KR20020040621A

KR20020040621A - 석영유리 본체를 제조하기 위한 방법과 장치

Info

Publication number: KR20020040621A
Application number: KR1020010073198A
Authority: KR
Inventors: 트로머마르틴; 셰퍼위르겐; 바우셔하인츠; 엥리쉬볼프강
Original assignee: 마쯔자끼히로시; 신에쯔 세끼에이 가부시키가이샤; 게르하르트 빌스마이어; 헤래우스 크바르츠글라스 게엠베하 ＆ 컴파니 케이지
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2002-05-30
Also published as: TWI227218B; DE10058558A1; DE10058558C2; EP1209129A3; EP1209129A2; JP2002211936A

Abstract

석영유리 본체를 제조하기 위한 공지된 방법에 있어서, 증착 버너 (7) 에는 실리콘-함유 시동 조성물이 공급되고, SiO₂입자들은 버너 화염 (6) 내에 형성되며, 이 입자들은 중심축 (3) 을 중심으로 회전하는 캐리어 (2) 의 캡 형상 증착면상에 증착되어, 증착 버너 (7) 와 증착면 (9) 간의 거리가 제어되면서, 석영유리 본체 (8) 형성시 유리화된다. 본 발명에 따른 방법은, 증착 동안 증착면 (9) 의 기하학적 형상을 유지시킴으로써, VAD 과정에 따라서 가능한 균질한 재료 특성을 가진 석영유리 본체를 생성한다. 석영유리 본체를 재생가능한 방식으로 생성시키는, 본 방법을 실시하기에 적절한 장치에는 증착 동안 증착면 (9) 의 기하학적 형상을 유지하기 위해 수단 (11; 12; 17; 19; 37; 38) 이 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

석영유리 본체를 제조하기 위한 방법과 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING A QUARTZ GLASS BODY}

본 발명은, 증착 버너에 실리콘-함유 시동 조성물이 공급되고, SiO₂입자들은, 증착 버너로부터의 버너 화염내에 형성되고, 중심축을 중심으로 회전하며 중심축 방향으로 제어된 당김 속도로 당겨지는 캐리어의 캡 형상 증착면에 증착되고, 증착 버너와 증착면간의 거리가 조절되면서, 석영유리 본체 형성시 유리화된다.

더욱이, 본 발명은 석영유리 본체를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 이 장치는, 중심축을 중심으로 회전가능하고 이동 장치에 의해서 중심축 방향으로 제어가능한 당김 속도로 이동가능한 캐리어와, 증착 버너로부터의 버너 화염내에 SiO₂입자들을 형성하고 이 SiO₂입자들이 캐리어의 캡-형상 증착면에 증착되어 석영유리 본체 형성시 유리화시키는 증착 버너와, 증착면으로 향하는 광학식 탐지 수단, 및 증착 버너와 증착면간의 거리를 조절하는 제어 장치를 포함한다.

중심축을 중심으로 회전하는 캐리어면상에 SiO₂입자들을 축방향으로 증착시킴으로써 석영유리 본체를 제조하는 방법은 일반적으로 "VAD 방법" (증기 축방향 증착) 으로 알려져 있다. 예컨대, 상기 방법으로 제조된 석영유리 본체는, 광학 또는 반도체 기술 분야에 적용하기 위해서 광학 섬유용 예비성형체 또는 합성 석영유리의 고순도 요소를 제조하기 위한 반완성의 제품으로 사용된다.

전술한 유형의 방법과 장치는 제 DE-A 42 03 287 호에 공지되어 있다. 석영유리 본체를 제조하기 위해서, 회전축에 수평으로 배향하는 캐리어와, 이 캐리어를 제어가능한 당김 속도로 회전축 방향으로 이동가능케 하는 모터와, SiCl₄, 산소 및 가연성 가스가 공급되는 화염 가수분해 버너, 및 캐리어와 화염 가수분해 버너간의 거리가 지속적으로 측정되고 일정하게 유지시키는 측정 및 제어 장치가 제공된다.

화염 가수분해 버너의 버너 화염은 회전하는 캐리어면쪽으로 향하기 때문에, 버너 화염의 주요 전파방향은 회전축 (버너각 = 0 각도) 과 평행하게 신장된다. 버너 화염내에서 SiCl₄는, SiO₂입자형태로 캐리어상에 증착되고 석영유리 본체 형성시 곧 유리화되는 SiO₂로 변환된다. 캐리어면상에서 SiO₂입자들의 적층식 증착과 유리화로 인해, 회전축 방향으로 볼록한 곡률을 가진 캡-형상 증착면을 구비한 석영유리 본체가 형성된다.

측정 및 제어 장치는, 회전축에 수직 방향으로 신장되고 증착면의 접선방향으로 향하는 광선을 구비한 광선 배리어 (light barrier) 를 포함한다. 캡-형상의 증착면이 영구히 광선 배리어를 차단하면, 캐리어의 증착면과 화염 가수분해 버너간의 소망하는 거리로 조절될 때까지 당김 속도가 증가하게 된다.

하지만, 상기 경우에 광선 배리어는 차단되지 않기 때문에, 상기 제어 장치에 의해서 소망하는 거리에서 의도하지 않은 증가는 검출되지 않는다. 제 US-A 6,018,964 호에 따라서, 회전축에 수직으로 향하게 하여 화염 가수분해 버너와 캐리어간의 거리를 지속적으로 관찰하는 IR 카메라를 사용하여 석영유리 본체를 제조하는 VAD 방법과 유사한 방법으로 상기 단점은 피할 수 있다.

하지만, 증착버너와 증착면간의 거리가 엄격하게 관찰되더라도, VAD 석영유리 본체에서 반경방향 및 특히 적층식 축방향으로 비균질성이 증가한다. 상기 비균질성은 증착 과정 동안 석영유리의 광학 성분의 변화 및 화학 조성물의 변화로 유발된다. 석영유리 본체의 길이에 걸쳐 수소와 하이드록실기의 농도 구배가 종종 관찰된다. 상기 축방향 물질 구배는, 종방향과 반경방향 밀도 분포에 영향받는 광학 성분과, 석영유리 본체의 냉각 거동에 의해 실질적으로 결정되는 소위 가상 온도에 영향을 준다.

본 발명의 목적은 VAD 과정에 따라서 가능한 균질한 재료 특성을 가진 석영유리 본체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 더욱이, 본 발명의 목적은 상기 석영유리 본체들이 재생 방식으로 제조될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

방법에 있어서, 전술한 방법으로부터 시작한 상기 목적은 증착 동안 증착면의 기하학적 형상이 유지된다는 점에서 본 발명에 따라서 달성된다.

증착면의 기하학적 형상 (이후에, "캡 형상"으로 지칭) 은 VAD 과정의 안정성과 최종 석영유리 본체의 재료 균질성에 결정적인 요소임을 발견하였다. 증착 과정 동안 캡 형상의 변화는 석영유리 본체의 재료 특성 변화에 의해 형성된다.

VAD 과정의 안정성과 재료의 축방향 균질성에 대한 증착면의 기하학적 형상 효과에 대한 설명으로, 증착면에 걸쳐 반경방향 온도 분포는 캡 형상에 의존한다는 것이다. 즉, 온도 분포는 석영유리 본체의 재료 특성에 직접 및 간접적으로 영향을 미친다. 증착면의 각 점에서, 예컨대 하이드록실기, 수소, 또는SiH 기 형성물의 결합은 증착동안 도달하는 최대 온도와, 냉각 과정의 시간 경과에 의존한다. 따라서, 증착면에 걸쳐 온도 분포는 반경방향 화학 조성물에 영향을 주어 석영유리 본체의 광학 특성에도 영향을 미친다. 더욱이, 온도는 석영유리의 반경방향 밀도 분포와 가상 온도를 한정한다. 따라서, 증착 과정 동안 반경방향 온도 분포의 변화로 인해 상기 재료 특성의 반경방향, 특히 축방향 변화가 유발된다.

본 발명에 따라서, 캡 형상은 증착 과정 동안 유지된다. 이것이 의미하는 바는, 캡 형상은 가능한 일정하게 유지된다. 캡 형상의 변화에 따라서, 상기 변화를 방해하기 위한 수단이 사용된다. 캡 형상의 변화는, 예컨대 주위를 가열하고 형성되는 석영유리 본체의 부피와 무게가 증가하기 때문에 증착 과정 코스에서 발생할 수 있다. 특히, 수평한 회전축을 가진 VAD 과정에서, 석영유리 본체는 증가 길이에 대해 편향될 수 있고, 증착면상에 버너 화염의 충돌점을 이동시켜, 규칙적으로 캡 형상을 상당히 변화시킨다.

증착 과정 동안 일정한 캡 형상은 본 발명에 따른 지침을 성공시키기 위한, 즉 재료 특성의 균질한 축방향과 반경방향 분포를 위한 결정적인 요소이다. 캡의 특정한 형상과 같은 다른 파라미터는 2 차적으로만 중요하다.

캡 형상은 "증착 과정 동안" 유지된다. 이것이 의미하는 바는, 증착 과정 기간 동안 석영유리 본체의 사용가능한 길이 (가능한 일정한 재료 특성에 의해 특징되는) 는 증착된다는 것이다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 달성에 있어서, 버너 화염의 형상, 화학양론 및 주요 전파방향, 뿐만 아니라 증착면상에서 버너 화염의 충돌점 위치는 증착 동안 증착면의 기하학적 형상을 유지하도록 조절된다. 캡 형상은 실질적으로 전술한 파라미터에 의해 영향을 받음을 발견하였다. 따라서, 상기 파라미터는 캡 형상 변화가 증착 과정의 코스에서 방해되게 조절되는 변수로 특히 적절하다. 파라미터중 하나가 조절 변수로 사용되고 나머지 파라미터가 일정하게 유지될 때 충분하다. 게다가, 캡 형상은 증착 버너와 증착면간의 거리에 의존한다. 상기 거리는 본 발명에 따른 방법에서 일정하게 유지된다.

"버너 화염의 화학양론" 이라는 것은 화학 조성물을 의미한다.

특히 바람직한 과정에 있어서, 증착면상에서 버너 화염의 충돌점 위치는 제어된다. 증착면상에서 버너 화염의 충돌점은 VAD 과정의 안정성과 석영유리 본체의 재료 균질성을 위한 결정적인 요소임을 발견하였다. 버너 화염의 충돌점은 증착면상의 반경방향 온도 분포와 이것의 기하학적 형상에 결정적으로 영향을 주기 때문이다.

충돌점은 버너 화염의 주요 전파방향과 증착면의 교차점에 의해 한정된다.

증착면상의 충돌점은 이 증착면에 대한 증착 버너의 위치와 버너 화염의 방향에 의해서 실질적으로 한정된다. 버너 화염의 형상과 방향은 다수의 상이한 수단, 예컨대 증착 버너를 관류하거나 버너의 외부로 흐르는 가스 또는 기계의 가이드 본체나 증착 버너 그 자체를 이동하지 않고 전기분야를 적용함으로써 변할 수 있다. 상기 수단은 주로 충돌점을 조절하기에 적절하고 이후의 설명에 의해 포함된다. 하지만, 단순성을 위해, 버너 화염은 증착 과정 동안 형상과 방향에대해서 일정하게 유지되도록 시동하여, 증착 버너의 대응하는 이동에 의해 버너 화염의 국부적 이동이 달성될 수 있다.

증착면의 기하학적 형상이 유지되는 조건에서, 버너 화염은 증착면에 걸쳐 소정의 운동 시컨스로 안내될 수 있다. 가장 단순한 경우에 있어서, 증착면상의 충돌점은 소정의 캡 형상을 회복하도록 캡 형상에서 소망하지 않는 변화가 있는 경우에만 변한다. 캡 형상상의 충돌점의 한정된 영향으로 인해, 증착면상에서 버너 화염의 충돌점 위치는 동시에 증착면의 일정한 캡 형상을 보장하기 위해 일정하게 유지되면 충분할 수 있다.

증착면의 적어도 일부분에서 광학식 영상에 의해 캡 외형이 얻어지고, 증착면의 실제 기하학적 형상을 위한 치수는 그 영상으로부터 결정되는 과정이 바람직하다. 상기 과정에 있어서, 증착면은 지속적으로 광학식으로 감지되고, 이 증착면의 형상은 "캡 외형" 으로 나타나고 측정된다. 감지된 캡 외형이 소망하는 형상에서 벗어나는 경우에, 소망하는 형상이 구해지도록 전술한 파라미터중 하나는 변한다. 캡 외형은 편의상 디지털 영상 처리에 의해 측정되고 평가된다. 감지시 연속적으로 소정의 시간 간격에 따라서 캡 외형을 규칙적으로 감지할 수 있다. 시간 간격이 가능한 짧을수록, 증착면의 형상이 더 정확하게 유지될 수 있다.

바람직하게는, 증착면의 실제 기하학적 형상을 위한 치수는 측정법을 바탕으로 결정되고, 이 측정법은 캡 외형상의 2 이상의 이격된 측정점 결정을 포함하고, 이 측정점 중 제 1 측정점은 중심선과 같은 높이에서 결정되고, 제 2 측정점은 중심선으로부터 소정의 반경방향 거리에서 결정된다. 제 1 측정점과 제 2 측정점간의 축방향 거리는 증착면의 곡률을 나타내는 간단한 치수를 나타낸다. 측정 형상에서 측정점의 수가 많을수록, 더 정확하게 캡 외형을 측정할 수 있다. 증착면의 형상 변화는 초기에 캡 외형의 도움으로 검출될 수 있다. 우선, 캡 선단은 자주 변하여, 캡 외형상의 중심선과 같은 높이에서 제 1 측정점은 특히 섬세하게 제어된다.

증착면의 형상 변화는 버너 화염의 충돌점 위치에서 의도하지 않은 변화를 나타낸다. 따라서, 특히 증착면의 기하학적 형상을 유지하기 위한 바람직한 과정에서, 당김 속도 또는 증착 버너의 위치가 조절 변수로 사용될 때 위치 제어가 제공된다. 상기 파라미터는 버너 화염의 충돌점 위치상에서 직접적인 영향을 주고, 민감하고 정확한 제어가 가능하다. 하지만, 버너 화염이 캐리어면 전방으로 향하지 않고 경사각으로 증착면상에 부딪칠 때, 당김 속도에서 변화는 증착면상에서 버너 화염의 반경방향 위치에만 영향을 준다. 상기 경우에 있어서, 증착면상에서 버너 화염의 충돌점은 증착 버너와 캐리어간의 거리와 함께 변한다.

본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 달성에 있어서, 버너 화염의 주요 전파방향과 캐리어의 중심축이 5 내지 85 도 범위의 버너각을 둘러싸고, 이 버너각이 소정의 목표치로 유지되도록 버너 화염은 증착면쪽으로 향한다. 상기 과정에서, 증착면상에서 버너 화염의 "충돌각" (버너각) 은 미리 결정되고 제어되며, 충돌점은 증착면의 기하학적 형상과 버너각에 상당한 영향을 준다는 것을 발견하였다. 캐리어 중심축에 대하여 경사지게 신장된 주요 전파방향을 가진 버너 화염의 경우에 있어서, 버너각은 증착 버너와 증착면간의 거리와 함께 증착면의 기울어짐에 따라 변한다. 상기 기울어짐은 예컨대 달성되는 석영유리 본체의 편향때문에 회전 수평축과 함께 증착 과정 코스에 나타날 수 있다. 상기 경우에 있어서, 석영유리 본체의 중심축은 회전 수평축에 대하여 편향되게 신장되어, 버너각은 5 내지 85 도 범위의 소정의 목표치로 나중에 변경된다. 따라서, 한정되고 일정한 온도 형상은 증착면에 걸쳐 유지된다.

버너 화염의 "주요 전파방향" 은 일반적으로 증착 버너의 중심축과 일치한다. "주요 전파방향" 과 캐리어 중심축의 스크류 배열로 구성되는 경우에 있어서, 버너각은 캐리어 중심축을 관통하는 수직면상의 돌출부로부터 결정된다. 버너각은 15 와 75 도 사이의, 바람직하게는 30 과 60 도 사이의 목표치로 유지되되는 것이 바람직하다.

흡입 장치가 버너 화염의 맞은편에 형성되는 석영유리 본체의 측면에서 버너 화염의 주요 전파방향으로 제공될 때 더 개선될 수 있다. 처리 가스가 버너 화염의 주요 전파방향, 즉 캐리어 중심축에 기울어진 방향에 대하여 수직선을 따라 거의 흡수된다. 상기 유형의 흡수는 내부벽상에서 SiO₂입자들의 증착과 처리 챔버의 설치를 감소시키는데 특히 효과적이다. 따라서, 낙하나 불안정한 SiO₂증착으로 인해 유발되는, 형성되는 석영유리 본체의 손상은 피할 수 있다.

중심축을 따라 종단면에서 볼 때, 타원의 장축 주위에서 타원 단면형태로형성된 증착면이 구성될 때 유리하다. 증착면의 상기 형상으로 인해 특히 안정된 VAD 과정에서 증착면의 소정의 형상 유지가 단순하게 된다. 상기 증착면은, 예컨대 원형단면 형태의 증착면과 비교하여, 특히 증착면의 전방부과 석영유리 본체의 외부 측면간의 저속 전이 (transition) 에 의해 특징지워지고, 이로 인해 급격한 전이를 피할 수 있다. 상기 형상으로 증착면에 걸쳐 균질한 온도 분포를 나타내어, 동시에 반경방향으로 보다 균질한 재료 특성을 나타낸다고 가정해야 한다.

형성되는 석영유리 본체에 적어도 5 mm 의 두께를 가지고 석영유리 비밀도의 80% 이하의 밀도를 가지는 표면막이 적어도 부분적으로 제공될 때 유리함을 발견하였다. 불투명성 및 다공성때문에, 상기 표면막은 투명 석영유리보다 나은 단열성을 나타낸다. 따라서, 형성되는 석영유리 본체의 외부 측면에 걸쳐 열분산이 감소된다. 이로 인해, 회전 대칭 유지와, 특히 균질한 온도 분포를 촉진시켜서, 증착 과정이 안정화되고, 제어가 단순해지며, 반경방향으로 축방향으로 균질한 재료 특성의 조절이 개선된다. 상기 표면막은 증착면 뒤에 있는 석영유리 본체의 외부 원통면 영역에서 특히 효과적이다. 형성되는 석영유리 본체의 외부 원통면 영역에서 온도를 비교적 낮게 유지함으로써 상기 효과가 얻어진다. 자세하게 전술한 본 발명의 방법에 따른 구성에 의해 상기 효과에 유용하고, 중심축을 따라 종단면에서 볼 때, 타원의 장축 주위에서 타원단면 형태로 구성되는 증착면이 형성된다.

상기 방법은 캐리어에 수평으로 향하는 VAD 증착 과정에 사용될 때 유리하다. 증착면상에서 버너 화염의 위치 제어는 본 발명에서 특히 유리한 방법으로 인지될 수 있다.

본 발명에 따른 방법으로, 반경방향으로, 특히 축방향으로 균질한 재료 특성, 특히 하이드록실기, Si-H 기, 및 수소의 균질한 분포, 축방향으로 가상 온도의 균일한 곡선, 및 균질한 굴절률과 응력 분포를 가지는, 막이 없는 석영유리 본체가 재생가능하게 제조된다.

장치에 있어서, 전술한 장치로부터 개시한 전술한 목적은, 증착 동안 증착면의 기하학적 형상을 유지하기 위한 수단이 제공되는 본 발명에 따라서 달성된다.

본 발명에 따른 장치는 증착 동안 증착면의 기하학적 형상을 유지시키는 수단을 포함한다. 증착면의 형상 (캡 형상) 은 버너 화염의 형태, 화학양론, 및 주요 전파방향과 증착면상에서 버너 화염의 충돌점 위치에 의해 주로 결정된다. 따라서, 캡 형상을 유지하기 위한 적절한 수단은 특히 선택적으로 조절되고 상기 파라미터중 1 이상 변화시키는 수단이다. 본 발명에서 상기 파라미터중 개별 요소들은 일정하게 유지된다. 적어도, 증착 동안 증착면의 캡 형상을 일정하게 유지하기 위한 제어 장치가 제공된다. 상기 제어는 제어 회로의 보조로 "수동으로" 또는 "자동으로" 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 유리한 성과는 종속항에서 수행된다. 참고자료에서는 본 발명에 따른 방법에 관하여 설명한다.

특히 수단은 버너 화염의 위치를 증착면에 대하여 조절하는 위치 조절을 포함하는 것이 유리함을 발견하였다.

"위치 조절" 은, 중심축 방향으로 증착 버너로부터 증착면의 거리가 소정의 방법으로 설정되게 하고, 버너 화염에 대한 증착면의 위치가 증착면의 기하학적 형상을 유지하게 하는 수단을 의미한다. 결국, 증착면상에서 버너 화염의 충돌점은 재생가능한 방식으로 미리 결정될 수 있다. 예컨대, 증착면의 기하학적 형상이 유지된다고 가정하면, 버너 화염은 증착면에 걸쳐 소정의 운동 시컨스로 안내될 수 있다. 가장 단순한 경우에 있어서, 캡 형상이 소정의 소망하는 형상을 벗어나는 경우에만 증착면의 충돌점 위치는 위치 제어에 의해서 변하게 된다.

증착 과정의 코스에서, 예컨대 주위를 가열하고 형성되는 석영유리 본체의 부피와 무게를 증가시키기 때문에, 버너 화염과 증착면간의 상대 위치가 변하여 반경방향 온도 분포가 변할 때, 본 발명에 따른 위치 제어는 유리함이 밝혀졌다. 특히, 회전 수평축을 가진 VAD 과정에서, 석영유리 본체는 증가 길이에 대해서 편향되고, 특히 버너 화염에 대한 증착면의 위치이탈을 통하여 공지된다.

위치 제어와 함께, 증착과정 동안 증착면의 일정한 캡 형상은 특히 단순한 방식으로 유지될 수 있고, 재료의 특성에서 소망하지 않는 축방향 구배는 피할 수 있다. 버너 화염과 증착면간의 상대 위치의 전술한 조절로 전술한 모든 것이 가능하다. 상기 조절의 효과에 대해서, 참고자료에 본 발명에 따른 방법에 관해서 설명되었다.

본 발명에 따른 장치의 실시예를 사용하여, VAD 방법의 재생성에 대하여 더 개선되었고, 증착 버너는 위치 제어 장치에 의해 제어될 수 있는 조절 장치에 연결되면, 버너 화염의 주요 전파 방향과 캐리어의 중심축이 5 내지 85 도 범위의 버너각을 둘러싸도록 버너 화염은 증착면으로 향해진다. 조절 장치의 보조로, 증착 버너는 이동되고 회전축에 대하여 기울어질 수 있다.

버너각이 15 와 75 도 사이의, 바람직하게는 30 과 60 도 사이의 목표치를 가지도록 제어가능할 때, 매우 유용하다고 밝혀졌다.

흡입 장치가 버너 화염의 맞은편에 형성되는 석영유리 본체의 측면에서 버너 화염의 주요 전파방향으로 제공되도록 본 발명의 장치를 구성함으로써 떠도는 SiO₂증착에 의한 의도하지 않은 효과를 피할 수 있다.

본 발명은 실시예 및 자세히 도시된 도면을 참조하여 이후에 자세히 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 실시예에 있어서 장치의 측면도,

도 2 는 도 1 에 도시된 석영유리 본체의 증착면을 도시한 상세도, 및

도 3 은 도 2 에 따른 증착면의 영상 및 캡 외형을 나타내는 치수를 결정하기 위한 방법을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 설명 *

1 : 증착 챔버2 : 캐리어

3 : 중심축4 : 회전축

6 : 버너 화염7 : 증착 버너

8 : 석영유리 본체9 : 증착면

10 : 충돌점13 : 종축 (주요 전파방향)

14 : 흡입 장치15 : CCD 카메라

16 : 캡 형상의 윤곽선17 : 디지털 영상 처리 수단

18 : 표면막19 : 제어 장치

도 1 에 따른 장치에 있어서, 증착 챔버 (1) 내에 캐리어 (2) 가 배열되고, 이 캐리어 (2) 는 수평 중심축 (3) 에 대하여 회전가능하며, 방향 화살표 (4, 5) 로 도시된 바와 같이, 제어된 당김 속도로 축방향으로 이동가능하다.

화염 가수분해 버너 (7) 의 버너 화염 (6) 에서, SiO₂입자는 실리콘-함유 시동 물질과 산소로부터 형성되고, 석영유리 본체 (8) 형성시 캐리어 (2) 상에 증착된다. 석영유리 본체 (8) 의 외부 원통면은 다공성 수트막 (18) 으로 덮여있고, 이 다공성 수트막은 비유리화된 또는 부분적으로 유리화된 SiO2 로 구성되며, 단열재로 작용하여 급속 냉각을 방지한다.

버너 화염 (6) 은 석영유리 본체 (8) 의 면단부 맞은편 아래에 경사지게 향하고, 타원 단면을 갖는 타원형 증착면 (9) 을 형성한다.

버너 화염 (6) 의 주요 전파방향은 화염 가수분해 버너 (6) 의 종축 (13) 과 일치한다. 중심축 (3) 에 대해 약 60 도의 각도 (α) 를 가진다. 버너 화염 (6) 이 증착면 (9) 에 충돌하는 점은 도 1 에서 도면부호 10 으로 도시되어 있다.

화염 가수분해 버너 (7) 는 방향 화살표 (11, 12) 로 도시된 바와 같이, 수직방향으로 상하로 이동될 수 있고, 수직축에 대해 기울어질 수 있으며, 방향 화살표 (37, 38) 로 각각 도시된 바와 같이, 축방향 (석영유리 본체에 대하여) 과 반경방향 (석영유리 본체에 대하여) 으로 수평하게 이동가능하다.

종축 (13) (주요 전파방향) 을 신장하여, 당김 장치 (14) 는 석영유리 본체 (8) 의 맞은편에 제공된다.

증착면 (9) 의 측면형상은 CCD 카메라 (15) 로 광학식으로 감지되고, 증착면 (9) 의 영상 (16) 은 디지털 영상 처리수단 (17) 에 의해 평가된다. 카메라 (15) 는 중심선 (3) 과 같은 높이에 배열되고, 90 도의 각도로 이 중심선쪽으로 향한다.

디지털 처리수단 (17) 에 의해 평가되는 정보는 제어 장치 (19) 로 공급된다. 제어 장치 (19) 는 증착 버너 (7) 의 위치결정 수단 (11;12) 과 석영유리 본체 (8) 의 당김 장치에 연결된다. 데이타 라인은 도 1 에서 파선으로 도시되었다.

도 2 에서 증착면 (9) 을 자세히 도시하였고, 도 1 과 동일한 도면부호는 석영유리 본체 (8) 의 각 부재와 장치의 구성요소를 나타내기 위해 사용되었다. 추가적으로 2 개의 점선이 증착면 (9) 상에 도시되었고, 전방선 (20) 은 충돌점 (10) 영역에서 증착면 (9) 의 직경을 나타내고, 후방선 (21) 은 석영유리 본체 (8) 의 직경을 나타낸다.

카메라 (15) 에 의해 감지된 증착면 (9) 의 영상 (16) 은 도 3 에 도시되어 있다. 상기 영상은 영상 처리 수단 (17) 에 의해 평가된다. 상기 평가에서 블록 화살표 (31) 간의 절반 거리인 중심축 (3) (블록 화살표 (30)) 결정이 포함된다. 동시에, 석영유리 본체 (8) 의 직경 (선 21) 은 블록 화살표 (31) 간의 거리로부터 지속적으로 결정된다.

더욱이, 영상 처리 수단 (17) 에 의한 평가는 점 (32) (및 라인 (20) 길이)결정을 포함한다. 점 (32) 은 버너 화염 (6) 의 충돌점 (블록 화살표 32) 에 의해 한정된다. 목표치로부터 벗어나는 경우, 제어 장치 (19) 에 의해 당김 속도를 변화시킴으로써, 점 (32) 의 위치 (및 라인 (20) 의 길이) 는 소정의 목표치로 유지된다.

측정점 (30, 33, 34) (블록 화살표 (30, 33, 34) 로 나타냄) 으로 결정된 측정 형상은 증착면 (9) 의 곡률 결정에 사용된다. 측정점 (30, 33, 34) 간의 고정된 반경방향 거리 (예컨대, 거리 화살표 (35)) 가 미리 결정될 때, 각 축방향 거리 (예컨대, 거리 화살표 (36)) 는 이 영역에서 증착면 (9) 의 곡률을 측정한다.

본 발명에 따른 방법은 실시예 및 도 1 내지 도 3 을 참조하여 자세히 설명될 것이다.

석영유리 본체 (8) 의 당김 속도는 초기치 30 mm/h 로 설정되고, 회전속도는 일정치 10 rpm 으로 유지된다. 실리콘-함유 시동 물질 (SiCl₄, 실란, 실록산), 산소, 및 수소는 화염 가수분해 버너 (7) 로 공급되고, SiO₂입자들은 버너 화염 (6) 내에서 화염 가수분해 버너로부터 형성되며, 석영유리 본체 (8) 형성시 이 입자들은 캐리어 (2) 상에 증착되고 약 1900℃ 온도에서 바로 유리화된다. 석영유리 본체 (8) 는 120 mm 의 외경을 가진다. 외부 원통면은 다공성 수트막 (18) 으로 피복되고, 이 다공성 수트막은, 부분적으로 유리화된 SiO₂입자들로 구성되며, 약 6 mm 의 두께를 가지고, 단열재로서 작용하여, 급속 냉각을 방지한다.

몇 분 동안의 시동상에 따라서, 타원 단면을 가지는 타원형 증착면 (9) 은 회전 캐리어 (2) 상에 형성된다. 상기 증착면의 기하학적 형상은 증착 과정 동안 일정하게 유지된다. 상기 측정은 이후에 설명될 것이다.

증착면 (9) 의 측면 형상은 CCD 카메라 (15) 에 의해서 지속적으로 감지되고, 증착면 (9) 의 캡 외형 (16) (영상) 은 디지털 영상 처리 수단 (17) 으로 평가된다. 결국, 중심축 (3) (블록 화살표 (30)) 은 블록 화살표 (31) 간의 절반 거리로 한정되고, 동시에 석영유리 본체 (8) 의 직경 (라인 (21)) 은 블록 화살표 (31) 간의 거리를 바탕으로 지속적으로 결정된다.

또한, 버너 화염 (6) (블록 화살표 (32)) 의 충돌점 (10) 에 의해서 위치가한정되는 라인 (20) 의 길이가 결정된다. 측정점 (32) (라인 (20) 의 실제 길이) 의 측정 위치는 제어 장치 (19) 로 제공되고, 소정의 목표치와 비교된다. 목표치로부터 벗어나는 경우, 당김 속도는 변한다. 증착면 (9) 의 일정한 형상과 함께 측정점 (32) (라인 (20) 의 길이) 의 측정 위치는 버너 화염 (9) 과 증착면 (9) 간의 거리를 측정하기 때문에 당김 속도가 변하게 된다.

목표치/실제치가 당김 방향 (5) 에 대하여 벗어나는 경우 (목표치 이상의 라인 (21) 길이), 버너 화염 (6) 과 증착면 (9) 간의 목표 거리에 도달하지 못하여, 당김 속도가 증가하게 된다. 목표치/실제치가 당김 방향 (5) 에 대하여 벗어나는 경우 (목표치 이상의 라인 (21) 길이), 아날로그에 의해, 버너 화염 (6) 과 증착면 (9) 간의 목표 거리를 초과하여, 당김 속도가 감소하게 된다. 따라서, 증착 버너 (9) 와 증착면 (9) 간의 거리는 정확하게 50 ㎛ 로 제어될 수 있다. 더욱이, 연속적이고 균일한 당김이 보장된다면, 석영유리 본체 (8) 내의 막은 필요가 없다.

게다가, 증착면 (9) 의 실제 곡률은 측정점 (30, 33, 34) 으로 나타나는 측정 형상을 바탕으로 디지털 영상 처리 수단에 의해 평가된다. 캡 외형 (16) 의 영상 스케일에 의해 결정되는 콘크리트인 경우에 있어서, 캡 외형 (16) 상의 측정점 (33) 은 우선 중심선 (측정점 (30)) 으로부터 6 mm 의 소정의 거리에서 결정되고, 측정점 (30, 33) 간의 축방향 거리 (거리 화살표 (36)) 도 결정된다. 상기 영역에서 증착면 (9) 의 곡률을 측정하기 위해서, 상기 축방향 거리는 소정의 목표치로 유지된다. 따라서, 상기 방법으로 결정된 축방향 거리의 실제치는제어 장치 (19) 로 제공되고, 목표치와 비교된다. 차이가 나는 경우, 다음의 역측정이 수행되고, 과도하게 큰 곡률이 나타나는 경우, 증착 버너 (7) 는 수직 하방으로 이동하며, 과도하게 약한 곡률이 나타나는 경우, 수직 상방으로 이동하게 된다 (방향 화살표 (11)).

블록 화살표 (30, 33, 34) 로 도시된 바와 같이 결정된 측정 형상은 증착면 (9) 의 곡률을 결정하는데 사용된다. 블록 화살표 (30, 33, 34) 로 도시된 바와 같이 측정점간의 고정된 반경방향 거리 (예컨대, 거리 화살표 (35)) 가 소정되면, 각 축방향 거리 (예컨대, 거리 화살표 (36)) 는 상기 영역에서 증착면 (9) 의 곡률을 측정한다. 측정점 (30, 33, 34) 은 곡률의 변화가 초기에 감지될 수 있는 증착면 (9) 의 전방부에 위치결정된다. 측정된 곡률이 소정의 목표치를 벗어나는 경우 또는 곡률의 시간 변화가 있는 경우에 있어서, 과도하게 큰 곡률이 나타나는 경우 화염 가수분해 버너 (7) 를 수직 하방으로 이동시킴으로써, 또는 과도하게 약한 곡률이 나타나는 경우 수직 상방으로 이동시킴으로써 (방향 화살표 (11)) 역측정이 수행된다.

지속적인 캡 외형의 검출과 전술한 화염 가수분해 버너 (7) 의 위치 조절로 인해, 증착 과정 동안 증착면 (9) 의 기하학적 형상이 유지된다. 실시예에 있어서, 버너각 (방향 화살표 (12)) 과 버너 높이 (방향 화살표 (11)) 를 조절함으로써 화염 가수분해 버너 (7) 의 위치가 제어된다. 다른 방법으로, 또는 덧붙여서, 화염 가수분해 버너 (7) 를 축방향 (방향 화살표 (38)) 및 반경방향 (방향 화살표 (37)) 으로 이동시켜서, 증착면의 기하학적 형상을 조절할 수도 있고 수정할 수도 있다.

증착면 (9) 의 전방부에 측정점 (30, 33, 34) 이 위치결정되기 때문에, 곡률 변화는 초기에 검출될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법으로 축방향으로 균질한 재료 특성을 가진 석영유리 본체 (8) 를 제조할 수 있다. 실시예에 있어서, "거리 제어" 를 위한 조절 기구는 "캡 형상 유지" 를 위한 조절 기구보다 우선적이다.

Claims

증착 버너 (7) 에 실리콘-함유 시동 조성물을 공급하는 단계,

상기 증착 버너 (7) 로부터의 버너 화염 (6) 내에서 SiO₂입자들을 형성하는 단계,

중심축 (3) 을 중심으로 회전하고 이 중심축 (3) 방향으로 제어된 당김 속도로 당겨지는 캐리어 (2) 의 캡 형상 증착면 (9) 상에 상기 입자들을 증착시키는 단계, 및

증착 버너 (7) 와 증착면 (9) 간의 거리를 제어하면서, 석영유리 본체 (8) 의 형성시 상기 입자들을 유리화하는 단계에 의해, 석영유리 본체를 제조하기 위한 방법에 있어서,

증착 동안 상기 증착면 (9) 의 기하학적 형상이 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 버너 화염 (6) 의 형상, 화학양론, 주요 전파방향, 및 상기 증착면 (9) 상의 버너 화염 (6) 의 충돌점 (10) 위치는 상기 증착면 (9) 의 기하학적 형상이 증착 동안 유지되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 증착면 (9) 상의 버너 화염 (6) 의충돌점 (10) 위치는 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 증착면 (9) 상의 버너 화염 (6) 의 충돌점 (10) 위치는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 캡 형상의 윤곽선 (16) 은 증착면(9) 의 적어도 일부분의 광학식 영상에 의해 얻어지고, 상기 증착면 (9) 의 실제 기하학적 형상의 측정은 상기 캡 형상의 윤곽선으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 측정은, 상기 캡 형상의 윤곽선 (16) 상에서 2 이상의 이격된 측정점 (30, 33) 을 결정하는 단계를 포함하는 측정 방법을 바탕으로 결정되고, 상기 측정점 중 제 1 측정점 (30) 은 중심선 (3) 과 동일한 높이에서 결정되고, 제 2 측정점 (33) 은 이 중심선 (3) 으로부터 소정의 반경방향 거리 (35) 에서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증착면 (9) 의 기하학적 형상을 유지하기 위해서, 상기 증착 버너 (7) 의 위치 또는 당김속도를 조절 변수로 사용하는 위치 제어 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버너 화염 (6) 은, 버너 화염 (6) 의 주요 전파 방향 (13) 과 상기 캐리어 (2) 의 중심축 (3) 이 5 내지 85 도 범위의 버너각 (α) 을 형성하도록 증착면 (9) 으로 향하고, 이 버너각 (α) 은 소정의 목표치로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 버너각 (α) 은 15 와 75 도 사이의, 바람직하게는 30 과 60 도 사이의 목표치로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 버너 화염 (6) 의 맞은편에 형성되는 석영유리 본체 (8) 의 측부에서 상기 버너 화염 (6) 의 주요 전파방향 (13) 으로 흡입 장치 (14) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 중심축 (3) 을 따른 종단면에서 볼 때, 타원 장축을 중심으로 타원 단면 형태의 형상으로 증착면 (9) 이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 5 mm 이상의 막두께와 석영 유리 비밀도의 80% 이하의 밀도를 가지는 다공성 SiO₂표면막 (18) 이, 형성되는 석영유리 본체 (8) 에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 (2) 는 수평 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 방법.
석영유리 본체를 제조하기 위한 장치로서,

중심축 (3) 을 중심으로 회전가능하고, 이동 장치에 의해서 중심축 (3) 방향으로 조절가능한 당김속도로 이동될 수 있는 캐리어 (2),

증착 버너 (7) 로부터의 버너 화염 (6) 내에서 SiO₂입자들을 생성하여, SiO₂입자들을 상기 캐리어 (2) 의 캡 형상의 증착면 (9) 에 증착시키고, 석영유리 본체 (8) 형성시 유리화시키기 위한 증착 버너 (7),

상기 증착면 (9) 으로 향하는 광학식 탐지 수단 (15), 및

상기 증착 버너 (7) 와 증착면 (9) 간의 거리를 조절하기 위한 제어 장치 (19) 를 포함하는 장치에 있어서,

증착 동안 상기 증착면 (9) 의 기하학적 형상을 유지하기 위한 수단 (11; 12; 17; 19; 37, 38) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 유지 수단은 증착면 (9) 에 대한 버너 화염 (6) 의 위치를 조절가능하게 하는 위치 제어 장치 (19) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 버너 화염 (6) 은, 버너 화염 (6) 의 주요 전파방향 (13) 과 캐리어 (2) 의 중심축 (3) 이 5 내지 85 도 범위의 버너각 (α) 을 형성하도록 증착면 (9) 으로 향하고, 상기 증착 버너 (7) 는 상기 위치 제어 장치에 의해 제어될 수 있는 제어 수단 (11; 12, 37; 38) 에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 버너각 (α) 은 15 와 75 도 사이의, 바람직하게는 30 과 60 도 사이의 목표치로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 버너 화염 (6) 의 맞은편에 형성되는 석영유리 본체 (8) 의 측부에서 버너 화염 (6) 의 주요 전파방향 (13) 으로 흡입 장치 (14) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.