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JPH0416418B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0416418B2
JPH0416418B2 JP60023488A JP2348885A JPH0416418B2 JP H0416418 B2 JPH0416418 B2 JP H0416418B2 JP 60023488 A JP60023488 A JP 60023488A JP 2348885 A JP2348885 A JP 2348885A JP H0416418 B2 JPH0416418 B2 JP H0416418B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flame
glass
raw material
flow velocity
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60023488A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61186239A (en
Inventor
Hiroyuki Suda
Shuichi Shibata
Motohiro Nakahara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2348885A priority Critical patent/JPS61186239A/en
Priority to CA000475011A priority patent/CA1284921C/en
Priority to AU39122/85A priority patent/AU556545B2/en
Priority to US06705362 priority patent/US4618354B1/en
Priority to EP85301304A priority patent/EP0154500B1/en
Priority to DE8585301304T priority patent/DE3575414D1/en
Priority to AU60205/86A priority patent/AU586490B2/en
Priority to AU60204/86A priority patent/AU584223B2/en
Publication of JPS61186239A publication Critical patent/JPS61186239A/en
Priority to US07/054,886 priority patent/US4801322A/en
Publication of JPH0416418B2 publication Critical patent/JPH0416418B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、大形の光フアイバ母材を効率良く安
定に高速度で製造する光フアイバ母材の製造方法
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a method for manufacturing an optical fiber preform, which efficiently and stably manufactures a large optical fiber preform at a high speed.

[従来方法] 従来、光フアイバ母材を製造する方法として
は、MCVD法(Modified Chemical Vapor
Deposition)、OVD法(Outside Vapor
Deposition)、VAD法(Vapor−phase Axial
Deposition)等がある。現在、産業界における関
心事はこれらの方法で得られる特性の優れた光フ
アイバをいかに経済的に、すなわち短時間のうち
に大量に製造して光フアイバの価格を低減化する
かにある。特に、大形の母材を高速度で製造する
ことは、光フアイバの経済化に対して効果が大き
いので期待されている。
[Conventional method] Conventionally, the MCVD method (Modified Chemical Vapor
Deposition), OVD method (Outside Vapor
Deposition), VAD method (Vapor-phase Axial
Deposition) etc. At present, the industry is concerned with how to economically produce optical fibers with excellent properties obtained by these methods in large quantities in a short period of time, thereby reducing the cost of the optical fibers. In particular, manufacturing large-sized base materials at high speed is expected to be highly effective in making optical fibers more economical.

従来VAD法における高速合成法として、バー
ナを多段にすることあるいは単一バーナで改良を
加えることが検討されてきた。多段バーナでは、
多孔質母材成長端周囲にバーナを複数個設置する
のでバーナ本数を増すに従い合成速度は向上す
る。しかし、各バーナ火炎の干渉により、特性、
安定性および再現性の点で単一バーナの場合に比
較して劣つている。単一バーナの場合には、多孔
質母材を高速に合成するためにガラス原料をより
多く供給しなければならず、ガラス原料供給量を
増加するに従い未反応ガラス原料の増大、火炎流
の乱れを生じ、合成収率が低下するという問題が
あつた。
Conventionally, as a high-speed synthesis method in the VAD method, consideration has been given to using multiple stages of burners or improving the use of a single burner. In multi-stage burners,
Since a plurality of burners are installed around the growing end of the porous base material, the synthesis speed increases as the number of burners increases. However, due to the interference of each burner flame, the characteristics,
It is inferior in terms of stability and reproducibility compared to the single burner case. In the case of a single burner, it is necessary to supply a larger amount of glass raw material in order to synthesize the porous base material at high speed, and as the amount of glass raw material supplied increases, the amount of unreacted glass raw material increases and the flame flow becomes turbulent. There was a problem that this resulted in a decrease in the synthesis yield.

さらに、高速で太い多孔質母材を製造するため
に流速に着目してその最適化を図る試みがなされ
たが(H.Sudaらによる“Fine Glass Particle−
Deposition Mechanism in the VAD
Process”、Fiber and Integrated Optics、
Vol.4、No.4、pp.427−437)、その場合には、収
率が悪い状態でしか実現できず、多孔質母材の製
造方法としては適していなかつた。
Furthermore, attempts were made to optimize the flow rate in order to manufacture thick porous base materials at high speeds (H. Suda et al.'s “Fine Glass Particle-
Deposition Mechanism in the VAD
Process”, Fiber and Integrated Optics,
Vol. 4, No. 4, pp. 427-437), in that case, it could only be achieved with a poor yield and was not suitable as a method for producing a porous base material.

VAD法において、大形の母材を高速に合成す
るためには、供給するガラス原料の量を増大させ
る必要があつた。そこで、ガラス原料の反応効率
等を改善させるために、火炎を多重化することが
考えられている。すなわち、火炎を多重にし、そ
の内側火炎を退行させることにより実効火炎長を
増加させガラス微粒子粒径を制御するバーナが特
願昭58−219380号の「ガラス微粒子合成用バー
ナ」において提案されている。
In the VAD method, in order to synthesize large base materials at high speed, it was necessary to increase the amount of glass raw materials supplied. Therefore, in order to improve the reaction efficiency of glass raw materials, it has been considered to use multiple flames. That is, a burner that increases the effective flame length and controls the particle size of glass particles by multiplexing flames and regressing the inner flame has been proposed in Japanese Patent Application No. 58-219380 entitled ``Burner for Synthesizing Glass Fine Particles.'' .

このような多重火炎バーナのひとつとしての二
重火炎バーナの構造を第1図に示す。第1図にお
いて、1は内側火炎用ガラス原料供給口、2は内
側火炎用ガラス原料量粒口1の周囲に配置した内
側火炎用燃焼ガス供給口、3は内側火炎用燃焼ガ
ス供給口2の周囲に配置した外側火炎用ガラス原
料供給口、4は外側火炎用ガラス原料供給口3の
周囲に配置した外側火炎用燃焼ガス供給口であ
る。5は内側火炎用ノズル、6は外側火炎用ノズ
ルであり、内側火炎用ノズル5と外側火炎用ノズ
ル6とは独立している。7は内側火炎8内で反応
しているガラス原料層、9は外側火炎、10は生
成されたガラス微粒子、11は成長しつつある多
孔質母材を示している。aは内側火炎の火炎長、
bは内側および外側火炎から成る二重火炎の火炎
長を示す。ここで、内側火炎用ノズル5を外側火
炎用ノズル6より引込めて配置可能とすることに
より、内側火炎8が外側火炎9より距離lだけ退
行可能なように構成し、退行距離lをガラス原料
の供給量に応じて調節できるようにしてある。
The structure of a double flame burner as one of such multiple flame burners is shown in FIG. In Fig. 1, 1 is a frit supply port for the inner flame, 2 is a combustion gas supply port for the inner flame arranged around the glass raw material amount port 1 for the inner flame, and 3 is the combustion gas supply port 2 for the inner flame. Outer flame frit supply ports 4 arranged around the outer flame frit supply ports 4 are outer flame combustion gas supply ports arranged around the outer flame frit supply ports 3 . 5 is an inner flame nozzle, 6 is an outer flame nozzle, and the inner flame nozzle 5 and the outer flame nozzle 6 are independent. Reference numeral 7 indicates a frit layer reacting within the inner flame 8, 9 indicates an outer flame, 10 indicates generated glass fine particles, and 11 indicates a growing porous base material. a is the flame length of the inner flame,
b indicates the flame length of a double flame consisting of an inner and outer flame. By making the inner flame nozzle 5 retractable from the outer flame nozzle 6, the inner flame 8 is configured to be able to retreat by a distance l from the outer flame 9, and the regression distance l is It can be adjusted according to the amount of supply.

火炎を2重化した場合には、外側火炎による火
炎長の増加によつてガラス微粒子堆積量が増加す
る。換言すると、火炎の2重化により、ガラス微
粒子堆積速度が増加する。特に、ガラス原料の供
給量が多いほど二重火炎の効果は大きい。
When the flames are duplicated, the amount of glass particles deposited increases due to the increase in flame length due to the outer flame. In other words, the duplication of flames increases the glass particle deposition rate. In particular, the greater the amount of glass raw material supplied, the greater the effect of the double flame.

これは、火炎が長くなるのでガラス原料の分解
が促進され、これがため、ガラス微粒子の火炎中
での滞留時間が長くなつて、生成されるガラス微
粒子の粒径が大きくなるためと考えられている。
This is thought to be because the longer flame accelerates the decomposition of the glass raw materials, which lengthens the residence time of the glass particles in the flame, increasing the particle size of the glass particles produced. .

次に、第2図は、2重火炎バーナによる火炎内
滞留時間とガラス微粒子比表面積およびガラス微
粒子粒径との関係を示すグラフである。第2図か
ら明らかなように、ガラス微粒子の火炎内滞留時
間が長くなるに従つて、ガラス微粒子比表面積は
小さくなり、逆にガラス微粒子粒径は大きくな
る。そこで火炎長を長くとることにより、ガラス
微粒子火炎内滞留時間を長くすることができ、そ
の結果、ガラス微粒子粒径を大きくすることがで
きることが見出された。
Next, FIG. 2 is a graph showing the relationship between the residence time in the flame of a double flame burner, the specific surface area of glass particles, and the particle size of glass particles. As is clear from FIG. 2, as the residence time of the glass particles in the flame becomes longer, the specific surface area of the glass particles decreases, and conversely, the particle size of the glass particles increases. Therefore, it has been found that by increasing the flame length, the residence time of the glass fine particles in the flame can be increased, and as a result, the particle size of the glass fine particles can be increased.

すなわち、2重火炎バーナを用いて内側ノズル
を退行させることにより、ガラス微粒子粒径を増
大させ、それによつて微粒子の大径化と堆積速度
の向上を図り、光フアイバ母材合成速度の高速化
を達成することができると考えられていた。
That is, by regressing the inner nozzle using a double flame burner, the particle size of the glass particles is increased, thereby increasing the diameter of the particles and increasing the deposition rate, thereby increasing the synthesis rate of the optical fiber base material. It was believed that this could be achieved.

このように、多重火炎バーナにおいてはガラス
微粒子粒径制御の効果は確認されているが、ガラ
ス原料反応効率の増大に関しては、十分な結果が
得られていない。さらに、実際の母材作製にあた
つては、火炎温度不均一による成長不安定性(多
孔質母材の割れ、多孔質母材成長面形状の乱れ)
や屈折率分布の非制御性等の欠点があり、多孔質
母材を作製する際の各種ガスの供給条件によつて
は、多孔質母材の成長が極めて遅くなつたり不安
定になることがあり、再現性よく母材を製造する
ための条件を把握して基本的な製造方法を確立す
ることが重要な課題となつている。
As described above, although the effect of controlling the particle size of glass fine particles has been confirmed in multiple flame burners, sufficient results have not been obtained in terms of increasing the glass raw material reaction efficiency. Furthermore, when preparing the actual base material, growth instability due to uneven flame temperature (cracks in the porous base material, disordered shape of the growth surface of the porous base material) must be avoided.
However, depending on the supply conditions of various gases when producing the porous base material, the growth of the porous base material may become extremely slow or unstable. Therefore, it is important to understand the conditions for manufacturing base materials with good reproducibility and to establish basic manufacturing methods.

[目的] 本発明の目的は、以上の観点に鑑みて、大形の
多孔質母材を高速度で、しかも安定にかつ再現性
よく製造する光フアイバ母材の製造方法を提供す
ることにある。
[Objective] In view of the above points, an object of the present invention is to provide a method for producing an optical fiber preform, which produces a large porous preform at high speed, stably, and with good reproducibility. .

[発明の構成] かかる目的を達成するために、本発明では、ガ
ラス原料を多重化した火炎に供給して多孔質母材
を製造する際にその多重化した火炎流の各々にお
ける流速を所定の関係に定め、しかもガラス原料
流の流速をかかる火炎流の流速以下で供給する。
[Structure of the Invention] In order to achieve the above object, the present invention provides a method for controlling the flow velocity of each of the multiplexed flame flows to a predetermined value when producing a porous base material by supplying glass raw materials to multiplexed flame flows. and the flow rate of the frit stream is less than or equal to the flow rate of the flame stream.

かかる目的を達成するために、本発明では、ガ
ラス原料を多重化した火炎に供給して多孔質母材
を製造する際にその多重化した火炎流の各々にお
ける流速を所定の関係に定め、しかもガラス原料
流の流速をかかる火炎流の流速以下で供給する。
In order to achieve such an object, in the present invention, when producing a porous base material by supplying glass raw materials to multiplexed flames, the flow velocities of each of the multiplexed flame flows are set in a predetermined relationship, and The flow rate of the frit stream is supplied at a rate less than or equal to the flow rate of the flame stream.

すなわち、本発明製造方法は、火炎内でガラス
原料を分解してガラス微粒子を形成し、該ガラス
微粒子を種棒に堆積させて多孔質母材を形成し、
該多孔質母材を透明ガラス化して光フアイバ用母
材を形成する光フアイバ母材の製造方法におい
て、前記ガラス原料を供給する原料供給用ノズル
と、該原料供給用ノズルのまわりに順次に配置さ
れ、それぞれ個別の火炎流を順次に形成する複数
の火炎形成用ノズルとを有するバーナを用い、前
記複数の火炎のうち、第k番目の火炎の流速を
Vk、該第k番目の火炎の外側の第(k+1)番
目の火炎の流速をVk+1および前記ガラス原料の
流速をVnとするときに、 0.1Vk+1≦Vk≦2.5Vk+1 Vn≦Vk+1 Vn≦Vk なる条件を満たすようになし、前記第k番目の火
炎流を前記第(k+1)番目の火炎流より退行さ
せて得られる多重火炎中に前記ガラス原料を供給
してガラス微粒子を生成することを特徴とする。
That is, the manufacturing method of the present invention decomposes a glass raw material in a flame to form glass fine particles, deposits the glass fine particles on a seed rod to form a porous base material,
In the method for producing an optical fiber preform in which the porous preform is transparently vitrified to form an optical fiber preform, a raw material supply nozzle for supplying the glass raw material and sequentially arranged around the raw material supply nozzle are provided. and a plurality of flame forming nozzles that sequentially form individual flame flows, and the flow velocity of the k-th flame among the plurality of flames is determined.
V k , when the flow velocity of the (k+1)th flame outside the kth flame is V k+1 and the flow velocity of the glass raw material is V n , 0.1V k+1 ≦V k ≦2.5 V k+1 V n ≦V k+1 V n ≦ V k is satisfied, and the k-th flame flow is regressed from the (k+1)-th flame flow, resulting in multiple flames. The method is characterized in that the glass raw material is supplied to produce glass fine particles.

[実施例] 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
[Example] The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

まず、燃焼ガスの流速と多孔質母材の成長安定
性について堆積実験を行つた。この実験では、第
1図に示したような同心円状の多重火炎ノズルに
より構成された二重火炎構造のバーナを使用し、
第3図に示すように退行距離lを60mmとし、外側
火炎流の流速Vo、内側火炎流の流速Viおよび原
料流の流速Vmの関係を調べた。
First, a deposition experiment was conducted to examine the flow rate of combustion gas and the growth stability of the porous matrix. In this experiment, we used a burner with a double flame structure consisting of multiple concentric flame nozzles as shown in Figure 1.
As shown in FIG. 3, the regression distance l was set to 60 mm, and the relationship between the flow velocity Vo of the outer flame flow, the flow velocity Vi of the inner flame flow, and the flow velocity Vm of the raw material flow was investigated.

外側火炎の火炎流速は火炎流レイノズル数等を
考慮に入れて、安定した火炎が得られる2m/
secとした。ここで、火炎流速とは、支配的に火
炎を構成する水素ガスおよび酸素ガスの各流量を
各ガスの吹き出すノズルの断面積で除したもので
ある。バーナ位置は通常の母材作製における位置
に設定した。ガラス微粒子堆積量は擬似母材を用
いているため擬似母材依存性があるので、任意目
盛とした。
The flame flow velocity of the outer flame is set at 2m/2m to obtain a stable flame, taking into consideration the number of flame flow Ray nozzles, etc.
sec. Here, the flame flow velocity is the flow rate of each of hydrogen gas and oxygen gas, which predominantly constitute the flame, divided by the cross-sectional area of the nozzle from which each gas is blown out. The burner position was set to the position used in normal base material production. Since the amount of glass fine particles deposited depends on the pseudo base material because a pseudo base material is used, it was set on an arbitrary scale.

ガラス原料としての四塩化ケイ素(SiCl4)を
アルゴンアスをキヤリアとして流速0.7m/secで
内側火炎中心層に2200c.c./minで供給し、内側火
炎の火炎流流速Viを変化させてガラス微粒子堆
積量を測定した。火炎流速は酸素ガスおよび水素
ガスの流速を同じ割合で変化させることにより調
節した。
Silicon tetrachloride (SiCl 4 ) as a glass raw material is supplied to the inner flame center layer at a flow rate of 0.7 m/sec using argon as a carrier at a flow rate of 2200 c.c./min, and the flame flow velocity Vi of the inner flame is changed to form glass particles. The amount of deposition was measured. The flame flow rate was adjusted by changing the oxygen and hydrogen gas flow rates in equal proportions.

その結果を第4図に示す。内側火災流流速Vi
を増加するにつれ、2重火炎としての効果が生
じ、ガラス微粒子堆積量は増加し、ViVo=2
m/secのときに最大値をとり、最も好適であつ
た。内側火炎流流速Viをさらに増加すると、内
側火炎が外側火災を乱しはじめ、安定な火炎が得
られなくなり母材表面温度が不均一になると共に
ガラス微粒子堆積速度は減少する。特に内側火炎
流流速Viが5m/sec(2.5Vo相当)付近を越える
と安定した成長面は得られなくなつた。
The results are shown in FIG. Inside fire flow velocity Vi
As ViVo increases, a double flame effect occurs, the amount of glass particles deposited increases, and ViVo=2
The maximum value was obtained at m/sec, which was the most suitable. When the inner flame flow velocity Vi is further increased, the inner flame starts to disturb the outer flame, a stable flame cannot be obtained, the base material surface temperature becomes uneven, and the glass particle deposition rate decreases. In particular, when the inner flame flow velocity Vi exceeded around 5 m/sec (equivalent to 2.5 Vo), a stable growth surface could no longer be obtained.

他方、内側火炎流流速Viを低下させていくと、
Viが0.2m/sec(0.1Vo相当)近傍以下では、バー
ナとして機能しなくなり、やはり安定した成長面
が得られなくなつた。
On the other hand, as the inner flame flow velocity Vi decreases,
When Vi was around 0.2 m/sec (equivalent to 0.1 Vo) or less, it no longer functioned as a burner, and a stable growth surface could no longer be obtained.

次に、キヤリアガスの流量を調節することによ
つて内側火炎に供給するガラス原料層の流速Vm
を変化させて、堆積したガラス微粒子の重量を測
定することにより、ガラス原料の流量に対するガ
ラス原料収率を求めた結果を第5図に示す。
Next, by adjusting the flow rate of the carrier gas, the flow rate Vm of the frit layer supplied to the inner flame is determined.
FIG. 5 shows the results of determining the glass raw material yield with respect to the glass raw material flow rate by varying the amount of glass and measuring the weight of the deposited glass particles.

第5図からわかるように、ガラス原料層流速
Vmが0.5Vo=1m/sec近傍を越えるあたりから
収率は急激に低下し、VmがVo=2m/sec近傍
を越えると、ガラス原料は火炎とほとんど反応せ
ず、安定した成長は見られず、多孔質母材を安定
に成長させるには、バーナにおけるVmとVoに
関してはVm≦Voとすることが必要であること
がわかつた。
As can be seen from Figure 5, the glass raw material laminar flow velocity
The yield drops sharply when Vm exceeds around 0.5 Vo = 1 m/sec, and when Vm exceeds around Vo = 2 m/sec, the glass raw material hardly reacts with the flame and stable growth is not observed. It was found that in order to grow the porous base material stably, it is necessary to set Vm≦Vo in the burner.

以上から、高速で安定した母材の成長を得るた
めには、内側火炎流の流速Voとしては、0.1Vo
≦Vi≦2.5Voの範囲にあり、かつVm≦Voである
ことが好ましく、特にVo=Vi≧Vmが最も好ま
しいことがわかる。
From the above, in order to obtain stable growth of the base metal at high speed, the flow velocity Vo of the inner flame flow should be 0.1Vo.
It can be seen that it is preferably in the range of ≦Vi≦2.5Vo and that Vm≦Vo, and in particular, it is most preferable that Vo=Vi≧Vm.

なお、上述の実験ではVo=2m/secとして、
ViおよびVmとVoとの関係を調べたが、Voの設
定は多孔質母材の成長部付近で乱流が生じない範
囲で変化させることができる。Voは作製しよう
とする多孔質母材の径および母材形状によつて異
なり、通常は0.5〜5m/secの範囲に定める。こ
の範囲で上述と同様の傾向が得られた。
In addition, in the above experiment, Vo = 2m/sec,
The relationship between Vi, Vm, and Vo was investigated, and the setting of Vo can be varied within a range that does not cause turbulence near the growth area of the porous base material. Vo varies depending on the diameter and shape of the porous base material to be produced, and is usually set in the range of 0.5 to 5 m/sec. In this range, the same tendency as described above was obtained.

さらに、外側にもう1組の火炎を構成した3重
火炎について、同様な検討を行つた。最も内側の
1重目火炎の流速Viと最も外側の3重目火炎の
流速Vo(2)との関係を第6図に示す。ここで、2
重目火炎の流速をVo(1)として、Vo(1)=Vo(2)、
Vo(1)=0.2Vo(2)の場合を図示した。3重火炎に
おいても、同様の関係があることがわかつた。特
にVo(1)=0.2Vo(2)の場合が示すように流速の異
なる火炎が形成されている場合、安定成長する範
囲が狭くなると共に、ガラス微粒子堆積量も全体
に低下する傾向がみられた。
Furthermore, a similar study was conducted on a triple flame with another set of flames on the outside. FIG. 6 shows the relationship between the flow velocity Vi of the innermost first layer flame and the flow velocity Vo(2) of the outermost third layer flame. Here, 2
Assuming the flow velocity of heavy flame as Vo(1), Vo(1)=Vo(2),
The case where Vo(1)=0.2Vo(2) is illustrated. A similar relationship was found for triple flames as well. In particular, when flames with different flow velocities are formed, as shown in the case of Vo(1) = 0.2Vo(2), the range of stable growth becomes narrower and the amount of glass particles deposited tends to decrease overall. Ta.

このように、本発明は2重火炎や3重火炎のみ
ならず一般的に多重火炎にも適用され、その各々
の流速について、第k番目の火炎の流速Vkと第
(k+1)番目の火炎の流速Vk+1とに着目したと
きに両流速間に 0.1Vk+1≦Vk≦2.5Vk+1 Vm≦Vk+1 Vm≦Vk なる条件を満足させることによつて、多孔質母材
を高速で、しかも安定かつ再現性よく成長させる
ことができる。
As described above, the present invention is applicable not only to double flames and triple flames but also to multiple flames in general, and for each of these flames, the flow velocity V k of the kth flame and the flow velocity V k of the (k+1)th flame are determined. When focusing on the flow velocity V k + 1 of A porous base material can be grown at high speed, stably, and with good reproducibility.

内側火炎あるいは外側火炎部における流速の調
整は、バーナ寸法およびノズル間隙を調整すると
共に、酸素ガスおよび水素ガスの双方あるいは一
方の流量を調整することにより実現できる。
Adjustment of the flow velocity in the inner flame or outer flame section can be achieved by adjusting the burner dimensions and nozzle gap, as well as the flow rates of oxygen gas and/or hydrogen gas.

次に、上述した火炎流の好適な流速に状態にお
ける内側火炎の退行距離lの決定について第7図
を参照して説明する。第7図はバーナの軸方向に
おける火炎温度分布を内側および外側火炎と対比
して示す。ここで、Tcはガラス原料の反応下限
を示す温度であり、この温度Tc以下ではガラス
原料が反応しないでそのままの状態にある。
Next, the determination of the regression distance l of the inner flame when the above-mentioned flame flow reaches a suitable flow velocity will be explained with reference to FIG. FIG. 7 shows the flame temperature distribution in the axial direction of the burner in contrast to the inner and outer flames. Here, Tc is a temperature indicating the lower limit of reaction of the glass raw material, and below this temperature Tc, the glass raw material does not react and remains in the same state.

第7図に示す退行距離l1の状態(A)では内側火炎
8の下流端と外側火炎9の上流端とが実質的に連
続しており、火炎温度は下限温度Tcより高い温
度で連続している。ここで、連続とは、火炎温度
が常に下限温度Tcより高い状態にあることを意
味する。退行距離lを大きくしてl2にした状態(B)
では、内側火炎8と外側火炎9とが分離してしま
う。そこで、退行距離lは、上述したように定め
た好適なVo、ViおよびVmの条件の下で、内側
火炎8と外側火炎9とが実質的に連続するように
定める。しかも、退行距離lは、このように定め
られる範囲内でなるべく長くすることによつて火
炎長が長くなるので、ガラス微粒子の堆積効率を
高めることができる。
In state (A) with regression distance l1 shown in FIG. 7, the downstream end of the inner flame 8 and the upstream end of the outer flame 9 are substantially continuous, and the flame temperature is continuously higher than the lower limit temperature Tc. There is. Here, continuous means that the flame temperature is always higher than the lower limit temperature Tc. State where regression distance l is increased to l2 (B)
In this case, the inner flame 8 and the outer flame 9 will be separated. Therefore, the regression distance l is determined so that the inner flame 8 and the outer flame 9 are substantially continuous under the preferable conditions of Vo, Vi, and Vm determined as described above. Moreover, by making the regression distance l as long as possible within the range determined in this way, the flame length becomes longer, so that the deposition efficiency of glass particles can be increased.

このような流速条件下における2重火炎の効果
を第8図に示す。第8図は2重火炎化した場合と
しない場合のガラス原料としてのSiCl4供給量と
ガラス微粒子体積量との関係を、直径150mmの擬
似母材にSiO2を堆積させたときの堆積速度をガ
ラス原料であるSiCl4の供給量に対して示してい
る。ここで、実線が2重火炎化した場合、破線が
内側火炎単独の場合である。
The effect of the double flame under such flow velocity conditions is shown in FIG. Figure 8 shows the relationship between the amount of SiCl 4 supplied as a glass raw material and the volume of glass fine particles with and without double flame formation, and the deposition rate when SiO 2 was deposited on a pseudo base material with a diameter of 150 mm. It is shown relative to the supply amount of SiCl 4 , which is a glass raw material. Here, the solid line represents the case where there is a double flame, and the broken line represents the case where there is only an inner flame.

ここで、SiCl4の供給量を5000c.c./minとする
と、2重火炎バーナでは5g/minの堆積速度が
得られ、収率は60〜70%であつた。
Here, when the feed rate of SiCl 4 was 5000 c.c./min, a deposition rate of 5 g/min was obtained with the dual flame burner, and the yield was 60 to 70%.

次に本発明の実施例について述べる。 Next, embodiments of the present invention will be described.

第9図に本発明で用いるガラス微粒子合成用バ
ーナの一実施例を示す。ここで、21はガラス原
料供給用ノズル、22はH2やプロパン、ブタン
などの炭化水素系燃料などの可燃性ガス供給用ノ
ズル、23はAr、He、N2などの不活性ガス供給
用ノズル、24はO2などの支燃性ガス供給用ノ
ズル、25は不活性ガス供給用ノズルである。こ
れらノズル22〜25をノズル21のまわりにこ
の順序で同心円状に配置して内側多重ノズルとな
し、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより内側火炎
を形成する。さらに、26は外側ガラス原料(ま
たは不活性ガス)供給用ノズル、27は可燃性ガ
ス供給用ノズル、28は不活性ガス供給用ノズ
ル、29は支燃性ガス供給用ノズルであり、これ
らノズル26〜29をノズル25のまわりにこの
順序で同心円状に配置して外側多重ノズルとな
し、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより外側火炎
を形成する。ここで、内側多重ノズルを外側多重
ノズルよりも距離lだけ退行させる。30は外側
多重ノズルのまわりに配置したフードである。
FIG. 9 shows an embodiment of a burner for synthesizing glass particles used in the present invention. Here, 21 is a nozzle for supplying glass raw materials, 22 is a nozzle for supplying flammable gas such as H 2 or hydrocarbon fuel such as propane or butane, and 23 is a nozzle for supplying inert gas such as Ar, He, N 2 etc. , 24 is a nozzle for supplying combustion-supporting gas such as O2 , and 25 is a nozzle for supplying inert gas. These nozzles 22 to 25 are arranged concentrically in this order around the nozzle 21 to form an inner multiple nozzle, and an inner flame is formed by the combustible gas and the combustion-supporting gas. Furthermore, 26 is an outer glass raw material (or inert gas) supply nozzle, 27 is a combustible gas supply nozzle, 28 is an inert gas supply nozzle, 29 is a combustion-supporting gas supply nozzle, and these nozzles 26 29 are concentrically arranged in this order around the nozzle 25 to form an outer multiple nozzle, and an outer flame is formed by the combustible gas and the combustion-supporting gas. Here, the inner multiple nozzle is moved back by a distance l from the outer multiple nozzle. 30 is a hood arranged around the outer multiple nozzle.

ここで、ガラス原料供給用ノズル21と、外側
ガラス原料供給用ノズル26はそれぞれ、その外
側にある各組の可燃性ガス供給用ノズルおよび支
燃性ガス供給用ノズルに対してガス流の上流側に
開口部を有するように配置する。これは塩化物等
の形で供給されるガラス原料が火炎中で分解され
てガラス微粒子となつたときに、そのガラス微粒
子が原料供給用ノズルの先端に付着することを防
止するためである。すなわち、ガラス微粒子がノ
ズル先端に付着すると合成条件が経時的に変化し
てしまうからである。
Here, the frit supply nozzle 21 and the outer frit supply nozzle 26 are located on the upstream side of the gas flow with respect to each set of combustible gas supply nozzle and combustion-supporting gas supply nozzle located outside thereof. the opening. This is to prevent the glass particles from adhering to the tip of the raw material supply nozzle when the glass raw material supplied in the form of chloride or the like is decomposed in the flame and becomes glass particles. That is, if glass particles adhere to the nozzle tip, the synthesis conditions will change over time.

また、各ノズルの先端は第9図に示したように
片刃状に加工されていることが望ましい。厚みの
ある部材で作られ、直角に切断された端部を有す
るノズルを用いた場合には、その端部でガス流の
乱れを生じ、ガラス微粒子のノズル先端への付着
等の問題を生ずるからである。なお、各組のノズ
ルにおいて可燃性ガスと支燃性ガスの供給場所を
入れ換えてもバーナの特性に大きな変化はない。
Further, it is desirable that the tip of each nozzle is machined into a single-edged shape as shown in FIG. When using a nozzle that is made of a thick material and has an end cut at a right angle, the gas flow will be disturbed at the end, causing problems such as adhesion of glass particles to the nozzle tip. It is. Note that even if the supply locations of the combustible gas and the combustion-supporting gas are switched in each set of nozzles, there is no significant change in the characteristics of the burner.

次に第9図示の2重火炎バーナにおいてバーナ
外径53mm、退行距離l=60mmとし、このバーナに
対し、本発明の製造方法を適用して多孔質母材の
作製を行つた実施例を示す。
Next, we will show an example in which the manufacturing method of the present invention was applied to the double flame burner shown in Figure 9, with a burner outer diameter of 53 mm and a regression distance l = 60 mm, in which a porous base material was manufactured. .

実施例 1 実施例1はSiO2のみから成る多孔質母材の製
造に関するものであり、多重火炎バーナとして、
上述の流速モデル実験で使用した同心円状多重ノ
ズル構造の2重火炎バーナを使用した。
Example 1 Example 1 relates to the production of a porous matrix consisting only of SiO2 , and as a multiple flame burner,
A double flame burner with a concentric multiple nozzle structure used in the flow velocity model experiment described above was used.

第9図示の2重火炎バーナにおいて、外側火炎
流流速、内側火炎流流速および原料層流速を、そ
れぞれ、2.1m/sec、2.1m/secおよび0.7m/
secとした。原料供給用ノズルにはアルゴンガス
をキヤリアとして四塩化ケイ素2200c.c./minを供
給した。母材合成速度は3.5g/min、ガラス原
料収率は65%であつた。母材成長は非常に安定で
あり、10時間で直径120mmで有効長800mmの大形多
孔質母材が得られた。10時間という長時間の母材
作製においても成長面の形状などは変化せず、安
定な成長がなされた。
In the double flame burner shown in Figure 9, the outer flame flow velocity, inner flame flow velocity and raw material layer flow velocity are 2.1 m/sec, 2.1 m/sec and 0.7 m/sec, respectively.
sec. Silicon tetrachloride was supplied at 2200 c.c./min to the raw material supply nozzle using argon gas as a carrier. The base material synthesis rate was 3.5 g/min, and the glass raw material yield was 65%. The matrix growth was very stable, and a large porous matrix with a diameter of 120 mm and an effective length of 800 mm was obtained in 10 hours. Even during the long time of preparing the base material for 10 hours, the shape of the growth surface did not change and stable growth was achieved.

実施例 2 実施例2はGeO2を添加した屈折率分布を有す
る母材用の多孔質母材の製造方法の実施例であ
る。ここで固溶した二酸化ゲルマニウムを形成さ
せるためにGeO2を添加しない場合に比較して、
火炎温度を下げる必要があつた。また、合成速度
を増加させると共に屈折率分布を調整するために
下記に示すように外側火炎にもガラス原料を供給
した。
Example 2 Example 2 is an example of a method for manufacturing a porous base material for a base material having a refractive index distribution doped with GeO 2 . Here, compared to the case where GeO 2 is not added to form solid solution germanium dioxide,
It was necessary to lower the flame temperature. Further, in order to increase the synthesis rate and adjust the refractive index distribution, a glass raw material was also supplied to the outer flame as shown below.

バーナとしては実施例1と同じ第9図示の2重
火炎バーナを用い、外側火炎流流速、内側火炎流
流速および原料流流速を、それぞれ、2.0m/
sec、2.0m/secおよび0.8m/secとなし、ガラス
原料として、実施例1と同条件の四塩化ケイ素に
加えて四塩化ゲルマニウムを200c.c./minやはり
アルゴンガスをキヤリアとして供給した。母材合
成速度は4.5g/minであり、比屈折率差1.1%が
得られた。
As the burner, the same double flame burner shown in Figure 9 as in Example 1 was used, and the outer flame flow velocity, inner flame flow velocity, and raw material flow velocity were set to 2.0 m/min, respectively.
sec, 2.0 m/sec and 0.8 m/sec, and as glass raw materials, in addition to silicon tetrachloride under the same conditions as in Example 1, germanium tetrachloride was supplied at 200 c.c./min with argon gas as a carrier. The base material synthesis rate was 4.5 g/min, and a relative refractive index difference of 1.1% was obtained.

この実施例によれば、本発明の製造方法は、屈
折率制御用のドーパントを含有したガラス母材の
合成にも有効であることが明らかになつた。
According to this example, it was revealed that the manufacturing method of the present invention is also effective for synthesizing a glass base material containing a dopant for controlling the refractive index.

なお、外側火炎にもガラス原料と供給すれば更
に堆積速度は向上するが、外側火炎内では、合成
されたガラス微粒子の火炎内での滞在時間の延長
の効果はないので、全ガラス原料供給量に対する
ガラス原料収率は多少低下することが確認され
た。本例では原料収率は、55%であつた。ここ
で、ガラス原料収率が低下したのは、四塩化ゲル
マニウムの収率が四塩化ケイ素に比較して低いこ
とと、外側火炎に供給したガラス原料収率が内側
火炎に供給したガラス原料収率より低いことに寄
因している。
Note that if the glass raw material is also supplied to the outer flame, the deposition rate will be further improved, but in the outer flame, there is no effect of extending the residence time of the synthesized glass particles in the flame, so the total amount of glass raw material supplied is It was confirmed that the yield of the glass raw material for the glass was slightly decreased. In this example, the raw material yield was 55%. Here, the reason for the decrease in the yield of frit is that the yield of germanium tetrachloride is lower than that of silicon tetrachloride, and the yield of frit supplied to the outer flame is lower than the yield of frit supplied to the inner flame. This is due to the fact that it is lower.

[効果] 以上説明したように、本発明によれば、火炎を
多重化し、その各々の火炎の火炎流速を相等しく
するなど最適に定め、しかも内側火炎を外側火炎
よりも退行させることにより、大形母材を高速に
かつ安定に製造することができる。その結果、母
材製造効率が改善され、光フアイバ価格を低下さ
せることができる効果がある。
[Effects] As explained above, according to the present invention, flames are multiplexed, the flame velocity of each flame is set to be equal to each other, and the inner flame is caused to regress more than the outer flame. The shape base material can be manufactured at high speed and stably. As a result, the base material manufacturing efficiency is improved and the cost of the optical fiber can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は火炎の多重化構成の概略を示す線図、
第2図はガラス微粒子の粒径と火炎内滞留時間と
の関係を示す特性図、第3図は本発明における2
重火炎バーナでの各部流速および退行距離の説明
図、第4図は本発明におけるガラス微粒子堆積量
の内側火炎の火炎流流速依存性を示す特性図、第
5図はガラス微粒子収率のガラス原料層流速依存
性を示す特性図、第6図は本発明におけるガラス
微粒子堆積量の内側火炎の火炎流流速依存性を示
す特性図、第7図はバーナ軸方向における内側火
炎の退行距離と火炎温度との関係を示す火炎温度
分布図、第8図は単独の火炎および2重火炎にお
けるガラス原料供給量とガラス微粒子堆積量との
関係を示す特性図、第9図は2重火炎バーナの一
実施例を示す断面図である。 1……内側火炎用ガラス原料供給口、2……内
側火炎用燃焼ガス供給口、3……外側火炎用ガラ
ス原料供給口、4……外側火炎用燃焼ガス供給
口、5……内側火炎用ノズル、6……外側火炎用
ノズル、7……ガラス原料層、8……内側火炎、
9……外側火炎、10……生成したガラス微粒
子、11……多孔質母材、21……ガラス原料供
給用ノズル、22……可燃性ガス供給用ノズル、
23……不活性ガス供給用ノズル、24……支燃
性ガス供給用ノズル、25……不活性ガス供給用
ノズル、26……外側ガラス原料(または不活性
ガス)供給用ノズル、27……可燃性ガス供給用
ノズル、28……不活性ガス供給用ノズル、29
……支燃性ガス供給用ノズル、30……フード。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a flame multiplexing configuration;
Figure 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the particle size of glass fine particles and the residence time in the flame, and Figure 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the particle size of glass particles and the residence time in the flame.
An explanatory diagram of the flow velocity and regression distance at each part in a heavy flame burner. Figure 4 is a characteristic diagram showing the dependence of the amount of glass particles deposited on the flame flow velocity of the inner flame in the present invention. Figure 5 is a diagram showing the dependence of the glass particle yield on the glass raw material. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the dependence of the laminar flow velocity on the amount of deposited glass particles in the present invention, and FIG. 7 is a characteristic diagram showing the dependence of the flame flow velocity of the inner flame in the burner axial direction and flame temperature. Figure 8 is a characteristic diagram showing the relationship between glass raw material supply amount and glass particle deposition amount in single flame and double flame burner, Figure 9 is an example of a double flame burner. It is a sectional view showing an example. 1... Glass raw material supply port for inner flame, 2... Combustion gas supply port for inner flame, 3... Glass raw material supply port for outer flame, 4... Combustion gas supply port for outer flame, 5... For inner flame Nozzle, 6... Outer flame nozzle, 7... Glass raw material layer, 8... Inner flame,
9... Outer flame, 10... Generated glass particles, 11... Porous base material, 21... Glass raw material supply nozzle, 22... Flammable gas supply nozzle,
23... Nozzle for supplying inert gas, 24... Nozzle for supplying combustion-supporting gas, 25... Nozzle for supplying inert gas, 26... Nozzle for supplying outer glass raw material (or inert gas), 27... Flammable gas supply nozzle, 28... Inert gas supply nozzle, 29
...Nozzle for supplying combustion-supporting gas, 30...Hood.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 火炎内でガラス原料を分解してガラス微粒子
を形成し、該ガラス微粒子を種棒に堆積させて多
孔質母材を形成し、該多孔質母材を透明ガラス化
して光フアイバ用母材を形成する光フアイバ母材
の製造方法において、 前記ガラス原料を供給する原料供給用ノズル
と、該原料供給用ノズルのまわりに順次に配置さ
れ、それぞれ個別の火炎流を順次に形成する複数
の火炎形成用ノズルとを有するバーナを用い、 前記複数の火炎のうち、第k番目の火炎の流速
をVk、該第k番目の火炎の外側の第(k+1)
番目の火炎の流速をVk+1および前記ガラス原料
の流速をVnとするときに、 0.1Vk+1≦Vk≦2.5Vk+1 Vn≦Vk+1 Vn≦Vk なる条件を満たすようになし、 前記第k番目の火炎流を前記第(k+1)番目
の火炎流より退行させて得られる多重火炎中に前
記ガラス原料を供給してガラス微粒子を生成する
ことを特徴とする光フアイバ母材の製造方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の光フアイバ母材
の製造方法において、 Vk+1=Vk≧Vn なる条件を満たすようにすることを特徴とする光
フアイバ母材の製造方法。
[Claims] 1. A glass raw material is decomposed in a flame to form glass fine particles, the glass fine particles are deposited on a seed rod to form a porous base material, and the porous base material is made into transparent glass. A method for manufacturing an optical fiber preform that forms a preform for an optical fiber includes: a raw material supply nozzle that supplies the glass raw material; Using a burner having a plurality of flame forming nozzles, the flow velocity of the k-th flame among the plurality of flames is V k , and the (k+1)-th flame outside the k-th flame is V k .
When the flow velocity of the second flame is V k+1 and the flow velocity of the glass raw material is V n , 0.1V k+1 ≦V k ≦2.5V k+1 V n ≦V k+1 V n ≦V k glass particles are produced by supplying the glass raw material into multiple flames obtained by regressing the k-th flame flow from the (k+1)-th flame flow so as to satisfy the following conditions. A method for manufacturing an optical fiber base material. 2. A method for manufacturing an optical fiber preform according to claim 1, characterized in that the following condition is satisfied: V k+1 =V k ≧V n .
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