(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスシリンダを引き抜くための装置であって、ＳｉＯ２含有の原料（３）を収容するための溶融坩堝（１）が設けられており、該溶融坩堝（１）が、溶融坩堝内室（１７）を有しており、該溶融坩堝内室（１７）が、側壁と底部領域とにより画定されており、さらに前記原料（３）を軟化させるための加熱装置（１３）と、溶融坩堝（１）の底部領域に設けられた、ギャップ状の出口（２５；３６）を備えた引抜きノズル（４；３４）とが設けられている形式のものにおいて、引抜きノズル（４；３４）の、溶融坩堝内室に面した上側の領域に、流れ狭窄部（１２；３２）が設けられていて、該流れ狭窄部（１２；３２）が、下方に向かって、流れ通路を介して前記出口（２５；３６）に通じており、該出口（２５；３６）が、流れ狭窄部（１２；３２）の幅よりも大きな開口幅を有しており、流れ狭窄部（１２；３２）を取り囲む第１の包囲円が、引き抜こうとする石英ガラスストランド（５；３３）を取り囲む第２の包囲円の直径の最大３０％である直径を有しており、流れ狭窄部（１２；３２）が、溶融坩堝内室（１７）の中心軸線（２６）を取り囲む領域に延びていることを特徴とする、石英ガラスシリンダを引き抜くための装置。
【請求項２】
流れ狭窄部（１２；３２）が、溶融坩堝内室（１７）の半径方向の横断面積の１０％よりも少ない面積を有する開口横断面を有している、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１の包囲円が、前記第２の包囲円の直径の最大２０％である直径を有している、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
管状の石英ガラスシリンダを引き抜くために、底部開口と引抜きノズル内側部分（９；３９）とにより規定された環状ギャップ状の出口（２５；３６）を備えた引抜きノズル（４；３４）が設けられており、流れ狭窄部（１２；３２）が、下方に向かって中空室内に開口しており、引抜きノズル内側部分が、前記中空室内に流れ通路を残しながら突入しているマンドレル（９；３９）を有しており、該マンドレル（９；３９）が、流れ狭窄部（１２；３２）の幅よりも大きな最大外周を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
マンドレル（３９）が、溶融坩堝側壁からマンドレル（３９）に向かって延びる少なくとも１つのウェブ（３５）に保持されるか、または該ウェブ（３５）によりセンタリングされている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
マンドレル（９）が、少なくとも１つのウェブ（２０）に保持されるか、または該ウェブ（２０）によりセンタリングされており、該ウェブ（２０）が、流れ狭窄部（１２）の縁部からマンドレル（９）に向かって、またはマンドレル（９）の上方に向かって突出する延長部（１１）に向かって延びている、請求項４または５記載の装置。
【請求項７】
前記ウェブ（２０；３５）が、中空ウェブとして形成されていて、引き抜かれた石英ガラスストランド（３３）の内側孔（２４）内にガスを供給するための、マンドレル（３９）内に形成されたガス供給管路（３８）に結合されている、請求項５または６記載の装置。
【請求項８】
溶融坩堝（１）にＳｉＯ２含有の原料（３）を供給し、該溶融坩堝（１）内で軟化させて粘稠性の石英ガラス材料（２７）を形成し、該石英ガラス材料（２７）を、溶融坩堝（１）の底部領域に設けられた、ギャップ状の出口（２５；３６）を備えた引抜きノズル（４；３４）に通して、シリンダ形の石英ガラスストランド（５；３３）として垂直方向下方に向かって引き抜き、該石英ガラスストランド（５；３３）を所定の長さに切断して石英ガラスシリンダを形成することにより、石英ガラスシリンダを引き抜くための方法において、
粘稠性の石英ガラス材料（２７）を、引抜きノズル（４；３４）の、溶融坩堝内室に面した上側の領域に設けられた、下方に向かって流れ通路を介して出口（２５；３６）に通じた流れ狭窄部（１２；３２）を介して引き抜き、ただし前記出口（２５；３６）は、流れ狭窄部（１２；３２）の幅よりも大きな開口幅を有しており、流れ狭窄部（１２；３２）を取り囲む第１の包囲円が、引き抜こうとする石英ガラスストランド（５；３３）を取り囲む第２の包囲円の直径の最大３０％である直径を有しており、流れ狭窄部（１２；３２）が、溶融坩堝内室（１７）の中心軸線（２６）を取り囲む領域に延びていることを特徴とする、石英ガラスシリンダを引き抜くための方法。
【請求項９】
流れ狭窄部（１２；３２）が、溶融坩堝内室（１７）の半径方向の横断面積の１０％よりも少ない面積を有する開口横断面を有している、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第１の包囲円が、第２の包囲円の直径の最大２０％である直径を有している、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
管状の石英ガラスシリンダを引き抜くために、底部開口と引抜きノズル内側部分により規定された環状ギャップ状の出口（２５；３６）を備えた引抜きノズル（４；３４）を使用し、粘稠性の石英ガラス材料（２７）が、流れ狭窄部（１２；３２）を介して下方に向かって中空室内に到達し、該中空室内に、流れ通路を残しながらマンドレル（９；３９）が突入しており、該マンドレル（９；３９）が、流れ狭窄部（１２；３２）の幅よりも大きな最大外周を有している、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
マンドレル（３９）を、溶融坩堝側壁からマンドレル（３９）に向かって延びる少なくとも１つのウェブ（３５）に保持するか、または該ウェブ（３５）によりセンタリングする、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
マンドレル（９）を、少なくとも１つのウェブ（２０）に保持するか、または該ウェブ（２０）によりセンタリングし、該ウェブ（２０）が、流れ狭窄部（１２）の縁部からマンドレル（９）に向かって、またはマンドレル（９）の上方に向かって突出する延長部（１１）に向かって延びている、請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ウェブ（２０；３５）が、中空ウェブとして形成されていて、引き抜かれた石英ガラスストランド（３３）の内側孔（２４）内にガスを供給するために、マンドレル（３９）内に形成されたガス供給管路（３８）に結合されている、請求項１２または１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融坩堝にＳｉＯ２含有の原料を供給し、該溶融坩堝内で軟化させて粘稠性の石英ガラス材料（Quarzglasmasse）を形成し、この石英ガラス材料を、溶融坩堝の底部領域に設けられた、底部開口と引抜きノズル内側部分とにより規定されるギャップ状の出口を備えた引抜きノズルに通して、シリンダ形の石英ガラスストランドとして垂直方向下方に向かって引き抜き、この石英ガラスストランドから所定の長さの石英ガラスシリンダを切断することにより、石英ガラスシリンダを引き抜くための方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、石英ガラスシリンダを引き抜くための装置であって、ＳｉＯ２含有の原料を収容するための溶融坩堝が設けられており、該溶融坩堝が、側壁と底部領域とによって画定された溶融坩堝内室を有しており、原料を軟化させるための加熱装置が設けられており、さらに溶融坩堝の底部領域に設けられた、ギャップ（隙間）状の出口を備えた引抜きノズルが設けられている形式のものに関する。
【０００３】
背景技術
垂直形溶融坩堝引抜き法（Vertikal-Tiegelziehverfahren）は、石英ガラスから成る、任意の横断面プロフィールを有するシリンダ形の構成部分、特に管またはプレートを製造するために使用される。この場合、ガラス原料としてのＳｉＯ２造粒物は、溶融坩堝内で溶融されて比較的に高粘度の石英ガラス材料（以下、石英ガラス溶融物とも呼ばれる）を形成し、溶融坩堝底部に設けられたノズルを介してガラスストランド（線材）として引き抜かれる。
【０００４】
この場合、引き抜かれたガラスストランドにおける不均質性を防ぐことと、溶融坩堝内室内でできるだけ同一かつ一定の溶融条件を提供することとに特別な注意が払われる。しかし、石英ガラス溶融物は、その高い温度と粘度とのために、上記技術によって、たとえばホウケイ酸ガラス溶融物やソーダ石灰ガラス溶融物のような低粘性のガラス溶融物の場合に通常であるようには均質化させることができない。特に、このような低粘性のガラス溶融物の精錬のために使用される撹拌装置は、石英ガラス溶融物の均質化のためには適していない。なぜならば、撹拌時に発生された気泡が、高い粘度のため、引抜きプロセスの経過中にもはや除去され得ないからである。
【０００５】
したがって、ガラス原料のできるだけ均一な溶融を、引抜き炉内の、特に適合された軸方向の温度経過によって達成するか（ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２１７７２５号明細書）、または溶融させたいＳｉＯ２造粒物を溶融物表面上に再現可能に分配して圧縮することにより、同一かつ一定の溶融条件を保証すること（米国特許第３２４９４１７号明細書：国際公開第２００６／０１５７６３号パンフレット）が試みられている。
【０００６】
さらに、粘稠性の石英ガラス溶融物の流れを、温度の均一化のために変向させることも提案されている。このような種類の方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１５９６６６４号明細書に記載されている。同明細書から、冒頭で述べた形式の装置も知られている。この場合、管状の石英ガラスストランドを溶融坩堝から引き抜くために、タングステンノズルが使用される。このタングステンノズルは、炉壁に取り付けられた内側つばと、マンドレルとにより形成される。このマンドレルは、タングステンからなる中空軸部において懸垂式に石英ガラス溶融物内に保持される。マンドレルの位置は可変である。このためには、軸部の上端部が位置決め装置に保持される。マンドレルは、砂時計の形の膨出部を備えた上側部分を有している。この上側部分は、中間リングを介して、円錐台形の下側部分に結合されている。この下側部分は、その幅が可変である環状ギャップを残しながら、内側つばにより形成された開口内にまで延びている。上側部分のジオメトリによって、より冷たい中央の溶融物流が変位させられて、石英ガラス溶融物内の温度の均一化が生ぜしめられる。
【０００７】
しかし、この公知の方法は、側方の大きな寸法を備えた管状またはプレート状の石英ガラスシリンダを引き抜くためには、無制限に適しているわけではない。このことは、以下で、石英ガラス管の形の石英ガラスシリンダの例につき詳しく説明する。引き抜かれた管の直径およびその肉厚は、引抜きノズルのジオメトリと、引抜きノズルの領域におけるガラスの粘度とによって、かつ／または引抜き速度によって決定される。通常では、ガス流が管内に導入されて、これによって、管の内部のブロー圧により管直径を拡開させるための別のパラメータが提供されている。しかし、このような拡開は、制限された範囲内でしか可能ではない。なぜならば、管直径が増大するにつれて、目標直径を維持するためにはますます大きなガス容量が導入されなければならず、この大きなガス容量は、管内壁を冷却して、引抜きプロセスを困難にするからである。したがって、引き抜きたい管の最大可能な直径は、第１には、引抜きノズルの寸法によって制限されており、これにより、大きな外径を有する石英ガラス管の製造ためには、相応して大きな引抜きノズルも使用されなければならない。しかし、引抜きノズルの幅が炉室の内径に近づけば近づくほど、引抜きノズルは、炉の縁部領域における石英ガラス溶融物の流れをますます多くアシストしかつ促進する。この場合、その溶融条件、ひいてはその組成および粘度が、中央の溶融物流とは著しく異なるこのような縁流は、直接に引抜きノズルを通って進出することができるので、このようにして得られた石英ガラス管は、その組成および密度に関して著しい不均質性を有する恐れがある。このことは、中央の溶融物流の、公知の方法を用いて可能となる変位も、僅かにしか変更することができない。
【０００８】
ドイツ連邦共和国特許第１２０８０４６号明細書には、溶融坩堝から石英ガラス管を引き抜く場合に、小さな、できるだけ回転対称的なタマネギ形の引抜き物を得ることが記載されている。この目的のためには、引抜きノズルの上方に１５ｍｍの厚さの環状プレートを配置することが提案される。この環状プレートは、引抜きノズルと同じ内径を有していて、内側に向けられた６つの歯を備えている。これらの歯は、ノズルからの石英ガラス溶融物の進出時に、流れの僅かな変向を生ぜしめる。
【０００９】
石英ガラス溶融物の僅かな流れ変向を生ぜしめる類似の装置は、米国特許出願公開第２４８６７３７号明細書および米国特許出願公開第２４６４０２８号明細書にも開示されている。
【００１０】
米国特許出願公開第２００５／０２２７０２７号明細書から、特別な内側プロフィールおよび／または外側プロフィールを有するガラス管を製造するための方法が公知である。このためには、溶融槽の底部流出部を介して連続的に溶融液状のガラスが取り出され、成形体を介して案内されるので、中空のゴブが生じ、このゴブはさらに下方に配置された別の異形材を介して下方に向かって引き抜かれる。引き抜かれたストランドの直径は、底部流出部の最小の開口幅とほぼ同じ大きさである。
【００１１】
技術的な課題
したがって、本発明の根底を成す課題は、石英シリンダガラスの側方の寸法が、汎用の溶融坩堝の内径のサイズオーダにある場合にも、より均質な石英ガラスシリンダ、特に２００ｍｍよりも大きな外径を有する石英ガラス管または２００ｍｍよりも大きな幅を有する石英ガラスプレートの製造を簡単にする方法を提供することである。
【００１２】
さらに、本発明の根底をなす課題は、上記方法を実施するために適した装置を提供することである。
【００１３】
装置に関して、上記課題を解決するための本発明の構成によれば、冒頭で述べた形式の装置を起点として、引抜きノズルの、溶融坩堝内室に面した上側の領域に、流れ狭窄部が設けられており、該流れ狭窄部が、下方に向かって流れ通路を介して出口に通じており、該出口が、流れ狭窄部の幅よりも大きな開口幅を有しており、流れ狭窄部を取り囲む第１の包囲円（Huellkreis）が、引き抜こうとする石英ガラスストランドを取り囲む第２の包囲円の直径の最大３０％である直径を有しているようにした。
【００１４】
本発明の目的は、引抜きノズル寸法が大きな場合に生じ得るような、僅かにしか均質化されていない石英ガラス材料が引抜きノズル内へ直接に進入することを伴う顕著な縁流を阻止することである。このためには、複数の手段の相互作用が重要である。
【００１５】
１．引抜きノズルの上側の領域に、流れ狭窄部として作用する開口が設けられている。この開口を通して、粘稠性の石英ガラス材料が押し進められる。この開口は、縁流のための流れ障害部として作用し、かつこの開口は、比較的に均一な温度分布と、均質な化学組成とにより優れている、溶融坩堝のより中央の領域の流れを促進する。この開口は、いずれにせよ、石英ガラス材料のある程度の混合を生ぜしめる。流れ狭窄部の最大幅は、この流れ狭窄部を取り囲む第１の包囲円の直径により規定される。
【００１６】
２．公知の装置とは異なり、流れ狭窄部は、引き抜きたい石英ガラスストランドの横断面プロフィールおよび特に外側寸法の調節に作用するためには規定されていない。このためには、ギャップ状の出口が設けられている。このギャップ状の出口は、石英ガラスプレートの製造のためには単純な長手方向ギャップとして形成されており、石英ガラス管の製造のためには環状ギャップとして形成されている。したがって、この出口が、石英ガラスストランドの側方の寸法（引抜き軸線に対して垂直方向の寸法）を決定的に規定する。したがって、出口の最大幅は、石英ガラスプレートの製造時には長いプレート幅のために重要であり、石英ガラス管の製造時にはその外径のために重要である。出口の最大幅は、流れ狭窄部の開口幅よりも大きい。これによって、流れ狭窄部を介して進出するガラス材料の少なくとも一部が、出口に通じた流れ通路を介して外方に向かって変向させられる。したがって、材料流の外方に向かう変向によって、縁部領域からの石英ガラス材料ではなく、主に溶融坩堝の中央の領域から取り出された均質な石英ガラス材料が、流れ通路を介して半径方向でさらに外側に位置する区域に到達する。
【００１７】
３．本発明による装置の混合効果および均質化効果は、引き抜かれた石英ガラスストランドの側方の最大寸法に比べて流れ狭窄部が小さければ小さいほど顕著である。この側方の最大寸法は、石英ガラスストランドを取り囲む第２の包囲円の直径により規定される。本発明によれば、流れ狭窄部を取り囲む第１の包囲円は、第２の包囲円の直径の最大３０％である。最も単純な場合、流れ狭窄部は円形であり、このことは、石英ガラス材料の、中空室内へのほぼ回転対称な流入をも促進する。この場合、流れ狭窄部を取り囲む第１の包囲円は、流れ狭窄部の直径に相当する。流れ狭窄部が円形ではない場合には、第１の包囲円は、流れ狭窄部を取り囲む最小可能な円環（Kreisring）に相当する。混合効果は、引き抜きたい石英ガラスストランドの側方の最大寸法と、石英ガラス材料が進出する領域における流れ狭窄部の直径との差が大きな場合に、つまり大きな外径を有する石英ガラス管もしくは大きなプレート幅を有する石英ガラスプレートと、流れ狭窄部の、これらに対して小さな開口幅とがある場合に特に有利に認められるようになる。石英ガラスストランドの側方の最大寸法の３０％よりも明らかに大きな開口直径を有する流れ狭窄部では、混合効果はもはやほとんど存在しない。他方で、流れ狭窄部の開口幅は、石英ガラス材料の処理量にとっても重要である。したがって、流れ狭窄部の、石英ガラスストランドの側方の最大寸法に関して５％を下回る範囲の小さな開口幅は、引抜きプロセスの生産性の観点から不都合である。
【００１８】
上記および以下に「流れ狭窄部の開口幅」と云う場合、このことは、流れ通路内への進出時の開口幅に関する。本発明による装置では、石英ガラスシリンダの側方の寸法の調節は、流れ狭窄部とは無関係に行われるので、流れ狭窄部のジオメトリはこの点に関してあまり重要ではない。流れ狭窄部のジオメトリは、たとえば環状、円形、楕円形または多角形に形成されていてよい。流れ狭窄部は、複数の開口により（たとえば多孔薄板として）形成されていてもよい。この場合、第１の包囲円として全ての開口を内包する周円（Umfangskreis）が規定される。流れ通路の上側の流れ狭窄部のジオメトリも、石英ガラスストランドの最終寸法に関してほとんど重要ではない。したがって、流れ狭窄部の幅は、引抜き方向で見て、流れ通路の手前では、たとえば一定であっても、減少していても、増大していてもよい。
【００１９】
重要となるのは、石英ガラス材料流が外方に向って著しく変向されることを実現するために、流れ狭窄部の開口幅が、粘稠性の石英ガラス材料の、流れ通路内への進出時に十分に小さく形成されることである。
【００２０】
したがって、本発明による装置は、流れ狭窄部の前後で粘稠性の石英ガラス材料の流れの変向を強要する。この流れ狭窄部は、著しい縁流を阻止し、石英ガラス材料の混合を促進する。これによって、大きな外径を有する石英ガラスシリンダの引抜き時にも、引抜きノズル内に進入する石英ガラス材料の、濃度および温度分布に関する不均質性は、排除されるか、または阻止される。
【００２１】
本発明による装置の有利な実施形態では、流れ狭窄部が、溶融坩堝内室の中心軸線を取り囲む領域に延びている。
【００２２】
本発明による装置の混合効果および均質化効果は、流れ狭窄部が溶融坩堝内室内で中心軸線のより近く配置されているほど、かつその開口幅が小さければ小さいほど顕著であるので、流れ狭窄部が、溶融坩堝内室の半径方向の横断面積の１０％よりも少ない、有利には５０％よりも少ない面積の開口横断面を有している装置の実施形態が有利である。
【００２３】
溶融坩堝内室の半径方向の横断面積の１０％よりも明らかに大きな面積を占める開口横断面を有する流れ狭窄部では、縁流が比較的に阻止されずに流れ狭窄部内に到達し得るので、均質化効果および混合効果は比較的に小さくなる。
【００２４】
これに関連して、流れ狭窄部を取り囲む第１の包囲円が、第２の包囲円の直径の最大２０％である直径を有していると特に有利であることが判った。
【００２５】
管状の石英ガラスシリンダを引き抜くための本発明による装置の特に有利な実施形態では、環状ギャップ状の出口を有する引抜きノズルが設けられている。この出口は、底部開口と引抜きノズル内側部分とにより規定されている。この場合、流れ狭窄部は、下方に向かって中空室内に開口しており、引抜きノズル内側部分は、流れ通路を残しながら中空室内に突入しているマンドレルを有しており、このマンドレルは、流れ狭窄部の幅よりも大きな最大外周を有している。
【００２６】
公知の装置とは異なり、流れ狭窄部は、引き抜きたい管状の石英ガラスストランドの外径の調節に作用するためには規定されていない。その代わりに、流れ狭窄部は、下方に向かって溶融坩堝底部の中空室内に開口する。この中空室内には、上方からまたは下方から、一体のマンドレルまたは複数の部分から成るマンドレルが突入する。流れ狭窄部から下方に向かって進出する材料流は中空室内に到達して、マンドレルの上面に衝突する。
【００２７】
このマンドレルは、流れ狭窄部の開口幅よりも大きな最大外径を有する領域を有していることにより優れている。したがって、この最大外径を有する領域は、流れ狭窄部の下側に設けられている。これによって、流れ狭窄部を介して進出したガラス材料は、外方に、すなわちマンドレルを取り囲んで、マンドレルと溶融坩堝側壁との間に形成された流れ通路内へと変向される。この趣旨では、溶融坩堝内壁に配置されかつこの溶融坩堝内壁に結合された、溶融坩堝内室内に突入している構成部分も、溶融坩堝側壁として理解される。したがって、材料流を外方に向かって変向することによって、溶融坩堝の主に中央の領域から取り出された均質な石英ガラス材料が、流れ通路を介して、半径方向でさらに外側に位置する区域に到達して、引抜きノズルの、石英ガラス管の半径方向の寸法を決定的に規定する環状ギャップ状の出口に到達する。
【００２８】
重要となるのは、石英ガラス材料流が外方に向かって変向されることを実現するために流れ狭窄部の開口幅が、粘稠性の石英ガラス材料の、中空室内への進出時に、マンドレルの最大円周よりも小さく形成されることである。中空室内に突入したマンドレル区分は、通常、引抜き軸線に対して回転対称的に形成されていて、このマンドレル区分は、当該マンドレル区分が粘稠性の石英ガラス材料の外方に向かった流出を可能にし、かつ流れ狭窄部の開口幅よりも（引抜き軸線を中心として半径方向で見て）大きな最大円周を有していることにより、決定的に規定されている。
【００２９】
この場合、マンドレルは、溶融坩堝内室を通って延びる軸部によって保持されてよく、この場合、特に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０１１５７９号明細書に記載されているような、フィンガを有しない自己センタリングの手段が考慮される。本発明による装置の有利な別の実施形態では、マンドレルが、溶融坩堝側壁からマンドレルに向かって延びる少なくとも１つのウェブに保持されているか、またはこのウェブによりセンタリングされる。
【００３０】
この場合、マンドレルは、流れ通路に架設された１つまたは複数のウェブによって、溶融坩堝側壁に保持されるか、またはセンタリングされる。マンドレルのこのような種類の保持は、マンドレルを保持するための、上方から溶融坩堝内室全体を通って延びる軸部が不要であるという利点を有している。
【００３１】
本発明による装置の、択一的な、かつ同様に有利な実施形態では、マンドレルが、流れ狭窄部の縁部からマンドレルに向かって、またはマンドレルの、上方に向かって突出した延長部に向かって延びる少なくとも１つのウェブに保持されるか、またはそのウェブによりセンタリングされる。
【００３２】
この場合、マンドレルは、同じく１つのウェブまたは複数のウェブに保持されるか、またはセンタリングされる。しかし、ウェブは、流れ狭窄部の領域に延びていてもよく、これによって、このウェブは、マンドレルまで架設するために、短い長さしか必要ではない。さらに、流れ狭窄部の領域では、石英ガラス材料の粘度が比較的に低いので、保持ウェブまたはセンタリングウェブを取り囲んで流れることにより生じる流れの不均一性は再び比較的に迅速に消滅する。流れ狭窄部の開口横断面を、１つまたは複数のウェブによってあまりにも極端に減じないために、ウェブが、流れ狭窄部の領域において薄めに形成されていると有利であり、マンドレル、またはマンドレルの上方に突出した延長部、たとえば軸部等のセンタリングのためだけに設けられている。
【００３３】
本発明による装置の、最後に説明した両実施形態の特に有利な構成では、ウェブが中空ウェブとして形成されており、引き抜かれた石英ガラスストランドの内側孔内にガスを供給するために、マンドレル内に形成されたガス供給管路に結合されている。
【００３４】
この実施形態は、中空ウェブによる、マンドレル内へ、かつこのマンドレルから、引き抜きたい石英ガラス管の内側孔内へのガス供給を可能にする。ガス供給は、管の内側孔内で所定のブロー圧を調節するために使用される。中空ウェブは、別のウェブ結合部と相俟って、同時にマンドレルを保持するためにも働く。
【００３５】
石英ガラスシリンダを引き抜くための方法に関して、上記課題を解決するための本発明による構成によれば、冒頭に述べた特徴の方法を起点として、粘稠性の石英ガラス材料を、引抜きノズルの、溶融坩堝内室に面した上側の領域に設けられた、下方に向かって流れ通路を介して出口に通じる流れ狭窄部を介して引き抜き、出口が、流れ狭窄部の幅よりも大きな開口幅を有しており、流れ狭窄部を取り囲む第１の包囲円が、引き抜こうとする石英ガラスストランドを取り囲む第２の包囲円の直径の最大３０％である直径を有しているようにした。
【００３６】
この方法の目的は、引抜きノズル直径が大きな場合に生じ得るような、僅かにしか均質化されていない石英ガラス材料が引抜きノズル内へ直接に進入すること伴う顕著な縁流を阻止することである。このためには、複数の手段の相互作用が重要である。
【００３７】
１．引抜きノズルの上側の領域に、流れ狭窄部として作用する開口が設けられている。この開口を通して、粘稠性の石英ガラス材料が押し進められる。この開口は、縁流のための流れ障害部として作用し、比較的に均一な温度分布と、均質な化学組成とにより優れている、溶融坩堝のより中央の領域の流れを促進する。この開口は、いずれにせよ、石英ガラス材料のある程度の混合を生ぜしめる。
【００３８】
２．公知の方法とは異なり、流れ狭窄部は、引き抜きたい石英ガラスシリンダの外側寸法の調節に著しく作用するようには規定されていない。このためにはむしろ、ギャップ状の出口が設けられている。このギャップ状の出口は、石英ガラスプレートの製造のためには単純な長手方向ギャップとして形成されており、石英ガラス管の製造のためには、環状ギャップとして形成されている。この出口は、主に、石英ガラスストランドの横断面形状を規定する（つまり、石英ガラスストランドの、引抜き軸線に対して垂直方向の寸法）。したがって、出口の最大幅は、石英ガラスプレートの製造時には長いプレート幅のために重要であり、石英ガラス管の製造時には、その石英ガラス管の外径のために重要である。出口の最大幅は、流れ狭窄部の開口幅よりも大きい。これによって、流れ狭窄部を介して進出するガラス材料の少なくとも一部が、出口に通じた流れ通路を介して外方に向かって変向させられる。したがって、材料流の外方に向かう変向によって、縁部領域からの石英ガラス材料ではなく、主に溶融坩堝の中央の領域から取り出された均質な石英ガラス材料が、流れ通路を介して半径方向でさらに外側に位置する区域に到達する。
【００３９】
３．本発明による方法では、混合効果および均質化効果は、引き抜かれた石英ガラスシリンダの側方の最大寸法に比べて流れ狭窄部が小さければ小さいほど顕著である。この側方の最大寸法は、石英ガラスストランドを取り囲む第２の包囲円の直径により規定される。本発明によれば、流れ狭窄部を取り囲む第１の包囲円は、第２の包囲円の直径の最大３０％である。最も単純な場合、流れ狭窄部は円形であり、このことは、石英ガラス材料の、中空室内へのほぼ回転対称の流入をも促進する。この場合、流れ狭窄部を取り囲む第１の包囲円は、流れ狭窄部の直径に相当する。流れ狭窄部が円形ではない場合には、第１の包囲円は、流れ狭窄部を取り囲む最小可能な円環に相当する。混合効果は、引き抜きたいシリンダ形の石英ガラスストランドの側方の最大寸法と、流れ狭窄部の、石英ガラス材料が進出する領域の直径との差が大きい場合に、つまり大きな直径を有する石英ガラス管もしくは大きなプレート幅を有する石英ガラスプレートと、流れ狭窄部の、これらに対して小さな開口幅がある場合に、特に有利に認められるようになる。石英ガラスストランドの側方の最大寸法の３０％よりも明らかに大きな開口直径を有する流れ狭窄部では、混合効果はもはやほとんど存在しない。他方で、流れ狭窄部の開口幅は、石英ガラス材料の処理量にとっても重要である。したがって、流れ狭窄部の開口幅は、石英ガラスストランドの側方の最大寸法に関して５％を下回る範囲の小さな開口幅は、引抜きノズルの生産性の観点から不都合である。
【００４０】
石英ガラスストランドの側方の寸法が、流れ狭窄部とは無関係に調節されるので、流れ狭窄部のジオメトリは、この観点では、既に上記で本発明による装置において説明したように重要ではない。重要となるのは、石英ガラス材料流が外方に向かって変向されることを実現するために、流れ狭窄部の開口幅が、粘稠性の石英ガラス材料の、流れ通路内への進出時に十分に小さく形成されていることである。
【００４１】
したがって、本発明による方法は、流れ狭窄部の後方で、粘稠性の石英ガラス材料の変向をもたらす。流れ狭窄部は、著しい縁流を阻止し、石英ガラス材料の混合を促進する。これによって、大きな外径を有する石英ガラスシリンダの引抜き時にも、引抜きノズル内に進入する石英ガラス材料の濃度および温度分布に関する不均質性は、排除されるか、または阻止される。
【００４２】
本発明による方法の有利な実施形態は、請求項１０以下に記載されている。本発明による方法の、請求項１０以下に記載の実施形態は、請求項２〜８に記載の本発明による装置で挙げられた実施形態に追従するので、対応する装置に関する請求項の上記の実施形態を補う説明は省略される。
【００４３】
以下に本発明を実施例と図面につき詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による第１の実施形態の引抜きノズルを備えた溶融炉の概略図である。
【図２】本発明による別の実施形態の引抜きノズルを備えた溶融炉の概略図である。
【図３】本発明に石英ガラスプレートを引き抜くための装置および方法に用いられる引抜きノズルを３次元で示した機械製図である。
【図４】図３に示した引抜きノズルを流れ狭窄部の上から見た平面図である。
【００４５】
実施例の説明
図１による引抜き炉は、タングステンから成る溶融坩堝１を有している。この溶融坩堝１内に、上方から供給管片２を介して連続的にＳｉＯ２造粒物３が装入される。この溶融坩堝１は、保護ガスで洗浄される保護ガス室１０の形成下で、水冷却された炉ジャケット６によって取り囲まれている。この場合、保護ガス室１０内には、酸化物絶縁材料から成る多孔質の絶縁層８と、ＳｉＯ２造粒物３を加熱するための抵抗加熱装置１３とが収納されている。この保護ガス室１０は、下方に向かって開いていて、その他では底部プレート１５とカバープレート１６とにより外側に向かってシールされている。溶融坩堝１は、溶融坩堝内室１７を有している。この溶融坩堝内室１７は、同じくカバー１８とシールエレメント１９とにより周辺に対してシールされている。カバー１８を通って、純粋な水素の形態の溶融坩堝内室ガスのための入口２２および出口２１が突出している。同様に、保護ガス室１０は、上側の領域に、純粋な水素のためのガス入口２３を備えている。
【００４６】
溶融坩堝１の底部領域には、タングステンから成る引抜きノズル４が位置している。この引抜きノズル４は、引抜きノズル外側部分７と、マンドレル９とから構成されている。
【００４７】
環状の引抜きノズル外側部分７は、溶融坩堝１の底部領域に挿入されていて、溶融坩堝１の側壁に結合されている。この環状の引抜きノズル外側部分７は、中心軸線２６における円形の流れ狭窄部１２と、この流れ狭窄部１２に下側で接続するドーム形（kuppelfoermig）の中空室とを規定する。この中空室内には、マンドレル９が延びており、このマンドレル９は、実質的に、ドーム形の上面を備えた下方に向かって先細りする円錐台の形に形成されている。マンドレル９と外側部分７との間には、流れ通路１４が残されている。この流れ通路１４に流れ狭窄部１２が開口しており、流れ通路１４は、この流れ狭窄部１２から、マンドレル９のドーム形の上面に沿って外方に向かって延びて、その後に、円錐台形のマンドレル区分に沿って、ノズル出口２５に至るまで下方に向かって軽度に先細りになっている。
【００４８】
軟らかい石英ガラス材料２７は、流れ狭窄部１２を介して流れ通路１４内に到達し、かつこの流れ通路１４を介してノズル出口２５にまで案内され、管ストランド５として垂直方向下方に向かって引抜き軸線２６の方向に引き抜かれる。
【００４９】
引抜きノズル４のマンドレル９は、タングステンから成る保持管１１に結合されている。この保持管１１は、溶融坩堝内室１７を通って延びていて、上側のカバー１８を越えてこの上側のカバー１８から突出して案内されている。マンドレル９を保持するための他に、保持管１１は、管ストランド５の内側孔２４内で所定のブロー圧を調節するためのプロセスガスを供給するために働く。保持管１１の、溶融炉から突出した上端部は、概略的に図示された高さ調節装置および移動装置２８に結合されている。この高さ調節装置および移動装置２８は、マンドレル９の高さ調節の他に、矢印２９で示すような側方の自由な移動を可能にする。保持管１１とマンドレル９とのセンタリングを改善するために、流れ狭窄部１２の領域にセンタリングフィンガ２０が設けられている。これらのセンタリングフィンガ２０は、引抜きノズル外側部分７から保持管１１にまで延びている。
【００５０】
溶融坩堝１の内径は４００ｍであり、円形の流れ狭窄部１２の最小直径は５０ｍｍであり、マンドレル９の最大外径は、そのドーム形の上面の領域で、３６０ｍｍである。１９０ｍｍの内径および２１０ｍｍの外径を有する管ストランド５が引き抜かれる。
【００５１】
図２は、本発明の枠内での変化形態の引抜きノズル３４を備えた引抜き炉を概略的に示している。その限りでは、図１で使用された参照符合と同じ参照符号が使用される。したがって、本発明による引抜き炉の第１の実施形態の上記説明につき詳しく説明されている装置の構成部分および構成部材と同一構造または同等の構成部分および構成部材が示されている。
【００５２】
引抜きノズル３４は、引抜きノズル外側部分３７とマンドレル３９とから構成されている。引抜きノズル外側部分３７とマンドレル３９とは両方ともタングステンから形成されている。環状の引抜きノズル外側部分３７は、溶融坩堝１の底部領域内に挿入されていて、側壁に結合されている。この引抜きノズル外側部分３７は、中心軸線２６における円形の流れ狭窄部３２と、この流れ狭窄部３２に下側で接続するドーム形の中空室とを規定する。この中空室内には、マンドレル３９が延びている。このマンドレル３９は、実質的に、球形の上面を備えた球セグメントの形に形成されている。マンドレル３９と外側部分３７との間には、流れ通路４０が残されている。この流れ通路４０内に、流れ狭窄部３２が開口している。この流れ通路４０は、この流れ狭窄部３２から、マンドレル３９の球形の上面に沿ってノズル流出部３６に至るまで外方に向かって延びている。
【００５３】
軟らかい石英ガラス材料は、流れ狭窄部３２を介して流れ通路４０内に到達し、この流れ通路４０を介してノズル流出部３６にまで案内され、管ストランド３３として垂直方向で下側に向かって引抜き軸線２６の方向に引き抜かれる。
【００５４】
引抜きノズル３４のマンドレル３９は中空室内で、タングステンから成る複数の中空ウェブ３５によって保持され、位置固定される。これらの中空ウェブ３５は、引抜きノズル外側部分３７を通って、かつ溶融坩堝１の壁を通って延びている。これらの中空ウェブ３５は、ガス供給通路３８に結合されている。これらのガス供給通路３８はマンドレル３９の内側に形成されていて、管ストランド３３の内側孔２４内に開口している。したがって、この中空ウェブ３５は、マンドレル３９を保持するための他に、管ストランド３３の内側孔２４内で所定のブロー圧を調節するためのプロセスガスを供給するために働く。
【００５５】
溶融坩堝１の内径は、４００ｍｍであり、円形の流れ狭窄部３２の最小直径は５０ｍｍであり、マンドレル３９の最大外径は、ドーム形の上面の領域において３６０ｍｍである。２２０ｍｍの内径と、２３０ｍｍの外径とを有する管ストランド３３が引き抜かれる。
【００５６】
図３に示された引抜きノズル４４は、石英ガラスプレートを製造するために役立つ。この引抜きノズル４４の外径は４００ｍｍであり、高さは１５０ｍｍである。したがって、この引抜きノズル４４は、図１および図２につき上記で説明されているような溶融坩堝内に嵌合する。引抜きノズル４４の上面４１は、５５ｍｍの直径を有する中央の円形の開口４２を有している（図３は正しい縮尺で描かれていない）。この開口４２は、本発明の枠内で、流れ狭窄部として働き、下面４５に向かう方向で連続的に、８ｍｍのギャップ幅と３１５ｍｍの長さとを有する細長い引抜きギャップ４３に移行する。破線４６；４７により、このために必要とされる流れ通路の境界が示されている。この流れ通路は、一方では上方から下方に向かって狭まっており（線４６）、他方では上方から下方に向かって拡大している（線４７）。この引抜きノズル４４を使用して製造された石英ガラスプレートは、引抜きギャップ４３の寸法に相当して、約８ｍｍの厚さと約３１５ｍｍの幅とを有している。
【００５７】
図４に示した引抜きノズル４４を上から見た平面図では、流れ狭窄部として働く中央の開口４２と、引抜き軸線の方向でこの開口４２の下側に配置された引抜きギャップ４３と、この引抜きギャップ４３に向かう方向で下方に向かって拡大する流れ通路４７とを確認することができる。
【００５８】
以下に、本発明による方法を１つの実施形態および図１につき詳しく説明する。
【００５９】
供給管片２を介して、連続的にＳｉＯ２造粒物３が溶融坩堝１内に供給され、この溶融坩堝１内で約２１００℃〜２２００℃の温度に加熱される。この場合、溶融坩堝１の下側の領域において気泡を有しない均質なガラス材料２７が生じる。このガラス材料２７上に、ＳｉＯ２粒子３からなる造粒物層が浮遊する。軟化させられた石英ガラス材料２７は、溶融坩堝１の中央の領域で特に均質であり、この中央の領域から、引抜きノズル４の流れ狭窄部１２を介して流れて、流れ狭窄部１２から流れ通路１４内に到達する。この流れ通路１４により、ガラス材料２７は外方に向かって変向させられてノズル出口２５に供給される。次いで、このノズル出口２５から、ガラス材料２７は、上記の横断面プロフィールを有する管状の石英ガラスストランド５の形で下方に向かって引き抜かれて、所望の長さの部分管へと切断される。
【００６０】
したがって、本発明による引抜き炉および方法では、大きな外径を有する石英ガラス管の引抜きであるにもかかわらず、顕著な縁流と、引抜きノズル内への僅かにしか均質化されていない石英ガラス材料の引込みとが阻止される。このことは、粘稠性の石英ガラス材料２７が、流れ狭窄部１２として作用する中央の開口を通して押し進められることにより達成される。流れ狭窄部１２は、石英ガラス材料２７のある程度の混合を生ぜしめ、比較的に均一な温度分布と、均一な化学組成とにより優れている、溶融坩堝１の中央の領域からの石英ガラス材料２７の流入を実現する。この均質な石英ガラス材料２７は、流れ狭窄部１２から流れ通路１４を介して外方に向かって変向させられて、品質的に高い価値の石英ガラス管５；３３として下方に向かって引き出される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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