JP6826910B2 - 多孔質体合成用多重管バーナー及び多孔質体合成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質体合成用多重管バーナー及び多孔質体合成用多重管バーナーを有する多孔質体合成装置に関する。
近年、光ファイバ用ガラス母材は、生産性を向上させるために大型化が進んでいる。光ファイバ用ガラス母材は、例えば、ＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法やＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法などの周知の方法によって作製される。
例えば、ＶＡＤ法においては、ガラス微粒子合成用バーナーに可燃性ガス、助燃性ガス、ガラス原料を導入して火炎加水分解反応させて生成されるガラス微粒子を、回転するターゲット（出発材）の回転軸方向に堆積させて、光ファイバ用ガラス母材の元となる多孔質母材を製造する。この多孔質母材を製造する際に用いるガラス微粒子合成用バーナーとしては、ガラスを材料とした３重管以上の多重管バーナーを使用することが一般的に知られている（特許文献１参照）。
上述した従来技術による多孔質体合成用多重管バーナーにおいては、複数のガラスチューブが、それぞれのガラスチューブにガスを導入するためのガス導入部分側において、同心円状に互いに接続されている。それぞれのガラスチューブにおけるガス導入部分には、ガスを導入するための枝管が連通されている。このような多孔質体合成用多重管バーナーにおいて、例えば枝管に反応ガスを流すためのチューブを接続することなどに起因して、ガス導入部分に応力が生じる場合がある。ガス導入部分に応力が生じると、応力が生じたガラス管と、応力が生じたガラス管以外の他のガラス管とにおいて、ガス噴出部分の相対位置が変化してしまい、製造する多孔質母材やその製造条件に悪影響を与えてしまう。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、ガス導入部分に応力が生じても、それぞれのガラス管のガス噴出側における相互の相対位置を維持でき、製造する多孔質母材やその製造条件への悪影響を抑制可能な多孔質体合成用多重管バーナー及び多孔質体合成装置を提供することにある。
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る多孔質体合成用多重管バーナーは、長手方向に対して垂直な断面が略円形状のガラス管が３本以上、互いに同心円状に配置された多孔質体合成用多重管バーナーであって、前記３本以上のガラス管のうち、第１ガラス管と、前記第１ガラス管の外周側に設けられる第２ガラス管とが、ガス導入側において互いに接続され、前記第２ガラス管における前記第１ガラス管との接続部の近傍の肉厚が、前記第２ガラス管におけるガス噴出側の肉厚よりも大きいことを特徴とする。
本発明の一態様に係る多孔質体合成用多重管バーナーは、上記の発明において、前記第２ガラス管の外周側に前記第２ガラス管と同心円状に第３ガラス管が設けられ、前記第２ガラス管と前記第３ガラス管とが、ガス導入側において互いに接続され、前記第２ガラス管における、前記第１ガラス管との接続部から前記第３ガラス管との接続部までの肉厚が、前記ガス噴出側の肉厚よりも大きいことを特徴とする。
本発明の一態様に係る多孔質体合成用多重管バーナーは、上記の発明において、前記第２ガラス管における前記第１ガラス管との接続部の近傍の肉厚が、前記ガス噴出側における前記第２ガラス管の肉厚の２倍以上６倍以下であることを特徴とする。
本発明の一態様に係る多孔質体合成用多重管バーナーは、上記の発明において、前記第１ガラス管が中心に配置されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る多孔質体合成装置は、上記の発明による多孔質体合成用多重管バーナーを有することを特徴とする。
本発明に係る多孔質体合成用多重管バーナー及び多孔質体合成装置によれば、第２ガラス管における第１ガラス管との接続部の肉厚を、第２ガラス管におけるガス噴出側の肉厚より大きくしていることにより、第２ガラス管における第１ガラス管との接続部の剛性を上げることができるので、ガス導入側の部分に応力が生じても、それぞれのガラス管のガス噴出側における相互の相対位置を維持でき、製造する多孔質母材やその製造条件への悪影響を抑制することが可能となる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
図１は、本発明の一実施形態による多孔質体合成装置の要部を示す概略図である。図１に示すように、多孔質体合成装置としてのＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）装置１は、多孔質体合成用多重管バーナーとしての多重管バーナー１０を備える。ＶＡＤ装置１においては、ターゲットロッド２の下端に酸化珪素（ＳｉＯ2）を主成分とするガラス微粒子が堆積された多孔質体としての多孔質母材３が合成される。具体的には、ターゲットロッド２を回転させながら引き上げ、かつ多重管バーナー１０から火炎を吹き付けて多孔質母材３を合成する。多重管バーナー１０は、出発材としてのターゲットロッド２に石英系ガラス微粒子を堆積させるため、又は焼き締めを行うための、同心円状の構造を有する。
ＶＡＤ装置１における多重管バーナー１０には、ガス供給部（図示せず）から、例えば四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）などの主原料ガス、可燃ガスである水素（Ｈ2）ガス、助燃性ガスである酸素（Ｏ2）ガス、及びシールガス（緩衝ガス）であるアルゴン（Ａｒ）ガスなどが同時に流される。石英系ガラス微粒子の堆積においては、気化させたＳｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、及びＯ2ガスから構成されるガスが多重管バーナー１０において点火燃焼されつつ供給される。火炎中で加水分解反応されたＳｉＣｌ4は、ガラス微粒子となってターゲットロッド２の回転軸方向に堆積されて、多孔質母材３が形成される。この多孔質母材３は、後に光ファイバとなった際のコア部及びクラッド部の一部になる。
次に、この一実施形態による多重管バーナー１０について説明する。図２は、本発明の一実施形態による多重管バーナー１０を示す側部断面図であり、図３は、図２における囲み部分Ａの拡大断面図である。図４は、多重管バーナー１０のガス噴出側における断面構造を簡略的に示した略線図である。
図２及び図４に示すように、一実施形態による多重管バーナー１０は、長手方向に対して垂直な断面が略円形状の８本のガラス管が、互いに同心円状に配置された８重管構造を有している。８重管構造の多重管バーナー１０は、第１ガラス管としての第１ガラスチューブ１１が中心に設けられている。第１ガラスチューブ１１の外周側には、第２ガラス管としての第２ガラスチューブ１２が互いに同心円状に設けられている。さらに、第２ガラスチューブ１２の外周側には第３ガラス管としての第３ガラスチューブ１３が互いに同心円状に設けられている。同様にして、第４ガラスチューブ１４、第５ガラスチューブ１５、第６ガラスチューブ１６、第７ガラスチューブ１７、及び第８ガラスチューブ１８が順次外周側に向かって、相互に同心円状に設けられている。
図２及び図３に示すように、第１ガラスチューブ１１は、ガス導入側に設けられたガス導入管２１と一体に形成されている。ガス導入管２１には例えばゴムチューブが取り付けられ、ガス供給部（いずれも図示せず）からガスが導入される。導入されたガスは、第１ガラスチューブ１１内を流れて、図面左側のガス噴出側から噴射される。
第２ガラスチューブ１２には、ガス導入側にガス導入枝管２２が連通されて設けられる。ガス導入枝管２２は、長手方向が第２ガラスチューブ１２の長手方向に対して略垂直である。ガス導入枝管２２には例えばゴムチューブが取り付けられ、ガス供給部（いずれも図示せず）からガスが導入される。導入されたガスは、第２ガラスチューブ１２内における第１ガラスチューブ１１との間隙を流れて、図中左側のガス噴出側から噴射される。
また、第２ガラスチューブ１２は、第１ガラスチューブ１１の外周面と、ガス導入側の一端である接続部２２ａの部分で接続されている。この一実施形態においては、第２ガラスチューブ１２における第１ガラスチューブ１１との接続部２２ａの肉厚ｔ1は、第２ガラスチューブのガス噴出側（図２、図３中左側）の肉厚ｔ0より大きくなっている（ｔ0＜ｔ1）。
ここで、本発明者の知見によれば、第１ガラスチューブ１１〜第８ガラスチューブ１８において、ガス導入管２１やガス導入枝管２２に生じる応力によって、第１ガラスチューブ１１と第２ガラスチューブ１２との相互の相対位置が最もずれやすい。後述するように、第１ガラスチューブ１１は、多孔質母材３の主原料ガスを噴出するガラス管であるため、第１ガラスチューブ１１と第２ガラスチューブ１２との相互の相対位置がずれると、製造される多孔質母材３に悪影響が生じる可能性がある。そこで、第２ガラスチューブ１２の接続部２２ａの近傍の肉厚ｔ1は、ガス導入管２１やガス導入枝管２２に応力が生じた場合であっても、第１ガラスチューブ１１と第２ガラスチューブ１２との相互の相対位置が変わらないような剛性を確保できる肉厚が好ましい。本発明者の知見によれば、具体的に接続部２２ａの近傍の肉厚ｔ1は、剛性を確保するために、ガス噴出側の肉厚ｔ0に対して２倍以上６倍以下の厚さ（２ｔ0≦ｔ1≦６ｔ0）とするのが好ましい。
第３ガラスチューブ１３は、第２ガラスチューブ１２の外周面と、ガス導入側の一端である接続部２２ｂの部分で接続されている。この一実施形態においては、第２ガラスチューブ１２における第３ガラスチューブ１３との接続部２２ｂの肉厚は、接続部２２ａの肉厚ｔ1と略同じ肉厚とするのが好ましい。すなわち、第２ガラスチューブ１２において、第１ガラスチューブ１１との接続部２２ａから第３ガラスチューブ１３との接続部２２ｂまでの範囲の肉厚ｔ1を、ガス噴出側の肉厚ｔ0より大きくするのが好ましい。
また、第３ガラスチューブ１３には、ガス導入側にガス導入枝管２３が連通されて設けられる。ガス導入枝管２３は、長手方向が第３ガラスチューブ１３の長手方向に対して略垂直に設けられる。ガス導入枝管２３には例えばゴムチューブが取り付けられ、ガス供給部（いずれも図示せず）からガスが導入される。導入されたガスは、第３ガラスチューブ１３内における第２ガラスチューブ１２との間隙を流れて、図中左側のガス噴出側から噴射される。
図２に示すように、第４ガラスチューブ１４は、第３ガラスチューブ１３の外周面と、ガス導入側の一端の部分で接続されているとともに、ガス導入側に長手方向が第４ガラスチューブ１４の長手方向に垂直なガス導入枝管２４が連通されて設けられる。ガス導入枝管２４には例えばゴムチューブが取り付けられ、ガス供給部（いずれも図示せず）からガスが導入される。導入されたガスは、第４ガラスチューブ１４内における第３ガラスチューブ１３との間隙を流れて、図中左側のガス噴出側から噴射される。
第５ガラスチューブ１５、第６ガラスチューブ１６、第７ガラスチューブ１７、及び第８ガラスチューブ１８においてもそれぞれ、上述した第４ガラスチューブ１４と同様に構成される。すなわち、第５ガラスチューブ１５〜第８ガラスチューブ１８はそれぞれ、ガス導入側の一端において１層内周側のガラスチューブと接続されるとともに、ガス導入枝管２５，２６，２７，２８が連通されて設けられる。
第５ガラスチューブ１５〜第８ガラスチューブ１８におけるガス噴出側の一端は、第１ガラスチューブ１１〜第４ガラスチューブ１４のガス噴出側の一端に対して、所定の長さだけ延伸している。これにより、多重管バーナー１０から噴出されるガスによって火炎が形成される際に、第１ガラスチューブ１１〜第４ガラスチューブ１４が内周側の火炎を形成し、第５ガラスチューブ１５〜第８ガラスチューブ１８が外周側の火炎を形成する。
図４に示すように、中心に設けられた第１ガラスチューブ１１は、第１ポートＰ１を構成する。第１ガラスチューブ１１と第２ガラスチューブ１２との間隙によって、第２ポートＰ２が構成される。第２ガラスチューブ１２と第３ガラスチューブ１３との間隙によって、第３ポートＰ３が構成される。同様に、第３ガラスチューブ１３〜第８ガラスチューブ１８における外周側に向かって隣り合う一対のガラスチューブの間隙によって、それぞれ第４ポートＰ４、第５ポートＰ５、第６ポートＰ６、第７ポートＰ７、及び第８ポートＰ８が構成される。すなわち、ガス導入管２１、及びガス導入枝管２２〜２８はそれぞれ、第１ポートＰ１〜第８ポートＰ８と連通している。
多重管バーナー１０によって火炎を形成する場合、第１ポートＰ１には原料ガス（ＳｉＣｌ4）が流される。なお、必要に応じて可燃性ガスとしてさらにＨ2ガスを流してもよい。第２ポートＰ２には、可燃性ガスのＨ2ガス又はＨ2ガスと原料ガスとの混合ガスが流される。第３ポートＰ３には、シールガスとしてＡｒガスなどの不活性ガスが流される。第４ポートＰ４には、助燃性ガスとしてＯ2ガスが流される。同様に、第５ポートＰ５にはＡｒガス、第６ポートＰ６にはＨ2ガス、第７ポートＰ７にはＡｒガス、第８ポートＰ８にはＯ2ガスが流される。
以上説明した本発明の一実施形態によれば、第２ガラスチューブ１２における第１ガラスチューブ１１との接続部２２ａの肉厚ｔ1を、第２ガラスチューブ１２におけるガス噴出側の肉厚ｔ0より大きくすることにより、接続部２２ａの剛性を向上できる。そのため、ガス導入管２１やガス導入枝管２２などの部分に応力が生じても、ガス噴出側において、最もずれやすい第１ガラスチューブ１１と第２ガラスチューブ１２との相互の相対位置を維持できる。これにより、ガス噴出側における第１ガラスチューブ１１〜第８ガラスチューブ１８の相互の相対位置を維持できるので、製造する多孔質母材３やその製造条件への悪影響を抑制して、多孔質母材３をばらつきなく安定して製造できる。さらに、多重管バーナー１０のセッティング時における再現性を向上できるので、バーナーを交換した後の立上げを早くすることが可能になり、多孔質母材３の生産性を向上できる。
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
また、本発明による多孔質体合成装置としてＶＡＤ装置を例に説明したが、必ずしもＶＡＤ装置に限定されるものではなく、多孔質体合成装置として、本発明による多孔質体合成用多重管バーナーを利用可能なその他の公知の合成装置（例えば、ＯＶＤ装置等）を採用することが可能である。
上述の一実施形態においては、ガラス原料としてＳｉＣｌ4を用いた例を示したが、ガラス原料として例えばＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨＣｌ2などを用いてもよいし、ドーパントとしてのＧｅ原料として、ＧｅＣｌ4をさらに用いてもよい。また、可燃性ガスとしては、Ｈ2以外にも例えば、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10などの短鎖炭化水素等を用いてもよい。
上述の一実施形態においては、多重管バーナー１０は８本のガラス管からなる８重管構造を有しているが、ガラス管の本数は８本に限定されるものではなく、３本以上の必要な本数のガラス管からなる多重管構造とすることができる。
上述の一実施形態においては、第２ガラスチューブ１２における第１ガラスチューブ１１との接続部２２ａの肉厚ｔ1を、第２ガラスチューブ１２におけるガス噴出側の肉厚ｔ0より大きくしているが、さらに、第２ガラス管としての第ｎガラスチューブにおける第１ガラス管としての第（ｎ−１）ガラスチューブとの接続部（ｎは、３以上の整数）の肉厚を、第ｎガラスチューブのガス噴出側の肉厚より大きい構成にしてもよい。
１ ＶＡＤ装置
２ ターゲットロッド
３ 多孔質母材（多孔質体）
１０ 多重管バーナー
１１ 第１ガラスチューブ
１２ 第２ガラスチューブ
１３ 第３ガラスチューブ
１４ 第４ガラスチューブ
１５ 第５ガラスチューブ
１６ 第６ガラスチューブ
１７ 第７ガラスチューブ
１８ 第８ガラスチューブ
２１ ガス導入管
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ ガス導入枝管
２２ａ，２２ｂ 接続部
２ ターゲットロッド
３ 多孔質母材（多孔質体）
１０ 多重管バーナー
１１ 第１ガラスチューブ
１２ 第２ガラスチューブ
１３ 第３ガラスチューブ
１４ 第４ガラスチューブ
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１６ 第６ガラスチューブ
１７ 第７ガラスチューブ
１８ 第８ガラスチューブ
２１ ガス導入管
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ ガス導入枝管
２２ａ，２２ｂ 接続部
Claims (5)
- 長手方向に対して垂直な断面が略円形状のガラス管が３本以上、互いに同心円状に配置された多孔質体合成用多重管バーナーであって、
前記３本以上のガラス管のうち、第１ガラス管と、前記第１ガラス管の外周側に設けられる第２ガラス管とが、ガス導入側において互いに接続され、
前記第２ガラス管における前記第１ガラス管との接続部の近傍の肉厚が、前記第２ガラス管におけるガス噴出側を含む前記第１ガラス管との接続部の近傍以外の肉厚よりも大きく、
前記第２ガラス管の外周側に前記第２ガラス管と同心円状に第３ガラス管が設けられ、前記第２ガラス管と前記第３ガラス管とが、ガス導入側において互いに接続され、前記第２ガラス管における、前記第１ガラス管との接続部から前記第３ガラス管との接続部までの肉厚が、前記ガス噴出側の肉厚よりも大きい
ことを特徴とする多孔質体合成用多重管バーナー。 - 前記第２ガラス管における前記第１ガラス管との接続部の近傍の肉厚が、前記ガス噴出側における前記第２ガラス管の肉厚の２倍以上６倍以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の多孔質体合成用多重管バーナー。 - 前記第１ガラス管が中心に配置されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多孔質体合成用多重管バーナー。 - 前記第２ガラス管としての第ｎガラスチューブ（ｎは、３以上の整数）における前記第１ガラス管としての第（ｎ−１）ガラスチューブ（ｎは、３以上の整数）との接続部の肉厚が、前記第ｎガラスチューブのガス噴出側の肉厚より大きい
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多孔質体合成用多重管バーナー。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の多孔質体合成用多重管バーナーを有する
ことを特徴とする多孔質体合成装置。
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