JP2014062006A

JP2014062006A - 多孔質ガラス母材の製造装置

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Publication number: JP2014062006A
Application number: JP2012206796A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yoshida; 真吉田
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: JP5762374B2

Abstract

【課題】 VAD法により大型の多孔質母材を製造する装置において、堆積初期における反応容器内の気流の乱れを防止し、多孔質母材の割れが発生しにくい多孔質母材の製造装置を提供する。
【解決手段】ガラス用原料、可燃性ガス及び助燃性ガスをバーナに供給して、ガラス原料を酸水素火炎中で加水分解してガラス微粒子を生成し、回転しつつ引上げられる出発部材に、生成したガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材を製造する装置において、ガラス微粒子の堆積を行う堆積室と堆積された多孔質ガラス母材を堆積室上部に格納する円筒部とを有する反応容器において、該反応容器内に設置された出発部材の上部に、外径Ｄ_２の円筒に外径Ｄ_２の円板を組み付けてなる整流部材を配置し、前記円筒部の内径をＤ_１とするとき、前記整流部材の外径Ｄ_２がＤ_２／Ｄ_１≧０．８の関係を満たすことを特徴としている。
【選択図】図４

Description

本発明は、大型の多孔質ガラス母材を製造する場合においても、反応容器内の気流を安定させて火炎の乱れを抑制することができ、割れが発生しにくい多孔質ガラス母材の製造装置に関する。

光ファイバの製造方法としては、VAD法は良く知られた方法である。
この方法では、回転しつつ上昇するシャフトに出発部材を取り付けて反応室内に垂下し、反応室内に設置されたコア堆積バーナ及びクラッド堆積バーナにより生成されたガラス微粒子を出発部材上に堆積させて、コア層とクラッド層からなる多孔質ガラス母材（以下、単に多孔質母材と称する）が製造される。

一般的に、このようなVAD装置で使用される反応容器は、複数本のバーナと、出発部材上にガラス微粒子の堆積を行う堆積室と、引上げられた多孔質母材が格納される円筒部から構成される。
ここで、生成されたガラス微粒子の堆積効率は100％とはならず、堆積されなかった未付着のガラス微粒子が、製造中、常に発生している。この未付着のガラス微粒子が、堆積中の多孔質母材に付着すると、透明ガラス化時に気泡が発生し、収率を大きく下げる。

これを防止する方法として、特許文献１及び特許文献２に示されるように、空気を積極的に反応容器内に導き、反応容器内に線速の大きな整った気流を作り、これに反応容器内の未付着ガラス微粒子を載せることによって、効率的に堆積室内の排出口から排出させる方法が提案されている。

特許第3,998,450号特許第4,466,997号

従来は、図１に示すように、シャフト１に出発部材２を取り付け、図示されていない吊下げ機構により堆積室３内に垂下され、コア堆積用バーナ５、クラッド堆積用バーナ６，７により火炎加水分解で生成したガラス微粒子が出発部材２上に堆積され、形成された多孔質母材は円筒部４内に引き上げられる。なお、符号８a，８bは堆積室へのガス供給口、符号９は円筒部へのガス供給口であり、符号10はガス排出部である。

多孔質母材の安定した形状部が円筒部入口に入るまでの堆積初期においては、図２に示すように、円筒部内には、シャフト１もしくは出発部材２しか存在しないため、堆積室３の上部に大きな空間が存在するような形となり、堆積室３の上部に設けられたガス供給口８aから供給されたガスの一部が容積の大きな円筒部内に流れ込むため、ガス排出部10へと向かう堆積室内の気流13の乱れが非常に大きくなっていた。
ある程度堆積が進むと、図３に示すように、円筒部４内に多孔質母材12が入り込むことにより、円筒部４の内壁と多孔質母材12との間隙15が狭くなり、この間隙に流れ込む空気によって、円筒部４から堆積室３に流れ込む線速の大きな気流14ができ、堆積室の気流13は極めて安定する。

このように気流が乱れた状態になるのは、堆積初期なので、未付着のガラス微粒子の付着といった問題は大きくないが、気流の乱れに伴って、火炎流が大きく乱れ、多孔質母材が安定して加熱されなくなる。
その結果、多孔質母材に割れが発生する確率が高くなるという問題が生じた。
特に、大型品を製造する反応容器は、格納する円筒部の内径を大きくしなければならないため、この影響が非常に大きい。

本発明の目的は、VAD法により大型の多孔質母材を製造する装置において、堆積初期における反応容器内の気流の乱れを防止し、多孔質母材の割れが発生しにくい多孔質母材の製造装置を提供することにある。

鋭意検討の結果、形成された多孔質母材が円筒部に格納される前の堆積初期の状態において、円筒部内に整流部材を設置し、堆積室の気流が、円筒部のほうに行かないようにすることが効果的であることが判明し、本発明を達成した。
すなわち、本発明の多孔質母材の製造装置は、ガラス用原料、可燃性ガス及び助燃性ガスをバーナに供給して、ガラス原料を酸水素火炎中で加水分解してガラス微粒子を生成し、回転しつつ引上げられる出発部材に、生成したガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材を製造する装置において、ガラス微粒子の堆積を行う堆積室と堆積された多孔質ガラス母材を堆積室上部に格納する円筒部とを有する反応容器において、該反応容器内に設置された出発部材の上部に、外径Ｄ_２の円筒に外径Ｄ_２の円板を組み付けてなる整流部材を配置し、前記円筒部の内径をＤ_１とするとき、前記整流部材の外径Ｄ_２がＤ_２／Ｄ_１≧０．８の関係を満たすことを特徴としている。
なお、前記整流部材は、円筒と該円筒の上部のみに、もしくは上下部のそれぞれに円板が組み付けられたものであっても良い。

本発明によれば、堆積初期における反応容器内の気流の乱れを防止することができ、多孔質母材の割れの発生を抑制することができる。

従来の製造装置の概略を示す縦断面図である。従来の製造装置での堆積初期の気流の状態を示す模式図である。従来の製造装置での堆積後半の気流の状態を示す模式図である。本発明の製造装置の概略を示す縦断面図である。本発明の製造装置による堆積初期の気流の状態を示す模式図である。（Ａ），（Ｂ）は、本発明の整流部材の概略を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図４に示すように、出発部材２の上部に円筒部４の内径よりも少し外径の小さな整流部材11を取付け、これをシャフト１に設置して、堆積を開始する。
その結果、図５に示すように、堆積初期においても、円筒部４よりも少し外径の小さな整流部材11が壁となるうえ、円筒部４の内壁と整流部材11との狭い間隙15から線速の大きな気流14が流れ出るので、堆積室内の気流13は、円筒部４の方に向かうことなく、ガス排出部10からスムーズに排気されていくようになる。

この整流部材11を構成する円筒16の長さＬは、取付け、取り出し工程で干渉しない範囲で、出来るだけ長いほうが効果は大きい。
また、円筒16に組み合わせる円板17は、図６（Ａ）では、円筒16の上部に取り付けられているが、円筒16の下部に取り付けても良く、また図６（Ｂ）のように、円筒16の上下両方につけても良い。

図４に示すような堆積室３と内径250mmφの円筒部４からなる反応容器を用意し、堆積室３には、上の給気口８aから1000〔L/min〕、下の給気口８bから200〔L/min〕の空気をそれぞれ供給し、円筒部４には、給気口９から300〔L/min〕の空気を供給した。
出発部材２として、外径30mmφ、長さ500mmの石英ガラス材を用意し、これに７種類の外径（160〜220mm）で作成した整流部材11（長さＬ＝150mm）を取り付けて、シャフト１に吊り下げた。

ここで、堆積室３に設置したコア堆積用バーナ５には、原料ガスとして500〔ml/min〕のSiCl_４と20〔ml/min〕のGeCl_４を供給した。クラッド堆積用バーナ６，７には原料ガスとしてそれぞれ1.0〔l/min〕、3.5〔l/min〕のSiCl_４を供給した。さらに、各堆積用バーナには、それぞれ燃焼ガスとしてＨ_２を、助燃ガスとしてＯ_２を供給した。
このようにして堆積を行い、長さ1000mmの多孔質母材を各30本ずつ得た。また、比較用として、整流部材を設置しない条件でも堆積を行った。その結果を表１に示す。

その結果、25本に割れが発生したが、その全てが、多孔質母材が円筒部に入る前の堆積初期に発生したものであった。
その中でも、整流板を設置しなかった条件Ｈは、堆積初期の気流の乱れが大きく、多孔質母材が円筒部に入る前の堆積初期に、10/30本が割れてしまい、最も割れ数が多かった。
整流部材を設置したものの中では、整流部材11の外径Ｄ_２が円筒部４の内径Ｄ₁に対して小さいものほど割れた多孔質母材の数が多く、Ｄ_２/Ｄ₁≧0.8のものには、割れが発生しなかった。整流部材11の外径Ｄ_２が小さいと、邪魔板効果が小さくなるとともに、円筒とのクリアランスが狭くならないので、間隙15を流れる空気の線速が大きくならず、堆積室３内の気流13を安定した状態に抑え込むことができない。

１．シャフト、
２．出発部材、
３．堆積室、
４．円筒部、
５．コア堆積用バーナ、
６，７．クラッド堆積用バーナ、
８a，８b，９．ガス供給口、
１０．ガス排出部、
１１．整流部材、
１２．多孔質母材、
１３，１４．気流、
１５．間隙、
１６．円筒、
１７．円板。

Claims

ガラス用原料、可燃性ガス及び助燃性ガスをバーナに供給して、ガラス原料を酸水素火炎中で加水分解してガラス微粒子を生成し、回転しつつ引上げられる出発部材に、生成したガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材を製造する装置において、ガラス微粒子の堆積を行う堆積室と堆積された多孔質ガラス母材を堆積室上部に格納する円筒部とを有する反応容器において、該反応容器内に設置された出発部材の上部に、外径Ｄ_２の円筒に外径Ｄ_２の円板を組み付けてなる整流部材を配置し、前記円筒部の内径をＤ_１とするとき、前記整流部材の外径Ｄ_２がＤ_２／Ｄ_１≧０．８の関係を満たすことを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置。
前記整流部材が、円筒と該円筒の上部に円板が組み付けられている請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
前記整流部材が、円筒と該円筒の上下部にそれぞれ円板が組み付けられている請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。