(57)【要約】【課題】製法を煩雑にすることなく、製造コストの増加や焼結炉の稼働率が低下を抑制しつつ、透明化されたガラス母材が下膨れ形状となることを防ぐことが可能なガラス母材の製造装置および製造方法を提供する。【解決手段】ガラス微粒子を堆積させてなる、下部にテーパ部２ａを持った多孔質ガラス母材２を、その中心軸が上下方向となるように炉心管内に支持した状態で焼結して透明ガラス化するガラス母材の製造装置であって、炉心管下部３ａに、テーパ部２ａのテーパ面２ｂに対して直面するように形成されたテーパ状の熱反射面３１ａを備えている。【選択図】図２
2015017013.tif 000002
【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、下部にテーパ部を持った多孔質ガラス母材を、その中心軸が上下方向となるように炉心管内に支持した状態で焼結して透明ガラス化するガラス母材の製造装置であって、
前記炉心管下部に、前記テーパ部のテーパ面に対して直面するように形成されたテーパ状の熱反射面を備えている、ガラス母材の製造装置。
【請求項２】
前記熱反射面がカーボン部材により形成されている、請求項１に記載のガラス母材の製造装置。
【請求項３】
ガラス微粒子を堆積させてなる、下部にテーパ部を持った多孔質ガラス母材を、その中心軸が上下方向となるように炉心管内に支持した状態で焼結して透明ガラス化するガラス母材の製造方法であって、
前記炉心管下部に、前記テーパ部のテーパ面に対して直面するように形成されたテーパ状の熱反射面を設けた状態で、多孔質ガラス母材を焼結する、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た多孔質ガラス母材を焼結して透明化されたガラス母材とするガラス母材の製造装置および製造方法に関する。
【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。光ファイバ用のガラス母材は、ＯＶＤ法（外付け気相蒸着法）、ＶＡＤ法（気相軸付け法）、ＭＭＤ法（多バーナ多層付け法）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ガラスロッドの外周あるいは下側に堆積させて、多孔質ガラス母材を形成し、この多孔質ガラス母材を焼結炉内にて加熱して脱水・焼結して透明ガラス化して製造される。
特許文献１、２には、多孔質ガラス母材を焼結するガラス母材の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１０８６８号公報
【特許文献２】特開２００９−０４０６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ファイバ用のガラス母材の製造過程において、焼結炉での焼結後に、透明化されたガラス母材が下膨れ状態となり、母材下部の外径が大きすぎて次工程である線引きの設備に入らないという問題が発生することがある。これは、焼結時に、加熱部より遠くなる、テーパ状となったガラス母材下部が加熱されにくいのに対し、上部のガラス母材は加熱され、粘度の低下した上部のガラスが下側に移動するためと考えられる。特にガラス母材長が長くなった場合、このような現象は顕著になる。
上記問題の発生を防ぐために、特許文献１、２では、多孔質ガラス母材の有効部（コアがある部分）の下端側の外径を、下端側から上端側へ向かって次第に大きくなるように形成して、焼結後のガラス母材径が一定になるようにしている。しかしながら、予め多孔質ガラス母材の下端側の外径を下端側から上端側へ向かって次第に大きくなるように形成して焼結しても、想定した通りに径が縮まない場合がある。また、堆積外径を変えながらガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス母材を製造することは、煩雑な製法となり、余計な手間が掛かる。ガラス母材の下膨れを解消するために、再加熱して細径化することも考えられるが、一度焼結したガラス母材を再度焼結炉に投入するのは、製造コスト（電気代等）がかかるとともに、焼結炉の稼働率が低下してしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、簡易な方法で、製造コストの増加や焼結炉の稼働率が低下するのを抑制しつつ、透明化されたガラス母材径を一定にすることが可能なガラス母材の製造装置および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】
【０００６】
上記課題を解決することのできる本発明の一態様は、ガラス微粒子を堆積させてなる、下部にテーパ部を持った多孔質ガラス母材を、その中心軸が上下方向となるように炉心管内に支持した状態で焼結して透明ガラス化するガラス母材の製造装置であって、
前記炉心管下部に、前記テーパ部のテーパ面に対して直面するように形成されたテーパ状の熱反射面を備えている、ガラス母材の製造装置である。
【０００７】
また、他の一態様は、ガラス微粒子を堆積させてなる、下部にテーパ部を持った多孔質ガラス母材を、その中心軸が上下方向となるように炉心管内に支持した状態で焼結して透明ガラス化するガラス母材の製造方法であって、
前記炉心管下部に、前記テーパ部のテーパ面に対して直面するように形成されたテーパ状の熱反射面を設けた状態で、多孔質ガラス母材を焼結する、ガラス母材の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、炉心管下部に、多孔質ガラス母材の下部のテーパ面に対して直面するように形成されたテーパ状の熱反射面を備えることにより、ガラス母材下部のテーパ部を加熱することが可能になるので、製造コストの増加や焼結炉の稼働率が低下するのを抑制しつつ、透明化されたガラス母材径を一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラス母材の製造装置である焼結装置の断面図である。
【図２】図１の焼結装置における、焼結炉の炉心管下部を拡大した断面図である。
【図３】ガラスと熱反射面とがなす角度を変えて加熱を行った場合の熱反射面の輻射効率である。
【図４】透明化されたガラス母材が下膨れした状態を示す模式図である。
【図５】多孔質ガラス母材の（長手方向の）長さを変えて製造したガラス母材の下膨れ度合いの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本願発明の実施形態の説明］
本願発明の実施形態に係るガラス母材の製造装置は、
（１）ガラス微粒子を堆積させてなる、下部にテーパ部を持った多孔質ガラス母材を、その中心軸が上下方向となるように炉心管内に支持した状態で焼結して透明ガラス化するガラス母材の製造装置であって、
前記炉心管下部に、前記テーパ部のテーパ面に対して直面するように形成されたテーパ状の熱反射面を備えている。
炉心管下部に設けられたテーパ状の熱反射面により、多孔質ガラス母材の下部テーパ部のテーパ面に効率よく輻射熱を当てることができる。それにより、多孔質ガラス母材の下部の輻射効率を上げ、下部近傍の多孔質ガラス母材部分も、上部ガラス母材と同様に加熱することができるため、上部のガラスだけが軟化して自重により下部に垂れるのを防ぐことができる。すなわち、テーパ状の熱反射面を設けるだけの簡易な方法で、製造コストの増加や稼働率の低下を抑制しつつ、透明化されたガラス母材径を一定にすることができる。特に、多孔質ガラス母材の長さが長くなるほど、加熱部から下側に外れる箇所が広くなるため、下膨れは大きくなる傾向があるが、本実施形態によれば、長い多孔質ガラス母材を使用しても下膨れを抑制することができる。
【００１１】
（２）また、前記熱反射面がカーボン部材により形成されていることが好ましい。カーボン部材は安価なので、熱反射面を設けるための設備コストが安価ですむ。また、炉心管がカーボンからなる場合があるが、炉心管がカーボンであれば、炉心管と熱反射面とを一体的に形成できる。
【００１２】
本願発明の実施形態に係るガラス母材の製造方法は、
（３）ガラス微粒子を堆積させてなる、下部にテーパ部を持った多孔質ガラス母材を、その中心軸が上下方向となるように炉心管内に支持した状態で焼結して透明ガラス化するガラス母材の製造方法であって、
前記炉心管下部に、前記テーパ部のテーパ面に対して直面するように形成されたテーパ状の熱反射面を設けた状態で、多孔質ガラス母材を焼結する。
（１）と同様に、簡易な方法で、製造コストの増加や稼働率の低下を抑制しつつ、透明化されたガラス母材径を一定にすることができる。
【００１３】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るガラス母材の製造装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１４】
［ガラス母材の製造装置］
図１は、本実施形態に係るガラス母材の製造装置である焼結装置の断面図である。
焼結装置１は、多孔質ガラス母材２をその内部に収容し、この多孔質ガラス母材２の中心軸が上下方向となるように炉心管３内に支持した状態で焼結して透明ガラス母材を製造するガラス母材の製造装置である。
【００１５】
図１に示すように、焼結装置１は、真空容器５内に、炉心管３、ヒータ４、排気用配管６、真空ポンプ７、ガス導入管８および圧力調整弁９を備えている。
炉心管３の外周側に設けられた熱源であるヒータ４は、焼結装置１の上下方向（図１の縦方向）に複数段（図１では４段）に分かれて設けられ、炉心管３内に収容された多孔質ガラス母材２を加熱する。
【００１６】
真空ポンプ７は、排気用配管６を介して真空容器５と接続されており、真空容器５の内部を排気する。ガス導入管８は、炉心管３と接続されており、ガス供給源（図示省略）から炉心管３の内部へ不活性ガスなどを導入する。圧力調整弁９は、排気用配管６の途中に設けられており、真空容器５の内部の圧力を調整する。
【００１７】
図２は、図１の焼結装置における、焼結炉の炉心管下部を拡大した断面図である。
図２に示すように、炉心管下部３ａには、周方向にわたって内側に突出した突出部３１が設けられており、この突出部３１は、多孔質ガラス母材２の下部のテーパ部２ａのテーパ面２ｂに直面するように形成されたテーパ状の熱反射面３１ａを備えている。突出部３１は、炉心管３の一部として形成されていてもよい。炉心管３の材質がカーボンであり、突出部３１もカーボンである場合は、上記したように、突出部３１を炉心管３と一体に形成することができる。
あるいは、突出部３１は、炉心管３とは別の部材とされてもよい。この場合、熱反射面３１ａはカーボン以外の材質であってもよく、ＳｉＣ、アルミナ、ジルコニウム等が使用できる。
また、熱反射面３１ａは、表面が耐熱コーティングされていてもよい。
【００１８】
このように、炉心管下部３ａにおいて、炉心管３の内側に突出する突出部３１が、多孔質ガラス母材２の下部のテーパ部２ａのテーパ面２ｂに直面するように形成されたテーパ状の熱反射面３１ａを備えているので、熱反射面３１ａが無い場合と比べて多孔質ガラス母材２の下部に対する輻射効率が良くなる。
【００１９】
ここで、多孔質ガラス母材２の下部のテーパ部２ａのテーパ面２ｂと、炉心管下部３ａの突出部３１のテーパ状の熱反射面３１ａとがなす角度によって、輻射効率が如何に変化するかについて考察する。図３に、ガラスと熱反射面とがなす角度を変えて加熱を行った場合の熱反射面の輻射効率について示す。
【００２０】
図３により、テーパ面２ｂに対して熱反射面３１ａが６０°以内の角度範囲となっている場合には、熱反射面３１ａで反射した輻射熱が多孔質ガラス母材２の下部のテーパ部２ａのテーパ面２ｂに効率良くあたるため、輻射効率がよいことがわかる。
そして、上記角度が０°である場合、すなわち、熱反射面３１ａを多孔質ガラス母材２の下部のテーパ部２ａのテーパ面２ｂに平行にすると、輻射効率がさらによくなる。
【００２１】
［ガラス母材の製造方法］
次に、本実施形態に係るガラス母材の製造方法について説明する。
まず、多孔質ガラス母材２を、その中心軸が上下方向となるように炉心管３内に支持する（図１参照）。この状態で、真空ポンプ７を動作させて、排気用配管６および圧力調整弁９を介して、真空容器５の内部を真空引きする。
そして、ガス供給源（図示省略）から、ガス導入管８を介して炉心管３の内部へ不活性ガス（例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２）を導入する。
このようにして、不活性ガスで満たされた雰囲気下で、ヒータ４の温度を脱水に適した加熱温度まで徐々に上げていく。これにより、多孔質ガラス母材２の脱水をする。
【００２２】
次に、ヒータ４の温度を、ガラス転移点より高い焼結に適した加熱温度まで上昇させる。そして、ヒータ４の温度をこのまま維持し、多孔質ガラス母材２の焼結を完了させることにより、透明化されたガラス母材が製造される。
このとき、多孔質ガラス母材２の下部の加熱は、図２に示すように、多孔質ガラス母材２の下部のテーパ部２ａのテーパ面２ｂに直面するように形成されたテーパ状の熱反射面３１ａを炉心管下部３ａに設けた状態で、ヒータ４により加熱する。これにより、多孔質ガラス母材２の下部のテーパ部２ａに、熱反射面３１ａに反射した輻射熱があたることにより効率的な加熱が行われ、熱反射面３１ａが無い場合よりも、ガラス母材下部を加熱することができる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態のガラス母材の製造装置および製造方法によれば、炉心管下部３ａに設けられたテーパ状の熱反射面３１ａにより、多孔質ガラス母材２の下部のテーパ部２ａのテーパ面２ｂに輻射熱を効率よく当てることができる。それにより、多孔質ガラス母材２の下部の輻射効率を上げ、下部近傍の多孔質ガラス母材部分も、上部ガラス母材と同様に加熱することができるため、上部のガラスだけが軟化して自重により下部に垂れるのを防ぐことができる。すなわち、テーパ状の熱反射面３１ａを設けるだけの簡易な方法で、製造コストの増加や稼働率の低下を抑制しつつ、透明化されたガラス母材径を一定にすることができる。
また、後述の比較例の結果に示されるように、多孔質ガラス母材２の長さが長くなるほど下膨れは大きくなる傾向があるが、本実施形態によれば、後述の実施例の結果に示されるように、長い多孔質ガラス母材２を使用しても下膨れを抑制することができる。
【００２４】
［実施例］
次に、本発明に係るガラス母材の製造装置および製造方法の作用効果を確認するために行った実施例について図４および図５を参照して説明する。
図４は透明化されたガラス母材が下膨れした状態を示す模式図である。図５は本実施形態の装置、製法によって多孔質ガラス母材の（長手方向の）長さを変えて製造したガラス母材の下膨れ度合いの結果（実施例）と、従来のガラス母材の製造装置、製法によって製造した比較例による結果とを示す図である。
【００２５】
下膨れ度合いは、図４に示すように、透明化されたガラス母材１０の下膨れした箇所１０ａの径方向における下膨れした分の高さ１０ｂを平均母材径で割った割合（平均母材径に対する下膨れの割合（％））であり、図５の縦軸に示す。また、図５の横軸は、装置に掛けることができる最大母材長を１としたときの、各母材長の比率を表している。
【００２６】
上記実施例および比較例による結果は図５のようになった。
図５に示すように、比較例では多孔質ガラス母材２の長さが長くなるほど下膨れは大きくなる傾向があるのに対し、実施例では多孔質ガラス母材２の長さによらず、比較例に比べて下膨れを小さくすることができ、母材径を一定にすることができた。
【符号の説明】
【００２７】
１  焼結装置（ガラス母材の製造装置）
２  多孔質ガラス母材
２ａ  テーパ部
２ｂ  テーパ面
３  炉心管
３ａ  炉心管下部
３１  突出部
３１ａ  熱反射面
４  ヒータ
５  真空容器
６  排気用配管
７  真空ポンプ
８  ガス導入管
９  圧力調整弁
１０  透明化されたガラス母材
１０ａ  下膨れした箇所
１０ｂ  下膨れした分の高さ
【図１】
2015017013.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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