光纤用母材的制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种光纤用母材的制造方法。背景技术 有的光纤用母材的制造方法是在火焰中使玻璃原料气体水解而生成玻璃微 粒， 并使所生成的玻璃微粒沉积在旋转的起始母材上。例如， 外部法 (Outside Vapor Depositionmethod， 外气相沉积法， 以下记作 「OVD 法」 ) 是一面使燃烧器及起始部件进行相 对往复移动， 一面将燃烧器火焰中生成的玻璃微粒附着沉积在旋转的起始部件上， 并使所 得的碳灰 ( 玻璃微粒沉积体 ) 在电炉内脱水及烧结。
专利文献 1 提出了在多喷嘴型燃烧器的可燃性气体喷口内， 以包围中心处的原料 气体喷口的方式配置着喷出助燃性气体的多个小口径气体喷口。专利文献 2 及专利文献 3 提出了使喷出助燃性气体的小口径气体喷口的焦距合理化， 以促进喷出气体的混合。专利 文献 4 是以气体喷出条件最佳化为目的， 提出了小口径气体喷口的助燃性气体及可燃性气 体的流量比、 及小口径气体喷口的助燃性气体及玻璃原料气体的流速比。
[ 以往技术文献 ]
[ 专利文献 1] 日本专利特公平 03-009047 号公报
[ 专利文献 2] 日本专利特开平 10-101343 号公报
[ 专利文献 3] 日本专利特开 2003-226544 号公报
[ 专利文献 4] 日本专利特开 2006-182624 号公报
发明内容 玻璃微粒沉积体的合成中使用的是同心多管燃烧器。在同心多管燃烧器中， 当玻 璃原料气体、 可燃性气体以及助燃性气体混合不充分时， 会由于玻璃微粒的产率下降， 而难 以高速合成碳灰。而且， 当意图促进玻璃原料气体、 可燃性气体以及助燃性气体混合时， 虽 可使玻璃微粒的生成效率提高， 但火焰紊流加剧。因此， 沉积面上玻璃微粒的附着率下降。 所以， 无法使沉积速度的提高和玻璃微粒的生成效率提高相符。
另外， 伴随着母材大型化， 供给至燃烧器的气体流量增大。当气体流量增加时， 为 了保护燃烧器本身免受辐射热的影响， 以及防止玻璃微粒附着在燃烧器前端， 而需要增大 燃烧器和沉积面的间隔。 因此， 燃烧器所产生的火焰流反而容易变成紊流， 从而难以提高碳 灰的沉积效率。
为了解决所述问题， 本发明的第一方式是提供一种光纤用母材的制造方法， 包括 如下阶段 ： 使用如下燃烧器， 在由助燃性气体及可燃性气体产生的火焰中， 将玻璃原料气体 水解而生成玻璃微粒， 所述燃烧器具备 ： 中心气体喷口， 喷出含有助燃性气体的气体 ； 多个 小口径气体喷口， 以和中心气体喷口呈同心圆状的排列的方式， 配置在中心气体喷口的外 侧， 且喷出含有助燃性气体的气体 ； 可燃性气体喷口， 内藏多个小口径气体喷口， 以和中心 气体喷口呈同心圆状的方式， 配置在中心气体喷口的外侧， 且喷出可燃性气体 ； 以及可燃性
气体喷口， 以和中心气体喷口呈同心圆状的方式， 配置在可燃性气体喷口的外侧， 且喷出助 燃性气体 ； 且， 当将中心气体喷口中的气体流速设为 V1， 小口径气体喷口中的气体流速设为 V2， 可燃性气体喷口中的气体流速设为 V3， 助燃性气体喷口中的气体流速设为 V4 时， 满足下 述式 1 ：
V1 ＞ V2 ＞ V3 ＞ V4 [ 式 1]。
另外， 本发明的第二方式是提供一种光纤用母材的制造方法， 包括如下阶段 ： 使用 如下燃烧器， 在由助燃性气体及可燃性气体所产生的火焰中， 将玻璃原料气体水解而生成 玻璃微粒， 所述燃烧器具备 ： 中心气体喷口， 喷出含有助燃性气体的气体 ； 多个小口径气体 喷口， 以和中心气体喷口呈同心圆状的排列的方式， 配置在中心气体喷口的外侧， 且喷出含 有助燃性气体的气体 ； 可燃性气体喷口， 内藏多个小口径气体喷口， 以和中心气体喷口呈 同心圆状的方式， 配置在中心气体喷口的外侧， 且喷出可燃性气体 ； 以及助燃性气体喷口， 以和中心气体喷口呈同心圆状的方式， 配置在可燃性气体喷口的外侧， 且喷出助燃性气体 ； 且， 当将中心气体喷口中的气体流量设为 O1， 小口径气体喷口中的气体流量设为 O2， 助燃性 气体喷口中的气体流量设为 O3， 可燃性气体喷口中的气体流量设为 H 时， 均满足下述式 2 及 式3：
H/(O1+O2+O3) ＞ 2 [ 式 2] O1 ＜ O2 ＜ O3 [ 式 3]。 所述发明的概要并未列举本发明所有的必要特征。 这些特征群的子组合也可成为发明。 附图说明
图 1 是光纤用母材制造装置的概略图。 图 2 是燃烧器前端部的概略横截面图。 图 3 是表示气体流速比 V1/V2 及沉积效率的关系的图表。 图 4 是表示气体流速比 V2/V3 及沉积效率的关系的图表。 图 5 是气体流速比 V3/V4 及沉积效率的关系的图表。 [ 符号的说明 ] 1 芯部 2 假燃料棒 3 燃烧器 4 挡块夹盘机构 5 排气罩 6 中心气体喷口 7 密封气体喷口 8 可燃性气体喷口 9 小口径气体喷口 10 密封气体喷口 11 助燃性气体喷口具体实施方式
以下， 通过发明的实施方式来说明本发明。以下的实施方式并非限定权利要求范 围的发明。实施方式中说明的特征的所有组合并非为发明的解决手段的必要条件。
图 1 是用于 OVD 法的光纤用母材制造装置的概略图。光纤用母材制造装置具备配 置在反应室内的燃烧器 3、 挡块夹盘机构 4 以及排气罩 5。
挡块夹盘机构 4 是用来保持焊接在光纤母材的芯部 1 两端的假燃料棒 2， 且使之在 反应室内保持水平。而且， 挡块夹盘机构 4 使所保持的芯部 1 及假燃料棒 2 围绕假燃料棒 2 的长度方向的旋转轴进行旋转。
燃烧器 3 配置在由挡块夹盘机构 4 保持的芯部 1 的下方。燃烧器 3 对芯部 1 的 侧面喷附火焰， 并通过未图示的燃烧器引导机构， 如图中箭头所示， 沿着芯部 1 进行往复移 动。
另外， 燃烧器 3 的往复移动是为了使包括芯部 1 及假燃料棒 2 的起始部件和燃烧 器 3 相对进行往复移动。因此， 也可以代替燃烧器 3 而使起始部件沿其长度方向进行往复 移动。
排气罩 5 配置在芯部 1 的上方。排气罩 5 将从燃烧器 3 排出且未附着在芯部 1 上 的气体、 玻璃微粒等从反应室排出。
图 2 是燃烧器 3 的前端部的概略横截面图。燃烧器 3 是同心多管燃烧器， 且具有 中心气体喷口 6、 密封气体喷口 7、 10、 可燃性气体喷口 8 以及小口径气体喷口 9。
中心气体喷口 6 配置在燃烧器 3 整体的中心。密封气体喷口 7 以和中心气体喷口 6 呈同心状的方式配置在中心气体喷口 6 的外侧。
可燃性气体喷口 8 以和中心气体喷口 6 及密封气体喷口 7 呈同心状的方式， 配置 在密封气体喷口 7 的外侧。而且， 可燃性气体喷口 8 内藏 8 个小口径气体喷口 9。
8 个小口径气体喷口 9 是和中心气体喷口 6 呈同心圆状地配置成一圈。配置在同 一圈上的 8 个小口径气体喷口 9 彼此具有相同的焦距。 在可燃性气体喷口 8 进一步的外侧， 依次呈同心状地配置着密封气体喷口 10 及助燃性气体喷口 11。
在所述燃烧器 3 中， 中心气体喷口 6 将作为光纤用玻璃母材原料的玻璃原料气体 和助燃性气体一并喷出。可燃性气体喷口 8 喷出可燃性气体， 密封气体喷口 7、 10 喷出密封 气体。小口径气体喷口 9 及助燃性气体喷口 11 喷出助燃性气体。
在所述燃烧器 3 中， 相对于从可燃性气体喷口 8 中喷出的可燃性气体， 小口径气体 喷口 9 及助燃性气体喷口 11 从该可燃性气体喷口 8 的内侧和外侧两侧供给助燃性气体。 由 此， 可使可燃性气体及助燃性气体混合而不会产生浪费， 且可抑制可燃性气体朝外侧扩散 及产生紊流。
此处， 在所述燃烧器 3 中是以各喷口间的流速分布为着眼点。即， 当将一并喷出助 燃性气体和玻璃原料气体的中心气体喷口 6 的气体流速设为 V1， 喷出助燃性气体的小口径 气体喷口 9 的气体流速设为 V2， 喷出可燃性气体的可燃性气体喷口 8 的气体流速设为 V3， 喷 出助燃性气体的助燃性气体喷口 11 的气体流速设为 V4 时， 以满足下述式 1 的方式控制各 喷口的气体流速。以此， 便可促进气体相互混合， 使燃烧器 3 产生的火焰流稳定化。
V1 ＞ V2 ＞ V3 ＞ V4 [ 式 1]
然而， 即便满足所述流速条件， 当供给到中心气体喷口 6 中的气体流量过大时， 有时仍会阻碍玻璃原料气体的反应， 使得玻璃微粒对起始部件的沉积速度下降。并且， 当供 给到小口径气体喷口 9 中的助燃性气体的供给量过大时， 气体流会使起始部件的沉积面冷 却， 因此使玻璃微粒对起始部件的附着率下降。进而， 当由可燃性气体喷口 8 的外侧所供给 的助燃性气体过少时， 将无法抑制可燃性气体扩散， 导致火焰流的稳定性下降。因此， 有时 会阻碍玻璃微粒对起始部件的沉积。
因此， 将各喷口间的流量分布作为着眼点。即， 当将中心气体喷口 6 中的气体的流 量设为 O1， 小口径气体喷口 9 中供给的助燃性气体的流量设为 O2， 助燃性气体喷口 11 中供 给的助燃性气体的流量设为 O3， 可燃性气体喷口 8 中供给的可燃性气体的流量设为 H 时， 以 满足下述式 2 及式 3 的方式控制供给到气体喷口中的气体流量。
H/(O1+O2+O3) ＞ 2 [ 式 2]
O1 ＜ O2 ＜ O3 [ 式 3]
因此， 相对于在中心流动的玻璃原料气体和助燃性气体的流动， 助燃性气体和可 燃性气体将一面混合， 一面稳定收敛。即， 通过使从小口径气体喷口 9 喷射出的助燃性气体 的流速大于可燃性气体的流速， 而使流速较小的可燃性气体一面流入流速较大的助燃性气 体中， 一面进行混合。而且， 流速较小的可燃性气体成为流速较大的助燃性气体的气流中 心， 从而成为可燃性气体沿着助燃性气体的流动而稳定地流动的混合气体。 因此， 可促进可 燃性气体及助燃性气体混合， 并使火焰流稳定化。 而且， 使玻璃原料气体及助燃性气体的混合气体的流速大于周围的加热气体及助 燃性气体的混合气体的流速。由此， 使得可燃性气体及助燃性气体的混合气体一面流入玻 璃原料气体及助燃性气体的混合气体中， 一面进行混合。 因此， 促进了可燃性气体及助燃性 气体和玻璃原料气体混合， 使得玻璃微粒的生成效率提高。 而且， 可燃性气体及助燃性气体 的混合气体是以玻璃原料气体及助燃性气体的混合气体为气流中心进行流动， 因此进一步 提高了火焰流的稳定性。
进而， 使从助燃性气体喷口 11 中喷出的助燃性气体的流速小于可燃性气体的流 速。由此， 可抑制可燃性气体对周围腔室内环境的扩散， 并可使可燃性气体的流束缩窄。由 此， 使火焰流稳定。
如上所述， 可通过对可燃性气体流和该可燃性气体流周围 3 个系统的助燃性气体 的流速及流量进行控制， 来一面促进气体混合一面使火焰流稳定化。 由此， 便可一并提高玻 璃微粒的产率和碳灰的沉积效率。
[ 实施例 1]
使用图 1 所示的光纤用母材制造装置， 利用 OVD 法制造光纤用母材。准备在外径 为 50mm、 长度为 1,000mm 的芯部 1( 芯棒 ) 的两端部焊接着外径为 50mm 的一对假燃料棒 2， 作为起始部件。
燃烧器 3 是使用具有图 2 所示的构造的燃烧器。小口径气体喷口 9 的焦点均为 150mm。流入到中心气体喷口 6( 第一管 )、 密封气体喷口 7、 10( 第二管及第四管 )、 可燃性 气体喷口 8( 第三管 ) 以及小口径气体喷口 9 中的气体种类如下述表 1 中所示。
[ 表 1]
6CN 101838103 A说第一管 第二管 第三管 第四管 第五管明书SiCl4+O2 密封气体 H2 密封气体 O2 O25/7 页小口径气体喷口
在所述条件下， 对起始部件喷附燃烧器 3 所产生的火焰， 结果火焰水解反应中所 生成的玻璃微粒 50kg 沉积在起始部件上， 形成光纤母材。进而， 保持着供给到燃烧器 3 中 的气体流量相同不变， 使各喷口中的流速变化， 作为比较例 1、 2、 3、 4。实施例 1 及比较例 1、 2、 3、 4 中的气体流速一并示于表 2 中。
[ 表 2]
V1 m/s 实施例 1 比较例 1 比较例 2 比较例 3 比较例 4
V2 m/s 25.9 25.9 9.3 25.9 12.1V3 m/s 12.1 12.1 12.1 12.1 13.4V4 m/s 2.1 2.1 2.1 14.0 14.0沉积效率 ％ 68.0 64.6 63.8 66.0 63.029.5 22.6 29.5 29.5 10.0另外， 在所述表 2 中， V1 表示中心气体喷口 6( 第一管 ) 的气体流速， V2 表示小口 径气体喷口 9 的气体流速， V3 表示可燃性气体喷口 8( 第三管 ) 的气体流速， V4 表示助燃性 气体喷口 11( 第五管 ) 的气体流速。
如表 2 所示， 使各气体喷口的气体流速为 V1 ＞ V2 ＞ V3 ＞ V4 的实施例 1 的沉积效 率为 68.0％。而且， 在光纤母材制造中是一方面火焰进行收敛， 一方面进行混合， 因此火焰 流稳定。
比较例 1 是增大中心气体喷口 6( 第一管 ) 的内径， 减小流速 V1。由此， 燃烧器 3 所产生的火焰扩散， 导致周围的氢氧焰流产生紊流。 玻璃微粒的沉积效率也下降至 64.6％。
比较例 2 是增大小口径气体喷口 9 的内径， 减小流速 V2。 由此， 氢焰的收敛性下降， 玻璃微粒的沉积效率下降至 63.8％。
比较例 3 是减小助燃性气体喷口 11( 第五管 ) 的内径， 增大流速 V4。由此， 吸入到助燃性气体流中并朝外侧扩散的氢焰流紊乱。其结果， 沉积效率下降至 66.0％。
比较例 4 是设定各喷口的流速的关系满足下述式 4。 其结果， 火焰流整体收敛性大 幅下降， 沉积效率也下降至 43.0％。
V1 ＜ V2 ＜ V3 ＜ V4 [ 式 4]
[ 实施例 2]
使用规格和实施例 1 相同的燃烧器 3， 使 50kg 的玻璃微粒沉积在规格和实施例 1 相同的起始部件上。其中， 改变供给到各喷口中的气体的流量， 使喷口彼此的流速比变化。
图 3 是表示改变中心气体喷口 6( 第一管 ) 的气体流速 V1 和小口径气体喷口 9 的 气体流速 V2 的流速比 V1/V2， 而使玻璃微粒沉积的结果的图表。如图所示， 随着流速比 V1/V2 变大， 玻璃微粒的沉积效率提高， 如果流速比 V1/V2 超过 1， 则达到和实施例 1 大致相同的沉 积效率。
图 4 是表示改变小口径气体喷口 9 的气体流速 V2 和可燃性气体喷口 8( 第三管 ) 的气体流速 V3 的流速比 V2/V3， 而使玻璃微粒沉积的结果的图表。 如图所示， 随着流速比 V2/ V3 变大， 玻璃微粒的沉积效率提高， 如果流速比 V2/V3 超过 1.2， 则达到和实施例 1 大致相同 的沉积效率。 图 5 是表示改变可燃性气体喷口 8( 第三管 ) 的气体流速 V3 和助燃性气体喷口 11( 第五管 )V4 的流速比 V3/V4， 而使玻璃微粒沉积的结果的图表。 如图所示， 随着流速比 V3/ V4 变大， 玻璃微粒的沉积效率提高， 如果流速比 V3/V4 超过 1.1， 则达到和实施例 1 大致相同 的沉积效率。
这样， 当流速比 V1/V2、 流速比 V2/V3、 流速比 V3/V4 大于 1 时， 火焰流稳定， 沉积效率 提高。
[ 实施例 3]
使用规格和实施例 1 相同的燃烧器 3， 使 50kg 的玻璃微粒沉积在规格和实施例 1 相同的起始部件上。其中， 以喷出助燃性气体的中心气体喷口 6 的流速 V1 恒定为 29.5m/s， 小口径气体喷口 9 的流速 V2 恒定为 25.9m/s， 助燃性气体喷口 11 的流速 V4 恒定为 2.1m/s 的方式， 改变各喷口的流量， 作为比较例 5、 6、 7、 8。
实施例 3 及比较例 5、 6、 7、 8 中的各喷口的流量一并示于表 3 中。表 3 中， O1 表示 中心气体喷口 6 的气体流量， O2 表示小口径气体喷口 9 的气体流量， O3 表示助燃性气体喷 口 11 的气体流量。
[ 表 3]
O1 L/min. 实施例 3 比较例 5 比较例 6 10.0 12.0 25.0O2 L/min. 22.0 26.4 22.0O3 L/min. 35.0 42.0 35.0H2 L/min. 150 150 150沉积效率 ％ 68.0 65.7 62.78CN 101838103 A说O1 L/min. 比较例 7 比较例 8 10.0 10.0 O2明O3书H2 L/min. 150 150 沉积效率 ％ 65.1 66.5 L/min. 35.0 15.07/7 页L/min. 40.0 22.0如表 3 所示， 实施例 3 满足下述式 2 及式 3 的条件， 沉积效率为 68.0％。
H/(O1+O2+O3) ＞ 2 [ 式 2]
O1 ＜ O2 ＜ O3 [ 式 3]
与此相对， 流量关系未满足所述式 2 的比较例 5 中， 可燃性气体不足， 沉积效率下 降至 65.7％。而且， 流量关系未满足所述式 3 的比较例 6、 7、 8 中， 沉积效率也下降。
如上所述， 根据所述方法， 即便在燃烧器前端到沉积面的距离较大的沉积环境中， 仍可促进加热气体及助燃性气体混合， 提高玻璃微粒的生成效率。 而且， 可获得稳定的火焰 流， 因此所生成的玻璃微粒的附着效率较高。因此， 在光纤用母材的制造中， 可提高沉积速 度。由此， 可提高光纤用母材的生产率。
以上， 利用实施方式说明了本发明， 但本发明的技术性范围并非限定于所述实施 方式记载的范围内。对本领域技术人员而言， 毫无疑问所述实施方式中可追加多种变更或 者改良。由权利要求范围的记载可知， 追加此类变更或者改良的方式也包括在本发明的技 术性范围内。
另外， 权利要求范围、 说明书及图式中所示的装置的运行以及方法中的流程、 步骤 及阶段等的实行顺序， 只要未明示 「之前」 、 「先于」 等， 或者未在后面使用前面的输出， 则可 以任意的顺序实施。在权利要求范围、 说明书及图式中， 为了方便起见而使用 「首先」 、 「接 着， 」 等进行说明， 但并非表示必须以此顺序实施。