專利名稱：光纖母材的制造方法及制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于利用VAD法(Vapor—phase Axial Deposition,專由向氣 相沉積法)的光纖母材的制造，是關(guān)于一種能夠穩(wěn)定地供給高品質(zhì)的光纖 母材的光纖母材制造方法及裝置。
另外，對(duì)認(rèn)可利用參考文獻(xiàn)的組入的指定國，將下述專利申請(qǐng)的說明 書所記述的內(nèi)容借由參照而組入到本發(fā)明中，以作為本說明書的記述的一 部分。
曰本專利的申請(qǐng)?zhí)柼卦?005 - 005550號(hào)；申請(qǐng)日2005年1月12
曰
背景技術(shù)：
作為光纖母材的制造方法之一，已知有一種VAD法。在該VAD法中，是 例如將由反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置的灰質(zhì)核心(soot core)堆積用燃燒室及纖殼(clad) 堆積用燃燒室所生成的玻璃微粒子，在 一 面進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 一 面上升的的旋轉(zhuǎn)軸 上所安裝的初始構(gòu)件(starting member)的頂端進(jìn)行堆積，以制造含有灰質(zhì) 核心層及纖殼層的多孔質(zhì)母材。另，所得到的多孔質(zhì)母材在此后被脫水、透 明玻璃化，以形成光纖母材。
在上述的制造方法中，最好是使灰質(zhì)核心的頂端位置在堆積中成為一 定，以穩(wěn)定所得到的光纖母材的特性。因此，通常是逐次調(diào)整上升速度或原 料氣體的流量，以對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位置進(jìn)行檢測(cè)并使其位置成為一定。 另外，即使在這種情況下，最好也盡可能地將該情況所造成的上升速度或 原料氣體的流量變動(dòng)抑制成較小。
為了將灰質(zhì)核心的頂端位置保持一定，首先需要不斷地正確把握頂端 位置。在對(duì)頂端位置進(jìn)行4企測(cè)的方法中，有一種如專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2 所述的，借由照相機(jī)取得堆積中的圖像，并對(duì)該圖像進(jìn)行圖像處理而決定 頂端位置的方法。但是，該圖像處理的解析度依存于照相機(jī)的掃描線數(shù)。 而且，因?yàn)閳D像處理為一種利用電腦等的數(shù)位式處理，所以所;險(xiǎn)測(cè)到的頂 端位置必然為非連續(xù)的，即，成為離散的值。
專利文獻(xiàn)l:日本專利特開昭53 - 87245號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本專利特開昭60 - 122736號(hào)公報(bào)
在上述的檢測(cè)方法中，對(duì)離散的值即一個(gè)頂端位置P的值，當(dāng)使其到 達(dá)鄰接的下一頂端位置的間隔為d時(shí)，對(duì)頂端位置P的值處于±d/2間的頂 端位置都被4僉測(cè)為頂端位置P。因此，存在著即使在間隔d的范圍內(nèi)頂端位
置上升或下降，在檢測(cè)到該頂端位置變化為止也需要時(shí)間(時(shí)間滯后)的 問題。
另外，在對(duì)被檢測(cè)到"移動(dòng)"的頂端位置的控制量過大的情況下，在 進(jìn)行再次調(diào)整之前所需要的時(shí)間增長。因此，存在著結(jié)果會(huì)招致大的速度 變動(dòng)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述課題，本發(fā)明的第1形態(tài)提供一種光纖母材的制造方法，為
一種利用VAD法的光纖母材的制造方法，包括利用離散的值對(duì)灰質(zhì)核心的 頂端位置進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)程序、將所檢測(cè)的頂端位置的值以預(yù)先確定的時(shí) 間進(jìn)行平均化的平均化程序、對(duì)灰質(zhì)核心的制造條件進(jìn)行調(diào)整以使被平均 化的頂端位置的值成為一定的調(diào)整程序；其特征在于在調(diào)整程序中對(duì)制 造條件進(jìn)行逐次調(diào)整，以使平均化了的頂端位置的值，與預(yù)先被離散地檢 測(cè)而得到的相鄰的2個(gè)頂端位置的值之間所設(shè)定的目標(biāo)位置的值之差成為 零。借此，在玻璃孩克粒的堆積中，不斷地對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位置正確地進(jìn)行 檢測(cè)，并調(diào)整與目標(biāo)位置的差的上升速度及/或向燃燒室的原料流量，從而 可使灰質(zhì)核心的頂端位置保持一定，并可使光纖母材的特性穩(wěn)定。此處，借 由將灰質(zhì)核心頂端位置的管理目標(biāo)值設(shè)定在連續(xù)的離散值之間，可使頂端 位置總是以一定的比例作為2個(gè)離散值中的某一個(gè)而被檢測(cè)出，并被推測(cè) 為經(jīng)常實(shí)行了細(xì)致調(diào)整的結(jié)果。
而且，作為一個(gè)實(shí)施形態(tài)，在上述制造方法的調(diào)整程序中，目標(biāo)位置的 值在以離散方式檢測(cè)所得到的相鄰2值的間隔為1時(shí)，形成相當(dāng)于0. 4 ~ 0. 6 的內(nèi)分點(diǎn)。借此，對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位置，總是可以一定的比例以作為2 個(gè)離散的值中的某一個(gè)而被檢測(cè)出，并可經(jīng)常地進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整。因此，雖 然細(xì)小的變動(dòng)經(jīng)常存在，但結(jié)果連頂端位置的很小的變化也進(jìn)行檢測(cè)，并 迅速地進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，不會(huì)產(chǎn)生大的變動(dòng)。
另外，目標(biāo)位置即使以連續(xù)離散值的間隔的1/20左右這種很小的量來 進(jìn)行偏離，也可得到相同的效果。但是，效果特別顯著的是，目標(biāo)位置的 值在2個(gè)相鄰的離散值0. 4 ~ 0. 6的內(nèi)分點(diǎn)內(nèi)的情況。當(dāng)頂端位置在該范圍 時(shí)，可利用很小的速度的變更來調(diào)整頂端位置，并根據(jù)情況，從灰質(zhì)堆積 體的旋轉(zhuǎn)或堆積時(shí)所使用的火焰的光亮所形成的圖像的晃動(dòng)而以適當(dāng)?shù)谋?例，使頂端位置作為2個(gè)離散的值而分別被檢測(cè)，所以利用雖然小但不為 零的速度調(diào)整，就可在極其狹窄的范圍內(nèi)控制頂端位置。
另外，作為另一實(shí)施形態(tài)，在上述制造方法的調(diào)整程序中，進(jìn)行調(diào)整 的制造條件可為灰質(zhì)核心的上升速度及為了灰質(zhì)堆積而供給的原料氣體的 流量中的至少其中之一。借此，可利用對(duì)灰質(zhì)核心的上升速度進(jìn)行調(diào)整的
上升速度控制裝置、對(duì)所供給的原料氣體流量進(jìn)行調(diào)整的質(zhì)量流控制器等 既存的設(shè)備，以有效地控制灰質(zhì)核心的頂端位置。
而且，本發(fā)明的第2形態(tài)提供一種光纖母材的制造裝置，為一種利用
VAD法的光纖母材的制造裝置，其特征在于，包括對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位置 進(jìn)行拍照的CCD照相機(jī)、將所拍攝的圖像進(jìn)行數(shù)位化處理并以離散的值來 檢測(cè)灰質(zhì)核心的頂端位置的圖像處理裝置、將離散的值轉(zhuǎn)換為類比信號(hào)并 以預(yù)先所確定的時(shí)間來進(jìn)行平均化的PID控制器、為了使平均化了的頂端 位置的值和預(yù)先以離散方式檢測(cè)而得到的相鄰的2個(gè)位置之間所設(shè)定的目 標(biāo)位置的值之差成為零，而對(duì)制造條件進(jìn)行逐次調(diào)整的控制調(diào)整裝置。借 此，在光纖母材的制造裝置中，借由在玻璃微粒的堆積中，經(jīng)常對(duì)灰質(zhì)核 心的頂端位置正確地進(jìn)行檢測(cè)，并調(diào)整與目標(biāo)位置的差的上升速度及/或向 燃燒室的原料流量，從而可使灰質(zhì)核心的頂端位置保持一定，并可使光纖 母材的特性穩(wěn)定。
而且，作為一個(gè)實(shí)施形態(tài)，在上述制造裝置中，控制調(diào)整裝置可為對(duì) 灰質(zhì)核心的上升速度進(jìn)行調(diào)整的上升速度控制裝置及對(duì)所供給的原料氣體 的流量借由質(zhì)量流控制器(mass flow control ler)來進(jìn)行控制的質(zhì)量流控 制器裝置中的至少一個(gè)。借此，可利用既存的設(shè)備來對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位 置有效地進(jìn)行控制。
但是，上述發(fā)明的概要并未列舉本發(fā)明的必要特征的全部。這些特征 群的子(sub)組合也可又形成發(fā)明。
利用本發(fā)明，借由在玻璃微粒的堆積中，經(jīng)常對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位置 正確地進(jìn)行檢測(cè)，并調(diào)整與目標(biāo)位置的差的上升速度及/或向燃燒室的原料 流量，從而可使灰質(zhì)核心的頂端位置保持一定，并可使光纖母材的特性穩(wěn) 定。


圖1所示為利用實(shí)施例1的灰質(zhì)核心頂端位置的控制系統(tǒng)的概略說明圖。
圖2所示為利用實(shí)施例2的灰質(zhì)核心頂端位置的控制系統(tǒng)的概略說明圖。
圖3所示為利用實(shí)施例1的灰質(zhì)核心頂端位置的控制狀態(tài)的圖解。 圖4所示為利用比較例1的灰質(zhì)核心頂端位置的控制狀態(tài)的圖解。 主要元件符號(hào)說明
1:籽棒 2:光纖母材
3:灰質(zhì)核心的頂端位置 4:懸吊機(jī)構(gòu) 6: CCD照相機(jī) 7:圖像處理裝置8: PID控制器
具體實(shí)施例方式
下面依照發(fā)明的實(shí)施形態(tài)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。但是以下的實(shí)施形態(tài)并 未對(duì)關(guān)于申請(qǐng)專利范圍的發(fā)明進(jìn)行限定。而且，實(shí)施形態(tài)中所說明的特征 的組合的全部也未必限于發(fā)明的解決方案所必需的。 (實(shí)施例1)
利用VAD法，在旋轉(zhuǎn)并被提起的籽棒(seed rod) 1的頂端，堆積著將四 氯化硅等原料氣體進(jìn)行火焰加水分解法(Flame Hydrolysis)所生成的硅微 粒，以進(jìn)行光纖母材2的制造。在堆積中，對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位置3利用 CCD照相機(jī)6來進(jìn)行拍攝，并利用圖像處理裝置7從該圖像中檢測(cè)出灰質(zhì)核 心的頂端位置3(參照?qǐng)D1)。另外，頂端位置的檢測(cè)是利用圖像的明亮度 變化而進(jìn)行。在從明亮度變化來檢測(cè)頂端位置的方法中，可采用例如利用 閾值(threshold value)的方法、利用明亮度的變化率的方法等，但不管利 用哪種方法所得到的頂端位置，都成為依存于圖像的解析度的離散的值。
可作為離散的值以進(jìn)行檢測(cè)而得到的頂端位置3的最小間隔，根據(jù)圖 像的解析度而進(jìn)行變化，但在本實(shí)施例所使用的系統(tǒng)中為0. 2mm。形成一種 系統(tǒng)，其進(jìn)行一種將該頂端位置3轉(zhuǎn)換為類比的電氣信號(hào)，并輸入到PID 控制器8,且在PID控制器8側(cè)進(jìn)行20秒的平均化處理，并為了使平均化 了的頂端位置和目標(biāo)位置的差分成為0，而借由懸吊機(jī)構(gòu)4利用未圖示的提 升裝置來對(duì)上升速度進(jìn)行調(diào)整。此時(shí)的控制作為一種PI控制，其使用針對(duì) 差分的比例成分和用于防止偏移的積分成分。
目標(biāo)位置在作為2個(gè)相鄰的離散值的中間值時(shí)，如圖3所示，頂端位 置及上升速度雖然經(jīng)常進(jìn)行細(xì)^1的變動(dòng)，但都不會(huì)進(jìn)行大的變動(dòng)。
如果目標(biāo)位置從離散的值，偏離例如2個(gè)離散值的間隔的1/20左右這 種細(xì)小的量，此時(shí)雖然也可呈現(xiàn)同樣的效果，但效果特別顯著的是目標(biāo)位 置位于2個(gè)相鄰的離散值的0. 4 ~ 0. 6的內(nèi)分點(diǎn)內(nèi)的情況。當(dāng)頂端位置位于 該范圍內(nèi)時(shí)，可以很小的速度的變更來對(duì)頂端位置進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)情況， 從灰質(zhì)堆積體的旋轉(zhuǎn)或堆積所使用的火焰的光亮度所形成的圖像的晃動(dòng)而 以適當(dāng)?shù)谋壤?，使頂端位置作?個(gè)離散的值而分別被檢測(cè)出，所以利用 雖然小但不為零的速度調(diào)整，可在極其狹窄的范圍內(nèi)控制頂端位置。 (實(shí)施例2)
利用與實(shí)施例1相同的系統(tǒng)來進(jìn)行光纖母材的制造。 在硅微粒的堆積中，將利用CCD照相機(jī)6和圖像處理裝置7所檢測(cè)的 灰質(zhì)核心的頂端位置3轉(zhuǎn)換為類比的電信號(hào)，并輸入到PID控制器8,且在 PID控制器8側(cè)進(jìn)行20秒的平均化處理。另外，頂端位置3的控制為一種 利用質(zhì)量流控制器(流量控制裝置)9，使向燃燒室5的原料氣體的流量進(jìn)行變化之系統(tǒng)(參照?qǐng)D2)，以使進(jìn)行平均化處理而得到的頂端位置和目標(biāo)位置的差分成為零。此時(shí)的控制作為一種PI控制，其使用針對(duì)差分的比例 成分和用于防止偏移的積分成分。使目標(biāo)位置形成2個(gè)相鄰的離散值的中間時(shí)，與實(shí)施例1相同，頂端位置及原料氣體流量雖然經(jīng)常進(jìn)行細(xì)微的變動(dòng)，但都不會(huì)進(jìn)行大的變化。如果目標(biāo)位置從離散的值，偏離例如2個(gè)離散值的差的1/20左右這種 細(xì)小的量，雖然也可呈現(xiàn)同樣的效果，但效果特別顯著的是頂端位置位于2 個(gè)相鄰的離散值的0. 4~0. 6的內(nèi)分點(diǎn)內(nèi)的情況。當(dāng)頂端位置位于該附近 時(shí)，可以很小的原料氣體流量的變更來對(duì)頂端位置進(jìn)行調(diào)整。 (比較例1 )利用與實(shí)施例1相同的系統(tǒng)來進(jìn)行硅微粒的堆積，但灰質(zhì)核心頂端的 目標(biāo)位置與離散的值大體一致。結(jié)果，被分為提升速度大致一定的時(shí)間帶和變化較大的時(shí)間帶。在提升 速度大致一定的時(shí)間帶，所檢測(cè)出的頂端位置與目標(biāo)位置一致，但實(shí)際上在 處于具有0. 2mm程度的寬度的位置期間，總是被檢測(cè)為處于相同的位置，例 如，即使自動(dòng)調(diào)整的速度稍遲于使頂端位置保持一定下的速度，在頂端位 置最大變化到0. 2醒之前，無法檢測(cè)到頂端位置的細(xì)微偏移。結(jié)果，如圖4 所示，所檢測(cè)的頂端位置會(huì)突然產(chǎn)生急劇變化，而成為比較大的速度變動(dòng) 的原因。如以上所說明的，在現(xiàn)有技術(shù)中，灰質(zhì)核心的頂端位置的管理目標(biāo)被設(shè) 定為以離散方式所檢測(cè)出的位置中的某一個(gè)。因此，頂端位置進(jìn)行變動(dòng)，且 為了對(duì)該位置變動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果會(huì)引起上升速度的變動(dòng)或原料氣體流量 的變動(dòng)。對(duì)此，本發(fā)明將頂端位置的管理目標(biāo)設(shè)定在上述離散的2個(gè)值之 間，這樣一來，頂端位置總是以一定的比例以作為2個(gè)離散的值中的某一 個(gè)而被檢測(cè)出，并可經(jīng)常進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整。因此，雖然細(xì)小的變動(dòng)總是存 在，但結(jié)果連頂端位置的很小的變化也進(jìn)行檢測(cè)，并迅速地進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào) 整，不會(huì)產(chǎn)生大的變動(dòng)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明有助于高品質(zhì)的光纖母材的穩(wěn)定生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種光纖母材的制造方法，為一種利用VAD法的光纖母材的制造方法，包括借由離散的值來對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位置進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)程序、將所檢測(cè)的頂端位置的前述值以預(yù)先確定的時(shí)間來進(jìn)行平均化的平均化程序、對(duì)灰質(zhì)核心的制造條件進(jìn)行調(diào)整以使被平均化的頂端位置的前述值成為一定的調(diào)整程序；其特征在于在前述調(diào)整程序中對(duì)制造條件進(jìn)行逐次調(diào)整，以使平均化了的頂端位置的前述值，與預(yù)先以離散方式檢測(cè)而得到的相鄰的2個(gè)頂端位置的前述值之間所設(shè)定的目標(biāo)位置的值之差成為零。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖母材的制造方法，其特征在于其中在前 述調(diào)整程序中，前述目標(biāo)位置的值在以離散方式檢測(cè)所得到的相鄰2值的 間隔為1時(shí)，處于相當(dāng)于0. 4 ~ 0. 6的內(nèi)分點(diǎn)內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖母材的制造方法，其特征在于其中 在前述調(diào)整程序中，所調(diào)整的前述制造條件為前述灰質(zhì)核心的上升速度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的光纖母材的制造方法，其特征在 于其中在前述調(diào)整程序中，所調(diào)整的前述制造條件是為了灰質(zhì)核心堆積所 供給的原料氣體的流量。
5. —種光纖母材的制造裝置，為一種利用VAD法的光纖母材的制造裝 置，其特征在于，包括對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位置進(jìn)行拍照的CCD照相才幾、將所拍攝的圖像進(jìn)行數(shù)位化處理并以離散的值來檢測(cè)灰質(zhì)核心的頂端 位置的圖像處理裝置、將離散的值轉(zhuǎn)換為類比信號(hào)并以預(yù)先所確定的時(shí)間進(jìn)行平均化的PID 控制器、為了使前述平均化了的頂端位置的前述值、和在預(yù)先以離散方式檢測(cè) 而得到的相鄰的2個(gè)位置間所設(shè)定的目標(biāo)位置的值之差成為零，而對(duì)制造 條件進(jìn)行逐次調(diào)整的控制調(diào)整裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖母材的制造裝置，其特征在于其中前述控 制調(diào)整裝置為對(duì)前述灰質(zhì)核心的上升速度進(jìn)行調(diào)整的上升速度控制裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖母材的制造裝置，其特征在于其中前述 控制調(diào)整裝置為對(duì)所供給的原料氣體的流量借由質(zhì)量流控制器來進(jìn)行控制 的質(zhì)量流控制器裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用VAD法的光纖母材(2)的制造方法。該光纖母材(2)的制造方法包括檢測(cè)程序、平均化程序以及調(diào)整程序。檢測(cè)程序利用離散的值對(duì)灰質(zhì)核心的頂端位置(3)進(jìn)行檢測(cè)，平均化程序?qū)⑺鶛z測(cè)的頂端位置(3)的值以預(yù)先確定的時(shí)間進(jìn)行平均化，調(diào)整程序?qū)屹|(zhì)核心的制造條件進(jìn)行調(diào)整以使被平均化的頂端位置(3)的值成為一定。其中，在調(diào)整程序中對(duì)制造條件進(jìn)行逐次調(diào)整，以使平均化了的頂端位置(3)的值，與預(yù)先被離散地檢測(cè)而得到的相鄰的2個(gè)值間所設(shè)定的目標(biāo)位置的值之差為零。
文檔編號(hào)C03B37/07GK101132997SQ20058004885
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月12日
發(fā)明者井上大, 吉田真 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社