专利名称：光纤母材的制造方法及制造装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于利用VAD法(Vapor—phase Axial Deposition,專由向气 相沉积法)的光纤母材的制造，是关于一种能够稳定地供给高品质的光纤 母材的光纤母材制造方法及装置。
另外，对认可利用参考文献的组入的指定国，将下述专利申请的说明 书所记述的内容借由参照而组入到本发明中，以作为本说明书的记述的一 部分。
曰本专利的申请号特愿2005 - 005550号；申请日2005年1月12
曰
背景技术：
作为光纤母材的制造方法之一，已知有一种VAD法。在该VAD法中，是 例如将由反应室内设置的灰质核心(soot core)堆积用燃烧室及纤壳(clad) 堆积用燃烧室所生成的玻璃微粒子，在 一 面进行旋转 一 面上升的的旋转轴 上所安装的初始构件(starting member)的顶端进行堆积，以制造含有灰质 核心层及纤壳层的多孔质母材。另，所得到的多孔质母材在此后被脱水、透 明玻璃化，以形成光纤母材。
在上述的制造方法中，最好是使灰质核心的顶端位置在堆积中成为一 定，以稳定所得到的光纤母材的特性。因此，通常是逐次调整上升速度或原 料气体的流量，以对灰质核心的顶端位置进行检测并使其位置成为一定。 另外，即使在这种情况下，最好也尽可能地将该情况所造成的上升速度或 原料气体的流量变动抑制成较小。
为了将灰质核心的顶端位置保持一定，首先需要不断地正确把握顶端 位置。在对顶端位置进行4企测的方法中，有一种如专利文献1或专利文献2 所述的，借由照相机取得堆积中的图像，并对该图像进行图像处理而决定 顶端位置的方法。但是，该图像处理的解析度依存于照相机的扫描线数。 而且，因为图像处理为一种利用电脑等的数位式处理，所以所;险测到的顶 端位置必然为非连续的，即，成为离散的值。
专利文献l:日本专利特开昭53 - 87245号公报
专利文献2:日本专利特开昭60 - 122736号公报
在上述的检测方法中，对离散的值即一个顶端位置P的值，当使其到 达邻接的下一顶端位置的间隔为d时，对顶端位置P的值处于±d/2间的顶 端位置都被4佥测为顶端位置P。因此，存在着即使在间隔d的范围内顶端位
置上升或下降，在检测到该顶端位置变化为止也需要时间(时间滞后)的 问题。
另外，在对被检测到"移动"的顶端位置的控制量过大的情况下，在 进行再次调整之前所需要的时间增长。因此，存在着结果会招致大的速度 变动的问题。
发明内容
为解决上述课题，本发明的第1形态提供一种光纤母材的制造方法，为
一种利用VAD法的光纤母材的制造方法，包括利用离散的值对灰质核心的 顶端位置进行检测的检测程序、将所检测的顶端位置的值以预先确定的时 间进行平均化的平均化程序、对灰质核心的制造条件进行调整以使被平均 化的顶端位置的值成为一定的调整程序；其特征在于在调整程序中对制 造条件进行逐次调整，以使平均化了的顶端位置的值，与预先被离散地检 测而得到的相邻的2个顶端位置的值之间所设定的目标位置的值之差成为 零。借此，在玻璃孩克粒的堆积中，不断地对灰质核心的顶端位置正确地进行 检测，并调整与目标位置的差的上升速度及/或向燃烧室的原料流量，从而 可使灰质核心的顶端位置保持一定，并可使光纤母材的特性稳定。此处，借 由将灰质核心顶端位置的管理目标值设定在连续的离散值之间，可使顶端 位置总是以一定的比例作为2个离散值中的某一个而被检测出，并被推测 为经常实行了细致调整的结果。
而且，作为一个实施形态，在上述制造方法的调整程序中，目标位置的 值在以离散方式检测所得到的相邻2值的间隔为1时，形成相当于0. 4 ~ 0. 6 的内分点。借此，对灰质核心的顶端位置，总是可以一定的比例以作为2 个离散的值中的某一个而被检测出，并可经常地进行细致的调整。因此，虽 然细小的变动经常存在，但结果连顶端位置的很小的变化也进行检测，并 迅速地进行适当的调整，不会产生大的变动。
另外，目标位置即使以连续离散值的间隔的1/20左右这种很小的量来 进行偏离，也可得到相同的效果。但是，效果特别显著的是，目标位置的 值在2个相邻的离散值0. 4 ~ 0. 6的内分点内的情况。当顶端位置在该范围 时，可利用很小的速度的变更来调整顶端位置，并根据情况，从灰质堆积 体的旋转或堆积时所使用的火焰的光亮所形成的图像的晃动而以适当的比 例，使顶端位置作为2个离散的值而分别被检测，所以利用虽然小但不为 零的速度调整，就可在极其狭窄的范围内控制顶端位置。
另外，作为另一实施形态，在上述制造方法的调整程序中，进行调整 的制造条件可为灰质核心的上升速度及为了灰质堆积而供给的原料气体的 流量中的至少其中之一。借此，可利用对灰质核心的上升速度进行调整的
上升速度控制装置、对所供给的原料气体流量进行调整的质量流控制器等 既存的设备，以有效地控制灰质核心的顶端位置。
而且，本发明的第2形态提供一种光纤母材的制造装置，为一种利用
VAD法的光纤母材的制造装置，其特征在于，包括对灰质核心的顶端位置 进行拍照的CCD照相机、将所拍摄的图像进行数位化处理并以离散的值来 检测灰质核心的顶端位置的图像处理装置、将离散的值转换为类比信号并 以预先所确定的时间来进行平均化的PID控制器、为了使平均化了的顶端 位置的值和预先以离散方式检测而得到的相邻的2个位置之间所设定的目 标位置的值之差成为零，而对制造条件进行逐次调整的控制调整装置。借 此，在光纤母材的制造装置中，借由在玻璃微粒的堆积中，经常对灰质核 心的顶端位置正确地进行检测，并调整与目标位置的差的上升速度及/或向 燃烧室的原料流量，从而可使灰质核心的顶端位置保持一定，并可使光纤 母材的特性稳定。
而且，作为一个实施形态，在上述制造装置中，控制调整装置可为对 灰质核心的上升速度进行调整的上升速度控制装置及对所供给的原料气体 的流量借由质量流控制器(mass flow control ler)来进行控制的质量流控 制器装置中的至少一个。借此，可利用既存的设备来对灰质核心的顶端位 置有效地进行控制。
但是，上述发明的概要并未列举本发明的必要特征的全部。这些特征 群的子(sub)组合也可又形成发明。
利用本发明，借由在玻璃微粒的堆积中，经常对灰质核心的顶端位置 正确地进行检测，并调整与目标位置的差的上升速度及/或向燃烧室的原料 流量，从而可使灰质核心的顶端位置保持一定，并可使光纤母材的特性稳 定。
图1所示为利用实施例1的灰质核心顶端位置的控制系统的概略说明图。
图2所示为利用实施例2的灰质核心顶端位置的控制系统的概略说明图。
图3所示为利用实施例1的灰质核心顶端位置的控制状态的图解。 图4所示为利用比较例1的灰质核心顶端位置的控制状态的图解。 主要元件符号说明
1:籽棒 2:光纤母材
3:灰质核心的顶端位置 4:悬吊机构 6: CCD照相机 7:图像处理装置8: PID控制器
具体实施例方式
下面依照发明的实施形态对本发明进行说明。但是以下的实施形态并 未对关于申请专利范围的发明进行限定。而且，实施形态中所说明的特征 的组合的全部也未必限于发明的解决方案所必需的。 (实施例1)
利用VAD法，在旋转并被提起的籽棒(seed rod) 1的顶端，堆积着将四 氯化硅等原料气体进行火焰加水分解法(Flame Hydrolysis)所生成的硅微 粒，以进行光纤母材2的制造。在堆积中，对灰质核心的顶端位置3利用 CCD照相机6来进行拍摄，并利用图像处理装置7从该图像中检测出灰质核 心的顶端位置3(参照图1)。另外，顶端位置的检测是利用图像的明亮度 变化而进行。在从明亮度变化来检测顶端位置的方法中，可采用例如利用 阈值(threshold value)的方法、利用明亮度的变化率的方法等，但不管利 用哪种方法所得到的顶端位置，都成为依存于图像的解析度的离散的值。
可作为离散的值以进行检测而得到的顶端位置3的最小间隔，根据图 像的解析度而进行变化，但在本实施例所使用的系统中为0. 2mm。形成一种 系统，其进行一种将该顶端位置3转换为类比的电气信号，并输入到PID 控制器8,且在PID控制器8侧进行20秒的平均化处理，并为了使平均化 了的顶端位置和目标位置的差分成为0，而借由悬吊机构4利用未图示的提 升装置来对上升速度进行调整。此时的控制作为一种PI控制，其使用针对 差分的比例成分和用于防止偏移的积分成分。
目标位置在作为2个相邻的离散值的中间值时，如图3所示，顶端位 置及上升速度虽然经常进行细^1的变动，但都不会进行大的变动。
如果目标位置从离散的值，偏离例如2个离散值的间隔的1/20左右这 种细小的量，此时虽然也可呈现同样的效果，但效果特别显著的是目标位 置位于2个相邻的离散值的0. 4 ~ 0. 6的内分点内的情况。当顶端位置位于 该范围内时，可以很小的速度的变更来对顶端位置进行调整，并根据情况， 从灰质堆积体的旋转或堆积所使用的火焰的光亮度所形成的图像的晃动而 以适当的比例，使顶端位置作为2个离散的值而分别被检测出，所以利用 虽然小但不为零的速度调整，可在极其狭窄的范围内控制顶端位置。 (实施例2)
利用与实施例1相同的系统来进行光纤母材的制造。 在硅微粒的堆积中，将利用CCD照相机6和图像处理装置7所检测的 灰质核心的顶端位置3转换为类比的电信号，并输入到PID控制器8,且在 PID控制器8侧进行20秒的平均化处理。另外，顶端位置3的控制为一种 利用质量流控制器(流量控制装置)9，使向燃烧室5的原料气体的流量进行变化之系统(参照图2)，以使进行平均化处理而得到的顶端位置和目标位置的差分成为零。此时的控制作为一种PI控制，其使用针对差分的比例 成分和用于防止偏移的积分成分。使目标位置形成2个相邻的离散值的中间时，与实施例1相同，顶端位置及原料气体流量虽然经常进行细微的变动，但都不会进行大的变化。如果目标位置从离散的值，偏离例如2个离散值的差的1/20左右这种 细小的量，虽然也可呈现同样的效果，但效果特别显著的是顶端位置位于2 个相邻的离散值的0. 4~0. 6的内分点内的情况。当顶端位置位于该附近 时，可以很小的原料气体流量的变更来对顶端位置进行调整。 (比较例1 )利用与实施例1相同的系统来进行硅微粒的堆积，但灰质核心顶端的 目标位置与离散的值大体一致。结果，被分为提升速度大致一定的时间带和变化较大的时间带。在提升 速度大致一定的时间带，所检测出的顶端位置与目标位置一致，但实际上在 处于具有0. 2mm程度的宽度的位置期间，总是被检测为处于相同的位置，例 如，即使自动调整的速度稍迟于使顶端位置保持一定下的速度，在顶端位 置最大变化到0. 2醒之前，无法检测到顶端位置的细微偏移。结果，如图4 所示，所检测的顶端位置会突然产生急剧变化，而成为比较大的速度变动 的原因。如以上所说明的，在现有技术中，灰质核心的顶端位置的管理目标被设 定为以离散方式所检测出的位置中的某一个。因此，顶端位置进行变动，且 为了对该位置变动进行调整，结果会引起上升速度的变动或原料气体流量 的变动。对此，本发明将顶端位置的管理目标设定在上述离散的2个值之 间，这样一来，顶端位置总是以一定的比例以作为2个离散的值中的某一 个而被检测出，并可经常进行细致的调整。因此，虽然细小的变动总是存 在，但结果连顶端位置的很小的变化也进行检测，并迅速地进行适当的调 整，不会产生大的变动。产业上的可利用性本发明有助于高品质的光纤母材的稳定生产。
权利要求
1.一种光纤母材的制造方法，为一种利用VAD法的光纤母材的制造方法，包括借由离散的值来对灰质核心的顶端位置进行检测的检测程序、将所检测的顶端位置的前述值以预先确定的时间来进行平均化的平均化程序、对灰质核心的制造条件进行调整以使被平均化的顶端位置的前述值成为一定的调整程序；其特征在于在前述调整程序中对制造条件进行逐次调整，以使平均化了的顶端位置的前述值，与预先以离散方式检测而得到的相邻的2个顶端位置的前述值之间所设定的目标位置的值之差成为零。
2. 根据权利要求1所述的光纤母材的制造方法，其特征在于其中在前 述调整程序中，前述目标位置的值在以离散方式检测所得到的相邻2值的 间隔为1时，处于相当于0. 4 ~ 0. 6的内分点内。
3. 根据权利要求1或2所述的光纤母材的制造方法，其特征在于其中 在前述调整程序中，所调整的前述制造条件为前述灰质核心的上升速度。
4. 根据权利要求1至3中任一所述的光纤母材的制造方法，其特征在 于其中在前述调整程序中，所调整的前述制造条件是为了灰质核心堆积所 供给的原料气体的流量。
5. —种光纤母材的制造装置，为一种利用VAD法的光纤母材的制造装 置，其特征在于，包括对灰质核心的顶端位置进行拍照的CCD照相才几、将所拍摄的图像进行数位化处理并以离散的值来检测灰质核心的顶端 位置的图像处理装置、将离散的值转换为类比信号并以预先所确定的时间进行平均化的PID 控制器、为了使前述平均化了的顶端位置的前述值、和在预先以离散方式检测 而得到的相邻的2个位置间所设定的目标位置的值之差成为零，而对制造 条件进行逐次调整的控制调整装置。
6. 根据权利要求5所述的光纤母材的制造装置，其特征在于其中前述控 制调整装置为对前述灰质核心的上升速度进行调整的上升速度控制装置。
7. 根据权利要求5所述的光纤母材的制造装置，其特征在于其中前述 控制调整装置为对所供给的原料气体的流量借由质量流控制器来进行控制 的质量流控制器装置。
全文摘要
本发明提供一种利用VAD法的光纤母材(2)的制造方法。该光纤母材(2)的制造方法包括检测程序、平均化程序以及调整程序。检测程序利用离散的值对灰质核心的顶端位置(3)进行检测，平均化程序将所检测的顶端位置(3)的值以预先确定的时间进行平均化，调整程序对灰质核心的制造条件进行调整以使被平均化的顶端位置(3)的值成为一定。其中，在调整程序中对制造条件进行逐次调整，以使平均化了的顶端位置(3)的值，与预先被离散地检测而得到的相邻的2个值间所设定的目标位置的值之差为零。
文档编号C03B37/07GK101132997SQ20058004885
公开日2008年2月27日 申请日期2005年11月10日 优先权日2005年1月12日
发明者井上大, 吉田真 申请人:信越化学工业株式会社