(57)【要約】【課題】  安定したプラズマ炎を生成し、均一なガラス母材を製造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。【解決手段】  コアロッドとなるガラス棒１２にガラスが蒸着する蒸着部１２ａの温度を測定し、測定温度に基づいて蒸着部１２ａの温度が所定温度で一定となるようにする。例えば温度が高い場合にはプラズマ炎２４をガラスから遠ざけ、温度が低い場合にはプラズマ炎２４をガラスに接近させる。このようにプラズマ炎２４の位置を移動させて蒸着部１２ａの温度を一定にすることにより、蒸着状態を一定に保って添加物濃度の変動を抑えることができ、均一なガラス母材を製造することができる。【選択図】  図１
2005200265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス棒にプラズマ炎で形成されたガラスを蒸着し、
蒸着中の蒸着部の温度を計測し、
計測された蒸着部の温度に基づいてプラズマ炎の発生位置を移動させ、
前記蒸着部の温度が所定温度となるように前記プラズマ炎の発生位置を制御する、
ガラス母材の製造方法。
【請求項２】
前記プラズマ炎の発生位置の移動を、前記プラズマ炎を発生するプラズマトーチの移動により行う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】
前記プラズマ炎の発生位置の移動を、前記プラズマ炎を発生させる誘導コイルの移動により行う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４】
プラズマトーチと、
プラズマ炎を発生させる誘導コイルと、
前記プラズマ炎で形成されたガラスをガラス棒に蒸着させて蒸着ガラス層を形成する際に蒸着中の蒸着部の温度を測定する蒸着部温度測定器と、
前記プラズマトーチおよび／または前記誘導コイルを移動させることによりプラズマ炎の発生位置を移動させるプラズマ炎移動機構と、
前記蒸着部温度測定器により測定された温度に基づいて前記プラズマ炎移動機構を操作する操作部と
を備えたガラス母材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラス母材の製造方法および製造装置に係り、ガラス棒上にプラズマ炎で形成されたガラスを直接蒸着させてガラス層を形成するガラス母材の製造方法および製造装置に関する。
また、本発明は、プラズマ炎の超高温を使用した蒸着により、高濃度のドーパント添加が出来るため、高い屈折率差を必要とする光ファイバ母材の製造に適している。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図４に示すようなプラズマ炎を用いて光ファイバ母材を製造する方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
図４に示すように、この製造方法に用いられる製造装置１００では、基板管１０１を保持する旋盤１０２の中にプラズマを用いた加熱手段１０３が設けられており、この加熱手段１０３によって高温領域１０４が作られる。基板管１０１は例えば矢印１０５ａ方向に回転されており、高温領域は例えばねじ送り部のような移動手段によって矢印１０５ｂで示すように往復移動するようになっている。基板管１０１には、容器１０７に収容されている気体材料を基板管１０１に導入する管１０６ａが接続されている。なお、管１０６ａには、直接酸素を供給するための管１０６ｂや液体１０８ａや液体１０８ｂを通した酸素を供給することができるようになっている。
従って、基板管１０１を回転させながら内部に供給した気体材料を加熱手段により加熱して、基板管１０１の内面にガラス堆積物を生成し、内付けしてガラス母材を製造するものである。
【０００３】
また、図５には、加熱手段１０３としてプラズマ炎１１０を用いて、外付けによりコアロッドとなるガラス棒１１１の外周面にガラス材料を直接蒸着(蒸着部１１５)する様子が示されている。すなわち、加熱手段１０３は、プラズマトーチ１１２と、発振器１１４に接続されて高周波磁場を発生させる誘導コイル１１３を有しており、プラズマトーチ１１１にプラズマ発生用ガス、原料ガス、冷却ガス等のガス１１６を供給してプラズマ炎１１０を発生させ、コアロッド１１１の外周面にガラス材料を蒸着する。
【特許文献１】特開平７−２０６４６２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図５に示すように、ガラス材料の蒸着は、往復運動するターゲットであるガラス棒１１１に対して行われ、蒸着が進むにつれてガラス棒１１１の外径が増加する。このため、プラズマ炎１１０との相対位置が変化して蒸着部１１５の温度条件が一定せず、原料に添加されているドーパントの濃度が変化する。その結果、径方向に均一濃度となるガラス母材を製造することができないという不都合があった。
【０００５】
また、プラズマトーチ１１２および誘導コイル１１３は消耗品であり、プラズマトーチ１１２や誘導コイル１１３を交換する際に、交換前の位置を再現することが困難である。このため、プラズマトーチ１１２と誘導コイル１１３との位置関係が悪くなって、安定したプラズマ炎１１０を生成できない場合が生じ、失火やプラズマトーチ１１２の劣化を招くおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、安定したプラズマ炎を生成し、均一なガラス母材を製造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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、ガラス棒にプラズマ炎で形成されたガラスを蒸着し、蒸着中の蒸着部の温度を計測し、計測された蒸着部の温度に基づいてプラズマ炎の発生位置を移動させ、前記蒸着部の温度が所定温度となるように前記プラズマ炎の発生位置を制御するものである。  
【０００８】
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、ガラス棒の外周面にガラスを蒸着させて、蒸着部の温度を測定し、測定温度に基づいて蒸着部の温度が所定温度となるように、例えば温度が高い場合にはプラズマ炎をガラスから遠ざけ、温度が低い場合にはプラズマ炎をガラスに接近させる。このようにプラズマ炎の位置を移動させて蒸着部の温度を一定にすることにより、蒸着状態を一定に保って添加物の濃度の変動を抑えることができ、均一なガラス母材を製造することができる。
【０００９】
また、本発明にかかるガラス母材の製造方法は、前記プラズマ炎の発生位置の移動を、前記プラズマ炎を発生するプラズマトーチの移動により行うことが望ましい。
【００１０】
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、プラズマ炎を発生しているプラズマトーチの位置を移動させることによりプラズマ炎の位置を移動させことができるので、蒸着部の温度を一定に保つことができる。
【００１１】
また、本発明にかかるガラス母材の製造方法は、前記プラズマ炎の発生位置の移動を、前記プラズマ炎を発生させる誘導コイルの移動により行うことが望ましい。
【００１２】
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、プラズマ炎を発生させる誘導コイルの位置を移動させることによりプラズマ炎の位置を移動させことができるので、蒸着部の温度を一定に保つことができる。
【００１３】
また、本発明にかかるガラス母材の製造装置は、プラズマトーチと、プラズマ炎を発生させる誘導コイルと、前記プラズマ炎で形成されたガラスをガラス棒に蒸着させて蒸着ガラス層を形成する際に蒸着中の蒸着部の温度を測定する蒸着部温度測定器と、前記プラズマトーチおよび／または前記誘導コイルを移動させることによりプラズマ炎の発生位置を移動させるプラズマ炎移動機構と、前記蒸着部温度測定器により測定された温度に基づいて前記プラズマ炎移動機構を操作する操作部とを備えている。
【００１４】
このように構成されたガラス母材の製造装置においては、ガラス棒の外周面にガラスを蒸着させて、蒸着部の温度を蒸着部温度測定器により測定し、測定温度に基づいて蒸着部の温度が所定温度となるように、操作部によりプラズマ炎移動機構を操作して、例えば温度が高い場合にはプラズマ炎をガラス棒から遠ざけ、温度が低い場合にはプラズマ炎をガラス棒に接近させる。このようにプラズマ炎の位置を移動させて蒸着部の温度を一定にすることにより、蒸着状態を一定に保って添加物濃度の変動を抑えることができ、均一なガラス母材を製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プラズマ炎の位置を移動させて蒸着部の温度を一定にすることにより、蒸着状態を一定に保って添加物濃度の変動を抑えることができ、均一なガラス母材を製造することができる。また、ガラス棒に蒸着する蒸着ガラス層の厚み増加の変化に対し、プラズマ炎の位置を移動させるので、蒸着ガラス層とプラズマトーチおよび／または誘導コイルとの距離を常に一定とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明のガラス母材の製造方法および製造装置に係る実施形態を示す要部構成図、図２はプラズマ型ガラス母材製造装置の全体図、図３（Ａ）はプラズマトーチの断面図、図３（Ｂ）は平面図である。
【００１７】
図２に示すように、プラズマ型ガラス母材製造装置１０では、ベース１１の上に、ターゲットであるコアロッドとなるガラス棒１２を把持して軸方向（図２において左右方向）に同期して移動可能な一対の把持手段１３ａ、１３ｂが設けられている。また、ベース１１の中央部には反応容器２０が設けられており、ガラス棒１２は反応容器２０を貫通して移動可能となっている。なお、反応容器２０には、反応容器２０内部の排気を行うための排気装置１５が設けられている。
従って、ガラス棒１２をチャック１４ａ、１４ｂによって把持して把持手段１３ａ、１３ｂに固定し、チャック１４ａ、１４ｂを回転させながら把持手段１３ａ、１３ｂを同期して往復移動させる。これにより、図２中において矢印で示すようにガラス棒１２を回転しながら往復移動させて、反応容器２０内においてガラス棒１２の表面にクラッドガラス層１６を形成し、ガラス母材１７を形成する。
【００１８】
図１に示すように、反応容器２０の内部には、プラズマトーチ２１およびプラズマトーチ２１の外側に螺旋状に巻回された誘導コイル２２が設けられている。プラズマトーチ２１は支持台２３に取り付けられており、プラズマトーチ２１の下面には原料、プラズマ生成用ガス、冷却ガス等のガス類２４ａを供給する入り口２１ａが設けられている。支持台２３はプラズマ炎移動機構の一つであるトーチ位置調整機構２５の上に設けられており、トーチ位置調整機構２５を操作する操作部としての位置調整ハンドル２６が反応容器２０の外側に設けられている。これは、プラズマの生成が、腐食性ガスを発生する反応容器２０内で行われるため、外部から操作できるようにしたものである。従って、作業者は、位置調整ハンドル２６を回すことにより、或いは自動で、支持台２３およびプラズマトーチ２１を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させることができるようになっている。
【００１９】
また、誘導コイル２２は発振器２３に接続されており、途中位置において絶縁支持台２７を介してプラズマ炎移動機構の一つであるコイル位置調整機構２８の上に片持ち梁状に設けられている。従って、誘導コイル２２はプラズマトーチ２１と接触しないようにプラズマトーチ２１の周囲に位置し、コイル位置調整機構２８の移動により、誘導コイル２２をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動可能となっている。なお、誘導コイル２１は銅製巻管で構成されており、内部には冷却水を流すことができるようになっている。
また、ガラス棒１２の蒸着部１２ａの温度を測定するための蒸着部温度測定器２９が設けられており、表示器２９ａに測定温度が表示されるようになっている。作業者は、この表示器２９ａの表示を見て、蒸着部１２ａの温度を確認することができるようになっている。
【００２０】
図３に示すように、プラズマトーチ２１の内部には、入り口２１ａから多重管３０が上下方向に挿入されている。多重管３０の中心部３１には、ガラス原料とフッ素をドーパントとする原料（ＳｉＣｌ4＋ＣＦ4）が供給され、外周部３２にはプラズマを発生するためのアルゴンガス（Ａｒ）と反応用の酸素ガス（Ｏ2）が供給されている。
また、プラズマトーチ２１の下端部には、プラズマトーチ２１の外周面の接線方向に一対の管２１ｂが設けられており、多重管３０の外周面とプラズマトーチ２１の内周面との間の最外層３３に、冷却用のＯ2ガスを供給している。従って、Ｏ2ガスは、図３（Ｂ）に示すように、螺旋状に回転しながら上昇することになる。
【００２１】
次に、本発明にかかるガラス母材の製造方法について説明する。
ガラス棒１２を把持手段１３ａ、１３ｂのチャック１４ａ、１４ｂに取り付け、回転させながら原料を蒸着させる。通常、プラズマ炎２４を用いる場合、誘導コイル２２の内側には１０，０００Ｋ以上の高温領域が発生しているが、この高温領域は表皮効果の影響によりプラズマトーチ２１の中心軸からずれている。また、図３において前述したように、プラズマトーチ２１の最外層３３には冷却ガスが流れており、ここでは急激な温度低下が生じている。
【００２２】
プラズマ炎２４はこのような温度分布および温度勾配をもっているので、温度の位置への依存度が大きい。このため、蒸着を開始する前に、炎の様子を見て、トーチ位置調整機構２５によりプラズマトーチ２１をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動させて最適な位置に調整すると共に、コイル位置調整機構２８により誘導コイル２２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動させて調整し、安定したプラズマ炎２４を形成するようにする。
【００２３】
蒸着を開始すると、プラズマトーチ２１の多重管３０から供給される原料が、プラズマ炎２４を通ることで原子化し、ターゲットであるガラス棒１２の表面に透明化した状態で蒸着し、フッ素をドーパントしたクラッドガラス層１６が形成される。ガラス棒１２がプラズマ炎２４に対し、矢印１０５ｂに示すように、何度も往復移動することで、ガラス棒１２に透明化して蒸着したクラッドガラス層１６に、新たなクラッドガラス層１６が透明化して蒸着し続けていく。すると、クラッドガラス層１６が厚みを増していき、プラズマ炎２４とクラッドガラス層１６との距離が変化する(近づく)。その結果、蒸着部１２ａの温度が変化して、蒸着状態に変化が生じる。例えば、クラッドガラス層１６の添加物濃度の変動が生じ、この添加物濃度が不均一な部分が存在することになる。そこで、このような濃度ムラを防止するために、蒸着部１２ａの温度を蒸着部温度測定器２９により測定し、最適な温度で一定となるようにプラズマ炎２４を上下方向に移動させる。なお、ガラス棒１２の表面に蒸着させるクラッドガラス層１６の厚さは、一例として、コアロッド：クラッドガラス層＝９５：５程度である。
【００２４】
すなわち、蒸着部１２ａの温度が低すぎる場合にはプラズマ炎２４を上昇させてガラス棒１２に接近させ、温度が高すぎる場合にはプラズマ炎２４を下降させてガラス棒１２から離すようにする。
なお、プラズマ炎２４の上下移動は、作業者が位置調整ハンドル２６を操作してトーチ位置調整機構２５によりプラズマトーチ２１をＺ軸方向へ移動させて行うことができる。あるいは、コイル位置調整機構２８により誘導コイル２２をＺ軸方向へ移動させたり、またはプラズマトーチ２１および誘導コイル２２を共にＺ軸方向へ移動させることにより行うことができる。Ｚ軸方向の移動は、プラズマ炎を上下方向に移動させることができるため、母材とプラズマ炎との距離を一定に保つことができる。
【００２５】
以上説明したガラス母材の製造方法および製造装置により製造されるガラス母材１７は、線引きされて、例えば、照明用や大きなエネルギーの伝送用に適したライトガイド（バンドルファイバ用素線）やイメージガイド等に使用することができる。
【００２６】
以上、前述したガラス母材の製造方法および製造装置によれば、プラズマ炎２４の位置調整が可能であり、蒸着部１２ａの温度を測定することにより蒸着部１２ａの温度を一定に保持することができる。これにより、蒸着状態を一定に保って添加物濃度の変動を抑えることができ、均一なガラス母材を製造することができる。
また、ガラス棒１２とプラズマトーチ２１との間隔を適正に保つことができるので、プラズマ炎２４を安定して生成することができ、失火を防止すると共に、プラズマトーチ２１の劣化を最小限に抑えることができる。
【００２７】
なお、本発明のガラス母材の製造方法および製造装置は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した実施形態において、トーチ位置調整機構２５を操作する操作部として位置調整ハンドル２６をプラズマトーチ２１の外部に設け、作業者が測定された蒸着部１２ａの温度を見ながら人手によって位置調整ハンドル２６を操作する場合について説明したが、これらの作業を自動で行うこともできる。すなわち、トーチ位置調整機構２５およびコイル位置調整機構２８をモータにより自動で作動可能にすると共に、モータを制御する制御装置を設け、蒸着部温度測定器２９からの測定温度データを制御装置に入力する。制御装置では、入力された温度データに基づいてモータを制御し、フィードバックされる温度が一定となるようにする。これにより、蒸着部１２ａの温度を自動で一定に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のガラス母材の製造方法および製造装置に係る実施形態を示す要部構成図である。
【図２】プラズマ型ガラス母材製造装置の全体構成図である。
【図３】（Ａ）はプラズマトーチの断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図４】従来のガラス母材の製造方法を実施する製造装置示す全体構成図である。
【図５】従来のプラズマ型ガラス母材製造装置における加熱手段を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ガラス母材の製造装置
１２  ガラス棒（コアロッド）
１６  クラッドガラス層
１７  ガラス母材
２１  プラズマトーチ
２２  誘導コイル
２４  プラズマ炎
２５  トーチ位置調整機構（プラズマ炎移動機構）
２６  位置調整ハンドル（操作部）
２８  コイル位置調整機構（プラズマ炎移動機構）
２９  蒸着部温度測定器
【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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