JP2009274896A - 多孔質ガラス母材の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 可燃性ガス噴出ポート内に、同一の焦点距離を持つ小口径ガス噴出ポートを有するバーナを用いた場合に、堆積初期のガス流量が少ない場合においても、小口径助燃性ガス噴出ポート先端に焼けを生じさせることのない多孔質ガラス母材の製造方法を提供する。
【解決手段】 中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数のガス噴出ポートが同心円状に配置された同芯多重管構造を有し、このうち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ポートが前記ガラス原料ガス噴出ポートに対して同心円状に１列又は複数列配置され、同一列に配置された噴出ポートが同一の焦点距離を有する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いて、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し堆積させて光ファイバ用多孔質ガラス母材を製造する方法であって、前記小口径助燃性ガス噴出ポートに、堆積開始時、助燃性ガスに不活性ガスを混合させたガスを供給し、その後徐々に助燃性ガスを増し、逆に不活性ガスを減少させていくことを特徴としている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、焦点を持った小口径助燃性ガス噴出ポートを有する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いた多孔質ガラス母材の製造方法に関する。
従来、光ファイバ用母材の製造には各種方法が提案されている。例えば、回転しつつ上昇するシャフトに出発部材を取り付け、反応室内に垂下し、反応室内に設置したバーナにより生成したガラス微粒子を、出発部材の先端に付着堆積させるVAD法や、回転する出発部材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移動させて付着堆積させるOVD法等が挙げられる。
従来、多孔質ガラス母材を合成するバーナとしては、同芯多重管バーナが用いられている。このような構造のバーナは、ガラス原料ガス、可燃性ガス及び助燃性ガスの混合が十分に行われないため、ガラス微粒子の生成反応が十分に行われず、その結果、収率が伸びずに、高速での合成が困難であった。
この問題を解決するために、特許文献１は、可燃性ガス噴出ポート内に、中心の原料ガス噴出ポートを取り囲むように小口径助燃性ガス噴出ポートを配置したマルチノズル型バーナを提案している。
このタイプのバーナを用いて、さらに堆積効率を向上させる方法が以下のように提案されている。
例えば、小口径助燃性ガス噴出ポートの構成に関して特許文献２〜５等が提案され、小口径助燃性ガス噴出ポートの焦点距離を適正化するものとして特許文献６〜８等が、さらに、ガス流量及びガス線速の適正化をはかるものとして特許文献９〜12等が提案されている。
特許1773359号公報 特開2003-206154号公報 特開2004-331440号公報 特開2006-182624号公報 特許3744350号公報 特開平05-323130号公報 特許3543537号公報 特開2003-226544号公報 特許3591330号公報 特開2003-165737号公報 特開2003-212555号公報 特許3653902号公報
多孔質ガラス母材の製造において、従来用いられてきた同芯多重管バーナは、可燃性ガス噴出ポートと助燃性ガス噴出ポートを隣接させた場合、ポート先端に焼けが発生する。そのため、このようなバーナにおいては、可燃性ガス噴出ポートと助燃性ガス噴出ポートとの間にさらに噴出ポートを介在させ、この介在させた噴出ポートに不活性ガスを供給することでバーナ先端の焼けを防止している。
それに対して、可燃性ガス噴出ポート内に、同一の焦点距離を持つ小口径助燃性ガス噴出ポートを内包させたバーナでは、小口径助燃性ガス噴出ポートから噴出する助燃性ガスの線速が比較的大きくなるため、可燃性ガスと助燃性ガスを隣接させてもバーナ先端の焼けが発生しにくくなっている。しかしながら、堆積開始時に、非堆積時にパージガスとして流されていた不活性ガスが助燃性ガスに切り替えられ、その後次第に増量されていくが、助燃性ガスが定常の流量に達するまでの小流量域では、噴出ポート出口での線速が小さいため、小口径ガス噴出ポートの先端が焼けるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するため、可燃性ガス噴出ポート内に、同一の焦点距離を持つ小口径ガス噴出ポートを有するバーナを用いた場合に、堆積初期のガス流量が少ない場合においても、小口径ガス噴出ポート先端に焼けを生じさせることのない多孔質ガラス母材の製造方法を提供することを目的としている。
本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数のガス噴出ポートが同心円状に配置された同芯多重管構造を有し、このうち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ポートが前記ガラス原料ガス噴出ポートに対して同心円状に１列又は複数列配置され、同一列に配置された噴出ポートが同一の焦点距離を有する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いて、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し堆積させて光ファイバ用多孔質ガラス母材を製造する方法であって、前記小口径助燃性ガス噴出ポートに、堆積開始時、助燃性ガスに不活性ガスを混合させたガスを供給し、その後徐々に助燃性ガスを増し、逆に不活性ガスを減少させていくことを特徴としている。
なお、非堆積時に小口径助燃性ガス噴出ポートのパージに使用した不活性ガスを、堆積時に助燃性ガスに混合させる不活性ガスとして使用するのが好ましい。また、 小口径助燃性ガス噴出ポートから噴出する噴出ガスの出口線速が2.0m/s以上となるように、助燃性ガスに混合する不活性ガスの流量を調節すると良い。
本発明によれば、製造開始とともに小口径助燃性ガス噴出ポートに、助燃性ガスに不活性ガスを混合させて供給するため、助燃性ガスのみでは噴出するガスの線速が小さく、ポート先端が焼けやすい堆積初期においても、噴出ガスの線速を増すことができ、ポート先端の焼けを防止することができる。その後、次第に助燃性ガス流量を増加させるとともに不活性ガス流量を減少させていくことで、所定の線速を維持しながら反応を阻害する不活性ガスを減らすことができる。さらに、助燃性ガスのみで充分所定の線速を維持できるようになった段階で、不活性ガスの供給を停止する。このようにすることで、堆積中、小口径助燃性ガス噴出ポートの線速が維持され、ポート先端の焼けを防止することができる等、極めて優れた効果を奏する。
本発明は、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ポートを有するバーナを用いて多孔質ガラス母材の製造を行うものであり、ガラス微粒子の堆積開始時、小口径助燃性ガス噴出ポートに助燃性ガスに不活性ガスを混合して供給し、時間の経過につれて徐々に助燃性ガスを増加させ、逆に不活性ガスを減少させることにある。
堆積初期の助燃性ガスの流量が少ない時期は、不活性ガスの量を多くすることで噴出ポートから噴出される噴出ガスの出口線速を維持し、その後徐々に助燃性ガスを増しつつ不活性ガスの流量を減少させていき、助燃性ガスが所定の流量に達した段階で、不活性ガスの供給を停止する。このように助燃性ガスが定常の流量に達するまでの堆積初期は、助燃性ガスと不活性ガスの合量で、噴出ポートの出口線速が2.0m/s以上となるようにガス流量を制御することにより、噴出ポート先端の焼けを防止することができる。
堆積開始時において、小口径助燃性ガス噴出ポートに助燃性ガスに加えて不活性ガスが供給されるが、不活性ガスの供給量は、小口径助燃性ガス噴出ポートから噴出される噴出ガスの出口線速が2.0m/s以上となるように調整される。なお、小口径助燃性ガス噴出ポートの出口線速が2.0m/s未満では、不活性ガスを混合した場合でも線速が不足し、バーナ先端が焼けやすくなるが、出口線速を2.0m/s以上とすることで充分に線速が大きくなり、ポート先端の焼けを防止することができる。
なお、助燃性ガスに混合させる不活性ガスには、非堆積時に小口径助燃性ガス噴出ポートにパージした不活性ガスを使用しても良い。この場合、堆積開始時には、非堆積時のパージガス流量から、線速を上げるのに必要な不活性ガス流量に調整する必要がある。
以下、本発明の実施の形態について、実施例及び比較例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［予備試験］
図１に示すような同芯多重管バーナを用いた。該バーナの最外管である可燃性ガス噴出ポート１内には、焦点距離150mmの小口径助燃性ガス噴出ポート２が中心のガス噴出ポートに対し同心円状に１列に８本配設されている。中心管にガラス原料となるSiCl4と助燃性ガスO2を、その外側のガス噴出ポートからシールガスN2を、さらにその外側の可燃性ガス噴出ポート１から可燃性ガスH2を、さらに小口径助燃性ガス噴出ポート２から助燃性ガスO2を供給した。
小口径助燃性ガス噴出ポート２に助燃性ガスO2を1.0Ｌ/min供給し、そこに加える不活性ガスN2の流量を変化させて、小口径助燃性ガス噴出ポート２から噴出される噴出ガスの出口線速と該噴出ポート先端の焼けの状態を観察した。
その結果、表１に示すように、小口径助燃性ガス噴出ポート２から噴出するガスの出口線速が2.0m/s以上で噴出ポート先端に焼けが発生しなくなった。しかし、1.8m/s以下では、噴出ガスの線速が不足し、噴出ポート先端に焼けが発生した。
Figure 2009274896
［実施例１］
予備試験で使用したバーナを用いて光ファイバ用多孔質ガラス母材の製造を行った。
図２に示すように、ガラス微粒子の生成・堆積開始時、小口径助燃性ガス噴出ポート２に助燃性ガスとしてO21.0Ｌ/minを、不活性ガスとしてN24.0Ｌ/minを混合して供給した。その後、４時間かけて助燃性ガスを増加させつつ不活性ガスN2を減少させていき、助燃性ガスO2の流量が5.0Ｌ/minに達した時点で不活性ガスN2の供給を停止した。この間、小口径助燃性ガス噴出ポートから噴出するガスの出口線速は３m/sであった。
その結果、助燃性ガス量が少ない堆積初期においても、小口径助燃性ガス噴出ポート先端に焼けが発生することはなかった。
［実施例２］
実施例１で使用したバーナを用い、図３に示すように、堆積開始時、小口径助燃性ガス噴出ポート２に助燃性ガスとしてO21.0Ｌ/minの供給を開始するとともに、非製造時に流していたパージ用の不活性ガスN2の流量を10.0Ｌ/minから4.0Ｌ/minに減少させて、助燃性ガスに混合して供給した。その後、４時間かけて助燃性ガスO2を増加させつつ不活性ガスN2を減少させていき、助燃性ガスO2の流量が5.0Ｌ/minに達した時点で不活性ガスN2の供給を停止した。この間、小口径助燃性ガス噴出ポートから噴出するガスの出口線速は３m/sであった。
その結果、助燃性ガス量が少ない堆積初期においても、小口径助燃性ガス噴出ポート先端に焼けが発生することはなかった。
［比較例１］
実施例１で使用したバーナを用い、小口径助燃性ガス噴出ポートにパージガスとしてN2を流しておき、図４に示すように、ガラス微粒子生成開始とともにパージガスの供給を停止して、助燃性ガスO2に切り替えてその量を徐々に増していき、４時間後に定常流量とした。
その結果、堆積開始からガス流量の少ない1.5時間までの間は、小口径助燃性ガス噴出ポート先端に焼けが発生していた。
本発明によれば、堆積中、小口径助燃性ガス噴出ポート先端の焼けを防止することができ、生産性向上に寄与する。
実施例で使用した同心多重管バーナの先端を示す概略図である。 実施例１において、小口径助燃性ガス噴出ポートに供給したガス量と経過時間との関係を示すグラフである。 実施例２において、小口径助燃性ガス噴出ポートに供給したガス量と経過時間との関係を示すグラフである。 比較例１において、小口径助燃性ガス噴出ポートに供給したガス量と経過時間との関係を示すグラフである。
符号の説明
１．可燃性ガス噴出ポート、
２．小口径助燃性ガス噴出ポート。

Claims (3)

  1. 中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数のガス噴出ポートが同心円状に配置された同芯多重管構造を有し、このうち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ポートが前記ガラス原料ガス噴出ポートに対して同心円状に１列又は複数列配置され、同一列に配置された噴出ポートが同一の焦点距離を有する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いて、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し堆積させて光ファイバ用多孔質ガラス母材を製造する方法であって、前記小口径助燃性ガス噴出ポートに、堆積開始時、助燃性ガスに不活性ガスを混合させたガスを供給し、その後徐々に助燃性ガスを増し、逆に不活性ガスを減少させていくことを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
  2. 非堆積時に小口径助燃性ガス噴出ポートのパージに使用した不活性ガスを、堆積開始時に助燃性ガスに混合させる不活性ガスとして使用する請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
  3. 小口径助燃性ガス噴出ポートから噴出する噴出ガスの出口線速が2.0m/s以上となるように、助燃性ガスに混合する不活性ガスの流量を調節する請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
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