JPH1160257A - 石英ガラス部材の溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接時の石英ガラス製溶接材の変形を防止
し、接合面に気泡や融着不足などの接合欠陥のない溶接
を可能とし、精度の維持及び外観品質の優れた石英ガラ
ス製品の溶接を後工程も不要とし、簡単な構成で実現す
る。 【解決手段】 石英ガラス製の被溶接部材に石英ガラス
製の溶接材を組立接合する際に、角度を設けて接触さ
せ、その接触部分の空域に火炎を加え、また、溶接面か
ら離れた位置で溶接材を加圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス部材特に石
英ガラス部材の溶接方法、さらに詳しくは、石英ガラス
製部材の溶接組立において、溶接時の変形を防止し、接
合面に気泡や融着不足などの接合欠陥のない各種石英ガ
ラス部材の溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体ウエハー等の高温処理
用部材として、石英ガラス製部材に石英ガラス製角材や
棒材を組立接合した石英ガラス製品が使用されている。
石英ガラス製部材に石英ガラス製角材又は棒材を溶接す
るには、手作業で棒材を石英ガラス製部材に仮付けし、
バーナーで溶接点を含む溶接点周辺を加熱し、加熱した
棒の上部や側面をローラーで加圧整形していた（図４参
照）。

【０００３】また、特開昭63−201027号公報には、石英
部品の真空加熱接合法として、石英部品の接合しようと
する面を平滑に研磨仕上げた後、接合部材を含む石英部
材全体を電気炉内真空中で900〜1800℃に加熱し接合す
る方法が、特開昭63−222030号公報には、接合すべき面
全体に対し1．5〜200Kg／cm²の範囲で圧力をかけながら
加圧加熱する石英部品の接合方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】しかし、バーナーで棒
材の周囲を加熱しながらその場所をローラーで加圧整形
する方法は、加圧時に棒材の形状が変形し、外観がでこ
ぼことなる。また、加圧は、接合面の泡を抜く為と溶接
強度を増す為に行っているが、いずれの従来例でも溶接
点を含み溶接面すべてを加圧の対象としているため、泡
除去には効果があるが、逆に加圧によって変形を生じ、
泡除去をしながらも整形を行う必要があり、寸法精度を
維持するためには後工程で研削加工を必要とする。さら
に、従来加熱方法はいずれも全体を加熱するため、もの
によっては被加工箇所は約1800〜2000℃に温度上昇し、
自重による流動変形を生じたり、非接合箇所においても
高温領域となり、失透が生じたり面・形状が変形する欠
点がある。

【０００５】本発明は、溶接時の石英ガラス製溶接材の
変形を防止し、接合面に気泡や融着不足などの接合欠陥
のない溶接を可能とし、精度の維持及び外観品質の優れ
た石英ガラス製品の溶接を後工程も不要とし、簡単な構
成で実現することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、石
英ガラスの特性に鑑み、石英ガラス製の被溶接部材に石
英ガラス製の溶接材を組立接合する際に、角度を設けて
接触させ、その接触部分の空域に火炎を加え、また、溶
接面から離れた位置で溶接材を加圧すれば、溶接材の変
形を防止するとともに、非溶接加工箇所の失透及び変形
を生ずる温度以下で溶接が可能となり前記課題が解決で
きるとの知見を得て本発明を完成した。

【０００７】

【発明の実施の形態】被溶接部材としては、石英ガラス
製の管、板、その他石英ガラス製品が、また、溶接材と
しては、石英ガラス製の棒材、角材、板材等が挙げられ
る。溶接は、被溶接部材に石英ガラス製溶接材を角度を
設けて接触させ、その接触部分の空域に火炎を加えるこ
とによって行う。

【０００８】火炎は、接触部分の空域の内側両端から対
向配置されたバーナーにより炎を入れ、石英ガラス溶接
材の底面を加熱する。接触角は、0．1〜2．0度が好まし
く、この範囲以外では、溶接材底面と被溶接部材の間と
なる溶接面を効率よく加熱することができない。角度が
小さすぎると必要な熱量を火炎として空域部へ送り込め
ず、送り込んだとしても炎の拡散により全体加熱と同様
になる。また、角度が大きすぎると高熱エネルギーが必
要となり、このため必要熱量を得るため火炎を大きくす
ると炎の振幅により従来例のように全体加熱と同様にな
る。

【０００９】また、石英ガラス溶接材の底面を加熱する
ので、溶接面を効率よく加熱することができ、炎の逸散
を防ぎ省エネルギー効果を持ち、また被溶接部材の下部
まで熱が回らず失透やガスの付着といった品質低下を防
止することができる。このように部分加熱を用いるの
は、石英ガラスのスポーリングが生じにくく、また、熱
膨張率が極めて小さい特質に着目したことによる。な
お、石英ガラスは、スポーリングが生じにくい特性を持
つが、熱伝導率が低いので、角棒を溶接材としたとき
は、溶接直後に溶接材の両コーナー部を対向設置したバ
ーナー（以下、線取りバーナーという）で加熱してスポ
ーリングによるクラック等を防止するのがより有効とな
る。

【００１０】また、被溶接部材によっては、曲面状のも
のもありバーナーと溶接面の間隔が一定に保てない場合
が生ずる。このため曲面の上下動に応じて同様に上下動
するローラー（以下、倣いローラーという）を設けて、
その倣いローラーにバーナーを固定することで、溶接面
とバーナーの距離が常に一定となり、安定溶接が可能と
なる。なお、溶接に先立ち、被溶接部材を予熱する予熱
バーナーを設け、同様に倣いローラーに固定し、被溶接
部材表面とバーナーの相対位置を常に一定とすることで
溶接性を向上することができる。

【００１１】加圧は、接合すべき面全体に対して加圧す
るのではなく、溶接材のうち、接合のために加熱領域へ
送られる直前、すなわち可塑状態となる直前の加熱領域
に隣接した位置に荷重を加える。これにより溶接点とな
る加熱部分を直接ローラーで押さなくても、間接的に荷
重を加えることが可能となり、溶接材を所定の張力を保
ちながらてこの原理で溶接点のみを被溶接部材に押圧す
ることができる。かつ、溶接材の形状変形を押さえると
共に、僅かな加圧で張力を利用した過大な溶接面の押圧
力により、接合の融着一体化が促進され、接合面に気泡
や融着不足などの接合欠陥をも防止することができる。

【００１２】また、溶接面の効率良い加熱及び間接加圧
接合とすることで熱エネルギーの省力化と加熱温度の低
減をはかり、流動温度を避け、溶接面においては変形温
度（約1400℃）を超え軟化温度（約1750℃）近傍の温度
として接合強度を確保でき、接合箇所以外の非加工箇所
は600〜800℃即ち失透及び変形を生ずる温度以下に保て
精度の維持及び外観品質の良い角棒溶接が可能になる。

【００１３】

【実施例】

実施例１ （石英ガラス板へ棒材の溶接） 被溶接部材１である石英ガラス板を予めスポーリング防
止等のために溶接面を含む近傍全体を800℃以上に加
熱、もしくは800℃以上に加熱された雰囲気中に配設す
る。次いで、石英ガラス板に対して石英ガラスの棒材を
１．５度の角度を設けて棒材先端を接触させ、溶接材２
としての捧材について、従来技術のように捧材全体では
なく、石英ガラス板と棒材との隙間をねらって接触面に
向かって棒材の底面すなわち溶接面のみを酸水素バーナ
ー３で加熱する。このとき、溶接点から離れた位置を加
圧ローラーで棒材が張力を保った状態で加圧し、棒材の
溶接点を間接的に石英ガラス板に押圧する。なお、棒材
についてのスポーリング防止のため、溶接直後に溶接棒
の溶接した両脇を別途にバーナーで加熱した。このよう
にして連続的に棒材を石英ガラス板へ溶接し、溶接完了
位置がきたら棒材の送りを止め、バーナーで加熱しなが
ら残りの棒材を上部方向に曲げながら引っ張り棒材を切
断し、製品を得る。

【００１４】実施例２ （半円筒状部材の内側に棒材を
溶接） 被溶接部材である半円筒状石英ガラス板を予めスポーリ
ング防止等のために溶接面を含む近傍全体を800℃以上
に加熱する。次いで、半円筒状石英ガラス板に対して角
材を２．０度の角度を設けて角材先端を接触させ、溶接
材としての角材について、半円筒状石英ガラス板と角材
との隙間をねらって接触面に向かって角材の底面すなわ
ち溶接面のみを加熱する。このとき、溶接点から離れた
位置を加圧ローラーで角材が張力を保った状態で加圧
し、角材の溶接点を間接的に半円筒状石英ガラス板に押
圧する。被溶接部材が曲面状であるため、曲面の上下動
に応じて同様に上下動する倣いローラーにバーナーを固
定したものを用いて溶接を行った。また、溶接材が角棒
であるため、溶接直後に溶接材の両コーナー部と対向設
置した線取りバーナーで両コーナーを加熱して図２に示
す部材を成形した。

【００１５】実施例３ （円筒状部材に角棒を輪状に溶
接） 被溶接部材である円筒状石英ガラスを予熱バーナーにて
溶接面を含む近傍全体を800℃以上に加熱する。次い
で、円筒状石英ガラスに対して石英ガラス角棒を０．５
度の角度を設けて角棒先端を接触させ、溶接材としての
角棒について、円筒状石英ガラスと角棒との隙間をねら
って接触面に向かって角棒の底面すなわち溶接面のみを
対向配置した溶接バーナーにて加熱する。このとき、溶
接点から離れた位置でエアシリンダーを用いて加圧ロー
ラーに角棒が張力を保った状態で加圧し棒材の溶接点を
間接的に円筒状石英ガラス部材の円周方向表面に押圧す
る。なお、被溶接部材が曲面状であるため、曲面の上下
動に応じて同様に上下動する倣いローラーに予熱バーナ
ー、溶接バーナーを固定したものを用いて溶接を行っ
た。また、前記倣いローラーに同様に固定され、溶接直
後に溶接棒の溶接した両コーナー部と対向配置した線取
バーナーで角棒の両コーナーを加熱し、図３に示す部材
を成形した。以上のように、実施例１〜３いずれにおい
ても、棒材、角材の寸法精度を損なうことなく、変形の
ない外観品質に優れた溶接部材を得ることができた。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、溶接時の石英ガラス製
材料の変形を防止し、接合面に気泡や融着不足などの接
合欠陥のない溶接を可能とし、精度の維持及び外観品質
の優れた溶接を後工程も不要とする簡単な構成で実現す
ることができた。また、本発明の溶接法は、様々の形状
のガラス製品の溶接全般に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】石英ガラス部材の溶接方法の概念図

【図２】半円筒状部材の内側に棒材を溶接した斜視図

【図３】円筒状部材に輪状に溶接した斜視図

【図４】従来の溶接方法を示す概念図

【符号の説明】

１ 被溶接部材 ２ 溶接材 ３ バーナー ４ 荷重 ５ 加熱部分 ６ ローラー

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接部材に石英ガラス製溶接材を角度
   を設けて接触させ、その接触部分の空域に火炎を加える
   石英ガラス部材の溶接方法。
2. 【請求項２】 加熱時に溶接点から離れた石英ガラス製
   溶接材に荷重を加える請求項１記載の石英ガラス部材の
   溶接方法。
3. 【請求項３】 角度が０．１〜２．０度である請求項１
   又は２記載の石英ガラス部材の溶接方法。
4. 【請求項４】 火炎は、接触面両側から接触面中央へ加
   えることを特徴とする請求項１〜３記載の石英ガラス部
   材の溶接方法。
5. 【請求項５】 溶接材料が角棒であって、溶接後の角棒
   の両コーナーを熱することを特徴とする請求項１〜４記
   載の石英ガラス部材の溶接方法。
6. 【請求項６】 被溶接部材が石英ガラス製の管、板、そ
   の他石英ガラス製品である請求項１〜５記載の石英ガラ
   ス部材の溶接方法。
7. 【請求項７】 石英ガラス製溶接材が棒材、角材、板材
   である請求項１〜６記載の石英ガラス部材の溶接方法。