JPH0672026B2 - 光ファイバ母材製造用バーナ - Google Patents
光ファイバ母材製造用バーナInfo
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- JPH0672026B2 JPH0672026B2 JP10745591A JP10745591A JPH0672026B2 JP H0672026 B2 JPH0672026 B2 JP H0672026B2 JP 10745591 A JP10745591 A JP 10745591A JP 10745591 A JP10745591 A JP 10745591A JP H0672026 B2 JPH0672026 B2 JP H0672026B2
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
- C03B37/01413—Reactant delivery systems
- C03B37/0142—Reactant deposition burners
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2207/00—Glass deposition burners
- C03B2207/04—Multi-nested ports
- C03B2207/06—Concentric circular ports
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2207/00—Glass deposition burners
- C03B2207/04—Multi-nested ports
- C03B2207/08—Recessed or protruding ports
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03B2207/00—Glass deposition burners
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- C03B2207/24—Multiple flame type, e.g. double-concentric flame
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- C03B2207/26—Multiple ports for glass precursor
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- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大形の光ファイバ母材
を効率良く安定に高速度で製造する光ファイバ母材製造
用バーナに関するものである。
を効率良く安定に高速度で製造する光ファイバ母材製造
用バーナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、光ファイバ母材を製造する方法と
しては、MCVD法(Modified Chemic
al Vapor Deposition),OVD法
(Outside Vapor Depositio
n),VAD法(Vapor−phase Axial
Deposition)等がある。現在、産業界にお
ける関心事はこれらの方法で得られる特性の優れた光フ
ァイバをいかに経済的に、すなわち短時間のうちに大量
に製造して光ファイバの価格を低減化するかにある。特
に、大形の母材を高速度で製造することは、光ファイバ
の経済化に対して効果が大きいので期待されている。
しては、MCVD法(Modified Chemic
al Vapor Deposition),OVD法
(Outside Vapor Depositio
n),VAD法(Vapor−phase Axial
Deposition)等がある。現在、産業界にお
ける関心事はこれらの方法で得られる特性の優れた光フ
ァイバをいかに経済的に、すなわち短時間のうちに大量
に製造して光ファイバの価格を低減化するかにある。特
に、大形の母材を高速度で製造することは、光ファイバ
の経済化に対して効果が大きいので期待されている。
【0003】従来VAD法における高速合成法として、
バーナを多段にすることあるいは単一バーナで改良を加
えることが検討されてきた。多段バーナでは、多孔質母
材成長端周囲にバーナを複数個設置するのでバーナ本数
を増すに従い合成速度は向上する。しかし、各バーナ火
炎の干渉により、特性、安定性および再現性の点で単一
バーナの場合に比較して劣っている。単一バーナの場合
には、多孔質母材を高速に合成するためにガラス原料を
より多く供給しなければならず、ガラス原料供給量を増
加するに従い未反応ガラス原料の増大、火炎流の乱れを
生じ、合成収率が低下するという問題があった。
バーナを多段にすることあるいは単一バーナで改良を加
えることが検討されてきた。多段バーナでは、多孔質母
材成長端周囲にバーナを複数個設置するのでバーナ本数
を増すに従い合成速度は向上する。しかし、各バーナ火
炎の干渉により、特性、安定性および再現性の点で単一
バーナの場合に比較して劣っている。単一バーナの場合
には、多孔質母材を高速に合成するためにガラス原料を
より多く供給しなければならず、ガラス原料供給量を増
加するに従い未反応ガラス原料の増大、火炎流の乱れを
生じ、合成収率が低下するという問題があった。
【0004】さらに、高速で太い多孔質母材を製造する
ために流速に着目してその最適化を図る試みがなされた
が(H.Sudaらによる“Fine Glass P
article−Deposition Mechan
ism in the VAD Process”,F
iber and IntegratedOptic
s,Vol.4,No.4,pp.427−437)、
その場合には、収率が悪い状態でしか実現できず、多孔
質母材の製造方法としては適していなかった。
ために流速に着目してその最適化を図る試みがなされた
が(H.Sudaらによる“Fine Glass P
article−Deposition Mechan
ism in the VAD Process”,F
iber and IntegratedOptic
s,Vol.4,No.4,pp.427−437)、
その場合には、収率が悪い状態でしか実現できず、多孔
質母材の製造方法としては適していなかった。
【0005】VAD法において、大形の母材を高速に合
成するためには、供給するガラス原料の量を増大させる
必要があった。そこで、ガラス原料の反応効率等を改善
させるために、火炎を多重化することが考えられてい
る。すなわち、火炎を多重にし、その内側火炎を退行さ
せることにより実効火炎長を増加させてガラス微粒子粒
径を制御するバーナが特願昭58−219380号の
「ガラス微粒子合成用バーナ」において提案されてい
る。
成するためには、供給するガラス原料の量を増大させる
必要があった。そこで、ガラス原料の反応効率等を改善
させるために、火炎を多重化することが考えられてい
る。すなわち、火炎を多重にし、その内側火炎を退行さ
せることにより実効火炎長を増加させてガラス微粒子粒
径を制御するバーナが特願昭58−219380号の
「ガラス微粒子合成用バーナ」において提案されてい
る。
【0006】このような多重火炎バーナのひとつとして
の二重火炎バーナの構造を図1に示す。図1において、
1は内側火炎用ガラス原料供給口、2は内側火炎用ガラ
ス原料供給口1の周囲に配置した内側火炎用燃焼ガス供
給口、3は内側火炎用燃焼ガス供給口2の周囲に配置し
た外側火炎用ガラス原料供給口、4は外側火炎用ガラス
原料供給口3の周囲に配置した外側火炎用燃焼ガス供給
口である。5は内側火炎用ノズル、6は外側火炎用ノズ
ルであり、内側火炎用ノズル5と外側火炎用ノズル6と
は独立している。7は内側火炎8内で反応しているガラ
ス原料層、9は外側火炎、10は生成されたガラス微粒
子、11は成長しつつある多孔質母材を示している。a
は内側火炎の火炎長、bは内側および外側火炎から成る
二重火炎の火炎長を示す。ここで、内側火炎用ノズル5
を外側火炎用ノズル6より引込めて配置可能とすること
により、内側火炎8が外側火炎9より距離lだけ退行可
能なように構成し、退行距離lをガラス原料の供給量に
応じて調節できるようにしてある。
の二重火炎バーナの構造を図1に示す。図1において、
1は内側火炎用ガラス原料供給口、2は内側火炎用ガラ
ス原料供給口1の周囲に配置した内側火炎用燃焼ガス供
給口、3は内側火炎用燃焼ガス供給口2の周囲に配置し
た外側火炎用ガラス原料供給口、4は外側火炎用ガラス
原料供給口3の周囲に配置した外側火炎用燃焼ガス供給
口である。5は内側火炎用ノズル、6は外側火炎用ノズ
ルであり、内側火炎用ノズル5と外側火炎用ノズル6と
は独立している。7は内側火炎8内で反応しているガラ
ス原料層、9は外側火炎、10は生成されたガラス微粒
子、11は成長しつつある多孔質母材を示している。a
は内側火炎の火炎長、bは内側および外側火炎から成る
二重火炎の火炎長を示す。ここで、内側火炎用ノズル5
を外側火炎用ノズル6より引込めて配置可能とすること
により、内側火炎8が外側火炎9より距離lだけ退行可
能なように構成し、退行距離lをガラス原料の供給量に
応じて調節できるようにしてある。
【0007】火炎を2重化した場合には、外側火炎によ
る火炎長の増加によってガラス微粒子堆積量が増加す
る。換言すると、火炎の2重化により、ガラス微粒子堆
積速度が増加する。特に、ガラス原料の供給量が多いほ
ど二重火炎の効果は大きい。
る火炎長の増加によってガラス微粒子堆積量が増加す
る。換言すると、火炎の2重化により、ガラス微粒子堆
積速度が増加する。特に、ガラス原料の供給量が多いほ
ど二重火炎の効果は大きい。
【0008】これは、火炎が長くなるのでガラス原料の
分解が促進され、これがため、ガラス微粒子の火炎中で
の滞留時間が長くなって、生成されるガラス微粒子の粒
径が大きくなるためと考えられている。
分解が促進され、これがため、ガラス微粒子の火炎中で
の滞留時間が長くなって、生成されるガラス微粒子の粒
径が大きくなるためと考えられている。
【0009】次に、図2は、2重火炎バーナによる火炎
内滞留時間とガラス微粒子比表面積およびガラス微粒子
粒径との関係を示すグラフである。図2から明らかなよ
うに、ガラス微粒子の火炎内滞留時間が長くなるに従っ
て、ガラス微粒子比表面積は小さくなり、逆にガラス微
粒子粒径は大きくなる。そこで火炎長を長くとることに
より、ガラス微粒子火炎内滞留時間を長くすることがで
き、その結果、ガラス微粒子粒径を大きくすることがで
きることが見出された。
内滞留時間とガラス微粒子比表面積およびガラス微粒子
粒径との関係を示すグラフである。図2から明らかなよ
うに、ガラス微粒子の火炎内滞留時間が長くなるに従っ
て、ガラス微粒子比表面積は小さくなり、逆にガラス微
粒子粒径は大きくなる。そこで火炎長を長くとることに
より、ガラス微粒子火炎内滞留時間を長くすることがで
き、その結果、ガラス微粒子粒径を大きくすることがで
きることが見出された。
【0010】すなわち、2重火炎バーナを用いて内側ノ
ズルを退行させることにより、ガラス微粒子粒径を増大
させ、それによって微粒子の大径化と堆積速度の向上を
図り、光ファイバ母材合成速度の高速化を達成すること
ができると考えられていた。
ズルを退行させることにより、ガラス微粒子粒径を増大
させ、それによって微粒子の大径化と堆積速度の向上を
図り、光ファイバ母材合成速度の高速化を達成すること
ができると考えられていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように、多重火炎
バーナにおいてはガラス微粒子粒径制御の効果は確認さ
れているが、ガラス原料反応効率の増大に関しては、十
分な結果が得られていない。さらに、実際の母材作製に
あたっては、火炎温度不均一による成長不安定性(多孔
質母材の割れ、多孔質母材成長面形状の乱れ)や屈折率
分布の非制御性等の欠点があり、多孔質母材を作製する
際の各種ガスの供給条件によっては、多孔質母材の成長
が極めて遅くなったり不安定になることがあり、再現性
よく母材を製造するための条件を把握して基本的な製造
方法を確立することが重要な課題となっている。
バーナにおいてはガラス微粒子粒径制御の効果は確認さ
れているが、ガラス原料反応効率の増大に関しては、十
分な結果が得られていない。さらに、実際の母材作製に
あたっては、火炎温度不均一による成長不安定性(多孔
質母材の割れ、多孔質母材成長面形状の乱れ)や屈折率
分布の非制御性等の欠点があり、多孔質母材を作製する
際の各種ガスの供給条件によっては、多孔質母材の成長
が極めて遅くなったり不安定になることがあり、再現性
よく母材を製造するための条件を把握して基本的な製造
方法を確立することが重要な課題となっている。
【0012】本発明の目的は、大形の多孔質母材を高速
度で、しかも安定にかつ再現性よく製造する光ファイバ
母材の製造方法を実施するのに好適な光ファイバ母材製
造用バーナを提供することにある。
度で、しかも安定にかつ再現性よく製造する光ファイバ
母材の製造方法を実施するのに好適な光ファイバ母材製
造用バーナを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、火炎内でガラス原料を分解してガラス
微粒子を形成する光ファイバ母材製造用バーナにおい
て、前記ガラス原料を供給する原料供給用ノズルと、該
原料供給用ノズルのまわりに順次に配置され、それぞ
れ、個別の火炎流を順次に形成する複数の火炎形成用ノ
ズルと、前記複数の火炎形成用ノズルの間に配置され、
ガラス原料または不活性ガスを供給する外側供給用ノズ
ルとを具え、前記複数の火炎形成用ノズルのうち、一の
ノズルの開口部を当該一のノズルより外側の火炎形成用
ノズルの開口部より上流側に配置し、前記火炎形成用ノ
ズルの各々は可燃性ガス供給用ノズルおよび支燃性ガス
供給用ノズルを有し、前記原料供給用ノズルおよび前記
外側供給用ノズルの各々の開口部を、該各々の開口部よ
りも外側に配置された前記火炎形成用ノズルにおける前
記可燃性ガス供給用ノズルおよび前記支燃性ガス供給用
ノズルの開口部よりも上流側に配設し、前記一の火炎形
成用ノズルの開口部と前記一のノズルより外側の火炎形
成用ノズルの開口部との長さ方向の間隔を調節可能にし
たことを特徴とする。
めに、本発明は、火炎内でガラス原料を分解してガラス
微粒子を形成する光ファイバ母材製造用バーナにおい
て、前記ガラス原料を供給する原料供給用ノズルと、該
原料供給用ノズルのまわりに順次に配置され、それぞ
れ、個別の火炎流を順次に形成する複数の火炎形成用ノ
ズルと、前記複数の火炎形成用ノズルの間に配置され、
ガラス原料または不活性ガスを供給する外側供給用ノズ
ルとを具え、前記複数の火炎形成用ノズルのうち、一の
ノズルの開口部を当該一のノズルより外側の火炎形成用
ノズルの開口部より上流側に配置し、前記火炎形成用ノ
ズルの各々は可燃性ガス供給用ノズルおよび支燃性ガス
供給用ノズルを有し、前記原料供給用ノズルおよび前記
外側供給用ノズルの各々の開口部を、該各々の開口部よ
りも外側に配置された前記火炎形成用ノズルにおける前
記可燃性ガス供給用ノズルおよび前記支燃性ガス供給用
ノズルの開口部よりも上流側に配設し、前記一の火炎形
成用ノズルの開口部と前記一のノズルより外側の火炎形
成用ノズルの開口部との長さ方向の間隔を調節可能にし
たことを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明によれば、火炎を多重化し、その各々の
火炎の火炎流速を相等しくするなど最適に定め、しかも
内側火炎を外側火炎よりも退行させることにより、大形
母材を高速にかつ安定に製造することができる。
火炎の火炎流速を相等しくするなど最適に定め、しかも
内側火炎を外側火炎よりも退行させることにより、大形
母材を高速にかつ安定に製造することができる。
【0015】
【実施例】以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
る。
【0016】まず、燃焼ガスの流速と多孔質母材の成長
安定性について堆積実験を行った。この実験では、図1
に示したような同心円状の多重火炎ノズルにより構成さ
れた二重火炎構造のバーナを使用し、図3に示すように
退行距離lを60mmとし、外側火炎流の流速Vo、内側
火炎流の流速Viおよび原料流の流速Vmの関係を調べ
た。
安定性について堆積実験を行った。この実験では、図1
に示したような同心円状の多重火炎ノズルにより構成さ
れた二重火炎構造のバーナを使用し、図3に示すように
退行距離lを60mmとし、外側火炎流の流速Vo、内側
火炎流の流速Viおよび原料流の流速Vmの関係を調べ
た。
【0017】外側火炎の火炎流速は火炎流レイノルズ数
等を考慮に入れて、安定した火炎が得られる2m/se
cとした。ここで、火炎流速とは、支配的に火炎を構成
する水素ガスおよび酸素ガスの各流量を各ガスの吹き出
すノズルの断面積で除したものである。バーナ位置は通
常の母材作製における位置に設定した。ガラス微粒子堆
積量は擬似母材を用いているため擬似母材依存性がある
ので、任意目盛とした。
等を考慮に入れて、安定した火炎が得られる2m/se
cとした。ここで、火炎流速とは、支配的に火炎を構成
する水素ガスおよび酸素ガスの各流量を各ガスの吹き出
すノズルの断面積で除したものである。バーナ位置は通
常の母材作製における位置に設定した。ガラス微粒子堆
積量は擬似母材を用いているため擬似母材依存性がある
ので、任意目盛とした。
【0018】ガラス原料としての四塩化ケイ素(SiC
l4 )をアルゴンガスをキャリアとして流速0.7m/
secで内側火炎中心層に2200cc/minで供給
し、内側火炎の火炎流流速Viを変化させてガラス微粒
子堆積量を測定した。火炎流速は酸素ガスおよび水素ガ
スの流速を同じ割合で変化させることにより調節した。
l4 )をアルゴンガスをキャリアとして流速0.7m/
secで内側火炎中心層に2200cc/minで供給
し、内側火炎の火炎流流速Viを変化させてガラス微粒
子堆積量を測定した。火炎流速は酸素ガスおよび水素ガ
スの流速を同じ割合で変化させることにより調節した。
【0019】その結果を図4に示す。内側火炎流流速V
iを増加するにつれ、2重火炎としての効果が生じ、ガ
ラス微粒子堆積量は増加し、
iを増加するにつれ、2重火炎としての効果が生じ、ガ
ラス微粒子堆積量は増加し、
【0020】
【数1】
【0021】のときに最大値をとり、最も好適であっ
た。内側火炎流流速Viをさらに増加すると、内側火炎
が外側火炎を乱しはじめ、安定な火炎が得られなくなり
母材表面温度が不均一になると共にガラス微粒子堆積速
度は減少する。特に内側火炎流流速Viが5m/sec
(2.5Vo相当)付近を越えると安定した成長面は得
られなくなった。
た。内側火炎流流速Viをさらに増加すると、内側火炎
が外側火炎を乱しはじめ、安定な火炎が得られなくなり
母材表面温度が不均一になると共にガラス微粒子堆積速
度は減少する。特に内側火炎流流速Viが5m/sec
(2.5Vo相当)付近を越えると安定した成長面は得
られなくなった。
【0022】他方、内側火炎流流速Viを低下させてい
くと、Viが0.2m/sec(0.1Vo相当)近傍
以下では、バーナとして機能しなくなり、やはり安定し
た成長面が得られなくなった。
くと、Viが0.2m/sec(0.1Vo相当)近傍
以下では、バーナとして機能しなくなり、やはり安定し
た成長面が得られなくなった。
【0023】次に、キャリアガスの流量を調節すること
によって内側火炎に供給するガラス原料層の流速Vmを
変化させて、堆積したガラス微粒子の重量を測定するこ
とにより、ガラス原料の流量に対するガラス原料収率を
求めた結果を図5に示す。
によって内側火炎に供給するガラス原料層の流速Vmを
変化させて、堆積したガラス微粒子の重量を測定するこ
とにより、ガラス原料の流量に対するガラス原料収率を
求めた結果を図5に示す。
【0024】図5からわかるように、ガラス原料層流速
Vmが0.5Vo=1m/sec近傍を越えるあたりか
ら収率は急激に低下し、VmがVo=2m/sec近傍
を越えると、ガラス原料は火炎とほとんど反応せず、安
定した成長は見られず、多孔質母材を安定に成長させる
には、バーナにおけるVmとVoに関してはVm≦Vo
とすることが必要であることがわかった。
Vmが0.5Vo=1m/sec近傍を越えるあたりか
ら収率は急激に低下し、VmがVo=2m/sec近傍
を越えると、ガラス原料は火炎とほとんど反応せず、安
定した成長は見られず、多孔質母材を安定に成長させる
には、バーナにおけるVmとVoに関してはVm≦Vo
とすることが必要であることがわかった。
【0025】以上から、高速で安定した母材の成長を得
るためには、内側火炎流の流速Voとしては、0.1V
o≦Vi≦2.5Voの範囲にあり、かつVm≦Voで
あることが好ましく、特にVo=Vi≧Vmが最も好ま
しいことがわかる。
るためには、内側火炎流の流速Voとしては、0.1V
o≦Vi≦2.5Voの範囲にあり、かつVm≦Voで
あることが好ましく、特にVo=Vi≧Vmが最も好ま
しいことがわかる。
【0026】なお、上述の実験ではVo=2m/sec
として、ViおよびVmとVoとの関係を調べたが、V
oの設定は多孔質母材の成長部付近で乱流が生じない範
囲で変化させることができる。Voは作製しようとする
多孔質母材の径および母材形状によって異なり、通常は
0.5〜5m/secの範囲に定める。この範囲で上述
と同様の傾向が得られた。
として、ViおよびVmとVoとの関係を調べたが、V
oの設定は多孔質母材の成長部付近で乱流が生じない範
囲で変化させることができる。Voは作製しようとする
多孔質母材の径および母材形状によって異なり、通常は
0.5〜5m/secの範囲に定める。この範囲で上述
と同様の傾向が得られた。
【0027】さらに、外側にもう1組の火炎を構成した
3重火炎について、同様な検討を行った。最も内側の1
重目火炎の流速Viと最も外側の3重目火炎の流速Vo
(2)との関係を図6に示す。ここで、2重目火炎の流
速をVo(1)として、Vo(1)=Vo(2),Vo
(1)=0.2Vo(2)の場合を図示した。3重火炎
においても、同様の関係があることがわかった。特にV
o(1)=0.2Vo(2)の場合が示すように流速の
異なる火炎が形成されている場合、安定成長する範囲が
狭くなると共に、ガラス微粒子堆積量も全体に低下する
傾向がみられた。
3重火炎について、同様な検討を行った。最も内側の1
重目火炎の流速Viと最も外側の3重目火炎の流速Vo
(2)との関係を図6に示す。ここで、2重目火炎の流
速をVo(1)として、Vo(1)=Vo(2),Vo
(1)=0.2Vo(2)の場合を図示した。3重火炎
においても、同様の関係があることがわかった。特にV
o(1)=0.2Vo(2)の場合が示すように流速の
異なる火炎が形成されている場合、安定成長する範囲が
狭くなると共に、ガラス微粒子堆積量も全体に低下する
傾向がみられた。
【0028】このように、本発明は2重火炎や3重火炎
のみならず一般的に多重火炎にも適用され、その各々の
流速について、第k番目の火炎の流速Vk と第(k+
1)番目の火炎の流速Vk+1 とに着目したときに両流速
間に なる条件を満足させることによって、多孔質母材を高速
で、しかも安定かつ再現性よく成長させることができ
る。
のみならず一般的に多重火炎にも適用され、その各々の
流速について、第k番目の火炎の流速Vk と第(k+
1)番目の火炎の流速Vk+1 とに着目したときに両流速
間に なる条件を満足させることによって、多孔質母材を高速
で、しかも安定かつ再現性よく成長させることができ
る。
【0029】内側火炎あるいは外側火炎部における流速
の調整は、バーナ寸法およびノズル間隙を調整すると共
に、酸素ガスおよび水素ガスの双方あるいは一方の流量
を調整することにより実現できる。
の調整は、バーナ寸法およびノズル間隙を調整すると共
に、酸素ガスおよび水素ガスの双方あるいは一方の流量
を調整することにより実現できる。
【0030】次に、上述した火炎流の好適な流速の状態
における内側火炎の退行距離lの決定について図7を参
照して説明する。図7はバーナの軸方向における火炎温
度分布を内側および外側火炎と対比して示す。ここで、
Tcはガラス原料の反応下限を示す温度であり、この温
度Tc以下ではガラス原料が反応しないでそのままの状
態にある。
における内側火炎の退行距離lの決定について図7を参
照して説明する。図7はバーナの軸方向における火炎温
度分布を内側および外側火炎と対比して示す。ここで、
Tcはガラス原料の反応下限を示す温度であり、この温
度Tc以下ではガラス原料が反応しないでそのままの状
態にある。
【0031】図7に示す退行距離l1の状態(A)では
内側火炎8の下流端と外側火炎9の上流端とが実質的に
連続しており、火炎温度は下限温度Tcより高い温度で
連続している。ここで、連続とは、火炎温度が常に下限
温度Tcより高い状態にあることを意味する。退行距離
lを大きくしてl2にした状態(B)では、内側火炎8
と外側火炎9とが分離してしまう。そこで、退行距離l
は、上述したように定めた好適なVo, ViおよびVm
の条件の下で、内側火炎8と外側火炎9とが実質的に連
続するように定める。しかも、退行距離lは、このよう
に定められる範囲内でなるべく長くすることによって火
炎長が長くなるので、ガラス微粒子の堆積効率を高める
ことができる。
内側火炎8の下流端と外側火炎9の上流端とが実質的に
連続しており、火炎温度は下限温度Tcより高い温度で
連続している。ここで、連続とは、火炎温度が常に下限
温度Tcより高い状態にあることを意味する。退行距離
lを大きくしてl2にした状態(B)では、内側火炎8
と外側火炎9とが分離してしまう。そこで、退行距離l
は、上述したように定めた好適なVo, ViおよびVm
の条件の下で、内側火炎8と外側火炎9とが実質的に連
続するように定める。しかも、退行距離lは、このよう
に定められる範囲内でなるべく長くすることによって火
炎長が長くなるので、ガラス微粒子の堆積効率を高める
ことができる。
【0032】このような流速条件下における2重火炎の
効果を図8に示す。図8は2重火炎化した場合としない
場合のガラス原料としてのSiCl4 供給量とガラス微
粒子体積量との関係を、直径150mmの擬似母材にS
iO2 を堆積させたときの堆積速度をガラス原料である
SiCl4 の供給量に対して示している。ここで、実線
が2重火炎化した場合、破線が内側火炎単独の場合であ
る。
効果を図8に示す。図8は2重火炎化した場合としない
場合のガラス原料としてのSiCl4 供給量とガラス微
粒子体積量との関係を、直径150mmの擬似母材にS
iO2 を堆積させたときの堆積速度をガラス原料である
SiCl4 の供給量に対して示している。ここで、実線
が2重火炎化した場合、破線が内側火炎単独の場合であ
る。
【0033】ここで、SiCl4 の供給量を5000c
c/minとすると、2重火炎バーナでは5g/min
の堆積速度が得られ、収率は60〜70%であった。
c/minとすると、2重火炎バーナでは5g/min
の堆積速度が得られ、収率は60〜70%であった。
【0034】次に本発明の実施例について述べる。
【0035】図9に本発明のガラス微粒子合成用バーナ
の一実施例を示す。ここで、21はガラス原料供給用ノ
ズル、22はH2 やプロパン,ブタンなどの炭化水素系
燃料などの可燃性ガス供給用ノズル、23はAr,H
e,N2 などの不活性ガス供給用ノズル、24はO2 な
どの支燃性ガス供給用ノズル、25は不活性ガス供給用
ノズルである。これらノズル22〜25をノズル21の
まわりにこの順序で同心円状に配置して内側多重ノズル
となし、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより内側火炎を
形成する。さらに、26は外側ガラス原料(または不活
性ガス)供給用ノズル、27は可燃性ガス供給用ノズ
ル、28は不活性ガス供給用ノズル、29は支燃性ガス
供給用ノズルであり、これらノズル26〜29をノズル
25のまわりにこの順序で同心円状に配置して外側多重
ノズルとなし、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより外側
火炎を形成する。ここで、内側多重ノズルを外側多重ノ
ズルよりも距離lだけ退行させる。30は外側多重ノズ
ルのまわりに配置したフードである。
の一実施例を示す。ここで、21はガラス原料供給用ノ
ズル、22はH2 やプロパン,ブタンなどの炭化水素系
燃料などの可燃性ガス供給用ノズル、23はAr,H
e,N2 などの不活性ガス供給用ノズル、24はO2 な
どの支燃性ガス供給用ノズル、25は不活性ガス供給用
ノズルである。これらノズル22〜25をノズル21の
まわりにこの順序で同心円状に配置して内側多重ノズル
となし、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより内側火炎を
形成する。さらに、26は外側ガラス原料(または不活
性ガス)供給用ノズル、27は可燃性ガス供給用ノズ
ル、28は不活性ガス供給用ノズル、29は支燃性ガス
供給用ノズルであり、これらノズル26〜29をノズル
25のまわりにこの順序で同心円状に配置して外側多重
ノズルとなし、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより外側
火炎を形成する。ここで、内側多重ノズルを外側多重ノ
ズルよりも距離lだけ退行させる。30は外側多重ノズ
ルのまわりに配置したフードである。
【0036】ここで、ガラス原料供給用ノズル21と、
外側ガラス原料供給用ノズル26はそれぞれ、その外側
にある各組の可燃性ガス供給用ノズルおよび支燃性ガス
供給用ノズルに対してガス流の上流側に開口部を有する
ように配置する。これは塩化物等の形で供給されるガラ
ス原料が火炎中で分解されてガラス微粒子となったとき
に、そのガラス微粒子が原料供給用ノズルの先端に付着
することを防止するためである。すなわち、ガラス微粒
子がノズル先端に付着すると合成条件が経時的に変化し
てしまうからである。
外側ガラス原料供給用ノズル26はそれぞれ、その外側
にある各組の可燃性ガス供給用ノズルおよび支燃性ガス
供給用ノズルに対してガス流の上流側に開口部を有する
ように配置する。これは塩化物等の形で供給されるガラ
ス原料が火炎中で分解されてガラス微粒子となったとき
に、そのガラス微粒子が原料供給用ノズルの先端に付着
することを防止するためである。すなわち、ガラス微粒
子がノズル先端に付着すると合成条件が経時的に変化し
てしまうからである。
【0037】また、各ノズルの先端は図9に示したよう
に片刃状に加工されていることが望ましい。厚みのある
部材で作られ、直角に切断された端部を有するノズルを
用いた場合には、その端部でガス流の乱れを生じ、ガラ
ス微粒子のノズル先端への付着等の問題を生ずるからで
ある。なお、各組のノズルにおいて可燃性ガスと支燃性
ガスの供給場所を入れ換えてもバーナの特性に大きな変
化はない。
に片刃状に加工されていることが望ましい。厚みのある
部材で作られ、直角に切断された端部を有するノズルを
用いた場合には、その端部でガス流の乱れを生じ、ガラ
ス微粒子のノズル先端への付着等の問題を生ずるからで
ある。なお、各組のノズルにおいて可燃性ガスと支燃性
ガスの供給場所を入れ換えてもバーナの特性に大きな変
化はない。
【0038】次に図9に示す本発明2重火炎バーナにお
いてバーナ外径53mm, 退行距離l=60mmとし、
この本発明バーナを用いて多孔質母材の作製を行った実
施例を示す。
いてバーナ外径53mm, 退行距離l=60mmとし、
この本発明バーナを用いて多孔質母材の作製を行った実
施例を示す。
【0039】実施例1 実施例1はSiO2 のみから成る多孔質母材の製造に関
するものであり、多重火炎バーナとして、上述の流速モ
デル実験で使用した同心円状多重ノズル構造の2重火炎
バーナを使用した。
するものであり、多重火炎バーナとして、上述の流速モ
デル実験で使用した同心円状多重ノズル構造の2重火炎
バーナを使用した。
【0040】図9に示す2重火炎バーナにおいて、外側
火炎流流速、内側火炎流流速および原料層流速を、それ
ぞれ、2.1m/sec,2.1m/secおよび0.
7m/secとした。原料供給用ノズルにはアルゴンガ
スをキャリアとして四塩化ケイ素2200cc/min
を供給した。母材合成速度は3.5g/min、ガラス
原料収率は65%であった。母材成長は非常に安定であ
り、10時間で直径120mmで有効長800mmの大
形多孔質母材が得られた。10時間という長時間の母材
作製においても成長面の形状などは変化せず、安定な成
長がなされた。
火炎流流速、内側火炎流流速および原料層流速を、それ
ぞれ、2.1m/sec,2.1m/secおよび0.
7m/secとした。原料供給用ノズルにはアルゴンガ
スをキャリアとして四塩化ケイ素2200cc/min
を供給した。母材合成速度は3.5g/min、ガラス
原料収率は65%であった。母材成長は非常に安定であ
り、10時間で直径120mmで有効長800mmの大
形多孔質母材が得られた。10時間という長時間の母材
作製においても成長面の形状などは変化せず、安定な成
長がなされた。
【0041】実施例2 実施例2はGeO2 を添加した屈折率分布を有する母材
用の多孔質母材の製造方法の実施例である。ここで固溶
した二酸化ゲルマニウムを形成させるためにGeO2 を
添加しない場合に比較して、火炎温度を下げる必要があ
った。また、合成速度を増加させると共に屈折率分布を
調整するために下記に示すように外側火炎にもガラス原
料を供給した。
用の多孔質母材の製造方法の実施例である。ここで固溶
した二酸化ゲルマニウムを形成させるためにGeO2 を
添加しない場合に比較して、火炎温度を下げる必要があ
った。また、合成速度を増加させると共に屈折率分布を
調整するために下記に示すように外側火炎にもガラス原
料を供給した。
【0042】バーナとしては実施例1と同じ図9に示す
2重火炎バーナを用い、外側火炎流流速、内側火炎流流
速および原料流流速を、それぞれ、2.0m/sec、
2.0m/secおよび0.8m/secとなし、ガラ
ス原料として、実施例1と同条件の四塩化ケイ素に加え
て四塩化ゲルマニウムを200cc/minやはりアル
ゴンガスをキャリアとして供給した。母材合成速度は
4.5g/minであり、比屈折率差1.1%が得られ
た。
2重火炎バーナを用い、外側火炎流流速、内側火炎流流
速および原料流流速を、それぞれ、2.0m/sec、
2.0m/secおよび0.8m/secとなし、ガラ
ス原料として、実施例1と同条件の四塩化ケイ素に加え
て四塩化ゲルマニウムを200cc/minやはりアル
ゴンガスをキャリアとして供給した。母材合成速度は
4.5g/minであり、比屈折率差1.1%が得られ
た。
【0043】この実施例によれば、本発明バーナは、屈
折率制御用のドーパントを含有したガラス母材の合成に
も有効であることが明らかになった。
折率制御用のドーパントを含有したガラス母材の合成に
も有効であることが明らかになった。
【0044】なお、外側火炎にもガラス原料と供給すれ
ば更に堆積速度は向上するが、外側火炎内では、合成さ
れたガラス微粒子の火炎内での滞在時間の延長の効果は
ないので、全ガラス原料供給量に対するガラス原料収率
は多少低下することが確認された。本例では原料収率
は、55%であった。ここで、ガラス原料収率が低下し
たのは、四塩化ゲルマニウムの収率が四塩化ケイ素に比
較して低いことと、外側火炎に供給したガラス原料収率
が内側火炎に供給したガラス原料収率より低いことに起
因している。
ば更に堆積速度は向上するが、外側火炎内では、合成さ
れたガラス微粒子の火炎内での滞在時間の延長の効果は
ないので、全ガラス原料供給量に対するガラス原料収率
は多少低下することが確認された。本例では原料収率
は、55%であった。ここで、ガラス原料収率が低下し
たのは、四塩化ゲルマニウムの収率が四塩化ケイ素に比
較して低いことと、外側火炎に供給したガラス原料収率
が内側火炎に供給したガラス原料収率より低いことに起
因している。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
火炎を多重化し、その各々の火炎の火炎流速を相等しく
するなど最適に定め、しかも内側火炎を外側火炎よりも
退行させることにより、大形母材を高速にかつ安定に製
造することができる。その結果、母材製造効率が改善さ
れ、光ファイバ価格を低下させることができる効果があ
る。
火炎を多重化し、その各々の火炎の火炎流速を相等しく
するなど最適に定め、しかも内側火炎を外側火炎よりも
退行させることにより、大形母材を高速にかつ安定に製
造することができる。その結果、母材製造効率が改善さ
れ、光ファイバ価格を低下させることができる効果があ
る。
【図1】図1は火炎の多重化構成の概略を示す線図であ
る。
る。
【図2】図2はガラス微粒子の粒径と火炎内滞留時間と
の関係を示す特性図である。
の関係を示す特性図である。
【図3】図3は本発明バーナを用いた場合の2重火炎バ
ーナでの各部流速および退行距離の説明図である。
ーナでの各部流速および退行距離の説明図である。
【図4】図4は本発明バーナを用いた場合のガラス微粒
子堆積量の内側火炎の火炎流流速依存性を示す特性図で
ある。
子堆積量の内側火炎の火炎流流速依存性を示す特性図で
ある。
【図5】図5はガラス微粒子収率のガラス原料層流速依
存性を示す特性図である。
存性を示す特性図である。
【図6】図6は本発明バーナを用いた場合のガラス微粒
子堆積量の内側火炎の火炎流流速依存性を示す特性図で
ある。
子堆積量の内側火炎の火炎流流速依存性を示す特性図で
ある。
【図7】図7はバーナ軸方向における内側火炎の退行距
離と火炎温度との関係を示す火炎温度分布図である。
離と火炎温度との関係を示す火炎温度分布図である。
【図8】図8は単独の火炎および2重火炎におけるガラ
ス原料供給量とガラス微粒子堆積量との関係を示す特性
図である。
ス原料供給量とガラス微粒子堆積量との関係を示す特性
図である。
【図9】図9は本発明による2重火炎バーナの一実施例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
1 内側火炎用ガラス原料供給口 2 内側火炎用燃焼ガス供給口 3 外側火炎用ガラス原料供給口 4 外側火炎用燃焼ガス供給口 5 内側火炎用ノズル 6 外側火炎用ノズル 7 ガラス原料層 8 内側火炎 9 外側火炎 10 生成したガラス微粒子 11 多孔質母材 21 ガラス原料供給用ノズル 22 可燃性ガス供給用ノズル 23 不活性ガス供給用ノズル 24 支燃性ガス供給用ノズル 25 不活性ガス供給用ノズル 26 外側ガラス原料(または不活性ガス) 供給用ノズ
ル 27 可燃性ガス供給用ノズル 28 不活性ガス供給用ノズル 29 支燃性ガス供給用ノズル 30 フード
ル 27 可燃性ガス供給用ノズル 28 不活性ガス供給用ノズル 29 支燃性ガス供給用ノズル 30 フード
フロントページの続き (72)発明者 中原 基博 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社 茨城電気通信 研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−112636(JP,A) 実開 昭57−65930(JP,U)
Claims (2)
- 【請求項1】 火炎内でガラス原料を分解してガラス微
粒子を形成する光ファイバ母材製造用バーナにおいて、
前記ガラス原料を供給する原料供給用ノズルと、該原料
供給用ノズルのまわりに順次に配置され、それぞれ、個
別の火炎流を順次に形成する複数の火炎形成用ノズル
と、前記複数の火炎形成用ノズルの間に配置され、ガラ
ス原料または不活性ガスを供給する外側供給用ノズルと
を具え、前記複数の火炎形成用ノズルのうち、一のノズ
ルの開口部を当該一のノズルより外側の火炎形成用ノズ
ルの開口部より上流側に配置し、前記火炎形成用ノズル
の各々は可燃性ガス供給用ノズルおよび支燃性ガス供給
用ノズルを有し、前記原料供給用ノズルおよび前記外側
供給用ノズルの各々の開口部を、該各々の開口部よりも
外側に配置された前記火炎形成用ノズルにおける前記可
燃性ガス供給用ノズルおよび前記支燃性ガス供給用ノズ
ルの開口部よりも上流側に配設し、前記一の火炎形成用
ノズルの開口部と前記一のノズルより外側の火炎形成用
ノズルの開口部との長さ方向の間隔を調節可能にしたこ
とを特徴とする光ファイバ母材製造用バーナ。 - 【請求項2】 特許請求の範囲第1項に記載の光ファイ
バ母材製造用バーナにおいて、前記ノズルの各々の開口
部の先端の断面は片刃形状であることを特徴とする光フ
ァイバ母材製造用バーナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10745591A JPH0672026B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 光ファイバ母材製造用バーナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10745591A JPH0672026B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 光ファイバ母材製造用バーナ |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2348885A Division JPS61186239A (ja) | 1979-06-12 | 1985-02-12 | 光ファイバ母材の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04228443A JPH04228443A (ja) | 1992-08-18 |
JPH0672026B2 true JPH0672026B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=14459604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10745591A Expired - Lifetime JPH0672026B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 光ファイバ母材製造用バーナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0672026B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002049975A1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-06-27 | Pirelli S.P.A. | Multi-flame deposition burner and method for manufacturing optical fibre preforms |
US9540272B2 (en) | 2014-05-22 | 2017-01-10 | Corning Incorporated | Burner shield to reduce soot buildup |
KR102484035B1 (ko) * | 2016-04-26 | 2023-01-02 | 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤 | 유리 미립자의 합성 방법 |
-
1991
- 1991-05-13 JP JP10745591A patent/JPH0672026B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04228443A (ja) | 1992-08-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |