JP5350753B2 - 石英ガラスの製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
前記石英粉の落下位置と溶融位置を炉底部に分散させ、
前記石英粉の落下位置を炉底部中心部から変位させ、前記粉供給装置及び前記炉底部の一方又は両方が回転移動することにより前記石英粉が炉底部に分散され、
前記石英粉の炉底部での堆積速度が、(0.5〜20kg/Hr)/r.p.mであり、
前記粉供給装置が、ホッパーと、炉に石英粉を供給しかつ炉壁上部に設置された複数本の粉供給バーナーとを有し、
前記炉底部が回転し、前記粉供給装置によって形成される粉堆積位置が、炉底部中心部以外の回転円上にあり、
前記複数本の粉供給バーナーによる粉堆積部が複数であり、その各粉堆積部を異径円上に設定し、
前記石英粉の落下位置が炉底部中心部から30mm以上の距離とする、
ことを特徴とする。
前記粉供給装置における前記ホッパーから前記粉供給バーナーまでの粉供給ラインを密閉系とし、該粉供給ラインに不活性ガス及び/又は酸素ガスを供給し、且つ該粉供給ライン内を加圧することが好ましい。前記粉供給ラインの不活性ガス及び酸素ガスの供給量の合計(即ち、粉供給ラインに不活性ガス及び酸素ガスを両方供給する場合は両者の合計量、不活性ガスのみを供給する場合は不活性ガスの供給量、酸素ガスのみを供給する場合は酸素ガスの供給量)は、石英粉の供給量1kg/Hrに対して、(0.05〜10m3/Hr)/(kg/Hr)の範囲であることが好ましい。前記粉供給ラインの加圧条件は特に制限はないが、1〜400mmHgの圧力を掛けることが好適である。
該金属元素は特に制限はないが、前記金属元素が、3B族の金属元素の1種類以上と、ランタノイド、アクチノイド、Y、Ti、Zr及びHfからなる群から選択される1種類以上とを含むことが好適である。
金属ドープ石英ガラスインゴットを製造する場合、石英粉を供給する粉供給装置と、金属元素を供給する金属元素供給装置を別途用いることが好ましい。
前記粉供給装置が回転可能であることが好ましい。
前記粉供給バーナーから炉底部に堆積される石英粉の堆積位置を炉底部の中心部からずらし、炉底部及び粉供給装置の一方又は両方を回転可能させることにより、石英粉の落下位置と溶融位置を炉底部に分散させることができる。
図1において、符号100は、本発明の石英ガラス製造装置の第一の態様であり、回転可能な炉20と、炉20の上部に設けられた粉供給装置10とを含む。該粉供給装置10は、ホッパー12と粉供給バーナー14とを有し、該粉供給バーナー14は、炉20の天井(天板)40の耐熱レンガに設けた穴にバーナー先端が炉天井より突出するように取り付けられる。
原料の石英粉30はホッパー12に貯蔵されており、ホッパー12には上部からN2ガスを微量に流しながら、正圧状態に保持されることが好適である。
また、密封系とした粉供給ラインを加圧条件とすることが好適であり、好ましくは1〜400mmHg、より好ましくは20〜200mmHgの圧力を掛ける。粉供給ラインを加圧することにより、粉供給バーナーからボックスへの水素ガスの逆流を防止することができる。
特に、粉供給バーナー14を複数本、好ましくは2本以上5本以下とし、粉供給装置を回転させることにより、石英粉がばら撒き分散され、均一化効果を奏するため、より好適である。本発明において、粉供給バーナーを複数本用いる場合、少なくとも1本の粉供給バーナーの石英粉の落下位置を炉底部中心部から外れるように配置すればよいものであり、炉底部中心部に落下する粉供給バーナーを併用することも可能であるが、全ての粉供給バーナーを石英粉の落下位置が炉底部中心部から外れるように配置することが好ましい。
図1に示した石英ガラス製造装置を用いて石英ガラスインゴットを作製した。
保温用石英ガラスバーナー3本と、粉供給石英ガラスバーナーを2本用い、各バーナーに水素と酸素を供給し(H2供給速度:10m3/Hr、O2供給速度:4m3/Hr)、粉供給石英ガラスバーナーに石英粉を供給し(石英粉供給量:15kg/Hr/バーナー)、各バーナーの粉供給ラインにN2とO2ガスをそれぞれ5.0m3/Hr流し、粉供給ボックスの圧力を100mmHgに保ちながら、石英粉を加熱溶融し、5r.p.mで回転するベルヌイ炉底部へ落し、3.5時間堆積させて、石英ガラスインゴットを作製した。2本の粉供給石英ガラスバーナーからの石英粉の炉底部への落下位置は、それぞれ炉底中心部より50mm離れた位置、及び80mm離れた位置とし、異径円上に石英粉を堆積させた。
保温用石英バーナー5本と、粉供給石英ガラスバーナーを5本用い、粉供給量を6kg/Hr/バーナーに変更した以外は実施例1と同様に実施し、同様な結果を得た。5本の粉供給石英粉からの石英粉の炉底部への落下位置は、それぞれ炉底中心部より30mm、80mm、130mm、180mm、230mm離れた位置に設定し、5種の異径円上に石英粉を堆積させた。
粉供給石英ガラスバーナーに供給される石英粉として、Al2O3:6wt%、及びY2O3:2wt%を混合した石英粉を用いた以外は、実施例1と同様に行い、同様な結果を得た。
図3に示した石英ガラス製造装置を用いて石英ガラスインゴットを作製した。
図3に示した石英ガラス製造装置を用い、Al2O3とY2O3粉を2:1の重量比率に混合した混合セラミック粉を金属元素供給バーナーより1kg/Hrで各粉供給石英ガラスバーナーの火先端50mmの火炎中に落しながら石英ガラスインゴットを作製した以外は、実施例1と同様に行い、同様な結果を得た。
1本の石英ガラスバーナーを用い、H2:10m3/Hr、O2:5m3/Hr、石英粉供給量:3kg/Hrで石英粉を加熱溶融しながら、ベルヌイ炉底中央部へ落し、35時間堆積させたのち、直径400mm、長さ370mmの100kgインゴットを得た後、粉供給を止めて、インゴットの加熱だけを行い、軟化させて、平坦化させ、直径600mm、厚さ160mmの石英ガラスインゴットを作製した。インゴット内部には、0.3mmを超える泡が、100p/100cm3観察された。インゴット上表面10mmまでの純度分析をICP−AESによって行ったが、Na、Al、K、Ca、Cu、Ni、Crは、10mm以上の深さ位置の純度分析結果より、各々0.1ppm程度高くなった。
Claims (13)
- 回転する炉の上部から粉供給装置より石英粉を落下させて炉底中央部に積層させ、加熱溶融して炉の外周方向に伸展させてインゴットとする石英ガラスの製造方法において、
前記石英粉の落下位置と溶融位置を炉底部に分散させ、
前記石英粉の落下位置を炉底部中心部から変位させ、前記粉供給装置及び前記炉底部の一方又は両方が回転移動することにより前記石英粉が炉底部に分散され、
前記石英粉の炉底部での堆積速度が、(0.5〜20kg/Hr)/r.p.mであり、
前記粉供給装置が、ホッパーと、炉に石英粉を供給しかつ炉壁上部に設置された複数本の粉供給バーナーとを有し、
前記炉底部が回転し、前記粉供給装置によって形成される粉堆積位置が、炉底部中心部以外の回転円上にあり、
前記複数本の粉供給バーナーによる粉堆積部が複数であり、その各粉堆積部を異径円上に設定し、
前記石英粉の落下位置が炉底部中心部から30mm以上の距離とする、
ことを特徴とする石英ガラスの製造方法。 - 前記粉供給装置における前記ホッパーから前記粉供給バーナーまでの粉供給ラインを密閉系とし、該粉供給ラインに不活性ガス及び/又は酸素ガスを供給し、且つ該粉供給ライン内を加圧することを特徴とする請求項1記載の石英ガラスの製造方法。
- 前記粉供給ラインの不活性ガス及び酸素ガスの供給量の合計が、石英粉の供給量1kg/Hrに対して、(0.05〜10m3/Hr)/(kg/Hr)の範囲であることを特徴とする請求項2記載の石英ガラスの製造方法。
- 前記粉供給ラインに1〜400mmHgの圧力を掛けることを特徴とする請求項2又は3記載の石英ガラスの製造方法。
- 石英粉の炉底部への粉分散密度は、1〜51g/(Hr・cm2)の範囲であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の石英ガラスの製造方法。
- 前記粉供給装置が前記粉供給バーナーの他に前記炉壁上部に設置された1本又は複数本の補助加熱バーナーを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の石英ガラスのバーナー製造方法。
- 前記粉供給装置に設けられた粉供給バーナーが石英ガラスバーナーであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の石英ガラスの製造方法。
- 前記石英粉が、1種以上の金属元素を0.01〜20wt%含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の石英ガラスの製造方法。
- 前記金属元素が、3B族の金属元素の1種類以上と、ランタノイド、アクチノイド、Y、Ti、Zr及びHfからなる群から選択される1種類以上とを含むことを特徴とする請求項8記載の石英ガラスの製造方法。
- 石英粉を供給する粉供給装置と、金属元素を供給する金属元素供給装置を別途用いることを特徴とする請求項8又は9記載の石英ガラスの製造方法。
- 請求項1記載の石英ガラスの製造方法に用いられる石英ガラス製造装置であり、回転可能な炉と、該炉の上部に設けられた粉供給装置とを含む石英ガラス製造装置であって、該粉供給装置が、ホッパーと、炉に石英粉を供給する複数本の粉供給バーナーとを有し、前記粉供給バーナーは、石英粉の落下位置が炉底部中心部から変位するように配置されることを特徴とする石英ガラス製造装置。
- 前記ホッパーから前記粉供給バーナーまでの粉供給ラインに不活性ガス及び/又は酸素ガスを供給するガス供給手段をさらに有することを特徴とする請求項11記載の石英ガラス製造装置。
- 前記粉供給装置及び前記炉底部の一方又は両方が回転可能であることを特徴とする請求項11又は12記載の石英ガラス製造装置。
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