JP4466997B2 - 多孔質ガラス母材の製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、垂直に配置された回転するターゲット棒（出発部材）にガラス微粒子を堆積する多孔質ガラス母材の製造装置に関する。
光ファイバ母材等の製造に用いられる高純度合成石英ガラスは、酸素、水素火炎中で四塩化珪素等のガラス原料を火炎加水分解し、生成したガラス微粒子（シリカ粉）を回転する石英ガラス等の出発部材上に堆積させて多孔質ガラス母材を製造し、これを焼結し、透明ガラス化することで得られる。
多孔質ガラス母材の製造方法には、図１（ａ）に示すような、出発部材１の先端に、バーナ２にガラス原料を供給し生成するガラス微粒子を堆積させ、出発部材１に接続されたシャフト３を吊下げ機構（図示を省略）を介して回転させつつ吊り上げることにより、出発部材１の軸方向に多孔質ガラス母材４を成長させるＶＡＤ法がある。また、図１（ｂ）に示すような、出発部材１の側面に沿って軸方向に成長させて行く外付けＶＡＤ法、あるいは図１（ｃ）に示すような、出発部材１の側面に沿ってバーナ２を相対的に往復移動させて径方向に成長させて行くＯＶＤ法に代表される方法が挙げられる。なお、いずれの図においても、バーナ２は１本しか示されていないが、必要に応じて適宜複数本のバーナを使用することができる。
生成したガラス微粒子は、全てが多孔質ガラス母材として出発部材上に堆積されるわけではなく、堆積されなかったガラス微粒子の一部は、反応室内を浮遊し、ススとなって壁面に付着し堆積される。残りは排気ガスと共に反応室外へ排出される。
壁面に付着したススが剥がれ落ち、堆積中の多孔質ガラス母材の堆積面に付着したものは、透明ガラス化時に泡となって製品中に現れ、品質を落とす。
上記製品の品質に悪影響を与えるススの問題を解決するために、特許文献１は、図２に示すように、コア用バーナ２ａ、コア加熱用バーナ２ｂ及びクラッド用バーナ２ｃが設置されている側の反応室側壁の天井付近に沿ってスリット状の吸気口５を設け、この吸気口５と対向する側壁面に排気口６を設けることにより、吸気口５からの気流が天井に沿って排気口６へと流れるエアカーテン効果が得られ、天井に付着するススを大幅に低減することができるとしている。
近年、光ファイバ母材は、光ファイバ製造の合理化、コストダウン等の要請により大型化される傾向にある。これにともない大型の多孔質ガラス母材が必要となり、ガラス原料の供給量も増大している。このように反応室内へのガラス原料の供給量が増大してくると、出発部材に堆積されず浮遊するガラス微粒子量も増し、特許文献１の方法では、壁面へのスス付着を完全に防止することはできず、剥離・落下したススが多孔質ガラス母材の堆積面に付着することがある。
このことは、図２の吸気口レベルでの気流の状態を示した図３から明らかなように、排気口側の天井面では、吸気口からの気流が多孔質ガラス母材によって遮られ、逆向きの渦流ができ、この渦流部に浮遊ススが長時間滞留し、ススとなって付着し、成長する。
また、特許文献１の方法では、反応室の側壁に対するススの付着を低減させることはできない。
特開２００２-１９３６３３号公報
また、特許文献１の方法では、反応室の側壁に対するススの付着を低減させることはできない。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、反応室上面（天井）へのススの付着を防止し、上面からの剥離・落下を低減することのできる多孔質ガラス母材の製造装置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製造装置は、垂直に配置された出発部材に、原料ガスの火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス母材を製造する装置において、堆積用バーナを備えた反応室の側壁の上部に、該反応室の天井に沿って複数の吸気口を有し、該吸気口が多孔質ガラス母材を挟んで対向する壁面に設けられていることを特徴としている。
また、本発明の製造装置は様々な態様が可能であり、排気口を堆積用バーナが設置されている側の側壁と対向する側壁に設け、この排気口が設けられた壁面の幅を、吸気口が設けられた対向する壁面の幅よりも狭くするのが好ましい。
吸気口のうちの１つは、排気口と同じ側の壁面に設け、吸気口の最下部と排気口の最上部との間隔が３０ｍｍ以上あるようにするのが好ましい。
吸気口から吸入される気流が沿って流れる反応室の上面及び側面は、平面で構成するのがよい。
吸気口のうちの１つは、排気口と同じ側の壁面に設け、吸気口の最下部と排気口の最上部との間隔が３０ｍｍ以上あるようにするのが好ましい。
吸気口から吸入される気流が沿って流れる反応室の上面及び側面は、平面で構成するのがよい。
本発明の製造装置は、上記構成としたことにより、反応室の天井及び側壁にススが付着するのが抑制され、たとえ付着したススが剥離・落下した場合でも、多孔質ガラス母材への付着は防止され、製品中の泡数を減少させることができ、高品質な光ファイバ母材を得ることができる。
本発明の製造装置は、堆積用バーナを備えた反応室の側壁の上部に、該反応室の天井に沿って複数の吸気口を有することを特徴としている。この吸気口は、多孔質ガラス母材を挟んで対向する壁面に設置することが好ましい。これにより、図３で示したような渦流ができずに、天井面全体にわたって新鮮な吸気ガスが流れ、天井面まで浮遊ススが到達しないようにすることができる。
また、吸気口を堆積用バーナが設置されている側の側壁の左右端縁に沿ってスリット状に設けることにより、反応室内の気流を安定させ、さらに反応室側壁へのスス付着をも大幅に抑制することができる。
また、吸気口を堆積用バーナが設置されている側の側壁の左右端縁に沿ってスリット状に設けることにより、反応室内の気流を安定させ、さらに反応室側壁へのスス付着をも大幅に抑制することができる。
また、排気口を堆積用バーナが設置されている側の側壁と対向する側壁に設け、 この排気口が設けられた壁面の幅を、吸気口が設けられた壁面の幅よりも狭くすることにより、排気側の気流の線速を増しても、バーナ側の気流の線速は比較的遅くすることができ、バーナ火炎の撹乱を低減することができる。
吸気口のうちの１つを排気口と同じ側の壁面に設ける場合は、吸気口の最下部と排気口の最上部との間に３０ｍｍ以上の間隔を設けるのが好ましい。これは、吸気口と排気口が接近し過ぎると、吸気口から天井に沿って流れる気流が排気流によって乱され、エアカーテン効果が落ち、天井へのスス付着防止効果が低減するためである。
吸気口から吸入される気流が沿って流れる反応室の上面及び側面は、平面で構成するのがよい。この理由は、曲率半径２００〜４００ｍｍ程度の小さな曲率半径の球体の球面もしくは円柱体の曲面で側壁を構成すると、吸気した気流が壁面に沿って流れずに渦流を生じたりして反応室内の気流を乱し、エアカーテン効果を十分に発揮させることができないためである。
本発明を、以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、様々な態様が可能である。
図４に示す製造装置を使用して多孔質ガラス母材の製造を行った。
図４（ａ）は製造装置の上面図（バーナは省略）であり、（ｂ）はその概略縦断面図、（ｃ）は右側面図（バーナは省略）である。
この装置には、図４（ｂ）に示すように、対向する左右の側壁の上部に、天井に沿って吸気口５ａが設けられ、左側の吸気口５ａの下端と排気口６の上端との間は３０ｍｍ離されている。さらに右側の側壁には、図４（ｃ）において網線部で示すように、天井に沿って設けられた吸気口５ａに加えて、左右の端縁に沿ってそれぞれスリット状に吸気口５ｂが設けられている。
図４（ａ）は製造装置の上面図（バーナは省略）であり、（ｂ）はその概略縦断面図、（ｃ）は右側面図（バーナは省略）である。
この装置には、図４（ｂ）に示すように、対向する左右の側壁の上部に、天井に沿って吸気口５ａが設けられ、左側の吸気口５ａの下端と排気口６の上端との間は３０ｍｍ離されている。さらに右側の側壁には、図４（ｃ）において網線部で示すように、天井に沿って設けられた吸気口５ａに加えて、左右の端縁に沿ってそれぞれスリット状に吸気口５ｂが設けられている。
上部反応室７及び下部反応室８には、それぞれコア用バーナ２ａ、コア加熱用バーナ２ｂ及びクラッド用バーナ２ｃが設置され、ガラス微粒子の堆積が行われる。多孔質ガラス母材４はその成長に合わせて、上室９を経て上方に引き上げられる。このとき、全バーナで合成され供給されるガラス微粒子量を７００ｇ/ｈｒとして堆積を行った。堆積中、吸気線速は１．５ｍ/ｓｅｃとして天井面及び側壁面に沿う気流層を形成し、多孔質ガラス母材４の堆積面に付着できなかったガラス微粒子を排気ガスと共に排気口６から排出した。吸気されるガスはクリーンルーム内の空気とした。吸気口には、吸気線速調整のための圧力損失付与手段としてＳＵＳ３１６製の金網を取り付けた。
このようにして３０時間堆積を行ったところ、天井面及び吸気口と排気口の設けられていない前後壁面の右側部分では、ほぼ完全にスス付着が抑制された。前後壁面の左下部分（排気口近傍）ではスス付着や剥離・落下も起こったが、ここで生じた剥離・落下したススは速やかに排気口から排出され、多孔質ガラス母材の堆積面に付着することもなく、製品中の泡の原因となることはなかった。
なお、図４は、本発明の製造装置の一例として挙げたものであるが、この装置は、実施例１で行ったＶＡＤ法に限らず、外付けＶＡＤ法及び外付けＯＶＤ法でも本発明の構成を適用できる。
泡の極めて少ない光学特性に優れた光ファイバ用ガラス母材を供給することができる。
１. 出発部材（ターゲット棒）、
２. バーナ、
２ａ． コア用バーナ、
２ｂ． コア加熱用バーナ、
２ｃ． クラッド用バーナ、
３. シャフト、
４. 多孔質ガラス母材、
５. 吸気口、
５ａ． 天井に沿う吸気口、
５ｂ． 側壁端縁に沿う吸気口、
６. 排気口、
７. 上部反応室、
８. 下部反応室、
９. 上室。
２. バーナ、
２ａ． コア用バーナ、
２ｂ． コア加熱用バーナ、
２ｃ． クラッド用バーナ、
３. シャフト、
４. 多孔質ガラス母材、
５. 吸気口、
５ａ． 天井に沿う吸気口、
５ｂ． 側壁端縁に沿う吸気口、
６. 排気口、
７. 上部反応室、
８. 下部反応室、
９. 上室。
Claims (5)
- 垂直に配置された出発部材に、原料ガスの火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス母材を製造する装置において、堆積用バーナを備えた反応室の側壁の上部に、該反応室の天井に沿って複数の吸気口を有し、該吸気口が多孔質ガラス母材を挟んで対向する壁面に設けられていることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置。
- 堆積用バーナが設置されている側の側壁と対向する側壁に、排気口を有する請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
- 排気口が設けられた壁面の幅が、吸気口が設けられた対向する壁面の幅よりも狭い請求項２に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
- 吸気口のうちの１つが、排気口と同じ側の壁面に設けられ、吸気口の最下部と排気口の最上部との間隔が３０ｍｍ以上ある請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
- 吸気口から吸入される気流が沿って流れる反応室の上面及び側面が、平面で構成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
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