JP3188515B2 - シリカ微粒子合成用バーナー - Google Patents
シリカ微粒子合成用バーナーInfo
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- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
- C03B37/01413—Reactant delivery systems
- C03B37/0142—Reactant deposition burners
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2207/00—Glass deposition burners
- C03B2207/04—Multi-nested ports
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- C03B2207/00—Glass deposition burners
- C03B2207/20—Specific substances in specified ports, e.g. all gas flows specified
- C03B2207/24—Multiple flame type, e.g. double-concentric flame
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- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気相軸付け法（ＶＡＤ
法）によりシリカ多孔質母材を製造する際に用いられる
シリカ微粒子合成用バーナーに関するものであり、さら
に詳しくは、シリカ多孔質母材の側面部にヒビ割れや剥
離を発生させずにシリカ多孔質母材の収率や合成速度の
向上を図るためのシリカ微粒子合成用バーナーに関する
ものである。ＶＡＤ法により製造されたシリカ多孔質母
材を焼結することにより石英ガラスが得られる。
法）によりシリカ多孔質母材を製造する際に用いられる
シリカ微粒子合成用バーナーに関するものであり、さら
に詳しくは、シリカ多孔質母材の側面部にヒビ割れや剥
離を発生させずにシリカ多孔質母材の収率や合成速度の
向上を図るためのシリカ微粒子合成用バーナーに関する
ものである。ＶＡＤ法により製造されたシリカ多孔質母
材を焼結することにより石英ガラスが得られる。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＶＡＤ法によるシリカ多孔質母
材は、気体のシリカ原料，可燃性ガス，不活性ガス及び
支燃性ガスをシリカ微粒子合成用バーナーに供給して、
火炎加水分解させてシリカ微粒子を生成し、このシリカ
微粒子を石英製等の出発部材上に付着，堆積させ、シリ
カ微粒子の堆積速度に応じて出発部材を引上げて、引上
げ軸方向にシリカ微粒子を堆積，成長させることにより
製造されている。
材は、気体のシリカ原料，可燃性ガス，不活性ガス及び
支燃性ガスをシリカ微粒子合成用バーナーに供給して、
火炎加水分解させてシリカ微粒子を生成し、このシリカ
微粒子を石英製等の出発部材上に付着，堆積させ、シリ
カ微粒子の堆積速度に応じて出発部材を引上げて、引上
げ軸方向にシリカ微粒子を堆積，成長させることにより
製造されている。
【０００３】このとき、気体のシリカ原料には四塩化珪
素，三塩化シラン等の珪素化合物が、火炎を形成する可
燃性ガスと支燃性ガスにはそれぞれ水素ガスと酸素ガス
が一般的に用いられ、それぞれのガス流量はシリカ原料
の反応性とシリカ多孔質母材の嵩密度及び収率から適当
な流量を選んで供給される。また、不活性ガスは、バー
ナー開口部の過熱による破損を防止する目的で可燃性ガ
ス層と支燃性ガス層の層間に供給され、一般に窒素ガス
またはアルゴンガスが使用される。
素，三塩化シラン等の珪素化合物が、火炎を形成する可
燃性ガスと支燃性ガスにはそれぞれ水素ガスと酸素ガス
が一般的に用いられ、それぞれのガス流量はシリカ原料
の反応性とシリカ多孔質母材の嵩密度及び収率から適当
な流量を選んで供給される。また、不活性ガスは、バー
ナー開口部の過熱による破損を防止する目的で可燃性ガ
ス層と支燃性ガス層の層間に供給され、一般に窒素ガス
またはアルゴンガスが使用される。
【０００４】ＶＡＤ法によるシリカ多孔質母材の製造に
おいて用いられるシリカ微粒子合成用バーナーとして
は、シリカ微粒子の反応性やバーナー口部の閉塞防止を
考慮した、ガラス製又は金属製の同芯円状の複数の管か
らなる同芯円状多重ノズルバーナーが用いられている。
おいて用いられるシリカ微粒子合成用バーナーとして
は、シリカ微粒子の反応性やバーナー口部の閉塞防止を
考慮した、ガラス製又は金属製の同芯円状の複数の管か
らなる同芯円状多重ノズルバーナーが用いられている。
【０００５】一般に、ＶＡＤ法によりシリカ多孔質母材
を製造する場合には、経済性、生産性を向上させるた
め、収率や合成速度は高いほど好ましい。シリカ多孔質
母材を収率良く高合成速度で製造するためには、より大
型のシリカ微粒子合成用バーナーを用いて、供給するシ
リカ原料を増量すると共に火炎を形成する可燃性ガスや
支燃性ガス、不活性ガスも増量することにより、火炎を
大型化する必要がある。このように、ＶＡＤ法において
用いるシリカ微粒子合成用バーナーが、得られるシリカ
多孔質母材の収率、合成速度に大きく影響を与える因子
の一つとなっており、合成の再現性、安定性、生産性の
向上を狙って、種々のシリカ微粒子合成用バーナーが提
案されている。
を製造する場合には、経済性、生産性を向上させるた
め、収率や合成速度は高いほど好ましい。シリカ多孔質
母材を収率良く高合成速度で製造するためには、より大
型のシリカ微粒子合成用バーナーを用いて、供給するシ
リカ原料を増量すると共に火炎を形成する可燃性ガスや
支燃性ガス、不活性ガスも増量することにより、火炎を
大型化する必要がある。このように、ＶＡＤ法において
用いるシリカ微粒子合成用バーナーが、得られるシリカ
多孔質母材の収率、合成速度に大きく影響を与える因子
の一つとなっており、合成の再現性、安定性、生産性の
向上を狙って、種々のシリカ微粒子合成用バーナーが提
案されている。
【０００６】例えば、１）ガラス微粒子合成卜一チ（バ
ーナーと同意）としてガラス形成原料ガスと可燃性ガス
との混合ガスを吹出す１つ以上の吹出し口と、これらを
取囲む不活性ガスの吹出し口と、さらにこれを取囲む助
燃性ガスの吹出し口とを有するガラス微粒子合成卜―チ
を用いることにより、吹出し口の隔壁の消耗、劣化を防
止する光ファイバー用ガラス母材の製造方法（特公昭５
７−１９０５９号）、２）１組の可燃性ガス供給用およ
び助燃性ガス供給用ノズルの外側にさらにもう１層の火
炎流を形成するための１組の同芯円状の可燃性ガス供給
用および助燃性ガス供給用ノズルを有することを特徴と
する、直径の大きな多孔質ガラス体を多孔質ガラス体の
表面に発生するクラックを防止して安定に製造するため
のガラス微粒子合成用トーチ（特公昭６２−６１５４２
号）、３）同芯円的かつ多重管状に配置されたガラス微
粒子合成用気相原料導通管、可燃性ガス導通管及び助燃
性ガス導通管よりなるガラス微粒子合成用機素の周囲に
同芯円的かつ多重管状に可燃性ガス導通管及び助燃性ガ
ス導通管よりなるガラス微粒子堆積面加熱用機素を配置
し、かつ該ガラス微粒子堆積面加熱用機素のガス吹出口
を該ガラス微粒子合成用機素のガス吹出口よりガラス微
粒子の合成が終了するに足りる距離だけ高くしたことに
より、火炎内におけるガラス微粒子の分布や堆積面にお
ける温度分布および多孔質ガラス体の密度等を制御する
ためのガラス微粒子合成卜一チ（実公昭６０−４９７９
号）、４）ガラス原料を供給する原料供給ノズルと原料
供給ノズルの周りに順次に配置され、それぞれ個別の火
炎流を順次に形成する複数の火炎形成用ノズルとを有す
るバーナーを用い、バーナーの複数の火炎形成用ノズル
に供給する可燃性ガスの流量比及び総流量を所定の添加
物質濃度に対応して調整し、複数の火炎流のうち、一の
火炎流を一の火炎流より外側の火炎流に対して退行させ
て得られる多重火炎中にガラス原料を供給してガラス微
粒子を出発材に堆積させて多孔質母材を成長させること
を特徴とする、高品質の光ファイバー母材を高速度で安
定に製造する光ファイバー母材の製造方法（特開昭６１
−１８３１４０号）などである。
ーナーと同意）としてガラス形成原料ガスと可燃性ガス
との混合ガスを吹出す１つ以上の吹出し口と、これらを
取囲む不活性ガスの吹出し口と、さらにこれを取囲む助
燃性ガスの吹出し口とを有するガラス微粒子合成卜―チ
を用いることにより、吹出し口の隔壁の消耗、劣化を防
止する光ファイバー用ガラス母材の製造方法（特公昭５
７−１９０５９号）、２）１組の可燃性ガス供給用およ
び助燃性ガス供給用ノズルの外側にさらにもう１層の火
炎流を形成するための１組の同芯円状の可燃性ガス供給
用および助燃性ガス供給用ノズルを有することを特徴と
する、直径の大きな多孔質ガラス体を多孔質ガラス体の
表面に発生するクラックを防止して安定に製造するため
のガラス微粒子合成用トーチ（特公昭６２−６１５４２
号）、３）同芯円的かつ多重管状に配置されたガラス微
粒子合成用気相原料導通管、可燃性ガス導通管及び助燃
性ガス導通管よりなるガラス微粒子合成用機素の周囲に
同芯円的かつ多重管状に可燃性ガス導通管及び助燃性ガ
ス導通管よりなるガラス微粒子堆積面加熱用機素を配置
し、かつ該ガラス微粒子堆積面加熱用機素のガス吹出口
を該ガラス微粒子合成用機素のガス吹出口よりガラス微
粒子の合成が終了するに足りる距離だけ高くしたことに
より、火炎内におけるガラス微粒子の分布や堆積面にお
ける温度分布および多孔質ガラス体の密度等を制御する
ためのガラス微粒子合成卜一チ（実公昭６０−４９７９
号）、４）ガラス原料を供給する原料供給ノズルと原料
供給ノズルの周りに順次に配置され、それぞれ個別の火
炎流を順次に形成する複数の火炎形成用ノズルとを有す
るバーナーを用い、バーナーの複数の火炎形成用ノズル
に供給する可燃性ガスの流量比及び総流量を所定の添加
物質濃度に対応して調整し、複数の火炎流のうち、一の
火炎流を一の火炎流より外側の火炎流に対して退行させ
て得られる多重火炎中にガラス原料を供給してガラス微
粒子を出発材に堆積させて多孔質母材を成長させること
を特徴とする、高品質の光ファイバー母材を高速度で安
定に製造する光ファイバー母材の製造方法（特開昭６１
−１８３１４０号）などである。
【０００７】上記のようなシリカ微粒子合成用バーナー
を用いれば、光ファイバーを製造するための小径のシリ
カ多孔質母材、例えば１００〜２００φ程度のシリカ多
孔質母材の製造においては、適切なガス供給量と、出発
部材に対する適切なシリカ微粒子合成用バーナーのセッ
ティング及び適切な排気条件を与えれば、問題はほとん
ど生じなかった。
を用いれば、光ファイバーを製造するための小径のシリ
カ多孔質母材、例えば１００〜２００φ程度のシリカ多
孔質母材の製造においては、適切なガス供給量と、出発
部材に対する適切なシリカ微粒子合成用バーナーのセッ
ティング及び適切な排気条件を与えれば、問題はほとん
ど生じなかった。
【０００８】
【発明の解決しようとする課題】しかしながら、これよ
りも大きなシリカ多孔質母材、例えば２５０〜４００φ
のような石英ガラスを製造するための大径のシリカ多孔
質母材を製造するためには、単に従来の同芯円状多重ノ
ズル型のシリカ微粒子バーナーを、管多重度や管と管の
間の層管ピッチを大きくすることにより、バーナー口径
を大型化したシリカ微粒子合成用バーナーを使用した場
合、シリカ多孔質母材の径は大型化するものの、シリカ
多孔質母材の側面部に柔らかに堆積したシリカ微粒子の
量が多くなるために、シリカ多孔質母材がある程度成長
した段階で、シリカ多孔質母材側面部にヒビ割れや剥離
が発生する。一旦、ヒビ割れや剥離がシリカ多孔質母材
に生じると、これらは合成を続ける限り連鎖的に大きく
なり、剥離片がバーナー口内に落下する等により合成を
継続することは非常に難しい。また、ヒビ割れや剥離が
生じたシリカ多孔質母材を焼結処理して得られる石英ガ
ラスには、その表面や内部にヒビ割れや構造的欠陥を有
しており、石英ガラスの用途、例えば高温耐熱材、光学
材、電子部品材料等の用途に適さず、また適する部分の
みを切り出して加工しても、著しく歩留りが悪くなると
いう間題があった。
りも大きなシリカ多孔質母材、例えば２５０〜４００φ
のような石英ガラスを製造するための大径のシリカ多孔
質母材を製造するためには、単に従来の同芯円状多重ノ
ズル型のシリカ微粒子バーナーを、管多重度や管と管の
間の層管ピッチを大きくすることにより、バーナー口径
を大型化したシリカ微粒子合成用バーナーを使用した場
合、シリカ多孔質母材の径は大型化するものの、シリカ
多孔質母材の側面部に柔らかに堆積したシリカ微粒子の
量が多くなるために、シリカ多孔質母材がある程度成長
した段階で、シリカ多孔質母材側面部にヒビ割れや剥離
が発生する。一旦、ヒビ割れや剥離がシリカ多孔質母材
に生じると、これらは合成を続ける限り連鎖的に大きく
なり、剥離片がバーナー口内に落下する等により合成を
継続することは非常に難しい。また、ヒビ割れや剥離が
生じたシリカ多孔質母材を焼結処理して得られる石英ガ
ラスには、その表面や内部にヒビ割れや構造的欠陥を有
しており、石英ガラスの用途、例えば高温耐熱材、光学
材、電子部品材料等の用途に適さず、また適する部分の
みを切り出して加工しても、著しく歩留りが悪くなると
いう間題があった。
【０００９】本発明は以上のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、シリカ多孔質母材側面部
の剥離を防止しつつ、シリカ多孔質母材の合成収率の向
上を図り、高合成速度で大型のシリカ多孔質母材を合成
するためのシリカ微粒子合成用バーナーを提供するもの
である。
れたものであり、その目的は、シリカ多孔質母材側面部
の剥離を防止しつつ、シリカ多孔質母材の合成収率の向
上を図り、高合成速度で大型のシリカ多孔質母材を合成
するためのシリカ微粒子合成用バーナーを提供するもの
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を解決するために鋭意検討した結果、シリカ多孔質
母材の製造において同芯円状多重ノズル型のシリカ微粒
子合成用バーナーにより形成される多重火炎のうち、よ
り内側で燃焼する火炎がシリカ原料の反応性に寄与し、
より外側で燃焼する火炎が得られるシリカ多孔質母材の
径に大きな影響を有していることを見出し、さらにシリ
カ多孔質母材が太径化するにしたがって、シリカ多孔質
母材側面部にヒビ割れや剥離が生じやすいことに着目し
て、シリカ原料の反応性を向上させ、シリカ多孔質母材
を過度に太径化させないようなシリカ微粒子合成用バー
ナーにより本発明を完成するに至ったものである。
課題を解決するために鋭意検討した結果、シリカ多孔質
母材の製造において同芯円状多重ノズル型のシリカ微粒
子合成用バーナーにより形成される多重火炎のうち、よ
り内側で燃焼する火炎がシリカ原料の反応性に寄与し、
より外側で燃焼する火炎が得られるシリカ多孔質母材の
径に大きな影響を有していることを見出し、さらにシリ
カ多孔質母材が太径化するにしたがって、シリカ多孔質
母材側面部にヒビ割れや剥離が生じやすいことに着目し
て、シリカ原料の反応性を向上させ、シリカ多孔質母材
を過度に太径化させないようなシリカ微粒子合成用バー
ナーにより本発明を完成するに至ったものである。
【００１１】すなわち、本発明は、複数組の可燃性ガス
及び支燃性ガスによる多重火炎内でシリカ微粒子を合成
するシリカ微粒子合成用バーナーにおいて、該多重火炎
の内側から第Ｌ番目に存在する火炎を形成するための一
組の可燃性ガス供給用、不活性ガス供給用及び支燃性ガ
ス供給用の各ノズルからなる火炎形成用ノズルを形成す
る複数の管のうち、第Ｋ番目の管の外径をＯK 、該第Ｋ
番目の管の外側の第（Ｋ＋１）番目の管の内径をＩK+1
とし、該第Ｌ番目の火炎の外側に存在する第（Ｌ＋１）
番目の火炎を形成するための火炎形成用ノズルを形成す
る複数の管のうち、第Ｋ番目の管の外径をＯＤK 、該第
Ｋ番目の管の外側の第（Ｋ＋１）番目の管の内径をＩＤ
K+1 とするとき、以下の条件を満たすことを特徴とする
シリカ微粒子合成用バーナーである。
及び支燃性ガスによる多重火炎内でシリカ微粒子を合成
するシリカ微粒子合成用バーナーにおいて、該多重火炎
の内側から第Ｌ番目に存在する火炎を形成するための一
組の可燃性ガス供給用、不活性ガス供給用及び支燃性ガ
ス供給用の各ノズルからなる火炎形成用ノズルを形成す
る複数の管のうち、第Ｋ番目の管の外径をＯK 、該第Ｋ
番目の管の外側の第（Ｋ＋１）番目の管の内径をＩK+1
とし、該第Ｌ番目の火炎の外側に存在する第（Ｌ＋１）
番目の火炎を形成するための火炎形成用ノズルを形成す
る複数の管のうち、第Ｋ番目の管の外径をＯＤK 、該第
Ｋ番目の管の外側の第（Ｋ＋１）番目の管の内径をＩＤ
K+1 とするとき、以下の条件を満たすことを特徴とする
シリカ微粒子合成用バーナーである。
【００１２】ＩK+1 −ＯK ＞ＩＤK+1 −ＯＤK 以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００１３】本発明におけるシリカ微粒子合成用バーナ
ーは、複数組の可燃性ガス及び支燃性ガスによる多重火
炎内でシリカ微粒子を合成するシリカ微粒子合成用バー
ナーであり、これはＶＡＤ法で一般的に用いられている
同芯円状多重ノズル型を用いればよい。
ーは、複数組の可燃性ガス及び支燃性ガスによる多重火
炎内でシリカ微粒子を合成するシリカ微粒子合成用バー
ナーであり、これはＶＡＤ法で一般的に用いられている
同芯円状多重ノズル型を用いればよい。
【００１４】本発明におけるシリカ微粒子合成用バーナ
ーは、多重火炎を形成するシリカ微粒子合成用バーナー
において、該多重火炎の内側から第Ｌ番目に存在する火
炎を形成するための一組の可燃性ガス供給用、不活性ガ
ス供給用及び支燃性ガス供給用の各ノズルからなる火炎
形成用ノズルを形成する複数の管のうち、第Ｋ番目の管
の外径をＯK 、該第Ｋ番目の管の外側の第（Ｋ＋１）番
目の管の内径をＩK+1とし、該第Ｌ番目の火炎の外側に
存在する第（Ｌ＋１）番目の火炎を形成するための火炎
形成用ノズルを形成する複数の管のうち、第Ｋ番目の管
の外径をＯＤK、該第Ｋ番目の管の外側の第（Ｋ＋１）
番目の管の内径をＩＤK+1 とするとき、以下の条件を満
たすシリカ微粒子合成用バーナーである。
ーは、多重火炎を形成するシリカ微粒子合成用バーナー
において、該多重火炎の内側から第Ｌ番目に存在する火
炎を形成するための一組の可燃性ガス供給用、不活性ガ
ス供給用及び支燃性ガス供給用の各ノズルからなる火炎
形成用ノズルを形成する複数の管のうち、第Ｋ番目の管
の外径をＯK 、該第Ｋ番目の管の外側の第（Ｋ＋１）番
目の管の内径をＩK+1とし、該第Ｌ番目の火炎の外側に
存在する第（Ｌ＋１）番目の火炎を形成するための火炎
形成用ノズルを形成する複数の管のうち、第Ｋ番目の管
の外径をＯＤK、該第Ｋ番目の管の外側の第（Ｋ＋１）
番目の管の内径をＩＤK+1 とするとき、以下の条件を満
たすシリカ微粒子合成用バーナーである。
【００１５】ＩK+1 −ＯK ＞ＩＤK+1 −ＯＤK すなわち、本発明は、複数組の可燃性ガス供給用、不活
性ガス供給用及び支燃性ガス供給用の各ノズルからなる
火炎形成用ノズルを設けて多重火炎を形成するシリカ微
粒子合成用バーナーにおいて、隣り合う管の間の隙間で
ある層間ピッチを、内側の火炎を形成する管の層間ピッ
チ（ＩK+1 −ＯK ）より、外側の火炎を形成する管の層
間ピッチ（ＩＤK+1 −ＯＤK ）を小さくするものであ
る。なお、内側の火炎を形成する管の層間ピッチ（Ｉ
K+1 −ＯK ）と、外側の火炎を形成する管の層間ピッチ
（ＩＤK+1 −ＯＤK ）の比については特に限定するもの
ではないが、内側の火炎を形成する管の層間ピッチ（Ｉ
K+1 −ＯK ）に対し、外側の火炎を形成する管の層間ピ
ッチ（ＩＤK+1 −ＯＤK ）を過度に小さくし過ぎる場
合、外側火炎のガス流量が内側火炎のガス流量に対し少
量化して、多重火炎の効果が薄れるため、 １＜（ＩK+1 −ＯK ）／（ＩＤK+1 −ＯＤK ）＜５ とすることが好ましい。
性ガス供給用及び支燃性ガス供給用の各ノズルからなる
火炎形成用ノズルを設けて多重火炎を形成するシリカ微
粒子合成用バーナーにおいて、隣り合う管の間の隙間で
ある層間ピッチを、内側の火炎を形成する管の層間ピッ
チ（ＩK+1 −ＯK ）より、外側の火炎を形成する管の層
間ピッチ（ＩＤK+1 −ＯＤK ）を小さくするものであ
る。なお、内側の火炎を形成する管の層間ピッチ（Ｉ
K+1 −ＯK ）と、外側の火炎を形成する管の層間ピッチ
（ＩＤK+1 −ＯＤK ）の比については特に限定するもの
ではないが、内側の火炎を形成する管の層間ピッチ（Ｉ
K+1 −ＯK ）に対し、外側の火炎を形成する管の層間ピ
ッチ（ＩＤK+1 −ＯＤK ）を過度に小さくし過ぎる場
合、外側火炎のガス流量が内側火炎のガス流量に対し少
量化して、多重火炎の効果が薄れるため、 １＜（ＩK+1 −ＯK ）／（ＩＤK+1 −ＯＤK ）＜５ とすることが好ましい。
【００１６】なお、本発明においては、隣り合う管の間
の隙間である層間ピッチを、内側の火炎を形成する管の
層間ピッチより、外側の火炎を形成する管の層間ピッチ
を小さくするものであれば、例えば、各火炎を形成する
管の層間ピッチのそれぞれを外側の管に従って小さくし
てもよく、また、内側又は外側の火炎を形成する管の層
間ピッチはそれぞれ同じにしてもよい。なお、同芯円状
多重管バーナーの加工精度を上げるため、特に、各ノズ
ルの偏芯を防止するために、内側又は外側の火炎を形成
する管の層間ピッチはそれぞれ同じにすることが好まし
い。
の隙間である層間ピッチを、内側の火炎を形成する管の
層間ピッチより、外側の火炎を形成する管の層間ピッチ
を小さくするものであれば、例えば、各火炎を形成する
管の層間ピッチのそれぞれを外側の管に従って小さくし
てもよく、また、内側又は外側の火炎を形成する管の層
間ピッチはそれぞれ同じにしてもよい。なお、同芯円状
多重管バーナーの加工精度を上げるため、特に、各ノズ
ルの偏芯を防止するために、内側又は外側の火炎を形成
する管の層間ピッチはそれぞれ同じにすることが好まし
い。
【００１７】これにより、本発明によるシリカ微粒子合
成用バーナーは内側火炎を形成するノズルと外側火炎を
形成するノズルの断面積差を適切な値とすることがで
き、シリカ原料の反応性を向上させるために内側ノズル
の断面積を大きくするため、内側部の層間ピッチを大き
く取り、また、シリカ多孔質母材を過度に太径化させな
いように外測ノズルの断面積を小さくするため、外側部
の層間ピッチを小さく取ることにより、同じバーナー口
径で同じノズル多重度のバーナーで比較しても従来型の
層間ピッチの等しいバーナーに比べ、強化された内側火
炎の効果により合成収率は飛躍的に向上し、緩和された
外側火炎の効果によりシリカ多孔質母材径も過度に太く
ならないため、ヒビ割れや剥離が発生する危険性も著し
く低下すると考えられる。
成用バーナーは内側火炎を形成するノズルと外側火炎を
形成するノズルの断面積差を適切な値とすることがで
き、シリカ原料の反応性を向上させるために内側ノズル
の断面積を大きくするため、内側部の層間ピッチを大き
く取り、また、シリカ多孔質母材を過度に太径化させな
いように外測ノズルの断面積を小さくするため、外側部
の層間ピッチを小さく取ることにより、同じバーナー口
径で同じノズル多重度のバーナーで比較しても従来型の
層間ピッチの等しいバーナーに比べ、強化された内側火
炎の効果により合成収率は飛躍的に向上し、緩和された
外側火炎の効果によりシリカ多孔質母材径も過度に太く
ならないため、ヒビ割れや剥離が発生する危険性も著し
く低下すると考えられる。
【００１８】これに対し、従来の同芯円状多重ノズル型
のシリカ微粒子合成用バーナーでは、この層間ピッチが
一定であり、内側ノズルと外側ノズルの断面積差が著し
く、内側のノズル断面積が外側のノズル断面積に比べて
非常に小さいため、内側火炎形成ガス流量と外側火炎ガ
ス流量のアンバランス化が著しい。すなわち内側火炎が
弱いためにシリカ原料の反応性が乏しく、結果として反
応収率が低下し、外側火炎が強すぎるために、シリカ多
孔質母材が過度に太径化して、シリカ多孔質母材側面部
のヒビ割れや剥離が生じていたと考えられる。
のシリカ微粒子合成用バーナーでは、この層間ピッチが
一定であり、内側ノズルと外側ノズルの断面積差が著し
く、内側のノズル断面積が外側のノズル断面積に比べて
非常に小さいため、内側火炎形成ガス流量と外側火炎ガ
ス流量のアンバランス化が著しい。すなわち内側火炎が
弱いためにシリカ原料の反応性が乏しく、結果として反
応収率が低下し、外側火炎が強すぎるために、シリカ多
孔質母材が過度に太径化して、シリカ多孔質母材側面部
のヒビ割れや剥離が生じていたと考えられる。
【００１９】以下に、本発明を図を用いてさらに説明す
る。
る。
【００２０】これらの図において１は各同芯円状多重ノ
ズルバーナーの最内管によるガラス原料及びガラス原料
同伴ガス層、２，７，１１，１２ｂは水素ガス層、４，
９，１Зａ，１４は酸素ガス層、３，５，６，８，１
０，１２ａ，１３ｂは不活性ガス層、１５はバーナーフ
ードを示す。
ズルバーナーの最内管によるガラス原料及びガラス原料
同伴ガス層、２，７，１１，１２ｂは水素ガス層、４，
９，１Зａ，１４は酸素ガス層、３，５，６，８，１
０，１２ａ，１３ｂは不活性ガス層、１５はバーナーフ
ードを示す。
【００２１】図１は本発明による同芯円状多重ノズルバ
ーナーの１例を示す図であり、ノズル多重度が９である
９重管バーナーである。層間ピッチは２〜５層目：６〜
９層目が２：１となっている。このため、最外層である
９層目ノズル断面積は２層目ノズル断面積の１．８倍と
なっている。これに対し、図４は従来の９重管バーナー
であり、層間ピッチは全て同じである。このため、最外
層である９層目ノズル断面積は２層目ノズル断面積の
З．６倍となっている。図１と図４に示されるバーナー
の外径は共に同じである。
ーナーの１例を示す図であり、ノズル多重度が９である
９重管バーナーである。層間ピッチは２〜５層目：６〜
９層目が２：１となっている。このため、最外層である
９層目ノズル断面積は２層目ノズル断面積の１．８倍と
なっている。これに対し、図４は従来の９重管バーナー
であり、層間ピッチは全て同じである。このため、最外
層である９層目ノズル断面積は２層目ノズル断面積の
З．６倍となっている。図１と図４に示されるバーナー
の外径は共に同じである。
【００２２】図２は本発明による同芯円状多重ノズルバ
ーナーの他の１例を示す図であり、ノズル多重度が１З
である１３重管バーナーである。層間ピッチは２〜５層
目：６〜９層目：１０〜１３層目が２：１．５：１とな
っている。このため、最外層である１３層目ノズル断面
積は２層目ノズル断面積の２．０倍となっている。これ
に対し、図５は従来の１З重管バーナーであり、層間ピ
ッチは全て同じである。このため、最外層である１３層
目ノズル断面積は２層目ノズル断面積の４．０倍となっ
ている。図２と図５に示されるバーナーの外径は共に同
じである。
ーナーの他の１例を示す図であり、ノズル多重度が１З
である１３重管バーナーである。層間ピッチは２〜５層
目：６〜９層目：１０〜１３層目が２：１．５：１とな
っている。このため、最外層である１３層目ノズル断面
積は２層目ノズル断面積の２．０倍となっている。これ
に対し、図５は従来の１З重管バーナーであり、層間ピ
ッチは全て同じである。このため、最外層である１３層
目ノズル断面積は２層目ノズル断面積の４．０倍となっ
ている。図２と図５に示されるバーナーの外径は共に同
じである。
【００２３】図３は本発明による同芯円状多重ノズルバ
ーナーのさらに他の１例を示す図であり、ノズル多重度
が１４である１４重管バーナーである。層間ピッチは２
〜５層目：６〜１０層目：１１〜１４層目が２：１．
５：１となっている。このため、最外層である１４層目
ノズル断面積は２層目ノズル断面積の１．９倍となって
いる。これに対し、図６は従来の１４重管バーナーであ
り、層間ピッチは全て同じである。このため、最外層で
ある１４層目ノズル断面積は２層目ノズル断面積の３．
８倍となっている。図３と図６に示されるバーナーの外
径は共に同じである。
ーナーのさらに他の１例を示す図であり、ノズル多重度
が１４である１４重管バーナーである。層間ピッチは２
〜５層目：６〜１０層目：１１〜１４層目が２：１．
５：１となっている。このため、最外層である１４層目
ノズル断面積は２層目ノズル断面積の１．９倍となって
いる。これに対し、図６は従来の１４重管バーナーであ
り、層間ピッチは全て同じである。このため、最外層で
ある１４層目ノズル断面積は２層目ノズル断面積の３．
８倍となっている。図３と図６に示されるバーナーの外
径は共に同じである。
【００２４】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
【００２５】実施例１ 図１に示す同芯円状９重管バーナーを用いて、可燃性ガ
スとして水素ガスを１З４Ｎｌ／ｍｉｎ，支燃性ガスと
して酸素ガスを５５Ｎｌ／ｍｉｎ，不活性ガスとして窒
素ガスを２７Ｎｌ／ｍｉｎ供給して２重火炎を形成し
た。バーナーの中心層にガラス原料である四塩化珪素４
Ｎｌ／ｍｉｎ（１．８２ｋｇ／ｈｒ）を供給してシリカ
多孔質母材の合成を行なったところ、収率７２．８％，
合成速度７．８ｇ／ｍｉｎ，シリカ多孔質母材径は１７
５φであった。このシリカ多孔質母材側面部にはヒビ割
れも剥離も生じなかった。
スとして水素ガスを１З４Ｎｌ／ｍｉｎ，支燃性ガスと
して酸素ガスを５５Ｎｌ／ｍｉｎ，不活性ガスとして窒
素ガスを２７Ｎｌ／ｍｉｎ供給して２重火炎を形成し
た。バーナーの中心層にガラス原料である四塩化珪素４
Ｎｌ／ｍｉｎ（１．８２ｋｇ／ｈｒ）を供給してシリカ
多孔質母材の合成を行なったところ、収率７２．８％，
合成速度７．８ｇ／ｍｉｎ，シリカ多孔質母材径は１７
５φであった。このシリカ多孔質母材側面部にはヒビ割
れも剥離も生じなかった。
【００２６】比較例１ 図４に示す同芯円状９重管バーナーを用いて、その他は
実施例１と同じ条件下でシリカ多孔質母材の合成を行な
ったところ、収率７１．７％、合成速度７．７ｇ／ｍｉ
ｎであり、シリカ多孔質母材径は１８０φであった。こ
のシリカ多孔質母材側面部には小さなヒビ割れが発生し
ていた。
実施例１と同じ条件下でシリカ多孔質母材の合成を行な
ったところ、収率７１．７％、合成速度７．７ｇ／ｍｉ
ｎであり、シリカ多孔質母材径は１８０φであった。こ
のシリカ多孔質母材側面部には小さなヒビ割れが発生し
ていた。
【００２７】実施例２ 図２に示す同芯円状１З重管バーナーを用いて、可燃性
ガスとして水素ガスを２８４Ｎｌ／ｍｉｎ，支燃性ガス
として酸素ガスを１０９Ｎｌ／ｍｉｎ，不活性ガスとし
て窒素ガスを６２Ｎｌ／ｍｉｎ供給して３重火炎を形成
した。バーナーの中心層にガラス原料である四塩化珪素
８．０Ｎｌ／ｍｉｎ（３．６４ｋｇ／ｈｒ）を供給して
シリカ多孔質母材の合成を行なったところ、収率７７．
２％，合成速度１６．５ｇ／ｍｉｎ，シリカ多孔質母材
径は２６０φであった。
ガスとして水素ガスを２８４Ｎｌ／ｍｉｎ，支燃性ガス
として酸素ガスを１０９Ｎｌ／ｍｉｎ，不活性ガスとし
て窒素ガスを６２Ｎｌ／ｍｉｎ供給して３重火炎を形成
した。バーナーの中心層にガラス原料である四塩化珪素
８．０Ｎｌ／ｍｉｎ（３．６４ｋｇ／ｈｒ）を供給して
シリカ多孔質母材の合成を行なったところ、収率７７．
２％，合成速度１６．５ｇ／ｍｉｎ，シリカ多孔質母材
径は２６０φであった。
【００２８】比較例２ 図５に示す同芯円状１３重管バーナーを用いて、その他
は実施例２と同じ条件下でシリカ多孔質母材の合成を行
なったところ、合成開始１９０分後にシリカ多孔質母材
側面の一部が剥離したため、合成を中止した。
は実施例２と同じ条件下でシリカ多孔質母材の合成を行
なったところ、合成開始１９０分後にシリカ多孔質母材
側面の一部が剥離したため、合成を中止した。
【００２９】実施例３ 図３に示す同芯円状１４重管バーナーを用いて、可燃性
ガスとして水素ガスを５１０Ｎｌ／ｍｉｎ，支燃性ガス
として酸素ガスを１５ЗＮｌ／ｍｉｎ，不活性ガスとし
て窒素ガスを６４Ｎｌ／ｍｉｎ供給して３重火炎を形成
した。バーナーの中心層にガラス原料である四塩化珪素
１２．０Ｎｌ／ｍｉｎ（５．４６ｋｇ／ｈｒ）を供給し
てシリカ多孔質母材の合成を行なったところ、収率６
９．９％，合成速度２２．５ｇ／ｍｉｎ，シリカ多孔質
母材径は３９０φであった。
ガスとして水素ガスを５１０Ｎｌ／ｍｉｎ，支燃性ガス
として酸素ガスを１５ЗＮｌ／ｍｉｎ，不活性ガスとし
て窒素ガスを６４Ｎｌ／ｍｉｎ供給して３重火炎を形成
した。バーナーの中心層にガラス原料である四塩化珪素
１２．０Ｎｌ／ｍｉｎ（５．４６ｋｇ／ｈｒ）を供給し
てシリカ多孔質母材の合成を行なったところ、収率６
９．９％，合成速度２２．５ｇ／ｍｉｎ，シリカ多孔質
母材径は３９０φであった。
【００３０】比較例３ 図６に示す同芯円状１４重管バーナーを用いて、その他
は実施例Зと同じ条件下でシリカ多孔質母材の合成を行
なったところ、合成開始２１０分後に剥離したため、合
成を中止した。
は実施例Зと同じ条件下でシリカ多孔質母材の合成を行
なったところ、合成開始２１０分後に剥離したため、合
成を中止した。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなようにように、
本発明におけるシリカ微粒子合成用バーナーを用いてシ
リカ多孔質母材の合成を行えば、シリカ多孔質母材側面
部のヒビ割れや剥離の発生を防止しつつ、合成収率の向
上を図り、高合成速度で大型のシリカ多孔質母材を合成
できる効果を有する。
本発明におけるシリカ微粒子合成用バーナーを用いてシ
リカ多孔質母材の合成を行えば、シリカ多孔質母材側面
部のヒビ割れや剥離の発生を防止しつつ、合成収率の向
上を図り、高合成速度で大型のシリカ多孔質母材を合成
できる効果を有する。
【図１】本発明における９重管バーナーの１例を示す説
明図である。
明図である。
【図２】本発明における１３重管バーナーの１例を示す
説明図である。
説明図である。
【図３】本発明における１４重管バーナーの１例を示す
説明図である。
説明図である。
【図４】従来の９重管バーナーを示す説明図である。
【図５】従来の１３重管バーナーを示す説明図である。
【図６】従来の１４重管バーナーを示す説明図である。
１ ：ガラス原料及びガラス原料同伴ガス層 ２ ：第１火炎可燃性（水素）ガス層 ３ ：第１火炎不活性（窒素）ガス層 ４ ：第１火炎支燃性（酸素）ガス層 ５ ：不活性（窒素）ガス層 ６ ：不活性（窒素）ガス層 ７ ：第２火炎可燃性（水素）ガス層 ８ ：第２火炎不活性（窒素）ガス層 ９ ：第２火炎支燃性（酸素）ガス層 １０ ：不活性（窒素）ガス層 １１ ：第３火炎可燃性（水素）ガス層 １２ａ：第３火炎不活性（窒素）ガス層 １２ｂ：第З火炎可燃性（水素）ガス層 １Зａ：第З火炎支燃性（酸素）ガス層 １３ｂ：第３火炎不活性（窒素）ガス層 １４ ：第３火炎支燃性（酸素）ガス層 １５ ：バーナーフード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田切 泰樹 山口県新南陽市宮の前２−６−10 (72)発明者 塩田 英司 山口県防府市大字大崎276−376 (72)発明者 久保 富義 山口県下松市大字末武中33番地の80 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03B 8/04 C03B 20/00 C03B 37/00 - 37/16
Claims (1)
- 【請求項１】 同芯円状の複数の管により同芯円状多重
ノズルを形成し、中心部に気体のシリカ原料供給用ノズ
ルを配置し、外側部に可燃性ガス供給用、不活性ガス供
給用及び支燃性ガス供給用の各ノズルからなる火炎形成
用ノズルを複数組配置することにより、複数組の可燃性
ガス及び支燃性ガスによる多重火炎を形成して、該多重
火炎内でシリカ微粒子を合成するシリカ微粒子合成用バ
ーナーにおいて、該多重火炎の内側から第Ｌ番目に存在
する火炎を形成するための一組の可燃性ガス供給用、不
活性ガス供給用及び支燃性ガス供給用の各ノズルからな
る火炎形成用ノズルを形成する複数の管のうち、第Ｋ番
目の管の外径をＯK 、該第Ｋ番目の管の外側の第（Ｋ＋
１）番目の管の内径をＩK+1 とし、該第Ｌ番目の火炎の
外側に存在する第（Ｌ十１）番目の火炎を形成するため
の火炎形成用ノズルを形成する複数の管のうち、第Ｋ番
目の管の外径をＯＤK 、該第Ｋ番目の管の外側の第（Ｋ
＋１）番目の管の内径をＩＤK+1 とするとき、以下の条
件を満たすことを特徴とするシリカ微粒子合成用バーナ
ー。 ＩK+1 −ＯK ＞ＩＤK+1 −ＯＤK
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10955792A JP3188515B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | シリカ微粒子合成用バーナー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10955792A JP3188515B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | シリカ微粒子合成用バーナー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05301735A JPH05301735A (ja) | 1993-11-16 |
| JP3188515B2 true JP3188515B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=14513261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10955792A Expired - Fee Related JP3188515B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | シリカ微粒子合成用バーナー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3188515B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5705783B2 (ja) * | 2012-05-18 | 2015-04-22 | 古河電気工業株式会社 | ガラス微粒子堆積用バーナおよびガラス微粒子堆積体の製造方法 |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP10955792A patent/JP3188515B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05301735A (ja) | 1993-11-16 |
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