(57)【要約】【課題】  多孔質ガラス母材を焼結して透明ガラス化する際に、長手方向へわたって確実に外径の均一化を図る。【解決手段】  ガラス微粒子を堆積させてなる多孔質ガラス母材Ｇを長手方向に複数段のヒータ１３を有する脱水焼結炉１０の炉心管１２内に配置し、加熱して透明化させる。加熱されて収縮中の多孔質ガラス母材Ｇに対して長手方向の複数箇所で外径測定器２２によって外径を測定し、測定した複数箇所の外径差が所定の範囲内になるように、制御装置２１が複数段のヒータ１３の温度をそれぞれ調整する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス微粒子を堆積させてなるガラス母材を炉心管の長手方向に複数段のヒータを有する加熱炉内に配置し、加熱して透明化させるガラス母材の製造方法であって、
加熱されて収縮中の前記ガラス母材に対して長手方向の複数箇所で外径を測定し、測定した複数箇所の外径差が所定の範囲内になるように、前記複数段のヒータの温度をそれぞれ調整することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項２】
前記所定の範囲を徐々に小さくしていくことを特徴とする請求項１に記載のガラス母材の製造方法。
【請求項３】
前記外径の測定は、前記炉心管の外側に配置した測定器と前記ガラス母材表面との距離に基づいて行うことを特徴とする請求項１または２に記載の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た多孔質のガラス母材を加熱して透明化するガラス母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、コアとクラッドよりなる光ファイバは、光ファイバ用のガラス母材を線引きして製造される。光ファイバ用ガラス母材は、ＶＡＤ法やＯＶＤ法などにより、バーナの火炎中に生成したガラス微粒子を石英等からなるロッドの周りに堆積させて多孔質ガラス母材を形成し、その後、この多孔質ガラス母材を脱水焼結炉内で加熱して脱水及び焼結して透明ガラス化することにより製造される。
【０００３】
多孔質ガラス母材を焼結する際に、加熱されている多孔質ガラス母材の長手方向の表面温度を測定し、この測定結果に基づいて、炉心管の長手方向に沿って複数段に配設されたヒータによる加熱温度を制御し、多孔質ガラス母材の表面温度を長手方向に均一にして仕上がり外径の均一化を図る技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３１４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように、多孔質ガラス母材の加熱温度が長手方向で均一になるように制御しても、多孔質ガラス母材を構成するガラス微粒子堆積体の嵩密度分布が長手方向で不均一であったり、あるいは焼結時に軟化したガラス母材の自重による下方へのたれにより、透明ガラス化後の仕上がり外径が必ずしも長手方向に均一とならなかった。
【０００６】
本発明は、多孔質ガラス母材を焼結して透明ガラス化する際に、長手方向へわたって確実に仕上がり外径の均一化を図ることが可能なガラス母材の製造方法を提供することを目的とする。
【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本発明に係るガラス母材の製造方法は、ガラス微粒子を堆積させてなるガラス母材を炉心管の長手方向に複数段のヒータを有する加熱炉内に配置し、加熱して透明化させるガラス母材の製造方法であって、加熱されて収縮中の前記ガラス母材に対して長手方向の複数箇所で外径を測定し、測定した複数箇所の外径差が所定の範囲内になるように、前記複数段のヒータの温度をそれぞれ調整することを特徴としている。
【０００８】
本発明に係るガラス母材の製造方法において、前記所定の範囲を徐々に小さくしていくことが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係るガラス母材の製造方法において、前記外径の測定は、前記炉心管の外側に配置した測定器と前記ガラス母材表面との距離に基づいて行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のガラス母材の製造方法によれば、多孔質ガラス母材を焼結して透明ガラス化する際に、加熱されて収縮中のガラス母材の外径を長手方向の複数箇所で測定し、その測定した外径の差が所定の範囲内となるように複数段のヒータの温度をそれぞれ調整して、ガラス母材を加熱する長手方向の加熱温度分布を適切に調整することができる。したがって、ガラス母材の長手方向へわたって確実に仕上がり外径を均一化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るガラス母材の製造方法の実施形態の例について図面を参照して説明する。
図１は脱水焼結炉の構造を示す概略断面図であり、図２は脱水焼結炉の炉心管の概略斜視図であり、図３は加熱制御を説明する概略構成図である。
図１に示すように、脱水焼結炉１０は、炉体１１によって囲われた円筒状の炉心管１２を備えている。炉心管１２の周囲には、長手方向に配設された複数段のヒータ１３が設けられている。
【００１２】
ヒータ１３は、均熱性を持たすために長物でなく、短いものを直列に配設しており、互いに隙間をあけて配置されている。
これら複数段に分けられたヒータ１３は、図３に示すように給電調整器３２を介してそれぞれ制御装置２１に接続されており、この制御装置２１によって個別に加熱制御が可能とされている。つまり、制御装置２１によって、各ヒータ１３単位でオン・オフ及び加熱電力の調整を行なうことが可能とされている。
ここで、ヒータ１３は、例えば、抵抗加熱型のヒータで、図２に示すように、帯状の抵抗材を矩形状に蛇行させて、炉心管１２の外周を囲う環状にした形状のものが用いられる。
【００１３】
炉心管１２の上方には、支持装置１４が設けられており、この支持装置１４によって炉心管１２内に、出発ロッドにガラス微粒子を堆積させた多孔質のガラス母材（以下、多孔質ガラス母材という）Ｇが吊り下げられる。
この脱水焼結炉１０は、炉体１１で炉心管１２を密封封止した真空加熱炉であり、炉心管１２の内側に所望のガスを適宜供給及び排出することが可能であるとともに、脱水や焼結等の加熱処理で使用されるガス等が外部に漏出しないように構成されている。
【００１４】
炉体１１の外周側には、上下方向に間隔をあけて配設された複数の外径測定器２２が各ヒータ１３に対向させて配設されている。
炉体１１及び炉心管１２には、径方向位置及び高さ位置が一致する観測窓２３，２４が長手方向に間隔をあけて形成されており、炉心管１２の中心から観測窓２３，２４を通る直線が、ヒータ１３を構成する抵抗材の隙間を通るような位置に形成されている。そして、外径測定器２２が、炉体１１の観測窓２３の外方配置で、炉心管１２の中心へ先端部を向けて設置されている。なお、炉心管１２の観測窓２３は、炉心管１２に微小の孔を形成することにより設けられており、炉体１１の観測窓２４には、透光性を有する、例えば、ガラス板などが取り付けられ、炉体１１の密閉性が確保されている。
【００１５】
これら外径測定器２２は、その先端部から照射したレーザ光を物体に反射させ、その反射光を受光することによりその物体までの距離を検出するものであり、図３に示すように、外径測定手段３１を介してそれぞれ制御装置２１に接続され、この制御装置２１に検出結果を送信する。
なお、この制御装置２１には、予め炉心管１２の中心軸（すなわちガラス母材Ｇの中心軸）と外径測定器２２との距離が記憶されている。
【００１６】
また、制御装置２１には給電調整器３２が接続されており、この給電調整器３２は制御装置２１からの指令に基づいて制御される。そして、この給電調整器３２は、制御装置２１による指令に基づいて各ヒータ１３へ供給する電力を調整する。
【００１７】
次に、上記の脱水焼結炉１０によって多孔質ガラス母材Ｇを焼結して透明ガラス化し、光ファイバ用のガラス母材とする場合について説明する。
まず、ＯＶＤ法あるいはＶＡＤ法によって形成した多孔質ガラス母材Ｇを、図１に示すように、支持装置１４によって炉心管１２内に吊り下げて鉛直方向に支持する。
【００１８】
この状態で、炉心管１２内にヘリウムや塩素ガスなどのガスを充填するとともに減圧し、炉心管１２内に配設した多孔質ガラス母材Ｇをヒータ１３によって加熱する。このようにすると、多孔質ガラス母材Ｇは、減圧環境下にて加熱されて脱水されるとともに焼結されて、透明ガラス化が行われる。
【００１９】
多孔質ガラス母材Ｇが焼結されるときには、ガラス微粒子の堆積部分が収縮することにより、全体的に収縮力が生じる。また、多孔質ガラス母材Ｇに作用する自重による引っ張り力は、下方へ向かって次第に小さくなる。このため、多孔質ガラス母材Ｇでは、長手方向で均一な加熱温度としたときには下方側へ向かうにしたがって収縮力の影響が大きくなり、下方側へ向かって次第に太径となりやすい傾向がある。
【００２０】
本実施形態では、外径測定器２２によって間接的に検出した多孔質ガラス母材Ｇの表面までの距離の検出結果が、外径測定手段３１を介して制御装置２１に送信される。
制御装置２１は、それぞれの外径測定器２２からの検出結果と予め記憶されている炉心管１２の中心から外径測定器２２までの距離データとに基づいて、多孔質ガラス母材Ｇの外径を算出する。
つまり、制御装置２１は、炉心管１２の中心から外径測定器２２までの距離と外径測定器２２によって検出した多孔質ガラス母材Ｇの表面までの距離との差を算出して多孔質ガラス母材Ｇの半径を求め、この求めた半径を２倍することにより外径を割り出す。
【００２１】
そして、制御装置２１は、この算出した多孔質ガラス母材Ｇの長手方向の複数箇所における外径から給電調整器３２へ指令を送信し、ヒータ１３へ供給する加熱電力を調整する。具体的には、制御装置２１は、算出した外径の内の最小の外径値に対して大きい外径値の箇所に対応するヒータ１３へ供給する電力を高め、その加熱温度を上昇させる。このようにすると、多孔質ガラス母材Ｇは、加熱温度の上昇した部分の収縮が促進され、最小の外径値に近づけられる。
【００２２】
そして、制御装置２１は、ヒータ１３による加熱温度を適時調整することにより、多孔質ガラス母材Ｇの長手方向における最大外径と最小外径との差を、例えば、５ｍｍの範囲内の所定範囲内に収めながら収縮ステップを進行させる。
なお、多孔質ガラス母材Ｇは、収縮ステップ開始時における収縮量が多いため、外径差を収める所定範囲を、時間の経過とともに徐々に小さくしていくことが好ましく、例えば、収縮ステップの時間を複数分割（例えば３分割）し、その分割した時間毎に、段階的（例えば、８ｍｍ→５ｍｍ→３ｍｍ）に小さくする。ただし、この場合、多孔質ガラス母材Ｇは、その時の外径に対する一定の割合（例えば、３％→３％→３％）で外径差が小さくされることになる。
【００２３】
その後、多孔質ガラス母材Ｇは、ガラス微粒子の堆積部分における空隙が消滅することにより、まず、白色のガラス母材となって収縮ステップが終了する。
収縮ステップが終了したら、制御装置２１は、白色のガラス母材を透明化させる透明化ステップを行うべく、それぞれのヒータ１３へ供給する加熱電力を調整し、所定の加熱温度へ向かって温度を上昇させる。
これにより、白色のガラス母材は、各ヒータ１３による加熱によって透明化され、長手方向にわたって外径が均一な透明ガラス母材とされる。
なお、このガラス母材の透明化ステップにおいても、ガラス母材は多少収縮するが、長手方向では相似形状の関係を維持したまま収縮するので、外径の変動はほとんど生じることはない。
【００２４】
以上説明したように、上記実施形態に係るガラス母材の製造方法によれば、加熱されて収縮中の多孔質ガラス母材Ｇに対して長手方向の複数箇所で外径を測定し、測定した複数箇所の外径差が所定の範囲内になるように、複数段のヒータ１３の温度をそれぞれ調整することにより、この多孔質ガラス母材を焼結して透明ガラス化する際に、その嵩密度のばらつきや自重に影響されることなく、長手方向へわたって確実に外径の均一化を図ることができる。
【００２５】
そして、上記実施形態に係るガラス母材の製造方法によれば、予めコアとクラッドの一部とからなるガラスロッドの外周に残りのクラッド部分となるガラス微粒子を堆積させた多孔質ガラス母材を脱水及び焼結して透明ガラス化する際に、その外径を均一化して、コア・クラッド比を長手方向にわたって一定にすることができる。
また、本実施形態によれば、出発材の下端に純シリカのガラス微粒子を堆積させることにより形成された、中心にガラスロッドのない多孔質ガラス母材を脱水及び焼結して透明ガラス化する際にも、極めて容易に長手方向における外径の均一化を図ることができる。
【００２６】
なお、上記実施形態では、ヒータ１３及び外径測定器２２を多孔質ガラス母材Ｇの長手方向（中心軸方向）において３箇所に設けており、多孔質ガラス母材Ｇをその長手方向で３分割した区域でそれぞれ加熱温度を制御可能としているが、外径に基づいて温度制御する区域をさらに中心軸方向に細かく分割することで、より精度の高い外径制御が可能となる。
【実施例】
【００２７】
ヒータを上下３段に配置した上記実施形態と同様の脱水焼結炉を用い、各ヒータの設定温度を外径測定器の検出結果に基づいて制御して多孔質ガラス母材を透明ガラス化した場合と、各ヒータの設定温度を個別に制御せずに多孔質ガラス母材を透明ガラス化した場合とにおける透明ガラス化後の母材外径の変動量を測定した。
以下、ヒータの設定温度を個別に制御した場合を実施例、個別に制御せず加熱温度が同一の場合を比較例として説明する。
【００２８】
（実施例）
図４（ａ）は、実施例における各ヒータの設定温度の変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は、実施例におけるガラス母材の長手方向の外径を示すグラフである。また、図４（ａ）中符号Ａは、多孔質ガラス母材が収縮するステップを示し、符号Ｂは収縮したガラス母材を透明ガラス化するステップを示す。
収縮ステップＡにおけるガラス母材の外径と透明化ステップＢにおけるガラス化後のガラス母材の外径との間には、連続した相関関係があり、収縮ステップＡにおいて長手方向の母材外径を均一化することで透明化ステップＢによる透明ガラス化後の母材外径を長手方向に均一化することができる。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、収縮ステップＡにおいて、上部、中部及び下部における母材外径のうちの最小の母材外径に近づくように、各ヒータの設置温度を１３００℃〜１４００℃の範囲で１０℃ずつ変更させた。
一般に、多孔質ガラス母材は、ガラス微粒子堆積体の自重による脱落を防ぐために、出発ロッドへのガラス微粒子の堆積時に、上部側の嵩密度が大きくされる。したがって、焼結時における収縮ステップＡでは、嵩密度の大きい上部側が早く収縮するため、上部ヒータによる加熱箇所における母材外径が最小となる。
【００３０】
本実施例では、上部ヒータによる加熱箇所の母材外径が最小であったことから、中部ヒータ及び下部ヒータによる加熱箇所の外径が上部ヒータによる加熱箇所の外径に近づくように、中部及び下部ヒータの設定温度を調整した。
【００３１】
そして、収縮ステップＡで各ヒータの設定温度を調整することにより、長手方向における母材外径を均一化させたのち、各ヒータを所定温度に向かって上昇させて透明化ステップＢを行い、直径１５０ｍｍ、長さ５００ｍｍのガラス母材を作製した。
このようにして作製したガラス母材の長手方向における外径変動量を測定した。
その結果、このガラス母材は、その外径変動量が１ｍｍ以下であり、図４（ｂ）に示すように、全長にわたって概ね均一な外径であることが確認された。
【００３２】
（比較例）
図５（ａ）は、比較例における各ヒータの設定温度の変化を示すグラフであり、図５（ｂ）は、比較例におけるガラス母材の長手方向の外径を示すグラフである。また、図５（ａ）中符号Ａは、多孔質ガラス母材が収縮するステップを示し、符号Ｂは収縮したガラス母材をさらに透明ガラス化するステップを示す。
【００３３】
図５（ａ）に示すように、収縮ステップＡにおける加熱温度を、上部、中部及び下部のヒータにて一定のままに設定し、その後、各ヒータを所定温度に向かって上昇させて透明化ステップＢを行い、直径１５０ｍｍ、長さ５００ｍｍのガラス母材を作製した。
このようにして作製したガラス母材の長手方向における外径変動量を測定した。
その結果、このガラス母材は、その外径変動量が約８ｍｍとなり、図５（ｂ）に示すように、長手方向における母材外径が不均一となり、下方へ向かって次第に太径となることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】脱水焼結炉の構造を説明する概略断面図である。
【図２】脱水焼結炉の炉心管の概略斜視図である。
【図３】加熱制御を説明する概略構成図である。
【図４】（ａ）は実施例における各ヒータの設定温度の変化を示すグラフ、（ｂ）は実施例におけるガラス母材の長手方向の外径を示すグラフである。
【図５】（ａ）は比較例における各ヒータの設定温度の変化を示すグラフ、（ｂ）は比較例におけるガラス母材の長手方向の外径を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  脱水焼結炉（加熱炉）
１２  炉心管
１３  ヒータ
２２  外径測定器（測定器）
Ｇ  多孔質ガラス母材（ガラス母材）
【図１】
2006335622.tif 000003
【図２】
2006335622.tif 000004
【図３】
2006335622.tif 000005
【図４】
2006335622.tif 000006
【図５】
2006335622.tif 000007