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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer
Glaspartikelschicht durch ein OVD-Verfahren.
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Stand der Technik
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Eines der Verfahren zur Herstellung
einer Glaspartikelschicht für
die Vorform einer optischen Faser ist ein Verfahren (OVD-Verfahren), bei dem Glaspartikel
(später
als "Ruß" [englisch soot]
bezeichnet), die durch Glaspartikel-Synthetisierbrenner synthetisiert
wurden, in Schichten auf einen sich drehenden 5ubstratstab aufgebracht
werden.
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Um eine Vorform einer optischen Faser
mit guter Qualität
zu erhalten ist es wichtig, die Schwankungen des äußeren Durchmessers
der Glaspartikelschicht (später
als "Rußkörper" [englisch Boot body]) in
Längsrichtung
auf ein Minimum zu reduzieren. Hinsichtlich der Produktivität ist es
erforderlich eine hohe Ablagerungsgeschwindigkeit und eine hohen
Ablagerungswirkungsgrad zu erzielen, wofür sich verschiedene Verfahren
anbieten.
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Zum Beispiel ist in der ungeprüften japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 53-70499 ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform für optische Kommunikationsmittel
offenbart, bei dem eine Vorform die in radialer Richtung einheitlich
mit Dotiermaterial dotiert ist, erzielt werden kann. Dieses Verfahren
beinhaltet ein Ablagern von Glaspartikeln, die durch mehrere Knallgasbrenner
auf einen Kernglasstab synthetisiert wurden, wobei die Brenner quer
in einer Reihe angeordnet sind, so dass sie eine Länge aufweisen,
die ungefähr
der des Kernglasstabes entspricht und eine regelmäßige Brenneranordnung
bilden.
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Ein weiteres Herstellungsverfahren
beinhaltet mehrere Brenner, die in gleichmäßigen Intervallen angeordnet
sind und dem Kernglasstab gegenüberliegen.
Dieses Verfahren beinhaltet ein Ablagern von Glaspartikeln auf dem
Glasstab während
sich der Glasstab und die Brenner relativ und parallel zueinander
bewegen.
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Noch ein weiteres Herstellungsverfahren
beinhaltet ein Hinund Herbewegen des Glasstabes und der Brenner
relativ zueinander während
sich ein Wendepunkt des Hin- und Herbewegens verschiebt, wobei der
Wendepunkt des Hin- und Herbewegens bis zu einer vorbestimmten Position
und dann in einer umgekehrten Richtung wieder zu einer Ausgangsposition
verschoben wird, wie es in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 3-228845 offenbart ist. Bei diesem Verfahren sind die Wendepunkte,
an denen eine wesentl. längere
Verrußungszeit
auftritt, über
den gesamten Rußkörper verteilt, wodurch
die wesentliche Verrußungszeit
für den
gesamten Rußkörper oder
auch die Schwankung des Berührungsgrades
einer Brennerflamme mit dem Rußkörper im
Durchschnitt über
die gesamte Länge der
Glaspartikelschicht einheitlich gestaltet ist, so dass die Ablagerungsmenge
an Ruß an
jedem Punkt der Glaspartikelschicht ausgeglichen und die Schwankung
des äußeren Durchmessers
reduziert wird.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer
Glaspartikelschicht vorzuschlagen, bei dem die eine geringere Schwankung
im Bereich des äußeren Durchmessers
in Längsrichtung
auftritt ohne einen wirkungslosen Abschnitt der an einem Endabschnitt
des Rußkörpers gebildet
wird, zu vergrößern.
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Das Verfahren zur Herstellung der
Glaspartikelschicht gemäß der Erfindung,
bei dem mehrere Glaspartikelsynthetisierbrenner derart angeordnet sind,
dass sie einem drehenden Substratstab gegenüberliegen und bei dem sich
Glaspartikel, die durch den Glaspartikelsynthetisierbrenner synthetisiert wurden,
auf der Oberfläche
des 5ubstratstabes ablagern, um die Glaspartikelschicht zu bilden,
wobei drei oder mehrere Glaspartikelsynthetisierbrenner in einem
Zustand angeordnet sind, dass jeder Abstand zwischen den Brennern
entsprechend eingestellt ist und Glaspartikelsynthetisierbedingungen
für ungeradzahlige
Brenner, welche wenn von einem Ende der Brenner gezählt, an
einer ungeraden Zahl angeordnet sind und selbige für geradzahlige
Brenner, die an den geraden Zahlen angeordnet sind, unterschiedlich
festgelegt sind, wobei Glaspartikel auf der Oberfläche des
Substratstabes abgelagert werden, um eine Glaspartikelschicht mit
einer geringeren Schwankung des äußeren Durchmessers
in Längsrichtung
herzustellen.
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Bei dem Herstellungsverfahren dieser
Erfindung ist die Gesamtzahl der Glaspartikelsynthetisierbrenner
vorzugsweise ungerade.
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Das Herstellungsverfahren dieser
Erfindung umfasst vorzugsweise das Festlegen eines Abstands L zwischen
Brennern einer Brennergruppe, die einen größeren Betriebsstoff-Durchfluss pro Brenner
aufweisen, welche Gruppe aus einer Brennergruppe ausgewählt wird,
die wenn von einem Ende gezählt an
einer ungeraden Zahl angeordnet ist und einer Brennergruppe, die
an einer geraden Zahl der Glaspartikelsynthetisierbrenner angeordnet
ist, so dass die folgende Formel (1) erfüllt ist, und ferner das Anordnen
der Brenner in einer Brennergruppe, die einen kleineren Betriebsstoff-Durchfluss
pro Brenner aufweisen, in einem Abstand von L/2 zu den benachbarten
Brennern in einer anderen Brennergruppe. 10a ≤ L ≤ A (1)
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Bei der Formel (1) ist L der Brenner-zu-Brenner
Abstand (mm) für
die Brennergruppen mit einem größeren Betriebsstoff-Durchfluss pro Brenner,
a der Betriebsstoff-Durchfluss (Liter pro Minute) des Brenners mit
dem größten Betriebsstoff-Durchfluss ÷ 22,4 (Liter
pro Mol) × 60
(g/Mol), und A ist der äußerer Durchmesser
(mm) der Soll-Glaspartikelschicht.
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Das Herstellungsverfahren dieser
Erfindung weist vorzugsweise eine Abweichung des Brenner zu Brenner
Abstands von einem festgelegten Wert in einem Bereich von +10% bis –10% des
festgelegten Wertes auf.
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Das Herstellungsverfahren dieser
Erfindung umfasst das Festlegen der Glaspartikelsynthesebedingungen
der Glaspartikelsynthetisierbrennern, so dass die Menge an Gas,
die jedem Brenner zugeführt wird,
wechselweise unterschiedlich ist.
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Bei dem Herstellungsverfahren dieser
Erfindung ist vorzugsweise der Aufbau jedes Brenners wechselweise
unterschiedlich, wodurch die Glaspartikelsynthesebedingungen für ungeradzahlige
Brenner und für
geradzahlige Brenner unterschiedlich festgelegt sind.
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Eine Vorrichtung zur Herstellung
einer Glaspartikelschicht gemäß der Erfindung
umfasst mehrere Glaspartikelsynthetisierbrenner, die derart angeordnet
sind, dass sie einem drehenden Substratstab gegenüberliegen
und Glaspartikel, die durch die Glaspartikelsynthetisierbrenner
synthetisiert wurden, werden auf der Oberfläche des Substratstabes abgelagert,
um die Glaspartikelschicht zu bilden, wobei drei oder mehr Glaspartikelsynthetisierbrenner
in einem Zustand angeordnet sind, dass jeder Abstand zwischen den
Brennern einem festgelegten Wert entspricht und der Aufbau ungeradzahliger
Brenner, die an einer ungeraden Zahl, wenn von einem Ende einer
Brennergruppe gezählt,
angeordnet sind und der Aufbau von geradzahligen Brennern, die an
einer geraden Zahl angeordnet sind, unterschiedlich ist, wodurch
die Glaspartikelschicht mit einer geringeren Schwankung im Bereich
des äußeren Durchmessers in
Längsrichtung
hergestellt wird.
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Bei der Herstellungsvorrichtung dieser
Erfindung ist die Gesamtzahl der drei oder mehr Glaspartikelsynthetisierbrennern
vorzugsweise ungerade.
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Bei der Herstellungsvorrichtung dieser
Erfindung ist eine Brennergruppe vorzugsweise in zwei Reihen unterteilt,
wenn beide Brennerreihen als eine Anordnung einer Brennergruppe
aus einer Richtung senkrecht zu der Brennerreihe gesehen werden,
wobei die Brenner, die an einer ungeraden Zahl, wenn von einem Ende
gezählt,
angeordnet sind, in einer Reihe angeordnet sind und die Brenner,
die an einer geraden Zahl angeordnet sind, in der anderen Reihe angeordnet
sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine erläuternde
Ansicht, die beispielhaft einen Vorrichtungsaufbau zur Durchführung der
vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 zeigt
einen Rußablagerungszustand auf
dem Substratstab, wenn ein kleiner Abstand zwischen den ungeradzahligen
Brennern vorgesehen ist; (a) ist eine beispielhafte Ansicht, die
eine Brenneranordnung zeigt, (b) ist eine beispielhafte Ansicht des
Rußkörpers, der
sich nur durch die ungeradzahligen Brenner abgelagert hat, (c) ist
eine beispielhafte Ansicht des Rußkörpers, der sich nur durch die
geradzahligen Brenner abgelagert hat, und (d) ist eine beispielhafte
Ansicht des Rußkörpers, wenn
kein Ausgleich der Schwankung des äußeren Durchmessers des Rußkörpers vorgesehen
ist.
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3 zeigt
einen Rußablagerungszustand auf
dem Substratstab, wenn ein großer
Abstand zwischen den ungeradzahligen Brennern vorgesehen; (a) ist
eine beispielhafte Ansicht, die eine Brenneranordnung zeigt, (b)
ist eine beispielhafte Ansicht des Rußkörpers, der sich nur durch die
ungeradzahligen Brenner abgelagert hat, (c) ist eine beispielhafte
Ansicht eines Rußkörpers, der
sich nur durch die geradzahligen Brenner abgelagert hat, und (d)
ist eine beispielhafte Ansicht des Rußkörpers, wenn kein Ausgleich
der Schwankung des äußeren Durchmessers des
Rußkörpers vorgesehen
ist.
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4 zeigt
wie die Brenner angeordnet werden sollten; (a) ist eine beispielhafte
Ansicht, die die Brenner in einer Reihe auf einer gleichen Linie
angeordnet, darstellt, (b) ist eine beispielhafte Ansicht, die zwei
Brennerreihen zeigt, die in einem gewünschten Winkel θ angeordnet
sind, und (c) ist eine beispielhafte Ansicht, die zwei Brennerreihen
zeigt, die parallel angeordnet sind.
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5 zeigt
einen Rußkörperablagerungszustand
durch das Verfahren der Erfindung; (a) ist eine beispielhafte Ansicht,
die eine Brenneranordnung zeigt, (b) ist eine beispielhafte Ansicht
des Rußkörpers, der
sich nur durch die ungeradzahligen Brenner abgelagert hat, (c) ist
eine beispielhafte Ansicht des Rußkörpers, der sich nur durch die
geradzahligen Brenner abgelagert hat, und (d) ist eine beispielhafte Ansicht
des Rußkörpers, der
sich durch die ungeradzahligen Brenner und die geradzahligen Brenner
abgelagert hat.
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6 zeigt
einen Rußkörperablagerungszustand
durch ein weiteres Verfahren der Erfindung; (a) ist eine beispielhafte
Ansicht des Rußkörpers, der sich
nur durch die geradzahligen Brenner abgelagert hat, (b) ist eine
beispielhafte Ansicht des Rußkörpers, der
sich nur durch die ungeradzahligen Brenner abgelagert hat, und (c)
ist eine beispielhafte Ansicht des Rußkörpers, der sich durch die ungeradzahligen Brenner
und die geradzahligen Brenner abgelagert hat.
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7 ist
ein Diagramm, das das Schwankungsverhältnis des äußeren Durchmessers des Rußkörpers zeigt,
die auftritt, wenn die Positionen der Brenner des Beispiels 6 aus
der festgelegten Position verschoben werden.
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8 ist
eine beispielhafte Ansicht, die ein Beispiel eines konventionellen
Verfahrens zur Herstellung einer Glaspartikelschicht darstellt.
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In den begleitenden Zeichnungen ist 1 ein Substratstab, 2 ein
wirksamer Abschnitt, 3 ein Halterungsstab, 4 ein
Reaktionsgefäß, 5 eine
Ausströmöffnung, 6 ein
ungeradzahliger Brenner, 7 eine geradzahliger Brenner, 8 eine
Brenneranordnung, 9 eine Rußkörper, 10 eine Einfuhreinheit
für saubere
Luft, 11 ein Stabhalterungsabschnitt, 12 eine
Rotationseinheit, 13, 14 und 15 sind
abgelagerter Ruß, 16 ist ein
Brenner, 17, 18 und 19 sind Brenneranordnungen,
und 20, 21 und 22 sind Brenner.
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Bester Weg zur
Ausführung
der Erfindung
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Eine grundlegende Idee des erfinderischen Verfahrens
ist es, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer Glaspartikelschicht
mehrere Glaspartikelsynthetisierbrenner angeordnet sind, die einem drehenden
Substratstab gegenüberliegen,
und sich Glaspartikel, die durch die Glaspartikelsynthetisierbrenner
synthetisiert wurden, auf der Oberfläche des Substratstabes ablagern,
wobei der Substratstab und die Glaspartikelsynthetisierbrenner nicht
hin und herbewegt werden, ein Brenner-zu-Brenner Abstand festgelegt
ist und die Menge an Betriebsgas, Verbrennuungsgas, Verbrennungsunterstützungsgas, und
Dichtgas, welche den Brennern zuführbar ist, festgelegt oder
die Spezifikation des Brenners abgeändert ist, so dass die Schwankung
des äußeren Durchmessers
in Längsrichtung
reduziert wird, was bei herkömmlichen
Verfahren dieser Art problematisch ist und um einen wirkungslosen
Abschnitt an beiden Enden relativ klein zu gestalten.
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Diese Erfindung wird im folgenden
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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In 1 wird
ein Substratstab 1 durch einen drehbaren Halterungsstab 3 gehalten
und ist innerhalb eines Reaktionsgefäßes 4 mit Ausströmöffnungen 5 angeordnet.
Bei diesem Beispiel besteht eine Brenneranordnung 8 aus
einer Gesamtzahl von sieben Brennern, umfassend vier ungeradzahligen Brennern 6 und
drei geradzahligen Brennern 7. Die ungeradzahligen Brenner 6 und
die geradzahligen Brenner 7 sind derart gestaltet, dass
sie unterschiedliche Synthesebedingungen zum Synthetisieren der Glaspartikel
aufweisen. Die Brenneranordnung 8 liegt dem Substratstab 1 gegenüber. Die
Länge zwischen
einem Ende eines ungeradzahligen Brenners 6 und dem anderen
Ende eines ungeradzahligen Brenners 6 ist größer als
die Länge
des Wirkungsabschnitts 2 des Substratstabs 1.
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Jeder Brenner bläst ein Betriebsgas wie SiCl4, ein Verbrennungsgas wie Wasserstoff, ein
Verbrennungsunterstützungsgas
wie Sauerstoff, und ein Dichtgas wie Argon aus, um eine Flamme zu
bilden. Ein Rußkörper 9 wird
durch Ablagerung von Glaspartikeln, die durch die gebildete Flamme
synthetisiert wurden, auf den Substratstab 1 während einer
Rotation des Substratstabs 1 hergestellt.
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Saubere Luft wird von einer Einführeinheit 10 in
das Reaktionsgefäß 4 eingeführt. Der
Substratstab 1 wird durch einen Stabhalterungsabschnitt 11 gehalten
und durch eine Rotationseinheit 12 gedreht.
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Bei dem Herstellungsverfahren der
gewöhnlichen
Art, wie in 8 dargestellt,
sind mehrere Glaspartikelsynthetisierbrenner 23 dem drehenden Substratstab
gegenüberliegend
angeordnet. Der Rußkörper 9 wird
durch Ablagern des Rußes,
der durch die Brenner 23 synthetisiert wurde, auf der Oberfläche des
Substratstabes 1 ohne Bewegung des Substratstabes 1 und
der Brenner 23 relativ zueinander hergestellt. Um die Glaspartikelsynthesebedingungen
soweit wie möglich
auszugleichen, sind die Brenner 23 in regelmäßigen Abständen angeordnet,
so dass sich die Flammen der benachbarten Brenner nicht überlagern.
Jeder Brenner 23 weist daher eine hohe Rußablagerungsgeschwindigkeit
im Bereich der Mitte des Brenners auf, aber ein niedriges Rußkörperwachstum
und eine niedrige Rußsyntheseproduktion
in den Randgebieten des Brenners. Aufgrund eines Unterschiedes in
der Rußsyntheseproduktion
schwankt der äußere Durchmesser
des Rußkörpers in
Längsrichtung
und die Qualität
ist vermindert.
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Bei dieser Ausführungsform im Gegensatz, können die
Rußsynthesebedingungen
für jeden Brenner
durch Regulieren der Gasmenge, die dem Brenner zugeführt wird
und Ändern
des Aufbaus des Brenners alternativ eingestellt werden. Durch zweckmäßiges Einstellen
der Rußsynthesebedingungen und
des Abstands jedes Brenners wird die Schwankung des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers in Längsrichtung
reduziert, so dass eine gleichmäßige Form
erzeugt wird. Zum Beispiel sind Brenner 20 die unterschiedliche
Synthesebedingungen im Vergleich zu den Brennern 16 aufweisen,
zwischen den Brennern 16 angeordnet, wie in 5(a) dargestellt. Der Ruß, der durch
die Brenner 16 synthetisiert wurde, lagert sich auf dem
Substratstab ab und bildet einen Rußkörper 9a, wie in 5(b) dargestellt. In dem Fall,
in dem der Ruß nur
durch die Brenner 20 synthetisiert wurde, wird der Rußkörper 14 wie
in 5(c) dargestellt,
auf dem Substratstab gebildet. Durch Einstellen des Abstands zwischen
jedem Brenner und der Synthesebedingungen kann die Schwankung des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers 9,
der durch die Brenner 16 gebildet wurde, durch den Ruß der durch
die Brenner 20 synthetisiert wurde, komplettiert werden.
Durch Synthetisieren des Rußes
durch die Brenner 16 und 20 weist der Rußkörper 9 einen
nahezu gleichmäßigen äußeren Durchmesser
auf und man erhält
eine gute Form, wie in 5(d) dargestellt.
Drei oder mehr Glaspartikelsynthetisierbrenner können angeordnet sein und die Rußsynthesebedingungen
der Brenner für
die ungeradzahligen Brenner (Brenner 16 in 5(a)), wenn von dem Ende der Brenneranordnung
gezählt,
und für
die geradzahligen Brennern (Brenner 20 in 5(a)) gleich sein. Oder die Rußsynthesebedingungen
für die
ungeradzahligen Brenner und die geradzahligen Brenner sind unterschiedlich
festgelegt und der Abstand zwischen den Brennern ist entsprechend
den Rußsynthesebedingungen
zweckmäßig eingestellt.
In dem Fall, in dem die Anzahl der Brenner ungerade ist, wird ein
Rußkörper mit
symmetrischen Enden hergestellt.
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In dem Fall, in dem die Anzahl der
Brenner gerade ist, sind die Formen des Rußkörpers an beiden Enden unsymmetrisch,
aber der Rußkörper weist
in seiner Gesamtheit eine geringere Schwankung des äußeren Durchmessers
auf, und folglich ergibt sich ebenfalls die obige Wirkung. Wie in 6 dargestellt, sind drei Brenner 21,
die an den ungeraden Zahlen, wenn von einem Ende (unteres Ende in dem
in 6(a) dargestellten
Beispiel gezählt,
angeordnet sind, und drei Brenner 22, die an den geraden Zahlen
angeordnet sind (wie in 6(b) dargestellt) kombiniert,
so dass eine gerade Anzahl an Brennern entsteht. Durch Einstellen
jedes Abstands zwischen den Brennern und der Synthesebedingungen
wird die Schwankung des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers 9a,
der durch die Brenner 21 synthetisiert wurde, durch den
abgelagerten Ruß 14,
der durch die Brenner 22 synthetisiert wurde, kompensiert.
Mit der geraden Anzahl an Brennern 21 und 22 kann
ein Rußkörper 9 mit
ungefähr
gleichem äußeren Durchmesser
und einer guten Form aufweist, hergestellt werden, wie in 6(c) dargestellt.
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Als ein spezifisches Beispiel eines
Brennerabstands wird der Abstand zwischen Brennern einer Brennergruppe,
die einen größeren Betriebsstoff-Durchfluss
pro Brenner aufweisen, welche von den Brennern ausgewählt wird,
die an den ungeraden Zahlen von einem Ende oder den Brennern, die an
den geraden Zahlen angeordnet sind, festgelegt, so dass die folgende
Formel (1) zu erfüllt
ist. 10a ≤ L ≤ A (1)
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Bei der Formel (1) ist L der Abstand
(mm) zwischen Brennern in der Brennergruppe, die einen größeren Betriebsstoff-Durchfluss pro Brenner
aufweisen, a der Betriebsstoff.-Durchfluss
(Liter pro Minute) des Brenners mit dem größten Betriebsstoff-Durchfluss ÷ 22,4
(Liter pro Mol) × 60
(g pro Mol), und A der äußere Durchmesser
(mm) der Soll-Glaspartikelschicht.
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Die Brenner in der Brennergruppe,
die einen kleineren Betriebsstoff-Durchfluss pro Brenner aufweisen,
sollten in einem Abstand L/2 zu dem benachbarten Brenner in der
Brennergruppe, die einen größeren Betriebsstoff-Durchfluss
pro Brenner aufweisen, angeordnet sein.
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In dem Fall, in dem die Anzahl der
Brenner gerade ist, können
die Brenner an den ungeraden Zahlen und den geraden Zahl abhängig von
welchem Ende die Brenner beziffert sind, unterschiedlich ausgestaltet
sein. Bei dieser Ausführungsform
sind die Brenner jedoch von dem Ende, an dem der Brenner mit dem
größten Betriebsstoff-Durchfluss
angeordnet ist, beziffert. Das heißt, in dem Fall, in dem die
Brenner-Anzahl gerade ist, ist die Brennergruppe an der ungeraden
Zahl die Brennergruppe mit einem größeren Betriebsstoff-Durchfluss
und die Brennergruppe an den geraden Zahlen ist die Brennergruppe
mit einem kleineren Betriebsstoff-Durchfluss.
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Wenn der Betriebsstoff-Durchfluss
in einem gewissen Maß erhöht wird,
erhöht
sich der Grad der Überlagerung
zwischen den geradzahligen und den ungeradzahligen Brennern, nämlich zwischen
benachbarten Brennern, wenn der Abstand zwischen den Brennern gering
ist. Ist der Grad der Überlagerung
zwischen den Brennern erhöht,
ist der äußere Durchmesser
des Rußkörpers und
die Form der Rußdeckschicht
unstetig, wodurch der Effekt der Erfindung nicht erzielt werden
kann. Um den Effekt der Erfindung zu erreichen, muss der Abstand
L zwischen den Brennern, die einen größeren Betriebsstoff-Durchfluss auf 10a
(mm) oder größer festgelegt sein.
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Bei der Formel 1 ist, wenn L größer als
der äußere Durchmesser
der Soll-Glaspartikelschicht ist, ein Bereich in dem ein Brenner
mit einer größeren Betriebsstoff-Durchfluss
Ruß ablagert,
viel weiter von dem eines anderen Brenners entfernt. Folglich können die
Brenner mit einem kleineren Betriebsstoff-Durchfluss den abgelagerten
Ruß nicht
ausgleichen. Die Brenner mit einen niedrigeren Betriebsstoff-Durchfluss umfassend
derer die am weitesten außen
angeordnet sind, sind wünschenswerter
Weise in einem Abstand L/2 zu den benachbarten Brennern mit einem
größeren Betriebsstoff-Durchfluss angeordnet.
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Es ist unnötig, dass der Abstand zwischen den
Brennern genau L/2 entspricht und es ist lediglich notwendig, dass
die Brennerposition praktisch innerhalb einem Bereich von +10% bis –10% von
dem festgelegten Wert liegt. Innerhalb dieses Bereichs kann die
Schwankungsziffer des äußeren Durchmessers
für den
Rußkörper um
bis zu 5% gesenkt werden. Überschreitet
die Abweichung des Brennerabstands den Bereich von +10% bis –10%, erhöhen sich
die Schwankungsziffer des äußeren Durchmessers
für den
Rußkörper ungewünschter
Weise.
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2 zeigt
beispielhaft einen Rußablagerungszustand
in dem Fall, in dem der Abstand L zwischen den Brennern mit größerem Betriebsstoff-Durchfluss
geringer ist als der Betriebsstoff-Durchfluss (a × 22,4 ÷ 60) mit 10a > L, und die Formel
(1) ist nicht erfüllt.
Bei diesem Beispiel sind die ungeradzahligen Brenner Brenner, in
der Brenneranordnung, wie in 2(a) dargestellt,
Brenner mit größerem Betriebsstoff-Durchfluss.
Nur mit den ungeradzahligen Brennern 6 tritt eine Überlagerung zwischen
den Brennern auf, so dass der äußere Durchmesser
des Rußkörpers 13 unstetig
wird, wie in 2 (b) dargestellt. Der
Ruß 14,
der sich auf dem Substratstab nur durch die geradzahligen Brenner 7 ablagert,
ist in 2(c) dargestellt.
Der Ruß 14 kann die
Schwankung des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers 13 nicht
ausgleichen und der äußere Durchmesser
des Rußkörpers 15 schwankt
wie in 2 dargestellt.
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3 zeigt
beispielhaft einen Rußablagerungszustand,
in dem Fall, in dem der Abstand L zwischen den Brennern mit größerem Betriebsstoff-Durchfluss
größer als
der äußere Durchmesser A
des Rußkörpers ist,
mit L > A, und die
Formel (1) ist nicht erfüllt.
In diesem Beispiel sind die geradzahligen Brenner, in der Brenneranordnung 8,
wie in 3(a) dargestellt,
Brenner mit größerem Betriebsstoff-Durchfluss.
Der Ruß 13, der
sich auf dem Substratstab nur durch die ungeradzahligen Brenner 6 ablagert,
ist in 3(b) dargestellt.
Es kommt keine Überlagerung
zwischen den geradzahligen Brennern vor, so dass sich die Rußkörper 14,
die sich auf dem Substratstab 1 ablagern, nicht überlappen,
wie in 3(c) dargestellt.
Da L im Vergleich zu dem äußeren Durchmesser
des Rußkörpers 14 jedoch
viel größer ist,
kann der Ruß 13 die
Schwankung des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers 14 nicht
ausgleichen, wodurch der äußere Durchmesser
des Rußkörpers 15 schwankt,
wie in 3(d) dargestellt.
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Gewöhnlicherweise sind die Glaspartikelsynthesebedingungen
für fünf Brenner
alle die gleichen. In diesem Fall sind die Schwankungen des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers größer als
die Schwankungen des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers, wie
er in 2 und 3 dargestellt
ist. Diese Erfindung erlaubt eine kleinere Schwankung des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers als
die des konventionellen Verfahrens.
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In dem Fall, in dem Brenner mit gleichen Rußsynthesebedingungen
verwendet werden, wird bei einem optimalen Abstand zwischen den
Brennern, oft eine Schwankung des äußeren Durchmessers zwischen
10 bis 20% in Längsrichtung
des Rußkörpers festgestellt.
Um die Schwankung durch das Verfahren dieser Erfindung auszugleichen,
sind die Brenner mit kleinerem Betriebsstoff-Durchfluss zwischen
den Brennern mit größerem Betriebsstoff-Durchfluss
angeordnet und der Abstand zwischen den Brennern mit größerem Betriebsstoff-Durchfluss wird,
wie benötigt,
eingestellt, wodurch der Ruß synthetisiert
wird. Die Anzahl der Brenner kann gerade sein und ein Brenner mit
kleinerem Betriebsstoff-Durchfluss kann außerhalb eines Endes der Brennergruppe
mit größerem Betriebsstoff-Durchfluss
angeordnet sein.
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Ein Betriebsgas, ein Verbrennungsgas,
ein Verbrennungsunterstützungsgas
und ein Dichtgas werden jedem Brenner zugeführt. Es ist erforderlich, dass
die Brenner mit kleinerem Betriebsstoff-Durchfluss wenigstens ungefähr 10% des
Betriebsstoff-Durchfluss der Brenner mit größerem Betriebsstoff-Durchfluss
aufweisen und dass unter Berücksichtigung
eines niedrigeren Ertrags aufgrund der Überlagerung der Flammen werden
die Bedingungen geeigneterweise festgelegt werden, um eher ungefähr 10% des
Betriebsstoff-Durchfluss aufzuweisen. Ist die Ruß-Schützdichte
zu hoch oder zu niedrig, bricht der Rußkörper oder er schrumpft in der
Längsrichtung
ungleichmäßig während des
Sinterverfahrens. Daher ist es wünschenswert,
dass die Schutzdichte durch Festlegen des Durchflusses ungefähr konstant
ist, Hz oder O2, so dass die Temperatur
der abgelagerten Rußdeckschicht
ungefähr
einheitlich über
den gesamten Rußkörper ist.
Der Durchfluss des Dichtgases hat einen relativ geringen Effekt.
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Die Anordnung der Brenner ist nicht
speziell limitiert, aber die Brenner 16 sind in einer Reihe
auf einer Linie angeordnet, um eine Brenneranordnung 16 zu
bilden, wie beispielsweise in 4(a) dargestellt.
Oder die Brenner können
in mehrere Brenneranordnungen unterteilt sein, wobei jeder Brenner
aus einer unterschiedlichen Richtung auf den 5ubstratstab gerichtet
ist. Als ein Beispiel für
die Anordnung mehrerer Brenneranordnungen sind eine Brenneranordnung 18,
bestehend aus Brennern mit größerem Betriebsstoff-Durchfluss
und eine Brenneranordnung 19 mit kleinerem Betriebsstoff-Durchfluss
auf unterschiedlichen Stufen innerhalb des Reaktionsgefäßes 4 angeordnet,
wie in 4(b) dargestellt.
Diese Brenneranordnungen 18 und 19 sind derart
angeordnet, dass die Brenner einen Winkel θ mit Bezug auf die Mittelachse
des Rußkörpers 9 einschließen. Bei
der Anordnung zwischen den Brenneranordnungen 18 und 19 wird
eine komplexe Leitungsführung
vermieden, die auftritt, wenn der Brenner-zu-Brenner Abstand gering
ist und ferner die Überlagerung
der Flammen reduziert, wenn diese auf einer Linie angeordnet sind,
sowie der Rußablagerungswirkungsgrad
erhöht.
Der Winkel θ liegt
wünschenswerterweise
in einem Bereich von 30° bis
90°. Bei
einem Winkel unter 30° tritt
ein geringerer Effekt ein und bei einem Winkel über 90° wird der Abgaswirkungsgrad
verschlechtert.
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Mittel zum Festlegen der unterschiedlichen Synthesebedingungen
der Glaspartikel für
jeden Brenner sind nicht speziell limitiert, sondern können frei
gewählte
Mittel sein. Ein Verfahren zum Regeln des Gasdurchflusses mittels
eines Massenstromreglers (MFC) ohne Ändern des Brenneraufbaus, ein Verfahren
zum Ändern
des Brenneraufbaus selbst, oder beide können eingesetzt werden.
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Nebenbei bemerkt ist ein Verfahren
zum Bilden des Rußkörpers mit
geringeren Schwankungen des äußeren Durchmessers
auf dem Substratstab, bei dem mehrere Brenner eingesetzt werden,
in der ungeprüfen
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 3-228845 offenbart. Bei diesem Verfahren sind die Endabschnitte
des Rußkörpers merklich
verjüngt,
da der Glasstab und die Brenneranordnung hin und her bewegt werden,
und werden daher zu wirkungslosen Abschnitten. Bei dieser Erfindung
ist der wirkungslose Abschnitt der verjüngten Form kurz und das Glasmaterial
kann wirkungsvoll genutzt werden, weil keine Hin- und Herbewegung
vorkommt.
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Beispiele
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Die vorliegende Erfindung wird nun
mittels Beispielen genauer beschrieben, ist aber nicht auf die angegebenen
Beispiele begrenzt.
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Beispiel 1
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Bei einer Vorrichtung mit dem in 1 dargestellten Aufbau sind
sieben Brenner des gleichen Typs, welche aus 8 koaxialen periodischen
Röhren bestehen,
in einem Abstand von 60 mm in einer Reihe angeordnet, um eine Brenneranordnung
zu bilden. Durchfluss des den ungeradzahligen Brennern oder den
geradzahligen Brennern zugeführten
Gases wird festgelegt, so dass er zueinander unterschiedlich ist
und die Glaspartikel, die an jedem Brenner synthetisiert wurden,
werden auf dem äußeren Bereich
eines drehenden Substratstabes abgelagert.
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Das Betriebsgas wird den ungeradzahligen Brennern
wie folgt zugeführt;
SiCl4 Gas bei vier Litern pro Minute, Wasserstoffgas
bei 40 bis 80 Litern pro Minute, Sauerstoff bei 70 Litern pro Minute,
und Dichtgas bei 6 Litern pro Minute. Das Betriebsgas word dem geradzahligen
Brennern wie folgt zugeführt;
SiCl4 Gas bei 2 Litern pro Minute, Wasserstoff bei
25 bis 50 Litern pro Minute, Sauerstoffgas bei 50 Litern pro Minute
und Dichtgas Argon bei 6 Litern pro Minute. Der Durchfluss des Wasserstoffes
wird stufenweise mit dem Wachstum des Rußkörpers erhöht.
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Bei Verwendung eines Substratstabes
mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Wirkungsabschnittslänge von
350 mm kann Ruß bis
zu einem äußeren Durchmesser
von maximal 130 mm abgelagert werden. Die Schwankungsziffer des äußeren Durchmessers
des erhaltenen Rußkörpers in
Längsrichtung
entspricht 3,0%, wodurch ein hervorragender Rußkörper hergestellt werden kann.
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Die Schwankungsziffer des äußeren Durchmessers
ist ein Wert, der durch die Formel (2 × 100 (maximaler Durchmesser – minimaler
Durchmesser)/(maximaler Durchmesser + minimaler Durchmesser)) bestimmt
wird.
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Beispiel 2
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Bei einer Vorrichtung des in 1 dargestellten Aufbaus
ist ein ungeradzahlige Brenner ein Brenner, der aus acht konzentrischen
Röhren
besteht und ein geradzahlige Brenner ein Brenner, der aus vier konzentrischen
Röhren
besteht, wobei eine Gesamtzahl von sieben Brennern in einem Abstand
von 50 mm in einer Reihe angeordnet sind, um eine Brenneranordnung
zu bilden.
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Das Betriebsgas wird den ungeradzahligen Brennern
wie folgt zugeführt;
aus SiCl4 Gas bei 3,5 Litern pro Minute,
Wasserstoff bei 40 bis 80 Litern pro Minute, Sauerstoff bei 700
Litern pro Minute, und Dichtgas Argon bei 6 Litern pro Minute,.
Das Betriebsgas wird den geradzahligen Brennern wie folgt zugeführt; SiCl4 Gas bei 2 Litern pro Minute, Wasserstoff
bei 20 bis 40 Litern pro Minute, Sauerstoff bei 30 Litern pro Minute
und Dichtgas Argon bei 6 Litern pro Minute. Der Durchfluss des Wasserstoffgases
wird stufenweise mit dem Wachstum des Rußkörpers erhöht.
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Glaspartikel, die durch die Brenner
synthetisiert wurden, werden als Ruß um den äußeren Umfang eines Substratstabes
abgelagert. Bei Verwendung eines Substratstabes mit einem Durchmesser von
20 mm und einer Wirkabschnittslänge
von 280 mm kann der Ruß bis
zu einem äußeren Durchmesser
von maximal 120 mm abgelagert werden. Die Schwankungsziffer des äußeren Durchmessers
des erhaltenen Rußkörpers in
Längsrichtung
entspricht 2,8%, wodurch ein hervorragender Rußkörper hergestellt werden kann.
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Vergleichs-Beispiel 1
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Der Rußkörper wird unter den gleichen
Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Menge an Gas,
welche den geradzahligen Brennern zugeführt wird, gleich zu der den
ungeradzahligen Brennern zugeführte
Menge entspricht. Die Schwankungsziffer des äußeren Durchmessers des erhaltenen
Rußkörpers in
der Längsrichtung
entspricht ca. 8,0%, wodurch die Eigenschaften unstetig und der
Rußkörper fehlerhaft
ist.
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Beispiel 3
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Zwei Anordnungen an Brennern werden
bereitgestellt und in einem Winkel θ von 60° wie in 4(b) dargestellt angeordnet. Die geradzahligen Brenner
in dem Beispiel wurden in einer Reihe und die geradzahligen Brenner
in einer anderen Reihe angeordnet. Die zwei Brenneranordnungen sind
parallel und der Abstand zwischen den ungeradzahligen Brennern und
den geradzahligen Brenner entspricht 60 mm in einer Richtung der
Brenneranordnung, wie in 4(c) dargestellt.
Der Rußkörper wird
unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt. Die
Schwankungsziffer des äußeren Durchmessers des
Rußkörpers in
Längsrichtung
entspricht ca. 2,5%, so dass ein hervorragender Rußkörper hergestellt
werden kann.
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Beispiel 4
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Bei einer Vorrichtung des in 1 dargestellten Aufbaus
bestehen die ungeradzahligen Brenner, die an einer ungeraden Zahl,
wenn von oben gezählt, angeordnet
sind, aus drei koaxialen acht periodischen Röhrenbrennern, und die geradzahligen
Brenner aus drei Brennern, von denen jeder aus acht konzentrischen
Röhren
besteht, wodurch insgesamt sechs Brenner in einem Abstand von 60
mm in einer Reihe angeordnet sind, um eine Brenneranordnung zu bilden.
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Das Betriebsgas umfassend SiCl4 Gas bei 4 Litern pro Minute, Wasserstoff
bei 40 bis 80 Litern pro Minute, Sauerstoff bei 70 Litern pro Minute
und Dichtgas Argon bei 6 Litern pro Minute wird den ungeradzahligen
Brennern zugeführt.
Das Betriebsgas umfassend SiCl4 Gas bei
2 Litern pro Minute, Wasserstoff bei 20 bis 40 Litern pro Minute,
Sauerstoff bei 30 Litern pro Minute und Dichtgas Argon bei 6 Litern
pro Minute wird den geradzahligen Brennern zugeführt. Der Durchfluss des Wasserstoffes
wird stufenweise mit dem Wachstum des Rußkörpers erhöht.
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Glaspartikel, die durch die Brenner
synthetisiert wurden, werden als Ruß um den äußeren Umfang eines drehenden
Substratstabes abgelagert. Bei Verwendung eines Substratstabes mit
einem Durchmesser von 20 mm und einer Wirkabschnittlänge von
250 mm wird Ruß bis
zu einem Durchmesser von maximal 130 mm abgelagert. Die Schwankungsziffer
des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers in der
Längsrichtung
entspricht 2,7%, so dass ein hervorragender Rußkörper hergestellt werden kann.
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Beispiel 5
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Bei einer Vorrichtung des in 1 dargestellten Aufbaus
sind acht koaxiale acht periodische Röhrenbrenner dergleichen Art
in einem Abstand von 70 mm in einer Reihe angeordnet, um eine Brenneranordnung
zu bilden.
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Das Betriebsgas umfassend SiCl4 Gas bei 1,5 Litern pro Minute, Wasserstoffgas
bei 20 bis 40 Litern pro Minute, Sauerstoffgas bei 40 Litern pro
Minute und Dichtgas Argon bei 60 Litern pro Minute wird den ungeradzahligen
Brennern, wenn von oben gezählt,
zugeführt.
Das Betriebsgas aus SiCl4 Gas bei 3,5 Litern
pro Minute, Wasserstoffgas bei 50 bis 80 Litern pro Minute, Sauerstoffgas
bei 80 Litern pro Minute und Dichtgas Argon bei 6 Litern pro Minute wird
den geradzahligen Brennern zugeführt.
Der Durchfluss des Wasserstoffes wird stufenweise mit dem Wachstum
des Rußkörpers erhöht.
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Glaspartikel, die durch die Brenner
synthetisiert wurden, werden als Ruß um den äußeren Umfang eines Substratstabes
abgelagert. Bei Verwendung eines Substratstabes mit einem Durchmesser von
30 mm und einer Wirkabschnittlänge
von 440 mm wird Ruß bis
zu einem Durchmesser von maximal 200 mm abgelagert. Die Schwankungsziffer
des äußeren Durchmessers
des Rußkörpers in
der Längsrichtung
entspricht 2,9%, so dass ein hervorragender Rußkörper hergestellt werden kann.
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Beispiel 6
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Der Abstand zwischen dem Brenner
an dem untersten Ende und dem Brenner direkt darüber ist abgeändert und
die anderen Bedingungen sind die gleichen, wie in Beispiel 5,
so dass eine Rußablagerung
erzeugt wird. Die Schwankung des äußeren Durchmessers des Rußkörpers, wenn
der Abstand geändert
wurde, ist in 7 dargestellt.
Aus den in 7 dargestellten
Ergebnissen kann entnommen werden, dass die Schwankung des äußeren Durchmessers
des erhaltenen Rußkörpers innerhalb
von 5% liegt, wenn eine Brennerabstandsabweichung von dem festgelegten
Wert innerhalb von –8%
bis 10% liegt, so dass ein hervorragender Rußkörper hergestellt werden kann.
Die Abweichung in positiver Richtung ergibt sich wenn der Abstand
zwischen den Brennern größer ist.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Wie aus den obigen Erläuterungen
ersichtlich wird, kann durch die vorliegende Erfindung eine Glaspartikelschicht
mit geringeren Schwankungen des äußeren Durchmessers
hergestellt werden ohne einen unstetigen Abschnitt des äußeren Durchmessers
zu vergrößern.
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Mit der Herstellungsvorrichtung für die Glaspartikelschicht
gemäß dieser
Erfindung kann das obige Verfahren ferner leicht ermöglicht werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer
Glaspartikelschicht vorzuschlagen, bei dem der ein Rußkörper mit
einer geringeren Schwankung des äußeren Durchmessers
in einer Längsrichtung
gebildet werden kann ohne einen wirkungslosen Abschnitt, der an
den Endabschnitten des Rußkörpers ausgebildet
ist, zu vergrößern.
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Die Erfindung bezieht sich auf das
Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung der Glaspartikelschicht,
wobei ein Substratstab (1) durch einen drehbaren Haltestab
(3) gehalten wird und innerhalb eines Reaktionsgefäßes (4)
mit einer Ausströmöffnung (5)
angeordnet ist. Eine Brenneranordnung (8) setzt sich aus
ungeradzahligen Brennern (6) und geradzahligen Brennern
(7) zusammengesetzt. Die ungeradzahligen Brenner (6)
und die geradzahligen Brenner (7) sind ausgerichtet, so
dass sie unterschiedliche Synthesebedingungen für die Glaspartikel aufzuweisen.
Glaspartikel, die durch die Brenner synthetisiert wurden, werden
während
sich der Substratstab dreht, auf dem Substratstab (1) abgelagert,
wodurch die Glaspartikelschicht (9) gebildet wird.