지 않도록, 유리층에 제1 레이저 광을 조사하며, 유리층에 제1 레이저 광을 조사한 후, 유리층에 제2 레이저 광을 조사하기 전에, 유리층의 일부에서 바인더가 가스화하도록, 유리층에 제3 레이저 광을 조사하는 것이 바람직하다.

이러한 경우, 유리층의 주요부에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 가루가 용융하고, 또한 유리층의 일부에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 가루가 용융하지 않는 상태를 확실히 얻을 수 있다.

또, 본 발명에 관한 유리 용착 방법에서는, 용착 예정 영역을 따라서 제2 레이저 광의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 유리층에 제2 레이저 광을 조사하는 경우에는, 유리층의 주요부에서의 제2 레이저 광의 조사 파워보다도 유리층의 일부에서의 제2 레이저 광의 조사 파워가 높아지도록, 유리층에 제2 레이저 광을 조사하는 것이 바람직하다. 혹은, 용착 예정 영역을 따라서 제2 레이저 광의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 유리층에 제2 레이저 광을 조사하는 경우에는, 유리층의 주요부에서의 제2 레이저 광의 이동 속도보다도 유리층의 일부에서의 제2 레이저 광의 이동 속도가 낮아지도록, 유리층에 제2 레이저 광을 조사하는 것이 바람직하다.

이러한 경우, 제2 레이저 광의 조사에 의해서 제1 유리 부재와 제2 유리 부재를 용착할 때, 유리층의 주요부에 비해 레이저 광 흡수율이 낮은 유리층의 일부에서 유리 가루를 확실히 용융시켜, 제1 유리 부재와 제2 유리 부재를 유리층의 전체에 걸쳐서 균일하게 용착할 수 있다.

본 발명에 의하면, 기밀한 용착을 필요로 하는 유리 용착체를 제조하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 관한 유리 용착 방법의 일 실시 형태에 의해서 제조된 유리 용착체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 1의 유리 용착체를 제조하기 위한 유리 용착 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 유리 부재에 정착한 유리층의 용융 시단부 및 용융 종단부의 평면도이다.
도 9는 유리 부재에 정착한 유리층의 용융 시단부 및 용융 종단부의 단면도이다.
도 10은 유리 부재에 정착한 유리층의 용융 시단부 및 용융 종단부의 단면도이다.
도 11은 유리 부재에 정착한 유리층의 용융 시단부 및 용융 종단부의 평면 사진을 나타내는 도면이다.
도 12는 유리층의 온도와 레이저 광 흡수율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 레이저 조사에서의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
도 14는 레이저 조사에서의 안정 영역 및 불안정 영역을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유리 용착체(1)는, 용착 예정 영역(R)을 따라서 형성된 유리층(3)을 사이에 두고, 유리 부재(제1 유리 부재, 4)와 유리 부재(제2 유리 부재, 5)가 용착된 것이다. 유리 부재(4, 5)는, 예를 들면, 무알칼리 유리로 이루어진 두께 0.7mm의 직사각형 판 모양의 부재이며, 용착 예정 영역(R)은, 유리 부재(4, 5)의 외측 가장자리를 따르도록 소정의 폭으로 직사각형 고리 모양으로 설정되어 있다. 유리층(3)은, 예를 들면, 저융점 유리(바나듐 인산계 유리, 납붕산 유리 등)로 이루어지며, 용착 예정 영역(R)을 따르도록 소정의 폭으로 직사각형 고리 모양으로 형성되어 있다.

다음에, 상술한 유리 용착체(1)를 제조하기 위한 유리 용착 방법(유리 부재(4)와 유리 부재(5)를 용착하여 유리 용착체(1)를 제조하기 위해서, 유리 부재(4)에 유리층(3)을 정착시켜 유리층 정착 부재를 제조하는 유리층 정착 방법을 포함함)에 대해서 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 디스펜서나 스크린 인쇄 등에 의해서 프리트 페이스트(frit paste)를 도포함으로써, 용착 예정 영역(R)을 따라서 유리 부재(4)의 표면(4a)에 페이스트층(6)을 형성한다. 프리트 페이스트는, 예를 들면, 저융점 유리(바나듐 인산계 유리, 납붕산 유리 등)로 이루어진 분말상(狀) 유리 프리트(유리 가루, 2), 산화철 등의 무기 안료인 레이저 광 흡수성 안료(레이저 광 흡수재), 아세트산 아밀 등인 유기용제 및 유리의 연화점 온도 이하로 열분해하는 수지 성분(아크릴 등)인 바인더를 혼련한 것이다. 즉, 페이스트층(6)은, 유기용제, 바인더, 레이저 광 흡수성 안료 및 유리 프리트(2)를 포함하고 있다.

이어서, 페이스트층(6)을 건조시켜 유기용제를 제거한다. 이것에 의해, 폐쇄된 직사각형 고리 모양으로 연장하는 용착 예정 영역(R)을 따르도록, 바인더, 레이저 광 흡수성 안료 및 유리 프리트(2)를 포함하는 유리층(3)이 유리 부재(4)에 배치되게 된다. 또한, 유리 부재(4)의 표면(4a)에 배치된 유리층(3)은, 유리 프리트(2)의 입자성 등에 의해서 레이저 광 흡수성 안료의 흡수 특성을 상회하는 광 산란이 일어나고, 레이저 광 흡수율이 낮은 상태로 되어 있다(예를 들면, 가시광선 하에서는, 유리층(3)이 하얗게 보인다).

이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 용착 예정 영역(R)의 직선부 상의 위치(P1)를 시점(始点) 및 종점(終点)으로 하여, 용착 예정 영역(R)을 따라서 레이저 광(제1 레이저 광, L1)의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 유리층(3)에 레이저 광(L1)을 조사함으로써, 유리층(3) 중, 일부(31)에서 개방된 직사각형 고리 모양으로 연장하는 주요부(32)를 용융시키고, 유리 부재(4)에 유리층(3)의 주요부(32)를 정착시켜(가소성(假燒成)), 유리층 정착 부재(10)를 얻는다. 또한, 유리층(3)의 주요부(32)의 일단(32a) 및 타단(32b)은, 용착 예정 영역(R)의 직선부에서, 유리층(3)의 일부(31)를 사이에 두고 대향하고 있다.

여기에서는, 유리층(3)이 레이저 광 흡수성 안료 및 유리 프리트(2)에 더하여 바인더를 포함하고 있으므로, 유리층(3)의 주요부(32)에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하고, 또한 유리층(3)의 일부(31)에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하지 않도록, 유리층(3)에 레이저 광(L1)을 조사한다. 구체적으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 조사 파워(W1)로, 위치(P1)로부터 용착 예정 영역(R)을 따라서 레이저 광(L1)의 조사 영역을 상대적으로 이동시킨다. 그리고, 위치(P2)에서 조사 파워를 W1로부터 W2(＜W1)로 전환하고, 그 조사 파워(W2)로, 용착 예정 영역(R)을 따라서 위치(P1)까지 레이저 광(L1)의 조사 영역을 상대적으로 이동시킨다. 즉, 레이저 광(L1)은, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 레이저 광(L1)의 조사 파워보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 레이저 광(L1)의 조사 파워가 낮아지도록(환언하면, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 입열량(레이저 광이 그 조사 영역에서 가지는 에너지 밀도)보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 입열량이 낮아지도록), 유리층(3)에 조사된다. 또한, 레이저 광(L1)의 이동 속도(용착 예정 영역에 대한 레이저 광의 조사 영역의 상대적 이동 속도)는 일정하다.

이 때, 유리층(3)의 온도는, 위치(P1)의 직후(유리층(3)의 주요부(32)의 일단(32a)에 대응하는 위치)에서 융점(Tm)에 이르러, 그 후, 융점(Tm) 이상으로 유지되고, 위치(P2, 유리층(3)의 주요부(32)의 타단(32b)에 대응하는 위치)에서 융점(Tm) 이하로 되어, 그 후, 강하한다. 단, 위치(P2)와 위치(P1)의 직후와의 사이 부분(유리층(3)의 일부(31)에 대응하는 부분)에서는, 유리층(3)의 온도는, 바인더의 분해점(Td) 이상으로 유지된다.

이것에 의해, 유리층(3)의 주요부(32)에서는, 바인더가 가스화하여 제거됨과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하고, 유리 부재(4)의 표면(4a)에 유리층(3)이 눌어붙어져 정착시켜진다. 한편, 유리층(3)의 일부(31)에서는, 바인더가 가스화하여 제거되지만, 유리 프리트(2)가 용융하지 않고 잔존하고 있다. 또한, 유리층(3)의 주요부(32)에서는, 유리 프리트(2)의 용융에 의해서 그 입자성이 무너지는 등으로 인해서 레이저 광 흡수성 안료의 흡수 특성이 현저하게 나타나기 때문에, 유리층(3)의 주요부(32)의 레이저 광 흡수율은, 유리층(3)의 일부(31)에 비해서 높은 상태로 된다(예를 들면, 가시광선 하에서는, 유리층(3)의 주요부(32)가 검게 혹은 푸르게 보이고, 유리층(3)의 일부(31)가 하얗게 보인다).

그런데, 가소성에 의해서 유리층 정착 부재(10)를 얻을 때에, 레이저 광(L1)의 조사 파워를 일정하게 하여, 다음과 같이, 레이저 광(L1)의 이동 속도를 바꾸어도 괜찮다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 위치(P1)의 직전에서 레이저 광(L1)의 이동 속도를 V1로 도달시키고, 그 이동 속도(V1)로, 위치(P1)로부터 용착 예정 영역(R)을 따라서 레이저 광(L1)의 조사 영역을 상대적으로 이동시킨다. 그리고, 위치(P2)의 직전에서 이동 속도를 V2(＞V1)로 도달시키고, 그 이동 속도(V2)로, 용착 예정 영역(R)을 따라서 위치(P1)를 지날 때까지 레이저 광(L1)의 조사 영역을 상대적으로 이동시킨다. 즉, 레이저 광(L1)은, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 레이저 광(L1)의 이동 속도보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 레이저 광(L1)의 이동 속도가 높아지도록(환언하면, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 입열량보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 입열량이 낮아지도록), 유리층(3)에 조사된다.

이 때, 유리층(3)의 온도는, 위치(P1)의 직후(유리층(3)의 주요부(32)의 일단(32a)에 대응하는 위치)에서 융점(Tm)에 이르러, 그 후, 융점(Tm) 이상으로 유지되고, 위치(P2, 유리층(3)의 주요부(32)의 타단(32b)에 대응하는 위치)에서 융점(Tm) 이하가 되어, 그 후, 강하한다. 단, 위치(P2)와 위치(P1)의 직후와의 사이 부분(유리층(3)의 일부(31)에 대응하는 부분)에서는, 유리층(3)의 온도는, 바인더의 분해점(Td) 이상으로 유지된다.

이것에 의해, 유리층(3)의 주요부(32)에서는, 바인더가 가스화하여 제거됨과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하고, 유리 부재(4)의 표면(4a)에 유리층(3)이 눌어붙어져 정착시켜진다. 한편, 유리층(3)의 일부(31)에서는, 바인더가 가스화하여 제거되지만, 유리 프리트(2)가 용융하지 않고 잔존하고 있다.

이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 유리층 정착 부재(10, 즉, 유리층(3)의 주요부(32)가 정착한 유리 부재(4))에 유리층(3)을 사이에 두고 유리 부재(5)를 서로 겹친다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 용착 예정 영역(R)을 따라서 유리층(3)에 레이저 광(제2 레이저 광, L2)을 조사한다. 즉, 용착 예정 영역(R)을 따라서 레이저 광(L2)의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 유리층(3)에 레이저 광(L2)을 조사한다. 이것에 의해, 유리층(3) 및 그 주변 부분(유리 부재(4, 5)의 표면(4a, 5a) 부분)을 용융?재고화시키고, 용착 예정 영역(R)을 따라서 유리 부재(4)와 유리 부재(5)를 용착하여(본소성), 유리 용착체(1)를 얻는다(용착에서는, 유리층(3)이 용융하고, 유리 부재(4, 5)가 용융하지 않는 경우도 있음).

구체적으로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 조사 파워(W3)로, 유리층(3)의 주요부(32)의 일단(32a)에 대응하는 위치의 직후 위치(P3)로부터 용착 예정 영역(R)을 따라서 레이저 광(L2)의 조사 영역을 상대적으로 이동시킨다. 그리고, 유리층(3)의 주요부(32)의 타단(32b)에 대응하는 위치의 직전 위치(P4)에서 조사 파워를 W3로부터 W4(＞W3)로 전환하고, 그 조사 파워(W4)로, 용착 예정 영역(R)을 따라서 위치(P3)를 지날 때까지 레이저 광(L2)의 조사 영역을 상대적으로 이동시킨다. 즉, 레이저 광(L2)는, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 레이저 광(L2)의 조사 파워보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 레이저 광(L2)의 조사 파워가 높아지도록(환언하면, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 입열량보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 입열량이 높아지도록), 유리층(3)에 조사된다. 또한, 레이저 광(L2)의 이동 속도는 일정하다.

이 때, 유리층(3)의 온도는, 위치(P3)의 직후에서 융점(Tm)에 이르고, 직사각형 고리 모양의 용착 예정 영역(R) 일주분(一周分)은 확실히, 융점(Tm) 이상의 일정 온도로 유지되어, 그 후, 강하한다. 이와 같이, 레이저 광(L2)의 조사 파워를 전환하여도, 유리층(3)의 일부(31) 및 주요부(32)의 온도가 융점(Tm) 이상의 일정 온도로 유지되는 것은, 유리층(3)의 일부(31)의 레이저 광 흡수율이 유리층(3)의 주요부(32)의 레이저 광 흡수율보다도 낮기 때문이다. 또한, 이 때문에, 조사 파워(W3)로의 레이저 광(L2)의 조사는, 유리층(3)의 주요부(32) 위에서부터 개시해야 한다.

이것에 의해, 유리층(3)의 전체가 과잉 가열되지 않고 용융하며, 유리 부재(4)와 유리 부재(5)가 균일하게 용착된다. 이와 같이, 레이저 광(L2)의 조사에 의한 과잉 가열이 억제되기 때문에, 유리 부재(4, 5)에 히트 쇼크(heat shock)에 기인한 크랙이 발생하는 등, 유리 용착체(1)에서의 손상 발생이 방지된다.

그런데, 본소성에 의해서 유리 용착체(1)를 얻을 때에, 레이저 광(L2)의 조사 파워를 일정하게 하고, 다음과 같이, 레이저 광(L2)의 이동 속도를 전환해도 괜찮다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 유리층(3)의 주요부(32)의 일단(32a)에 대응하는 위치의 직후 위치(P3)의 직전에서 레이저 광(L2)의 이동 속도를 V3로 도달시키고, 그 이동 속도(V3)로, 위치(P3)로부터 용착 예정 영역(R)을 따라서 레이저 광(L2)의 조사 영역을 상대적으로 이동시킨다. 그리고, 유리층(3)의 주요부(32)의 타단(32b)에 대응하는 위치(P4)의 직후에서 이동 속도를 V4(＜V3)로 도달시키고, 그 이동 속도(V4)로, 용착 예정 영역(R)을 따라서 위치(P3)를 지날 때까지 레이저 광(L2)의 조사 영역을 상대적으로 이동시킨다. 즉, 레이저 광(L2)은, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 레이저 광(L2)의 이동 속도보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 레이저 광(L2)의 이동 속도가 낮아지도록(환언하면, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 입열량보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 입열량이 커지도록), 유리층(3)에 조사된다.

이 때, 유리층(3)의 온도는, 위치(P3)의 직후에서 융점(Tm)에 이르고, 직사각형 고리 모양의 용착 예정 영역(R) 일주분은 확실히, 융점(Tm) 이상의 일정 온도로 유지되어, 그 후, 강하한다. 이와 같이, 레이저 광(L2)의 이동 속도를 전환해도, 유리층(3)의 일부(31) 및 주요부(32)의 온도가 융점(Tm) 이상의 일정 온도로 유지되는 것은, 유리층(3)의 일부(31)의 레이저 광 흡수율이 유리층(3)의 주요부(32)의 레이저 광 흡수율보다도 낮기 때문이다. 또한, 이것으로부터, 이동 속도(V3)로의 레이저 광(L2)의 조사는, 유리층(3)의 주요부(32) 위에서부터 개시해야 한다.

이것에 의해, 유리층(3)의 전체가 과잉 가열되지 않고 용융하며, 유리 부재(4)와 유리 부재(5)가 균일하게 용착된다. 이와 같이, 레이저 광(L2)의 조사에 의한 과잉 가열이 억제되기 때문에, 유리 부재(4, 5)에 히트 쇼크에 기인한 크랙이 발생하는 등, 유리 용착체(1)에서의 손상 발생이 방지된다.

이상 설명한 바와 같이, 유리 용착체(1)를 제조하기 위한 유리 용착 방법(유리층 정착 방법을 포함함)에서는, 가소성용 레이저 광(L1)의 조사에 의해서, 유리층(3) 중 일부(31)를 제거하고, 그 일부(31)에서 개방된 직사각형 고리 모양으로 연장하는 주요부(32)를 용융시켜, 유리 부재(4)에 정착시킨다. 이것에 의해, 유리 부재(4)에 정착한 유리층(3)의 주요부(32)의 일단(32a)과 타단(32b)과의 사이에, 유리 프리트(2)가 용융하고 있지 않는 유리층(3)의 일부(31)가 존재하게 된다. 이 상태에서, 유리 부재(4)에 유리층(3)을 사이에 두고 유리 부재(5)를 서로 겹치고, 유리층(3)의 일부(31) 및 주요부(32)에 본소성용 레이저 광(L2)을 조사함으로써, 유리 부재(4)와 유리 부재(5)를 용착하면, 유리층(3)에서의 리크의 발생을 방지하고, 기밀한 용착을 필요로 하는 유리 용착체(1)를 제조하는 것이 가능해진다.

또, 용착 예정 영역(R)의 직선부에서, 유리층(3)의 일부(31)를 사이에 두고 대향하도록, 유리층(3)의 주요부(32)의 일단(32a) 및 타단(32b)을 형성한다. 이것에 의하면, 유리층(3)의 주요부(32)의 일단(32a)과 타단(32b)과의 사이에, 원하는 폭으로 정밀도 좋게 유리층(3)의 일부(31)를 존재시킬 수 있다.

또, 유리층(3)의 주요부(32)에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하고, 또한 유리층(3)의 일부(31)에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하지 않도록, 유리층(3)에 가소성용 레이저 광(L1)을 조사한다. 이것에 의하면, 본소성용 레이저 광(L2)의 조사에 의해서 유리 부재(4)와 유리 부재(5)를 용착할 때에, 바인더의 가스화에 의해서 유리층(3)의 일부(31)에 기포가 형성되는 것, 나아가서는 다수의 기포의 접속에 의해서 유리층(3)의 일부(31)에서 리크가 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

이 때, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 조사 파워보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 조사 파워가 낮아지도록, 유리층(3)에 가소성용 레이저 광(L1)을 조사한다. 혹은, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 이동 속도보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 이동 속도가 높아지도록, 유리층(3)에 가소성용 레이저 광(L1)을 조사한다. 이들에 의하면, 유리층(3)의 주요부(32)에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하고, 또한 유리층(3)의 일부(31)에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하지 않는 상태를 확실히 얻을 수 있다.

또, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 조사 파워보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 조사 파워가 높아지도록, 유리층(3)에 본소성용 레이저 광(L2)을 조사한다. 혹은, 유리층(3)의 주요부(32)에서의 이동 속도보다도 유리층(3)의 일부(31)에서의 이동 속도가 낮아지도록, 유리층(3)에 본소성용 레이저 광(L2)을 조사한다. 이것들에 의하면, 본소성용 레이저 광(L2)의 조사에 의해서 유리 부재(4)와 유리 부재(5)를 용착할 때, 유리층(3)의 주요부(32)에 비해서 레이저 광 흡수율이 낮은 유리층(3)의 일부(31)에서 유리 프리트(2)를 확실히 용융시켜, 유리 부재(4)와 유리 부재(5)를 유리층(3) 전체에 걸쳐서 균일하게 용착할 수 있다.

본 발명은, 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 다음과 같이, 가소성에 의해서 유리층 정착 부재(10)를 얻어도 괜찮다. 즉, 유리층(3)의 주요부(32)에는 레이저 광(L1)이 조사되고, 또한 유리층(3)의 일부(31)에는 레이저 광(L1)이 조사되지 않도록, 유리층(3)에 가소성용 레이저 광(L1)을 조사한다. 그리고, 유리층(3)에 가소성용 레이저 광(L1)을 조사한 후, 유리층(3)에 본소성용 레이저 광(L2)을 조사하기 전에, 유리층(3)의 일부(31)에서 바인더가 가스화하도록, 유리층(3)에 레이저 광(제3 레이저 광)을 조사한다. 이것에 의해서도, 유리층(3)의 주요부(32)에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하고, 또한 유리층(3)의 일부(31)에서는 바인더가 가스화함과 아울러 유리 프리트(2)가 용융하지 않는 상태를 확실히 얻을 수 있다.

또, 유리층 정착 부재(10)를 장거리 또는 장시간 반송할 필요가 있는 경우 등에는, 가소성시에, 유리층(3)의 일부(31)로부터 바인더를 제거하지 않으면, 유리층(3)의 일부(31)가 무너지는 것을 방지할 수 있다.

또, 본소성용 레이저 광(L2)의 조사는, 그 조사 영역을 용착 예정 영역(R)을 따라서 상대적으로 이동시키는 것에 한정되지 않고, 유리층(3)의 전체에 대해서 일괄로 실시하는 것이라도 괜찮다. 또, 가소성용 레이저 광(L1)의 조사 대상이 되는 유리층(3)은, 유기 용제, 바인더, 레이저 광 흡수성 안료 및 유리 프리트(2)를 포함한 페이스트층(6)에 상당하는 것이라도 괜찮고, 그러한 페이스트층(6)으로부터 유기 용제 및 바인더를 제거하는 등으로 인해서, 레이저 광 흡수성 안료 및 유리 프리트(2)를 포함하는 것이라도 괜찮다. 또, 유리 프리트(2)는, 유리 부재(4, 5)의 융점보다도 낮은 융점을 가지는 것으로 한정되지 않고, 유리 부재(4, 5)의 융점 이상의 융점을 가지는 것이라도 괜찮다. 또, 레이저 광 흡수성 안료는, 유리 프리트(2) 자체에 포함되어 있어도 괜찮다. 게다가, 용착 예정 영역(R)은, 직사각형 고리 모양으로 한정되지 않고, 원형 고리 모양 등, 폐쇄된 고리 모양으로 연장하는 것이면 좋다.

[산업상의 이용 가능성]

1 … 유리 용착체 2 … 유리 프리트(유리 가루)
3 … 유리층 4 … 유리 부재(제1 유리 부재)
5 … 유리 부재(제2 유리 부재) 10 … 유리층 정착 부재
31 … 일부 32 … 주요부
32a … 일단 32b … 타단
L1 … 레이저 광(제1 레이저 광) L2 … 레이저 광(제1 레이저 광)
R … 용착 예정 영역

Claims

제1 유리 부재와 제2 유리 부재를 용착하여 유리 용착체를 제조하는 유리 용착 방법으로서,
폐쇄된 고리 모양으로 연장하는 용착 예정 영역을 따르도록, 레이저 광 흡수재 및 유리 가루를 포함하는 유리층을 상기 제1 유리 부재에 배치하는 공정과,
상기 용착 예정 영역을 따라서 제1 레이저 광의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 상기 유리층에 상기 제1 레이저 광을 조사함으로써, 상기 유리층 중, 일부에서 개방된 고리 모양으로 연장하는 주요부를 용융시켜, 상기 제1 유리 부재에 상기 유리층의 상기 주요부를 정착시키는 공정과,
상기 유리층의 상기 주요부가 정착한 상기 제1 유리 부재에 상기 유리층을 사이에 두고 상기 제2 유리 부재를 서로 겹치고, 상기 유리층에 제2 레이저 광을 조사함으로써, 상기 제1 유리 부재와 상기 제2 유리 부재를 용착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 용착 예정 영역은 직선부를 가지며,
상기 유리층의 상기 주요부의 일단 및 타단은, 상기 용착 예정 영역의 상기 직선부에서, 상기 유리층의 상기 일부를 사이에 두고 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 유리 용착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저 광 흡수재 및 상기 유리 가루에 더하여 바인더를 포함하는 상기 유리층을 상기 제1 유리 부재에 배치한 경우에는, 상기 유리층의 상기 주요부에서는 상기 바인더가 가스화함과 아울러 상기 유리 가루가 용융하고, 또한 상기 유리층의 상기 일부에서는 상기 바인더가 가스화함과 아울러 상기 유리 가루가 용융하지 않도록, 상기 유리층에 상기 제1 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 유리 용착 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 유리층의 상기 주요부에서의 상기 제1 레이저 광의 조사 파워보다도 상기 유리층의 상기 일부에서의 상기 제1 레이저 광의 조사 파워가 낮아지도록, 상기 유리층에 상기 제1 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 유리 용착 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 유리층의 상기 주요부에서의 상기 제1 레이저 광의 이동 속도보다도 상기 유리층의 상기 일부에서의 상기 제1 레이저 광의 이동 속도가 높아지도록, 상기 유리층에 상기 제1 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 유리 용착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저 광 흡수재 및 상기 유리 가루에 더하여 바인더를 포함하는 상기 유리층을 상기 제1 유리 부재에 배치한 경우에는,
상기 유리층의 상기 주요부에는 상기 바인더가 가스화함과 아울러 상기 유리 가루가 용융하도록 상기 제1 레이저 광이 조사되고, 또한 상기 유리층의 상기 일부에는 상기 제1 레이저 광이 조사되지 않도록, 상기 유리층에 상기 제1 레이저 광을 조사하며,
상기 유리층에 상기 제1 레이저 광을 조사한 후, 상기 유리층에 상기 제2 레이저 광을 조사하기 전에, 상기 유리층의 상기 일부에서 상기 바인더가 가스화하도록, 상기 유리층에 제3 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 유리 용착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 용착 예정 영역을 따라서 상기 제2 레이저 광의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 상기 유리층에 상기 제2 레이저 광을 조사하는 경우에는, 상기 유리층의 상기 주요부에서의 상기 제2 레이저 광의 조사 파워보다도 상기 유리층의 상기 일부에서의 상기 제2 레이저 광의 조사 파워가 높아지도록, 상기 유리층에 상기 제2 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 유리 용착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 용착 예정 영역을 따라서 상기 제2 레이저 광의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 상기 유리층에 상기 제2 레이저 광을 조사하는 경우에는, 상기 유리층의 상기 주요부에서의 상기 제2 레이저 광의 이동 속도보다도 상기 유리층의 상기 일부에서의 상기 제2 레이저 광의 이동 속도가 낮아지도록, 상기 유리층에 상기 제2 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 유리 용착 방법.
제1 유리 부재에 유리층을 정착시켜 유리층 정착 부재를 제조하는 유리층 정착 방법으로서,
폐쇄된 고리 모양으로 연장하는 용착 예정 영역을 따르도록, 레이저 광 흡수재 및 유리 가루를 포함하는 상기 유리층을 상기 제1 유리 부재에 배치하는 공정과,
상기 용착 예정 영역을 따라서 제1 레이저 광의 조사 영역을 상대적으로 이동시켜 상기 유리층에 상기 제1 레이저 광을 조사함으로써, 상기 유리층 중, 일부에서 개방된 고리 모양으로 연장하는 주요부를 용융시켜, 상기 제1 유리 부재에 상기 유리층의 상기 주요부를 정착시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리층 정착 방법.