(57)【要約】多孔質スート体の通常のガラス化方法において、スート体を支持装置により鉛直に保持し、そのスート体を連続的に加熱領域へ送る。さらに、スート体は、少なくとも入口から加熱領域に向かって型枠によって囲まれている。本発明によれば、外形寸法を最適にするための再仕上げ工程を最小限にでき、経済的で、大体積の多孔質二酸化ケイ素スート体をガラス化するのに好適な方法を達成するために、スート体（３）を加熱領域（２ａ）の内側で加熱し、それによって前記スート体がガラス化スート体（３）を形成する程度に軟らかくなり、前記スート体は型枠（４；４ａ）の外側寸法となって、ガラス化スート体（３）は型枠（４；４ａ）からはずされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質二酸化ケイ素スート体のガラス化方法において、スート体を支持装置によって鉛直方向に吊り下げておき、スート体は型枠によって囲まれた状態で連続的に加熱領域へ送り込まれ、加熱領域に少なくとも一回入れる方法であって、型枠（４；４ａ）の内部空間寸法に合う程度に柔らかくなる温度まで加熱領域（２ａ）の内側で加熱することによってスート体（３）をガラス化し、それによって型枠（４；４ａ）から破壊されることなくガラス化スート体を分離することを特徴とする方法。
【請求項２】
ガラス化するスート体（３）は長さ収縮を示し、支持装置（７）は、ガラス化するスート体（３）がその長さ収縮に従って加熱領域（２ａ）に送り込まれるように制御された移動速度で鉛直に移動することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
多孔質スート体（３）の製造に火炎加水分解法を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
多孔質スート体（３）として中空円筒を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
スート体（３）のガラス化のための設定温度が、１，３００℃〜１，７５０℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
スート体（３）を囲む型枠（４；４ａ）が、１，８００℃までの温度耐性を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
スート体（３）を囲む型枠（４；４ａ）が、セラミック材料、好ましくはグラファイト若しくは炭化ケイ素、又は高融点の金属、好ましくはモリブデン若しくは白金から製造されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ガラス化温度の調節前に、スート体（３）をハロゲン含有ガスにさらすことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
減圧雰囲気又は保護ガス雰囲気中で、スート体（３）をガラス化することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
アルゴン及び／又はヘリウム及び／又は窒素からなる保護ガス雰囲気中で、スート体（３）をガラス化することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質二酸化ケイ素スート体のガラス化方法において、スート体を支持装置（ｈｏｌｄｉｎｇ ｆａｃｉｌｉｔｙ）によって鉛直に吊り下げておき、スート体は型枠（ｆｏｒｍ）に囲まれた状態で連続的に加熱領域へ送り込まれ、加熱領域に少なくとも一回入れる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多孔質二酸化ケイ素スート体は、半導体産業において、光ファイバーの製造や炉の構成材料のための予備成形体の製造における中間製品として頻繁に用いられる。いわゆる「スート体」は、機械的に不安定であり、特にその体積及び重量が大きい場合は、その取り扱いが非常に困難である。光電気通信及び半導体の工学的用途ではスート体純度の高度な要求があるので、例えば、温度処理およびガス処理のような後に続く加工工程において、スート体の取り扱いに特別な注意を払わなければならない。
【０００３】
焼結炉のような処理空間において、記載された種類のスート体の処理は、機械的に不安定なスート体を吊り下げるというような必然的な問題を伴う。米国特許４，２５１，２５１号明細書の方法において、支持装置は、白金線によって形成されるシャックルから構成され、円筒状の中空体のような形状のスート体を吊るすために用いられる。スート体への白金線の取り付けは、円筒状の中空体の壁上部にある水平に繋がっている２つの穿孔によって容易になっており、その穿孔を介して白金線が誘導される。焼結工程において、スート体は、鉛直向きの焼結炉に連続的に送り込まれる。これによって、いわゆる軟化領域（ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｚｏｎｅ）において、スート体が軟らかくなる。その軟化領域はスート体の下端部で形成し始める。スート体が下降して焼結炉に入る間、軟化領域はスート体内を連続的に上方に移動する。この工程において、軟化領域の内側部分によって支持されているスート体の焼結部の重さは、軟化領域の内側では粘度が低いために、連続的に減少し、またスート体の長さは、それ自体の重さのために、炉内へ下降しながら増加する。したがって、その方法は、体積が大きく、かつ重いスート体でとりわけ用いるのに不適切であり、その後に続く加工工程、例えば、研磨を必要とする。
【０００４】
中空円筒形状のＳｉＯ２スート体の焼結及び／又はガラス化の他の方法は、ＤＥ−Ａ第４４３２８０６号明細書から知られ、その方法では、中空円筒を支持装置によって鉛直方向に吊り下げ、連続的に焼結炉に送り込んでいる。それぞれの焼結部に応じて、支持台上に直立した位置にあるか、又はつり棒（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｒｏｄ）上に吊り下げて、スート体を焼結し、包囲チューブ（ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｕｂｅ）の外径が、形成される石英ガラスチューブの内径を決定するように、中空円筒の内側穿孔内に包囲チューブを導入する。包囲チューブが、スート体をガラス化するためのいくつかの形状決定機能を有していることは明らかである。これとは対照的に、変形（いわゆるバナナ形）のために十分に精密な寸法のものはこの段階で提供されないが、形成される石英ガラス体の外径は、焼結工程時のスート体の体積収縮によって決定される。このために、この方法（上記の方法に類似した方法）も研磨によるガラス化石英ガラスの加工を必要とする。
【０００５】
棒状の二酸化ケイ素スート体を型枠中でガラス化する方法は、ＤＥ第３５２１１１９号Ａ１明細書から知られている。この型枠は、それ自体も石英ガラスから作製されており、光ファイバー製品のための予備成形体のジャケットガラスを構成する。加熱領域を通過する間、ジャケットガラスは次第にガラス化するスート体上に収縮し、密接に付着してしまう。この方法の唯一の目的は、光ファイバー製品のための予備成形体を製造することである。ジャケットガラスと、ガラス化されて構造部材の芯部を形成するスート体との間の密接な付着の形成は、この用途においては大いに意味がある。しかしながら、一般に、二酸化ケイ素スート体のガラス化時に、石英ガラス型枠が形状を付与することは不利である。というのもガラス化後に、元の型枠に対応して得られる石英ガラス体の外面部を除去（例えば、リソース集中研磨処理（ｒｅｓｏｕｒｃｅ−ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）によって）しなければならないからである。さらに、形成された石英ガラス体の断面に渡る望ましくないガラス特性の不連続性（即ち、元のスート体及び石英ガラス型枠の遷移部分において）の存在を排除することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、得られる石英ガラス体の外形寸法を最適化するために、必要最低限の加工工程で、大体積の多孔質二酸化ケイ素スート体の適切で経済的なガラス化方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、型枠の内部空間寸法に合う程度に柔らかくなる温度まで加熱領域の内側で加熱することによってスート体をガラス化し、それによって型枠から破壊されることなくガラス化スート体を分離する前述の方法に基づいて上記課題が解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
焼結されるべきスート体の形状は、室温では基本的に安定である。即ち、スート体それ自体の重さで塑性変形することなく、スート体を鉛直方向に配置するか、又は吊り下げることができる。軟化領域の高温では、二酸化ケイ素スート体は軟らかくなり始め、その粘度が低下し、軟化領域の内部でさらされる力の影響でスート体は変形する。これには重力の他に、スート体に働く体積収縮による変形力が含まれる。スート体の密度は、固体石英ガラスの密度のわずか３０％程度である。軟化領域がスート体の一方の端から反対の端まで移動するように、焼結又はガラス化は連続的に進行する。
【０００９】
本発明の方法によれば、スート体は、連続的に焼結炉又はガラス化炉の軟化領域に送り込まれ、そこでスート体を囲む型枠に流れるか、又は型枠の内部空間を満たす程度にスート体が軟らかくなる温度まで加熱される。型枠は、軟化領域に入る前、スート体と共に移動可能であるか、又は接近してくるスート体を受け入れるべく焼結炉の内側にある。その型枠は、軟らかくなるスート体又はガラス化させる石英ガラス体が型枠に付着しないように、そしてこの工程で破壊されることなく分離することができるように設計される。この目的のために、いくつかの固有部品から組み立てられるような型枠を設計することが有用である。本発明による方法は、最終的な石英ガラス体の予め決めておいた最終的な寸法に比較的ぴったりと対応する寸法を、スート体の連続的なガラス化に提供する。したがって、本発明による方法は、従来技術の方法とは対照的に、次第にガラス化するスート体のひずみ又は変形による欠陥がない。
【００１０】
本発明の有利な態様は、以下の従属請求項２〜１０に記載されている。
【００１１】
本発明による方法は、支持装置がガラス化されるべきスート体の少なくとも上端部と繋がっている態様において特に有用である。支持装置には、中空円筒スート体の縦穿孔を通って伸びており、スート体の安定化に寄与する円柱グラファイト棒を用いることが有利である。支持装置は、スート体の底部を支持するように設計されてもよい。ガラス化工程及び次いで起こる石英ガラス体の幾何寸法における如何なる変化にも正確な制御ができるように、支持装置は送り装置に接続される。ガラス化するスート体は、長さ収縮を示し、支持装置は、ガラス化するスート体がその長さ収縮に応じて加熱領域に送り込まれるように制御した移動速度で鉛直方向に移動する。ガラス化時のスート体の長さ収縮に合わせて、支持装置接続部の鉛直方向の動きを制御することができる。即ち、加熱領域への送り込み速度は、可変的に調節することができる。
【００１２】
火炎加水分解法で多孔質スート体を製造することが有用であり、その方法では、火炎加水分解により生成するＳｉＯ２粒子がキャリヤ上に堆積して、多孔質スート体を形成する。中空円筒形スート体を得るために、このキャリヤは、堆積が完結した後に除去可能な円柱棒として設計される。
【００１３】
中空円筒形スート体の使用は、ガラス化時に中空の空間を確保する必要がある場合、石英ガラス棒を中空の空間に挿入すると有利である。この石英ガラス棒は、引き抜き工程において光ファイバーを製造するための予備成形体のコア体を形成することができる。コア体のＳｉＯ２材料とコア体を囲むジャケットのＳｉＯ２材料とは、ドープ剤の含量が異なる。
【００１４】
気泡及び脈理のない不透質石英ガラス体を得るために、ガラス化温度を１，３００℃〜１，７５０℃に調節することが有利である。好ましくは、ガラス化は２段階で行われるように設計される。即ち、一段階目は、約１，３００℃〜１，３５０℃での予備焼結であり、後に続く二段階目は、約１，７００℃〜１，７５０℃での最終ガラス化である。
【００１５】
１，８００℃までの温度耐性を有する材料は、本発明の型枠材料として用いるのに好適である。セラミック材料は、この種の用途に好適であり、またグラファイト又は炭化ケイ素は特に好適である。型枠材料は、ガラス化前又はガラス化時におけるガスの導入又は除去を許容又は維持するために、ガス透過性である。種々のグラファイト質が好適に使用できるが、カーボンファイバー強化グラファイト（ＣＦＣ）が特に好適である。セラミックの他に、高融点を有する金属、好ましくはモリブデン又は白金も型枠材料として好適である。
【００１６】
スート体をガラス化する温度調節前に、スート体をハロゲン含有ガスで処理して、スート体から残存するすべての水を除去する。この用途においては、ハロゲン含有ガスとして塩素ガスが好適である。従って、この工程は塩素化と呼ばれる。スート体のガラス化前、又はスート体が焼結炉（型枠の内側にあるか、又はまだ外側にあっても）中にある時に、ただし如何なる場合であってもスート体の焼結が始まる前（即ち、約８００℃〜約１，２００℃の温度）に、本方法とは別の工程として塩素化を行ってもよい。
【００１７】
さらに、減圧雰囲気又は保護ガス雰囲気中でスート体をガラス化することが有利である。これにより型枠のグラファイト材料の酸化を防止又は最小にするだけでなく、ガラス化すべきスート体の純度を高品質なものとする。アルゴン、ヘリウム及び窒素が好適な保護ガスである。比較的良好な熱伝導特性があるので、ヘリウム雰囲気の使用が特に好ましい。
【００１８】
本発明の態様を図示し、以下で説明する。
【００１９】
図１中の装置は、発熱体２によって囲まれている鉛直向きの円筒保護チューブを有する炉１から構成される。発熱体２は、炉の内側に加熱領域２ａ（炉の保護チューブ内側の水平境界断続線によって、図１及び図２中に模式的に図示されている）を生成する。１，０００℃での塩素化（３６Ｌ／ｈの塩素ガス流量）に続いて、ガラス化されるべき中空円筒形スート体３がグラファイト型枠４の内側にある。スート体３の安定化のために、スート体３の縦穿孔に支持棒５を挿入する。支持棒５のディスク６は、スート体３の上端部と繋がっており、グラファイト型枠４の底面部にも支持されている。送り装置７は、スート体の底部が加熱領域２ａにまず初めに入り、その中でガラス化されるように、グラファイト型枠４を炉内下方向にゆっくり動かす。完全にガラス化させるために、加熱領域２ａの最も熱い部分の温度を約１，７００℃に調節する。炉１の内部は０．１ｍｂａｒの真空度である。グラファイト型枠４及びスート体３が炉１内を徐々に下降する間、ガラス化領域は、完全にガラス化されたスート体が得られるまで、スート体内を上方向に移動する。残存する全ての放出ガスを、スート体３の多孔質部分を介して上方向に除去する。型枠の幾何寸法及び下降速度の適切な選択の下、ゆっくりガラス化するスート体は、スート体を囲む型枠４の内側の形状（中空円筒）となる。ガラス化前のスート体３の一般的な寸法は、外径４００〜４５０ｍｍ及び長さ２．５〜３．０ｍである。縦穿孔及び支持棒の直径は、約５０〜８０ｍｍである。送り装置７の平均送出速度が約３ｍｍ／ｍｉｎ（下方向）では、外径１５０〜２００ｍｍ（穿孔径約５０〜８０ｍｍ）及び長さ２ｍを有するガラス化石英ガラス中空円筒を得ることができる。一般に、スート体３の代わりに発熱体２を動かすことも可能である。この場合、発熱体を上方向に動かさなければならない。グラファイト型枠４の内部で石英ガラス体を徐々に冷却した後、破壊することなくグラファイト型枠４から石英ガラス体を分離することができる。通常、一部分を加工して、所望の最終寸法にする必要がない。
【００２０】
図２は、塩素化工程を統合し、さらにスート体３の形状大きさからガラス化させる石英ガラス体の最終寸法をより大きく変化させる本発明の装置を示すものである。図２は、ガラス化されるべきスート体３がガス透過性のグラファイト型枠４ａの上部にあり、そのグラファイト型枠は最初に、図１の上述の説明に対応する炉１の上方部（低温）に導入され、そこで塩素ガスにさらされる。約９５０℃で塩素化（ヘリウム中に１０体積％のＣｌ２、Ｃｌ２／Ｈｅ）が行われる。ガスは下方から炉１に供給される。ガスはスート体３を通過して流れ、グラファイト型枠４ａのガス透過性を有する少なくとも上方部を介して除去される。本方法のこの工程に続いて、１，３５０℃のヘリウム雰囲気中で予備焼結状態が起きるような高温領域に、スート体３及びグラファイト型枠４ａを共に下降させる。これらの条件を約１２時間保持する。焼結工程時、スート体３が僅かに収縮するのを直ぐに観察することができる。グラファイト型枠４ａ及び予備焼結スート体３を共に高温側に移動させた後に、１，７５０℃で最終ガラス化が行われる。この位置で８時間滞留させている間、予備焼結スート体３は、グラファイト型枠４ａ上部の広がった領域から、型枠４ａの漏斗形状転移部４ｂを介して、実質上小さな直径を有する型枠下部まで「流れる」程度に軟化する。支持棒５のディスク６を押し下げるか、又は他の好適な手段によって、粘性流れ工程を持続することができる。石英ガラス体を十分に冷却したら、グラファイト型枠４ａを取り除く。石英ガラス体の加工は不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による単純なガラス化装置の概略図を示すものである。
【図２】本発明による単純なガラス化装置の概略図を示すものである。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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