CN102417294B - 多孔质玻璃母材的制造方法以及制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多孔质玻璃母材制造方法及制造装置，其在利用VAD方法制造光纤用多孔质玻璃母材时，使多孔质玻璃母材的特性在长度方向上稳定且其中难以混入气泡。利用设置在反应容器上的至少大于或等于1个喷管喷出含有玻璃原料气体及燃烧气体的反应气体，使由反应气体反应而生成的玻璃微粒堆叠在标靶上，制作多孔质玻璃母材。在多孔质玻璃母材制造方法中，在反应容器的壁面(21a)上设置净化空气喷出口，其喷出口下端部位于原料投入量最多的喷管的下端部的下方位置处。将净化空气喷出口以朝向排气口的方式设定为朝向上方，从净化空气喷出口向反应容器供给净化空气，其中，该排气口位于与喷管相对的壁面(21b)上，与喷管相比在上方开口。

Description

多孔质玻璃母材的制造方法以及制造装置

技术领域

本发明涉及一种难以混入气泡的多孔质玻璃母材的制造方法以及制造装置。

背景技术

在利用VAD方法制造玻璃母材时，向合成用喷管送入四氯化硅(原料)、四氯化锗等掺杂剂、氧气、氢气等，利用水解反应合成玻璃微粒，并堆叠在标靶上。此时，由于也存在未堆叠在标靶上的玻璃微粒，所以将其从安装在反应容器上的排气口排出。如果未堆叠的玻璃微粒没有充分排出而滞留在反应容器内，则有可能使滞留的玻璃微粒附着在制造中的多孔质玻璃母材上，在之后的多孔质玻璃母材在烧结炉中玻璃化时，以附着的玻璃微粒为核，在内部产生气泡。另外，如果玻璃微粒将排气口堵塞，使排气口处的排气压力变动，则反应容器内的玻璃微粒的流动发生波动。这样一来，有可能无法在多孔质玻璃母材上稳定地使玻璃微粒堆叠，堆叠速度在合成中变动，制造后的多孔质玻璃母材的特性在长度方向上变动。

在日本特开2006-248884号公报中公开了下述技术，即，以使喷管的火焰稳定，使堆叠效率提高，高效率地生产高品质的多孔质玻璃母材为目的，对从喷管的周围流过的净化空气的流速进行限定。另外，在日本特开2005-179077号公报中公开了下述技术，即，为了防止附着在反应容器的内壁上的玻璃微粒剥落，并向多孔质玻璃母材上附着，而在喷管附近设置导入空气的单元，与在喷管中流动的反应气体的供给量相对应，对空气的流量进行控制。

针对上述的问题，在日本特开2006-248884号公报、日本特开2005-179077号公报的技术中，通过从喷管附近流过清洁的空气(净化空气)，朝向排气口生成空气的气流，由此使气流稳定，另外将不需要的玻璃微粒向排气口引导。但是，针对在VAD方法中，将净化空气喷出口安装在哪个位置或者朝向哪个方向，能够使多孔质玻璃母材的特性在长度方向上稳定、且难以向玻璃母材中混入气泡这一点没有作出描述，即使流过净化空气，也可能在纤芯和包层的界面上产生气泡。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制造方法以及制造装置，其在利用VAD方法制造光纤用多孔质玻璃母材时，使多孔质玻璃母材的特性在长度方向上稳定，且难以在多孔质玻璃母材中混入气泡。

为了实现目的，提供一种多孔质玻璃母材的制造装置，其包含：反应容器，其具有净化空气喷出口及排气口；以及大于或等于一个的喷管，其将含有玻璃原料气体及燃烧气体的反应气体向反应容器内喷出，净化空气喷出口位于反应容器的设置有所述大于或等于一个的喷管中原料投入量最多的喷管的壁面上，排气口位于反应容器的与原料投入量最多的喷管相对的壁面上，反应气体进行反应而生成的玻璃微粒堆叠在标靶上，并使该标靶向上方升起，沿轴向使多孔质玻璃母材堆叠，该多孔质玻璃母材的制造装置的特征在于，净化空气喷出口的下端位于原料投入量最多的喷管的下端的下方，排气口的开口部的下端位于原料投入量最多的喷管的下端的上方，净化空气喷出口下端的管路向上方倾斜。

在本发明的多孔质玻璃母材的制造装置中，优选净化空气喷出口下端的管路相对于水平方向的角度，比原料投入量最多的喷管相对于水平方向的角度大。另外，优选净化空气喷出口位于喷管的两侧。作为本发明的其它方式，提供一种多孔质玻璃母材的制造方法，在该方法中，利用大于或等于一个的喷管将含有玻璃原料气体及燃烧气体的反应气体，向反应容器内喷出，从净化空气喷出口将净化空气向反应容器内供给，从排气口将反应容器内的气体排出，将反应气体进行反应而生成的玻璃微粒堆叠在标靶上，并使该标靶向上方升起，沿轴向使多孔质玻璃母材堆叠，其中，该净化空气喷出口设置在反应容器的设置有所述大于或等于一个的喷管中原料投入量最多的喷管的壁面上，该排气口设置在反应容器的与原料投入量最多的喷管相对的壁面上，该多孔质玻璃母材的制造方法的特征在于，净化空气喷出口的下端位于原料投入量最多的喷管的下端的下方，排气口的开口部的下端位于所述原料投入量最多的喷管的下端的上方，净化空气喷出口下端的管路向上方倾斜。

在本发明的多孔质玻璃母材的制造方法中，优选净化空气喷出口下端的管路相对于水平方向的角度，比原料投入量最多的喷管相对于水平方向的角度大。另外，优选从净化空气喷出口供给的空气压力与反应容器的内部压力相比达到大于或等于25Pa而小于或等于30Pa。

发明的效果

根据本发明所涉及的多孔质玻璃母材的制造方法以及制造装置，由于含有玻璃微粒的气流的流动不会发生紊乱，所以可以使多孔质玻璃母材的特性在长度方向上稳定、且在多孔质玻璃母材中难以混入气泡。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的多孔质玻璃母材的制造装置的实施方式的概念图。

图2是从排气口侧观察图1所示的制造装置内部的壁面的一个例子的概念图。

图3(a)、图3(b)、图3(c)是从排气口侧观察图1所示的制造装置内部的壁面的其它例子的概念图。

图4是表示净化空气供给压力与气泡产生数量之间的关系的曲线图。

图5是表示净化空气供给压力与玻璃合成时的上升速度之间的关系的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图，说明本发明的实施方式。附图以说明为目的，并不对发明的范围进行限定。在附图中，为了避免说明的重复，相同标号表示相同部分。附图中的尺寸的比例不一定准确。

图1是作为本发明所涉及的实施方式的多孔质玻璃母材制造装置100的概念图。制造装置100是利用VAD方法制造多孔质玻璃母材19的装置。制造装置100具有：反应容器11，其收容旋转的标靶17；喷管13，其将由玻璃原料气体和燃烧气体的反应气体15利用火焰水解反应而生成的玻璃微粒，朝向作为初始材料的标靶17喷射；上升装置41，其将标靶17升起；以及净化空气产生装置43，其用于向反应容器11中供给净化空气31。

在反应容器11的上壁45上设置贯通孔47，与标靶17连接的支撑棒配置为，沿上下方向从贯通孔47中穿过。标靶17的上端由旋转卡盘49把持并旋转，并且利用上升装置41使标靶17沿上下方向移动。通过一边使标靶17旋转一边向上方升起，从而在标靶17上使玻璃微粒沿轴向堆叠，制造出多孔质玻璃母材19。

在反应容器11的下部，朝向标靶17的上升轴向的斜上方安装大于或等于一个的喷管13，其前端向反应容器11内部凸出。在本实施方式中，在VAD方法中，使用对包层部和纤芯部分别进行合成的两个喷管13a、13b。喷管13的喷出气体的端口形成为同心圆状，使用按气体种类确定了喷出端口的多重管(例如8重管)喷管。

喷管13利用针对每个端口设置的未图示的配管，与未图示的气体供给装置连接，对氢气以及氧气这样的燃烧气体·助燃气体、四氯化硅(SiCl4)等玻璃原料气体进行供给。气体供给装置由燃烧气体·助燃气体供给装置以及原料气体供给装置构成，由未图示的控制部的气体流量控制部控制，燃烧气体·助燃气体、玻璃原料气体的供给量由喷管13的各个端口分别进行调整。另外，也适当地设置其它密封气体等的供给装置，向喷管13的规定端口供给。

在反应容器11的安装有喷管的侧壁51上设置净化空气喷出口27，向其从净化空气产生装置43经由配管53供给净化空气31。净化空气31是被净化后的空气。净化的程度只要是不会在多孔质玻璃母材19上产生不良部位程度的净化即可。

在反应容器11的与安装有喷管的壁面相对的侧壁55上设置排气口29，其将反应容器11内的气体吸入并排出，排气口29利用管路与未图示的废气处理装置连接。另外，在管路的内部设置用于调整排气量的未图示的排气阀。排气阀的开度由未图示的控制部内的排气阀控制部进行调整，以使反应容器11内的气压恒定。

在制造装置100中，通过具有以上结构，从而利用第一喷管(即，包层喷管，并且是原料投入量最多的喷管)13a、第二喷管(纤芯喷管)13b喷出含有玻璃原料气体以及燃烧气体等的反应气体15，反应气体15进行反应而生成的玻璃微粒堆叠在标靶17上，制造出多孔质玻璃母材19。

图2是从排气口29侧观察制造装置100的内部的壁面21a的一个例子的概念图。在制造装置100中，针对设置在反应容器11的壁面21a上的喷管13a、净化空气喷出口27、以及设置在壁面21b上的排气口29，设定为规定的相对位置关系。即，净化空气喷出口27配置为，在反应容器11的壁面21a上，喷出口下端25位于第一喷管13a的下端23的下方。另外，排气口29设定为，位于与喷管13a相对的壁面21b上，且开口部下端位于喷管13a的下端23的上方。

并且，使净化空气喷出口下端25的管路的倾角(喷出口下端25与水平方向的夹角)θ1比第一喷管13a的倾角(喷管13a与水平方向的夹角)θ2大。通过将倾角θ1和倾角θ2设定为上述相对关系，从而可以使玻璃微粒与净化空气31的流动相附和，使未堆叠的玻璃微粒向排气口29高效地流入，防止气泡的产生。

净化空气喷出口27也可以相对于第一喷管13a设置一个或者多个。另外，对于净化空气喷出口27，也可以使净化空气喷出口27的上部和喷管13a的下部在高度方向上重叠。在存在多个的情况下，如果将净化空气喷出口27配置在喷管13a的两侧(图2)，则利用从喷管火焰的下侧喷出的净化空气和从火焰两侧喷出的净化空气，形成朝向排气口29流动的气流，玻璃微粒被两侧的气流夹持，而更稳定地向标靶输送。另外，未堆叠的玻璃微粒也在反应容器11内从左右被夹持而难以扩散，更高效率地被排出。

图3(a)、图3(b)、图3(c)是从排气口侧观察制造装置100的内部的壁面的其它例子的概念图。在图3(a)中，净化空气喷出口27设置为将第一喷管13a包围。在图3(b)中，净化空气喷出口27设置为将两个喷管13a、13b包围。在图3(c)中，净化空气喷出口27以椭圆状开口，配置在喷管13a、13b的两侧。另外，在各例中，净化空气喷出口27的喷出口下端25位于第一喷管13a的下端23的下方，且喷出口下端25的管路的倾角θ1比第一喷管13a的倾角θ2小。即使在上述的例子中，玻璃微粒也被气流夹持而稳定地输送，并堆叠在标靶17上，未堆叠的玻璃微粒乘着净化空气的流动而向排气口流动，被高效地排出。

另外，如果净化空气31的供给压力过低，则没有输送效果，另外，如果供给压力过高，则气流过于强烈而使火焰不稳定，妨碍从喷管13a喷出的玻璃微粒向多孔质玻璃母材19上稳定地堆叠。优选从净化空气喷出口27供给的空气压力与反应容器11的内部压力相比达到大于或等于25Pa而小于或等于30Pa。由此，玻璃微粒的输送效果(整流效果)没有显著下降，另外不会由于净化空气31的气流而导致喷管火焰的紊乱及由此导致的生长速度的变动。

下面，说明本发明所涉及的多孔质玻璃母材的制造方法的实施方式。在本实施方式中，利用制造装置100向在制造装置100的反应容器11内旋转的作为初始材料的标靶17上，堆叠通过从喷管13喷出的玻璃原料气体以及燃烧气体的火焰水解反应而生成的玻璃微粒，并使标靶17向上方升起，制造出多孔质玻璃母材19。此时，从喷管13的周围供给整流后的净化空气31。

净化空气31是由净化空气喷出口27向反应容器11供给的，其中，该净化空气喷出口27以使喷出口下端25位于第一喷管13a的下端23的下方位置处的方式设置在壁面21a上，并且朝向排气口29而设定为朝向上方，该排气口29位于与第一喷管13a相对的壁面21b上，且开口部下端位于第一喷管13a的下端的上方。

通过在比第一喷管13a的下端低的位置上设置净化空气喷出口27的喷出口下端25，从而从喷管火焰的下侧喷出净化空气31，可以在反应容器11内产生使玻璃微粒乘着净化空气31而输送的气流。由此，玻璃微粒的气流不会紊乱，玻璃微粒稳定地向作为初始材料的标靶17上堆叠。另外，未堆叠的玻璃微粒的量主要由原料最多的喷管13a的火焰决定，因此，可以使反应容器11内的未堆叠的玻璃微粒乘着净化空气31的流动而高效地排出至排气口29，从而难以向多孔质玻璃母材19上再次附着。

由此，根据本实施方式所涉及的多孔质玻璃母材19的制造方法以及制造装置100，由于以使喷出口下端25位于第一喷管13a的下端23的下方位置处的方式设置净化空气喷出口27，将净化空气喷出口27以朝向排气口29的方式设定为朝向上方，所以在利用VAD方法制造光纤用多孔质玻璃母材19时，可以使多孔质玻璃母材19的特性在长度方向(轴向)上稳定，且在多孔质玻璃母材19中难以混入气泡，其中，排气口29位于与喷管13相对的壁面21b上，且开口部下端位于喷管13的下端的上方。

实施例

在制造装置100中，使用对纤芯部和包层部分别进行合成的两个喷管，进行光纤用玻璃母材的制造。向合成纤芯部的喷管13b中以0.5升/分钟的流量投入作为原料的四氯化硅气体，向合成包层部的喷管13a中以6升/分钟的流量投入作为原料的四氯化硅气体，一边以80mm/hr的速度将标靶升起，一边制造出光纤用玻璃母材。

以反应容器11内的负压相对于大气压达到-20Pa的方式，从与反应容器连接的排气管进行排气，将比喷管13a的下端位置23低150mm的位置作为喷出口下端25，将高度为250mm、宽度为100mm大小的净化空气喷出口27在喷管13a的两侧设置2个。此时，排气口29以开口部的下端处于比净化空气喷出口27的上端高120mm的位置上的方式安装，喷管13a的设置角度相对于水平方向成为30度，净化空气喷出口下端25的管路的角度相对于水平方向成为45度。净化空气产生装置43与净化空气喷出口27连接，以相对于大气压达到+5Pa的压力，从喷出口向反应容器11内供给净化空气。在该条件下连续地制造20根多孔质玻璃母材19，对在多孔质玻璃母材19中混入的气泡的个数进行测定。气泡的个数平均在一根多孔质玻璃母材19中有0.3个。

对比例1

从反应容器11中拆去净化空气喷出口27，制造20根多孔质玻璃母材，对在多孔质玻璃母材中混入的气泡的个数进行测定，其结果，如在图4中的净化空气供给压力为零的情况下的气泡个数为3个所示，平均在一根多孔质玻璃母材中有3个气泡，气泡产生频度大幅度地增加。

对比例2

从净化空气喷出口27以与反应容器11的底面平行的角度供给净化空气，制造多孔质玻璃母材，对在多孔质玻璃母材中混入的气泡的个数进行测定，其结果，平均在一根多孔质玻璃母材中有2个气泡。

对比例3

使反应容器11内的负压相对于大气压达到-20Pa，将净化空气的压力设为0.4Pa，与实施例相同地，制造20根多孔质玻璃母材，对在多孔质玻璃母材中混入的气泡的个数进行测定，其结果，平均在一根多孔质玻璃母材中有1.5个气泡。另外，在图4中示出净化空气供给压力与气泡产生数量之间的关系图。根据该图可知，通过使净化空气的压力大于或等于5Pa，从而气泡的数量极度减少。

对比例4

使反应容器11内的负压相对于大气压达到-20Pa，将净化空气的压力设为15Pa，与实施例相同地，制造出多孔质玻璃母材，但如图5所示，使多孔质玻璃母材的上升速度从80mm/hr下降至60mm/hr，无法得到良好的多孔质玻璃母材。根据图5可知，如果净化空气的压力超过10Pa，则上升速度极度下降。

根据以上结果，如本实施例所示，从喷管火焰的下侧喷出净化空气31，在反应容器11内产生使玻璃微粒乘着净化空气31而输送的气流。由此，玻璃微粒的气流不会紊乱，稳定地堆叠在标靶17上。另外，可以确认下述情况，即，未堆叠的玻璃微粒的量主要由原料最多的喷管的火焰决定，因此，可以使反应容器内的未堆叠的玻璃微粒乘着该净化空气31的流动而高效地排出至排气口，难以向多孔质玻璃母材19上再次附着，可以使多孔质玻璃母材19的特性在长度方向上稳定且其中难以混入气泡。

Claims (4)

1.一种多孔质玻璃母材的制造装置，其包含：

反应容器，其具有净化空气喷出口及排气口；以及

大于或等于一个的喷管，其将含有玻璃原料气体及燃烧气体的反应气体向所述反应容器内喷出，

所述净化空气喷出口位于所述反应容器的设置有所述大于或等于一个的喷管中原料投入量最多的喷管的壁面上，所述排气口位于所述反应容器的与所述原料投入量最多的喷管相对的壁面上，所述反应气体进行反应而生成的玻璃微粒堆叠在标靶上，并使该标靶向上方升起，沿轴向使多孔质玻璃母材堆叠，

该多孔质玻璃母材的制造装置的特征在于，

所述净化空气喷出口的下端位于所述原料投入量最多的喷管的下端的下方，

所述排气口的开口部的下端位于所述原料投入量最多的喷管的下端的上方，

所述净化空气喷出口下端的管路向上方倾斜，

所述净化空气喷出口下端的管路相对于水平方向的角度，比所述原料投入量最多的喷管相对于水平方向的角度大。

2.根据权利要求1所述的多孔质玻璃母材的制造装置，其特征在于，

所述净化空气喷出口位于所述喷管的两侧。

3.一种多孔质玻璃母材的制造方法，在该方法中，利用大于或等于一个的喷管将含有玻璃原料气体及燃烧气体的反应气体，向反应容器内喷出，

从净化空气喷出口将净化空气向所述反应容器内供给，

从排气口将所述反应容器内的气体排出，

将该反应气体进行反应而生成的玻璃微粒堆叠在标靶上，并使该标靶向上方升起，沿轴向使多孔质玻璃母材堆叠，

其中，该净化空气喷出口设置在所述反应容器的设置有所述大于或等于一个的喷管中原料投入量最多的喷管的壁面上，该排气口设置在所述反应容器的与所述原料投入量最多的喷管相对的壁面上，

该多孔质玻璃母材的制造方法的特征在于，

所述净化空气喷出口的下端位于所述原料投入量最多的喷管的下端的下方，

所述排气口的开口部的下端位于所述原料投入量最多的喷管的下端的上方，

所述净化空气喷出口下端的管路向上方倾斜，

所述净化空气喷出口下端的管路相对于水平方向的角度，比所述原料投入量最多的喷管相对于水平方向的角度大。

4.根据权利要求3所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于，

从所述净化空气喷出口供给的空气压力与所述反应容器的内部压力相比大，其差值达到大于或等于25Pa而小于或等于30Pa。