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JP2003313035A - 石英ルツボ製造用加熱炉 - Google Patents

石英ルツボ製造用加熱炉

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JP2003313035A
JP2003313035A JP2002120414A JP2002120414A JP2003313035A JP 2003313035 A JP2003313035 A JP 2003313035A JP 2002120414 A JP2002120414 A JP 2002120414A JP 2002120414 A JP2002120414 A JP 2002120414A JP 2003313035 A JP2003313035 A JP 2003313035A
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heating chamber
heating
ceiling
heating furnace
electrode rod
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正徳 福井
Koichi Suzuki
光一 鈴木
Masaru Sato
賢 佐藤
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Japan Super Quartz Corp
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    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/09—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould
    • C03B19/095—Other methods of shaping glass by fusing powdered glass in a shaping mould by centrifuging, e.g. arc discharge in rotating mould

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱環境の清浄度が高く、高純度の石英
ガラスルツボの製造に適した加熱炉を提供する。 【解決手段】 回転モールド法に基づき石英粉を加熱溶
融して石英ルツボを製造する装置であって、モールドを
載せる回転台、石英粉をアーク加熱する電極棒を備えた
電極構造部、および加熱室を有し、加熱室の回転台に向
かって電極棒が突設され、該電極棒の支持手段が加熱室
の外部に設置されていることを特徴とする石英ルツボ製
造用加熱炉であり、加熱室内の密閉度が高く、外部から
の汚染や異物の混入を効果的に防止して室内の清浄度を
高めることができるので高純度の石英ガラスルツボを製
造するのに適しており、さらに炉内温度をコントロール
しやすいので高品質の石英ガラスルツボを得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶の
引き上げに用いる石英ガラスルツボを製造する装置に関
する。より詳しくは、密閉度が高く、加熱室内の温度や
環境を制御しやすいので汚染や異物の混入が極力防止さ
れ、高純度の石英ルツボを製造することができる石英ガ
ラスルツボ製造用の加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記石英ガラスルツボを製造する技術と
して回転モールド法が知られている。この方法は、回転
するボウル状のモールド内面に石英粉を堆積し、アーク
加熱等によって石英粉を加熱溶融してガラス化し、冷却
した後にモールドから抜き出す方法である。この方法に
基づく従来の製造装置では、モールドを載置する回転台
やアーク加熱の電極手段が開放した通常の室内に設けら
れてものが多く、クリーンルームを形成しているものは
殆どない。このため、加熱溶融時に周囲の塵芥が溶融ガ
ラスに混入しやすく、ルツボの純度を低下させると云う
問題がある。また従来の製造装置では、アーク放電を周
囲から遮蔽する扉等が設けられているものの電極の支持
構造等はルツボの上方に剥き出しのまま形成されている
ので、ここからモールドに異物が混入して石英ガラスル
ツボを汚染する虞があり、あるいは上方に浮遊した二酸
化珪素化合物が電極の支持構造に付着してメンテナンス
に支障を招くなどの問題がある。
【０００３】
【発明の解決課題】本発明は、従来の製造装置における
上記問題を解決したものであり、外部からの異物の混入
および汚染を効果的に防止して高純度の石英ガラスルツ
ボを製造することができる加熱炉を提供する。
【０００４】
【課題を解決する手段】本発明の加熱炉は、（１）回転
モールド法に基づき石英粉を加熱溶融して石英ルツボを
製造する装置であって、モールドを載せる回転台、石英
粉をアーク加熱する電極棒を備えた電極構造部、および
加熱室を有し、加熱室の回転台に向かって電極棒が突設
され、該電極棒の支持手段が加熱室の外部に設置されて
いることを特徴とする石英ルツボ製造用加熱炉である。
このように、本発明の加熱炉は、加熱室内にモールド回
転台と電極棒などの最小限の手段のみを収納し、これら
の駆動機構などは室外に設けているので、溶融時に加熱
室を密閉して外部からの異物の混入および汚染を効果的
に防止することができる。従って、加熱室内の清浄度を
高めることができ、従来の製造設備より格段に高い清浄
環境を保つことができるので、高純度の石英ガラスルツ
ボを得ることができる。なお、加熱室天井の上側に設け
られる電極構造部とは電極の支持手段および必要に応じ
て付設される電極棒開閉手段、通電手段（これらを含め
て支持手段と云う）を備えた部分である。
【０００５】本発明の加熱炉は、好ましくは、（２）加
熱室が密閉可能であると共に清浄空気の吸気ダクトと排
気ダクトが加熱室に設けられており、清浄空気を室内に
導入して加熱室内を粒径０.５μm以上のパーティクルが
１０万個/cf以下の清浄度に維持する加熱炉である。こ
のように、本発明の加熱炉は操業時に加熱室の扉を閉じ
て室内を密閉し、ここに吸気ダクトを通じて室内に清浄
な空気を導入することによって加熱室内を高い清浄環
境、具体的には粒径０.５μm以上のパーティクルが１０
万個/cf以下、好ましくは１万個/cf以下に維持すること
ができる。なお、さらに好ましくは加熱室内を減圧する
手段を設け、吸気ダクトにはエアフィルターを設けて清
浄度を高めると良い。
【０００６】本発明の加熱炉は、好ましくは、（３）加
熱室の下部に吸気ダクトを設けると共に加熱室上部に排
気ダクトを設けることにより、加熱室内に上向きの空気
流が形成される加熱炉、（４）加熱室の吸気口と排気口
がそれぞれモールド回転軸に対して軸対称に設けられて
いる加熱炉である。操業時にはアーク放電によってモー
ルドの内側にはモールド内面に沿った上向きの空気流が
生じるので、加熱室内にモールド回転軸に対して軸対称
な上向きの空気流を形成することによってモールド周囲
の排気を円滑に行うことができる。
【０００７】さらに本発明の加熱炉は、好ましくは、
（５）加熱室の天井の一部と、該天井の一部に連なる側
壁の一部とが一体に加熱室から分離して移動可能に形成
されており、この移動自在な天井部分に電極構造部が装
着されており、天井部分の移動によって電極棒が加熱室
に対して出入自在であると共に電極棒が加熱室に収納さ
れた状態で加熱室の天井および側壁の開口部分が閉じら
れる加熱炉である。このような構造であれば、加熱室に
対して電極棒を出入自在に形成することができ、かつ電
極棒を加熱室内に収納した状態で加熱室の天井および側
壁が外部から遮蔽されるので、出入口の扉を閉めること
によって、加熱室内を容易に密閉することができる。
【０００８】さらに本発明の加熱炉は、好ましくは、
（６）加熱室天井の外側に電極棒の支持手段が設けられ
ており、複数の電極棒が天井を貫いて下向きに開閉自在
に支持されている加熱炉、（７）加熱室天井の上側に設
けた電極構造部に冷却手段が設けられている加熱炉であ
る。このように、電極構造部を天井の外側に設け、天井
を下向きに貫いて電極棒を開閉自在に設置することによ
って、電極構造部が加熱室から遮断されるので、この部
分からの異物の混入を効果的に防止することができる。
因みに、電極棒の支持手段等が従来の電極構造のように
ルツボの上方に剥き出しの状態であると、アーク放電に
よって６００℃程度の高温に曝されるので高温劣化する
が、本発明のように電極構造部を室外に設けて輻射熱を
遮断し、さらにこの電極構造部に冷却手段を付設するこ
とによってこのような高温劣化を防止することができ
る。また、電極棒の支持手段に設けた開閉機構によって
電極棒をルツボの口径に対応して開閉し、最適なアーク
を形成することができる。
【０００９】さらに本発明の加熱炉は、好ましくは、
（８）モールドを載せる回転台が加熱室内に突出自在に
設置されており、加熱室の床下に設けた駆動手段によっ
て回転台が回転および上下動される加熱炉である。この
ように、モールド回転台の駆動機構を室外に設けること
によって、外部からの異物の混入および汚染を効果的に
防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態に基づい
て具体的に説明する。本発明の加熱炉の概略を図１に示
す。本加熱炉は回転モールド法に基づく石英ルツボの製
造装置であり、モールド内面に堆積した石英粉を加熱溶
融し、または石英粉を加熱溶融してモールド内面に堆積
させて石英ルツボを製造する。図示する加熱炉は、加熱
室１０を有し、この加熱室内にモールド１１を載せる回
転台１２、石英粉をアーク加熱する電極棒１４を備えた
電極構造部１３を備えており、この電極棒１４の支持手
段１５が加熱室１０の天井の外側に設けられている。好
ましくは、加熱室１０の天井壁ないし側壁の大部分は水
冷ジャケットで覆われている。
【００１１】図示する加熱炉では、さらに加熱室の天井
の一部（天板）１６と該天井の一部に連なる側壁の一部
（側板）１８とが一体に加熱室から分離して移動可能に
形成されている。具体的には、ガイドレール１７が加熱
室１０の天井から側方に向かって延設されており、天板
１６はこのガイドレール１７に摺動自在に支持されてい
る。該天板１６には電極棒１４の支持手段１５が装着さ
れている。この支持手段１５には冷却手段（図示省略）
が設けられている。また、天板１６に連なる側壁の一部
（側板）１８が該天板１６と一体に形成され、上記ガイ
ドレール１７に沿って側方に摺動するように形成されて
いる。
【００１２】以上のように、摺動自在な天板上に電極構
造部１３が設けられていることによって、電極棒１４が
加熱室に対して出入自在に形成されている。天板１６お
よび側板１８が加熱室１０から離れた状態のときには、
加熱室１０の天井と側壁の一部は開口した状態になる
が、天板１６および側板１８が一体にガイドレール１７
に沿って加熱室１０に移動し、電極棒１４が加熱室１０
に収納されると、天板１６が加熱室天井を閉じ、側板１
８が加熱炉側壁を密閉した状態になる。従って、加熱室
正面の出入口１９を扉２０によって閉じれば、容易に室
内を実施的に密閉状態にすることができる。
【００１３】一方、加熱室１０の内部には、モールド１
１を支持する回転台１２が室内に突出自在に設置されて
おり、床下に設けた駆動手段（図示省略）によって上記
回転台が回転および上下動されるように形成されてい
る。石英粉を入れたモールド１１が外部の搬入手段によ
って回転台１２に載置されると、床下の駆動手段によっ
て回転台１２が所定高さまで上昇し、同時に回転する。
これに対応し、実質的に密閉状態の室内でアーク放電が
開始し、モールド内面に堆積している石英粉を加熱溶融
してガラス化する。
【００１４】さらに、図示する加熱炉には、清浄空気の
吸気ダクト２１と排気ダクト２２が加熱室内に連通して
設けられている。密閉した加熱室内に吸気ダクト２１を
通じて清浄空気を導入して室内を０.５μm以上のパーテ
ィクルが１０万個/cf以下、好ましくは１万個/cf以下の
清浄度に維持することができる。因みに、従来の石英ル
ツボ製造炉内の清浄度は０.５μm以上のパーティクルが
５０万〜１００万個/cf程度であり、本発明の加熱炉は
従来の加熱炉に比べて格段に高い炉内清浄度を達成する
ことができる。なお、加熱室には室内を減圧する手段
（図示省略）を設け、さらに吸気ダクト２１にはエアフ
ィルター（図示省略）を設けて清浄度をさらに高めると
良い。
【００１５】吸気ダクト２１は加熱室の下部に設けられ
ており、排気ダクト２２は加熱室上部に設けられてい
る。さらに、吸気ダクト２１の吸気口と排気ダクト２２
の排気口が複数設けられており、これらの吸気口２１ａ
と排気口２２ａとは図２に示すようにそれれぞれモール
ドの回転軸３０に対して軸対称に設けられている。加熱
室内にこのような上向きの空気流をモールド回転軸に対
して軸対称に形成することによってモールド周囲の排気
を円滑に行うことができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明の密閉加熱炉は、上記構造を有す
るので、加熱室内の密閉度が高く、外部からの汚染や異
物の混入を効果的に防止して室内の清浄度を高めること
ができる。従って、高純度の石英ガラスルツボを製造す
るのに適する。また、開放型の製造装置に比べて加熱室
内の容積が小さいので炉内温度をコントロールしやすく
高品質の石英ガラスルツボを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱炉の概略斜視図
【図２】本発明の加熱炉の吸排気口を示す説明図 １０−加熱室、１１−モールド、１２−回転台、１３−
電極構造部、１４−電極棒、１５−支持手段、１６−天
板、１７−ガイドレール、１８−側板、１９−出入口、
２０−扉、２１−吸気ダクト、２１ａ−吸気口、２２−
排気ダクト、２２ａ−排気口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 賢 秋田県秋田市茨島５丁目14番３号 ジャパ ンスーパークォーツ株式会社秋田事業所内 Ｆターム(参考） 3K084 AA11 AA13 4G014 AH00 4K045 AA04 BA08 CA01 RA05 RA10 RB02

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転モールド法に基づき石英粉を加熱溶
    融して石英ルツボを製造する装置であって、モールドを
    載せる回転台、石英粉をアーク加熱する電極棒を備えた
    電極構造部、および加熱室を有し、加熱室の回転台に向
    かって電極棒が突設され、該電極棒の支持手段が加熱室
    の外部に設置されていることを特徴とする石英ルツボ製
    造用加熱炉。
  2. 【請求項２】 加熱室が密閉可能であると共に清浄空気
    の吸気ダクトと排気ダクトが加熱室に設けられており、
    清浄空気を室内に導入して加熱室内を粒径０.５μm以上
    のパーティクルが１０万個/cf以下の清浄度に維持する
    請求項１の加熱炉。
  3. 【請求項３】 加熱室の下部に吸気ダクトを設けると共
    に加熱室上部に排気ダクトを設けることにより、加熱室
    内に上向きの空気流が形成される請求項１または２の加
    熱炉。
  4. 【請求項４】 加熱室の吸気口と排気口がそれぞれモー
    ルド回転軸に対して軸対称に設けられている請求項２ま
    たは３の加熱炉。
  5. 【請求項５】 加熱室の天井の一部と、該天井の一部に
    連なる側壁の一部とが一体に加熱室から分離して移動可
    能に形成されており、この移動自在な天井部分に電極構
    造部が装着されており、天井部分の移動によって電極棒
    が加熱室に対して出入自在であると共に電極棒が加熱室
    に収納された状態で加熱室の天井および側壁の開口部分
    が閉じられた状態になる請求項１〜請求項４の何れかに
    記載する加熱炉。
  6. 【請求項６】 加熱室天井の外側に電極棒の支持手段が
    設けられており、複数の電極棒が天井を貫いて下向きに
    開閉自在に支持されている請求項１〜請求項５の何れか
    に記載する加熱炉。
  7. 【請求項７】 加熱室天井の上側に設けた電極棒の支持
    手段に冷却手段が設けられている請求項１〜請求項６の
    何れかに記載する加熱炉。
  8. 【請求項８】 モールドを載せる回転台が加熱室内に突
    出自在に設置されており、加熱室の床下に設けた駆動手
    段によって回転台が回転および上下動される請求項１〜
    請求項７の何れかに記載する加熱炉。
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