(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心管の下部から前記炉心管内に不活性ガスを供給しながら、前記炉心管内に配置したガラス微粒子堆積体を下方または上方へ移動させて前記炉心管におけるヒートゾーンの熱により加熱して焼結させるガラス母材の製造方法であって、
前記炉心管の上部に蓋部を設け、前記ガラス微粒子堆積体の上方に仕切り板を設け、
前記ガラス微粒子堆積体が所定の位置より上方にあるときは、前記仕切り板を前記ガラス微粒子堆積体とともに移動させ、
前記ガラス微粒子堆積体が所定の位置より下方にあるときは、前記仕切り板を前記蓋部の上端より５００ｍｍ以上下方に離れた停止位置に配置させて、前記ガラス微粒子堆積体のみを移動させることを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項２】
出発種棒によって吊り下げられたガラス微粒子堆積体を上下に移動可能に収容する炉心管と、
前記炉心管の上部に設けられた蓋部と、
前記炉心管の下部から前記炉心管内に不活性ガスを供給するガス供給部と、
前記炉心管の外周側に設けられた熱源と、
前記ガラス微粒子堆積体の上方における前記出発種棒に設けられた仕切り板と、
前記出発種棒に設けられて前記ガラス微粒子堆積体の上部近傍で前記仕切り板を支持する仕切り板保持部と、
前記仕切り板を前記蓋部の上端より５００ｍｍ以上下方に離れた停止位置に留めるように配置される留め部と、を備え、
前記ガラス微粒子堆積体が所定の位置より上方にあるときは、前記仕切り板が前記仕切り板保持部に支持された状態で前記ガラス微粒子堆積体とともに移動され、
前記ガラス微粒子堆積体が所定の位置より下方にあるときは、前記仕切り板が前記留め部により移動が規制されて前記ガラス微粒子堆積体のみが移動されることを特徴とするガラス母材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス微粒子堆積体を加熱炉内で加熱して焼結させるガラス母材の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの母材となるガラス母材は、出発棒にガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体を炉心管内に挿入して、炉心管の下端からヘリウムガス等の不活性ガスを供給し、ガラス微粒子堆積体を軸回りに回転させながら加熱して焼結させることで得られる。
【０００３】
上記のようにガラス微粒子堆積体を焼結する際に、ガラス微粒子堆積体の上方及び下方に熱遮蔽具を配置し、輻射熱の逃散を制御して炉心管の温度ムラや自然対流を抑制することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、光ファイバ母材から光ファイバを線引きする際に、線引室の光ファイバ母材の上部空間で線引室の周囲壁面近傍以外の空間を上下方向に画成する仕切板を設けて線引き時の線径変動を小さく抑えることも知られている（例えば、特許文献２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２１９５１９号公報
【特許文献２】特開平５−１４７９６９号公報
【特許文献３】特開平１１−３４３１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ガラス微粒子堆積体を炉心管内の上方から下方に移動させて焼結が進んでいくと、炉心管内におけるガラス微粒子堆積体の上部空間が大きくなる。この上部空間では、不活性ガスの上昇気流により乱流が発生することがある。このような乱流が発生すると、炉心管内は圧力変動が大きくなって負圧となり、出発棒に接続されたダミー棒と炉心管の上蓋との隙間から炉心管内に外気が巻き込まれることがある。これにより、焼結時にガラス母材に不純物が混入し、焼結後のガラス母材から線引きして得られた光ファイバの伝送損失が増加してしまうことがある。これを防ぐため、炉心管内への不活性ガスの供給量を多くして外気の巻き込みを抑制することも考えられるが、使用するガス量が増加するためにコストアップを招いてしまう。
【０００７】
特許文献１の技術によれば、熱遮蔽具によって輻射熱の逃散を制御して炉心管の温度ムラや自然対流を抑制することは可能であるが、外気の巻き込みを抑制することは困難である。また、特許文献２，３の技術では、光ファイバの線引き時における線径変動を小さく抑えることができるが、単に光ファイバの線引き時の線径変動を抑える技術をガラス微粒子堆積体の焼結に用いても、ガラス微粒子堆積体の焼結を良好に行うことは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、コストアップを抑えつつガラス微粒子堆積体を良好に焼結して、高品質なガラス母材を得ることが可能なガラス母材の製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決することのできる本発明のガラス母材の製造方法は、炉心管の下部から前記炉心管内に不活性ガスを供給しながら、前記炉心管内に配置したガラス微粒子堆積体を下方または上方へ移動させて前記炉心管におけるヒートゾーンの熱により加熱して焼結させるガラス母材の製造方法であって、
前記炉心管の上部に蓋部を設け、前記ガラス微粒子堆積体の上方に仕切り板を設け、
前記ガラス微粒子堆積体が所定の位置より上方にあるときは、前記仕切り板を前記ガラス微粒子堆積体とともに移動させ、
前記ガラス微粒子堆積体が所定の位置より下方にあるときは、前記仕切り板を前記蓋部の上端より５００ｍｍ以上下方に離れた停止位置に配置させて、前記ガラス微粒子堆積体のみを移動させることを特徴とする。
【００１０】
本発明のガラス母材の製造装置は、出発種棒によって吊り下げられたガラス微粒子堆積体を上下に移動可能に収容する炉心管と、
前記炉心管の上部に設けられた蓋部と、
前記炉心管の下部から前記炉心管内に不活性ガスを供給するガス供給部と、
前記炉心管の外周側に設けられた熱源と、
前記ガラス微粒子堆積体の上方における前記出発種棒に設けられた仕切り板と、
前記出発種棒に設けられて前記ガラス微粒子堆積体の上部近傍で前記仕切り板を支持する仕切り板保持部と、
前記仕切り板を前記蓋部の上端より５００ｍｍ以上下方に離れた停止位置に留めるように配置される留め部と、を備え、
前記ガラス微粒子堆積体が所定の位置より上方にあるときは、前記仕切り板が前記仕切り板保持部に支持された状態で前記ガラス微粒子堆積体とともに移動され、
前記ガラス微粒子堆積体が所定の位置より下方にあるときは、前記仕切り板が前記留め部により移動が規制されて前記ガラス微粒子堆積体のみが移動されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガラス微粒子堆積体が炉心管内の下方側に配置されると、仕切り板と炉心管の上端との間にバッファ空間が形成される。したがって、ガラス微粒子堆積体の上部空間で乱流が生じたとしても、この乱流は仕切り板によって遮られ、乱流によって生じる圧力変動はバッファ空間で吸収される。そのため、乱流により外気が巻き込まれることはなく、このことがガラス微粒子堆積体の焼結箇所に影響を与えることはない。したがって、焼結時におけるガラス母材への不純物の混入を防止することができ、焼結後のガラス母材を線引きして得られる光ファイバを、伝送特性の良好なものとすることができる。
また、バッファとなる空間を炉心管に予め設けておくと、製造装置自体が大型化し、また上部空間の拡がりによる乱流の発生を抑えるため、不活性ガスの供給量も多く必要となる。そこで本発明では、ガラス微粒子堆積体が炉心管の上方側に配置されているときには仕切り板をガラス微粒子堆積体とともに移動させるため、ガラス微粒子堆積体の上部空間が拡がることがなく、この空間で乱流が発生することがない。このため、不活性ガスの供給量をそれほど多くする必要がなく、設備が大型化することもない。このように、製造費や設備費の増加を抑制しつつ、高品質なガラス母材を得ることができる。
なお、仕切り板を焼結終了時までガラス微粒子堆積体とともに移動させることができれば、ガラス微粒子堆積体の上部空間において乱流は発生しないと考えられるが、バッファ空間が大きくなることによりバッファ空間で乱流が発生しやすくなること、仕切り板がヒートゾーンに入ってしまうこと、などの問題が生じるため、本発明では、仕切り板を所定の位置で係止するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るガラス母材の製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ガラス母材の焼結作業状態を示す図であって、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ図１の状態から焼結作業が進行した際の製造装置の状態を示す概略構成図である。
【図３】仕切り板を備えていない製造装置の概略構成図である。
【図４】炉内ガス流量と光ファイバの伝送損失不良率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るガラス母材の製造方法および製造装置の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態のガラス母材を製造する製造装置１０は、上部が蓋部１２により閉塞され、出発種棒１５によって吊り下げられたガラス微粒子堆積体１４を上下に移動可能に収容する炉心管１１と、炉心管１１の外周側に設けられた熱源であるヒータ１３とを備えている。また、製造装置１０は、ヘリウムガス等の不活性ガスを炉心管１１内に供給するガス供給部１７と、不要なガスを炉心管１１から排出するガス排出部１８とを備えている。
【００１４】
ガラス微粒子堆積体１４は、出発種棒１５によって炉心管１１内に吊り下げられている。ガラス微粒子堆積体１４は出発種棒１５にガラス微粒子を堆積させたものであり、出発種棒１５の上部はダミー棒に接続されたものである。出発種棒１５は、そのダミー棒の部分が把持機構（図示略）に把持されている。把持機構に把持された出発種棒１５は、把持機構によって軸回りに回転されながら上方から下方へ向けて移動される。製造装置１０は、ヒータ１３により炉心管１１内の所定位置にヒートゾーンを形成し、ヒートゾーン内に配置したガラス微粒子堆積体１４を加熱して焼結させる。これにより、ガラス微粒子堆積体１４は、下方へ移動されながらヒートゾーンからの熱により下方側から順に加熱して焼結される。その際、ガス供給部１７から炉心管１１内の下部に不活性ガスが供給されつつ、炉心管１１内の不要なガスはガス排出部１８を介して炉心管１１の上部から排出される。
【００１５】
出発種棒１５には、ガラス微粒子堆積体１４の上部近傍に、出発種棒１５の径方向外方へ張り出した仕切り板保持部１６が設けられている。また、出発種棒１５には、仕切り板保持部１６よりも上方側に、仕切り板２０が設けられている。この仕切り板２０は、中心に形成された挿通孔２１に出発種棒１５が挿通された状態で、仕切り板保持部１６に係止されてガラス微粒子堆積体１４の上部近傍に配置されている。この仕切り板２０は、その外径が、炉心管１１の内径よりも僅かに小さくされている。これにより、仕切り板２０は、ガラス微粒子堆積体１４とともに移動可能とされている。そして、仕切り板２０が下方へ移動されることで、仕切り板２０と炉心管１１の蓋部１２との間に、バッファ空間Ｓが形成される。
【００１６】
炉心管１１の内面には、ヒータ１３よりも上方側に留め部２２が設けられており、この留め部２２は炉心管１１の内面から径方向内方へ突出している。そして、この留め部２２には、ガラス微粒子堆積体１４とともに下方へ移動される仕切り板２０が係止される。これにより、仕切り板２０は、留め部２２によって係止された時点から下方への移動が規制されて、それ以降は、ガラス微粒子堆積体１４だけが下方へ移動されることとなる。この留め部２２によって下方への移動が規制された仕切り板２０の停止位置は、平板状の蓋部１２の内面における上端位置（すなわち本例では炉心管１１の上端）より５００ｍｍ以上下方に離れた位置である。
【００１７】
次に、ガラス微粒子堆積体１４を焼結させる場合について説明する。
まず、仕切り板２０の挿通孔２１に出発種棒１５を挿通させ、仕切り板保持部１６に係止させた状態としておく。
また、出発種棒１５を把持機構に把持させることで、炉心管１１内の上方側にガラス微粒子堆積体１４を吊り下げる（図１参照）。
【００１８】
次に、ヒータ１３により炉心管１１内を約１５００℃に加熱することで、炉心管１１内の所定位置（ヒータ１３により囲まれた範囲）にヒートゾーンを形成する。すると、ガラス微粒子堆積体１４におけるヒートゾーンに配置された下方部分が加熱して焼結される。
【００１９】
また、ガス供給部１７から炉心管１１の下部へヘリウムガス等の不活性ガスを供給する。すると、この不活性ガスは、炉心管１１の内周面とガラス微粒子堆積体１４の外周面との間を通過してガラス微粒子堆積体１４の上方側へ送り込まれ、その後、ガス排出部１８から排出される。
【００２０】
把持機構によって出発種棒１５とともにガラス微粒子堆積体１４を下降させることで、ヒートゾーンでの焼結位置を次第にガラス微粒子堆積体１４の上方側へ移動させる。
このようにすると、仕切り板２０は、ガラス微粒子堆積体１４とともに下方へ移動する。これにより、仕切り板２０と炉心管１１の蓋部１２との間に、徐々に拡がるバッファ空間Ｓが形成される。
【００２１】
さらに、ガラス微粒子堆積体１４が下降されて所定の位置（図２（ａ）に示す位置）に達すると、仕切り板２０が留め部２２に係止される。すると、それ以降では、仕切り板２０は、ガラス微粒子堆積体１４とともに下方へ移動することなく、蓋部１２の上端より５００ｍｍ以上下方に離れた留め部２２との係止位置である停止位置に留まることとなる。その後は、図２（ｂ）に示すように、ガラス微粒子堆積体１４のみが下降されることとなる。
【００２２】
ガラス微粒子堆積体１４が炉心管１１内を下方へ移動し、炉心管１１内でガラス微粒子堆積体１４の上部空間が大きくなると、上部空間では、不活性ガスの上昇気流により乱流が発生することがある。
【００２３】
このような乱流が発生すると、図３に示すように、仕切り板２０を備えていない装置では、炉心管１１内は圧力変動が大きくなって負圧となり、炉心管１１の蓋部１２と出発種棒１５との隙間から炉心管１１内に外気が巻き込まれやすい。これにより、焼結時にガラス母材に不純物が混入しやすくなり、焼結後のガラス母材から光ファイバを線引きすると、その光ファイバの伝送損失が大きくなる場合がある。この場合、炉心管１１内への不活性ガスの供給量を多くして外気の巻き込みを抑制すると、使用するガス量が増加してコストが嵩んでしまう。
【００２４】
これに対して、本実施形態では、ガラス微粒子堆積体１４が下降すると、仕切り板２０と炉心管１１の蓋部１２との間にバッファ空間Ｓが形成される。そのため、ガラス微粒子堆積体１４の上部空間で乱流が生じたとしても、図２（ａ），（ｂ）に示すように、この乱流は仕切り板２０によって遮られる。そして、乱流によって生じる圧力変動はバッファ空間Ｓで吸収され、ガラス微粒子堆積体１４の焼結箇所へ影響を与えることはない。したがって、焼結時におけるガラス母材への不純物の混入を防止することができ、この焼結後のガラス母材から光ファイバを線引きして製造することで、伝送特性の良好な光ファイバを得ることができる。
【００２５】
また、ガラス微粒子堆積体１４が炉心管１１の上方側に配置されているときには仕切り板２０をガラス微粒子堆積体１４とともに移動させるため、ガラス微粒子堆積体１４の上部空間が拡がることがなく、この空間で乱流が発生することがない。したがって、外気の巻き込みを抑えるために不活性ガスの供給量を多くする必要もなくすことができる。しかも、バッファとなる空間を予め炉心管１１に設けておくような設備の大型化も必要なくなる。このように、製造費や設備費の増加を抑制しつつ良好に焼結して不良率を低下させ、高品質なガラス母材を得ることができる。
【００２６】
なお、バッファ空間Ｓは、５００ｍｍ以上の高さ方向の寸法がないと、外気を巻き込んだ際に外気がバッファ空間Ｓを通過してガラス微粒子堆積体１４側へ入り込むおそれがある。したがって、本実施形態では、仕切り板２０を蓋部１２の上端より５００ｍｍ以上下方に離れた停止位置に配置させることで、バッファ空間Ｓの厚みを十分に確保し、外気の巻き込みを防止している。但し、バッファ空間Ｓが大きくなりすぎると、バッファ空間Ｓで乱流が発生しやすくなる、仕切り板２０がヒートゾーンに入ってしまう、などの問題が生じるため、少なくともヒートゾーンの上方に仕切り板２０を配置させるようにしている。
【００２７】
なお、上記実施形態では、ガラス微粒子堆積体１４を下降させることで長手方向にわたって焼結させる場合を例示したが、ガラス微粒子堆積体１４を上昇させながら焼結を行うこともできる。この場合、まず炉心管１１内の下方側にガラス微粒子堆積体１４を配置させ、ガラス微粒子堆積体１４を上昇させていく。仕切り板２０は、焼結開始時には停止位置（留め部２２によって係止される位置）に配置され、ガラス微粒子堆積体１４のみが上昇されつつ焼結されていく。そして、ガラス微粒子堆積体１４の上昇の途中（図２（ａ）に示す所定の位置）から仕切り板２０もガラス微粒子堆積体１４とともに上方へ移動されることとなる。この場合でも、焼結開始時に炉心管１１内でガラス微粒子堆積体１４の上部空間が大きくなるが、仕切り板２０によって乱流や圧力変動の影響をなくして焼結を行うことができる。
【００２８】
また、上記実施形態では、平板状の蓋部１２を例示して説明したが、蓋部の形状はこれに限らない。炉心管の上端位置よりさらに上方にバッファ空間が形成されるような帽子状の蓋部としてもよい。
【実施例】
【００２９】
本発明に係るガラス母材の製造方法および製造装置の作用効果を確認するためにガラス微粒子堆積体の焼結を行う例を示す。
【００３０】
炉心管の内径：２５０ｍｍ
ガラス微粒子堆積体の外径：２００ｍｍ
焼結温度：１５００℃
【００３１】
実施例として、ガラス微粒子堆積体の上部に仕切り板が設けられ、蓋部の上端より５００ｍｍの位置を停止位置として仕切り板が留まる製造装置（図１参照）を用いて、ガラス微粒子堆積体を焼結させる。また、比較例として、仕切り板を備えていない製造装置（図３参照）でガラス微粒子堆積体を焼結させる。
【００３２】
実施例及び比較例のそれぞれで、不活性ガスの供給量を変えてガラス微粒子堆積体を焼結させ、得られるガラス母材から光ファイバを製造し、各光ファイバの伝送損失を測定する。測定する伝送損失の内、基準値より高くなったものを不良ファイバとし、その不良ファイバの発生率を各炉内ガス流量において算出した結果を図４に示す。なお、図４では、仕切り板を備えていない製造装置（図３参照）で乱流によるガラス母材への影響が生じない程度に供給されるガス流量を１００（％）とし、実施例、比較例ともに、これとの比率でガス流量を表している。
【００３３】
図４に示すように、実施例では、炉内ガス流量を２０％削減しても光ファイバの伝送損失不良率は増加しない。つまり、実施例では、伝送損失不良率を増加させることなく、比較例と比べて炉内ガス流量を８０％に低減させてコストダウンが図れることがわかる。
【００３４】
これに対して、比較例では、炉内ガス流量を削減することで、光ファイバの伝送損失不良率が急激に増加する。例えば、炉内ガス流量を２０％削減すると、光ファイバの伝送損失不良率は８０％を超えるほどに増加する。このため、仕切り板を備えていない製造装置では、不活性ガスの供給量を多くして外気の巻き込みを防ぐ必要があり、使用するガス量が実施例より増加するためにコストアップを招いてしまうことがわかる。
【符号の説明】
【００３５】
１０：製造装置、１１：炉心管、１２：蓋部、１３：ヒータ、１４：ガラス微粒子堆積体、１６：仕切り板保持部、２０：仕切り板、２２：留め部
【図１】
0005935508.tif 000002
【図２】
0005935508.tif 000003
【図３】
0005935508.tif 000004
【図４】
0005935508.tif 000005