JPH04119929A - ガラス物品の製造方法 - Google Patents

ガラス物品の製造方法

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JPH04119929A
JPH04119929A JP2238507A JP23850790A JPH04119929A JP H04119929 A JPH04119929 A JP H04119929A JP 2238507 A JP2238507 A JP 2238507A JP 23850790 A JP23850790 A JP 23850790A JP H04119929 A JPH04119929 A JP H04119929A
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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〕 本発明はガラス微粒子（以下、ススという）堆積体を気
相軸付法（ＶＡＤ法）あるいは外付法（ＯＶＤ法）など
のスート合成法により生成されるガラス物品の製造方法
に関する。
〔従来の技術〕
スス堆積体を合成する方法として、燃焼バーナから燃焼
ガス、支燃性ガス及び原料ガスを混合噴出し、火炎中で
の加水分解反応、または酸化反応によりススを生成し、
このススを回転する出発材の先端に堆積させ、スス堆積
体を形成させ、該堆積体の成長に合わせて、出発部材を
燃焼バーナと相対的に移動させることにより、スートを
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ガラス微粒子を堆積させ、出発材
または、燃焼バーナを１回以上トラバースすることによ
り、スス堆積体を製造するＯｖＰ法（たとえば特開昭４
８−７３５２２号公報に示されている）がある。
こうしたスート合成法において、燃焼バーナにより生成
された粒状ガラスのスス堆積体への堆積効率を向上させ
る手段として、多重火炎方式のバーナが提案されている
。多重火炎方式のバーナは、たとえば実公昭６０−４９
７９、特公昭６２−５０４１８に示されるように、同心
円状多重管バーナで中心部に少なくとも、ガラス原料噴
出ポート、燃料ガスポート、支燃性ガスポートの各ポー
トを持つガラス微粒子合成用ポートを有し、この外周に
上記スス合成用ポートの出口に対して、ガスの流れ方向
に突き出した少なくとも燃料ガスポート、支燃性ガスポ
ートを持つ火炎形成用ポートを１組、あるいは複数組有
したバーナである。従来この多重火炎方式のバーナを使
用することにより、粒状ガラスの堆積効率が改善されて
きた。
一方、ガラス原料ガスは第３図に示す如く、キャリアガ
スによるバブリング方式、あるいはガラス原料ガスみず
からの蒸気圧により供給する直送方式で供給した後、０
２あるいはＨ２と混合してバーナに導入する方法が一般
的であった。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来、スート合成法においては、合成速度（１分間あた
りに合成される母材の重量）を上げ、生産性を向上させ
る開発が進められてきた。
しかし合成速度を向上させるために、ガラス原料ガスの
流量を上げると、ガラス原料ガスの流量から理論的に計
算されるガラス合成量に対する母材重量の比、すなわち
収率が低下し、このため合成速度向上に限界が生じてし
まうことになった。この種の問題を解決するために、従
来ガス混合の促進、あるいはガス流量の調整（レイノル
ズ数）（特公昭６２−２８１００）などの技術が提案さ
れているが、いずれも本質的な解決策とはならなかった
。
ガラス原料を火炎内で効率良く反応させススを成長させ
、このススをスス堆積面に効率良く堆積させる製造方法
が必要となる。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するための本発明による方法は、気体の
ガラス原料を燃焼バーナから噴出させ火炎中で加水分解
反応して生成するススを堆積させて、ススの母材を形成
し、続いて該母材を加熱透明化してガラス物品を製造す
る方法において、 ■　ガラス原料液を沸点以上に加熱して気化させた気体
のガラス原料を直送方式により燃焼バーナに導入するこ
と。
■　内層部に前記気体のガラス原料とスス合成用燃焼ガ
スを、その外層部に母材加熱用燃焼ガスを多重層構造の
燃焼バーナに導入すること。
■　前記スス合成用燃焼ガスの反応により生成するＨ２
Ｏ量がガラス原料のモル比で２倍以上３倍以下であるこ
とを特徴とする製造方法である。
〔作　用〕
本発明の構成を第１図に示す。すなわち多重火炎構造を
有する燃焼用バーナ１により火炎２が形成される。この
火炎２中にガス状のガラス原料を噴出することにより火
炎２中でススを合成し、これを母材に堆積することによ
りスス堆積体３を合成する。このとき燃焼用バーナ１の
中心層には保温された配管４を通してガラス原料ガスが
送られる。ガラス原料ガスはヒータ９を備えたタンク１
０に貯蔵された液体原料１０を加熱することにより蒸気
圧を上げ、自らの圧力ｌこよりバーナへと送られ、流量
調整器７にてそのガス流量が制御される。このような供
給系を用いることによりガラス原料ガスは不活性ガスな
どのキャリアガスと混合することなくバーナ中心層へ単
独で送ることが可能となる（直送方式）。
さらにスス合成用火炎はガス供給管群５を通してバーナ
の内層部に供給され、また母材加熱用燃焼ガスは、ガラ
ス微粒子合成用火炎用ガス噴出口の外層部に設けられた
噴出口に配管群６を通して導かれる。このときスス合成
用火炎に導かれる燃焼ガスは、原料ガスの加水分解反応
に必要なＨ２Ｏ量を生成するのに必要な量流されること
になる。例えば、燃料がＨ２の場合、原料ガス流１９２
７分に対して、２Ｑｔ／分供給され甜４の場合は、９４
７分供給する。このとき支燃性ガスはバーナの加熱を防
ぎ、生成されたガラス微粒子がバーナに付着することを
防止するため、当量比よりも多量に流される。これによ
りスス合成用火炎中で生成されるＨ２ＯはＳｉ　Ｃ２０
の反応に必要なモル比で２倍の量となり、ガラス原料の
反応に必要な必要最小限の量が確保されもこの流量は犬
すぎると流速を上げ、かつスス堆積面の温度を必要以上
に上げてしまうためＨ２０／　Ｓ＋ｃ１４モル比で３倍
以下が望もしい。
上述したように原料ガスは反応に寄与しない他のガスを
含まず噴出されることから、バーナからの噴出速度は図
３に示すバブリング方式と比較して小さくおさえられ、
かつ外層を流れる燃焼ガスともよく混合される。また、
外層を流れる燃料ガスが反応に必要な量だけ噴出される
ため、外層のみ流速が速くなり、ガスの混合を阻害する
という整置もなくなる。このため原料ガスの加水分解反
応は十分進行する。また、原料ガスを中心層のみから流
すため生成されるススはバーナの火炎流の中心軸付近に
集中して流れ、かつ他のガスを余分に含まないため比較
的高濃度に保たれる。また、バブリング方式ではキャリ
ア用のガスを加熱する必要性から燃料ガスを増量する必
要があり、外層Ｈ２の流速を速くし流れを乱すことにな
るため、生成されるススが外周に飛散し堆積しずらくな
るという不具合が生じてしまう。
次に、スス合成用火炎の外層から噴出される燃焼ガスに
より母材加熱用火炎が形成されるがこの火炎は母材を加
熱するだけでなく、ススを母材表面に付着させる役割り
を持っていることがわかった。すなわち、火炎中で生成
されるススは０１〜０．５μｍと非常に微細なため、慣
性力が小さく、温度分布のない領域ではほとんどガスと
同様の動きをする。これに対して温度差のある空間では
、温度の高い面でのガスの分子運動が活発なため、温度
の低い方向に向かって力を受は移動する性質を有する。
これをサーモホレシス効果と称する。スート法における
ススの堆積では、このサーモホレシス効果が支配的であ
ることを発明者らは見いだし、火炎との関係を調査した
。この結果、母材表面では第４図に示す温度分布がある
ことがわかった。すなわち、スス合成用火炎ｎと、母材
加熱用火炎乙の２層火炎構造に由来して母材近傍ではピ
ーク温度Ｔ。
を持つ温度分布となっており、このＴｐ　が母材加熱用
火炎に依存していることがわかった。具体的には母材加
熱用火炎の燃料ガスの流量とＴｐとは第５図に示すよう
な関係が見い出される。
このＴｐとススの堆積効率を調べたところ、よい相関が
みられた。すなわち、Ｔｐが２０００℃以下の場合には
収率が５０チ以下と低く、２０００℃をこえると向上す
ることがわかった。望ましくは、２４００℃〜２８００
℃である。
従来、中心のスス合成用火炎の燃料を増量したり、ある
いは、中心の原料ガスに燃量を混合したのは、外側の母
材加熱用火炎の加熱不足を補う効果が多少あり、これを
期待したものと考えられる。こうした場合の不具合は前
述したとおりである。
ところで、Ｔｐを上げすぎると、すなわち３０００℃を
こえるピーク温度までしようとすると母材表面の温度も
上がり、サーモホレシス効果も小さくなってしまう。ま
た、母材が加熱されすぎ成長しなくなる。あるいは、変
形をはじめるという不具合を生じてしまう。
以上、説明したように本発明によれば、ガラス原料の反
応を従来より効率的に行なえるとともに生成したススを
効率的に母材に付着させることができ、生産性向上に大
きな効果をもたらすことができる。
〔比較例１〕 同心円状８重管バーナを用い、燃料ガスとして水素、支
燃性ガスとして酸素を使用した。
バーナの配置は第２図に示すと同様の配置とし中心ポー
トから順に原料ガス、水素、不活性ガス（Ａｒ　）　　
酸素　不活性ガス（Ａｒ　）水素不活性ガス（Ａｒ）、
酸素のそれぞれのガスを流した。このとき原料ガスは、
５ＩＣ２４を用い第３図に示すバブリング方式によりア
ルゴンをキャリアガスとして用いた。流ｌは原料のキャ
ＩＪ　７ガスアルゴンを２ｔ／分とし、バブラの温度を
調整することにより原料ガスの実流量を２．８４ｔ／分
とした。ガラス微粒子合成用火炎では燃料ガスとしてＨ
２８１／分、支燃性ガスとして０２１８ｔ／分、アルコ
ン３々扮であった。
また、原料ガスにＨ２ガスを１ｔ１０混合して流した。
母材加熱用火炎では、Ｈ２２０ｔ／分　０２２５　ｔ１
５＋　アルゴン８々扮とした。この結果母材は合成速度
３．８ダ／分て合成され収率は、約５０俤であった。
〔実施例１〕 比較例１と同一条件で原料ガスの供給方式のみを直送方
式とした。すなわち、流量は中心ポートより順に、５１
ｃＬ＜　２．８４４／分Ｈ２５，７Ｌ／分Ａｒ　３１／
ｆ＋、０２１８ｔ／ｆｉ、Ａｒ４ｔ／分、Ｈ２２０ｔ／
分、Ａｒ４ｔ／分、０２２５ｔ／分とした。この結果母
材は合成速度５．５ｖ扮　となり収率は７２チとなった
。
〔比較例２〕 実施例１と同様の方式で母材加熱用燃料であるＨ２の流
量をかえ、ピーク温度と収率の関係を調べた。実施例１
では、Ｈ２２０に扮であったが、これを１０η分まで下
げると、ピーク温度Ｔｐは約１８００℃となり（簡易的
に耐熱板を用い、これを火炎で加熱することにより放射
温度計で測定した。）合成速度は３．１／ｆ＋、収率４
２％と低下した。これ以上Ｈ２を下げた場合、収率はさ
らに低下し、これを回復することはできなかった。
〔実施例２〕 実施例１と同様の方式で母材加熱用燃料であるＨ２の流
量をかえて、ピーク温度と収率の関係を調べた。Ｈ２２
０１／ｆ＋　３０１／分４ｏｔ／分５０　ｔ１５＋　と
し、これに対して０２の流量をそれぞれ２５ｔ１５＋３
０１／分　３８ｔ／分　４５々扮と増量した。この結果
Ｔｐは約２２００℃、　２６５０℃、２９００℃、３１
００℃と上がり、堆積速度と収率はそれぞれ５．５ダ／
％（７２チ）、６．１ダ／分（８１チ）５９！／分（７
８チ）、４９ダ／分（６５チ）となった。
Ｈ２５０ｔ１５＋の場合は母材成長が遅く、多少母材に
変形がみられたが、他の条件では良好な母材合成が実験
した。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明を用いれば原料ガスを十分
反応させることが可能となり、また生成されたススの母
材への付着効率も向上させることができることから、ス
ート法による光フアイバ用母材の合成の生産性を向上さ
せ、かつ高性能の母材を得ることができる。
スート法により合成された光フアイバ用母材は、電気炉
にて１６００℃ないし、それ以上に加熱することにより
透明なガラスロッドを得ることができ、この高品質ガラ
スロッドは光フアイバ用として利用することができる。
また、第２図のような方法で合成した母材は透明化後、
さらに線引炉にて細径にファイバ化することにより高品
質のファイバを得ることができる。
実施例では原料ガスとして５ｉＣｔ４燃料ガスとしてＨ
２支燃性ガスとして０２不活性ガスとしてＡｒを用いた
が、それぞれ原料として５ＩＨｃｔ３、Ｓ　１Ｈ２ｃｔ
２等燃料ガスとしてＣＨ４Ｃ２Ｈ６Ｃ３Ｈ８等、不活性
ガスとしてＮ２等を用いても本発明の効果はかわらない
。また、屈折率を変えるためには、Ｇｅｃ１４Ｂｃ１３
　　ＣＦ４等の添加剤を混合しても効果はかわらない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の構成を示す図 第２図は、本発明のうち出発ロッドの外周にスス堆積体
を合成する図 第３図は、従来のバブリングにより原料を供給する方法
を示す図 第４図は、母材表面近傍の温度分布を示す７第５図は、
母材近傍のピーク温度と燃料ガスの流量の関係を示す図
である。 ０は、出発部材 １は、燃焼用バーナ ２は、火炎 ３は、合成されるスス堆積体 ４は、原料ガス供給用配管 ５は、スス合成用火炎用燃焼がス供給用配管６は、母材
加熱用火炎用燃焼ガス供給用配管７は、 ８は、 ９は、 １０は、 １１は、 １２は、 １３は、 １４は、 １５は、 １６は、 ２１は、 ２２は、 ２３は、 ２４は、 原料ガス流量調整器 原料タンク 原料加熱用ヒータ 液状原料 バブリング用原料タンク 液状原料 バブリング用液状原料加熱ヒータ キャリアガス用配管 キャリアガス流量制御器 原料供給用配管 出発ロッド ガラス微粒子合成用火炎 母材加熱用火炎 回転を示す （＠　する） 第２図 第４図 第５図

Claims (8)

    【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火炎
    中で加水分解反応して生成するススを堆積させて、スス
    の母材を形成し、続いて該母材を加熱透明化してガラス
    物品を製造する方法において、 ［１］ガラス原料液を沸点以上に加熱して気化させた気
    体のガラス原料を直送方式により 燃焼バーナに導入すること ［２］内層部に前記気体のガラス原料とスス合成用燃焼
    ガスを、その外層部に母材加熱用 燃焼ガスを多重層構造の燃焼バーナに導入 すること ［３］前記スス合成用燃焼ガスの反応により生成するＨ
    ＿２Ｏ量がガラス原料のホル比で２倍以上３倍以下であ
    ることを特徴とするガラ ス物品の製造方法。
  2. （２）ガラス原料がＳｉｃｌ＿４、ＳｉＨｃｌ＿３、Ｓ
    ｉＨ＿２ｃｌ＿２の少なくとも１つを含むことを特徴と
    する請求項（１）記載のガラス物品の製造方法。
  3. （３）燃焼ガスが燃料ガスとして、Ｈ＿２、ＣＨ＿４、
    Ｃ＿３Ｈ＿８、Ｃ＿２Ｈ＿６の少なくとも１つを含み、
    支燃性ガスとして、Ｏ＿２またはＯ＿２を含むガスを用
    いることを特徴とする請求項（１）記載のガラス物品の
    製造方法。
  4. （４）ススが堆積している母材近傍の火炎流の母材表面
    法線方向の温度分布が２０００℃以上３０００℃以下の
    ピークを形成するように母材加熱用火炎の燃焼ガスを調
    整することを特徴とする請求項（１）、（２）または（
    ３）記載のガラス物品の製造方法。
  5. （５）ススを回転する出発部材に堆積し、引続き燃焼バ
    ーナと出発部材の位置を相対的に移動させながら円筒状
    母材を形成することを特徴とする請求項（１）、（２）
    、（３）または（４）記載のガラス物品の製造方法。
  6. （６）円筒状母材の中心部の屈折率が高く周辺部が低い
    ことを特徴とする請求項（５）記載のガラス物品の製造
    方法。
  7. （７）燃焼バーナにより生成したススを回転する出発ロ
    ッドの外周に堆積し、出発ロッドを燃焼バーナに対し相
    対的に軸方向に移動させることを特徴とする請求項（１
    ）、（２）、（３）または（４）記載のガラス物品の製
    造方法。
  8. （８）出発ロッドがコアおよびクラリドの一部からなる
    透明ガラスであることを特徴とする請求項（７）記載の
    ガラス物品の製造方法。
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