JP2003286041A

JP2003286041A - シリカ板及びシリカ板の製造方法

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Publication number: JP2003286041A
Application number: JP2003017991A
Authority: JP
Inventors: Taira Shin; 平辛; Masami Amano; 正実天野; Takashi Suzuki; 崇鈴木; Fumio Tokutake; 文夫徳岳; Shunzo Shimai; 駿蔵島井; Masayuki Okawa; 雅行大川; Naoki Tsuji; 直樹辻; Hideyuki Tomomitsu; 英行友光
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2003-10-07
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP4086293B2

Abstract

(57)【要約】【課題】材料歩留がよく、製造コストが安く、大型板材
の製造に適するシリカの製造方法と大形シリカ板を提供
するものである。【解決手段】管状のシリカ体１に軸方向にスリット２を
形成し、スリット２が上面となるように炉内へ載置し管
が板状になるまで加熱することを特徴とするシリカ板の
製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリカ板及びシリカ
板の製造方法に係わり、特にＬＣＤ製造などに必要な大
型マスク等に用いられるシリカ板及びシリカ板の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に合成シリカは気相反応法によって
合成される。気相反応法によって合成された合成シリカ
の粗製インゴットは、ほぼ円柱状であり、成長面に沿っ
て層状の脈理が残存している。この粗製インゴットを成
形型内に設置し、高温に加熱しつつ押棒等で加圧するこ
とにより所定の形状、例えば角柱状に成形している。こ
うして得られた成形体（ブロック）を薄肉にスライスし
てフォトマスク材、ＣＶＤ装置用窓材、光学用合成シリ
カなどの最終製品を得ている。

【０００３】従来の成形型は実開昭６１−７３６２９号
公報（特許文献１参照）に記載のようにグラファイトで
構成されている。この公報記載のグラファイト質または
黒鉛質の成形型に合成シリカインゴットを収納して加熱
すると、ＳｉＯ_２とＣが反応しＳｉＯガスとＣＯガスが
発生する。特に、１７００℃以上の温度になると、Ｓｉ
ＯガスとＣＯガスが多量に発生し、これらのガスが合成
シリカ中に入り込んだり、合成シリカの表面を粗して、
合成シリカ製品の品質に悪影響を与える。合成シリカの
粘性は高温になる程低下するので、高温で成形を行う方
が容易である。しかし、１７００℃以上の温度では、Ｓ
ｉＯガスとＣＯガスが多量に発生するため、特に短時間
で成形を終了させなければならない。そのため、粘性が
比較的小さくなる１６００〜１７００℃の高温で、押棒
等による加圧装置を用いて成形が行われてきた。他方、
１６００℃以下の温度では、粘性が比較的大きいため加
圧を行っても成形に時間を要しそのため失透が生じ易い
などの欠点があった。また、高温炉において、押棒等に
よる加圧装置の機構は実現されにくい。

【０００４】さらに粘性が小さくなる１７００℃以上の
高温で短時間成形を行い発生したＳｉＯガスとＣＯガス
を、成形型に使用した多孔体により外部に排出させる方
法が特開平５−１７１７４号公報（特許文献２参照）に
記載されている。しかし、この公報記載の方法は、合成
シリカインゴットと成形型との反応による材料損失が大
きいだけでなく、成形型の焼損による形状の変化はブロ
ック形状に影響を与え、その後スライス工程で材料損失
が嵩んでしまう。さらに、発生したＳｉＯガスとＣＯガ
スを合成シリカの表面から排出するために、真空炉が必
要となり、装置のコストが増大する。また、近年合成シ
リカ製マスクにはＬＣＤのような大型板材を必要とする
ため、上記のような問題が一層顕著となる。

【０００５】また、従来の合成シリカ板の製造方法で
は、長さあるいは幅が１ｍを越えるものを製造する場
合、大型のインゴットや、消耗品であるカーボン部材は
大型のものが必要となって、小さいものを製造する場合
より、価格単価が高くなり製造コスト面で大きな問題と
なっている。特にカーボン部材は、不純物によるシリカ
板の失透を防止するためにハロゲンガスにより純化が不
可欠であり、また温度が高いほどＳｉＯ_２と反応して珪
化するため消耗が大きくなり、製造コストが高くなる。
さらに、設備的面から見ても大型インゴット製造設備、
大型平面研削機等設備投資に対しても負担が大きい。

【０００６】このため大型のガラス板の場合、品質的に
は合成シリカより光学的特性等が劣るが、安価で炉材の
心配がなく低温で製造できるソーダガラスや結晶化ガラ
ス等が多く代用されており、特性上問題になっている。
一方セラミック質等の成形型を使用する場合も同様に、
溶融用大型ケースが必要となりコスト面で大きな問題と
なっている。

【０００７】さらに、合成シリカインゴットをカーボン
型内で１８００℃以上の高温で溶融し、強制または自重
によりダイスより引き出し、パイプ状に成形するか、イ
ンゴットを中空の状態に加工し、回転加熱によりパイプ
状に成形することができるが、この製造方法では直接シ
リカ板を製造できない。また、シリカルツボ、シリカベ
ルジャーは、シリカ粉を用いアーク回転加熱成形法によ
り製造できるが、この製造方法でも、直接シリカ板を製
造することはできない。

【０００８】そこで、大形シリカ板材の製造には、上記
のようにして製造されたシリカパイプを拡開し、押型に
より板状にする必要がある。しかしながら、このように
押型により板状化する方法では、シリカ板材に応力が掛
かり、歪が発生し、また、残留応力を除去するための熱
処理が必要となり、生産性が低下して高価になる。

【０００９】また、透明層及び不透明層を有する多層の
板材を製造しようとすれば、透明シリカ板と不透明シリ
カ板を製造後、溶着させる方法を採らねばならないが、
コスト的に高く問題があった。さらに、特開平１１−１
１６２６５号公報（特許文献３参照）の段落番号００１
０及び図１１には、不透明シリカ層の表面を透明シリカ
層で覆う２層シリカに関する記載があるが、この公報記
載の２層シリカは、シリカインゴットを板状に切断して
２層シリカ板を製造するもので、上記従来の製造方法と
同様に大型のインゴットや、消耗品であるカーボン部材
は大型のものが必要となって、価格単価が高くなり製造
コスト面で大きな問題がある。

【００１０】

【特許文献１】実開昭６１−７３６２９号公報

【００１１】

【特許文献２】特開平５−１７１７４号公報

【００１２】

【特許文献３】特開平１１−１１６２６５号公報

【００１３】

【特許文献４】特許第２７９４４７５号

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、材料歩留がよ
く、製造コストが安く、かつ、高品質な大型板材の製造
に適するシリカ板の製造方法が要望されていた。また、
安価で高品質かつ大型の単層あるいは多層シリカ板が要
望されていた。

【００１５】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、材料歩留がよく、製造コストが安く、かつ、高
品質な大型板材の製造に適するシリカを容易に得ること
ができる製造方法を提供することを目的とする。また、
安価で高品質かつ大型の単層あるいは多層シリカ板を提
供することを目的とする。

【００１６】本発明者らは上記課題に鑑み、鋭意研究し
次のような結果を得た。

【００１７】すなわち、まずシリカ体をインゴットから
管状に加熱整形するか、インゴットを経ずに直接管状に
成形する。次に、シリカ管を軸線に沿って水平に平板上
に放置して、十分高い温度に加熱すると、シリカ管はつ
ぶれて、畳み込んだ変形が起こることは予想がつくが、
このシリカ管にその軸方向に沿って、全長にわたってス
リット状の開口を設けると、従来は、上記特許文献４の
如く、強制的に開かない限り、管の内側に向って畳み込
みが起ると思われていた。しかし、その変形プロセスが
どうなるかについては、一概に判断すべきでないと考
え、依然二通りの可能性があると考えた。その一つは、
誰もが想像する開口無しの合成シリカ管の変形と同じ、
スリット両側の上部管壁は垂れて両側に畳み込んだ変形
が起こること、他の一つは、畳み込んだ変形ではなく、
成形時間が十分長ければ、一枚の板となることである。
上記条件で、スリット状開口付きのシリカ管の成形プロ
セスを計算機でシミュレーションを行い、また、実験で
も同様の結果を再現させることに成功し、一枚の板に開
くプロセスが正しいことが確かめられた。実験の際、対
称性の変形を保証することができれば、変形プロセスを
再現でき、さらに、この変形プロセスの特徴は変形体の
粘性係数に関係しないことを確認し、上記問題を解決で
きることを見出した。本発明はかかる知見に基づくもの
である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の１つの態様によれば、管状のシリカ体に軸
方向にスリットを形成し、スリットが上面となるように
炉内へ載置し管が板状になるまで加熱することを特徴と
するシリカ板の製造方法が提供される。これにより、材
料歩留がよく、製造コストが安く、かつ、高品質な大型
板材の製造が可能となる。

【００１９】本発明の他の態様によれば、管状のシリカ
体に軸方向にスリットを形成し、スリットが上面となる
ようにシリカ体を水平に炉内で固定し、シリカ体の下端
と上端の温度が下端温度≧上端温度となるように加熱
し、制御することにより管を開くことを特徴とするシリ
カ板の製造方法が提供される。これにより、材料歩留が
よく、製造コストが安く、かつ、高品質な大型板材の製
造が可能となる。

【００２０】また、本発明の他の態様によれば、管状の
シリカ体に軸方向にスリットを形成し、スリットが上面
となるようにシリカ体を炉内で固定し、シリカ体の両側
面と下端の温度が下端温度≧両側面温度となるように加
熱し、制御することにより管を開くことを特徴とするシ
リカ板の製造方法が提供される。これにより、材料歩留
がよく、製造コストが安く、かつ、高品質な大型板材の
製造が可能となる。

【００２１】好適な一例では、管状のシリカ体の最高温
度を１６００℃以下で制御する。これにより、シリカと
モールドの反応を防止することができて、シリカ板の品
質を改善することができ、また、成形温度の低下によ
り、成形装置に使用する周辺材料の選択範囲が広くな
り、場合によっては、成形炉の真空条件を不要とし大気
条件でも成形が可能となる。

【００２２】また、好適な一例では、上記シリカ体は、
シリカ体の内側に平行となり内周面に接する一対の支持
体をもって軸方向に沿ってスリットを上向きにして支持
される。これにより、シリカ体の移動が抑制され、より
確実に管が開かれる。

【００２３】また、他の好適な一例では、上記シリカ体
は、シリカ体のスリットに移動抑止部材を挿入する。こ
れにより、シリカ体の移動が抑制され、より確実に管が
開かれる。

【００２４】また、他の好適な一例では、上記スリット
は、シリカ体の外周から内周方向に向けて幅狭になるよ
うに形成される。これにより軟化成形後の機械加工をな
くし、あるいは極力低減することが可能となって、製造
効率が向上し、また、機械加工に伴う残留応力が低減さ
れ、残留応力をなくすための熱処理をなくしあるいは短
縮が可能となる。

【００２５】本発明の他の態様によれば、請求項１〜７
のいずれか１項に記載のシリカ板の製造方法により製造
されるシリカ板である。これにより、安価で高品質かつ
大型板材が実現される。

【００２６】好適な一例では、目視で観察して４０°以
上傾いた脈理が存在しない。これにより、フォトマスク
材、光学用シリカに適するシリカ板が得られる。

【００２７】本発明の他の態様によれば、ＯＨ基の含有
量が１００ｐｐｍ以上の高純度透明シリカ層と多気泡シ
リカ層を２層以上有し、厚さが３〜１００ｍｍであるこ
とを特徴とするシリカ板が提供される。これにより、安
価で高品質かつ大型の多層シリカ板が実現される。

【００２８】また、他の好適な一例では、シリカ粉を減
圧または常圧でアーク回転溶融して、管状またはルツボ
状に溶融成形を行い、管状のシリカ体を製造し、このシ
リカ体にスリット切断加工またはシリカ体を複数に分割
切断加工後、減圧または、不活性雰囲気で常圧１３５０
℃〜１８００℃の温度で加熱し自重により粘性変形によ
って平坦な板材に成形される。これにより、成形温度を
十分低くすることができ、また、スライス工程が不必要
であり、材料損失がなく材料歩留がよく、さらに、特別
な装置を必要とせず、処理時間も短く製造できるので製
造コストが安くなり、また、高品質かつ大型化が実現さ
れる。

【００２９】また、他の好適な一例では、シリカ粉を不
活性雰囲気の常圧で中心抵抗加熱回転溶融して、管状ま
たはルツボ状に溶融成形を行い、管状のシリカ体を製造
し、このシリカ体にスリット切断加工またはシリカ体を
複数に分割切断加工後、減圧または、不活性雰囲気で常
圧１３５０℃〜１８００℃の温度で加熱し自重により粘
性変形によって平坦な板材に成形される。これにより、
製造コストが安くなり、また、高品質かつ大型化が実現
される。

【００３０】上記のようなシリカは、天然、合成のどち
らに由来するものでも良いが、合成シリカとすれば、よ
り大きな本発明の効果を得ることができ、好ましい。

【００３１】また、他の態様では、最も一般的な素材で
あるインゴットから製造する方法であり、ほぼ軸方向に
垂直な方向に脈理のある合成シリカのインゴットを準備
し、マンドレル（中子）を有する加熱炉中で加熱し、マ
ンドレルを移動させてまたは合成シリカインゴットを移
動させて、脈理が同心円状に入った管状の合成シリカ体
を製造し、この管状合成シリカ体を用いて、請求項１〜
７のいずれかの方法でシリカ板を製造する合成シリカ板
の製造方法である。これにより、大型のフォトマスク等
を歩留り良く、容易に製造することができる。

【００３２】また、他の態様によれば、ほぼ軸方向に垂
直な方向に脈理のある合成シリカのインゴットを準備
し、このインゴットを貫通孔形成のためのマンドレルを
有する加熱炉中で加熱し、マンドレルを移動させてまた
は合成シリカインゴットを移動させて、脈理が同心円状
に入った管状の合成シリカ体を製造し、この管状合成シ
リカ体を用いて、請求項１〜７のいずれか１項に記載の
方法で製造したシリカ板からなるマスクが実現される。
これにより、大型のマスクを容易に得られる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わるシリカ板の
製造方法の第1実施形態について添付図面を参照して説
明する。

【００３４】図１に示すように、本発明の第１実施形態
のシリカ板の製造方法は、管状のシリカ体（以下、単に
管状体という。）１に軸方向にスリット２を形成し、ス
リット２が上面となるように管状体１を水平に加熱炉内
に設けられた平坦なモールドとしての基台３に載置し、
スリット２に細長板状の移動抑制部材４を遊挿して固定
し、シリカ体１の下端と上端の温度が下端温度≧上端温
度となるように、例えば、シリカの軟化点温度以上で１
６００℃以下に制御して行う。このとき上端温度と下端
温度の差は１００℃以下、好ましくは５〜４０℃であれ
ばよい。

【００３５】本製造方法によれば、シミュレーションを
行って図２に示した成形プロセスのように、成形時間と
成形温度が相互依存し、スリットの両側の管壁が対称に
変形するようにして平板化される。また、本製造方法は
シリカ体のスリットを初期段階で中心に位置させれば、
治具を使わず安定的に成形できるシンプルな製造方法で
ある。

【００３６】上記成形温度を１６００℃以下にすること
が可能であり、このように成形温度を下げることによ
り、シリカとモールドの反応を防止することができ、シ
リカ板の品質を改善することができる。また、成形温度
の低下により、成形装置に使用する周辺材料の選択範囲
が広くなり、場合によっては、成形炉の真空条件を不要
とし大気条件でも成形が可能となる。しかし、連続炉な
どで実施する場合は、ある程度管が開いたところで、次
のステージへ移動し、高温で加熱してもよい。また、コ
スト高になるが、最初から１６００℃以上としてもシリ
カ板は得られる。失透が問題にならない場合や、天然の
シリカを用いる場合は１８００℃以下でもよい。

【００３７】なお、合成シリカとモールドが反応し失透
することを防止するため、また、マスク材として利用す
るために水素分子を多く残留させるためには１３６０℃
以上１４８０℃以下で実施することが好ましい。この温
度範囲であっても少なくとも肉厚２ｍｍ〜３０ｍｍまで
の管状シリカにおいて管開きが可能である。また、種々
の粘性を有するシリカに適用可能である。

【００３８】上記管状体１は、通常の酸水素火炎溶融に
より製造されたシリカインゴットを管状に成形して製造
され、その偏肉は２０％以内であるのが好ましい。肉厚
が２０％以上異なるところがあると、うまく管が開かな
い可能性がある。

【００３９】管状体１を水平に固定する方法は、図１に
示すように、モールドとしての基台３に載置された管状
体１のスリット２に細長板状の移動抑止部材４を挿入
し、この移動抑止部材４をこの移動抑止部材４の両側に
設けられた支持台（図示せず）で支持することで行う。

【００４０】スリット２は直線であるのが好ましく、管
状のシリカの端面から他の端面まで、一貫していること
が必要である。

【００４１】上記炉は温度制御が可能な通常の炉が用い
られ、バッチ式炉であっても、連続炉であってもよい。

【００４２】上記のような本製造方法によれば、管状体
から平板になるまでの成形速度は、従来のインゴットか
ら成形する方法に比べて、同様な温度条件で１０〜１０
０倍ほど速くなるため、成形温度を十分低くすることが
できる。また、成形型を用いないのでスライス工程が不
必要であり、材料損失がなく材料歩留がよく、また、特
別な装置を必要とせず、処理時間も短縮できるので製造
コストが安くなり、さらに、高品質な大型板材の製造に
適する。

【００４３】また、上記本製造方法（管開き法）で成形
した第１実施形態のシリカ板は、従来方法に比べ熱処理
工程が加わるためシリカ中の水素分子濃度が減少し、水
素分子濃度が表面で少なく、中心部で多くなるように傾
斜する、例えば１６００℃以下の低温で管開き成形した
場合、表層から約２ｍｍまで水素分子濃度が１×１０
^１８ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ^３以下となるが、その内
側はマスク材としての機能を十分満足するシリカ板とな
る。管開き法により生じる歪みについては、１０時間以
上の除冷をすることで問題にならない。脈理について
は、図２３（ａ）に示すように通常インゴット中に横に
存在するが、製管プロセスにおいてマンドレルが入り込
み、シリカガラスが引張られることにより、管の同心円
状に変形されるため（図２３（ｂ））、その管を管開き
成形した場合には、上下対称の横並びになり、非常に良
い状態となる（図２３（ｃ））。この結果、目視により
問題となる傾きの大きな脈理は観察されない。これに対
して、従来の真空溶融成形では、インゴットの径が同じ
でも（図２３（ａ））溶融型(モールド)を大きくした場
合（図２３（ｄ））、すなわちｚを大きくした場合、当
初から存在する脈理の移動が大きくなるため溶融型の先
端部で平面とのなす角度が４５°以上になる脈理が観察
される（図２３（ｅ））。ＬＣＤ用大型マスク等の大型
シリカ製品において、従来方法で成形した場合、製造上
不良が発生し易くなり、コスト面でも管開き成形法が有
利になる。上記のように第1実施形態のシリカ板は、悪
影響を及ぼす脈理が存在せず、フォトマスク材、光学用
シリカに適するシリカ板が得られる。

【００４４】以上のように、合成シリカは、一般的に堆
積を重ねてインゴットを製造するため、インゴットの軸
線に垂直に脈理が存在してしまう。マスク材とするには
脈理の影響を受けないように注意して板状に成形せねば
ならなかったが、本発明のように、一度製管すれば、脈
理を同心円状とすることができる。このようにして得た
管状の合成シリカと請求項１〜７のいずれかの方法を組
み合わせれば、脈理の問題を容易に解決することができ
る。

【００４５】次に本発明に係わるシリカ板の製造方法に
用いられるスリットの変形例について説明する。

【００４６】上記シリカ板の製造方法の第1実施形態に
おけるスリットは平行に形成されるのに対して、本変形
例のスリットは外周から内周方向に向けて幅狭になるよ
うに形成されている。

【００４７】例えば、図１１に示すように、本変形例の
スリット２Ａは、管状体１Ａの外周１Ａａから内周１Ａ
ｂ方向に向けて幅狭になるよう（楔状）に形成されてい
る。本変形例のスリット２Ａが切込まれたシリカ管状体
１Ａを上述した本発明に係わるシリカ板の製造方法によ
り平板化した場合には、図１２に実線で示すように、シ
リカ板１_０Ａの端面１Ａｃが平面に対して垂直に形成さ
れる。従って、軟化成形後の機械加工量をなくし、ある
いは極力低減することが可能となって、製造効率が向上
し、また、機械加工に伴う残留応力が低減され、残留応
力をなくすための熱処理をなくしあるいは短縮できる。

【００４８】これに対して、上述した実施形態におい
て、素材に強制的な力を加えずまた素材の肉厚精度に影
響しない程度の加熱、軟化条件に於いては、素材管状体
の内外径差が成形後の板の端面形状に大きく影響し、肉
厚の大きな素材を用いた場合は、スリット加工形状にも
よるが、管状体内周側の辺は短く、外周側の辺は長くな
るため、成形後の板を管状体断面方向から観察すると図
１２に点線で示すように台形１Ａｄになる。

【００４９】また、本発明に係わるシリカ板の第２実施
形態について説明する。

【００５０】本第２実施形態のシリカ板は、上記第１実
施形態のシリカ板が透明層の単層であるのに対して、透
明層と不透明層の多層である。

【００５１】図１３に示すように、本第２実施形態のシ
リカ板１_０Ｂは、ＯＨ基の含有量が１００ｐｐｍ以上の
高純度透明シリカ層１_０Ｂｂと多気泡シリカ層１_０Ｂａ
を２層以上有し、厚さが３〜１００ｍｍのシリカ板であ
る。

【００５２】上記シリカ板１_０Ｂは、上述した本発明に
係わるシリカ板の製造方法を用いて製造されるが、これ
に用いられる管状体１Ｂは、次のようにして製造され
る。

【００５３】例えば、図１４に示すようなシリカルツボ
製造装置４１Ｂを用いて行われ、回転駆動源を稼働させ
て回転軸４２Ｂを矢印の方向に回転させることによって
ルツボ成形用型４３Ｂを所定の速度で回転させる。ルツ
ボ成形用型４３Ｂ内に、原料供給ノズル４４Ｂで、上部
から高純度のシリカ粉末を供給する。供給されたシリカ
粉末は、遠心力によってルツボ成形用型４３Ｂの内面部
材４５Ｂ側に押圧されルツボ形状の成形体Ｒ１として形
成される。減圧機構４６Ｂの作動により内側部材１５Ｂ
内を減圧し、さらに、不活性ガス供給管４７Ｂからヘリ
ウムガスまたはアルゴンガス、例えばヘリウムガスを一
定量の割合で成形体Ｒ１の中空部Ｒ１ｉに供給する。ヘ
リウムガスの供給所定時間経過後、アーク電極４８Ｂに
通電、継続し、成形体Ｒ１の内側から加熱し、成形体Ｒ
１の内表面Ｒ１_Ｓに溶融層を形成する。

【００５４】所定時間経過後、シリカルツボの外側に気
泡を多数含む不透明層を適切に形成するために、減圧機
構４６Ｂを調整もしくは停止してルツボ成形用型２内の
減圧を調整もしくは停止させる。減圧を低減もしくは停
止した状態でさらに全アーク溶融所定時間アークを継続
し、アーク溶融開始から、一定時間経過後にヘリウムガ
スの供給を停止し、ヘリウムガスの供給を停止後、停止
と同時に水素ガス供給管４８Ｂから一定量の割合で水素
ガスを成形体Ｒ１の中空部Ｒ１_ｉに供給する。水素ガス
の供給開始は、遅くともアーク溶融停止の数分前に行わ
れ、かつ全アーク溶融時間に対する一定割合の時間経過
以降に行われる。アーク溶融開始から所定時間経過後、
アーク通電を停止し、水素ガスの供給を止めて溶融ルツ
ボ製造工程は終了する。

【００５５】上記溶融ルツボ製造工程により、溶融初期
にシリカルツボＲに形成されるシード層（内表面）と外
側の不透明層に含まれる気泡量を適切に低減でき、さら
に、ヘリウムガスの供給及び製造工程の後半における水
素ガスを供給することにより、著しく透明層の気泡量の
低減が図れ、また、減圧溶融を行うことにより、透明層
中に残存する気泡量を低減することができ、従って、外
層が不透明層と内層が透明層のシリカルツボが製造でき
る。なお、ルツボ成形用型の底部構造を変更すること
で、直接管状体を形成することもできる。このような層
構造を有する管状体は合成シリカよりも、むしろ天然の
シリカ（石英）を用いた方が製造し易い。

【００５６】このようにして製造された管状体は、上部
と底部が切除されて管形状にされ、さらに、図１５に示
すように、不透明層１Ｂａ及び透明層１Ｂｂからなる多
層の管状体１Ｂにスリット２Ｂ切断加工または、図１６
あるいは図１７に示すように、管状体を複数に分割切断
して円弧体１Ｂ_１に加工後、図１８〜図２０に示すよう
に、管状体１Ｂあるいは円弧体１Ｂ_１を減圧または、Ａ
ｒ、Ｎ２等不活性雰囲気、常圧で好ましくは１３５０℃
〜１８００℃、より好ましくは１３５０℃〜１５００
℃、特に好ましくは１３６０℃〜１４８０℃の温度で加
熱し、自重により粘性変形によって平坦なシリカ板に成
形される。

【００５７】このシリカ板は、高純度で平滑面を有する
透明層と遮熱効果を有する不透明層からなる多層を有す
る。

【００５８】また、本発明に係わるシリカ板の第３実施
形態について説明する。

【００５９】本第３実施形態のシリカ板は、上記第２実
施形態のシリカ板がアーク回転溶融により製造されたル
ツボあるいは管状体から製造されるのに対して、中心抵
抗加熱回転溶融によって製造されたルツボあるいは管状
体から製造される。

【００６０】例えば、本第３実施形態のシリカ板に用い
られるルツボあるいは管状体は、図２１に示すように、
中心抵抗加熱回転溶融装置５１Ｃの管状型５２Ｃを、長
手方向軸を中心に回転させながら、この中にシリカ粉末
を充填する。シリカ粉末はその遠心力で管状型５２Ｃの
内面に均一に押圧され、管状型５２Ｃ内面にシリカ粉末
管状体５３Ｃが成形される。次に、管状型５２Ｃの中に
挿通されている発熱体５４Ｃに通電して、上記シリカ粉
末管状体５３Ｃの内側５３Ｃｂからこれを加熱して溶融
する。それと共に、ハウジング５５Ｃのガス吹き込み孔
５６Ｃから水素ガス及び／またはヘリウムガスを所定時
間供給する。ここにおけるガスの供給は、例えば所定割
合のヘリウムガスである。これによって、管状体５３Ｃ
は溶融開始時から、水素またはヘリウムガスがシリカ粉
末の層を通過して外側から内側に吹き込まれる。また、
上記供給時間の設定により、実質的に無気泡な透明シリ
カ層の厚さを調整することができる。

【００６１】水素またはヘリウムガスは原子半径が小さ
く、シリカ管内面に形成されたシリカ中も通過して排気
されるので、内層には気泡がほとんどなく透明なシリカ
とすることができる。その後、水素またはヘリウムガス
の供給を停止しハウジング内を減圧し加熱溶融し、冷却
後、管状体を型から外し、外層の未溶融部分を研磨して
除去し、従って、外層が不透明層と内層が透明層のシリ
カ管状体が製造できる。なお、管状体成形用型、発熱体
及びハウジングの構造を変更することで、シリカルツボ
を形成することができる。

【００６２】このようにして製造されたシリカ管状体
は、上記第２実施形態のシリカ板と同様にして平坦な板
材に成形される。製造コストが安くなり、また、高品質
かつ大型化も可能である。

【００６３】本第４の実施の形態は、ベルヌーイ法など
砲弾状のインゴットから板状体を製造する方法である。
シリカを溶融堆積して得たインゴットは、一般的である
が、堆積させて製造するため、図２３（ａ）のようにほ
ぼ水平方向に脈理が存在する。このインゴットから管状
体を製造するためにまず、マンドレルをインゴット内に
挿通させ、中心部に貫通孔を形成させる。インゴットの
径に対応した加熱炉内にインゴットを配置し、上方また
は下方にマンドレルを配置し、インゴットを加熱軟化さ
せたところで、マンドレルとインゴットを同軸上で相対
的に移動させ、マンドレルがインゴットを貫通するよう
にする。このとき、インゴットはマンドレルにひきずら
れるように変形して管状体となり、それと同時に図２３
（ｂ）のように脈理は同心円状になる。

【００６４】この管状体にスリットを入れて第１実施の
形態のように成形すれば脈理のない、大型マスク等に最
適な板状体を製造することができる。すなわち、大型化
でき、製法が容易となることに加えて脈理の問題を解決
することが可能となるのである。なお、脈理とは、図２
３（ｃ）や（ｅ）のように板材の側面から目視で観察す
ることができる。板の面と平行に入っている脈理は、使
用上問題ないが、図２３（ｆ）に示すように、板の面と
脈理との角度αが、例えば４０°を超えるような角度を
もつ脈理があるとマスク材としては不適当とされる。本
発明では、４０°以下に制御することが容易に可能であ
るが、好ましくは３０°以下、さらに好ましくは２０°
以下とすることである。

【００６５】

【実施例】（実施例１）本発明に係わるシリカ板の製造
方法を用いて管状のシリカ体の成形温度と成形時間の相
互依存を調べる。東芝セラミックス製シリカＴ−４０４
０（登録商標）のシリカ管（外径Ｄ／厚さｔ＝１６．
４）の成形温度と成形時間の関係を図３に示す。本成形
プロセスでは、シリカ板の端部（スリット部の片側）が
完全に基台に接触するまでの時間は理論上では無限大と
なるために、実用上では、展開した板の長さ（シリカ管
の周長）の９０％と９５％が基台に接触する時間を表示
している。図示したように、１６００℃では、それぞれ
の成形時間は１．８７時間と２．８３時間である。

【００６６】（実施例２）本発明のシリカ板の製造方法
に用いられる成形装置の上面図と側面図を図４及び図５
に示す。スリット付きのシリカ管１１は一対の細長円柱
状の支持体１２により支持される。この支持体１２は基
台１３の側壁１４に形成された凹部１５により支持され
る。シリカ管のスリットを真上に向かせるためには、移
動抑止部材１６は基台１３の側壁１４の凹部１５に差し
込んで、スリットを通させる。図６は図４及び図５に示
す成形装置を用いたシリカ管の成形プロセスを示す。

【００６７】本製造装置を用いスリットの両側の管壁を
対称に変形させ平板化するには、上記一対の支持体はこ
れが外接する円の直径がシリカ管の内径より小さくなる
よう対称に配置してもよい。シリカ管の上部円弧の部分
と接触し、その接触点とシリカ管の水平直径となす中心
角が０〜６０°まで、好ましくは０〜３０°までにする
と、より好ましいことが判明した。

【００６８】（実施例３）図７及び図８は本発明のシリ
カ板の製造方法に用いられる他の成形装置の上面図と側
面図を示す（なお、図中では対称性のため、半分のみを
示した）。スリット付きのシリカ管２１は２本の円柱状
の支持体２２により支持される。この支持体２２は基台
２３の側壁２４により支持され、その上で滑動が可能で
ある。支持体２２は中心に寄せるのを防止するために、
止め突起部２７を設ける。シリカ管のスリットを真上に
向かせるためには、移動抑止部材２６を基台２３の側壁
２４の凹部２５に差し込んで、スリットに遊挿させる。
シリカ管の開き変形において、支持体２２はシリカ管の
変形と共にシリカ管の内面と接触しながら、基台２３の
側壁２４の斜面に沿って下部に滑動する。このようにし
て、成形プロセス中にも、２本の支持体２２により変形
の対称性を実現させる。シリカ管の開き変形は基台２３
の側壁２４上のもう一本の止め突起部２８まで進むと、
シリカは大きな面積でモールドと接触し、安定的に対称
性条件を確保できることになる。このとき、支持体２２
は止め突起部２７、２８に止められる。図示した条件に
は、成形初期段階では、シリカ管は下部のモールドから
一定の距離で離れている。初期状態ではシリカ管の下部
とモールドとの間の距離はシリカ管の上部と支持体２２
の中心線までの距離と等しいか、それより小さくなるよ
うに設置される。この距離をなくしてもよい。若干の距
離を設けることにより、成形効率を上げることが可能で
ある。即ち、同上の成形条件においては、成形時間が短
縮できる。しかし、その短縮量は１．２％程度にとどま
る。

【００６９】（実施例４）図９及び図１０は本発明のシ
リカ板の製造方法に用いられる他の成形装置の上面図と
側面図を示す。本成形装置においては、一枚の平衡部材
３１を有している。この平衡部材３１の幅はシリカ管３
２の内径より小さく、可能なかぎり大きくした方がよ
い。平衡部材３１は基台３３に設けられた案内柱３４に
昇降自在に取付けられている。この平衡部材３１が案内
柱３４に沿って移動するときに、その水平面が変わらな
い。シリカ管３２の平板化成形において、平衡部材３１
は下部へ移動する。これにより、シリカ管３２の開き変
形はその対称性が保証される。移動抑止部材３６は基台
３３の上部に設けた凹部３５に立設され、シリカ管３２
のスリット３７に遊挿される。これにより、成形の初期
状態の対称性も保証される。

【００７０】（実施例５）比較例：図２に示すような製造方法により、外径２００
ｍｍ×内径１７０ｍｍ×長さ２００ｍｍのシリカパイプ
にスリット加工し、平板化（開き）成形を行い、外周及
び内周側の板寸法を測定した。その結果、開き前後の寸
法変化は５点測定の平均で、外周側６１２ｍｍ→５７２
ｍｍ、内周側５１６ｍｍ→５６４ｍｍで、成形後板の内
外周寸法の差が８ｍｍとなり、平板の端面が図１２に点
線で示すように台形になっていた。

【００７１】実施例：上記比較例では、成形後シリカ板
の内外周寸法差が８ｍｍであったので、図１１に示すよ
うに、管状体に対して、外周長さ６０８ｍｍ（６１２ｍ
ｍ−４ｍｍ）、内周長さ５２０ｍｍ（５１６ｍｍ＋４ｍ
ｍ）になるように楔状のスリット加工を行った後、平板
化（開き）成形を行った。その結果、図２２（ａ）及び
図２２（ｂ）に示すように、平板の外周側長さ、内周側
長さ共に５６８ｍｍｍとなり、両表面と端面が垂直な平
板に成形できた。

【００７２】（実施例６）図１４に示すように、高純度
シリカ粉末からアーク回転放電溶融によりφ４００（外
径）×４００（長さ）×２０（肉厚）ｍｍのルツボを成
形した。得られたルツボ形状の底部を除去し、φ４００
×３００×２０ｍｍの管状体にし、さらに、スリットを
入れた。加工後、１０重量％ＨＦで１時間洗浄し、加工
不純物を除去した。このスリット入りのシリカ管状体を
ハロゲンガスで純化したカーボンモールド上にスリット
から対称になるように置き、雰囲気を高純度Ａｒガスに
置換して１４５０℃、３時間の熱処理を行った。この結
果幅１２００×長さ３００×肉厚２０ｍｍで透明層１０
ｍｍと多気泡を有する不透明層１０ｍｍを持つ高純度シ
リカ板が製造できた。得られた板材についてレーザーラ
マン法によりＯＨ濃度を測定した結果、透明層で平均約
２００ｐｐｍ、不透明層で平均約９０ｐｐｍの均一な分
布が得られた。

【００７３】（実施例７）図２１に示すように、高純度
シリカ粉末から中心抵抗加熱溶融によりφ３００（外
径）×１０００（長さ）×１０（肉厚）ｍｍの管状体を
成形した。得られたパイプ形状にスリットを入れた。加
工後、１０重量％ＨＦで1時間洗浄し、加工不純物を除
去した。このスリット入りのシリカ管状体をハロゲンガ
スで純化したカーボンモールド上にスリットから対称に
なるように置き、雰囲気を高純度Ａｒガスに置換して１
４５０℃、２．２時間の熱処理を行った。この結果幅９
４０×長さ１０００×肉厚１０ｍｍで多気泡を有するシ
リカ板が得られた。

【００７４】（実施例８）ベルヌーイ法で作製した合成
シリカインゴットを準備した。このインゴットを、炉内
径がインゴットとほぼ同様の加熱炉内に、軸が鉛直にな
るように配置した。インゴットの下方には管に成形する
ためのマンドレル（中子）がある。この状態でインゴッ
トを加熱軟化させ、マンドレルと炉壁の間を強制的に通
過させた。冷却するとインゴットは管状（内径１５０ｍ
ｍ、肉厚２０ｍｍ、長さ５００ｍｍ）に成形されてお
り、脈理は、同心円状に入っていた。このインゴットを
用いて、実施例７と同様に処理した。幅５００×長さ５
００×肉厚２０ｍｍの板材が得られた。脈理の様子を確
認したところ、図２３（ｄ）のように入っており、マス
ク材としての使用に適していた。

【００７５】

【発明の効果】本発明に係わるシリカ板の製造方法によ
れば、合成、天然（シリカ）いずれの原料を用いた場合
に拘らず、材料歩留がよく、製造コストが安く、大型板
材の製造に適するシリカの製造方法を提供することがで
きる。また、本発明に係わるシリカ板によれば、安価で
高品質かつ大型の単層あるいは多層シリカ板を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるシリカ板の製造方法を説明する
概念図。

【図２】本発明に係わるシリカ板の製造方法による平板
化のシミュレーション図。

【図３】本発明に係わるシリカ板の製造方法の実施例の
成形温度と成形時間の関係図。

【図４】本発明に係わるシリカ板の製造方法に用いられ
る成形装置の平面図。

【図５】本発明に係わるシリカ板の製造方法に用いられ
る成形装置の側面図。

【図６】図４及び図５に示す成形装置を用いた本発明の
シリカ板の製造方法による平板化のシミュレーション
図。

【図７】本発明に係わるシリカ板の製造方法に用いられ
る他の成形装置の平面図。

【図８】本発明に係わるシリカ板の製造方法に用いられ
る他の成形装置の側面図。

【図９】本発明に係わるシリカ板の製造方法に用いられ
る他の成形装置の平面図。

【図１０】本発明に係わるシリカ板の製造方法に用いら
れる他の成形装置の側面図。

【図１１】本発明に係わるシリカ板の製造方法の実施形
態におけるスリットの変形例を示す概念図。

【図１２】本発明に係わるシリカ板の製造方法の実施形
態にスリットの変形例を用いて製造したシリカ板の状態
図。

【図１３】本発明に係わるシリカ板の一実施形態の断面
図。

【図１４】本発明に係わるシリカ板の一実施形態の製造
に用いられるシリカルツボ製造装置の概念図。

【図１５】本発明に係わるシリカ板の一実施形態に用い
られるシリカ管状体の斜視図。

【図１６】本発明に係わるシリカ板の一実施形態に用い
られるシリカ円弧体の斜視図。

【図１７】本発明に係わるシリカ板の一実施形態に用い
られるシリカ円弧体の斜視図。

【図１８】本発明に係わるシリカ板の一実施形態の製造
方法の概念図。

【図１９】本発明に係わるシリカ板の一実施形態の製造
方法の概念図。

【図２０】本発明に係わるシリカ板の一実施形態の製造
方法の概念図。

【図２１】本発明に係わるシリカ板の一実施形態の製造
に用いられるシリカ管状体製造装置の概念図。

【図２２】（ａ）及び（ｂ）は、図１１に示すスリット
の変形例を用いて製造したシリカ板の長さの変化を示す
試験結果図。

【図２３】本発明（（ａ）〜（ｃ））と従来方法
（（ｄ）〜（ｆ））によりインゴットからシリカ板を製
造した時の脈理の発生状態を示す概念図。

【符号の説明】

１管状のシリカ体２スリット３基台４移動抑止部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木崇神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者徳岳文夫神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者島井駿蔵神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者大川雅行神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者辻直樹神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社秦野事業所内 (72)発明者友光英行神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社秦野事業所内Ｆターム(参考） 4G014 AH00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管状のシリカ体に軸方向にスリットを形
成し、スリットが上面となるように炉内へ載置し管が板
状になるまで加熱することを特徴とするシリカ板の製造
方法。
【請求項２】管状のシリカ体に軸方向にスリットを形
成し、スリットが上面となるようにシリカ体を水平に炉
内で固定し、シリカ体の下端と上端の温度が下端温度≧
上端温度となるように加熱し、制御することにより管を
開くことを特徴とするシリカ板の製造方法。
【請求項３】管状のシリカ体に軸方向にスリットを形
成し、スリットが上面となるようにシリカ体を炉内で固
定し、シリカ体の両側面と下端の温度が下端温度≧両側
面温度となるように加熱し、制御することにより管を開
くことを特徴とするシリカ板の製造方法。
【請求項４】管状のシリカ体の最高温度を１６００℃
以下で制御することを特徴とする請求項２または３に記
載のシリカ板の製造方法。
【請求項５】上記シリカ体は、シリカ体の内側に平行
となり内周面に接する一対の支持体をもって軸方向に沿
ってスリットを上向きにして支持されることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリカ板の製造
方法。
【請求項６】上記シリカ体は、シリカ体のスリットに
移動抑止部材を挿入することにより支持されることを特
徴する請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリカ板の
製造方法。
【請求項７】上記スリットは、シリカ体の外周から内
周方向に向けて幅狭になるように形成されることを特徴
とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリカ板の
製造方法。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載のシ
リカ板の製造方法により製造されたことを特徴とするシ
リカ板。
【請求項９】目視で観察して、４０°以上傾いた脈理
が存在しないことを特徴とする請求項８に記載のシリカ
板。
【請求項１０】ＯＨ基の含有量が１００ｐｐｍ以上の
高純度透明シリカ層と多気泡シリカ層を２層以上有し、
厚さが３〜１００ｍｍであることを特徴とするシリカ
板。
【請求項１１】シリカ粉を減圧または常圧でアーク回
転溶融して、管状またはルツボ状に溶融成形を行い、管
状のシリカ体を製造し、このシリカ体にスリット切断加
工またはシリカ体を複数に分割切断加工後、減圧また
は、不活性雰囲気で常圧１３５０℃〜１８００℃の温度
で加熱し自重により粘性変形によって平坦な板材に成形
されたことを特徴とする請求項１０に記載のシリカ板。
【請求項１２】シリカ粉を不活性雰囲気の常圧で中心
抵抗加熱回転溶融して、管状またはルツボ状に溶融成形
を行い、管状のシリカ体を製造し、このシリカ体にスリ
ット切断加工またはシリカ体を複数に分割切断加工後、
減圧または、不活性雰囲気で常圧１３５０℃〜１８００
℃の温度で加熱し自重により粘性変形によって平坦な板
材に成形されたことを特徴とする請求項１０に記載のシ
リカ板。
【請求項１３】シリカが合成シリカであることを特徴
とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシリカ板
またはその製造方法。
【請求項１４】ほぼ軸方向に垂直な方向に脈理のある
合成シリカのインゴットを準備し、このインゴットを貫
通孔形成のためのマンドレルを有する加熱炉中で加熱
し、マンドレルを移動させてまたは合成シリカインゴッ
トを移動させて、脈理が同心円状に入った管状の合成シ
リカ体を製造し、この管状合成シリカ体を用いて、請求
項１〜７のいずれか１項に記載の方法で合成シリカ板を
製造する合成シリカ板の製造方法。
【請求項１５】ほぼ軸方向に垂直な方向に脈理のある
合成シリカのインゴットを準備し、このインゴットを貫
通孔形成のためのマンドレルを有する加熱炉中で加熱
し、マンドレルを移動させてまたは合成シリカインゴッ
トを移動させて、脈理が同心円状に入った管状の合成シ
リカ体を製造し、この管状合成シリカ体を用いて、請求
項１〜７のいずれか１項に記載の方法で製造したシリカ
板からなるマスク。