JPH02275725A - 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〕 本発明はガラス微粒子堆積体をＶＡＤ法（気相軸付法）
あるいはＯＶＤ法（外付法）などのスート合成法により
合成する方法に関し、特に高品質の要求される光フアイ
バ用プリフォームに用いられる中間製品に好適なガラス
微粒子堆積体の製造方法に関するものである。

［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また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に堆積
させてガラス微粒子堆積体を形成させ、該堆積体の成長
に合わせて出発材を燃焼バーナと相対的に移動させるこ
とにより、ガラス微粒子堆積体を製造する■ΔＤ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、出発材または燃焼バーナを１回以上
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ＯＶＤ法（例えば特開昭４８−７３５２２号公報参照
）がある。

こうしたスート合成法において、燃焼バーナにより生成
された粒状ガラスのガラス微粒子堆積体への堆積効率を
向上させる手段として、多重火炎方式のバーナが提案さ
れている。これは例えば実公昭６０−４７９７号公報、
特公昭６２−５０４１８号公報に示されるように、同心
円状多重管バーナで、中心部に少なくともガラス原料噴
出ポート、燃料ガス噴出ポート、支燃性がスポートの各
ポートを持つガラス微粒子合成用ポートを有し、この外
周に上記ガラス微粒子合成用ポートの出口に対してガス
の流れ方向に長さしだけ突き出した、少なくとも燃料ガ
スポート、支燃性ガスポートを持つ火炎形成用ポートを
１組あるいは複数相打したバーナである。

従来、この多重火炎方式のバーナを使用することにより
粒状ガラスの堆積効率が改善されてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の多重火炎方式のバーナは第２図に示すように、単
一火炎方式のバーナに比べて中心部（同図ではポート１
〜４）のガラス微粒子合成用ポート２１（内層と呼び、
このポートにより形成される火炎を内側火炎と称する）
の外周に、ポート先端部を内層に対して長さＬだけ突き
出させて、燃料ガス噴出ポート及び支燃性ガス噴出ポー
ト（同図ではポート５・−８）からなる火炎形成用ポー
ト２２を１組あるいは複数組（これらのポート群を外層
、形成される火炎を外側火炎と称する）有しており、こ
の外側火炎の存在により、全体の火炎が大きくなり、合
成されるガラス微粒子堆積体全体が加熱されやすくなっ
た。また、突き出しｆｆ１Ｌの存在により内側火炎を安
定に長（することができ、ガラス原料の反応を安定に進
行させることが可能となった。

しかし一方で第３図に示す如く、内側火炎１）中ではガ
ラス原料の反応により粒状ガラス２０が生成され、外層
に囲まれた突き出し部りをガラス微粒子流れ１３となっ
て流れる間にこの粒状ガラス２０の一部が外周方向に拡
散し、外層ポートの最内壁１２に同図中１４として示す
ように付着する現象がみられる。粒状ガラスの堆積量は
経時的に増加するため、内０１）１火炎１）及びガラス
微粒子流れ１３の流れは次第に狭められ、あるいは周方
向の付着Ｉ４が不均一な場合には流れはバーナの中心軸
に対して非対称な流れとなり、定常で安定したガラス微
粒子堆積体を得ることができない場合があった。さらに
著しい場合は付着した粒状ガラスＩ４が突き出し部を詰
まらせ、バーすを破す員させることがあった。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記の課題を解
決するための本発明の構成は、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または酸化
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心棒の外周に堆積させ、該出発材
または心棒を回転軸方向に粒状ガラスの堆積に合わせて
燃焼バーナと相対的に移動することにより、ガラス微粒
子堆積体を製造する方法において、同心円状の多重管バ
ーナであって、中心部に少なくともガラス原料噴出ポー
ト、燃料ガス噴出ポート、支燃性ガス噴出ポートを持つ
ガラス微粒子合成用ポートを有し、この外周にガラス微
粒子合成用ポートよりもガス噴出方向に長さＬだけ突き
出して、少なくとも燃料ガス噴出ポートと支燃性ガス噴
出ポートを持つ火炎形成用ポートを１組あるいは複数相
打する多重火炎方式のガラス微粒子堆積体製造用バーナ
において、上記ガラス微粒子合成用ポートの最外層を流
れるガスを、該ガスのポート出口において１５０℃以上
になるように加熱することを特徴とするものである。

また、好ましくはガラス微粒子堆積鉢合成用ポートの最
外層に支燃性ガスを流す構成とし、該支燃性ガスを加熱
するとより大きな効果が得られる。

本発明を具体的実施例に沿って説明する。第１図は本発
明の基本的な構成を示す概略図であり、燃焼バーナは同
心円状多重管バーナであって、バーナ中心部に原料ガス
噴出ポート１．燃焼ガス噴出ポート２．燃焼制御用不活
性ガス噴出ポート３及び支燃性ガス噴出ポート４からな
るガラス微粒子合成用ポート（内層）が構成され、この
外周部に長さしだけ突き出して不活性ガス噴出ポート５
．燃料ガス噴出ポート６、燃焼制御用不活性ガス噴出ポ
ート７及び支燃性ガス噴出ポート８からなる火炎形成用
ポート（外層）が構成されている。そして内層の支燃性
ガス噴出ポート４の入口直前にガス加熱用ヒータ９を持
った流路ｌＯが設置され、内層の支燃性ガスの加熱がで
きるように構成されている。

ガラス微粒子の生成は、第３図に示した従来法と同様に
燃料ガス噴出ポート２から一般に１）！。

０１）４等の燃料ガスが、支燃性ガス噴出ポート４から
缶が噴出され、火炎１）が外層の内壁の中に形成される
。この火炎１）の中に原料ガスとして、５ｉＣｅｌ、Ｓ
目（ＣＩ！ｓ、　５ｉＨｔ　Ｃｂなトノカラス原料を、
まｔ：屈折率を変える場合にはドーパント原料としてＧ
ｅＣ１ｈ、ＢＣＥｓ等が投入される。火炎中に投入され
た原料は、Ｓｉ　Ｃ１４を代表例にとると下記（１）式 ％式％（１） の加水分解反応によりガラス粒子５Ｉｏｔが生成される
。

ｒｉｊｆ記のようにガラス粒子はガラス粒子流１３を形
成して火炎中を流れ、ガラス微粒子堆積体に達する。こ
のときガラス粒子は拡散により外周方向に向かって拡が
っていくが、中には外層内壁１２に達するものがある。

こうして、内壁１２に付着する粒子が増加すると、付着
粒子堆積層１４が形成され流路が狭められて、火炎の大
きさ、粒子流１３の流れ方が微妙に変化し、ガラス微粒
子堆積体の合成に大きく影響し、安定な製造を行うこと
ができない。安定してガラス微粒子堆積体を合成するた
めには、かかる内壁１２への粒子の付着を防止しつつ合
成する必要がある。

本発明者等はこのガラス微粒子の内壁１２への付着メカ
ニズムを詳細に検討した結果、ガラス微粒子が前述した
流れとともに発生する外周への拡散だζノでなく、内側
火炎１）の温度分布に起因する力受けるためであると判
明した。この火ｉｔｉ中で形成される０、１〜Ｑ、５７
ｚｍの微細な粒子が、温度勾配のある流れの中で高温側
から低温側に力を受けて移動するのである（この現象は
サーモポレシス効果と一般に呼ばれている）。

通常火炎は燃料と支燃性ガスとの間で形成されるため、
火炎１）では中心部が高く周辺部で低い温度分布が形成
される。このため火炎内で生成されたガラス微粒子はサ
ーモホレシス効果により外周部に移動し、このサーモホ
レシス効果が大きいと内壁１２に付着することになる。

そこで本発明では外周部に流れるガス例えば支燃性ガス
を加熱することにより火炎１）の外周の温度を上げ、上
記→ノーモホレシス効果を小さくすることによりガラス
微粒子の外層内壁１２への付着を防ぐものである。

突き出し部（長さＬ）に沿って流れるガスとしては、燃
焼ガスでは壁面近くの温度はコントロールができない（
石英バイブが過熱され易い）という問題があり、支燃性
ガス或いは不活性ガスが好ましい。

一方ガラス微粒子合成用ポートのガスの組合わせから考
えると、支燃性ガスポートを最外層に配置する方法が最
もシンプルで効果的である。

不活性ガスを最外層に配置する場合、ガラス微粒子合成
用ポートの流路断面積が大きくなりやすく、ガラス微粒
子流の外周部への拡散が大きくなり、効率的に粒子を母
材に付着させることが難しくなる。

具体的には支燃性ガス加熱用ヒータ９を用いてガスの加
熱を行い、支燃性ガス噴出口での温度をモニターしつつ
５時間から７時間のスス付けを実施した結果、出口温度
が１５０℃以上になると内壁１２への付着を防ぐ効果が
現れることが判った。出口温度の上限値は、ガラス微粒
子合成用ポートと火炎形成用ポートの突き出し部を構成
するバイブの耐熱性に係っている。通常この種のバイブ
材質としては石英ガラスが用いられるが、石英ガラスは
１０００〜１２００℃に加熱されると変形し易くなる。

火炎からの加熱も考慮すると、ガス出口温度の−１−限
は５００℃程度が実用」〕好ましいと考えられる。

また、ガスの流し方として支燃性ガスの外側に不活性ガ
スを流し、この不活性ガスを加熱しても同様の効果が得
られる。

〔実施例〕

比較例１ 同心円状多重管バーナであって、第１図に示すような８
爪管バーナで突き出しＬが１５０ｍｍのものを用いて、
ガラス微粒子堆積体の、合成を行った。ガスは、中心か
ら原料としてＳｔ　Ｃｇ４、燃料Ｈ１、不活性ガスＮ、
支燃性ガスへ、不活性ガス△ｒ、燃料Ｉ■２、不活性ガ
スＡｒ、支燃性ガス０！の順で流した。このときの流量
は５ｉＣＪ’ｓ５ｆ／分、内層Ｈ＊１４１／分、外層）
１，８０１／分、内層０＊３０ｊｌ’／分、外層ｏｔｓ
ｏｌ／分、Ａｒ１５ｊ２／分とした。この条件で内層支
燃性ガス０．は従来通り加熱せずに流し、ガラス微粒子
堆積体の合成を５時間行った。この結果バーナ外層の内
壁１２には約２ｍｍの厚さでガラス微粒子の堆積が見ら
れた。付ｎは先端から２５〜３５ｍｍの部分であったが
、合成終了後その付着ガラス微粒子を完全に取り去るこ
とはできなかった。１０本の母材を合成の後バーナ先端
内壁には約０．５ａ＋ｍの厚さでガラス微粒子の固着が
残ってしまった。母材の外径は１０本の母材において経
時的に太くなる状態が観察された。すなわち１本口の母
材に比べて１０本１では約５ｍｍ太くなっており、安定
な製造ができないことがわかった。

実施例１ 比較例１のバーナと同一の構成で、第１図に示すガス加
熱用ヒータ９を用いて、内層支燃性ガスバーナ出口で１
５０℃になるように加熱した。

なお、温度測定はバーナー人口側（ガス導入側）上り熱
電対を挿入して測定した。

この結果、比較例１と同様の５時間の母材合成ヲ行った
が、バーナ内壁１２にはガラス微粒子の付着は見られな
かった。また同様の方法で８本の１）材合成を行ったが
、内壁１２へのガラス微粒子の固着はみられず、母材の
外径も±１ｍｍの変動で安定していた。

また支燃性ガスの加熱温度を　１００℃に設定したとこ
ろ、５時間の母材合成後、内壁１２へのガラス微粒子付
着は比較例１に比べて減少したものの、約０．５−程度
の付着がみられた。加熱効果は現れているものの、完全
に効果を得るためには１５０℃以上の加熱が必要である
と考えられる。

以上の実施例では原料ガスと燃料ガスを完全に異なるポ
ートから噴出する場合について説明したが、互いに混合
して流す場合でも上記した本発明の効果を得ることがで
きる。

本発明により合成されたガラス微粒子堆積体は、使用目
的により含有水分の脱水を行った後に、高温電気炉にて
約１６００℃以上に加熱することにより透明ガラス化し
、ガラスロットとして用いることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は２重火炎バーナにおいて内
壁の支燃性ガスを１５０℃以上に加熱して流すことによ
り、内層で形成されるガラス微粒子の突き出し部内壁１
２への付着を防止することができ、安定なガラス微粒子
堆積体の合成を行なうことができ、高品質を要求される
光フアイバ用母材の合成に非常に適した母材を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様を示す概略説明図、第２図は
本発明に係る多重火炎バーナの１例の構成を示す概略断
面図、第３図は内層で生成したガラス粒子が突き出し部
内壁に付着する様子の説明図である。 ■は原料ガス噴出ポート、２．６は燃料ガス噴出ポート
、３，５．７は不活性ガス噴出ポート、４，８は支燃性
ガス噴出ポート、９は支燃性ガス加熱用ヒータ、ｌＯは
配管、１）は内層に形成される火炎、１２は突き出し部
内壁、１３はガラス微粒子流、１４は突き出し部内壁へ
のガラス微粒子の付若部、２０は粒状ガラス、２１はガ
ラス微粒子合成用ポート、２２は外側火炎合成用ポート
、■、は突き出し長さを表す。

Claims (2)

【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または酸化反応させて、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心
   棒の外周に堆積させ、該出発材または心棒を回転軸方向
   に粒状ガラスの堆積に合わせて燃焼バーナと相対的に移
   動することにより、ガラス微粒子堆積体を製造する方法
   において、同心円状の多重管バーナであって、中心部に
   少なくともガラス原料噴出ポート、燃料ガス噴出ポート
   、支燃性ガス噴出ポートを持つガラス微粒子合成用ポー
   トを有し、この外周にガラス微粒子合成用ポートよりも
   ガス噴出方向に長さＬだけ突き出して、少なくとも燃料
   ガス噴出ポートと支燃性ガス噴出ポートを持つ火炎形成
   用ポートを１組あるいは複数組有する多重火炎方式のガ
   ラス微粒子堆積体製造用バーナにおいて、上記ガラス微
   粒子合成用ポートの最外層を流れるガスを、該ガスのポ
   ート出口において１５０℃以上になるように加熱するこ
   とを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
2. （２）ガラス微粒子合成用ポートの最外層を流れるガス
   が支燃性ガスであることを特徴とする請求項（１）に記
   載のガラス微粒子堆積体の製造方法。