(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のマス孔が等間隔の間隙を有し円環形状に連なって穿設されたマス板を回転させて、このマス板の下方に設けられた仕切板に前記マス孔に対向して穿設された供給孔から前記マス孔に収納された天然石英ガラス原料を供給する定量供給装置を有し、この定量供給装置を介して、一定量づつ供給された天然石英ガラス原料を加熱手段によって加熱、溶融し、炉体内に設けられたターゲットに石英ガラスを堆積させる石英ガラスの製造装置において、前記マス板は、等間隔の間隙を有し、複数個のマス孔を連ねて円環形状に穿設された第１のマス孔列と、前記間隙に対向して穿設されその一部が径方向から見て前記第１のマス孔列の隣接する２個のマス孔に重なるように設けられた複数個のマス孔からなり、かつ、このマス孔が第１のマス孔列に沿って円環形状に連なって形成された第２のマス孔列とを有することを特徴とする石英ガラスの製造装置。
【請求項２】
上記第１のマス孔列および第２のマス孔列を形成するマス孔は、長孔であることを特徴とする請求項１に記載の石英ガラスの製造装置。
【請求項３】
上記第１の長孔列を形成する長孔は、第２の長孔列を形成する長孔よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の石英ガラスの製造装置。
【請求項４】
上記第１のマス孔列を形成するマス孔と第２のマス孔列を形成するマス孔とが重なり合う長さは、前記第１のマス孔列を形成するマス孔の長さの１／７〜１／２．５であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の石英ガラスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石英ガラスの製造装置に係わり、特に原料の定量供給装置を改良した石英ガラスの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高純度で耐熱性に優れているため、多くの石英ガラス部材が半導体産業等において使用されている。この石英ガラス部材に用いられる石英ガラスの製造方法には、天然水晶、珪石または珪砂を原料とする製造方法と、四塩化珪素を高温の酸水素火炎中で加水分解して製造する等の合成石英ガラスの製造方法とがある。
【０００３】
前者の天然石英ガラス原料を用いる石英ガラスの製造方法は、原料タンクに収納された原料粉を、原料タンクの下方に設けられた定量供給装置に供給し、この定量供給装置により一定量づつ供給された原料粉を加熱手段により加熱、溶融して炉内に設けられたターゲット上に堆積させるものである。
【０００４】
図６に示すように、従来の定量供給装置３１は、円板形状のマス板３２の外周に沿って複数個の長孔形状のマス孔３３をその短手方向に間隙を設けて円環形状に穿設し、このマス板３２の下方に設けられた仕切板３４にマス孔３３に対向して穿設された供給孔３５からマス孔３３に収納された原料粉を一定量づつ供給し加熱手段によって加熱、溶融し、炉体内に設けられたターゲットに石英ガラスを堆積させている。
【０００５】
しかしながら、原料粉は継続的、安定的に定量供給されているように見えるが、図５（ａ）に示すように、瞬間的には原料粉は間歇的に送られるため脈動しており、この脈動により瞬間的に原料粉が１ヶ所に集中して供給されることになり、溶融しきれず気泡となることがあり問題になっている。
【０００６】
また、上記マス板および仕切板はいずれもテフロン製であり、これらが天然石英ガラス原料によって摩耗し、溶融堆積させる石英ガラスを汚染してしまう危険性が高かった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、原料粉供給の脈動を抑制できて、気泡の発生大幅に低減することができ、純度の高い石英ガラスを製造できる石英ガラスの製造装置が要望されていた。
【０００８】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、原料粉供給の脈動を抑制できて、気泡の発生大幅に低減することができ、純度の高い石英ガラスを製造することができる石英ガラスの製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、複数個のマス孔が等間隔の間隙を有し円環形状に連なって穿設されたマス板を回転させて、このマス板の下方に設けられた仕切板に前記マス孔に対向して穿設された供給孔から前記マス孔に収納された天然石英ガラス原料を供給する定量供給装置を有し、この定量供給装置を介して、一定量づつ供給された天然石英ガラス原料を加熱手段によって加熱、溶融し、炉体内に設けられたターゲットに石英ガラスを堆積させる石英ガラスの製造装置において、前記マス板は、等間隔の間隙を有し、複数個のマス孔を連ねて円環形状に穿設された第１のマス孔列と、前記間隙に対向して穿設されその一部が径方向から見て前記第１のマス孔列の隣接する２個のマス孔に重なるように設けられた複数個のマス孔からなり、かつ、このマス孔が第１のマス孔列に沿って円環形状に連なって形成された第２のマス孔列とを有することを特徴とする石英ガラスの製造装置であることを要旨としている。
【００１０】
本願請求項２の発明では、上記第１のマス孔列および第２のマス孔列を形成するマス孔は、長孔であることを特徴とする請求項１に記載の石英ガラスの製造装置であることを要旨としている。
【００１１】
本願請求項３の発明では、上記第１の長孔列を形成する長孔は、第２の長孔列を形成する長孔よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の石英ガラスの製造装置であることを要旨としている。
【００１２】
本願請求項４の発明では、上記第１のマス孔列を形成するマス孔と第２のマス孔列を形成するマス孔とが重なり合う長さは、前記第１のマス孔列を形成するマス孔の長さの１／７〜１／２．５であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の石英ガラスの製造装置であることを要旨としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる石英ガラスの製造装置について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係わる石英ガラスの製造装置の概念図であり、本石英ガラスの製造装置は酸水素火炎溶融法に用いられる。
【００１５】
石英ガラスの製造装置１は、天然石英ガラス原料（粉）、例えば水晶粉が収納される原料タンク２と、この原料タンク２の下方に設けられ原料粉を定量供給する定量供給装置３と、この定量供給装置３の下方に設けられ原料粉を加熱、溶融する加熱手段、例えば酸水素のバーナ４と、このバーナ４の下方に設けられた炉（ベルヌーイ炉）５と、この炉５内に配置されたターゲット６を有している。
【００１６】
図２に示すように、定量供給装置３は、円筒密閉形状のケーシング１１と、このケーシング１１に内装され駆動モータ（図示せず）によって回転される円板形状のマス板１２と、このマス板１２と共に計量マスを形成し、マス板１２が摺動自在に回転するように接触した状態を保って配置された仕切板１３とを有している。
【００１７】
また、図３に示すように、マス板１２は、このマス板１２の回転中心Ｃを中心とする円Ｒ、すなわち円板の外円周に沿って等間隔の間隙ｇを有して円環形状に穿設された複数個のマス孔をなす、例えば、長孔１５が長手方向に連なって形成された第１の長孔列１５Ｌを有している。なお、マス板は円形であるのが好ましいが、必ずしもこれに限定されることはなく多角形等であってもよいが、第１の長孔列はマス板の回転中心を中心とする円上に円環形状に穿設されることが必要である。
【００１８】
さらに、マス板１２には第１の長孔列１５Ｌの隣接する２個の長孔１５間の間隙ｇに対向してマス孔をなす、例えば、長孔１６が穿設されており、また、その一部１６ｐが径方向から見て２個の長孔１５に重なるように設けられており、この長孔１６が第１の長孔列に沿って長手方向に円環形状に連なって形成された第２の長孔列１６Ｌを形成している。
【００１９】
また、図３に示すように、第１の長孔列１５Ｌを形成する長孔１５は、第２の長孔列１６Ｌを形成する長孔１６よりも大きく形成されており、さらに、長孔１５と長孔１６とが重なり合う長さＬｐは、長孔１５の長さＬ１５の１／７〜１／２．５になっている。１／７より小さいと実質的には、図７に示すような構造のマス板５２と同一になってしまい間歇的供給を十分に解消できず原料粉の脈動を抑制することができない。また、１／２．５よりも大きいと第２の長孔列は実質的に連続した状態になり、原料供給量は増加するが、間隙の影響を受け間歇的供給を十分に解消できず原料粉の脈動を抑制することができない。
【００２０】
さらに、図２に示すように、仕切板１３は長孔５および長孔１６を適宜開閉するもので、仕切板１３には第１の長孔列１５Ｌおよび第２の長孔列１６Ｌに対向する位置に供給孔１７が穿設されており、回転するマス板１２に穿設された長孔１５および長孔１６が供給孔１７の位置に達すると、原料タンク２に連なる供給管１８から供給され長孔１５および長孔１６に収納されている原料粉が供給孔１７からバーナ側供給管１９に供給されるようになっている。供給管１８はマス板１２の回転を妨げない程度にマス板１２に近接して設けられており、原料粉がほとんど供給管１８外に飛散しないようになっている。
【００２１】
マス板１２および仕切板１３の材質は、原料粉によって摩耗し透明石英ガラスを汚染する影響が考えられるため、製品と同質の石英ガラスがより好ましいが、加工性、摺動円滑性を考慮して他の材料を用いてもよい。
【００２２】
次に本発明に係わる石英ガラスの製造装置を用いた石英ガラスの製造方法について説明する。
【００２３】
図１に示すような石英ガラスの製造装置１の原料タンク２に原料粉を収納し、ターゲット６を炉５内に配置し、しかる後、バーナ４に酸素および水素を送って燃焼させ、酸水素火炎によってバーナ４を加熱する。このバーナ４が加熱されたら回転モータを駆動して、マス板１２を回転させる。マス板１２が回転されると、原料タンク２の原料粉は供給管１８を介してマス板１２に穿設された長孔１５および長孔１６に供給され、さらに、マス板１２の回転に伴なって原料粉はスリ切られて長孔１５および長孔１６には一定量の原料粉が充填される。引続くマス板１２の回転により、長孔１５および長孔１６は、供給孔１７に達し、それらの底部が開放されて長孔１５および長孔１６に充填されている原料粉は落下し、バーナ側供給管１９を介してバーナ４に供給される。バーナ４に供給された原料粉はバーナ４に発生している酸水素火炎によって加熱、溶融され炉５内に配置されたターゲット６上に堆積して石英ガラス（塊）Ｑが製造される。なお、バーナ側供給管は、第１のマス列および第２のマス列いずれものマス孔が通過し得る内径を有し、かつ、そのような位置に配置される。
【００２４】
このような石英ガラスの製造工程において、図２および図３に示すように、マス板１２には、第１の長孔列１５Ｌをなすように等間隔の間隙を有して複数個の長孔１５が穿設され、さらに、長孔１６が隣接する２個の長孔１５間の間隙に対向して穿設され、その一部が径方向から見て２個の長孔１５に重なるように複数個設けられているので、長孔１５から落下する原料粉は間歇的になるが、隣接する２個の長孔１５間の間隙に対向して穿設された長孔１６からも長孔１５からの無供給時を補うように原料粉が落下するので、図５（ｃ）に示すように、原料粉の間歇的供給が解消され、原料粉の脈動もなくなる。
【００２５】
従って、原料粉の脈動により瞬間的に原料粉が１ヶ所に集中して供給されるようなことがなくなり、溶融しきれず気泡となることもなく、気泡の発生がない石英ガラスＱを製造することができる。
【００２６】
さらに、長孔１５は、長孔１６よりも大きく形成され、長孔１５が長孔１６と重なり合う長さは、長孔１５の長さの１／７〜１／２．５であるので、より一層原料粉の間歇的供給が解消され、原料粉供給の脈動がなくなり一定量の原料粉をバーナ４に供給することができる。また、このように長孔１５は、長孔１６よりも大きく形成され、大きな長孔１５の間隙に小さな長孔１６を形成し、重なり合う長さが、長孔１５の長さの１／７〜１／２．５であるので、透孔を連続して形成して原料粉を連続的に供給するのとは異なり、原料タンク２に収納されている原料の収納量によって供給量が変化することがなく、原料の収納量の変動にもかかわらず、常に一定の原料粉をバーナ４に供給することができる。
【００２７】
また原料粉が一定量、滑らかに供給されるのでバーナ４に過度の負担がかからず、バーナ４の寿命が向上する。
【００２８】
次に本発明に係わる石英ガラスの製造装置に用いられるマス板の変形例について説明する。
【００２９】
本変形例は、上述した実施形態に用いられるマス板がマス孔として長孔を円環形状に穿設するのに対して、円形のマス孔を円環形状に穿設するものである。
【００３０】
例えば、図４に示すように、マス板２１は、このマス板２１の回転中心Ｃを中心とする円Ｒ１、すなわち円板の外円周に沿って等間隔の間隙ｇ１を有して円環形状に穿設された複数個のマス孔をなす、例えば、円孔２２が長手方向に連なって形成された第１の円孔列２２Ｌを有している。
【００３１】
さらに、マス板２１には第１の円孔列２３Ｌの隣接する２個の円孔２３間の間隙ｇ１に対向してマス孔をなす、例えば、円孔２４が穿設されており、また、その一部２４ｐが径方向から見て２個の長孔２２に重なるように設けられており、この円孔２４が第１の円孔列２２Ｌに沿って長手方向に円環形状に連なって形成された第２の長孔列２４Ｌを形成している。
【００３２】
また、図４に示すように、第１の円孔列２２Ｌを形成する円孔２２は、第２の円孔列２４Ｌを形成する円孔２４よりも大きく形成されており、さらに、円孔２２と円孔２４とが重なり合うマス孔の長さＬｐ１は、円孔２２の直径Ｄ２２の１／７〜１／２．５になっている。１／７より小さいと実質的には、図７に示すような構造のマス板５２と同一になってしまい間歇的供給を十分に解消できず原料粉の脈動を抑制することができない。また、１／２．５よりも大きいと第２の円孔列は実質的に連続した状態になり、原料供給量は増加するが、間隙の影響を受け間歇的供給を十分に解消できず原料粉の脈動を抑制することができない。
【００３３】
上記のような構造を有するマス板２１を用いた石英ガラスの製造装置によっても、円孔２２から落下する原料粉は間歇的になるが、隣接する２個の円孔２２間の間隙に対向して穿設された円孔２４からも長孔２２からの無供給時を補うように原料粉が落下するので、図５（ｃ）に示すように、原料粉の間歇的供給が解消され、原料粉の脈動もなくなる。従って、原料粉の脈動により瞬間的に原料粉が１ヶ所に集中して供給されるようなことがなくなり、溶融しきれず気泡となることもなく、気泡の発生がない石英ガラスＱを製造することができる。
【００３４】
なお、本発明に用いられるマス板のマス孔は、上述した実施形態におけるように長孔あるいは円孔にするのが好ましいが、長方形や正方形などいかなる形状のものでもよい。
【００３５】
【実施例】
（実施例）：図１に示すような本発明に係わる石英ガラスの製造装置を用い、水素ガス２０Ｎｍ３／ｈ、酸素１０Ｎｍ３／ｈを供給しながら水晶粉を１．０ｋｇ／ｈ供給し、酸水素火炎のベルヌーイ法で溶融を行った。得られた石英ガラス塊の中央部付近を１ｃｍ３切出し、気泡の数を調査したところ、直径が１０μｍ未満の気泡が４個、１０μｍ以上の気泡の個数が２個確認され、気泡の発生が抑制されていることがわかった。
【００３６】
（比較例１）：上記実施例と同様な条件で図７に示すように、長孔形状のマス孔５３を円板形状のマス板５２の外円周に沿い、若干傾斜させてその長手方向に１列に連ね、かつ、その端部を径方向から見て一部重なるように円環形状に穿設した改良形のマス板５２を用い、酸水素火炎のベルヌーイ法で溶融を行い、同様の調査を行った。図５（ｂ）に示すような脈動となり、１０μｍ以上の気泡が２１個程度確認され、大粒の気泡が多数発生していることがわかった。
【００３７】
（比較例２）：上記実施例と同様な条件で図８に示すように、マス板の外円周に沿って等間隔の間隙を有して複数個の円形状のマス孔６３を円環形状に設け、かつ、マス孔６３の間隙ｇ０に対向して径方向から見て重ならないように穿設された複数個の円形状のマス孔６４を有するマス板６２を用い、酸水素火炎のベルヌーイ法で溶融を行い、同様の調査を行った。図５（ｂ）に示すような脈動となり、１０μｍ以上の気泡が２１個程度確認され、大粒の気泡が多数発生していることがわかった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係わる石英ガラスの製造装置によれば、原料粉供給の脈動を抑制できて、気泡の発生大幅に低減することができ、純度の高い石英ガラスを製造できる石英ガラスの製造装置を提供することができる。
【００３９】
すなわち、マス板は、等間隔の間隙を有し、複数個のマス孔を連ねて円環形状に穿設された第１のマス孔列と、上記間隙に対向して穿設されその一部が径方向から見て第１のマス孔列の隣接する２個のマス孔に重なるように設けられた複数個のマス孔からなり、かつ、このマス孔が第１のマス孔列に沿って円環形状に連なって形成された第２のマス孔列とを有するので、マス孔から落下する原料粉は間歇的になるが、隣接する２個のマス孔間の間隙に対向して穿設されたマス孔からも第１のマス孔からの無供給時を補うように原料粉が落下して、原料粉の間歇的供給が解消され、原料粉の脈動もなくなり、また、原料粉の脈動により瞬間的に原料粉が１ヶ所に集中して供給されるようなことがなくなり、溶融しきれず気泡となることもなく、気泡の発生がない石英ガラスを製造することができる。さらに、原料粉が一定量、滑らかに供給されるのでバーナに過度の負担がかからず、バーナの寿命が向上する。
【００４０】
また、第１のマス孔列および第２のマス孔列を形成するマス孔は、長孔であるので、原料粉の間歇的供給が解消され、原料粉の脈動もなくなる。
【００４１】
また、第１の長孔列を形成する長孔は、第２の長孔列を形成する長孔よりも大きく、あるいは、第１のマス孔列を形成するマス孔と第２のマス孔列を形成するマス孔とが重なり合う長さは、第１のマス孔列を形成するマス孔の長さの１／７〜１／２．５であるので、より一層原料粉の間歇的供給が解消され、原料粉供給の脈動がなくなり一定量の原料粉をバーナに供給することができる。さらに、透孔を連続して形成して原料粉を連続的に供給するのとは異なり、原料タンクに収納されている原料の収納量によって供給量が変化することがなく、原料の収納量の変動にも拘わらず、常に一定の原料粉をバーナに供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる石英ガラスの製造装置の概念図。
【図２】本発明に係わる石英ガラスの製造装置に用いられる定量供給装置の斜視図。
【図３】本発明に係わる石英ガラスの製造装置に用いられる定量供給装置のマス板の概念図。
【図４】本発明に係わる石英ガラスの製造装置に用いられる定量供給装置のマス板の変形例の概念図。
【図５】図５（ａ）は従来、図５（ｂ）は比較例、図５（ｃ）は本発明のマス板を用いたときの原料粉供給量変動の概念図。
【図６】従来の石英ガラスの製造装置に用いられる定量供給装置のマス板の概念図。
【図７】本発明に係わる石英ガラスの製造装置の実施例に用いた比較例１のマス板の概念図。
【図８】本発明に係わる石英ガラスの製造装置の実施例に用いた比較例２のマス板の概念図。
【符号の説明】
１  石英ガラスの製造装置
２  原料タンク
３  定量供給装置
４  バーナ
５  炉
６  ターゲット
１１  ケーシング
１２  マス板
１３  仕切板
１５  長孔
１５Ｌ  第１の長孔列
１６  長孔
１６ｐ  一部
１６Ｌ  第２の長孔列
１７  供給孔
１８  供給管
１９  バーナ側供給管
Ｑ  石英ガラス（塊）
【図１】
0003748047.tif 000002
【図２】
0003748047.tif 000003
【図３】
0003748047.tif 000004
【図４】
0003748047.tif 000005
【図５】
0003748047.tif 000006
【図６】
0003748047.tif 000007
【図７】
0003748047.tif 000008
【図８】
0003748047.tif 000009