專利名稱:光纖預成型材制造用噴槍的制作方法
本發明涉及通過氣相軸向沉積(VAD)法、外層氣相沉積(OVD)法等制造光學用的多孔玻璃預成形材時，光纖預成形材制造用的噴槍。
作為制造光學纖維、圖象纖維、光導、棒狀透鏡等用的多孔玻璃預成形材的方法，目前采用的有雜質、OH基等混入量很少的VAD、OVD等方法。
眾所周知，上述各種方法是，使用光纖預成形材制造用的噴槍，并向該噴槍供應原料氣體、可燃氣體及助燃氣體，或供應這些氣體及密封氣體，通過借助該噴槍發生的火焰加水分解反應及/或熱氧化反應，生成煙狀的玻璃微粒，并把該玻璃微粒堆積成棒狀、管狀等所希望的形狀。
上述各種方法所用的噴槍為三層管以上的多層管結構，例如當該噴槍為四層管結構時，把從噴槍中心到噴槍最外周之間的各流道，分別作為原料氣體噴射流道(第一流道中心)、密封氣體噴射流道(第二流道)、可燃氣體噴射流道(第三流道)、助燃氣體噴射流道(第4流道最外周)。
一方面，原料氣體由主原料SiCl4、摻雜原料GeCl4、POCl4、BCl3等組成;可燃氣體由氫氣(H2)、甲烷、丙烷、丁烷或它們的混合氣體構成;助燃氣體由氧氣構成;密封氣體由Ar等其他惰性氣體構成。
在這VAD法和OVD法中，玻璃微粒的堆積原理基本上是相同的，但在VAD法中，是把玻璃微粒堆積在一邊轉動一邊被向上拉的垂直的靶子的下端，而在OVD法中，則是把玻璃微粒堆積在以水平狀態轉動的心軸的外周。
經過上述各種方法堆積形成的多孔玻璃預成形材，再通過其后的熱處理，被脫水及透明玻璃化，成為無氣泡的透明預成形材。
在上述VAD法的情況下，通過玻璃微粒的堆積，多孔玻璃預成形材在縱向長度(軸向)上成長。此時，該預成形材隨著自身的成長，其自重也在增大，因此，制作又長又大的多孔玻璃預成形材時，由于該預成形材自身的重量而會發生破損。
因此，用VAD法制造大型的多孔玻璃預成形材時，必須有為了提高玻璃微粒的堆積密度、即為了提高該預成形材強度的改進措施。
另一方面，便玻璃微粒堆積在水平狀態的心軸外周上的OVD法，其多孔玻璃預成形材不會發生VAD法出現的那種破損。但由于隨著玻璃微粒的堆積，預成形材的直徑變大，該預成形材的表面積逐漸變大，所以，在單位時間內從噴槍發向預成形材表面的火焰的單位面積的熱量發生變化，玻璃微粒堆積末期的熱量遠比其初期要小。
由于上述現象，所以，越到上述堆積末期，多孔玻璃預成形材的燒合程度越不足，預成形材在半徑方向的玻璃微粒的密度也發生差異。
多孔玻璃預成形材的密度最好為0.4～1.0g/cm3，如果因上述燒合不足而使多孔玻璃預成形材的密度降到該值以下，則在該預成形材成長時或冷卻時，沿預成形材的長度方向會發生裂紋。
作為其預防措施，目前采用的方法有，與預成形材的成長相應地降低該預成形材的轉動速度，或者增加燃料氣體的量等。
但是，在降低預成形材的轉速這前一種方法的情況下，會使多孔玻璃預成形材的表面發生凹凸等，成為導致外徑不良的原因。
即使是使燃料氣體量增加的后一種方法，依靠的也是按經驗設定其增加量的不可靠的方法。而且，考慮到從噴槍發出的火焰是擴散的火焰，為了防止發生裂紋，及為了消除玻璃微粒堆積密度的不均勻，而逐漸增加燃料氣體量，是極困難的。
如上所述，使用傳統的多層管結構的噴槍來制造多孔玻璃預成形材，很難獲得無裂紋及外徑不良等缺陷的、且玻璃微粒密度均勻的大型預成形材。
考慮到上述問題，本發明的目的在于，提供一種能穩定地制造多孔玻璃預成形材的光纖預成形材制造用噴槍。
(1)為了達到所期望的目的，本發明中特定發明的一種光纖預成形材制造用噴槍的特征為，噴槍中心部設有任意數的原料氣體噴射流道，在該位于噴槍中心部的原料氣體噴射流道的外周，如同包圍該原料氣體噴射流道似地，配置著多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道，并在這各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀的可燃氣體噴射流道。
(2)為了達到所期望的目的，本發明中第二發明的光纖預成形材制造用噴槍的特征為，噴槍中心部設有任意數的原料氣體噴射流道，在該位于噴槍中心部的原料氣體噴射流道的外周，如同包圍該原料氣體噴射流道似地，配置著多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道，并在這各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設置環狀的可燃氣體噴射流道，在該環狀可燃氣體噴射流道的外周，設有環狀助燃氣體噴射流道。
(3)為了達到所期望的目的，本發明中第三發明的光纖預成形材制造用噴槍的特征為，噴槍中心部設有任意數的原料氣體噴射流道，在該位于噴槍中心部的原料氣體噴射流道的外周，設有第一環狀密封氣體噴射流道，在該第一環狀密封氣體噴射流道的外周，如同包圍該環狀密封氣體噴射流道似地，配置有多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道，在這各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道，在該環狀可燃氣體噴射流道的外周，設有第二密封氣體噴射流道，在該第二密封氣體噴射流道的外周，設有環狀助燃氣體噴射流道。
關于附圖的簡單說明圖1為圖示本發明噴槍的第一實施例的平面圖，圖2為圖1中噴槍的縱剖圖，圖3為圖示本發明噴槍的第二實施例的重要部分縱剖圖，圖4為圖示本發明噴槍的第三實施例的平面圖，圖5為使用本發明噴槍的VAD法的示意圖，圖6為使用本發明噴槍的OVD法的示意圖。
以下，結合附圖，對本發明涉及的光纖預成形材制造用噴槍的實施例進行說明。
圖1及圖2顯示本發明噴槍的一個實施例。
圖1與圖2所示的多層管結構的噴槍1，其噴槍中心設有原料氣體噴射流道2，該原料氣體噴射流道2的外周，設有環狀的可燃氣體噴射流道3，該環狀可燃氣體噴射流道3的外周，設有環狀的助燃氣體噴射流道4，而且在環狀的可燃氣體噴射流道3內，沿圓周方向等距離設有多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道5。
在這種噴槍1的場合，參照圖1可知，位于環狀可燃氣體噴射流道3內的各個小口徑助燃氣體噴射流道5，包圍著噴槍中心的原料氣體噴射流道2。
再有，參照圖2可知，各小口徑助燃氣體噴射流道5均指向原料氣體噴射流道2中心線上的一點P，成為所謂的焦點式。
從噴槍1前端到上述點P為止的距離L，一般被設定為約30～350mm，更具體地說，被設定為約L＝200mm左右。
在噴槍1的下部，與圖2所示的各氣體噴射流道2、3、4、5相對應，設有氣體導入口6、7、8、9。
圖3所示的多層管結構的噴槍1基本上與上述圖1、圖2所示的相同，但是，其原料氣體噴射流道2、環狀可燃氣體噴射流道3、環狀助燃氣體噴射流道4及小口徑助燃氣體噴射流道5的各流道是互相平行的，而且，這些流道的相對關系為，它們的前端按環狀可燃氣體噴射流道3與小口徑助燃氣體噴射注道5為最前，原料氣體噴射流道2次之，環狀助燃氣體噴射流道4為最后的次序向前突出。
再有，圖3的噴槍1，其原料氣體噴射流道2與小口徑助燃氣體噴射流道5的各個前端為球面狀。
又，使各流道的前端突出狀態具有差異(不整齊狀態)，或使規定的流道前端成為球面狀的結構，在前述圖1、圖2的實施例中，或后述的實施例中也能采用。
參照圖1至圖3，所述的噴槍1是第二發明的具體實施例，當這些圖中的噴槍1省略環狀助燃氣體噴射流道4時，便成為特定發明的實施例。
圖4所示的多層管結構的噴槍1，從其噴槍中心向著外圓周，依次設有原料氣體噴射流道2、第一環狀密封氣體噴射流道10，環狀可燃氣體噴射流道3，第二環狀密封氣體噴射流道11及環狀助燃氣體噴射流道4，且在環狀可燃氣體噴射流道3內，沿圓周方向間隔設有多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道5。
圖4所示的噴槍1是第三發明的具體的實施例。
作為未圖示的其他的實施例，還有設置多個原料氣體噴射流道、多個可燃氣體噴射流道的例子。
例如在前述各實施例中，當噴槍中心部設有相毗鄰的兩個(或兩個以上)原料氣體噴射流道時，在這些原料氣體噴射流道的外周被設置成多層管狀的其他的氣體噴射流道采用橢圓形，在此時的小口徑助燃氣體噴射流道采用焦點式時，規定橢圓的二個焦點，并使各小口徑助燃氣體噴射流道與此對應。
又，設有兩個環狀可燃氣體噴射流道時，其中之一可以在前述各實施例的位置，另一個例如可設在噴槍的最外周。
構成上述噴槍1的管狀或筒狀構件由高耐熱的石英玻璃、陶瓷等構成，但也可以把各氣體噴射流道的前端部分用石英玻璃或陶瓷制造，余下部分用抗蝕性、抗藥性出色的金屬制造。
圖5和圖6為使用本發明的噴槍1實施的VAD法和OVD法的示意圖。
在圖5的VAD法中，21為具有排氣系統22的反應容器，23為設在該反應容器21上部的、內裝有發熱體(電加熱器)24的電爐，25為石英制的靶，26為靶25的轉動拉上裝置。如已知的那樣，這樣的VAD法，經噴槍1生成的玻璃微粒在靶25的下端依次堆積，成為多孔玻璃預成形材27。該多孔玻璃預成形材27經電爐23被透明玻璃化，成為棒狀的透明玻璃預成形材28。
在圖6的OVD法中，31為轉動加往復運動方式的驅動裝置，32為通過該驅動裝置31被支承著的石英管制成的心軸，此種OVD法也如已知的那樣，經噴槍1生成的玻璃微粒依次堆積在心軸32的外周，成為管狀的多孔玻璃預成形材33。
實施這種VAD法和OVD法時的原料氣體、可燃氣體、助燃氣體及密封氣體，使用已提到的各種氣體。
本發明的噴槍1被使用于上述的VAD法及OVD法，此時，由原料氣體噴射流道2噴出的原料氣體，借助來自環狀可燃氣體噴射流道3的可燃氣體，及來自小口徑助燃氣體噴射流道5的助燃氣體，發生火焰加水分解反應及/或熱氧化反應，變成煙狀的玻璃微粒。
這時，從小口徑助燃氣體噴射流道5噴出的助燃氣體，因前述小口徑助燃氣體噴射流道5是噴管狀的，所以被噴出時的流速極快。其結果，前述助燃氣體與從配置在前述小口徑助燃氣體噴射流道5周圍的環狀可燃氣體噴射流道3噴出的可燃氣體發生的燃燒反應成為高速，燃燒量因而增大，與傳統的多層管燃燒器相比，可獲得極高的溫度。因此，能促進玻璃微粒的堆積，而且能使通過該玻璃微粒的堆積形成的多孔玻璃預成形材的表面溫度保持高而均勻的值，因此，該預成形材的玻璃微粒能被均勻且充分地燒合，能獲得玻璃微粒密度基本均勻的預成形材。
尤其在各小口徑助燃氣體噴射流道5相互為焦點式的場合，這些效果更顯著。
還有，在本申請案中，因為就象助燃氣體是從小口徑助燃氣體噴射流道5噴出、而可燃氣體例如氫是從環狀可燃氣體噴射流道3噴出的那樣，各氣體是以分離的狀態流動的，所以，與例如以氫與氧預先混合的狀態一起噴出的情況不同，火焰能在離噴槍前端某一距離外形成。尤其在本發明中，因為如前所述，助燃氣體的流速很快，所以，能使火焰在離噴槍前端較遠處形成。其結果，由可燃氣體與助燃氣體的燃燒產生的碳黑及通過這些可燃氣體、助燃氣體及原料氣體形成的玻璃微粒便不易粘附在噴槍前端，導致噴槍的堵塞等問題。
又，當原料氣體噴射流道2、小口徑助燃氣體噴射流道5的各前端為球面狀時，更能防止玻璃微粒粘附在噴槍前端，更合適。
又，第一環狀密封氣體噴射流道10，也具有防止原料氣體噴射流道2因玻璃微粒而被堵塞的效果，第二環狀密封氣體噴射流道11防止分隔環狀可燃氣體噴射流道3與環狀助燃氣體噴射流道4的管狀或筒狀構件的前端發生熱變形。
再者，從環狀助燃氣體噴射流道4噴出的助燃氣體并不直接參與玻璃微粒的合成，而有利于火焰的穩定。即，促使火焰從其中心部至周邊部的溫度分布達到均勻化。其結果，能防止多孔玻璃預成形材的表面出現凹凸，還能使玻璃微粒的密度均勻。
該原因，是由于從前述環狀助燃氣體噴射流道4噴出的助燃氣體切斷了大氣與從內側環狀可燃氣體噴射流道3噴出的可燃氣體的接觸，并通過該助燃氣體，使燒剩下的前述可燃氣體完全燃燒的緣故。也就是，由于從內側的環狀可燃氣體噴射流道3噴出并燒剩的可燃氣體，與空氣中的氧氣發生不穩定的燃燒反應，以至引起火焰外周部產生紊亂的現象得到了防止的緣故。
更具體的例子是，使用圖1和圖2所示的噴槍，以下述的條件實施圖6的OVD法。
1.原料氣體噴射流道2SiCl4(50℃)＝3l/min(載體氣體Ar)可燃氣體噴射流道3H2＝35l/min→45l/min助燃氣體噴射流道4O2＝5l/min→8l/min助燃氣體噴射流道5O2＝16l/min2.心軸32的外徑15mm φ橫動速度100mm/min橫動區間350mm心軸32的轉速60rpm合成時間約6.5小時用上述條件制造的多孔玻璃預成形材為外徑×長度＝120φ×350mm，其整個半徑方向的玻璃微粒密度約為0.4g/cm3，且基本一定，完全無裂紋產生。
如以上說明，本發明中的特定發明涉及的光纖預成形材制造用噴槍，由于在位于該噴槍中心部的原料氣體噴射流道的外周，如同包圍該原料氣體噴射流道似地，配置有多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道，在這各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道，所以，通過各小口徑助燃氣體噴射流道的特殊配置結構，便能穩定地制造多孔玻璃預成形材。
本發明中的第二發明涉及的光纖預成形材制造用噴槍，因為是在前述特定發明的噴槍中，在其環狀可燃氣體噴射流道的外周，設置環狀助燃氣體噴射流道，所以不僅能獲得上述的效果，而且通過該環狀助燃氣體噴射流道，能使整個半徑方向的火焰穩定。
本發明中的第三發明涉及的光纖預成形材制造用噴槍，因為是在特定發明的噴槍中，在其規定的氣體噴射流道間，設置第一和第二環狀密封氣體噴射流道，所以，不僅能獲得上述的效果，而且，能防止原料氣體噴射流道因玻璃微粒而堵塞，能保護分隔環狀可燃氣體噴射流道及環狀助燃氣體噴射流道的管狀或筒狀構件的前端。
權利要求
1.一種光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍中心部設有任意數的原種氣體噴射流道，在該位于噴槍中心部的原料氣體噴射流道的外周，如同包圍該原料氣體噴射流道似地，配置多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道，在上述各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道。
2.按權利要求
1記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍中心部設有一個原料氣體噴射流道，在該原料氣體噴射流道的外周，配置著各個小口徑助燃氣體噴射流道，在上述各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道。
3.按權利要求
1記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍中心部設有兩個互相毗鄰的原料氣體噴射流道，如同包圍該兩個原料氣體噴射流道似地，配置著各個小口徑助燃氣體噴射流道，在上述各個小口徑助燃氣體噴射流道周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道。
4.按權利要求
1至3中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，上述各個小口徑助燃氣體噴射流道均指向噴槍中心線上的一點。
5.按權利要求
1至3中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，上述原料氣體噴射流道和各個小口徑助燃氣體噴射流道的前端形成為球面狀。
6.按權利要求
2記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，原料氣體噴射流道與環狀可燃氣體噴射流道為同心的圓所構成。
7.按權利要求
3記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，上述環狀可燃氣體噴射流道由橢圓構成。
8.按權利要求
1至7中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，上述噴槍的流道構件由石英玻璃構成。
9.按權利要求
1至7中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，上述噴槍的流道構件由陶瓷構成。
10.一種光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍中心部設有任意數的原料氣體噴射流道，在該位于噴槍中心部的原料氣體噴射流道的外周，如同包圍該原料氣體噴射流道似地，配置多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道，在上述各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道，在這環狀可燃氣體噴射流道的外周，設有環狀助燃氣體噴射流道。
11.按權利要求
10記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，在噴槍中心部設有一個原料氣體噴射流道，在該原料氣體噴射流道的外周，配置有各個小口徑助燃氣體噴射流道，在這各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道，在這環狀可燃氣體噴射流道的外周，設有環狀助燃氣體噴射流道。
12.按權利要求
10記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，在噴槍中心部設有兩個互相毗鄰的原料氣體噴射流道，在該兩個原料氣體噴射流道的外周，配置著各個小口徑助燃氣體噴射流道，在這各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道，在這環狀可燃氣體噴射流道的外周，設有環狀助燃氣體噴射流道。
13.按權利要求
10～12中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，上述各小口徑助燃氣體噴射流道均指向噴射中心線上的一點。
14.按權利要求
10～12中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，上述原料氣體噴射流道和各小口徑助燃氣體噴射流道的前端形成為球面狀。
15.按權利要求
11記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，原料氣體噴射流道、環狀可燃氣體噴射流道及環狀助燃氣體噴射流道為同心的圓所構成。
16.按權利要求
12記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，環狀可燃氣體噴射流道及環狀助燃氣體噴射流道為同心的橢圓所構成。
17.按權利要求
10至16中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍的流道構件由石英玻璃構成。
18.按權利要求
10至16中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍的流道構件由陶瓷構成。
19.一種光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍中心部設有任意數的原料氣體噴射流道，在該位于噴槍中心部的原料氣體噴射流道的外周，設有第一環狀密封氣體噴射流道，在該第一環狀密封氣體噴射流道的外周，如同包圍該環狀密封氣體噴射流道似地，配置著多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道，在這各個小口徑助燃氣體噴射流道的外周，設有環狀可燃氣體噴射流道，在該環狀可燃氣體噴射流道的外周，設有第二密封氣體噴射流道，在該第二密封氣體噴射流道的外周，設有環狀助燃氣體噴射流道。
20.按權利要求
19記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍中心部設有一個原料氣體噴射流道，在該原料氣體噴射流道的外周，設有第一環狀密封氣體噴射流道，在該第一環狀密封氣體噴射流道的外周，配置著各個小口徑助燃氣體噴射流道，在這各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道，在該環狀可燃氣體噴射流道的外周，設有第二密封氣體噴射流道，在該第二密封氣體噴射流道的外周，設有環狀助燃氣體噴射流道。
21.按權利要求
19記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍中心部設有兩個互相毗鄰的原料氣體噴射流道，在這兩個原料氣體噴射流道的外周，設有第一環狀密封氣體噴射流道，在該第一環狀密封氣體噴射流道的外周，配置著各個小口徑助燃氣體噴射流道，在這各個小口徑助燃氣體噴射流道的周圍，設有環狀可燃氣體噴射流道，在該環狀可燃氣體噴射流道的外周，設有第二環狀密封氣體噴射流道，在該第二環狀密封氣體噴射流道的外周，設有環狀助燃氣體噴射流道。
22.按權利要求
19～21中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，上述各小口徑助燃氣體噴射流道均指向噴槍中心線上的一點。
23.按權利要求
19～21中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，上述原料氣體噴射流道和各小口徑助燃氣體噴射流道的前端形成為球面狀。
24.按權利要求
20記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，原料氣體噴射流道、第一環狀密封氣體噴射流道、環狀可燃氣體噴射流道、第二環狀密封氣體噴射流道及環狀助燃氣體噴射流道由同心的圓所構成。
25.按權利要求
21記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，第一環狀密封氣體噴射流道、環狀可燃氣體噴射流道、第二環狀密封氣體噴射流道，及環狀助燃氣體噴射流道由同心的橢圓所構成。
26.按權利要求
19至25中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍的流道構件由石英玻璃構成。
27.按權利要求
19至25中任一項記載的光纖預成形材制造用噴槍，其特征為，噴槍的流道構件由陶瓷構成。
專利摘要
本發明涉及光纖預成型材制造用噴槍。該噴槍在中心部設置原料氣體噴射流道，圍繞著該原料氣體噴射流道，設置多個互相獨立的小口徑助燃氣體噴射流道。這小口徑助燃氣體噴射流道周圍是環狀可燃氣體噴射流道。由于這多個小口徑助燃氣體噴射流道的特殊配置方式，所以，該噴槍能穩定地制造多孔玻璃預成型材。
文檔編號C03B8/04GK87100680SQ87100680
公開日1987年9月30日 申請日期1987年2月12日
發明者三上雅俊, 松原邦弘 申請人:古河電氣工業株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan