专利名称：玻璃物品的制造方法和光纤用玻璃母材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高质量的大型玻璃物品及其制造方法，特别是涉及长尺寸的而且外径偏差小的光纤用玻璃母材及其制造方法。
在光掩模用玻璃母材和光纤用玻璃母材等玻璃物品的制造过程中，在加热炉中，于真空或减压气氛下，对由气相轴向淀积法(VAD法)或外表气相淀积法(OVD法)等气相合成法合成的玻璃微粒子堆积体进行高温加热处理，使其透明化。为了获得高质量的玻璃物品，需要极力消除在玻璃母材中残留的气泡，而且使该母材的外径均匀化。作为使用的方法，具有特开平6-2560356号公报中提出的方法，其中，将加热透明化工序分成3个工序，适当地控制各工序的温度。该方法的特征在于加热处理包括除去残留于玻璃微粒子堆积体中的气体的第1加热工序、在比上述第1加热工序的加热温度高但比上述堆积体的透明化温度低的温度下进行加热收缩的第2加热工序、及在上述透明化温度下使上述堆积体透明化的第3加热工序。另外，在该方法的第2加热工序中，沿上下方向将加热玻璃微粒子堆积体的发热体分成多段，使得可分别独立地控制温度，从而具有减小玻璃物品长度方向的外径变化的效果。
近年来，从大批量生产的必要性和制造工序的高效化的观点出发，希望确立使用大型的玻璃微粒子堆积体制造长度在1000mm以上而且质量优良(无气泡残留而且外径长度方向的变化小)的光纤母材的方法。
本发明人发现，在自重的影响大的长度为1000mm以上的光纤用玻璃母材中，进行上述第3加热工序建设高温(1490-1600℃)下的加热处理时，存在外径的长度方向的变化大的问题。
另外，本发明人发现，在透明化温度低于1490℃时，如加热时间在1小时以下，则上述堆积体的透明化变难，存在上述堆积体的两端出现加热不充分部(未完全透明化的部分)的问题。
第1发明涉及一种长度1000mm以上的玻璃物品的制造方法，具有第1加热工序和第2加热工序，在该第1加热工序中，将由气相合成法合成的气体微粒子堆积体沿铅直方向插入到加热炉，在真空或减压气氛中以比透明化温度低的温度加热，除去上述玻璃微粒子体中残留的气体，并使其进行加热收缩，在该第2加热工序中，在透明化温度下加热，使上述玻璃微粒子体透明化，上述第2加热工序使玻璃微粒子堆积体表面温度为1400-1480℃地进行控制，加热70分钟以上的规定时间，在第2加热工序后，具有冷却玻璃物品的冷却工序。
第2发明涉及第1发明的玻璃物品的制造方法，其中，上述第1加热工序具有在1000-1300℃下进行上述气体的除气直到成为10Pa以下的规定真空度脱气工序。
第3发明涉及第1发明的玻璃物品的制造方法，其中，上述第1加热工序包括在1000-1300℃下除气直到成为10Pa以下的规定真空度的脱气工序及在10Pa以下的规定真空度和1300-1400℃下加热的加热收缩处理工序。
第4发明涉及第1发明的玻璃物品的制造方法，其中，上述加热炉具有对应于长度方向的多个部分分别独立地控制的加热器，分成长度方向的多个部分地控制上述玻璃微粒子堆积体的温度。
第5发明涉及第1发明的玻璃物品的制造方法，其中，在上述各加热工序中，测定用于隔离上述加热器与上述玻璃微粒子堆积体的炉心管的温度，根据其温度控制各加热工序的温度。
第6发明涉及第1发明的玻璃物品的制造方法，其中，上述玻璃微粒子堆积体为由透明的玻璃杆和形成于其周围的多孔质玻璃部分构成的复合母材。
第7发明涉及第1发明的玻璃物品的制造方法，其中，在上述第2加热工序中，从上方朝下方连续或阶段地提高上述玻璃微粒子堆积体表面的温度。
第8发明涉及长度1000mm以上的光纤用玻璃母材，其形成方法为，在透明化温度下加热由透明玻璃杆和形成于其周围的多孔质玻璃部分构成的具有规定外径的复合母材即玻璃微离子堆积体，使上述多孔质玻璃部分透明化，使透明化后的玻璃母材的外径在长度方向的变化相对该外径长度方向的中央值在±2％以内。
按照本发明的方法，可容易地从大型玻璃微粒子堆积体制造长度1000mm以上并且外径长度方向的变化相对外径长度方向的中央值在±2％以内的光纤母材。
图1为示出实施例中使用的真空烧结炉的装置构成的概略说明图。
图2为示出实施例1和比较例1中获得的光纤母材的长度方向的外径变化的图。
图3为示出实施例3的温度控制状态的模式图。
由VAD法或OVD法等气相合成法获得的玻璃微粒子堆积体，在第1加热工序中，在真空或减压气氛中进行残留于该堆积体的气体的去除和该堆积体的加热收缩处理。在该工序中，最好在1000-1300℃的温度下除气直到达10Pa以下的规定的真空度，此后，在10Pa以下的规定的真空度和1300-1400℃的温度下进行加热收缩处理。
上述第1加热工序后的玻璃微粒子堆积体在第2加热工序中，被在1400-1480℃的温度范围内加热70分钟以上而透明化。通过将加热温度设定在比现有透明化温度低的1400-1480℃，减少了自重导致的上述堆积体的拉伸。在该场合，在加热温度易于下降的该堆积体的两端部，虽会产生未完全透明化的部分，但通过将加热时间设定在70分钟以上的规定时间，可使该堆积体的两端部完全透明化。这样，通过降低透明化温度，在长度为1000mm的大型光纤用母材中，母材外径的长度方向的变化可在外径长度方向中央值的±2％以内。
本发明使用的加热炉为了沿长度方向分成多个部分对玻璃微粒子堆积体的温度进行控制，最好设置可相应于长度方向的多个部分分别独立地进行控制的多个加热器。这样，即使对长尺寸的玻璃微粒子堆积体进行加热的场合，也可适当地控制易拉伸的部分和不易拉伸的部分的温度。
在使用沿垂直方向插入玻璃微粒子堆积体的立式加热炉的场合，在温度下加热处理时，发生自重导致的拉伸，存在外径在上部变细、在下部变粗的倾向。在这样的场合，在第2加热工序中，最好控制玻璃微粒子堆积体表面的温度使其从上端朝下方连续地或台阶式地变高。
在玻璃微粒子堆积体的透明化过程中，为了使该堆积体与加热炉的加热器隔开一定距离，该堆积体通过碳材构成的炉心管插入到与加热器之间。
在上述第1和第2加热工序中对温度进行控制时，使用辐射温度计等温度传感器测定玻璃微粒子堆积体表面的温度，根据其测定值控制加热器的输出功率。该堆积体表面的温度在大多数情况下接近炉心管的温度，在该场合，也可测定更容易测定的炉心管温度，根据其测定值控制加热器的输出功率。
下面由实施例进一步具体地说明本发明(实施例1a)使用图1所示真空烧结炉根据本发明的方法使采用VAD法合成的由氧化硅构成的玻璃微粒子堆积体透明玻璃化。在图1的真空烧结炉中，符号1为玻璃微粒子堆积体，符号2为真空烧结炉本体，符号3为炉心管，符号4为加热器，符号5为惰性气体供给装置，符号6和7分别为供给到炉心管3和炉本体2内的惰性气体的流量计，符号8和9为分别通往炉心管3和炉本体2的惰性气体的供给用配管，符号10和11为炉内减压用吸入泵，符号12和13分别为用于从炉本体2和炉心管3排气的配管，符号14为支承母材1的粒晶杆，符号15为上盖，符号16为母材1的表面温度测量用的贯通到炉心管3′的观察孔，符号16′为炉心管3的温度测量用观察孔，符号17为测量母材1的表面温度的温度计，符号18为测量炉心管3的温度的温度计，符号19为温度控制装置，符号20为横移机构。图中，在炉本体2和炉心管3两方分别设置有气体供给和排气装置，但也可仅设置其中任一方。另外，在配管8、9、12、13设置有阀，虽然图中对其进行了省略。切换这些阀，可进行真空(减压)排气或气体的喷吹。温度计18还连接到温度控制装置19，图中对此也进行了省略。
玻璃微粒子堆积体1由VAD法形成，外径200mm，重量30kg，有效长度1500mm。在将真空烧结炉的温度保持在400℃的条件下将该堆积体1插入到炉心管3，由上盖15密封炉内，将炉内压力降低到10Pa。在该状态下以10℃/分的升温速度使该堆积体1的整个区域的表面温度上升到1300℃，保持60分钟，使残留于该积体1中的气体充分脱气(脱气工序)。
接着使该堆积体1的表面温度以5℃/分的速度上升，在1350℃保持50分钟(加热收缩处理工序)。
接着，使该堆积体1的表面温度以5℃/分的速度上升，在该堆积体1的整个区域的表面温度达到1420℃后，保持100分钟，进行透明化(透明化工序)。
之后，停止加热器的加热，继续降温，冷却玻璃物品(冷却工序)，在600℃取出制品。
测定获得的玻璃物品的尺寸后得知，在有效部长度1400mm的全长，外径为90±0.5mm(外径变化率±0.56％)，外径的长度方向的变化小，具有良好的质量。(实施例1b)另外，使用与实施例1a相同尺寸的复合母材代替实施例1a的玻璃微粒子堆积体1，与实施例1a同样地透明化，获得了同样良好的质量。该复合母材在中心部添加Ge以提高折射率，在透明的玻璃杆的周围由VAD法形成SiO2的多孔质玻璃层，该透明玻璃杆在外周部具有纯SiO2层。(实施例1c)
玻璃微粒子堆积体1的外径为300mm，有效部长度为1500mm，重量为60kg，与实施例1a同样地进行脱气工序、加热处理工序后，使该堆积体1的表面温度以5℃/分的速度上升，在该堆积体1的整个区域的表面温度达到1420℃后，保持180分钟，透明化。
测量获得的玻璃物品的尺寸后得知，在有效部长度1400mm的全长，外径为150±1.2mm(外径变化率±0.6％)，获得了良好的质量。(比较例1a)由相同设备在以下条件下使与实施例1a相同尺寸的玻璃微粒子堆积体1透明玻璃化。即，将真空烧结炉的温度保持在400℃，在炉心管3中插入该堆积体1，由上盖15密封炉内，将炉内压力降低到10Pa。在该状态下以10℃/分的升温速度使该堆积体1的整个区域的表面温度上升到1300℃，保持6分钟，使残留于该堆积体1中的气体充分脱气(脱气工序)。
接着使该堆积体1的表面温度以5℃/分的速度上升到1350℃，在该温度下保持50分钟(加热收缩处理工序)。
接着，使该堆积体1的表面温度以5℃/分的速度上升，在该堆积体1的整个区域的表面温度达到1500℃后，保持60分钟，进行透明化(透明化工序)。之后，停止加热器的加热，继续降温，在600℃取出制品。测定获得的玻璃物品的尺寸后得知，在有效部长度1400mm的全长，外径为90±4.5mm(外径变化率±5％)，外径的长度方向的变化大。(比较例1b)使用与实施例1c相同尺寸的玻璃微粒子堆积体1，在比较例1a相同的条件下透明化。测定获得的玻璃物品的尺寸后得知，在有效部长度1550mm的全长，外径为150±5.0mm(外径变化率±3.3％)，外径的长度方向的变化大。
实施例1a和比较例1a的结果如表1所示。另外，图2示出这些例中的长度方向的外径变化的倾向。可以看出，在第2加热工序(透明化工序)中，在比现有技术低的1400-1480℃的范围(最好为1400-1440℃的范围)保持70分钟以上(100以上更好，150分钟以上则最为理想)，防止拉伸，对外径的稳定化很重要。
在实施例中，炉内的真空度设为10Pa，但为了防止玻璃物品中的气泡残留，该数值低一些为好，可为9Pa、8Pa。
本发明的方法在玻璃物品的自重大的场合，特别是自重在50kg以上时，对降低外径的变化有效。
表1处理条件和获得的玻璃物品的外径变化
(实施例2a)用与实施例1a相同的设备在相同的温度条件下使与实施例1a相同尺寸的玻璃微粒子堆积体1透明化。在本实施例中，使用测定炉心管3的外表面温度的温度计18控制炉心管3的温度，从而进行透明化处理过程中的温度控制。测定获得的玻璃物品的尺寸后得知，在有效部长度1400mm的全长，外径为90±0.7mm(外径变化率±0.78％)，外径的长度方向的变化小，具有良好的质量。由该结果可以看出，通过测定比较容易测定的炉心管的温度来代替测定该堆积体1的表面温度，也没有问题。(实施例2b)使用与实施例1c相同尺寸的玻璃微粒子堆积体1，在与实施例1c相同的条件下透明化。测定获得的玻璃物品的尺寸后得知，在有效部长度1410mm的全长，外径为150±1.5mm(外径变化率±1.0％)，获得了良好的质量。(实施例3a)在与图1的真空烧结炉相同的形式下，使用如图3所示那样将加热器4分成上段加热器4-1、中段加热器4-2、及下段加热器4-3这样3段控制的真空烧结炉，比实施例1a相同地使与实施例1a相同的玻璃微粒子堆积体1透明化。
该堆积体1的外径为200mm，有效部长度为1560mm。将真空烧结炉的温度保持在400℃，在炉心管3中插入该堆积体1，由上盖15密封炉内，将炉内压力降低到10Pa。在该状态下以10℃/分的升温速度使该堆积体1的整个区域的表面温度上升到1300℃，保持60分钟，使残留于该堆积体1中的气体充分脱气(脱气工序)。
接着使该堆积体1的表面温度以10℃/分的速度上升到1350℃，保持50分钟(加热收缩处理工序)。
接着，使受到上段加热器4-1的影响较大的该堆积体1的范围A的中心点的表面温度以5℃/分的速度上升到1400℃，使受到中段加热器4-2的影响较大的范围B的中心点的表面温度以7℃/分的速度上升到1420℃，使受到下段加热器4-3的影响较大的范围C的中心点的表面温度以9℃/分的速度上升到1440℃，之后，保持100分钟，使堆积体1透明化(透明化工序)。此时的温度分布大体如图3所示那样。
之后，停止加热器的加热，继续降温，冷却玻璃物品(冷却工序)，在600℃取出制品。
测定获得的玻璃物品的尺寸后得知，在有效部长度1405mm的全长，外径为90±0.1mm(外径变化率±0.11％)，外径的长度方向的变化小，具有良好的质量。(实施例3b)在实施例3a中，测定与各加热器位置对应的炉心管3的表面温度，控制该堆积体1的表面温度，也可获得与实施例3a同样的良好质量(在有效部长度1417mm的全长，外径为90±0.3mm(外径变化率±0.33％))。(实施例3c)使用与实施例3a相同尺寸的复合母材代替实施例3a的玻璃微粒子堆积体1，与实施例3a同样地透明化，获得了同样良好的质量。该复合母材在中心部添加Ge，在透明的玻璃杆的周围由VAD法形成纯SiO2的多孔质玻璃层，该透明玻璃杆在外周部具有纯SiO2层。(实施例3d)在实施例3a中，进行了1350℃下的加热收缩处理，但没有该加热收缩处理也同样地获得了良好的质量。(实施例3e)在实施例3a中，使用与实施例1c相同尺寸的玻璃微粒子堆积体1代替实施例3a的玻璃微粒子堆积体1，透明工序的保持时间为180分钟，此时，在有效部长度1390mm的全长，外径为150±0.7mm(外径变化率±0.46％)，同样获得了良好的质量。(实施例3f)在实施例3e中，测定与各加热器位置对应的炉心管3的表面温度，控制该堆积体1的表面温度，也可获得与实施例3a同样的良好质量(在有效部长度1400mm的全长，外径为150±1.0mm(外径变化率±0.66％))。(实施例3g)使用与实施例3e相同的设备在相同的条件下使外径365mm、有效部长度1560mm、重量80kg的玻璃微粒子堆积体1透明化。测定获得的玻璃物品的尺寸后得知，在有效部长度1470mm的全长，外径为163±1.5mm(外径变化率±0.92％)。(比较例2)由与实施例3e相同的设备在以下条件下使与实施例3g相同尺寸的玻璃微粒子堆积体1透明玻璃化。即，将真空烧结炉的温度保持在400℃，在炉心管3中插入该堆积体1，由上盖15密封炉内，将炉内压力降低到10Pa。在该状态下以10℃/分的升温速度使该堆积体1的整个区域的表面温度上升到1300℃，保持60分钟，使残留于该堆积体1中的气体充分脱气(脱气工序)。
接着使该堆积体1的表面温度以5℃/分的速度上升到1350℃，在该温度下保持50分钟(加热收缩处理工序)。
接着，使该堆积体1的表面温度以15℃/分的速度上升，在该堆积体1的整个区域的表面温度达到1500℃后，保持60分钟，进行透明化(透明化工序)。之后，停止加热器的加热，继续降温，在600℃取出制品。测定获得的玻璃物品的尺寸后得知，在有效部长度1660mm的全长，外径为158±7mm(外径变化率±4.43％)，外径的长度方向的变化大。
权利要求
1．一种长度为1000mm以上的玻璃物品的制造方法，其特征在于具有第1加热工序和第2加热工序，在该第1加热工序中，将由气相合成的气体微粒子堆积体沿铅直方向插入到加热炉，在真空或减压气氛中以比透明化温度低的温度加热，除去上述玻璃微粒子体中残留的气体，并使其进行加热收缩，在该第2加热工序中，在透明化温度下加热，使上述玻璃微粒子体透明化；上述第2加热工序使玻璃微粒子堆积体表面温度控制在1400-1480℃，加热70分钟以上的规定时间，在第2加热工序后，具有冷却玻璃物品的冷却工序。
2．如权利要求1所述的玻璃物品的制造方法，其特征在于上述第1加热工序具有在1000-1300℃下进行上述气体的除气直到成为10Pa以下的规定真空度的脱气工序。
3．如权利要求1所述的玻璃物品的制造方法，其特征在于上述第1加热工序包括在1000-1300℃下除气直到成为10Pa以下的规定真空度的脱气工序及在10Pa以下的规定真空度和1300-1400℃下加热的加热收缩处理工序。
4．如权利要求1所述的玻璃物品的制造方法，其特征在于上述加热炉具有对应于长度方向的多个部分分别独立地得到控制的加热器，分成长度方向的多个部分地控制上述玻璃微粒子堆积体的温度。
5．如权利要求1所述的玻璃物品的制造方法，其特征在于测定用于隔离上述加热器与上述玻璃微粒子堆积体的炉心管的温度，根据其温度控制各加热工序的温度。
6．如权利要求1所述的玻璃物品的制造方法，其特征在于上述玻璃微粒子堆积体为由透明的玻璃杆和形成于其周围的多孔质玻璃部分构成的复合母材。
7．如权利要求1所述的玻璃物品的制造方法，其特征在于在上述第2加热工序中，从上方朝下方连续或阶段地提高上述玻璃微粒子堆积体表面的温度。
8．一种光纤用玻璃母材，其特征在于其长度为1000mm以上，其形成方法为在透明化温度下加热由透明玻璃杆和形成于其周围的多孔质玻璃部分构成的具有规定外径的复合母材即玻璃微粒子堆积体，使上述多孔质玻璃部分透明化，使透明化的玻璃母材的外径在长度方向的变化相对该外径的长度方向的中央值在±2％以内。
全文摘要
本发明涉及一种高质量的大型玻璃物品及其制造方法,特别是涉及一种长尺寸而且外径的长度方向的变化小的光纤用玻璃母材及其制造方法,它提供一种长度1000mm以上的玻璃物品的制造方法及由该方法获得的物品,该制造方法的特征在于具有第1加热工序和第2加热工序,在该第1加热工序中,将由气相合成法合成的气体微粒子堆积体沿铅直方向插入到加热炉,在真空或减压气氛中以比透明化温度低的温度加热,除去上述玻璃微粒子体中残留的气体,并使其进行加热收缩,在该第2加热工序中,在透明化温度下加热,使上述玻璃微粒子体透明化,上述第2加热工序使玻璃微粒子堆积体表面温度为1400－1480℃地进行控制,加热70分钟以上的规定时间,在第2加热工序后,具有冷却玻璃物品的冷却工序。
文档编号C03B37/014GK1315924SQ99810361
公开日2001年10月3日 申请日期1999年8月26日 优先权日1998年8月31日
发明者石原朋浩, 斋藤达彦, 大贺裕一 申请人:住友电气工业株式会社