專利名稱：用于生產(chǎn)粉塵體的方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種通過在使玻璃棒和玻璃顆粒合成燃燒器相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，在玻璃棒上沉積玻璃顆粒而生產(chǎn)粉塵體(soot body)的方法。本發(fā)明尤其涉及一種用于生產(chǎn)具有較長有效部分和在兩端形成的較短錐形部分(無效部分)的粉塵體的方法。
相關(guān)技術(shù)描述現(xiàn)有一種用于高沉積率生產(chǎn)大型粉塵體的方法，其中在反應(yīng)容器內(nèi)多個(gè)玻璃顆粒合成燃燒器以規(guī)則的間隔與玻璃棒相對，通過在玻璃棒轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)使燃燒器陣列和玻璃棒相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)而由燃燒器合成的玻璃顆粒成層狀沉積在玻璃棒的表面上。
在這種用于生產(chǎn)粉塵體的方法中，從提高質(zhì)量的角度而言，主要課題包括減小粉塵體縱向方向上的外徑變化，從生產(chǎn)率的角度而言，主要問題包括使粉塵體兩端形成的錐形部分(無效部分)的長度盡可能地短。現(xiàn)有各種方法。
例如，一種方法是玻璃棒和燃燒器之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的折返位置在每一次折返時(shí)沿垂直方向變化，且如果所述折返位置到達(dá)預(yù)定位置時(shí)沿相反的方向回到往復(fù)運(yùn)動(dòng)的最初位置(日本專利No.2612949)。在折返位置，玻璃顆粒的沉積時(shí)間顯著延長，且燃燒器火焰接觸玻璃粉塵體的程度改變，從而導(dǎo)致折返位置的外徑變化。通過如上所述在整個(gè)粉塵體上分散折返位置，可以使縱向方向上的玻璃顆粒的沉積量均勻，并減小外徑的變化。
在這種方法中，因?yàn)檎鄯滴恢米兓?，由位于燃燒器陣列兩端的燃燒器合成的玻璃顆粒的沉積區(qū)域變長，所以無效部分比折返位置不改變時(shí)更長。同時(shí)，本來應(yīng)該是有效部分的那一部分成為無效部分，造成有效部分的長度更短，而產(chǎn)量下降。
粉塵體通過火焰拋光工藝玻璃化、成型，并拉成光學(xué)纖維。為了去除粉塵體無效部分上的較大外徑部分，需要在玻璃化之后熔化較大外徑部分的玻璃，并拉掉，從而需要更多步驟和更高的成本。
或者，在拉制過程中由粉塵體制成光學(xué)纖維之后，拋棄由無效部分制成的光學(xué)纖維。然而，如果無效部分較長，那么在拉制過程中需要較長的時(shí)間才能開始拉制有效部分，因此成本更高。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)粉塵體的方法，包含使玻璃棒和至少三個(gè)玻璃顆粒合成燃燒器往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中所述燃燒器與玻璃棒相對排布，平行且燃燒器-燃燒器相對間隔一定距離，同時(shí)執(zhí)行每次折返時(shí)所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)的折返位置沿預(yù)定方向移動(dòng)預(yù)定寬度的操作，且如果折返位置移動(dòng)了大致為燃燒器-燃燒器間隔的距離，那么所述折返位置沿相反方向變化而返回到往復(fù)運(yùn)動(dòng)的初始位置，從而在轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃棒的同時(shí)在玻璃棒表面上沉積燃燒器合成的玻璃顆粒，其中位于數(shù)個(gè)燃燒器兩端的燃燒器的玻璃顆粒合成條件改變，而具有比處于端部燃燒器的至少一部分運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的其他燃燒器更大的單位時(shí)間內(nèi)的玻璃顆粒沉積量。
附圖簡要說明

圖1是示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的粉塵體中如何形成有效部分和無效部分的示意圖；圖2是示出了本發(fā)明中供應(yīng)到端部燃燒器的原料供應(yīng)量的改變模式的優(yōu)選示例的示意圖；圖3A和3B是示出了示例2至4中供應(yīng)到端部燃燒器的原料供應(yīng)量的改變模式的示意圖；圖4是示出了示例1中原料增加率和有效部分長度之間的關(guān)系的圖；圖5是示出了示例1中原料增加率和錐形部分長度之間的關(guān)系的圖；
圖6是示出了示例2中原料增加率和有效部分長度之間的關(guān)系的圖；圖7是示出了示例2中原料增加率和無效部分長度之間的關(guān)系的圖；圖8是示出了示例3中原料增加率和有效部分長度之間的關(guān)系的圖；圖9是示出了示例3中原料增加率和無效部分長度之間的關(guān)系的圖；圖10是示出了示例4中原料增加率和有效部分長度之間的關(guān)系的圖；圖11是示出了示例4中原料增加率和無效部分長度之間的關(guān)系的圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是示出在通過使燃燒器-燃燒器間隔一定距離的燃燒器1、2和玻璃棒4往復(fù)移動(dòng)而生產(chǎn)粉塵體3的情況下，如何形成有效部分(外徑穩(wěn)定部分)5和無效部分(外徑不穩(wěn)定部分)6的示意圖。如圖1所示的本發(fā)明實(shí)施例采用以規(guī)則間隔排布的5個(gè)玻璃顆粒合成燃燒器(兩個(gè)端部燃燒器和三個(gè)中間燃燒器)，形成一燃燒器陣列。為簡化起見，在圖1中沒有示出所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)的折返位置的運(yùn)動(dòng)。
在通過位于燃燒器陣列兩端的端部燃燒器1合成的玻璃顆粒沉積到預(yù)定量的情況下，粉塵體的有效部分5應(yīng)在端部燃燒器1的中心位置之間的范圍內(nèi)(以下該范圍定義為燃燒器的設(shè)定范圍)，如圖1(a)所示。而且，因?yàn)槌龆瞬咳紵?中心位置的上部和下部進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以無效部分6對應(yīng)于燃燒器設(shè)定范圍之外的燃燒器移動(dòng)量。然而，實(shí)際上，因?yàn)槿紵骱铣傻牟Ａьw粒易于沿沉積的玻璃顆粒層更薄的方向流動(dòng)，所以玻璃顆粒的沉積范圍向外擴(kuò)展。結(jié)果，本來應(yīng)該是有效成分5的區(qū)域成為無效部分，如圖1(b)所示。
為解決這一問題，本發(fā)明進(jìn)行了許多重要的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩端的燃燒器(端部燃燒器1)的玻璃顆粒合成條件在部分或全部移動(dòng)范圍內(nèi)變成單位時(shí)間內(nèi)的玻璃顆粒沉積量大于其他燃燒器(中間燃燒器2)時(shí)的條件時(shí)，粉塵體兩端具有較小外徑的部分加厚，從而可以減小無效部分的長度，而沒有減小有效部分的長度。在本發(fā)明中，假定有效部分相對于所述粉塵體的目標(biāo)外徑具有±5％的誤差。在該范圍內(nèi)，由這種粉塵體制成的光學(xué)纖維的特性沒有問題。
如何改變端部燃燒器1的玻璃顆粒合成條件的一種方法通常包括改變至少原料、可燃?xì)怏w和維持燃燒的氣體(以下稱為燃燒維持氣體)之一的供應(yīng)量，尤其是改變原料供應(yīng)量更有效。當(dāng)增加或減少供應(yīng)到端部燃燒器1的原料供應(yīng)量時(shí)，最好改變條件，而使可燃?xì)怏w和燃燒維持氣體的流量根據(jù)原料流量變化，從而使由端部燃燒器沉積的玻璃顆粒上的粉塵體面的溫度幾乎等于由其他燃燒器沉積的玻璃顆粒上的粉塵體的溫度。
為了增加單位時(shí)間內(nèi)的玻璃顆粒沉積量，需增加原料供應(yīng)量(原料流量增加)。研究發(fā)現(xiàn)，如果供應(yīng)到端部燃燒器1的原料量的增加率是供應(yīng)到中間燃燒器2的原料量的15％或更小，那么可以把由于原料供應(yīng)量的增加而造成的在有效部分內(nèi)外徑增加的比值控制在誤差內(nèi)(在+5％的外徑變化范圍內(nèi))。
可以考慮各種改變原料供應(yīng)量的模式，但至少端部燃燒器的一部分運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，端部燃燒器的原料流量大于中間燃燒器2的原料流量。在具有最初原料流量的區(qū)域之外的范圍內(nèi)，流量增加。希望將增加的流量設(shè)定在預(yù)定范圍內(nèi)，且在預(yù)定范圍之外停止或減少原料的供應(yīng)。在最外端處原料流量減小的原因是通過不在不需要的部分上沉積玻璃顆粒而避免原料的浪費(fèi)。希望可以逐步地減小原料流量，最后小于中間燃燒器2的流量(包括停止)。
而且，由CCD照相記錄儀等檢測與端部燃燒器1相對的玻璃棒4的位置，根據(jù)位置信息改變端部燃燒器1的原料供應(yīng)模式，即，原料的供應(yīng)模式根據(jù)沉積玻璃顆粒的粉塵體3的外徑變化而改變。所以，加厚部分或外部浪費(fèi)部分的沉積量減少，需要部分的沉積量增加，從而應(yīng)該是有效部分的那部分的外徑可以有效地保持較厚。
在圖2(a)和2(b)中示出了供應(yīng)到端部燃燒器的原料供應(yīng)量。圖2(a)是在包含端部燃燒器1的運(yùn)動(dòng)范圍中心的適當(dāng)范圍內(nèi)原料供應(yīng)量增加的模式，且朝向粉塵體3的端部合適位置之外停止供應(yīng)原料。圖2(b)是在離開端部燃燒器1的運(yùn)動(dòng)范圍中心的粉塵體3中心側(cè)適當(dāng)位置處原料供應(yīng)量增加的模式，且在粉塵體3的端部原料供應(yīng)量逐漸減小。在圖2(a)和2(b)右側(cè)，在坐標(biāo)系中示出燃燒器-燃燒器間隔為200mm(x＝200是在端部燃燒器1的運(yùn)動(dòng)范圍的中心)的情況下，上、下端部燃燒器1的位置。
在這些條件下，可以延長端部的有效部分長度，而不把原料供應(yīng)到浪費(fèi)部分，或者減少供應(yīng)到浪費(fèi)部分上的原料供應(yīng)量，所以對于原料使用量來說產(chǎn)量增加。原料增加的有利范圍在最初流量15％之內(nèi)。而且，優(yōu)選使供應(yīng)到端部燃燒器的原料供應(yīng)量小于其他燃燒器的供應(yīng)量，并且可燃?xì)怏w的流量和燃燒維持氣體的流量在端部位置不變。此時(shí)，燃燒器產(chǎn)生的火焰溫度增加，導(dǎo)致在粉塵體端部產(chǎn)生更大的體積密度，從而防止玻璃顆粒沉積物破裂。
示例(示例1)采用5個(gè)玻璃顆粒合成燃燒器進(jìn)行生產(chǎn)粉塵體3的實(shí)驗(yàn)，如圖1所示，它們具有200mm的燃燒器-燃燒器間隔。燃燒器和玻璃棒4之間的相對運(yùn)動(dòng)是通過玻璃棒4上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。在一個(gè)方向上一次運(yùn)動(dòng)的距離是燃燒器-燃燒器間隔。通過重復(fù)每次使折返位置變化20mm的操作而沉積玻璃顆粒，當(dāng)折返位置變化200mm時(shí)，折返位置沿相反方向變化，然后當(dāng)折返位置回到最初位置時(shí)，折返位置沿相反方向變化。
對于每一中間燃燒器2來說，以3升/分供應(yīng)SiCl4的原料氣體、以50至100升/分供應(yīng)氫氣(最初50升/分，隨著粉塵體3的增長，最后為100升/分)，以80升/分供應(yīng)氧氣。對于每一端部燃燒器1來說，以3.3升/分供應(yīng)含SiCl4的原料，和供應(yīng)氫氣和氧氣，從而使由端部燃燒器沉積的玻璃顆粒上的粉塵體面的溫度等于由其他燃燒器沉積的玻璃顆粒上的煙塵體面的溫度。
在這種狀態(tài)下，生產(chǎn)粉塵體3。在得到的粉塵體中，有效部分的長度為700mm，有效部分的外徑變化在±5％的范圍內(nèi)且優(yōu)質(zhì)。然后，供應(yīng)到端部燃燒器的原料流量以同樣的方式改變，借此研究有效部分的長度、無效部分的長度(錐形部分的長度，一端部的長度)。結(jié)果在圖4和5中示出。
因此，當(dāng)供應(yīng)到端部燃燒器的原料流量在15％的范圍內(nèi)增加時(shí)(即使原料的流量僅稍稍增加)，其效果是有效部分的長度增長，無效部分的長度縮短。
比較例1除了供應(yīng)到端部燃燒器1的原料、氫和氧的供應(yīng)量與供應(yīng)到中間燃燒器2的相同之外，在與示例1中相同的條件下生產(chǎn)粉末體3。有效部分的長度為600mm，無效部分的長度為350mm。無效部分的長度是燃燒器-燃燒器間隔的1.75倍。
示例2除了端部燃燒器1的流量以圖3A的模式變化之外，在與示例1中相同的條件下生產(chǎn)粉塵體3，其中Q0＝3升/分鐘，Q1＝3.3升/分鐘，Q2＝0升/分鐘，X2＝400mm，X1在0至400mm的范圍內(nèi)變化(在圖2的坐標(biāo)系中)，然后研究有效部分長度和無效部分長度。結(jié)果如圖6和7所示。在所有情況下，有效部分的長度為700mm或更大，且發(fā)現(xiàn)有效部分的長度可以增加。在所有情況下，無效部分的長度為275mm或更少，且發(fā)現(xiàn)總體上可以增加粉末體有效部分的產(chǎn)量。
示例3除了端部燃燒器1的流量以圖3A的模式變化之外，在與示例1中相同的條件下生產(chǎn)粉末體3，其中，Q0＝3升/分鐘，Q1＝3.3升/分鐘，Q2＝0升/分鐘，X1＝200mm，X2在0至400mm的范圍內(nèi)變化(在圖2的坐標(biāo)系中)，然后研究有效部分長度和無效部分長度。結(jié)果如圖8和9所示。有效部分的長度約為710mm且?guī)缀醪蛔兓?。在所有情況下，無效部分的長度為275mm或更小。
示例4除了端部燃燒器1的流量以圖3B的模式變化之外，在與示例1中相同的條件下生產(chǎn)粉末體3，其中，Q0＝3升/分鐘，Q1＝3.6升/分鐘，Q2＝0升/分鐘，X1在0至400mm的范圍內(nèi)變化(在圖2的坐標(biāo)系中)，然后研究有效部分長度和無效部分長度。結(jié)果如圖10和11所示。在所有情況下，有效部分的長度增加且優(yōu)質(zhì)。在所有情況下，無效部分的長度在350mm以下，且可以在燃燒器間隔的1.75倍以下。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的粉末體的無效部分比普通方法生產(chǎn)的更短，且在1.75倍的燃燒器間隔之下。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)粉末體的方法，包含使玻璃棒和至少三個(gè)玻璃顆粒合成燃燒器往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中所述燃燒器與玻璃棒相對排布，平行且燃燒器-燃燒器相對間隔一定距離，同時(shí)執(zhí)行每次折返時(shí)所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)的折返位置沿預(yù)定方向變化預(yù)定寬度的操作，且如果折返位置變化了大致為燃燒器-燃燒器間隔的距離，那么所述折返位置沿相反方向返回到往復(fù)運(yùn)動(dòng)的初始位置，從而在轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃棒的同時(shí)在玻璃棒表面上沉積由燃燒器合成的玻璃顆粒，其中改變排布在數(shù)個(gè)燃燒器兩端的燃燒器的玻璃顆粒的合成條件，以具有比在端部燃燒器的至少一部分運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的其他燃燒器更大的單位時(shí)間內(nèi)的玻璃顆粒沉積量。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)粉末體的方法，其特征在于還包含檢測位于兩端的燃燒器和玻璃棒之間的相對位置，其中根據(jù)檢測到的相對位置改變位于兩端的燃燒器的玻璃顆粒合成條件。
3.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)粉末體的方法，其特征在于位于兩端的燃燒器的玻璃顆粒合成條件通過改變供應(yīng)到燃燒器的至少原料、可燃?xì)怏w和燃燒維持氣體之一而改變。
4.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)粉末體的方法，其特征在于燃燒器的玻璃顆粒合成條件通過增加位于燃燒器的一部分運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的原料供應(yīng)量而改變。
5.如權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)粉末體的方法，其特征在于位于兩端的燃燒器的玻璃顆粒合成條件通過將供應(yīng)到位于兩端的燃燒器原料供應(yīng)量從供應(yīng)到其他燃燒器的原料供應(yīng)量的1倍以上改變至1.15倍而改變。
6.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)粉末體的方法，其特征在于在位于兩端的燃燒器的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，供應(yīng)到燃燒器的原料供應(yīng)量在某些部分比供應(yīng)到其他燃燒器的供應(yīng)量更大，而在其他部分更小。
7.如權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)粉末體的方法，其特征在于供應(yīng)到燃燒器的原料供應(yīng)量更小的部分設(shè)定在粉末體的無效部分內(nèi)。
全文摘要
三個(gè)或更多的玻璃顆粒合成燃燒器相對于一轉(zhuǎn)動(dòng)的玻璃棒排布。玻璃棒和玻璃顆粒合成燃燒器平行且相對往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而通過燃燒器合成的玻璃顆粒沉積在玻璃表面上。位于兩端的燃燒器玻璃顆粒合成條件改變，從而在其部分運(yùn)動(dòng)范圍或全部運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)具有比其他燃燒器更大的單位時(shí)間的玻璃顆粒沉積量。
文檔編號C03B37/014GK1408662SQ0214254
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月20日
發(fā)明者中村元宣, 大石敏弘, 大賀裕一 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社