KR20010013244A - 고융점 재료의 용융접합장치 및 그 방법 - Google Patents

고융점 재료의 용융접합장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고융점 재료의 용융 접합장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 용융 접합 장치는 접합 대상물(3, 201)을 주위의 압력(P3)에 비해 작은 압력(P4, P5)으로 유지하고, 레이저광(L)을 접합 대상물(3, 201)에 조사하여 용융시키며, 또 접합 대상물(3, 201)의 용융부(4, 207)에 주위의 압력(P3)과 접합 대상물(3, 201)의 내압(P4, P5)의 차압에 의해 용융부(4, 207)를 서로 눌러 접합시키고, 이와 같이 대상물에 균일하게 작용하는 외기압에 의해 가열 용융부를 내부로 수축시켜 확실하게 접합할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

고융점 재료의 용융접합장치 및 그 방법{DEVICE AND METHOD FOR FUSE-CONNECTION OF MATERIAL WITH HIGH MELTING POINT}
유리재료와 세라믹재료와 같은 고융점을 가진 재료를 용융시켜서, 그 고융점 재료끼리 또는 금속 등 다른 재료와 용접하거나, 진공밀폐밀봉을 실행하는 경우는 통상 열원으로서 프로판/산소, 수소/산소 또는 Ar(아르곤) 아크 등을 이용하는 가스용접방법이 이용된다. 특히, 석영유리제의 램프 등을 제작하는 경우, 램프의 전극이 되는 W(텅스텐)/Mo(몰리브덴)재료를 석영유리제 용기(램프) 내에 진공밀폐 상태로 밀봉하기 위해 석영 유리제 용기를 가스버너로 부분적으로 가열용융할 필요가 있다.
그러나, 가스버너의 불길을 첨예하게 줄이는 것은 어렵고, 가열소망부분 주위의 가열불필요한 부분까지 가열하게 된다. 또, 불길을 첨예하게 줄일 수 있어도, 고융점 재료인 세라믹 등은 열전도율이 높고, 또 열전도율이 낮은 석영유리라도 미세한 정밀가공이 요구되는 경우는 직접 가열부가 소망하는 온도에 도달할 때에는 주위의 비직접 가열부가 열전도에 의해 간접적으로 가열되어 현저하게 승온되어 버린다. 이와 같이, 가스버너에 의한 가열에서는 직접 가열부와 그 주변부분의 온도분포변화가 완만해지고, 고융점 재료의 소망하는 부분만을 국부적으로 가열용융하는 것은 매우 곤란하다는 문제가 있다.
예를 들면, 소형의 고압수은 램프와 메탈할라이드 램프 등의 제조에 있어서, 유리관 내에 증기압이 높은 수은 등을 진공밀폐할 필요가 있다. 이 경우, 간접가열부의 열에 의한 수은의 증발을 방지하려면, 가열대상부에 국부적으로 온도의 고저차를 두지 않으면 안 된다. 그 때문에 직접가열부 주변을 냉각하면 좋지만, 제조 비용 및 작업성 면에서 크게 문제가 있다. 또, 간접가열부의 승온을 억제하기 위해, 가스버너에 의한 가열을 제한하면 용융소망부를 충분히 가열할 수 없을 뿐더러, 승온에 시간이 더욱 필요하게 되어 가열대상부에 국부적으로 온도의 고저차를 두는 것이 매우 어려워진다. 이와 같이, 가스버너에 의한 가열에서는 가열대상부 및 그 주변부의 온도제어 가능범위가 작고, 밀봉공정 자체가 매우 곤란해진다. 그 결과, 램프 생산의 수율을 확보할 수 없다는 문제를 안고 있다.
도 20에 이와 같은 가스버너 이용에 기인하는 문제를 해결하기 위해 일본 특개소 55-24327호 공보에 제안되어 있는 가열수단으로서 레이저 광선을 이용하여 프릿을 용융하는 용융접합장치를 모식적으로 나타낸다. 상기 도면에 있어서, WLC는 진공상태에서 밀폐한 용기 내에 반사판으로 둘러싸이도록 설치된 용융대상물에 레이저광선을 조사하여 프릿을 용융하여 고압 나트륨 램프 등의 방전등을 제조하는 용융접합장치이다.
레이저 용융접합장치(WLC)는 통기구(102)를 갖는 기판(103)을, 패킹(105)을 통해 용기 본체(104)에 기밀하게 부착하여 조립된 밀폐 용기(101)를 갖는다. 밀폐용기(101)의 상부 외부둘레의 일부에 설치된 레이저 투과창(106)의 바깥쪽에는 레이저 장치(107)가 설치되어 있다. 밀폐용기(101)의 상부에는 밀폐용기(101) 내의 기압을 측정하는 압력계(108)가 설치되어 있다. 통기구(102)에는 통기관(109)이 설치되어 있다. 이 통기관(109) 도중에서 분기된 분기관(109a)에는 진공 펌프(110)가 개폐밸브(111)를 통해 접속되어 있고, 분기관(109b)에는 Ne(네온) 등의 불활성 가스가 밸브장치(113)를 통해 가스봄베(112)에 의해 공급된다.
또, 피밀봉물(115)은 전극(117a)을 갖는 폐쇄체(118a)와 발광관(116)의 상단부 사이에는 유리솔더와 같은 가열용융 밀봉재(119)가 넣어져 만들어져 있다. 마찬가지로, 전극(117b)을 갖는 폐쇄체(118b)와 발광관(116)의 하단부 사이에도 가열용융 밀봉재(119)가 넣어져 만들어져 있다.
기판(103)의 중심축에 대해 슬라이딩하고, 또 회전 자유롭게 축이 장착되어 있는 두갈래 형상의 협지부재(114)에 의해 방전등으로서의 피밀봉물(115)은 가열용융 밀봉재(119)가 레이저 투과창(106)의 광로 상에 위치하도록 착탈 자유롭게 협지된다. 밀폐용기(101) 내부에는 레이저 광로 위치를 따라 틈(120)을 갖는 원호형상을 이루는 반사판(121)이 피밀봉물(115)을 바깥쪽에서부터 둘러싸도록 설치되어 있고, 이 반사판(121)은 지지부재(122)에 의해 승강 자유롭게 설치되어 있다.
피밀봉물(115)을 협지부재(114)에 협지한 후에 개폐밸브(111)를 개방 밸브하고, 진공펌프(110)를 구동하여 밀폐용기(101) 내의 공기를 배기한다. 압력계(108)에 의해 밀폐용기(101) 내가 약 0.0001Torr∼0.000001Torr 정도의 진공도에 도달한 것을 확인 후, 개폐밸브(111)를 폐쇄밸브하는 동시에 진공 펌프(110)의 구동을 정지한다. 이와 같이 하여, 피밀봉물(115)의 내부를 진공으로 한다. 이어서, 레이저 투과창(106) 및 틈(120)을 통해 상기 피밀봉물(115)의 가열용융 밀봉재(119)에 레이저 광을 조사하여 가열용융 밀봉재(119)를 가열용융시키고, 우선 발광관(116)의 상부와 폐쇄체(118a)를 밀봉한다.
이 때, 레이저광에 의한 열에너지는 피밀봉물(115)을 가열하는 동시에, 이 때 생기는 복사에너지가 반사판(121)에서 반사되어 상승적으로 피밀봉물(115)을 가열한다. 동시에, 협지부재(114)를 천천히 회전시켜 피밀봉물(115)과 가열용융 밀봉재(119)를 균등하게 가열용착하여 상단부측을 밀폐밀봉한다.
다음에, 상단부측의 밀봉을 끝낸 피밀봉물(115)을 반전하여 하단부의 가열용융 밀봉재(119)를 레이저 광로 상에 위치시킨다. 그리고, 개폐밸브(111)를 폐쇄하는 동시에, 밸브 장치(113)를 개방하고, 압력계(108)의 지시를 확인하여 상기한 불활성 가스(봉입가스)를 약 25Torr 정도까지 밀폐용기(101) 내에 도입한다. 봉입가스의 도입이 종료된 시점에서 상기한 상단부측의 밀폐밀봉과 마찬가지로, 레이저 장치(107)의 레이저 광에 의해 피봉착물(115)의 가열용융 봉착재(119)를 용융하고, 하단부측을 밀폐밀봉하여 방전등을 완성한다.
상기한 가열수단으로서 레이저 광선을 이용하여 프릿을 용융하는 용융접합장치가 또한 일본 특개소 55-64338호 공보 및 일본 특개소 56-42940호 공보에 각각 제안되어 있다. 이러한 장치에 있어서는 일본 특개소 55-24327호 공보에 제안된 용융접합장치에 레이저 조사에 의해 용융시킨 프릿을 누르는 누름수단이 추가된 구조를 갖는 것이다.
그러나, 상기한 일본 특개소 55-24327호 공보에 제안된 레이저 가열용융장치에서는 약 0.0001Torr∼0.000001Torr 정도의 진공도로 유지한 밀폐용기 중에 봉입가스를 약 25Torr까지 충만시킬 필요가 있다. 또, 가열용융 봉착재를 용융하여 폐쇄체(118)와 피봉착물(115)의 단부에 용착시켜 밀폐밀봉하는데, 가열용융 봉착재(119) 및 폐쇄체(118)는 피봉착물(115)의 단부에 단지 놓여져 있을 뿐이다.
즉, 이와 같이 가열용융 밀봉재(119) 및 폐쇄체(118)의 자중(自重)밖에 움직이지 않기 때문에, 가열용융 봉착재(119)는 용융시키면 자중에 의해 변형하여 늘어지지만, 한편 폐쇄체(118)는 용융하지 않기 때문에 변형하지 않는다. 따라서, 가열용융 봉착재(119)와 폐쇄체(118) 사이에 틈없이 양 부재를 용착할 수 없다. 이것을 방지하기 위해 폐쇄체(118)를 가열용융 봉착재(119)와 동시에 용융시켜도 자중으로만 양자를 틈없이 용착하는 것은 매우 어려워 수율을 확보할 수 없다. 또, 폐쇄체(118)와 피봉착물(115)이 세라믹과 같이 저열가소성 재료로 만들어져 있는 경우는 양부재를 틈없이 용착하는 것은 실질적으로 불가능하다.
또, 피봉착물(115)과 폐쇄체(118)가 세라믹 재료나 석영재료에 관계없이 상온의 진공상태하에서 밀봉을 실행하기 때문에, 밀봉후의 내압이 상압보다 높아지도록 피봉착물(115)을 기밀하게 밀폐밀봉하는 것은 불가능하다.
또, 진공용기 중에서 레이저 조사하는 경우는 봉입가스를 진공용기에 충만시킬 필요가 있다. 진공밀폐밀봉하는 물체가 석영유리관인 경우 등은 관 밖과 안쪽에 기압차가 존재하지 않으면, 완전히 밀폐되는 것은 매우 어렵고, 용융하면서 석영 유리관을 팽팽히 당겨 밀봉하는 공정을 거치지 않으면 안 된다. 또, 세라믹이나 석영 유리관으로 해도, 관의 내압을 상압보다 높게 하여 진공밀폐하는 것은 매우 곤란하다.
또, 세라믹관 재료와 전극재료의 접속에 사용되는 서어멧과의 용접 또는 진공밀폐 밀봉에는 고주파의 유도가열에 의해 세라믹관 재료와 서어멧을 용융시켜서 용접 또는 진공밀폐밀봉이 실행되고 있다. 이와 같은 고주파 유도가열에 있어서는 가열대상부에 샤프한 국부적 온도기울기를 두는 것에 대해서는 개선된다. 그러나, 세라믹관 재료와 서어멧은 용융시키는 것만으로는 서로 용접시키는 것은 매우 어렵다. 하물며 진공밀폐밀봉하는 것은 실질상 불가능하다.
한편, 일본 특개소 55-64338호 공보 및 일본 특개소 56-42940호 공보에 제안된 장치에 있어서는 피봉착물의 개구단에 폐쇄체를 누르는 밀봉에는 적합하지만, 폐쇄체를 별도 이용하지 않고, 피봉착물 자체로 밀봉하는 것은 실제 불가능하다.
본 발명은 레이저 광선을 이용하여 석영 유리 및 세라믹 재료 등의 고융점 재료를 용융하여 접합하는, 더욱 상술하면 해당 고융점 재료에 의해 구성되는 용기를 용융하여 기밀하게 밀폐밀봉하는 용융접합방법 및 그 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 용융접합장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 도 1의 용융접합장치의 변형예를 나타낸 블록도,
도 3은 도 2의 용융접합장치에 있어서 진공배기관과 글로브 박스와의 슬라이딩부의 기밀 구조를 나타낸 모식도,
도 4는 도 1의 용융접합장치에 이용되는 레이저 흡수체의 구조를 나타낸 모식도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 용융접합장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 용융접합장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 7은 도 6에 나타낸 용융접합장치의 변형예를 나타낸 블록도,
도 8은 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 용융접합장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 9는 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 용융접합장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 10은 본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 용융접합장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 11은 본 발명에 의한 제 7 실시형태에 관련된 용융접합장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 12는 도 11에 나타낸 용융접합장치의 변형예를 나타낸 블록도,
도 13은 도 11에 나타낸 용융접합장치의 실시예를 나타낸 블록도,
도 14는 도 13에 나타낸 용융접합장치의 있어서 정형틀의 부분 평면개념도,
도 15는 본 발명의 제 8 실시형태에 관련된 용융접합장치를 나타낸 블록도,
도 16은 도 15에 나타낸 용융접합장치의 변형예를 나타낸 블록도,
도 17은 본 발명의 제 9 실시형태에 관련된 용융접합장치를 나타낸 블록도,
도 18은 도 17에 나타낸 용융접합장치의 변형예를 나타낸 블록도,
도 19는 본 발명의 제 10 실시형태에 관련된 용융접합장치를 나타낸 블록도 및
도 20은 종래의 레이저광선을 이용한 종래의 용융접합장치를 나타낸 블록도이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 이하에 서술한 바와 같은 특징을 갖고 있다.
본 발명의 제 1 국면은 석영유리 및 세라믹재료의 어느 하나에 의해 구성된 대상물에 레이저광을 조사하여 가열용융시켜 접합시키는 용융접합장치에 있어서,
대상물의 내압을 대상물의 분위기압인 제 1 기압보다 작은 제 2 기압으로 감압유지하는 내압제어기와,
감압유지된 대상물의 소정 부분에 레이저광을 조사하여 가열용융하는 가열용융기를 구비하고,
대상물의 가열용융된 부분이 제 1 기압과 제 2 기압의 차압에 의해 수축용접된다.
상기한 바와 같이, 제 1 국면에 있어서는 대상물에 균일하게 작용하는 외기압에 의해 가열용융부를 내부로 수축시켜 확실하게 접합할 수 있다.
제 2 국면은 제 1 국면에 있어서 감압된 대상물을 제 1 기압을 갖는 불활성 분위기 중에 유지하는 동시에, 레이저광을 대상물의 소정 부분을 향해 투과시키는 불활성 분위기 장치를 또한 구비하고, 가열용융된 부분이 불활성 분위기압에 의해 수축용접되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 제 2 국면에 있어서는 대상물을 정압으로 유지된 불활성 분위기중에서 가열용융 및 수축접합하기 때문에, 대상부의 산화에 의한 품질열화가 방지된다.
제 3 국면은 제 2 국면에 있어서, 레이저광은 불활성 분위기장치의 외부에서 대상물을 향해 조사되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 제 3 국면에 있어서는 레이저장치를 불활성 분위기장치의 외부에 설치할 수 있기 때문에, 용융접합장치 전체의 구조를 간단하게 할 수 있다.
제 4 국면은 제 3 국면에 있어서, 불활성 분위기장치는 레이저광을 투과시키는 레이저광 투과부를 포함한다.
상기한 바와 같이 제 4 국면에 있어서는 정압으로 유지된 불활성 분위기로 유지한 대상물에 외부에서 출사된 레이저를 조사하여 가열할 수 있다.
제 5 국면은 제 4 국면에 있어서, 레이저광이 YAG레이저 및 엑시머레이저의 어느 하나인 경우는 레이저광 투과부는 석영 유리를 주성분으로 하는 재료로 구성된다.
상기한 바와 같이 제 5 국면에 있어서는 석영유리는 YAG레이저 및 엑시머 레이저에 대한 투과손실이 작기 때문에, 대상물을 레이저로 효율적으로 가열할 수 있다.
제 6 국면은 제 4 국면에 있어서 레이저광이 CO2레이저인 경우는 레이저광 투과부는 ZnSe를 주성분으로 하는 재료로 구성된다.
상기한 바와 같이, 제 6 국면에 있어서는 ZnSe는 CO2에 대한 투과손실이 작기 때문에, 대상물을 레이저로 효율적으로 가열할 수 있다.
제 7 국면은 제 4 국면에 있어서 레이저광 투과기는 레이저광을 대상물에 대해 집광한다.
상기한 바와 같이, 제 7 국면에 있어서는 레이저투과창 자체에서 레이저광을 대상물에 대해 집광할 수 있기 때문에, 레이저광의 집광기구를 별도로 필요로 하지 않는다.
제 8 국면은 제 2 국면에 있어서, 불활성 분위기는 희(希)가스 및 질소가스로 이루어지는 불활성 가스그룹으로부터 선택되는 불활성 가스이다.
제 9 국면은 제 2 국면에 있어서, 불활성 분위기 장치는
불활성 가스를 흡인하여 거두어들이는 흡인기와,
흡인된 불활성 가스로부터 불순물을 제거하여 정제하는 정제기와,
정제된 불활성 가스를 불활성 분위기장치에 되돌리는 환류기를 포함한다.
상기한 바와 같이, 제 9 국면에 있어서는 정제기와 환류기에 의해 불활성 분위기를 항상 청정하게 유지할 수 있다.
제 10 국면은 제 9 국면에 있어서, 정제기는 불활성 분위기장치의 외부에 설치된다.
상기한 바와 같이 제 10 국면에 있어서는 정제기를 불활성 분위기장치의 외부에 설치하는 것에 의해 정제기의 보수를 용이하게 실행할 수 있는 동시에, 그 때의 불활성 분위기장치 내부의 오염을 방지할 수 있다.
제 11 국면은 제 2 국면에 있어서, 불활성 분위기장치의 외부분위기압은 제 2 기압보다 크고, 제 1 기압보다 작다.
상기한 바와 같이, 제 11 국면에 있어서는 불활성 분위기장치의 외부기압 이상으로 설정하는 것에 의해 대상물의 내부기압과의 차압을 크게 설정할 수 있기 때문에, 보다 큰 수축력으로 접합할 수 있다.
제 12 국면은 제 11 국면에 있어서, 제 1 기압은 외부분위기압보다 수㎜ 수주압(水柱壓)만큼 크다.
상기한 바와 같이, 제 12 국면에 있어서는 불활성 분위기장치의 내압은 그 외기압보다 수㎜ 수주압만큼 높게 유지하는 것은 용이하고, 또 대상물의 내압과의 차압을 수축접합에 대해 충분한 크기로 할 수 있다.
제 13 국면은 제 1 국면에 있어서, 대상물의 소정 부분과 가열용융기 사이에 레이저광을 차단하도록 설치된 서셉터를 또한 구비하고, 레이저광이 서셉터의 제 1 면에서 수광흡수되어 열에너지가 서셉터의 제 2면으로부터 대상물의 소정 부분을 향해 방사된다.
상기한 바와 같이, 제 13 국면에 있어서, 서셉터에 의해 레이저광의 에너지를 일단 흡수하여 열로서 대상부에 방사하는 것에 의해 대상물을 보다 균등하게 가열할 수 있다.
제 14 국면은 제 13 국면에 있어서, 서셉터는 대상물을 그 내부에 포함하는 고리형상이고, 외부둘레에서 받은 레이저광의 열에너지를 내부둘레에서 대상물의 소정 부분을 향해 방사한다.
상기한 바와 같이, 제 14 국면에 있어서는 서셉터에 의해 레이저광의 에너지를 열로 하여 대상부의 소정의 장소에 집중하여 방사할 수 있고, 목적 부분을 효과적으로 가열할 수 있다.
제 15 국면은 제 14 국면에 있어서, 서셉터는 대상물에 대해 자전되고, 레이저 광선에 의해 보다 균일하게 가열된다.
상기한 바와 같이, 제 15 국면에 있어서는 서셉터의 방열부인 내부둘레부가 대상물의 둘레 표면에 대해 회전하는 것에 의해 보다 균등하게 가열할 수 있다.
제 16 국면은 제 1 국면에 있어서, 대상물을 부분적으로 냉각하는 냉각기를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 16 국면에 있어서는 대상물을 부분적으로 냉각하는 것에 의해 대상물에 보다 소망하는 온도 기울기를 둘 수 있는 동시에, 대상물 내에 봉입되어 있는 고증기압 재료를 증발시키지 않고 대상물의 밀폐밀봉을 할 수 있다.
제 17 국면은 제 16 국면에 있어서, 냉각기는,
냉풍, 냉수 및 액체질소 등의 어느 하나의 냉매를 저장하는 냉매기와,
냉매기로부터 냉매를 도입하여 대상물의 주위를 감아 회전한 후에 냉매기에 환류시키는 냉매순환기를 또한 구비한다.
제 18 국면은 제 17 국면에 있어서, 냉각기는,
냉매를 대상물에 대해 분사하는 노즐 및 냉매를 저장하여 대상물을 침지시키는 탱크의 어느 하나를 포함한다.
제 19 국면은 제 1 국면에 있어서, 대상물의 소정 부분의 외부둘레부에 대해 대략 균일하게 레이저광이 조사된다.
상기한 바와 같이, 제 19 국면에 있어서는 대상물에 대해 레이저광을 대략 균등하게 조사하기 때문에, 대상물의 조사부분을 대략 균등하게 가열할 수 있다.
제 20 국면은 제 19 국면에 있어서, 가열용융기는,
복수의 레이저광 발생장치를 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 20 국면에 있어서는 복수의 레이저광 발생장치를 이용하는 것에 의해 대상물에 대해 단일한 레이저광 발생장치로 조사하는 경우에 비해 보다 균등하게 대상물을 가열할 수 있다.
제 21 국면은 제 19 국면에 있어서, 가열용융기는,
레이저광선을 복수로 분기하여 대상물의 소정 부분의 외부둘레부에 대해 출력하는 광섬유를 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 21 국면에 있어서는 단일한 레이저광 발생장치로부터 발생된 레이저광을 광섬유에 의해 복수로 분기시켜 대상물에 조사시키는 것에 의해 대상물에 대해 단일한 레이저광을 조사하는 경우에 비해 보다 균등하게 대상물을 가열할 수 있다.
제 22 국면은 제 1 국면에 있어서, 내압제어기는,
대상물의 내압을 검출하는 내압검출기와,
한 단이 대상물의 개방단부에 접속되는 배관기와,
배관기의 다른 단에 접속되어 대상물 내를 진공흡인하고, 내압검출기의 검출압을 제 2 소정 내압으로 하는 진공흡인기를 포함한다.
상기한 바와 같이, 제 22 국면에 있어서는 내압검출기에 의해 대상물의 내압을 검출하면서 진공흡인기에 의해 대상물 내를 소정의 부압력으로 유지할 수 있다.
제 23 국면은 제 1 국면에 있어서, 대상물의 단부를 협지하여 회전하는 회전협지기를 구비하고, 대상물의 소정 부분의 전체둘레에 걸쳐 레이저광이 균등하게 조사된다.
상기한 바와 같이, 제 23 국면에 있어서는 대상물을 레이저광에 대해 둘레방향으로 회전시키는 것에 의해 대상물에 레이저광을 보다 균등하게 조사할 수 있다.
제 24 국면은 제 1 국면에 있어서, 레이저광의 출력을 검지하는 레이저광 출력검출기와,
검출된 레이저광의 출력에 기초하여 레이저광의 에너지를 제어하는 레이저에너지 조정기를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 24 국면에 있어서는 레이저광의 출력을 검지하여 그 검지값에 기초하여 레이저광 발생기의 레이저 에너지를 피드백 제어하는 것에 의해 적정한 레이저출력으로 대상물을 가열할 수 있다.
제 25 국면은 제 1 국면에 있어서, 대상물을 레이저광에 대략 수직인 축을 따라 회전시키는 회전기를 구비한다.
상기한 바와 같이 제 25 국면에 있어서는 대상물의 둘레방향에 균등하게 레이저광을 조사할 수 있다.
제 26 국면은 제 1 국면에 있어서, 가열용융된 대상물의 소정 부분의 근방에 초점을 갖는 반사경을 또한 구비한다.
상기한 바와 같이 제 26 국면에 있어서는 대상물에 대해 조사된 레이저광을 반사경으로 반사하여 다시 대상물에 대해 조사할 수 있기 때문에, 레이저광의 사용효율을 개선할 수 있다.
제 27 국면은 제 26 국면에 있어서, 반사경은 적분구인 동시에, 그 내부에 대상물의 소정 부분이 유지된다.
상기한 바와 같이, 제 27 국면에 있어서는 반사경을 적분구로 하는 것에 의해 그 내부에서 반사되는 레이저광의 강도가 대상물의 소정의 조사부에서 대략 균질하게 된다.
제 28 국면은 제 27 국면에 있어서, 반사경에는,
그 내부에 대상물을 삽입하는 제 1 개구부와,
레이저광을 입사하는 제 2 개구부가 적어도 하나 설치되고, 제 2 개구부로부터 입사된 레이저광은 적분구인 반사경의 내부에서 반사되어 제 1 개구부로부터 삽입된 대상물의 소정 부분을 균등하게 조사가열한다.
상기한 바와 같이 제 28 국면에 있어서는 적분구인 반사경에 개구부를 설치하는 것에 의해 반사경의 내부에 대상물을 유지하는 동시에, 유지된 대상물에 대해 레이저광을 조사할 수 있다.
제 29 국면은 제 27 국면에 있어서, 반사경에는 또한,
반사경 내부의 더스트를 흡인하기 위한 개구부가 설치된다.
상기한 바와 같이 제 29 국면에 있어서는 더스트 흡인을 위해 설치된 개구부로부터 반사경 내부의 더스트를 흡인배출할 수 있다.
제 30 국면은 제 28 국면에 있어서, 반사경의 외부둘레측에 냉각기를 또한 구비하고, 반사경을 냉각한다.
상기한 바와 같이, 제 30 국면에 있어서는 반사경의 외부둘레측에 구비된 냉각기에 의해 반사경을 냉각하는 것에 의해 그 내부에서 연속반사된 레이저광에 의해 대상물이 조사되어 발생하는 고온으로부터 레이저광에 간섭하는 일없이 반사경을 보호할 수 있다.
제 31 국면은 제 1 국면에 있어서, 레이저광을 대상물에 대략 평행한 방향으로 이동시키는 이동기를 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 31 국면에 있어서는 대상물을 레이저광에 대해 대략 평행하게 이동시키는 것에 의해 대상물의 길이방향에 연장된 부분에 대해 레이저광을 대략 균등하게 조사할 수 있다.
제 32 국면은 제 1 국면에 있어서, 대상물을 끼워 서로 대향하게 배치되는 대상물에 대해 대략 평행한 방향면을 갖는 한쌍의 정형틀과,
한쌍의 정형틀을 대상물에 대해 대략 수직인 방향으로 이동시키는 정형틀 이동기를 구비하고, 가열용융된 부분을 한쌍의 대향면에서 끼워 압축정형한다.
상기한 바와 같이 제 32 국면에 있어서는 부압에 의해 수축 접합된 용융부를 또한 정형틀로 압축정형하는 것에 의해 보다 한층 확실하게 접합할 수 있다.
제 33 국면은 제 1 국면에 있어서, 레이저광은 YAG레이저, 엑시머 레이저 및 CO2레이저, 반도체 레이저의 어느 하나이다.
제 34 국면은 제 7 국면에 있어서, 레이저광의 출력을 검지하는 레이저광 출력검지기와,
검출된 레이저광의 출력에 기초하여 레이저광을 집광하는 레이저광 투과기를 레이저광의 광축 상에서 이동시키는 집광위치 제어기를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 34 국면에 있어서는 레이저광 출력을 검지하여 그 검지값에 기초하여 투과기를 레이저광축 상에서 이동시키는 것에 의해 레이저광을 대상물에 적정하게 집광할 수 있다.
제 35 국면은 석영 유리 및 세라믹 재료의 어느 하나에 의해 구성된 대상물을 대상물의 소정의 장소에 설치한 접합부재로 용접하는 용융접합장치에 있어서,
대상물의 내압을 그 분위기압인 제 1 기압보다 작은 제 2 기압으로 감압유지하는 내압제어기와,
접합부재에 레이저광을 조사하여 가열용융하는 가열용융기를 구비하고, 가열용융된 접합부재에 의해 대상물이 용접된다.
상기한 바와 같이, 제 35 국면에 있어서는 감압된 대상물을 레이저광의 조사에 의해 가열용융시켜 접합부재에 의해 소망하는 물체에 용접할 수 있다.
제 36 국면은 제 35 국면에 있어서, 감압대상물을 제 1 기압을 가진 불활성 분위기 중에 유지하는 동시에, 레이저광을 접합부재를 향하여 투과시키는 불활성 분위기 장치를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 36 국면에 있어서는 감압된 대상물에 대해 정압을 가진 불활성 분위기 중에 유지한 상태로 레이저광을 접합부재에 조사하는 것에 의해 접합부재를 산화 등에 의해 열화시키지 않고 가열용융할 수 있다.
제 37 국면은 제 35 국면에 있어서, 대상물을 가열용융된 접합부재에 대해 누르는 억압기를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 37 국면에 있어서는 가열용융된 접합부재에 대상물을 누르는 것에 의해 접합부재 자체와 대상물을 충분히 밀착시켜 확실하게 접합할 수 있다.
제 38 국면은 제 35 국면에 있어서, 대상물의 단부를 협지하여 회전하는 회전 협지기를 구비하고, 대상물의 소정 부분의 전체 둘레에 걸쳐 레이저광이 균등하게 조사된다.
상기한 바와 같이, 제 38 국면에 있어서는 접합부재가 균등하게 가열용융된다.
제 39 국면은 제 37 국면에 있어서, 억압기는,
대상물의 단부를 협지하여 회전하는 동시에,
회전축을 따라 이동하는 협지기를 포함한다.
상기한 바와 같이, 제 39 국면에 있어서는 대상물을 회전시켜 접합부를 균등하게 가열하는 동시에, 가열용융한 접합부재에 대상물을 누를 수 있다.
제 40 국면은 제 39 국면에 있어서, 억압기는 양선반이다.
제 41 국면은 제 1 국면에 있어서, 용접 또는 진공밀폐하는 석영 유리 또는 세라믹관의 근방에 생기는 용접비산물을 제거하는 집진기를 또한 구비한다.
제 42 국면은 제 2 국면에 있어서, 불활성 분위기 장치는 용접 또는 진공밀폐하는 석영유리 또는 세라믹관의 근방에 생기는 용접비산물을 제거하는 집진기를 포함한다.
제 43 국면은 석영유리 및 세라믹 재료의 어느 하나에 의해 구성된 대상물에 레이저광을 조사하여 가열용융시켜 접합시키는 용융접합방법에 있어서,
대상물의 내압을 대상물의 분위기압인 제 1 기압보다 작은 제 2 기압으로 감압유지하는 내압제어 단계와,
감압유지된 대상물의 소정 부분에 레이저광을 조사하여 가열용융하는 가열용융 단계와,
대상물의 가열용융된 부분을 제 1 기압과 제 2 기압의 차압에 의해 수축용접하는 접합 단계를 구비한다.
상기한 바와 같이 제 43 국면에 있어서는 대상물에 균일하게 작용하는 외기압에 의해 가열용융부를 내부로 수축시켜 확실하게 접합할 수 있다.
제 44 국면은 제 43 국면에 있어서, 감압된 대상물을 제 1 기압을 갖는 불활성 분위기중에 유지하는 단계와,
레이저광을 대상물의 소정 부분을 향해 투과시키는 단계를 또한 구비하고, 가열용융된 부분이 불활성 분위기압에 의해 수축용접된다.
상기한 바와 같이, 제 44 국면에 있어서는 대상물을 정압으로 유지된 불활성 분위기 중에서 가열용융 및 수축 접합하기 때문에, 대상부의 산화에 의한 품질열화가 방지된다.
제 45 국면은 제 43 국면에 있어서, 대상물의 소정 부분과 가열용융기 사이에 레이저광을 차단하도록 설치된 서셉터의 제 1 면에서 레이저광을 수광하고 그 열에너지를 흡수하는 단계와,
서셉터의 제 1 면에서 흡수된 열에너지를 서셉터의 제 2 면에서 대상물의 소정 부분을 향해 방사하는 단계를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 45 국면에 있어서는 서셉터에 의해 레이저광의 에너지를 일단 흡수하여 열로서 대상부에 방사하는 것에 의해 대상물을 보다 균등하게 가열할 수 있다.
제 46 국면은 제 43 국면에 있어서, 대상물을 끼워 서로 대향하게 배치되는 대상물에 대해 대략 평행한 대향면을 가진 한쌍의 정형틀을 대상물에 대해 대략 수직인 방향으로 이동시키고, 가열용융된 부분을 한쌍의 대향면에서 끼워 압축정형하는 단계를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 46 국면에 있어서는 부압에 의해 수축 접합된 용융부를 또한 정형틀로 압축정형하는 것에 의해 보다 한층 확실하게 접합할 수 있다.
제 47 국면은 석영 유리 및 세라믹 재료의 어느 하나에 의해 구성된 대상물을 대상물의 소정 장소에 설치한 접합부재로 용접하는 용융접합방법에 있어서,
대상물의 내압을 그 분위기압인 제 1 기압보다 작은 제 2 기압으로 감압유지하는 내압제어 단계와,
접합부재에 레이저광을 조사하여 가열용융하는 가열용융 단계를 구비하고, 가열용융된 접합부재에 의해 대상물이 용접된다.
상기한 바와 같이, 제 47 국면에 있어서는 감압된 대상물을 레이저광의 조사에 의해 가열용융시켜 접합부재에 의해 소망하는 물체에 용접할 수 있다.
제 48 국면은 제 47 국면에 있어서, 대상물을 가열용융된 접합부재에 대해 누르는 누름 단계를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 48 국면에 있어서는 가열용융된 접합부재에 대상물을 누르는 것에 의해 접합부재 자체와 대상물을 충분히 밀착시켜 확실하게 접합할 수 있다.
제 49 국면은 제 47 국면에 있어서, 감압대상물을 제 1 기압을 가진 불활성 분위기 중에 유지하는 단계와,
레이저광을 접합부재를 향해 투과시키는 단계를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 49 국면에 있어서는 감압된 대상물에 대해 정압을 갖는 불활성 분위기 중에 유지한 상태에서 레이저광을 접합부재에 조사하는 것에 의해 접합부재를 산화 등에 의해 열화시키지 않고 가열용융할 수 있다.
제 50 국면은 제 49 국면에 있어서, 대상물을 가열용융된 접합부재에 대해 누르는 누름 단계를 또한 구비한다.
상기한 바와 같이, 제 50 국면에 있어서는 가열용융된 접합부재에 대상물을 누르는 것에 의해 접합부재 자체와 대상물을 충분히 밀착시켜 확실하게 접합할 수 있다.
본 발명을 보다 상세하게 상술하기 위해 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1에 나타낸 블록도를 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 용융접합장치에 대해 설명한다. 상기 도면에 있어서는 용융접합장치(WLP1) 내부에 용융접합 또는 기밀하게 밀폐밀봉된 석영 유리 재료 또는 세라믹 재료로 구성된 진공용기(3)가 설치되어 있는 예가 나타나 있다. 용융접합장치(WLP1)는 외기를 차단한 기밀한 글로브 박스(1)를 갖는다. 글로브 박스(1)에는 진공펌프(10)를 통해 질소가스 또는 희가스 등의 불활성 가스가 축적된 가스 봄베(11)가 기밀하게 접속되어 글로브 박스(1) 내에 불활성 가스가 소정의 압력으로 주입된다. 또, 글로브 박스(1)에는 조압밸브(28)가 설치되어 글로브 박스(1) 내의 압력(P2)은 외기압(P3)보다 다소 높은 범위(P3＜P2＜P3+△P＜P4)로 유지된다. 또, △P는 수㎝수압력이고, P4는 글로브 박스(1)의 내압력이다. 이와 같이 진공펌프(10), 가스 봄베(11) 및 조압밸브(28)로 글로브 박스 내압조정기구(GPR)를 형성한다.
글로브 박스(1)에는 불활성 가스를 정제하는 정제기(30)가 설치되어 있다. 분위기 가스 정제기(30)는 거두어들이는 파이프(Pi) 및 되돌리는 파이프(Pr)에 의해 글로브 박스(1) 내에 기밀하게 접속되어 있다. 분위기 가스 정제기(30)는 거두어들이는 파이프(Pi)를 통해 글로브 박스(1) 내의 분위기 가스를 거두어들이고, 수분 흡착제 등에 의해 거두어들인 분위기 가스에 포함되는 수분 등의 불순물을 제거한 후, 되돌리는 파이프(Pr)를 통해 글로브 박스(1) 내에 환류한다. 이것에 의해 글로브 박스(1) 내의 분위기 가스는 수분이 매우 적은 저로점(低露点) 상태로 유지된다. 이와 같이 분위기 가스 정제기(30), 거두어들이는 파이프(Pi), 되돌리는 파이프(Pr)에 의해 글로브 박스 분위기 정제기구(GAR)를 형성하고 있다.
글로브 박스(1)의 바깥쪽에는 레이저장치(2)가, 그 레이저광(L)의 광축이 내부에 설치된 진공용기(3)의 측면에 대해 대략 수직을 이루도록 설치되어 있다. 레이저 장치(2)로서는 통상 YAG레이저, 엑시머 레이저와 CO2레이저를 이용한다. 레이저장치(2)에서 방사된 레이저광선(L)이 집광렌즈(6)에 의해 진공용기(3)의 측면에 집광할 수 있도록, 레이저광(L)의 광축을 차단하게 레이저광창(5)이 글로브 박스(1)의 측면에 설치되어 있다. 또, 집광 렌즈(6) 및 레이저광창(5)의 구성재료로서는 레이저광(L)의 파장에 따라 레이저광(L)을 잘 투과하는 물질이 적절히 선택된다.
일례로서 YAG레이저 및 엑시머 레이저는 그 레이저파장이 1.06㎛근방이기 때문에, 레이저광창(5)의 재료로서는 석영 유리를 이용할 수 있다. 한편, CO2레이저는 그 파장이 10.6㎛이기 때문에, 거의 모든 물질이 광에너지를 흡수하기 때문에, 레이저광창(5)의 재료는 ZnSe(세렌화아연)와 Ge(게르마늄) 등에 한정된다. 한편, 진공용기(3)는 레이저광(L)을 잘 흡수하는 재료가 바람직하기 때문에, YAG레이저와 엑시머 레이저를 이용하는 경우는 레이저광(L)을 투과하는 석영유리재료가 아닌, 레이저광(L)을 흡수하는 세라믹 재료 또는 금속재료로 구성되지 않으면 안 되는 것은 말할 것도 없다. 또, CO2레이저인 경우는 ZnSe와 Ge 이외의 대부분의 재료로 구성할 수 있다. 그러나, 실제적으로는 집광렌즈(6)를 구성하는 ZnSe(세렌화아연)을 주성분으로 하는 재료가 레이저광창(5)의 재료로서 선택된다. Ge(게르마늄)도 레이저광창(5)의 재료로서 사용가능하지만, 독성이 강한데다가 가시광을 투과하지 않기 때문에 ZnSe재료가 바람직하다.
글로브 박스(1)의 레이저광창(5)의 반대측 위치에는 레이저광창(5)과 마찬가지로 레이저광(L)의 광축을 차단하도록 레이저흡수체(2d)가 설치되어 있다. 레이저흡수체(2d)에는 글로브 박스(1)의 외부에 설치된 냉각장치(도시하지 않음)가 접속되어 냉각되어 있다. 통상, 냉각장치는 내부에 배관된 동제의 냉각 파이프에 냉각수를 흐르게 하도록 구성된다. 또, 레이저 흡수체(2d)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 누설 레이저광(L')을 효과적으로 흡수하도록 삼각통 형상으로 구성된다.
레이저장치(2)로부터 출사한 레이저광(L)은 레이저광창(5)의 바로 앞에 설치된 집광렌즈(6)의 초점에 집광되고, 그 후 빔 직경은 넓어진다. 따라서, 집광렌즈(6)를 광축을 따라 이동시켜 디포커스하는 것에 의해 진공용기(3)를 용융시키기 위해 레이저광(L)을 조사하는 부분(4)의 크기를 임의로 조절할 수 있다.
또, 글로브 박스(1)는 외부에 설치된 진공펌프(20)와 진공배기관(7)을 통해 기밀하게 접속되어 있다. 글로브 박스(1)내에 설치된 진공용기(3)의 한쪽 단부는 이 진공배기관(7)과 기밀하게 접속되어 압력제어장치(21)에 의해 구동되는 진공펌프(20)에 의해 흡인된다. 진공용기(3)의 내부압력(P1)이 글로브 박스(1)의 내압(P2) 이하의 소정압까지 감압된 시점에서 압력제어장치(21)는 진공펌프(20)를 정지시킨다. 이와 같이 진공배기관(7), 진공펌프(20) 및 압력제어장치(21)는 진공용기의 감압기구(VPR)를 형성하고 있다.
상기한 바와 같이 준비된 용융접합장치(WLP1)에 있어서, 레이저장치(2)로부터 레이저광(L)을 진공용기(3)에 대해 조사하면, 조사부(4)는 순식간에 승온되어 용융점에 도달한다. 진공용기(3)의 내압(P1)은 글로브 박스(1)의 압력(P2)보다 작기 때문에, 레이저조사에 의한 용융부(4)의 주위로부터 중앙부를 향해 작용하는 압력(P2-P1)에 의해 용융부(4)가 수축(축소)한다. 이 결과, 용융부(4)는 중앙부에서 서로 접합하여 진공용기(3)의 단부를 기밀하게 밀봉한다. 이 경우, 도 1에 나타낸 바와 같이 진공용기(3)가 램프 등인 경우에는 그 내부에 삽입되어 있는 전극봉(8) 주위의 측벽을 용융시키면 전극을 기밀하게 밀봉할 수 있다.
레이저장치(2)로부터 조사된 레이저광(L)의 일부(L')는 진공용기(3)의 용융에 사용되지 않고, 레이저광창(5)의 반대측 글로브 박스(1)를 향해 누출된다. 이 누출된 레이저광(L')을 흡수체(2d)에 의해 열에너지로서 흡수하고, 그 열에너지를 냉각장치에서 글로브 박스(1)의 외부에 배출한다. 이와 같이 하여, 진공용기(3)의 용융접합에 사용되지 않은 여분의 레이저광(L')에 의한 글로브 박스(1) 자신의 손상을 방지할 수 있다.
도 2에 도 1에 나타낸 용융접합장치(WLP1)의 변형예에 대해 설명한다. 본 예에 있어서 용융접합장치(WLP1')는 도 1에 나타낸 용융접합장치(WLP1)와 대략 같은 구성을 갖지만, 진공용기(3)의 회전축을 따라 회전 자유롭게 협지되는 협지기(40) 및 협지기(40)를 회전시키는 회전모터(41)가 바람직하게는 글로브 박스(1) 내에 설치되어 있다. 레이저광(L)을 조사하여 진공용기(3)를 가열용융시킬 때에 레이저 조사부분(4)의 열분포를 균일화시키기 위해 진공용기(3)를 레이저광(L)의 광축에 대해 수직인 축을 따라 회전시킨다. 이와 같이 협지기(40) 및 회전모터(41)는 진공용기(3)의 회전기구(VR)를 형성하고 있다. 또, 간편화를 위해 글로브 박스 내압조정기구(GPR), 글로브 박스 분위기 정제기구(GAR) 및 진공용기 감압기구(VPR)는 도시되어 있지 않다.
이하에 도 3을 참조하여 상기한 용융접합장치(WLP1')에 있어서 진공배기관(7)과 글로브 박스(1)와의 기밀성 유지구조에 대해 설명한다. 진공배기관(7)의 주위와 글로브 박스(1)의 내부둘레부 사이에 설치된 슬라이딩 O-링(33)에 의해 진공배기관(7)과 글로브 박스(1)의 회전 슬라이딩부에서의 기밀성이 유지된다. 또, 진공배기관(7)의 회전을 돕기 위해 글로브 박스(1)의 내부둘레벽 하부에 설치된 암나사부(44)에 끼워맞춰지는 숫나사부(45)를 갖는 롤러 베어링(46)이 설치되어 있다. 또, 상기한 바와 같이, 글로브 박스 내압조정수단에 의해 불활성 가스의 도입 및 배기가 실행되고, 글로브 박스(1)의 내부는 소정압(P2)으로 유지된다. 또, 도 2에 나타낸 예에서는 용융접합장치(WLP1')는 진공용기(3)의 회전수단을 글로브 박스(1) 내에 설치하여 진공용기(3)를 회전시키도록 하고 있는데, 글로브 박스(1)의 외부에 설치되어 진공배기관(7)을 회전시키도록 구성해도 좋다.
(제 2 실시형태)
도 5에 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 용융접합장치를 나타낸다. 본 예에 있어서 용융접합장치(WLP2)는 도 1에 나타낸 용융접합장치(WLP1)와 같은 구조를 갖는다. 상기 도면에 있어서도 글로브 박스 내압조정기구(GPR) 및 글로브 박스 분위기 정제기구(GAR)는 간편화를 위해 도시되어 있지 않다. 단, 진공용기 감압기구(VPR) 대신에 서로 대향하는 척(C1 및 C2)을 갖는 양선반(50)이 글로브 박스(1) 내에 설치되어 있다. 척(C1 및 C2)은 각각 화살표(Dp)로 나타낸 서로 대향하는 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다. 또, 척(C1 및 C2)은 화살표(Dr)로 나타낸 바와 같이 Dp방향을 회전축으로 하여 그 주위방향으로 자유롭게 회전할 수 있기 때문에, 도 2에서 서술한 진공용기 회전기구(VR)와 같은 기능도 갖고 있다. 척(C1 및 C2)의 각각에는 접합물(3C1 및 3C2)이 그 사이에 접착재료인 중간 프릿(9)을 협지하여 부착된다.
이와 같이 구성된 용융접합장치(WLP2)에 있어서 제 1 실시형태에 있어서와 같이 회전 또는 정지한 접합물(3C1 및 3C2)과의 접합부에 레이저광(L)을 조사하여 중간 프릿(9)이 용융한 시점에서 척(C1 및 C2)을 Dp방향으로 서로 접근하도록 이동시키고, 접합물(3C1 및 3C2)을 서로 눌러서 용융한 중간 프릿(9)에 의해 용융접합시킨다.
이와 같이 본 실시형태에서는 양선반(50)에 의해 각각 별개의 접합물(3C1 및 3C2)을 용융한 중간프릿(9)에 누르는 것에 의해 서로 접합하기 때문에, 접합물(3C1 및 3C2)이 세라믹 재료와 같은 저열가소성 재료로 구성되어 있는 경우에 적합하다.
세라믹 재료끼리를 접합시킬 때, 중간 프릿(9)은 CaO-Al2O3, CaO-Al2O3-SiO2, MgO-Al2O3-SiO2등으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 중간 프릿(9)은 1000℃에서 1500℃정도로 용융할 수 있기 때문에, 레이저광(L)을 수광후 수초 후에 소정의 용융온도까지 승온된다. 상기한 바와 같이, 레이저광(L)의 파장을 적절하게 선택하는 것에 의해 종래와 같이 프릿(9) 내에 금속을 첨가하지 않아도, 중간 프릿(9) 단독으로만 레이저광(L)의 에너지를 흡수할 수 있기 때문에, 유전체 재료를 중간 프릿(9)으로서 이용할 수도 있다.
또, 접합물(3C1 및 3C2)로서 제 1 실시형태에서 이용한 석영 유리재료로 구성된 진공용기(3)를 이용하는 동시에, 중간 프릿(9)으로서 석영 유리를 이용하여 그러한 것을 용융접합할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
(제 3 실시형태)
도 6에 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 용융접합장치를 나타낸다. 본 예에 있어서 용융접합장치(WLP3)는 도 1에 나타낸 용융접합장치(WLP1)와 같은 구조를 갖는다. 상기 도면에 있어서도, 간편화를 위해 글로브 박스 내압조정기구(GPR), 글로브 박스 분위기 정제기구(GAP) 및 진공용기 감압기구(VPR)는 도시되어 있지 않다. 단, 진공용기(3)의 단부를 냉각하는 냉각장치(13)가 새롭게 설치되어 있다. 냉각장치(13)는 글로브 박스(1)의 외부에 설치된 냉풍, 냉각수 또는 액체질소 등의 냉매(RF)를 저장하는 냉매탱크(도시하지 않음)에 접속되어 상기 냉매(RF)를 유동시키는 냉각 파이프(13P)를 진공용기(3)의 단부 주위에 배관하여 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 용융접합장치(WLP3)에 있어서는 제 1 실시형태에 있어서와 같이, 회전 또는 정지한 진공용기(3)에 레이저광(L)을 조사하여 조사부(4)가 용융한 시점에서 진공용기(3)와 글로브 박스(1)의 내압차(P2-P1)에 의해 용융부(4)가 수축하여 밀폐밀봉된다. 이 경우, 진공용기(3)의 단부에 용융부(4)의 열이 전도되어도 냉각장치(13)에 의해 충분히 냉각되기 때문에, 진공용기(3)의 단부에 봉입된 수은 등의 고증기압 재료(14)를 증발시키지 않고, 진공용기(3)의 밀폐밀봉을 할 수 있다.
이하에 도 7을 참조하여 Xe(크세논)가스를 고압(대기압 이상의 압력)으로 봉입한 진공용기(3)를 밀폐밀봉하기 위한 용융접합방법 및 그 장치에 대해 이하에 설명한다. 상기 도면에 상기한 제 3 실시형태에 관련된 용융접합장치(WLP3)의 변형예를 나타낸다. 본 예에 있어서 용융접합장치(WLP3')는 냉각장치(13)에는 냉각 파이프(13P) 대신에 냉매를 저장하는 냉각 탱크(13T)가 진공용기(3)의 단부 주위를 덮도록 설치되어 있다. 이 냉각 탱크(13T)는 도입 포트(18)에 의해 외부에 설치된 밸브(19)를 통해 이것도 외부에 설치된 냉매 탱크(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 용융접합장치(WLP3')에 있어서 냉각 탱크(13T)에 냉매로서 액체질소를 저장하여 진공용기(3)의 단부를 액체질소에 침지시켜서 냉각하면서 회전 또는 정지한 진공용기(3)에 레이저광(L)을 조사하여 조사부(4)를 용융시켜 밀폐밀봉한다. 또, 크세논의 융점은 -111.9℃이고, 그 비점은 -108.1℃이다. 한편, 질소의 융점 -209.86℃이고, 그 비점은 -195.8℃이다. 그 때문에, 진공용기(3)의 단부는 냉각 탱크(13T)에 저장된 액체질소에 의해 -209.86℃로 냉각되기 때문에, 진공용기(3)의 단부에는 봉입된 크세논 가스가 액화 또는 고화되어 증기압을 거의 제로로 할 수 있다. 따라서, 석영유리관(3)내가 감압 상태가 되기 때문에 레이저광(L)에 의해 용융되면 석영유리(3)는 내측을 향해서 수축되어 기밀하게 밀폐 밀봉을 할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 액체 질소(RF)를 글로브박스(1) 외부에서 도입하여 냉각탱크(13T)에 충전한다. 그리고, 석영유리 등의 용융 샘플(3)로 증기압이 높은 물질(16)을 소유하고 있는 부분(15)을 담그도록 구성하는 대신에 직접 열을 가하고 싶은 부분에 액체 질소 등의 냉매(RF)를 분사하도록 노즐을 설치해도 좋다.
글로브박스(1)의 내부로의 도입 포트(18)는 통상은 밸브(19)로 외부공기와는 차단할 수 있도록 해둔다. 또, 도 1에 도시한 바와 같이 글로브박스(1)에는 설정된 압력으로 유지하기 위한 압력 조정 밸브(28)가 설치되어 있기 때문에 내부의 압력이 상승하는 일도 없다. 또, 글로브 박스(1)내는 수분을 가능한한 제거한 이슬점이 낮은 상태를 유지하고 있는데, 상술한 액체 질소(RF)를 흐르게 하는 것에 의해 외부공기와 글로브박스(1)내의 분위기가 접촉하지 않아 글로브 박스(1)내의 이슬점은 악화되지 않는다. 오히려 액체 질소 등은 극저온의 냉매(RF)이기 때문에 글로브박스(1)내의 수분이 고화하고, 글로브박스 분위기 정제 기구(GAR)에 의해 순환 정제에 의해 외부로 배출되어 글로브박스(1)내의 이슬점은 향상된다.
이상과 같은 레이저광을 이용한 용융 접합 방법 및 그 장치에 의해 기밀 밀폐를 실시하는 밀봉 공정을 취하면 수분의 혼입(混入)은 기본적으로 없어지고, 램프 등의 수명 특성은 대폭 개선된다.
(제 4 실시형태)
도 8에 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 용융 접합장치를 나타낸다. 본 예의 용융 접합 장치(WLP4)는 도 1에 도시한 장치(WLP1)와 동일한 구조를 갖는다. 본 실시형태에서 글로브박스(1)는 격벽(35)과 진공용 O링(39)에 의해 진공 배기부(34)와 본래의 글로브박스부(1’)로 기밀하게 구획되어 있다. 도 1에서는 간편화를 위해 도시하고 있지 않지만, 글로브박스내 압력 조정 기구(GPR) 및 글로브박스 분위기 정제기구(GAR)는 본래의 글로브박스(1’)에 접속되어 있다. 격벽(35)에는 가스 도입 포트(32)가 설치되고, 글로브 박스부(1’)에서 불활성 가스를 진공 배기부(34)내로 도입할 수 있다.
진공 배기부(34)에서는 집광렌즈(6)가 외부에 설치된 레이저장치(2)의 광축을 차단하도록 진공 배기부(34)의 글로브박스(1)의 측벽에 설치되어 있다. 레이저장치(2)에서 조사된 레이저광(L)을 반사하여 초점상에 맺히도록 집광렌즈(6)에서 내부를 향해서 반사경(37)이 레이저광(L)의 광축방향으로 뻗어 있다. 세라믹재료로 구성된 진공용기(3)가 그 밀봉부의 중간 프릿(9)이 집광렌즈(6)의 초점상에 대략 위치하도록 고정되어 있다. 또, 밀봉부는 진공 용기(3)의 단부에 세라믹 재료제의 덮개(3L)가 세라믹제의 중간 프릿(9)을 통하여 얹혀 있다.
또, 진공 배기부(34)는 배기밸브(43)를 통하여 진공 펌프(36)에 접속되고, 또 진공 배기부(34)의 내부압을 측정하는 진공계(38)가 설치되어 있다. 이와 같이 하여 배기밸브(43), 진공 배기부(34), 진공 펌프(36) 및 진공계(38)에 의해 상술한 진공 용기 감압 기구(VPR)가 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 용융 접합 장치(WLP4)에 있어서, 우선 배기밸브(43)를 개방하여 진공 펌프(36)를 구동하고, 진공 배기 부분(34)내의 가스를 진공 배기한다. 그 후, 배기밸브(43)를 닫고 가스 도입 포트(32)를 열어 글로브박스부(1’)내의 불활성가스를 진공계(38)로 가스압을 확인하면서 진공 배기부(34)내로 도입한다. 진공 배기부(34)내의 가스 압력이 소정압(P1)에 도달한 시점에서 진공 펌프(36)를 닫는다. 또, 본 예에서는 진공 배기부(34)에 글로브박스부(1’)내의 불활성 가스를 도입했는데 그것과 다른 가스를 도입할 필요가 있을 경우에는 글로브박스내 압력 조정 기구(GPR)에 해당하는 다른 가스의 공급원을 진공 배기부(34)에 접속하면 좋다.
다음으로, 레이저장치(2)에서 소정의 빔 폭으로 확대, 축소한 레이저광(L)을 집광렌즈(6)를 통하여 반사경(37)에 조사한다. 반사경(37)의 초점에 설치된 용융 부분은 균일하게 열에너지를 받은 밀봉 부분, 즉 중간 프릿(9)을 포함한 진공 용기(3) 및 세라믹 재료제의 덮개(3L)로 구성된 부분을 균일하게 용융하는 것이 가능해진다. 이 때 빈틈없이 밀폐 용착을 확실히 하기 위해 도 5에 도시한 선반(50)을 이용하여 진공용기(3)를 회전하면서 세라믹관(3)의 축방향으로 가압한다.
(제 5 실시형태)
도 9에 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 용융 접합 장치를 도시한다. 본 예의 용융 접합 장치(WLP5)는 도 1에 도시한 용융 접합 장치(WLP1)와 동일한 구성을 갖고 있고, 또 글로브박스(1)의 외부에 집진기(25a)를 저장하는 집진실(25)이 설치되어 있다. 집진실(25)에는 글로브박스(1)내에 기밀하게 접속되어 있는 흡기 파이프(22i)와 배기 파이프(22o)가 각각 접속되어 있다. 흡기 파이프(22i)는 그 단부가 글로브박스(1)내의 진공 용기(3)의 용융부(4)의 근방에 위치되어 있고, 배기파이프(22o)의 단부는 글로브박스(1)내의 임의의 장소에 위치되어 있다.
집진실(25)내의 흡기 파이프(22i)의 도중에 설치된 순환 펌프(23)에 의해 흡기 파이프(22i)는 용융부(4)의 근방의 분위기 가스를 흡인하여 집진기(25a)로 보낸다.
집진기(25a)안에 설치된 필터(24)에 의해 흡인된 분위기 가스에 포함되는 티끌이나 먼지 등의 물질은 제거되고, 배기파이프(22o)를 통하여 청정한 분위기 가스가 글로브박스(1)내로 복귀된다. 이와 같이 하여 석영유리 등의 피접합물(3)을 용융 온도 위치까지 가열해주면 실리카형상의 작은 분말이 증발물(Ev)로서 발생하여 글로브박스(1) 내부가 매우 더러워지거나 또는 증발물(Ev)에 의해 레이저광창(5)이 더러워진다. 그러나, 상기 구성에 의하면 진공용기(3)에 도달하는 레이저광(L)의 에너지가 감쇠되는 불합리함을 개선할 수 있다. 또, 집진실(25)은 글로브박스(1)와 격리되어 있기 때문에 글로브박스(1)를 공기중에 폭로하지 않고 필터(24)를 교환할 수 있다.
(제 6 실시형태)
도 10에 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 용융 접합장치를 도시한다. 본 예의 용융 접합장치(WLP6)는 도 1에 도시한 용융 접합장치(WLP1)와 동일한 구조를 갖고 있지만, 레이저광창(5) 및 집광렌즈(6) 대신에 가동식 집광렌즈(6M)가 설치되어 있고, 또 레이저 흡수체(2d)의 표면에 출력 모니터(26)가 또 설치되어 있다.
즉, 제 1 실시형태에서는 집광렌즈(6)는 글로브박스(1) 외부에 설치되어 있지만 글로브 박스(1)에 설치되어 있는 레이저광창(5)도 집광렌즈와 동일한 재료를 사용할 필요가 있다. 이 점을 감안하여 모터(27)에 의해 집광렌즈(6)를 레이저광(L)의 광축을 따라서 DL방향으로 글로브박스(1)에 대해 기밀하게 움직이도록 구성하고, 또 창재료(5)로서도 겸용으로 한 것이 가동식 집광렌즈(6M)이다. 또, 레이저 입사한 반대측 레이저 흡수체(2d)상에 출력 모니터(26)를 설치하여 누설 레이저광(L’)의 출력을 모니터한 모니터 신호를 레이저 입력 전원(2b) 또는 가동식 집광렌즈(6M)의 구동모터(27)에 피드백하여 안정된 용융 조건으로 대상물(3)의 가열이 가능해져 수율도 향상된다.
이상 설명한 바와 같이, 레이저장치(2)의 투입 파워, 조사시간 또는 집광렌즈(6)의 위치를 조정하는 것에 의해 수초라는 단시간에 진공용기(3)의 용융 접합 및 기밀한 밀폐 밀봉이 가능하다. 따라서, 희가스나 질소가스라는 불활성 분위기의 글로브박스(1) 내부에서 가열 용착 작업을 실시하기 때문에 증기압이 높은 메탈할라이드를 석영유리관(3)내로의 밀폐 밀봉이나 산화를 극단적으로 꺼리는 재료 등을 석영유리관(3)내로 밀폐 밀봉을 용이하게 할 수 있게 된다.
진공 용기(3)로서 석영유리나 세라믹 등의 고융점의 유전체 재료의 접합에 대해서 설명했지만 산화를 꺼리는 금속(예를 들면 Mo, W등)의 접합에도 유용한 것은 물론이다. 또, 산화를 방지하기 위해 불활성 가스 분위기중뿐만 아니라 진공중에서도 동일하게 용융 접합할 수 있다.
또, 집광렌즈(6M)의 초점 위치를 움직여 레이저광(L)을 디포커스하여 조사부분의 크기를 조정하는 것에 의해 여러가지 크기의 용융 대상부를 용융하는 것이 가능하다. 또, 레이저광(L)의 집광성이 좋기 때문에 용융 대상물의 레이저광(L)이 조사된 부분의 좁은 영역에서 온도 기울기를 두게 할 수 있다. 따라서, 금속 또는 유전체의 구별없이 용접 부분만을 국부적으로 가열할 수 있고, 용융시키고 싶지 않은 부분으로의 열적 영향을 최대한 억제할 수 있다.
또, 전기로와 달리 레이저광 조사로는 순식간에 고온을 얻을 수 있기 때문에 용융 부분 이외로의 열적 손상을 최소로 할 수 있다. 또, 글로브박스(1)내의 불활성 분위기의 온도 조정도 주의할 필요도 없다. 또, 광에너지를 공급하는 레이저장치 본체를 글로브박스 밖에 설치하고 있기 때문에 글로브박스 자체의 개선의 필요성도 감소시킬 수 있다.
(제 7 실시형태)
이하에, 도 11를 참조하여 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 용융 접합 장치에 대해서 설명한다. 용융 접합 장치(WLP7)에 있어서, 레이저장치(2)는 그 레이저광(L)의 광축이 석영유리관(201)의 길이방향(Dv)에 대해 대략 수직으로 설치된다. 도 11에 도시한 바와 같이, 석영유리관(201)은 그 길이방향(Dv)에 대해 거의 대칭인 형상을 이루고 있다. 석영유리관(201)은 또 그 중앙부에서 길이방향(Dv)에 대해 수직인 평면에 대해서도 거의 대칭인 형상을 갖고 있다. 그리고, 석영유리관(201)은 그 중앙의 구형상의 밸브부(212)내에 2개의 방전 전극(203a, 203b)이 이미 알려진 방법에 의해 길이방향(Dv)을 따라서 서로 대향하여 유지되어 있다.
석영유리관(201)은 밸브부(212)에 의해 그 길이방향(Dv)에 관해 제 1 전극부(208a)와 제 2 전극부(208b)로 구별된다. 제 1 전극부(208a)내에서는 진공 밀폐용 Mo(몰리브덴)박(204a)이 방전 전극(203a)에 접속되고, 외부 전극 접속용 단자(205a)가 Mo박(204a)에 접속되어 있다. 이와 마찬가지로 제 2 전극부(208b)에는 방전전극(203b)에 진공 밀폐용 Mo(몰리브덴)박(204b)이 접속되고, 외부 전극 접속용 단자(205b)가 Mo박(204b)에 접속되어 있다.
또, 도 11에서 제 1 전극부(208a)는 이미 진공 밀폐 밀봉이 실행되어 있고, 개방 단부측의 제 2 전극부(208b)를 밀봉하는 경우의 예를 나타내고 있다. 그러나, 이하에 설명하는 방법으로 제 1 전극부(208a) 및 제 2 전극부(208b)의 양 단이 개방되어 있는 경우에도 본 발명은 마찬가지로 유효하다.
또, 상술한 바와 같이 각 구성 요소에 관해 전극부(208)이면 제 1 전극부(208a) 및 제 2 전극부(208b)와 같이 전극부를 나타내는 부호(208)에 제 1 또는 제 2 전극부인지를 각각 식별하는 접미사 a 또는 b를 붙여 구별하고 있다. 또, 제 1 전극부(208a) 및 제 2 전극부(208b)의 각각에 속하는 방전전극(203), Mo박(204) 및 외부 전극 접속용 단자(205)에 관해서도 접미사 a 또는 b를 붙여 각각이 제 1 전극부(208a)에 속하는 것인지 제 2 전극부(208b)에 속하는 것인지를 식별하고 있다.
그러나, 특별히 구별할 필요가 없을 경우에는 이후에 접미사를 붙이지 않고, 예를 들면 단지 208 203, 204 및 205로만 나타내기로 한다. 이들 이외에 본 명세서에서, 접미사를 붙여 식별되는 상술 및 후술의 각 요소에 있어서, 마찬가지로 접미사를 붙이지 않고 표현되어 있을 때는 생략된 접미사에 의한 각각의 구별을 하지 않는 것을 나타내는 것으로 한다.
용융 접합장치(WLP7)는 석영유리관(201)의 개방 단부에 기밀하게 접속되는 진공 배기관(206)을 포함한다. 진공 배기관(206)에는 희가스를 모은 가스 봄베(301)가 개폐밸브(305)를 통하여 접속되고, 진공펌프(303)가 개폐밸브(306)를 통하여 접속되며, 그리고, 압력 조정 밸브(308)가 접속되어 있다. 이와 같이 진공 배기관(206), 가스 봄베(301), 진공 펌프(303), 개폐밸브(305), 개폐밸브(306) 및 압력 조정 밸브(308)에 의해 도 1에 도시한 감압기구(VPR)에 유사한 감압기구(VPR’)가 구성되어 있다.
용융 접합 장치(WLP7)에는 또 석영유리관(201)의 레이저광(L)이 조사되어 있는 조사부(207)의 온도를 계측하는 광온도계(250)가 설치되어 있다. 광온도계(205)는 계측한 온도를 나타내는 온도신호(St)를 생성하여 레이저 장치(2)에 피드백한다. 레이저장치(2)는 온도신호(St)에 기초하여 석영유리관(201)의 조사부(207)가 소정 온도(Tp)에 도달하기까지 레이저광(L)을 조사하여 가열한다.
이하에, 용융 접합장치(WLP7)의 석영유리관(201)의 밀봉 동작에 대해서 설명한다. 우선, 석영유리관(201)의 제 2 전극부(208b)의 개방단을 감압기구(VPR’)의 진공 배기관(206)에 기밀하게 접속한다.
다음으로, 개폐밸브(306)를 개방하고, 또 진공펌프(303)를 가동시켜 감압기구(VPR’)의 내압(P5)을 외기압(P3) 보다 낮은 제 1 소정압(P5a)에 도달한 시점에서 개폐밸브(306)를 닫아 진공펌프(303)를 정지한다. 또, 진공 배기관(206)에서 기밀하게 감압기구(VPR’)에 접속되어 있는 석영유리관(201)의 내압도 P5인 것은 물론이다.
다음으로, 개폐밸브(305)를 개방하고, 또 가스봄베(301)를 개방하여 감압기구(VPR’)내에 희가스를 주입하여 감압기구(VPR’)의 내압(P5)이 외기압(P3)보다 낮은 제 2 소정압(P5b)에 도달한 시점에서 개폐밸브(305)를 닫는다. 또, 감압기구(VPR’)의 내압(P5)은 압력 조정 밸브(308)에 의해 모니터하고, 그 모니터 결과에 기초하여 가스봄베(301), 진공펌프(303), 개폐밸브(305) 및 개폐밸브(306)를 제어하는 것에 의해 각각 제 1 소정압(P5a) 및 제 2 소정압(P5b)(P5a〈P5b〈P5)으로 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이 제 2 소정압(P5b)으로 희가스가 주입된 석영유리관(201)의 제 2 전극부(208b)를 밀봉하기 위해 레이저장치(2)를 길이방향(Dv)으로 운동시켜 조사부(207)에 레이저광(L)을 조사하고, 또 조사부의 가열 온도를 광온도계(250)로 모니터한다. 그리고, 석영유리관(201)이 용융하는 소정 온도(Tp)까지 조사부(207)가 가열된다. 또, 레이저장치(2)를 길이방향(Dv)으로 운동시키는 대신에 석영유리관(201)을 운동시켜도 좋다.
조사부(207)가 용융 온도(Tp)에 도달하면 석영유리관(201)의 내압(P5)은 가열에 의해 제 2 소정압(P5b) 보다 높은 압력(P5b’)이 되지만, 그래도 외기압(P3)에 비해 대폭 감압되어 있다. 그때문에 조사부(207)가 레이저의 열로 용융하여 연화되면 대기압(P3)과의 차압(P3-P5b’)에 의해 석영유리관(201)의 조사부(207)를 구성하는 벽부는 내측으로 수축되어 서로 눌려진다. 그리고, 시간의 경과와 함께 용융한 조사부(207)의 벽부는 서로 용융 접합되어 그 사이에 방전전극(203b), Mo박(204b) 및 외부 전극 접속용 단자(205b)를 끼워 넣은 상태로 석영유리관(201)이 진공 밀폐 밀봉된다.
석영유리를 용융하는 경우, 레이저장치(202)는 파장이 10.6㎛인 CO2레이저가 적합하다. 즉, 10.6㎛파장의 레이이저이면 석영유리로도 에너지를 흡수할 수 있고, 1cc의 석영유리를 용융하는데 300W의 CO2레이저를 수초에서 1분정도 조사하면 충분하다. 또, 통상의 소다 유리, 붕규산 유리이면, 파장 808nm, 915nm 등의 고출력(500W이하) 반도체 레이저등 소형의 것을 이용하면 시스템을 더욱 간략화할 수 있다.
도 12를 참조하여 용융 접합 장치(WLP7)의 변형예에 대해서 설명한다. 용융 접합 장치(WLP7’)에서는 석영유리관(201)과 레이저장치(202)를 길이방향(Dv)으로 상대적으로 이동시키면서 레이저광(L)을 조사하고 있다. 그러나, 석영유리관(201)의 조사부(207)를 균일하게 용융시키기 위해서는 유리관을 길이방향(Dv)을 따라서 Dr방향으로 회전시키면서 레이저광(L)을 조사하면 직경방향에 관해 균일하게 가열할 수 있고, 형상을 정밀도 좋게 밀봉할 수 있다. 이 목적을 위해 본 변형예에 따른 용융 접합장치(WLP7’)는 감압기구(VPR’)(시인성을 위해 도시하지 않음)의 진공 배기관(206)의 개방 단부측 내부에 슬라이딩 O링(210)을 통하여 편선반(209)을 기밀하게 접속하고 있다. 석영유리관(201)의 개방단이 진공 배기관(206) 대신에 편선반(209)에 기밀하게 접속된다.
이와 같이, 석영유리관(201)을 편선반(209)에 의해 Dr방향으로 회전시키면서 레이저광(L)을 조사부(207)에 조사하는 것 이외에는 용융 접합 장치(WLP7’)의 동작은 상술한 용융 접합 장치(WLP7)의 동작과 동일하기 때문에 설명은 생략한다.
단, 레이저광(L)의 조사폭은 유리관(201)의 직경 보다 넓게 하고, 가능한한 균일하게 조사할 수 있도록 한다. 회전수는 너무 늦으면 균일화의 정도가 나빠지지만 너무 빠르면 유리관이 비틀어져 버리기 때문에 유리관의 중량에 따라서 적절한 회전 조건을 설정할 필요가 있다.
본 예에서는 편선반(209)을 사용하여 석영유리관(201)을 회전시키고 있지만 양 선반을 사용해도 기본적으로 문제는 없다. 또, 진공 배기하면서의 예를 나타내고 있는데, 제 2 전극부(208b)를 미리 가밀봉하고, 유리관내를 감압 상태로 한 상태에서 본 밀봉의 레이저 용융의 공정에 들어가 제 2 전극의 Mo박 부분(204b)을 밀봉해도 좋다.
다음으로, 도 13 및 도 14를 참조하여 석영유리관(201)의 외형을 가지런히 하거나 Mo박(204)과 석영유리관(201)의 밀봉 밀착력을 강하게 하기 위해 레이저광(L)으로 조사부(207)를 용융시킨 후에 정형틀으로 용융부를 가압 정형하는 실시예에 대해서 설명한다.
도 13에 동일 예의 용융접합장치(WLP7a)의 측면도를 나타낸다. 또, 용융접합장치(WLP7a)는 도 11 및 도 12에 도시한 용융 접합 장치(WLP7) 및 용융 접합 장치(WLP’)에 한쌍의 정형틀(211, 211’)을 포함하는 정형장치(도시하지 않음)가 새롭게 설치된 구성을 갖고 있다. 그러므로 시인성을 위해 도 13에는 감압기구(LPR’) 및 광고온계(250)가 생략되어 있다. 또, 작도상의 이유에 의해 레이저장치(2)가 석영유리관(201)에 대해 경사방향으로 설치되어 있도록 나타내어져 있지만 레이저장치(2)는 석영유리관(201)의 길이방향(Dv)에 대해 대략 수직으로 설치되어 있다.
도 14에 도 13에 그 측면을 도시한 용융접합장치(WLP7a)의 평면도를 나타낸다. Mo박(204)이 한쌍의 정형틀(211, 211’)의 누름면에 대해 대략 평행해지도록 석영유리관(201)은 설치된다. 그때문에 레이저광(L)이 정형틀(211, 211’)로 차단되는 일은 없기 때문에 레이저광(L)의 반사만을 주의하면 된다. 그것을 위해서는 예를 들면 압접 공정에 들어갔을 때 레이저광(L)의 조사를 정지하고, 정형틀(211, 211’)등으로 레이저광(L)이 반사되어 작업자등에게 영향을 미치지 않도록 하면 된다.
통상, 석영유리로 형성되는 방전램프나 할로겐 램프의 전극(203)은 Mo박(204)과 석영유리관(201)의 압착 용접에 의해 진공 밀폐 밀봉된다. 금속(방전전극(203) 및 외부 접속용 단자(205))의 열팽창계수는 석영(석영유리관(201))의 열팽창계수에 비해 현저하게 크다. 그때문에 완성된 램프가 사용시에 고온이 되면 열팽창이 작은 석영유리관(201)으로 고정되어 있는 열팽창이 큰 방전전극(203a, 203b)은 서로 상대측을 향해서 신장되기 때문에 이 신장을 얇은 Mo박(204)의 소성 변형을 이용하여 완화시키고 있다. 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 레이저광(L)을 한 방향으로 조사하고, 압접하기 위한 정형틀(211, 211’)을 석영유리관(201)의 양측에 설치한다. 또, 한쌍의 정형틀(211, 211’)은 서로를 향해 Dc방향으로 이동하여 사이에 설치된 석영유리관(201)의 전극부(208)의 밀봉부(조사부(207))를 서로 눌러 압접한다.
종래의 가스 버너를 사용하는 경우는 용융하기 위한 버너 헤드를 용융 부분 근방에 설치할 필요가 있기 때문에 압접의 공정에 들어갈 때, 버너를 일단 이동시킬 필요가 있었다. 그러나, 본 실시예와 같이 레이저광(L)을 사용하면 열원 부분인 레이저장치(2)를 석영유리관(201) 근방에서 이동시킬 필요가 없기 때문에 용이하게 압접 공정을 이행할 수 있다. 따라서, 가동 부분의 시스템을 간략히 할 수 있다.
(제 8 실시형태)
도 15를 참조하여 본 발명의 제 8 실시예에 따른 용융 접합장치에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 용융 접합 장치(WLP8)는 세라믹의 용접 또는 진공 밀폐 밀봉에 적합하다. 용융 접합 장치(WLP8)는 상술한 감압기구(VPR’)(시인성을 위해 도시하지 않음)에 기밀하게 접속된 진공용기(214)를 포함한다. 진공용기(214)에는 레이저광창(218)이 설치되고, 진공용기(214)의 외부에 설치된 레이저장치(2)에서 조사되며, 집광렌즈(6)로 집광된 레이저광(L)이 레이저광창(218)을 통하여 내부에 설치된 용융물에 조사되도록 구성되어 있다.
방전전극(203)을 준비한 세라믹관(213)과 서멧부품(216)사이의 밀봉부에는 미리 접착용 용융 프릿(215)을 삽입한 상태에서 레이저 광원(218)을 통과한 레이저광(L)이 밀봉부를 비추는 위치에 세라믹관(213) 및 서멧부품(216)을 진공용기(214)내에 설치한다. 또, 밀봉 부분의 외측에는 그 외부둘레에 걸쳐 뻗어나는 고리형상의 서셉터(217)가 설치되어 있다.
또, 용융 프릿(215)의 양 측에서 세라믹관(213)의 길이방향(Dv)에 평행한 방향(Dc)으로 이동하는 압접기(219)가 설치되어 있다. 서셉터(217)는 밀봉부의 외부둘레부에 설치되어 밀봉부를 향해서 조사된 레이저광(L)을 그 외부둘레부에서 수광하여 그 열에너지를 흡수한 후, 그 내부둘레부에서 밀봉부를 향해서 방사하는 것에 의해 레이저광(L)의 열 이용 효율을 높이는 것이다.
서셉터(217)는 철강이나 스텐레스강으로 구성해도 좋다. 또, 2000℃ 근방까지 승온시키는데는 C(탄소)나 SiC(탄화규소)로 구성해도 좋다. 기본적으로는 산화를 방지하기 위해 진공 분위기나 희가스 분위기에서 작업을 하게 된다.
이와 같은 상태로 세라믹관(213) 및 서멧 부품(216)을 설치하여 준비한 후에 이하에 설명하는 공정으로 진공 밀폐 밀봉 작업을 실행한다.
공정 1. 세라믹관(213) 등의 부품을 진공용기(214)에 설치한 상태로 우선 진공 배기한다.
공정 2. 다음으로, 진공 용기(214)내에 소정 압력이 되도록 희가스등을 충전한다. 이때, 적어도 세라믹관(213)내는 대기압(P3) 보다 감압 상태(내압 P5)로 해 둔다. 상온에서 대기압(P3) 이상이 되는 경우나 가열 상태로 대기압(P3)이상이 되는 경우는 냉각 트랩(도시하지 않음)을 설치하여 진공용기(214)내의 가스 등을 냉각하여 그 체적을 감축시켜 반드시 대기압(P3)에 대해 감압 상태로 해둔다.
공정 3. 상술한 상태로 진공 용기(214)에 설치한 창(218)을 통하여 레이저광(L)을 서셉터(217)에 조사하고, 열을 흡수시켜 서셉터(217)를 가열하고, 복사열로 서셉터(217)의 내부 둘레측에 위치하는 용융 프릿(215)을 용융시킨다. 통상, 용융 프릿(215)은 500∼600℃ 정도에서 용융되기 때문에 용융시키는데 1500∼2000℃의 고온으로까지 승온시키지 않으면 안되는 석영유리나 세라믹 자체를 용융 접합시키는 경우에 비해 용융 프릿(215)을 용융하여 세라믹관(213) 및 서멧 부품(216)을 서로 접합시키는 쪽이 효율적인 것은 물론이다.
공정 4. 상술한 상태로 서멧 부품(216)과 세라믹관(213)을 양측에서 압접기(219)로 압접한다.
상기와 같은 과정에 의해 세라믹관에 전극 등이 삽입된 상태에서의 진공 밀폐 밀봉을 실현할 수 있다. 레이저의 열 흡수용 서셉터(217)로 용융 부분을 규정하고 있기 때문에 소정의 위치만 효율적으로 용융, 가열하는 것이 가능해진다.
또, 공정 2에 있어서, 냉각 트랩을 사용하는 것에 의해 세라믹관(213)내에 증기압이 높은 물질, 예를 들면 수은, 금속할라이드 등, 램프에 필요한 화학물질을 넣어 밀봉하는 것이 가능해진다.
이 경우 레이저 광원으로서 YAG레이저, 엑시머레이저 또는 반도체레이저를 사용하면 좋다. 또, 이 레이저광창(218)의 재료는 석영유리를 사용하면 좋다. 더 균일하게 가열하기 위해 세라믹관(213)을 회전시켜도 좋고, 서셉터(217)를 회전시켜도 좋다.
서셉터(217)로서 열전도율이 높은 재료를 사용하면 균열성도 향상된다. 카본이나 텅스텐은 유리 재료에 비해 약 10∼100배의 전도율을 갖고 있다. 또, SiC를 사용하면 카본에 비교하여 승화를 억제할 수 있고, 가열 온도를 고온까지 올리는 것이 가능해진다. 또 1000℃ 이하의 저온 가열용으로는 스텐레스강이나 철강 등을 이용하면 좋다.
또, 균열성을 향상시키는데 서셉터(217)의 두께를 두껍게 하여 열 용량을 크게 하면 좋고, 경우에 따라서는 서셉터(217)의 주변에 알루미나 등의 보온재료를 구비하면 그 보온성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또 서셉터의 형상을 변하게 하면 용융 부분에 대해 원하는 온도 분포를 갖도록 설계할 수 있기 때문에 용융하고 싶은 부분의 형상에 맞춘 열 설계가 가능해진다.
도 16에 세라믹관(213)을 밀봉하는 다른 방법으로서 도 15를 참조하여 설명한 용융 접합 장치(WLP8)의 변형예에 대해서 설명한다. 이 방법으로는 도 16에 도시한 바와 같이 세라믹관(213)에 직접 배기관(220)을 설치한다. 그리고, 용융 접합 장치(WLP8)에서는 진공장치(214) 전체를 배기하여 전체에 가스를 채우고 있다. 그러나, 본 변형예에 따른 용융 접합 장치(WLP8’)에서는 상술한 용융 접합 장치(WLP7) 및 용융 접합 장치(WLP7’)에 있어서, 석영유리관(201)에 대해 실시된 것과 동일한 과정으로 진공 밀폐 밀봉한다. 세라믹 램프 등을 제조하는 경우는 미리 방전전극(203)을 소결해둔다.
도 16에 도시한 바와 같이, 세라믹 배기관(220)에 접속된 진공 배기관(206)을 통하여 감압기구(VPR’)(도시하지 않음)에 의해 세라믹관(213)내를 배기하고, 버퍼 가스등 화학재료를 넣어 밀봉한 후, 프릿(215) 또는 세라믹 등의 밀폐 부품(221)을 배기구(222)에 설치한다. 이 상태로는 세라믹관(213)은 진공 밀폐 밀봉되어 있지 않기 때문에 용융하기 위해 레이저광(L)으로 밀봉 부분을 조사 용융하고 굳히는 것에 의해 진공 밀폐를 완성시킨다.
이 방법을 사용하면 도 15에 도시한 진공 용기(214)를 필요로 하지 않고, 석영유리관의 밀봉과 같은 방법을 채용하여 세라믹관(213) 자체를 배기장치로 이용하고 있기 때문에 대기압(P3)과 세라믹관(213)의 내압(P5)의 차압으로 진공 밀폐할 수 있다. 또, 세라믹 재료만으로 밀봉해두면 램프의 봉입(封入) 재료와 램프 구성물질과 반응하는 것이 적기 때문에 장수명의 램프의 제작이 가능해진다.
(제 9 실시형태)
도 17를 참조하여 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 용융 접합 장치에 대해서 설명한다. 상술한 제 7 및 제 8 실시형태에 따른 용융 접합장치(WLP7, WLP7’, WLP7a, WLP8, WLP8’)에서는 한방향의 레이저 조사를 기본으로 하고 있다. 그러나, 밀봉 부분을 조사 용융하는 경우, 가능한한 균열 조사가 바람직하다. 그 목적을 실현하기 위해 본 예에 따른 용융 접합 장치(WLP9)는 복수개의 레이저 광원을 이용하여 대상물(224)인 세라믹 또는 석영유리를 둘레방향으로부터 레이저광을 조사하여 용융 접합하는 장치이다.
용융 접합 장치(WLP9)는 각각 4개 레이저장치(2a, 2b, 2c, 2d)와 각각에 대응하는 집광렌즈(6a, 6b, 6c, 6d)로 이루어진 4개의 레이저광원으로부터 4개의 레이저광(La, Lb, Lc, Ld)이 대상물(224)에 조사된다. 또, 이 용융접합장치(WLP9)에 있어서도 도 11∼도 16에 도시한 용융 접합 장치(WLP7∼WLP8)와 마찬가지로 감압기구(VPR’)나 광고온계(250)를 조합하여 구성할 수 있는 것은 물론이다.
이 장치를 이용하면 대상물을 균열 가열할 수 있을 뿐만 아니라 각각의 레이저 자체의 전력을 낮추는 것이 가능해지며, 소형의 레이저 장치를 사용할 수 있다. 즉, 레이저 장치는 전력이 커지면 발진관의 길이가 점점 길어져 장치 자체가 대형화되어 버린다. 그것에 비교하여 전력이 작아지면 그 만큼 레이저 장치도 작게 할 수 있다. 비용적으로도 소형의 레이저를 복수 사용하는 쪽이 유리하다. 도 18에 도 17에 도시한 용융 접합 장치(WLP9)의 변형예로서 1개의 레이저장치(2)의 출력을 광섬유(225)를 이용하여 분기하여 대상물의 주변에서 조사하는 용융 접합 장치(WLP9’)를 나타낸다. 광로 길이가 길면 출력도 떨어지기 때문에 조사가 먼 부분의 섬유는 굵고, 가까운 부분의 조사에는 가는 섬유를 사용할 수 있을 만큼 균일 출력이 되도록 조정을 할 필요가 있다.
(제 10 실시형태)
도 19를 참조하여 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 용융접합장치에 대해서 설명한다. 본 예에 따른 용융 접합 장치(WLP10)는 도 11 또는 도 12에 도시한 용융 접합 장치(WLP7, WLP7’)의 석영유리관(201)의 제 2 전극부(208b)의 주위에 반사경(225)을 설치한 경우와 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
반사경(225)은 바람직하게는 적분구로 성형되어 있고, 또 그 내부에 석영유리관(201)을 삽입하는 구멍(226)과, 레이저광(L)을 입사하는 구멍(227)을 설치한다. 석영유리관(201)을 삽입 구멍(226)에 설치하고, 조사구멍(227)으로 레이저를 조사하면 레이저광은 적분구인 반사경(225)의 내부에서 반사되어 용접 또는 밀봉 부분이 균일하게 가열된다.
반사경(225)을 적분구 형상으로 했지만 조사부분을 정밀도 좋게 조사할 수 있으면 어떤 형상이라도 좋다. 또, 석영유리를 용융시키면 실리카가 증발하기 때문에 반사경의 삽입구멍(226) 근방에 작은 배기 노즐을 준비하고, 그곳에서 배기하면 더스트의 걱정도 없다. 집광성에 문제가 없으면 반사경(225)의 어느곳에 구멍을 뚫어 더스트 배기를 하면 좋다. 또, 복수의 레이저를 사용하거나 섬유와 조합할 때는 입사용에 구멍(227)의 수를 늘리면 좋다. 이와 같이 샘플이 반사경으로 덮여 있기 때문에 레이저광이 돌아가서 들어가는 미광으로 작업자 등에게 악영향을 끼치는 일이 거의 없어진다.
또, 반사경이 가열되어 손상되는 것을 방지하기 위해 반사경의 외측을 바람 또는 물을 통하여 냉각하면 좋다. 또, 용융 대상물중에 증발하기 쉬운 물질을 넣어 밀봉하는 경우 등은 그 물질을 반사경(225) 외부에 배치하면 물질이 증발하지 않고 용접 밀봉할 수 있다.
이상과 같이, 레이저광(L)을 사용하여 석영유리, 세라믹 등을 용접이나 진공 밀폐 밀봉하면 종래보다 정밀도 좋게 용접 가공이 가능해진다. 특히, 용융 대상물중에 증발하기 쉬운 화학물질을 넣어 밀봉하는 경우는 특히 정밀도 좋게 밀봉할 수 있다. 특히 용융 대상물의 소형화가 진행되고 있는 경우는 필요 이외의 장소에 악영향을 주지 않고 용접하는 것이 가능해진다. 또, 용융 부분을 정형하는 경우는 장치의 배치의 관계가 간략화되기 때문에 공정의 안정성, 관리성 등도 향상된다.
이상과 같이, 본 발명은 유리 재료나 세라믹 재료와 같은 고융점을 갖는 재료를 용융시키고, 그 용융점 재료끼리 또는 금속 등의 다른 재료와 용접하거나 진공 밀폐 밀봉을 실시할 때 유효하게 이용할 수 있다.

Claims (50)

  1. 석영유리 및 세라믹재료중 어느 하나에 의해 구성된 대상물에 레이저광을 조사하여 가열 용융시켜 서로 접합시키는 용융 접합장치에 있어서,
    상기 대상물의 내압을 해당 대상물의 분위기압인 제 1 기압 보다 작은 제 2 기압으로 감압 유지하는 내압 제어 수단, 및
    상기 감압 유지된 대상물의 소정 부분에 상기 레이저광을 조사하여 가열 용융하는 가열 용융 수단을 구비하고,
    상기 대상물의 가열 용융된 부분이 상기 제 1 기압과 상기 제 2 기압의 차압에 의해 수축 용접되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감압된 대상물을 상기 제 1 기압을 갖는 불활성 분위기중에 유지하고, 또 상기 레이저광을 해당 대상물의 소정 부분을 향해서 투과시키는 불활성 분위기수단을 또한 구비하며, 상기 가열 용융된 부분이 해당 불활성 분위기압에 의해 수축 용접되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저광은 상기 불활성 분위기수단의 외부에서 상기 대상물을 향해서 조사되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 불활성 분위기 수단은 상기 레이저광을 투과시키는 레이저광 투과부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 레이저광이 YAG레이저 및 엑시머레이저중 어느 하나인 경우에는 상기 레이저광 투과부는 석영유리를 주성분으로 하는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 레이저광이 CO2레이저인 경우는 상기 레이저광 투과부는 ZnSe를 주성분으로 하는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 레이저광 투과수단은 상기 레이저광을 상기 대상물에 대해 집광하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 불활성 분위기는 희가스 및 질소가스로 이루어진 불활성가스 그룹에서 선택되는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 불활성 분위기 수단은,
    상기 불활성 가스를 흡인하여 거둬들이는 흡인수단;
    상기 흡인된 불활성가스에서 불순물을 제거하여 정제하는 정제수단; 및
    상기 정제된 불활성가스를 상기 불활성 분위기 수단으로 되돌리는 환류수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 정제수단은 상기 불활성 분위기수단의 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 불활성 분위기수단의 외부 분위기압은 상기 제 2 기압 보다 크고, 상기 제 1 기압 보다 작은 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 기압은 상기 외부 분위기압 보다 수mm 수주압만큼 큰 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상물의 소정 부분과 상기 가열 용융 수단 사이에 상기 레이저광을 차단하도록 설치된 서셉터를 또한 구비하며, 해당 레이저광이 해당 서셉터의 제 1 면에서 수광 흡수된 열에너지가 해당 서셉터의 제 2 면에서 해당 대상물의 소정 부분을 향해서 방사되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 서셉터는 상기 대상물을 그 내부에 포함하는 고리형상이며, 외부둘레에서 받은 상기 레이저광의 열에너지를 내부둘레에서 상기 대상물의 소정 부분을 향해 방사하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 서셉터는 상기 대상물에 대해 자전되어, 상기 레이저 광선에 의해 보다 균일하게 가열되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상물을 부분적으로 냉각하는 냉각수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 냉각수단은 냉풍, 냉수 및 액체 질소등중 어느 하나의 냉매를 저장하는 냉매수단, 및
    해당 냉매수단에서 냉매를 도입하여 상기 대상물의 주위를 감싼 후에 해당 냉매수단에 환류시키는 냉매 환류 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 냉각수단은 상기 냉매를 상기 대상물에 대해 분사하는 노즐 및 해당 냉매를 저장하여 해당 대상물을 침지하는 탱크중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상물의 소정 부분의 외부둘레부에 대해 대략 균일하게 상기 레이저광이 조사되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가열용융수단은 복수의 레이저광 발생장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 가열 용융 수단은 상기 레이저광선을 복수로 분기하여 상기 대상물의 소정 부분의 외부둘레부에 대해 출력하는 광섬유를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 내압 제어 수단은,
    상기 대상물의 내압을 검출하는 내압 검출 수단;
    한단이 상기 대상물의 개방 단부에 접속되는 배관수단; 및
    상기 배관수단의 타단에 접속되어 상기 대상물내를 진공 흡인하고, 상기 내압 검출수단의 검출압을 상기 제 2 소정 내압으로 하는 진공 흡인 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상물의 단부를 끼워 회전하는 회전 협지 수단을 구비하여, 상기 대상물의 소정 부분의 전체 둘레에 걸쳐 상기 레이저광이 균등하게 조사되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저광의 출력을 검지하는 레이저광 출력 검지수단; 및
    검출된 레이저광의 출력에 기초하여 해당 레이저광의 에너지를 제어하는 레이저 에너지 조정수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상물을 상기 레이저광에 대략 수직인 축을 따라서 회전시키는 회전수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  26. 제 1 항에 있어서,
    가열 용융되는 상기 대상물의 소정 부분의 근방에 초점을 갖는 반사경을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 반사경은 적분구이고, 또 그 내부에 상기 대상물의 소정 부분이 유지되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 반사경에는 그 내부에 상기 대상물을 삽입하는 제 1 개구부와 상기 레이저광을 입사하는 제 2 개구부가 적어도 1개 설치되고, 해당 제 2 개구부에서 입사된 해당 레이저광은 적분구인 해당 반사경의 내부에서 반사되어, 해당 제 1 개구부에서 삽입된 상기 대상물의 소정 부분을 균등하게 조사 가열하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 반사경에는 또한 해당 반사경 내부의 더스트를 흡인하기 위한 개구부가 설치된 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 반사경의 외부둘레측에 냉각수단을 또한 구비하여 해당 반사경을 냉각하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저광을 상기 대상물에 대략 평행한 방향으로 이동시키는 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상물을 끼워 서로 대향하여 배치되는, 해당 대상물에 대해 대략 평행한 대향면을 갖는 한쌍의 정형틀; 및
    상기 한쌍의 정형틀을 상기 대상물에 대해 대략 수직인 방향으로 이동시키는 정형틀 이동 수단을 구비하여, 상기 가열 용융된 부분을 상기 한쌍의 대향면에서 끼워 압축 정형하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  33. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저광은 YAG레이저, 엑시머레이저 및 CO2레이저, 반도체 레이저중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  34. 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저광의 출력을 검지하는 레이저광 출력 검출수단; 및
    검출된 레이저광의 출력에 기초하여 상기 레이저광을 집광하는 레이저광 투과수단을 레이저광의 광축상에서 이동시키는 집광위치제어수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  35. 석영유리 및 세라믹재료중 어느 하나에 의해 구성된 대상물을 해당 대상물의 소정 장소에 설치한 접합부재로 용접하는 용융 접합장치에 있어서,
    상기 대상물의 내압을 그 분위기압인 제 1 기압보다 작은 제 2 기압으로 감압 유지하는 내압 제어 수단; 및
    상기 접합부재에 레이저광을 조사하여 가열 용융하는 가열 용융 수단을 구비하며, 해당 가열 용융된 접합부재에 의해 상기 대상물이 용접되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 감압 대상물을 상기 제 1 기압을 갖는 불활성 분위기중에 유지하고, 또 상기 레이저광을 상기 접합부재를 향해서 투과시키는 불활성 분위기수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 대상물을 상기 가열 용융된 접합부재에 대해 누르는 누름수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합장치.
  38. 제 35 항에 있어서,
    상기 대상물의 단부를 끼워 회전하는 회전 협지 수단을 구비하여, 상기 대상물의 소정 부분의 전체 둘레에 걸쳐 상기 레이저광이 균등하게 조사되는 것을 특징으로 하는 용융 접합장치.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 누름수단은 상기 대상물의 단부를 끼워 회전축을 따라서 회전하고, 또 상기 회전축을 따라서 이동하는 협지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 누름수단은 양 선반인 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  41. 제 1 항에 있어서,
    용접 또는 진공 밀폐하는 석영유리 또는 세라믹관의 근방에 생기는 용접 비산물을 제거하는 집진수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  42. 제 2 항에 있어서,
    상기 불활성 분위기수단은 용접 또는 진공 밀폐하는 석영유리 또는 세라믹관의 근방에 생기는 용접 비산물을 제거하는 집진수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 장치.
  43. 석영유리 및 세라믹재료중 어느 하나에 의해 구성된 대상물에 레이저광을 조사하여 가열 용융시켜 접합시키는 용융 접합 방법에 있어서,
    상기 대상물의 내압을 해당 대상물의 분위기압인 제 1 기압 보다 작은 제 2 기압으로 감압 유지하는 내압 제어 단계;
    상기 감압 유지된 대상물의 소정 부분에 상기 레이저광을 조사하여 가열 용융하는 가열 용융 단계; 및
    상기 대상물의 가열 용융된 부분을 상기 제 1 기압과 상기 제 2 기압의 차압에 의해 수축 용접하는 접합 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 감압된 대상물을 상기 제 1 기압을 갖는 불활성 분위기중에 유지하는 단계; 및
    상기 레이저광을 해당 대상물의 소정 부분을 향해서 투과시키는 단계를 또한 구비하며, 상기 가열 용융된 부분이 해당 불활성 분위기압에 의해 수축 용접되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 방법.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 대상물의 소정 부분과 상기 가열 용융 수단 사이에 상기 레이저광을 차단하도록 설치된 서셉터의 제 1 면에서 해당 레이저광을 수광하여 그 열에너지를 흡수하는 단계; 및
    상기 서셉터의 제 1 면에서 흡수된 열에너지를 해당 서셉터의 제 2 면에서 상기 대상물의 소정 부분을 향해서 방사하는 단계를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 방법.
  46. 제 43 항에 있어서,
    상기 대상물을 끼워 서로 대향하여 배치되는, 해당 대상물에 대해 대략 평행한 대향면을 갖는 한쌍의 정형틀을 상기 대상물에 대해 대략 수직 방향으로 이동시켜, 해당 가열 용융된 부분을 상기 한쌍의 대향면에서 끼워 압축 정형하는 단계를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 방법.
  47. 석영유리 및 세라믹재료중 어느 하나에 의해 구성된 대상물을 해당 대상물의 소정 장소에 설치한 접합부재로 용접하는 용융 접합 방법에 있어서,
    상기 대상물의 내압을 그 분위기압인 제 1 기압 보다 작은 제 2 기압으로 감압 유지하는 내압 제어 단계; 및
    상기 접합부재에 상기 레이저광을 조사하여 가열 용융하는 가열 용융 단계를 구비하며, 상기 가열 용융된 접합부재에 의해 상기 대상물이 용접되는 것을 특징으로 하는 용융 접합 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 대상물을 상기 가열 용융된 접합부재에 대해 누르는 누름 단계를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 방법.
  49. 제 47 항에 있어서,
    상기 감압 대상물을 상기 제 1 기압을 갖는 불활성 분위기중에 유지하는 단계; 및
    상기 레이저광을 상기 접합부재를 향해서 투과시키는 단계를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 방법.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 대상물을 상기 가열 용융된 접합부재에 대해 누르는 누름 단계를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 접합 방법.
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