(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス被溶接部材の表面に石英ガラス材の先端を０．１〜２．０度の角度で接触させ、被溶接部材と石英ガラス材の間の空域のみに火炎を加えて加熱すると共に、溶接点から離れた位置において上方向から石英ガラス材に荷重を加え、石英ガラス材の溶接部を被溶接部材に押圧する石英ガラス部材の溶接方法。
【請求項２】
請求項１において、石英ガラス材の両側から被溶接部材と石英ガラス材の接触面中央に火炎を加える石英ガラス部材の溶接方法。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかにおいて、石英ガラス材が角棒であって、溶接後に角棒の両コーナーを加熱する石英ガラス部材の溶接方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、被溶接部材が石英ガラス製の管、または板である石英ガラス部材の溶接方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、火炎を加えるバーナーを倣いローラーに固定して被溶接部材表面とバーナーの距離を一定として溶接する石英ガラス部材の溶接方法。
【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、特に石英ガラス製部材の溶接方法、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、溶接部に気泡や融着不足などの接合欠陥のない石英ガラス部材の溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハー等の高温処理時に石英ガラス製品が使用されており、板状または円筒状の石英ガラス製部材に石英ガラス製棒材や角材が溶接で接合されている。
従来、溶接は、図４に示すように、作業員が手作業で棒材等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て溶接し、加熱した棒材の上部や側面をローラーで加圧整形していた。
【０００３】
また、特開昭６３−２０１０２７号公報には、石英部品の接合面を平滑に研磨仕上げし、接合部材を含む石英部材全体を電気炉内真空中で９００〜１８００℃に加熱して接合する方法が、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】
【発明が解決しようとする課題】
バーナーで棒材の周囲を加熱しながら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、外観が凸凹となった。また、ローラーによる加圧は、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、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変形を生じ、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していた。
さらに、従来の溶接方法における加熱方法は、部材全体を加熱するため、被加工部の温度が約１８００〜２０００℃に上昇して軟化し、自重によって流動変形を生じたり、非接合箇所においても高温となって失透が生じたり、変形するという欠点があった。
【０００５】
本発明は、溶接時の石英ガラス製部材の変形を防止し、接合面に気泡や融着不足などの接合欠陥が発生せず、精度が高く外観品質の優れた石英ガラス部材の溶接を簡単な方法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】
石英ガラスの被溶接部材に石英ガラス材を溶接する際に、溶接面に対して石英ガラス材を０．１〜２．０度の角度で先端を接触させ、被溶接部材と石英ガラス材の間の空域に火炎を加えると共に溶接面から離れた位置で石英ガラス材を上方から加圧して石英ガラス材の先端を被溶接部材に押圧するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
被溶接部材は、石英ガラス製の管、板等であり、また、溶接材は、石英ガラス製の棒材、角材が挙げられる。
被溶接部材に石英ガラス材を溶接面に対して傾斜させて先端部を０．１〜２．０の角度で接触させ、両部材の間の空域に火炎を加えて溶接するものである。
【０００８】
両部材の間の空域の両側からバーナーで炎を入れ、石英ガラス材の接触面を加熱する。接触角は０．１〜２．０度が好ましく、この範囲以外では、石英ガラス材の底面と被溶接部材が接す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間隙部へ送り込めない。また、角度が大きすぎると多量の熱エネルギーが必要となって不経済であり、必要熱量を空隙に加えるために火炎を大きくすると火炎の振幅により部材全体加熱となり好ましくない。
【０００９】
石英ガラス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、火炎の逸散が防止されて省エネルギーとなり、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、角材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有効である。
【００１０】
曲面状の被溶接部材の場合、バーナーと溶接面の間隔を一定に保つのが困難となるので、曲面に沿って上下に移動するローラー（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して溶接面とバーナーの距離を一定に保ち、溶接を安定的におこなう。なお、溶接に先立ち、被溶接部材を予熱すると溶接性を向上することができる。
【００１１】
石英ガラス材の加圧は、加熱によって可塑状態となっていない部分に上方から荷重を加える。溶接部を直接ローラーで押さずに溶接部に荷重を加えることが可能となる。溶接材の変形を抑えると共に、僅かな加圧力によって融着一体化され、また、接合面に気泡や融着不足などの接合欠陥が生成されるのを防止することができる。
【００１２】
溶接面の効率良い加熱及び間接的な加圧接合とすることで熱エネルギーの節約と加熱温度の低減が図られ、石英ガラスの流動温度を避け、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℃であり、失透及び変形を生ずる温度以下に保持することができ、精度の維持及び外観品質の良い製品が得られる。
【００１３】
【実施例】
実施例１（石英ガラス板に棒材を溶接）
石英ガラス板１を予めスポーリング防止のために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して加熱する。次いで、図１に示すように、石英ガラス板１に対して石英ガラス棒材２を１．５度の角度で先端を接触させ、石英ガラス板１と石英ガラス棒材２とで形成される隙間を狙い、石英ガラス板１と石英ガラス棒材２の接触面に向かって、すなわち溶接面のみを酸水素バーナー３から火炎を噴出させて加熱する。このとき、石英ガラス棒材２の溶接点から離れた位置４を加圧ローラーで上方から加圧し、石英ガラス棒材２を溶接点で石英ガラス板１に押圧する。
なお、石英ガラス棒材２のスポーリング防止のため、溶接直後に石英ガラス棒材２の溶接した両脇を別途にバーナーで加熱した。このようにして石英ガラス棒材２を順次石英ガラス板１へ溶接していき、溶接完了位置でバーナーで加熱しながら石英ガラス棒材２を上方向に曲げながら引っ張って切断する。
【００１４】
実施例２（半円筒部材の内側に棒材を溶接）
半円筒石英ガラス板１を予めスポーリング防止のために８００℃以上に加熱する。次いで、図２に示すように、半円筒石英ガラス板１に対して石英ガラス製の角材２を２．０度の角度で先端を接触させる。半円筒石英ガラス板１と角材との間の隙間を狙って接触面に向かって角材２の溶接面のみを加熱する。同時に角材２の溶接点から離れた位置を加圧し、角材２の溶接点を半円筒石英ガラス板１に押圧する。
溶接面が曲面であるため、曲面に沿って上下移動する倣いローラー（図示しない）にバーナーを固定してバーナーと溶接面を一定距離として溶接を行った。また、溶接直後に角材の両コーナー部を加熱した。
【００１５】
実施例３（円筒部材に角棒を輪状に溶接）
円筒石英ガラス１を予熱バーナーで８００℃以上に加熱する。次いで、図３に示すように、円筒石英ガラス１に対して石英ガラス角棒２を０．５度の角度で先端を接触させ、円筒石英ガラス１と角棒２との間の隙間をねらって接触面に向かって角棒２の底面のみを角棒２の両側に対向配置した溶接バーナーで加熱する。同時に、溶接点から離れた位置で角棒２を加圧して角棒２の先端を円筒石英ガラス１に押圧する。
なお、被溶接部材の表面が曲面であるため、曲面に沿って上下に移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、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た。
以上の実施例１〜３のいずれにおいても、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石英ガラス製品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の変形が起きず、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製品が得られる。また、本発明の溶接方法は、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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