石英ガラス基板の製造方法
【課題】石英ガラス板材を均一な肉厚で接合でき、接合部における気泡の混入を抑制すると共に、接合部の垂れ下がりを抑制する。
【解決手段】石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合端面の断面形状を、該石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある前記石英ガラス板材の上下面の２点と、前記石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成する工程と、接合する各石英ガラス板材を水平状態に支持し、接合する端面Ａ１，Ｂ１同士を対向させる工程と、前記石英ガラス板材の上下に、接合端面の長手方向に沿って所定ピッチで設けられた複数のバーナノズルを接合端面の長手方向に沿って揺動させながら接合端面に火炎を当て、接合端面を溶融する工程と、接合端面同士を押し合わせ、溶着する工程とを含む。
【解決手段】石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合端面の断面形状を、該石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある前記石英ガラス板材の上下面の２点と、前記石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成する工程と、接合する各石英ガラス板材を水平状態に支持し、接合する端面Ａ１，Ｂ１同士を対向させる工程と、前記石英ガラス板材の上下に、接合端面の長手方向に沿って所定ピッチで設けられた複数のバーナノズルを接合端面の長手方向に沿って揺動させながら接合端面に火炎を当て、接合端面を溶融する工程と、接合端面同士を押し合わせ、溶着する工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石英ガラス基板の製造方法及びこの製造方法に用いられる石英ガラス板材に関し、特に複数の石英ガラス板材を溶着して接合する石英ガラス基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ところで、近年においては、大型のガラス板の需要が増し、複数の石英ガラス板材を接合することによって、大型の石英ガラス基板を製造することが行なわれている。
例えば、特許文献１には、接合する石英ガラス板材を縦置きに対置し、縦方向に延びる接合部（端面）を左右両側から加熱溶融し、溶融した接合部を押圧力によって溶着する製造方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示された製造方法にあっては、石英ガラス板材を縦置きにした場合、バーナノズルは縦方向に並べて設けられるが、接合部をバーナで加熱する際に火炎が空気より軽いため上方に向けて火炎流が形成され、接合部（縦方向に延びる端面）の上部と下部とで温度差（加熱ムラ）が生じ、接合部を均一な状態で接合し難いという課題があった。
また、一辺の長さが１０００ｍｍを超えるような大型の石英ガラス板材を縦置にするために、高精度の平面度を維持しつつ、支持できないという課題があった。
【０００４】
また、前記課題を解決するものとして、二つの石英ガラス板材の接合部（端面）同士を水平状態で対置し、接合部を上下両側から加熱溶融し、溶融した接合部を押圧力によって接合する製造方法が、特許文献２において提案されている。
この特許文献２に示された石英ガラス基板の製造方法について、図７に基づいて更に説明する。
【０００５】
この製造方法に用いられる溶接装置１００は、レール１０８ａ，１０８ｂ上を移動可能に構成されたバーナスタンド１０２と、前記バーナスタンド１０２に保持され、燃料ガスを供給するパイプ１０３ａ，１０３ｂと、前記パイプ１０３ｂに接続されたバーナ部１０５とを備え、前記バーナ部１０５は、コ字状のパイプ１０６ａ，１０６ｂと、相対向してコ字状のパイプに設けられた複数のノズル１０７ａ，１０７ｂとを有し、前記バーナ部１０５が、前記石英ガラス板材１１０，１１１の接合部に沿って移動可能に構成されている。
【０００６】
次に、前記溶接装置１００を用いて石英ガラス板材１１０，１１１を接合する方法について説明する。
まず、石英ガラス板材１１０，１１１を支持台１０９ａ，１０９ｂ上に載置し、石英ガラス板材１１０，１１１の端面を合わせる。そして、相対向してコ字状のパイプ１０６ａ，１０６ｂに形成されたノズル１０７ａ、１０７ｂの略中間に、石英ガラス板材１１０，１１１が位置するように調整する。
【０００７】
その後、ノズル１０７ａ，１０７ｂに点火すると共に、バーナスタンド１０２をレール１０８ａ，１０８ｂに沿って移動させ（図中の矢印方向）、石英ガラス板材１１０，１１１の接合部を加熱し、その接合部を溶融する。
その後、支持台１０９ａ，１０９ｂをレール１０９ｅ，１０９ｆに沿って矢印方向に移動させることにより、石英ガラス板材１１０，１１１に一定の外力Ｐを加え、石英ガラス板材１１０，１１１を押し合わせ、溶着させる。なお、図中、符号１０９ｃ、１０９ｄは石英ガラス板材１１０，１１１の移動を阻止するストッパである。
この後、一定の冷却時間をおくことによって、石英ガラス板材１１０，１１１は接合される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２８９６９６号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献２に開示の製造方法にあっては、接合部に気泡を混入させないために石英ガラス板材の接合部を十分に溶融する必要があるが、接合部を長時間加熱し溶融すると、接合部が自重で下方に垂れ下がるという課題があった。
【００１０】
本願出願人は、平面度よく支持でき、石英ガラス板材の一辺の長さ方向で温度差が生じ難い、特許文献２に示された石英ガラス板材の接合部（端面）同士を水平状態で接合する製造方法を前提として、更に均一な肉厚で接合でき、接合部における気泡の混入を抑制すると共に、接合部の垂れ下がりを抑制できる石英ガラス基板の製造方法を鋭意研究した。
【００１１】
そして、石英ガラス板材の接合部（端面）の断面形状が気泡の混入に影響を与えていることを知見した。
即ち、図８（ａ）に示すように石英ガラス板材１１０，１１１の端面１１０ａ，１１１ａが平坦面の場合、図８（ｂ）のように相対向する端面１１０ａ，１１１ａの上下（左右）両側から火炎Ｆを当てて加熱すると、その際、石英ガラス板材１１０，１１１の厚さ方向での加熱ムラが生じ、端面１１０ａ，１１１ａが凹状になる（図８（ｃ））。
その状態で端面１１０ａ，１１１ａを押し合わせると（図８（ｄ））、気泡Ｃが混入する（図８（ｅ））ことを知見した。
【００１２】
本発明は、石英ガラス板材の接合部（端面）同士を水平状態で接合する製造方法を前提とし、石英ガラス板材の接合部（端面）の断面形状が気泡の混入に影響を与えるとの知見に基づきなされたものである。
そして、本発明の目的とするところは、石英ガラス板材を均一な肉厚で接合でき、接合部における気泡の混入を抑制すると共に、接合部の垂れ下がりを抑制することのできる石英ガラス基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記した目的を達成するため、本発明に係る石英ガラス基板の製造方法は、複数の石英ガラス板材を接合することによって製造される石英ガラス基板の製造方法であって、接合する前記石英ガラス板材の接合端面の断面形状を、該石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある前記石英ガラス板材の上下面の２点と、前記石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成する工程と、接合する各石英ガラス板材を水平状態に支持し、接合する端面同士を対向させる工程と、前記水平状態に支持された石英ガラス板材の上下に、接合端面の長手方向に沿って所定ピッチで設けられた複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させながら前記接合端面に火炎を当て、前記接合端面を溶融する工程と、溶融された前記接合端面同士を押し合わせ、溶着する工程とを含むことを特徴としている。
【００１４】
このように、接合する前記石英ガラス板材の接合端面の断面形状を、石英ガラス板材の上下面の２点と前記石英ガラス板材の厚さ方向中心線上の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成し、且つ、複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させながら前記接合端面に火炎を当てるため、接合部は厚さ方向での加熱ムラが殆ど生じることなく均一に加熱され、溶着面に垂れ下がりが生じることもなく均一な厚さで接合でき、接合部の気泡の混入を抑制することができる。
【００１５】
特に、前記石英ガラス板材の接合端面に形成されている凸曲面は、石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとすれば、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内で形成されていることが望ましく、前記バーナノズルの揺動速度が３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲内であることが望ましい。
また、前記複数のバーナノズル間のピッチ寸法は、噴射する火炎の幅の３倍以上４倍以下の範囲で設定されることが望ましく、前記複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させる振幅は、少なくとも前記バーナノズル間のピッチ寸法であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、石英ガラス板材の接合の際、接合部は厚さ方向での加熱ムラが殆ど生じることなく均一に加熱され、溶着面に垂れ下がりが生じることもなく均一な厚さで接合でき、接合部の気泡の混入を抑制することができる石英ガラス基板の製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の石英ガラス基板の製造方法に係る一実施形態について図を用いて説明する。図１は本発明の石英ガラス基板の製造方法に用いられる溶接装置の概略構成を示す側面図であって、基本的には図７に示した溶接装置と同様な構成になされている。
【００１８】
即ち、図示するように、溶接装置１００は、水平状態で支持される板状の石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部（接合端面）に対し、上下方向から酸水素火炎を噴射するバーナ部１，２を備えている。そして、前記石英ガラス板材Ａ，Ｂはそれぞれ、レール１０９ｅ，１０９ｆ上を移動可能に設けられた支持台１０９ａ，１０９ｂ上に複数の支柱３を介して略水平状態に支持されている。
【００１９】
また、支持台１０９ａ，１０９ｂの上面には、石英ガラス板材Ａ，Ｂの後端面と当接し、石英ガラス板材Ａ，Ｂの横移動を阻止するストッパ１０９ｃ，１０９ｄが設けられている。
ここで、前記したように、支持台１０９ａ，１０９ｂはレール１０９ｅ，１０９ｆ上を移動可能であるため、支持台１０９ａ，１０９ｂが互いに向かい合う方向に移動することによって、石英ガラス板材Ａ，Ｂの後端面にストッパ１０９ｃ，１０９ｄから所定の圧力が加えられ、接合部（接合端面）全体が均一な圧力によって押し合わされるようになされている。
【００２０】
また、図７に示した溶接装置と異なり、支持台１０９ａ，１０９ｂには、複数の支柱３がそれぞれ独立した昇降機構により昇降可能に設けられており、大型の石英ガラス板材であっても、支柱３ごとに高さ調整することにより、平面度を容易に維持できるように構成されている。また、支柱３はカーボンにより形成され、高熱の影響を受けないように構成されている。
【００２１】
また、図１には示さないが、図７に示した溶接装置と同様に、移動可能に構成されたバーナスタンド１０２と、前記バーナスタンドに保持され、燃料ガスを供給するパイプ１０３ａ，１０３ｂと、前記パイプに接続されたバーナ部１，２とを備えている。
尚、前記バーナ部１，２は、後述するようにパイプ１ａ，２ａと、相対向してパイプ１ａ，１ｂに設けられた複数のノズル１ｂ，２ｂとを有し、前記バーナ部１，２が、前記石英ガラス板材１１０，１１１の接合部に沿って移動可能に構成されている。
【００２２】
更に、前記バーナ部１，２の構成について、図２に基づいて説明する。尚、図２は、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部を正面としたバーナ部１，２の一部拡大図である。
前記バーナ部１は、燃料ガスが供給され、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１（接合端面）に沿って、その上方に配置されるパイプ１ａと、このパイプ１ａにおいて下方に火炎の噴射口を向けて所定のピッチＰで設けられた複数のバーナノズル１ｂとを備えている。
【００２３】
また、バーナ部２は、燃料ガスが供給され、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１（接合端面）に沿って、その下方に配置されるパイプ２ａと、このパイプ２ａにおいて上方に火炎の噴射口を向けて所定のピッチＰで設けられた複数のバーナノズル２ｂとを備えている。
更に、隣り合うバーナノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐは、加熱ムラを抑制するために火炎幅Ｗの３倍以上４倍以下に設定されている。
また、複数のバーナノズル１ｂ，２ｂを配列する長さは、少なくとも石英ガラス板材における溶接する一辺の長さに、前記ピッチ寸法Ｐを加算した長さが必要である。
【００２４】
また、バーナ部１、２は、火炎噴出時において、所定速度（例えば３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下）、所定振幅（少なくともノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐ）で、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って揺動するように構成されている。
即ち、バーナ部１、２のノズル１ｂ、２ｂから噴出される火炎が接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って揺動するよう制御される。
このようにノズル１ｂ、２ｂが揺動するため、バーナ部１、２からの火炎が石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って均一に当たり、加熱ムラがより抑制されるようになされている。
【００２５】
ここで、この溶接装置１００において、接合部への気泡の混入をより防止するには、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１が、図３の断面図に示すように、その断面形状が凸曲面となるよう予めＲ加工が施されていることが好ましい。
特に、凸曲面を構成する曲線は、図３に示すように、石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ寸法をＤ（例えばＤ＝１０ｍｍ）としたとき、端面先端部からの寸法Ｌが０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の上下面の２点と、前記石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成されることが望ましい。
尚、前記放物線が石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ方向の中心を基準に厚さ寸法の±１０％以内の端面先端部の１点を通るように形成するのは、それが±１０％を超える場合、接合部での気泡の混入や厚さのばらつきが生じやすいためである。
【００２６】
このような接合部Ａ１，Ｂ１の形状により、押し合わせた際の最初の接合部Ａ１，Ｂ１同士の接触が、その長手方向に沿って線接触となり、押圧力によって隙間を板厚方向に徐々に狭め、空気を押し出しながら、接合することができる。
【００２７】
このように構成された溶接装置１００において石英ガラス板材の接合を行う場合、先ず、支持台１０９ｃ，１０９ｄ上に石英ガラス板材Ａ，Ｂが載置される。このとき、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部とは反対側の後端面にそれぞれストッパ１０９ｃ，１０９ｄが当接する状態となされる。
その後、バーナノズル１ｂ、２ｂに点火すると共に、バーナ部１，２を接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って所定速度（好ましくは３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲内）、所定のノズル間ピッチ寸法Ｐ（好ましくは火炎幅Ｗの３倍以上４倍以下）、所定振幅（少なくともノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐ）で揺動させながら接合部Ａ１，Ｂ１を均一に加熱し、溶融する。
【００２８】
尚、上記の通りバーナ部１，２の揺動速度が３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲内であることが好ましい理由は、３０ｍｍ／ｓｅｃ未満に設定（バーナ部を揺動させない場合を含む）すると、揺動速度が遅いために、接合部全体に均一に火炎を当てることが出来ず、加熱ムラが生じ易くなるためであり、１００ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定すると、火炎に乱れが生じ、それにより加熱ムラが生じ易くなるためである。特に、バーナ部を揺動させない場合には、接合部に加熱ムラが生じ、溶着時の押し合わせが不十分となり、溶着面（石英ガラス板材）表面に凹部が発生する虞がある。
また、上記の通りノズル間ピッチ寸法Ｐが火炎幅Ｗの３倍以上４倍以下が好ましい理由は、ピッチ寸法Ｐが火炎幅Ｗの２倍以下では、隣り合う火炎が干渉し、それにより加熱ムラが生じるためであり、ピッチ寸法Ｐが火炎幅Ｗの５倍以上では、揺動距離を長くする必要があり、そのために加熱ムラが生じるためである。
【００２９】
そして、支持台１０９ａ，１０９ｂをそれぞれレール１０９ｅ，１０９ｆに沿って、図１の矢印方向、即ち石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１が向かい合う方向に移動させる。
これにより、石英ガラス板材Ａ，Ｂにストッパ１０９ｃ，１０９ｄ側から所定の外力が加えられ、接合部Ａ１，Ｂ１を押し合わせる。そして、この外力（押圧力）によって接合端面の隙間を板厚方向に徐々に狭め、空気を押し出しながら、溶着がなされる。
【００３０】
以上のように本発明に係る実施形態によれば、接合する石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の接合部（接合端面）Ａ１，Ｂ１の断面形状を、石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の上下面の２点と、石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成し、且つ、複数のバーナノズルを、前記接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って揺動させながら接合部Ａ１，Ｂ１に火炎を当てるため、接合部Ａ１，Ｂ１は厚さ方向での加熱ムラが殆ど生じることなく均一に加熱され、溶着面に垂れ下がりが生じることもなく均一な厚さで接合でき、接合部Ａ１，Ｂ１の気泡の混入を抑制することができる。
また、石英ガラス板材Ａ，Ｂは、独立して高さ調整を行うことのできる支柱３により平面度を維持し、均一な外力により接合部Ａ１，Ｂ１全体が押し合わされるため、接合部Ａ１，Ｂ１の凹凸が無くなって肉厚が均一となり、接合部Ａ１，Ｂ１への気泡の混入を抑制することができ、接合部の機械的強度の低下を防止することができる。
【実施例】
【００３１】
続いて、本発明に係る石英ガラス基板の製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施形態に示した溶接装置を用い、実際に実験を行うことにより、その効果を検証した。
【００３２】
先ず、接合する石英ガラス板材の接合部（接合端面）の好ましい形状について、実験を行った。
（実験１）
板厚Ｄ＝１０ｍｍ、縦横寸法とも８００ｍｍの石英ガラス板材Ａ，Ｂの端面Ａ１，Ｂ１をＲ形状（凸曲面状）に研削加工し、図１に示す溶接装置を用いて接合（溶着）し、接合状態を検証した。
このときのバーナ部１，２は、火炎幅１０ｍｍ、速度５０ｍｍ／ｓｅｃ、ノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法３０ｍｍで揺動させながら、接合部Ａ１，Ｂ１を均一に加熱し、溶融した。
【００３３】
尚、前記バーナノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐは、加熱ムラを抑制するために火炎幅Ｗは１０ｍｍの３倍に設定した。
また、石英ガラス板材の溶接端面を構成する断面曲線が、図４の断面図に示すように、石英ガラス板材の上下面の２点とこの厚さ方向の中心線上にある端面先端部の１点（±０％）を通り、前記２点の位置が、端面先端部からの寸法Ｌ（０．２５Ｄ（実施例１）、０．３５Ｄ（実施例２）、０．５Ｄ（実施例３）、０．７５Ｄ（実施例４））の範囲内となるように端面のＲ加工を行った。
【００３４】
また、実施例５、６として、石英ガラス板材の溶接端面を構成する断面曲線が、端面先端部からの寸法Ｌ＝０．５Ｄの範囲内にある石英ガラス板材の上下面の２点と、石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準に厚さ寸法の＋１０％（実施例５）または−１０％（実施例６）の位置にある端面先端部の１点を通る放物線となる場合についても検証した。
この実施例１〜６の結果を表１に示す。
【００３５】
また、比較例１として、端面のＲ加工を端面先端部からの寸法が０．１５Ｄとした場合についても検証した。また、比較例２として、端面のＲ加工を端面先端部からの寸法が１．０Ｄとした場合についても、同一の実験条件で検証した。この比較例１、２の結果を表１に示す。
【００３６】
（比較例３〜５）
実験１の装置を用い同一条件で、対向する石英ガラス板材Ａ，Ｂ（板厚１０ｍｍ、縦横寸法とも８００ｍｍ）の接合部Ａ１，Ｂ１間の形状が図５（ａ）に示すようにＩ型（比較例３）、図５（ｂ）に示すようにＶ型（比較例４）、図５（ｃ）に示すようにＸ型（比較例５）のそれぞれの場合について溶着を行い、その接合状態を検証した。この比較例３〜５の結果を表２に示す。
【００３７】
（比較例６）
比較例６として、実験１の装置を用い、バーナ部の揺動を行わない場合について検証を行った。尚、石英ガラス板材の溶接端面を構成する断面曲線は、図４の断面図に示すように、石英ガラス板材の上下面の２点とこの厚さ方向の中心線上にある端面先端部の１点（±０％）を通り、前記２点の位置が、端面先端部からの寸法Ｌ＝０．３５Ｄの範囲内となるように端面のＲ加工を行った。この比較例６の結果を表３に示す。
【００３８】
尚、表１〜３において、平面度の◎は、元の平面度５０μｍ以下の石英ガラス板材を用いて溶着した際、平面度が１００μｍ未満の場合を示し、×は、元の平面度５０μｍ以下の石英ガラス板材を用いて溶着した際、平面度が１００μｍ以上の場合を示す。
また、気泡の◎は、溶着面に肉眼で確認できる気泡が存在しない場合を示し、×は、溶着面に肉眼で確認できる気泡が存在する場合を示す。
また、凹凸の○は、接合部における石英ガラス板材表面が板厚の２０〜３０％突出した（凸部が形成された）場合を示し、△は、接合部における石英ガラス板材表面が板厚の５〜１０％または３０％を超えて突出した（凸部が形成された）場合を示し、×は、接合部における石英ガラス板材表面が凹んでいる場合を示す。
また、突出量が２０〜３０％が好ましい理由は、３０％を超えると後工程の研削加工の際の削り量が多すぎて加工時間とコストのロスとなり、また、２０％未満であると、研削加工による石英ガラス板材の平面度を調整するための削り量が少なすぎ、所定の平面度が出せない場合があるためである。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】
表２に示すように、比較例３（Ｉ型）の場合、接合部（接合端面）に当たる火炎が浅いために部材（板）の上下面が軟化し、接合端面の角が凸状となり、溶着面に気泡が確認された。
また、比較例４（Ｖ型）の場合、接合部の加熱ムラは無かったが、部材の表と裏で偏りがあるために溶着後の凹凸が大きい状態となった。また、面取りの偏りから、軟化中に端面の変形が発生し、溶着面には気泡混入が確認された。
更に、比較例５（Ｘ型）の場合、表裏の面取りに偏りはないが、面取り先端の肉厚が薄くなる形状のため、軟化中に先端部分が変形を起こし、その先端部の変形により溶着の最初の接点が不均一になり、このため溶着部に気泡の混入が確認された。
【００４３】
また、表１の比較例２に示すように接合部のＲ加工が１．０Ｄの場合に押し付け量が増加し、Ｒ部分が変形し凹部が発生した。
実施例１〜６では、接合部に気泡の混入はなく、また、接合部が凹状となることもなく、均一に溶着することができた。
【００４４】
一方、比較例１における接合部のＲ加工では、対向する端面が略並行となり（隙間がＩ字状となり）、火炎が当たる角度が浅くなった。即ち、接合部（接合端面）に当たる火炎が少ないために、部材上下面の軟化が促進されて端面角が凸状となり、接合部に加熱ムラが生じた。また、接合部に気泡が確認された。
また、比較例６のようにバーナノズルの揺動を行わない場合には、接合部における石英ガラス板材表面に凹みが生じたため、接合部の特定Ｒ形状とバーナノズルの揺動により、好ましい効果が得られることを確認した。
【００４５】
このように実施例１〜６、比較例１〜６の結果、石英ガラス基板の接合部の好ましい形状は、凸曲面（Ｒ加工）であって、その凸曲面を構成する曲線は、石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法Ｌが０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある石英ガラス板材の上下面の２点と、前記石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成されることが好ましいことを確認した。
【００４６】
次に、上述に従来技術として記した接合する石英ガラス板材を縦置きの状態で支持し溶接する方法について実験を行なった。
（実験２）
図６に示すように、板状の石英ガラス板材Ａ、Ｂを縦置き（垂直）の状態で支持した。図６（ａ）は石英ガラス板材を縦置きに支持する溶接装置の正面図、図６（ｂ）はその側面図である。尚、溶接装置５０は、レール５３上を移動可能に支持台５４，５５が設けられ、支持台上には、支持具５６，５７により石英ガラス板材Ａ，Ｂがその接合端面を対向した状態で縦置きに支持される。
また、バーナ部５１は、接合部の長手方向に沿って設けられた複数のバーナノズルにより、接合部に対し左右両側から火炎を当てるようになされ、さらに、バーナ支持部５２により上下方向に揺動可能な構成となされている。
【００４７】
この溶接装置５０により、実験１に示した条件により、板厚１０ｍｍ、縦横寸法共に８００ｍｍ、平面度５０μｍ以下の石英ガラス板Ａ，Ｂを縦置き（垂直）に支持し、溶着を行った。
即ちバーナ部は、速度５０ｍｍ／ｓｅｃで上下方向に揺動させながら、接合部を加熱し、溶融した。
尚、前記バーナノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐは、加熱ムラを抑制するために火炎幅Ｗ＝１０ｍｍの３倍に設定した。
また、接合端面を構成する曲面の断面曲線は、石英ガラス板材の上下面の２点とこの厚さ方向の中心線上にある端面先端部の１点（±０％）を通り、前記２点の位置が、端面先端部からの寸法Ｌ＝０．３５Ｄの範囲内となるように端面のＲ加工を行った。
そして、溶着前においては平面度５０μｍ以下の状態で支持し、溶着後に平面度を測定した。この実験の結果を表４に示す。尚、表４における平面度、気泡、凹凸の評価は表１〜３と同一である。
【００４８】
【表４】
【００４９】
表４に示すように、溶着時の石英ガラス板材の押し付けや熱の影響により、平面度１００μｍ以上となった。また、溶着の際、火炎が上方になびき、石英ガラス板材の上部と下部との間に加熱ムラが生じ、溶着部を確認すると接合部に多少の凹部の発生が確認された。
このように実施例２とこの実験２との比較結果から、石英ガラス板材は横置き（水平状態）に支持して溶着を行うことが好ましいと確認した。
【００５０】
以上のように、本発明の石英ガラス基板の製造方法によれば、大型の石英ガラス基板を接合する場合であっても、均一な肉厚で接合し、接合部における気泡の混入を抑制できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の石英ガラス基板の製造方法に用いられる溶接装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】図２は、石英ガラス基板の接合部を正面としたバーナ部の一部拡大図である。
【図３】図３は、石英ガラス基板の接合部の断面図である。
【図４】図４は、実施例を説明するための石英ガラス基板の接合部の断面図である。
【図５】図５は、比較例を説明するための石英ガラス基板の接合部の断面図である。
【図６】図６は、比較例を説明するための溶接装置の概略図である。
【図７】図７は、従来の溶接装置の概略構成を示す斜視図である。
【図８】図８は、接合部をバーナ加熱する際の従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ バーナ部
１ａ パイプ
１ｂ バーナノズル
２ バーナ部
２ａ パイプ
２ｂ バーナノズル
３ 支柱
１００ 溶接装置
１０９ａ 支持台
１０９ｂ 支持台
１０９ｃ ストッパ部材
１０９ｄ ストッパ部材
１０９ｅ レール
１０９ｆ レール
Ａ 石英ガラス基板
Ａ１ 接合部（接合端面）
Ｂ 石英ガラス基板
Ｂ１ 接合部（接合端面）
【技術分野】
【０００１】
本発明は石英ガラス基板の製造方法及びこの製造方法に用いられる石英ガラス板材に関し、特に複数の石英ガラス板材を溶着して接合する石英ガラス基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ところで、近年においては、大型のガラス板の需要が増し、複数の石英ガラス板材を接合することによって、大型の石英ガラス基板を製造することが行なわれている。
例えば、特許文献１には、接合する石英ガラス板材を縦置きに対置し、縦方向に延びる接合部（端面）を左右両側から加熱溶融し、溶融した接合部を押圧力によって溶着する製造方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示された製造方法にあっては、石英ガラス板材を縦置きにした場合、バーナノズルは縦方向に並べて設けられるが、接合部をバーナで加熱する際に火炎が空気より軽いため上方に向けて火炎流が形成され、接合部（縦方向に延びる端面）の上部と下部とで温度差（加熱ムラ）が生じ、接合部を均一な状態で接合し難いという課題があった。
また、一辺の長さが１０００ｍｍを超えるような大型の石英ガラス板材を縦置にするために、高精度の平面度を維持しつつ、支持できないという課題があった。
【０００４】
また、前記課題を解決するものとして、二つの石英ガラス板材の接合部（端面）同士を水平状態で対置し、接合部を上下両側から加熱溶融し、溶融した接合部を押圧力によって接合する製造方法が、特許文献２において提案されている。
この特許文献２に示された石英ガラス基板の製造方法について、図７に基づいて更に説明する。
【０００５】
この製造方法に用いられる溶接装置１００は、レール１０８ａ，１０８ｂ上を移動可能に構成されたバーナスタンド１０２と、前記バーナスタンド１０２に保持され、燃料ガスを供給するパイプ１０３ａ，１０３ｂと、前記パイプ１０３ｂに接続されたバーナ部１０５とを備え、前記バーナ部１０５は、コ字状のパイプ１０６ａ，１０６ｂと、相対向してコ字状のパイプに設けられた複数のノズル１０７ａ，１０７ｂとを有し、前記バーナ部１０５が、前記石英ガラス板材１１０，１１１の接合部に沿って移動可能に構成されている。
【０００６】
次に、前記溶接装置１００を用いて石英ガラス板材１１０，１１１を接合する方法について説明する。
まず、石英ガラス板材１１０，１１１を支持台１０９ａ，１０９ｂ上に載置し、石英ガラス板材１１０，１１１の端面を合わせる。そして、相対向してコ字状のパイプ１０６ａ，１０６ｂに形成されたノズル１０７ａ、１０７ｂの略中間に、石英ガラス板材１１０，１１１が位置するように調整する。
【０００７】
その後、ノズル１０７ａ，１０７ｂに点火すると共に、バーナスタンド１０２をレール１０８ａ，１０８ｂに沿って移動させ（図中の矢印方向）、石英ガラス板材１１０，１１１の接合部を加熱し、その接合部を溶融する。
その後、支持台１０９ａ，１０９ｂをレール１０９ｅ，１０９ｆに沿って矢印方向に移動させることにより、石英ガラス板材１１０，１１１に一定の外力Ｐを加え、石英ガラス板材１１０，１１１を押し合わせ、溶着させる。なお、図中、符号１０９ｃ、１０９ｄは石英ガラス板材１１０，１１１の移動を阻止するストッパである。
この後、一定の冷却時間をおくことによって、石英ガラス板材１１０，１１１は接合される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２８９６９６号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献２に開示の製造方法にあっては、接合部に気泡を混入させないために石英ガラス板材の接合部を十分に溶融する必要があるが、接合部を長時間加熱し溶融すると、接合部が自重で下方に垂れ下がるという課題があった。
【００１０】
本願出願人は、平面度よく支持でき、石英ガラス板材の一辺の長さ方向で温度差が生じ難い、特許文献２に示された石英ガラス板材の接合部（端面）同士を水平状態で接合する製造方法を前提として、更に均一な肉厚で接合でき、接合部における気泡の混入を抑制すると共に、接合部の垂れ下がりを抑制できる石英ガラス基板の製造方法を鋭意研究した。
【００１１】
そして、石英ガラス板材の接合部（端面）の断面形状が気泡の混入に影響を与えていることを知見した。
即ち、図８（ａ）に示すように石英ガラス板材１１０，１１１の端面１１０ａ，１１１ａが平坦面の場合、図８（ｂ）のように相対向する端面１１０ａ，１１１ａの上下（左右）両側から火炎Ｆを当てて加熱すると、その際、石英ガラス板材１１０，１１１の厚さ方向での加熱ムラが生じ、端面１１０ａ，１１１ａが凹状になる（図８（ｃ））。
その状態で端面１１０ａ，１１１ａを押し合わせると（図８（ｄ））、気泡Ｃが混入する（図８（ｅ））ことを知見した。
【００１２】
本発明は、石英ガラス板材の接合部（端面）同士を水平状態で接合する製造方法を前提とし、石英ガラス板材の接合部（端面）の断面形状が気泡の混入に影響を与えるとの知見に基づきなされたものである。
そして、本発明の目的とするところは、石英ガラス板材を均一な肉厚で接合でき、接合部における気泡の混入を抑制すると共に、接合部の垂れ下がりを抑制することのできる石英ガラス基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記した目的を達成するため、本発明に係る石英ガラス基板の製造方法は、複数の石英ガラス板材を接合することによって製造される石英ガラス基板の製造方法であって、接合する前記石英ガラス板材の接合端面の断面形状を、該石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある前記石英ガラス板材の上下面の２点と、前記石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成する工程と、接合する各石英ガラス板材を水平状態に支持し、接合する端面同士を対向させる工程と、前記水平状態に支持された石英ガラス板材の上下に、接合端面の長手方向に沿って所定ピッチで設けられた複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させながら前記接合端面に火炎を当て、前記接合端面を溶融する工程と、溶融された前記接合端面同士を押し合わせ、溶着する工程とを含むことを特徴としている。
【００１４】
このように、接合する前記石英ガラス板材の接合端面の断面形状を、石英ガラス板材の上下面の２点と前記石英ガラス板材の厚さ方向中心線上の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成し、且つ、複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させながら前記接合端面に火炎を当てるため、接合部は厚さ方向での加熱ムラが殆ど生じることなく均一に加熱され、溶着面に垂れ下がりが生じることもなく均一な厚さで接合でき、接合部の気泡の混入を抑制することができる。
【００１５】
特に、前記石英ガラス板材の接合端面に形成されている凸曲面は、石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとすれば、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内で形成されていることが望ましく、前記バーナノズルの揺動速度が３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲内であることが望ましい。
また、前記複数のバーナノズル間のピッチ寸法は、噴射する火炎の幅の３倍以上４倍以下の範囲で設定されることが望ましく、前記複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させる振幅は、少なくとも前記バーナノズル間のピッチ寸法であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、石英ガラス板材の接合の際、接合部は厚さ方向での加熱ムラが殆ど生じることなく均一に加熱され、溶着面に垂れ下がりが生じることもなく均一な厚さで接合でき、接合部の気泡の混入を抑制することができる石英ガラス基板の製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の石英ガラス基板の製造方法に係る一実施形態について図を用いて説明する。図１は本発明の石英ガラス基板の製造方法に用いられる溶接装置の概略構成を示す側面図であって、基本的には図７に示した溶接装置と同様な構成になされている。
【００１８】
即ち、図示するように、溶接装置１００は、水平状態で支持される板状の石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部（接合端面）に対し、上下方向から酸水素火炎を噴射するバーナ部１，２を備えている。そして、前記石英ガラス板材Ａ，Ｂはそれぞれ、レール１０９ｅ，１０９ｆ上を移動可能に設けられた支持台１０９ａ，１０９ｂ上に複数の支柱３を介して略水平状態に支持されている。
【００１９】
また、支持台１０９ａ，１０９ｂの上面には、石英ガラス板材Ａ，Ｂの後端面と当接し、石英ガラス板材Ａ，Ｂの横移動を阻止するストッパ１０９ｃ，１０９ｄが設けられている。
ここで、前記したように、支持台１０９ａ，１０９ｂはレール１０９ｅ，１０９ｆ上を移動可能であるため、支持台１０９ａ，１０９ｂが互いに向かい合う方向に移動することによって、石英ガラス板材Ａ，Ｂの後端面にストッパ１０９ｃ，１０９ｄから所定の圧力が加えられ、接合部（接合端面）全体が均一な圧力によって押し合わされるようになされている。
【００２０】
また、図７に示した溶接装置と異なり、支持台１０９ａ，１０９ｂには、複数の支柱３がそれぞれ独立した昇降機構により昇降可能に設けられており、大型の石英ガラス板材であっても、支柱３ごとに高さ調整することにより、平面度を容易に維持できるように構成されている。また、支柱３はカーボンにより形成され、高熱の影響を受けないように構成されている。
【００２１】
また、図１には示さないが、図７に示した溶接装置と同様に、移動可能に構成されたバーナスタンド１０２と、前記バーナスタンドに保持され、燃料ガスを供給するパイプ１０３ａ，１０３ｂと、前記パイプに接続されたバーナ部１，２とを備えている。
尚、前記バーナ部１，２は、後述するようにパイプ１ａ，２ａと、相対向してパイプ１ａ，１ｂに設けられた複数のノズル１ｂ，２ｂとを有し、前記バーナ部１，２が、前記石英ガラス板材１１０，１１１の接合部に沿って移動可能に構成されている。
【００２２】
更に、前記バーナ部１，２の構成について、図２に基づいて説明する。尚、図２は、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部を正面としたバーナ部１，２の一部拡大図である。
前記バーナ部１は、燃料ガスが供給され、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１（接合端面）に沿って、その上方に配置されるパイプ１ａと、このパイプ１ａにおいて下方に火炎の噴射口を向けて所定のピッチＰで設けられた複数のバーナノズル１ｂとを備えている。
【００２３】
また、バーナ部２は、燃料ガスが供給され、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１（接合端面）に沿って、その下方に配置されるパイプ２ａと、このパイプ２ａにおいて上方に火炎の噴射口を向けて所定のピッチＰで設けられた複数のバーナノズル２ｂとを備えている。
更に、隣り合うバーナノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐは、加熱ムラを抑制するために火炎幅Ｗの３倍以上４倍以下に設定されている。
また、複数のバーナノズル１ｂ，２ｂを配列する長さは、少なくとも石英ガラス板材における溶接する一辺の長さに、前記ピッチ寸法Ｐを加算した長さが必要である。
【００２４】
また、バーナ部１、２は、火炎噴出時において、所定速度（例えば３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下）、所定振幅（少なくともノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐ）で、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って揺動するように構成されている。
即ち、バーナ部１、２のノズル１ｂ、２ｂから噴出される火炎が接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って揺動するよう制御される。
このようにノズル１ｂ、２ｂが揺動するため、バーナ部１、２からの火炎が石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って均一に当たり、加熱ムラがより抑制されるようになされている。
【００２５】
ここで、この溶接装置１００において、接合部への気泡の混入をより防止するには、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１が、図３の断面図に示すように、その断面形状が凸曲面となるよう予めＲ加工が施されていることが好ましい。
特に、凸曲面を構成する曲線は、図３に示すように、石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ寸法をＤ（例えばＤ＝１０ｍｍ）としたとき、端面先端部からの寸法Ｌが０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の上下面の２点と、前記石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成されることが望ましい。
尚、前記放物線が石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ方向の中心を基準に厚さ寸法の±１０％以内の端面先端部の１点を通るように形成するのは、それが±１０％を超える場合、接合部での気泡の混入や厚さのばらつきが生じやすいためである。
【００２６】
このような接合部Ａ１，Ｂ１の形状により、押し合わせた際の最初の接合部Ａ１，Ｂ１同士の接触が、その長手方向に沿って線接触となり、押圧力によって隙間を板厚方向に徐々に狭め、空気を押し出しながら、接合することができる。
【００２７】
このように構成された溶接装置１００において石英ガラス板材の接合を行う場合、先ず、支持台１０９ｃ，１０９ｄ上に石英ガラス板材Ａ，Ｂが載置される。このとき、石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部とは反対側の後端面にそれぞれストッパ１０９ｃ，１０９ｄが当接する状態となされる。
その後、バーナノズル１ｂ、２ｂに点火すると共に、バーナ部１，２を接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って所定速度（好ましくは３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲内）、所定のノズル間ピッチ寸法Ｐ（好ましくは火炎幅Ｗの３倍以上４倍以下）、所定振幅（少なくともノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐ）で揺動させながら接合部Ａ１，Ｂ１を均一に加熱し、溶融する。
【００２８】
尚、上記の通りバーナ部１，２の揺動速度が３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲内であることが好ましい理由は、３０ｍｍ／ｓｅｃ未満に設定（バーナ部を揺動させない場合を含む）すると、揺動速度が遅いために、接合部全体に均一に火炎を当てることが出来ず、加熱ムラが生じ易くなるためであり、１００ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定すると、火炎に乱れが生じ、それにより加熱ムラが生じ易くなるためである。特に、バーナ部を揺動させない場合には、接合部に加熱ムラが生じ、溶着時の押し合わせが不十分となり、溶着面（石英ガラス板材）表面に凹部が発生する虞がある。
また、上記の通りノズル間ピッチ寸法Ｐが火炎幅Ｗの３倍以上４倍以下が好ましい理由は、ピッチ寸法Ｐが火炎幅Ｗの２倍以下では、隣り合う火炎が干渉し、それにより加熱ムラが生じるためであり、ピッチ寸法Ｐが火炎幅Ｗの５倍以上では、揺動距離を長くする必要があり、そのために加熱ムラが生じるためである。
【００２９】
そして、支持台１０９ａ，１０９ｂをそれぞれレール１０９ｅ，１０９ｆに沿って、図１の矢印方向、即ち石英ガラス板材Ａ，Ｂの接合部Ａ１，Ｂ１が向かい合う方向に移動させる。
これにより、石英ガラス板材Ａ，Ｂにストッパ１０９ｃ，１０９ｄ側から所定の外力が加えられ、接合部Ａ１，Ｂ１を押し合わせる。そして、この外力（押圧力）によって接合端面の隙間を板厚方向に徐々に狭め、空気を押し出しながら、溶着がなされる。
【００３０】
以上のように本発明に係る実施形態によれば、接合する石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の接合部（接合端面）Ａ１，Ｂ１の断面形状を、石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の上下面の２点と、石英ガラス板材Ａ（Ｂ）の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成し、且つ、複数のバーナノズルを、前記接合部Ａ１，Ｂ１の長手方向に沿って揺動させながら接合部Ａ１，Ｂ１に火炎を当てるため、接合部Ａ１，Ｂ１は厚さ方向での加熱ムラが殆ど生じることなく均一に加熱され、溶着面に垂れ下がりが生じることもなく均一な厚さで接合でき、接合部Ａ１，Ｂ１の気泡の混入を抑制することができる。
また、石英ガラス板材Ａ，Ｂは、独立して高さ調整を行うことのできる支柱３により平面度を維持し、均一な外力により接合部Ａ１，Ｂ１全体が押し合わされるため、接合部Ａ１，Ｂ１の凹凸が無くなって肉厚が均一となり、接合部Ａ１，Ｂ１への気泡の混入を抑制することができ、接合部の機械的強度の低下を防止することができる。
【実施例】
【００３１】
続いて、本発明に係る石英ガラス基板の製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施形態に示した溶接装置を用い、実際に実験を行うことにより、その効果を検証した。
【００３２】
先ず、接合する石英ガラス板材の接合部（接合端面）の好ましい形状について、実験を行った。
（実験１）
板厚Ｄ＝１０ｍｍ、縦横寸法とも８００ｍｍの石英ガラス板材Ａ，Ｂの端面Ａ１，Ｂ１をＲ形状（凸曲面状）に研削加工し、図１に示す溶接装置を用いて接合（溶着）し、接合状態を検証した。
このときのバーナ部１，２は、火炎幅１０ｍｍ、速度５０ｍｍ／ｓｅｃ、ノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法３０ｍｍで揺動させながら、接合部Ａ１，Ｂ１を均一に加熱し、溶融した。
【００３３】
尚、前記バーナノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐは、加熱ムラを抑制するために火炎幅Ｗは１０ｍｍの３倍に設定した。
また、石英ガラス板材の溶接端面を構成する断面曲線が、図４の断面図に示すように、石英ガラス板材の上下面の２点とこの厚さ方向の中心線上にある端面先端部の１点（±０％）を通り、前記２点の位置が、端面先端部からの寸法Ｌ（０．２５Ｄ（実施例１）、０．３５Ｄ（実施例２）、０．５Ｄ（実施例３）、０．７５Ｄ（実施例４））の範囲内となるように端面のＲ加工を行った。
【００３４】
また、実施例５、６として、石英ガラス板材の溶接端面を構成する断面曲線が、端面先端部からの寸法Ｌ＝０．５Ｄの範囲内にある石英ガラス板材の上下面の２点と、石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準に厚さ寸法の＋１０％（実施例５）または−１０％（実施例６）の位置にある端面先端部の１点を通る放物線となる場合についても検証した。
この実施例１〜６の結果を表１に示す。
【００３５】
また、比較例１として、端面のＲ加工を端面先端部からの寸法が０．１５Ｄとした場合についても検証した。また、比較例２として、端面のＲ加工を端面先端部からの寸法が１．０Ｄとした場合についても、同一の実験条件で検証した。この比較例１、２の結果を表１に示す。
【００３６】
（比較例３〜５）
実験１の装置を用い同一条件で、対向する石英ガラス板材Ａ，Ｂ（板厚１０ｍｍ、縦横寸法とも８００ｍｍ）の接合部Ａ１，Ｂ１間の形状が図５（ａ）に示すようにＩ型（比較例３）、図５（ｂ）に示すようにＶ型（比較例４）、図５（ｃ）に示すようにＸ型（比較例５）のそれぞれの場合について溶着を行い、その接合状態を検証した。この比較例３〜５の結果を表２に示す。
【００３７】
（比較例６）
比較例６として、実験１の装置を用い、バーナ部の揺動を行わない場合について検証を行った。尚、石英ガラス板材の溶接端面を構成する断面曲線は、図４の断面図に示すように、石英ガラス板材の上下面の２点とこの厚さ方向の中心線上にある端面先端部の１点（±０％）を通り、前記２点の位置が、端面先端部からの寸法Ｌ＝０．３５Ｄの範囲内となるように端面のＲ加工を行った。この比較例６の結果を表３に示す。
【００３８】
尚、表１〜３において、平面度の◎は、元の平面度５０μｍ以下の石英ガラス板材を用いて溶着した際、平面度が１００μｍ未満の場合を示し、×は、元の平面度５０μｍ以下の石英ガラス板材を用いて溶着した際、平面度が１００μｍ以上の場合を示す。
また、気泡の◎は、溶着面に肉眼で確認できる気泡が存在しない場合を示し、×は、溶着面に肉眼で確認できる気泡が存在する場合を示す。
また、凹凸の○は、接合部における石英ガラス板材表面が板厚の２０〜３０％突出した（凸部が形成された）場合を示し、△は、接合部における石英ガラス板材表面が板厚の５〜１０％または３０％を超えて突出した（凸部が形成された）場合を示し、×は、接合部における石英ガラス板材表面が凹んでいる場合を示す。
また、突出量が２０〜３０％が好ましい理由は、３０％を超えると後工程の研削加工の際の削り量が多すぎて加工時間とコストのロスとなり、また、２０％未満であると、研削加工による石英ガラス板材の平面度を調整するための削り量が少なすぎ、所定の平面度が出せない場合があるためである。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】
表２に示すように、比較例３（Ｉ型）の場合、接合部（接合端面）に当たる火炎が浅いために部材（板）の上下面が軟化し、接合端面の角が凸状となり、溶着面に気泡が確認された。
また、比較例４（Ｖ型）の場合、接合部の加熱ムラは無かったが、部材の表と裏で偏りがあるために溶着後の凹凸が大きい状態となった。また、面取りの偏りから、軟化中に端面の変形が発生し、溶着面には気泡混入が確認された。
更に、比較例５（Ｘ型）の場合、表裏の面取りに偏りはないが、面取り先端の肉厚が薄くなる形状のため、軟化中に先端部分が変形を起こし、その先端部の変形により溶着の最初の接点が不均一になり、このため溶着部に気泡の混入が確認された。
【００４３】
また、表１の比較例２に示すように接合部のＲ加工が１．０Ｄの場合に押し付け量が増加し、Ｒ部分が変形し凹部が発生した。
実施例１〜６では、接合部に気泡の混入はなく、また、接合部が凹状となることもなく、均一に溶着することができた。
【００４４】
一方、比較例１における接合部のＲ加工では、対向する端面が略並行となり（隙間がＩ字状となり）、火炎が当たる角度が浅くなった。即ち、接合部（接合端面）に当たる火炎が少ないために、部材上下面の軟化が促進されて端面角が凸状となり、接合部に加熱ムラが生じた。また、接合部に気泡が確認された。
また、比較例６のようにバーナノズルの揺動を行わない場合には、接合部における石英ガラス板材表面に凹みが生じたため、接合部の特定Ｒ形状とバーナノズルの揺動により、好ましい効果が得られることを確認した。
【００４５】
このように実施例１〜６、比較例１〜６の結果、石英ガラス基板の接合部の好ましい形状は、凸曲面（Ｒ加工）であって、その凸曲面を構成する曲線は、石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法Ｌが０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある石英ガラス板材の上下面の２点と、前記石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成されることが好ましいことを確認した。
【００４６】
次に、上述に従来技術として記した接合する石英ガラス板材を縦置きの状態で支持し溶接する方法について実験を行なった。
（実験２）
図６に示すように、板状の石英ガラス板材Ａ、Ｂを縦置き（垂直）の状態で支持した。図６（ａ）は石英ガラス板材を縦置きに支持する溶接装置の正面図、図６（ｂ）はその側面図である。尚、溶接装置５０は、レール５３上を移動可能に支持台５４，５５が設けられ、支持台上には、支持具５６，５７により石英ガラス板材Ａ，Ｂがその接合端面を対向した状態で縦置きに支持される。
また、バーナ部５１は、接合部の長手方向に沿って設けられた複数のバーナノズルにより、接合部に対し左右両側から火炎を当てるようになされ、さらに、バーナ支持部５２により上下方向に揺動可能な構成となされている。
【００４７】
この溶接装置５０により、実験１に示した条件により、板厚１０ｍｍ、縦横寸法共に８００ｍｍ、平面度５０μｍ以下の石英ガラス板Ａ，Ｂを縦置き（垂直）に支持し、溶着を行った。
即ちバーナ部は、速度５０ｍｍ／ｓｅｃで上下方向に揺動させながら、接合部を加熱し、溶融した。
尚、前記バーナノズル１ｂ（２ｂ）間のピッチ寸法Ｐは、加熱ムラを抑制するために火炎幅Ｗ＝１０ｍｍの３倍に設定した。
また、接合端面を構成する曲面の断面曲線は、石英ガラス板材の上下面の２点とこの厚さ方向の中心線上にある端面先端部の１点（±０％）を通り、前記２点の位置が、端面先端部からの寸法Ｌ＝０．３５Ｄの範囲内となるように端面のＲ加工を行った。
そして、溶着前においては平面度５０μｍ以下の状態で支持し、溶着後に平面度を測定した。この実験の結果を表４に示す。尚、表４における平面度、気泡、凹凸の評価は表１〜３と同一である。
【００４８】
【表４】
【００４９】
表４に示すように、溶着時の石英ガラス板材の押し付けや熱の影響により、平面度１００μｍ以上となった。また、溶着の際、火炎が上方になびき、石英ガラス板材の上部と下部との間に加熱ムラが生じ、溶着部を確認すると接合部に多少の凹部の発生が確認された。
このように実施例２とこの実験２との比較結果から、石英ガラス板材は横置き（水平状態）に支持して溶着を行うことが好ましいと確認した。
【００５０】
以上のように、本発明の石英ガラス基板の製造方法によれば、大型の石英ガラス基板を接合する場合であっても、均一な肉厚で接合し、接合部における気泡の混入を抑制できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の石英ガラス基板の製造方法に用いられる溶接装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】図２は、石英ガラス基板の接合部を正面としたバーナ部の一部拡大図である。
【図３】図３は、石英ガラス基板の接合部の断面図である。
【図４】図４は、実施例を説明するための石英ガラス基板の接合部の断面図である。
【図５】図５は、比較例を説明するための石英ガラス基板の接合部の断面図である。
【図６】図６は、比較例を説明するための溶接装置の概略図である。
【図７】図７は、従来の溶接装置の概略構成を示す斜視図である。
【図８】図８は、接合部をバーナ加熱する際の従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ バーナ部
１ａ パイプ
１ｂ バーナノズル
２ バーナ部
２ａ パイプ
２ｂ バーナノズル
３ 支柱
１００ 溶接装置
１０９ａ 支持台
１０９ｂ 支持台
１０９ｃ ストッパ部材
１０９ｄ ストッパ部材
１０９ｅ レール
１０９ｆ レール
Ａ 石英ガラス基板
Ａ１ 接合部（接合端面）
Ｂ 石英ガラス基板
Ｂ１ 接合部（接合端面）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の石英ガラス板材を接合することによって製造される石英ガラス基板の製造方法であって、
接合する前記石英ガラス板材の接合端面の断面形状を、該石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある前記石英ガラス板材の上下面の２点と、前記石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成する工程と、
接合する各石英ガラス板材を水平状態に支持し、接合する端面同士を対向させる工程と、
前記水平状態に支持された石英ガラス板材の上下に、接合端面の長手方向に沿って所定ピッチで設けられた複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させながら前記接合端面に火炎を当て、前記接合端面を溶融する工程と、
溶融された前記接合端面同士を押し合わせ、溶着する工程とを含むことを特徴とする石英ガラス基板の製造方法。
【請求項２】
前記バーナノズルの揺動速度が３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載された石英ガラス基板の製造方法。
【請求項３】
前記複数のバーナノズル間のピッチ寸法は、噴射する火炎の幅の３倍以上４倍以下の範囲で設定されることを特徴とする請求項１に記載された石英ガラス基板の製造方法。
【請求項４】
前記複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させる振幅は、少なくとも前記バーナノズル間のピッチ寸法であることを特徴とする請求項１または請求項４に記載された石英ガラス基板の製造方法。
【請求項１】
複数の石英ガラス板材を接合することによって製造される石英ガラス基板の製造方法であって、
接合する前記石英ガラス板材の接合端面の断面形状を、該石英ガラス板材の厚さ寸法をＤとしたとき、端面先端部からの寸法が０．２５Ｄ乃至０．７５Ｄの範囲内にある前記石英ガラス板材の上下面の２点と、前記石英ガラス板材の厚さ方向の中心を基準にＤの±１０％以内の端面先端部の１点を通る放物線によって構成される凸曲面に形成する工程と、
接合する各石英ガラス板材を水平状態に支持し、接合する端面同士を対向させる工程と、
前記水平状態に支持された石英ガラス板材の上下に、接合端面の長手方向に沿って所定ピッチで設けられた複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させながら前記接合端面に火炎を当て、前記接合端面を溶融する工程と、
溶融された前記接合端面同士を押し合わせ、溶着する工程とを含むことを特徴とする石英ガラス基板の製造方法。
【請求項２】
前記バーナノズルの揺動速度が３０ｍｍ／ｓｅｃ以上１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載された石英ガラス基板の製造方法。
【請求項３】
前記複数のバーナノズル間のピッチ寸法は、噴射する火炎の幅の３倍以上４倍以下の範囲で設定されることを特徴とする請求項１に記載された石英ガラス基板の製造方法。
【請求項４】
前記複数のバーナノズルを、前記接合端面の長手方向に沿って揺動させる振幅は、少なくとも前記バーナノズル間のピッチ寸法であることを特徴とする請求項１または請求項４に記載された石英ガラス基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２４２１５１（Ｐ２００９−２４２１５１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８９３６９（Ｐ２００８−８９３６９）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（５９２１０４９４４）コバレントマテリアル徳山株式会社 (24)
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（５９２１０４９４４）コバレントマテリアル徳山株式会社 (24)
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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