JP2013147379A - 多孔質ガラス母材の遮熱部材および焼結方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多孔質ガラス母材を焼結する際、熱による遮熱板の変形を防止することができ、安定して輻射熱の逃散を防止することができる多孔質ガラス母材の遮熱部材および焼結方法を提供する。
【解決手段】 少なくともコアロッドの一端にダミーロッドが接続された出発部材の外側に、ガラス微粒子を堆積して得られた多孔質ガラス母材を加熱して焼結するに際し、該多孔質ガラス母材上方のダミーロッド部に遮熱部材が配設され、該遮熱部材が遮熱上板および遮熱下板を有する遮熱筒からなり、該遮熱筒が補強部材で補強された熱変形防止構造を有することを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光ファイバの原材となる多孔質ガラス母材を焼結して脱水および透明ガラス化するのに好適な多孔質ガラス母材の遮熱部材および焼結方法に関する。

光ファイバは、石英ガラスを主成分とする多孔質ガラス母材を原材としている。多孔質ガラス母材を焼結し、この脱水および透明ガラス化した光ファイバ母材を所定の径に延伸したものは、光ファイバプリフォームと呼ばれ、これを線引機で線引きすると光ファイバが得られる。

従来、多孔質ガラス母材を製造するために、各種方法が提案されている。それらの方法の中でも、円柱状のコアロッドの両端部にダミーロッドを溶着した出発部材を軸周りに回転させつつ、出発部材と複数のバーナを相対往復移動させて、出発母材の表面にガラス微粒子を堆積させ、これを電気炉内で脱水、焼結する外付け法(ＯＶＤ法)は、比較的任意の屈折率分布のものが得られ、しかも、大口径の光ファイバ母材を量産できることから汎用されている。

このようにして得られる多孔質ガラス母材は、中央部が直胴体で、両端部がコーン形状をしている。焼結には、炉心管の周囲に加熱炉を有する焼結装置が用いられ、多孔質ガラス母材を軸方向に回転させ、炉心管の中を鉛直下方に移動させながら、加熱炉の熱源により加熱し、脱水および透明ガラス化が行われる。

多孔質ガラス母材の焼結装置は、図１に示す通りであり、コアロッド１の両端にダミーロッド２を接続した出発部材の外側にガラス微粒子を堆積させた多孔質ガラス母材３が炉心管４の内部に設置されている。多孔質ガラス母材３は、炉心管４の外周に配置され断熱材５で保護されたヒータ６により加熱され焼結される。焼結装置の上部には、多孔質ガラス母材３をヒータ６の加熱領域を通過させるための駆動源７と、駆動源７に接続され降下速度を増減させる速度制御装置８とが設置されている。炉心管４の下方にはガス導入管９が取り付けられ、脱水反応用ガスである塩素ガスの供給源と、不活性ガスであるヘリウムガスの供給源(不図示)に接続されている。炉心管４の上方には排気管10が取り付けられている。

多孔質ガラス母材の焼結は、以下のようにして実施される。
塩素ガスとヘリウムガスがそれぞれの供給源(不図示)から、ガス導入管９を経て混合され炉心管４内に供給される。多孔質ガラス母材３は、速度制御装置８で制御され駆動源７により軸回転しながら低速で降下され、ヒータ６により加熱された加熱領域を通過し、焼結されて脱水および透明ガラス化処理が施される。

このとき、従来の焼結装置では、多孔質ガラス母材両端のコーン形状部からその上下方向に、輻射熱が大きく逃散していた。そのため、母材の両端部近傍では、焼結が不充分になったり、処理にムラが生じていた。また、炉心管内に自然対流が発生して、圧変動が制御できなくなり、水分が炉心管内に浸入して品質を低下させることがあった。

上記問題を解決する方法として、特許文献１は、多孔質ガラス母材上部のコーン形状部にリング状遮熱板を設置することで、輻射熱の逃散を防止する方法を提案している。この方法によって、上記問題は解決されたが、焼結時の熱によって遮熱板が変形し、遮熱板を頻繁に交換しないと充分な能力が発揮できないという、新たな問題が発生した。

特許第3017990号

本発明は、上記課題を解決するためなされたもので、多孔質ガラス母材を焼結する際の、熱による遮熱板の変形を防止することができ、安定して輻射熱の逃散を防止することができる多孔質ガラス母材の遮熱部材および焼結方法を提供することを目的としている。

本発明の多孔質ガラス母材の遮熱部材は、少なくともコアロッドの一端にダミーロッドが接続された出発部材の外側に、ガラス微粒子を堆積して得られた多孔質ガラス母材を加熱して焼結するに際し、該多孔質ガラス母材上方のダミーロッド部に遮熱部材が配設され、該遮熱部材が遮熱上板および遮熱下板を有する遮熱筒からなり、該遮熱筒が補強部材で補強された熱変形防止構造を有することを特徴としている。

前記熱変形防止構造は、前記遮熱筒内に内筒を配置し、該内筒により遮熱上板と遮熱下板とが接続された構造とするか、あるいは、前記遮熱筒内に複数の柱を配置し、これらの柱によって遮熱上板と遮熱下板とが接続された構造を有するようにしても良い。
遮熱上板および又は前記遮熱下板は、その内周部を肉厚として補強しても良い。また、遮熱下板の上面に、複数の補強材を径方向に配設して補強しても良い。
なお、遮熱上板および又は遮熱下板には、透明石英ガラスをサンドブラストしたもの、もしくは、不透明石英材を使用するのが好ましい。

本発明の多孔質ガラス母材の焼結方法は、少なくともコアロッドの一端にダミーロッドが接続された出発部材の外側に、ガラス微粒子を堆積して得られた多孔質ガラス母材を加熱して焼結するに際し、上記遮熱部材を用いて焼結することを特徴とする。

焼結に際して、本発明の熱変形防止構造を有する遮熱部材を使用することにより、遮熱部材を構成する遮熱板が変形することなく、多孔質ガラス母材からの輻射熱の逃散を安定して防止することができ、全長にわたって光学特性の安定した光ファイバ母材が得られる、等の優れた効果を奏する。

焼結装置の一例を示す概略縦断面図である。 従来タイプの遮熱部材を示す概略斜視図である。 従来タイプの遮熱部材を、多孔質ガラス母材上部のダミーロッド部に取り付けた状態を拡大して示す概略断面図である。 焼結後半の状態を示す焼結装置の概略縦断面図である。 従来タイプの遮熱部材が、輻射熱で変形した状態を示す概略断面図である。 本発明の内筒タイプの遮熱部材を示す概略断面図である。 本発明の柱状タイプの遮熱部材を示す概略断面図である。 図７の概略斜視図である。 径方向に伸びる複数の補強材で、遮熱下板上面の補強状態を示す概略断面図である。 図９の概略斜視図である。 遮熱上板の内周部を肉厚として、遮熱上板を補強した状態を示す概略断面図である。

上記課題を解決するため、先ず、図２に示すような遮熱部材11を、図３に示すように、ダミーロッドに設けた凸部を包み込むように取り付け、図１に示した焼結装置の加熱領域を多孔質ガラス母材の下部から順に通過させて焼結を行ったところ、図４に示すような焼結後半では、遮熱部材11がヒ-ター６に接近するため、図５に示すように、特に熱を受ける遮熱下板13全体や遮熱上板12の内周縁部が変形し、短期間の使用で交換しなければならなかった。

そこで、本発明の遮熱部材は、遮熱上板および遮熱下板を有する遮熱筒を熱変形防止構造とすることで、課題を解決している。
以下、本発明の多孔質ガラス母材の熱変形防止機構について、図６〜11に基づいて詳細に説明する。
遮熱部材の熱変形防止構造は、多孔質ガラス母材の上方に、図６に示すような、遮熱上板12と遮熱下板13とを有する遮熱筒14内に内筒15を設けるものであり、内筒15により遮熱上板12と遮熱下板13とを接続し、遮熱部材11を補強する構造となっている。ただし、内筒15を設けたことにより、外筒と上下の遮熱板12,13とで、閉鎖空間が生じる場合は、ガス抜き穴16を設ける必要がある。

上記熱変形防止構造の他の形態として、図７，８に示すように、遮熱筒14の内側に柱状材17を設け、柱状材17によって遮熱上板12と遮熱下板13とを接続する方法が挙げられる。この方法によれば、補強部材が少ないので、重量を大きく増やすことなく補強することができる。
その他、図９、図10に示すように、遮熱下板13の上面に径方向に伸びる復数の補強材18を設けても良い。
さらに、図11に示す方法は、遮熱上板12の内周部に補強板19を配して内周部を肉厚構造とし、遮熱上板12の変形を抑えるようにしても良い。なお、補強板19の外径は遮熱下板13の開口径Ｄ以上とすれば良い。
なお、遮熱部材11を構成する各部材の材質は、遮熱効果の有る透明石英ガラスをサンドブラスト処理したものや、不透明石英材を使用することで、軽量かつ効率的な遮熱を行うことができる。

以下、本発明の遮熱部材について、実施例を挙げて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されず、様々な態様が可能である。
［比較例１］
外径50 mmφ、長さ2000mmのコアロッドの両端にダミーロツドを接続した出発部材の外側に、ＯＶＤ法によってガラス微粒子を外径が300mmφになるまで堆積した多孔質ガラス母材を用意し、この多孔質ガラス母材の上部に遮熱部材を取り付け、焼結速度1.5(mm/min)、焼結温度1500(℃)で焼結した。
使用した遮熱部材は、中心に多孔質ガラス母材の挿通孔を有する外径270mm、厚さ5mmの透明石英ガラスをサンドブラストした円板を上下の遮熱板とし、外径270mm、高さ100mm、厚さ5mmのサンドブラストした透明石英ガラス製の遮熱筒で上下の遮熱板を接続したものである。
その結果、遮熱部材は、20回の焼結に使用したところで変形が始まり、50回の使用後では、図５のように大きく変形してしまった。

［実施例１］
比較例１で使用したものと同様の多孔質ガラス母材を用意し、遮熱部材を取り付けて焼結した。使用した遮熱部材は、比較例１で使用したものと同様の遮熱部材を用意し、遮熱筒内に、内径120mm、高さ100mm、厚さ5mmの透明石英ガラスをサンドブラストした内筒を配置し、該内筒で遮熱上板と遮熱下板とを溶着して接続した構造とし、さらに、遮熱上板の上面に、図11に示すような、中心に母材の挿通孔を有する外径150mm、厚さ10mmの補強板19を配して遮熱上板の内周部を肉厚構造としたものである。なお、ガス抜き穴として遮熱上板の３箇所に半径５mmの穴を開けた。
その結果、300回の焼結に使用した後も全く変形は認められなかった。

［実施例２］
比較例１で使用したものと同様の多孔質ガラス母材を用意し、遮熱部材を取り付けて焼結した。使用した遮熱部材は、比較例１で使用したものと同様の遮熱部材を用意し、遮熱筒内の半径150mmの位置に、高さ100mm、直径10mmの石英棒を図８に示すような形で、柱として４箇所に設置し、遮熱上板と遮熱下板とに溶着して接続し、さらに、遮熱上板の内径150mmより内側を厚さ10mmに肉厚としたものである。
その結果、300回の焼結に使用した後も全く変形は認められなかった。

［実施例３］
比較例１で使用したものと同様の多孔質ガラス母材を用意し、遮熱部材を取り付けて焼結した。使用した遮熱部材は、比較例１で使用したものと同様の遮熱部材を用意し、遮熱筒内の半径150mmの位置に、高さ100mm、直径10mmの石英棒を図８に示すような形で、柱として４箇所に設置し、遮熱上板と遮熱下板とに溶着して接続し、さらに、遮熱下板の上面に、図10に示すような角材状（5mm角）の補強材を径方向に４本設置したものである。
その結果、300回の焼結に使用した後も全く変形は認められなかった。

１．コアロッド、
２．ダミーロッド、
３．多孔質ガラス母材、
４．炉心管、
５．断熱材、
６．ヒータ、
７．駆動源、
８．速度制御装置、
９．ガス導入管、
１０．排気管、
１１．遮熱部材、
１２．遮熱上板、
１３．遮熱下板、
１４．遮熱筒、
１５．内筒、
１６．ガス抜き穴、
１７．柱状材、
１８．補強材、
１９．補強板。

Claims (7)

1. 少なくともコアロッドの一端にダミーロッドが接続された出発部材の外側に、ガラス微粒子を堆積して得られた多孔質ガラス母材を加熱して焼結するに際し、該多孔質ガラス母材上方のダミーロッド部に遮熱部材が配設され、該遮熱部材が遮熱上板および遮熱下板を有する遮熱筒からなり、該遮熱筒が補強部材で補強された熱変形防止構造を有することを特徴とする多孔質ガラス母材の遮熱部材。
2. 前記熱変形防止構造が、前記遮熱筒内に内筒を配置し、該内筒により遮熱上板と遮熱下板とが接続された構造を有する請求項１に記載の多孔質ガラス母材の遮熱部材。
3. 前記熱変形防止構造が、前記遮熱筒内に複数の柱を配置し、これらの柱によって遮熱上板と遮熱下板とが接続された構造を有する請求項１に記載の多孔質ガラス母材の遮熱部材。
4. 前記遮熱上板および又は前記遮熱下板が、その内周部を肉厚として補強されている請求項２又は３に記載の多孔質ガラス母材の遮熱部材。
5. 前記遮熱下板が、その上面に径方向に配設された複数の補強材により補強されている請求項３又は４に記載の多孔質ガラス母材の遮熱部材。
6. 前記遮熱上板および又は遮熱下板が、透明石英ガラスをサンドブラストしたもの、もしくは、不透明石英材からなる請求項１乃至５の何れかに記載の多孔質ガラス母材の遮熱部材。
7. 少なくともコアロッドの一端にダミーロッドが接続された出発部材の外側に、ガラス微粒子を堆積して得られた多孔質ガラス母材を加熱して焼結するに際し、請求項１乃至６のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の遮熱部材を用いて焼結することを特徴とする多孔質ガラス母材の焼結方法。
   
   

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