JP6409405B2 - ガラス微粒子堆積体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス微粒子堆積体の製造方法に関する。

外付け法（ＯＶＤ法）、若しくは多バーナ多層付け法（ＭＭＤ法）において、ガラス微粒子堆積体の端部からの割れを防止するために、端部に補助バーナを設けてガラス微粒子堆積体を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００８−９４６８０号公報 特開平１１−１８９４２８号公報

特許文献１，２に記載の発明では、ＯＶＤ法、若しくはＭＭＤ法によりガラス微粒子堆積体を製造する際に、端部からの割れを防止するため、端部加熱バーナを採用している。ところが、端部加熱バーナは割れを防止する一方で、過剰加熱によりガラス微粒子堆積体の表面に粒子状の突起を発生させることがある。この粒子状の突起は、過剰加熱によりガラス微粒子堆積体が収縮し凹凸ができ、その上にガラス微粒子が付着することで成長するものである。そして、このような粒子状の突起がある状態でガラス微粒子堆積体を透明化すると、粒子状の突起はそのまま残り、線引時に断線する原因となる虞がある。このため、粒子状の突起が出来るとその部分を切り落とし、端面加工することで線引き種落としができるようにしなければならず、製造コストが上昇する要因となっていた。

そこで、本発明の目的は、端部加熱バーナを使用し、ガラス微粒子堆積体の表面の粒子状の突起の発生を防ぎつつ、ガラス微粒子堆積体の端部からの割れを防止できるガラス微粒子堆積体の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、反応容器内で、原料バーナを用いてガラス微粒子を生成して堆積させ、ガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
酸水素ガスの火炎により前記ガラス微粒子堆積体の端部を加熱する補助バーナを設けて、前記ガラス微粒子堆積体を前記補助バーナ、前記原料バーナに対して相対的に往復移動させ、
前記補助バーナにより前記ガラス微粒子堆積体の前記端部を加熱する際の加熱範囲において、前記補助バーナの水素ガス流量を第１流量として加熱する所定の位置より端部側の領域と、前記水素ガス流量を前記第１流量よりも所定量少ない第２流量として加熱する前記所定の位置より中心部側の領域とを設ける。

本発明によれば、端部加熱バーナを使用し、ガラス微粒子堆積体の表面の粒子状の突起の発生を防ぎつつ、ガラス微粒子堆積体の端部からの割れを防止できる。

本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法で用いられる製造装置の一例を示す概略構成図である。 ガラス微粒子堆積体の表面に発生する粒子状の突起についての説明図である。 ガラス微粒子堆積体の端部からの割れの発生についての説明図である。 本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法における補助バーナの水素ガス流量の制御を説明する図である。 ガラス微粒子堆積体の製造方法における、ガラス微粒子堆積体の軸方向位置に対する原料バーナおよび補助バーナの火炎が当たる回数を説明する図である。 従来の製造方法によって製造されたガラス微粒子堆積体粒子状の突起と割れの発生率を示すグラフである。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、
（１） 反応容器内で、原料バーナを用いてガラス微粒子を生成して堆積させ、ガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
酸水素ガスの火炎により前記ガラス微粒子堆積体の端部を加熱する補助バーナを設けて、前記ガラス微粒子堆積体を前記補助バーナ、前記原料バーナに対して相対的に往復移動させ、
前記補助バーナにより前記ガラス微粒子堆積体の前記端部を加熱する際の加熱範囲において、前記補助バーナの水素ガス流量を第１流量として加熱する所定の位置より端部側の領域と、前記水素ガス流量を前記第１流量よりも所定量少ない第２流量として加熱する前記所定の位置より中心部側の領域とを設ける。
上記（１）の製造方法によれば、端部側の領域では補助バーナの水素ガス流量を第１流量として加熱することにより割れの発生を抑制でき、中心部側の領域では補助バーナの水素ガス流量を第１流量よりも所定量少ない第２流量として加熱することにより粒子状の突起の発生を抑えることができる。これにより、ガラス微粒子堆積体の表面の粒子状の突起の発生を防ぎつつ、ガラス微粒子堆積体の端部からの割れを防止することができる。

（２） 前記第２流量を、前記第１流量の０．４以下とする。
前記第２流量が前記第１流量の０．４以下であることにより、ガラス微粒子堆積体の表面の粒子状の突起の発生をより確実に防ぐことができる。

（３） 前記所定の位置は、前記原料バーナによる火炎が当たる回数が前記補助バーナの火炎が当たる回数と等しくなる位置の近傍である。
原料バーナの火炎が当たる回数が、補助バーナの火炎が当たる回数と等しくなる位置よりも中心部側において粒子状の突起が発生するので、この位置より中心部側で補助バーナの水素ガス流量を第２流量とすることが好ましい。

（４） 前記所定の位置を、ガラス微粒子の堆積に従い、徐々に端部側へ移動させる。
粒子状の突起の発生位置（ロッドの軸方向の位置）は、ガラス微粒子の堆積が進むに従って、徐々に端部側に移動する。したがって、補助バーナの水素ガス流量を第１流量から第２流量とする上記所定位置を、ガラス微粒子の堆積が進むに従って、徐々に端部側に移動させることにより、粒子状の突起の発生をより確実に防ぐことができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法で用いられる製造装置の一例を示す概略構成図である。
図１に示すように、ガラス微粒子堆積体を製造する製造装置１は、反応容器２内のロッド（ターゲットロッド）３に、原料バーナ４ａ〜４ｇの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を堆積させて、光ファイバの母材となるガラス微粒子堆積体５を製造する装置である。原料バーナ４ａ〜４ｇは、ロッド３に対向させてロッド３の軸方向に沿って一定間隔で複数配置されており、反応容器２の原料バーナ４ａ〜４ｇと反対側には、排気路６が設けられている。
また、製造装置１には、ガラス微粒子堆積体５の端部からの割れを防止するために、酸水素ガスの火炎によりガラス微粒子堆積体５の端部を加熱する補助バーナ７ａ、７ｂが設けられている。

本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、製造装置１において、ロッド３を軸方向へ往復移動させることにより、回転するロッド３とバーナの列（原料バーナ４ａ〜４ｇ、補助バーナ７ａ、７ｂ）とをロッド３の軸方向へ相対的に往復移動させ、ロッド３の表面にガラス微粒子を層状に堆積させる多バーナ多層付け法（ＭＭＤ法）でガラス微粒子堆積体５を製造する。
ところが、上記製造装置１を用いてガラス微粒子堆積体５を製造する際に、ガラス微粒子堆積体５の表面に粒子状の突起の発生、あるいは、ガラス微粒子堆積体５の端部から割れが発生する場合がある。

図２は、ガラス微粒子堆積体５の表面に発生する粒子状の突起８についての説明図である。図３は、ガラス微粒子堆積体５の端部からの割れ９の発生についての説明図である。
補助バーナ７ａ、７ｂの水素ガス流量が多すぎると、図２に示すように、過剰加熱によりガラス微粒子堆積体５の表面に粒子状の突起８が発生する場合がある。
一方、補助バーナの７ａ、７ｂ水素ガス流量が少ないと、図３に示すように、ガラス微粒子堆積体５の端部を起点として割れ９が発生する場合がある。
このため、ガラス微粒子堆積体５を製造する際に、粒子状の突起８と割れ９の両者の発生を防ぐような水素ガス流量に設定することが試みられてきた。しかしながら、両者はトレードオフの関係にあり、後で説明する図６のように、粒子状の突起８が発生する水素ガス流量の範囲と割れ９が発生する水素ガス流量の範囲は一部が重なるため、粒子状の突起８と割れ９の両方を防ぐ流量とすることは困難であった。

そこで、本発明者は、粒子状の突起８が発生する箇所と割れ９の起点となる位置とが異なることに着目した。
粒子状の突起８は、図２に示すように、ガラス微粒子堆積体５の端部の中心部側の領域１０で発生し、端部側の領域１１では発生していない。
一方、割れ９の起点となる位置は、図３に示すように、ガラス微粒子堆積体５の端部側の領域１１である。
以上の知見により、本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法では、補助バーナの水素ガス流量の制御を工夫している。

以下、本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法における補助バーナの水素ガス流量の制御について、図４を参照して説明する。
図４では、ロッド３の端部付近の補助バーナ７ａによる加熱範囲において、ロッド３にガラス微粒子が堆積し、ガラス微粒子堆積体５が成長していく様子を模式的に表している。また、図４では、補助バーナ７ａの加熱範囲における、ロッド３の軸方向位置で補助バーナ７ａより噴射する水素ガス流量の変化を示している。

本実施形態においては、図４に示すように、補助バーナ７ａを使用しないと割れの起点となる位置（端部側の領域１１）に補助バーナの火炎が当たるときは、水素ガス流量を割れ９が発生しない第１流量となるように制御する。そして、補助バーナ７ａにより過剰加熱すると粒子状の突起８が発生する位置（中心部側の領域１０）に補助バーナ７ａの火炎が当たるときは、補助バーナ７ａの水素ガス流量を第１流量よりも所定量少ない第２流量となるように制御する。例えば、第１流量を１とした場合、第２流量が０．４以下となる範囲とすることが好ましい。

上記の本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法によれば、端部側の領域では補助バーナ７ａの水素ガス流量を第１流量として加熱することにより割れ９の発生を抑制でき、中心部側の領域では補助バーナ７ａの水素ガス流量を第１流量よりも所定量少ない第２流量として加熱することにより粒子状の突起８の発生を抑えることができる。これにより、ガラス微粒子堆積体５の表面の粒子状の突起８の発生を防ぎつつ、ガラス微粒子堆積体５の端部からの割れ９を防止することができる。

なお、図４に示すように、粒子状の突起８の発生位置（ロッド３の軸方向の位置）は、ガラス微粒子の堆積が進むに従って、徐々に端部側に移動する。したがって、補助バーナ７ａの水素ガス流量を第１流量から第２流量とする位置を、ガラス微粒子の堆積が進むに従って、徐々に端部側に移動するように、補助バーナ７ａの水素ガス流量を制御することが好ましい。これにより、粒子状の突起８の発生をより確実に防ぐことができる。

次に、ロッド３の軸方向の位置に対する原料バーナ４ａおよび補助バーナ７ａの火炎が当たる回数の考察について説明する。図５において、ロッド３の補助バーナ７ａに対する往復移動は実線の矢印で示している。また、ロッド３の原料バーナ４ａに対する往復移動は破線の矢印で示している。なお、図５の補助バーナ７ａおよび原料バーナ４ａは、ロッド３に対し最も端部側に位置した場合を図示している。

本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法においては、ロッド３とバーナの列（原料バーナ４ａ〜４ｇ、補助バーナ７ａ、７ｂ）との相対的な往復移動は、図５における相対的位置の経時変化で示すように、その折り返し位置を所定の範囲内で往復移動させるごとにずらしている。
このため、補助バーナ７ａの火炎がロッド３に当たる範囲（ロッド軸方向の範囲）は、図５の符号１２の範囲となる。そして、この符号１２の範囲内で補助バーナ７ａの火炎がロッド３に当たる回数（ロッド３の当該位置が相対的に往復移動する補助バーナ７ａの位置を通り過ぎる回数）は、ロッド軸方向の位置によって変化する。ロッド軸方向の位置における、補助バーナ７ａの火炎がロッド３に当たる回数は実線１３のようになる。また、補助バーナ７ａの隣のバーナである原料バーナ４ａの火炎がロッド３に当たる回数は実線１４のようになる。

そして、原料バーナ４ａの火炎が当たる回数が、補助バーナ７ａの火炎が当たる回数と等しくなる位置（ロッド軸方向の位置）、すなわち、実線１３と実線１４が交差する位置の近傍で粒子状の突起が発生する。
このため、補助バーナ７ａの水素ガス流量を第２流量として加熱する中心部側の領域１０は、原料バーナ４ａによる火炎が当たる回数が補助バーナ７ａの火炎が当たる回数と等しくなる位置（図５の実線１３と実線１４が交差する位置）近傍よりも中心部側とすることが好ましい。

（実施例）
本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法によって、ガラス微粒子堆積体５を製造した。その際に、補助バーナ７ａの水素ガス流量の第１流量を１とした場合、第２流量を０．４とする割合の流量に制御した。
そして、製造されたガラス微粒子堆積体５に対して、粒子状の突起８と割れ９の発生率を調べた。その結果、粒子状の突起８の発生率および割れ９の発生率は０％であった。

（比較例）
比較例として、補助バーナ７ａの水素ガス流量を一定にする従来の製造方法によりガラス微粒子堆積体５を製造した。そして、製造されたガラス微粒子堆積体５に対して、粒子状の突起８と割れ９の発生率を調べた。その結果、粒子状の突起８の発生率若しくは割れ９の発生率は９６％であった（良好率４％）。
さらに、割れ９を完全に抑制できる水素ガス流量を１とした場合に対する水素ガスの流量比を変化させて、製造されたガラス微粒子堆積体５の粒子状の突起８と割れ９の発生率を調べた。その結果を図６のグラフに示す。
図６に示すように、水素ガスの流量比が小さい程、割れ９の発生率が高く、流量比が１近くで割れ９の発生率が０％となった。また、粒子状の突起８は、流量比が０．４を超えると発生し、流量比が大きくなる程発生率が高くなった。そして、粒子状の突起８の発生率と割れ９の発生率が共に０％となる流量比はなく、両者の発生率が最も低い流量比は０．４５程度であった。しかしながら、流量比を０．４５とした場合であっても、両者の発生率は２０％以上であり、従来の製造方法では、粒子状の突起８と割れ９の発生を同時に抑制することは不可能であることが確認された。

１ 製造装置
２ 反応容器
３ ロッド（ターゲットロッド）
４ａ〜４ｇ 原料バーナ
５ ガラス微粒子堆積体
６ 排気路
７ａ、７ｂ 補助バーナ
８ 粒子状の突起
９ 割れ
１０ 中心部側の領域
１１ 端部側の領域
１２ 補助バーナ７ａの火炎がロッド３に当たる範囲
１３ 補助バーナ７ａの火炎がロッド３に当たる回数
１４ 原料バーナ４ａの火炎がロッド３に当たる回数

Claims (4)

1. 反応容器内で、原料バーナを用いてガラス微粒子を生成して堆積させ、ガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
   酸水素ガスの火炎により前記ガラス微粒子堆積体の端部を加熱する補助バーナを設けて、前記ガラス微粒子堆積体を前記補助バーナ、前記原料バーナに対して相対的に往復移動させ、
   前記補助バーナにより前記ガラス微粒子堆積体の前記端部を加熱する際の加熱範囲において、前記補助バーナの水素ガス流量を第１流量として加熱する所定の位置より端部側の領域と、前記水素ガス流量を前記第１流量よりも所定量少ない第２流量として加熱する前記所定の位置より中心部側の領域とを設け、
   前記所定の位置は、前記補助バーナを使用しないと前記ガラス微粒子堆積体の端部からの割れの起点となる位置と、前記補助バーナにより過剰加熱すると前記ガラス微粒子堆積体の表面の粒子状の突起が発生する位置の間である、
   ガラス微粒子堆積体の製造方法。
2. 前記第２流量を、前記第１流量の０．４以下とする、請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
3. 前記所定の位置は、前記原料バーナによる火炎が当たる回数が前記補助バーナの火炎が当たる回数と等しくなる位置の近傍である、請求項１又は請求項２に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
4. 前記所定の位置を、ガラス微粒子の堆積に従い、徐々に端部側へ移動させる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。

Images