JP2022058763A - 中空インゴットの切断 - Google Patents

中空インゴットの切断 Download PDF

Info

Publication number
JP2022058763A
JP2022058763A JP2022010142A JP2022010142A JP2022058763A JP 2022058763 A JP2022058763 A JP 2022058763A JP 2022010142 A JP2022010142 A JP 2022010142A JP 2022010142 A JP2022010142 A JP 2022010142A JP 2022058763 A JP2022058763 A JP 2022058763A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ingot
quartz glass
hollow quartz
hollow
glass ingot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2022010142A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7350909B2 (ja
Inventor
アラン・マンディ
Mundy Alan
ハメド・アガジャニ
Aghajani Hamed
イアン・ジョージ・セイス
George Sayce Ian
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Conamic UK Ltd
Original Assignee
Heraeus Conamic UK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Conamic UK Ltd filed Critical Heraeus Conamic UK Ltd
Publication of JP2022058763A publication Critical patent/JP2022058763A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7350909B2 publication Critical patent/JP7350909B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D7/00—Accessories specially adapted for use with machines or devices of the preceding groups
    • B28D7/02—Accessories specially adapted for use with machines or devices of the preceding groups for removing or laying dust, e.g. by spraying liquids; for cooling work
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B17/00—Forming molten glass by flowing-out, pushing-out, extruding or drawing downwardly or laterally from forming slits or by overflowing over lips
    • C03B17/04—Forming tubes or rods by drawing from stationary or rotating tools or from forming nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/02—Other methods of shaping glass by casting molten glass, e.g. injection moulding
    • C03B19/025—Other methods of shaping glass by casting molten glass, e.g. injection moulding by injection moulding, e.g. extrusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B20/00—Processes specially adapted for the production of quartz or fused silica articles, not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/09—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/06—Cutting or splitting glass tubes, rods, or hollow products

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

【課題】亀裂なしで中空石英ガラスインゴットを連続的に製造および切断する方法および装置、ならびに中空石英ガラスインゴットを提供する。【解決手段】中空石英ガラスインゴット１８の内面は、軟化した石英ガラス塊を垂直に出した後で、オンライン切断の前に、能動的手段によって冷却され、マンドレルは、マンドレルサポートカラム３０で下から支持されており、前記カラムが下部キャリッジ２１から取り外され、各切断されたインゴット部分が取り出される間、一時的に前記マンドレルを所定の位置に保持する手段が提供され、そしてその後に前記カラム３０は前記下部キャリッジ２１に再び取り付けられ、そして、前記マンドレルサポートカラム３０を切断しないように、前記インゴットは円周方向に切断される。ここで、中空石英ガラスインゴット１８は内面が冷却される。【選択図】図１

Description

第１の態様において、本発明は、中空石英ガラスインゴットの連続製造方法に関する。第２の態様において、本発明は、請求された方法で使用される中空石英ガラスインゴットの製造装置に関し、そして第３の態様では、本発明は、請求された方法に従って調製される中空石英ガラスインゴットに関する。
中空石英ガラスインゴットの連続生産のための方法および装置は、先行技術から知られている。これらの連続プロセスでは、石英は熱を供給することにより耐火物るつぼ内で溶融され、溶融石英はマンドレルが取り付けられた中央のダイオリフィスから引き出される。その後、インゴットを一定の速度で徐々に下げ、溶融シリカを急冷して、中空円柱状のインゴットまたはチューブを形成する。それぞれのプロセスは、例えば、ＵＳ ９，２４２，８８７およびＣＮ １０３ ７７１ ６９０に開示されている。通常、そのような方法によって提供されるチューブ（中空インゴット）は、比較的小さな直径と薄い壁を持っている。例えば、ＣＮ １０３ ７７１ ６９０では、直径３００から３２０ｍｍ、壁厚１０から１２ｍｍのチューブ（中空インゴット）が製造されている。
大きな外径、特に３５０ｍｍを超える外径、および壁厚を有する中空石英ガラスインゴットの連続生産で発生する１つの問題は、インゴットが炉の下の長さにて切断されるときのインゴットでの亀裂の形成である。石英ガラスインゴットにおけるこのような亀裂の問題は、上記の先行技術文献の教示では解決されない。
特に大きな中空石英ガラスインゴットの製造に焦点を当てたもう一つの先行技術は、ＵＳ７，３０５，８５２であり、るつぼに溶融石英を充填し、溶融プロセスの完了後に限られた量のロッド、プレートまたは中空インゴットを引き出すプロセスを開示している。このプロセスで使用される炉は連続的に使用されるのではなく、バッチで操作するため、溶融石英でるつぼを満たし、溶融後にガラスを引き出して炉を空にすることができる。この不連続な操作が引き起こす熱変動のため、意図したサイズのインゴットは、深刻な亀裂を起こさずにオンラインで切断できなかった。さらに、それぞれのバッチプロセスには経済的な欠点がある。
ＵＳ ２０１７／０３４９４７４ Ａは、従来のガラス溶融物の溶融、およびインゴットの部分の製造について説明している。開示されたプロセスは、形成後のインゴットのオンライン切断のプロセスステップを必要とするインゴットの連続生産を提供することを意図していない。
ＳＵ ７４０７１８は、中空石英ガラスインゴットの調製のための装置を開示している。詳細には、ＳＵ ７４０７１８は、溶融石英の溶融物からチューブを出すことを可能にする石英の溶融についての従来のプロセスの改良であるが、ガラスの流れとチューブの内径の制御が改善されている。これは、上から支えられたマンドレルを備えているが、内部熱交換器を使用して、ガラスがダイを流れる際のガラスの粘度を制御する。チューブサイズの考慮は示されていない。さらに、従来技術のプロセスによって調製されたチューブは、通常、ダイの下で自然に冷却され、そして内部でガラスを徐々に冷却するための措置が講じられたことを示していない。さらに、石英ガラスインゴットの大型で厚壁のインゴットを繰り返し亀裂なしで切断するという課題で生じる問題は記載されていない。
この従来技術の状況から、上記の欠点なしに調製することができる中空石英ガラスインゴットの製造方法を提供することが目的である。
具体的には、連続的に調製および切断できる中空石英ガラスインゴットの製造方法を提供することが目的である。
より具体的には、連続的に調製および切断でき、そして大きな外径および比較的厚い壁を有する中空石英ガラスインゴットの製造方法を提供することが目的である。
より具体的には、亀裂なしで連続して調製および切断でき、そして大きな外径と比較的厚い壁を有する中空石英ガラスインゴットの製造方法を提供することが目的である。
さらに、亀裂なしで中空石英ガラスインゴットを連続的に製造および切断するために使用できる装置を提供することが目的であり、それにより中空石英ガラスインゴットは大きな外径および比較的厚い壁を有する。この装置は、請求された方法を実行するのに適しているものである。
本プロセスを実施するための炉の一実施形態が、図１に概略的に示されている。 インゴット部分の切断と取り出しは、ダイオリフィスからマンドレルを取り外すことなく実施する必要があり、この操作のさまざまな段階を図２（Ａ）から２（Ｄ）に概略的に示す。 インゴット部分の切断と取り出しは、ダイオリフィスからマンドレルを取り外すことなく実施する必要があり、この操作のさまざまな段階を図２（Ａ）から２（Ｄ）に概略的に示す。 インゴット部分の切断と取り出しは、ダイオリフィスからマンドレルを取り外すことなく実施する必要があり、この操作のさまざまな段階を図２（Ａ）から２（Ｄ）に概略的に示す。 インゴット部分の切断と取り出しは、ダイオリフィスからマンドレルを取り外すことなく実施する必要があり、この操作のさまざまな段階を図２（Ａ）から２（Ｄ）に概略的に示す。
本発明の第１の態様
－中空インゴットの連続生産方法－
本発明の目的は、中空石英ガラスインゴットを製造するための連続的方法による第１の目的で解決され、該方法は以下のステップ
ａ．るつぼまたは耐火物タンクに軟化した石英ガラス塊を提供すること；
ｂ．軟化した石英ガラス塊を、マンドレルが取り付けられたダイを通して垂直に出して、中空石英ガラスインゴットを提供すること；および
ｃ．中空石英ガラスインゴットを特定の長さにオンラインで切断すること、を含む。
請求された方法は、ステップｂで軟化された石英ガラス塊を垂直に出した後で、プロセスステップｃでのオンライン切断の前に、中空石英ガラスインゴットの内面が能動的手段によって冷却されることを特徴とする。
本発明に関連して、
（１）大きな外径および比較的厚い壁を有する中空石英ガラスインゴットの製造中に生じる亀裂、特に
（２）そのような中空石英ガラスインゴットを切断するステップ中に生じる亀裂は、
切断時のインゴット全体の弾性応力に起因する可能性があることが判明した。理論に束縛されるものではないが、インゴットの弾性応力は、ステップｂで押し出された後のインゴットの外面と内面の異なる温度プロファイルに由来していることがあり得る。インゴットの外面は、放射や空気の対流などの自然な手段、または能動的な冷却手段によって冷却され、一方、中空インゴットの内面は比較的高温のままで、押出後の中空インゴットの外面と内面に異なる温度プロファイルを作り出す。両面のこの異なる温度プロファイルは、切断プロセスのステップ中にインゴットに後に亀裂をもたらす、押し出されたインゴットの弾性応力の原因となる可能性がある。切断処理ステップ中のインゴットの亀裂の形成は、切断時に切断工具からインゴットの外側表面に水が突然導入されることにより強化されることがあり得る。
ここで、中空石英ガラスインゴットをより均一に冷却することにより、弾性応力を低減でき、それにより、中空石英ガラスインゴットは、インゴットの外面を冷却（自然な手段または能動的な冷却手段によってほぼ自動的に発生する）するだけでなく、中空インゴットの内面でも冷却することが必須であることが判明した。中空インゴットの内面での冷却ステップは、以下でより詳細に説明する能動的冷却使用手段によって達成される。
形成中のガラスチューブの内部冷却は、ＵＳ ３，９３７，６２３に記載されているが、（より低い温度での）コンパウンドガラスの製造中において、この先行技術文献のガラスチューブ製造プロセスは、本実施形態による中空石英ガラスインゴットの製造と比べて完全に異なる。このため、ＵＳ３，９３７，６２３の教示は、本実施形態による方法に移すことができない。特に、ＵＳ ３，９３７，６２３に記載されているプロセスは、大きくて厚肉の石英ガラスインゴットを作るための火炎溶融のプロセスではない。
大型の中空石英ガラスインゴットが連続炉から出てくる際の処理では、切断プロセス中に亀裂が頻繁に発生する。中空インゴットの内面の能動的冷却の請求された方法を適用することにより、前記切断ステップ中に通常発生する亀裂を減少させるか、好ましくは完全に回避することができる。
現在規定されているインゴットの冷却を適用することにより、インゴットの弾性応力を下げることができるため、中空石英ガラスインゴットの切断プロセス中に拡大される亀裂がほとんどまたはまったく生じない。
ガラスの弾性応力は、圧縮応力と引張応力の両方の組み合わせを含む。過度の引張応力は、亀裂の潜在的な原因である。現在説明されている実施形態の１つ以上で規定されるインゴットの冷却を適用することにより、インゴット内の弾性引張応力は、好ましくは５ＭＰａ未満、より好ましくは４ＭＰａ未満、最も好ましくは２ＭＰａ未満に低減される。
本方法を適用することにより、石英を溶融し、大きな直径の中空インゴットを連続的に出し、深刻な亀裂がないまたは少なくとも少ない数で石英ガラスインゴットを繰り返し切断することが可能になる。これにより、中空石英ガラスインゴットを経済的に製造できる。
以下では、中空石英ガラスインゴットの外面と内面の冷却方法についてより詳しく説明する。
すでに上で述べたように、中空石英ガラスインゴットの調製後の外面は、たとえば放射と周囲の空気の対流によって自動的に冷却される。
しかしながら、一実施形態では、能動的手段を強化することにより、中空石英ガラスインゴットの外面をさらに冷却することも可能である。外面のそのような強化された能動的冷却は、例えば、中空石英ガラスインゴットの外面に適用される冷却ガスまたは冷却液によって達成される。それぞれの適切な冷却ガスは、空気、窒素などの不活性ガス、または水素／窒素混合物などの還元ガスである。それぞれの適切な冷却流体は、水であり、例えば、水スプレーとして適用することができる。さらに、能動的な周囲の空気の対流および／または放射を適用して、インゴットの外面を冷却することができる。
一実施形態では、冷却ガス、冷却流体、能動的な対流および／または放射を適用するなど、インゴットの外面に１つより多くの能動的冷却手段を適用することが可能である。
インゴットの外面に１つより多くの能動的冷却手段を使用する一実施形態は、冷却ガスの高速流と冷却流体としての水滴のミストの組み合わせである。
さらに、インゴットの外面を２段階冷却法で冷却することも可能であり、ここで冷却は第１に対流および／または放射によって行われ、そして第２に冷却ガスの流れを方向付けるか、石英ガラスインゴットの外面に冷却液を噴霧することによって行われる。
上記の自動的または能動的のいずれかの冷却手段の１つ以上を適用することにより、中空石英ガラスインゴットの外面は、プロセスステップｃにおけるオンライン切断の前に、外面の温度が４００℃未満、より好ましくは３５０℃未満、最も好ましくは２５０℃未満に冷却される。
好ましくは、中空石英ガラスインゴットの内面は、能動的手段により冷却される。それぞれの手段については後述する。
インゴットの内面を能動的に冷却することにより、内面の温度は、プロセスステップｃのオンライン切断の前に開始される外部能動的冷却手段の適用前に、好ましくは４００℃未満、より好ましくは３００℃未満、最も好ましくは２５０℃未満である。
この追加の冷却により、内面の温度が約１００℃まで減る。
インゴットの切断は、請求された方法で切断ステーション（切断ゾーンまたは切断セクションとも称される）で実行され、そしてこの切断ステーションは、一般的にダイの下の定めれた距離で、切断が適用される領域にもたらされ、そして典型的には、切断ステーションは、好ましくは最大で４０００ｍｍ、より好ましくは最大で２５００ｍｍ、最も好ましくは最大で１８００ｍｍの中空石英ガラスインゴットに沿ってダイから離れている。インゴットの外面および内面の上述の温度は、好ましくはインゴットの切断ステーションで達成される。
さらに、外面および内面の上記の特定の温度は、好ましくは切断ステップＣの前に整えられることが判明した。
切断ステップＣの前の中空石英ガラスインゴットの内面と外面との間の温度差は、好ましくは２５０℃未満、より好ましくは２２０℃未満、最も好ましくは１８０℃未満であることが好ましい。
特に切断セクションにおける中空石英ガラスインゴットの内面と外面の間の温度関係を適用することにより、インゴットの弾性応力は、特にインゴットの切断中に亀裂が発生しないか、少なくとも深刻な亀裂が発生しないように低減できる。
以下では、中空石英ガラスインゴットを製造するための特定の方法のステップを詳細に説明する。
プロセスステップａにおいて、出発材料としての軟化した石英ガラス塊は、るつぼまたは耐火物タンクに提供される。
それにより、耐火物タンクまたはるつぼは通常、石英ガラス塊の加熱および格納を可能にする炉内に提供される。出発材料は通常、石英、シリカ粉末、または少なくとも１つのケイ素含有前駆体の群から選択されるケイ素源として耐火物タンクまたはるつぼに供給される。
石英またはシリカ粉末の場合、出発原料は結晶性または非晶質シリカ粉末である。
ケイ素含有前駆体の場合、出発物質は通常、ハロゲンを含まないケイ素前駆体、特にオクタメチルシクロテトラシロキサンなどのシロキサン化合物である。
少なくとも１つの追加元素の添加、特に少なくとも１つの酸化物化合物の添加により、ケイ素源をドープすることが可能である。
ケイ素源は、通常上から耐火物タンクまたはるつぼに供給され、通常、１つまたは複数のバーナーを通して耐火物タンクまたはるつぼに供給される。したがって、バーナーは、好ましくは炉のルーフに位置される。
バーナーには通常、少なくとも１つの可燃性ガスと酸素が供給され、これにより可燃性ガスは、水素、天然ガスまたは炭化水素ガス、およびそれらの混合物からなる群から選択することができる。
ケイ素源をバーナーを通じてるつぼまたは耐火物タンクに供給することにより、ケイ素源は飛行中にバーナーによって加熱され、溶融表面に到達してガラスに融着する。さらに、バーナーはシリコン原料の溶融物の表面に１つまたは複数の炎を下向きに出し、出発材料の溶融を助ける。
次のステップｂで、溶融シリカは炉からダイおよびマンドレルアセンブリの形のオリフィスを通して垂直に押し出され、これは通常、炉の底部にあり、したがってバーナーの反対側にあり、中空石英ガラスインゴットになる。
押し出されたシリカは、ダイオリフィスに配置された耐火性マンドレルの助けにより、中空石英ガラスインゴットの形で提供される。それにより、中空石英ガラスインゴットの内部寸法は、耐火性マンドレルの寸法によって規定される。
マンドレルは通常、下からのマンドレルサポートカラムで支持されている。
炉からダイオリフィスを介して押し出されるるつぼまたは耐火物タンクの溶融シリカは、冷却後に外面で凝固し、中空石英ガラスインゴットになる。
インゴットの外部サイズと形状は、炉の底部に位置するダイオリフィスの外部形状によって規定される。
通常、プロセスステップｂで押し出された中空石英ガラスインゴットの外径は、４００ｍｍより大きく、より具体的には４５０ｍｍより大きく、より具体的には５００ｍｍより大きい。現在説明されている実施形態は、インゴットの異なる外径で実施するために縮小することができるため、これらの寸法は限定的ではない。前述の寸法は、実際には経済市場の要件によって決定される。
さらに、中空石英ガラスインゴットの内径は、通常２５０ｍｍより大きく、より具体的には２９０ｍｍより大きく、より具体的には３３０ｍｍより大きい。繰り返しになるが、これらの寸法は、現在説明されている実施形態をインゴットの異なる外径で実施するために縮小することができるため、限定的ではない。前述の寸法は、実際には経済市場の要求によって決定される。
しかしながら、中空石英ガラスインゴットの壁厚は、具体的には１００ｍｍより大きく、より具体的には１２５ｍｍより大きく、より具体的には１５０ｍｍより大きい。
その後、中空石英ガラスインゴットは、インゴットの従来技術の切断ステップｃにおける弾性応力を低減するために、上述のように外面および内面で冷却される。
インゴットの内面と外面との間の温度差は、切断ステーションで３００℃未満、より好ましくは２８０℃未満、より好ましくは２６０℃未満であることが好ましい。
外面および内面の前述の温度が実現され、好ましくはインゴットの弾性応力が前述の値に低減された後、中空石英ガラスインゴットは、ステップｃで水冷式鋸によって切断ステーションで切断される。
切断ステーションは、中空石英ガラスインゴットをるつぼまたは耐火物タンクから出すためにダイの下にあり、好ましくは最大で４０００ｍｍ、より好ましくは最大で２５００ｍｍ、最も好ましくは最大で１８００ｍｍで中空石英ガラスインゴットに沿ってダイから間隔を空けられている。
切断ステーションのインゴットの外面および内面の温度は、光学高温計および／または熱電対などの適切な手段で測定できる。
ステップｂでダイから押し出される中空石英ガラスインゴットはダイオリフィスから下向きに延び、手段によって支持される。好ましい実施形態では、押し出される中空石英ガラスインゴットを支持する手段は、キャリッジに取り付けられた１つ以上のクランプであり、それにより、キャリッジに取り付けられたクランプは、ダイオリフィスから押し出される溶融シリカに追従するのに適切な速度でダイオリフィスから下方に移動する。
キャリッジに取り付けられたクランプと中空石英ガラスのインゴットは、炉内（つまり、るつぼまたは耐火物タンク）の軟化した石英ガラスの塊が基本的に一定のレベルに維持されるように、好ましくは事前に規定された速度で下方に移動する。
連続プロセスを可能にするために、ダイオリフィスからマンドレルを取り外すことなく、切断されるインゴット部分（切断されたインゴット部分）の切断と取り出しが行われなくてはならない。
このため、中空石英ガラスインゴットは、インゴットの第１の事前規定された位置に達するまで引き下げられる。この第１の事前規定された位置で、押し出された中空石英ガラスインゴットは、インゴットの一部を切断する必要が生じる最下部のキャリッジに到達する。中空石英ガラスインゴットの切断されることとなる部分は、好ましくは１つ以上のクランプでまだ支持されている。
切断操作は切断ステーションで行われ、好ましくは鋸で構成され、より好ましくは水冷式鋸、特に頑丈な水冷式チェーンソーまたはワイヤーソーで構成される。鋸の切断媒体は、好ましくは金属結合ダイヤモンドである。
切断ステーションで、中空石英ガラスインゴットを鋸によりで円周方向に切断する。さらに、中空石英ガラスインゴットの外面は、切断ステーションで切断する前に外部の水スプレーによって冷却されることが好ましい。さらに、大きなサイズおよび／またはより厚い壁の中空インゴットでは、内面と外面の両方を許容温度にするため、さらなる冷却により、例えば、マンドレルの内面に衝突する水冷スプレーにより、インゴットの既存の内部冷却（マンドレルの周囲の水冷コイルなど）で補完することが有用であり得る。
中空石英ガラスインゴットを切断した後、インゴットの底部を十分に下げる。これにより、下部キャリッジと切断インゴット部分が、第１の事前規定された位置よりも低い、第２の事前規定された位置（床レベルなど）に下げられながら、マンドレルを所定の位置に保持する役割を果たす１つ以上のマンドレルサポートバーを任意にて挿入できる。
切断されたインゴット部分が第２の事前規定された位置まで下げられた後、切断されたインゴット部分を降ろして取り出すことが可能になる。
ダイオリフィスからマンドレルを取り外すことなく、切断される中空石英ガラスインゴットを切断セクションから取り出すことができるため、インゴット製造の連続プロセスが可能になる。
切断されたインゴット部分が取り出される前に、切断されたインゴット部分に取り付けられたクランプが好ましくは解除される。
中空石英ガラスインゴットの切断部分が、第２の事前規定されたレベル（床レベル）から取り外された後、最下部のクランプ（図２、１９Ｃ）は、好ましくは、中空石英ガラスインゴットの本体に対して上げられ、中空石英ガラスインゴットの本体に再取り付けされる。次に、下部キャリッジ（図２、２１）を上昇させて、マンドレルサポートカラムの下端と再び係合させることができ、これにより、マンドレルサポートバーがマンドレルから取り外され、次の切断が必要とされるまで操作が再開される。
中空石英ガラスインゴットの切断部分が床レベルまで下げられているため、中空石英ガラスインゴットの切断部分は、さらに加工するために簡単に取り出すことができる。
すでに上で指摘したように、請求された方法では、中空石英ガラスインゴットの内面が能動的手段によって冷却されることが必須である。この必須の内部冷却は、任意の適切な冷却手段によって実行できる。以下に例の概要を説明する。
第１の実施形態では、冷却手段は、マンドレルサポートカラムの周りに配置され、冷却流体を含むコイルによって構成されてもよい。
第２の実施形態では、マンドレルの冷却手段は、マンドレルが取り付けられるマンドレルサポートカラム内部の冷却流体によって示される。
これら２つの実施形態では、冷却流体は水であり得る。
第３の実施形態では、冷却手段は、中空石英ガラスインゴットの内部空洞内の窒素またはアルゴンなどの不活性ガスのガス流によって構成されてもよい。
第４の実施形態では、冷却手段は、インゴットの内面に発射される複数の水の噴流の水スプレーまたは霧化ミストによって構成されてもよい。
現在、前述の第１、第３および第４の実施形態が特に好ましい。
さらに、前述の第１および第４の実施形態が特に好ましい。
さらに、前述の第１の実施形態が特に好ましい。
これらの実施形態のうちの２つ以上を一緒に使用することができ、第１、第３および第４の実施形態は、内部冷却手段の組み合わせに特に好ましい。
これらの実施形態のうちの１つより多くを一緒に使用することができ、第１および第４の実施形態は、内部冷却手段の組み合わせに特に好ましい。
第４の実施形態の能動的冷却手段は、インゴット切断手順が開始される直前の期間に、好ましくは、単独で、または第１から第３の実施形態による能動的冷却手段と組み合わせて適用される。
中空石英ガラスインゴットの内面を冷却するための第４の実施形態の場合、水噴流は通常、マンドレル内に配置されるか、マンドレルに取り付けられる。効率の点については、インゴットの内面を均一に冷却するには、好ましくは５から２５、より好ましくは６から２０、最も好ましくは８から１６の噴流で十分であることが判明した。それにより、マンドレルの穴またはマンドレルに取り付けられた穴のサイズが０．１０から２．００ｍｍ、より好ましくは０．１５ｍｍから１．７５ｍｍ、最も好ましくは０．２０から１．５０ｍｍであることが好ましい。
中空石英ガラスインゴットの内面を冷却するための第４の実施形態の場合には、水噴流は、好ましくは０．１０から１．８０リットル／分、より好ましくは０．１５から１．７０リットル／分、最も好ましくは０．２０から１．６０リットル／分の水の流量を有し、それにより流量は段階的に増加し得る。
中空石英ガラスインゴットの内面を冷却するために適用される第４の実施形態の場合には、噴流を中空インゴットの内面に衝突させる水流または液滴の温度は、５から６５℃であり得る。
上述の各実施形態における冷却システムは、通常、インゴット切断ステーションの上方に３００から２３００ｍｍ、より好ましくは４００から２２００ｍｍ、最も好ましくは５００から２０００ｍｍに配置される。
内面に水スプレーを適用する時間は場合により異なることがあり得るが、通常は１０から４８０分、より好ましくは２０から４２０分、最も好ましくは３０から３６０分が、切断する前にインゴットの弾性応力を低減するのに十分である。
通常、インゴットの切断がまさに開始されるまで、表面の内部および外部冷却が継続される。
以下において、図１および図２を参照することにより、１つの好ましい実施形態が説明される。
これらの図では、次の参照記号が使用されている。
１０ 耐火物タンク
１１ 炉チャンバ
１２ 溶融物
１３ バーナー
１４ 粉末供給
１５ 排気口
１６ チムニー
１７ ダイオリフィス
１８ 中空インゴット
１９ キャリッジおよびクランプ
２０ 切断ステーション
２１ 下部キャリッジ
２２ 耐火れんが
２３ 冷却空気
２４ 高温計１
２５ 高温計２
２６ 高温計３
２７ 高温計４
２８ マンドレルキャップ
２９ マンドレルキャップホルダー
３０ マンドレルサポートカラム
３１ 水冷コイル
３２ 外部水スプレーリング
３３ 内部水スプレーリング
３４ インゴットの切断部分
３５ マンドレルサポートバー
本プロセスを実施するための炉の一実施形態が、図１に概略的に示されている。
炉は、炉チャンバ１１に囲まれた耐火物タンクまたはるつぼ１０を含む。耐火物タンクは、例えば、ジルコンまたはイットリア安定化ジルコニアのレンガから作られてもよく、これは溶融シリカ溶融物１２を含む。この耐火れんがの最内層は、れんが、セラミック繊維、ジルコニア泡またはその他の適切な材料を含む断熱材（図示せず）の１つまたは複数の層で囲まれ、さらに断熱を提供し、炉の壁を通る熱損失を低減する。炉の通常の構成は、当業者に知られている。
可燃性ガス（例えば、水素、天然ガス、プロパンまたはその他の炭化水素ガス、または混合物）、および酸素が、溶融物の表面に下方向に発射する１つまたは複数の炎を発射する炉のルーフに設置された１つまたは複数のバーナー１３に供給される。石英粉末１４（すなわち、天然または合成由来であり得るシリカの結晶性または非晶質の粉末）は、１つ以上のバーナーを介して添加され得るか、または代替手段により導入され得る。任意選択で、ドープされた石英ガラスのインゴットを作る必要がある場合、粉末は、例えば酸化物の形態で存在する１つまたは複数の追加元素の添加によりドープされてもよい。粉末は飛行中に加熱され、溶融表面１２に到達し、そこでガラスに融合する。不透明な石英ガラスを形成する必要がある場合は、固体または液体のガス形成剤を添加して粉末をドープしてもよいが、一般的に、気泡のない溶融石英インゴットを提供するため必要とされるように粉末はドープされておらず、そして高純度である。
燃焼生成物は、排気口１５を通って炉を出て、その後、チムニー１６を通って炉チャンバを出る。
別の実施形態では、粉末供給は、適切なケイ素含有前駆体、好ましくはハロゲンを含まない前駆体、例えばオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴ、Ｄ４）などのシロキサンの流れによって補充または置換されてもよく、これは、炎の中でシリカ微粒子の流れに変換され、溶融物１４の表面に堆積し得る（例えば、ＵＳ ６，７６３，６８２に記載されているように）。
溶融表面１２および／または炉壁の温度は、１つ以上の光学高温計２４、２５、２６、および２７を使用して測定することができる。炉の内部は、排気口１５から見ることができる。
炉は、断面が円形、多角形、または正方形であってもよいが、必要なインゴット製品の形状に適合することが好ましい。炉の基部には、ダイとして機能し、そこから押し出されるインゴット１８の外部寸法を規定するオリフィス１７が設置されている。ダイは、耐火性セラミック材料、例えば、イットリア安定化ジルコニアまたはジルコンで構成されてもよく、または耐火性金属（タングステンまたはモリブデンなど）で作られてもよく、その場合、耐酸化性は金属表面の適切なコーティング（金属シリサイドなどのコーティングなど）または不活性または還元ガス環境の提供により促進され得る。
ダイオリフィス１７内には、中空インゴットの内部寸法を規定する耐火性マンドレルが配置されている。ダイと同様に、マンドレルは耐火性セラミック材料で作られているか、耐火性金属（例えば、タングステンまたはモリブデン、任意にて保護コーティング付き）で作られており、そして少なくともキャンペーンの初期段階では、パージされたガス環境内で操作され得る。実際には、ジルコン層２９で支持されたモリブデン製のマンドレルキャップ２８が良好であることがわかった。ジルコンは、マンドレルサポートカラム３０によって所定の位置に保持される。これは、グラファイト、耐火セラミック、または水冷金属の円筒柱を含むことができるが、それ自体が可動下部キャリッジ２１から所定の位置に保持されている間に、ダイ内でマンドレルを中心に保持できることが重要である。
ガラスは高粘度で出現し、急速に冷却すると、外面はほぼ即座に固化する。炉内の溶融物が一定の深さに維持されるように、インゴットは下方に延び、ガラスの流れに適した速度、すなわち粉末供給速度に等しい速度で下方に移動できるキャリッジに取り付けられた一連のクランプ１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃによって支持されている。各キャリッジがその横移動部の下限に達すると、インゴットの保持が解除され、そしてインゴットの把持が更新されると上限に移動する。インゴットは常に２セット以上のクランプで把持されるため、インゴットの真直度が確保される。インゴットの下端にインゴット切断ステーション２０が配置され、そこでインゴットは有用な長さに切断され、そしてその後の処理のために取り出され得る。
適切な切断手段には、頑丈な水冷チェーンソーまたはワイヤーソーが含まれ、切断媒体は、金属結合ダイヤモンドであってもよい。
ダイの直下では、インゴットの外面が放射および周囲の空気（または適切な場合は不活性／還元ガス）への対流によって冷却される。インゴットの周りで炉チャンバ１１へと上方に出される空気は、冷却を補助するために使用され得（冷却空気２３）、そしてこれは、必要に応じて、冷却ガスの高速流の注入、水滴のミストの供給などによってさらに促進され得る。
ダイ領域のガラス表面温度とダイの下のインゴット温度は、１つまたは複数の適切な光学高温計２４、２５、２６、２７で測定され得る。必要に応じて、熱電対または別の方法を使用して、局所温度を測定することもできる。
インゴットの外面の冷却は、対流および環境への放射によって達成され得るが、水冷式鋸で切断する前に、インゴットの外面の温度を約３００℃未満に下げることを確実にするために、切断する前に、インゴットの周囲にあるスプレー噴流３２のリングから導かれる外部水スプレーによってインゴットをさらに冷却することが有用であることがわかった。
インゴット部分の切断と取り出しは、ダイオリフィスからマンドレルを取り外すことなく実施する必要があり、この操作のさまざまな段階を図２（Ａ）から２（Ｄ）に概略的に示す。
一実施形態によるプロセスは、一般に、溶融石英１２の破片で満たされた炉空洞から開始され、そしてダイオリフィスは、クランプ１９Ａおよび１９Ｂによって所定の位置に保持された溶融石英の円筒形のベイト片によってブロックされている。炉の最初の溶融後、石英粉末が１つ以上のバーナー１３を介して導入され、そして、炉内の溶融物レベルをほぼ一定に保ちながら、中空インゴット１８を下向きに出す。
キャリッジ／クランプ１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃの往復運動により、図２（Ａ）に示す位置に達するまでインゴットが下方向に延伸され、そしてその時点で、インゴットの一部を切り取る必要が生じる。切断操作の前に、水スプレー３２が適用されてインゴットの外面温度表面を低減し、そして任意にて内部水スプレー３３も作動される。このような内部スプレーは、直径が大きく、より厚い壁のインゴットを扱う場合に適している。内面と外面が十分な温度になった後、クランプ１９Ｃと下部キャリッジ２１でインゴットの最下部を支えながら、インゴットは円周方向に切断され、一方でマンドレルサポートカラムを切断しないように注意する。
次に、インゴット３４の下部セクション（すなわち、インゴットの切断セクション）を十分に下げて、１つ以上のマンドレルサポートバー３５の挿入を可能にすることができ、これは、下部キャリッジ２１と切断されたインゴット部分３４が床レベルまで下げられている間、マンドレルを所定の位置に保持する役割を果たす。その時点（図２（Ｄ））では、切断されたインゴット部分３４をおろして取り出すことができ、そして次に、クランプ１９Ｃを上げて下降インゴットに取り付け、下部キャリッジ２１を上げて、マンドレルサポートカラムの下端と再係合させることができる。次いで、マンドレルサポートバー３５を取り外し、図２（Ａ）に描かれた状況を再開することができる。
この操作のサイクルは、インゴット（クランプ１９Ａおよび１９Ｂ）の下向きの動きに対する最小限の中断で完了することが好ましい。
本発明の第２の態様
－中空インゴットの連続製造方法用装置－
第２の態様において、本発明は、中空石英ガラスインゴットの連続生産のための装置に関する。この装置は、上記のプロセスを実行することができ、以下の手段
（ａ） るつぼまたは耐火物タンクの底部にダイオリフィスを有する軟化石英ガラス塊を提供するためのるつぼまたは耐火物タンク；
（ｂ） 中空石英ガラスインゴットを提供するために、ダイおよびカラムに支持されたマンドレルを通して軟化石英ガラス塊を垂直に出す；ならびに
（ｃ） 中空石英ガラスインゴットを特定の長さにオンラインで切断する手段、を備えている。
請求された装置は、該装置が中空石英ガラスインゴットの内面を能動的に冷却する手段を備えていることを特徴とする。
第１の実施形態では、内面を能動的に冷却するための手段は、マンドレルサポートカラムの周りに配置されたコイルであってもよく、それにより前記コイルは冷却流体を含む。
第２の実施形態では、能動的冷却手段は、マンドレルサポートカラム内部に配置された冷却液で冷却されるマンドレルサポートカラム自体によって構成されてもよい。
第３の実施形態では、冷却手段は、中空石英ガラスインゴットの内部空洞内の窒素またはアルゴンなどの不活性ガスのガス流によって構成されてもよい。
第４の実施形態では該手段には、インゴットの内面への水のスプレーの提供が含まれる。第４の実施形態の能動的冷却手段は、インゴット切断手順が開始される直前の期間に、単独で、または第１から第３の実施形態による能動的冷却手段と組み合わせて適用されることが好ましい。
冷却手段の操作モードはすでに上で説明されている。
一実施形態による装置は、以下で述べるさらなる構成要素および部品を備えてもよい。これらの追加部分の機能は、上記の方法の説明によって明らかになり、以下のように要約される。
請求された装置は、好ましくはるつぼまたは耐火物タンクのルーフに１つ以上のバーナーを備え、そしてるつぼまたは耐火物タンクの底部にダイオリフィスを有するるつぼまたは耐火性タンクを含む。
中空石英ガラスインゴットを製造するための出発材料は、通常は酸素と可燃性ガス、例えば水素、天然ガス、炭化水素ガスおよびそれらの任意の適切な混合物の供給手段を備えたバーナーを通してるつぼまたは耐火物タンクに供給される 。
るつぼまたは耐火物タンクは、通常、それらを囲んでいる炉チャンバに配置されている。
耐火物タンクまたはるつぼは、例えば、ジルコンまたはイットリア安定化ジルコニアのレンガから作られてもよく、溶融シリカ溶融物を受け入れるのに適している。この耐火れんがの最内層は、れんが、セラミック繊維、ジルコニア泡またはその他の適切な材料を含む断熱材料の１つまたは複数の層に囲まれて、さらなる断熱を提供し、炉の壁を通る熱損失を低減する。
プロセスの出発材料、例えば石英粉末は、１つ以上のバーナーを介して加えられるか、または代替手段で導入され得る。
炉は、断面が円形、多角形、または正方形であってもよいが、必要とされるインゴット製品の形状に適合することが好ましい。炉の基部には、ダイとして機能するオリフィスが配置されており、そこから押し出されるインゴットの外部寸法を規定する。ダイは、耐火性セラミック材料、例えばイットリア安定化ジルコニアまたはジルコンで構成されてもよく、または耐火性金属（タングステンまたはモリブデンなど）で作られてもよく、その場合、耐酸化性は金属表面を適切にコーティング（例えば、金属シリサイドなどのコーティング）、または不活性または還元ガス環境の提供により促進され得る。
請求されている装置は、好ましくは、中空インゴットの内部寸法を規定するダイオリフィス内の耐火性マンドレルを含む。ダイと同様に、マンドレルは、耐火性セラミック材料、例えば イットリア安定化ジルコニアまたはジルコンにより作られてもよく、または耐火性金属（例えば、タングステンまたはモリブデン、任意にて保護コーティング付き）から作られてもよく、そして少なくともプロセスの初期段階では、パージガス環境内で操作され得る。実際には、ジルコン層で支えられたモリブデン製のマンドレルキャップが良好であることがわかっている。
さらに、請求された装置は、ジルコンを所定の位置に保持するように機能するマンドレルサポートカラムを含む。これは、グラファイト、耐火セラミック、または水冷金属の円筒柱を含み得る。
さらに、請求された装置は、移動可能なキャリッジ、および下向きに移動する押し出されたインゴットを支持するクランプを含む。クランプは通常、キャリッジに取り付けられている。クランプは、押し出されたインゴットを保持するように構成されており、そしてインゴットを把持および解放することができる。請求された装置は、好ましくは、押出されたインゴットを把持するための少なくとも３つのクランプを含む。
請求された装置はまた、そこでインゴットが有用な長さに切断され得るインゴット切断ステーションを含む。請求された装置に適した切断手段は、頑丈な水冷チェーンソーまたはワイヤーソーを含み、切断媒体は、金属結合ダイヤモンドであってもよい。
請求された装置はまた、請求された装置の切断ステーションの上に配置された水スプレーなどの、中空石英ガラスインゴットの外面を冷却する手段を含んでもよい。
さらに、請求された装置は、ダイオリフィスから押し出された後に直接的にインゴットを冷却する手段を含む。これは、放射および周囲の空気の対流、不活性ガスの流れ、還元ガスの流れ、および水滴のミストによるインゴットの冷却を可能にすることを意味する。
さらに、請求された装置は、一般に、冷却コイルなどのインゴットの内面を冷却する手段、マンドレルサポートカラムの冷却、およびインゴットの切断前の期間中に使用するための内面への水のスプレーの提供を含む。
装置はまた、異なる位置で押し出されたインゴットの温度を監視するための光学的高温計、熱電対、または代替手段を備えてもよい。
請求された装置のさらなる部分は、上記に開示された請求されたプロセスの詳細な説明から明らかになる。
本発明の第３の態様
－中空石英ガラスインゴット－
最後に、本発明は、上述のプロセスに従って、または上述の装置を使用することによって調製される中空石英ガラスインゴットに関し、それにより、中空石英ガラスインゴットは、事前規定の長さの部分に切断される。
請求された中空石英ガラスインゴットは、インゴットの外径が４００ｍｍより大きく、より好ましくは４５０ｍｍより大きく、最も好ましくは５００ｍｍより大きいことを特徴とする。
請求された中空石英ガラスインゴットは、インゴット中の引張応力が好ましくは５ＭＰａ未満、より好ましくは４ＭＰａ未満、最も好ましくは２ＭＰａ未満であることをさらに特徴とする。
請求された中空石英ガラスインゴットは、インゴットの断面積が好ましくは６０００ｍｍ２よりも大きく、より好ましくは９０００ｍｍ２よりも大きく、最も好ましくは１１０００ｍｍ２よりも大きいことをさらに特徴とする。
特に一実施形態は、上述の中空石英ガラスインゴットを製造する方法、および以下の構成を有する中空石英ガラスインゴットに関する。
実施形態１：
（ａ） ３２５から３７５ｍｍ、具体的には３３０から３７０ｍｍ、より具体的には３３５から３６５ｍｍ、より具体的には３４０から３６０ｍｍ、より具体的には３４５から３５５ｍｍ、より具体的には３５０ｍｍの外径；および
（ｂ） １７５から２２５ｍｍ、より具体的には１８０から２２０ｍｍ、より具体的には１８５から２１５ｍｍ、より具体的には１９０から２１０ｍｍ、より具体的には１９５から２０５ｍｍ、より具体的には２００ｍｍの内径；および
（ｃ） ６２５００ｍｍ２から６７５００ｍｍ２、より具体的には６３０００から６７０００ｍｍ２、より具体的には６３５００から６６５００ｍｍ２、より具体的には６４０００から６６０００ｍｍ２、より具体的には６４５００から６５５００ｍｍ２、より具体的には６４７９５ｍｍ２断面積。
実施形態２：
（ａ） ３７５から４２５ｍｍ、具体的には３８０から４２０ｍｍ、より具体的には３８５から４１５ｍｍ、より具体的には３９０から４１０ｍｍ、より具体的には３９５から４０５ｍｍ、より具体的には３９６ｍｍの外径：および
（ｂ） ２２５から２７５ｍｍ、より具体的には２３０から２７０ｍｍ、より具体的には２３５から２６５ｍｍ、より具体的には２４０から２６０ｍｍ、より具体的には２４５から２５５ｍｍ、より具体的には２５０ｍｍの内径；および
（ｃ） ７１５００ｍｍ２から７６５００ｍｍ２、より具体的には７２０００から７６０００ｍｍ２、より具体的には７２５００から７５５００ｍｍ２、より具体的には７３０００から７５０００ｍｍ２、より具体的には７３５００から７４５００ｍｍ２、より具体的には７４０７６ｍｍ２の断面積。
実施形態３：
（ａ） ４３５から４８５ｍｍ、具体的には４４０から４８０ｍｍ、より具体的には４４５から４７５ｍｍ、より具体的には４５０から４７０ｍｍ、より具体的には４５５から４６５ｍｍ、より具体的には４６０ｍｍの外径；および
（ｂ） ２１５から２６５ｍｍ、より具体的には２２０から２６０ｍｍ、より具体的には２２５から２５５ｍｍ、より具体的には２３０から２５０ｍｍ、より具体的には２３５から２４５ｍｍ、より具体的には２４０ｍｍの内径；および
（ｃ） １１８５００ｍｍ２から１２３５００ｍｍ２、より具体的には１１９０００から１２３０００ｍｍ２、より具体的には１１９５００から１２２５００ｍｍ２、より具体的には１２００００から１２２０００ｍｍ２、より具体的には１２０５００から１２１５００ｍｍ２、より具体的には１２０９５１ｍｍ２の断面積。
実施形態４：
（ａ） ４７５から５２５ｍｍ、具体的には４８０から５２０ｍｍ、より具体的には４８５から５１５ｍｍ、より具体的には４９０から５１０ｍｍ、より具体的には４９５から５０５ｍｍ、より具体的には５０２ｍｍの外径；および
（ｂ） ３０５から３５５ｍｍ、より具体的には３１０から３５０ｍｍ、より具体的には３１５から３４５ｍｍ、より具体的には３２０から３４０ｍｍ、より具体的には３２５から３３５ｍｍ、より具体的には３３０ｍｍの内径；および
（ｃ） １１００００ｍｍ２から１４５０００ｍｍ２、より具体的には１１０５００から１４００００ｍｍ２、より具体的には１１１０００から１３５０００ｍｍ２、より具体的には１１５０００から１３００００ｍｍ２、より具体的には１１２０００から１１２５００ｍｍ２、より具体的には１１２３９４ｍｍ２の断面積（ＣＳＡ）。
中空石英ガラスインゴットの具体的な例は以下の通りである。
Figure 2022058763000002
現在説明されている実施形態は、以下の例に関してより詳細に説明されている。
この例は、図１および２で説明されている装置で実施される。
炉の下のチムニー１６の高さは２２８ｍｍで、この試験ではチムニーの換気口は開いていない。
中空インゴットは炉の床を通って下降し、クランプ１９の往復運動によって送られる。インゴットは完全に露出しており、外部断熱材がない場合、周囲の空気への放射と対流によって外部から冷却された。マンドレル２８は、ジルコン耐火物のキャップホルダー２９上に支持された直径３３０ｍｍのモリブデン製のマンドレルキャップ２８を備え、これは、長さ３０００ｍｍでグラファイト製のマンドレルサポートカラム３０上に支持された。水冷銅コイル３１はこのカラムの周りに取り付けられ、これはマンドレルの基部から測定して約１３００ｍｍから２０００ｍｍまで延びていた。
切断および切断されたインゴット部分の取り出し中を除き（図２Ｂから２Ｄ）、水はこのコイルを連続的に流れ、インゴット内からの必要な熱除去を提供した。
内部水スプレーリング３３は、このコイルの下５０ｍｍに取り付けられ、そしてこれはインゴット部分を切断する直前の期間に水の内部スプレーを提供した。
インゴットの外側で、ダイの下約１５００ｍｍの距離に別の水スプレーリングがあり、これはインゴット切断操作の始動の直前に再び水が供給された。
切断ステーションは、ダイの下約１８００ｍｍであった。
外径５０２ｍｍおよび内径３３０ｍｍの中空インゴットの製造中に、インゴットは約３５ｍｍ／時間の速度で下降し、そして約１１００ｍｍの長さに断続的に切断された。内部および外部冷却システムの使用は以下に記載のとおりである。
水は内部冷却コイルに連続的に供給され（約２０℃で６リットル／分）、そして各切断されたインゴット部分の取り出し中にのみオフにされた。切断を開始する約２４０分前に、インゴットの内部冷却を強化するために、内部水スプレーリングに水が供給された（約６０℃で１．６リットル／分）。その後（切断の約１８０分前）、外部水冷スプレーが開始された（約６０℃で１．６リットル／分）。内部および外部スプレーは、インゴットの切断が開始される直前まで続けられ、両方のスプレーが中断された。
これらの状況下では、インゴットの表面に深刻な亀裂を誘発することなく、下降するインゴットを長さ１１００ｍｍの部分に繰り返し切断することができた。このような大きなインゴット中空インゴットをオンラインで切断しようとする以前の試みは、インゴットに縦方向の亀裂の形成をもたらし、そのような亀裂は、インゴットが下降するにつれて連続的に成長することが見出され、製品を意図した目的に役に立たなくしていた。
比較的厚い壁を備えた大きな中空インゴットのこの開発において重要なのは、冷却コイルによって提供される内部冷却の提供である。製造されるサイズが大きくなるにつれて、この内部冷却は、切断時のインゴットの内面と外面の温度差を最小化する目的で、特定の時間に内部水スプレーで補われた。
切断面の外温度は、冷却前は通常１７０－２１０℃だが、冷却後は約１００℃まで低下する。インゴットを切断する前に切断面でボア温度を測定することは困難であるが、冷却なしで、さらには冷却コイルによる冷却があっても、ボア温度は４５０℃であり得る。水スプレーによる追加の冷却により、内面温度は通常３４０℃未満に低下される。

Claims (8)

  1. 以下のプロセスステップ：
    ａ．るつぼまたは耐火物タンクに軟化した石英ガラス塊を提供すること；
    ｂ．前記軟化した石英ガラス塊を、マンドレルが取り付けられたダイを通して垂直に出し、中空石英ガラスインゴットを提供すること；および
    ｃ．前記中空石英ガラスインゴットを特定の長さにオンラインで切断すること、により特徴付けられ、
    前記中空石英ガラスインゴットの内面は、ステップｂでの前記軟化した石英ガラス塊を垂直に出した後で、プロセスステップｃでのオンライン切断の前に、能動的手段によって冷却され、
    前記マンドレルは、マンドレルサポートカラムで下から支持されており、前記カラムが下部キャリッジから取り外され、各切断されたインゴット部分が取り出される間、一時的に前記マンドレルを所定の位置に保持する手段が提供され、そしてその後に前記カラムは前記下部キャリッジに再び取り付けられ、そして、前記マンドレルサポートカラムを切断しないように、前記インゴットは円周方向に切断される、ことを特徴とする方法により得られ、
    ３２５ｍｍより大きい前記インゴットの外径、により特徴付けられる、中空石英ガラスインゴット。
  2. 前記中空石英ガラスインゴットの内面は、
    １）前記マンドレルサポートカラムの周りに配置されたコイルによる手段、ここで前記コイルは冷却液を含み、
    ２）前記マンドレルサポートカラム内部に配置された冷却液で冷却される前記マンドレルサポートカラム自体による手段、
    ３）前記中空石英ガラスインゴットの内部空洞における不活性ガスのガス流による手段、および／または
    ４）複数の噴流として、または微細液滴の霧化ミストとして発する水スプレーによる手段の１つ以上によって冷却されることを特徴とする、請求項１に記載の中空石英ガラスインゴット。
  3. 前記中空石英ガラスインゴットの外面は、冷却ガス、冷却液、能動的な対流および／または放射の能動的手段を強化することにより冷却される、請求項１または２に記載の中空石英ガラスインゴット。
  4. 前記中空石英ガラスインゴットは、プロセスステップｃでのオンライン切断の前に、前記中空石英ガラスインゴットの内面の温度が４００℃未満に冷却される、請求項１から３のいずれか一項に記載の中空石英ガラスインゴット。
  5. 前記中空石英ガラスインゴットは、プロセスステップｃでのオンライン切断の前に、前記中空石英ガラスインゴットの外面の温度が４００℃未満に冷却される、請求項１から４のいずれか一項に記載の中空石英ガラスインゴット。
  6. 切断ゾーンでの前記中空石英ガラスインゴットの内面と外面との間の温度差は３００℃未満である、請求項１から５のいずれか一項に記載の中空石英ガラスインゴット。
  7. プロセスステップｃは、ダイオリフィスから出された前記中空石英ガラスインゴットに沿って、前記ダイオリフィスから１８００ｍｍから４０００ｍｍ間隔があけられた切断ステーションで実施される、請求項１から６のいずれか一項に記載の中空石英ガラスインゴット。
  8. （ａ）１７５ｍｍより大きい前記インゴットの内径、
    （ｂ）６２５００ｍｍ２より大きい前記インゴットの断面積、および／または
    （ｃ）５ＭＰａ未満の切断時の前記インゴットの弾性引張応力、の少なくとも１つの特徴により特徴付けられる、請求項１から７のいずれか一項に記載の中空石英ガラスインゴット。

JP2022010142A 2018-11-23 2022-01-26 中空インゴットの切断 Active JP7350909B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18207949.1A EP3656746A1 (en) 2018-11-23 2018-11-23 Method and apparatus for cutting a hollow quartz glass ingot
EP18207949.1 2018-11-23
JP2019206650A JP7058634B2 (ja) 2018-11-23 2019-11-15 中空インゴットの切断

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019206650A Division JP7058634B2 (ja) 2018-11-23 2019-11-15 中空インゴットの切断

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022058763A true JP2022058763A (ja) 2022-04-12
JP7350909B2 JP7350909B2 (ja) 2023-09-26

Family

ID=64456796

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019206650A Active JP7058634B2 (ja) 2018-11-23 2019-11-15 中空インゴットの切断
JP2022010142A Active JP7350909B2 (ja) 2018-11-23 2022-01-26 中空インゴットの切断

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019206650A Active JP7058634B2 (ja) 2018-11-23 2019-11-15 中空インゴットの切断

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11225429B2 (ja)
EP (1) EP3656746A1 (ja)
JP (2) JP7058634B2 (ja)
KR (1) KR102296351B1 (ja)
CN (1) CN111216260B (ja)
TW (1) TWI736028B (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11673822B2 (en) * 2016-11-30 2023-06-13 Corning Incorporated Method and apparatus for controlling glass tube taper
EP3915951A1 (en) * 2020-05-29 2021-12-01 Schott AG Inlay, sleeve shaft with inlay and refractory tube with sleeve shaft

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016528142A (ja) * 2013-07-12 2016-09-15 ヘレーウス クヴァルツグラース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフトＨｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ 大型の石英ガラス管の製造法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1653848A (en) * 1925-03-21 1927-12-27 Hartford Empire Co Method and apparatus for making glass tubing
US1766638A (en) * 1923-05-28 1930-06-24 Hartford Empire Co Drawing glass tubing
US2310474A (en) * 1940-08-10 1943-02-09 Forter Teichmann Company Manufacture of glass tubing
NL198476A (ja) * 1954-06-30
NL272514A (ja) * 1960-12-16
US3666583A (en) * 1970-04-22 1972-05-30 Owens Illinois Inc Method for making and assembling sealed tubular bodies
JPS4929250Y1 (ja) * 1970-12-31 1974-08-08
US3937623A (en) 1973-07-25 1976-02-10 Vasily Porfirovich Kononko Method of making glass tubes
JPS54126214A (en) * 1978-03-24 1979-10-01 Tokyo Shibaura Electric Co Production of glass tube
SU740718A1 (ru) * 1978-10-10 1980-06-15 Государственный Научно-Исследовательский Институт Кварцевого Стекла Устройство дл непрерывного формовани кварцевых труб
DE3913875C1 (ja) * 1989-04-27 1990-08-09 Heraeus Quarzschmelze Gmbh, 6450 Hanau, De
JPH07172841A (ja) * 1993-12-18 1995-07-11 Toshiba Ceramics Co Ltd 石英ガラス管の製造方法及びその装置
GB9815357D0 (en) 1998-07-15 1998-09-16 Tsl Group Plc Improvements in and relating to the manufacture of synthetic vitreous silica ingot
JP2001342026A (ja) 2000-05-30 2001-12-11 Tosoh Quartz Corp 石英ガラスの製造方法及び製造装置
US6783824B2 (en) * 2001-01-25 2004-08-31 Hyper-Therm High-Temperature Composites, Inc. Actively-cooled fiber-reinforced ceramic matrix composite rocket propulsion thrust chamber and method of producing the same
EP1720804A1 (en) * 2004-03-04 2006-11-15 Quantum Quartz, Llc Method and device for continuously forming optical fiber connector glass and other close tolerance components
DE102004018148B4 (de) * 2004-04-08 2007-06-14 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von kalibrierten runden oder profilierten Glasrohren
DE102004028258B4 (de) * 2004-06-11 2008-11-06 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas
DE102004039645B3 (de) * 2004-08-14 2006-01-05 Heraeus Tenevo Ag Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas sowie zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Vorprodukt
DE102004060408B4 (de) * 2004-12-14 2007-08-16 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Glasrohrs
CN101148311B (zh) * 2007-09-04 2010-04-07 湖北菲利华石英玻璃股份有限公司 气炼连续熔制透明石英玻璃锭的熔制设备及熔制工艺
DE102010033408B3 (de) * 2010-08-05 2011-06-16 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Ziehverfahren zur Herstellung zylinderförmiger Bauteile aus Quarzglas
DE102011009755B4 (de) 2011-01-28 2017-01-12 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen eines Quarzglasstrangs
CN103122476A (zh) * 2011-11-21 2013-05-29 常州市万阳光伏有限公司 一种多晶硅锭制造装置
EP2890649A1 (en) * 2012-08-30 2015-07-08 Corning Incorporated Apparatus and methods of making a glass tube by drawing from molten glass
CN103771690B (zh) 2014-02-25 2016-01-27 连云港市东海县宏伟石英制品有限公司 一种大口径石英管的生产方法及连熔炉
TW201613828A (en) * 2014-09-09 2016-04-16 Corning Inc Manufacturing process for precision and fusion quality glass tubes
KR102374387B1 (ko) 2016-06-07 2022-03-15 코닝 인코포레이티드 유리 프리폼으로부터 유리관을 형성하기 위한 방법 및 기기
US10954153B2 (en) * 2017-11-30 2021-03-23 Corning Incorporated Apparatuses and methods for continuous production of glass tubing

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016528142A (ja) * 2013-07-12 2016-09-15 ヘレーウス クヴァルツグラース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフトＨｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ 大型の石英ガラス管の製造法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020083751A (ja) 2020-06-04
KR20200061299A (ko) 2020-06-02
US11225429B2 (en) 2022-01-18
EP3656746A1 (en) 2020-05-27
TW202035317A (zh) 2020-10-01
JP7350909B2 (ja) 2023-09-26
CN111216260A (zh) 2020-06-02
CN111216260B (zh) 2022-09-06
KR102296351B1 (ko) 2021-08-30
TWI736028B (zh) 2021-08-11
US11485666B2 (en) 2022-11-01
JP7058634B2 (ja) 2022-04-22
US20220119297A1 (en) 2022-04-21
US20200165150A1 (en) 2020-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2022058763A (ja) 中空インゴットの切断
US7305852B2 (en) Method for manufacturing quartz glass ingot
US3717450A (en) Furnace for manufacture of striationfree quartz tubing
JP7277530B2 (ja) 大型溶融石英インゴットのオンラインアニーリング
WO2018002001A1 (en) A method and apparatus for 3d printing of quartz glass
EP0471152B1 (en) Method of forming glass articles
EP2351714B1 (en) Method for manufacturing optical fiber preform
JP5213356B2 (ja) シリコン単結晶引上用石英ガラスルツボおよびその製造方法
JP6115466B2 (ja) フロート板ガラスの製造方法
JP4509342B2 (ja) 長尺石英ガラスの製造方法及びその装置
WO2018211975A1 (ja) ガラス物品の製造方法及び溶融炉
KR20160141124A (ko) 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조방법
TWI412632B (zh) 處理半導體材料之方法及經處理的半導體材料
US7254963B2 (en) Method and device for continuous production of glass-sheathed metal wires
GB2475303A (en) A method and apparatus for melting material
JP2020083725A (ja) 石英ガラス成型体の製造方法および石英ガラス成型体の製造装置
JP2010013297A (ja) ガラス製造方法及びガラス製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230523

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230529

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230822

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230913

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7350909

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150