CN101811821A - 多孔玻璃母材制造用燃烧器以及多孔玻璃母材的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种多孔玻璃母材制造用燃烧器，在中心处的玻璃原料气体喷口的外侧具有可燃性气体喷口，并在所述可燃性气体喷口内，以相对所述玻璃原料气体喷口呈同心圆状的方式配设有1行或者多行小口径助燃性气体喷口，且同一行的喷口具有同一焦距，在此小口径助燃性气体喷口前端面具有凹痕。

Description

多孔玻璃母材制造用燃烧器以及多孔玻璃母材的制造方法
技术领域
本发明涉及一种在可燃性气体喷口内具有小口径助燃性气体喷口的多喷嘴型多孔玻璃母材制造用燃烧器以及多孔玻璃母材的制造方法。
背景技术
以往为制造光纤母材，而提议有各种方法。在这些方法之中，外部方法(OVD法(Outside Vapour Deposition，外气相沉积))因可获得相对任意折射率分布的光纤母材，并且能够批量生产大口径光纤母材而通用，所述外部方法(OVD法)是使燃烧器或者起始部件相对往复移动，将燃烧器火焰中所生成的玻璃微粒附着沉积在约50mmφ左右的旋转的起始部件上，从而合成粗约250～350mmφ左右的碳灰，并使这些碳灰在电炉内脱水、烧结。
以往在玻璃微粒沉积物的合成中使用的是同心多管燃烧器，但此种构造的燃烧器因玻璃原料气体、可燃性气体及助燃性气体混合不充分之故，而无法充分生成玻璃微粒。其结果，产率无法提高难以高速合成。
为解决此问题，专利文献1记载了在可燃性气体喷口内以包围中心处原料气体喷口的方式配置着小口径助燃性气体喷口的多喷嘴型燃烧器。而且，专利文献2中记载了小口径气体喷口的薄壁化、或使喷出气流达到20m/s以上高速的方法。而且，专利文献3记载了使多管燃烧器的气体流路间的隔板前端为锐角、钝角或者圆弧的情况。
[先前技术文献]
[专利文献1]日本专利1773359号公报
[专利文献2]日本专利特开平6-247722号公报
[专利文献3]日本专利特开平11-21136号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，像专利文献1记载的那种多喷嘴型燃烧器，由于从内藏在可燃性气体喷口的小口径气体喷口中喷出的助燃性气体和在小口径气体喷口周围流动的可燃性气体相邻之故而存在如下问题，当助燃性气体的流速小时，小口径气体喷口的前端极易燃烧，并且随着进一步燃烧，玻璃微粒的沉积密度将随时间而变化，或者沉积形状的不规则变大。进而，如果前端燃烧，那么，附着在前端的玻璃微粒将结晶而散射落入到多孔玻璃母材中，导致玻璃化后产生气泡。
专利文献2使小口径气体喷口薄壁化、或使喷出气流达到20m/s以上高速的方法中，OVD法会使对象物直径随着进一步沉积而变大，一般来说，越是到了沉积后半段，则越必须增加气体流量。此处存在如下问题：以在对象物直径变粗的沉积后半段中使沉积效率达到最佳的方式由气体流量以及气体流速燃烧器决定尺寸后，在对象物直径较细的沉积初期，因气体流量少，而使气体流速变得过小，使得小口径气体喷口的前端(出口端)易于燃烧。
而且，专利文献3的方法是通过使环状同心多管燃烧器的气体流路间的隔板前端为锐角、钝角或者圆弧，而使气流局部产生低压部或涡流的情况得以抑制。然而，仅通过受限的管壁较厚处的倒角，即便可降低涡流产生的频度及程度，也难以完全抑制涡流的产生。尤其当可燃性气体和助燃性气体相邻时，易于出现因涡流的产生和管前端的燃烧直接关联而导致前端部形状随时间而变化的问题。
本发明的目的在于提供一种多孔玻璃母材制造用燃烧器及多孔玻璃母材的制造方法，所述多孔玻璃母材制造用燃烧器是可燃性气体喷口和小口径助燃性气体喷口在无密封气体状态下相邻的多喷嘴燃烧器，即便在小口径气体喷口的流速小的区域中，小口径气体喷口前端也不会产生燃烧。
[解决问题的技术手段]
作为本发明的第一形态将提供一种多孔玻璃母材制造用燃烧器，其具备玻璃原料气体喷口；可燃性气体喷口，以玻璃原料气体喷口为中心配设在玻璃原料气体喷口的外侧；以及1行或者多行小口径助燃性气体喷口，相对玻璃原料气体喷口呈同心圆状地配置在该可燃性气体喷口内；且，小口径助燃性气体喷口中的一行所含的小口径助燃性气体喷口，相互具有同一焦距，且前端面具有凹痕。
作为本发明的第二形态将提供一种多孔玻璃母材的制造方法，其使用如下多孔玻璃母材制造用燃烧器来使玻璃微粒沉积，所述多孔玻璃母材制造用燃烧器具备玻璃原料气体喷口；可燃性气体喷口，以玻璃原料气体喷口为中心配设在玻璃原料气体喷口的外侧；以及1行或者多行小口径助燃性气体喷口，相对玻璃原料气体喷口呈同心圆状地配置在该可燃性气体喷口内；且，小口径助燃性气体喷口中的一行所含的小口径助燃性气体喷口，相互具有同一焦距，且前端面具有凹痕。
所述发明的概要并非列举了本发明的所有必要特征。而且，这些特征群的子组合也可构成发明。
附图说明
图1是表示多孔玻璃母材的一例制造装置的概略图。
图2是玻璃微粒合成用燃烧器前端部的概略横截面图。
图3是玻璃微粒合成用燃烧器前端部的概略纵截面图。
图4是放大表示以往的小口径气体喷口前端部的概略截面图。
图5A是放大表示本发明的小口径气体喷口前端部的概略截面图。
图5B是放大表示本发明的小口径气体喷口前端部的概略截面图。
图6A是说明小口径气体喷口前端部附近的气流的示意图。
图6B是说明小口径气体喷口前端部附近的气流的示意图。
图7是表示实施例和以往例的多孔玻璃母材的密度变化的图表。
[符号的说明]
1    芯棒
2    假燃料棒
3    燃烧器
4    挡块夹盘机构
5    排气罩
6    玻璃原料气体喷口
7    小口径助燃性气体喷口
8    可燃性气体喷口
9    密封气体喷口
10   小口径助燃性气体喷口前端
11   小口径助燃性气体涡流
12   可燃性气体涡流
13    高温区域
14    管壁
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式来说明本发明，但以下实施方式并非限定权利要求范围所述的发明。而且，实施方式中所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。
参照图式，对本发明的光纤母材的制造方法及装置进行详细说明。
图1是表示一例多孔玻璃母材制造装置的概略图，起始部件在芯棒1的两端部分别焊接着假燃料棒2，且由挡块夹盘机构4支撑着围绕装置自如旋转。由燃烧器3喷射出SiCl4等光纤用原料和燃烧气体(氢气及氧气)，并由燃烧器引导机构使燃烧器3沿着起始部件作往复移动，使氢氧焰中水解生成的玻璃微粒(碳灰)沉积在起始部件上，由此获得光纤用多孔母材。未附着的玻璃微粒则从排气罩5中排出到系统外。使所得多孔玻璃母材穿过加热炉中脱水玻璃化，而制成光纤母材。
图2是燃烧器前端部的概略横截面图，图3是燃烧器前端部的概略纵截面图。图中，小口径助燃性气体喷口7以1行或者多行相对玻璃原料气体喷口6呈同心圆状地配置在玻璃原料气体喷口6的外侧的状态，内藏于可燃性气体喷口8中。另外，符号9为密封气体喷口，符号10为小口径助燃性气体喷口前端。
图4是放大表示以往的小口径气体喷口的前端部的概略截面图，小口径助燃性气体喷口前端10的管壁前端面呈平坦状。
图5A及图5B是放大表示本发明的小口径气体喷口前端部的概略截面图，图5A及图5B中均在管壁前端面的厚度方向中央部设有凹痕。另外，前端面的凹痕设为小口径助燃性气体喷口前端的管厚D和前端面的凹痕的最大深度H之比满足D/H≤2.5的关系。当D/H＞2.5时，从燃烧器中喷出的气流将产生涡流，使得前端面燃烧，因此欠佳。
当小口径助燃性气体的流速小时，如图6A所示，在小口径气体喷口的管壁14内外流动的助燃性气体和可燃性气体的一部分将被卷入前端面侧，从而产生助燃性气体涡流11和可燃性气体涡流12，两涡流在小口径助燃性气体喷口前端中央部附近发生碰撞反应，使其附近的环境温度上升而产生高温区域13。其结果，将在小口径助燃性气体喷口前端之中央部产生燃烧，且此燃烧不断缓慢进行。
接着，如图6B所示，如果在小口径助燃性气体喷口的管壁前端面的厚度方向中央部设置凹痕，那么，卷入到前端面的涡流11、12将碰撞而产生高温区域13，但由于是在设置凹痕之后产生此高温区域13，所以，即便流速小，前端也不会燃烧。
[实施例]
实施例1；
使用图1所示的装置，并利用外部方法制造多孔玻璃母材。所用燃烧器如图2、3所示，在中心处的玻璃原料气体喷口的外侧，多个小口径助燃性气体喷口以相对玻璃原料气体喷口呈同心圆状的方式以1行配置在可燃性气体喷口内，且具有同一焦距150mm。小口径气体喷口的前端形成为图5A所示形状，且小口径气体喷口的管厚为1.5mm，凹痕深度为0.3mm。
使种类如表1所示的气流流入此燃烧器中，使玻璃微粒沉积在外径50mm的芯棒的两端部焊接着外径50mm的假燃料棒的起始部件上，制成30根外径250mm的多孔玻璃母材。
[表1]
  第一管(玻璃原料气体)   SiCl4+O2
  第二管   密封气体
  小口径助燃性气体喷口   O2
  第三管(可燃性气体)   H2
使小口径气体喷口中喷出的O2气体的流量到沉积的后半段逐渐增量。随着此气体流量的变化，气体流速从沉积开始时的3m/s变为沉积结束时的32m/s。
其结果，即便制造出30根多孔玻璃母材后，也未出现小口径助燃性气体喷嘴变形或失透之类的变化。对所制成的30根多孔玻璃母材测定密度，其结果如图7所示。由图可知其密度保持恒定为0.69g/cm。使此多孔玻璃母材透明玻璃化后，30根多孔玻璃母材的平均气泡数为0.8个。
比较例1；
除了使用小口径气体喷口的前端具有图4所示的平坦形状的燃烧器以外，以和实施例1相同的条件制造30根多孔玻璃母材。其结果，在第1根制造结束之后，小口径气体喷口前端之中央部便开始因燃烧而变形，在制造30根之后，前端面上产生了深度约0.25mm的变形。
而且，如图7的以往例所示，所制造的多孔玻璃母材的密度逐渐变小。使此多孔玻璃母材透明玻璃化后，30根多孔玻璃母材的平均气泡数为3.2个，远远多于实施例1的0.8个。
实施例2；
改变小口径气体喷口前端的管厚D和凹痕深度H，以表2所示的组合，并利用和实施例1相同的方式制成30根多孔玻璃母材。
[表2]
  管厚[mm]   0.75   0.75   0.75   0.75   1.00   1.00   1.00   1.00
  凹痕深度[mm]   0.1   0.2   0.3   0.4   0.1   0.2   0.3   0.4
  D/H   7.5   3.8   2.5   1.9   10   5.0   3.3   2.5
  前端燃烧   有   有   无   无   有   有   无   无
其结果，当管厚为0.75mm时，在D/H≤2.5的范围内小口径气体喷口前端未产生燃烧，当管厚为1.00mm时，在D/H≤3.3的范围内小口径气体喷口前端未产生燃烧。
可以像这样地通过在内藏于可燃性气体喷口中的小口径气体喷口前端面的一部分，尤其在前端面的厚度方向中央部设置凹痕，来避免因前端部反应而出现高温区域，从而能够防止燃烧。由此使得前端形状不会产生变化，所以，沉积状态以及沉积形状不会随时间而变化，且也不会因燃烧器前端失透劣化而导致玻璃产生散射，所以，能够防止母材中产生气泡。
以上，利用实施方式对本发明进行了说明，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实施方式也包括在本发明的技术性范围内。
权利要求范围、说明书及图式中所示的装置、系统、程序及方法中的操作、流程、步骤、以及阶段等各处理的实行顺序，只要未特别明示「之前」、「先于」等，或者未在后面的处理中使用前面处理的输出的情况下，可以任意的顺序实施。在权利要求范围、说明书及图式中的操作流程中，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。

Claims (6)

1.一种多孔玻璃母材制造用燃烧器，其具备
玻璃原料气体喷口；
可燃性气体喷口，以所述玻璃原料气体喷口为中心配设在所述玻璃原料气体喷口的外侧；以及
1行或者多行小口径助燃性气体喷口，相对所述玻璃原料气体喷口呈同心圆状地配置在所述可燃性气体喷口内；
且，所述小口径助燃性气体喷口中的一行所含的所述小口径助燃性气体喷口，相互具有同一焦距，且前端面具有凹痕。
2.根据权利要求1所述的多孔玻璃母材制造用燃烧器，其特征在于：
所述小口径助燃性气体喷口，具有配置在所述小口径助燃性气体喷口的管壁前端面的厚度方向中央处的所述凹痕。
3.根据权利要求1所述的多孔玻璃母材制造用燃烧器，其特征在于：
小口径助燃性气体喷口，具有所述小口径助燃性气体喷口的前端的管厚D和所述凹痕的最大深度H之比满足D/H≤2.5的关系的形状。
4.一种多孔玻璃母材的制造方法，其使用如下多孔玻璃母材制造用燃烧器来使玻璃微粒沉积，所述多孔玻璃母材制造用燃烧器具备玻璃原料气体喷口；可燃性气体喷口，以所述玻璃原料气体喷口为中心配设在所述玻璃原料气体喷口的外侧；以及1行或者多行小口径助燃性气体喷口，相对所述玻璃原料气体喷口呈同心圆状地配置在所述可燃性气体喷口内；且，所述小口径助燃性气体喷口中的一行所含的所述小口径助燃性气体喷口，相互具有同一焦距，且前端面具有凹痕。
5.根据权利要求4所述的多孔玻璃母材的制造方法，其特征在于：
所述小口径助燃性气体喷口，具有配置在所述小口径助燃性气体喷口的管壁前端面的厚度方向中央处的所述凹痕。
6.根据权利要求4所述的多孔玻璃母材的制造方法，其特征在于：
小口径助燃性气体喷口，具有所述小口径助燃性气体喷口的前端的管厚D和所述凹痕的最大深度H之比满足D/H≤2.5的关系的形状。
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