金属部品及び金属部品の製造方法
【課題】従来から高融点金属の薄板を溶接して金属部品を製作するのは難しかった。また、うまくいかないと薄板に穴が開くことが多かった。そこで手作業で一つ一つ様子を見ながら溶接する必要があり、極めて生産効率が悪くなっていた。そのため製造コストが高かった。また、使用する板厚は要求される性能から、一定の制約があった。そこで、使用する板材の板厚を変更せずに、金属部品を製作できる部材の構成と溶接方法が必要となった。
【解決手段】溶接補助板を溶接部分に沿わせることによって使用する板材の板厚を変更せずに、溶接部分の合計の板厚のみを必要十分に確保して、薄板の溶接を容易にした。
従来に比べて作業性が良くなり、スポット溶接タイプに比べコストは半減となった。また、従来溶接が出来なかった極薄板を使用して金属部品を製作することが可能となった。
【解決手段】溶接補助板を溶接部分に沿わせることによって使用する板材の板厚を変更せずに、溶接部分の合計の板厚のみを必要十分に確保して、薄板の溶接を容易にした。
従来に比べて作業性が良くなり、スポット溶接タイプに比べコストは半減となった。また、従来溶接が出来なかった極薄板を使用して金属部品を製作することが可能となった。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンタル材などの高融点金属を用いた部品の製作に関する。
詳しくは、抵抗加熱蒸発の坩堝兼ヒ−タ−として使用する坩堝と、前記抵抗加熱蒸発の坩堝兼ヒ−タ−として使用する坩堝の製作において、薄板円筒とその底板を溶接するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空蒸着において、単体金属、合金、無機化合物、有機化合物、ポリマ等の蒸着材料が使われる。また、前記蒸着材料の加熱方法にも色々あるが、実験室等で手軽に使用されるものの一つとして抵抗加熱蒸発源がある。前記抵抗加熱蒸発源は、通電して使われそれ自体の電気抵抗による発熱により、前記蒸着材料である被蒸発材料を加熱するものである。その形状からフィラメント、ボ−トと呼ばれるものがある。ここで、前記被蒸発材料が抵抗加熱体をぬらしやすいものにはフィラメント、ぬらしにくいものにはボ−トが使われる（非特許文献１参照）。
【０００３】
前記抵抗加熱蒸発源材料としては、被蒸発材料に不純物の混入を避ける観点からＷ、Ｔａ、Ｍｏなどの高融点金属材料が使用される。
【０００４】
前記ボ−トはそれ自体が、金属坩堝として、前記蒸着材料（被蒸着材料）を入れて使用される。
【０００５】
また、従来より、前記金属坩堝は板材を切り出して溶接により組立てる製造方法がとられていた。（特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】特開平５―１４８０７４号公報（第３頁、図２参照）
【非特許文献１】薄膜ハンドブック、日本学術振興会薄膜第１３１委員会偏、オ−ム社、昭和６１年２月１０日、第１版第２刷、Ｐ９６−９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２に、従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の斜視図を示す。図１３に、従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の正面図を示す。円筒３２に底板（サイドキャップ）３４を溶接し、サイドキャップ３４に電極３３を溶接した構造をしている。分類としては前記ボ−トである。
抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１は、容器としてだけでなく、ヒ―タ―としての機能も果たすため、電気抵抗が下がり過ぎないように断面積が広くなり過ぎないように薄い板材（例えば、タンタルの板材）を使用して組立てる必要がある。
そこで、タンタルの薄板を溶接しなければならないが、タンタルの薄板を溶接すること自体が難しい。さらに、抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１は実験用途での使用が多いことから、外形寸法が小さい（Ｌ1’＝２５０ｍｍ、Ｈ’＝１５０ｍｍ、Ｌ２’＝５０〜１２０ｍｍφ）上に立体形状なので溶接しにくい。従来は、一つずつ手作業で、様子を見ながら製作していた。
【０００８】
図１４に、従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の円筒３２とサイドキャップ３４を組合わせた円筒容器４０の縦断面を示す。また、図１５、１６は、図１３の従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の溶接部分Ｒ’の拡大図である。円筒容器１のサイドキャップ３４の縁には曲げ部分３４aが形成されており、サイドキャップ３４は円筒３２の内周にピッタリはまり込むようになっている。この状態で、円筒３２の縁３２ａとサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａを溶接することにより円筒容器４０（図１４）を形成する。
【０００９】
従来、溶接の方法は次のようなものであった。
まず、方法１として、図１５に示すように、円筒３２の縁３２ａとサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａを重ね合わせ開先溶接３６を施す方法があった。また、方法２として、図１６に示すように、スポット溶接３７で端部を細かく止めてゆく方法もあった。また、方法３として、図１５と同じ構成において溶接には、電子ビ−ムやＹＡＧレ−ザ−３８を使用する方法があった。
【００１０】
しかしながら、方法１の開先溶接３６では、円筒３２の縁３２ａの板厚（ｔ１’）とサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａの板厚（ｔ２’）の合計Ｔ’を０．５ｍｍ以上にする必要があり、それより薄い場合は溶接不可能であった。
【００１１】
このときの板厚の合計Ｔ’は、ｔ１’＋ｔ２’となる。ここで、円筒３２の板厚は０．１〜０．１５ｍｍのものが使われるため、合計Ｔ’は０．２〜０．３ｍｍとなる。しかしこのとき溶接においては、板厚の合計Ｔ’が０．５ｍｍ以上であることが望ましいという実験結果が得られた。板厚の合計Ｔ’が０．５ｍｍ以下の場合には溶接がうまくいかないのみならず、円筒３２の縁３２ａやサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａに穴が開くことがあった。また、サイドキャップ３４の厚さで、板厚の合計Ｔ’を０．５ｍｍ以上に調整することも考えられるが、サイドキャップ３４も電気抵抗及び熱容量が発熱時のパワ−コントロ−ルに関わるため、板厚０．２ｍｍ以上には出来なかった。
【００１２】
また、方法２のスポット溶接３７では、手作業で一つ一つ様子を見ながら溶接する必要があり、極めて生産効率が悪くなっていた。そのため製造コストが高かった。
【００１３】
また、方法３の電子ビ−ムやＹＡＧレ−ザ−３８では、板厚の合計Ｔ’が０．５ｍｍの場合、溶接のための溶接装置へのセット自体が難しくなり、さらにセットがうまくいかないと円筒３２の縁３２ａやサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａに穴が開くことが多かった。
【００１４】
本願発明はこれらの問題に鑑みて、使用する板材の板厚を変更せずに、板厚の合計を調整可能とする金属部品の製作方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
板材同士を重ね合わせる溶接部分の構造を工夫し、溶接補助板５を前記溶接部分に沿わせることによって前記溶接部分の板厚のみを必要十分に確保して、薄板の溶接を容易にした。
【発明の効果】
【００１６】
従来に比べて作業性が良くなり、スポット溶接タイプに比べてコストは半減となった。
また、従来溶接が出来なかった極薄板を使用して金属部品を製作することが可能となった。例えば、真空装置に使用される防着板、シャッタ−、スペ−サ、駆動機構などの構成部品の製作に利用できる。これらの精密部品は高温に曝されるため、チタンやジルコニア等の高融点金属で製作することが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１に本発明を適用する抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１を示す。円筒２と、サイドキャップ４と、溶接補助板５を溶接し、サイドキャップ４に電極３を溶接して取り付けた構造をしている。円筒２と、サイドキャプ４と、溶接補助板５及び電極３はタンタルの薄板を用いて製作した。本実施例では、円筒２の側面に開口２ｂを有し、円筒２の両端の底部はサイドキャップ４により閉鎖して蒸着材料を入れる容器として使用する。
図１の実施例では、円筒２の外側に環状の溶接補助板５を鉢巻状に巻き、円筒２と、サイドキャップ４とを溶接している。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１をサイドキャップ４側から見た側面図である。円筒２と、サイドキャップ４と、溶接補助板５を一括してＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接６している。電極３は、スポット溶接７にて取り付けている。なお、スポット溶接点は、サイドキャップ４及び電極３の曲げ部分３ａの中心点上または中心線上になるようにし、抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の電気抵抗がヒ−タ−部分である円筒２にて出来るだけ均一になるように配慮している。
【００２０】
図３は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１をサイドキャップ４側から見た拡大側面図である。ＴＩＧ溶接６を行なう前のセットした状態を示す。円筒２の縁２ａと、サイドキャップ４の曲げ部分４ａ、溶接補助板５の縁５ａを重ねているところを示す。板厚の合計が０．５ｍｍ以上となるようにしている。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面図である。抵抗加熱のための電極３が円筒２の両側面のサイドキャップ４の窪みに取り付けられていることを示す。電極の取り付けはスポット溶接による。抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１は全長（Ｌ１）が１７０〜２５０ｍｍで、円筒容器は高さ（Ｈ）１５０ｍｍ、直径（Ｌ２）５０〜２００ｍｍφである。
【００２２】
図５は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の平面図である。蒸着材料の蒸気は開口２ｂから出てくる。開口２ｂのスリットとしての効果により、開口形状に従って放出方向が規制され、シ−ト状の蒸気になって特に図示しない被蒸着物に向かうようになっている。
【００２３】
図６は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面図である図４の溶接部分Ｒの拡大断面図である。円筒２の外側に溶接補助板５を鉢巻状に巻き、ＴＩＧ溶接を行なった。円筒２の板厚ｔ１と、底板４の板厚ｔ２と、溶接補助板５の板厚ｔ３の合計Ｔが０．５ｍｍ以上となるようにしている。
【００２４】
図７は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１のサイドキャップ２と電極３を抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面から見た図である。サイドキャップ２と電極３を実線で示す。サイドキャップ４の厚さｔ２が０．２ｍｍ、電極の板材の厚さは０．８ｍｍである。電極は、本実施例ではサイドキャップ４と同じくタンタルであり、板厚を厚くして電気抵抗値を下げて使用している。
【００２５】
図８は、本発明の実施の形態の円筒容器２０の正面側からの縦断面図である。円筒２と、サイドキャップ４と、溶接補助板５のセット状態の位置関係を示している。
【００２６】
図９は、本発明の実施例１の溶接部分Ｒの拡大断面図である。溶接補助板５が円筒２の外側に取り付けられた実施例である。円筒２の厚さｔ１が０．１ｍｍ、サイドキャップ４の縁の曲げ部分４ａの厚さｔ２が０．２ｍｍ、溶接補助板５の厚さｔ３が０．２ｍｍである。合計Ｔが０．５ｍｍとなるようにしている。その結果、良好にＴＩＧ溶接６ができた。
【００２７】
図１０は、本発明の実施例２の溶接部分Ｒの拡大断面図である。溶接補助板５が底板４の縁の内側に取り付けられた実施例である。円筒２の厚さｔ１が０．１ｍｍ、サイドキャップ４の縁の曲げ部分４ａの厚さｔ２が０．２ｍｍ、溶接補助板５の厚さｔ３が０．２ｍｍである。合計Ｔが０．５ｍｍとなるようにしている。その結果、良好にＴＩＧ溶接６ができた。
【００２８】
図１１は、本発明の変形例の溶接部分Ｒの拡大断面図である。サイドキャップ４を折り曲げて厚みを増している。つまり、サイドキャップ４の折り曲げた部分を溶接補助板５として使用している。円筒２の厚さｔ１が０．１ｍｍ、サイドキャップの縁の曲げ部分４ａの厚さｔ２が０．２ｍｍである。合計Ｔが０．５ｍｍとなるようにしている。その結果、良好にＴＩＧ溶接６ができた。
【００２９】
以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想にもとづいて種々の変形が可能である。
【００３０】
本願発明の溶接部の構成は、平面形状の金属部品においても適用可能である。製造にあたり金属部材を重ね合わせ、さらに溶接補助部材を重ねあわせてセットできれば適用可能である。例えば、図１７に示すように、薄板５２と薄板５３を重ね合わせ、さらに溶接補助部材５４を重ね合わせて、溶接５６により固定する。
【００３１】
また、本発明の実施例では円筒容器２０に適用したが、円筒状に限らず他の立体形状にも適用可能である。例えば、角柱状、皿状、箱状でも適用可能である。製造にあたり金属部材を重ね合わせ、さらに溶接補助部材を重ねあわせてセットできれば適用可能である。
【００３２】
また、本発明の実施例では底板にキャップ状のものを使用したが、縁に曲げを形成できればド−ム状や半ド−ム状のものでも良い。さらにド−ム状や半ド−ム状をいくつか組合わせた複雑な形状のものであっても縁に曲げを形成できれば、本願発明は適用可能である。
【００３３】
また、本発明の実施例では、溶接補助板５として、環状のものを用いたが、板材をＣ字型に曲げて使用しても良い。また、分割されたものを組合わせても良い。また、１枚に限らず複数毎使用しても良い。さらに外側と内側の両方に設けても良い。
【００３４】
また、実施例では、円筒２、底板４及び溶接補助板５の金属が同じ金属であったが、それぞれ違う金属であっても良い。また、電極３の金属が、底板４または溶接補助板５と同じ金属であっても良いし、違う金属であっても良い。抵抗加熱に使用する２００〜１８００℃程度までの高温に耐え、且つ溶接可能であれば、本発明は適用可能である。
【００３５】
また、実施例では、円筒２の厚さを０．１ｍｍを使用したが、板材の厚みは０．１〜０．２ｍｍあることが望ましい。抵抗加熱式蒸着装置は、実験装置として使用されることが多いため、実施例に示した抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１程度の大きさが上限に近く、小型のものが多い。発熱体となる立体形状（円柱、角柱、皿状、箱状）の部分の長さと幅及び高融点金属の抵抗体積率との関係から決定される。現在市販されている抵抗加熱式蒸着装置に実装する抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−を製作する場合、板厚の実用的な範囲は０．１〜０．２ｍｍである。
【００３６】
また、円筒２及び底板４の材質は、実施例ではタンタルであったが、タングステン、チタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、バナジウム、ハフニウム等の耐熱材料でも良い。さらに、発熱材料であるニクロム等の合金を用いることも可能である。
【００３７】
また、本発明の実施例では、円筒２、底板４及び溶接補助板５の溶接にＴＩＧ溶接を用いたが、融接可能であれば他の溶接方法でも良い。容器として使用するため、蒸着材料が溶けて漏れ出さないように融接できることが望ましい。
【００３８】
さらに、本発明の実施例では、電極３の取り付けをスポット溶接７にて行なったが、リベットを利用しても良い。溶接補助板５のセットを容易にするために、仮止めや位置合わせに利用して止めつけることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の斜視図である。円筒２と、サイドキャップ（底板）４と、溶接補助板５を溶接し、底板に電極３を溶接して取り付けた構造をしている。
【図２】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１をサイドキャップ側から見た側面図である。円筒２と、サイドキャップ４と、溶接補助板５を一括してＴＩＧ溶接６している。電極３は、スポット溶接７にて取り付けている。
【図３】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１をサイドキャップ４側から見た拡大側面図である。ＴＩＧ溶接６を行なう前の状態を示す。円筒２と、底板４の縁４ａ、溶接補助板５を重ねている。
【図４】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面図である。抵抗加熱のための電極３が円筒２の両側面の底板４の窪みに取り付けられていることを示す。
【図５】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の平面図である。蒸着材料の蒸気は開口２ｂから出てくる。
【図６】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面図である図４の溶接部分Ｒの拡大断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１のサイドキャップ４と電極４の取り付け関係を示す縦断面図である。サイドキャップ４と電極３を実線で示す。
【図８】本発明の実施の形態の円筒容器２０の正面側からの縦断面図である。
【図９】本発明の実施例１の溶接部分Ｒの拡大断面図である。溶接補助板５が円筒２の外側に取り付けられた実施例である。円筒２の厚さが０．１ｍｍ、サイドキャップ４の曲げ部分４ａの厚さが０．２ｍｍ、溶接補助板５の厚さが０．２ｍｍである。
【図１０】本発明の実施例２の溶接部分Ｒの拡大断面図である。溶接補助板５がサイドキャップ４の曲げ部分の内側に取り付けられた実施例である。円筒２の厚さが０．１ｍｍ、サイドキャップ４の曲げ部分４ａの厚さが０．２ｍｍ、溶接補助板５の厚さが０．２ｍｍである。
【図１１】本発明の変形例の溶接部分Ｒの拡大断面図である。底板４を折り曲げて厚みを増している。
【図１２】従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の斜視図である。円筒３２にサイドキャップ３４を溶接し、サイドキャップ３４に電極３３を溶接して取り付けた構造をしている。
【図１３】従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の正面図である。
【図１４】従来の円筒容器４０の正面側からの縦断面図である。
【図１５】従来の方法１及び方法３の溶接部分Ｒ’の拡大断面図である。開先溶接３６、レ−ザ−又は電子ビ−ム溶接３８により溶接した部分を示す。 円筒３２の厚さが０．１ｍｍ、サイドキャップ３４の曲げ部分３４ａの厚さが０．２ｍｍである。
【図１６】従来の方法２の溶接部分Ｒ’の拡大断面図である。スポット溶接３７により、円筒３２とサイドキャップ３４の曲げ部分３４ａを溶接した部分を示す。円筒３２の厚さが０．１ｍｍ、サイドキャップ３４の曲げ部分３４ａの厚さが０．２ｍｍである。
【図１７】本発明の変形例で、平面形状の金属部品５１の溶接部である。Ａは側面図、Ｂは斜視図である。薄板５２と薄板５３を重ね合わせ、さらに溶接補助部材５４を重ね合わせて、溶接５６により固定している。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−、２・・・円筒（ヒ−タ−部）、２ａ・・・縁、２ｂ・・・開口、３・・・電極、３ａ・・・曲げ部分、４・・・底板（サイドキャップ）、４ａ・・・曲げ部分、５・・・溶接補助板（溶接補助部材）、６・・・ＴＩＧ溶接部、７・・・スポット溶接部、
２０・・・円筒容器
３１・・・抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−（ボ−ト）、３２・・・円筒（ヒ−タ−部）、３２ａ・・・縁、３２ｂ・・・開口、３３・・・電極、３３ａ・・・曲げ部分、３４・・・底板（サイドキャップ）、３４ａ・・・曲げ部分、３６・・・開先溶接、３７・・・スポット溶接部、３８・・・レ−ザ−又は電子ビ−ム溶接
４０・・・円筒容器
５１・・・金属部品、５２・・・薄板（高融点金属板）、５３・・・薄板（高融点金属板）、５４・・・溶接補助部材、５６・・・溶接部
Ｈ・・・円筒容器（ヒ−タ−部）２０の高さ（電極を含まない）、Ｌ１・・・抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の長さ（電極を含む）、Ｌ２・・・円筒容器２０の直径、
Ｈ’・・・従来の円筒容器（ヒ−タ−部）４０の高さ（電極を含まない）、Ｌ１’・・・従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の長さ（電極を含む）、Ｌ２’・・・従来の円筒容器４０の直径、
Ｔ・・・底板溶接部分の全体の厚み、ｔ１・・・円筒２の厚み、ｔ２・・・底板（サイドキャップ）４の厚み、ｔ３・・・溶接補助部材５の厚み
Ｔ’・・・従来の底板溶接部分の全体の厚み、ｔ１’・・・従来の円筒３２の厚み、ｔ２’・・・従来の底板（サイドキャップ）３４の厚み
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンタル材などの高融点金属を用いた部品の製作に関する。
詳しくは、抵抗加熱蒸発の坩堝兼ヒ−タ−として使用する坩堝と、前記抵抗加熱蒸発の坩堝兼ヒ−タ−として使用する坩堝の製作において、薄板円筒とその底板を溶接するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空蒸着において、単体金属、合金、無機化合物、有機化合物、ポリマ等の蒸着材料が使われる。また、前記蒸着材料の加熱方法にも色々あるが、実験室等で手軽に使用されるものの一つとして抵抗加熱蒸発源がある。前記抵抗加熱蒸発源は、通電して使われそれ自体の電気抵抗による発熱により、前記蒸着材料である被蒸発材料を加熱するものである。その形状からフィラメント、ボ−トと呼ばれるものがある。ここで、前記被蒸発材料が抵抗加熱体をぬらしやすいものにはフィラメント、ぬらしにくいものにはボ−トが使われる（非特許文献１参照）。
【０００３】
前記抵抗加熱蒸発源材料としては、被蒸発材料に不純物の混入を避ける観点からＷ、Ｔａ、Ｍｏなどの高融点金属材料が使用される。
【０００４】
前記ボ−トはそれ自体が、金属坩堝として、前記蒸着材料（被蒸着材料）を入れて使用される。
【０００５】
また、従来より、前記金属坩堝は板材を切り出して溶接により組立てる製造方法がとられていた。（特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】特開平５―１４８０７４号公報（第３頁、図２参照）
【非特許文献１】薄膜ハンドブック、日本学術振興会薄膜第１３１委員会偏、オ−ム社、昭和６１年２月１０日、第１版第２刷、Ｐ９６−９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２に、従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の斜視図を示す。図１３に、従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の正面図を示す。円筒３２に底板（サイドキャップ）３４を溶接し、サイドキャップ３４に電極３３を溶接した構造をしている。分類としては前記ボ−トである。
抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１は、容器としてだけでなく、ヒ―タ―としての機能も果たすため、電気抵抗が下がり過ぎないように断面積が広くなり過ぎないように薄い板材（例えば、タンタルの板材）を使用して組立てる必要がある。
そこで、タンタルの薄板を溶接しなければならないが、タンタルの薄板を溶接すること自体が難しい。さらに、抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１は実験用途での使用が多いことから、外形寸法が小さい（Ｌ1’＝２５０ｍｍ、Ｈ’＝１５０ｍｍ、Ｌ２’＝５０〜１２０ｍｍφ）上に立体形状なので溶接しにくい。従来は、一つずつ手作業で、様子を見ながら製作していた。
【０００８】
図１４に、従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の円筒３２とサイドキャップ３４を組合わせた円筒容器４０の縦断面を示す。また、図１５、１６は、図１３の従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の溶接部分Ｒ’の拡大図である。円筒容器１のサイドキャップ３４の縁には曲げ部分３４aが形成されており、サイドキャップ３４は円筒３２の内周にピッタリはまり込むようになっている。この状態で、円筒３２の縁３２ａとサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａを溶接することにより円筒容器４０（図１４）を形成する。
【０００９】
従来、溶接の方法は次のようなものであった。
まず、方法１として、図１５に示すように、円筒３２の縁３２ａとサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａを重ね合わせ開先溶接３６を施す方法があった。また、方法２として、図１６に示すように、スポット溶接３７で端部を細かく止めてゆく方法もあった。また、方法３として、図１５と同じ構成において溶接には、電子ビ−ムやＹＡＧレ−ザ−３８を使用する方法があった。
【００１０】
しかしながら、方法１の開先溶接３６では、円筒３２の縁３２ａの板厚（ｔ１’）とサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａの板厚（ｔ２’）の合計Ｔ’を０．５ｍｍ以上にする必要があり、それより薄い場合は溶接不可能であった。
【００１１】
このときの板厚の合計Ｔ’は、ｔ１’＋ｔ２’となる。ここで、円筒３２の板厚は０．１〜０．１５ｍｍのものが使われるため、合計Ｔ’は０．２〜０．３ｍｍとなる。しかしこのとき溶接においては、板厚の合計Ｔ’が０．５ｍｍ以上であることが望ましいという実験結果が得られた。板厚の合計Ｔ’が０．５ｍｍ以下の場合には溶接がうまくいかないのみならず、円筒３２の縁３２ａやサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａに穴が開くことがあった。また、サイドキャップ３４の厚さで、板厚の合計Ｔ’を０．５ｍｍ以上に調整することも考えられるが、サイドキャップ３４も電気抵抗及び熱容量が発熱時のパワ−コントロ−ルに関わるため、板厚０．２ｍｍ以上には出来なかった。
【００１２】
また、方法２のスポット溶接３７では、手作業で一つ一つ様子を見ながら溶接する必要があり、極めて生産効率が悪くなっていた。そのため製造コストが高かった。
【００１３】
また、方法３の電子ビ−ムやＹＡＧレ−ザ−３８では、板厚の合計Ｔ’が０．５ｍｍの場合、溶接のための溶接装置へのセット自体が難しくなり、さらにセットがうまくいかないと円筒３２の縁３２ａやサイドキャップ３４の縁の曲げ部分３４ａに穴が開くことが多かった。
【００１４】
本願発明はこれらの問題に鑑みて、使用する板材の板厚を変更せずに、板厚の合計を調整可能とする金属部品の製作方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
板材同士を重ね合わせる溶接部分の構造を工夫し、溶接補助板５を前記溶接部分に沿わせることによって前記溶接部分の板厚のみを必要十分に確保して、薄板の溶接を容易にした。
【発明の効果】
【００１６】
従来に比べて作業性が良くなり、スポット溶接タイプに比べてコストは半減となった。
また、従来溶接が出来なかった極薄板を使用して金属部品を製作することが可能となった。例えば、真空装置に使用される防着板、シャッタ−、スペ−サ、駆動機構などの構成部品の製作に利用できる。これらの精密部品は高温に曝されるため、チタンやジルコニア等の高融点金属で製作することが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１に本発明を適用する抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１を示す。円筒２と、サイドキャップ４と、溶接補助板５を溶接し、サイドキャップ４に電極３を溶接して取り付けた構造をしている。円筒２と、サイドキャプ４と、溶接補助板５及び電極３はタンタルの薄板を用いて製作した。本実施例では、円筒２の側面に開口２ｂを有し、円筒２の両端の底部はサイドキャップ４により閉鎖して蒸着材料を入れる容器として使用する。
図１の実施例では、円筒２の外側に環状の溶接補助板５を鉢巻状に巻き、円筒２と、サイドキャップ４とを溶接している。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１をサイドキャップ４側から見た側面図である。円筒２と、サイドキャップ４と、溶接補助板５を一括してＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接６している。電極３は、スポット溶接７にて取り付けている。なお、スポット溶接点は、サイドキャップ４及び電極３の曲げ部分３ａの中心点上または中心線上になるようにし、抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の電気抵抗がヒ−タ−部分である円筒２にて出来るだけ均一になるように配慮している。
【００２０】
図３は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１をサイドキャップ４側から見た拡大側面図である。ＴＩＧ溶接６を行なう前のセットした状態を示す。円筒２の縁２ａと、サイドキャップ４の曲げ部分４ａ、溶接補助板５の縁５ａを重ねているところを示す。板厚の合計が０．５ｍｍ以上となるようにしている。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面図である。抵抗加熱のための電極３が円筒２の両側面のサイドキャップ４の窪みに取り付けられていることを示す。電極の取り付けはスポット溶接による。抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１は全長（Ｌ１）が１７０〜２５０ｍｍで、円筒容器は高さ（Ｈ）１５０ｍｍ、直径（Ｌ２）５０〜２００ｍｍφである。
【００２２】
図５は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の平面図である。蒸着材料の蒸気は開口２ｂから出てくる。開口２ｂのスリットとしての効果により、開口形状に従って放出方向が規制され、シ−ト状の蒸気になって特に図示しない被蒸着物に向かうようになっている。
【００２３】
図６は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面図である図４の溶接部分Ｒの拡大断面図である。円筒２の外側に溶接補助板５を鉢巻状に巻き、ＴＩＧ溶接を行なった。円筒２の板厚ｔ１と、底板４の板厚ｔ２と、溶接補助板５の板厚ｔ３の合計Ｔが０．５ｍｍ以上となるようにしている。
【００２４】
図７は、本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１のサイドキャップ２と電極３を抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面から見た図である。サイドキャップ２と電極３を実線で示す。サイドキャップ４の厚さｔ２が０．２ｍｍ、電極の板材の厚さは０．８ｍｍである。電極は、本実施例ではサイドキャップ４と同じくタンタルであり、板厚を厚くして電気抵抗値を下げて使用している。
【００２５】
図８は、本発明の実施の形態の円筒容器２０の正面側からの縦断面図である。円筒２と、サイドキャップ４と、溶接補助板５のセット状態の位置関係を示している。
【００２６】
図９は、本発明の実施例１の溶接部分Ｒの拡大断面図である。溶接補助板５が円筒２の外側に取り付けられた実施例である。円筒２の厚さｔ１が０．１ｍｍ、サイドキャップ４の縁の曲げ部分４ａの厚さｔ２が０．２ｍｍ、溶接補助板５の厚さｔ３が０．２ｍｍである。合計Ｔが０．５ｍｍとなるようにしている。その結果、良好にＴＩＧ溶接６ができた。
【００２７】
図１０は、本発明の実施例２の溶接部分Ｒの拡大断面図である。溶接補助板５が底板４の縁の内側に取り付けられた実施例である。円筒２の厚さｔ１が０．１ｍｍ、サイドキャップ４の縁の曲げ部分４ａの厚さｔ２が０．２ｍｍ、溶接補助板５の厚さｔ３が０．２ｍｍである。合計Ｔが０．５ｍｍとなるようにしている。その結果、良好にＴＩＧ溶接６ができた。
【００２８】
図１１は、本発明の変形例の溶接部分Ｒの拡大断面図である。サイドキャップ４を折り曲げて厚みを増している。つまり、サイドキャップ４の折り曲げた部分を溶接補助板５として使用している。円筒２の厚さｔ１が０．１ｍｍ、サイドキャップの縁の曲げ部分４ａの厚さｔ２が０．２ｍｍである。合計Ｔが０．５ｍｍとなるようにしている。その結果、良好にＴＩＧ溶接６ができた。
【００２９】
以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想にもとづいて種々の変形が可能である。
【００３０】
本願発明の溶接部の構成は、平面形状の金属部品においても適用可能である。製造にあたり金属部材を重ね合わせ、さらに溶接補助部材を重ねあわせてセットできれば適用可能である。例えば、図１７に示すように、薄板５２と薄板５３を重ね合わせ、さらに溶接補助部材５４を重ね合わせて、溶接５６により固定する。
【００３１】
また、本発明の実施例では円筒容器２０に適用したが、円筒状に限らず他の立体形状にも適用可能である。例えば、角柱状、皿状、箱状でも適用可能である。製造にあたり金属部材を重ね合わせ、さらに溶接補助部材を重ねあわせてセットできれば適用可能である。
【００３２】
また、本発明の実施例では底板にキャップ状のものを使用したが、縁に曲げを形成できればド−ム状や半ド−ム状のものでも良い。さらにド−ム状や半ド−ム状をいくつか組合わせた複雑な形状のものであっても縁に曲げを形成できれば、本願発明は適用可能である。
【００３３】
また、本発明の実施例では、溶接補助板５として、環状のものを用いたが、板材をＣ字型に曲げて使用しても良い。また、分割されたものを組合わせても良い。また、１枚に限らず複数毎使用しても良い。さらに外側と内側の両方に設けても良い。
【００３４】
また、実施例では、円筒２、底板４及び溶接補助板５の金属が同じ金属であったが、それぞれ違う金属であっても良い。また、電極３の金属が、底板４または溶接補助板５と同じ金属であっても良いし、違う金属であっても良い。抵抗加熱に使用する２００〜１８００℃程度までの高温に耐え、且つ溶接可能であれば、本発明は適用可能である。
【００３５】
また、実施例では、円筒２の厚さを０．１ｍｍを使用したが、板材の厚みは０．１〜０．２ｍｍあることが望ましい。抵抗加熱式蒸着装置は、実験装置として使用されることが多いため、実施例に示した抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１程度の大きさが上限に近く、小型のものが多い。発熱体となる立体形状（円柱、角柱、皿状、箱状）の部分の長さと幅及び高融点金属の抵抗体積率との関係から決定される。現在市販されている抵抗加熱式蒸着装置に実装する抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−を製作する場合、板厚の実用的な範囲は０．１〜０．２ｍｍである。
【００３６】
また、円筒２及び底板４の材質は、実施例ではタンタルであったが、タングステン、チタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、バナジウム、ハフニウム等の耐熱材料でも良い。さらに、発熱材料であるニクロム等の合金を用いることも可能である。
【００３７】
また、本発明の実施例では、円筒２、底板４及び溶接補助板５の溶接にＴＩＧ溶接を用いたが、融接可能であれば他の溶接方法でも良い。容器として使用するため、蒸着材料が溶けて漏れ出さないように融接できることが望ましい。
【００３８】
さらに、本発明の実施例では、電極３の取り付けをスポット溶接７にて行なったが、リベットを利用しても良い。溶接補助板５のセットを容易にするために、仮止めや位置合わせに利用して止めつけることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の斜視図である。円筒２と、サイドキャップ（底板）４と、溶接補助板５を溶接し、底板に電極３を溶接して取り付けた構造をしている。
【図２】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１をサイドキャップ側から見た側面図である。円筒２と、サイドキャップ４と、溶接補助板５を一括してＴＩＧ溶接６している。電極３は、スポット溶接７にて取り付けている。
【図３】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１をサイドキャップ４側から見た拡大側面図である。ＴＩＧ溶接６を行なう前の状態を示す。円筒２と、底板４の縁４ａ、溶接補助板５を重ねている。
【図４】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面図である。抵抗加熱のための電極３が円筒２の両側面の底板４の窪みに取り付けられていることを示す。
【図５】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の平面図である。蒸着材料の蒸気は開口２ｂから出てくる。
【図６】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の正面図である図４の溶接部分Ｒの拡大断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１のサイドキャップ４と電極４の取り付け関係を示す縦断面図である。サイドキャップ４と電極３を実線で示す。
【図８】本発明の実施の形態の円筒容器２０の正面側からの縦断面図である。
【図９】本発明の実施例１の溶接部分Ｒの拡大断面図である。溶接補助板５が円筒２の外側に取り付けられた実施例である。円筒２の厚さが０．１ｍｍ、サイドキャップ４の曲げ部分４ａの厚さが０．２ｍｍ、溶接補助板５の厚さが０．２ｍｍである。
【図１０】本発明の実施例２の溶接部分Ｒの拡大断面図である。溶接補助板５がサイドキャップ４の曲げ部分の内側に取り付けられた実施例である。円筒２の厚さが０．１ｍｍ、サイドキャップ４の曲げ部分４ａの厚さが０．２ｍｍ、溶接補助板５の厚さが０．２ｍｍである。
【図１１】本発明の変形例の溶接部分Ｒの拡大断面図である。底板４を折り曲げて厚みを増している。
【図１２】従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の斜視図である。円筒３２にサイドキャップ３４を溶接し、サイドキャップ３４に電極３３を溶接して取り付けた構造をしている。
【図１３】従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の正面図である。
【図１４】従来の円筒容器４０の正面側からの縦断面図である。
【図１５】従来の方法１及び方法３の溶接部分Ｒ’の拡大断面図である。開先溶接３６、レ−ザ−又は電子ビ−ム溶接３８により溶接した部分を示す。 円筒３２の厚さが０．１ｍｍ、サイドキャップ３４の曲げ部分３４ａの厚さが０．２ｍｍである。
【図１６】従来の方法２の溶接部分Ｒ’の拡大断面図である。スポット溶接３７により、円筒３２とサイドキャップ３４の曲げ部分３４ａを溶接した部分を示す。円筒３２の厚さが０．１ｍｍ、サイドキャップ３４の曲げ部分３４ａの厚さが０．２ｍｍである。
【図１７】本発明の変形例で、平面形状の金属部品５１の溶接部である。Ａは側面図、Ｂは斜視図である。薄板５２と薄板５３を重ね合わせ、さらに溶接補助部材５４を重ね合わせて、溶接５６により固定している。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−、２・・・円筒（ヒ−タ−部）、２ａ・・・縁、２ｂ・・・開口、３・・・電極、３ａ・・・曲げ部分、４・・・底板（サイドキャップ）、４ａ・・・曲げ部分、５・・・溶接補助板（溶接補助部材）、６・・・ＴＩＧ溶接部、７・・・スポット溶接部、
２０・・・円筒容器
３１・・・抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−（ボ−ト）、３２・・・円筒（ヒ−タ−部）、３２ａ・・・縁、３２ｂ・・・開口、３３・・・電極、３３ａ・・・曲げ部分、３４・・・底板（サイドキャップ）、３４ａ・・・曲げ部分、３６・・・開先溶接、３７・・・スポット溶接部、３８・・・レ−ザ−又は電子ビ−ム溶接
４０・・・円筒容器
５１・・・金属部品、５２・・・薄板（高融点金属板）、５３・・・薄板（高融点金属板）、５４・・・溶接補助部材、５６・・・溶接部
Ｈ・・・円筒容器（ヒ−タ−部）２０の高さ（電極を含まない）、Ｌ１・・・抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−１の長さ（電極を含む）、Ｌ２・・・円筒容器２０の直径、
Ｈ’・・・従来の円筒容器（ヒ−タ−部）４０の高さ（電極を含まない）、Ｌ１’・・・従来の抵抗加熱式蒸発ヒ−タ−３１の長さ（電極を含む）、Ｌ２’・・・従来の円筒容器４０の直径、
Ｔ・・・底板溶接部分の全体の厚み、ｔ１・・・円筒２の厚み、ｔ２・・・底板（サイドキャップ）４の厚み、ｔ３・・・溶接補助部材５の厚み
Ｔ’・・・従来の底板溶接部分の全体の厚み、ｔ１’・・・従来の円筒３２の厚み、ｔ２’・・・従来の底板（サイドキャップ）３４の厚み
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高融点金属の２枚以上の薄板と溶接補助部材とを重ね合わせた部分で溶接してなる金属部品。
【請求項２】
前記金属部品が、平面形状であることを特徴とする請求項１に記載の金属部品。
【請求項３】
前記金属部品が、立体形状であることを特徴とする請求項１に記載の金属部品。
【請求項４】
前記立体形状が円柱状であることを特徴とする請求項３に記載の金属部品。
【請求項５】
前記円柱状の側部に開口を有することを特徴とする請求項４に記載の金属部品。
【請求項６】
前記円柱状が、円筒と底板を溶接してなることを特徴とする請求項４又は５に記載の金属部品。
【請求項７】
前記底板がキャップ状であることを特徴とする請求項６に記載の金属部品。
【請求項８】
前記立体形状が角柱状であることを特徴とする請求項３に記載の金属部品。
【請求項９】
前記角柱状が、角筒と底板を溶接してなることを特徴とする請求項８に記載の金属部品。
【請求項１０】
前記立体形状が皿状であることを特徴とする請求項３に記載の金属部品。
【請求項１１】
前記立体形状が箱状であることを特徴とする請求項３に記載の金属部品。
【請求項１２】
前記金属部品が、坩堝として使用されることを特徴とする請求項３〜１１のいずれかに記載の金属部品。
【請求項１３】
前記坩堝が、蒸着材料の蒸発に用いられる坩堝で抵抗加熱体をも兼ねるために電気抵抗を減らさないように断面積が制限されたことを特徴とする請求項１２に記載の金属部品。
【請求項１４】
前記２枚以上の高融点金属が同じ金属であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の金属部品。
【請求項１５】
前記２枚以上の高融点金属が異なる金属であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の金属部品。
【請求項１６】
前記高融点金属が、タンタル、タングステン、チタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデンのいずれかであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の金属部品。
【請求項１７】
高融点金属の２枚以上の薄板と溶接補助部材とを重ね合わせた部分で溶接してなる金属部品の製作方法。
【請求項１８】
前記金属部品が立体形状の場合、前記高融点金属の薄板の外側に溶接補助部材を重ね合わせて溶接することを特徴とする請求項１７に記載の金属部品の製作方法。
【請求項１９】
前記金属部品が立体形状の場合、前記高融点金属の薄板の内側に溶接部材を重ね合わせて溶接することを特徴とする請求項１７に記載の金属部品の製作方法。
【請求項１】
高融点金属の２枚以上の薄板と溶接補助部材とを重ね合わせた部分で溶接してなる金属部品。
【請求項２】
前記金属部品が、平面形状であることを特徴とする請求項１に記載の金属部品。
【請求項３】
前記金属部品が、立体形状であることを特徴とする請求項１に記載の金属部品。
【請求項４】
前記立体形状が円柱状であることを特徴とする請求項３に記載の金属部品。
【請求項５】
前記円柱状の側部に開口を有することを特徴とする請求項４に記載の金属部品。
【請求項６】
前記円柱状が、円筒と底板を溶接してなることを特徴とする請求項４又は５に記載の金属部品。
【請求項７】
前記底板がキャップ状であることを特徴とする請求項６に記載の金属部品。
【請求項８】
前記立体形状が角柱状であることを特徴とする請求項３に記載の金属部品。
【請求項９】
前記角柱状が、角筒と底板を溶接してなることを特徴とする請求項８に記載の金属部品。
【請求項１０】
前記立体形状が皿状であることを特徴とする請求項３に記載の金属部品。
【請求項１１】
前記立体形状が箱状であることを特徴とする請求項３に記載の金属部品。
【請求項１２】
前記金属部品が、坩堝として使用されることを特徴とする請求項３〜１１のいずれかに記載の金属部品。
【請求項１３】
前記坩堝が、蒸着材料の蒸発に用いられる坩堝で抵抗加熱体をも兼ねるために電気抵抗を減らさないように断面積が制限されたことを特徴とする請求項１２に記載の金属部品。
【請求項１４】
前記２枚以上の高融点金属が同じ金属であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の金属部品。
【請求項１５】
前記２枚以上の高融点金属が異なる金属であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の金属部品。
【請求項１６】
前記高融点金属が、タンタル、タングステン、チタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデンのいずれかであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の金属部品。
【請求項１７】
高融点金属の２枚以上の薄板と溶接補助部材とを重ね合わせた部分で溶接してなる金属部品の製作方法。
【請求項１８】
前記金属部品が立体形状の場合、前記高融点金属の薄板の外側に溶接補助部材を重ね合わせて溶接することを特徴とする請求項１７に記載の金属部品の製作方法。
【請求項１９】
前記金属部品が立体形状の場合、前記高融点金属の薄板の内側に溶接部材を重ね合わせて溶接することを特徴とする請求項１７に記載の金属部品の製作方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−２６０７０７（Ｐ２００７−２６０７０７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８６９２２（Ｐ２００６−８６９２２）
【出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（３０５０２８１４３）アルバックマテリアル株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（３０５０２８１４３）アルバックマテリアル株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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