JP2002211936A - 石英ガラス体を製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可能な限り均一である物質特性を有する石英
ガラス体の製造を可能にする方法を提供することを課題
とする。 【解決手段】 石英ガラス体を製造する既知の方法にお
いて、堆積用バーナー（７）にケイ素含有出発化合物が
供給され、バーナー炎（６）中で該化合物からＳｉＯ₂
粒子を形成し、該粒子は中心軸（３）を中心に回転する
キャリヤ（２）のキャップ形状の堆積面（９）に堆積さ
れ、石英ガラス体（８）の形成中にガラス化され、堆積
用バーナー（７）と堆積面との間の距離は制御される。
この方法により、堆積中、堆積面の幾何学形状を維持す
るという手段によって、ＶＡＤ法に従った、可能な限り
均一の物質特性を有する石英ガラスの製造が可能とな
る。また、石英ガラス体を再形成可能なように製造する
装置として、幾何学形状を維持するために、手段（１
１；１２；１７；１９；３７；３８）を設けることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石英ガラス体を製
造する方法において、ケイ素含有出発化合物を堆積用バ
ーナーに供給することにより、該堆積用バーナーにあて
がわれたバーナー炎中で該ケイ素含有出発化合物からＳ
ｉＯ₂粒子を形成することにより、中心軸を中心に回転
する、該中心軸の方向に制御された引き抜き速度（with
drawal speed）で引っ込められるキャリヤのキャップ形
状の堆積面上に上記粒子を堆積することにより、かつ石
英ガラス体の形成中に該粒子をガラス質化することによ
り石英ガラス体を製造する方法であって、堆積用バーナ
ーと堆積面との間の距離が制御される、石英ガラス体を
製造する方法に関する。

【０００２】さらに、本発明は、石英ガラス体を製造す
る装置に関し、該装置は、中心軸を中心に回転可能であ
り、かつ該中心軸の方向に調整可能な引き抜き速度で変
位装置によって変位可能であるキャリヤと、堆積用バー
ナーにあてがわれたバーナー炎中でシリカ（ＳｉＯ₂）
粒子を生成するための堆積用バーナーであって、該堆積
用バーナーによってＳｉＯ₂粒子が、キャリヤのキャッ
プ形状の堆積面上に堆積され、石英ガラス体の形成中に
ガラス質化する、堆積用バーナーと、堆積面に向けられ
た光検出手段と、堆積用バーナーと堆積面との間の距離
を制御する制御装置とを備えている。

【０００３】

【従来の技術】中心軸を中心に回転するキャリヤ面上に
ＳｉＯ₂粒子を軸方向に堆積することにより、石英ガラ
スからなる本体を製造する方法は、一般に、「ＶＡＤ
法」（気相軸付け法）という名で知られている。この方
法によって製造される石英ガラス体は、たとえば、光学
または半導体技術の分野での用途のために、光ファイバ
のプリフォームとして、または合成石英ガラスの高純度
の構成部品を製造するための半仕上げ製品として使用さ
れる。

【０００４】上記のタイプの方法および装置は、ＤＥ−
Ａ ４２ ０３ ２８７から知られている。石英ガラス
体の製造に関して、水平に向けられた回転軸を備えたキ
ャリヤと、該キャリヤを回転軸の方向に制御可能な引き
抜き速度で変位可能なモータと、ＳｉＣｌ₄、酸素、お
よび可燃性ガスを供給される火炎加水分解バーナーと、
キャリヤおよび火炎加水分解バーナー間の距離を絶えず
測定し一定に保っている測定／制御装置とを備えてい
る。

【０００５】火炎加水分解バーナーのバーナー炎は、該
バーナー炎の主伝搬方向が回転軸に平行して延びている
ように（バーナー角＝０度）、回転キャリヤ面に向けら
れる。ＳｉＣｌ₄は、バーナー炎中でＳｉＯ₂に転化し
て、キャリヤ上にＳｉＯ₂粒子の形態で堆積し、その直
後に、石英ガラス体の形成中にガラス質化する。キャリ
ヤ面上にＳｉＯ₂粒子が層状に堆積し、かつガラス質化
することにより、石英ガラス体は、回転軸の方向に凸状
の湾曲を有するキャップ形状の堆積面を備えて形成され
る。

【０００６】測定／制御装置は、光線を有する光障壁を
備えており、この光線（光障壁）は回転軸に垂直な方向
に延び、かつ堆積面に接している。キャップ形状の堆積
面がこの光障壁を恒久的に遮ると、キャリヤの堆積面と
火炎加水分解バーナーとの間の所望距離が再び調整され
るまで引き抜き速度が増大する。

【０００７】しかしながら、この場合には光障壁が遮ら
れないため、かかる制御装置によって所望距離の意図せ
ぬ増大を検出することができない。この欠点は、火炎加
水分解バーナーと、垂直に配向された回転軸を有するキ
ャリヤとの距離を絶えず監視するＩＲカメラを用いるこ
とによる、ＵＳ−Ａ ６，０１８，９６４号にしたがっ
た、石英ガラス体を製造する同様のＶＡＤ法で回避され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
堆積用バーナーと堆積面との距離が厳しく監視されて
も、ＶＡＤ石英ガラス体に、半径方向の、特に層状に軸
方向の不均一が生じる。かかる不均一は、堆積工程中
の、光学特性における、および石英ガラスの化学組成に
おける変化によって生じる。水素および水酸基密度の勾
配を石英ガラス体の長さにわたって監視することが多
い。かかる軸方向の基質勾配（axial substancegradien
ts）は、軸および半径方向の密度分布に付加的に影響を
受ける光学特性、ならびに石英ガラス体の冷却挙動によ
って実質的に決定される、いわゆる仮想温度に影響を及
ぼすことが多い。

【０００９】したがって、本発明の目的は、ＶＡＤ法に
従って、可能な限り均一である物質特性を有する石英ガ
ラス体の製造を可能にする方法を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、かかる石英ガラス体を再形成
可能な方法で形成することのできる装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本方法に関する限り、上
記方法から始まるこの目的は、堆積中、堆積面の幾何学
形状が維持されることで、本発明により達成される。

【００１１】堆積面の幾何学形状（以下「キャップ形状
（cap geometry）」と記すこともある）は、ＶＡＤ法の
安定性、および結果として生じる石英ガラス体の物質の
均一性を決定的なものにすることが見いだされている。
堆積工程中のキャップ形状の変化には、石英ガラス体の
物質特性の変化が伴う。

【００１２】ＶＡＤ法の安定性および物質の軸方向の均
一性に対する、堆積面の幾何学形状の影響の説明の１つ
に、堆積面にわたる半径方向の温度分布がキャップ形状
に依存しているということが挙げられる。かたや温度分
布は、石英ガラス体の物質特性に直接的かつ間接的な影
響を及ぼす。堆積面の各地点に関して、たとえば水酸基
や水素の混入、またはＳｉＨ基の形成は、堆積中に達し
た最高温度、および冷却工程の時間の推移に依存する。
したがって、堆積面にわたる温度分布は、半径方向の化
学組成、ひいては石英ガラス体の光学特性にも影響を及
ぼす。さらに、温度はまた、石英ガラスの半径方向の密
度分布および仮想温度を画定する。したがって、堆積工
程中における半径方向の温度分布の変化は、結果とし
て、上記物質特性に、半径方向の、特に軸方向の変化を
もたらす。

【００１３】したがって本発明によれば、堆積工程中、
キャップ形状が維持される。これは、キャップ形状が可
能な限り一定を保つことを意味している。キャップ形状
の変化に関して、上記変化をなくす手段がとられる。キ
ャップ形状の変化が堆積工程中に起こる場合もある。そ
れは、たとえば周囲環境が加熱するためであり、また石
英ガラス体の体積および重量が増大するためである。特
に、水平方向の回転軸を用いたＶＡＤ法では、石英ガラ
ス体は、該石英ガラス体の増分した長さに伴い撓み、そ
の結果として堆積面上のバーナー炎の衝突点に変位が起
こり、したがって、規則的に、キャップ形状にかなりの
変化が生じる。

【００１４】堆積工程中におけるキャップ形状の一定性
が、本発明による教示、すなわち軸および半径方向の分
布の均一な物質特性の達成を決定的にしている。特定の
キャップ形状などの他のパラメータは、二次的に重要で
あるにすぎない。

【００１５】キャップ形状は、「堆積工程の間」維持さ
れる。この「堆積工程の間」とは、使用に適した長さの
石英ガラス体（可能な限り一定性のある物質特性を特徴
とする）が堆積される堆積工程期間のことを指す。

【００１６】本発明の方法の好適な展開では、バーナー
炎の形状、化学量論、および主伝搬方向、ならびに堆積
面上のバーナー炎の衝突点の位置は、堆積中、堆積面の
幾何学形状を維持するように調整される。キャップ形状
は、上記パラメータによって実質的に影響を受けること
が見いだされている。したがって、これらのパラメータ
は特に操作変数（manipulated variable）として適して
おり、この操作変数によって堆積工程の間にキャップ形
状の変化をなくすことができる。パラメータのうち１つ
が操作変数として用いられ、残りのパラメータが一定に
保たれていれば十分である。さらに、キャップ形状は、
堆積用バーナーと堆積面との距離によって決まる。この
距離は、本発明による方法で一定に保たれる。

【００１７】「バーナー炎の化学量論」という語句は、
バーナー炎の化学組成のことを指している。

【００１８】特に好適な方法では、堆積面上のバーナー
炎の衝突点の位置が制御される。堆積面上のバーナー炎
の衝突点の位置は、ＶＡＤ法の安定性、および石英ガラ
ス体の物質の均一性を決定的にすることがわかってい
る。この理由は、バーナー炎の衝突点の位置が、堆積面
にわたる半径方向の温度分布、および堆積面の幾何学形
状に決定的な影響を及ぼすということである。

【００１９】衝突点は、バーナー炎の主伝搬方向と堆積
面との交差位置により画定される。

【００２０】堆積面上の衝突点は、実質的には、該面に
相対的な堆積用バーナーの位置によって、およびバーナ
ー炎の形状および方向によって画定される。バーナー炎
の形状および方向は、種々の手段をとることにより（た
とえば堆積バーナー中を通るか、または該バーナーの外
側のガス流によって、機械的ガイド体によって、あるい
はまた堆積用バーナー自体を動かす必要なく電場を与え
ることによって）、変化することができる。かかる手段
は、原則として衝突点を調整するのに適しており、以下
の説明に包含される。しかしながら、簡潔のために、バ
ーナー炎は、堆積中、形状および方向に関して一定を保
たれることから始まって、バーナー炎の局部変位には堆
積用バーナーの相当する変位が常に伴うことになろう。

【００２１】堆積面の幾何学形状が維持されるという条
件下で、バーナー炎を堆積面にわたって所定の運動シー
ケンス（motional sequence）で誘導することができ
る。最も簡潔な場合では、堆積面上の衝突点は、キャッ
プ形状に望ましくないの変化が起きて所定のキャップ形
状を再形成する場合にしか変化しない。衝突点によりキ
ャップ形状が明らかに影響を受けるため、堆積面上のバ
ーナー炎の衝突点の位置が一定に保たれることにより同
時に堆積面のキャップ形状が一定になることが確実にな
ることで十分である。

【００２２】キャップ状の輪郭（cap contour）が堆積
面の少なくとも一部分を光学的画像形成することにより
得られ、堆積面の実際の幾何学形状についての寸法がそ
のキャップ状の輪郭から決定される方法が好ましい。こ
の方法では、堆積面を光学的に絶えず感知しており、堆
積面のプロファイルを画像形成し、「キャップ状の輪
郭」として測定する。感知したキャップ状の輪郭が所望
の形状から逸脱する場合、上記パラメータのうち１つが
変化して、所望の形状が再び得られる。キャップ状の輪
郭はデジタル画像処理により適切に測定され評価され
る。この意味でのキャップ状の輪郭の規則的な感知は、
継続的にも所定の時間間隔によっても実行することがで
きる。可能な限り選択される時間間隔が短いほど、堆積
面の形状をより正確に維持することができる。

【００２３】好ましくは、堆積面の実際の幾何学形状に
ついての寸法は、キャップ状の輪郭上の間隔を置いた少
なくとも２つの測定点の決定を含む測定基準に基づいて
決定され、その測定点のうち第１の測定点は中心線の高
さ位置に決定され、第２の測定点はその中心線から所定
の半径方向距離のところに決定される。第１および第２
の測定点間の軸方向の距離により、堆積面の湾曲につい
て単純な寸法図形（dimension figure）が得られる。測
定プロファイルにおける測定点の数が多いほど、キャッ
プ状の輪郭をより正確に測定することができる。堆積面
の形状の変化を、早期にキャップ状の輪郭により検出す
ることができる。まず先にキャップ状の先端が変化する
場合が多く、そのため、中心線の高さ位置にある、キャ
ップ状の輪郭上の第１の測定点により特に感度のよい制
御が可能となる。

【００２４】堆積面の形状の変化が、バーナー炎の衝突
点の位置の意図せぬ変化の兆しであることも多い。した
がって、堆積面の幾何学形状を維持する特に好適な方法
では、堆積用バーナーの引き抜き速度または位置を操作
変数として用いる位置制御が設けられる。これらのパラ
メータは、バーナー炎の衝突点の位置に直接的に影響を
及ぼし、それによって、感度がよく正確な制御を行うこ
とが可能となる。しかしながら、バーナー炎がキャリヤ
面上に対し正面を向いておらず、ある傾斜角度で堆積面
に作用する場合、引き抜き速度の変化は、堆積面上のバ
ーナー炎の半径方向位置にしか影響を及ぼさない。この
場合、堆積面上のバーナー炎の衝突点はまた、堆積バー
ナーとキャリヤとの間の距離により変化する。

【００２５】本発明による方法の特に好適な展開では、
バーナー炎は、バーナー炎の主伝搬方向とキャリヤの中
心軸とが５〜８５度の範囲のバーナー角をなすように、
かつそのバーナー角が所定の所望値に維持されるように
堆積面に向けられている。この方法では、堆積面のバー
ナー炎の「衝突角度」（バーナー角）が予め決められ、
制御される。なぜなら、衝突点だけでなくバーナー角も
堆積面の幾何学形状に著しい影響を及ぼし得るというこ
とがわかっているからである。キャリヤの中心軸に対し
て傾いて延びている主伝搬方向を有するバーナー炎の場
合には、バーナー角は、堆積用バーナーと堆積面との間
の距離により変化するだけでなく、堆積面の傾きに応じ
ても変化する。かかる傾きは、たとえば堆積工程の間
に、形成中の石英ガラス体の撓みのため、水平方向の回
転軸により生じる場合がある。このような場合、石英ガ
ラス体の中心軸は、水平方向の回転軸に対し中心を外れ
て延びており、そのため、後にバーナー角は、５〜８５
度の範囲内での所定の設定値に修正される。それによ
り、画定された一定の温度プロファイルが堆積面にわた
って維持される。

【００２６】バーナー炎の「主伝搬方向」は、通常、堆
積用バーナーの中心軸と一致している。「主伝搬方向」
とキャリヤの中心軸との歪対称構成（skew arrangemen
t）の場合、バーナー角は、キャリヤの中心軸を通って
延在する垂直面上への突出具合（projection）により決
定される。バーナー角は、１５〜７５度、好ましくは３
０〜６０度の設定値に維持されていることが有利であ
る。

【００２７】バーナー炎の主伝搬方向に、バーナー炎と
対向している側にある形成中の石英ガラス体の側に引き
抜き装置が設けられる場合に、さらなる改良が達成され
る。処理ガスは、バーナー炎の主伝搬方向に対し略直線
に沿ってはいるがキャリヤの中心軸に傾斜した方向に吸
引される（stick off）。このタイプの吸引は、内壁上
のＳｉＯ₂粒子の堆積を低減すること、および処理室の
設置に特に効果的であることがわかっている。したがっ
て、ＳｉＯ₂粒子の堆積に失敗したり、堆積の方向が定
まらなかったことにより生じる、形成中の石英ガラス体
の損傷が回避される。

【００２８】有利には、中心軸に沿った長手方向断面で
見た場合に、楕円の長い方の軸の周りに楕円断面の形態
をなす堆積面を形成する。堆積面のかかる形状は、堆積
面の所定の形状を維持することを簡単にする、特に安定
したＶＡＤ法をもたらす。かかる堆積面は、たとえば円
形断面の形態の堆積面と比較して、堆積面の前部と石英
ガラス体の外側面との間に特に緩やかな遷移が起こるこ
とを特徴とし、したがって急激な遷移が回避される。か
かる形状は、堆積面にわたって均一な温度分布、ひいて
は、半径方向に、より均一な材料特性をもたらすという
ことを仮定しておかねばならねい。

【００２９】形成中の石英ガラス体が、少なくとも５ｍ
ｍの層厚、および石英ガラスの比重の８０％以下の密度
を有する表面層を少なくとも部分的に備えている場合が
有利であることがわかっている。不透明度および間隙率
のために、表面層は、透明な石英ガラスよりも優れた断
熱を示す。その結果、形成中の石英ガラス体の外側面に
わたる熱損失が低減される。これにより、回転対称、特
に均一な温度分布を維持することが容易になり、それに
よって堆積工程が安定し、制御が簡単になり、半径およ
び軸方向の均一な物質特性の調整が促進される。かかる
表面層は、堆積面の後に形成される石英ガラス体の外側
の円筒面領域内において特に効果的である。表面層は、
形成中の石英ガラス体の外側の円筒面領域内の温度を比
較的低く維持することによって得られる。これは、詳細
に上記に説明した本発明の方法の設計により支援され、
その設計では、堆積面は、中心軸に沿った長手方向断面
で見た場合に、楕円の長い方の軸の周りに楕円部の形態
をなすように設計されている。

【００３０】本方法は、水平に配向されたキャリヤを用
いたＶＡＤ堆積法に採用することが有利である。ここで
は、堆積面上のバーナー炎の位置の制御を特に有利な方
法で言及することができる。

【００３１】本発明の方法により、半径方向、特に軸方
向に均一な物質特性、とりわけ水酸基およびＳｉ−Ｈ
基、ならびに水素の均一な分布、仮想温度の軸方向に均
一な曲線、および均一な屈折率ならびに応力分布、を有
する、層のない石英ガラス体の再形成可能な製造が可能
となる。

【００３２】本発明の装置に関して、上記装置から始ま
る上記目的は、堆積中、堆積面の幾何学形状を維持する
手段を備えることで、本発明により達成される。

【００３３】本発明による装置は、堆積中、堆積面の幾
何学形状を維持することを可能にする手段を備えてい
る。堆積面の形状（キャップ形状）は、バーナー炎の形
状、化学量論、および主伝搬方向により、かつ堆積面上
のバーナー炎の衝突点の位置により優勢的に決定されて
いる。したがって、キャップ形状を維持する目的に適し
た手段は、特に、上記パラメータの少なくとも１つを選
択的に調整かつ変更できるような手段である。ここで
は、上記パラメータの各々を一定に保つことができる。
いかなる場合であっても、堆積中、堆積面のキャップ形
状を一定に保つことのできる制御装置が設けられる。こ
の制御は、制御回路の使用により「自動」的にまたは
「手動」により行うことができる。

【００３４】本発明による装置の有利な展開は従属の請
求項に従っている。ここで、本発明の方法に関して対応
する説明を参照する。

【００３５】バーナー炎の位置を、堆積面に対して調整
することのできる位置制御を手段が含んでいる場合が特
に有利であることがわかっている。

【００３６】「位置制御」とは、中心軸の方向での堆積
用バーナーからの堆積面の距離を所定方向に設定できる
だけでなく、バーナー炎に対する堆積面の位置を調整し
て堆積面の幾何学形状を維持することができる手段のこ
とを示す。その結果、堆積面上のバーナー炎の衝突点を
再形成可能なように予め決定することができる。たとえ
ば、バーナー炎を、堆積面の幾何学形状が維持されると
いう条件下で、堆積面にわたって所定の運動シーケンス
で導いてもよい。最も単純な場合、堆積面の衝突点の位
置は、キャップ形状が所定の所望形状から逸脱する場合
にのみ、位置制御により変更される。

【００３７】本発明による位置制御は、堆積工程の間、
たとえば周囲環境が加熱されることにより、また形成中
の石英ガラス体の体積および重量の増加により、互いに
相対しているバーナー炎と堆積面との間の位置に変化が
見られ、上記説明の結果、ひいては半径方向の温度分布
に変化が見られる場合に有利であることがわかってい
る。特に、水平方向の回転軸を用いたＶＡＤ法では、石
英ガラス体は、該石英ガラス体の増分した長さに伴い撓
む場合があり、このことは特に、バーナー炎に対して堆
積面が変位することを通して言及する。

【００３８】位置制御により、特に簡単な方法で、堆積
中、堆積面の一定のキャップ形状を維持することがで
き、それにより物質特性における望ましくない軸方向の
勾配を回避することができる。このことは、とりわけ、
バーナー炎と堆積面との相対位置を上記に説明したよう
に調整するために可能となる。このような制御の効果に
関しては、本発明の方法に関する上記説明を参照する。

【００３９】ＶＡＤ法の再形成性に関するさらなる改善
は、本発明による装置の一実施形態を用いることで達成
され、この実施形態では、バーナー炎は、バーナー炎の
主伝搬方向とキャリヤの中心軸とが５〜８５度の範囲の
バーナー角をなすように堆積面に向けられ、堆積用バー
ナーは、位置制御装置により制御することのできる調整
装置に接続される。調整手段を用いることにより、堆積
用バーナーを変位して、回転軸に関して傾けることがで
きる。

【００４０】これに関して、バーナー角が１５〜７５
度、好ましくは３０〜６０度の設定値を有するように制
御可能である場合に特に有用であることがわかってい
る。

【００４１】方向の定まらないＳｉＯ₂の堆積による意
図せぬ影響は、引き抜き装置が、バーナー炎の主伝搬方
向に、バーナー炎と対向する側にある形成中の石英ガラ
ス体の側に設けられるように本発明の装置を設計するこ
とにより回避できる。

【００４２】

【発明の実施の形態】本発明を、実施形態および詳細に
概略的に示す図面を参照するとともに、以下により詳細
に説明する。

【００４３】図１の装置では、堆積室１は中にキャリヤ
２を配置しており、このキャリヤ２は、方向矢印４で描
くように、水平方向の中心軸３を中心に回転可能であ
り、かつ方向矢印５で描くように、制御された引き抜き
速度で軸方向に変位可能である。

【００４４】火炎加水分解バーナー７のバーナー炎６に
おいて、ＳｉＯ₂粒子が、ケイ素含有出発物質および酸
素から生成され、石英ガラス体８の形成中にキャリヤ２
上に堆積される。石英ガラス体８の外側の円筒形面は、
多孔質スート層１８で被覆されており、この多孔質スー
ト層１８は、ガラス質化していないか、または部分的に
ガラス質化しているＳｉＯ₂粒子から成り、断熱材とし
て作用し、それにより急速な冷却を防止する。

【００４５】バーナー炎６は、石英ガラス体８の表面端
に対し下側から傾斜して向けられており、その結果、楕
円形断面を有する楕円状堆積面９が形成される。

【００４６】バーナー炎６の主伝搬方向は、火炎加水分
解バーナー６の長手方向軸１３と一致している。この主
伝搬方向は、中心軸３と、約６０度の角度αをなしてい
る。堆積面９上の、バーナー炎６の衝突点は、図１にお
いて参照符号１０で示されている。

【００４７】火炎加水分解バーナー７は、方向矢印１１
で示すように垂直方向に上下に動かすことができ、方向
矢印１２で示すようにその垂直に対して傾斜可能であ
り、また、方向矢印３７及び３８に示されるように軸方
向（石英ガラス体に対して）に、および半径方向（石英
ガラス体に対して）に、水平に変位可能である。

【００４８】長手方向軸１３の延長方向（主伝搬方向）
に、引き抜き装置１４が石英ガラス体８と対向して設け
られる。

【００４９】堆積面９の横断面がＣＣＤカメラ１５によ
り光学的に探知され、堆積面９の画像１６がデジタル画
像処理手段１７によって評価される。カメラ１５は、中
心線３の高さ位置に配置され、９０度の角度でその中心
線に向けられている。

【００５０】デジタル処理手段１７によって求められた
情報は、制御装置１９に提供される。制御装置１９は、
堆積用バーナー７用の位置決め手段（１１；１２）、お
よび石英ガラス体８用の引き抜き装置、に接続される。
データラインを、破線により図１に示す。

【００５１】図２の堆積面９の詳細な図では、図１と同
じ参照符号を用いて石英ガラス体８の個々の部材および
装置の構成部品を示している。２つの点線が堆積面９に
追加的に描かれており、この堆積面９の前線２０は、衝
突点１０の領域での堆積面９の直径を示し、後線２１は
石英ガラス体８の直径を示している。

【００５２】カメラ１５により堆積面９を撮像した画像
１６を図３に示す。この画像は、画像処理手段１７によ
って評価される。この評価には、ブロック矢印３１間の
距離の半分のところに位置するように中心軸３（ブロッ
ク矢印３０）を決定することが含まれる。同時に、石英
ガラス体８の直径（線２１）が、常にブロック矢印３１
間の距離から決定される。

【００５３】さらに、画像処理手段１７の評価には、点
３２（ひいては線２０の長さ）を決定することが含まれ
る。点３２は、バーナー炎６の衝突点（ブロック矢印３
２）により画定される。点３２の位置（ひいては線２０
の長さ）は、設定値と偏差がある場合に、測定値にした
がって制御装置１９により引き抜き速度を変更すること
により所定の設定値に保たれる。

【００５４】測定点３０、３３、および３４（これらも
またブロック矢印３０、３３、３４で示される）によっ
て決定される測定プロファイルは、堆積面９の曲率を決
定する機能を果たす。測定点３０、３３、および３４の
間の所定の固定された半径方向距離（たとえば距離矢印
３５）では、それぞれの軸方向距離（たとえば距離矢印
３６）は、この領域での堆積面９の曲率の測定値であ
る。

【００５５】次に、本発明による方法を、実施形態およ
び図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。

【００５６】石英ガラス体８についての引き抜き速度
は、３０ｍｍ／ｈの初期値に設定され、回転速度は１０
ｒｐｍの一定値に保たれる。ケイ素含有出発物質（Ｓｉ
Ｃｌ₄、シラン、シロキサン）、酸素、および水素が、
火炎加水分解バーナー７に供給されて、バーナー炎６中
でそれらの物質からＳｉＯ₂粒子が生成され、この粒子
は、石英ガラス体８の形成中にキャリヤ２に堆積し、摂
氏約１９００度の温度で直接的にガラス質化する。石英
ガラス体８は１２０ｍｍの外径を有する。石英ガラス体
８の外側の円筒形面は多孔質スート層１８で被覆されて
おり、この多孔質スート層１８は、部分的にガラス質化
したＳｉＯ₂粒子から成り、約６ｍｍの厚さを有し、断
熱材として作用するため、急速な冷却を防止する。

【００５７】数分間の開始局面の後に続いて、円形断面
を有する楕円状堆積面９を回転キャリヤ２上に形成す
る。この堆積面の幾何学形状は、さらに堆積工程の間、
一定に保たれる。堆積面についてとられた手段を以下に
記載する。

【００５８】堆積面９の横断面がＣＣＤカメラ１５によ
り絶えず探知され、堆積面９のキャップ状の輪郭１６
（画像）が、デジタル画像処理手段１７によって評価さ
れる。このために、中心軸３（ブロック矢印３０）がブ
ロック矢印３１間の距離の半分のところに位置するよう
に画定され、同時に、石英ガラス体８の直径（線２１）
が常に、ブロック矢印３１間の距離に基づいて決定され
る。

【００５９】線２０の長さ、すなわちバーナー炎６の衝
突点１０の位置（ブロック矢印３２）によって画定され
るその位置もまた決定される。測定点３２の測定された
位置（線２０の実際の長さ）が制御装置１９に提供さ
れ、所定の設定値と比較される。設定値とは偏差がある
場合には、引き抜き速度が変更される。このようにする
のは、堆積面９の一定の形状により、測定点３２の測定
された位置（線２０の長さ）がバーナー炎６と堆積面９
との間の距離の測定値であるという事実のためである。
引き抜き方向５に対して、設定／実際値に偏差がある
（線２１の長さが設定値を超えている）場合には、バー
ナー炎６と堆積面９との間の設定距離に及ばず、そのた
め、引き抜き速度を増大する。類似的に、引き抜き方向
５に、設定／実際値に偏差がある（線２１の長さが設定
値以下である）場合には、バーナー６炎と堆積面９との
間の設定距離を超過するため、引き抜き速度を低減す
る。したがって、堆積用バーナー６と堆積面９との間の
距離は、５０μｍに正確に制御できる。さらに、継続的
な、均一の引き抜き（withdrawal）が保証されて、石英
ガラス体８において層が回避される。

【００６０】さらに、堆積面９の実際の曲率が、測定点
３０、３３、および３４によって表される測定プロファ
イルに基づいて、デジタル画像処理手段によって評価さ
れる。キャップ状の輪郭１６の画像形成比率によって決
定する具体的な場合には、まず、キャップ状の輪郭１６
上の測定点３３が中心線（測定点３０）から６ｍｍの所
定距離で決定され、それにより測定点３０および３３間
の軸方向距離（距離矢印３６）が決定される。この軸方
向距離は所定の設定値に保たれる。この軸方向距離が上
記領域での堆積面９の曲率の測定値であるからである。
したがって、軸方向距離についてこのようにして決定さ
れた実際値が制御装置１９に提供され、設定値と比較さ
れる。別の異なる場合には、以下の対策がとられる。す
なわち、過度に大きな曲率がある場合には、堆積用バー
ナー７を下方に向けて垂直に動かし、過度に小さい曲率
の場合には、堆積用バーナー７を上方に向けて垂直に動
かす（方向矢印１１）。

【００６１】ブロック矢印３０、３３、および３４で示
すように決定される測定プロファイルは、堆積面９の曲
率を決定するように機能を果たす。ブロック矢印３０、
３３、および３４で示された測定点間の所定の固定され
た半径方向距離（たとえば距離矢印３５）では、それぞ
れの軸方向距離（たとえば距離矢印３６）が、上記領域
での堆積面９の曲率の測定値である。測定点３０、３
３、３４は、堆積面９の前部分に位置決めされ、この堆
積面９の前部分では、曲率の変化が早期に検出できる。
測定された曲率が所定の設定値と偏差がある場合、すな
わち曲率に時間の経過による変差（time change）があ
る場合、過度に大きな曲率がある場合には火炎加水分解
バーナー７を下方に向けて垂直に動かすことによって、
過度に小さな曲率がある場合には上方に向けて同じよう
に垂直に動かす（方向矢印１１）ことによって、対策を
とる。

【００６２】キャップ状の輪郭を継続して検出するこ
と、および火炎加水分解バーナー７の位置を上記で説明
したように調整することにより、堆積面９の幾何学形状
を堆積工程の間中ずっと維持することができる。実施形
態において、火炎加水分解バーナー７の位置は、バーナ
ー角（方向矢印１２）およびバーナー高さ（方向矢印１
１）を調整することにより制御される。代替的あるいは
付加的に、堆積面の幾何学形状を軸方向（方向矢印３
８）に、および半径方向（方向矢印３７）に、火炎加水
分解バーナー７を変位することによって調整かつ修正す
ることもできる。

【００６３】測定点３０、３３、および３４は、堆積面
９の前部分に位置決めされるので、曲率の変化を早期に
検出することができる。したがって、本発明による方法
により、軸方向に均一な物質特性を有する石英ガラス体
８を製造することが可能となる。実施形態では、「距離
制御」のために機構を調整することは、「キャップ形状
の維持」のために機構を調整することよりも優先され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による、側面から見た装置の一実施形態
である。

【図２】図１に示した石英ガラス体の堆積面を示す詳細
図である。

【図３】図２の堆積面を撮像した画像を示し、かつキャ
ップ状の輪郭についての寸法形状を決定する方法を示し
ている。

【符号の説明】

２…キャリヤ、３…中心軸、６…バーナー炎、７…堆積
用バーナー、８…石英ガラス体、９…堆積面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599089712 ヘレウス・クアルツグラース・ゲゼルシャ フト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツ ング・ウント・コンパニー・コマンディッ ト・ゲゼルシャフト Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ Ｇ ｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ ドイツ連邦共和国、63450 ハナウ、クア ルツシュトラーセ Ｑｕａｒｚｓｔｒａｓｓｅ， 63450 Ｈ ａｎａｕ， Ｇｅｒｍａｎｙ (72)発明者 マルチン・トロンマー ドイツ連邦共和国、63796 カール・ア ム・マイン、ゼルツェルヴェク 41 (72)発明者 ユルゲン・シェーファー ドイツ連邦共和国、63785 オーベルンブ ルク、ヴィンケルホーフ 14 (72)発明者 ハインツ・バウシャー ドイツ連邦共和国、63505 ランゲンゼル ボルト、ベンデルガッセ ５アー (72)発明者 ヴォルフガング・エングリッシュ ドイツ連邦共和国、65779 ケルクハイム、 ヘルデルリンストラーセ 54 Ｆターム(参考） 4G014 AH15 AH16

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英ガラス体を製造する方法において、 ケイ素含有出発化合物を堆積用バーナー（７）に供給
   し、該堆積用バーナー（７）にあてがわれたバーナー炎
   （６）中で該ケイ素含有出発化合物からＳｉＯ₂粒子を
   形成し、中心軸（３）を中心に回転すると共に該中心軸
   （３）の方向に制御された引き抜き速度で吸引されるキ
   ャリヤ（２）のキャップ状の堆積面（９）上に前記粒子
   を堆積させ、かつ前記堆積用バーナー（７）と前記堆積
   面（９）との間の距離を制御しながら、前記石英ガラス
   体（８）の形成中に前記粒子をガラス質化することによ
   り、石英ガラス体を製造する方法であって、 堆積中、前記堆積面（９）の幾何学形状が維持されるこ
   とを特徴とする、石英ガラスを製造する方法。
2. 【請求項２】 前記バーナー炎（６）の形状、化学量
   論、および主伝搬方向、ならびに前記堆積面（９）上の
   前記バーナー炎（６）の衝突点の位置（１０）は、堆積
   中、前記堆積面（９）の前記幾何学形状が維持されるよ
   うに調整されることを特徴とする、請求項１に記載の方
   法。
3. 【請求項３】 前記堆積面（９）上での前記バーナー炎
   （６）の前記衝突点の位置（１０）は制御されることを
   特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記堆積面（９）上での前記バーナー炎
   （６）の前記衝突点の位置（１０）は一定に保たれるこ
   とを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記堆積面（９）の少なくとも一部分を
   光学的に画像形成することによりキャップ状の輪郭（１
   ６）を獲得し、且つ該キャップ状の輪郭（１６）から前
   記堆積面（９）の実際の幾何学形状を測定することを特
   徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方
   法。
6. 【請求項６】 前記測定は、前記キャップ状の輪郭（１
   ６）上における間隔を置いた少なくとも２つの測定点
   （３０、３３）を決定することを含む測定基準に基づい
   て測定され、該測定点のうち第１の測定点（３０）は、
   前記中心線（３）の高さ位置に決定され、第２の測定点
   （３３）は、前記中心線（３）からの所定の半径方向距
   離（３５）のところに決定されることを特徴とする、請
   求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記堆積用バーナー（７）の位置又は前
   記引き抜き速度を操作変数として使用する位置制御装置
   が、前記堆積面（９）の前記幾何学形状を維持するため
   に設けられることを特徴とする、請求項１ないし６のい
   ずれか一項に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記バーナー炎（６）の前記主伝搬方向
   （１３）と前記キャリヤ（２）の前記中心軸（３）とが
   ５〜８５度の範囲のバーナー角（α）をなすよう、前記
   バーナー炎（６）が前記堆積面（６）に指向され、且
   つ、前記バーナー角（α）は所定の所望値に維持される
   ことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項に
   記載の方法。
9. 【請求項９】 前記バーナー角（α）は、１５〜７５
   度、好ましくは３０〜６０度の所望値に維持されること
   を特徴とする、請求項７に記載の方法。
10. 【請求項１０】 引き抜き装置（１４）が、前記バーナ
    ー炎（６）の前記主伝搬方向（１３）に、且つ、該バー
    ナー炎（６）の対向側にある形成中の前記石英ガラス体
    （８）の側方に、設けられることを特徴とする、請求項
    ７または８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記堆積面（９）は、前記中心軸
    （３）に沿った長手方向断面から見た場合に、楕円の長
    い方の軸の周りに楕円断面の形態をなすように形成され
    ることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか一
    項に記載の方法。
12. 【請求項１２】 形成中の前記石英ガラス体（８）は、
    少なくとも５ｍｍの層厚と、石英ガラスの比重の８０％
    以下の密度とを有する多孔質ＳｉＯ₂の表面層（１８）
    を備えていることを特徴とする、請求項１ないし１１の
    いずれか一項に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記キャリヤ（２）は水平に配向され
    ることを特徴とする、請求項１ないし１２に記載のいず
    れか一項に記載の方法。
14. 【請求項１４】 石英ガラス体を製造する装置におい
    て、 中心軸（３）を中心に回転可能であり、該中心軸（３）
    の方向に調整可能な引き抜き速度で変位装置によって変
    位可能であるキャリヤ（２）と、 堆積用バーナー（７）にあてがわれたバーナー炎（６）
    中でシリカ（ＳｉＯ₂）粒子を生成するための該堆積用
    バーナー（７）であって、該堆積用バーナー（７）によ
    って前記ＳｉＯ₂粒子が、前記キャリヤ（２）のキャッ
    プ形状の堆積面（９）上に堆積され、前記石英ガラス体
    （８）の形成中にガラス質化する、堆積用バーナー
    （７）と、 前記堆積面（９）に向けられた光検出手段（１５）と、 前記堆積用バーナー（７）と前記堆積面（９）との間の
    距離を制御する制御装置（１９）とを備える石英ガラス
    体を製造する装置であって、 堆積中、前記堆積面（９）の幾何学形状を維持するため
    の手段（１１；１２；１７；１９；３７、３８）が設け
    られることを特徴とする、石英ガラス体を製造する装
    置。
15. 【請求項１５】 前記手段は位置制御装置（１９）を備
    え、該位置制御装置（１９）によって前記バーナー炎
    （６）の位置が前記堆積面（９）に対して調整可能であ
    ることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記バーナー炎（６）の主伝搬方向
    （１３）と前記キャリヤ（２）の前記中心軸（３）とが
    ５〜８５度の範囲のバーナー角（α）をなすように前記
    バーナー炎（６）が前記堆積面（９）に向けられ、且
    つ、前記堆積バーナー（７）は、前記位置制御装置によ
    り制御され得る調整手段（１１；１２、３７；３８）に
    接続されることを特徴とする、請求項１５に記載の装
    置。
17. 【請求項１７】 前記バーナー角（α）は、１５〜７５
    度、好ましくは３０〜６０度の所望値に調整可能である
    ことを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
18. 【請求項１８】 引き抜き装置（１４）が、前記バーナ
    ー炎（６）の前記主伝搬方向（１３）に、且つ、該バー
    ナー炎（６）の対向側にある形成中の前記石英ガラス体
    （８）の側方に設けられることを特徴とする、請求項１
    ４ないし１７のいずれか一項に記載の装置。