(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相合成法により合成したガラス微粒子堆積体を加熱炉に鉛直方向に挿入し、真空又は減圧雰囲気中で透明化温度より低い温度で加熱して、前記ガラス微粒子体に残留するガスを除去するとともに加熱収縮させる第１の加熱工程と、透明化温度で加熱して前記ガラス微粒子体を透明化させる第２の加熱工程とを有し、前記第２の加熱工程がガラス微粒子堆積体表面の温度が１４００〜１４８０℃となるように制御して７０分以上の所定の時間加熱し、第２の加熱工程の後にガラス物品を冷却する冷却工程を有することを特徴とする長さが１０００ｍｍ以上のガラス物品の製造方法。
【請求項２】
前記第１の加熱工程が１０００〜１３００℃で１０Ｐａ以下の所定の真空度になるまで前記ガスの除去を行う脱気工程を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラス物品の製造方法。
【請求項３】
前記第１の加熱工程が１０００〜１３００℃で１０Ｐａ以下の所定の真空度になるまでガスの除去を行う脱気工程と、１０Ｐａ以下の所定の真空度において１３００〜１４００℃で加熱する加熱収縮処理工程とからなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラス物品の製造方法。
【請求項４】
前記加熱炉は、長手方向の複数部分に対応してそれぞれ独立に制御されたヒータを備え、前記ガラス微粒子堆積体の温度を長手方向の複数部分に分けて制御することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラス物品の製造方法。
【請求項５】
前記ヒータと前記ガラス微粒子堆積体とを隔離する炉心管の温度を測定し、その温度に基づいて各加熱工程の温度を制御することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラス物品の製造方法。
【請求項６】
前記ガラス微粒子堆積体は透明ガラスロッドとその周囲に形成された多孔質ガラス部分からなる複合母材であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラス物品の製造方法。
【請求項７】
前記第２の加熱工程において、前記ガラス微粒子堆積体表面の温度を上方から下方へ向かって連続的又は段階的に高くすることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラス物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高品質な大型のガラス物品及びその製造方法に関する。特に、長尺かつ外径のばらつきの小さい光ファイバ用ガラス母材及びその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトマスク用ガラス母材、光ファイバ用ガラス母材等のガラス物品は、気相軸付法（ＶＡＤ法）あるいは外付法（ＯＶＤ法）等の気相合成法により合成されたガラス微粒子堆積体を、加熱炉中で真空あるいは減圧雰囲気下で高温加熱処理し、透明化して製造される。高品質のガラス物品を得るためには、ガラス母材中への気泡の残留を極力無くし、かつ、その母材の外径を均一とすることが必要である。そのための方法として、加熱透明化工程を３工程に分け、それぞれの工程の温度を適切に制御する方法が提案されている（特開平６−２５６０３５号公報）。
【０００３】
この方法は、加熱処理中にガラス微粒子堆積体に残留するガスを除去する第１の加熱工程、前記第１の加熱工程の加熱温度より高く、前記堆積体の透明化温度より低い温度で加熱収縮させる第２の加熱工程、及び前記透明化温度で前記堆積体を透明化させる第３の加熱工程を含むことを特徴としている。また、この方法の第２の加熱工程において、ガラス微粒子堆積体を加熱する発熱体を上下方向に多段に分割しそれぞれ独立に温度を制御できるようにしている。下部の発熱体の温度が上部の発熱体の温度以上になるように設定することにより、ガラス物品の長手方向の外径変動を小さくする効果がある。近年、大量生産の必要性や製造工程の効率化の観点から、大型のガラス微粒子堆積体を使用して、長さが１０００ｍｍ以上かつ品質のすぐれた（気泡の残留がなく、外径の長手方向の変動が小さい）光ファイバ母材の製造方法の確立が望まれている。
【０００４】
本発明者らは、自重の影響が大きくなる長さ１０００ｍｍ以上の光ファイバ用ガラス母材では、前記第３の加熱工程のような高温（１４９０〜１６００℃）での加熱処理を行うと、外径の長手方向の変動が大きいという問題に気づいた。
また、本発明者らは、透明化温度が１４９０℃より低い温度の場合は、加熱時間が１時間以下であると、前記堆積体の透明化が難しく、前記堆積体の両端部に焼きのこし（完全に透明化されていない部分）ができるという問題に気づいた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、大型のガラス微粒子堆積体から長手方向に外径が安定した大型の高品質のガラス物品を得ることができる製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、気相合成法により合成したガラス微粒子堆積体を加熱炉に鉛直方向に挿入し、真空又は減圧雰囲気中で透明化温度より低い温度で加熱して、前記ガラス微粒子体に残留するガスを除去するとともに加熱収縮させる第１の加熱工程と、透明化温度で加熱して前記ガラス微粒子体を透明化させる第２の加熱工程とを有し、前記第２の加熱工程がガラス微粒子堆積体表面の温度が１４００〜１４８０℃となるように制御して７０分以上の所定の時間加熱し、第２の加熱工程の後にガラス物品を冷却する冷却工程を有する長さが１０００ｍｍ以上のガラス物品の製造方法に関する。
【０００７】
第２の発明は、前記第１の加熱工程が１０００〜１３００℃で１０Ｐａ以下の所定の真空度になるまで前記ガスの除去を行う脱気工程を有する第１の発明のガラス物品の製造方法に関する。
【０００８】
第３の発明は、前記第１の加熱工程が１０００〜１３００℃で１０Ｐａ以下の所定の真空度になるまでガスの除去を行う脱気工程と、１０Ｐａ以下の所定の真空度において１３００〜１４００℃で加熱する加熱収縮処理工程とからなる第１の発明のガラス物品の製造方法に関する。
【０００９】
第４の発明は、前記加熱炉は、長手方向の複数部分に対応してそれぞれ独立に制御されたヒータを備え、前記ガラス微粒子堆積体の温度を長手方向の複数部分に分けて制御する第１の発明のガラス物品の製造方法に関する。
【００１０】
第５の発明は、前記各加熱工程において、前記ヒータと前記ガラス微粒子堆積体とを隔離する炉心管の温度を測定し、その温度に基づいて各加熱工程の温度を制御する第１の発明のガラス物品の製造方法に関する。
【００１１】
第６の発明は、前記ガラス微粒子堆積体は透明ガラスロッドとその周囲に形成された多孔質ガラス部分からなる複合母材である第１の発明のガラス物品の製造方法に関する。
【００１２】
第７の発明は、前記第２の加熱工程において、前記ガラス微粒子堆積体表面の温度を上方から下方へ向かって連続的又は段階的に高くする第１の発明のガラス物品の製造方法に関する。
【００１３】
本発明の方法によれば、大型のガラス微粒子堆積体から、長さが１０００ｍｍ以上であり、外径の長手方向の変動が外径の長手方向の中央値に対して±２％以内という光ファイバ母材を容易に製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ＶＡＤ法あるいはＯＶＤ法などの気相合成法で得られたガラス微粒子堆積体は、第１の加熱工程において、真空又は減圧雰囲気中で、該堆積体に残留するガスの除去と該堆積体の加熱収縮処理を施される。この工程においては、１０００〜１３００℃の温度で１０Ｐａ以下の所定の真空度になるまでガスの除去を行い、その後に１０Ｐａ以下の所定の真空度で１３００〜１４００℃の温度で加熱収縮処理を行うことが好ましい。
【００１５】
前記第１の加熱工程後のガラス微粒子堆積体は、第２の加熱工程において、１４００〜１４８０℃の温度範囲で７０分以上加熱し、透明化される。加熱温度は、１４００〜１４８０℃と従来の透明化温度よりも低く設定することにより、自重による前記堆積体の引き延びが低減される。この場合、加熱温度が下がりやすい該堆積体の両端部においては、完全に透明化されない部分が発生することがあるが、加熱時間を７０分以上の所定の時間に設定することにより該堆積体の両端部を完全に透明化することができる。このように透明化温度を低くすることにより、長さが１０００ｍｍの大型の光ファイバ用ガラス母材では、母材外径の長手方向の変動が外径の長手方向の中央値に対し±２％以内にすることができる。
【００１６】
本発明に使用される加熱炉は、ガラス微粒子堆積体の温度を長手方向の複数部分に分けて制御するため、長手方向の複数部分に対応してそれぞれ独立に制御できる複数のヒータを備えることが好ましい。このようにすることによって、長尺のガラス微粒子堆積体を加熱する場合でも引き延びやすい部分と引き延びにくい部分の温度を適切に制御することができる。
【００１７】
ガラス微粒子堆積体を鉛直方向に挿入するたて型の加熱炉を使用する場合、高温での加熱処理の際に自重による引き延びが発生して外径が上部では細く、下部では太くなる傾向がある。そのような場合には、第２の加熱工程においてガラス微粒子堆積体表面の温度が上端から下方へ向かって連続的又は段階的に高くなるように制御するのが好ましい。
【００１８】
ガラス微粒子堆積体の透明化では、該堆積体を加熱炉のヒータから隔離するため、該堆積体はヒーターとの間にカーボン材等からなる炉心管を介して挿入される。
【００１９】
前記第１及び第２の加熱工程における温度制御は、放射温度計等の温度センサを使用してガラス微粒子堆積体表面の温度を測定し、その測定値に基づいてヒータの出力を制御することによって行うようにする。該堆積体表面の温度は炉心管の温度に近い温度となっていることが多く、その場合、より測定が容易な炉心管の温度を測定し、その測定値に基づいてヒータの出力を制御するようにしてもよい。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１ａ）
ＶＡＤ法で合成した純シリカからなるガラス微粒子堆積体を図１に示す真空焼結炉を使用して本発明の方法に従い透明ガラス化した。図１の真空焼結炉において１はガラス微粒子堆積体、２は真空焼結炉本体、３は炉心管、４はヒータ、５は不活性ガス供給装置、６及び７はそれぞれ炉心管３及び炉本体２内へ供給する不活性ガスの流量計、８及び９はそれぞれ炉心管３及び炉本体２への不活性ガスの供給用配管、１０及び１１は炉内減圧用吸入ポンプ、１２及び１３はそれぞれ炉本体２及び炉心管３から排気するための配管、１４は母材１を支えるシード棒、１５は上蓋、１６は母材１の表面温度計測用の炉心管３まで貫通しているのぞき穴、１６′は炉心管３の温度計測用のぞき穴、１７は母材１の表面温度を計測する温度計、１８は炉心管３の温度を計測する温度計、１９は温度制御装置、２０はトラバース機である。なお、図では炉本体２及び炉心管３の両方にそれぞれ別々にガス供給、排気手段を設けているが、これらはどちらか一方のみとすることもできる。また、図には記載を省略したが配管８、９、１２、１３にはバルブが設けられており、これらのバルブの切替えで真空（減圧）排気又はガスの吹流しを行う。さらに、これも図示省略したが、温度計１８は温度制御装置１９にも接続されている。
【００２１】
ガラス微粒子堆積体１は、ＶＡＤ法で形成され、外径２００ｍｍ、重量３０ｋｇ、有効部長さ１５００ｍｍのものを使用した。真空焼結炉の温度を４００℃に保って該堆積体１を炉心管３に挿入し、上蓋１５で炉内を密封し、炉内圧力を１０Ｐａまで下げた。この状態で該堆積体１の全域における表面温度を１０℃／分の昇温速度で１３００℃まで上昇させて６０分間保持し、該堆積体１に残留したガスを十分に脱気した（脱気工程）。
次に該堆積体１の表面温度を５℃／分で上昇させ、１３５０℃で５０分間保持した（加熱収縮処理工程）。
次に該堆積体１の表面温度を５℃／分で上昇させ、該堆積体１の全域における表面温度を１４２０℃とした後、１００分間保持して透明化した（透明化工程）。
この後、ヒータでの加熱を停止して降温を続け、ガラス物品を冷却し（冷却工程）、６００℃で製品を取り出した。
得られたガラス物品の寸法を測定した結果、有効部長さ１４００ｍｍ全長にわたって外径は９０±０．５ｍｍ（外径変化率±０．５６％）であり、外径の長手方向の変動が小さく、良好な品質を有していた。
【００２２】
（実施例１ｂ）
また、実施例１ａのガラス微粒子堆積体１に代えて、中心部にＧｅがドープされ屈折率を高くし、外周部に純ＳｉＯ２層を有する透明ガラスロッドの周囲に、ＶＡＤ法によりＳｉＯ２の多孔質ガラス層を形成した実施例１ａと同寸法の複合母材を用いて、実施例１ａと同様に透明化したが、同様に良好な品質が得られた。
【００２３】
（実施例１ｃ）
また、ガラス微粒子堆積体１として、外径３００ｍｍ、有効部長さ１５００ｍｍ、重量６０ｋｇのものを使用し、実施例１ａと同様に脱気工程、加熱処理工程を行った後、該堆積体１の表面温度を５℃／分で上昇させ、該堆積体１の全域における表面温度を１４２０℃とした後、１８０分間保持して透明化した。
得られたガラス物品の寸法を測定した結果、有効部長さ１４００ｍｍ全長にわたって外径は１５０±１．２ｍｍ（外径変化率±０．６％）と良好な品質が得られた。
【００２４】
（比較例１ａ）
実施例１ａと同サイズのガラス微粒子堆積体１を、同じ設備により以下の条件で透明ガラス化した。すなわち、真空焼結炉の温度を４００℃に保って該堆積体１を炉心管３に挿入し、上蓋１５で炉内を密封し、炉内圧力を１０Ｐａまで下げた。この状態で該堆積体１の全域における表面温度を１０℃／分の昇温速度で１３００℃まで上昇させて６０分間保持し、該堆積体１に残留したガスを十分に脱気した（脱気工程）。
次に、該堆積体１の表面温度を５℃／分で上昇させ１３５０℃とし、同温度で５０分間保持した（加熱収縮処理工程）。
次に、該堆積体１の表面温度を５℃／分で上昇させ、該堆積体１の全域における表面温度を１５００℃とした後、６０分間保持して透明化した（透明化工程）。この後、ヒータでの加熱を停止して降温を続け、６００℃で製品を取り出した。得られたガラス物品の寸法を測定した結果、有効部長さ１４００ｍｍ全長にわたって外径は９０±４．５ｍｍ（外径変化率±５％）であり、外径の長手方向の変動が大きかった。
【００２５】
（比較例１ｂ）
実施例１ｃと同サイズのガラス微粒子堆積体１を使用し、比較例１ａと同じ条件で透明化した。得られたガラス物品の寸法を測定した結果、有効部長さ１５５０ｍｍ全長にわたって外径は１５０±５．０ｍｍ（外径変化率±３．３％）であり、外径の長手方向の変動が大きかった。
【００２６】
実施例１ａ及び比較例１ａの結果は、表１のとおりである。また、これらの例における長手方向に対する外径変動の傾向を図２に示す。第２の加熱工程（透明化工程）において、従来技術よりも低い１４００〜１４８０℃の範囲（好ましくは１４００〜１４４０℃の範囲）で７０分以上（好ましくは１００分以上、さらに好ましくは１５０分以上）保持して引き延びを防止することが、外径の安定化に重要であることがわかる。
実施例において、炉内の真空度を１０Ｐａとしているが、ガラス物品中の気泡の残留を防ぐため、この値は低い方が好ましく、９Ｐａ、８Ｐａであっても良い。
本発明の方法は、ガラス物品の自重が大きい場合、特に、自重が５０ｋｇ以上のものほど外径変動の低減に有効である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
（実施例２ａ）
実施例１ａと同サイズのガラス微粒子堆積体１を、実施例１ａと同じ設備、同じ温度条件で透明化した。ただし、本実施例においては透明化処理中の温度の制御を炉心管３の外表面温度を測定する温度計１８を用いて、炉心管３の温度を制御することによって行った。得られたガラス物品の寸法を測定した結果、有効部長さ１４００ｍｍ全長にわたって外径は９０±０．７ｍｍ（外径変化率±０．７８％）であり、外径の長手方向の変動が小さく、良好な品質を有していた。この結果から、該堆積体１の表面の温度を測定する代わりに、比較的測定の容易な炉心管の温度を測定しても問題のないことがわかる。
【００２９】
（実施例２ｂ）
実施例１ｃと同サイズのガラス微粒子堆積体１を使用し、実施例１ｃと同じ条件で透明化した。得られたガラス物品の寸法を測定した結果、有効部長さ１４１０ｍｍ全長にわたって外径は１５０±１．５ｍｍ（外径変化率±１．０％）と良好な品質が得られた。
【００３０】
（実施例３ａ）
実施例１ａと同サイズのガラス微粒子堆積体１を、図1の真空焼結炉と同形式で、ヒータ４を図３に示すように上段ヒータ４−１、中段ヒータ４−２及び下段ヒータ４−３の３段に分割して制御した真空焼結炉を使用して、実施例１ａと同様に透明化した。
該堆積体１は外径２００ｍｍ、有効部長さ１５６０ｍｍのものを使用した。真空焼結炉の温度を４００℃に保って該堆積体１を炉心管３に挿入し、上蓋１５で炉内を密封し、炉内圧力を１０Ｐａまで下げた。この状態で該堆積体１の全域における表面温度を１０℃／分の昇温速度で１３００℃まで上昇させて６０分間保持し、該堆積体１に残留したガスを十分に脱気した（脱気工程）。
次に該堆積体１の表面温度を１０℃／分で上昇させ、１３５０℃にして５０分間保持した（加熱収縮処理工程）。
【００３１】
次に上段ヒータ４−１の影響を強く受ける該堆積体１の範囲Ａの中心点における表面温度を５℃／分で上昇させて１４００℃に、中段ヒータ４−２の影響を強く受ける範囲Ｂの中心点における表面温度を７℃／分で上昇させて１４２０℃に、下段ヒータ４−３の影響を強く受ける範囲Ｃの中心点における表面温度を９℃／分で上昇させて１４４０℃にした後、１００分間保持して該堆積体１を透明化させた（透明化工程）。このときの温度分布はほぼ図３に示すとおりである。
この後、ヒータでの加熱を停止して降温を続け、ガラス物品を冷却し（冷却工程）、６００℃で製品を取り出した。
得られたガラス物品の外径を測定した結果、有効部長さ１４０５ｍｍ全長にわたって外径は９０±０．１ｍｍ（外径変化率±０．１１％）であり、外径の長手方向の変動が小さく、良好な品質を有していた。
【００３２】
（実施例３ｂ）
実施例３ａにおいて、該堆積体１の表面温度の制御を、各ヒーター位置に対応する炉心管３の表面温度を測定し制御することによっても、実施例３ａと同様の良好な品質が得られた（有効部長さ１４１７ｍｍ全長にわたって外径は９０±０．３ｍｍ（外径変化率±０．３３％））。
【００３３】
（実施例３ｃ）
実施例３ａのガラス微粒子堆積体１に代えて、中心部にＧｅがドープされ、外周部に純ＳｉＯ２層を有する透明ガラスロッドの周囲にＶＡＤ法により純ＳｉＯ２多孔質ガラス層を形成した実施例３ａと同寸法の複合母材を用いて、実施例３ａと同様に透明化したが、同様に良好な品質が得られた。
【００３４】
（実施例３ｄ）
実施例３ａにおいて、１３５０℃での加熱収縮処理を行っているが、なくても同様に良好な品質が得られた。
【００３５】
（実施例３ｅ）
実施例３ａにおいて、実施例３ａのガラス微粒子堆積体１に代えて、実施例１ｃと同サイズのガラス微粒子堆積体１を使用し、透明化工程で保持時間を１８０分間とした場合は、有効部長さ１３９０ｍｍ全長にわたって外径は１５０±０．７ｍｍ（外径変化率±０．４６％）同様に良好な品質が得られた。
【００３６】
（実施例３ｆ）
実施例３ｅにおいて、該堆積体１の表面温度の制御を、各ヒーター位置に対応する炉心管３の表面温度を測定し制御することによっても、実施例３ａと同様の良好な品質が得られた（有効部長さ１４００ｍｍ全長にわたって外径は１５０±１．０ｍｍ（外径変化率±０．６６％））。
【００３７】
（実施例３ｇ）
外径が３６５ｍｍ、有効部長さ１５６０ｍｍ、重量８０ｋｇのガラス微粒子堆積体１を、実施例３ｅと同じ設備、同じ条件で透明化した。得られたガラス物品の寸法を測定した結果、有効部長さ１４７０ｍｍ全長にわたり外径は１６３±１．５ｍｍ（外径変化率±０．９２％）であった。
【００３８】
（比較例２）
実施例３ｇと同サイズのガラス微粒子堆積体１を、実施例３ｅと同じ設備により以下の条件で透明ガラス化した。すなわち、真空焼結炉の温度を４００℃に保って該堆積体１を炉心管３に挿入し、上蓋１５で炉内を密封し、炉内圧力を１０Ｐａまで下げた。この状態で該堆積体１の全域における表面温度を１０℃／分の昇温速度で１３００℃まで上昇させて６０分間保持し、該堆積体１に残留したガスを十分に脱気した（脱気工程）。
【００３９】
次に、該堆積体１の表面温度を５℃／分で上昇させ１３５０℃とし、同温度で５０分間保持した（加熱収縮処理工程）。
次に該堆積体１の表面温度を１５℃／分で上昇させ、該堆積体１の全域における表面温度を１５００℃とした後、６０分間保持して透明化した（透明化工程）。この後、ヒータでの加熱を停止して降温を続け、６００℃で製品を取り出した。得られたガラス物品の寸法を測定した結果、有効部長さ１６６０ｍｍ全長にわたって外径は１５８±７ｍｍ（外径変化率±４．４３％）であり、外径の長手方向の変動が大きかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例で使用した真空焼結炉の装置構成を示す概略説明図である。
【図２】  実施例１及び比較例１で得られた光ファイバ母材の長手方向における外径変化を示す図である。
【図３】  実施例３における温度制御の状態を示す模式図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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