CN102432169B - 多孔质玻璃母材的制造装置以及多孔质玻璃母材的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明得到一种多孔质玻璃母材的制造装置以及多孔质玻璃母材的制造方法，其可以提高堆叠速度，并且得到稳定的外径。多孔质玻璃母材的制造装置利用设置在反应容器上的大于或等于一根喷管，喷出含有玻璃原料气体及燃烧气体的反应气体，使旋转的标靶相对于喷管相对地往复运动，将由反应气体进行反应而生成的玻璃微粒向标靶上堆叠，该制造装置具有：整流部，其被喷管贯穿，与标靶远离配置并喷出净化空气；喷管驱动部，其使喷管沿前后方向移动；以及排气部，其隔着标靶与整流部相对，在整流部上设置密闭机构，其在从整流部后退后的位置处将整流部与喷管之间的间隙闭塞。

Description

多孔质玻璃母材的制造装置以及多孔质玻璃母材的制造方法

技术领域

本发明涉及一种多孔质玻璃母材的制造装置以及多孔质玻璃母材的制造方法，其利用设置在反应容器上的大于或等于一根喷管，将含有玻璃原料气体以及燃烧气体等的反应气体喷出，使生成的玻璃微粒在标靶上堆叠。

背景技术

作为光纤用多孔质玻璃母材的制造方法的代表，已知外部气相沉积法(Outsidevapordepositionmethod；OVD法)及多喷管多层沉积法(Multi-burnermulti-layerdepositionmethod；MMD法)。在这些制造方法中，从在反应容器的玻璃微粒合成用喷管侧开口的空气导入口，向反应容器内流入净化空气，将净化空气从在反应容器的与空气导入口相对的位置开口的排气口与剩余碳烟一起排出。此时，为了使玻璃微粒稳定地堆叠而高效地生产高品质的多孔质玻璃母材，重要的是使喷管的火焰稳定，提高堆叠效率。

在日本特开2006-248884号公报中，记载了下述多孔质玻璃母材的制造方法以及制造装置，其在净化空气供给室的开口部上安装网状的整流板，通过对从喷管的周围朝向标靶而整流的净化空气的供给流速进行控制，从而可以抑制不良部位的产生，高效且稳定地制造多孔质玻璃母材。作为整流板，例示出通过将多个网状的板或蜂窝形状的板重叠，或者将大量筒排列而形成大量净化空气的通路的整流板。

由于从喷管前端至碳烟体合成部的距离是根据喷管的设计条件而确定最佳长度的，所以有时随着碳烟体的母材直径增大，使喷管后退。在日本特开2003-238167号公报中记载了下述多孔质玻璃母材的制造方法以及制造装置，其使反应容器的壁形成为可变构造，并且可移动地设置喷管，通过对反应容器内的条件进行适当控制，从而即使在投入的原料气体量增加的情况下，也将装置系统的变更限制在最小限度，提高玻璃微粒的堆叠效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种多孔质玻璃母材的制造装置以及多孔质玻璃母材的制造方法，其可以提高堆叠速度，并且得到稳定的外径。

为了实现目的，本发明提供一种多孔质玻璃母材的制造装置，其包含：(1)反应容器，其收容标靶，具有隔着标靶而相对的第一壁面和第二壁面；(2)喷管，其将玻璃微粒向标靶喷出；以及(3)移动单元，其使标靶相对于喷管沿标靶的长度方向相对地往复运动，第一壁面具有作为净化空气的导入口的整流部，第二壁面具有排气部，喷管贯穿整流部，该制造装置的特征在于，包含：(4)喷管驱动部，其使喷管相对于标靶沿前后方向移动；(5)密闭机构，其在从整流部后退后的位置处将喷管和整流部之间的间隙闭塞。

整流部的具体例为网状板、冲孔金属板、百叶板。优选整流部和多孔质玻璃母材的表面之间的距离的最小值大于或等于100mm而小于或等于200mm。密闭机构的一种方式为，具有：筒体，其套在喷管的外部，前端开口部固定在整流部上；以及环状密封部件，其设置在筒体的后端开口部处，与喷管的外周滑动接触。在此情况下，优选筒体的长度大于或等于150mm。

作为发明的第二方式，提供一种多孔质玻璃母材的制造方法，在该方法中，使标靶相对于喷管相对地往复运动，将玻璃微粒向标靶上堆叠，该制造方法的特征在于，从净化空气的导入口、即整流部喷出净化空气，在从整流部后退后的位置处将整流部与喷管之间的间隙闭塞，同时随着由于堆叠而导致的标靶的扩径，使喷管后退，其中，整流部位于反应容器内的与标靶分离配置的壁面上，喷管贯穿整流部。

发明的效果

根据本发明所涉及的多孔质玻璃母材的制造装置以及多孔质玻璃母材的制造方法，由于可以稳定地供给来自整流部的整流后的净化空气，所以可以提高多孔质玻璃母材的堆叠速度，并且得到稳定的外径。

附图说明

图1是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是说明图1的多孔质玻璃母材的制造装置中的密闭机构的局部剖面图。

图3是说明对比例A所涉及的多孔质玻璃母材的制造的概念图。

图4是说明对比例B所涉及的多孔质玻璃母材的制造的概念图。

图5是说明实施例所涉及的多孔质玻璃母材的制造的概念图。

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，并不对本发明的范围进行限定。在附图中，为了避免重复说明，利用同一标号表示同一部分。附图中的尺寸比例不一定准确。

在将日本特开2006-248884号公报所记载的通过整流板导入净化空气的技术、和日本特开2003-238167号公报所记载的与母材直径对应地使喷管后退的技术组合的情况下，必须在喷管和整流板之间设置间隙，以避免因喷管和整流板摩擦而使整流板的磨损片飞散。另一方面，如果存在间隙，则由于从该间隙流入净化空气，从而使火焰产生紊乱，使碳烟合成不稳定，无法提高堆叠速度，另外，无法使碳烟外径在长度方向上恒定。

特别地，在喷管前端较细的情况下，喷管后退而使锥形部通过整流板时，间隙逐渐变大，由于从间隙流入净化空气所造成的影响进一步变大。通过使整流板远离喷管的前端(碳烟体附近)，从而可以在实质上消除锥形部的影响，但如果远离，则净化空气的整流效果变小。即使为了缩小间隙而插入密封材料，得到气密性，也由于该部位为高温，而作为密封材料无法找到能够得到气密性的物质。

图1是本发明的实施方式所涉及的多孔质玻璃母材的制造装置19的概念图。制造装置19具有：反应容器11，其收容标靶15；多个氧氢火焰喷管13，其将利用玻璃原料气体、可燃性气体及助燃性气体，通过火焰水解反应而生成的玻璃微粒向标靶15喷出；未图示的移动单元，其使标靶15和喷管13相对地移动；以及未图示的净化空气生成器，其用于向反应容器11中供给作为洁净气体的净化空气21。

在反应容器11的上壁设置贯穿孔，标靶15配置为沿上下方向插入该贯穿孔。对于标靶15，其上端被反应容器外的旋转卡盘(未图示)握持而使标靶15进行旋转，并且利用移动单元，相对于多个喷管13例如以相当于喷管间隔的振幅进行往复移动。通过使标靶15在旋转的同时，沿其轴向往复移动，从而向标靶15的表面上均匀地堆叠玻璃微粒，制造多孔质玻璃母材17。即，多孔质玻璃母材17的制造装置19采用通过MMD(多喷管多层沉积)法制造多孔质玻璃母材17的装置结构。

在反应容器11中，隔着标靶15在一侧设置有供给净化空气21的开口部39，在相反侧设置有排气部27。在排气部27上连接未图示的排气管道，排气管道构成为，从排气部27高效地排出含有剩余碳烟的净化空气21，以防止在容器内壁上附着碳烟。

开口部39成为被喷管13贯穿，与标靶15分离配置并喷出净化空气21的整流部23。整流部是网状的壁，其具体例是网状板、冲孔金属板、百叶板中的某一种。贯穿整流部23的喷管13构成为，利用未图示的喷管驱动部，在沿喷管13的轴线41(参照图2)的方向(图2的箭头a方向)上移动。

反应容器11被整流部23隔开，与标靶15相反侧的空间成为使净化空气21流入的净化室43。在净化室43中设置有自动后退机构45，其进行喷管13的支撑和自动后退。

图2是说明多孔质玻璃母材的制造装置19中的密闭机构29的局部剖面图。在自动后退机构45的内部，还针对各个喷管13设置有密闭机构29。密闭机构29在从整流部23向净化室43侧后退的位置上，将喷管13的外周和贯穿设置于整流部23上的喷管贯穿孔47之间的间隙S闭塞。密闭机构29具有：金属制的整圆圆筒(筒体)33，其套在喷管13的外部，前端开口部31固定在整流部23上；以及例如由氟化树脂构成的环状密封部件37，其设置在筒体33的后端开口部35处，与喷管13的外周滑动接触。

筒体33的前端开口部31具有比筒体外径大的凸缘部49。前端开口部31通过使凸缘部49与整流部23的反应容器11内侧抵接，使向净化室43侧的按压环51内插入的螺栓53与凸缘部49螺合，从而从正反面夹持整流部23而固定。在后端开口部35处形成比筒体外径大的固定用凸缘部55，在固定用凸缘部55的后端面，环状密封部件37经由按压板57而利用螺栓59固定。环状密封部件37的内孔37a与喷管13的外周滑动接触。即，在内孔37a的内外之间确保气密性，使来自净化室43的净化空气21不会通过筒体33内而向反应容器11内流入。

另外，喷管13在前端侧具有直径比基端侧小的头部细的锥形部13a，但筒体33具有下述长度，即，即使在图2中由双点划线表示的喷管13的最大后退位置处，环状密封部件37也滑动接触在喷管13的与基端部13b直径相同的部位(非锥形的部分)上。由此，即使喷管13移动至最大后退位置，也不会出现锥形部13a到达环状密封部件37而在与环状密封部件37的前端部之间形成间隙的情况。

如上述所示，通过利用筒体33覆盖喷管13，将筒体33的前端开口部31固定在整流部23上，在筒体33的后端开口部35设置环状密封部件37，从而可以使整流部23与火焰61及合成部最大限度地接近，同时将喷管外周的密封部位设为温度比整流部23附近低的可密封的温度。

更具体地说，整流部23以相距标靶15的中心63大于或等于250mm而小于或等于300mm的距离配置，在多孔质玻璃母材的堆叠结束时，整流部23位于相距多孔质玻璃母材的表面大于或等于100mm而小于或等于200mm的距离处。(在此情况下，整流部的温度不超过300℃。)通过将从标靶15的中心至整流部23的距离如上述所示进行规定，从而可以发挥最大的整流效果，不会产生由热量引起的壁部变形。

另外，将筒体33的长度设为大于或等于150mm。通过设定为上述长度，从而即使使整流部与火焰及合成部最大限度地接近，也可以确保从堆叠面至环状密封部件37的距离大于或等于250mm，可以将作为密闭位置的环状密封部件37处的温度设为小于或等于200℃。通过对密闭位置处的温度进行限定，从而在环状密封部件37的位置处，可以利用具有一定程度耐热性的密封材料进行应对。另外，通过规定筒体的长度，以即使在喷管的最大后退位置处，也可以使锥形部13a滞留在筒体33内，因此，在喷管13后退时，可以防止由锥形部13a引起的间隙量的增大。如果筒体的长度大于或等于150mm，则即使喷管前端形成得较细，在喷管后退时也可以不使锥形部13a到达密闭位置，而确保喷管和密封部件之间的接触。

在制造装置19中，由于将喷管13的外周和喷管13所贯穿的整流部23的贯穿孔47之间的间隙S密闭，所以不会从间隙S向反应容器11内流入未整流的净化空气21，仅稳定地供给来自整流部的整流后的净化空气21。另外，由于密封的位置远离火焰61，所以密封部件不会成为那么高的高温，可以将具有一定程度耐热性的例如特氟纶(“デユポン社”注册商标)等氟化树脂作为密封材料。另外，由于从整流部23向后方凸出的筒体33被越向后方越低温的净化空气21冷却，所以有利于进一步减轻热量对环状密封部件37的影响。

此外，整流部23越接近标靶15，整流效果越明显。有时整流部23的温度超过300℃，但这一点取决于来自多孔质玻璃母材17以及火焰61的辐射热的影响，通过将相对于热源的距离变远，可以避免影响。此外，对于特氟纶(“デユポン社”注册商标)，如果是200℃左右，则可以维持充分的密封性。

下面，说明利用上述结构的制造装置来制造多孔质玻璃母材的方法。在多孔质玻璃母材17的制造中，将玻璃原料从氧氢火焰喷管13喷出，在反应容器11的内部进行火焰水解反应，使生成的玻璃微粒在标靶15上堆叠，而制造多孔质玻璃母材17。在本发明中，在该制造时，从被喷管13贯穿、并与标靶15远离配置的整流部23喷出净化空气21。在从整流部23后退的位置处将整流部23的贯穿孔47与喷管13之间的间隙S闭塞，同时随着标靶15的直径因堆叠而扩大，使喷管13后退。

由于将喷管13的外周和喷管13所贯穿的整流部23的贯穿孔47之间的间隙S利用环状密封部件37密闭，所以净化空气21不会从间隙S直接向反应容器11内流入。由此，可以仅从整流部23稳定地供给整流后的净化空气21，同时使喷管13随着碳烟体的母材直径的增大而后退，可以实现以稳定的外径堆叠。由于密封的位置远离火焰，所以不会成为那么高的高温，可以利用具有一定程度耐热性的密封材料进行应对。

因此，根据本实施方式所涉及的多孔质玻璃母材17的制造装置19以及制造方法，由于可以在制造多孔质玻璃母材17的期间始终稳定地供给净化空气21，所以可以提高堆叠速度，并且可以得到稳定的外径。另外，如果火焰59及碳烟合成部稳定，则容易进行气体流量等其他条件的调整。

下面，说明使制造装置19和利用现有结构制作的对比例所涉及的制造装置运转，并对其动作和所制造的多孔质玻璃母材进行调查后的结果。此外，在对比例、实施例中，均将标靶的直径设为φ30，将碳烟沉积结束时的碳烟体的直径设为φ300，将碳烟体的长度设为2～3m。

对比例A

图3是说明对比例A所涉及的多孔质玻璃母材的制造的概念图。将从标靶的中心至整流部的表面的距离L1设为450mm，不将喷管和整流部的间隙密闭，从整流部将流速V设为1～2m/s而流入净化空气。喷管周围的间隙S为10mm，碳烟合成部G的风速为0～2m/s。碳烟合成部G处的风速表现为与喷管相对的部分处特别快这样的分布。制造中的标靶外表面的温度为800℃，整流部的温度为200℃。喷管的后退量M为100～150mm，但将距离L1确保为450mm，其结果，即使在喷管的最大后退位置处，锥形部也没有到达喷管贯穿孔。碳烟体的外径变化为±10mm。

对比例B

图4是说明其他对比例B所涉及的多孔质玻璃母材的制造的概念图。将从标靶的中心至整流部的表面的距离L2设为300mm，不将喷管和整流部的间隙密闭，从整流部将流速V设为1～2m/s而流入净化空气。喷管周围的间隙在制造开始时为S1＝10mm，碳烟合成部G的风速与对比例A大致相同，为0～2m/s。碳烟合成部G处的风速表现为在比对比例A窄的区域内，与喷管相对的部分特别快这样的分布。制造中的标靶外表面的温度为800℃，整流部的温度比对比例A高，为300℃。喷管的后退量M与对比例A相同，为100～150mm，但由于距离L2只有300mm，所以在喷管的最大后退位置处，锥形部到达喷管贯穿孔，喷管周围的间隙在结束时增大至S2＝20mm。平均堆叠速度与对比例A大致相同，碳烟体的外径变化也与对比例A相同，为±10mm。

实施例

图5是说明实施例所涉及的多孔质玻璃母材的制造的概念图。将从标靶的中心至整流部的表面的距离L3设为与对比例B相同，在进一步后退100mm的位置处设置密闭机构，从整流部将流速V设为1～2m/s而流入净化空气。喷管周围的间隙由于存在密闭机构而为0mm，碳烟合成部G的风速为0.8～1.2m/s，与对比例相比，碳烟合成部处的风速表现为无显著快慢差异的平均分布。制造中的标靶外表面的温度为800℃，整流部的温度与对比例B相同为300℃，但密闭机构的位置处的温度为200℃。喷管的后退量M与对比例相同为100～150mm，距离L2为300mm，至密闭机构的长度为100mm，其结果，在喷管的最大后退位置处，锥形部到达整流部，但没有到达密闭机构，因此在喷管周围不产生间隙。平均堆叠速度与对比例相比提高10％，碳烟体的外径变化为±5mm，成为比对比例好的结果。

下表1中示出对对比例A、对比例B、实施例所涉及的制造装置的各设定值、运转时的动作以及所制造的多孔质玻璃母材进行调查后的结果。

表1

根据表1，确认到实施例所涉及的制造装置与对比例A、B所涉及的制造装置相比，平均堆叠速度增快至1.1倍。另外，对于碳烟体外径的变化，与对比例A、B所涉及的制造装置相比，利用实施例所涉及的制造装置制造出的碳烟体被抑制为一半左右。

此外，在上述实施方式中，将利用MMD法制造多孔质玻璃母材的方法作为对象而进行了说明，但本发明的多孔质玻璃母材的制造方法以及制造装置，在利用所谓OVD法制造多孔质玻璃母材的方法中，也同样可以采用，该OVD法为，利用握持部握持初始材料的两端并旋转，同时沿其长度方向使玻璃微粒合成用喷管往复移动，向旋转的初始材料的外周面上堆叠玻璃微粒，使多孔质玻璃母材不断生长。

Claims (5)

1.一种多孔质玻璃母材的制造装置，其包含：

反应容器，其收容标靶，具有隔着所述标靶而相对的第一壁面和第二壁面；

喷管，其将玻璃微粒向所述标靶喷出；以及

移动单元，其使所述标靶相对于所述喷管沿所述标靶的长度方向相对地往复运动，

所述第一壁面具有作为净化空气的导入口的整流部，所述第二壁面具有排气部，

所述喷管贯穿所述整流部，

其特征在于，包含：

喷管驱动部，其使所述喷管相对于所述标靶沿前后方向移动；

密闭机构，其在从所述整流部后退后的位置处将所述喷管和所述整流部之间的间隙闭塞，

所述密闭机构具有：

筒体，其套在所述喷管的外部，前端开口部固定在所述整流部上；以及

环状密封部件，其设置在所述筒体的被净化空气冷却的后端开口部处，与所述喷管的外周滑动接触。

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，

所述整流部是网状板、冲孔金属板、百叶板中的某一种。

3.根据权利要求1或2所述的多孔质玻璃母材的制造装置，其特征在于，

所述整流部和多孔质玻璃母材的表面之间的距离的最小值大于或等于100mm而小于或等于200mm。

4.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，

所述筒体的长度大于或等于150mm。

5.一种多孔质玻璃母材的制造方法，在该方法中，使标靶相对于喷管相对地往复运动，将玻璃微粒向所述标靶上堆叠，

其特征在于，

从净化空气的导入口、即整流部喷出净化空气，

通过在从所述整流部后退后的位置处将所述整流部与所述喷管之间的间隙闭塞的密闭机构，闭塞所述整流部与所述喷管之间的间隙，同时随着由于堆叠而导致的所述标靶的扩径，使所述喷管后退，所述密闭机构具有：筒体，其套在所述喷管的外部，前端开口部固定在所述整流部上；以及环状密封部件，其设置在所述筒体的被净化空气冷却的后端开口部处，与所述喷管的外周滑动接触，

其中，所述整流部位于反应容器内的与所述标靶分离配置的壁面上，所述喷管贯穿所述整流部。