(57)【要約】【課題】ＭＣＶＤ法等によるガラス微粒子堆積体及びガラスを製造するにあたり、合成されたガラス層における気泡発生の問題を解消する。またそのための装置を提供する。【解決手段】ガラス管をその中心軸が略鉛直方向に沿うように配置し、前記ガラス管の内面にガラス微粒子を堆積させる。大きなガラス微粒子には重量による力が排気方向に加わるため、排気されやすくなる。小さなガラス微粒子は重力による影響が少なく、サーモホレシス効果でガラス管内面に付着し、ほぼ粒径の揃ったガラス微粒子からなるガラス微粒子堆積層が得られ、該ガラス微粒子堆積層を透明化するときに気泡発生を低減できる。またそのように構成した装置。熱源の上方に冷却手段を設けることが好ましい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス管をその中心軸が略鉛直方向に沿うように配置し、前記ガラス管の内面にガラス微粒子を堆積させることを特徴とするガラス微粒子の堆積方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法によりガラス管内面に堆積したガラス微粒子を透明化し、前記ガラス管内面にガラス層を造ることを特徴とするガラスの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法によりその内面にガラス層が作成されたガラス管を中実化してガラス棒とすることを特徴とするガラスの製造方法。
【請求項４】
ガラス管をその中心軸が略鉛直方向に沿うように保持する保持手段、ガラス管の中にガラス原料ガスおよびＯ２　を流すガス供給手段、ガラス管中のガスを排気する手段、ガラス管の外部に配置された加熱手段からなるガラス微粒子堆積装置。
【請求項５】
前記加熱手段より上方に冷却手段を有することを特徴とする請求項４記載のガラス微粒子堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラス微粒子の堆積方法及び堆積装置、並びにガラスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス微粒子を堆積させる方法の一つとして、ＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。この方法は、図６に示すように出発のガラス管１をガラス旋盤に把持機構１２により略水平方向に保持して回転させながら、その一端より例えばＳｉＣｌ４　等のガラス原料ガス（屈折率調整剤を加える場合にはその原料となるガスを含む）、Ｏ２　、不活性ガス等を含むガス（導入ガス２）をガラス管１内に送り込み、熱源移動機構８により移動可能に配置された熱源３によりガラス管１を外部から加熱する。熱源３で加熱されたガラス管１内では導入ガス２中の原料ガス等が酸化反応し、これにより生成されるガラス微粒子４は、サーモホレシス効果によりガラス管１内壁のガラス表面に付着・堆積してガラス微粒子堆積層５を形成し、移動してきた熱源３によりさらに加熱されることにより焼結・透明化しガラス層６となる（例えば、特許文献１：特開平６−２７１３２９号公報参照）。
このようにガラス微粒子の堆積と透明化を１回以上行った後、得られたガラス管１内部にガラス層６を形成されてなる中空ガラス管を同様にガラス旋盤に水平方向に把持し、熱源３により一端から強く加熱することにより中実化するとガラス棒が得られる。
出発のガラス管１として光ファイバのクラッドとなる材質を用い、ＭＣＶＤ法により合成するガラス層６をコアとなる材質のものとすれば、中実化した製品は光ファイバ母材として利用できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＭＣＶＤ法に従いガラス管内にガラス微粒子を堆積させ、続いて焼結・透明ガラス化した場合に、得られたガラス層に気泡が生成する問題があった。
本発明はこのような気泡の問題を解決した新規なＭＣＶＤ法によるガラス微粒子堆積方法およびそのための堆積装置並びにガラスの製造方法を課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記（１）　〜（５）　により前記の課題を解決するものである。
（１）　　ガラス管をその中心軸が略鉛直方向に沿うように配置し、前記ガラス管の内面にガラス微粒子を堆積させることを特徴とするガラス微粒子の堆積方法。
（２）　　上記（１）　に記載の方法によりガラス管内面に堆積したガラス微粒子を透明化し、前記ガラス管内面にガラス層を造ることを特徴とするガラスの製造方法。
（３）　　上記（２）　に記載の方法によりその内面にガラス層が作成されたガラス管を中実化してガラス棒とすることを特徴とするガラスの製造方法。
（４）　　ガラス管をその中心軸が略鉛直方向に沿うように保持する保持手段、ガラス管の中にガラス原料ガスおよびＯ２　を流すガス供給手段、ガラス管中のガスを排気する手段、ガラス管の外部に配置された加熱手段からなるガラス微粒子堆積装置。
（５）　　前記加熱手段より上方に冷却手段を有することを特徴とする上記（４）　記載のガラス微粒子堆積装置。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは前記した従来のＭＣＶＤ法により製造したガラス層に気泡が発生する原因について研究を進めた結果、▲１▼ＭＣＶＤ法においてガラス管内壁面に付着・堆積する微粒子サイズには大小があるため、大きな粒子が堆積した部分の周囲に隙間ができることがあり、ガラス微粒子堆積体が次に焼結ガラス化される際にこの隙間（空間部）から反応生成ガス（Ｃｌ２　）等が抜け切れず、気泡発生をもたらすこと、
また、▲２▼従来のＭＣＶＤ法におけるガラス微粒子堆積メカニズムを力学的に考察すると、図５に示すようにガラス微粒子４にはサーモホレシス効果による力Ｆｔの他に重力による力Ｆｇ及びガスフローによる力Ｆｆが働いており、堆積方向に働く力はＦｔ＋Ｆｇであり、Ｆｇ＝Ｍ×ｇ（Ｍは粒子質量、ｇは重力加速度）となることから、大きい粒子ほど堆積しやすい、
従って、▲３▼重力によるガラス微粒子への力を排気方向に働くようにすれば、堆積方向に働く力をＦｔのみとすることができて、大きい粒子の堆積を防ぐことができる、と考えつき、本発明に到達した。
【０００６】
図１は本発明を説明する模式図であり、出発のガラス管１はその中心軸が略鉛直方向となるように配置されている。ガラス原料ガス（屈折率調整用添加剤ガスを含む場合もある）、Ｏ２　、不活性ガス等を含む導入ガス２は上流側（上方）からガラス管内へ供給され、熱源７により加熱されることによりガラス原料ガスが酸化反応して生成したガラス微粒子４はガラス管１の内壁に堆積するか、Ｃｌ２　等の反応生成ガス、未反応ガスと共に未堆積のガラス微粒子４として下方に排気される。ガラス管１内で生成されるガラス微粒子４において、堆積方向に働く力はＦｔのみとなり、排気方向に働く力はＦｇ＋Ｆｆとなるので、大きな粒子ほど排気されやすくなる。
【０００７】
これにより、極端に大きなガラス微粒子（大粒子）４ｂは重力とガスの流れにより排気され、ガラス表面に付着しにくくなる。従って、サーモホレシス効果によるガラス微粒子のガラスへの付着はガラス微粒子（小粒子）４ａに有利となり、細かい粒子が堆積した均一性の高いガラス微粒子堆積層５が得られるので、気泡のないガラス層６が得られる。図１では、ガラス管１は熱源７に対して相対的に下から上へ移動する。ガラス微粒子堆積層５とガラス層６とはガラス管１内面上に上から下へのびてゆく。
ガラス管１を回転させれば、ガラス管の周囲に加えられる熱を均一にすることができて好ましい。なお、９はコイルである。
【０００８】
図２は本発明の装置構成の一実施態様を説明する概略図である。図２の符号で図１と共通する符号は共通の部分を表す。ガラス管１は把持機構１２によりその中心軸が略鉛直方向に沿うように配置され、その上端からガラス原料ガス（屈折率調整用添加剤ガスを含む場合もある）、Ｏ２　および不活性ガス等を含む導入ガス２を供給できるようになっており、ガラス管１の下端は図示は省略した排気系、さらにはガラス微粒子除去装置、ガス洗浄装置等に連通している。ガラス管１を外部から加熱するための熱源７は熱源移動機構８によりガラス管１に沿って可動に配置されている。
【０００９】
本発明に係る熱源７としては、従来の横型ＭＣＶＤ法のようにバーナを用いることもできるが、火炎が上方に流れやすい点を考えると、バーナよりは抵抗炉、誘導炉を用いる方が有利である。また、抵抗炉、誘導炉を用いれば、母材の大型化にも対応できる。なお、バーナは大型母材に使用するには熱量が足りない。
抵抗炉と誘導炉を比較すると、誘導炉のほうが温度勾配を急にすることができ、単位時間当たりに加熱されるガラス管の面積を小さくすることができる。したがって、単位時間当たりに加熱されて軟化するガラスの量は誘導炉の方が少なく、ガラスが垂れることを防止できる。
図２及び図３の例ではガラス管１の回りを囲む形状の熱源７を使用するので、ガラス管１の周囲に沿って均一な加熱ができる。
また、温度勾配が急峻であると、ガラス原料ガスが酸化反応してガラス微粒子となる領域がより限定され、限られた特定の領域でのみガラス微粒子が生成するようになる。これによりガラス微粒子の粒径もより均一となり、またサーモホレシス効果も大きくなる。
【００１０】
図３は本発明の他の実施態様を説明する概略図である。図３の符号で図１，図２と共通する符号は共通の部分を表す。図３（ａ）の例では熱源７の上方に冷却ノズル１０を設けてあるので、加熱領域が上方に広がることを防止できる。冷却ノズル１０は熱源７と一定の距離を保ちつつ移動できるようにする。また、図３（ａ）の例ではガラス管１のまわりをリング状に囲みガラス管１の回りから吹き付けるタイプを使用している。図３（ｂ）は同図（ａ）の冷却ノズル１０を上方から見た部分図である。
もちろん、ガラス管を回転させ、冷却ガスは一方向から吹き付けるようにしてもよい。冷却ノズル１０から吹き付ける冷却ガスとしては、空気、Ｎ２　等が挙げられる。
また、冷却ノズル１０に替えて、冷却器（ウオータージャケット等）をガラス管のすぐそばに設ける等の手段によっても同様の効果を得られる。
【００１１】
このようにすると、ガラス管１周囲のガス（室内空気等）が熱源７により加熱されて上昇気流となり、ガラス管１周囲は熱源７より上方の温度が高くなることを抑えることができ、ガラス管１が加熱される領域をより小さくすることができる。これにより、ガラス微粒子が生成される領域が限られた範囲となり、そこで生成されたガラス微粒子の粒径が均一になり、気泡が生じにくくなり、より好ましい。また、ガラスが垂れにくくなる点でも好ましい。
【００１２】
ガラス管１内へのガラス層６形成が終了した後、ガラス管１を中実化する。図４は本発明の中実化工程の一実施態様を示し、その内面にガラス層６を有するガラス管１を熱源３で例えば１７５０〜１９００℃に加熱して、ガラス管１を縮径させる。最終的に中空がなくなり、ガラス管１は中実化されてガラス棒１１となる。この中実化工程はガラス管１内を負圧として行うことが好ましい。
【００１３】
本発明においては、ガラス管１を回転させながらガラス微粒子を堆積、焼結してもよく、例えばガラス管の把持機構１２に回転駆動装置を取付けることで実現できる。
なお、ガラス管１と熱源７はどちらが移動してもよく、両者が相対的に移動するのであれば両方が移動してもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明のように、本発明によればＭＣＶＤ法により透明化したガラス層での気泡発生を抑制できるガラス微粒子層の堆積、および気泡発生のないガラス層、さらには気泡発生のないガラス棒を製造することができる。
また本発明に係る堆積装置は、上記のようなガラス微粒子の堆積、ガラス層形成、ガラス棒製造を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明する模式図である。
【図２】本発明の一実施態様の装置構成を説明する概略図である。
【図３】本発明の他の実施態様の装置構成を説明する概略図である。
【図４】本発明の一実施態様における中実化工程を説明する概略図である。
【図５】従来の横型配置ＭＣＶＤ法における堆積メカニズムを説明する模式図である。
【図６】従来の横型配置ＭＣＶＤ法を説明する概略図である。
【符号の説明】
１　　ガラス管
２　　導入ガス
３　　熱源
４　　ガラス微粒子
４ａ　ガラス微粒子（小粒子）
４ｂ　ガラス微粒子（大粒子）
５　　ガラス微粒子堆積層
６　　ガラス層
７　　熱源
８　　熱源移動機構
９　　コイル
１０　　冷却ノズル
１１　　ガラス棒
１２　　把持機構
【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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