KR20190041905A - 합성용 버너 - Google Patents

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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

<과제>
합성용 버너의 생산성을 향상시킨다.
<해결 수단>
다공질 유리 모재를 형성하는 유리 미립자를 합성하는 합성용 버너로서, 타깃을 향해 원료 가스를 분사하는 원료 가스 분사부와, 제1의 합류점에서 원료 가스와 합류하는 방향으로 조연성 가스를 분사하는 조연성 가스 분사부와, 제1의 합류점보다 조연성 가스 분사부의 근처에 위치하는 제2의 합류점에서 조연성 가스와 합류하는 방향으로 가연성 가스를 분사하는 가연성 가스 분사부를 구비한다. 상기 합성용 버너에 있어서, 조연성 가스 분사부는 하나의 직선를 따라 배치된 복수의 분사 포트를 가져도 좋다.

Description

합성용 버너{BURNER FOR SYNTHESIZING}
본 발명은 합성용 버너에 관한 것이다.
다공질 유리 모재를 제조하는 경우에, 복수의 슬릿(slit) 형상의 포트(port)를 가지는 합성용 버너를 이용하여 유리 미립자의 퇴적 효율을 향상시키는 기술이 있다(특허문헌 1 참조).
일본국 특허 제4814205호
복수 종류의 가스류를 평행하게 분사하는 합성용 버너를 이용한 경우, 화염의 분사 방향이 안정하지 않아 가스의 혼합이 고르지 못했다. 이 때문에 열응력이 생겨, 유리 미립자의 부착률이 불균일하게 되거나, 부착한 다공질 유리 모재의 밀도가 불균일하게 되는 경우가 있었다. 또, 다공질 유리 모재의 깨짐이 생기는 경우가 있었다.
본 발명의 일태양에 의하면, 다공질 유리 모재를 형성하는 유리 미립자를 합성하는 합성용 버너로서, 타깃(target)을 향해 원료 가스를 분사하는 원료 가스 분사부와, 제1의 합류점에서 상기 원료 가스와 합류하는 방향으로 조연성 가스를 분사하는 조연성 가스 분사부와, 상기 제1의 합류점보다 상기 조연성 가스 분사부의 근처에 위치하는 제2의 합류점에서 상기 조연성 가스와 합류하는 방향으로 가연성 가스를 분사하는 가연성 가스 분사부를 구비하는 합성용 버너가 제공된다.
상기의 발명의 개요는 본 발명의 모든 특징을 열거한 것은 아니다. 이들 특징군의 서브콤비네이션(subcombination)도 또 발명으로 될 수 있다.
도 1은 합성용 버너(100)의 사시도이다.
도 2는 합성용 버너(100)의 평면도이다.
도 3은 합성용 버너(100)의 분해 사시도이다.
도 4는 합성용 버너(100)의 단면도이다.
도 5는 합성용 버너(100)에 있어서의 가스의 분사 방향을 설명하는 도이다.
도 6은 다공질 유리 모재(340)를 제조하는 제조 장치(200)의 모식도이다.
도 7은 비교예에 관한 합성용 버너(101)의 평면도이다.
도 8은 비교예에 관한 합성용 버너(101)의 모식적 단면도이다.
이하, 발명의 실시의 형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시형태는 청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 또, 실시형태 중에서 설명되어 있는 특징의 조합의 모두가 발명의 해결 수단에 필수라고는 할 수 없다.
광섬유용 유리 모재 등의 석영 유리 모재의 제조 방법으로서 VAD법(Modified Chemical　Vapor　Deposition), OVD법(Outside　Vapor　Deposition) 등이 있다. 예를 들면 OVD법에서는 코어(core) 및 클래드(clad)의 일부를 포함하는 유리봉을 타깃으로 하여, 클래드로 되는 유리 재료의 미립자를 타깃의 외주에 뿜어내어 다공질 유리 모재로 한다. 만들어진 다공질 유리 모재는 가열로에서 탈수 및 투명화하여 유리 모재로 된다.
상기의 프로세스로 타깃에 퇴적시키는 유리 미립자는 합성용 버너를 이용하여 합성한다. 합성용 버너는 유리 원료인 사염화규소, 옥타메틸시클로테트라실록산 등을 산수소염 등의 화염 중에 불어넣어 유리 미립자를 합성한다.
도 1은 다공질 유리 모재를 제조하는 경우에, 유리 미립자를 합성하여 타깃에 퇴적시키는 합성용 버너(100)의 사시도이다. 합성용 버너(100)는 단일의 센터 블록(center block)(11)과 한 쌍의 사이드 블록(side block)(12, 13)을 구비한다.
센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13)의 각각은 절삭 가공 등에 의해 가공된 벌크재이고, 예를 들면 석영에 의해 형성된다. 도시의 합성용 버너(100)에서는 한 쌍의 사이드 블록(12, 13)이 센터 블록(11)을 사이에 두고 접합되어 있고, 전체적으로 직방체를 이룬다. 합성용 버너(100)의 도 중 상면에는 원료 가스 분사부(21), 조연성 가스 분사부(22), 가연성 가스 분사부(23), 및 씰 가스(seal gas) 분사부(24)의 가스 분사 포트(28, 29)가 개구한다.
합성용 버너(100)에 있어서, 원료 가스 분사부(21)는 다공질 유리 모재로 되는 유리 미립자의 원료로 되는 사염화규소 가스 등의 원료 가스를 분사한다. 조연성 가스 분사부(22)는 산소 가스 등의 조연성 가스를 분사한다. 가연성 가스 분사부(23)는 수소 가스 등의 가연성 가스를 분사한다.
씰 가스 분사부(24)는 질소 가스나 아르곤 가스 등의 불활성 가스, 혹은 공기 등을 분사한다. 이에 의해 원료 가스가 버너 부근에서 반응하여 생성한 유리 미립자가 합성용 버너(100)에 부착해 버리는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 합성용 버너(100)의 평면도이다. 또, 도 2는 합성용 버너(100)에 있어서의 가스 분사 포트(28, 29)의 배치를 설명하는 도이기도 하다.
원료 가스 분사부(21)는 하나의 직선 A를 따라 배열된 복수의 가스 분사 포트(28)를 가진다. 여기서, 직선 A는 직선 A와 직교하는 방향에 있어서 합성용 버너(100)의 대략 중앙에 배치되어 있다. 환언하면, 가스 분사 포트(28)의 각각은 센터 블록(11)에 예를 들면 천공에 의해 설치되어 있다. 대략 원형의 가스 분사 포트(28)를 센터 블록(11)의 길이 방향으로 복수 배열하기 위해, 가스 분사 포트(28)의 배열 방향에 대해 가스 분사 포트(28)의 각각은 센터 블록(11)의 치수보다 충분히 짧은 직경을 가진다.
조연성 가스 분사부(22)는 직선 A와 평행한 직선 B를 따라 배열된 복수의 가스 분사 포트(28)를 가진다. 조연성 가스 분사부(22)의 가스 분사 포트(28)의 각각은 사이드 블록(12, 13)에 예를 들면 천공에 의해 설치된 복수의 가스 분사 포트(28)를 가진다. 대략 원형의 가스 분사 포트(28)를 사이드 블록(12, 13)의 길이 방향으로 복수 배열하기 위해, 가스 분사 포트(28)의 배열 방향에 대해 가스 분사 포트(28)의 각각은 사이드 블록(12, 13)의 치수보다 충분히 짧은 직경을 가진다. 또, 조연성 가스 분사부(22)는 원료 가스 분사부(21)를 중심선으로 하는 대칭인 위치에 원료 가스 분사부(21)를 사이에 두고 2열로 배열된다.
가연성 가스 분사부(23)는 직선 A 및 B와 평행한 직선 C를 따라 형성된 슬릿 형상의 가스 분사 포트(29)를 가진다. 가연성 가스 분사부(23)의 가스 분사 포트(29)는 사이드 블록(12, 13)을 천공하여 형성되고, 원료 가스 분사부(21)를 중심선으로 하는 대칭인 위치로서, 조연성 가스 분사부(22)의 열의 외측에 2열로 배치된다.
씰 가스 분사부(24)는 직선 A, B, C와 평행한 슬릿 형상의 가스 분사 포트(29)를 가진다. 씰 가스 분사부(24)는 원료 가스 분사부(21)를 중심선으로 하는 대칭인 위치에 2열로 배치된다. 또, 씰 가스 분사부(24)의 각각은 원료 가스 분사부(21)의 가스 분사 포트(28)의 열과 조연성 가스 분사부(22)의 가스 분사 포트(28)의 열 사이에 배치되고, 가연성 가스 분사부(23)보다 가는 슬릿 형상의 개구를 가진다.
또한, 합성용 버너(100)에 있어서, 원료 가스 분사부(21)는 센터 블록(11)의 내부에 형성되어 있다. 또, 조연성 가스 분사부(22) 및 가연성 가스 분사부(23)는 사이드 블록(12, 13)의 내부에 형성되어 있다. 이에 반해, 씰 가스 분사부(24)는 센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13) 사이에 형성된다.
도 3은 합성용 버너(100)의 분해 사시도이다. 또, 도 3은 씰 가스 분사부(24)의 구조를 설명하는 도이기도 하다.
사이드 블록(12, 13)의 각각은 센터 블록(11)에 대향하는 측면에 오목부(26, 27)를 가진다. 사이드 블록(12, 13)의 도 중 상면에 가까운 얕은 오목부(27)는 합성용 버너(100)에 있어서의 씰 가스 분사부(24)의 가스 분사 포트(29)의 일부로 된다. 또, 오목부(27)의 도 중 하단에 위치하는 깊은 오목부(26)는 씰 가스 분사부(24)의 버퍼부(도 4 참조)의 일부로 된다.
오목부(26, 27)를 가지는 사이드 블록(12, 13)의 측면과, 센터 블록(11)의 평탄한 측면을 개스킷(gasket)(40)을 사이에 두고 밀착시킴으로써, 센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13)의 사이에는 씰 가스 분사부(24)의 일부가 형성된다. 이와 같이, 씰 가스 분사부(24)의 가스 분사 포트(29)를 사이드 블록(12, 13)의 측면으로부터의 가공에 의해 형성하는 구조를 가진다. 이에 의해 분사량이 작은 씰 가스를 분사하는 다른 가스 분사 포트(28)의 직경과 비교하면 매우 홀쭉한, 절삭 가공 등에 의해서는 형성하는 것이 어려운 가스 분사 포트(29)를 용이하고 확실하게 형성할 수 있다.
또한, 센터 블록(11)과 사이드 블록(12, 13) 사이를 봉지하는 봉지 부재인 개스킷(40)은 사이드 블록(12, 13)의 측면에 있어서 오목부(26, 27)를 포위하는 형상을 가진다. 이에 의해 센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13)의 의도하지 않는 요철이 개스킷(40)에 흡수되고, 합성용 버너(100)의 상면 이외에서는 센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13)이 기밀하게 밀착한다. 또한, 개스킷(40)은 일본카본(주)제 니카필름이나 미국 Graftech사제 그라포일(GRAFOIL) 등의 팽창 흑연 시트를 이용하여 형성할 수 있다.
환언하면, 센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13)에 있어서 서로 접합되는 면의 평면성이 높은 경우는 개스킷(40)을 생략해도 좋다. 또한, 씰 가스는 안전성이 높은 가스가 이용되므로, 다소는 누설해도 안전상의 문제는 생기지 않는다.
상기와 같은 센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13)은 각각 개별적으로 제작한 다음, 서로 접합하여 합성용 버너(100)로 된다. 센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13)은 측면을 외측으로부터 구속하는 홀더에 의해 서로 꽉 눌려 일체적으로 유지된다. 센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13) 사이는 압축된 개스킷(40)에 의해 기밀하게 봉지된다.
도 4는 합성용 버너(100)의 단면도이다. 도 4는 도 2에 나타낸 직선 A, B, C와 직교하는 면에 있어서의 합성용 버너(100)의 단면을 나타낸다.
합성용 버너(100)에 있어서, 센터 블록(11)의 내부에는 가스 유로(51)가 절삭 가공에 의해 형성되고, 또한 가스 유로(51)의 일부에는 가스 유로(51)보다 내경이 큰 버퍼부(31)가 역시 절삭 가공에 의해 형성되어 있다. 버퍼부(31)보다 도 중 상방의 부분에서 가스 유로(51)는 센터 블록(11)의 저면 및 상면에 대략 직교하는 방향으로 뻗어 있다.
사이드 블록(12, 13)의 각각의 내부에는 가스 유로(52, 53, 54)가 절삭 가공에 의해 형성되어 있다. 또한, 가스 유로(52, 53, 54)의 일부에는 가스 유로(52, 53, 54)보다 내경이 큰 버퍼부(32, 33, 34)가 각각 절삭 가공에 의해 형성되어 있다. 버퍼부(32, 33, 34)보다 상류측, 즉 도 중 하측에 있어서 가스 유로(52, 53, 54)는 사이드 블록(12, 13)의 저면에 대해 대략 직교하는 방향으로 뻗어 있다.
또한, 센터 블록(11) 및 사이드 블록(12, 13)의 저면에 있어서의 가스 유로(52, 53, 54)의 개구, 즉 가스 도입구는 원료 가스 분사부(21), 조연성 가스 분사부(22), 가연성 가스 분사부(23), 및 씰 가스 분사부(24)의 각각에 대해, 각각 하나여도 좋고, 복수의 개구를 설치해도 좋다. 또, 원료 가스 분사부(21), 조연성 가스 분사부(22), 가연성 가스 분사부(23), 및 씰 가스 분사부(24)의 각각의 가스 도입구는 가스의 유량 등에 따라 형상, 단면적, 수, 배치 등이 서로 달라도 좋다.
한편, 사이드 블록(12, 13)의 각각에 있어서 가스 유로(52)는 버퍼부(32)보다 하류측, 즉 도 중 상측에서는 가스 분사 포트(28)에 가까워질수록 원료 가스 분사부(21)의 가스 분사 포트(28)에 가까워지도록 경사지게 뻗어 있다. 따라서, 조연성 가스 분사부(22)의 가스 분사 포트(28)로부터 분사된 가연성 가스는 원료 가스 분사부(21)의 가스 분사 포트(28)로부터 분사된 원료 가스에 합류하는 방향으로 분사된다.
또, 사이드 블록(12, 13)의 각각에 있어서 가스 유로(53)는 버퍼부(33)보다 하류측, 즉 도 중 상측에 있어서 가스 분사 포트(29)에 가까워질수록 원료 가스 분사부(21)의 가스 분사 포트(28)에 가까워지도록 경사지게 뻗어 있다. 또한, 가스 유로(53)의 상측 부분은 가스 유로(52)의 상측 부분보다 강하게 경사진다. 따라서, 조연성 가스 분사부(22)의 가스 분사 포트(29)로부터 분사된 가연성 가스는 조연성 가스 분사부(22)의 가스 분사 포트(28)로부터 분사된 조연성 가스와, 원료 가스 분사부(21)의 가스 분사 포트(28)로부터 분사된 원료 가스의 양방에 대해 합류하는 방향으로 분사된다.
또한, 사이드 블록(12, 13)의 각각에 있어서, 버퍼부(34)보다 하류측, 즉 도 중 상측에서는, 센터 블록(11)과 사이드 블록(12, 13)에 의해 가스 분사 포트(29)로 이어지는 가스 유로(54)가 형성되어 있다. 원료 가스, 조연성 가스, 및 가연성 가스의 가스 분사 포트(28, 29)로부터의 분사 방향에 대해서는 도 5를 참조하여 후술한다.
가스 유로(51, 52, 53, 54)는 합성용 버너(100)에 있어서, 외부로부터 공급된 각종의 가스를 가스 분사 포트(28, 29)에 공급한다. 가스 유로(51, 52, 53, 54)의 도중에는 버퍼부(31, 32, 33, 34)가 형성된다. 또한, 버퍼부(31, 32, 33, 34)의 형상은 도시와 같이 다각형의 단면을 가지는 형상이라도, 각이 없는 곡면을 조합한 형상이라도 좋다.
버퍼부(31, 32, 33, 34)에 있어서는 가스 유로(51, 52, 53, 54)의 단면적이 급격히 커진다. 따라서, 가스 유로(51, 52, 53, 54)에 유입한 가스가 버퍼부(31, 32, 33, 34)에 있어서의 체류 시간을 길게 하여 내압 분포가 완화된다.
이에 의해 합성용 버너(100)에 대한 가스의 도입측과 분사측에서 가스 유로(52, 53, 54)의 단면 형상, 수, 면적 등이 다른 경우라도, 버너의 길이 방향(도 4에 있어서, 지면(紙面)과 직교하는 방향)에 대해, 분사하는 가스의 유속 분포를 균일하게 하여, 길이 방향으로 균일한 다공질 유리 모재를 제조할 수 있다. 또, 버퍼부(31, 32, 33, 34)를 설치함으로써, 가스 유로(51, 52, 53, 54)를 흐르는 가스의 맥동을 완화하여 원료 가스의 유속을 안정시킬 수도 있다.
또한, 합성용 버너(100)에 있어서, 가연성 가스 분사부(23)의 버퍼부(33)에는 압력 손실 부여부(63)가 설치된다. 압력 손실 부여부(63)는 버퍼부(33)의 입구에 있어서 가스 유로(53)의 단면적이 확대한 위치보다 하류에 배치된 다공질체, 메쉬재 등에 의해 형성되고, 가스 유로(53)의 실효적인 단면적을 감소시켜, 가스 유로(53)에 있어서의 가스의 내압을 상승시켜 가스의 체류 시간을 길게 한다. 이에 의해 압력 손실 부여부(63)는 압력 손실 부여부(63)보다 하류에 흐르는 가스 유량의 면내 균일성을 향상시킬 수 있어, 가스 분사부로부터 분사하는 가스의 유속 분포를 균일화할 수 있다. 또, 압력 손실 부여부(63)을 설치함으로써, 가스 유로(53)를 흐르는 가스의 맥동을 완화하여 가스의 유속을 안정시킬 수도 있다.
또한, 합성용 버너(100)에 있어서는 다른 가스 유로(51, 52, 54)에 압력 손실 부여부(63)를 설치하고 있지 않다. 그렇지만, 다른 가스 유로(51, 52, 54)에 연통하는 가스 분사 포트(28)는 복수의 작은 직경의 개구를 가지므로, 가스 유로(51, 52, 54)의 실효적인 단면적을 감소시키는 것과 동일한 효과가 가스 분사 포트에서 얻어진다. 다만, 이들 가스 유로(51, 52, 54)에 압력 손실 부여부(63)를 더 설치해도 좋은 것은 물론이다.
도 5는 합성용 버너(100)가 가스를 분사하는 방향을 설명하는 모식도이다. 원료 가스 분사부(21)로부터 분사되는 원료 가스는 도 중 아래에서 위로 대략 수직 방향으로 분사된다.
원료 가스 분사부(21)는 이미 설명한 대로, 평행하게 배치된 작은 직경의 복수의 가스 분사 포트(28)에 의해 형성되어 있으므로, 원료 가스의 길이 방향의 분사 방향이 안정하다.
조연성 가스 분사부(22)는 가스 분사 포트(28)측에서 경사진 가스 유로(52)를 가지고, 또한 원료 가스 분사부(21)의 가스 분사 포트(28)를 중심으로 하여 대칭으로 배치되어 있다. 이에 의해 조연성 가스 분사부(22)는 원료 가스 분사부(21)가 분사한 원료 가스의 가스류와 합류하는 방향으로, 도 중 좌우 대칭으로 조연성 가스를 분사한다.
조연성 가스 분사부(22)가 분사한 조연성 가스는 원료 가스의 가스류 상의 초점 F1을 향해 분사되고, 초점 F1 부근의 합류점 J1에서 원료 가스류와 합류한다. 따라서, 합성용 버너(100)에 있어서는 원료 가스 및 조연성 가스가 효율적으로 혼합된다. 또한, 합성용 버너(100)의 표면으로부터 조연성 가스류의 초점 F1까지의 거리를 편의적으로 「초점거리 f1」이라고 부른다.　
또, 가연성 가스 분사부(23)는 가스 분사 포트(29)측에서 경사진 가스 유로(53)를 가지고, 또한 원료 가스 분사부(21)의 가스 분사 포트(28)를 중심으로 하여 대칭으로 조연성 가스 분사부(22)의 외측에 배치되어 있다. 이에 의해 가연성 가스 분사부(23)는 조연성 가스 분사부(22)의 가스 분사 포트(28)가 분사하는 조연성 가스류와 합류하는 방향으로서, 또한 원료 가스 분사부(21)의 가스 분사 포트(28)가 분사하는 원료 가스류와 합류하는 방향으로, 도 중 좌우 대칭으로 가연성 가스를 분사한다.
다만, 가연성 가스 분사부(23)가 분사하는 가연성 가스는 원료 가스의 가스류 상으로서, 조연성 가스의 가스류의 초점 F1보다 합성용 버너(100)에 가까운 초점 F2에서 수렴하는 방향으로 분사된다. 이에 의해 가연성 가스는 조연성 가스의 가스류가 원료 가스의 가스류와 합류하는 합류점 J1보다 합성용 버너(100)의 근처에 위치하는 합류점 J2에 있어서 조연성 가스의 가스류와 합류한다. 환언하면, 합성용 버너(100)에 있어서는, 조연성 가스의 가스류가 원료 가스의 가스류와 합류하기 전에 상류측에서 조연성 가스의 가스류와 가연성 가스의 가스류가 합류한다.
예를 들면, 가연성 가스가 수소인 경우, 조연성 가스와 혼합된 시점에서 산수소염으로 되므로, 합성용 버너(100)에 있어서는 조연성 가스 및 가연성 가스는 산수소염으로서 원료 가스와 합류한다. 또한, 합성용 버너(100)의 표면으로부터 가연성 가스류의 초점 F2까지의 거리를 편의적으로 「초점거리 f2」라고 부른다.
또한, 합성용 버너(100)에 있어서는 조연성 가스의 가스류가 원료 가스의 가스류와 합류하는 과정에서, 조연성 가스의 가스류가 가연성 가스의 가스류에 밀려, 조연성 가스의 가스류의 유로가 원료 가스의 가스류 쪽으로 붙어 가는 경우가 있다. 또, 원료 가스의 가스류와 조연성 가스의 가스류의 유속 등의 상위에 의해, 조연성 가스의 가스류가 원료 가스의 가스류에 빨려가는 경우도 있다. 이 때문에 조연성 가스의 가스류의 유로는 도시와 같이 꼭 직선 모양으로 된다고는 할 수 없다.
상기와 같은 이유로, 원료 가스와 조연성 가스가 합성용 버너(100)로부터 평행하게 분사된 경우라도, 원료 가스의 가스류와 조연성 가스의 가스류를 합류시킬 수가 있다. 마찬가지로, 합성용 버너(100)에 있어서, 가연성 가스의 가스류와 조연성 가스의 가스류가 합성용 버너(100)로부터 평행하게 분사된 경우라도, 조연성 가스의 가스류와 가연성 가스의 가스류를 합류시킬 수가 있다.
또, 가연성 가스 분사부(23)의 가스 분사 포트(29)는 슬릿의 개구를 가지므로, 가연성 가스의 분사 방향은 조연성 가스만큼은 안정하지 않다. 그렇지만, 복수의 가스 분사 포트(28)로부터 분사되는 조연성 가스류의 주위에는 부압이 생기므로, 가연성 가스가 흡인되어 효율적인 혼합이 촉진된다. 이에 의해 가연성 가스의 연소와, 유리 미립자를 합성하는 경우의 반응성이 향상된다.
또한, 상기와 같은 가스의 분사 방향에 의해, 조연성 가스 분사부(22)로부터 분사된 조연성 가스의 가스류는 가연성 가스 분사부(23)로부터 분사된 가연성 가스의 가스류에 의해, 원료 가스의 가스류에 가까워지는 방향으로 밀린다. 따라서, 조연성 가스 분사부(22)가 원료 가스의 가스류와 대략 평행하게 조연성 가스를 분사했다고 해도, 결과적으로 원료 가스와 합류하는 상기와 같은 분사 방향으로 된다.
또, 합성용 버너(100)에 있어서는 원료 가스의 양 측방으로부터 조연성 가스 및 가연성 가스가 불어 모이므로, 원료 가스 분사부(21)에 있어서, 직선 A를 따라 형성된 슬릿 형상의 가스 분사 포트(29)로부터 분사하는 구조로 해도 좋다. 이에 의해 센터 블록(11)을 제조하는 경우의 가공량을 줄일 수가 있다.
씰 가스 분사부(24)는 원료 가스 분사부(21) 및 조연성 가스 분사부(22) 사이에 씰 가스를 분사한다. 그렇지만, 씰 가스 분사부(24)의 씰 가스 분사량은 적으므로, 합성용 버너(100)의 직근에서 원료 가스가 반응하는 것을 방지하는 이상의 영향은 생기지 않는다.
또, 상기의 예에서는 단일의 원료 가스 분사부(21)의 측방에 각각 한 쌍의 조연성 가스 분사부(22) 및 가연성 가스 분사부(23)를 대칭으로 배치하였다. 그렇지만, 예를 들면, 조연성 가스 분사부(22) 및 가연성 가스 분사부(23)를 각각 단일로 하여, 혹은 각각 3 이상으로 증가시켜 합성용 버너(100)를 형성할 수도 있다.
상기와 같이, 합성용 버너(100)에 있어서는 가연성 가스 분사부(23)의 초점거리 f2를, 조연성 가스 분사부(22)의 초점거리 f1보다 짧게 함으로써, 가스의 혼합성을 향상시킴과 아울러, 합성된 유리 미립자를 포함하는 화염의 방향을 안정시키고 있다. 이에 의해 유리 미립자의 타깃에 대한 부착 효율이 향상된다.
또, 가연성 가스 분사부(23)의 초점거리 f2를 짧게 함으로써, 확산성이 높은 가연성 가스, 예를 들면 수소 가스를 이용한 경우에, 가연성 가스가 조연성 가스와는 반응하지 않고 흩어져 주변의 공기 중의 산소와 반응하는 것을 억제하고 있다. 이에 의해 가연성 가스의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
［실시예］
도 6은 다공질 유리 모재(340)를 제조하는 제조 장치(200)의 구조를 나타내는 모식도이다. 제조 장치(200)는 합성용 버너(100)와 한 쌍의 척(chuck)(210)을 구비한다.
합성용 버너(100)는 마주 본 한 쌍의 척(210) 사이에 배치된다. 한 쌍의 척(210)은 길이가 긴 봉재를 양단에서 지지하여 수평으로 유지함과 아울러, 지지한 봉재의 중심축을 회전축으로 하여 회전시킨다. 합성용 버너(100)는 합성용 버너(100) 자체의 길이 방향과 한 쌍의 척(210)에 지지된 봉재의 길이 방향이 일치하도록 배치되고, 도 중에 화살표로 나타내듯이 봉재의 길이 방향으로 왕복 이동한다.
다공질 유리 모재(340)를 제조하는 경우는 우선, 타깃(310)으로서의 유리봉의 양단에 한 쌍의 더미봉(320)을 용착하고, 용착한 더미봉(320)을 척(210)으로 파지한다. 이에 의해 타깃(310)의 표면이 척(210) 사이에서 전체 길이에 걸쳐 노출된다.
다음에, 척(210)에 의해 타깃(310)을 회전시키면서, 점화한 합성용 버너(100)를 타깃(310)의 길이 방향과 평행하게 왕복 이동시킨다. 이에 의해 합성용 버너(100)에서 합성된 유리 미립자가 타깃(310)에 부착하여 다공질 유리 모재(340)가 형성된다.
일례로서의 다공질 유리 모재(340)의 제조에 있어서는 합성용 버너(100)에 하기와 같은 가스를 분사시켜 유리 미립자를 합성하였다. 원료 가스 분사부(21)로부터는 원료 가스로서의 사염화규소 가스를 15L/분의 유량으로 분사시켰다. 조연성 가스 분사부(22)로부터는 조연성 가스로서 산소 가스를 130L/분의 유량으로 분사시켰다. 가연성 가스 분사부(23)로부터는 가연성 가스로서 수소 가스를 300L/분의 유량으로 분사시켰다. 또한, 씰 가스 분사부(24)로부터는 씰 가스로서의 질소 가스를 10L/분의 유량으로 분사시켰다.
또한, 원료 가스 분사부(21)로부터는 동반 가스로서의 산소 가스 20L/분을 원료 가스와 함께 분사시켰다. 또, 조연성 가스 분사부(22)는 조연성 가스류의 초점거리 f1이 30mm로 되는 방향으로 조연성 가스를 분사하고, 가연성 가스 분사부(23)는 가연성 가스류의 초점거리 f2가 6mm로 되는 방향으로 가연성 가스를 분사하였다.
상기와 같이 하여 직경 300mm의 다공질 유리 모재(340)를 제조하였다. 이 경우 유리 미립자의 부착 효율은 70%였다.
［비교예 1］
도 7은 비교예에 관한 합성용 버너(101)의 평면도이다. 합성용 버너(101)는 도 중의 상부에 참조번호로 나타내듯이, 폭방향 중앙의 원료 가스 분사부(21)를 중심으로 씰 가스 분사부(24), 가연성 가스 분사부(23), 씰 가스 분사부(24), 및 조연성 가스 분사부(22)가 순차 배치된다. 이들 가스 분사부는 모두, 도 중의 하부에 참조번호로 나타내듯이, 슬릿 형상의 개구를 가지는 가스 분사 포트(29)를 가진다.
또한, 합성용 버너(101)는 가연성 가스 분사부(23)의 가스 분사 포트(29)의 내측에 작은 직경의 가스 분사 포트(28)를 복수 가지는 조연성 가스 분사부(22)가 더 설치된다. 또, 도시는 생략하지만, 원료 가스 분사부(21), 조연성 가스 분사부(22), 가연성 가스 분사부(23), 및 씰 가스 분사부(24)의 각각에는 슬릿 형상의 가스 분사 포트(29)에 가스를 균일하게 공급하는 균일화 구조가 설치되어 있다.
도 8은 합성용 버너(101)의 구조를 모식적으로 나타내는 도이다. 도시와 같이, 판재에 의해 형성된 가스 분사 포트(29) 및 버퍼부(31, 32, 33, 34)와, 관재에 의해 형성된 가스 분사 포트(28), 가스 유로(51, 52, 53, 54) 및 압력 손실 부여부(61, 62, 63, 64)를 가진다. 이에 의해 합성용 버너(101)는 안정한 화염에 의해 유리 미립자를 합성하고, 또한 합성한 미립자를 효율적으로 타깃에 부착시킬 수가 있다고 되어 있다.
이 비교예에 관한 합성용 버너(101)는 작은 직경의 가스 분사 포트(28)로 되는 복수의 유리관과, 측면에 압력 손실 부여부(61, 62, 63, 64)로서의 구멍을 천공한 가스 도입부로 되는 유리관과, 가스 분사 포트(29) 및 버퍼부(31, 32, 33, 34)로 되는 유리판을 재료로 하여 제작된다. 또, 이들 여러 가지 재료는 서로 용접하여 일체화된다.
상기의 합성용 버너(101)를 이용하여 다공질 유리 모재를 만들었다. 사용한 합성용 버너(101)에 있어서는 원료 가스 분사부(21)로부터 원료 가스로서의 사염화규소 가스를 15L/분, 조연성 가스로서 가스 분사 포트(28)를 가지는 조연성 가스 분사부(22)로부터 산소 가스를 30L/분, 가스 분사 포트(29)를 가지는 조연성 가스 분사부(22)로부터 산소 가스를 90L/분, 가연성 가스 분사부(23)로부터 가연성 가스로서의 수소 가스를 400L/분, 씰 가스 분사부(24)의 각각으로부터 씰 가스로서의 질소 가스를 10L/분을 각각 분사시켰다. 또, 원료 가스 분사부(21)로부터는 동반 가스로서의 산소 가스 30L/분을 원료 가스와 함께 분사시켰다.
타깃으로서의 직경 100mm의 유리봉을 이용하여 당해 유리봉의 주위에 합성용 버너(101)가 합성한 유리 미립자를 퇴적시킨 바, 유리 미립자의 부착 효율은 66%였다.
상기한 바와 같이, 합성용 버너(101)는 구조 및 제조 과정이 복잡하므로, 그 자체의 제조 비용이 고가로 되지 않을 수 없다. 또, 합성용 버너(101) 자체의 제조 과정에 있어서의 재료의 가공과 용접의 상황에 따라 합성용 버너(101)로서의 특성이 변화하여, 이 합성용 버너(101)를 이용하여 제조한 다공질 유리 모재의 밀도에 큰 불균일이 생긴다. 이 때문에 합성용 버너(101)를 이용한 경우, 설비 비용이 상승할 뿐만 아니라 제품의 수율이 저하한다.
이에 반해, 실시예에 관한 합성용 버너(100)는 석영의 벌크재를 NC 가공기에 의해 절삭 가공하여 제조할 수 있으므로, 합성용 버너(100) 자체의 품질이 안정하다. 또, 합성용 버너(100)의 성능이 안정하므로, 동등의 품질을 가지는 다공질 유리 모재를 수율 좋게 제조할 수 있다. 또한, 실시예에 관한 합성용 버너(100)는 비교예의 합성용 버너(101)를 초과하는 부착 효율을 나타내고 있는 바와 같이, 다공질 유리 모재의 생산성이 저하하는 일도 없다.
이상, 본 발명을 실시의 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시의 형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 상기 실시의 형태에 다양한 변경 또는 개량을 부가하는 것이 가능하다는 것이 당업자에 분명하다. 그 같은 변경 또는 개량을 부가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이 청구범위의 기재로부터 분명하다.
청구범위, 명세서, 및 도면 중에 있어서 나타낸 장치, 시스템, 프로그램, 및 방법에 있어서의 동작, 순서, 스텝, 및 단계 등의 각 처리의 실행 순서는, 특별히 「보다 전에」, 「앞서」 등으로 명시하고 있지 않고, 또 전의 처리의 출력을 후의 처리에서 이용하지 않는 한, 임의의 순서로 실현할 수 있는 것에 유의해야 할 것이다. 청구범위, 명세서, 및 도면 중의 동작 플로우에 관해 편의상 「우선,」, 「다음에,」 등을 이용하여 설명했다고 해도 이 순으로 실시하는 것이 필수인 것을 의미하는 것은 아니다.
11 센터 블록 12, 13 사이드 블록
21 원료 가스 분사부 22 조연성 가스 분사부
23 가연성 가스 분사부 24 씰 가스 분사부
26, 27 오목부 28, 29 가스 분사 포트
31, 32, 33, 34 버퍼부 40 개스킷
51, 52, 53, 54 가스 유로 61, 62, 63, 64 압력 손실 부여부
100, 101 합성용 버너 200 제조 장치
210 척 310 타깃
320 더미봉 330 화염
340 다공질 유리 모재

Claims (13)

  1. 다공질 유리 모재를 형성하는 유리 미립자를 합성하는 합성용 버너로서,
    타깃을 향해 원료 가스를 분사하는 원료 가스 분사부와,
    제1의 합류점에서 상기 원료 가스와 합류하는 방향으로 조연성 가스를 분사하는 조연성 가스 분사부와,
    상기 제1의 합류점보다 상기 조연성 가스 분사부의 근처에 위치하는 제2의 합류점에서 상기 조연성 가스와 합류하는 방향으로 가연성 가스를 분사하는 가연성 가스 분사부를 구비하는 합성용 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조연성 가스 분사부는 하나의 직선를 따라 배치된 복수의 분사 포트를 가지는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원료 가스 분사부는 상기 하나의 직선과 평행한 직선를 따라 배치된 복수의 분사 포트를 가지는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 원료 가스 분사부는 상기 하나의 직선과 평행한 직선를 따라 형성된 슬릿 형상의 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가연성 가스 분사부는 상기 하나의 직선과 평행한 슬릿 형상의 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 가스 분사부를 가지는 제1의 벌크재와, 상기 제1의 벌크재에 인접하여 배치되고, 상기 조연성 가스 분사부를 가지는 제2의 벌크재를 구비하고,
    상기 제1의 벌크재는, 상기 원료 가스 분사부에 연통하여 상기 원료 가스가 흐르는 가스 유로가 설치되어 있고, 상기 제2의 벌크재는, 상기 조연성 가스 분사부에 연통하여 상기 조연성 가스가 흐르는 가스 유로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2의 벌크재는, 상기 가연성 가스 분사부에 연통하여 상기 가연성 가스가 흐르는 가스 유로가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스 유로는 유통하는 가스의 맥동을 완화하는 버퍼부를 가지는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가스 유로는, 상기 버퍼부의 내부 및 상기 버퍼부보다 하류의 어느 쪽인가에 배치되어, 유통하는 가스의 맥동을 완화하는 압력 손실 부여부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 가스 분사부 및 상기 조연성 가스 분사부 사이에, 상기 원료 가스를 씰하는 씰 가스를 분사하는 씰 가스 분사부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 씰 가스 분사부는 상기 조연성 가스 분사부의 배열 방향과 평행한 슬릿 형상의 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 씰 가스 분사부는 하나의 벌크재 및 다른 벌크재 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하나의 벌크재와 상기 다른 벌크재 사이의 일부를 기밀하게 봉지하는 봉지 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 합성용 버너.
KR1020180094788A 2017-10-13 2018-08-14 합성용 버너 KR102545710B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

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