(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナの火炎ガスと共に吹出すガラス微粒子をガラス棒へ付着させて多孔質ガラス母材を製造する際に、少なくとも該バーナの形状と、該火炎ガスのガス流量との因子を順次変化させつつ、該火炎ガスに乗って移動する該ガラス微粒子の粒子速度を、該ガラス微粒子が該ガラス棒へ泳動して該付着する泳動速度で補正して、該ガラス微粒子の流れを繰返し算出し、該流れの全量に対する該流れの該ガラス棒への衝突比率を極大にすると算出される前記各因子にしたがって該バーナが設定されており、前記バーナが反応容器内に配置され、該反応容器の形状と、該反応容器内での該バーナの配置位置との因子も順次変化させつつ前記繰返し算出がされていることを特徴とする多孔質ガラス母材製造装置。
【請求項２】
前記バーナが、前記ガラス棒と平行して往復動を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の多孔質ガラス母材製造装置。
【請求項３】
前記バーナが、前記ガラス棒の先端にガラス粒子を堆積させつつ伸長させる第一のバーナ、および該堆積したガラス微粒子の周囲に別なガラス微粒子を堆積させつつ成長させる第二のバーナであ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製造装置。
【請求項４】
前記泳動が、該ガラス微粒子の温度と該ガラス棒の温度との温度勾配によることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多孔質ガラス母材製造装置。
【請求項５】
前記泳動が、該ガラス微粒子とガラス棒との静電気力によることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多孔質ガラス母材製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナの火炎ガスと共にガラス微粒子を吹出して堆積させることにより光ファイバの原材料である多孔質ガラス母材を製造する装置であって、適切なバーナの形状や火炎ガス流量等を簡便に求めた多孔質ガラス母材製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、ガラス微粒子の堆積した多孔質ガラス母材を原材とし、これを焼結後、線引きしたものである。
【０００３】
多孔質ガラス母材は、例えば外付け化学蒸着法（ＯＶＤ法）や気相軸付け法（ＶＡＤ法）により製造される。その製造は、ガラス微粒子を生成するバーナと、バーナの火炎ガスと共に吹出すガラス微粒子の堆積するガラス棒とが、排気管の備わる反応容器内に配置されている製造装置を用いて行われる。
【０００４】
ガラス棒に堆積できず排気管から排出されることなく、反応容器内で浮遊しているガラス微粒子は、凝集体となって容器内壁に付着する。この凝集体が剥がれ、堆積途中の多孔質ガラス母材の表面に付着すると、母材が不均質となって品質の低下を招いてしまう。高品質な多孔質ガラス母材を歩留まりよく製造するには、浮遊ガラス微粒子の発生を抑制し、ガラス微粒子の堆積率を上げる必要がある。そのため、試行錯誤により適切な製造条件、例えば、火炎ガスの流量、バーナの形状、反応容器の形状、反応容器内でのバーナの配置位置等を設定している。しかし、最も適切な製造条件を見出すのは困難である。
【０００５】
山上らによって、気相中で生成したガラス微粒子の温度勾配による堆積を計算により解析する方法が、粉体工学学会誌，第２６巻第８号１０頁〜１６頁（１９８９年）において開示されている。この方法では現実に反応容器で発生する気流の乱れ、バーナと反応容器の形状や配置位置、火炎ガスの流量を考慮することができないため、適切な製造条件を見出すことができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の課題を解決するためなされたもので、適切なバーナの火炎ガスの流量、バーナや反応容器の形状、バーナの配置位置等を簡便に求めた、ガラス微粒子の堆積率の高い多孔質ガラス母材製造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】
前記の目的を達成するためになされた本発明の多孔質ガラス母材製造装置１は、実施例に対応する図１を参照して説明すると以下のとおりである。
【０００８】
多孔質ガラス母材製造装置１は、バーナ４・５の火炎ガス６・７と共に吹出すガラス微粒子をガラス棒３へ付着させて多孔質ガラス母材を製造する際に、少なくともバーナ４・５の形状と、火炎ガス６・７のガス流量との因子を順次変化させつつ、火炎ガス６・７に乗って移動するガラス微粒子の粒子速度を、ガラス微粒子がガラス棒３へ泳動して付着する泳動速度で補正して、ガラス微粒子の流れを繰返し算出し、この流れの全量に対する流れのガラス棒３への衝突比率を極大にすると算出される前記各因子にしたがってバーナ４・５が設定されており、
【０００９】
バーナ４・５が反応容器２内に配置され、反応容器２の形状と、反応容器２内でのバーナ４・５の配置位置との因子も順次変化させつつ前記繰返し算出がされているというものである。
【００１０】
流れの算出は、ニュートン流体の運動方程式を解くことによって行われる。簡便に流れを算出するには流体解析ソフトが用いられる。流体解析ソフトとしては、例えばＦＩＤＡＰ（ＦＬＵＥＮＯＮ社製の商品名）が挙げられる。
【００１１】
多孔質ガラス母材製造装置１は、ＯＶＤ法に用いられるものであって、バーナ４・５が、ガラス棒３と平行して往復動を繰り返していることが好ましい。このバーナが複数並べられていると多孔質ガラス母材の生産性が一層向上する。
【００１２】
多孔質ガラス母材製造装置は、ＶＡＤ法に用いられるものであって、バーナが、ガラス棒の先端にガラス粒子を堆積させつつ伸長させる第一のバーナ、およびこの堆積したガラス微粒子の周囲に別なガラス微粒子を堆積させつつ成長させる第二のバーナであってもよい。
【００１３】
泳動はガラス微粒子の温度とガラス棒の温度との温度勾配によるものであるとして、前記繰返し算出が行われることが好ましい。
【００１４】
泳動は該ガラス微粒子とガラス棒との静電気力によるものであるとして、前記繰返し算出が行われてもよい。
【００１５】
この計算された衝突比率に比例して、実際に多孔質ガラス母材を製造する際のガラス棒３への単位時間あたりのガラス微粒子の衝突量が増大する結果、ガラス微粒子の堆積率が増大することとなる。
【００１６】
本発明の多孔質ガラス母材は、前記の多孔質ガラス母材製造装置を用いて行うことで好適に製造される。
【００１７】
計算された衝突比率が極大となるときの各因子、すなわち、バーナ４・５の形状、火炎ガス６・７の流量、反応容器２の形状、および反応容器２内でのバーナの配置位置の各因子どおりに作製した多孔質ガラス母材製造装置を用いると、ガラス微粒子の堆積率を高くすることができる。そのため、生産性よく多孔質ガラス母材が製造される。さらに浮遊ガラス微粒子の発生を抑制できるので、均質で高品質な多孔質ガラス母材を製造することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１には、ＯＶＤ法によって多孔質ガラス母材を製造する装置が示されている。以下、この装置を例にして本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１９】
ガラス微粒子の流れの算出は、計算機を用いて、流体解析ソフト  ＦＩＤＡＰ（ＦＬＵＥＮＯＮ社製の商品名）により行った。
【００２０】
先ず、図２に示すように、火炎ガス６が、開口部の直径ｄのバーナ４から、円柱状のガラス棒３の側面に垂直に、吹出している最も単純なモデルに基づき、ガラス微粒子の流れを算出した。
【００２１】
ガラス微粒子は、バーナ４から火炎ガス６と同じ速度で吹出す。火炎ガス６の流量を一定としバーナ４の直径ｄを変えることにより、火炎ガス６の流量をバーナ４の開口部の面積で除したガス線速度を順次２〜２０ｍ／ｓまで変化させつつ、ガラス微粒子の流れを算出した。
【００２２】
このとき、ガラス微粒子がガラス棒３へ温度勾配や静電気力により泳動しないと仮定してガラス微粒子の粒子速度を泳動速度で補正することなく、ガラス微粒子の流れを算出した。すると、ガラス微粒子の流れは破線に示すようにガラス棒３を迂回していた。
【００２３】
現実のガラス微粒子は、バーナ４からガラス棒３へ向かって吹出された後、温度勾配による熱泳動、または静電気引力による静電気泳動のためにガラス棒３へ引寄せられて付着するものである。そこで、ガラス微粒子の粒子速度を、温度勾配による熱泳動のためにガラス棒３へ引寄せられるとみなしてガラス微粒子の泳動速度ＶＴで補正して、ガラス微粒子の流れを算出し直した。
【００２４】
ガラス微粒子泳動速度ＶＴとは、熱泳動による場合、下記式(１)
ＶＴ＝−Ｋ（ν／Ｔ）▽Ｔ      ・・・(１)
（式(１)中、Ｋは比例定数、νは火炎ガス粘度、Ｔは火炎ガス温度、▽Ｔは温度勾配）で表されるものである。比例定数Ｋや温度勾配▽Ｔを正確に求めるのは容易ではないが、実験的方法により近似値として求めることができる。比例定数Ｋは０．５〜１．０の値であり、温度勾配▽Ｔは、約２５００℃／ｃｍである。
【００２５】
多孔質ガラス母材を製造するときの現実の火炎のガス粘度νと火炎のガス温度Ｔとを用いて求められるガラス微粒子泳動速度ＶＴは２０ｍｍ／ｓである。
【００２６】
バーナ４の開口部の直径ｄまたは火炎ガス流量を変えてガス線速度を２〜２０ｍ／ｓの範囲で変化させつつ、火炎ガス６と共に吹出すガラス微粒子の粒子速度についてガラス微粒子泳動速度ＶＴを用いて補正し、ガラス微粒子の流れを繰返し算出した。算出の結果、ガラス微粒子の流れの一部が、図２の実線に示すように、ガラス棒３に衝突していた。ガラス微粒子の流れの全量に対するガラス棒への衝突比率が極大となる火炎ガス流量、ガス線速、バーナの直径ｄを求めることができた。
【００２７】
次に図３に示すように、バーナ４・５を２本並列させたモデルに基づき、ガラス微粒子の流れを算出した。バーナ４・５間の間隔Ｌを種々変化させつつ、ガラス微粒子の流れを算出した。この間隔Ｌが狭まるにつれ、火炎ガス６・７同士が干渉する結果、火炎ガス６・７間にガラス微粒子の渦流を誘発していた。渦流を誘発せず、衝突比率が極大となる一層現実的な条件として、火炎ガス流量、ガス線速、バーナの直径ｄ、バーナの間隔Ｌを求めることができた。
【００２８】
次に、図１に示すように、ガラス棒３およびバーナ４・５を取り囲み両端を封鎖した筒状の反応容器２が、ガラス棒３に平行であって火炎ガス６・７の吹出し方向の延長上の排気管１１と容器２の棟上の排気管１２とを有したモデルに基づき、ガラス微粒子の流れを算出した。すなわち、反応容器２の形状や大きさ、反応容器２内でのバーナ４・５やガラス棒３の配置位置、排気速度を種々変化させて、ガラス微粒子の流れを算出した。このとき、ガラス微粒子が温度勾配のために反応容器２の天井面１３と側面１４との表面近傍で引寄せられるガラス微粒子泳動速度として０．１ｍｍ／ｓｅｃでガラス微粒子の粒子速度を補正して、ガラス微粒子の流れを算出した。衝突比率が極大となる、より一層現実的な条件として、火炎ガス流量、ガス線速、バーナの直径ｄ、バーナの間隔Ｌ、適切な反応容器の形状や大きさ、反応容器内でのバーナやガラス棒の配置位置、排気速度の各因子を求めることができた。この各因子どおりに多孔質ガラス母材製造装置を試作した。この装置を用いて、多孔質ガラス母材を製造したところ、ガラス微粒子の堆積効率が高くガラス微粒子凝集体の付着がない高品質な多孔質ガラス母材が得られた。
【００２９】
なお、反応容器２の底面１５に、外気を均等に吸気するためのフィルタを配置したものを用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の多孔質ガラス母材製造装置は、適切なバーナの火炎ガスの流量、バーナや反応容器の形状および、バーナの配置位置等を簡便に求めたものである。この多孔質ガラス母材製造装置を用いると、生産性よく多孔質ガラス母材を製造することができる。さらに浮遊ガラス微粒子の発生が抑制されるので、均質で高品質な多孔質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】本発明を適用する多孔質ガラス母材製造装置の実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図２】本発明を適用する多孔質ガラス母材製造装置の実施例を示す要部斜視図である。
【図３】本発明を適用する多孔質ガラス母材製造装置の実施例を示す別な要部斜視図である。
【符号の説明】
１は多孔質ガラス母材製造装置、２は反応容器、３はガラス棒、４・５はバーナ、６・７は火炎ガス、１１・１２は排気管、１３は天井面、１４は側面、１５は底面、ｄはバーナの開口部の径、Ｌはバーナ間の間隔である。
【図１】
0004427172.tif 000002
【図２】
0004427172.tif 000003
【図３】
0004427172.tif 000004