(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に吊り下げられた多孔質ガラス母材を加熱処理し、透明ガラス化を行う装置において、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと、多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部が加熱手段および周囲の高温体から受ける輻射熱量を低減するために、該接続部近傍に設けられた有底筒状の接続部遮熱部材であることを特徴とする遮熱筒。
【請求項２】
反応容器内に吊り下げられた多孔質ガラス母材を加熱処理し、透明ガラス化を行う装置において、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと、多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部が加熱手段および周囲の高温体から受ける輻射熱量を低減するために、該接続部近傍に設けられた筒状の接続部遮熱部材であり、該接続部遮熱部材が下部からの輻射熱を防ぐための遮熱板上に設けられていることを特徴とする遮熱筒。
【請求項３】
前記遮熱筒が、接続部近傍の周囲を取り囲むように設けられている請求項１又は２に記載の遮熱筒。
【請求項４】
前記遮熱筒の材質が、耐熱性、耐塩素性を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の遮熱筒。
【請求項５】
前記遮熱筒の材質が、表面をサンドブラスト処理された石英ガラスである請求項１乃至３のいずれかに記載の遮熱筒。
【請求項６】
前記遮熱筒の材質が、不透明石英ガラスである請求項１乃至３のいずれかに記載の遮熱筒。
【請求項７】
前記遮熱筒の材質が、Ｓｉ3Ｎ4である請求項１乃至３のいずれかに記載の遮熱筒。
【請求項８】
反応容器内に吊り下げられた多孔質ガラス母材を加熱処理し、透明ガラス化を行う装置であって、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部が加熱手段および周囲の高温体から受ける輻射熱量を低減するために、該接続部近傍に有底筒状の遮熱筒が設けられていることを特徴とするガラス母材の製造装置。
【請求項９】
反応容器内に吊り下げられた多孔質ガラス母材を加熱処理し、透明ガラス化を行う装置であって、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部が加熱手段および周囲の高温体から受ける輻射熱量を低減するために、該接続部近傍に遮熱筒が下部からの輻射熱を防ぐための遮熱板上に設けられていることを特徴とするガラス母材の製造装置。
【請求項１０】
請求項４乃至７のいずれかに記載の材質からなる遮熱筒が、接続部近傍に設けられている請求項８又は９に記載のガラス母材の製造装置。
【請求項１１】
前記遮熱筒が、接続部近傍の周囲を取り囲むように設けられている請求項８又は９に記載のガラス母材の製造装置。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれかに記載のガラス母材の製造装置を用いて製造することを特徴とする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、多孔質ガラス母材を反応容器内で加熱処理し、透明ガラス化を行ってガラス母材、特には、線引きして光ファイバを得るのに好適なガラス母材の製造に際して用いられる遮熱筒、これを備えたガラス母材の製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＡＤ法やＯＶＤ法による多孔質ガラス母材の製造は、ＳｉＣｌ4，ＧｅＣｌ4などの原料ガスを酸素・水素火炎中に供給して火炎加水分解反応により生成するガラス微粒子 (スート)をダミー棒もしくはコアとなる出発ターゲット棒に堆積させて多孔質ガラス母材（スート堆積体）を合成し、さらに１,５００℃程度の温度で脱水、透明ガラス化してガラス母材を得ている。
特に、光ファイバ用ガラス母材の合成は、透明ガラス化中、あるいは透明ガラス化処理に先立って、多孔質ガラス母材を塩素を含む脱水ガス雰囲気中で加熱することにより、光ファイバの伝送損失の要因となる水酸基を除去する脱水処理を行っている。
【０００３】
多孔質ガラス母材の透明ガラス化処理を、図４を用いて説明する。
多孔質ガラス母材１をシャフト２に接続部３で接続し、炉芯管４内にセットする。その後、回転モータ５により、シャフト２を介して多孔質ガラス母材１を回転させつつ引き下げ、加熱器６で加熱し、脱水、透明ガラス化を行う。このとき、ガス導入口７よりＨｅ，Ｃｌ2等の焼結ガスを供給し、排気口８より排気する。なお、ここでは多孔質ガラス母材１を引き下げつつ、多孔質ガラス母材１の下部から透明ガラス化する方法を示したが、多孔質ガラス母材１を加熱器６より下方に一旦降ろしてから、引き上げつつ多孔質ガラス母材１の上部からガラス化を行う方法もある。また、多孔質ガラス母材１の吊り下げ部は、多孔質ガラス母材製造時の石英ガラスからなるダミー棒もしくは出発ターゲット棒（以下、単に石英ロッドという）９が吊り下げ部材としての役割を担っている。
【０００４】
図５および図６に、多孔質ガラス母材上部の石英ロッド９とシャフト２との接続の例を示す。
図５は、石英ロッド９の上端部にくさび部１０を設け、シャフト２の下端部に取り付けられたシャフト管１１の中にくさび部１０を差し込み、シャフト管１１の側面にあけられた穴１２にピン１３を差し込むことで接続している。
図６の接続例は、石英ロッド９の上端に凸部１４を設け、シャフト２の下端に取り付けられた嵌合部材１５の嵌合部１６に、凸部１４を嵌め合わせるものである。
シャフト２、シャフト管１１および嵌合部材１５には、耐熱性、耐熱衝撃性、耐塩素性等が要求されるため、これらの特性を満たすＳｉ3Ｎ4が用いられることが多い。
【０００５】
透明ガラス化の進行にともない、接続部3が加熱器６およびその周囲の断熱材等の高温体に接近すると、接続部3の温度は上がり高くなる。Ｓｉ3Ｎ4と石英ガラスの熱膨張率を比較すると、Ｓｉ3Ｎ4の方が大きいため、接続部3が高温になると、図５の接続構成では、シャフト管１１がより大きく膨張し、くさび部１０は矢印１７の方向にずれ石英ロッド９が下がる。この後、透明ガラス化が終了して接続部３が高温体から遠ざけられ、接続部3の温度が下がると、シャフト管１１は収縮し、くさび部１０がピン１３とシャフト管１１の間で圧縮力を受け、くさび部１０やシャフト管１１、ピン１３等が破損する。このような現象を「焼きばめ」と称している。
【０００６】
図６の接続構成においても高温体への接近・離間があると、同様に焼きばめが起こり、凸部１４や嵌合部１６が破損する。これらの破損にともない、高温の多孔質ガラス母材（あるいは、透明ガラス化されたガラス母材）は落下し、炉芯管や加熱器等の破損を引き起こす。これは非常に危険であり、かつ製造コストを押し上げる。
従来、このような焼きばめによる事故を防ぐため、多孔質ガラス母材の上端から接続部までの距離を十分に離し、接続部が高温にならないようにしていた。
【０００７】
しかしながら、ＯＶＤ法で多孔質ガラス母材を合成しガラス化する場合、上記したように、シャフトとの接続部から、ガラス化される多孔質ガラス母材有効部の上端位置までの距離がかなり必要とされるため、図７（ａ）に示すように、チャック間距離１８に対してガラス化される多孔質ガラス母材１の有効部１９の長さが相対的に短くなるが、接続部３と有効部１９の上端位置までの距離２０を短くすることができれば、図７（ｂ）に示すように、チャック間距離１８を十分に活用してガラス微粒子堆積用バーナ２１の移動範囲を広げることができ、より長尺の多孔質ガラス母材１を合成してガラス化することができ、多孔質ガラス母材１の全長に対する有効部１９の比率が上がり、製品になり得ず廃棄処分されるテーパー部２２の比率を相対的に下げることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部の温度上昇を抑えることができ、接続部から多孔質ガラス母材の有効部までの距離を短くすることのできるガラス母材を得るのに好適な遮熱筒、これを備えたガラス母材の製造装置及び製造方法を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の遮熱筒は、反応容器内に吊り下げられた多孔質ガラス母材を加熱処理し、透明ガラス化を行う装置において、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと、多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部が加熱手段および周囲の高温体から受ける輻射熱量を低減するために、該接続部近傍に設けられた筒状の接続部遮熱部材であり、該遮熱筒は有底筒状のもの、あるいは無底で下部からの輻射熱を防ぐための遮熱板上に設けられていることを特徴としている。
なお、この遮熱筒は、耐熱性および耐塩素性を有する素材、例えば、表面をサンドブラスト処理された石英ガラス、不透明石英ガラス、Ｓｉ3Ｎ4等を用いて形成し、接続部近傍の周囲を取り囲むように設けるのが好ましい。
本発明のガラス母材の製造装置は、反応容器内に吊り下げられた多孔質ガラス母材を加熱処理し、透明ガラス化を行う装置であって、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部が加熱手段および周囲の高温体から受ける輻射熱量を低減するため、該接続部近傍に遮熱筒を備えたものであり、該遮熱筒は接続部を覆うように設けられる。なお、遮熱筒は有底筒状のものとするか、あるいは無底で下部からの輻射熱を防ぐための遮熱板上に設けてもよい。
本発明のガラス母材の製造方法は、このような製造装置を用いて製造するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３を用いて本発明のガラス母材の製造装置をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明のガラス母材の製造装置を示す概略断面図であり、多孔質ガラス母材１は炉心管４内にセットされ、遮熱筒２３が、多孔質ガラス母材上部の石英ロッド９とシャフト２との接続部３を覆うように設けられている。多孔質ガラス母材１は、回転モータ５によってシャフト２によって回転しつつ引き下げられ、加熱器６で加熱されて透明ガラス化が行われる。この間、ガス導入口７からＨｅ等の焼結ガスが供給され、排気口８から排気される。
【００１１】
遮熱筒２３は、石英ロッド９に形成された凸部２４上に、接続部３を覆うように装着される。このとき、凸部２４の上部に平面部を設け、遮熱筒２３と凸部２４の間に焼きばめが起こらないように装着するのが望ましい。遮熱筒２３は、接続部３が受ける、加熱器６やその周囲に配設された断熱材等の高温体による下方および側方からの輻射熱を遮るのに十分な大きさとする必要がある。
【００１２】
図２に示す態様は、石英ロッド９に形成された凸部２４上に遮熱板２５を配設し、この上に遮熱筒２３を設けたものであり、下方からの熱の多くは遮熱板２５で遮ぎられるため、さらに接続部３に対する遮熱性能が向上し、接続部への熱負荷が低減する。この場合、遮熱筒自体には、下方からの輻射熱を遮る手段を設けなくてもよい。遮熱筒２３と遮熱板２５の併用は、図１に示した遮熱筒２３のみを使用する態様よりもさらに有効である。
【００１３】
図３に、本発明の遮熱筒２３の構造の一例を示す。
多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとシャフトを接続した後、接続部を覆うように接続部近傍に、石英ロッドに設けられた凸部上に３面遮熱部品２６を装着し、これに１面遮熱部品２７を引っ掛けるようにして取り付ける。３面遮熱部品２６と１面遮熱部品２７との隙間を通って輻射熱が接続部近傍に到達しないように、１面遮熱部品２７には輻射熱漏入防止板２８が設けられている。遮熱筒２３の上方は開放され、内部に熱がこもらない構造になっている。
【００１４】
遮熱筒および遮熱板には、輻射熱遮蔽能が要求されるため、耐熱性、耐熱衝撃性、耐塩素性を有する材質のものが使用される。これらの要求を満たすものとしてＳｉ3Ｎ4が挙げられるが、Ｓｉ3Ｎ4は比較的高価な材質であり、これに代るものとして、不透明石英ガラスや、より安価なものとして石英ガラス表面にサンドブラスト処理を施したもの等を用いることもできる。
なお、遮熱筒は、接続部遮熱部材として設置されるものであり、その形状は接続部の周囲を取り囲むものであれば、円柱状、楕円柱状、角柱状のいずれであってもよい。また、遮熱筒の底部は有底とするが、遮熱板上に設置する場合は、無底のものであってもよい。
【００１５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例、比較例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではなく、様々な態様が可能である。
（実施例１）
ＯＶＤ法によって合成した直胴部の直径３５０ｍｍφ、長さ１,９００ｍｍ、シャフトとの接続部下端から直胴部上端までの距離が５００ｍｍの多孔質ガラス母材を、図５に示したくさび方式を用いて多孔質ガラス母材上部の石英ロッドと、回転自在に設けられたシャフトとを接続し、遮熱板および遮熱筒を装着して、図２に示すヒータ長４００ｍｍの加熱手段を有する装置を用いて透明ガラス化した。このようにして多孔質ガラス母材の直胴部上端が、ヒータ上端から２００ｍｍ下の位置まで来るようにして、２０本の多孔質ガラス母材の焼結、ガラス化を行ったが、焼きばめは起こらず、シャフト管、ピン、くさび部のいずれにも損傷はなかった。
【００１６】
（比較例１）
ＯＶＤ法によって合成した直胴部の直径３５０ｍｍφ、長さ１,９００ｍｍ、接続部下端から直胴部上端までの距離が５００ｍｍの多孔質ガラス母材を、図４に示すヒータ長４００ｍｍの加熱手段を有する装置を用い、遮熱板および遮熱筒を装着せずに、図５に示したくさび方式を用いて多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとシャフトとを接続し、焼結、ガラス化を行った。このとき、多孔質ガラス母材の直胴部上端が、ヒータ上端から１５０ｍｍ下の位置まで来たところで、焼きばめが起こり、シャフト管に亀裂が入った。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、多孔質ガラス母材とシャフトとの接続部を覆うように接続部近傍に有底の遮熱筒を設けたことにより、もしくは遮熱板上に遮熱筒を設けたことにより、ヒータや断熱材等から受ける輻射熱が低減し、接続部の温度上昇が抑制され、焼きばめは防止される。これにより、接続部から母材有効部上端までの距離を、従来よりも短くすることができる。その分、多孔質ガラス母材の有効長を長くすることができ、廃棄されるテーパー部の比率が相対的に減り、収率が向上し、生産性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のガラス母材の製造装置を示す概略縦断面図である。
【図２】  図１とは異なる態様のガラス母材の製造装置を示す概略縦断面図である。
【図３】  本発明の遮熱筒の構造の一例を示す概略斜視図である。
【図４】  多孔質ガラス母材の透明ガラス化処理を説明する概略縦断面図である。
【図５】  多孔質ガラス母材とシャフトとの接続例を示す部分概略縦断面図である。
【図６】  多孔質ガラス母材とシャフトとの接続例を示す部分概略縦断面図である。
【図７】  （ａ），（ｂ）は、多孔質ガラス母材の有効部の比率を説明する概略縦断面図である。
【符号の説明】
１．      多孔質ガラス母材
２．      シャフト
３．      接続部
４．      炉芯管
５．      回転モータ
６．      加熱器
７．      ガス導入口
８．      排気口
９．      石英ロッド
１０．      くさび部
１１．      シャフト管
１２．      穴
１３．      ピン
１４．      凸部
１５．      嵌合部材
１６．      嵌合部
１７．      矢印
１８．      チャック間距離
１９．      有効部
２０．      距離
２１．      ガラス微粒子堆積用バーナ
２２．      テーパー部
２３．      遮熱筒
２４．      凸部
２５．      遮熱板
２６．      ３面遮熱部品
２７．      １面遮熱部品
２８．      輻射熱漏入防止板
【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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【図７】
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