(57)【要約】【課題】良好な多孔質のガラス母材を生産性良く製造することが可能なガラス母材の製造方法を提供する。【解決手段】複数系統の燃焼ガスの供給ラインを備えたバーナ１５，１６で、原料ガスとの火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成して出発基材１４に吹き付けて堆積させながら、出発基材１４を徐々に引き上げて多孔質ガラスのガラス母材Ｇを製造する方法であって、ガラス微粒子の堆積開始時の複数系統の燃焼ガスの流量を、それぞれ有効部堆積時の所定流量より多くしてからその所定流量へ向かって徐々に少なくするとともに、複数系統の燃焼ガスの中の少なくとも１系統以上の流量を、ガラス微粒子の有効部堆積前に一時的にその系統における所定流量よりも少なくした後、流量を増やして当該所定流量にする。【選択図】図１
2014024693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数系統の燃焼ガスの供給ラインを備えたバーナで、原料ガスとの火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成して基材に吹き付けて堆積させながら、前記基材を徐々に引き上げて多孔質ガラスのガラス母材を製造するガラス母材の製造方法であって、
前記ガラス微粒子の堆積開始時の前記複数系統の燃焼ガスの流量を、それぞれ有効部堆積時の所定流量より多くしてから前記所定流量へ向かって徐々に少なくするとともに、前記複数系統の燃焼ガスの中の少なくとも１系統以上の流量を、前記ガラス微粒子の有効部堆積前に一時的にその系統における前記所定流量よりも少なくした後、流量を増やして当該所定流量にすることを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス母材の製造方法であって、
前記バーナとして、系統毎に異なる層でガスを噴出させる多重管バーナを用い、
前記複数系統の燃焼ガスの系統のうち最も外側の層の系統に供給する燃焼ガスの流量を、前記ガラス微粒子の有効部堆積前に一時的にその系統における前記所定流量よりも少なくした後、流量を増やして当該所定流量にすることを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガラス母材の製造方法であって、
前記一時的にその系統における前記所定流量よりも少なくする流量は、当該所定流量の７０％以上９８％以下であることを特徴とするガラス母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス微粒子を堆積させて多孔質のガラス母材を製造するガラス母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コアとクラッドとを有する光ファイバは、光ファイバ用のガラス母材を線引きして細径化することにより製造される。光ファイバのもととなるガラス母材を製造する方法としては、ＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このＶＡＤ法は、バーナの火炎中にガラス微粒子を生成させ、生成したガラス微粒子を石英等からなる出発基材に堆積させながら、出発基材を徐々に引き上げて円柱状の多孔質のガラス母材（ガラス微粒子堆積体）を形成していく方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４２４３３号公報
【特許文献２】特開２００５−３１４２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＶＡＤ法によりガラス微粒子を合成してガラス微粒子堆積体を製造する際、ガラス微粒子の堆積開始時は出発基材に嵩密度の大きいガラス微粒子を堆積させる必要がある。このため、水素ガスからなる燃焼ガスの流量を有効部堆積時の所定流量より多くしておき、その後、当該所定流量に向けて徐々に流量を少なくしていくことが行われる。しかし、燃焼ガスの流量を少なくすると堆積するガラス微粒子の嵩密度が小さくなって、ガラス微粒子堆積体の成長速度が上がる。このため、バーナに供給する燃焼ガスの流量を有効部堆積時の所定流量に向けて下げていくと、ガラス微粒子堆積体の成長速度が急激に速くなってガラス微粒子の堆積面の形状が変化したり、出発基材の引き上げ速度が乱れたりしてガラス微粒子堆積体が変形し易くなる。
【０００５】
この対策としては、例えば、燃焼ガスの流量を下げる割合を小さくして成長速度の上昇を抑えることが考えられるが、この場合、引き上げ速度が一定になって有効部を堆積させるに至るまでの時間が長くなるため、結果としてガラス微粒子堆積体の製造時間が長くなり、生産性が下がってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、良好な多孔質のガラス母材を生産性良く製造することが可能なガラス母材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決することのできるガラス母材の製造方法は、複数系統の燃焼ガスの供給ラインを備えたバーナで、原料ガスとの火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成して基材に吹き付けて堆積させながら、前記基材を徐々に引き上げて多孔質ガラスのガラス母材を製造するガラス母材の製造方法であって、
前記ガラス微粒子の堆積開始時の前記複数系統の燃焼ガスの流量を、それぞれ有効部堆積時の所定流量より多くしてから前記所定流量へ向かって徐々に少なくするとともに、前記複数系統の燃焼ガスの中の少なくとも１系統以上の流量を、前記ガラス微粒子の有効部堆積前に一時的にその系統における前記所定流量よりも少なくした後、流量を増やして当該所定流量にすることを特徴とする。
【０００８】
前記バーナとして、系統毎に異なる層でガスを噴出させる多重管バーナを用い、
前記複数系統の燃焼ガスの系統のうち最も外側の層の系統に供給する燃焼ガスの流量を、前記ガラス微粒子の有効部堆積前に一時的にその系統における前記所定流量よりも少なくした後、流量を増やして当該所定流量にすることが好ましい。
【０００９】
前記一時的にその系統における前記所定流量よりも少なくする流量は、当該所定流量の７０％以上９８％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ガラス微粒子の堆積を開始して有効部堆積時に至るまでの時期における多孔質のガラス母材の急激な成長速度の上昇を抑制することができ、有効部堆積時に至るまでの時間が長くなることもない。また、引き上げ速度の乱れや堆積面の形状の変形などの不具合の発生も抑制でき、安定的にガラス母材を製造することができる。つまり、良好な多孔質のガラス母材を高い生産性で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るガラス母材の製造方法に用いられる製造装置の概略断面図である。
【図２】製造するガラス母材の先端部分における概略側面図である。
【図３】実施例１におけるガラス微粒子の堆積開始直後からの引き上げ速度の変化を示すグラフである。
【図４】比較例１におけるガラス微粒子の堆積開始直後からの引き上げ速度の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るガラス母材の製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
まず、ガラス母材を製造する製造装置について説明する。
図１に示すように、製造装置１１は、反応容器１２を備えており、ＶＡＤ法によって反応容器１２内で多孔質ガラス体のガラス母材Ｇを製造する装置である。反応容器１２の上部には、吊り下げ装置１３が設けられている。吊り下げ装置１３は反応容器１２の外側に設けられた駆動装置（図示略）により上下に昇降される。吊り下げ装置１３には、例えば、石英ガラスなどから形成された出発基材（基材）１４が把持されており、この出発基材１４は、吊り下げ装置１３によって軸回りに回転されながら軸方向に沿って移動可能とされている。
【００１３】
図１および図２に示すように、反応容器１２には、その下部に２つのバーナ１５，１６が設けられている。これらのバーナ１５，１６は、ガラス原料ガスと火炎ガスを噴出し、火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成して、そのガラス微粒子を出発基材１４に向けて吹き付けるものである。バーナ１５，１６はそれぞれ出発基材１４に対して下方に設置され、斜め上方へ向けて傾けられている。バーナ１５は、クラッド用バーナであり、バーナ１６は、コア用バーナである。それぞれのバーナ１５，１６には、ガス供給部１７から、例えば、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）等のガラス原料ガス、水素（Ｈ２）等の燃焼ガス、酸素（Ｏ２）等の助燃ガスおよびアルゴン（Ａｒ）等のパージガスが複数の系統で供給される。クラッド用のバーナ１５およびコア用のバーナ１６は、複数の系統で供給される各種のガスをそれぞれ噴出し、火炎加水分解によってガラス微粒子を合成する。
【００１４】
また、バーナ１５，１６は、同心円状に複数のポート（噴出し口）を有する、８重管石英ガラスバーナなどの多重管バーナであり、複数の系統毎に異なる層のポートからガスを噴出する。
【００１５】
そして、これらのバーナ１５，１６から噴出されるガラス原料ガスと火炎ガス（燃焼ガスと助燃ガス）により、火炎加水分解されて合成されるガラス微粒子が出発基材１４に堆積される。この出発基材１４にガラス微粒子を堆積させながら軸回りに回転される出発基材１４を徐々に引き上げることで、出発基材１４に、ガラス微粒子の堆積体である円柱状の多孔質ガラス体のガラス母材Ｇが形成される。このガラス母材Ｇは、その後、脱水および焼結して透明ガラス化された光ファイバ用母材とされ、その光ファイバ用母材を線引きすることで光ファイバが製造される。
【００１６】
反応容器１２の下部には、レーザ装置２１が設けられている。このレーザ装置２１は、レーザ光Ｌを出射する投光器２２と、レーザ光Ｌを受光する受光器２３とを備えている。投光器２２と受光器２３とは、反応容器１２の下部における外側で、反応容器１２を挟んで互いに対向した位置に設けられている。投光器２２から出射されたレーザ光Ｌは、反応容器１２内を通過して受光器２３に到達し、この受光器２３で受光される。そして、この受光器２３からの受光信号に基づいて、ガラス母材Ｇにおけるガラス微粒子の堆積状態（堆積面の位置）が監視される。
【００１７】
次に、上記の製造装置１１によって出発基材１４にガラス微粒子を堆積させて、多孔質のガラス母材Ｇを製造する方法について説明する。
まず、出発基材１４を吊り下げ装置１３に吊り下げ、出発基材１４を所定位置に配置させる。
【００１８】
次に、出発基材１４を軸回りに回転させながら、バーナ１５，１６から噴出されるガラス原料ガスと火炎ガスによって火炎加水分解されて生成されるガラス微粒子を出発基材１４に吹き付け、ガラス微粒子を堆積させる。
この状態で、吊り下げ装置１３によって出発基材１４を徐々に引き上げ、ガラス微粒子の堆積体である円柱状のガラス母材Ｇを形成する。
【００１９】
このとき、投光器２２および受光器２３からなるレーザ装置２１によってガラス微粒子の堆積状態を監視して、堆積面の先端位置をモニタしつつ、吊り下げ装置１３による引き上げ速度を制御することで、所定径のガラス母材Ｇを製造する。
【００２０】
ＶＡＤ法によりガラス微粒子を合成して多孔質のガラス母材Ｇを製造する際、ガラス微粒子の堆積開始時期は堆積体の強度を得るため、出発基材１４に嵩密度の大きいガラス微粒子を付着させる必要がある。そのため、ガラス母材Ｇの製造開始初期に、バーナ１５，１６からの各系統における燃焼ガスの流量を、それぞれ有効部堆積時の所定流量より多くしておき、その後、当該所定流量に向けて徐々に流量を下げていく。
【００２１】
燃焼ガスの流量を少なくすると火炎の温度が下がってガラス微粒子の堆積嵩密度が下がり、ガラス母材Ｇの成長速度が上がる。このため、バーナ１５，１６における燃焼ガスの全ての系統で流量を有効部堆積時の所定流量に向けて下げていくと、ガラス母材Ｇの成長速度が急激に速くなることで、出発基材１４の引き上げ速度に乱れが生じたり、ガラス微粒子の堆積面の形状が変化したりしてガラス母材Ｇが変形し易くなる。
【００２２】
これに対して本実施形態では、多重管バーナである各バーナ１５，１６における、燃焼ガスの複数の系統のうち最外層のポートに供給する系統の燃焼ガスの流量を、ガラス微粒子の有効部堆積前に一時的に有効部堆積時のその系統における所定流量よりも少なくした後、流量を増やしていき当該所定流量にする。
【００２３】
このように、少なくとも１系統における燃焼ガスの流量を一時的にその系統における有効部堆積時の所定流量より少なくしてから当該所定流量になるように徐々に流量を増やすと、ガラス母材Ｇの成長速度を下げる方向に作用する。これに対して、他の燃焼ガスの系統では、燃焼ガスの流量を徐々に少なくすることによって成長速度を上げる方向に作用する。
【００２４】
したがって、結果としてガラス微粒子が堆積しているガラス母材Ｇの成長速度が急激に上昇することが抑制され、出発基材１４の引き上げ速度が乱れたり、堆積面の形状が変形したりするなどの不具合がなく、安定的にガラス母材Ｇが形成される。
【００２５】
有効部堆積前に燃焼ガスの流量を一時的にその系統における有効部堆積時の所定流量より少なくする系統では、その一時的に少なくする流量を、有効部堆積時の所定流量の７０％以上９８％以下とすることが好ましい。流量をその系統の有効部堆積時の所定流量に対して７０％よりも少なくすると、その時点で成長速度が上昇して、かえってガラス母材の変形を促進してしまう。また、流量をその系統の有効部堆積時の所定流量に対して９８％より大きくすると、成長速度を下げる作用が十分に得られず、引き上げ速度の乱れや堆積面の変形を抑制する効果が得られない。なお、一時的に少なくする流量としては、その系統の有効部堆積時の所定流量の９０％以上９５％以下とすることがより好ましい。
【００２６】
このように、本実施形態に係るガラス母材Ｇの製造方法によれば、ガラス微粒子の堆積開始時のそれぞれの系統の燃焼ガスの流量を、それぞれの有効部堆積時の所定流量より多くしてそれぞれの所定流量に向かって徐々に少なくするとともに、少なくとも１系統以上の燃焼ガス系統における流量をガラス微粒子の有効部堆積前に一時的にその系統における有効部堆積時の所定流量よりも少なくして、その後、当該所定流量になるように徐々に流量を増やしていく。これにより、ガラス母材Ｇの成長速度の急激な上昇を抑制することができ、引き上げ速度の乱れや堆積面の形状の変形などの不具合なく安定的にガラス母材Ｇを製造することができる。また、成長速度を必要以上に遅くして有効部堆積時に至るまでの時間が長くなることもない。このように、良好なガラス母材Ｇを生産性良く製造することができる。
【００２７】
また、多重管バーナからなるバーナ１５，１６では、外側のポートほど断面積が大きくなるため、外側のポートに流すガスの流量は、内側のポートより多くする傾向がある。一方で、燃焼ガスにおいては、内側のポートほど、燃焼ガス流量の変化量に対する成長速度の変化量の割合が大きくなる。したがって、内側のポートの燃焼ガスのガス流量を一時的に大きく下げると、成長速度が急激に下がって、かえって変形を促進する場合がある。よって、内側のポートは堆積開始時から徐々に燃焼ガスのガス流量を下げるようにしておき、外側のポートの流量を一時的に下げてその後増やしていくようにすることが、引き上げ速度の急激な変化を抑制しやすく、より好ましい。
【００２８】
なお、本実施形態ではクラッド用のバーナ１５と、コア用のバーナ１６を用いたＶＡＤ法について説明したが、バーナは１つでもよく、２本より多くてもよい。用いるバーナのうち何れか１つ以上において、上記のような燃焼ガスの流量を一時的に有効部堆積時の所定流量より少なくする制御を適用することで、ガラス母材Ｇの成長速度の急激な上昇を抑制する効果は得られる。また、上記のようにクラッド用のバーナ１５とコア用のバーナ１６を用いる場合では、出発基材１４の近傍にガラス微粒子を堆積させて引き上げ速度に影響するコア用のバーナ１６のみに上記制御を適用しても、十分な効果が得られる。
【００２９】
また、多重管バーナ以外の構造のバーナを用いる場合でも、燃焼ガスの系統が複数あれば、上記制御を適用することができる。
【実施例】
【００３０】
（１）評価方法
８重管の石英ガラスバーナを２本用いてガラス微粒子の堆積体である多孔質ガラス体のガラス母材を製造し、そのときの引き上げ速度の乱れとガラス母材の変形の有無を評価した。
ガラス母材はコア部とクラッド部を含み、２本のそれぞれのバーナで、コア部、クラッド部を形成した。形成したガラス母材は、コア部の外径が４０ｍｍ、クラッド部の外径が１５０ｍｍである。
ガラス母材を製造する際には、レーザ装置の投光器からのレーザ光の一部がガラス母材の先端で遮られるようにし、レーザ光の遮られる面積が一定になるように、ガラス母材の引き上げ速度を制御した。
【００３１】
（２）ガスの流量制御
（実施例１）
コア部のガラス微粒子を合成するバーナのガス流量を、堆積開始時からの時間に応じて表１の通りに設定した。なお、それぞれのガスの供給系統において、堆積開始時から１２０分経過した後を有効部堆積時の所定流量として設定している。
具体的には、ガラス原料ガス（ＳｉＣｌ４，ＧｅＣｌ４）および助燃ガス（Ｏ２）は開始直後から１２０分後にかけて徐々に流量が増加するように設定した。また、燃焼ガス（Ｈ２）のガス流量は、堆積開始時は所定流量より多くしておき、徐々に流量が少なくなるように設定した。なお、燃焼ガスの系統のうち６層目の系統では、開始直後から徐々に流量が少なくなるようにしつつ、開始から９０分後には一時的に有効部堆積時の所定流量より流量を少なくし、その後開始から１２０分後に向けて流量が増加するように設定した。また、各層のガス流量は、１２０分経過以降から堆積終了時までを有効部堆積時の所定流量として一定流量とした。なお、不活性ガス（Ａｒ）は堆積開始時から常に一定流量とした。
【００３２】
【表１】
2014024693.tif 000003
【００３３】
（比較例１）
コア部のガラス微粒子を合成するバーナのガス流量を、堆積開始時からの時間に応じて表２の通りに設定した。
比較例１における実施例１との違いは、６層目の燃焼ガス（Ｈ２）のガス流量である。この比較例１では、全ての燃焼ガスの系統で開始直後から１２０分後にかけて徐々に流量が下がるように設定した。
【００３４】
【表２】
2014024693.tif 000004
【００３５】
（３）評価結果
（実施例１）
図３に示すように、ガラス微粒子の堆積開始直後からの引き上げ速度（ｍｍ／時）は、堆積開始直後から１２０分後にかけて徐々に大きくなり、１２０分後にはほぼ安定し、良好な形状のガラス母材を製造することができた。
【００３６】
（比較例１）
図４に示すように、ガラス微粒子の堆積開始直後からの引き上げ速度は、堆積開始から９０分以降で急激に上昇し、１２０分以降では引き上げ速度に上昇と下降を繰り返す乱れが生じた。また、このとき、コア部のガラス微粒子の堆積部分が変形し、安定してガラス母材を製造することができなかった。
【符号の説明】
【００３７】
１１：製造装置、１４：出発基材（基材）、１５，１６：バーナ、Ｇ：ガラス母材
【図１】
2014024693.tif 000005
【図２】
2014024693.tif 000006
【図３】
2014024693.tif 000007
【図４】
2014024693.tif 000008