JP3003173B2 - ガラス微粒子堆積体の製造方法 - Google Patents

ガラス微粒子堆積体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラス微粒子堆積体をVAD法(気相軸付
法)あるいはOVD法(外付法)などのスート合成法によ
り製造する方法に関し、特に、生産性を向上した製造方
法を提供するものである。本発明によるガラス微粒子堆
積体は電気炉などの高温炉により熱処理、透明ガラス化
することにより、高品質なガラスロッドとなるので、光
ファイバ用ガラス製品等に好適に用いられる。
〔従来の技術〕
ガラス微粒子堆積体を合成する方法として、燃焼バー
ナーから燃焼ガス及び原料ガスを混合噴出し、火炎中で
の火炎加水分解反応または酸化反応によりガラス微粒子
を生成し、このガラス微粒子を回転する出発材の先端に
堆積させてガラス微粒子堆積体を形成させ、該堆積体の
成長に合わせて出発材を燃焼バーナーと相対的に移動さ
せることにより、ガラス微粒子堆積体を製造するVAD法
があった。また、出発材の外周部に燃焼バーナーにより
生成したガラス微粒子を堆積させ、出発材または燃焼バ
ーナーを1回以上トラバースさせることにより、ガラス
微粒子堆積体を製造するOVD法(例えば特開昭48−73522
号公報に提案されている)がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来、こうしたスート合成法によるガラス微粒子堆積
体の製造においては、第5図に示す如く、ガラス微粒子
堆積体の両端部にテーパ状の非有効部が形成される。こ
の非有効部はVAD法、OVD法ともに、その製法上、無くす
ことはできない。
すなわち、VAD法の場合は、第6図(a)〜(c)に
示すように、通常細径のガラスロッド先端部よりガラス
微粒子堆積体の合成を開始するが、最初は堆積するター
ゲットが小さい〔第6図(a)〕ことから、ガラス微粒
子の堆積効率が悪い。さらに堆積の定常状態(外径、母
材の成長速度が一定の状態をいう)に近づくにつれ〔第
6図(b)〜(c)〕テーパ状の非有効部の長さは長く
なり、一方ターゲットは大きくなるため、堆積効率も向
上する。定常になった状態で最も堆積効率が高い状態と
なる。このとき、非有効部上端は、火炎による加熱が充
分でないためガラス微粒子堆積体が柔らかい(密度が
小)ことから、割れが発生しやすいという問題が生じ
る。
また、OVD法においては、第7図に示すように、出発
材となる心棒13をチャック16−1および16−2に固定
し、バーナ11を用いてこの出発材13の外周にガラス微粒
子堆積体を形成する。チャック16−1および16−2は同
調して回転するようになっており、バーナ11に対して一
定区間で左右に往復トラバースできる機構となってい
る。トラバースはチャック16−1および16−2を固定
し、バーナ11について行っても同様である。バーナ11か
らは火炎12が形成され、この火炎12内でガラス微粒子が
生成され、チャック16−1,16−2をトラバースさせるこ
とを繰り返すことにより、出発材13の表面にガラス微粒
子が付着・堆積してガラス微粒子堆積体の層が形成され
る。バーナ11内で生成されたガラス微粒子は燃焼ガスに
運ばれる形で堆積面まで移動するため、広がりを持って
堆積する。このため、ガラス微粒子堆積体の両端はテー
パ状とならざるを得ない。また、OVD法の場合は上述し
たように、繰り返し熱源が移動するため、母材は加熱、
冷却を繰り返すことになり、特異点となる両端は、割れ
を生じやすくなる。こうしたことからも、バーナの調整
だけで両端形状をテーパの少ないものとすることは困難
である。
このように、従来のスート合成法によるガラス微粒子
堆積体の合成においては、堆積効率を悪くさせ、製造歩
留りを低下させる要因となる非有効部の形成が避けられ
なかった。また、この非有効部は、生産性向上の観点か
ら合成速度(単位時間当たりに合成されるガラス微粒子
堆積体の重量:g/分)を上げるに従い長くなり、逆に生
産性を低下させるという矛盾を生ずる。
本発明は、上記した問題点の解消を課題としてなされ
たものであり、堆積効率、生産性、製品歩留りが高く、
高品質なガラス微粒子堆積体を製造できる方法を提供す
ることを意図している。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するための本発明の構成は、気体のガ
ラス原料を燃焼バーナーから噴出させて火炎中で反応さ
せ、これによって生成するガラス微粒子を回転する出発
材または心棒の周囲に堆積させつつ上記燃焼バーナーを
出発材または心棒に対して相対的に移動させることによ
りガラス微粒子堆積体を製造する方法において、出発材
または心棒のガラス微粒子の堆積開始端近傍に、脱着可
能なリング状の耐熱板を上記出発材または心棒と同軸状
に設置し、該耐熱板の片面に一体となるようにガラス微
粒子堆積体を成長させ、且つ上記リング状の耐熱板は、
ガラス微粒子堆積体製造後、高温熱処理による透明ガラ
ス化前に取り去ることを特徴とするものである。
上記リング状の耐熱板は、ガラス微粒子堆積体製造
後、高温熱処理による透明ガラス化前に取り去ることも
できる。
上記リング状の耐熱板として、その径が製造しようと
するガラス微粒子堆積体の外径Dに対して0.5Dから1.0D
のものを用い、且つ燃焼バーナの中心軸と出発材の交差
する点から母材成長側と反対方向にD以内の位置に該耐
熱板を設置することを、本発明の特に好ましい実施態様
として挙げることができる。
〔作用〕
以下、図面を参照して本発明を説明する。第1図及び
第2図は本発明の構成を示す概略説明図である。第1図
はVAD法における構成例であり、燃焼バーナー1により
火炎2が形成され、燃焼バーナー1より噴出する気体状
ガラス原料、例えばSiCl4は、火炎2中で火炎加水分解
反応され、ガラス微粒子(SiO2)となる。このガラス微
粒子は出発材3に堆積されるが、出発材3には堆積開始
部より若干上部にリング状の耐熱板4が、脱着可能な形
態で設置されており、ここからガラス微粒子堆積体5が
合成される。
一方、第2図はOVD法における構成例であるが、出発
材13の両端部にリング状耐熱板14がそれぞれ設置され、
この耐熱板14の間を燃焼バーナー11が相対的にトラバー
スすることにより(出発材が実質的にトラバースするこ
ともある)、ガラス微粒子堆積体5が合成される。
どちらの構成例でも、出発材3(または13)におい
て、ガラス微粒子の堆積開始点の近傍に、リング状の耐
熱板4(または14)を設置することにより、燃焼バーナ
ー1(または11)により合成されるガラス微粒子は耐熱
板4(14)さえぎられるため、そのほとんどが耐熱板4
(14)下方に付着し、耐熱板4(14)をまわり込んで上
部出発材に付着するスートは激減する。このため、耐熱
板4(14)の位置調整より、またはガラス微粒子の堆積
開始点の位置調整により、テーパ状非有効部の長さを短
く調整できることになる。
ガラス微粒子堆積体は第1図に示す如く、耐熱板の底
面(下面)から出発ロットに堆積を始めるが、耐熱板の
位置を調整することにより、耐熱板の下面にもガラス微
粒子はスムーズに付着し、耐熱板とガラス微粒子がほぼ
一体状となる。こうすることにより、従来法では耐熱板
により遮られずに上方に付着していたガラス微粒子が遮
られ、上方への付着がなくなるので、非有効部を短くす
る効果が生じる。さらに、耐熱板4(14)により上方部
の付着が制限されるため、従来法では火炎に加熱されに
くく柔らかいため、割れの原因となる部分がなくなり、
製造歩留りが向上するという効果が生ずる。
堆積開始点と耐熱板が離れ過ぎていると、耐熱板によ
る遮り効果および加熱効果はなくなる。従って、本発明
において、ガラス微粒子堆積体と耐熱板を一体化する目
的のために、耐熱板の寸法と耐熱板の取付け位置は重要
である。例えば、第8図(a)および(b)に示すよう
に、製造しようとするガラス微粒子堆積体の外径Dに対
して、0.5Dから1.0Dの外径のリング状の耐熱板を用いる
ことが好ましく、出発材(心棒)への取付け位置は燃焼
バーナの中心軸と出発材との交点から母材成長側と反対
方向にD以内の位置とすることが好ましい。第8図
(a)は出発材の外周にガラス微粒子堆積体を形成する
場合、同図(b)は出発ロット(心棒)先端にガラス微
粒子堆積体を成長させる場合である。
本発明に用いる耐熱板は、石英、カーボン等の耐熱性
を有する材質のものが用いられるが、これらの耐熱板
は、第3図に示すように、透明ガラス化前に取り去る。
なお、リング状の耐熱板は、出発材に設置できる構成
であれば、一体のものでなくても、例えば半割り構造の
ものであっても良い。また、内孔形状は出発材の形状に
合わせればよいが、外周形状は円形あるいはこれに近い
形状のものが望ましい。例えば三角形状では、耐熱板の
形状により、当初のガラス微粒子堆積体形状が左右さ
れ、変形に繋がるため好ましくない。例えば、五角形以
上の略正多角形であれば良い。具体例として第4図
(a)に円形のものを、同図(b)に五角形のものを示
す。
上記のように本発明は、VAD法においても、OVD法にお
いても同様の効果を奏する。
〔実施例〕 以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。
(比較例) 同心円状8重管バーナーを燃焼バーナーとし、第6図
(a)〜(c)に示した従来法により、18mmφの出発材
の先端にガラス微粒子堆積体を合成、成長させた。バー
ナーに供給するガスは、原料としてSiCl4 5/分、
燃焼ガスとしてH2 50/分、O2 48/分、燃焼調整
用ガスとしてAr 12/分を使用した。合成されたガラ
ス微粒子堆積体の外径は180mmφ、長さは全長で800mmで
あった。このうち上端のテーパ部は200mm、下端のテー
パ部は150mmであり、有効部の割合いは、長さで56%に
過ぎなかった。
(実施例1) 第1図に示した本発明の構成において、出発材に外径
100mm、内孔径18.2mmのリング状の石英製耐熱板を、出
発材先端より70mm上方に設置した。バーナ中心軸と出発
材の交点は先端より20mmとした。その他の条件は比較例
と同様にした。合成されたガラス微粒子堆積体は、外径
181mmφ、全長800mmで、比較例のものとほぼ同様の母材
が製造出来たが、上端テーパ部は100mmと短くなり、有
効部の長さは69%と改善された。
また、本実施例で製造したものは、非有効部での割れ
は全く発生せず、安定した製造を行なうことができた。
次に、ガラス微粒子堆積体合成後、石英製耐熱板を上
方に抜き去り、高温電気炉にて、He雰囲気中1600℃以上
の熱処理を行い、透明ガラス化した。この結果、外径73
mmφの、クラック、気泡等の発生がなく良好なガラスロ
ッドを得ることができた。
(参考例1) 実施例1で合成したガラス微粒子堆積体をリング状石
英製耐熱板を取り去らずに、透明ガラス化した。この方
法でも実施例1のものと同様に透明で良好なガラスロッ
ドは得られたが、石英耐熱板は収縮しないため、有効部
の径73mmφに対して、上端側に100mmφの円板が取りつ
いた形状となった。この円板を削り取る、あるいは切り
取ることにより、ガラスロッドは通常と同様に使用する
ことができた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によればスート法により
合成するガラス微粒子堆積体端部のテーパ状非有効部を
減少させ、かつ非有効部での割れを防止することができ
ることから、製造効率を上げることができ、特に、合成
速度が高く、太径の大型ガラス微粒子堆積体を合成する
場合に効果的である。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の実施態様を示す概略説明図
であり、第1図はVAD法における本発明の構成例、第2
図はOVD法における本発明の構成例を示す。第3図は本
発明の実施例1においてガラス微粒子堆積体合成後、耐
熱板を取り外した後に加熱透明化する工程の説明図、第
4図(a)および(b)は本発明に用いる耐熱板の具体
例を示す図である。第5図はガラス微粒子堆積体のテー
パ状非有効部を説明する図、第6図(a)〜(c)は、
従来のVAD法におけるガラス微粒子の堆積開始時の成長
の様子を説明する図、第7図は従来のOVD法における堆
積開始時の様子の説明図、第8図(a)および(b)は
本発明の耐熱板のサイズと取付け位置の好ましい例を説
明する図である。 である。 1,11は燃焼バーナー、2,12は火炎、3,13は出発材、4,14
は耐熱板、5,15はガラス微粒子堆積体、16−1,16−2は
チャックを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 達彦 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 横田 弘 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (56)参考文献 特開 昭56−104737(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 8/04 C03B 37/018

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気体のガラス原料を燃焼バーナーから噴出
    させて火炎中で反応させ、これによって生成するガラス
    微粒子を回転する出発材または心棒の周囲に堆積させつ
    つ上記燃焼バーナーを出発材または心棒に対して相対的
    に移動させることによりガラス微粒子堆積体を製造する
    方法において、出発材または心棒のガラス微粒子の堆積
    開始端近傍に、脱着可能なリング状の耐熱板を上記出発
    材または心棒と同軸状に設置し、該耐熱板の片面に一体
    となるようにガラス微粒子堆積体を成長させ、且つ上記
    リング状の耐熱板を、ガラス微粒子堆積体製造後、高温
    熱処理による透明ガラス化前に取り去ることを特徴とす
    るガラス微粒子堆積体の製造方法。
  2. 【請求項2】上記リング状の耐熱板として、その径が製
    造しようとするガラス微粒子堆積体の外径Dに対して0.
    5Dから1.0Dのものを用い、且つ燃焼バーナーの中心軸と
    出発材の交差する点から母材成長側と反対方向にD以内
    の位置に該耐熱板を設置することを特徴とする請求項
    (1)記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
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