JP2010064934A - 合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置 - Google Patents
合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】合成速度を大きくしても高い収率を得ることのできる合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置を提供する。
【解決手段】原料ガスを供給するソースノズル3Aと、前記ソースノズル3Aを中心部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズル3Bと、前記可燃性ガスノズル3B内に前記ソースガスノズルを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズル3Cとを有し、前記原料ガスの流速は15〜50m/secの範囲で設定され、前記可燃性ガスの流速は7〜30m/secの範囲で設定され、前記支燃性ガスの流速は1〜10m/secの範囲で設定され、且つ、前記原料ガスの流速は前記支燃性ガスの流速より速く、前記支燃性ガスの流速は前記可燃性ガスの流速より速い設定となされる。
【選択図】図3
【解決手段】原料ガスを供給するソースノズル3Aと、前記ソースノズル3Aを中心部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズル3Bと、前記可燃性ガスノズル3B内に前記ソースガスノズルを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズル3Cとを有し、前記原料ガスの流速は15〜50m/secの範囲で設定され、前記可燃性ガスの流速は7〜30m/secの範囲で設定され、前記支燃性ガスの流速は1〜10m/secの範囲で設定され、且つ、前記原料ガスの流速は前記支燃性ガスの流速より速く、前記支燃性ガスの流速は前記可燃性ガスの流速より速い設定となされる。
【選択図】図3
Description
本発明は合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置に関する。
現在、紫外線透過材料として250nm以下の波長の光透過性がよく、不純物含有量の極めて少ない合成シリカガラスが用いられている。
この合成シリカガラスは、一般的には紫外線(400nm以下)領域の波長を吸収してしまう原因となりうる金属不純物の混入を避ける目的で、高純度のケイ素化合物、例えば四塩化ケイ素(SiCl4)などを原料として製造されている。
この合成シリカガラスは、一般的には紫外線(400nm以下)領域の波長を吸収してしまう原因となりうる金属不純物の混入を避ける目的で、高純度のケイ素化合物、例えば四塩化ケイ素(SiCl4)などを原料として製造されている。
具体的には、図5の模式図に示すように、耐火物で組まれた炉体50の上部にバーナ51が設けられ、このバーナ51から下方に向けて原料ガス(例えばSiCl4+O2)、水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)が供給される。
バーナ51のノズル口付近では、水素(H2)と酸素(O2)との燃焼反応が発生し(図5のS1)、高温の水蒸気(H2O)が発生する(図5のS2)。
バーナ51のノズル口付近では、水素(H2)と酸素(O2)との燃焼反応が発生し(図5のS1)、高温の水蒸気(H2O)が発生する(図5のS2)。
そして、その水蒸気(H2O)と原料ガス(SiCl4+O2)とが加水分解反応(図5のS3)することによりシリカ微粒子(SiO2)が生成される(図5のS4)。
生成されたシリカ微粒子は、バーナ51から噴出されるガスの流れにのり、鉛直軸周りに回転するインゴット60(ターゲット52)上に堆積・溶融ガラス化され、透明なガラスとして製造される。
生成されたシリカ微粒子は、バーナ51から噴出されるガスの流れにのり、鉛直軸周りに回転するインゴット60(ターゲット52)上に堆積・溶融ガラス化され、透明なガラスとして製造される。
ところで、従来から、合成シリカガラスの製造においては、高透過性及び高均質性といった品質面での課題が重要視される一方、反応効率をよくすることによってインゴットの収率を向上させることも大きな課題となっている。
特許文献1には、火炎の反応効率の低下を防止することのできる図6に示すようなバーナノズルが開示されている。
特許文献1には、火炎の反応効率の低下を防止することのできる図6に示すようなバーナノズルが開示されている。
図6において、同心円状にノズル71、72、73が設けられ、ノズル71とノズル72との間に複数個のノズル74が配設されている。
ノズル71内からは原料(例えばSiCl4ガス)と酸素ガスとを混合させた原料ガスを供給し、ノズル71とノズル72との間からは水素ガス、ノズル72とノズル73との間からは酸素ガスをそれぞれ供給するようになされている。さらに小径のノズル74からは酸素ガスを供給するように構成されている。ここで、供給する原料ガスと水素ガスとの間隔、及び酸素ガスと水素ガスとの間隔がそれぞれ1mm以下となるように各ノズルが配設されている。
ノズル71内からは原料(例えばSiCl4ガス)と酸素ガスとを混合させた原料ガスを供給し、ノズル71とノズル72との間からは水素ガス、ノズル72とノズル73との間からは酸素ガスをそれぞれ供給するようになされている。さらに小径のノズル74からは酸素ガスを供給するように構成されている。ここで、供給する原料ガスと水素ガスとの間隔、及び酸素ガスと水素ガスとの間隔がそれぞれ1mm以下となるように各ノズルが配設されている。
そして、原料ガス、及び酸素ガスのノズル出口71,73,74における平均流速を20m/sec以上、50m/sec以下とし、水素ガスのノズル出口72における平均流速を5m/sec以上、10m/sec以下とする制御がなされる。
このようなバーナノズルによれば、酸水素の燃焼や原料ガスの加水分解反応が促進されて反応効率がよくなり、ガラス微粒子の合成速度を大きくすることができる。
特開平6−247722号公報
このようなバーナノズルによれば、酸水素の燃焼や原料ガスの加水分解反応が促進されて反応効率がよくなり、ガラス微粒子の合成速度を大きくすることができる。
インゴットの収率向上には、前記特許文献1のバーナノズルのようにガラス微粒子の合成速度を大きくする(反応効率を良くする)ことが必要である。
しかしながら、特許文献1に開示のバーナノズルによるガス供給のように、単に合成速度を大きくすることに着目すると、原料ガスと生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散が大きくなる虞があり、インゴット(ターゲット)へのシリカガラス微粒子の捕捉率が低下し、収率が低下するという課題があった。
しかしながら、特許文献1に開示のバーナノズルによるガス供給のように、単に合成速度を大きくすることに着目すると、原料ガスと生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散が大きくなる虞があり、インゴット(ターゲット)へのシリカガラス微粒子の捕捉率が低下し、収率が低下するという課題があった。
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、合成速度を大きくしても高い収率を得ることのできる合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナは、インゴット形成用のターゲットに対向して設けられた合成シリカガラス製造用バーナであって、原料ガスを供給するソースノズルと、前記ソースノズルを中心部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズルと、前記可燃性ガスノズル内部に前記ソースノズルを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズルとを有し、前記原料ガスの流速は15〜50m/secの範囲で設定され、前記可燃性ガスの流速は7〜30m/secの範囲で設定され、前記支燃性ガスの流速は1〜10m/secの範囲で設定され、且つ、前記原料ガスの流速は前記支燃性ガスの流速より速く、前記支燃性ガスの流速は前記可燃性ガスの流速より速い設定となされることに特徴を有する。
また、前記複数の支燃性ガスノズルは、前記ソースノズルの周りに少なくとも二重に形成された該ソースノズルの仮想同心円上に、所定間隔を空けて配置されていることが望ましい。
このようなバーナノズルを用いることにより、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散が抑制され、ターゲットへのシリカガラス微粒子の捕捉率を向上することができ、高収率且つ速い合成速度でインゴットを製造することができる。
また、前記複数の支燃性ガスノズルは、前記ソースノズルの周りに少なくとも二重に形成された該ソースノズルの仮想同心円上に、所定間隔を空けて配置されていることが望ましい。
このようなバーナノズルを用いることにより、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散が抑制され、ターゲットへのシリカガラス微粒子の捕捉率を向上することができ、高収率且つ速い合成速度でインゴットを製造することができる。
また、前記可燃性ガスノズルは、該可燃性ガスノズル内に設けられた、より小径の複数のサブノズルを備え、前記サブノズルから可燃性ガスを供給することが望ましい。
このように構成することにより、大口径のインゴットの製造に適用するためバーナを大型としても、可燃性ガスノズルの径面積の増大による水素ガスの流速低下を防止することができ、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散を十分に抑制することができる。
したがって、大口径のインゴットを製造する場合においても、ターゲットへの合成シリカガラス微粒子の捕捉率を向上することができ、高収率且つ速い合成速度でインゴットを合成することができる。
このように構成することにより、大口径のインゴットの製造に適用するためバーナを大型としても、可燃性ガスノズルの径面積の増大による水素ガスの流速低下を防止することができ、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散を十分に抑制することができる。
したがって、大口径のインゴットを製造する場合においても、ターゲットへの合成シリカガラス微粒子の捕捉率を向上することができ、高収率且つ速い合成速度でインゴットを合成することができる。
また、前記複数の支燃性ガスノズルは、前記第一の可燃性ガスノズル内において、前記第二の可燃性ガスノズル内部と、前記第二の可燃性ガスノズルの周囲とに設けられ、前記第二の可燃性ガスノズルの周囲に設けられた前記支燃性ガスノズルから供給する支燃性ガスの流速は、前記第二の可燃性ガスノズル内部に設けられた支燃性ガスノズルから供給する支燃性ガスの流速以下となされることが望ましい。
また、前記複数の支燃性ガスノズルは、前記第一の可燃性ガスノズルと前記第二の可燃性ガスノズルとの間、及び前記第二の可燃性ガスノズル内に設けられ、前記第一の可燃性ガスノズルと前記第二の可燃性ガスノズルとの間に設けられた前記支燃性ガスノズルから供給する支燃性ガスの流速は、前記第二の可燃性ガスノズル内に設けられた支燃性ガスノズルから供給する支燃性ガスの流速以下となされることが望ましい。
このような流速制御により、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカ微粒子との対流及び拡散をより抑制することができる。
また、前記複数の支燃性ガスノズルは、前記第一の可燃性ガスノズルと前記第二の可燃性ガスノズルとの間、及び前記第二の可燃性ガスノズル内に設けられ、前記第一の可燃性ガスノズルと前記第二の可燃性ガスノズルとの間に設けられた前記支燃性ガスノズルから供給する支燃性ガスの流速は、前記第二の可燃性ガスノズル内に設けられた支燃性ガスノズルから供給する支燃性ガスの流速以下となされることが望ましい。
このような流速制御により、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカ微粒子との対流及び拡散をより抑制することができる。
また、前記目的を達成するため、本発明に係る合成シリカガラス製造装置は、前記合成シリカガラス製造用バーナと、前記合成シリカガラス製造用バーナに対向して回転可能に設置されたインゴット形成用のターゲットとを少なくとも備えることに特徴を有する。
本発明によれば、合成速度を大きくしても高い収率を得ることのできる合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置を提供することができる。
本発明の合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置について、図に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナを用いた合成シリカガラス製造装置の断面図、図2は、その合成シリカガラス製造用バーナの第一の実施形態を示すノズル口の平面図である。
図1は、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナを用いた合成シリカガラス製造装置の断面図、図2は、その合成シリカガラス製造用バーナの第一の実施形態を示すノズル口の平面図である。
図1に示すように、本発明の合成シリカガラス製造装置1は、下部が大気に常時開放されている炉体2を備えている。この炉体2は耐火物からなり、その頂部にシリカガラス製造用のバーナ3が設置されている。尚、前記炉体2の水平断面は円形に形成されている。
また、前記炉体2の内部には、前記バーナ3に対向して設けられ、回転可能に設置されたインゴット形成用のターゲット4と、前記ターゲット4を回転及び昇降するインゴット昇降軸5が設けられている。
更に、炉体2の下部には、ターゲット4に堆積されなかったシリカ微粒子を排気する排気口6が設けられている。また、前記排気口6には排気管7が接続され、この排気管7に排気ファン8が設けられている。
更に、炉体2の下部には、ターゲット4に堆積されなかったシリカ微粒子を排気する排気口6が設けられている。また、前記排気口6には排気管7が接続され、この排気管7に排気ファン8が設けられている。
本発明は、バーナ3のノズル構造に特徴を有する。図2に示すように、このバーナ3は、原料とする四塩化ケイ素(SiCl4)と酸素(O2)との混合ガスである原料ガスを供給する円筒管3aからなるソースノズル3Aと、このソースノズル3Aを中心部に収容し、可燃性ガスである水素(H2)ガスを供給するノズル3B(可燃性ガスノズル)とを有する。尚、前記ノズル3Bは、前記円筒管3aと円筒管3bとの間の空間から水素ガスを噴出するノズルとして機能する。
さらに、ノズル3Bの内部には、ソースノズル3Aを囲うように、複数(図では12本)の円筒管3dからなるノズル3C(支燃性ガスノズル)が設けられ、これらのノズル3Cから支燃性ガスである酸素(O2)ガスが供給される。前記複数のノズル3Cは、前記ソースノズル3Aの周りに二重に形成された仮想同心円C1,C2(破線で示される)上に所定の間隔を空けて配置されている。また、各ノズル3Cの焦点は、バーナ3の中心軸の延長上にあるターゲット4(インゴット10形成中は溶融シリカ付着面10a)に合うように制御される。ソースノズル3Aから供給される原料ガスは、ノズル3Cから供給される酸素ガスをキャリアとしてターゲット4に向けて運ばれるようになされている。
尚、ノズル3Cが配置される前記仮想同心円(C1、C2、・・・)は少なくとも二重に形成された円である。
尚、ノズル3Cが配置される前記仮想同心円(C1、C2、・・・)は少なくとも二重に形成された円である。
このようなノズル配置のバーナ3を備える合成シリカガラス製造装置1においては、次のように合成シリカガラスの製造が行われる。
先ず、高純度のケイ素化合物、例えば四塩化ケイ素(SiCl4)と酸素ガスとを混合させた原料ガスを、開口するバーナ3を用いて酸水素炎中に導入する。
ここで、ソースノズル3Aから供給される原料ガスの流速は、20〜50m/secの範囲で所定値に設定され、各ノズル3Cから供給される酸素ガスの流速は、7〜30m/secの範囲で所定値に設定される。また、ノズル3Bから供給される水素ガスの流速は、1〜10m/secの範囲で所定値に設定される。
さらに、原料ガスの流速は酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるよう設定される。
このような制御を行うことにより、合成速度が大きくても、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散が抑制される。
先ず、高純度のケイ素化合物、例えば四塩化ケイ素(SiCl4)と酸素ガスとを混合させた原料ガスを、開口するバーナ3を用いて酸水素炎中に導入する。
ここで、ソースノズル3Aから供給される原料ガスの流速は、20〜50m/secの範囲で所定値に設定され、各ノズル3Cから供給される酸素ガスの流速は、7〜30m/secの範囲で所定値に設定される。また、ノズル3Bから供給される水素ガスの流速は、1〜10m/secの範囲で所定値に設定される。
さらに、原料ガスの流速は酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるよう設定される。
このような制御を行うことにより、合成速度が大きくても、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散が抑制される。
そして、生成されたシリカガラス微粒子を、直接回転するターゲット4上に堆積・溶融ガラス化させ、堆積速度に合わせてバーナ3からインゴット10の溶融シリカ付着面10aまでの距離を一定に保つように引き下げながら合成シリカガラスの製造を行う。
また、炉内空気はインゴット10の周囲に沿って上方から下方に流れ、排気口6から炉体2外に排気される。
また、炉内空気はインゴット10の周囲に沿って上方から下方に流れ、排気口6から炉体2外に排気される。
このように本発明に係る実施の形態によれば、バーナ3のソースノズル3Aから供給される原料ガスの流速と、各ノズル3Cから供給される酸素ガスの流速と、ノズル3Bから供給される水素ガスの流速との設定において、原料ガスの流速が酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速が水素ガスの流速より速くなるよう制御がなされる。これにより、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散が抑制され、ターゲットへの合成シリカガラス微粒子の捕捉率が向上し、高収率且つ速い合成速度でインゴットを製造することができる。
続いて本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナの第二の実施形態について説明する。尚、この第二の実施の形態にあっては、そのバーナ構造の一部を除き、前記した第一の実施形態と同じ構成を適用できるため、同じ構成部分には同じ符号を用いると共に、その詳細な説明については省略する。
図3は、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナの第二の実施形態を示すノズル口の平面図である。
図3に示すバーナ13は、第一の実施の形態で説明したバーナ3に代えて用いることができる。図示するように、バーナ3における仮想同心円C1と仮想同心円C2との間には、円筒管3bと同心円状に形成された円筒管3dが設けられ、この円筒管3dは、水素ガスを供給するノズル3Dとして機能する。
即ち、この第二の実施の形態において、可燃性ガスである水素ガスを供給する可燃性ガスノズルは、第一の可燃性ガスノズルとしてのノズル3Bと第二の可燃性ガスノズルとしてのノズル3Dからなる。
図3に示すバーナ13は、第一の実施の形態で説明したバーナ3に代えて用いることができる。図示するように、バーナ3における仮想同心円C1と仮想同心円C2との間には、円筒管3bと同心円状に形成された円筒管3dが設けられ、この円筒管3dは、水素ガスを供給するノズル3Dとして機能する。
即ち、この第二の実施の形態において、可燃性ガスである水素ガスを供給する可燃性ガスノズルは、第一の可燃性ガスノズルとしてのノズル3Bと第二の可燃性ガスノズルとしてのノズル3Dからなる。
そして、前記した第一の実施の形態と同様に、ソースノズル3Aから供給される原料ガスの流速は、20〜50m/secの範囲で所定値に設定され、各ノズル3Cから供給される酸素ガスの流速は、7〜30m/secの範囲で所定値に設定される。また、ノズル3Bから(即ち、円筒管3bと円筒管3dとの間の空間から)供給される水素ガスの流速は、1〜10m/secの範囲で所定値に設定される。尚、このノズル3Bから供給する水素ガスの流速は、ノズル3B内に収容されたノズル3Dから供給する水素ガスの流速以上(即ち、内径側より外径側の水素ガス流速が速いように)に設定される。
また、ノズル3B内において、ノズル3Dの周囲に設けられた複数のノズル3Cから供給する酸素ガスの流速は、ノズル3D内に設けられた複数のノズル3Cから供給する酸素ガスの流速以下(即ち、外径側より内径側の酸素ガス流速が速いように)に設定される。
さらに、原料ガスの流速は酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるように設定される。
これにより、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカ微粒子との対流及び拡散が、より抑制され、ターゲットへの合成シリカガラス微粒子の捕捉率が向上する。したがって、この第二の実施の形態によれば、高収率且つ速い合成速度でインゴットを製造することができる。
さらに、原料ガスの流速は酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるように設定される。
これにより、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカ微粒子との対流及び拡散が、より抑制され、ターゲットへの合成シリカガラス微粒子の捕捉率が向上する。したがって、この第二の実施の形態によれば、高収率且つ速い合成速度でインゴットを製造することができる。
続いて本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナの第三の実施形態について説明する。尚、この第三の実施の形態にあっては、そのバーナ構造の一部を除き、前記した第一、第二の実施形態と同じ構成を適用できるため、同じ構成部分には同じ符号を用いると共に、その詳細な説明については省略する。
図4は、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナの第三の実施形態を示すノズル口の平面図である。このバーナ23は、大口径のインゴットを製造する場合に適用可能な大型のバーナとなる。また、図4に示すバーナ23は、第一、第二の実施の形態で説明したバーナ3に代えて用いることができる。
図4に示すように、バーナ23は、図3に示した第二の実施形態の構成と同様に、第二の可燃性ガスノズルとしてのノズル3Dを有している。
この第三の実施形態において、ノズル3Dは、その内側に設けられた、より小径の円筒管3e(サブノズル)を複数備え、この円筒管3eから水素ガスを供給するようになされている。
ノズル3D内には、二重の仮想同心円C1、C2の円周上に、酸素ガスを供給する複数(図では9本)の円筒管3cからなるノズル3Cと、水素ガスを供給する複数(図では9本)の前記円筒管3eとが所定間隔を空けて交互に設けられる。
また、円筒管3bと円筒管3dとの間の空間には、破線で示す仮想同心円C3の円周上に、酸素ガスを供給する円筒管3cからなるノズル3Cが所定の間隔を空けて、複数(図では16本)設けられている。
この第三の実施形態において、ノズル3Dは、その内側に設けられた、より小径の円筒管3e(サブノズル)を複数備え、この円筒管3eから水素ガスを供給するようになされている。
ノズル3D内には、二重の仮想同心円C1、C2の円周上に、酸素ガスを供給する複数(図では9本)の円筒管3cからなるノズル3Cと、水素ガスを供給する複数(図では9本)の前記円筒管3eとが所定間隔を空けて交互に設けられる。
また、円筒管3bと円筒管3dとの間の空間には、破線で示す仮想同心円C3の円周上に、酸素ガスを供給する円筒管3cからなるノズル3Cが所定の間隔を空けて、複数(図では16本)設けられている。
このバーナ23においては、前記した第二の実施の形態と同様に、ソースノズル3Aから供給される原料ガスの流速は、20〜50m/secの範囲で所定値に設定され、ノズル3Cから供給される酸素ガスの流速は、7〜30m/secの範囲で所定値に設定される。
また、ノズル3Bから(即ち、円筒管3bと円筒管3dとの間の空間から)供給される水素ガスの流速は、1〜10m/secの範囲で所定値に設定され、この流速は、ノズル3D内に設けられた複数の円筒管3eから供給する水素ガスの流速以上(即ち、内径側より外径側の水素ガス流速が速いように)に設定される。
また、ノズル3B内において、ノズル3Dの周囲に設けられた複数のノズル3Cから供給する酸素ガスの流速は、ノズル3D内に設けられる複数のノズル3Cから供給する酸素ガスの流速以下(即ち、外径側より内径側の酸素ガス流速が速いように)に設定される。
さらに、原料ガスの流速は酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるように設定される。
また、ノズル3Bから(即ち、円筒管3bと円筒管3dとの間の空間から)供給される水素ガスの流速は、1〜10m/secの範囲で所定値に設定され、この流速は、ノズル3D内に設けられた複数の円筒管3eから供給する水素ガスの流速以上(即ち、内径側より外径側の水素ガス流速が速いように)に設定される。
また、ノズル3B内において、ノズル3Dの周囲に設けられた複数のノズル3Cから供給する酸素ガスの流速は、ノズル3D内に設けられる複数のノズル3Cから供給する酸素ガスの流速以下(即ち、外径側より内径側の酸素ガス流速が速いように)に設定される。
さらに、原料ガスの流速は酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるように設定される。
尚、前記のようにノズル3Dにおいて、水素ガスを複数の円筒管3eから供給することにより、ノズル3Dの径面積の増大によるノズル3Dからの水素ガスの流速低下を防止することができ、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカ微粒子との対流及び拡散を前記第一、第二の実施の形態と同様に抑制することができる。
したがって、第三の実施の形態によれば、大口径のインゴットを製造する場合に、図4に示すバーナ23の構成により、高収率且つ速い合成速度でインゴットを合成することができる。
したがって、第三の実施の形態によれば、大口径のインゴットを製造する場合に、図4に示すバーナ23の構成により、高収率且つ速い合成速度でインゴットを合成することができる。
(実施例1)
図1に示す合成シリカガラス製造装置を用いてインゴットを合成し、バーナノズルの構造及びガス供給の流速制御によって、合成速度と収率がどのように変化するかを検証した。
この合成シリカガラス製造装置は、図1に示すように、バーナ7が炉体2上部からターゲット4にその先端を向けて設置されており、バーナ7のノズル構造を図2、図3、図4に示したいずれかの構造とした。
図1に示す合成シリカガラス製造装置を用いてインゴットを合成し、バーナノズルの構造及びガス供給の流速制御によって、合成速度と収率がどのように変化するかを検証した。
この合成シリカガラス製造装置は、図1に示すように、バーナ7が炉体2上部からターゲット4にその先端を向けて設置されており、バーナ7のノズル構造を図2、図3、図4に示したいずれかの構造とした。
バーナのノズル構造及び供給するガスの流速設定の組み合わせ条件を表1に示す。
尚、表1において水素ガスAはノズル3B(図2)またはノズル3D(図3)または円筒管3e(図4)から供給される水素ガスを示し、水素ガスBは、ノズル3B(図3、図4)から(即ち円筒管3bと円筒管3eとの間から)供給される水素ガスを示す。
また、酸素ガスAは図2及び図3に示した仮想同心円C1の円周上に配置されたノズル3Cから供給される酸素ガスを示し、酸素ガスBは仮想同心円C2の円周上に配置されたノズル3Cから供給される酸素ガスを示し、酸素ガスCは仮想同心円C3の円周上に配置されたノズル3Cから供給される酸素ガスを示す。
尚、表1において水素ガスAはノズル3B(図2)またはノズル3D(図3)または円筒管3e(図4)から供給される水素ガスを示し、水素ガスBは、ノズル3B(図3、図4)から(即ち円筒管3bと円筒管3eとの間から)供給される水素ガスを示す。
また、酸素ガスAは図2及び図3に示した仮想同心円C1の円周上に配置されたノズル3Cから供給される酸素ガスを示し、酸素ガスBは仮想同心円C2の円周上に配置されたノズル3Cから供給される酸素ガスを示し、酸素ガスCは仮想同心円C3の円周上に配置されたノズル3Cから供給される酸素ガスを示す。
表1に示すように、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナに適用される各実施条件1〜5では、原料ガスの流速(25m/sec)は酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるように設定した。
また、比較条件1では、図2に示したバーナノズル構造において、従来(特許文献1)のガス流速設定に基づき、インゴットの合成を行った。尚、表1に示すように比較条件1では、酸素ガス(酸素ガスA)の流速を原料ガスの流速(25m/sec)よりも速い35m/secとした。また、水素ガス(水素ガスA)の流速を5m/secに設定した。
また、比較条件1では、図2に示したバーナノズル構造において、従来(特許文献1)のガス流速設定に基づき、インゴットの合成を行った。尚、表1に示すように比較条件1では、酸素ガス(酸素ガスA)の流速を原料ガスの流速(25m/sec)よりも速い35m/secとした。また、水素ガス(水素ガスA)の流速を5m/secに設定した。
表1に示すように、この実験の結果、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナを用いることにより、従来(比較条件1)より合成速度が速く、収率が約20〜27%向上することがわかった。
(実施例2)
実施例2では、合成速度をより速くするために原料ガスの流速を40m/secに設定し、それに基づき他のガス流速を設定した。
即ち、表2に示すように、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナに適用される各実施条件6〜10では、原料ガスの流速(40m/sec)が酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるように設定した。
また、比較条件2では、図2に示したバーナノズル構造において、従来(特許文献1)のガス供給条件に基づき、インゴットの合成を行った。このとき、酸素ガス(酸素ガスA)の流速を原料ガスの流速(40m/sec)よりも速い42m/secとした。また、水素ガス(水素ガスA)の流速を6m/secに設定した。
実施例2では、合成速度をより速くするために原料ガスの流速を40m/secに設定し、それに基づき他のガス流速を設定した。
即ち、表2に示すように、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナに適用される各実施条件6〜10では、原料ガスの流速(40m/sec)が酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるように設定した。
また、比較条件2では、図2に示したバーナノズル構造において、従来(特許文献1)のガス供給条件に基づき、インゴットの合成を行った。このとき、酸素ガス(酸素ガスA)の流速を原料ガスの流速(40m/sec)よりも速い42m/secとした。また、水素ガス(水素ガスA)の流速を6m/secに設定した。
表2に示すように、比較条件では、合成速度を速くすると、収率が低下したが、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナを用いることにより、合成速度を速くしても収率が低下しないことがわかった(従来条件である比較条件に対して収率が約30〜40%の高収率となる)。
以上の実施例の結果、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナを用いることにより、原料ガス及び生成したシリカ微粒子の対流及び拡散を抑制することができ、合成速度を大きくしても収率が向上することを確認した。
以上の実施例の結果、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナを用いることにより、原料ガス及び生成したシリカ微粒子の対流及び拡散を抑制することができ、合成速度を大きくしても収率が向上することを確認した。
1 合成シリカガラス製造装置
2 炉体
3 バーナ
3A ソースノズル
3a 円筒管
3B ノズル(可燃性ガスノズル、第一の可燃性ガスノズル)
3b 円筒管
3C ノズル(支燃性ガスノズル)
3c 円筒管
3D ノズル(第二の可燃性ガスノズル)
3d 円筒管
3e 円筒管(サブノズル)
4 ターゲット
6 排気口
7 排気管
8 排気ファン
10 インゴット
2 炉体
3 バーナ
3A ソースノズル
3a 円筒管
3B ノズル(可燃性ガスノズル、第一の可燃性ガスノズル)
3b 円筒管
3C ノズル(支燃性ガスノズル)
3c 円筒管
3D ノズル(第二の可燃性ガスノズル)
3d 円筒管
3e 円筒管(サブノズル)
4 ターゲット
6 排気口
7 排気管
8 排気ファン
10 インゴット
Claims (6)
- インゴット形成用のターゲットに対向して設けられた合成シリカガラス製造用バーナであって、
原料ガスを供給するソースノズルと、前記ソースノズルを中心部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズルと、前記可燃性ガスノズル内部に前記ソースノズルを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズルとを有し、
前記原料ガスの流速は15〜50m/secの範囲で設定され、前記可燃性ガスの流速は7〜30m/secの範囲で設定され、前記支燃性ガスの流速は1〜10m/secの範囲で設定され、
且つ、前記原料ガスの流速は前記支燃性ガスの流速より速く、前記支燃性ガスの流速は前記可燃性ガスの流速より速い設定となされることを特徴とする合成シリカガラス製造用バーナ。 - 前記複数の支燃性ガスノズルは、前記ソースノズルの周りに少なくとも二重に形成された該ソースノズルの仮想同心円上に、所定間隔を空けて配置されていることを特徴とする請求項1に記載された合成シリカガラス製造用バーナ。
- 前記可燃性ガスノズルは、該可燃性ガスノズル内に設けられた、より小径の複数のサブノズルを備え、
前記サブノズルから可燃性ガスを供給することを特徴とする請求項1または請求項2に記載された合成シリカガラス製造用バーナ。 - 前記可燃性ガスノズルは、第一の可燃性ガスノズルと、該第一の可燃性ガスノズル内に同心円状に設けられた第二の可燃性ガスノズルとからなり、
前記第一の可燃性ガスノズルから供給する可燃性ガスの流速は、前記第二の可燃性ガスノズルから供給する可燃性ガスの流速以上となされることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載された合成シリカガラス製造用バーナ。 - 前記複数の支燃性ガスノズルは、前記第一の可燃性ガスノズル内において、前記第二の可燃性ガスノズル内部と、前記第二の可燃性ガスノズルの周囲とに設けられ、
前記第二の可燃性ガスノズルの周囲に設けられた前記支燃性ガスノズルから供給する支燃性ガスの流速は、前記第二の可燃性ガスノズル内部に設けられた支燃性ガスノズルから供給する支燃性ガスの流速以下となされることを特徴とする請求項4に記載された合成シリカガラス製造用バーナ。 - 前記請求項1乃至請求項5のいずれかに記載された合成シリカガラス製造用バーナと、
前記合成シリカガラス製造用バーナに対向して回転可能に設置されたインゴット形成用のターゲットとを少なくとも備えることを特徴とする合成シリカガラス製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008234352A JP2010064934A (ja) | 2008-09-12 | 2008-09-12 | 合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置 |
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JP2008234352A JP2010064934A (ja) | 2008-09-12 | 2008-09-12 | 合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2010064934A true JP2010064934A (ja) | 2010-03-25 |
Family
ID=42190846
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JP2008234352A Pending JP2010064934A (ja) | 2008-09-12 | 2008-09-12 | 合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2010064934A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011225413A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-10 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ファイバ母材の製造方法 |
JP2012041231A (ja) * | 2010-08-19 | 2012-03-01 | Covalent Materials Tokuyama Corp | 合成シリカガラス製造装置 |
JP2012072053A (ja) * | 2010-09-02 | 2012-04-12 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | チタニアドープ石英ガラス及びその製造方法 |
-
2008
- 2008-09-12 JP JP2008234352A patent/JP2010064934A/ja active Pending
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