專利名稱：制造玻璃預(yù)制件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)根據(jù)VAD工藝沉積玻璃微粒來(lái)制造玻璃微粒沉積物的制造玻璃預(yù)制件的方法。
背景技術(shù)：
在制造用于光纖的玻璃預(yù)制件的VAD工藝中，沉積玻璃微粒來(lái)形成玻璃微粒沉積物。結(jié)合這種方法，提出了用CCD攝像機(jī)來(lái)監(jiān)視玻璃微粒沉積物的末端部分，并且控制上拉速率、原料氣體充入量、或燃燒器位置而使沉淀物的末端位置位于預(yù)定位置，或根據(jù)末端位置的變化控制上拉速率、原料氣體充入量、或燃燒器位置(參考例如，JP-2006-193360-A、 JP-H08-198634-A、JP-2000-281378-A 以及 JP-H08-034632-A)。針對(duì)通過(guò)使用三個(gè)燃燒器的VAD工藝制造多孔預(yù)制件，還提出了用CXD攝像機(jī)監(jiān)視芯層部分的形狀，并且基于芯層部分的形狀變化控制上拉速率、要充入芯層部分中的原料氣體的流量、和芯層燃燒器的位置(參見(jiàn)例如JP-H09-227147-A)。在上述方法中，監(jiān)視玻璃微粒沉積物的末端部分或沉積形狀的一部分，并且控制上拉速率和玻璃原材料的充入量。然而，由于這些方法不是意圖使整個(gè)沉積物部分的形狀穩(wěn)定，所以玻璃微粒沉積物的沉積形狀將在制造各個(gè)玻璃預(yù)制件時(shí)改變。因此，在一批制品中或在多批制品之間，芯徑、包層外徑和芯層折射率會(huì)變得不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種制造玻璃預(yù)制件的方法，其中，在用VAD工藝來(lái)制造玻璃預(yù)制件時(shí)，能夠以低成本制造包層外徑、芯層直徑和芯層折射率在多批制品之間或在一批制品之中穩(wěn)定的玻璃預(yù)制件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種制造玻璃預(yù)制件的方法，所述方法包括利用 VAD工藝來(lái)獲得玻璃微粒沉積物；以及在高溫下加熱所獲得的玻璃微粒沉積物，從而制造透明的玻璃預(yù)制件，其中，在沉積玻璃微粒時(shí)，除了監(jiān)視所述玻璃微粒沉積物的沉積形狀并控制所述玻璃微粒沉積物的上拉速率之外，還控制以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)要充入玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器中的玻璃原料氣體的流量；要充入所述玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器中的火焰形成氣體的流量；以及所述玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器相對(duì)于所述玻璃微粒沉積物的位置，以使所述沉積形狀能變?yōu)槟繕?biāo)形狀，并且在所述沉積形狀偏離所述目標(biāo)形狀的情況下，停止所述玻璃微粒的沉積。根據(jù)上述方法，在控制玻璃微粒沉積物的上拉速率的同時(shí)，控制要充入玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器中的玻璃原料氣體的流量、火焰形成氣體的流量以及玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器相對(duì)于玻璃微粒沉積物的位置中的至少任意一項(xiàng)，從而能夠?qū)⒉Ａ⒘３练e物的沉積形狀持續(xù)地限制在目標(biāo)形狀的允許范圍之內(nèi)。這樣，沉積形狀在多批制品之間或在一批制品之中是穩(wěn)定的，從而玻璃微粒沉積物的外徑和密度、要添加到芯層中的添加劑的濃度等在多批制品之間或在一批制品之中是穩(wěn)定的。此外，由于沉積形狀是穩(wěn)定的，所以例如裂紋和變形等玻璃微粒沉積物的缺陷得到減少，并且能夠可靠地制造高質(zhì)量的玻璃預(yù)制件。由于在沉積形狀偏離目標(biāo)形狀的情況下停止玻璃微粒的沉積，所以能夠防止制造出有缺陷的玻璃微粒沉積物?？梢栽谠O(shè)定參數(shù)的允許范圍時(shí)控制所述目標(biāo)形狀，所述參數(shù)包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)所述玻璃微粒沉積物的圓柱狀末端部分處的外徑；所述玻璃微粒沉積物的圓柱狀穩(wěn)態(tài)部分的外徑；以及所述玻璃微粒沉積物的錐形部分的錐角。在所述參數(shù)全都偏離所述允許范圍的情況下，可以停止所述玻璃微粒的沉積。根據(jù)上述方法，能夠防止發(fā)生缺陷；并且由于能夠減少用于監(jiān)視制造狀態(tài)的人工操作，所以能夠降低制造成本?？梢杂肅XD攝像機(jī)和圖像處理裝置來(lái)監(jiān)視所述沉積形狀。根據(jù)上述方法，能夠以低安裝成本來(lái)實(shí)現(xiàn)本構(gòu)造，并且能夠以高精度來(lái)識(shí)別所述沉積形狀。根據(jù)上述示例性方法，通過(guò)控制玻璃微粒沉積物的上拉速率、要充入玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器中的玻璃原料氣體的流量、要充入玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器中的火焰形成氣體的流量、以及玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器相對(duì)于所述玻璃微粒沉積物的位置中的至少任意一項(xiàng)，使玻璃微粒沉積物的沉積形狀成為目標(biāo)形狀，以便沉積形狀在多批制品之間或在一批制品之中是穩(wěn)定的，并且玻璃微粒沉積物的外徑和密度、要添加到芯層中的添加劑的濃度等在多批制品之間或在一批制品之中是穩(wěn)定的。由于沉積形狀是穩(wěn)定的，所以例如裂紋和變形等玻璃微粒沉積物的缺陷得到減少，并且能夠可靠地制造高質(zhì)量的玻璃預(yù)制件。


圖1示出與制造玻璃預(yù)制件的方法有關(guān)的制造裝置。圖2放大地示出圖1中的玻璃微粒沉積物的末端部分。圖3示出制造玻璃預(yù)制件的方法。
具體實(shí)施例方式將參考附圖描述根據(jù)實(shí)施例的制造玻璃預(yù)制件的方法。圖1示出執(zhí)行本實(shí)施例中制造玻璃預(yù)制件的方法的制造裝置10。在制造裝置10 中，支撐桿12朝向反應(yīng)容器11內(nèi)懸在反應(yīng)容器11上方，在支撐桿12的下側(cè)連接有靶玻璃棒(dummy glass rod) 13。玻璃微粒沉積到靶玻璃棒13上，從而形成玻璃微粒沉積物14。 升降裝置15夾持支撐桿12的上端部分而旋轉(zhuǎn)并使支撐桿12上下移動(dòng)。該升降裝置15受控制裝置16中的上拉速率控制器20控制。在反應(yīng)容器11內(nèi)的下部，設(shè)置有用于芯層的燃燒器17以及用于包層的燃燒器18。 氣體供給裝置19向燃燒器17和18供應(yīng)原料氣體、火焰形成氣體(可燃?xì)怏w和氧化氣體) 等，同時(shí)控制裝置16控制各個(gè)供給量。燃燒器17和18起到玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器的作用，用以產(chǎn)生玻璃微粒。燃燒器17 充有SiCl4和GeCl4作為原料氣體，H2和仏作為火焰形成氣體，N2作為燃燒器密封氣體。燃燒器18充有SiCl4作為原料氣體，H2和&作為火焰形成氣體，N2作為燃燒器密封氣體。在制造裝置10的下部安裝有CXD攝像機(jī)21，該CXD攝像機(jī)21用以拍攝玻璃微粒沉積物14的沉積部分。所拍攝的沉積形狀的圖像信號(hào)經(jīng)圖像處理裝置22進(jìn)行圖像處理， 然后圖像信號(hào)被發(fā)送到控制裝置16中的沉積形狀測(cè)量單元23。在沉積形狀測(cè)量單元23中計(jì)算與沉積形狀相關(guān)的參數(shù)。此外，在反應(yīng)容器11的外壁部分上安裝有排氣管四。在制造裝置10的下部，用于芯層的燃燒器17和用于包層的燃燒器18分別設(shè)有獨(dú)立的燃燒器臺(tái)架M和25。燃燒器臺(tái)架M和25分別調(diào)整燃燒器17和18相對(duì)于玻璃微粒沉積物14的位置。更具體地說(shuō)，燃燒器臺(tái)架對(duì)和25基于來(lái)自控制器16的控制信號(hào)，分別調(diào)整相應(yīng)燃燒器的角度以及相應(yīng)燃燒器在水平方向、豎直方向和縱深方向上的位置。在本實(shí)施例中，如圖2所示，在玻璃微粒沉積物14的末端部分限定有第一柱狀部分沈，在玻璃微粒沉積物14的穩(wěn)態(tài)部分限定有第二柱狀部分洲，在第一柱狀部分沈與第二柱狀部分觀之間限定有錐形部分27。并且，就包括第一柱狀部分沈的外徑D 1、第二柱狀部分觀的外徑D2以及錐形部分27的錐角θ在內(nèi)的參數(shù)方面來(lái)控制玻璃微粒沉積物14 的沉積形狀。監(jiān)視(從CXD攝像機(jī)21所拍攝的經(jīng)過(guò)圖像處理的沉積形狀的圖像信號(hào)來(lái)計(jì)算) 柱狀部分沈、觀各自的外徑D 1、D2以及錐形部分27的錐角θ。然后，控制原料氣體的流量、火焰形成氣體的流量以及燃燒器位置，從而可以將計(jì)算出的外徑和錐角分別限制在允許的范圍之內(nèi)(例如，外徑Dl為30mm至35mm ；外徑D2為150mm至180mm ；錐角為30度至 40度)，從而可以使沉積形狀接近目標(biāo)形狀(例如，作為允許范圍中的中間值的外徑DOl = 32. 5mm、外徑 D02 = 165mm 以及錐角 θ 0 = 35 度)。作為玻璃微粒沉積物14的制造工序，首先，將支撐桿12連接至升降裝置15，并且將附接在支撐桿12的末端處的玻璃棒13收容在反應(yīng)容器11中。然后，在升降裝置15使玻璃棒13旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，利用用于芯層的燃燒器17和用于包層的燃燒器18將玻璃微粒沉積到玻璃棒13上。在沉積玻璃微粒時(shí)，升降裝置15向上拉動(dòng)玻璃微粒沉積物14。這時(shí)，用與反應(yīng)容器11的下部對(duì)應(yīng)地安裝的CXD攝像機(jī)21來(lái)持續(xù)地監(jiān)視玻璃微粒沉積物14的沉積部分的形狀。在這里，根據(jù)玻璃微粒沉積物14的末端部分的生長(zhǎng)速率向上拉動(dòng)玻璃微粒沉積物14。此外，在將玻璃微粒沉積物14的監(jiān)視參數(shù)與目標(biāo)形狀的外徑 D01、外徑D02和錐角θ 0進(jìn)行比較的同時(shí)，調(diào)整原料氣體的流量、火焰形成氣體的流量和燃燒器位置。然后，通過(guò)將所獲得的玻璃微粒沉積物14在由He和Cl組成的混合氣氛中加熱至 1100°C并隨后在He氣氛中加熱至1550°C，從而使玻璃微粒沉積物14變?yōu)橥该鞯牟ＡА７磸?fù)執(zhí)行該玻璃預(yù)制件的制造方法。下面將描述本實(shí)施例中的制造玻璃預(yù)制件的方法。如圖3所示，在本實(shí)施例中的制造玻璃預(yù)制件的方法中，首先用CCD攝像機(jī)21拍攝玻璃微粒沉積物14的沉積部分的形狀(SOl)。用圖像處理裝置22對(duì)所獲取的圖像信號(hào)進(jìn)行圖像處理(S02)。將經(jīng)圖像處理而獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制裝置16中的沉積形狀測(cè)量單元23，以便計(jì)算與沉積形狀相關(guān)的參數(shù)。此外，在測(cè)量形狀(外徑D1、外徑D2和錐角Θ)與預(yù)先存儲(chǔ)在控制裝置中的目標(biāo)形狀(外徑D01、外徑D02和錐角Θ0)之間進(jìn)行比較(比較步驟) (S03)。根據(jù)上述比較結(jié)果，基于來(lái)自控制裝置16的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)燃燒器臺(tái)架對(duì)和25，以便調(diào)整用于芯層的燃燒器17和用于包層的燃燒器18相對(duì)于玻璃微粒沉積物14的位置， 從而使測(cè)量形狀(Dl、D2和θ )接近目標(biāo)形狀(D01、D02和θ 0) (S04)。可選地，單獨(dú)地調(diào)整原料氣體的流量或同時(shí)地調(diào)整原料氣體的流量和燃燒器位置。也就是說(shuō)，氣體供給裝置19基于來(lái)自控制裝置16的控制信號(hào)，調(diào)整向用于芯層的燃燒器17和用于包層的燃燒器18供給原料氣體的供給流量(S04)?？蛇x地，單獨(dú)地調(diào)整火焰形成氣體的流量，或者與燃燒器位置或/和原料氣體的流量同時(shí)地調(diào)整火焰形成氣體的流量。也就是說(shuō)，氣體供給裝置19基于來(lái)自控制裝置16 的控制信號(hào)，調(diào)整向用于芯層的燃燒器17和用于包層的燃燒器18供給火焰形成氣體的供給流量(S04)。然后，處理返回至拍攝沉積部分的形狀的步驟(SOl)。利用基于來(lái)自控制裝置16的控制信號(hào)執(zhí)行的步驟SOl至少可以將玻璃微粒沉積物14制造為更接近目標(biāo)形狀。如果在重復(fù)多次上述比較步驟之后至少任意一個(gè)測(cè)量形狀參數(shù)(Dl、D2和θ )處于目標(biāo)形狀(D01、D02和Θ0)的相應(yīng)允許范圍之內(nèi)(S05中的結(jié)果為“是”)，則連續(xù)地進(jìn)行與步驟S04類似的調(diào)整步驟(S06)。然后，處理返回至拍攝沉積部分的形狀的步驟(SOl)。 在執(zhí)行步驟S05之后，不總是需要將上述比較步驟重復(fù)多次。通過(guò)重復(fù)這樣的步驟來(lái)完成玻璃微粒沉積物14的制造(S08)。如果即使重復(fù)了多次上述比較步驟，所有測(cè)量形狀參數(shù)(D1、D2和Θ)仍偏離目標(biāo)形狀(D01、D02和Θ0)的允許范圍(S05中的結(jié)果為“否”)，則立刻停止玻璃微粒的沉積 (S07)。于是，能夠防止制造出有缺陷的玻璃預(yù)制件。根據(jù)本實(shí)施例中的制造玻璃預(yù)制件的方法，在沉積期間監(jiān)視玻璃微粒沉積物14 的沉積形狀，并且在控制玻璃微粒沉積物14的上拉速率的同時(shí)，至少控制要充入玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器17和18中的玻璃原料氣體的流量、火焰形成氣體的流量以及玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器17和18相對(duì)于玻璃微粒沉積物14的位置中任意一者，從而可以使沉積形狀變?yōu)槟繕?biāo)形狀。此外，在沉積形狀的所有參數(shù)都偏離目標(biāo)形狀的允許范圍的情況下，停止玻璃微粒的沉積。因此，沉積形狀在多批制品之間或在一批制品之中是穩(wěn)定的，從而玻璃微粒沉積物14的外徑和密度、要添加到芯層中的添加劑的濃度等在一批制品之中或在多批制品之間是穩(wěn)定的。此外，由于使沉積形狀穩(wěn)定，所以例如裂紋和變形等玻璃微粒沉積物14的缺陷得到減少，并且能夠可靠地制造高質(zhì)量的玻璃預(yù)制件。通過(guò)為玻璃微粒沉積物14的末端部分的圓柱狀部分沈的外徑D1、穩(wěn)態(tài)部分的圓柱狀部分觀的外徑D2以及錐形部分27的錐角θ中的任意一者設(shè)置允許范圍，控制目標(biāo)形狀，并且在所有外徑和錐角都偏離允許范圍的情況下，停止玻璃微粒的沉積。因此，能夠防止產(chǎn)生缺陷，并且由于能夠減少用于監(jiān)視制造狀態(tài)所需的人工操作，所以能夠降低制造成本。由于用CXD攝像機(jī)21和圖像處理裝置22來(lái)執(zhí)行沉積形狀的監(jiān)視，所以能夠以低安裝成本實(shí)現(xiàn)該構(gòu)造，并且能夠以高精度識(shí)別沉積形狀。下面將描述制造玻璃預(yù)制件的方法的實(shí)例。在本實(shí)例和比較例中，使用下列材料來(lái)制造玻璃預(yù)制件。 靶玻璃棒直徑為25mm且長(zhǎng)度為400mm的純石英玻璃，
要充入用于芯層的燃燒器中的氣原料氣體——SiCl4和GeCl4，火焰形成氣體——H2和O2，燃燒器密封氣體——N2, 要充入用于包層的燃燒器中的氣體原料氣體——SiCl4,火焰形成氣體——H2 和O2，燃燒器密封氣體——n2。< 實(shí)例 >在用與反應(yīng)容器11的下部對(duì)應(yīng)地安裝的CXD攝像機(jī)21監(jiān)視沉積形狀的同時(shí)，以與末端部分的生長(zhǎng)速率對(duì)應(yīng)的上拉速率執(zhí)行玻璃微粒的沉積操作(參考圖1)。從所拍攝的沉積形狀來(lái)計(jì)算圓柱狀部分26J8各自的外徑Dl、D2和錐形部分27的錐角θ，并且控制各原料氣體的流量、火焰形成氣體的流量以及燃燒器位置，從而可以將參數(shù)限制在允許范圍之內(nèi)(外徑Dl = 30mm至:35mm、外徑D2 = 150mm至180mm以及錐角θ = 30度至40 度，參考圖幻，從而可以使參數(shù)接近目標(biāo)形狀(外徑DOl = 32. 5mm、外徑D02 = 165mm以及錐角90 = 35度)。在沉積形狀的所有參數(shù)都偏離允許范圍的情況下，停止玻璃微粒的沉積。所獲得的玻璃微粒沉積物通過(guò)在由He和Cl組成的混合氣氛中加熱至1100°C并隨后在 He氣氛中加熱至1550°C而變?yōu)橥该鞯牟ＡВ瑥亩瞥刹ＡьA(yù)制件。<比較例>用CCD攝像機(jī)來(lái)監(jiān)視玻璃微粒沉積物的末端部分的沉積形狀，并且根據(jù)末端部分的生長(zhǎng)速率控制上拉速率。在這種情況下，玻璃微粒沉積物的沉積形狀有時(shí)由于燃燒器的結(jié)構(gòu)而變形，但玻璃微粒沉積物的制造在變形狀態(tài)下仍繼續(xù)進(jìn)行。所獲得的玻璃微粒沉積物在與上述實(shí)例中的條件相同的條件下變?yōu)橥该鞯牟Ａ?。在上述?shí)例和比較例中，通過(guò)上述方法來(lái)反復(fù)執(zhí)行玻璃預(yù)制件的制造，并且在N =10 (10根棒)的情況下對(duì)各玻璃預(yù)制件的芯層部分和包層部分的特定折射率之間的差異 (Δη)的波動(dòng)(差量ο )與芯層直徑(d)和包層外徑⑶之間的比率D/d的波動(dòng)(差量σ ) 進(jìn)行比較。表 權(quán)利要求
1.一種制造玻璃預(yù)制件的方法，包括 利用VAD工藝來(lái)獲得玻璃微粒沉積物；以及在高溫下加熱所獲得的玻璃微粒沉積物，從而制造透明的玻璃預(yù)制件， 其中，在沉積玻璃微粒時(shí)，除了監(jiān)視所述玻璃微粒沉積物的沉積形狀并控制所述玻璃微粒沉積物的上拉速率之外，還控制以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng) 要充入玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器中的玻璃原料氣體的流量； 要充入所述玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器中的火焰形成氣體的流量；以及所述玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器相對(duì)于所述玻璃微粒沉積物的位置，以使所述沉積形狀能變?yōu)槟繕?biāo)形狀，并且在所述沉積形狀偏離所述目標(biāo)形狀的情況下，停止所述玻璃微粒的沉積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在設(shè)定參數(shù)的允許范圍的同時(shí)控制所述目標(biāo)形狀，所述參數(shù)包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)所述玻璃微粒沉積物的圓柱狀末端部分處的外徑； 所述玻璃微粒沉積物的圓柱狀穩(wěn)態(tài)部分的外徑；以及所述玻璃微粒沉積物的錐形部分的錐角，并且在所述參數(shù)全都偏離所述允許范圍的情況下，停止所述玻璃微粒的沉積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，利用CXD攝像機(jī)和圖像處理裝置來(lái)監(jiān)視所述沉積形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種制造玻璃預(yù)制件的方法，該方法包括利用VAD工藝來(lái)獲得玻璃微粒沉積物；以及在高溫下加熱所獲得的玻璃微粒沉積物，從而制造透明的玻璃預(yù)制件，其中，在沉積玻璃微粒時(shí)，除了監(jiān)視玻璃微粒沉積物的沉積形狀并控制玻璃微粒沉積物的上拉速率之外，還控制以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)要充入玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器中的玻璃原料氣體的流量；要充入玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器中的火焰形成氣體的流量；以及玻璃微粒產(chǎn)生燃燒器相對(duì)于玻璃微粒沉積物的位置，以使沉積形狀能變?yōu)槟繕?biāo)形狀，并且在沉積形狀偏離目標(biāo)形狀的情況下，停止玻璃微粒的沉積。
文檔編號(hào)C03B19/14GK102557399SQ201110332809
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者伊藤輝彥, 石原朋浩 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社