JP2001287074A - 真空下での溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空断熱体の真空封止を、低コストで、しか
も耐久性やリークに対する信頼性が高い状態で行えるよ
うにするとともに、真空封止の前段階の真空排気を迅速
に行えるようにする。 【解決手段】 二重壁の内部空間２２を真空排気したう
えで排気口２４を封止することで、真空断熱体を構成す
る。真空排気手段３０に連通したポット２６で排気口２
４の周囲を覆う。ポット２６の壁部の少なくとも一部分
３１を、透光性を有する材料にて形成する。真空排気手
段３０により二重壁の内部空間２２を真空排気した後に
ポット２６内において排気口２４を封止部材３４で覆
い、ポット２６外から壁部の透光性を有する部分３１を
通過させてポット２６内に光線３５を導入し、この光線
３５を封止部材３４により排気口２４を覆った部分に照
射させて、溶接により排気口２４を封じ切る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空下での溶接方法
に関し、特に、二重壁の内部を真空排気したうえで排気
口を封止することで真空断熱体を構成するための、真空
断熱体の真空封止方法として適用することができる、真
空下での溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空断熱体を製造するときの真空封止方
法として、たとえば、図６に示すように、二重壁によっ
て形成された内部空間１に連通する排気口２を用いてこ
の内部空間１を真空排気したうえで、この排気口２にね
じ込まれるねじ体３の先端の環状刃部４と排気口２の段
部５に形成された環状刃部６との間でパッキン７を締め
付けるようにしたものが知られている。パッキン７とし
ては、銅やアルミニウムや銀などの軟質金属が好適に用
いられる。またゴムなどのエラストマも用いることがで
きる。

【０００３】あるいは、図７に示すように、真空チャン
バー内において排気口２を蓋板８で覆って、この蓋板８
の周縁を封止処理部９によって封止したものが知られて
いる。この封止処理部９を形成するための封止処理とし
ては、ろう付けや電子ビーム溶接などを行うことができ
る。

【０００４】またあるいは、図８に示すように、排気口
２を蓋部材１０で塞ぐとともに、この蓋部材１０と排気
口２の周縁との間にＯリングなどのパッキン１１を介装
したものが知られている。すなわち、たとえば真空チャ
ンバー内で蓋部材１０によって排気口２を覆い、その状
態で真空断熱体の外面を大気に晒すと、蓋部材１０にお
いて排気口２に対応した面積に大気圧が作用して、この
蓋部材１０を押圧し、それによりパッキン１１が圧縮さ
れて真空封止が行われる。

【０００５】さらにあるいは、図９に示すように、排気
口２に接続された真空排気路１２にバルブ１３を介装し
て、真空排気の終了後にこのバルブ１３を閉じるように
したものが知られている。このバルブ１３と、真空排気
路１２における排気口２からバルブ１３までの部分と
は、真空断熱体と一体化され、その一体化された状態で
製品が完成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図６に示すよ
うにねじ体３を用いて環状刃部４、６どうしの間にパッ
キンを挟み込む構成のものは、ねじの加工や刃部４、６
の加工が必要となって、真空封止部の構成が複雑にな
り、またそれによってコスト高を招く。また、ねじ体３
の締め込みが必要であるため、封じ切りのための作業が
煩雑になる。しかも、製品としての真空断熱体を温度の
昇降が大きな状況下で繰り返し使用した場合には、その
温度履歴によるねじ部と金属製のパッキン７との熱膨張
率の差によって、真空破壊が生じる可能性がある。

【０００７】図７に示すものでは、ろう付けや電子ビー
ム溶接などを行うための装置を真空チャンバー内に設置
する必要があり、そのため設備が大掛かりになる。図８
に示すように大気圧によってパッキン１１を押し付ける
ものでは、耐久性に乏しく、また機械的な衝撃によって
真空が破壊されるという懸念がある。

【０００８】図９に示すようにバルブ１３を利用するも
のは、部品コストが高いうえに耐久性に乏しい。また、
図６、図８のようにゴムなどの樹脂を利用するもので
は、一般的に高温および極低温には適用できず、また樹
脂が経年劣化を起こすために、長期の封止には不向きで
ある。

【０００９】また、図６のねじ方式のものや図８のゴム
パッキン方式のものでは、その構成上封止口すなわち排
気口２の径を大きくすることが困難であり、このため真
空排気に時間がかかることになる。

【００１０】そこで本発明は、このような問題点を解決
して、真空断熱体の真空封止を、低コストで、しかも耐
久性やリークに対する信頼性が高い状態で行えるように
することを目的とするとともに、真空封止の前段階の真
空排気を迅速に行えるようにすることを目的とする。

【００１１】また本発明は、広くは、真空雰囲気におけ
る溶接を容易に行えるようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、非真空雰囲気からの光線を、真空雰囲気を形
成するための透光性を有する壁部を通過させてこの真空
雰囲気の内部に導入し、この真空雰囲気の内部で工作物
に照射させて、この工作物を溶接するものである。

【００１３】このようにすると、非真空雰囲気からの光
線を透光性を有する壁部を通過させて真空雰囲気の内部
に導入することで、この真空雰囲気の内部の工作物を溶
接するため、真空雰囲気に光源などの装置すなわち溶接
のための大掛かりな装置を設置する必要がなく、このた
め真空雰囲気における溶接を容易に行うことができる。

【００１４】また本発明は、二重壁の内部を真空排気し
たうえで排気口を封止することで真空断熱体を構成する
に際し、真空排気手段に連通したポットで排気口の周囲
を覆い、このポットの壁部の少なくとも一部分を透光性
を有する材料にて形成し、真空排気手段により二重壁の
内部を真空排気した後にポット内において排気口を封止
部材で覆い、ポット外から壁部の透光性を有する部分を
通過させてポット内に光線を導入し、この光線を封止部
材により排気口を覆った部分に照射させて、溶接により
排気口を封じ切るものである。

【００１５】このようにすると、真空雰囲気に光源など
の装置すなわち溶接のための大掛かりな装置を設置する
必要がなく、このため真空雰囲気における溶接を容易に
低コストで行うことができ、またねじ部などを用いた複
雑な封止機構も不要になるため、その点でもコストダウ
ンを図ることができる。しかも、溶接による封じ切りで
あるため、耐久性やリークに対する信頼性を高くするこ
とができる。また、ねじ部やパッキンなどを用いる必要
がなく、したがって封止口すなわち排気口を比較的大き
く形成でき、このため真空排気時間の短縮を図ることが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１において、２１は真空断熱体
を構成する薄肉の金属製の壁体であり、この壁体２１と
図外の他の壁体との二重壁によって、真空排気を行うべ
き内部空間２２が形成されている。壁体２１の一部分に
は口金２３が設けられており、この口金２３によって、
内部空間２２とその外部とを連通させる排気口２４が貫
通状態で形成されている。口金２３の表面における排気
口２４の周縁には、段部２５が形成されている。

【００１７】２６は真空排気用ポットで、底部が開口さ
れて開口縁２７を有し、この開口縁２７が、口金２３に
おける排気口２４の周囲の部分に配置されることで、排
気口２４を覆うことができるように構成されている。開
口縁２７と口金２３との間には、パッキン２８が挟み込
まれている。この真空排気用ポット２６は、排気路２９
によって真空ポンプ３０に連通されている。真空排気用
ポット２６の天板３１は、石英ガラスなどの、透光性を
有する材料にて形成されている。天板３１の中央には、
作用ロッド３２が貫通している。この作用ロッド３２
は、金属材料などによって形成され、天板３１に設けら
れたシール部材３３の内部を、天板３１を貫通する方向
に気密状態で摺動できるように構成されている。

【００１８】ポット２６の内部において、作用ロッド３
２の先端には、金属製の封止板３４が取り付けられてい
る。この封止板３４は、図１に示すように作用ロッド３
２が排気口２４に近づく方向に摺動したときに、その周
縁部が、排気口２４の周縁の段部２５にはまり込むよう
に構成されている。作用ロッド３２への封止板３４の取
り付けは、適宜の手段によって行うことができる。たと
えば、ねじなどの機械的手段のみならず、接着剤や、両
面粘着テープのような簡易な手段などによって取り付け
ることができる。

【００１９】このような構成において、内部空間を真空
排気するときには、図２に示すように、パッキン２８を
介して真空排気用ポット２６を口金２３に載せることに
より、このポット２６によって排気口２４を覆う。この
とき、図示のように作用ロッド３２を引き上げて、封止
板３４を排気口２４から遠ざけておく。

【００２０】この状態で真空ポンプ３０を運転すると、
ポット２６の内部が真空排気され、これにより大気圧の
作用でポット２６が口金２３に押圧され、その開口縁２
７と口金２３との間でパッキン２８を圧縮して、所要の
シール状態が達成される。続けて真空ポンプ３０を運転
すると、内部空間２２が真空排気される。このとき、上
述のように封止板３４が排気口２４から遠ざけられてい
るため、この封止板３４が真空排気の妨げとなることが
確実に防止される。

【００２１】内部空間２２が所要の真空度となったな
ら、図１に示すように作用ロッド３２を押し下げて、封
止板３４で排気口２４を塞ぐとともに、この封止板３４
の周縁部を段部２５にはめ込む。そして、この状態で、
ポット２６の外部から透光性を有する天板３１を通して
ポット２６の内部にレーザー光線３５を導入し、このレ
ーザー光線３５を、段部２５にはめ込まれた封止板３４
の周縁部に照射して、この封止板３４の周縁部と口金２
３の段部２５とを互いに溶接する。このように封止板３
４を段部２５にはめ込んだ状態で溶接するため、できあ
がった製品は封止板３４の部分でも他の部分と面一にな
るという利点がある。

【００２２】このとき、たとえば作用ロッド３２により
封止板３４を段部２５に押し付けて、熱歪による浮き上
がりの発生を防止し、その状態でまず周方向に沿った４
〜８点程度の仮付け溶接を行う。その後、ポット２６内
を真空状態としたまま、封止板３４の全周にわたってレ
ーザー光線３５による溶接を行う。たとえば、口径が４
０ｍｍ、厚さが１ｍｍのステンレス製の封止板３４を、
レーザー光線３５によって適宜の厚さの口金２３に溶接
するために要する時間は、溶接のみなら１５秒程度、セ
ンシングや片づけを含んでも２分程度である。溶接が完
了したなら、ポット２６の内部に大気を導入して、この
ポット２６を口金２３から取り外す。

【００２３】このようにすると、溶接のための熱源とな
るレーザー光線３５を大気中からポット２６の天板３１
を通してこのポット２６の内部に導入し、それれによっ
て封止板３４を口金２３に溶接するため、ねじ部や環状
刃部などの複雑な封止機構が必要ないという利点があ
る。また、大気中に設けられた光源からのレーザー光線
３５を透光性を有する天板３１を通してポット２６の内
部に導入すればよいため、真空部すなわちポット２６の
内部にレーザー光源を配置するなどの大掛かりな構成は
必要なく、この点からもコストの低減を図ることができ
る。

【００２４】また、溶接による封じ切りの構成であるた
め、できあがった真空断熱体における真空封止部は、耐
久性やリークに対する信頼性が非常に高いという利点が
ある。しかも、ねじ込み式のものなどに比べて排気口２
４の口径を大きくすることができ、したがって真空排気
のための時間を大幅に低減することができる。

【００２５】溶接のための熱源としては、上述のように
レーザー光線３５を用いるのが好適であり、具体的には
炭酸ガスレーザーやＹＡＧレーザーや半導体レーザーな
どを用いることができる。また、一般の光ビーム加熱装
置として用いられているキセノンランプからの光線など
も、封止板３４の溶接のために利用することができる。
なお、ここでいう光線とは、可視光のみならず、それ以
外の波長範囲のたとえば赤外線などをも含む概念であ
る。透光性を有する天板３１は、例えば上述の石英ガラ
スを好適に用いることができるほかに、亜鉛化セレンな
どを用いることもでき、そのほかにも光源の種類に応じ
た適宜のものを選択することができる。

【００２６】溶接に際しては、図３に示すように封止板
３４の外周縁と段部２５の内周縁との境界部分にレーザ
ー光線３５を照射して、この境界部分の材料を溶融させ
る方法や、図４に示すように封止板３４の周縁の表面に
レーザー光線３５を照射して、この封止板３４の周縁
と、この周縁が重なっている段部２５の部分とをともに
溶融させる、いわゆるレーザーシーム溶接法などを、好
適に使用することができる。このうち、図３に示す方法
であると、レーザー光線３５を照射すべき部分を精度良
く検出しながら溶接を行うのが原則であり、またこのた
め封止板３４などにある程度の部品精度が要求される。
これに対し、図４に示すレーザーシーム溶接法である
と、溶接部の検出はラフでよく、また同様に部品精度も
低くても差し支えないという利点がある。

【００２７】なお、上記においては、壁体２１における
排気口２４の部分を真空排気用ポット２６で覆うものに
ついて説明したが、真空断熱体を構成するための二重壁
体の全体を真空チャンバーの中に収容して真空排気を行
い、その後にこのチャンバーに設けられた透光性を有す
る窓などの部材を通して、このチャンバーの内部にレー
ザー光線などを導入し、それによって真空封止のための
溶接を行うようにしてもよい。

【００２８】さらに本発明は、広くは、非真空雰囲気す
なわち真空雰囲気の外部からの光線を、真空雰囲気を形
成するための透光性を有する壁部を通過させてこの真空
雰囲気の内部に導入し、この真空雰囲気の内部で工作物
に照射させて、この工作物を溶接することを特徴とする
ものである。具体的には、図５に示すように、透光性を
有するたとえば強化ガラス性のチャンバー４１の内部に
工作物４２を設置し、チャンバー４１の内部を真空排気
したうえで、チャンバー４１の外部から工作物４２に向
けてレーザー光線４３を照射すれば、それによって工作
物４２を溶接することができる。

【００２９】このようにすると、非真空雰囲気すなわち
大気中からのレーザー光線４３を透光性を有するチャン
バー４１の壁部を通過させて真空雰囲気の内部すなわち
チャンバー４１の内部に導入することで、このチャンバ
ー４１の内部の工作物４２を溶接するため、チャンバー
４１の内部に溶接のための大掛かりな設備を設置する必
要がなく、このため真空雰囲気における工作物４２の溶
接を容易に行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によると、非真空雰
囲気からの光線を、真空雰囲気を形成するための透光性
を有する壁部を通過させてこの真空雰囲気の内部に導入
し、この真空雰囲気の内部で工作物に照射させて、この
工作物を溶接するため、真空雰囲気に光源などの装置す
なわち溶接のための大掛かりな装置を設置する必要がな
く、したがって真空雰囲気における溶接を容易に行うこ
とができる。

【００３１】また本発明によると、二重壁の内部を真空
排気したうえで排気口を封止することで真空断熱体を構
成するに際し、真空排気手段に連通したポットで排気口
の周囲を覆い、このポットの壁部の少なくとも一部分を
透光性を有する材料にて形成し、真空排気手段により二
重壁の内部を真空排気した後にポット内において排気口
を封止部材で覆い、ポット外から壁部の透光性を有する
部分を通過させてポット内に光線を導入し、この光線を
封止部材により排気口を覆った部分に照射させて、溶接
により排気口を封じ切るため、真空雰囲気に光源などの
装置すなわち溶接のための大掛かりな装置を設置する必
要がなく、このため真空雰囲気における溶接を容易に低
コストで行うことができ、またねじ部などを用いた複雑
な封止機構も不要になるため、その点でもコストダウン
を図ることができ、しかも溶接による封じ切りであるた
め、耐久性やリークに対する信頼性を高くすることがで
き、また、ねじ部やパッキンなどを用いる必要がなく、
したがって封止口すなわち排気口を比較的大きく形成で
き、このため真空排気時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空下での溶接方法の実施の形態とし
ての真空断熱体の真空封止方法を説明するための断面図
である。

【図２】図１に示す部分における真空排気時の状態を示
す図である。

【図３】図１における具体的な溶接方法の一例を示す図
である。

【図４】図１における具体的な溶接方法の他の例を示す
図である。

【図５】本発明の実施の形態の真空下での溶接方法を説
明するための斜視図である。

【図６】従来例を説明するための断面図である。

【図７】他の従来例を説明するための断面図である。

【図８】さらに他の従来例を説明するための断面図であ
る。

【図９】さらに他の従来例を説明するための断面図であ
る。

【符号の説明】

２２ 内部空間 ２３ 口金 ２４ 排気口 ２５ 段部 ２６ 真空排気用のポット ３１ 天板 ３２ 作用ロッド ３４ 封止板 ３５ レーザー光線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非真空雰囲気からの光線を、真空雰囲気
   を形成するための透光性を有する壁部を通過させてこの
   真空雰囲気の内部に導入し、この真空雰囲気の内部で工
   作物に照射させて、この工作物を溶接することを特徴と
   する真空下での溶接方法。
2. 【請求項２】 二重壁の内部を真空排気したうえで排気
   口を封止することで真空断熱体を構成するに際し、真空
   排気手段に連通したポットで排気口の周囲を覆い、この
   ポットの壁部の少なくとも一部分を透光性を有する材料
   にて形成し、真空排気手段により二重壁の内部を真空排
   気した後にポット内において排気口を封止部材で覆い、
   ポット外から壁部の透光性を有する部分を通過させてポ
   ット内に光線を導入し、この光線を封止部材により排気
   口を覆った部分に照射させて、溶接により排気口を封じ
   切ることを特徴とする真空断熱体の真空封止方法。