(57)【要約】【課題】ＭＣＶＤ法においてガラス層の厚さを長手方向に均一にすることのできるガラス母材の製造方法および製造装置を得る。【解決手段】石英管３１内にガラス原料ガス３２を送り込み、石英管３１をその中心軸回りに回転させながら外部から第１の加熱源１１で加熱して、石英管３１内にガラス微粒子３４を堆積させてガラス微粒子層３５を形成した後、ガラス微粒子層３５を透明化する際、第２の加熱源１２を用いてガラス層１３を透明化する。前記第１の加熱源１１は、前記第２の加熱源１２よりも加熱範囲が狭く、且つトラバース速度が小さく設定される。【選択図】　　　図１
2004051464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英管内にガラス原料ガスを送り込み、前記石英管をその中心軸回りに回転させながら外部から加熱源で加熱して、前記石英管内にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子層を形成した後、前記加熱源を用いて前記ガラス微粒子層を透明化するガラス母材の製造方法であって、
第１の加熱源により前記ガラス微粒子を堆積させた後に、第２の加熱源を用いて前記ガラス微粒子層を透明化することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項２】
前記第１の加熱源を用いて前記ガラス微粒子層を形成する際に、前記第１の加熱源を前記石英管に対して所定速度以上の速度で相対的に移動させることを特徴とする請求項１に記載したガラス母材の製造方法。
【請求項３】
前記第１の加熱源の加熱範囲が所定幅以下であることを特徴とする請求項１または２に記載したガラス母材の製造方法。
【請求項４】
前記第２の加熱源の加熱範囲が所定幅以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載したガラス母材の製造方法。
【請求項５】
前記第１の加熱源および前記第２の加熱源が、酸水素火炎バーナ、プラズマバーナ、プロパンガスバーナ、カーボン製ヒータを用いた加熱炉、誘導コイルを用いた加熱炉、カンタルヒータを用いた加熱炉のいずれかであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載したガラス母材の製造方法。
【請求項６】
石英管内にガラス原料ガスを送り込み、前記石英管をその中心軸回りに回転させながら外部から加熱源で加熱して、前記石英管内にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子層を形成した後、前記加熱源を用いて前記ガラス微粒子層を透明化するガラス母材の製造装置であって、
前記加熱源が、前記ガラス微粒子を堆積させるための第１の加熱源と、前記ガラス微粒子層を透明化するための第２の加熱源とを備えてなることを特徴とするガラス母材の製造装置。
【請求項７】
前記第１の加熱源および前記第２の加熱源が、酸水素火炎バーナ、プラズマバーナ、プロパンガスバーナ、カーボン製ヒータを用いた加熱炉、誘導コイルを用いた加熱炉、カンタルヒータを用いた加熱炉のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載したガラス母材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＭＣＶＤ法によるガラス母材の製造方法および製造装置に関し、ガラス層の厚みをロッド内において長手方向に安定化させることのできるガラス母材の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に示すように、ＭＣＶＤ法におけるガラス母材の製造方法および製造装置３０では、石英管３１内にガラス原料ガス３２を送り込み、石英管３１をその中心軸周りに回転させながら外部から加熱源である酸水素火炎バーナ３３で加熱して、ガラス微粒子３４を生成する。このガラス微粒子３４を石英管３１の内面に堆積させてガラス微粒子層３５を形成すると同時に、上記した酸水素火炎バーナ３３を用いてガラス微粒子層３５を透明ガラス化している。
【０００３】
ところで、石英管３１の外周を酸水素火炎バーナ３３で炙ると、その熱が石英管３１の内壁にまで伝わり、次いで石英管３１の内壁より石英管の内部雰囲気に伝わり、最終的に石英管内部に流れているガラス原料ガス３２の酸化反応によりガラス微粒子３４を生成するが、その際、石英管内部の中心付近で生成させるガラス微粒子３４ａは加熱源から遠く離れた下流側に堆積する。逆に石英管３１の内壁付近で生成されたガラス微粒子３４は、加熱源から近い位置で石英管３１の内壁に堆積していく。その理由は、石英管内に吹き込まれるガラス原料ガスの流速や石英管の内壁と中心付近との温度勾配の影響に起因するものと考えられる。このような状態で堆積が進行していくと、ガス流の下流側でガラス微粒子層３５の厚みが太くなり易くなり、ガラス層の厚さが長手方向で均一にならないという問題がある。
【０００４】
ガラス層の厚みを安定化させるガラス母材の製造方法としては、例えば、特開２０００−１３２８号公報に示されたものがある。この公報に示された製造方法においては、石英管内に１０〜１００Ｐａの圧力を印加して石英管の変形、扁平を抑制することでガラス層の均一化を図っている。
また、特開２０００−５６１４４号公報に示されたガラス母材の製造方法では、反応速度低下ガスを原料ガス等と共に石英管内に供給することにより、ガラス微粒子の生成温度をガラス微粒子の焼結温度より相当低くして、ガラス層の均一化を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の製造方法にあっては、加熱される石英管の扁平等に起因して生じる石英管内壁でのガラス微粒子の不均一な堆積を防止したものであり、原料ガスの流速や温度勾配等の影響に起因したガラス層の不均一な厚みの発生は、依然として解消することができない。
後者の製造方法では、単一のトーチを使用してガラス微粒子の生成温度と焼結温度との温度差を有する加熱を行うため、温度制御が難しくなると同時に、高い温度が求められる焼結時に合わせて加熱容量の大きいトーチが使用されるので、ガラス微粒子の生成時にも、このトーチをトラバースさせるための大きな駆動源を必要として電力消費を増大させると共に、装置の大型化を招いた。
さらに、両者いずれの方法にあっても、石英管内部の中心付近で生成されるガラス微粒子は、内壁に堆積するまでの経路が長いため、この経路においてガラス微粒子同士が結合しあって比較的大きな粒径のガラス微粒子が堆積することで、ガラス微粒子の粒径が不均一となり、透明化時にガラス層の表面に気泡が発生し易くなると言った問題を起こすが、このような問題の発生を防止することができない。
【０００６】
本発明は、前述した従来技術における問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ＭＣＶＤ法においてガラス層の厚さを長手方向に均一にすることのできるガラス母材の製造方法および製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明にかかるガラス母材の製造方法は、請求項１に記載したように、石英管内にガラス原料ガスを送り込み、前記石英管をその中心軸回りに回転させながら外部から加熱源で加熱して、前記石英管内にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子層を形成した後、前記加熱源を用いて前記ガラス微粒子層を透明化するガラス母材の製造方法であって、第１の加熱源により前記ガラス微粒子を堆積させた後に、第２の加熱源を用いて前記ガラス微粒子層を透明化することを特徴とする。
【０００８】
そして、ガラス微粒子を堆積するための第１の加熱源とガラス微粒子層を透明化するための第２の加熱源との２つの加熱源を用いてガラス層を形成する。このように加熱源を分けたことにより、ガラス層の厚さの均一化に最適な加熱温度とトラバース速度（石英管と第１の加熱源との相対的な移動速度）および、焼結に最適な加熱温度とトラバース速度（石英管と第２の加熱源との相対的な移動速度）の両立を図ることができて、それぞれに最適な値を選択することができる。
【０００９】
また、本発明にかかるガラス母材の製造方法は、請求項２に記載したように、請求項１に記載したガラス母材の製造方法において、前記第１の加熱源を用いて前記ガラス微粒子層を形成する際に、前記第１の加熱源を前記石英管に対して所定速度以上の速度で相対的に移動させることを特徴とする。
【００１０】
ここで、第１加熱源の石英管に対する移動速度における所定速度としては、例えば５０ｍｍ／分を採ることができる。
【００１１】
第１の加熱源の石英管に対する移動速度を所定速度以上に速めることにより、石英管の中心部におけるガラス微粒子の生成量を低減することができ、下流側に堆積するガラス微粒子の量を減少させることができる。
【００１２】
また、本発明にかかるガラス母材の製造方法は、請求項３に記載したように、請求項１または２に記載したガラス母材の製造方法において、前記第１の加熱源の加熱範囲が所定幅以下であることを特徴とする。
【００１３】
ここで、加熱範囲としては、バーナの場合には火炎が広がる領域の長手方向の長さを言い、加熱炉の場合にはヒータの長さをいう。例えば、第１の加熱源の加熱範囲としては２００ｍｍ以下とすることができる。加熱範囲が長い場合は、石英管中心にまで熱が伝わりやすいので、下流側に流れて堆積するガラス微粒子が多く生成され、ガラス微粒子層の不均一化を招く。
しかし、加熱範囲を短く設定することで、移動速度を速める場合と同様、下流側に流れて堆積するガラス微粒子の発生を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明にかかるガラス母材の製造方法は、請求項４に記載したように、請求項１から３のいずれかに記載したガラス母材の製造方法において、前記第２の加熱源の加熱範囲が所定幅以上であることを特徴とする。
【００１５】
ここで、加熱範囲としては、バーナの場合には火炎が広がる領域の長手方向の長さを言い、加熱炉の場合にはヒータの長さをいう。例えば、第２の加熱源の加熱範囲として３００ｍｍ以上とすることができる。
第２の加熱源の加熱範囲を大きくすることで、第２の加熱源の石英管に対する移動速度を所定速度以上に速めることができるので、生産性の向上を図ることができる。因みに、第２の加熱源の移動速度としては、１５０ｍｍ／分以上が好ましい。
【００１６】
また、本発明にかかるガラス母材の製造方法は、請求項５に記載したように、請求項１から４のいずれかに記載したガラス母材の製造方法において、前記第１の加熱源および前記第２の加熱源が、酸水素火炎バーナ、プラズマバーナ、プロパンガスバーナ、カーボン製ヒータを用いた加熱炉、誘導コイルを用いた加熱炉、カンタルヒータを用いた加熱炉のいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
これらいずれかの加熱源の選択により、ガラス微粒子生成およびガラス微粒子層の透明化にとって、それぞれに最適な加熱状態を形成することができる。
【００１８】
また、本発明にかかるガラス母材の製造装置は、請求項６に記載したように、石英管内にガラス原料ガスを送り込み、前記石英管をその中心軸回りに回転させながら外部から加熱源で加熱して、前記石英管内にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子層を形成した後、前記加熱源を用いて前記ガラス微粒子層を透明化するガラス母材の製造装置であって、前記加熱源が、前記ガラス微粒子を堆積させるための第１の加熱源と、前記ガラス微粒子層を透明化するための第２の加熱源とを備えてなることを特徴とする。
【００１９】
ガラス微粒子を堆積するための第１の加熱源とガラス微粒子層を透明化するための第２の加熱源との２つの加熱源を用いてガラス層を形成する。このように加熱源を分けたことにより、ガラス層の厚さを均一にするのに最適となる加熱温度およびトラバース速度（石英管と第１の加熱源との相対的な移動速度）と、焼結に最適となる加熱温度およびトラバース速度（石英管と第２の加熱源との相対的な移動速度）との両立を図ることができて、それぞれに最適な値を選択することができる。
ここで、装置の加熱源を、ガラス微粒子を堆積するための第１の加熱源およびガラス微粒子層を透明化するための第２の加熱源の２つの加熱源に分けたことにより、ガラス層の厚さの均一化に最適な第１の加熱源の加熱温度とトラバース速度および、焼結に最適な第２の加熱源の加熱温度とトラバース速度の両立を図ることができて、ガラス微粒子層を長手方向に均一に形成することができる。
【００２０】
また、本発明にかかるガラス母材の製造装置は、請求項７に記載したように、請求項６に記載したガラス母材の製造装置において、前記第１の加熱源および前記第２の加熱源が、酸水素火炎バーナ、プラズマバーナ、プロパンガスバーナ、カーボン製ヒータを用いた加熱炉、誘導コイルを用いた加熱炉、カンタルヒータを用いた加熱炉のいずれかであることを特徴としている。
【００２１】
このように構成されたガラス母材の製造方法においては、ガラス微粒子生成およびガラス微粒子層の透明化にとって、それぞれ最適な加熱状態を形成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガラス母材の製造方法および製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、既に図２において説明した部材、部位等については、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
【００２３】
以下、本発明に係るガラス母材の製造装置の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態によるガラス母材の製造装置１０は、石英管３１内にガラス原料ガス３２を送り込み、石英管３１をその中心軸周りに回転させながら、外部から加熱源１１で加熱して、ガラス微粒子層３５を形成し、加熱源１２を用いて透明ガラス層１３を形成するＭＣＶＤ法が適用されるものであり、その特長的な構成は、上記の加熱源を、ガラス微粒子３４を堆積させるための第１の加熱源１１と、ガラス微粒子３４が堆積して形成されたガラス微粒子層３５を透明化するための第２の加熱源１２の２つの加熱源１１，１２に分けたことにある。
【００２４】
本発明の一実施例として、第１の加熱源１１には酸水素火炎バーナ（以下、「酸水素バーナ１１」という）を用い、第２の加熱源１２にはカーボンヒータによる加熱炉（以下、「加熱炉１２」という）を用いて、石英管内壁に透明化したガラス層１３を形成した場合について説明する。
酸水素バーナ１１は、加熱範囲（火炎広がり）が１５０ｍｍとなるように設定されており、加熱炉１２は、加熱範囲（ヒータ長）が５００ｍｍに設定されている。なお、加熱炉１２には、ヒータ１２ａとその外側に断熱材１２ｂが設けられており、熱が外部へ逃げるのを防止している。
【００２５】
石英管３１としては、外径３６ｍｍ、内径２４ｍｍ、長さ８００ｍｍのものを用い、内部には上流端側から原料ガスとして１００ｓｃｃｍのＳｉＣｌ４、３０ｓｃｃｍのＧｅＣｌ４、３２００ｓｃｃｍの酸素を流した。なお、ｓｃｃｍは１ａｔｍ、０℃における１分間当たりの流量をｃｃ（ｃｍ３　）で表示した単位、また、後記するｓｌｍは１ａｔｍ、０℃における１分間当たりの流量をリットルで表示した単位である。
酸水素バーナ１１には、１００ｓｌｍの水素、５０ｓｌｍの酸素を供給して、この酸水素バーナ１１を、例えば一般的な所定速度である５０ｍｍ／分を超える３００ｍｍ／分で石英管３１の上流端側より移動することで、石英管３１表層の最高温度を１８００℃に管理した。この条件のもと、石英管３１を上流端側から加熱し、ガラス微粒子層３５を形成していった。
【００２６】
酸水素バーナ１１が下流端側に達した時点で、石英管３１内部に流すガスを、１０００ｓｃｃｍのＨｅのみに切り替え、その後、加熱炉１２を上流端側から移動させた。その際、加熱炉１２は、ヒータ外表面温度を２１５０℃に管理すると共に、４００ｍｍ／分のトラバース速度で移動して、上流端側からガラス微粒子層３５を透明化していった。
【００２７】
なお、酸水素バーナ１１は、下流端側まで進んだ段階で火炎を弱めて退避位置へ移動させた。加熱炉１２は石英管３１の端部に達した段階で２０００ｍｍ／分の速度で上流端側へ戻した。加熱炉１２に続いて、酸水素バーナ１１も２０００ｍｍ／分で上流端側へ戻した。以上の作業プロセスを６０回繰り返して、ガラス層１３を形成した。
【００２８】
上記した実施例により作製されたガラス層１３の厚みを、長手方向の複数点で測定し、全測定値の平均値を１００（％）とした場合の、全測定値の標準偏差σであるばらつきは、σ＝０．５％であり、後で述べる比較例（σ＝３％）と較べてガラス層１３の均一化を大幅に達成したことが確認できた。
【００２９】
次に、比較例について説明する。
この比較例では、従来方式の酸水素火炎バーナの加熱源のみを用いて、石英管内壁に透明化したガラス層を形成した。酸水素火炎バーナは、加熱範囲（火炎広がり）が１５０ｍｍとなるように設定した。
石英管は、外径３６ｍｍ、内径２４ｍｍ、長さ８００ｍｍのものを用い、内部には上流端側から原料ガスとして１００ｓｃｃｍのＳｉＣｌ４、３０ｓｃｃｍのＧｅＣｌ４、１０００ｓｃｃｍのＨｅ、３０００ｓｃｃｍの酸素を流した。
酸水素火炎バーナには、１００ｓｌｍの水素、５０ｓｌｍの酸素を供給して、この酸水素火炎バーナを、５０ｍｍ／分の速度で石英管の上流端側より移動することで、石英管表層の最高温度を２１５０℃に管理した。この条件のもと、石英管を上流端側から加熱し、ガラス微粒子層を形成していった。
【００３０】
酸水素火炎バーナは下流端側まで進んだ段階で火炎を弱め、２０００ｍｍ／分で上流端側へ戻した。この作業プロセスを１０回繰り返して、ガラス層を形成した。
上記した比較例により作製されたガラス層の厚みを長手方向で確認した結果、ばらつきは、既述したように、σ＝３％であることが確認された。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明にかかるガラス母材の製造方法および製造装置によれば、ＭＣＶＤ法によるガラス母材の製造において、ガラス層を形成するための加熱源を、ガラス微粒子を堆積させるための第１の加熱源と、ガラス微粒子層を透明化するための第２の加熱源の２つに分けたことで、ガラス層の厚さを均一にするのに最適となる加熱温度およびトラバース速度と、焼結に最適となる加熱温度およびトラバース速度との両立を図ることができ、それぞれに最適な値を選択することにより、ガラス層を長手方向に均一化させたガラス母材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス母材の製造装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】従来のガラス母材の製造装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１０　ガラス母材の製造装置
１１　酸水素火炎バーナ（第１の加熱源）
１２　加熱炉（第２の加熱源）
１３　ガラス層
３１　石英管
３２　ガラス原料ガス
３４　ガラス微粒子
３５　ガラス微粒子層
【図１】
2004051464.tif 000003
【図２】
2004051464.tif 000004