用於生產粉塵體的方法
2023-05-06 04:23:36 1
專利名稱：用於生產粉塵體的方法
背景技術：
發明領域本發明涉及一種通過在使玻璃棒和玻璃顆粒合成燃燒器相對往復運動的同時，在玻璃棒上沉積玻璃顆粒而生產粉塵體(soot body)的方法。本發明尤其涉及一種用於生產具有較長有效部分和在兩端形成的較短錐形部分(無效部分)的粉塵體的方法。
相關技術描述現有一種用於高沉積率生產大型粉塵體的方法，其中在反應容器內多個玻璃顆粒合成燃燒器以規則的間隔與玻璃棒相對，通過在玻璃棒轉動的同時使燃燒器陣列和玻璃棒相對往復運動而由燃燒器合成的玻璃顆粒成層狀沉積在玻璃棒的表面上。
在這種用於生產粉塵體的方法中，從提高質量的角度而言，主要課題包括減小粉塵體縱向方向上的外徑變化，從生產率的角度而言，主要問題包括使粉塵體兩端形成的錐形部分(無效部分)的長度儘可能地短。現有各種方法。
例如，一種方法是玻璃棒和燃燒器之間往復運動的折返位置在每一次折返時沿垂直方向變化，且如果所述折返位置到達預定位置時沿相反的方向回到往復運動的最初位置(日本專利No.2612949)。在折返位置，玻璃顆粒的沉積時間顯著延長，且燃燒器火焰接觸玻璃粉塵體的程度改變，從而導致折返位置的外徑變化。通過如上所述在整個粉塵體上分散折返位置，可以使縱向方向上的玻璃顆粒的沉積量均勻，並減小外徑的變化。
在這種方法中，因為折返位置變化，由位於燃燒器陣列兩端的燃燒器合成的玻璃顆粒的沉積區域變長，所以無效部分比折返位置不改變時更長。同時，本來應該是有效部分的那一部分成為無效部分，造成有效部分的長度更短，而產量下降。
粉塵體通過火焰拋光工藝玻璃化、成型，並拉成光學纖維。為了去除粉塵體無效部分上的較大外徑部分，需要在玻璃化之後熔化較大外徑部分的玻璃，並拉掉，從而需要更多步驟和更高的成本。
或者，在拉制過程中由粉塵體製成光學纖維之後，拋棄由無效部分製成的光學纖維。然而，如果無效部分較長，那麼在拉制過程中需要較長的時間才能開始拉制有效部分，因此成本更高。
發明內容
根據本發明的用於生產粉塵體的方法，包含使玻璃棒和至少三個玻璃顆粒合成燃燒器往復運動，其中所述燃燒器與玻璃棒相對排布，平行且燃燒器-燃燒器相對間隔一定距離，同時執行每次折返時所述往復運動的折返位置沿預定方向移動預定寬度的操作，且如果折返位置移動了大致為燃燒器-燃燒器間隔的距離，那麼所述折返位置沿相反方向變化而返回到往復運動的初始位置，從而在轉動玻璃棒的同時在玻璃棒表面上沉積燃燒器合成的玻璃顆粒，其中位於數個燃燒器兩端的燃燒器的玻璃顆粒合成條件改變，而具有比處於端部燃燒器的至少一部分運動範圍內的其他燃燒器更大的單位時間內的玻璃顆粒沉積量。
附圖簡要說明
圖1是示出了在根據本發明的實施例的粉塵體中如何形成有效部分和無效部分的示意圖；圖2是示出了本發明中供應到端部燃燒器的原料供應量的改變模式的優選示例的示意圖；圖3A和3B是示出了示例2至4中供應到端部燃燒器的原料供應量的改變模式的示意圖；圖4是示出了示例1中原料增加率和有效部分長度之間的關係的圖；圖5是示出了示例1中原料增加率和錐形部分長度之間的關係的圖；
圖6是示出了示例2中原料增加率和有效部分長度之間的關係的圖；圖7是示出了示例2中原料增加率和無效部分長度之間的關係的圖；圖8是示出了示例3中原料增加率和有效部分長度之間的關係的圖；圖9是示出了示例3中原料增加率和無效部分長度之間的關係的圖；圖10是示出了示例4中原料增加率和有效部分長度之間的關係的圖；圖11是示出了示例4中原料增加率和無效部分長度之間的關係的圖。
本發明的詳細描述下面將參照附圖詳細描述本發明的優選實施例。圖1是示出在通過使燃燒器-燃燒器間隔一定距離的燃燒器1、2和玻璃棒4往復移動而生產粉塵體3的情況下，如何形成有效部分(外徑穩定部分)5和無效部分(外徑不穩定部分)6的示意圖。如圖1所示的本發明實施例採用以規則間隔排布的5個玻璃顆粒合成燃燒器(兩個端部燃燒器和三個中間燃燒器)，形成一燃燒器陣列。為簡化起見，在圖1中沒有示出所述往復運動的折返位置的運動。
在通過位於燃燒器陣列兩端的端部燃燒器1合成的玻璃顆粒沉積到預定量的情況下，粉塵體的有效部分5應在端部燃燒器1的中心位置之間的範圍內(以下該範圍定義為燃燒器的設定範圍)，如圖1(a)所示。而且，因為超出端部燃燒器1中心位置的上部和下部進行往復運動，所以無效部分6對應於燃燒器設定範圍之外的燃燒器移動量。然而，實際上，因為燃燒器合成的玻璃顆粒易於沿沉積的玻璃顆粒層更薄的方向流動，所以玻璃顆粒的沉積範圍向外擴展。結果，本來應該是有效成分5的區域成為無效部分，如圖1(b)所示。
為解決這一問題，本發明進行了許多重要的研究，發現當兩端的燃燒器(端部燃燒器1)的玻璃顆粒合成條件在部分或全部移動範圍內變成單位時間內的玻璃顆粒沉積量大於其他燃燒器(中間燃燒器2)時的條件時，粉塵體兩端具有較小外徑的部分加厚，從而可以減小無效部分的長度，而沒有減小有效部分的長度。在本發明中，假定有效部分相對於所述粉塵體的目標外徑具有±5％的誤差。在該範圍內，由這種粉塵體製成的光學纖維的特性沒有問題。
如何改變端部燃燒器1的玻璃顆粒合成條件的一種方法通常包括改變至少原料、可燃氣體和維持燃燒的氣體(以下稱為燃燒維持氣體)之一的供應量，尤其是改變原料供應量更有效。當增加或減少供應到端部燃燒器1的原料供應量時，最好改變條件，而使可燃氣體和燃燒維持氣體的流量根據原料流量變化，從而使由端部燃燒器沉積的玻璃顆粒上的粉塵體面的溫度幾乎等於由其他燃燒器沉積的玻璃顆粒上的粉塵體的溫度。
為了增加單位時間內的玻璃顆粒沉積量，需增加原料供應量(原料流量增加)。研究發現，如果供應到端部燃燒器1的原料量的增加率是供應到中間燃燒器2的原料量的15％或更小，那麼可以把由於原料供應量的增加而造成的在有效部分內外徑增加的比值控制在誤差內(在+5％的外徑變化範圍內)。
可以考慮各種改變原料供應量的模式，但至少端部燃燒器的一部分運動範圍內，端部燃燒器的原料流量大於中間燃燒器2的原料流量。在具有最初原料流量的區域之外的範圍內，流量增加。希望將增加的流量設定在預定範圍內，且在預定範圍之外停止或減少原料的供應。在最外端處原料流量減小的原因是通過不在不需要的部分上沉積玻璃顆粒而避免原料的浪費。希望可以逐步地減小原料流量，最後小於中間燃燒器2的流量(包括停止)。
而且，由CCD照相記錄儀等檢測與端部燃燒器1相對的玻璃棒4的位置，根據位置信息改變端部燃燒器1的原料供應模式，即，原料的供應模式根據沉積玻璃顆粒的粉塵體3的外徑變化而改變。所以，加厚部分或外部浪費部分的沉積量減少，需要部分的沉積量增加，從而應該是有效部分的那部分的外徑可以有效地保持較厚。
在圖2(a)和2(b)中示出了供應到端部燃燒器的原料供應量。圖2(a)是在包含端部燃燒器1的運動範圍中心的適當範圍內原料供應量增加的模式，且朝向粉塵體3的端部合適位置之外停止供應原料。圖2(b)是在離開端部燃燒器1的運動範圍中心的粉塵體3中心側適當位置處原料供應量增加的模式，且在粉塵體3的端部原料供應量逐漸減小。在圖2(a)和2(b)右側，在坐標系中示出燃燒器-燃燒器間隔為200mm(x＝200是在端部燃燒器1的運動範圍的中心)的情況下，上、下端部燃燒器1的位置。
在這些條件下，可以延長端部的有效部分長度，而不把原料供應到浪費部分，或者減少供應到浪費部分上的原料供應量，所以對於原料使用量來說產量增加。原料增加的有利範圍在最初流量15％之內。而且，優選使供應到端部燃燒器的原料供應量小於其他燃燒器的供應量，並且可燃氣體的流量和燃燒維持氣體的流量在端部位置不變。此時，燃燒器產生的火焰溫度增加，導致在粉塵體端部產生更大的體積密度，從而防止玻璃顆粒沉積物破裂。
示例(示例1)採用5個玻璃顆粒合成燃燒器進行生產粉塵體3的實驗，如圖1所示，它們具有200mm的燃燒器-燃燒器間隔。燃燒器和玻璃棒4之間的相對運動是通過玻璃棒4上下往復運動實現的。在一個方向上一次運動的距離是燃燒器-燃燒器間隔。通過重複每次使折返位置變化20mm的操作而沉積玻璃顆粒，當折返位置變化200mm時，折返位置沿相反方向變化，然後當折返位置回到最初位置時，折返位置沿相反方向變化。
對於每一中間燃燒器2來說，以3升/分供應SiCl4的原料氣體、以50至100升/分供應氫氣(最初50升/分，隨著粉塵體3的增長，最後為100升/分)，以80升/分供應氧氣。對於每一端部燃燒器1來說，以3.3升/分供應含SiCl4的原料，和供應氫氣和氧氣，從而使由端部燃燒器沉積的玻璃顆粒上的粉塵體面的溫度等於由其他燃燒器沉積的玻璃顆粒上的煙塵體面的溫度。
在這種狀態下，生產粉塵體3。在得到的粉塵體中，有效部分的長度為700mm，有效部分的外徑變化在±5％的範圍內且優質。然後，供應到端部燃燒器的原料流量以同樣的方式改變，藉此研究有效部分的長度、無效部分的長度(錐形部分的長度，一端部的長度)。結果在圖4和5中示出。
因此，當供應到端部燃燒器的原料流量在15％的範圍內增加時(即使原料的流量僅稍稍增加)，其效果是有效部分的長度增長，無效部分的長度縮短。
比較例1除了供應到端部燃燒器1的原料、氫和氧的供應量與供應到中間燃燒器2的相同之外，在與示例1中相同的條件下生產粉末體3。有效部分的長度為600mm，無效部分的長度為350mm。無效部分的長度是燃燒器-燃燒器間隔的1.75倍。
示例2除了端部燃燒器1的流量以圖3A的模式變化之外，在與示例1中相同的條件下生產粉塵體3，其中Q0＝3升/分鐘，Q1＝3.3升/分鐘，Q2＝0升/分鐘，X2＝400mm，X1在0至400mm的範圍內變化(在圖2的坐標系中)，然後研究有效部分長度和無效部分長度。結果如圖6和7所示。在所有情況下，有效部分的長度為700mm或更大，且發現有效部分的長度可以增加。在所有情況下，無效部分的長度為275mm或更少，且發現總體上可以增加粉末體有效部分的產量。
示例3除了端部燃燒器1的流量以圖3A的模式變化之外，在與示例1中相同的條件下生產粉末體3，其中，Q0＝3升/分鐘，Q1＝3.3升/分鐘，Q2＝0升/分鐘，X1＝200mm，X2在0至400mm的範圍內變化(在圖2的坐標系中)，然後研究有效部分長度和無效部分長度。結果如圖8和9所示。有效部分的長度約為710mm且幾乎不變化。在所有情況下，無效部分的長度為275mm或更小。
示例4除了端部燃燒器1的流量以圖3B的模式變化之外，在與示例1中相同的條件下生產粉末體3，其中，Q0＝3升/分鐘，Q1＝3.6升/分鐘，Q2＝0升/分鐘，X1在0至400mm的範圍內變化(在圖2的坐標系中)，然後研究有效部分長度和無效部分長度。結果如圖10和11所示。在所有情況下，有效部分的長度增加且優質。在所有情況下，無效部分的長度在350mm以下，且可以在燃燒器間隔的1.75倍以下。根據本發明生產的粉末體的無效部分比普通方法生產的更短，且在1.75倍的燃燒器間隔之下。
權利要求
1.一種用於生產粉末體的方法，包含使玻璃棒和至少三個玻璃顆粒合成燃燒器往復運動，其中所述燃燒器與玻璃棒相對排布，平行且燃燒器-燃燒器相對間隔一定距離，同時執行每次折返時所述往復運動的折返位置沿預定方向變化預定寬度的操作，且如果折返位置變化了大致為燃燒器-燃燒器間隔的距離，那麼所述折返位置沿相反方向返回到往復運動的初始位置，從而在轉動玻璃棒的同時在玻璃棒表面上沉積由燃燒器合成的玻璃顆粒，其中改變排布在數個燃燒器兩端的燃燒器的玻璃顆粒的合成條件，以具有比在端部燃燒器的至少一部分運動範圍內的其他燃燒器更大的單位時間內的玻璃顆粒沉積量。
2.如權利要求1所述的生產粉末體的方法，其特徵在於還包含檢測位於兩端的燃燒器和玻璃棒之間的相對位置，其中根據檢測到的相對位置改變位於兩端的燃燒器的玻璃顆粒合成條件。
3.如權利要求1所述的生產粉末體的方法，其特徵在於位於兩端的燃燒器的玻璃顆粒合成條件通過改變供應到燃燒器的至少原料、可燃氣體和燃燒維持氣體之一而改變。
4.如權利要求3所述的生產粉末體的方法，其特徵在於燃燒器的玻璃顆粒合成條件通過增加位於燃燒器的一部分運動範圍內的原料供應量而改變。
5.如權利要求4所述的生產粉末體的方法，其特徵在於位於兩端的燃燒器的玻璃顆粒合成條件通過將供應到位於兩端的燃燒器原料供應量從供應到其他燃燒器的原料供應量的1倍以上改變至1.15倍而改變。
6.如權利要求1所述的生產粉末體的方法，其特徵在於在位於兩端的燃燒器的運動範圍內，供應到燃燒器的原料供應量在某些部分比供應到其他燃燒器的供應量更大，而在其他部分更小。
7.如權利要求6所述的生產粉末體的方法，其特徵在於供應到燃燒器的原料供應量更小的部分設定在粉末體的無效部分內。
全文摘要
三個或更多的玻璃顆粒合成燃燒器相對於一轉動的玻璃棒排布。玻璃棒和玻璃顆粒合成燃燒器平行且相對往復運動，從而通過燃燒器合成的玻璃顆粒沉積在玻璃表面上。位於兩端的燃燒器玻璃顆粒合成條件改變，從而在其部分運動範圍或全部運動範圍內具有比其他燃燒器更大的單位時間的玻璃顆粒沉積量。
文檔編號C03B37/014GK1408662SQ0214254
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月20日 優先權日2001年9月20日
發明者中村元宣, 大石敏弘, 大賀裕一 申請人:住友電氣工業株式會社