专利名称：多孔质玻璃母材制造用燃烧器及多孔质玻璃母材的制造方法
技术领域：
本发明涉及多孔质玻璃母材制造用燃烧器及多孔质玻璃母材的制造方法。
背景技术：
以往，为了制造光纤母材而提出有各种方法。在这些方法中尤其通用的是外气相沉积(Outside Vapor Phase Deposition :0VD)法。外气相沉积法作为一种能够得到比较任意的折射率分布的光纤母材，且能够使大口径光纤母材实现量产的方法而众所周知。外气相沉积法中的一例是，在最初阶段，使初始母材与玻璃母材制造用燃烧器相对性地往返移动，同时，玻璃母材制造用燃烧器将含有玻璃微粒子的火焰朝初始母材喷射，从而使玻璃微粒子(烟灰粒子，soot)附着沉积在初始母材上。然后，在下一阶段中，通过使烟灰粒子沉积体在电炉内脱水和烧结而使其透明玻璃化，由此生成光纤母材。对玻璃微粒子的沉积体进行合成的燃烧器可以采用石英玻璃制的同心多层管燃烧器。由于同心多层管燃烧器无法将玻璃原料气体、可燃性气体及助燃性气体充分混合，因此可能会使玻璃微粒子的生成不够充分。其结果导致产率无法提高而难以实现玻璃微粒子的高速合成。为了解决该问题，在专利文献I中提出一种多喷嘴型的多层管燃烧器。在专利文献I的多层管燃烧器中，在原料气体喷出口的周围设置有圆环状的可燃性气体喷出开口部，在该可燃性气体喷出开口部内，相对于原料气体喷出口的中心轴呈同心圆状地设置有多个小口径助燃性气体喷出口。另外，关于这种 类型的多层管燃烧器，为了进一步提高沉积效率而提出有多种结构。例如，在专利文献2、专利文献3、专利文献4及专利文献5中提出有小口径助燃性气体喷出口的结构。另外，在专利文献6、专利文献7及专利文献8中提出有优化小口径助燃性气体喷出口的焦点距离的方案。此外，在专利文献9、专利文献10、专利文献11及专利文献12中提出有优化多层管燃烧器中的气体流量及气体线速度的方案。
专利文献1:专利第1773359号 专利文献2 :特开2003-206154号公报 专利文献3 :特开2004-331440号公报 专利文献4 :特开2006-182624号公报 专利文献5 :专利第3744350号 专利文献6 :特开平5-323130号公报 专利文献7 :专利第3543537号 专利文献8 :特开2003-226544号公报 专利文献9 :专利第3591330号 专利文献10 :特开2003-165737号公报 专利文献11 :特开2003-212555号公报专利文献12 :专利第3653902号
发明内容
[发明要解决的问题]在多孔质玻璃母材制造用燃烧器的制作中，使各管的厚度较薄以及使各管之间的间隙较窄地制作均较困难。因此，难以对各管之间的气体喷出开口部的截面积进行任意调节，位于外侧的气体喷出开口部的截面积有变大的倾向。在这种燃烧器中，如果要增大最外侧助燃性气体的线速度，则必须在必要程度以上增大气体流量。然而，如果使助燃性气体的流量增大至必要程度以上，则会使沉积面的温度下降，其结果将导致沉积效果也大大降低的问题。
[解决问题的技术手段]根据本发明的一方面，一种多孔质玻璃母材制造用燃烧器，在具有中心轴的玻璃原料气体喷出口的外侧呈同心圆状地设置有多个圆环状的气体喷出开口部，在所述多个气体喷出开口部中除最外侧气体喷出开口部以外的任一气体喷出开口部上相对于所述中心轴呈同心圆状地设置有一列或多列小口径气体喷出口，所述小口径气体喷出口中位于同一圆周上的所述小口径气体喷出口的轴线在所述中心轴的延长线上具有交点，且所述多个气体喷出开口部中最外侧的气体喷出开口部被堵塞部件堵塞，且在所述堵塞部件上相对于所述中心轴呈同心圆状地设置有一列或多列气体喷出孔。另外，根据本发明的另一方面，在多孔质玻璃母材制造用燃烧器中，通过所述气体喷出孔的轴线也能以通过位于同一圆周上的所述气体喷出孔的轴线在所述中心轴的延长线上具有交点的方式相对于所述中心轴倾斜。另外，根据本发明的另一方面，在多孔质玻璃母材制造用燃烧器中，也可构成为对所述最外侧的气体喷出开口部供应助燃性气体，且对与所述最外侧的气体喷出开口部邻接的气体喷出开口部供应可燃性气体。
另外，根据本发明的另一方面，在多孔质玻璃母材制造用燃烧器中，所述堵塞部件的厚度也可为1. Omm以上。另外，根据本发明的另一方面，在多孔质玻璃母材制造用燃烧器中，通过所述气体喷出孔的气体的线速度也可为约16m/s，所述气体喷出孔也可为圆形，且所述气体喷出孔的内径也可为1. Omm以下。此外，根据本发明的另一方面，一种多孔质玻璃母材的制造方法，使用多孔质玻璃母材制造用燃烧器，该多孔质玻璃母材制造用燃烧器在具有中心轴的玻璃原料气体喷出口的外侧呈同心圆状地设置有多个圆环状的气体喷出开口部，在所述多个气体喷出开口部中除最外侧气体喷出开口部以外的任一气体喷出开口部上相对于所述中心轴呈同心圆状地设置有一列或多列小口径气体喷出口，所述小口径气体喷出口中位于同一圆周上的所述小口径气体喷出口的轴线在所述中心轴的延长线上具有交点，且所述方法包括如下步骤向所述多孔质玻璃母材制造用燃烧器供应可燃性气体及助燃性气体；一面使所述多孔质玻璃母材的初始母材与所述多孔质玻璃母材制造用燃烧器相对性地往返移动，一面从所述多孔质玻璃母材制造用燃烧器向所述初始母材喷射包含玻璃微粒子的火焰，由此在所述初始母材上沉积所述玻璃微粒子；且所述多个气体喷出开口部中最外侧的气体喷出开口部被堵塞部件堵塞，且在所述堵塞部件上相对于所述中心轴呈同心圆状地设置有一列或多列气体喷出孔。另外，根据本发明的另一方面，在多孔质玻璃母材的制造方法中，通过所述气体喷出孔的轴线也能以通过位于同一圆周上的所述气体喷出孔的轴线在所述中心轴的延长线上具有交点的方式相对于所述中心轴倾斜。另外，根据本发明的另一方面，在多孔质玻璃母材的制造方法中，供应所述可燃性气体及助燃性气体的步骤也可包括对所述最外侧的气体喷出开口部供应助燃性气体，以及对与所述最外侧的气体喷出开口部邻接的气体喷出开口部供应可燃性气体。另外，根据本发明的另一方面，在多孔质玻璃母材的制造方法中，堵塞部件的厚度也可为1. Omm以上。另外，根据本发明的另一方面，在多孔质玻璃母材的制造方法中，通过所述气体喷出孔的气体的线速度也可为约16m/s，所述气体喷出孔也可为圆形，且所述气体喷出孔的内径也可为1. Omm以下。
图1为多孔质玻璃母材制造装置I的概略图。
图2为从气体喷出口侧观察多孔质玻璃母材制造用燃烧器10所见的平面图。
图3为沿图2的A-A线的截面图。
图4为沿图2的A-A线的截面图，且为表示小口径助燃性气体喷出口及气体喷出孔的焦点的图。
图5为从气体喷出口侧观察多孔质玻璃母材制造用燃烧器10所见的平面图。
图6为从气体喷出口侧观察多孔质玻璃母材制造用燃烧器30所见的平面图。
图7为沿图6的A-A线的截面图。
图8为表示多孔质玻璃母材制造用燃烧器30喷射的气体的扩散的图。
具体实施例方式以下通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定技术方案的范围所涉及的发明。另外，在实施方式中说明的全部特征结合并非为发明的解决方案所必需。图1为本发明实施方式所涉及的所述多孔质玻璃母材制造装置I的概略图。图1的多孔质玻璃母材制造装置I是使用OVD法的装置。如图1所述，初始母材2具有芯杆(core rod) 3,在芯杆3的两端部焊接有虚设杆(dummy rod) 4。虚设杆4的端部41被基材支撑部件5旋转自由地支撑。如图1所示，在基材支撑部件5上安装有旋转电机6，通过旋转电机6驱动而使初始母材2围绕其轴旋转。如图1所示，在初始母材2的下方设置有燃烧器装置7，该燃烧器装置7通过图中未示出的移动机构沿初始母材2的长度方向往返自由地移动。在燃烧器装置7上通常安装有多个将在以下进行说明的多孔质玻璃母材制造用燃烧器10 (参照图2及图3)。另一方面，如图1所示，在初始母材2的上方设置有排气罩8。以下参照图1对采用OVD法的多孔质玻璃母材的制造方法进行说明。首先，通过旋转 电机6使由基材支撑部件5支撑的初始母材2绕轴旋转。
然后，向燃烧器装置7供应作为光纤用玻璃原料的SiCl4等的蒸气和燃烧气体(氢气及氧气)。此处，燃烧器装置7沿初始母材2的长度方向往返移动，同时，向初始母材2喷射含有光纤用玻璃原料的蒸气和火焰。此时，在氢氧焰中，通过SiCl4等的水解反应而生成玻璃微粒子(烟灰粒子，soot)，并且使该玻璃微粒子附着在绕轴旋转的初始母材2上。从上述步骤起在燃烧器装置7的往返范围内，玻璃微粒子附着沉积在初始母材2上，从而形成玻璃微粒子沉积体，即光纤用多孔质玻璃母材。最后，通过使玻璃微粒子在电炉(图中未示出)内脱水和烧结而使其透明玻璃化，由此生成光纤母材。以下对在图1所示燃烧器装置7中可使用的多孔质玻璃母材制造用燃烧器10进行说明。[第一实施方式]
图2为从气体喷出口侧观察第一实施方式所涉及的多孔质玻璃母材制造用燃烧器所见的平面图。图3和图4为沿图2的A-A线的截面图。如图2和图3所示，第一实施方式所涉及的多孔质玻璃母材制造用燃烧器10是具有四层管的多层管结构，例如可由以石英玻璃为主要成分的材料形成。此处，多层管结构是指在中心的第一管11的周围依次设置有比第一管11的管径大的多个管的结构，能够从中心的第一管11及各管之间喷射出气体等。多孔质玻璃母材制造用燃烧器10包括具有中心轴C (参照图4)的第一管(玻璃原料气体喷出口)11 ;设置在第一管11周围的第二管12 ;设置在第二管12周围的第三管13 ;以及设置在第三管13周围的第四管14。如图2及图3所示，第一管11喷出玻璃原料气体。作为供应至第一管11的玻璃原料气体，例如可为SiCl4、GeCl4等。通过这些玻璃原料气体的火焰水解反应或氧化反应而产生生成玻璃的化合物 、玻璃微粒子等。也就是说，在本实施方式所涉及的多孔质玻璃母材制造用燃烧器10中，可将预先合成的玻璃微粒子以及在火焰中生成玻璃微粒子的原料中的一者或两者用作玻璃原料。如图2及图3所示，在第一管11与第二管12之间设置有圆环状的第一气体喷出开口部15，第一气体喷出开口部15喷出密封气体。可将N2等不活泼气体等用作密封气体。另外，如图2及图3所示，在第二管12与第三管13之间设置有圆环状的第二气体喷出开口部16，第二气体喷出开口部16喷出可燃性气体。可将氢气或例如甲烷、丙烷等烃类化合物用作可燃性气体。另外，如图2及图3所示，在第三管13与第四管14之间设置有圆环状的第三气体喷出开口部17，第三气体喷出开口部17喷出助燃性气体。助燃性气体可使用氧气或空气
坐寸ο如图2所示，在第二管12与第三管13之间的第二气体喷出开口部16相对于第一管11的中心轴C (参照图4)呈同心圆状地设置有八个小口径助燃性气体喷出口 18。如图4所示，这些小口径助燃性气体喷出口 18的轴线在第一管11的中心轴C的延长线上的点处交叉。以下将该交叉点记为“焦点”。另外，对于该焦点，严格地说未必就是第一管11的中心轴C的延长线上的一点，只要小口径助燃性气体喷出口 18的轴线延长线大致集中于一点即可。本实施方式中，将从多孔质玻璃母材制造用燃烧器10的前端至交点的距离即焦点距离L1设定为约150mm。
本实施方式中，如图2及图3所示，在多孔质玻璃母材制造用燃烧器10中位于最外侧的第三气体喷出开口部17被堵塞部件19堵塞。如图3所示，堵塞部件19焊接于第四管14的前端部141及第三管13的前端部上。作为堵塞部件19的材料，只要是与燃烧器主体相同的材料即可，例如可为石英玻璃。如图2及图3所示，在堵塞部件19上相对于中心轴C (参照图4)呈同心圆状地设置有多个圆形的气体喷出孔20。气体喷出孔20的形状优选为圆形，但并不限定于此。另夕卜，如果将气体喷出孔20设置成圆形，则可容易地使用钻孔器等进行打孔。此外，如果将气体喷出孔20设置成圆形，则具有易于改变孔的数量和内径的大小等，从而调节助燃性气体流路的截面积时的自由度较高的优点。另外，如图4所示，设置在堵塞部件19上的一列气体喷出孔20以具有同一焦点f2的方式，使气体喷出孔20的轴线相对于第一管11的中心轴C倾斜。另外，堵塞部件19的厚度t优选为1_以上。由此，能够对通过的助燃性气体保持适度的阻力。由此，每个气体喷出孔20的线速度分布也变得均匀，通过气体喷出孔20的助燃性气体集中于焦点f2的汇聚性提高。根据本发明第一实施方式所涉及的多孔质玻璃母材制造用燃烧器10，在多孔质玻璃母材制造用燃烧器10中位于最外侧的第三气体喷出开口部17被堵塞部件19堵塞，且在堵塞部件19上相对于中心轴C呈同心圆状地设置有多个圆形的气体喷出孔20。因此，最外侧的第三气体喷出开口部17的截面积变小，从而使线速度相对于助燃性气体的流量而变大。由此，抑制从最外侧的第三气体喷出开口部17喷出的助燃性气体及从与第三气体喷出开口部17邻接的第二气体喷出开口部16喷出的可燃性气体的扩散，从而能够提高玻璃微粒子的沉积效率。根据本发明第一实施方式所涉及的多孔质玻璃母材制造用燃烧器10，通过气体喷出孔20的轴线以使设置在堵塞部件19上的一列气体喷出孔20的轴线在第一管11的中心轴C的延长线上具有交点的 方式相对于中心轴C倾斜。因此，能够更加有效地抑制从最外侧的第三气体喷出开口部17喷出的助燃性气体的扩散。此外,通过第三气体喷出开口部17的助燃性气体以朝中心轴C的延长线上汇聚的方式喷射，因此能够对流过位于第三气体喷出开口部17内侧的第二气体喷出开口部16的可燃性气体发挥封闭效果，从而更加有效地抑制气体的扩散。根据本发明第一实施方式所涉及的多孔质玻璃母材制造用燃烧器10，第二气体喷出开口部16喷出可燃性气体，第三气体喷出开口部17喷出助燃性气体。根据本实施方式的结构，由于流过最外侧的第三气体喷出开口部17的助燃性气体的线速度变大，因此燃烧器的前端部分不易燃烧。因此，无需为了防止燃烧器的前端部分燃烧而在可燃性气体与助燃性气体之间流动不活泼气体。由此，不需要设置流动不活泼气体的管道，从而可使可燃性气体与助燃性气体邻接地喷出。从而防止不活泼气体造成沉积面的温度下降，从而提高沉积效果。[第二实施方式]
图5为从气体喷出口侧观察第二实施方式所涉及的多孔质玻璃母材制造用燃烧器10所见的平面图。另外，对与上述的实施方式所说明的内容相同的部分标注相同的符号，并省略重复的说明。
如图5所示，在本实施方式中，设置在堵塞部件19上的圆形的气体喷出孔20由两列构成，两列气体喷出孔20相对于中心轴C呈同心圆状地设置。此处，位于同一圆周上的气体喷出孔20具有相同的焦点。也就是说，通过位于同一圆周上的气体喷出孔20的轴线在中心轴C (参照图4)的延长线上具有交点。其次，在本实施方式中，使供应至第四管14的助燃性气体的流量(即通过第三气体喷出开口部17的助燃性气体的流量)发生变化，而对助燃性气体的线速度及玻璃微粒子的沉积效率进行测量。将测量的结果示于表I中。另外，采用O2作为供应至第四管14的助燃性气体。对于气体喷出孔20的构成，以图5所示的两列进行设置，且数量为40个。气体喷出孔20的内径为O. 8mm，将从燃烧器的前端至焦点f2的焦点距离L2 (参照图4)设定为300mm。另外，在该实验中，对第一管11以10L/min供应SiCl4作为玻璃原料气体，并且以12L/min供应O2作为助燃性气体。对第二管12以4L/min供应空气作为密封气体，对第三管13以170L/min供应H2作为可燃性气体。而且，在该实验中，也将四个多孔质玻璃母材制造用燃烧器10以150mm间隔排列，且在初始母材2上沉积130kg的多孔质玻璃微粒子。初始母材2采用在外径55mm、长度2000mm的芯杆3的两端部焊接有外径50mm的虚设杆4的初始母材。
权利要求
1.一种多孔质玻璃母材制造用燃烧器，包括 原料气体喷出口； 多个气体喷出开口部，与所述原料气体喷出口呈同心圆状地设置在所述原料气体喷出口的外侧；以及 多个小口径气体喷出口，设置在所述多个气体喷出开口部中的除最外侧气体喷出开口部以外的任一者的内侧，且相对于所述原料气体喷出口呈同心圆状排列； 位于同一圆周上的所述多个小口径气体喷出口的轴线在所述原料气体喷出口的中心轴的延长线上具有交点；且 进而包括堵塞部件，堵塞所述多个气体喷出开口部中的最外侧的气体喷出开口部，且具有相对于所述原料气体喷出口的中心轴呈同心圆状地设置的多个气体喷出孔。
2.根据权利要求1所述的多孔质玻璃母材制造用燃烧器，其特征在于所述多个气体喷出孔中排列于同一圆周上的至少一部分气体喷出孔的轴线相对于所述原料气体喷出口的中心轴倾斜，且该轴线的延长线在所述中心轴的延长线上具有交点。
3.根据权利要求1所述的多孔质玻璃母材制造用燃烧器，其特征在于对所述多个气体喷出开口部中的最外侧气体喷出开口部供应助燃性气体，且对与该最外侧的气体喷出开口部邻接的气体喷出开口部供应可燃性气体。
4.根据权利要求1所述的多孔质玻璃母材制造用燃烧器，其特征在于所述堵塞部件具有1.0mm以上的厚度。
5.根据权利要求1所述的多孔质玻璃母材制造用燃烧器，其特征在于所述多个气体喷出孔的各个为圆形，且具有1. Omm以下的内径，通过所述多个气体喷出孔的各个的气体的线速度为约16m/s。
6.—种多孔质玻璃母材的制造方法,使用多孔质玻璃母材制造用燃烧器，该多孔质玻璃母材制造用燃烧器包括 原料气体喷出口 ； 多个气体喷出开口部，与所述原料气体喷出口呈同心圆状地设置在所述原料气体喷出口的外侧，且为圆环状； 多个小口径气体喷出口，设置在所述多个气体喷出开口部中的除最外侧气体喷出开口部以外的任一者的内侧，且相对于所述原料气体喷出口呈同心圆状排列； 位于同一圆周上的所述多个小口径气体喷出口的轴线在所述原料气体喷出口的中心轴的延长线上具有交点；且所述方法包括如下步骤 进而设置堵塞部件，该堵塞部件堵塞所述多个气体喷出开口部中的最外侧的气体喷出开口部，且具有相对于所述原料气体喷出口的中心轴呈同心圆状地设置的多个气体喷出孔； 向所述原料气体喷出口、所述多个气体喷出开口部、所述多个小口径气体喷出口及所述多个气体喷出孔中的任一者供应可燃性气体及助燃性气体中的至少一者；以及 一面使所述多孔质玻璃母材制造用燃烧器相对于所述多孔质玻璃母材的初始母材相对性地往返移动，一面从所述多孔质玻璃母材制造用燃烧器向所述初始母材喷射包含玻璃微粒子的火焰，由此在所述初始母材上沉积所述玻璃微粒子。
7.根据权利要求6所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于所述多个气体喷出孔中排列于同一圆周上的至少一部分气体喷出孔的轴线相对于所述原料气体喷出口的中心轴倾斜，且该轴线的延长线在所述中心轴的延长线上具有交点。
8.根据权利要求6所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于对所述多个气体喷出开口部中的最外侧气体喷出开口部供应助燃性气体，且对与该最外侧的气体喷出开口部邻接的气体喷出开口部供应可燃性气体。
9.根据权利要求6所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于所述堵塞部件具有1.0mm以上的厚度。
10.根据权利要求6所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于将所述多个气体喷出孔的各个均设为圆形，并将内径设为1. Omm以下，且将通过所述多个气体喷出孔的各个的气体的线速度设为16m/s。
全文摘要
本发明提供一种多孔质玻璃母材制造用燃烧器及使用该多孔质玻璃母材制造用燃烧器的多孔质玻璃母材的制造方法，该多孔质玻璃母材制造用燃烧器(10)的多个气体喷出开口部中最外侧的第三气体喷出开口部(17)被堵塞部件(19)堵塞，且在堵塞部件(19)上相对于玻璃原料气体喷出口(11)的中心轴呈同心圆状地设置有一列或多列气体喷出孔(20)。由此，改变最外侧气体喷出开口部的截面积而调整助燃性气体的流量及线速度，从而能够抑制助燃性气体及可燃性气体的扩散，并且提高沉积效率。
文档编号C03B37/018GK103058510SQ20121039805
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者吉田真 申请人:信越化学工业株式会社