CN111196674B - 多孔质玻璃堆积体制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种多孔质玻璃堆积体制造装置，其制造作为光纤母材的多孔质玻璃堆积体，且具备：反应容器；燃烧器，使玻璃微粒子附着堆积于下垂至反应容器内部的种棒而形成多孔质玻璃堆积体；及隔热部件，填充于供燃烧器插入至反应容器的开口部与燃烧器的间隙。防止多孔质玻璃堆积体制造装置中的燃烧器的损伤。在所述制造装置中，隔热部件可包含纤维状原材料。另外，在所述制造装置中，隔热部件也可包含石英棉材料。进一步地，在所述制造装置中，石英棉材料的铁含量可为1ppm以下。

Description

多孔质玻璃堆积体制造装置

技术领域

本发明涉及一种多孔质玻璃堆积体制造装置。

背景技术

作为在光纤用母材的制造过程中制造多孔质玻璃堆积体的方法之一，有VAD法(Vapor-phaseAxialDepositionMethod：气相轴向沉积法)，这种方法是使用多个合成用燃烧器，同时形成光纤用多孔质玻璃堆积体中的核心相当部及包层相当部(参照专利文献1)。另外，作为光纤用多孔质玻璃堆积体的制造装置，有如下装置：具有在合成用燃烧器的附近具备环状的玻璃板，且将反应容器内产生的热量阻隔的构造(参照专利文献2)。

专利文献1：日本专利特开2013-234078号公报

专利文献2：日本专利特开2006-096642号公报

在专利文献2所记载的制造装置中，存在隔热板的应力作用于燃烧器而损伤燃烧器的情况。

发明内容

根据本发明的一方案，提供一种多孔质玻璃堆积体制造装置，其制造作为光纤母材的多孔质玻璃堆积体，且具备：反应容器；燃烧器，使玻璃微粒子附着堆积于下垂至反应容器内部的种棒而形成多孔质玻璃堆积体；及隔热部件，填充于供燃烧器插入至反应容器的开口部与燃烧器的间隙。

所述发明的概要并非列举了本发明的所有特征。这些特征群的次组合也可成为发明。

附图说明

图1是表示实施例1的多孔质玻璃堆积体制造装置的概略的示意图。

图2是局部放大表示反应容器1与表面侧包层相当部堆积用燃烧器6之间的密封构造的图。

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明。下述实施方式并不限定权利要求书的发明。实施方式中所说明的特征的所有组合并非都为发明的解决手段所必须的组合。

图1是示意性表示一实施例的多孔质玻璃堆积体制造装置的构造的图。如图1所示，制造装置具备反应容器1、轴2及多个燃烧器。该多孔质玻璃堆积体制造装置在反应容器1的内部制造多孔质玻璃堆积体9。

轴2以在图中下端固持种棒3的状态，从上方插入至反应容器1。由此，种棒3下垂至反应容器1的内部。在使多孔质玻璃堆积体沉积的情况下，种棒3成为供玻璃微粒子附着的对象。

轴2被设置成，以让种棒3下垂的状态绕铅直的旋转轴旋转，且可与种棒3一起升降。由此，随着多孔质玻璃堆积体9的沉积而提拉种棒3，可制造目标长度的多孔质玻璃堆积体9。

在多孔质玻璃堆积体9中，在触碰到种棒3下方的堆积体的中心，形成有成为光纤核心的核心相当部。另外，在多孔质玻璃堆积体9的外周侧，最终形成有成为光纤包层的包层相当部。因为包层相当部的体积与核心相当部的体积相比显著较大，所以在形成包层相当部时存在使用多个包层相当部合成用燃烧器的情况。在图示的例子中，相对于单一的核心相当部堆积用燃烧器4，设有核心侧包层相当部堆积用燃烧器5及表面侧包层相当部堆积用燃烧器6。

对于核心相当部堆积用燃烧器4、核心侧包层相当部堆积用燃烧器5、及表面侧包层相当部堆积用燃烧器6，分别供给包含作为玻璃原料的四氯化硅、八甲基环四硅氧烷等的原料气体。各燃烧器将原料气体吹入氢氧焰，合成作为多孔质玻璃堆积体9堆积的玻璃微粒子。

核心相当部堆积用燃烧器4主要使合成的玻璃微粒子堆积在种棒3的末端、及从种棒3的末端向下方沉积的核心相当部。在多孔质玻璃堆积体9中，核心相当部由折射率相对较高的玻璃微粒子形成。因此，从核心相当部堆积用燃烧器4也同时供给使折射率上升的掺杂剂。在核心相当部堆积用燃烧器4中，例如作为当作掺杂剂的氧化锗的原料，四氯化锗等被添加于原料气体中。

核心侧包层相当部堆积用燃烧器5主要相对于核心相当部堆积用燃烧器4堆积玻璃微粒子而形成的核心相当部的侧周面，堆积合成的玻璃微粒子。表面侧包层相当部堆积用燃烧器6主要相对于核心侧包层相当部堆积用燃烧器5所堆积的包层相当部的一部分，进一步堆积合成的玻璃微粒子。

核心侧包层相当部堆积用燃烧器5形成在包层相当部的内侧与核心相当部邻接的部分。表面侧包层相当部堆积用燃烧器6与核心侧包层相当部堆积用燃烧器邻接配置，形成包层相当部的表面侧部分。核心侧包层相当部堆积用燃烧器所形成的包层相当部的一部分、与表面侧包层相当部堆积用燃烧器6所形成的包层相当部的一部分在完成的多孔质玻璃堆积体中，成为一体的包层相当部。

在核心侧包层相当部堆积用燃烧器5及表面侧包层相当部堆积用燃烧器6中，不添加使折射率变化的掺杂剂，而供给作为玻璃原料的四氯化硅、作为可燃性气体的氢气、作为助燃性气体的氧气、作为密封气体的氩气等。此外，以调整包层相当部的折射率为目的，有时也向这些气体中添加四氯化锗气体、四氟化硅气体等。

多孔质玻璃堆积体制造装置进一步具备燃烧器保持器11及电动测向台12。燃烧器保持器11保持表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的后端附近，并且由电动测向台12支撑。

电动测向台12根据堆积时间或者轴2的提拉距离动作，使表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的斜率发生变化。由此能够自动控制表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的斜率。

此处，表面侧包层相当部堆积用燃烧器6以由电动测向台12规定的虚拟旋转轴为中心旋转，使燃烧器的斜率发生变化。此时，通过将电动测向台12的虚拟旋转轴靠近供表面侧包层相当部堆积用燃烧器6插通的反应容器1的开口部，能够减小在使表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的斜率发生变化的情况下产生的开口部内的表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的位移。

图2是局部放大表示图1所示的多孔质玻璃堆积体制造装置中设置于表面侧包层相当部堆积用燃烧器6与反应容器1之间的密封构造的图。该密封构造是包含密封罩7及隔热部件10而形成。

密封罩7以从反应容器1的外侧覆盖表面侧包层相当部堆积用燃烧器6所插通的反应容器1的开口部的方式设置。密封罩7整体上具有圆顶型的筒状形状，大径侧的一端包围表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的周围而与反应容器1的外表面密接。另外，小径侧的一端与表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的外周面密接。由此，密封罩7气密地密封反应容器1的开口部。

密封罩7可使用例如像硅酮橡胶那样耐热温度高且具有柔性的材料形成。由此，即便在表面侧包层相当部堆积用燃烧器6由于下述斜率的变化而使相对于反应容器1的相对位置发生变化的情况下，密封罩7也会变形而维持反应容器1的气密性。因而，反应容器1的内部与反应容器1的外部气氛阻隔。

隔热部件10以填埋表面侧包层相当部堆积用燃烧器6与反应容器1的开口部的间隙的方式填充，将从反应容器1的内部朝向外部的热辐射阻隔。由此，防止燃烧器保持器11及电动测向台12的过热。

另外，隔热部件10介置于表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的外周面与反应容器1的开口部的内侧端面之间，阻止表面侧包层相当部堆积用燃烧器6与反应容器1直接接触。由此，防止表面侧包层相当部堆积用燃烧器6及反应容器1的热应力等直接相互作用。

此处，隔热部件10可使用具有较高的耐热性及隔热性且容易因从外部作用的力而变形的纤维状原材料形成。由此，即便在由于表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的斜率的变化等而相对于反应容器1的相对位置发生变化的情况下，也会根据表面侧包层相当部堆积用燃烧器6及反应容器1的间隙的变化变形以维持隔热性。另外，吸收相互作用的应力，防止过度的应力作用于表面侧包层相当部堆积用燃烧器6及反应容器1。

作为用作隔热部件10的纤维状原材料，可优选地例示耐热性以及隔热性优异的石英棉，但并不限定于此，例如，也可使用碳纤维。在使用碳纤维作为隔热部件10的情况下，优选为使周围流通惰性气体而不形成氧化气氛。

此外，如果考虑隔热效果，那么优选将使用石英棉作为隔热部件10时的填充密度设为50kg/m³以上。另外，优选将填充于反应容器1的开口部的状态的隔热部件10的厚度(表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的轴向厚度)设为5mm以上。在该隔热部件10的厚度小于5mm的情况下，反应容器1的内外的隔热效果变得不充分。

但，即便隔热部件10的厚度显著超过反应容器1的厚度而变得较厚，绝热效果也不会变得多高。另外，在隔热部件10的厚度变得比反应容器的厚度厚10mm以上而向反应容器1的内部突出的情况下，因为会干涉燃烧器、或气流紊乱，所以非优选。进一步地，如果隔热部件的填充密度过大，那么过度的应力作用于表面侧包层相当部堆积用燃烧器6，所以无法顺利地变更角度。因此，优选将使用石英棉作为隔热部件10时的填充密度设为200kg/m³以下。

另外，在使用四氯化硅等含氯材料作为供给至各燃烧器的玻璃原料气体的情况下，反应容器1的内部容易变为含氯化氢气氛。另一方面，尤其是过渡金属，例如铁、钴、铬、铜、锰、镍、钒等容易与氯化氢发生反应而生成氯化物。存在此种氯化物在高温环境下挥发时会被吸入至多孔质玻璃，降低多孔质玻璃堆积体9的品质的情况。

因此，在使用石英棉的情况下，优选更加减少铁等金属杂质含量，更具体地说，优选将含量设为1ppm以下。进一步地，更优选为将含金属杂质材料设为0.2ppm以下。作为石英棉的原料，可使用合成石英。

在使用图1所示的制造装置的多孔质玻璃堆积体9的制造中，存在由核心侧包层相当部堆积用燃烧器5合成的玻璃微粒子的一部分在核心侧包层相当部堆积用燃烧器5的火焰的外周侧附着于多孔质玻璃堆积体9而形成低密度部的情况。由核心侧包层相当部堆积用燃烧器5形成的多孔质玻璃堆积体9的低密度部在利用轴2的提拉而向图中上方移动的情况下，利用表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的火焰加热而进行高密度化。然而，在多孔质玻璃堆积体9的一部分进行高密度化的过程中，存在多孔质玻璃堆积体9产生裂纹的情况。

此种多孔质玻璃堆积体9的裂纹多数情况下于在种棒3开始堆积玻璃微粒子的初期产生，称作初期裂纹。在产生初期裂纹的情况下，必须从最初重新进行多孔质玻璃堆积体9的制造，光纤母材的产率及生产性降低。

另外，即便在未产生初期裂纹而进行多孔质玻璃堆积体9的制造的情况下，制造初期阶段也存在多孔质玻璃堆积体9的外径不稳定的情况。在多孔质玻璃堆积体9的外径发生变动的情况下，因为多孔质玻璃堆积体9中的核心相当部与包层相当部的比例不稳定，所以无法用作光纤用母材。因此，至能够连续制造稳定的目标外径的多孔质玻璃堆积体9的状态较费时间，多孔质玻璃堆积体9的生产性降低。

然而，在多孔质玻璃堆积体9的形成初期，通过使表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的斜率变化而适当地保持多孔质玻璃堆积体9的温度分布，能够缓和多孔质玻璃堆积体9上产生的热应力，抑制多孔质玻璃堆积体9的初期裂纹及外径变动。

也就是说，在多孔质玻璃堆积体9中，作为光纤母材用于光纤制造的是多孔质玻璃堆积体9的外径大致固定的圆筒状的恒定部分。因此，各燃烧器的设置条件以形成恒定部分时的加热条件成为最佳的方式预先确定。然而，在多孔质玻璃堆积体9的制造中，在开始堆积玻璃微粒子的起初，外径沿着多孔质玻璃堆积体9的长度方向递增。因此，多孔质玻璃堆积体9的表面中的燃烧器的加热条件依次变化，成为初期裂纹及外径变动的原因。

与此相对，在开始堆积玻璃微粒子的时刻，使表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的斜率比配合恒定部的形成而预定的斜率更向下，在开始形成恒定部前的期间，向配合恒定部的形成而预定的斜率逐渐变化，恒定部通过以预定的斜率形成，可不拘泥于多孔质玻璃堆积体9的长度方向的位置，而良好地保持利用表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的多孔质玻璃堆积体9的加热条件。以此方式制造的多孔质玻璃堆积体9因为不产生裂纹而外径稳定，所以在后续步骤中利用加热炉接受脱水及透明化的处理，成为高品质的光纤用母材。

[制作例]

使用图1所示的装置，制造作为光纤用母材的多孔质玻璃堆积体9。在表面侧包层相当部堆积用燃烧器6、与供其插通的反应容器1的开口部的间隙，填充由石英棉(信越石英制造)形成的隔热部件10。相对于厚度6mm的反应容器1的开口部，填充的隔热部件10的厚度设为7mm。

其次，将表面侧包层相当部堆积用燃烧器6设定为相对于水平向下10°的角度，使核心侧包层相当部堆积用燃烧器5、及表面侧包层相当部堆积用燃烧器6各自的氢氧焰中流通玻璃原料气体而生成玻璃微粒子，使其开始堆积于种棒3。

配合核心相当部的堆积沉积而将种棒3一边旋转一边提拉，从提拉100mm的时刻逐渐将表面侧包层相当部堆积用燃烧器6相对于水平面的角度向上变化。在提拉距离达到200mm的时刻，表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的角度达到预定的相对于水平面向上5°。该角度为将表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的恒定状态，也就是形成多孔质玻璃堆积体9的外径稳定的恒定部分时的表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的倾斜角度预定为5°的角度，多孔质玻璃堆积体9之后的形成维持该斜率。以此方式，制作直体部的长度1400mm、直体部的外径250mm的多孔质玻璃堆积体9。

在所述条件下制造50根多孔质玻璃堆积体9，但因为使表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的角度发生变化的效果，所以未产生多孔质玻璃堆积体9的初期裂纹。另外，也未产生影响最终的光纤的特性程度的外径变动。

另外，通过在反应容器1与表面侧包层相当部堆积用燃烧器6之间填充纤维状原材料的隔热部件10，可将表面侧包层相当部堆积用燃烧器6的角度自向下10°至向上5°顺利地进行角度变更。进一步地，在表面侧包层相当部堆积用燃烧器6变化的过程中，因为表面侧包层相当部堆积用燃烧器6不与反应容器1的开口部直接接触，未对燃烧器施加过度的应力负载，所以在该燃烧器未发现损伤。另外，进一步地，利用隔热部件10，反应容器1内产生的热量被有效地阻隔，因此也未产生燃烧器保持器11或电动测向台12的过热。

如上所述，通过在为了在反应容器1内插入燃烧器而设置的开口部、与插通于该开口部的燃烧器的间隙填充隔热部件10，能够阻隔从反应容器1的内部朝向外部的热辐射。由此，能够防止由热应力引起的燃烧器的损伤，并且也能够防止配置于反应容器1外部的燃烧器保持器11、电动测向台12等的过热。

另外，因为隔热部件10也作为缓冲材发挥功能，所以能防止反应容器1的炉壁与燃烧器直接接触，也防止由冲击所导致的燃烧器的损伤。由此，容许燃烧器的斜率的变化，并且即便燃烧器的斜率发生变化也能够维持隔热性。因而，使用电动测向台12的燃烧器的斜率的变化变得容易。

以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于所述实施方式所记载的范围。可对所述实施方式增加多种变更或改良，这对业者而言是显而易见的。由权利要求书的记载可知，增加此种变更或改良的方式也可包含于本发明的技术范围。应注意，权利要求书、说明书、及附图中所示的装置、系统、程序、及方法中的动作、次序、步骤、及阶段等各处理的执行顺序没有特别写明为“在……之前”、“先于～”等，另外，只要后续的处理中未使用之前的处理的输出，那么可以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书、及附图中的动作流程，即便为了方便起见，使用“首先，”、“其次，”等词进行说明，但并不意味必须按照该顺序实施。

Claims (11)

1.一种多孔质玻璃堆积体制造装置，其制造作为光纤母材的多孔质玻璃堆积体，

且具备：

反应容器；

燃烧器，使玻璃微粒子附着堆积于下垂至所述反应容器内部的种棒而形成多孔质玻璃堆积体；及

密封构造，包含密封罩和隔热部件；

所述隔热部件填充于供所述燃烧器插入至所述反应容器的开口部与所述燃烧器的间隙，在所述反应容器的内外之间将热量阻隔；

所述密封罩以从所述反应容器的外侧覆盖所述开口部的方式设置，气密地密封所述开口部。

2.根据权利要求1所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其中所述隔热部件根据所述开口部内的所述燃烧器的位移而变形。

3.根据权利要求1所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其中所述隔热部件包含纤维状原材料。

4.根据权利要求3所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其中所述纤维状原材料包含石英棉材料。

5.根据权利要求4所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其中所述石英棉材料含有1ppm以下的过渡金属作为杂质。

6.根据权利要求4所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其中所述隔热部件具有5mm以上的厚度。

7.根据权利要求1所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其中

所述燃烧器包括：

核心相当部堆积用燃烧器，形成相当于光纤核心的核心相当部；及

包层相当部堆积用燃烧器，形成相当于光纤包层的包层相当部的至少一部分。

8.根据权利要求7所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其中

所述包层相当部堆积用燃烧器包括：

核心相当部侧包层相当部堆积用燃烧器，使玻璃微粒子附着堆积于所述核心相当部堆积用燃烧器所形成的核心相当部而形成所述包层相当部的一部分；及

表面侧包层相当部堆积用燃烧器，使玻璃微粒子附着堆积于所述核心相当部侧包层相当部堆积用燃烧器所形成的包层相当部的所述一部分而形成所述包层相当部的另一部分。

9.根据权利要求8所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其中

所述表面侧包层相当部堆积用燃烧器为以预定的斜率，形成所述包层相当部的直径为恒定的恒定部分，

在以比所述预定的斜率更向下的状态开始形成所述包层相当部，且开始形成所述恒定部分之前，向所述预定的斜率变化。

10.根据权利要求9所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其中

所述表面侧包层相当部堆积用燃烧器为以相对于水平面向下呈10°角度的斜率开始形成所述包层相当部，

以相对于水平面向上呈5°角度的斜率形成所述恒定部分的所述包层相当部。

11.根据权利要求9所述的多孔质玻璃堆积体制造装置，其进一步具备：电动测向台，使所述表面侧包层相当部堆积用燃烧器的斜率变化。

Images