JPS63222034A - 煤状微粒子生成用バ−ナ - 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」 本発明は火炎加水分解反応を起こさせて、光学用、通信
用、半導体用、機能性センサ用などの多孔質体を製造す
るための煤状微粒子生成用バーナに関する。

ｒ従来の技術１ 合成石英系の光ファイバ、イメージガイド、ライトガイ
ド、ロッドレンズ、半導体、機能性センサなどをつくる
手段として、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法などあり、その合成石
英の主原料、ドープ原料として、常温で気体または液体
のもの、常温で固体のものなどがある。

上述した手段、原料を用いて合成石英を作製するとき、
はじめ、多重管構造のバーナを介して気化原料を火炎加
水分解反応させ、当該反応により生成された煤状微粒子
を所望の形状に堆積させて多孔質体をつくり、その後、
高温の熱処理により多孔質体を透明ガラス化する。

この際、常温で気体、液体の原料は、これらのガス状態
を保持して／ヘーナヘ供給するのが容易であるが、常温
で固体のドープ原ネ’Ｌ特に蒸気圧が低いものは、いっ
たん、有機金属化合物にして液化し、その液化物を気化
してバーナへ供給する手段がとられる。

その他、気化原料をバーナへ供給するとき、原料供給ラ
イン、バーナ内部等における気化原料の結露、凝固等を
を防止するため、これらを保温ないし加熱する手段が講
じられる。

最近では、固体系ドープ原料をバーナ加熱手段内で蒸発
させ、その蒸発ドープ原料をバーナ内部へ直送する手段
も講じられている。

「発明が解決しようとする問題点」 」二連した従来技術において、八−すを加熱して気化原
料の結露、凝固等を防止することは、原料濃度の変動、
バーナ目詰まりなどの対策として、きわめて有効であり
、そのバーナ加熱手段として簡易な外部加熱方式が採用
されている。

しかし、多重管構造のバーナでは、当該バーナを介して
生成された煤状微粒子の拡散を防止する必要から、バー
ナ中心とか、そのバーナ中心にできるだけ近い位置に原
料ガス流路を設け、その原料ガス流路の外周に他のガス
流路を設けるのが一般であり、そのため、」−配性部加
熱方式によりバーナを加熱した場合、バーナ中心側の原
料ガス流路に十分熱が達せず、当該原料ガス流路内にお
ける気化原料の結露、凝固等を効果的に防止することが
できなくなる。

本発明は」−記の問題点に鑑み、バーナ外部からの加熱
手段により、気化原料の結露を防止することができる煤
状微粒子生成用バーナを提供しようとするものである。

ｒ問題点を解決するための手段Ｊ 本発明は所期の目的を達成するため、多重管構造からな
る煤状微粒子生成用バーナにおいて、受熱ガス流路と内
側加熱ガス流路とが相互に隣接して設けられ、これら両
ガス流路の外周に中間ガス流路が設けられ、その中間ガ
ス流路の外周に外側加熱ガス流路が設けられ、上記内側
加熱ガス流路と」二記外側加熱ガス流路とが互いに連通
していることを特徴とする。

１作用Ｊ 本発明バーナにおいて、気化原料を火炎加水分解して煤
状微粒子を生成するとき、一般例と同じく、当該バーナ
の各流路に気化原料、燃焼ガス、助燃ガス、緩衝ガスな
どが供給される。

例えば、本発明バーナが受熱ガス流路、内側加熱ガス流
路、二つの中間ガス流路、外側加熱ガス流路を有するπ
型管構造であるとき、受熱ガス流路には気化原料が供給
され、二つの中間ガス流路には、燃焼ガス、助燃ガスが
供給され、相互に連通している内側加熱ガス流路、外側
加熱ガス流路には、その外側加熱ガス流路から内側加熱
ガス流路にわたって緩衝ガスが供給される。

かかるガス供給状態のバーナが、外部加熱手段を介して
加熱されたとき、緩衝ガスは、外側加熱ガス流路を通る
間に加熱されて内側加熱ガス流路に至り、その内側加熱
ガス流路と隣り合う受熱ガス流路内を加熱する。

かくて、受熱ガス流路内を通る気化原料は、上記内側加
熱ガス流路からの加熱により、結露、凝固などのない状
態に保持され、常に良好な気化状態を呈する。

「実　施　例Ｊ 以下、本発明に係る煤状微粒子生成用バーナの実施例に
つき、図面を参照して説明する。

第１図、第２図の実施例において、１０は煤状微粒子生
成用のバーナであり、３０は原料蒸発容器、４０は加熱
炉である。

バーナ１０は、互いに口径の異なる複数の耐熱性管材（
例えば石英管）が互いに同心状となるよう組み合わされ
た多重管構造、すなわち、その中心から外周に向けて互
いに同心状となる複数のガス流路１１．１２．１３．１
４．１５ａ　、　１５ｂを有する構造からなり、該各ガ
ス流路のうち、ガス流路１１．１３．１４．１５ｂの基
端部には、それぞれ耐熱性管材（例えば石英管）が接続
されてガス供給口管２１．２２．２３．２４が設けられ
ている。

上記各ガス流路のうち、ガス流路１１は受熱ガス流路で
あり、ガス流路１２は内側加熱ガス流路である。

したがって、バーナ中心にある受熱ガス流路１１とその
外側の内側加熱ガス流路１２とは相互に隣接している。

」−記各ガス流路のうち、内側加熱ガス流路１２の外側
にある二つのガス流路１３．１４は、それぞれ中間ガス
流路であり、これら中間ガス流路１３．１４の外側にあ
るガス流路１５ａ　、１５ｂが外側加熱ガス流路である
。

外側加熱ガス流路１５ａ　、　＋５ｂは、これらの先端
部において互いに連通しているので、いわゆる屈曲した
ガス流路となっている。

さらに、外側加熱ガス流路１５ａと内側加熱ガス流路１
２とは、これらの基端部において互いに連通している。

前述した原料蒸発容器３０も、例えば石英製の耐熱容器
からなる。

かかる原料蒸発容器３０には、キャリアガス吹込管２５
、蒸発原料取出管２６がそれぞれ内挿され、その蒸発原
料取出管２Ｂが受熱ガス流路１１と相互に接続されて、
当該原料蒸発容器３０がバーナ１０と相互に組み合わさ
れている。

加熱炉４０は筒状の電気炉からなり、その内周面の一部
には、前記原料蒸発容器３０を保持するための凹部４１
が設けられている。

上記において、相互に組み合わされたバーナ１０および
原料蒸発容器３０は、共に加熱炉４０内に挿入され、か
つ、その加熱炉４０の四部４１に原料蒸発容器３０が装
填されている。

図中、３１は原料蒸発容器３０内に収容された固体系の
ドープ原料であり、かかるドープ原料３１の一例として
、Ｎｄ、　Ｃｅなど、希土類元素の化合物をあげること
ができるが、これ以外の固体系のドープ原料も採用され
る。

第１図、第２図においてＶＡＤ法またはＯＶＤ法を実施
するとき、以下のようになる。

原料蒸発容器３０内に収容された固体系ドープ原料３１
、例えばＮａＣｌ２は、加熱炉４０により加熱されて蒸
発する。

バーナ１０の各ガス流路１１．１３．１４．１５ｂには
、これらのガス供給口管２１．２２．２３．２４から、
それぞれ気相ガラス原料（ＳｉＣ１ａ）　、燃焼ガス（
Ｈ２）、緩衝ガス（Ａ「）、助燃ガス（０２）が供給さ
れ、これと同期して、原料蒸発容器３０内には、キャリ
アガス吹込管２５を介してキャリアガス（Ａｒ）が吹き
こまれ、その原料蒸発容器３０内の蒸発原料が蒸発原料
取出管２６より」二記受熱ガス流路１１に供給される。

こうして所定の各ガスが供給された上記バーナ１０では
、これら各ガスによる火炎加水分解反応が行なわれ、か
かる反応により生成されたドープト石英系煤状微粒子が
、ＶＡＤ法におけるターゲット、あるいはＯＶＤ法にお
けるマンドレルに噴射かつ堆積されて多孔質体となる。

本発明のバーナー０を介して煤状微粒子をつくるとき、
外側加熱ガス流路１５ａ　、　１５ｂを通り、内側加熱
ガス流路１２に至る緩衝ガスは、その外側加熱ガス流路
１５ｂにおいて、外部加熱手段たる加熱炉４０により加
熱された後、内側加熱ガス流路１２と隣り合う受熱ガス
流路１１内の気化原料を加熱するから、受熱ガス流路ｌ
ｌ内を通る気化原料は、結露、凝固などのない状態に保
持される。

なお、第１図、第２図に示した本発明バーナーＯの場合
、つぎのうような態様もあり得る。

例えばバーナ１０が、最少四つのガス流路を有する多重
管構造であれば、気化原料、燃焼ガス、助燃ガスなど、
火炎加水分解反応に不可欠のガスを供給することができ
、したがって当該バーナ１０としては、四重管以上の多
重管構造が採用できる。

この場合、外側加熱ガス流路１５ａ　、　１５ｂから内
側加熱ガス流路１２へと回流させるガスは、燃焼ガス、
助燃ガスなどであってもよい。

気化原料が供給される受熱ガス流路１１が、バーナの最
外側から数えて三番目以降にあれば、バーナ中心以外に
位置決めされてもよい。

受熱ガス流路１１の内側に、内側加熱ガス流路１２が位
置決めされることがある。

外側加熱ガス流路１５ａの先端側に、仮想線（第１図）
に示すガス供給口管２４が接続される場合、外側加熱ガ
ス流路１５ｂは省略できる。

第１図、第２図のバーナｌＯを外部から加熱する手段と
しては、上述した加熱炉４０のほか、各種電気ヒータが
採用できる。

つぎに、本発明バーナ１０の他実施例について、第３図
、第４図により説明する。

第３図、第４図のバーナ１０は、各ガス流路１１゜１２
．１３．１４．１５ａ　、　１５ｂがバーナ先端方向の
一点に向けて指向する焦点型バーナである。

かかるバーナ１０の場合、中心のガス流路１１と最外周
のガス流路１５ａ　、　１５ｂとの間にある中間ガス流
路１３が、例えば石英製からなる多数本のパイプにより
構成されている。

第３図、第４図に示すバーナｌＯの場合も、ガス流路１
１が受熱ガス流路、ガス流路１２が内側加熱ガス流路、
ガス流路１３．１４が中間ガス流路となり、ガス流路１
５ａ　、　１５ｂが外側加熱ガス流路となる。

第３図、第４図のバーナ１０における他の事項は可能な
範囲において、ｔ５１図、第２図で述べた事項が採用で
きる。

第３図、第４図のバーナ１０においてＶＡＤ法またはＯ
ＶＤ法を実施するとき、前述したと同様、当該バーナ１
０の各ガス流路１１．１３．１４．１５ｂには気相ガラ
ス原料（ＳｉＣＩ４）　、燃焼ガス（Ｈ２）、緩衝ガス
（Ａｒ）、助燃ガス（０２）がそれぞれ供給されるとと
もに、原料蒸発容器３０内で蒸発した原料が、キャリア
ガス（Ａｒ）に担持されて蒸発原料取出管２６から上記
受熱ガス流路１１に供給され、これら各ガスの火炎加水
分解反応により生成されたドープト石英系煤状微粒子が
、ＶＡＤ法におけるターゲット、あるいはＯＶＤ法にお
けるマンドレルに噴射かつ堆積される。

この際、外側加熱ガス流路１５ａ　、　１５ｂを通り、
内側加熱ガス流路１２に至る緩衝ガスは、その外側加熱
ガス流路１５ｂにおいて、外部加熱手段たる加熱炉４０
により加熱された後、内側加熱ガス流路１２と隣り合う
受熱ガス流路１１内の気化原料を加熱して、その気化原
料の結露、凝固などを防止する。

つぎに、本発明バーナｌＯを用いたＶＡＤ法の具体例と
その比較例とを説明する。

具体例 第１図、第２図のバーナ１０を用いてＶＡＤ法を実施す
るとき、以下の条件を採用した。

原料蒸発容器３０内には、固体系ドープ原料３１として
ＮｄＣｌ３　を２０ｇ収容した。

加熱炉４０を介してバーナ１０、原料蒸発容器３０を加
熱するとともに、その原料蒸発容器３０内には、キャリ
アガス吹込管２５から５０ｍｕ　／ｗｉｎのＡｒを吹き
こみ、原料蒸発容器付近が８５０℃、バーナ部分が９５
０℃となるように、加熱炉４０を温度制御した。

受熱ガス流路１１には、ガス供給口管２１から５ｍｍ１
ｌｏ立／ｆｆ１ｉｎの５ｉＧＩ４（キャリアガスＡｒ）
を、中間ガス流路１３には、ガス供給口管２２から４ｆ
Ｌ／ｍｉｎのＨ２を、中間ガス流路１４には、ガス供給
口管２３から８Ｊｌｊ／ｗｉｎの０２を、外側加熱ガス
流路１５ｂ　　（外側加熱ガス流路１５ａ、内側加熱ガ
ス流路１２も同じ）には、ガス供給口管２４から５００
１　／ｍｉｎのＡｒををそれぞれ供給し、８時間の火炎
加水分解反応により生成したドープト石英系煤状微粒子
を棒状に堆積成長させて多孔質体を得た。

かかるＶＡＤ法を終えた後、直ちにバーナ１０を加熱炉
４０から取り出し、受熱ガス流路１１の内面を観察した
ところ、当該流路１１には異物の付着が認められなかっ
た。

さらに、具体例のＶＡＤ法により得られた多孔質体を常
法にて透明ガラス化したところ、気泡のない透明ガラス
体となった。

比較例１ 具体例のバーナ１０と比較して、外側加熱ガス流路１５
ａ　、　１５ｂがなく、ガス流路１１が通常の気化原料
流路、ガス流路１２が通常の緩衝ガス流路からなるバー
ナを用い、当該バーナに具体例と同じ条件で各種ガスを
供給して火炎加水分解反応を行なった。

かかるＶＡＤ法の開始５分後、バーナ火炎中にはオレン
ジ色の輝点がみられ、多孔質体の堆積面に異物が付着し
た。

さらに３０分の経過後、バーナの火を止め、加熱炉中か
ら当該バーナを取り出して気化原料流路の内面を観察し
たところ、その内面全体に白い粉が付着していた。

比較例１のＶＡＤ法により得られた多孔質体を常法にて
透明ガラス化したところ、その透明ガラス体中に多数の
気泡がみられた。

比較例１において、火炎中の輝点、多孔質体堆積面の異
物は、気化原料流路の内面にイ」着したＮｄＣｌ３がそ
の内面から剥離して火炎中、多孔質体に飛散したもので
あり、気化原料流路内面の白い粉は、ＮｄＣＬ＋が凝固
したものである。

比較例２ バーナ部分が１１５０℃となるように、加熱炉を制御し
た以外は、比較例１と同様にして火炎加水分解反応を行
ない、ＶＡＤ法を実施した。

比較例２の場合、８時間の火炎加水分解反応においても
、その火炎中にオレンジ色の輝点がみられなかった。

かかるＶＡＤ法により得られた多孔質体を透明ガラスし
たところ、その透明ガラス体には気泡がなかった。

バーナ部分の加熱温度を１１５０℃にした比較例２と、
バーナ部分の加熱温度を８５０℃にした具体例とは、は
ぼ同等の結果が得られている。

かかる結果を勘案した場合、具体例では、９５０°Ｃの
バーナ加熱温度にて、すなわち原料蒸発容器加熱温度（
８５０℃）を１００℃上回るバーナ加熱温度にて、気化
原料温度を１１５０℃に保持することができたといえる
。

「発明の効果１ 以上説明した通り、本発明の多重管構造からなる煤状微
粒子生成用バーナは、受熱ガス流路と内側加熱ガス流路
とが相互に隣接して設けられ、内側加熱ガス流路と外側
加熱ガス流路とが互いに連通しているから、外部加熱手
段を介して当該バーナを加熱した際、外側加熱ガス流路
から内側加熱ガス流路へと回流する高温のガスを介して
受熱ガス流路内のガスを効率よく加熱することができ、
したがって、受熱ガス流路内に供給される気化原料の結
露、凝固等を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明バーナの一実施例を示した縦断
面図と横断面図、第３図、第４図は本発明バーナの他実
施例を示した縦断面図と横断面図である。 ｌＯ・・・・・・バーナ １１・・・・・・受熱ガス流路 １２・・・・・・内側加熱ガス流路 １３・・・・・・中間ガス流路 １４・・・・・・中間ガス流路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多重管構造からなる煤状微粒子生成用バーナにお
   いて、受熱ガス流路と内側加熱ガス流路とが相互に隣接
   して設けられ、これら両ガス流路の外周に中間ガス流路
   が設けられ、その中間ガス流路の外周に外側加熱ガス流
   路が設けられ、上記内側加熱ガス流路と上記外側加熱ガ
   ス流路とが互いに連通していることを特徴とする煤状微
   粒子生成用バーナ。
2. （２）バーナ中心に受熱ガス流路が配置され、その受熱
   ガス流路の外周に内側加熱ガス流路が配置され、その内
   側加熱ガス流路の外周に二つの中間ガス流路が配置され
   、これら中間ガス流路の外周に外側加熱ガス流路が配置
   されている特許請求の範囲第１項記載の煤状微粒子生成
   用バーナ。