JP2019011240A - 石英ガラスから成る構成部材間に材料接続的な接合部を形成する方法および該方法に適した加熱バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】溶接シームにおける不純物を十分に回避できる石英ガラスから成る各構成部材の溶接結合方法の提供。
【解決手段】少なくとも１つの加熱バーナ（７）を用いて、前記各結合面を加熱し軟化させ、前記各結合面を互いに押し合わせて、溶接シームを有する１つの複合構成部材を形成し、かつ該複合構成部材を冷却する方法であり、燃料ガスまたは燃料ガス混合物供給導管（７６）に接続された少なくとも１つのバーナノズル（７３；７４；７５）を内部に形成していて、温度調整用にバーナヘッド冷却系（７９；７９ａ）が設けられたバーナヘッド（７１）を備える加熱バーナ（７）を使用し、前記バーナヘッド（７１）は、銀または銀をベースとした合金から成る基体（７２）を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、石英ガラスから成る第１の構成部材と第２の構成部材との結合面の間に材料接続的な接合部を形成することにより、第１の構成部材と第２の構成部材とを結合する溶接方法であって、少なくとも１つの加熱バーナを用いて、各構成部材の結合面の領域を加熱し軟化させ、各結合面を互いに押し合わせて、溶接シームを有する１つの複合構成部材を形成し、かつ複合構成部材を冷却する溶接方法に関する。

さらに本発明は、石英ガラスから成る各構成部材間に溶接結合部を形成するための加熱バーナであって、内部に少なくとも１つのバーナノズルが形成されたバーナヘッドと、バーナヘッドの温度調整用のバーナヘッド冷却系と、バーナノズルに接続された燃料ガス供給導管とを有するものに関する。

本発明の意味での加熱バーナは、燃料ガスまたは燃料ガス混合物を反応ゾーンにバーナ火炎の形態で供給するために用いられ、反応ゾーンにおいて燃料ガスと、酸素を含むガスとが燃焼反応において互いに反応し合い、これにより、結合しようとする石英ガラス構成部材が加熱されることになる。各ガスはバーナガスと呼ばれ、バーナガス相互の発熱反応が、主としてバーナ火炎を供給する。酸水素ガスバーナの場合、燃料ガスは例えば酸素と水素であり、プロパンガスバーナの場合はプロパンと酸素である。

石英ガラスとは、ここでは少なくとも８５％のＳｉＯ_２を含有する、ドープされたまたはドープされていないシリカガラスを意味する。石英ガラスから成る構成部材は多数の用途に使用され、例えば光学繊維の製造においては管または中実円筒の形態で半製品として使用され、ランプ製造においてはランプ用の包囲管、電球、カバープレートまたはリフレクタ支持体および紫外スペクトル領域、赤外スペクトル領域および可視スペクトル領域の放射体として使用され、化学装置製造または半導体製造においては石英ガラスから成る反応器および装置の形態で、半導体構成部材、キャリア台、鐘状体、るつぼ、保護シールドまたは管、棒、板、フランジ、リングまたはブロック等の、簡単な石英ガラス構成部材を処理するために使用される。特別な特性を生ぜしめるために、石英ガラスには例えばチタン、アルミニウム、ホウ素またはゲルマニウム等の別の物質がドーピングされる。

背景技術
請求項１の上位概念に記載の、石英ガラス構成部材同士を互いに溶接する方法は、国際公開第２００７０３９４２６号（WO 2007/039426 A1）に記載されている。合成して製造された高純度の石英ガラスから成る中空円筒と、より低い純度の石英ガラスから成るダミー管とを突合わせ溶接するために、中空円筒とダミー管とを、各中心軸線が同軸的になるように旋盤に緊締し、旋盤駆動装置により互いに接近させることが提案され、これにより中空円筒とダミー管とは、マッフル管の内部の２つの加熱バーナの作用領域内で互いに対向して位置することになる。両石英ガラス構成部材の端面は、加熱バーナにより共に２２００〜２３００℃の温度に加熱されて軟化され、同時に中空円筒と石英ガラス管の端面が、互いに押し合わせられる。

必要とされる場合には、グラファイトパターンが軟化された外表面に押し当てられ、外表面を成形する。冷却後に、石英ガラス構成部材同士から成る１つの材料接続的な接合複合体が得られる。

溶接シームを平滑化することが必要とされる場合も同様に、グラファイトへら（傾斜加工面を有する精製されたグラファイトバー）が使用される。理想的には、各構成部材を押し合わせた後は、引き続く加工を省くことができる。

冒頭で述べた、請求項１の上位概念に記載の加熱バーナは、独国特許発明第１９８５８８３１号明細書（DE 198 58 831 C2）から公知である。このプロパン・酸素バーナは主として、バーナ軸部が接続されたバーナヘッドから成っている。バーナヘッドは、酸素を含まない銅から成る一体的なブロックを有しており、このブロックには３つの貫通孔が設けられており、これらの貫通孔内には、電解研磨された耐熱性の特殊鋼から成る各１つの管状のバーナノズルがろう接されている。各バーナノズルは、燃料ガスまたは燃料ガス混合物を供給するための管片に接続されており、これらの管片は共に、バーナヘッドを支持するバーナ軸部を形成している。管片もやはり、電解研磨された耐熱性の特殊鋼から成っており、個々の管片をまとめる、電解研磨された耐熱性の１つの特殊鋼分配部材内に開口している。バーナヘッドおよびバーナノズルの冷却用に、バーナヘッド内には冷却水ジャケットが組み込まれている。

欧州特許出願公開第２００８７５０号明細書（EP 2 008 750 A1）は、タングステン・不活性ガス溶接（ＴＩＧ）用の溶接バーナに関する。ＴＩＧ溶接では、ワークと、タングステンから成る非溶融型電極との間にアークが点弧され、アークは線材状で供給される溶加材を保護ガス下で溶融させる。この溶接バーナのバーナヘッドの場合は、タングステン電極の上端部が電極ホルダに取り付けられ、電極ホルダもやはり、冷却体の内部に突入している。冷却体外カバーと外側キャップとの間には、保護ガス供給用のガスノズルが形成されている。電極ホルダは、熱抵抗の低い材料、特に銅、銀またはこれらの合金から成っている。類似の溶接バーナが欧州特許出願公開第２３６６４８５号明細書（EP 2 366 485 A）にも記載されている。

欧州特許出願公開第２５５４３１９号明細書（EP 2 554 319 A1）からは、保護ガス下でのアーク溶接に用いられる、別の溶接バーナが公知である。この溶接バーナの場合には、ワークと線材形の溶接材料との間にプラズマが点弧される。溶接線材は、バーナヘッドに保持された交換可能なノズルの中心孔を通って供給される。バーナヘッドの別のコンポーネントには、ノズル結合部材、閉鎖部材、ロック解除部材および保護キャップが付属している。これらのコンポーネントは全て、溶接電流の良好な導電性を得るために銀から成っていてよいことが述べられている。

技術的な課題の提起
高い温度と腐食作用を有する環境とに基づき、溶接プロセスにおいて不純物の形成および遊離が生じることがある。この場合は粒子が結合されるべき石英ガラス構成部材上、特に軟化された結合面上に堆積し、これにより、複合体の後処理に際して境界面に気泡または別の欠陥が生じ、さらには破断にまで到る恐れがある。光学繊維製造用の半製品として用いられる複合構成部材の場合、光学繊維の透明度は重要な品質基準である。ただし大抵の金属化合物は、石英ガラス内に光減衰を増長させる不純物を形成する。

溶接箇所に面したバーナ口は、腐食作用を有する熱的な最大負荷の影響下にある。ここでは比較的軟らかい銅の侵食に基づき、特殊鋼バーナノズルの縁部が露出させられて、冷却されたバーナブロックから突出することになる。これにより特殊鋼バーナノズルの縁部は強力に加熱され、その結果灼熱して逆火の危険が高まる。

よって本発明の根底を成す課題は、結合されるべき石英ガラス構成部材間に強固な溶接シームを形成することができ、その際に不純物が十分に回避される方法を提供することにある。

さらに本発明の根底を成す課題は、前記方法の実施に適した加熱バーナを提供することにある。

発明の概要
前記方法に関して、前記課題は冒頭で述べた溶接方法から出発して本発明に基づき、燃料ガスまたは燃料ガス混合物供給導管に接続された少なくとも１つのバーナノズルが内部に形成されていて、温度調整用にバーナヘッド冷却系が設けられたバーナヘッドを備える加熱バーナを使用し、バーナヘッドは、銀または銀をベースとした合金から成る基体を有していることにより解決される。

溶接過程において結合されるべき各構成部材は、それらの結合面の領域を少なくとも１つの加熱バーナを使用して加熱および軟化される、あるいは各結合面に同時に作用する、例えば互いに反対の側に位置するか、または互いに隣接して配置された複数の加熱バーナが使用される。

少なくとも１つの加熱バーナは、バーナヘッドを有しており、バーナヘッドの単一の、または重量および体積に関して主要な構成部材は、銀または銀をベースとした合金から成る冷却可能な基体である。最も簡単なケースでは、バーナヘッドは専ら基体のみから成っている。基体は複数の部分から構成されていてもよいが、好適には１つのブロックから一体的に形成されている。

銀または銀をベースとした合金から成る基体の内部には、燃料ガスまたは燃料ガス混合物供給導管に接続された少なくとも１つのバーナノズルが形成されている。ノズル付近での燃料ガスの燃焼反応は、局所的に高い温度を生ぜしめる。基体は、その熱容量と高い熱伝導率とに基づき、局所的な温度ピークの回避または低下に寄与する。可能な限り均一な面状の温度分布は、結合されるべき石英ガラス構成部材の加熱および溶接に有利である。温度ピークを効果的に低下させるため、かつ過熱を回避するためには、基体内に好適にはバーナヘッド冷却系が形成されている。このバーナヘッド冷却系の場合は、冷却水供給用と冷却水導出用の少なくとも２つの冷却水管が、基体内に延在する流体接続された冷却通路を介して互いに接続されている。

したがって、燃料ガスまたは燃料ガス混合物の供給用に、基体内には少なくとも１つ、好適には少なくとも３つのバーナノズルが形成されている。各バーナノズルはバーナ口のところにノズル開口を有しており、ノズル開口は、好適には基体内の孔により形成される。ノズル開口は、バーナ口に向かって先細になっていてよい。バーナヘッドの、溶接箇所に面した前側をバーナ口と呼ぶ。

銀は、４３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の高い熱伝導率という点において優れているので、特に溶接プロセスから余分な熱を迅速に導出するために適しており、バーナヘッドを比較的簡単に、銀の溶融温度である９６２℃よりも低い温度に保つことができる。その結果、十分な冷却に必要とされる冷却体体積を比較的小さくすることができるので、基体ひいてはバーナヘッドも、銅から成る基体に比べ、あまりかさばらないようにすることができる。

このバーナヘッドの、銅に比べてより迅速な放熱、比較的低い温度およびより小さくすることが可能な体積は、少ない侵食および少ない粒子生成に寄与する。

バーナヘッドが侵食されると、例えば酸化銀または硫化銀等の銀を含む化合物が形成される。これらの化合物が、通信技術において典型的には光伝送に利用される波長領域内で減衰に寄与することは全くない。

基体は、全体的または少なくとも部分的に金属の形態で存在する銀から成っている、または基体は、銀をベースとした合金から成っている。銀をベースとした合金は、主合金成分として重量割合が７５％を上回る銀を含んでいる。ただし、金属の銀は比較的軟らかい。特に銀をベースとした合金の硬さまたは溶融温度を上げるために、銀をベースとした合金は、１つまたは複数の別の金属、または例えば酸化物、ホウ化物、炭化物または窒化物等の、１つまたは複数の化合物を含んでいてよい。追加的な成分としては、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂａ，Ｙ，Ａｌ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｓｂを含む群に属する金属または化合物が考慮され、この場合、銀をベースとした合金におけるこれらの元素の総含有量は２５重量％未満であり、残りは製造に起因する不純物を含む銀である。

特に結合されるべき各構成部材の結合面の領域に、異質元素を少量加えることに関しては、バーナヘッド基体の銀の割合が少なくとも９０重量％、好適には少なくとも９９重量％である加熱バーナが使用される場合に、特に有利であるということが判った。

１つの特に好適な方式では、少なくとも１つのバーナノズルが、銀または銀をベースとした合金から成る挿入体として形成された加熱バーナが使用される。

この場合、バーナノズルは別個の、例えば管状の挿入部材から成っており、挿入部材は基体の貫通孔内に挿入されている。この場合、基体とバーナノズルとは類似の材料または同一の材料から成っていてよく、溶接プロセス時の侵食に起因する材料除去がノズル縁部の露出を招くことは全くないまたは少ない。よって、冷却された基体から突出したノズルが加熱される危険は低下されている。また、特に負荷が加えられるバーナノズルは、有利には、基体に比べてより高い耐摩耗性を有する、銀をベースとした合金から成っていてもよい。複数のバーナノズルを備えたバーナヘッドを有する加熱バーナの場合、好適には全てのバーナノズルが銀または銀をベースとした合金から成っている。

別のやはり好適な１つの方法変化態様では、少なくとも１つのバーナノズルが、バーナヘッド基体内の孔として形成された加熱バーナが使用される。

この場合、バーナノズルは別個の構成部材から成るのではなく、基体内の開口、例えば基体の貫通孔により形成される。

基体の、結合面に面したバーナ口が研磨された加熱バーナが使用される場合も有利である、ということが判った。

光沢に基づき、バーナ口表面はバーナヘッドの加熱に抗して作用する、より高い反射率を得ることになる。

バーナノズルとガス供給導管との間の接続部が、解離可能な形状接続（形状による束縛、例えば係合）継手として形成された加熱バーナが使用されると有利である、ということが判った。

これにより、高価なバーナヘッドを、燃料ガスまたは燃料ガス混合物供給設備に関係なく交換して、例えばリサイクリングに供給することができる。形状接続継手は、例えばねじ結合部として形成されていて、気密である。

加熱バーナに関して、前記課題は冒頭で述べた請求項１の上位概念に記載の加熱バーナから出発して、本発明に基づき、バーナヘッドが、銀または銀をベースとした合金から成る基体を有していることにより解決される。

本発明による加熱バーナは、単一のまたは重量および体積に関して主要な構成部材が、銀または銀をベースとした合金から成る基体である、バーナヘッドを有している。最も簡単なケースでは、バーナヘッドは専ら基体のみから成っている。基体は、複数の部分から構成されていてもよいが、好適には１つのブロックから一体的に形成されている。

銀または銀をベースとした合金から成る基体の内部には、燃料ガスまたは燃料ガス混合物供給導管に接続された少なくとも１つのバーナノズルが形成されている。ノズル付近での燃料ガスの燃焼反応は、局所的に高い温度を生ぜしめる。基体は、その熱容量と高い熱伝導率とに基づき、局所的な温度ピークの回避または低下に寄与する。可能な限り均一な面状の温度分布は、結合されるべき石英ガラス構成部材の加熱および溶接に有利である。温度ピークを効果的に低下させるため、かつ過熱を回避するためには、基体内に好適にはバーナヘッド冷却系が形成されている。このバーナヘッド冷却系の場合は、冷却水供給用と冷却水導出用の少なくとも２つの冷却水管が、基体内に延在する流体接続された冷却通路を介して互いに接続されている。

したがって、燃料ガスまたは燃料ガス混合物の供給用に、基体内には少なくとも１つ、好適には少なくとも３つのバーナノズルが形成されている。各バーナノズルはバーナ口のところにノズル開口を有しており、ノズル開口は、基体内に挿入された挿入部材により形成されるが、好適には基体内の孔により形成される。ノズル開口は、バーナ口に向かって先細になっていてよい。バーナヘッドの、溶接箇所に面した前側をバーナ口と呼ぶ。

銀は、４３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の高い熱伝導率という点において優れているので、特に溶接プロセスから余分な熱を迅速に導出するために適しており、バーナヘッドを比較的簡単に、銀の溶融温度である９６２℃よりも低い温度に保つことができる。その結果、十分な冷却に必要とされる冷却体体積を比較的小さくすることができるので、基体ひいてはバーナヘッドも、銅から成る基体に比べ、あまりかさばらないようにすることができる。

このバーナヘッドの、銅に比べてより迅速な放熱、比較的低い温度およびより小さくすることが可能な体積は、各石英ガラス構成部材間に材料接続的な接合部を形成するための溶接プロセスに使用された場合に、少ない侵食および少ない粒子生成に寄与する。

バーナヘッドが侵食されると、銀を含む化合物、特に酸化銀が形成される。これらの化合物が、通信技術において典型的には光伝送に利用される波長領域内で減衰に寄与することは全くない。

基体は、全体的または少なくとも部分的に金属の形態で存在する銀から成っている。また、基体は例えば酸化銀等の銀化合物を含んでいてもよい。あるいは、基体は銀をベースとした合金から成っている。銀をベースとした合金は、主合金成分として重量割合が７５％を上回る銀を含んでいる。ただし、金属の銀は比較的軟らかい。特に銀をベースとした合金の硬さまたは溶融温度を上げるために、銀をベースとした合金は、１つまたは複数の別の金属、または例えば酸化物、ホウ化物、炭化物または窒化物等の、１つまたは複数の化合物を含んでいてよい。追加的な成分としては、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂａ，Ｙ，Ａｌ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｓｂを含む群に属する金属または化合物が考慮され、この場合、銀をベースとした合金におけるこれらの元素の総含有量は２５重量％未満であり、残りは製造に起因する不純物を含む銀である。

特に加熱バーナを規定通りに使用する際に異質元素を少量加えることに関しては、バーナヘッド基体の銀の割合が少なくとも９０重量％、好適には少なくとも９９重量％である場合に有利である、ということが判った。

本発明による加熱バーナの１つの特に好適な実施形態では、少なくとも１つのバーナノズルが、銀または銀をベースとした合金から成る挿入体として形成されている。

この場合、バーナノズルは別個の、例えば管状の挿入部材から成っており、挿入部材は基体の貫通孔内に挿入されている。この場合、基体とバーナノズルとは類似の材料から、特に好適には同一の材料から成っており、溶接プロセス時の侵食に起因する材料除去がノズル縁部の露出を招くことは全くないまたは少ない。よって、冷却された基体から突出したノズルが加熱される危険は低下されている。複数のバーナノズルを備えたバーナヘッドを有する加熱バーナの場合、好適には全てのバーナノズルが銀または銀をベースとした合金から成っている。

加熱バーナの、別のやはり好適な１つの実施形態では、少なくとも１つのバーナノズルが、バーナヘッド基体内の孔として形成されている。

この場合、バーナノズルは別個の構成部材から成るのではなく、バーナ口の範囲の、基体の材料から成る開口により、例えば基体内の貫通孔により形成される。

基体の、結合面に面したバーナ口が研磨されていると有利である、ということが判った。

光沢に基づき、バーナ口表面はバーナヘッドの加熱に抗して作用する、より高い反射率を得ることになる。

バーナノズルとガス供給導管との間の接続部が、解離可能な形状接続継手として形成された加熱バーナの１つの実施形態が有利である、ということが判った。

これにより、高価なバーナヘッドを、燃料ガスまたは燃料ガス混合物供給設備に関係なく交換して、例えばリサイクリングに供給することができる。形状接続は、例えば気密なねじ結合により行われる。

本発明による加熱バーナは、特に本発明による方法の実施に適している。

以下に、本発明を実施例および図面につき、より詳しく説明する。詳細には：
マッフル管の形態のハウジングを備えた本発明による装置の１つの実施形態の外周面を示す概略図である。 図１に示したマッフル管の端面を示す図である。 本発明による加熱バーナの第１の実施形態の一部を示す斜視図である。 本発明による加熱バーナの第２の実施形態の一部を示す斜視図である。

図１および図２に示す装置は、石英ガラス管１の形態のホルダの端面を、中空円筒２の端面に溶接するために用いられる。形成しようとする、石英ガラス管１と中空円筒２とから成る複合体は、中空円筒２の内孔に挿入される、いわゆる心棒と共に伸長させられて、光学繊維用のプレフォームまたは直接に光学繊維を形成することが想定されている。

石英ガラス管１は、例えば比較的多量の不純物、気泡等を含んでいてよい、比較的低品質の石英ガラスから成っている。石英ガラス管１は、同じ内径において石英ガラス円筒２よりもやや薄い壁厚さを有している。伸長プロセス中、中空円筒２は石英ガラス管１を介して延伸炉内で保持されかつ／または石英ガラス管１は、伸長時の引伸ばしに用いられる。このために石英ガラス中空円筒２は、一方の端部または両方の端部に、前記のような石英ガラス管を備えている。

当該装置はさらに旋盤を有しており、旋盤のチャック３には、一方では石英ガラス管１が、かつ他方では中空円筒２が緊締されており、これにより、石英ガラス管１と中空円筒２の中心軸線４が互いに同軸的に延在することになると共に、溶接されるべき端面同士が互いに対向して位置することになる。石英ガラス管１と中空円筒２の、互いに対向して位置する各領域の加熱および軟化は、不透明な石英ガラスから成る、内径”Ｄ”が４００ｍｍのマッフル管５内で行われる。マッフル管５は３つの部分から形成されていて、両側は開いている。マッフル管中間部分１１は、その側壁に開口６を有しており、この開口６を貫通して２つの加熱バーナ７，８が、内部空間９内へ突入している。マッフル管中間部分１１は、Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG, Hanau社の、市場において商品名”ＯＭ１００”で入手可能な材料から成る、高純度の不透明な石英ガラスから形成される。

加熱バーナ７，８とは反対の側において、マッフル管５の内側は、高純度の石英ガラスから成る一重のハーフシェル状の挿入部材１３により覆われており、挿入部材１３は、マッフル管５の中間部分１１を、熱の影響から保護すると共に、マッフル管５内の温度分布を均一にしている。これには、マッフル管絶縁部１０も寄与している。

マッフル管５の上側には吸込み部１２が設けられており、吸込み部１２は、部分的にマッフル管５の端面側の開口に沿って延在しており、吸込み部１２により、高温の排気が吸い込まれるようになっている。

両加熱バーナ７，８の構成は同じである。図３および図４に基づき、２つの実施形態をより詳しく説明する。

図３に示す実施形態では、加熱バーナ７は冷却水ジャケットが組み込まれたバーナヘッド７１を有しており、バーナヘッド７１は、主として一体的なブロック状の基体７２から成り、基体７２は、３０ｐｐｍｗ未満の銅含有量を有する高純度の銀（名称：９９．９７％Ａｇを有するＡｇ３Ｎ７）から成っている。基体７２は、底面積が６０ｍｍ×３０ｍｍで高さが４０ｍｍの実質的に直方体形を有しており、かつバーナ口７８に向かう傾斜部を備えており、これにより、バーナ口７８の面積ひいてはバーナ火炎（図示せず）に面した表面積が減少されることになる。バーナ口７８は研磨されている。

基体７２内には３つの貫通孔が形成されており、これらの貫通孔内には、内部を電解研磨された、銀（Ａｇ３Ｎ７）から成る管がろう接されており、これらの管は、プロパン・酸素混合物を供給するためのバーナノズル７３，７４，７５として用いられる。各バーナノズル７３，７４，７５は、一方の端部でもってバーナ口７８と整合しており、かつ他方の端部において、燃料ガス混合物を供給するための、特殊鋼から成る内部を電解研磨された管片７６と、解離可能なねじ結合部材９０を介して結合されている。前記管片７６は一般に、個々の管片７６をまとめて１つの共通の供給管を形成する特殊鋼分配部材７７内に開口している。１つの別の実施形態では、高純度の銀（Ａｇ３Ｎ７）から成るバーナノズルの代わりに、耐摩耗性の、銅およびニッケルを含まない銀をベースとした合金、例えば銀・パラジウム合金等から成るバーナノズルが使用される。

バーナノズル７３，７４，７５を備えるバーナヘッド７１を冷却するには、冷却水供給用と冷却水導出用の２つの冷却水管７９が設けられており、これらの冷却水管７９は基体７２内で互いに接続されて、１つのバーナヘッド冷却系を形成している。このためにはバーナヘッド内に複数の冷却通路７９ａが、相応の孔を形成することにより設けられている。バーナヘッドのノズルが設けられていない領域において、バーナ火炎とは反対の側に、横方向孔に接続される複数の孔が設けられる。次に外部に対する各開口が、栓によって閉じられてろう接される。これにより、１つの流体接続した通路が生じ、この通路の経路は、バーナヘッド体積内を可能な限り良好に通っている。

図４に示す加熱バーナ８の実施形態は、図３に示した加熱バーナの実施形態と、バーナノズル８３，８４，８５の構成、ならびに燃料ガス接続部および冷却媒体接続部の形式において相違している。

バーナヘッド８１は、この場合も主として一体的なブロック状の基体８２から成り、基体８２は、純銀（名称：９９．９７％Ａｇを有するＡｇ３Ｎ７）と、図３に示した実施形態の場合と同じ寸法とから成っている。基体８２は、この場合もバーナ口８８に向かって傾斜しており、バーナ口８８は研磨されている。

基体８２内には複数の貫通孔が形成されており、これらの貫通孔は同時にバーナ口８８に向かってやや円錐形に、互いに間隔を狭めて延びていると共に、バーナノズル８３，８４，８５を形成している。よってバーナ口８８の領域のノズル開口８３；８４，８５は、基体８２の材料から成っている。前記貫通孔は雌ねじ山を有しており、この雌ねじ山には、燃料ガス混合物を供給するために内部を電解研磨された、特殊鋼から成る管片８６が、ねじ結合部材９０を介して螺入されている。管片８６は、取外し可能な特殊鋼分配部材８７内に開口しており、特殊鋼分配部材８７は、個々の管片８６をまとめて１つの共通の供給管を形成している。

バーナノズル８３，８４，８５を備えるバーナヘッド８１を冷却するには、冷却水供給用と冷却水導出用の２つの冷却水管８９が設けられており、これらの冷却水管８９もやはり、基体８２の孔内に螺入されていて、基体８２内で互いに接続されて１つのバーナヘッド冷却系を形成している。このために基体８２内には相応する複数の孔が形成されており、これらの孔は、流体が通る冷却通路８９ａを形成している。

つまり加熱バーナ８のこの実施形態では、バーナヘッド８１はねじ山を介して全ての媒体導管（８６；８９）に接続されており、ひいては容易に取外し可能である。よってバーナヘッド８１は簡単に交換可能であると共にリサイクリングに供給可能であり、媒体供給系（８６；８７，８９）は引き続き使用可能である。

次に、本発明による方法に関する１つの実施例を、図面に基づきより詳しく説明する。

石英ガラス中空円筒２は、ケイ素を含有する原料物質の火炎加水分解による周知のＯＶＤ法に基づき製造され、２００ｍｍの外径および５０ｍｍの内径を有している。比較的低純度の石英ガラスから成る石英ガラス管１との溶接結合を生ぜしめるために、中空円筒２と石英ガラス管１とはそれぞれ、中心軸線４が同軸的になるように、旋盤のチャック３に緊締され、かつ旋盤駆動装置を介して互いに接近させられ、これにより、中空円筒２と石英ガラス管１とはマッフル管５内の加熱バーナ７，８の作用領域において、互いに対向して位置することになる。溶接箇所に面した各端面領域が、加熱バーナ７，８により２２００〜２３００℃の温度に加熱され、軟化させられる。このとき、形成しようとする溶接シームの両側約１５０〜２００ｍｍに延在する表面領域が火炎研磨される。同時に中空円筒２の端面と、石英ガラス管１の端面とが互いに押し合わされる。このとき、中空円筒２と石英ガラス管１の孔を通って酸素流が案内される。

銀から成る基体（７２；８２）を備えた本発明による加熱バーナ７，８の使用は、銅から成る基体に比べてより迅速な放熱を保証し、これに付随して、比較的低い温度ひいては少ない侵食および少ない粒子生成をもたらす。基体（７２；８２）の侵食により形成される、銀を含有する酸化物化合物または硫化物化合物は、中空円筒から発生した光学繊維の緩衝部に大した影響を及ぼさない。

静的引張強さの測定により、３トン程度の最大試験荷重が加えられた場合でさえ、溶接箇所の領域に破断は一切生じないことが判明した。

特に大型構成部材の溶接に有利であると判った１つの択一的な方式では、加熱バーナ７，８は互いに平行に配置されているのではなく、マッフル管５の壁の両側の結合面の領域に分散されている。これにより、加熱バーナ７，８の加熱作用が、マッフル管５のより大きな面積範囲に分散されることになり、マッフル管５に対する熱的負荷が、より低くなる。加熱バーナ７，８は、例えばマッフル管壁において互いに反対の側に位置していてよい。

石英ガラス管 １
中空円筒 ２
チャック ３
中心軸線 ４
マッフル管 ５
側壁開口 ６
加熱バーナ ７，８
内部空間 ９
マッフル管絶縁部 １０
マッフル管中間部分 １１
吸込み部 １２
挿入部材 １３
バーナヘッド ７１，８１
基体 ７２，８２
バーナノズル ７３，８３
バーナノズル ７４，８４
バーナノズル ７５，８５
管片 ７６，８６
分配部材 ７７，８７
バーナ口 ７８，８８
冷却水管 ７９，８９
冷却通路 ７９ａ
バーナヘッド冷却系 ８９ａ

Claims (14)

1. 石英ガラスから成る構成部材の各結合面の間に材料接続的な接合部を形成する方法であって、少なくとも１つの加熱バーナ（７，８）を用いて、前記各結合面を加熱し軟化させ、前記各結合面を互いに押し合わせて、溶接シームを有する１つの複合構成部材を形成し、かつ該複合構成部材を冷却する方法において、
   燃料ガスまたは燃料ガス混合物供給導管（７６；８６）に接続された少なくとも１つのバーナノズル（７３；７４；７５；８３；８４；８５）を内部に形成していて、温度調整用にバーナヘッド冷却系（７９；７９ａ；８９；８９ａ）が設けられたバーナヘッド（７１；８１）を備える加熱バーナ（７；８）を使用し、前記バーナヘッド（７１；８１）は、銀または銀をベースとした合金から成る基体（７２；８２）を有していることを特徴とする、方法。
2. 前記バーナヘッド基体（７２；８２）の銀の割合が少なくとも９０重量％である加熱バーナを使用する、請求項１記載の方法。
3. 前記バーナヘッド基体（７２；８２）の銀の割合が少なくとも９９重量％である加熱バーナを使用する、請求項１記載の方法。
4. 前記少なくとも１つのバーナノズルが、銀または銀をベースとした合金から成る挿入体（７３；７４；７５）として形成された加熱バーナ（７；８）を使用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記少なくとも１つのバーナノズルが、前記バーナヘッド基体（８２）内の孔（８３；８４；８５）として形成された加熱バーナ（７；８）を使用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記各結合面に面したバーナ口（７８；８８）が研磨されている加熱バーナ（７；８）を使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. バーナノズル（７３；７４；７５；８３；８４；８５）とガス供給導管（７６；８６）との間の接続部が、解離可能な形状接続継手（９０）として形成されている加熱バーナ（７；８）を使用する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 石英ガラスから成る各構成部材間に溶接結合部を形成するための加熱バーナであって、内部に少なくとも１つのバーナノズル（７３；７４；７５；８３；８４；８５）が形成されたバーナヘッド（７１；８１）と、該バーナヘッド（７１；８１）の温度調整用のバーナヘッド冷却系（７９；７９ａ；８９；８９ａ）と、前記バーナノズル（７３；７４；７５；８３；８４；８５）に接続された燃料ガスまたは燃料ガス混合物供給導管（７６；８６）とを有するものにおいて、
   前記バーナヘッド（７１；８１）は、銀または銀をベースとした合金から成る基体（７２；８２）を有していることを特徴とする、加熱バーナ。
9. 前記バーナヘッド基体（７２；８２）の銀の割合は、少なくとも９０重量％である、請求項８記載の加熱バーナ。
10. 前記バーナヘッド基体（７２；８２）の銀の割合は、少なくとも９９重量％である、請求項８記載の加熱バーナ。
11. 前記少なくとも１つのバーナノズルは、銀または銀をベースとした合金から成る挿入体（７３；７４；７５）として構成されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の加熱バーナ。
12. 前記少なくとも１つのバーナノズルは、前記バーナヘッド基体（８２）内の孔（８３；８４；８５）として構成されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の加熱バーナ。
13. 結合面に面したバーナ口（７８；８８）が研磨されている、請求項８から１２までのいずれか１項記載の加熱バーナ。
14. バーナノズル（７３；７４；７５；８３；８４；８５）とガス供給導管（７６；８６）との間の接続部が、解離可能な形状接続継手（９０）として形成されている、請求項８から１３までのいずれか１項記載の加熱バーナ。