(57)【要約】【課題】酸水素焔を使用しないことで伝送ロスを低減し、急峻な温度分布を実現して自在なサーモホレシス効果を得ることができるガラスの製造方法及びそのための装置を提供することを目的とする。【解決手段】ガラス基材上にガラス原料ガスを供給し、該ガラス原料ガスをレーザにより加熱して酸化してガラス微粒子を形成し、該ガラス微粒子を前記ガラス基材上に堆積させることを特徴とするガラスの製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基材上にガラス原料ガスを供給し、該ガラス原料ガスをレーザにより加熱して酸化してガラス微粒子を形成し、該ガラス微粒子を前記ガラス基材上に堆積させることを特徴とするガラスの製造方法。
【請求項２】
堆積されたガラス微粒子を透明化することを特徴とする請求項１に記載のガラスの製造方法。
【請求項３】
レーザによる加熱の前にガラス原料ガスが酸化されない程度に前記ガラス原料ガスを加熱することを特徴とする請求項１または２に記載のガラスの製造方法。
【請求項４】
ガラス基材上にガラス原料ガスを相対的に流し、レーザによる加熱位置よりも下流側でガラス基材を冷却することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガラスの製造方法。
【請求項５】
ガラス基材の保持部、ガラス原料ガスの供給部およびレーザによる加熱手段を有することを特徴とするガラスの製造装置。
【請求項６】
加熱手段がその前後に予熱手段及び冷却手段を具備することを特徴とする請求項５に記載のガラスの製造装置。
【請求項７】
レーザの照射面を可変としたことを特徴とする請求項５に記載のガラスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスの製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＣＶＤ法による光ファイバ母材の製造方法はよく知られている。例えば、特許文献１に開示されている方法では、石英管をその中心軸の廻りに回転させながら、その端部よりＳｉＣｌ4 、ＧｅＣｌ4 、Ｏ2 等のガラス原料を供給し、石英管の下方に設けられたバーナを石英管の長手方向に沿ってトラバースして石英管を加熱する。石英管内では、ガラス原料ガスが加熱されて気相酸化反応によってＳｉＯ2 やＧｅＯ2 等のガラス微粒子が生成し、生成したガラス微粒子は、石英管内壁に堆積して直ちに透明ガラス化されガラス層を形成する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３２８号公報
【０００４】
特許文献１の図１では、石英管７の下方の基台８上には、酸水素炎バーナ９が設けられ、石英管７の長手方向に往復運動するようになっている。このような装置を用いて光ファイバ母材を製造するには、常法により石英管７内に供給パイプ１０を介してガラス原料ガスを導入し排気パイプ１１から排気するとともにバーナ９に点火してトラバースさせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような従来のＭＣＶＤ法によるガラス母材製造方法は、酸水素バーナを熱源として原料を反応させサーモホレシス効果を利用しガラスパイプ内にガラス粒子を体積させ焼結透明化させるというものである。ここで、サーモホレシス効果とは、温度の低いガラス基材の方がガラス微粒子を付着し易く堆積し易い現象をいう。
しかし、この方法では、酸水素バーナが反応後水を生成させるため、ＯＨ基がファイバ母材内に浸透してロスの原因となるという問題点を有する。
【０００６】
そこで、本発明者は、上記の問題を解決するため炭酸ガスレーザのようなレーザを熱源として用いることで、ガラス中へのＯＨ基の混入を防止することと、更にレーザは加熱希望点を正確に捉えることができるので温度分布をサーモホレシス効果が効果的に実現できるようなステップ形状に近い温度分布を実現できるという知見を得て本発明に到達した。
すなわち、本発明は酸水素焔を使用しないことで伝送ロスを低減し、急な温度分布を実現して自在なサーモホレシス効果を得ることができるガラスの製造方法及びそのための装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、以下に要約する各発明及び態様によって達成することができる。
（１）ガラス基材上にガラス原料ガスを供給し、該ガラス原料ガスをレーザにより加熱して酸化してガラス微粒子を形成し、該ガラス微粒子を前記ガラス基材上に堆積させることを特徴とするガラスの製造方法。
（２）堆積されたガラス微粒子を透明化することを特徴とする上記（１）に記載のガラスの製造方法。
【０００８】
（３）レーザによる加熱の前にガラス原料ガスが酸化されない程度に前記ガラス原料ガスを加熱することを特徴とする上記（１）または（２）に記載のガラスの製造方法。
（４）ガラス基材上にガラス原料ガスを相対的に流し、レーザによる加熱位置よりも下流側でガラス基材を冷却することを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のガラスの製造方法。
（５）ガラス基材の保持部、ガラス原料ガスの供給部およびレーザによる加熱手段を有することを特徴とするガラスの製造装置。
（６）加熱手段がその前後に予熱手段及び冷却手段を具備することを特徴とする上記（５）に記載のガラスの製造装置。
（７）レーザの照射面を可変としたことを特徴とする上記（５）に記載のガラスの製造装置。
【０００９】
上記のように本発明は、酸水素バーナを用いてガラス微粒子を形成するガラスの製造方法の欠点、例えばＯＨ基がガラス内に浸透して伝送損失を増加させるという問題を解決するため酸水素バーナによる加熱手段を採用することを特徴とするものである。そして、該加熱手段としてレーザを用いることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記（１）の方法では、ＳｉＣｌ4 、ＧｅＣｌ4 、Ｏ2 等のガラス原料ガスの加熱酸化をレーザによって行うのでＯＨ基がガラスに浸透することによる伝送損失をなくすことができ、（２）の方法では、レーザによる加熱酸化処理の前に上記のガラス原料ガスを原料ガスが酸化されない程度に、例えば５００〜１５００℃に加熱して該加熱酸化を効果的なものとする。すなわち、レーザの一次側を予熱して反応効率を高める方法である。
【００１１】
上記（４）の方法では、ガラス基材上を相対的に流動するガラス原料ガスをレーザによる加熱位置より下流側で該ガラス基材を冷却してサーモホレシス効果を増大させる。冷却は通常大気中で自然に冷却されるだけであるが、本発明では加熱位置の温度より１００〜５００℃の温度差を以って強制冷却するのが好ましい。更なる冷却方法としては、ガラス管に窒素等の冷却ガスを吹き付ける方法がある。
上記（５）、（６）、（７）の製造装置では、レーザによる加熱手段においてレーザの照射面を狭く若しくは線状にしてガラスの切断を可能としたり、又は２つのガラスの端面を加熱により融着可能とすることもできる。
【００１２】
図１は、本発明に係るＭＣＶＤ法によるガラス母材の製造方法を実施するために好適に用いられる装置の概略説明図である。炭酸ガスレーザ発振器２より放射された炭酸ガスレーザ光３は、反射ミラー４に入射してここで方向を変えられ、続いて集光レンズ５にて集光されてビームとなり石英管１に照射される。ここで、加熱希望部位６の加熱温度は原料ガス７の熱分解・酸化反応温度に応じて適宜に選択される。通常は、１９００〜２２５０℃の範囲とするのが好ましい。次いで、レーザ光３の照射による熱が加熱希望部位６の表面及び内部の全域に亘るように石英管１をその長手方向に複数回トラバースさせる。トラバース速度は１０〜２００ｍｍ／ｍｉｎ程度が好ましい。石英管とレーザ光とは相対的に移動すればよい。反射ミラー４と集光レンズ５とを移動させてもよい。石英管とレーザ光をともに移動させてもよい。
上記のようにしてガラス微粒子堆積体８が形成される。以後、形成されたガラス微粒子堆積体は透明化処理に付す。レーザ光のパワーを調整して石英管の加熱温度を上げることにより、堆積した直後のガラス微粒子を透明化することができる。あるいは、レーザ光のパワーを調整して、ガラス微粒子が生成されるが、堆積したガラス微粒子が透明化されない温度で加熱すればガラス微粒子堆積層を形成できる。
【００１３】
上記の方法によるときは、レーザが照射される加熱点以外の温度を低く保つことが可能となる。また、温度分布をステップ状に均一にするには、レーザ光の形状を図２（ａ）のような円形ではなく、図２（ｂ）のように長方形（または正方形）にすることが好ましい。これにより、図３に示されるようなよりステップ形状に近い温度分布が実現できる。図４は、加熱手段として通常の抵抗炉や誘導炉のような炉を用いた場合、酸水素バーナを用いた場合及びレーザを用いた場合の温度分布を示すもので本発明によりレーザを用いた場合はステップ形状の温度分布が得られることが分かる。なお図３、図４は、それぞれ石英管の長手方向に対する温度分布を示すものである。
【００１４】
反応前の原料ガス温度を上げるために、レーザ光の一次側に予熱用の炉（抵抗炉、誘導炉）を設置してもよい。更に、レーザの効率を上げるために、加熱点の周囲に集光用の反射ミラーを設置するとよい。ミラーの周囲を隔壁で覆う。この隔壁にはレーザが通過する孔を開けておく。隔壁内を窒素雰囲気にすることにより、加熱箇所に大気中の水分が混入することも防止できる。また、レーザ光を石英管の径と同程度の長さのスリット状の光線に変更できるようにすれば、該レーザ光を、石英管を径方向に横切るように照射して、石英管を加熱して切断することができる。パイプの切断面は平滑できれいな面でできるので、酸水素バーナによる引きちぎりで発生するような伸びはなくなる。前記スリット状のレーザ光を石英管の端部に照射して、該端部を軟化させ、他の管と接続することもできる。石英管と他の管とを接続し、石英管にガラス微粒子を堆積させ、ガラス微粒子が堆積した石英管を前記他の管と切り離すという一連の工程が１台の装置で可能であり、その一連の工程の自動化もできる。
【００１５】
【発明の効果】
加熱源をレーザとしたＭＣＶＤ法により、酸水素火炎を使用しないことで伝送ロスを低減する。さらに冷却手段を設けると急峻な温度分布を実現して自在なサーモホレシス効果を達成し、反応効率、堆積効率が改善された光ファイバ母材の製造方法及びその方法を実施する装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＭＣＶＤ法によるガラス母材の製造方法を実施するのに用いられる装置の概略説明図。
【図２】レーザ光の形状を円形とした場合（ａ）と長方形（又は正方形）とした場合（ｂ）の石英管を加熱する状態を示す模式図。
【図３】図２（ａ）、（ｂ）に対応する場合の温度分布図。
【図４】加熱手段として酸水素バーナ、炉及びレーザを用いた場合に得られる温度分布図。
【符号の説明】
１  石英管    ２  炭酸ガスレーザ発振器    ３  炭酸ガスレーザ光
４  反射ミラー    ５  集光レンズ    ６  加熱希望部位    ７  原料ガス
８  ガラス微粒子堆積体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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