JPH04300260A - 石英部材の溶接方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１６ａ
、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、１
７ａ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

Claims (2)

【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。