(57)【要約】      （修正有）【課題】シリカガラスルツボを製作するための黒鉛製モールドのおいて、製作が容易で安価であり、冷却に長時間を要せず、気体の除去が容易である、黒鉛製モールドを提供する。【解決手段】溶融シリカルツボを製造するためのモールド６６が内部穴８０を有する円筒状缶７８を含む。黒鉛インサート７０は前記穴内に受容されかつ前記ルツボの下面を形成するように設けられた上面を有し、前記缶の内部穴が前記ルツボの側壁を形成する。シリカ粒子１２４は前記モールドが回転する間に該モールド内に投入される。前記インサートの上方の前記缶の内部及び前記インサートの内部に形成された穴は溶融中に前記シリカを介して空気を吸引する。【選択図】図２
2013023432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に円筒状の側壁を有する溶融シリカルツボを製造するためのモールドであって、該モールドが、
実質的に円筒状の側壁を形成するように構成されかつ配置された内部穴を有する円筒状缶と；
該ルツボの下部部分を形成するように取り付けられた上面を有しかつ前記缶内に受容された黒鉛インサートと；
前記インサートの下端部と前記缶の底部との間に形成されたプレナムと、
前記缶の周辺部の周りに形成されかつ前記プレナムと連通する第１の複数個の穴と；
前記缶の周辺部の周りに形成されかつ前記インサートの上方で該缶の内部と連通する第２の複数個の穴と；
前記上面と前記プレナムの間で前記インサート内に形成された複数個の穴と；
第１の穴の少なくとも幾つかのそれぞれと第２の穴とを結合し、それによって前記インサートの上方で前記プレナムと前記缶の内部との間との連通を行う導管と；及び
前記インサートと前記缶の間でそれぞれの周辺部の周囲に形成されたシール手段とを有することを特徴とするモールド。
【請求項２】
実質的に円筒状の側壁を有する溶融シリカルツボを製造するための回転可能なモールドであって、該モールドが、実質的に円筒状の穴を形成する壁を有する金属容器と；及び
前記容器の下部に受容されるインサートとを有し、
前記インサートは前記ルツボの下部を形成し、かつ前記容器の壁が前記ルツボの上部を形成することを特徴とするモールド。
【請求項３】
前記インサートが黒鉛である請求項２記載のモールド。
【請求項４】
前記ルツボが溶融中に前記シリカを介して吸引されるガスを有し、かつ前記モールドがさらに：
前記黒鉛インサートの複数個の穴と；及び
前記金属容器の複数個の穴とを有し、
前記黒鉛インサートの穴の少なくともいくつかのそれぞれの一端部が前記インサートの上面と連通し、かつ他端部が真空ポンプと連通するように設けられ、そして
前記金属容器の穴の少なくともいくつかのそれぞれの一端部が前記穴の壁と連通し、かつ他端部が前記真空ポンプと連通するように設けられている請求項２記載のモールド。
【請求項５】
前記容器がさらに前記黒鉛インサートの穴と連通するプレナムを含む請求項４記載の回転可能なモールド。
【請求項６】
前記モールドがさらに前記プレナムと連通し、かつ前記金属容器の穴と連通する複数個のパイプを含む請求項５記載の回転可能なモールド。
【請求項７】
前記真空ポンプが溶融シリカルツボの作製中に前記プレナムに真空状態を形成し、かつ前記インサート及び容器の穴が前記モールドに受容されたシリカを介し、該穴を経由して前記ガスを吸引するように設けられている請求項６記載の回転可能なモールド。
【請求項８】
前記金属容器がさらにルツボの溶融中に前記モールドを冷却するための液体用の容器に接続するように設けられたフランジを含む請求項７記載の回転可能なモールド。
【請求項９】
前記インサートの穴が実質的に垂直方向に向けられている請求項８記載の回転可能なモールド。
【請求項１０】
前記金属容器の穴が実質的に水平方向に向けられている請求項９記載の回転可能なモールド。
【請求項１１】
ルツボの実質的に円筒状の上部壁を形成するように形作られた金属部分と；及び
前記ルツボの下部部分を形成するように形作られた黒鉛部分とを含む溶融シリカルツボを製造するための回転可能なモールド。
【請求項１２】
前記金属部分が実質的に円筒状の缶を含みかつ前記黒鉛部分が該缶の下部に受容されたインサートを含む請求項１１記載のモールド。
【請求項１３】
前記缶及び黒鉛に形成された複数個の穴をさらに含み、該穴は前記ルツボの溶融中にシリカを介してガスを吸引するように構成されかつ配置されている請求項１１記載のモールド。
【請求項１４】
前記ルツボの溶融中に前記缶の穴を介してガスを吸引するために前記缶の外部に連結された複数個の導管をさらに含む請求項１３記載のモールド。
【請求項１５】
各導管の一端部が缶の穴に連通しかつ他端部が前記インサートの下方で前記缶に形成されたプレナムと連通する請求項１４記載のモールド。
【請求項１６】
前記金属部分及び前記黒鉛部分の間に形成された密封手段をさらに含む請求項１１記載のモールド。
【請求項１７】
黒鉛基体を実質的に円筒状の穴を有する金属缶に挿入すること；
前記缶を回転すること；
前記黒鉛インサートの頂上部及び前記缶の側部にシリカを供給すること；及び
前記シリカを前記インサート及び前記缶によって形成された形状に溶融すること；
を含む溶融シリカルツボを製造するための方法。
【請求項１８】
溶融中に前記缶に形成された穴に前記シリカを介してガスを吸引することをさらに含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
溶融中に黒鉛基体に形成された穴に前記シリカを介してガスを吸引することをさらに含む請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記黒鉛基体の底部と前記缶の底部の間に空間を形成することをさらに含む請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
前記溶融中に前記シリカと前記空間の間で前記基体に形成された穴を介してガスを吸引することをさらに含む請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
溶融中に前記缶の側壁に形成された穴を介してガスを吸引することをさらに含む請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
溶融中に前記缶の側壁に形成された穴を介してガスを吸引することが前記缶の穴と前記空間を連結する導管中にガスを吸引することを含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記穴を介して吸引することが溶融中に前記空間に真空を適用することを含む請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
実質的に円筒状の直立壁と；
前記壁にその周辺部で接続する実質的に平坦な底部と；
前記底部に隣接する前記壁の周辺部に形成された第１の複数個の穴と；
前記第１の複数個の穴の上方で前記壁に形成された第２の複数個の穴；及び
前記第１の複数個の穴の一つに接続する一端部及び前記第２の複数個の穴の一つに接続する他端部をそれぞれが有する複数個の導管と；
を含む溶融中にシリカルツボの少なくとも一部を成型するための金属缶。
【請求項２６】
前記缶の底部に形成された開口部をさらに含む請求項２５記載の金属缶。
【請求項２７】
前記第２の複数個の穴が前記底部から異なる距離を置いて前記壁に設けられている請求項２５記載の金属缶。
【請求項２８】
前記導管がパイプを含む請求項２５記載の金属缶。
【請求項２９】
実質的に円筒状の直立壁と；
実質的に平坦な下面と；
円形形状の底部を成型するような形状を有する上面と；
を含み、
前記上面は下面から所定の距離をおいて円筒状の直立壁を実質的に交差しかつ該所定距離がルツボの高さの約１／３未満である、円形形状の底部を有する形のシリカルツボの少なくとも一部分を成型するための黒鉛インサート。
【請求項３０】
上面が前記円筒状直立壁と交差する点における曲率半径を有する請求項２９記載の黒鉛インサート。
【請求項３１】
前記インサートの高さが約１０インチ未満である請求項３０記載の黒鉛インサート。
【請求項３２】
前記インサートの直径が約２０インチを超える請求項３１記載の黒鉛インサート。
【請求項３３】
溶融シリカルツボを製造するためのモールドであって、該モールドが：
実質的に円筒状の穴を形成する壁を有する金属容器と；
前記ルツボの下部分を形成するため前記容器に受容されるインサートと；
前記容器内に形成された複数個の雌螺子付き穴と；及び
複数個の実質的に円筒状の黒鉛プラグと；
を含み、
前記プラグの各々が対応する前記雌螺子付き穴の一つと螺合状態で係合するためその半径方向外面に形成された雄螺子を有していることを特徴とするモールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカルツボの分野に関し、より詳細には、該ルツボが製造されるモールド及びそれらを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業で用いられるシリコンウェーハは単結晶シリコンのインゴットから製造される。そのインゴットは一般的にはチョクラルスキー（ＣＺ）法を用いて製造される。このＣＺ法においては、結晶成長室に設けられたサセプター内に設置されたシリカガラスルツボに金属シリコンが装填される。該サセプターを包囲するヒーターが該装填されたシリコンが溶融するように加熱する。ついで、単結晶シリコンがシリコン溶融温度又はその近傍温度において当該溶融物（メルト）から引上げられる。
【０００３】
この目的のために用いられるルツボは円底で円筒状壁を有し、ＣＺ工程の間中はサセプターに支持される。このルツボは回転する黒鉛モールドを用いて製造される。この黒鉛モールドはその側壁及び底壁において該モールドの内部と連通する空気路を有している。該モールドが回転する間中、高品質シリカ粒子が該モールドの表面上に供給されそして既知の方法で形作られる。次いで、電極が該モールド内に下げられ、そして３００ＫＶＡから１２００ＫＶＡの範囲で電力が供給され、このようにしてプラズマガスのボールを形成する。このように生成された熱はＣＺ工程とともに使用するのに好適なルツボの形状に当該シリカを溶融する。
【０００４】
このようなルツボを製造するために用いられる黒鉛製モールド又はインサートは、産業界において缶として知られる金属容器に収納される。該インサートは、円筒形状で該缶内に収納されるサイズの円筒状外壁を有している。該黒鉛インサートは、該ルツボの下端部を形作るための丸い下部部分を有するモールド凹部及び直立するルツボ壁を形作るための円筒状の内壁面を含んでいる。上記した空気路は該モールド凹部の面に連通している。
【０００５】
該黒鉛インサートの製作は複雑でかつ高価である。該黒鉛インサートはスラリーから作製されるが、該スラリーは、純化され、熱処理され、アイソスタティックプレスで円筒状ブランクに形作られるものである。いくつかのルツボについては、該ブランクは３６インチの直径を有する必要がある。より大きな黒鉛モールドのいくつかに対して必要とされる高さはプレス装置の能力によって制限される。そのように形成された黒鉛ブランクはついで機械加工されて該ルツボが形成される凹部並びに空気路が形作られる。
【０００６】
一方、黒鉛はルツボモールドに使用される望ましい材質である。なぜならば、それはルツボを作製するために必要な形状に比較的簡単に形作られるからである。そして、黒鉛は溶融工程に於いてプラズマガス及びシリカによって発生する熱に耐えるいくつかの材料よりも一層適したものである。他方、黒鉛は金属よりもより迅速に磨耗しそして磨り減るので定期的に置換する必要がある。けれども、金属はルツボを形成するに必要な形状に形作るのが非常に難しい。今日まで知られているベストの方法は容易に機械加工された黒鉛を使用することであるが、けれどもその高速度の摩滅に起因してしばしば置換する必要があることを受け入れることとなる。
【０００７】
金属と比較して黒鉛のもう一つの欠点は黒鉛は金属よりも冷却に長時間を要するということである。このことはルツボの生産速度を低下させそして生産コストを増大させることとなる。黒鉛モールドの外部と缶との間には空間が存在するために、その空間中の空気は絶縁体として作用して熱を保持し、つまり溶融が終了した後の冷却速度を低下させる。
【０００８】
最後に、ルツボの溶融はシリカの放射状の最内層から放射状の最外層へ進行する。該最内層が溶融する前に、真空ポンプによって気体が該シリカを介して黒鉛モールドの空気路内に吸引される。一旦該最内層が溶融すると、該真空ポンプは該形作られたシリカの最上端部の周辺部の周りを介してのみ空気を吸引する。これによって、溶融したルツボ表面とモールド凹部の表面との間のシリカ粒子層に強烈な空気流が発生する。その空気流は該シリカの最上面から該モールドの側部及び底部に形成された空気路に流れる。
【０００９】
この流れは上述したように気体を除去しかつ気泡を防ぐために必要であるが、またその流れは該黒鉛モールドに多大な摩滅を発生させる。そのような摩滅は該モールドの上端周辺部に発生する。さらに、該モールドにおける空気路の穴に気体が流下することの結果として該モールドの表面には溝が形成する。これらの溝は、該黒鉛モールドの側壁に形成された穴から上方に延びる垂直溝を形成する。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の請求項１に係るモールドは、
実質的に円筒状の側壁を有する溶融シリカルツボを製造するためのモールドであって、該モールドが、
実質的に円筒状の側壁を形成するように構成されかつ配置された内部穴を有する円筒状缶と；
該ルツボの下部部分を形成するように取り付けられた上面を有しかつ前記缶内に受容された黒鉛インサートと；
前記インサートの下端部と前記缶の底部との間に形成されたプレナムと；
前記缶の周辺部の周りに形成されかつ前記プレナムと連通する第１の複数個の穴と；
前記缶の周辺部の周りに形成されかつ前記インサートの上方で該缶の内部と連通する第２の複数個の穴と；
前記上面と前記プレナムの間で前記インサート内に形成された複数個の穴と；
第１の穴の少なくとも幾つかのそれぞれと第２の穴とを結合し、それによって前記インサートの上方で前記プレナムと前記缶の内部との間との連通を行う導管と；及び
前記インサートと前記缶の間でそれぞれの周辺部の周囲に形成されたシール手段とを有する。
【００１１】
本発明の請求項２に係るモールドは、
実質的に円筒状の側壁を有する溶融シリカルツボを製造するための回転可能なモールドであって、該モールドが、実質的に円筒状の穴を形成する壁を有する金属容器と；及び
前記容器の下部に受容されるインサートとを有し、
前記インサートは前記ルツボの下部を形成し、かつ前記容器の壁が前記ルツボの上部を形成する。
【００１２】
本発明の請求項３に係るモールドは、請求項２に係るモールドにおいて、前記インサートが黒鉛である。
【００１３】
本発明の請求項４に係るモールドは、請求項２に係るモールドにおいて、
前記ルツボが溶融中に前記シリカを介して吸引されるガスを有し、かつ前記モールドがさらに：
前記黒鉛インサートの複数個の穴と；及び
前記金属容器の複数個の穴とを有し、
前記黒鉛インサートの穴の少なくともいくつかのそれぞれの一端部が前記インサートの上面と連通し、かつ他端部が真空ポンプと連通するように設けられ、そして
前記金属容器の穴の少なくともいくつかのそれぞれの一端部が前記穴の壁と連通し、かつ他端部が前記真空ポンプと連通するように設けられている。
【００１４】
本発明の請求項５に係る回転可能なモールドは、請求項４に係るモールドにおいて、前記容器がさらに前記黒鉛インサートの穴と連通するプレナムを含む。
【００１５】
本発明の請求項６に係る回転可能なモールドは、請求項５に係る回転可能なモールドであって、前記モールドがさらに前記プレナムと連通し、かつ前記金属容器の穴と連通する複数個のパイプを含む。
【００１６】
本発明の請求項７に係る回転可能なモールドは、請求項６に係る回転可能なモールドであって、前記真空ポンプが溶融シリカルツボの作製中に前記プレナムに真空状態を形成し、かつ前記インサート及び容器の穴が前記モールドに受容されたシリカを介し、該穴を経由して前記ガスを吸引するように設けられている。
【００１７】
本発明の請求項８に係る回転可能なモールドは、請求項７に係る回転可能なモールドであって、
前記金属容器がさらにルツボの溶融中に前記モールドを冷却するための液体用の容器に接続するように設けられたフランジを含む。
【００１８】
本発明の請求項９に係る回転可能なモールドは、請求項８に係る回転可能なモールドであって、前記インサートの穴が実質的に垂直方向に向けられている。
【００１９】
本発明の請求項１０に係る回転可能なモールドは、請求項９に係る回転可能なモールドであって、前記金属容器の穴が実質的に水平方向に向けられている。
【００２０】
本発明の請求項１１に係るモールドは、ルツボの実質的に円筒状の上部壁を形成するように形作られた金属部分と；及び
前記ルツボの下部部分を形成するように形作られた黒鉛部分とを含む溶融シリカルツボを製造するための回転可能なモールドである。
【００２１】
本発明の請求項１２に係るモールドは、請求項１１に係るモールドにおいて、前記金属部分が実質的に円筒状の缶を含みかつ前記黒鉛部分が該缶の下部に受容されたインサートを含む。
【００２２】
本発明の請求項１３に係るモールドは、請求項１１に係るモールドにおいて、前記缶及び黒鉛に形成された複数個の穴をさらに含み、該穴は前記ルツボの溶融中にシリカを介してガスを吸引するように構成されかつ配置されている。
【００２３】
本発明の請求項１４に係るモールドは、請求項１３に係るモールドにおいて、前記ルツボの溶融中に前記缶の穴を介してガスを吸引するために前記缶の外部に連結された複数個の導管をさらに含む。
【００２４】
本発明の請求項１５に係るモールドは、請求項１４に係るモールドにおいて、各導管の一端部が缶の穴に連通しかつ他端部が前記インサートの下方で前記缶に形成されたプレナムと連通する。
【００２５】
本発明の請求項１６に係るモールドは、請求項１１に係るモールドにおいて、前記金属部分及び前記黒鉛部分の間に形成された密封手段をさらに含む。
【００２６】
本発明の請求項１７に係る溶融シリカルツボを製造するための方法は、
黒鉛基体を実質的に円筒状の穴を有する金属缶に挿入すること；
前記缶を回転すること；
前記黒鉛インサートの頂上部及び前記缶の側部にシリカを供給すること；及び
前記シリカを前記インサート及び前記缶によって形成された形状に溶融すること；
を含む。
【００２７】
本発明の請求項１８に係る方法は、請求項１７に係る方法において、溶融中に前記缶に形成された穴に前記シリカを介してガスを吸引することをさらに含む。
【００２８】
本発明の請求項１９に係る方法は、請求項１７に係る方法において、溶融中に黒鉛基体に形成された穴に前記シリカを介してガスを吸引することをさらに含む。
【００２９】
本発明の請求項２０に係る方法は、請求項１７に係る方法において、前記黒鉛基体の底部と前記缶の底部の間に空間を形成することをさらに含む。
【００３０】
本発明の請求項２１に係る方法は、請求項２０記載の方法において、前記溶融中に前記シリカと前記空間の間で前記基体に形成された穴を介してガスを吸引することをさらに含む。
【００３１】
本発明の請求項２２に係る方法は、請求項２０に係る方法において、溶融中に前記缶の側壁に形成された穴を介してガスを吸引することをさらに含む。
【００３２】
本発明の請求項２３に係る方法は、請求項２２に係る方法において、溶融中に前記缶の側壁に形成された穴を介してガスを吸引することが前記缶の穴と前記空間を連結する導管中にガスを吸引することを含む。
【００３３】
本発明の請求項２４に係る方法は、請求項２３に係る方法において、前記穴を介して吸引することが溶融中に前記空間に真空を適用することを含む。
【００３４】
本発明の請求項２５に係る溶融中にシリカルツボの少なくとも一部を成型するための金属缶は、
実質的に円筒状の直立壁と；
前記壁にその周辺部で接続する実質的に平坦な底部と；
前記底部に隣接する前記壁の周辺部に形成された第１の複数個の穴と；
前記第１の複数個の穴の上方で前記壁に形成された第２の複数個の穴；及び
前記第１の複数個の穴の一つに接続する一端部及び前記第２の複数個の穴の一つに接続ずる他端部をそれぞれが有する複数個の導管と；
を含む。
【００３５】
本発明の請求項２６に係る金属缶は、請求項２５に係る金属缶において、前記缶の底部に形成された開口部をさらに含む。
【００３６】
本発明の請求項２７に係る金属缶は、請求項２５に係る金属缶において、前記第２の複数個の穴が前記底部から異なる距離を置いて前記壁に設けられている。
【００３７】
本発明の請求項２８に係る金属缶は、請求項２５に係る金属缶において、前記導管がパイプを含む。
【００３８】
本発明の請求項２９に係る円形形状の底部を有する形のシリカルツボの少なくとも一部分を成型するための黒鉛インサートは、
実質的に円筒状の直立壁と；
実質的に平坦な下面と；
円形形状の底部を成型するような形状を有する上面と；
を含み、
前記上面は下面から所定の距離をおいて円筒状の直立壁を実質的に交差しかつ該所定距離がルツボの高さの約１／３未満である。
【００３９】
本発明の請求項３０に係る黒鉛インサートは、請求項２９に係る黒鉛インサートにおいて、上面が前記円筒状直立壁と交差する点における曲率半径を有する。
【００４０】
本発明の請求項３１に係る黒鉛インサートは、請求項３０に係る黒鉛インサートにおいて、前記インサートの高さが約１０インチ未満である。
【００４１】
本発明の請求項３２に係る黒鉛インサートは、請求項３１に係る黒鉛インサートにおいて、前記インサートの直径が約２０インチを超える。
【００４２】
本発明の請求項３３に係るモールドは、溶融シリカルツボを製造するためのモールドであって、該モールドが：
実質的に円筒状の穴を形成する壁を有する金属容器と；
前記ルツボの下部分を形成するため前記容器に受容されるインサートとで；
前記容器内に形成された複数個の雌螺子付き穴と；及び
複数個の実質的に円筒状の黒鉛プラグと；
を含み、
前記プラグの各々が対応する前記雌螺子付き穴の一つと螺合状態で係合するためその半径方向外面に形成された雄螺子を有している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】シリカルツボの製造中における従来技術のモールドの概略断面図である。
【図２】本発明の原理によるモールドの斜視断面図である。
【図３】図２のモールドの立面図である。
【図４】図３の一部の拡大部分断面図である。
【図５】内部に形成されたシリカ層を有する図２のモールドの僅かに拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１において、符号１０は、本発明によるシリカルツボを溶融するための従来技術のシステムを概略的に示す。このシステムは内部モールド面を有するモールド１２を含む。モールド１２は円筒状缶１３内に収納されている。缶１３の底部に設けられたスタッド１１ａ，１１ｂは該缶内にモールド１２を支持しかつ配置する。モールド面１４は実質的に円筒状の垂直壁１６に形成されている。図１のモールドにおいて、壁１６は約６２０ｍｍの直径を有する円筒状凹部を形成するが、本発明はより小径及びより大径の双方のモールドに対して共に良好に適用可能なものである。Ｏ−リング１７ａ，１７ｂは缶１３とモールド１４のそれぞれの周縁部においてガスシール性を付与する。
【００４５】
空気路１８，２０のような複数個の空気路は内部モールド面１４と連通している。それぞれの空気路は開口部２２，２４のような円形開口部をモールド面１４に形成する。通路２０のような空気路のおのおのはプラグ２６のような多孔質黒鉛プラグを有している。該プラグは該モールド凹部から該空気路にシリカが吸い込まれるのを防ぐものである。通路１８，２０のような空気路はマニホールド２８，３０とそれぞれ連通している。
【００４６】
空気路１８，２０はモールド１２の壁の周囲の空気路のサークルの一部を構成する。空気路の追加的なサークルは通路１８，２０を含むサークルの上方に形成される。通路３２，３４のような追加的な空気路はモールド１２の底部に形成される。他の空気路と同様に、各空気路はプラグ２６のようなプラグを有している。該プラグは気体に対する通気性を有しているが、シリカ粒子を阻止する。空気路３２，３４はまた追加的な空気路とともにサークル（モールド１２の上面から見た場合）内に含まれる。該追加的な空気路は通路３４，３４を有するサークルから放射状に外方の一つのサークルにかつ図示されるように放射状に内方の複数のサークルに含まれている。
【００４７】
モールド１２の底部と連通する通路３２，３４のような空気路はまたモールド１２の下面と缶１３の底部３８との間に形成されたマニホールド３６と連通している。マニホールド２８，３０はまたマニホールド３６と連通している。
【００４８】
缶１３はまた缶底３８に形成された穴４２と連通するパイプ４０を含む。結果として、マニホールド２８，３０，３８は全てパイプ４０の内部と連通している。缶１３の説明はこれで終わりとなるが、フランジ４４が該缶の上部周縁部の周りに延びている。該フランジは缶１３を従来のウオータジャケット（図示せず）に接続するために使用される。水は該ジャケットを介して流れそして缶１３に達する。これにより溶融中にモールド１２及び缶１３の温度が高くなりすぎるのが防止される。
【００４９】
該ウオータージャケットは水で満たされて回転可能な台（図示せず）の上に設置される。作業中は、モールド１２は図示したように缶１３内に位置する。缶１３は次いで水が循環しているウオータージャケット内に降ろされる。パイプ４０はウオータージャケットでシールされそしてそこから延出する。該パイプは真空ポンプ（図面には見えていない）に接続されている。該ポンプはモールド凹部から空気路、マニホールドを介して、かつ究極的には穴４０及びシステム１０の外部を通して空気を吸引するように配置されている。このポンプは典型的には１時間当たり約８０〜３５０立方メートルの容量を有しているが、本発明では通路、穴、マニホールド、バルブ及びモールド面１４と該ポンプの間に配置される他の構造物に依存して上記容量の範囲外でポンプを作動させることもできる。
【００５０】
缶１３を支持する台（図示せず）はモータ（図示せず）によって垂直軸４６の周りを回転可能とされている。従来の電極４８，５０の一組は約３００ＫＶＡ〜１２００ＫＶＡの選択可能な範囲で該電極に電力を供給することができる従来のＤＣ電力供給手段５２に接続されている。十分な電力が電極４８，５０に供給されると、極めて熱いプラズマガスボール５４が該電極の周りに生じる。
【００５１】
モールド１２はルツボの形に形作られたシリカの層５６を有している。層５６はモールド面１４を見せるために部分的に破断されている。層５６の放射状の内面５７はシリカが溶融する際にルツボの放射状の内面を形成する。
【００５２】
システム１０の動作を一般的に説明すると、モールド１２が軸４６の回りを回転する際に、天然シリカ粒子をモールド１２内に配置する。本願明細書において、用語「シリカ」は、天然又は合成シリカ、アモルファス又は結晶シリカ、何らかのドーパントによってドープされたシリカ、又は粒子状物質からルツボが焼結され又は溶融されるところのその粒子状物質を指称するものである。モールド内部の凹部に対して粒子を維持するモールド回転によって生じた遠心力を用いて既知の方法で当該粒子はモールド内に配置される。また既知の方法においては、電極４８，５０が該モールド凹部に降ろされる前に、該粒子は、図示したように、ルツボの形状に形作られる。全ての粒子が該モールド内に受け入れられかつ図１に示した形状に形作られると、電極４８，５０が図１に示したように位置し、電力が供給され、かつポンプ（図示せず）が始動する。層５６の最内層５７における該粒子が溶融を始める温度までプラズマガスが該粒子を加熱すると、溶融前線が発生しそして時間の経過とともに該ルツボの最内層からモールド面１４の近傍まで進行し、そこで該溶融前線は飽和する。
【００５３】
溶融が層５６の放射状内面５７で開始する寸前に、真空ポンプは雰囲気空気を、穴１８，２０，３２のようなモールド穴に；マニホールド２８，３０，３６に；パイプ４０に；そしてそれらから、一般的には濾過システムを介して大気中に排出される。本願明細書で使用されるように、用語「ガス」はこの雰囲気空気及び溶融するシリカから放出されるガスを指称する。
【００５４】
層５６の放射状内面５７の異なる場所において溶融が開始すると、該雰囲気空気とマニホールドにおける圧力との間の圧力低下の増大が始まる。溶融が継続すると、放射状内面５７は最終的には完全に溶融し、そして当該シリカを介して吸引されるガスは層５６の上部面５８に吸引されるガスに制限される。溶融がさらに継続すると、このガスの流れはモールド面１４に対して存在する未溶融シリカの縮小する層に徐々に限定される。結果として、ガスの大きな量は層５６の溶融部分とモールドの面１４との間を流れるように制限される。この流れはモールド１２の表面を侵食する。例えば、上部面５８とモールド面１４との間のモールドの肩部６０を越える流れは図示したように肩部６０を侵食する。該肩部の断面部分６２は図１に示されている。
【００５５】
追加的な侵食部位は各穴の上方に侵食形成された溝内に発生する。図面における明瞭性を維持するために、そのような溝の一つを溝６４として図示した。これらの溝はまたモールド面１４に対して存在する未溶融シリカの減少する層の徐々に限定されるガス流路からの結果である。大きなガス量及び早い流速は肩部６０及び溝６４を侵食すること、本質的にはサンドブラストによる侵食の効果である。
【００５６】
図２−図４において、符号６６は本発明によって作製されたモールドを全体的に示すものである。モールド６６は円筒状缶６８（これは本願明細書において金属容器とも呼ばれる）、及び黒鉛インサート７０（これは本願明細書において黒鉛ベースとも呼ばれる）を有している。スタッド７１ａ，７１ｂはインサート７０を缶６８内に支持しかつ位置せしめる。該缶はスチール、好ましくは耐熱性かつ耐蝕性スチールから作製される。ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６のようなＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金が缶６８を作製するのに好適である。該缶は形成された開口部７４を有する底部７２を含む。底部７２は開口部７４を覆うように設けられたパイプ７５に接続している。フランジ７６は該缶の上部の周辺部の周りに延出している。該缶は内部穴８０を形成する円筒状壁７８を含む。缶６８は従来のウオータージャケット（該缶を示すために図示されていない）内に受容可能とされている。該ウオータージャケットは回転可能な基台（図示せず）に載置されている。該缶、該インサート、及び該ウオータージャケットが、該缶及びインサートが図２に示されるように、組み立てられると、それらは軸８１の周りを回転可能となる。従来技術におけると同様に、真空ポンプ（図示せず）は空気をパイプ７５で下方に吸引する。
【００５７】
パイプ８２，８４，８６のようなパイプはそれぞれが、パイプ８２の下端部において穴８８のような第１の複数個の穴、及びパイプ８２の上端部において穴９０及び穴９２，９４のような第２の複数個の穴で壁７８に連結している。該パイプはまた本願明細書においては導管とも呼ばれる。部材９６（図４に最もよく示される）は穴９０内に受容されかつ雌螺子部付き穴９８を含む。多孔質の黒鉛プラグ１００は全体的に円筒形状でありかつ放射状外面に形成された雄螺子部１０２を含む。雄螺子部１０２は雌螺子部付き穴９８に螺合する。缶６８に形成された穴９２，９４のような他の穴のそれぞれはプラグ１００のような同様の多孔質黒鉛プラグを含む。プラグ１００は部材９６に螺合して係合する場合が示されているが、本発明においてはプラグを該部材又は該缶穴に押圧係合するように構成することもできる。
【００５８】
該黒鉛インサート７０についていえば、該インサートは実質的に円筒状の垂直壁１０２及び実質的に平坦な下面１０４を含む。プレナム１０６（本願明細書ではスペースとも呼ぶ）は缶６８の底部７２とインサート７０の面１０４との間に形成されている。該インサートは曲面化された上面１０８を有し、該上面は、すぐ見られるように、モールド６６に形成されるルツボの対応する下面を形作るような形状を有している。
【００５９】
穴１１０，１１２のような複数個の穴は、上面１０８と下面１０４との間に延出している。該穴のそれぞれは該穴に押圧装着されるプラグ１１４のような多孔質黒鉛プラグを含む。一対の環状溝１１６，１１８はインサート７０の周囲に形成されておりかつ該インサート及び缶６８の間を密封するため、Ｏ−リング１２０，１２２をそれぞれ受容している。
【００６０】
本発明の実施形態においては、黒鉛インサート７０は直径が略２４インチでありかつ外面直径が６１０ｍｍのルツボを作製するように設計されている。面１０８は二つの異なった曲率半径を有している。面１０８の中央部分の第１の曲率半径は部分的球面である。面１０８の周辺部の第２の曲率半径は部分的なトーラスである。後者の曲率半径は面１０８と壁１０２の交差点まで延びている。壁１０２における該インサートは高さ約９．４インチである。これらの単位は本発明の実施の形態についての例示であり；本発明は該インサートを用いて実施可能でありかつ多くの異なるサイズ及び割合に形成可能である。
【００６１】
図５において、どのように本発明の実施の形態がルツボを作製するために用いられるかについて説明する。既に符号が付された構成については図５において同一の符号が使用される。いままでの図面におけると同様に、缶６８が受容される従来のウオータージャケットは本発明の実施の形態を示すために図示されていない。
【００６２】
まず、該構成要素は図２−図４に示したように組み立てられる。次に、該組み立てられた構造は軸８１の周りを回転せしめられ、そして高品質シリカ粒子がモールド６６内に投入されかつ従来の手法で層１２４に形作られる（図５において）。該粒子がルツボに必要とされる形に形作られた後、真空ポンプ（図示せず）がパイプ７５に真空を適用し、電力供給手段５２がプラズマガスボール５４を発生させるために起動させられる。いずれにしても、シリカ粒子の溶融が粒子層１２４の放射状内面１２６において最初に始まる。
【００６３】
略同時に、雰囲気ガスは、層１２４を介し；プラグ１１４のようなインサート７０内の多孔質黒鉛プラグを介し；穴１１０，１１２のような穴を介し、プレナム１０６内に；パイプ７５内に；そしてそこから一般的には空気濾過システム（図示せず）を介して大気中に吸引される。
【００６４】
雰囲気ガスがそのように吸引され始めると同時に、雰囲気ガスはまた層１２４を介し；部材９６のプラグ１００のような部材中の多孔質黒鉛プラグを介し；パイプ８２，８４、８６のようなパイプを介し、プレナム１０６内に；パイプ７５内に；そしてそこから一般的には空気濾過システムを介して大気中に吸引される。
【００６５】
溶融が進むと、最終的に全面１２６が溶融し、溶融前線は面１２６から缶の穴８０に向かって進行する。該面がそのように溶融した後、該雰囲気ガスがその上面１２８のみを介して層１２４に侵入することができる。流れは該粒子を下って穴９０，９２，９４のような缶６８の穴内に並びに穴１１０、１１２のような黒鉛インサート７０の穴内に入る。面１２６が溶融した後でも、缶６８の放射状内壁と溶融した面１２６との間に実質的な流速が存在することを認めることができる。このことは、しかしながら、該缶において過度の侵食を発生することはない。なぜならば、該缶がスチールだからである。その流れが黒鉛インサート７０の放射状外部に到達すると、該流れの速度は該インサートの上方における流速よりも減速させられる。結果として、該インサートは最も早い流れからは保護されかつそれゆえ最も侵食性のあるガス流から保護される。
【００６６】
従来技術におけると同様に、該缶の穴及び該インサートの穴の両者において黒鉛プラグはシリカが真空システム中に吸引されることのないようにするためのフィルターとして作用する。螺合されたシリカプラグは当該二つのプラグ間の螺合結合の結果としてそれぞれの部材中に実質的に固定される。
【００６７】
該黒鉛インサートにおける穴及び該缶における穴のそれぞれについて対応するパイプとともにその位置決めを行うことによって、該シリカ粒子を介する流れは、図１に示したように、従来技術のモールド対応するもの（そこでは全ての穴がフルサイズの黒鉛インサートにおいて形成されている）を含めていかなる態様であっても設計可能である。
【００６８】
本発明の原理をその好適な実施形態において説明し示してきたが、本発明は、かかる原理から逸脱しない限り、配置及び細部において変更することができることが明らかであろう。全ての変更及び変形は添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００６９】
１０：シリカルツボを溶融するための従来技術のシステム、１１ａ，１１ｂ：スタッド、１２：モールド、１３：円筒状缶、１４：モールド面、１６：垂直壁、１７ａ，１７ｂ：O-リング、１８，２０：空気路、１８，２０，３２：穴、２０：通路、２２，２４：開口部、２６：プラグ、２８，３０，３６：マニホールド、３２，３４：通路、３８：底部、４０：パイプ、４２：穴、４４：フランジ、４６：垂直軸、４８，５０：電極、５２：電力供給手段、５４：プラズマガスボール、５６：層、５７：内面、５８：上部面、６０：肩部、６２：肩部の断面部分、６４：溝、６６：本発明のモールド、６８     円筒状缶、７０：黒鉛インサート、７１ａ，７１ｂ：スタッド、７２：底部、７４：開口部、７５：パイプ、７６：フランジ、７８：円筒状壁、８０：内部穴、８１：軸、８２、８４，８６：パイプ、８８、９０，９２，９４、９８：穴、９６：部材、１００：黒鉛プラグ、１０２：雄螺子部、１０２：垂直壁、１０４：下面、１０６：プレナム、１０８：上面、１１０，１１２：穴、１１４：プラグ
１１６，１１８：環状溝、１２０，１２２：O-リング、１２４：粒子層、１２６：放射状内面、１２８：上面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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