(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の肉厚及び外径に研削加工した石英円板と、所定の外径及び肉厚の石英管材料を熔着して丸封石英管を製造する方法であり、該石英円板の外周部にＲ面取り加工を施すとともに、熔着部となる該石英円板の片面と石英管材料の端部を平面研削加工を施した後に熔着する工程と、該熔着した石英円板部及び石英管材料端部周辺を加熱軟化させ、所定のＲ形状をもつカーボン製Ｒ治具を接触させて丸封部を形成する工程とからなることを特徴とする丸封石英管の製造方法。
【請求項２】
前記石英管材料を縦置きし、該石英管材料の上端面に前記石英円板を載置した状態で両者を熔着することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記石英円板及び石英管材料を平面研削加工する際、ダイヤモンド砥石を使用し、そのダイヤモンド粒度が＃５０（０.８〜０.９mm）より細かいものであることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体工業に使用される石英炉心管として使用される石英管、特に大口径の丸封石英管の製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
丸封石英管の製造方法としては、従来、図６に示すように、石英管（ストレート管）１０１を硝子旋盤Ｌに取り付け、管軸を中心として回転させながら、丸封加工位置に硝子バーナＢにより大きな熱量を加え、その部分を石英硝子の可塑領域まで熱するとともに、加熱部分をカーボン（黒鉛）製の治具を用いて絞り込むことによって、石英管の端部を丸封加工するという方法が一般的に知られている。
【０００３】
また、他の方法として、特開平６−３４５４７０号公報には、図７に示すように、石英管本体（ストレート管）と石英円板（平板）を素材として、その石英管本体と石英円板を硝子旋盤に互いに対向するように取り付け、石英管本体の一端に石英円板を高温火災で溶着した後、その溶着一体化物を回転させながら、石英円板を高温火災で加熱するとともに、石英管本体内に他端側からブローを供給して内圧を高め、石英円板を外方に膨らませることにより、石英管端部に所定の曲率をもつアール部を加工する技術が開示されている。
【０００４】
また特開平１１−１５７８５６号公報には、図９に示されるように、素材として石英管本体（ストレート管）１と石英円板２を用い、その石英管本体１の端部に、製品形状に合わせた曲率のアール部１ａ'を成形し、石英円板２を製品形状に湾曲させ、それら石英管本体１'と石英円板２'の端部を加熱して相互に溶着して大型の丸封石英管Ｔを得る技術も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、半導体工業で使用される炉心管（丸封石英管）が、６インチ、８インチ、１２インチと大型化する傾向にあるが、図６に示す従来の方法では、その大型化に伴って石英管を可塑領域まで加熱するのに大きな熱量が必要となり、エネルギ消費も大きくなる。また石英管が大口径となると、石英管を絞り込むために要する作業時間も非常に長くなるという問題がある。
【０００６】
一方、特開平６−３４５４７０号公報に記載の方法によれば、石英管本体に石英円板を溶着した後、石英円板を均一に加熱し空気圧によって外方に膨らませる方法であるので、その膨らませ加工時に、溶着部分に変形が生じる可能性があり、これを防ぐための何らかの対策を採る必要がある。具体的には、同公報の第３頁、段落１５に、石英ガラス製円板を溶着した石英ガラス管の溶着端面をガラス管径よりテーパー状に拡径して該拡径部と溶着一体物を加熱し、内圧負荷により外側へ膨出させることが、後述する丸封時に、該溶着面が丸封部中心側へずれこむのを防ぎ、かつ、均一な粘性の可塑領域を保持して丸封面全体の肉厚変動を抑止する上で有効である、と記載されるごとく、図８に示すように溶着端面をガラス管径よりデーパー状に拡径する形状を採用する必要があり、それだけ余分な作業を必要とする。
【０００７】
さらに、特開平１１−１５７８５６号公報記載の方法によれば、石英円板を湾曲させる際に石英管本体内に気体圧力を付与するための圧力付与手段は必要でないものの、石英管本体の端部に所定の曲率のアール部を形成し、一方では石英円板を同じ曲率に湾曲させるという困難な作業を行う必要があるという新たな問題が生じている。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、高精度な所定の曲率を有し、かつ滑らかな曲部が形成された丸封石英管を高度な熟練度を必要とすることなく、簡単なより少ない工程で、生産性、再現性よく、かつ高品質のものを製造することができ、半導体製造用治具として、強度、寸法性共に優れた大型丸封石英管を製造することのできる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の丸封石英管の製造方法は、所定の肉厚及び外径に研削加工した石英円板と、所定の外径及び肉厚の石英管材料を熔着して丸封石英管を製造する方法であり、該石英円板の外周部にＲ面取り加工を施すとともに、熔着部となる該石英円板の片面と石英管材料の端部を平面研削加工を施した後に熔着する工程と、該熔着した石英円板部及び石英管材料端部周辺を加熱軟化させ、所定のＲ形状をもつカーボンモールドを接触させて丸封部を形成する工程とからなることを特徴とする。
【００１０】
前記石英管材料を縦置きし、該石英管材料の上端面に前記石英円板を載置した状態で両者を熔着すれば、特別な治具を要することなく、石英円板を載置するだけで両者を当接できる利点がある。
【００１１】
前記石英円板及び石英管材料を平面研削加工する際、ダイヤモンド砥石を使用し、そのダイヤモンド粒度は＃５０（約０.８〜０.９mm）より細かいもの、好ましくは＃２００（約０.２０〜０.２５mm）より細かいものであるのが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一つの実施の形態を添付図面中、図１〜図５に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００１３】
図１は本発明方法において縦置き石英管材料の上端面に石英円板を載置する工程を示す側面的説明図である。図２は石英管材料とその上端面に載置された石英円板とを熔着する工程を示す側面的説明図である。図３は熔着した石英円板と石英管材料上端部に丸封部を形成する工程を示す側面的説明図である。図４は縦置き石英管材料の上端内面に石英円板を載置する工程を示す側面的説明図である。図５は作製される石英管の例を示す側面図で、（ａ）は平封石英管、（ｂ）は丸封石英管をそれぞれ示す。
【００１４】
本発明の石英管の製造方法においては、所定の肉厚及び外径に研削加工した石英円板１０と、所定の外径及び肉厚の石英管材料１２とをまず用意する。次に、この石英円板１０を石英管材料１２の一方の端面に当接させる。この当接作業において石英管材料１２は縦置きであっても横置きであってもよいが、図１（ａ）に示したように石英管材料１２を縦置きとしておけば、石英円板１０を石英管材料１２の上端面に載置するだけで当接させることができるので、支持手段を必要とする横置きの場合よりも好適である。
【００１５】
本発明方法においては、上記した当接作業の前に、石英円板１０の外周部にＲ面取り加工を施す〔図１（ｂ）〕。石英円板１０の外周部にＲ面取り加工を施さない場合には、熔着後に空気圧によって外方に膨らませて後述する丸封部２１ａを形成する際に、熔着部分に不必要な変形が生じてしまい、良好な丸封部２１ａを形成することができない。このＲ面取り加工は、石英管材料１２の肉厚をｄｍｍとした場合に、（ｄ±１）Ｒ程度とすればよい。
【００１６】
一方、熔着部となる石英円板１０の片面、図１（ａ）の場合には下面１０ａに平面研削加工を施し、かつ同じく熔着部となる石英管材料１２の円周端部、図１（ａ）の場合には円周上端面１２ａに平面研削加工を施すことが必須である。この平面研削加工を施した石英円板１０の面１０ａの表面粗さはＲａ（中心線平均粗さ）≦５μｍ、Ｒｙ（最大高さ）≦４０μｍとするのが好ましい。また、上記した熔着部に対する事前の平面研削加工を施さない場合には熔着部の馴染みが悪く良好な熔着部を形成できないこととなる。
【００１７】
続いて、石英円板１０と石英管材料１２とを熔着するには、図２に示すように、該石英円板１０を上面に載置した石英管材料１２をターンテーブル１４上に縦置きし、熔着用インナーバーナー１６を石英管材料１２の内部に配置し、また熔着用アウターバーナー１８を石英管材料１２の外周部に配置する。該インナーバーナー１６及びアウターバーナー１８を用いて、石英円板１０と石英管材料１２の当接部を加熱熔融することによって石英円板１０と石英管材料１２とを熔着する。この熔着工程によって石英円板１０と石英管材料１２とが熔着され、その溶着部、即ち平封部２０ａが溶着された石英管溶着体、即ち平封石英管２０が作製される〔図５（ａ）〕。
【００１８】
次いで、図３に示すように、該平封石英管２０をガラス旋盤２２に片持状態でセットする。該平封石英管２０の開口部にガス導入管２６が付いたキャップ２４を装着する。該平封石英管２０を回転しつつ該平封部２０ａの周辺をバーナー２８によって加熱し、石英円板部分を軟化させ、カーボン製Ｒ治具３０を押し当てながら、平封石英管２０内にガス導入管２６からクリーンエアを供給して石英円板部分を膨らませてカーボン製Ｒ治具３０のＲに合わせた形状の丸封部２１ａが形成されるとともに丸封石英管２１が製造される〔図５（ｂ）〕。
【００１９】
丸封石英管２１の製造に際しては、図５に示したように作製しようとする丸封部２１ａの体積Ｖを計算し、その体積Ｖよりも若干大きくなるように石英円板１０の肉厚ｔを設定するのが好適である。この肉厚ｔは次の式（１）によって算出することができる。
【００２０】
【数１】
ｔ＝４Ｖ／（３．１４×ＯＤ2）……（１）
但しＶ＝〔３．１４／３×Ｈ１×（３×Ｒ１−Ｈ１）〕−〔３．１４／３×Ｈ２2×（３×Ｒ２−Ｈ２）〕
【００２１】
上式において、ｔ：石英円板の肉厚、Ｖ：丸封部の体積、ＯＤ：石英管材料の外径、Ｒ１：丸封部外周面のＲ、Ｒ２：丸封部内周面のＲ，Ｈ１：丸封部の内径高さ、Ｈ２：丸封部の外径高さである。
【００２２】
上記した実施の形態においては、石英管材料１２の上端面に石英円板１０を載置する場合を説明したが、石英管材料１２の端部と石英円板１０の片面を当接状態とする態様としては、他の例も考えられるものであり、図４に示すように、石英管材料１２の上端開口部の上端内周面１２ｂに石英円板１０の外周側面１０ｂを当接させて熔着することも可能である。この場合、それぞれの当接面である上端内周面１２ｂ及び外周側面１０ｂをそれぞれ平面研削加工とする必要があることはいうまでもない。
【００２３】
【実施例】
以下実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明するが、この実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきでないことはいうまでもない。
【００２４】
（実施例１）
外径φ３１６、肉厚４.５mm、長さ１３００mmの石英管材料を円筒研削機にセットし、レジンボンド＃４００ダイヤモンド砥石を使用し、石英管材料の片側端部を平面研削加工を施し、この加工面のＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝１．４μｍとした。また、３５０×３５０mm、厚さ６.０mmの石英板から、レーザー加工機にてφ３１６に切り出した後、平面研削機にセットし、レジンボンド＃４００ダイヤモンド砥石を使用して石英円板の両面を平面研削加工を施すとともにこの加工面のＲａ＝０．１９μｍ、Ｒｙ＝１．４μｍとし、厚さ５.３mmに仕上げた。その後、石英円板をマシニングセンターにセットし、レジンボンド＃２３０ダイヤモンド砥石を使用して石英円板の外周部を４.５Ｒに面取り加工を施した。
【００２５】
平面研削加工を施した端部が上になるように石英管材料をターンテーブルに載せた後、熔着用インナーバーナーを石英管材料内に挿入し固定した。その後、ゆっくり回転させながら、石英管材料がターンテーブルの中心に配置されるよう、位置合わせをした。ターンテーブルを停止後、石英円板を静かに石英管材料の上に載せ、中心を合わせた。再びゆっくりとターンテーブルを回転させ、熔着用アウターバーナーを石英管外周部に配置し点火した。同時にインナーバーナーも点火し、石英管端部にバーナーの炎の中心がくるように位置合わせを行い、そのまま放置すると、約３分後に石英管材料と石英円板が完全に熔着し、この段階で平封石英管を作製することができた。
【００２６】
ターンテーブルからこの平封石英管を取り外し、ガラス旋盤にセットした。平封石英管開口部にガス導入管が付いたキャップを装着し、ロータリージョイントを介したシリコンゴムホースにて、クリーンエア供給部に接続した。
【００２７】
平封石英管を回転させ、石英円板及び石英管材料との熔着部周辺をバーナーにて加熱した。約５分後、石英円板部分が軟化したので、Ｒ２５４のカーボン製Ｒ治具を押し当てながら、平封石英管内にクリーンエアを供給すると石英円板部分が膨らみ所望の形状の丸封部が形成された。この段階で丸封石英管を作製することができた。
【００２８】
約３０分後、充分に冷却された丸封石英管をガラス旋盤から取り外し、寸法を測定してみると、丸封部がＲ２５４、肉厚４.５mmであった。また、石英円板の熔着部もよく馴染んでおり、ほとんど繋ぎ目がわからない程度であった。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたごとく、従来の石英管の製造においては、石英管材料と円板のつなぎ目に段差が残るため、熟練者が注意深く作業をしないと、高品質な製品はできなかったが、本発明方法によれば、丸封面が滑らかな曲面で形成され、高精度に所定の曲率を持つ大型丸封石英ガラス管が高度な熟練度を必要とすることなく、ガラス旋盤のような通常的な装置を改良することによって、一体的な連続作業で生産性よく、かつ再現性よく製造することができる。
【００３０】
特に、管外形のストレート部長さ及び丸封部の頂点間距離等の制御性もよいことから、半導体製造用治具として、強度、寸法性に優れた大型丸封石英ガラス管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法における縦置き石英管材料の上端面に石英円板を載置する工程を示し、（ａ）は側面的説明図及び（ｂ）は丸Ａ部の拡大図である。
【図２】  本発明方法における石英管材料とその上端面に載置された石英円板とを熔着する工程を示す側面的説明図である。
【図３】  本発明方法における熔着した石英円板と石英管材料上端部に丸封部を形成する工程を示す側面的説明図である。
【図４】  本発明方法における縦置き石英管材料の上端内面に石英円板を載置する工程を示し、（ａ）は側面的説明図及び（ｂ）は丸Ｂ部の拡大図である。
【図５】  本発明方法における作製される石英管の例を示す側面図で、（ａ）は平封石英管、（ｂ）は丸封石英管をそれぞれ示す。
【図６】  丸封石英管の従来の製造方法の１例を示す説明図である。
【図７】  丸封石英管の従来の製造方法の他の例を示す説明図である。
【図８】  図７の方法の際に用いられる石英管の熔着端面をテーパー状に拡径した概念図である。
【図９】  丸封石英管の従来の製造方法の別の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：石英円板、１０ａ：石英円板の下面、１０ｂ：石英円板の外周側面、１２：石英管材料、１２ａ：石英管材料の円周上端面、１２ｂ：石英管材料の上端内周面、１４：ターンテーブル、１６：熔着用インナーバーナー、１８：熔着用アウターバーナー、２０：平封石英管、２０ａ：平封部、２１：丸封石英管、２１ａ：丸封部、２２：ガラス旋盤、２４：キャップ、２６：ガス導入管、２８：バーナー、３０：カーボン製Ｒ治具、Ｌ：旋盤。
【図１】
0004346202.tif 000002
【図２】
0004346202.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004346202.tif 000005
【図５】
0004346202.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004346202.tif 000008
【図８】
0004346202.tif 000009
【図９】
0004346202.tif 000010