CN107698139A - 光纤母材的制造方法及制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤母材的制造方法及制造装置。提供通过燃烧器火焰的稳定化而使得能以低燃烧器负荷制造优质的大型母材的光纤母材的制造方法。使用多喷嘴燃烧器来实施光纤母材的制造时，当将原料气体喷出口的气体流速设为V1、将密封气体喷出口的气体流速设为V2时，以使1>V2/V1>0.05的方式控制气体流速，多喷嘴燃烧器具备：原料气体喷出口，其设置于中心部且喷出原料气体；密封气体喷出口，其以环状设置于原料气体喷出口的同心外侧且喷出密封气体；可燃性气体喷出口，其以环状设置于密封气体喷出口的同心外侧且喷出可燃性气体；及多个小口径助燃性气体喷出口，其以围绕密封气体喷出口的方式设置于可燃性气体喷出口内且喷出助燃性气体。

Description

光纤母材的制造方法及制造装置
技术领域
本发明涉及光纤母材的制造方法及制造装置，所述制造方法及制造装置通过燃烧器火焰的稳定化而使得能够以低燃烧器负荷制造优质的大型母材。
背景技术
在VAD法这一广为人知的光纤母材的制造方法中，于在旋转的同时上升的轴上安装起始部件，并垂下至反应室内，使利用芯沉积燃烧器及包层沉积燃烧器生成的玻璃微粒附着并沉积于起始部件的前端，从而制造由芯层和包层(clad)形成的多孔质玻璃母材，其中，所述芯沉积燃烧器及包层沉积燃烧器设置于反应室内，且相对于起始部件的轴向而以规定角度设置。VAD法适合于母材的大型化、LWPF(低水峰光纤，Low Water Peak Fiber)的制造。
图1是示出利用VAD法的光纤母材制造装置100的概略的图。光纤母材制造装置100具有反应容器110、芯沉积燃烧器121、第一包层沉积燃烧器122、及第二包层沉积燃烧器123。
反应容器110具有沉积室111和形成于沉积室111的吸气口111a及排气口111b。另外，在沉积室111内***有起始部件(图示省略)，并且相对于该起始部件的提拉轴而分别以规定的角度配置有朝向起始部件前端的芯沉积燃烧器121、朝向侧面的第一包层沉积燃烧器122及第二包层沉积燃烧器123。
使起始部件在旋转的同时上升，并且向各燃烧器供给反应气体，将在氢氧火焰中水解而合成的玻璃微粒喷涂并使其沉积于起始部件上，由此，可制造多孔质玻璃母材10。通过在未图示的电炉内将制造的多孔质玻璃母材10脱水而使其成为透明玻璃，从而可制成光纤用预制件。
这样的制造装置的各燃烧器中，通常使用了石英玻璃制的同心多重管燃烧器，但同心多重管结构的燃烧器中，由于玻璃原料气体、可燃性气体、及助燃性气体没有充分地进行混合，所以玻璃微粒的生成不充分。因此，沉积效率差，难以高速地制造母材。
作为用于解决该问题的燃烧器的各气道出口的结构，日本特开2010-215415号公报中公开了具有如图2所示的结构的多喷嘴燃烧器120，其中，在可燃性气体喷出口内，以围绕位于其中心部的原料气体喷出口的方式而配置有小口径助燃性气体喷出口。多喷嘴燃烧器120具有：原料气体喷出口120a，其设置于中心部，且喷出原料气体；第一密封气体喷出口120b，其以环状设置于原料气体喷出口120a的同心外侧，且喷出密封气体(seal gas)；可燃性气体喷出口120c，其以环状设置于第一密封气体喷出口120b的同心外侧，且喷出可燃性气体；多个小口径助燃性气体喷出口120d，其以围绕第一密封气体喷出口120b的方式设置于可燃性气体喷出口120c内，且喷出助燃性气体；第二密封气体喷出口120e，其以环状设置于可燃性气体喷出口120c的同心外侧，且喷出密封气体；及助燃性气体喷出口120f，其以环状设置于第二密封气体喷出口120e的同心外侧，且喷出助燃性气体。
发明内容
发明所要解决的课题
近年来，为降低成本而推进了母材的大型化，与此相伴，向燃烧器的气体供给量增加，且由于玻璃微粒在燃烧器上的粘着而导致的燃烧器寿命缩短、以及由于燃烧器火焰变得不稳定而导致的母材的破裂及母材直径的变化正日益严重。
本发明的目的在于提供一种光纤母材的制造方法及制造装置，所述制造方法及制造装置通过燃烧器火焰的稳定化而使得能够以低燃烧器负荷制造优质的大型母材。
用于解决课题的手段
本发明的光纤母材的制造方法的特征在于，使用多喷嘴燃烧器来实施，所述多喷嘴燃烧器具备：原料气体喷出口，其设置于中心部，且喷出原料气体；密封气体喷出口，其以环状设置于原料气体喷出口的同心外侧，且喷出密封气体；可燃性气体喷出口，其以环状设置于密封气体喷出口的同心外侧，且喷出可燃性气体；及多个小口径助燃性气体喷出口，其以围绕密封气体喷出口的方式设置于可燃性气体喷出口内，且喷出助燃性气体，所述光纤母材的制造方法中，当将原料气体喷出口的气体流速设为V1、将密封气体喷出口的气体流速设为V2时，以使1>V2/V1>0.05的方式控制气体流速。
本发明的光纤母材的制造装置的特征在于，具备多喷嘴燃烧器，所述多喷嘴燃烧器具备：原料气体喷出口，其设置于中心部，且喷出原料气体；密封气体喷出口，其以环状设置于原料气体喷出口的同心外侧，且喷出密封气体；可燃性气体喷出口，其以环状设置于密封气体喷出口的同心外侧，且喷出可燃性气体；及多个小口径助燃性气体喷出口，其以围绕密封气体喷出口的方式设置于可燃性气体喷出口内，且喷出助燃性气体，所述光纤母材的制造装置中，当将原料气体喷出口的气体流速设为V1、将密封气体喷出口的气体流速设为V2时，以使1>V2/V1>0.05的方式控制气体流速。
利用本发明的光纤母材的制造方法及制造装置，可优化原料气体喷出口的气体流速与密封气体喷出口的气体流速的流速之比，从而使得玻璃微粒不易粘着于燃烧器，并且燃烧器火焰变得稳定，因此，能够以低燃烧器负荷制造优质的大型母材。
附图说明
图1是示出利用VAD法的光纤母材制造装置的概略的图。
图2是示出本发明的光纤母材的制造方法及制造装置中使用的多喷嘴燃烧器的一例的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
图1示出了用于实施本发明的光纤母材的制造方法的光纤母材制造装置100。光纤母材制造装置100具有反应容器110、芯沉积燃烧器121、第一包层沉积燃烧器122、及第二包层沉积燃烧器123。
反应容器110具有沉积室111和形成于沉积室111的吸气口111a及排气口111b。另外，在沉积室111内***有起始部件(图示省略)，并且相对于该起始部件的提拉轴而分别以规定的角度配置有朝向起始部件前端的芯沉积燃烧器121、朝向侧面的第一包层沉积燃烧器122及第二包层沉积燃烧器123。
对于任一燃烧器而言，均通常为石英玻璃制，在设置于中心部的原料气体喷出口的同心外侧设置有密封气体喷出口。除了玻璃微粒的原料气体以外，从原料气体喷出口中也喷出Ar、O2，但本说明书中统一记为原料气体。
对于芯沉积燃烧器121，应用例如同心四重管燃烧器来供给原料气体(例如SiCl4、O2)、可燃性气体(例如H2)、助燃性气体(例如O2)、及密封气体(例如N2)。对于第一包层沉积燃烧器122及第二包层沉积燃烧器123，应用如图2所示那样的多喷嘴燃烧器120。
多喷嘴燃烧器120具有：原料气体喷出口120a，其设置于中心部，且喷出原料气体(例如SiCl4、O2)；第一密封气体喷出口120b，其以环状设置于原料气体喷出口120a的同心外侧，且喷出密封气体(例如N2)；可燃性气体喷出口120c，其以环状设置于第一密封气体喷出口120b的同心外侧，且喷出可燃性气体(例如H2)；多个小口径助燃性气体喷出口120d，其以围绕第一密封气体喷出口120b的方式设置于可燃性气体喷出口120c内，且喷出助燃性气体(例如O2)；第二密封气体喷出口120e，其以环状设置于可燃性气体喷出口120c的同心外侧，且喷出密封气体；及助燃性气体喷出口120f，其以环状设置于第二密封气体喷出口120e的同心外侧，且喷出助燃性气体。
同心多重管燃烧器的情况下，可燃性气体的气体流速与助燃性气体的气体流速之间的关系极大地影响形成燃烧器火焰的可燃性气体与助燃性气体的混合程度。因此，在使原料气体与被密封气体隔开的可燃性气体及助燃性气体反应时，仅仅通过控制原料气体的气体流速与密封气体的气体流速之间的关系，无法完成对原料气体与可燃性气体及助燃性气体之间的反应的控制。相对于此，在可燃性气体喷出口内设置有多个小口径助燃性气体喷出口的多喷嘴燃烧器的情况下，可稳定且良好地将可燃性气体与助燃性气体混合。因此，通过控制原料气体的气体流速与第一密封气体的气体流速之间的关系，能够完成对原料气体与可燃性气体及助燃性气体之间的反应的控制，从而使二者在合适的位置进行反应。
因此，本发明的光纤母材的制造方法中，当将原料气体喷出口120a的气体流速设为V1、将设置于其同心外侧的第一密封气体喷出口120b的气体流速设为V2时，以满足1>V2/V1>0.05的方式控制流速。由此，可优化原料气体喷出口的气体流速与密封气体喷出口的气体流速的流速之比，从而能够使原料气体与可燃性气体及助燃性气体在合适的位置进行反应。因此，玻璃微粒不易粘着于燃烧器，并且燃烧器火焰稳定，从而能够以低燃烧器负荷制造优质的大型母材。
尤其是对于第一包层沉积燃烧器122而言，由于通常原料气体的供给量比第二包层沉积燃烧器123更少，因此原料气体的直线行进稳定性差。因此，通过至少在第一包层沉积燃烧器122中采用本发明的方法，可提高原料气体的直线行进稳定性，从而极大地有助于防止母材破裂、母材直径变化的发生。
需要说明的是，1<V2/V1时，密封气体的流速大于原料气体的流速，密封气体的同心内侧的原料气体与密封气体的同心外侧的可燃性气体及助燃性气体在距离燃烧器前端更远的位置进行反应。因此，燃烧器火焰变得不稳定，结果，产生母材破裂、母材直径变化的问题。
另外，V2/V1<0.05时，原料气体与可燃性气体及助燃性气体在燃烧器前端附近进行反应，结果，发生玻璃微粒在燃烧器上的粘着、燃烧器烧损(日文：バーナ焼け)。这样的情况下，由于燃烧器破损或堵塞，因此需要将其废弃并更换新的燃烧器。
本发明不限于上述实施方式。上述实施方式为示例，具有与本发明的权利要求书中记载的技术主旨实质上相同的构成、实现同样的作用效果的任何方案均包含在本发明的技术范围内。
实施例
利用VAD法，使用图1所示的光纤母材制造装置100而实施了多孔质玻璃母材10的制造。对于芯沉积燃烧器121，使用同心四重管燃烧器，分别适量供给原料气体(SiCl4、O2)、可燃性气体、助燃性气体、及密封气体。对于第一包层沉积燃烧器122及第二包层沉积燃烧器123，使用了如图2所示的那样的多喷嘴燃烧器120，所述多喷嘴燃烧器120中，喷嘴的焦点距离为100mm，并且在可燃性气体喷出口120c内以围绕第一密封气体喷出口120b的方式而等间隔地设置有8根直径相同的小口径助燃性气体喷出口120d。此处，对于第一包层沉积燃烧器122，在供给的原料气体(SiCl4、O2)、可燃性气体、助燃性气体、第一密封气体、及第二密封气体中，如表1所示的那样，仅改变第一密封气体的流速来调节原料气体喷出口120a的气体流速V1与第一密封气体喷出口120b的气体流速V2的流速之比V2/V1，从而进行供给。通过改变密封气体供给量而使流速变化。对于第二包层沉积燃烧器123，分别适量供给原料气体(SiCl4、O2)、可燃性气体、助燃性气体、第一密封气体、及第二密封气体。沉积时间为24小时。接着，进行烧结而制成玻璃从而分别各制造10根透明玻璃母材。将利用第一包层沉积燃烧器122进行沉积的沉积条件及透明玻璃母材的制造结果示于表1。
[表1]
比较例1的情况下，由于第一密封气体的流速较快，原料气体与氢氧火焰的反应是在远离燃烧器前端的位置发生的，因此，燃烧器火焰变得不稳定，观察到火焰的跃动。结果，发生了母材破裂、母材直径变化。比较例2的情况下，由于密封气体的流速较慢，原料气体与氢氧火焰的反应是在燃烧器前端附近发生的，因此，生成的玻璃微粒粘着于燃烧器，导致燃烧器发生堵塞而无法使用。相对于此，以使原料气体的流速V1与密封气体的流速V2的流速比V2/V1为1>V2/V1>0.05的方式而对第一密封气体的流量进行了调节的实施例1～4的情况下，燃烧器火焰在任一情况下均稳定，未发生母材破裂。此外，10根母材制造结束后，燃烧器上没有玻璃微粒的粘着，之后仍可以在不产生问题的情况下使用燃烧器。

Claims (2)

1.光纤母材的制造方法，其特征在于，所述光纤母材的制造方法使用多喷嘴燃烧器来实施，所述多喷嘴燃烧器具备：
原料气体喷出口，其设置于中心部，且喷出原料气体；
密封气体喷出口，其以环状设置于原料气体喷出口的同心外侧，且喷出密封气体；
可燃性气体喷出口，其以环状设置于密封气体喷出口的同心外侧，且喷出可燃性气体；及
多个小口径助燃性气体喷出口，其以围绕密封气体喷出口的方式设置于可燃性气体喷出口内，且喷出助燃性气体，
所述光纤母材的制造方法中，当将原料气体喷出口的气体流速设为V1、将密封气体喷出口的气体流速设为V2时，以使1>V2/V1>0.05的方式控制气体流速。
2.光纤母材的制造装置，其特征在于，所述光纤母材的制造装置具备多喷嘴燃烧器，所述多喷嘴燃烧器具备：
原料气体喷出口，其设置于中心部，且喷出原料气体；
密封气体喷出口，其以环状设置于原料气体喷出口的同心外侧，且喷出密封气体；
可燃性气体喷出口，其以环状设置于密封气体喷出口的同心外侧，且喷出可燃性气体；及
多个小口径助燃性气体喷出口，其以围绕密封气体喷出口的方式设置于可燃性气体喷出口内，且喷出助燃性气体，
所述光纤母材的制造装置中，当将原料气体喷出口的气体流速设为V1、将密封气体喷出口的气体流速设为V2时，以使1>V2/V1>0.05的方式控制气体流速。
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