多孔质玻璃微粒子体的制造方法以及光纤母材的制造方法与流程

本发明涉及多孔质玻璃微粒子体的制造方法以及光纤母材的制造方法。

本申请基于2018年6月12日在日本申请的特愿2018-112188号主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术：

根据以往，如专利文献1所示，公开有使玻璃微粒子堆积于玻璃棒等初始母材而形成粉末(soot)的多孔质玻璃微粒子体的制造方法。若使这种多孔质玻璃微粒子体烧结，则能够得到用于制造光纤等的光纤母材。

另外，在专利文献1的制造方法中，使排列配置的多个燃烧器相对于初始母材往复移动。而且，从玻璃微粒子(粉末)相对于初始母材开始堆积时到堆积几层为止，将往复移动的折返位置固定，其后在每次往复移动时使折返位置移动。根据该结构，公开有抑制在初始母材与粉末的界面产生错位的技术。

专利文献1：日本特开2016-44087号公报

在通过专利文献1的制造方法而得到的多孔质玻璃微粒子体中，粉末层彼此间的在长边方向上的边界面、与初始母材和粉末层间的边界面交叉。这样，若两个边界面交叉，则在该交叉部处，界面错位，而容易产生白浊、气泡混入等不良。

上述那样的不良例如能够通过使单一的燃烧器往复运动而使粉末堆积来改善，但在该情况下，粉末的堆积所需要的时间增大，使制造效率降低。

技术实现要素：

本发明是考虑到上述情况而完成的，其目的在于提供一种维持制造效率，并且抑制粉末层与初始母材间的边界面处产生不良的多孔质玻璃微粒子体的制造方法。

为了解决上述课题，本发明的一个形态所涉及的多孔质玻璃微粒子体的制造方法，是使燃烧器组沿着旋转的初始母材的长边方向相对于上述初始母材移动，通过向上述燃烧器组的火焰放出原料气体，来在上述初始母材的表面形成多个粉末层的多孔质玻璃微粒子体的制造方法，上述多孔质玻璃微粒子体的制造方法具有：第一层形成工序，在初始母材的表面形成第一粉末层；和外层形成工序，在上述第一粉末层的外侧形成多个粉末层，在上述第一层形成工序中，在上述长边方向上无缝隙地连续形成上述第一粉末层，在上述外层形成工序中，一边向上述燃烧器组中包含的各燃烧器供给原料气体而形成粉末层，一边使上述燃烧器组相对于上述初始母材在上述长边方向上往复运动。

根据本发明的上述形态，能够提供一种维持制造效率，并且抑制粉末层与初始母材间的边界面产生不良的多孔质玻璃微粒子体的制造方法。

附图说明

图1a是对第一实施方式所涉及的多孔质玻璃微粒子体的制造方法进行说明的图。

图1b是表示接着图1a的工序的图。

图1c是表示接着图1b的工序的图。

图1d是表示接着图1c的工序的图。

图2是通过第一实施方式所涉及的制造方法得到的多孔质玻璃微粒子体的图。

图3a是对第二实施方式所涉及的多孔质玻璃微粒子体的制造方法进行说明的图。

图3b是表示接着图3a的工序的图。

图3c是表示接着图3b的工序的图。

图3d是表示接着图3c的工序的图。

图3e是表示接着图3d的工序的图。

图3f是表示接着图3e的工序的图。

图4是通过第二实施方式所涉及的制造方法得到的多孔质玻璃微粒子体的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，基于附图对第一实施方式的多孔质玻璃微粒子体的制造方法进行说明。通过本实施方式获得的多孔质玻璃微粒子体例如应用于ovd法(outsidevapordepositionmethod)或vad法(vaporphaseaxialdepositionmethod)等，由此能够获得光纤母材。此外，本发明并不限定于以下实施方式。

ovd法是指，在使玻璃微粒子堆积于玻璃棒等初始母材的外表面，形成粉末层，而得到多孔质玻璃微粒子体之后，通过加热对粉末层进行烧结而得到光纤母材的方法。

vad法是指，在从玻璃棒等初始母材的前端部开始玻璃微粒子的堆积，形成圆柱状的粉末层，而得到多孔质玻璃微粒子体之后，通过加热对粉末层进行烧结，而得到光纤母材的方法。

但是，通过本实施方式得到的多孔质玻璃微粒子体的用途并不限定于光纤母材的制造。

如图1a所示，本实施方式的多孔质玻璃微粒子体的制造装置10具备：燃烧器组2，具有多个燃烧器2a～2d；固定台3；以及气体供给装置(未图示)。此外，也可以适当地变更燃烧器组2中包含的燃烧器的数量。

多个燃烧器2a～2d沿着初始母材1的长边方向x排列配置。初始母材1为石英玻璃制的玻璃棒等。初始母材1的两端(第一端部1a和第二端部1b)由一对旋转卡盘(未图示)支承。通过旋转卡盘，使初始母材1在反应容器(未图示)内旋转。

(方向定义)

在本说明书中，将初始母材1的长边方向简称为长边方向x。沿着长边方向x将燃烧器2a侧称为+x侧，将燃烧器2d侧称为–x侧。即，从+x侧朝向–x侧，依次配置燃烧器2a(第一燃烧器)、燃烧器2b(第二燃烧器)、燃烧器2c(第三燃烧器)以及燃烧器2d(第四燃烧器)。

多个燃烧器2a～2d固定于固定台3，沿长边方向x隔开等间隔地配置。固定台3能够沿着未图示的导轨在长边方向x上移动。即，燃烧器组2能够沿着初始母材1的长边方向x相对于初始母材1进行相对移动。

在本实施方式中，燃烧器组2以在长边方向x上往复的方式进行移动。但是，也可以使燃烧器组2保持静止，使初始母材1沿着长边方向x往复。即，燃烧器组2只要能够沿着长边方向x相对于初始母材1进行相对往复运动即可。

在各燃烧器2a～2d连接有未图示的气体供给装置。气体供给装置向燃烧器2a～2d供给火种f2的燃料、原料气体以及氧气等。此外，火种f2的燃料的供给装置与原料气体的供给装置也可以分开。

这里，在本说明书中，将向燃烧器2a～2d供给原料气体而生成玻璃微粒子时的火焰称为生成火焰f1。另外，将未向燃烧器2a～2d供给原料气体，未生成玻璃微粒子的状态的火焰称为火种f2。另外，在简称为“火焰”的情况下，包含生成火焰f1以及火种f2两者。

此外，火焰(生成火焰f1或火种f2)的火力等的设定也可以每个燃烧器2a～2d均不同，也可以通用。另外，也可以使该设定随着燃烧器组2的往复运动的次数而变化。

在本实施方式中的多孔质玻璃微粒子体的制造方法中，即使在未产生生成火焰f1的期间，也始终产生火种f2。由此，在向燃烧器2a～2d供给了原料气体时，能够顺利地开始玻璃微粒子的生成。但是，也可以在供给原料气体之前预先将火种f2灭火，在即将供给原料气体之前使火种f2产生。另外，也可以在供给原料气体之前预先减弱火种f2的火力，直到即将供给原料气体之前，增强火种f2的火力等，使火种f2的火力变化。

燃烧器2a～2d通过可燃性气体(例如，氢气、甲烷等)与氧的混合气体等使火种f2产生。向该火种f2中放出原料气体使生成火焰f1产生，通过氧化反应或水解反应生成玻璃微粒子。该玻璃微粒子堆积于(沉积)初始母材1的表面，形成粉末，而得到多孔质玻璃微粒子体20。

作为原料气体，例如能够使用四氧化硅(sicl4)、含硅的有机化合物。作为含硅的有机化合物，能够使用环状硅氧烷d3(六甲基环三硅氧烷)、d4(八甲基环四硅氧烷，omcts)以及d5(十甲基环五硅氧烷)等烷基硅氧烷。这里，上述含硅的有机化合物的“d”是指[(ch3)2–si]–o–的单元，例如d4是指四个d单元连接为环状的构造。含硅的有机化合物即使氧化反应也不产生盐酸，因此有助于降低环境负荷、因不需要盐酸的处理设备引起的制造成本降低等。特别是，d4在工业上被广泛使用，比较廉价且容易获得。

接下来，对多孔质玻璃微粒子体20的具体的制造方法进行说明。

(第一层形成工序)

首先，进行图1a～图1b所示的第一层形成工序。更详细而言，如图1a所示，燃烧器2a处于规定的第一边界位置b1的状态下，向燃烧器2a供给原料气体。由此，在燃烧器2a产生生成火焰f1，开始玻璃微粒子的生成。此时，未向燃烧器2b～2d供给原料气体，预先使火种f2产生。

接下来，如图1b所示，使燃烧器组2(固定台3)相对于初始母材1向+x侧移动。由此，将通过燃烧器2a的生成火焰f1生成的玻璃微粒子堆积于初始母材1，形成第一粉末层11。第一粉末层11是指向初始母材1最早堆积的粉末层。

在第一层形成工序中，在燃烧器2a从第一边界位置b1起到达第二边界位置b2之前，连续向燃烧器2a供给原料气体，生成玻璃微粒子。由此，第一粉末层11在长边方向x上无缝隙地连续形成。

此外，在第一层形成工序中，使燃烧器2b～2d产生火种f2，由此能够加热形成后的第一粉末层11。

(外层形成工序)

在第一层形成工序之后，进行图1c～图1d所示的外层形成工序。在外层形成工序中，在第一粉末层11的外侧形成有多个粉末层12～14(参照图2)。此外，在图2中，虽然简化显示，但在外层形成工序形成的粉末层的数量例如为50～1000左右，每一层的厚度例如为0.01～1.0mm左右。

在外层形成工序中，首先如图1c所示，向燃烧器2b～2d均供给原料气体，使其分别产生生成火焰f1。而且，如图1d所示，使燃烧器组2相对于初始母材1向–x侧移动。由此，第二粉末层12形成。此时，通过各个燃烧器2a～2d生成的玻璃微粒子分别堆积于第一粉末层11上。因此，第二粉末层12分为区域12a～12d形成。而且，在第二粉末层12沿长边方向x隔开间隔地形成有区域彼此间的边界面。

以下，在第一边界位置b1与第二边界位置b2之间，使燃烧器组2相对于初始母材1沿长边方向x相对往复移动。由此，如图2所示，粉末层依次堆积而得到多孔质玻璃微粒子体20。

(光纤母材的制造方法)

在制造光纤母材的情况下，将多孔质玻璃微粒子体20脱水(脱水工序)，并使其烧结(烧结工序)。烧结工序也可以在脱水工序之后，也可以与脱水工序同时进行。

在脱水工序中，使用脱水气体，去除包含在多孔质玻璃微粒子体20的粉末层的水分。通过去除水分，能够减少从多孔质玻璃微粒子体20得到的光纤的光的传输损耗。能够使用包含脱水剂的惰性气体作为脱水气体。能够使用氯(cl2)、亚硫酰氯(socl2)等氯化合物等作为脱水剂。此外，也可以使用一氧化碳等氯化合物以外的脱水剂。

在脱水工序中，例如在脱水气体的气氛下设置并加热多孔质玻璃微粒子体20。此时，脱水气体进入多孔质玻璃微粒子体20所具有的细孔，由此进行脱水到多孔质玻璃微粒子体20的内部。因此，粉末层的玻璃微粒子体的密度越小，脱水气体越容易进入，能够高效地进行脱水。

在烧结工序中，以高温(例如1400℃)对多孔质玻璃微粒子体20进行加热，使粉末层玻璃化。由此，粉末层成为透明的玻璃体，而得到光纤母材。

另外，能够通过使光纤母材熔融并拉丝来制造光纤。

然而，在初始母材1与第一粉末层11间的边界面中，有时产生界面错位、气泡混入以及白浊等不良。为了抑制上述不良的产生，例如考虑提高形成第一粉末层11时的温度，使第一粉末层11稳固地附着于初始母材1。然而，若提高形成第一粉末层11时的温度，则第一粉末层11的玻璃微粒子体的密度变大。而且，若玻璃微粒子体的密度变大，则在上述的脱水工序中，脱水气体不易进入细孔。其结果，存在脱水工序的效率降低、脱水不充分的可能性。

脱水工序的效率的降低导致光纤母材以及光纤的制造效率的降低和成本的增大。另外，若脱水不充分，则由于光纤的水分导致传输损耗的增大(例如，波长1383nm的损耗增加)。

根据这样的情况，要求不提高形成第一粉末层11时的温度，而抑制第一粉末层11与初始母材1间的边界面产生不良。

因此，本实施方式的多孔质玻璃微粒子体的制造方法具有在初始母材1的表面形成第一粉末层11的第一层形成工序、和在第一粉末层11的外侧形成多个粉末层的外层形成工序。而且，在第一层形成工序中，在长边方向x上无缝隙地连续形成第一粉末层11。

这样，通过无缝隙地连续形成第一粉末层11，能够抑制第一粉末层11与初始母材1间的界面处的界面错位、气泡混入以及白浊等不良的产生。而且，不提高形成第一粉末层11时的温度就能够得到上述效果，因此能够将第一粉末层11的玻璃微粒子体的密度抑制为较小，能够高效地并且更可靠地进行脱水工序。在此基础上，在外层形成工序中，使燃烧器组2相对于初始母材1沿长边方向x相对往复运动，并且使在各燃烧器2a～2d生成的玻璃微粒子堆积。由此，能够提高多孔质玻璃微粒子体20的制造效率。

另外，在第一层形成工序中，通过燃烧器2b～2d的火种f2加热第一粉末层11，由此能够抑制第一粉末层11的温度降低。这样，通过抑制第一粉末层11的温度降低，能够抑制由于制造途中的温度不均(温度分布、温度变化等)引起的不良的产生。更详细而言，若产生温度不均，则线膨胀系数在第一粉末层11与初始母材1不同，因此容易产生以第一粉末层11与初始母材1间的界面为起点的裂纹。与此相对地，如上所述，通过燃烧器2b～2d的火种f2加热第一粉末层11，能够使第一粉末层11的温度稳定，而抑制裂纹等的产生。

另外，在外层形成工序中，在第一层形成工序完成之后，开始向与形成第一粉末层11的燃烧器2a不同的燃烧器2b～2d供给原料气体。根据该结构，能够使多孔质玻璃微粒子体20的直径在长边方向x上稳定。

(第二实施方式)

接下来，对本发明所涉及的第二实施方式进行说明，基本的结构与第一实施方式同样。因此，对同样的结构标注相同的附图标记并省略其说明，仅对不同的点进行说明。

在第一实施方式中，在第一层形成工序完成之后，进行外层形成工序。与此相对地，在本实施方式中，将第一层形成工序与外层形成工序同时进行。

首先，如图3a所示，燃烧器2a处于规定的第一边界位置b1的状态下，向燃烧器2a供给原料气体。由此，在燃烧器2a产生生成火焰f1，开始玻璃微粒子的生成。此时，未向燃烧器2b～2d供给原料气体，预先使火种f2产生。此外，火种f2的火力不需要为恒定，也可以适当地变化。另外，也可以在向燃烧器2b～2d供给原料气体之前，预先将火种f2灭火或减弱，在即将供给原料气体之前将火种f2点燃或增强。

接下来，如图3b～图3c所示，使燃烧器组2(固定台3)相对于初始母材1向+x侧移动。由此，第一粉末层11形成。而且，在燃烧器2b到达第一边界位置b1的时刻，向燃烧器2b供给原料气体。由此，在燃烧器2b产生生成火焰f1，开始玻璃微粒子的生成，在第一粉末层11的表面形成第二粉末层12。

如图3c～图3d所示，以后也同样地，在燃烧器2c、2d到达第一边界位置b1的时刻，分别向燃烧器2c、2d供给原料气体。即在本实施方式中，在多个燃烧器2a～2d到达第一边界位置b1的时刻，对到达的燃烧器2a～2d开始进行原料气体的供给。因此，形成第一粉末层11，并且同时也形成第二～第四粉末层12～14。即，第一层形成工序与外层形成工序同时进行。

如图3e～图3f所示，若燃烧器2a到达规定的第二边界位置b2，则固定台3开始朝向–x侧折返移动。此时，燃烧器2a在第一粉末层11上形成第二粉末层12。即，第二粉末层12分开形成为由燃烧器2a形成的部分和由燃烧器2b形成的部分。

针对第三～第四粉末层13、14也同样地由各燃烧器2a～2d在长边方向x上分开形成。

另一方面，第一粉末层11由燃烧器2a无缝隙地连续形成。因此，与第一实施方式同样地，能够取得由无缝隙地连续形成第一粉末层11引起的作用效果。

另外，在本实施方式中，在进行第一层形成工序期间，在与形成第一粉末层11的燃烧器2a不同的燃烧器2b～2d产生生成火焰f1，来加热第一粉末层11。因此，与第一实施方式同样地，能够抑制第一粉末层11的温度降低，从而抑制由于温度不均引起的不良的产生。

另外，在本实施方式中，在到达第一边界位置b1的时刻开始向燃烧器2a～2d供给原料气体。因此，与例如燃烧器2a～2d位于边界位置b1、b2之间时开始供给的情况相比较，能够抑制在原料气体的反应初始时的不稳定的状态下生成的玻璃微粒子堆积于多孔质玻璃微粒子体20的长边方向x上的中间部这种情况。因此，增大多孔质玻璃微粒子体20中的能够作为合格部使用的部分的比例，能够使成品率提高。

特别是，在使用含硅的有机化合物作为原料气体的情况下，容易产生由原料气体与氧气的混合比率不稳定引起的不良。而且，在原料气体的供给开始最初，不易使氧气与原料气体的混合比率稳定，因此容易产生上述的不良。因此，本实施方式的结构适用于使用含有硅的有机化合物作为原料气体的情况。

此外，如图4所示，通过本实施方式的制造方法得到的多孔质玻璃微粒子体20的形成的粉末层的数量在长边方向x上变化。然而，一个粉末层的厚度为0.01～1.0mm左右，因此对多孔质玻璃微粒子体20的直径的稳定性带来的影响较小。

另外，例如为了使多孔质玻璃微粒子体20的直径在长边方向x上更稳定，也可以使由各燃烧器2a～2d生成并堆积于初始母材1的玻璃微粒子的量变化。堆积于初始母材1的玻璃微粒子的量能够通过原料气体的流量、燃烧器组2相对于初始母材1的移动速度以及反应容器内的气流等各种条件来调整。

此外，本发明的技术的范围并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内增加各种变更。

例如，在上述实施方式中，固定了在形成第二层以后的粉末时的燃烧器组2的往复运动中的折返位置，但也可以使折返位置逐渐错位。由此，能够抑制多孔质玻璃微粒子体20的直径在长边方向x上变动。

另外，也可以使形成第一粉末层11时的边界位置b1、b2与形成外侧的粉末层时的边界位置b1、b2不同。

另外，在上述实施方式中，燃烧器2a～2d等间隔地配置，但燃烧器2a～2d彼此之间也可以不等间隔地配置。

另外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当地将上述实施方式中的构成要素置换为公知的构成要素，另外，也可以适当地组合上述的实施方式、变形例。

附图标记的说明

1...初始母材；2...燃烧器组；2a～2d...燃烧器；11...第一粉末层；12～14...外侧粉末层；b1...第一边界位置(边界位置)；x...长边方向。