CN103663959B - 光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法 - Google Patents

光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法，在能够以自身的中心轴线为旋转轴进行旋转并沿竖直方向移动的初始材上喷涂由多个玻璃微粒子合成用燃烧器生成的玻璃微粒子，以制造多孔质玻璃沉积体，其特征为：在制造方法中，对各燃烧器进行配置，从而达成各燃烧器的每一个的中心轴线与初始材的旋转轴线位于一平面内的位置关系，并使各燃烧器的中心轴线与初始材的中心轴线所在的各个面中的至少两个面成预定角度。该制造方法不会产生沉积斑，也不会破坏成品率，从而能够以高生产率进行制造。

Description

光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法
技术领域
本发明涉及制造作为光纤用合成石英玻璃的前驱体的多孔质玻璃沉积体的方法，尤其涉及在一边旋转一边沿垂直方向移动的初始材外周上沉积玻璃微粒子，以制造多孔质玻璃沉积体（以下记为沉积体）的方法。
背景技术
有一种制造沉积体的方法，使在燃烧器的火焰中生成的玻璃微粒子附着在一边旋转一边沿竖直方向上升的初始材上。这种方法为：向氢氧焰中供应如四氯化硅那样的硅氯化物等，将通过火焰加水分解反应及高温热氧化反应生成的玻璃微粒子附着并沉积到初始材上。所制造的沉积体通过在真空或惰性气体氛围气中进行加热烧结并透明化，成为光纤用合成石英玻璃。
另外，由于光纤的中心部（纤芯)的折射率稍高于外周部（包层)，从而能够进行光传输。在提高折射率时，通常采用添加氧化锗的方法。该氧化锗是在沉积体的制造阶段被添加的。因此，在制造作为光纤用合成石英玻璃的前驱体的沉积体时，要将沉积纤芯部用的燃烧器与沉积包层部用的燃烧器分开使用，使锗氯化物伴随着硅化合物共同供应给沉积纤芯部用的燃烧器。
这样一来，当制造包含纤芯部的沉积体时要使用多个燃烧器。而且如果要提高玻璃微粒子的每单位时间的附着量，也要使用多个燃烧器。如果要提高沉积体的制造生产率，就要提高附着量以提高沉积效率（沉积的玻璃微粒子量相对于供应的原料量的比例)。当使用多个燃烧器时，就必须要考虑相邻燃烧器之间的火焰干涉。如果火焰干涉过强，则火焰与沉积体的接触面积会变窄，从而降低沉积效率；如果干涉过弱，则沉积体的烧结会变弱，从而产生低密度部，并会由于密度差而引起破裂及外径波动。
发明内容
发明要解决的问题:
当为了提高生产率而使相邻燃烧器间的设置间隔变密时，也就是说将相邻燃烧器配置得非常接近时，由于火焰的扩散而使火焰之间互相进行很强的干涉，在这种干涉的交界部位，互相妨碍玻璃微粒子的沉积，使玻璃微粒子的沉积速度下降并同时产生沉积斑。由于这种斑会使火焰的流动变得不稳定，因此会产生更大的沉积斑。从而会造成使沉积体易于产生外径波动，使成品率恶化等问题。
如果在沉积体上产生了外径波动，即使在进行烧结和透明玻璃化之后也会残存外径波动。取决于外径波动的程度如何，有时即使经过利用玻璃旋盘（日文：ガラス旋盤）进行的拉伸工序后也难以消除，并且即使能够消除，加工成本也会增加。
本发明的目的是鉴于上述问题，提供一种不产生沉积斑，不使成品率恶化也能够制造光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法。
解决问题的方案:
上述问题能够通过下述方法解决。即，本发明的光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法，在能够以自身的中心轴线为旋转轴线进行旋转并沿竖直方向移动的初始材上喷涂由多个玻璃微粒子合成用燃烧器生成的玻璃微粒子，以制造多孔质玻璃沉积体，其特征为，在制造方法中，对各燃烧器进行配置，从而达成各燃烧器的每一个的中心轴线与初始材的旋转轴线位于一平面内的位置关系，并使各燃烧器的中心轴线与初始材的中心轴线所在的各个面中的至少两个面成预定角度。
另外，上述发明内容并未列举出本发明的全部可能特征，所述特征组的子组合也有可能构成发明。
附图说明
图1为以从下方观察沉积中的沉积体的视角说明燃烧器1、2被设置为相对于初始材的中心轴线的方位角仅相差θ的说明图。
图2为从正对由燃烧器1的中心轴线与初始材旋转轴线所形成的面的视角观察沉积中的沉积体的图。
图3为表示实施例1中的θ与沉积速度的关系的图形。
图4为表示实施例1中的θ与直径波动率的关系的图形。
图5为表示实施例2中的θ与沉积速度的关系的图形。
图6为表示实施例2中的θ与直径波动率的关系的图形。
具体实施方式
以下通过发明实施方式对本发明进行说明，但以下实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定。并且，实施方式中说明的特征组合也并非全部为本发明的必要特征。
在本实施形态中，对各燃烧器进行配置，从而达成各燃烧器的每一个的中心轴线与初始材的旋转轴线在位于一平面内的位置关系，并且各燃烧器的中心轴线与初始材的中心轴线所在的各个面中的至少两个面成预定角度，至少两个面所成的角度为3度以上30度以下，更佳为5度以上30度以下不等的角度，如果该角度不到3度，则火焰彼此之间的互相干涉很强，妨碍玻璃微粒子的沉积，从而产生沉积斑。另外，如果大于30度，火焰之间的干涉很弱，造成烧结不完全，出现低密度部，因此会造成长度方向的直径波动。
进一步地，将各燃烧器的中心轴线与初始材的旋转轴线的交点设定为沿竖直方向分离，尤其是最好设定为以沉积体目标直径的1/4～1倍的距离分离。从而能够为各燃烧器分配不同的沉积功能，以实现复杂的折射率轮廓。另外，如果交点的间隔距离不足1/4，则火焰之间的干涉很强，如果超过1倍，则沉积区会不必要地变得过长，使火焰的烧结效果很弱，易于造成沉积体破裂，因此不是优选的。通过设置3根以上的燃烧器，便能够大大提高每单位时间的沉积量。而且，通过将燃烧器的配置数量设为3根，使两个面所成的角度为3度以上，另外两个面所成的角度为3度以上，其余两个面所成角度为6度以上，并将相邻燃烧器的两个面所成角度设为30度以下，从而能够在抑制长度方向的直径波动的同时，提高沉积速度。
图1表示当从下方向上观察沉积中的沉积体时，燃烧器1、2被设置为相对于初始材的中心轴线的方位角仅相差θ。图2为从正对燃烧器1的中心轴线与初始材旋转轴线形成的面的视角来观察沉积中的沉积体的图。这样一来，各燃烧器虽然面向沉积体中心，但将多个燃烧器中的至少一根燃烧器的面向初始材旋转轴线的方位角设置为不同于其他燃烧器，并进行沉积体的沉积，因此，即使以不会在长度方向上产生密度差的方式将各燃烧器紧密配置也能够控制火焰之间的干涉。从而能够提高沉积速度。另外，由于火焰之间的干涉较少，从而能够抑制沉积斑，防止外径波动的发生。
【实施例】
实施例1;
依照VAD法，使用三根燃烧器制造长度为1500mm、直径为120mm（沉积目标直径)的沉积体。各燃烧器的全部中心轴线均被设置为朝向初始材旋转轴线，对各燃烧器进行配置，使得由各燃烧器的中心轴线与初始材的旋转轴线所成的交点之间的距离，在下端的纤芯部沉积用燃烧器与相邻上方的第一包层部沉积用燃烧器之间为40mm，在第一包层部沉积用燃烧器与相邻上方的第二包层部沉积用燃烧器之间为100mm。对各个燃烧器进行配置，使得由初始材旋转轴线与各燃烧器的中心轴线所形成的各燃烧器所成的三个面中，只有初始材旋转轴线与第一包层部沉积用燃烧器的中心轴线所形成的面与其他两个面成θ度。
从中心管依次地向纤芯部沉积用燃烧器供应0.4升/分的SiCl4、4升/分的氢气、0.25升/分的氩气以及7升/分的氧气。从中心管向第一包层部沉积用燃烧器依次供应0.85升/分的SiCl4、18升/分的氢气、1.1升/分的氩气以及16升/分的氧气。从中心管向第二包层部沉积用燃烧器依次供应4升/分的SiCl4、55升/分的氢气、2.5升/分的氩气以及35升/分的氧气。
另外，使角度θ在0～40度之间变化并进行沉积，θ与沉积速度的关系如图3所示，θ与直径波动率的关系如图4所示。从图3可以看出，当θ大于0度时，玻璃沉积体的沉积速度上升，当θ大于30度以上时，玻璃沉积体的沉积速度反而开始下降。
另外，从图4可以看出，通过将θ设为3度以上30度以下，便能够将最大直径波动率抑制于0.35%以下。另外，虽然通过旋盘加工也能够修正外径波动，但修正对象的最大直径波动率最好为0.35%以上，因此作为外径波动的对策，可以采用将θ设定为3度以上30度以下。
此处，直径波动率通过下述数1公式算出。
[数1]直径波动率=（D-Davg)/Davg×100（%)
其中，D为沉积体各点处的外径、Davg为沉积体的正常沉积部分的外径的平均值。算出各点处的直径波动率，将他们的最大值作为最大直径波动率，以此来评估外径波动。
实施例2;
依照VAD法采用3根燃烧器来制造长度为1500mm、直径为120mm（沉积目标直径)的沉积体。将各燃烧器的中心轴线全部设置为朝向初始材旋转轴线，对各燃烧器进行配置，使得各燃烧器的中心轴线与初始材的旋转轴线所成的交点之间的距离，在下端的纤芯部沉积用燃烧器与相邻上方的第一包层部沉积用燃烧器之间为40mm，在第一包层部沉积用燃烧器与相邻上方的第二包层部沉积用燃烧器之间为100mm。对各燃烧器进行配置，使得由初始材旋转轴线与各燃烧器的中心轴线所形成的各燃烧器所成的三个面中，只有初始材旋转轴线与第二包层部沉积用燃烧器的中心轴线所形成的面，与其他两个面成θ度。向各燃烧器供应的气体种类、流量均与实施例1相同。
与实施例1相同，使角度θ在0～40度之间变化并进行沉积，θ与沉积速度的关系如图5所示，θ与直径波动率的关系如图6所示。从图5可以看出，当θ大于0度时，玻璃沉积体的沉积速度上升，当θ为30度以上时，玻璃沉积体的沉积速度反而开始下降。
另外，从图6可以看出，通过将θ设为3度以上30度以下，便能够将最大直径波动率抑制于0.35%以下。从减小直径波动率的观点来看，希望θ为3度以上，更好为5度以上。从实施例1和实施例2的结果可以看出，仅将一部分燃烧器的方位角设为3度以上30度以下时，能够将最大直径波动率抑制于0.35%以下，并同时还能够提高玻璃沉积体的沉积速度。
实施例3;
依照VAD法使用三根燃烧器来制造长度为1500mm、直径为120mm（沉积目标直径)的沉积体。将各燃烧器的中心轴线均配置为朝向初始材旋转轴线，对各燃烧器进行配置，使得各燃烧器的中心轴线与初始材的旋转轴线所成的交点之间的距离，在下端的纤芯部沉积用燃烧器与相邻上方的第一包层部沉积用燃烧器之间为4mm，在第一包层部沉积用燃烧器与相邻上方的第二包层部沉积用燃烧器之间为100mm。
对各燃烧器进行配置，使得由初始材旋转轴线和纤芯部沉积用燃烧器的中心轴线所形成的面与由初始材旋转轴线和第一包层部沉积用燃烧器的中心轴线所形成的面所成的角度为5度，由初始材旋转轴线和纤芯部沉积用燃烧器的中心轴线所形成的面与由初始材旋转轴线和第二包层部沉积用燃烧器的中心轴线所形成的面所成的角度为5度，而且，使由初始材旋转轴线和第一包层部沉积用燃烧器的中心轴线所形成的面与由初始材旋转轴线和第二包层部沉积用燃烧器的中心轴线所形成的面所成的角度为10度。向各燃烧器的供应的气体种类、流量均与实施例1、2相同。
从而能够制造出具有沉积速度为345gh-1这样高的值且最大直径波动率为0.25%这样低的值的沉积体。
如以上所说明的那样，其特征为，对各燃烧器进行配置，从而达成各燃烧器的每一个的中心轴线与初始材的旋转轴线在位于一平面内的位置关系，并且各燃烧器的中心轴线与初始材的中心轴线所在的各个面中的至少两个面成预定角度，至少两个面所成的角度为3度以上30度以下，更佳为5度以上30度以下不等的角度。从而能够配置成减少多个燃烧器彼此之间的火焰干涉，提高沉积速度，提高生产率，并能够减少沉积体的外径波动和破裂等不良。
另外，如果在沉积体上发生了外径波动，而在烧结及透明玻璃化后也会残存外径波动。取决于外径波动的程度如何，有时即使经过利用玻璃旋盘进行的拉伸工序后也难以消除，并且即使能够消除，加工成本也会增加。因此，通过抑制沉积体的外形波动，也能够降低加工成本。
以上，使用本发明的实施方式进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。另外，本领域技术人员应当清楚，在上述实施方式的基础上可加以增加各种变更或改进。此外，由权利要求书的记载可知，这种加以变更或改进的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

Claims (4)

1.一种光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法，在能够以自身的中心轴线为旋转轴线进行旋转并沿竖直方向移动的初始材上喷涂由多个玻璃微粒子合成用燃烧器生成的玻璃微粒子，以制造多孔质玻璃沉积体，其特征在于：
在该制造方法中，对各燃烧器进行配置，从而达成各燃烧器的每一个的中心轴线与初始材的旋转轴线位于一平面内的位置关系，并使各燃烧器的中心轴线与初始材的中心轴线所在的各个面中的至少两个面成预定角度；
所配置的燃烧器的数量为三根，所述两个面所成的角度为3度以上，另外两个面所成的角度为3度以上，其余两个面所成角度为6度以上，相邻燃烧器的所述两个面所成的角度为30度以下。
2.根据权利要求1所述的光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法，其中，各燃烧器的中心轴线与初始材的旋转轴线的交点在竖直方向上分离。
3.根据权利要求2所述的光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法，其中，在所述竖直方向上分离的距离为沉积体目标直径的1/4～1倍。
4.根据权利要求1所述的光纤用多孔质玻璃沉积体的制造方法，其中，所配置的燃烧器的数量为三根以上。
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