JPH0825761B2 - 多孔質ガラス母材 - Google Patents

多孔質ガラス母材

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JPH0825761B2
JPH0825761B2 JP27846591A JP27846591A JPH0825761B2 JP H0825761 B2 JPH0825761 B2 JP H0825761B2 JP 27846591 A JP27846591 A JP 27846591A JP 27846591 A JP27846591 A JP 27846591A JP H0825761 B2 JPH0825761 B2 JP H0825761B2
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture 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]
    • C03B37/0148Means for heating preforms during or immediately prior to deposition

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  • Glass Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は合成シリカガラスの前駆
体となる多孔質ガラス母材に係り、特にすす状シリカ微
粒子を堆積させて少なくとも一の軸端側に断面テーパ状
のコーン部を形成した棒状多孔質ガラス母材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、SiCl4その他の珪素化合物を
酸水素炎その他の熱源により加熱し、その火炎加水分解
反応及び高温熱酸化反応によって生成されるすす状シリ
カ微粒子をアルミナ(Al2O3)等の耐熱性基体上若しく
は該基体軸端より軸方向に沿って中実状にに堆積させ
て、合成石英ガラス体の前駆体となる多孔質ガラス母材
(以下スート体という)を生成した後、該スート体を真
空又は不活性ガス雰囲気中で加熱して焼結/溶融する事
により透明状のガラス体を得る、いわゆる気相による合
成石英ガラス体の製造方法は公知である。
【0003】かかる合成シリカガラスの前駆体となるス
ート体の製造方法には、例えばSiCl 4等の珪素化合物と
酸素及び水素を同時に供給可能なシリカ微粒子形成バー
ナと、石英ガラス、アルミナ、炭素、炭化珪素から形成
される回転可能な軸状を耐熱性基体を用い、前記バーナ
若しくは耐熱性基体の少なくとも一方を基体軸方向に順
次移動させながら、回転している該基体上にシリカ微粒
子を積層してスート体を製造する方法(特願昭49ー9
523号)
【0004】又シリカ微粒子の耐熱性基体への堆積速度
を向上させる為に、耐熱性基体のシリカ微粒子堆積部位
のほぼ全長に亙って、前記バーナを耐熱性基体軸方向に
一列状に配列し、該バーナ列を基体軸方向に相対的に往
復運動させながら前記回転している基体上にシリカ微粒
子を軸方向に均一に積層してスート体を製造させる方法
(特開昭53ー70449号他、以下径方向成長法とい
う)。
【0005】更に前記バーナを垂設させた耐熱性基体軸
端に向け配置し、両部材間が基体軸方向に相対的に離間
する方向に移動させながら回転している該基体にシリカ
微粒子を半球状に積層して中実状スート体を製造する技
術(特開昭52ー143037号他、以下軸方向成長法
という)等開発されている。
【0006】しかしながら前記製造技術はいずれもバッ
チ式にスート体を製造する方法である為に、合成シリカ
ガラスの生産性を高める為には、スート体の大型化が必
須の条件となるが、該スート体はいずれもシリカ微粒子
を単に堆積させて多孔質状に形成されている為にその機
械的強度は極めて脆く、この為該スート体が大型化する
程又重量が増大するほど該スート体に生じる負担は大き
くなり、最悪の場合には該スート体にひび割れが発生
し、落下して破損する事態が生じてしまう恐れさえあっ
た。
【0007】又前記製造方法がバッチ式である為に、前
記各耐熱性基体上に所定量のシリカガラス微粒子の堆積
終了毎に、シリカ微粒子形成バーナを消火させ、一旦所
定温度以下に冷却した後次工程の焼結溶融工程に移行す
るようなバッチ処理方式を取ると、前記スート体は透明
ガラス体に比較して大幅に熱容量が小さいために、前記
バーナの消炎にともない、スート体の表面が急激に冷却
され、該冷却した表面の収縮によりスート体表面に引張
り応力が生じ、ひび割れを引起こす事になる。而も前記
欠点はスート体を大口径化すればするほど冷却された表
面と内部の温度差が大きくなり、前記欠点が増幅され
る。
【0008】而も前記スート体を支持する耐熱性基体は
前記したようにアルミナ若しくは炭素、炭化珪素で形成
されているために、前記バーナ消炎後若しくはその堆積
部位始端側においてバーナの加熱位置が該始端より遠ざ
かるにつれ、耐熱性基体の温度低下により熱収縮が生
じ、一方スート体は前記したようにシリカ微粒子で形成
されているために前記温度低下によってもほとんど熱収
縮せず、この結果前記熱収縮した基体との間でずれや剥
離が生じやすくなる。
【0009】一方前記いずれの技術も1又は複数のシリ
カ微粒子形成バーナを耐熱生基体の軸線方向に沿って相
対移動させながらシリカ微粒子を耐熱性基体上に堆積さ
せる構成を取るために、必然的に基体上に堆積されたス
ート体の軸端側に断面テーパ状のコーン部が形成される
が、該コーン部は端縁に進むにつれ薄肉化されているた
めに、その機械的強度が極めて脆く、この為該コーン部
に僅かな物理的衝撃が印加された場合他の直胴部分に比
較して一層ひび割れが発生しやすく、該ひび割れがスー
ト体軸方向全体に亙って進行し、前記した落下破損等の
問題が生じ易い。
【0010】かかる欠点を解消するために、図3(A)
に示すように前記コーン部5若しくはスート体10形成
後、前記コーン部5末端側の基体1との境界部を加熱バ
ーナ3により焼き締めてリング状の高密度化部を形成
し、前記ひび割れの発生を防止する技術が開示されてい
る。(特開昭63ー206324号)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、極めて
薄肉化されているコーン境界部分5Aを火炎により焼結
化させて高密度化すると密度当りの供給熱量が特段に大
となるために、軸方向とともに周方向にも大きな収縮が
生じて歪は発生し、その為前記末端部5Aに却って軸方
向のひび割が発生しやすくなるのみならず、前記スート
体10の大型化により耐熱性基体1に印加される重量負
担が大になると、それだけ撓み量も大になり、前記境界
部に大きな応力が加わる事となり、その応力が最も加わ
る部分を高密度化すると応力集中によりひび割れが発生
しやすくなる。
【0012】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、前
記スート体を大型化した場合においても、ひび割れが発
生する事がなく、又例えひび割れが発生してもその進行
を完全に阻止出来る事が可能なスート体を提供する事を
目的とする。
【0013】
【課題を解決する為の手段】本発明は前記スート体10
の少なくとも一のコーン部5の所望箇所を加熱バーナ
3、4を用いて焼き締めてリング状高密度化部を形成し
た点については前記従来技術と同様であるが、本発明は
特に該高密度化部20を、コーン部両端位置5A、5B
を除く中央部位5Cに間隔を隔てて2ヵ所以上形成した
事を特徴とするものであり、そしてより具体的には前記
高密度化部20形成位置を、コーン部両端15%域に挟
まれる70%中央域5Cに間隔を隔てて2ヵ所以上形成
した事を特徴とするものである。尚、前記高密度化部2
0は、スート体10の軸始端側のコーン部5にのみ形成
してもよいが、必要に応じて始端側5と終端側5’の両
者に形成するのが好ましい。又本発明は耐熱性基体1を
水平に延在する径方向成長法においても又垂直に垂設す
る軸方向成長法のいずれにも適用可能である。
【0014】
【作用】前記コーン部5の耐熱性基体側の細径末端部5
Aを高密度化した場合には図3(A)に示す欠点が生じ
る事は前記した通りである。
【0015】一方スート体直胴部8との境界に位置する
太径末端部5Cを高密度化すると、図3(B)に示すよ
うに凹みが生じ、該凹みに起因して直胴部8との境界付
近にリング状のエッジ29が発生し、その部分に円周方
向に沿ってクラック28が発生し、該クラック28の一
部にスート体10の撓みに起因して応力集中が生じ易く
なり結果としてその部分より軸方向のひび割れ27が生
成し、前記欠点を解消し得ない。
【0016】この為前記コーン部の中央域5Cを高密度
化するのが好ましいが、前記高密度化部が1本のみでは
スート体を大型化した場合、万が一ひび割れが発生した
場合その進行を完全に阻止する事が出来ない。
【0017】そこで前記高密度化部20を、コーン部全
長両端位置5A、5Bを除く中央域5Cに間隔を隔てて
2ヵ所以上形成する事により、スート体の撓みが発生し
ても応力集中をその分分散する事が出来、ひび割れの発
生原因を大幅に低下し得ると共に、又例えひび割れが発
生しても、高密度化部20が2箇所以上であるため、ひ
び割れの進行阻止力が大幅に向上する。
【0018】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【0019】図1は本発明の実施例に係るスート体製造
装置を示す。先ず本実施例は図1に示すようにアルミナ
(Al2O3)製の管(外径40mm、厚さ5mm、長さ
1.5m)を水平に設置し、その両端を支持体9により
回転可能に軸支させて耐熱性基体1を形成するととも
に、該基体1の下方位置より垂直方向に前記基体1周面
に向け配置されたシリカ微粒子形成バーナ2とを設け、
該形成バーナ2を基体軸線方向に沿って相対移動可能に
構成している。尚、これらの構成は既に周知の為その詳
細な説明は省略するが、前記装置により製造されるスー
ト体10は、その全長を1.2m、直胴部8長さを0.
4m、その両端側に形成されるコーン部5、5’長さを
0.4mに設定したスート体が製造可能に構成されてい
る。
【0020】そしてスート体焼き締め用の加熱バーナ
3,4、3’、4’は図2に示すように、シリカ微粒子
形成バーナ2に対し±20°〜70°の傾斜角をもって
耐熱性基体に向け配置するとともに、該加熱バーナ3、
4、3’、4’は図2に示すように、スート体堆積部位
始端5より内側へ夫々所望箇所ずらした位置に配置す
る。尚、加熱バーナ3,4、3’、4’は一般に酸水素
バーナにて構成するが必ずしもこれのみに限定するもの
ではない。
【0021】かかる構成において、まずシリカ微粒子形
成バーナ2を耐熱性基体1軸方向に沿って堆積部位始端
5側よりトラバースさせながらH2とO2との燃焼炎中に
珪素化合物を送り込み、該燃焼中で生成されたシリカ微
粒子を耐熱性基体1に堆積させ、その後適宜時期に加熱
バーナ3,4、3’、4’によりスート体8のコーン部
の所定位置6,7を加熱する事により、その加熱部がリ
ング状に焼き締められ高密度化部20が形成される。こ
の際、該加熱バーナ3,4、3’、4’の加熱位置及び
加熱温度はシリカ微粒子形成用バーナ2とほぼ同等の1
000〜1500℃程度に設定する。
【0022】尚スート体軸端側に夫々配設した加熱バー
ナ3,4、3’、4’の加熱時期はいずれもコーン形成
開始からコーン形成終了後で耐熱性基体1にシリカ微粒
子が堆積している時点で夫々所定時間該バーナ3、4、
3’、4’を点火してリング状の高密度化部20を形成
する。
【0023】次に本発明の作用効果を確認するために、
次の様な実験を試みた。先ず加熱バーナを一つに限定し
て、その加熱位置をコーン部5、5’と耐熱性基体1と
の境界より15%域以内のコーン細端位置(以下5A位
置という)を加熱した場合(比較例1)、コーン部5、
5’と直胴部8との境界より15%域以内のコーン太端
位置(以下5B位置という)を加熱した場合(比較例
2)、次に前記各域より外れた中央域70%(以下5C
位置という)を加熱した場合(比較例3)に分け、夫々
15Kgと30Kgのスート体10を製造した所、比較
例1と3では、15Kgと30Kgのいずれのスート体
10でもひび割れの発生がみられたが、比較例2では3
0Kgのスート体についてのみ、ひび割れの発生がみら
れた。
【0024】次に加熱バーナを2本用いて、図4に示す
ようにその加熱位置を5Aと5B(比較例4)、5Aと
5C(比較例5)、5Bと5C(比較例6)、及び5C
領域に間隔を隔てて2本の高密度化部20が形成される
ように加熱した場合(実施例)に分け、前記と同様に夫
々15Kgと30Kgのスート体を製造した所、比較例
4と6では、15Kgと30Kgのいずれのスート体で
もひび割れの発生がみられたが、比較例4と5では30
Kgのスート体についてのみ、ひび割れの発生がみられ
た。又5C領域に間隔を隔てて2本焼き締め部を形成し
た実施例1については15Kgと30Kgのいずれのス
ート体でもひび割れの発生がみられなかった。
【0025】次に軸方向成長法においても同様な効果が
得られるかどうか確認するために、図5に示すように、
軸心を中心として回転可能なアルミナ(Al2O3)製の種
棒からなる耐熱性基体1を垂設すると共に、該種棒1の
下端側に軸心より半径方向に僅かにずらした位置に前記
シリカ微粒子形成バーナ2を、又種棒1のスート堆積位
置始端側に一対の加熱バーナ3、4を水平方向に沿って
上下に配設する。そしてシリカ微粒子形成バーナ2は不
図示の駆動手段により垂直方向に下降可能に構成する。
【0026】かかる構成において先ず耐熱性基体1を回
転させながら前記形成バーナ2を軸線方向に沿って徐々
に下降させながら、該形成バーナ2より噴射させるH2
とO2との燃焼炎中に珪素化合物を送り込み、該燃焼炎
中で生成されたシリカ微粒子を耐熱性基体1に堆積させ
る、そして耐熱性基体1にシリカ微粒子が堆積している
時点で、加熱バーナ3,4を点火してコーン部5の中央
部位5Cを間隔を隔てて2ヵ所を加熱する事によりリン
グ状の一対の高密度部20を形成する。このようにして
形成した大型のスート体10においても耐熱性基体1と
の間にずれが生じず、軸下端側のコーン部5でひび割れ
が発生していない事が確認された。
【0027】
【効果】以上記載した如く本発明によれば、耐熱性基体
のひび割れの発生を防止し得るか、又例え前記コーン部
にひび割れが発生してもその進行を完全に阻止すること
が出来、これにより容易にスート体の大型化に対応出来
る。等の種々の著効を有す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わるガラス母材製造装置を
示す正面全体慨略図
【図2】図1の側面図
【図3】コーン部にリング状の高密度化部を形成した従
来技術及び本発明に至る過程のスート体の要部慨略図
【図4】コーン部の所定位置に2本のにリング状の高密
度化部を形成した比較例と実施例を示すスート体の要部
慨略図
【図5】本発明の他の実施例に係わるガラス母材製造方
法を示す全体慨略図
【符号の説明】
1 耐熱性基体 2 シリカ微粒子形成バーナ 34 加熱バーナ 20 高密度化部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 すす状シリカ微粒子を堆積させて少なく
    とも一の軸端側に断面テーパ状のコーン部を形成した多
    孔質ガラス母材において少なくとも一のコーン部にリン
    グ状高密度化部を形成すると共に、該高密度化部を、コ
    ーン部両端位置を除く中央部位に間隔を隔てて2ヵ所以
    上形成した事を特徴とする多孔質ガラス母材
  2. 【請求項2】 前記高密度化部形成位置が、コーン部両
    端15%域に挟まれる70%中央域である請求項1記載
    の多孔質ガラス母材
JP27846591A 1991-09-30 1991-09-30 多孔質ガラス母材 Expired - Fee Related JPH0825761B2 (ja)

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