JPH02133331A - ガラス微粒子堆積体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＶＡＤ法（気相軸付法）或はＯＶＤ法（外付法
）などのスート生成法によりガラス微粒子堆積体を製造
する方法に関し、特に高品質を要求される光フアイバ用
プリフォームを製造する際の中間製品に用いるガラス微
粒子堆積体の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ ガラス微粒子堆積体を製造する一方法として、燃焼バー
ナから燃焼ガス及びガラス原料を混合噴出し、火炎中で
の加水分解反応又は酸化反応により粒状ガラスを合成し
、この粒状ガラスを回転する出発材の先端に堆積させて
ガラス微粒子堆積体を形成させ、該ガラス微粒子堆積体
の成長に合わせて出発材を燃焼バーナと相対的に移動さ
せることにより、多孔質母材を製造するＶＡＤ法がある
。

また、出発材の外周部に燃焼バーナにより生成した粒状
ガラスを堆積させ、出発材又は燃焼バーナを回転軸方向
に１回以上往復トラバースすることによりガラス微粒子
堆積体を製造する。ｖ　ｐ。

法がある。

これらのガラス微粒子堆積体は、通常、電気炉を用いて
加熱焼成することにより透明ガラス体となし、光フアイ
バ用中間材料などに用いられる。

スート法によるガラス微粒子堆積体の製迎においては、
生産性向上の観点から、ガラス微粒子堆積体の合成速度
（１分間あたりに堆積するガラス微粒子の重量）を上げ
る開発が進められている。

特に実公昭６０−４９７９号公報或は特公昭６２５０４
１８号公報に提案されている多重火炎バーナの採用によ
り、合成速度向上の開発に拍車がかかった。多重火炎バ
ーナは第２図に示すように通常同心円状多重管バーナか
らなっており、ガラス原料ポート１．燃料ガスポート２
．支燃性ガスポート３からなるガラス微粒子合成火炎ポ
ート２１の外側に、距離Ｑだけ突き出した状態で燃料ガ
スポート４．支燃性ガスポート５からなる外側火炎形成
ポート２２が構成された構造となっている。

通常、多重火炎バーナなどで代表される燃焼バーナ１１
によって、第３図に示すように火炎１２が形成され、こ
の中で生成されたガラス微粒子を出発材１３に堆積させ
、この出発材１３を回転しつつ引き上げることによりガ
ラス微粒子堆積体１４を製造している。

［発明が解決しようとする課題］ ２重火炎バーナは中心部に存在するガラス微粒子合成用
火炎がその外周に存在する外側火炎用ポートの境界すな
わち第２図に６で示される内壁によりサポートされ、火
炎及び火炎内で生成されるガラス微粒子の外周方向への
拡散が抑えられるため、ガラス原料の反応が十分進行し
、ガラス微粒子のサイズが大きくなり、その結果ガラス
微粒子堆積体の合成速度を向上することができたと考え
られる。

しかし、この２重火炎バーナを使用しても、ガラス原料
の流量を増加して行くと、第４図の原料投入ｈ１を横軸
に、合成速度を縦軸としたグラフに示すように、ガラス
原料の合成収率（バーナから噴出されるガラス原料によ
り生成されると考えられるガラス粒子の理論！Ｅ量に対
する、実際にガラス微粒子堆積体に堆積するガラス粒子
の重量の割合、破線は１００％ライン）の低下を招くこ
とが分かった。また一方、ガラス微粒子合成火炎ポート
２１と外側火炎ポート２２の境界６の内壁にガラス粒子
が付着するようになり、この付着する量が次第に増加す
るという問題が発生した。ガラス粒子の付着は火炎状態
を変化させることになり、安定した製造ができないばか
りか、付着するしたガラス粒子は火炎により加熱焼結さ
れるため、容易に除去することが難しく、最終的にはバ
ーナの破損につながるという不具合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
原料投入量が増加しても合成速度の低下が従来法よりは
少なく、しかもバーナ内壁へのガラス粒子の付着を防止
して、安定に、バーナの破損等な（、ガラス微粒子堆積
体を製造できる方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は気体のガラス原料を燃焼バーナから噴出させて
、火炎中で加水分解反応又は酸化反応させて、これによ
って合成される粒状ガラスを回転する出発材又は心棒に
堆積させてガラス微粒子堆積体を形成せしめ、該ガラス
微粒子堆積体を回転軸方向に成長させてガラス微粒子堆
積体を製造する方法において、同心円状かつ多重管状に
配置されたガラス微粒子合成用の燃焼バーナであって、
少なくともガラス原料噴出ポート、燃料噴出ポート、支
燃性ガス噴出ポートを有するガラス微粒子合成火炎ポー
トの外側に燃料噴出ポート及び支燃性ガス噴出ポートに
より形成される外側火炎ポートを１つ以上持ち、上記外
側火炎ポートがガラス微粒子合成火炎ポートよりも突き
出している所謂多重火炎バーナにおいて、外側火炎ポー
トとガラス微粒子合成火炎ポートの境界を形成するバイ
ブ又はパイプの内壁面を少な（とも１００°Ｃ以上に加
熱しつつ粒状ガラスの合成を行なうことを特徴とするガ
ラス微粒子堆積体の製造方法であり、上述の諸問題点を
解決できて、ガラス微粒子堆積体の安定な製造を実現で
きるものである。

第１図は本発明に係わる多重火炎バーナの構成を示す部
分断面図であって、ガラス微粒子合成火炎ポート１１で
あるガラス原料ポート１．燃料ポート２．支燃性ガスポ
ート３及び突き出しｆＪｕ！を持つ外側火炎ポート１２
の燃料ポート４．支燃性ガスポート５からなる燃焼バー
ナ１０において、ガラス微粒子合成火炎と外側火炎とを
分離するバイブロにヒータ７が内蔵されており、このヒ
ータ７によりバイブロが温度１００℃以」−となるよう
に加熱される。加熱ｒＩｔは温度センサーを設置するこ
とにより、コントロールしても良いし、予め温度とヒー
タに与える電力量を定量にしておき、所定の温度に対応
した電力設定を行なってもよい。

このようにバイブロの内壁を加熱しつつガラス微粒子の
合成を行なうと、バイブロ内壁へのガラス微粒子の付着
は防Ｉトでき、しかも原料投入量を増大しても合成速度
の低下が従来法はど著しくないことが確認できた。

（作用］ ガラス微粒子合成火炎はバイブロ内で形成されるが、そ
の火炎面は燃料ガスポート２と支燃性ガスポート３の間
に存在し、この領域で発熱が起こり、熱は周囲に拡散さ
れる。ところが、従来法のようにバイブロが加熱されて
いない場合、バイブロはバイブロを挟んで流れるガスす
なわち内側を流れる支燃性ガス及び外側の燃料ポート４
を流れる燃料ガスにより冷却された状態となる。このた
め、バーナ内では火炎の中心で温度が高く、外周すなわ
ちバイブロの内壁で温度が低い温度分布を有するように
なる。ところで、温度勾配のある流れ場を流れる微細な
粒子はその温度勾配へＴに比例した力を低温側の方向に
受け、速度■アを得ることが知られている（サーモホレ
シス効果と呼ばれる）。

Ｖ、＝にν／ＴＡＴ　　　・・（１） ここでＩ（は定数、Ｔは温度、νはガスの動粘性係数で
ある。

このため、火炎の中心部で生成されたガラス粒子は、バ
ーナの外周方向への速度■、を得て、次第に外周に向か
って拡散をはじめる。このためガラス粒子はバイブロの
内壁に付着し易くなるわけである。ガラス粒子が外周に
拡散した場合、ガス中の粒子濃度が薄くなり、ガラス微
粒子堆積体への付着効率も劣化してくる。すなわち、ガ
ラス微粒子の堆積は粒子そのものが持つ慣性力あるいは
堆積体表面にある温度勾配によるサーモホレシス効果に
より説明されているが、いずれのメカニズムにおいても
、火炎の中心部に粒子が多いほど堆積する確率は増加す
ることになる。したがってバイブロの温度が低い場合に
は、ガラス原料の合成収率が低下し易くなるわけである
。

これに対し、本発明のようにバイブロの温度を」−げれ
ば火炎内の温度勾配は小さくなり、この結果ガラスｔ＋
７．子の外周への拡散が抑制され、合成収率の向」ユを
図ることができると考えられる。また、この結果バイブ
ロへのガラス粒子の付着も減少させることができる。こ
の効果を調べたところ、１００℃程度以」−から効果が
現れることがわかった。

加熱温度は火炎の流れに著しい乱れを生じない限り高い
ほうがよいが、実際には、バーナの素材が熱変形あるい
は変成を起こすため制限を受ける。

例えば石英製バーナの場合、１０００℃以下である必要
がある。

なお、本発明では、バーナ構造として最低要素の構成を
示したが、勿論、燃焼制御用の不活性ガスを燃料ガスと
支燃性ガスの間に流してもよいし、また、外側火炎は２
つ以」−ある場合も、前述したところと同様の効果が期
待できる。

１実施例］ 実施例１〜３．比較例Ｉ 同心固状８型管バーナを用いて、ガラス微粒子堆積体の
合成を行なった。ガラス微粒子合成用ポートとしては、
第１ポートにガラス原料Ｓ　ｉＣ１゜５Ｃ／分、第２ポ
ートに燃料ガスＩ＋、１２ｇ、／分１第３ポートに不活
性ガスＡｒ３σ／分、第４ポートに支燃性ガスとして０
ｔ２６Ｑ／分を用いた。また外側火炎用として、第５ポ
ートに不活性ガスＡｒ６４７分、第６ポートに燃料ガス
１１２６８＋！／分、第７ポートに不活性ガスＡｒ６σ
／分、第８ポートに支燃性ガスｏ、４／Ｉ（１／分を用
いた。総説ｒｉｌ＋：ｔｓｉｃ１５Ｃ／分、Ｈ，８０１
２／分、八ｒ１５ｃ／分、ｏ、７ＣＮ２／分であった。

このバーナの第４ポート（ガラス微粒子合成ポート）と
第５ポート（外側火炎ポート）の間のパイプには、ヒー
タを内蔵し、渇庶センサーにより温度調整を行なった。

この条件で温度を変化させてススづけを行ったところ、
表１に示す結果を得た。この結果よりｌ、Ａ度七昇によ
り合成収率の向」；シた様子が明らかにわかる。また、
バーナ第４ポート内壁へのガラス粒子の付着は２００°
Ｃ以」−で殆ど見られなかった。

表１ 実施例４ 実施例１〜３で用いたものと同じ同心固状重管バーナを
用いて、ガラス原料を増ｆｉｔ　Ｌだ下記の流量条件で
ガラス微粒子堆積体の合成を行った。第１ポートにガラ
ス原料Ｓ　ｉＣ＋４７　Ｏ１分、第２ポートに燃料ガス
ｌ１ｚ１５ｆｆ／分、第３ポートに不活性ガスΔｒ３Ｑ
／分、第４ポートに支燃性ガスとして０．３５Ｑ／分を
用いた。また外側火炎用として、第５ポートに不活性ガ
ス八「６Ｑ／分、第６ポートに燃料ガスｔ（，７６Ｑ／
分、第７ポートに不活性ガスＡｒ６１２／分、第８ポー
トに支燃性ガス０，５５ａ／分を用いた。総流量は５ｉ
Ｃ１，７Ｑ／分、Ｉ＋、９ｉ／分＋　　Ａｒ　　］　５
（１／分、０，９０ｆｆ／分であった。

第４ポートと第５ポートの間のパイプの内蔵ヒータと温
度センサーにより温度！１１整して、３００　’Ｃに加
熱してススづけを行なった（実施例４）。また、加熱な
しでも行なった（比較例２）。

結果を表２に示すが、原料増加に対する収率低重の傾向
が見られたものの、従来法に比べるとその低下は少なか
った。

表２ 以」−の説明では、本発明に係わる原料ガスとしてＳ　
ｉ　ＣＩ　４　＋燃料ガスとして１１２．支燃性ガスと
してＯ２，を用いた例で説明したがこれに限定されるも
のではなく、原料ガスとしてＳ　＋　ｌ（Ｃｌ　ｆｆ＋
Ｓ　ｉｌｌ　Ｐｃ　ｌｙ、　Ｓ　ｉＨ４１などの水素水
素化合物、燃料ガスとしてＣＩ−１４＋　Ｃ、）（ｌｉ
＋　Ｃ、Ｈ、などの炭化水素燃料などを用いても同様の
効果を期待することができる。

（発明の効果］ 以上説明したように本発明は多重火炎バーナにおいて、
ガラス微粒子合成ポートと外側火炎ポートの境界のパイ
プ又はパイプ内壁を加熱することにより、火炎中で生成
されるガラス微粒子の外周への拡散を抑制することがで
きるから、ガラス微粒子の付着効率を向上させ、かつパ
イプ内壁へのガラス微粒子の付着効率を改善することが
でき、安定でかつ合成速度の高いガラス微粒子堆積体の
製造が可能となる。また、原料増量による合成収率の低
下も従来法はど著しくないので、非常に有利な方法であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための燃焼バーナの構成を示
す部分断面図、第２図は従来法に用いている燃焼バーナ
の一例の部分断面図、第３図は■ΔＤ法によるガラス微
粒子合成法を説明する概念図、第４図は原料投入量と合
成速度の関係を示す図表であり、破線は合成収率１００
％の場合を示す。 第１図 第３図 ↑ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）気体のガラス原料を燃焼バーナから噴出させて、
   火炎中で加水分解反応又は酸化反応させて、これによっ
   て合成される粒状ガラスを回転する出発材又は心棒に堆
   積させてガラス微粒子堆積体を形成せしめ、該ガラス微
   粒子堆積体を回転軸方向に成長させてガラス微粒子堆積
   体を製造する方法において、同心円状かつ多重管状に配
   置されたガラス微粒子合成用の燃焼バーナであって、少
   なくともガラス原料噴出ポート、燃料噴出ポート、支燃
   性ガス噴出ポートを有するガラス微粒子合成火炎ポート
   の外側に燃料噴出ポート及び支燃性ガス噴出ポートによ
   り形成される外側火炎ポートを１つ以上持ち、上記外側
   火炎ポートがガラス微粒子合成火炎ポートよりも突き出
   している所謂多重火炎バーナにおいて、外側火炎ポート
   とガラス微粒子合成火炎ポートの境界を形成するパイプ
   又はパイプの内壁面を少なくとも１００℃以上に加熱し
   つつ粒状ガラスの合成を行なうことを特徴とするガラス
   微粒子堆積体の製造方法。