JP3067825B2 - 石英部材の溶接方法および装置 - Google Patents

石英部材の溶接方法および装置

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JP3067825B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ光を用いて石
英部材を溶接する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体ウエハの高温処理用部
材として各種の石英部材が使用されている。これらの石
英部材をレーザ光を用いて溶接するため、この発明の発
明者は図4に示す溶接装置を発明し、特許出願している
(特願平2−306260号)。
【0003】図4において、11はレーザ装置で、発生
したレーザ光11bを内部の集光レンズ11aで集光し
て石英部材16、17に向けて照射する。レーザ光11
bの集光点11cは、レーザ装置11と石英部材16、
17との間に設定されているため、レーザ装置11は焦
点がぼけたレーザ光11bで石英部材16、17を照射
する。
【0004】12は溶接する石英部材を載せるテーブル
で、その上に台13を介して2個の石英部材16、17
が近接して配置してある。石英部材16、17の溶接端
部には、それらの端面16a、17aがV字を形成する
ように開先が形成してあるため、両端面16a、17a
により断面V字状の溝dが形成されている。端面16
a、17aの下端縁の間には間隙gが設けてある。
【0005】溶接を行なう際には、端面16a、17a
間の溝dに溶接材料である石英質のフィラー棒18を配
置し、レーザ光11bを照射しながらテーブル12を溝
dに沿って移動して、レーザ光11bを端面16a、1
7aの一端から他端まで走査させる。こうして、端面1
6a、17aが溶接され、両石英部材16、17は一体
化される。
【0006】上記従来の溶接装置によれば、レーザ光1
1bの焦点がフィラー棒18より上方にずれて設定して
あるため、レーザ光11bはフィラー棒18だけでな
く、石英部材16、17の端面16a、17aにも照射
される。従って、溶接の際に常に石英部材16、17が
加熱されるので、割れを生じることなく溶接を行なうこ
とができる。また、石英部材16、17の端面16a、
17a間に隙間gを設けているため、適切な溶接強度と
溶接部の下面(レーザ光照射側とは反対側の面)の良好
な外形が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の溶接装置で
は、石英部材16、17の端面16a、17aの上位部
分は、フィラー棒18の溶け込みが十分なため高い強度
で接合されるが、下位部分は、レーザ光11bの大部分
がフィラー棒18の上位部分に吸収されるため、溶け込
みが不十分となり、接合強度が低くなるという問題があ
る。
【0008】さらに、レーザ光11bを石英部材16、
17の加熱に利用しているので、溶接速度を上げると、
石英部材16、17の端面16a、17aの下位部分で
は加熱が不十分となり、溶接部分や石英部材16、17
に割れが生じるという問題がある。
【0009】そこで、この発明の目的は、高い溶接強度
と外形の良好な溶接部分が得られる石英部材の溶接方法
および装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の石英部材の溶
接方法は、複数の石英部材の溶接端部に開先を設けると
共に、当該石英部材を溶接端部間に間隙をおいて近接し
て配置し、前記溶接端部間に石英質の溶接材料を配置し
た後、前記石英部材をレーザ光照射側とは反対側から加
熱しながら焦点をぼかしたレーザ光を当該石英部材に向
けて照射することを特徴とする。
【0011】この発明の石英部材の溶接装置は、複数の
石英部材を溶接端部間に間隙をおいて近接して配置でき
る配置手段と、前記配置手段に配置された複数の石英部
材に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前
記配置手段に配置された複数の石英部材をレーザ光照射
側とは反対側から加熱する加熱手段と、石英部材の加熱
と石英部材へのレーザ光の照射が並行して行なわれるよ
うに前記レーザ光照射手段および加熱手段を制御する制
御手段とを具備してなることを特徴とする。
【0012】
【作用】この発明の石英部材の溶接方法および装置で
は、複数の石英部材にレーザ光を照射する際に、レーザ
光照射側とは反対側からそれらの石英部材を加熱するの
で、レーザ光照射側とレーザ光照射側とは反対側とでほ
ぼ同じ加熱状態になるように、それらの石英部材を加熱
することができる。
【0013】従って、石英質の溶接材料は、レーザ光照
射側だけでなくその反対側においても石英部材に十分に
溶け込み、各石英部材はその厚さ全体にわたって良好に
融着されるため、溶接部分が各石英部材と同等もしくは
それ以上の肉厚となる。また、溶接材料と各石英部材が
良好に融着するので、溶接部分の外形は滑らかになる。
【0014】
【実施例】以下、添付図面に基づいてこの発明の実施例
を説明する。 (第1実施例)図1は、この発明の石英部材の溶接装置
の第1実施例を示す要部正面図、図2はその要部側面図
である。
【0015】レーザ装置1は、内部に設けた集光レンズ
1aでレーザ光1bを集光し、その下方に配置した2個
の石英部材6、7に向けて照射する。レーザ光1bの集
光点1cは、レーザ装置1と石英部材6、7との間に設
定してあるので、レーザ光1bは焦点がぼけたビームと
なって石英部材6、7に照射される。
【0016】レーザ装置1の下方に設けたテーブル2に
は、断面山形の棒状体から成る支持体3と、支持体3の
両側に配置された2個の位置調整可能なストッパ5が取
り付けてある。支持体3は、中央に長手方向に延びる凹
溝3aを、両側面に斜面3bを有している。各斜面3b
には、石英部材6、7が斜めに立てかけられる。斜面3
bの傾斜角は、必要な開先が得られるように設定してあ
る。凹溝3aの中には、この発明の溶接装置の図示しな
いフレームに取り付けたバーナー4が配置してあり、そ
の先端のノズル4aが集光点1cの周辺に来るようにし
てある。ノズル4aに生成される炎により、石英部材
6、7の溶接端部を下側から加熱することができる。
【0017】バーナー4としては、例えば酸水素炎バー
ナーを用いることができる。また、バーナー4の代わり
にレーザ光を上方に向かって照射するようにしてもよ
い。
【0018】ストッパ5は、支持体3の斜面3bに斜め
に立てかけられた石英部材6、7の下端部を受け止めて
その位置決めを行なう。各ストッパ5の位置は、石英部
材6、7が所定の姿勢で配置されるように調整される。
【0019】この実施例では、支持体3と両ストッパ5
は、石英部材の配置手段を構成する。
【0020】以上の構成を持つ溶接装置で溶接を行なう
場合、まず、石英部材6、7を支持体3の両側の斜面3
bに立てかけると共に、それらの下端部にストッパ5を
当接させ、所定の溶接姿勢に配置する。そのとき、石英
部材6、7の端面6a、7aが所定の開先を形成し、且
つ端面6a、7a間に間隙gが形成されるようにする。
この実施例では、石英部材6、7の溶接端部を切除する
ことなく、それらを所定の角度で配置することにより、
溶接端部間に実質的な開先を形成している。
【0021】間隙gは、約0.5〜5mm、好ましくは
約1〜3mmとする。0.5mm以下とすると、石英の
昇華量が多くなり、また下側(レーザ光の照射側とは反
対側)で連続した接合ができず、接合部の強度不足が生
じる。5mm以上とすると、溶接材料の溶け込み不良が
生じやすく、連続した接合が安定して得られない。
【0022】次に、石英質のフィラー棒8を石英部材
6、7間の溝d内に配置する。フィラー棒8の配置する
位置は、その中心軸がレーザ光1bの集光点1cの真下
に来るように設定する。フィラー棒8は、金属の溶接の
場合と同様のフィラー棒保持手段によって保持してもよ
いし、図示しているようにフィラー棒保持手段を用いず
に端面6a、7a上に載せてもよい。フィラー棒保持手
段を用いる場合は、フィラー棒8を端面6a、7aに対
して平行にあるいは傾斜して配置する。傾斜させる場合
は、傾斜角を70゜以下とするのが好ましい。
【0023】次に、バーナー4に点火してノズル4aに
炎を生成させ、石英部材6、7の溶接端部を下側から加
熱する。こうして、レーザ光1bが吸収され難い石英部
材6、7の溶接端部の下側を十分に加熱することが可能
となる。なお、バーナー4の加熱量は、レーザ光1bに
よる加熱量よりも小さく設定する。
【0024】そこで、レーザ装置1により石英部材6、
7に向けてレーザ光1bを照射する。レーザ光1bは、
比較的大きなビームとなって石英部材6、7に照射され
るため、フィラー棒8だけでなく石英部材6、7の端面
6a、7aも加熱される。
【0025】石英部材6、7は、下方からはバーナー4
により、上方からはレーザ光11bによりそれぞれ加熱
されるので、レーザ光11bによりフィラー棒8が溶融
されると同時に石英部材6、7の端面6a、7a全体が
溶融し、フィラー棒8は石英部材6、7に十分に溶け込
むことができる。
【0026】この状態を保ちながらテーブル2を徐々に
移動し、石英部材6、7を溝dに沿って移動させると、
石英部材6、7の全長にわたって溶接が行なわれる。
【0027】この発明の溶接装置によれば、フィラー棒
8と石英部材6、7が十分に溶け込むため、高い溶接強
度が得られ、また溶接部分の外形も均一に湾曲したもの
になる。
【0028】図示した実施例では、支持体3に凹溝3a
が設けてあるため、支持体3の材質に起因して溶接部へ
の不純物が混入するのを防止できる利点がある。
【0029】なお、図1に一点鎖線で示すようにガス吹
き出し管9を設けてもよい。ガス吹き出し管9の先端の
開口9aは、溶接箇所の近傍に配置してあり、開口9a
からは溝dに沿って水平方向に加工ガスが吹き出され
る。この加工ガスにより、溶接時に生じる石英の昇華物
を石英部材6、7の近傍から除去し、それが石英部材
6、7に付着するのを防止することができる。従って、
ビードを含めて溶接部全体を透明に仕上げることができ
る効果が生じる。
【0030】加工ガスとしては、例えば空気、不活性ガ
スを用いることができ、その吹き出し量は約20リット
ル/分にするのが好ましい。
【0031】(第2実施例)図3は、この発明の溶接装
置の第2実施例を示す。第2実施例では、テーブル2の
上に断面矩形の棒状体からなる支持体3が取り付けてあ
り、その中央の凹溝3a内にバーナー4が配置してあ
る。バーナー4の先端のノズル4aは、集光点1cの周
辺にあり、ノズル4aに生成される炎により、石英部材
6、7の端部を下側から加熱することができる。
【0032】石英部材6、7は、溶接端部を対向させて
水平に支持体3上に配置してある。前記の第1実施例で
は、石英部材6、7の溶接端部を切除せずにそれらを所
定の角度で配置することにより、実質的な開先を形成し
ているが、この第2実施例では、石英部材6、7の溶接
端部を切除して開先を形成している。開先の形状は任意
であるが、図示しているようにV字形にするのが好まし
い。また、開先の角度は約30〜120゜にするとよ
い。この範囲に設定すると、フィラー棒8が安定し且つ
石英部材6、7の端面6a、7aの下端まで良く溶け込
むため、溶接作業が安定して行なえる効果がある。第2
実施例においても、溶接する際にはフィラー棒8を凹溝
d内に配置し、石英部材6、7を下方からバーナー4で
加熱すると共に、上方から石英部材6、7に向けて焦点
をぼかしたレーザ光1bを照射する点は、第1実施例の
場合と同じである。第2実施例では、支持体3のみが石
英部材の配置手段を構成する。
【0033】フィラー棒4の断面形状は、図示したよう
な円形だけでなく、他の任意の形状(例えば矩形、菱
形)にしてもよい。
【0034】溶接材料は、必ずしもフィラー棒8のよう
な棒状のものを用いる必要はなく、粉末の溶接材料を溝
d内に配置するようにしてもよい。また、粉末の溶接材
料と棒状の溶接材料とを組み合せて使用してもよい。
【0035】フィラー棒8や粉末の溶接材料の配置は、
手作業で行ってもよいし自動的に行なってもよい。ま
た、石英部材6、7の配置は、自動的に行うのが好まし
いが、状況によっては手作業で行ってもよい。
【0036】
【発明の効果】この発明の石英部材の溶接方法および装
置によれば、石英部材6、7が溶接端部の厚さ全体につ
いてほぼ一様に加熱されるので、高い溶接強度と外形の
良好な溶接部分が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の石英部材の溶接装置の第1実施例を
示す要部正面図である。
【図2】(a)は図1の装置の要部側面図、(b)はそ
の部分拡大図である。
【図3】この発明の石英部材の溶接装置の第2実施例を
示すもので、(a)は要部側面図、(b)はその部分拡
大図である。
【図4】従来の石英部材の溶接装置を示すもので、
(a)は要部側面図、(b)はその部分拡大図である。
【符号の説明】
1 レーザ装置 1a 集光レンズ 1b レーザ光 1c 集光点 2 テーブル 3 支持体 3a 凹溝 3b 斜面 4 バーナー 4a バーナーのノズル 5 ストッパ 6、7 石英部材 8 フィラー棒 9 ガス吹き出し管 9a ガス吹き出し管の開口 g 間隙 d 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 譲 東京都港区芝浦1丁目1番1号 株式会 社東芝内 (72)発明者 山田 清 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東 芝 重電技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−19091(JP,A) 特開 昭61−282802(JP,A) 特開 平2−173175(JP,A) 特開 平2−247091(JP,A) 特開 昭61−232079(JP,A) 特開 昭52−103354(JP,A) 特開 昭63−90382(JP,A) 実開 昭57−196130(JP,U) DEMINET C,”Laser Welding of Quartz Brewster Windows," Proc.Symp.Exhib.Ar t Glassblowing,Vo l.30,p.75−79,1985年 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 37/00 B23K 26/00 310 C03B 20/00 C03B 23/203

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の石英部材の溶接端部に開先を設け
    ると共に、当該石英部材を溶接端部間に間隙をおいて近
    接して配置し、前記溶接端部間に石英質の溶接材料を配
    置した後、前記石英部材をレーザ光照射側とは反対側か
    ら加熱しながら焦点をぼかしたレーザ光を当該石英部材
    に向けて照射することを特徴とする石英部材の溶接方
    法。
  2. 【請求項2】 複数の石英部材を溶接端部間に間隙をお
    いて近接して配置できる配置手段と、前記配置手段に配
    置された複数の石英部材に向けてレーザ光を照射するレ
    ーザ光照射手段と、前記配置手段に配置された複数の石
    英部材をレーザ光照射側とは反対側から加熱する加熱手
    段と、石英部材の加熱と石英部材へのレーザ光の照射が
    並行して行なわれるように前記レーザ光照射手段および
    加熱手段を制御する制御手段とを具備してなることを特
    徴とする石英部材の溶接装置。
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DE102007059019B4 (de) * 2007-12-06 2009-12-24 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zum thermischen Fügen oder zum Beschichten von Bauteilen aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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DEMINET C,"Laser Welding of Quartz Brewster Windows,"Proc.Symp.Exhib.Art Glassblowing,Vol.30,p.75−79,1985年

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