JP2000301371A - 高融点材料の溶融接合方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光線を用いて石英ガラスおよびセラミ
ック材料等の高融点材料を溶融して精度良く接合し、気
密封止する溶融接合方法およびその装置を提供すること
である。 【解決手段】 溶融接合装置は、接合対象物（３、２０
１）を周囲の圧力（Ｐ３）より小さな圧力（Ｐ４、Ｐ
５）に保持し、レーザ光（Ｌ）を接合対象物（３、２０
１）に照射して溶融させる。さらに、接合対象物（３、
２０１）の溶融部（４、２０７）に周囲の圧力（Ｐ３）
と接合対象物（３、２０１）の内圧（Ｐ４、Ｐ５）との
差圧によって、溶融部（４、２０７）を互いに押しつけ
て接合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光線を用い
て石英ガラスおよびセラミック材料等の高融点材料を溶
融して接合する、さらに詳述すれば該高融点材料により
構成される容器を溶融して気密に密閉封止する溶融接合
方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス材料やセラミック材料のような高
融点を有する材料を溶融させて、その高融点材料同士あ
るいは、金属等の異なる材料と溶接したり、真空密閉封
止を行う場合は、通常、熱源としてプロパン／酸素、水
素／酸素あるいはＡｒ（アルゴン）アーク等を利用する
ガス溶接方法が用いられる。特に、石英ガラス製のラン
プ等を製作する場合、ランプの電極となるＷ（タングス
テン）／Ｍｏ（モリブデン）材料を、石英ガラス製容器
（ランプ）内に真空密閉状態に封止するために、石英ガ
ラス製容器をガスバーナで部分的に加熱溶融する必要が
ある。

【０００３】しかし、ガスバーナの炎を先鋭に絞り込む
ことは難しく、加熱所望部分の周囲の加熱不要な部分ま
で加熱してしまう。さらに、炎を先鋭的に絞り込むこと
はできても、高融点材料であるセラミック等は熱伝導率
が高く、また熱伝導率が低い石英ガラスでも微細な精密
加工が要求される場合は、直接加熱部が所望の温度に達
した時には、周囲の非直接加熱部が熱伝導により間接的
に加熱されて著しく昇温されてしまう。このように、ガ
スバーナによる加熱では、直接加熱部とその周辺部分の
温度分布変化が緩慢になり、高融点材料の所望の部分の
みを局部的に加熱溶融することは非常に困難であるとい
う問題がある。

【０００４】例えば、小型の高圧水銀ランプやメタルハ
ライドランプ等の製造において、ガラス管内に蒸気圧の
高い水銀等を真空密閉する必要がある。この場合、間接
加熱部の熱による水銀の蒸発を防ぐには、加熱対象部に
局部的に温度の高低差をつけなければならない。そのた
めには、直接加熱部の周辺を冷却すれば良いが、製造コ
ストおよび作業性の面で大いに問題がある。さらに、間
接加熱部の昇温を抑えるべく、ガスバーナによる加熱を
控えると溶融所望部を十分加熱できないばかりか、昇温
に時間をさらに要して、加熱対象部に局部的に温度の高
低差をつけることが非常に難しくなる。このように、ガ
スバーナによる加熱では、加熱対象部およびその周辺部
の温度制御可能範囲が小さく、封止工程自体が非常に困
難になる。その結果、ランプ生産の歩留りが確保できな
いという問題を抱えている。

【０００５】図２０に、このようなガスバーナ利用に起
因する問題を解決するために、特開昭５５−２４３２７
に提案されている、加熱手段としてレーザ光線を利用し
てフリットを溶融する溶融接合装置を模式的に示す。同
図において、ＷＬＣは、真空状態で密閉した容器内に、
反射板で囲まれるように設置された溶融対象物にレーザ
光線を照射して、フリットを溶融して高圧ナトリウムラ
ンプ等の放電灯を製造する溶融接合装置である。

【０００６】レーザ溶融接合装置ＷＬＣは、通気口１０
２を有する基板１０３を、パッキン１０５を介して容器
本体１０４に気密に取り付けて組み立てられた密閉容器
１０１を有する。密閉容器１０１の上部外周の一部に設
けられたレーザ透過窓１０６の外側には、レーザ装置１
０７が設置されている。密閉容器１０１の上部には、密
閉容器１０１内の気圧を測定する圧力計１０８が設けら
れている。通気口１０２には通気管１０９が設けられて
いる。この通気管１０９の途中から分岐した分岐管１０
９ａには真空ポンプ１１０が開閉弁１１１を介して接続
されており、分岐管１０９ｂにはＮｅ（ネオン）等の不
活性ガスが、弁装置１１３を介してガスボンベ１１２に
より供給される。

【０００７】なお、被封止物１１５は、電極１１７ａを
有する閉塞体１１８ａと発光管１１６の上端部との間に
は、ガラスソルダーのような加熱溶融封止材１１９が介
装されている。同様に、電極１１７ｂを有する閉塞体１
１８ｂと発光管１１６の下端部との間にも、加熱溶融封
止材１１９が介装されている。

【０００８】基板１０３の中心軸に対して摺動かつ回転
自在に軸装されている二叉状の挟持部材１１４によっ
て、放電灯としての被封止物１１５は加熱溶融封止材１
１９がレーザ透過窓１０６の光路上に位置するように着
脱自在に挟持される。密閉容器１０１内部には、レーザ
光路位置に沿って、間隙１２０を有する円弧状をなす反
射板１２１が被封止物１１５を外方から囲い込むように
設けられており、この反射板１２１は支持部材１２２に
よって昇降自在に設けられている。

【０００９】被封止物１１５を挟持部材１１４に挟持し
た後に、開閉弁１１１を開弁し、真空ポンプ１１０を駆
動して密閉容器１０１内の空気を排気する。圧力計１０
８によって、密閉容器１０１内が約０．０００１Ｔｏｒ
ｒ〜０．０００００１Ｔｏｒｒ程度の真空度に到達した
ことを確認後、開閉弁１１１を閉弁すると共に真空ポン
プ１１０の駆動を停止する。このようにして、被封止物
１１５の内部を真空にする。引き続き、レーザ透過窓１
０６および間隙１２０を通して、同被封止物１１５の加
熱溶融封止材１１９にレーザ光を照射して、加熱溶融封
止材１１９を加熱溶融させ、先ず発光管１１６の上部と
閉塞体１１８ａを封止する。

【００１０】この時、レーザ光による熱エネルギーは被
封止物１１５を加熱すると共に、この時生じる輻射エネ
ルギーが反射板１２１で反射されて、相乗的に被封止物
１１５を加熱する。同時に、挟持部材１１４をゆっくり
回転させて、被封止物１１５と加熱溶融封止材１１９と
を均等に加熱溶着して、上端部側を密閉封止する。

【００１１】次に、上端部側の封止を終えた被封止物１
１５を反転して下端部の加熱溶融封止材１１９をレーザ
光路上に位置する。そして、開閉弁１１１を閉弁すると
共に、弁装置１１３を開弁し、圧力計１０８の指示を確
認して前述の不活性ガス（封入ガス）を約２５Ｔｏｒｒ
程度まで、密閉容器１０１内に導入する。封入ガスの導
入が終了した時点で、上述の上端部側の密閉封止と同様
に、レーザ装置１０７のレーザ光によって、被封着物１
１５の加熱溶融封着材１１９を溶融し、下端部側を密閉
封止して放電灯を完成する。

【００１２】上述の加熱手段としてレーザ光線を利用し
てフリットを溶融する溶融接合装置が、さらに、特願昭
５５−６４３３８および特願昭５６−４２９４０にそれ
ぞれ提案されている。これらの装置においては、特開昭
５５−２４３２７に提案された溶融接合装置に、レーザ
照射により溶融させたフリットを押しつける押圧手段が
追加された構造を有するものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開昭５５−２４３２７に提案されたレーザ加熱溶融装
置では、約０．０００１Ｔｏｒｒ〜０．０００００１Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度に保った密閉容器中に、封入ガスを
約２５Ｔｏｒｒまで充満させる必要がある。さらに、加
熱溶融封着材を溶融して、閉塞体１１８と被封着物１１
５の端部に溶着させて密閉封止するが、加熱溶融封着材
１１９および閉塞体１１８は被封着物１１５の端部に単
に置かれているだけである。

【００１４】つまり、このように加熱溶融封止材１１９
および閉塞体１１８の自重しか働かないので、加熱溶融
封着材１１９は溶融させれば自重により変形して垂れる
が、一方閉塞体１１８は溶融しないので変形しない。よ
って、加熱溶融封着材１１９と閉塞体１１８の間に隙間
無く両部材を溶着できない。これを防ぐために、閉塞体
１１８を加熱溶融封着材１１９と同時に溶融させても、
自重のみでは両者を隙間無く溶着することは非常に難し
く歩留まりを確保できない。さらに、閉塞体１１８や被
封着物１１５がセラミックのように低熱可塑性材料で作
られている場合は、両部材を隙間無く溶着することは実
質的に不可能である。

【００１５】さらに、被封着物１１５や閉塞体１１８が
セラミック材料や石英材料に係わらず、常温の真空状態
下で封止を行うために、封止後の内圧が常圧より高くな
るように被封着物１１５を気密に密閉封止することは不
可能である。

【００１６】また、真空容器中で、レーザ照射する場合
は、封入ガスを真空容器に充満させる必要がある。真空
密閉封止する物体が石英ガラス管の場合などは、管の外
と内側とに気圧差が存在しないと、完全に密閉すること
は非常に難しく、溶融しながら石英ガラス管を引っ張っ
て封止するという工程を経なければならない。さらに、
セラミックや石英ガラス管にしても、管の内圧を常圧よ
り高くして真空密閉することは、非常に困難である。

【００１７】また、セラミック管材料と電極材料の接続
に使用されるサーメットとの溶接あるいは真空密閉封止
には、高周波の誘導加熱によってセラミック管材料やサ
ーメットを溶融させて、溶接あるいは真空密閉封止が行
われている。このような高周波誘導加熱においては、加
熱対象部にシャープな局部的温度勾配をつけることにつ
いては改善される。しかし、セラミック管材料やサーメ
ットは溶融させただけでは、互いに溶接させることは非
常に難しい。ましてや、真空密閉封止することは実質上
不可能である。一方、特願昭５５−６４３３８および特
願昭５６−４２９４０に提案された装置においては、被
封着物の開口端に閉塞体を押しつけての封止には適する
が、閉塞体を別途用いずに、被封着物自体で封止するこ
とは実際上不可能である。

【００１８】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明は、石英ガラスおよびセラミック材料のいずれかに
よって構成された対象物にレーザ光を照射して加熱溶融
させて接合させる溶融接合装置であって、対象物の内圧
を、対象物の雰囲気圧である第１の気圧より小さな第２
の気圧に減圧保持する内圧制御器と、減圧保持された対
象物の所定の部分にレーザ光を照射して加熱溶融する加
熱溶融器とを備え、対象物の加熱溶融された部分が、第
１の気圧と第２の気圧の差圧によって、収縮溶接され
る。

【００１９】上記のように、第１の発明においては、対
象物に均一に働く外気圧によって、加熱溶融部を内部に
シュリンクさせて、確実に接合できる。

【００２０】第２の発明は、第１の発明において、減圧
された対象物を第１の気圧を有する不活性雰囲気中に保
持すると共に、レーザ光を対象物の所定の部分に向かっ
て透過させる不活性雰囲気装置をさらに備え、加熱溶融
された部分が不活性雰囲気圧によって収縮溶接されるこ
とを特徴とする。

【００２１】上記のように、第２の発明においては、対
象物を正圧に保たれた不活性雰囲気中で加熱溶融および
シュリンク接合するので、対象部の酸化による品質劣化
が防止される。

【００２２】第３の発明は、第２の発明において、レー
ザ光は、不活性雰囲気装置の外部から対象物に向かって
照射されることを特徴とする。

【００２３】上記のように、第３の発明においては、レ
ーザ装置を不活性雰囲気装置の外部に設置できるので、
溶融接合装置全体の構造を簡単にできる。

【００２４】第４の発明は、第３の発明において、不活
性雰囲気装置は、レーザ光を透過させるレーザ光透過部
を含む。

【００２５】上記のように、第４の発明においては、正
圧に保たれた不活性雰囲気に保持した対象物に、外部か
ら出射されたレーザを照射して加熱することができる。

【００２６】第５の発明は、第４の発明において、レー
ザ光がＹＡＧレーザおよびエキシマーレーザのいずれか
の場合は、レーザ光透過部は石英ガラスを主成分とする
材料で構成される。

【００２７】上記のように、第５の発明においては、石
英ガラスはＹＡＧレーザおよびエキシマーレーザに対す
る透過損失が小さいので、対象物をレーザで効率良く加
熱できる。

【００２８】第６の発明は、第４の発明において、レー
ザ光がＣＯ₂ レーザの場合は、レーザ光透過部はＺｎＳ
ｅを主成分とする材料で構成される。

【００２９】上記のように、第６の発明においては、Ｚ
ｎＳｅはＣＯ₂ に対する透過損失が小さいので、対象物
をレーザで効率良く加熱できる。

【００３０】第７の発明は、第４の発明において、レー
ザ光透過器は、レーザ光を対象物に対して集光する。

【００３１】上記のように、第７の発明においては、レ
ーザ透過窓自体でレーザ光を対象物に対して集光できる
ので、レーザ光の集光機構を別途必要としない。

【００３２】第８の発明は、第２の発明において、不活
性雰囲気は、希ガスおよび窒素ガスからなる不活性ガス
グループから選択される不活性ガスである。

【００３３】第９の発明は、第２の発明において、不活
性雰囲気装置は、不活性ガスを吸引して取り込む吸引器
と、吸引された不活性ガスから不純物を除去して精製す
る精製器と、精製された不活性ガスを不活性雰囲気装置
に戻す環流器とを含む。

【００３４】上記のように、第９の発明においては、精
製機と環流器によって、不活性雰囲気を常に清浄に保つ
ことができる。

【００３５】第１０の発明は、第９の発明において、精
製器は、不活性雰囲気装置の外部に設けられる。

【００３６】上記のように、第１０の発明においては、
精製機を不活性雰囲気装置の外部に設けることによっ
て、精製器の保守を容易に行うことができると共に、そ
の際の不活性雰囲気装置内部の汚染を防止できる。

【００３７】第１１の発明は、第２の発明において、不
活性雰囲気装置の外部雰囲気圧は、第２の気圧より大き
く、第１の気圧より小さい。

【００３８】上記のように、第１１の発明においては、
不活性雰囲気装置の外部気圧以上に設定することによっ
て、対象物の内部気圧との差圧を大きく設定できるの
で、より大きなシュリンク力で接合できる。

【００３９】第１２の発明は、第１１の発明において、
第１の気圧は外部雰囲気圧より数ｍｍ水柱圧だけ大き
い。

【００４０】上記のように、第１２の発明においては、
不活性雰囲気装置の内圧は、その外気圧より数ｍｍ水柱
圧だけ高く保つことは容易であり、さらに対象物の内圧
との差圧をシュリンク接合に対して十分な大きさにでき
る。

【００４１】第１３の発明は、第１の発明において、対
象物の所定の部分と加熱溶融器との間に、レーザ光を遮
るように設けられたサセプタをさらに備え、レーザ光が
サセプタの第１面で受光吸収された熱エネルギーが、サ
セプタの第２面から対象物の所定の部分に向かって放射
される。

【００４２】上記のように、第１３の発明においては、
サセプタによってレーザ光のエネルギーを一旦吸収し
て、熱として対象部に放射することによって、対象物を
より均等に加熱できる。

【００４３】第１４の発明は、第１３の発明において、
サセプタは、対象物をその内部に含む環状であり、外周
で受けたレーザ光の熱エネルギーを内周から対象物の所
定の部分に向かって放射する。

【００４４】上記のように、第１４の発明においては、
サセプタによってレーザ光のエネルギーを熱として、対
象部の所定の場所に集中して放射でき、目的の部分を効
果的に加熱できる。

【００４５】第１５の発明は、第１４の発明において、
サセプタは、対象物に対して自転させられ、レーザ光線
によりより均一に加熱される。

【００４６】上記のように、第１５の発明においては、
サセプタの放熱部である内周部が対象物の周表面に対し
て回転することによって、より均等に加熱できる。

【００４７】第１６の発明は、第１の発明において、対
象物を部分的に冷却する冷却器をさらに備える。

【００４８】上記のように、第１６の発明においては、
対象物を部分的に冷却することによって、対象物により
所望な温度勾配をつけることができると共に、対象物内
に封入されている高蒸気圧材料を蒸発させること無く対
象物の密閉封止ができる。

【００４９】第１７の発明は、第１６の発明において、
冷却器は、冷風、冷水、および液体窒素等のいずれかの
冷媒を貯蔵する冷媒器と、冷媒器から冷媒を導入して、
対象物の周囲を巻回後に冷媒器に環流させる冷媒循環器
とをさらに備える。

【００５０】第１８の発明は、第１７の発明において、
冷却器は、冷媒を対象物に対して噴射するノズルおよ
び、冷媒を貯蔵して対象物を浸漬させるタンクのいずれ
かを含む。

【００５１】第１９の発明は、第１の発明において、対
象物の所定の部分の外周部に対して概ね均一にレーザ光
が照射される。

【００５２】上記のように、第１９の発明においては、
対象物に対してレーザ光を概ね均等に照射するので、対
象物の照射部分を概ね均等に加熱できる。

【００５３】第２０の発明は、第１９の発明において、
加熱溶融器は、複数のレーザ光発生装置を備える。

【００５４】上記のように、第２０の発明においては、
複数のレーザ光発生装置を用いることによって、対象物
に対して単一のレーザ光発生装置で照射する場合に比べ
て、より均等に対象物を加熱できる。

【００５５】第２１の発明は、第１９の発明において、
加熱溶融器は、レーザ光線を複数に分岐して、対象物の
所定の部分の外周部に対して出力する光ファイバを備え
る。

【００５６】上記のように、第２１の発明においては、
単一のレーザ光発生装置から発生されたレーザ光を光フ
ァイバによって複数に分岐させて対象物に照射させるこ
とによって、対象物に対して単一のレーザ光を照射する
場合に比べて、より均等に対象物を加熱できる。

【００５７】第２２の発明は、第１の発明において、内
圧制御器は、対象物の内圧を検出する内圧検出器と、一
端が対象物の開放端部に接続される配管器と、配管器の
他端に接続されて、対象物内を真空吸引し、内圧検出器
の検出圧を第２の所定内圧とする真空吸引器とを含む。

【００５８】上記のように、第２２の発明においては、
内圧検出器によって対象物の内圧を検出しながら真空吸
引器によって、対象物内を所定の負圧力に保持できる。

【００５９】第２３の発明は、第１の発明において、対
象物の端部を挟持して回転する回転挟持器を備え、対象
物の所定の部分の全周に渡ってレーザ光が均等に照射さ
れる。

【００６０】上記のように、第２３の発明においては、
対象物をレーザ光に対して、周方向に回転させることに
よって、対象物にレーザ光をより均等に照射することが
できる。

【００６１】第２４の発明は、第１の発明において、レ
ーザ光の出力を検知するレーザ光出力検出器と、検出さ
れたレーザ光の出力に基づいて、レーザ光のエネルギー
を制御するレーザエネルギー調整器とをさらに備える。

【００６２】上記のように、第２４の発明においては、
レーザ光の出力を検知し、その検知値に基づいてレーザ
光発生器のレーザエネルギーをフィードバック制御する
ことにより、適正なレーザ出力で対象物を加熱できる。

【００６３】第２５の発明は、第１の発明において、対
象物をレーザ光に概ね垂直な軸に沿って回転させる回転
器を備える。

【００６４】上記のように、第２５の発明においては、
対象物の周方向に均等に、レーザ光を照射できる。

【００６５】第２６の発明は、第１の発明において、加
熱溶融される対象物の所定の部分の近傍に焦点を有する
反射鏡をさらに備える。

【００６６】上記のように、第２６の発明においては、
対象物に対して照射されたレーザ光を、反射鏡で反射し
て再び対象物に対して照射することができるので、レー
ザ光の使用効率を改善できる。

【００６７】第２７の発明は、第２６の発明において、
反射鏡は積分球であると共に、その内部に対象物の所定
の部分が保持される。

【００６８】上記のように、第２７の発明においては、
反射鏡を積分球とすることによって、その内部で反射さ
れるレーザ光の強度が対象物の所定の照射部で概ね均一
になる。

【００６９】第２８の発明は、第２７の発明において、
反射鏡には、その内部に対象物を挿入する第１の開口部
と、レーザ光を入射する第２の開口部が少なくとも１つ
設けられ、第２の開口部から入射されたレーザ光は積分
球である反射鏡の内部で反射されて、第１の開口部から
挿入された対象物の所定の部分を均等に照射加熱する。

【００７０】上記のように、第２８の発明においては、
積分球である反射鏡に開口部を設けることによって、反
射鏡の内部に対象物を保持すると共に、保持された対象
物に対してレーザ光を照射できる。

【００７１】第２９の発明は、第２７の発明において、
反射鏡には、さらに、反射鏡内部のダストを吸引するた
めの開口部が設けられる。

【００７２】上記のように、第２９の発明においては、
ダスト吸引のために設けられた開口部から、反射鏡内部
のダストを吸引排出することができる。

【００７３】第３０の発明は、第２７の発明において、
反射鏡の外周側に、冷却器をさらに備え、反射鏡を冷却
する。

【００７４】上記のように、第３０の発明においては、
反射鏡の外周側に備えられた冷却器によって反射鏡を冷
却することによって、その内部で連続反射されたレーザ
光によって対象物が照射されて発生する高温から、レー
ザ光に干渉すること無く反射鏡を保護できる。

【００７５】第３１の発明は、第１の発明において、レ
ーザ光を対象物に概ね平行な方向に移動させる移動器を
備える。

【００７６】上記のように、第３１の発明においては、
対象物をレーザ光に対して概ね平行に移動させることに
よって、対象物の長手方向に延在する部分に対してレー
ザ光を概ね均等に照射できる。

【００７７】第３２の発明は、第１の発明において、対
象物を挟んでお互いに対向して配置される、対象物に対
して概ね平行な対向面を有する一対の整形型と、一対の
整形型を、対象物に対して概ね垂直な方向に移動させる
整形型移動器とを備え、加熱溶融された部分を一対の対
向面で挟み込んで圧縮整形する。

【００７８】上記のように、第３２の発明においては、
負圧によってシュリンク接合された溶融部をさらに整形
型で圧縮整形することによって、より一層確実に接合で
きる。

【００７９】第３３の発明は、第１の発明において、レ
ーザ光はＹＡＧレーザ、エキシマーレーザ、およびＣＯ
₂ レーザ、半導体レーザのいずれかである。

【００８０】第３４の発明は、第７の発明において、レ
ーザ光の出力を検知するレーザ光出力検出器と、検出さ
れたレーザ光の出力に基づいて、レーザ光を集光するレ
ーザ光透過器をレーザ光の光軸上を移動させる集光位置
制御器とをさらに備える。

【００８１】上記のように、第３４の発明においては、
レーザ光出力を検知し、その検知値に基づいて、透過器
をレーザ光軸上を移動させることによって、レーザ光を
対象物上に適正に集光できる。

【００８２】第３５の発明は、石英ガラスおよびセラミ
ック材料のいずれかによって構成された対象物を、対象
物の所定の場所に設けた接合部材で溶接する溶融接合装
置であって、対象物の内圧を、その雰囲気圧である第１
の気圧より小さな第２の気圧に減圧保持する内圧制御器
と、接合部材にレーザ光を照射して加熱溶融する加熱溶
融器とを備え、加熱溶融された接合部材によって対象物
が溶接される。

【００８３】上記のように、第３５の発明においては、
減圧された対象物をレーザ光の照射により加熱溶融させ
て接合部材によって所望の物に溶接できる。

【００８４】第３６の発明は、第３５の発明において、
減圧対象物を第１の気圧を有する不活性雰囲気中に保持
すると共に、レーザ光を接合部材に向かって透過させる
不活性雰囲気装置をさらに備える。

【００８５】上記のように、第３６の発明においては、
減圧された対象物に対して正圧を有する不活性雰囲気中
に保持した状態でレーザ光を接合部材に照射することに
よって、接合部材を酸化等により劣化させること無く加
熱溶融できる。

【００８６】第３７の発明は、第３５の発明において、
対象物を加熱溶融された接合部材に対して押しつける押
圧器をさらに備える。

【００８７】上記のように、第３７の発明においては、
加熱溶融された接合部材に対象物を押しつけることによ
って、接合部材自体と対象物を十分密着させて確実に接
合できる。

【００８８】第３８の発明は、第３５の発明において、
対象物の端部を挟持して回転する回転挟持器を備え、対
象物の所定の部分の全周に渡ってレーザ光が均等に照射
される。

【００８９】上記のように、第３８の発明においては、
接合部材が均等に加熱溶融される。

【００９０】第３９の発明は、第３７の発明において、
押圧器は、対象物の端部を挟持して回転すると共に、回
転軸に沿って移動する挟持器を含む。

【００９１】上記のように、第３９の発明においては、
対象物を回転させて接合部を均等に加熱するとともに、
加熱溶融した接合部材に対象物を押しつけることができ
る。

【００９２】第４０の発明は、第３９の発明において、
押圧器は両旋盤である。

【００９３】第４１の発明は、第１の発明において、溶
接あるいは真空密閉する石英ガラスあるいはセラミック
管の近傍に生じる溶接飛散物を除去する集塵器をさらに
備える。

【００９４】第４２の発明は、第２の発明において、不
活性雰囲気装置は、溶接あるいは真空密閉する石英ガラ
スあるいはセラミック管の近傍に生じる溶接飛散物を除
去する集塵器を含む。

【００９５】第４３の発明は、石英ガラスおよびセラミ
ック材料のいずれかによって構成された対象物にレーザ
光を照射して加熱溶融させて接合させる溶融接合方法で
あって、対象物の内圧を、対象物の雰囲気圧である第１
の気圧より小さな第２の気圧に減圧保持する内圧制御ス
テップと、減圧保持された対象物の所定の部分にレーザ
光を照射して加熱溶融する加熱溶融ステップと、対象物
の加熱溶融された部分を、第１の気圧と第２の気圧の差
圧によって、収縮溶接する接合ステップを備える。

【００９６】上記のように、第４３の発明においては、
対象物に均一に働く外気圧によって、加熱溶融部を内部
にシュリンクさせて、確実に接合できる。

【００９７】第４４の発明は、第４３の発明において、
減圧された対象物を第１の気圧を有する不活性雰囲気中
に保持するステップと、レーザ光を対象物の所定の部分
に向かって透過させるステップをさらに備え、加熱溶融
された部分が不活性雰囲気圧によって収縮溶接される。

【００９８】上記のように、第４４の発明においては、
対象物を正圧に保たれた不活性雰囲気中で加熱溶融およ
びシュリンク接合するので、対象部の酸化による品質劣
化が防止される。

【００９９】第４５の発明は、第４３の発明において、
対象物の所定の部分と加熱溶融器との間に、レーザ光を
遮るように設けられたサセプタの第１面でレーザ光を受
光しその熱エネルギーを吸収するステップと、サセプタ
の第１面で吸収された熱エネルギーをサセプタの第２面
から対象物の所定の部分に向かって放射するステップを
さらに備える。

【０１００】上記のように、第４５の発明においては、
サセプタによってレーザ光のエネルギーを一旦吸収し
て、熱として対象部に放射することによって、対象物を
より均等に加熱できる。

【０１０１】第４６の発明は、第４３の発明において、
対象物を挟んでお互いに対向して配置される、対象物に
対して概ね平行な対向面を有する一対の整形型を対象物
に対して概ね垂直な方向に移動させて、加熱溶融された
部分を一対の対向面で挟み込んで圧縮整形するステップ
をさらに備える。

【０１０２】上記のように、第４６の発明においては、
負圧によってシュリンク接合された溶融部をさらに整形
型で圧縮整形することによって、より一層確実に接合で
きる。

【０１０３】第４７の発明は、石英ガラスおよびセラミ
ック材料のいずれかによって構成された対象物を、対象
物の所定の場所に設けた接合部材で溶接する溶融接合方
法であって、対象物の内圧を、その雰囲気圧である第１
の気圧より小さな第２の気圧に減圧保持する内圧制御ス
テップと、接合部材にレーザ光を照射して加熱溶融する
加熱溶融ステップとを備え、加熱溶融された接合部材に
よって対象物が溶接される。

【０１０４】上記のように、第４７の発明においては、
減圧された対象物をレーザ光の照射により加熱溶融させ
て接合部材によって所望の物に溶接できる。

【０１０５】第４８の発明は、第４７の発明において、
対象物を加熱溶融された接合部材に対して押しつける押
圧ステップをさらに備える。

【０１０６】上記のように、第４８の発明においては、
加熱溶融された接合部材に対象物を押しつけることによ
って、接合部材自体と対象物を十分密着させて確実に接
合できる。

【０１０７】第４９の発明は、第４７の発明において、
減圧対象物を第１の気圧を有する不活性雰囲気中に保持
するステップと、レーザ光を接合部材に向かって透過さ
せるステップとをさらに備える。

【０１０８】上記のように、第４９の発明においては、
減圧された対象物に対して正圧を有する不活性雰囲気中
に保持した状態でレーザ光を接合部材に照射することに
よって、接合部材を酸化等により劣化させること無く加
熱溶融できる。

【０１０９】第５０の発明は、第４９の発明において、
対象物を加熱溶融された接合部材に対して押しつける押
圧ステップをさらに備える。

【０１１０】上記のように、第５０の発明においては、
加熱溶融された接合部材に対象物を押しつけることによ
って、接合部材自体と対象物を十分密着させて確実に接
合できる。

【０１１１】

【発明の実施の形態】図面を参照しながら、以下に本発
明にかかる溶融接合方法およびその装置について説明す
る。

【０１１２】（第１の実施形態）図１に示すブロック図
を参照して、本発明の第１実施形態にかかる溶融接合装
置について説明する。同図においては、溶融接合装置Ｗ
ＬＰ１内部に、溶融接合あるいは気密に密閉封止される
石英ガラス材料あるいはセラミック材料で構成された真
空容器３が設置されている例が示されている。溶融接合
装置ＷＬＰ１は、外気を遮断した気密なグローブボック
ス１を有する。グローブボックス１には、真空ポンプ１
０を介して窒素ガスあるいは希ガス等の不活性ガスが蓄
えられたガスボンベ１１が気密に接続されて、グローブ
ボックス１内に不活性ガスが所定の圧力で注入される。
なお、グローブボックス１には、調圧弁２８が設けられ
て、グローブボックス１内の圧力Ｐ２は、外気圧Ｐ３よ
り多少高めの範囲（Ｐ３＜Ｐ２＜Ｐ３＋△Ｐ＜Ｐ４）に
保持される。なお、△Ｐは、数ｃｍＷａｔｅｒ圧力であ
り、Ｐ４はグローブボックス１の耐圧力である。このよ
うに、真空ポンプ１０、ガスボンベ１１、および調圧弁
２８でグローブボックス内圧調整機構ＧＰＲを形成して
いる。

【０１１３】グローブボックス１には、不活性ガスを精
製する精製機３０が設けられている。雰囲気ガス精製機
３０は取り込みパイプＰｉおよび戻しパイプＰｒによっ
て、グローブボックス１内に気密に接続されている。雰
囲気ガス精製機３０は取り込みパイプＰｉを通して、グ
ローブボックス１内の雰囲気ガスを取り込み、水分吸着
剤等によって、取り込まれた雰囲気ガスに含まれている
水分等の不純物を除去した後、戻しパイプＰｒを通して
グローブボックス１内に環流する。これによりグローブ
ボックス１内の雰囲気ガスは、水分の非常に少ない低露
点状態に保たれる。このように、雰囲気ガス精製機３
０、取り込みパイプＰｉ、戻しパイプＰｒによって、グ
ローブボックス雰囲気精製機構ＧＡＲを形成している。

【０１１４】グローブボックス１の外側には、レーザ装
置２が、そのレーザ光Ｌの光軸が内部に設置された真空
容器３の側面に対して概ね垂直をなすように設置されて
いる。レーザ装置２としては、通常、ＹＡＧレーザ、エ
キシマレーザやＣＯ₂ レーザを用いる。レーザ装置２か
ら放射されたレーザ光線Ｌが集光レンズ６によって、真
空容器３の側面に集光できるように、レーザ光Ｌの光軸
を遮るようにレーザ光窓５がグローブボックス１の側面
に設けられている。なお、集光レンズ６およびレーザ光
窓５の構成材料としては、レーザ光Ｌの波長に応じて、
レーザ光Ｌを良く透過する物質が適宜選択される。

【０１１５】一例として、ＹＡＧレーザおよびエキシマ
レーザでは、そのレーザ波長が１．０６μｍ近傍である
ため、レーザ光窓５の材料としては石英ガラスを用いる
ことができる。一方、ＣＯ₂ レーザでは、その波長が１
０．６μｍであるため、殆どの物質が光エネルギーを吸
収してしまうため、レーザ光窓５の材料はＺｎＳｅ（セ
レン化亜鉛）やＧｅ（ゲルマニウム）等に限定される。
一方、真空容器３は、レーザ光Ｌを良く吸収する材料が
好ましいので、ＹＡＧレーザやエキシマレーザを用いる
場合は、レーザ光Ｌを透過する石英ガラス材料では無
く、レーザ光Ｌを吸収するセラミック材料あるいは金属
材料で構成されねばならないことは言うまでも無い。さ
らに、ＣＯ₂ レーザの場合は、ＺｎＳｅやＧｅ以外の殆
どの材料で構成できる。しかし、実際的には集光レンズ
６を構成するＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）を主成分とする
材料が、レーザ光窓５の材料として選択される。Ｇｅ
（ゲルマニウム）もレーザ光窓５の材料として使用可能
であるが、毒性が強いうえに可視光を透過しないので、
ＺｎＳｅ材料が望ましい。

【０１１６】グローブボックス１のレーザ光窓５の反対
側の位置には、レーザ光窓５と同様にレーザ光Ｌの光軸
を遮るようにレーザ吸収体２ｄが設けられている。レー
ザ吸収体２ｄにはグローブボックス１の外部に設けられ
た冷却装置（図示せず）が接続されて冷却されている。
通常、冷却装置は内部に配管された銅製の冷却パイプに
冷却水を流すように構成される。なお、レーザ吸収体２
ｄは、図４に示すように、漏れレーザ光Ｌ’を効果的に
吸収するように三角樋状に構成される。

【０１１７】レーザ装置２から出射したレーザ光Ｌは、
レーザ光窓５の手前に設けられた集光レンズ６の焦点に
集光され、その後ビーム径は広がる。したがって、集光
レンズ６を光軸に沿って移動させてデフォーカスするこ
とによって、真空容器３を溶融させるためにレーザ光Ｌ
を照射する部分４の大きさを任意に調節できる。

【０１１８】さらに、グローブボックス１は、外部に設
けられた真空ポンプ２０と真空排気管７を介して気密に
接続されている。グローブボックス１内に設置された真
空容器３の一方の端部は、この真空排気管７と気密に接
続されて、圧力制御装置２１によって駆動される真空ポ
ンプ２０によって吸引される。真空容器３の内部圧力Ｐ
１が、グローブボックス１の内圧Ｐ２以下の所定圧まで
減圧された時点で、圧力制御装置２１は真空ポンプ２０
を停止させる。このように、真空排気管７、真空ポンプ
２０、および圧力制御装置２１は、真空容器の減圧機構
ＶＰＲを形成している。

【０１１９】上述の如く準備された溶融接合装置ＷＬＰ
１において、レーザ装置２からレーザ光Ｌを真空容器３
に対して照射すると、照射部４は瞬時に昇温されて溶融
点に達する。真空容器３の内圧Ｐ１は、グローブボック
ス１の圧力Ｐ２より小さいので、レーザ照射による溶融
部４の周囲から中央部に向けて働く押圧力Ｐ２−Ｐ１に
よって、溶融部４がシュリンク（縮小）する。結果、溶
融部４は中央部で互いに接合して、真空容器３の端部を
気密に封止する。この場合、図１に示すように、真空容
器３がランプ等である場合には、その内部に挿入されて
いる電極棒８の周囲の側壁を溶融させれば、電極を気密
に封止することができる。

【０１２０】レーザ装置２から照射されたレーザ光Ｌの
一部Ｌ’は真空容器３の溶融に使用されずに、レーザ光
窓５の反対側のグローブボックス１に向かって漏れ出
す。この漏れ出たレーザ光Ｌ’を吸収体２ｄによって熱
エネルギーとして吸収し、その熱エネルギーを冷却装置
でグローブボックス１の外部に排出する。このようにし
て、真空容器３の溶融接合に使用されなかった余分なレ
ーザ光Ｌ’によるグローブボックス１自身の損傷を防止
できる。

【０１２１】図２に、図１に示した溶融接合装置ＷＬＰ
１の変形例について説明する。本例における溶融接合装
置ＷＬＰ１’は図１に示した溶融接合装置ＷＬＰ１と略
同様の構成を有するが、さらに、真空容器３の回転軸に
沿って回転自在に挟持する挟持器４０および、挟持器４
０を回転させる回転モータ４１が好ましくはグローブボ
ックス１内に設けられている。レーザ光Ｌを照射して真
空容器３を加熱溶融させる際に、レーザの照射部分４の
熱分布を均一化させるために、真空容器３をレーザ光Ｌ
の光軸に対して垂直な軸に沿って回転させる。このよう
に、挟持器４０および回転モータ４１は、真空容器３の
回転機構ＶＲを形成している。なお、簡便化のために、
グローブボックス内圧調整機構ＧＰＲ、グローブボック
ス雰囲気精製機構ＧＡＲ、および真空容器減圧機構ＶＰ
Ｒは図示されていない。

【０１２２】以下に、図３を参照して、前述の溶融接合
装置ＷＬＰ１’における真空排気管７とグローブボック
ス１との気密性保持構造について説明する。真空排気管
７の周囲とグローブボックス１の内周部の間に設けられ
た摺動Ｏ−リング３３によって、真空排気管７とグロー
ブボックス１の回転摺動部での気密性が保たれる。さら
に、真空排気管７の回転を助けるために、グローブボッ
クス１の内周壁下部に設けられた雌ねじ部４４に嵌合す
る雄ねじ部４５を有するローラベアリング４６が設けら
れている。なお、上述の如く、グローブボックス内圧調
整手段によって、不活性ガスの導入および排気が行われ
て、グローブボックス１の内部は所定圧Ｐ２に保たれ
る。なお、図２に示した例では、溶融接合装置ＷＬＰ
１’は、真空容器３の回転手段をグローブボックス１内
に設けて真空容器３を回転させるようにしているが、グ
ローブボックス１の外部に設けて真空排気管７を回転さ
せるように構成しても良い。

【０１２３】（第２の実施形態）図５に、本発明の第２
実施形態にかかる溶融接合装置を示す。本例における溶
融接合装置ＷＬＰ２は、図１に示した溶融接合装置ＷＬ
Ｐ１と同様の構造を有する。同図においても、グローブ
ボックス内圧調整機構ＧＰＲおよびグローブボックス雰
囲気精製機構ＧＡＲは簡便化のために図示されていな
い。ただし、真空容器減圧機構ＶＰＲの代わりに、互い
に対向するチャックＣ１およびＣ２を有する両旋盤５０
がグローブボックス１内に設けられている。チャックＣ
１およびＣ２はそれぞれ、矢印Ｄｐで示された互いに対
向する方向に自由に移動できる。さらに、チャックＣ１
およびＣ２は、矢印Ｄｒで示すようにＤｐ方向を回転軸
としてその周囲方向に自由に回転することができるの
で、図２で述べた真空容器回転機構ＶＲと同じ機能も有
している。チャックＣ１およびＣ２のそれぞれには、接
合物３Ｃ１および３Ｃ２が、それらの間に接着材料であ
る中間フリット９を挟持して取り付けられる。

【０１２４】このように構成された溶融接合装置ＷＬＰ
２において、第１実施形態におけるのと同様に、回転あ
るいは静止している接合物３Ｃ１および３Ｃ２との接合
部にレーザ光Ｌを照射して、中間フリット９が溶融した
時点でチャックＣ１およびＣ２をＤｐ方向に互いに接近
するように移動させて、接合物３Ｃ１および３Ｃ２を互
いに押しつけて、溶融した中間フリット９によって溶着
接合させる。

【０１２５】このように、本実施形態では、両旋盤５０
によって、それぞれ別個の接合物３Ｃ１および３Ｃ２を
溶融した中間フリット９に押しつけることによって、互
いに接合するので、接合物３Ｃ１および３Ｃ２がセラミ
ック材料のような低熱可塑性材料で構成されている場合
に適している。

【０１２６】セラミック材料同士を接合させる時、中間
フリット９はＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｓ
ｉＯ₂ 、ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂ 等で形成されるが
好ましい。これらの中間フリット９は、１０００℃から
１５００℃ほどで溶融できるので、レーザ光Ｌを受光後
数秒で所定の溶融温度まで昇温される。上述のように、
レーザ光Ｌの波長を適切に選ぶことによって、従来のよ
うにフリット９内に金属を添加しなくても、中間フリッ
ト９単体だけでレーザ光Ｌのエネルギーを吸収できるた
め、誘電体材料を中間フリット９として用いることもで
きる。

【０１２７】また、接合物３Ｃ１および３Ｃ２として、
第１実施形態で用いた石英ガラス材料で構成された真空
容器３を用いると共に、中間フリット９として石英ガラ
スを用いてそれらを溶融接合できることは言うまでも無
い。

【０１２８】（第３の実施形態）図６に、本発明の第３
実施形態にかかる溶融接合装置を示す。本例における溶
融接合装置ＷＬＰ３は、図１に示した溶融接合装置ＷＬ
Ｐ１と同様の構造を有する。同図においても、簡便化の
ために、グローブボックス内圧調整機構ＧＰＲ、グロー
ブボックス雰囲気精製機構ＧＡＲ、および真空容器減圧
機構ＶＰＲは図示されていない。ただし、真空容器３の
端部を冷却する冷却装置１３が新たに設けられている。
冷却装置１３は、グローブボックス１の外部に設けられ
た、冷風、冷却水あるいは液体窒素等の冷媒ＲＦを貯蔵
する冷媒タンク（図示せず）に接続されて、同冷媒ＲＦ
を流動させる冷却パイプ１３Ｐを真空容器３の端部の周
囲に配管して構成されている。

【０１２９】このように構成された溶融接合装置ＷＬＰ
３においては、第１実施形態におけるのと同様に、回転
あるいは静止している真空容器３にレーザ光Ｌを照射し
て、照射部４が溶融した時点で、真空容器３とグローブ
ボックス１の内圧差Ｐ２−Ｐ１によって、溶融部４がシ
ュリンクして密閉封止される。この場合、真空容器３の
端部に溶融部４の熱が伝導しても、冷却装置１３によっ
て十分冷却されているので、真空容器３の端部に封入さ
れた水銀等の高蒸気圧材料１４を蒸発させること無く、
真空容器３の密閉封止ができる。

【０１３０】以下に、図７を参照して、Ｘｅ（キセノ
ン）ガスを高圧（大気圧以上の圧力）に封入した真空容
器３を密閉封止するための溶融接合方法およびその装置
に付いて以下に説明する。同図に、上述の第３実施形態
にかかる溶融接合装置ＷＬＰ３の変形例を示す。本例に
おける溶融接合装置ＷＬＰ３’では、冷却装置１３に
は、冷却パイプ１３Ｐの代わりに、冷媒を貯蔵する冷却
タンク１３Ｔが真空容器３の端部の周囲を覆うように設
けられている。この冷却タンク１３Ｔは、導入ポート１
８によって外部に設けられたバルブ１９を介して、これ
も外部に設けられた冷媒タンク（図示せず）に接続され
ている。

【０１３１】このように構成された溶融接合装置ＷＬＰ
３’において、冷却タンク１３Ｔに冷媒として液体窒素
を蓄えて、真空容器３の端部を液体窒素に浸漬させて冷
却しながら、回転あるいは静止している真空容器３にレ
ーザ光Ｌを照射して、照射部４を溶融させて密閉封止す
る。なお、キセノンの融点は−１１１．９℃であり、そ
の沸点は−１０８．１℃である。一方、窒素の融点−２
０９．８６℃であり、その沸点は−１９５．８℃であ
る。それ故に、真空容器３の端部は、冷却タンク１３Ｔ
に蓄えられた液体窒素によって−２０９．８６℃に冷却
されているので、真空容器３の端部には、封入されたキ
セノンガスが液化あるいは固化されて蒸気圧を殆どゼロ
にすることができる。したがって、石英ガラス管３内が
減圧状態になるため、レーザ光Ｌによって溶融されると
石英ガラス３は内側に向かってシュリンクし、気密に密
閉封止ができる。

【０１３２】図７に示すように、液体窒素ＲＦをグロー
ブボックス１外部から導入し、冷却タンク１３Ｔに充填
する。そして、石英ガラス等の溶融サンプル３で蒸気圧
の高い物質１６を所有している部分１５を浸漬するよう
に構成する代わりに、直接熱を加えたくない部分に液体
窒素などの冷媒ＲＦを吹き付けるようにノズルを設けて
も良い。

【０１３３】グローブボックス１の内部への導入ポート
１８は、通常はバルブ１９で外気とは遮断できるように
しておく。また図１に示したのと同様に、グローブボッ
クス１は設定された圧力に維持するための調圧弁２８が
設けられているため、内部の圧力が上昇することも無
い。またグローブボックス１内は水分を可能な限り除去
した露点の低い状態に保っているが、前述のような液体
窒素ＲＦを流すことによって、外気とグローブボックス
１内の雰囲気は接触することが無く、グローブボックス
１内の露点が悪化することは無い。むしろ液体窒素など
は極低温の冷媒ＲＦであるため、グローブボックス１内
の水分が固化し、グローブボックス雰囲気精製機構ＧＡ
Ｒにより循環精製により外部へ排出されて、グローブボ
ックス１内の露点が向上する。

【０１３４】以上のようなレーザ光を利用した溶融接合
方法およびその装置により、気密密閉を行う封止工程を
取れば、水分の混入は基本的に無くなり、ランプ等の寿
命特性は大幅に改善する。

【０１３５】（第４の実施形態）図８に、本発明の第４
実施形態にかかる溶融接合装置を示す。本例における溶
融接合装置ＷＬＰ４は、図１に示した装置ＷＬＰ１と同
様の構造を有する。本実施形態においては、グローブボ
ックス１は隔壁３５と真空用Ｏリング３９によって、真
空排気部３４と本来のグローブボックス部１’とに気密
に区切られている。同図においては、簡便化のために図
示されていないが、グローブボックス内圧調整機構ＧＰ
Ｒ、およびグローブボックス雰囲気精製機構ＧＡＲは本
来のグローブボックス１’に接続されている。隔壁３５
には、ガス導入ポート３２が設けられて、グローブボッ
クス部１’から不活性ガスを真空排気部３４内に導入で
きる。

【０１３６】真空排気部３４では、集光レンズ６が外部
に設けられたレーザ装置２の光軸を遮るように、真空排
気部３４のグローブボックス１の側壁に設けられてい
る。レーザ装置２から照射されたレーザ光Ｌを反射して
焦点上に結ぶように、集光レンズ６から内部に向かって
反射鏡３７がレーザ光Ｌの光軸方向に延在している。セ
ラミック材料で構成された真空容器３が、その封止部の
中間フリット９が集光レンズ６の焦点上に略位置するよ
うに固定されている。なお、封止部は真空容器３の端部
に、セラミック材料製の蓋３Ｌが、セラミック製の中間
フリット９を介して載せられている。

【０１３７】さらに、真空排気部３４は排気弁４３を介
して真空ポンプ３６に接続され、さらに真空排気部３４
の内部圧を測定する真空計３８が設けられている。この
ようにして、排気弁４３、真空排気部３４、真空ポンプ
３６、および真空計３８によって、上述の真空容器減圧
機構ＶＰＲが構成されている。

【０１３８】このように構成された溶融接合装置ＷＬＰ
４において、先ず、排気弁４３を開けて真空ポンプ３６
を駆動し、真空排気部分３４内のガスを真空排気する。
その後、排気弁４３を閉めてガス導入ポート３２を開い
て、グローブボックス部１’内の不活性ガスを、真空計
３８でガス圧を確認しながら真空排気部３４内に導入す
る。真空排気部３４内のガス圧力が所定圧Ｐ１に達した
時点で、真空ポンプ３６を閉じる。なお、本例では、真
空排気部３４にグローブボックス部１’内の不活性ガス
を導入したが、それと異なるガスを導入する必要がある
場合には、グローブボックス内圧調整機構ＧＰＲに相当
する異なるガスの供給源を真空排気部３４に接続すれば
良い。

【０１３９】次に、レーザ装置２から所定のビーム幅に
拡大、縮小したレーザ光Ｌを集光レンズ６を介して反射
鏡３７に照射する。反射鏡３７の焦点に設置された溶融
部分は均一に熱エネルギーを受けた封止部分、つまり中
間フリット９を含む真空容器３、およびセラミック材料
製の蓋３Ｌで構成される部分を均一に溶融することが可
能になる。この時隙間無く密閉溶着を確実にするため
に、図５に示した旋盤５０を用いて、真空容器３を回転
しながらセラミック管３の軸方向に加圧する。

【０１４０】（第５の実施形態）図９に本発明の第５実
施形態にかかる溶融接合装置を示す。本例における溶融
接合装置ＷＬＰ５は、図１に示す溶融接合装置ＷＬＰ１
と同様の構成を有しているが、さらにグローブボックス
１の外部に、集塵機２５ａを格納する集塵室２５が設け
られている。集塵室２５には、グローブボックス１内に
気密に接続されている吸気パイプ２２ｉと排気パイプ２
２ｏがそれぞれ接続されている。吸気パイプ２２ｉはそ
の端部がグローブボックス１内の真空容器３の溶融部４
の近傍に位置されており、排気パイプ２２ｏの端部はグ
ローブボックス１内の任意の場所に位置されている。集
塵室２５内の吸気パイプ２２ｉの途中に設けられた循環
ポンプ２３によって、吸気パイプ２２ｉは溶融部４の近
傍の雰囲気ガスを吸引して、集塵機２５ａに送り込む。

【０１４１】集塵機２５ａの中に設けられたフィルタ２
４によって、吸引された雰囲気ガスに含まれるゴミや塵
などの物質は除去されて、排気パイプ２２ｏを通して清
浄な雰囲気ガスがグローブボックス１内に戻される。こ
のようにして、石英ガラス等の被接合物３を溶融温度位
まで加熱してやると、シリカ状の小さい粉末が蒸発物Ｅ
ｖとして発生し、グローブボックス１内部が非常に汚れ
てしまい、さらには蒸発物Ｅｖによってレーザ光窓５が
汚れる。しかし、上記の構成によれば真空容器３に届く
レーザ光Ｌのエネルギーが減衰されるという不具合を改
善できる。また、集塵室２５はグローブボックス１と隔
離されているので、グローブボックス１を空気中に暴露
すること無くフィルタ２４を交換できる。

【０１４２】（第６の実施形態）図１０に本発明の第６
実施形態にかかる溶融接合装置を示す。本例における溶
融接合装置ＷＬＰ６は、図１に示す溶融接合装置ＷＬＰ
１と同様の構成を有しているが、レーザ光窓５および集
光レンズ６の代わりに可動式集光レンズ６Ｍが設けられ
ていると共に、レーザ吸収体２ｄの表面に、出力モニタ
２６がさらに設けられている。

【０１４３】つまり、第１実施形態においては、集光レ
ンズ６はグローブボックス１の外に設置されているが、
グローブボックス１に設けられているレーザ光窓５も集
光レンズと同一の材料を使用する必要がある。この点に
鑑みて、モータ２７によって集光レンズ６をレーザ光Ｌ
の光軸に沿ってＤＬ方向に、グローブボックス１に対し
て気密に動くように構成し、しかも窓材料５としても兼
用にしたものが可動式集光レンズ６Ｍである。さらに、
レーザ入射した反対側のレーザ吸収体２ｄ上に、出力モ
ニタ２６を設置して、漏れレーザ光Ｌ’の出力をモニタ
したモニタ信号をレーザ入力電源２ｂあるいは、可動式
集光レンズ６Ｍの駆動モータ２７にフィードバックし
て、安定した溶融条件で対象物３の加熱が可能になり、
歩留まりも向上する。

【０１４４】以上に述べたように、レーザ装置２の投入
パワー、照射時間または集光レンズ６の位置を調整する
ことにより、数秒という短時間で、真空容器３の溶融接
合および気密な密閉封止が可能である。したがって、希
ガスや窒素ガスと言う不活性雰囲気のグローブボックス
１内部で加熱溶着作業を行うため、蒸気圧の高いメタル
ハライドを石英ガラス管３内への密閉封止や、酸化を極
端に嫌う材料などを石英ガラス管３内への密閉封止が容
易にできるようになる。

【０１４５】真空容器３として石英ガラスやセラミック
等の高融点の誘電体材料の接合について説明したが、酸
化を嫌う金属（例えばＭｏ、Ｗ等）の接合にも有用であ
ることは言うまでも無い。また、酸化を防止するために
不活性ガス雰囲気中ばかりでなく真空中でも同様に溶融
接合できる。

【０１４６】しかも、集光レンズ６Ｍの焦点位置を動か
すことでレーザ光Ｌをデフォーカスし、照射部分の大き
さを調整することにより、種々の大きさの溶融対象部を
溶融することが可能である。またレーザ光Ｌの集光性が
良いので、溶融対象物のレーザ光Ｌを照射された部分の
狭い領域で温度勾配をつけることができる。したがっ
て、金属あるいは誘電体の区別無く溶接部分だけを局部
的に加熱でき、溶融させたくない部分への熱的影響を極
力抑えることができる。

【０１４７】また電気炉とちがって、レーザ光照射では
瞬時に高温を得られるので、溶融箇所以外への熱的ダメ
ージを最小にできる。また、グローブボックス１内の不
活性雰囲気の温度調整も気にする必要も無い。さらに、
光エネルギーを供給するレーザ装置本体をグローブボッ
クスの外に設置しているので、グローブボックス自体の
改造の必要性も低減できる。

【０１４８】（第７の実施形態）以下に、図１１を参照
して、本発明の第７の実施形態にかかる溶融接合装置に
ついて説明する。溶融接合装置ＷＬＰ７において、レー
ザ装置２はそのレーザ光Ｌの光軸が、石英ガラス管２０
１の長手方向Ｄｖに対して概ね垂直に設置される。同図
に示すように、石英ガラス管２０１は、その長手方向Ｄ
ｖに対してほぼ対称な形状を有している。石英ガラス管
２０１は、さらにその中央部において長手方向Ｄｖに対
して垂直な平面に対してもほぼ対称な形状を有してい
る。そして、石英ガラス管２０１はその中央の球形状の
バルブ部２１２内に２つの放電電極２０３ａおよび２０
３ｂが、既知の方法によって、長手方向Ｄｖに沿って、
互いに対向して保持されている。

【０１４９】石英ガラス管２０１は、バルブ部２１２に
よって、その長手方向Ｄｖに関して、第１電極部２０８
ａと第２電極部２０８ｂに区別される。第１電極部２０
８ａ内では、真空密閉用のＭｏ（モリブデン）箔２０４
ａが放電電極２０３ａに接続され、外部電極接続用端子
２０５ａがＭｏ箔２０４ａに接続されている。同様に、
第２電極部２０８ｂには、放電電極２０３ｂに真空密閉
用のＭｏ（モリブデン）箔２０４ｂが接続され、外部電
極接続用端子２０５ｂがＭｏ箔２０４ｂに接続されてい
る。

【０１５０】なお、同図においては、第１電極部２０８
ａは既に真空密閉封止が行われており、開放端部側の第
２電極部２０８ｂを封止する場合の例を示している。し
かし、以下に説明する方法にて、第１電極部２０８ａお
よび第２電極部２０８ｂの両端が開放されている場合に
も、本発明は同様に有効である。

【０１５１】また、上述のように、各構成要素に関し
て、電極部２０８であれば、第１電極部２０８ａおよび
第２電極部２０８ｂのように、電極部を表す符号２０８
に、第１あるいは第２の電極部であるかを個々に識別す
る接尾辞ａあるいはｂを付して区別している。さらに、
第１電極部２０８ａおよび第２電極部２０８ｂのそれぞ
れに属する放電電極２０３、Ｍｏ箔２０４、および外部
電極接続用端子２０５に関しても接尾辞ａあるいはｂを
付して、それぞれが第１電極部２０８ａに属するものか
第２電極部２０８ｂに属するものかを識別している。

【０１５２】しかしながら、特に区別する必要が無い場
合には、以降は、接尾辞を付さずに、例えば、単に２０
８、２０３、２０４、および２０５とのみ表すものとす
る。これら以外に、本明細書において、接尾辞を付して
識別される前述および後述の各要素において、同様に接
尾辞を付さずに表現されている時は、省略された接尾辞
による個々の区別をしないことを表しているものとす
る。

【０１５３】溶融接合装置ＷＬＰ７は、石英ガラス管２
０１の開放端部に気密に接続される真空排気管２０６を
含む。真空排気管２０６には、希ガスを蓄えたガスボン
ベ３０１が開閉弁３０５を介して接続され、真空ポンプ
３０３が開閉弁３０６を介して接続され、そして、調圧
弁３０８が接続されている。このように、真空排気管２
０６、ガスボンベ３０１、真空ポンプ３０３、開閉弁３
０５、開閉弁３０６、および調圧弁３０８によって、図
１に示した減圧機構ＶＰＲに類似した減圧機構ＶＰＲ’
が構成されている。

【０１５４】溶融接合装置ＷＬＰ７には、さらに、石英
ガラス管２０１のレーザ光Ｌが照射さている照射部２０
７の温度を計測する光高温計２５０が設けられている。
光高温計２５０は計測した温度を示す温度信号Ｓｔを生
成して、レーザ装置２にフィードバックする。レーザ装
置２は、温度信号Ｓｔに基づいて、石英ガラス管２０１
の照射部２０７が所定の温度Ｔｐに到達するまで、レー
ザ光Ｌを照射して加熱する。

【０１５５】以下に、溶融接合装置ＷＬＰ７における石
英ガラス管２０１の封止動作について述べる。先ず、石
英ガラス管２０１の第２電極部２０８ｂの開放端を、減
圧機構ＶＰＲ’の真空排気管２０６に気密に接続する。
次に、開閉弁３０６を開くと共に、真空ポンプ３０３を
稼働させて、減圧機構ＶＰＲ’の内圧Ｐ５を外気圧Ｐ３
より低い第１の所定圧Ｐ５ａに到達した時点で、開閉弁
３０６を閉めて真空ポンプ３０３を停止する。なお、真
空排気管２０６で気密に減圧機構ＶＰＲ’に接続されて
いる石英ガラス管２０１の内圧もＰ５であることは言う
までも無い。

【０１５６】次に、開閉弁３０５を開くと共に、ガスボ
ンベ３０１を開いて、減圧機構ＶＰＲ’内に希ガスを注
入して、減圧機構ＶＰＲ’の内圧Ｐ５が外気圧Ｐ３より
低い第２の所定圧Ｐ５ｂに到達した時点で、開閉弁３０
５を閉める。なお、減圧機構ＶＰＲ’の内圧Ｐ５は、調
圧弁３０８によってモニタして、そのモニタ結果に基づ
いて、ガスボンベ３０１、真空ポンプ３０３、開閉弁３
０５および開閉弁３０６を制御することによって、それ
ぞれ、第１の所定圧Ｐ５ａおよび第２の所定圧Ｐ５ｂ
（Ｐ５ａ＜Ｐ５ｂ＜Ｐ５）に設定できる。

【０１５７】上述のように、第２の所定圧Ｐ５ｂで希ガ
スが注入された石英ガラス管２０１の第２電極部２０８
ｂを封止するために、レーザ装置２を長手方向Ｄｖに運
動させて、照射部２０７にレーザ光Ｌを照射すると共
に、照射部の加熱温度を光高温計２５０でモニタする。
そして、石英ガラス管２０１が溶融する所定の温度Ｔｐ
まで照射部２０７が加熱する。なお、レーザ装置２を長
手方向Ｄｖに運動させる代わりに、石英ガラス管２０１
を運動させても良い。

【０１５８】照射部２０７が溶融温度Ｔｐに達すると、
石英ガラス管２０１の内圧Ｐ５は、加熱により第２の所
定圧Ｐ５ｂより高めの圧力Ｐ５ｂ’になるが、それでも
外気圧Ｐ３に比べて大幅に減圧されている。そのため、
照射部２０７がレーザの熱で溶融して軟化すると、大気
圧Ｐ３との差圧（Ｐ３−Ｐ５ｂ’）によって、石英ガラ
ス管２０１の照射部２０７を構成する壁部は、内側にシ
ュリンクされて、互いに押しつけられる。そして、時間
の経過と共に溶融した照射部２０７の壁部は互いにが溶
融接合されて、その間に放電電極２０３ｂ、Ｍｏ箔２０
４ｂ、および外部電極接続用端子２０５ｂを挟み込んだ
状態で、石英ガラス管２０１が真空密閉封止される。

【０１５９】石英ガラスを溶融する場合は、レーザ装置
２０２には、波長が１０．６μｍであるＣＯ₂ レーザが
適している。つまり、１０．６μｍ波長のレーザであれ
ば、石英ガラスでもエネルギーを吸収でき、１ｃｃの石
英ガラスを溶融するのに、３００ＷのＣＯ₂ レーザを数
秒から１分程度照射すれば十分である。また通常のソー
ダガラス、硼珪酸ガラスであれば、波長８０８ｎｍ、９
１５ｎｍ等の高出力（５００Ｗ以下）半導体レーザ等小
型の物を用いれば、システムはより簡略できる。

【０１６０】図１２を参照して、溶融接合装置ＷＬＰ７
の変形例について説明する。溶融接合装置ＷＬＰ７’に
おいては、石英ガラス管２０１とレーザ装置２０２を長
手方向Ｄｖに相対的に移動させながら、レーザ光Ｌを照
射している。しかし、石英ガラス管２０１の照射部２０
７を均一に溶融させるためには、ガラス管を長手方向Ｄ
ｖに沿ってＤｒ方向に回転させながらレーザ光Ｌを照射
すると径方向に関して均一加熱でき、形状が精度良く封
止できる。この目的のために、本変形例にかかる溶融接
合装置ＷＬＰ７’は、減圧機構ＶＰＲ’（視認性のため
に図示せず）の真空排気管２０６の開放端部側内部に、
摺動Ｏリング２１０を介して、片旋盤２０９を気密に接
続している。石英ガラス管２０１の開放端が、真空排気
管２０６の代わりに片旋盤２０９に気密に接続される。

【０１６１】このように、石英ガラス管２０１を片旋盤
２０９によって、Ｄｒ方向に回転させながら、レーザ光
Ｌを照射部２０７に照射する以外は、溶融接合装置ＷＬ
Ｐ７’における動作は、上述の溶融接合装置ＷＬＰ７に
おける動作と同じであるので、説明を省く。ただし、レ
ーザ光Ｌの照射幅は、ガラス管２０１の径より、広く取
り、できるだけ均一に照射できるようにする。回転数は
遅すぎると均熱化の度合いが悪くなるが、早すぎるとガ
ラス管が捩れてしまうため、ガラス管の重量に応じて適
切な回転条件を設定する必要がある。

【０１６２】本例においては、片旋盤２０９を使用して
石英ガラス管２０１を回転させているが、両旋盤を使用
しても基本的に問題は無い。さらに、真空排気しながら
の例を示しているが、第２電極部２０８ｂを予め仮封止
し、ガラス管内を減圧状態にした状態で、本封止のレー
ザ溶融の工程に入って第２電極のＭｏ箔部分２０４ｂを
封止しても良い。

【０１６３】次に、図１３および図１４を参照して、石
英ガラス管２０１の外形を整えたり、Ｍｏ箔２０４と石
英ガラス管２０１との封止密着力を強くするために、レ
ーザ光Ｌで照射部２０７を溶融させた後に、整形型で溶
融部を加圧整形する実施例について説明する。

【０１６４】図１３に、同例における溶融接合装置ＷＬ
Ｐ７ａの側面図を示す。なお、溶融接合装置ＷＬＰ７ａ
は、図１１および図１２に示した溶融接合装置ＷＬＰ７
および溶融接合装置ＷＬＰ７’に一対の整形型２１１お
よび２１１’を含む整形装置（図示せず）が新たに設け
られた構成を有している。それ故に、視認性のために、
図１３においては、減圧機構ＶＰＲ’および光高温計２
５０が省略されている。また、作図上の理由により、レ
ーザ装置２が石英ガラス管２０１に対して、斜め方向に
設置されているように表されているが、レーザ装置２は
石英ガラス管２０１の長手方向Ｄｖに対して概ね垂直に
設置されている。

【０１６５】図１４に、図１３にその側面を示した溶融
接合装置ＷＬＰ７ａの平面図を示す。Ｍｏ箔２０４が一
対の整形型２１１および２１１’の押圧面に対して概ね
平行になるように、石英ガラス管２０１は設置される。
そのため、レーザ光Ｌが整形型２１１や２１１’で遮ら
れることは無いので、レーザ光Ｌの反射だけを注意すれ
ば良い。そのためには、例えば、圧接工程に入った時に
レーザ光Ｌの照射を停止し、整形型２１１および２１
１’などでレーザ光Ｌが反射されて作業者等に影響を及
ぼさないようにすれば良い。

【０１６６】通常、石英ガラスで形成される放電ランプ
や、ハロゲンランプの電極２０３は、Ｍｏ箔２０４と石
英ガラス管２０１との圧着溶接により真空密閉封止され
る。金属（放電電極２０３および外部接続用端子２０
５）の熱膨張係数は、石英（石英ガラス管２０１）の熱
膨張係数に比べて著しく大きい。そのため、完成された
ランプが使用時に高温になると、熱膨張の小さい石英ガ
ラス管２０１で固定されている熱膨張の大きな放電電極
２０３ａおよび放電電極２０３ｂは互いに相手側に向か
って伸張するため、この伸張を薄いＭｏ箔２０４の塑性
変形を利用し緩和している。図１３および図１４に示す
ように、レーザ光Ｌを一方向から照射し、圧接するため
の整形型２１１および２１１’を石英ガラス管２０１の
両側に設置する。なお一対の整形型２１１および２１
１’は互いに向かってＤｃ方向に移動して、間に設置さ
れた石英ガラス管２０１の電極部２０８の封止部（照射
部２０７）を押しつけ合って圧接する。

【０１６７】従来のガスバーナを使用する場合は、溶融
するためのバーナヘッドを溶融部分近傍に設置する必要
があるため、圧接の工程に入る時に、バーナを一旦移動
させる必要があった。しかし、本実施例におけるよう
に、レーザ光Ｌを使用すると、熱源部分であるレーザ装
置２を石英ガラス管２０１近傍から移動させる必要がな
いため容易に圧接工程に移行できる。したがって可動部
分のシステムが簡略できる。

【０１６８】（第８の実施形態）図１５を参照して、本
発明の第８の実施形態にかかる溶融接合装置について説
明する。本実施形態にかかる溶融接合装置ＷＬＰ８は、
セラミックの溶接あるいは真空密閉封止に適している。
溶融接合装置ＷＬＰ８は、上述の減圧機構ＶＰＲ’（視
認性のため、図示せず）に気密に接続された真空容器２
１４を含む。真空容器２１４には、レーザ光窓２１８が
設けられ、真空容器２１４の外部に設けられたレーザ装
置２から照射され、集光レンズ６で集光されたレーザ光
Ｌがレーザ光窓２１８を通して、内部に設置された溶融
物に照射されるように構成されている。

【０１６９】放電電極２０３を用意したセラミック管２
１３とサーメット部品２１６の間の封止部には、予め接
着用の溶融フリット２１５を挿入した状態で、レーザ光
窓２１８を通過したレーザ光Ｌが封止部を照らすような
位置にセラミック管２１３およびサーメット部品２１６
を真空容器２１４内に設置する。なお、封止部分の外側
には、その外周に渡って延在する環状のサセプタ２１７
が設置されている。さらに、溶融フリット２１５の両側
からセラミック管２１３の長手方向Ｄｖに平行な方向Ｄ
ｃに移動する圧接器２１９が設けられている。サセプタ
２１７は封止部の外周部に設けられて、封止部に向かっ
て照射されたレーザ光Ｌをその外周部で受光して、その
熱エネルギーを吸収した後、その内周部から封止部に向
かって放射することによって、レーザ光Ｌの熱利用効率
を高めるものである。

【０１７０】サセプタ２１７は鉄鋼でも、ステンレス鋼
で構成しても良い。また２０００℃近傍まで、昇温させ
るにはＣ（炭素）やＳｉＣ（炭化珪素）で構成しても良
い。基本的には酸化を防止するために、真空雰囲気か、
希ガス雰囲気で作業をすることになる。このような状態
に、セラミック管２１３およびサーメット部品２１６を
設置し、準備した後に、以下に述べる工程で真空密閉封
止作業を実行する。

【０１７１】工程１． セラミック管２１３等の部品を
真空容器２１４に設置した状態で、先ず真空排気する。

【０１７２】工程２． 次に、真空容器２１４内に所定
の圧力になるように希ガス等を充填する。この時、少な
くともセラミック管２１３内は大気圧Ｐ３より減圧の状
態（内圧Ｐ５）にしておく。常温で、大気圧Ｐ３以上に
なる場合や、加熱状態で大気圧Ｐ３以上になる場合は、
冷却トラップ（図示せず）を設けて、真空容器２１４内
のガス等を冷却しその体積を減縮させて、必ず大気圧Ｐ
３に対して減圧状態にしておく。

【０１７３】工程３． 上述の状態で、真空容器２１４
に設置したレーザ光窓２１８を通してレーザ光Ｌをサセ
プタ２１７に照射し、熱を吸収させサセプタ２１７を加
熱し、輻射熱でサセプタ２１７の内周側に位置する溶融
フリット２１５を溶融させる。通常、溶融フリット２１
５は５００〜６００℃程度で溶融するので、溶融させる
のに１５００〜２０００℃の高温にまで昇温させなけれ
ばならない石英ガラスやセラミック自体を溶融接合させ
る場合に比べて、溶融フリット２１５を溶融してセラミ
ック管２１３およびサーメット部品２１６を互いに接合
させる方が効率が良いことは言うまでも無い。

【０１７４】工程４． 上述の状態で、サーメット部品
２１６とセラミック管２１３を両側から圧接器２１９で
圧接する。

【０１７５】前記のようなプロセスにより、セラミック
管に電極等が挿入された状態での真空密閉封止が実現で
きる。レーザの熱吸収用のサセプタ２１７で溶融部分を
規定しているので、所定の位置のみ、効率良く溶融、加
熱することが可能になる。しかも工程２において、冷却
トラップを使用することにより、セラミック管２１３内
に蒸気圧の高い物質、例えば水銀、メタルハライド等、
ランプに必要な化学物質の封入が可能になる。

【０１７６】この場合レーザ光源としてＹＡＧレーザ、
エキシマレーザあるいは半導体レーザを使用すれば良
い。また、このレーザ光窓２１８の材料は、石英ガラス
を用いれば良い。より、均一に加熱するために、セラミ
ック管２１３を回転させても良いし、サセプタ２１７を
回転させても良い。

【０１７７】サセプタ２１７として、熱伝導率の高い材
料を使用すると均熱性も向上する。カーボンやタングス
テンはガラス材料より、約１０〜１００倍の伝導率を有
している。またＳｉＣを使用すれば、カーボンに比較し
て昇華が抑制でき、加熱温度を高温まであげることが可
能になる。また１０００℃以下の低温加熱用には、ステ
ンレス鋼や、鉄鋼等を用いれば良い。

【０１７８】また均熱性を向上させるのに、サセプタ２
１７の厚みを増して熱容量を大きくすれば良く、場合に
よっては、サセプタ２１７の周辺にアルミナなどの保温
材料を具備してやれば、さらにその保温性を向上するこ
とができる。さらに、サセプタの形状をかえてやれば、
溶融部分に対して、所望の温度分布を有するように設計
できるため、溶融したい部分の形状にあわせた熱設計が
可能になる。

【０１７９】図１６に、セラミック管２１３を封止する
別の方法として、図１５を参照して説明した溶融接合装
置ＷＬＰ８の変形例について説明する。この方法では、
図１６に示すように、セラミック管２１３に直接排気管
２２０を設ける。そして、溶融接合装置ＷＬＰ８では、
真空装置２１４全体を排気し、全体にガスを充満してい
る。しかし、本変形例にかかる溶融接合装置ＷＬＰ８’
においては、上述の溶融接合装置ＷＬＰ７および溶融接
合装置ＷＬＰ７’において、石英ガラス管２０１に対し
て行われたのと同様のプロセスで真空密閉封止する。セ
ラミックランプなどを製造する場合は予め放電電極２０
３を焼結しておく。

【０１８０】図１６に示すように、セラミック排気管２
２０に接続した真空排気管２０６を通じて、減圧機構Ｖ
ＰＲ’（図示せず）によってセラミック管２１３内を排
気し、バッファガス等化学材料を封入後、フリット（２
１５）またはセラミック等の密閉部品２２１を排気口２
２２に設置する。この状態ではセラミック管２１３は真
空密閉封止されていないので、溶融するためにレーザ光
Ｌで、封止部分を照射溶融し、焼き固めることにより、
真空密閉を完成させる。

【０１８１】この方法を使用すると図１５に示す真空容
器２１４を必要としないで、石英ガラス管の封止と同じ
方法を採って、セラミック管２１３自体を排気装置とし
て利用しているので、大気圧Ｐ３とセラミック管２１３
の内圧Ｐ５との差圧で真空密閉できる。さらに、セラミ
ック材料だけで封止してしまえば、ランプの封入材料と
ランプ構成物質と反応するものが少ないため、長寿命の
ランプの作成が可能になる。

【０１８２】（第９の実施形態）図１７を参照して、本
発明の第９の実施形態にかかる溶融接合装置について説
明する。上述の第７および第８の実施形態にかかる溶融
接合装置ＷＬＰ７、ＷＬＰ７’、ＷＬＰ７ａ、ＷＬＰ
８、およびＷＬＰ８’においては、一方向のレーザ照射
を基本としていた。しかし封止部分を照射溶融する場
合、可能な限り均熱照射が望ましい。その目的を実現す
るために、本例にかかる溶融接合装置ＷＬＰ９は、複数
個のレーザ光源を用いて、対象物２２４であるセラミッ
クまたは石英ガラスを周方向からレーザ光を照射して溶
融接合する装置である。

【０１８３】溶融接合装置ＷＬＰ９は、それぞれ４つの
レーザ装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄとそれぞれに対
応する集光レンズ６ａ、６ｂ、６ｃ、および６ｄからな
る４つのレーザ光源から４つのレーザ光Ｌａ、Ｌｂ、Ｌ
ｃ、およびＬｄが対象物２２４に照射される。なお、こ
の溶融接合装置ＷＬＰ９においても、図１１〜図１６に
示した溶融接合装置ＷＬＰ７〜ＷＬＰ８と同様に、減圧
機構ＶＰＲ’や光高温計２５０を組み合わせて構成でき
ることは言うまでも無い。

【０１８４】この装置を用いれば、対象物を均熱加熱で
きるだけでなく、個々のレーザ自体の電力を下げること
が可能になり、小型のレーザ装置を使用することができ
る。つまり、レーザ装置は電力が大きくなると、発振管
の長さがどんどん長くなり、装置自体大型化してしま
う。それに比較し、電力が小さくなるとその分レーザ装
置も小さくできる。コスト的にも小型のレーザを複数使
用する方が有利である。

【０１８５】図１８に、図１７に示した溶融接合装置Ｗ
ＬＰ９の変形例として、１つのレーザ装置２の出力を光
ファイバ２２５を用いて分岐して対象物の周辺から照射
する溶融接合装置ＷＬＰ９’を示す。光路長が長いと出
力も落ちてくるので、照射の遠い部分のファイバは太
く、近い部分の照射には細いファイバを使用してできる
だけ均一出力となるように調整する必要がある。

【０１８６】（第１０の実施形態）図１９を参照して、
本発明の第１０の実施形態にかかる溶融接合装置につい
て説明する。本例にかかる溶融接合装置ＷＬＰ１０は、
図１１または図１２に示した溶融接合装置ＷＬＰ７また
はＷＬＰ７’の石英ガラス管２０１の第２電極部２０８
ｂの周囲に、反射鏡２２５を設けた場合と基本的に同じ
構造を有する。

【０１８７】反射鏡２２５は、好ましくは積分球に成形
されていると共に、その内部に石英ガラス管２０１を挿
入する穴２２６と、レーザ光Ｌを入射する穴２２７を設
ける。石英ガラス管２０１を挿入穴２２６に設置し、照
射穴２２７からレーザを照射すると、レーザ光は積分球
である反射鏡２２５の内部で反射されて溶接または封止
部分が均一に加熱される。

【０１８８】反射鏡２２５を積分球型にしたが、照射部
分を精度良く照射できるならば、どんな形状でも良い。
また、石英ガラスを溶融させるとシリカが蒸発するの
で、反射鏡の挿入穴２２６近傍に小さい排気ノズルを準
備し、そこから排気してやれば、ダストの心配も無い。
集光性に問題が無ければ、反射鏡２２５のどこかに穴を
開けてダスト排気をすれば良い。さらに複数のレーザを
使用したり、ファイバと組み合わせる時は、入射用に穴
２２７の数を増やしてやれば良い。このようにサンプル
が反射鏡で覆われているので、レーザ光が回り込む迷光
で作業者などに悪影響を及ぼすことが殆ど無くなる。

【０１８９】しかも、反射鏡が加熱されて、損傷するこ
とを防止するために、反射鏡の外側を風または水を通し
て冷却してやれば良い。さらに、溶融対象物の中に蒸発
しやすい物質を封入する場合などは、その物質を反射鏡
２２５の外に配置してやれば、物質が蒸発すること無く
溶接封止できる。

【０１９０】以上のようにレーザ光Ｌを使用して石英ガ
ラス、セラミックなどを溶接や真空密閉封止すると、従
来より精度良く溶接加工が可能になる。特に、溶融対象
物の中に蒸発しやすい化学物質を封入する場合は、特に
精度良く封止できる。特に溶融対象物の小型化が進んで
いる場合は、必要以外の場所に熱影響を与えずに溶接す
ることが可能になる。また溶融部分の型整形する場合は
装置の配置の関係が簡略化されるため、工程の安定性、
メンテナンス性等も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる溶融接合装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】図１の溶融接合装置の変形例を示すブロック図
である。

【図３】図２の溶融接合装置における真空排気管とグロ
ーブボックスとの摺動部の気密構造を示す模式図であ
る。

【図４】図１の溶融接合装置に用いられているレーザ吸
収体の構造を示す模式図である。

【図５】本発明の第２実施形態にかかる溶融接合装置の
構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の第３実施形態にかかる溶融接合装置の
構成を示すブロック図である。

【図７】図６に示す溶融接合装置の変形例を示すブロッ
ク図である。

【図８】本発明の第４実施形態にかかる溶融接合装置の
構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の第５実施形態にかかる溶融接合装置の
構成を示すブロック図である。

【図１０】本発明の第６実施形態にかかる溶融接合装置
の構成を示すブロック図である。

【図１１】本発明による、第７の実施形態にかかる溶融
接合装置の構成を示すブロック図である。

【図１２】図１１に示す溶融接合装置の変形例を示すブ
ロック図である。

【図１３】図１１に示す溶融接合装置の実施例を示すブ
ロック図である。

【図１４】図１３に示す溶融接合装置における整形型の
部分の平面概念図である。

【図１５】本発明の第８の実施形態にかかる溶融接合装
置を示すブロック図である。

【図１６】図１５に示す溶融接合装置の変形例を示すブ
ロック図である。

【図１７】本発明の第９の実施形態にかかる溶融接合装
置を示すブロック図である。

【図１８】図１７に示す溶融接合装置の変形例を示すブ
ロック図である。

【図１９】本発明の第１０の実施形態にかかる溶融接合
装置を示すブロック図である。

【図２０】従来の、レーザ光線を用いた従来の溶融接合
装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

ＷＬＰ１〜ＷＬＰ１０ 本発明の実施形態にかかる溶融
接合装置 ＧＰＲ グローブボックス内圧調整機構 ＧＡＲ グローブボックス雰囲気精製機構 ＶＰＲ、ＶＰＲ’ 減圧機構 ＶＲ 真空容器回転機構 １ グローブボックス ２ レーザ装置 ２ｂ レーザ入力電源 Ｌ’ 漏れレーザ光 ２ｄ レーザ吸収体 ３ 被溶融接合物 ３Ｌ 蓋 ４ 照射部 ５ レーザ光窓 ６ 集光レンズ ７ 真空排気管 ８ ランプの電極 ９ 中間フリット １０ 真空ポンプ １１ ガスボンベ １１ 蒸気圧が高い物質 ＲＦ 冷媒 １３ 冷却装置 １３Ｐ 冷却パイプ １３Ｔ 冷却タンク １４ 高蒸気圧材料 １５ 蒸気圧の高い物質が保管されている真空容器の
端部 １６ 液化または固化させたＸｅ １８ 導入ポート １９ バルブ ２０ 真空ポンプ Ｅｖ 蒸発物 ２１ 圧力制御装置 ２２ｉ 吸気パイプ ２２ｏ 排気パイプ ２３ 循環ポンプ ２４ フィルタ ２５ 集塵室 ２５ａ 集塵機 ２６ レーザの出力モニタ２６ ２７ 集光レンズの駆動モータ ２８ 調圧弁 ３０ 雰囲気ガス精製機 ３２ ガス導入ポート ３３ 摺動Ｏ-リング ３４ 真空排気部 ３５ 隔壁 ３６ 真空ポンプ ３７ 反射鏡 ３８ 真空計 ３９ 真空用Ｏリング ４０ 挟持器 ４１ 回転モータ ４３ 排気弁 ４４ 雌ねじ部 ４５ 雄ねじ部 ４６ ローラベアリング ５０ 両旋盤 ＷＬＣ 従来のレーザ加熱溶融接合装置 １０１ 密閉容器 １０２ 通気口 １０３ 基板 １０４ 容器本体 １０５ パッキン １０６ レーザ透過窓 １０７ レーザ装置 １０８ 圧力計 １０９ 通気管 １０９ａ、１０９ｂ 分岐管 １１０ 真空ポンプ １１１ 開閉弁 １１２ ガスボンベ １１３ 弁装置 １１４ 挟持部材 １１５ 被封着物 １１６ 発光管 １１７ａ、１１７ｂ 電極 １１８ａ、１１８ｂ 閉塞体 １１９ 加熱溶融封着材 １２０ 間隙 １２１ 反射板 ２０１ 石英ガラス管 ２０３ａ、２０３ｂ 放電電極 ２０４ａ、２０４ｂ Ｍｏ箔 ２０４’ 第２電極側の封止用Ｍｏ箔 ２０６ 真空排気管 ２０７ 照射部 ２０８ａ 第１電極部 ２０８ｂ 第２電極部 ２０９ 片旋盤 ２１０ 摺動Ｏリング ２１１、２１１’ 整形型 ２１２ バルブ部 ２１３ セラミック管 ２１４ 真空容器 ２１５ 溶融フリット ２１６ サーメット ２１７ サセプタ ２１８ レーザ光窓 ２１９ 圧接器 ２２０ セラミック排気管 ２２１ 密閉部品 ２２２ 排気口 ２２３ レーザ照射対象物 ２２４ 光ファイバ ２２５ 反射鏡 ２２６ サンプルの挿入口 ２２７ レーザの照射口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗本 嘉隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 目黒 赳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐古田 素三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 AA01 BA00 CA01 CA11 CC00 CD02 CD12 CE04 CE08 CG02 CJ01 CJ09 DA07 DB12 DB13

Claims (50)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英ガラスおよびセラミック材料のいず
   れかによって構成された対象物にレーザ光を照射して加
   熱溶融させて互いに接合させる溶融接合装置であって、 前記対象物の内圧を、該対象物の雰囲気圧である第１の
   気圧より小さな第２の気圧に減圧保持する内圧制御手段
   と、 前記減圧保持された対象物の所定の部分に前記レーザ光
   を照射して加熱溶融する加熱溶融手段とを備え、 前記対象物の加熱溶融された部分が、前記第１の気圧と
   前記第２の気圧の差圧によって、収縮溶接されることを
   特徴とする溶融接合装置。
2. 【請求項２】 前記減圧された対象物を前記第１の気圧
   を有する不活性雰囲気中に保持すると共に、前記レーザ
   光を該対象物の所定の部分に向かって透過させる不活性
   雰囲気手段をさらに備え、前記加熱溶融された部分が該
   不活性雰囲気圧によって収縮溶接されることを特徴とす
   る請求項１に記載の溶融接合装置。
3. 【請求項３】 前記レーザ光は、前記不活性雰囲気手段
   の外部から前記対象物に向かって照射されることを特徴
   とする請求項２に記載の溶融接合装置。
4. 【請求項４】 前記不活性雰囲気手段は、前記レーザ光
   を透過させるレーザ光透過部を含む請求項３に記載の溶
   融接合装置。
5. 【請求項５】 前記レーザ光がＹＡＧレーザおよびエキ
   シマーレーザのいずれかの場合は、前記レーザ光透過部
   は石英ガラスを主成分とする材料で構成される請求項４
   の溶融接合装置。
6. 【請求項６】 前記レーザ光がＣＯ₂ レーザの場合は、
   前記レーザ光透過部はＺｎＳｅを主成分とする材料で構
   成される請求項４に記載の溶融接合装置。
7. 【請求項７】 前記レーザ光透過手段は、前記レーザ光
   を前記対象物に対して集光することを特徴とする請求項
   ４に記載の溶融接合装置。
8. 【請求項８】 該不活性雰囲気は、希ガスおよび窒素ガ
   スからなる不活性ガスグループから選択される不活性ガ
   スである請求項２に記載の溶融接合装置。
9. 【請求項９】 前記不活性雰囲気手段は、 前記不活性ガスを吸引して取り込む吸引手段と、 前記吸引された不活性ガスから不純物を除去して精製す
   る精製手段と、 前記精製された不活性ガスを前記不活性雰囲気手段に戻
   す環流手段とを含む請求項２に記載の溶融接合装置。
10. 【請求項１０】 前記精製手段は、前記不活性雰囲気手
    段の外部に設けられることを特徴とする請求項９に記載
    の溶融接合装置。
11. 【請求項１１】 前記不活性雰囲気手段の外部雰囲気圧
    は、前記第２の気圧より大きく、前記第１の気圧より小
    さいことを特徴とする請求項２に記載の溶融接合装置。
12. 【請求項１２】 前記第１の気圧は前記外部雰囲気圧よ
    り数ｍｍ水柱圧だけ大きいことを特徴とする請求項１１
    に記載の溶融接合装置。
13. 【請求項１３】 前記対象物の所定の部分と前記加熱溶
    融手段との間に、前記レーザ光を遮るように設けられた
    サセプタをさらに備え、該レーザ光が該サセプタの第１
    面で受光吸収された熱エネルギーが、該サセプタの第２
    面から該対象物の所定の部分に向かって放射されること
    を特徴とする請求項１に記載の溶融接合装置。
14. 【請求項１４】 前記サセプタは、前記対象物をその内
    部に含む環状であり、外周で受けた前記レーザ光の熱エ
    ネルギーを内周から前記対象物の所定の部分に向かって
    放射することを特徴とする請求項１３に記載の溶融接合
    装置。
15. 【請求項１５】 前記サセプタは、前記対象物に対して
    自転させられ、前記レーザ光線により、より均一に加熱
    されることを特徴とする請求項１４に記載の溶融接合装
    置。
16. 【請求項１６】 前記対象物を部分的に冷却する冷却手
    段をさらに備える請求項１に記載の溶融接合装置。
17. 【請求項１７】 前記冷却手段は、 冷風、冷水、および液体窒素等のいずれかの冷媒を貯蔵
    する冷媒手段と、 該冷媒手段から冷媒を導入して、前記対象物の周囲を巻
    回後に該冷媒手段に環流させる冷媒循環手段とをさらに
    備える請求項１６に記載の溶融接合装置。
18. 【請求項１８】 前記冷却手段は、 前記冷媒を前記対象物に対して噴射するノズルおよび、
    該冷媒を貯蔵して該対象物を浸漬させるタンクのいずれ
    かを含む請求項１７に記載の溶融接合装置。
19. 【請求項１９】 前記対象物の所定の部分の外周部に対
    して概ね均一に前記レーザ光が照射されることを特徴と
    する請求項１に記載の溶融接合装置。
20. 【請求項２０】 前記加熱溶融手段は、 複数のレーザ光発生装置を備える請求項１９に記載の溶
    融接合装置。
21. 【請求項２１】 前記加熱溶融手段は、 前記レーザ光線を複数に分岐して、前記対象物の所定の
    部分の外周部に対して出力する光ファイバを備える請求
    項１９に記載の溶融接合装置。
22. 【請求項２２】 前記内圧制御手段は、 前記対象物の内圧を検出する内圧検出手段と、 一端が前記対象物の開放端部に接続される配管手段と、 前記配管手段の他端に接続されて、前記対象物内を真空
    吸引し、前記内圧検出手段の検出圧を前記第２の所定内
    圧とする真空吸引手段とを含む請求項１に記載の溶融接
    合装置。
23. 【請求項２３】 前記対象物の端部を挟持して回転する
    回転挟持手段を備え、前記対象物の所定の部分の全周に
    渡って前記レーザ光が均等に照射されることを特徴とす
    る請求項１に記載の溶融接合装置。
24. 【請求項２４】 前記レーザ光の出力を検知するレーザ
    光出力検出手段と、 検出されたレーザ光の出力に基づいて、該レーザ光のエ
    ネルギーを制御するレーザエネルギー調整手段とをさら
    に備える請求項１に記載の溶融接合装置。
25. 【請求項２５】 前記対象物を前記レーザ光に概ね垂直
    な軸に沿って回転させる回転手段を備えることを特徴と
    する請求項１に記載の溶融接合装置。
26. 【請求項２６】 加熱溶融される前記対象物の所定の部
    分の近傍に焦点を有する反射鏡をさらに備える請求項１
    に記載の溶融接合装置。
27. 【請求項２７】 前記反射鏡は積分球であると共に、そ
    の内部に前記対象物の所定の部分が保持されることを特
    徴とする請求項２６に記載の溶融接合装置。
28. 【請求項２８】 前記反射鏡には、 その内部に前記対象物を挿入する第１の開口部と、 前記レーザ光を入射する第２の開口部が少なくとも１つ
    設けられ、該第２の開口部から入射された該レーザ光は
    積分球である該反射鏡の内部で反射されて、該第１の開
    口部から挿入された前記対象物の所定の部分を均等に照
    射加熱することを特徴とする請求項２７に記載の溶融接
    合装置。
29. 【請求項２９】 前記反射鏡には、さらに、 該反射鏡内部のダストを吸引するための開口部が設けら
    れた請求項２７に記載の溶融接合装置。
30. 【請求項３０】 前記反射鏡の外周側に、冷却手段をさ
    らに備え、該反射鏡を冷却することを特徴とする請求項
    ２７に記載の溶融接合装置。
31. 【請求項３１】 前記レーザ光を前記対象物に概ね平行
    な方向に移動させる移動手段を備えることを特徴とする
    請求項１の溶融接合装置。
32. 【請求項３２】 前記対象物を挟んでお互いに対向して
    配置される、該対象物に対して概ね平行な対向面を有す
    る一対の整形型と、 前記一対の整形型を、前記対象物に対して概ね垂直な方
    向に移動させる整形型移動手段とを備え、前記加熱溶融
    された部分を前記一対の対向面で挟み込んで圧縮整形す
    ることを特徴とする請求項１に記載の溶融接合装置。
33. 【請求項３３】 前記レーザ光はＹＡＧレーザ、エキシ
    マーレーザ、およびＣＯ₂ レーザ、半導体レーザのいず
    れかである請求項１に記載の溶融接合装置。
34. 【請求項３４】 前記レーザ光の出力を検知するレーザ
    光出力検出手段と、 検出されたレーザ光の出力に基づいて、前記レーザ光を
    集光するレーザ光透過手段をレーザ光の光軸上を移動さ
    せる集光位置制御手段とをさらに備える請求項７に記載
    の溶融接合装置。
35. 【請求項３５】 石英ガラスおよびセラミック材料のい
    ずれかによって構成された対象物を、該対象物の所定の
    場所に設けた接合部材で溶接する溶融接合装置であっ
    て、 前記対象物の内圧を、その雰囲気圧である第１の気圧よ
    り小さな第２の気圧に減圧保持する内圧制御手段と、 前記接合部材にレーザ光を照射して加熱溶融する加熱溶
    融手段とを備え、該加熱溶融された接合部材によって前
    記対象物が溶接されることを特徴とする溶融接合装置。
36. 【請求項３６】 前記減圧対象物を前記第１の気圧を有
    する不活性雰囲気中に保持すると共に、前記レーザ光を
    前記接合部材に向かって透過させる不活性雰囲気手段を
    さらに備える請求項３５に記載の溶融接合装置。
37. 【請求項３７】 前記対象物を前記加熱溶融された接合
    部材に対して押しつける押圧手段をさらに備える請求項
    ３５に記載の溶融接合装置。
38. 【請求項３８】 前記対象物の端部を挟持して回転する
    回転挟持手段を備え、前記対象物の所定の部分の全周に
    渡って前記レーザ光が均等に照射されることを特徴とす
    る請求項３５に記載の溶融接合装置。
39. 【請求項３９】 前記押圧手段は、 前記対象物の端部を挟持して回転軸に沿って回転すると
    共に、 前記回転軸に沿って移動する挟持手段を含む請求項３７
    に記載の溶融接合装置。
40. 【請求項４０】 前記押圧手段は、両旋盤であることを
    特徴とする請求項３９に記載の溶融接合装置。
41. 【請求項４１】 溶接あるいは真空密閉する石英ガラス
    あるいはセラミック管の近傍に生じる溶接飛散物を除去
    する集塵手段をさらに備える請求項１に記載の溶融接合
    装置。
42. 【請求項４２】 前記不活性雰囲気手段は、 溶接あるいは真空密閉する石英ガラスあるいはセラミッ
    ク管の近傍に生じる溶接飛散物を除去する集塵手段を含
    む請求項２に記載の溶融接合装置。
43. 【請求項４３】 石英ガラスおよびセラミック材料のい
    ずれかによって構成された対象物にレーザ光を照射して
    加熱溶融させて接合させる溶融接合方法であって、 前記対象物の内圧を、該対象物の雰囲気圧である第１の
    気圧より小さな第２の気圧に減圧保持する内圧制御ステ
    ップと、 前記減圧保持された対象物の所定の部分に前記レーザ光
    を照射して加熱溶融する加熱溶融ステップと、 前記対象物の加熱溶融された部分を、前記第１の気圧と
    前記第２の気圧の差圧によって、収縮溶接する接合ステ
    ップを備える溶融接合方法。
44. 【請求項４４】 前記減圧された対象物を前記第１の気
    圧を有する不活性雰囲気中に保持するステップと、 前記レーザ光を該対象物の所定の部分に向かって透過さ
    せるステップをさらに備え、前記加熱溶融された部分が
    該不活性雰囲気圧によって収縮溶接されることを特徴と
    する請求項４３に記載の溶融接合方法。
45. 【請求項４５】 前記対象物の所定の部分と前記加熱溶
    融手段との間に、前記レーザ光を遮るように設けられた
    サセプタの第１面で該レーザ光を受光しその熱エネルギ
    ーを吸収するステップと、 前記サセプタの第１面で吸収された熱エネルギーを該サ
    セプタの第２面から前記対象物の所定の部分に向かって
    放射するステップをさらに備える請求項４３に記載の溶
    融接合方法。
46. 【請求項４６】 前記対象物を挟んでお互いに対向して
    配置される、該対象物に対して概ね平行な対向面を有す
    る一対の整形型を前記対象物に対して概ね垂直な方向に
    移動させて、該加熱溶融された部分を前記一対の対向面
    で挟み込んで圧縮整形するステップをさらに備える請求
    項４３に記載の溶融接合方法。
47. 【請求項４７】 石英ガラスおよびセラミック材料のい
    ずれかによって構成された対象物を、該対象物の所定の
    場所に設けた接合部材で溶接する溶融接合方法であっ
    て、 前記対象物の内圧を、その雰囲気圧である第１の気圧よ
    り小さな第２の気圧に減圧保持する内圧制御ステップ
    と、 前記接合部材に前記レーザ光を照射して加熱溶融する加
    熱溶融ステップとを備え、前記加熱溶融された接合部材
    によって前記対象物が溶接されることを特徴とする溶融
    接合方法。
48. 【請求項４８】 前記対象物を前記加熱溶融された接合
    部材に対して押しつける押圧ステップをさらに備える請
    求項４７に記載の溶融接合方法。
49. 【請求項４９】 前記減圧対象物を前記第１の気圧を有
    する不活性雰囲気中に保持するステップと、 前記レーザ光を前記接合部材に向かって透過させるステ
    ップとをさらに備える請求項４７に記載の溶融接合方
    法。
50. 【請求項５０】 前記対象物を前記加熱溶融された接合
    部材に対して押しつける押圧ステップをさらに備える請
    求項４９に記載の溶融接合方法。