(57)【要約】【課題】半導体製造に用いられる酸化拡散処理装置、ＣＶＤ処理装置、ランプアニール装置等のチャンバーやベルジャー等に用いられる従来の黒色石英ガラス部品は、加熱される部分に使用することによって結晶化し、劣化するという問題があった。【解決の手段】不活性ガス、或いは水素ガス及び／又は炭化水素ガスを含んだ不活性ガスによって形成した黒色石英ガラスの溶射膜を有する石英ガラス部品は、酸化拡散処理装置、ＣＶＤ処理装置、ランプアニール装置の部品として用いた場合、高い熱遮断性を有し、なおかつ黒色石英ガラス部分の結晶化がないため、長時間にわたって省エネルギー及び高いスループットを実現できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス基材上に黒色石英ガラスの溶射膜が形成されてなることを特徴とする石英ガラス部品。
【請求項２】
透明石英ガラス溶射膜又は不透明石英ガラス溶射膜が前記黒色化石英ガラス溶射膜の上に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の石英ガラス部品。
【請求項３】
前記黒色石英ガラス溶射膜に石英ガラスの黒色化元素としてＮｂ、Ｖ、Ｍｏ及びＣからなる群より選ばれる１種以上の元素が含まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の石英ガラス部品。
【請求項４】
不活性ガス、或いは不活性ガスと水素ガス及び／又は炭化水素ガスの混合ガスを溶射ガスとしたプラズマ溶射法を用い、プラズマジェットによって石英ガラス基材又は形成中の溶射膜の表面を溶融しながら黒色石英ガラス溶射膜を成膜することを特徴とする請求項１〜３に記載の黒色石英ガラス溶射部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、黒色石英ガラスを溶射した石英ガラス部品に関し、特に半導体製造分野で使用される各種加熱処理装置の構成部材に好適な石英ガラス部品、及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造に用いられる酸化拡散処理装置、ＣＶＤ処理装置、ランプアニール装置等はシリコンウエハをチャンバーやベルジャー内で加熱する構造を有しており、そのチャンバーやベルジャーの材質としては石英ガラスが主に使用されている。これらの装置では、装置から熱が放散されることによる熱効率の低下、及びそれに起因する単位時間当りの処理数量（スループット）の低下が大きな問題となっている。
【０００３】
これらの問題を解決する手段として、石英ガラス自身を黒色化して遮光性、あるいは遠赤外線放射性を高めることにより熱効率を向上する方法、或いは昇温速度を高速化する方法等が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
石英ガラス自身を黒色化する方法としては、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂの化合物あるいは炭素等を石英ガラス原料に添加混合して加熱溶融する方法が知られている。（例えば、特許文献２、３、４参照）この様な黒色石英ガラスでは、黒色化のために添加した物質の酸化を防ぐ必要があるため、還元雰囲気あるいは真空中で溶融することが必要であった。（例えば、特許文献５参照）
この様な従来の黒色石英ガラスでは、半導体製造装置で高温で使用した場合、黒色化のために添加した金属元素がチャンバー内を汚染するという問題があった。またこの様な方法で製造した当該黒色石英ガラス部品では、半導体製造装置の高温になる部分で使用した場合、結晶化して劣化し易いという問題があった。
【０００４】
そこでこの様な問題の解決法として、黒色石英ガラスと透明石英ガラスを積層して耐熱性の型に充填し、真空炉で加熱溶融することにより黒色石英ガラスの表面を透明石英ガラスで覆うことが提案されている。（例えば、特許文献６参照）しかしこの様な方法で透明石英ガラス内部に積層した黒色石英ガラスでは、結晶化が必ずしも十分に抑制されなかった。また真空炉での製造が必要であるため、製法が煩雑であり、得られる部品の大きさに制限があり、なおかつ複雑な形状の部品には対応できなかった。
【０００５】
一方、黒色石英ガラスの製法として、加熱炉内に設置した石英ガラスを１９００℃以上の高温に加熱し、その上面に石英ガラス粉もしくは水晶粉を供給しながら酸水素火炎もしくは電気アーク火炎で加熱融着して肉盛りする方法の応用が考えられる。（例えば、特許文献７参照）しかし酸水素炎を用いる方法では、黒色石英ガラスの結晶化の問題は解決されない。またこの方法では、肉盛部の厚みや幅の精度が制御できないため、肉盛りの後で機械加工が必須であり、また大きな石英ガラス部品を製造することが困難であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−７５９０１公報
【特許文献２】
特開昭５４−１５７１２１公報
【特許文献３】
特開平５−２６２５３５公報
【特許文献４】
特開平５−３０６１４２公報
【特許文献５】
特開平５−２６２５３５公報
【特許文献６】
２０００−２５６０３７公報
【特許文献７】
特許３１１４８３５公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、黒色石英ガラス部品は、高温に加熱される部分に用いた場合、結晶化によって劣化し易いという問題があった。また従来黒色石英ガラス部品は真空炉等で溶融して製造されていたために、品種ごとに型や製造条件の最適化が必要であり、なおかつ得られる部品の大きさ、形状に制限があった。本発明の目的は、様々な形状及び仕様に柔軟に対応出来、なおかつ結晶化による劣化のない黒色の石英ガラス部品及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述のような現状に鑑み、鋭意検討を行った結果、石英ガラス基材の表面に黒色の石英ガラス溶射膜を不活性ガス、或いは不活性ガスと水素ガス及び／又は炭化水素ガスの混合ガスを用いたプラズマ溶射により形成した石英ガラス部品では、遮光性、遮熱性が従来の黒色石英ガラス部品と同等以上の性能を有し、なおかつ結晶化による劣化がないことを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明の石英ガラス部品は、石英ガラス基材上に黒色石英ガラスの溶射膜が形成されている石英ガラス部品である。
【００１１】
石英ガラス部品は、酸化拡散処理装置、ＣＶＤ処理装置、ランプアニール装置等に用いるチャンバーやベルジャーに用いるため、石英ガラス基材上とは、少なくとも石英ガラス部品をそれらの装置で用いる場合において特に遮光、遮熱が必要な部分を含まなければならない。但し、それ以外の部分に黒色石英ガラスが溶射されていることを妨げるものではない。黒色石英ガラス溶射膜を石英ガラス基材の全面にあるいは一部に形成したものは、遮光性や遮熱性だけでなく、遠赤外線放射性も有するものである。
【００１２】
用いる石英ガラス基材の形状には制限はなく、本発明では平板状、ドーム状、リング状、管状などいかなる形状にも対応できる。
【００１３】
石英ガラス基材の材質は特に制限はないが、強度と純度が要求される半導体製造装置に用いる為、天然水晶を精製し酸水素溶融炉やプラズマ溶融炉で溶融して形成された石英ガラス材料や、四塩化珪素を酸水素炎で加水分解して得られた合成石英ガラス材料などの高純度の石英ガラス材であることが好ましい。
【００１４】
また石英ガラス基材の透明性は、透明、不透明いずれも用いることが可能である。不透明石英ガラスを石英ガラス基材として用いれば、赤外線を散乱させ、可視光も通さないことから、熱遮蔽効果が特に高まる。
【００１５】
石英ガラス基材の厚みは特に制限はないが、溶射膜の成膜時にプラズマジェットの圧力で破壊しない為には０．５ｍｍ以上あることが好ましく、溶射時の熱衝撃で割れないためには３０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
次に本発明の石英ガラスは、石英ガラス基材上に黒色石英ガラスの溶射膜が形成されているものである。黒色石英ガラスとは、石英ガラスが黒色を呈し、黒色であることによって可視光、紫外光、赤外光を透過しないものをいう。黒色とは、目視で純粋に黒色であることには限定されず、暗緑色、暗紫色等、異なる色調を含むもので黒色と同様の光遮蔽効果を有するものを含むものである。光透過率としては１８５〜２５０００ｎｍの波長における透過率が１％以下であるものが好ましい。また黒色石英ガラス溶射膜の黒色化元素としてＮｂ、Ｖ、Ｍｏ及びＣからなる群より選ばれる１種以上の元素が含まれていることが好ましい。溶射膜中の黒色化元素の添加量は特に制限しないが、溶射膜中で０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下用いれば十分である。
【００１７】
また黒色石英ガラス溶射膜の膜厚は黒色化元素や添加量に異なるが、０．３ｍｍ以上あることが遮光性や遠赤外線放射性を出すために好ましい。
【００１８】
本発明の黒色石英ガラスの溶射膜は、従来の黒色石英ガラスに比べて結晶化の問題がないことがひとつの特徴である。黒色石英ガラスの溶射膜を有する石英ガラス部品は、確かな理由は定かではないが、酸化雰囲気中での加熱によって結晶化による劣化が観測されなかった。考えられる理由としては、本発明の黒色石英ガラス部分は溶射膜であるため、従来の溶融石英ガラスとは組織構造が異なること、或いは不活性ガス、或いは不活性ガスと水素ガス及び／又は炭化水素ガスの混合ガスのプラズマ溶射による膜であるため、溶射膜中に還元性ガスが取り込まれ、それが結晶化を抑制していることが考えられる。
【００１９】
次に本発明の石英ガラス部品は、前記黒色石英ガラス溶射膜の上に透明石英ガラス溶射膜及び／又は不透明石英ガラス溶射膜が積層されている石英ガラス部品である。
【００２０】
黒色石英ガラス溶射膜に石英ガラス溶射膜を積層することで黒色化元素によるチャンバー内汚染の防止効果を高めることが出来る。黒色石英ガラス溶射膜のチャンバー内汚染の保護性能を特に高いものとするには、黒色石英ガラスの溶射膜の上に、石英ガラス溶射膜の膜厚を０．３ｍｍ以上とすることが好ましい。積層する溶射膜の膜厚には制限はないが、１〜３ｍｍ以内で十分である。この様に石英ガラス溶射膜を積層することによって、黒色石英ガラス溶射膜の機械的な摩耗により不純物が混入することが防げ、なおかつ基材からの不純物が熱的に拡散することを防止するバリヤにもなる。
【００２１】
積層する石英ガラスは、透明、不透明いずれも用いることができる。不透明石英ガラスは何らかの元素を添加して不透明化したものでも、気泡を有することによって不透明にしたものでも良いが、不純物の拡散防止という目的からは、気泡によって不透明化したものを用いることが好ましい。
【００２２】
黒色石英ガラス溶射膜に不透明石英ガラス溶射膜を積層したものでは、赤外線を散乱させ、可視光を通さないことから、熱遮蔽効果をさらに高めることが可能である。これらの石英ガラスの溶射膜の積層は、黒色石英ガラスの溶射膜の結晶化の機会をさらに低減する効果も期待できる。
【００２３】
次に本発明の石英ガラス部品の製造方法を説明する。
【００２４】
本発明の石英ガラス部品は、不活性ガス、或いは不活性ガスと水素ガス及び／又は炭化水素ガスの混合ガスをプラズマガスとしたプラズマ溶射法を用い、プラズマジェットにより石英ガラス基材又は形成された溶射膜の表面を溶融しながら溶射することによって製造出来る。
【００２５】
本発明では不活性ガス単独、或いは不活性ガスと水素ガス及び／又は炭化水素ガスの混合ガスをプラズマガスとしたプラズマ溶射成膜する。この様な酸素を含まない、或いは還元性ガスを含むプラズマガスによる溶射では、黒色化のために添加した元素、或いは化合物（例えばＮｂＯ２）を酸化することなく良好な黒色石英ガラス溶射膜を得ることができる。また通常の分析法では確認し難いが、これらのガス成分、特に還元性の水素ガスが溶射膜中に極微量取込まれることによって、黒色化添加物に起因する結晶化が抑制されると考えられる。また、炭化水素ガスを加える事により炭素が石英と反応して放散することを抑制することができる。
【００２６】
不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が例示できるが、工業的にはアルゴンを用いることが好ましい。また、水素ガスを加える場合、その濃度は５〜５０％、特に５〜３０％の範囲が好ましい。また、炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレン等が例示できるが、その濃度は５〜５０％、特に５〜３０％の範囲が好ましい。
【００２７】
また本発明では、プラズマジェットにより石英ガラス基材表面を溶融しながら溶射する。石英ガラスの溶融温度は１８００℃以上である。溶射膜を形成する際、プラズマジェットを石英ガラス基材表面に照射し、当該表面を溶融させながら原料粉末を供給して溶射を行うことにより、溶射された原料粉末をプラズマジェットで溶融した場所に衝突させ、十分な密着性を得て堆積することが出来る。一旦溶射膜の溶射層が形成された後は、引き続き溶射膜をその上に積層する際に、プラズマジェットを溶射層表面に照射し、当該表面を溶融させながら原料を供給することにより、溶射層間の密着性を高められる。
【００２８】
プラズマジェットを石英ガラス基材に照射する溶射ガンと基材の距離は、用いる装置によって異なるが、例えば図１に示すような通常のプラズマ溶射装置の場合、石英ガラス基材と溶射ガン先端にある粉末供給口の溶射距離は５０ｍｍ程度、溶射パワーを３５ｋＷ以上とするような条件が例示できる。一方、減圧プラズマ溶射法を用いれば、プラズマジェットの形状が長くなる為、石英ガラス基材と溶射ガンの距離が１００ｍｍ以上であっても石英ガラス基材表面を溶融することは可能である。
【００２９】
特に大型の石英ガラス部品を製造する場合、プラズマ溶射法の中でも複トーチ型プラズマ溶射装置（特公平６−２２７１９、溶射技術　Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．１，ｐ．１〜８（１９９１年）他参照）を用いて層流のプラズマジェットで溶射することが好ましい。図２に複トーチ型プラズマ溶射装置の概要を示す。複トーチ型プラズマ溶射装置では、長さが数百ｍｍの層流炎プラズマ（通常は乱流状態で５０ｍｍ程度）が形成出来るため、溶射距離が１００ｍｍでも本発明の溶射膜を形成することが出来る。
【００３０】
プラズマ溶射の際に用いる溶射粉末としては、石英ガラス粉末又は水晶粉末に上記元素又は上記元素の化合物の微粉末をまぶして添着したもの、石英ガラス微粉末又は水晶微粉末に上記元素又は上記元素の化合物の微粉末をボールミル等で混合しスプレードライ法で得られた顆粒を焼結したもの、石英ガラス粉末又は水晶粉末に上記黒色化元素を含む化合物を添加してバルクの黒色化ガラスにした後に粉砕したもの等を用いることができる。
【００３１】
溶射粉末の粒径は、平均粒径２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。平均粒径２０μｍ未満では十分な流動性がないためプラズマ中に原料を均一に導入することが難しく、均一な溶射膜が得られ難い。平均粒径が１００μｍを越えると溶融に時間がかかり不均一となり易く、還元性ガスが石英ガラスの中に取込まれ難いと考えられる。また黒色石英ガラス溶射膜表面に凹凸や斑点が生じたり、溶射ガンの線速度が遅くなることで基材の変形が起こり易い。
【００３２】
黒色石英ガラス溶射膜の上に、透明或いは不透明石英ガラスを溶射して積層する方法は、上記と同様の石英ガラス粉末、または水晶粉で、黒色化元素、黒色化元素化合物を添加しないものを用いれば良い。溶射条件としては、上記の黒色石英ガラスと同様の条件を用いれば良いが、不透明石英ガラスとするためには、溶射距離を長くする、溶射ガンの移動速度を速くする、投入パワーを低くする等で不透明化することが出来る。
【００３３】
石英ガラス基材の一部に黒色石英ガラス溶射膜を形成する場合、石英ガラス基材に段差をつけておいて低い部分に黒色石英ガラス溶射膜を成膜することで段差のない黒色石英ガラス溶射部品を製造することもできる。図３に示すように石英ガラス基材の同一面に黒色石英ガラス溶射膜及び透明石英ガラス溶射膜を形成することにより、段差がない黒色石英ガラス溶射部品を製造することができる。この様な石英ガラス部品は、曲面で加工に手間がかかるような部分でも溶射のみで対応でき、後で加工する必要がない
【００３４】
【実施例】
本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３５】
実施例１
幅４０ｍｍ長さ６００ｍｍ厚み２ｍｍの透明石英ガラス基材の上に、図２に示すような複トーチ型プラズマ溶射装置を用いて黒色石英ガラス溶射膜を形成した。プラズマガスとして純アルゴンガスを用い流量を１０ＳＬＭとして、２３ｋＷの電力を投入することで長さ約３００ｍｍの層流のプラズマジェットを生成した。溶射距離を１００ｍｍとして基材の長さ方向の端から端まで溶射ガンを１００ｍｍ／ｓの速度で移動することで透明石英ガラス基材の全面を加熱した。加熱を全面に渡って２回行うことで予熱温度を９００℃とした。
【００３６】
次に、プラズマガスをアルゴンガスに水素ガスを１０％混合したガスに変え、溶射粉末をアルゴンガスに１０ｇ／分の速度で供給して黒色溶射膜を形成した。溶射粉末はニオブ（Ｎｂ）を０．８ｗｔ％添加した黒色石英ガラス材を粉砕し、粒径が３０μｍ以上６５μｍ以下となるように篩い分け、１０％フッ酸に１時間浸漬後、純水でリンスして乾燥したものを用いた。溶射距離は１００ｍｍとして、原料粉末の溶射中にプラズマジェットのフレームが石英ガラス基材に触れる条件で、石英ガラス基材の表面を溶融しながら溶射膜を形成した。溶射は、基材の長さ方向の端から端まで溶射ガンを１００ｍｍ／ｓの速度で透明石英ガラス基材上に溶射し、溶射を全面に渡って５回行うことで膜厚１ｍｍの黒色石英ガラス溶射膜を得た。溶射直後の基材温度は１０００℃であった。得られた溶射膜の表面には密着性が不十分な粒状物が溶射膜表面に付着していた為、溶射粉末を供給することなくさらに１回、溶射膜表面の全面に原料を供給しないプラズマジェットを照射し、表面に剥離し易い粒状付着物のない黒色石英ガラス溶射部品を製造した。
【００３７】
得られた黒色石英ガラス溶射部品は、色むらがなく全面で黒色を呈し、１８５〜２５０００ｎｍの波長域で光透過度を測定したところ、いずれの波長の透過率も０．５％以下であった。また、Ｘ線回折では結晶性物質は観測されず、ガラス状態であった。
【００３８】
実施例２
幅１５０ｍｍ長さ２００ｍｍ厚み４ｍｍの透明石英ガラス基材を用い、図２に示すような複トーチ型プラズマ溶射装置を用いて黒色石英ガラス溶射膜を形成した。プラズマガスとして純アルゴンガスを用い流量を１０ＳＬＭとして、２３ｋＷの電力を投入することで長さ約３００ｍｍの層流のプラズマジェットを生成した。溶射距離を１００ｍｍとして基材の長手方向の端から端まで溶射ガンを１００ｍｍ／ｓの速度で移動することで透明石英ガラス基材の全面を加熱した。加熱を全面に渡って２回行うことで予熱温度を９５０℃とした。
【００３９】
次に、プラズマガスをアルゴンガスに水素ガスを１０％混合したガスに変え、溶射粉末をアルゴンガスに１０ｇ／分の速度で供給して、溶射距離を１００ｍｍとして基材の長さ方向の端から端まで溶射ガンを１００ｍｍ／ｓの速度で移動して透明石英ガラス基材に溶射した。溶射を全面に渡って７回行うことで膜厚１．４ｍｍの黒色石英ガラス溶射膜を得た。溶射粉末は、バナジウム（Ｖ）を３ｗｔ％添加した黒色石英ガラス材を粉砕し、粒径が３０μｍ以上６５μｍ以下となるように篩い分け、１０％フッ酸に１時間浸漬後、純水でリンスして乾燥したものを用いた。溶射直後の基材温度は１０５０℃であった。
【００４０】
次に溶射粉末を平均粒径が４０μｍの高純度水晶粉末に交換し、上記の黒色石英ガラス溶射膜と同じ条件で溶射し、最後に、溶射粉末を供給することなく溶射ガンを１００ｍｍ／ｓの速度で移動して溶射膜表面の全面をプラズマジェットで照射することで、表面が平滑な透明石英ガラス溶射膜（膜厚１ｍｍ）を積層した。
【００４１】
得られた黒色石英ガラス溶射部品は、色むらがなく全面で黒色を呈し、１８５〜２５０００ｎｍの波長域で光透過度を測定したところ、いずれの波長でもほとんど透過率は零であった。また、Ｘ線回折を調べたところ、黒色石英ガラス溶射膜及び透明石英ガラス溶射膜がガラス状態であることが確認された。
【００４２】
実施例３
外径が２０ｍｍ厚み１ｍｍで長さが５５０ｍｍの透明石英ガラス管の外周の半分を内径が２０ｍｍで半割の石英管でマスクし、複トーチ型プラズマ溶射装置を用いて黒色石英ガラス溶射膜を形成した。プラズマガスとして純アルゴンガスを用い流量を１０ＳＬＭとして、２３ｋＷの電力を投入することで長さ約３００ｍｍの層流のプラズマジェットを生成した。溶射距離を１００ｍｍとして透明石英ガラス管の長さ方向の端から端まで溶射ガンを１００ｍｍ／ｓの速度で移動回転させることで透明石英ガラス管の全面を加熱した。加熱を全面に渡って２回行うことで予熱温度を９００℃とした。
【００４３】
次に、プラズマガスをアルゴンガスに水素ガスを１０％混合したガスに変え、溶射粉末をアルゴンガスに１０ｇ／分の速度で供給して、溶射距離を１００ｍｍとして基材の長手方向の端から端まで溶射ガンを１００ｍｍ／ｓの速度で移動回転させ、透明石英ガラス管のマスクされてない部分にのみ溶射膜を形成した。溶射を５回行うことで膜厚１ｍｍの黒色石英ガラス溶射膜を得た。溶射粉末は、モリブデン（Ｍｏ）を５ｗｔ％添加した黒色石英ガラス材を粉砕し、粒径が３０μｍ以上６５μｍ以下となるように篩い分け、１０％フッ酸に１時間浸漬後、純水でリンスして乾燥したものを用いた。溶射直後の基材温度は１０５０℃であった。
【００４４】
次に溶射粉末を平均粒径が４０μｍの高純度水晶粉末に交換し、マスクに用いていた半割の石英管を取り外し、先の黒色石英ガラス溶射膜形成部を内径が２２ｍｍで半割の石英管でマスクし、上記の黒色石英ガラス溶射膜形成の際にマスクしていた部分に同じ条件で膜厚１ｍｍの透明石英ガラス溶射膜を形成した。
【００４５】
最後に石英管のマスクを外し、溶射粉末を供給することなく溶射ガンを１００ｍｍ／ｓの速度で振幅させながら２０度ピッチで全周をプラズマジェットで照射することにより、黒色石英ガラス溶射膜部と透明石英ガラス溶射膜部の段差のない石英ガラス部品を製造した。
【００４６】
得られた黒色石英ガラス溶射部品は、色むらがなく黒色を呈し、１８５〜２５０００ｎｍの波長域で光透過度を測定したところ、いずれの波長でもほとんど透過率は零であった。また、Ｘ線回折を調べたところ、黒色石英ガラス溶射膜及び透明石英ガラス溶射膜いずれもガラス状態であることが確認された。
【００４７】
実施例４
直径２５０ｍｍφ厚み２ｍｍｔの不透明石英ガラス円板（東ソークオーツ社製ＯＰ−３ガラス）を基材に用い、図２に示す様な複トーチ型プラズマ溶射装置を用いて黒色石英ガラス溶射膜を形成した。プラズマガスとしてアルゴンガスを用い流量を１０ＳＬＭとして、２５ｋＷの電力を投入することで長さ約３００ｍｍの層流のプラズマジェットを生成した。溶射距離を１００ｍｍとして溶射ガンを１２０ｍｍ／ｓの速度で３５０ｍｍの幅に渡って振幅させながら移動し、不透明石英ガラス基材の全面を加熱した。加熱を全面に渡って２回行うことで予熱温度を８５０℃とした。
【００４８】
次に、プラズマガスをアルゴンガスにメタンガスを１０％混合したガスに変え、溶射粉末をアルゴンガスに１０ｇ／分の速度で、溶射距離を１００ｍｍとして溶射ガンを１２０ｍｍ／ｓの速度で３５０ｍｍの幅に渡って振りながら移動させ、溶射を全面に渡って５回行うことで膜厚１ｍｍの黒色石英ガラス溶射膜を得た。溶射粉末は、カーボン（Ｃ）を３ｗｔ％添加した黒色石英ガラス材を粉砕し、粒径が３０μｍ以上６５μｍ以下となるように篩い分け、１０％フッ酸に１時間浸漬後、純水でリンスして乾燥したものを用いた。黒色石英ガラス溶射直後の基材温度は１０００℃であった。
【００４９】
次に溶射粉末を平均粒径が４０μｍの高純度水晶粉末に交換し、プラズマガスをアルゴンガスに水素ガスを１０％混合したガスに変え、黒色石英ガラス溶射膜上に透明石英ガラス溶射膜を形成した。電力、溶射粉末供給量、溶射距離は上記の黒色石英ガラス溶射と同じ条件としたが、溶射ガンの移動速度は２００ｍｍ／ｓとし、３５０ｍｍの幅に渡って振幅させながら移動させ全面に渡って５回繰り返した。最後に、溶射粉末を供給することなく溶射ガンを１２０ｍｍ／ｓの速度で３５０ｍｍの幅に渡って振幅させながら移動させ、溶射膜表面の全面をプラズマジェットで照射した。得られた石英ガラス部品は、表面が平らで空孔率が３０％の不透明石英ガラスの上に黒色石英ガラスの溶射層があり、その上に不透明石英ガラスの溶射膜が積層された石英ガラス部品が得られた。
【００５０】
得られた黒色石英ガラス溶射部品は、色むらがなく黒色を呈し、１８５〜２５０００ｎｍの波長域で光透過度を測定したところ、いずれの波長でもほとんど透過率は零であった。また、Ｘ線回折を調べたところ、黒色石英ガラス溶射膜及び不透明石英ガラス溶射膜いずれもガラス状態であることが確認された。
【００５１】
比較例１
バナジウム（Ｖ）を３ｗｔ％添加した黒色石英ガラス材を粉砕し、粒径が３０μｍ以上６５μｍ以下となるように篩い分けたものをプレス成型したもの、及び透明石英ガラス上に積層したものを夫々真空溶融炉中で加熱溶解し、全体が黒色の石英ガラス、及び透明石英ガラス上に黒色石英ガラスが積層された石英ガラスの塊を製造した。これらの塊を切断、研磨し、石英ガラス部品とした。
【００５２】
実施例１から実施例４で得られた本発明の石英ガラス部品と、上記の全体が黒色の石英ガラス部品、積層石英ガラス部品を電気炉に入れ、大気中、１２００℃で３日間保持した。冷却後ガラスを取り出して状態を観察したところ、実施例１から実施例４の石英ガラス部品ではＸ線回折によって結晶化は認められなかった。また実施例１から実施例３については目視によっても透明石英ガラス部分で失透して結晶化したところはなく、黒色石英ガラスの溶射膜にも大きな変化は見られず、耐熱性が良い石英ガラス部品であった。
【００５３】
一方、真空溶融炉で製造した積層石英ガラス部品は、透明石英ガラスと黒色石英ガラスの界面に幾つかの失透部が観測された。また全体が黒色の石英ガラスでは、所々に斑点が見られ、黒色化のために添加した化合物の酸化が観測された。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の黒色石英ガラスを溶射した石英ガラス部品及びその製造方法は、以下の効果を有する。
（１）黒色石英ガラスが被覆されているため、光透過率が低く遮熱性に優れている。
（２）従来の溶融黒色石英ガラスとは異なり、熱を加えた際に結晶化による劣化がない。
（３）黒色石英ガラスの上に透明又は不透明石英ガラスが溶射されたものは、基材或いは黒色石英ガラスに由来する不純物拡散の問題が特に小さい。
（４）様々な形状の石英ガラス部品を簡便に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の黒色石英ガラス溶射膜を形成するためのプラズマ溶射装置の一例である。
【図２】本発明の黒色石英ガラス溶射膜を形成するためのプラズマ溶射装置の別の一例である。
【図３】本発明の黒色石英ガラス溶射膜と透明石英ガラス溶射膜を石英ガラス基材の同一面に形成した黒色石英ガラス溶射部品の一例である。
【符号の説明】
１０、２０：　カソード
１１、２１：　アノード
１２、２２：　プラズマガス
１３、２３：　粉末供給口
１４、２４：　溶射距離
１５、２５：　基材
１６、２６：　溶射膜
１７、２８：　直流電源
１８、２９：　プラズマジェット
２７：　カソード保護用アルゴンガス
３０：　石英ガラス基材
３１：　黒色石英ガラス溶射膜
３２：　透明石英ガラス溶射膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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