JP4124644B2 - ガラス母材製造装置及びガラス母材製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
光ファイバの原材料として使用されるガラス母材を製造する装置及びガラス母材を製造する方法に関する。また本出願は、下記の日本特許出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。
特願２０００−２３０５０８ 出願日 平成１２年７月３１日
特願２０００−２３４１０８ 出願日 平成１２年８月２日
特願２０００−２３８５０２ 出願日 平成１２年８月７日
背景技術
図１は、従来のガラス母材製造装置の構成を示す。ガラス母材製造装置は、チャック１２と、バーナ２２Ａ〜２２Ｄとを有する。チャック１２は、出発母材２の両端を把持する。更に、チャック１２は、出発母材２の軸を中心にして出発母材２を回転する。バーナ２２Ａ〜２２Ｄは、出発母材２の長手方向に沿って一列に等間隔に配置される。原料ガス、燃料ガス、及び助燃ガスが、バーナ２２Ａ〜２２Ｄに供給される。バーナ２２Ａ〜２２Ｄは、出発母材２の長手方向に沿って往復移動しながら供給された原料ガスを加水分解して出発母材２に対してガラス微粒子を噴出する。バーナ２２Ａ〜２２Ｄによって出発母材２の周囲にガラス微粒子が堆積されることにより堆積体１０が形成される。
出発母材２の周囲に堆積されたガラス微粒子を、熱処理して透明ガラス化することにより光ファイバの原材料として使用されるガラス母材が製造される。ガラス母材を線引きに適した形状に延伸及び縮径することにより光ファイバプリフォームが得られ、プリフォームを線引きすることにより光ファイバが製造される。
図２は、全域トラバース法によるバーナ２２Ａ〜２２Ｄのガラス微粒子の堆積量を示す。全域トラバース法の場合、全てのバーナ２２Ａ〜２２Ｄが、ガラス母材製品として有効に使用できる有効部を越えて、ガラス微粒子を堆積する領域の一方の端から他方の端まで往復移動する。更に、有効部の範囲内においては、それぞれのバーナ２２Ａ〜２２Ｄが固有の堆積量で均一の厚さに堆積する。そのため、各バーナ２２Ａ〜２２Ｄのガラス微粒子の堆積量がそれぞれ異なっている場合においても、堆積されたガラス微粒子の全体の厚さは、バーナ２２Ａ〜２２Ｄの移動方向に沿ってほぼ均一となる。
図３は、部分トラバース法によるバーナ２２Ａ〜２２Ｆのガラス微粒子の堆積量を示す。部分トラバース法の場合、バーナ２２Ａ〜２２Ｆは、出発母材２の全体の長さに対して一部の区間を往復移動しながら出発母材２にガラス微粒子を堆積する。例えば、バーナ２２Ａ〜２２Ｆの往復移動の開始位置を順次部分的に移動して出発母材２にガラス微粒子を堆積する（特開平３−２２８８４５号公報参照）。
部分トラバース法は、図２に示した全域トラバース法と比較して、ガラス母材製品として使用できない不要部を増加せずにバーナの本数を増加できるので、ガラス微粒子を堆積する速度を飛躍的に増加することができる。
しかしながら、部分トラバース法では、それぞれのバーナ２２Ａ〜２２Ｆが、有効部全体の長さに対して一部分の区間を往復移動する。そのため、図３に示すように、それぞれのバーナのガラス微粒子堆積量が異なる場合、堆積されたガラス微粒子の全体の厚さが、有効部の長手方向に沿って不均一となる。
出発母材２の長手方向におけるガラス微粒子の堆積量が不均一であると、堆積体１０を透明ガラス化して生成したガラス母材は、コアの周囲に積層されたクラッドの厚さが変動する。そのため、クラッドの厚さが不均一なガラス母材を延伸縮径してプリフォームを製造し、そのプリフォームを線引きして最終製品の光ファイバを製造すると、光ファイバのコア径が変動する。光はコア内を伝播するので、コア径が変動すると光ファイバに必要な所定の特性を得ることができない。したがって、有効部の長手方向に沿ってガラス微粒子の堆積量が不均一である場合、堆積量の厚みの大きい箇所を削って一様な厚さとする工程が必要となり、製造コストが増加する。
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるガラス母材製造装置及びガラス母材製造方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
発明の開示
即ち、本発明の第１の形態によると、光ファイバの原材料として使用されるガラス母材を製造する装置であって、ガラス母材の出発母材の長手方向に沿って出発母材の全体の長さに対して一部の区間を往復しながら出発母材にガラス微粒子を堆積することによってガラス母材の母材となる堆積体を形成する、出発母材の長手方向に沿って一列に所定の間隔で配列された複数のバーナと、複数のバーナのそれぞれに少なくとも１つが接続された、ガラス微粒子の原料ガスをバーナへ供給する流量を調節する流量調節器と、複数の流量調節器のそれぞれに接続された、複数の流量調節器のそれぞれを個別に制御する制御部とを備える。
制御部は、基本の流量の原料ガスを、複数のバーナに供給するように複数の流量調節器を制御する第１の制御手段と、基本の流量に対して複数のバーナのそれぞれについて算出されたバーナに供給される原料ガスの流量の補正値に応じて複数の流量調節器のそれぞれを制御する第２の制御手段とを有することが好ましい。更に、第２の制御手段は、複数のバーナによって実際に堆積された堆積体を透明ガラス化したガラス母材の堆積比に基づいて複数の流量調節器のそれぞれについて前期補正値を算出することが好ましい。
更に、第２の制御手段が、複数のバーナのそれぞれの位置に対応する、第１の制御手段を用いて流量調節器を制御することによって形成した堆積体を透明ガラス化した第１のガラス母材の堆積比と、第１の制御手段及び第２の制御手段を用いて流量調節器を制御することによって形成した堆積体を透明ガラス化した第２のガラス母材の堆積比との比率に応じて複数の流量調節器のそれぞれについて補正値を調整することが好ましい。
また、制御部が、ガラス母材の外径及びコア径を測定するプリフォームアナライザに接続されてもよい。第２の制御手段は、基本の流量の５０％以下となるように補正値を算出することが好ましい。バーナへ供給する原料ガスの量が時間の経過に伴って変化するように第１の制御手段が、流量調節器を制御してもよい。また、１つのバーナに対して複数の流量調節器が接続されてもよい。更に、複数の流量調節器が、異なった種類の原料ガスの流量をそれぞれ制御してもよい。ガラス母材製造装置は、出発母材の長手方向に沿って複数のバーナを第１の周期で往復させる第１の移動機構と、第１の移動機構を第１の周期より長い第２の周期で往復させる第２の移動機構とを更に備えることが好ましい。
ガラス母材製造装置は、複数のバーナを収容する反応容器と、ガラス母材を製造する時に発生する熱による反応容器の変形を低減する変形低減機構とを備えることが好ましい。変形低減機構は、反応容器に形成された屈曲した屈曲構造部を含んでもよい。また、屈曲構造部は、反応容器を一周するように反応容器に形成されてもよい。また、変形低減機構は、反応容器の変形を拘束する変形拘束部を含んでもよい。
ガラス母材製造装置は、少なくとも１つの変形拘束部を、反応容器を一周するように反応容器の周囲に有することが好ましい。変形拘束部の材料は、炭素鋼又はステンレスであってもよい。また、変形拘束部の材料は、角形鋼管であってもよい。更に、反応容器は、前記変形低減機構として連続的な屈曲形状の壁面を有してもよい。また、反応容器は、反応容器の壁の一部が重複してスライドするスライド部を変形低減機構として有してもよい。反応容器は、反応容器を一周するようにスライド部を反応容器の周囲に有することが好ましい。
更に、ガラス母材製造装置は、堆積体を把持して当該ガラス母材製造装置の外部へ移送する把持具を更に備え、把持具が、堆積体が両端に有する円錐部を把持する手段を有することが好ましい。把持具は、堆積体の円錐部の一部の傾斜角度と実質的に同じ角度の凹部を有することが好ましい。更に、凹部は、湾曲した溝であってもよい。更に、凹部が、実質的にＶ字型の溝であってもよい。
把持具は、上下方向から円錐部を挟むことによって円錐部を保持可能な、凹部を含むクランプを有することが好ましい。更に、複数のクランプが、複数のクランプを互いに連結する軸を中心にして回転可能であることが好ましい。把持具は、円錐部を挟むことによって円錐部を保持可能な、凹部を含むクランプと、クランプの凹部の角度を円錐部の一部の傾斜の角度と実質的に同じ角度に調整するための把持角度調整部とを有することが好ましい。把持角度調整部は、クランプの長手方向を軸として軸を中心にクランプを回転することが好ましい。
把持具は、円錐部を実質的に均一の圧力で把持するための把持圧力調整器を有してもよい。把持圧力調整器は、クランプの円錐部と接触する面に形成された弾性体であってもよい。把持圧力調整器は、円錐部の曲面に従って伸縮する複数の柱状体を有してもよい。更に、把持具は、堆積体の軸方向におけるクランプの位置を調整する機構を有してもよい。クランプの位置を調整する機構が、クランプを支持するアームと、アームに螺合してアームを堆積体の軸方向に移動する螺合軸とを有することが好ましい。
本発明の第２の形態による光ファイバの原材料として使用されるガラス母材を製造する方法は、ガラス母材の出発母材の長手方向に沿って複数のバーナを、出発母材の全体の長さに対して一部の区間を往復させながら複数のバーナからガラス微粒子を出発母材に噴出することで出発母材にガラス微粒子を堆積する堆積ステップと、ガラス微粒子の原料ガスを複数のバーナへ供給する流量を、複数のバーナのそれぞれについて個別に制御する流量制御ステップとを備えることが好ましい。
ガラス母材製造方法は、堆積ステップにおいて堆積されたガラス微粒子の堆積体を透明ガラス化することによりガラス母材を生成するガラス化ステップを更に備え、流量制御ステップが、ガラス化ステップにおいて生成されたガラス母材の堆積比に基づいて原料ガスの流量を複数のバーナのそれぞれについて個別に制御することが好ましい。
更に、堆積ステップが、基本の流量の原料ガスを、複数のバーナに供給することによりガラス微粒子を出発母材に堆積して第１バッチの堆積体を生成する第１バッチの堆積ステップを有し、ガラス化ステップが、第１バッチの堆積体を透明ガラス化して第１バッチのガラス母材を生成する第１バッチのガラス化ステップを有し、第１バッチのガラス化ステップによって生成された第１バッチのガラス母材の堆積比に基づいて基本の流量に対するバーナに供給する原料ガスの流量の補正値を、複数のバーナのそれぞれについて算出する補正値算出ステップを更に備えることが好ましい。
更に、堆積ステップは、前記補正置算出ステップにおいて算出された前記補正値を前記基本の流量に対して補正した値に従って、原料ガスを複数のバーナにそれぞれ供給することによりガラス微粒子を出発母材に堆積して第２バッチの堆積体を生成する第２バッチの堆積ステップを更に有することが好ましい。更に、流量制御ステップは、第１バッチの堆積ステップにおいて基本の流量の原料ガスを、複数のバーナに供給するように原料ガスの流量を制御する第１バッチの制御ステップと、第２バッチの堆積ステップにおいて基本の流量に対して補正値を補正した値に従って複数のバーナのそれぞれに供給する原料ガスの流量を、それぞれ個別に制御する第２バッチの制御ステップとを有することが好ましい。また、補正値算出ステップは、第１バッチのガラス化ステップにより生成された第１のガラス母材の堆積比に基づいて複数のバーナのそれぞれについて前期補正値を算出することが好ましい。
更に、ガラス母材製造方法において、ガラス化ステップが、第２バッチの堆積ステップにより生成された第２バッチの堆積体を透明ガラス化して第２バッチのガラス母材を生成する第２バッチのガラス化ステップを更に有し、複数のバーナのそれぞれの位置に対応する、第１バッチのガラス化ステップにおいて生成された第１バッチのガラス母材の堆積比と、第２バッチのガラス化ステップにおいて生成された第２バッチのガラス母材の堆積比との比率に基づいて複数のバーナのそれぞれについて補正値を算出する補正値算出ステップを更に備えることが好ましい。
更に、ガラス母材製造方法において、堆積ステップが、補正値算出ステップにおいて算出された補正値を基本の流量に対して補正した値に基づいて、原料ガスを複数のバーナにそれぞれ供給することによりガラス微粒子を出発母材に堆積して第３バッチの堆積体を生成する第３バッチの堆積ステップを更に有し、流量制御ステップが、算出された補正値を基本の流量に対して補正した値に基づいて複数のバーナのそれぞれに供給する原料ガスの流量をそれぞれ個別に制御する第３バッチの制御ステップを更に有し、ガラス化ステップが、第３バッチの堆積ステップにより生成された第３バッチの堆積体を透明ガラス化して第３バッチのガラス母材を生成する第３バッチのガラス化ステップを更に有することが好ましい。
また、補正値算出ステップは、基本の流量の５０％以下となるように補正値を算出することが好ましい。第１バッチの制御ステップは、バーナへ供給する原料ガスの流量が時間の経過に伴って変化するように制御してもよい。第１バッチの堆積ステップ及び第２バッチの堆積ステップが、１つのバーナに対して複数の種類の原料ガスを供給し、第１バッチの制御ステップ及び第２バッチの制御ステップが、複数の種類の原料ガスのそれぞれの流量を個別に制御してもよい。更に、母材を把持する把持ステップを更に備え、把持ステップが、ガラス母材が両端に有する円錐部を把持してもよい。
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
発明を実施するための最良の形態
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図４は、本発明のガラス母材製造装置２００の一実施形態を示す。ガラス母材製造装置２００は、チャック１２と、モータ１４、２０、及び１１８と、バーナ２２Ａ〜２２Ｋと、ガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋと、原料ガス供給源８８Ａ〜８８Ｇと、制御部１０２と、第１の移動機構４８と、第２の移動機構５０と、反応容器２１０とを有する。
チャック１２は、出発母材２を把持する。モータ１４は、出発母材２の軸を中心としてチャック１２を回転することにより出発母材２を回転する。
バーナ２２Ａ〜２２Ｋは、台１５上に出発母材２の長手方向に沿って一列に所定の間隔で配置される。バーナ２２Ａ〜２２Ｋは、出発母材２の長手方向に沿って折り返し位置を移動しつつ出発母材２の全体の長さに対して一部の区間を往復移動する。すなわち、本実施形態のバーナ２２Ａ〜２２Ｋは、部分トラバース法によって往復移動する。バーナ２２Ａ〜２２Ｋは、出発母材２にガラス微粒子を堆積することにより堆積体１０を形成する。
第１の移動機構４８は、出発母材２の長手方向に平行に配置された第１の移動軸１６を有する。第１の移動軸１６をモータ１１８によって回転することにより、第１の移動機構４８は、出発母材の長手方向に平行に台１５を第１の周期で往復させる。ここでいう周期とは、バーナ２２Ａ〜２２Ｋを一往復するのに要する時間間隔をいう。第２の移動機構５０は、第１の移動機構４８の下部に設けられ、第１の移動機構４８を往復移動する。第２の移動機構５０は、第１の移動軸１６の長手方向に対して平行に配置された第２の移動軸１８を有する。
第２の移動軸１８を、モータ２０を用いて回転することにより、第２の移動機構５０は、第１の周期より長い第２の周期で第１の移動機構４８を往復移動させる。したがって、第１の移動機構４８は、速い速度でバーナ２２Ａ〜２２Ｅを往復移動させ、第２の移動機構５０は、第１の移動機構よりも遅い速度で第１の移動機構４８を往復移動させる。
ガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋは、対応するバーナ２２Ａ〜２２Ｋにそれぞれ接続され、原料ガスをバーナ２２Ａ〜２２Ｋへそれぞれ供給する。原料ガスとして、ガラス微粒子の原料となるガス、燃焼ガス、及び支燃ガスがバーナに供給される。原料ガス供給源８８Ａ〜８８Ｇは、それぞれ異なった７種類の原料ガスをガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋのそれぞれに供給する。図４に示すように原料ガス供給源８８Ａ〜８８Ｇは、全てのガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋにそれぞれ接続されるので、全てのガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋに対して異なった７種類の原料ガスをそれぞれ供給する。
ガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋは、それぞれ複数の流量調節器７４、７６、７８、８０、８２、８４、及び８６を有する。例えば、ガス流量制御部５２Ａは、流量調節器７４Ａ、７６Ａ、７８Ａ、８０Ａ、８２Ａ、８４Ａ、及び８６Ａを有する。流量調整器７４Ａ、７６Ａ、７８Ａ、８０Ａ、８２Ａ、８４Ａ、及び８６Ａは、対応する原料ガス供給源８８Ａ〜８８Ｇにそれぞれ接続される。そのため、流量調整器７４Ａ、７６Ａ、７８Ａ、８０Ａ、８２Ａ、８４Ａ、及び８６Ａは、対応する原料ガス供給源８８Ａ〜８８Ｇから供給された、異なった種類の原料ガスの流量をそれぞれ制御する。
流量がそれぞれ流量調整器７４Ａ、７６Ａ、７８Ａ、８０Ａ、８２Ａ、８４Ａ、及び８６Ａによって制御された、原料ガス供給源８８Ａ〜８８Ｇから供給された原料ガスの一部が合流してバーナ２２Ａへ供給される。燃料ガス及び支燃ガス等の合流しない原料ガスは、バーナ２２Ａが有する複数のノズルのそれぞれに供給される。図４に示す例では、流量調整器８２Ａ、８４Ａ、及び８６Ａから供給された原料ガスが合流してバーナ２２Ａのノズルに供給され、流量調整器７４Ａ、７６Ａ、７８Ａ、及び８０Ａから供給された各原料ガスが、合流せずにバーナ２２Ａの対応するノズルのそれぞれに供給される。原料ガスをバーナ２２に供給する形態は、図４に示す例に限られず他の形態を用いてもよい。
ガス流量制御部５２Ｂ〜５２Ｋは、それぞれガス流量制御部５２Ａと同様の構成を有するので、説明を省略する。また、図４において、ガス流量制御部５２Ｂ〜５２Ｋの内部構成は、ガス流量制御部５２Ａと同様であるので図示しない。
なお、各バーナ２２Ａ〜２２Ｋに供給する原料ガスの量を、図４に示すような流量調節器７４、７６、７８、８０、８２、８４、及び８６を用いずに、他の手段を用いて制御してもよい。例えば、原料ガスの供給配管上に分配器を配置し、更に分配器を介して各バーナ２２Ａ〜２２Ｋに至るまでの配管上に調整可能なバルブ又はオリフィスを配置し、バルブ又はオリフィスの圧力損失を増減させることにより、原料ガスの各バーナ２２Ａ〜２２Ｋへの供給量を調整してもよい。
制御部１０２は、ガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋが有する流量調節器７４、７６、７８、８０、８２、８４、及び８６のそれぞれに接続される。例えば、ガス流量制御部５２Ａ内において、制御部１０２は、流量調節器７４Ａ、７６Ａ、７８Ａ、８０Ａ、８２Ａ、８４Ａ、及び８６Ａのそれぞれに接続される。制御部１０２は、流量調節器７４、７６、７８、８０、８２、８４、及び８６における流量をそれぞれ個別に制御する。制御部１０２は、全ての流量調節器７４、７６、７８、８０、８２、８４、及び８６を制御しなくともよく、一部の流量調節器を制御してもよい。
制御部１０２は、バーナ２２Ａ〜２２Ｋに供給する原料ガスの量が時間の経過に伴って変化するように、流量調節器７４、７６、７８、８０、８２、８４、及び８６を制御してもよい。例えば、ガラス微粒子の堆積の成長に合わせて、堆積初期、堆積中期、及び堆積後期のそれぞれの段階において供給する原料ガスの流量を変化させてもよい。制御部１０２は、更にモータ１４、２０、及び１１８に接続され、チャック１２、第１の移動軸１６、及び第２の移動軸１８の回転速度を制御する。
反応容器２１０は、チャック１２とバーナ２２Ａ〜２２Ｋとを収容する。反応容器２１０は、原料ガスの反応時に発生する熱から第１の移動機構４８、第２の移動装置５０、ガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋ等のガラス母材製造装置２００の構成要素を隔離することによってガラス母材製造装置２００の構成要素を防護する。反応容器２１０は、上記の全ての構成を収容する必要はなく、上記の構成のうち一部の構成を収容してもよい。
更に、ガラス母材製造装置２００は、ガラス母材の外径及びコア径を測定するプリフォームアナライザ１００に接続されてもよい。ガラス母材製造装置２００によって製造された堆積体１０は、ガラス母材製造装置２００とは、別体の焼結装置によって焼結されてガラス母材へと形成される。ガラス母材は、ガラス母材製造装置２００とは別体のプリフォームアナライザ１００によって外径及びコア径が測定される。プリフォームアナライザ１００を制御部１０２に接続することによってプリフォームアナライザ１００からガラス母材の外径及びコア径に関するデータを制御部１０２に入力することができる。プリフォームアナライザ１００から入力したガラス母材の外径及びコア径に関するデータに基づいて制御部１０２は、流量調節器７４、７６、７８、８０、８２、８４、及び８６のそれぞれの流量を制御してもよい。
図５は、バーナ２２Ａの往復移動による軌跡を示す。図４に示すガラス母材製造装置２００は、１１本のバーナ２２Ａ〜２２Ｋを有する。しかし、説明を簡単にするため、１本のバーナ２２Ａの移動軌跡のみを示す。縦軸は、時間の経過を示し、横軸は、バーナ２２Ａの移動距離を示す。
第１の移動機構４８は、バーナ２２Ａを実線で示す第１の周期で往復させる。第１の移動周期による移動幅は、出発母材２の全体の長さに対して一部の区間である。第２の移動機構５０は、第１の移動機構４８を破線で示す第２の周期で往復させる。第２の移動周期による移動幅も、出発母材２の全体の長さに対して一部の区間である。第１の移動機構４８の移動幅及び第２の移動機構５０の移動幅の少なくとも一方は、バーナ設置間隔の整数倍であることが好ましい。第２の移動周期の移動幅は、バーナ２２Ａ〜２２Ｋ同士の間隔の整数倍であることが好ましい。例えば、バーナ２２Ａ〜２２Ｋ同士の間隔の１〜２倍であってもよい。図５では、第１の移動周期による移動幅が、第２の移動周期による移動幅よりも小さいが、、第１の移動周期による移動幅が、第２の移動周期による移動幅と等しくてもよい。バーナ２２Ａの移動の軌跡は、破線で示す第２の周期の軌跡上に、実線で示す第１の周期の軌跡を重ねた軌跡となる。したがって、本実施形態のガラス母材製造装置２００は、第１の移動機構４８及び第２の移動機構５０を有するのでバーナ２２Ａ〜２２Ｋの往復移動の折り返し位置を移動することができる。
図６は、図４に示したガラス母材製造装置２００を用いてガラス母材を製造する工程を示す。まず、基本の流量の原料ガスを、バーナ２２Ａ〜２２Ｋのそれぞれに供給することによりガラス微粒子を出発母材に堆積して第１バッチの堆積体を生成する（Ｓ１０）。基本の流量とは、各バーナ２２Ａ〜２２Ｋへ供給する原料ガスの供給量を、バーナ２２Ａ〜２２Ｋごとに異なる圧力損失を無視して同一にした流量である。したがって、バーナ２２Ａ〜２２Ｋごとに圧力損失が異なる場合であっても、制御部１０２は、各ガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋに対して同一の出力信号を与える。そのため、各ガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｋからバーナ２２Ａ〜２２Ｋに対して同一の流量の原料ガスが、それぞれ供給される。
次に、ガラス母材製造装置２００とは別体の不図示の焼結装置を用いて第１バッチの堆積（Ｓ１０）によって生成された第１バッチの堆積体を熱処理して透明ガラス化することによって第１バッチのガラス母材を生成する（Ｓ１２）。
堆積体１０の厚みと透明ガラス化された後のガラス母材の厚みとの関係は、堆積体の嵩密度によって変化する。したがって、堆積体１０を透明ガラス化する前の段階において、堆積体１０の堆積量が出発母材２の長手方向に均一であるかどうかを判定することは困難である。
更に、ガラス母材製造装置２００とは別体のプリフォームアナライザ１００を用いてガラス母材へレーザ光等を透過させ、透過させた光の位置のずれを測定することによりガラス母材内部の屈折率分布を求める。求められた屈折率分布からガラス母材の外径を求めることができる。そのため、プリフォームアナライザ１００は、透明ガラス化される前の段階で白色の多孔質である堆積体１０に対しては、光が透過できないので利用することができない。したがって、プリフォームアナライザ１００を用いて堆積体１０の堆積量が出発母材２の長手方向に均一であるかどうかを判定するためには、堆積体１０を焼結して透明ガラス化する必要がある。
次に、第１バッチのガラス母材の外径及びコア径を測定する（Ｓ１４）。例えば、第１バッチのガラス母材の外径と第１バッチの出発母材２の外径又はコア径とをプリフォームアナライザ１００を用いて測定する。この測定によって第１バッチのガラス母材の外径と第１バッチの出発母材２の外径又はコア径との比の分布、すなわち堆積比分布を測定する。測定された堆積比分布を各バーナ２２Ａ〜２２Ｋの堆積範囲に対応させることによって、各バーナ２２Ａ〜２２Ｋのガラス微粒子の堆積特性を知ることができる。
堆積比分布は、以下の式に基づいて算出される。
コアロッド率＝（出発母材外径）／（ガラス母材外径）
堆積比＝（１／測定位置のコアロッド率）／（１／基準位置のコアロッド率）
ここで、コアロッドとは、出発母材２のことをいう。
次に、算出された堆積比分布から得られた各バーナ２２Ａ〜２２Ｋの堆積特性に基づいて、基本の流量に対するバーナ２２Ａ〜２２Ｋに供給する原料ガスの流量の補正値を、バーナ２２Ａ〜２２Ｋのそれぞれについて算出する（Ｓ１６）。原料ガスの流量の補正値は、出発母材２の長手方向に沿ってガラス微粒子の堆積分布が均一となるように算出される。補正値算出ステップ（Ｓ１６）では、調整範囲が基本の流量の５０％以下となるように補正値を算出する。調整範囲が５０％を超えると、あるバーナと隣接するバーナとの間で原料ガスの供給量が違う場合、ガラス母材を焼結する時に欠陥を生じやすい。
次に、補正置算出ステップ（Ｓ１６）において算出された補正値を基本の流量に対して補正した値に従って、原料ガスをバーナ２２Ａ〜２２Ｋにそれぞれ供給することによりガラス微粒子を出発母材２に堆積して第２バッチの堆積体を生成する（Ｓ１８）。ここで第２バッチの堆積（Ｓ１８）を実施している間、基本の流量は、時間の経過に従って変化してもよい。しかし、第２バッチの堆積（Ｓ１８）を実施している間、各バーナへ供給する原料ガスの流量の補正値は、時間に対して変化させない。すなわち、一旦補正値が、各流量調節器７４、７６、７８、８０、８２、８４、及び８６に設定されると、第２バッチの堆積（Ｓ１８）が終了するまで補正値は変更しない。
次に、第２バッチの堆積（Ｓ１８）によって生成された第２の堆積体を、焼結装置を用いて透明ガラス化することによって第２バッチのガラス母材を生成する（Ｓ２０）。次に、第２バッチのガラス母材の直径及びコア径を測定し、堆積比分布を計算する（Ｓ２２）。
次に、バーナ２２Ａ〜２２Ｋそれぞれの位置に対応する第１バッチのガラス母材の堆積比と第２バッチのガラス母材の堆積比との比率に基づいて補正値を、バーナ２２Ａ〜２２Ｋのそれぞれについて算出する（Ｓ２４）。まず、第１バッチのガラス母材の堆積比と第２バッチのガラス母材の堆積比との比率が、バーナ２２Ａ〜２２Ｋのそれぞれの位置において変化する率を算出する。この堆積比の比率の変化率は、第１のガラス母材におけるガラス微粒子堆積量と第２のガラス母材におけるガラス微粒子堆積量との比率が、バーナ２２Ａ〜２２Ｋのそれぞれの位置において変化する率を示す。以下にガラス微粒子堆積量の比率の変化率を算出する式を示す。
堆積比の変化率＝（第２のガラス母材の堆積比）／（第１のガラス母材の堆積比）
次に、算出した堆積比の変化率に基づいて、出発母材２の長手方向に沿ってガラス微粒子の堆積分布が均一となるように、バーナ２２Ａ〜２２Ｋに供給する原料ガスの流量の補正値を調整する。
次に、補正値算出ステップ（Ｓ２４）において算出された補正値を基本の流量に対して補正した値に基づいて、原料ガスを複数のバーナにそれぞれ供給することによりガラス微粒子を出発母材に堆積して第３バッチの堆積体を生成する（Ｓ２６）。ここで第３バッチの堆積（Ｓ２６）を実施している間、基本の流量は、時間の経過に従って変化してもよい。しかし、第３バッチの堆積（Ｓ２６）を実施している間、各バーナへの原料ガス供給量の補正値は、時間に対して変化させない。すなわち、一旦補正値が、各流量調節器７４、７６、７８、８０、８２、８４、及び８６に設定されると、第３バッチの堆積（Ｓ２６）が終了するまで補正値は変更しない。
次に、第３バッチの堆積（Ｓ２６）によって製造された第３バッチの堆積体を、焼結装置を用いて透明ガラス化することによって第３バッチのガラス母材を生成する（Ｓ２８）。第３バッチの堆積（Ｓ２６）、第３バッチのガラス化（Ｓ２８）、及び補正値算出（Ｓ２４）で説明した堆積焼結、補正値算出工程を複数バッチ繰り返すことによって、ガラス微粒子の堆積分布が均一なガラス母材を製造することができる。また、第３バッチの堆積（Ｓ２６）、第３バッチのガラス化（Ｓ２８）、補正値算出（Ｓ２４）で説明した堆積、焼結、及び補正値算出工程でなく、第２バッチの堆積（Ｓ１８）、第２バッチのガラス化（Ｓ２０）、及び補正値算出（Ｓ１６）工程で説明した堆積、焼結、及び補正値算出工程を繰り返してもよい。
以上に述べたように、ガラス母材を実際に数バッチ製造するたびに、出発母材２の長手方向に沿ってガラス微粒子の堆積分布が均一となる条件を推定し、調整することで、ガラス微粒子の堆積分布が均一なガラス母材を製造することができる。
（実施例１）
図４に示すガラス母材製造装置２００を用いて堆積体１０を製造した。ただし、用いるバーナの本数を１１本でなく、１０本とした。バーナを、１５０ｍｍの間隔に配置した。したがって、図４に示すバーナ２２Ａ〜２２Ｋのうち、バーナ２２Ａ〜２２Ｊを用いた。外径４０ｍｍの出発母材２にガラス微粒子を堆積することにより外径が平均１８０ｍｍの堆積体１０を生成した。
各バーナ２２Ａ〜２２Ｊへのガス供給量を、堆積体１０の外径の増加に合わせて変化した。例えば、堆積初期においては、Ｈ_２：５０Ｎｌ／ｍｉｎ、Ｏ_２：３０Ｎｌ／ｍｉｎ、原料ガス（ＳｉＣｌ_４）：３．５Ｎｌ／ｍｉｎとなるようにガス供給量を制御し、堆積終了時においては、ガス供給量が、Ｈ_２：１００Ｎｌ／ｍｉｎ、Ｏ_２：５０Ｎｌ／ｍｉｎ、原料ガス（ＳｉＣｌ_４）：２３Ｎｌ／ｍｉｎとなるように制御した。
バーナ２２Ａ〜２２Ｊの移動速度は、第１の移動機構４８の移動速度が１、０００ｍｍ／ｍｉｎ、第２の移動機構５０の移動速度が２０ｍｍ／ｍｉｎとなるように設定した。また、第１の移動機構４８及び第２の移動機構５０の移動幅を共に１５０ｍｍに設定した。ガラス微粒子を出発母材２に堆積している間、バーナ２２Ａ〜２２Ｊと堆積体１０との距離が一定となるように設定した。
更に、ガス流量制御部５２Ａ〜５２Ｊが有する全ての流量調節器７４〜８６に対して、同一の信号を出力することにより、全てのバーナ２２Ａ〜２２Ｊに対して同一の流量の原料ガスを供給した。
更に、出発母材２の回転数を堆積体１０の外径の増加に合わせて制御した。例えば、堆積開始時において回転数が１１０ｒｐｍとなるように制御し、堆積終了時において回転数が３０ｒｐｍとなるように制御した。
上記の設定条件に基づき、堆積体１０を製造し、製造した堆積体１０を透明ガラス化することによりガラス母材を製造した。
（実施例２）
実施例１の堆積比分布を、プリフォームアナライザ１００を用いて測定した結果、図７に示すように２本の矢印で示した左から３番目のバーナ２２Ｃと７番目のバーナ２２Ｇに対応する位置の堆積比が、他の位置の堆積比より低いことが分かった。そこで、ガラス母材の長手方向に沿った堆積比分布が均一となるよう、バーナ２２Ｃ及び２２Ｇに対する原料ガスの供給条件を以下のように調整した。
すなわち、１０本のバーナ２２Ａ〜２２Ｊのうち左から３番目のバーナ２２Ｃと７番目のバーナ２２Ｇが他のバーナのそれぞれ１．２０倍及び１．１０倍となるように、各流量調節器７４〜８６をそれぞれ設定した。ガラス微粒子を堆積している間、この流量比が一定に保たれた。バーナ２２Ｃ及び２２Ｇに対する原料ガスの供給条件以外の条件については、全て実施例１と同様の条件に設定した。
上記の設定条件に基づき、外径４０ｍｍの出発母材２にガラス微粒子を堆積することにより外径が平均１８０ｍｍの堆積体１０を製造した。更に、製造した堆積体１０を透明ガラス化することによりガラス母材を製造した。
（実施例３）
実施例２の堆積比分布を測定した結果、図７に示すように２本の矢印で示した左から３番目のバーナ２２Ｃと７番目のバーナ２２Ｇに対応する位置を中心とした領域の堆積比が、他の位置の堆積比より低いことが分かった。そこで、ガラス母材の長手方向に沿った堆積比分布が均一となるようバーナ２２Ａ〜２２Ｊに対する原料ガスの供給条件を下記のように調整した。
すなわち、バーナ２２Ａ〜２２Ｊの供給条件を、基本の供給量を１として、バーナ２２Ａが１．０４倍、バーナ２２Ｂが１．０４倍、バーナ２２Ｃが１．０８倍、バーナ２２Ｄが０．９７倍、バーナ２２Ｅが０．９０倍、バーナ２２Ｆが０．９７倍、バーナ２２Ｇが１．１８倍、バーナ２２Ｈが１．００倍、バーナ２２Ｉが０．９３倍、バーナ２２Ｊが０．９０倍となるように各バーナ２２Ａ〜２２Ｊに対応する流量調節器をそれぞれ調整した。ガラス微粒子を堆積している間、この流量比が一定に保たれた。原料ガスの供給条件以外の条件は、全て実施例２と同様の条件に設定した。
上記の設定条件に基づき、外径４０ｍｍの出発母材２にガラス微粒子を堆積することにより外径が平均１８０ｍｍの堆積体１０を製造した。更に、製造した堆積体１０を透明ガラス化することによりガラス母材を製造した。
図７は、実施例１及び実施例２の各堆積比の変化を示す。図７のうち四角のポイントで示された線は、実施例２で製造されたガラス母材をプリフォームアナライザ１００で測定することにより得られた堆積比分布を示す。一方、三角のポイントで示された線は、実施例１で製造されたガラス母材をプリフォームアナライザ１００で測定することにより得られた堆積比分布を示す。図中の矢印は、それぞれ左から３番目及び７番目のバーナ２２Ｃ及び２２Ｇの位置に対応する。
図７に示すように実施例１では、矢印で示した左から３番目のバーナ２２Ｃ及び７番目のバーナ２２Ｇの位置に対応する範囲の堆積比が低いので、ガラス母材の長手方向に沿って、ガラス微粒子の堆積量が均一でない。
そのため、実施例２では、ガス流量制御部５２Ｃ及び５２Ｇが有する流量調整器７４Ｃ〜８６Ｃ及び７４Ｇ〜８６Ｇを調整することにより、左から３番目のバーナ２２Ｃ及び７番目のバーナ２２Ｇに対する原料ガス供給量を増加した。そのため、矢印で示すバーナ２２Ｃ及び２２Ｇの位置において比較すると、実施例２の堆積比が、実施例１の堆積比と比べて増加したことが分かる。すなわち、バーナ２２Ｃ及び２２Ｇの位置に対応する範囲では、実施例２のガラス微粒子の堆積量が、実施例１のガラス微粒子の堆積量と比べて増加したことが分かる。バーナ２２Ｃ及び２２Ｇのガラス微粒子の堆積量が増加したので、実施例２の堆積比分布は、実施例１の堆積比分布に比べガラス母材の長手方向に均一となった。
図８は、実施例１の堆積比と実施例２の堆積比との変化率を示す。すなわち、図８は、実施例２の部分的な堆積比の増加が実施例１の堆積比に対してどの程度増えたのかを示す。堆積比の変化率を得るために、バーナ２２Ａ〜２２Ｊのそれぞれの位置に対応させて実施例２の堆積比が、実施例１の堆積比に対して変化した比率を求めた。図８に示すように３番目のバーナ２２Ｃ及び７番目のバーナ２２Ｇに対応する矢印で示した箇所の変化率が高くなった。
図９は、実施例３及び実施例１の各堆積比の変化を示す。図９のうち四角のポイントで示された線は、実施例３で製造されたガラス母材をプリフォームアナライザ１００で測定することにより得られた堆積比分布を示す。一方、三角のポイントで示された線は、実施例１で製造されたガラス母材をプリフォームアナライザ１００で測定することにより得られた堆積比分布を示す。実施例３は、実施例２の結果に基づいて、各バーナ２２Ａ〜２２Ｇへの原料ガス供給量が調整された。そのため、図９に示すように、実施例３の堆積比分布は、ガラス母材の長手方向に対して実質的に均一となった。
図１０は、実施例３の堆積比と実施例１の堆積比との変化率を示す。すなわち、図１０は、実施例３の部分的な堆積比の増加が実施例１の堆積比に対してどの程度増えたのかを示す。上記堆積比の変化率を得るために、バーナ２２Ａ〜２２Ｊのそれぞれの位置に対応させて実施例３の堆積比が、実施例１の堆積比に対して変化した比率を求めた。図１０に示すようにバーナ２２Ｃ及びバーナ２２Ｇを中心として実施例３の各バーナ２２Ａ〜２２Ｊの変化率が増加したことが分かる。
以上説明した実施例１、実施例２、及び実施例３を、図６のフローチャートに対応させると、実施例１は、第１バッチの堆積（Ｓ１０）及び第１バッチのガラス化（Ｓ１２）によって第１バッチのガラス母材を製造することに対応する。更に、実施例２は、第１バッチのガラス母材の外径及びコア径の測定（Ｓ１４）、補正値算出（Ｓ１６）、第２バッチの堆積（Ｓ１８）、及び第２バッチのガラス化（Ｓ２０）によって第２バッチのガラス母材を製造することに対応する。更に、実施例３は、第２バッチのガラス母材の外径及びコア径測定（Ｓ２２）、補正値算出（Ｓ２４）、第３バッチの堆積（Ｓ２６）、及び第３バッチのガラス化（Ｓ２８）によって第３バッチのガラス母材を製造することに対応する。
したがって、実施例１、実施例２、及び実施例３と補正値を調整するたびに図７及び図９に示すようにガラス微粒子の堆積比分布がより均一となることが分かる。したがって、図４から図６に示す本実施形態によって、堆積比分布が均一のガラス母材を製造することができる。
図１１は、ガラス母材製造装置２００の変形低減機構の一実施形態を示す。図１１（ａ）は、ガラス母材製造装置２００の斜視図である。図１１（ｂ）は、ガラス母材製造装置２００の平面を示す。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の矢印Ａの方向から見た屈曲構造部２０４を拡大した断面を示す。図１１のガラス母材製造装置２００は、反応容器２１０以外の点では、図４に示すガラス母材製造装置２００と同様の構成を有する。そこで、図１１では、ガラス母材製造装置２００の反応容器２１０、堆積体１０、バーナ２２、変形低減機構以外の構成は、説明を簡単にするために省略した。また、説明を簡単にするためにバーナ２２の構成を簡略して示してある。
ガラス母材製造装置２００を用いて堆積体１０を製造すると、バーナ２２がガラス微粒子を生成するときに発生する熱によってガラス母材製造装置２００の内部が高温となる。例えば、ガラス微粒子を堆積する時の装置内面の温度は、数百度に達し、ガラス微粒子堆積後に装置内面の温度は、室温に戻る。この装置内の温度の急激な上昇及び低下の繰り返し、すなわちヒートサイクルによって装置を形成する部材、特に反応容器２１０に熱応力に起因する変形又は亀裂が生じる。そのため、製造される堆積体１０の特性に悪影響を及ぼすばかりでなく、反応容器２１０が破損することによりガラス母材製造装置２００が、稼動できなくなる可能性がある。
そこで、変形低減機構を反応容器２１０に設けることにより、変形低減機構が、反応容器２１０の熱応力を吸収、分散、又は抑制するので装置の変形又は損傷を防止することができる。
図１１に示す変形低減機構は、反応容器２１０に形成された屈曲した屈曲構造部２０４を含む。図１１（ｃ）に示すように、屈曲構造部２０４の断面は、反応容器の壁面から外側へ膨らむように屈曲した構造を有する。更に、屈曲構造部２０４は、反応容器２１０を一周するように反応容器２１０に形成される。すなわち、屈曲構造部２０４を境界にして反応容器２１０は、断面が二分割されている。更に、屈曲構造部２０４を、反応容器２０４の複数の箇所に形成することにより反応容器２０４の断面を複数に分割してもよい。屈曲構造部２０４は、反応容器２１０の熱による膨張を吸収することによって装置の変形又は損傷を防止することができる。
屈曲構造部２０４は、反応容器２１０と同様の材料によって形成される。例えば、屈曲構造部２０４に使用される材料としては、ニッケル（Ｎｉ）材を使用することが好ましい。また、ステンレス材を屈曲構造部２０４に使用してもよい。更に、屈曲構造部２０４を反応容器２１０と異なった材料によって形成してもよい。
図１２は、変形低減機構の他の実施形態を示す。図１２（ａ）は、ガラス母材製造装置２００の斜視図である。図１２（ｂ）は、ガラス母材製造装置２００の平面を示す。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）の矢印Ａの方向から見た変形拘束部２１２を拡大した断面を示す。図１２のガラス母材製造装置２００は、反応容器２１０以外の点では、図４に示すガラス母材製造装置２００と同様の構成を有する。そこで、図１２では、ガラス母材製造装置２００の反応容器２１０、堆積体１０、バーナ２２、変形低減機構以外の構成は、説明を簡単にするために省略されている。また、説明を簡単にするためにバーナ２２の構成を簡略して示した。
図１２に示す変形低減機構は、反応容器２１０の変形を拘束する変形拘束部２１２を有する。図１２（ｃ）に示すように中空の角形鋼管が、変形拘束部２１に使用されている。また、反応容器２１０の変形を拘束することができれば、角型鋼管以外の溝型鋼、Ｈ鋼等の部材を、変形拘束部２１２として使用してもよい。
２つの変形拘束部２１２が、反応容器２１０の周囲を一周して反応容器２１０の変形を拘束するように形成されている。２つの変形拘束部２１２が、互いに直行した方向で反応容器２１０の周囲を一周することにより、上下、左右、及び前後方向に反応容器２１０の熱応力による変形が拘束される。変形拘束部材２１２は、反応容器２１０内のヒートサイクルによって発生する熱応力が反応容器２１０を損傷及び変形することを抑制する。
変形拘束部２１２の材料としては、炭素鋼又はステンレス等が使用される。線膨張率が低い、例えば１．２×１０^−５／℃から１．８×１０^−５／℃程度の炭素鋼又はステンレス以外の材料を変形拘束部２１２として使用してもよい。
図１３は、変形低減機構の他の実施形態を示す。図１３（ａ）は、ガラス母材製造装置２００の斜視図である。図１３（ｂ）は、ガラス母材製造装置２００の平面を示す。図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の矢印Ａの方向から見た曲面形状壁面２１４を拡大した断面を示す。図１３のガラス母材製造装置２００は、反応容器２１０以外の点では、図４に示すガラス母材製造装置２００と同様の構成を有する。そこで、図１３では、ガラス母材製造装置２００の反応容器２１０、堆積体１０、バーナ２２、変形低減機構以外の構成は、説明を簡単にするために省略されている。また、説明を簡単にするためにバーナ２２の構成を簡略して示した。
反応容器２１０は、変形低減機構として連続的に屈曲した形状の曲面形状壁面２１４を有する。図３（ｃ）に示すように曲面形状壁面２１４は、多数の連続する屈曲面から形成されている。反応容器２１０が、曲面形状壁面２１４を有することによって、反応容器２１０内のヒートサイクルにより発生する熱応力は、曲面構造の各曲面部で分散されて１点に集中しない。したがって、曲面形状壁面２１４は、反応容器の熱応力による損傷及び変形を抑制することができる。
図１４は、変形低減機構の他の実施形態を示す。図１４（ａ）は、ガラス母材製造装置２００の斜視図である。図１４（ｂ）は、ガラス母材製造装置２００の平面を示す。図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の矢印Ａの方向から見たスライド部２１６を拡大した断面を示す。図１４のガラス母材製造装置２００は、反応容器２１０以外の点では、図４に示すガラス母材製造装置２００と同様の構成を有する。そこで、図１４では、ガラス母材製造装置２００の反応容器２１０、堆積体１０、バーナ２２、変形低減機構以外の構成は、説明を簡単にするために省略されている。また、説明を簡単にするためにバーナ２２の構成を簡略して示した。
反応容器２１０は、反応容器２１０の壁の一部が重複してスライドするスライド部２１６を変形低減機構として有する。反応容器２１０は、反応容器２１０を一周するようにスライド部２１６を、反応容器２１０の周囲に有する。スライド部２１６によって反応容器２１０の壁の一部が重複してスライドするので、反応容器内のヒートサイクルによって発生する熱応力が、壁がスライドすることによって分散されて蓄積しない。したがって、反応容器２１０の損傷及び変形が抑制される。
（実施例１）
図１１に示した屈曲構造部２０４を有するガラス母材製造装置２００を用いて堆積体１０を製造した。ＶＡＤ法を用いて製造された長さ５００ｍｍ、外径２５ｍｍの出発母材２を用意した。出発母材２をチャック１２によって把持した。バーナ２２Ａ〜２２ＫにＳｉＣｌ_４：１０リットル／分、Ｏ_２：１００リットル／分、Ｈ_２：２００リットル／分の原料ガス、助燃ガス、及び燃料ガスを供給した。出発母材２を１０回／分で回転させつつ、出発母材２の長手方向に沿ってバーナ２２Ａ〜２２Ｋを５０ｍｍ／分で往復移動させながら、ガラス微粒子を出発母材２に堆積した。上記のガラス微粒子を堆積する工程によって外径１５０ｍｍの堆積体１０が得られた。
ガラス微粒子を出発母材２に堆積する間、反応容器２１０内の温度は、８０℃〜３１０℃の間で変化し、堆積終了時点で反応容器２１０内の温度は、３０℃まで低下した。この堆積工程を１００回繰り返した。反応容器２１０内の熱応力による反応容器２１０の変形は、１ｍｍに抑制された。反応容器２１０に熱応力による亀裂は発生しなかった。また、製造された堆積体１０中において、反応容器２１０の損傷及び亀裂に伴う不純物微粒子の混入はなかった。そのため、製造された堆積体１０中に不純物微粒子の混入による空孔状の欠陥もなかった。
（実施例２）
図１２に示した変形拘束部材２１２を有するガラス母材製造装置２００を用いて堆積体１０を製造した。変形低減機構として変形拘束部材２１２を有する点以外の点については、実施例４と同様の条件によって外径１５０ｍｍの堆積体１０を製造した。
ガラス微粒子を出発母材２に堆積する間、反応容器２１０内の温度は、８０℃〜３１０℃の間で変化し、堆積終了時点で反応容器２１０内の温度は、３０℃まで低下した。この堆積工程を１２０回繰り返した。反応容器２１０内の熱応力による反応容器２１０の変形は、１ｍｍに抑制された。反応容器２１０に熱応力による亀裂は発生しなかった。また、製造された堆積体１０中において、反応容器２１０の損傷及び亀裂に伴う不純物微粒子の混入はなかった。そのため、製造された堆積体１０中に不純物微粒子の混入による空孔状の欠陥もなかった。
（実施例３）
図１３に示した曲面形状壁面２１４を有するガラス母材製造装置２００を用いて堆積体１０を製造した。変形低減機構として曲面形状壁面２１４を有する点以外の点については、実施例４と同様の条件によって外径１５０ｍｍの堆積体１０を製造した。
ガラス微粒子を出発母材２に堆積する間、反応容器２１０内の温度は、８０℃〜３１０℃の間で変化し、堆積終了時点で反応容器２１０内の温度は、３０℃まで低下した。この堆積工程を１２０回繰り返した。反応容器２１０内の熱応力による反応容器２１０の変形は、１ｍｍに抑制された。反応容器２１０に熱応力による亀裂は発生しなかった。また、製造された堆積体１０中において、反応容器２１０の損傷及び亀裂に伴う不純物微粒子の混入はなかった。そのため、製造された堆積体１０中に不純物微粒子の混入による空孔状の欠陥もなかった。
（実施例４）
図１４に示したスライド部２１６を有するガラス母材製造装置２００を用いて堆積体１０を製造した。変形低減機構としてスライド部２１６を有する点以外の点については、実施例４と同様の条件によって外径１５０ｍｍの堆積体１０を製造した。
ガラス微粒子を出発母材２に堆積する間、反応容器２１０内の温度は、８０℃〜３１０℃の間で変化し、堆積終了時点で反応容器２１０内の温度は、３０℃まで低下した。この堆積工程を１３０回繰り返した。反応容器２１０内の熱応力による反応容器２１０の変形は、１ｍｍに抑制された。反応容器２１０に熱応力による亀裂は発生しなかった。また、製造された堆積体１０中において、反応容器２１０の損傷及び亀裂に伴う不純物微粒子の混入はなかった。そのため、製造された堆積体１０中に不純物微粒子の混入による空孔状の欠陥もなかった。
（実施例５）
図１３に示した曲面形状壁面２１４を有するガラス母材製造装置２００を用いて堆積体１０を製造した。変形低減機構として曲面形状壁面２１４を有する点以外の点については、実施例４と同様の条件によって外径１５０ｍｍの堆積体１０を製造した。
ガラス微粒子を出発母材２に堆積する間、反応容器２１０内の温度は、８０℃〜３１０℃の間で変化し、堆積終了時点で反応容器２１０内の温度は、３０℃まで低下した。この堆積工程を１７０回繰り返した。反応容器２１０内の熱応力による反応容器２１０の変形は、１ｍｍに抑制された。反応容器２１０に熱応力による亀裂は発生しなかった。また、製造された堆積体１０中において、反応容器２１０の損傷及び亀裂に伴う不純物微粒子の混入はなかった。そのため、製造された堆積体１０中に不純物微粒子の混入による空孔状の欠陥もなかった。
（比較例１）
図１１から図１４に示す変形低減機構を有しない従来のガラス母材製造装置を用いて堆積体１０を製造した。変形低減機構を有しない点以外の点については、実施例４と同様の条件によって外径１５０ｍｍの堆積体１０を製造した。
ガラス微粒子を出発母材２に堆積する間、反応容器２１０内の温度は、８０℃〜３１０℃の間で変化し、堆積終了時点で反応容器２１０内の温度は、３０℃まで低下した。この堆積工程を４０回繰り返した時点で、反応容器２１０内の熱応力による反応容器２１０の変形は、２５ｍｍに達した。また、熱応力による亀裂が反応容器２１０に５箇所発生した。更に、製造された堆積体１０中に、反応容器２１０の損傷及び亀裂に伴う不純物微粒子の混入による空孔状の欠陥が多数発生した。そのため、製造した堆積体１０を製品として使用することができなかった。
以上説明したように、変形低減機構を反応容器２１０に設けることによって、熱応力による反応容器２１０の変形、亀裂、及び損傷を減少することができる。したがって、反応容器２１０の変形、亀裂、及び損傷によって不純物微粒子が、堆積体に混入して空孔状の欠陥を生じることを防止することができる。また、ガラス母材製造装置２００の修理又は更新の間隔を延長することができるので、より低コストで高品質なガラス母材を製造することができる。
図１５は、ガラス母材製造装置２００の把持具の一実施形態の斜視図である。図１６は、図１５に示した把持具３１０の一部の平面を示す。ガラス母材製造装置２００は、堆積体１０を把持して反応容器２１０の外部へ移送する把持具３１０を有する。把持具３１０は、堆積体１０が両端に有する円錐部３０６を把持する手段を有する。
例えば、図１５に示す実施形態では、把持具３１０は、上下方向から円錐部３０６を挟むことによって円錐部３０６を保持可能な３本のクランプ３１４ａ〜３１４ｃを有する。クランプ３１４ａ〜３１４ｃは、クランプ３１４ａ〜３１４ｃを互いに連結する軸３１６を中心にして回転することによって円錐部３０６を上下方向から挟んで把持することができる。例えば、クランプ３１２ｃは、円錐部３０６を上から下へ押さえ、クランプ３１２ａ及び３１２ｂは、円錐部３０６を下から上へ押さえる。
更に、クランプ３１４ａ〜３１４ｃは、軸３１６を有するアーム３１８の先端に取り付けられている。アーム３１８を水平方向に移動することによって、堆積体１０を把持したクランプ３１４ａ〜３１４ｃを水平方向に移動することができる。したがって、堆積体１０を反応容器２１０の外部へ移送することができる。
更に、クランプ３１４ａ〜３１４ｃは、図１６に示す円錐部３０６の一部の傾斜３２０の角度と実質的に同じ角度の凹部３１２ａ〜３１２ｃを有する。凹部３１２ａ〜３１２ｃは、図１５に示すような湾曲した溝であってもよい。また、凹部３１２ａ〜３１２ｃは、実質的にＶ字型の溝であってもよい。クランプ３１４ａ〜３１４ｃは、凹部３１２ａ〜３１２ｃを有するので円錐部３０６を確実に把持することができる。
把持具３１０が円錐部３０６を把持する手段を有するので、把持具３１０を用いて堆積体１０を把持して移送する際に堆積体１０を傷つけ又は破損することを防ぐことができる。
例えば、従来の把持具は、堆積体１０を移送する際に出発母材２の両端を把持した。外径が細い出発母材２を把持して持ち上げると、堆積体の重量のために出発母材２に亀裂が生じて堆積体１０が落下して損壊することがあった。一方、外径が太く強度が大きい堆積体１０の円柱部３０４を把持具で把持すると、堆積体１０の内部の多孔が潰れたり、堆積体１０の表面に傷がついたりする。この堆積体１０の表面の傷及び潰れた多孔は、堆積体１０を透明ガラス化して形成したガラス母材内に凹凸又は気泡として残存する。このガラス母材に残存した凹凸又は気泡は、除去する必要があるので、凹凸又は気泡を除去する工程のためにガラス母材製造の歩留りが低下した。
そこで、本実施形態の把持具３１０は、堆積体１０の円錐部３０６を把持する手段を有する。把持具３１０が、堆積体１０の円錐部３０６を把持することによって、堆積体１０の円柱部３０４を損傷せずに堆積体１０を移送することができる。更に、円錐部３０６は、出発母材２よりも外径が太く、強度が大きいので、円錐部３０６を把持することによって出発母材２に亀裂が生じて堆積体１０が落下して破損することを防止することができる。
図１７は、把持具３１０の更に他の実施形態を示す。把持具３１０は、図１５の把持具３１０の構成に加えて、堆積体１０の軸方向におけるクランプ１４ａ〜３１４ｃの位置を調整する機構を有する。
クランプ３１４ａ〜３１４ｃの位置を調整する機構は、クランプ３１４ａ〜３１４ｃを支持するアーム３１８と、アーム３１８を堆積体１０の軸方向に移動する螺合軸３３０とを有する。螺合軸３３０は、アーム３１８を貫通し、アーム３１８に螺合する。螺合軸３３０は、電動モータ３３６に接続される。電動モータ３３６によって螺合軸３３０を回転することによってアーム３１８を、堆積体１０の軸方向に移動することができる。更に、位置調整機構は、螺合軸３３０に平行してアーム３１８を貫通するガイド軸３３２を有する。
以上の図１７の構成によって堆積体１０の長さに合わせて電動モータ３３６を用いて螺合軸３３０を回転し、アーム３１８を堆積体１０の軸方向に移動することにより、適切な位置で円錐部３０６を把持することができる。
図１８は、把持具３１０の更に他の実施形態を示す。把持具３１０は、図１５に示した把持具３１０の構成に加えて円錐部３０６を実質的に均一の圧力で把持するための把持圧力調整器を有する。例えば、図１８において把持圧力調整器は、クランプ３１４ａ〜３１４ｃの円錐部３０６と接触する面に形成された弾性体３２４ａ〜３２４ｃである。クランプ３１４ａ〜３１４ｃの円錐部３０６と接触する面に弾性体３２４ａ〜３２４ｃを形成することによって、円錐部３０６が凹凸を有する場合であっても、円錐部３０６を確実に把持することができる。
図１９は、把持具３１０の更に他の実施形態を示す。把持具３１０は、円錐部３０６を挟むことによって円錐部３０６を保持可能な、クランプ３１４ａ及び３１４ｃを有する。クランプ３１４ａ及び３１４ｃは、凹部３１２ａ（不図示）及び３１２ｃを有する。更に、把持具３１０は、クランプ３１４ａ及び３１４ｃの凹部３１２ａ及び３１２ｃの角度を円錐部３０６の一部の傾斜３２０の角度と実質的に同じ角度に調整するための把持角度調整部３２２ａ及び３２２ｃを有する。
把持角度調整部３２２ａ及び３２２ｃは、クランプ３１４ａ及び３１４ｃの長手方向を軸として、その軸を中心にクランプ３１４ａ及び３１４ｃを回転する。把持角度調整部３２２ａ及び３２２ｃは、クランプ３１４ａ及び３１４ｃを回転することによって、クランプ３１４ａ及び３１４ｃの凹部３１２ａ及び３１２ｃの角度を円錐部３０６の一部の傾斜３２０の角度と実質的に同じ角度に調整する。したがって、把持具３１０は、把持角度調整部３２２ａ及び３２２ｃを有することによって円錐部３０６を確実に把持することができる。把持角度調整部３２２ａ及び３２２ｃは、それぞれ電動モータを用いてクランプ３１４ａ及び３１４ｃを回転してもよい。
破線で示した太い外径を有する堆積体１０を把持するときに、把持角度調整部３２２ａ及び３２２ｃは、矢印の方向にクランプ３１４ａ及び３１４ｃを回転する。このとき、把持角度調整部３２２ａ及び３２２ｃは、凹部３１２ａ及び３１２ｃの角度が円錐部３０６の傾斜３２０の角度と実質的に同じ角度となるようにクランプ３１４ａ及び３１４ｃを回転する。したがって、外径の異なる堆積体１０であっても把持角度調整部３２２ａ及び３２２ｃがクランプ３１４ａ及び３１４ｃを回転することにより把持具３１０は、円錐部３０６を確実に把持することができる。
図２０は、把持具３１０の更に他の実施形態を示す。図２０の把持圧力調整器は、円錐部３０６の曲面に従って伸縮する複数の柱状体３２６ａ及び３２６ｃを有する。複数の柱状体３２６ａ及び３２６ｃは、対応するクランプ３１４ａ及び３１４ｃにそれぞれ設置される。柱状体３２６ａ及び３２６ｃの先端には、堆積体１０の表面を傷つけないようにするために先端が丸まった先端部３２８ａ及び３２８ｃが形成される。複数の柱状体３２６ａ及び３２６ｃの先端部３２８ａ及び３２８ｃが、円錐部３０６の曲面に従って上下に伸縮するので、円錐部３０６を均一の圧力で把持することができる。
（実施例）
ガラス母材製造装置２００を用いて製造した堆積体１０を、図１５に示した把持具３１０を用いてガラス母材製造装置２００の外部へ移送した。
反応容器２１０内において、出発母材２の両端をチャック１２によって把持した。出発母材２を回転しつつ出発母材２の外周にガラス微粒子を堆積することにより中央に円柱部３０４を有し、両端に円錐部３０６を有する堆積体１０を製造した。堆積体１０の製造が終了した後、反応容器２１０の開閉窓３０８を開いた。
次に、アーム３１８を反応容器２１０の内部へ伸ばすことにより、２個の把持具３１０を開閉窓３０８から反応容器２１０内へ挿入した。堆積体１０が両端に有する円錐部３０６のそれぞれを対応する各把持具３１０が把持した。各把持具３１０は、クランプ３１４ａ〜３１４ｃの凹部３１２ａ〜３１２ｃを円錐部３０６にはめ込むことによって円錐部３０６を挟んだ。このため、堆積体１０は、把持具３１０によって支持された。次に、チャック１２を緩めて出発母材２を、チャック１２から外した。アーム３１８を収縮して堆積体１０を反応容器２１０から取り出した。
アーム３１８が取り付けられた台車を、堆積体１０を透明ガラス化するための焼結装置へ移動した。アーム３１８を旋回又は伸縮することにより、堆積体１０を焼結装置の所定の位置に設置した。なお、堆積体１０を反応容器２１０から取り出した後、堆積体１０を把持具３１０と同様の凹部３１２ａ〜３１２ｃを有する台車に搭載して移送してもよい。
以上の手順で把持具３１０を使用して全長１５００ｍｍ、重量１００ｋｇの堆積体１０を１００本移送した。全ての堆積体１０の円柱部３０４に損傷は認められなかった。更に、この１００本の堆積体１０を焼結して透明ガラス化したところ全ての堆積体１０の円柱部３０４に表面の傷又は内部の気泡は認められなかった。
（比較例）
全長１５００ｍｍ、重量１００ｋｇの堆積体１０を５０本移送した。従来の把持具を用いて堆積体１０の円柱部３０４を把持して移送した。移送された堆積体１０を焼結したところ、焼結して得られた５０本のガラス母材のうち４５本のガラス母材の円柱部３０４の表面に傷が認められた。また、５０本全てのガラス母材の円柱部３０４の内部に気泡の残存が認められた。
したがって、図１５から図２０に示した把持具３１０を使用することによって、堆積体１０の円柱部３０４を損傷せずに堆積体１０を移送することができる。
なお、上記で把持具３１０を用いて堆積体１０を水平方向に移送する例を説明した。しかし、堆積体１０の移送方向は、水平方向に限られず、堆積体１０の長手方向を水平方向から垂直方向に回転して垂直の状態のまま移送してもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
産業上の利用の可能性
本発明のガラス母材製造装置及びガラス母材製造方法によればガラス母材の長手方向にガラス微粒子の堆積量が均一なガラス母材を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来のガラス母材製造装置の構成を示す。
図２は、全域トラバース法によるバーナ２２Ａ〜２２Ｄのガラス微粒子の堆積量を示す。
図３は、部分トラバース法によるバーナ２２Ａ〜２２Ｆのガラス微粒子の堆積量を示す。
図４は、本発明のガラス母材製造装置２００の一実施形態を示す。
図５は、バーナ２２Ａ〜２２Ｅの往復移動による軌跡を示す。
図６は、図４に示したガラス母材製造装置２００を用いたガラス母材を製造する工程を示す。
図７は、実施例１及び実施例２の各堆積比の変化を示す。
図８は、実施例１の堆積比と実施例２の堆積比との変化率を示す。
図９は、実施例３及び実施例１の各堆積比の変化を示す。
図１０は、実施例３の堆積比と実施例１の堆積比との変化率を示す。
図１１は、ガラス母材製造装置２００の変形低減機構の一実施形態を示す。
図１２は、変形低減機構の他の実施形態を示す。
図１３は、変形低減機構の他の実施形態を示す。
図１４は、変形低減機構の他の実施形態を示す。
図１５は、ガラス母材製造装置２００の把持具の一実施形態の斜視図である。
図１６は、図１５に示した把持具３１０の一部の平面を示す。
図１７は、把持具３１０の更に他の実施形態を示す。
図１８は、把持具３１０の更に他の実施形態を示す。
図１９は、把持具３１０の更に他の実施形態を示す。
図２０は、把持具３１０の更に他の実施形態を示す。

Claims (14)

1. 光ファイバの原材料として使用されるガラス母材を製造する装置であって、
   前記ガラス母材の出発母材の長手方向に沿って前記出発母材の全体の長さに対して一部の区間を往復しながら前記出発母材にガラス微粒子を堆積することによって前記ガラス母材の母材となる堆積体を形成する、前記出発母材の長手方向に沿って一列に所定の間隔で配列された複数のバーナと、
   前記複数のバーナのそれぞれに少なくとも１つが接続された、前記ガラス微粒子の原料ガスを前記バーナへ供給する流量を調節する流量調節器と、
   複数の前記流量調節器のそれぞれに接続された、前記複数の流量調節器のそれぞれを個別に制御する制御部と、
   前記堆積体を把持して当該ガラス母材製造装置の外部へ移送する把持具と
   を備え、
   前記把持具が、前記堆積体が両端に有する円錐部を把持する手段を有することを特徴とするガラス母材製造装置。
2. 前記把持具が、前記堆積体の前記円錐部の一部の傾斜角度と実質的に同じ角度の凹部を有することを特徴とする請求項１に記載のガラス母材製造装置。
3. 前記凹部が湾曲した溝であることを特徴とする請求項２に記載のガラス母材製造装置。
4. 前記凹部が、実質的にＶ字型の溝であることを特徴とする請求項２に記載のガラス母材製造装置。
5. 前記把持具が、上下方向から前記円錐部を挟むことによって前記円錐部を保持可能な、前記凹部を含むクランプを有することを特徴とする請求項２に記載のガラス母材製造装置。
6. 複数の前記クランプが、前記複数のクランプを互いに連結する軸を中心にして回転可能なことを特徴とする請求項５に記載のガラス母材製造装置。
7. 前記把持具が、
   前記円錐部を挟むことによって前記円錐部を保持可能な、前記凹部を含むクランプと、
   前記クランプの前記凹部の角度を前記円錐部の一部の傾斜の角度と実質的に同じ角度に調整するための把持角度調整部と
   を有することを特徴とする請求項２に記載のガラス母材製造装置。
8. 前記把持角度調整部が、前記クランプの長手方向を軸として前記軸を中心に前記クランプを回転することを特徴とする請求項７に記載のガラス母材製造装置。
9. 前記把持具が、前記円錐部を実質的に均一の圧力で把持するための把持圧力調整器を有することを特徴とする請求項１に記載のガラス母材製造装置。
10. 前記把持圧力調整器が、クランプの前記円錐部と接触する面に形成された弾性体であることを特徴とする請求項９に記載のガラス母材製造装置。
11. 前記把持圧力調整器が、前記円錐部の曲面に従って伸縮する複数の柱状体を有することを特徴とする請求項９に記載のガラス母材製造装置。
12. 前記把持具が、前記堆積体の軸方向における前記クランプの位置を調整する機構を有することを特徴とする請求項５に記載のガラス母材製造装置。
13. 前記クランプの位置を調整する機構が、前記クランプを支持するアームと、前記アームに螺合して前記アームを前記堆積体の軸方向に移動する螺合軸とを有することを特徴とする請求項１２に記載のガラス母材製造装置。
14. 光ファイバの原材料として使用されるガラス母材を製造する方法であって、
    前記ガラス母材の出発母材の長手方向に沿って複数のバーナを、前記出発母材の全体の長さに対して一部の区間を往復させながら前記複数のバーナからガラス微粒子を前記出発母材に噴出することで前記出発母材に前記ガラス微粒子を堆積する堆積ステップと、
    前記ガラス微粒子の原料ガスを前記複数のバーナへ供給する流量を、前記複数のバーナのそれぞれについて個別に制御する流量制御ステップと、
    前記ガラス母材を把持する把持ステップと
    を備え、
    前記把持ステップが、前記ガラス母材が両端に有する円錐部を把持することを特徴とするガラス母材製造方法。

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