JP2004035365A - 多重管バーナおよびこれを用いたガラス体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス体の製造において、その外径変化を抑制し、安定した品質のものを連続的に製造することができる多重管バーナおよびこれを用いたガラス体の製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス体の製造に用いられるガスの噴出口をなす複数のノズルが多重に設けられた多重管バーナにおいて、多重管バーナの最外層ノズルの外周の長手方向中心軸と、多重管バーナを構成する最外層ノズル以外のノズルの先端部とのなす角度が９０°±３°以下である多重管バーナ。多重管バーナの最外層ノズルの外周の中心軸と、最外層ノズルよりも内側のノズルの内周または外周の中心軸との距離が０．２０ｍｍ以下である多重管バーナ。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重管バーナおよびこれを用いたガラス体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス体、特に光ファイバ母材の製造方法としては、バーナからガラス原料ガスを、添加ガス、可燃性ガス、支燃性ガスなどとともに噴出し、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解反応させてガラス微粒子（スート）を合成し、出発部材の外周部および下端部にガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を得て、これを電気炉中で焼結し、透明ガラス化し光ファイバ母材を得るＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ａｘｉａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ）や、ＯＶＤ法（Ｏｕｔｓｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ）がある。
【０００３】
ここで用いられるバーナは、ガラス微粒子の合成に用いられる各種ガスの噴出口が同心円状に複数設けられた多重管バーナや、同心円状に設けられた複数の可燃性ガスなどの噴出口の間に、複数の支燃性ガスの噴出口が設けられたマルチノズル型バーナなどである。これらのバーナは、不純物混入を避けるために、一般的に石英ガラスで形成されているものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のバーナを用いて、多数のガラス体を連続的に製造すると、時間の経過に伴って、ガラス微粒子の付着などによるバーナ先端部の汚れや、バーナ先端部の削れなどが生じることがあった。このようなバーナ先端部における不具合が生じると、ガラス微粒子の堆積効率が低下し、安定した品質のガラス体が得られなかった。具体的には、ガラス体の製造数が増えるにしたがって、同一の製造条件によって得られるガラス体の外径が次第に細くなるという問題があった。
ここで、ガラス微粒子の堆積効率とは、使用したガラス原料ガスが、全て化学反応によってガラス微粒子に変化したと仮定したときに、ガラス微粒子の総量に対する出発部材に堆積されたガラス微粒子の総量の割合で定義するものである。
【０００５】
ガラス体の外径が次第に細くなると、ＶＡＤ法によるものでは、目的とする波長分散値や目標延伸径が得られず、ＯＶＤ法によるものでは、目的とする波長分散値やモードフィールド径などを示さなかった。また、多孔質ガラス体の外径が次第に細くなると、そのかさ密度が変化し、多孔質ガラス体が製造途中で崩壊することがあった。このような現象が生じると、最終的に得られる光ファイバ母材の歩留まりが低下する。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ガラス体の製造において、その外径変化を抑制し、安定した品質のものを連続的に製造することができる多重管バーナおよびこれを用いたガラス体の製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、ガラス体の製造に用いられるガスの噴出口をなす複数のノズルが多重に設けられた多重管バーナにおいて、前記多重管バーナの最外層ノズルの外周の長手方向中心軸と、前記多重管バーナを構成する前記最外層ノズル以外のノズルの先端部とのなす角度が９０°±３°以下である多重管バーナによって解決できる。
前記課題は、ガラス体の製造に用いられるガスの噴出口をなす複数のノズルが多重に設けられた多重管バーナにおいて、前記多重管バーナの最外層ノズルの外周の中心軸と、該最外層ノズルよりも内側のノズルの内周または外周の中心軸との距離が０．２０ｍｍ以下である多重管バーナによって解決できる。
前記課題は、上記多重管バーナで合成されたガラス微粒子を出発部材の外周部および下端部に堆積させ、堆積直後もしくは多孔質ガラス体製造後に高温処理し、ガラス体を得るガラス体の製造方法によって解決できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の多重管バーナの一例を示し、図１（ａ）は多重管バーナの先端部を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ―Ａにおける概略断面図である。
この例の多重管バーナ１０では、その先端部において、そのほぼ中心に第１のノズル１が設けられ、この第１のノズル１の周囲に第２のノズル２が設けられ、以下、同様に、第３のノズル３、第４のノズル４および第５のノズル５が設けられている。
また、第１のノズル１が第１の噴出口１１をなし、第１のノズル１と第２のノズル２の間の部分が第２の噴出口１２をなし、第２のノズル２と第３のノズル３の間の部分が第３の噴出口１３をなし、第３のノズル３と第４のノズル４の間の部分が第４の噴出口１４をなし、第４のノズル４と第５のノズル５の間の部分が第５の噴出口１５をなしている。
【０００９】
さらに、第１のノズル１には第１のガス供給口２１が接続され、第２のノズル２には第２のガス供給口２２が接続され、第３のノズル３には第３のガス供給口２３が接続され、第４のノズル４には第４のガス供給口２４が接続され、第５のノズル５には第５のガス供給口２５が接続されている。
【００１０】
次に、本発明の多重管バーナの第１の実施形態について説明する。
ここでは、説明を簡略にするために、多重管バーナとして、図２に示すような２つのノズルからなるバーナを例示する。
この例の多重管バーナ３０は、内側ノズル３１と、最外層ノズル３２とから概略構成され、最外層ノズル３２の外周３２ａの長手方向の中心軸Ｂ―Ｂと、内側ノズル３１の先端部３１ｃとのなす角度αが９０°±３°以下、すなわち、８７°〜９３°の範囲となっている。角度αが、この範囲内であれば、この多重管バーナを用いたガラス体の製造において、その外径変化を抑制し、多数の安定した品質のガラス体を連続的に製造することができる。
【００１１】
次に、本発明の多重管バーナの第２の実施形態について説明する。
ここでも、説明を簡略にするために、多重管バーナとして、図３に示すような２つのノズルからなるバーナを例示する。
この例の多重管バーナ３０は、内側ノズル３１と、最外層ノズル３２とから概略構成され、最外層ノズル３２の外周３２ａの長手方向の中心軸Ｂ―Ｂと、内側ノズル３１の外周３１ａの長手方向の中心軸Ｃ―Ｃとの距離Ｄ、および、最外層ノズル３２の外周３２ａの短手方向の中心軸Ｂ´―Ｂ´と、内側ノズル３１の外周３１ａの短手方向の中心軸Ｃ´―Ｃ´との距離ｄが０．２０ｍｍ以下となっている。
また、中心軸Ｃ―Ｃが内側ノズル３１の内周３１ｂの長手方向の中心軸、中心軸Ｃ´―Ｃ´が内側ノズル３１の内周３１ｂの短手方向の中心軸である場合も、中心軸Ｂ―Ｂと中心軸Ｃ―Ｃとの距離Ｄおよび中心軸Ｂ´―Ｂ´と中心軸Ｃ´―Ｃ´との距離ｄが０．２０ｍｍ以下となっている。
【００１２】
上記距離Ｄおよび距離ｄが、この範囲内であれば、この多重管バーナを用いたガラス体の製造において、その外径変化を抑制し、多数の安定した品質のガラス体を連続的に製造することができる。
【００１３】
以下、図１を用いて、本発明のガラス体の製造方法を説明する。
本発明のガラス体の製造方法では、まず、その軸周りに回転する出発部材の外周部および下端部に、例えば、多重管バーナ１０の第１の噴出口１１からガラス原料ガスのＳｉＣｌ_４を供給し、第２の噴出口１２から不活性ガスのアルゴンガスを供給し、第３の噴出口１３から可燃性ガスの水素ガスを供給し、第４の噴出口１４から不活性ガスのアルゴンガスを供給し、第５の噴出口１５から支燃性ガスの酸素ガスを供給し、バーナ１０の火炎中における加水分解反応により、ガラス微粒子を合成し、このガラス微粒子を出発部材の外周部および下端部に堆積し、多孔質ガラス体を得る。この多孔質ガラス体を堆積直後もしくは多孔質ガラス体製造直後に高温処理し、ガラス体を得る。
【００１４】
本発明のガラス体の製造方法によれば、本発明の多重管バーナを用いて、ガラス微粒子を出発部材の外周部および下端部に堆積するから、ガラス体の外径変化を抑制し、同一の製造条件によって、多数の安定した品質のガラス体を連続的に製造することができる。したがって、本発明のガラス体の製造方法で得られたガラス体は、目的とする特性値を示す、安定した品質のものとなる。よって、ガラス体の歩留まりが向上する。さらに、ガラス化前の多孔質ガラス体の製造中に、多孔質ガラス体が崩壊するという不具合も生じなくなる。
【００１５】
以下、図１を用いて具体的な実施例を示し、本発明の効果を明らかにする。
なお、以下に示す実施例をもって本発明が限定されるものでもない。
（実施例１）
円柱形の出発部材を鉛直に懸下し、その軸周りに回転させ、図１に示した多重管バーナ１０から、出発部材の下端部にＳｉＯ_２ガラス微粒子を堆積成長させて、多孔質ガラス体を製造し、高温でガラス化し、ガラス体を１００本連続製造した。このとき、多孔質ガラス体の製造に用いられる各種ガスを、それぞれのガス供給源（図示略）から、それぞれのガス供給口へ供給した。第１の供給口２１にはガラス原料ガスのＳｉＣｌ_４を、流量６．０（ＳＬＭ）で供給し、第２の供給口２２には不活性ガスのアルゴンガスを、流量１．０（ＳＬＭ）で供給し、第３の供給口２３には可燃性ガスの水素ガスを、流量９．０（ＳＬＭ）で供給し、第４の供給口２４には不活性ガスのアルゴンガスを、流量５．０（ＳＬＭ）で供給し、第５の供給口２５には支燃性ガスの酸素ガスを、流量３５．０（ＳＬＭ）で供給した。
また、図１に示した多重管バーナ１０において、第１のノズル１の内径を７．０ｍｍ、第１のノズル１の外径を９．０ｍｍ、第２のノズル２の内径を１６．０ｍｍ、第２のノズル２の外径を１８．０ｍｍ、第３のノズル３の内径を２２．０ｍｍ、第３のノズル３の外径を２４．０ｍｍ、第４のノズル４の内径を２８．０ｍｍ、第４のノズル４の外径を３０．０ｍｍ、第５のノズル５の内径を３４．０ｍｍ、第５のノズル５の外径を３６．０ｍｍとした。
さらに、最外層の第５のノズル５の外周の長手方向中心軸と、第３のノズル３の先端部とのなす角度の最大値を９０°±２．８°とした。
【００１６】
（実施例２）
図１に示した多重管バーナ１０において、最外層の第５のノズル５の外周の長手方向中心軸と、第２のノズル２の外周の長手方向中心軸との距離を０．１８ｍｍとした以外は実施例１と同様にして、ガラス体を１００本連続製造した。
【００１７】
（比較例１）
図１に示した多重管バーナ１０において、最外層の第５のノズル５の外周の長手方向中心軸と、第３のノズル３の先端部とのなす角度の最大値を９０°±３．３°とした以外は実施例１と同様にして、ガラス体を１００本連続製造した。
（比較例２）
図１に示した多重管バーナ１０において、最外層の第５のノズル５の外周の長手方向中心軸と、第２のノズル２の外周の長手方向中心軸との距離を０．３１ｍｍとした以外は実施例１と同様にして、ガラス体を１００本連続製造した。
【００１８】
図４は、実施例１の多重管バーナまたは比較例１の多重管バーナを用いて、ガラス体を１００本連続製造したときの、ガラス体の外径変化を示すグラフである。
図４の結果から、実施例１の多重管バーナを用いてガラス体を１００本製造した場合、１００本目のガラス体の外径は、１本目のガラス体の外径の９７％以上であることが確認された。一方、比較例１の多重管バーナを用いてガラス体を１００本製造した場合、１００本目のガラス体の外径は、１本目のガラス体の外径の９４％以下であることが確認された。また、比較例１のガラス体製造中に、８０本目以降では多孔質ガラス体が壊れることが数回あった。実施例１では壊れることはなかった。
【００１９】
図５は、実施例２の多重管バーナまたは比較例２の多重管バーナを用いて、ガラス体を１００本連続製造したときの、ガラス体の外径変化を示すグラフである。
図５の結果から、実施例２の多重管バーナを用いてガラス体を１００本製造した場合、１００本目のガラス体の外径は、１本目のガラス体の外径の９７％以上であることが確認された。一方、比較例２の多重管バーナを用いてガラス体を１００本製造した場合、１００本目のガラス体の外径は、１本目のガラス体の外径の９５％以下であることが確認された。また、比較例２のガラス体製造中に、９０本目以後では多孔質ガラス体が壊れることが数回あった。実施例２では壊れることはなかった。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多重管バーナによれば、この多重管バーナを用いたガラス体の製造において、その外径変化を抑制し、多数の安定した品質のガラス体を連続的に製造することができる。したがって、この多重管バーナを用いて製造されたガラス体は、良質なものとなる。よって、ガラス体の歩留まりが向上する。
また、本発明のガラス体の製造方法によれば、ガラス体の外径変化を抑制し、同一の製造条件によって、多数の安定した品質のガラス体を連続的に製造することができる。さらに、ガラス体の製造中に、ガラス体が崩壊するという不具合も生じなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多重管バーナの一例を示し、図１（ａ）は多重管バーナの先端部を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ―Ａにおける概略断面図である。
【図２】本発明の多重管バーナの第１の実施形態を説明する概略断面図である。
【図３】本発明の多重管バーナの第２の実施形態を説明する概略断面図である。
【図４】実施例１の多重管バーナまたは比較例１の多重管バーナを用いて、ガラス体を１００本連続製造したときの、ガラス体の外径変化を示すグラフである。
【図５】実施例２の多重管バーナまたは比較例２の多重管バーナを用いて、ガラス体を１００本連続製造したときの、ガラス体の外径変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，３０・・・多重管バーナ、３１・・・内側ノズル、３１ａ，３２ａ・・・外周、３１ｂ・・・内周、３１ｃ・・・先端部、３２・・・最外層ノズル

Claims (3)

1. ガラス体の製造に用いられるガスの噴出口をなす複数のノズルが多重に設けられた多重管バーナにおいて、
   前記多重管バーナの最外層ノズルの外周の長手方向中心軸と、前記多重管バーナを構成する前記最外層ノズル以外のノズルの先端部とのなす角度が９０°±３°以下であることを特徴とする多重管バーナ。
2. ガラス体の製造に用いられるガスの噴出口をなす複数のノズルが多重に設けられた多重管バーナにおいて、
   前記多重管バーナの最外層ノズルの外周の中心軸と、該最外層ノズルよりも内側のノズルの内周または外周の中心軸との距離が０．２０ｍｍ以下であることを特徴とする多重管バーナ。
3. 請求項１または２記載の多重管バーナで合成されたガラス微粒子を出発部材の外周部および下端部に堆積させ、堆積直後もしくは多孔質ガラス体製造後に高温処理し、ガラス体を得ることを特徴とするガラス体の製造方法。

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