(57)【要約】【課題】製造コストや設備コストの増加を極力抑えつつガラス母材を確実に支持することが可能なガラス母材の支持構造およびガラス母材の製造方法を提供する。【解決手段】ガラス母材製造時に鉛直軸回りに回転される出発母材用支持棒１１の端部に軸方向と直交する方向に形成した係止孔３１へ支持ピン３３を挿入し、出発母材用支持棒１１の端部を支持ピン３３により支持するガラス母材の支持構造であって、支持ピン３３による出発母材用支持棒１１の軸方向の耐荷重は、軸方向および支持ピン３３の挿入方向の両者に対して直交する方向の耐荷重よりも大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス母材製造時に鉛直軸回りに回転される出発母材用支持棒の端部に軸方向と直交する方向に形成された係止孔へ支持ピンを挿入し、前記出発母材用支持棒の端部を前記支持ピンにより支持するガラス母材の支持構造であって、
前記支持ピンによる前記出発母材用支持棒の軸方向の耐荷重は、前記軸方向および前記支持ピン挿入方向の両者に対して直交する方向の耐荷重よりも大きいことを特徴とするガラス母材の支持構造。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス母材の支持構造であって、
前記支持ピンは、前記出発母材用支持棒の軸方向に沿って縦長の断面形状であることを特徴とするガラス母材の支持構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガラス母材の支持構造であって、
前記係止孔には、前記支持ピンが前記出発母材用支持棒の軸方向に沿って複数本並べて挿入されていることを特徴とするガラス母材の支持構造。
【請求項４】
請求項２または３に記載のガラス母材の支持構造であって、
前記支持ピンは、断面形状が長円であることを特徴とするガラス母材の支持構造。
【請求項５】
請求項２または３に記載のガラス母材の支持構造であって、
前記支持ピンは、断面円形状の棒材の両側部を削り取ることで縦長の断面形状とされていることを特徴とするガラス母材の支持構造。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載のガラス母材の支持構造により出発母材用支持棒を支持し、前記出発母材用支持棒の周囲にガラス微粒子を堆積させ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ等の母材となるガラス母材を支持するガラス母材の支持構造およびガラス母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光ファイバ用のガラス母材は、バーナからガラス原料ガス及び燃焼ガスを含むガスを噴き出してガラス微粒子を生成し、把持機構側の吊り下げ棒に支持されて鉛直軸回りに回転する出発母材にガラス微粒子を堆積させ、さらに脱水処理と焼結処理を施して透明化してガラス化することで製造される。吊り下げ棒と出発母材用支持棒とは、支持棒の端部に軸方向と直交する方向に形成された係止孔に支持ピンを挿通させることで連結させている（例えば、特許文献１〜４参照）。また、交差する２軸のピンで棒体同士を固定することも知られている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１６０６３６号公報
【特許文献２】特開平５−１９３９５７号公報
【特許文献３】特開平６−１５７０４８号公報
【特許文献４】特開平１０−２６５２３６号公報
【特許文献５】特開平５−１４７９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、ガラス母材の製造等においては、支持棒の端部に軸方向と直交する方向に形成された係止孔に支持ピンを挿通させることで、把持機構側の吊り下げ棒とガラス母材側の出発母材用支持棒とを連結させ、出発母材用支持棒を支持している。しかしながら、ガラス母材が重い場合などには、その連結部に負荷が大きく掛かるため、衝撃や振動などで支持ピンが折れて、ガラス母材が落下するおそれがある。
【０００５】
この場合、支持ピンを太くして強度を高めれば良いが、支持ピンを太くすると、ガラス製の支持棒に形成された係止孔も大きくしなければならなくなる。すると、係止孔の形成箇所における支持棒の水平面の断面積が減少して支持棒自体の強度が下がり、支持棒が破損してガラス母材が落下するおそれが生じてしまう。したがって、支持棒の強度低下を防ぐためには、標準径よりも大径の支持棒を用いなければならず、製造コストが嵩んでしまうことになる。また、標準径とは異なる径の支持棒を用いることになるため、全ての製造工程における設備側の改造も必要となり、そのための設備費も嵩んでしまう。
【０００６】
本発明の目的は、製造コストや設備コストの増加を極力抑えつつガラス母材を確実に支持することが可能なガラス母材の支持構造およびガラス母材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決することのできる本発明のガラス母材の支持構造は、ガラス母材製造時に鉛直軸回りに回転される出発母材用支持棒の端部に軸方向と直交する方向に形成された係止孔へ支持ピンを挿入し、前記出発母材用支持棒の端部を前記支持ピンにより支持するガラス母材の支持構造であって、
前記支持ピンによる前記出発母材用支持棒の軸方向の耐荷重は、前記軸方向および前記支持ピン挿入方向の両者に対して直交する方向の耐荷重よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
本発明のガラス母材の支持構造において、前記支持ピンは、前記出発母材用支持棒の軸方向に沿って縦長の断面形状であることが好ましい。
【０００９】
本発明のガラス母材の支持構造において、前記係止孔には、前記支持ピンが前記出発母材用支持棒の軸方向に沿って複数本並べて挿入されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のガラス母材の支持構造において、前記支持ピンは、断面形状が長円であることが好ましい。
【００１１】
本発明のガラス母材の支持構造において、前記支持ピンは、断面円形状の棒材の両側部を削り取ることで縦長の断面形状とされていることが好ましい。
【００１２】
本発明のガラス母材の製造方法は、上記何れかのガラス母材の支持構造により出発母材用支持棒を支持し、前記出発母材用支持棒の周囲にガラス微粒子を堆積させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、支持ピンによる軸方向の耐荷重を、軸方向および支持ピン挿入方向の両者に対して直交する方向の耐荷重よりも大きくすることで、支持箇所における支持強度を大幅に高めることができ、ガラス母材を確実かつ安全に支持することができる。
また、出発母材用支持棒の係止孔を大きくするなどによる出発母材用支持棒側の強度低下や、標準径よりも大径の出発母材用支持棒を用いるなどによる製造コスト及び設備費の嵩張りを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るガラス母材の支持構造で支持された出発母材用支持棒にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を製造する製造装置の概略構成図である。
【図２】吊り下げ棒に支持された出発母材用支持棒の支持構造の一例を示す図であって、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ異なる方向から見た側面図である。
【図３】出発母材用支持棒の支持箇所における側面図である。
【図４】出発母材用支持棒を支持する支持ピンの寸法を示す図であって、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ異なる寸法の支持ピンの正面図である。
【図５】変形例に係る支持ピンの断面図である。
【図６】他の実施形態に係る出発母材用支持棒の支持箇所における側面図である。
【図７】各種の支持ピンを用いた場合の引張試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るガラス母材の支持構造およびガラス母材の製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
まず、ガラスの製造方法の一例であるＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法によって、例えば、光ファイバの母材を製造する場合を説明する。
【００１６】
図１に示すように、ＶＡＤ法では、出発母材用支持棒１１を把持機構の吊り下げ棒１２に連結して反応容器１３内に吊り下げる。この状態で、吊り下げ棒１２を軸回りに回転させることで出発母材用支持棒１１も軸回りに回転させ、この出発母材用支持棒１１へバーナ１４により生成したガラス微粒子を吹き付け、ガラス微粒子堆積体（ガラス母材）１５を製造する。バーナ１４は、ガラス原料ガスと可燃性ガス及び助燃性ガスとから火炎加水分解反応によってガラス微粒子を生成する。
【００１７】
そして、このようにして製造したガラス微粒子堆積体１５は、脱水処理や焼結処理を施すことで透明化され、その後、延伸工程等が適宜施されて、光ファイバ用のガラス母材となる。
【００１８】
次に、出発母材用支持棒１１を吊り下げ棒１２に支持させることで、ガラス微粒子堆積体１５を支持する支持構造について説明する。
【００１９】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、出発母材用支持棒１１は、製造装置や搬送装置などの把持機構の吊り下げ棒１２と連結される連結部２１と、ターゲットとなる種棒部２２とを有している。これらの連結部２１及び種棒部２２は、いずれも石英ガラスから形成されており、連結部２１の下方に、円柱状に形成された種棒部２２が一体に設けられている。
【００２０】
出発母材用支持棒１１の連結部２１には、軸方向と直交する水平方向に係止孔３１が形成されている。この係止孔３１は、出発母材用支持棒１１を吊り下げ棒１２に支持させるための孔である。この係止孔３１には、支持ピン３３が挿通されており、この支持ピン３３の両端は、係止孔３１から突出され、吊り下げ棒１２に形成された係止部３５に掛けられている。これにより、出発母材用支持棒１１が、支持ピン３３によって吊り下げ棒１２に支持されて吊り下げられる。
【００２１】
このように、出発母材用支持棒１１を吊り下げて支持することで、この出発用支持棒１１に対するガラス微粒子の堆積、形成したガラス微粒子堆積体１５を透明ガラス化するための脱水や焼結、あるいは透明化したガラス母材からの光ファイバの線引きなどが行われる。なお、出発母材用支持棒１１へガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体１５を製造する方式としては、ＶＡＤ法のコア付けに限らず、ジャケット付け（クラッド部分の形成）やＯＶＤ（Outside Vapor Phase Deposition）法などの他の製法でも良い。
【００２２】
図３に示すように、係止孔３１は、出発母材用支持棒１１の軸方向に沿って縦長の断面形状とされている。また、この係止孔３１に挿入される支持ピン３３も、出発母材用支持棒１１の軸方向に沿う断面形状が縦長形状とされている。具体的には、これらの係止孔３１及び支持ピン３３は、断面形状が長円とされている。
【００２３】
支持ピン３３の断面における具体的な寸法としては、例えば、図４（ａ）に示すように、幅寸法６ｍｍ、高さ寸法１０ｍｍ、上下の円弧の半径３ｍｍ程度とするのが良い。また、図４（ｂ）に示すように、幅寸法６ｍｍ、高さ寸法１２ｍｍ、上下の円弧の半径３ｍｍ程度として図４（ａ）よりも高さ寸法を大きくしても良く、このようにすれば、より強度が高められる。
【００２４】
この支持ピン３３は、カーボン、金属あるいはセラミック（ガラスを含む）等から形成されている。カーボンとしては、黒鉛を炭素繊維により補強したものを用いることが好ましい。このようなカーボンを用いた場合、軽量で、しかも強度、弾性及び耐熱性（耐熱温度約２０００℃以上）に優れた支持ピン３３とすることができる。なお、支持ピン３３の材料に金属を用いた場合には、高強度にはできるが、ガラス母材に品質上の悪影響を与えるおそれがある。
【００２５】
また、吊り下げ棒１２の係止部３５には、断面円弧状に形成された溝部３５ａが形成されており、この溝部３５ａに、支持ピン３３の下部が配置されて係合されている。このように、係止部３５に断面円弧状の溝部３５ａを形成すれば、この溝部３５ａ内で支持ピン３３が円弧の中心を軸として揺動調整が可能となり、出発母材用支持棒１１が確実に鉛直に吊り下げられて支持されることとなる。
【００２６】
また、支持ピン３３は、断面形状が長円であるので、下部の形状が円弧状に突出した形状とされている。この支持ピン３３を溝部３５ａに係合させると、支持ピン３３が溝部３５ａにがたつきなく配置される。
【００２７】
このように、出発母材用支持棒１１の軸方向に沿って縦長の断面形状である支持ピン３３を用いた上記実施形態に係るガラス母材の支持構造によれば、支持ピン３３による出発母材用支持棒１１の軸方向の耐荷重は、軸方向および支持ピン３３の挿入方向の両者に対して直交する方向（すなわち水平方向）の耐荷重よりも大きい。したがって、出発母材用支持棒１１の軸方向に直交する水平面の断面積を減らすことなく、支持ピン３３の鉛直方向の断面積を増やし、支持箇所における支持強度を大幅に高めることができ、ガラス微粒子堆積体１５などのガラス母材を確実かつ安全に支持することができる。
【００２８】
また、出発母材用支持棒１１の係止孔３１を大きくするなどによる出発母材用支持棒１１側の強度低下が生じない。また、標準径よりも大径の出発母材用支持棒１１を用いることによる製造コスト及び設備コストの増加を抑えることができる。
【００２９】
なお、支持ピン３３の断面形状は、出発母材用支持棒１１の軸方向に沿って縦長の断面形状であれば長円に限らず、楕円形状や矩形状などであっても良い。
【００３０】
また、図５に示すように、支持ピン３３は、当初は断面円形状であった棒材の両側部を削り取ることで、縦長の断面形状としても良い。この支持ピン３３によれば、断面円形状の棒材の両側部を切削するだけの容易な加工で、高強度な支持ピン３３とすることができる。
【００３１】
次に、他の実施形態に係るガラス母材の支持構造について説明する。
図６に示すように、他の実施形態に係るガラス母材の支持構造では、複数本（本例では２本）の支持ピン３３を用い、これらの支持ピン３３を出発母材用支持棒１１の断面長円形状の係止孔３１へ挿入し、出発母材用支持棒１１の軸方向に沿って縦に並べる。
【００３２】
この他の実施形態に係るガラス母材の支持構造によれば、出発母材用支持棒１１の係止孔３１に、複数本の支持ピン３３を出発母材用支持棒１１の軸方向に沿って並べて挿入することで、出発母材用支持棒１１の軸方向に直交する水平面の断面積を減らすことなく、支持ピン３３の鉛直方向に沿う合計断面積を増やすことができる。そして、図３に示した形態と同様に、支持箇所における支持強度を大幅に高めることができ、ガラス微粒子堆積体１５などのガラス母材を確実かつ安全に支持することができる。
【００３３】
特に、この実施形態に係るガラス母材の支持構造では、支持ピン３３の形状を断面円形状にすることが好ましい。断面円形状の支持ピン３３は、加工が容易で安価に製造することができるので、特殊な形状の支持ピンを用いる場合と比較して、設備費の増加を抑えやすくなる。なお、図４および図５に示したような形状の支持ピンを複数本用いて、係止孔３１へ水平に挿入し、出発母材用支持棒１１の軸方向に沿って縦に並べるようにすることもできる。
【実施例】
【００３４】
（１）引張試験
下端側を固定したガラス製の出発母材支持棒の係止孔へ支持ピンを水平に挿入し、支持ピンの両端を支持した吊り下げ棒側を引き上げ、支持ピンの破断荷重を測定した。なお、出発母材支持棒の連結部の直径は３０ｍｍのものを用いた。引張試験は、各試料につき１０回行い、その平均値を求めた。
【００３５】
（２）試料
（比較例）
直径６ｍｍ、断面積２８．３ｍｍ２の断面円形状のカーボン製の支持ピンを用いた。
（実施例１）
幅寸法６ｍｍ、高さ寸法１０ｍｍ、上下の円弧の半径３ｍｍ、断面積５２．３ｍｍ２の断面形状が長円のカーボン製の支持ピン（図４（ａ）参照）を用いた。
（実施例２）
幅寸法６ｍｍ、高さ寸法１２ｍｍ、上下の円弧の半径３ｍｍ、断面積６４．３ｍｍ２の断面形状が長円のカーボン製の支持ピン（図４（ｂ）参照）を用いた。
（実施例３）
直径６ｍｍの断面円形状の２本のカーボン製の支持ピンを縦並びに配列し、合計断面積を５６．５ｍｍ２とした。
【００３６】
（３）試験結果
各試料の平均破断荷重の結果を、図７及び表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
図７及び表１に示すように、従来の直径６ｍｍの支持ピン１本を用いた比較例では平均破断荷重が４０ｋｇであった。これに対して、縦長の断面形状の支持ピンを用いた実施例１では平均破断荷重が７４ｋｇ、実施例１よりさらに縦長の断面形状の支持ピンを用いた実施例２では平均破断荷重が９１ｋｇであり、比較例と比べて１．８倍から２．３倍の強度を持たせることができた。また、従来の直径６ｍｍの支持ピンを縦方向に２本並べた実施例３では平均破断荷重が６６ｋｇであり、比較例と比べて１．７倍の強度を持たせることができた。
【００３９】
このように、実施例１，２のように、出発母材用支持棒の軸方向に沿って縦長の断面形状の支持ピンを用いることで支持強度を大幅に高めることができた。特に、実施例２のように、高さ寸法を大きくすることで支持強度の向上を容易に図ることができた。また、実施例３のように、複数本の断面円形状の支持ピンを縦並びに配列しても十分に支持強度を高めることができた。
【符号の説明】
【００４０】
１１：出発母材用支持棒、１５：ガラス微粒子堆積体（ガラス母材）、３１：係止孔、３３：支持ピン
【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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