專利名稱：用來熔化石英玻璃輥的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求所述種類的、用來熔化石英玻璃輥的裝置。
背景技術(shù)：
熔化輥子的橫截面上面的、盡可能好的光學均勻性的基本要求是在它們中所含有的Si-OH的穩(wěn)定性、通過物理方法除去的分子氫H2的穩(wěn)定性、被嵌入的對UV重要的結(jié)構(gòu)缺陷及玻璃結(jié)構(gòu)(密度)的穩(wěn)定性。為了使這些參數(shù)達到最佳，反應(yīng)表面(輥拱頂)上的溫度必須盡可能地均衡，在整個反應(yīng)表面上得到相同顆粒飛行時間，并且顆粒和氣體在滯流點附近處的流動情況同樣保持不變。相對于輥拱頂具有通常的“燒嘴擺動”的、現(xiàn)有技術(shù)所應(yīng)用的熔化方法表明，在沒有額外熱源的情況下，從輥拱頂中心到輥拱頂邊緣的溫度梯度為300到400K。這種溫度梯度的原因在于-燒嘴火焰(中心溫度大約為2300度)自身具有高斯狀的溫度分布，這種溫度分布在豎直燒嘴的情況下轉(zhuǎn)移到玻璃表面上。
-火焰的處理區(qū)域一定明確地終止于拱頂邊緣前面，以避免馬弗爐的沉積物或者玻璃化，-拱頂表面至少在邊緣上增加地彎曲，因此，火焰增加地擦過在拱頂表面上，-表面/容積的比率在拱頂邊緣處得到了增大，-在拱頂邊緣處，通過冷得多的馬弗爐壁來去熱。
通過使燒嘴在拱頂邊緣處具有更長停留時間來進行的平衡受到限制，因為輥中部中的顆粒設(shè)置如此少，以致產(chǎn)生了孔，并且在拱頂上產(chǎn)生了不良的大的、周期性的溫度波動。后者具有均勻性的危險，并且有助于在石英玻璃輥中產(chǎn)生周期性條紋。
此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在輥中間上的燒嘴運動反向時，產(chǎn)生了環(huán)狀的折射率不均勻，這種環(huán)形的折射率不均勻有害于或者阻止了石英玻璃輥在制造石印透鏡的投影鏡組上的使用。
燒嘴口和拱頂表面之間的距離增大(根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在燒嘴運動時產(chǎn)生了這種增大)可以導致不同的顆粒飛行時間，可以導致流動改變，并且因此而導致改變材料性能。燒嘴中心流在燒嘴撞擊點附近處的拱頂表面上的撞擊角度改變以不良的方式影響流動情況和材料性能。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，產(chǎn)生了具有拱頂形的旋轉(zhuǎn)體，其中，在拱頂中心和拱頂邊緣之間具有局部變化的曲率。在WO01/27044A1中公開了一種裝置，該裝置通過火焰水解來產(chǎn)生均勻的、無條紋的石英玻璃體，其中，在燒嘴和石英玻璃體之間的制造過程中，沿著軸向和徑向的相對運動以這樣的方式產(chǎn)生，使得隨著燒嘴距離石英玻璃體軸線的距離的增大而使燒嘴距離石英玻璃體的距離減少，并且燒嘴僅在石英玻璃體的反應(yīng)面的中心和它的邊緣之間進行運動。因此通過這種方法雖然可以減少微結(jié)構(gòu)的缺陷并且提高了光學性能的均勻性，但是這種減少和提高在石英玻璃體核心區(qū)域的尺寸大小和材料利用率方面還需改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于制造石英玻璃輥的裝置，其中，光學性能均勻化的中心區(qū)域、尤其是水平石英玻璃輥的核心區(qū)域擴大了，并且材料消耗減少了。
這主要涉及折射率均勻性、應(yīng)力雙折射和UV吸收率。
根據(jù)本發(fā)明，這個任務(wù)通過權(quán)利要求1所記載的特征來解決。從屬權(quán)利要求的特征適合于本發(fā)明的其它有利構(gòu)型。
本發(fā)明的出發(fā)點是，形成石英玻璃體、尤其是具有球形熔化拱頂?shù)氖⒉Ａл?，在該熔化拱頂中，拱頂?shù)那试谒形恢蒙隙枷嗟?，并且顆粒的分離比率最均勻。相對要熔化的拱頂，燒嘴口、即燒嘴軸線與燒嘴的氣體排出平面的交點一般情況下在一個空間曲線上進行運動，該空間曲線依賴于三個空間坐標x、y、z和它們相應(yīng)的三個空間角度α、β、γ。當z和γ在一定范圍內(nèi)保持不變時，本發(fā)明表明具有實際相同的效果。在β和γ已知的情況下，α也被確定了，或者根據(jù)三角學等式cosα+cosβ+cosγ＝1來計算出α。如果γ或者z作為常數(shù)來給出，那么意味著，在零位上，燒嘴的軸線相對于石英玻璃輥的幾何軸線傾斜并且有利地不通過石英玻璃輥的頂點。假如是水平熔化裝置，則燒嘴將根據(jù)預(yù)先確定的位移-時間-關(guān)系繞著球形拱頂?shù)闹行脑诤袩燧S線的水平平面下方在一個圓(小圓)上運動，它距離頂點的距離最好為5-10mm，并且它的反向點盡可能地靠近拱頂邊緣。對于垂直熔化裝置也是類似的。Z和/或γ的保持恒定實際上不會損害本發(fā)明的有利效果，但是大大地簡化了技術(shù)，尤其在控制運動過程時更是如此。根據(jù)本發(fā)明，原則上可以生產(chǎn)出這樣的石英玻璃體，即，當不考慮用來夾緊石英玻璃體的支柱所處的區(qū)域時，該石英玻璃體為完整的球。


在下面，借助示意性附圖來更加詳細地解釋本發(fā)明。在附圖中圖1以軸向剖視圖示出了本發(fā)明實施例的基本結(jié)構(gòu)；圖2以平面圖示出了用來解釋運動過程的第二個實施例；圖3是圖2的垂直投影；圖4示出了用來解釋燒嘴的與時間相關(guān)的X運動和它的含義的曲線圖；圖5a)-d)示出了根據(jù)公知方法來得到的光學參數(shù)，及圖6a)-d)示出了通過本發(fā)明來得到的光學參數(shù)。
具體實施例方式
在圖1中，馬弗爐10設(shè)置有開口11，通過該開口11把一個燒嘴12設(shè)置到馬弗爐的內(nèi)室13中，在該內(nèi)室13中，有一個要熔化的石英玻璃輥14，帶有一個半球形的拱頂16，該拱頂16的曲率中心用15來表示，它的頂點用161來表示，而它的邊緣用162來表示。開口11可以通過百葉窗來關(guān)閉，該百葉窗設(shè)置在燒嘴12的兩側(cè)上并且或者可具有足夠的寬度，使得燒嘴可以沿著一個空間曲線(軌跡)進行運動，該軌跡是錐形截面狀的，或者它本身彎曲成與圖1的繪圖平面成直角，并且相應(yīng)地導向通過未示出的傳動機構(gòu)作用運動的燒嘴12。有利的是，該軌跡不通過拱頂16的頂點161，并且通常距離它為5-30mm。整個布置相對于軸線X-X基本上是旋轉(zhuǎn)對稱的，在熔化過程期間，石英玻璃輥14不斷地繞著該軸線進行旋轉(zhuǎn)。燒嘴12可繞著中點15在兩個基本上通過開口11來確定的終端位置(反向點)121和122之間擺動，因此用不同的軌道速度沿著上述空間曲線而運動。它具有口17，在燒嘴12在終端位置121和122之間的整個持續(xù)重復的擺動運動期間，該口17與拱頂16的曲率中心15之間處于不改變的距離a+r(彎曲半徑)。除了開始階段(在該階段中，所述球形拱頂16必須被首先形成)之外，燒嘴12的軸線相對于拱頂16的表面總是成直角。在熔化過程開始，不需要球形起動拱頂。為了確定搖擺曲線，預(yù)先確定了所述曲率中心。在初始階段結(jié)束(它大約持續(xù)一天)之后，該過程產(chǎn)生一個半球形拱頂，只是有一個不重要的邊緣區(qū)域，在該邊緣區(qū)域中，所述球形不能完全得到保證。
有利的是，燒嘴12通過傳動機構(gòu)、例如通過一個沒有示出的機械手來操縱或者運動。開口11在此保證了燒嘴火焰不受阻礙地射在所述拱頂16上。
在圖2和3中，具有球形拱頂16的玻璃輥14位于一個熔化爐10的內(nèi)室13中，該拱頂?shù)闹悬c15同時是具有坐標x、y、z的坐標系的原點，角α、β、γ的頂點位于該原點中。在x-y-平面上測量角β，在y-z-平面上測量角γ，及在x-z-平面上測量角α。對于其它觀察，角γ與坐標z一樣是無關(guān)緊要的。具有口17和機械手導向裝置的作用點18的燒嘴12在兩個反向點121和122之間進行運動，因此以差分變化的速度在X軸線的兩個坐標點X0和-X0之間進行往復運動，并且頂161周圍的速度最大，而在反向點121、122附近的速度最小。在反轉(zhuǎn)時，速度是0并且改變它的方向。為了實現(xiàn)從X0到-X0的行程，燒嘴12需要30到120秒。拱頂16的頂161與中點15的距離為100到500mm。燒嘴口17與拱頂頂161的距離為180到250mm。在坐標點X0和-X0之間的距離為80-140mm。輥軸線X1-X1和燒嘴軸線X2-X2之間的恒定角γ應(yīng)是20-30度。所有給定的數(shù)值是相互協(xié)調(diào)的示例值，這些示例值完全可以改變。
在圖4中，舉例示出了從X0到-X0、即從終端位置122到121的燒嘴行程的位移-時間-關(guān)系。由此可見，在拱頂16的中心即在軸線附近的燒嘴行駛速度最快。在10秒內(nèi)經(jīng)過X0和-X0之間位移的1/3。以這種方式，形成一個半球形的拱頂16，該拱頂?shù)恼凵渎示鶆蛐浴?yīng)力雙折射、OH-含量和純透射與現(xiàn)有技術(shù)相比部分地得到大大改善?？傮w地，x(t)是主導參量，所有其它量y(t)、β(t)、γ(t)由x(t)來推出或者得到。
附圖5和6可以清楚地看到通過本發(fā)明所得到的改善。根據(jù)公知方法可得到的值示出在圖5a)到d)中，通過本發(fā)明所得到的值示出在圖6a)到d)中。
圖5a)和6a)示出了徑向上幾乎雙倍的石英玻璃輥14的核心區(qū)，具有不變的折射率均勻性。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，只有r＝-30到+30mm的區(qū)域大約具有相同的折射率均勻性Δn，但是在本發(fā)明所制造的石英玻璃輥中，該區(qū)域從r＝-55延伸到+55mm。此外，在應(yīng)力雙折射SDB上，本發(fā)明所制造的石英玻璃輥首先相對于現(xiàn)有技術(shù)(2)顯示出波動量減少到其一半，如圖5b)和6b)所示可看出的。根據(jù)圖5c)和6c)，在本發(fā)明中，OH-含量在半徑上具有很小的波動，并且僅僅在r＝55mm的臨界值附近快速升高。最后，與現(xiàn)有技術(shù)中的相比，在根據(jù)本發(fā)明所制造的石英玻璃輥中，對于193nm波長的光的純透射表明輻射損失較少，參見圖5d)和6d)。
在說明書、下面的權(quán)利要求書和附圖中所示出的全部特不僅單個而且任意的組合都是本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
參考標號單10馬弗爐 11開口 12燒嘴 13內(nèi)室 14石英玻璃輥 15曲率中心 16拱頂 17燒嘴口 18機械手導向裝置的作用點 121、122反向點(終端位置) 19頂點 20拱頂邊緣 a距離 r半徑α、β、γ角 X-X、X1-X1、X2-X2軸線 X0、Z0、ZD坐標。
權(quán)利要求
1.一種用來生產(chǎn)具有球形熔化拱頂?shù)氖⒉Ａл伒难b置，在這種裝置中，一個燒嘴以其口在所述熔化拱頂邊緣上的兩個反向點之間在一個空間曲線上往復運動，石英玻璃輥繞著其幾何軸線進行旋轉(zhuǎn)，其特征在于，所述燒嘴在兩個反向點之間根據(jù)預(yù)定的位移-時間-關(guān)系以一速度進行運動，該速度在拱頂頂附近最大，而向著反向點方向減少，在所述運動期間，該燒嘴口總是處于與拱頂相等的距離上，并且燒嘴軸線總是對準球形拱頂?shù)闹悬c。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，這些反向點被設(shè)置在拱頂邊緣上至少近似地處于直徑的相反端上。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，從拱頂頂?shù)竭@些反向點的減速不是線性的。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，燒嘴的擺動運動沿著一個空間曲線進行，它不通過拱頂?shù)捻敳恐悬c。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述空間曲線距離頂點的距離為5-30mm，優(yōu)選為5-10mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造石英玻璃輥的裝置，其中，一個燒嘴以其口和要熔化的輥彼此進行相對運動，石英玻璃輥繞著它的幾何軸線進行旋轉(zhuǎn)。石英玻璃輥的有用核心區(qū)域應(yīng)被增大，并且材料消耗被減少。石英玻璃輥具有球形拱頂。該燒嘴在兩個反向點之間根據(jù)預(yù)定的位移－時間－關(guān)系在空間曲線上如此進行運動，以致在運動期間，該燒嘴口與拱頂?shù)木嚯x不變，并且燒嘴軸線總是對準球形拱頂?shù)那手行摹?br> 文檔編號C03B19/14GK1603260SQ20041005504
公開日2005年4月6日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者羅爾夫·馬丁, 馬蒂亞斯·施密特, 米夏埃多·格勒布納 申請人:朔特玻璃公司