(57)【要約】      （修正有）【課題】工程中にシールガスの種類を切り替えることにより、多孔質ガラス母材の作製工程の時間短縮と、品質の安定化、及び製造コストの削減を実現する。【解決手段】バーナ１０ａ，１０ｂからガラス原料ガス、燃料ガス、助燃性ガス、及びシールガスを火炎と共に噴出させ、ガラス微粒子を生成して出発材である種棒１２に吹き付けて堆積させる。このとき、ガラス微粒子の堆積を行う工程中に、シールガスの種類を切り替えることにより、多孔質ガラス母材の作製工程の時間短縮と、品質の安定化、及び製造コストの削減を実現する。例えば、種付け工程においては、Ｎ２ガスをシールガスとして使用し、ガラス微粒子の収率を上げて種付け時間の短縮を図り、有効部作製工程ではＡｒガスに切り替えて、ガラス微粒子の堆積速度を上げることによって効率的に多孔質ガラス母材を製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス微粒子合成用バーナからガラス原料ガス、燃料ガス、助燃ガス、及びシールガスを火炎と共に噴出させ、火炎加水分解反応または酸化反応によりガラス微粒子を生成して出発材に吹き付け、前記出発材と前記バーナとを相対的に移動させて、ガラス微粒子を前記出発材に堆積させる工程を有する多孔質ガラス母材の製造方法において、前記ガラス微粒子の堆積を行う工程中に、前記シールガスを構成するガスの種類を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】
前記バーナの複数の箇所に同時に複数の前記シールガスを使用し、前記ガラス微粒子の堆積を行う工程中に、それぞれのシールガスを個別にまたは同時に切り替え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。
【請求項３】
前記シールガスは複数種類のガスを混合した混合ガスまたは、一種類のガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項４】
前記シールガスの切替は、ガラス微粒子の堆積中の多孔質ガラス母材の形状及び／または成長速度に従う所定の条件下で実行することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項５】
前記シールガスの切替は、ガラス微粒子の堆積中に、多孔質ガラス母材の無効部から有効部に移行するとき、及び／または無効部から有効部に移行するときに実行することを特徴とする請求項４に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項６】
前記無効部において使用するシールガスをＮ２ガスもしくはＮ２リッチの混合ガスとし、前記有効部において使用するシールガスをＡｒガスもしくはＡｒリッチの混合ガスとすることを特徴とする請求項５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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質ガラス母材の製造方法、より詳細には、ＶＡＤ法あるいはＯＶＤ法によってバーナから原料ガスや反応ガスを噴出させることにより、ガラス微粒子を生成し、生成したガラス微粒子を出発材に堆積させる多孔質ガラス母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＡＤ法及びＯＶＤ法は、バーナから噴出させる火炎中でシリカやゲルマニアなどによるガラス微粒子を生成し、そのガラス微粒子を出発材に堆積させることにより、多孔質ガラス母材を作製するものであり、得られた多孔質ガラス母材は、例えば、その後の脱水、焼結工程を経て、光ファイバ用のガラス母材として供される。
【０００３】
ＯＶＤ法では、回転する中心棒を出発材として用い、その中心棒の上にガラス微粒子を堆積させる。またＶＡＤ法では、中心棒を用いずに、ＯＶＤ法と同様の原料ガスの反応によって、円柱の多孔質ガラス母材を軸方向に成長させる工程をとる。ＶＡＤ法では、回転する種棒の先端部にガラス微粒子を堆積させ、種棒を上方に引き上げながら多孔質ガラス母材を軸方向に成長させていく。
【０００４】
上記のごとくのＯＶＤ法やＶＡＤ法では、例えば、ガラス原料となるＳｉＣｌ４，ＧｅＣｌ４と、燃料ガスとなる水素及び助燃ガスとなる酸素を同時にバーナから噴出させる。図２は、ＯＶＤ法やＶＡＤ法に適用するバーナの構成例を説明するためのバーナ吹き出し口の正面概略図である。ＯＶＤ法やＶＡＤ法においては、図２に示すような同心円状の多重管バーナ１０を使用し、ＳｉＣｌ４やＧｅＣｌ４等の原料ガスと、水素や酸素の燃料ガス及び助燃ガスを噴出させて火炎分解反応によってガラス微粒子を生成する。
【０００５】
例えば、図２の多重管バーナ１０は、８つのガス吹き出しポートを有する多重管により構成され、中心のポート１からはＳｉＣｌ４，ＧｅＣｌ４の原料ガス、その外周のポート２からはＨ２ガス、さらに順に外周に向かってポート３からはシールガス、ポート４からはＯ２ガス、ポート５からはシールガス、ポート６からはＨ２ガス、ポート７からはシールガス、ポート８からはＯ２ガスを噴出させる。
【０００６】
すなわち、多重管バーナ１０は、上述したようなＳｉＣｌ４やＧｅＣｌ４等の原料ガス、酸素や水素の燃料ガス及び助燃ガスのそれぞれの噴出ポートの間から、シールガスが噴出するように構成される。そして、これら原料ガス、燃料ガス、助燃ガス及びシールガスのそれぞれのガス流量を調整することにより、ガラス微粒子を生成させる。
【０００７】
従来、上記のごとくのシールガスとしては、不活性ガスであるＡｒ、ＨｅもしくはＮ２ガス等が使用されている。Ｈｅガスは非常に熱伝導率が高く、ガラス微粒子の堆積速度を上げることができ、多孔質ガラス母材を安定して作製することが可能であるが、その価格が非常に高価であるという短所を有している。例えば、現状では、Ｈｅガスは、Ａｒガスの２倍、Ｎ２ガスの３０倍程度の価格レベルを有している。
【０００８】
一方、Ｎ２ガスは、前述の通り非常に安価であるため、多孔質ガラス母材の製造コストを低減させることができ、かつＡｒガスよりも高い収率を得ることができる。またＡｒガスは、価格レベルとしてはＨｅガスとＮ２ガスの間にあり、ガラス微粒子の堆積速度はＮ２ガスより高いことが確認されている。
【０００９】
従来の多孔質ガラス母材の作製においては、上記のごとくのそれぞれの不活性ガスの特徴を考慮して、製造規格ごとに特定の単一の不活性ガスを選択して使用している。すなわち、多孔質ガラス母材の作成開始から終了まで一貫して特定の単一のシールガスを使用している。ここで、例えば、大型ジャケットＶＡＤ母材にはＮ２ガスを使用し、コアＶＡＤ設備にはＡｒガスを主に使用する、等の使い分けも行われている。
【００１０】
例えば、特許文献１によれば、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法などにより光ファイバ母材を製造する場合、バーナから噴出させるシールガスとしてＡｒガス等の不活性ガスを使用し、多重管バーナのシールガスの噴出ポートを分割してガス流量の割合をコントロールすることにより、ガラス微粒子堆積面の制御と屈折率分布の制御とを行うようにしている。
【００１１】
また、特許文献２によれば、光ファイバ母材を製造する場合のシールガスとして、従来広く使用されているＡｒガスに替えて、熱伝導率の高いＨｅガスを使用している。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−３０５７６２号公報
【特許文献２】
特開平６−３１６４３０号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような多孔質ガラス母材の製造において、シールガスとしてＡｒ等の不活性ガスを使用する場合には、生成するガラス微粒子の収率が相対的に低く、また、Ｎ２ガスを使用する場合には、ガラス微粒子の堆積速度が相対的に低いという特性がある。また、ＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスを使用した場合、Ａｒガス及びＨｅガスの原料単価が非常に高価であり、多孔質ガラス母材の製造コストが高くなる。
【００１４】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、多孔質ガラス母材の作製工程に合わせて、工程中にシールガスの種類を切り替えることにより、多孔質ガラス母材の作製工程の時間短縮と、品質の安定化、及び製造コストの削減を実現する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を目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による多孔質ガラス母材の製造方法は、ガラス微粒子合成用バーナからガラス原料ガス、燃料ガス、助燃ガス、及びシールガスを火炎と共に噴出させ、火炎加水分解反応または酸化反応によりガラス微粒子を生成して出発材に吹き付け、出発材とバーナとを相対的に移動させて、ガラス微粒子を出発材に堆積させる工程を有する多孔質ガラス母材の製造方法において、ガラス微粒子の堆積を行う工程中に、シールガスを構成するガスの種類を切り替えることを特徴としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による多孔質ガラス母材の製造方法においては、従来例で説明した図２に示すごとくの多重管バーナ１０を用い、従来例と同様に、ＳｉＣｌ４やＧｅＣｌ４等の原料ガス、及び酸素や水素ガスの燃料ガス及び助燃ガスの噴出ポートの間に、シールガスの噴出ポートを設ける。そして、それぞれのガス流量を調整することにより、ガラス微粒子の生成を行い、多孔質ガラス母材を作製する。
【００１７】
多重管バーナ１０におけるガスの噴出ポートの設定例としては、従来例で説明した構成と同様に、例えば、ポート３，５，７からシールガスを噴出させ、中心のポート１からはＳｉＣｌ４，ＧｅＣｌ４の原料ガス、その外周のポート２からはＨ２ガス、ポート４及び８からはＯ２ガス、ポート６からはＨ２ガスを噴出させるように構成する。
【００１８】
図１は、本発明を適用するＶＡＤ法による多孔質ガラス母材の製造工程を説明するための図で、種付け部を作製する種付け工程を図１（Ａ）に、種付け後に多孔質ガラス母材として有効な部分を作製する有効部作製工程を図１（Ｂ）に示すものである。図１において、１０ａ，１０ｂはバーナ、１１はガラス微粒子、１２は種棒である。本実施形態は、２つのバーナ１０ａ，１０ｂによってガラス微粒子を堆積させるもので、これらバーナ１０ａ，１０ｂは、図２の多重管バーナ１０の構成を備えている。本実施形態では、種付け工程と有効部作製工程とでシールガスの種類を変更することにより、合理的な多孔質ガラス母材の作製工程を実現する。なお、本発明では、バーナの数を限定するものではない。
【００１９】
光ファイバ用のガラス母材の作製で、多孔質ガラス母材を製造するＶＡＤ法においては、多孔質ガラス母材の製造開始の初期段階で、種付けと呼ばれる工程がある（図１（Ａ））。種付けは、製造開始時に種棒１２にガラス微粒子を堆積させる工程で、この種付け工程で製造される部分は、光ファイバとしては使用されない無効部分である。
【００２０】
そして、種付け工程により種付け部（無効部）Ａを作成後、光ファイバ化可能な有効部Ｂの多孔質ガラス母材を作製する（図１（Ｂ））。この有効部Ｂの作製工程を有効部作製工程と呼ぶものとする。本実施形態では、シールガスの特徴を生かして、一連の多孔質ガラス母材の作製工程において、種付け工程と有効部作製工程とでシールガスの種類を変更する。
【００２１】
例えば、図１（Ａ）の種付け工程においては、Ｎ２ガスをシールガスとして使用し、ガラス微粒子の収率を上げて種付け時間の短縮を図り、図１（Ｂ）の有効部作製工程ではシールガスをＮ２ガスからＡｒガスに切り替えて、ガラス微粒子の堆積速度を上げることによって効率的に多孔質ガラス母材を製造する。あるいは、種付け工程でＡｒガスを使用してから、有効部作製工程でＮ２ガスへ切り替えるようにしてもよい。すなわち、作製する光ファイバの種類に応じた多孔質ガラス母材に対して、最適なガスを選択することが可能である。
【００２２】
さらに、製造するガラス母材の種類やその製法に合わせて、多重管バーナの複数のポートから、異なるシールガスを噴出させる方法や、複数種類のシールガスを混合して多重管バーナのポートから混合ガスを噴出させる方法をとることもできる。例えば、種付け工程でＮ２リッチの混合ガスを用い、有効部作製工程でＡｒリッチの混合ガスを用いるようにしてもよい。
また、例えば、図２に示す多重管バーナのポート３，５，７にそれぞれ異なるシールガスを流して噴出させたり、各ポート３，５，７から混合ガスを噴出させるようにしてもよい。
【００２３】
また、上記のごとくに種付け工程と有効部作製工程において使用するシールガスを切り替えるようにした製法において、さらに種付け工程から有効部作製工程に切り替わる段階で、シールガスの流量や、複数のポートから噴出させるシールガスの流量割合を適正に変化させて、より安定化を図ることも可能である。
【００２４】
以上、ＶＡＤ法による多孔質ガラス母材の製造方法について説明したが、上述のように、本発明は、ＯＶＤ法に対しても適用可能である。図３は、ＯＶＤ法による多孔質ガラス母材の製造方法を説明するための図で、図中、１０は多重管バーナ、１１はガラス微粒子、１３は中心棒である。ＯＶＤ法では、中心棒１３を出発材としてその上にガラス微粒子１１を堆積させる。このとき、多重管バーナ１０と中心棒１３を相対的に往復移動させながらガラス微粒子の堆積を行う。
【００２５】
従って上記ＶＡＤの種付け部に該当する無効部Ａは、多孔質ガラス母材の両端部に作製され、無効部Ａの間に有効部Ｂが作製される。そして、一連の多孔質ガラス母材の作製工程において、無効部の作成工程と有効部作製工程とでシールガスの種類を切り替える。
【００２６】
例えば、図３の無効部Ａの作製工程においては、Ｎ２ガスをシールガスとして使用し、ガラス微粒子の収率を上げて推積時間の短縮を図り、有効部Ｂの作製工程ではシールガスをＡｒガスに切り替えて、ガラス微粒子の堆積速度を上げることによって効率的に多孔質ガラス母材を製造する。あるいは、無効部ＡでＡｒガスを使用してから、有効部ＢでＮ２ガスへ切り替えるようにしてもよい。すなわち、作製する光ファイバの種類に応じた多孔質ガラス母材に対して、最適なガスを選択することが可能である。
【００２７】
さらに、製造する多孔質ガラス母材の種類やその製法に合わせて、多重管バーナの複数のポートから、異なるシールガスを噴出させる方法や、複数種類のシールガスを混合して多重管バーナのポートから混合ガスを噴出させる方法をとることもできる。例えば、無効部の作製工程でＮ２リッチの混合ガスを用い、有効部の作製工程でＡｒリッチの混合ガスを用いるようにしてもよい。
また、例えば、図２に示す多重管バーナのポート３，５，７にそれぞれ異なるシールガスを流して噴出させたり、各ポート３，５，７から混合ガスを噴出させるようにしてもよい。
【００２８】
また、無効部Ａの作製工程から有効部Ｂの作製工程に切り替わる段階のみならず、有効部Ｂの作成工程から無効部Ａの作成工程に切り替わる段階で、シールガスの流量や、複数のポートから噴出させるシールガスの流量割合を適正に変化させて、より安定化を図ることも可能である。
【００２９】
また、上記各実施形態においては、ガラス微粒子の堆積中に行うシールガスの切替を、ガラス母材の無効部から有効部に移行するとき（ＶＡＤ、ＯＶＤ）、及び無効部から有効部に移行するとき（ＯＶＤ）に実行していたが、本発明ではシールガスの切替タイミングはこれらに限定されることなく、ガラス微粒子の堆積中のガラス母材の形状ないし成長速度、またはこれら両方の条件を監視しながら、所定の条件下でシールガスの切替を実行することができる。切替の条件は、多孔質ガラス母材の製法、規格、用途等に応じて最適条件を選択することができる。また、このときに、シールガス切替前後において同時に複数種のシールガスを使用し、それぞれのシールガスを個別にまたは同時に切り替えるようにすることができる。また、複数種類のシールガスを混合した混合ガスを、一部または全てのポートから噴射させるシールガスとして使用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、多孔質ガラス母材の作製工程に合わせて、工程中にシールガスの種類を切り替えることにより、多孔質ガラス母材の作製工程の時間短縮と、品質の安定化、及び製造コストの削減を実現することができる。
【００３１】
また、同一のバーナから複数の異なるシールガスを噴出させ、または複数のシールガスを混合して混合ガスを噴出させるようにすることにより、多孔質ガラス母材の製法や種類に応じて適正な条件で製造を行うことができ、これによって時間短縮や安定化、及びコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するＶＡＤ法による多孔質ガラス母材の製造工程を説明するための図である。
【図２】ＯＶＤ法やＶＡＤ法に適用するバーナの構成例を説明するためのバーナ吹き出し口の正面概略図である。
【図３】
ＯＶＤ法による多孔質ガラス母材の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５，６，７，８…ポート、１０…多重管バーナ、１０ａ，１０ｂ…バーナ、１１…ガラス微粒子、１２…種棒、１３…中心棒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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