(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム単体に塩素ガスを反応させて塩化アルミニウムガスを生成させる塩化アルミニウムガスの製造方法において、
アルミニウム単体および塩素ガスを反応させた際の反応温度と、生成される塩化アルミニウムガスの生成量との関係を示すデータを予め測定して制御部に記憶させ、
塩化アルミニウムガスの製造時に前記データを参照し、反応温度が一定となるように反応系に供給する塩素ガスの流量を調整することで、塩化アルミニウムガスの生成量を一定に保つことを特徴とする塩化アルミニウムガスの製造方法。
【請求項２】
アルミニウム単体を収め、塩素ガスとの反応により塩化アルミニウムガスを生成する反応槽と、
この反応槽に塩素ガスを供給する塩素ガス供給源と、
この塩素ガス供給源からの塩素ガスの流量を調整する流量調整部と、
予め測定した、アルミニウム単体および塩素ガスを反応させた際の反応温度と、生成される塩化アルミニウムガスの生成量との関係を示すデータを記憶するとともに、塩化アルミニウムガスの製造時に測定した前記反応槽内の反応温度と前記データとを参照し、前記流量調整部における塩素ガスの流量を調整する信号を流量調整部に送り、前記反応槽内の反応温度が一定となるように塩素ガスの流量を調整して、塩化アルミニウムガスの生成量を一定に保つ制御部と、
を備えたことを特徴とする塩化アルミニウムガスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、塩化アルミニウムガス（ＡｌＣｌ3）の製造方法及びその製造装置に関し、塩化アルミニウムガスの発生量を経時的に一定とすることができるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光増幅用光ファイバ、光グレーティング用光ファイバなどの一部の光ファイバには、その特性向上のために、そのコアあるいはコアとクラッドの一部にアルミニウム（酸化アルミニウム）をドープすることが広く行われている。
【０００３】
このようなアルミニウムのドープの方法には、大別して２つの方法が知られている。１つは、ＶＡＤ法などのガラス合成法で得られた多孔質プリフォームを塩化アルミニウム溶液に浸漬して、多孔質プリフォームに塩化アルミニウムを含浸し、これを乾燥し、透明ガラス化してガラス母材とするものである。
【０００４】
２番目のものは、金属アルミニウムのブロックなどのアルミニウム単体に塩素ガスを接触、反応せしめて塩化アルミニウムガスを生成し、この塩化アルミニウムガスを他のテトラクロロシラン、テトラクロロゲルマンなどのガラス原料ガスとともにガラス合成用バーナーに送ってＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法などによりアルミニウムをドープした多孔質プリフォームを作製し、これを透明ガラス化してガラス母材とするものである。
【０００５】
このアルミニウム単体に塩素ガスを接触、反応させて塩化アルミニウムガスを生成させるための塩化アルミニウムガス製造装置としては、例えば図６に示すようなものがある。
図６において、符号１は反応槽を示す。この反応槽１は、ステンレス鋼などの耐食性、耐熱性の材料からなる反応器であって、その内部にはブロック状、棒状板状などの金属アルミニウムＭの単体の一定量が収められるようになっている。
【０００６】
この反応槽１には、塩素ガスをその内部に送り込むための塩素ガス供給管２の一端が接続され、その他端は塩素ガスボンベなどの塩素ガス供給装置３に接続されている。この塩素ガス供給管２には、マスフローコントローラ４が設けられ、塩素ガス供給源３から反応槽１に供給される塩素ガスの流量を調整するようになっている。
【０００７】
また、反応槽１には、塩化アルミニウムガス送出管５の一端が接続され、他端は図示しないガラス合成装置に接続され、反応槽１で生成された塩化アルミニウムガスがガラス合成装置に送り出されるようになっている。
【０００８】
この塩化アルミニウムガス製造装置では、反応槽１内に所定量のアルミニウム単体を収め、塩素ガス供給装置３からの塩素ガスをマスフローコントローラ４で一定流量に調整したうえ、反応槽１に塩素ガス供給管２を経て送り込む。反応槽１内では、アルミニウム単体と送り込まれた塩素ガスが反応し、塩化アルミニウムが生成し、この時の反応熱で気化して塩化アルミニウムガスとなり、この塩化アルミニウムガスは塩化アルミニウムガス送出管５からガラス合成装置に送り出される。
【０００９】
この反応の際、発生する塩化アルミニウムガス量は、各種の要因、例えば、反応温度、塩素ガスの供給量、塩素ガスの反応槽１内での拡散状態、アルミニウム単体の反応に関与する表面積等によって左右され、供給する塩素ガス量をマスフローコントローラ４で一定に制御しても、塩化アルミニウムガス送出管５から送り出される塩化アルミニウムガス量を一定とすることが困難であった。
【００１０】
この問題を解決するため、塩化アルミニウムガス送出管５に新たにマスフローコントローラを取り付け、反応槽１から送り出される塩化アルミニウムガスの流量を一定とすることが考えられる。
しかしながら、現在塩化アルミニウムガス用のマスフローコントローラは、塩化アルミニウムガスが安定ではなく凝固しやすいなどの理由により、製造されておらず、この手段を採用することはできない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明が解決しようとする課題は、アルミニウム単体と塩素ガスとを反応させて塩化アルミニウムガスを生成せしめて塩化アルミニウムガスを製造する際、一定流量の塩化アルミニウムガスを生成し、製造することができるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、アルミニウム単体に塩素ガスを反応させて塩化アルミニウムガスを生成させる塩化アルミニウムガスの製造方法において、アルミニウム単体および塩素ガスを反応させた際の反応温度と、生成される塩化アルミニウムガスの生成量との関係を示すデータを予め測定して制御部に記憶させ、塩化アルミニウムガスの製造時に前記データを参照し、反応温度が一定となるように反応系に供給する塩素ガスの流量を調整することで、塩化アルミニウムガスの生成量を一定に保つことを特徴とする塩化アルミニウムガスの製造方法である。
【００１３】
請求項２にかかる発明は、アルミニウム単体を収め、塩素ガスとの反応により塩化アルミニウムガスを生成する反応槽と、この反応槽に塩素ガスを供給する塩素ガス供給源と、この塩素ガス供給源からの塩素ガスの流量を調整する流量調整部と、予め測定した、アルミニウム単体および塩素ガスを反応させた際の反応温度と、生成される塩化アルミニウムガスの生成量との関係を示すデータを記憶するとともに、塩化アルミニウムガスの製造時に測定した前記反応槽内の反応温度と前記データとを参照し、前記流量調整部における塩素ガスの流量を調整する信号を流量調整部に送り、前記反応槽内の反応温度が一定となるように塩素ガスの流量を調整して、塩化アルミニウムガスの生成量を一定に保つ制御部と、を備えたことを特徴とする塩化アルミニウムガスの製造装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明の塩化アルミニウムガスの製造装置の一例を示すもので、図６に示した従来の塩化アルミニウムガスの製造装置と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１５】
この例の塩化アルミニウムガス製造装置では、反応槽１内の反応温度を測定し、この反応温度に基づいて塩素ガスの供給量を調整する制御信号を発生してマスフローコントローラ（流量調整部）４に送る制御部６が設けられている。
この制御部６は、温度センサー７と制御部本体８とから構成されている。
【００１６】
温度センサー７は、反応槽１内に設置され、反応槽１内の反応温度を計測するもので、この測定温度信号は温度センサー７から制御部本体８に送られる。制御部本体８は、予め設定された温度と測定反応温度とを比較し、その差分に応じて塩素ガスの増減量を算出し、この増減量の信号をマスフローコントローラ４に送り出す演算処理部を有するものである。
【００１７】
そして、温度センサー７から反応温度信号が制御部本体８に入力されると、この反応温度に応じた塩素ガス増減信号が制御部本体８で演算処理され、制御部本体８から出力されて、マスフローコントローラ４に送られ、マスフローコントローラ４は、この信号に応じて塩素ガス供給管２を流れる塩素ガスの流量を増減して調整することになる。
【００１８】
このような塩化アルミニウムガスの製造装置においては、反応槽１内の反応温度を検知し、この反応温度に基づいて反応槽１内に供給する塩素ガス量を調整することで反応槽１で上述の種々の変動要因があっても一定量の塩化アルミニウムガスが発生するようになる。
【００１９】
図２は、本発明者の予備的な実験によって得られた反応温度と塩化アルミニウムガス発生量の関係を示すグラフである。このグラフより、反応温度と塩化アルミニウムガス発生量との間には強い相関関係があることがわかり、反応温度を一定とすれば塩化アルミニウムガス発生量を一定とすることができることがわかる。
【００２０】
そして、反応温度は、反応槽１内に供給する塩素ガス量で制御でき、例えば反応槽１内のアルミニウム単体が反応につれて減少し、これに起因して反応率が低下して反応熱が減少し、これにより反応温度が低下した場合には、塩素ガス供給量を増加して反応率を高めて反応熱を増加せしめ、これにより反応温度を高めることができる。
【００２１】
したがって、反応槽１内の反応温度を常時監視し、この反応温度が一定になるように制御部６で塩素ガスの供給量を増加、減少して調整することで常に一定温度でアルミニウム単体と塩素ガスとの反応が行われ、一定量の塩化アルミニウムガスが発生し、ガラス製造装置に供給されることになる。
【００２２】
この関係を裏付けるため、反応槽１に所定量のアルミニウムブロックＭを収め、この反応槽１に塩素ガス供給管２から塩素ガスを供給し、反応槽１内の反応温度を制御部６で測定し、この測定温度が一定になるように制御部６で塩素ガス供給量を調整しつつ、塩化アルミニウムガスを製造した際、反応開始から９時間の間、反応温度、塩素ガス供給量、塩化アルミニウムガス発生量の変動を計測したところ、図３に示すような結果が得られた。
【００２３】
このグラフから、反応の進行に伴ってアルミニウムブロックが消費され、その量が減少して反応率が低下していくが、塩素ガス供給量を増加させていくことで、反応率の低下を抑えることができ、アルミニウムと塩素との反応温度を一定に保つことができ、７時間にわたって一定量の塩化アルミニウムガスが生成されることがわかる。
【００２４】
つぎに、この塩化アルミニウムガス製造装置を用いて、アルミニウムドープ石英ガラスのガラス母材を製造した具体例を示す。
（例１）
図１に示す本発明の塩化アルミニウムガス製造装置を使用し、その塩化アルミニウムガス送出管５をＶＡＤ法によるガラス合成装置に接続して、ＧｅＯ2−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3スートプリフォームを作製し、このスートプリフォームに液浸法によりエルビウム（Ｅｒ）をドープした。
【００２５】
その後、塩素含有ガス雰囲気で脱水処理した後、約１４００℃のヘリウム雰囲気中で透明ガラス化し、Ｅｒ添加Ａｌ2Ｏ3−ＧｅＯ2−ＳｉＯ2のエルビウム添加光ファイバのコア用ガラスロッドとした。このガラスロッドの中心部のアルミニウム添加濃度は４ｗｔ％、比屈折率差は＋１．３％であり、その比屈折率差のロッドの長手方向の変化は、図４中の実線に示したように安定していた。
【００２６】
この結果は、スートプリフォーム合成中において、その開始から終了するまで一定量の塩化アルミニウムガスが塩化アルミニウムガス製造装置からＶＤＡ法によるガラス合成装置に供給されていたことを示すものである。
【００２７】
（例２）
図１に示す本発明の塩化アルミニウムガス製造装置を使用し、その塩化アルミニウムガス送出管５をＭＣＶＤ法によるガラス合成装置に接続して、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3ガラスロッドを作製した。
【００２８】
このガラスロッドの中心部のアルミニウム添加量は８ｗｔ％、比屈折率差は＋０．９％であり、その比屈折率差のガラスロッドの長手方向の変化は、図５中の実線で示すように安定していた。この結果は、塩化アルミニウムガス製造装置からガラス合成装置に安定して塩化アルミニウムガスが供給されたことを示すものである。
【００２９】
（例３）
図６に示す従来の塩化アルミニウムガス製造装置を使用し、その塩化アルミニウムガス送出管５をＶＡＤ法によるガラス合成装置に接続して、ＧｅＯ2−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3スートプリフォームを作製し、このスートプリフォームに液浸法によりＥｒをドープした。
【００３０】
その後、塩素含有ガス雰囲気で脱水処理した後、約１４００℃のヘリウム雰囲気中で透明ガラス化し、Ｅｒ添加Ａｌ2Ｏ3−ＧｅＯ2−ＳｉＯ2のエルビウム添加光ファイバのコア用ガラスロッドとした。ガス流量、温度等製造条件は、例１と全く同じ条件とした。このガラスロッドの中心部のアルミニウム添加濃度は３．２ｗｔ％、比屈折率差は＋１．０％であり、その比屈折率差のロッドの長手方向の変化は、図４中の破線に示したように変動があり、特にロッド作製終端にかけてその変動が激しかった。
【００３１】
この結果は、スートプリフォーム合成中において、その開始から終了するまで一定量の塩化アルミニウムガスが塩化アルミニウムガス製造装置からＶＤＡ法によるガラス合成装置に安定して供給されてなかったことを示すものである。
【００３２】
（例４）
図に示す従来の塩化アルミニウムガス製造装置を使用し、その塩化アルミニウムガス送出管５をＭＣＶＤ法によるガラス合成装置に接続して、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3ガラスロッドを作製した。ガス流量、温度等製造条件は、例１と全く同じ条件とした。
【００３３】
このガラスロッドの中心部のアルミニウム添加量は７．５ｗｔ％、比屈折率差は＋０．８％であり、その比屈折率差のガラスロッドの長手方向の変化は、図５中の破線で示すように不安定であり、ロッドの径方向の中心にかけて屈折率が下がってしまった。この結果は、塩化アルミニウムガス製造装置からガラス合成装置に安定して塩化アルミニウムガスが供給されなかったことを示すものである。
【００３４】
このように、本発明の塩化アルミニウムガス製造装置で得られた塩化アルミニウムガスを使用して合成したアルミニウムドープ石英ガラスのガラス母材は、そのアルミニウムドープ量が均一であることがわかり、これからもガラス合成系に供給される塩化アルミニウムガスの量が一定で、この製造装置で生成された塩化アルミニウムガス量が常に一定であることが証明される。
【００３５】
本発明の塩化アルミニウムガスの製造方法および製造装置は、上述のアルミニウムドープガラスの合成に用いられるだけではなく、塩化アルミニウムガスを使用する種々の用途、例えば化学合成などにも広く使用できることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の塩化アルミニウムガスの製造方法および製造装置によれば、塩化アルミニウムガスの生成量を常に一定量とすることができる。このため、例えば、この装置からの塩化アルミニウムガスを用いて合成されたアルミニウムドープガラスは、アルミニウムのドープ量が均一となり、このガラスから製造される光ファイバは安定した特性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の塩化アルミニウムガスの製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】アルミニウムと塩素ガスとの反応時における反応温度と塩化アルミニウムガスの発生量との関係をしめすグラフである。
【図３】反応温度と塩素ガス供給量と塩化アルミニウムガス発生量の時間変化を示すグラフである。
【図４】本発明および従来の塩化アルミニウムガス製造装置で製造された塩化アルミニウムガスを用いてＶＡＤ法により合成したガラス母材の比屈折率の変動を示すグラフである。
【図５】本発明および従来の塩化アルミニウムガス製造装置で製造された塩化アルミニウムガスを用いてＭＣＶＤ法により合成したガラス母材の比屈折率の変動を示すグラフである。
【図６】従来の塩化アルミニウムガス製造装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・反応槽、２・・・塩素ガス供給管、３・・・塩素ガス供給源、４・・・マスフローコントローラ４、５・・・塩化アルミニウムガス送出管、６・・・制御部、７・・・温度センサー、８・・・制御部本体
【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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