JP6287739B2

JP6287739B2 - ステンドグラスの製造方法

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Publication number: JP6287739B2
Application number: JP2014200956A
Authority: JP
Inventors: 義博川口
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: JP2016069231A

Description

本発明は、複数のガラス片を接合するステンドグラスの製造方法、及びこの製造方法で用いられるステンドグラス接合用の金属ペーストに関するものである。

従来、装飾品の一つであるステンドグラスは、所定の形状及び大きさに切断した彩色ガラス片を接合することで、製造されている。

例えばステンドグラスの製造方法の一つとして、ガラス片の縁にコパーテープ（銅テープ）を貼付し、ガラス片同士をコパーテープを介してはんだで接合する製造方法が特許文献１に開示されている。この製造方法は、コパーテープを使うため、「コパーテープ技法」と呼ばれている。

特許文献１の製造方法では、まず、ガラス片の角が集まった交差点部分に、点のようにはんだを付けて、仮接合を行う。仮接合をした後、本接合を行う。本接合は、はんだでコパーテープを完全に覆いつくし、且つ大量にはんだを塗布することによって、ガラス片同士を強固に接合する。

特開２００７−７０１９２号公報

しかしながら、特許文献１の製造方法では、本接合の際、仮接合をした交差点部分のはんだが、加熱によって再溶融する場合がある。そのため、特許文献１の製造方法は、作業者の技量を必要とする。

本発明の目的は、一度接合した部分が再溶融することがない、作業容易なステンドグラスの製造方法およびステンドグラス接合用の金属ペーストを提供することにある。

本発明のステンドグラスの製造方法は、設置工程と、加熱工程と、を有する。

設置工程は、複数のガラス片間に、ＣｕＮｉ合金粉末またはＣｕＭｎ合金粉末とＳｎ粉末とを含む金属ペーストを設置する。

加熱工程は、複数のガラス片間に設置された金属ペーストをＳｎ粉末の融点以上の温度で加熱する。この加熱により、ＣｕＮｉ合金粉末またはＣｕＭｎ合金粉末とＳｎ粉末とが反応してＳｎ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物またはＳｎ、Ｃｕ、Ｍｎから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物を生成する。そのため、金属ペーストは、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物またはＳｎ、Ｃｕ、Ｍｎから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物で構成される金属間化合物部材となり、金属間化合物部材は、複数のガラス片同士を接合する。

ここで、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物の融点とＳｎ、Ｃｕ、Ｍｎから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物の融点とは、例えば４００℃以上であり、極めて高温である。

そのため、金属間化合物部材で複数のガラス片同士を接合した後、他の箇所を加熱する際、その加熱温度が金属間化合物の融点を超えない限り、一度接合した部分（金属間化合物部材）が再溶融することがない。

したがって、本発明によれば、作業容易なステンドグラスの製造方法を提供できる。

また、本発明のステンドグラスの製造方法は、複数のガラス片同士を接合する金属間化合物部材の表面に、溶融したＳｎ系はんだを塗布する工程をさらに有することが好ましい。

この製造方法では、ステンドグラスの外観の見栄えが向上する。

また、本発明のステンドグラスの製造方法において、金属間化合物部材は、多孔質体であり、
加熱工程は、金属ペーストを加熱し、複数のガラス片同士を金属間化合物によって仮接合する工程であり、
複数のガラス片同士を仮接合する金属間化合物内に、溶融したＳｎ系はんだを進入させることによって、複数のガラス片同士を本接合する工程をさらに有することが好ましい。

ここで、Ｓｎ系はんだの融点は、例えば１３８℃以上３５８℃以下の範囲内である。また、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物の融点とＳｎ、Ｃｕ、Ｍｎから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物の融点とは、例えば４００℃以上である。

そのため、Ｓｎ系はんだを加熱する際、Ｓｎ系はんだの加熱温度が金属間化合物の融点を超えない限り、一度接合した部分（金属間化合物部材）が再溶融することがない。

また、金属間化合物部材は、複数の孔を有する多孔質体である。そのため、溶融したはんだの一部が金属間化合物部材の複数の孔内に進入する。これにより、アンカー効果が生じるため、はんだの膜が金属間化合物部材に強固に接合する。すなわち、各ガラス片同士を、強固に接合する。したがって、ステンドグラスが破損し難くなるため、ステンドグラスの信頼性を向上できる。

また、本発明の金属ペーストは、ＣｕＮｉ合金粉末またはＣｕＭｎ合金粉末とＳｎ粉末とを含む、ステンドグラス接合用の金属ペーストであって、ＣｕＮｉ合金粉末またはＣｕＭｎ合金粉末とＳｎ粉末とが加熱により反応し、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物またはＳｎ、Ｃｕ、Ｍｎから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物を生成することが好ましい。

本発明の金属ペーストは、本発明のステンドグラスの製造方法で用いられる。したがって、本発明の金属ペーストによれば、本発明のステンドグラスの製造方法と同様の効果を奏する。

本発明によれば、一度接合した部分が再溶融することがない、作業容易なステンドグラスの製造方法およびステンドグラス接合用の金属ペーストを提供できる。

本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で用いられるガラス片の断面図である。本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で行われる設置工程を模式的に示す断面図である。本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で行われる加熱工程を模式的に示す断面図である。本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で行われる塗布工程を模式的に示す断面図である。本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で製造されたステンドグラスの正面図である。

以下、本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で用いられるガラス片の断面図である。図２は、本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で行われる設置工程を模式的に示す断面図である。図３は、本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で行われる加熱工程を模式的に示す断面図である。図４は、本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で行われる塗布工程を模式的に示す断面図である。図５は、本発明の実施形態に係るステンドグラスの製造方法で製造されたステンドグラスの正面図である。
なお、図１〜図４は、図５に示すＳ−Ｓ線の断面に対応する。

まず、所定の形状及び大きさに切断し、彩色した複数のガラス片を用意する。そして、例えば図１に示すように、各ガラス片１１、２１の縁部分にコパーテープ（銅テープ）１２、２２を貼付する。

次に、例えば図１に示すように、コパーテープ１２、２２を貼付した各ガラス片１１、２１を位置合わせする。

次に、例えば図２に示すように、チューブ状の容器Ｔを用いて、コパーテープ１２、２２を貼付したガラス片１１、２１間に金属ペースト１０５を設置する（設置工程）。金属ペースト１０５は、塗り込み易いようにチューブ状の容器Ｔに封入されている。

金属ペースト１０５は、フラックスと金属成分とを含む。

フラックスは、ロジン、溶剤、チキソ剤、活性剤などを含む。フラックスは、接合対象物や金属粉末の表面の酸化被膜を除去する機能を果たす。

金属成分は、Ｓｎ粉末と、Ｓｎ粉末よりも融点の高いＣｕＮｉ合金粉末と、からなる。

Ｓｎ粉末の材料は、Ｓｎである。

ＣｕＮｉ合金粉末の材料は、金属ペースト１０５の加熱によって溶融するＳｎ粉末と反応し、金属間化合物を生成し得るものである。本実施形態において、この金属間化合物は、ＣｕＮｉＳｎ合金である。具体的には、金属間化合物は、例えばＣｕ_６Ｓｎ_５、Ｎｉ_３Ｓｎ_４、Ｃｕ_２ＮｉＳｎ等である。

ここで、ＣｕＮｉ合金粉末は、Ｓｎ粉末に対して５．０〜５５．０体積％であることが好ましい。ＣｕＮｉ合金粉末がＳｎ粉末に対して５．０体積％未満の場合、溶融したＳｎの流動を抑制しにくくなる。

一方、ＣｕＮｉ合金粉末がＳｎ粉末に対して５５．０体積％を超える場合、流動可能なＳｎがなくなり、コパーテープとの接着が困難となることがある。

また、ＣｕＮｉ合金粉末の平均粒径は０．５〜１００μｍであることが好ましい。ＣｕＮｉ合金粉末の平均粒径が０．５μｍ未満の場合、Ｓｎ粉末とＣｕＮｉ合金粉末との反応が急激に起こる。このため、コパーテープとの接着に寄与するＳｎがなくなってしまうことがある。

一方、ＣｕＮｉ合金粉末の平均粒径が１００μｍを超える場合、Ｓｎ粉末とＣｕＮｉ合金粉末との反応が著しく遅くなる。このため、溶融したＳｎの流動を抑制できないことがある。

なお、粒径の小さいＣｕＮｉ合金粉末を用いる場合、比較的Ｓｎの割合が多い方が好ましい結果が得られる。一方、粒径の大きいＣｕＮｉ合金粉末を用いる場合、比較的Ｓｎの割合を減らしたほうが好ましい結果が得られる。

次に、例えば図３に示すように、常温の金属ペースト１０５を、例えばホットガンＧを用いて加熱する（加熱工程）。加熱温度は、Ｓｎ粉末の融点以上、後述のＳｎＣｕＮｉ金属間化合物の融点未満の範囲内の温度である。

加熱により、ＣｕＮｉ合金粉末とＳｎ粉末とが、液相拡散接合（以下、「ＴＬＰ接合：Transient Liquid Phase Diffusion Bonding」）し、ＴＬＰ接合に伴って反応し、ＳｎＣｕＮｉ金属間化合物を生成する。これにより、金属ペースト１０５は、ＳｎＣｕＮｉ金属間化合物を主相とする金属間化合物部材１０４となる。

この結果、金属間化合物部材１０４は、各ガラス片１１、２１同士を接合する。この接合は、本発明の仮接合に相当する。ここで、金属ペースト１０５は溶融状態を経ないで金属間化合物部材１０４になるため、金属ペースト１０５の液ダレが生じ難く、各ガラス片１１、２１の位置ズレも生じ難い。

次に、図４に示すように、各ガラス片１１、２１同士を接合する金属間化合物部材１０４の表面に、コパーテープ１２、２２を完全に覆うよう、溶融したはんだＨを塗布する。はんだＨは、Ｓｎ系はんだを用いる。はんだＨの加熱温度は、Ｓｎ系はんだの融点以上、ＳｎＣｕＮｉ金属間化合物の融点未満の範囲内の温度とする。

はんだＨの塗布が終了すると、例えば図５に示すステンドグラス１００が完成する。なお、はんだＨを塗布する理由は、ステンドグラス１００の外観の見栄えを向上させるためである。

ここで、前述の加熱工程における加熱温度は、Ｓｎ粉末の融点以上、ＳｎＣｕＮｉ金属間化合物の融点未満の範囲内の温度である。また、Ｓｎ系はんだの融点は、例えば１３８℃以上３５８℃以下の範囲内である。また、金属間化合物部材１０４を構成するＳｎＣｕＮｉ金属間化合物の融点は、例えば４００℃以上であり、極めて高温である。

そのため、金属間化合物部材１０４でガラス片１１、２１同士を接合した後、他の箇所を加熱する際（例えば、ガラス片１１、２１以外の各ガラス片間に設置された金属ペースト１０５をＳｎ粉末の融点以上の温度で加熱する際）、その加熱温度がＳｎＣｕＮｉ金属間化合物の融点を超えない限り、一度接合した部分（金属間化合物部材１０４）が再溶融することがない。

同様に、はんだＨを加熱する際、はんだＨの加熱温度がＳｎＣｕＮｉ金属間化合物の融点を超えない限り、一度接合した部分（金属間化合物部材１０４）が再溶融することがない。

したがって、本実施形態によれば、作業容易なステンドグラス１００の製造方法およびステンドグラス接合用の金属ペースト１０５を提供できる。

また、金属間化合物部材１０４は、図３に示すように、複数の孔８０を有する多孔質体である。孔８０は、金属間化合物部材１０４の外部に通じるオープンポアである。そのため、図４に示すように、溶融したはんだＨの一部が金属間化合物部材１０４の複数の孔８０内に進入する。

これにより、アンカー効果が生じるため、はんだＨの膜が金属間化合物部材１０４に強固に接合する。すなわち、各ガラス片１１、２１同士を、強固に接合する。この接合は、本発明の本接合に相当する。したがって、ステンドグラス１００が破損し難くなるため、ステンドグラス１００の信頼性を向上できる。

《他の実施形態》
なお、前記実施形態においてＣｕＮｉ合金粉末を用いているが、これに限るものではない。実施の際は、ＣｕＭｎ合金粉末を用いてもよい。この場合、加熱工程において、ＣｕＭｎ合金粉末とＳｎ粉末との反応により、ＳｎＣｕＭｎ金属間化合物を主相とする金属間化合物部材を形成する。

また、液相拡散（ＴＬＰ）反応に関して加熱工程は、材料に適した熱処理条件（温度および時間）を設定すればよい。

最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ｇ…ホットガン
Ｔ…容器
１１…ガラス片
１２…コパーテープ
２１…ガラス片
２２…コパーテープ
８０…孔
１００…ステンドグラス
１０４…金属間化合物部材
１０５…金属ペースト

Claims

複数のガラス片間に、ＣｕＮｉ合金粉末またはＣｕＭｎ合金粉末とＳｎ粉末とを含む金属ペーストを設置する設置工程と、
前記複数のガラス片間に設置された前記金属ペーストを前記Ｓｎ粉末の融点以上の温度で加熱し、前記ＣｕＮｉ合金粉末または前記ＣｕＭｎ合金粉末と前記Ｓｎ粉末とが反応して生成したＳｎ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物またはＳｎ、Ｃｕ、Ｍｎから選ばれる少なくとも２種でできた合金を複数種含んだ金属間化合物で構成される多孔質体の金属間化合物部材によって前記複数のガラス片同士を仮接合する加熱工程と、
前記複数のガラス片同士を仮接合する前記金属間化合物内に、溶融したＳｎ系はんだを進入させることによって、前記複数のガラス片同士を本接合する工程と、
を有するステンドグラスの製造方法。
前記複数のガラス片同士を接合する前記金属間化合物部材の表面に、溶融したＳｎ系はんだを塗布する工程を有する、請求項１に記載のステンドグラスの製造方法。