JP2004502630A - 回転対称型石英ガラスるつぼの製造方法および該方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

石英ガラスるつぼ（２）の製造装置（５）において、石英ガラスるつぼ（２）の周囲に均等に配置され、かつ第１および他の電弧を発生する少なくとも２つの電極組合せ（７、８）によって、回転する石英ガラスるつぼ（２）の壁（１３）の部分（１４、１５）が一度に加熱される。数個の電極組合せ（７、８）を付与することにより、部分（１４、１５）が続く加熱帯域（１１、１２）に到達するまでの該部分の冷却相を短縮でき、したがって、壁（１３）の望ましくない高い温度差を回避することができる。さらにそれぞれの個々の電極組合せ（７、８）の必要な熱出力を減少することができるので、蒸発現象および関連する泡形成を減少させることができる。このようにして達成できる高品質の他に、製造工程時間が減少される。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１個または数個の陽極と１個の陰極とからなる電極組合せによって電弧が作られ、そこで回転する石英ガラスるつぼの壁または壁の一部が加熱される回転対称型石英ガラスるつぼの製造方法に関する。さらに、本発明は該製造方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の型の方法および装置は、その大きな経済的効果のために頻繁に使用されている。このために、回転するようにされた溶融型は、天然または合成ＳｉＯ_２粒子であるＳｉＯ_２粒子で部分的に充たされる。鋳型によって、後に石英ガラスるつぼとなるプリフォームが回転の間にＳｉＯ_２粒子から作られる。その後、電極組合せにより電弧が点火され、石英ガラスるつぼの回転壁上で異なるレベルに沿って導かれ、こうして石英ガラス粒子は溶融されて石英ガラスるつぼの形のガラス壁となる。この石英ガラスるつぼを冷却した後、内面がガラス状になり、一方−壁の外側には−次の工程段階で擦り落とすか砂で磨き落とされるＳｉＯ_２粒子がなお付着しているような最終の型がすでに形成される。この外側はガラス化されていない。
【０００３】
このような方法はＤＥ１９７１０６７２Ａ１の課題でもあり、そこでは特別な性質を持つ層型構造がＳｉＯ_２粒子を他の成分とともに追加的に散布することにより作られる。
【０００４】
溶融型の特定な回転速度が維持されることは基本的に重要なことであり、この速度は石英ガラスるつぼの幾何学的寸法によって主に決まる。なぜならば、生じる遠心力がＳｉＯ_２粒子を鋳型によって予備形成された形のままで保持するからである。不十分な回転速度は対応する低い遠心力を伴い、ゆるいＳｉＯ_２粒子を所望の場所に保持させることが不可能であり、溶解型の底に部分的にすべりこむようになる。これに対して、過度な回転速度では、石英ガラスるつぼの底層が外側に移動して工程中に破壊を生じる。したがって、回転速度は非常に制限された範囲内だけで変えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特に大型の石英るつぼについて、壁の充分に高く、かつ均一な加熱は、大きな熱出力を伴う電極組合せの稼動によってしか達成できないという不利な点があることがわかった。しかしながら、ＳｉＯ_２粒子の散布時に蒸発現象および泡形成が起こり、最終生成物の品質をかなり劣化させることがあり得る。さらに内側層の形成速度は低下する（大きな蒸発の結果）。さらに回転する壁の部分加熱は、壁の部分が加熱帯域に再び入るまでの１回の全回転期間に相応する冷却相をもたらし、この期間は−特に石英ガラスるつぼの低回転速度および大直径のときに−大きな温度変化、ひいては品質低下を招くことになろう。
【０００６】
このような背景に鑑みて、本発明は、最初に述べた型の方法を、回転する石英ガラスるつぼの回転速度から独立して、特に、過度な過熱または冷却による望ましくない蒸発および泡形成を大幅に排除可能にするために、生じ得る温度差を実質的に低下できるように、さらに開発するという課題に基づいている。さらに、上記方法を実施するための装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１の課題は、石英ガラスるつぼの壁の他の部分を加熱するための、１個または数個の陽極および１個の陰極からなる少なくとも１つの追加電極組合せを付与することにより、もう１つの電弧を発生させることによって達成される。このようにして、それぞれの各電極組合せを減少した熱出力で操作することができる。したがって、特に、ＳｉＯ_２粒子を散布するときに、蒸発現象を大幅に排除することができる。さらに、この方法は幾何形状により予め規定された回転速度と関連して、壁のそれぞれの部分が次の電極組合せの続く加熱帯域に再び入るまでの冷却相の期間を減少させる。したがって、発生する温度差は非常に減少する。同時にＳｉＯ_２粒子の散布により作り出される内側層の厚さを増加させることができ、その一方、従来技術による高い熱出力を伴って蒸発するＳｉＯ_２粒子の一部は、内側層の形成に大いに利用することができる。さらに、ＳｉＯ_２粒子の蒸発部分を吸引する必要がないので、この製造方法は十分に自動化することができる。さらに、この方法は製造工程の期間を短縮し、その結果、装置の改善された利用が行われ、したがって経済的効果が高められる。
【０００８】
本発明方法の特に有利な他の開発は、石英ガラスるつぼの回転軸の方向で互いに離れている異なる部分を電極組合せを介して加熱することにより実現される。この目的のために異なる垂直位置に装備された電極組合せにより、大表面にわたって熱が導入され、工程時間が短縮される。同時に、石英ガラスるつぼのより均一な加熱が達成され、それに対応して改良された品質が得られる。
【０００９】
上記の第２の課題、すなわち、１個または数個の陽極と１個の陰極とからなる電弧発生のために装備された電極組合せと回転軸の周りに回転可能である石英ガラスるつぼからなり、該るつぼを部分的に加熱することによる回転対称型石英ガラスるつぼの製造装置を提供することは、本発明によれば、−第１電極組合せの他に−１個または数個の陽極と１個の陰極とからなる、第１電極組合せから離れて対峙する石英ガラスるつぼの部分に向かって傾斜した、少なくとも１つの追加電極組合せを有する装置を提供することにより達成される。このようにして、石英ガラスるつぼの温度は回転速度とは無関係に比較的高い水準に維持され、したがって非常に低い温度差しか起こらない。ここで第１電極組合せの電弧によって加熱される面の部分−特に壁または底部−は回転角の小さな変化の発生後にすでに第２電極組合せの電弧の加熱帯域に到達し、このことは、減少した熱出力で個々の電極組合せの操作を可能にする。蒸発現象が減少するために、結果として蒸発粒子を吸引する追加的処置が回避され、散布されたＳｉＯ_２粒子の利用可能な割合が増加するので、かなり大きな層厚の内側層の速やかな形成が達成される。さらに、こうして得た内側層は本質的に泡を含有していないので、厳格な品質要求を容易に達成することができる。同時に、製造された石英ガラスるつぼの不良率および製造工程期間が減少され、製造工程の改善された経済効果が得られる。さらに、この方法によれば従来のものよりも相当に大きな径のるつぼを製造することができる。
【００１０】
本発明の特に有利な実施形態において、電極組合せは石英ガラスるつぼの回転軸の方向で互いに離れた異なる位置に配置される。こうして、例えば石英ガラスるつぼの壁の一部または全高さにわたって大表面加熱が行われて、均一な加熱が達成される。このことにより品質の向上および製造工程時間の減少、ひいては製造コストの低下がもたらされる。
【００１１】
電極組合せを独立して移動させることも特に有利である。このようにして、壁に対して相応して適合した距離を保つことにより、石英ガラスるつぼの種々の型に最適の適応を達成することができる。このようにして、この装置で達成できる品質をさらに向上させることができ、簡単なポットまたは円筒型以外の石英ガラスるつぼの特に複雑な形状で、かつ大きな径を持ったものを、装置の設計変更なしで製造することができる。
【００１２】
上記目的のために、石英ガラスるつぼの周辺に対して電極組合せが均等に分配配置されている、本発明のさらなる開発は特に有利である。このようにして、種々の電極組合せの続く２つの加熱帯域の間の、石英ガラスるつぼの幾何学的寸法、および生じる回転速度によって決められる壁の部分の冷却時間が一定に保たれ、したがって、望ましくない何らかの温度変化が回避される。ひいては、このような装置の装備により、さらに品質の向上がもたらされる。
【００１３】
本発明の他の有利な実施形態においては、少なくとも１つの電極組合せに、ＳｉＯ_２粒子供給口が設けられ、少なくとも１つの他の電極組合せはもっぱら加熱に向けられる。このようにして、装置およびその制御が簡単化され、１つの電極組合せはもっぱら壁の部分の加熱に使用され、一方、ＳｉＯ_２粒子が他方の電極組合せの電弧の中に付加的に散布されて石英ガラスるつぼの内側層を形成する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は異なるいくつかの実施形態を提供する。基本原理をさらに説明するために、一実施形態を図面に示し、以下に記載する。図面は石英ガラスるつぼ２が挿入され、るつぼのように設計された溶融型１の断面図を示している。石英ガラスるつぼ２の開口３の上方には、冷却板の形をした冷却体４を備えた装置５が配置されていて、その冷却体を通って第１の電極組合せ７、およびもう１つの電極組合せ８が石英ガラスるつぼ２の内側空間６の中に突き出ている。それぞれこのような電極組合せ７、８−１個または数個の陽極９および１個の陰極１０がそれぞれ装備されている−は、電弧を当てられたあと、石英ガラスるつぼ２の壁１３の領域内に加熱帯域１１、１２を形成する。このような加熱帯域１１、１２内で壁１３の１つの部分１４、１５が加熱され、このそれぞれの部分１４、１５の加熱時間は回転軸１６の周りを回転する石英ガラスるつぼ２の回転速度によって決定される。一方、回転速度は主として石英ガラスるつぼ２の幾何学的寸法によって大きく決定される。なぜならば、ＳｉＯ_２粒子−最初は石英ガラスるつぼ２に対してゆるく置かれ、次に、生成する石英ガラスるつぼ２を形成する−は、もっぱら回転時に生じる遠心力により鋳型によって、予備成形された型の中に保持される。ここで、特に石英ガラスるつぼ２の底部１７の領域内の石英ガラスるつぼ２の過度な回転速度は、ＳｉＯ_２粒子の外側に向かう望ましくない移動をもたらし、一方、不十分な回転速度は溶融型１内の粒子を底部に滑り落とさせる。２つの電極組合せ７、８を設けることにより、続く加熱帯域１１、１２の間の部分１４、１５の冷却相期間が短縮され、一方、壁１３の温度差は減少する。同時にそれぞれの電極組合せ７、８の熱出力を減少させることができるので、散布されたＳｉＯ_２成分のほんのわずかな蒸発が起こるだけであって、ほとんど泡を含有しない最終製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための装置を示す図である。
【符号の説明】
１　溶融型
２　石英ガラスるつぼ
３　開口
４　冷却体
５　装置
６　内側空間
７、８　電極組合せ
９　陽極
１０　陰極
１１、１２　加熱帯域
１３　壁
１４、１５　部分
１６　回転軸
１７　底部

Claims (7)

1. １個または数個の陽極と１個の陰極とからなる電極組合せによって電弧が作られ、そこで同時に回転する石英ガラスるつぼの壁または壁の一部が加熱される回転対称型石英ガラスるつぼの製造方法において、１個または数個の陽極（９）および１個の陰極（１０）からなる少なくとも１つの追加電極組合せ（８）により、追加電弧が発生し、該電弧により該石英ガラスるつぼ（２）の壁の追加部分が加熱されることを特徴とする回転対称型石英ガラスるつぼの製造方法。
2. 電極組合せにより、石英ガラスるつぼの回転軸の方向に互いに離れた異なる部分が加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. １個または数個の陽極と１個の陰極とからなる電弧を発生するために設けられた電極組合せと、回転軸の回りに回転可能である石英ガラスるつぼからなり、該るつぼを部分的に加熱することによる、回転対称型石英ガラスるつぼの製造装置において、該装置（５）に、第１電極組合せ（７）の他に、１個または数個の陽極（９）と１個の陰極（１０）とからなり、石英ガラスるつぼ（２）の反対側の部分（１５）の方向に傾斜しており、前記部分は前記第１電極組合せ（７）から離れて対峙している、少なくとも１つの追加電極組合せ（８）が設けられていることを特徴とする製造装置。
4. 前記電極組合せ（７、８）は、前記石英ガラスるつぼ（２）の回転軸（１６）の方向に互いに離れた異なる位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記電極組合せ（７、８）は、互いに独立して移動することができることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
6. 前記電極組合せ（７、８）は、前記石英ガラスるつぼ（２）の周辺に対して均等に配置されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. 少なくとも１つの前記電極組合せ（７、８）にＳｉＯ_２粒子の供給口が設けられ、一方、少なくとも１つの他の電極組合せ（７、８）はもっぱら加熱に向けられることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載の装置。