JPH09100128A - 石英ガラスブランクの製造方法およびそのために適した装置 - Google Patents
石英ガラスブランクの製造方法およびそのために適した装置Info
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- JPH09100128A JPH09100128A JP8199166A JP19916696A JPH09100128A JP H09100128 A JPH09100128 A JP H09100128A JP 8199166 A JP8199166 A JP 8199166A JP 19916696 A JP19916696 A JP 19916696A JP H09100128 A JPH09100128 A JP H09100128A
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- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スート物体内の密度分布を一定の高い析出効
率において最適にすることができる、石英ガラスブラン
クを製造する方法、およびそれに適した装置の提供。 【解決手段】 バーナーヘッドを通して、ガス状珪素含
有ガラス出発材料を中央領域へ、および燃焼ガスを該中
央領域を取り囲む外側領域へそれぞれ導き、それにより
微細なＳｉＯ2スート粒子を該バーナーヘッド近くの反
応ゾーン中に形成させ、これを多孔質スート物体を形成
させながら支持体上に析出させ、その際、要求されるス
ート物体の半径又は軸方向の密度分布を達成させるため
に、燃焼ガス流を変化させ、且つ反応ゾーンまでのバー
ナーヘッドの領域においてガラス出発材料と燃焼ガスを
分離させるために、燃焼ガス流とガラス出発材料の流れ
との間に分離ガス流を与え、ついで該スート物体を焼結
させる。
率において最適にすることができる、石英ガラスブラン
クを製造する方法、およびそれに適した装置の提供。 【解決手段】 バーナーヘッドを通して、ガス状珪素含
有ガラス出発材料を中央領域へ、および燃焼ガスを該中
央領域を取り囲む外側領域へそれぞれ導き、それにより
微細なＳｉＯ2スート粒子を該バーナーヘッド近くの反
応ゾーン中に形成させ、これを多孔質スート物体を形成
させながら支持体上に析出させ、その際、要求されるス
ート物体の半径又は軸方向の密度分布を達成させるため
に、燃焼ガス流を変化させ、且つ反応ゾーンまでのバー
ナーヘッドの領域においてガラス出発材料と燃焼ガスを
分離させるために、燃焼ガス流とガラス出発材料の流れ
との間に分離ガス流を与え、ついで該スート物体を焼結
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バーナーヘッドを
通して、ガス状珪素含有ガラス出発材料を中央領域へ、
および燃焼ガスを該中央領域を取り囲む外側領域へそれ
ぞれ導き、それにより微細なＳｉＯ2スート粒子を該バ
ーナーヘッド近くの反応ゾーン中に形成させ、これを多
孔質スート物体を形成させながら支持体上に析出させ、
ついで該スート物体を焼結させることからなる、複数ノ
ズルのバーナーヘッドを使用して前記出発材料を燃焼フ
レーム中でＳｉＯ2へ変換することにより石英ガラスブ
ランク（素材）を製造する方法に関するものである。
通して、ガス状珪素含有ガラス出発材料を中央領域へ、
および燃焼ガスを該中央領域を取り囲む外側領域へそれ
ぞれ導き、それにより微細なＳｉＯ2スート粒子を該バ
ーナーヘッド近くの反応ゾーン中に形成させ、これを多
孔質スート物体を形成させながら支持体上に析出させ、
ついで該スート物体を焼結させることからなる、複数ノ
ズルのバーナーヘッドを使用して前記出発材料を燃焼フ
レーム中でＳｉＯ2へ変換することにより石英ガラスブ
ランク（素材）を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】このような方法はヨーロッパ特許出願
（ＥＰ−Ａ１ 0 146 659）に記載されている。この場
合、微細なＳｉＯ2スート粒子は水平に置かれ、その水
平軸の回りを回転する黒鉛棒の上に析出される。スート
粒子は酸素−水素フレーム中でフレーム加水分解するこ
とにより有機珪素含有化合物から形成される。一実施態
様によれば、珪素含有有機化合物は複数のノズルバーナ
ーヘッドの中心のノズルへ、付与剤、フッ素並びにアル
ゴンおよび酸素と共に供給される。中心にある中央ノズ
ルは、それに対して同軸に配置された幾つかの環状ノズ
ルにより囲まれている。アルゴン−酸素混合物は第１環
状ノズルを通してバーナーヘッドへ供給され、第２及び
第３ノズルを通して燃焼ガスの水素及び酸素が供給され
る。
（ＥＰ−Ａ１ 0 146 659）に記載されている。この場
合、微細なＳｉＯ2スート粒子は水平に置かれ、その水
平軸の回りを回転する黒鉛棒の上に析出される。スート
粒子は酸素−水素フレーム中でフレーム加水分解するこ
とにより有機珪素含有化合物から形成される。一実施態
様によれば、珪素含有有機化合物は複数のノズルバーナ
ーヘッドの中心のノズルへ、付与剤、フッ素並びにアル
ゴンおよび酸素と共に供給される。中心にある中央ノズ
ルは、それに対して同軸に配置された幾つかの環状ノズ
ルにより囲まれている。アルゴン−酸素混合物は第１環
状ノズルを通してバーナーヘッドへ供給され、第２及び
第３ノズルを通して燃焼ガスの水素及び酸素が供給され
る。
【０００３】ＳｉＯ2スート粒子はバーナーヘッドから
離れた反応ゾーンで形成される。反応ゾーンの先端（始
まり）は青色フレームから白色フレームへの色の変化に
より容易に認識することができる。反応ゾーンとバーナ
ー口との距離は、まず第１にバーナーを離れるガスの流
速及びフレーム温度に依存する。該距離が短すぎると、
ＳｉＯ2スート粒子がバーナー口に析出し、ノズル開口
部を塞いでしまう。一方、ガラス出発材料をできるだけ
完全に変換させるためには、ある最小変換時間、即ちあ
る最小の反応ゾーンの長さが必要である。これは反応ゾ
ーンの先端が、形成されるべきスート物体の表面から十
分に長い距離でなければならないことを意味する。反応
ゾーンの長さをスート物体の表面近くのガラス出発材料
が完全に変換されるように選択した場合に、析出効率は
最良となる。
離れた反応ゾーンで形成される。反応ゾーンの先端（始
まり）は青色フレームから白色フレームへの色の変化に
より容易に認識することができる。反応ゾーンとバーナ
ー口との距離は、まず第１にバーナーを離れるガスの流
速及びフレーム温度に依存する。該距離が短すぎると、
ＳｉＯ2スート粒子がバーナー口に析出し、ノズル開口
部を塞いでしまう。一方、ガラス出発材料をできるだけ
完全に変換させるためには、ある最小変換時間、即ちあ
る最小の反応ゾーンの長さが必要である。これは反応ゾ
ーンの先端が、形成されるべきスート物体の表面から十
分に長い距離でなければならないことを意味する。反応
ゾーンの長さをスート物体の表面近くのガラス出発材料
が完全に変換されるように選択した場合に、析出効率は
最良となる。
【０００４】バーナーヘッドと形成されるスート物体の
表面との距離は通常一定に保たれ、バーナーヘッドはス
ート物体の直径の増加に対応して移動される。
表面との距離は通常一定に保たれ、バーナーヘッドはス
ート物体の直径の増加に対応して移動される。
【０００５】スート物体の表面の増加に伴い、変換によ
る熱の放散及び熱輻射が増加する。従って、大容量のス
ート物体の方が小容量のスート物体と比べて相対的に速
く冷える。このため、スート物体の密度は内部から外部
へと半径方向に減少する。これは光学部材、例えば通信
技術用の光ファイバーの製造におけるスート物体の適合
性には不利である。バーナーヘッドとスート物体の表面
の距離を減少させることにより温度の低下を避けること
ができるが、上記に説明した理由により析出効率は低下
する。
る熱の放散及び熱輻射が増加する。従って、大容量のス
ート物体の方が小容量のスート物体と比べて相対的に速
く冷える。このため、スート物体の密度は内部から外部
へと半径方向に減少する。これは光学部材、例えば通信
技術用の光ファイバーの製造におけるスート物体の適合
性には不利である。バーナーヘッドとスート物体の表面
の距離を減少させることにより温度の低下を避けること
ができるが、上記に説明した理由により析出効率は低下
する。
【０００６】さらに、本発明は、バーナーヘッドを有
し、該バーナーヘッドはガラス出発材料を供給するため
の、中心にある管状中央ノズルおよび燃焼ガスを供給す
るための、該中央ノズルに対して同軸に配置された複数
の環状ノズルを有しており、半径断面が円形の内側及び
外側境界壁を有する分離ガスノズルが該中央ノズルと該
環状ノズルの間に設けられている装置に関するものであ
る。
し、該バーナーヘッドはガラス出発材料を供給するため
の、中心にある管状中央ノズルおよび燃焼ガスを供給す
るための、該中央ノズルに対して同軸に配置された複数
の環状ノズルを有しており、半径断面が円形の内側及び
外側境界壁を有する分離ガスノズルが該中央ノズルと該
環状ノズルの間に設けられている装置に関するものであ
る。
【０００７】このような装置もＥＰ−Ａ１ 0 146 659か
ら公知である。公知のバーナーは石英ガラスで造られて
いる。該バーナーはガラス出発材料を供給するための１
個の管状の中央ノズル及び中央ノズルに対して同軸に配
置された３個の環状ノズルを有し、外側の環状ノズルは
酸素及び水素を燃焼ガスフレームへ供給するために設け
られている。他の環状ノズルは酸素−アルゴン混合物の
供給に使われ、環状燃焼ガスノズルと中央ノズルの間に
設けられている。
ら公知である。公知のバーナーは石英ガラスで造られて
いる。該バーナーはガラス出発材料を供給するための１
個の管状の中央ノズル及び中央ノズルに対して同軸に配
置された３個の環状ノズルを有し、外側の環状ノズルは
酸素及び水素を燃焼ガスフレームへ供給するために設け
られている。他の環状ノズルは酸素−アルゴン混合物の
供給に使われ、環状燃焼ガスノズルと中央ノズルの間に
設けられている。
【０００８】公知のバーナーのガス流を最適に調整した
場合は、高い析出割合を達成することができる。しかし
ながら、バーナーは流れ状態の変化に敏感に反応するこ
と、およびこのような場合は析出割合が減少することが
わかった。
場合は、高い析出割合を達成することができる。しかし
ながら、バーナーは流れ状態の変化に敏感に反応するこ
と、およびこのような場合は析出割合が減少することが
わかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、スート物体内の密度分布を、一定の高い析出効率に
おいて、最適にすることができる方法を提供することに
ある。さらに、本発明の目的は、高い変換率を補償し且
つ方法パラメーターの変化に比較的鈍感に反応するガス
状の珪素含有ガラス出発材料の変換により、石英ガラス
ブランクを製造する方法を提供することにある。
は、スート物体内の密度分布を、一定の高い析出効率に
おいて、最適にすることができる方法を提供することに
ある。さらに、本発明の目的は、高い変換率を補償し且
つ方法パラメーターの変化に比較的鈍感に反応するガス
状の珪素含有ガラス出発材料の変換により、石英ガラス
ブランクを製造する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】従って、本発明によれ
ば、スート物体の形成中にスートの所望の半径又は軸方
向の密度分布を達成するために燃料ガス流れを変えるこ
と、および反応ゾーンまでのバーナーヘッドの領域にお
いてガラス出発材料と燃焼ガスを分離させるために、燃
焼ガス流とガラス出発材料の流れとの間に分離ガス流を
与えることからなる本発明により、上記方法の課題が解
決される。
ば、スート物体の形成中にスートの所望の半径又は軸方
向の密度分布を達成するために燃料ガス流れを変えるこ
と、および反応ゾーンまでのバーナーヘッドの領域にお
いてガラス出発材料と燃焼ガスを分離させるために、燃
焼ガス流とガラス出発材料の流れとの間に分離ガス流を
与えることからなる本発明により、上記方法の課題が解
決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明者らによる広範囲な研究
が、スート物体の所望の半径方向の密度分布（通常は密
度がスート物体の壁厚方向において一定である密度を生
ずることが望ましいが）を到達させるための目標をもっ
て行われた。これに対して、上記のように、スート物体
はその表面近くのバーナーを移動させることにより、大
きく成長したスート物体の相対的な冷却が保証されると
いうことが第１に試みられた。しかし、結果として反応
ゾーンは短くなり、ガス状ガラス出発材料の完全な酸化
が防止され、変換の度合及び析出速度は減少した。
が、スート物体の所望の半径方向の密度分布（通常は密
度がスート物体の壁厚方向において一定である密度を生
ずることが望ましいが）を到達させるための目標をもっ
て行われた。これに対して、上記のように、スート物体
はその表面近くのバーナーを移動させることにより、大
きく成長したスート物体の相対的な冷却が保証されると
いうことが第１に試みられた。しかし、結果として反応
ゾーンは短くなり、ガス状ガラス出発材料の完全な酸化
が防止され、変換の度合及び析出速度は減少した。
【００１２】また、スート物体の析出過程中は十分に高
い温度を維持するために、スート物体の直径は増加する
がバーナーガスの流速は減少するので、スート物体の表
面とバーナーの間の距離を同一に保つことが試みられ
た。しかし、この場合は燃料ガスの高い流速が要求され
るので、反応ゾーンの先端（始まり）がスート物体の表
面に向けてシフトし、従って反応ゾーンが短くなり、変
換率及び析出速度が減少した。
い温度を維持するために、スート物体の直径は増加する
がバーナーガスの流速は減少するので、スート物体の表
面とバーナーの間の距離を同一に保つことが試みられ
た。しかし、この場合は燃料ガスの高い流速が要求され
るので、反応ゾーンの先端（始まり）がスート物体の表
面に向けてシフトし、従って反応ゾーンが短くなり、変
換率及び析出速度が減少した。
【００１３】さらなる試験において、驚くべきことに、
分離ガス流を燃料ガス流とガラス出発材料の流れの間に
提供すると、反応ゾーンを変えたり又は短くしたりする
ことなく、広範囲に燃料ガス流を変えることができると
いうことが判明した。かくして、分離ガス流が燃料ガス
の量又は種類に殆ど無関係に反応ゾーンの位置及び長さ
を決める。
分離ガス流を燃料ガス流とガラス出発材料の流れの間に
提供すると、反応ゾーンを変えたり又は短くしたりする
ことなく、広範囲に燃料ガス流を変えることができると
いうことが判明した。かくして、分離ガス流が燃料ガス
の量又は種類に殆ど無関係に反応ゾーンの位置及び長さ
を決める。
【００１４】分離ガス流の機能の一つは、反応ゾーンの
長さ及び位置を安定にすることであり、これを達成する
ために、バーナーヘッドの領域においてガラス出発材料
が燃料ガスと速く反応することを防止し且つその反応を
反応ゾーンの領域へシフトさせる必要がある。従って、
燃料ガス流の流速は、バーナーヘッド近くの領域で燃料
ガス流からガラス出発材料の流れが完全に蔽遮されるよ
うな流速が選ばれる。それにより、ガラス出発原料の流
れが顕著に影響されずに、燃料ガス流を変化させること
が可能となる。従って、この方法における分離ガス流は
その流速を十分に高く設定するために機能する。必要な
流速は他のガス流に依存するが、僅かな実験に基づいて
容易に決定することができる。反応ゾーンとバーナー口
の距離は流速が十分に高いことを示す根拠として役立
つ。この距離は少なくとも３ｍｍ、好ましくは５ｍｍで
あるべきであり、これにより分離ガス流と燃料ガスと早
い混合が避けられる。その際分離ガス流は一つ又はそれ
以上のバーナーノズルを通して供給される。
長さ及び位置を安定にすることであり、これを達成する
ために、バーナーヘッドの領域においてガラス出発材料
が燃料ガスと速く反応することを防止し且つその反応を
反応ゾーンの領域へシフトさせる必要がある。従って、
燃料ガス流の流速は、バーナーヘッド近くの領域で燃料
ガス流からガラス出発材料の流れが完全に蔽遮されるよ
うな流速が選ばれる。それにより、ガラス出発原料の流
れが顕著に影響されずに、燃料ガス流を変化させること
が可能となる。従って、この方法における分離ガス流は
その流速を十分に高く設定するために機能する。必要な
流速は他のガス流に依存するが、僅かな実験に基づいて
容易に決定することができる。反応ゾーンとバーナー口
の距離は流速が十分に高いことを示す根拠として役立
つ。この距離は少なくとも３ｍｍ、好ましくは５ｍｍで
あるべきであり、これにより分離ガス流と燃料ガスと早
い混合が避けられる。その際分離ガス流は一つ又はそれ
以上のバーナーノズルを通して供給される。
【００１５】従って、本発明は、第１ステップでガラス
出発材料流、燃料ガス流及びガス流のための反応ゾーン
の最適長さが決定され、第２ステップで燃料ガスがスー
トの析出中に、スート物体の表面で所望の温度が達成さ
れ、かくしてスート物体内に所望の半径密度分布が得ら
れるように調節されることが初めて可能となる。
出発材料流、燃料ガス流及びガス流のための反応ゾーン
の最適長さが決定され、第２ステップで燃料ガスがスー
トの析出中に、スート物体の表面で所望の温度が達成さ
れ、かくしてスート物体内に所望の半径密度分布が得ら
れるように調節されることが初めて可能となる。
【００１６】その際、「反応ゾーン」という用語は、バ
ーナーヘッドとスート物体の表面との間の領域であり、
該領域中においてガス状のガラス出発材料の酸化が起こ
り、その先端において青から白へのバーナーフレームの
色の急変により特徴づけられるものと理解すべきであ
る。「スート物体の表面」とは、析出法により、シリン
ダーの外皮面（ＯＶＤ法）又はシリンダーの前表面（Ｖ
ＡＤ法）である。
ーナーヘッドとスート物体の表面との間の領域であり、
該領域中においてガス状のガラス出発材料の酸化が起こ
り、その先端において青から白へのバーナーフレームの
色の急変により特徴づけられるものと理解すべきであ
る。「スート物体の表面」とは、析出法により、シリン
ダーの外皮面（ＯＶＤ法）又はシリンダーの前表面（Ｖ
ＡＤ法）である。
【００１７】燃料ガスはガス状ガラス出発材料がＳｉＯ
2スート粒子へ変換するためのエネルギーに利用され
る。通常燃料ガスは水素及び酸素であり、これらは二つ
の空間的に別のノズルを通して供給される。
2スート粒子へ変換するためのエネルギーに利用され
る。通常燃料ガスは水素及び酸素であり、これらは二つ
の空間的に別のノズルを通して供給される。
【００１８】燃料ガス流は少なくとも一つの燃料ガスノ
ズルから乱流で取り出す方法が有利であること分かっ
た。層流又は僅かな乱流の分離ガス流は燃料ガス流の乱
流には全く影響されず、しかも安定である。
ズルから乱流で取り出す方法が有利であること分かっ
た。層流又は僅かな乱流の分離ガス流は燃料ガス流の乱
流には全く影響されず、しかも安定である。
【００１９】分離ガスは反応ゾーンに向けてバーナーヘ
ッド内で集中させる（fokussieren）ことが有利であ
る。この集中化はバーナー口の領域へ分離ガス流を適当
に方向づけすることにより達成される。例えば、ノズル
の境界壁を内側に傾斜させ、及び／又は外側に向けて円
錐状に先細りにすることができる。分離ガスを集中させ
ることにより、安定なガス供給が達成され、そして分離
ガスが燃料ガスと早く混合されることが防止され、かく
してバーナーヘッドの領域において、燃料ガス、特に水
素及び酸素との反応からガラス出発材料が防止される。
また、分離ガスの集中は全体的にガス流の安定化に寄与
し、反応ゾーンの位置及び長さの維持を容易にする。そ
れにより、燃料ガス流のエネルギーがより高められ、側
面からの反応熱の放熱が減少する。
ッド内で集中させる（fokussieren）ことが有利であ
る。この集中化はバーナー口の領域へ分離ガス流を適当
に方向づけすることにより達成される。例えば、ノズル
の境界壁を内側に傾斜させ、及び／又は外側に向けて円
錐状に先細りにすることができる。分離ガスを集中させ
ることにより、安定なガス供給が達成され、そして分離
ガスが燃料ガスと早く混合されることが防止され、かく
してバーナーヘッドの領域において、燃料ガス、特に水
素及び酸素との反応からガラス出発材料が防止される。
また、分離ガスの集中は全体的にガス流の安定化に寄与
し、反応ゾーンの位置及び長さの維持を容易にする。そ
れにより、燃料ガス流のエネルギーがより高められ、側
面からの反応熱の放熱が減少する。
【００２０】燃料ガス流はスート物体の形成中は連続的
に増加させることが好ましい。燃料ガス流の連続的な増
加により、厚さの増加によるスート物体の相対的温度低
下が補償されるので、所望ならば、スート物体内の均一
な半径密度分布に到達させることが可能である。その
上、本発明の方法はスート粒子の析出効率が低下しない
ことが保証される。
に増加させることが好ましい。燃料ガス流の連続的な増
加により、厚さの増加によるスート物体の相対的温度低
下が補償されるので、所望ならば、スート物体内の均一
な半径密度分布に到達させることが可能である。その
上、本発明の方法はスート粒子の析出効率が低下しない
ことが保証される。
【００２１】ガラス出発材料として、ＳｉＣｌ4が特に
適していることが証明された。担持ガスとして酸素をガ
ラス出発原料に混合することが有利である。担体ガスの
混合は、ガス流中のＳｉＣｌ4の量の変化を担体ガスの
量の変化に対応させて補償することを可能にし、従って
ガス流の流速を全体に一定に保つことができるという利
点を有する。酸素は反応ゾーン中でガラス出発材料と反
応してＳｉＯ2を形成する。本発明の方法はガラス出発
材料が中心にあるノズルの管状中央ノズルを通してバー
ナーヘッドから取り出され、そして分離ガス流が中央ノ
ズルと同軸に配置された環状ノズルを通して取り出され
ることが有利であることが分かった。これにより、分離
ガス流は完全にガラス出発材料流を取り囲み、バーナー
ヘッド領域においてガラス出発材料と燃料ガス流との完
全な分離が保証される。
適していることが証明された。担持ガスとして酸素をガ
ラス出発原料に混合することが有利である。担体ガスの
混合は、ガス流中のＳｉＣｌ4の量の変化を担体ガスの
量の変化に対応させて補償することを可能にし、従って
ガス流の流速を全体に一定に保つことができるという利
点を有する。酸素は反応ゾーン中でガラス出発材料と反
応してＳｉＯ2を形成する。本発明の方法はガラス出発
材料が中心にあるノズルの管状中央ノズルを通してバー
ナーヘッドから取り出され、そして分離ガス流が中央ノ
ズルと同軸に配置された環状ノズルを通して取り出され
ることが有利であることが分かった。これにより、分離
ガス流は完全にガラス出発材料流を取り囲み、バーナー
ヘッド領域においてガラス出発材料と燃料ガス流との完
全な分離が保証される。
【００２２】スート物体の形成中はガラス出発材料流を
一定に保つことが有利であることが分かった。これは一
定の析出速度及び均一な密度の維持を容易にする。
一定に保つことが有利であることが分かった。これは一
定の析出速度及び均一な密度の維持を容易にする。
【００２３】また、これは、スート物体の形成中、バー
ナーヘッドと形成されるスート物体の表面との距離およ
び反応ゾーンと形成されるスート物体との距離を一定に
保つのに役立つ。
ナーヘッドと形成されるスート物体の表面との距離およ
び反応ゾーンと形成されるスート物体との距離を一定に
保つのに役立つ。
【００２４】反応ゾーンの先端はバーナーヘッドから５
〜１０ｍｍの範囲の値に調節することが好ましい。５ｍ
ｍの最小距離はスート粒子がバーナーヘッドに析出する
ことを防止する。１０ｍｍを越える距離では、反応ゾー
ンの長さを不必要に短くする。
〜１０ｍｍの範囲の値に調節することが好ましい。５ｍ
ｍの最小距離はスート粒子がバーナーヘッドに析出する
ことを防止する。１０ｍｍを越える距離では、反応ゾー
ンの長さを不必要に短くする。
【００２５】装置に関しては、分離ガスノズルを、ノズ
ル開口部の下からノズル開口部までの領域において、中
心にあるノズルに向けて傾斜させることによる本発明に
より、上記装置に関する上記課題が解決される。
ル開口部の下からノズル開口部までの領域において、中
心にあるノズルに向けて傾斜させることによる本発明に
より、上記装置に関する上記課題が解決される。
【００２６】上記したように、本発明の方法において
は、分離ガスノズルは分離ガスの供給に使用され、つま
り燃料ガスの流速に係わりなく、燃料ガス流からガラス
出発材料を分離する。分離ガスノズルはノズル開口部の
下からノズル開口部までの領域において中央軸に向けて
傾斜しているので、分離ガス流は集中化及び安定化が達
成され、ガラス出発材料の流れが容易に燃料ガスから蔽
遮される。この分離ガス流の導き方は、全体にバーナー
ヘッドの領域においてガス流を安定化し、特に非常に多
い又は非常に少ない燃料ガス流において顕著である。そ
れにより、スート粒子の析出が容易に調節可能となり、
簡単に所望の密度分布に調整することができる。
は、分離ガスノズルは分離ガスの供給に使用され、つま
り燃料ガスの流速に係わりなく、燃料ガス流からガラス
出発材料を分離する。分離ガスノズルはノズル開口部の
下からノズル開口部までの領域において中央軸に向けて
傾斜しているので、分離ガス流は集中化及び安定化が達
成され、ガラス出発材料の流れが容易に燃料ガスから蔽
遮される。この分離ガス流の導き方は、全体にバーナー
ヘッドの領域においてガス流を安定化し、特に非常に多
い又は非常に少ない燃料ガス流において顕著である。そ
れにより、スート粒子の析出が容易に調節可能となり、
簡単に所望の密度分布に調整することができる。
【００２７】特に、分離ガスノズルが、ノズル開口部の
下からノズル開口部までの領域において、円錐形に先細
りとなっている装置が好ましいことが判明した。ノズル
開口部の領域での円錐形の分離ガスノズルの先細りは、
本方法の記述に基づいて既に説明したように、反応ゾー
ンの領域に向けての分離ガスの集中化を生じさせる。
下からノズル開口部までの領域において、円錐形に先細
りとなっている装置が好ましいことが判明した。ノズル
開口部の領域での円錐形の分離ガスノズルの先細りは、
本方法の記述に基づいて既に説明したように、反応ゾー
ンの領域に向けての分離ガスの集中化を生じさせる。
【００２８】安定な分離ガス流に関しては、特にディフ
ューザーとして少なくとも一つの燃料ガスノズルを設け
ることが好ましい。デフューザーは流体素子工学分野に
おいて一般的に公知の設計原理に基づくものである。重
要なことは、それにより分離ガス流に殆ど、あるいは全
く影響を与えない乱流の燃料ガスを生じさせることであ
る。
ューザーとして少なくとも一つの燃料ガスノズルを設け
ることが好ましい。デフューザーは流体素子工学分野に
おいて一般的に公知の設計原理に基づくものである。重
要なことは、それにより分離ガス流に殆ど、あるいは全
く影響を与えない乱流の燃料ガスを生じさせることであ
る。
【００２９】本発明装置の一つの実施態様として、特
に、内側の環状燃料ガスノズルの開口部横断面がノズル
開口部の下からノズル開口部までの領域において広がっ
ているものを備えていることが好ましいことが判明し
た。この広がりにより該ノズルはディフューザーとして
働くので、燃料ガスノズルからの燃料ガスの乱流度合が
ノズル開口部の領域において非常に増大する。これによ
り、バーナーヘッド内のより広がった内部から生ずる分
離ガス流が僅かしか影響されないことが保証される。
に、内側の環状燃料ガスノズルの開口部横断面がノズル
開口部の下からノズル開口部までの領域において広がっ
ているものを備えていることが好ましいことが判明し
た。この広がりにより該ノズルはディフューザーとして
働くので、燃料ガスノズルからの燃料ガスの乱流度合が
ノズル開口部の領域において非常に増大する。これによ
り、バーナーヘッド内のより広がった内部から生ずる分
離ガス流が僅かしか影響されないことが保証される。
【００３０】本発明の装置の好ましい実施態様において
は、内側及び外側境界壁を有する外側環状燃料ガスノズ
ルを備えており、その際外側境界壁は内側境界壁を越え
てノズル開口部から外へ延びている。このように外側境
界壁が延びていることはガスの導き方の改良にも役立
つ。それにより、ガス流、特に燃料ガス流が早く広がっ
たり、集中化されなくなることが防止され、燃料ガス流
のエネルギー結束がより高められ、反応熱の側壁からの
放散が減少する。これは析出効率を高める。
は、内側及び外側境界壁を有する外側環状燃料ガスノズ
ルを備えており、その際外側境界壁は内側境界壁を越え
てノズル開口部から外へ延びている。このように外側境
界壁が延びていることはガスの導き方の改良にも役立
つ。それにより、ガス流、特に燃料ガス流が早く広がっ
たり、集中化されなくなることが防止され、燃料ガス流
のエネルギー結束がより高められ、反応熱の側壁からの
放散が減少する。これは析出効率を高める。
【００３１】
【実施例】本発明の実施例を添付図面に示し、本発明を
より詳細に説明する。図１は本発明のバーナーの口の縦
断面の概略図であり、図２は本発明のバーナーの口の横
断面図の概略図である。
より詳細に説明する。図１は本発明のバーナーの口の縦
断面の概略図であり、図２は本発明のバーナーの口の横
断面図の概略図である。
【００３２】バーナー口１は、互いに同軸に配置され
た、石英ガラス製の合計４個のバーナー管２，３，４，
５からなる。中心にあるバーナー管２は中央ノズル６を
包んでおり、中心にあるバーナー管２とそれに隣接した
バーナー管３との間に分離ガスノズル７が形成され、バ
ーナー管３及びバーナー管４は環状ノズル８を包み、バ
ーナー管４及び外側管５は外側ノズル９を包んでいる。
た、石英ガラス製の合計４個のバーナー管２，３，４，
５からなる。中心にあるバーナー管２は中央ノズル６を
包んでおり、中心にあるバーナー管２とそれに隣接した
バーナー管３との間に分離ガスノズル７が形成され、バ
ーナー管３及びバーナー管４は環状ノズル８を包み、バ
ーナー管４及び外側管５は外側ノズル９を包んでいる。
【００３３】ノズル開口部１０の領域において、環状分
離ガスノズル７は中央ノズル６に向けて折れ曲がってい
る。同時に、この領域のノズルの開口断面は連続して先
細りになっている。これにより、分離ガスノズル７の内
側境界壁１１及び外側境界壁１２が共に、ノズル開口部
１０の領域において、中央ノズル６に向けて鈍角に折れ
曲がり、その際外側境界壁１２の角度が内側境界壁１１
よりも急傾斜に形成されることが達成される。
離ガスノズル７は中央ノズル６に向けて折れ曲がってい
る。同時に、この領域のノズルの開口断面は連続して先
細りになっている。これにより、分離ガスノズル７の内
側境界壁１１及び外側境界壁１２が共に、ノズル開口部
１０の領域において、中央ノズル６に向けて鈍角に折れ
曲がり、その際外側境界壁１２の角度が内側境界壁１１
よりも急傾斜に形成されることが達成される。
【００３４】環状ノズル８の開口断面はノズル開口部１
７の領域において広がっている。これにより、ノズル開
口部１７の領域において内側境界壁１４が中央ノズル６
に向けて傾斜され、同時にノズル開口部１０の方向にあ
る外側境界壁１５から連続的に遠ざけることが達成され
る
７の領域において広がっている。これにより、ノズル開
口部１７の領域において内側境界壁１４が中央ノズル６
に向けて傾斜され、同時にノズル開口部１０の方向にあ
る外側境界壁１５から連続的に遠ざけることが達成され
る
【００３５】外側管５はノズル開口部１０，１６，１
７，１８の領域を越えて延びている。図面において、ノ
ズル９の内側境界壁は符号１９であり、ノズル９の外側
境界壁は符号２０である。
７，１８の領域を越えて延びている。図面において、ノ
ズル９の内側境界壁は符号１９であり、ノズル９の外側
境界壁は符号２０である。
【００３６】ここに説明されている実施例において、中
央ノズル６、分離ガスノズル７、環状ノズル８及び外側
ノズル９の最大開口部断面は、その順序で１：１.５：
３０：２の比率である。
央ノズル６、分離ガスノズル７、環状ノズル８及び外側
ノズル９の最大開口部断面は、その順序で１：１.５：
３０：２の比率である。
【００３７】つぎに、図面に示された実施例に基づい
て、本発明の方法をより詳細に説明する。ＳｉＣｌ4及
び酸素が中央ノズル６を通して、酸素が分離ガスノズル
７を通して、水素が環状ノズル８を通して、酸素が外側
ノズル９を通して導入され、その際それらのガス流は、
その順序で０.７：０.７：１０：３の量比である。
て、本発明の方法をより詳細に説明する。ＳｉＣｌ4及
び酸素が中央ノズル６を通して、酸素が分離ガスノズル
７を通して、水素が環状ノズル８を通して、酸素が外側
ノズル９を通して導入され、その際それらのガス流は、
その順序で０.７：０.７：１０：３の量比である。
【００３８】分離ガスノズル７を通して導入される酸素
分離ガス流は、ＳｉＯ2がノズル開口部１０，１６に析
出することが防止されるように調節される。このため
に、ＳｉＣｌ4からＳｉＯ2への変換がノズル開口部１
０，１６から約７ｍｍ離れたところで始まるように、中
央ノズル６からのＳｉ含有ガス流が調整される。そこに
反応ゾーンの先端があり、そこから反応ゾーンが担体
（図示せず）上の析出面まで続いている。このようなガ
スの導き方により、ノズル開口部１０，１６からガスを
導入した後、ＳｉＣｌ4からＳｉＯ2への変換が出来るだ
け速く開始され、そのため反応ゾーンが出来るだけ長く
なることが保証される。
分離ガス流は、ＳｉＯ2がノズル開口部１０，１６に析
出することが防止されるように調節される。このため
に、ＳｉＣｌ4からＳｉＯ2への変換がノズル開口部１
０，１６から約７ｍｍ離れたところで始まるように、中
央ノズル６からのＳｉ含有ガス流が調整される。そこに
反応ゾーンの先端があり、そこから反応ゾーンが担体
（図示せず）上の析出面まで続いている。このようなガ
スの導き方により、ノズル開口部１０，１６からガスを
導入した後、ＳｉＣｌ4からＳｉＯ2への変換が出来るだ
け速く開始され、そのため反応ゾーンが出来るだけ長く
なることが保証される。
【００３９】これに加えて、分離ガスノズル７のノズル
開口部１０の円錐形出口を通す特別なガスの導き方は所
望の結果と達成に寄与する。それによって、分離ガス流
を集中化すること、及びノズル開口部１７及び１８から
出てくる燃料ガスをＳｉ含有ガス流から特に効果的に遮
蔽することが達成される。この遮蔽はノズル開口部１７
の領域において、環状ノズル８を広げることによりさら
に改良することができる。この領域は、流体素子工学の
分野で公知の、いわゆる「ディフューザー」として働
く。これは、環状ノズル８を通して導入される水素ガス
流が環状ノズルの上部領域１７で乱流となり、それによ
って集中化された分離ガス及び遮蔽が妨害されることは
ないということを意味する。
開口部１０の円錐形出口を通す特別なガスの導き方は所
望の結果と達成に寄与する。それによって、分離ガス流
を集中化すること、及びノズル開口部１７及び１８から
出てくる燃料ガスをＳｉ含有ガス流から特に効果的に遮
蔽することが達成される。この遮蔽はノズル開口部１７
の領域において、環状ノズル８を広げることによりさら
に改良することができる。この領域は、流体素子工学の
分野で公知の、いわゆる「ディフューザー」として働
く。これは、環状ノズル８を通して導入される水素ガス
流が環状ノズルの上部領域１７で乱流となり、それによ
って集中化された分離ガス及び遮蔽が妨害されることは
ないということを意味する。
【００４０】さらに、外側ノズル９の形成は燃料ガス流
の遮蔽のために寄与する。また、外側ノズル９を通して
導入される酸素ガス流はノズル開口部１８の領域におい
て乱流となる。そのガス流は、環状ノズル８からの水素
ガス流と混合されるが、その際分離ガスノズル７を通し
て導かれる集中化された分離ガス流を妨害することはで
きない。このようなガスの導き方のために、中央ノズル
６を通して導入されるガラス出発材料の、環状ノズル８
及び外側ノズル９を通して導入される燃料ガスからの最
適な遮蔽が保証される。これは、ガラス出発材料の流れ
を変えたり、反応ゾーンの先端及び長さを変えたりする
ことなしに、所定の領域内で燃料ガスを変化させうるこ
とを意味する。これにより、担体へのスート析出過程に
おいて、例えば燃料ガスにより生じる温度を連続的に増
加させて、析出の際に形成されるスート物体の密度を変
えたり、通常の場合は、一定に維持させることができる
ように、燃料ガス流を変化させることができる。
の遮蔽のために寄与する。また、外側ノズル９を通して
導入される酸素ガス流はノズル開口部１８の領域におい
て乱流となる。そのガス流は、環状ノズル８からの水素
ガス流と混合されるが、その際分離ガスノズル７を通し
て導かれる集中化された分離ガス流を妨害することはで
きない。このようなガスの導き方のために、中央ノズル
６を通して導入されるガラス出発材料の、環状ノズル８
及び外側ノズル９を通して導入される燃料ガスからの最
適な遮蔽が保証される。これは、ガラス出発材料の流れ
を変えたり、反応ゾーンの先端及び長さを変えたりする
ことなしに、所定の領域内で燃料ガスを変化させうるこ
とを意味する。これにより、担体へのスート析出過程に
おいて、例えば燃料ガスにより生じる温度を連続的に増
加させて、析出の際に形成されるスート物体の密度を変
えたり、通常の場合は、一定に維持させることができる
ように、燃料ガス流を変化させることができる。
【図１】本発明のバーナーの一例を示す概略説明図（縦
断面図）である。
断面図）である。
【図２】本発明のバーナーの一例を示す概略説明図（横
断面図）である。
断面図）である。
１ バーナー ２ 中心にあるバーナー管 ３，４ バーナー管 ５ 外側管 ６ 中央ノズル ７ 分離ガスノズル ８ 環状ノズル ９ 外側ノズル １０，１６，１７，１８ ノズル開口部 １１，１４ 内側境界壁 １２，１５ 外側境界壁 １９ ９の内側境界壁 ２０ ９の外側境界壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 592164085 ＱＵＡＲＺＳＴＲＡＳＳＥ， 63450 Ｈ ＡＮＡＵ， ＧＥＲＭＡＮＹ (72)発明者 クラウス・ルッペルト ドイツ連邦共和国、63477 マインタール、 ルイザント・リング 13 (72)発明者 アントン・シュタインコール ドイツ連邦共和国、63584 グリューンダ ウ、ホフアッカヘーク ５
Claims (17)
- 【請求項１】 バーナーヘッドを通して、ガス状珪素含
有ガラス出発材料を中央領域へ、および燃焼ガスを該中
央領域を取り囲む外側領域へそれぞれ導き、それにより
微細なＳｉＯ2スート粒子を該バーナーヘッド近くの反
応ゾーン中に形成させ、これを多孔質スート物体を形成
させながら支持体上に析出させ、ついで該スート物体を
焼結させることからなる、複数ノズルのバーナーヘッド
を使用して前記出発材料を燃焼フレーム中でＳｉＯ2へ
変換することにより石英ガラスブランクを製造する方法
において、 スート物体の形成中に、要求されるスート物体の半径又
は軸方向の密度分布を達成させるために、燃焼ガス流を
変化させること、および反応ゾーンまでのバーナーヘッ
ドの領域においてガラス出発材料と燃焼ガスを分離させ
るために、燃焼ガス流とガラス出発材料の流れとの間に
分離ガス流を与えることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記燃焼ガス流が、少なくとも１つの燃
焼ガスノズルから乱流で放出される請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】 前記バーナーヘッド内の前記分離ガス流
が反応ゾーンの領域の方向へ集中するように導かれる請
求項１または２記載の方法。 - 【請求項４】 スート物体の形成中、前記燃焼ガス流が
連続的に増加される請求項１〜３のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項５】 前記分離ガス流が酸素、アルゴン又は窒
素を含有する請求項１または２記載の方法。 - 【請求項６】 前記出発材料としてＳｉＣｌ4が使用さ
れる請求項１〜５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項７】 前記出発材料が中心にある管状中央ノズ
ルを通ってバーナーヘッドから放出され、且つ前記分離
ガスが中央ノズルに対して同軸に配置された環状ノズル
を通って放出される請求項１〜６のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項８】 スート物体の形成中、出発材料の流れが
一定に保たれる請求項１〜７のいずれかに記載の方法。 - 【請求項９】 スート物体の形成中、分離ガス流が一定
に保たれる請求項１〜８のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１０】 バーナーヘッドと形成されるスート物
体の表面の距離が一定に保たれる請求項１〜９のいずれ
かに記載の方法。 - 【請求項１１】 反応ゾーンと形成されるスート物体の
表面の距離が一定に保たれる請求項１〜１０のいずれか
に記載の方法。 - 【請求項１２】 反応ゾーンとバーナーヘッドの距離が
５〜１０ｍｍの範囲内の値である請求項１〜１１のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項１３】 バーナーヘッドを有し、該バーナーヘ
ッドはガラス出発材料を供給するための、中心にある管
状中央ノズルおよび燃焼ガスを供給するための、該中央
ノズルに対して同軸に配置された複数の環状ノズルを有
しており、半径断面が円形の内側及び外側境界壁を有す
る分離ガスノズルが該中央ノズルと該環状ノズルの間に
設けられている、前記請求項１〜１２のいずれかに記載
の方法を実施するための装置において、外側境界壁の少
なくとも１つがノズル開口部の下部からノズル開口部ま
での領域で中央ノズルに対して傾斜していることを特徴
とする装置。 - 【請求項１４】 分離ガスノズルが、ノズル開口部の下
部からノズル開口部までの領域で、円錐形状に細くなっ
ている請求項１３記載の装置。 - 【請求項１５】 燃焼ガスノズルの少なくとも１つが、
ディフューザーとして設けられている請求項１３または
１４記載の装置。 - 【請求項１６】 開口部直径がノズル開口部の下部から
ノズル開口部までの領域で広がっている内側環状燃焼ガ
スノズルを備えている請求項１５記載の装置。 - 【請求項１７】 内側境界壁及び外側境界壁を有し、そ
の際該外側境界壁がノズル開口部から内側境界壁より上
に延びている、外側環状燃焼ガスノズルを備えている請
求項１３〜１６のいずれかに記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19527451A DE19527451C2 (de) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Verfahren zur Herstellung eines Quarzglasrohlings und dafür geeigneter Brenner |
| DE19527451.2 | 1995-07-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09100128A true JPH09100128A (ja) | 1997-04-15 |
| JP3997361B2 JP3997361B2 (ja) | 2007-10-24 |
Family
ID=7767928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19916696A Expired - Fee Related JP3997361B2 (ja) | 1995-07-27 | 1996-07-29 | 石英ガラスブランクの製造方法のために適した装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5788730A (ja) |
| EP (1) | EP0755900B2 (ja) |
| JP (1) | JP3997361B2 (ja) |
| KR (1) | KR100197470B1 (ja) |
| DE (1) | DE19527451C2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018135238A (ja) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | 古河電気工業株式会社 | 多孔質体合成用多重管バーナー及び多孔質体合成装置 |
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