光纖用多孔質玻璃母材的製造方法以及玻璃母材的製作方法
2023-04-29 05:42:41 1
專利名稱：光纖用多孔質玻璃母材的製造方法以及玻璃母材的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使通過對玻璃原料進行火焰水解(flame hydrolysis)而生成的玻璃微粒子堆積在出發部件上後製造多孔質玻璃母材的方法，特別涉及一種提高玻璃微粒子的堆積效率的光纖(fiber optic)用多孔質玻璃母材的製造方法以及玻璃母材。此外，本申請案與下述的日本專利申請案相關聯。關於因參照文獻而允許編入的指定國，根據下述申請案中記載的內容而編入本申請案中，作為本申請案記載的一部分。
日本專利特願2004-060499；申請日2004年3月4日背景技術合成石英玻璃被用於光纖、掩模基板、或透鏡等各種用途，廣泛採用VAD法作為合成石英玻璃的製造方法。VAD法是如下的方法，使SiCl4等玻璃原料在燃燒器(burner)的火焰中火焰水解，使所生成的玻璃微粒子堆積在旋轉且以固定速度上升的出發部件上後，製作多孔質玻璃母材，將該多孔質玻璃母材在高溫下進行脫水、透明玻璃化後，獲得合成石英玻璃。
VAD法除了是以預先準備的玻璃棒作為出發部件，並使玻璃微粒子堆積在其周圍後合成外周部的方法外，也可以同時合成相當於所述出發部件的中心部與外周部。由火焰水解所生成的玻璃微粒子與火焰流一併被噴射到出發部件的堆積面上，並附著、堆積在該堆積面上，但其一部分(根據條件，約為5成)未被堆積，與廢氣一併被排出系統外。
通常，根據VAD法所合成的光纖用多孔質玻璃母材具有如圖1所示的形狀，從中心依次形成核心部(a)、第1包層部(b)、第2包層部(c)。在此場合，各堆積層的直徑單調增大(參照專利文獻1)。
對於多孔質玻璃母材，如圖2所示，首先，利用核心部堆積用燃燒器1形成作為核心部的中心棒2，利用第1包層部堆積用燃燒器3，在中心棒2上堆積第1包層部，然後利用第2包層部堆積用燃燒器4，在第1包層部上堆積第2包層部，形成多孔質玻璃母材。
如影線所示，第1包層部堆積用燃燒器3的玻璃微粒子流5在碰到中心部2後，被分為左右並上升，其後離開表面，最終被排出系統外。此時，未被堆積的未附著的玻璃微粒子(菸灰)，大部分與廢氣一併被排出系統外，但其一部分附著、堆積在反應容器的內壁上。
專利文獻1日本專利特開2000-63141號公報合成石英玻璃被用於各種用途，但近年來，對於面向光纖用的合成石英玻璃而言，大型化的要求特別強烈，隨之，未附著的菸灰量也增大，因此使原料成本增加。此外，如果堆積面上的玻璃微粒子的附著率較低，則未附著的菸灰附著、堆積在反應容器的內壁上，這造成如果剝落物附著在堆積面上，則在產品中產生氣泡，因此使成品率降低。
為此，尋求可更高效地使所生成的玻璃微粒子附著於堆積面的方法。
發明內容
本發明提供一種可提高堆積面上的玻璃微粒子的附著率，減少漂浮在反應容器內的菸灰，並防止在產品中產生氣泡的多孔質玻璃母材的製造方法以及玻璃母材。
本發明者等人經過專心研究，已解決所述問題，即，本發明的多孔質玻璃母材的製造方法的特徵在於當使玻璃原料在氧氫焰(oxyhydrogenflame)中火焰水解，並使所生成的玻璃微粒子堆積並製造多孔質玻璃母材時，配合玻璃微粒子的堆積，使中心棒以大致固定的速度上升，並從斜下方向玻璃微粒子堆積面噴射包含由堆積用燃燒器合成的玻璃微粒子的火焰流，其後使所述火焰流繞過所述中心棒併到達堆積用燃燒器的相反側，由此堆積玻璃微粒子。由此，因與堆積面的接觸時間增加，所以可提高玻璃粒子的附著率。在此場合，也可通過噴射火焰流，在堆積體的堆積下表面上形成凹部，而堆積玻璃微粒子。
也可對中心棒使用由多孔質玻璃構成的材料，或者使用由透明玻璃材料構成的材料，更好的是使用由石英玻璃材料構成的材料，其中所述多孔質玻璃材料是使用與堆積用燃燒器不同的燃燒器在軸方向上堆積玻璃微粒子後，使玻璃微粒子成長而成的。石英玻璃材料可以在直徑方向上均勻地包含摻雜物或者部分包含摻雜物。
優選的是，通過供給到堆積用燃燒器的玻璃原料的流量而調整形成於堆積下表面的凹部的形狀，但也可通過供給到堆積用燃燒器的燃燒氣體或者助燃氣體的流量而調整所述凹部的形狀。再者，優選的是，將堆積用燃燒器設置為相對於垂直配設的中心棒成30度～50度。對以此種方式製造的多孔質玻璃母材進行脫水、燒結後，使之透明玻璃化，由此可獲得光學特性優良的玻璃母材。
對以此種方式獲得的多孔質玻璃母材進行脫水、燒結、並使之透明玻璃化，由此可以低成本製造例如可較適用作光纖用玻璃母材的光學特性優良的石英玻璃。
圖1(A)以及圖1(B)均為表示通過VAD法所合成的多孔質玻璃母材的輪廓的圖，其中各堆積層均在其直徑方向上單調增大。
圖2為表示現有的玻璃微粒子的堆積情況的概略圖。
圖3為表示本發明的玻璃微粒子的堆積情況的概略圖。
1核心部堆積用燃燒器2中心棒(核心部)3第1包層部堆積用燃燒器4第2包層部堆積用燃燒器5玻璃微粒子流6凹部(a)核心部(b)第1包層部(c)第2包層部具體實施方式
以下，根據發明的實施形態說明本發明，但以下的實施形態並不對申請專利範圍中的發明進行限定，並且實施形態中所說明的所有特徵的組合，並非在發明內容中所必須。
本發明者等人發現除提高玻璃原料的流量、燃燒器火焰的流速、堆積面的溫度等外，存在提高玻璃微粒子的附著率的方法，通過將堆積面調整為適合堆積的形狀，具體而言，通過在堆積體的堆積下表面形成凹部後進行堆積，而達成課題。
根據圖1、2明確可知，堆積中的多孔質玻璃母材的下部主要是通過第1包層部堆積用燃燒器3形成的。該第1包層部堆積用燃燒器除用於形成第1包層部外，也通過加熱核心部的側面而調整折射率的分布，因此，與其他堆積用燃燒器相比，玻璃微粒子的附著率較低。
本發明是為改善所述情況開發而成的，可通過在堆積體的堆積下表面形成凹部而提高從第1包層部堆積用燃燒器3噴射出的玻璃微粒子的附著率，而且也可通過增大第1包層部的外徑而提高第2包層部的附著率，並減少漂浮在反應容器內的剩餘的菸灰。
使用圖3進一步進行詳細說明。首先，通過核心部堆積用燃燒器1形成中心棒2，在其周圍，通過第1包層部堆積用燃燒器3(以下，簡單稱作燃燒器3)形成第1包層部。在第1包層部的堆積下表面，以包圍中心棒2的方式形成凹部6。可通過供給到燃燒器3的氣體流量而調整該凹部6的形狀。再者，以與中心棒2構成角度30度～50度的方式設置燃燒器3。當該角度未滿30度時，附著率變低，而如果超過50度，則難以形成凹部6，因此較不理想。
由燃燒器3生成的玻璃微粒子流5，如影線所示，碰到中心部2後被分為左右兩部分，其後通過由凹部6形成的凹溝，繞至中心棒2的相反側，再次合流之後離開堆積面。因此，由於玻璃微粒子流5通過凹部6的的凹溝，所以與堆積面的接觸時間增加，從而玻璃微粒子的附著率變高。
由於凹部6的形狀依賴於玻璃微粒子流5所碰到的中心棒2的粗細，被供給到燃燒器3的原料氣體或燃燒氣體等的流量、速度，還依賴於燃燒器3的口徑等，所以對於凹部6的形狀調整不可一概而論，與通常相比，優選且特別有效的是，在增加玻璃原料氣體流量的方向上，對凹部6的形狀進行調整。
此外，圖3的示例是以一根燃燒器3形成第1包層部，但也可配置多根燃燒器3後形成第1包層部。而且，在核心堆積用燃燒器1上同時形成作為核心部的中心棒2，但也可將預先準備的石英玻璃棒等用作中心棒2。
實施例實施例1將向燃燒器供給的氣體量設為H212L/min、O214L/min、Ar2L/min，將氣體原料(SiCl4)設為多於通常，即設為0.8L/min。將燃燒器設置為相對於由直徑30mm的透明石英玻璃構成的中心棒成45°且向上，其後使中心棒旋轉並以0.8mm/min的速度上升，使玻璃微粒子堆積在中心棒的周圍，從而合成多孔質玻璃母材。
堆積時，在堆積體的堆積下表面上，在中心棒的周圍，將凹部(凹溝)形成為通路狀，燃燒器火焰流通過該凹溝而進行流動，因此玻璃微粒子的附著率極高，達到87％。
比較例1當除將玻璃原料(SiCl4)的供給量設為通常的0.45L/min以外，全部以與實施例1相同的條件進行堆積時，無法在堆積體上形成凹部，且其直徑在多孔質玻璃母材的長度方向上單調增大。此外，玻璃微粒子的附著率為62％。
根據本發明的多孔質玻璃母材的製造方法，可提高玻璃微粒子的附著率，因此有助於減少光纖的成本。
權利要求
1.一種多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵在於當使玻璃原料在氧氫焰中火焰水解，並使所生成的玻璃微粒子堆積並製造多孔質玻璃母材時，配合玻璃微粒子的堆積，使中心棒以大致固定的速度上升，並從斜下方向玻璃微粒子堆積面噴射包含由堆積用燃燒器合成的玻璃微粒子的火焰流，其後使所述火焰流繞過所述中心棒併到達堆積用燃燒器的相反側，由此堆積玻璃微粒子。
2.如權利要求1所述的多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵在於噴射所述火焰流，在所述堆積體的堆積下表面上形成凹部，由此堆積所述玻璃微粒子。
3.如權利要求1或2所述的多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵在於所述中心棒為多孔質玻璃材料，所述多孔質玻璃材料是使用與所述堆積用燃燒器不同的燃燒器在軸方向上堆積玻璃微粒子，並使玻璃微粒子成長而成。
4.如權利要求1至3所述的多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵在於所述中心棒為透明玻璃材料。
5.如權利要求4所述的多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵在於所述透明玻璃材料為石英玻璃材料，且在直徑方向上均勻地包含摻雜物或者部分包含摻雜物。
6.如權利要求2至5中任一項所述的多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵在於通過供給到所述堆積用燃燒器的玻璃原料的流量，調整在所述堆積下表面上形成的凹部的形狀。
7.如權利要求2至6中任一項所述的多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵在於通過供給到所述堆積用燃燒器的燃燒氣體或者助燃氣體的流量，調整在所述堆積下表面上形成的凹部的形狀。
8.如權利要求1至7中任一項所述的多孔質玻璃母材的製造方法，其特徵在於將所述堆積用燃燒器設置為相對於垂直配設的中心棒成30度～50度。
9.一種玻璃母材，其特徵在於對使用如權利要求1至8中任一項所述的製造方法製造的多孔質玻璃母材進行脫水、燒結後，使之透明玻璃化而成。
全文摘要
本發明提供一種多孔質玻璃母材的製造方法以及玻璃母材，可提高堆積面上的玻璃微粒子的附著率，減少漂浮在反應容器內的菸灰，並防止在產品中產生氣泡。本發明的特徵在於，當使玻璃原料在氧氫焰中火焰水解，並使所生成的玻璃微粒子堆積並製造多孔質玻璃母材時，配合玻璃微粒子的堆積，使中心棒以大致固定的速度上升，並從斜下方向玻璃微粒子堆積面噴射包含由堆積用燃燒器合成的玻璃微粒子的火焰流，以在堆積體的堆積下表面上形成凹部並進行堆積。
文檔編號C03B37/012GK1946640SQ20058001247
公開日2007年4月11日 申請日期2005年2月23日 優先權日2004年3月4日
發明者乙坂哲也, 井上大 申請人:信越化學工業株式會社