CN115087624A - 光纤母材的制造方法及加热炉 - Google Patents
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Abstract
在光纤母材的制造方法中，准备加热炉，该加热炉具备：炉心管；加热器，其从炉心管的外侧对未处理母材进行加热；收纳室，其收纳加热器；差压计，其对炉心管的内压P1与收纳室的内压P2的差压ΔP(＝P1‑P2)进行测量；与炉心管连接的第一排气管和第二排气管；节流阀，其对通过第一排气管的废气的流量进行限制；以及开闭阀，其对第二排气管的开闭进行切换。向炉心管供给惰性气体，将节流阀的通过流量设定为使得在开闭阀关闭的状态下差压ΔP上升，当差压ΔP达到规定的上限值时打开开闭阀，当差压ΔP达到规定的下限值时关闭开闭阀。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤母材的制造方法及加热炉。
本申请基于2020年3月25日在日本提出的特愿2020-054118号专利申请主张优先权，并将其内容并入本说明书。
背景技术
专利文献1公开了一种炉心管，其用于对光纤母材加热来进行烧结、脱水。在炉心管上连接有：惰性气体的供给路径、和使不需要的气体排出的排气路径。在排气路径上设置有电磁阀，且构成为根据差压计测量的炉心管内压来控制电磁阀的开闭量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-169173号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
对于如专利文献1这样控制电磁阀的开闭量的方式而言，存在使电磁阀驱动而达到作为目标的开闭量为止的时间较长的倾向，在响应速度方面有改善的余地。如果电磁阀的响应速度不满足要求，则有可能无法适当地控制炉心管的内压，导致光纤母材的品质不稳定。
本发明是考虑了这样的情况而完成的，提供一种光纤母材的制造方法或加热炉，其能够使排气路径中设置的阀的响应速度提高并使光纤母材的品质稳定。
(二)技术方案
在本发明第一方式的光纤母材的制造方法中，准备加热炉，该加热炉具备：炉心管，其具有能够插入未处理母材的开口部；加热器，其从所述炉心管的外侧对所述未处理母材进行加热；收纳室，其收纳所述加热器；差压计，其对所述炉心管的内压P1与所述收纳室的内压P2的差压ΔP(＝P1-P2)进行测量；第一排气管和第二排气管，它们与所述炉心管连接；节流阀，其对通过所述第一排气管的废气的流量进行限制；以及开闭阀，其对所述第二排气管的开闭进行切换，向所述炉心管供给惰性气体，将所述节流阀的通过流量设定为使得在所述开闭阀关闭的状态下所述差压ΔP上升，当所述差压ΔP达到规定的上限值时打开所述开闭阀，当所述差压ΔP达到规定的下限值时关闭所述开闭阀。
关于本发明第二方式的加热炉，其具备：炉心管，其具有能够插入未处理母材的开口部；加热器，其从所述炉心管的外侧对所述未处理母材进行加热；收纳室，其收纳所述加热器；差压计，其对所述炉心管的内压P1与所述收纳室的内压P2的差压ΔP(＝P1-P2)进行测量；第一排气管和第二排气管，它们与所述炉心管连接；节流阀，其对通过所述第一排气管的废气的流量进行限制；开闭阀，其对所述第二排气管的开闭进行切换；以及控制部，其控制所述开闭阀，将所述节流阀的通过流量设定为使得在所述开闭阀关闭的状态下所述差压ΔP上升，所述控制部构成为，当所述差压ΔP达到规定的上限值时打开所述开闭阀，当所述差压ΔP达到规定的下限值时关闭所述开闭阀。
(三)有益效果
根据本发明的上述方式，能够使排气路径中设置的阀的响应速度提高并使光纤母材的品质稳定。
附图说明
图1是本实施方式的加热炉的示意图。
图2是用于说明本实施方式的开闭阀的控制内容的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本实施方式的加热炉和使用该加热炉的光纤母材的制造方法进行说明。
如图1所示，加热炉1具备炉心管2、加热器3、收纳室4、差压计5、排气路径6、节流阀7、开闭阀8、控制部9以及供给路径10。
炉心管2形成为有底筒状，且在上端具有开口部2a。通过开口部2a能够将光纤母材M插入炉心管2内或者从炉心管2取出。为了防止杂质混入光纤母材M，炉心管2由石英玻璃形成。
加热器3配置在炉心管2的外周，且构成为将光纤母材M和炉心管2一并加热。加热器3配置在收纳室4内，与外部空气隔绝。
差压计5与炉心管2和收纳室4连接，构成为对炉心管2的内压P1与收纳室4的内压P2的差压ΔP(＝P1-P2)进行测量。
排气路径6与炉心管2连接，构成为使炉心管2内的不需要的废气排出。在图1例中，排气路径6具有连接部6a、第一排气管6b和第二排气管6c。连接部6a的一端与炉心管2连接，另一端与第一排气管6b和第二排气管6c连接。换言之，第一排气管6b和第二排气管6c从连接部6a分支，并与炉心管2间接地连接。此外，也可以不设置连接部6a，而是将第一排气管6b和第二排气管6c分别直接与炉心管2连接。
节流阀7设置于第一排气管6b，且构成为将通过第一排气管6b的废气限制为规定的流量(以下称为第一流量F1)。第一流量F1的设定可以通过手动进行，也可以通过电动控制进行。但是，第一流量F1的值在烧结工序和脱水工序中保持恒定。对于第一流量F1的详细情况将在后面叙述。
开闭阀8设置于第二排气管6c，且构成为对第二排气管6c的开闭进行切换。在开闭阀8打开的情况下，可从第二排气管6c排出规定流量(以下称为第二流量F2)的废气。另一方面，在开闭阀8关闭的情况下，不能从第二排气管6c排出废气。如果将从排气路6整体排出的废气的流量表示为F，则在开闭阀8打开的情况下F＝F1+F2，且在开闭阀8关闭的情况下F＝F1。即，从排气路6排出的废气的流量F在开闭阀8打开的情况下变大，在开闭阀8关闭的情况下变小。
控制部9与差压计5、开闭阀8电连接，且构成为根据差压计5测量的差压ΔP的值来控制开闭阀8的开闭。作为控制部9，例如可使用微控制器、IC(Integrated Circuit，集成电路)、LSI(Large-scale Integrated Circuit，大规模集成电路)、或者ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)等集成电路。开闭阀8构成为根据控制部9输出的指令(控制信号等)而使第二排气管6c打开或关闭。
供给路径10的第一端部与炉心管2连接，且第二端部与惰性气体的供给源连接。作为惰性气体，可使用氦气(He)或氩气(Ar)等。供给路径10构成为向炉心管2内供给惰性气体。在图1中，供给路径10与炉心管2的底壁连接，但是供给路径10也可以与炉心管2的周壁连接。
接着，对光纤母材的制造方法进行说明。在本实施方式中，对使用VAD法(Vapor-phase Axial Deposition method，气相轴向沉积法)、以及OVD法(Outside VaporDeposition method，外部气相沉积法)等火焰水解法(日文：スート法)的情况进行说明，但是也可以采用其他制法。
在利用火焰水解法制造光纤母材时，首先，从未图示的反应容器内设置的燃烧器流通氧气、氢气、惰性气体等，向这些气体发生反应的火焰中投入SiCl4等玻璃原料气体。由此生成玻璃微粒。通过使该玻璃微粒附着于在反应容器内旋转的靶，从而在靶的外周堆积疏松体。由此，得到烧结前的光纤母材M(以下称为未处理母材M)。
接着，使未处理母材M一边旋转一边下降，并通过开口部2a插入炉心管2内。
接着，一边从供给路径10供给惰性气体，一边利用加热器3对未处理母材M加热。由此，未处理母材M从其下部到上部逐渐被加热，疏松体烧结(烧结工序)。由此，得到烧结后的光纤母材M。可以在进行烧结工序时或者在烧结工序之前进行脱水工序。此外，也可以在烧结工序之前或者与烧结工序同时地进行向光纤母材M添加掺杂剂的掺杂工序。
另外，通过对从加热炉1取出的光纤母材M进行拉丝，从而得到光纤。
在此，在加热器3对光纤母材M加热时，炉心管2的周壁也同时被加热。由于炉心管2由石英玻璃形成，因此会因加热而以一定的程度软化。因此，当上述的差压ΔP成为负值时，炉心管2的周壁朝向内侧变形，有可能导致光纤母材M的品质降低。因此，要求差压ΔP保持正值。另一方面，即使差压ΔP为正值，如果该值过大，则炉心管2的周壁也有可能朝向外侧膨胀或破损。
因此，在本实施方式中，以使得差压ΔP的值不为负值且不超过规定的上限值的方式，来进行节流阀7的流量设定、以及开闭阀8的开闭动作。以下，使用图2更详细地进行说明。
图2的(a)、(b)的横轴表示时间。图2的(a)的纵轴表示由差压计5测量的差压ΔP。图2的(b)的纵轴表示通过排气路6排出的废气的流量F。
在t＝0的时刻，开闭阀8关闭，因此F＝F1。节流阀7的流量F1设定为在开闭阀8关闭的情况下差压ΔP上升。因此，如图2的(a)所示，在t＝0～t1的期间，差压ΔP上升。此外，对于t＝0的时刻的差压ΔP的值而言，只要是正值，则也可以不是如图2的(a)那样的下限值L2。
控制部9构成为，当差压ΔP上升并达到规定的上限值L1时，输出使开闭阀8打开的指令。因此，如图2的(a)、(b)所示，在差压ΔP上升至上限值L1时(t＝t1)，通过控制部9使开闭阀8打开，流量F增加为F1+F2。在t＝t1～t2的期间，流量增加F＝F1+F2，从而差压ΔP降低。
控制部9构成为，当差压ΔP减小并达到规定的下限值L2时，输出使开闭阀8关闭的指令。因此，如图2的(a)、(b)所示，在差压ΔP减小为到下限值L2时(t＝t2)，通过控制部9使开闭阀8关闭，流量F恢复为F1。在t＝t2～t3的期间，流量恢复为F＝F1，因此差压ΔP再次上升。
以后同样地，当压差ΔP达到上限值L1时，控制部9使开闭阀8打开(t＝t3)，当压差ΔP达到下限值L2时，控制部9使开闭阀8关闭(t＝t4)。在时刻t＝t4以后也重复同样的动作，图示省略。
如图2的(a)所示，在本说明书中，将从打开开闭阀8起到关闭开闭阀8为止的时间表示为ΔT1，将从关闭开闭阀8起到打开开闭阀8为止的时间表示为ΔT2。
ΔT1的值根据通过供给路径10向炉心管2供给的惰性气体的流量(以下称为供给流量)、第一排气管6b(基于节流阀7的设定)和第二排气管6c的容许流量、以及上限值L1和下限值L2等来确定。
ΔT2的值根据所述供给流量、第一排气管6b和第二排气管6c的容许流量、以及上限值L1和下限值L2等来确定。
ΔT1、ΔT2的值可以在一个烧结工序和脱水工序之间变动。
ΔT1的值例如优选在0.25～1分钟的范围内。另外，ΔT2的值优选在1～10分钟的范围内。通过设定为适当的ΔT1、ΔT2的值，能够适当地设定一次烧结工序中的开闭阀8的动作频度，并能够抑制差压ΔP意外地超过上限值L1或者低于下限值L2的情况。
如上所述，在本实施方式的光纤母材的制造方法中，准备加热炉1，该加热炉1具备：炉心管2，其具有能够插入未处理母材的开口部2a；加热器3，其从炉心管2的外侧对未处理母材加热；收纳室4，其收纳加热器3；差压计5，其对炉心管2的内压P1与收纳室4的内压P2的差压ΔP(＝P1-P2)进行测量；第一排气管6b和第二排气管6c，它们与炉心管2连接；节流阀7，其对通过第一排气管6b的废气的流量进行限制；以及开闭阀8，其对第二排气管6c的开闭进行切换。
并且，向炉心管2供给惰性气体，将节流阀7的通过流量设定为使得在开闭阀8关闭的状态下差压ΔP上升，当差压ΔP达到规定的上限值L1时打开开闭阀8，当差压ΔP达到规定的下限值L2时关闭开闭阀8。
通过这样的结构，能够通过使开闭阀8开闭这样简单的控制内容，将差压ΔP保持在规定的上限值L1和下限值L2的范围内。由于开闭阀8的动作仅为简单的开闭，因此与根据差压ΔP来控制流量的方式的阀相比，能够提高响应速度，并能够使光纤母材的品质稳定。并且，通过将下限值L2设定为零以上的值，能够容易地防止差压ΔP成为负值。
另外，从打开开闭阀8起到关闭开闭阀8为止的时间ΔT1可以在0.25～1分钟的范围内。通过使ΔT1为0.25分钟(15秒)以上，能够抑制开闭阀8的响应速度相对于ΔT1而言过慢，防止差压ΔP的控制不稳定。通过以使得ΔT1为1分钟以下的方式来设定第二排气管6c的容许流量(第二排气管6c的内径等)，例如能够在差压ΔT过大时迅速地排出废气。
另外，从关闭开闭阀8起到打开开闭阀8为止的时间ΔT2可以在1～10分钟的范围内。通过使ΔT2为1分钟以上，能够抑制一次烧结工序期间的开闭阀8的动作频度过高。因此，能够抑制开闭阀8发生故障。另外，通过使ΔT2为10分钟以下，能够更可靠地使开闭阀8关闭时的差压ΔT在一定时间内的上升量为正值。也就是说，能够抑制如下情况，即：尽管开闭阀8关闭，但是差压ΔT减小，差压ΔT成为负值，对光纤母材的品质产生不良影响。
另外，差压ΔP的下限值L2可以为50Pa以上。此时，例如即使由于开闭阀8的响应速度等而产生从控制部9输出指令起到开闭阀8实际关闭为止的时滞，也能够抑制差压ΔP成为负值。
另外，本实施方式的加热炉1具备：炉心管2，其具有能够插入未处理母材的开口部2a；加热器3，其从炉心管2的外侧对所述未处理母材加热；收纳室4，其收纳加热器3；差压计5，其对炉心管2的内压P1与收纳室4的内压P2的差压ΔP(＝P1-P2)进行测量；第一排气管6b和第二排气管6c，它们与炉心管2连接；节流阀7，其对通过第一排气管6b的废气的流量进行限制；开闭阀8，其对第二排气管6c的开闭进行切换；以及控制部9，其控制开闭阀8。
节流阀7的通过流量设定为使得在开闭阀8关闭的状态下差压ΔP上升，控制部9构成为，当差压ΔP达到规定的上限值L1时打开开闭阀8，当差压ΔP达到规定的下限值L2时关闭开闭阀8。
这样，使用仅进行简单开闭的开闭阀8，从而与使用根据差压ΔP来控制流量的方式的阀的情况相比，能够提高响应速度，并能够使光纤母材的品质稳定。
此外，本发明的技术范围不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内能够施加各种变更。
例如，在上述实施方式中说明的下限值L2、ΔT1、ΔT2等数值仅为例示，可以适当变更。
此外，在不脱离本发明主旨的范围内，能够适当地将上述的实施方式中的构成要素置换为公知的构成要素，另外，也可以适当地组合上述的实施方式、变形例。
例如，在上述实施方式中主要记载了烧结工序，但是也可以将上述实施方式应用于在制造光纤母材时进行的烧结工序以外的工序。即，前述的“未处理母材”可以是烧结前的光纤母材(未烧结母材)，也可以是进行其他处理前的光纤母材。另外，在连续进行几种工序的情况下，也能够应用上述实施方式。
附图标记说明
1-加热炉；2-炉心管；2a-开口部；3-加热器；4-收纳室；5-差压计；6b-第一排气管；6c-第二排气管；7-节流阀；8-开闭阀；9-控制部。
Claims (5)
1.一种光纤母材的制造方法，
准备加热炉，该加热炉具备：炉心管，其具有能够插入未处理母材的开口部；加热器，其从所述炉心管的外侧对所述未处理母材进行加热；收纳室，其收纳所述加热器；差压计，其对所述炉心管的内压P1与所述收纳室的内压P2的差压ΔP(＝P1-P2)进行测量；第一排气管和第二排气管，它们与所述炉心管连接；节流阀，其对通过所述第一排气管的废气的流量进行限制；以及开闭阀，其对所述第二排气管的开闭进行切换，
向所述炉心管供给惰性气体，
将所述节流阀的通过流量设定为使得在所述开闭阀关闭的状态下所述差压ΔP上升，
当所述差压ΔP达到规定的上限值时打开所述开闭阀，
当所述差压ΔP达到规定的下限值时关闭所述开闭阀。
2.根据权利要求1所述的光纤母材的制造方法，其特征在于，
从打开所述开闭阀起到关闭所述开闭阀为止的时间在0.25～1分钟的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的光纤母材的制造方法，其特征在于，
从关闭所述开闭阀起到打开所述开闭阀为止的时间在1～10分钟的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤母材的制造方法，其特征在于，
所述下限值为50Pa以上。
5.一种加热炉，其具备：
炉心管，其具有能够插入未处理母材的开口部；
加热器，其从所述炉心管的外侧对所述未处理母材进行加热；
收纳室，其收纳所述加热器；
差压计，其对所述炉心管的内压P1与所述收纳室的内压P2的差压ΔP(＝P1-P2)进行测量；
第一排气管和第二排气管，它们与所述炉心管连接；
节流阀，其对通过所述第一排气管的废气的流量进行限制；
开闭阀，其对所述第二排气管的开闭进行切换；以及
控制部，其控制所述开闭阀，
将所述节流阀的通过流量设定为使得在所述开闭阀关闭的状态下所述差压ΔP上升，
所述控制部构成为，当所述差压ΔP达到规定的上限值时打开所述开闭阀，当所述差压ΔP达到规定的下限值时关闭所述开闭阀。
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