(57)【要約】【課題】溶接部内部にアルミニウムの表面酸化皮膜が残存することに起因する溶接部内部の隙間の発生を解消し、優れた気密性と充分な耐久性を示す高品質のアルミニウム溶接ベローズを得ること。【解決手段】隣り合う円環状プレート１０の環状内周縁部１１同士の溶接面１１Ａ及び環状外周縁部１２同士の溶接面１２Ａ間に、亜鉛パウダ３０等、アルミニウム酸化皮膜の融点低下剤を挟んで溶接する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム板材製の複数枚の環状プレートの各々について、環状プレートの環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接され、環状プレートの環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接されてなるアルミニウム溶接ベローズにおいて、
隣り合う環状プレートの環状内周縁部同士の溶接面及び環状外周縁部同士の溶接面間に、アルミニウム酸化皮膜の融点低下剤を挟んで溶接されていることを特徴とするアルミニウム溶接ベローズ。
【請求項２】
前記融点低下剤は亜鉛成分を含んでいることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム溶接ベローズ。
【請求項３】
アルミニウム板材製の複数枚の環状プレートの各々について、環状プレートの環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接し、環状プレートの環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接してなるアルミニウム溶接ベローズの製造方法において、
隣り合う環状プレートの環状内周縁部同士の溶接面及び環状外周縁部同士の溶接面に、アルミニウム酸化皮膜の融点低下剤を層状に設け、これらの溶接面間に前記融点低下剤を挟んで溶接することを特徴とするアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【請求項４】
前記融点低下剤は亜鉛成分を含み、亜鉛パウダあるいは亜鉛シートとして溶接面に層状に設けることを特徴とする請求項３記載のアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【請求項５】
隣り合う環状プレートの環状内周縁部同士あるいは環状外周縁部同士をレーザ溶接することを特徴とする請求項３または４記載のアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【請求項６】
前記環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士の溶接を、アルゴンと水素の混合ガスをアシストガスとして溶接部に噴射しながらレーザ溶接により行うことを特徴とする請求項５記載のアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム溶接ベローズおよびその製造方法に関し、特に、半導体製造装置、バルブ・配管継手、カプラ等において使用されるアルミニウム溶接ベローズおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム溶接ベローズは、複数枚のアルミニウム板材製の環状プレートによる溶接構造体であり、複数枚のアルミニウム板材製の環状プレート（ベローズ板）の各々について、環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接され、環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接されて軸線方向に伸縮可能なベローズ構造をなしている。
【０００３】
アルミニウム板材製の環状プレートの溶接方法としては、薄板溶接に適した固体レーザによるＹＡＧレーザ溶接法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
溶接ベローズは、複数枚のベローズ板を溶接することにより、完成状態のベローズにおいてベローズ内外の気密を保ち、繰り返しの伸縮に対して溶接部の耐久性が高いことが重要なポイントになる。
【０００５】
このことに対して、アルミニウム板材製の環状プレートをＹＡＧレーザによって溶接すると、図６に模式的に示されているように、溶接部Ｗの内部に環状プレートＰの合わせ方向（境界面）の延長上に蛇行した割れのような隙間Ｓの発生が見られる。
【０００６】
この隙間Ｓの発生要因としては、アルミニウム板材の場合、板材表面に自然酸化膜および圧延加工による酸化膜が形成されており、溶接の際に、溶接面の表面酸化皮膜が溶接熱では溶解せず、溶接部内部に表面酸化皮膜がそのまま残存することが考えられる。
【０００７】
溶接部内部に発生している隙間Ｓは、表面上は気密性を保っても、伸縮が繰り返されると、隙間を起点とした亀裂の発生を誘起し、ベローズの耐久性を低下する。
【０００８】
なお、アルミニウムが熱伝導率が高い金属であることによる溶接困難性を克服するために、溶接面に亜鉛メッキを施す技術（特開昭５８−２２３３５０号公報、特開平４−８０３８１号公報、特開平５−５９５２１号公報、特開平６−１２６４７６号公報）がある。
【０００９】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、溶接部内部にアルミニウムの表面酸化皮膜が残存することに起因する溶接部内部の隙間の発生を解消し、優れた気密性と充分な耐久性を示す高品質のアルミニウム溶接ベローズおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるアルミニウム溶接ベローズは、アルミニウム板材製の複数枚の環状プレートの各々について、環状プレートの環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接され、環状プレートの環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接されてなるアルミニウム溶接ベローズにおいて、隣り合う環状プレートの環状内周縁部同士の溶接面及び環状外周縁部同士の溶接面間に、アルミニウム酸化皮膜の融点低下剤を挟んで溶接されている。
【００１１】
また、上述の目的を達成するために、この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法は、アルミニウム板材製の複数枚の環状プレートの各々について、環状プレートの環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接し、環状プレートの環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接してなるアルミニウム溶接ベローズの製造方法において、隣り合う環状プレートの環状内周縁部同士の溶接面及び環状外周縁部同士の溶接面に、アルミニウム酸化皮膜の融点低下剤を層状に設け、これらの溶接面間に前記融点低下剤を挟んで溶接する。
【００１２】
このアルミニウム溶接ベローズの製造方法で使用する融点低下剤としては、亜鉛成分を含んでいるものがあり、亜鉛パウダあるいは亜鉛シートとして溶接面に層状に設けることができる。
【００１３】
この発明によるアルミニウム溶接ベローズおよびアルミニウム溶接ベローズの製造方法では、溶接面に亜鉛等による融点低下剤が存在することにより、アルミニウム酸化皮膜の融点が低下し、レーザ溶接等による溶接エネルギ（熱）によって溶接面表面のアルミニウム酸化皮膜が溶解分散し、アルミニウム酸化皮膜が皮膜のまま溶接部内部に残存することが解消される。
【００１４】
また、この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法では、隣り合う環状プレートの環状内周縁部同士あるいは環状外周縁部同士の溶接は、ＹＡＧレーザ等によるレーザ溶接により行うことができる。このレーザ溶接では、溶接時の溶融部が溶接熱によって周囲の酸素と反応して酸化物を生成しないよう、アルゴンと水素の混合ガスをアシストガスとして溶接部に噴射しながらレーザ溶接を行うことが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１はこの発明によるアルミニウム溶接ベローズの一つの実施形態を示している。
【００１６】
アルミニウム溶接ベローズは、軸線方向に積層された複数枚のアルミニウム板材製の円環状プレート１０と、両端のアルミニウム製エンド部材２０とにより構成されている。
【００１７】
円環状プレート１０は、板厚が０．１〜０．３ｍｍ程度のアルミニウム板により構成され、同心波形にプレス成形されたプレス成形品としてすべて同一形状をなしており、軸線方向に隣り合うもの同士の環状内周縁部１１の全周と環状外周縁部１２の全周を交互に溶接によって接合され、全体として略円筒状のベローズ構造をなしている。
【００１８】
つまり、円環状プレート１０の各々について、円環状プレート１０の環状内周縁部１１が、軸線方向の一方の側で隣り合う他の円環状プレート１０の環状内周縁部１１に全周溶接され、円環状プレート１０の環状外周縁部１２が、軸線方向の他方の側で隣り合う他の円環状プレート１０の環状外周縁部１２に全周溶接され、軸線方向に伸縮可能なベローズ構造をなしている。
【００１９】
環状内周縁部１１の溶接部は符号Ｗｉにより示され、環状外周縁部１２の溶接部は符号Ｗｏにより示されている。
【００２０】
なお、複数枚の円環状プレート１０のうち、図１にて最上位のものは、環状外周縁部１２にて上側のアルミニウム製エンド部材２０の円環状接続部２１と全周溶接され、また、図１にて最下位のものは、環状外周縁部１２にて下側のアルミニウム製エンド部材２０の円環状接続部２１と全周溶接されている。
【００２１】
円環状プレート１０の環状内周縁部１１、環状外周縁部１２の溶接に適した溶接法には、高密度のエネルギを集中できることで、短時間対応が可能な固体レーザであるＹＡＧレーザ溶接法がある。
【００２２】
円環状プレート１０の環状内周縁部１１同士の溶接面１１Ａ（図２参照）と、環状外周縁部１２同士の溶接面１２Ａ（図３参照）には、各々、アルミニウム酸化皮膜の融点低下剤として、亜鉛パウダ３０が層状に設けられている。亜鉛パウダ３０は、粒径が１８０μｍ以下の微細な粉末状のものであり、粉末単体やペースト状のものとして取り扱われ、溶接面１１Ａ、１２Ａに、散布、アセントやアルコール等の高揮発性溶剤を用いた刷毛塗り、吹き付け塗布によって溶接面１１Ａ、１２Ａに層状に設けられる。
【００２３】
環状内周縁部１１の溶接部Ｗｉと環状外周縁部１２の溶接部ＷｏのＹＡＧレーザ溶接は、溶接面１１Ａ、１２Ａに層状に設けられた亜鉛パウダ３０を挟んで行われる。この環状内周縁部１１の溶接部Ｗｉと環状外周縁部１２の溶接部ＷｏのＹＡＧレーザ溶接は、アルゴンガス、窒素ガス、アルゴンと水素の混合ガス等をアシストガスとして溶接部に噴射しながら行うことができる。
【００２４】
アシストガスとしてアルゴンと水素の混合ガスが使用されることにより、溶接時の溶融部が溶接熱によって周囲の酸素と反応することがなく、溶接時に溶接部に新たな酸化物が生成されることがない。
【００２５】
溶接面１１Ａ、１２Ａに亜鉛パウダ３０が存在し、亜鉛パウダ３０を含んだ状態で溶接が行われることにより、アルミニウム酸化皮膜の融点が低下し、レーザ溶接等による溶接エネルギ（熱）によって溶接面１１Ａ、１２Ａの表面を被覆しているアルミニウム酸化皮膜が溶解分散する。亜鉛は、アルミニウム酸化物の酸素と反応し、アルミニウム酸化物の不安定にする働きによってアルミニウム酸化皮膜の融点を低下すると考えられる。
【００２６】
これにより、アルミニウム酸化皮膜がそのまま溶接部内部に残存することが解消され、アルミニウム酸化皮膜が溶接部内部に割れ状として残らない結果となる。このことにより、環状内周縁部１１の溶接部Ｗｉや環状外周縁部１２の溶接部Ｗｏの溶接部内部にアルミニウムの表面酸化皮膜が残存することに起因する溶接部内部の隙間の発生が解消され、溶接強度が高く、アルミニウム溶接ベローズとして、優れた気密性と充分な耐久性が得られる。
【００２７】
他の実施形態として、図４、図５に示されているように、円環状プレート１０の環状内周縁部１１同士の溶接面１１Ａと、環状外周縁部１２同士の溶接面１２Ａの各々に、アルミニウム酸化皮膜の融点低下剤として、亜鉛シート３１を貼り付け、溶接面１１Ａ、１２Ａに亜鉛シート３１を挟み込んだ状態で、環状内周縁部１１の溶接部Ｗｉと環状外周縁部１２の溶接部ＷｏのＹＡＧレーザ溶接を行うこともできる。
【００２８】
この場合も、溶接面１１Ａ、１２Ａに亜鉛シート３１が存在し、亜鉛シート３１を含んだ状態で溶接が行われることにより、アルミニウム酸化皮膜の融点が低下し、レーザ溶接等による溶接エネルギ（熱）によって溶接面１１Ａ、１２Ａの表面を被覆しているアルミニウム酸化皮膜が溶解分散し、優れた気密性と充分な耐久性を有するアルミニウム溶接ベローズが得られる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明によるアルミニウム溶接ベローズおよびその製造方法では、溶接面に亜鉛等による融点低下剤が存在することにより、アルミニウム酸化皮膜の融点が低下し、レーザ溶接等による溶接エネルギによって溶接面表面のアルミニウム酸化皮膜が溶解分散し、アルミニウム酸化皮膜が皮膜のまま溶接部内部に残存することが解消され、優れた気密性と充分な耐久性を示す高品質のアルミニウム溶接ベローズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるアルミニウム溶接ベローズの一つの実施形態の全体構成を示す断面図である。
【図２】この発明によるアルミニウム溶接ベローズの環状内周縁部の溶接部の一つの実施形態を示す拡大図である。
【図３】この発明によるアルミニウム溶接ベローズの環状外周縁部の溶接部の一つの実施形態を示す拡大図である。
【図４】この発明によるアルミニウム溶接ベローズの環状内周縁部の溶接部の他の実施形態を示す拡大図である。
【図５】この発明によるアルミニウム溶接ベローズの環状外周縁部の溶接部の他の実施形態を示す拡大図である。
【図６】溶接部内部に発生する隙間を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０　円環状プレート
１１　環状内周縁部
１１Ａ　溶接面
１２　環状外周縁部
１２Ａ　溶接面
３０　亜鉛パウダ
３１　亜鉛シート
【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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