(57)【要約】【課題】上蓋から外部へ排気するガスの温度上昇を回避することができるとともに、上蓋の内圧変動を抑えて炉心管内の圧力を安定化させることができるガラス母材の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】縦型の炉心管を用いてガラス微粒子堆積体１０を加熱するガラス母材の製造装置１は、ガラス微粒子堆積体１０を支持する支持棒１０Ａが貫通する支持棒挿通口４０Ａ，４２Ｂ，４３Ｂが設けられ炉心管２の上部に取り付けられる上蓋４は、支持棒１０Ａに沿った上下方向に３層以上に仕切られた３層の部屋（第１室４１〜第３室４３）を備え、第１室４１〜第３室４３の各々は、外周部にガスポートであるガス導入部４１Ｂ，ガス排気部４２Ｄ，ガス導入部４３Ｄを有するとともに、ガス導入部４１Ｂ，ガス排気部４２Ｄ，ガス導入部４３Ｄと支持棒挿通口４０Ａ，４２Ｂ，４３Ｂとの間に、それぞれ同心状の隔壁４１Ｃ，４２Ｅ，４３Ｅを有する。【選択図】図２
2008179517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を縦型の炉心管内で加熱するガラス母材の製造装置であって、
前記被加熱物を支持する支持棒が貫通する挿通口が設けられ前記炉心管の上部に取り付けられる上蓋は、前記支持棒に沿った上下方向に３層以上の複数の部屋を備え、
前記部屋の各々は、外周部にガスポートを有するとともに、前記部屋内に前記挿通口と同心状の隔壁を有することを特徴とするガラス母材の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス母材の製造装置であって、
前記隔壁は、前記挿通口と同心状の周方向に連続し、かつ前記部屋内の上下方向を部分的に覆うように形成されていることを特徴とするガラス母材の製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガラス母材の製造装置であって、
前記隔壁は、前記挿通口と同心状の周方向に断続的に形成されていることを特徴とするガラス母材の製造装置。
【請求項４】
被加熱物を縦型の炉心管内で加熱するガラス母材の製造方法であって、
前記被加熱物を支持する支持棒が貫通する挿通口が設けられ前記炉心管の上部に取り付けられる上蓋は、前記支持棒に沿った上下方向に３層以上の複数の部屋を備え、前記部屋の各々は、外周部にガスポートを有するとともに、前記部屋内に前記挿通口と同心状の隔壁を有しており、
各層の前記部屋に対して、各々の前記ガスポートを介して、最下層から上層に向かって順に不活性ガスの導入とガスの排気とを交互に行うことを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のガラス母材の製造方法であって、
最下層の前記部屋に導入する不活性ガスには、Ｈｅガスを用いることを特徴と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、縦型の炉心管を用いたガラス母材の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの製造などに使用されるガラス母材は、ＶＡＤ法やＯＶＤ法などによりガラス微粒子堆積体（多孔質ガラス母材）を生成し、その後、このガラス微粒子堆積体を加熱処理して脱水及び透明ガラス化を行い製造されている。更に必要に応じて、透明ガラス化後にアニール等の加熱処理を行う場合もある。これら加熱処理の工程では、脱水、透明ガラス化などの処理内容に応じて雰囲気ガスを選択して使用している。例えば、第１加熱処理では、Ｈｅと脱水ガス（塩素系ガスなど）を用いてガラス微粒子堆積体を脱水し、続く第２加熱処理では、Ｈｅのみの雰囲気で、脱水後のガラス微粒子堆積体を透明ガラス化している。
【０００３】
ガラス母材の製造装置を用いた加熱処理の具体的な方法としては、
（１）支持棒で支持されたガラス微粒子堆積体を炉心管内につり下げ、ガラス微粒子堆積体を塩素系ガス雰囲気下で脱水し、さらに不活性ガス雰囲気下もしくは不活性ガスと塩素系ガスの混合雰囲気下で透明ガラス化するか、あるいは、
（２）塩素系ガスで同じように脱水後、プロファイル（屈折率）調整のためＳｉＦ４などのガスを用いてＦ添加を行い、その後、不活性ガス雰囲気下、もしくは不活性ガスとハロゲン系ガスの混合雰囲気下で透明ガラス化する、
などが知られている。
【０００４】
ところで、このような方法の場合、ガラス母材の製造装置から腐食性ガス（塩素系ガス、フッ素系ガスなどのハロゲン系ガス）が漏れると、製造装置が設置された室内の各装置の金属部品を腐食させ、室内雰囲気中の金属系ダスト量が増加する場合がある。通常、この種の製造装置はガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積装置などと同じ室内に設置されている場合が多いが、室内の金属系ダスト量が増加すると、ガラス微粒子（スート）の堆積中に室内雰囲気中の金属系ダストがガラス微粒子堆積装置内に混入し、最終的に得られるガラス母材中に金属不純物が混入することとなる。また、脱水或いはＦを添加してプロファイル（屈折率）調整を行う場合、炉外の空気中の水分を巻き込むと、脱水不良を生じるなどの不都合ももたらすことがある。
【０００５】
通常、ガラス母材の製造装置からこの装置を設置している室内へ流出する腐食性ガスの大部分は、炉心管の上蓋の、支持棒が挿入されている部分などから流出することが多い。そこで、炉外からの金属系ダスト及び水分などの混入を防止するのと同時に、腐食性ガスの炉外への流出を防止する手段として、支持棒の外周を覆う形で炉心管の上蓋を多層構造の円筒管で構成したものなどが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
これについて、以下に図面を参照しながら説明する。
図５は、ガラス微粒子堆積体焼結用の炉心管の上蓋構造の一例を示すものであり、この上蓋は、炉心管１００の上端に取り付けた略円筒形を有するシール構造を有するものであって、３つの小室１１０，１２０，１３０を設けており、天面をなすつば１４０と最下面をなすつば１５０には支持棒１６０が貫通するための孔を有している。
【０００７】
各小室１１０，１２０，１３０には、支持棒１６０に遊嵌する気密リング１１１，１２１，１３１が移動自在に挿入される。この気密リング１１１，１２１，１３１は、小室１１０，１２０，１３０内において、各々一定範囲内で移動可能に挿入されている。このため、支持棒１６０は、自由に上下動し、回転でき、支持棒１６０が振動や炉心管中心軸とのズレにより水平方向に動いたとしても、その動きに伴って気密リング１１１，１２１，１３１も移動できる。
【０００８】
また、排気ガスポート１１２を有する小室１１０に挿入される気密リング１１１のみが、その下面に中心部から周方向に向かう溝状のガス通路１１１Ａを設けている。更に、シールガス導入ポート１２２を有する小室１２０の上段に設ける小室１３０は、シールガスを導入又は排出するポート（ガスポート）を持たず、小室１３０内に挿入された気密リング１３１にも周方向の溝状のガス通路を設けない。これにより、気密性を向上して外気の巻き込みを遮断する。また、排気ガスポート１１２を有する小室１１０とシールガス導入ポート１２２を有する小室１２０の間のコンダクタンスを小さくすることにより、各室の間の圧力差を確保すると同時に、小室１１０の排気ガスポート１１２からのワークガスの排出は気密リング１１１下面の周方向の溝１１１Ａにより十分に行なうことができる。
【０００９】
このように、上記の上蓋では、排気ガスポート１１２を有する小室１１０と、シールガス導入ポート１２２を有する小室１２０とを有するので、小室１２０にてシールガス導入ポート１２２からシールガスを導入し、小室１１０にて、シールガス導入ポート１２２からのシールガスとともに炉心管１００内からの腐食性ガスなどを排気ガスポート１１２から図示外のスクラバヘ排出できる。また、小室１３０は、シールガスを導入又は排出するポート（ガスポート）を持たないので、小室１１０，１２０への外気の巻き込みを遮断して、気密性を高めることができる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２２６２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、ガラス母材の大型化及びこれに伴う炉心管の内径拡大、それによる容積増大により、炉心管の高温部から上蓋に達する輻射光が増大するため、通常使用するものに比べて内径が拡大した炉心管を使用する場合には、多量の輻射熱が上蓋へ伝わり、上蓋の温度が上昇してしまう。その結果、上蓋から外部へ排気するときのガスの排気温度が過度に上昇しやすい。また、炉心管内のガスが上昇して上蓋へ流れる際に、炉心管の内径拡大のために炉心管内壁に接触して冷却される度合いも減少するので、温度が高いまま上昇し上蓋の方へ移動する傾向が強まる。このため、上蓋内部の温度がますます上昇してしまう。
このような上蓋内部のガス温度上昇は、上蓋の排気下流側に設けた排気管などの設備での温度増大につながる。その結果、その排気管などに使用する材質については、ニッケル合金などの耐熱性の高いものに制約され、コストアップを招いてしまう。
【００１２】
また、ガラス母材の大型化及びこれに伴う設備の大型化などにより、炉内ガスの給排気量が増加している。その結果、上蓋のガス給排気口近傍でのガス流速の増大が、上蓋内の周方向などでの局所的な圧力変動をもたらし、炉内のさらなる圧力変動につながっている。このように、炉内の圧力変動が増大すると、例えばガラス母材の製造装置から腐食性ガスが室内に漏出したり、外気の巻き込みに起因する残存水分量の増加等のガラス母材の特性悪化が顕在化するなど、各種の不都合をもたらす。
【００１３】
本発明は、上蓋から外部へ排気するガスの温度上昇を回避することができるとともに、上蓋の内圧変動を抑えて炉心管内の圧力を安定化させることができるガラス母材の製造装置及び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】
【００１４】
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装置は、被加熱物を縦型の炉心管内で加熱するガラス母材の製造装置であって、前記被加熱物を支持する支持棒が貫通する挿通口が設けられ前記炉心管の上部に取り付けられる上蓋は、前記支持棒に沿った上下方向に３層以上の複数の部屋を備え、前記部屋の各々は、外周部にガスポートを有するとともに、前記ガスポートと前記挿通口との間に前記挿通口と同心状の隔壁を有することを特徴とする。ここで、被加熱物としてはガラス微粒子堆積体、既に透明ガラス化されたガラス母材中間体の双方の場合を含む。
【００１５】
また、前記隔壁は、前記挿通口と同心状の周方向に連続し、かつ前記部屋内の上下方向を部分的に覆うように形成されていることが好ましい。
もしくは、前記隔壁は、前記挿通口と同心状の周方向に断続的に形成されていることが好ましい。
【００１６】
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、被加熱物を縦型の炉心管内で加熱するガラス母材の製造方法であって、前記被加熱物を支持する支持棒が貫通する挿通口が設けられ前記炉心管の上部に取り付けられる上蓋は、前記支持棒に沿った上下方向に３層以上の複数の部屋を備え、前記部屋の各々は、外周部にガスポートを有するとともに、前記ガスポートと前記挿通口との間に前記挿通口と同心状の隔壁を有しており、各層の前記部屋に対して、各々の前記ガスポートを介して、最下層から上層に向かって順に不活性ガスの導入とガスの排気とを交互に行うことを特徴とする。
【００１７】
また、最下層の前記部屋に導入する不活性ガスには、Ｈｅガスを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、炉心管の上部に取り付けられる上蓋には上下方向に３層以上に仕切られた複数の部屋を備えており、これらの部屋には、外周部のガスポートと支持棒の貫通する挿通口との間に、挿通口と同心状の隔壁が設けられているため、ガスポートと挿通口との間のガスの流れが各部屋内で周方向に拡散する。そのため、上蓋内の温度が均一化されやすくなり、温度上昇が抑制される。また、上蓋内でのガス流速も抑制される。したがって、上蓋から外部へ排気するガスの温度上昇を回避できるとともに、内圧変動を抑えて炉心管内の圧力を安定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】
【００１９】
以下、本発明に係るガラス母材の製造装置及び製造方法の実施形態の例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のガラス母材の製造方法を実施可能なガラス母材の製造装置を示すものである。このガラス母材の製造装置１は、ガラス微粒子堆積体１０を加熱処理する加熱炉であり、縦型に配置された円筒形状の炉心管２と、炉心管２の外周側に配置された加熱源である円筒形状のヒータ３とを備えている。
【００２０】
炉心管２は、石英により形成されており、ヒータ３の発熱により昇温させられる。これにより、炉心管２の内側の炉内空間Ｓに収容したガラス微粒子堆積体１０を加熱することができる。
【００２１】
ガラス微粒子堆積体１０は、支持棒１０Ａに吊り下げられる形で支持棒１０Ａと一体的に形成されており、支持棒１０Ａは把持装置８に把持される。また、把持装置８は、駆動手段（図示省略）により、支持棒１０Ａとともにガラス微粒子堆積体１０をその軸回りに回転させるとともに、把持装置８を昇降させる昇降手段（図示省略）で上下方向にガラス微粒子堆積体１０を移動させることが可能となっている。
また、炉心管２の上端には、ガラス微粒子堆積体１０の導入時や取り出し時にその開口部を開閉するため、上蓋４が着脱可能に取り付けてある。一方、炉心管２の下端には、適宜着脱可能な下蓋５が取り付けてある。
【００２２】
ヒータ３は、カーボンにより形成されており、また、ヒータ３の周囲には断熱材３１が配設されている。さらに、炉心管２と断熱材３１は、炉の外殻をなす炉体２１によって覆われている。
【００２３】
また、本実施形態のガラス母材の製造装置１には、ガラス微粒子堆積体１０を加熱処理する際に使用するガスを炉内に供給するとともにその供給量を制御するガス供給制御装置６を備えている。このガス供給制御装置６は、炉心管２の下端近傍に設けられた雰囲気ガス導入部２Ａから、炉心管２内に雰囲気ガスを供給する。雰囲気ガスとしては例えば、脱水処理時にはＨｅ等の不活性ガスと脱水ガス（塩素系ガスなど）が用いられ、透明ガラス化の際には不活性ガスのみが用いられる。また、ガラス母材の屈折率調整のためにＳｉＦ４などの屈折率調整ガスを使用したり、格子欠陥の制御やガラス母材の特性改善のためにＨ２やＯ２、ＣＯなどのガスを雰囲気ガスとして使用する場合もある。
【００２４】
また、炉心管２の上端近傍には、炉心管内圧モニタ６Ａが設けられており、炉内空間Ｓの圧力Ｐを適時モニタすることができる。この炉心管内圧モニタ６Ａにて測定されたデータは、ガス供給制御装置６に送られて、雰囲気ガス導入部２Ａへの雰囲気ガスの供給量を調節するのに利用される。例えば、炉内空間Ｓの圧力を大気圧以上に維持することで、炉内空間Ｓへの外気の侵入を防ぐことができ、製造するガラス母材の品質を良好に維持できる。
【００２５】
炉内空間Ｓの雰囲気ガスは、上蓋４の後述するガス排気部４２Ｄを通してスクラバへと通じるメイン排気管（図示省略）へ排気される。メイン排気管には、他の加熱炉の排気部からも排気ガスが流入し、まとめてスクラバへと排気される。スクラバでは、排気されてきたガスが清浄化処理される。
【００２６】
次に、このガラス母材の製造装置１に取り付けられる上蓋４について、図２を参照しながら詳細に説明する。また、図３に、第１室４１の水平方向の断面図（図２におけるIII-III線断面図）を示す。
本実施形態の上蓋４は、炉内空間Ｓに面した蓋部４０の上面に、蓋部４０の略中央に形成された支持棒挿通口４０Ａが形成され、さらに貫通する支持棒１０Ａに沿った上下方向に３層に仕切られた部屋（第１室４１，第２室４２，第３室４３）が形成されている。第１室４１〜第３室４３は、それぞれ短円筒状の形状であり、その外周部には、上蓋４からガスを排気または導入するためのガスポート（ガス導入部４１Ｂ，ガス排気部４２Ｄ，ガス導入部４３Ｄ）が設けられている。また、第１室４１〜第３室４３の内側には、中央の支持棒挿通口４０Ａ，４２Ｂ，４３Ｂと各ガスポートとの間に、支持棒挿通口４０Ａ，４２Ｂ，４３Ｂとほぼ同心円状の隔壁４１Ｃ，４２Ｅ，４３Ｅが設けられている。
【００２７】
図２及び図３に示すように、第１室４１は、円筒状の外周面４１Ａで囲まれた略円柱状の空間で構成されており、ガス投入層として機能する。この第１室４１は、下方の中央部にガラス微粒子堆積体１０を支持する支持棒１０Ａが貫通する支持棒挿通口４０Ａが開口しているとともに、この支持棒挿通口４０Ａを取り囲む状態で支持棒１０Ａの軸方向に沿って上方に高さＡだけ延出するシールエッジ４０Ｂを設けてシール性を高めている。また、上方の中央部には支持棒１０Ａが貫通する支持棒挿通口４２Ｂが開口している。
【００２８】
また、第１室４１の外周面４１Ａの周方向の２箇所には、不活性ガスを導入するためのガスポートとして、ガス導入部４１Ｂが設けられており、ガス供給制御装置（図示省略）から不活性ガスがこのガス導入部４１Ｂを通して第１室４１に導入される。この第１室４１に投入する不活性ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを用いることが好ましく、これにより支持棒挿通口４０Ａを通って流入してきた炉心管２内の雰囲気ガスから受け取る熱量を低く抑制することが可能となり、第２室４２への熱伝導量を小さくすることができる。
【００２９】
さらに、この第１室４１には、支持棒挿通口４０Ａとほぼ同心円状の隔壁４１Ｃが天井面から下方へ垂設されている。この隔壁４１Ｃは、３６０度全周に亙って連続した略円筒形状に形成されており、第１室４１内の上下方向を部分的に覆っている。隔壁４１Ｃの上下方向の長さは、その下端の位置が、ガス導入部４１Ｂ及びシールエッジ４０Ｂの上端の位置よりも低くなるように長さＢに形成されている。また、この隔壁４１Ｃは、第１室４１において、半径方向の中心寄りに設置することで、ガス導入部４１Ｂに臨む外側寄りの室内（外側室Ｒ１）の方を広く形成している。このように、外側室Ｒ１の方を広くすることで外側室Ｒ１において乱流を発生させずに層流状態を形成し、ガス導入部４１Ｂから導入する不活性ガスがこの外側室Ｒ１内で周方向に流れて拡散する。一方、外側室Ｒ１と隔壁４１Ｃで区切られた外側室Ｒ１よりも内側の室内(内側室Ｒ２)では、不活性ガスが外側室Ｒ１から径方向内側へ向けて周方向で略均一に流入し、支持棒挿通口４０Ａから流入してきた炉心管２内の雰囲気ガスに対して周方向で略均一に接触する。そして、ガス導入部４１Ｂから第１室４１に導入された不活性ガスと、炉心管２内の雰囲気ガスとが、この内側室Ｒ２で混ざって、その一部が支持棒挿通口４２Ｂから第２室４２へ周方向に略均一な圧力で流れる。また、内側室Ｒ２に流入するガスは周方向で略均一な流れとなっているため、内側室Ｒ２内の温度分布は略均一となる。
【００３０】
第２室４２は、第１室４１と同様に、円筒状の外周面４２Ａで囲まれた略円柱状の空間で構成されており、ガス排気層として機能する。この第２室４２にも、第１室４１と同様に、下方の中央部に支持棒１０Ａが貫通する支持棒挿通口４２Ｂが開口されているとともに、この支持棒挿通口４２Ｂを取り囲む状態で支持棒１０Ａの軸方向に沿って上方にシールエッジ４０Ｂと同様に延出するシールエッジ４２Ｃを設けている。また、上方の中央部には支持棒１０Ａが貫通する支持棒挿通口４３Ｂが開口している。
【００３１】
また、第２室４２の外周面４２Ａの周方向の２箇所には、支持棒挿通口４２Ｂ及び支持棒挿通口４３Ｂから第２室４２へ流入してきたガスを排気するためのガスポートとして、ガス排気部４２Ｄが設けられている。すなわち、ガス排気部４２Ｄからは、炉心管２内の腐食性ガスなどの雰囲気ガス、第１室４１に導入された不活性ガス、及び第３室４３に導入された不活性ガスを排気する。このガス排気部４２Ｄから排気されたガスは、前記メイン排気管を通してスクラバへ送られ、清浄化処理される。
【００３２】
また、この第２室４２には、支持棒挿通口４０Ａとほぼ同心円状の隔壁４２Ｅが天井面から下方へ垂設されている。この隔壁４２Ｅも、第１室４１の隔壁４１Ｃと同様に、３６０度全周に亙って連続した略円筒形状に形成されており、第２室４２内の上下方向を部分的に覆っている。その上下方向の長さも、隔壁４１Ｃと同様に、その下端の位置がガス排気部４２Ｄ及びシールエッジ４２Ｃの上端の位置よりも低くなるように形成されている。また、この隔壁４２Ｅは、第２室４２において、半径方向の外周寄りに設置することで、支持棒挿通口４２Ｂ及び支持棒挿通口４３Ｂに臨む内側室Ｒ４の方を外側室Ｒ３よりも広く形成している。このように、内側室Ｒ４の方を広くして十分な容積を確保することで、支持棒挿通口４２Ｂ及び支持棒挿通口４３Ｂを通り流入するガスが内側室Ｒ４内で乱流を発生させずに周方向に流れて拡散する。したがって、内側室Ｒ４内の温度分布を略均一にすることができ、ガス排気部４２Ｄから排気される温度を低く抑えることができる。
【００３３】
第３室４３は、円筒状の外周面４３Ａで囲まれた略円柱状の空間で構成されており、ガス投入層として機能する。この第３室４３には、第１室４１及び第２室４２と同様に、下方の中央部に支持棒１０Ａが貫通する支持棒挿通口４３Ｃが開口されているとともに、この支持棒挿通口４３Ｃを取り囲む状態で支持棒１０Ａの軸方向に沿って上方にシールエッジ４０Ｂ，４２Ｃと同様に延出するシールエッジ４３Ｃを設けている。また、外周面４３Ａとともに第３室４３の空間部分を形成する上蓋４の上面側の蓋部４４には、中央部に支持棒挿通口４４Ａが開口されているとともに、支持棒挿通口４４Ａの周縁部にはシールエッジ４３Ｃと同様のシールエッジ４４Ｂが形成されている。
【００３４】
また、外周面４３Ａの周方向の２箇所には、シール用の不活性ガスを導入するためのガスポートとして、ガス導入部４３Ｄが設けられており、ガス供給制御装置（図示省略）から不活性ガスがこのガス導入部４３Ｄを通して第３室４３に導入される。この第３室４３に投入する不活性ガスとしては、窒素（Ｎ２）ガスを使用すると安価である。
【００３５】
さらに、この第３室４３にも、支持棒挿通口４０Ａとほぼ同心円状の隔壁４３Ｅが天井面から下方へ垂設されている。この隔壁４３Ｅも、前記隔壁４１Ｃ，４２Ｅと同様に、３６０度全周に亙って連続した略円筒形状に形成されており、第３室４３内の上下方向を部分的に覆っている。その上下方向の長さも、前記隔壁４１Ｃ，４２Ｅと同様に、その下端の位置が、ガス導入部４３Ｄ及びシールエッジ４３Ｃの上端位置よりも低くなるように形成されている。また、この隔壁４３Ｅは、第３室４３内の半径方向のほぼ中間部に形成しているが、第１室４１の隔壁４１Ｃと同様に中心部寄りに形成してもよい。何れにしても、ガス導入部４３Ｄから導入するシール用のガスが外側室Ｒ５において乱流を発生させずに周方向に拡散して、周方向に略均一な状態で内側室Ｒ６に流れ込む。そして、第３室４３から支持棒挿通口４３Ｃ及び支持棒挿通口４４Ａへ流れるガスの圧力は周方向に略均一となる。
【００３６】
このように構成されたガラス母材の製造装置１を用いてガラス微粒子堆積体１０を加熱し、透明ガラス化する際には、炉心管２内に供給された雰囲気ガスが上蓋４の支持棒挿通口４０Ａを通って、上蓋４内の第１室４１に流れ込む。第１室４１では、外周側のガス導入部４１Ｂから外側室Ｒ１にＨｅガスが導入され、隔壁４１Ｃにより周方向に拡散されて、周方向に略均一な流れで内側室Ｒ２に流入する。第１室４１の内側室Ｒ２では、同心円状に仕切られた空間となっているので、Ｈｅガスの流入による周方向の局所的な圧力変動を抑制できる。内側室Ｒ２ではそのＨｅガスと炉心管２内からの雰囲気ガスが混ざって、その一部が第２室４２に流れ込む。その際、内側室Ｒ２では周方向に略均一な温度分布となり、局所的な圧力変動が抑制されるため、炉心管２内の圧力変動を引き起こすことがない。
【００３７】
また、第１室４１から第２室４２に流入するガスは、第１室４１に導入したＨｅガスにより温度が低く抑えられているため、ガス排気部４２Ｄから排気されるガスの温度を１５０℃以下とすることができる。その結果、この排気ガスをまとめて集中的に排気するメイン排気管での温度の上昇も抑えることができ、メイン排気管に使用する材質を高価な高耐熱性のもの（ニッケル合金など）とする必要がない。例えば、排気温度が２００℃以下であればフッ素樹脂材料、１５０℃以下であればＦＲＰ等の工業用プラスチックを用いたメイン排気管とすることができ、設備コストを低く抑えることができる。
【００３８】
さらに、第３室４３にはシール用のＮ２ガスが導入され、第２室４２から第３室４３へガスが流入することを防ぐとともに、支持棒挿通口４４Ａから第３室４３へ外気が流入することも防ぐことができる。このシール効果は、第１室４１において圧力変動が抑制されていることや、第２室４２及び第３室４３においても隔壁４２Ｅ，４３Ｅにより周方向でガスの流れが均一化されて圧力変動が抑えられていることにより、さらに安定した状態で発揮されることとなる。
【００３９】
また、第２室４２のガス排気部４２Ｄの下流側に設置してあるメイン排気管で排気圧の変動があっても、第２室４２の隔壁４２Ｅによって圧力変動が周方向に拡散されるため、炉心管２の内部まで伝わり難い。その結果、炉内圧力を従来以上に、均一に保持することができる。
【００４０】
なお、この第１室４１，第２室４２，第３室４３に形成した隔壁４１Ｃ，４２Ｅ，４３Ｅは、全周に亙って連続した状態で形成されている構成のほかに、隔壁が周方向に断続的に形成されていても良い。例えば、図４に示すように、周方向に４箇所の隙間４１Ｅを設けた隔壁４１Ｄでは、それぞれの隙間４１Ｅから周方向に略均一に内側室Ｒ２へガスが流入するようになっている。但し、ガス導入部４１Ｂと支持棒挿通口４０Ａとを直線的に結ぶ箇所には隙間４１Ｅを配置しないようにして、ガス導入部４１Ｂから導入したガスの流れが隔壁４１Ｄに当たって周方向に拡散させることが重要である。また、このように隔壁を周方向で断続的な構造とする場合には、隙間以外の壁が部屋の上下方向の全体を塞いでいても良い。
【００４１】
また、上記実施形態では、炉心管２内のガラス微粒子堆積体１０が回転しながら降下する構成であるが、ガラス微粒子堆積体１０を降下させずにそのまま回転させながら加熱処理するタイプのものであっても適用可能である。
【００４２】
さらに、上記実施形態では、炉内空間Ｓの上端開口部を塞ぐ蓋部４０の直上に第１室４１〜第３室４３の３層の部屋からなる上蓋４を設けた構成であるが、この第３室４３の上にガス排気層を構成する第４室及びこの上にガス投入層を構成する第５室の部屋を設けた５層構造としたり、さらにこの第５室の上に、同様に、ガス排気層を構成する第６室及びこの上にガス投入層を構成する第７室の部屋を設けた７層構造とするなど、ガス排気層及びガス投入層を一組として２層単位でその上側に部屋を追加することも可能である。すなわち、最下層から上層に向かって順に、ガスポートを介する不活性ガスの導入とガスポートを介するガスの排気とを交互に行うようにすればよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、各室内での隔壁を径方向の１重に形成してあるが、２重以上に形成させるようにしてもよい。
【実施例】
【００４４】
本発明に係る実施例について説明する。なお、この実施例において、前述の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
本実施例では、ガラス母材を製造する際に、上記のガラス母材の製造装置１として、炉心管２は石英で形成された内径３５０ｍｍのものを用いており、この炉心管２を用いてガラス微粒子堆積体１０を加熱処理する。なお、ガラス微粒子堆積体１０は、ＶＡＤで作成されたものであって、外径が３００ｍｍ、長さが１０００ｍｍである。
【００４５】
一方、上蓋４は、図１〜図３に示した構成をなし、石英を用いて第１室４１〜第３室４３の３層に形成されており、最下層の第１室４１がガス投入層、中央層の第２室４２はガス排気層、最上層の第３室４３はガス投入層である。
【００４６】
このような構成の上蓋４を有するガラス母材の製造装置１を用いて、ガラス微粒子堆積体１０を設置した炉内において、初めに１０００℃で、塩素含有雰囲気下で加熱処理を行い、次いで１２００℃で、フッ素ガス含有雰囲気下で加熱処理を行い、その後に１４００℃に昇温させて透明ガラス化させる。これにより、Ｆ添加の石英ガラス体を得た。なお、ガス導入部４１Ｂを介して第１室４１へ導入させる不活性ガスにはＨｅを使用している。
【００４７】
次に、このような構成を有する上蓋４を設けた本実施例のガラス母材の製造装置１と、比較例とについて、同じガラス微粒子堆積体１０を加熱処理することにより、Ｆ添加の石英ガラス体を得る際のガス流入量及びガス排気量と、排気温度、内圧変動を調べる比較実験を行った。但し、比較例のガラス母材の製造装置には、本実施例のガラス母材の製造装置１において上蓋４に第１室４１がなく第２室４２及び第３室４３のみを有する構成であって、かつ、その第２室４２及び第３室４３に隔壁を持たない構造のものを使用した。
この比較実験により、下記の表１に示す結果が得られた。但し、排気温度及び内圧変動は、透明ガラス化工程の設定温度１４００℃における値である。
また、炉内圧は、ガラス母材の製造装置を設置する室内との差圧で表記してある。実施例，比較例ともに、腐食性ガスの室内への拡散を防止するために、−５００［Ｐａ］に設定してある。
【００４８】
【表１】
2008179517.tif 000003
【００４９】
この比較実験によれば、実施例では、支持棒挿通口４０Ａ，４２Ｂ，４３Ｂと同心円状の隔壁４１Ｃ，４２Ｅ，４３Ｅを設けているので、ガス投入層、ガス排気層の何れも、周方向における気流の均一化が図れ、局所的な圧力変動を低減できることが確認できた。
【００５０】
さらに、この比較実験とは別に、本実施例と同じ構成の上蓋４を設けたガラス母材の製造装置１において、炉心管２の外径が３５０ｍｍのもの以外に、外径が３５０ｍｍより大きなもの及び外径が３５０ｍｍより小さなものについて、排気温度を調べた。
これによると、上蓋４から排気される排気ガスの温度上昇は炉心管２の内径が３００ｍｍを越えると顕著になるとの知見も得られた。これは、内径が３００ｍｍを超える場合、発熱部の炉中心から上蓋４を見込む立体角が増加しやすく、輻射伝熱量が増大することが一因として考えられる。
【００５１】
ところで、排気温度が２００℃を超えると、上蓋４から排気される排気ガスのその後の処理に関係する排気系の各種装置あるいは設備において、熱対策についての取扱いが難しくなってくる。例えば、排気系の各種装置あるいは設備に用いる配管材料については、１５０℃以下であればＦＲＰ（強化プラスチック）等の工業用プラスチックの使用が可能であるが、これ以上に温度が高い場合には、耐腐食性も考慮すると２００℃まではテフロン（登録商標）樹脂等、それ以上の温度では高価なニッケル等の材質の配管を使用しなければならない。
このような事情から、前述の比較実験の結果からも分かるように、本実施例では、表１に示すように排気温度が１５０℃であるので、排気系の装置や設備で使用する配管材料についても、高価な材料の使用を回避できる。
【００５２】
また、炉内の雰囲気ガスに腐食性ガスを用いることが多いので、炉内圧は内圧変動を含めて負圧に管理することが多いが、陽圧管理することもある。その場合、負圧管理する場合に比べて、蓋４の第１室４及び第３室４３での室内圧と外気圧との差圧の絶対値は小さく設定する。つまり、内圧変動が大きいと、炉内圧の管理値を負圧側に対して大きく設定しなければならないが、このような条件では外気の巻き込みが生じやすく、前述したように、ガラス母材に金属不純物が混入したり、外気に含有する水分の影響でガラス母材に残存する水分量が増大しやすい。また、外気を巻き込む部分の近傍でガラス微粒子堆積体の温度が低下し、屈折率の制御物質の添加量がばらついたり、ガラス微粒子堆積体に割れを生じたりする確率も増大する。
【００５３】
特に、炉外に対する炉内の設定圧が−５００Ｐａを下回るとこのような問題が顕著に発生しやすい。一方、陽圧の場合についても、＋５００Ｐａを超えると炉内ガスが室内への漏れ、石英炉心管の膨張などといった問題を生じやすい。大きな炉心管になると、例えば１ｋＰａ〜１．５ｋＰａの状態でガラス微粒子堆積体の透明ガラス化を定常的に行うと、確実に炉心管が変形する。そこで、本実施例では、このような圧力変動を大幅に下回る、より好適な炉内圧条件を確保している。即ち、前述した比較実験での結果を示す表１から分かるように、本実施例では、炉内圧変動幅を±１５０Ｐａに抑制しているので、ガラス微粒子堆積体を安定して熱処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る上蓋を取り付けたガラス母材の製造装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す上蓋の構成を示す断面図である。
【図３】図２におけるIII-III線断面図である。
【図４】他の上蓋の構成を示すIII-III線断面図である。
【図５】従来のガラス母材の製造装置の上蓋を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ガラス母材の製造装置
２  炉心管
３  ヒータ
４  上蓋
６  ガス供給制御装置
１０  ガラス微粒子堆積体（被加熱物）
１０Ａ  支持棒
４０  蓋部
４０Ａ，４２Ｂ，４３Ｂ  支持棒挿通口（挿通口）
４０Ｂ，４２Ｃ，４３Ｃ  シールエッジ
４１〜４３  第１室〜第３室（部屋）
４１Ａ〜４３Ａ  外周面
４１Ｂ，４３Ｄ  ガス導入部（ガスポート）
４１Ｃ，４２Ｅ，４３Ｅ，４１Ｄ  隔壁
４２Ｄ  ガス排気部（ガスポート）
Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５  外側室
Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６  内側室
Ｓ  炉内空間
【図１】
2008179517.tif 000004
【図２】
2008179517.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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