JP2004359520A

JP2004359520A - 合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置

Info

Publication number: JP2004359520A
Application number: JP2003162423A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Ezaki; 正信江崎; Takashi Suzuki; 崇鈴木; Fumio Tokutake; 文夫徳岳
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】エネルギー損失を低減し得る合成シリカガラスの製造方法の提供。
【解決手段】石英ガラス製の垂直な炉芯管１内に同軸配置したスート５を加熱溶融して透明化する合成シリカガラスの製造方法において、前記スートを炉芯管内でそれを囲む高周波誘導加熱源４により加熱溶融する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線透過率に優れ、紫外線レーザー等に使用される透明な合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の合成シリカガラスは、ＶＡＤ（Ｖａｐｅｒ−ｐｈａｓｅＡｘｉａｌＤｉｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、四臭化珪素（ＳｉＢｒ_４）等の珪素化合物から生成される合成シリカガラス微粒子の集合体であるスート（合成シリカガラス多孔体）を母材とするものであり、図２に示すように、透明石英ガラス製の垂直な炉芯管３１内に、スート３２を回転可能で垂直方向へ移動可能な支持棒３２を介して同軸配置し、炉芯管３１内をガス導入口３４及びガス排出口３５を介して給排されるガス（例えば、四フッ化珪素：ＳｉＦ_４）によって所要雰囲気に保つつ、スート３２を支持棒３３により回転させつつ下降させ、炉芯管３１の外側に同心配置したリング状の抵抗発熱体３６により形成される１４５０〜１６００℃の最高温度帯（ホットゾーン）を移動させるゾーンシンター方式で加熱溶融し、透明化することによって製造されている。
図２において３７は炉芯管３１の上端を閉止するステンレス鋼（ＳＵＳ）製の水冷キャップ、３８は抵抗発熱体３６を覆う保温カバーである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の合成シリカガラスの製造方法およびその装置では、ホットゾーンを形成する加熱源としての抵抗発熱体が炉芯管の外側に設けられているため、抵抗発熱体が保温カバーにより覆われているものの、エネルギー損失が多大となる不具合がある。
又、スートを垂直方向へ移動させるゾーンシンター方式であるため、スートが長尺の場合、装置が大がかりとなる不具合がある。
更に、ホットゾーンから上方及び下方における温度勾配が緩慢であるため、ゾーンシンター方式をとる場合、自重により製品となる透明な合成シリカガラスに変形や失透を生じる不具合もある。
【０００４】
そこで、本発明は、エネルギー損失を低減し得る合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置の提供を主課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の合成シリカガラスの製造方法は、石英ガラス製の垂直な炉芯管内に同軸配置したスートを加熱溶融して透明化する合成シリカガラスの製造方法において、前記スートを炉芯管内でそれを囲む高周波誘導加熱源により加熱溶融することを特徴とする。
【０００６】
第２の合成シリカガラスの製造方法は、第１の方法において、前記高周波誘導加熱源からの輻射熱の炉芯管への放射を遮断することを特徴とする。
【０００７】
第３の合成シリカガラスの製造方法は、第１又は第２の方法において、前記高周波誘導加熱源を垂直方向へ移動することを特徴とする。
【０００８】
又、第４の合成シリカガラスの製造方法は、第１、第２又は第３の方法において、前記高周波誘導加熱源からの輻射熱の炉芯管からの放射を低減することを特徴とする。
【０００９】
一方、第１の合成シリカガラスの製造装置は、石英ガラス製の垂直な炉芯管内に同軸配置したスートを加熱溶融して透明化する合成シリカガラスの製造装置において、前記炉芯管内に収容され、スートを囲む円筒状を呈するカーボン製の高周波誘導発熱体と、高周波誘導発熱体と対向させて炉芯管の外側に同心配置した高周波コイルとを備えることを特徴とする。
【００１０】
第２の合成シリカガラスの製造装置は、第１の装置において、前記高周波誘導発熱体の外周に嵌装した円筒状を呈するカーボンフェルト製の断熱材を備えることを特徴とする。
【００１１】
第３の合成シリカガラスの製造装置は、第１又は第２の装置において、前記高周波コイルが垂直方向へ移動可能であることを特徴とする。
【００１２】
又、第４の合成シリカガラスの製造装置は、第１、第２又は第３の装置において、前記炉芯管を形成する石英ガラスが不透明であることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明の第１の合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置においては、高周波誘導加熱源としての高周波誘導発熱体がスートと直に対向する。
【００１４】
炉芯管は、雰囲気の置換性が高く、かつ、雰囲気制御が可能であることが好ましく、このようなものとすることにより、高周波誘導発熱体の酸化防止が可能となる。
高周波誘導発熱体を形成するカーボンは、純化処理を施された高純度のものであることが好ましい。
【００１５】
第２の合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置においては、第１の方法及び装置による作用の他、高周波誘導加熱源としての高周波誘導発熱体から放射される熱エネルギーが有効に活用される。
【００１６】
第３の合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置においては、第１又は第２の方法及び装置による作用の他、ホットゾーンの移動が可能となり、かつ、ホットゾーンから上方及び下方における温度勾配がシャープになる。
【００１７】
又、第４の合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置においては、第１、第２又は第３の方法及び装置による作用の他、炉芯管からの熱エネルギーの放射が低減される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る合成シリカガラスの製造装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【００１９】
図中１はベースプレートを兼ねる断熱材２に立設した炉芯管で、この炉芯管１は、不透明な石英ガラスからなり、上下端を気密、かつ開閉可能に閉止した垂直な円筒状を呈しており、その上端に断熱材３が載置されている。
炉芯管１内には、純化処理を施された高純度のカーボンからなり、炉芯管１とほぼ同等の長さ、その内径より適宜小外径を有し、両端を開閉可能に閉止した円筒状の高周波誘導発熱体４が同心状に収容されており、この高周波誘導発熱体４の上底には、スート５が石英ガラス製の支持棒６を介し炉芯管１の軸心と同軸をなして吊下されている一方、高周波誘導発熱体４の外周には、カーボンフェルトからなる円筒状の断熱材７が嵌装されている。
【００２０】
又、高周波誘導発熱体４内には、処理用のガス（例えば、脱泡のためのＨｅガス、ＦドープのためのＳｉＦ_４ガス）を導入するための上部ガス導入管８が、上方の断熱材３、炉芯管１の上底及び高周波誘導発熱体４の上底を貫通して導入されていると共に、炉内パージ用のガス（例えば、Ｎ_２ガス）を導入するための下部ガス導入管９及び処理用のガス等を排出するための排気管１０が、それぞれ下方の断熱材２、炉芯管１の下底及び高周波誘導発熱体４の下底を貫通して導入されている。
そして、炉芯管１の外側には、その長さより適宜に短い長さの高周波コイル１１が高周波誘導発熱体４と対向させて同心配置されており、この高周波コイル１１は、垂直方向へ移動可能に設けられている。
【００２１】
上述した合成シリカガラスの製造装置を用いてスート５を加熱溶融し、透明な合成シリカガラスを製造するには、先ず、スート５を図１に示すようにセットし、かつ、高周波コイル１１をスート５の下端部と対向させてセットした後、高周波コイル１１に高周波電流を流して高周波誘導加熱源としての高周波誘導発熱体４を発熱させ、炉芯管１内が所定の温度（例えば、７００℃以下）になったら下部ガス導入管９から炉内パージ用のガスを導入し、更に炉芯管１内の温度がより高い所定の温度（例えば、１０００℃以上）になったら炉内パージ用のガスの導入を停止して上部ガス導入管８から処理用のガスを導入する。
なお、導入されたガスは、順次排気管１０から排出される。
次に、スート５の下端部が加熱溶融されて透明化されたら高周波コイル１１を次第に上昇させて高周波誘導加熱源としての高周波誘導発熱体４によるホットゾーンを上昇させ、スート５をその上端に向けて逐次透明化させる。
そして、スート５の透明化が完了したら処理用のガスに代えて炉内パージ用のガスを導入しながら、高周波コイル１１への高周波電流を漸次小さくして炉芯管１内の温度を低下させ、炉芯管１内が室温になったら上方の断熱材２、炉芯管１の上底を取り外し、透明な合成シリカガラスを高周波誘導発熱体４の上底と一緒にホイストやクレーン等を用いて取り出す。
【００２２】
ここで、直径２６０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ程度のスートを処理するのに、本発明の装置では、４４０ｋＷの電力を使用した。
又、ホットゾーン（最高温度帯）から上方及び下方における温度勾配は、本発明の装置では、炉芯管内径３００ｍｍ、スート径２６０ｍｍ、高周波コイル径５００ｍｍ、高周波コイル長さ（均熱長）５００ｍｍ、高周波コイル出力４４０ｋＷとした場合、１０℃／ｍｍであり、かつ、得られる合成シリカガラスに自重による変形、失透が殆んどなかったのに対し、従来の装置では、炉芯管径及びスート径を同等とし、抵抗発熱体径３００〜４００ｍｍ、抵抗発熱体長さ（均熱長）３００ｍｍとした場合、０．１〜１．０℃／ｍｍであり、かつ、得られる合成シリカガラスに自重による変形、失透があった。
更に、長さ１０００ｍｍ程度のスートを処理する場合、本発明の装置は、高さが、３８００ｍｍ程度であるのに対し、従来の装置は、全長で５０００ｍｍ以上の炉芯管が必要で、更に、上部に支持棒を上下させる機構が３０００ｍｍ以上と、合計で１０ｍ以上の高さが必要であった。
【００２３】
なお、上述した実施の形態においては、高周波コイル長さをスート長さより短くし、高周波コイルを垂直方向へ移動するゾーンシンター方式をとる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、高周波コイル長さをスート長さと同等し、高周波コイルをスートと対向させて固定するバッチ方式としてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置によれば、高周波誘導加熱源としての高周波誘導発熱体がスートと直に対向するので、エネルギー損失を従来に比べて低減することができる。
【００２５】
第２の合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置によれば、第１の方法及び装置による作用効果の他、高周波誘導加熱源としての高周波誘導発熱体から放射される熱エネルギーが有効に活用されるので、エネルギー損失を一層低減することができる。
【００２６】
第３の合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置によれば、第１又は第２の方法及び装置による作用効果の他、ホットゾーンの移動が可能となるので、装置の規模を従来に比べて格段に小さくすることができる。
又、ホットゾーンから上方及び下方における温度勾配がシャープになるので、ゾーンシンター方式をとる場合、製品である透明な合成シリカガラスに変形や失透を生じることがない。
【００２７】
又、第４の合成シリカガラスの製造方法及びその製造装置によれば、第１、第２又は第３の方法及び装置による作用効果の他、炉芯管からの熱エネルギーの放散が低減されるので、エネルギー損失をより一層低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る合成シリカガラスの製造装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】従来の合成シリカガラスの製造装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１炉芯管
４高周波誘導発熱体（高周波誘導加熱源）
５スート
７断熱材
１１高周波コイル

Claims

石英ガラス製の垂直な炉芯管内に同軸配置したスートを加熱溶融して透明化する合成シリカガラスの製造方法において、前記スートを炉芯管内でそれを囲む高周波誘導加熱源により加熱溶融することを特徴とする合成シリカガラスの製造方法。
前記高周波誘導加熱源からの輻射熱の炉芯管への放射を遮断することを特徴とする請求項１記載の合成シリカガラスの製造方法。
前記高周波誘導加熱源を垂直方向へ移動することを特徴とする請求項１又は２記載の合成シリカガラスの製造方法。
前記高周波誘導加熱源からの輻射熱の炉芯管からの放射を低減することを特徴とする請求項１、２又は３記載の合成シリカガラスの製造方法。
石英ガラス製の垂直な炉芯管内に同軸配置したスートを加熱溶融して透明化する合成シリカガラスの製造装置において、前記炉芯管内に収容され、スートを囲む円筒状を呈するカーボン製の高周波誘導発熱体と、高周波誘導発熱体と対向させて炉芯管の外側に同心配置した高周波コイルとを備えることを特徴とする合成シリカガラスの製造装置。
前記高周波誘導発熱体の外周に嵌装した円筒状を呈するカーボンフェルト製の断熱材を備えることを特徴とする請求項５記載の合成シリカガラスの製造装置。
前記高周波コイルが垂直方向へ移動可能であることを特徴とする請求項５又は６記載の合成シリカガラスの製造装置。
前記炉芯管を形成する石英ガラスが不透明であることを特徴とする請求項５、６又は７記載の合成シリカガラスの製造装置。