JP2003026433A - 石英ガラス部材の接合方法及びこの方法に用いられる接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、石英ガラス部材の接合部分に凹凸
が生じることなく、均一に、接合することができる石英
ガラス部材の溶接方法及びこの方法に用いられる溶接装
置を提供する。 【解決手段】 この溶接装置は、移動可能に構成された
バーナスタンド２と、前記バーナスタンドに保持され、
燃料ガスを供給するパイプ３ａ，３ｂと、前記パイプに
接続されたバーナ部５とを備え、前記バーナ部５は、コ
字状のパイプ６ａ，６ｂと、相対向してコ字状のパイプ
に設けられた複数のノズル７ａ，７ｂとを有し、前記バ
ーナ部５が、前記石英ガラス部材１０，１１の接合部に
沿って移動可能に構成されている。そして、石英ガラス
部材の接合部の両側から、該接合部全体を均一に加熱
し、溶融し、その後、石英ガラス部材に外力を加え、該
接合部全体を押し合わせ、溶着させ、接合するものであ
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、石英ガラス部材の
接合方法及びこの方法に用いられる接合装置に関し、よ
り詳細には、溶融炉等の大型装置を用いることなく、ま
た溶接棒（石英ガラス棒）を用いることのない石英ガラ
ス部材の接合方法及びこの方法に用いられる接合装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体製造プロセスで使用される
炉心管や洗浄槽などの石英ガラス物品の中には、溶接・
熱融着などの火炎加工技術を用い、複数の石英ガラス部
材が接合されることによって形成されているものがあ
る。そのため、石英ガラス物品を製造するにあたって、
石英ガラス部材同士を接合することがある。一般に、石
英ガラス部材を接合する方法としては、石英ガラス部材
を溶接する方法と、例えば特開平８−３２５０２５号公
報に記載されているように、複数の石英ガラス部材を炉
内にセットし、真空下で加熱し、前記石英ガラス部材同
士を熱融着する方法とがある。

【０００３】前記した複数の石英ガラス部材を炉内にセ
ットし、真空下で加熱し、前記石英ガラス部材同士を熱
融着する方法は、接合精度の良い石英ガラス物品を製造
することができるという利点を有するものの、炉を要す
る等、装置が大がかりとなり、容易に石英ガラス物品を
製造することができないという欠点があった。

【０００４】一方、石英ガラス部材を溶接する方法は、
一般的に金属部材の溶接と同様に溶接棒（石英ガラス
棒）を使用し、この溶接棒を溶融することによって、石
英ガラス部材同士を接合する方法であって、比較的容易
に石英ガラス物品を製造することができるという利点が
ある。この方法について図８に基づいて説明すると、石
英ガラス部材１０，１１の接合する端面１０ａ，１１ａ
を面取りし、この面取りした石英ガラス部材１０，１１
を支持台１２上に載置する。

【０００５】そして、接合部がＶ字型になるように面取
りをした石英ガラス板１０，１１を合わせる。このと
き、両石英ガラス部材１０，１１の間に若干の隙間をと
り、その部分にバーナ１３の火炎をあて片面より石英ガ
ラス棒１４を溶融しながら、肉盛りを行う。また同時
に、前記肉盛り部分の裏面側からバーナ１５の火炎を当
て、石英ガラス部材１０，１１と肉盛り部分を溶融して
一体化させることにより、石英ガラス部材を接合してい
る。

【０００６】この後、被加工物（溶接済みの石英ガラス
部材）全体を処理（電気）炉内に入れてアニール処理を
施し、被加工物に生じた歪を除去する。これは、前工程
における溶接が石英ガラス部材の一部を加熱することに
より行われるため、溶接（火炎加工）後に火炎が当たっ
た部分と当たらなかった部分との間に歪が発生し、この
歪が被加工物に残留していると、クラックの原因となる
からである。なお、アニール処理温度は石英ガラス素材
の品種毎に定められている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した石
英ガラス部材を溶接する方法は、溶接棒を溶融した溶融
体を充分裏面側に回り込ませるために、特に上面側の面
取りを適切に行わなければならず、作業者の経験と技能
を必要とし、作業時間が長くなるという技術的課題があ
った。また、石英ガラス部材の接合部分の肉厚がばらつ
き、石英ガラス物品の機械的強度が部分的に低下すると
いう技術的課題があった。更に、石英ガラス部材の接合
部分に凹凸が生ずるという技術的課題があった。特に、
石英ガラス物品が洗浄槽のように液体を貯留する物品で
ある場合、前記接合部分の凹部が液溜となり、液交換が
不十分になるという技術的課題があった。

【０００８】一方、従来の歪除去方法においては、被加
工物の全体を処理炉（アニール処理炉）内に入れるた
め、大型の処理炉が必要であった。このため、多大の電
力を消費し、コストが嵩むという技術的課題があった。
また、大型の処理炉では、アニール処理に多大の時間を
要し、生産性が低下するという技術的課題があった。さ
らに、溶接工程からアニール処理工程への被加工物の搬
送に自動搬送機が用いられているため、被加工物の種類
が異なると、被加工物毎に搬送方法を変更する必要が生
じ、アニール処理を煩雑にするという技術的課題もあっ
た。

【０００９】この他、被加工物が複雑な形状をもつ場合
には、パーツの溶接（火炎加工）毎にアニール処理が必
要となり、このため先に溶接されたパーツのアニール処
理が繰り返され、パーツ間に寸法差が生じ（特に加工面
に高い精度が要求される場合は顕著）、品質上の信頼性
が低下するという技術的課題があった。

【００１０】本発明は、石英ガラス部材の接合部分に凹
凸が生じることなく、均一に、接合することができる石
英ガラス部材の接合方法及びこの方法に用いられる接合
装置を提供することを目的とするものである。また、本
発明は、大型の処理炉を不要にし、かつアニール処理を
簡単にして歪を除去することができ、しかも品質上の信
頼性を高めることができる石英ガラス部材の接合方法及
びこの方法に用いられる接合方法を提供することを別の
目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた石英ガラス部材の接合方法は、石英ガラス部
材の接合方法であって、石英ガラス部材の接合部を突き
合わせる工程と、石英ガラス部材の接合部の両側から、
該接合部全体を均一に加熱し、溶融する工程と、石英ガ
ラス部材に外力を加え、該接合部全体を押し合わせ、溶
着させる工程と、前記溶着された石英ガラス部材を冷却
する工程とを備えることを特徴としている。

【００１２】このように、石英ガラス部材の接合部の両
側から、該接合部全体を均一に加熱し、溶融する工程
と、石英ガラス部材に外力を加え、該接合部全体を押し
合わせ、溶着させる工程とを備えているため、溶接棒
（石英ガラス棒）を用いることなく、石英ガラス部材同
士を接合することができる。また、接合部全体を均一に
加熱溶融し、均一な外力を加えることにより、石英ガラ
ス部材を接合しているため、その接合部は均一な肉厚と
なり、接合部の機械的強度の低下を防止することができ
る。また、凹凸も抑制されるため、石英ガラス物品が洗
浄槽のように液体を貯留する物品である場合にも、より
完全な液交換を行うことができる。

【００１３】ここで、溶着された石英ガラス部材を冷却
する工程の前に、この溶着済み石英ガラス部材の溶着部
およびこの溶着部近傍にアニール処理を施す工程を含む
ことが望ましい。このような方法によると、前記した溶
接による効果に加え、溶接工程で被加工物に生じた歪を
除去することができる。

【００１４】この場合、石英ガラス部材（被加工物）の
一部にアニール処理を施すため、消費電力を低減するこ
とができ、コストの低廉化を図ることができる。また、
被加工物の一部にアニール処理を施すことは、アニール
処理時間を短縮することができ、生産性を高めることが
できる。さらに、溶接工程からアニール処理工程に即座
に移行することができるため、従来のようには被加工物
の搬送に自動搬送機を用いることを必要とせず、アニー
ル処理を簡単に行うことができる。この他、被加工物の
一部にアニール処理を施すことにより、従来にようには
先に溶接されたパーツのアニール処理を繰り返す必要が
ないため、パーツ間に寸法差を発生させず、品質上の信
頼性を高めることもできる。

【００１５】また、上記目的を達成するためになされた
石英ガラス部材の接合方法は、石英ガラス部材の接合方
法であって、石英ガラス部材同士を突き合わせる工程
と、この突き合わせ部分を溶着する工程と、この溶着部
およびこの溶着部近傍にアニール処理を施す工程と、こ
のアニール処理後の石英ガラス部材を冷却する工程とを
備えることを特徴とする。このような方法によると、前
記した溶接工程による効果および歪除去工程による効果
を得ることができる。

【００１６】一方、上記目的を達成するためになされた
石英ガラス部材の接合装置は、石英ガラス部材の溶接に
用いられる石英ガラス部材の接合装置であって、移動可
能に構成されたバーナスタンドと、前記バーナスタンド
に保持され、燃料ガスを供給するパイプと、前記パイプ
に接続されたバーナ部とを備え、前記バーナ部は、コ字
状のパイプと、相対向してコ字状のパイプに設けられた
複数のノズルとを有し、前記バーナ部が、前記石英ガラ
ス部材の接合部に沿って移動可能に構成されていること
を特徴としている。

【００１７】このように、前記バーナ部は、コ字状のパ
イプと、相対向してコ字状のパイプに設けられた複数の
ノズルとを有しているため、石英ガラス部材の接合部の
両側から、該接合部全体を均一に加熱し、溶融すること
ができる。また、バーナスタンドの移動に伴い、バーナ
部（ノズル）が、前記石英ガラス部材の接合部に沿って
移動するため、接合部全体をより均一に加熱し、溶融す
ることができる。更に、この接合装置を用いることによ
り、作業者の経験、技能に関係なく、上記した効果を得
ることができる。

【００１８】ここで、前記バーナスタンドに保持され燃
料ガスを供給するパイプにロータリージョイントが設け
られ、前記バーナ部が回転可能に構成されていることが
望ましい。このようにバーナ部が回転可能に構成されて
いるため、接合部が水平状態にある場合のほか、水平状
態から角度をもっている場合にも接合することができ
る。

【００１９】また、前記石英ガラス部材の接合部および
この接合部近傍を加熱する加熱部を有する歪除去装置を
含むことが望ましい。このように構成されているため、
前記した接合装置による効果に加え、歪除去装置による
効果を得ることができる。この場合、歪除去装置による
効果は、歪除去工程において得られる効果と同様であ
る。

【００２０】さらに、石英ガラス部材の接合部を溶着す
る溶接装置と、この溶接装置によって溶着された石英ガ
ラス部材の接合部およびこの接合部近傍を加熱する加熱
部を有する歪除去装置とを備えることが望ましい。この
ように構成されているため、前記した歪除去装置による
効果と同様の効果を得ることができる。

【００２１】そして、前記加熱部が、前記石英ガラス部
材の接合部およびこの接合部近傍を介して対向する二つ
のヒータからなることが望ましい。このように構成され
ているため、ヒータによって石英ガラス部材にアニール
処理が施され、溶接工程で石英ガラス部材に生じた歪を
除去することができる。

【００２２】また、前記加熱部が、前記石英ガラス部材
の接合部に沿って移動可能に構成されていることが望ま
しい。このように構成されているため、加熱部の移動に
よって石英ガラス部材の接合部全体にアニール処理を施
すことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる溶接装置の
実施形態について、図１に基づき説明する。図１に示す
ように、溶接装置１は、バーナスタンド２と、前記バー
ナスタンド２の天蓋部に保持され、燃料ガスを供給する
パイプ３ａと、前記パイプ３ａの一端に設けられたロー
タリージョイント４と、前記ロータリージョイント４に
接続されたパイプ３ｂと、前記パイプ３ｂに接続された
バーナ部５とを備え、前記バーナ部５はコ字状のパイプ
６ａ，６ｂと、相対向してコ字状のパイプ６ａ，６ｂに
形成された複数のノズル７ａ，７ｂとを有している。ま
た、前記前記バーナスタンド２の底面には、図示しない
ローラが設けられ、レール８上を移動可能に構成されて
いる。

【００２４】また、石英ガラス部材１０，１１を載置す
る支持台９ａ，９ｂが設けられ、支持台９ａ，９ｂに石
英ガラス部材１０，１１を載置した際、相対向してコ字
状のパイプ６ａ，６ｂに形成された複数のノズル７ａ，
７ｂの略中間に、前記石英ガラス部材１０，１１が位置
するように構成されている。なお、石英ガラス部材を載
置する支持台９ａ，９ｂの載置面を上下動可能に形成
し、板厚が異なる石英ガラス部材の場合においても、ノ
ズル７ａ，７ｂの略中間に、石英ガラス部材が位置する
ように調整可能に構成しても良い。

【００２５】また、石英ガラス部材１０，１１の接合す
る端面１０ａ，１１ａ（接合部）に対して、一定の外力
Ｐが加わるように加圧装置が設けられている。この加圧
装置は、石英ガラス部材１０，１１を載置する支持台９
ａ，９ｂを互いに向かう方向に移動させることにより、
載置した石英ガラス部材１０，１１に圧力を加えるもの
である。

【００２６】すなわち、図１に示すように、支持台９
ａ，９ｂの上面には石英ガラス部材１０，１１の後端面
と当接し、該石英ガラス部材１０，１１の移動を阻止す
るストッパー９ｃ，９ｄが設けられている。このストッ
パー９ｃ，９ｄの長さは、当接する石英ガラス部材１
０，１１の端面全体を均等に加圧するため、該石英ガラ
ス部材の端面の長さ以上であることが望ましい。

【００２７】また、支持台９ａ，９ｂは、前記したレー
ル８，８に対して略直角に交差する方向に延設されたレ
ール９ｅ，９ｆ上を移動可能に構成されている。この支
持台９ａ，９ｂの移動によって互いに向かう方向に両者
は移動することによって、載置されている石英ガラス部
材１０，１１の接触端面に所定の圧力が加わるように構
成されている。なお、支持台９ａ，９ｂを移動させるた
めの駆動手段は、特に限定されるものではないが、例え
ばピストンシリンダなどを用いることができる。また、
図１には、支持台９ａ，９ｂが共に移動する場合を示し
たが、いずれか一方の支持台を固定し、他方の支持台の
みを移動可能に構成しても良い。

【００２８】次に、本発明にかかる歪除去装置の実施形
態について、図２（ａ）および（ｂ）に基づき説明す
る。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、前記溶接装
置１（図１に図示）の近傍に歪除去装置７１が配設され
ている。この歪除去装置７１は、前記石英ガラス部材１
０，１１の接合部（溶着部）およびこの接合部近傍を加
熱する加熱部７２と、この加熱部７２の一部を覆うよう
な断熱部７３とを有している。

【００２９】前記加熱部７２は、前記石英ガラス部材１
０，１１の接合部全体およびこの接合部全体の近傍を介
して対向する二つのヒータ７２ａ，７２ｂからなり、接
合部全体およびこの接合部全体の近傍にわたって均等に
加熱し得るように構成されている。前記断熱部７３は、
前記両石英ガラス部材１０，１１の接合部近傍に位置す
る断熱材７３ａ，７３ｂによって構成されている。な
お、ヒータとしては、例えばカンタルや白金などの金属
ヒータ，ＳｉＣなどのセラミックヒータあるいはカーボ
ンヒータが使用されるが、石英ガラス部材のアニール処
理に必要な温度を保持できれば特に限定されない。

【００３０】次に、この歪除去装置および前記溶接装置
を用いて石英ガラス部材１０，１１を接合する方法につ
いて説明する。従来の場合とは異なり本実施形態では、
石英ガラス部材１０，１１の接合する端面１０ａ，１１
ａを面取りせず、フラットな端面（端面が他面に対して
略垂直の平面）を有する石英ガラス部材１０，１１を支
持台９ａ，９ｂ上に載置する。そして、石英ガラス部材
１０，１１のフラットな端面を合わせる。また、相対向
してコ字状のパイプ６ａ，６ｂに形成されたノズル７
ａ、７ｂの略中間に、石英ガラス部材１０，１１が位置
するように調整する。

【００３１】その後、ノズル７ａ，７ｂに点火すると共
に、バーナスタンドをレールに沿って移動させ（図中の
矢印方向）、石英ガラス部材１０，１１の接合部を均一
に加熱し、その接合部を溶融する。その後、石英ガラス
部材１０，１１に一定の外力Ｐを加え、石英ガラス部材
１０，１１を押し合わせ、溶着させる。

【００３２】次に、加熱部７２によって石英ガラス部材
１０，１１の溶着部（溶接時の火炎加工部）およびこの
溶着部近傍（火炎加工部周辺３０ｍｍの領域内）を同時
加熱することによりアニール処理を施し、溶接工程で石
英ガラス部材１０，１１に生じた歪を除去する。この場
合、石英ガラス部材１０，１１の溶着部およびこの溶着
部近傍に対し、加熱部７２が非接触状態とされる。この
後、一定の冷却時間をおくことによって、石英ガラス部
材１０，１１は接合される。

【００３３】このように、溶接する石英ガラス部材１
０，１１同士を加熱溶融し、石英ガラス部材１０，１１
に外力Ｐを加え、石英ガラス部材１０，１１を押し合わ
せるこによって、溶着しているため、従来のように端面
を面取りしたり、また溶接棒を用いる必要がない。ま
た、経験と技能を必要とする肉盛り作業が不必要である
ため、接合作業が容易になると共に、一定の肉厚になす
ことが容易に行える。

【００３４】更に、相対向してコ字状のパイプ６ａ，６
ｂに形成された複数のノズル７ａ，７ｂの略中間に、石
英ガラス部材１０，１１が位置しているため、石英ガラ
ス部材１０，１１の接合部を広範囲に均一に加熱するこ
とができ、短時間に溶接することができる。また、バー
ナスタンド２がレール８に沿って移動させているため、
石英ガラス部材１０，１１の接合部をより均一に加熱、
溶融でき、均一に接合できるため、接合部分の凹凸の発
生が抑制され、平滑な面とすることができる。また、前
記したように凹凸が抑制されるため、石英ガラス物品が
洗浄槽のように液体を貯留する物品である場合にも、液
溜が発生せず、より完全な液交換を容易に行うことがで
きる。

【００３５】一方、歪除去工程においては、溶接工程で
被加工物（石英ガラス部材）に生じた歪を除去すること
ができる。この場合、石英ガラス部材１０，１１の一部
にアニール処理を施すため、消費電力を低減することが
でき、コストの低廉化を図ることができる。また、石英
ガラス部材１０，１１の一部にアニール処理を施すこと
は、アニール処理時間を短縮することができ、生産性を
高めることができる。

【００３６】更に、溶接工程からアニール処理工程に即
座に移行することができるため、従来のようには石英ガ
ラス部材の搬送に自動搬送機を用いることを必要とせ
ず、アニール処理を簡単に行うことができる。この他、
被加工物の一部にアニール処理を施すことにより、従来
のようには先に溶接されたパーツのアニール処理を繰り
返す必要がないため、パーツ間に寸法差を発生させず、
品質上の信頼性を高めることもできる。

【００３７】次に、前記したロータリージョイント４の
機能について、図３に基づいて詳細に説明する。ロータ
リージョイント４は、図３に示すように石英ガラス部材
の接合部が所定の角度を有している場合にも、石英ガラ
ス部材同士を溶接することができるようになすものであ
り、パイプ３ａの端部にロータリージョイント４が設け
られ、バーナ部５が回転可能に構成されている。すなわ
ち、図１に示した平板状の石英ガラス部材同士を同一平
面上（水平状態）で溶接する場合を示しているが、図３
に示すようにロータリージョイント４を設けることによ
り、接合部が略垂直状態に置かれている場合にも、石英
ガラス部材同士を溶接することができる。

【００３８】次に、本発明にかかる歪除去装置の他の実
施形態（第二実施形態）について、図４（ａ）および
（ｂ）に基づき説明する。図４（ａ）および（ｂ）に示
すように、溶接装置１（図１に図示）の近傍に歪除去装
置２１が配設されている。この歪除去装置２１は、図３
に示す前記石英ガラス部材１０，１１の接合部（溶着
部）およびこの接合部近傍を加熱する加熱部２２と、こ
の加熱部２２の一部を覆うような断熱部２３とを有して
いる。

【００３９】前記加熱部２２は、前記石英ガラス部材１
０，１１の接合部全体およびこの接合部全体の近傍を介
して対向する二つのヒータ２２ａ，２２ａからなり、接
合部全体およびこの接合部全体の近傍にわたって均等に
加熱し得るように構成されている。前記断熱部２３は、
前記両石英ガラス部材１０，１１の内側角部近傍に位置
する四角柱状の第一断熱材２３ａおよび前記両石英ガラ
ス部材１０，１１の外側角部近傍に位置する断面鉤形状
の第二断熱材２３ｂによって構成されている。

【００４０】次に、この歪除去装置およびロータリジョ
イント付きの溶接装置を用いる接合方法について説明す
る。先ず、バーナ部５（コ字状のパイプ６ａ，６ｂ）を
パイプ３ｂの軸線を中心に回転させ、所定の角度を有す
る傾斜した状態にする。そして、略垂直状態に配置した
平板状の石英ガラス部材１０，１１の接合部が、相対向
して形成されたノズル７ａ，７ｂの略中間に位置するよ
うに、配置する。その後、ノズル７ａ，７ｂを点火する
と共に、バーナスタンド２をレール８に沿って移動さ
せ、石英ガラス部材１０，１１の接合部を均一に加熱
し、その接合部を溶融させる。その後、石英ガラス部材
１０，１１に外力Ｐを加え、石英ガラス部材１０，１１
を押し合わせ、溶着させる。

【００４１】次に、加熱部２２によって石英ガラス部材
１０，１１の溶着部（溶接時の火炎加工部）およびこの
溶着部近傍（火炎加工部周辺３０ｍｍの領域内）を同時
加熱することによりアニール処理を施す。この場合、石
英ガラス部材１０，１１の溶着部およびこの溶着部近傍
に対し加熱部２２が非接触状態とされる。この後、一定
の冷却時間をおくことによって、石英ガラス部材１０，
１１は接合される。

【００４２】このように、本実施形態（第二実施形態）
によれば、バーナ部５が回転可能に構成されているた
め、接合部が水平状態にある場合のほか、水平状態から
所定の角度をもっている場合にも石英ガラス部材１１，
１２を接合することができる。この他、第一の実施形態
に示す溶接による効果および歪除去による効果を同様に
得ることができる。

【００４３】また、本実施形態および第一実施形態に示
す石英ガラス部材の接合方法および溶接装置と歪除去装
置とを用いることにより、図５（ａ）に示すような平板
状石英ガラス部材１０，１１を接合し、矩形形状の筒体
を製造することができる。また、図５（ｂ）に示すよう
な平板状石英ガラス部材１０，１１を組み合わせること
により、より大きな平板状石英ガラス物品を製造するこ
とができる。よって、大型の洗浄槽、大型のベルジャー
等の石英ガラス物品を容易に製造することができる。

【００４４】次に、歪除去装置にかかる第三の実施形態
について、図６（ａ）および（ｂ）に基づき説明する。
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、前記溶接装置１
（図１に示す）の近傍に歪除去装置５１が移動アーム５
２を介して移動自在に配設されている。この歪除去装置
５１は、図３に示す前記石英ガラス部材１０，１１の接
合部（溶着部）およびこの接合部近傍を加熱する加熱部
５３と、この加熱部５３の一部を覆うような断熱部５４
とを有している。

【００４５】前記加熱部５３は、前記石英ガラス部材１
０，１１の接合部（装置移動方向に沿って長さ３０ｍｍ
程度の接合部）およびこの接合部の近傍を介して対向す
る二つのヒータ５３ａ，５３ａからなり、接合部および
この接合部の近傍にわたって均等に加熱し得るように構
成されている。前記断熱部５４は、前記両石英ガラス部
材１０，１１の内側角部近傍に位置する四角柱状の第一
断熱材５４ａおよび前記両石英ガラス部材１０，１１の
外側角部近傍に位置する断面鉤形状の第二断熱材５４ｂ
によって構成されている。

【００４６】次に、この歪除去装置および前記溶接装置
（ロータリジョイント付きの溶接装置）を用いる接合方
法（第三実施形態）について説明する。なお、本接合方
法は、溶接については第二実施形態に示す溶接と同様の
方法によって実施されるため、その説明は省略し、歪除
去についてのみ説明する。すなわち、本実施形態におけ
る歪除去は、歪除去装置５１を溶接ラインに沿って移動
させ、加熱部５３によって石英ガラス部材１０，１１の
溶着部（溶接時の火炎加工部）およびこの溶着部近傍
（火炎加工部周辺３０ｍｍの領域内）を同時加熱する
（アニール処理を施す）ことにより行う。この後、一定
の冷却時間をおくことによって、石英ガラス部材１０，
１１は接合される。このように、第三の実施形態によれ
ば、第二の実施形態に示す溶接による効果および歪除去
による効果を同様に得ることができる。

【００４７】次に、歪除去装置の第四の実施形態につい
て、図７（ａ）および（ｂ）に基づき説明する。図７
（ａ）および（ｂ）に示すように、溶接装置（図示せ
ず）の近傍に歪除去装置６１が移動自在に配設されてい
る。この歪除去装置６１は、石英ガラスリング６２の接
合部（溶着部）およびこの接合部近傍を加熱する加熱部
６３と、この加熱部６３の一部を覆うような断熱部６４
とを有している。なお、本実施形態において用いる溶接
装置は、前記石英ガラスリング６２の接合部を広範囲に
わたり加熱可能な移動用の酸水素バーナを有している。

【００４８】前記加熱部６３は、前記石英ガラスリング
６２の接合部およびこの接合部の近傍を介して対向する
二つのヒータ６３ａ，６３ｂからなり、接合部およびこ
の接合部の近傍にわたって均等に加熱し得るように構成
されている。前記断熱部６４は、相互に対向する脚部６
４ａ，６４ｂおよび前記両ヒータ６３ａ，６３ｂを挿通
させる連結部６４ｃを有する断面コ字状の断熱材によっ
て構成されている。

【００４９】次に、この歪除去装置および溶接装置を用
いる接合方法（第四実施形態）について説明する。本実
施形態においては、石英ガラスリング６２を支持台上に
載置する。そして、石英ガラスリング６２同士の端面を
突き合わせ、この突き合わせ面（接合部）に火炎が当た
るように酸水素バーナの位置を調整する。

【００５０】その後、溶接装置の酸水素バーナを点火す
ると共に、石英ガラスリング６２のリング方向に酸水素
バーナを移動させ、石英ガラスリング６２の接合部を均
一に加熱し、その接合部を溶融する。その後、石英ガラ
スリング６２に一定の外力をリンク径方向に加え、石英
ガラスリング６２を押し合わせ、溶着させる。

【００５１】次に、歪除去装置６１を石英ガラスリング
６２の周方向に移動させ、加熱部６３によって石英ガラ
スリング６２の溶着部（溶接時の火炎加工部）およびこ
の溶着部近傍（火炎加工部周辺３０ｍｍの領域内）を加
熱することによりアニール処理を施し、溶接工程で石英
ガラスリング６２に生じた歪を除去する。この場合、石
英ガラスリング６２の溶着部およびこの溶着部近傍に対
し、加熱部６３が非接触状態とされる。この後、一定の
冷却時間をおくことによって、石英ガラスリング６２は
接合される。

【００５２】このように、溶接する石英ガラスリング６
２同士を加熱溶融し、石英ガラスリング６２に外力を加
え、石英ガラスリング６２を押し合わせることによっ
て、溶着しているため、従来のように端面を面取りした
り、溶接棒を用いたりする必要がない。また、経験と技
能を必要とする肉盛り作業が不必要であるため、接合作
業が容易になると共に、一定の肉厚になすことが容易に
行える。

【００５３】更に、酸水素バーナによって石英ガラスリ
ング６２の接合部を広範囲に均一に加熱することができ
るため、短時間に溶接することができる。また、石英ガ
ラスリング６２が均一に加熱、溶融できることは、均一
に接合できるため、接合部分の凹凸の発生が抑制され、
平滑な面とすることができる。また、前記したように凹
凸が抑制されるため、石英ガラス物品が洗浄槽のように
液体を貯留する物品である場合にも、液溜が発生せず、
より完全な液交換を容易に行うことができる。

【００５４】一方、歪除去工程においては、溶接工程で
被加工物に生じた歪を除去することができる。この場
合、石英ガラスリング６２の一部にアニール処理を施す
ため、消費電力を低減することができ、コストの低廉化
を図ることができる。また、石英ガラスリング６２の一
部にアニール処理を施すことは、アニール処理時間を短
縮することができ、生産性を高めることができる。

【００５５】更に、溶接工程からアニール処理工程に即
座に移行することができるため、従来のようには被加工
物（石英ガラスリング）の搬送に自動搬送機を用いるこ
とを必要とせず、アニール処理を簡単に行うことができ
る。この他、被加工物の一部にアニール処理を施すこと
により、従来のようには先に溶接されたパーツのアニー
ル処理を繰り返す必要がないため、パーツ間に寸法差を
発生させず、品質上の信頼性を高めることもできる。

【００５６】〔実施例１〕図３に示す溶接装置を用い、
石英ガラス部材（酸水素溶融法で製造され、厚さが４ｍ
ｍで縦横寸法が共に２００ｍｍである透明石英ガラス
板）を二枚用意し、これら部材を前記したように直角に
端面が接触するように配置し、接触したラインに沿って
酸水素バーナで加熱することにより溶接を行った。ま
た、溶接後の歪除去（アニール処理）は、図４（ａ）お
よび（ｂ）に示す歪除去装置を用い、石英ガラス部材の
溶着部（接合部）およびこの溶着部近傍を処理温度１１
００℃で加熱し、この状態で一分間放置することにより
行った。そして、冷却後に歪計によって歪を観察したと
ころ、１°を超える歪は観察されなかった。

【００５７】〔実施例２〕図３に示す溶接装置を用い、
実施例１における溶接と同様の溶接を行った。また、溶
接後の歪除去は、図６（ａ）および（ｂ）に示す歪除去
装置を用い、石英ガラス部材の溶着部およびこの溶着部
近傍（火炎加工部周辺３０ｍｍの領域内）を１１００℃
で加熱し、加熱完了一分後に歪除去装置を３０ｍｍ／分
の速度で溶接ラインに沿って移動させることにより行っ
た。この後、歪計によって歪を観察したところ、１°を
超える歪は観察されなかった。

【００５８】〔実施例３〕図示しない溶接装置を用い、
石英ガラスリング（酸水素溶融法によって製造され、厚
さが８ｍｍで外径が２００ｍｍである石英ガラスリン
グ）の接合端面に面取りを施し（平面度を０．１ｍｍと
する）た後、酸水素バーナによって火炎仕上げをし（火
炎仕上げ後の平面度を０．１ｍｍとする）て溶接を行っ
た。また、溶接後の歪除去は、図７（ａ）および（ｂ）
に示す歪除去装置を用い、石英ガラス部材の溶着部およ
びこの溶着部近傍（火炎加工部周辺３０ｍｍの領域内）
を１１００℃で加熱し、加熱完了一分後に歪除去装置を
１０ｍｍ／分の速度で溶接ラインに沿って移動させるこ
とにより行った。この後、歪計によって歪を観察したと
ころ、１°を超える歪は観察されなかった。アニール後
の平面度は０．１ｍｍであり、精度が維持されていた。

【００５９】〔実施例４〕実施例１における歪除去（ア
ニール処理）を、被加工物の厚さおよびアニール時間を
変えて行った。そして、冷却後に歪計によって歪を観察
した。その比較結果を表１に示す。これより、被加工物
（石英ガラス部材１０，１１）の歪ａを除去（ａ＜１
°）するために、その厚さによってアニール時間を変え
る必要があることが認められた。例えば、厚さ４ｍｍで
は１分以上、また厚さ２０ｍｍでは２０分以上とするこ
とが好ましい。

【００６０】

【表１】

【００６１】〔実施例５〕実施例１における歪除去を、
加熱（アニール）幅を変えて行った。そして、冷却後に
歪計によって歪を観察した。その比較結果を表２に示
す。これより、被加工物の歪ｂを除去（ｂ＜１°）する
ために、アニール処理を施す領域は、所定のアニール幅
をもって行う必要があることが認められた。例えば、被
加工物における溶着部周辺３０ｍｍの領域内とすること
が好ましい。

【００６２】

【表２】

【００６３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明にかかる石英ガラ
ス部材の接合方法及びこの方法に用いられる溶接装置に
よれば、従来のように端面の面取りを行う必要がなく、
また溶接棒を用いる必要がなく、石英ガラス部材の接合
部分に凹凸が生じることなく、均一な肉厚に、しかも容
易に接合することができる。その結果、接合部の機械的
強度の低下を防止することができると共に、凹凸も抑制
されるため、石英ガラス物品が洗浄槽のように液体を貯
留する物品である場合にも、より完全な液交換を行うこ
とができる。

【００６４】また、アニール処理によって溶接工程で被
加工物に生じた歪を除去することができる。この場合、
石英ガラス部材（被加工物）の一部にアニール処理を施
すため、消費電力を低減することができ、コストの低廉
化を図ることができる。また、被加工物の一部にアニー
ル処理を施すことは、アニール処理時間を短縮すること
ができ、生産性を高めることができる。さらに、溶接工
程からアニール処理工程に即座に移行することができる
ため、従来のようには被加工物の搬送に自動搬送機を用
いることを必要とせず、アニール処理を簡単に行うこと
ができる。この他、被加工物の一部にアニール処理を施
すことにより、従来のようには先に溶接されたパーツの
アニール処理を繰り返す必要がないため、パーツ間に寸
法差を発生させず、品質上の信頼性を高めることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる溶接装置の実施形態を概略して
示す斜視図である。

【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる歪除去
装置（１）を概略して示す正面図と側面図である。

【図３】図１に示した溶接装置を用いて垂直状態に配置
された石英ガラス部材を溶接する状態を示した図であ
る。

【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる歪除去
装置（２）を概略して示す正面図と側面図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる溶接装
置を用いて製造することができる石英ガラス物品の一例
を示す斜視図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる歪除去
装置（３）を概略して示す正面図と側面図である。

【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる歪除去
装置（４）を概略して示す正面図と側面図である。

【図８】従来の溶接装置を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 溶接装置 ２ バーナスタンド ３ａ，３ｂ パイプ ４ ロータリージョイント ５ バーナ部 ６ａ，６ｂ コ字状のパイプ ７ａ，７ｂ ノズル ８ レール ９ａ，９ｂ 支持台 ９ｃ，９ｄ ストッパー ９ｅ，９ｆ レール １０，１１ 石英ガラス部材 ７１ 歪除去装置 ７２ 加熱部 ７２ａ，７２ｂ ヒータ ７３ 断熱部 ７３ａ，７３ｂ 断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 定弘 山口県徳山市大字徳山字江口開作8231番地 ５ 徳山東芝セラミックス株式会社内 Ｆターム(参考） 4G062 AA01 BB02 MM17 MM23 NN30 NN34

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英ガラス部材の接合方法であって、 石英ガラス部材の接合部を突き合わせる工程と、石英ガ
   ラス部材の接合部の両側から、該接合部全体を均一に加
   熱し、溶融する工程と、石英ガラス部材に外力を加え、
   該接合部全体を押し合わせ、溶着させる工程と、前記溶
   着された石英ガラス部材を冷却する工程とを備えること
   を特徴とする石英ガラス部材の接合方法。
2. 【請求項２】 前記溶着された石英ガラス部材を冷却す
   る工程の前に、この溶着済み石英ガラス部材の溶着部お
   よびこの溶着部近傍にアニール処理を施す工程を含むこ
   とを特徴とする請求項１に記載された石英ガラス部材の
   接合方法。
3. 【請求項３】 石英ガラス部材の接合方法であって、 石英ガラス部材同士を突き合わせる工程と、この突き合
   わせ部分を溶着する工程と、この溶着部およびこの溶着
   部近傍にアニール処理を施す工程と、このアニール処理
   後の石英ガラス部材を冷却する工程とを備えることを特
   徴とする石英ガラス部材の接合方法。
4. 【請求項４】 石英ガラス部材の接合に用いられる石英
   ガラス部材の接合装置であって、 移動可能に構成されたバーナスタンドと、前記バーナス
   タンドに保持され、燃料ガスを供給するパイプと、前記
   パイプに接続されたバーナ部とを備え、 前記バーナ部は、コ字状のパイプと、相対向してコ字状
   のパイプに設けられた複数のノズルとを有し、 前記バーナ部が、前記石英ガラス部材の接合部に沿って
   移動可能に構成されていることを特徴とする石英ガラス
   部材の接合装置。
5. 【請求項５】 前記バーナスタンドに保持され燃料ガス
   を供給するパイプにロータリージョイントが設けられ、 前記バーナ部が回転可能に構成されていることを特徴と
   する請求項４に記載された石英ガラス部材の接合装置。
6. 【請求項６】 前記石英ガラス部材の接合部およびこの
   接合部近傍を加熱する加熱部を有する歪除去装置を含む
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載された
   石英ガラス部材の接合装置。
7. 【請求項７】 石英ガラス部材の接合部を溶着する溶接
   装置と、 この溶接装置によって溶着された石英ガラス部材の接合
   部およびこの接合部近傍を加熱する加熱部を有する歪除
   去装置とを備えたことを特徴とする石英ガラス部材の接
   合装置。
8. 【請求項８】 前記加熱部が、前記石英ガラス部材の接
   合部およびこの接合部近傍を介して対向する二つのヒー
   タからなることを特徴とする請求項７に記載された石英
   ガラス部材の接合装置。
9. 【請求項９】 前記加熱部が、前記石英ガラス部材の接
   合部に沿って移動可能に構成されていることを特徴とす
   る請求項７または請求項８に記載された石英ガラス部材
   の接合装置。