JP5763510B2 - Method and apparatus for manufacturing quartz glass cylinder material - Google Patents
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Description
本発明は、石英ガラスシリンダー材料の製造方法及び製造装置に関し、特に半導体の製造工程で用いられる熱処理用炉芯管などを作製するための高純度石英ガラスシリンダー材料の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing a quartz glass cylinder material, and more particularly to a method and an apparatus for producing a high-purity quartz glass cylinder material for producing a furnace core tube for heat treatment used in a semiconductor production process.
従来、石英ガラス製のリング材及び円筒状材料の製造方法は、石英ガラスインゴットから不要な領域をコアドリルで抜いたり、あるいは研削によって除去するものであった。
しかしながら、コア抜きまたは研削による製造方法によって得られるシリンダー材料は、インゴットの大きさに依存するもので、大型のものが得られず、また、インゴットから所望の形状にコアドリルなどで加工除去して最終的なシリンダー材料を得るため、最終的に得られるシリンダー材料の重量よりも多くの石英ガラスが除去されることから、大きなインゴットを必要とし、材料効率が低く、コストがかかっていた。
Conventionally, a manufacturing method of a ring material and a cylindrical material made of quartz glass has been to remove unnecessary regions from the quartz glass ingot with a core drill or by grinding.
However, the cylinder material obtained by the manufacturing method by core removal or grinding depends on the size of the ingot, so that a large-sized material cannot be obtained, and it is processed and removed from the ingot to a desired shape with a core drill or the like. In order to obtain a typical cylinder material, more quartz glass was removed than the weight of the finally obtained cylinder material, which required a large ingot, low material efficiency, and high cost.
こうした問題を解決するため、特許文献１（特開２００２−９７０３１号公報）では、炉内で溶融した石英ガラスを炉底部に設けたノズルを用いて溶融石英ガラスを引き下げ、要求する最終形状により近い概形とし、更に、その石英ガラスを研削などの機械加工を施して最終形状の石英ガラス製品を作製する技術が提案されている。
また、特許文献２（特開２００４−５９４００号公報）では、高周波コイルによる誘導加熱発熱体の耐火性ヘッド上に石英ガラス原料粉末を供給して溶融し、石英ガラス溶融体を耐火性ヘッドの外周縁から流下させながら固化させ、この下端部を一定速度で回転しつつ降下する支持部材により引き下げる石英ガラス円筒体の製造方法が提案されている。
In order to solve such a problem, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-97031), the fused silica glass is pulled down using a nozzle provided in the furnace bottom portion of the fused quartz glass in the furnace, and is closer to the required final shape. There has been proposed a technique for making a quartz glass product having a final shape by subjecting the quartz glass to machining such as grinding.
In Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-59400), a quartz glass raw material powder is supplied and melted on a refractory head of an induction heating heating element using a high frequency coil, and the quartz glass melt is removed from the refractory head. There has been proposed a method of manufacturing a quartz glass cylinder that is solidified while flowing down from the periphery and pulled down by a support member that descends while rotating at the lower end thereof at a constant speed.
しかしながら、特許文献１のノズルによる溶融石英ガラスの引き下げ法は、ノズルや炉の耐火材が高価なため、製品コストを下げるために連続運転が要求され、大量に石英ガラスシリンダー材料を製作しなければならず、少量の生産にはコスト的に対応できなかった。また、製造する製品の形状に合わせてその都度ノズルや炉を変更する必要があり、製作する石英ガラスシリンダー材料の大きさや形状にも限度があった。 However, the method of pulling down the fused silica glass by the nozzle of Patent Document 1 is expensive for the refractory material of the nozzle and the furnace, so that continuous operation is required in order to reduce the product cost. In other words, it could not cope with a small amount of production in terms of cost. Moreover, it is necessary to change the nozzle and furnace each time according to the shape of the product to be manufactured, and there is a limit to the size and shape of the quartz glass cylinder material to be manufactured.
特許文献２の耐火性ヘッドの外周縁から流下させながら固化させて石英ガラスシリンダー材料を製造する方法は、成形する石英ガラスシリンダー材料の内径が大きくなると、それに対応して耐火性ヘッドの外径を大きくしなければならず、耐火性ヘッド上に堆積された石英ガラス溶融体をバランス良く耐火性ヘッド外周縁から流下させることが困難となり、また、耐火性ヘッド自体を発熱体としているために炉体外周部に高周波加熱装置を設けなければならず、装置が大掛かりなものとなり、設備のためのコストがかかるという問題があった。 In the method of manufacturing a quartz glass cylinder material by solidifying while flowing down from the outer peripheral edge of the fireproof head of Patent Document 2, the outer diameter of the fireproof head is correspondingly increased when the inner diameter of the quartz glass cylinder material to be molded is increased. It is difficult to make the quartz glass melt deposited on the refractory head flow down from the outer periphery of the refractory head in a well-balanced manner, and because the refractory head itself is a heating element, There is a problem that a high-frequency heating device has to be provided in the peripheral portion, and the device becomes large and costs for equipment are increased.
以上の課題を解決するため、炉の天井に円周上に火炎バーナー等の熱源を配置し、熱源に石英ガラス原料粉を供給しながら溶融し、熱源に対して回転する炉底に溶融石英ガラスを落下させて円筒形状に積層固化させて石英ガラスシリンダー材料を製造する方法が本願出願人によって提案されているが、作成する石英ガラスシリンダー材料の直径が大きくなり、また、高さが高くなると石英ガラスシリンダー材料の周囲の空間が大きくなって放熱量が多くなり、溶融石英ガラス原料粉を均一な円形に積層させることが難しくなり、製作する石英ガラスシリンダー材料の直径及び高さに限界があった。 In order to solve the above-mentioned problems, a heat source such as a flame burner is arranged on the circumference of the ceiling of the furnace, melted while supplying quartz glass raw material powder to the heat source, and fused quartz glass at the furnace bottom rotating with respect to the heat source A method for producing a quartz glass cylinder material by dropping and solidifying into a cylindrical shape has been proposed by the applicant of the present application. However, when the diameter of the quartz glass cylinder material to be produced is increased and the height is increased, the quartz glass cylinder material is produced. The space around the glass cylinder material becomes larger and the heat dissipation increases, making it difficult to stack the fused silica glass raw material powder in a uniform circle, and there is a limit to the diameter and height of the quartz glass cylinder material to be manufactured. .
本発明は、このような従来技術の課題を解消し、少量多品種の石英ガラスシリンダー材料の製造を低コストで、また、大きさや形状の変更に対して柔軟に対応できるようにすると共に、直径や高さの限界を大きくすることを課題とするものである。 The present invention eliminates such problems of the prior art, makes it possible to manufacture a small amount of various types of quartz glass cylinder materials at low cost, and flexibly cope with changes in size and shape, and has a diameter. The challenge is to increase the height limit.
本発明の石英ガラスシリンダー材料製造方法は、炉天井に石英ガラス原料粉を溶融する熱源を円周上に配置し、炉内中央に耐火材からなる円柱形若しくは円筒形の中芯を設置し、石英ガラス原料粉を熱源で溶融しながら炉底を熱源に対して回転させて溶融した石英ガラス原料粉を中芯の周囲の炉底に落下させて円形状に溶融石英ガラスを積層させ、熱源の焦点が溶融石英ガラス積層体の上面から一定距離となるように炉底を降下させて固化させ、円筒形の石英ガラス積層体として石英ガラスシリンダー材料を得るものである。 In the quartz glass cylinder material manufacturing method of the present invention, a heat source for melting quartz glass raw material powder is arranged on the circumference of the furnace ceiling, and a cylindrical or cylindrical core made of a refractory material is installed in the center of the furnace, While melting the quartz glass raw material powder with a heat source, rotate the furnace bottom with respect to the heat source and drop the fused quartz glass raw material powder onto the furnace bottom around the core to stack the fused silica glass in a circular shape, The bottom of the furnace is lowered and solidified so that the focal point is at a certain distance from the upper surface of the fused silica glass laminate, and a quartz glass cylinder material is obtained as a cylindrical quartz glass laminate.
また、本発明の石英ガラスシリンダー材料の製造装置は、炉天井に円形に配置した焦点を有する石英ガラス原料粉を溶融する熱源と、炉内中央に設けた円柱、若しくは円筒形の耐火材からなる中芯と、中芯を挿入する円形空間を有する炉底と、炉底を熱源に対して回転させる回転手段及び炉内を昇降させる昇降手段と、石英ガラス原料粉を熱源に供給する原料供給手段とからなる石英ガラスシリンダー材料の製造装置である。 The quartz glass cylinder material manufacturing apparatus of the present invention comprises a heat source for melting quartz glass raw material powder having a focal point arranged in a circle on the furnace ceiling, and a column or cylindrical refractory material provided in the center of the furnace. A core, a furnace bottom having a circular space into which the core is inserted, a rotating means for rotating the furnace bottom with respect to the heat source, an elevating means for raising and lowering the inside of the furnace, and a raw material supply means for supplying quartz glass raw material powder to the heat source Is an apparatus for producing a quartz glass cylinder material.
石英ガラス原料粉を溶融する熱源としては、火炎バーナー、若しくは、プラズマトーチを使用することができる。
火炎バーナーとしては、酸水素火炎バーナー、または、プロパン火炎バーナー、若しくは炭化水素−酸素ガス火炎バーナー等が使用できる。
また、石英ガラス原料粉を溶融する熱源は、メイン熱源、若しくは、メイン熱源とサブ熱源の組み合わせから構成されており、いずれの熱源も、形成する石英ガラスシリンダー材料の円筒形の上部にその焦点を結ぶように炉の上部、具体的には炉天井に固定設置されているものである。
As a heat source for melting the quartz glass raw material powder, a flame burner or a plasma torch can be used.
As the flame burner, an oxyhydrogen flame burner, a propane flame burner, a hydrocarbon-oxygen gas flame burner, or the like can be used.
The heat source for melting the quartz glass raw material powder is composed of a main heat source or a combination of a main heat source and a sub heat source, and each heat source focuses on the cylindrical upper part of the quartz glass cylinder material to be formed. It is fixedly installed on the top of the furnace, specifically on the furnace ceiling.
プラズマトーチとしては、本願出願人の発明である特開平４−３２５４２５号、特開平７−１２６０１９号公報、及び特開平７−１２６０３４号に開示されているプラズマトーチを使用することができる。
製作される円筒形の石英ガラスシリンダー材料の円周上にプラズマアークのカップリング帯域が形成されるように、プラズマアノードトーチとプラズマカソードトーチからなるツインプラズマトーチを対称に炉天井に配置し、トーチ角度及び炉天井への挿入深さを調節できるようにして炉底との距離を微調整できるようにする。
プラズマアノードトーチとプラズマカソードトーチから生成されるプラズマアークにより円周上に形成されるプラズマアークカップリング領域に石英ガラス原料粉を連続的に供給し、カップリング帯域近傍を溶融部の頂点として円形状に石英ガラス原料粉を溶融して積層するものであり、前述の火炎バーナーと基本的には同じである。
As the plasma torch, plasma torches disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-325425, 7-1226019, and 7-126034, which are the inventions of the present applicant, can be used.
A twin plasma torch consisting of a plasma anode torch and a plasma cathode torch is placed symmetrically on the furnace ceiling so that a plasma arc coupling zone is formed on the circumference of the cylindrical quartz glass cylinder material to be manufactured. The distance from the furnace bottom can be finely adjusted by adjusting the angle and the depth of insertion into the furnace ceiling.
Silica glass raw material powder is continuously supplied to the plasma arc coupling region formed on the circumference by the plasma arc generated from the plasma anode torch and plasma cathode torch, and the circular shape with the vicinity of the coupling zone as the apex of the melting part The quartz glass raw material powder is melted and laminated, and is basically the same as the above-mentioned flame burner.
本発明では、耐火材からなる円柱状、若しくは円筒状の円形の中芯が、製造する石英ガラスシリンダー材料の中空部に設置してあるため、製造する石英ガラスシリンダー材料の直径が１０００ｍｍ超の大径であっても、また、高さが８００ｍｍ超と高いものであっても、熱源からの熱が周囲に放散されにくくなるので溶融石英ガラス原料粉の温度が低下して積層部が不均一に固化してシリンダー壁が凸凹に積層固化することが防止され、滑らかなシリンダー壁の石英ガラスシリンダー材料を得ることが可能である。
また、本発明においては、従来使用されていた高価なノズルが不要であり、溶融石英ガラスが炉体に接触しない非接触式なので耐火材の寿命が長くなり、耐火材の交換の頻度を少なくできるので製造装置の維持費用を抑制することができ、大型リングや炉心管を低コストで製作することが可能となる。
In the present invention, the columnar or cylindrical circular core made of a refractory material is installed in the hollow part of the quartz glass cylinder material to be manufactured, so that the diameter of the quartz glass cylinder material to be manufactured is a large one exceeding 1000 mm. Even if the diameter is higher than 800 mm, the heat from the heat source is hardly dissipated to the surroundings. Solidification prevents the cylinder wall from being laminated and solidified unevenly, and a quartz glass cylinder material having a smooth cylinder wall can be obtained.
Further, in the present invention, an expensive nozzle that has been conventionally used is unnecessary, and since the fused silica glass does not contact the furnace body, the life of the refractory material is increased, and the frequency of replacement of the refractory material can be reduced. Therefore, the maintenance cost of the manufacturing apparatus can be suppressed, and a large ring and a core tube can be manufactured at low cost.
図１に本発明の石英ガラスシリンダー材料の製造装置を示す。
炉１は、炉天井２、炉底３及び炉壁４から構成されている。炉底３は耐火材で構成されており、中央部には円形の空所３１が形成してあり、中芯９がこの空所３１に挿入設置される。
炉底３の表面には耐火材粉が敷き詰めてあり、中空円形の支柱７の上部に設けた複数のブラケット７１で支持されている。支柱７の底部は回転駆動用のチャック７２で保持され、チャック７２は回転機構（図示しない）に連結されており、炉底３を、炉天井２に円周上に配置した火炎バーナーやプラズマトーチなどの熱源５に対し回転させることが可能である。また、炉底３は炉内を昇降可能としてあるので、炉底３は炉内において回転及び昇降自在であり、炉の中央には、耐火材からなる中芯９が円形の中空の支柱７内に配置されており、先端は炉天井２付近まで延びている。
FIG. 1 shows an apparatus for producing a quartz glass cylinder material of the present invention.
The furnace 1 includes a furnace ceiling 2, a furnace bottom 3, and a furnace wall 4. The furnace bottom 3 is made of a refractory material, and a circular space 31 is formed at the center, and the core 9 is inserted and installed in the space 31.
The surface of the furnace bottom 3 is covered with refractory powder and supported by a plurality of brackets 71 provided on the upper part of the hollow circular support column 7. The bottom of the column 7 is held by a chuck 72 for rotational driving, and the chuck 72 is connected to a rotating mechanism (not shown), and a flame burner or plasma torch in which the furnace bottom 3 is arranged on the furnace ceiling 2 on the circumference. It is possible to rotate with respect to the heat source 5. Further, since the furnace bottom 3 can be moved up and down in the furnace, the furnace bottom 3 can be rotated and moved up and down in the furnace, and in the center of the furnace is a hollow column 7 having a circular core 9 made of a refractory material. The tip extends to the vicinity of the furnace ceiling 2.
図２は、炉底３、支柱７及び中芯９の相互の関係と炉底の回転駆動機構の概念図である。炉底３の中央には円形の空所３１が形成してあり、円形中空の支柱７がこの空所３１に合致するように炉底３に取り付けてあり、炉底３の重量と製作される石英ガラスシリンダー材料の重量を支えるため、支柱７の上部には、円周方向に複数のブラケット７１が設けてある。
支柱７の下部は、回転駆動機構に連結されるチャック７２で保持されており、支柱７に伝達される回転駆動力によって炉底３が炉内を回転する。
支柱７の中空部には熱の放散を防止するための耐火材からなる中芯９が挿入してあり、中芯９の上端が炉天井２まで延びている。中芯９の底部は保持部材９１で支持されている。この保持部材９１は、棒状部材であり、上端には保持部９２が設けてあり、保持部９２には中芯９が設置される。保持部材９１の下部はチャック７３で保持されており、チャック７３が保持部材９１を保持する位置を変更することによって中芯９の上下方向の位置を調整することができる。
FIG. 2 is a conceptual diagram of the mutual relationship between the furnace bottom 3, the support column 7, and the core 9 and the rotary drive mechanism of the furnace bottom. A circular space 31 is formed in the center of the furnace bottom 3, and a circular hollow column 7 is attached to the furnace bottom 3 so as to match the space 31. In order to support the weight of the quartz glass cylinder material, a plurality of brackets 71 are provided on the upper side of the support column 7 in the circumferential direction.
The lower part of the column 7 is held by a chuck 72 connected to a rotation drive mechanism, and the furnace bottom 3 rotates in the furnace by the rotation driving force transmitted to the column 7.
A hollow core 9 made of a refractory material for preventing heat dissipation is inserted in the hollow portion of the column 7, and the upper end of the hollow core 9 extends to the furnace ceiling 2. The bottom of the core 9 is supported by a holding member 91. The holding member 91 is a rod-like member, and a holding portion 92 is provided at the upper end, and the core 9 is installed in the holding portion 92. The lower portion of the holding member 91 is held by a chuck 73, and the vertical position of the core 9 can be adjusted by changing the position at which the chuck 73 holds the holding member 91.
炉天井２には、焦点を有する石英ガラス原料粉を溶融するための熱源５、例えば火炎バーナーが、図３及び図４に示すように製作される円筒形の石英ガラスシリンダー材料８の円周上に配置される。熱源５は、焦点を有するものであればよく、火炎バーナーであれば、酸水素火炎バーナー、プロパン火炎バーナーのいずれでもよく、また、プラズマトーチも焦点を有する熱源として利用することができる。 On the furnace ceiling 2, a heat source 5 for melting the quartz glass raw material powder having a focus, for example, a flame burner, is provided on the circumference of the cylindrical quartz glass cylinder material 8 manufactured as shown in FIGS. 3 and 4. Placed in. The heat source 5 only needs to have a focal point, and can be either an oxyhydrogen flame burner or a propane flame burner as long as it is a flame burner. A plasma torch can also be used as a focal heat source.
熱源５は、石英ガラス原料粉が供給される原料供給部（図示しない）が付設されている。この原料供給部には石英ガラス原料粉を貯留するホッパー（図示しない）が接続されており、石英ガラス原料粉が連続的に石英ガラス原料粉を溶融する熱源５に供給される。石英ガラス原料粉が原料供給部において詰まるのを防止するため、振動装置（図示しない）が装備されており、常時、または必要に応じて振動装置が詰まり防止のため駆動される。 The heat source 5 is provided with a raw material supply unit (not shown) to which quartz glass raw material powder is supplied. A hopper (not shown) for storing the quartz glass raw material powder is connected to the raw material supply unit, and the quartz glass raw material powder is supplied to the heat source 5 that continuously melts the quartz glass raw material powder. In order to prevent the quartz glass raw material powder from clogging in the raw material supply unit, a vibration device (not shown) is provided, and the vibration device is driven at all times or as necessary to prevent clogging.
熱源５は、単独でも良いが、石英ガラス原料粉を均一に加熱溶融するために原料供給部を有する熱源５を図３に示すように、メイン熱源５１とし、製作する石英ガラスシリンダー材料の円周上に原料供給部を有しないサブ熱源５２を複数配置することも可能である。サブ熱源５２を円周上に複数個設置することによって、溶融堆積する石英ガラス原料粉の温度を一定に維持することが可能となり、製作する石英ガラスシリンダー材料の厚さの制御が容易となる。メイン熱源５１を複数個とした場合は、それぞれに原料粉の詰まり防止のため振動装置を設置する。 Although the heat source 5 may be independent, the heat source 5 having a raw material supply part for uniformly heating and melting the quartz glass raw material powder is a main heat source 51 as shown in FIG. It is also possible to arrange a plurality of sub heat sources 52 that do not have a raw material supply unit. By installing a plurality of sub heat sources 52 on the circumference, it is possible to keep the temperature of the fused silica glass raw material powder constant, and it becomes easy to control the thickness of the quartz glass cylinder material to be manufactured. When there are a plurality of main heat sources 51, a vibration device is installed in each of them to prevent clogging of raw material powder.
サブ熱源５２は、特に大型の石英ガラスシリンダー材料の製造に有効であり、製品全体がバランス良く最適に加熱されるようにメイン熱源５１と同様に製品の円筒形の外形に合致する円周上に設置するものであり、原料供給装置は付設されていない。
本発明では、中芯９を円筒形の石英ガラスシリンダー材料の中心に設置してあるので、製作中に周囲に放熱する熱量が抑制され、溶融した石英ガラス原料粉が円筒状に均一に積層するまで溶融状態を維持することが容易である。
また、必要に応じてサブ熱源５２を石英ガラス原料粉の溶融状態を維持するために設ける。サブ熱源５２は、作製する石英ガラスシリンダー材料の円周上にメイン熱源に対して適宜の間隔で１個若しくは複数個設置し、石英ガラス原料粉の溶融と積層固化が円滑に行われるようにするものである。
The sub heat source 52 is particularly effective for manufacturing a large quartz glass cylinder material, and on the circumference that matches the cylindrical outer shape of the product in the same manner as the main heat source 51 so that the entire product is heated optimally in a balanced manner. It is installed, and no raw material supply device is attached.
In the present invention, since the core 9 is installed at the center of the cylindrical quartz glass cylinder material, the amount of heat dissipated to the surroundings during production is suppressed, and the fused quartz glass raw material powder is uniformly laminated in a cylindrical shape. It is easy to maintain the molten state.
Moreover, the sub heat source 52 is provided as needed to maintain the molten state of the quartz glass raw material powder. One or a plurality of sub heat sources 52 are installed on the circumference of the quartz glass cylinder material to be produced at appropriate intervals with respect to the main heat source so that the quartz glass raw material powder can be smoothly melted and laminated and solidified. Is.
図４に示す熱源５の配置例は、メイン熱源５１に供給された石英ガラス原料粉の溶融時に、常温で供給される石英ガラス原料粉のために溶融部の温度が低下し、石英ガラス原料粉の溶融積層が不均一になるのを防止するためのものであり、炉底３の回転方向において、メイン熱源５１の前に予熱用としてサブ熱源５２ａを配置したものである。メイン熱源５１から離れた位置のサブ熱源５２ｂは、溶融状態を維持する保温用のものである。
この装置を使用する場合、製作する石英ガラスシリンダー材料８の外径及び内径に応じて石英ガラス原料粉の供給量と炉底３の回転速度を定め、溶融された石英ガラス原料粉が均一に積層固化するように炉底３の降下速度を定める。
The arrangement example of the heat source 5 shown in FIG. 4 is that when the quartz glass raw material powder supplied to the main heat source 51 is melted, the temperature of the melting portion decreases due to the quartz glass raw material powder supplied at room temperature, The sub-heat source 52a is arranged for preheating in front of the main heat source 51 in the rotation direction of the furnace bottom 3 in order to prevent the melt lamination of the layers from becoming uneven. The sub heat source 52b at a position away from the main heat source 51 is used for heat insulation that maintains a molten state.
When this apparatus is used, the supply amount of the quartz glass raw material powder and the rotation speed of the furnace bottom 3 are determined according to the outer diameter and inner diameter of the quartz glass cylinder material 8 to be manufactured, and the fused quartz glass raw material powder is uniformly laminated. The descending speed of the furnace bottom 3 is determined so that it solidifies.
製作例１
石英ガラス原料粉を酸水素火炎バーナーで溶融し、円筒状の透明石英ガラスシリンダー材料８を製作した。
原料供給装置を有するメインバーナー２本、サブバーナー３本を炉天井２に直径１０３０ｍｍの円周上に等間隔に配置した。
火炎バーナーに水素を平均５９ｍ3／ｈｒ、酸素を平均２９．５ｍ3／ｈｒで各火炎バーナーに均等に供給し、石英ガラス原料粉の平均フィード量１．４ｋｇ／ｈｒとし、メインバーナーに均等に供給した。
炉底３を火炎バーナーに対して０．０３ｒｐｍで回転させ、下降速度６．５ｍｍ／ｈｒで下降させ、外径約１０５０ｍｍ×内径１０１０ｍｍ×高さ８３０ｍｍ、総重量１２３ｋｇの透明石英ガラスシリンダー材料を得た。得られた透明石英ガラスシリンダーを図５に示す。
Production example 1
The quartz glass raw material powder was melted with an oxyhydrogen flame burner to produce a cylindrical transparent quartz glass cylinder material 8.
Two main burners and three sub burners having a raw material supply device were arranged on the furnace ceiling 2 on a circle having a diameter of 1030 mm at equal intervals.
Supply hydrogen to the flame burner at an average of 59 m 3 / hr and oxygen at an average of 29.5 m 3 / hr to each flame burner to an average feed rate of quartz glass raw material powder of 1.4 kg / hr, evenly to the main burner Supplied.
The furnace bottom 3 is rotated at 0.03 rpm with respect to the flame burner and lowered at a descending speed of 6.5 mm / hr to obtain a transparent quartz glass cylinder material having an outer diameter of about 1050 mm, an inner diameter of 1010 mm, a height of 830 mm, and a total weight of 123 kg. It was. The obtained transparent quartz glass cylinder is shown in FIG.
製作例２
石英ガラス原料粉を、酸水素火炎バーナーによって溶融し、円筒状の不透明石英ガラスシリンダー材料８を製作した。
メインバーナー２本、サブバーナー３本を直径１０３０ｍｍの円形の円周上に等間隔に配置し、水素を総量で平均６３ｍ3／ｈｒ、酸素を総量で平均３１．５ｍ3／ｈｒで各バーナーに均等に供給し、石英ガラス原料粉の平均フィード量２．１ｋｇ／ｈｒとした。
支柱７を０．０３ｒｐｍで回転させると共に、下降速度５．９ｍｍ／ｈｒで下降させたところ、外径約１０６０ｍｍ×内径１０００ｍｍ×高さ７９０ｍｍ、総重量２０４ｋｇの不透明石英ガラスシリンダー材料が得られた。得られた不透明石英ガラスシリンダーの外観を図６に示す。
Production example 2
The quartz glass raw material powder was melted by an oxyhydrogen flame burner to produce a cylindrical opaque quartz glass cylinder material 8.
Two main burners, three sub burners equally spaced on a circular circumference of diameter 1030 mm, the average hydrogen in total 63m 3 / hr, oxygen to each burner at an average 31.5m 3 / hr to a total amount Evenly supplied, the average feed amount of the quartz glass raw material powder was 2.1 kg / hr.
When the column 7 was rotated at 0.03 rpm and lowered at a lowering speed of 5.9 mm / hr, an opaque quartz glass cylinder material having an outer diameter of about 1060 mm, an inner diameter of 1000 mm, a height of 790 mm, and a total weight of 204 kg was obtained. The appearance of the obtained opaque quartz glass cylinder is shown in FIG.
製作例３
プラズマトーチを石英ガラス原料粉を溶融する熱源として使用して石英ガラス原料粉を溶融し、円筒状の透明石英ガラスシリンダー材料８を製作した。
直径１０３０ｍｍの円形の円周上にプラズマアークのカップリング領域が生成されるように、アノードトーチとカソードトーチを対称に配置し、ツインプラズマトーチの出力を１００ｋＷとした。サブ熱源２本を直径１０３０ｍｍの円形の円周上に等間隔に配置し、石英ガラス原料粉の平均フィード量４．２ｋｇ／ｈｒとして、炉底３を１．００ｒｐｍで回転させると共に、下降速度１５．０ｍｍ／ｈｒで下降させ、外径約１０７０ｍｍ×内径１０００ｍｍ×高さ８１０ｍｍの透明石英ガラスシリンダー材料８を得た。
Production example 3
Using a plasma torch as a heat source for melting the quartz glass raw material powder, the quartz glass raw material powder was melted to produce a cylindrical transparent quartz glass cylinder material 8.
The anode torch and the cathode torch were arranged symmetrically so that a plasma arc coupling region was generated on a circular circumference having a diameter of 1030 mm, and the output of the twin plasma torch was 100 kW. Two sub heat sources are arranged at equal intervals on a circular circumference having a diameter of 1030 mm, the average feed amount of the quartz glass raw material powder is 4.2 kg / hr, and the furnace bottom 3 is rotated at 1.00 rpm. It was lowered at 0.0 mm / hr to obtain a transparent quartz glass cylinder material 8 having an outer diameter of about 1070 mm, an inner diameter of 1000 mm, and a height of 810 mm.
以上に説明したように、本発明によれば、石英ガラスシリンダー材料を従来に比較して簡単な設備で製作することができ、製作コストを低減することができる。
石英ガラス原料粉を溶融する熱源を円形に配置する際の直径、石英ガラス原料粉の供給量、また、石英ガラス原料粉を溶融する熱源への燃料またはエネルギーの供給量、炉底の回転速度、及び下降速度を適宜調整することによって石英ガラスシリンダー材料の外径と内径を調節することができる。
炉の中央に設置した中芯が、溶融した石英ガラス原料粉からの過大な熱放射を阻止して溶融部の温度低下を阻止するため、溶融石英ガラス原料粉の溶融状態が維持され、溶融石英ガラス原料粉を円形に均一に積層させることが可能となり、平滑な表面の大型の石英ガラスシリンダー材料を製作することができる。
As described above, according to the present invention, the quartz glass cylinder material can be manufactured with simpler equipment than before, and the manufacturing cost can be reduced.
Diameter when the heat source for melting the quartz glass raw material powder is arranged in a circle, the supply amount of the quartz glass raw material powder, the supply amount of fuel or energy to the heat source for melting the quartz glass raw material powder, the rotation speed of the furnace bottom, And the outer diameter and inner diameter of the quartz glass cylinder material can be adjusted by appropriately adjusting the descending speed.
The core installed in the center of the furnace prevents excessive heat radiation from the fused quartz glass raw material powder and prevents the temperature of the molten part from decreasing. Glass raw material powder can be uniformly laminated in a circular shape, and a large quartz glass cylinder material having a smooth surface can be produced.
１ 炉
２ 炉天井
３ 炉底
３１ 空所
４ 炉壁
５ 熱源（火炎バーナー）
５１ メイン熱源（メインバーナー）
６ 回転テーブル
７ 支柱
７１ ブラケット
７２ チャック
８ 石英ガラスシリンダー材料
９ 中芯
９１ 保持部材
1 Furnace 2 Furnace ceiling 3 Furnace bottom 31 Void 4 Furnace wall 5 Heat source (flame burner)
51 Main heat source (main burner)
6 rotary table 7 support 71 bracket 72 chuck 8 quartz glass cylinder material 9 core 91 holding member
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