CN115403264A - 多孔玻璃体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多孔玻璃体的制造方法，使用在初始部件的长度方向上空开间隔配置的第一燃烧器及第二燃烧器，对从所述第一燃烧器喷出的氢气进行点火，使从所述第一燃烧器喷出的玻璃原料气体发生反应，从而使玻璃微粒堆积于所述初始部件，使所述第一燃烧器的火焰向从所述第二燃烧器喷出的氢气引火，从而对所述第二燃烧器进行点火，使从所述第二燃烧器喷出的玻璃原料气体发生反应，从而使玻璃微粒堆积于所述初始部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔玻璃体的制造方法。
背景技术
日本特开2005-35813号公报公开了一种具备多个燃烧器的多孔玻璃体的制造装置。使从各燃烧器喷出的氢气燃烧，利用其火焰使玻璃原料气体发生反应，从而生成玻璃微粒。使玻璃微粒堆积于初始部件，从而获得作为光纤等的母材原料的多孔玻璃体。
发明内容
(一)要解决的技术问题
就现有的多孔玻璃体的制造装置而言，在许多情况下，对每一个燃烧器设置点火机构。即，在反应室内设置有数量与燃烧器相同的点火机构。其结果导致反应室内的结构变得复杂，例如由于点火机构的存在而导致反应室内的各种气体的流动紊乱，有可能导致多孔玻璃体的品质降低。
本发明考虑到上述情况而做出，其目的在于，提供一种多孔玻璃体的制造方法，能够抑制由于点火机构的存在而导致多孔玻璃体的品质降低的情况。
(二)技术方案
为了解决上述问题，关于本发明一方式的多孔玻璃体的制造方法，使用在初始部件的长度方向上空开间隔配置的第一燃烧器及第二燃烧器，对从所述第一燃烧器喷出的氢气进行点火，使从所述第一燃烧器喷出的玻璃原料气体发生反应，从而使玻璃微粒堆积于所述初始部件，使所述第一燃烧器的火焰向从所述第二燃烧器喷出的氢气引火，从而对所述第二燃烧器进行点火，使从所述第二燃烧器喷出的玻璃原料气体发生反应，从而使玻璃微粒堆积于所述初始部件。
(三)有益效果
根据本发明的上述方式，可提供一种多孔玻璃体的制造方法，其能够抑制由于点火机构的存在而导致多孔玻璃体的品质降低的情况。
附图说明
图1是表示本实施方式的制造方法所用制造装置一例的图。
具体实施方式
以下参照附图对本实施方式的多孔玻璃体的制造方法进行说明。
如图1所示，多孔玻璃体的制造装置(以下，简称为制造装置10)具备反应室9、多个燃烧器3～5和支撑部2。在反应室9中容纳有初始部件1。初始部件1是作为通过制造装置10进行制造的多孔玻璃体的中心部的部件。初始部件1由石英玻璃等形成。初始部件1例如为圆棒状。初始部件1的至少一个端部被支撑部2以可旋转的方式把持。在反应室9设置有两个排气口8，用于排出不需要的气体。排气口8的数量和位置能够适当变更。
向燃烧器3～5供给玻璃原料气体、氧气、氢气、惰性气体等。各燃烧器3～5例如为多重管结构。在燃烧器3～5的喷出口附近设置有将各气体以单独或混合的状态喷出的多个口。作为玻璃原料气体，例如可以采用SiCl4、GeCl4、有机硅化合物等。作为有机硅化合物的具体例，可举出烷基环硅氧烷。通过使氢气进行燃烧，从而在燃烧器3～5的喷出口的附近产生火焰(氢氧火焰)。在该火焰中使玻璃原料气体发生反应，从而生成玻璃微粒。使该玻璃微粒堆积于进行旋转的初始部件1的表面，从而形成玻璃微粒的堆积层(烟尘)。由此，获得多孔玻璃体。
作为向燃烧器3～5供给的惰性气体，例如能够采用氩气、氮气等。通过将惰性气体与氢气等一起供给到燃烧器3～5，能够提高从各喷出口喷出的气体的流速。由此，能够使火焰的产生位置(燃烧开始点)远离各喷出口，抑制喷出口附近变红、破损的情况。
在本实施方式中，对通过气相轴向沉积法(VAD法：Vapor phase AxialDeposition Method)获得光纤母材的情况进行说明。但是，也可以将本实施方式应用于VAD法以外的其它方法(例如外部气相沉积法(OVD法：Outside Vapor Deposition Method))。
通过对多孔玻璃体实施烧结处理，从而获得光纤母材。除了烧结处理以外，也可以根据需要对光纤母材实施脱水处理、掺杂处理。
另外，通过对光纤母材进行拉丝，从而能够获得光纤。
(方向定义)
在本实施方式中，有时将初始部件1的长度方向简称为“长度方向”。在图中用Z轴表示铅垂方向，将铅垂方向上的上方设定为+Z侧，将下方设定为-Z侧。在本实施方式中，长度方向与铅垂方向一致。但是，长度方向也可以与铅垂方向不一致。
在本实施方式中，初始部件1的上端部被支撑部2把持，初始部件1的下端部a位于反应室9内。支撑部2例如具有把持初始部件1的夹具、和使夹具沿上下方向移动的移动机构。支撑部2能够使初始部件1一边旋转一边向上方移动。
燃烧器3配置在能够使烟尘6堆积于初始部件1的下端部a的位置。燃烧器3在制造装置10所具有的多个燃烧器3～5中位于最下方。另外，燃烧器3相对于铅垂方向及水平方向这两个方向倾斜。但是，燃烧器3的位置、姿态也可以适当变更。本实施方式中的燃烧器3是芯用燃烧器，发挥形成多孔玻璃体中作为芯的部分的作用。
燃烧器4、5配置在能够使烟尘堆积于初始部件1的周围的位置。另外，通过初始部件1向上方移动，燃烧器4、5能够使烟尘堆积在燃烧器3所形成的作为芯的烟尘6的周围。本实施方式中的燃烧器4、5是包层用燃烧器，发挥形成多孔玻璃体中作为包层的部分的作用。燃烧器4配置为比燃烧器3更靠上方，燃烧器5配置为比燃烧器4更靠上方。换言之，燃烧器3～5沿着初始部件1的长度方向空开间隔配置。燃烧器4、5沿着与初始部件1的长度方向大致正交的方向(即，大致水平方向)延伸。但是，燃烧器4、5的位置、姿态也可以适当变更。也可以将燃烧器4称为第一包层用燃烧器，将燃烧器5称为第二包层用燃烧器。
在此，如果各燃烧器3～5的燃烧开始点处的氢气浓度超过8％，则由于向氢气引火时的冲击，初始部件1容易产生变形、破裂等。因此，在对燃烧器3～5进行点火时，优选以使得各燃烧器3～5的燃烧开始点处的氢气浓度为8％以下的方式，来调整氢气的供给量等。“燃烧开始点”是指各燃烧器3～5的喷出口附近的点，并且是在因氢气燃烧而产生的火焰中最接近喷出口的点。对燃烧器3～5分别确定燃烧开始点。更详细而言，各燃烧器3～5的燃烧开始点根据从各自的喷出口喷出的氢气的流速及氢气的火焰传播速度来确定。氢气的流速越大，燃烧开始点距离喷出口就越远。为了抑制燃烧器3～5的故障，通常将氢气的流速设定为，使得燃烧开始点比燃烧器3～5的各喷出口更靠近初始部件1。
对于初始部件1的长度方向(在本实施方式中为铅垂方向)上的各燃烧器3～5的喷出口彼此之间的间隔而言，优选为0.01m以上0.4m以下。本申请发明人经过深入研究发现：通过使长度方向上的各燃烧器3～5之间的间隔为0.4m以下，从而能够使各燃烧器3～5的燃烧开始点处的氢气浓度为8％以下，并且能够在燃烧器之间进行引火。即，能够使燃烧器3的火焰向燃烧器4引火，因此不需要用于燃烧器4的点火机构。同样地，能够使燃烧器4的火焰向燃烧器5引火，因此不需要用于燃烧器5的点火机构。
这样，如果能够在燃烧器3～5之间进行引火，并且预先设置有用于最初进行点火的燃烧器3的点火机构，则可以不设置用于燃烧器4、5的点火机构。因此，在本实施方式中，仅在燃烧器3设置点火机构(未图示)，没有对燃烧器4、5设置点火机构。由此，能够简化反应室9内的结构。作为设置于燃烧器3的点火机构，例如能够采用火花塞、电热塞，但是也可以采用其他方式的点火机构。
制造装置10具备控制部(未图示)，该控制部对向各燃烧器3～5供给的各气体的流量、供给及停止的时刻、以及点火机构的工作时刻等进行控制。作为控制部，能够使用微控制器、IC(Integrated Circuit，集成电路)、LSI(Large-scale Integrated Circuit，大规模集成电路)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)等集成电路、NC(Numerical Control，数字控制)装置等。在使用NC装置等作为控制部的情况下，可以使用机器学习，也可以不使用。
接着，对采用制造装置10的多孔玻璃体的制造方法进行说明。另外，在以下的说明中，各气体的供给及停止的时刻、各气体的流量以及点火装置的工作时刻等可以由制造装置10的控制部进行控制。
在本实施方式中，在使玻璃微粒堆积于初始部件1之前，进行初始部件1的预加热(预加热工序)。通过进行预加热，能够抑制多孔玻璃体的破裂、烟尘脱落的发生。预加热能够通过在不向燃烧器3～5供给玻璃原料气体的状态下使氢气燃烧来执行。通过在即将开始玻璃微粒的堆积之前进行预加热，能够抑制加热后的初始部件1的表面温度降低。因此，可以在为了进行预加热而使氢气燃烧并经过规定的时间之后，直接开始向各燃烧器3～5供给玻璃原料气体。
对于预加热中的初始部件1表面的目标温度而言，优选为比初始部件1的该部位的玻璃微粒的堆积温度高100℃以上，且为1500℃以下。制造装置10也可以具备用于测量初始部件1的表面温度的非接触温度计。此外，也可以构成为，非接触温度计的测量结果被输入至控制部，控制部基于该输入来控制开始向各燃烧器3～5供给玻璃原料气体的时刻。
在对燃烧器3进行点火时，向燃烧器3供给氢气及惰性气体，使点火装置工作。优选点火时的燃烧器3的燃烧开始点处的氢气浓度为4％以上8％以下。如果氢气浓度小于4％，则有可能即使点火装置工作也不能点火。如果氢气浓度超过8％，则如上所述，初始部件1容易产生变形、破裂等。本申请发明人经过研究发现：通过将点火装置的工作时刻设定为从开始向燃烧器3供给氢气等起10秒以下，从而能够使点火时的燃烧器3的燃烧开始点处的氢浓度为8％以下。
在燃烧器3的点火完成之后，保持燃烧器4、5未点火的状态，向燃烧器3供给氧气，对初始部件1的下端部a进行预加热。当下端部a的表面温度上升至目标值后，开始向燃烧器3供给玻璃原料气体，开始向下端部a堆积玻璃微粒。在接近开始向燃烧器3供给玻璃原料气体的时刻，向燃烧器4供给氢气及惰性气体。由此，燃烧器3的火焰向燃烧器4引火，燃烧器4点火。在燃烧器4的点火完成后，向燃烧器4供给氧气，对初始部件1的外周部b进行预加热。在对外周部b进行预加热的期间，也使燃烧器3正常工作，持续向下端部a堆积玻璃微粒。在此时刻，燃烧器5也可以是未点火的状态。另外，在初始部件1中，与燃烧器4对置的部分是外周部b，与燃烧器5对置的部分是外周部c。
通过燃烧器4的预加热，当初始部件1的外周部b的表面温度上升至目标值，则开始向燃烧器4供给玻璃原料气体，开始向外周部b堆积玻璃微粒。在接近开始向燃烧器4供给玻璃原料气体的时刻，向燃烧器5供给氢气及惰性气体。由此，燃烧器4的火焰向燃烧器5引火，燃烧器5点火。在燃烧器5的点火完成后，向燃烧器5供给氧气，对初始部件1的外周部c进行预加热。在对外周部c进行预加热的期间，也使燃烧器4正常工作，持续向外周部b堆积玻璃微粒。
通过燃烧器5的预加热，当初始部件1的外周部c的表面温度上升至目标值，则开始向燃烧器5供给玻璃原料气体，开始向外周部c堆积玻璃微粒。由此，开始利用三个燃烧器3～5进行的玻璃微粒(烟尘)的堆积。为了最终得到希望形状的多孔玻璃体，可以使初始部件1向上方移动，在燃烧器3所堆积的烟尘上进一步通过燃烧器4、5堆积烟尘。
如上所述，在本实施方式的多孔玻璃体的制造方法中，使用了在初始部件1的长度方向上空开间隔配置的燃烧器3(第一燃烧器)及燃烧器4(第二燃烧器)。并且，对从燃烧器3喷出的氢气进行点火，使从燃烧器3喷出的玻璃原料气体发生反应，从而使玻璃微粒堆积于初始部件1，使燃烧器3的火焰向从燃烧器4喷出的氢气引火，从而对燃烧器4进行点火，使从燃烧器4喷出的玻璃原料气体发生反应，从而使玻璃微粒堆积于初始部件1。采用这样的制造方法，无需对燃烧器4设置点火机构。因此，能够减少在反应室9内配置的点火机构的数量，简化反应室9内的构造。由此，能够抑制如下情况，即：由于点火机构的存在而导致反应室9内的各种气体的流动紊乱，从而导致多孔玻璃体的品质降低。另外，由于减少了点火机构，从而也能够降低制造装置10的成本。
另外，可以是，根据从燃烧器4喷出的氢气的流速及氢气的火焰传播速度而确定的、燃烧器4的燃烧开始点处的氢浓度在4～8％的范围内。由于燃烧开始点处的氢浓度为4％以上，因此能够使燃烧器3的火焰更可靠地向燃烧器4引火。另外，由于燃烧开始点处的氢浓度为8％以下，因此能够抑制因点火时的冲击而在初始部件1产生变形、破裂。
另外，关于燃烧器3及燃烧器4，可以是，在铅垂方向上空开间隔配置，且铅垂方向上的燃烧器3的喷出口与燃烧器4的喷出口之间的间隔为0.4m以下。在这种情况下，能够使燃烧器4的燃烧开始点处的氢浓度为8％以下，并且使燃烧器3的火焰向燃烧器4引火。
以下，使用具体的试验例对上述实施方式进行说明。
(试验例1)
准备如图1所示的制造装置10。将燃烧器3及燃烧器4的喷出口彼此之间的铅垂方向上的距离设为0.2m。将燃烧器4及燃烧器5的喷出口彼此之间的铅垂方向上的距离设为0.1m。将燃烧器4、5的喷出口与初始部件1之间的距离(水平方向的间隔)设为0.1m。在使点火机构工作而对燃烧器3进行点火之后，开始向燃烧器4供给氢气，以使得燃烧器4的燃烧开始点处的氢气浓度为2％。在此条件下，对于燃烧器4是否自动地点火(即，燃烧器3的火焰是否向燃烧器4引火)进行10次试验。其结果为，从开始向燃烧器4供给氢气起在10秒以内燃烧器4进行了点火的情况在10次试验中为2次。未见由于向燃烧器4引火时的冲击而引起的燃烧器4、初始部件1的变形、破损。
(试验例2)
准备与实施例1同样的制造装置10。在使点火机构工作而对燃烧器3进行点火之后，开始向燃烧器4供给氢气，以使得燃烧器4的燃烧开始点处的氢气浓度为3％。在此条件下，对于燃烧器4是否自动地点火(即，燃烧器3的火焰是否向燃烧器4引火)进行10次试验。其结果为，从开始向燃烧器4供给氢气起在10秒以内燃烧器4进行了点火的情况在10次试验中为8次。未见由于向燃烧器4引火时的冲击而引起的燃烧器4、初始部件1的变形、破损。
(试验例3)
准备与实施例1同样的制造装置10。在使点火机构工作而对燃烧器3进行点火之后，开始向燃烧器4供给氢气，以使得燃烧器4的燃烧开始点处的氢气浓度为4％。在此条件下，对于燃烧器4是否自动地点火(即，燃烧器3的火焰是否向燃烧器4引火)进行10次试验。其结果为，在全部10次试验中，都是从开始向燃烧器4供给氢气起在10秒以内燃烧器4进行了点火。未见由于向燃烧器4引火时的冲击而引起的燃烧器4、初始部件1的变形、破损。
如上所述，确认了如果燃烧器4的燃烧开始点处的氢气浓度为4％以上，则能够使燃烧器3的火焰向燃烧器4引火。
此外，本发明的技术范围不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明主旨的范围内施加各种变更。
例如，在上述实施方式中，初始部件1的长度方向与铅垂方向一致。然而也可以是，初始部件1的长度方向与铅垂方向不一致，例如也可以与水平方向一致。此外，也可以利用支撑部2对初始部件1的长度方向上的两端部进行支撑。
另外，在初始部件1的长度方向与铅垂方向一致的情况下，由于重力的影响而容易使热、火焰从燃烧器3向燃烧器4传递来进行引火。在初始部件1的长度方向与水平方向一致的情况下，例如能够将反应室9内的气流调整为从燃烧器3朝向燃烧器4，容易从燃烧器3向燃烧器4引火。反应室9内的气流能够根据排气口8的位置、向反应室9供给氛围气体的供气口的位置等来进行调整。
另外，在上述实施方式中，通过各燃烧器3～5开始预加热的时刻不相同。即，在开始燃烧器3的预加热并经过规定的时间后开始燃烧器4的预加热。但是，也可以同时开始燃烧器3～5的预加热。
此外，在不脱离本发明主旨的范围内，能够适当地将上述实施方式中的构成要素置换为公知的构成要素，另外，也可以对上述的实施方式、变形例适当地进行组合。
Claims (3)
1.一种多孔玻璃体的制造方法，
使用在初始部件的长度方向上空开间隔配置的第一燃烧器及第二燃烧器，
对从所述第一燃烧器喷出的氢气进行点火，使从所述第一燃烧器喷出的玻璃原料气体发生反应，从而使玻璃微粒堆积于所述初始部件，
使所述第一燃烧器的火焰向从所述第二燃烧器喷出的氢气引火，从而对所述第二燃烧器进行点火，使从所述第二燃烧器喷出的玻璃原料气体发生反应，从而使玻璃微粒堆积于所述初始部件。
2.根据权利要求1所述的多孔玻璃体的制造方法，其特征在于，
根据从所述第二燃烧器喷出的氢气的流速及氢气的火焰传播速度而确定的、所述第二燃烧器的燃烧开始点处的氢浓度为4～8％。
3.根据权利要求1或2所述的多孔玻璃体的制造方法，其特征在于，
所述第一燃烧器及所述第二燃烧器在铅垂方向上空开间隔配置，所述铅垂方向上的所述第一燃烧器的喷出口与所述第二燃烧器的喷出口之间的间隔为0.4m以内。
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| CN202210488477.3A Active CN115403264B (zh) | 2021-05-27 | 2022-05-06 | 多孔玻璃体的制造方法 |
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| CN (1) | CN115403264B (zh) |
Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH02212327A (ja) * | 1989-02-10 | 1990-08-23 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 光ファイバープリフォーム母材の製造方法 |
| JPH06279044A (ja) * | 1993-03-29 | 1994-10-04 | Fujikura Ltd | 光ファイバ母材の製造方法 |
| JP2001048550A (ja) * | 1999-07-30 | 2001-02-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多孔質ガラス母材の製造装置及び方法 |
| JP2005035813A (ja) * | 2003-07-16 | 2005-02-10 | Fujikura Ltd | 光ファイバ母材の製造方法 |
-
2021
- 2021-05-27 JP JP2021088954A patent/JP2022181791A/ja active Pending
-
2022
- 2022-05-06 CN CN202210488477.3A patent/CN115403264B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02212327A (ja) * | 1989-02-10 | 1990-08-23 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 光ファイバープリフォーム母材の製造方法 |
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| JP2005035813A (ja) * | 2003-07-16 | 2005-02-10 | Fujikura Ltd | 光ファイバ母材の製造方法 |
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