JP2008081359A - ガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラス微粒子生成用バーナの火炎を真っ直ぐに安定させて、ガラス母材の脈理を防止することができるガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体の製造装置を得る。
【解決手段】 反応容器１２におけるバーナ１１に対向する面に複数の排気管２０を多段に設けて、下段に向かう程排気管２０の排気風量を徐々に大きくする。これにより、反応容器１２内の気流は下向きになって排気される。このため、バーナ１１から水平に発せられる火炎１１ａが浮力によって上方へ浮き上がるのを防止して、火炎１１ａを出発ロッド１４に向かって水平に発することができて、バーナ１１から発せられる原料流と火炎１１ａの中心とを一致させ、脈理の発生を抑えて安定したスス付けを行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体の製造装置に係り、例えば光ファイバを製造するためのガラス母材を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体の製造装置に関するものである。

従来より、ガラス微粒子堆積体を製造する反応容器内部の排気を効果的に行うために、複数の排気管を設けた技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
図５に示すように、特許文献１に記載のガラス微粒子堆積体の製造装置１００では、反応容器１０１の側面にはガラス微粒子生成用バーナ１０２が上下方向に往復移動するトラバース機構１０３に取り付けられており、反応容器１０１の中心部には出発ロッド１０４が回転自在に支持されている。従って、バーナ１０２を上下方向（図５中矢印Ａ方向）に往復移動させながら、ガラス微粒子生成用バーナ１０２で生成されたガラス微粒子を出発ロッド１０４の外周面に付着させることにより、ガラス微粒子堆積体であるガラス母材１１０を生成する。

ガラス母材１１０に堆積しなかったガラス微粒子は、反応容器１０１内部に浮遊して、一部はその後ガラス母材１１０に付着して透明化時に気泡となる。あるいは、一部は、反応容器１０１内面に付着し、その後ガラス母材１１０に付着して欠陥となる。このため、ガラス微粒子生成用バーナ１０２と対向する位置には、出発ロッド１０４の軸に沿って連続して複数個の排気口１０５を設けて、堆積しなかったガラス微粒子を反応容器１２の外に排出するため、十分な排気が行われるようにしている。各排気口１０５の下流（図５中右側）には、外気を吸入して内外の圧力差を調整して排気風量を制御するためのバルブ１０６および排気通路の断面積を調整して排気風量を調整するバルブ１０７がそれぞれ設けられており、排気通路が合流したところに排気ブロア１０８が設けられている。バルブ１０６、１０７の開閉は、トラバース機構１０３に取り付けられている位置検出器１０９からの情報に基づいてガラス微粒子生成用バーナ１０２の位置に合わせて調整されるようになっている。

特開平７−３３０３６７号公報（図１）

ところで、前述した特許文献１に記載したような縦型の製造装置１００では、出発ロッド１０４およびガラス母材１１０は上下方向に配置されているので、ガラス微粒子生成用バーナ１０２は水平方向に火炎１１１を噴出することになる。このため、火炎１１１は自身の浮力によって上方へ曲がって揺らぐため、ガラス母材１１０に屈折率のばらつきが生じて脈理が発生するという不都合があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラス微粒子生成用バーナの火炎を水平方向に真っ直ぐに安定させて、ガラス母材の脈理を防止することができるガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体の製造装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明にかかる第１の特徴であるガラス微粒子堆積体の製造方法は、反応容器内で支持棒に支持されて回転および上下方向に昇降する出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、前記反応容器に上下方向に複数の排気管を並べ、前記複数の排気管は下方に位置する排気管程、前記反応容器からの排気風量が大きくなるように設定されているものである。

このように構成されたガラス微粒子堆積体の製造方法においては、反応容器におけるバーナに対向する面に上下方向に複数の排気管を多段に並べ、下方に位置する排気管程、反応容器からの排気風量が大きくなるように設定したので、反応容器内の気流は下向きになって排気される。このため、バーナから水平に発せられる火炎が浮力によって上方へ浮き上がるのを防止して、火炎を出発ロッドに向かって水平に発することができるので、バーナから発せられる原料流と火炎の中心とが一致して、安定したスス付けを行うことができ、脈理の発生を防止することができることになる。

また、本発明にかかる第２の特徴であるガラス微粒子堆積体の製造方法は、上記本発明の第１の特徴において、前記排気管のそれぞれに導入される大気量を調整することによって前記反応容器からの排気風量を制御するものである。

このように構成されたガラス微粒子堆積体の製造方法においては、反応容器の上下方向に複数の排気管を並べて下方に位置する排気管程、反応容器からの排気風量を大きくするのに、排気管に導入される大気の量を調整することにより行うので、容易に調整することができる。すなわち、各排気管による排気風量は一定条件の下で一定であり、排気管に導入される大気の量を大きくすると、反応容器から排出される排気風量がその分減少することになる。

また、本発明にかかる第３の特徴であるガラス微粒子堆積体の製造装置は、反応容器内で支持棒に支持されて回転および上下方向に昇降する出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を形成するものである。そして、前記反応容器に上下方向に複数本の排気管を並べ、前記各排気管に下方に位置する排気管程、前記反応容器からの排気風量が大きくなるように設定された排気風量を調整するための排気風量調整手段を設けたものである。

このように構成されたガラス微粒子堆積体の製造装置においては、反応容器におけるバーナに対向する面に上下方向に並べられている複数の排気管の排気風量調整手段を用いて、下方に位置する排気管程、反応容器からの排気風量が大きくなるように設定したので、反応容器内の気流は下向きになって排気される。このため、バーナから水平に発せられる火炎が浮力によって上方へ浮き上がるのを防止して、火炎を出発ロッドに向かって水平に発することができるので、バーナから発せられる原料流と火炎の中心とが一致して、安定したスス付けを行うことができ、脈理の発生を防止することができることになる。

また、本発明にかかる第４の特徴であるガラス微粒子堆積体の製造装置は、上記本発明の第３の特徴において、前記排気風量調整手段は、一端が前記排気管に連通し他端が開口した枝管と、前記枝管の開口面積を調整可能に移動する蓋とを有することである。

このように構成されたガラス微粒子堆積体の製造装置においては、各排気管に連通する枝管を設けるとともに、枝管の開口面積を調整可能に移動する蓋を設け、この蓋の開度により排気管に導入される大気の量を調整して排気管の排気風量を調整する。すなわち、各排気管による排気風量は一定条件の下で一定であり、排気管に導入される大気の量を大きくすると、反応容器から排出される排気風量がその分減少することになる。従って、上方に位置する枝管の蓋の開度を大きくし、下方に位置する枝管程、その蓋の開度を小さくすることにより、容易に上方に位置する排気管から下方に位置する排気管に向かって排気風量を徐々に大きくすることができる。

本発明によれば、反応容器におけるバーナに対向する面に上下方向に複数の排気管を多段に並べて、下方に位置する排気管程、反応容器からの排気風量が大きくなるように設定したので、反応容器内の気流は下向きになって排気される。このため、バーナから水平に発せられる火炎が浮力によって上方へ浮き上がるのを防止して、火炎を出発ロッドに向かって水平に発することができるので、バーナから発せられる原料流と火炎の中心とが一致して、安定したスス付けを行うことができ、脈理の発生を防止することができるという効果が得られる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造装置を示す構成図、図２は図１中II−II位置の断面図、図３は排気風量調整手段の一例を示す説明図、図４（Ａ）は本発明による加工におけるバーナの火炎の温度分布を示す表、図４（Ｂ）は従来における火炎の温度分布を示す表である。

図１および図２に示すように、本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造装置１０は、ガラス微粒子生成用のバーナ１１に原料ガスおよび燃料ガス等を供給し、バーナ１１を固定した反応容器１２内において火炎加水分解反応あるいは酸化反応によりガラス微粒子を生成する。そして、反応容器１２内で支持棒１３に支持されて回転および昇降する出発ロッド１４の外周に、生成されたガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体であるガラス母材１５を形成するものである。反応容器１２には上下方向に多段に複数本の排気管２０を設けるとともに各排気管２０に反応容器１２からの排気風量を調整する排気風量調整手段２１を設け、下方に位置する排気管２０程、反応容器１２からの排気風量が大きくなるようにした。

各排気管２０は、一端（図１および図２において右端）が反応容器１２を貫通して反応容器１２内部に開口し、他端（図１および図２において左端）はブロア２２が取り付けられている排気圧力溜め２３に開口している。従って、ブロア２２が排気圧力溜め２３を排気することにより、全ての排気管２０を介して反応容器１２内部の排気を行うことになる。

各排気管２０に設けられている排気風量調整手段２１としては、例えば図２および図３に示すように、一端が各排気管２０に連通し、他端が開口した枝管２４を備え、枝管２４には枝管２４の開口２４ａ面積を調整可能に移動する蓋２５を備えた構成であるすなわち、蓋２５を完全に閉じて密閉した場合には、排気管２０は反応容器１２内部の排気のみを行うので、排気風量が最大になる。一方、蓋２５を完全に開けた場合（図３中実線の状態）には、反応容器１２の排気を行うとともに外気２６を最大限吸引することになるので、排気風量が最小になる。従って、蓋２５の開度すなわち回転角度を調整することにより、その排気管２０の排気風量を調整することができることになる。

次に、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法について説明する。この製造方法は、バーナ１１を固定した反応容器１２内で支持棒１３に支持されて回転および上下方向に昇降する出発ロッド１４の外周にガラス微粒子を堆積させるものである。このとき、反応容器１２に上下方向に並べて多段に接続された複数の排気管２０を設け、各排気管２０は下方に位置する排気管２０程、反応容器１２からの排気風量が大きくなるように設定されて反応容器１２内の排気を行うものである。

排気風量の調整は、前述したように、排気管２０のそれぞれに導入される大気量を調整することによって行う。すなわち、蓋２５の開度を大きくして導入される大気の量を多くすることによって、反応容器１２からの排気の量を減少させことができる。このため、反応容器１２の上方に位置する排気管２０から下方に位置する排気管２０に向かって排気風量を徐々に大きくするためには、図１に示すように、上方の排気管２０の蓋２５の開度を大きくし、下方の排気管２０に向かって蓋２５の開度を徐々に小さくすることにより、容易に排気風量を調整することができる。

図４（Ａ）には、本発明を適用して反応容器１２の排気風量に勾配を設けた場合におけるバーナ１１の火炎１１ａの温度分布が示されており、図４（Ｂ）は反応容器１２の排気風量を上下方向で一定とした従来における火炎１１ａの温度分布が示されている。図４（Ｂ）に示すように、従来のバーナでは、火炎が浮力により上方へ浮き上がるため、火炎の温度分布では、中心よりも上部に明確なピークがある。このため、生成されるガラス微粒子の分布も一定ではなかった。しかし、図４（Ａ）に示す本発明を適用した場合のバーナ１１の火炎１１ａでは、排気の流れが下向きとなるため火炎１１ａが略水平に延び、ガラス微粒子を生成する高温域において明確なピークがなくなって温度が略均一となっており、火炎１１ａが安定している。これにより、ガラス微粒子が一様に堆積するため、形成されるガラス母材１５においては、屈折率分布が安定化しばらつきが少なくなる。

以上、説明したガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体の製造装置によれば、反応容器１２におけるバーナ１１に対向する面に多段に設けられている複数の排気管２０に各々設けた枝管２４の蓋２５の開度を調整することにより、排気管２０に導入される大気の量を調整して、下段に位置する排気管程、反応容器１２からの排気風量を徐々に大きくしたので、反応容器１２内の気流は下向きになって排気される。このため、バーナ１１から水平に発せられる火炎１１ａが浮力によって上方へ浮き上がるのを防止して、火炎１１ａを出発ロッド１４に向かって水平に発することができるので、バーナ１１から勢い良く発せられる原料流と火炎１１ａの中心とが一致して、安定したスス付けを行うことができ、脈理の発生を防止することができることになる。

なお、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体の製造装置は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した実施形態において、排気風量調整手段２１として排気管２０に設けた枝管２４の蓋２５の開度により調整する場合を例示したが、これに限るものではない。また、蓋２５の開度を作業者の人手により調整することができるが、その他、蓋２５の回動を行うモータを設けるとともに排気管２０の排気風量を計測するセンサを設けておき、検出される排気風量に応じて蓋２５の開度を自動的に調整するようにすることもできる。

以上のように、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体の製造装置は、反応容器におけるバーナに対向する面に上下方向に複数の排気管を多段に設けて、下段に位置する排気管程、反応容器からの排気風量が大きくなるように設定したので、火炎を出発ロッドに向かって水平に発することができる。これにより、バーナから発せられる原料流と火炎の中心とが一致して、安定したスス付けを行うことができるので、脈理の発生を防止することができるという効果を有し、光ファイバを製造するためのガラス母材を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法およびガラス微粒子堆積体の製造装置等として有用である。

本発明の第１実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造装置を示す構成図である。 図１中II−II位置の断面図である。 排気風量調整手段の一例を示す説明図である。 （Ａ）は本発明による加工におけるバーナの火炎の温度分布を示す表、（Ｂ）は従来における火炎の温度分布を示す表である。 従来のガラス微粒子堆積体の製造装置を示す断面図である。

符号の説明

１０ ガラス微粒子堆積体の製造装置
１１ バーナ
１２ 反応容器
１３ 支持棒
１４ 出発ロッド
２０ 排気管
２１ 排気風量調整手段
２４ 枝管
２４ａ 開口
２５ 蓋

Claims (4)

1. 反応容器内で支持棒に支持されて回転および上下方向に昇降する出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
   前記反応容器に上下方向に複数の排気管を並べ、前記複数の排気管は下方に位置する排気管程、前記反応容器からの排気風量が大きくなるように設定されていることを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
2. 前記排気管のそれぞれに導入される大気量を調整することによって前記反応容器からの排気風量を制御することを特徴とする請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
3. 反応容器内で支持棒に支持されて回転および上下方向に昇降する出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造装置であって、
   前記反応容器に上下方向に複数本の排気管を並べ、前記各排気管に下方に位置する排気管程、前記反応容器からの排気風量が大きくなるように設定された排気風量を調整するための排気風量調整手段を設けたことを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造装置。
4. 前記排気風量調整手段は、一端が前記排気管に連通し他端が開口した枝管と、前記枝管の開口面積を調整可能に移動する蓋とを有することを特徴とする請求項３に記載のガラス微粒子堆積体の製造装置。

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