CN1946640A - 光纤用多孔质玻璃母材的制造方法以及玻璃母材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多孔质玻璃母材的制造方法以及玻璃母材，可提高堆积面上的玻璃微粒子的附着率，减少漂浮在反应容器内的烟灰，并防止在产品中产生气泡。本发明的特征在于，当使玻璃原料在氧氢焰中火焰水解，并使所生成的玻璃微粒子堆积并制造多孔质玻璃母材时，配合玻璃微粒子的堆积，使中心棒以大致固定的速度上升，并从斜下方向玻璃微粒子堆积面喷射包含由堆积用燃烧器合成的玻璃微粒子的火焰流，以在堆积体的堆积下表面上形成凹部并进行堆积。

Description

光纤用多孔质玻璃母材的制造方法以及玻璃母材
技术领域
本发明涉及一种使通过对玻璃原料进行火焰水解(flame hydrolysis)而生成的玻璃微粒子堆积在出发部件上后制造多孔质玻璃母材的方法，特别涉及一种提高玻璃微粒子的堆积效率的光纤(fiber optic)用多孔质玻璃母材的制造方法以及玻璃母材。此外，本申请案与下述的日本专利申请案相关联。关于因参照文献而允许编入的指定国，根据下述申请案中记载的内容而编入本申请案中，作为本申请案记载的一部分。
日本专利特愿：2004-060499；申请日：2004年3月4日
背景技术
合成石英玻璃被用于光纤、掩模基板、或透镜等各种用途，广泛采用VAD法作为合成石英玻璃的制造方法。VAD法是如下的方法，使SiCl4等玻璃原料在燃烧器(burner)的火焰中火焰水解，使所生成的玻璃微粒子堆积在旋转且以固定速度上升的出发部件上后，制作多孔质玻璃母材，将该多孔质玻璃母材在高温下进行脱水、透明玻璃化后，获得合成石英玻璃。
VAD法除了是以预先准备的玻璃棒作为出发部件，并使玻璃微粒子堆积在其周围后合成外周部的方法外，也可以同时合成相当于所述出发部件的中心部与外周部。由火焰水解所生成的玻璃微粒子与火焰流一并被喷射到出发部件的堆积面上，并附着、堆积在该堆积面上，但其一部分(根据条件，约为5成)未被堆积，与废气一并被排出系统外。
通常，根据VAD法所合成的光纤用多孔质玻璃母材具有如图1所示的形状，从中心依次形成核心部(a)、第1包层部(b)、第2包层部(c)。在此场合，各堆积层的直径单调增大(参照专利文献1)。
对于多孔质玻璃母材，如图2所示，首先，利用核心部堆积用燃烧器1形成作为核心部的中心棒2，利用第1包层部堆积用燃烧器3，在中心棒2上堆积第1包层部，然后利用第2包层部堆积用燃烧器4，在第1包层部上堆积第2包层部，形成多孔质玻璃母材。
如影线所示，第1包层部堆积用燃烧器3的玻璃微粒子流5在碰到中心部2后，被分为左右并上升，其后离开表面，最终被排出系统外。此时，未被堆积的未附着的玻璃微粒子(烟灰)，大部分与废气一并被排出系统外，但其一部分附着、堆积在反应容器的内壁上。
专利文献1：日本专利特开2000-63141号公报
合成石英玻璃被用于各种用途，但近年来，对于面向光纤用的合成石英玻璃而言，大型化的要求特别强烈，随之，未附着的烟灰量也增大，因此使原料成本增加。此外，如果堆积面上的玻璃微粒子的附着率较低，则未附着的烟灰附着、堆积在反应容器的内壁上，这造成如果剥落物附着在堆积面上，则在产品中产生气泡，因此使成品率降低。
为此，寻求可更高效地使所生成的玻璃微粒子附着于堆积面的方法。
发明内容
本发明提供一种可提高堆积面上的玻璃微粒子的附着率，减少漂浮在反应容器内的烟灰，并防止在产品中产生气泡的多孔质玻璃母材的制造方法以及玻璃母材。
本发明者等人经过专心研究，已解决所述问题，即，本发明的多孔质玻璃母材的制造方法的特征在于：当使玻璃原料在氧氢焰(oxyhydrogenflame)中火焰水解，并使所生成的玻璃微粒子堆积并制造多孔质玻璃母材时，配合玻璃微粒子的堆积，使中心棒以大致固定的速度上升，并从斜下方向玻璃微粒子堆积面喷射包含由堆积用燃烧器合成的玻璃微粒子的火焰流，其后使所述火焰流绕过所述中心棒并到达堆积用燃烧器的相反侧，由此堆积玻璃微粒子。由此，因与堆积面的接触时间增加，所以可提高玻璃粒子的附着率。在此场合，也可通过喷射火焰流，在堆积体的堆积下表面上形成凹部，而堆积玻璃微粒子。
也可对中心棒使用由多孔质玻璃构成的材料，或者使用由透明玻璃材料构成的材料，更好的是使用由石英玻璃材料构成的材料，其中所述多孔质玻璃材料是使用与堆积用燃烧器不同的燃烧器在轴方向上堆积玻璃微粒子后，使玻璃微粒子成长而成的。石英玻璃材料可以在直径方向上均匀地包含掺杂物或者部分包含掺杂物。
优选的是，通过供给到堆积用燃烧器的玻璃原料的流量而调整形成于堆积下表面的凹部的形状，但也可通过供给到堆积用燃烧器的燃烧气体或者助燃气体的流量而调整所述凹部的形状。再者，优选的是，将堆积用燃烧器设置为相对于垂直配设的中心棒成30度～50度。对以此种方式制造的多孔质玻璃母材进行脱水、烧结后，使之透明玻璃化，由此可获得光学特性优良的玻璃母材。
对以此种方式获得的多孔质玻璃母材进行脱水、烧结、并使之透明玻璃化，由此可以低成本制造例如可较适用作光纤用玻璃母材的光学特性优良的石英玻璃。
附图说明
图1(A)以及图1(B)均为表示通过VAD法所合成的多孔质玻璃母材的轮廓的图，其中各堆积层均在其直径方向上单调增大。
图2为表示现有的玻璃微粒子的堆积情况的概略图。
图3为表示本发明的玻璃微粒子的堆积情况的概略图。
1：核心部堆积用燃烧器
2：中心棒(核心部)
3：第1包层部堆积用燃烧器
4：第2包层部堆积用燃烧器
5：玻璃微粒子流
6：凹部
(a)：核心部
(b)：第1包层部
(c)：第2包层部
具体实施方式
以下，根据发明的实施形态说明本发明，但以下的实施形态并不对申请专利范围中的发明进行限定，并且实施形态中所说明的所有特征的组合，并非在发明内容中所必须。
本发明者等人发现除提高玻璃原料的流量、燃烧器火焰的流速、堆积面的温度等外，存在提高玻璃微粒子的附着率的方法，通过将堆积面调整为适合堆积的形状，具体而言，通过在堆积体的堆积下表面形成凹部后进行堆积，而达成课题。
根据图1、2明确可知，堆积中的多孔质玻璃母材的下部主要是通过第1包层部堆积用燃烧器3形成的。该第1包层部堆积用燃烧器除用于形成第1包层部外，也通过加热核心部的侧面而调整折射率的分布，因此，与其他堆积用燃烧器相比，玻璃微粒子的附着率较低。
本发明是为改善所述情况开发而成的，可通过在堆积体的堆积下表面形成凹部而提高从第1包层部堆积用燃烧器3喷射出的玻璃微粒子的附着率，而且也可通过增大第1包层部的外径而提高第2包层部的附着率，并减少漂浮在反应容器内的剩余的烟灰。
使用图3进一步进行详细说明。首先，通过核心部堆积用燃烧器1形成中心棒2，在其周围，通过第1包层部堆积用燃烧器3(以下，简单称作燃烧器3)形成第1包层部。在第1包层部的堆积下表面，以包围中心棒2的方式形成凹部6。可通过供给到燃烧器3的气体流量而调整该凹部6的形状。再者，以与中心棒2构成角度30度～50度的方式设置燃烧器3。当该角度未满30度时，附着率变低，而如果超过50度，则难以形成凹部6，因此较不理想。
由燃烧器3生成的玻璃微粒子流5，如影线所示，碰到中心部2后被分为左右两部分，其后通过由凹部6形成的凹沟，绕至中心棒2的相反侧，再次合流之后离开堆积面。因此，由于玻璃微粒子流5通过凹部6的的凹沟，所以与堆积面的接触时间增加，从而玻璃微粒子的附着率变高。
由于凹部6的形状依赖于玻璃微粒子流5所碰到的中心棒2的粗细，被供给到燃烧器3的原料气体或燃烧气体等的流量、速度，还依赖于燃烧器3的口径等，所以对于凹部6的形状调整不可一概而论，与通常相比，优选且特别有效的是，在增加玻璃原料气体流量的方向上，对凹部6的形状进行调整。
此外，图3的示例是以一根燃烧器3形成第1包层部，但也可配置多根燃烧器3后形成第1包层部。而且，在核心堆积用燃烧器1上同时形成作为核心部的中心棒2，但也可将预先准备的石英玻璃棒等用作中心棒2。
实施例
实施例1
将向燃烧器供给的气体量设为H2：12L/min、O2：14L/min、Ar：2L/min，将气体原料(SiCl4)设为多于通常，即设为0.8L/min。将燃烧器设置为相对于由直径30mm的透明石英玻璃构成的中心棒成45°且向上，其后使中心棒旋转并以0.8mm/min的速度上升，使玻璃微粒子堆积在中心棒的周围，从而合成多孔质玻璃母材。
堆积时，在堆积体的堆积下表面上，在中心棒的周围，将凹部(凹沟)形成为通路状，燃烧器火焰流通过该凹沟而进行流动，因此玻璃微粒子的附着率极高，达到87％。
比较例1
当除将玻璃原料(SiCl4)的供给量设为通常的0.45L/min以外，全部以与实施例1相同的条件进行堆积时，无法在堆积体上形成凹部，且其直径在多孔质玻璃母材的长度方向上单调增大。此外，玻璃微粒子的附着率为62％。
根据本发明的多孔质玻璃母材的制造方法，可提高玻璃微粒子的附着率，因此有助于减少光纤的成本。

Claims (9)

1、一种多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于：
当使玻璃原料在氧氢焰中火焰水解，并使所生成的玻璃微粒子堆积并制造多孔质玻璃母材时，配合玻璃微粒子的堆积，使中心棒以大致固定的速度上升，并从斜下方向玻璃微粒子堆积面喷射包含由堆积用燃烧器合成的玻璃微粒子的火焰流，其后使所述火焰流绕过所述中心棒并到达堆积用燃烧器的相反侧，由此堆积玻璃微粒子。
2、如权利要求1所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于：喷射所述火焰流，在所述堆积体的堆积下表面上形成凹部，由此堆积所述玻璃微粒子。
3、如权利要求1或2所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于：所述中心棒为多孔质玻璃材料，所述多孔质玻璃材料是使用与所述堆积用燃烧器不同的燃烧器在轴方向上堆积玻璃微粒子，并使玻璃微粒子成长而成。
4、如权利要求1至3所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于：所述中心棒为透明玻璃材料。
5、如权利要求4所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于：所述透明玻璃材料为石英玻璃材料，且在直径方向上均匀地包含掺杂物或者部分包含掺杂物。
6、如权利要求2至5中任一项所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于：通过供给到所述堆积用燃烧器的玻璃原料的流量，调整在所述堆积下表面上形成的凹部的形状。
7、如权利要求2至6中任一项所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于：通过供给到所述堆积用燃烧器的燃烧气体或者助燃气体的流量，调整在所述堆积下表面上形成的凹部的形状。
8、如权利要求1至7中任一项所述的多孔质玻璃母材的制造方法，其特征在于：将所述堆积用燃烧器设置为相对于垂直配设的中心棒成30度～50度。
9、一种玻璃母材，其特征在于：对使用如权利要求1至8中任一项所述的制造方法制造的多孔质玻璃母材进行脱水、烧结后，使之透明玻璃化而成。
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