KR100510961B1 - 석영글라스본체제조방법 - Google Patents

Abstract

석영 글라스 본체를 제조하는 공지의 방법에서, SiO₂ 입자가 그 세로축 주위로 회전함으로써 원통형 캐리어의 맨틀 표면에 부착되어, 신장된 다공성 예비성형물을 형성하게 되며, 여기서 SiO₂ 입자는 캐리어의 세로축에 평행한 최소 하나의 버너열내에 배열되고 이동의 방향이 반전되는 점인 회송점사이에서 정해진 이동 속도로 앞뒤로 이동되는 복수의 화염 분해 버너내에 형성되며, 상기 예비성형물은 소결되게 된다. 상기 방법을 기초로 국부적으로 밀도 편차가 거의 없는 예비성형물을 제조할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명은 한편으로는 형성하려는 예비성형물의 표면 온도의 기준값이 1050-1350℃의 범위내에서 유지되며, 예비성형물의 평균 주위 속도가 8m/min-15m/min범위에서 유지되며 버너열의 평균 이동 속도가 300mm/min-800mm/min범위에서 유지되는 것을 제안한다. 다른 한편으로는 상기 목적은 본 발명에 따라 그리고 알려진 방법에 기초하여 달성될 수 있는데, 이는 회송점(A,B)의 영역내에서 형성되는 예비성형물의 주위 속도를 증가시키고 그리고/또는 화염 온도가 저하시키고 그리고/또는 예비성형물 표면으로 부터 버너의 거리를 변화시킨다.

Description

석영 글라스 본체 제조 방법

본 발명은 세로축 주위로 회전하는 원통형 캐리어의 맨틀 표면상에 SiO₂ 입자를 부착시키고 신장된 다공성 예비성형물을 형성시키고, 단 상기 SiO₂ 입자는 캐리어의 세로축에 평형하게 배치된 최소 하나 이상의 버너열로 배열되고 버너 이동 방향이 반전되는 지점인 회송점(turnaround point)사이에 배열된 복수의 분해 버너내에 형성되며, 버너는 앞뒤로 미리설정된 직선 속도로 앞뒤로 이동하며, 상기 예비성형물을 소결시켜 이루어지는 석영 유리 본체 제조 방법에 관한 것이다.

이러한 공정은 EP A1 0 476 218에 기술되어 있다. 공지의 방법에서는 SiO₂ 입자는 그 세로축을 중심으로 회전하는 수평으로 배향된 기판 로드상에서 화염 분해 버너에 의해 층층이 부착된다. 이들 버너는 기판 로드의 세로축에 평형하게 신장하는 버너대(burner block)상에 10cm씩 등거리로 떨어져 설치된다. 상기 버너대는 SiO₂ 입자 부착동안 형성되어지는 다공성 원통형 예비성형물을 따라 좌우 회송점 사이에서 앞뒤로 움직인다. 그 이동 운동의 폭은 예비성형물의 길이보다 작다. 방향성 반전 지점에서 버너대의 직선 운동이 저감되기 때문에 예비성형물 표면에 과열이 발생하며, 이와 함께 그 국부적 축 밀도 편차가 생긴다. 이는 예비성형의 차후 처리에서 특히 화학 반응도중 예비성형물의 반응성 차이를 야기하여 예비성형물의 소결후 석영 글라스 본체의 비-균질화를 일으킬 수 있다.

EP A1 0 476 218은 이를 극복하고자 예비성형물에 관한 버너대 이동의 회송점을 연속적으로 재배치시키고 이에 따라서 예비성형물상에 회송점을 균일하게 분배시킴으로써 이 문제를 해결하고자 하였다. 이를 위하여 좌우 회송점 모두가 버너 통과시마다 몇 mm씩 재배치되었다.

그러나 이는 단지 회송점에서 발달한 국부적 밀도 편차를 갖는 예비성형물에서 균일한 분배를 낳을 뿐이다. 덧붙여서 이 공지의 공정에서 버너대의 복잡한 이동은 장치 및 제어에 관하여 고비용을 요한다.

도 1은 속도 구배에 의하여, 버너대의 일정 이동 속도와 예비성형물의 일정 주위 속도를 갖는 이동 사이클을 도시한 도면이며,

도 2는 속도 구배에 의하여, 회송점 영역에서 예비성형물의 증가된 주위 속도를 갖는 이동 사이클을 도시한 도면이며,

도 3은 온도 구배에 의하여, 화염 온도가 전이 영역내에서 변화하는 이동 사이클을 도시한 도면이며,

도 4는 또다른 온도 구배에 의하여, 화염 온도가 전이 영역내에서 변화하는 이동 사이클을 도시한 도면이며,

도 5는 거리 구배에 의하여, 버너 오리피스와 예비성형물 표면간 전이 영역내 거리가 변화하는 이동 사이클을 도시한 도면이며,

도 6은 본 발명에 의한 공정을 수행하기 위한 장치를 도시한 측면도이다.

*도면의 주요한 부위에 대한 간단한 부호의 설명*

61... 캐리어(carrier) 62... 예비성형물(preform)

63... 세로축(longitudinal axis) 64... 버너대(burner block)

65... 버너 66... 버너 어레이(burney array)

67, 74... 화살표(direction arrow) 68... 추가 버너

69... 가열 버너 70... 예비성형물 표면

71... 고온계(pyrometer) 72... 화염(flame)

73... 제어 유니트(control unit)

이에 본 발명의 목적은 국부적 축 밀도 변동이 크게 없는 예비 성형물을 제조할 수 있는 용이하게 수행가능한 공정을 제공하고자 하는 것이다.

상기 기술된 공정에 기초하여, 본 발명의 목적은 형성되는 예비성형물의 표면온도의 기준값을 1050-1350℃에서 유지시켜 예비성형물의 평균 주위 속도가 8m/min-15m/min범위내이고 버너열의 평균 이동 속도가 300mm/min-800m/min범위로 유지시킴으로써 달성된다.

예비성형물의 표면 온도는 버너열에서 중앙에 있는 분해 버너중 하나의 화염 충격점(flame Impingement point)에서 측정된다. 이를 위해 IMPAC사에서 제조되고 측정 파장이 5.14㎛인 "Infratherm IN4/5"가 사용된다. 측정 영역은 500-1300℃ 온도에서 30cm의 예비성형물 표면으로 부터 고온계의 거리가 약 5mm 범위인 것이다. 버너 화염 충격점은 약 15m의 다소 큰 직경을 갖는다. 고온계가 적절하게 조정될 때, 측정점은 화염 충격 영역내이다. 잘못 조정되면 측정값이 실제 온도보다 낮게 된다. 정확하게 조정하여 산출된 측정 온도는 이하의 표면 온도로서 사용될 것이다.

이 온도값은 실질적으로 다공성 예비성형물의 밀도를 정한다. 지시된 온도 범위에서 SiO₂ 입자의 부착은 일반적으로 석영 글라스 밀도(2.2g/㎤)에 대하여 15-35% 범위의 예비성형물의 평균 상대 밀도를 갖게 한다. 직경이 3cm이고 예비성형물의 길이를 따라 배열된 10개의 등거리 시험 드릴 코어가 가능한한 정확하게 예비성형물의 평균 상대 밀도를 이루도록 취하여진다. 상기 코어는 수은 비중병에 의해 측정된다. 그런 다음 예비성형물의 평균 상대 밀도는 상기 나타낸 석영 글라스의 이론 밀도에 대하여 이들 측정값을 산술평균하여 유도된 것이다.

표면 온도의 기준값은 분해 버너의 화염 온도, 그 양 및 그 크기뿐만 아니라 예비성형물 표면으로 부터의 거리에 의해 실질적으로 측정된다.

그 값은 1050-1350℃사이의 범위에서 숙련자에 의해 쉽게 설정될 수 있다. 여러 열의 버너 또한 다공성 예비성형물의 형성을 위하여 사용될 수 있다. 다수열의 버너 화염 충격점은 예비성형물 표면상에서 공통선을 따라 신장될 수 있다. 다른 열의 버너는 캐리어의 원통축에 대하여 수직 방향으로 보이는 바와 같이, 하나의 높이 로 혹은 옵셋으로 배열될 수 있다. 복수열의 경우는 하나의 열에서 표면 온도 기준값을 측정하는 것이 충분하다.

예비성형물 회전의 상기 지시된 속도 범위 혹은 버너 열의 평균 이동 속도가 유지될 때 1050-1350℃의 기준 표면 온도값에서 기준값에 대하여 최대 150℃의 비교적 낮은 표면 온도 증가가 회송점에서 얻어진다. 약 150℃의 온도 증가는 약 6%의 상대 밀도 최대 증가에 해당한다. 예비성형물 내에서의 이러한 축 밀도 구배는 소결후 예비성형물로 부터 후속적으로 제조된 석영 글라스 본체의 많은 적용처에 대한 유용성을 감소시킨다. 자연적으로 회송점에서 기준값과 최대값사이의 온도차이가 작게 유지될수록, 상대 밀도의 증가는 보다 적게된다.

예비성형물에 대한 버너의 이동은 평균적으로 비교적 작은 것이(전체 이동 주기에 대하여 검토시) 현저하다. 이러한 관찰과 예비성형물 회전 속도의 평균 이동 속도 범위 및 버너열의 평균 이동 속도에 기초하여, 숙련자는 몇몇 실험에 의해 이러한 온도 증가가 표면 온도의 기준값에 대하여 150℃를 초과하지 않을 정도로 이들 단계를 최적화할 수 있다. 문제가 되는 하나 혹은 양쪽 모두의 속도가 앞 뒤 이동(이하, "이동 사이클"이라 한다)동안 비교적 작은 평균값에 기초하여 설정된다는 사실때문에, 화염 충격점의 부근에서 예비성형물 표면은 잘 가열된다. 따라서 잘 가온된 표면과 보다 고온의 회송 부위간 온도차는 비교적 작다. 그러므로 회송점에서 상대 온도 증가(잘 가온된 예비 성형물의 표면과 비교시)는 예비성형물 표면과 중간 지점의 버너열 사이에서 상대 이동의 속도를 보다 작게 한다.

버너열의 평균 이동 속도는 하나의 이동 사이클동안 지나간 거리와 이를 위해 필요로 되는 시간의 비로 정의된다.

제조되는 예비성형물의 평균 주위 속도는 상기 거리를 지나가는데 필요한 시간에 대하여 이동 사이클동안 예시성형물의 표면상에 모든 지점에 의해 지나가는 거리로 부터 유도된다.

전형적으로 평균 이동 속도는 전체 부착 공정도중 일정하게 유지된다. 회송점에서 이동 속도는 0이며 실제 버너열의 저감에는 멈춘 거리를 필요로 하며 가속화에는 평균 이동 속도가 반드시 충격을 미칠 수 없는 동안에 가속 거리를 필요로 한다.

평균 주위 속도 또한 전체 부착 공정동안 일정하게 유지될 수 있다. 이 경우에 캐리어의 회전 속도는 예비성형물의 외부 직경과 그 원통 맨틀 표면이 부착 공정도중에 계속적으로 증가하기 때문에 계속적으로 감소되어야만 한다.

이동 속도와 주위 속도는 모두 이동 사이클도중 변할 수 있으며, 예를 들면 회송점의 영역내에서 주위 속도는 증가될 수 있다.

운동학적 반전에 있어서, 버너열대신에 혹은 물론 이에 부가하여 예비성형물은 또한 앞뒤로 이동될 수 있으며, 그런 다음 버너열의 이동 속도대신에 예비성형물의 이동 속도, 혹은 관찰이 필요한 버너열과 예비성형물 표면사이에 상대 속도가 존재한다.

인접한 회송점사이에 예비성형물 영역이 이동 사이클도중 너무 낮은 온도까지 냉각될 때 불리한 것으로 여겨진다. 이같은 불리한 냉각은 외부 예비성형물의 상술된 최소 속도 및/또는 평균 버너열 이동 속도에 의해 방지된다.

예비성형물내 축 밀도 구배는 본 발명에 따른 공정에 의해 대개는 피해진다. 따라서 이 문제는 종래 기술에서 기술된 예비성형물내의 밀도 구배의 거의 균일한 기여도를 능가한다. 장치와 제어 장치 지출이 낮게될 수 있기 때문에 이를 위해 회송점의 재전위가 반드시 필요한 것은 아니다. 그러나 회송점의 재전위는 보충 기술로서 가능하다.

인접한 회송점을 5cm-40cm의 거리로 유지하는 것이 잇점있는 것으로 나타났다. 이는 이동 사이클동안 인접하는 회송점사이에서 예비성형물 표면의 과대 냉각을 방지할 수 있다.

또한 버너열에 있어서 2개의 인접한 모든 버너사이에 가온 버너를 사용하는 것에 관하여 잇점이 있는 것으로 나타났다. 가온 버너는 버너열의 이동에 따라서 이동하며 예비성형물의 가열된 영역간의 거리를 단축시킨다. 이들은 분해 버너사이의 중앙에 설치될 수 있다. 이를 위하여 가온 버너는 동일한 버너열상에 설치되거나 캐리어를 따라 이동하는 버너열에 동기되는 별도의 가온 버너대위에 설치될 수 있다.

나아가 상기 방법을 기초로한 상기 언급된 목적은 회송점 구역에서 발달하는 예비성형물의 주위 속도가 증가하고 그리고/또는 분해 버너의 화염 온도가 저감되고 그리고/또는 예비성형물 표면으로 부터 분해 버너의 거리가 변하는 점에서 본 발명에 의해 달성될 수 있다.

이 각 하나의 측정 혹은 이들의 조합에 의해, 회송점 구역에서 예비성형물 표면의 온도 증가는 전적으로 혹은 부분적으로 보상될 수 있다. 따라서 회송점 구역에서 온도 증가는 상기 정의된 기준값을 초과할 수 없거나 단지 약간 초과할 수 있는 정도이다. 이는 시간과 공간의 관점 모두에서 예비성형물이 전체 길이에 걸쳐 가능한한 균일하게 가열되는 결과를 낳는다. 이와 같은 방식으로 예비성형물내의 축 밀도 구배는 크게 막을 수 있다.

회송점에서 열거된 파라미터는 조절되거나 제어된 방식으로 변화시킬 수 있다. 필요로 하는 변화 정도는 다수의 주어진 인자, 예를 들면 실제 파라미터값, 예비성형물 표면 온도의 기준값, 혹은 예비성형물의 수용가능한 축 밀도 구배에 의존한다. 그러나 콘크리트 시료내의 파라미터 변화는 본 명세서에서 제공된 가르침에 기초한 하기 몇몇 실험에 의해 숙련자에 의해 쉽게 최적화될 수 있다.

주위 속도의 증가는 상기 정의된 평균 이동 속도를 의미한다. 주위 속도의 증가로 인하여 회송점 구역내의 각 버너는 시간 단위당 보다 큰 면적의 예비성형물을 커버한다. 이는 단위 표면적당 가열 출력을 감소시키고 따라서 회송점구역내에서 온도가 증가된다.

버너 화염 온도의 감소는 회송점간 영역의 중앙에 설정된 화염 온도를 의미한다.

예비성형물 표면으로 부터의 버너의 거리는 증가하거나 감소할 수 있다. 상기 거리의 감소 또는 증가는 충격점에서 버너 화염이 결과적으로 냉각되게 되면, 표면 온도의 저감 결과를 낳는다. 특히 이는 소위 초점 버너를 갖는 경우일 수 있다. 이 거리는 버너 오리피스(burner orifice)와 예비성형물 표면사이에서 측정된다.

이들 부가적 측정이 유용한 회송점 주위 영역은 각 회송점부위의 몇 mm 앞에서 시작한다. 그러나 이 영역은 보다 구체적으로 하기에 설명되는 것처럼 전이 영역내 파라미터가 계속 변화하는 예에 의해 또한 인접한 회송점의 중앙 너머까지 신장될 수 있다.

버너열 회송점의 축 편차는 또한 이 공정내에서 분산될 수 있다. 따라서 장치-관련 지출은 필요로 하는 조절 혹은 제어 장치에도 불구하고 종래 기술에서 알려진 공정에 비하여 낮다. 그러나 버너 회송점의 편차는 보충 수단으로 사용할 수 있다.

화염 온도의 바람직한 감소 방법은 버너에 공급된 다른 가스에 대하여 버너로 공급하는 연료 가스비를 감소시킴으로써 얻어질 수 있다. 연료 가스는 실질적으로 또다른 발열 반응을 버너 화염에 공급하는 가스이다. 산수소가스 버너에 있어서 이들 연료 가스는 예를 들어 산소와 수소이며, 이는 추후 공정을 간소화하기 위한 것으로 추정된다. 화염 온도의 감소는 버너에 대한 산소 및/또는 수소 공급 속도의 감소, 혹은 예를 들어 SiO₂ 입자를 형성하기 위한 불활성 가스 혹은 출발 물질의 비를 증가시킴으로서 얻어진다.

다음 변화를 서서히 일으키는 것은 특히 유익한 것으로 나타났다: 성장하는 예비성형물의 주위 속도 증가, 버너 화염 온도의 감소 및/또는 회송점내에, 회송점전에 혹은 회송점에서 끝나는 전이 영역에서 예비성형물 표면으로 부터 버너의 길이 변화. 이 점진적인 변화는 회송점 영역내에서 예비형성물 영역과 예비성형물의 다른 영역사이에서 균일한 변화를 유도한다. 변화를 요하는 파라미터는 전이 영역내에서 원하는 값으로 조정된다. 그 값 조정은 회송점에서 또는 그 전에 정확하게 끝난다. 전이 영역 각각은 회송점의 양측으로 신장한다. 버너열이 회송점으로 부터 떨어져 이동할 때, 앞서 조절된 파라미터는 원래값으로 서서히 회귀한다. 전이 영역은 보다 작은 전이 영역의 경우에는 점진적인 파라미터 변화 효과가 거의 나타나지 않기 때문에, 일반적으로 각 회송점 최소 10mm전에 시작된다.

회송점으로 부터 떨어져 이동될 때, 버너열은 반대 이동 결과 높은 표면 온도를 여전히 나타내는 예비성형물 영역을 가로지른다. 따라서 역이동보다는 회송점을 향한 버너열 이동에 대하여 보다 단축된 전이 영역을 설정하는 것이 이로울 것이다. 보다 긴 전이 영역으로 인하여, 각 파라미터는 저속으로 원래값으로 회귀된다. 이와 같은 방식으로 여전히 가열된 예비성형물 표면의 과다 가열을 최대한 피할 수 있다.

예비성형물 표면 온도는 버너의 화염 충격점에서 측정하는 것이 이로우며 측정된 값은 캐리어의 회전 속도, 버너의 화염 온도 및/또는 예비성형물 표면으로 부터 버너의 길이를 정하는데 사용된다. 이는 회송점에서의 과다한 온도 증가를 막고 부착의 전체 지속 기간에 걸쳐 예비성형물 밀도를 가능한 일정하게 유지하게 한다.

캐리어의 회전 속도, 버너의 화염 온도 및/또는 예비성형물 표면으로 부터의 거리를 제어하는 대체 방안도 또한 이로운 것으로 나타났다. 모든 이동 사이클중에 회송점에서 하나 이상의 파라미터가 동일하게 변화하도록 제어된다. 조절이 유용하지 않거나 높은 조절 기술 지출에서만 가능할 경우에 제어하는 것이 특히 바람직하다.

한편으로는 성장하는 예비성형물의 표면 온도의 기준값은 1050-1350℃에서 유지되며, 예비성형물의 평균 주위 속도는 8m/min-15m/min이며 버너열의 평균 이동 속도는 300mm/min-800m/min이며, 덧붙여서 다른 한편으로는 회송점 영역에서 성장하는 성형물의 주위 속도를 증가시키고 및/또는 버너의 화염 온도를 저감시키고 및/또는 예비성형물 표면으로 부터 거리를 변화시키는 결합된 접근이 특히 이로운 것으로 나타났다. 상기한 본 발명에 의한 각각의 접근 방법의 잇점은 이같은 결합에서도 이로운 것으로 나타났다.

표면 온도 및 상기 열거된 속도를 둘다 유지할 뿐만 아니라 회송점 영역에서 거론된 파라미터의 변화는 시간 및 위치에 대하여 가능한한 균일하게 예비성형물의 가온에 대하여 조정되고 이들은 표면 온도와 회송점에서의 온도 사이에 온도차를 가능한한 작게 유지시킨다. 따라서 측정의 결합은 이들 온도차를 특히 작게 유지시킬 수 있다.

본 발명에 의한 공정의 예는 첨부 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

후술되는 실시예에 이용되며 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치를 도 6에 개략적으로 나타내었다. 다공성 예비성형물 62는 그 세로축 63을 따라 회전하는 산화알루미늄 캐리어 61상에 SiO₂ 입자로 부터 부착된다. SiO₂ 입자 부착은 석영 글라스로된 화염 분해 버너 65에 의해 이루어지며, 이들 버너들은 캐리어 62의 세로축 63에 평형하게 신장하는 버너대 64상에 열 66으로 배열되어 있다. 상기 버너대 64는 캐리어 61의 세로축 63을 따라 세로축 63에 대하여 고정된 2개의 회송점 사이에서 앞뒤로 이동한다. 앞뒤의 이동폭은 화살표 67에 의해 특징화된다. 이는 15cm로 측정되며 세로축 63의 방향에서 보듯이, 회송점사이에 혹은 버너 65사이의 축 거리에 해당된다.

부착용 버너 65의 열 66은 부가 버너 68에 의해 각 측면에서 밀집된다. 추가 버너 68은 또한 버너대 64상에 설치되고 다음 가장 가까운 분해 버너 65로 부터의 거리는 각각의 경우 상기 버너 거리와 동일하다. 부가 버너 68의 화염 온도는 버너 65와 거의 동일한 값으로 설정되어 있다. 부가 버너 68을 버너열 66의 말단 영역에 중앙 영역과 유사한 온도 구배를 제공한다. 이 버너 65에는 연료로써 산소와 수소 및 SiO₂ 입자 형성을 위한 출발 물질로서 SiCl₄가 제공된다. 상기 2개의 부가 버너 65에는 단지 연료 가스만이 공급된다.

부가 가열 버너 69는 예비성형물 62의 전면측에 제공되고 예비성형물 62에 대하여 고정 상태로 설치되어 있다. 가열 버너 69는 분해 버너 65나 부가 버너 68에 비하여 예비성형물의 가장자리 영역에 보다 고온을 발생시킨다. 그 결과 예비성형물 62의 양끝단의 밀도를 증가시켜 기계적 안정성을 높인다.

예비성형물 표면 70의 온도는 계속하여 감시된다. 고온계는 그 측정하는 표적이 중앙에 있는 분해 버너중 하나인 버너 65a의 화염 72의 충격점내에 위치되도록 예비성형물 표면 70에 겨눠진다. 상기 고온계 71은 버너대 64에 고정되고 앞뒤로 이동된다. 고온계는 IMPAC사가 제조하고 측정 파장이 5.14㎛인 "Infratherm IN4/5"이다. 측정 영역은 약 5mm이고 예비성형물 표면으로 부터 고온계의 거리는 30cm이다. 상기 버너 화염 충격점은 약 15mm의 직경을 갖는다. 이 방식으로 유도된 측정값을 이동 사이클 즉, 버너대 64의 앞뒤 운동에서, 최저 온도로서 표면 온도의 기준값을 결정하는데 사용된다.

상기 고온계 71은 분해 버너 65에 연료 가스 공급을 조절하는 제어 장치 73에 연결되어 있다.

예비성형물 62의 표면 70과 버너대 64간 거리는 부착 공정동안 일정하게 유지된다. 이를 위하여, 상기 버너대 64는 화살표 74로 나타낸 바와 같이, 캐리어 61의 세로축 63에 직각 방향으로 이동가능하다.

도 1-4의 다이어그램은 2개의 인접한 회송점 A와 B사이에서의 이동 사이클동안 변화하는데 따른 파라미터의 구배를 보여준다. 각 y축은 회송점 A와 B사이에서의 버너대 이동의 거리를 나타내는 반면, SiO₂ 부착의 다수의 파라미터는 x축으로 기록되어 있다.

이 파라미터 구배 곡선에는 각 곡선부에 대하여 적용가능한 버너대 방향을 나타내는 화살표가 제공되어 있다. 보다 선명한 도식을 위하여, 다이어그램내의 곡선은 파라미터값이 동일할 때라도 겹치치 않고 서로 인접되게 그렸다.

실시예 1

도 1에서 y축상에서, 예비성형물의 주위 속도를 v₁로, 그리고 버너대의 이동 속도(translational velosity)는 v₂로 표시하였다.

주위 속도 v₁은 전체 이동 사이클동안 그리고 전체 부착 공정동안 12m/min으로 설정하였다. 도면에서 회송점 B를 향한 버너대의 전진 이동을 도시한 곡선 부분을 1a로 나타내고 회송점 B로 부터 회송점 A로의 버너대의 역 이동은 1b로 표시하였다.

버너대의 평균 이동 속도는 500mm/min(곡선 2a 및 2b)이었다. 평균 이동 속도에 관련되는한 현저하지 않는 회송점 A와 B의 영역내에서 감속되거나 가속화되는 거리 3과는 달리, v₂는 또한 전체 이동 사이클동안 및 전체 부착 공정(속도의 관점에서) 동안 모두에서, 일정하게 유지된다. 감속되거나 가속화되는 거리 3의 길이는 몇 mm범위내이다.

도 1에 도시된 속도 구배는 전체 부착 공정동안 유지된다. 부착도중 약 1250℃의 표면 온도 기준값이 예비성형물 표면상에서 측정된다. 예비성형물의 외경이 증가함에 따라, 표면은 증가된 열 방사로 인하여 보다 빨리 냉각된다. 표면 온도를 1250℃로 유지하기 위하여, 그 빨리 냉각되는 것을 막는 수단이 필요하다. 이를 위하여 분해 버너의 화염 온도는 본 실시예에서 계속 증가된다.

예비성형물 주위 속도 v₁ 뿐만 아니라 버너대 평균 이동 속도 v₂는 비교적 작다. 따라서 분해 버너와 버너대사이의 상대 이동 속도는 또한 작으며 버너 화염 충격점에 서 예비성형물을 양호하게 가열할 수 있다.

상기 온도는 회송점 영역 A와 B에서 앞뒤 이동에 의해 예비성형물 표면의 이중 가열로 인해 증가하며 따라서 단지 50℃까지의 양이다. 이는 회송점 A, B사이에 비교적 평편한 표면 온도 구배를 보장하며 따라서 이 영역내에서 예비성형물의 밀도 구배를 작게 한다.

실시예 2

도 2에서도 역시 예비성형물의 주위 속도는 y축상에 v₁로, 그리고 버너대의 이동 속도는 v₂로 표시하였다.

버너대의 평균 이동 속도는 800mm/min(곡선 4a 및 4b)이다. 평균 이동 속도에 관련되는한 현저하지 않은 회송점 A와 B의 영역에서 감소되거나 가속화되는 거리 5와는 달리, 이동 속도는 전체 이동 사이클동안 및 전체 부착 공정(속도의 관점에서)동안 모두에서, 일정하게 유지된다. 감소되거나 가속화되는 거리 5의 길이는 몇 mm범위내이다.

예비성형물 주위 속도 v₁은 고정된 프로그램에 의해 제어된다. 회송점 A와 B사이에 약 9cm의 거리에 걸쳐 12m/min로 조정된다(곡선부 5a 및 5b). 버너대의 전진 이동동안, 예를 들면 전형점 B를 향하여 그리고 이앞에 약 3cm로 부터, 주위 속도 v₁은 약 5mm길이 전이 영역 6c내에서는 18m/min로 서서히 증가된다(곡선부 6a). 그런 다음 v₁은 회송점 B까지 보다 높은 값에서 유지된다(곡선부 7a). 회송점 B로 부터 버너대의 역이동동안, 이와 동일한 속도 구배가 역으로 된다(곡선부 7b, 6b, 5b). 동일한 속도 구배는 버너대의 전진 이동도중 회송점 A를 향하여 상응하게 진행된다. 이동 사이클에서 평균 주위 속도는 약 14m/min이다. 이 속도는 도 2에 점선 8로 나타내었다.

도 2에 도시된 속도 구배는 전체 부착 공정동안 유지된다. 예비성형물 표면 온도의 측정된 기준값은 부착 공정도중 약 1280℃이다. 예비성형물의 외경이 증가하는 동안 이 표면 온도의 유지가 고려되는한, 도 1에 관하여 제공된 정보는 본 실시예에도 적용된다. 예비성형물에서 방사상 방향의 밀도 구배를 피하려면 일정 표면 온도가 필요하다.

예비성형물의 평균 주위 속도 및 버너대의 평균 이동 속도는 비교적 작다. 따라서 분해 버너와 버너대간 상대 이동비 또한 작으며 버너 화염 충격 영역내에서 예비성형물의 양호한 가열이 얻어진다. 또한 회송점 A와 B의 영역내에서, 예비성형물은 보다 높은 주위 속도로 인하여 표면 단위당 보다 작은 가열을 받으며, 그 결과 회송점 영역 A 와 B내에서 앞 뒤 이동동안 예비성형물 표면의 이중 가열에 의해 야기되는 온도 증대는 매우 작게 유지될 수 있다. 이는 단지 40℃의 양이다.

실시예 3

예비성형물 주위 속도 v₁과 버너대 이동 속도 v₂는 도 1에 설명한 실시예에 따라 조절된다. 1250℃의 표면 온도 기준값이 부착 공정도중 예비성형물 표면에서 유지된다. 또한 본 실시예에서는 분해 버너의 화염 온도가 버너대 이동의 회송점 영역내에서 변화된다.

화염 온도의 편차는 프로그램에 의해 제어되며 도 3에 의해 설명된다. 분해 버너의 화염 온도 "T"는 y축상에서 상대 유니트로 표시된다.

회송점 A, B(곡선부 9a, 9b)사이에 중앙 영역에서, 화염 온도는 높은 수준으로 유지된다. 버너대의 전진 이동동안, 예를 들면 회송점 B를 향한 방향으로 그리고 그앞에 약 3cm로, 화염 온도는 전이 영역 10c(곡선부 10a)에서 계속 저감된다. 전이 영역 10c는 회송점 B에서 끝난다.

제1공정 변수에서 화염 온도는 연료 가스 공급을 전이 영역 10c 바로 앞에 설정된 바와 같은 초기량의 총 8%씩 연속저감시킴으로써 낮아진다. 동시에 산소와 수소의 비는 일정하게 유지된다. 상기 분해 버너에 대한 나머지 가스의 공급은 또한 변화되지 않은 채 그대로이다.

제2 공정 변수에서, 화염 온도는 버너에 질소를 공급함에 따라 저감된다. 이를 위하여 질소의 흐름을 수소 공급물의 약 20%를 도달할 때까지 전이 영역 10c내에서 계속 증가시킨다.

제3 공정 변수에서, 화염 온도는 연료 가스 공급이 일정하게 유지되는 동안 버너로 SiCl₄의 추가 공급에 의해 저감된다. 이를 위해 SiCl₄는 전이 영역 10c를 바로 앞서 설정된 바와 같은 개시량의 최대 약 20%까지 계속 증가된다.

버너대가 회송점 B로 부터 후진 이동할 때, 화염 온도는 원래 값(곡선부 10b)에 도달할 때까지 다른 전이 영역 10d에서 다시 서서히 증가된다; 그러나 그 온도 증가는 곡선부 10a에서의 온도 감소보다 다소 느리다. 그 이유는 역이동도중 예비성형물의 표면 온도가 전진 이동의 과정에서 발생하는 가열로 인한 회송점에 인접한 영역에서 여전히 상승하기 때문이다. 신속한 화염 온도 증가에 의한 이 영역의 추가 가열을 피하기 위하여, 그 온도는 곡선부 9b내에 원래 온도에 도달할 때까지, 전이 영역 10c에서보다 원래값이 보다 느리게 증가된다. 고온차 및 이에 따른 밀도 편차는 변화하는 길이를 갖는 이들 전이 영역 10c, 10d에 의해 피해진다.

회송점 B로 부터 역이동동안 화염 온도가 처음에는 특정 거리동안 일정하게 낮게 유지되고 그후에 단지 증가되는 공정 변수에 의해 동일한 목적을 달성할 수 있으며, 이에 대하여는 실시예 5에서 유사한 공정으로 설명한다.

모든 공정 변수에서 화염 온도의 증가는 분해 버너에 대한 원래 가스 공급 속도를 회복함으로써 발생한다.

예비성형물은 화염 온도의 저감으로 인하여 회송점 A, B의 영역내에서 배출되는 보다 낮은 열을 받으며, 그 결과 회송점 A, B의 영역내에서 앞뒤이동의 결과로써 예비성형물 표면의 이중 가열에 의한 온도 증대는 단지 35℃의 양이다.

또다른 공정 변수에 있어서, 분해 버너의 화염 온도는 제어 장치에 의해 설정될 수 있다. 제어 목적을 위한 기준 표면 온도는 1250℃로 설정된다. 예비성형물 표면 온도는 고온계에 의하여 화염 충격점에서 계속 측정된다. 온도 변화의 경우에, 예를 들면 회송점 영역내에서 온도 증가의 경우에, 모든 분해 버너의 화염 온도는 가수분해 버너에 제공되는 하나 이상의 가스 흐름을 변화시켜 제어 장치에 의해 조정된다. 상기 지시된 공정 변수는 화염 온도의 변화에 적절하다. 특히 제어장치는 회송점에서의 수용될 수 없는 온도 증가를 막는데 기여하며 부착의 전체 지속기간에 걸쳐 일정한 예비성형물 밀도를 유지하게끔 한다. 이와 같은 방식으로 회송점 영역내의 온도 증가는 약 30℃미만으로 한정될 수 있다.

실시예 4

도 4내에 예시한 부착 파라미터는 도 3에 의해 기술된 공정 변수에 따라 설정되었다. 그러나 도 3에 나타낸 온도 구배 "T"와 대조적으로, 화염 온도는 이동 사이클동안 프로그램화된 제어에 의해 일정하게 변화된다. 따라서 일정한 화염 온도(도 3에서 곡선부 9a와 9b)의 영역은 이 온도 구배에 존재하지 않는다.

회송점 B를 향한 버너대의 전진 이동도중, 버너 화염은 점 11a, 회송점 B앞 약 6cm에서 최대 온도에 도달한다. 그후 화염 온도는 전이 영역 12c(곡선부 12a)에서 계속 감소된 후에 회송점 B에서 최소 온도에 도달한다. 따라서 전이 영역 12c는 거기서 끝난다. 화염 온도의 저감은 도 3에 의해 기술된 공정 변수에 따라 일어난다.

버너대의 역이동동안, 화염 온도는 다시 절차가 다른 전이 영역 12d에서의 최대 온도로 돌아가서 11b에서 온도 구배의 최대값에 도달한다(곡선부 12b). 전이 영역 12d는 회송점 A앞 약 6cm에서 끝나며; 따라서 이는 회송점 B로 부터 약 9cm신장한다. 이같이하여 회송점 B에 인접한 영역내에서 예비성형물의 과열은 이미 도 3에서 보다 상세히 설명된 바와 같이 역 이동 도중 전이 영역 12d내에서 보다 느린 온도 증가에 의해 방지된다. 본 실시예에서 전이 영역 12d, 13d는 회송점 A 및/또는 B로 부터 역 이동동안 겹친다.

이 공정 변수에 있어서, 화염 온도의 불규칙성이 방지된다. 도 1에서 이미 설명된 수단이외에, 상기 화염 온도는 회송점 A, B의 영역내에서 저감된다. 이런 방식에서는 상기 예비성형물은 보다 작은 열 배출을 받으며, 그 결과 회송점 A, B의 영역내에서 앞 뒤 이동에 의해 야기된 예비성형물의 이중 가열에 인한 온도 증가는 단지 35℃미만이다.

실시예 5

본 실시예에서는 예비성형물의 주위 속도 및 버너대의 이동 속도가 도 1에서 설명된 실시예에 따라 설정된다. 부착 공정동안 1250℃의 일정 표면 온도 기준값이 예비성형물 표면에서 측정된다.

본 실시예에 있어서, 회송점의 영역내에서의 낮은 온도 증가는 예비성형물 표면으로 부터 버너 오리피스의 거리상 변화의 결과이다. 이 거리 "D"는 도 5에 나타낸 이동 사이클의 y축상에 표시되었다. 이동 사이클이 회송점 B를 향한 방향으로 버너대의 이동동안 관찰될 때, 회송점 A, B사이에서 거리는 약 9cm-약15cm(곡선부 14a)의 간격 14c에 걸쳐 한결같이 작게 유지되었으며, 차후에 전이 영역 15b내에서 7.5mm/s(곡선부 15a)의 일정 변화 속도로 서서히 증가하였다. 변화 온도 15b는 전형점 B에서 끝났다; 분해 버너 오리피스와 예비성형물사이에 거리는 곡선부 14a에서보다 약 10% 컸으며; 따라서 그 양은 약 16.5cm이었다.

버너대의 역이동동안, 거리는 약 2.5cm의 간격 16b(곡선부 16a)보다 큰 값으로 유지되었으며 전이 영역 17b(곡선부 17a)내에서 7.5mm/s의 변화율로 15cm의 원래 직경으로 서서히 감소되었다. 회송점 A를 향한 버너대의 다른 이동 과정에 있어서, 이 거리는 약 9cm의 간격에 걸쳐 다시 일정하게 유지되었으며(곡선부 14b) 회송점 B를 참고하여 상기 설명된 바와 같은 동일 거리 구배가 차후에 수행되었다.

회송점 A,B(곡선부 16a)로 부터 역이동도중 보다 작은 거리로의 지연된 조정은 전진 이동 결과 여전히 가열되는 예비성형물 표면의 느린 가열을 야기하고 이에 따라서 회송점 A,B주위 영역에서의 예비성형물 표면의 과열을 방지한다.

분해 버너와 회송점 영역에서의 예비성형물 표면사이에 거리 증가는 부가적으로 그 길이에 걸쳐 예비성형물의 가능한한 균일한 가열에 기여한다. 단지 약 35℃의 온도 증가가 회송점 A, B의 영역내에서 측정되었다.

상기한 바에 따르면, 한편으로는 형성하려는 예비성형물의 표면 온도의 기준값이 1050-1350℃내에서 유지되며, 예비성형물의 평균 주위 속도가 8m/min-15m/min범위에서 유지되며 버너열의 평균 이동 속도가 300mm/min-800mm/min범위에서 유지시키고, 다른 한편으로는 회송점 영역내에서 형성하는 예비성형물의 주위 속도를 증가시키고 화염 온도를 저감시키고 예비성형물 표면으로 부터 버너의 거리를 변화시킴으로써 국부적으로 밀도 편차가 거의 없는 예비성형물을 제조할 수 있다.

Claims (12)

1. 세로축에 대하여 회전하는 원통형 캐리어의 맨틀 표면상에 SiO₂ 입자를 부착시키고 신장된 다공성 예비성형물을 형성시키는 단계,

   (상기 SiO₂ 입자는 캐리어의 세로축에 평형하게 배치된 최소 하나 이상의 버너열로 그리고 버너 이동 방향이 반전되는 지점인 회송점(turnaround point)사이에 배열된 복수의 분해 버너내에 형성되며, 버너는 앞뒤로 미리설정된 직선 속도로 앞뒤로 이동한다), 및 상기 예비성형물을 소결시키는 단계, 로 이루어지는 석영 유리 본체 제조 방법에 있어서,

   상기 예비성형물(62)의 표면 온도의 기준값은 1050-1350℃내이며,

   예비성형물(62)의 평균 주위 속도는 8m/min-15m/min로 유지되며,

   버너열(66)의 평균 이동 속도는 300mm/min-800mm/min로 유지됨을 특징으로 하는 석영 글라스 본체 제조 방법
2. 제1항에 있어서, 인접하는 상기 회송점(A,B)사이 거리는 5cm-40cm내에서 유지됨을 특징으로 하는 방법
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 최소 하나의 가온 버너가 버너열의 2개의 인접하는 분해 버너사이에 위치함을 특징으로 하는 방법
4. 세로축에 대하여 회전하는 원통형 캐리어의 맨틀 표면상에 SiO₂ 입자를 부착시키고 신장된 다공성 예비성형물을 형성하는 단계,

   (상기 SiO₂ 입자는 캐리어의 세로축에 평형하게 배치된 최소 하나 이상의 버너열로 그리고 버너 이동 방향이 반전되는 지점인 회송점사이에 배치된 복수의 분해 버너내에 형성되며, 상기 버너는 미리설정된 직선 속도로 앞뒤로 이동한다) 및 상기 예비성형물을 소결시키는 단계,로 이루어지는 석영 유리 본체 제조 방법에 있어서,

   상기 회송점(A,B)의 영역내에서 형성 예비성형물(62)의 주위 속도가 증가되는 조건, 분해 버너(65)의 화염 온도가 저감되는 조건 및 예비성형물 표면(70)으로 부터 분해 버너(65)의 거리가 변화되는 조건으로부터 선택되는 최소 하나의 조건으로 수행됨을 특징으로 하는 석영 글라스 본체 제조방법
5. 제4항에 있어서, 상기 화염 온도는 분해 버너(65)에 공급되는 다른 가스의 유속에 관하여 연료 가스의 유속을 감소시킴으로써 저하됨을 특징으로 하는 방법
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 분해 버너(65)에 불활성 가스가 공급되거나 혹은 불활성 기체 공급속도가 증가됨을 특징으로 하는 방법
7. 제4항 또는 5항에 있어서, 산소 및/또는 수소의 공급에 대한 SiO₂ 입자의 형성을 위한 분해 버너에 대한 출발물질의 공급 비가 증가됨을 특징으로 하는 방법
8. 제4항 또는 5항에 있어서. 예비성형물(62)의 주위 속도 증가, 상기 분해 버너(65)의 화염 온도의 감소 및/또는 회송점(A,B)전에 혹은 회송점에서 끝나는 전이 영역(6c,10c,12c,16b)내에서 예비성형물 표면(70)으로 부터 분해 버너(65)의 거리의 변화는 서서히 이루어짐을 특징으로 하는 방법
9. 제8항에 있어서, 회송점(A,B)를 향한 버너열(66)의 전진 이동동안, 회송점(A,B)로 부터 떨어진 역 이동동안 보다 짧은 전이 영역(10c,12c)가 설정됨을 특징으로 하는 방법
10. 제4항 또는 5항에 있어서, 상기 예비성형물 표면 온도는 분해 버너(65)의 화염 충격점내에서 측정되며, 결과적인 측정값은 캐리어(61)의 회전 속도, 분해 버너(65)의 화염 온도 및/또는 예비성형물 표면(70)으로 부터 분해 버너(65)의 거리를 조절하는데 사용됨을 특징으로 하는 방법
11. 제4항 또는 5항에 있어서, 상기 캐리어(61)의 회전 속도, 가수분해 버너(65)의 화염 온도 및/또는 예비성형물 표면으로 부터 분해 버너(65)의 거리가 제어됨을 특징으로 하는 방법
12. 세로축에 대하여 회전하는 원통형 캐리어의 맨틀 표면상에 SiO₂ 입자를 부착시키고 신장된 다공성 예비성형물을 형성하는 단계,

    (상기 SiO₂ 입자는 캐리어의 세로축에 평형하게 배치된 최소 하나 이상의 버너열로 그리고 버너 이동 방향이 반전되는 지점인 회송점 사이에 배치된 복수의 분해 버너 내에 형성되며, 상기 버너는 미리설정된 직선 속도로 앞뒤로 이동한다) 및 상기 예비성형물을 소결시키는 단계,로 이루어지는 석영 유리 본체 제조 방법에 있어서, 성장하는 예비성형물의 표면 온도의 기준값은 1050-1350℃에서 유지되며,

    예비성형물의 평균 주위 속도는 8m/min-15m/min이며 버너열의 평균 이동 속도는 300mm/min-800m/min이며, 이 때, 회송점 영역에서 성장하는 성형물의 주위 속도를 증가시키는 조건, 버너의 화염 온도를 저감시키는 조건 및 예비성형물 표면으로부터 거리를 변화시키는 조건으로 부터 선택되는 최소 하나의 조건에 의해 수행됨을 특징으로 하는 석영글라스 본체 제조방법