玻璃预制件制造方法

专利名称：玻璃预制件制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造用于光纤的玻璃预制件的方法。
背景技术：
通过将大致圆柱形的玻璃预制件的一端加热至软化同时进行拉拔而形成光纤。此 外，利用诸如OVD方法、MCVD方法等制造方法来制造用于光纤的玻璃预制件。PCT申请日文 公开No. 2002-543026 (专利文献1)披露了一种利用OVD方法制造玻璃预制件的方法。专利文献1的玻璃预制件制造方法意在制造水分含量低的用于光纤的玻璃预制 件。根据该制造方法，通过围绕起始芯棒和起始芯棒所插入的管状手柄沉积精细玻璃颗粒 形成玻璃微粒沉积体(沉积工序)，然后从玻璃微粒沉积体中抽出起始芯棒，由此制备出具 有轴向延伸中心孔的玻璃微粒沉积体。随后，通过加热使玻璃微粒沉积体脱水并烧结，从而 使中心孔闭塞以形成透明的玻璃预制件。在沉积工序中，使得起始芯棒和玻璃合成燃烧器沿着起始芯棒相互进行相对往复 移动，从而通过遍及从起始芯棒的前端部分到管状手柄的一部分的范围围绕外周沉积精细 玻璃颗粒来形成玻璃微粒沉积体。在此情况下，玻璃微粒沉积体偶尔会断裂，导致玻璃预制 件的成品率低。

发明内容
本发明的目的是提供一种使玻璃预制件的成品率高的方法。为了实现此目的，提供一种玻璃预制件制造方法，其包括装配步骤、沉积步骤、拉 出步骤、烧结步骤以及塌缩步骤。在所述装配步骤中，将起始芯棒插入并固定在管状手柄中 使得所述起始芯棒的前端部分从所述管状手柄的一端伸出，由此制备基棒单元。在所述沉 积步骤中，所述基棒单元和玻璃合成燃烧器沿着所述起始芯棒相互进行相对往复移动，并 且遍及从所述起始芯棒的所述前端部分到所述管状手柄的一部分的范围围绕所述基棒单 元的外周沉积精细玻璃颗粒，从而形成玻璃微粒沉积体(玻璃颗粒沉积体)。在所述拉出步 骤中，从所述管状手柄和所述玻璃微粒沉积体中拉出所述起始芯棒。在所述烧结步骤中，在 所述拉出步骤之后对所述玻璃微粒沉积体进行加热从而制备烧结玻璃管。在所述塌缩步骤 中，对所述烧结玻璃管的内部进行减压并且对所述烧结玻璃管进行加热从而制备实心的玻 璃预制件。在所述沉积步骤中的所述往复移动的至少一次行程中，使得第二范围内的所述 基棒单元与所述玻璃合成燃烧器的相对移动速度慢于第一范围内的所述基棒单元与所述 玻璃合成燃烧器的相对移动速度。这里，将从所述管状手柄的一端起朝所述起始芯棒的所 述前端部分的方向距离30mm或更远的位置定义为边界位置，并且所述第一范围是从所述 边界位置延伸到所述起始芯棒的所述前端部分的范围，而所述第二范围是从所述边界位置 延伸到所述管状手柄的一部分的范围。优选地，在所述第二范围内所述基棒单元与所述玻璃合成燃烧器的所述相对移动 速度的最小值是每分钟Imm至100mm。优选的是，在所述往复移动中从第一行程到第十行程或更少的行程内实施所述至少一次行程。优选地，所述至少一次行程为这样即，实施两次 或更多次改变所述第一范围与所述第二范围之间的所述边界位置的行程，或者实施两次或 更多次改变所述第二范围内的所述相对移动速度的行程。优选的是，所述第二范围内的所 述相对移动速度在所述管状手柄的所述一端最低，并且在所述管状手柄的所述一端周围逐 渐增高或降低。根据本发明的玻璃预制件制造方法使得玻璃预制件的成品率高。


图1是涉及本发明实施例的玻璃预制件制造方法的流程图；图2是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的装配步骤进行说明的概念示意图；图3是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的沉积步骤进行说明的概念示意图；图4是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的拉出步骤进行说明的概念示意图；图5是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的烧结步骤进行说明的概念示意图；图6是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的塌缩步骤进行说明的概念示意图；图7是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的沉积步骤S2进一步进行说明的概 念示意图；以及图8是总结各个实例1至6中的条件和良好生产率0%的表格。
具体实施例方式通过下述说明、所附权利要求以及附图可以更好地理解本发明的上述特征和其他 特征、方面以及优点。在附图的说明中，相同的标记应用于相同的元件，并且省略重复的说 明。图1是涉及本发明实施例的玻璃预制件制造方法的流程图。根据涉及本发明实施 例的玻璃预制件制造方法，顺次通过装配步骤Si、沉积步骤S2、拉出步骤S3、烧结步骤S4以 及塌缩步骤S5来制造玻璃预制件。通过该玻璃预制件制造方法制成的玻璃预制件可以是 例如照原样拉拔而制成光纤的光纤预制件，或者可以是作为光纤预制件的纤芯区域的纤芯 预制件。图2是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的装配步骤Sl进行说明的概念示意 图。在装配步骤Sl中，将起始芯棒11插入且固定在管状手柄12中使得起始芯棒11的前 端部分Ila从管状手柄12的端部12a伸出，由此制备基棒单元10(图2中的区域(a)和 (b))。起始芯棒11例如由诸如氧化铝、玻璃、耐火性陶瓷或碳等材料制成。管状手柄12由 石英玻璃制成。优选的是，在基棒单元10中，在从管状手柄12的端部12a伸出的部分围绕 起始芯棒11的外周表面通过来自使用城市煤气炉或乙炔燃烧器的燃烧器20的火焰形成碳 膜lib(图2中的区域(C))。在形成碳膜的过程中，基棒单元10绕着起始芯棒11的中心轴 线转动，并且沿着起始芯棒11重复燃烧器20和基棒单元10的相互的相对往复移动。图3是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的沉积步骤S2进行说明的概念示意 图。在沉积步骤S2中，使得基棒单元10绕着起始芯棒11的中心轴线转动。此外，基棒单 元10和布置在基棒单元10 —侧且形成氢氧焰的玻璃合成燃烧器21沿着起始芯棒11重复 相互的相对往复移动。然后，遍及从起始芯棒11的前端部分Ila到管状手柄12的一部分的范围围绕基棒单元10的外周通过OVD方法沉积精细玻璃颗粒，由此制备玻璃微粒沉积体 13。在沉积步骤S2中，对于每个行程(从起始芯棒11的前端部分Ila到管状手柄12 的一部分，或从管状手柄12的一部分到起始芯棒11的前端部分Ila)改变供给到玻璃合成 燃烧器21的原料的流量。因此，围绕起始芯棒11的外周沉积的精细玻璃颗粒沿着径向具 有期望的组成分布(即沿着稍后制成的玻璃预制件或光纤的径向的折射率分布)。图4是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的拉出步骤S3进行说明的概念示意 图。在拉出步骤S3中，从管状手柄12和玻璃微粒沉积体13中拉出起始芯棒11。此时，管 状手柄12和玻璃微粒沉积体13保持原样固定在一起。如果在装配步骤Sl中预先在从管 状手柄12的端部12a伸出的部分围绕起始芯棒11的外周形成碳膜，则当在拉出步骤S3中 拉出起始芯棒11时可以防止玻璃微粒沉积体13的中心孔的内壁表面损坏或破裂。图5是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的烧结步骤S4进行说明的概念示意 图。在烧结步骤S4中，将与管状手柄12 —体的玻璃微粒沉积体13 —起放入导入He气体 和Cl2气体的加热炉22中，并且利用加热器23进行加热。因此，制备出烧结玻璃管14。图6是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的塌缩步骤S5进行说明的概念示意 图。在塌缩步骤S5中，将烧结玻璃管14放入加热炉中，并且在将SF6气体导入中心孔的情 况下转动烧结玻璃管14同时利用加热器24进行加热，从而利用气相蚀刻法对中心孔的内 壁表面进行蚀刻(图6中的区域(a))。随后，对烧结玻璃管14的内部进行减压，并且利用 加热器24进行加热，由此发生塌缩(图6中的区域(b))。因此，生产出实心的玻璃预制件。如此制备出的透明玻璃预制件进一步经受在外表面形成镀层的工序，随后进行烧 结等工序，从而完成预制件。此外，通过在加热和软化此预制件的端部的同时进行拉拔来制 造光纤。图7是用于对图1中的玻璃预制件制造方法的沉积步骤S2进一步进行说明的概 念示意图。在图7中，区域(a)是包括起始芯棒11的轴的截面图，并且区域(b)是示出对 于起始芯棒11和管状手柄12的轴上的各位置而言基棒单元10与玻璃合成燃烧器21的相 对移动速度的曲线图。在沉积步骤S2中，将基棒单元10与玻璃合成燃烧器21的相对移动 速度设计为在从管状手柄12的端部12a (位置P2)起朝起始芯棒11的前端部分Ila (位置 P0)的方向行进的距离等于或大于30mm的位置P1处不同。也就是说，在沉积步骤S2中的 往复移动的至少一个行程中，使得在从位置P1到管状手柄12上的位置P3的范围(第二范 围)内沉积精细玻璃颗粒的移动速度慢于在从位置P1延伸到位置Ptl的范围(第一范围) 内沉积精细玻璃颗粒的移动速度。例如，将第一范围内的移动速度设计为每分钟500mm至 1500mm，并且将第二范围内的移动速度的最小值设计为每分钟Imm至100mm。当将第二范围内的移动速度设定为与第一范围内的移动速度相同时，存在玻璃微 粒沉积体13在位置P2处发生破裂的情况，因此，玻璃预制件生产的成品率变差。该破裂可 能是由于在管状手柄12的端部12a处存在高度差而造成的。然而，根据本实施例，由于通过 将第二范围内的移动速度设定为低于第一范围内的移动速度补偿管状手柄12的端部12a 处的高度差来沉积精细玻璃颗粒，因此可以抑制发生从位置P2开始的这种破裂。因此，可 以以高成品率制造玻璃预制件。通常，在沉积步骤中基棒单元与玻璃合成燃烧器的相互的相对往复移动的行程进行约1000次。不都要求这样进行沉积步骤S2中的行程即，使得第二范围内的移动速度低 于第一范围内的移动速度。如果进行太多次移动速度在第二范围内较低的行程，反而是不 期望的，原因是在移动速度过低以至于使得精细玻璃颗粒变成固体(高密度)，由此在高速 度行程部分与低速度行程部分之间的边界附近产生精细玻璃颗粒的密度差的部分将会出 现破裂问题。为了防止出现这种密度差，优选的是，将第二范围内的移动速度低于第一范围内 的移动速度的行程的数量限制为从第一行程到第十行程或更少的行程的范围内。此外，为 了降低密度差的出现率，优选的是，进行两次或更多次改变第一范围与第二范围之间边界 位置的行程，或者进行两次或更多次改变第二范围内的相对移动速度的行程。此外，优选的 是，如图7中的区域(b)所示，第二范围内的相对移动速度在管状手柄12的端部12a(位置 P2)处最低，在管状手柄12的端部12a周围逐渐地增高或降低。实例1至6在实例1至6中，制备将被加工成渐变折射率光纤的纤芯的玻璃预制件。使用OVD 设备进行沉积步骤S2，起始芯棒11长度为1200mm且外径为9mm至IOmm并且由氧化铝制成， 管状手柄12长度为600mm、外径为20mm至40mm且内径为9. 8mm至21mm并且由石英玻璃制 成。供给到每个玻璃合成燃烧器21的原料气体是SiCl4 (装料量1至3SLM)和GeCl4 (装料 量 0. 0 至 0. 3SLM)。在管状手柄12的端部12a(位置P2)处产生约0. 5mm的高度差。将包括位置P2的 长度为80mm至145mm的范围限定为第二范围，并且使得第二范围(P1至P3)内的移动速度 低于第一范围(^至？)内的移动速度。第一范围(^至？)内的移动速度为每分钟500mm 至 1500mm。在如上所述的沉积步骤S2之后，经过拉出步骤S3和烧结步骤S4进行塌缩步骤 S5。在塌缩步骤S5中，放置在加热炉中的烧结玻璃管14以30r/min转动，并且通过以20mm/ min的速度沿着烧结玻璃管14的纵向移动的加热炉(加热器)将烧结玻璃管14加热到 1900°C至2200°C的温度。在此情况下，将50SCCm至lOOsccm的SF6气体供给到烧结玻璃管 14的中心孔，并且利用气相蚀刻法对烧结玻璃管14的中心孔的内壁表面进行蚀刻。随后， 将烧结玻璃管14的中心孔的内部减压到IOkPa,并且以与蚀刻相同的温度进行塌缩，从而 制造出玻璃预制件。将以此方式制备的玻璃预制件延伸以便具有期望的直径，并且利用OVD方法围绕 外周形成护套玻璃，由此制成用于光纤的玻璃预制件。拉拔用于光纤的玻璃预制件从而制 造渐变折射率多模光纤。图8是总结各个实例1至6中的条件(使得第二范围内的移动速度低于第一范围 内的移动速度的行程的次数N ；第二范围内速度最低的位置P2处的移动速度X (mm/min)；以 及第二范围的长度W(mm))和良好生产率D(%)的表格。在所有的实例1至6中，使得位置 P1与位置P2之间的距离等于或大于30mm。在所有的实例1至6中，玻璃微粒沉积体的良好 生产率D是90%或更高。从各个实例1至6中的条件和良好生产率D可以看出，良好生产率D随着第二范 围内的速度低于第一范围内的速度的行程的次数N的增加而降低。这是因为当次数N大 时，精细玻璃纤维在速度较低的部分变为实心(高密度)。因此，优选的是，使得次数N等于或小于10，此外优选对于每次行程改变第二范围。此外，优选对于每次行程改变第二范围内 的相对移动速度。在第二范围⑴工至？》内的移动速度与第一范围(Po至P1)内的移动速度 为相同值500mm/min的比较例中，玻璃微粒沉积体的良好生产率D是80 %，不能稳定地制成 合格的玻璃预制件。 尽管已结合目前认为是最实用且优选的实施例描述了本发明，但本发明不限于所 披露的实施例，相反，意在涵盖包括在所附权利要求的范围内的各种变型和等同的布置。
权利要求
一种玻璃预制件制造方法，包括装配步骤，将起始芯棒插入并固定在管状手柄中使得所述起始芯棒的前端部分从所述管状手柄的一端伸出，从而制备基棒单元；沉积步骤，通过使所述基棒单元和玻璃合成燃烧器沿着所述起始芯棒相互进行相对往复移动并且遍及从所述起始芯棒的所述前端部分到所述管状手柄的一部分的范围围绕所述基棒单元的外周沉积精细玻璃颗粒，从而形成玻璃微粒沉积体；拉出步骤，从所述管状手柄和所述玻璃微粒沉积体中拉出所述起始芯棒；烧结步骤，在所述拉出步骤之后对所述玻璃微粒沉积体进行加热从而制备烧结玻璃管；以及塌缩步骤，对所述烧结玻璃管的内部进行减压并且对所述烧结玻璃管进行加热从而制备实心的玻璃预制件，其中在所述沉积步骤中的所述往复移动的至少一次行程中，使得第二范围内的所述基棒单元与所述玻璃合成燃烧器的相对移动速度慢于第一范围内的所述基棒单元与所述玻璃合成燃烧器的相对移动速度，所述第一范围是从边界位置延伸到所述起始芯棒的所述前端部分的范围，所述第二范围是从所述边界位置延伸到所述管状手柄的一部分的范围，其中所述边界位置被限定为从所述管状手柄的一端起朝所述起始芯棒的所述前端部分的方向距离30mm或更远的位置。
2.如权利要求1所述的玻璃预制件制造方法，其中，在所述沉积步骤中，在所述第二范围内所述基棒单元与所述玻璃合成燃烧器的所述相 对移动速度的最小值是每分钟Imm至100mm。
3.如权利要求1或2所述的玻璃预制件制造方法，其中，在所述沉积步骤中，在所述往复移动中从第一行程到第十行程或更少的行程内实施所 述至少一次行程。
4.如权利要求1至3中任一项所述的玻璃预制件制造方法，其中，在所述沉积步骤中，所述至少一次行程为这样即，实施两次或更多次改变所述第一范 围与所述第二范围之间的所述边界位置的行程。
5.如权利要求1至4中任一项所述的玻璃预制件制造方法，其中，在所述沉积步骤中，所述至少一次行程为这样即，实施两次或更多次改变所述第二范 围内的所述相对移动速度的行程。
6.如权利要求1至5中任一项所述的玻璃预制件制造方法，其中，在所述沉积步骤中，所述第二范围内的所述相对移动速度在所述管状手柄的所述一端 最低，并且在所述管状手柄的所述一端周围逐渐增高或降低。全文摘要
本发明公开一种玻璃预制件制造方法，该方法使玻璃预制件的成品率高并且包括装配步骤、沉积步骤、拉出步骤、烧结步骤以及塌缩步骤。在所述沉积步骤中的所述往复移动的至少一次行程中，使得第二范围内的所述基棒单元与所述玻璃合成燃烧器的相对移动速度慢于第一范围内的所述基棒单元与所述玻璃合成燃烧器的相对移动速度，其中所述第一范围是从边界位置延伸到所述起始芯棒的所述前端部分的范围，所述第二范围是从所述边界位置延伸到所述管状手柄的一部分的范围，所述边界位置是从所述管状手柄的一端起朝所述起始芯棒的所述前端部分的方向距离30mm或更远的位置。
文档编号C03B37/012GK101955318SQ201010230870
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者石原朋浩 申请人:住友电气工业株式会社