JP5793853B2

JP5793853B2 - ガラス母材の製造方法

Info

Publication number: JP5793853B2
Application number: JP2010261274A
Authority: JP
Inventors: 石原　朋浩; 朋浩石原
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: JP2012111659A

Description

本発明は、ＶＡＤ法（気相軸付け法）、ＯＶＤ法（外付け法）、ＭＭＤ法（多バーナ多層付け法）などによりガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を製造するガラス母材の製造方法に関する。

従来のガラス母材の製造方法としては、ＶＡＤ法によりガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を形成するガラス母材の製造方法において、反応容器内のガラス微粒子堆積体周辺の一部空間を上下に仕切り、上下に移動可能な仕切板を備えたガラス母材の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このガラス母材の製造方法によれば、余剰ガラス微粒子の排気効率が上がりガラス微粒子堆積体への浮遊ガラス微粒子の付着を少なくすることができる。また、ガラス微粒子堆積体のサイズや製造条件の変更に応じて、仕切板を適切な位置に移動できるので、熱による仕切板の変形を防止することができる。

また、反応容器の壁面を可変構造にして反応容器内の条件を適宜制御するガラス母材の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。このガラス母材の製造方法によれば、供給する原料ガス流量を増加させた場合でも装置系の変更を最小限に止めて、ガラス微粒子の堆積効率を向上させることができる。

国際公開第００／０２３３８５号パンフレット特開２００３−２３８１６７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のガラス母材の製造方法では、ガラス微粒子堆積体の軸方向に垂直な面の容器内面積が大きいため、排気効率が不十分となり、製造コストが掛かるという問題があった。
また、特許文献２に記載のガラス母材の製造方法は、壁面を可変構造とするため、制御が複雑で設備コストが掛かるという問題があった。

本発明の目的は、ガラス母材の製造コストをさらに低コスト化できるガラス母材の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することができる本発明に係るガラス母材の製造方法は、容器内に出発ロッドとガラス微粒子生成用バーナを配置し、該ガラス微粒子生成用バーナから噴出するガラス微粒子を出発ロッドに堆積すると共に、ガラス微粒子堆積体に付着しない容器内の余剰ガラス微粒子を容器外に排気しながらガラス微粒子堆積体を作製し、その後該ガラス微粒子堆積体を高温加熱して透明ガラス母材を得るガラス母材の製造方法において、前記ガラス微粒子堆積体作製時の前記容器内を、板厚０．２〜２．０ｍｍの仕切板で前記ガラス微粒子堆積体の中心軸に沿った面で仕切り、ガラス母材の外径に応じて前記容器内の容積を調整することを特徴としている。なお、中心軸に沿った面とは、ガラス微粒子堆積体の成長軸方向に沿って略平行（若干傾いている場合も含む）に仕切板が取り付けられていることを意味する。

このように構成されたガラス母材の製造方法によれば、ガラス母材の外径に応じ、容器内の容積を仕切板により簡単に調整できる。例えば、ガラス母材径に対し必要以上に容器の容積が大きい場合は、仕切板により容器内の容積を小さくすることで、容器内の余剰ガラス微粒子を排気するための風量を抑えることができ、設備のランニングコストを下げることができる。また、余剰ガラス微粒子の排気効率が上がるので、ガラス微粒子堆積体の作製後に容器内に付着したガラス微粒子を清掃する頻度を下げ、設備停止時間を低減することで、ガラス母材の低コスト化を図ることができる。
また、仕切板の板厚を０．２ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下とすることで、仕切板の熱変形を抑えつつ、材料費や加工費を抑えることができる。

また、本発明に係るガラス母材の製造方法は、前記仕切板が前記容器から着脱可能であることを特徴としている。

このように構成されたガラス母材の製造方法によれば、仕切板が着脱可能であるので、ガラス微粒子堆積体の作製後にガラス微粒子の付着した板を取り外すと同時に、別の新しい仕切板を容器内に設置することで、設備停止時間を削減することができ、生産性の向上を図ることができる。取り外した板に付着したガラス微粒子を容器の外で清掃すれば、設備を停止する事なく、清掃作業が可能となる。

また、本発明に係るガラス母材の製造方法は、ガラス微粒子堆積体が、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＭＤ法のいずれかで作製することを特徴としている。

本発明に係るガラス母材の製造方法によれば、ガラス微粒子堆積体作製時の容器内を、板厚０．２〜２．０ｍｍの仕切板でガラス微粒子堆積体の中心軸に沿った面で仕切り、ガラス母材の外径に応じて容器内の容積を調整する。これにより、ガラス微粒子堆積体の作製後に容器内に付着したガラス微粒子を清掃する頻度を下げて、設備停止時間を低減することができるので、ガラス母材の製造コストを下げることができる。

本発明に係るガラス母材の製造方法を説明する製造装置の構成図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明の一実施形態であるガラス母材の製造方法について図面を参照して説明する。なお、以下ではＶＡＤ法による製造方法について説明するが、本発明は、ＶＡＤ法には限定されず、ＯＶＤ法やＭＭＤ法など、他のガラス微粒子堆積法に対しても適用できる。

図１〜図３に示すように、本実施形態のガラス母材の製造方法を実施する製造装置１０は、容器１１の上方から内部に支持棒１２を吊り下げ、支持棒１２の下側に出発ロッドであるダミーガラスロッド１３を取り付けている。このダミーガラスロッド１３にガラス微粒子が堆積してガラス微粒子堆積体１４を形成する。支持棒１２は、上端部を昇降装置１５により把持されており、昇降装置１５によって回転と共に昇降する。この昇降装置１５は、制御装置１６によって制御されている。

容器１１の内部下方には、コア用バーナ１７およびクラッド用バーナ１８が設けられており、制御装置１６によって制御されるガス供給装置１９から、各々バーナ１７，１８に供給量を制御しながら原料ガス、火炎形成ガスである可燃性ガスおよび助燃性ガスを供給する。

コア用バーナ１７は、ガラス微粒子を生成するガラス微粒子生成用バーナであり、原料ガスとしてＳｉＣｌ_４、ＧｅＣｌ_４、火炎形成ガスとしてＨ_２、Ｏ_２、バーナシールガスとしてＮ_２などを投入する。また、クラッド用バーナ１８には、原料ガスとしてＳｉＣｌ_４、火炎形成ガスとしてＨ_２、Ｏ_２、バーナシールガスとしてＮ_２などを投入する。また、容器１１の側壁には排気管２１が取り付けられている。

本実施形態の製造装置１０は、ガラス微粒子堆積体１４の作製時に容器１１内の容積Ｖを、ガラス母材の外径（例えばφ１５０ｍｍ）に対応して３枚の仕切板３１〜３３で仕切ることで調整することができる。即ち、容器１１の四方を構成する４面の側壁の内、バーナ１７，１８側を除いて、他の３面の側壁の内側に３枚の仕切板３１〜３３を配置することができる。これにより、既存の容器１１内の容積Ｖより小さくすることができる。なお、バーナ１７，１８と干渉しなければバーナ１７，１８側にも仕切板を配置することは可能である。

仕切板３１〜３３の板厚ｔは、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍである。なお、板厚ｔが０．２ｍｍより薄いと、バーナ火炎などからの熱による変形が起り易くなり、２．０ｍｍより厚いと、その材料費が高価なものになる。また、仕切板３１〜３３の材質は、耐熱性に優れたＳＵＳ（ステンレス）、Ｎｉ、Ａｌ等の金属を用いることが好ましい。

また、仕切板３１〜３３は、容器１１から着脱可能である。着脱可能にすることにより、仕切板に付着したガラス微粒子を清掃するときに、仕切板を容器から取り外し、取り外しと同時に別の新しい仕切板を容器内に設置することで、設備の停止時間を削減し、生産性の向上を図ることができる。また、仕切板が設置できる箇所を複数設けておけば、作製するガラス母材のサイズに応じて、仕切板の位置を変更することができるので、複数のサイズの容器を用意せずとも、既設の容器で対応することができる。

詳しくは、第１仕切板３１が排気管２１側に配置されると共に、ガラス微粒子堆積体１４を挟んだ対向位置に第２仕切板３２と第３仕切板３３が配置されている。第１仕切板３１は、その上端を容器１１の上部に配置された複数のＬ字状のアングル部材３５に掛けることで保持される。また、第１仕切板３１の下端は、係止部材３６に係止される。同様に、第２仕切板３２及び第３仕切板３３は、アングル部材４１，４３に掛けることで保持される。また、第２仕切板３２及び第３仕切板３３の下端は、係止部材４２，４４に係止される。

また、ガラス母材の外径が更に小さい場合は、第１仕切板３１の上端を、内側のアングル部材３７に掛けると共に、下端を係止部材３８に係止させる。同様に、第２仕切板３２及び第３仕切板３３の上端を、内側のアングル部材４５，４７に掛けると共に、下端を係止部材４６，４８に係止させる。これにより、更に小さなガラス微粒子堆積体１４に対応させて容器１１内の容積Ｖを小さくすることができる。
このように仕切板３１〜３３の取付位置は、ガラス母材の外径に応じて変更することができ、容器１１の容積を、ガラス母材の外径に対し、最適な状態にすることができる。なお、仕切板３１〜３３の保持方法は、上記の方法に限定されることはなく、他の方法を採用することもできる。

次に、ガラス微粒子堆積体１４の製造手順を説明する。
先ず、支持棒１２を昇降装置１５に取り付け、先端に取り付けられているダミーガラスロッド１３を容器１１内に納める。次に、昇降装置１５によってダミーガラスロッド１３を回転させながら、コア用バーナ１７およびクラッド用バーナ１８によってガラス微粒子をガラスロッド１３に堆積させる。このガラス微粒子の堆積を行いながら、昇降装置１５によってガラス微粒子堆積体１４の下端部の成長速度に合わせた引き上げ速度で引き上げて行く。

次に、得られたガラス微粒子堆積体１４をＨｅとＣｌの混合雰囲気中で１１００度に加熱した後、Ｈｅ雰囲気中にて１５５０℃に加熱して透明ガラス化を行う。

上述したように本実施形態のガラス母材の製造方法によれば、ガラス微粒子堆積体１４作製時の容器１１内を、板厚０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの仕切板３１〜３３でガラス微粒子堆積体１４の中心軸に沿った面で仕切ることで、ガラス母材の外径に応じて容器１１内の容積Ｖを調整する。
例えば、ガラス母材の外径に応じて容器１１内の容積Ｖを小さくすれば、容器１１内の余剰ガラス微粒子を排気するための風量を抑えることができ、設備のランニングコストを下げることができる。

また、余剰ガラス微粒子の排気効率が上がるので、ガラス微粒子堆積体１４の作製後に容器１１内に付着したガラス微粒子を清掃する頻度を下げることができる。これにより、清掃時間及び設備停止時間が短縮されるので、ガラス母材の製造コストを低減することができる。また、仕切板３１〜３３の板厚ｔを０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとすることで、仕切板の熱変形を抑えつつ、材料費や加工費を抑えることができる。

また、仕切板３１〜３３が着脱可能であるので、ガラス微粒子堆積体１４の作製後にガラス微粒子の付着した仕切板を取り外し、仕切板に付着したガラス微粒子を清掃することができる。また、取り外しと同時に別の新しい仕切板を容器１１内に設置することで、設備の停止時間を削減することができ、生産性の向上を図ることができる。

次に、本発明のガラス母材の製造方法の一実施例を説明する。

（実施例）
実施例、比較例とも、下記のような材料を使用してガラス母材を製造する。
・ダミーガラスロッド；直径２５ｍｍ、長さ４００ｍｍの純石英ガラス
・ガラス微粒子堆積体の外径φ１５０ｍｍ
・コア用バーナへの投入ガス；原料ガス……ＳｉＣｌ_４（０．３〜０．５ＳＬＭ）、ＧｅＣｌ_４（０〜０．０３ＳＬＭ）、火炎形成ガス……Ｈ_２（１０〜３０ＳＬＭ）、Ｏ_２（１５〜４０ＳＬＭ）、バーナシールガス……Ｎ_２（５ＳＬＭ）
・クラッド用バーナへの投入ガス；原料ガス……ＳｉＣｌ_４（１〜７ＳＬＭ）、火炎形成ガス……Ｈ_２（１００〜１５０ＳＬＭ）、Ｏ_２（１５０〜２００ＳＬＭ）、バーナシールガス……Ｎ_２（２０〜３０ＳＬＭ）

ＶＡＤ法によりガラス微粒子の堆積を行う。この際、同じ容器を用い、仕切板で仕切ることにより、容器の内容積Ｖ（ｍｍ^３）を変え、さらに仕切板の板厚ｔ（ｍｍ）を変えて堆積させる。得られるガラス微粒子堆積体をＨｅとＣｌの混合雰囲気中で１１００度に加熱した後、Ｈｅ雰囲気中にて１５５０℃に加熱して透明ガラス化を行う。
このようにしてガラス母材の製造を繰り返し、ガラス母材の製造コストと、設備コストを加味したトータルコストＣを比較する。トータルコストＣは、比較例３を１．００として規格化した数値で表す。

その結果、表１に示すような結果となる。比較例１に比べ、容器の内容積Ｖが小さく、仕切板の板厚ｔが薄い実施例１〜５では、トータルコストＣは比較例１より安くなる。また、実施例１〜３のように、容器の内容積Ｖが同じ場合、仕切板の板厚ｔを薄くする程、板材費等を含む設備コストは安くなるため、トータルコストＣが安くなる。また、実施例４，５のように、容器の内容積Ｖが小さい程、ガラス母材の製造コストは安くなるため、トータルコストＣが安くなる。

一方、仕切板の板厚ｔが、０．２ｍｍより薄い比較例２では、仕切板が熱変形してしまうため設備コストが掛かり、トータルコストＣは、実施例よりも高くなる。また、仕切板が無い比較例３では、仕切板が無い分、設備コストは実施例よりも安くなるが、容器内を浮遊する余剰ガラス微粒子の排気効率が下がり、容器内に付着するガラス微粒子の清掃頻度を下げることができず、ガラス母材の製造コストが高くなる。このため、製造コストと設備コストの両方を考慮したトータルコストＣで比較すると、実施例よりも高くなる。なお、比較例３は、容器を仕切板で仕切らず、元の状態で使用している例である。
また、比較例１は、仕切板の板厚ｔが２ｍｍより厚いため、設備コストが高くなる。さらに、容器の内容積Ｖが大きいため、ガラス母材の製造コストが上がり、トータルコストＣが最も高くなる。

なお、本発明の光ファイバ母材の製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１０…製造装置、１１…容器、１２…支持棒、１３…ダミーガラスロッド（出発ロッド）、１４…ガラス微粒子堆積体（ガラス母材）、１５…昇降装置、１６…制御装置、１７…コア用バーナ、１８…クラッド用バーナ、１９…ガス供給装置、３１…第１仕切板、３２…第２仕切板、３３…第３仕切板、Ｖ…容器の容積、ｔ…仕切板の板厚

Claims

容器内に出発ロッドとガラス微粒子生成用バーナを配置し、該ガラス微粒子生成用バーナから噴出するガラス微粒子を出発ロッドに堆積すると共に、ガラス微粒子堆積体に付着しない容器内の余剰ガラス微粒子を容器外に排気しながらガラス微粒子堆積体を作製し、その後該ガラス微粒子堆積体を高温加熱して透明ガラス母材を得るガラス母材の製造方法において、
前記ガラス微粒子堆積体作製時の前記容器内を、板厚０．２〜２．０ｍｍの仕切板で前記ガラス微粒子堆積体の中心軸に沿った面で仕切り、前記ガラス微粒子堆積体の作製で最終的に得られるガラス微粒子堆積体の外径に応じて前記仕切板の位置を変更して前記容器内の容積を予め調整することを特徴とするガラス母材の製造方法。
前記仕切板は、前記容器から着脱可能であることを特徴とする請求項１記載のガラス母材の製造方法。
前記ガラス微粒子堆積体は、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＭＤ法のいずれかで作製することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス母材の製造方法。