(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心管の下部から不活性ガスを導入するガス供給部と、前記炉心管の上部から不要なガスを排出するガス排出部と、ヒートゾーンを形成するヒータと、を備え、
前記炉心管内に配置したガラス微粒子堆積体を、ヒートゾーンの熱により加熱焼結させるガラス母材の焼結装置であって、
前記ガラス微粒子堆積体の上部に前記炉心管の断面積の５０％以上９０％以下の大きさの整流板を配置して該整流板と前記炉心管の内壁との間を流れる前記不活性ガスの平均流速を５５ｍｍ／秒以上とし、且つ前記整流板下面と前記ガラス微粒子堆積体の上端部との距離を４００ｍｍ以下としたことを特徴とするガラス母材の焼結装置。
【請求項２】
炉心管内に配置したガラス微粒子堆積体を、ヒートゾーンからの熱により加熱焼結させるガラス母材の焼結方法であって、
前記炉心管の下部から不活性ガスを導入して前記炉心管の上部から不要なガスを排出するとともに、前記炉心管の断面積の５０％以上９０％以下の大きさの整流板を前記ガラス微粒子堆積体の上部に配置し、前記炉心管の内壁と前記整流板との間を流れる前記不活性ガスの平均流速を５５ｍｍ／秒以上にして、前記ガラス微粒子堆積体を加熱焼結させることを特徴とするガラス母材の焼結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス微粒子堆積体を加熱炉内で加熱焼結させるガラス母材の焼結装置および焼結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス母材を製造する焼結装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものが知られている。図３に示すように、焼結炉である焼結装置１００は、上蓋１０２を有する炉心管１０４と、炉心管１０４の周囲に配置された加熱ヒータ１０６とを備えている。
【０００３】
焼結装置１００は、支持棒１０８にガラス微粒子を堆積させた多孔質ガラス母材１１０を炉心管１０４内に挿入して、多孔質ガラス母材１１０を回転させながら降下させて、加熱ヒータ１０６により焼結させる。焼結装置１００は、炉心管１０４の下端にＨｅガス等を供給する不活性ガス導入管１１２を備え、炉心管１０４の上方に排気管１１４を備えている。
【０００４】
また、別の特許文献２には、多孔質ガラス母材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記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１２５５９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１９５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記焼結装置１００は、炉心管１０４上部の上蓋１０２と支持棒１０８との隙間から外気を巻き込み、多孔質ガラス母材１１０の上部が不純物で汚染されることがある。多孔質ガラス母材１１０が不純物で汚染されると、多孔質ガラス母材１１０から製造される光ファイバの伝送損失が悪化することになる。
【０００７】
なお、特許文献２に記載の焼結装置では、多孔質ガラス母材の上方に上部熱遮蔽具を設置しているが、この熱遮蔽具は遮熱を目的とするものであり、特に外気の巻き込みを考慮したものではない。
【０００８】
本発明の目的は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ガラス母材への不純物の付着をしにくくすることで光ファイバの伝送損失を抑制することができるガラス母材の焼結装置および焼結方法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ができる本発明に係るガラス母材の焼結装置は、炉心管の下部から不活性ガスを導入するガス供給部と、前記炉心管の上部から不要なガスを排出するガス排出部と、ヒートゾーンを形成するヒータと、を備え、前記炉心管内に配置したガラス微粒子堆積体を、ヒートゾーンの熱により加熱焼結させるガラス母材の焼結装置であって、前記ガラス微粒子堆積体の上部に前記炉心管の断面積の５０％以上９０％以下の大きさの整流板を配置して該整流板と前記炉心管の内壁との間を流れる前記不活性ガスの平均流速を５５ｍｍ／秒以上とし、且つ前記整流板下面と前記ガラス微粒子堆積体の上端部との距離を４００ｍｍ以下としたことを特徴としている。
【００１０】
このように構成されたガラス母材の焼結装置によれば、炉心管の断面積の５０％以上９０％以下の大きさの整流板をガラス微粒子堆積体の上部に配置して、炉心管との隙間に流れる不活性ガスの平均流速を５５ｍｍ／秒以上とすることで、整流板と不活性ガスにより炉心管の上部から浸入した外気が整流板の下に回り込むのを遮断し、外気中に混入している不純物のガラス微粒子堆積体への付着をしにくくすることができる。また、整流板下面とガラス微粒子堆積体の上端部との距離を４００ｍｍ以下にすることで、整流板の下方の空間で不活性ガスの乱流が発生するのを防止し、下方から上方への不活性ガスの層流の流れを保つことができる。
【００１１】
上記課題を解決することができる本発明に係るガラス母材の焼結方法は、炉心管内に配置したガラス微粒子堆積体を、ヒートゾーンからの熱により加熱焼結させるガラス母材の焼結方法であって、前記炉心管の下部から不活性ガスを導入して前記炉心管の上部から不要なガスを排出するとともに、前記炉心管の断面積の５０％以上９０％以下の大きさの整流板を前記ガラス微粒子堆積体の上部に配置し、前記炉心管の内壁と前記整流板との間を流れる前記不活性ガスの平均流速を５５ｍｍ／秒以上にして、前記ガラス微粒子堆積体を加熱焼結させることを特徴としている。
【００１２】
このように構成されたガラス母材の焼結方法によれば、ガラス微粒子堆積体の上部に配置した整流板と炉心管下部から上部に流す不活性ガスにより炉心管の上部から浸入した外気を遮断して、整流板の下方に外気が回り込むのを阻止するので、外気中に混入している不純物のガラス微粒子堆積体への付着をしにくくすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るガラス母材の焼結装置および焼結方法によれば、ガラス微粒子堆積体の上部に配置した整流板の大きさを炉心管の断面積の５０％以上９０％以下とするとともに、整流板と炉心管の内壁との間を流れる不活性ガスの平均流速を５５ｍｍ／秒以上とすることで、外気中に混入している不純物のガラス母材への付着をしにくくすることができる。また、整流板下面とガラス微粒子堆積体の上端部との距離を４００ｍｍ以下にすることで、整流板の下方の空間で不活性ガスの乱流が発生するのを防止し、不活性ガスの層流の流れを保つことができる。これにより、前記ガラス母材から光ファイバを製造した場合、伝送損失の良好な光ファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るガラス母材を製造する焼結装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】炉心管内の不活性ガスの平均流速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。
【図３】従来のガラス母材の焼結装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るガラス母材の焼結装置および焼結方法の一実施形態について、図１に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態のガラス母材を製造する焼結装置１０は、上部を蓋部１２により閉塞され、出発種棒１５にガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体１４を収容する炉心管１１と、炉心管１１の外周側にガラス微粒子堆積体１４を加熱焼結させる熱源であるヒータ１３とを備えている。焼結装置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を加熱焼結させる。
【００１７】
炉心管１１は、下部にＨｅガス等の不活性ガスを供給するガス供給部１７と、上部に不要なガスを排出するガス排出部１８とを備えている。ガラス微粒子堆積体１４は、出発種棒１５を介して連結部材１６によって炉心管１１内に吊り下げられている。
【００１８】
焼結装置１０は、ガラス微粒子堆積体１４の上部近傍に、該ガラス微粒子堆積体１４の長手方向に沿って位置調整可能な大型の整流板２０を備えている。整流板２０は、例えば出発種棒１５に付けられた段部に固定されるようにしても良いし、別の固定治具などを用いて固定するようにしても良い。
【００１９】
本実施形態の整流板２０は、外径Ｄ１の円形であり、石英、不透明石英またはセラミックスからなる。整流板２０の平面積Ｓ１は、内径Ｄ０の炉心管１１の仮想断面積Ｓ０の５０％〜９０％の範囲内に設定されている。なお、仮想断面積とは、炉心管１１の内径Ｄ０から算出される炉心管１１内の空間断面積を意味する。
【００２０】
さらに、整流板２０の平面積Ｓ１は、ガラス微粒子堆積体１４の外径Ｄ２から算出できるガラス微粒子堆積体１４の断面積Ｓ２の９０％以上に設定するのが好ましい。このような条件を満たすように、整流板２０の外径Ｄ１を決定する。
【００２１】
なお、整流板２０が炉心管１１の仮想断面積Ｓ０の９０％以上になると、不活性ガスＧが整流板２０の下部で滞留してしまい、炉心管１１の上部から排気できなくなる。また、整流板２０が炉心管１１の仮想断面積Ｓ０の５０％以下となると、不活性ガスＧの流速を上げることができず、外気Ｆ０を整流板２０の下方へ巻き込んでしまい整流効果が得られない。
【００２２】
加えて、本実施形態の整流板２０は、整流板２０の外周縁２７と炉心管１１の内壁２８との隙間を流れる不活性ガスＧの平均流速Ｖが５５ｍｍ／秒以上に設定されている。具体的には、上記隙間の断面積の値と不活性ガスＧの流量から、平均流速が５５ｍｍ／秒以上になるように、不活性ガス流量を調整する。整流板２０近傍の炉心管１１に、速度センサを取り付け、不活性ガスＧの流速Ｖをモニターしながら、ガス供給部１７からの不活性ガスＧの供給量を調整することとしても良い。なお、不活性ガスＧの平均流速Ｖが５５ｍｍ／秒未満になると、整流板２０の隙間を流れる不活性ガスＧが、うまく層流として上方に流れなくなり、外気Ｆ０の流れが、整流板２０の下部に回り込むのを遮ることができなくなる。また、不活性ガスＧの平均流速Ｖが２５０ｍｍ／秒を超えると、流量が多くなり過ぎるため、整流板２０などが振動する、などの不具合が生じる。
【００２３】
さらに好ましくは、整流板２０の下面とガラス微粒子堆積体１４の上端部との距離Ｈを、４００ｍｍ以下に設定する。これにより、整流板２０の下方で不活性ガスＧの乱流が発生するのを防止することができる。整流板２０とガラス微粒子堆積体１４との距離Ｈが４００ｍｍより大きくなると、整流板２０の下方の空間に不活性ガスＧが回り込むように流れ込んでしまうため、上記同様に整流板２０の隙間を流れる不活性ガスＧが、うまく層流として上方に流れにくくなり、外気Ｆ０の流れが、整流板２０の下部に回り込むのを遮ることができなくなる。なお、上記ガラス微粒子堆積体１４の上端部とは、ススが付着している最上部の位置とし、具体的には、出発種棒１５の径からの増大が目視で確認できる位置とする。
【００２４】
上述したように本実施形態の焼結装置１０は、ガラス微粒子堆積体１４の上部に炉心管１１の仮想断面積Ｓ０の５０％以上９０％以下の大きさの整流板２０を配置して、この整流板２０の外周縁２７と炉心管１１の内壁２８との間の隙間を下方から上方へ流れる不活性ガスＧの平均流速Ｖを５５ｍｍ／秒以上とし、且つ整流板２０下面とガラス微粒子堆積体１４の上端部との距離を４００ｍｍ以下とした。これにより、焼結装置１０は、炉心管１１上部の蓋部１２から浸入した外気Ｆ０が整流板の下に回り込むのを遮断し、外気Ｆ０中に混入している不純物Ｆ１を整流板２０下方のガラス微粒子堆積体１４に付着しにくくできる。また、整流板２０の下面とガラス微粒子堆積体１４の上端部との距離を４００ｍｍ以下にすることで、整流板２０の下方の空間で不活性ガスＧの乱流が発生するのを防止し、下方から上方への不活性ガスＧの層流の流れを保つことができる。
【００２５】
次に、整流板２０のガラス微粒子堆積体１４への取り付け手順を説明する。
【００２６】
（整流板の取り付け）
整流板２０は、出発種棒１５を挿通し、例えば出発種棒１５に設けられた段部などで上下方向の位置を固定する。
【００２７】
（ガラス微粒子堆積体の取り付け）
整流板２０を取り付けたガラス微粒子堆積体１４は、炉心管１１内の上部に配置された連結部材１６に連結することで、炉心管１１内の所定位置に吊り下げられる。
【００２８】
次に、ガラス微粒子堆積体の焼結工程について説明する。
（ガラス微粒子堆積体の焼結工程）
ヒータ１３により炉心管１１内を約１６００℃に加熱することで、ガラス微粒子堆積体１４を焼結して透明化する。このとき、ガラス微粒子堆積体１４の上端部近傍に、内径Ｄ０の炉心管１１の仮想断面積Ｓ０の５０％〜９０％の範囲の平面積Ｓ１を有する整流板２０を配置しているので、ヒータ１３及び透明化されたガラス微粒子堆積体１４などから出発種棒１５へ伝わる熱を遮熱しながら、ガラス微粒子堆積体１４を焼結する。
【００２９】
また、整流板２０の外周縁２７と炉心管１１の内壁２８との間の隙間を流れる不活性ガスＧの平均流速Ｖを５５ｍｍ／秒以上になるように、炉心管１１下部のガス供給部１７から所定量の不活性ガスＧを導入して、炉心管１１上部のガス排出部１８から不要なガスを排出している。また、整流板２０下面とガラス微粒子堆積体１４上端との距離Ｈが４００ｍｍ以下に調整されている。
【００３０】
焼結装置１０は、上記平面積Ｓ１の整流板２０と平均流速Ｖの不活性ガスＧによって、炉心管１１の上部から浸入した外気Ｆ０を遮断して、整流板２０の下方への外気Ｆ０の浸入を阻止する。これにより、焼結装置１０は、外気Ｆ０中に混入している不純物Ｆ１のガラス微粒子堆積体１４への付着を抑制することができる。したがって、このガラス微粒子堆積体１４から光ファイバを製造した場合、伝送損失の良好な光ファイバを得ることができる。
【００３１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００３２】
例えば、上記実施形態では焼結工程について説明したが、線引工程での線引装置にも適用することができる。また、整流板の取付位置は、出発種棒以外に、連結部材や炉心管や蓋部であっても良い。
【実施例】
【００３３】
次に、本発明に係るガラス母材の焼結装置および焼結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説明する。
【００３４】
炉心管の内径Ｄ０：２５０ｍｍ
ガラス微粒子堆積体の外径Ｄ２：２００ｍｍ
焼結温度：１５００℃
【００３５】
整流板の外径Ｄ１を固定（２１０ｍｍ）して、ガス供給流量を変化させる、若しくはガス供給流量を一定にして整流板の外径Ｄ１を炉心管内の仮想断面積Ｓ０の５０％〜９０％の範囲内で変化させる、などしてガス平均流量を変更し、各ガス平均流量において各々数本づつのガラス微粒子堆積体の焼結を行った。このガラス微粒子堆積体から光ファイバを製造して、各光ファイバの伝送損失を測定した。測定した伝送損失の内、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ガス平均流量において算出した結果を図２に示す。
【００３６】
図２に示すように、ガス平均流速Ｖが５５ｍｍ／秒以上であると、伝送損失の不良率が０％であることが判る。これは、ガス平均流速Ｖが５５ｍｍ／秒以上になると、整流板の隙間を流れる不活性ガスが層流として上方に流れるため、整流板の下方への外気の浸入が阻止され、外気中の不純物がガラス微粒子堆積体に殆んど付着していないものと考えられる。
【００３７】
これに対して、ガス平均流速Ｖが５４ｍｍ／秒になると、伝送損失の不良率が１２％に悪化する。また、ガス平均流速Ｖが４５ｍｍ／秒前後になると、不良率が７０〜８０％前後にまで悪化することが判る。これは、ガス平均流速Ｖが５５ｍｍ／秒未満であると、整流板の隙間を流れる不活性ガスが層流としてうまく上方に流れず、整流板の下方へ外気が浸入して、外気中に混入している不純物がガラス微粒子堆積体に付着しているためと考えられる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…焼結装置、１１…炉心管、１３…ヒータ、１４…ガラス微粒子堆積体、１５…出発種棒、１７…ガス供給部、１８…ガス排出部、２０…整流板、Ｄ０…炉心管の内径、Ｄ１…整流板の外径、Ｄ２…ガラス微粒子堆積体の外径、Ｆ０…外気、Ｆ１…不純物、Ｇ…不活性ガス、Ｈ…整流板下面とガラス微粒子堆積体上端との距離、Ｖ…不活性ガスの平均流速、Ｓ０…炉心管の仮想断面積、Ｓ１…整流板の平面積、Ｓ２…ガラス微粒子堆積体の断面積
【図１】
0005830979.tif 000002
【図２】
0005830979.tif 000003
【図３】
0005830979.tif 000004