(57)【要約】【課題】特別な冷却装置を必要とせず、安価な設備費で、部分トラバース法によるバーナー数の増加にともなう発生熱量の増大に対応することができ、かつガラス微粒子の堆積初期及び堆積後半の熱量の変化にも対応することのできる多孔質ガラス母材の製造方法及びこれに用いる装置を提供する。【解決手段】出発母材３に沿って部分的に移動可能に設置された複数の堆積用バーナー４を有し、生成したガラス微粒子を出発母材３の周囲に堆積させてガラス微粒子堆積体６を形成する多孔質ガラス母材の製造方法及び装置であって、輻射による反応容器１内壁の温度上昇を抑えるための遮熱板１０を有し、該遮熱板１０に設けられた開口部の量（開口率）で、反応容器１内壁への輻射量を調整することを特徴としている。遮熱板１０は、パンチングメタルで形成され、装置の上部から吊り下げられている。この遮熱板１０の開口率は１０〜５０とするのが好ましく、また、この開口率を部分的に異なるものとしてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出発母材に沿って部分的に移動可能に設置された複数の堆積用バーナーを有し、生成したガラス微粒子を出発母材の周囲に堆積させてガラス微粒子堆積体を形成する多孔質ガラス母材の製造方法であって、輻射による反応容器内壁の温度上昇を抑えるための遮熱板を有し、該遮熱板に設けられた開口部の量（開口率）で、反応容器内壁への輻射量を調整す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】
遮熱板の開口率が１０〜５０である請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項３】
遮熱板の開口率が部分的に異なっている請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項４】
出発母材に沿って部分的に移動可能に設置された複数の堆積用バーナーを有し、生成したガラス微粒子を出発母材の周囲に堆積させてガラス微粒子堆積体を形成する多孔質ガラス母材の製造装置であって、輻射による反応容器内壁の温度上昇を抑えるための遮熱板を有し、該遮熱板は開口部の量（開口率）が調整可能に設けられていることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項５】
遮熱板がパンチングメタルで形成されている請求項４に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項６】
遮熱板の開口率が１０〜５０である請求項４又は５に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項７】
遮熱板の開口率が部分的に異なっている請求項４乃至６のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項８】
遮熱板が上部から吊されている請求項４乃至７のいずれかに記載の多孔質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】
本発明は、光ファイバの原材料として使用される光ファイバ用ガラス母材を製造するための多孔質ガラス母材の製造方法及びこれに用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、太径のガラス母材（インゴット）を線引きに適した形状・サイズに成形したガラスロッド、いわゆるプリフォームを線引きして製造される。このインゴットは、軸付け法や外付け法と呼ばれる方法で多孔質ガラス母材を製造し、これを熱処理により透明ガラス化して得られる。この太径の多孔質ガラス母材の生産性を上げるために、様々な提案がなされている。
【０００３】
その中で、複数の堆積用バーナーを出発母材に沿って部分的に往復移動させ高速で堆積する、部分トラバース法と称される方法が提案されている（特許文献１参照）。この部分トラバース法は、従来の光ファイバ母材として有効となる部分以上にバーナーを往復移動させる方法（全域トラバース法）に対し、不要部を増やすことなくバーナーの本数を増すことができ、堆積速度を飛躍的に増やすことができる。
【０００４】
全域トラバース法による従来の製造装置の一例を図３に示す。反応容器１内には、ロッド把持具２に出発母材３が把持され、出発母材３に沿って移動可能にバーナー４が設置されている。バーナー４と対向する位置には、排気フード５がバーナー４の移動に合わせて移動可能に設けられ、発生した排熱が最短距離で排出されるため、反応容器が受ける熱負荷はそれほど大きな問題ではなかった。
なお、符号６はガラス微粒子堆積体（以下、単に堆積体と称する）であり、符号７は回転モータ、符号８はバーナー台、符号９はバーナー４の横移動機構である。
【０００５】
全域トラバース法では、図３から分かるように、バーナー移動の折り返し端には、並べられたバーナーの範囲に相当する領域にガラス微粒子が傾斜して堆積されるため、コーン状の長大な不要部が形成される。この不要部の長さはバーナー本数に依存する。図４に、全域トラバース法によるバーナー移動にともなう加熱範囲の変化を示した。
【０００６】
部分トラバース法は、図５に示すように、出発母材３に沿ってガラス微粒子を堆積させたい部分の全域にバーナー４が並べられている。この場合、バーナー４の移動距離は、ガラス微粒子の堆積が平均して行われる程度でよく、あまり大きくない。従って、部分トラバース法では、両端に全域トラバース法のような長大なコーン状不要部はできず、バーナーの移動距離に比例した短い不要部ができるだけで、この不要部の長さは、全域トラバース法のようにバーナー本数に依存しない。このため、部分トラバース法は、バーナー本数を増やしても不要部は増えず、バーナー本数の増加に見合った生産性の向上が可能である。
【０００７】
しかしながら部分トラバース法は、全域トラバース法よりバーナー数が多いことから、発生する熱量も増大する。加熱範囲（バーナー設置範囲）が広いため、排気フード５は固定され、加熱部の移動量も小さいため、図６に示すように、反応容器は絶えず高熱を受けている。また、加熱範囲が広いと、加熱範囲の周囲への伝熱量が発生熱量に対して相対的に小さくなり、熱がたまり易く、反応容器内の温度が部分的に高くなる。
【０００８】
部分トラバース法を採用する場合の熱対策として、特許文献２は、遮熱板を反応容器の器壁にルーズに取り付け、遮熱板を自由に熱膨張させることにより、その影響が器壁に及ばないようにしている。特許文献３は、気流と平行に移動かつ取り外し可能な遮熱板を設けている。この遮熱板は、反応容器内の気流を整える整流機能を有し、所定量の堆積を終えた堆積体の取り外し時には、遮熱板を移動又は取り外すことで、取り出し作業を容易にしている。特許文献４は、耐酸性樹脂をコーティングした金属製チャンバとバーナーとの間に、遮熱板として不透明なガラス板を配置している。そのほか熱対策に冷却装置を設けたものもある。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２，６１２，９４９号
【特許文献２】
特許第２，８８８，４４８号
【特許文献３】
特願２００１‐３８３５８３号公報
【特許文献４】
特開平１０‐２０３８４３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
部分トラバース法は、バーナーの移動範囲が小さいのが特徴であり、全域トラバース法のようにバーナーと同期させた移動式の排気フードは不要で、反応容器全体を排気すればよい。しかしながら、反応容器全幅から排気を行おうとすると、排気風量が排気範囲の狭い全域トラバース法の場合と同程度では、必要な排気線速が得られない。
【００１１】
このため排気線速を稼ごうと排気風量を増すと、排気温度が下がり、排気ガスの結露が起こる。このため、排気風量は排ガス温度により決定され、反応容器内の排気線速は必然的に遅くなり、反応容器内からの気流による除熱効果が小さくなって、反応容器の温度上昇が起きる。
【００１２】
このように部分トラバース法では、バーナー数の増加にともなう発生熱量の増大や、排気線速の制約による除熱効果の低下などから、反応容器の熱負荷は増大し、反応容器の温度上昇による変形や破損などの問題が発生する。
このためセラミックスやガラスなどの耐熱素材で反応容器を作れば、熱の問題は解決できるが、作製の困難さや価格、気密性の確保、掃除方法、異物の発生などの点から、通常、金属系の反応容器が使用される。
【００１３】
金属製の反応容器には、ガラス原料ガスから発生する腐食性ガスに対する耐腐食性や、腐食した場合の異物の発生を考慮し、ＳＵＳ３０４  や  ＳＵＳ３１０、Ｎｉなどが使用される。これらの使用温度は３００℃以下が望ましい。
また安価な材料としてＳＳ材を使用した場合、耐熱塗料の耐熱温度が大体２５０℃以下であることから、何らかの熱対策が必要になる。
そのため部分トラバース法では、特に遮熱板や冷却装置などを用いて、反応容器が受ける熱量を減少あるいは除去し、反応容器の破損を防止する必要がある。
【００１４】
通常、外付け法では外径の小さな出発母材からガラス微粒子の堆積を始め、必要な量を堆積して太径の多孔質ガラス母材を得ている。このため、バーナーへのガスの供給量は、堆積初期の径の細い間は熱量を小さく、堆積径が増大するにしたがって熱量を増大させ、堆積体の密度が所望の値となるように調整されている。
このように堆積体の成長過程で熱量が大きく変化するため、堆積初期と堆積終盤の両方の熱量を考慮して、反応容器内から除熱する必要がある。
【００１５】
堆積体の成長過程で変化する熱量に対応するため、水冷や油冷などの冷却機構を用いると、熱量の変化に対応できるが、反応容器をジャケット構造にしたり、稼働停止中の温度管理が煩雑になったりと、設備費が増大する。
なお、稼働停止中の温度管理とは、堆積終了後、装置内のガスが置換されるまでは高温に保持し、堆積体の取り出しや反応容器の掃除の際には、人が作業できるように低温にし、再度堆積を始めるときは結露しないように高温に昇温するといった、温度管理のことである。これには冷却機構と加熱機構の両機構が必要とされ、製造バッチ間の停止時間を縮めるため、短時間で所望の温度に変化させようとすると、さらに両機構の熱容量は大きくなり設備費が増大する。
【００１６】
このような熱対策に、特許文献２のように輻射熱を軽減するために遮熱板を用いた場合、冷却装置を使う場合に比べ、装置を安価に作製することができる。しかしながら遮熱板を堆積後半の熱量に合わせてサイズの大きい遮熱板を設置すると、堆積初期に結露する問題が発生する。また、堆積初期の反応容器の温度上昇を速やかに確保しようと、サイズの小さい遮熱板を設置すると、熱量が増大する堆積後半の反応容器の温度上昇を抑えることができない。
【００１７】
また、特許文献３の遮熱板は、移動かつ取り外し可能なため、所定量の堆積を終えた堆積体の取り外し作業には都合がよいが、上記堆積中の熱の問題を解決することはできない。さらに、特許文献４の方法は、耐酸性樹脂をコーティングした金属製チャンバとバーナーとの間に、遮熱板として不透明なガラス板を配置しているが、加工が厄介でコスト高となる。
【００１８】
本発明は、特別な冷却装置を必要とせず、安価な設備費で、部分トラバース法によるバーナー数の増加にともなう発生熱量の増大に対応することができ、かつガラス微粒子の堆積初期及び堆積後半の熱量の変化にも対応することのできる多孔質ガラス母材の製造方法及びこれに用いる装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、出発母材に沿って部分的に移動可能に設置された複数の堆積用バーナーを有し、生成したガラス微粒子を出発母材の周囲に堆積させてガラス微粒子堆積体を形成する多孔質ガラス母材の製造方法であって、輻射による反応容器内壁の温度上昇を抑えるための遮熱板を有し、該遮熱板に設けられた開口部の量（開口率）で、反応容器内壁への輻射量を調整することを特徴としている。
【００２０】
本発明の多孔質ガラス母材の製造装置は、出発母材に沿って部分的に移動可能に設置された複数の堆積用バーナーを有し、生成したガラス微粒子を出発母材の周囲に堆積させてガラス微粒子堆積体を形成する多孔質ガラス母材の製造装置であって、輻射による反応容器内壁の温度上昇を抑えるための遮熱板を有し、該遮熱板は開口部の量（開口率）が調整可能に設けられていることを特徴としている。
なお、遮熱板はパンチングメタルで形成し、装置の上部から吊り下げた構造とするのが好ましい。また、遮熱板の開口率は１０〜５０とするのが好ましく、また、この開口率を部分的に異なったものとすることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の製造装置は、バーナー数が多く、発生熱量の多い部分トラバース法により多孔質ガラス母材の製造に好適に使用でき、反応容器内にパンチングメタル製の遮熱板を吊り下げ、この遮熱板の開口部の量、すなわち開口率を適宜設定して反応容器内壁への輻射量を調整するものであり、特にはこの開口率を１０〜５０とすることで、堆積初期及び堆積後半の熱量の変化に対応することができる。この開口率が１０未満では、初期の遮熱効果が大きすぎて結露が発生し、５０を超えると、遮熱効果が小さく、堆積後半に十分除熱できない。
【００２２】
この開口率は、製造しようとする多孔質ガラス母材のサイズに合わせて、適宜変更することができる。例えば、予め開口率の異なる遮熱板を幾つか用意しておき、バッチ間の準備作業が行われる稼働停止時に、次の製造サイズに合わせて好ましい開口率を有する遮熱板に交換すればよい。反応容器への取り付けは、上部からの吊り下げ式とすることで容易に行える。
【００２３】
遮熱板によって反応容器が受ける熱量は減少し、遮熱板の開口率を変えることで、反応容器が受ける熱量は調整され、反応容器の温度上昇は抑制される。
なお、遮熱板の開口率は、反応容器の受ける熱量が場所によって大きな差異が生じないように、開口率を部分的に異なるものとしてもよい。例えば、反応容器の受ける熱量が少ない場所に対応している遮熱板の箇所には開口率を増し、堆積初期の結露を防止する。また、反応容器の受ける熱量が多いところに対応している遮熱板の箇所には開口率を小さくして、反応容器の熱負荷を小さくする。
遮熱板の開口率は、パンチングメタルのような穴あきの板材を選択し、パンチング穴の密度又は大きさで調節することができる。パンチング穴の形状は任意である。
【００２４】
内壁に支持部材を取り付けてこれに遮熱板を固定した場合、遮熱板の熱膨張によって器壁が変形するが、遮熱板を吊り下げ構造にすると、このような遮熱板の熱膨張による器壁の変形を防止することができる。
遮熱板は熱膨張によって変形し易いが、自重で抑えることができ、それには遮熱板の厚さを１ｍｍ以上２ｍｍ以下とするのがよく、１ｍｍ未満では熱により変形を起こしやすい。また、２ｍｍを超えると重量が重くなりすぎ、取付け・取外し作業が困難となる。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
反応容器の内壁には、堆積体周辺をＳＳ材に耐熱耐酸塗料を塗ったものを使用し、上部のフード付近にはＳＵＳ３１０Ｓを使用し、その外側には断熱材と外装板を設置して作業室内への放熱を防止した。この組み合わせは、ステンレス鋼が高価であるためＳＳ材を多く使用し、上部フードについては、塗料はがれによる異物の混入を考慮してステンレス鋼を採用した。耐熱耐酸塗装は、耐熱性と異物の発生の面から、パイロジンスタックＡＣＴ＃２５０Ａを使用した。上部からは本発明の遮熱板を、反応容器の内壁と出発母材との間に吊るし、安価な反応容器を目指した。
【００２６】
図１，２に示すように、厚さ１．５  ｍｍで開口率３０％のパンチングメタル製遮熱板１０を反応容器１内に設置した。遮熱板１０の設置にあたっては、ガラス原料の火炎加水分解反応で副生する腐食性ガスの滞留による錆の問題や、遮熱効果を考慮して、遮熱板１０と反応容器１との間を図２のようにあけた方が有利である。本実施例では、上部の排気フード５に吊り下げ用の棒を長手方向に水平に設置し、そこに金属フックで遮熱板１０を吊り下げる構造とした。
【００２７】
堆積用バーナーは、出発母材３に沿って１００  ｍｍ間隔で従来より多い１９本設置し、堆積中、堆積体との距離が一定となるように調整した。この堆積用バーナーには３重管バーナーを使用し、各バーナーへのガス供給条件は、堆積初期では、Ｈ２３０  Ｎｌ／ｍｉｎ、Ｏ２１０  Ｎｌ／ｍｉｎ、ガラス原料ガス（ＳｉＣｌ４）３．５  ｇ／ｍｉｎとし、堆積終了時には、Ｈ２６０  Ｎｌ／ｍｉｎ、Ｏ２２０  Ｎｌ／ｍｉｎ、ガラス原料ガス（ＳｉＣｌ４）２３  ｇ／ｍｉｎとなるように、堆積体の外径の増加に合わせて調整した。
堆積用バーナーの横移動速度は、高速移動軸１０００  ｍｍ／ｍｉｎ、低速移動軸２０  ｍｍ／ｍｉｎとし、移動距離はそれぞれ１００  ｍｍとした。排気風量は、排ガス温度が１３０℃になるように調整した。
【００２８】
堆積用バーナーを従来より多い１９本設置したことにより水素の供給量が増えたにもかかわらず、従来、２３０℃を超えていた部分の温度が１４０℃程度に抑えられた。遮熱板を設置していない上部フードでは、水素の供給量が増加したことにより、部分的には３０℃以上も温度が上昇していた。
水素の供給量の少ない堆積初期においては結露することなく、最も温度上昇の遅い部分でも、２０分ほどで５０℃以上に昇温していた。
【００２９】
（比較例１）
遮熱板を備えていない点を除けば、実施例１で使用したものと同じ構造を有する反応容器を使用した。
堆積用バーナーは、実施例１より長い１５０  ｍｍ間隔で１４本設置し、堆積中、堆積体との距離が一定となるように調整した。各堆積用バーナーへのガスの供給条件は実施例１に合わせた。また、堆積用バーナーのほかに端部の焼き締め用に両端に１本ずつ５重管バーナーを設置した。
堆積用バーナーの横移動速度は、高速移動軸１０００  ｍｍ／ｍｉｎ、低速移動軸２０  ｍｍ／ｍｉｎとし、移動距離はそれぞれ１５０  ｍｍとした。排気風量は、排ガス温度が１３０℃になるように調整した。
堆積中の反応容器の温度は、堆積体に近い内壁温度で最高２３０℃を超え、耐熱耐酸塗装の耐熱温度２５０℃に近くなっていた。
【００３０】
（比較例２）
本比較例においては、開口部のない遮熱板を使用した点を除いては、実施例１と同様の条件で堆積を行った。
スタート後、３０分経過しても反応容器の器壁に５０℃に達しない部分があり、結露を生じた。このため、燃焼ガス量を増して温度を上げ、結露が消失してからガラス原料の供給を開始した。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、反応容器内に開口部を有する遮熱板を吊り下げることで、反応容器の器壁が受ける熱量を減少させることができる。さらに、遮熱板の開口率を変えることで、反応容器の受ける熱量を調整することができ、反応容器の温度上昇を抑制することができる。これにより、さらなる高速堆積時の水素供給量増による熱量増に対応することができ、反応容器の破損を防止し、安定生産が可能となる。
また、従来のパンチング穴のない遮熱板では、堆積状況を観察することはできず、観察しようとすると、観察部分にガラス窓をはめ込んだ遮熱板を設けるなど、形が複雑になり、かつ装置が高価なものとなるが、本発明の遮熱板は、パンチング穴を通して、堆積状況を観察することができ、かつ構造が簡単であり、しかも上から吊るすことで、反応容器に負荷を与えず、その分反応容器の熱歪みを小さくできる。さらに、取付け・取外し業が容易である等の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遮熱板を備えた反応容器の概略正面図である。
【図２】図１に示す装置の概略側面図である。
【図３】全域トラバース法を説明する概略正面図である。
【図４】全域トラバース法の加熱範囲を説明する概念図である。
【図５】部分トラバース法を説明する概略正面図である。
【図６】部分トラバース法の加熱範囲を説明する概念図である。
【符号の説明】
１    反応容器、
２    ロッド把持具、
３    出発母材、
４    （堆積用）バーナー、
５    排気フード、
６    堆積体、
７    回転モータ、
８    バーナー台、
９    横移動機構、
１０    遮熱板（パンチングメタル）。
【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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