JP4435390B2 - Heat shield cylinder, glass base material manufacturing apparatus and method including the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質ガラス母材を反応容器内で加熱処理し、透明ガラス化を行ってガラス母材、特には、線引きして光ファイバを得るのに好適なガラス母材の製造に際して用いられる遮熱筒、これを備えたガラス母材の製造装置及び製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
VAD法やOVD法による多孔質ガラス母材の製造は、SiCl4,GeCl4などの原料ガスを酸素・水素火炎中に供給して火炎加水分解反応により生成するガラス微粒子 (スート)をダミー棒もしくはコアとなる出発ターゲット棒に堆積させて多孔質ガラス母材(スート堆積体)を合成し、さらに1,500℃程度の温度で脱水、透明ガラス化してガラス母材を得ている。
特に、光ファイバ用ガラス母材の合成は、透明ガラス化中、あるいは透明ガラス化処理に先立って、多孔質ガラス母材を塩素を含む脱水ガス雰囲気中で加熱することにより、光ファイバの伝送損失の要因となる水酸基を除去する脱水処理を行っている。
【0003】
多孔質ガラス母材の透明ガラス化処理を、図4を用いて説明する。
多孔質ガラス母材1をシャフト2に接続部3で接続し、炉芯管4内にセットする。その後、回転モータ5により、シャフト2を介して多孔質ガラス母材1を回転させつつ引き下げ、加熱器6で加熱し、脱水、透明ガラス化を行う。このとき、ガス導入口7よりHe,Cl2等の焼結ガスを供給し、排気口8より排気する。なお、ここでは多孔質ガラス母材1を引き下げつつ、多孔質ガラス母材1の下部から透明ガラス化する方法を示したが、多孔質ガラス母材1を加熱器6より下方に一旦降ろしてから、引き上げつつ多孔質ガラス母材1の上部からガラス化を行う方法もある。また、多孔質ガラス母材1の吊り下げ部は、多孔質ガラス母材製造時の石英ガラスからなるダミー棒もしくは出発ターゲット棒(以下、単に石英ロッドという)9が吊り下げ部材としての役割を担っている。
【0004】
図5および図6に、多孔質ガラス母材上部の石英ロッド9とシャフト2との接続の例を示す。
図5は、石英ロッド9の上端部にくさび部10を設け、シャフト2の下端部に取り付けられたシャフト管11の中にくさび部10を差し込み、シャフト管11の側面にあけられた穴12にピン13を差し込むことで接続している。
図6の接続例は、石英ロッド9の上端に凸部14を設け、シャフト2の下端に取り付けられた嵌合部材15の嵌合部16に、凸部14を嵌め合わせるものである。
シャフト2、シャフト管11および嵌合部材15には、耐熱性、耐熱衝撃性、耐塩素性等が要求されるため、これらの特性を満たすSi3N4が用いられることが多い。
【0005】
透明ガラス化の進行にともない、接続部3が加熱器6およびその周囲の断熱材等の高温体に接近すると、接続部3の温度は上がり高くなる。Si3N4と石英ガラスの熱膨張率を比較すると、Si3N4の方が大きいため、接続部3が高温になると、図5の接続構成では、シャフト管11がより大きく膨張し、くさび部10は矢印17の方向にずれ石英ロッド9が下がる。この後、透明ガラス化が終了して接続部3が高温体から遠ざけられ、接続部3の温度が下がると、シャフト管11は収縮し、くさび部10がピン13とシャフト管11の間で圧縮力を受け、くさび部10やシャフト管11、ピン13等が破損する。このような現象を「焼きばめ」と称している。
【0006】
図6の接続構成においても高温体への接近・離間があると、同様に焼きばめが起こり、凸部14や嵌合部16が破損する。これらの破損にともない、高温の多孔質ガラス母材(あるいは、透明ガラス化されたガラス母材)は落下し、炉芯管や加熱器等の破損を引き起こす。これは非常に危険であり、かつ製造コストを押し上げる。
従来、このような焼きばめによる事故を防ぐため、多孔質ガラス母材の上端から接続部までの距離を十分に離し、接続部が高温にならないようにしていた。
【0007】
しかしながら、OVD法で多孔質ガラス母材を合成しガラス化する場合、上記したように、シャフトとの接続部から、ガラス化される多孔質ガラス母材有効部の上端位置までの距離がかなり必要とされるため、図7(a)に示すように、チャック間距離18に対してガラス化される多孔質ガラス母材1の有効部19の長さが相対的に短くなるが、接続部3と有効部19の上端位置までの距離20を短くすることができれば、図7(b)に示すように、チャック間距離18を十分に活用してガラス微粒子堆積用バーナ21の移動範囲を広げることができ、より長尺の多孔質ガラス母材1を合成してガラス化することができ、多孔質ガラス母材1の全長に対する有効部19の比率が上がり、製品になり得ず廃棄処分されるテーパー部22の比率を相対的に下げることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部の温度上昇を抑えることができ、接続部から多孔質ガラス母材の有効部までの距離を短くすることのできるガラス母材を得るのに好適な遮熱筒、これを備えたガラス母材の製造装置及び製造方法を提供することを課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の遮熱筒は、反応容器内に吊り下げられた多孔質ガラス母材を加熱処理し、透明ガラス化を行う装置において、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと、多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部が加熱手段および周囲の高温体から受ける輻射熱量を低減するために、該接続部近傍に設けられた筒状の接続部遮熱部材であり、該遮熱筒は有底筒状のもの、あるいは無底で下部からの輻射熱を防ぐための遮熱板上に設けられていることを特徴としている。
なお、この遮熱筒は、耐熱性および耐塩素性を有する素材、例えば、表面をサンドブラスト処理された石英ガラス、不透明石英ガラス、Si3N4等を用いて形成し、接続部近傍の周囲を取り囲むように設けるのが好ましい。
本発明のガラス母材の製造装置は、反応容器内に吊り下げられた多孔質ガラス母材を加熱処理し、透明ガラス化を行う装置であって、多孔質ガラス母材を吊り下げるシャフトと多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとの接続部が加熱手段および周囲の高温体から受ける輻射熱量を低減するため、該接続部近傍に遮熱筒を備えたものであり、該遮熱筒は接続部を覆うように設けられる。なお、遮熱筒は有底筒状のものとするか、あるいは無底で下部からの輻射熱を防ぐための遮熱板上に設けてもよい。
本発明のガラス母材の製造方法は、このような製造装置を用いて製造するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1〜図3を用いて本発明のガラス母材の製造装置をさらに詳細に説明する。
図1は、本発明のガラス母材の製造装置を示す概略断面図であり、多孔質ガラス母材1は炉心管4内にセットされ、遮熱筒23が、多孔質ガラス母材上部の石英ロッド9とシャフト2との接続部3を覆うように設けられている。多孔質ガラス母材1は、回転モータ5によってシャフト2によって回転しつつ引き下げられ、加熱器6で加熱されて透明ガラス化が行われる。この間、ガス導入口7からHe等の焼結ガスが供給され、排気口8から排気される。
【0011】
遮熱筒23は、石英ロッド9に形成された凸部24上に、接続部3を覆うように装着される。このとき、凸部24の上部に平面部を設け、遮熱筒23と凸部24の間に焼きばめが起こらないように装着するのが望ましい。遮熱筒23は、接続部3が受ける、加熱器6やその周囲に配設された断熱材等の高温体による下方および側方からの輻射熱を遮るのに十分な大きさとする必要がある。
【0012】
図2に示す態様は、石英ロッド9に形成された凸部24上に遮熱板25を配設し、この上に遮熱筒23を設けたものであり、下方からの熱の多くは遮熱板25で遮ぎられるため、さらに接続部3に対する遮熱性能が向上し、接続部への熱負荷が低減する。この場合、遮熱筒自体には、下方からの輻射熱を遮る手段を設けなくてもよい。遮熱筒23と遮熱板25の併用は、図1に示した遮熱筒23のみを使用する態様よりもさらに有効である。
【0013】
図3に、本発明の遮熱筒23の構造の一例を示す。
多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとシャフトを接続した後、接続部を覆うように接続部近傍に、石英ロッドに設けられた凸部上に3面遮熱部品26を装着し、これに1面遮熱部品27を引っ掛けるようにして取り付ける。3面遮熱部品26と1面遮熱部品27との隙間を通って輻射熱が接続部近傍に到達しないように、1面遮熱部品27には輻射熱漏入防止板28が設けられている。遮熱筒23の上方は開放され、内部に熱がこもらない構造になっている。
【0014】
遮熱筒および遮熱板には、輻射熱遮蔽能が要求されるため、耐熱性、耐熱衝撃性、耐塩素性を有する材質のものが使用される。これらの要求を満たすものとしてSi3N4が挙げられるが、Si3N4は比較的高価な材質であり、これに代るものとして、不透明石英ガラスや、より安価なものとして石英ガラス表面にサンドブラスト処理を施したもの等を用いることもできる。
なお、遮熱筒は、接続部遮熱部材として設置されるものであり、その形状は接続部の周囲を取り囲むものであれば、円柱状、楕円柱状、角柱状のいずれであってもよい。また、遮熱筒の底部は有底とするが、遮熱板上に設置する場合は、無底のものであってもよい。
【0015】
【実施例】
以下に、本発明の実施例、比較例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではなく、様々な態様が可能である。
(実施例1)
OVD法によって合成した直胴部の直径350mmφ、長さ1,900mm、シャフトとの接続部下端から直胴部上端までの距離が500mmの多孔質ガラス母材を、図5に示したくさび方式を用いて多孔質ガラス母材上部の石英ロッドと、回転自在に設けられたシャフトとを接続し、遮熱板および遮熱筒を装着して、図2に示すヒータ長400mmの加熱手段を有する装置を用いて透明ガラス化した。このようにして多孔質ガラス母材の直胴部上端が、ヒータ上端から200mm下の位置まで来るようにして、20本の多孔質ガラス母材の焼結、ガラス化を行ったが、焼きばめは起こらず、シャフト管、ピン、くさび部のいずれにも損傷はなかった。
【0016】
(比較例1)
OVD法によって合成した直胴部の直径350mmφ、長さ1,900mm、接続部下端から直胴部上端までの距離が500mmの多孔質ガラス母材を、図4に示すヒータ長400mmの加熱手段を有する装置を用い、遮熱板および遮熱筒を装着せずに、図5に示したくさび方式を用いて多孔質ガラス母材上部の石英ロッドとシャフトとを接続し、焼結、ガラス化を行った。このとき、多孔質ガラス母材の直胴部上端が、ヒータ上端から150mm下の位置まで来たところで、焼きばめが起こり、シャフト管に亀裂が入った。
【0017】
【発明の効果】
本発明によれば、多孔質ガラス母材とシャフトとの接続部を覆うように接続部近傍に有底の遮熱筒を設けたことにより、もしくは遮熱板上に遮熱筒を設けたことにより、ヒータや断熱材等から受ける輻射熱が低減し、接続部の温度上昇が抑制され、焼きばめは防止される。これにより、接続部から母材有効部上端までの距離を、従来よりも短くすることができる。その分、多孔質ガラス母材の有効長を長くすることができ、廃棄されるテーパー部の比率が相対的に減り、収率が向上し、生産性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のガラス母材の製造装置を示す概略縦断面図である。
【図2】 図1とは異なる態様のガラス母材の製造装置を示す概略縦断面図である。
【図3】 本発明の遮熱筒の構造の一例を示す概略斜視図である。
【図4】 多孔質ガラス母材の透明ガラス化処理を説明する概略縦断面図である。
【図5】 多孔質ガラス母材とシャフトとの接続例を示す部分概略縦断面図である。
【図6】 多孔質ガラス母材とシャフトとの接続例を示す部分概略縦断面図である。
【図7】 (a),(b)は、多孔質ガラス母材の有効部の比率を説明する概略縦断面図である。
【符号の説明】
1. 多孔質ガラス母材
2. シャフト
3. 接続部
4. 炉芯管
5. 回転モータ
6. 加熱器
7. ガス導入口
8. 排気口
9. 石英ロッド
10. くさび部
11. シャフト管
12. 穴
13. ピン
14. 凸部
15. 嵌合部材
16. 嵌合部
17. 矢印
18. チャック間距離
19. 有効部
20. 距離
21. ガラス微粒子堆積用バーナ
22. テーパー部
23. 遮熱筒
24. 凸部
25. 遮熱板
26. 3面遮熱部品
27. 1面遮熱部品
28. 輻射熱漏入防止板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for producing a glass preform suitable for obtaining an optical fiber by drawing a porous glass preform in a reaction vessel and carrying out transparent vitrification to draw an optical fiber. The present invention relates to a heat shield tube, a glass base material manufacturing apparatus and a manufacturing method including the same.
[0002]
[Prior art]
The porous glass base material is manufactured by the VAD method or the OVD method by supplying a raw material gas such as SiCl 4 or GeCl 4 into an oxygen / hydrogen flame to generate glass fine particles (soot) generated by a flame hydrolysis reaction with a dummy rod or A porous glass base material (soot deposit) is synthesized by depositing on a starting target rod as a core, and further dehydrated at a temperature of about 1500 ° C. to form a transparent glass to obtain a glass base material.
In particular, the synthesis of a glass preform for an optical fiber involves the transmission loss of an optical fiber by heating the porous glass preform in a dehydrated gas atmosphere containing chlorine during or prior to transparent vitrification. Dehydration treatment is performed to remove the hydroxyl group that causes the above.
[0003]
The transparent vitrification treatment of the porous glass base material will be described with reference to FIG.
The porous
[0004]
5 and 6 show examples of connection between the
In FIG. 5, a
In the connection example of FIG. 6, the
Since the
[0005]
As the transparent vitrification progresses, the temperature of the connecting
[0006]
In the connection configuration of FIG. 6, if there is an approach / separation to a high temperature body, shrink fitting similarly occurs, and the
Conventionally, in order to prevent such an accident caused by shrink fitting, the distance from the upper end of the porous glass base material to the connection portion is sufficiently separated so that the connection portion does not become hot.
[0007]
However, when the porous glass base material is synthesized and vitrified by the OVD method, as described above, a considerable distance from the connecting portion with the shaft to the upper end position of the porous glass base material effective portion to be vitrified is necessary. Therefore, as shown in FIG. 7A, the length of the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can suppress an increase in the temperature of the connection portion between the shaft that suspends the porous glass base material and the quartz rod on the porous glass base material. An object of the present invention is to provide a heat shield tube suitable for obtaining a glass base material capable of shortening the distance to the effective portion of the porous glass base material, a glass base material manufacturing apparatus and a manufacturing method including the same. Yes.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The heat shield cylinder of the present invention includes a shaft for suspending a porous glass base material and a porous glass base material in an apparatus for heat-treating the porous glass base material suspended in a reaction vessel and converting into a transparent glass. for connection of the upper portion of the quartz rod to reduce the radiation heat amount received from the heating means and the surrounding high-temperature body, a tubular connecting portion heat insulating member provided in the vicinity of the connecting portion, shielding heat barrel It is characterized by being provided with a bottomed cylindrical shape or a heat shield for preventing radiant heat from the bottom without bottom.
The heat shield cylinder is formed of a material having heat resistance and chlorine resistance, for example, quartz glass, opaque quartz glass, Si 3 N 4 or the like whose surface is sandblasted, and the periphery of the connection portion is formed. It is preferable to provide it so as to surround it.
An apparatus for producing a glass base material according to the present invention is an apparatus for heat-treating a porous glass base material suspended in a reaction vessel to form a transparent glass, and a shaft and a porous member for suspending the porous glass base material. In order to reduce the amount of radiant heat received from the heating means and the surrounding high-temperature body at the connection part with the quartz rod on the upper part of the glass base material, a heat shield cylinder is provided in the vicinity of the connection part. It is provided so as to cover the part. The heat shield cylinder may be a bottomed cylinder, or may be provided on a heat shield plate without bottom to prevent radiant heat from the lower part.
The manufacturing method of the glass base material of this invention manufactures using such a manufacturing apparatus.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The glass base material manufacturing apparatus of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a glass base material manufacturing apparatus according to the present invention, in which a porous
[0011]
The
[0012]
In the embodiment shown in FIG. 2, a
[0013]
FIG. 3 shows an example of the structure of the
After connecting the quartz rod on the upper part of the porous glass base material and the shaft, a three-surface
[0014]
Since the heat shield cylinder and the heat shield plate are required to have a radiant heat shielding ability, a material having heat resistance, thermal shock resistance, and chlorine resistance is used. Si 3 N 4 can be cited as a material that satisfies these requirements, but Si 3 N 4 is a relatively expensive material. As an alternative to this, opaque quartz glass or a cheaper one on the quartz glass surface can be used. Those subjected to sandblast treatment can also be used.
The heat shield cylinder is installed as a connection portion heat shield member, and the shape may be any of a cylindrical shape, an elliptical column shape, and a prismatic shape as long as the shape surrounds the periphery of the connection portion. Moreover, although the bottom part of a heat insulation cylinder is bottomed , when installing on a heat insulation board, a bottomless thing may be sufficient.
[0015]
【Example】
Examples of the present invention and comparative examples are shown below, but the present invention is not limited to these, and various modes are possible.
Example 1
A porous glass base material having a diameter of 350 mmφ, a length of 1,900 mm, and a distance from the lower end of the connecting portion to the shaft to the upper end of the straight body synthesized by the OVD method is 500 mm. The wedge method shown in FIG. 2. A device having a heating means having a heater length of 400 mm shown in FIG. 2, in which a quartz rod on the upper part of a porous glass base material is connected to a shaft provided rotatably and a heat shield plate and a heat shield cylinder are mounted. Was used for transparent vitrification. In this way, 20 porous glass base materials were sintered and vitrified so that the upper end of the straight body of the porous glass base material came to a position 200 mm below the upper end of the heater. The shaft tube, pin, and wedge were not damaged.
[0016]
(Comparative Example 1)
A porous glass base material having a diameter of 350 mmφ, a length of 1,900 mm, and a distance of 500 mm from the lower end of the connecting portion to the upper end of the straight barrel synthesized by the OVD method is used as a heating means having a heater length of 400 mm shown in FIG. Without using a heat shield plate and heat shield cylinder, connect the quartz rod on the top of the porous glass base and the shaft using the wedge method shown in FIG. went. At this time, when the upper end of the straight body of the porous glass base material reached a position 150 mm below the upper end of the heater, shrink fitting occurred, and the shaft tube was cracked.
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, a bottomed heat shield cylinder is provided in the vicinity of the connection portion so as to cover the connection portion between the porous glass base material and the shaft, or a heat shield cylinder is provided on the heat shield plate. Thus, the radiant heat received from the heater, the heat insulating material, etc. is reduced, the temperature rise of the connecting portion is suppressed, and shrink fitting is prevented. Thereby, the distance from a connection part to a base material effective part upper end can be made shorter than before. Accordingly, the effective length of the porous glass base material can be increased, the ratio of the tapered portion to be discarded is relatively reduced, the yield is improved, and the productivity is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a glass base material manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing a glass base material manufacturing apparatus different from FIG.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example of the structure of the heat shield cylinder of the present invention.
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a transparent vitrification treatment of a porous glass base material.
FIG. 5 is a partial schematic longitudinal sectional view showing a connection example between a porous glass base material and a shaft.
FIG. 6 is a partial schematic longitudinal sectional view showing an example of connection between a porous glass base material and a shaft.
FIGS. 7A and 7B are schematic longitudinal sectional views for explaining the ratio of the effective portion of the porous glass base material. FIGS.
[Explanation of symbols]
1. 1. Porous glass
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