CN101652331B - 多孔质玻璃母材的制造装置 - Google Patents

Abstract

一种制造多孔质母材的装置，具有反应容器，所述反应容器包括：设有进气口和排气口的上部堆积室、设有进气口的下部堆积室、位于上部堆积室的上部，用于拉升和收纳通过堆积而形成的多孔质母材的上室；在该反应容器中，上部堆积室的底面被设置在堆积中的多孔质玻璃母材的直躯干部下端和堆积前端部之间的高度上，在上部堆积室的底部设有连接上部堆积室和下部堆积室的连接口，当连接口的开口径为A，通过连接口的多孔质母材的直径为B时，B/A满足公式0.05≤B/A≤0.6。

Description

多孔质玻璃母材的制造装置

技术领域

本发明涉及一种用于制造光纤的大型光纤用玻璃母材(以下，简称为光纤母材)的制造装置，特别涉及通过堆积在烧嘴火焰中玻璃原料火焰水解反应而生成的玻璃微粒子来制造的多孔质玻璃母材的制造装置。

另外，对认可通过参照文献编入内容的指定国，通过参照将以下日本专利申请记载的内容编入本申请，作为本申请的一部分。

日本专利申请2006-032686    申请日2006年2月9日

背景技术

作为光纤母材的制造方法，熟悉的有VAD法。该方法是将起始部件安装在由装置上部构造支撑的持续旋转并同时上升的轴上，且该起始部件在反应室内下垂，使通过设置在反应室内的芯部堆积烧嘴和包层堆积烧嘴而生成的玻璃微粒子堆积到起始部件的前端，从而制造由包层和芯部层构成的多孔质玻璃母材(以下，简称为多孔质母材)。

所生成的玻璃微粒子并非全部都会被堆积，在制造过程中一直会产生不被堆积的未附着的玻璃微粒子。这些未附着的玻璃微粒子的大部分将同废气等其它气体一起从另设在反应室上的排气口被排放到反应室外。

然而，在烧嘴火焰生成到被排放的期间，玻璃微粒子的一部分将会附着到反应室内的顶棚和侧壁上。而这些附着和堆积在顶棚和侧壁上的玻璃微粒子发生剥离和落下后，附着到正在制造的多孔质母材上，这成为引起透明玻璃化后的光纤母材中存在气泡和异物问题的原因。

近几年，随着降低成本化的需要，光纤母材的大型化已成为紧急任务。若想将所制造的光纤母材大型化，则需要增加原料的投入量，但是若增加原料供给量，而堆积效率不变化，则没堆积的剩余的玻璃微粒子量也会增加。其结果，附着在反应室内壁上的玻璃微粒子的剥离和落下的频度也会增加。

为了解决这类问题，在专利文献1中公开了一种沿着设有烧嘴的反应室侧壁面的顶棚附近设置缝隙状的进气口，并在与该进气口相反的侧壁面上设置排气口，从而减少附着在顶棚上的玻璃微粒子，即减少烟灰附着的方法。

【专利文献1】日本专利特开2002-193633

发明内容

但是，专利文献1的方法中，无法避免烟灰附着到从进气口一侧看属于多孔质母材背面一侧的顶棚上，难以解决所堆积的烟灰剥离的问题。在此，若想通过提高排气效率，增加进排气量而避免烟灰附着的话，则室内的气流产生混乱，使得芯部堆积用烧嘴的火焰发生混乱，无法稳定地进行堆积，从而引起在所得光纤母材中产生条纹或其长度方向上的光学特性发生改变等新的问题。

本发明的目的在于，提供一种多孔质母材的制造装置，是利用VAD法制造多孔质母材的装置，其对未被附着到多孔质母材上的玻璃微粒子的排放效率高，且不会引起室内的气流混乱，能稳定地堆积玻璃微粒子，并且很少发生气泡和异物。

本发明的多孔质母材的制造装置是将玻璃用原料、可燃性气体及助燃性气体供给于烧嘴，对通过玻璃原料的火焰水解反应而生成的玻璃微粒子进行堆积从而制造多孔质母材，其特征在于，具有的反应容器，所述反映容器包括：设有进气口和排气口的上部堆积室、设有进气口的下部堆积室、以及位于上部堆积室的上部，用于拉升和收纳通过堆积而形成的多孔质母材的上室；该反应容器中，上部堆积室的底面被设置在堆积中的多孔质玻璃母材的直躯干部下端和堆积前端部之间的高度上，在上部堆积室的底部设有连接上部堆积室和下部堆积室的连接口，当连接口的开口径为A，通过连接口的多孔质母材的直径为B时，B/A满足公式0.05≤B/A≤0.6。

本发明的装置优选将从连接口的中心到上部堆积室的内壁的距离设成A以上，从连接口的中心到下部堆积室的内壁的距离设成0.7A以上。上部堆积室和下部堆积室的连接口的结构设为内部被加工成倒角或曲面，可从上部堆积室底部拆卸的结构。并且，上部堆积室的排气口及进气口分别被设置在当从排气口上端仰视被设置在与其相对的壁上的进气口上端时的角度为θ时，θ满足式5°≤θ≤50°的位置上。

另外，从进气口供给的气体是通过过滤器后的室内空气。反应容器内的压力是通过设置于排气口下流的自动压力控制装置来控制的。

发明效果

根据本发明的多孔质母材的制造装置，即使在制造大型的多孔质母材时，也因为堆积的烧嘴火焰稳定，而能够获得在长度方向稳定的光学特性，且玻璃微粒子的排放率高，从而能够得到气泡和异物少的光纤母材。

附图说明

图1表示本发明的制造装置的简略的纵剖面图。

图2表示连接口的开口径和多孔质母材直径的关系的放大的简略的纵剖面图。

图3表示连接口的开口部上实施了倒角的一例的简略的纵剖面图。

图4表示连接口的开口部上实施了曲面加工的一例的简略的纵剖面图。

图5表示具有可拆卸连接口的制造装置的一例的简略的纵剖面图。

图6为表示排气口和进气口关系的简略的纵剖面图。

具体实施方式

经过研究发现，若要在提高未附着的玻璃微粒子的排放效率且室内的气流加快的情况下，使堆积用烧嘴的火焰稳定，则上下堆积室的连接口的开口部的高度和开口径的条件尤为重要。本发明明确了这些条件。

以下，通过图1～6详细说明本发明。

图1是表示本发明的制造装置的简略的纵剖面图，多孔质母材1的制造装置具备反应容器16，该反应容器16包括：设有排气口5和进气口6的上部堆积室2、设有进气口7的下部堆积室3、位于上部堆积室2的上部，用于拉升和收纳通过堆积形成的多孔质母材1的上室4。上部堆积室2的底面11被设置在到达正在堆积的多孔质母材1的直躯干部下端13和堆积前端部14之间的高度位置上，上部堆积室2的底部上设有连接上部堆积室2和下部堆积室3的连接口12。

另外，多孔质母材1通过下部堆积室3的芯部堆积用烧嘴8堆积其芯部，通过包层堆积用烧嘴9堆积包层的一部分。并且，在上部堆积室2中通过包层堆积用烧嘴10将包层部堆积到所规定的直径为止。

图2是表示连接口12的开口径和多孔质母材1的直径的关系的放大的简略的纵剖面图，以当连接口12的开口径为A，通过连接口12的多孔质母材1的直径为B时，B/A满足公式0.05≤B/A≤0.6的方式设置连接口12。另外，由于对应通过堆积的增长而对多孔质母材1进行拉升，通过连接口12的多孔质母材1的直径B，在制造过程中能够基本保持不变。

由此，从多孔质母材1的前端部到直躯干部，形成沿着多孔质母材1形状的整齐的气流。其结果，为了提高未附着的剩余玻璃微粒子的排气效率，即使增加上部堆积室2的进排气量时，也能有效地降低上部堆积室2的气流侵入到下部堆积室3的频度，能使芯部堆积用烧嘴8的火焰稳定化。并且，能抑制剩余的玻璃微粒子附着到上部堆积室2和下部堆积室3的连接口12的周围。另外，若B/A不足0.05，则上部堆积室2的混乱气流侵入到下部堆积室3的频度将增加。同时，如果B/A超过0.6，则多孔质母材1和连接口12之间的间隙变窄，由此在下部堆积室3中发生的未附着的玻璃微粒子变得容易附着到连接口12上。

并且优选将从连接口12的中心到上部堆积室2内壁的距离设成A以上，从连接口12的中心到下部堆积室3的内壁的距离设成0.7A以上，这样，即使上部堆积室2的气流流入下部堆积室3中，也能由于下部堆积室3的室内容量大而起到缓冲作用，能减少对芯部堆积用烧嘴8的火焰的影响。另外，即使随着光纤母材的大型化而使原料供给量增加，剩余的玻璃微粒子增加，也能通过将从连接口12的中心到上部堆积室2内壁的距离设成A以上而有效地抑制剩余的玻璃微粒子附着到上部堆积室内壁。

由于在气流中含有未附着到多孔质母材上的玻璃微粒子，因此，也会由于通过连接口12的气流而在连接口12上附着和堆积玻璃微粒子，但是，如图3所示，可以通过在连接口12的内部设置倒角17或曲面18而抑制连接口12的内部上的剩余玻璃微粒子的附着和增长。

图3表示对被设置在上部堆积室2底部的连接口12的开口部实施了倒角17的一例，图4表示在连接口12的开口部上设置了曲面18的一例。

另外，如图5所示的其中的一个例，设置拆卸式连接口15，使构成连接口12的部分可拆卸和更换，从而使清扫和冲洗变得简单。并且，仅通过交换该零部件，无需更换反应容器16，就可以轻松地根据所要制造的多孔质母材大小而变更连接口12的开口径和连接口12的高度。

并且，如图6所示，在上部堆积室2中，以从排气口5上端仰视被设置在与其对面的烧嘴一侧壁上的进气口6上端时的角度θ满足5°≤θ≤50°的方式设置排气口5和进气口6，从而使未被附着到多孔质母材1上的剩余玻璃微粒子不到达顶棚19就从排气口5排放，减少附着到从烧嘴方一侧看属于多孔质母材1背面的顶棚上的剩余的玻璃微粒子。

另外，由于反应容器内的压力将影响燃烧框架和室内的气流状态，因此需要对容器内进行管理，保持规定的压力。对此，优选在排气口5下流设置自动压力控制装置(省略图示)进行控制。

其中，作为从进气口6、7供给的气体，使用通过过滤器后的室内空气。

以下，通过发明的实施例说明本发明，不过，本发明不受这些所限定，可以是各种各样的实施例。

(实施例1)

使用图1所示的反应容器，在如下条件下，进行光纤用多孔质母材的制造。

从上部堆积室2的进气口6供给2[m³/min]的空气，从下部堆积室3的进气口7供给100[l/min]的空气，向芯部堆积用烧嘴8供给原料气体SiCl₄450[ml/min]和GeCl₄25[ml/min]。向包层堆积用烧嘴9、10分别供给原料气体SiCl₄1.0[l/min]、3.0[l/min]。并且，向各堆积用烧嘴分别供给燃烧气体H₂以及助燃气体O₂。

将上部堆积室2的底面11设置成多孔质母材1直躯干部下端13和堆积前端部14之间的高度。将连接口12的开口部设成：开口径为A[mm]，通过连接口12的部分多孔质母材1的直径为B[mm]时，B/A在0.05≤B/A≤0.6的范围内。

进行24小时的玻璃微粒子堆积之后，对上室4和上下堆积室内的顶棚以及壁面和连接口处的玻璃微粒子的附着及堆积状态进行观察的结果：堆积量都很少，无剥离和落下的情况。

对所得多孔质母材1进行脱水和透明玻璃化后也没发现气泡和异物的存在。对如此获取的光纤母材的折射率分布进行测量的结果：在长度方向上稳定，有着优良的光学特性。

(比较例1)

在与实施例1相同的气体条件下进行玻璃微粒子的堆积。此时，若将上部堆积室2的底面11设置在多孔质母材1直躯干部下端的上方，或者，将连接口12的开口径设成B/A＞0.6的情况下，芯部堆积用烧嘴的火焰虽然稳定，但在连接口周围会出现大量剩余烟灰的附着和剥离。并且，透明玻璃化之后发生了多个气泡。

(比较例2)

在与实施例1相同的气体条件下进行玻璃微粒子的堆积。此时，将上部堆积室2的底面11设置在多孔质母材1的堆积前端部的下方，或者，将连接口12的开口径设成B/A＜0.05的情况下，能将在连接口周围上的剩余烟灰的附着量控制成很少量，无剥离和落下，透明玻璃化后的也没发生气泡。

然而，不能防止上部堆积室2的气流侵入下部堆积室3，大幅弄乱了芯部堆积用烧嘴8的火焰。为此，对折射率分布进行测量的结果：在长度方向上的分布特性有变化，且产生了显著的条纹。

(实施例2)

将上部堆积室2的底面11设置成多孔质母材直躯干部下端和堆积前端部之间的中间点的高度，在与实施例1相同的气体条件下，B/A＝0.3时进行24小时的堆积。

在此，以从上部堆积室2的排气口5上端仰视设置于烧嘴一侧壁上的进气口6上端时的角度θ为5°≤θ≤50°的方式，设置排气口5及进气口6的结果：剩余玻璃微粒子无浮游到顶棚19的状况，而是从排气口5直接排放，向从烧嘴一侧看属于多孔质母材背面的顶棚19上的玻璃微粒子的附着厚度大幅下降，从以前的10mm变为2mm。另外，由于玻璃微粒子不会滞留在上部堆积室下部，因此，没有发现上部堆积室侧壁下部处有附着现象。

(比较例3)

在与实施例2相同的气体条件下进行玻璃微粒子的堆积。此时，以从上部堆积室2的排气口上端仰视烧嘴一侧进气口上端的角度θ成为5°＞θ的方式设置排气口5及进气口6的结果：剩余的玻璃微粒子在从排气口5排出之前一直浮游至上部堆积室2的顶棚19，所以顶棚19，尤其从烧嘴一侧看属于多孔质母材背面的顶棚19上大量附着玻璃微粒子，厚度达到了8mm。

(比较例4)

在与实施例2相同的气体条件下进行玻璃微粒子的堆积。此时，当θ＞50°时，虽然没有剩余的玻璃微粒子附着在顶棚19上，但剩余的玻璃微粒子将滞留在上部堆积室2的下部，剩余的玻璃微粒子附着到上部堆积室2的侧壁下侧，厚度达到了4mm。

【产业上的利用可能性】

对光纤母材质量的提高以及成本的降低有利。

Claims (8)

1.一种多孔质母材的制造装置，是将玻璃用原料、可燃性气体及助燃性气体供给于烧嘴，对通过玻璃原料火焰水解反应而生成的玻璃微粒子进行堆积从而制造多孔质玻璃母材的装置，其特征在于，具有反应容器，所述反应容器包括：设有第一进气口和排气口的上部堆积室、设有第二进气口的下部堆积室、以及位于上部堆积室的上部，用于拉升和收纳通过堆积而形成的多孔质玻璃母材的上室；在该反应容器中，在上部堆积室的底部设有连接上部堆积室和下部堆积室的连接口，其中上部堆积室具有面朝所述第一进气口的第一后壁，所述第一进气口和所述第一后壁在所述上部堆积室中的位置高于所述排气口，所述下部堆积室具有面朝所述第二进气口且并行于所述第一后壁的第二后壁，且其中所述第一进气口和所述第二进气口设置在面朝所述第一后壁和所述第二后壁的第三壁上,

其中在所述上部堆积室具有包层堆积用烧嘴，在所述下部堆积室具有芯部堆积用烧嘴，且所述下部堆积室没有排气口，且

其中（i）上部堆积室的底面被设置在堆积中的多孔质玻璃母材的直躯干部下端和堆积前端部之间的高度上，且（ii）当设连接口的开口径为A，设通过连接口的多孔质母材的直径为B时，B/A满足式0.05≦B/A≦0.6，使得产生从下部堆积室通过连接口到上部堆积室的气流。

2.如权利要求1所述的多孔质玻璃母材的制造装置，从所述连接口的中心到上部堆积室内壁的距离大于等于A。

3.如权利要求1或2所述的多孔质玻璃母材的制造装置，从所述连接口的中心到下部堆积室内壁的距离大于等于0.7A。

4.如权利要求1所述的多孔质玻璃母材的制造装置，所述连接口的内面被加工成倒角或曲面。

5.如权利要求1所述的多孔质玻璃母材的制造装置，所述连接口具有可从上部堆积室的底部拆卸的构造。

6.如权利要求1所述的多孔质玻璃母材的制造装置，所述上部堆积室的排气口及进气口分别被设置在下述位置上，即，当从排气口上端仰视被设置在与其相对的壁上的进气口上端时的角度为θ时，θ满足式5°≤θ≤50°的位置上。

7.如权利要求1所述的多孔质玻璃母材的制造装置，通过所述进气口被供给的气体是从过滤器通过后的室内空气。

8.如权利要求1所述的多孔质玻璃母材的制造装置，所述反应容器内的压力是通过设置在排气口下流处的自动压力控制装置来控制。

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