JPH02102146A - ガラス微粒子堆積体の製造方法 - 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］ 本発明は気相軸付法（ＶＡＤ法）あるいは外付法（ｏｖ
ｐｏ法）などのスート合成法によりガラス微粒子堆積体
を合成する方法に関し、詳しくは特に高純度が要求され
る光フアイバ用母材を製造する際の中間原料に用いられ
るガラス微粒子堆積体の製造方法に関するものである。

１従来の技術］ ガラス微粒子堆積体を製造する一方法として、燃焼バー
ナーから燃焼ガス及びガラス原料ガスを混合噴出し、火
炎中での加水分解反応又は酸化反応により粒状ガラスを
生成し、この粒状ガラスを回転する出発材の先端又は外
周に堆積させてガラス微粒子堆積体を製造するＶＡＤ法
がある。また、出発材の外周部に燃焼バーナにより生成
した粒状ガラスを堆積させ、出発材又は燃焼バーナを１
回置−トトラバースすることによりガラス微粒子堆積体
を製造する０ｖＰＯ法（特開昭４８−７３５２２号公報
）もある。

Ｖ　Ａ　Ｉ）法を例にとって従来技術を説明すると、Ｖ
ＡＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造は基本的には第
２図に示すような構成で行われる。ガラス原料である例
えば５ｉＣＱ、は加熱用ヒータ２の設置された容器１に
入れられ、通常その沸点量８１―の温度に加熱される。

この容器１内の自らの蒸気圧によりガラス原料は液化防
止用のヒータ３が付加された配管４を通って、流量調整
装置５で流量を制限された後燃焼バーナ６に供給される
。また燃焼バーナ６には配管１１からＯｆｏ　Ｈｔ＊　
Ａ　ｒ等のガスが供給される。−殻内には第３図に示す
ように、キャリ゛ｒガス（通常不活性ガスが使われる）
を、キャリアガス流量コントローラー１２を経て、液状
ガラス原料中にバブリングさせて、飽和蒸気として供給
する方法もある。このような原料供給系につい°Ｃは特
公昭６２−２９３８２号公報、特開昭６１−２９５２４
９号公報に記載されている。

ガス原料は燃焼バーナ６により形成される火炎７中で反
応し、粒状ガラスが生成される。この粒状ガラスを出発
材８に堆積させ、ガラス微粒子堆積体９が形成される。

ガラス微粒子堆積体９は粒状ガラスの堆積速度に合わせ
て、同図中に矢印で示すように回転しつつ引き」−げら
れる。

なお、ガラス原料としては」−記の５ｉＣ（２，の他に
例えばＳ　ｉＩ（Ｃ１２３１Ｓ　ｉＨ１Ｃａｔなどが用
いられ、屈折率差をつくるためにはドーパント原料例え
ばＧｅＣｌ２ｎ等を添加して用いる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来、この種のガラス原料供給系を用いてガラス微粒子
堆積体を合成した場合、燃焼バーナに供給するガラス原
料の流量を増量していくと、火炎中で生成される粒状ガ
ラスに対してガラス微粒子堆積体に堆積する割合（以下
、原料収率と称する）が低下し、ガラス微粒子堆積体の
製造効率が著しく低下してくるという問題があった。す
なわち、ガラス微粒子堆積体の合成される速度を堆積速
度（ｇ／分）と呼ぶが、この堆積速度を」二げることが
できなくなる訳である。

この原因について、種々調査を行った結果、ガラス原料
の流量が増加するに従って、火炎中でのガラス微粒子の
反応が十分に進行しなくなること、及びバーナから噴出
するガラス原料の流れが次第に乱れてくる（乱流に遷移
する）ことが原因であることが明らかとなってきた。ガ
ラス原料の反応を十分に進めるためには、反応時間が長
くなるようにバーナとガラス微粒子堆積体との距離を長
くすればよいが、火炎は下流（火炎先端）にいくに従い
乱れ易（なってくるため、この距離を長（することで問
題の解決を図るには限界があった。また、火炎中で生成
した粒状ガラスは火炎の外周に向かって拡散するため、
距離を長（すると粒状ガラスの堆積効率が悪くなるとい
う不具合も生じてしまう。

一方、流れの乱れについては、通常流れを表す無次元数
レイノルズ（Ｒｅ）数［Ｒｅ＝ＵＤ／ν二ここでＵは流
速、Ｄは代表長さ、νは動粘度係数］が２０００を越え
ると、乱流に遷移すると言われており、流量が増加する
と流速Ｕが大きくなり乱流に遷移するようになる。

そこで本発明者等は、このレイノルズ数を小さくするた
めに燃焼バーナのガラス原料噴出ボートの断面積を大き
くし、速度（流速）を小さくすることを検討した。しか
し、この方法では噴出ポート断面積が広がるために生成
される粒状ガスの集中性が悪（なり、堆積効率の劣化を
招いてしまうことが分かった。

以−にのことから、ガラス原料の増量に伴う原料収率の
低下を防ぐためには、燃焼バーナまわりのデイメンシコ
ンを変えることなく、原料の反応を促進し、流れの層流
化を図る必要があると言える。

本発明はこうした問題を解決し、原料収率の改善による
堆積速度の向−ヒが可能なガラス微粒子堆積体の製造方
法を提供することを目的とするものである。

１課題を解決するための手段］ Ｉ−述した問題を解決するための手段として、本発明は
気体のガラス原料を燃焼バーナから噴出させて、火炎中
で加水分解反応又は酸化反応させて、これによって生成
する粒状ガラスを回転する出発材の先端または外周に堆
積させてガラス微粒子堆積体を製造する方法において、
ガラス原料がその他のガスと混合する前の該燃焼バーナ
ー出１コにおいて温度２００℃以」−になるように加熱
して燃焼バーナーに供給することを特徴とするガラス微
粒子・堆積体の製造方法を提供する。

本発明の具体的構成の一例を第１図に示す。第２図で説
明した従来法の構成と基本的にはほぼ同一であるが、液
化防止用のヒータ３を有する配管４には燃焼バーナ６の
直前でガラス原料加熱装置１０が配置しである。第１図
において第２図と同じ符号のものは第２図と同じを意味
する。第１図の構成において、容器１内で、通常液体で
あるガラス原料はその沸点以」二の温度に加熱されて、
自らの圧力で供給される、または沸点以下に加熱され、
不活性ガス等のキャリアガスでバブリングして供給され
る。配管４は配管用ヒータ３１こより通常上記原料の加
熱温度より１０〜２０℃程度高くなるように加熱して、
ガスの液化を防止する。さらに燃焼バーナ６の手前でヒ
ータ等を用いた加熱装置】０によりガラス原料は燃焼バ
ーナ６の出口での、他のガスと混合される前の温度が２
００℃以」二、好ましくは２００〜６００℃の範囲内に
なるように加熱された後、配管１１からの他のガスと共
に燃焼バーナ６の火炎中に導入され、火炎加水分解また
は酸化反応により粒状ガラスを生成し、ガラス微粒子堆
積体９を形成する。

本発明に係わるガラス原料としては、例えばＳｉｃ　（
２４，Ｓ　ｉｌｌ　Ｃ１，ｓ、　　Ｓ　１ｌ−１、Ｃ（
Ｉｔ等の公知のガラス原料を用いることができ、これら
にドーパント原料として例えばＧＱＣ（！４等の公知の
ドーパント原料を添加することができる。

なお、本発明に用いられる燃料ガスとしては、１１、や
ＣＩＯ，、Ｃ，Ｈ，等の炭化水素ガス、助燃ガスとして
はＯ７が挙げられる。

また、ガラス原料の加熱については、加熱装置を別（こ
設置した例を挙げて説明したが、設備的に弓能であり効
率的であれば、第３図に示すように配管保温用に用いて
いるヒータ３をそのまま利用してもよい。

１作用］ ガラス原料の供給に関しては、特開昭６１−２９５２４
９号公報に示すような原料ガス自らの蒸気圧力により供
給する方法及び特公昭６２−２９３８２号公報の第１図
に例示されているようなキャリアガスで飽和蒸気として
供給するいわゆるバブリング方式がある。これらの方式
は、いずれも供給量を調整するために原料容器を加熱し
ているが、通常この加熱は原料の液化を防ぐ目的で１０
０℃以下となっている。

すなわち、前者の方式では原料の沸点５７℃に対して供
給圧力を得るために原料容器内は約７０〜９０℃に保た
れ、配管はガス状の原料が液化しないように、その温度
を原料容器よりも５〜１０℃程度高くし、７５〜１００
℃に保つのが通常であった。

また後者の方式では所望の原料供給量に対して原料容器
内の温度を沸点よりも低い＃Ａ度、例えば３０〜５０℃
程度に保ち、原料の蒸気圧力を一定に保つことによりキ
ャリアガスに飽和蒸気正分だけ含ませて供給する。従っ
て、バーナに到るまでの配管の温度は、やはりガス状原
料が液化しないように原料容器内の温度より１０〜２０
℃高（、すなわち４０〜７０℃程度に保つのが通常であ
った。

このような１００℃以下の温度設定は、供給配管を１ケ
のブース内に入れ、このブース内を熱風をもって一定温
度とする場合も同じであった。

ところで、一般にガスの粘性は温度依存性を持っており
、温度が高くなるにつれて、粘性係数は太き（なっ°ζ
くる。粘性係数μは密度ρと動粘性係数νの間に次式の
ような関係を持つ。

シーμ／ρ 従−）で、加熱されたガスは動粘性係数が大きくなり、
レイノルズ数を小さくすることになる。すなわち、流れ
は安定な方向に向かうことになる。

さらにガスを加熱することにより、粒状ガラスの生成反
応の速度を大きくすることができ、粒状ガラスの生成を
促進することになる。

本発明者等は上記の考察に基づき、ガラス原料の加熱に
よる効果を研究した結果、燃焼バーナ出１１で他のガス
と混合する前のガラス原料の温度が２００℃以」−１特
に好ましくは２００〜６００℃の範囲内となるように加
熱してお（ことにより、１−記の流れの安定化と粒状ガ
ラス生成促進の効果が現れ、ガラス原料を増量してもＩ
Ｉλ料収率を劣化することなく、安定なガラス微粒子堆
積体の製造を行うことができることを見いだした。

本発明者等の種々の実験では、原料ガスや他のガスの通
常の流量条件による製造において、２００°Ｃ未満では
加熱効果が得難いので好ましくない。

また、加熱温度の上限値としては、６００℃程度が好ま
しい。通常ガラス微粒子堆積体の合成時の母材表面温度
は６００〜９００℃程度であり、火炎の中心温度が高く
なりすぎると、火炎により包まれる堆積面近傍の法線方
向く第４図参照）の温度Ｔの分布が第５図に示すように
、火炎の外側の温度に対して、表面近くが高（なり、ガ
ラス粒子の付着効率が劣化して、原料収率が低（なって
（るからである。これをサーモホレシス効果（温度勾配
のある流れ場において、微細な粒子が温度の低い方に向
かって力を受ける現象をいう）の低減という。

従来法の５０〜１００℃に加熱した配管中を輸送する方
法では、ガラス原料を増量すると原料収率が劣化した原
因は明確には解明されていないが、ガラス原料の熱量が
他のガス（Ｈ２Ｉ　Ｏ，、Ａｒ等、通常これらのガスは
加熱されていない）または燃焼バーナによって奪われる
ために、加熱効果が発現できなかったものと考えられる
。

実施例］ 第１図に示した構成でガラス原料加熱装置ｌＯを調整し
、燃焼バーナ６に供給するガラス原料の温度を、バーナ
出口で表１のようになるように変え°Ｃ、ガラス微粒子
堆積体の合成を行った。燃焼バーナ６は同心円状多重管
バーナを用い、燃料とＬ−（Ｉｌｔ７５１２／分、助燃
材とし−（０，８Ｏｆｆ／分、燃焼調整用ガスとしてＡ
ｒ１５１２／分を用い、ガラス原料としてはＳ　ｉＣ（
！ａ　５．３Ｑ／分を用いた。原料容器１はヒータ２に
より８０°Ｃに保ち、配管４の？！−度は８５℃になる
ように調整した。この時のガラス原料温度と原料収率の
関係は表］に示すようになった。

表１の結果から、燃焼バーナ出１コでのガラス原料温度
が２００℃以」二となるように加熱することにより、原
料収率が向」―することが確認できた。

表１ 発明の効果］ 以１−説明したように、本発明はガラス原料を燃焼バー
ナに供給する前に、燃焼バーナ出口で他のガスと混合す
る以前の温度が２００℃以上となるように加熱すること
により、粘性係数の増大及び反応速度の向」―をはかる
ことができるので、原料を増量しても原料収率の低下を
防止し、原料収率の改ぷと堆積速度を向上させ、ガス微
粒子堆積体の製造の生産性を向」ニさせるのに非常に効
果のある方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一具体例を示す説明図、第２図は本発
明又は従来法の装置構成を示す説明図、第３図はガスキ
ャリア方式による原料供給系の説明図、第４図は火炎に
より包まれる堆積面の法線方向を説明する図、第５図は
堆積面からの法線方向における温度Ｔの分布を示す図で
ある。 １はガラス原料容器、２は容器加熱用ヒータ、３は配管
加熱用ヒータ、４はガラス原料供給用配管、５はガラス
原料流量コントローラ、６は燃焼用バーナ、７は火炎、
８は出発材、９はガラス微粒子堆積体、ＩＯはガラス原
料加熱装置、１１は他のガス用の配管、１２はキャリア
ガス流量コントローラである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）気体のガラス原料を燃焼バーナから噴出させて、火
   炎中で加水分解反応又は酸化反応させて、これによって
   生成する粒状ガラスを回転する出発材の先端または外周
   に堆積させてガラス微粒子堆積体を製造する方法におい
   て、ガラス原料がその他のガスと混合する前の該燃焼バ
   ーナー出口において温度２００℃以上になるように加熱
   して燃焼バーナーに供給することを特徴とするガラス微
   粒子堆積体の製造方法。