(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合部分が同一形状の接合対象部材同士を軸対称に配置させるとともに、前記接合対象部材の接合部間に接合媒体を介在させ、施工条件に基づいて前記接合対象部材同士を回転させた状態で接合する接合装置において、
前記施工条件に基づいてレーザ光を回転する前記接合媒体の表面に照射して前記接合対象部材同士を接合する照射部と、
前記接合対象部材の少なくとも２箇所の表面温度を測定する測定部と、
前記測定部で測定された前記接合対象部材の表面温度に基づき、前記接合対象部材の温度分布を求める温度分布算出部と、
前記温度分布算出部で求めた前記接合対象部材の温度分布に基づき、熱応力分布を求める熱応力分布算出部と、
前記熱応力分布算出部で求めた熱応力分布に応じて前記施工条件を決定する決定部と、
を具備し、
前記温度分布算出部は、
前記接合対象部材の表面温度に対応して前記接合対象部材の内部温度を含めた温度分布をそれぞれ記憶する温度分布記憶部と、
前記測定部で測定された前記接合対象部材の少なくとも２箇所の表面温度に基づき、前記温度分布記憶部から前記接合対象部材の内部温度を含めた温度分布を抽出する温度分布抽出部と、
を有することを特徴とする接合装置。
【請求項２】
前記温度分布記憶部は、前記接合対象部材と前記接合媒体の材料物性および形状、ロウ材の板厚、溶接入熱、セラミックス基材の熱伝導率、熱伝達係数、比熱および質量密度の各パラメータに基づく熱伝導解析によって求めた前記接合対象部材の表面温度および内部温度の温度分布を記憶することを特徴とする請求項１記載の接合装置。
【請求項３】
前記熱応力分布算出部は、
前記接合対象部材の温度分布に対応して前記接合対象部材の熱応力分布をそれぞれ記憶する熱応力記憶部と、
前記求めた前記接合対象部材の内部を含めた温度分布に基づき、前記熱応力記憶部から前記接合対象部材の熱応力分布を抽出する熱応力分布抽出部と、
を有することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の接合装置。
【請求項４】
前記熱応力記憶部は、前記接合対象部材と前記接合媒体の機械的材料物性および形状、ロウ材の板厚、溶接入熱、セラミックス基材の熱伝導率、熱伝達係数、比熱、質量密度、温度分布の各パラメータに基づく熱応力解析によって求めた前記接合対象部材の熱応力分布や熱ひずみ、熱伸びを記憶することを特徴とする請求項３記載の接合装置。
【請求項５】
前記熱応力記憶部は、前記接合対象部材の表面温度、熱膨張率およびヤング率に基づく熱応力解析によって求めた前記接合対象部材の熱応力分布を記憶することを特徴とする請求項３記載の接合装置。
【請求項６】
前記熱応力記憶部は、前記接合対象部材の形状、前記レーザ光の出力、照射径および前記接合対象部材の回転数の関係に基づく熱応力解析によって近似して求めた前記接合対象部材の熱応力分布を記憶することを特徴とする請求項３記載の接合装置。
【請求項７】
接合部分が同一形状の接合対象部材同士を軸対称に配置させるとともに、前記接合対象部材の接合部間に接合媒体を介在させ、施工条件に基づいて前記接合対象部材同士を回転させた状態で接合する接合方法において、
照射部が前記施工条件に基づいてレーザ光を回転する前記接合媒体の表面に照射して前記接合対象部材同士を接合するステップと、
測定部が前記接合対象部材の少なくとも２箇所の表面温度を測定するステップと、
温度分布算出部が前記接合対象部材の測定された表面温度に基づき、前記接合対象部材の温度分布を求めるステップと、
熱応力分布算出部が前記接合対象部材の温度分布に基づき、熱応力分布を求めるステップと、
決定部が前記熱応力分布に応じて前記施工条件を決定するステップと、
を含み、
前記温度分布算出部は、
前記接合対象部材の表面温度に対応して前記接合対象部材の内部温度を含めた温度分布をそれぞれ記憶する温度分布記憶部と、
前記測定部で測定された前記接合対象部材の少なくとも２箇所の表面温度に基づき、前記温度分布記憶部から前記接合対象部材の内部温度を含めた温度分布を抽出する温度分布抽出部と、
を有することを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、例えばセラミックス基材同士の接合装置および接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミックス部材は、大型化し、かつ形状が複雑化しており、このセラミックス部材では接合技術が必要である。このようなセラミックス基材同士の接合では、炉にこのセラミックス基材を入れ、かつセラミックス基材間にロウ材を介在させて接合を行うロウ付けの接合技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３２５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した先行技術には、接合するセラミックス基材のサイズ（例えば口径や長さ等）が炉の大きさに制限されるという問題がある。また、このセラミックス部材を炉に入れずに、ロウ付け部分を局部加熱して接合する接合技術も考えられる。ところが、この局部加熱による急激な温度分布の変化によりセラミックス基材の接合部に応力集中が発生し、セラミックス基材自体が割れる恐れがあった。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、局部加熱によるセラミックスの割れを防止することのできる接合装置および接合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】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明の接合装置は、接合部分が同一形状の接合対象部材同士を軸対称に配置させるとともに、前記接合対象部材の接合部間に接合媒体を介在させ、施工条件に基づいて前記接合対象部材同士を回転させた状態で接合する接合装置において、前記施工条件に基づいてレーザ光を回転する前記接合媒体の表面に照射して前記接合対象部材同士を接合する照射部と、前記接合対象部材の少なくとも２箇所の表面温度を測定する測定部と、前記測定部で測定された前記接合対象部材の表面温度に基づき、前記接合対象部材の温度分布を求める温度分布算出部と、前記温度分布算出部で求めた前記接合対象部材の温度分布に基づき、熱応力分布を求める熱応力分布算出部と、前記熱応力分布算出部で求めた熱応力分布に応じて前記施工条件を決定する決定部と、を具備することを特徴とする。温度分布算出部は、接合対象部材の表面温度に対応して接合対象部材の内部温度を含めた温度分布をそれぞれ記憶する温度分布記憶部と、測定部で測定された接合対象部材の少なくとも２箇所の表面温度に基づき、温度分布記憶部から接合対象部材の内部温度を含めた温度分布を抽出する温度分布抽出部と、を有する。
【０００７】
また、本発明の接合方法は、接合部分が同一形状の接合対象部材同士を軸対称に配置させるとともに、前記接合対象部材の接合部間に接合媒体を介在させ、施工条件に基づいて前記接合対象部材同士を回転させた状態で接合する接合方法において、照射部が前記施工条件に基づいてレーザ光を回転する前記接合媒体の表面に照射して前記接合対象部材同士を接合するステップと、測定部が前記接合対象部材の少なくとも２箇所の表面温度を測定するステップと、温度分布算出部が前記接合対象部材の測定された表面温度に基づき、前記接合対象部材の温度分布を求めるステップと、熱応力分布算出部が前記接合対象部材の温度分布に基づき、熱応力分布を求めるステップと、決定部が前記熱応力分布に応じて前記施工条件を決定するステップと、を含むことを特徴とする。温度分布算出部は、接合対象部材の表面温度に対応して接合対象部材の内部温度を含めた温度分布をそれぞれ記憶する温度分布記憶部と、測定部で測定された接合対象部材の少なくとも２箇所の表面温度に基づき、温度分布記憶部から接合対象部材の内部温度を含めた温度分布を抽出する温度分布抽出部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、局部加熱によるセラミックスの割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の接合装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示したレーザ照射部によるセラミックス基材の加熱範囲を示す図である。
【図３】図１に示した温度解析装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示した温度分布算出部の構成を示すブロック図である。
【図５】図１に示したロウ材の内部への熱伝達を示す断面図である。
【図６】図３に示した熱応力算出部の構成を示すブロック図である。
【図７】応力の正規分布を示す図である。
【図８】セラミックス基材の施工条件を評価するためのフローチャートを示す図である。
【図９】図６に示した熱応力分布データベースの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る接合装置１０の構成を示す概略図である。図２は、図１に示したレーザ照射部１１によるセラミックス基材１，２の加熱範囲Ｒを示す図である。
【００１１】
図１に示すように、この実施形態では、接合対象部材であるセラミックス基材１，２を溶接する場合を説明する。これらセラミックス基材１，２は、例えば接合部分（接合端面）１ａ，２ａの口径が同一の円柱形状からなり、中心軸Ｓを合わせた状態で軸対称に配置されている。このセラミックス基材１は保持部６に、このセラミックス基材２は保持部７にそれぞれ保持されている。
【００１２】
また、セラミックス基材１，２の間には、セラミックス基材１，２の接合部分と同一口径のロウ付け用接合媒体であるロウ材３が中心軸Ｓを合わせた状態で介在している。このロウ材３は、例えば円板形状で、セラミックス基材１，２と同一の材料からなる。保持部６，７は、回転モータ４に接続され、セラミックス基材１，２を回転モータ４の駆動に伴って中心軸Ｓを中心として回転させる。
【００１３】
接合装置１０は、レーザ照射部１１、温度センサ１２、温度測定部１３、温度解析装置１４、レーザ制御部１５および駆動制御部１６を備える。
レーザ照射部１１は、レーザ制御部１５の駆動制御に基づいてレーザ光をロウ材３に照射する照射部で、局部加熱による溶接を可能にする。このレーザ照射部１１は、図２に示すように、照射するレーザ光によってセラミックス基材１，２を半径ｒの一定の加熱範囲Ｒで周方向に局部加熱する。
【００１４】
図１に示すように、温度センサ１２は、このロウ材３にレーザ光が照射された時のセラミックス基材１，２の複数の所定位置での表面温度を検出している。すなわち、この実施形態では、温度センサ１２は、例えば図２に示す加熱範囲中心部Ｐ０とすると、この加熱範囲中心部Ｐ０から径方向（図１のロウ材３の板厚方向に相当）にｒ１離れた所定の表面位置Ｐ１、この加熱範囲中心部Ｐ０から径方向（図１のロウ材３の板厚方向に相当）にｒ２離れた所定の表面位置Ｐ２の表面温度を検出している。
【００１５】
この温度センサ１２は、例えば非接触の温度測定を行う赤外線カメラからなる。局部加熱による溶接では、レーザ光等の高エネルギービームによる加熱が主体となるため、接合部分から離れた位置に配置される非接触の赤外線カメラによる測定が望ましい。この赤外線カメラでは、測定範囲を決め、予め設定されたセラミックス基材の任意の表面位置の温度を検出することが可能なため、的確に温度測定することができる。
【００１６】
なお、この温度センサ１２には、非接触の放射温度計による温度測定でもよい。この場合も、放射温度計と同様に、測定範囲を決め、予め設定されたセラミックス基材の任意の表面位置の温度を検出することが可能なため、的確に温度測定することができる。
【００１７】
また、この温度センサ１２は、セラミックス基材１，２の表面の複数の所定位置に配置される複数の熱電対でもよい。例えば温度測定の対象となる接合対象部材の形状が複雑な場合には、非接触の赤外線カメラでは測定範囲を明確に定められないことがある。このような場合には、直接加熱の表面を除いた測定位置に熱電対を３点以上設置する。この場合は、測定位置を決め、予め設定されたセラミックス基材の任意の測定位置（表面位置）の温度を検出することが可能なため、的確に温度測定することができる。
【００１８】
図１に示すように、温度測定部１３は、この温度センサ１２で検出されたセラミックス基材１，２の表面温度の温度変化（温度パターン）を測定している。この実施形態では、例えばセラミックス基材１，２が１回転する間の所定の表面位置Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２の表面温度の温度パターンをそれぞれ測定している。この温度パターンは、温度解析装置１４に出力されている。なお、この実施形態では、測定位置をＰ０，Ｐ１，Ｐ２の３点の表面位置としたが、本発明はこれに限らず２点以上、好ましくは３点以上でもよい。
【００１９】
図３は、図１に示した温度解析装置１４の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、温度解析装置１４は、温度分布算出部２１、熱応力算出部２２および最適熱応力算出部２３を有し、レーザ制御部１５と駆動制御部１６に制御のための指示を出力している。
なお、レーザ制御部１５は、レーザ照射部１１のレーザ出力、照射径、照射時間を、温度解析装置１４から指示された施工条件に基づいて制御している。駆動制御部１６は、回転モータ４の回転数を、温度解析装置１４から指示された施工条件に基づいて制御している。
【００２０】
温度分布算出部２１は、温度測定部１３で測定されたセラミックス基材１，２の表面温度に基づき、接合対象部材であるセラミックス基材１，２（ロウ材３を含む）の温度分布を求める。
図４は、図３に示した温度分布算出部の構成を示すブロック図である。
図４に示すように、温度分布算出部２１は、温度分布データベース（以下、「温度分布ＤＢ」という）２１ａ、温度分布抽出部２１ｂを有している。
【００２１】
温度分布ＤＢ２１ａは、例えば予め熱伝導解析で得られたセラミックス基材（ロウ材３）の種々の板厚および熱伝導率等での表面温度分布、内部温度分布のデータからなる温度分布ファイルを記憶している。
【００２２】
この熱伝導解析では、予め接合対象となるセラミックス基材の形状モデル、例えばセラミックス基材１，２とロウ材３の材料物性および形状（接合部分１ａ，２ａの口径も含む）、ロウ材３の板厚に基づく形状モデルを作成し、接合可能範囲となる溶接入熱（熱量）、セラミックス基材の熱伝導率、熱伝達係数、比熱、質量密度等の各温度パラメータを設定することによって算出する。そして、温度分布ＤＢ２１ａは、この形状モデルの表面温度分布および内部温度分布のデータ（以下、「温度分布ファイル」という）としてこの表面温度分布毎にそれぞれ記憶している。この温度分布ＤＢ２１ａに記憶される温度分布ファイルは、例えば接合対象の異なる形状での表面温度を所定温度ピッチ（例えば１℃ピッチ）ごとに求めたものをデータベース化している。
【００２３】
なお、この熱伝導解析は、例えば上述のセラミックス基材１，２とロウ材３の材料物性および形状、ロウ材３の板厚、溶接入力、熱伝導率、熱伝達係数、比熱および質量密度の各パラメータに基づいた有限要素法（ＦＥＭ）によって、表面温度と内部温度の温度分布を算出することが可能である。
【００２４】
ここで、例えば図２に示すように、温度測定部１３で測定された加熱範囲中心部Ｐ０の温度が９９０℃、この加熱範囲中心部Ｐ０から径方向（図１のロウ材３の板厚方向に相当）にｒ１（例えば７．５［ｍｍ］）離れた表面位置Ｐ１の温度が５６０℃、この加熱範囲中心部Ｐ０から径方向（図１のロウ材３の板厚方向に相当）にｒ２（例えば１５［ｍｍ］）離れた表面位置Ｐ２の温度が４５０℃の表面温度分布を得られる。ここでは、等間隔の連続した温度分布を得ることができる。
【００２５】
図５は、図１に示したロウ材３の内部への熱伝達を示す断面図である。
この測定された表面温度分布と同じ表面温度分布でロウ材３の板厚３［ｍｍ］、熱伝達係数３×１０−５［Ｗ／ｍｍ℃］とした場合の内部温度分布を求める。
【００２６】
この場合、図５に示すように、ロウ材３の加熱範囲中心部Ｐ０において、表面から径方向にｄ１（例えば１［ｍｍ］）離れた内部位置Ｑ１の内部温度は９００℃、この表面から径方向にｄ２（例えば２［ｍｍ］）離れた内部位置Ｑ２の内部温度は８４０℃、この表面から径方向にｄ３（例えば３［ｍｍ］）離れた内部位置Ｑ３の内部温度は８２０℃の内部温度分布となる。
【００２７】
この温度分布ＤＢ２１ａは、このような板厚および熱伝達係数での表面位置Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２でのそれぞれの表面温度と、これに対応する熱伝導率での加熱範囲中心部Ｐ０での内部位置Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３でのそれぞれの内部温度とを温度分布ファイルとして記憶している。
【００２８】
図４に示すように、温度分布抽出部２１ｂは、測定された表面温度データを温度分布ＤＢ２１ａ内の表面温度データと比較して一致する温度分布ファイル２１ｃを抽出する。すなわち、この温度分布抽出部２１ｂは、温度測定部１３で測定された表面温度１３ａの分布を、温度分布ＤＢ２１ａ内の表面温度データと比較し、この測定された表面温度１３ａの分布と同一となる表面温度データを含む内部温度データからなる温度分布ファイル２１ｃを抽出する。この温度分布ファイル２１ｃは、図３に示した熱応力算出部２２に出力される。
【００２９】
図６は、図３に示した熱応力算出部２２の構成を示すブロック図である。
図６に示すように、熱応力算出部２２は、熱応力分布データベース（以下、「熱応力分布ＤＢ」という）２２ａ、熱応力分布抽出部２２ｂを有している。
【００３０】
熱応力分布ＤＢ２２ａは、温度分布抽出部２１ｂで抽出された温度分布ファイル２１ｃに対応する熱応力分布ファイル２２ｃを記憶している。この熱応力分布ＤＢ２２ａは、例えば予め熱応力解析で得られたセラミックス基材（ロウ材）の種々の板厚および熱伝達係数等での熱応力分布のデータからなる熱応力分布ファイルを記憶している。
【００３１】
この熱応力解析では、予め接合対象となるセラミックス基材の形状モデル、例えばセラミックス基材１，２とロウ材３の材料物性および形状（接合部分１ａ，２ａの口径も含む）、ロウ材３の板厚に基づく形状モデルを作成し、接合可能範囲となる溶接入熱（熱量）、セラミックス基材の熱伝導率、熱伝達係数、比熱、質量密度等の各温度パラメータを設定することによって算出する。そして、熱応力分布ＤＢ２２ａは、この形状モデルの熱応力分布のデータ（以下、「熱応力分布ファイル」という）として温度分布ファイル毎にそれぞれ記憶している。この熱応力分布ＤＢ２２ａに記憶される熱応力分布ファイルは、例えば接合対象の異なる形状での温度分布ファイルごとに求めたものを、温度分布ファイルと対にしてそれぞれデータベース化されている。
【００３２】
なお、この熱応力解析は、例えば上述のセラミックス基材１，２とロウ材３の機械的材料物性（線膨張係数、ヤング率、ポアソン比）および形状、ロウ材３の板厚、溶接入熱、熱伝導率、熱伝達係数、比熱、質量密度、熱伝導解析で得た温度分布の各パラメータに基づいた有限要素法（ＦＥＭ）によって、熱応力分布や熱ひずみ、熱伸びを算出することが可能である。
【００３３】
熱応力分布抽出部２２ｂは、抽出された温度分布ファイル２１ｃが熱応力分布ＤＢ２２ａ内の温度分布ファイルに一致する時の熱応力分布ファイル２２ｃを抽出する。すなわち、温度分布抽出部２１ｂで抽出された温度分布ファイル２１ｃと、熱応力分布ＤＢ２２ａ内の温度分布ファイルと比較し、この抽出された温度分布ファイル２１ｃと同一となる温度分布ファイルと対の熱応力分布ファイル２２ｃを抽出する。この熱応力分布ファイル２２ｃは、図３に示す最適熱応力算出部２３に出力される。
【００３４】
この実施形態において、熱応力分布抽出部２２ｂの抽出では、温度分布ファイル２１ｃの全ての表面温度と内部温度のデータを比較対象とし、熱応力分布抽出部２２ｂの温度分布ファイルと比較して一致する温度分布ファイルと対の熱応力分布ファイルを抽出している。なお、本発明はこれに限らず、例えば表面温度と内部温度のデータのうちの数点を比較対象に設定し、熱応力分布抽出部２２ｂの温度分布ファイルと比較して一致する温度分布ファイルと対の熱応力分布ファイルを抽出してもよい。この場合には、比較時間の短縮化が図られる。
【００３５】
図３に示すように、最適熱応力算出部２３は、熱応力分布抽出部２２ｂで抽出された熱応力分布ファイル２２ｃから強度評価に必要となる最大引張応力を抽出し、接合対象のセラミックス基材１，２の破壊応力（例えば２６０［ＭＰａ］）と比較することによって、抽出された最大応力が許容できるが否か評価する。
【００３６】
この実施形態では、例えば図２に示した加熱範囲中心部Ｐ０からロウ材の板厚方向に１２［ｍｍ］離れた表面位置の応力（例えば１６０［ＭＰａ］）を熱応力ファイルにおける最大引張応力として抽出する。そして、この最大引張応力と上記の破壊応力とを比較して、この最大引張応力が許容可能な許容応力か否か判断する。
【００３７】
そして、許容応力と判断した場合は、現状の施工条件でセラミックス基材１，２の接合を行う。また、許容応力でないと判断した場合は、許容可能な熱応力分布ファイルの応力を逆算し、その熱応力分布ファイルの応力から逆算して許容可能な温度分布ファイルを求めて最適な温度分布条件、施工条件を決定する。
【００３８】
ここで、この許容応力は、例えばセラミックス基材１，２の接合時の割れ現象と同様の熱衝撃を与えた試験結果（以下、「熱衝撃試験」という）より求める。この熱衝撃試験は、レーザ光や電子ビーム等の高密度エネルギービームを照射し、破壊時の温度分布を測定することによって、その温度分布から熱伝導解析、熱応力解析によりセラミックス基材が破壊される時の応力（破壊応力）を求める。
【００３９】
このセラミックス基材１，２の熱衝撃試験は、その材料性質上、バラツキが予想されるため、同一条件にて数１０個以上実施し、破壊応力のバラツキを把握しておく。
図７は、応力の正規分布を示す図であり、上記の熱衝撃試験での応力の正規分布である。
【００４０】
図７に示すように、この正規分布の応力の平均応力は７２０．１［ＭＰａ］で、標準偏差σを１０７．９とすると、許容応力の下限値は、
（平均の応力）−３σ＝７２０．１−３×１０７．９＝３９６．４［ＭＰａ］
となり、許容応力は３９６．４［ＭＰａ］未満となる。
【００４１】
したがって、熱応力分布抽出部２２ｂで抽出された熱応力分布ファイル２２ｃの応力（最大引張応力）がこの許容応力３９６．４［ＭＰａ］未満の場合は、現状の施工条件でセラミックス基材１，２の接合を行うことができる。
また、熱応力分布抽出部２２ｂで抽出された熱応力分布ファイル２２ｃの応力（最大引張応力）がこの許容応力３９６．４［ＭＰａ］以上の場合は、許容可能な熱応力分布ファイル２２ｃの応力を逆算し、その熱応力分布ファイルの応力から逆算して許容可能な温度分布ファイルを求めて最適な温度分布条件、施工条件を決定する。
【００４２】
図８は、セラミックス基材１，２の施工条件を評価するためのフローチャートを示す図である。
図８に示すように、まず接合装置１０では、温度解析装置１４が初期状態として予め設定された施工条件に基づくレーザ出力制御およびモータ駆動制御を行うように、レーザ制御部１５および駆動制御部１６に指示を出力する（ステップＳ１０１）。
【００４３】
次に、温度測定部１３が温度センサ１２で検出されたセラミックス基材１，２の表面温度を測定する（ステップＳ１０２）。この測定は、複数の所定位置Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の表面温度分布の測定が終了するまで行われる（ステップＳ１０３）。
【００４４】
次に、温度解析装置１４の温度分布算出部２１は、温度測定部１３で測定された表面温度分布に基づき、接合対象部材であるセラミックス基材１，２の温度分布ファイル２１ｃを抽出する（ステップＳ１０４）。
【００４５】
ここでは、温度分布算出部２１は、温度測定部１３で測定された表面温度分布と、温度分布ＤＢ２１ａ内の表面温度データと比較し、この測定された表面温度分布と一致する表面温度データを含む内部温度データからなる温度分布ファイル２１ｃを抽出する。この抽出された温度分布ファイル２１ｃは、温度解析装置１４の熱応力算出部２２に出力される。
また、一致する温度分布ファイルがない場合は、施工条件を大きく逸脱している可能性があるため、エラーとして図示しない表示装置等に出力する。
【００４６】
次に、熱応力算出部２２は、取り込まれた温度分布ファイル２１ｃに基づき、接合対象部材であるセラミックス基材１，２の熱応力分布ファイル２２ｃを抽出する（ステップＳ１０５）。
ここでは、熱応力算出部２２は、温度分布ファイル２１ｃと、熱応力分布ＤＢ２２ａ内の温度分布ファイルとを比較して一致する温度分布ファイルと対の熱応力分布ファイル２２ｃを抽出する。この抽出された熱応力分布ファイル２２ｃは、温度解析装置１４の最適熱応力算出部２３に出力される。
【００４７】
最適熱応力算出部２３は、取り込まれた熱応力分布ファイル２２ｃに応じてセラミックス基材１，２の施工条件を決定する（ステップＳ１０６）。ここでは、最適熱応力算出部２３は、熱応力分布ファイル２２ｃから最大引張応力を抽出し、セラミックス基材１，２の破壊応力と比較することによって、抽出された最大応力が許容できるが否か評価する。
【００４８】
ここで、抽出された最大引張応力が許容可能な場合は、現状での施工条件でセラミックス基材１，２の接合を行うように、レーザ制御部１５と駆動制御部１６に指示を出力する。
また、抽出された最大引張応力が許容不可な場合は、許容可能な熱応力分布ファイルの応力を逆算し、その熱応力分布ファイルの応力から逆算して許容可能な温度分布ファイルを求めて最適な温度分布条件、施工条件を決定する。この決定された施工条件は、レーザ制御部１５と駆動制御部１６に出力される。
【００４９】
レーザ制御部１５と駆動制御部１６は、この決定された施工条件に基づいてレーザ照射部１１と回転モータ４を制御してセラミックス基材１，２の接合を行うことができる（ステップＳ１０７）。
【００５０】
このように、この実施形態の接合装置によれば、接合時のセラミックスの温度分布から熱応力分布を求め、この求めた熱応力分布に応じて接合の施工条件を決定するので、局部加熱によるセラミックスの割れを防止することができる。
【００５１】
（実施形態２）
図６に示した熱応力分布ＤＢ２２ａは、以下に示す熱応力解析で得られたセラミックス基材の熱応力分布のデータからなる熱応力分布ファイルを記憶することも可能である。
【００５２】
この熱応力解析では、例えば図２に示す加熱範囲中心部Ｐ０から径方向（図１のロウ材３の板厚方向に相当）にｒ１離れた表面位置Ｐ１の温度と、この加熱範囲中心部Ｐ０から径方向（図１のロウ材３の板厚方向に相当）にｒ２離れた表面位置Ｐ２の温度とから熱応力を算出する。
【００５３】
ここで、表面位置Ｐ１とＰ２の表面温度をＴ１，Ｔ２とすると、熱ひずみεは、
ε＝α（Ｔ１−Ｔ２）                    …式（１）
α：セラミックスの熱膨張率（熱膨張係数）
となる。ここで、例えば表面温度Ｔ１＝７８０℃、表面温度Ｔ２＝７６０℃、α＝４×１０−６℃とすると、式（１）は、
ε＝α（Ｔ１−Ｔ２）＝４×１０−６×（７８０−７６０）
＝０．００００８
となる。
【００５４】
次に、熱応力σは、材料力学の基本式より、
σ＝Ｅ・ε                              …式（２）
Ｅ：セラミックスのヤング率
となる。ここで、Ｅ＝３５００００［ＭＰａ］とすると、式（２）は、
σ＝Ｅ・ε＝３５００００×０．００００８
＝２８［ＭＰａ］
となる。
【００５５】
熱応力分布ＤＢ２２ａは、このように計算した熱応力分布のデータを、温度分布ファイル毎に記憶することができる。この熱応力分布のデータは、温度分布ファイルと対にしてそれぞれデータベース化されている。
【００５６】
このように、この実施形態の接合装置によれば、熱力学の簡単な基本式で熱応力分布のデータを求めることができるので、熱応力分布のデータのデータベース化を容易に行うことができる。
【００５７】
（実施形態３）
セラミックス基材１，２は、形状が変化することにより、それに対応した温度および熱応力のデータベースが必要となる。このデータベースの作成では、今後接合実施する可能性のある形状や大きさを予測して、各形状の変化と温度、応力の変化に対応した形状モデル、熱伝導解析および熱応力解析を行う。
【００５８】
各形状モデルおよび施工条件は、実験計画法により数パターンの条件を組み合せて実験もしくは解析を実施し、その結果を回帰分析によって統計的に処理して回帰係数を使用した形状や大きさおよび温度、応力の関数近似式を作成する。そして、この作成されて関数近似式を用いて、温度および応力の分布ファイルを作成する。
【００５９】
ここでは、例えばレーザ出力Ｘ１、レーザ照射径Ｘ２、モータ回転数Ｘ３、照射時間Ｘ４の値を、実験計画法により数パターンの条件を組み合せて、熱応力分布ファイルを作成する場合を説明する。
ここで、レーザ出力Ｘ１は５００［Ｗ］〜３０００［Ｗ］、レーザ照射径Ｘ２は５［ｍｍ］〜３０［ｍｍ］、モータ回転数Ｘ３は３０［ｒｐｍ］〜２００［ｒｐｍ］、レーザ照射時間Ｘ４は１０［ｓｅｃ］〜１５０［ｓｅｃ］とすると、熱応力Ｙ１、照射温度Ｙ２は以下に示す重回帰式から成る関係式となる。
【００６０】
Ｙ１＝Ａ１・Ｘ１＋Ａ２・Ｘ２＋Ａ３・Ｘ３＋Ａ４・Ｘ３    …式（３）
ここで、Ａ１〜Ａ４：定数
Ｙ２＝Ｂ１・Ｘ１＋Ｂ２・Ｘ２＋Ｂ３・Ｘ３＋Ｂ４・Ｘ３    …式（４）
ここで、Ｂ１〜Ｂ４：定数
となる。
【００６１】
図９は、図６に示した熱応力分布データベース２２ａの構成の一例を示す図である。
図９に示すように、熱応力分布ＤＢ２２ａは、接合対象部材であるセラミックス基材１，２のある特定形状（例えば円柱形状）での温度分布ファイルごとに求めたレーザ出力Ｘ１、レーザ照射径Ｘ２、モータ回転数Ｘ３、レーザ照射時間Ｘ４、熱応力Ｙ１、照射温度Ｙ２の施工条件のデータを示している。
【００６２】
この出力Ｘ１はレーザ照射部１１（図１参照）からのレーザ出力である。また、この照射径Ｘ２はレーザ照射部１１からロウ材の表面に照射されるレーザ光の照射径である。また、この回転数Ｘ３は回転モータ４（図１参照）の回転数Ｘ３である。また、この照射時間Ｘ４はレーザ照射部１１からのレーザ光の照射時間である。また、この熱応力Ｙ１はこれら施工条件の時の熱応力である。さらに、この照射温度Ｙ２はレーザ照射部１１からのレーザ光の照射温度である。
【００６３】
なお、温度分布ファイルの場合も、上記の関数近似式を応用して作成することができる。
このようにこの実施形態の接合装置によれば、関数近似式を用いて温度および熱応力の分布ファイルを作成することができるので、温度分布および熱応力分布のデータのデータベース化を容易に行うことができる。
【００６４】
また、これら実施形態の接合装置の各部は、パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という）におけるプログラミング化およびデータベース化することが可能である。このＰＣでは、温度測定部１３（図１参照）で測定された表面温度の温度変化を取り込み、実行指示を与えるだけで、施工条件の評価が可能となる。なお、この場合、接合開始の初期条件設定においては、接合するセラミックス基材の材料、形状等のデータはＰＣのキーボード等の入力部を表示画面上に入力する。また、各温度分布および熱応力分布は、表示指示コマンドにより、例えば三次元のカラーコンター図で表示することが可能である。
【００６５】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１，２…セラミックス基材、３…ロウ材、４…回転モータ、６，７…保持部、１０…接合装置、１１…レーザ照射部、１２…温度センサ、１３…温度測定部、１４…温度解析装置、１５…レーザ制御部、１６…駆動制御部、２１…温度分布算出部、２１ｂ…温度分布抽出部、２１ｃ…温度分布ファイル、２２…熱応力算出部、２２ａ…熱応力分布データベース、２２ｂ…熱応力分布抽出部、２２ｃ…熱応力分布ファイル、２３…最適熱応力算出部、Ｐ０…加熱範囲中心部、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…表面位置、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３…内部位置、Ｒ…加熱範囲。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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