JP2005263558A - 多孔質ガラス母材の製造装置及び光ファイバ用ガラス母材 - Google Patents

Abstract

【課題】 太径の多孔質ガラススートを製造する場合においても、排気流の状態を良好に維持することができ、堆積中のスート割れ及び透明ガラス化時における気泡の発生が極めて少ない多孔質ガラス母材の製造装置及び光ファイバ用ガラス母材を提供する。
【解決手段】 第１の発明は、軸回転している基材ガラス棒１の長手方向に沿って往復運動を繰り返しつつ基材ガラス棒１上にガラス微粒子を噴き付け堆積させるバーナ２と、該ガラス微粒子が堆積されてなる多孔質ガラススート３の上方に、該バーナ２と同期して同方向に往復運動を繰り返す排気フード４とを備え、該排気フード４の多孔質ガラススート３を覆う角度θが、多孔質ガラススート３の軸中心に対して１００°以上であることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光ファイバの原材である多孔質ガラス母材の製造装置及び光ファイバ用ガラス母材に関する。

従来、多孔質ガラス母材の製造装置は、図１に示すように、軸回転可能に取り付けられた基材ガラス棒１の長手方向に沿って往復運動を繰り返すバーナ２が下方に配設され、該バーナ２により、火炎加水分解反応で合成されたガラス微粒子が基材ガラス棒１の側面に噴き付けられ、長手方向に順次堆積されて多孔質ガラススート３が形成される。

多孔質ガラススート３の上方には、バーナ２と対向する方向に排気フード４と排気管５が配設され、燃焼廃ガスと未付着のガラス微粒子を系外に排出している。装置内で排気流が乱れると、堆積中にスートが割れたり、堆積しなかったガラス微粒子の再堆積によって透明ガラス化時に気泡が発生するといった不都合を生じやすい。

この対策として特許文献１は、多孔質ガラススート３を筒体６のなかに納め、この筒体６のほぼ中央に排気管５を設けることにより、多孔質ガラススート３の長手方向に沿って排気ガスが流れるようにして、気泡を減らす方法を提案している。なお、符号7はガス取入口である（図２参照）。
特開昭５９−１９０２３２号公報

近年、光ファイバ用ガラス母材の大型化が進み、これに伴ない中間製品である多孔質ガラススートも大型化している。多孔質ガラススートの径が太くなると、多孔質ガラススートの堆積面に衝突した火炎流は大きく乱れ、線速が落ちた未堆積のガラス微粒子は鉛直上方へ流れ、排気フードから良好に排気されなくなる。その結果、気流の乱れによるスート割れや、堆積しなかったガラス微粒子が多孔質ガラススート上に再堆積することによる気泡の発生等の問題が生じる。

本発明は、太径の多孔質ガラススートを製造する場合においても、排気流の状態を良好に維持することができ、堆積中のスート割れ及び透明ガラス化時における気泡の発生が極めて少ない多孔質ガラス母材の製造装置及び光ファイバ用ガラス母材を提供する。

請求項１に記載の第１の発明は、軸回転している基材ガラス棒の長手方向に沿って往復運動を繰り返しつつ基材ガラス棒上にガラス微粒子を噴き付け堆積させるバーナと、該ガラス微粒子が堆積されてなる多孔質ガラススートの上方に、該バーナと同期して同方向に往復運動を繰り返す排気フードとを備え、該排気フードの多孔質ガラススートを覆う角度θが、多孔質ガラススートの軸中心に対して１００°以上であることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置である。
なお、排気フード上面に、多孔質ガラススートを覆う角度θを調整できる折返し機構を設けることにより母材の搬出を容易とすることが可能となり、また、排気フードの開口部端面を曲面で形成することにより排気フード端面に成長する未付着スートを低減することが可能となる。

請求項４に記載の第２の発明は、軸回転している基材ガラス棒の長手方向に沿って往復運動を繰り返しつつ基材ガラス棒上にガラス微粒子を噴き付け堆積させるバーナと、該ガラス微粒子が堆積されてなる多孔質ガラススートの上方に、該バーナと同期して同方向に往復運動を繰り返す排気フードとを備え、バーナの中心軸と多孔質ガラススートの軸中心とを結ぶ直線の延長線（以下、単にバーナの中心軸線と称する）と、該延長線に平行な排気フードの排気管の中心軸線（以下、単に排気管の中心軸線と称する）とのオフセット量をｒとするとき、該オフセット量ｒと排気管の半径Ｒとの比ｒ／Ｒが１.５以下であることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置である。

上記製造装置を用いて多孔質ガラス母材を製造し、これを高温に加熱して焼結し、透明ガラス化することで、本発明の光ファイバ用ガラス母材が得られる。

第１の発明によれば、多孔質ガラススートを覆う排気フードの角度θを１００°以上とすることで、堆積初期の細径時だけでなく、堆積が進んで径が太くなった場合においても、堆積されなかったガラス微粒子や排気流を乱れさせることなく、良好な状態で系外に排出することができる。なお、排気フードの角度θを大きくすると、堆積を終えた多孔質ガラススートの搬出が困難になるが、排気フードの上面に折返し機構を設けることにより、この問題は解決される。

第２の発明によれば、バーナの中心軸線と排気管の中心軸線とのオフセット量ｒと排気管の半径Ｒとの比ｒ／Ｒを１.５以下とすることで、堆積面に衝突して線速が落ちた火炎流は、未堆積のガラス微粒子とともに良好に系外に排出され、気流の乱れによるスート割れや未堆積のガラス微粒子の再堆積による気泡の発生のない多孔質ガラス母材が得られる。

第１の発明による製造装置の一例を図３に示す。
装置内には、軸回転可能に基材ガラス棒１が取り付けられ、ガラス微粒子堆積用のバーナ２と該バーナ２と対向する方向に排気フード４が配設されている。バーナ２と排気フード４は、螺子棒８及びモータ９を介して往復動制御装置１０により、基材ガラス棒１の長手方向に沿って互いに同期して同方向に往復運動可能に設置されている。

基材ガラス棒１の側面には、バーナ２によりガラス原料の火炎加水分解反応で生じたガラス微粒子が堆積され、多孔質ガラススート３が形成される。堆積されなかったガラス微粒子は、排気ガスとともに多孔質ガラススート３の上方に設けられた排気フード４から排気管５を経て系外に排出される。排気フードは、多孔質ガラススート３をその軸中心に対して角度θが１００°以上で覆うように設けられている。

排気フード４の多孔質ガラススート３を覆う角度θを大きくすることで、バーナ２の火炎流は排気フードに包み込まれ、周囲の気流を乱すことなく良好に排気される。その結果、堆積初期の細径の時だけでなく、堆積が進んで径が太くなった場合においても、気流が乱されることなく良好に排気フードより系外に排出され、多孔質ガラススート３上への堆積されなかったガラス微粒子の再堆積は防止される。

なお、排気フード４の角度θを大きくすると、堆積を終えた多孔質ガラススート３の搬出が困難になるが、図４（ａ），（ｂ）に示すように、排気フード４の上面に、多孔質ガラススート３を覆う角度θを調整できる折返し機構１１を設け、搬出時に排気フード４の一部を上方に折り返すことで支障なく搬出することができる。

また、図５（ａ）に示すように、排気フードの開口部端面を曲面で形成すると、気流を乱さずに未堆積のガラス微粒子を良好に排気フードに導くことができる。なお、図５（ｂ）は、従来の排気フードの開口部端面を示しており、気流が乱れやすい。

図６は、第２の発明を説明する図であり、該装置内においてバーナ２と排気管５は、基材ガラス棒１の中心を通るバーナ２の中心軸線と排気管５の中心軸線とが平行をなすように設置され、バーナ２の中心軸線と排気管５の中心軸線とのオフセット量ｒと排気管の半径Ｒとの比ｒ／Ｒが１.５以下となるように設置されている。
これにより、堆積面に衝突して線速が落ちた火炎流は、未堆積のガラス微粒子とともに良好に系外に排出され、気流の乱れによるスート割れや、未堆積ガラス微粒子の再堆積によって気泡を発生することのない多孔質ガラス母材が得られる。

以下、実施例、比較例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されず、様々な態様が可能である。
（実施例１）
図３に示す装置を使用して多孔質ガラス母材の製造を行った。
装置内に設置されたバーナ２と排気管５は、螺子棒８及びモータ９によって往復動を繰り返し、バーナ２に供給されたガラス原料が火炎加水分解され、生成したガラス微粒子が回転している基材ガラス棒１の側面に噴き付けられる。バーナ２は、可燃性ガス供給管、支燃性ガス供給管及び原料ガス供給管(不図示)に接続されている。

バーナ２には、可燃性ガスである水素ガスと支燃性ガスである酸素ガスとが供給され、火炎流が生じる。さらに、原料ガスであるテトラク口口シランガスが供給され、火炎加水分解反応によりガラス微粒子が合成される。なお、基材ガラス棒１は、石英製のガラスであっても、あるいはコア部とクラッド部を有するコアロッドであってもよい。
堆積されなかったガラス微粒子及び排気ガスは、排気フード４から排気管５を経て系外に排出される。排気フード４は、基材ガラス棒１の軸中心から排気フード４に向けての角度θが１１０°をなすように設けられ、多孔質ガラススート３を包み込むように設けられている。

このような装置を用いてバーナ２に原料ガスを供給し、堆積を行ったところ、堆積が進んで多孔質ガラススートが太径になった場合でも、未堆積のガラス微粒子は、排気ガスとともに気流が乱れることなく排気フード４から排出された。その結果、気流の乱れによるスート割れや、未堆積のガラス微粒子が多孔質ガラススート上に再堆積するといった問題は発生しなかった。

（比較例１）
排気フードの角度θを９０°とした以外は、実施例１と同様にして堆積を行った。
堆積初期の多孔質ガラススート３が細径の間、排気は良好に行われていたが、堆積が進み、多孔質ガラススート３が太径になるにつれて、堆積面ヘの火炎流の衝突によって気流の乱れは大きくなり、線速が落ちた未堆積のガラス微粒子を含む火炎流は、鉛直上方へと流れ、排気フード４からスムーズに排気されなくなった。その結果、多孔質ガラス母材の透明ガラス化時に、未堆積ガラス微粒子のスート上への再堆積による気泡の発生が認められた。

（実施例２）
図６に示す装置を使用して多孔質ガラス母材の製造を行った。
排気管５の中心軸線をバーナ２の中心軸線に対して、排気管の半径Ｒの０.５、１.０、１.５倍鉛直上方にオフセットして、基材ガラス棒１上にガラス微粒子を堆積させたところ、堆積面に衝突して線速が落ちた火炎流は、未堆積ガラス微粒子とともに良好に系外に排出され、いずれの場合も気流の乱れによるスート割れや、未堆積ガラス微粒子の再堆積によって気泡を発生することのない多孔質ガラス母材が得られた。

（比較例２）
排気管５の中心軸線をバーナ２の中心軸線に対して、排気管の半径Ｒの２.０倍鉛直上方にオフセットして、基材ガラス棒１上にガラス微粒子を堆積させた以外は、実施例２と同様にして堆積を行ったところ、火炎流の堆積面での衝突後、母材上方に流れた未堆積ガラス微粒子は、良好に系外に排出されたが、母材下方に流れた未堆積ガラス微粒子は、良好に排出することができず、未堆積ガラス微粒子の再堆積による気泡の発生が見られた。

本発明によれば、ガラス微粒子の堆積時のスート割れや、透明ガラス化時における気泡の発生が極めて少なく、低コストで高品質の光ファイバ用ガラス母材を供給することができる。

従来の多孔質ガラス母材の製造装置の例を示す概略縦断面図である。 従来の排気装置の一例を示す概略縦断面図である。 第１の発明の排気フードを有する多孔質ガラス母材の製造装置の一例を示す概略縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の排気フード上面の折り返し機構を説明する概略縦断面図である。 排気フードの開口部端面の形状を説明する概略断面図であり、（ａ）は、本発明のもの、（ｂ）は、従来の排気フードの開口部端面である。 第２の発明による、バーナの中心軸線と排気管の中心軸線とのオフセット量ｒと、排気管の半径Ｒとの関係を説明する概略縦断面図である。

符号の説明

１……基材ガラス棒、
２……バーナ、
３……多孔質ガラススート、
４……排気フード、
５……排気管、
６……筒体、
７……ガス取入口、
８……螺子棒、
９……モータ、
１０……往復動制御装置、
１１……折返し機構、
１２……開口部端面。

Claims (5)

1. 軸回転している基材ガラス棒の長手方向に沿って往復運動を繰り返しつつ基材ガラス棒上にガラス微粒子を噴き付け堆積させるバーナと、該ガラス微粒子が堆積されてなる多孔質ガラススートの上方に、該バーナと同期して同方向に往復運動を繰り返す排気フードとを備え、該排気フードの多孔質ガラススートを覆う角度θが、多孔質ガラススートの軸中心に対して１００°以上であることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置。
2. 排気フード上面に、多孔質ガラススートを覆う角度θを調整できる折返し機構を有する請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
3. 排気フードの開口部端面が、曲面で形成されている請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
4. 軸回転している基材ガラス棒の長手方向に沿って往復運動を繰り返しつつ基材ガラス棒上にガラス微粒子を噴き付け堆積させるバーナと、該ガラス微粒子が堆積されてなる多孔質ガラススートの上方に、該バーナと同期して同方向に往復運動を繰り返す排気フードとを備え、バーナの中心軸と多孔質ガラススートの軸中心とを結ぶ直線の延長線と、該延長線に平行な排気フードの排気管の中心軸線とのオフセット量をｒとするとき、該オフセット量ｒと排気管の半径Ｒとの比ｒ／Ｒが１.５以下であることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の製造装置を用いて多孔質ガラス母材を製造し、これを高温に加熱して焼結し、透明ガラス化してなることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材。
   
   
   

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