JP2000063126A - シリカ含有ス―トを形成する方法およびバ―ナ― - Google Patents
シリカ含有ス―トを形成する方法およびバ―ナ―Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリカ含有スートを製造する方法において、
高ガス速度を必要とせずに、炎に乱流を与えないよう
に、小さな液滴を含有する集中した流れを提供する。 【解決手段】 液体のケイ素含有原料および気体を混合
チャンバ内で混合して、液体−気体混合物を提供する。
この液体−気体混合物をオリフィスから燃焼部位に噴射
する。ケイ素含有原料をこの燃焼部位の近くでシリカ含
有スートに転化する。
高ガス速度を必要とせずに、炎に乱流を与えないよう
に、小さな液滴を含有する集中した流れを提供する。 【解決手段】 液体のケイ素含有原料および気体を混合
チャンバ内で混合して、液体−気体混合物を提供する。
この液体−気体混合物をオリフィスから燃焼部位に噴射
する。ケイ素含有原料をこの燃焼部位の近くでシリカ含
有スートに転化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリカ含有スート
の形成およびシリカ含有スートから作成された製品に関
し、より詳しくは、シリカ含有スートを形成する方法お
よびバーナー並びに液体のケイ素含有化合物から作成さ
れた製品に関するものである。
の形成およびシリカ含有スートから作成された製品に関
し、より詳しくは、シリカ含有スートを形成する方法お
よびバーナー並びに液体のケイ素含有化合物から作成さ
れた製品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】バーナーを使用することにより、金属酸
化物のスートを製造する様々な工程が知られている。こ
のスートは、それ自体が最終製品であっても差し支えな
く、またはスートを標的上に集積して、後に密な物体に
固結できる、多孔質の予備焼結された物体を形成しても
差し支えない。あるいは、その標的上に集積されたスー
トを同時に熱処理して、密な物体を形成しても差し支え
ない。今日実施されている工程のほとんどは、反応体を
蒸気形態でバーナーに供給しており、これには、非常に
複雑な気化および供給装置が必要とされる。設備と工程
の制御は、個々の反応体について別々の供給を必要とす
る、最終製品が多成分系である場合に実質的にますます
複雑になる。
化物のスートを製造する様々な工程が知られている。こ
のスートは、それ自体が最終製品であっても差し支えな
く、またはスートを標的上に集積して、後に密な物体に
固結できる、多孔質の予備焼結された物体を形成しても
差し支えない。あるいは、その標的上に集積されたスー
トを同時に熱処理して、密な物体を形成しても差し支え
ない。今日実施されている工程のほとんどは、反応体を
蒸気形態でバーナーに供給しており、これには、非常に
複雑な気化および供給装置が必要とされる。設備と工程
の制御は、個々の反応体について別々の供給を必要とす
る、最終製品が多成分系である場合に実質的にますます
複雑になる。
【０００３】例えば、ＳｉＣｌ4の加水分解は、数年に
亘り、高純度シリカを製造する上でこの業界で好まれて
きた。熱分解と加水分解によるＳｉＣｌ4のＳｉＯ2への
転化には、塩素または強酸の副生成物である塩酸（ＨＣ
ｌ）を生成するという欠点がある。塩酸は、多くの析出
基板および反応設備にとって有害であるだけでなく、環
境に対しても有害である。排出低減装置が、ＨＣｌの腐
食性により生じる設備の損失およびメンテナンスのため
に、非常に高価であることが分かった。代替案として、
高純度の石英またはシリカは、シランの熱分解と酸化に
よっても生成されてきた。しかしながら、この作業に
は、密閉されたシランの容器中に空気を導入することに
より生じる激しい反応を防ぐ安全対策をとる必要があ
る。シランは、二酸化炭素、亜酸化窒素、酸素、または
水と反応して、とりわけ半導体素子の製造に潜在的に有
用である高純度の材料を生成する。しかしながら、シラ
ンは、価格が高く、反応性が強過ぎて、ことによると、
究極的な高純度を必要とする小規模の用途を除いて、溶
融シリカの工業的製造には考えられない。
亘り、高純度シリカを製造する上でこの業界で好まれて
きた。熱分解と加水分解によるＳｉＣｌ4のＳｉＯ2への
転化には、塩素または強酸の副生成物である塩酸（ＨＣ
ｌ）を生成するという欠点がある。塩酸は、多くの析出
基板および反応設備にとって有害であるだけでなく、環
境に対しても有害である。排出低減装置が、ＨＣｌの腐
食性により生じる設備の損失およびメンテナンスのため
に、非常に高価であることが分かった。代替案として、
高純度の石英またはシリカは、シランの熱分解と酸化に
よっても生成されてきた。しかしながら、この作業に
は、密閉されたシランの容器中に空気を導入することに
より生じる激しい反応を防ぐ安全対策をとる必要があ
る。シランは、二酸化炭素、亜酸化窒素、酸素、または
水と反応して、とりわけ半導体素子の製造に潜在的に有
用である高純度の材料を生成する。しかしながら、シラ
ンは、価格が高く、反応性が強過ぎて、ことによると、
究極的な高純度を必要とする小規模の用途を除いて、溶
融シリカの工業的製造には考えられない。
【０００４】ドビンズ(Dobbins)等の米国特許第5,043,0
02号では、別のシリカ前駆体材料が提案されている。こ
の特許をここに引用する。この特許には、キャリヤガス
をケイ素含有反応体化合物、好ましくは、ポリメチルシ
ロキサンのようなハロゲン化物を含まない化合物、特
に、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチル
シクロテトラシロキサン（「ＯＭＣＴＳ」）、およびデ
カメチルシクロペンタシロキサンのようなポリメチルシ
クロシロキサンにより泡立たせることが開示されてい
る。この反応体化合物の蒸気および窒素の混合物が反応
部位でバーナーに送られ、この部位で、反応体は、気体
燃料／酸素混合物と混合され、燃焼される。ブラックウ
ェル(Blackwell)等の米国特許第5,152,819号には、ハロ
ゲン化物を含まない追加のケイ素化合物、特に、Ｓｉ−
Ｎ−Ｓｉ基本構造を有するオルガノシリコン−窒素化合
物、Ｓｉ−Ｎ−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ基本構造を有するシロキ
サシラゾン、およびそれらの混合物が記載されている。
これらの化合物を用いて、腐食性の汚染副生成物の生成
を伴わずに、高純度のシリカガラスを製造してもよい。
この特許をここに引用する。
02号では、別のシリカ前駆体材料が提案されている。こ
の特許をここに引用する。この特許には、キャリヤガス
をケイ素含有反応体化合物、好ましくは、ポリメチルシ
ロキサンのようなハロゲン化物を含まない化合物、特
に、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチル
シクロテトラシロキサン（「ＯＭＣＴＳ」）、およびデ
カメチルシクロペンタシロキサンのようなポリメチルシ
クロシロキサンにより泡立たせることが開示されてい
る。この反応体化合物の蒸気および窒素の混合物が反応
部位でバーナーに送られ、この部位で、反応体は、気体
燃料／酸素混合物と混合され、燃焼される。ブラックウ
ェル(Blackwell)等の米国特許第5,152,819号には、ハロ
ゲン化物を含まない追加のケイ素化合物、特に、Ｓｉ−
Ｎ−Ｓｉ基本構造を有するオルガノシリコン−窒素化合
物、Ｓｉ−Ｎ−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ基本構造を有するシロキ
サシラゾン、およびそれらの混合物が記載されている。
これらの化合物を用いて、腐食性の汚染副生成物の生成
を伴わずに、高純度のシリカガラスを製造してもよい。
この特許をここに引用する。
【０００５】シリカガラスを製造するための原料として
ハロゲン化物を含まないケイ素化合物を使用することに
より、ＨＣｌの形成が避けられるけれども、特に、光導
波路のような高品質の光学製品および高純度のバルク溶
融シリカを形成することをそのガラスに意図した場合、
いくつかの問題が残ってしまう。例えば、「ポリアルキ
ルシロキサンを生成する方法およびそれから形成される
製品」と題する米国特許同時係属出願第08/574,961号に
開示されているように、例えば、ポリアルキルシロキサ
ン原料中に高沸点不純物が存在すると、蒸気反応体をバ
ーナーに、またはバーナーそれ自体の内部に移送する気
化および供給装置内にゲル付着物が形成されることがあ
る。シロキサン原料のこのような重合およびゲル化によ
り、シリカ製造工程の制御性および一貫性が阻害されて
しまう。この問題は、酸化剤がシロキサン原料の重合を
触発するようなので、酸素のような酸化キャリアガスが
反応体蒸気流中に含まれるときにより広く認められる。
そのような重合およびゲル化により、同時に固結されて
光学部材を形成するか、または後に固結されてそれから
光導波路が製造されるブランクを形成してもよいバルク
シリカスートまたはスート母材の析出速度（deposition
laydown rate）が減少してしまう。
ハロゲン化物を含まないケイ素化合物を使用することに
より、ＨＣｌの形成が避けられるけれども、特に、光導
波路のような高品質の光学製品および高純度のバルク溶
融シリカを形成することをそのガラスに意図した場合、
いくつかの問題が残ってしまう。例えば、「ポリアルキ
ルシロキサンを生成する方法およびそれから形成される
製品」と題する米国特許同時係属出願第08/574,961号に
開示されているように、例えば、ポリアルキルシロキサ
ン原料中に高沸点不純物が存在すると、蒸気反応体をバ
ーナーに、またはバーナーそれ自体の内部に移送する気
化および供給装置内にゲル付着物が形成されることがあ
る。シロキサン原料のこのような重合およびゲル化によ
り、シリカ製造工程の制御性および一貫性が阻害されて
しまう。この問題は、酸化剤がシロキサン原料の重合を
触発するようなので、酸素のような酸化キャリアガスが
反応体蒸気流中に含まれるときにより広く認められる。
そのような重合およびゲル化により、同時に固結されて
光学部材を形成するか、または後に固結されてそれから
光導波路が製造されるブランクを形成してもよいバルク
シリカスートまたはスート母材の析出速度（deposition
laydown rate）が減少してしまう。
【０００６】シロキサン原料を用いてシリカスートまた
はシリカ母材を形成するときに遭遇するさらなる問題
は、高分子量の高沸点不純物の粒子が、このバルクシリ
カスートまたは集積部位内に析出して、「欠陥」または
「群集欠陥」が形成されてしまうかもしれないことであ
る。欠陥または群集欠陥は、シリカスートを用いて形成
される光導波路の光学品質および構造品質に悪影響を及
ぼす欠点である。
はシリカ母材を形成するときに遭遇するさらなる問題
は、高分子量の高沸点不純物の粒子が、このバルクシリ
カスートまたは集積部位内に析出して、「欠陥」または
「群集欠陥」が形成されてしまうかもしれないことであ
る。欠陥または群集欠陥は、シリカスートを用いて形成
される光導波路の光学品質および構造品質に悪影響を及
ぼす欠点である。
【０００７】米国特許出願第08/767,653号には、前記群
集欠陥は、液体シロキサン原料を転化部位に供給し、そ
の原料をこの転化部位で噴霧化し、そして、噴霧化され
た原料を転化部位でシリカに転化させることにより減少
させられることが開示されている。この出願をここに引
用する。原料を転化部位で噴霧化するある方法は、液体
シロキサン原料を不活性ガスにより転化部位に供給する
ことにより、この液体原料を空気によりすなわち「空気
ブラスト」で噴霧化することが含まれる。
集欠陥は、液体シロキサン原料を転化部位に供給し、そ
の原料をこの転化部位で噴霧化し、そして、噴霧化され
た原料を転化部位でシリカに転化させることにより減少
させられることが開示されている。この出願をここに引
用する。原料を転化部位で噴霧化するある方法は、液体
シロキサン原料を不活性ガスにより転化部位に供給する
ことにより、この液体原料を空気によりすなわち「空気
ブラスト」で噴霧化することが含まれる。
【０００８】バーナーに液体を直接供給することには、
単純化された設備構造、装置の操作が容易なこと、減少
した製造コスト、そして、重要なことには、蒸気供給バ
ーナー装置で達成するのが困難な組成物により多成分酸
化物材料を製造する能力のような多くの追加の利点があ
る。
単純化された設備構造、装置の操作が容易なこと、減少
した製造コスト、そして、重要なことには、蒸気供給バ
ーナー装置で達成するのが困難な組成物により多成分酸
化物材料を製造する能力のような多くの追加の利点があ
る。
【０００９】液体供給バーナーを設計するための課題
は、液体の噴霧化の有効性を増大させ、炎の乱流を減少
させることである。高純度の溶融シリカの蓄積および光
導波路のスート母材の形成のような工程に関して、高析
出速度および均一性の必要条件により、炎の制御がより
厳密な要望となっている。
は、液体の噴霧化の有効性を増大させ、炎の乱流を減少
させることである。高純度の溶融シリカの蓄積および光
導波路のスート母材の形成のような工程に関して、高析
出速度および均一性の必要条件により、炎の制御がより
厳密な要望となっている。
【００１０】空気ブラスト噴霧器を用いて転化部位の直
前で液体シロキサン原料を噴霧化することにより群集欠
陥が減少するけれども、そのような空気ブラスト噴霧装
置には、いくつかのさらなる課題がある。例えば、噴霧
化ガスの速度を望ましく増大させることにより、より小
さな液滴を製造している。この液滴は、噴霧化し、バー
ナーの炎内で燃焼するのがより容易である。より大きな
液滴では析出部位の表面上にいぼ状欠陥（「いぼ」）が
形成されてしまうので、より小さな液滴が望ましい。さ
らに、より小さな液滴は、周囲の気体でより容易に集め
られて、より濃縮された析出流を形成することができ
る。一方で、噴霧化ガスの速度を増大させると、バーナ
ーの炎に乱流を加えてしまう。これにより、スート捕捉
率が減少し、このスートから作成されるシリカ含有最終
製品に他の物理的欠陥を生じてしまうことがある。
前で液体シロキサン原料を噴霧化することにより群集欠
陥が減少するけれども、そのような空気ブラスト噴霧装
置には、いくつかのさらなる課題がある。例えば、噴霧
化ガスの速度を望ましく増大させることにより、より小
さな液滴を製造している。この液滴は、噴霧化し、バー
ナーの炎内で燃焼するのがより容易である。より大きな
液滴では析出部位の表面上にいぼ状欠陥（「いぼ」）が
形成されてしまうので、より小さな液滴が望ましい。さ
らに、より小さな液滴は、周囲の気体でより容易に集め
られて、より濃縮された析出流を形成することができ
る。一方で、噴霧化ガスの速度を増大させると、バーナ
ーの炎に乱流を加えてしまう。これにより、スート捕捉
率が減少し、このスートから作成されるシリカ含有最終
製品に他の物理的欠陥を生じてしまうことがある。
【００１１】ミラー(Miller)等の米国特許第5,110,335
号には、超音波噴霧化ノズルを用いた液体供給バーナー
が開示されている。超音波による液体噴霧化は効果的で
あるけれども、超音波ノズルを備えると、バーナーが高
価になり、その構造が複雑になってしまう。ガラス製造
工程のようなある用途の高温環境により、その超音波ノ
ズルの寿命が劇的に減少してしまうかもしれない。さら
に、コンパクトなバーナーを設計するのは難しい。
号には、超音波噴霧化ノズルを用いた液体供給バーナー
が開示されている。超音波による液体噴霧化は効果的で
あるけれども、超音波ノズルを備えると、バーナーが高
価になり、その構造が複雑になってしまう。ガラス製造
工程のようなある用途の高温環境により、その超音波ノ
ズルの寿命が劇的に減少してしまうかもしれない。さら
に、コンパクトなバーナーを設計するのは難しい。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】したがって、高ガス速
度を必要とせずに、小さな液滴を含有する、集中したシ
リカ含有スート析出流を製造する液体供給装置を備えた
バーナーおよび方法を提供することが望ましい。そのよ
うなバーナーおよび方法は、望ましくは、バーナーの炎
にわずかしか乱流を与えない。
度を必要とせずに、小さな液滴を含有する、集中したシ
リカ含有スート析出流を製造する液体供給装置を備えた
バーナーおよび方法を提供することが望ましい。そのよ
うなバーナーおよび方法は、望ましくは、バーナーの炎
にわずかしか乱流を与えない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
広く、シリカ含有スートを製造する方法およびバーナー
を提供する。この方法およびバーナーは、高純度の溶融
シリカ部材および導波路ブランクを製造するのに特に有
用である。
広く、シリカ含有スートを製造する方法およびバーナー
を提供する。この方法およびバーナーは、高純度の溶融
シリカ部材および導波路ブランクを製造するのに特に有
用である。
【００１４】本発明の方法は、液体のケイ素含有原料お
よびある気体を混合チャンバ内で混合して、液体−気体
混合物を提供し、この液体−気体混合物をオリフィスか
ら燃焼部位に噴射し、燃焼部位の直前でシリカ含有原料
をシリカ含有スートに転化させる各工程を含む。好まし
い実施の形態において、液体原料は、オリフィスからの
原料の噴射工程中に噴霧化し、案内レールを設けて、こ
の噴霧化された液体−気体混合物を燃焼部位に向ける。
ある実施の形態において、シリカ含有スートはドーパン
トを含有する。本発明の方法を用いて、光学部材を製造
することができる。ある実施の形態において、本発明の
方法はさらに、シリカ含有スートを収容容器内で析出さ
せると同時に焼結させて、シリカ含有物体を形成する工
程を含む。別の実施の形態において、スートを回転して
いるマンドレル上に析出させて、光ファイバ導波路ファ
イバ母材を形成することができる。
よびある気体を混合チャンバ内で混合して、液体−気体
混合物を提供し、この液体−気体混合物をオリフィスか
ら燃焼部位に噴射し、燃焼部位の直前でシリカ含有原料
をシリカ含有スートに転化させる各工程を含む。好まし
い実施の形態において、液体原料は、オリフィスからの
原料の噴射工程中に噴霧化し、案内レールを設けて、こ
の噴霧化された液体−気体混合物を燃焼部位に向ける。
ある実施の形態において、シリカ含有スートはドーパン
トを含有する。本発明の方法を用いて、光学部材を製造
することができる。ある実施の形態において、本発明の
方法はさらに、シリカ含有スートを収容容器内で析出さ
せると同時に焼結させて、シリカ含有物体を形成する工
程を含む。別の実施の形態において、スートを回転して
いるマンドレル上に析出させて、光ファイバ導波路ファ
イバ母材を形成することができる。
【００１５】本発明はまた、シリカ含有スートを製造す
るバーナーであって、気体を供給して炎を提供する複数
の通路、液体のケイ素含有原料を噴霧化する気泡(effer
vescent)噴霧器、および噴霧化された液体のケイ素含有
原料をバーナーの炎中に案内するレールを備えたバーナ
ーも含む。好ましい実施の形態において、気泡噴霧器
は、気体の供給を受け入れる気体用入口、液体のケイ素
含有原料を受け入れる液体用入口、およびこれら原料お
よび気体を混合して、液体−気体混合物を提供する混合
チャンバを備えている。この噴霧器は、この液体気体混
合物を噴射するオリフィスも備えている。
るバーナーであって、気体を供給して炎を提供する複数
の通路、液体のケイ素含有原料を噴霧化する気泡(effer
vescent)噴霧器、および噴霧化された液体のケイ素含有
原料をバーナーの炎中に案内するレールを備えたバーナ
ーも含む。好ましい実施の形態において、気泡噴霧器
は、気体の供給を受け入れる気体用入口、液体のケイ素
含有原料を受け入れる液体用入口、およびこれら原料お
よび気体を混合して、液体−気体混合物を提供する混合
チャンバを備えている。この噴霧器は、この液体気体混
合物を噴射するオリフィスも備えている。
【００１６】
【発明の効果】本発明の方法およびバーナーには、他の
液体供給噴霧化バーナーより優れたいくつかの利点があ
る。一つの利点は、空気ブラスト噴霧化とは対照的に、
気泡噴霧化を用いたバーナーおよび方法により、炎にそ
れほど乱流を提供せず、このことが、スートの蓄積中の
スートの品質を向上させることである。気泡噴霧器は、
空気ブラスト噴霧器よりも大きいオリフィスを用いるこ
とができ、そのバーナーをより容易に製造することがで
きる。大きなオリフィスは、蓄積工程中に詰まりにく
い。
液体供給噴霧化バーナーより優れたいくつかの利点があ
る。一つの利点は、空気ブラスト噴霧化とは対照的に、
気泡噴霧化を用いたバーナーおよび方法により、炎にそ
れほど乱流を提供せず、このことが、スートの蓄積中の
スートの品質を向上させることである。気泡噴霧器は、
空気ブラスト噴霧器よりも大きいオリフィスを用いるこ
とができ、そのバーナーをより容易に製造することがで
きる。大きなオリフィスは、蓄積工程中に詰まりにく
い。
【００１７】上述した一般的な記載および以下の詳細な
記載は、典型的で説明的であり、請求項に記載した本発
明をさらに説明することを意図したものであることが理
解されよう。
記載は、典型的で説明的であり、請求項に記載した本発
明をさらに説明することを意図したものであることが理
解されよう。
【００１８】
【発明の実施の形態】ここで、添付した図面に説明され
ている本発明の実施の形態を詳細に参照する。図１は、
液体のケイ素含有原料および必要に応じてドーパント供
給化合物を、液体シロキサン供給源がシリカに転化され
る燃焼部位で燃焼させることにより、シリカ含有スート
を製造する、バーナー面11を有するバーナー10を示して
いる。
ている本発明の実施の形態を詳細に参照する。図１は、
液体のケイ素含有原料および必要に応じてドーパント供
給化合物を、液体シロキサン供給源がシリカに転化され
る燃焼部位で燃焼させることにより、シリカ含有スート
を製造する、バーナー面11を有するバーナー10を示して
いる。
【００１９】この液体のケイ素含有原料は、ポリメチル
シクロシロキサンのようなシロキサン供給源であっても
差し支えない。本発明によれば、好ましくはハロゲン化
物を含まない、ケイ素含有反応体化合物は、好ましく
は、ポリアルキルシロキサン、例えば、ヘキサメチルジ
シロキサンを含む。より詳しくは、そのポリアルキルシ
ロキサンはポリメチルシクロシロキサンを含む。最も好
ましくは、該ポリメチルシクロシロキサンは、ヘキサメ
チルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラ
シロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデ
カメチルシクロヘキサシロキサン、およびこれらの混合
物からなる群より選択される。しかしながら、別の液体
原料を用いても差し支えないことが理解されよう。一つ
の実施例は、四塩化ケイ素である。
シクロシロキサンのようなシロキサン供給源であっても
差し支えない。本発明によれば、好ましくはハロゲン化
物を含まない、ケイ素含有反応体化合物は、好ましく
は、ポリアルキルシロキサン、例えば、ヘキサメチルジ
シロキサンを含む。より詳しくは、そのポリアルキルシ
ロキサンはポリメチルシクロシロキサンを含む。最も好
ましくは、該ポリメチルシクロシロキサンは、ヘキサメ
チルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラ
シロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデ
カメチルシクロヘキサシロキサン、およびこれらの混合
物からなる群より選択される。しかしながら、別の液体
原料を用いても差し支えないことが理解されよう。一つ
の実施例は、四塩化ケイ素である。
【００２０】所望であれば、供給導管、計量ポンプ、お
よびフィルタ（図示せず）を備えることもできる供給装
置により、バーナー10に供給することのできる上述した
原料は、原料タンク内に収容することができる。ここ
で、図１を参照する。液体原料供給導管が入口12と流体
連絡している。入口12は噴霧器14と流体連絡しており、
この噴霧器は、好ましくは、バーナー構造体の内部に位
置している。しかしながら、噴霧器は、所望であれば、
バーナー面11に位置していても、またはそれに近接して
位置していても差し支えない。噴霧器14は、以下に詳細
に説明する。
よびフィルタ（図示せず）を備えることもできる供給装
置により、バーナー10に供給することのできる上述した
原料は、原料タンク内に収容することができる。ここ
で、図１を参照する。液体原料供給導管が入口12と流体
連絡している。入口12は噴霧器14と流体連絡しており、
この噴霧器は、好ましくは、バーナー構造体の内部に位
置している。しかしながら、噴霧器は、所望であれば、
バーナー面11に位置していても、またはそれに近接して
位置していても差し支えない。噴霧器14は、以下に詳細
に説明する。
【００２１】好ましくは、バーナーには、例えば、パワ
ーズ(D.R.Powers)の米国特許第4,165,223号に記載され
たように、内側シールドガス、外側シールドガス、およ
び炎用の可燃ガスが慣習的に供給される。この特許をこ
こに引用する。ある実施の形態において、内側シールド
ガスが、窒素のような不活性ガスであり、バーナー通路
16を通して供給される。不活性ガスは、通常の条件下で
非活性の、窒素、アルゴン、またはヘリウムのような気
体元素を意味する。外側シールドガスは、バーナー通路
18を通して供給することができる。ある実施の形態にお
いて、外側シールドガスは酸素である。可燃ガスは、メ
タン、またはメタンと酸素の混合物のような、シリカ含
有前駆体の燃焼に典型的に使用されるガスを意味する。
可燃ガスは、バーナー通路20を通して供給して、バーナ
ー炎21を提供することができる。
ーズ(D.R.Powers)の米国特許第4,165,223号に記載され
たように、内側シールドガス、外側シールドガス、およ
び炎用の可燃ガスが慣習的に供給される。この特許をこ
こに引用する。ある実施の形態において、内側シールド
ガスが、窒素のような不活性ガスであり、バーナー通路
16を通して供給される。不活性ガスは、通常の条件下で
非活性の、窒素、アルゴン、またはヘリウムのような気
体元素を意味する。外側シールドガスは、バーナー通路
18を通して供給することができる。ある実施の形態にお
いて、外側シールドガスは酸素である。可燃ガスは、メ
タン、またはメタンと酸素の混合物のような、シリカ含
有前駆体の燃焼に典型的に使用されるガスを意味する。
可燃ガスは、バーナー通路20を通して供給して、バーナ
ー炎21を提供することができる。
【００２２】図１は、いくつかの潜在的なバーナーの実
施の形態のうちの一つを例示しているのが理解されよ
う。噴霧器を囲む異なるガスおよび燃料の供給源の配置
は、様々なものであって差し支えない。本発明の気泡液
体噴霧器の低乱流性質のために、バーナー内に多数の噴
霧器を配置することができる。多数の噴霧器を使用する
と、シリカスートの析出速度を劇的に増大させることが
できる。
施の形態のうちの一つを例示しているのが理解されよ
う。噴霧器を囲む異なるガスおよび燃料の供給源の配置
は、様々なものであって差し支えない。本発明の気泡液
体噴霧器の低乱流性質のために、バーナー内に多数の噴
霧器を配置することができる。多数の噴霧器を使用する
と、シリカスートの析出速度を劇的に増大させることが
できる。
【００２３】本発明の方法およびバーナーに使用する噴
霧器は、概して、気泡噴霧器として説明することができ
る。ここで用いているように、気泡噴霧器および気泡噴
霧化は、噴霧化すべき液体をある気体と混合チャンバ内
で混合して、噴霧化オリフィスを通過する前に液体−気
体混合物を形成することを意味するものである。次い
で、この液体−気体混合物を排出噴霧化オリフィスから
の流れに噴射させる。気泡噴霧化は、空気ブラスト噴霧
器の場合のような、気体を用いて、運動エネルギーを液
体流に与えることを含まないことが理解されよう。
霧器は、概して、気泡噴霧器として説明することができ
る。ここで用いているように、気泡噴霧器および気泡噴
霧化は、噴霧化すべき液体をある気体と混合チャンバ内
で混合して、噴霧化オリフィスを通過する前に液体−気
体混合物を形成することを意味するものである。次い
で、この液体−気体混合物を排出噴霧化オリフィスから
の流れに噴射させる。気泡噴霧化は、空気ブラスト噴霧
器の場合のような、気体を用いて、運動エネルギーを液
体流に与えることを含まないことが理解されよう。
【００２４】気泡噴霧化の正確な機構はよく理解されて
いない。特定の操作原理に拘束されずに、オリフィスを
通って流動する液体は、気泡により薄い断片および帯体
に絞られると考えられている。気泡がノズルから現れた
ときに、それらは破裂し、周囲の液体断片および帯体を
小さな液滴に粉砕する。気泡噴霧器および噴霧化は、さ
らに、気泡噴霧化が空気ブラスト噴霧化ほどはオリフィ
スのサイズに依存しない点で空気ブラスト噴霧化とは区
別することができる。このことにより、気泡噴霧器は空
気ブラスト噴霧器よりも大きいオリフィスを含有するこ
とができ、これは、オリフィスの詰りに関連する問題を
減少させるのに役立つ。ある実験において、効果的な噴
霧化は、液体反応体およびある気体を予め混合し、この
混合物を、直径が約0.1インチの大きさの噴霧化オリフ
ィスから噴射させることにより行った。
いない。特定の操作原理に拘束されずに、オリフィスを
通って流動する液体は、気泡により薄い断片および帯体
に絞られると考えられている。気泡がノズルから現れた
ときに、それらは破裂し、周囲の液体断片および帯体を
小さな液滴に粉砕する。気泡噴霧器および噴霧化は、さ
らに、気泡噴霧化が空気ブラスト噴霧化ほどはオリフィ
スのサイズに依存しない点で空気ブラスト噴霧化とは区
別することができる。このことにより、気泡噴霧器は空
気ブラスト噴霧器よりも大きいオリフィスを含有するこ
とができ、これは、オリフィスの詰りに関連する問題を
減少させるのに役立つ。ある実験において、効果的な噴
霧化は、液体反応体およびある気体を予め混合し、この
混合物を、直径が約0.1インチの大きさの噴霧化オリフ
ィスから噴射させることにより行った。
【００２５】ここで、図２および３を参照する。気泡噴
霧器は、一般的に、以下の部分からなる。液体および気
体が、任意のオリフィス23を有する液体−気体混合チャ
ンバ中に供給される。この液体−気体混合チャンバ22
は、任意の噴霧前噴付けチャンバ24と流体連絡し、少な
くとも一つの噴霧化オリフィス26と流体連絡している。
この噴霧前噴付けチャンバ24は、混合チャンバ22の任意
のオリフィス23とともに、除去しても差し支えないこと
が理解されよう。本発明のある実施の形態によれば、気
泡噴霧器は、図１に示すように、噴霧化された液体反応
体をバーナーの炎21に向ける噴霧後案内レール28も備え
ている。
霧器は、一般的に、以下の部分からなる。液体および気
体が、任意のオリフィス23を有する液体−気体混合チャ
ンバ中に供給される。この液体−気体混合チャンバ22
は、任意の噴霧前噴付けチャンバ24と流体連絡し、少な
くとも一つの噴霧化オリフィス26と流体連絡している。
この噴霧前噴付けチャンバ24は、混合チャンバ22の任意
のオリフィス23とともに、除去しても差し支えないこと
が理解されよう。本発明のある実施の形態によれば、気
泡噴霧器は、図１に示すように、噴霧化された液体反応
体をバーナーの炎21に向ける噴霧後案内レール28も備え
ている。
【００２６】必要とされる液体の供給量、噴霧器のサイ
ズおよびオリフィスの数に依存して、ある部材は必要な
いかもしれない。例えば、小型噴霧器または少数のオリ
フィスを有する噴霧器に関して、噴霧後噴付けチャンバ
は除いても差し支えない。炎の乱流を減少させる必要条
件が重要ではない場合には、噴霧後案内レールを除いて
も差し支えない。
ズおよびオリフィスの数に依存して、ある部材は必要な
いかもしれない。例えば、小型噴霧器または少数のオリ
フィスを有する噴霧器に関して、噴霧後噴付けチャンバ
は除いても差し支えない。炎の乱流を減少させる必要条
件が重要ではない場合には、噴霧後案内レールを除いて
も差し支えない。
【００２７】図３は、液体および気体が供給され、混合
される密封チャンバを示す、液体−気体混合チャンバ22
の実施の形態の一つを示している。このチャンバ、この
図面に示すように、チャンバの本体から取外しできる、
または本体部分と一体に製造しても差し支えない、上側
部分30および下側部分32を備えていても差し支えない。
図３に示した実施の形態は混合チャンバ22の上側部分に
進入する液体および気体を示しているが、その液体およ
び／または気体は、このチャンバの側壁または下側部分
を通して導入しても差し支えないことが理解されよう。
ある実施の形態において、混合チャンバ22は、気体−液
体混合物を任意の噴付けチャンバに供給するオリフィス
23を備えている。このオリフィス23は、好ましくは、混
合チャンバ22の直径よりも小さい。以下に説明する任意
の噴付けチャンバと共に使用する場合、より小さな開口
部が、液体をより良好に分布させるために、液体を広げ
るまたは噴き付ける。サイズがより小さい噴霧器、また
はオリフィスの数がより少ない噴霧器に関して、液体−
気体混合チャンバ22内のオリフィス、および噴付けチャ
ンバ24は共に除いても差し支えない。
される密封チャンバを示す、液体−気体混合チャンバ22
の実施の形態の一つを示している。このチャンバ、この
図面に示すように、チャンバの本体から取外しできる、
または本体部分と一体に製造しても差し支えない、上側
部分30および下側部分32を備えていても差し支えない。
図３に示した実施の形態は混合チャンバ22の上側部分に
進入する液体および気体を示しているが、その液体およ
び／または気体は、このチャンバの側壁または下側部分
を通して導入しても差し支えないことが理解されよう。
ある実施の形態において、混合チャンバ22は、気体−液
体混合物を任意の噴付けチャンバに供給するオリフィス
23を備えている。このオリフィス23は、好ましくは、混
合チャンバ22の直径よりも小さい。以下に説明する任意
の噴付けチャンバと共に使用する場合、より小さな開口
部が、液体をより良好に分布させるために、液体を広げ
るまたは噴き付ける。サイズがより小さい噴霧器、また
はオリフィスの数がより少ない噴霧器に関して、液体−
気体混合チャンバ22内のオリフィス、および噴付けチャ
ンバ24は共に除いても差し支えない。
【００２８】図４に示した別の実施の形態において、任
意の噴付けチャンバを液体−気体混合チャンバより下流
に配置しても差し支えない。図４は、複数のオリフィス
26と流体連絡した任意の噴付けチャンバ24を示してい
る。この噴付けチャンバ内の複数のオリフィス26は、液
体原料を噴霧化するようなサイズとなっている。前記液
体−気体混合チャンバ22内のオリフィス23は、液体−気
体混合物を噴付けチャンバ24中に噴き付けるようなサイ
ズとなっている。噴付けチャンバ24は、液体−気体混合
物が混合チャンバ22の底部でオリフィス23から排出され
るときに、液体噴付け液滴が広がるのに十分な空間を提
供する。その結果、多数の噴霧化オリフィス26を下に横
切る液体の良好な分布を達成することができる。
意の噴付けチャンバを液体−気体混合チャンバより下流
に配置しても差し支えない。図４は、複数のオリフィス
26と流体連絡した任意の噴付けチャンバ24を示してい
る。この噴付けチャンバ内の複数のオリフィス26は、液
体原料を噴霧化するようなサイズとなっている。前記液
体−気体混合チャンバ22内のオリフィス23は、液体−気
体混合物を噴付けチャンバ24中に噴き付けるようなサイ
ズとなっている。噴付けチャンバ24は、液体−気体混合
物が混合チャンバ22の底部でオリフィス23から排出され
るときに、液体噴付け液滴が広がるのに十分な空間を提
供する。その結果、多数の噴霧化オリフィス26を下に横
切る液体の良好な分布を達成することができる。
【００２９】図５ａに示す本発明の別の態様において、
案内レール28がオリフィスより下流に設けられて、噴霧
化された液体原料を燃焼部位に向けている。図５ｂは、
気体流がその案内レールの内壁40に沿って導入されて、
このレールの内壁上に噴霧化された液体が蓄積するのを
妨げている、「能動的」案内レールを示している。図５
ｃは、案内レールの壁に噴霧化された液体が蓄積するの
を妨げるのに、気体流が必要とされない、「受動的」案
内レールを示している。
案内レール28がオリフィスより下流に設けられて、噴霧
化された液体原料を燃焼部位に向けている。図５ｂは、
気体流がその案内レールの内壁40に沿って導入されて、
このレールの内壁上に噴霧化された液体が蓄積するのを
妨げている、「能動的」案内レールを示している。図５
ｃは、案内レールの壁に噴霧化された液体が蓄積するの
を妨げるのに、気体流が必要とされない、「受動的」案
内レールを示している。
【００３０】案内レール28の目的は、噴霧化された液滴
を燃焼部位に案内することにある。噴霧化された液滴
は、オリフィスから排出された後、90度よりも大きい角
度で容易に広がることができる。液滴が過剰に外方に広
がると、厳しい炎の乱流が生じることがある。オリフィ
スから延在する円筒形案内レールが、液滴の外方への広
がりを効果的に制限し、炎の乱流を劇的に減少させるこ
とができる。15度未満の広がり角を容易に達成すること
ができる。この実施に関する難問は、案内レールの内壁
上の噴霧化された液滴が過剰に分離するを妨げることで
ある。このような過剰な分離により、液体がしたたる傾
向がある。したたりは、適切なオリフィスの構成と共
に、適当な案内レール設計により妨げることができる。
を燃焼部位に案内することにある。噴霧化された液滴
は、オリフィスから排出された後、90度よりも大きい角
度で容易に広がることができる。液滴が過剰に外方に広
がると、厳しい炎の乱流が生じることがある。オリフィ
スから延在する円筒形案内レールが、液滴の外方への広
がりを効果的に制限し、炎の乱流を劇的に減少させるこ
とができる。15度未満の広がり角を容易に達成すること
ができる。この実施に関する難問は、案内レールの内壁
上の噴霧化された液滴が過剰に分離するを妨げることで
ある。このような過剰な分離により、液体がしたたる傾
向がある。したたりは、適切なオリフィスの構成と共
に、適当な案内レール設計により妨げることができる。
【００３１】液滴の一部がレール壁の内面上に集積され
ると、それら液滴は、分離し、液体フイルムを形成する
傾向にある。噴霧化された液体の流れにより生じる剪断
作用は、そのフイルムから液体を剥がす傾向にある。こ
れら二つの平衡により、壁上の液体フイルムの厚さが決
定される。適切なオリフィス設計により、レール壁近く
の領域で十分な流れが生じて、形成される液体フイルム
の厚さを制限することができる。案内レールの出口で、
薄い液体フイルムを剪断力により再度噴霧化しても差し
支えない。あるいは、能動的レール設計を用いて、液体
フイルムの蓄積およびしたたりを妨げても差し支えな
い。
ると、それら液滴は、分離し、液体フイルムを形成する
傾向にある。噴霧化された液体の流れにより生じる剪断
作用は、そのフイルムから液体を剥がす傾向にある。こ
れら二つの平衡により、壁上の液体フイルムの厚さが決
定される。適切なオリフィス設計により、レール壁近く
の領域で十分な流れが生じて、形成される液体フイルム
の厚さを制限することができる。案内レールの出口で、
薄い液体フイルムを剪断力により再度噴霧化しても差し
支えない。あるいは、能動的レール設計を用いて、液体
フイルムの蓄積およびしたたりを妨げても差し支えな
い。
【００３２】本発明のバーナーを用いて、回転可能なマ
ンドレル（図示せず）上にシリカ含有スートを集積させ
て、スートブランクまたは光導波路を製造するのに使用
してもよい母材を形成することができる。別の実施の形
態において、シリカスートを、その後の固結のために集
積してもよく、またはこのシリカスートを、スートがそ
の中で直ちに所望の形状（図示せず）に固結される集積
チャンバ内に集積してもよい。本発明のバーナーおよび
方法を用いて、純粋なシリカスート、またはドーパント
を含有するシリカスートを形成することができる。この
ドーパントは、所望のドーパント材料に酸化または火炎
加水分解により転化することのできる化合物、例えば、
Ｐ2Ｏ5または金属成分が周期表のＩＡ、ＩＢ、ＩＩＡ、
ＩＩＢ、ＩＩＩＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＡ、ＩＶＢ、ＶＡ
族、および稀土類元素から選択される金属酸化物から製
造することができる。これらの酸化物のドーパントは、
バーナー内で生成されたシリカと結合して、続いて、光
導波路ファイバに形成することができるドープトシリカ
ガラス、または超低膨脹ガラスのような他の多成分ガラ
スを提供する。
ンドレル（図示せず）上にシリカ含有スートを集積させ
て、スートブランクまたは光導波路を製造するのに使用
してもよい母材を形成することができる。別の実施の形
態において、シリカスートを、その後の固結のために集
積してもよく、またはこのシリカスートを、スートがそ
の中で直ちに所望の形状（図示せず）に固結される集積
チャンバ内に集積してもよい。本発明のバーナーおよび
方法を用いて、純粋なシリカスート、またはドーパント
を含有するシリカスートを形成することができる。この
ドーパントは、所望のドーパント材料に酸化または火炎
加水分解により転化することのできる化合物、例えば、
Ｐ2Ｏ5または金属成分が周期表のＩＡ、ＩＢ、ＩＩＡ、
ＩＩＢ、ＩＩＩＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＡ、ＩＶＢ、ＶＡ
族、および稀土類元素から選択される金属酸化物から製
造することができる。これらの酸化物のドーパントは、
バーナー内で生成されたシリカと結合して、続いて、光
導波路ファイバに形成することができるドープトシリカ
ガラス、または超低膨脹ガラスのような他の多成分ガラ
スを提供する。
【００３３】本発明を説明の目的で詳細に記載してきた
が、そのような詳細はその説明のためのみであり、請求
項により定義された本発明の精神および範囲から逸脱せ
ずに当業者が変更できることが理解されよう。
が、そのような詳細はその説明のためのみであり、請求
項により定義された本発明の精神および範囲から逸脱せ
ずに当業者が変更できることが理解されよう。
【図１】本発明によるバーナーを示す概略図
【図２】気泡噴霧器の流れ図
【図３】気泡噴霧器用の液体気体混合チャンバの一つの
実施の形態を示す斜視図
実施の形態を示す斜視図
【図４】任意の噴付けチャンバの概略図
【図５ａ−ｃ】案内レールを示す概略図
１０ バーナー
１２ 入口
１４ 噴霧器
１６，１８，２０ バーナー通路
２２ 混合チャンバ
２３，２６ オリフィス
２４ 噴付けチャンバ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マイケル ヘンリー ウォジルースキー
アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830
コーニング リフ ロード アールディ
ーナンバー２ 1617
(72)発明者 シー チャールズ ユー
アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14870
ペインティッド ポスト ポンド クレ
スト 12
Claims (12)
- 【請求項１】 シリカ含有スートを製造する方法であっ
て、 液体のケイ素含有原料および気体を混合チャンバ内で混
合して、液体−気体混合物を提供し、 該液体−気体混合物をオリフィスから燃焼部位に噴射
し、 前記ケイ素含有原料を前記燃焼部位の近くでシリカ含有
スートに転化する各工程を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記噴射工程中に前記液体−気体混合物
を噴霧化させ、案内レールを設けて、その噴霧化された
液体−気体混合物を前記燃焼部位に向ける工程を含むこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記シリカ含有スートがドーパントを含
有することを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記燃焼部位が燃焼バーナーにより発生
する炎であることを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 前記シリカ含有スートを回転しているマ
ンドレル上に析出させる工程を含むことを特徴とする請
求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記シリカ含有スートを収容容器内で析
出させると同時に焼結させて、シリカ含有物品を形成す
る工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項７】 前記ドーパントが、Ｐ2Ｏ5および元素の
周期表のＩＡ、ＩＢ、ＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩＩＡ、ＩＩ
ＩＢ、ＩＶＡ、ＩＶＢ、ＶＡ族および稀土類元素から選
択される金属成分を有する金属酸化物からなる群より選
択される少なくとも一つの酸化物を含有することを特徴
とする請求項３記載の方法。 - 【請求項８】 前記混合工程が、前記液体のケイ素含有
原料を前記混合チャンバに流し込み、前記気体を該混合
チャンバに圧力下で流し込むことを含むことを特徴とす
る請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記気体が酸素であることを特徴とする
請求項２記載の方法。 - 【請求項１０】 前記ケイ素含有原料がシロキサンであ
ることを特徴とする請求項８記載の方法。 - 【請求項１１】 シリカ含有スートを製造するためのバ
ーナーであって、 気体を供給して、炎を提供する複数の通路、 液体のケイ素含有原料を噴霧化する気泡噴霧器、および
噴霧化された液体のケイ素含有原料を前記バーナーの炎
に案内するレールを備えることを特徴とするバーナー。 - 【請求項１２】 前記気泡噴霧器が、 気体の供給を受け入れる気体用入口、 前記液体のケイ素含有原料を受け入れる液体用入口、 該液体のケイ素含有原料および気体を混合して、液体−
気体混合物を提供する混合チャンバ、および該液体−気
体混合物を噴射させるオリフィスを備えることを特徴と
する請求項１１記載のバーナー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US9574298P | 1998-08-07 | 1998-08-07 | |
| US095742 | 1998-08-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000063126A true JP2000063126A (ja) | 2000-02-29 |
Family
ID=22253390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11225543A Ceased JP2000063126A (ja) | 1998-08-07 | 1999-08-09 | シリカ含有ス―トを形成する方法およびバ―ナ― |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6260385B1 (ja) |
| EP (1) | EP0978486B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000063126A (ja) |
| DE (1) | DE69922452T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10167543B2 (en) | 2015-08-07 | 2019-01-01 | Fujikura Ltd. | Method for manufacturing optical fiber preform |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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