CN109665710A - 多孔质玻璃母材的制造装置及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造装置，制造光纤用多孔质玻璃母材，具备：纤芯形成用燃烧器，使玻璃微粒子附着在垂下的母棒上，形成相当于光纤纤芯的纤芯相当部；第1纤壳形成用燃烧器，使玻璃微粒子附着在纤芯相当部，形成相当于光纤纤壳的纤壳相当部的一部分；及第2纤壳形成用燃烧器，使玻璃微粒子附着在纤壳相当部的最表面，形成纤壳相当部的其他部分；且第2纤壳形成用燃烧器喷射的火焰的中心轴相对于水平面朝上倾斜。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔质玻璃母材的制造装置及制造方法。
背景技术
已有一种VAD法(Vapor-phase Axial Deposition Method：气相轴向沉积法)，使用多个合成用燃烧器，同时形成光纤用多孔质玻璃母材的纤芯相当部和纤壳相当部(参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利第5697165号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
当利用所述专利文献1记载的方法制造多孔质玻璃母材时，有使用水平配置的燃烧器形成的多孔质玻璃母材部分产生裂纹等而导致良率下降的情况。
[解决问题的技术方案]
在本发明的第1实施方式中，提供一种制造装置，制造光纤用多孔质玻璃母材，具备：纤芯形成用燃烧器，使玻璃微粒子附着在垂下的母棒上，形成相当于光纤纤芯的纤芯相当部；第1纤壳形成用燃烧器，使玻璃微粒子附着在纤芯相当部，形成相当于光纤纤壳的纤壳相当部的一部分；及第2纤壳形成用燃烧器，使玻璃微粒子附着在纤壳相当部的最表面，形成纤壳相当部的其他部分；且第2纤壳形成用燃烧器喷射的火焰的中心轴相对于水平面朝上倾斜。
在本发明的第2实施方式中，提供一种制造方法，使玻璃微粒子附着在垂下的母棒上，形成相当于光纤纤芯的纤芯相当部，使玻璃微粒子附着在纤芯相当部，形成相当于光纤纤壳的纤壳相当部的一部分，使玻璃微粒子附着在纤壳相当部的最表面，形成纤壳相当部的其他部分，制造光纤用多孔质玻璃母材，当形成多孔质玻璃母材的直径变成目标外径的部分时，使燃烧器倾斜，以便使形成纤壳相当部的其他部分的燃烧器喷射的火焰的中心轴相对于水平面朝上。
所述发明内容并未列举本发明的全部可能特征。这些特征群的次组合也属于本发明。
附图说明
图1是制造装置10的示意图。
图2是表示外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜θ与附着率的关系的图表。
图3是表示外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜θ与良率的关系的图表。
[附图标记的说明]
10 制造装置
11 反应容器
12 固持部
13 吸入口
14 排出口
20 母棒
30 多孔质玻璃母材
31 纤芯相当部
32 内侧纤壳相当部
33 外侧纤壳相当部
41 纤芯形成用燃烧器
42 内侧纤壳形成用燃烧器
43 外侧纤壳形成用燃烧器
具体实施方式
接下来，通过发明的实施方式说明本发明。下述实施方式并不限定权利要求的发明。实施方式中说明的特征的所有组合并非必须是发明的解决方案。
图1是表示利用VAD法制造光纤用多孔质玻璃母材的制造装置10的结构的示意图。制造装置10具备反应容器11、固持部12、纤芯形成用燃烧器41、内侧纤壳形成用燃烧器42、及外侧纤壳形成用燃烧器43。
反应容器11将制造多孔质玻璃母材的环境包围，防止制造出的多孔质玻璃母材被污染，同时防止制造过程中产生的玻璃微粒子等飞散。此外，为了形成多孔质玻璃母材的形成过程的气氛，在反应容器11上设置了吸入口13及排出口14。
清洁的空气等从反应容器11的吸入口13被供给。由此，确保多孔质玻璃母材的制造环境干净。从反应容器11的排出口14排出被供给的空气的一部分，并将虽已合成但未附着到多孔质玻璃母材的玻璃微粒子排出到反应容器11的外部。排出的玻璃微粒子在反应容器11的外部被收集，防止向周边环境飞散。
固持部12将母棒20的上端固持，使母棒20下垂到反应容器11的内部。而且，固持部12在母棒20已垂下的状态下绕垂直旋转轴旋转且和母棒20一同升降。由此，使作为附着玻璃微粒子的靶材的母棒20下垂到反应容器11的内部，并随着多孔质玻璃母材的成长上拉母棒20，能形成具有目标长度的多孔质玻璃母材。
纤芯形成用燃烧器41、内侧纤壳形成用燃烧器42、及外侧纤壳形成用燃烧器43分别将作为玻璃原料的四氯化硅、八甲基环四硅氧烷等的气体吹入氢氧焰等火焰中，合成玻璃微粒子。合成后的玻璃微粒子会附着在由固持部12垂下的母棒20周围，形成多孔质玻璃母材30。形成的多孔质玻璃母材30在后续步骤中经加热炉脱水及透明化而变成玻璃母材。
另外，多孔质玻璃母材30包含在光纤中作为纤芯部的纤芯相当部31。纤芯相当部31是利用使玻璃微粒子直接附着在母棒20的前端的纤芯形成用燃烧器41而形成的。在纤芯形成用燃烧器41中，作为用于提升折射率的掺杂剂的氧化锗的原料，被供给包含四氯化锗的原料气体。而且，在纤芯形成用燃烧器41中，被供给作为玻璃原料的四氯化硅、作为可燃性气体的氢气、作为助燃性气体的氧气、密封气体的氮气、氩气等。
此外，多孔质玻璃母材30中，包含在光纤中作为纤壳部的内侧纤壳相当部32及外侧纤壳相当部33。纤壳相当部整体体积明显大于纤芯相当部，因此在形成纤壳相当部时有使用多个合成用燃烧器的情况。图示例子中，设置了内侧纤壳形成用燃烧器42及外侧纤壳形成用燃烧器43，所述内侧纤壳形成用燃烧器42形成在纤壳相当部中邻接于纤芯相当部31的内侧纤壳相当部32，所述外侧纤壳形成用燃烧器43形成位于纤壳相当部的表面的外侧纤壳相当部33。另外，纤壳形成用燃烧器的个数并不限于2个，外侧纤壳形成用燃烧器43意味着形成外侧纤壳相当部33的最表面的燃烧器。
在内侧纤壳形成用燃烧器42及外侧纤壳形成用燃烧器43中，也可以不添加改变折射率的掺杂剂，供给作为玻璃原料的四氯化硅、作为可燃性气体的氢气、作为助燃性气体的氧气、作为密封气体的氩气等。而且，也可以添加四氯化锗气体、四氟化硅气体等以调整纤壳部的折射率。
当使用如上所述的制造装置10制造多孔质玻璃母材30时，纤芯形成用燃烧器41的设置条件是根据要形成的纤芯相当部31的目标规格等来决定的。而且，内侧纤壳相当部32是直接形成在纤芯相当部31的表面的，因此内侧纤壳形成用燃烧器42的设置条件也很大程度依赖于纤芯形成用燃烧器41等的设置条件。
相对于此，有关外侧纤壳形成用燃烧器43的设置条件并无特殊限制。然而，当形成纤壳部时使用了多个燃烧器时，若燃烧器的火焰相互干渉，玻璃微粒子对多孔质玻璃母材30的附着率便会下降。于此，所谓玻璃微粒子的附着率，是指用合成用燃烧器生成的玻璃微粒子之中，附着到多孔质玻璃母材30上的玻璃微粒子的比率。
当玻璃微粒子的附着率下降时，材料良率下降，材料成本上升。还有未附着在多孔质玻璃母材30的玻璃微粒子在反应容器11的内面堆积而形成块的情况。这种玻璃微粒子对于成长中的多孔质玻璃母材30来说是杂质，会引起玻璃母材产生气泡等，导致品质下降。
另外，当形成纤壳相当部时使用了多个合成用燃烧器时，有形成中的多孔质玻璃母材30形成热分布的情况。多孔质玻璃母材较脆，当制造中或刚制造后产生热应力，便会产生裂纹或剥落，导致多孔质玻璃母材30的良率下降。
在多孔质玻璃母材30的形成过程中，当内侧纤壳形成用燃烧器42的火焰、和外侧纤壳形成用燃烧器43的火焰过于接近时，推测会发生两个燃烧器的火焰干涉。而且当内侧纤壳形成用燃烧器42的火焰、和外侧纤壳形成用燃烧器43的火焰离得过远时，推测多孔质玻璃母材30的表面会形成温度分布，多孔质玻璃母材30会产生热应力。因此，通过变更外侧纤壳形成用燃烧器43的中心线T相对于水平面H所成的倾斜角θ，改变外侧纤壳形成用燃烧器43的火焰接触多孔质玻璃母材30的表面的位置，检查对形成的多孔质玻璃母材30的品质的影响。
当变更外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ，外侧纤壳形成用燃烧器43变得水平时，以具有目标外径的多孔质玻璃母材30的表面、和外侧纤壳形成用燃烧器43的中心轴相交的点C为旋转中心，使外侧纤壳形成用燃烧器43旋转。此外，当喷射火焰的火口位于燃烧器本体上侧、且外侧纤壳形成用燃烧器43相对于水平面H朝上时，外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ为正值。
变更外侧纤壳形成用燃烧器43的角度，制作多个多孔质玻璃母材30，并对制作的多孔质玻璃母材30分别测量玻璃微粒子的附着率[％]。将测量结果示于表1。另外，图2中表示将表1的测量结果绘制而成的图表。
另外，当变更外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ时，测量每50根多孔质玻璃母材30中产生裂纹的发生根数。将测量结果一同示于表1，图3表示将测定值绘制而成的图表。
[表1]
如表1及图2所示，若外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ变大，当倾斜角θ在1°～9°范围内时附着率上升。但是，若外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ超过9°，玻璃微粒子的附着率则会减少。由此，根据玻璃微粒子的附着率观点，外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ优选在1°以上且9°以下的范围。
此外，如表1及图2所示，若外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ达到5°，判断玻璃微粒子的附着率显著上升。由此，外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ在所述范围内更优选设为5°以上的范围。
而且，参照表1及图3，若外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ超过7°，可见多孔质玻璃母材30产生裂纹的根数逐渐增加。由此，外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ在所述范围内更优选为7°以下。
如上所述，当VAD法中使用多个纤壳形成用燃烧器时，通过恰当地设定形成纤壳部的表面侧的外侧纤壳形成用燃烧器43的角度，能提升多孔质玻璃母材30的品质和良率。更具体来说，将外侧纤壳形成用燃烧器43的倾斜角θ以此燃烧器相对于水平朝上的方式设为1°以上且9°以下范围、更优选设为5°以上且7°以下范围，能提升玻璃微粒子的附着率，同时能抑制多孔质玻璃母材30的裂纹产生。
以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于所述实施方式记载的范围。对于本领域技术人员来说，在所述实施方式中施加多种变更或改良是显而易见的。施加了变更或改良后的实施方式也属于本发明的技术范围，这一点通过权利要求的记载便会明了。
有关权利要求、说明书及附图中示出的装置、系统、程序及方法中的动作、次序、步骤及阶段等的各处理的执行顺序，应注意到，只要未特别明示“更前”、“之前”等，且未明示前处理的输出用于后处理，便能以任意顺序实现。有关权利要求、说明书及附图中的动作流程，虽然为了方便起见使用“首先，”、“接下来、”等进行说明，但并非必须按照这个顺序实施。
Claims (4)
1.一种制造装置，制造光纤用多孔质玻璃母材，其特征在于，具备：
纤芯形成用燃烧器，使玻璃微粒子附着到垂下的母棒上，形成相当于光纤纤芯的纤芯相当部；
第1纤壳形成用燃烧器，使玻璃微粒子附着到所述纤芯相当部，形成相当于光纤纤壳的纤壳相当部的一部分；及
第2纤壳形成用燃烧器，使玻璃微粒子附着到所述纤壳相当部的最表面，形成所述纤壳相当部的其他部分；且
所述第2纤壳形成用燃烧器喷射的火焰的中心轴相对于水平面朝上倾斜。
2.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述第2纤壳形成用燃烧器相对于水平面形成1°以上且9°以下的角度。
3.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述第2纤壳形成用燃烧器相对于水平面形成5°以上且7°以下的角度。
4.一种制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
使玻璃微粒子附着在垂下的母棒上，形成相当于光纤纤芯的纤芯相当部；
使玻璃微粒子附着在所述纤芯相当部，形成相当于光纤纤壳的纤壳相当部的一部分；
使玻璃微粒子附着在所述纤壳相当部的最表面，形成所述纤壳相当部的其他部分；
制造光纤用多孔质玻璃母材；
当形成所述多孔质玻璃母材的直径变成目标外径的部分时，使所述燃烧器倾斜，以便形成所述纤壳相当部的其他部分的燃烧器喷射的火焰的中心轴相对于水平面朝上。
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