DE69227521T3

DE69227521T3 - Verfahren für die Herstellung einer Quartzglasscheibe mit grosser Abmessung und hoher Sauberkeit

Info

Publication number: DE69227521T3
Application number: DE69227521T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Asajima; Yosiaki Ise; Hiroyuki Kimura; Shinichi Okosi
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2012-08-01
Also published as: EP0607433A4; EP0607433A1; KR970009008B1; DE69227521D1; EP0607433B1; US5683483A; JP2825977B2; EP0607433B2; DE69227521T2; KR940702469A; WO1994003404A1; TW309511B

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Herstellverfahren für eine große Quarzglasplatte hoher Transparenz und Reinheit.

Hintergrund der Erfindung

Große, ebene Quarzglasplatten hoher Reinheit und Transparenz werden typischerweise als Material zum Herstellen rechteckiger Behälter zum Waschen hochreiner Elemente, wie Wafern, Quarzglas- Beobachtungsfenstern mit großem Durchmesser sowie Lampenabdeckungen verwendet, wo das Anhaften von Verunreinigungen vermieden sein muss.
Im Vergleich mit anderen Glasmaterialien behält das für diese Anwendungen verwendete Quarzglas selbst bei hohen Temperaturen hohe Viskosität bei, was es erschwert, es zu formen und zu gießen, wenn es geschmolzen wird, weswegen es schwierig ist, es zu einer Platte auszubilden.
Im allgemeinen existieren zwei Verfahren, durch die eine derartige Quarzglasplatte hergestellt wird. Eines erfolgt durch Zerschneiden eines Quarzglasblocks in dünne Lagen. Das andere ist ein Prozess, bei dem eine Quarzglasröhre geöffnet wird, um eine Quarzglasplatte auszubilden.
Die beim ersteren Verfahren verwendete bekannte Technik verwendet eine Technologie, bei der eine Plätte dadurch aus Pulver hergestellt wird, dass natürlicher Quarz oder Quarzit raffiniert wird und dann das Pulver elektrisch oder mit einem Gasbrenner bis zum Schmelzzustand erwärmt wird und es zu einem Quarzglasblock geschmolzen wird, der dann unter Verwendung eines Diamantschneiders oder dergleichen zu einer Platte geschnitten wird.
Da jedoch dieses Verfahren das Zerschneiden von Quarzglasblöcken mit einem Diamantschneider oder dergleichen umfasst, ist die Oberfläche der so erhaltenen Platte rauh, was eine Glättungsbehandlung für die Oberfläche erforderlich macht, wie einen gesonderten Spezialpoliervorgang, um die Oberfläche transparent zu machen.
Quarzglas ist ein Material mit hervorragender Transparenz und Lichttransmission, und insbesondere bei Anwendungen wie Beobachtungsfenstern, Lampenabdeckungen und dergleichen muss das Material im allgemeinen hervorragende optische Transparenz zeigen. Daher ist es erforderlich, irgendeine Art von Oberflächenbehandlung auszuführen, z. B.. ein Anschmelzen der Oberfläche mit Feuer oder eine Bearbeitung für Spiegelglanz mit einem körnigen Schleifmittel nach dem Grobpolieren des Plattenmaterials, das eine grobe Oberfläche und verringerte Transparenz hinterlässt, wie im vorigen Absatz beschrieben. Diese Transparenz-Behandlung ist extrem arbeitsintensiv und zeitaufwendig. Darüber hinaus kann das Material während des Polierens mit dem körnigen Schleifmittel leicht durch Fremdstoffe und Metallelemente, die schädliche Auswirkungen auf Halbleiter haben, verunreinigt werden. Bei der Oberflächen- Schmelzbehandlung unter Verwendung von Feuer besteht die Tendenz, dass thermische Verzerrungen Risse hervorrufen, so dass dieses Verfahren aus industriellem Gesichtspunkt sehr nachteilig ist.
Auch besteht die Tendenz, da die oben genannten Blockformen durch Aufschmelzen und Verschmelzen eines Pulvers von Naturquarz oder Quarzit in einer speziellen Form hergestellt werden, dass Verunreinigungen oder reaktive Gase, wie sie vom Körper des Formwerkzeugs herrühren, wie auch Restgase innerhalb der geschmolzenen Substanz in Form von Blasen im geschmolzenen, hochviskosen Quarzglas verbleiben. Da diese. Tendenz ausgeprägter wird, wenn die Größe des Blockkörpers zunimmt, existieren in unvermeidlicher Weise Fremdsubstanzen und Blasen in einer großen, aus derartigen Blöcken geschnittenen Platte. Dies erschwert es, eine derartige Platte für Erzeugnisse zu verwenden, die hohe Transparenz erfordern, wie Quarzglas-Beobachtungsfenster und Lampenabdeckungen.
Auch bestehen beim Stand der Technik wegen der schlechten mechanischen Festigkeit und Wärmebeständigkeit des zum Aufschmelzen und Verschmelzen des Quarzpulvers verwendeten Formwerkzeugs wesentliche Einschränkungen hinsichtlich der Größe des erzielbaren Blockkörpers. Ferner muss, wenn aus derartig großen Blöcken großes Plattenmaterial zu erhalten ist, die Dicke des Diamantschneiders erhöht werden, was dazu führt, dass eine große Menge an teurem Quarzglas durch das Schneidvolumen verloren geht. So ist dies nicht nur vom industriellen Gesichtspunkt aus extrem nachteilig, sondern das sich ergebende Plattenmaterial ist auch unwirtschaftlich. Zusammengefasst gesagt, weist dieses Verfahren zum Herstellen einer großen Quarzglasplatte eine Anzahl schwerwiegender Nachteile auf. Darüber hinaus ist die Größe eines rechteckigen Waschbehälters, der aus einer derartigen Quarzglasplatte hergestellt werden kann, auf die beschränkte Größe der Platte selbst begrenzt, und es ist immer schwieriger, mit der Nachfrage nach Halbleiterwafern mit immer größerem Durchmesser und dergleichen sowie zum Waschen derselben erforderlichen Behältern Schritt zu halten. Indessen wird gemäß der letztgenannten bekannten Technik (Öffnen einer Röhre), wie durch Fig. 5 veranschaulicht, z. B. eine Quarzglasröhre 100 in der Achsenrichtung aufgeschlitzt, oder die Quarzglasröhre wird in zwei Teile geschnitten und es wird, zentrisch auf den Rand, ein Quarzglaszapfen geschweißt, um einen Handhabungsgriff 101 auszubilden. Während der Griff 101 gehalten wird, wird die geöffnete Quarzglasröhre 100 insgesamt erwärmt und erweicht. Als nächstes wird die ganze Quarzglasröhre zu einer gekrümmten Platte geöffnet, und dann wird, während ein Teil derselben erwärmt und erweicht wird, der erweichte Abschnitt 100a auf einer Kohlenstoffplatte 103 mittels eines Kohlenstoffstempels 104 oder dergleichen Druck ausgesetzt und flachgerichtet. Danach wird der Vorgang wiederholt, während die geschweißte Position des Griffs 101 umpositioniert wird, um sequentiell andere Gebiete in Stufen flachzurichten, um die Quarzglasplatte zu erzeugen.
Ein anderes bekanntes Verfahren ist dasjenige, bei dem die Quarzglasröhre 100, die bereits in der Form einer gekrümmten Platte geöffnet ist, wie oben beschrieben, zwischen Kohlenstoffscheiben eingebettet wird, während sie erwärmt und erweicht wird, um sie zu einer ebenen Platte auszubilden.
Jedoch muss dieser gesamte Vorgang von hand ausgeführt werden. Daher sind die Plattendicke und die Größe notwendigerweise beschränkt. Allgemein gesägt, beträgt die maximale Größe, die auf diese Art hergestellt werden kann, ungefähr 300 · 300 mm. Darüber hinaus ist dieser Vorgang sehr zeitaufwendig und erfordert viel Erfahrung.
Auch kommt es, da die oben genannten Flachrichtungsverfahren die Verwendung eines Kohlenstoffstempels oder von Kohlenstoffscheiben umfassen, die gegen die gekrümmte Platte drücken, zu Markierungslinien, hervorgerufen durch den Kontakt mit dem Kohlenstoffstempel oder der Platte. Es besteht die Tendenz, dass Unregelmäßigkeiten auf der Kohlenstoffoberfläche auf die Plattenoberfläche abgedruckt werden, was sie rauh macht Ferner treten auch Oberflächenwelligkeiten auf, die sich aus ungleichmäßigen Flachrichtungsprozessen ergeben. So sind die Glättungs- und Flachrichtungsergebnisse bei diesen Verfahren unberechenbar. Es existiert auch die Tatsache, dass dann, wenn der Kohlenstoffstempel, die Kohlenstoffscheiben oder die Kohlenstoffplatte unter Druck in Kontakt mit der Oberfläche von Quarzglas kommt, das Quarzglas auch in Kontakt mit Fremdstoffen tritt, die die Tendenz haben, im Glas zu verbleiben. Dies macht es noch schwieriger, eine ebene Platte hoher Reinheit herzustellen. Diese Restverunreinigungen vergiften nicht nur die Halbleiter, sondern sie beschleunigen auch die Kristallisation des Quarzglases selbst, so dass es undurchsichtig wird (entglast). Dies beruht auf Mikrorissbildung, die sich aus örtlicher Kristallisierung ergibt und die bei Anwendungen, die ein hohes Ausmaß an Transparenz erfordern, sogar noch mehr Probleme erzeugt.
In einer Vorbenutzung durch die Westdeutsche Quarzschmelze GmbH & Co. KG, Geesthacht, Deutschland, wurden flache Quarzglasplatten dadurch erzeugt, daß in eine Quarzglasröhre der Länge nach eine Öffnung geschnitten wurde, und die Röhre mit Zangen gegriffen und entlang einer Heizeinrichtung gedreht und gezogen und ausgestreckt wurde (WQS Speciality Catalogue, Mai 1989).

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme im Stand der Technik zu berücksichtigen und ein Herstellverfahren für eine große Quarzglasplatte ohne Blasen zu schaffen. Diese Aufgabe ist durch das Verfahren von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Grundkonstruktionsdiagramm des Herstellsystems. Fig. 2 ist eine Reihe von Betriebsdiagrammen, die den Herstellprozess veranschaulichen. Fig. 3 ist eine Vorderansicht des Gesamtaufbaus der Ausrüstung. Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Konstruktion von Schlüsselteilen. Fig. 5 zeigt den bekannten Prozess, bei dem eine Quarzglasröhre zu einer Platte flachgerichtet wird.
Gemäß Fig. 1 und 2 weist eine Quarzglasröhre 1 eine bandförmige Öffnung 1a auf, die mit bestimmter Breite in Richtung der Röhrenachse verläuft und vorzugsweise lang und schmal ist. Dann wird, während ein bandförmiges Gebiet der Glasröhre 1 über die gesamte Breite in der Richtung der Röhrenachse erwärmt und erweicht wird, wobei von einer speziellen Position entlang der Richtung des Röhrenumfangs ausgegangen wird und eine sequentielle Bearbeitung ausgeführt wird, die Quarzglasröhre in einer Linie ungefähr tangential zum Umfang der Glasröhre ausgehend von der oben genannten speziellen Position gestreckt, um die Glasröhre 1 zu einer ebenen Platte auszubilden.
Die Position der Heizkörper 3A und 3B ist in der Nähe der Vorderkante 1b der Öffnung in der Quarzglasröhre 1 fixiert und die Röhrenöffnung wird entlang dem Außenumfang der Glasröhre 1 in der Umfangsrichtung gedreht, wobei dafür gesorgt wird, dass, gemeinsam mit dieser Drehung, die Zieheinrichtung 2, an der die Vorderkante 1b der Glasröhre 1 befestigt ist, linear in ungefähr tangentialer Richtung von der Vorderkante 1b der Öffnung ausgehend zieht, um die Glasröhre 1 zu einer ebenen Platte. umzuformen.
Auch sind die Umfangsgeschwindigkeit der Quarzglasröhre 1 und die Ziehgeschwindigkeit der Zieheinrichtung 2 nicht notwendigerweise dieselben. Durch geeignetes Einstellen dieser Geschwindigkeiten ist es möglich, die Dicke der hergestellten ebenen Platte bezüglich der Dicke der Glasröhre 1 größer oder kleiner herzustellen. Wenn z. B. die Ziehgeschwindigkeit höher als die Umfangsgeschwindigkeit der Quarzglasröhre 1 eingestellt wird, kann eine große, ebene Glasplatte hergestellt werden, die dünner als das Röhrenmaterial ist. Umgekehrt kann durch Einstellen der Ziehgeschwindigkeit auf einen niedrigeren Wert als die Umfangsgeschwindigkeit der Quarzglasröhre 1, eine große, ebene Glasplatte hergestellt werden, die dicker als das Röhrenmaterial ist.
Wenn die Zieheinrichtung 2 unmittelbar an der Vorderkante 1b der Öffnung in der Quarzglasröhre 1 angreift, wäre es schwierig, eine Quarzglasplatte hoher Reinheit herzustellen, wenn der Griff aus einem Metall hergestellt ist, da Verunreinigungen aufgrund der Wärme während des Heiz- und Erweichungsprozesses vom Griff aus eindringen würden.
Daher ist es ideal, ohne Griffe, die unmittelbar an der Vorderkante 1b der Öffnung angreifen, sondern vielmehr dadurch zu ziehen, dass ein Verbindungsstück 4 aus Quarzglasmaterial ergriffen wird.
Auch kann das Erwärmen der oben genannten Quarzröhre 1 von einer Seite her ausgeführt werden. Wenn jedoch eine Temperaturdifferenz zwischen der Vorder- und der Rückseite existiert, wird einheitliches und gleichmäßiges Ziehen schwierig.
Daher sollte das Erwärmen vorzugsweise sowohl von der Vorder- als auch der Rückseite der Quarzglasröhre 1 her über die gesamte Breite in der Richtung der Röhrenachse erfolgen. Es ist ratsam, die Heizkörper 3A und 3B mit einer hin- und hergehenden Bewegung im Erwärmungsgebiet relativ zur Quarzglasröhre 1 in der Richtung der Röhrenachse zu bewegen, um eine Uneinheitlichkeit der Wärmezufuhr in der Achsenrichtung der Quarzglasröhre 1 zu beseitigen. Es ist sogar noch bevorzugter, die Glasröhre 1 in einem bandförmigen Gebiet über die gesamte Breite zu erweichen, während die Heizkörper 3A und 3B durch eine hin- und hergehende Bewegung verstellt werden.
Da die Wärmequelle innerhalb der Quarzglasröhre 1, die bei der Erfindung das Grundmaterial ist, positioniert werden kann, ist es nicht möglich, eine Röhre mit extrem kleinem Durchmesser zu verwenden. In der Praxis ist es wünschenswert, eine transparente Quarzglasröhre mit einem Durchmesser im Bereich von 100 bis 500 mm und einer Dicke von 2 bis 20 mm zu verwenden.
Das Herstellverfahren kann mit einer Quarzglasröhre 1 mit einer Öffnung 1A über eine spezielle Breite in der Richtung der Röhrenachse, vorzugsweise in Form eines Bands, einer Einrichtung 5 zum Drehen der oben genannten Glasröhre 1 so, dass ihre Röhrenachse das Drehzentrum bildet, und einer Einrichtung 2 zum Ziehen der Glasröhre 1 in einer Linie ungefähr tangential zur Vorderkante 1b der Öffnung in der Glasröhre 1, während diese in einem bandförmigen Gebiet über ihre gesamte Breite in der Richtung ihrer Achse erwärmt und erweicht wird, realisiert werden.
Es ist schwierig, die Quarzglasröhre 1 mit hohem Genauigkeitsgrad um die Mitte der Röhrenachse zu drehen, da das Innere der Glasröhre 1 hohl ist. Daher ist eine Einrichtung 6 zum Tragen der Quarzgläsröhre 1 an der Umfangsfläche vorhanden, und entweder sind die Achse der Dreheinrichtung 5 und die Achse der Quarzglasröhre 1 zueinander ausgerichtet und in Übereinstimmung gebracht oder die Trageinrichtung 6 und die Dreheinrichtung 5 sind so beschaffen, dass sie in der Querschnittsebene der Glasröhre frei verstellt werden können.
Damit die Glasröhre 1 in der Richtung einer Linie tangential zur Vorderkante 1b der Öffnung gezogen werden kann, ist es erforderlich, dass die Hinterkante 1c der Öffnung, die der Vorderkante 1b der Öffnung zugewandt ist, an einem Ort liegt, der die Linie tangential zur Vorderkante 1b nicht schneidet. Daher ist es wünschenswert, den anfänglichen Trageort der Trageinrichtung für die Quarzgläsröhre 1 an einem Ort einzustellen, der dafür sorgt, dass die Vorderkante 1b der Öffnung in horizontaler Richtung ausgehend von einer vertikalen Linie durch die Röhrenachse weiter außen liegt als die Hinterkante 1c der Öffnung. Gleichzeitig ist es schwierig, eine Quarzglasplatte hoher Reinheit herzustellen, wenn die Dreheinrichtung 5 so aufgebaut ist, dass sie die Vorderkante 1b der Öffnung in der Quarzglasröhre 1 unmittelbar unter Verwendung eines Klemmelements oder dergleichen ergreift, da die Wahrscheinlichkeit besteht, dass Verunreinigungen beim Erwärmen und Erweichen von Klemmelementen übertragen werden.
Daher sollte die Konstruktion der Dreheinrichtung 5 aus einer sich drehenden Platte oder einem Armelement bestehen, das sich um die drehende Achse als Drehzentrum drehen kann, ohne dass das Klemmelement unmittelbar an der Vorderkante 1b der Öffnung angreift. Es ist bevorzugt, irgendein Quarzglasmaterial 8 oder dergleichen, das an dem Armelement angeklemmt wird, an die Hinterkante 1c der Öffnung der Glasröhre 1 anzuschmelzen, was es ermöglicht, die Quarzglasröhre 1 entsprechend der Drehung des Armteils zu drehen.
Eine ebene Platte, die auf solche Weise aus einer derartigen Quarzglasröhre 1 hergestellt wird, ist eine ebene, hoch-reine, hoch-transparente Quarzglasplatte, deren lange Seite mindestens 300 mm beträgt, mit einer Dicke von 2-20 mm.
Auch enthält die oben genannte Quarzglasröhre 1, da sie aus einem relativ kleinen Quarzglasbarren hergestellt wird, beinahe keine Blasen oder Verunreinigungen, wie dies in einem großen Block wahrscheinlich ist. Daher weist eine aus diesem Barren hergestellte Quarzglasplatte einen hohen Reinheits- und Transparenzgrad auf, was für Beobachtungsfenster und rechteckige Behälter ideal ist.
Auch ist es möglich, da Faktoren minimiert sind, die Fremdstoffe während der Herstellung einführen würden, eine transparente Quarzglasplatte herzustellen, bei der der Gesamtgehalt der folgenden Elemente: Na, Li, Fe, Al, Cu, Ca, Ni, B, Mg, Y, Ti und Cr 100 ppm (Gewicht) oder weniger beträgt. Ferner kann der Gehalt an Elementen wie Na, K und Cu sowie insbesondere Ca, das besonders leicht verunreinigt, auf 0,5 ppm oder weniger unten gehalten werden. Die sich ergebende transparente Quarzglasplatte ist für Beobachtungsfenster, Einkristalle, Ziehvorrichtungen sowie rechteckige Waschbehälter für Wafer ideal.
Ferner ist es unter Verwendung von synthetischem Quarzglas für die oben genannte Quarzglasröhre 1 möglich, den Gesamtgehalt der folgenden Elemente: Na, Li, Fe, A1, Cu, Na, Ni, B, Mg, Y, Ti und Cr auf maximal 200 ppb zu halten.
Die Herstellung einer Quarzglasplatte mit einem derartig hohen Reinheits- und Transparenzgrad kann nur dadurch erzielt werden, dass die Quarzglasröhre 1 während des Herstellprozesses außer Kontakt mit jeder Spanneinrichtung außer einer solchen aus Quarzglas gehalten wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung

Fig. 3 zeigt eine Gesamtkonstruktionsansicht des Herstellsystems für eine ebene Platte, das folgendes, aufweist: einen Tragmechanismus 50, der eine Quarzglasröhre 1 mit einer bandförmigen Öffnung trägt, die in der Richtung der Röhrenachse verläuft, wie durch zwei Paare von Tragrollen 57, 58, jeweils eine oben und unten, getragen; eine Trägerzuführeinrichtung 70, aus einem Zuführmechanismus 60, der den Tragmechanismus 50 an eine spezielle Position vor der Herstelleinrichtung 10 für ebene Platten transportiert; eine Dreheinrichtung 5, die die Quarzglasröhre 1 um die Mitte der Röhrenachse dreht; eine Heizeinrichtung 3 zum Erwärmen und Erweichen der Glasröhre 1 in einem bandförmigen Gebiet über die gesamte Breite in der Richtung der Röhrenachse. Die Herstelleinrichtung 10 für ebene Platten besteht aus einer Zieheinrichtung 2, die die erwärmte und erweichte Glasröhre 1 in einer Linie ungefähr tangential zur Vorderkante 1b der Öffnung zieht.
Als nächstes wird jede Einrichtung im einzelnen erläutert.
Der Zuführmechanismus 60 besteht aus einer Schraubenwelle 61, die auf dem Sockelkörper 80 vorhanden ist und horizontal verläuft, wobei sie sich zur Herstellvoreinrichtung 10 für ebene Platten erstreckt; einem horizontalen Tisch 64, der durch Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Antriebsmotors 63 über den Mutterabschnitt 62, der auf die Schraubenwelle 61 aufgeschraubt ist, zur Herstelleinrichtung 10 für ebene Platten vorläuft und von dieser zurückläuft, und dem vertikalen Turm 65, der rechtwinklig vom horizontalen Tisch 64 hochsteht. An der Vorderseite des vertikalen Turms 65 ist eine vertikale Führungsschiene 66 vorhanden, und innerhalb des Turms 65 ist eine vertikale Schraubenwelle 67 vorhanden, die sich vertikal parallel zur Führungsschiene 66 erstreckt. Ein Antriebsmotor 68, der die vertikale Schraubenwelle 67 sowohl in Vörwärts- als auch in Rückwärtsrichtung dreht, ist ebenfalls im Turm vorhanden. Der vertikale Stützenabschnitt 51 ist fest an einem bockförmigen Rahmen 52 angebracht, der so an der Führungsschiene 66 befestigt ist, dass er frei angehoben und abgesenkt werden kann, wobei er über den Mutterabschnitt 52a mit der vertikalen Schraubenwelle 67 verbunden ist.
Im Ergebnis wird der Tragmechanismus 50 über den bockförmigen Rahmen 52 durch Verdrehen der vertikalen Schraubenwelle 67 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, angetrieben durch den Antriebsmotor 68, entlang der Führungsschiene 66 angehoben und abgesenkt.
Der aus dem Antriebsmotor 53 und der vertikalen Stütze 51, in der sich eine drehende Schraubenwelle 54 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung unter Antrieb durch den Antriebsmotor 53 dreht, bestehende Tragmechanismus 50 ist vertikal so montiert, dass er sich beinahe über die gesamte Länge der Stütze erstreckt. Ein Paar Tragstützen 56A und 56B wird angehoben und abgesenkt, wobei sie zueinander hin und voneinander weg laufen, was durch die Rückwärts- und Vorwärtsdrehung der rotierenden Schraubenwelle 54 erfolgt, auf die der Mutterabschnitt 55 aufgeschraubt ist.
Die Tragstützen 56A und 56B erstrecken sich horizontal ausgehend von der vertikalen Stütze 51, an der der oben genannte Mutterabschnitt 55 befestigt ist, um das Paar Tragrollen 57 und 58 an deren Achsen zu halten, von denen jeweils ein. Paar an der Ober- und der Unterseite liegt, die einander zugewandt sind. Zwischen den Tragrollen 57 und 58 kann die Quarzglasröhre 1 festgeklemmt und gehalten werden.
Nach dem Anbringen der Quarzglasröhre 1 am Paar Tragrollen 57 an der Tragstütze 56A kann das Quarzglasrohr 1 an den zwei Tragstützen 56A und 56B festgeklemmt werden, die durch Drehen der Schraubenwelle 54 in der Vorwärtsrichtung durch den Antriebsmotor 53 aufeinander zu gefahren wurden.
Als nächstes wird die Konstruktion der Herstelleinrichtung 10 für ebene Platten unter Verwendung von Fig. 4 erläutert.
Zunächst umfasst die Dreheinrichtung 5 Tragsockel 21 und 22, die auf jeder Seite in der Achsenrichtung liegen, und einen Raum zwischen diesen, um die Quarzglasröhre 1 zu positionieren. An einem der Sockel 22 ist ein Antriebsmotor 23 mit einer angebrachten Drehplatte 24 vorhanden. Am Sockel, 21, der sich auf der entgegengesetzten Seite, über den für die Glasröhre 1 vorhandenen Zwischenraum hinweg, befindet, ist ein angetriebener Drehmechanismus 6B vorhanden, der mit der Verlängerungslinie der Achse des Antriebsmotors 23 ausgerichtet ist.
Die kreisförmige Drehplatte 24 ist so an der Drehwelle 23a des Antriebsmotors 23 angebracht, dass sie der Quarzglasröhre 1 gegenübersteht. An der Drehplatte 24 ist ein Klemmelement 11A vorhanden, um die bandförmige Glasplatte 8 festzuklemmen, wobei seine eine Kante mit der Hinterkante 1c der Öffnung in der Quarzgläsröhre 1 verschmolzen ist.
Der Abstand zwischen der Mitte der Drehplatte 24 und der Klemmposition des Klemmelements 11A (Radius) muss mit dem Radius der Quarzglasröhre 1 übereinstimmen.
Indessen umfasst der angetriebene Drehmechanismus 6B am anderen Sockel 21 ein Paar Achsenlager 26A und 26B, die an einem Gleittisch 26 angebracht sind, der entlang zweier paralleler Schienen 25 laufen kann, die sich über den Sockel 21 in der Achsenrichtung erstrecken. Die Welle 28 großen Durchmessers, deren Achse mit der Achse der Drehwelle 23a des Antriebsmotors 23 ausgerichtet ist, kann sich innerhalb der Achsenlager 26A und 26B drehen. Ein Dreharm 29, der sich ausgehend vom Vorderende der Welle 28 rechtwinklig zur Achse erstreckt, umfasst das an dem Vorderende des Arms 29 angebrachte Klemmelement 11B für die bandförmige Glasplatte 8, wobei eine Kante desselben mit der Hinterkante 1c der Öffnung in der Quarzglasröhre 1 verschmölzen ist. Auch muss, wie bei der oben genannten Drehplatte 24, der Abstand zwischen dem Zentrum der oben genannten Welle 28 großen Durchmessers und der Klemmposition des Klemmelements 11B (Radius) derselbe sein wie der Radius der Quarzglasröhre 1.
Gleichzeitig ist auf dem Tragsockel 22 ein Hydraulikzylinder 21 parallel zur Achse angebracht, die den Antriebsmotor 23 und die Welle 28 großen Durchmesser verbindet. Auf dem anderen Sockel 21 ist entlang derselben Achse eine Führungsschiene 32 vorhanden. Diese zwei Schienen sind durch einen Tragkörper 33 überbrückt, der mit einem Paar an ihm angebrachter Heizkörper 3A und 3B versehen ist. Ein Ende des Tragkörpers 33 ist am Achsabschnitt des Hydraulikzylinders 31 befestigt, während das andere Ende am rechtwinkligen Bock 34 befestigt ist, der an der Führungsschiene 32 angebracht ist, und zwar auf solche Weise, dass eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Konstruktion entlang der Achse dadurch möglich ist, dass der Hydraulikzylinder 31 aus- und eingefahren wird. Auf halbem Weg des Bewegungsbereichs entlang der Achse ist ein L-förmig gebogener Untertragkörper 33B so vorhanden, dass er dem Tragkörper 33 so gegenübersteht, dass er diesem über die Vorderkante 1b der Öffnung in der Quarzglasröhre 1 zugewandt ist. Heizkörper 3A und 3B, die der Form nach mehr oder weniger ebene Stäbe sind, und die einen integrierten Körper bilden, der aus einer großen Anzahl von Brennerdüsen besteht, sind an den zwei Tragkörpern 33 und 33B vorhanden. Die Länge des Hubs des Hydraulikzylinders 31 und der Führungsschiene 32 müssen auf eine Länge eingestellt sein, die es ermöglicht, zu verhindern, dass der Untertragkörper 33B in Kontakt mit der Quarzglasröhre 1 tritt. Auch sind die Heizkörper. 3A und 3B so strukturiert, dass eine große Anzahl von Brennerdüsen in Reihen so angebracht ist, dass die Strahlen auf die Quarzglasröhre 1 zielen. Sie sind auf solche Weise strukturiert, dass Flammenstrahlen aus Propan- oder Knallgas-Brennstoff entlang ihrer Länge, die geringfügig größer als die Länge der Achse der Quarzglasröhre sein sollte, erzeugt werden können.
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, umfasst die Zieheinrichtung 2 folgendes: eine vertikale Führungsschiene 41, die an der Vorderseite des vertikalen Tischs 40 angebracht ist, der rechtwinklig auf dem Sockel 80 errichtet ist; eine vertikale. Schraubenwelle 42, die sich vertikal und parallel zur Führungsschiene 41 innerhalb des vertikalen Tischs 40 erstreckt; und einen Antriebsmotor 43, der die vertikale Schraubenwelle 42 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung dreht. Im vertikalen Tisch 40 ist der mit der vertikalen Schraubenwelle 42 über den Mutterabschnitt 46 verbundene Ziehtisch 45 so an der Führungsschiene 41 angesetzt, dass er frei angehoben und abgesenkt werden kann. An der Vorderseite des Ziehtischs sind Klemmelemente 44 vorhanden, um die bandförmige Glasplatte 4 festzuklemmen.
Der Ziehtisch 45 verfügt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, zu beiden Seiten über Armabschnitte, die sich mit den Klemmelementen 44 für die bandförmige Glasplatte 4 zur Quarzglasröhre 1 erstrecken, wobei ein Ende derselben mit der Vorderkante der Öffnung 1b in der Quarzglasröhre 1 verbunden ist, während sich das andere Ende derselben vertikal nach unten zu den Klemmelementen 44 erstreckt, die am Ende der Armabschnitte befestigt sind. Außerdem muss der Antriebsmotor 33 eine Änderungseinrichtung für die interne Drehzahl aufweisen, damit seine Drehzahl frei eingestellt werden kann.
Als nächstes wird ein tatsächliches Herstellverfahren für eine ebene Glasplatte beruhend auf diesem Ausführungsbeispiel erläutert. Eine hoch-reine, hoch-transparente Quarzglasröhre 1 mit einem Außendurchmesser von 240 mm und einer Dicke von 4 mm wird auf eine Länge von 500 mm geschnitten. Dann wird in der Röhre eine bandförmige Öffnung mit einer Breite Φ von ungefähr 10-15º (ungefähr 30 mm) hergestellt, um eine geöffnete Quarzglasröhre 1 zu erzeugen. Der Fremdstoffgehalt der Glasröhre 1 beträgt 200 ppb oder weniger betreffend den Gesamtgehalt an Na, Li, Fe, Al, Cu, Ca, Ni, B, Mg, Y, Ti und Cr. Als nächstes wird die Quarzglasröhre 1 auf dem Paar Tragrollen 57 und 58 an den Tragstützen 56A, 56B im unteren Teil des Zuführmechanismus 60 so positioniert, dass die Vorderkante 1b der Öffnung in der horizontalen Linie liegt und die Hinterkante 1c der Öffnung vertikal gegenüber der Vorderkante 1b um einen Abstand h zur Innenseite hin versetzt ist, wie es in Fig. 2(A) dargestellt ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass der vorstehend genannte Abstand h ein beliebiger Abstand sein kann, solange keine Behinderung für die bandförmige Glasplatte 4 existiert, wofür eine detailliertere Erläuterung später erfolgt, die zum Ziehen der Glasröhre 1 an die Vorderkante 1b der Öffnung angeschmolzen wird. Auf ähnliche Weise kann der Öffnungswinkel Φ innerhalb des Bereichs 10- 15º entsprechend dem erforderlichen Abstand nach Belieben eingestellt werden.
Nachdem die Quarzglasröhre 1 in die spezielle Position eingesetzt ist, wird sie mit der unteren und oberen Tragstütze 56A und 56B, die durch Drehen des Antriebsmotors 53 innerhalb der vertikalen Stütze 51 aufeinander zugefahren werden, positioniert, und dann wird die Quarzglasröhre 1 innerhalb des oberen und unteren Paars von Tragrollen 57 und 58 gehalten.
Dann hebt der Tragmechanismus 50, der nun die Quarzglasröhre 1 hält, diese über den Antriebsmotor im vertikalen Turm 65 bis auf eine Höhe an, die mit der Achse der Dreheinrichtung 5 an der Herstelleinrichtung 10 für ebene Platten übereinstimmt. Dann verstellt er die Glasröhre 1 durch Verschieben des horizontalen Tischs 64 horizontal an eine Position, die mit der Achse der Dreheinrichtung 5 an der Herstelleinrichtung 10 für ebene Platten ausgerichtet ist.
Die Kolbenachse 31a des Hydraulikzylinders 31 muss so ausgefahren werden, dass die Glasröhre 1 dabei nicht in Kontakt mit dem Untertragkörper 3% des Heizmechanismus 3A, 3B tritt.
Dann werden, wie es in Fig. 2(B) dargestellt ist, bandförmige Quarzglasplatten 8 aus hoch-reinem, synthetischem Quarzglas horizontal in der Richtung der Achse an jedes Ende der Röhre, in Ausrichtung mit der Hinterkante 1c der Öffnung, angeschmolzen. Dann wird jede derselben durch die Klemmeinrichtung 11a der Drehplatte 24 oder das Klemmelement am Ende des Dreharms 29 festgeklemmt.
Als nächstes werden, auf ähnliche Weise, bandförmige Quarzglasplatten 4 an die Stirnfläche der Vorderkante 1b der Öffnung auf sowohl der rechten als auch der linken Seite auf solche Weise angeschmolzen, dass sie sich entlang einer Linie tangential zur Quarzglasröhre 1 vertikal nach unten erstrecken, und ihre unteren Enden werden durch die Klemmelemente 44 am Ziehtisch 45 festgeklemmt.
Wenn eine solche Befestigung erfolgt ist, wird der Antriebsmotor 53 innerhalb der vertikalen Stütze 51 in der Gegenrichtung gedreht, um den Abstand zwischen der unteren und oberen Tragstütze 56A und 56B zu erhöhen, die die Quarzglasröhre 1 positionierten und trugen. Dann wird der Zuführmechanismus 60 aus der Tragposition zurückgezogen und in seine ursprüngliche Position zurückgeführt.
Dann wird der Hydraulikzylinder 31 eingefahren, so dass der Untertragkörper 33 des Heizmechanismus 30 in die Quarzglasröhre 1 eintreten kann. Insgesamt sollte der Aufbau dergestalt sein, dass die Heizkörper 3A und 3B zu diesem Zeitpunkt einander über die Vorderkante 1b der Öffnung gegenüberstehen können.
Nun besteht die Bereitschaft, den tatsächlichen Flachrichtungsvorgang zu starten. Als erstes wird, wie es in Fig. 2(C) dargestellt ist, Brennstoffgas von den Heizkörpern 3A und 3B von der Innen- und Außenseite der Röhre in horizontaler Richtung so ausgestoßen, dass das Gas über die gesamte Breite der Röhrenachse zugeführt wird. Dabei besteht die Tendenz, wenn die Heizkörper 3A und 3B Reihen von Brennerdüsen aufweisen, dass die Erwärmungslinie wegen den Abständen zwischen den Brennern ungleichmäßig ist. Wenn dies der Fall ist, kann einheitliches, gleichmäßiges Erwärmen dadurch erzielt werden, dass die Heizkörper unter Verwendung des Hydraulikzylinders 31 mit Hüben vor- und zurückbewegt werden, die geringfügig länger als der Abstand zwischen den Brennern sind.
Wenn die Vorderkante 1b der Öffnung über die gesamte Erwärmungslinie erwärmt und erweicht ist, werden die Drehung der Quarzglasröhre 1 durch den Antriebsmotor 23 und das Absenken der Vorderkante 1b der Öffnung durch die Zieheinrichtung 2 gemeinsam gestartet.
Wenn dabei dafür gesorgt wird, dass die Ziehgeschwindigkeit über die gesamte Periode hinweg genau mit der Drehgeschwindigkeit übereinstimmt, ist die Dicke der sich ergebenden ebenen Platte genau dieselbe wie diejenige der Quarzglasröhre. Wenn die. Ziehgeschwindigkeit geringfügig höher eingestellt ist, ergibt sich eine ebene Platte, die geringfügig dünner ist. Umgekehrt ergibt sich eine ebene Platte, die geringfügig dicker als die Quarzglasröhre 1 ist, wenn die Ziehgeschwindigkeit niedriger gemacht wird.
Auf die oben beschriebene Weise wird das Herstellen einer Platte bis an die in Fig. 2(D) dargestellte Position ausgeführt. Unmittelbar bevor die Hinterkante 1c der Öffnung der Quarzglasröhre 1 die Position der Heizkörper 3A und 3B erreicht, werden die folgenden drei Abläufe alle gleichzeitig angehalten: Erwärmen durch die Heizkörper 3A und 3B, Drehung durch die Dreheinrichtung 5 und Ziehen durch die Zieheinrichtung 2.
Nachdem die bandförmigen Quarzglasplatten, die auf die oben beschriebene Weise angeschmolzen wurden, abgetrennt wurden und die auf die oben beschriebene Weise flachgerichtete Quarzglasplatte der Herstelleinrichtung 10 entnommen wurde, wird der Abschnitt an der Hinterkante 1c der Öffnung, der nicht flachgerichtet wurde, abgeschnitten, um eine vollständig ebene Platte zu erzeugen. Dann ist, wenn spezielle Endbehandlungen wie Waschen, Tempern oder dergleichen ausgeführt wurden, die Platte zur Versendung als Erzeugnis bereit.
Wir haben die Reinheit so hergestellter Platten untersucht, und in jedem Fall haben wir gefunden, dass es wünschenswert ist, im unteren Abschnitt einen Transaktions-Führungsmechanismus zu kombinieren.
Die so zu einer ebenen Platte gestreckte Quarzglasplatte wird dann abgekühlt und zu einer großen, hoch-transparenten Quarzglasplatte ausgebildet. Die auf diese Weise hergestellte Platte verfügt über keinerlei Welligkeit an der Oberfläche, und der Fremdstoffgehalt beträgt hinsichtlich Na, Li, Fe, Al, Cu, Ca, Ni, B, Mg, Y, Ti und Cr 200 ppb oder weniger, was kaum eine Änderung gegenüber dem Fremdstoffgehalt vor der Verarbeitung darstellt.
Nun wurde zum Untersuchen von Dickenänderungen eine ähnliche transparente Quarzglasröhre 1 mit einem Außendurchmesser von 240 mm, einer Dicke von 4 mm, einer Länge von 500 mm und einer Öffnungsbreite von ungefähr 30 mm dazu verwendet, eine Quatzglasplatte durch einen Ablauf ähnlich dem oben beschriebenen mit einer Drehgeschwindigkeit, von 60 mm/min. herzustellen. In diesem Fall wurde die Ziehgeschwindigkeit wie folgt geändert: 50 mm/min., 60 mm/min., 65 mm/min. und 70 mm/min. Die sich ergebenden Platten hätten verschiedene Dicken von 4,8 mm, 4,0 mm, 3,7 mm bzw. 3,4 mm. So gelang es uns, die Dicke des Erzeugnisses zu ändern. Eine auf diese Weise hergestellte ebene Platte hatte keinerlei Oberflächenwelligkeit, und es waren auch in anderer Weise Platten guter Qualität.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Quarzglasplatte, wobei

eine Quarzglasröhre (1) mit einer Öffnung (1a) versehen wird, die in Richtung der Röhrenachse verläuft, und die Röhre in einem bandförmigen Bereich, der sich über

die gesamte Röhrenlänge in Richtung der Röhrenachse erstreckt, erwärmt und weich gemacht wird und der erwärmte bandförmige Bereich bezüglich der Röhre entlang ihres Umfangs bewegt wird, während die Röhre (1) ausgehend von dem bandförmigen Bereich in etwa tangentiale Richtung gezogen wird, um sie in eine flache Platte zu verwandeln, wobei

ein Ort der Erwärmung der Röhre (1) bei dem anfänglichen Ort der vorauslaufenden Kante (1b) der Öffnung (1a) in der Röhre (1) festgelegt ist und die Röhre (1), während sie zu dem festgelegten Ort der Erwärmung hingedreht wird, von der vorauslaufenden Kante (1b) der Öffnung (1a) in etwa tangentiale Richtung gezogen wird, um sie zu glätten, und

die Quarzglasröhre (1) gezogen wird, während die vorauslaufende Kante (1b) ihrer Öffnung (1a) über ein Quarzglas- Verbindungsstück (4) mit einer Zugeinrichtung (2) verbunden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quarzglasröhre (1) mit einer Zuggeschwindigkeit gezogen wird, die etwa gleich ihrer peripheren Geschwindigkeit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quarzglasröhre (1) mit einer schnelleren Zuggeschwindigkeit als ihre periphere Geschwindigkeit gezogen wird, um eine große Quarzglasplatte mit verringerter Dicke zu formen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quarzglasröhre (1) mit einer langsameren Zuggeschwindigkeit als ihre periphere Geschwindigkeit gezogen wird, um eine große Quarzglasplatte mit vergrößerter Dicke zu formen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quarzglasröhre (1) so gedreht und gezogen wird, daß sie nicht in direkten Kontakt mit der Zugeinrichtung (2) oder einer Dreheinrichtung (5) kommt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Quarzglasröhre (1) in dem bandförmigen Bereich sowohl von der Innen- als auch von der Außenseite erwärmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Quarzglasröhre (1) in dem bandförmigen Bereich mit einer Erwärmungseinrichtung (3a, 3b) gleichmäßig weichgemacht wird, die in Richtung der Röhrenachse eine hin- und herlaufende Relativbewegung ausführt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Quarzglasröhre einen minimalen Durchmesser von 100 mm und eine Dicke von 2 bis 20 mm aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Quarzglasröhre (1) aus transparentem synthetischem Quarzglas gebildet ist.