CN110461783A - 光纤多孔质母材的制造装置及制造方法 - Google Patents

光纤多孔质母材的制造装置及制造方法 Download PDF

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Abstract

一种光纤多孔质母材的制造装置，能够抑制辅助燃烧器的火焰被吹动，从而充分进行多孔质母材的烧结紧固，抑制玻璃化工序中的多孔质母材的裂纹发生。所述光纤多孔质母材的制造装置，具备设于反应容器内的至少一根主燃烧器，和向主燃烧器供给原料气体和可燃气体的气体供给部，在反应容器内，从主燃烧器向起始材料供给含有可燃气体和原料气体的气体，并使主燃烧器对于起始材料相对地移动，在起始材料的外周使微粒堆积，从而形成多孔质母材，其中，具备加热多孔质母材的端部的至少一根辅助燃烧器，和设于辅助燃烧器的近旁的气流导引机构。

Description

光纤多孔质母材的制造装置及制造方法
技术领域
本发明涉及具有辅助燃烧器的光纤多孔质母材的制造装置及制造方法。
背景技术
一般来说，石英玻璃系光纤是将石英玻璃所形成的光纤母材进行拉丝而制造。光纤母材可通过如下方式制造，在目标物(起始材料)的外周堆积玻璃微粒而形成多孔质层后，使多孔质层脱水、烧结而玻璃化。在此，多孔质层由OVD(Outside Vapor Deposition)装置等形成。
在OVD装置中，向设于反应容器内的玻璃微粒合成用燃烧器中导入可燃性气体、助燃性气体及玻璃原料，使之发生火焰水解反应，使反应所生成的玻璃微粒堆积在旋转的目标物的半径方向。由此，在目标物的外周形成多孔质层，来制造作为光纤母材的基础的光纤多孔质母材(以下，也称为多孔质母材)。在制造该多孔质母材时，可知除了玻璃微粒合成用燃烧器以外，还使用进行用于烧结紧固多孔质母材的两端部的加热的辅助燃烧器(参照专利文献1)。通过使用辅助燃烧器烧结紧固多孔质母材的端部，可抑制被堆积的多孔质层的开裂(裂纹)和从目标物上剥落。
先行技術文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－165738号公报
可是，在制造多孔质母材后的玻璃化工序中，使多孔质母材玻璃化时，有发生裂纹的情况。本发明人对于裂纹的发生原因进行锐意研究，发现原因之一是，在制造多孔质母材时，辅助燃烧器的火焰被OVD装置的反应容器内的进气风吹动。所谓进气风，是为了将反应容器内虽被生成但未堆积在目标物上的剩余的玻璃微粒排出到反应容器外，而流入到反应容器内的气流。若辅助燃烧器的火焰被该气流吹动，则多孔质母材的端部的加热部分发生变动，因此产生烧结紧固不足的可能性。若多孔质母材的烧结紧固不足，则在之后的玻璃化工序中，多孔质母材自身无法耐受多孔质母材收缩时产生的应力，会有发生裂纹的情况。
发明内容
本发明鉴于而做，其目的在于，提供一种抑制辅助燃烧器的火焰被吹动，能够充分进行光纤多孔质母材的端部的烧结紧固，能够抑制之后的玻璃化工序中的光纤多孔质母材发生裂纹的光纤多孔质母材的制造装置及制造方法。
为了解决上述课题，达成上述目的，本发明的光纤多孔质母材的制造装置，其特征在于，具备反应容器、设于所述反应容器内的至少一根主燃烧器以及向所述主燃烧器供给原料气体和可燃气体的气体供给部，在所述反应容器内，从所述主燃烧器向起始材料供给含有所述可燃气体和所述原料气体的气体，并使所述主燃烧器对于所述起始材料相对地移动，在所述起始材料的外周使由所述气体的反应而生成的微粒堆积从而形成多孔质母材，所述光纤多孔质母材的制造装置具备：加热所述多孔质母材的端部的至少一根辅助燃烧器；设于所述辅助燃烧器的近旁的气流导引机构。
本发明的一个方式的光纤多孔质母材的制造装置，根据上述发明，其特征在于，所述气流导引机构在所述辅助燃烧器放射的火焰的放射侧开口，并且，具有对于所述辅助燃烧器，覆盖与所述放射侧的相反侧和从所述放射侧看到的侧面侧的形状。
本发明的一个方式的光纤多孔质母材的制造装置，根据上述发明，其特征在于，在所述气流导引机构中，开口的部分位于所述反应容器内生成的气流的下游侧。
本发明的一个方式的光纤多孔质母材的制造装置，根据上述发明，其特征在于，所述辅助燃烧器相对于所述起始材料的位置被固定。
本发明的一个方式的光纤多孔质母材的制造方法，其特征在于，是在反应容器内，从主燃烧器向起始材料供给含有可燃气体和原料气体的气体，并使所述主燃烧器相对于所述起始材料相对地移动，在所述起始材料的外周使由所述气体的反应而生成的微粒堆积从而形成多孔质母材的光纤多孔质母材的制造方法，其中，通过设于放射火焰的辅助燃烧器的近旁并在所述火焰的放射侧开口的气流导引机构，从与来自所述辅助燃烧器的所述火焰的放射侧的相反侧，和从所述放射侧看的侧面侧，避免朝向所述火焰的气流，并由所述辅助燃烧器加热所述多孔质母材的端部。
根据本发明的光纤多孔质母材的制造装置和制造方法，通过在辅助燃烧器的周围设置气流导引机构，能够抑制辅助燃烧器的火焰被大幅吹动，因此能够充分进行光纤多孔质母材的端部的烧结紧固，可以抑制作为后道工序的玻璃化工序中的光纤多孔质母材的裂纹发生。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的OVD装置的要部的概略图。
图2是放大了图1的包围部A的放大图。
图3是本发明的一个实施方式的风挡的侧视图。
图4是本发明的一个实施方式的风挡的俯视图。
图5是表示本发明的变形例1的风挡的侧视图。
图6是表示本发明的变形例2的风挡的侧视图。
图7是表示本发明的变形例3的风挡的侧视图。
图8是表示本发明的变形例4的风挡的俯视图。
图9是表示本发明的变形例5的风挡的俯视图。
图10是表示本发明的变形例6的风挡的俯视图。
图11是表示本发明的变形例7的风挡的俯视图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对于本发明的一个实施方式进行说明。还有，本发明不受以下的一个实施方式限定。另外，在各图中，对于相同或对应的要素适宜附加相同的符号，并适宜省略重复的说明。此外，附图是示意性的，各要素的尺寸关系等，有与现实的结构不同的情况，这一点需要留意。在附图的相互之间，也有包含彼此的尺寸关系和比率不同的部分的情况。
首先，对于本发明的一个实施方式的光纤多孔质母材的制造装置和制造方法进行说明。图1表示作为这一实施方式的光纤多孔质母材的制造装置的OVD(Outside VaporDeposition)装置。图2是图1的包围部A的放大部。
如图1所示，OVD装置1具备如下而构成：反应容器11；玻璃微粒合成用燃烧器12；配置有风挡20的辅助燃烧器13；配置有风挡21的辅助燃烧器14；及气体供给部15。
反应容器11以可搬入和收容目标物16和空棒17的方式构成。在反应容器11中，设有用于从外部或规定的空气供给部(未图示)导入洁净的空气的空气导入口11a，和用于排放反应容器11内的气体的排气管道11b。通过空气导入口11a，洁净的空气被导入反应容器11内，并且从排气管道11b被排放，由此，在反应容器11内，产生从空气导入口11a朝向排气管道11b的气流3。利用气流3，能够在多孔质母材2的制造中，将漂浮在反应容器11内的剩余的玻璃微粒从排气管道11b排出。
作为主燃烧器的玻璃微粒合成用燃烧器12，由用于使玻璃微粒在作为起始材料的目标物16上堆积，或用于进行烧结紧固的同心圆状的至少一根多管燃烧器构成。在玻璃微粒合成用燃烧器12中，从气体供给部15同时导入例如四氯化硅(SiCl4)等的主原料气体，作为可燃气体的氢(H2)气，作为助燃性气体的氧(O2)气，以及作为密封气体的氩(Ar)气等。空棒17连接于目标物16的两端，是在用于使目标物16旋转驱动和升降驱动的把持部(未图示)被把持的部分。在玻璃微粒的堆积中，由气化的SiCl4气、H2气和O2气构成的气体在玻璃微粒合成用燃烧器12中一边被点火燃烧一边被供给。在火焰中被加水分解反应后的SiCl4，成为二氧化硅微粒而堆积在目标物16的周围。与此同时，一边使目标物16旋转，一边使玻璃微粒合成用燃烧器12沿着目标物16的纵长方向重复往返移动(图1中箭头B)。由此，玻璃微粒在目标物16的外周均匀堆积，多孔质母材2的多孔质层18被形成。目标物16由成为光纤时作为纤芯的部分和形成于其周围的作为包层的部分构成。多孔质层18在之后成为光纤时，成为与作为目标物16的包层的部分一体化而成的包层部。
如图2所示，辅助燃烧器13、14分别设于沿着目标物16的纵长方向上的端部近旁。辅助燃烧器13、14的位置，是对于目标物16的端部固定的位置。由此，辅助燃烧器13、14以分别可以加热所制造的多孔质母材2的两端部的方式构成。对于辅助燃烧器13、14，从规定的燃烧气体供给部(未图示)，导入例如H2气等的可燃性气体和O2气等的助燃性气体。可燃性气体和助燃性气体在辅助燃烧器13、14中被点火燃烧，目标物16的端部被加热。
图3和图4分别是这一实施方式的风挡20、21的侧视图和俯视图。如图2、图3和图4所示，作为这一实施方式的气流导引机构的风挡20、21，分别设于辅助燃烧器13、14的近旁。在风挡20、21中，至少在辅助燃烧器13、14放射的火焰的放射侧开口。另外，风挡20、21分别具有如下形状：相对于辅助燃烧器13、14，覆盖与火焰的放射侧的相反侧，以及从放射侧看的侧面侧。在这一实施方式中，具体来说，风挡20、21，从图2的纸面侧看到的侧视(参照图3)的形状(以下，称侧视形状)，是具有与多孔质母材2的端部的形状对应的锥部的梯形。另外，风挡20、21从图2的上部看到的俯视(参照图4)的形状(以下，称俯视形状)，是覆盖辅助燃烧器13、14的侧面侧加以防护的U字形。风挡20、21，例如由钛(Ti)或Ti合金构成。从耐腐蚀性和耐热性优异的观点出发，Ti或Ti合金优选作为配置在辅助燃烧器13、14的近旁的风挡20、21的材料。还有，作为风挡20、21的材料，也可以采用耐腐蚀性和耐热性优异，并且易于加工的例如石英玻璃等的材料。
如图2所示，相对于辅助燃烧器13而言，风挡20位于在反应容器11内产生的气流3的上游侧，风挡20开口的部分位于气流的下游侧。由此，形成气流3不会直接接触辅助燃烧器13的结构。另外，如图4所示，气流3被辅助燃烧器13的侧面侧的风挡20的侧面20a导引，从而能够抑制气流3绕进风挡20开口的部分。由此，能够避免气流3朝向辅助燃烧器13的火焰。因此，能够抑制辅助燃烧器13的火焰被气流3大幅吹动，能够使火焰稳定。因此，可以稳定进行多孔质母材2的端部的加热，充分进行烧结紧固。还有，玻璃微粒合成用燃烧器12，因为气体流量比辅助燃烧器13、14多，所以被气流3大幅吹动的可能性低。
接着，对于本发明的一实施方式的风挡的变形例1～7进行说明。
(变形例1)
图5是表示本发明的变形例1的风挡22的侧视图。如图5所示，变形例1的风挡22的侧视形状是矩形。
(变形例2)
图6是表示本发明的变形例2的风挡23的侧视图。如图6所示，变形例2的风挡23的侧视形状，是具有上部与多孔质母材2的端部的形状对应的锥形，并且具有风挡23的多孔质母材2侧的边朝向下部扩展的锥形的四角形。
(变形例3)
图7是表示本发明的变形例3的风挡24的侧视图。如图7所示，变形例3的风挡24的侧视形状，具有在上述的一个实施方式的风挡20的侧视形状中，使上部的角变圆的形状。
(变形例4)
图8是表示本发明的变形例4的风挡25的俯视图。如图8所示，变形例4的风挡25的俯视形状，具有来自辅助燃烧器13、14的火焰的放射侧开口而成的C字形状，构成对于辅助燃烧器13、14，覆盖与放射侧的相反侧以及从放射侧看的侧面侧的形状。
(变形例5)
图9是表示本发明的变形例5的风挡26的俯视图。如图9所示，变形例5的风挡26的俯视形状，具有来自辅助燃烧器13、14的火焰的放射侧开口而成的L字形状，构成对于辅助燃烧器13、14，覆盖与放射侧的相反侧以及从放射侧看的侧面侧的形状。
(变形例6)
图10是表示本发明的变形例6的风挡27的俯视图。如图10所示，变形例6的风挡27的俯视形状，是偶数的多角形状，例如六角形状中，辅助燃烧器13、14的火焰的放射侧的一边开口而成的形状。由此，风挡27，构成对于辅助燃烧器13、14，覆盖与放射侧的相反侧以及从放射侧看的侧面侧的形状。
(变形例7)
图11是表示本发明的变形例7的风挡28的俯视图。如图11所示，变形例7的风挡28的俯视形状，是奇数的多角形状，例如五角形状中，辅助燃烧器13、14的火焰的放射侧的一边开口而成的形状。由此，风挡28，构成对于辅助燃烧器13、14，覆盖与放射侧的相反侧以及从放射侧看的侧面侧的形状。
以上说明的一个实施方式的侧视形状(图3)和俯视形状(图4)，变形例1～3的侧视形状(图5～图7)，以及变形例4～7的俯视形状(图8～图11)，可以适宜选择进行组合。具体来说，能够作为各种风挡的形状，例如，具有一个实施方式的侧视形状(参照图3)，并且具有变形例4的俯视形状(参照图8)的风挡，或具有变形例2的侧视形状(参照图6)，并且具有变形例7的俯视形状(参照图11)的风挡等。
根据以上说明的本发明的一个实施方式，利用作为气流导引机构的风挡20、21，能够使反应容器11内的气流3不直接接触辅助燃烧器13的火焰，因此火焰不会被气流3大幅吹动而保持稳定，所以可以充分进行多孔质母材2的端部的烧结紧固。因此，在多孔质母材2的制造后进行的玻璃化工序中，可以抑制多孔质母材2的裂纹的发生。
以上，对于本发明的一个实施方式具体地进行了说明，但本发明不受上述的一个实施方式限定，基于本发明的技术的思想可以进行各种变形。例如，在上述的一个实施方式中列举的数值终究不过是个例子，也可以根据需要采用与之不同的数值。
在上述的一个实施方式中，作为玻璃原料展示的是使用SiCl4的例子，但作为玻璃原料，例如也可以使用SiHCl3、SiHCl2等，作为掺杂剂的Ge原料，也可以还使用GeCl4。此外，也可以使用硅氧烷等的玻璃原料。另外，作为可燃性气体，除了H2以外，例如，也可以使用CH4、C2H6、C3H8、C4H10等的短链烃等。
在上述的一个实施方式中，使玻璃微粒合成用燃烧器12沿着目标物16的纵长方向往返移动，但玻璃微粒合成用燃烧器12和多孔质母材2，只要使之相对性地往返移动即可，也可以使玻璃微粒合成用燃烧器12静止，使多孔质母材2往返移动。
另外，在上述的变形例3中，在一个实施方式的风挡20的侧视形状中，列举了使上部的角变圆的这一形状的例子，而在变形例1的风挡22的侧视形状和变形例2的风挡23的侧视形状中，也可以为使上部的角变圆的形状。
产业上的可利用性
如以上，本发明的光纤多孔质母材的制造装置和制造方法，适合适用于光纤多孔质母材的制造。
符号说明
1 OVD装置
2 多孔质母材
3 气流
11 反应容器
11a 空气导入口
11b 排气管道
12 玻璃微粒合成用燃烧器
13、14 辅助燃烧器
15 气体供给部
16 目标物
17 空棒
18 多孔质层
20、21、22、23、24、25、26、27、28 风挡

Claims (5)

1.一种光纤多孔质母材的制造装置，其特征在于，具备：
反应容器、
设于所述反应容器内的至少一根主燃烧器、和
向所述主燃烧器供给原料气体和可燃气体的气体供给部，
在所述反应容器内，从所述主燃烧器向起始材料供给含有所述可燃气体和所述原料气体的气体，并使所述主燃烧器对于所述起始材料相对地移动，在所述起始材料的外周使由所述气体的反应而生成的微粒堆积，从而形成多孔质母材，
在所述光纤多孔质母材的制造装置中，具备加热所述多孔质母材的端部的至少一根辅助燃烧器，和设于所述辅助燃烧器的近旁的气流导引机构。
2.根据权利要求1所述的光纤多孔质母材的制造装置，其特征在于，所述气流导引机构在所述辅助燃烧器放射的火焰的放射侧开口，并且具有对于所述辅助燃烧器，覆盖与所述放射侧的相反侧以及从所述放射侧看的侧面侧的形状。
3.根据权利要求1或2所述的光纤多孔质母材的制造装置，其特征在于，所述气流导引机构的开口的部分，位于在所述反应容器内产生的气流的下游侧。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光纤多孔质母材的制造装置，其特征在于，所述辅助燃烧器相对于所述起始材料的位置被固定。
5.一种光纤多孔质母材的制造方法，其特征在于，在反应容器内，从主燃烧器向起始材料供给含有可燃气体和原料气体的气体，并使所述主燃烧器对于所述起始材料相对地移动，在所述起始材料的外周，使由所述气体的反应而生成的微粒堆积，从而形成多孔质母材，
在所述光纤多孔质母材的制造方法中，
通过设于放射火焰的辅助燃烧器的近旁且在所述火焰的放射侧开口的气流导引机构，从与来自所述辅助燃烧器的所述火焰的放射侧的相反侧，以及从所述放射侧看的侧面侧，避免朝向所述火焰的气流，并由所述辅助燃烧器加热所述多孔质母材的端部。
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