(57)【要約】【課題】  フィードバック制御に移行後のオーバーシュートを防止して、短時間で安定したスス付けを行うことができる多孔質ガラス母材の製造方法を得る。【解決手段】  内側多孔質ガラス部用バーナ１２からのガス供給により軸方向に内側多孔質ガラス部１１ａを形成するとともに、外側多孔質ガラス部用バーナ１３からのガス供給により軸方向に前記内側多孔質ガラス部１１ａの外側に外側多孔質ガラス部１１ｂを形成する際に、予め設定したパターンに基づいて外側多孔質ガラス部用バーナ１３へのガス供給量を制御してスス付けを行う。そして、外側多孔質ガラス部１１ｂの堆積面１８の位置を測定して測定値と前記パターンでの目標値との偏差が所定の範囲内になってからフィードバック制御に切り替えるので、オーバーシュートを回避して、短時間で安定したスス付けを行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側多孔質ガラス部用バーナからのガス供給により軸方向に内側多孔質ガラス部を形成するとともに、外側多孔質ガラス部用バーナからのガス供給により軸方向に前記内側多孔質ガラス部の外側に外側多孔質ガラス部を形成する多孔質ガラス母材の製造方法であって、
前記外側多孔質ガラス部を形成する初期の段階において、時間の経過とともにガスの供給量を単調に変化させるパターンを含む予め設定したパターンに基づいて前記外側多孔質ガラス部用バーナのガスの供給量を調整してスス付けを開始し、所定時間を経過した時点若しくは前記外側多孔質ガラス部の堆積面の位置の測定値と前記パターンでの目標値との偏差が目標範囲内となったときに、前記外側多孔質ガラス部の堆積面の位置に基づいて前記外側多孔質ガラス部用バーナのガスの供給量を調整するフィードバック制御に切り替えることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項２】
前記予め設定したパターンは、時間の経過とともに前記ガス供給量を単調に増加させてから単調に減少させるパターンを含むことを特徴とする請求項１記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項３】
前記偏差が、所定時間を経過する前に、所定の値を超えた場合は、前記所定のパターンと異なる別の予め設定のパターンに変更することを特徴とする請求項１記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項４】
前記フィードバック制御に切り替え時にモニター値と目標値との間に乖離がある場合は、乖離の程度に応じて、前記予め設定したパターンを切り替え時のモニター値に基づいて変更す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方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多孔質ガラス母材の製造方法に係り、例えばコア部とクラッド部とを異なるバーナからのガス供給により同時に軸方向に形成する多孔質ガラス母材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＶＡＤ法により多孔質ガラス母材を製造する際に、クラッド部のススの堆積面の位置を変位センサで測定し、クラッド用のバーナの原料あるいはガス流量あるいはその双方を調整してその測定値があらかじめ設定した値に一致するようにフィードバック制御する多孔質ガラス母材の製造方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
すなわち、図７に示すように、コア用バーナ１００によってスス付けされるコア部分の先端（Ａ点）の位置をコア用レーザ発振器１０１により測定し、予め設定されている位置（Ｘ）から変位することがないようにガラス微粒子堆積体１０２の引き上げ速度を制御する。同時に、クラッド部分のガラス微粒子の堆積位置（Ｃ）をクラッド用レーザ発振器１０３により測定して、予め設定されていた位置（Ｙ）からの変位量（ΔＹ）に応じて、クラッド用バーナ１０４への原料、ガス供給量を制御し、クラッド部分のガラス微粒子の堆積位置が一定（Ｙ）になるようにする。
【特許文献１】特開２００３−２７７０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＶＡＤ法により多孔質ガラス母材を製造する方法は、バーナの個体差、バーナの経時劣化、排気状態の変化等の多孔質ガラス製造に影響する要因を受けやすい方法であり、そのスス付けでの最適な条件が、ロット内にて毎回異なるため、スス付け初期の制御から実質スス付けが行われるフィードバック制御に切り替えるタイミングを時間管理することは困難である。このため、ガス流量を調整し始めたあとのある時間帯までは、流量、および堆積面の位置が安定しないので、切り替え後の制御が安定して母材の有効部分に達するまでの無駄な部分が長くなるという問題がある。また、スス付けを開始する際のクラッド用のバーナの原料及びガス流量の初期設定を、当該のスス付けの直前のロットのスス付けの最終時の流量と同一にしても、各ロット間で最適条件が異なるため落ち着くまでに時間がかかり、また長期的にみても、信頼性にかけるという不都合があった。
【０００４】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィードバック制御に切り替え後のオーバーシュートを防止して、短時間で安定したスス付けを行うことができる多孔質ガラス母材の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】
【０００５】
前述した目的を達成するために、本発明にかかる多孔質ガラス母材の製造方法の第１の特徴は、内側多孔質ガラス部用バーナからのガス供給により軸方向に内側多孔質ガラス部を形成するとともに、外側多孔質ガラス部用バーナからのガス供給により軸方向に前記内側多孔質ガラス部の外側に外側多孔質ガラス部を形成する多孔質ガラス母材の製造方法であって、前記外側多孔質ガラス部を形成する初期の段階において、時間の経過とともにガスの供給量を単調に変化させるパターンを含む予め設定したパターンに基づいて前記外側多孔質ガラス部用バーナのガスの供給量を調整してスス付けを開始し、所定時間を経過した時点若しくは前記外側多孔質ガラス部の堆積面の位置の測定値と前記パターンでの目標値との偏差が目標範囲内となったときに、前記外側多孔質ガラス部の堆積面の位置に基づいて前記外側多孔質ガラス部用バーナのガスの供給量を調整するフィードバック制御に切り替えることにある。
【０００６】
このように構成された多孔質ガラス母材の製造方法であっては、内側多孔質ガラス部用バーナからのガス供給により軸方向に内側多孔質ガラス部を形成するとともに、外側多孔質ガラス部用バーナからのガス供給により軸方向に内側多孔質ガラス部の外側に外側多孔質ガラス部を形成する際に、予め設定したパターンに基づいて外側多孔質ガラス部用バーナへのガス供給量を制御してスス付けを行う。そして、外側多孔質ガラス部の堆積面の位置を測定して測定値と前記パターンでの目標値との偏差が所定の範囲内になってからフィードバック制御に切り替えるので、オーバーシュートを回避して、短時間で安定したスス付けを行うことができる。なお、偏差が目標範囲内とならない場合には、所定時間経過後にフィードバック制御に切り替える。
ここで、「ガス」は、燃焼にかかわる燃焼ガス、助燃ガスおよび原料ガス（ＳｉＯ２，ＧｅＯ２）を含み、こられのガスの一つ、いくつか複数のガスの組み合わせ、すべてのガスのいずれかを対象としている。
【０００７】
また、本発明にかかる多孔質ガラス母材の製造方法の第２の特徴は、上記発明の第１の特徴において、前記予め設定したパターンは、時間の経過とともに前記ガス供給量を単調に増加させてから単調に減少させるパターンを含むことにある。
【０００８】
予め設定したパターンは、外側多孔質ガラス部の堆積開始からの経過時間、または、外側多孔質ガラス部の堆積開始後の内側多孔質ガラス部の成長に基づいて設定する。従って、例えば、時間の経過とともにガス供給量を単調に増加させてから単調に減少させるパターンでも良い。
【０００９】
また、本発明にかかる多孔質ガラス母材の製造方法の第３の特徴は、上記発明の第１の特徴において、前記偏差が、所定時間を経過する前に、所定の値を超えた場合は、前記所定のパターンと異なる別の予め設定のパターンに変更することにある。
【００１０】
このように構成された多孔質ガラス母材の製造方法であっては、所定時間前に偏差が所定の範囲となった場合には所定のパターンを予め設定している別のパターンに変更することができる。例えば、所定時間前に外側多孔質ガラス部が目標範囲に達した場合には、フィードバック制御を開始する予定のガス流量まで短時間で調整するというパターンに移り、その後フィードバック制御に移ることにより、フィードバック制御の時間を長くすることができる。
【００１１】
また、本発明にかかる多孔質ガラス母材の製造方法の第４の特徴は、上記発明の第１の特徴において、前記フィードバック制御に切り替え時にモニター値と目標値との間に乖離がある場合は、乖離の程度に応じて、前記予め設定したパターンを切り替え時のモニター値に基づいて変更することにある。
【００１２】
このように構成された多孔質ガラス母材の製造方法であっては、偏差が所定時間内に目標範囲内とならないでフィードバック制御に切り替えられた場合には、切り替え時における偏差の大きさに応じて次に使用するパターンを変更するので、次の製造においては、偏差が目標範囲内となるまでの時間を短縮することができる。
ここで、「切り替え時」とは、「切り替え」の「直前」あるいは「直後」を含むものとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内側多孔質ガラス部用バーナからのガス供給により軸方向に内側多孔質ガラス部を形成するとともに、外側多孔質ガラス部用バーナからのガス供給により軸方向に内側多孔質ガラス部の外側に外側多孔質ガラス部を形成する際に、予め設定したパターンに基づいて外側多孔質ガラス部用バーナへのガス供給量を制御してスス付けを行う。そして、外側多孔質ガラス部の堆積面の位置を測定して測定値と目標値との偏差が所定の範囲内になってからフィードバック制御に切り替えるので、オーバーシュートを回避して、短時間で安定したスス付けを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の多孔質ガラス母材の製造方法を実施する製造装置の一例を示す構成図、図２は多孔質ガラス母材の製造方法を示すフローチャート、図３は本発明の多孔質ガラス母材の製造方法におけるガス流量の変化の一例を示すグラフ、図４はガス流量の変化の別の例を示すグラフである。
【００１５】
図１に示すように、多孔質ガラス母材の製造装置１０では、上下移動調整自在に設けられている内側多孔質ガラス部としてのコア部１１ａおよび外側多孔質ガラス部としてのクラッド部１１ｂからなる多孔質ガラス母材１１にスス付けをするための内側多孔質ガラス部用バーナであるコア用バーナ１２および外側多孔質ガラス部用バーナであるクラッド用バーナ１３を有している。コア用バーナ１２はコア用ガス供給装置１４によりガスが供給され、クラッド用バーナ１３はクラッド用ガス供給装置１５によりガスが供給されるようになっている。コア用ガス供給装置１４およびクラッド用ガス供給装置１５は、制御部１６により制御されて、ガス流量が調整されるようになっている。また、多孔質ガラス母材１１において有効部分となるクラッド部１１ｂの堆積面１８の位置を測定するセンサ１７を有しており、センサ１７による測定結果は制御部１６に伝達されるようになっている。
【００１６】
次に、本発明の実施形態である多孔質ガラス母材の製造方法について説明する。
この多孔質ガラス母材の製造方法は、コア用バーナ１２からのガス供給により軸方向（図１において下向き）にコア部１１ａを形成するとともに、クラッド用バーナ１３からのガス供給により軸方向にコア部１１ａの外側にクラッド部１１ｂを形成する。そして、クラッド部１１ｂを形成する初期の段階において、時間の経過とともにガスの供給量を単調に変化させるパターンを含む予め設定したパターンに基づいてクラッド用バーナ１３のガスの供給量を調整してスス付けを開始し、所定時間を経過した時点若しくはクラッド部１１ｂの堆積面１８の位置の測定値とパターンでの目標値との偏差が目標範囲内となったときに、クラッド部１１ｂの堆積面１８の位置に基づいてクラッド用バーナ１３のガスの供給量を調整するフィードバック制御に切り替える。このときの所定の流量をＸ（ＳＬＭ）とする。
ここで、「ガス」としては、燃焼にかかわる燃焼ガス、助燃ガスおよび原料ガス（ＳｉＯ２，ＧｅＯ２）を含み、こられのガスの一つ、いくつか複数のガスの組み合わせ、すべてのガスのいずれかを対象としている。
【００１７】
予め設定したパターンとしては、例えば図３中区間Ａに示すように、時間の経過とともにガス供給量を単調に増加させてから、図３中区間Ｂのように単調に減少させるパターンとすることもできる。この予め設定したパターンは、クラッド部１１ｂの堆積開始からの経過時間、または、クラッド部１１ｂの堆積開始後のコア部１１ａの成長に基づいて設定するのがのぞましい。
【００１８】
すなわち、図２に示すように、スタート（ステップＳＳ）したら、制御部１６はクラッド用ガス供給装置１５を制御する所定の制御パターンを読み込む（ステップＳ１）。このとき、後述するようにして使用するパターンが決定されている場合にはそのパターンに従って制御するが、最初の製造のようにパターンが決定されていない場合には、最初に使用するとされているパターンに従って制御する。制御部１６は、読み込んだ制御パターンに従ってクラッド用ガス供給装置１５を制御して（ステップＳ２）、クラッド部１１ｂのスス付けを行う。このとき、センサ１７によってクラッド部１１ｂの堆積面１８の位置を測定して、制御部１６に測定信号を送る。
【００１９】
制御部１６では、測定信号から堆積面１８の位置を求め、制御パターンによる位置との偏差を求めて、偏差が許容範囲内か否かを判断する（ステップＳ３）。偏差が許容範囲内であると判断された場合には、フィードバック制御に移行して（ステップＳ４）、スス付けを行って終了する（ステップＳＥ）。一方、ステップＳ３において偏差が許容範囲内でないと判断された場合には、スス付けを開始してから所定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ５）。所定時間を経過していないと判断された場合には、ステップ３に戻って、堆積面１８の位置を測定しながらスス付けを続行する。
【００２０】
ステップＳ５において、所定時間を経過したと判断された場合には、フィードバック制御に切り替えて（ステップＳ６）、スス付けを行って終了する（ステップＳＥ）。同時に、切り替え直前の偏差を検出し（ステップＳ７）、この偏差に応じて次の多孔質ガラス母材の製造で使用するパターンを変更する（ステップＳ８）。なお、フィードバック制御に切り替え時にモニター値と目標値との間に乖離がある場合は、乖離の程度に応じて、予め設定したパターンを切り替え時のモニター値に基づいて変更するのが望ましい。これにより、次の製造においては、偏差が目標範囲内となるまでの時間を短縮することができる。
ここで、「切り替え時」とは、「切り替え」の「直前」あるいは「直後」を含むものとする。  
【００２１】
以上、前述した多孔質ガラス母材の製造方法によれば、クラッド用バーナ１３からのガス供給によりクラッド部１１ｂを形成する際に、予め設定したパターンに基づいてガス供給量を制御してスス付けを行い、スス体の堆積面１８の位置を測定して測定値とパターンでの目標値との偏差が所定の範囲内になってからフィードバック制御に切り替えるので、オーバーシュートを回避して、短時間で安定したスス付けを開始することができる。
【００２２】
なお、本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、内側多孔質ガラス部としてコア部１１ａが、また外側多孔質ガラス部としてクラッド部１１ｂが対応する場合について説明したが、この他、内側多孔質ガラス部としてクラッド部が、また外側多孔質ガラス部としてジャケット部が対応する場合や、内側多孔質ガラス部として第１ジャケット部が、また外側多孔質ガラス部として第２ジャケット部が対応する場合にも同様に適用することができる。
【００２３】
また、前述した実施形態においは、予め設定したパターンに基づいてクラッド用バーナ１３のガスの供給量を調整してスス付けを開始し、所定時間を経過した時点若しくはクラッド部１１ｂの堆積面１８の位置の測定値とパターンでの目標値との偏差が目標範囲内となったときにフィードバック制御に切り替えるようにしたが、この他、偏差が、所定時間を経過する前に、所定の値を超えた場合は、前記所定のパターンと異なる別の予め設定のパターンに変更することもできる。
例えば、図４に示すように、所定時間の経過前に外側多孔質ガラス部の外径が目標範囲に達した場合には、予めフィードバック制御を開始する予定のガス流量（Ｘ（ＳＬＭ））に到達するまでの時間を短くするというパターンに移り、その後フィードバック制御に移ることにより、フィードバック制御の時間を長くすることができる。
【００２４】
また、前述した実施形態においは、コア部分１１ａとクラッド部分１１ｂとを異なるバーナ１２、１３からのガスの供給により同時に軸方向に形成する場合について説明したが、予めコア部１１ａとして製造されているガラスロッドにクラッド部１１ｂをスス付けして多孔質ガラス母材１１を製造する場合にも同様に適用することができる。
【００２５】
次に、具体例について説明する。図５は種々のガス流量を変化したパターン例を示すグラフ、図６は図５のパターンによってスス付けを行った際の堆積面位置の測定値と目標値との偏差を示すグラフである。
まず、最初のスス付けでは、クラッド用バーナ１３へのガス供給量は制御部１６によりパターンIに従って制御される。この製造方法では、開始から時間Ｔ（例えば２：５０）以内に堆積面１８の測定値とパターンIでの目標値との偏差が目標範囲内とならない場合には、所定時間経過後にフィードバック制御に切り替えるようになっている。図５に示すパターンIに従ってクラッド用バーナ１３を制御してスス付けを行い、センサ１７により堆積面１８の位置を測定して、目標値との偏差を求めた結果が図６のパターンIに示されている。パターンIに従ってガス流量を制御すると、図６のパターンIに示すように、時間Ｔにおいて偏差はプラス側に大きくなっており、ガス流量が不足していることがわかる。このため、所定時間Ｔを経過してフィードバック制御に切り替わると、ガスの供給量が不足していると判断してパターンIのガス流量は図５のパターンIに示すように急激に増加されている。
【００２６】
当該スス付けにおいては、所定時間Ｔの経過によりフィードバック制御に切り替えられたので、次のスス付けでは、当該スス付けであるパターンIの図６中の時間Ｔにおける偏差に基づいて算出されるパターンIIを採用してガス流量を制御する（図５参照）。図６に示すように、このパターンIIでも、パターンIよりは小さいが時間Ｔにおいて偏差があるため所定時間Ｔ経過後にフィードバック制御に切り替わっており、図５のパターンIIに示されているようにフィードバック制御に切り替わったときにガス流量は増加されている。
【００２７】
パターンIからパターンIIに変更したのと同様に、次のスス付けでは、図６中時間ＴにおけるパターンIIの偏差から算出されたパターンIIIを採用してガス流量の制御を行う。図６に示されるように、パターンIIIでは、時間Ｔにおける偏差は略ゼロであり、測定値が目標値と一致していることがわかる。従って、図５に示すように、パターンIIIでは、フィードバック制御に切り替わってもガス流量の変化はない。さらに、パターンIIIでは、偏差が目標範囲内となってからフィードバック制御に切り替わっているので、当該スス付け以降のスス付けは、パターンIIIに従って制御されるようになる。但し、再び所定時間Ｔ内に偏差が目標範囲内に収まらず、時間経過によってフィードバック制御に切り替えられた場合には、前述したように所定時間Ｔにおける偏差に基づいて次の新たなパターンを算出して、これに従ってスス付けが行われる。
【００２８】
なお、図６においては、偏差がプラスの場合すなわちスス付けが不足している場合についてのみ示したが、スス付けが多すぎる場合には偏差がマイナスとなって、ガス流量を減少させるように制御される。
また、時間Ｔ（ここでは２：５０）の測定値が目標値よりプラス側のときは、次ロット１：２５の流量目標値を例えば０．５ＳＬＭ減少させるようにパターンを変更した。測定値がマイナス側の時は、次ロット１：２５の流量目標値を０．５ＳＬＭ増加させるようにパターンを変更した。ただし、フィードバック制御に切り替わった時点での偏差が０〜２ｍｍの範囲では、次ロットの流量を操作しない領域（不感帯）とした。
【００２９】
このように、クラッド外径制御で、初期設定を、当該のスス付けの直前のロットのスス付けの最終時の流量ではなく、フィードバック制御への切替り時（例えば時間Ｔ）におけるススの堆積面目標値と測定値の偏差とに基づいて算出したパターンに従ってクラッド用バーナ１３を制御してスス付けを行ったところ、オーバーシュートが減少して、より早く目標値に近づく事が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明に係る多孔質ガラス母材の製造方法は、オーバーシュートを回避して、短時間で安定したスス付けを開始することができるという効果を有し、例えばコア部とクラッド部とを異なるバーナからのガス供給により同時に軸方向に形成する多孔質ガラス母材の製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の多孔質ガラス母材の製造方法を示す説明図である。
【図２】本発明の多孔質ガラス母材の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の多孔質ガラス母材の製造方法におけるガス流量の変化の一例を示すグラフである。
【図４】ガス流量の変化の別の例を示すグラフである。
【図５】バーナを制御するパターンの例を示すグラフである。
【図６】図５のパターンによってスス付けを行った際の堆積面位置の測定値と目標値との偏差を示すグラフである。
【図７】従来の多孔質ガラス母材の製造方法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  多孔質ガラス母材
１１ａ  コア部分（内側多孔質ガラス部）
１１ｂ  クラッド部（外側多孔質ガラス部）
１２  コア用バーナ（内側多孔質ガラス部用バーナ）
１３  クラッド用バーナ（外側多孔質ガラス部用バーナ）
１８  堆積面
Ｔ  所定時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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