JP2000063127A - 封着型シリカ被着用ノズル混合バ―ナ― - Google Patents

封着型シリカ被着用ノズル混合バ―ナ―

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ディー ダブリュ アドラー メリル
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ティー ブラウン ジョン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 石英ガラスブール製造用バーナーの前面への
スート堆積を低減し、動作の安全性及び冷却効率を高
め、石英ガラスブールの品質安定化をはかる。 【解決手段】 多重複合円筒管（３０１〜３０６）構成
のバーナーを採用し、ある円筒管（３０５，３０１）に
はバーナー内のある流路（２０６，２０２）の断面積を
制限し、及び／またはＯＭＣＴＳのようなケイ素含有液
体原材料を噴霧化するために用いられるフラットをつけ
る。フラッシュバックを避けるためバーナーは独立した
燃料用（２０５）及び酸素用（２０４，２０６）流路を
有し、ノズル混合を採用する。炉内への大気吸込を防ぐ
ためにバーナーは炉のクラウンに設けられたバーナー孔
に封着される。バーナー温度が規定上限、例えば４００
℃をこえないように外部空冷ジャケットを用いることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は石英ガラスに関し、
特に石英ガラスをつくる基材となるシリカスートを生成
するためのバーナーに関する。本明細書では、“石英ガ
ラス”という術語は純石英あるいは１種またはそれ以上
のドーパントを含有するガラスを含めて用いられ、“シ
リカスート”という術語も同様である。なお、米国エネ
ルギー省により委託された主契約第Ｗ−７４０５−ＥＮ
Ｇ−４８号の下にカリフォルニア大学理事会により委託
された副契約第Ｂ２９９１４３号に従って、アメリカ合
衆国政府が本発明の権利を有する。
【０００２】
【従来の技術】石英ガラスを作成するための有効な方法
は：（１）スート生成バーナーを用いてシリカスート粒
子を生成し、（２）回転基板上に前記粒子を集め固結し
てガラス“ブール”を形成する工程を含む。前記ブール
の直径は５フィート（１．５メートル）程度に、また厚
さは５〜１０インチ（１３〜２５ｃｍ）程度にすること
ができる。前記プロセスは一般に、回転可能な基部、輪
形外壁及び前記スート生成バーナーを保持するクラウン
を有する炉内で行われる。
【０００３】図１は、石英ガラスブールの作成に以前か
ら用いられているスート生成バーナー７の前面８を示
す。このバーナーは５つのゾーン、すなわち領域１０，
１２，１４，１６及び１８を有し、異なる組成を有する
ガスが前記領域を通過して、（１）前記スート粒子を生
成する原料を供給し、（２）（ａ）前記原料をスート粒
子に転化し、また（ｂ）前記ボールの表面に集められる
前記粒子を固結するに十分な熱を生成するために適当な
大きさと温度の炎を生成する。
【０００４】図１のバーナーでは、領域１０は“ヒュー
ム管”と称され、例えば窒素ガスと蒸気化したケイ素含
有化合物との混合ガスを通し、領域１２及び１８はそれ
ぞれ内部及び外部シールドとして知られ、酸素を通し、
領域１４及び１６は“予備混合リング”と称され、燃料
（例えばメタン）と酸素との混合ガスを通す。外部シー
ルド１８の直径は一般に約１．１インチ（２．８ｃｍ）
であり、一方前面８の全寸は一般に３．４インチ×３．
４インチ（８．５ｃｍ×８．５ｃｍ）である。
【０００５】歴史的に、ヒューム管１０に供給される前
記蒸気化したケイ素含有化合物は四塩化ケイ素あるい
は、ドープガラスが必要な場合は四塩化ケイ素とその他
の材料の塩化物、例えば四塩化チタンとの混合物であっ
た。環境問題の故に、今では四塩化ケイ素はハロゲン元
素を含まないケイ素含有化合物で置き換えられており、
その中でもオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭ
ＣＴＳ）は、ケイ素の供給に加えて前記バーナー炎にエ
ネルギーも供給することから、特に望ましい例である。
同様にして、ドープガラスの作成においては塩化物が有
機金属化合物に置き換えられている。
【０００６】図２は、図１に示したタイプのバーナーが
前記炉のクラウン２０に対して配置されている様子を示
す。本発明に関しては、バーナー７が前記クラウンの外
面２２（クラウンの“低温”面）からすきま２４により
隔てられていることに注目することが重要である。実際
上約１／４インチの高さの前記すきまは空気を炉内に吸
い込ませ、よってバーナー孔２６を冷却し、前記孔の壁
へのスート堆積を妨げる。取り込まれた空気はまたバー
ナー炎３８内で前記燃料を確実に完全燃焼させる。
【０００７】バーナー７とクラウン２との間の空間的関
係を示すことに加えて、図２はバーナーへの供給配管２
８，３０及び３２だけでなく、冷却水をバーナーに流し
込みまたバーナーから流し出す配管３４及び３６の接続
も示している。
【０００８】スート被着による石英ガラス形成へのハロ
ゲン元素を含まないケイ素含有化合物の使用は、ドビン
ス（Ｄｏｂｂｉｎｓ）等の米国特許第５，０４３，００
２号、及びブラックウェル（Ｂｌａｃｋｗｅｌｌ）等の
米国特許第５，１５２，８１９号に開示されている。前
記石英ガラスへのドーパント、特にチタンの添加は、ブ
ラックウェル等の米国特許第５，１５４，７４４に記述
されている。これらの先行特許の内容は参照として本明
細書に含まれる。
【０００９】１９９７年６月２６日に発行されたＰＣＴ
特許公開第ＷＯ９７／２２５５３号は、オクタメチルシ
クロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）のような、ハロゲ
ン元素を含まないケイ素含有化合物とともに使用できる
スート生成バーナーを開示している。前記ハロゲン元素
を含まないケイ素含有化合物は、液体として前記バーナ
ーに供給され、内蔵噴霧器によりバーナー内に噴霧さ
れ、次いでバーナー炎によりスート粒子に直接転化され
ることが望ましい。係属中の、それぞれ１９９６年１２
月１７日及び１９９７年７月３０日に出願された、米国
特許出願第０８／７６７，６５３号及び第０８／９０
３，５０１号も参照されたい。いずれの出願明細書の内
容も本明細書に参照として含まれる。
【００１０】ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）等の米国特許第
５，１１０，３３５号は、周波数１２０キロヘルツで動
作させて液体四塩化ケイ素を微細な霧に変換する超音波
ノズルを含む、四塩化ケイ素からのスート生成用バーナ
ーを開示している。
【００１１】ブラウン（Ｂｒｏｗｎ）等の米国特許第
５，０９２，７６０号は、内蔵噴霧器により液体燃料を
噴霧化する酸素−燃料バーナーを開示している。ブラウ
ン等の米国特許第５，４０５，０８２号及び第５，５６
０，７５８号は、ガラスの状態調節に使用するための酸
素−燃料バーナーを開示している。上記バーナーは多重
複合円筒管構成を採用し、使用時には、ガラス配給路の
壁に封着される。ブラウン等の米国特許第４，９８６，
７４８号は、酸素−燃料バーナーについて別の構成を開
示している。本発明に関して重要なことは、上記ブラウ
ン等の様々な特許のバーナーが、シリカスートの生成で
はなく、熱の生成に関係していることである。上記熱生
成バーナーはとりわけ、バーナー面へのスート堆積、あ
るいは動作時のバーナーの内部温度がシリカスート生成
に用いられる熱過敏性原料に与える悪影響を考慮する必
要がない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】図１及び２に示したタ
イプのバーナー及びバーナー−クラウン構成は、実際上
うまく働いてはいたが、いくつかの欠点も有していた。
特に前記バーナーは下記の問題に悩んでいた： （１）保守問題 炉の雰囲気にさらされる前面面積が比較的大きいため
に、以前から用いられているバーナーはバーナー面８に
被着物が堆積する傾向があり、前記被着物はバーナー炎
の特性及び／またはバーナーにより生成されるスートの
変動を避けるために除去しなければならない。特に、前
面面積が大きいとバーナーは再循環効果を受け、よって
前記ブールに被着しないスートは再循環して戻り、バー
ナー面に付着する。
【００１３】（２）水冷問題 以前から用いられているバーナーは前面面積が大きいた
めに、高温炉からバーナーにかなりの熱が伝達され、従
ってバーナーの水冷が必要である。バーナーがアルミで
作られているという事実により、前記水冷は特に必要と
なる。（前記熱伝達はバーナー孔２６を介して、また前
記クラウンはできるだけ薄いことが望ましいのでクラウ
ン材も介しておこることに注意しなければならない。）
水冷の必要性により、バーナーの組立及び動作がより複
雑になる。
【００１４】（３）炉の雰囲気制御問題 クラウンのバーナー孔からの空気吸込みにより、炉内雰
囲気の組成制御がより困難になる。炉内雰囲気が変動す
ると、炉でつくられるガラスブールの特性（例えば水素
含有量）が、１つのブールの異なる部分間でまた異なる
ブール間で、変動することがある。
【００１５】（４）放出物問題 クラウンのバーナー孔からの空気吸込みにより、Ｎ2が
吸い込まれた空気の主成分であり、また炉がＮＯxの生
成に十分な、例えば１６００℃より高い温度であること
から、炉内ガスの排気には高水準のＮＯxが存在するこ
とになる。
【００１６】（５）エネルギー消費問題 バーナー孔からの周囲空気吸込みにより、炉を作業温度
に保つために炉に入力すべきエネルギー量が増加する。
【００１７】（６）潜在事故防止問題 領域１４及び１６への燃料と酸素の予備混合ガスの供給
により、前記領域及び前記領域への供給配管が炎のフラ
ッシュバックを受けやすくなっている。
【００１８】以下に説明するように、本発明のバーナー
は上述した問題のそれぞれを扱い、解決法を提供する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上述したことから、本発
明の目的はシリカスート生成のために改良されたバーナ
ーを提供することである。さらに詳しくは、本発明の目
的は以前から用いられているスート生成バーナーの上記
問題のいくつか、望ましくは全てを克服する改良された
バーナーを提供することである。
【００２０】本発明は、下記の特性のいくつかまたは全
てを有するバーナーを採用するスート生成バーナー及び
炉を提供することにより上記及びその他の目的を達成す
る： （１）バーナーの前面面積を縮小し、よって前記スート
堆積問題を最小限にするために、バーナーは多重複合円
筒管構成を用いる。例えば本発明に従って構成されるバ
ーナーの前面面積は約０．３２平方インチ（２．１平方
センチメートル）とすることができるが、図１及び２に
示したタイプのバーナーの前面面積は、約１．８平方イ
ンチ（１１．４平方センチメートル）であった。前記多
重複合円筒管構成により、液体及び／またはガス状材料
を通すための複数の流路がつくられる。すなわち（第１
の）最内円筒管の内腔に等しい第１の流路、前記第１の
円筒管の外面と次の（第２の）最内円筒管の内面（第１
の円筒管対）により定められる第２の流路、前記第２の
円筒管の外面と第３の円筒管の内面（第２の円筒管対）
で定められる第３の流路、以下同様である。このよう
に、“ｎ”本の円筒管は“ｎ”本の流路を定める。必ず
しも全ての流路がバーナーの全長にわたって伸びている
必要はない。例えば、以下で説明するように、前記第１
の円筒管はバーナー面に至る前に終端し、そこで第１の
流路の内容物が前記第２の流路の内容物と合流してもよ
い。従ってバーナー面における最内流路は第１の円筒管
の内面ではなく、第２の円筒管の内面により定められ
る。
【００２１】（２）集束された比較的一様な流れパター
ンを与えるために、多重複合円筒管構成によりつくられ
る前記流路の内の１本ないしそれ以上がバーナーからの
ガス流を誘導する役に立つフラットを、例えばバーナー
面の近くに、含むことができる。前記フラットは、バー
ナー面に対してある角度に、例えばバーナー軸に対して
ほぼ７５度の角度に、向けることができる（図４参
照）。前記フラットは、前記流路を定める円筒管対の内
側円筒管の外面に形成されることが望ましい。あるい
は、製造上の理由によりあまり望ましくはないが、前記
フラットを流路を定める円筒管対の外側円筒管の内面に
形成することもできる。フラットが内側円筒管にある場
合にはフラットの角で、またフラットが外側円筒管にあ
る場合にはフラットの中心で、円筒管どうしが接触する
ように円筒管の大きさを決めることにより、いずれの場
合にも、限定された断面積をもつ流路が得られることに
注意しなければならない。上記のように接触させること
により、内側円筒管と外側円筒管の内腔との心合わせが
容易になる。
【００２２】（３）フラットはまた液体原料、例えばＯ
ＭＣＴＳあるいは液体ＯＭＣＴＳと１種またはそれ以上
の液体ドーパントとの混合液を噴霧化する役にも立つ。
特に、本発明の前記態様に従えば、液体原料はフラット
により形成される制流域を通過しながら剪断力を受け
る。液体原料を通す流路は、液体原料が前記制流域に近
づくにつれて減少する断面積及び液体原料が制流域を通
過した後は増加する断面積を有することが望ましい。断
面積における上記変化は、例えば、前記流路を定める円
筒管面の一方または双方にテーパをつけることにより得
られる。制流域に加えて、液体原料を通す流路はガスを
通す流路、例えば酸素を通す流路と制流域の下流で合流
し、液体原料の噴霧化をさらに強めることが望ましい。
【００２３】オリフィスと比較すると、フラットは液体
原料の流量が小さくとも、例えば約１０グラム／分より
小さい流量でも、噴霧化を達成できるという利点を有す
る。
【００２４】（４）バーナー面へのスート被着を最小限
にするためには、スート生成原料をバーナー炎に供給す
る流路がバーナー面より外側に伸び出している必要があ
ることが見いだされた。前記流路はバーナーの中央流路
であり、前記中央流路を取り囲み燃料及び酸素を通す流
路はバーナー面へのスート堆積をさらに減少させるため
に中央流路に向かって曲げられていることが望ましい。
【００２５】（５）バーナーは炉のクラウンに封着さ
れ、バーナー位置における炉内への空気の吸込みを実質
的に完全に排除する。バーナー孔を通過する大量の空気
により生じる上述した種々の問題に遭遇することがなけ
れば、前記クラウン−バーナー界面における微量の空気
漏れを許容し得る場合もあるが、吸込みは完全に排除さ
れることが望ましい。
【００２６】（６）前記封着されたバーナーの冷却は、
バーナーを通過するガス流によって行われる。特に、ク
ラウンから最大量の熱が伝達されるバーナーの最も外側
の流路を通して酸素が流される。さらにバーナーに外部
空冷ジャケットを備えつけることができ、バーナーの動
作時内部温度をさらに下げることができる。
【００２７】（７）バーナーは、燃料（例えば、メタ
ン、天然ガス、水素、等）用と酸素用の完全に分離した
流路を有し、よって燃料と酸素がバーナー面を出るまで
燃料と酸素との混合はおこらず、従ってフラッシュバッ
クの可能性が排除される。すなわち、本発明のバーナー
は燃料と酸素との“予備混合”ではなく、これらの材料
の“ノズル混合”を用いる。
【００２８】上記の特徴により、本発明は組立、使用及
び保全のコストが低く、またより効率的で制御された石
英ガラスブールの製造を可能にする、改良されたバーナ
ーを提供する。
【００２９】
【発明の実施の形態】本明細書に組込まれ本明細書の一
部をなす添付図面は、本発明の望ましい実施の形態を示
し、明細書の記述とともに本発明の原理の説明に役立
つ。もちろん、図面及び記述はいずれも説明のためのみ
のものであり、本発明を制限するものでないことは当然
である。
【００３０】上述したように、本発明は石英ガラスブー
ルの製造に用いるための改良されたバーナーに関する。
図３は、前記バーナーの全体構成を示す略図である。図
に示されるように、バーナー４０にはマニホールド部４
２及びノズル部４４がある。前記ノズル部は面取り部４
６でクラウン２０に封着している。
【００３１】マニホールド部４２は、プロセスガス、燃
料及び前記スートを形成する原料を受け入れるための取
込ポートを６つ有している。図５に示されるように、前
記バーナーには多重複合円筒管構成によりガス、燃料及
び原料（正確には“原材料”）を通すための６本の流路
を形成する６本の円筒管がある。表１は前記原材料、取
込ポート、流路、及び円筒管の間の対応を明らかにして
いる。
【００３２】図６〜９は、流路２０２を流れる液体原料
に剪断力を加えるための、フラット５０により円筒管３
０１の外面に形成された制流域４８の使用を示す。ＯＭ
ＣＴＳの場合、前記制流域における円筒管３０１の外面
と円筒管３０２の内面との間のすきま５２の最大幅を、
例えば０．００５インチ（０．１３ミリメートル）とす
ることができる。他の全ての寸法が一定に保たれていれ
ば、用いるフラット数を多くするか少なくするかによっ
て前記最大幅はそれぞれ小さくなるかまたは大きくな
る。当業者であれば本発明の特定の用途のいずれに対し
ても、定石通りの実験により、適当なフラット数を容易
に決定することができる。
【００３３】また図６〜９に示されるように、流路２０
２の断面積は液体原料が前記制流域に近づくにつれて減
少し、次いで液体原料が制流域を通過した後は増加す
る。図６に示されるように、円筒管３０１の外面と円筒
管３０２の内面に異なる位置に始まり異なる角度をもっ
たテーパをつけることにより、断面積の上記減少及び増
加を達成することができる。例えば、円筒管３０１の外
面にはバーナー面により近いところからテーパをつけ、
テーパ角を例えば５°とし、一方円筒管３０２の内面に
はバーナー面からより離れたところからテーパをつけ、
テーパ角を例えば３．５°とすることができる。このよ
うにすることにより、前記２つの面は制流域の前では近
づいていき、制流域の後では離れていく。本発明の実施
において、他のテーパ形状も使用できることはもちろん
である。例えば、図１１の実施の形態で使用される場合
には、円筒管３０１の外面に４°角のテーパをつけるこ
とができる。
【００３４】図６〜９はまた、（１）前記制流域の下流
における流路２０２と流路２０１の合流、及び（２）前
記合流後の流路２０２の断面積を減少させ、また合流前
の流路２０１の断面積も減少させるための制流ロッド５
４の使用も示す。流路２０１の流路２０２との合流と組
み合せた前記制流ロッドの使用により、液体原料の前記
噴霧化がさらに強められる。特に前記合流及び制流ロッ
ドが、制流域で生成される液体原料の液滴に比較的高圧
のＯ2を加えることで噴霧化を強める。
【００３５】制流域４８には他に下記の形状がある： （１）フラット５６を用いるのではなく、前記液体原料
を噴霧化する役に立つ狭い輪形すきまを形成するよう
に、円筒管３０１を円筒管３０２に対して配置すること
ができる。本手法は図１３及び１４に示され、前記輪形
すきまは図１４で参照数字７２により認知される。輪形
すきまの適当な幅はほぼ０．００４インチ（０．１ミリ
メートル）である。このような幅は、円筒管３０１を円
筒管３０２に対して約３／６４インチ（１．２ミリメー
トル）だけ後方に下げることにより容易に得ることがで
きる。
【００３６】（２）前記液体原料及び噴霧化酸素を通す
流路を入れ換える、例えば流路２０１が液体原料を通
し、流路２０２が酸素を通すようにすることができる。
この場合、フラット５６は流路２０２の断面積を小さく
するのに役立ち、また液体原料流を砕いて液滴にするた
めに円筒管３０２の内面のテーパに沿って酸素を液体原
料流に誘導する役に立つ。
【００３７】（３）変型（１）及び（２）を併用する、
すなわち前記フラットを取り除き、前記液体原料及び噴
霧化酸素を通す流路を入れ換えることができる。
【００３８】図４及び４Ａは、バーナー４０の制流域４
８より下流のノズル部を示す。流路２０６の断面積を小
さくするために、円筒管３０５にはフラット５６があ
る。前記フラットにより円筒管３０５の外面と円筒管３
０６の内面との間に形成されるすきまの最大幅は、例え
ば０．０１インチ（０．２５ミリメートル）とすること
ができる。フラット５０の場合と同様に、使用フラット
数を多くするか少くするかにより、前記最大幅はそれぞ
れ小さくなるかあるいは大きくなる。当業者であれば本
発明の特定の用途のいずれに対しても、定石通りの実験
により、適当なフラット数を容易に決定することができ
る。
【００３９】図１０及び１０Ａは、流路２０３が省かれ
た図４及び４Ａの変型を示す。対応して、バーナーのマ
ニホールド部に（図には示されていない）変更が加えら
れている。
【００４０】図１１は、流路２０２がバーナー面より外
側に伸び出し、またバーナー面から流出するガス流を十
分に展開し（流線形にし）、よってバーナー炎特性を改
善するために、流路２０３，２０４，２０５及び２０６
が流路２０２に向かって曲げられている、別の変型を示
す。流路２０２のバーナー面からの伸び出し長さは、本
発明の特定の用途に依存する。一般に、上記伸び出し長
さは約０．２５インチ（６．４ミリメートル）である。
【００４１】図１１からわかるように、流路２０４はバ
ーナー面に近づくにつれて狭くなり、一方流路２０５は
広くなる。円筒管３０２，３０３，３０４，３０５及び
３０６の内面及び外面のバーナー軸に対する勾配が、表
２に明らかにされている。本表に与えられている値は、
燃料として天然ガスを、またケイ素含有原料としてＯＭ
ＣＴＳを用いる場合の値である。他の燃料及び原材料に
対しては異なる角度が必要となるはずである。本明細書
の開示に基づけば、本発明の特定の用途のいずれに対し
ても、当業者であれば定石通りの実験により、用いるべ
き特定の角度及び寸法を容易に決定することができる。
【００４２】図１１はまた、それぞれ流路２０３，２０
４，２０５及び２０６の一部を形成するための穿孔アパ
ーチャ４０３，４０４，４０５及び４０６の使用も示
す。これらのアパーチャは、アパーチャの穿孔及び所望
の部分形状を得るための円筒管面の機械加工を組合せる
ことににより、バーナーを作り上げている種々の円筒管
の製造を容易にする。
【００４３】図１１には示されていないが、図６〜９の
噴霧化機構あるいは上述した前記機構の変型を図４及び
１０のバーナーへの組込と同様にして本バーナーにも組
込むことができる。また一方では、図１１のバーナーは
図４及び１０のバーナーと同じく、内蔵噴霧器無しで用
いることもできる。このような場合には、スート生成材
料例えばＯＭＣＴＳは、随意に例えば窒素と混合され
た、蒸気化形態で取込ポート１０２に供給され、取込ポ
ート１０２からバーナー面まで流路２０２を通過する。
従って取込ポート１０１及び円筒管３０１をバーナーの
一部として含むことはない。
【００４４】図１２は、バーナーを通る内部ガス流がバ
ーナーの動作時内部温度を所望の値に保つに十分ではな
い場合に、バーナーをさらに冷却するための外部空冷ジ
ャケット６０の使用を示す。空冷ジャケット６０は内側
空気室６６に接続される空気取入口６２を有する。空冷
ジャケットはまた、外側空気室６８に接続される一続き
の空気取出口６４も有する。冷却用空気は円筒管３０６
の外面との接触により加熱されるので体積の増加に合わ
せるために、前記外側空気室の断面積は内側空気室の断
面積より大きいことが望ましい。
【００４５】図１２はまた、図１１のバーナーと炉のク
ラウンとの嵌合も示す。本バーナーのノズルの先端はす
でに斜めになっているので、バーナー孔２６との嵌合封
着に適した面を与えるための面取りは必要ではない。図
１１及び１２のバーナーは、図４及び１０のバーナーと
同じく、バーナー孔２６に対して自動整合していること
に注意すべきである。この特徴により、バーナー孔との
位置合せが必要であった図１及び２の従来技術のバーナ
ーに比べてより効率よく炉を組立てることができる。ま
たバーナー炎がバーナー孔の壁にあたることも、従来用
いられていたバーナーより本発明のバーナーの方がおこ
りにくい。
【００４６】図１１及び１２のバーナーを、表３に明ら
かにされている流量及び原材料温度を用いて試験した。
空冷ジャケット６０には室温の空気を毎時１５立方フィ
ートの流量で供給した。熱電対を円筒管３０６の面に取
り付けた。記録された温度はバーナーの動作中で３５０
〜４００℃の範囲であった。この温度は、例えばステン
レス鋼で構成されたバーナーの使用温度範囲に十分入っ
ており、液体原料としてＯＭＣＴＳを使用するに適して
いる。円筒管３０２をバーナー面より外側に伸び出さ
せ、Ｏ2を流路２０３に流すことにより、バーナー面へ
のスートの堆積は実質的に全く見られなかった。しかし
本バーナーの前記望ましい特徴のどちらかを省いた場合
には、スートの堆積が見られた。
【００４７】窒素ガスをキャリアにした蒸気化ＯＭＣＴ
Ｓ並びに図１１及び１２の機構を用いてガラスブールを
作成した。用いた流量を表４に示す。本バーナーはあら
ゆる点でうまく働き、高品質ガラスをつくることがわか
った。
【００４８】種々の材料を用いて本発明のバーナーを構
成することができる。例えば、マニホールド４２はアル
ミニウムで構成することができ、図４及び１０の円筒管
３０６は耐火性材料、例えばアルミナでつくることがで
き、図１１及び１２の円筒管３０６はステンレス鋼でつ
くることができ、また他の円筒管も全て、同様にステン
レス鋼でつくることができる。本発明の実施にその他の
材料を使用し得ることはもちろんである。
【００４９】本発明の望ましい実施の形態及びその他の
実施の形態を本明細書で説明したが、当業者であれば特
許請求の範囲で定められる本発明の範囲から逸脱するこ
となくさらに別の実施の形態に気づくことができるであ
ろう。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のシリカスート生成バーナーの前面を
描いた図
【図２】従来技術のバーナーと炉のクラウンとの間の位
置関係を示す、前記バーナーの側面図
【図３】本発明に従って構成されるバーナーと炉のクラ
ウンとの間の封着関係を示す、前記バーナーの側面図
【図４】図３のバーナーのノズル部の第１の実施の形態
を示す断面図
【図４Ａ】図４のバーナーの前面を示す図
【図５】図３のマニホールド部を示す断面図
【図６】本発明に従って構成される内蔵噴霧器を示す断
面図
【図７】図６の線７−７に沿う断面図
【図８】図６の線８−８に沿う断面図
【図９】図６の線９−９に沿う断面図
【図１０】図３のバーナーのノズル部の第２の実施の形
態を示す断面図
【図１０Ａ】図１０のバーナーの前面を示す図
【図１１】図３のバーナーのノズル部の第３の実施の形
態を示す断面図
【図１２】前記バーナーの動作時内部温度を低下させる
ための空冷ジャケットの使用を示す図
【図１３】本発明に従って構成される別の内蔵噴霧器の
断面図
【図１４】図１３の線１４−１４に沿う断面図
【符号の説明】
１，２，３，４，５，６ 流れを示す矢印 ７ 従来用いられていたスート生成バーナー ８ 従来用いられていたスート生成バーナーの前面 １０ 従来用いられていたスート生成バーナーのヒュ
ーム管 １２ 従来用いられていたスート生成バーナーの内部
シールド １４，１６ 従来用いられていたスート生成バーナー
の予備混合リング １８ 従来用いられていたスート生成バーナーの外部
シールド ２０ 炉のクラウン ２２ 炉のクラウンの外面 ２４ 従来用いられていたスート生成バーナーと炉の
クラウンとの間のすきま ２６ バーナー孔 ２８、３０，３２ 供給配管 ３４，３６ 冷却水配管 ３８ バーナー炎 ４０ 本発明のバーナー ４２ バーナー４０のマニホールド部 ４４ バーナー４０のノズル部 ４６ ノズル４４の面とり部 ４８ 制流域 ５０，５６ フラット ５２ フラット５０で形成されるすきま ５４ 制流ロッド ５８ フラット５６で形成されるすきま ６０ 空冷ジャケット ６２ 空冷ジャケットの空気取入口 ６４ 空冷ジャケットの空気取出口 ６６ 空冷ジャケットの内側空気室 ６８ 空冷ジャケットの外側空気室 ７０ 空気の流れを示す矢印 ７２ 噴霧化のための輪形すきま ７４ バーナー軸 １０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６
取込ポート ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６
流路 ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６
円筒管 ４０３，４０４，４０５，４０６ 穿孔アパーチャ
フロントページの続き (72)発明者 メイヘンドラ ケー ミスラ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14845 ホースヘッズ バーリントン ロード 11

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケイ素含有原材料、燃料、酸素、及び必
    要に応じての不活性ガスを含む複数の原材料からシリカ
    スートを生成するための、バーナー面及び原材料の流れ
    を前記バーナー面に通すための複数の流路を定める多重
    複合円筒管構成を有するバーナーにおいて、前記バーナ
    ーが： （ａ） 第１の酸素及び前記ケイ素含有原材料を前記バ
    ーナーに供給し、第１の円筒管により定まる第１の流路
    に接続されている第１の取込ポート、ここで前記第１の
    流路は、前記第１の取込ポートから前記バーナー面に向
    かって伸びている； （ｂ） 第２の酸素及び前記ケイ素含有原材料を前記バ
    ーナーに供給し、前記第１の円筒管及び第２の円筒管に
    より定まる第２の流路に接続されている第２の取込ポー
    ト、ここで前記第２の流路は、前記第２の取込ポートか
    ら前記バーナー面に向かって伸びている； （ｃ） 第３の酸素あるいは不活性ガスを前記バーナー
    に供給し、前記第２の円筒管及び第３の円筒管により定
    まる第３の流路に接続されている第３の取込ポート、こ
    こで前記第３の流路は、前記第３の取込ポートから前記
    バーナー面に向かって伸びている； （ｄ） 第４の酸素を前記バーナーに供給し、前記第３
    の円筒管及び第４の円筒管により定まる第４の流路に接
    続されている第４の取込ポート、ここで前記第４の流路
    は、前記第４の取込ポートから前記バーナー面に向かっ
    て伸びている； （ｅ） 燃料を前記バーナーに供給し、前記第４の円筒
    管及び第５の円筒管により定まる第５の流路に接続され
    ている第５の取込ポート、ここで前記第５の流路は、前
    記第５の取込ポートから前記バーナー面に向かって伸び
    ている； （ｆ） 第５の酸素を前記バーナーに供給し、前記第５
    の円筒管及び第６の円筒管により定まる第６の流路に接
    続されている第６の取込ポート、ここで前記第６の流路
    は、前記第６の取込ポートから前記バーナー面に向かっ
    て伸びている； を含み、前記第６の円筒管は前記第５の円筒管を取り囲
    み、前記第５の円筒管は前記第４の円筒管を取り囲み、
    前記第４の円筒管は前記第３の円筒管を取り囲み、前記
    第３の円筒管は前記第２の円筒管を取り囲み、前記第２
    の円筒管は前記第１の円筒管を取り囲んでいることを特
    徴とするバーナー。
  2. 【請求項２】 前記円筒管の内の少なくとも１本が流路
    の横断面面積を縮小するためのフラットを含むことを特
    徴とする請求項１に記載のバーナー。
  3. 【請求項３】 前記第２の取込ポートが前記ケイ素含有
    原材料を前記バーナーに供給し、前記ケイ素含有原材料
    は液体であり、前記第２の流路が前記液体を噴霧化する
    ための制流域を含み、前記制流域は前記第２の取込ポー
    トと前記バーナー面との間に設けられていることを特徴
    とする請求項１に記載のバーナー。
  4. 【請求項４】 前記制流域が前記第１及び第２の円筒管
    の内の少なくとも１本に形成されたフラットを含むこと
    を特徴とする請求項３に記載のバーナー。
  5. 【請求項５】 前記制流域が前記第１及び第２の円筒管
    の内の少なくとも１本につけられたテーパにより形成さ
    れる、断面積が縮小された輪形すきまを含むことを特徴
    とする請求項３に記載のバーナー。
  6. 【請求項６】 前記第２の流路が前記制流域から前記第
    ２の取込ポートに向かう方向及び前記制流域から前記バ
    ーナー面に向かう方向のいずれにも拡大する横断面面積
    を有することを特徴とする請求項３に記載のバーナー。
  7. 【請求項７】 前記第１及び第２の円筒管の内の少なく
    とも１本が横断面面積の前記拡大を生じさせるテーパを
    含むことを特徴とする請求項６に記載のバーナー。
  8. 【請求項８】 前記第１及び第２の流路が前記制流域と
    前記バーナー面との間の位置で合流することを特徴とす
    る請求項３に記載のバーナー。
  9. 【請求項９】 前記第１の流路の少なくとも一部の横断
    面面積及び前記合流した第１及び第２の流路の少なくと
    も一部の横断面面積を縮小させる制流ロッドをさらに含
    むことを特徴とする請求項８に記載のバーナー。
  10. 【請求項１０】 前記第２の円筒管が前記バーナー面の
    外側に伸び出していることを特徴とする請求項１に記載
    のバーナー。
  11. 【請求項１１】 前記第３，第４，第５及び第６の流路
    により運ばれる原材料の前記流れが前記バーナー面にお
    いて前記第２の円筒管に向かって曲げられていることを
    特徴とする請求項１０に記載のバーナー。
  12. 【請求項１２】 前記第６の円筒管が炉のクラウンに設
    けられたバーナー孔と嵌合封着するための面取り部を含
    む外面を有することを特徴とする請求項１に記載のバー
    ナー。
  13. 【請求項１３】 前記第６の円筒管が外面を有し、前記
    バーナーが前記外面の少なくとも一部を取り囲む空冷ジ
    ャケットをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載
    のバーナー。
  14. 【請求項１４】 燃料と酸素が前記バーナー内で混合し
    ないように、前記第５の流路が前記第４及び第６の流路
    から隔離されていることを特徴とする請求項１に記載の
    バーナー。
  15. 【請求項１５】 石英ガラスを作成するための方法にお
    いて： （ａ） 少なくとも１つのバーナー孔を有する炉クラウ
    ンを提供し； （ｂ） 請求項１に従うバーナーを提供し； （ｃ） 前記バーナーを前記少なくとも１つのバーナー
    孔に封着し； （ｄ） 第１の酸素及びケイ素含有原材料を前記バーナ
    ーの第１の取込ポートに供給し； （ｅ） 第２の酸素及びケイ素含有原材料を前記バーナ
    ーの第２の取込ポートに供給し； （ｆ） 第３の酸素あるいは不活性ガスを前記バーナー
    の第３の取込ポートに供給し； （ｇ） 第４の酸素を前記バーナーの第４の取込ポート
    に供給し； （ｈ） 燃料を前記バーナーの第５の取込ポートに供給
    し； （ｉ） 第５の酸素を前記バーナーの第６の取込ポート
    に供給する； 各工程を含むことを特徴とする方法。
  16. 【請求項１６】 前記工程（ｆ）において酸素が前記バ
    ーナーの第３の取込ポートに供給されることを特徴とす
    る請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 蒸気形態にあるケイ素含有原材料、燃
    料、酸素、及び必要に応じての不活性ガスを含む複数の
    原材料からシリカスートを生成するための、バーナー面
    及び原材料の流れを前記バーナー面に通すための複数の
    流路を定める多重複合円筒管構成を有するバーナーにお
    いて、前記バーナーが： （ａ） 前記ケイ素含有原材料を前記バーナーに供給
    し、第１の円筒管により定まる第１の流路に接続されて
    いる第１の取込ポート、ここで前記第１の流路は、前記
    第１の取込ポートから前記バーナー面に向かって伸びて
    いる； （ｂ） 酸素あるいは不活性ガスを前記バーナーに供給
    し、前記第１の円筒管及び第２の円筒管により定まる第
    ２の流路に接続されている第２の取込ポート、ここで前
    記第２の流路は、前記第２の取込ポートから前記バーナ
    ー面に向かって伸びている； （ｃ） 酸素を前記バーナーに供給し、前記第２の円筒
    管及び第３の円筒管により定まる第３の流路に接続され
    ている第３の取込ポート、ここで前記第３の流路は、前
    記第３の取込ポートから前記バーナー面に向かって伸び
    ている； （ｄ） 燃料を前記バーナーに供給し、前記第３の円筒
    管及び第４の円筒管により定まる第４の流路に接続され
    ている第４の取込ポート、ここで前記第４の流路は、前
    記第４の取込ポートから前記バーナー面に向かって伸び
    ている； （ｅ） 酸素を前記バーナーに供給し、前記第４の円筒
    管及び第５の円筒管により定まる第５の流路に接続され
    ている第５の取込ポート、ここで前記第５の流路は、前
    記第５の取込ポートから前記バーナー面に向かって伸び
    ている； を含み、前記第５の円筒管は前記第４の円筒管を取り囲
    み、前記第４の円筒管は前記第３の円筒管を取り囲み、
    前記第３の円筒管は前記第２の円筒管を取り囲み、前記
    第２の円筒管は前記第１の円筒管を取り囲んでいること
    を特徴とするバーナー。
  18. 【請求項１８】 前記円筒管の内の少なくとも１本が流
    路の横断面面積を縮小するためのフラットを含むことを
    特徴とする請求項１７に記載のバーナー。
  19. 【請求項１９】 前記第１の円筒管が前記バーナー面の
    外側に伸び出していることを特徴とする請求項１７に記
    載のバーナー。
  20. 【請求項２０】 前記第２，第３，第４及び第５の流路
    によって運ばれる原材料の前記流れが前記バーナー面に
    おいて前記第１の円筒管に向かって曲げられていること
    を特徴とする請求項１９に記載のバーナー。
  21. 【請求項２１】 前記第５の円筒管が炉のクラウンに設
    けられたバーナー孔と嵌合封着するための面取り部を含
    む外面を有することを特徴とする請求項１７に記載のバ
    ーナー。
  22. 【請求項２２】 前記第５の円筒管が外面を有し、前記
    バーナーが前記外面の少なくとも一部を取り囲む空冷ジ
    ャケットをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記
    載のバーナー。
  23. 【請求項２３】 燃料と酸素が前記バーナー内で混合し
    ないように、前記第４の流路が前記第３及び第５の流路
    から隔離されていることを特徴とする請求項１７に記載
    のバーナー。
  24. 【請求項２４】 石英ガラスを作成するための方法にお
    いて： （ａ） 少なくとも１つのバーナー孔を有する炉クラウ
    ンを提供し； （ｂ） 請求項１７に従うバーナーを提供し； （ｃ） 前記バーナーを前記少なくとも１つのバーナー
    孔に封着し； （ｄ） 蒸気形態のケイ素含有原材料を前記バーナーの
    第１の取込ポートに供給し； （ｅ） 酸素あるいは不活性ガスを前記バーナーの第２
    の取込ポートに供給し； （ｆ） 酸素を前記バーナーの第３の取込ポートに供給
    し； （ｇ） 燃料を前記バーナーの第４の取込ポートに供給
    し； （ｈ） 酸素を前記バーナーの第５の取込ポートに供給
    する； 各工程を含むことを特徴とする方法。
  25. 【請求項２５】 複数の同軸円筒管を含み、前記円筒管
    が複数の流路を定め、前記円筒管の内の少なくとも１本
    が通路の断面積を縮小するためのフラットを含むことを
    特徴とするバーナー。
  26. 【請求項２６】 複数の同軸円筒管を含み、前記円筒管
    が複数の流路を定め、前記流路の内の少なくとも１本が
    前記流路を流れる液体原材料を噴霧化するための制流域
    を含むことを特徴とするバーナー。
  27. 【請求項２７】 前記制流域が前記少なくとも１本の流
    路を定める前記円筒管の内の少なくとも１本につけられ
    たフラットを含むことを特徴とする請求項２６に記載の
    バーナー。
  28. 【請求項２８】 前記制流域が前記少なくとも１本の流
    路を定める前記円筒管の内の少なくとも１本につけられ
    たテーパにより形成される、断面積が縮小された輪形す
    きまを含むことを特徴とする請求項２６に記載のバーナ
    ー。
  29. 【請求項２９】 前記流路が前記制流域から上流方向及
    び前記制流域から下流方向のいずれにも拡大する横断面
    面積を有することを特徴とする請求項２６に記載のバー
    ナー。
  30. 【請求項３０】 前記円筒管の内の少なくとも１本が横
    断面面積の前記拡大を生じさせるテーパを含むことを特
    徴とする請求項２９に記載のバーナー。
  31. 【請求項３１】 前記少なくとも１本の流路が前記制流
    域の下流で別の１本の流路と合流して合体流路を形成す
    ることを特徴とする請求項２６に記載のバーナー。
  32. 【請求項３２】 前記少なくとも１本の流路の少なくと
    も一部の横断面面積及び前記合体流路の少なくとも一部
    の横断面面積を縮小させる制流ロッドをさらに含むこと
    を特徴とする請求項３１に記載のバーナー。
  33. 【請求項３３】 シリカスートを生成するためのバーナ
    ーにおいて、前記バーナーがバーナー面を有し、複数の
    同心円筒管を含み、前記円筒管は複数の流路を定め、前
    記円筒管の内の１本が前記バーナー面の外側に伸び出
    し、残りの円筒管の内の少なくとも数本が前記バーナー
    面において前記１本の円筒管に向かって曲げられている
    ことを特徴とするバーナー。
  34. 【請求項３４】 クラウン及び複数のスート生成バーナ
    ーを含み、前記スート生成バーナーが前記クラウンに封
    着されていることを特徴とする石英ガラスの製造炉。
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