JP3388742B2 - 合成ガラス質シリカ成形体の熱処理設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は大型の合成ガラス質シリカ成形体の製造のた
めの改良された熱処理炉と設備に関係する。

2.関係技術の説明 高純度のガラス質シリカ成形体の製造は、特に光ファ
イバーと半導体業界の必要により、商業的重要性が増し
ている。初期において、これらの業界の要求は、電気又
は火炎溶融技術を用い、高度に精製された石英結晶粉末
を溶融させることにより製造される融解石英ガラスで適
合可能であった。しかしながら、高純度の要求が進むに
つれ、天然に産出する結晶の原料を使用して高純度を達
成することがしだいに困難になり、代替えのガラス質シ
リカの合成原料に探究と関心が移ってきた。このような
代替えの方法に関して、多数の文献が発表されており、
その内で最も重要とされてきたのは蒸着とゾルゲル、又
はその関連の技術であった。

例えば、現在では、火炎からのシリカスート（soot）
の堆積によって大型の多孔質の合成ガラス質シリカ成形
体を作成することができ、四塩化ケイ素又は別なケイ素
含有化合物を、水素−酸素、又はメタン−酸素の火炎中
で加水分解又は酸化する。シリカのミクロな粒子の流れ
が典型的に回転円筒状基材の向けられ、シリカスート成
形体として一般に知られる純粋なガラス質シリカの多孔
質成形体として堆積する。このスート成形体は、次に焼
結プロセス（凝結又はガラス化とも称される）によって
ガラスに転化する。適切なドーパント剤を火炎に添加す
ることにより、スート成形体を金属又は非金属種でドー
ピングすることができる。このように、ゲルマニウムや
燐等を、得られるガラスの屈折率を上げるためにドーパ
ントとして使用することができ、屈折率を下げるために
フッ素やホウ素を添加することができる。

このような多孔質のガラス質シリカ成形体は、別な方
法において、超微細な合成ガラス質シリカ粉末のスラリ
ーを用いて作成した成形体を注型することにより（文献
例として、著者P.K.Bachmannら、題名「遠心により粒子
を層状に堆積させることによる合成シリカチューブの成
形」、Ceramic Bulletin,68（10）,1989）、又はこのよ
うな粉末を乾式プレスすることにより（例、米国特許第
4620862号）、さらには沈殿シリカゾルを注型すること
によって作成することができるが、最後に述べた方法は
大きな成形体を作成することが困難という問題がある。

本明細書において、スート成形体について言及した場
合、任意の別な方法から得られた多孔質合成シリカ成形
体も、それに代えることが可能であることを文脈から理
解すべきである。

上記の方法は、一般に多孔質シリカガラスの中実又は
中空の円筒状成形体を形成し、密度は典型的に0.4〜1.0
g/mlであり、次いでそれを例えば塩素含有ガスの中で加
熱することによって高純度化することができる。この処
理は、不都合なガラス中の不純物を、除去することが可
能な揮発性の塩化物に変化させる。典型的な塩素化合物
に、Cl₂、SiCl₄、SOCl₂、COCl₂、CCl₄がある。遷移金
属、例えば鉄の除去は、次の式で説明される。

SiO₂（ｓ）＋Fe₂O₃（ｓ）＋3Cl₂（ｇ） →SiO₂（ｓ）＋2FeCl₃（ｇ）＋3/2O₂ 式１ ガラスからのOH（ヒドロキシル）の除去は、HClガスを
生成する次式による。

２≡Si−OH＋Cl₂ →≡Si−Ｏ−Si≡＋2HCl＋1/2O₂ 式２ 光ファイバー工業用のドーピングしたガラス製品を製
造するために一般的に行われるもう１つの気相プロセス
は、フッ素含有ガス中で多孔質成形体の処理を行い、上
記のように低屈折率のガラスを生成する。典型的なドー
パントガスに、SiF₄、SF₆、CF₄、又は他のフルオロカー
ボン、又はクロロフルオロカーボンがある。

上記のガスによる処理は、典型的に800〜1200℃の温
度で行われる。

このような高純度化やドーピング処理を全て経過した
後、一般に、ヘリウム、又は所望によりヘリウムに多少
の塩素又はフッ素含有ガスを加えた雰囲気中で、多孔質
のガラス質シリカ成形体を焼結する。ヘリウムはガラス
質シリカに若干可溶であり、ガラスを通って迅速に拡散
するため、ヘリウムは雰囲気の大部分を構成する。即
ち、焼結が進むにつれ、多少のガスが閉じた気孔や泡の
中に捕獲された場合、そのガスが実質的にヘリウムであ
るならば、ガラスを通って拡散によって逃げることがで
き、それによって透明な、泡を含まない製品を得ること
ができる。

上記のプロセスは現在の光ファイバー業界では一般的
であり、小さな規模では首尾よく生産される。しかしな
がら、製品が高価であり、品質と純度を維持しながら大
規模かつ低コストで生産することへの差し迫った要求が
存在する。

大型の多孔質合成ガラス質シリカ成形体の製造方法が
開発されつつあり、最も重要にはスート堆積法、特には
OVD（Outside Vapour Deposition、回転する円筒状マン
ドレルの表面上にシリカスートを堆積）、及びVAD（Vap
our−phase Axial Deposition、垂直の軸の回りに回転
する円筒状物体の下側端部にシリカスートを堆積させ
る）がある。このような方法は円筒状のスート成形体の
大規模な生産には適切であるが、それらの成形体の高純
度化、ドーピング、及び焼結を低コストで大規模に行う
には新たな課題を提起している。

多孔質シリカスート成形体を焼結するための初期の炉
は、一般に縦型チューブ炉であり、耐熱金属、炭化ケイ
素、又はグラファイト製の加熱素子を備えた電気炉によ
ってアルミナ又は融解石英製の円筒状マッフルチューブ
の中央ゾーンのみを外側から加熱し、マッフルチューブ
は、選択の焼結ガス雰囲気（例、ヘリウム）を収容し、
シリカスート成形体を、外部環境又は加熱素子から発し
た汚染から隔離するために役立つ。このように、シリカ
スート成形体は、マッフルチューブの中の中央の高温ゾ
ーンを通って上昇又は下降させることにより、塩素又は
フッ素含有ガス中で熱処理することができる。その後、
先の熱処理で使用したより高い温度の高温ゾーンを数mm
/分でゆっくり通過させることにより、同じ仕方で連続
的に焼結させることができる。場合により、比較的高温
において、脱水と焼結プロセスを１つだけのゾーン焼結
過程で同時に行う。EP−Ａ−170249特許出願公開明細書
はこのようなマッフル炉を記載しており、マッフルチュ
ーブに適切な材料としてアルミナを提案している。

このタイプの炉は小型の成形体では首尾よく使える
が、特定の欠点を有する。アルミナのマッフルチューブ
は不純物、例えばアルカリイオンを含み、揮発性の種と
して高純度シリカ製品の中に移動することがあり、不都
合な汚染につながることがある。また、アルミナは長尺
に作成することが困難であり、チューブは接合が難し
く、高温が運転するフランジの嵌め合いは課題を提起す
る。

本明細書において、用語「マッフルチューブ」は炉の
最も内側の壁を意味すると理解すべきであり、その周り
を囲む１以上のヒーターからの伝導熱又は輻射熱によっ
て加熱され、その中でシリカ成形体が熱処理される。熱
処理プロセスは、前記のようにゾーン加熱プロセスでよ
く、或いは、成形体全体を実質的に同じ温度に維持する
ようにしてもよい。

融解石英マッフルチューブはアルミナチューブよりも
高純度に作成することができ、低熱膨張率を提供し、フ
ランジと適合することができる。しかしながら、融解石
英マッフルチューブは、依然として固有の欠点を有す
る。約1300℃以上の温度で融解石英は粘稠な流れを起こ
すことがあり、垂れる又は変形することがある。このた
め、マッフルの内圧は外側と大きく違うことが許容され
ないことがあり、そうでなければチューブが変形するで
あろう。約1150℃より高いと、融解石英は失透する傾向
があり、部分的に失透したチューブを冷やすと、ガラス
と結晶質相の間の熱膨張率の不一致が応力につながり、
チューブを破壊させることがある。融解石英マッフルチ
ューブは最終的に高温のフッ素を含む雰囲気中で、特に
多少の水分が存在するときにエッチングプロセスに曝さ
れる。これらの両者はチューブの寿命を短くし、ガスを
発生する汚染物を生じ、融解石英チューブから放出され
た不純物は合成シリカ成形体の中に移動することがあ
り、その汚染を生じさせることがある。

これらの欠点にもかかわらず、ガラス質シリカと融解
石英マッフルチューブは広範囲に使用されており、特に
光ファイバー業界において、成形体が高温ゾーンを通っ
て移動するゾーン加熱炉、又は高温ゾーンが成形体にそ
って移動する別なタイプのゾーン焼結炉に使用されてい
る。上記のEP−Ａ−170249特許出願公開明細書は、割合
に短い高温ゾーンを有し、原理の延長において、グラフ
ァイト炉の中での融解石英マッフルチューブの使用を開
示しており、米国特許第4741748号は、グラファイト製
の断熱された、不活性ガスで満たされた融解石英の中に
収められた拡張サスセプター（susceptor）によってマ
ッフルチューブが囲まれた炉を開示している。グラファ
イト又はアルミナチューブが記載されているが、シリカ
のマッフルチューブが好ましい。ゾーン焼結の作用は、
シリカチューブを囲む短い誘導コイルをアセンブリーの
上下に動かすことによって与える。これはグラファイト
のサスセプターの中に移動する高温ゾーンを発生し、制
御された加熱・焼結プロセスが行われることを可能にす
る。この配置は、長い縦に支持された成形体を取り扱う
に必要な構造物の全体の高さを最小限の2L（Ｌは成形体
の長さ）に近づける長所を有する。静置高温ゾーンと移
動成形体におけるより一般的な取組は、少なくとも（4L
＋2H）の構造物の高さを必要とし、ここでＬは同様に成
形体の長さ、Ｈは炉のゾーン焼結部分の長さである。

これらの長所にもかかわらず、米国特許第4741748号
に開示の炉はいくつかの重要な欠点を呈する。開示の設
計は、構成部材の膨張と収縮を許容するための入念な配
慮を必要とする。破損を避けるためには内部のシリカの
マッフルチューブを1050℃以上の温度に保つ必要があ
り、このことは、以降に使用中のマッフルチューブの不
可避的な失透な生じさせるであろう。温度は問題もプロ
セスを左右する重要な変数であるが、高温ゾーンが動く
ことは温度の測定を難しくする。成形体の焼結に使用す
る温度が1450℃においては、ガラス質シリカのマッフル
チューブが軟化した状態であり、変形しやすく、使用中
の注意と、マッフルチューブの圧潰を避けるために高い
内圧に維持することを必要とする。したがって、このタ
イプの炉は大気圧の近くの圧力でのみ使用することがで
き、記載の技術は焼結ガスとしてヘリウムの使用を必要
とする。ここで、ヘリウムは稀ガスであり、そのコスト
は焼結シリカ製品の全コストのかなりの部分を占め、ヘ
リウムの不足はその技術の将来の広がりに重大な問題を
呈するであろう。

ヘリウムは、大気圧の近くの圧力で運転することを可
能にする他にプロセスに何ら寄与しないため、真空下
で、又は試薬ガス（例、Cl₂、SiF₄等）の適切な（低
い）圧力下で多孔質シリカ成形体を熱処理・焼結するこ
とを試みることは当然であろう。しかしながら、多孔質
合成シリカ成形体のそのような真空熱処理は文献に参考
例が少ない。この主な理由は、過去において、許容でき
るコストでそのような用途に必要な超高純度の並外れた
条件下で運転することができる大型で現実的な真空炉
を、構成することが困難であることが分かったためであ
る。

マッフルチューブを含まない真空炉の１つの形態がイ
ギリス特許出願公開明細書第2203737号に提案されてお
り、合成シリカスート成形体を、水平軸の周りを回転す
る誘導加熱グラファイトチューブの中に収めながら、真
空又は低圧ヘリウム中で焼結させる。この方法は、前駆
体のスート成形体が完全な円筒状でなくても円筒状の焼
結した製品を生成する長所を有し、即ち、軟化状態にお
いて、ガラス成形体の幾何的不規則性は炉の回転作用の
ために除去することができると主張している。

しかしながら、大きな規模で用いると、この方法はい
くつかの重大な欠点を呈すと思われ、例えば水平な炉に
装入するときの壊れやすいスート成形体への機械的損傷
の問題があり、またシリカ成形体がグラファイトサスセ
プターチューブに絶えず回転しながら接触することによ
り、不都合な表面又は全体の汚染物に帰着することが予
想される。反応性ガスを用いた操作は、可動部分を反応
ガス媒体中で高温に維持し、同時に装置の腐食と高純度
ガラスの汚染を回避する必要があるため、かなりの困難
性を呈するであろう。この構想は技術者には複雑であ
り、回転炉を囲むための大きな真空チャンバーを必要と
する。複雑さと可動部分は、きれいでダストのない運転
が非現実的であることを意味し、製造業者はクリーンル
ームの操作を主張するユーザーそのものを指向してお
り、原料がクリーンルームの条件下で調製されたことを
好むであろう。

米国特許第4969941号は、種々の別なタイプの焼結炉
を開示しており、いずれも従来のデザインのような縦型
のチューブ炉を加熱するためのヒーター（例えば、電気
加熱のカーボンヒーター）を採用しているが、高温ゾー
ンに高純度カーボンで作成したマッフルチューブを使用
している。この設計の基本的な特徴は、カーボンマッフ
ルチューブを不浸透性にしなければならないことであ
り、この結果、マッフルチューブの中の反応性ガスは外
部領域に逃避してヒーターの構成部材と反応することが
できず、潜在的な汚染とヒーターの寿命低下を解消す
る。炭化ケイ素がこのような不浸透性外側層として提案
されている。或いは、カーボンは、融解石英チューブの
内側表面上に薄い熱分解の堆積の形態であることができ
る。この複雑性は、記載の炉において、加熱手段をマッ
フルチューブの中の反応性ガスと隔てることが基本なた
めである。

米国特許第4969941号は、さらに興味のある特徴を有
する。１つの態様において、第１の上部チャンバーを提
供し、この中でシリカ成形体が不活性ガス中又は真空下
に保持される。このことは汚染の程度を減らし、マッフ
ルチューブを内張りする高純度カーボンの寿命を長くす
る効果を有する。別な態様において、実際の焼結プロセ
スは減圧下での「全成形体（whole−body）」焼結によ
って行っており、円筒状スート成形体の良好な寸法維持
のために好ましいと思われるゾーン焼結ではない。

炉の詳細な構成は米国特許第4969941号に説明されて
いないが、真空焼結は、炉の部品、電力リード線等を含
むアセンブリー全体を真空チャンバーの中に配置するこ
とによって達成されると思われ、大型のスート成形体を
処理するには過度の割合で真空チャンバーを必要とし、
困難で非常にコストの高い取り組みであろう。また、こ
の設計は第１又は上部チャンバーを通す上部装入を含
み、このことは全部の堆積と焼結プロセスの統合の可能
性を制限し、このことは本発明の目的である。

米国特許第4969941号は、高温のグラファイト焼結炉
への空気又は酸素の侵入を防ぐ試みの中で、２つの別々
に加熱するチャンバーの採用を記載している。米国特許
第5032079号は、融解石英で内張りし、スライディング
バルブによって下側のグラファイト内張り（焼結）炉か
ら隔てた上部（予熱）炉を記載している。焼結の間、バ
ルブを通り過ぎるヘリウムの上方への漏れは、焼結チャ
ンバー中の酸素の分圧を最小限にすることを確かにし、
グラファイトマッフルチューブの長い寿命を主張してい
る。この取り組みは依然として大量のヘリウムを必要と
し、炉を排気することが可能であればこの使用は抑えら
れ、さらには無くされるであろう。この構造は、成形体
を炉の上部を通して装入しなければならないといった付
加的な欠点を有する。したがって、装置の全高さは少な
くとも（4L＋2H）でなければならず、Ｌは成形体の長
さ、Ｈは炉のゾーン焼結領域の長さである。

高温のスート成形体を予熱した炉の中に装入できるこ
とが望ましいが、このタイプの上部に装入する炉では、
炉のガスの対流上昇が炉を上方に直ちに空気で満たすこ
とを意味し、加熱グラファイト部分の酸化を避けるため
に空気はプロセスを進行することができる前にパージに
よって除去しなければならず、有効寿命を減らし、それ
に伴う汚染が発生する。大気圧近くの圧力で運転するこ
のタイプの炉のパージは、炉のあちこち、より具体的に
は、系に含まれるシリカスート成形体の気孔を通って酸
素、水蒸気等を置換する不活性ガスの拡散に依存する遅
いプロセスである。また、炉上部の運転温度は、設計の
配慮、特には石英のマッフルチューブを使用するため、
800℃までに制限されている。

合成シリカ成形体の製造において、堆積、後処理、焼
結プロセスを出来るだけ接近して統合することが最適プ
ロセスについての要求である。また、この統合したプロ
セスにおける各々の過程は、ガラス成形体製品の機械的
損傷や汚染を最小限にするといったさらなら要求があ
る。これらの要求は上記のいずれの従来技術においても
不適切に対応されており、本発明は独特な仕方でこれら
の要求を満たすことを追求している。

多孔質合成シリカ成形体を製造する好ましい方法は、
ケイ素化合物、通常はSiCl₄の火炎加水分解又は酸化に
より、マンドレルの側に（OVD）又は回転する円筒状部
材の端部に（VAD）多孔質スート成形体を堆積させる。
堆積の直後は高温（例、1000℃）の多孔質合成シリカ成
形体は壊れやすく、また、例えばガス中の不純物や雰囲
気中のダストによって容易に汚染される。これらは表面
の汚染、典型的には表面の失透を生じることがあり、或
いは不純物が気孔を侵入する又はガラスを拡散すること
ができれば、全体を汚染することがある。熱サイクルに
供した場合（明らかに熱とプロセスが非効率性ではな
い）、多孔質合成シリカ成形体に生じた又は成形体と何
らかの支持手段（バイト片、ハンドル、マンドレル等）
との間の応力によるクラック発生の恐れがある。しかし
ながら、従来技術の方法は、熱処理／焼結炉の上部に装
入する前に、概してスート成形体の冷却を必要とする。
高温でのスート成形体の移動は上記の問題を避けること
ができ、処理時間を短くする付加的な長所を与えると考
えられ、その理由は、多孔質シリカの大きな成形体を均
一な温度まで再加熱するのは、低密度の成形体の低熱伝
導率のために当然長時間を要するためである。

堆積プロセスの後に成形体を高温に維持したままで、
環境に曝すことなく、遅滞なく次の操作段階に進むこと
が望ましいのは明らかである。スート成形体が完全にガ
ラス化したガラス成形体に変化し、室温まで冷えたとき
にのみ、その成形体を汚染の危険に曝すべきである。こ
の理想的な操作様式は、本発明者の知る全ての従来技術
の熱処理又は焼結炉では不可能である。

本発明は、上記の従来技術に固有な全ての問題を経済
的な仕方で克服できる炉を提供するものであり、大量の
ヘリウムを使用することなく、非常に大型の高純度でド
ーピングされた合成シリカ成形体を高い生産性で製造す
ることを可能にする。本発明による炉は、ゾルゲル、水
平な堆積旋盤上で作成したスート成形体を含む任意の方
法で得られた多孔質シリカ成形体の熱処理に使用できる
が、縦に配向した堆積旋盤（lathe）、即ちシリカスー
トが、長軸が縦の円筒を形成して堆積し、縦軸の周りを
回転するスート堆積装置で作成した堆積合成シリカ成形
体を受け入れるに特に適する。通常のVADプロセスはこ
のようなプロセスの１例である。

発明の要旨 本発明の１つの面にしたがうと、高純度の条件下で、
大気圧又は減圧下で多孔質合成シリカ成形体を熱処理及
び／又は焼結するに適切な炉が提供され、この炉は、サ
スセプターの温度を上げるための液体冷却誘導コイルを
備えてその軸を縦にして配置した管状のサスセプターを
含み、サスセプターはグラファイト及び／又は炭化ケイ
素で作成され、ガラス質シリカ又は融解石英で作成した
真空の容器に囲まれ、その容器は液体冷却の誘導コイル
に囲まれ、その設計は、管状サスセプターが1700℃の温
度まで加熱されたときであっても、失透や垂れが生じる
ことがある温度より低い温度でその真空容器が運転され
るようにし、さらに、この炉は、管状サスセプターの垂
直な前記軸の周りの回転とそれに沿った動きが可能なシ
ャフトを含み、このシャフトは加熱された成形体を支持
するに適する。

好ましくは、管状のサスセプターは、管状サスセプタ
ーと冷却した真空容器の間の環状の層を形成するグラフ
ァイトフェルト又は同等な耐熱性断熱媒体で囲まれる。

適切には、クロージャー手段によって下部が止めら
れ、上方からキャリッジ等の可動性支えによって支持さ
れ、１つの処理箇所から別な箇所への炉のなめらかな水
平の動きを可能にし、クロージャー手段を作動すること
により、真空容器を軸がそろった別な熱処理チャンバー
に連結することを可能にする。

このタイプの炉は、全成形体の熱処理に使用でき、又
はゾーン焼結のための短い高温ゾーンを有して使用する
こともできる。具体的には、この設計の炉は、短いが可
動性のコイルを備えて使用することができ、米国特許第
4741748号の記載の似た真空熱処理とゾーン焼結炉を提
供することができるが、その設計を越えた顕著な利益を
提供する。ここで、上記のように、本発明の目的の１つ
は、これらの成形体の取扱い方法を改良することであ
り、即ち、不必要な熱サイクルを避け、不都合な機械的
応力を避け、環境への最小限の暴露を確保することであ
る。

このように、本発明の別な面にしたがうと、少なくと
も２つの炉チャンバーを含む合成シリカスート成形体の
熱処理及び／又は焼結のためのアセンブリーが提供さ
れ、上側は前記のタイプの炉であり、シリカスート成形
体の堆積に使用する設備の上の位置に移動することがで
き、そこでのスート成形体の炉チャンバーへの装入と、
調節されたガス環境と温度において第２の炉チャンバー
の上の位置への移動を可能にし、第２の炉チャンバーに
て、調節されたガス環境と調節された温度・圧力条件下
で、ゾーン焼結を再度行うことができる。

本発明のこのもう１つの面によるアセンブリーは、通
常のプロセスのアニール、塩素含有ガスを用いた処理に
よる脱水（即ち、OH基の除去）、フッ素含有ガスを用い
た処理によるドーピング、合成シリカスート成形体の焼
結を容易にし、さらに、簡単な真空脱水によるシリカス
ート成形体の一般的でないプロセス、間欠的又は連続的
な不活性パージガスの導入を伴う真空脱水を可能にす
る。さらにまた、例えば水素の存在、又は重水素含有ガ
スとの置換（即ち、OH基の代わりにOD基を導入）による
還元性ガス中での加熱により、スート成形体の脱水を行
うことも可能である。

図面の簡単な説明 これらの束縛条件は、添付の図面に例として示す炉の
アセンブリーによって満たされる。図面において、 図１は、本発明による炉アセンブリーの側面断面図で
ある。

図２は、スート成形体を受け入れる炉の上部の装入箇
所の図である。

図３は、炉の上部から、炉の中間部分と最下部を通過
するスート成形体を有する図１に示すアセンブリーの図
である。

図４は、取り出しの用意ができた図２の炉の上部の図
である。

好ましい態様の説明 図１に関して、炉アセンブリーは炉の上部Ａを含み、
これは炉の第２部分Ｂと独立に又は連結して運転するこ
とができる。炉の第２部分Ｂの下に、処理した製品の受
けチャンバーＣが取り付けてある。

炉の上部Ａは揺り腕、キャリジ、ホイスト、クレー
ン、又は他の手段によって建物の１以上の別な場所に動
かすことができ、これらの場所の３つを図２、３、４に
示している。このように、鎖線28の中に示す堆積炉の鉛
直上の場所Ｉ（図２）に位置することができる炉Ａは、
場所II（図３）に移動することができ、そこで炉の第２
部分ＢとチャンバーＣに取り付けることができ、炉Ｂの
中で熱処理プロセスが完了した後、炉Ａは取り出し場所
III（図４に示す）に移動することができる。

炉アセンブリーの好ましい設計を、図１を参照しなが
ら次に詳細に説明する。

炉Ａは誘導加熱炉を構成し、真空容器としても役立つ
実質的に空気冷却の融解シリカチューブの中に収められ
た高純度のグラファイト（灰分は好ましくは10ppm未
満）、炭化ケイ素、又はグラファイトと炭化ケイ素の組
み合わせで作成した中空の円筒状サスセプター１を備え
る。サスセプターは、冷却チューブ２の外側の水冷コイ
ル３から誘導によって加熱される。サスセプター１とシ
リカチューブ２は、例えば高純度グラファイトフェルト
の断熱材４で隔てられている。炉Ａの上側端部はシール
され（例、水冷金属フランジ５と水冷金属ドーム６によ
る）、それを通して水冷金属シャフト７が突き出る。こ
のシャフトは、シャフトの上下の縦の動きと、垂直軸の
周りのどちらか一方の向きの回転そ許容する真空フィー
ドスルー８より中に入る。合成シリカスート成形体９
は、シャフトの下端より分解できるようにして吊り下げ
る。シャフトの縦と回転の動きの駆動機構は示していな
いが、通常の設計でよい。サスセプター１は好ましく
は、熱処理しているスート成形体と少なくとも同じ長さ
である。

炉Ａは下端には、例えばスライドバルブ11のような適
当な密閉手段を組み込んだ水冷フランジ10があり、選択
のガス雰囲気を維持するように設計され、又は炉Ｂと独
立に炉を使用するときには炉Ａの中の真空に耐えるよう
に設計される。

上記のように、炉の全体は、水平な面の中を動くこと
ができるべきである。この動きを可能にする１つの手段
は、上部フランジ、ドーム、シャフト駆動機構を支持す
るキャリジ12から炉Ａを支持するように炉Ａを構成する
ことである。このキャリジは、別な炉の場所Ｉ、II、II
Iの間のレール装置にそって動かすことができる。或い
は、揺り腕やその他の移動手段を使用することもでき
る。ドーム６と下側フランジ10は、不活性ガス及び／又
はプロセスガスを導入するための手段、及び／又は真空
排気系への接続を組み込むことができる。これらの実現
性は、図１においては、バルブ14を備えた１つの入口／
出口パルプ13によって略図で示してあるが、別な配管の
配置も（図示していない）可能であることは当然であ
る。例えば、冷却パルプ15によって金属部分の適切な水
冷を提供する。

炉Ｂは、好ましくは同様な構造であるが、好ましくは
回転しながら炉を通って下降させたときに、スート成形
体のゾーン焼結に必要なように、高温ゾーンが短い。こ
の炉Ｂは、同様に、真空容器としても役立つ実質的に空
気冷却の融解シリカチューブ17の中に収められた高純度
グラファイト（灰分は好ましくは10ppm未満）、炭化ケ
イ素、又はそれらの組み合わせのサスセプター16を含
む。このサスセプター16は、望ましくはその外側の水冷
コイル18からの誘導によって加熱され、同様に断熱材19
（例、グラファイトフェルト）がサスセプターとシリカ
チューブの間に提供される。端部の囲いは水冷金属フラ
ンジ20と21による。

炉ＡとＢの温度監視と制御は、熱電対、シリカチュー
ブ２と17に溶接した、又は炉アセンブリーの他の箇所に
取り付けた融解石英窓を通して見る高温計、又は例えば
水冷フランジ５と21を経由して若しくはシリカチューブ
２と17に溶接したすり合わせを通して中に入れた光ファ
イバー高温計を用いて行うことができる。

受けチャンバーＣは簡単な設計でよく、高純度グラフ
ァイトで作成した内側チャンバー23を随意に含むことが
できる水冷金属チャンバー22を含み、同様にグラファイ
トフェルトの断熱材24を提供することができる。或い
は、いくつかの用途については、グラファイト内側チャ
ンバー24及び／又は断熱材24を省略することが望ましい
ことがあり、熱処理した製品のより迅速な冷却を達成す
る。

炉Ｂ及び／又はチャンバーＣに不活性及び／又はプロ
セスガスを導入する、或いはこれらの構成成分を真空装
置に接続する手段を提供することができる。これらの実
現性は、バルブ26を取り付けた１つの入口／出口パルプ
25によって図１に略図で示しているが、別な配管構成
（図示していない）も可能なことは当然である。例え
ば、冷却パイプ27によってチャンバーＣの適切な水冷を
提供する。

このアセンブリーは、炉Ａを独立して運転する、又は
アセンブリーＡ、Ｂ、Ｃを一緒に不活性ガス、例えばア
ルゴン、ヘリウム、窒素、又は制御された圧力の反応性
ガス、又は真空下で一緒に運転することを可能にするよ
うに設計されている。反応性ガスとしては、Cl₂、SiC
l₄、SOCl₂、COCl₂、CCl₄が塩素化／脱水化ガスとして可
能性のあるガスの例である。或いは、フッ素をドーピン
グしたシリカ成形体の製造において、炉ガスはSiF₄、SF
₆、CF₄、又は任意の範囲の他のフルオロカーボン、クロ
ロフルオロカーボンを含むことができる。本発明におい
て、塩素を含まない脱水プロセスを行うために、水素又
は他の水素含有還元性ガスを反応性ガスとして使用する
こともできる。上記の反応性ガスは、大気圧に近い全圧
で、所望により前記の不活性ガスの１種で希釈して、又
は不活性ガスを全く含まない制御された低圧下で使用す
ることができる。

所望のプロセス順序で使用する反応性ガスにより、内
部の高温構成部材はグラファイト、炭化ケイ素、シリカ
からなる群より選択することができ、その選択は、炉内
のそれらの構成部材の通常の運転温度範囲の全体で炉Ａ
とＢの構成部材の有害な反応が生じないようにする。こ
こで、殆どの用途について、サスセプターと断熱材の両
方に高純度グラファイトが概して好ましい材料である。

炉ＡとＢの収納容器としてそれぞれ役立つ融解シリカ
チューブ２と17は、空気冷却され、内側のサスセプター
からの熱伝導により間接的にのみ加熱され、ガスが攻撃
する温度には決して到達せず、失透や急激な劣化は、サ
スセプターが1700℃以上のときの問題であることに注目
することが重要であり、ここに本発明の主な長所が存在
し、理由は、マッフル内の圧力を制御することができ、
周囲圧力の近くに維持する必要がないためである。即
ち、不活性ガスで処理する前の減圧の使用はプロセス時
間を短くすることを可能にし、従来技術のように拡散に
頼る代わりに圧力により気孔を通ってガスを追い出すこ
とができるためである。低いドーピングレベルが必要な
場合、このことは特に有益である。ヘリウムを必要とせ
ずに、シリカスート成形体は、泡を含まないガラスに焼
結できることはもう１つの主な長所である。

アセンブリーの全ての金属構成部材は、適切な耐蝕性
合金で作成すべきであり、それらの各々の温度は、断熱
材、輻射遮蔽、水冷等で適切に制御すべきである。最も
重要な構成部材は水冷シャフトであり、その表面は運転
の一部の間に高温に到ることがある。また、周囲雰囲気
に曝す前に、系から反応性ガスの全ての痕跡をパージし
ていることを確かめるような注意を払うべきであり、そ
うしなければ、水分の侵入が金属部分の不都合な腐食を
生じさせることがある。ここでも、炉を排気できる能力
は、このような反応性ガスの除去を非常に容易にする。

また、ポンプ系は腐食性ガスに耐える必要があり（少
なくとも水分が存在しない状態で）、半導体工業に使用
するために設計された真空ポンプ系が使用でき、例えば
非反応性オイルを満たしたオイルポンプがあり、好まし
くはこれらのガスを取り扱うように設計されたオイルフ
リーポンプである。

制御された反応性ガスの分圧における運転が、炉Ａの
別個の運転の際に、又は炉アセンブリーＡ、Ｂ、Ｃの運
転の際に必要な場合、適当なガス又はガス混合物を１以
上の流量制御バルブを経由して導入し、同時に上部き真
空ポンプアセンブリーを経て系から排気することにより
行うことができる。

炉アセンブリーに取り付ける排気系は図示していない
が、例えば熱交換器、ダストフィルター、真空ポンプ
系、湿式スクラバー系を含むことができる。或いは、適
当な冷却トラップ系を使用し、未使用の化学物質や副生
ガスの回収することもできる。

炉Ａは下側端部で装着、脱着されるため、必要な高さ
は例えば米国特許第5032079号の２つの高温ゾーンを有
する先行技術の炉よりも短いことは明らかであろう。こ
のように、本発明による炉アセンブリーは（3L＋2H）の
みの構造物高さを必要とし、ここでＬはスート成形体の
長さ、Ｈは炉、即ち炉Ｂのゾーン焼結領域の長さであ
る。このような配慮は、商業的に価値のあるプロセスで
取り扱わなければならないスート成形体のサイズの観点
において、かなり重要である。

また、予熱炉Ａの中への高温成形体の底部装入は、従
来技術の炉のような上部装入の場合のように、空気で炉
を満たし、その結果グラファイト部分の酸化の危険を生
じることに結びつかないことは明らかであろう。このよ
うに、高温成形体の移動は非常に容易になり、堆積プロ
セスの完了後の成形体の不都合な冷却を回避し、先行技
術に比較してサイクル時間の顕著な低下に結びつく。

完成した生産設備は１以上のＡタイプの単位を含むこ
とができ、適切な輸送装置によって移動して、１以上の
Ｂ、Ｃ単位に供給することができる。このようにして、
中間製品の汚染物や熱応力への暴露を最小限にしなが
ら、プロセスの各々の段階の単位の生産性を最大限にす
るように生産設備を設計することができる。

所望により、炉Ａのシャフト７は、炉を通って下方に
伸びることができ、縦型スート堆積旋盤の支持シャフト
として使用することができる。これらの条件下では、ス
ート成形体を旋盤上でその支持系から取り外し、シャフ
ト７にそれを再装着することが不要になる。このことは
便利であるように思われるが、不利益もあり、Ａタイプ
の炉の１つが各々のスート堆積操作の間の拘束され、最
大の生産性にとってこのことは理想的な状態ではない、
したがって、装置系は、生産設備を構成する堆積旋盤に
独立してＡタイプの炉を操作できるように設計されてい
る。

排気する融解シリカチューブの中に収められ、外部の
水冷誘導コイルで励起される円筒状グラファイトサスセ
プターを備えた真空炉の概念は新しくはないが、工業的
規模で、汚染を最小限にして、超高純度の合成シリカの
多孔質シリカ成形体の処理を可能にする開発概念は独特
で新規であり、統合したプロセスの操作を可能にする炉
の連結も同様である。

GB−Ａ−772826は、グラファイトサスセプターで加熱
されたグラファイト坩堝を石英粒子の融解に使用し、さ
らに融解石英インゴットの再溶融と融解石英チューブの
再引出しに使用する炉を記載している。このような炉は
不活性又は反応性ガスと共に使用されることは決してな
く、真空下のみである。このように、本発明は、GB−Ａ
−772826に開示された技術を越えるいくつかの重要な改
良を含む。

本発明は、制御されたガス環境、さらに反応性ガスの
存在下であっても熱処理と焼結操作を許容し、製品の脱
水、高純度化、又はドーピングを可能にする。これらの
可能性はGB−Ａ−772826においては考えられなかった。

また、本発明は、１つの装置のまとまりの中で、容器
（container）壁と全く接触せずに支持された静止の多
孔質シリカ成形体の真空熱処理と、その成形体のゾーン
焼結の、運転しながらの連続的操作を連結するすること
を可能にする。これらの操作はいずれもGB−Ａ−772826
による炉では不可能であった。

開示の炉アセンブリーは真空、不活性ガス、調節した
圧力の反応性ガスの下での各種熱処理に使用することが
できる。次の例は例示のためであり、このタイプの設備
の限られた使用方法を示しているのではない。

例1.簡単なアニール／真空焼結 次の複数過程プロセスによって合成ガラス質シリカ成
形体を作成することができる。

過程1.合成シリカスート成形体を、生成物の成形体の
縦の抜き取りに適する縦軸スート堆積旋盤上で形成す
る。堆積プロセスの最終段階で炉Ａを旋盤の上の位置に
移動し、不活性ガス（窒素とアルゴン）をフラッシュ
し、1000℃の温度まで加熱する。

過程2.堆積プロセスが完了した後、炉Ａのスライドバ
ルブ11を開け、シャフト７を下げてスート成形体のハン
ドル支持に接触させる。２つを連結し、熱いスート成形
体を予熱炉の中に持ち上げる。次いでバルブ11を閉め、
炉Ａを炉Ｂ（室温でよい）の上の位置にゆっくり移動さ
せ、窒素を満たす。

過程3.次いで炉Ａを炉Ｂの上まで下げ、２つを連結
し、スライドバルブ11を開ける。ここでアセンブリー全
体は＜0.5トールの圧力まで排気することができ、温度
は1100℃まで上げて一部の脱水を可能にする。これらの
条件は、例において２時間維持することができる。

過程4.アセンブリーが0.2トール未満の圧力に達した
とき、炉Ｂの温度を1600℃まで上げることができる。

過程5.次いでスート成形体を0.2トールと1600℃の温
度の炉Ｂの中に5mm/分の速度で下げることができる。ス
ート成形体の全体をこのように処理した後、窒素で満た
すことによって炉アセンブリーを大気圧に戻し、両方の
炉のスイッチを切り、放冷する。

過程6.次いで処理した成形体を炉Ａの中に持ち上げ、
次いで炉Ａはアセンブリーから外すことができ、取り外
し場所に移動し、得られたガラスインゴットを炉から下
ろし、シャフトから取り外し、次の処理のために取り出
す。

透明で泡を含まず、ヒドロキシル含有率が約120ppmの
生成ガラスが期待できる。

炉Ａに取り付けたスライドバルブ11をこの炉内の真空
に耐えるように設計すれば、プロセス過程の若干の調節
のみで同様な結果が得られることは明らかであろう。即
ち、スート成形体を炉Ａに装入した後（過程２）、炉Ａ
を排気することができ、炉Ａが炉Ｂと離れている間に脱
水と脱ガスの熱処理を行うことができる。この構成は装
置に大きな多角性を与え、例えば、多数炉の系において
は、少数の炉Ｂを使用しながら、複数の炉Ａを使用する
ことを可能にする。

上記のプロセス過程において、窒素の代わりに不活性
ガスとしてヘリウム又はアルゴンを使用することができ
る。

例2.脱水パージ／真空焼結 例１の条件を追試し、ただし、過程３と４の間に不活
性ガスを用いた熱処理／脱水を繰り返す。次いで1100℃
の真空で２時間後、炉を乾燥不活性ガス（例、窒素又は
ヘリウム）で満たし、再び排気する。例１のサイクルを
再開し、過程４〜６を完了する前に、さらに1100℃で温
度を４時間保つ。

同様に透明で泡がなく、例１よりも有意に低い80ppm
のヒドロキシル含有率を有するガラスの生成が期待でき
る。

この脱水の取り組みは、充満／再排気の繰り返しサイ
クルに拡張することができ、或いは、脱水は、アルゴ
ン、ヘリウム、窒素のような乾燥不活性ガスで制御され
る連続パージを行いながら長時間の減圧熱処理によって
行うこともできる。

例3.水素処理／真空焼結 例２の条件を繰り返し、ただし、２回目の充満の純粋
な不活性ガス（例、窒素）に代えて（過程３）、３％の
水素を含む乾燥不活性ガスで満たすことができる。炉を
この雰囲気でさらに1150℃にて４時間維持することがで
き、次いで例１の過程４〜６のサイクルを繰り返すこと
ができる。或いは、上記で使用する不活性ガスと水素の
混合ガスに代えて、適当な低い圧力の純粋な水素を使用
することもできる。

生成するガラスは、同様に透明で泡を含まないはずで
あり、5ppmOH未満のヒドロキシル含有率を有するはずで
あり、熱処理ガス中の水素の存在によりOHの実質的な除
去を示す。水素の使用がOH除去を促進することは予想外
であり、この脱水機構は不確かであるが、水素前処理の
間に、シラン基を生成するOH基の多少の低下が生じ、 H₂＋≡Si−OH→≡SiH＋H₂O 次いで真空熱処理の間に、これらのシラン基が残りのOH
基と反応し、水素を除去することが暗示される。

≡SiH＋≡Si−OH→≡Si−Ｏ−Si≡＋H₂ この技術は、塩素含有ガスの使用に依存せずに、毒性ガ
スを取扱い、流出ガスを処理する関連設備の必要なしに
スート成形体の脱水を可能にする。このように、設備と
運転コストにおいて相当な節約が可能である。

上記の≡Si−OHから≡SiHへの還元を、本発明による
炉内を支配する強い還元性条件で促進することができ
る。実際に、別な塩素を含まない還元性ガスを使用して
同様な脱水プロセスを行うことが可能である。このよう
なガスの例には、アンモニア、メタン、その他の炭化水
素ガス（スート成形体の気孔内に許容できない量の炭素
が堆積することを避けるような注意が必要である）、或
いはモノシラン（SiH₄）や他のシランがある。いずれの
場合も、反応性ガスは、不活性キャリヤガスとしてのヘ
リウムで都合よく希釈することができる。

このプロセスは、高価な必要ヘリウム体積を当然に節
約しながら本発明による炉内で有利に行うことができる
が、不活性ガスとしてヘリウムを使用して同様に実施で
きることに留意すべきである。実際に、ヘリウムの使用
により、このプロセスは、通常の従来技術の炉や他の設
計の熱処理炉で実施することもできる。即ち、このプロ
セスは、少量の水素（例、３％）を含むヘリウムの流れ
の中で、例えば1100℃の温度でスート又は他の多孔質合
成シリカ成形体を処理し、次いで純粋ヘリウムの雰囲気
中で焼結することにより、大気圧に近い全圧で行うこと
ができる。

例4.脱水／重水素置換／真空焼結 例２の条件を繰り返し、ただし、２回目の充満（過程
３）のための純粋な不活性ガス（例、窒素）の代わり
に、３％の重水素を含む不活性ガスで炉を満たす。この
雰囲気において炉をさらに1100℃で４時間維持すること
ができ、次いで例１の過程４〜６のサイクルを繰り返す
ことができる。或いは、不活性ガスと重水素の混合ガス
に代えて、適当な低い圧力の純粋な重水素を使用するこ
ともできる。

生成するガラスはやはり透明で泡を含まないが、この
場合、1ppm未満のヒドロキシ含有率を有するはずであ
り、パージガス中の重水素に交換することにより、実質
的に全てのOHが除去されるためである。

同様に、このプロセスは、本発明による炉と、従来技
術又は他の設計の熱処理炉の両方の炉において、ヘリウ
ムを不活性ガスとして用いて択一的に実施することがで
きる。即ち、少量の重水素（例、３％）を含むヘリウム
の流れの中で例えば1100℃の温度でスート又は他の多孔
質合成シリカ成形体を処理し、次いで純粋ヘリウムの雰
囲気中で焼結することにより、大気圧に近い全圧で行う
ことができる。

塩素又は他のハロゲン含有ガスを使用しないスート成
形体の上記の脱水の例は、合成ガラス質シリカ技術の重
要な進歩を示す。塩素と塩素含有ガスは毒性であり、不
都合な汚染物質である排出ガスを生じる。さらに、いく
つかの用途において、例えば紫外線スペクトル領域の高
い透明性に対して塩素は不都合な汚染物であり、電磁波
に不足を生じさせることがある。

当然ながら、本発明の方法により可能な塩素を含まな
い脱水技術は、例えば本出願人の係属中の明細書、GB−
Ａ−2245553に記載されているように、塩素を含まない
スート堆積方法と有利に組み合わせることができる。本
発明のこの面は、ハロゲン含有ガスを全く使用せず、ハ
ロゲン含有排出ガスを全く大気に放出せずに、低OHの合
成シリカガラスの完全な製造ルートを確立することを可
能にする。

例5.塩素処理による脱水 過程３と４を次のように変更して例１の条件を繰り返
すことができる。

炉Ａを炉Ｂまで下ろし、この２つを連結し、スライド
バルブを開ける。次いで全体アセンブリーを0.5ルート
の圧力まで排気し、炉Ａの温度を1100℃に上げ、質量流
量制御バルブを経て制御した流量で炉アセンブリーに塩
素を入れ、一方で排気は継続し、100トールの圧力に維
持する。この処理は２時間継続すべきで、その後塩素の
流れを止め、炉を0.2トールの圧力まで排気する。

次いで例１の過程５〜６を繰り返すことができる。

透明で泡を含まず、0.1ppmOH未満のヒドロキシル含有
率のガラスが得られるはずであり、塩素含有ガスによる
処理の脱水効果を示す。

例6.フッ素ドーピング 例５の最初の条件を繰り返すが、炉ＡとＢを連結した
塩素処理の後、質量流量制御バルブを経て調節した流量
で炉アセンブリーに四フッ化ケイ素を入れ、排気は継続
して150トールの圧力に維持する。このようにしてスー
ト成形体を２時間処理し、次いで炉Ｂを1450℃まで加熱
する。次いで炉Ｂに通すことによりスート成形体を焼結
し、SiF₄の雰囲気は上記のように維持しておく。

次いで炉アセンブリーを排気し、アルゴンで再度満た
し、次いで両方の炉のスイッチを切り、放冷する。

次いで過程６を例１と同様にして行う。得られるガラ
スは0.1ppmOH未満のヒドロキシル含有率を有し、典型的
に0.225原子％のフッ素含有率を有し、1.4573の屈折率
に相当するであろう。

スライドバルブ11が、炉Ａを炉Ｂと離したときの（又
は炉Ｂを例えば大気圧のガスで満たしたとき）炉Ａの内
部を真空で運転することを可能にするならば、焼結前の
上記のスート成形体の前処理を炉Ａだけの中にプロセス
ガスを使用して簡便に行うことができる。このことは、
排気等に必要な時間と、さらに必要なプロセスガスの量
の両方を減らす。

開示の新規な特徴をまとめると次の通りである。

A.非常に高純度の条件下で合成シリカスート成形体を大
規模に処理するに適切な設計の炉であり、雰囲気は次の
ような選択できる。

・真空 ・大気圧又は減圧の不活性ガス ・大気圧又は減圧における調節された部分圧力の塩素化
及び／又はフッ素化ガス（所望により不活性ガスとの混
合ガス） ・制御された部分圧力の水素、重水素、他の水素含有ガ
スのような還元性ガス（所望により不活性ガスとの混合
ガス） B.1以上の誘導加熱炉の提供であり、各々の炉はグラフ
ァイト、炭化ケイ素、又はこれらの組み合わせで作成し
たサスセプターを備え、サスセプターはガラス質シリカ
又は融解石英で作成した円筒状の真空容器の中に収めら
れ、外側に水冷の誘導コイルを備え、各種の不活性又は
反応性ガスの調節された部分圧力の範囲又は真空下で合
成シリカスート成形体を成形体全体の熱処理のために又
はゾーン焼結のために設計された炉。

C.大型の炉を作成することを可能にする設計であり、反
応性、不活性、又は低圧のガス／真空をその中に保つ
が、ガラス質シリカ／融解石英マッフルチューブを高温
で使用する特定の従来技術の炉とは異なり、本発明によ
る炉のガラス質シリカ／融解石英の構成部材は、ガラス
質シリカ／融解石英の失透や垂れが生じる温度よりも充
分低い温度で運転され、構成部材の長い寿命、最小限の
停止時間、及び使用中の便利さと経済性に結びつく設
計。

D.多孔質合成シリカ成形体の熱処理又は焼結のための独
立して、又は一緒に連結して使用する設計の２以上の炉
のアセンブリーの実現性。

E.合成シリカスート成形体の熱処理及び／又は焼結のた
めのアセンブリーであって、少なくとも２つの炉を含
み、炉の少なくとも１つは処理する成形体と少なくとも
同じ長さの高温ゾーンを有し、その炉は、スート堆積炉
のような前過程に使用する設備と接続するために移動す
ることができ、成形体の装入と、調節されたガス雰囲気
と温度で成形体を第２の炉に移動することを可能にし、
第２の炉では、調節されたガス雰囲気と温度においてゾ
ーン焼結を行うことができ、大型の壊れやすいスート成
形体を最小限の機械的又は熱的応力の下で統合したプラ
ントの中で取り扱うことができ、超高純度の製品の汚染
を生じることがある環境への暴露は最小限であるアセン
ブリー。

F.次の請求の範囲第１項を特徴とする装置又は又は他の
適切な装置における、真空脱水、又は間欠的又は連続的
な不活性パージガスを伴う真空脱水による多孔質合成シ
リカ成形体の脱水。

G.塩素又はフッ素含有ガスのような反応性ガスの間欠的
又は連続的な導入を伴う真空熱処理による多孔質合成シ
リカ成形体の脱水。

H.水素を含まない雰囲気又は真空下での焼結の前の、水
素を含んで塩素を含まない還元性ガスによる熱処理を伴
う真空脱水による多孔質合成シリカ成形体の脱水。

I.OH基の代わりにOD基を導入する、重水素含有ガスによ
る置換を含むプロセスによるシリカスート成形体の脱水
（即ち、OH基の除去）。（通常の波長における光ファイ
バーの使用においてはODは無害であるが、OHは透過する
赤外線の許容できない吸収に結びつく） J.低温（典型的に1550〜1650℃）で緻密なシリカガラス
を得るアモルファスシリカの多孔質プレフォーム（例、
所定の形状）の焼結であり、また、サスセプター又は容
器材料と接触せずに空間中に多孔質成形体を吊るすこと
により、反応とそれの結果として生じる汚染の危険が少
なく、このため、従来可能であった純度より数桁純度が
高い製品が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポーレイン，バーナード フィリップ ロバート イギリス国，ニューキャッスル―アポン ―タイン エヌイー２ ３ディーシー, ジェスモンド，アシュレイ グローブ ２シー (72)発明者 セイス，イアン ジョージ イギリス国，ノーザンバーランド エヌ イー43 ７エヌエックス，ストックスフ ィールド，クラブツリー ロード 21 (56)参考文献 特開 昭63−256546（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−187130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−68222（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03B 8/00 - 8/04 C03B 37/014

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高純度条件下で合成シリカ体を熱処理及び
   ／又は焼結するに適する誘導加熱炉であって、 前記炉は、軸を垂直にして配置した管状サスセプター及
   び前記サスセプターの温度を上げるための液体冷却誘導
   コイルを備え、 前記サスセプターは、グラファイト及び／又は炭化ケイ
   素で作成されてガラス質シリカ又は融解石英で作成した
   真空容器の中に収められ、 前記真空容器は液体冷却誘導コイルに囲まれ、 前記真空容器は、管状サスセプターが1700℃の温度まで
   加熱されてたときでも、失透又は垂れが生じる温度より
   低い温度で運転され、それによって多孔質合成シリカ体
   の熱処理及び／又は焼結を大気圧又は減圧下で行うこと
   ができ、 前記炉はさらに、サスセプター又は容器材料に接触しな
   い仕方で炉の中にシリカ体を支持するのに適する真空フ
   ィードスルーを貫くシャフトを備え、 前記シャフトは炉に対して回転と垂直な動きが可能であ
   り、 それによって、炉を運転しながら炉に対してシリカ体を
   垂直に運動させることを可能とした、 誘導加熱炉。
2. 【請求項２】誘導コイルが管状サスセプターより実質的
   に短く、前記誘導コイルを、前記真空容器の外を動くよ
   うに装着し、前記サスセプターにそって軸方向に移動可
   能な高温ゾーンを提供し、中に収められた多孔質合成シ
   リカ体の次第の熱処理又はゾーン焼結を可能にした請求
   の範囲第１項に記載の加熱炉。
3. 【請求項３】前記真空容器はクロージャー手段によって
   下部が止められ、或いは処理場所から他の処理場所に水
   平方向になめらかに炉を移動することを可能にするキャ
   リッジ等の移動性支えによって上方から支持され、クロ
   ージャー手段を動かすことにより、軸が１直線になった
   別な熱処理チャンバーに真空容器を接続することが可能
   な請求の範囲第１又は２項に記載の加熱炉。
4. 【請求項４】多孔質合成シリカ体の熱処理及び／又は焼
   結のためのアセンブリーであって、少なくとも２種類の
   炉チャンバーを含み、上側チャンバーは請求の範囲第１
   項の炉であり、シリカスート体の堆積に使用する装置の
   上の位置に移動でき、下方から炉チャンバーに前記シリ
   カスート体を装入すること、及び調節されたガス環境と
   温度にて第２の炉チャンバーへ前記シリカスート体を移
   動することが可能であり、第２の炉チャンバーの中で、
   調節されたガス環境、及び調節された温度と圧力の条件
   のもとでゾーン焼結を再び行うことができるアセンブリ
   ー。
5. 【請求項５】多孔質合成シリカ体の脱水方法であって、
   請求の範囲第１〜３項のいずれか１項記載の加熱炉又は
   請求の範囲第４項に記載のアセンブリーを用い、塩素を
   含まない非反応性ガス、水素、水素を含んで塩素を含ま
   ない還元性ガス、重水素含有ガス、塩素又はフッ素を含
   むガス、又は真空からなる群より選択された１種以上の
   環境中で熱処理することを含む脱水方法。
6. 【請求項６】請求の範囲第１〜３項のいずれか１項記載
   の加熱炉又は請求の範囲第４項に記載のアセンブリーを
   用い、フッ素含有ガスの気相雰囲気中で熱処理及び／又
   は焼結することを含む、フッ素をドーピングした合成シ
   リカガラス体の製造方法。
7. 【請求項７】請求の範囲第１〜３項のいずれか１項記載
   の加熱炉又は請求の範囲第４項に記載のアセンブリーを
   用い、アンモニア、メタンその他の炭化水素、モノシラ
   ン、ポリシラン、及びこれらの化合物の混合物から選択
   された、水素を含む、又は水素を含んで塩素を含まない
   還元性ガスの雰囲気中で、高いOHレベルを含む多孔質合
   成シリカ体を熱処理し、次いで真空下、又は水素含有ガ
   スを実質的に全く含まない雰囲気中で焼結することによ
   る、OH含有率が10ppm未満の合成シリカガラスを製造す
   る方法。
8. 【請求項８】請求の範囲第１〜３項のいずれか１項記載
   の加熱炉又は請求の範囲第４項に記載のアセンブリーを
   用い、重水素を含む、又は重水素を含んで塩素を含まな
   い還元性ガスの雰囲気中において、高いOHレベルを含む
   多孔質合成シリカ体を熱処理し、次いで真空下、又は水
   素含有ガス又は重水素含有ガスを実質的に全く含まない
   雰囲気中で焼結することによる、OH含有率が10ppm未満
   の合成シリカガラスを製造する方法。