JP2006510561A - ガラスの化学的気相成長法用のバーナ - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】気相成長法用のバーナは、ガラス前駆体材料を射出する中央ノズル10と、炎反応剤を射出する、前記中央ノズル10を取り囲む少なくとも1つのクラウンノズル31と、内側遮蔽気体を射出し得るよう前記中央ノズル10と前記クラウンノズル31との間にある円形のノズル20とを有し、中央ノズル10は軸方向面内にて凹型の断面形状を有し、また、好ましくは軸方向面の周りにて対称であるものとする。
【解決手段】気相成長法用のバーナは、ガラス前駆体材料を射出する中央ノズル10と、炎反応剤を射出する、前記中央ノズル10を取り囲む少なくとも1つのクラウンノズル31と、内側遮蔽気体を射出し得るよう前記中央ノズル10と前記クラウンノズル31との間にある円形のノズル20とを有し、中央ノズル10は軸方向面内にて凹型の断面形状を有し、また、好ましくは軸方向面の周りにて対称であるものとする。
Description
本発明は、化学的気相成長法又は化学的蒸着法(chemical vapour deposition process)用、特に、光ファイバを引き抜くのに適したガラスプリフォームを製造するための化学的気相成長法又は化学的蒸着法用のバーナに関する。
光ファイバを引き抜くのに適したガラスプリフォームを製造する2つの典型的な過程は、外部気相成長法(OVD(Outside Vapor Deposition))及び気相軸方向成長法(VAD(Vapor−phase Axial Deposition))である。これらの技術において、炎を発生させ且つ、炎と反応して、回転するマンドレル上に堆積される二酸化ケイ素スート(従って、「二酸化ケイ素前駆体」と称する)を形成する1つ又はより多くの物質を射出するバーナが使用される。
光プリフォームを作製する従来のバーナは、複数の同軸状ダクトを備えており、これらのダクトは、気体が射出される相応するノズルにて終わる。この過程の間、バーナには、二酸化ケイ素前駆体(選択的に、GeCl4のようなドーパント材料と共にSiCl4のような)、燃焼気体(例えば、酸素及び水素又はメタン)、及び1つの選択として、幾分かの不活性気体(例えば、窒素、アルゴン又はヘリウム)が供給される。典型的に、ガラス前駆体材料は、中央ダクトを通して供給される。可燃性気体は、水素を保持する可燃性気体と、炎の生成を助ける、典型的に酸素である、補助気体とを備えている。燃焼反応の結果としてこのように構成された気体流中にH2Oが生成される。
二酸化ケイ素前駆体がSiCl4であるとき、2つの異なる物理的化学成長法により、すなわち、反応式SiCl4+2H2O→SiO2+4HClにより前駆体と燃焼生成物(H2O)との間の拡散性加水分解という一次過程と、反応式SiCl4+O2→SiO2+2Cl2により極めて高温度(通常、1000℃以上)にて作用可能な、予混合した酸化という二次過程とによって二酸化ケイ素の合成が実現される。1つの代替的な二酸化ケイ素前駆体は、OMTCS(オクタメチルシクロテトラシロキサン)であり、この場合、予混合状態の酸化は、二酸化ケイ素の合成に関係する唯一の過程である。
当該出願人は、実験試験及び数値シミュレーションによって、前駆体の完全な変態を制限し、その結果、過程は次の効果を生じた、すなわち、SiCl4流れ中へのH2O(又はOMTCS流れ中へのO2)の侵入、及び前駆体の流れ中への熱の侵入及びスートの形成を生じるであろう2つの物理的現象を確認した。熱の侵入が少なくなる結果、特に、粒子の加熱が減少し且つ、熱泳動効果が減少する。
これら2つの現象の存在は、高堆積量が必要とされるとき、特に問題となる。実際には、その出口速度を過度に速めることなく反応剤の流量を増す容易な方法は、反応剤ノズルの断面積(従って、バーナの寸法)を増大することであろうが、かかるバーナにより発生された強力な流れは、上述した現象を妨害し、低効率の過程となるであろう。
従来型式の2つのバーナは、米国特許明細書3,565,346号及び米国特許明細書5,922,100号に記載されている。
米国特許明細書3,565,346号には、蒸発した四塩化ケイ素に対する円形の中央ノズルと、酸素を保持する気体が出るための中央ノズルを取り囲む環状のシース開口部と、可燃性気体を射出する、円筒状の形態にて環状のシースの周りに対称に配置された複数の開口とを有するバーナが記載されている。
米国特許明細書3,565,346号には、蒸発した四塩化ケイ素に対する円形の中央ノズルと、酸素を保持する気体が出るための中央ノズルを取り囲む環状のシース開口部と、可燃性気体を射出する、円筒状の形態にて環状のシースの周りに対称に配置された複数の開口とを有するバーナが記載されている。
米国特許明細書5,922,100号には、OMCTS+O2のための中央の円形のノズルと、N2を射出する中央ノズルを取り囲む環状の開口部と、O2を射出する環状の開口部の周りにおける2つの輪状のオリフィスと、CH4+O2を射出する外側輪状のオリフィスとを有するバーナが記載されている。
これら2つの型式のバーナは、相対的に反応剤の流量が少ないときにのみ優れた性能を提供することができることが分かった。
日本国特許明細書04−228440号には、楕円形又は矩形の形状を有し、円形の形状の前駆体射出ポートを有するバーナに比して堆積量を65%まで向上させることのできる高収率の多炎バーナが提案されている。
日本国特許明細書04−228440号には、楕円形又は矩形の形状を有し、円形の形状の前駆体射出ポートを有するバーナに比して堆積量を65%まで向上させることのできる高収率の多炎バーナが提案されている。
当該出願人は、過程の収率を増大させるため、SiCl4中へのH2O(又は、OMTCS流れ中へのO2)の侵入及び前駆体の流れ中への熱の侵入及びスートの形成という上述した現象を改良することのできるバーナを提供するという課題に取り組んできた。
当該出願人は、「凹型」断面の前駆体の出口ポートを提供することにより、そのガラススートへの変態を許容する前駆体と反応剤との間の接触面が増大し、その結果、上記の現象は改良され且つ、過程の収率は向上することを知った。
本発明の目的上、「凹型の形状」とは、「凸型」でない任意の平面状の幾何学的形状を意図するものであり、ここで、平面状の幾何学的形状は、任意の対のその点を接続する線状セグメントの全てを保持するならば、「凸型」である。このように、例えば、星形は凹型の形状である一方、円及び矩形体は凸型の形状である。
反応剤は、前駆体がSiCl4であるとき、H2Oであり、また、前駆体がOMTCSであるとき、O2であることが好ましい。
このため、本発明は、ガラス前駆体材料を射出する中央ノズルを有し、該中央ノズルが凹型の形状である気相成長法用のバーナに関する。
このため、本発明は、ガラス前駆体材料を射出する中央ノズルを有し、該中央ノズルが凹型の形状である気相成長法用のバーナに関する。
好ましくは、中央ノズルは、軸方向平面の周りにて対称であるものとする。
バーナは、炎反応剤を射出する、上記中央ノズルを取り囲む少なくともクラウンノズルを備えることが好ましい。バーナは、また内側遮蔽気体を射出するため、上記中央ノズルと上記クラウンのノズルとの間に円形のノズルを備えることも好ましい。
バーナは、炎反応剤を射出する、上記中央ノズルを取り囲む少なくともクラウンノズルを備えることが好ましい。バーナは、また内側遮蔽気体を射出するため、上記中央ノズルと上記クラウンのノズルとの間に円形のノズルを備えることも好ましい。
中央ノズルは、最小半径方向寸法の第一の角度部分と、最大半径方向寸法の第二の角度部分とを備えることが望ましい。
少なくともクラウンノズルは、上記第二の角度部分の同一の角度位置における第一の組みのノズルと、上記第一の角度部分の同一の角度位置における第二の組みのノズルとを備えることができる。
少なくともクラウンノズルは、上記第二の角度部分の同一の角度位置における第一の組みのノズルと、上記第一の角度部分の同一の角度位置における第二の組みのノズルとを備えることができる。
更に、バーナは、上記第一の組みのノズルから出る第一の組みのオリフィスと、上記第二の組みのノズルから出る第二の組みのオリフィスとを備え、第一の組みのオリフィスは、上記バーナの中心軸に対し第一の角度にて傾斜し、第二の組みのオリフィスは、上記中心軸に対し第二の角度にて傾斜し、上記第二の角度は上記第一の角度よりも大きいことが好ましい。
好ましくは、バーナは、上記ガラス前駆体材料が通る、上記中央ノズルから出る中央ダクトを有し、また、ガラス前駆体材料を前記中央ノズルの外部境界に向けて押し出す、中央ダクト内に配置された中央部材を備えるものとする。
中央部材は、上記中央ダクトの外壁に実質的に嵌まる少なくとも1つの拡大部分を有することができる。
その第二の面において、本発明は、凹型の断面を有するガラス前駆体材料の流れを射出するステップを備える、化学的気相成長法に関する。
その第二の面において、本発明は、凹型の断面を有するガラス前駆体材料の流れを射出するステップを備える、化学的気相成長法に関する。
望ましくは、該過程は、上記ガラス前駆体材料の流れの周りにて炎を生成するステップと、上記ガラス前駆体材料の流れと上記炎との間にて内側遮蔽気体を射出するステップとを更に備えることができる。
好ましくは、ガラス前駆体材料の流れは中心軸を有し、上記断面は、最小半径方向伸長長さの第二の角度領域と交互に形成された最大半径方伸長長さの第一の角度領域を有しており、炎を生成するステップは、上記第一の角度領域に相応する第一の角度位置にて上記軸に対する第一の方向に沿って、また、上記第二の角度領域に相応する第二の角度位置にて上記軸に対する第二の方向に沿って可燃性気体を射出するステップを備え、上記第二の角度は上記第一の角度よりも大きいものとする。
望ましくは、ガラス前駆体材料の流れは、中心軸の周りの環状領域内でその最高速度を有するようにする。
添付図面に関する以下の説明にて更に詳細に説明する。
添付図面に関する以下の説明にて更に詳細に説明する。
図1には、OVD過程に特に適した本発明に従ったバーナ1の面が示されている。バーナ1は、ガラス前駆体材料の流れ(以下に、簡単に「前駆体」と称する)を射出し得るようにされており、また、上記流れを均一に加熱し、これにより前駆体を反応させる炎を発生させ得るようにされている。その結果、微細なスートガラス粒子の流れが形成される。スート粒子は、当該技術分野にて周知であるように、回転するロッドに堆積させ、ガラスプリフォームを形成することができる。
バーナ1は、その前面に、中央ノズル10と、該中央ノズル10を取り囲む環状ノズル20と、円形のノズル20を取り囲む4つの同心状のクラウンノズル31、32、41、42とを有している。バーナ1の中心軸は参照番号5で表示されている。
バーナ1は、例えば、次の気体を射出することができる。
中央ノズル10:SiCl4+O2(前駆体);
円形ノズル20:O2(内側遮蔽気体);
内側対のクラウンのノズル31、32:CH4+O2(炎);
外側対のクラウンのノズル41、42:O2(外側遮蔽気体);
本発明に従い、中央ノズル10は、例えば、図1に示したもののような「凹型」形状(上記に規定したような)を有している。
中央ノズル10:SiCl4+O2(前駆体);
円形ノズル20:O2(内側遮蔽気体);
内側対のクラウンのノズル31、32:CH4+O2(炎);
外側対のクラウンのノズル41、42:O2(外側遮蔽気体);
本発明に従い、中央ノズル10は、例えば、図1に示したもののような「凹型」形状(上記に規定したような)を有している。
図2を参照すると、中央ノズル10は、円形の中央領域10aと、該中央領域10aから伸びる複数の半径方向領域10bとを有することが好ましい。半径方向領域10bは、均一に隔てられ且つ、偶数又は奇数とすることができる(当該場合、8つ)。中央ノズル10は、軸方向面に対して、すなわち5つ点星形の形状におけるように軸5を保持する面(図1の面III−IIIのような)及び6点星形の形状におけるように軸5に対し対称であることが好ましい。
本明細書に示した特定の実施の形態において、半径方向領域10bの各々は、軸5に向けて収斂する2つの側壁(特に、それぞれの半径方向平面に位置する側壁)と、環状ノズル20の内部境界近くにて他方の外側半径方向領域の端部壁と同一の外周上に位置する一端壁とにより境界付けされている。
図2の特定の形状は、前駆体の流れの外側周縁を同一の断面積を有するが、円形の形状であるノズルに比して160%以上増大させることを許容する。その結果、炎に露呈される前駆体の流れの面積は増大し、レイノルズ数(以下に定義)及び流れの乱れは減少する。
半径方向領域は、図2に示したものと異なる形状とし、例えば、星形の形状のような三角形とすることができる。
バーナ1は、以下に説明するように、中央ノズル10内の気体の分布状態を調節する機能を果たす中央ピン70を備えることも望ましい。
バーナ1は、以下に説明するように、中央ノズル10内の気体の分布状態を調節する機能を果たす中央ピン70を備えることも望ましい。
図3及び図4を参照すると、バーナ1は、後方ブロック2と、前面ブロック3と、後方ブロック2及び前面ブロック3の間に形成されたマニホルド板(又は、中間ブロック)4とを備えることが好ましい。これら3つの片は、金属製であり(例えば、アルミニウム)、また、例えば、ボルト(図示せず)により互いに解放可能に連結されるものとする。後方ブロック2は、必要な気体を受け入れるため反応剤供給システム(図示せず)に接続された気体受け入れブロックである。前面ブロック3は、気体の射出ブロックを画成し、また、上述した複数の出口ノズルを有している。
好ましくは、ブロック2、3、4は、実質的に円形の断面を有し、また、軸5に対し実質的に同軸状であるものとする。更に、ブロック2、3、4は、金属、より好ましくは、より容易に機械加工することができるアルミニウムで出来ていることが好ましい。しかし、代替的に、ステンレス鋼(例えば、303ステンレス鋼)のような機械加工に適したその他の金属を使用してもよい。
ブロックの各々に対し、後方部分及び前面部分は、後方ブロック及び前面ブロックの上記の定義に正確に従って識別する。
バーナ1は、後方ブロック2から前面ブロック3のノズルまで伸びる複数の気体通路を内部に画成する。特に、バーナ1は、それぞれの気体の流れを運ぶのに適した4つの通路100ないし400を有している。後方ブロック2及びマニホルド板4内にて、第一の通路100は、軸5に対し同軸状の直線状で且つ円筒状の中央ダクトである一方、前面ブロック3内にて、該通路はノズル10と同一の断面形状とされたダクト101により画成される。ダクト101は、中央壁102の内面により境界付けられ、該中央壁の外面は内部に通路201を境界付ける。壁102の内面は、上記特定の断面を示し得るように溝付きとされている。
バーナ1は、後方ブロック2から前面ブロック3のノズルまで伸びる複数の気体通路を内部に画成する。特に、バーナ1は、それぞれの気体の流れを運ぶのに適した4つの通路100ないし400を有している。後方ブロック2及びマニホルド板4内にて、第一の通路100は、軸5に対し同軸状の直線状で且つ円筒状の中央ダクトである一方、前面ブロック3内にて、該通路はノズル10と同一の断面形状とされたダクト101により画成される。ダクト101は、中央壁102の内面により境界付けられ、該中央壁の外面は内部に通路201を境界付ける。壁102の内面は、上記特定の断面を示し得るように溝付きとされている。
図3及び図4において、通路100、200の第一の部分のみが示され、通路300、400の第一の部分は、図1の面III−IIIが横断しないが、通路200と同様の角度位置にある。
通路100ないし400の入口穴は、拡大されて且つ、反応剤供給システムの管接続部を後方ブロック2に連結することを許容するようねじ付きとされている。
後方ブロック2は、バーナ取り付けブロック(図示せず)と連結し得るようその基部に半径方向フランジ500を有する実質的に円筒状の形状の一体的に形成された本体であることが好ましい。この目的のため、半径方向フランジ500は、連結ボルト(図示せず)が通り得るよう非ねじ付き穴510を有している。
後方ブロック2は、バーナ取り付けブロック(図示せず)と連結し得るようその基部に半径方向フランジ500を有する実質的に円筒状の形状の一体的に形成された本体であることが好ましい。この目的のため、半径方向フランジ500は、連結ボルト(図示せず)が通り得るよう非ねじ付き穴510を有している。
マニホルド板4は、後方ブロック2の外径と同一の外径を有する皿状本体であり、気体の圧力を安定化させ且つ、前面ブロック102にて均一な気体の流れを提供する機能を果たすことが好ましい。この目的のため、通路100ないし400は、マニホルド板4内にて最小である所定の寸法を有し、その内部を流れる気体の圧力を調節し得るようにする。マニホルド4内にて、通路200ないし400は、軸5に対し同軸状のそれぞれのクラウンオリフィスにより画成される。
後方ブロック2及びマニホルド板4の双方は、そのそれぞれの前面に、バーナ1の異なる通路内で又はバーナ1の外部に向け気体が漏洩するのを防止するために使用されるそれぞれのОリングを使用するのに適した環状溝6を備えることができる。
好ましくは、前面ブロック3は、截頭円錐形の形状をしており、また、その基部に、マニホルド板4及び後方ブロック2と実質的に同一の外径を有する円形フランジ710を有するものとする。
バーナ1には、前面ブロックの円形フランジ710、マニホルド板4の外側部分及び後方ブロック2の前側及び外側部分(ねじ付きである)を通って伸びる穴7が設けられ、3つの片をボルトにより連結することを許容する。
前面ブロック3内のその第一の部分において、通路200、300、400は、軸5に向けて収斂する環状ダクトである。次に、通路200は中央通路100の周りの円形ダクト201として連続し且つ、円形ノズル20にて終わる一方、通路300、400の各々は、2つのクラウンオリフィス301、302、401、402内にて分割され、これらのオリフィスは、第一の対のクラウンノズル31、32及び第二の対のクラウンノズル41、42にてそれぞれ終わっている。
好ましくは、内側クラウンオリフィス、すなわち参照番号301にて表示し且つ、ノズル31にて終わるオリフィスの数は、中央ノズル10の半径方向領域10bの数の2倍であるものとする。更に、オリフィス301は、角度を付けて配置されており、このため、図2に示すように、参照番号31aで示したノズル31の半分は、半径方向領域10bと整合され、参照番号31bで示したノズル31の残り半分は、2つの半径方向領域10bの間に介在されている。
望ましくは、オリフィス301の勾配は、半径方向領域10bに対する相応するノズルの位置に依存するものとする。特に、ノズル31bにて終わるこれらのオリフィス301は、ノズル31aにて終わるオリフィス301よりも中心軸5に対し大きい勾配を有し、前駆体気体の流れ中への炎気体(CH4+O2のような)のより強力な侵入力を有するようにする。軸5に対しオリフィス301により形成された角度は、中央ノズル10の形状に従って選ぶことになる。このため、ノズル31aにて終わる第一の組みのオリフィス301は、軸5に対し第一の角度を形成する方向に沿って伸び、また、ノズル31bにて終わる第二の組みのオリフィス301は、軸5に対し第二の角度を形成する方向に沿って伸びている。第一の角度は、13°ないし19°の範囲にあることが好ましく、また、第二の角度は、17°ないし23°の範囲にあることが好ましい。
図4に示すように、中央ピン70は、中央ノズル10の中央領域10aと実質的に同一の直径を有する、2つの拡大部分70a、70bを有する直線ロッド状部材である。拡大部分70a、70bは、中央領域10aの外壁に実質的に嵌まり、また、その機能は、ピン70を中央位置に維持することである。拡大部分は、また前駆体を付勢して半径方向領域10a内に流れるようにすることにも寄与する。
ピン70には、その後端に、その組織間隙間内にて気体が通るのを許容し得るような形状とされた複数の半径方向伸長部70cも設けられている。例えば、ピン70の後端は、凹型側部を有する三角形を形成する3つの伸長体を備えることができる。ピン70の後端は、バーナが組み立てられたとき、マニホルド板4の端縁410に対し配置される。中央ピン70は、前駆体を付勢して中央ノズル10の外側部分に正確に分配し、これによりH2O、O2又はその他の反応剤が侵入すべき前駆体の流れの乱れ及び厚さを減少させるような勾配を有している。図5a、図5bには、それぞれ、ピン70が存在し且つ存在しない場合のバーナ出口における前駆体の流れの速度プロフィールがそれぞれ示してある。ピン70が存在するとき、流れは環状であり且つ、速度はより高速度であることが理解できる。
中央ノズル10が凹型の形状であることは、従来の凸型の形状に比し、炎気体に露呈される前駆体の流れ表面を増大させることになる。その結果、堆積量を向上させる一連の効果が得られる。
第一の効果は、その合成を担当する反応剤(H2O、O2等)の前駆体の流れ中のより優れた拡散状態を通じてガラススート粒子に変態される前駆体の量を増大させることである。
第二の効果は、炎により発生された熱による前駆体流れ中への侵入を増大させることである。前駆体の反応領域内の温度が上昇することは、幾つかの有利な点を提供する。第一に、反応速度定数は温度上昇に伴なって増大するから、二酸化ケイ素の合成反応の運動はより迅速である。更に、スート粒子のより高温度が実現され、その結果、改良された粒子の流動性に起因してより高凝縮性、及び粒子流れとプリフォームとの間の温度勾配に起因して改良された熱泳動効果が得られる。このように、より高堆積量が実現される。
第三の効果は、高反応効率のため、炎気体及びガラス前駆体の双方の消費量が少ない点である。
中央ノズル10の特別な形状は、流れの乱れが減少するという更なる有利な効果を提供する。流れの乱れが過度に大きいならば、プリフォームの表面に付着し且つ、「境界層」として知られた層状動作によりその上を流れる気体層は、プリフォームから早期に分離し、その結果、スート粒子流れとプリフォーム自体との間の接触面が減少することになる。これにより、勿論、過程の効率が低下し、このため、流れの乱れを制御することが極めて重要である。
中央ノズル10の特別な形状は、流れの乱れが減少するという更なる有利な効果を提供する。流れの乱れが過度に大きいならば、プリフォームの表面に付着し且つ、「境界層」として知られた層状動作によりその上を流れる気体層は、プリフォームから早期に分離し、その結果、スート粒子流れとプリフォーム自体との間の接触面が減少することになる。これにより、勿論、過程の効率が低下し、このため、流れの乱れを制御することが極めて重要である。
前駆体の流れの乱れは次式で定義された、レイノルズ数に関係する。
Re=ρ・ν・DH/μ
ここでρは流体の密度、νは流体の速度、DHは4として規定された液圧直径(流れの断面積/流れの断面積の周縁)、μは流体の粘度である。
Re=ρ・ν・DH/μ
ここでρは流体の密度、νは流体の速度、DHは4として規定された液圧直径(流れの断面積/流れの断面積の周縁)、μは流体の粘度である。
中央ノズル10の凹型の形状は、面積/周縁の比の値を小さくし、従って、値の小さいレイノルズ数を提供する。バーナ1は、円形の中央ノズルを有する同様のバーナのものよりも約66%小さいレイノルズ数を有することが確認できる。
レイノルズ数の値が小さい結果、高堆積効率となり、それは、流れの乱れが少なく、プリフォームの周りの炎の境界層が幅の広い拡張長さを有するからである。
当該技術分野の当業者には、本発明の範囲又は精神から逸脱せずに、本発明の開示された実施の形態に対し色々な形態変更及び変更例を為すことが可能であることは明らかであろう。
当該技術分野の当業者には、本発明の範囲又は精神から逸脱せずに、本発明の開示された実施の形態に対し色々な形態変更及び変更例を為すことが可能であることは明らかであろう。
例えば、第二、第三及び第四の通路200、300、400の幾何学的形態は基本的でなく、また、バーナ1は、通路の異なる幾何学的形態及び中央通路100の周りにおける数にて形成することができることを理解することができる。
実施例
当該出願人は、円形の中央ノズルを有する同様のバーナのものと、この発明に従ったバーナ、特に、図1ないし図4に示したバーナの性能とを比較した。
当該出願人は、円形の中央ノズルを有する同様のバーナのものと、この発明に従ったバーナ、特に、図1ないし図4に示したバーナの性能とを比較した。
表I及び表IIには、INV.BURNER(本発明のバーナ)及びCOMP.BURNER(比較用バーナ)として表示した2つのバーナの特徴が記載されている。次の符号を使用する:
φI=内径
φO=外径
φorif=オリフィスの直径
NIC=内側クラウンオリフィスの数
NOC=外側クラウンオリフィスの数
α:軸5に対するオリフィスの勾配;αIN:内側クラウンオリフィスの勾配;αOUT:外側クラウンオリフィスの勾配;
A10:ノズル10の断面;A70:ピン70の断面
φI=内径
φO=外径
φorif=オリフィスの直径
NIC=内側クラウンオリフィスの数
NOC=外側クラウンオリフィスの数
α:軸5に対するオリフィスの勾配;αIN:内側クラウンオリフィスの勾配;αOUT:外側クラウンオリフィスの勾配;
A10:ノズル10の断面;A70:ピン70の断面
バーナに供給した気体の流量は表IIIに掲げてある。
表III
前駆体 内側遮蔽体 炎 外側遮蔽体
SiCl4 O2 O2 CH4 O2 O2
(g/分)(slpm)(slpm)(slpm)(slpm)(slpm)
COMP 45 6.5 2.0 28.0 28.0 10.0
INV 45 6.5 2.2 28.0 28.0 10.0
実験結果は表IVに記載されている。
表III
前駆体 内側遮蔽体 炎 外側遮蔽体
SiCl4 O2 O2 CH4 O2 O2
(g/分)(slpm)(slpm)(slpm)(slpm)(slpm)
COMP 45 6.5 2.0 28.0 28.0 10.0
INV 45 6.5 2.2 28.0 28.0 10.0
実験結果は表IVに記載されている。
表IV
堆積量 効率 密度
(g/分) (%) (g/cc)
COMP 7.6 48 0.52
INV 8.1 51 0.55
堆積量及び効率は次の関係に従って計算したものである。
堆積量 効率 密度
(g/分) (%) (g/cc)
COMP 7.6 48 0.52
INV 8.1 51 0.55
堆積量及び効率は次の関係に従って計算したものである。
堆積量=スート重量/過程時間
効率%=(スート重量/(過程時間・Q前駆体・ν・(PMOX/PM前駆体)))×100
ここで、
Q前駆体=前駆体(SiCl4、OMTCS等)の流量(g/分)
PM前駆体=前駆体の分子量
PMOX=生成された酸化物(SiO2、GeO2等)の分子量
ν=酸化物と前駆体の化学量論係数の比
堆積させたスートがより高密度であることは、プリフォームに堆積させたSiO2粒子がより高温度であることに起因する。堆積量及び過程の効率の双方は、本発明のバーナを使用することで改良されることが理解できる。
効率%=(スート重量/(過程時間・Q前駆体・ν・(PMOX/PM前駆体)))×100
ここで、
Q前駆体=前駆体(SiCl4、OMTCS等)の流量(g/分)
PM前駆体=前駆体の分子量
PMOX=生成された酸化物(SiO2、GeO2等)の分子量
ν=酸化物と前駆体の化学量論係数の比
堆積させたスートがより高密度であることは、プリフォームに堆積させたSiO2粒子がより高温度であることに起因する。堆積量及び過程の効率の双方は、本発明のバーナを使用することで改良されることが理解できる。
Claims (13)
- ガラス前駆体材料を射出する中央ノズル(10)を有する、気相成長法又は蒸着法(vapour deposition process)用バーナ(1)において、
前記中央ノズル(10)は凹型の形状であることを特徴とする、気相成長法用バーナ。 - 請求項1に記載のバーナにおいて、
前記中央ノズル(10)は、軸方向面の周りにて対称であることを特徴とする、バーナ。 - 請求項1に記載のバーナにおいて、
炎反応剤を射出する前記中央ノズル(10)を取り囲む少なくとも1つのクラウンノズル(31、32)を更に備えることを特徴とする、バーナ。 - 請求項1に記載のバーナにおいて、
内側遮蔽気体を射出し得るよう前記中央ノズル(10)と前記クラウンノズル(31、32)との間の円形のノズル(20)を更に備えることを特徴とする、バーナ。 - 請求項4に記載のバーナにおいて、
前記中央ノズル(10)は、最小半径方向寸法の第一の角度部分(10a)と、最大半径方向寸法の第二の角度部分(10b)とを有することを特徴とする、バーナ。 - 請求項5に記載のバーナにおいて、
前記少なくとも1つのクラウンのノズル(31)は、前記第二の角度部分(10b)の同一の角度位置における第一の組みのノズル(31a)と、前記第一の角度部分(10a)の同一の角度位置における第二の組みのノズル(31b)とを備えることを特徴とする、バーナ。 - 請求項6に記載のバーナにおいて、
前記第一の組みノズル(31a)から出る第一の組みのオリフィスと、前記第二の組みのノズル(31b)から出る第二の組みのオリフィスとを更に備え、
第一の組みのオリフィスは、前記バーナの中心軸(5)に対し第一の角度にて傾斜し、第二の組みのオリフィスは、前記中心軸に対し第二の角度にて傾斜し、前記第二の角度は前記第一の角度よりも大きいことを特徴とする、バーナ。 - 請求項1に記載のバーナにおいて、
前記ガラス前駆体材料が通る、前記中央ノズル(10)から出る中央ダクト(101)を有し、
ガラス前駆体材料を前記中央ノズル(10)の外側境界に向けて付勢すべく中央ダクト(101)内に配置された中央部材(70)を備えることを特徴とする、バーナ。 - 請求項8に記載のバーナにおいて、
中央部材(70)は、前記中央ダクト(101)の外壁(102)に実質的に嵌まる少なくとも1つの拡大部分を有することを特徴とする、バーナ。 - 凹型の断面を有するガラス前駆体材料の流れを射出するステップを備える、化学的気相成長法。
- 請求項10に記載の方法において、
前記ガラス前駆体材料の流れの周りに炎を生成するステップと、
内側遮蔽気体を前記ガラス前駆体材料の流れと前記炎との間に射出するステップとを更に備えることを特徴とする、方法。 - 請求項10に記載の方法において、
前記ガラス前駆体材料の流れは、中心軸を有し、
前記断面は、最小半径方向伸長長さの第二の角度領域に対し交互に形成された最大半径方向伸長長さの第一の角度領域を有し、
炎を発生させるステップは、前記第一の角度領域に相応する第一の角度位置にて前記軸に対する第一の方向に沿い且つ、前記第二の角度領域に相応する第二の角度位置にて前記軸に対する第二の方向に沿って可燃性気体を射出するステップを備え、前記第二の角度は前記第一の角度よりも大きいことを特徴とする、方法。 - 請求項10に記載の方法において、
前記ガラス前駆体材料の流れは、前記流れの中心軸の周りにおける領域内で最大となる速度にて射出されることを特徴とする、方法。
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