JP5312451B2 - 蒸着バーナーとその製造方法、蒸着バーナーの使用と蒸着バーナーを使用した石英ガラスブロックの製造 - Google Patents

Description

本発明は合成石英ガラスの製造に用いられる蒸着バーナーの製造方法に関する。

更に、本発明は合成石英ガラスの製造に用いられる蒸着バーナーに関し、蒸着バーナーは、基端と末端を備えるバーナーヘッドを有する。

更に、本発明は本発明の蒸着バーナーの使用に関する。

更に、本発明は合成石英ガラスブロックの製造方法に関する。そこでは、プロセス媒体が蒸着バーナーに供給され、そこからＳｉＯ_２粒子が作られ、前記粒子はキャリアー上に一層ずつ蒸着されて、ＳｉＯ_２ブランクを形成する。

いわゆるＯＶＤ（outside
vapor deposition）法により石英ガラス体を製造する際、ＳｉＯ_２粒子が、火炎加水分解により、１個以上の蒸着バーナーを用いて形成され、縦軸周りに回転するキャリアーの外面または外周面に蒸着され、透明な、または多孔質の石英ガラスの円筒形ブランクを形成する。この目的に使用される蒸着バーナーは、石英ガラスまたは金属からなる。

蒸着処理を加速するため、数個の蒸着バーナーがしばしば用いられる。これらはバーナーの結合列のブランクに沿って逆方向にも移動する。各蒸着バーナーは、ブランク全長の一部をさっと通るに過ぎない。特に、多孔質石英ガラス（いわゆる「スート体」）からなるブランクについては、以下のことに特に注意が払われる。全蒸着バーナーは可能な限り均一な蒸着特性を示すこと。というのは、そうでないと、局所的に不規則なスート密度やスート品質が生じる。これは、材料の軸方向の変動と非均一性や、特に、隣接する蒸着ゾーンと接する領域に、乱れを導く。このため、蒸着バーナーの、均一で再現性のある可変蒸着特性を確実に得るための、非常に多くの手段が記載されてきた。

例えばＤＥ １００ １８ ８５７ Ａ１（特許文献１）は、石英ガラスの蒸着バーナーを示唆している。これは、４個の集中するように配列された石英ガラス管からなり、これらは全部で３つの環状ギャップノズルに囲まれた中央ノズルを形成する。中央ノズルにはＳｉＣｌ_４が供給され、外側の環状ギャップノズルには水素と酸素の形の燃料ガスが供給される。中央ノズルと外側部分は、その間に分割ガスノズルが備えられ、それを通して酸素流が通り、これがＳｉＣｌ_４の流れを燃料ガスの流れから遮断する。位置合わせおよび調整の多大な努力をしないでバーナー列のバーナーを交換するため、各蒸着バーナーについて、環状ギャップの正確な寸法と、各蒸着バーナーが分割された位置合わせユニットを備えることに注意が必要である。

ＷＯ ８２／０３３４５（特許文献２）は、ＶＡＤ法により光ファイバーの母材を製造するための、石英ガラスの異なる蒸着バーナーを開示している。このバーナーは、多数の石英ガラス管からなり、互いに同軸に設置され、その結果、複数の環状ギャップノズルが中央ノズルを囲んでいる。バーナー口に離れて面する末端には、石英ガラス管が段状に設けられ、金属ホルダーに固定されている。ホルダー内部には環状室が形成され、これらは互いに流体的に分離され、外部に対して封止され、中央ノズルと環状ギャップノズルとに通じている。プロセス媒体はこれらの室からノズルに供給される。

ＶＡＤ法により母材を製造するための同様の同軸バーナーが、ＵＳ４，４７４，５９３Ａ（特許文献３）からも知られる。このバーナーは以下の特徴がある。インナーノズルは縦軸方向に移動できるように支持されているので、その位置は、蒸着処理中に、残りの環状ノズルに対して移動できる。各々の環状ノズルは、バーナー口領域で、結合面または段面において、終わっている。

ＪＰ−８−０５９２６０Ａ（特許文献４）は、特有のバーナーの製造方法を開示している。これは、石英ガラス管の同軸配列を延伸することにより、石英ガラスブロックを製造することを示唆している。得られたものは、熱電対の絶縁管として、センサーやヒーターの保護管として、ガス供給管として、機械部品として、半導体製造におけるウエハー支持部品として、あるいはバーナーヘッドとして利用できる。

ＤＥ １００ １８ ８５７ Ａ１ ＷＯ ８２／０３３４５ ＵＳ４，４７４，５９３Ａ ＪＰ−８−０５９２６０Ａ

既知の石英ガラスの蒸着バーナーにおいては、ノズルの材料の研磨消耗によるＳｉＯ_２スート体の汚染は心配ない。反面、各石英ガラス管の正確な製造と方向調整は、特に従来のガラス吹き法が用いられたとき、複雑である。同様に、個別に蒸着バーナーの位置調整をして、バーナー特性のあり得る差を補償することは、問題が出やすい。

別の方法として、特殊鋼またはアルミニウムからなる蒸着バーナーが用いられる。このような金属バーナーは、例えば、ＵＳ５，５９９，３７１Ａから知られる。蒸着バーナーは、多数の金属ノズル部品からなる。これらはネジにより相互に連結され、互いに流体的に分離されたガス室を形成する。

金属製の蒸着バーナーにおいては、各ノズル部品は正確で再現性のよい方法で製造される。これは穴あけ、型抜き、平削り、その他によるもので、比較的容易な方法で、狭い製造公差をもつ複雑な構造を実現することができる。一連の製造には、特に適した道具が通常使用されるので、製造には相当なコストが必要である。しかし複雑なバーナー構造には、上記のように、多数の道具の準備が必要であり、これらは金属材料の硬度のためすぐに消耗する。そのため、製造精度は低下する。さらに、高耐熱性金属材料の成分による石英ガラスの汚染が、金属バーナーでは避けられない。

従って本発明の目的は蒸着バーナーと、その製造方法を提供することである。この蒸着バーナーは製造公差が少なく、コストが安く、同時に、目的に使用中、汚染の危険が少ない。さらに、本発明による蒸着バーナーの適切な使用、また、本発明により、火炎加水分解バーナーを用いて、合成石英ガラスの均質な体をつくる再現性のよい方法を示すことが、本発明の目的である。

蒸着バーナーを製造する方法に関して、この目的は次の工程を含む方法により実現できる。
（ａ）縦穴を機械的にあけた石英ガラスの出発円筒を供給し、
（ｂ）出発円筒を延伸してバーナー線を形成し、縦穴は互いに平行に伸びた延伸された穴となり、
（ｃ）バーナー線を円筒石英ガラスブロック形状の小片に切断し、それぞれが石英ガラスブロックの中心軸に平行に延びた通路を有し、
（ｄ）各々の石英ガラスブロックを、基端と末端を有するバーナーヘッドとして用いて蒸着バーナーを製造し、通路は、バーナーヘッド末端からバーナーヘッド基端へプロセス媒体を供給する。

この方法で製造される蒸着バーナーは、火炎加水分解や、プラズマ蒸着法などのような他の蒸着方法によるＳｉＯ_２粒子の合成と蒸着に用いられる。蒸着バーナーはＳｉＯ_２スート体の製造と、ＳｉＯ_２粒子の蒸着と同時のガラス化による透明石英ガラスのブランクの製造の、両方に適している。

本発明の方法により、同一あるいは非常に同一に近い寸法の、石英ガラスの蒸着バーナーの安価な一連の処理が可能になる。これにより、本発明により作られた蒸着バーナーを、石英ガラス、特にスート体を製造するためのバーナー配列で使用することが容易になる。その場合、同一あるいは良く似た蒸着特性の蒸着バーナーにより、バーナー配列の反復運動の折り返し点の領域で、密度と質量のばらつきが少なくなる。

本発明の蒸着バーナーの実施例の、バーナーヘッドの末端の縦方向の断面図 図１の蒸着バーナーの輪切りの断面図 図１、図２の蒸着バーナーの、縦方向の断面組み立て図 本発明の、蒸着バーナーの製造方法の処理手順を説明する説明図

蒸着バーナーの製造は石英ガラスの出発円筒から始まる。これは、中空の円筒、または、中の詰まった円筒である。この円筒に、多数の縦穴が機械的に形成される。これらの縦穴は、円筒の縦軸に平行に延びる縦軸を有する。最も簡単な場合、縦穴は円形断面をもち、出発円筒の円筒軸の周りに、対称的あるいは非対称的に分布する。縦穴は、出発円筒の正面の端から反対側の端まで延びている。あるいは、一方の端では閉じている。製造段階（ｂ）による基部の延伸中の、最後に述べた実施形態の利点を、これから詳しく説明する。

この方法で準備された出発円筒は、円筒軸の方向に、元の長さの数倍に延伸されて、バーナー線となる。この処理で壊れない縦穴は、縦に延ばされて、円筒の縦軸に平行に延びる穴を形成する。この方法により得られたバーナー線では、完成した蒸着バーナーのノズル配置は、全てまたは一部、予備決定される。

石英ガラスの出発円筒の縦穴は、機械的処理または機械加工により形成される。穴あけ、平削りなどの既知の機械加工法により、出発円筒の石英ガラスに、正確に再現性よく、穴や凹みや溝を形成することができる。そのため、加工公差の小さい複雑な構造が、比較的容易に実現できる。同様に、出発円筒の外形寸法は、機械的処理により正確に調整される。この点、本発明の方法は、寸法精度の点で、金属バーナーの利点を有効に利用している。しかも、出発円筒の対応する機械的処理は、バーナー線の長さより僅かに長いだけでよい。そのため、このとき必要な切削工具の消耗は限界内であり、多数のバーナー線について時間はほとんどかからない。バーナーヘッドは、形成された穴の通路の端に得られ、何倍も長い。

更に、延伸で形成された穴は、溶融流動でつくられた滑らかな内壁をもつ。それは、そこを通るプロセス媒体の層流を容易にし、堆積物の形成を阻止し、内壁の摩滅を減らす。

円筒形石英ガラスブロック形状の小片が、バーナー線から適当な長さに切断される。各石英ガラスブロックで、バーナー線の穴は通路として存在する。その通路は、両端が開いていて、石英ガラスブロックの中心軸に平行に延びている。

この方法で作られる石英ガラスブロックは、さらに処理されて、蒸着バーナーのバーナーヘッド、少なくとも通路の一部になる。通路は、ガラス出発原料、燃料ガス、酸素のようなプロセス媒体の供給通路となる。

この場合の「バーナーヘッド」は、蒸着バーナーのバーナー炎に面する部分を意味する。プロセス媒体を供給するための通路は、バーナーヘッド内を延び、バーナー口でノズル絞りの形状で終わる。

この方法で作られたバーナーヘッドは、高い寸法精度に特徴がある。出発円筒の半径寸法は、延伸されたバーナー線の半径寸法の何倍にもなる。そのため設定寸法の測定は容易である。出発円筒におけるあり得る寸法変動や角度誤差は、延伸処理で小さくなる。従って、バーナー線から作られた石英ガラスブロックは、高い寸法精度に特徴がある。同一のバーナー線から得られた石英ガラスブロックはほとんど同じである。ノズル自体の後処理は、通常、必要が無いし、むしろ望ましくない。

円筒の縦軸方向に延びた縦穴をもち、クラッド管に囲まれた円筒周囲面をもつ出発円筒を使うと、有利であることが判明している。

クラッド管に囲まれた縦穴は、延伸中に穴になるような空洞を形成する。出発円筒の延伸に先立ち、または遅くとも延伸中に、クラッド管と出発円筒は互いに溶融する。縦穴は出発円筒の縦軸に沿って延びる、すなわち縦穴は、縦軸の全長または一部の長さ延びる。

穴を包むクラッド管は、この意味で、出発円筒として再び形成される。その意味は、それを覆う表面が縦穴をもち、さらにクラッド管により囲まれているということである。従って、クラッド管の外の覆いの表面が縦穴をもち、縦穴がクラッド管の縦軸方向に延び、外管により囲まれているという工程が望ましい。

中心穴をもつ中空円筒も、出発円筒として用いられる。完成した蒸着バーナーの中心穴は、中心ノズルを形成する。これは、多数の通路に囲まれており、少なくともいくつかは、延伸前に、中空円筒の壁の穴や縦溝（穴）により、作られる。他のノズルは通常、個々のノズルとして形成される。その形状はノズルリム、および／または、中央ノズルを囲む環状のノズルである。

この方法の変形例は、縦穴が出発円筒の延伸中に、一方の端で閉じるとき、特に有利である。

最も単純な場合、空孔は止まり穴として形成される。しかし、空孔は栓または溶融閉鎖によっても閉じる。一方の端での閉鎖は、延伸中の圧力制御を容易にする。また、特に最初の引き伸ばし処理中の不純物の侵入を減らす。

さらに、次のことも有用である。蒸着バーナーの製造は段階的方法を備える。そこでは、段を囲むバーナーヘッドの末端は横方向に後退し、石英ガラスの中心軸の周りを同じ距離だけ延びる通路は、同じ段で終わる。

バーナー線から作られたどっしりとした石英ガラスブロックは、比較的容易な方法で機械加工、例えば切削や切断が行なわれ、正しい寸法になる。本発明の好ましい例において、バーナーヘッドの末端は、異なる面の段を囲み、横方向に後退して、段状の円筒形の覆いになる。その程度は段が通路と交わりものであり、それぞれの通路は石英ガラスブロックの中心軸の周りを同じ距離延びる。対応する通路は、中心軸周りの「ノズルリム」を形成する個々の穴であり、同じプロセス媒体を供給するように設計される。プロセス媒体はキャリアー体を通して供給される。キャリアー体はバーナーヘッドの末端に固着し、通路に液体を伝達する穴を有するが、そうでなければ外部に対して封止される。

蒸着バーナーの製造が、バーナーヘッドの基端が、中心軸方向の外クラッド突起を有する段階方法をもつ処理も有用である。

この実施例では、最終蒸着バーナーは外突起を有する。このような突起は、蒸着バーナーの蒸着特性に、非常に有利な影響をもつことが分かった。外クラッドは、既に説明したように、残ったバーナーヘッドの外壁に固着するか、バーナーヘッドを受けるため、キャリアー体に付加的に受けられ固定されるかである。

絞ることのできるバーナー炎をもつ蒸着バーナーを使用することが有利な例では、バーナーヘッドは、例えば、局所的に軟化し延伸して作られた、傾斜した基端を有する。

バーナーヘッドに関しては、上記のタイプの蒸着バーナーから出発し、上記の目的は本発明により実現される。バーナーヘッドは円筒石英ガラスブロックを有する。円筒石英ガラスブロックには、プロセス媒体用の円形断面の複数の通路が、石英ガラスブロックの中心軸の周りに同じ距離を隔てて平行に延びており、各通路は、溶融流れにより道具なしで形成された内壁をもち、バーナーヘッドの末端で横方向に後退した囲む段を有し、通路は結合段において石英ガラスブロックの中心軸の周りに等距離で終わる。

蒸着バーナーは、シリコンを含む出発原料を供給するための、１個あるいは数個の通路を備える。このため、これはＳｉＯ_２粒子を、火炎加水分解あるいは他の蒸着法、例えばプラズマ蒸着法により、合成し蒸着するのに有用である。蒸着バーナーは、ＳｉＯ_２粒子を蒸着し同時にガラス化して、ＳｉＯ_２スート体を製造すること、および、透明な石英ガラスブランクを製造することに適している。

本発明の蒸着バーナーは、次の必須の特徴を有するバーナーヘッドを有する。
（１）バーナーヘッドの必須部品は、どっしりとした石英ガラスブロックである。これには複数の通路を形成する。通路は、バーナーヘッドの末端から基端まで、石英ガラスブロックの中心軸に平行に延びている。この点、例えば既知の同軸バーナーのような、互いに分割されたノズル部品の配列は必要なく、そのため、完全なバーナーのための取り付け、配置、調整は単純である。石英ガラスブロックは好ましくは上記の方法により得られる。すなわち、機械的に穴あけした出発円筒を延伸してバーナー線にする。その中で、完成した蒸着バーナーのノズル配列は、完全にあるいは一部分予め決められる。複数の石英ガラスブロックをバーナー線から所定の長さに切断する。これによって、同一またはほとんど同一の高い寸法精度のバーナーヘッドが得られる。
（２）通路は、断面が円の、溶融流れにより作られた滑らかな内面をもつ個々の穴である。これにより、中を通るプロセス媒体が層流となり、堆積を防ぎ、磨耗を減らす。
（３）バーナーヘッドの末端は段になっている。通路は、石英ガラスブロックの中心軸の周りの等距離の位置で延びており、「ノズルリム」を内側穴の周りに形成し、放射状に段を囲んで始まる（終わる）。下側端の段構成により、プロセス媒体をバーナーヘッドにキャリアーを通して供給することが容易になる。キャリアーは、段状の端を受け、その中に、プロセス媒体の供給穴が形成される。

これに関連して、バーナーヘッドの末端がキャリアー体の内で受けられ、キャリアー体は、プロセス媒体供給のための数個の環状室で形成され、通路と流体結合し、外部に対しては封止されている構造が、特に有用である。

プロセス媒体は通路に、好ましくは、金属製のキャリアー体を通して供給される。この目的のため、キャリアー体は環状室を有する。環状室は他の室と外部に対し封止されている。

石英ガラスブロックが円形断面を有するとき、有利である。円形断面は、比較的容易に保持でき、しかも外部に封止できる。

バーナーヘッドの基端が、石英ガラスブロックの中心軸方向の、外クラッド突起をもつと有利である。

外クラッドは外突起を形成する。このような突起は、蒸着バーナーの蒸着特性に有利な効果がある。

外クラッドは、残りのバーナーヘッドの外壁に固着する。しかし、好ましくは、外クラッドは、バーナーヘッドを収容するためのキャリアー体に受けられ、固定される。

蒸着バーナーの焦点性能の改良のため、バーナーヘッドは傾斜した基端をもつ。

バーナー線と離れているので、基端は表面欠陥を示すことがある。この欠陥を除くため、バーナーヘッドの基端は、好ましくは、火炎研磨される。火炎研磨による滑らかな表面は、不純物の付着を減らし、バーナー口領域でのガス流の妨害を最小化し、薄片の剥離を防ぐ。

実用上、上記の目的は次のように達せられる。本発明の蒸着バーナーは、均一な密度分布をもつ合成石英ガラスのスート体を作るのに用いられる。複数の蒸着バーナーがバーナー配列に用いられる。バーナー配列は、キャリアーの周辺面に沿って反転移動できる。キャリアーは縦軸の周りを回転できる。

本発明の蒸着バーナーは、それぞれどっしりとした円筒石英ガラスブロックから作られる。それぞれの石英ガラスブロックは、延伸されたバーナー線として得られるので、全ての石英ガラスブロック従って全てのバーナーヘッドは、ほとんど同じ形状であり、そのため、蒸着バーナー配列の各蒸着バーナーは、同一あるいは良く似た蒸着特性を示す。

さらに、石英ガラスブロックの製造に必要な、対応する出発円筒の機械処理は、比較的容易である。

さらに、延伸により形成された通路は、溶融流れで作られた、断面が円の滑らかな内壁を持ち、そこを通るプロセス媒体の層流を容易にする。

どっしりとした円筒石英ガラスブロックのおかげで、分かれたノズル部品の相対的な配列は、例えば既知の同軸バーナーの場合とは異なり、必要が無い。そして、完全な蒸着バーナーの取り付け、位置合わせ、配置は単純である。

結合バーナー配列での、このバーナーヘッドの使用は、特に、均一な密度分布をもつスート体の製造に適している。蒸着バーナーの同一または良く似た蒸着特性は、バーナー配列の反転運動の反転する点の領域での、密度と質量のばらつきを減らす。

隣接する蒸着バーナーの似た蒸着特性から考えて、バーナー配列の全蒸着バーナーのバーナーヘッドが、同じバーナー線から作られた石英ガラスブロックにより作られたとき、特に有用である。

同じバーナー線から作られた石英ガラスブロックは、ほとんど同じ寸法である。

この点からすると、隣接する蒸着バーナーのバーナーヘッドが、隣接するバーナー線から作られた石英ガラスブロックにより作られた場合、より以上の改良ができる。

バーナー線の隣接する小片は、互いにほとんど違わない。理想的には、バーナー配列内の全ての蒸着バーナーが同じ順番で配列される。そこで、それらは延伸されたバーナー線から離される。蒸着バーナーの蒸着特性が非常に似ていることに関して、更に改良ができる。その際、バーナー線から所定寸法に切り出された石英ガラスブロックは、延伸方向の方位をもつ。その意味は、それらが下端と上端をもち、石英ガラスブロックが同じ方位で、蒸着バーナーに配列されることである。

合成石英ガラス体を製造する方法について、上記の目的は、上記のタイプの方法から出発して、本発明の、次の方法段階を備えた蒸着バーナーにより達成される。
（ａ）縦穴を機械的にあけた石英ガラスの出発円筒を供給し、
（ｂ）出発円筒を延伸してバーナー線を形成し、縦穴は互いに平行に伸びた延伸された穴となり、
（ｃ）バーナー線を円筒石英ガラスブロック形状の小片に切断し、それぞれが石英ガラスブロックの中心軸に平行に延びた通路を有し、
（ｄ）各々の石英ガラスブロックをバーナーヘッドとして用いて蒸着バーナーを製造し、バーナーヘッドは基端と末端を有し、通路は、バーナーヘッド末端からバーナーヘッド基端へプロセス媒体を供給する。

本発明の方法は、寸法が高精度の石英ガラス蒸着バーナーを用いる点で、既知の合成石英ガラスを製造する方法よりも優れている。

蒸着バーナーは、どっしりとした円筒石英ガラスブロックから製造される。円筒石英ガラスブロックは、バーナー線の小片として得られる。そしてバーナー線は、連続して、石英ガラスの出発円筒を延伸して作られる。出発円筒は、複数の、機械的に作られた縦穴をもつ。どっしりとした円筒石英ガラスブロックのおかげで、分割されたノズル部品は、既知の同軸バーナーの際とは異なり、互いに配列する必要が無い。そして、完全な蒸着バーナーの組み立て、調整、配置が簡単になる。

この方法で得られる蒸着バーナーの寸法が高精度であること以外に、このバーナーは次の特徴も有する。延伸により形成された通路は、溶融流れにより作られた円形断面の滑らかな内壁を有する。これにより、そこを通るプロセス媒体の層流が容易になり、得られたＳｉＯ_２ブランクの均一性に有利である。

特に好ましい方法態様では、バーナーの結合列に配列された複数の蒸着バーナーが用いられる。これらは、縦軸周りを回転するキャリアーの周囲面に沿って反転移動する。ＳｉＯ_２粒子は、キャリアー上の蒸着バーナーにより蒸着され、多孔質ＳｉＯ_２の実質的に円筒形のブランクを形成する。

上述したように、蒸着バーナーは再現性よく作られる。また、同一の、または似た蒸着特性という点で、最適化できる。ＳｉＯ_２粒子を、蒸着表面に沿って同期して反転移動するバーナー配列上の、複数の蒸着バーナーの配列を用いて、蒸着表面に蒸着することに関して、この特徴により、得られたＳｉＯ_２ブランクの密度と質量のばらつきが少ない。特に、バーナー配列の反転移動の反転する点の領域において、これにより、ばらつきが防がれ、あるいは少なくなる。

本発明は、実施例と図面を用いて、より詳しく説明される。図面は詳しくは次のとおりである。
図１は、本発明の蒸着バーナーの実施例の、バーナーヘッドの末端の縦方向の断面図である。
図２は、図１の蒸着バーナーの輪切りの断面図である。
図３は、図１、図２の蒸着バーナーの、縦方向の断面組み立て図である。
図４は、本発明の、蒸着バーナーの製造方法の処理手順を説明する説明図である。

図１、２はＯＶＤ法により、ＳｉＯ_２スート体を作るための、酸水素バーナーのバーナーヘッド１の、異なる方向からの説明図である。

合成石英ガラスのどっしりとしたバーナー基部２を備えたバーナーヘッド１は、縦軸８に関して実質的に回転対称である。どっしりとしたバーナー基部２は、中央ノズル３、内側ノズルリム６（図２）、外側ノズルリム７（図２）を収納する。ノズルリム６、７は、中央ノズル３と平行に延びる、円形断面のノズル穴４、５から形成される。内側ノズルリム６のノズル穴４と、外側ノズルリム７のノズル穴５は、それぞれ、中央ノズル３から等距離にある。従って、ノズルリム６、７は、中央ノズル３と中心軸８に対して同軸に延びている。

中央ノズル３は、ＳｉＣｌ_４と酸素のようなガラス出発原料を供給し、水素と酸素はノズルリム６、７を通して供給される。

バーナー基部２の外形は、既知の機械加工により、製造公差は少なく、容易に、安価に製造できる。図１によれば、バーナー基部２の下端は段状になっていて、２つの半径方向の肩が（研磨により）横方向に凹んでいて、中央ノズル３をもつピンが下向きに突き出ている。ピンは２つの環状の段１０、１１により囲まれている。内側ノズルリム４と外側ノズルリム５は、環状面１２、１３で終わる。両段１０、１１の軸方向の周囲面は、研磨で寸法を調整し、封止リングをはめる溝１４を有する（図３）。

図３の本発明の蒸着バーナー３０の組み立て図は、実質的に３つのサブアセンブリー、すなわち、ノズル穴４、５をもつバーナー基部２と、そこに形成された中央ノズル３と、合成石英ガラス製の外管２０と、特殊鋼製のバーナーキャリアー体２１を示している。

バーナーキャリアー体２１はバーナー基部２の末端に取り付けられている。そして、ノズル３、４、５にプロセス媒体を供給する。更にバーナーヘッド１を収容して取り付ける。実施例では、バーナーヘッド１はバーナー基部２と外管２０からなる。

各プロセス媒体は、バーナーキャリアー体２１内の環状室２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに割り当てられる。各室はガス結合部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを有する。環状室２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、対応するノズル３、４、５にプロセス媒体を放射状に均等に供給できる。

更に、バーナーキャリアー体２１は、バーナー基部２のための当り部を有する。当り部は、バーナー基部２の正確な軸方向の位置決めに役立つ。蒸着バーナー１のための位置決め手段は、図３には示されていないが、バーナーキャリアー体２１に対するのと同様に働く。

外管２０は、バーナー口２６から２０ｍｍ突き出た突起２５と、バーナー基部２の円筒形周囲面から２ｍｍ離れた環状の間隙２７を形成する。この環状の間隙２７は、燃焼酸素を供給する。バーナーキャリアー体２１の受け入れ領域で、外管２０の外側覆いは、Ｏリング２２を受ける放射状に囲む溝をもち、対応するバーナーキャリアー体２１に収納される大きさに研磨される。バーナー基部２の前面は、バーナー口２６を形成し、火炎研磨される。

バーナー基部は外径が１９．５ｍｍで、長さが１６ｃｍである。中央ノズル３の直径は２．５ｍｍである。正面の段１０の外径は６ｍｍである。内側ノズルリム６は、正面段１０の領域で終わり、酸素の供給に用いられるが、全部で１２個のノズル穴４（それぞれの直径は１．５ｍｍ）を形成する。そのノズルは、中心軸８の周りに、直径８ｍｍで、均等に配列されている。中心軸８の方向の段の長さは２ｃｍである。

水素供給のための外側ノズルリム７の穴が終わる後ろ段１１は、外径が１２ｍｍであり、半径方向の段の深さは３ｍｍである。外側ノズルリム７は、２０個のノズル穴５により形成され、それぞれは直径１．５ｍｍであって、中心軸８の周りを包囲する直径１４ｍｍの円まで広がっている。

本発明の蒸着バーナー４５を製造する、本発明の方法を、実施例と図４を用いて説明する。

断面が円形の、中の詰まった半完成品円筒４０を準備する。この半完成品は外径が１００ｍｍ、長さが３０ｃｍである。半完成品４０の中心に直径１２．５ｍｍの穴４６をあける。他の１２個の穴４７は、それぞれ直径７．５ｍｍであり、内側の穴４６の周りに位置し、内側穴リム４８を形成する。同様に、他の２０個の穴は、図４には図示されていないが、それぞれ直径７．５ｍｍであり、外側穴リムを形成する。

このように穴をあけた半完成品４１は、長さ２５倍に引き伸ばされ、外径２０ｍｍ、典型的な長さ７．５ｍのバーナー線４２となる。バーナー線４２は長さ１６ｍｍの小片に切断される。そうして、最終的な無駄なしで、バーナー基部２のための約４０個のブランク４３が得られる。ここでブランク４３は連続番号をつけられ、ブランクの各後端４９に印がつけられる。ここは、ブランク４３がバーナー線４２から切り離された場所である。

ブランク４３は引き続き研削されて直径１９．５ｍｍにされる。そして、各長さ２ｃｍの２つの段５０（それぞれの外径が１２ｍｍと６ｍｍ）を、印をつけた後端４９から後退させる。さらに封止リングをはめるための溝が設けられる。これは、本発明のバーナーを参照して既に説明した。

最後に、バーナーヘッド表面５１が火炎研磨され、バーナー基部４４と外側管５２がバーナーキャリアー体５３に挿入される。

本発明の製法を、より詳しく実施例を参照して説明する。この実施例は本発明の蒸着バーナーを用いて、ＯＶＤ法によりＳｉＯ_２スート体を製造するものである。ＳｉＯ_２スート体は、光ファイバーの母材の先駆体である。

１０個の蒸着バーナーが、バーナーの結合列上に、１５ｃｍ離れて取り付けられる。蒸着バーナーは、バーナー線から切り離されたときの番号順に配列される。蒸着バーナーは、縦軸の周りを回る下地体の円筒形の周囲表面に向けて方向をそろえる。

バーナー列は振幅１５ｃｍで、下地体に沿って、往復運動する。酸水素炎の点火と、下地体の円筒形周囲面にＳｉＯ_２粒子を形成し蒸着するため、蒸着バーナーには、ガラスの出発原料と燃料を次のように供給する。

ＳｉＣｌ_４が３２．５ｍｇ／分、キャリアーガス酸素が２．０リットル／分だけ中央ノズル３を通過し、分離酸素ガスが全部で４．５リットル／分だけ個々に分離したガスノズル４を通過し、水素ガスが全部で４６．０リットル／分が水素ガスノズル４を通過し、酸素が全部で６．２リットル／分酸素ノズルを通過する。

キャリアーを除いた後、ＳｉＯ_２スート体が得られる。ＳｉＯ_２スート体は、既知の方法により清掃され、引き続き、酸素雰囲気の酸化環境で後処理されて、その後焼結されて石英ガラスの中空円筒が得られる。

本発明は蒸着バーナーと、その製造方法を提供する。この蒸着バーナーは製造公差が少なく、コストが安く、同時に、目的に使用中、汚染の危険が少ない。さらに、本発明による蒸着バーナーの適切な使用、また、本発明により、火炎加水分解バーナーを用いて、合成石英ガラスの均質な体をつくる再現性のよい方法を示す。

１ バーナーヘッド
２ バーナー基部
３ 中央ノズル
４ ノズル穴
５ ノズル穴
６ 内側ノズルリム
７ 外側ノズルリム
８ 中心軸
１０ 正面段
１１ 段
１２ 環状面
１４ 溝
２０ 外管
２１ バーナーキャリアー体
２２ リング
２３ａ 環状室
２４ａ ガス結合部
２５ 突起
２６ バーナー口
２７ 間隙
３０ 蒸着バーナー
４０ 半完成品円筒
４１ 半完成品
４２ バーナー線
４３ ブランク
４４ バーナー基部
４５ 蒸着バーナー
４６ 穴
４７ 穴
４８ 内側穴リム
４９ 後端
５０ 段
５１ バーナーヘッド表面
５２ 外側管
５３ バーナーキャリアー体

Claims (6)

1. （ａ）縦穴を機械的にあけた石英ガラスの出発円筒を供給し、
   （ｂ）前記出発円筒を延伸してバーナー線を形成し、前記縦穴は互いに平行に延びた延伸された穴となり、
   （ｃ）前記バーナー線を円筒石英ガラスブロック形状の小片に切断し、それぞれが前記石英ガラスブロックの中心軸に平行に延びる通路を有し、
   （ｄ）各々の前記石英ガラスブロックをバーナーヘッドとして用いて蒸着バーナーを製造し、前記バーナーヘッドは基端と末端を有し、前記通路は、前記バーナーヘッド末端から前記バーナーヘッド基端へプロセス媒体を供給する工程を含む、
   合成石英ガラスの製造に用いる蒸着バーナーを製造する方法。
2. 前記出発円筒の延伸中に前記縦穴の片方が閉鎖する、請求項１に記載の蒸着バーナーを製造する方法。
3. 前記蒸着バーナーの製造は段階的方法を含み、そこでは、段を囲む前記バーナーヘッドの末端は横方向に後退し、前記石英ガラスブロックの中心軸周りを同じ距離延びた通路が、同じ段にて終了する、請求項１または２に記載の蒸着バーナーを製造する方法。
4. 前記蒸着バーナーの製造は段階的方法を含み、そこでは、前記バーナーヘッドの基端が、前記中心軸の方向に突き出した外クラッドを有する、請求項１から３のいずれかに記載の蒸着バーナーを製造する方法。
5. プロセス媒体を供給された蒸着バーナーを準備し、それを用いてＳｉＯ２粒子を作り、前記粒子はキャリアー上に一層ずつ蒸着されてＳｉＯ２ブランクを形成する、合成石英ガラスの塊を製造する方法において、
   蒸着バーナーの準備は次の段階を含む、合成石英ガラスの塊を製造する方法。
   （ａ）縦穴を機械的にあけた石英ガラスの出発円筒を供給し、
   （ｂ）出発円筒を延伸してバーナー線を形成し、前記縦穴は互いに平行に延びた延伸された穴となり、
   （ｃ）バーナー線を円筒石英ガラスブロック形状の小片に切断し、それぞれが石英ガラスブロックの中心軸に平行に延びた通路を有し、
   （ｄ）各々の石英ガラスブロックをバーナーヘッドとして用いて蒸着バーナーを製造し、バーナーヘッドは基端と末端を有し、前記通路は、バーナーヘッド末端からバーナーヘッド基端へのプロセス媒体を供給する。
6. バーナーの結合列として配列された複数の蒸着バーナーを使用し、蒸着バーナーは、縦軸周りを回転するキャリアーの外周面に沿って反転移動し、蒸着バーナーを用いてＳｉＯ２粒子がキャリアー上に蒸着され、実質的に円筒形の多孔質ＳｉＯ２ブランクを形成する、請求項５に記載の合成石英ガラスの塊を製造する方法。

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