(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材把持具により反応容器内に把持された出発基材に、バーナを用いて火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させることにより多孔質ガラス母材を形成する多孔質ガラス母材の製造装置において、
前記基材把持具はカバーで覆われ、前記カバー及び前記反応容器に対し前記多孔質ガラス母材の軸方向に移動せず、
前記カバー内にガスを供給し前記ガスを前記カバー内から前記反応容器内に流出させ、
前記ガスが流出する線速Ｖは、０．００１ｍ／ｓ＜Ｖ＜１ｍ／ｓであることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項２】
前記ガスは、０．３μｍ以下のパーティクルが１立方フィートあたり１００個以下のクリーンエアであることを特徴とする請求項１に記載の多孔質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、光ファイバの製造に用いる多孔質ガラス母材の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、太径のガラス母材を線引きに適した径に縮径したガラスロッド、いわゆる光ファイバプリフォームを線引きすることにより製造される。この太径のガラス母材は、軸付け法（ＶＡＤ法）や外付け法（ＯＶＤ法）で製造された多孔質ガラス母材（スート体）を熱処理により焼結し透明ガラス化することにより得られる。
【０００３】
図１は、ＯＶＤ法により多孔質ガラス母材を製造する装置の一例を示したものである。多孔質ガラス母材の製造装置１は、回転機構２、重量検知器３、反応容器４、基材把持具５、カバー６、バーナ７、及び排気フード８を備える。
【０００４】
反応容器４は製造装置１内に設けられ、反応容器４内には出発基材である基材ガラス棒１１が、その両端を基材把持具５により支持された状態で配置される。それぞれの基材把持具５は、ガラス微粒子堆積用バーナ（以下「バーナ」という。）７により高熱に曝されるのを防ぐため、反応容器４内においてカバー６で覆われる。また、それぞれの基材把持具５は、反応容器４内から反応容器４外に突出するように設けられ、突出した部分が反応容器４外に設けられた回転機構２にセットされる。回転機構２は、基材把持具５により把持された基材ガラス棒１１をその軸を中心として回転させる。回転機構２は重量検知器３上に設けられ、これにより製品の重量測定が実現される。
【０００５】
バーナ７により原料を火炎加水分解反応させることにより生成したガラス微粒子（スート）を、回転している基材ガラス棒１１の周面に噴き付け、基材ガラス棒１１の径方向に堆積させる。スート体１２は、バーナ７を基材ガラス棒１１の長手方向に沿って往復運動させ、所定の外径が得られるまでガラス微粒子の堆積を続けることにより形成される。なお、バーナ７はスート体１２の直径増大に伴い、スート体１２との間で所定の間隔が確保されるように後退制御される。
【０００６】
排気フード８は、原料の燃焼により生じた排ガスを製造装置１の外に排出する。また、製造装置１は、清浄化ガスであるクリーンエアを供給するためのクリーンエア供給装置（図示省略）を備えており、反応容器４内部にクリーンエアを供給する（例えば、特許文献1参照）。クリーンエアは、ＨＥＰＡフィルタなどパーティクルを捕獲できるフィルタを通したエアである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−４０６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、製造コスト削減のため、生産性の高いプリフォームの製造方法が求められている。たとえば、バーナの往復運動の際、バーナを基材把持具付近まで移動させることで、１回の製造でより大きなスート体を得ることができる。しかし、バーナを基材把持具付近まで移動させることで以下の問題が生じる。
【０００９】
スートとなる酸化ケイ素を火炎加水分解反応により生成する際の原料ガスの反応式は次のとおりである。
2H2+O2→2H2O  2H2O+SiCl4→SiO2+4HCl
すなわち、酸化ケイ素の生成とは別に、副産物として大量の塩化水素ガスが発生する。この塩化水素ガスに基材把持具が曝されることで、基材把持具の腐食や錆が発生する。更に、バーナの往復運動による熱サイクルは、基材把持具に多大の熱的ストレスをもたらす。
【００１０】
このような錆や熱的ストレスは基材把持具の故障原因となる。また、反応容器の基材把持具が設けられた部分には隙間があり、この隙間から塩化水素ガスが流出すれば、回転機構の錆の発生にもつながる。
【００１１】
バーナによる熱的ストレスについては、基材把持具をカバーで覆うことで軽減することができる。しかし、出発基材を回転可能とする必要から、基材把持具をカバーで覆う際にはカバーと出発基材との間には多少の隙間を残さざるを得ない。そして、この隙間から塩化水素ガスが流入してしまうため、カバーで覆っても基材把持具が塩化水素ガスに曝されることには変わりがない。更に、基材把持具自体の回転により出発基材を回転させる構成の場合には、基材把持具を回転可能とする必要から、反応容器と基材把持具との間にも多少の隙間を残さざるを得ない。そのため、カバー内に塩化水素ガスが流入すると、この隙間から反応容器外にも塩化水素ガスが流出するため、反応容器外にある回転機構も塩化水素ガスに曝されることになる。
【００１２】
本発明の目的は、多孔質ガラス母材の製造に際しての基材把持具や回転機構への錆の発生を抑制可能な多孔質ガラス母材の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】
【００１３】
本発明の多孔質ガラス母材の製造装置は、基材把持具により反応容器内に把持された出発基材に、バーナを用いて火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させることにより多孔質ガラス母材を形成する多孔質ガラス母材の製造装置であって、基材把持具はカバーで覆われ、当該カバー内にガスを供給しガスをカバー内から反応容器内に流出させる構成を備える。カバー内から反応容器内へのガスの流れを形成することで、火炎加水分解反応により生じた塩化水素ガスがカバー内に流入することを防ぐことができ、基材把持具や回転機構が塩化水素ガスに曝されることによる錆の発生を防ぐことができる。更に本発明は、単に基材把持具をカバーで覆い、カバー内にガスを供給する機構を加えるだけで実現可能なため、反応容器の構造を大きく変える必要がない。そのため、容易に、かつ安価に実現することができる。
【００１４】
塩化水素ガスの効果的な流入防止及び製品の強度確保の観点から、ガスがカバー内から反応容器内に流出する線速Ｖは、０．００１ｍ／ｓ＜Ｖ＜１ｍ／ｓとするのが望ましい。
【００１５】
カバー内に供給されるガスは、基材把持具や回転機構に錆を発生させず、かつ、反応容器内での火炎加水分解反応に影響を及ぼさない気体であり、例えば、０．３μｍ以下のパーティクルが１立方フィートあたり１００個以下のクリーンエアを用いるのが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の多孔質ガラス母材の製造装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の多孔質ガラス母材の製造装置の構成例を示す図である。
【図３】カバー内の塩化水素濃度の線速ごとの測定結果を示す図である。
【図４】反応容器外の塩化水素濃度の線速ごとの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。背景技術の説明に用いた図も含め、各図面において共通の構成要素については同じ符号を付す。
【００１８】
本発明の多孔質ガラス母材の製造装置は、図１に示す従来の多孔質ガラス母材の製造装置１に、カバー６内にガスを供給するガス供給管９を加えた構成を備える。図２は本発明の多孔質ガラス母材の製造装置の、従来構成と異なる部分を抜粋したものである。
【００１９】
基材把持具５にカバー６を被せる際には、一般に基材把持具５とカバー６との間に空間が生じる。また、出発基材１１を回転可能とする必要から、基材把持具５をカバー６で覆う際には、図２に示すようにカバー６と出発基材１１との間に多少の隙間を残さざるを得ない。加えて、基材把持具５自体の回転により出発基材１１を回転させる構成の場合には、基材把持具５を回転可能とする必要から、図２に示すように反応容器４と基材把持具５との間にも多少の隙間を残さざるを得ない。
【００２０】
そこで、本発明においては、カバー６内にガスを供給するためのガス供給管１１を例えば図２に示すように設け、ここからカバー６内にガスを供給する。これにより、図２の実線矢印に示すように、カバー６内に供給したガスがカバー６と出発部材１１との間の隙間から反応容器４内へ流出する。このようにカバー６内から反応容器４内へのガスの流れを形成することで、火炎加水分解反応により生じた塩化水素ガスがカバー６内に流入することを防ぎ、基材把持具５が塩化水素ガスに曝されることを防ぐことができる。また、カバー６内に塩化水素ガスが流入しないことに加え、カバー６内に供給したガスが反応容器４と基材把持具５との間の隙間から反応容器４外へ流出するガスの流れが形成されるため、反応容器４外の回転機構２が塩化水素ガスに曝されることも防ぐことができる。
【００２１】
塩化水素ガスの流入を効果的に防ぐためには、ガスをカバー６内から反応容器４内にある程度の速さの線速で流出させる必要がある一方、線速を速くしすぎるとカバー６内から反応容器４内に流出したガスがバーナ７の火炎を乱すことにより堆積が不均一になり、製品が割れやすくなる。そのため、カバー６内から反応容器４内にガス流出させる線速は、カバー６内への流入を許容する塩化水素濃度や求める製品の歩留まりなどを考慮して決定するとよい。
【００２２】
カバー６内に供給するガスは、基材把持具５や回転機構２に錆を発生させず、かつ、反応容器４内での火炎加水分解反応に影響を及ぼさない気体であり、例えば、０．３μｍ以下のパーティクルが１立方フィートあたり１００個以下のクリーンエアを用いるのが好適である。
【００２３】
以上のように、カバー内から反応容器内へのガスの流れを形成することで、火炎加水分解反応により生じた塩化水素ガスがカバー内に流入することを防ぐことができ、基材把持具や回転機構が塩化水素ガスに曝されることによる錆の発生を防ぐことができる。更に本発明は、単に基材把持具をカバーで覆い、カバー内にガスを供給する機構を加えるだけで実現可能なため、反応容器の構造を大きく変える必要がない。そのため、容易に、かつ安価に実現することができる。
【００２４】
本発明の多孔質ガラス母材の製造装置の各構成要素は、必要に応じ併合・分割などを行っても構わない。また、各実施形態はあくまで例示であり、本発明において表現されている技術的思想の範囲内で適宜変更が可能である。そして、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが請求の範囲の記載から明らかである。
【実施例】
【００２５】
カバー６内から反応容器４内に流出させるガスの線速(m/s)を変化させたときの反応容器４外の塩化水素濃度(ppm)の変化及びカバー６内の塩化水素濃度(ppm)の変化を測定するとともに、それぞれの線速において製品に割れが生じるか否かについてテストを行った。
【００２６】
製品の製造方法を説明する。基材ガラス棒１１は直径55mmの石英棒を用いた。バーナ７により原料を火炎加水分解反応させることによりガラス微粒子を生成し、これを回転している基材ガラス棒１１の周面に噴き付けて径方向に堆積させ、バーナ７を基材ガラス棒１１の長手方向に沿って往復運動させることによりスート体１２を形成した。堆積はスート体１２が130kgになるまで継続した。燃焼排ガスは、排気フード８により製造装置１の外に排出される。母材の製造時間は約40時間である。
【００２７】
バーナ７は第１〜５管の多重管を備え、第２管と第３管との間に細いノズルを８本備えるバーナを用いた。第１管にはSiCl4を18L/min、O2を18.7L/minで供給した。第２管にはN2を16L/minで供給した。第３管には、H2を630L/minで供給した。ノズルにはO2を88L/minで供給した。第４管には、空気を20L/minで供給した。第５管には、O2を170L/minで供給した。このときH2とO2とが反応しH2Oが生成される。またH2OとSiCl4とが反応し、SiO2が生成される。このSiO2が、基材ガラス棒１１に堆積することでスート体１２が得られる。N2および空気は、燃焼反応によるバーナ７の焼けを防止するために用いる。今回のテストでは、上記のガス条件で堆積を行い、カバー６内にガスを供給した。今回、ガスには、ＨＥＰＡフィルタを用いて0.3μm以下のパーティクルが１立方フィートあたり100個以下になるように調整したクリーンエアを用いた。その際、クリーンエア供給量を調整することで、カバー内から反応容器内に流出するガスの線速を調整した。
【００２８】
線速0.01m/sの場合を実施例１、線速0.1m/sの場合を実施例２、線速0.5m/sの場合を実施例３として、また、線速0m/s（ガス供給無し）の場合を比較例１、線速0.001m/sの場合を比較例２、線速1.0m/sの場合を比較例３として、製品をそれぞれ１本ずつ製造した。なお、図２には示していないが、カバー６内および反応容器４外に塩化水素濃度測定器を設け、それぞれの例における塩化水素(HCl)濃度を測定した。測定は、製造開始から10時間後に実施した。テスト結果を表１、図３及び図４に示す。
【００２９】
【表１】
0006462548.tif 000002
【００３０】
実施例１では、カバー内の塩化水素濃度が145ppm、反応容器外の塩化水素濃度が117ppmで製品の割れはなかった。実施例２では、カバー内の塩化水素濃度が10ppm、反応容器外の塩化水素濃度が4ppmで、製品の割れはなかった。実施例３では、カバー内の塩化水素濃度が7ppm、反応容器外の塩化水素濃度が2ppmで製品の割れはなかった。比較例１では、カバー内の塩化水素濃度が571ppm、反応容器外の塩化水素濃度が478 ppmで製品の割れはなかった。比較例２では、カバー内の塩化水素濃度が265ppm、反応容器外の塩化水素濃度が231ppmで製品の割れはなかった。比較例３では、カバー内の塩化水素濃度と反応容器外の塩化水素濃度がともに0ppmであり、製品に割れが生じた。
【００３１】
テストの結果、カバー内から反応容器内へのクリーンエア線速Ｖが0.01m/s〜1.0m/sのときにカバー内および反応容器外の塩化水素濃度を錆発生防止の目途となる200ppm以下に抑えることができた。また、線速1.0m/sのとき製品が割れた。このことから、クリーンエアの線速が遅すぎると、カバー内および反応容器外への塩化水素ガスの流入を十分に抑えることができずに塩化水素濃度が高くなり、錆が生じやすいと示唆される。一方、クリーンエアの線速が早すぎるとカバー内から反応容器内へ流出したクリーンエアがバーナ火炎を乱すことで、堆積が不均一となり、製品が割れやすくなると示唆される。カバー内から反応容器内へのクリーンエア線速を適切に保つことで、把持部および回転機構の錆を防止でき、製品の割れも発生しにくいことがわかる。
【符号の説明】
【００３２】
１  多孔質ガラス母材の製造装置
２  回転機構
３  重量検知器
４  反応容器
５  基材把持具
６  カバー
７  バーナ
８  排気フード
９  ガス供給管
１１  基材ガラス棒 
１２  スート体
【図１】
0006462548.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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