JP4814205B2

JP4814205B2 - 光ファイバ用母材の堆積用バーナ

Info

Publication number: JP4814205B2
Application number: JP2007312380A
Authority: JP
Inventors: 真吉田
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2027-12-03
Also published as: JP2009137769A

Description

本発明は、特にバーナにガラス原料ガスの供給量を増やした場合において、生成するガラス微粒子の堆積効率を大幅に向上させる光ファイバ用母材の堆積用バーナに関する。

従来、光ファイバ母材を製造するために、各種方法が提案されている。それらの方法のなかでも、回転する出発部材上にバーナ火炎中で生成したガラス微粒子を、バーナもしくは出発部材を相対往復運動させて付着堆積させ、スートを合成し、これを電気炉内で脱水、焼結させる外付け法（OVD法）は、比較的任意の屈折率分布のものが得られ、しかも、大口径の光ファイバ母材を量産できることから汎用されている。

ガラス微粒子の堆積には、一般的にガス噴出ポートが同芯円状に配された多重管バーナが用いられている。このバーナは、中心部のガス噴出ポートからガラス原料ガスを、その外側のガス噴出ポートからは、可燃性ガス、助燃性ガス及びシールガスを噴出させる構造となっており、このようなバーナを複数本並べ、出発部材上にガラス微粒子を堆積させて光ファイバ用母材の製造を行っている。

堆積速度をさらに向上させる方法に、ガス供給量を増やす方法がある。しかしバーナ本数を増やさないで、１本当たりのガス流量を増した場合、火炎が大きくなり、隣り合うバーナ間で火炎の干渉が大きくなるため、逆に堆積効率が低下し、思ったように堆積速度が向上しないという問題があった。
また、１本当たりのガス流量を増やさないで、バーナ本数を増やす場合は、バーナ火炎間の干渉の大きさは変わらないが、増設したバーナによって干渉する場所が増すために堆積効率が低下し、この場合も思ったように堆積速度が向上しないという問題があった。

そこで、大容量のガスを流してもバーナ間で火炎同士が干渉しないバーナが提案されている。これには、特許文献１，２に記載の方法が挙げられる。
特許文献１では、断面形状が長方形及び楕円形の多重管バーナが提案され、特許文献２では、ガス噴出口がスリット形状のバーナが提案されている。
特開平4-260616号公報特許第3798392号公報

図１は、スリット状のガス噴出口を有するスリットバーナのガス噴出ポートを示す概略図であり、図２は、長方形状のガス噴出ポートを有する多重管バーナのガス噴出ポートを示す概略図である。図において、符号１はガラス原料ガス噴出ポートであり、符号２は可燃性ガス噴出ポート、符号３は助燃性ガス噴出ポート、符号４はシールガス噴出ポート、符号５はバーナである。
しかしながら、図３に示すように、図１，２のバーナは、いずれもガス噴出口から出発部材６に向けて噴出された火炎流７は、噴出ポートの長辺方向（実線矢印方向）にわたるガス流分布の均一化が非常に困難で、渦流や偏流を生じるために、火炎が非常に不安定であり、堆積不整、バーナ先端へのスス付着等の問題があった。

本発明は、噴出ポートの長辺方向にわたって安定した火炎流が得られ、ガス供給量を増やした場合でもバーナ間で火炎同士の干渉が発生せず、高い堆積速度が得られる光ファイバ用母材の堆積用バーナを提供することを目的としている。

本発明の光ファイバ用母材の堆積用バーナは、複数のガス噴出ポートを有し、これらのガス噴出ポートから少なくともガラス原料ガス、可燃性ガス及び助燃性ガスを噴出させ、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させてガラス微粒子を生成させるバーナにおいて、可燃性ガス噴出ポート内に、複数の小口径助燃性ガス噴出ノズルが互いに平行かつライン状に配設され、可燃性ガスの線速をＶ _１、小口径助燃性ガス噴出ノズルから噴出される助燃性ガスの線速をＶ _２とするとき、Ｖ _１＜Ｖ _２であり、該バーナにガスが供給される各ガスのポート根元に、ガスバッファ部となる拡張部が設けられ、該拡張部内に、複数のガス噴出孔を有するガス導入管が該バーナの長辺方向に挿通され、該ガス噴出孔からガス噴出ポート内にガスが供給されることを特徴としている。

前記ガス導入管には、バーナ後壁に向かってガス噴出孔が設けられ、該ガス噴出孔から噴出されたガスが、バーナ後壁に衝突後、バーナ先端側に導かれる。
なお、前記バーナは、ガス噴出ポートがスリット状に配設されたスリットバーナ、またはガス噴出ポートの断面形状が長方形を有する角型多重管バーナ、もしくはガス噴出ポートの断面形状が楕円形を有する楕円型多重管バーナであってもよい。

本発明によれば、ガス供給量を増やした場合でも、バーナ間で火炎同士が干渉することなく、噴出ポートの長辺方向に亘って安定した火炎流が得られ、堆積速度が上がる等、極めて優れた効果を奏する。

ガス噴出ポートの長辺方向において、ガス流分布が不均一になると、渦流や偏流が発生する。その原因の一つは、可燃性ガスがポート出口で解放される際の膨張時にガス流の乱れが増大することにある。
そこで、本発明は、平行に並んだスリット状の噴出ポート群から構成されるスリットバーナ、又は断面が長方形状の同芯多重管で構成される多重管バーナにおいて、図４，５に示すように、可燃性ガス噴出ポート２内に、複数の小口径助燃性ガス噴出ノズル８を噴出ポートの長辺方向（実線矢印方向）に互いに平行かつライン状に配置することにより、図６に示すように、小口径助燃性ガス噴出ノズル８から噴出される助燃性ガス流９を流芯として、可燃性ガス流10を複数の助燃性ガス流９によって整流することにより、可燃性ガス流10は整流状態に保たれ、可燃性ガスの乱れを効率よく抑えることができる。この効果は、可燃性ガスの線速Ｖ_１よりも助燃性ガスの線速Ｖ_２が大きい場合に顕著である。

渦流や偏流が発生する他の原因としては、バーナへの各ガスの導入量がバーナの長辺方向で不均一であり、バーナ出口においても、その不均一性が残存していることにある。そこで、この不均一性を改善するためにガス導入口を複数設けることもできるが、バーナの構造が複雑となり、かつバーナが大型化してしまう。
そこで図７，８に示すように、バーナの各ガスのポート根元（ガス導入部）内にガス導入管11をバーナの長辺方向に挿通し、このガス導入管11にライン状に設けられた複数のガス導入孔12からガスをバーナ内に導入し、ガス導入孔12から出たガスを大きな空間を有するバッファ部13の後壁面に衝突させることで量的に均一化されたガスは、その後バーナ先端14側に導かれる。

これによりガス導入管を増やすことなく、効果的に長辺方向のガス量分布を均一化させることができる。なお、図７は、各ガスのポート根元の概略を示す斜視図であり、図８は、その側断面図である。図９は、各ガスのポート根元にガス導入管11が挿通された、本発明によるバーナの全体像を示す概略断面図であり、符号14はバーナ先端である。
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１；
図４に示された、可燃性ガス噴出ポート２内に、バーナの長辺方向（実線矢印方向）に複数の小口径助燃性ガス噴出ノズル８が互いに平行かつライン状に配設されたスリットバーナを使用してガラス微粒子の堆積を行った。
中心のガラス原料ガス噴出ポート１に、ガラス原料ガスとしてSiCl_４15L/min及び助燃性ガスとしてO_２30L/minを供給し、その外側の可燃性ガス噴出ポート２には、可燃性ガスとしてH_２400L/min及び小口径助燃性ガス噴出ノズル８に助燃性ガスとしてO_２30L/minを供給し、さらにその外側の助燃性ガス噴出ポート３に助燃性ガスとしてO_２90L/min、さらに、ガス噴出ポート１と２及び２と３の間に設けられたシールガス噴出ポート４にシールガスとして10L/minをそれぞれ供給した。その結果、バーナの長辺方向において、可燃性ガスの線速均一性が向上し、図６に示すような安定した火炎が得られた。
この条件で、直径100mmφのガラス棒の周囲にガラス微粒子を堆積させたところ、その付着効率は66％であった。後述する比較例の付着効率55％と比べても特段に向上した。

比較例１；
図１に示すようなスリットバーナを使用してガラス微粒子の堆積を行った。
中心のガラス原料ガス噴出ポート１に、ガラス原料ガスとしてSiCl_４15L/min及び助燃性ガスとしてO_２30L/min、その外側の可燃性ガス噴出ポート２に可燃性ガスとしてH_２400L/min、さらにその外側の助燃性ガス噴出ポート３に助燃性ガスとしてO_２90L/min、ガス噴出ポート１と２及び２と３の間に設けられたシールガス噴出ポート４にシールガスとして10L/minをそれぞれ供給した。
その結果、図３に示すように、バーナの長辺方向においてガスの線速不均一にともなう渦や偏りが発生し、火炎が大きく乱れた。
この条件で、直径100mmφのガラス棒の周囲にガラス微粒子を堆積させたところ、その付着効率は55％であった。これらの結果を表１にまとめて示した。

実施例２；
図５に示された、可燃性ガス噴出ポート２内に、バーナの長辺方向に複数の小口径助燃性ガス噴出ノズル８が互いに平行かつライン状に配設された角型の多重管バーナを使用した以外は、実施例１と同様にしてガラス微粒子の堆積を行った。
その結果、図２に示した従来の多重管バーナと比較して、火炎は極めて安定し、堆積速度も特段に向上した。

本発明によれば、ガラス微粒子の堆積効率が向上し、光ファイバ母材の生産性向上に大きく寄与する。

従来の、スリットバーナの噴出ポートを示す概略図である。従来の、角型多重管バーナの噴出ポートを示す概略図である。従来のスリットバーナの火炎流を模式的に示す概略図である。本発明の、可燃性ガス噴出ポート内に複数の小口径助燃性ガス噴出ノズルが互いに平行かつライン状に設置されたスリットバーナの噴出ポートを示す概略図である。本発明の、可燃性ガス噴出ポート内に複数の小口径助燃性ガス噴出ノズルが互いに平行かつライン状に設置された角型多重管バーナの噴出ポートを示す概略図である。本発明の、可燃性ガス噴出ポート内に複数の小口径助燃性ガス噴出ノズルが互いに平行かつライン状に小口径助燃性ガス噴出ノズルが設置されたスリットバーナの火炎流を模式的に示す概略図である。本発明になるバーナのガス導入部の概略を示す斜視図である。図７の側断面図である。本発明によるバーナの全体像の概略を示す断面図である。本発明になるバーナのガス導入部の天井を示す上面図である。従来のバーナのガス導入部の概略を示す斜視図である。

１．ガラス原料ガス噴出ポート、
２．可燃性ガス噴出ポート、
３．助燃性ガス噴出ポート、
４．シールガス噴出ポート、
５．バーナ、
６．出発部材、
７．火炎流、
８．小口径助燃性ガス噴出ノズル、
９．助燃性ガス流、
10．可燃性ガス流、
1１．ガス導入管、
12．ガス導入孔、
13．ガスバッファ部、
14．バーナ先端。

Claims

複数のガス噴出ポートを有し、これらのガス噴出ポートから少なくともガラス原料ガス、可燃性ガス及び助燃性ガスを噴出させ、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させてガラス微粒子を生成させるバーナにおいて、可燃性ガス噴出ポート内に、複数の小口径助燃性ガス噴出ノズルが互いに平行かつライン状に配設され、可燃性ガスの線速をＶ _１、小口径助燃性ガス噴出ノズルから噴出される助燃性ガスの線速をＶ _２とするとき、Ｖ _１＜Ｖ _２であり、該バーナにガスが供給される各ガスのポート根元に、ガスバッファ部となる拡張部が設けられ、該拡張部内に、複数のガス噴出孔を有するガス導入管が該バーナの長辺方向に挿通され、該ガス噴出孔からガス噴出ポート内にガスが供給されることを特徴とする光ファイバ用母材の堆積用バーナ。
ガス導入管に、バーナ後壁に向かってガス噴出孔が設けられ、該ガス噴出孔から噴出されたガスが、バーナ後壁に衝突後、バーナ先端側に導かれる請求項１に記載の光ファイバ用母材の堆積用バーナ。
前記バーナは、ガス噴出ポートがスリット状に配設されたスリットバーナである請求項１又は２に記載の堆積用バーナ。
前記バーナは、ガス噴出ポートの断面形状が長方形を有する角型多重管バーナである請求項１又は２に記載の堆積用バーナ。
前記バーナは、ガス噴出ポートの断面形状が楕円形を有する楕円型多重管バーナである請求項１又は２に記載の堆積用バーナ。