光纖預製體的製造方法和用於製造該預製體的燃燒器的製作方法

2024-04-08 05:06:05

專利名稱：：光纖預製體的製造方法和用於製造該預製體的燃燒器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及通過在火焰中水解玻璃原料以產生玻璃微珠並將玻璃微珠沉積在旋轉生長棒(startrod)上來製造光纖預製體的方法和用於製造該光纖預製體的燃燒器(burner)。
背景技術：
：迄今為止，提出了用於製造光纖預製體的各種方法。在這些方法之中，由於夕卜汽相沉積(OutsideVaporPhaseDeposition,OVD)法可以相對容易地製造具有期望折射率分布的光纖預製體並且能夠批量生產大直徑的光纖預製體，因此，廣泛使用該外汽相沉積法，在該外汽相沉積法中，在使燃燒器和旋轉生長棒相對往復移動的同時將在燃燒器火焰中產生的玻璃微珠附著並沉積在旋轉生長棒上，從而合成多孔質預製體(即，菸灰(soot)預製體)，並且在電爐中使該多孔質預製體脫水和燒結。例如，日本專利申請No.04-243929號^^才艮和日本專利申請No.10-101343號公報等中公開的方法從同軸線配置有多個噴嘴的具有同軸線多管路結構的燃燒器噴出如四氯化矽等玻璃原料、可燃氣體和燃燒輔助氣體，使得在燃燒器火焰中產生玻璃孩吏5朱並且將該玻璃孩i5朱沉積在生長糹奉上。為了提高光纖預製體的生產率，必須增加玻璃微珠的沉積速率。然而，增加玻璃原料的供給速率來增加玻璃微珠的沉積速率導致玻璃微珠在生長棒上的沉積效率降低，使得光纖預製體的生產成本增加。另外，沉積效率的降低使反應室中的沒有沉積在生長棒上的漂浮玻璃微珠的量增加。結果，反應室中的漂浮玻璃微珠附著到沉積在生長棒上的菸灰的表面，使得可能在透明地玻璃化之後的光纖預製體中形成氣泡。沉積效率降低的原因是玻璃原料的供給速率的增加使玻璃微珠的流速變大，使得玻璃微珠到達菸灰表面所需的時間變得太短。通常從配置在具有同軸線多管路結構的燃燒器中的噴嘴中噴出玻璃原料氣體，並且通過玻璃原料在火焰中的水解反應產生玻璃微珠。用於噴出玻璃原料的噴嘴的直徑的增大使玻璃微珠的流速降低，從而，玻璃微珠到達菸灰表面所需的時間變長。然而，噴出的玻璃原料火焰在噴嘴徑向上的厚度增加，使得在玻璃原料火焰的中央部的反應被推遲，並且未提高得到的沉積效率。日本專利申請No.04-243929號7^才艮7^開了一種具有同軸線多管路結構的燃燒器，在該結構中，用於噴出玻璃原料的噴嘴被配置在可燃氣體用噴嘴和氧化氣體用噴嘴之間。然而，在該燃燒器中，噴出可燃氣體(H2)和氧化氣體(02),從而將玻璃原料氣體夾在該可燃氣體和氧化氣體之間，使得形成H20的反應緩慢地進行。因此，Si02的產生緩慢地進行。日本專利申請No.lO-101343號公報公開了一種具有分別用於噴出玻璃原料的多個噴嘴的燃燒器。然而，該燃燒器的結構複雜，使得難以以合理的成本和穩定的品質批量生產預製體。
發明內容本發明的目的是提供能夠利用具有簡單結構的燃燒器在不降低沉積效率的情況下以高沉積速率在生長棒上沉積玻璃微珠，並且能夠製造很少具有氣泡的光纖預製體的光纖預製體的製造方法以及用於製造光纖預製體的燃燒器。根據本發明的第一方面的光纖預製體的製造方法的特徵是該方法具有以下步驟從燃燒器的多個噴嘴分別噴出玻璃原料氣體、可燃氣體、燃燒輔助氣體和密封氣體，從而在火焰中水解玻璃原料氣體來產生玻璃微珠，該燃燒器具有同軸線地配置且直徑彼此不同的多個管路，由多個管路限定多個噴嘴；以及使燃燒器相對於生長棒移動，從而使玻璃微珠沉積在生長棒上，其中，在噴出步驟中，從多個噴嘴之中的規定環狀噴嘴噴出玻璃原料氣體與燃燒輔助氣體的混和氣體，從位於環狀噴嘴的內側的內側噴嘴噴出可燃氣體，從位於環狀噴嘴的外側的外側噴嘴分別噴出可燃氣體和燃燒輔助氣體。根據本發明的第二方面的光纖預製體的製造方法的特徵是該方法具有以下步驟從燃燒器的多個噴嘴分別噴出玻璃原料氣體、可燃氣體、燃燒輔助氣體和密封氣體，從而在火焰中水解玻璃原料氣體來產生玻璃微珠，該燃燒器具有同軸線地配置且直徑彼此不同的多個管路，由多個管路限定多個噴嘴；以及使燃燒器相對於生長棒移動，從而使玻璃微珠沉積在生長棒上，其中，在噴出步驟中，從多個噴嘴之中的規定環狀噴嘴噴出玻璃原料氣體與可燃氣體的混和氣體，從位於環狀噴嘴的內側的內側噴嘴噴出燃燒輔助氣體，從位於環狀噴嘴的外側的外側噴嘴分別噴出可燃氣體和燃燒輔助氣體。根據本發明的第三方面的用於製造光纖預製體的燃燒器的特徵是，該燃燒器具有同軸線地配置且直徑-波此不同從而限定多個噴嘴的多個管路，多個噴嘴包括被構造成噴出玻璃原料氣體與燃燒輔助氣體的混和氣體的環狀噴嘴；位於環狀噴嘴的內側且被構造成噴出可燃氣體的內側噴嘴；以及位於環狀噴嘴的外側且被構造成分別噴出可燃氣體和燃燒輔助氣體的外側噴嘴。根據本發明的第四方面的用於製造光纖預製體的燃燒器的特徵是，該燃燒器具有同軸線地配置且直徑彼此不同從而限定多個噴嘴的多個管路，多個噴嘴包括被構造成噴出玻璃原料氣體與可燃氣體的混和氣體的環狀噴嘴；位於環狀噴嘴的內側且被構造成噴出燃燒輔助氣體的內側噴嘴；以及位於環狀噴嘴的外側且被構造成分別噴出可燃氣體和燃燒輔助氣體的外側噴嘴。根據本發明，可以利用具有簡單結構的燃燒器在不降低玻璃微珠的沉積效率的情況下增加玻璃孩￡^朱的沉積速率，並且製造很少具有氣泡的光纖預製體。通過下面參照附圖對具體實施方式的說明，本發明的其它特徵將變得明顯。圖l是示出用於由外汽相沉積(OVD)法製造光纖預製體的設備的示意圖2是示出在本發明的實施例l和實施例2中使用的具有同軸線七管路結構的燃燒器的噴嘴配置的主視圖3是示出在比較例1中使用的具有同軸線五管路結構的燃燒器的噴嘴配置的主視圖4是示出實施例1和比較例1中的玻璃原料氣體的供給速率和沉積效率之間的關係的圖。具體實施例方式在本發明中，從具有同軸線多管路結構的燃燒器的環狀噴嘴中噴出玻璃原料氣體和燃燒輔助氣體的混和氣體，從位於環狀噴嘴的內側的噴嘴噴出可燃氣體。作為可選方案，可以從環狀噴嘴噴出玻璃原料氣體與可燃氣體的混和氣體，可以從位於環狀噴嘴的內側的噴嘴噴出燃燒輔助氣體。在上述每一種情況下，從位於環狀噴嘴的外側的各自噴嘴分別噴出可燃氣體和燃燒輔助氣體。根據本發明，因為從環狀噴嘴而不是從圓形噴嘴噴出玻璃原料氣體，因此，可以減小噴出的玻璃原料氣流在環狀噴嘴的徑向上的厚度。另外，玻璃原料氣流朝向環狀噴嘴的內外兩側的擴散能夠促進玻璃原料氣體的反應。結果，即使增大向燃燒器供給的玻璃原料氣體的供給速率來增加玻璃微珠的沉積速率，玻璃孩"朱的沉積效率也不會降#^此外，由於沉積效率沒有降低，因此，反應室中的漂浮玻璃微珠的量沒有增加，使得能夠製造很少具有氣泡的光纖預製體。圖l示意性示出了在實施例1和2中使用的用於製造光纖預製體的設備的一個例子。在圖l中，通過在芯棒l的兩端焊接空棒(dummyrod)2來形成生長棒，玻璃孩i珠將沉積在該生長棒上。由夾具和旋轉機構4保持生長棒的兩端。各夾具和旋轉機構4均被安裝在支撐構件7上並且使生長棒繞其軸線旋轉。在由燃燒器移動機構6使燃燒器3沿繞軸線旋轉的生長棒的長度方向往復移動的同時，燃燒器3向生長棒上噴射如SiCU等光纖原料的蒸汽和燃燒氣體(氫氣和氧氣)。結果，通過在氧氫焰中水解產生的玻璃微珠被沉積在生長棒上，從而形成多孔質光纖預製體。這裡，附圖標記5表示用於排出蒸汽和燃燒氣體的排出罩(exhausthood)。實施例1圖2示出在實施例l和2中使用的具有同軸線多管路結構的燃燒器3的噴嘴配置的主視圖。圖2中示出的燃燒器具有同軸線七管路結構，該同軸線七管路結構包括同軸線地配置並且直徑彼此不同的第一管路IO、第二管路20、第三管路30、第四管路40、第五管路50、第六管路60和第七管路70。第一管路10限定圓形第一噴嘴N1。第一管路10和第二管路20限定環狀第二噴嘴N2。第二管路20和第三管路30限定環狀第三噴嘴N3。第三管路30和第四管路40限定環狀第四噴嘴N4。第四管路40和第五管路50限定環狀第五噴嘴N5。第五管路50和第六管路60限定環狀第六噴嘴N6。第六管路60和第七管路70限定環狀第七噴嘴N7。在實施例l中，向環狀第三噴嘴N3供給玻璃原料氣體SiCU與燃燒輔助氣體02的混和氣體。向配置在環狀第三噴嘴N3的內側的圓形第一噴嘴Nl供給可燃氣體H2。向配置在環狀第三噴嘴N3的外側的環狀第五噴嘴N5供給可燃氣體H2。向配置在環狀第三噴嘴N3的外側的環狀第七噴嘴N7供給燃燒輔助氣體02。此外，分別向環狀第二噴嘴N2、環狀第四噴嘴N4和環狀第六噴嘴N6供給密封氣體(sealinggas)N2。在上述氣體狀況下，在生長棒上沉積10kg的玻璃微珠。表l集中示出了供給到各噴嘴的氣體的種類、流量和流速以及各氣流在其各自出口處在噴嘴的徑向上的厚度。表l(實施例l)tableseeoriginaldocumentpage10實施例2在實施例2中，使用與實施例l中的燃燒器相同的燃燒器。向環狀第三噴嘴N3供給玻璃原料氣體SiCh與可燃氣體H2的混和氣體。向配置在環狀第三噴嘴N3的內側的圓形第一噴嘴N1供給燃燒輔助氣體O2。向配置在環狀第三噴嘴N3的外側的環狀第五噴嘴N5供給可燃氣體H2。向配置在環狀第三噴嘴N3的外側的環狀第七噴嘴N7供給燃燒輔助氣體02。此外，分別向環狀第二噴嘴N2、環狀第四噴嘴N4和環狀第六噴嘴N6供給密封氣體Ns。在上述氣體狀況下，在生長棒上沉積10kg的玻璃微珠。表2集中示出了供給到各噴嘴的氣體的種類、流量和流速以及各氣流在其各自出口處在各自噴嘴的徑向上的厚度。tableseeoriginaldocumentpage11比專交例1圖3是示出在比較例1中使用的具有同軸線多管路結構的燃燒器的噴嘴配置的主視圖。圖3中示出的燃燒器具有同軸線五管路結構，該同軸線五管路結構包括同軸線地配置並且直徑彼此不同的第一管路IOO、第二管路200、第三管路300、第四管路400、第五管路500。第一管路IOO限定圓形第一噴嘴NIO。第一管路100和第二管路200限定環狀第二噴嘴N20。第二管路200和第三管路300限定環狀第三噴嘴N30。第三管路300和第四管路400限定環狀第四噴嘴N40。第四管路400和第五管路500限定環狀第五噴嘴N50。在比較例l中，向第一噴嘴N10供給玻璃原料氣體SiCU與燃燒輔助氣體02的混和氣體。向第三噴嘴N30供給可燃氣體H2。向第五噴嘴N50供給燃燒輔助氣體O2。此外，分別向第二噴嘴N20和第四噴嘴N40供給密封氣體N2。在上述氣體狀況下，在生長棒上沉積10kg的玻璃微珠。表3集中示出了供給到各噴嘴的氣體的種類、流量和流速以及各氣流在其各自出口處在各自噴嘴的徑向上的厚度。表3(比較例l)tableseeoriginaldocumentpage12將實施例1與比較例1進行比較。實施例1中的玻璃原料氣體SiCU與燃燒輔助氣體02的混和氣體的流量和流速與比較例1中的玻璃原料氣體SiCU與燃燒輔助氣體02的混和氣體的流量和流速相同。但是，在實施例l中氣流的厚度是1.0mm,而在比較例l中氣流的厚度是2.6mm。也就是說，實施例l中的玻璃原料氣體SiCU與燃燒輔助氣體02的混和氣體的氣流的厚度明顯比比較例1中的玻璃原料氣體SiCh與燃燒輔助氣體02的混和氣體的氣流的厚度薄。在實施例2中，玻璃原料氣體SiCU與可燃氣體H2的混和氣體的氣流的厚度也像實施例1的情況一樣薄。在實施例1和2中，從噴嘴N3噴出的玻璃原料氣體的氣流的厚度非常薄，因此，該玻璃原料氣體與從其它噴嘴噴出的可燃氣體和燃燒輔助氣體迅速地混和，從而促進水解反應。因此，實施例1和2中的沉積效率分別提高到63%和61%,而比較例1中的沉積效率為58%。圖4示出當分別改變實施例l和比較例1中的玻璃原料氣體SiCU的供給速率時，玻璃原料氣體SiCU的供給速率和沉積效率之間的關係。應該理解，實施例l中的沉積效率^f又輕;微波動，而比較例1中的沉積效率隨著玻璃原料氣體的供給速率的增加而顯著下降。根據本發明，能夠明顯地提高光纖預製體的生產率。雖然已經參照了本發明的優選實施方式，但是，應該理解，本發明不限於具體的實施方式和實施例，在不脫離本發明的由所附權利要求書限定的範圍和精神的情況下，所屬本申請要求2008年2月27日提交的日本專利申請No.2008-046856的優先權，該日本專利申請的全部內容通過引用包含於此。權利要求1.一種光纖預製體的製造方法，其包括以下步驟從燃燒器的多個噴嘴分別噴出玻璃原料氣體、可燃氣體、燃燒輔助氣體和密封氣體，從而在火焰中水解所述玻璃原料氣體來產生玻璃微珠，所述燃燒器具有同軸線地配置且直徑彼此不同的多個管路，由所述多個管路限定所述多個噴嘴；以及使所述燃燒器相對於生長棒移動，從而使所述玻璃微珠沉積在所述生長棒上，其中，在噴出步驟中，從所述多個噴嘴之中的規定環狀噴嘴噴出所述玻璃原料氣體與所述燃燒輔助氣體的混和氣體，從位於所述環狀噴嘴的內側的內側噴嘴噴出所述可燃氣體，從位於所述環狀噴嘴的外側的外側噴嘴分別噴出所述可燃氣體和所述燃燒輔助氣體。2.根據權利要求1所述的光纖預製體的製造方法，其特徵在於，在所述噴出步驟中，從配置在所述環狀噴嘴和所述內側噴嘴之間的噴嘴、配置在所述環狀噴嘴和所述外側噴嘴之間的噴嘴以及配置在所述外側噴嘴之間的噴嘴噴出所述密封氣體。3.—種光纖預製體的製造方法，其包括以下步驟從燃燒器的多個噴嘴分別噴出玻璃原料氣體、可燃氣體、燃燒輔助氣體和密封氣體，從而在火焰中水解所述玻璃原料氣體來產生玻璃微珠，所述燃燒器具有同軸線地配置且直徑彼此不同的多個管路，由所述多個管路限定所述多個噴嘴；以及使所述燃燒器相對於生長棒移動，從而使所述玻璃微珠沉積在所述生長棒上，其中，在噴出步驟中，從所述多個噴嘴之中的規定環狀噴嘴噴出所述玻璃原料氣體與所述可燃氣體的混和氣體，從位於所述環狀噴嘴的內側的內側噴嘴噴出所述燃燒輔助氣體，從位於所述環狀噴嘴的外側的外側噴嘴分別噴出所述可燃氣體和所述燃燒輔助氣體。4.根據權利要求3所述的製造光纖預製體的方法，其特徵在於，在所述噴出步驟中，從配置在所述環狀噴嘴和所述內側噴嘴之間的噴嘴、配置在所述環狀噴嘴和所述外側噴嘴之間的噴嘴以及配置在所述外側噴嘴之間的噴嘴噴出所述密封氣體。5.—種用於製造光纖預製體的燃燒器，其包括直徑彼此不同且同軸線地配置從而限定多個噴嘴的多個管路，所述多個噴嘴包括被構造成噴出玻璃原料氣體與燃燒輔助氣體的混和氣體的環狀噴嘴；位於所述環狀噴嘴的內側且被構造成噴出可燃氣體的內側噴嘴；以及位於所述環狀噴嘴的外側且被構造成分別噴出可燃氣體和燃燒輔助氣體的外側噴嘴。6.—種用於製造光纖預製體的燃燒器，其包括直徑彼此不同且同軸線地配置從而限定多個噴嘴的多個管路，所述多個噴嘴包括被構造成噴出玻璃原料氣體與可燃氣體的混和氣體的環狀噴嘴；位於所述環狀噴嘴的內側且被構造成噴出燃燒輔助氣體的內側噴嘴；以及位於所述環狀噴嘴的外側且被構造成分別噴出可燃氣體和燃燒輔助氣體的外側噴嘴。全文摘要本發明提供光纖預製體的製造方法和用於製造該預製體的燃燒器。該光纖預製體的製造方法能夠利用具有簡單結構的燃燒器在不降低沉積效率的情況下以高沉積速率沉積玻璃微珠，並且能夠製造很少具有氣泡的光纖預製體。在本發明中，從具有同軸線多管路結構的燃燒器的環狀噴嘴噴出玻璃原料氣體與燃燒輔助氣體的混和氣體，從位於該環狀噴嘴的內側的內側噴嘴噴出可燃氣體。作為可選方案，可以從環狀噴嘴噴出玻璃原料氣體與可燃氣體的混和氣體，從位於該環狀噴嘴的內側的內側噴嘴噴出燃燒輔助氣體。在上述每一種情況下，分別從位於環狀噴嘴的外側的外側噴嘴噴出可燃氣體和燃燒輔助氣體。文檔編號C03B37/01GK101519269SQ200910005398公開日2009年9月2日申請日期2009年2月26日優先權日2008年2月27日發明者吉田真申請人:信越化學工業株式會社