(57)【要約】【課題】複数の形状の異なる直管部からなる大型の石英ガラス管を溶接することなく製造できるようにして生産効率を高め、繋ぎ目のない一体化された多様構造の大型石英ガラス管を得る。【解決手段】ガラス旋盤に石英ガラス管１を取り付けて回転させながらバーナー３で石英ガラス管を吹き上げて拡径して大口径とする。大口径とした石英ガラス管をバーナーで加熱してカーボン製の治具を当てて当初の径より小径に絞り込み、絞り部１２にＲ形状の治具を押し当ててＲ部１３を形成する。テーパー部を有する段付きカーボンローラーを押し当てながらバーナーでならし加工を行い、テーパー部１４を形成し、繋ぎ目なしの一体成形の多様構造の石英ガラス管を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径の異なる直管部とそれらを結ぶ直径遷移部から構成されており、各部位同士が繋ぎ目を有することなく一体的に形成されている大型石英ガラス管。
【請求項２】
請求項１において、直径遷移部が段付テーパー管である大型石英ガラス管。
【請求項３】
請求項１において、直径遷移部がＲ付絞り管である大型石英ガラス管。
【請求項４】
請求項１において、直径遷移部が段付テーパー部とＲ付絞り部との任意の組み合わせである大型石英ガラス管。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、直管の直径が３００ｍｍ以上のものと該口径の２分の１〜３分の１の口径を有する直管である大型石英ガラス管。
【請求項６】
石英ガラス管を回転させながらバーナーで吹き上げて任意の直径に拡径し、カーボン製治具を用いて絞り部、Ｒ部若しくはテーパー部等の直径遷移部を成形する大型石英ガラス管の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、直径遷移部の成形に使用する治具が、円筒形治具、Ｒ形状治具、若しくはテーパー治具のいずれかである石英ガラス管の製造方法。
【請求項８】
請求項６または７のいずれかにおいて、バーナーが、石英ガラス管の外周面から火炎を当てるメインバーナーと管内周に火炎を当てるセンターバーナーからなるものである大型石英ガラス管の製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかにおいて、直径３００ｍｍ以上の大口径の石英ガラス管に吹き上げる大型石英ガラス管の製造方法。
【請求項１０】
請求項７において、絞り加工を行う際に使用する治具が円筒状のカーボン治具をテーパー状に加工したものであり、石英ガラス管外周に該テーパー状治具の大径部分を押し当てながら火炎を当てて絞り込みを開始すると共に、テーパー状治具を小径側に移動して絞り加工する大型石英ガラス管の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、絞り加工を複数回行う大型石英ガラス管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ガラス管及びその製造方法に関し、特に大型（φ３００ｍｍ以上）で直径の異なる直管部の間を結ぶ直径遷移部を有する大型石英ガラス管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マスク基板などの液晶用材料の熱処理や半導体材料、特に、ウエーハの気相蒸着、酸化・拡散、ＣＶＤやプラズマ処理等の熱処理装置には、ベルジャーやチャンバー、炉芯管、反応管等として用途に応じて様々な形状の石英ガラス管が使用されている。
近年、ウエーハの大型化に伴い、例えば熱処理炉においても従来の横型熱処理炉から、炉全体のサイズに比べて均熱域長が長くとれ、熱的な断面均一性に優れている縦型熱処理炉が用いられてきている。
こうした熱処理炉内で使用される石英ガラス管内で１２インチサイズ（約３０ｃｍ）の大型ウエーハを処理可能とするため、石英ガラス管の大型化が要求され、また、処理ガスの流通路等との組み合わせなど、石英ガラス管自体についても直径が変化する部分（直径遷移部）を有する多様構造化が進んできている。
【０００３】
こうした多様構造の石英ガラス管を製造する場合、従来は、図７に示すように、径の異なる部分毎に個別に製造した後、個々の部分を石英ガラス管本体に溶接加工することにより製造していた。
まず、φ２２０ｍｍ、管厚６．５ｍｍの石英ガラス管を２本を用意し、各々の両端にダミー管２の溶接（足場付け）を行う。一方の石英ガラス管１０１をガラス旋盤のチャックに取り付け、石英ガラス管１０１を回転させながらバーナー（図示しない）で酸水素火炎で吹き上げて口径φ３５０ｍｍ、管厚約６．５ｍｍの石英ガラス管１０１を製作する。
次に吹き上げた石英ガラス管１０１の片端を管の中心部をすぼめながら溶断してガラス旋盤より取り外し、所定長さにダイヤ刃で機械切断し、電気炉内でのアニール処理及びフッ酸洗浄処理を行う。
【０００４】
同様に他の石英ガラス管１０２についてもガラス旋盤に取り付け、バーナーで吹き上げてφ４００ｍｍの石英ガラス管１０２を製作した後、石英ガラス管１０２の片端を管の中心部をすぼめながら溶断してガラス旋盤より取り外し、所定長さにダイヤ刃で機械切断し、電気炉内でのアニール処理及びフッ酸洗浄処理を行う。
【０００５】
このφ４００ｍｍの石英ガラス管１０２をガラス旋盤に取り付け、回転させながら石英ガラス管の端面を酸水素火炎バーナーを用いてカーボン製の鏝（コテ）（図示しない）を当て、管の片端がφ４００ｍｍの口径になるようにテーパー加工してテーパー部１４を形成し片端部を縮径して端部の径を３５０ｍｍにする。この後、ガラス旋盤より取り外し、アニール処理及びフッ酸洗浄処理を行う。
【０００６】
吹き上げた２本のダミー管２付き石英ガラス管１０１、１０２のダミー管２をガラス旋盤の左右のチャックに固定して対向配置させ、両管１０１、１０２を同期回転させ、バーナーで接合部を加熱して２本の石英ガラス管１０１、１０２を接合し、φ３５０ｍｍの直管部１０１を有し、段付きテーパー部１４を介してφ４００ｍｍの直管部１０１となる大型石英ガラス管を完成する。
そして、直管１０２の片端を管のバーナーで加熱して中心部をすぼめながら溶断し、片方のダミーを切り離す。次いでダイヤ刃で機械切断して直管部１０２を所定長さとする。
【０００７】
別途にφ１５０ｍｍの石英ガラス管１０３と所定のＲ形状を持つカーボン治具を用意しておき、この石英ガラス管１０３の片方の端をカーボン治具（図示しない）を用いて酸水素バーナーでＲ形状１３に拡径する。
次に先の段付テーパー部１４を有する大型石英ガラス管１０２と端部をＲ形状に拡径した石英ガラス管１０３を夫々ガラス旋盤の左右のチャックに固定し、両者を同期回転させ酸水素バーナーで溶着させ、φ３５０ｍｍの直管部１０１、段付テーパー部１４、φ４００ｍｍの直管部１０２、Ｒ付き絞り部１３、φ１５０ｍｍの直管部１０３を有する多様構造の大型石英ガラス管１とする。
以上のように、従来の製造方法は、切断が５個所、洗浄が７回、足場付けが４個所、溶断が４回、管同士の溶接によるドッキング操作を２回必要としていた。
【特許文献１】特開平６−３４５４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
溶接により複数の形状の異なる部位を繋いで多様構造の石英ガラス管を製造する場合、溶接前後に充分洗浄処理を行ない溶接部を清浄にする必要があり、また、高温溶接による割れを防ぐために本体と他の材料との歪を充分に取り除くために溶接前後に充分なアニール処理が必要である。そのため、大口径管部、中口径管部、小口径管部、段付テーパー管部、及びＲ付絞り部など、個々の部位同士の一つの溶接が終わるごとに、洗浄処理とアニール処理をしなければならず、その都度ガラス旋盤からの脱着、センター出しなど、石英ガラス管が大型化、多様化されればされるほど製造工程が増えると共に、取り扱い時の破損の危険性も増すという問題を抱えていた。
【０００９】
本発明は、複数の形状の異なる直管部を有する大型の石英ガラス管を、各部位同士を溶接することなく製造することによって生産効率を高めると共に、繋ぎ目のない一体化された多様構造の大型石英ガラス管を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、石英ガラス管を回転させながらバーナーを用いて吹き上げて任意の大口径石英ガラス管とし、円筒形状のカーボン治具を用いて絞り加工を行った後、Ｒ形状及び／またはテーパー形状に加工したカーボン治具を用い、更に吹き上げて大口径とした石英ガラス管の直管部位と絞り込んだ直管部位との直径遷移部部位を所定のＲ形状及び／またはテーパー形状に加工し、複数の直管形状の異なる部位、Ｒ形状または／及びテーパー状の直径遷移部部位を繋ぎ目を有することなく一体的に形成するようにした。
石英ガラス製バーナーを、管の外面に火炎を当てるメインバーナーと管内面に火炎を当てるセンターバーナーとして使用し、直径３００ｍｍ以上の大口径の石英ガラス管に吹き上げる際にセンターバーナーを用いることとした。
【００１１】
絞り加工時の治具は、図４に示す円筒状のカーボン治具をテーパー状にしたもので、石英ガラス管外面にテーパー状治具の大径部分を押し当て、火炎を当てながらテーパー状治具を小径側に移動させて任意の長さの直管部位を絞る。
【００１２】
また、絞り加工を施す長さに応じて複数回行って滑らかな絞りとした。こうして、複数の径の異なる直管形状を含み、直管部を繋ぐＲ部、絞り部及びテーパー部の直径遷移部各々の部位同士が繋ぎ目なしで一体的成形の大型石英ガラス管を製造可能とした。
【００１３】
ジョイント部位が段付テーパー部、または／及びＲ付絞り部、この任意の組み合わせによる複数の直径遷移部で構成されている大型石英ガラス管の提供ができるようになり、直径３００ｍｍ以上といった大口径の直管部位と該口径の２分の１から３分の１といった小さな口径の直管部位をも、溶接法を用いることなく一体的に形成した大型石英ガラス管を、製造工程の大幅な省力化を実現して提供することを可能とした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、従来の煩雑な製作工程を大幅に簡略化でき、作業能率をあげることができるため、生産性を向上させると共に工程の簡略化によって表面汚染の機会を減少させ、残存歪による破損の危険性を解消し、高品質の石英ガラス製品が得られるようになった。
【００１５】
また、従来のようにガラス旋盤への頻繁な脱着をすることがなく、ガラス旋盤チャックに一度固定すれば掴み替えなく最終製品となるまで連続的に加工できるので、脱着による芯ズレがなく、再現性が良く寸法精度の高い大型の多様形状の石英ガラス管を製造することができる。
複数の直管部とそれらを繋ぐジョイント部とから構成される大型石英ガラス管を繋ぎ目なしで一体的に形成することができるため、強度の優れた石英ガラス管が得られる。
【００１６】
直径遷移部が段付テーパー部、またはＲ付絞り部の任意の組み合わせによる複数の直径遷移部で構成されている大型石英ガラス管が製造できるようになり、直径３００ｍｍ以上の大口径の直管部と該口径の２分の１から３分の１といった小さな口径の直管部位をセンターバーナーを使用して段階的に絞り加工、吹き上げ加工が効率良くできるので、従来のように各々の部位を組み上げる溶接法を用いることなく、製造工程が大幅に簡略化され、省力化と共に製造コストの低減が達成できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施例
図１に示す、φ３５０ｍｍの直管部１５、段付テーパー部１４、φ４００ｍｍの直管部１１、Ｒ付き絞り部１３、φ１５０ｍｍの直管部１２からなる繋ぎ目なしで一体成形の大型石英ガラス管１の製造を例にして以下説明する。
まず、φ２２０ｍｍ、肉厚約６．５ｍｍの石英ガラス直管１０を１本用意し、直管１０の両端にガラス旋盤（図示しない）に固定するため同径のダミー管２を溶接（足場付）してガラス旋盤のチャックに取り付ける。直管１を回転させながらバーナーを軸方向に４０〜７０ｍｍ／分の速度で移動させながら酸素と水素の比を１：２とした酸水素火炎で吹き上げて口径４００ｍｍの石英ガラス管に拡径する。拡径によって管厚が薄くなるので、管厚が変わらないように、直管１０を回転しながらガラス旋盤のチャック間隔が縮まる方向に力をかけて調整する。
吹き上げは、数段階に分けて徐々に目的の大きさの外径に近づけて行くのが好ましく、本実施例においては、吹き上げ幅３０ｍｍ／回を６回実施して目標の径に拡径した。
【００１８】
メインバーナー３は、図３に示すように石英ガラス製であり、直管１０の外周に複数のバーナー３１を配置したものであり、底部には治具となるローラ４等が配置されている。管の直径が小さい間は外周面から火炎を当てるメインバーナー３のみを使用するが、管の直径が３００ｍｍ以上の場合、メインバーナー３と共に管内周面に火炎を当てるセンターバーナー（図示しない）を併用し、石英ガラス直管１０を内外から加熱して吹き上げの効率をあげる。
【００１９】
管の直径がφ３００ｍｍとなった時点から、直管１０の片端から内周面用のセンターバーナーを差し入れ、吹き上げ部をメインバーナー３と共に管内部から酸水素火炎を当てて吹き上げを行った。この結果、バーナーの送り速度を７０ｍｍ／分という高速作業が達成でき、生産効率をあげることができた。
【００２０】
次にメインバーナー３を当てながら、ガラス旋盤のチャックを左右のチャック間距離を広げる方向に移動させて石英ガラス管を引っ張り、φ４００ｍｍに吹き上げた石英ガラス管の絞り加工を行う。
絞り加工を施す部分には絞り径に加工した筒状のカーボン治具、若しくは絞る径となる位置に筒状カーボン治具を設置して、石英ガラス管外周にこのカーボン治具を押しつけて絞り加工を行う。
【００２１】
図４に示すようにテーパー状の治具４１を使用し、石英ガラス管の外周にこのテーパー状治具４１の大径部分を押し当てながらバーナーからの火炎を当てて絞り込みを開始する。テーパー状治具４１を小径側（矢印方向）に移動させながら大径部分で絞り込む径に成形して任意の長さに亘って絞り加工を行う。この方法によれば、滑らかな表面を効率良く得ることができる。絞り幅が大きい場合は、複数回の絞り加工を行って所望の絞り量を得る。１回の絞り幅は５〜３０ｍｍが作業性が良く、本実施例では絞り幅を１９ｍｍ／回とし、１８０ｍｍの長さに亘って絞り回数を４回として口径１５０ｍｍに絞った。
【００２２】
次いで図５に示す所定のＲ形状を持つカーボン治具４２を絞り加工部１３に押し当ててバーナー加工を行う。本実施例では９０Ｒのカーボン治具４３を用いてバーナーでＲ加工を行った。こうして、φ４００ｍｍの直管部、Ｒ付絞り部１３、φ１５０ｍｍの直管部１２を持つ石英ガラス管を製作した。
【００２３】
次に、φ４００ｍｍの直管部の一部を、図６に示すテーパー部を有する段付きカーボンローラー治具４３を用い、これを押し当てながら酸水素火炎バーナーでならし加工を行い、段付きテーパー部１４とφ３５０ｍｍの直間部を形成した。
【００２４】
最後にダミー管２を切断することによって、φ３５０ｍｍの直管部１５、段付テーパー部１４、φ４００ｍｍの直管部１１、Ｒ付き絞り部１３、及びφ１５０ｍｍの直管部１２からなる繋ぎ目なしの一体成形の大型石英ガラス管１を完成させた。
本発明では、製作工程として切断が２個所、洗浄が２回、足場付けが２個所、溶断が１回となり、管と管とのドッキング作業が必要なくなり、工程が大幅に簡略化され、生産効率の向上及びコストの低減が達成された。
そして、複数の直管形状の異なる部位、Ｒ形状または／及びテーパー状のジョイント部位を有する大型石英ガラス管を、繋ぎ目を有することなく一体的に形成することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明では、足場付け、洗浄、切断、溶断のいずれも従来方法に比較して少なくてすみ、また、管と管との溶接接続（ドッキング作業）が省略されたので工程が簡略化され、生産性が格段に向上した。
そして複数の直管形状の異なる部位、Ｒ形状または／及びテーパー状の直径遷移部部を有する大型石英ガラス管を繋ぎ目なしで一体的に形成することができるので、製造された石英ガラス管に大きな強度が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】大口径石英ガラス管の断面。
【図２】本発明の製造工程説明図。
【図３】メインバーナーの正面図。
【図４】治具の断面図。
【図５】Ｒ部の拡大図。
【図６】段付きテーパー部の拡大図。
【図７】従来の大口径石英ガラス管の製造工程図。
【符号の説明】
【００２７】
１    大口径石英ガラス管
１０  直管部
１２  絞り部
１３  Ｒ部
１４  テーパー部
２    ダミー管
３    バーナー
４    治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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