JP2017193456A - ガラスインゴットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記ガラスインゴットの製造には、原料ガスを燃焼させてSiO2を生成するバーナを有する供給系を備えた製造装置を用いることができる。SiO2微粒子を堆積させる工程(堆積工程)においては、ケイ素を含む原料ガスをバーナに供給し、バーナの出口に生じる火炎中で生成したSiO2微粒子をターゲットに堆積させる。
前記上流添加箇所において添加される前記酸素含有ガスの流量は少なくとも3slmであり、かつ前記混合原料は、前記気化器の出口での酸素mol濃度が9%以下または原料化合物mol濃度が24%以上であることが好ましい。
前記下流添加箇所においては、前記バーナの出口での標準状態換算の前記混合原料の流速と酸素mol濃度との比(流速/酸素濃度)が3.0m/s・%以下となるように前記酸素含有ガスを添加することが好ましい。
前記バーナの出口における前記混合原料の酸素濃度は、前記原料化合物が完全燃焼するために必要な酸素濃度より低いことが好ましい。
前記ガラスインゴットは、例えば光ファイバ母材である。
図1(A)は、実施形態のガラス母材(ガラスインゴット)の製造方法に使用可能な製造装置10の供給系1を模式的に示す図である。図1(B)は製造装置10のバーナ7の構造を模式的に示す図である。
図1(A)に示すように、供給系1は、液体容器2(供給源)と、主流路3と、脱気部4と、マスフローコントローラ5と、気化器6と、バーナ7と、上流添加流路8と、下流添加流路9と、燃料ガス流路11とを備えている。液体容器2と、主流路3と、脱気部4と、マスフローコントローラ5と、気化器6と、バーナ7とは、原料化合物13の流れ方向の上流側から下流側にかけて、この順に並んでいる。
主流路3は、液体容器2内の原料化合物13を脱気部4に導く第1流路3aと、脱気部4を経た原料化合物13をマスフローコントローラ5に導く第2流路3bと、マスフローコントローラ5を経た原料化合物13を気化器6に導く第3流路3cと、気化器6を経た原料化合物13をバーナ7に導く第4流路3dと、を有する。
マスフローコントローラ5は、原料化合物13の流量を制御することができる。
気化器6は、加熱等により、液体の原料化合物13を気化させることができる。気化器6の一方の端部である導入端19aには第3流路3cが接続されている。気化器6の他方の端部である導出端19bには第4流路3dが接続されている。
また、上流添加流路の数は1に限らず、複数であってもよい。例えば、第1の上流添加流路が第3流路3cに接続され、第2の上流添加流路が気化器6に接続されていてもよい。
また、下流添加流路の数は1に限らず、複数であってもよい。例えば、第1の下流添加流路が第4流路3dに接続され、第2の下流添加流路がバーナ7に接続されていてもよい。
次に、図1(A)に示す製造装置10を用いた場合を例として、実施形態のガラス母材(ガラスインゴット)の製造方法を説明する。
液体容器2に貯留される原料化合物13としては、アルキルシラン、アルコキシシラン、アルキルシロキサン、アルキルシクロシロキサン等の有機ケイ素化合物が挙げられる。
アルキルシランとしては、テトラアルキルシランが挙げられる。
アルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン等のテトラアルコキシシラン;メチルトリメトキシシラン等のアルキルアルコキシシランが挙げられる。
アルキルシロキサンとしては、ヘキサメチルジシロキサンが挙げられる。
アルキルシクロシロキサンとしては、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、テトラメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、デカメチルシクロペンタシロキサンが挙げられる。
なかでも特に、OMCTSが好ましい。液体容器2に貯留される原料化合物13は液体である。
脱気部4を経た原料化合物13を、主流路3(第2流路3b)を通してマスフローコントローラ5に導入する。原料化合物13は、マスフローコントローラ5によって流量が制御された後、主流路3(第3流路3c)を通して気化器6に導入される。原料化合物13は気化器6において加熱等により気化される。以下、気化された原料化合物13を原料ガスということがある。
上流添加流路8によって添加される酸素含有ガスの流量は少なくとも3slmであることが好ましい。酸素含有ガスの流量が3slm以上であると、バーナ7の原料流路16aから放出される混合ガスの流速を高めることができるため、逆火を起こりにくくすることができる。逆火とは、バーナ7の火炎17が供給系1の内部に入り込んで燃焼することであり、例えば流路内で燃焼することである。
混合ガスの酸素mol濃度が9%以下であると、酸素が不足となり、混合ガスは熱源に接触しても燃焼しない。混合ガスの原料mol濃度が24%以上であると、原料濃度が燃焼可能な範囲を越えるため、混合ガスは熱源に接触しても燃焼しない。よって、混合ガスの酸素mol濃度が9%以下または原料mol濃度が24%以上であると、逆火を防ぐことができる。なお、OMCTSの燃焼可能なmol濃度は0.5〜24%である。
混合ガスの原料mol濃度は、85%未満が好ましい。
第4流路3dにおいては、下流添加流路9を通して酸素含有ガスが混合ガスに添加される。酸素含有ガスが添加されることにより、混合ガスの酸素濃度は高くなる。酸素含有ガスは、酸素(O2)ガスであってもよいし、酸素(O2)と前述のキャリアガスとを含むガスであってもよい。
混合ガスの酸素濃度を、原料が完全燃焼するために必要な酸素濃度より低くすることによって、逆火を起こりにくくすることができる。
なお、1atm=1.01325×105Paである。
図3および表1より、例1〜4では、二次原料濃度は燃焼可能範囲にあるが、二次酸素濃度が低いため、混合ガスは燃焼しない。例5では、二次酸素濃度が高く、二次原料濃度も燃焼可能範囲にあるため、混合ガスは燃焼可能である。
本実施形態の製造方法によって製造されるガラスインゴットは、例えば光ファイバ母材、レンズ、光学ガラス、光学部品等に適用できる。
Claims (5)
- 供給源から供給された原料化合物を気化させる気化器と、気化した原料化合物を燃焼させてSiO2を生成するバーナとを備えた供給系を用い、
前記原料化合物は、有機ケイ素化合物を含み、
前記供給系において前記原料化合物の流れ方向の位置が異なる複数の添加箇所において前記原料化合物に酸素含有ガスを添加して混合原料とし、
前記複数の添加箇所は、前記気化器またはその上流側に位置する上流添加箇所と、前記気化器の下流側に位置する下流添加箇所とを含み、
前記上流添加箇所においては、前記気化器の出口での前記混合原料の酸素濃度または原料化合物濃度が前記混合原料の燃焼可能範囲外となるように前記酸素含有ガスを添加することを特徴とするガラスインゴットの製造方法。 - 前記上流添加箇所において添加される前記酸素含有ガスの流量は少なくとも3slmであり、かつ前記混合原料は、前記気化器の出口での酸素mol濃度が9%以下または原料化合物mol濃度が24%以上であることを特徴とする請求項1に記載のガラスインゴットの製造方法。
- 前記下流添加箇所においては、前記バーナの出口での標準状態換算の前記混合原料の流速と酸素mol濃度との比(流速/酸素濃度)が3.0m/s・%以下となるように前記酸素含有ガスを添加することを特徴とする請求項1または2に記載のガラスインゴットの製造方法。
- 前記バーナの出口における前記混合原料の酸素濃度は、前記原料化合物が完全燃焼するために必要な酸素濃度より低いことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載のガラスインゴットの製造方法。
- 前記ガラスインゴットは、光ファイバ母材であることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載のガラスインゴットの製造方法。
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