JPWO2020116521A1 - ガラス微粒子堆積体製造用バーナ、ガラス微粒子堆積体の製造装置および製造方法 - Google Patents
ガラス微粒子堆積体製造用バーナ、ガラス微粒子堆積体の製造装置および製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
ガラス微粒子堆積体製造用のバーナであって、バーナ本体となる金属製のガス供給管と、ガス供給管を覆うカバーと、を備え、ガス供給管とカバーとが一体に構成され、ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、カバーは、ガス供給管と、ガス供給管の側面に接続された配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。
Description
本開示は、ガラス微粒子堆積体製造用バーナ、ガラス微粒子堆積体の製造装置および製造方法に関する。
本出願は、２０１８年１２月４日出願の日本国特許出願第２０１８−２２７１１７号に基づく優先権を主張し、当該出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
本出願は、２０１８年１２月４日出願の日本国特許出願第２０１８−２２７１１７号に基づく優先権を主張し、当該出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
特許文献１には、シロキサンを原料として用いてガラス微粒子堆積体を形成するガラス微粒子堆積体製造用バーナとガラス微粒子堆積体の製造方法が記載されている。
特許文献２には、ガラス微粒子堆積体が成長してその径が増大するにしたがってバーナを後退させることが記載されている。
特許文献２には、ガラス微粒子堆積体が成長してその径が増大するにしたがってバーナを後退させることが記載されている。
本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体製造用バーナは、
ガラス微粒子堆積体製造用のバーナであって、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、
前記ガス供給管を覆うカバーと、
を備え、
前記ガス供給管と前記カバーとが一体に構成され、
前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。
ガラス微粒子堆積体製造用のバーナであって、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、
前記ガス供給管を覆うカバーと、
を備え、
前記ガス供給管と前記カバーとが一体に構成され、
前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。
本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造装置は、
反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造装置であって、
前記出発ロッドから離間配置され、壁面にバーナが通る貫通孔が設けられた壁部と、
前記壁部の外側から内側へクリーンエアを供給するクリーンエア供給部と、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、前記ガス供給管を覆い、前記ガス供給管と一体に構成されるカバーとを備えたバーナと、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い後退させる移動機構と、
を備え、
前記バーナの前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。
反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造装置であって、
前記出発ロッドから離間配置され、壁面にバーナが通る貫通孔が設けられた壁部と、
前記壁部の外側から内側へクリーンエアを供給するクリーンエア供給部と、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、前記ガス供給管を覆い、前記ガス供給管と一体に構成されるカバーとを備えたバーナと、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い後退させる移動機構と、
を備え、
前記バーナの前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。
また、本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、
反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記出発ロッドから離間配置された壁部の壁面にバーナが通る貫通孔を設け、
前記バーナは、バーナ本体となる金属製のガス供給管と前記ガス供給管を覆うカバーとを一体として備え、前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っており、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い、前記貫通孔との隙間を一定にしつつ後退させ、
前記隙間からクリーンエアを前記反応容器内に導入する。
反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記出発ロッドから離間配置された壁部の壁面にバーナが通る貫通孔を設け、
前記バーナは、バーナ本体となる金属製のガス供給管と前記ガス供給管を覆うカバーとを一体として備え、前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っており、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い、前記貫通孔との隙間を一定にしつつ後退させ、
前記隙間からクリーンエアを前記反応容器内に導入する。
（本開示が解決しようとする課題）
ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＭＤ（Ｍｕｌｔｉｂｕｒｎｅｒ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法では、クリーンエアを反応容器内に導入し、対向する位置にある排気口で排気することで、ガラス微粒子堆積体に堆積しなかったガラス微粒子等（以下、余剰ススと云う）を排気し、火炎を整え、安定してガラス微粒子を堆積できるようにしている。このとき、ガラス微粒子堆積体が成長してその径が大きくなると、バーナと堆積面との距離が変化して堆積面の温度や堆積効率が変化してしまう。そのため、ガラス微粒子堆積体の径が増大するにしたがってバーナを後退させる必要がある。
ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＭＤ（Ｍｕｌｔｉｂｕｒｎｅｒ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法では、クリーンエアを反応容器内に導入し、対向する位置にある排気口で排気することで、ガラス微粒子堆積体に堆積しなかったガラス微粒子等（以下、余剰ススと云う）を排気し、火炎を整え、安定してガラス微粒子を堆積できるようにしている。このとき、ガラス微粒子堆積体が成長してその径が大きくなると、バーナと堆積面との距離が変化して堆積面の温度や堆積効率が変化してしまう。そのため、ガラス微粒子堆積体の径が増大するにしたがってバーナを後退させる必要がある。
また、シロキサンを原料として用いてガラス微粒子堆積体を形成する際には、バーナの周囲に安定したクリーンエアの気流ができるように、バーナとバーナの周囲の壁面との間に隙間を設けてこの隙間からクリーンエアを入れることが望ましい。
また、シロキサンは沸点が高く、高温でバーナを加熱する必要があり、四塩化珪素を原料としたプロセスで用いられている石英バーナを使うと、配管との接続に用いる材料を選択することが難しい。そのため、シロキサンを用いる場合には、金属製のバーナを使用しているが、金属製のバーナは、石英バーナのような外径精度で長いものを製作すると非常に高価なものとなるため、定径の部分の長さを短くしている。そのため、定径部分だけではバーナが後退するためのストロークを確保することが難しく、定径の部分以外の、配管が接続されている部分なども壁面を通過させる必要がある。
したがって、ガラス微粒子堆積体の成長（バーナの後退）に伴い、クリーンエアが通る上記隙間の断面積が変化し、クリーンエアの流速が変化することになる。クリーンエアの流速が変化して気流が安定しないと、ガラス微粒子の堆積状態に影響を与えてしまう。例えば、堆積効率の安定化のためには堆積面の温度を一定範囲内に保つ必要があるが、堆積中に隙間の断面積が変わると、堆積面の温度が安定しないおそれがある。
そこで、本開示は、製造プロセス中、ガラス微粒子堆積体の堆積面の温度を安定させることができるとともに、効率よく排気を行って反応容器内の余剰ススを取り除くようにすることができるガラス微粒子堆積体製造用のバーナ、ガラス微粒子堆積体の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
（本開示の効果）
本開示に係るガラス微粒子堆積体製造用バーナ、ガラス微粒子堆積体の製造装置および製造方法によれば、製造プロセス中、ガラス微粒子堆積体の堆積面の温度を安定させることができるとともに、効率よく排気を行って反応容器内の余剰ススを取り除くようにすることができる。
本開示に係るガラス微粒子堆積体製造用バーナ、ガラス微粒子堆積体の製造装置および製造方法によれば、製造プロセス中、ガラス微粒子堆積体の堆積面の温度を安定させることができるとともに、効率よく排気を行って反応容器内の余剰ススを取り除くようにすることができる。
（本開示の実施形態の説明）
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体製造用バーナは、
（１）ガラス微粒子堆積体製造用のバーナであって、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、
前記ガス供給管を覆うカバーと、
を備え、
前記ガス供給管と前記カバーとが一体に構成され、
前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。
上記構成によれば、カバーが、ガス供給管と、ガス供給管の側面に接続された配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。そのため、反応容器内のガラス微粒子堆積体から離間配置された一側壁面にバーナを取り付け、ガラス微粒子堆積体を製造する際にバーナを後退させても、壁面との間の隙間の断面積を一定とすることができる。上記構成のバーナを用いてガラス微粒子堆積体製造を行うことにより、製造プロセス中、一定の隙間からクリーンエアを導入することができるので、ガラス微粒子堆積体の堆積面の温度を安定させることができるとともに、効率よく排気を行って反応容器内の余剰ススを取り除くことができる。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体製造用バーナは、
（１）ガラス微粒子堆積体製造用のバーナであって、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、
前記ガス供給管を覆うカバーと、
を備え、
前記ガス供給管と前記カバーとが一体に構成され、
前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。
上記構成によれば、カバーが、ガス供給管と、ガス供給管の側面に接続された配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。そのため、反応容器内のガラス微粒子堆積体から離間配置された一側壁面にバーナを取り付け、ガラス微粒子堆積体を製造する際にバーナを後退させても、壁面との間の隙間の断面積を一定とすることができる。上記構成のバーナを用いてガラス微粒子堆積体製造を行うことにより、製造プロセス中、一定の隙間からクリーンエアを導入することができるので、ガラス微粒子堆積体の堆積面の温度を安定させることができるとともに、効率よく排気を行って反応容器内の余剰ススを取り除くことができる。
また、本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造装置は、
（２）反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造装置であって、
前記出発ロッドから離間配置され、壁面にバーナが通る貫通孔が設けられた壁部と、
前記壁部の外側から内側へクリーンエアを供給するクリーンエア供給部と、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、前記ガス供給管を覆い、前記ガス供給管と一体に構成されるカバーとを備えたバーナと、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い後退させる移動機構と、
を備え、
前記バーナの前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。
上記構成によれば、出発ロッドから離間配置された壁部の壁面とカバーとの間に隙間を開けて貫通して取り付けられたバーナは、カバーが、ガス供給管と、ガス供給管の側面に接続された配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。そのため、ガラス微粒子堆積体を製造する際にバーナを後退させても、壁面との間の隙間の断面積を一定とすることができる。これにより、製造プロセス中、一定の隙間からクリーンエアを導入することができるので、ガラス微粒子堆積体の堆積面の温度を安定させることができるとともに、効率よく排気を行って反応容器内の余剰ススを取り除くことができる。
（２）反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造装置であって、
前記出発ロッドから離間配置され、壁面にバーナが通る貫通孔が設けられた壁部と、
前記壁部の外側から内側へクリーンエアを供給するクリーンエア供給部と、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、前記ガス供給管を覆い、前記ガス供給管と一体に構成されるカバーとを備えたバーナと、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い後退させる移動機構と、
を備え、
前記バーナの前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。
上記構成によれば、出発ロッドから離間配置された壁部の壁面とカバーとの間に隙間を開けて貫通して取り付けられたバーナは、カバーが、ガス供給管と、ガス供給管の側面に接続された配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。そのため、ガラス微粒子堆積体を製造する際にバーナを後退させても、壁面との間の隙間の断面積を一定とすることができる。これにより、製造プロセス中、一定の隙間からクリーンエアを導入することができるので、ガラス微粒子堆積体の堆積面の温度を安定させることができるとともに、効率よく排気を行って反応容器内の余剰ススを取り除くことができる。
また、本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、
（３）反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記出発ロッドから離間配置された壁部の壁面にバーナが通る貫通孔を設け、
前記バーナは、バーナ本体となる金属製のガス供給管と前記ガス供給管を覆うカバーとを一体として備え、前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っており、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い、前記貫通孔との隙間を一定にしつつ後退させ、
前記隙間からクリーンエアを前記反応容器内に導入する。
上記方法によれば、出発ロッドから離間配置された壁部の壁面とカバーとの間に隙間を開けて貫通して取り付けられたバーナは、カバーが、ガス供給管と、ガス供給管の側面に接続された配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。そのため、ガラス微粒子堆積体を製造する際にバーナを後退させても、壁面との間の隙間の断面積を一定とすることができる。これにより、製造プロセス中、一定の隙間からクリーンエアを導入することができるので、ガラス微粒子堆積体の堆積面の温度を安定させることができるとともに、効率よく排気を行って反応容器内の余剰ススを取り除くことができる。
（３）反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記出発ロッドから離間配置された壁部の壁面にバーナが通る貫通孔を設け、
前記バーナは、バーナ本体となる金属製のガス供給管と前記ガス供給管を覆うカバーとを一体として備え、前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っており、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い、前記貫通孔との隙間を一定にしつつ後退させ、
前記隙間からクリーンエアを前記反応容器内に導入する。
上記方法によれば、出発ロッドから離間配置された壁部の壁面とカバーとの間に隙間を開けて貫通して取り付けられたバーナは、カバーが、ガス供給管と、ガス供給管の側面に接続された配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている。そのため、ガラス微粒子堆積体を製造する際にバーナを後退させても、壁面との間の隙間の断面積を一定とすることができる。これにより、製造プロセス中、一定の隙間からクリーンエアを導入することができるので、ガラス微粒子堆積体の堆積面の温度を安定させることができるとともに、効率よく排気を行って反応容器内の余剰ススを取り除くことができる。
前記（３）に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法は、
（４）原料としてＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン）を用い、前記ガス供給管を２３０℃以上に加熱してもよい。
原料としてＯＭＣＴＳを用いた場合において、ガス供給管をＯＭＣＴＳの沸点温度以上である、２３０℃以上に加熱するので、ガス供給管内、即ちバーナ内部でＯＭＣＴＳが液化することを防ぐことができる。
（４）原料としてＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン）を用い、前記ガス供給管を２３０℃以上に加熱してもよい。
原料としてＯＭＣＴＳを用いた場合において、ガス供給管をＯＭＣＴＳの沸点温度以上である、２３０℃以上に加熱するので、ガス供給管内、即ちバーナ内部でＯＭＣＴＳが液化することを防ぐことができる。
（本開示の実施形態の詳細）
本開示の実施形態に係るガラス微粒子堆積体製造用バーナ、ガラス微粒子堆積体の製造装置および製造方法の具体例を、図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示の実施形態に係るガラス微粒子堆積体製造用バーナ、ガラス微粒子堆積体の製造装置および製造方法の具体例を、図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図１は、本開示の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造装置の一例を示す概略構成図である。
図１に示すように、ガラス微粒子堆積体の製造装置１（以下、製造装置１と称する）は、反応容器１００内に配置された出発ロッド１１０にガラス微粒子ｍを堆積させてガラス微粒子堆積体Ｍを作製する装置である。製造装置１は、ガラス微粒子ｍを出発ロッド１１０に向けて噴き付けるバーナ２と、バーナ２が挿通されている壁部６と、バーナ２を移動させる移動機構７と、クリーンエアを供給するクリーンエア供給部８と、を備えている。
図１に示すように、ガラス微粒子堆積体の製造装置１（以下、製造装置１と称する）は、反応容器１００内に配置された出発ロッド１１０にガラス微粒子ｍを堆積させてガラス微粒子堆積体Ｍを作製する装置である。製造装置１は、ガラス微粒子ｍを出発ロッド１１０に向けて噴き付けるバーナ２と、バーナ２が挿通されている壁部６と、バーナ２を移動させる移動機構７と、クリーンエアを供給するクリーンエア供給部８と、を備えている。
反応容器１００の上壁には貫通孔が設けられており、出発ロッド１１０がこの貫通孔を上下方向に挿通するように配置されている。出発ロッド１１０は、上端が回転トラバース装置（図示省略）に把持されており、反応容器１００内で回転するとともに、上下方向に往復移動するようになっている。
また、反応容器１００には、出発ロッド１１０を挟んで、一方の側部（左側部）にバーナ２が配置され、バーナ２とは反対側の側部（右側部）に排気管１０１が接続されている。排気管１０１は、所定量のガスの排気を行う管であり、ガラス微粒子堆積体Ｍに堆積しないで反応容器１００内に浮遊するガラス微粒子ｍを外部に排除する。
バーナ２は、反応容器１００内を二つの室に区画する壁部６に挿通され、噴出面を出発ロッド１１０に対向させるように設けられている。バーナ２は、出発ロッド１１０の軸方向（上下方向）へ等間隔に並んで複数（本例では、６つ）設けられている。各バーナ２は、出発ロッド１１０に向けてそれぞれ独立してガラス微粒子ｍを噴射することができるように構成されている。
壁部６は、出発ロッド１１０から離間した位置に形成されている。反応容器１００内は、壁部６により、ガラス微粒子ｍの噴き付けが行われる反応室１００Ａ（右側の室）とクリーンエアが流入されるクリーンエア室１００Ｂ（左側の室）とに区画されている。壁部６の壁面には、反応容器１００の左右二つの室を連通させるように貫通孔６１が設けられている。貫通孔６１は、出発ロッド１１０の軸方向へ等間隔に並んで複数（本例では、６つ）設けられている。各貫通孔６１には、バーナ２がそれぞれ挿通されている。貫通孔６１の径Ｒ１は、例えば、７０〜８０ｍｍ程度に形成されている。
移動機構７は、貫通孔６１に挿通された状態のバーナ２を支持するとともに、バーナ２を反応容器１００内の出発ロッド１１０に対して後退（矢印Ａ方向）または前進（矢印Ｂ方向）させることが可能な機構である。移動機構７は、例えば、クリーンエア室１００Ｂ内に設けられている。移動機構７は、バーナ２を直線的に移動させることが可能な、例えば、リニアモータやステッピングモータ等からなる駆動部を備えている。
このように、本例の製造装置１では、複数のバーナ２が出発ロッド１１０に対して相対的に移動しながらガラス微粒子ｍを堆積させるＭＭＤ法でガラス微粒子堆積体Ｍを製造する。
クリーンエア供給部８は、反応容器１００内に清浄化ガスであるクリーンエアを供給するための装置である。クリーンエア供給部８は、エア供給管８１を介してクリーンエア室１００Ｂに接続されている。
図２は、バーナ２を側面側から観察した概略構成図である。図３は、図２の矢視Ｃ−Ｃ線の断面図である。なお、図３では、矢視の方向から見てガス供給管２０の外周側面よりも外側の領域がカバー３０で閉鎖（塞がれた）状態になっていることを破線のハッチングで示している。
図２および図３に示すように、バーナ２は、ガス供給管２０と、ガス供給管２０の周囲を覆うカバー３０と、を備えている。
図２および図３に示すように、バーナ２は、ガス供給管２０と、ガス供給管２０の周囲を覆うカバー３０と、を備えている。
原料ガスとしては、例えば、融点が１７．５℃であり沸点が１７５℃であるオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、融点が−３８℃であり沸点が２１０℃であるデカメチルシクロペンタシロキサン（ＤＭＣＰＳ）、融点が６４℃であり沸点が１３４℃であるヘキサメチルシクロトリシロキサン、融点が−６８℃であり沸点が１００℃であるヘキサメチルジシロキサンなどを用いることができるが、ＯＭＣＴＳが最も望ましい。
バーナ２には、原料ガスとしてシロキサン、火炎形成ガスとして水素（Ｈ2）や酸素（Ｏ2）等、シールガスとして窒素（Ｎ2）やアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが供給される。バーナ２は、助燃性ガス（酸素）と可燃性ガス（水素）とにより発生した酸水素火炎中に、気化されたシロキサンを噴出させて、酸化反応させることでガラス微粒子ｍを合成させる。
ガス供給管２０は、バーナ２の本体を構成する部分であり、例えば、円筒状に形成されている。ガス供給管２０は、金属材料、例えば、耐腐食性に優れたステンレス等で構成されている。ガス供給管２０の軸方向（左右方向）における長さＬは、例えば、７５〜１０５ｍｍ程度である。ガス供給管２０の長さＬは、ガス供給管２０の熱容量を確保するために、例えば、供給するシロキサンの量に応じて変化させうる。
ガス供給管２０の側面には、酸水素ガスおよびシールガスを供給するための配管が接続される接続部２１ａ〜２１ｄが設けられている。接続部２１ａには、例えばシールガスを供給する配管２２ａが接続される。接続部２１ｂには、例えば水素ガスを供給する配管２２ｂが接続される。接続部２１ｃ、２１ｄには、例えば酸素ガスを供給する配管２２ｃ、２２ｄが接続される。各接続部２１ａ〜２１ｄは、例えば、ガス供給管２０の側面から垂直に延びた後に、各配管２２ａ〜２２ｄが接続される接続口をガス供給管２０の背面方向へ向けて延ばすような形状に形成されている。
バーナ２は、中央に原料ガスであるシロキサンを噴出する原料ガスポート２３を有している。原料ガスポート２３の周囲には、シールガスであるＮ2を噴出するシールガスポート２４が同心円状に複数配置されている。シールガスポート２４の周囲には、可燃性ガスであるＨ2を噴出する可燃性ガスポート２５が同心円状に複数配置されている。可燃性ガスポート２５の周囲には、助燃性ガスであるＯ2を噴出する助燃性ガスポート２６，２７が二重の同心円状に複数配置されている。原料ガスポート２３の径は、例えば１ｍｍ以上４ｍｍ以下程度である。また、シールガスポート２４、可燃性ガスポート２５、および助燃性ガスポート２６，２７の径は、例えば１ｍｍ以上２ｍｍ以下程度である。
シールガスポート２４は、接続部２１ａを介して配管２２ａに接続されている。可燃性ガスポート２５は、接続部２１ｂを介して配管２２ｂに接続されている。助燃性ガスポート２６は、接続部２１ｃを介して配管２２ｃに接続されている。助燃性ガスポート２７は、接続部２１ｄを介して配管２２ｄに接続されている。また、原料ガスポート２３は、ガス供給管２０の背面に接続されるシロキサンを供給するための配管２２ｅに接続されている。配管２２ａ〜２２ｄの径は、１／４〜３／８インチ程度である。また、配管２２ｅの径は、１／４インチ程度である。
カバー３０は、例えば、一定の外径を有する円筒状に形成されている。カバー３０は、ガス供給管２０および接続部２１ａ〜２１ｄの外周をガス供給管２０の長さ方向（左右方向）に所定長を覆うように設けられている。カバー３０は、例えば、少なくともバーナ２が出発ロッド１１０に対して移動（後退）する距離以上の長さに形成されている。
カバー３０は、ガス供給管２０と一体的に構成されている。カバー３０とガス供給管２０とは、バーナ２の移動の際に一体となって移動する。円筒状に形成されているカバー３０の背面側は、開放状態になっている。これに対して、カバー３０の前面側は、カバー３０内に収納されているガス供給管２０の前面を除く領域、すなわちガス供給管２０の外周側面よりも外側の領域が閉鎖（塞がれた）状態になっている。このため、バーナ２を前面側から観察した場合、ガス供給管２０の前面だけが見えるような構成になっている。したがって、クリーンエア供給部８からクリーンエア室１００Ｂ内に送られたクリーンエアは、カバー３０の背面側からカバー３０内に流入し得るが、カバー３０内に流入したクリーンエアは、カバー３０の前面側からカバー３０外に流れ出ないようになっている。
カバー３０の外径Ｒ２は、壁部６の貫通孔６１の径Ｒ１よりも、例えば、１０ｍｍ程度小さくなるように形成されている。このため、カバー３０の外周面と壁部６の貫通孔６１の内周面との間には、隙間Ｓが設けられている。バーナ２は、壁部６の貫通孔６１内において、上記隙間Ｓの径方向の距離がカバー３０の全周において等しくなるように、貫通孔６１の中央部に挿通されている。
ガス供給管２０の外周部分には、ガス供給管２０の温度を高温に保持するために、発熱体であるヒータ（図示省略）が設けられている。ヒータとしては、例えば、テープヒータが用いられる。ヒータが通電されることで、ガス供給管２０は、例えば、シロキサンの沸点温度以上となるように加熱される（シロキサンがＯＭＣＴＳである場合は、例えば２３０℃以上に加熱される）。これにより、配管２２ｅ内のシロキサンは、沸点温度以上となるように加熱され、配管２２ｅ内でシロキサンが液化しないように、シロキサンの温度が維持されている。
次に、製造装置１を用いたガラス微粒子堆積体の製造方法について説明する。なお、下記のガラス微粒子堆積体の製造方法では、原料のシロキサンとしてＯＭＣＴＳを用いている。
まず、貫通孔６１に挿通されている各バーナ２が出発ロッド１１０に対して製造開始時の所定の位置にくるように移動機構７によって各バーナ２を移動させる。
その後、クリーンエア供給部８からクリーンエア室１００Ｂ内にクリーンエアを供給する。クリーンエア室１００Ｂ内に供給されたクリーンエアは、バーナ２のカバー３０の外周面と壁部６の貫通孔６１の内周面との隙間Ｓから反応容器１００内に導入される。隙間Ｓは、バーナ２の軸方向に垂直な断面積が一定となるように形成されているので、製造プロセス中クリーンエアは、隙間Ｓから一様に反応容器１００内に導入される。
その後、クリーンエア供給部８からクリーンエア室１００Ｂ内にクリーンエアを供給する。クリーンエア室１００Ｂ内に供給されたクリーンエアは、バーナ２のカバー３０の外周面と壁部６の貫通孔６１の内周面との隙間Ｓから反応容器１００内に導入される。隙間Ｓは、バーナ２の軸方向に垂直な断面積が一定となるように形成されているので、製造プロセス中クリーンエアは、隙間Ｓから一様に反応容器１００内に導入される。
ガス供給管２０の外周部分に設けられているヒータにより、ガス供給管２０を２３０℃以上に加熱する。バーナ２によって、火炎形成ガス、シールガス、原料ガス等を噴出させる。これにより、形成された火炎の中で気化された原料ガスが酸化反応をおこしてガラス微粒子ｍが合成される。合成されたガラス微粒子ｍは、出発ロッド１１０に噴き付けられて、出発ロッド１１０の表面に堆積しガラス微粒子堆積体Ｍが成長する。
ガラス微粒子堆積体Ｍが成長してその径が大きくなるに伴い、カバー３０の外周面と貫通孔６１の内周面との隙間Ｓの断面積を一定にしつつ各バーナ２を矢印Ａ方向に後退させる。
上記のようなガラス微粒子堆積体製造用のバーナ２、ガラス微粒子堆積体の製造装置１および製造方法によれば、ガス供給管２０と、配管２２ａ〜２２ｄの接続部２１ａ〜２１ｄとが一定の外径Ｒ２を有するカバー３０によって覆われている。このため、壁部６の貫通孔６１に挿通されたバーナ２を貫通孔６１に沿って移動（後退）させる際に、バーナ２のカバー３０の外周面と貫通孔６１の内周面との隙間Ｓの断面積が一定になるようにして後退させることができる。これにより、この隙間Ｓを通ってクリーンエア室１００Ｂから反応容器１００内に流れ込むクリーンエアの気流を一様にすることができる。したがって、製造プロセス中、ガラス微粒子堆積体Ｍの堆積面の温度を安定させることができ、ガラス微粒子ｍを効率よく堆積させることができる。また、反応容器１００の排気管１０１から効率よく排気を行うことができ、反応容器１００内の余剰のガラス微粒子ｍを取り除くようにすることができる。
また、原料ガスがＯＭＣＴＳである場合、ガラス微粒子堆積体Ｍの堆積中にガス供給管２０を２３０℃以上に加熱するので、ガス供給管２０内、すなわち配管２２ｅ内においてＯＭＣＴＳが液化することを防ぐことができる。
上記実施形態では、カバー３０がガス供給管２０に固定されているが、これに限定されない。カバー３０は、例えば、ガス供給管２０を支持するために移動機構７に設けられているブラケットに固定されていてもよい。また、上記実施形態ではＭＭＤ法を例にして説明したが、これに限定されない。ＭＭＤ法と同様にガラス微粒子を堆積させる、例えば、ＯＶＤ法に適用することも可能である。
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。
なお、カバーの外径が一定であるとは、厳密な意味での一定を意味するものではなく、本発明の効果を奏する範囲で幅を持つ意味である。
１：製造装置
２：バーナ
６：壁部
７：移動機構
８：クリーンエア供給部
２０：ガス供給管
２１ａ〜２１ｄ：接続部
２２ａ〜２２ｅ：配管
２３：原料ガスポート
２４：シールガスポート
２５：可燃性ガスポート
２６，２７：助燃性ガスポート
３０：カバー
６１：貫通孔
８１：エア供給管
１００：反応容器
１００Ａ：反応室
１００Ｂ：クリーンエア室
１０１：排気管
１１０：出発ロッド
ｍ：ガラス微粒子
Ｍ：ガラス微粒子堆積体
Ｓ：隙間
２：バーナ
６：壁部
７：移動機構
８：クリーンエア供給部
２０：ガス供給管
２１ａ〜２１ｄ：接続部
２２ａ〜２２ｅ：配管
２３：原料ガスポート
２４：シールガスポート
２５：可燃性ガスポート
２６，２７：助燃性ガスポート
３０：カバー
６１：貫通孔
８１：エア供給管
１００：反応容器
１００Ａ：反応室
１００Ｂ：クリーンエア室
１０１：排気管
１１０：出発ロッド
ｍ：ガラス微粒子
Ｍ：ガラス微粒子堆積体
Ｓ：隙間
Claims (4)
- ガラス微粒子堆積体製造用のバーナであって、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、
前記ガス供給管を覆うカバーと、
を備え、
前記ガス供給管と前記カバーとが一体に構成され、
前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている、
バーナ。 - 反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造装置であって、
前記出発ロッドから離間配置され、壁面にバーナが通る貫通孔が設けられた壁部と、
前記壁部の外側から内側へクリーンエアを供給するクリーンエア供給部と、
バーナ本体となる金属製のガス供給管と、前記ガス供給管を覆い、前記ガス供給管と一体に構成されるカバーとを備えたバーナと、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い後退させる移動機構と、
を備え、
前記バーナの前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、
前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っている、
ガラス微粒子堆積体の製造装置。 - 反応容器内に配置された出発ロッドにガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記出発ロッドから離間配置された壁部の壁面にバーナが通る貫通孔を設け、
前記バーナは、バーナ本体となる金属製のガス供給管と前記ガス供給管を覆うカバーとを一体として備え、前記ガス供給管には、原料ガス、酸水素ガス、シールガスを供給する配管が接続され、前記カバーは、前記ガス供給管と、前記ガス供給管の側面に接続された前記配管の接続部と、をバーナの軸方向に所定長、一定の外径で覆っており、
前記バーナを、前記ガラス微粒子堆積体の成長に伴い、前記貫通孔との隙間を一定にしつつ後退させ、
前記隙間からクリーンエアを前記反応容器内に導入する、
ガラス微粒子堆積体の製造方法。 - 原料としてＯＭＣＴＳを用い、前記ガス供給管を２３０℃以上に加熱する、請求項３に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
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