(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心多重管バーナを用いて火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を、ターゲット棒に堆積させて多孔質ガラス母材を製造するに際し、ガラス微粒子原料とこの搬送ガスが流れる流路のレイノルズ数Ｒｅが、次式
Ｒｅ＜（0.4−ａＤｓ−ｂ）／（ｃＤｓ＋ｄ）
ただし、ターゲット径Ｄｓ［ｍｍ］＜130のとき；
ａ＝0.00368，ｂ＝0.369，ｃ＝‐5.02×10-8，ｄ＝‐2.14×10-5
ターゲット径Ｄｓ［ｍｍ］≧130のとき；
ａ＝0.00188，ｂ＝0.613，ｃ＝‐5.02×10-8，ｄ＝‐2.14×10-5
を満たすようにして製造することを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項２】
同心多重管バーナを用いて火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を、ターゲット棒に堆積させて多孔質ガラス母材を製造する装置において、少なくともガラス微粒子堆積体の外径測定装置と、同心多重管バーナのガラス微粒子原料とこの搬送ガスを流す流路の流量制御装置とを有し、外径測定装置の測定値（ターゲット径Ｄｓ［ｍｍ］）にもとづき該流路のレイノルズ数Ｒｅを制御するため、流量制御信号を流量制御装置に伝える制御装置を備え、該制御装置はレイノルズ数Ｒｅが、次式
Ｒｅ＜（0.4−ａＤｓ−ｂ）／（ｃＤｓ＋ｄ）
ただし、Ｄｓ［ｍｍ］＜130のとき；
ａ＝0.00368，ｂ＝0.369，ｃ＝‐5.02×10-8，ｄ＝‐2.14×10-5
Ｄｓ［ｍｍ］≧130のとき；
ａ＝0.00188，ｂ＝0.613，ｃ＝‐5.02×10-8，ｄ＝‐2.14×10-5
を満たすようにプログラムされていることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項３】
前記外径測定装置において、外径測定手段がＣＣＤカメラ及び画像処理装置からなる請求項２に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項４】
前記外径測定装置において、外径測定手段がレーザー測距計である請求項２に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火炎加水分解法により生成したガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス母材を製造する方法、特には、高純度石英ガラスや光ファイバ用ガラス母材として好適な多孔質ガラス母材の製造方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高純度石英ガラスや光ファイバ用ガラス母材を製造する方法として、火炎加水分解法により生成したガラス微粒子を回転するターゲット棒に堆積させて多孔質ガラス母材を合成し、これを約１５００℃のＨｅ雰囲気中で透明・ガラス化する方法がある。火炎加水分解法でガラス微粒子を合成するには、例えば、同心多重管バーナを用いて行なう方法がある。
【０００３】
図１に、多孔質ガラス母材の合成に使用される同心多重管バーナの例を示す。
一般的には、同心多重管バーナ1の各同心管に、ガラス微粒子原料および搬送ガス、燃料ガス、バーナ先端の焼き付き（ガラス微粒子の付着現象）を防止するシールガス、助燃ガスをそれぞれ流して燃焼させる。燃料ガスとしては水素ガスが用いられることが多い。同心多重管バーナ1の最外周管には、水素ガスを流すと火炎が広がってしまうため、助燃ガスである酸素ガスを流すことが多い。また、バーナカバー2は、生成した火炎が気流で乱されたり、方向が変わることがないように、火炎のガイドの役割を担っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子が、回転するターゲット棒に堆積してガラス微粒子堆積体を形成するとき、付着したガラス微粒子は熱泳動という現象により、堆積面へ泳動して堆積されていくが、生成した全てのガラス微粒子が付着するわけではない。このときの付着効率は、ターゲット棒の回転数、バーナとターゲット棒との相対速度および距離、バーナ構造、バーナに流すガス流量等に依存する。特に、ガス流量の影響が大きく、この最適条件を見い出すことは非常に重要である。なお、付着効率は、使用した原料の量に対する得られたガラス微粒子堆積量から求められる。
ガラス微粒子の付着効率を増すことにより、多孔質ガラス母材の生産性を著しく向上することができるため、付着効率を高めることは極めて重要である。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、同心多重管バーナに流すガス流量の最適条件を設定して、ガラス微粒子の付着効率の高い多孔質ガラス母材の製造方法及びその装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、同心多重管バーナを用いて火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を、ターゲット棒に堆積させて多孔質ガラス母材を製造するに際し、ガラス微粒子原料とこの搬送ガスが流れる流路のレイノルズ数Ｒｅが、次式
Ｒｅ＜（0.4−ａＤｓ−ｂ）／（ｃＤｓ＋ｄ）
ただし、ターゲット径Ｄｓ［ｍｍ］＜130のとき；
ａ＝0.00368，ｂ＝0.369，ｃ＝‐5.02×10-8，ｄ＝‐2.14×10-5
ターゲット径Ｄｓ［ｍｍ］≧130のとき；
ａ＝0.00188，ｂ＝0.613，ｃ＝‐5.02×10-8，ｄ＝‐2.14×10-5
を満たすようにして製造することを特徴としている。
【０００７】
本発明の多孔質ガラス母材の製造装置は、同心多重管バーナを用いて火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を、ターゲット棒に堆積させて多孔質ガラス母材を製造する装置において、少なくともガラス微粒子堆積体の外径測定装置と、同心多重管バーナのガラス微粒子原料とこの搬送ガスを流す流路の流量制御装置とを有し、外径測定装置の測定値、すなわちターゲット棒の径Ｄｓ［ｍｍ］にもとづき該流路のレイノルズ数Ｒｅを制御するため、流量制御信号を流量制御装置に伝える制御装置を備え、該制御装置はレイノルズ数Ｒｅが、上記の式を満たすようにプログラムされている。なお、外径測定装置は、この外径測定手段としてＣＣＤカメラと画像処理装置、あるいはレーザー測距計を備えたものを用いることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させる際に、付着効率の良い堆積条件を見出して、同心多重管バーナに流すガス流量の最適条件に対応する原料流路のＲｅ数を上記のように規定したものである。
図２は、ＯＶＤ法（外付け法）による多孔質ガラス母材製造の一例を示す概略説明図であり、多孔質ガラス母材３は、ターゲット棒４を回転させつつ、ターゲット棒４とガラス微粒子合成用の同心多重管バーナ１を相対的に移動させてガラス微粒子を堆積させることにより製造される。
【０００９】
この同心多重管バーナ１は石英製５重管構造を有し、バーナの中心流路（第１管）に、ガラス微粒子原料としてＳｉＣｌ4を、搬送ガスとしてＯ2を流した。中心の第１管に隣接する第２管にはＡｉｒを、第２管の外側に隣接する第３管にはＨ2ガスを、順に、第４管にはＮ2を、第５管にはＯ2を流した。なお、第１管に流すガスはＳｉＣｌ4の凝縮を防ぐため、１００℃に加熱した。
【００１０】
第１管のＳｉＣｌ4およびＯ2流量を種々に変化させ、そのときのガラス微粒子堆積体（多孔質ガラス母材）への付着効率ηと第１管のレイノルズ数Ｒｅの関係を、多孔質ガラス母材の径（ターゲット径）Ｄｓ毎にプロットすると、図３に示す直線関係が得られ、この直線の傾きおよび切片（直線を左へ延長し、Ｒｅ＝０と交差する点の付着効率η）の値をＤｓ毎にプロットすると、図４、図５に示す関係が得られた。
【００１１】
図４、図５の関係から、付着効率ηが0.4以上となる範囲でのＲｅとＤｓ［ｍｍ］に対して、次の関係式を得た。
Ｒｅ＜（0.4−ａＤｓ−ｂ）／（ｃＤｓ＋ｄ）
ただし、Ｄｓ［ｍｍ］＜130のとき；
ａ＝0.00368，ｂ＝0.369，ｃ＝‐5.02×10-8，ｄ＝‐2.14×10-5
Ｄｓ［ｍｍ］≧130のとき；
ａ＝0.00188，ｂ＝0.613，ｃ＝‐5.02×10-8，ｄ＝‐2.14×10-5
となる。
【００１２】
上記関係式から、ターゲット径Ｄｓにもとづき、ガラス微粒子原料と搬送ガスを流す同心多重管バーナの中心流路のレイノルズ数Ｒｅを制御することで、火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を高い付着効率を維持して堆積することができる。
具体的には、ガラス微粒子堆積体の成長にともない堆積体の径Ｄｓが増すにつれ、そのときの径Ｄｓに対応するＲｅ値を上記関係式から求め、このＲｅ値を満足するように流量制御を続けることで、ガラス微粒子を常に高い付着効率を維持して堆積することができる。これは製造装置に、堆積体の外径測定装置、原料流路のガス流量制御装置およびこれらを制御するため上記関係式をプログラムした制御装置を備えることで自働制御が可能となる。これにより、堆積中、高い付着効率を維持して堆積することができ、極めて高い生産性を実現した。
【００１３】
なお、搬送ガスをＯ2からＡｒに変化させた場合や、ガラス微粒子原料の流路内径を３ｍｍφ〜８ｍｍφの間で変化させた場合にも、全く同様の結果を得ることができた。
以上、ＯＶＤ法を例に説明したが、本発明は、多重管バーナを用いて行なわれるＶＡＤ法などの他の火炎加水分解法による多孔質ガラス母材の製造にも適用することができる。
【００１４】
【実施例】
(実施例１)
製造装置に直径５０mmφの石英ガラス製ターゲット棒をセットし、ＯＶＤ法により石英製５重管構造を有する同心多重管バーナを使用してガラス微粒子の堆積を行なった。同心多重管バーナには、バーナの中心流路である内径５ｍｍφの第１管に、ガラス微粒子原料としてＳｉＣｌ4を、搬送ガスとしてＯ2を流した。第２管にはＡｉｒを、第３管にはＨ2ガスを、第４管にはＮ2を、第５管にはＯ2を流した。
【００１５】
ガラス微粒子の堆積中、レーザー測距計を用いた外径測定装置により堆積体の外径を定時的に測定し、ターゲット径Ｄｓとレイノルズ数Ｒｅが上記関係式を満たすようにプログラムされた制御装置により、第１管のガス流量を求められたレイノルズ数Ｒｅとなるように流量制御装置で制御して、外径３５０mmφ、長さ２，０００ｍｍの多孔質ガラス母材を製造した。これに要した時間は３７hrsであった。なお、堆積体の外径測定には、ＣＣＤカメラと画像処理装置を備えた外径測定装置を用いてもよい。
堆積中、付着効率ηは０．４以上を維持し、かつηの平均値は０．７０であった。なお、第１管の流量制御は、ガラス微粒子原料と搬送ガスを所定の比率で変化させることにより行なった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、堆積にともない成長するターゲット径Ｄｓに対応させて、ガラス微粒子合成用バーナの原料流路のレイノルズ数Ｒｅを制御することにより、生成したガラス微粒子の付着効率を高く維持して堆積することができ、多孔質ガラス母材の生産性向上に大きく寄与した。
【図面の簡単な説明】
【図１】  多孔質ガラス母材の合成に使用される同心多重管バーナの例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）概略縦断面図である。
【図２】  ＯＶＤ法により多孔質ガラス母材製造の一例を示す概略説明図である。
【図３】  ガラス微粒子原料流路のＲｅ数と付着効率ηとの関係を示すグラフである。
【図４】  図３の各直線の傾きを多孔質ガラス母材の径Ｄｓ毎にプロットして得た、Ｄｓと傾きの関係を示すグラフである。
【図５】  図３の各直線の切片を多孔質ガラス母材の径Ｄｓ毎にプロットして得た、Ｄｓと切片の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１.    同心多重管バーナ
２.    バーナカバー
３.    多孔質ガラス母材（ガラス微粒子堆積体）
４.    ターゲット棒
【図１】
0004471445.tif 000002
【図２】
0004471445.tif 000003
【図３】
0004471445.tif 000004
【図４】
0004471445.tif 000005
【図５】
0004471445.tif 000006