玻璃微粒合成用燃燒器及使用其的多孔質玻璃母材的製造方法

2023-05-12 00:08:51

專利名稱：：玻璃微粒合成用燃燒器及使用其的多孔質玻璃母材的製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種光纖用玻璃母材的製造中所使用的玻璃微粒合成用燃燒器(以下，僅稱為燃燒器)及使用其的多孔質玻璃母材的製造方法。
背景技術：
：先前，為了製造光纖母材，提出了各種方法。這些方法之中，因為使燃燒器或起始構件相對地往復移動，而使燃燒器火焰中生成的玻璃微粒附著堆積於粗度約為50πιπιΦ左右的旋轉的起始構件上，來合成粗度約為250350πιπιΦ左右的菸灰(soot)，將其於電爐內進行脫水、燒結的外部汽相沉積法(outsidevapordeposition,OVD法)可獲得比較任意的折射率分布，並且可批量生產大口徑的光纖母材，所以得到廣泛使用。先前，玻璃微粒堆積體合成時是使用同芯多管燃燒器，但這種結構的燃燒器不會充分地進行玻璃原料氣體、可燃性氣體及助燃性氣體的混合，因此不會充分地進行玻璃微粒的生成。其結果沒有提高產率且難以高速合成。為了解決此問題，專利文獻1提出了在可燃性氣體噴出口(port)內以包圍中心的原料氣體噴出口的方式配置小口徑助燃性氣體噴出口(以下，簡稱為小口徑氣體噴出口)的多噴嘴(multi-nozzle)型燃燒器。通常，小口徑氣體噴出口從連接在燃燒器的氣體導入口的主管分支成幾根幾十根小口徑管，具有相當的重量。因此，燃燒器在高溫下會由於管本身的重量而產生彎曲，在燃燒器前端產生偏芯。作為防止這一問題的方法，專利文獻2提出了將小口徑氣體噴出口與相鄰接的內管或者外管固定來防止彎曲或振動的方法。[先前技術文獻]專利文獻1日本專利特公平3-9047號公報專利文獻2日本專利特開平10-95623號公報[發明所要解決的問題]然而，由於專利文獻2中記載的多噴嘴型燃燒器包括多個小口徑管，所以固定這些小口徑管的固定部的結構極其複雜。這樣，由於多噴嘴型燃燒器具有複雜的結構，所以每一根均由手工作業來製作。因此燃燒器間的個體差異較大，會產生以下問題由於燃燒器不同，所以存在小口徑氣體噴出口前端易於附著玻璃微粒的燃燒器，或者堆積效率產生差異。本發明的目的在於提供一種在結構複雜的多噴嘴型燃燒器中，燃燒器間的個體差異較小，且玻璃微粒的合成效率良好的玻璃微粒合成用燃燒器及使用其的多孔質玻璃母材的製造方法。
發明內容作為本發明的第一型態，提供一種玻璃微粒合成用燃燒器，其具備玻璃原料氣體噴出口；可燃性氣體噴出口，其以玻璃原料氣體噴出口為中心，配置在玻璃原料氣體噴出口的外側；及小口徑助燃性氣體噴出口，其在可燃性氣體噴出口內，與玻璃原料氣體噴出口呈同心圓狀形成1圈或多圈，配置為多個環狀；且配置在同一圈上的小口徑助燃性氣體噴出口具有相互相同的焦點距離，各個小口徑助燃性氣體噴出口分別具有從共通的主管分支出來的氣體導入部、以及配置在與氣體導入部相反的端部跟氣體導入部之間的固定部；並且，在將固定部的位置上的小口徑助燃性氣體噴出口的內徑設SD1、將氣體導入部的位置上的小口徑助燃性氣體噴出口的內徑設為D2、將固定部及氣體導入部的位置以外的小口徑助燃性氣體噴出口的內徑設為D3時，D1大於D3,並且D2大於D3。而且，作為本發明的第二型態，提供一種多孔質玻璃母材的製造方法，其使用所述玻璃微粒合成用燃燒器來製造多孔質玻璃母材。所述發明的概要並未列舉本發明的所有必要特徵。而且，這些特徵群的次組合(subcombination)也可以成為發明。圖1是表示多孔質玻璃母材的製造裝置的一例的概略圖。圖2是表示本發明的燃燒器的配設為1圈同心圓狀的小口徑氣體噴出口固定為環狀的狀態的燃燒器前端部的概略橫截面圖。圖3是表示本發明的燃燒器的配設為2圈同心圓狀的小口徑氣體噴出口固定為環狀的狀態的燃燒器前端部的概略橫截面圖。圖4是圖2所示的燃燒器的概略縱截面圖。圖5A是對小口徑氣體噴出口的固定狀態進行說明的概略圖。圖5B是對小口徑氣體噴出口的固定狀態進行說明的概略圖。圖5C是對小口徑氣體噴出口的固定狀態進行說明的概略圖。圖6是表示小口徑氣體噴出口前端的流速與固定部內徑的關係的圖表。[符號的說明]1纖核棒2虛設棒3燃燒器4錠盤機構5排氣罩6玻璃原料氣體噴出口7小口徑氣體噴出口8可燃性氣體噴出口9密封氣體噴出口10固定部11分支部12主管具體實施例方式以下，通過發明的實施形態來說明本發明，但以下的實施形態並不限定權利要求書中的發明。而且，實施形態中所說明的所有特徵的組合併非發明的解決手段所必需。本發明人對具有多個小口徑氣體噴出口的燃燒器進行努力研究，結果可知由於每個小口徑氣體噴出口的氣體流量不均，而使多噴嘴型燃燒器產生個體差異。例如，如果某個小口徑氣體噴出口的氣體流量極端地少，那麼此噴出口的氣體流速會變小，噴出口前端會易於附著玻璃微粒。另外，如果在噴出口間存在氣體流量不均，那麼在氣體流量較少的噴出口側與其以外的噴出口側會產生反應不均，因此與以均等的氣體流量、平衡性良好地進行反應的燃燒器相比，堆積效率下降。研究表明，每個這種小口徑氣體噴出口的氣體流量的不均並非由於具有精度的小口徑管的直管部分所致，而是由於對圖4所示的主管的分支部及固定部進行加熱加工時，如圖5A所示，會形成縮徑部分，其縮徑的程度導致氣體流量不均的產生。因此為了解決所述課題，本發明人發現對多個小口徑氣體噴出口進行加熱加工時，為了不產生縮徑部分，固定小口徑氣體噴出口即可，從而達成本發明。具體而言，在分支部至小口徑氣體噴出口前端之間，將同一圈的噴出口固定成環狀。例如，在分支部至小口徑氣體噴出口前端為止的一處，將相鄰的小口徑氣體噴出口間分別固定，將同一圈的噴出口固定為環狀。另外，在將固定部中的小口徑氣體噴出口的內徑設SD1、將分支部中的小口徑氣體噴出口的內徑設為D2、將固定部及分支部以外的小口徑氣體噴出口的內徑設為D3時，加工成D3<D1且D3<D2。換言之，以不小於具有精度的直管部分的內徑的方式對小口徑氣體噴出口的固定部及分支部的內徑進行加工。理想的是如圖5B所示，D3=D1,D3=D2，但考慮到因為是利用手工作業製成的燃燒器的火焰加熱來進行玻璃加工，所以這是不可能的。因此，如圖5C所示，對分支部及固定部進行擴徑，使D3<D1且D3<D2。但是，如果過於擴徑而管厚變薄，那麼會使強度不足，因此希望擴徑比在1.0(D1ZiD3且1.0<D2/D3的範圍內儘可能地小。這樣，在分支部及固定部，較其以外的直管部分，不會由於縮徑而增加壓力損失，由此可將各口之壓力損失抑制為相同程度，可縮小氣體流量分布。圖1是表示多孔質玻璃母材製造裝置的一例的概略圖，起始構件是在纖核棒(corerod)1的兩端部分別熔接著虛設棒(dummyrod)2，利用錠盤(ingotchuck)機構4繞軸旋轉自如地支持著。從燃燒器3噴射SiCl4等纖維用原料及燃燒氣體(氫氣及氧氣)，利用燃燒器導引機構(省略圖示)使燃燒器3沿著起始構件往復移動，將氫氧焰中水解生成之玻璃微粒(菸灰)堆積在起始構件上，由此獲得光纖用多孔質玻璃母材。未附著的玻璃微粒從排氣罩(exhausthood)5排出到系統外。所獲得的多孔質玻璃母材通過加熱爐進行脫水玻璃化，形成光纖用母材。圖2是本發明的燃燒器的概略橫截面圖，在玻璃原料氣體噴出口6的外側，以隔著密封氣體噴出口9、相對於玻璃原料氣體噴出口6呈1圈同心圓狀的方式，8根小口徑氣體噴出口7配設在可燃性氣體噴出口8內。小口徑氣體噴出口7僅相鄰的噴出口間分別以相同材質固定，同心同一圈的噴出口固定為環狀。此外，固定相鄰的噴出口時優選與此氣體噴出口相同材質的石英玻璃。圖3中，同樣地在可燃性氣體噴出口8內，小口徑氣體噴出口配設為2圈同心圓狀，各圈的噴出口在分支部至噴出口前端為止的一處分別固定為環狀。圖4是圖2所示的燃燒器的沿著長度方向中心軸線的概略縱截面圖，小口徑氣體噴出口7在可燃性氣體噴出口8內、以相對於玻璃原料氣體噴出口6呈同心圓狀配設為1圈。小口徑氣體噴出口7在主管12至分支部11分支為多個小口徑管，在分支部11至噴出口前端為止的一處，同一圈的相鄰的噴出口間分別以固定部10固定，同一圈的噴出口7固定為環狀。如圖5C所示，此小口徑氣體噴出口7在分支部11及固定部10稍微擴張的狀態下進行分支、固定，噴出口7的固定部10的內徑D1及分支部的內徑込大於其以外處的內徑D3,以滿足D3<D1且03<D2的方式進行加工。以下，列舉實施例及比較例進行說明。[實施例1]使用如圖1所示的裝置，利用外部汽相沉積法製造多孔質玻璃母材。所使用的燃燒器具有如圖2所示的結構，在中心的玻璃原料氣體噴出口6的外側，以隔著密封氣體噴出口9、相對於玻璃原料氣體噴出口6呈1圈同心圓狀的方式，8根噴出助燃性氣體的小口徑氣體噴出口7配設在可燃性氣體噴出口8內，這些小口徑噴出口7均具有150mm的焦點距離。小口徑氣體噴出口7的內徑為1.5mm，從分支部至前端為止有200mm，在距前端75mm處，8根小口徑噴出口7固定為1圈環狀。分支部及固定部的內徑擴徑為1.6mm。此處，導入助燃性氣體，利用熱線風速儀測定8根(AH)小口徑氣體噴出口前端的氣體流速，結果如表1所示為均等的氣體流速。[表1]tableseeoriginaldocumentpage6其次，分別向此燃燒器的第一管供給SiCl4及02，向第二管供給密封氣體，向第三管供給H2,向設置於第三管內的小口徑氣體噴出口供給O2，在外徑為50mm的纖核棒的兩端部熔接著外徑為50mm的虛設棒的起始構件上，堆積IOOkg玻璃微粒。其結果，小口徑氣體噴出口前端並未附著玻璃微粒，堆積效率為64.2%。[比較例1]製作表2所示的意圖使小口徑氣體噴出口的固定部的直徑發生變化的燃燒器，利用與實施例1相同的條件，利用熱線風速儀測定小口徑氣體噴出口前端的助燃性氣體的流速。其結果如表2所示，另外將其圖表化示於圖6中。由表2及圖6可確認，固定部的內徑越小則前端的流速變得越小。[表2]tableseeoriginaldocumentpage7另外，除了改變燃燒器以外，利用與實施例1相同的條件，在外徑為50mm的纖核棒的兩端部熔接著外徑為50mm的虛設棒的起始構件上堆積IOOkg玻璃微粒。其結果，在縮小固定部的內徑的噴出口A的前端發現附著玻璃微粒。而且，堆積效率為63.0%，低於實施例1的64.2%。[比較例2]製作意圖使小口徑氣體噴出口的分支部的直徑發生變化的燃燒器，利用與實施例1相同的條件，測定小口徑氣體噴出口前端的助燃性氣體的流速。其結果如表3所示，與比較例1同樣，分支部的內徑越小則前端的流速變得越小。[表3]tableseeoriginaldocumentpage7另外，除了改變燃燒器以外，利用與實施例1相同的條件，在外徑為50mm的纖核棒的兩端部熔接著外徑為50mm的虛設棒的起始構件上堆積IOOkg玻璃微粒。其結果，在縮小分支部的內徑的小口徑氣體噴出口A的前端發現附著玻璃微粒。而且，堆積效率為62.7%，低於實施例1的64.2%。如以上所說明，燃燒器的個體性能差異較小，且充分進行玻璃原料氣體、可燃性氣體及助燃性氣體的混合，能夠以較高的產率來合成玻璃微粒。因此，玻璃微粒的堆積效率提高，有助於提高多孔質玻璃母材的生產性。此外，使用實施形態對本發明進行了說明，但本發明的技術範圍並不限定於所述實施形態中記載的範圍內。本領域技術人員清楚，可對所述實施形態施加各種變更或者改良。由權利要求書的記載可知，施加此種變更或者改良的形態也可以包含在本發明的技術範圍內。請注意，權利要求書、說明書及圖式中所示的裝置、系統、程序及方法中的動作、順序、步驟及階段等各個處理的實行順序，只要沒有特別明確表示「以前」、「之前」等，而且不是在之後的處理中使用之前的處理的輸出的情況，那麼可利用任意的順序來實現。關於權利要求書、說明書及圖式中的動作流程，即使為了方便而使用「首先，」、「其次，，，等進行說明，也並不表示必須以此順序來實施。權利要求一種玻璃微粒合成用燃燒器，其特徵在於具備玻璃原料氣體噴出口；可燃性氣體噴出口，其以所述玻璃原料氣體噴出口為中心，配置在所述玻璃原料氣體噴出口的外側；以及小口徑助燃性氣體噴出口，其在所述可燃性氣體噴出口內，與所述玻璃原料氣體噴出口呈同心圓狀形成1圈或多圈，配置為多個環狀；且配置在同一圈的所述小口徑助燃性氣體噴出口具有相互相同的焦點距離，各個所述小口徑助燃性氣體噴出口分別具有從共通的主管分支出來的氣體導入部、以及配置在與所述氣體導入部相反的端部跟所述氣體導入部之間的固定部；並且，在將所述固定部的位置上的所述小口徑助燃性氣體噴出口的內徑設為D1、將所述氣體導入部的位置上的所述小口徑助燃性氣體噴出口的內徑設為D2、將所述固定部及所述氣體導入部的位置以外的小口徑助燃性氣體噴出口的內徑設為D3時，D1大於D3，並且D2大於D3。2.根據權利要求1所述的玻璃微粒合成用燃燒器，其特徵在於配置在所述同一圈的各個所述小口徑助燃性氣體噴出口，在所述端部及所述氣體導入部之間的一處，固定在相鄰接的其他所述小口徑助燃性氣體噴出口上。3.根據權利要求2所述的玻璃微粒合成用燃燒器，其特徵在於所述固定部是利用與所述小口徑助燃性氣體噴出口相同的材料來形成。4.一種多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵在於使用根據權利要求1至權利要求3中任一項所述的玻璃微粒合成用燃燒器來製造多孔質玻璃母材。全文摘要一種玻璃微粒合成用燃燒器，其具備玻璃原料氣體噴出口；可燃性氣體噴出口，其以玻璃原料氣體噴出口為中心配置在玻璃原料氣體噴出口的外側；以及小口徑助燃性氣體噴出口，其在可燃性氣體噴出口內，與玻璃原料氣體噴出口呈同心圓狀形成1圈或多圈，配置為多個環狀；且配置在同一圈的小口徑助燃性氣體噴出口具有相互相同的焦點距離，各個小口徑助燃性氣體噴出口分別具有從共通的主管分支出來的氣體導入部、及配置在與氣體導入部相反的端部跟氣體導入部之間的固定部；並且，在將固定部的位置上的小口徑助燃性氣體噴出口的內徑設為D1、將氣體導入部的位置上的小口徑助燃性氣體噴出口的內徑設為D2、將固定部及氣體導入部的位置以外的小口徑助燃性氣體噴出口的內徑設為D3時，D1大於D3，並且D2大於D3。文檔編號C03B37/018GK101817631SQ20101013518公開日2010年9月1日申請日期2010年2月25日優先權日2009年2月27日發明者吉田真申請人:信越化學工業株式會社