CN105585243A - 光纤用玻璃母材的制造装置和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光纤用玻璃母材的制造装置，包括：炉心管，容纳多孔质玻璃母材；移动机构，使多孔质玻璃母材在炉心管内部沿长度方向移动；第一加热部，加热炉心管内部的多孔质玻璃母材来进行脱水；和第二加热部，配置在多孔质玻璃母材的移动方向上的相对于第一加热部的下游侧，通过加热多孔质玻璃母材的长度方向的一部分来烧结多孔质玻璃母材。

Description

光纤用玻璃母材的制造装置和制造方法

技术领域

本发明涉及光纤用玻璃母材的制造装置和制造方法。

背景技术

在光纤用玻璃母材的制造中，堆积通过水解产生的玻璃微粒，来形成多孔质玻璃母材。之后，在惰性气体氛围中加热多孔质玻璃母材来进行脱水，然后通过更高的温度对脱水后的多孔质玻璃母材进行烧结。这样，制造得到透明的光纤用玻璃母材(例如，参照专利文献1：特开2010-189251号公报)。

发明内容

发明要解决的问题

但是，为了脱水而通过加热器且使脱水后的多孔质玻璃母材后退之后，为了烧结再次通过加热器的方法，需要更多的时间来移动多孔质玻璃母材，阻碍了光纤用玻璃母材的产率提高。

解决问题的方案

本发明的第一方式提供一种光纤用玻璃母材的制造装置，包括：炉心管，容纳多孔质玻璃母材；移动机构，使多孔质玻璃母材在炉心管内部沿长度方向移动；第一加热部，加热炉心管内部的多孔质玻璃母材来进行脱水；和第二加热部，配置在多孔质玻璃母材的移动方向上相对于第一加热部的下游侧，通过加热多孔质玻璃母材的长度方向的一部分来烧结多孔质玻璃母材。

本发明的第二方式提供一种光纤用玻璃母材的制造方法，包括：多孔质玻璃母材容纳在炉心管中；通过包围在炉心管中容纳的多孔质玻璃母材的加热部，加热多孔质玻璃母材来进行脱水；以及通过在多孔质玻璃母材的移动方向上的多孔质玻璃母材的下游侧配置的加热器，依次加热移动的多孔质玻璃母材的长度方向的一部分，从而在全长上烧结多孔质玻璃母材。

上述的发明内容并未列出本发明的全部特征。这些特征组的子组合也能形成本发明。

附图说明

图1是示出在实施例1中使用的本发明的制造装置10的实施方式的概略结构图。

图2示出在实施例1中的母材位置和根据多段加热器的加热温度之间的关系。

图3示出在实施例2中的母材位置和根据多段加热器的加热温度之间的关系。

图4是示出在实施例3中使用的制造装置20的概略结构图。

图5示出在实施例3中的母材位置和根据多段加热器的加热温度之间的关系。

图6是示出在比较例中使用的制造装置30的概略结构图。

符号说明

10、20、30制造装置；11、21、31多孔质玻璃母材；12、22、32炉心管；13、23多段加热器；13A、13B、23A、23B、23C、23D、33加热器；14、24、34炉体；15、25、35气体导入口；16、26、36支承棒；17、27、37气体排出管。

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式对本发明进行説明。以下的实施方式并不限定权利要求范围的发明。实施方式中说明的全部特征的组合并不是发明的解决手段所必须的。

在制造光纤用玻璃母材时，首先，根据VAD法、OVD法等在火焰中燃烧玻璃原料，通过水解来生成玻璃微粒。使生成的玻璃微粒在轴向或径向中依次附着在旋转的靶棒上，来形成多孔质玻璃母材。

多孔质玻璃母材把持在支承棒上，并且悬挂在炉心管内部。而且，多孔质玻璃母材在炉心管中一边旋转一边下降，并通过加热器进行加热。据此，多孔质玻璃母材在炉心管内部进行脱水和烧结。而且，在多孔质玻璃母材脱水时，从炉心管下部所设置的气体供给口来供给脱水所需的惰性气体，从炉心管上部所设置的气体排出管来排出炉心管中的气体。

在多孔质玻璃母材脱水时，炉心管的加热区域的温度设定为900℃～1300℃。在多孔质玻璃母材烧结时，炉心管的加热区域的温度设定为1400℃～1600℃。

图1示意性地示出了上述多孔质玻璃母材的脱水处理和烧结处理所用的光纤用玻璃母材的制造装置10的结构。所示制造装置10包括由容纳多孔质玻璃母材11的石英玻璃制成的圆筒状炉心管12、沿长度方向设置以环绕炉心管12的外周的多段加热器13、容纳多段加热器13的炉体14、将气体导入炉心管12内的气体导入口15、支承多孔质玻璃母材11的支承棒16、和排出炉心管内的气体的气体排出管17。

多段加热器13由沿炉心管12的长度方向并排设置的第一加热器13A和第二加热器13B。各加热器设置成是独立的，并且可以进行温度控制。多段加热器13的总长度大于多孔质玻璃母材的长度，多段加热器13可以形成比多孔质玻璃母材的长度大的加热区域。另外，也可以考虑加热器的输出、电源的容量等来增加多段加热器的划分数量，以降低装置的成本。接着，使用图1所述的制造装置10，对进行多孔质玻璃母材11的脱水处理和烧结处理来制造光纤用玻璃母材的方法进行说明。

脱水处理

在脱水处理中，通过支承棒16保持多孔质玻璃母材11的一端。因此，将多孔质玻璃母材11插入炉心管12中，并且盖住炉心管12。接着，使多孔质玻璃母材11移动至预定的加热位置，并且保持在加热位置。

而且，在脱水处理中，在炉体14中，将多段加热器13升温至预定温度。多段加热器13的加热温度设定成使多孔质玻璃母材脱水的预定处理温度。处理温度例如是900℃以上且1300℃以下。

而且，在脱水处理中，从气体导入口15供给脱水处理所需要的气体。脱水处理所需要的气体例如可以是氯气、或者He、Ar、N₂惰性气体和氯气的混合气体。脱水处理中的炉心管12内部的内压为相对于大气压的10～5000Pa程度的正压。

在脱水处理中，通过上述状态，一边使多孔质玻璃母材11旋转，一边在预定的处理时间中保持加热的状态。据此，进行多孔质玻璃母材11的脱水处理。

烧结处理

在脱水步骤完成之后实施烧结处理。在炉体14中，将加热器13A的温度升温成可以烧结多孔质玻璃母材11的温度，例如1400℃且1650℃以下。而且，在烧结处理中，从气体导入口15导入He、Ar等惰性气体。在烧结处理中，炉心管12的内压为相对于大气压的10～5000Pa程度的正压。

在烧结处理中，多孔质玻璃母材11在其中心轴的周围旋转的同时，在炉心管12中下降。据此，多孔质玻璃母材11中的根据加热器13A的加热区域以预定速度移动，从下端开始顺序地烧结多孔质玻璃母材11。由此，多孔质玻璃母材11成为透明的光纤用玻璃母材。

在烧结处理中，根据加热器13A的1400～1650℃的加热区域也可以短于多孔质玻璃母材11的长度。而且，多孔质玻璃母材11的烧结也可以在多孔质玻璃母材11的长度方向上从一端朝向另一端或者在多孔质玻璃母材11的长度方向上从中央部朝向端部的方式，慢慢烧结而进行透明玻璃化。根据这种烧结，烧结处理过程中的多孔质玻璃母材11中，可以排出内部气体，所以可以使烧结处理后得到的光纤用玻璃母材的气泡减少以及得到透明度高的母材。

另外，在烧结处理中，其余的加热器13B可以为了省电而降低设定温度。另外，在烧结处理中，其余的加热器13B也可以控制为多孔质玻璃母材11不烧结程度的不足1400℃的温度，从而为了促进烧结速度而对未烧结的多孔质部分进行预热。

实施例1

使用图1所示的多孔质玻璃母材的制造装置10，通过OVD法实施起始芯母材的外周上堆积的多孔质玻璃母材的脱水处理和烧结处理，来制造光纤用玻璃母材。

首先，从炉心管12的上端的开口部插入在支承棒16垂下的多孔质玻璃母材11，两端包含与200mm直径大致相同长度的锥形部分的轴向长度1600mm的多孔质玻璃母材11移动至与多段加热器13相对的位置，盖上炉心管12的上端开口部。接着，将构成多段加热器13的各加热器的温度设定成1200℃，对多孔质玻璃母材11进行加热。在图2中通过圆形标记绘制的实线而示出，根据多段加热器13的此时加热温度和多孔质玻璃母材11的各位置中的温度之间的关系。

这里，加热器13A、13B分别具有温度计，可以根据PID控制来独立地控制温度。加热器13A的炉心管的长度方向为400mm，除了电极部分等的发热部的长度为300mm。加热器13B的炉心管的长度方向为1300mm，除了电极部分等的发热部的长度为1200mm。

加热器13A和加热器13B以大约50mm的间隔邻接而配置，共同收纳在炉体14中。多段加热器13的全长是1750mm，其发热部的上下长度为1650mm。根据这种多段加热器13，成为900℃以上的炉内加热区域的长度约为1800mm，由此可以对全部的多孔质玻璃母材11同时加热而进行脱水处理。

在将多孔质玻璃母材11保持在上述位置的状态下，使该多孔质玻璃母材11在其中心轴周围以每分钟旋转5次的速度进行旋转。另外，从气体导入口15以每分钟0.5升的流量导入氯气，以每分钟20升的流量导入惰性气体He，将炉心管12的内压保持为与大气压相对的10～5000Pa的正压。在炉心管12内的加热区域中，多孔质玻璃母材11中所含的OH基和氯气进行化学反应，吸收到氛围气体中。吸收了来自多孔质玻璃母材11的OH基的气体，从气体排出管17排出至炉心管12的外部。上述脱水处理持续90分钟。

之后，从气体导入口15导入的气体仅成为每分钟20升的He，加热器13A的设定温度变更为1560℃。加热器13B的设定输出为零。加热器13A的温度升温到设定温度之后，使多孔质玻璃母材11在其中心轴周围以每分钟旋转5次的速度进行旋转，导入He气，同时多孔质玻璃母材11以每分钟10mm的速度向下方移动，从母材的下端朝向上端进行烧结，从而进行母材全体的透明玻璃化。

在图2中，通过四角形绘制的虚线一并示出在上述烧结处理中，多孔质玻璃母材11的长度方向的各位置中的温度和根据多段加热器13的加热温度的关系。如图所示，烧结所需的1400℃以上的加热区域约为250mm。

实施例2

使用图1所示的制造装置10，通过OVD法进行在起始芯母材的外周上堆积的多孔质玻璃母材11的脱水处理和烧结处理，来制造光纤用玻璃母材。处理后的多孔质玻璃母材11的轴向长度为两端包含与200mm直径大致相同长度的锥形部分的1600mm。

在进行了与实施例1相同的多孔质玻璃母材的脱水处理之后，从气体导入口15导入的气体仅成为每分钟20升的He，加热器13A的设定温度变更为1560℃，加热器13B的设定温度成为与脱水处理时相同的1200℃。加热器13A的温度升温到设定温度之后，使多孔质玻璃母材11以每分钟旋转5次的速度进行旋转，导入He气，同时多孔质玻璃母材11以每分钟12mm的速度向下方移动，从下端朝向上端进行烧结，从而进行多孔质玻璃母材11全体的透明玻璃化。

在图3中，通过四角形绘制的虚线示出此时的母材位置和根据多段加热器13的加热温度的关系。并且，图3中通过圆形标记绘制的实线示出脱水处理时，多孔质玻璃母材11的长度方向的位置和根据多段加热器13的加热温度的关系。

如图所示，烧结所需的1400℃以上的加热区域约为250mm。另外，在加热器13A的上方设置有约1400mm的900℃以上的预热区域，所以即使透明玻璃化的移动速度为每分钟12mm，也能得到没有熔融残留的好的玻璃母材。

实施例3

图4示意性示出光纤用玻璃母材的其他制造装置20。使用制造装置20，通过OVD法进行在起始芯母材的外周上堆积的多孔质玻璃母材的脱水和烧结，来制造光纤用玻璃母材。

制造装置20在多段加热器23具有沿炉心管22的长度方向配置的3个以上的多个加热器23A、23B、23C和23D的这一点上，具有与图1所示的制造装置10不同的结构。其他部分具有与图1所示的制造装置10相同的结构，故参考编号的个位数与图1的相同，省略其说明。

首先，使用制造装置20实施脱水处理。从炉心管22的上端的开口部插入在支承棒26垂下的多孔质玻璃母材21，两端包含与200mm直径大致相同长度的锥形部分的轴向长度1600mm的多孔质玻璃母材21移动至与多段加热器23相对的位置，保持该位置。然后，盖住炉心管22上端的开口部。

接着，使构成多段加热器23的各加热器的设定温度成为1200℃，进行加热。在图5中，通过圆形标记绘制的实线示出在脱水处理中多孔质玻璃母材21的长度方向的位置和根据多段加热器23的加热温度的关系。

而且，各个加热器23A、23B、23C和23D分别具有温度计，可以根据PID控制来独立地控制温度。加热器23A、23B、23C和23D的炉心管22的长度方向均为400mm，除了电极部分等的发热部的长度为300mm。邻接的各加热部彼此以50mm的间隔进行设置，全部一体地容纳在炉体24中。多段加热器的全长是1750mm，其发热部的上下长度为1650mm。

如图5所示，此时成为900℃以上的加热区域的长度约为1800mm。因此，多段加热器23在多孔质玻璃母材21的全长上同时加热，来进行脱水处理。

在脱水处理中，通过将多孔质玻璃母材21的长度方向的位置保持在上述位置，使该多孔质玻璃母材21在中心轴周围以每分钟旋转5次的速度进行旋转。另外，从气体导入口25以每分钟0.5升的流量导入氯气，以每分钟20升的流量导入惰性气体He，将炉心管22的内压保持为与大气压相对的10～5000Pa的正压。

在炉心管22内的加热区域中，多孔质玻璃母材21中所含的OH基和氯气进行化学反应，吸收到氛围气体中。吸收了来自多孔质玻璃母材21的OH基的气体，从气体排出管27排出至炉心管22的外部。这样的脱水处理持续90分钟。

在进行上述脱水处理之后，对多孔质玻璃母材21进行烧结处理。首先，从气体导入口25导入的气体仅成为每分钟20升的He，加热器23B的设定温度变更为1560℃。其他加热器23A、23C和23D的设定输出为零。在图5中，通过四角形绘制的虚线示出在这种脱水处理中，多孔质玻璃母材21的长度方向的位置和根据多段加热器23的加热温度的关系。

如图所示，烧结所需的1400℃以上的加热区域在多孔质玻璃母材21的长度方向上约为250mm。在烧结处理中，加热器23B的温度升温到设定温度之后，以每分钟旋转5次的速度进行旋转，导入He气，同时多孔质玻璃母材以每分钟10mm的速度向下方移动，从母材的下部朝向上端进行烧结，从而进行从母材下部到上端的透明玻璃化。

母材下端的锥形部分的烧结不完全，为残留有熔融残留的状态。另一方面，直干部被充分地透明玻璃化，没有熔融残留。

比较例

图6是与图1所示的装置对应的比较例，示意性示出了具有单个加热器的光纤用玻璃母材的制造装置30的结构。制造装置30在具有单个加热器33这一点上，具有与图1所示的制造装置10和图2所示的制造装置20不同的结构。其他部分具有与制造装置10和20相同的结构，故参考编号的个位数与图1和图2的相同，省略其说明。

使用制造装置30，通过OVD法进行在芯棒上堆积的多孔质玻璃母材31的脱水处理和烧结处理，来制造光纤用玻璃母材。首先，从炉心管32的上端开口部插入在支承棒36垂下的两端包含与200mm直径大致相同长度的锥形部分的轴向长度1600mm的多孔质玻璃母材31，多孔质玻璃母材31移动至与加热器33相对的位置，保持该位置。在这种状态下，盖住炉心管32上端的开口部。

接着，使加热器33的设定温度成为1200℃，而进行加热。加热器33的炉心管的长度方向为400mm，除了电极部分等的发热部的长度为300mm。加热器33容纳在炉体34中。此时900℃以上的加热区域的长度约为250mm。

接着，使多孔质玻璃母材31在母材的中心轴周围以每分钟旋转5次的速度进行旋转，多孔质玻璃母材以每分钟10mm的速度向下方移动。此时，从气体导入口35以每分钟0.5升的流量导入氯气，以每分钟20升的流量导入惰性气体He，将炉心管的内压保持为与大气压相对的10～5000Pa的正压。在炉心管内的加热区域中，多孔质玻璃中所含的OH基和氯气进行化学反应，吸收到氛围气体中。除去多孔质玻璃母材中的OH基的气体，从气体排出管37排出至炉心管12外。该步骤中，多孔质玻璃母材的脱水处理需要160分钟。

在进行上述脱水处理之后，对多孔质玻璃母材31进行烧结处理。在炉心管32中，将多孔质玻璃母材31以每分钟100mm的速度向上方移动，多孔质玻璃母材31的位置回到脱水处理开始时的位置。

接着，从气体导入口35导入的气体仅成为每分钟20升的He，加热器33的设定温度变更为1560℃。烧结所需的1400℃以上的加热区域约为250mm。加热器33的温度升温到设定温度之后，使多孔质玻璃母材31在中心轴周围以每分钟旋转5次的速度进行旋转，导入He气，同时使其以每分钟10mm的速度向图中的下方向移动。据此，多孔质玻璃母材31从下端朝向上端的顺序依次烧结，既而，使多孔质玻璃母材31的全长透明玻璃化。

如上，在使用具有单个加热器33的制造装置30的比较例的情况下，与上述实施例1～3相比，脱水处理需要约2倍的时间，而且，在开始脱水处理之前，还有需要将多孔质玻璃母材31提升到原位置的时间。

如上，脱水处理和烧结处理，通过互不相同的条件对多孔质玻璃母材11、21、31进行加热。这里，在为了脱水而进行加热的情况下，通过对多孔质玻璃母材11、21在全部长度上一并进行加热，可以缩短脱水处理的时间。而且，在烧结处理前，不需要提升多孔质玻璃母材11、21的时间，因此缩短了直至开始烧结处理的时间。

这样，可以缩短脱水处理和烧结处理所需要的时间，并且可以提高制造光纤用玻璃母材的产量。据此，可以提高光纤用玻璃母材的生产效率，并且可以降低光纤用玻璃母材的制造成本。

Claims (13)

1.一种光纤用玻璃母材的制造装置，包括：

炉心管，容纳多孔质玻璃母材；

移动机构，使所述多孔质玻璃母材在所述炉心管的内部沿长度方向移动；

第一加热部，加热所述炉心管内部的所述多孔质玻璃母材来进行脱水；以及

第二加热部，配置在所述多孔质玻璃母材的移动方向上相对于所述第一加热部的下游侧，通过加热所述多孔质玻璃母材的长度方向的一部分来烧结所述多孔质玻璃母材。

2.如权利要求1所述的制造装置，其中，所述第一加热部和所述第二加热部相互独立地设定加热温度。

3.如权利要求1所述的制造装置，其中，所述第一加热部具有与所述多孔质玻璃母材的全长相等的全长或者比所述多孔质玻璃母材的全长大的全长。

4.如权利要求1所述的制造装置，其中，所述第一加热部包括多个加热器，所述多个加热器沿所述炉心管的长度方向配置，各自的长度小于所述多孔质玻璃母材的长度，并且分别独立地设定加热温度。

5.如权利要求4所述的制造装置，其中，所述多个加热器彼此相邻地配置在所述多孔质玻璃母材的长度方向上。

6.如权利要求4所述的制造装置，其中，所述第二加热部作为形成所述第一加热部的所述多个加热器中的至少一个。

7.如权利要求6所述的制造装置，其中，在所述多孔质玻璃母材脱水时也使用所述第二加热部。

8.一种光纤用玻璃母材的制造方法，包括：

将多孔质玻璃母材容纳在炉心管中；

通过包围在所述炉心管中容纳的所述多孔质玻璃母材的加热部，加热所述多孔质玻璃母材来进行脱水；以及

通过在所述多孔质玻璃母材的移动方向上的所述多孔质玻璃母材的下游侧配置的加热器，依次加热移动的所述多孔质玻璃母材的长度方向的一部分，从而在全长上烧结所述多孔质玻璃母材。

9.如权利要求8所述的制造方法，其中，通过第一加热装置加热所述多孔质玻璃母材来进行脱水，所述第一加热装置具有与所述多孔质玻璃母材的全长相等的全长或者比所述多孔质玻璃母材的全长大的全长。

10.如权利要求9所述的制造方法，其中，所述第一加热装置包括多个加热器，所述多个加热器沿所述炉心管的长度方向配置，各自的长度小于所述多孔质玻璃母材的长度，并且分别独立地设定加热温度。

11.如权利要求10所述的制造方法，其中，通过第二加热部加热所述多孔质玻璃母材来进行烧结，所述第二加热部作为形成所述第一加热装置的所述多个加热器中的至少一个。

12.如权利要求8所述的制造方法，其中，以900℃以上且1300℃以下的温度加热所述多孔质玻璃母材来进行脱水。

13.如权利要求8所述的制造方法，其中，以1400℃以上且1650℃以下的温度加热所述多孔质玻璃母材。