JP6643395B2 - 多孔質ガラス微粒子体の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質ガラス微粒子体の製造方法および製造装置に関する。

従来から、下記特許文献１に示されるように、ガラスロッドなどの出発母材にガラス微粒子を堆積させてスートを形成する多孔質ガラス微粒子体の製造方法が知られている。この種の多孔質ガラス微粒子体を焼結させると、光ファイバなどを製造するためのガラス母材を得ることができる。
また、下記特許文献１には、スートの両端で原料ガスの流量を徐々に減らしつつ、バーナーに供給するガスを原料ガスから不活性ガス（パージガス）に切り替えることが開示されている。

特開２００３−２１２５５４号公報

特許文献１の構成では、スートの両端において原料ガスの流量を減少させている間にも、多孔質ガラス微粒子が堆積され、スートの両端にテーパ部が形成される。テーパ部は、一般的に良品部として使用できない部位であるため、多孔質ガラス微粒子体の良品部として使用できる範囲が小さくなってしまう。また、良品部の割合が減少し、歩留まりが悪化してしまう。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、多孔質ガラス微粒子体の両端のテーパ部の割合を削減することができる多孔質ガラス微粒子体の製造方法、および製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る多孔質ガラス微粒子体の製造方法は、回転する出発母材の長手方向に沿って、前記出発母材に対して相対往復運動するバーナー群の火炎中に原料ガスを放出し、前記出発母材の表面に多孔質ガラス微粒子のスートを形成する多孔質ガラス微粒子体の製造方法であって、前記バーナー群を前記長手方向に沿って前記出発母材に対して相対往復運動させ、前記バーナー群のうち前記長手方向の最も外側に位置する外側バーナーに接続されたバーナーラインと、前記原料ガスを前記バーナーラインに供給する供給ラインと、前記供給ラインに接続されたベントラインと、を設け、前記外側バーナーが、前記長手方向における外側から内側に向けて所定の境界位置を通過する時に、前記供給ラインと前記バーナーラインとを連通させるとともに前記供給ラインと前記ベントラインとを遮断し、前記外側バーナーが、前記長手方向における内側から外側に向けて前記境界位置を通過する時に、前記供給ラインと前記バーナーラインとを遮断するとともに前記供給ラインと前記ベントラインとを連通させ、前記供給ラインを流れる前記原料ガスの流量を一定とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様に係る製造装置は、出発母材の長手方向に沿って、前記出発母材に対して相対往復運動するバーナー群と、前記バーナー群のうち、前記長手方向の最も外側に位置する外側バーナーに向けて、一定流量の原料ガスを供給する供給ラインと、前記供給ラインと前記外側バーナーとを接続するバーナーラインと、前記供給ラインに接続されたベントラインと、前記供給ラインと前記バーナーラインとの連通および遮断を切り替える第１バルブと、前記供給ラインと前記ベントラインとの連通および遮断を切り替える第２バルブと、前記第１バルブおよび前記第２バルブの開閉を切り替える切替機構と、を備え、前記切替機構は、前記外側バーナーが、前記長手方向における外側から内側に向けて境界位置を通過する時に、前記第１バルブを開くとともに前記第２バルブを閉じ、前記外側バーナーが、前記長手方向における内側から外側に向けて前記境界位置を通過する時に、前記第１バルブを閉じるとともに前記第２バルブを開く。

本発明の上記態様によれば、多孔質ガラス微粒子体の両端のテーパ部の割合を削減することができる多孔質ガラス微粒子体の製造方法、および製造装置を提供することができる。

（ａ）は、第１実施形態に係る製造装置の概略図である。（ｂ）は、多孔質ガラス微粒子体の側面図である。 第１実施形態に係るガス供給装置の概略図である。 第１実施形態に係る製造装置の概略図および多孔質ガラス微粒子体の側面図である。 第２実施形態に係る製造装置の概略図および多孔質ガラス微粒子体の側面図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態の多孔質ガラス微粒子体の製造方法および製造装置について図面に基づいて説明する。本実施形態により得られる多孔質ガラス微粒子体は、例えばＯＶＤ法（外付け法）またはＶＡＤ法（気相軸付法）などに適用することで、光ファイバ母材を得ることができる。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

ＯＶＤ法とは、ガラスロッド等の出発母材の外表面にガラス微粒子を堆積させてガラススート層を形成した後、ガラススート層を加熱により焼結して透明ガラスを得る方法である。
ＶＡＤ法は、ガラスロッド等の出発母材の先端部からガラス微粒子の堆積を開始して、円柱状のガラススートを形成した後、ガラススートを加熱により焼結させることで、透明ガラスを得る方法である。
ただし、本実施形態により得られる多孔質ガラス微粒子体の用途は、光ファイバ母材の製造に限定されない。

図１および図２に示すように、本実施形態の多孔質ガラス微粒子体の製造装置１は、複数のバーナー２ａ〜２ｄを有するバーナー群２と、レール３と、ガス供給装置１０Ａと、を備えている。なお、バーナー群２に含まれるバーナーの数は適宜変更してもよい。
出発母材Ｍの両端は、一対の回転チャック（不図示）により支持されている。回転チャックにより、出発母材Ｍは反応容器（不図示）内で回転させられる。

（方向定義）
複数のバーナー２ａ〜２ｄは、出発母材Ｍの長手方向に沿って、並べて配置されている。以下、出発母材Ｍの長手方向をＸ方向という。また、Ｘ方向のうち、バーナー２ａ側を−Ｘ側といい、バーナー２ｄ側を＋Ｘ側という。すなわち、バーナー２ａ、バーナー２ｂ、バーナー２ｃ、およびバーナー２ｄは、−Ｘ側から＋Ｘ側に向けて、この順に配置されている。バーナー２ａ、２ｄは、バーナー群２のうち、Ｘ方向において最も外側に位置する外側バーナーである。バーナー２ｂ、２ｃ（内側バーナー）は、バーナー２ａ（第１外側バーナー）およびバーナー２ｄ（第２外側バーナー）に挟まれている。

複数のバーナー２ａ〜２ｄは、Ｘ方向に等間隔を空けて配置されている。本実施形態では、隣り合うバーナー２ａ〜２ｄ同士のＸ方向における間隔（ピッチ）をＬと表す。
レール３はＸ方向に延びている。複数のバーナー２ａ〜２ｄは、互いの間隔を保ったまま、レール３に沿って移動可能となっている。すなわち、バーナー群２は、出発母材Ｍの長手方向に沿って移動可能である。
なお、本実施形態では、バーナー群２は、レール３上をＸ方向に往復するように移動するが、出発母材Ｍをレール３の長手方向に沿って往復させても良い。すなわち、バーナー群２は、Ｘ方向に沿って出発母材Ｍに対して相対往復運動することができればよい。

バーナー２ａ〜２ｄは、可燃性ガス（例えば、酸水素ガスやメタンなど）と酸素との混合ガス等で火炎Ｆを形成する。その火炎Ｆ中に原料ガスＧ１を放出して、酸化反応または加水分解反応にて多孔質ガラス微粒子を生成する。この多孔質ガラス微粒子が、出発母材Ｍの表面に堆積（デポジション）してスートＳを形成することで、多孔質ガラス微粒子体が得られる。

（ガス供給装置）
以下の説明では、バーナー群２のうち最も外側（−Ｘ側）に位置するバーナー２ａ（第１外側バーナー）に原料ガスＧ１を供給するガス供給装置１０Ａについて説明する。ただし、ガス供給装置１０Ａと同様の装置が、他のバーナー２ｂ〜２ｄに接続されていてもよい。特に、最も＋Ｘ側に位置するバーナー２ｄ（第２外側バーナー）のガス供給装置は、以下に説明するガス供給装置１０Ａと同様の構成であることが好ましい。
ただし、ガス供給装置１０Ａと異なる構成のガス供給装置が、他のバーナー２ｂ〜２ｄに接続されていてもよい。

図２に示すように、ガス供給装置１０Ａは、供給ライン１１と、バーナーライン１２と、ベントライン１３と、切替機構１４と、第１バルブ１５と、第２バルブ１６と、を備えている。ガス供給装置１０Ａは、原料ガスＧ１を含むガスをバーナー２ａに供給するように構成されている。

供給ライン１１は、スートＳを生成するための原料ガスＧ１を、バーナー２ａに向けて供給する。供給ライン１１は、第１バルブ１５を介してバーナーライン１２に接続され、第２バルブ１６を介してベントライン１３に接続されている。また、供給ライン１１の上流側には、不図示の原料タンク、気化部、流量制御部などが設けられている。原料タンクは、原料ガスＧ１となる液状の原料を貯蔵する。気化部は、液状の原料を気化させる。流量制御部は、供給ライン１１内を流れる原料ガスＧ１の流量を制御する。

原料タンクに貯蔵されている液状の原料は、気化部で気化され、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）や、窒素（Ｎ２）などのキャリアガスと混合され、原料ガスＧ１となる。原料ガスＧ１は、流量制御部によって流量を制御された状態で、供給ライン１１に送られる。本実施形態では、原料ガスＧ１がバーナーライン１２およびベントライン１３のどちらに向けて流れるかに関わらず、供給ライン１１内を流れる原料ガスＧ１の流量が一定となるように、流量制御部は原料ガスＧ１の流量を制御する。

なお、原料タンク、気化部、および流量制御部の構成は上記に限られず、原料により適宜変更される。また、原料ガスＧ１は、酸素（Ｏ_２）ガスと予め混合した状態でバーナー２ａに供給されてもよい。バーナー２ａに到達する前に、原料ガスＧ１と酸素とを予め混合することで、燃焼時における酸素と原料ガスＧ１との混合比率を安定させることができる。なお、バーナー２ａ内若しくはバーナー２ａの出口２１近傍で、原料ガスＧ１と、酸素供給ラインから供給された酸素ガスとが混合されてもよい。

原料ガスＧ１としては、例えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）や、ケイ素含有有機化合物を用いることができる。ケイ素含有有機化合物としては、環状シロキサンＤ３（ヘキサメチルシクロトリシロキサン）、Ｄ４（オクタメチルシクロテトラシロキサン、ＯＭＣＴＳ）、Ｄ５（デカメチルシクロペンタシロキサン）などのアルキルシロキサンを用いることができる。ここで、上記のケイ素含有有機化合物の「Ｄ」は、［（ＣＨ_３）_２−Ｓｉ］−Ｏ−のユニットを意味し、例えばＤ４はＤユニットが４つ環状につながった構造を意味する。ケイ素含有有機化合物は、酸化反応させても塩酸を発生させないため、環境負荷の低減や、塩酸の処理設備が不要となることによる製造コスト低減などに寄与する。特に、Ｄ４は工業的に広く用いられ、比較的安価で入手しやすい。

バーナーライン１２の上流側は第１バルブ１５を介して供給ライン１１の下流側端部に接続されている。バーナーライン１２の下流側端部は、バーナー２ａに接続されている。バーナーライン１２に、パージガスを供給するパージガス供給ライン（不図示）が接続されていてもよい。この場合、パージガス供給ラインは、パージ用バルブ（不図示）を介してバーナーライン１２に接続される。パージガスとしては、窒素などの不活性ガスを用いることができる。

ベントライン１３の上流側端部は、第２バルブ１６を介して供給ライン１１の下流側端部に接続されている。ベントライン１３の下流側端部は、ベントタンク１３ａに接続されている。第１バルブ１５が閉じて第２バルブ１６が開かれると、供給ライン１１を流れる原料ガスＧ１が、ベントライン１３を通じてベントタンク１３ａに流入する。すなわち、ベントタンク１３ａは、バーナー２ａに向かわなかった原料ガスＧ１を回収する。ベントタンク１３ａに回収される原料ガスＧ１は未反応の状態であるため、再利用することができる。例えば、ベントタンク１３ａに貯まった原料ガスＧ１を原料タンクに戻してもよい。なお、ベントタンク１３ａを介さずに、未使用の原料ガスＧ１を供給ライン１１の上流側に直接戻してもよい。

ところで、ケイ素含有有機化合物を原料として使用した場合には、バーナー２ａに供給される原料ガスＧ１と酸素との混合比が崩れた場合、多孔質ガラス微粒子体の外観不良等を招くことがある。具体的には、酸素の比率が少ない場合は、不完全燃焼が生じやすくなる。この結果、炭素を含んだ黒いすすが発生し、ガラス母材の外観不良が生じる。また、酸素の比率が高い場合は、バーナー内に火炎Ｆが進入する「逆火」現象が発生しやすくなる。

したがって、原料ガスＧ１が火炎Ｆ内で反応する際には、原料ガスＧ１と酸素ガスとの混合比率を一定にすることが求められる。しかし、従来技術のように、多孔質ガラス微粒子体の端部において混合ガスの流量を減らす場合、原料ガスＧ１および酸素ガスの混合比率を一定に保つためには、原料ガスＧ１および酸素ガスの両者の流量を同一の割合で減らす必要がある。このような制御方法では、原料ガスＧ１と酸素ガスとの混合比率が安定しにくい。特に、原料としてアルキルシロキサンなどの液体を用いた場合には、液体マスフローメーターやポンプ等で原料の流量調整を行うため、気体である酸素ガスとは流量制御方式が異なる。そして、流量を一定の割合で減らす制御を、異なる流量制御方式でそれぞれ行う場合には、各流量にずれが生じやすくなる。その結果、原料ガスＧ１と酸素ガスとの混合比率が崩れ、ガラス母材の外観不良等を生じる可能性があった。

また、バーナー群２がＸ方向に沿って往復運動する場合、両端に位置するバーナー２ａ、２ｄに原料ガスＧ１が継続して供給されると、スートＳの両端部にテーパ部Ｔ１、Ｔ２が形成される。そしてテーパ部Ｔ１、Ｔ２は、一般的に良品部として使用できない部位であるため、多孔質ガラス微粒子体の良品部の割合が減少し、歩留まりが悪化してしまう。そこでテーパ部Ｔ１，Ｔ２の体積を削減するために、バーナー２ａまたはバーナー２ｄがスートＳの端部に到達した時に原料ガスＧ１の流量を減少させ、バーナー２ａまたはバーナー２ｄがスートＳの中央部側に向けて移動を始めた時に再び原料ガスＧ１の流量を増加させることが考えられる。

しかし、前述のように、原料ガスＧ１の流量を変化させると、酸素ガスと原料ガスＧ１との混合比が崩れやすくなる。そこで本実施形態では、供給ライン１１に供給される原料ガスＧ１の流量を一定とすることで、火炎Ｆで原料ガスＧ１が反応する際の酸素との混合比を一定にする。そしてバーナー２ａ、２ｄが、テーパ部Ｔ１、Ｔ２の近傍に設定された所定の境界位置に到達した時に、原料ガスＧ１の流路をバーナーライン１２からベントライン１３へと切り替える。
このような切り替えを行うための、ガス供給装置１０Ａのバルブの構成について説明する。

（ガス供給装置のバルブ）
第１バルブ１５は、供給ライン１１とバーナーライン１２との間に配置されている。第１バルブ１５は、供給ライン１１とバーナーライン１２との連通および遮断を切り替える。
第２バルブ１６は、供給ライン１１とベントライン１３との間に配置されている。第２バルブ１６は、供給ライン１１とベントライン１３との連通および遮断を切り替える。

第１バルブ１５および第２バルブ１６の開閉動作は、切替機構１４により制御されている。切替機構１４は、原料ガスＧ１をバーナー２ａに供給する場合には、第１バルブ１５を開いて第２バルブ１６を閉じる。切替機構１４は、原料ガスＧ１をバーナー２ａに供給せずベントライン１３に向かわせる場合には、第１バルブ１５を閉じて第２バルブ１６を開く。このようにして切替機構１４は、供給ライン１１から、バーナーライン１２またはベントライン１３へと、原料ガスＧ１の流路を切り替える。

また、第１バルブ１５を開いて第２バルブ１６を閉じ、原料ガスＧ１をバーナー２ａに向かわせる時には、ベントライン１３とバーナーライン１２との配管抵抗の違いから、バーナー２ａに流入する原料ガスＧ１の流量が乱れ、スートＳの外観不良の原因となる場合がある。これを回避するため、バーナーライン１２またはベントライン１３の少なくとも一方に、配管抵抗を調整するための調整機構を設けてもよい。そして、調整機構を用いてバーナーライン１２およびベントライン１３の配管抵抗を互いに一致させてもよい。この場合、バルブ１５、１６の開閉時の原料ガスＧ１の流量を安定させることができる。

このような調整機構としては、ニードル弁などの調整バルブを用いることができる。また、ベントライン１３の配管径とバーナーライン１２の配管径とを同等にして、２つのライン１２、１３の配管抵抗の差を小さくしてもよい。

なお、第１バルブ１５を閉じた直後には、第１バルブ１５とバーナー２ａとの間に原料ガスＧ１が残存して逆火が生じやすい。そこで、逆火を防止するため、第１バルブ１５が閉じるのとほぼ同じタイミングでパージ用バルブを開き、バーナー２ａにパージガスが流れるようにするとよい。この場合、残存している原料ガスＧ１をパージガスによってバーナー２ａから排出し、逆火の発生を抑えることができる。
バルブ１５、１６の開閉の切替タイミングは同時であることが好ましいが、逆火現象の発生を抑えることができる範囲内において、開閉のタイミングがずれていてもよい。

（バーナー群の往復運動）
次に、バーナー群２の往復運動について説明する。
図１（ａ）に示すように、往復運動前の−Ｘ側の外側バーナー２ａの位置を初期位置Ｐ１とする。初期位置Ｐ１は、バーナー２ａがＸ方向で往復する範囲内における、最も−Ｘ側の位置である。
図１（ａ）では、各バーナー２ａ〜２ｄの往復運動の移動方向を矢印で表し、時間の経過を矢印の上下方向の位置で示している。例えば、各バーナー２ａ〜２ｄは、図１（ａ）中で最も上に位置する矢印の通りに移動した後、上から２つ目の矢印の通りに移動する。

図１（ａ）の例では、バーナー２ａは、初期位置Ｐ１を起点とする１回目の往復運動において、まず＋Ｘ方向にＬだけ移動する。そして、当初バーナー２ｂが位置していた位置を折り返し位置として、−Ｘ方向に３／４Ｌだけ移動する。したがって、本実施形態の往復運動では、往路の距離と復路の距離とが異なっている。
２往復目も同様に、バーナー２ａは＋Ｘ方向にＬだけ移動した後に、−Ｘ方向に３／４Ｌだけ移動する。

このように、１〜４往復目では、往復運動ごとに折り返し位置が＋Ｘ方向にＬ／４ずつ移動する。そして５往復目の折り返し位置は、初期位置Ｐ１から＋Ｘ方向にＬ移動した位置となる。一方、５往復目では、往路と復路の距離が同じである。そして６〜９往復目では、バーナー２ａは、往路で＋Ｘ方向へ３／４Ｌ移動した後、復路で−Ｘ方向へＬ移動する。このため、６〜９往復目では、往復運動ごとに折り返し位置が−Ｘ方向にＬ／４ずつ移動する。９往復目を終えると、バーナー２ａは初期位置Ｐ１に戻る。
説明を省略するが、バーナー２ｂ〜２ｄも、バーナー２ａと同様にそれぞれの初期位置から相対的に上記の往復運動を行う。

図１（ａ）では、往復運動ごとに、往復運動の折り返し位置をＬ／４ずつずらした例を示した。ここで、往復運動ごとに、往復運動の折り返し位置をＬ／Ｎずつずらした場合のバーナー２ａの往復運動は以下のようになる。ここで、ＮはＬ以外の正の整数である。

バーナー２ａは、１回目の往復運動の往路において、初期位置Ｐ１から＋Ｘ方向にＬだけ移動し、復路において−Ｘ方向に（Ｌ−Ｌ／Ｎ）だけ移動する。次の往復運動も同様であるため、折り返し位置は、１往復ごとに＋Ｘ側にＬ／Ｎだけ移動することになる。
Ｎ＋１回目の往復運動では、折り返し位置が、初期位置Ｐ１から＋Ｘ側にＬ移動した位置となる。Ｎ＋１回目の往復運動では、往路と復路の距離がＬで同じになる。
Ｎ＋２回目以降の往復運動では、往路で＋Ｘ側に（Ｌ−Ｌ／Ｎ）だけ移動した後、復路で−Ｘ側にＬだけ移動する。（Ｎ＋２）回目以降の折り返し位置は、−Ｘ側にＬ／Ｎだけ移動することになる。

そして往復運動を（２Ｎ＋１）回繰り返すと、バーナー２ａは初期位置Ｐ１に戻ってくる。（２Ｎ＋２）回目以降の往復運動は、１回目以降の往復運動と同様である。すなわち、（２Ｎ＋１）回を１セットとして、上記の往復運動が繰り返される。スートＳの非テーパ部Ｅが所望の厚みになった時点で、往復運動およびスートＳの形成は停止され、多孔質ガラス微粒子体の製造が完了する。

なお、図１ではバーナー２ａの１往復目の往路の移動距離をＬとしたが、この移動距離をＬより大きくしてもよい。以下の説明では、バーナー２ａの１往復目の往路の移動距離をＬａとする。ここで、ＬａはＬよりも大きい値である。この場合、バーナー２ａは、１回目の往復運動の往路において、初期位置Ｐ１から＋Ｘ方向にＬａだけ移動し、復路において−Ｘ方向に（Ｌａ−Ｌａ／Ｎ）だけ移動する。次の往復運動も同様であるため、折り返し位置は、１往復ごとに＋Ｘ側にＬａ／Ｎだけ移動することになる。

Ｎ＋１回目の往復運動では、折り返し位置が、初期位置Ｐ１から＋Ｘ側にＬａだけ移動した位置となる。Ｎ＋１回目の往復運動では、往路と復路の距離がＬａで同じになる。
Ｎ＋２回目以降の往復運動では、往路で＋Ｘ側に（Ｌａ−Ｌａ／Ｎ）だけ移動した後、復路で−Ｘ側にＬａだけ移動する。（Ｎ＋２）回目以降の折り返し位置は、−Ｘ側にＬａ／Ｎだけ移動することになる。
このように、バーナー２ａの１往復目の移動距離ＬａをＬよりも長くした場合でも多孔質ガラス微粒子体の製造をすることができる。

なお、本実施形態では、バーナー群２をＸ方向に沿って往復運動させるが、出発母材Ｍをレール３の長手方向に沿って往復運動させてもよい。この場合、バーナー群２と出発母材Ｍとの位置関係が上記した通りとなるように、出発母材Ｍを往復運動させる。

（切替機構の制御）
次に、切替機構１４による制御について説明する。図３中の矢印は、バーナー２ａ〜２ｄの往復運動に加えて、外側バーナー２ａ、２ｄへの原料ガスＧ１の供給および遮断のタイミングを示している。白矢印の部分では外側バーナー２ａ、２ｄへの原料ガスＧ１の供給が遮断されており、黒矢印の部分では、外側バーナー２ａ、２ｄに原料ガスＧ１が供給されている。なお、バーナー２ｂ、２ｃについては、原料ガスＧ１が常時供給されている。バーナー群２の往復運動は、図１（ａ）に示した往復運動と同様である。

図３に示すように、−Ｘ側において、外側バーナー２ａの初期位置Ｐ１から＋Ｘ側にＬａ（図示の例ではＬａ＝Ｌ）移動した位置を、第１境界位置Ｂ１とする。すなわち、外側バーナー２ａが往復運動する範囲における最外端位置から、ＬａだけＸ方向における内側に離れた位置が第１境界位置Ｂ１である。また、第１境界位置Ｂ１よりも−Ｘ側の領域を第１領域Ａ１といい、第１境界位置Ｂ１よりも＋Ｘ側の領域を第２領域Ａ２という。すなわち、第１領域Ａ１は第１境界位置Ｂ１よりもスートＳの端部側（外側）の領域であり、第２領域Ａ２は第１境界位置Ｂ１よりもスートＳの中央部側（内側）の領域である。

外側バーナー２ａにおいて、スートＳのデポジションを行う前の初期状態では、第１バルブ１５が閉じられ、第２バルブ１６が開かれている。切替機構１４は、外側バーナー２ａが第１境界位置Ｂ１を通過する時に、第１バルブ１５および第２バルブ１６の開閉動作を行う。具体的には、外側バーナー２ａが第１領域Ａ１から第１境界位置Ｂ１を＋Ｘ側に通過する時に、第１バルブ１５を開き、第２バルブ１６を閉じる。これにより、供給ライン１１から供給される原料ガスＧ１の流路が、ベントライン１３からバーナーライン１２へと切り替わり、火炎Ｆ内で原料ガスＧ１が反応し、スートＳが出発母材Ｍに堆積する。

切替機構１４は、外側バーナー２ａが第２領域Ａ２から第１境界位置Ｂ１を−Ｘ側に通過する時に、第１バルブ１５を閉じ、第２バルブ１６を開く。これにより、供給ライン１１から供給される原料ガスＧ１の流路が、バーナーライン１２からベントライン１３へと切り替わる。したがって、第１領域Ａ１では、外側バーナー２ａに原料ガスＧ１が供給されないため、スートＳの端部にテーパ部Ｔ１が形成されるのを抑えることができる。そして、多孔質ガラス微粒子体における不良部の割合を削減することができる。

なお、外側バーナー２ｄ側においても、往復運動前の＋Ｘ側の外側バーナー２ｄの初期位置Ｐ２とし、初期位置Ｐ２から＋Ｘ側へＬａだけ移動した位置を第２境界位置Ｂ２とする。すなわち、外側バーナー２ｄが往復運動する範囲における最外端位置から、ＬａだけＸ方向における内側に離れた位置が第２境界位置Ｂ２である。
また、第２境界位置Ｂ２よりも＋Ｘ側の領域を第１領域Ａ１といい、第２境界位置Ｂ２よりも−Ｘ側の領域を第２領域Ａ２という。すなわち、第１領域Ａ１は第２境界位置Ｂ２よりもスートＳの端部側（外側）の領域であり、第２領域Ａ２は第２境界位置Ｂ２よりもスートＳの中央部側（内側）の領域である。

外側バーナー２ｄが第２境界位置Ｂ２を通過するたびに、外側バーナー２ａと同様に原料ガスＧ１の流路が切り替わる。これにより、スートＳの第２端部においても、上述の作用効果を得ることができる。

なお、外側バーナー２ａ、２ｄへの原料ガスＧ１の供給が停止されている間も、外側バーナー２ａ、２ｄの出口２１から燃焼補助用の火炎Ｆを生じさせてもよい。この場合、燃焼補助用の火炎Ｆを継続して点火させておくことで、原料ガスＧ１が外側バーナー２ａ、２ｄに次回供給された際に、速やかに原料ガスＧ１の反応を開始させることができる。
また、外側バーナー２ａ、２ｄへの原料ガスＧ１の供給が停止されている間も、外側バーナー２ａ、２ｄの出口２１からスートＳの両端部およびテーパ部Ｔ１、Ｔ２の焼き締めのために火炎Ｆを発生させてもよい。これにより、スートＳの長手方向において、多孔質ガラス微粒子が均一に焼き締められるため、スートＳが割れるのを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態の多孔質ガラス微粒子体の製造方法は、外側バーナー２ａ、２ｄがＸ方向における外側から内側に向けて所定の境界位置Ｂ１、Ｂ２を通過する時に、供給ライン１１とバーナーライン１２とを連通させるとともに供給ライン１１とベントライン１３とを遮断し、外側バーナー２ａ、２ｄがＸ方向における内側から外側に向けて境界位置Ｂ１、Ｂ２を通過する時に、供給ライン１１とバーナーライン１２とを遮断するとともに供給ライン１１とベントライン１３とを連通させ、原料ガスＧ１がバーナーライン１２に向かうか否かに関わらず、供給ライン１１を流れる原料ガスＧ１の流量が一定である。

この構成により、第２領域Ａ２においてスートＳを形成する時の外側バーナー２ａ、２ｄへの原料ガスＧ１の流量を一定としながら、第１領域Ａ１においてテーパ部Ｔ１、Ｔ２が形成されることを抑えることができる。したがって、原料ガスＧ１の流量を変化させた時に生じやすい原料ガスＧ１の不完全燃焼によるスートＳの外観不良を抑制しつつ、テーパ部Ｔ１、Ｔ２の体積を低減することができる。また、非テーパ部Ｅでは、長手方向においてバーナー２ａ〜２ｄが通過する合計回数が等しくなるので、スートＳの堆積量をＸ方向に沿って均等にすることができる。

また、仮にバーナー２ａ〜２ｄの往復運動における折り返し位置が一定である場合には、折り返し位置近傍でバーナー２ａ〜２ｄが減速することに伴って、折り返し位置におけるスートＳの厚みが局所的に大きくなってしまう。これに対して本実施形態では、バーナー２ａ〜２ｄの往復運動における折り返し位置が、往復運動のたびに変化する。これにより、スートＳのうち厚みが大きくなる箇所を分散させて、堆積量を長手方向でより均一にすることができる。

また、本実施形態の製造方法は、長手方向に互いに間隔Ｌを空けて複数のバーナー２ａ〜２ｄを配置し、境界位置Ｂ１、Ｂ２を、外側バーナー２ａ、２ｄが往復運動する範囲における最外端位置から内側にＬだけ離れた位置としている。これにより、テーパ部Ｔ１、Ｔ２の体積をより確実に低減することができる。

また、バーナーライン１２またはベントライン１３の少なくとも一方に、配管抵抗を調整するための調整機構を設けた場合には、調整機構を用いてバーナーライン１２およびベントライン１３の配管抵抗を互いに一致させることができる。この場合、バルブ１５、１６の開閉時の原料ガスＧ１の流量を安定させることができる。

また、ベントライン１３の下流側に、原料ガスＧ１を回収するベントタンク１３ａを設けてもよい。これにより、ベントタンク１３ａに回収された未反応の原料ガスＧ１を、再利用することができる。したがって、原料の利用効率をより向上させることができる。

また、本実施形態の多孔質ガラス微粒子体の製造装置１は、Ｘ方向に沿って出発母材Ｍに対して相対往復運動するバーナー群２と、外側バーナー２ａ、２ｄに向けて一定流量の原料ガスＧ１を供給する供給ライン１１と、供給ライン１１とバーナーライン１２との連通および遮断を切り替える第１バルブ１５と、供給ライン１１とベントライン１３との連通および遮断を切り替え第２バルブ１６と、第１バルブ１５および第２バルブ１６の開閉を切り替える切替機構１４と、を備えている。そして切替機構１４は、外側バーナー２ａ、２ｄがＸ方向における外側から内側に向けて所定の境界位置Ｂ１、Ｂ２を通過する時に、第１バルブ１５を開くとともに第２バルブ１６を閉じ、外側バーナー２ａ、２ｄがＸ方向における内側から外側に向けて境界位置Ｂ１、Ｂ２を通過する時に、第１バルブ１５を閉じるとともに第２バルブ１６を開く。

これにより、外側バーナー２ａ、２ｄが境界位置Ｂ１、Ｂ２を内側に向けて通過する際に、原料ガスＧ１の流路を、供給ライン１１からバーナーライン１２に向かうように切り替え、外側バーナー２ａ、２ｄが境界位置Ｂ１を外側に向けて通過する際に、原料ガスＧ１の流路を、供給ライン１１からベントライン１３へと向かうように切り替えることができる。したがって、多孔質ガラス微粒子体の両端のテーパ部Ｔ１、Ｔ２の割合を削減でき、かつ原料ガスＧ１の不完全燃焼による外観不良を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。本実施形態では、製造装置１の構成は同様であるが、切替機構１４によるバルブ１５、１６の開閉動作が異なる。

切替機構１４によるバルブ１５、１６の切替回数が多い場合には、原料ガスＧ１の流量が不安定になりやすく、スートＳの外観不良の原因となる可能性がある。例えば図３では、スートＳの各端部でそれぞれ１０回の切替動作が行われている。
そこで本実施形態では、バルブ１５、１６の切替回数をより少なくするために、複数の境界位置を設定している。

図４に示すように、スートＳの−Ｘ側の端部には、第１境界位置Ｂ１および第３境界位置Ｂ３が設定されている。第１境界位置Ｂ１は、初期位置Ｐ１（往復運動における最外端位置）から＋Ｘ側へＬａ（図示の例ではＬａ＝Ｌ）だけ移動した位置である。また、第３境界位置Ｂ３は、外側バーナー２ａの往復運動における最外端位置から３／４ＬａだけＸ方向における内側に離れた位置に設定されている。
スートＳの＋Ｘ側の端部にも同様に、第２境界位置Ｂ２および第４境界位置Ｂ４が設定されている。具体的には、外側バーナー２ｄの往復運動における最外端位置から、−Ｘ側へＬａだけ移動した位置に、第２境界位置Ｂ２が設定されている。また、第４境界位置Ｂ４は、外側バーナー２ｄの往復運動における最外端位置から３／４ＬａだけＸ方向における内側に離れた位置に設定されている。

外側バーナー２ａでは、図４に示すように、２〜８往復目では、第３境界位置Ｂ３において、バルブ１５、１６の開閉を切り替えている。一方、１往復目および９往復目では、第３境界位置Ｂ３でバルブ１５、１６の開閉を切り替えていない。
外側バーナー２ｄでは、３往復目の往路および復路、４往復目の往路、６往復目の復路、および７往復目の往路および復路において、第４境界位置Ｂ４でバルブ１５，１６の開閉を切り替えている。一方、４往復目の復路から６往復目の往路までは、第４境界位置Ｂ４でバルブ１５、１６の開閉を切り替えていない。

バルブ１５、１６の開閉の回数は、図３の例ではスートＳの各端部でそれぞれ１０回であるが、図４の例ではスートＳの各端部でそれぞれ６回となっている。このように、複数の境界位置を設定することで、バルブ１５，１６の切り替え回数を減らすことができる。なお、図４では図３と比較してテーパ部の長さがＬ／４だけ長くなっている。このように、複数の境界位置を設定するとテーパ部の長さが大きくなるが、バルブ１５、１６の開閉の切替回数を少なくすることができるため、要求されるガラス微粒子体の品質に応じて、境界位置の数や配置を設定するとよい。

また、スートＳの１つの端部に複数の境界位置を設定する場合は、各境界位置を、対象とする外側バーナーの往復運動における最外端位置から（Ｌ−（Ｌ／Ｎ）×Ａ）だけＸ方向における内側に離れた位置に設定するとよい。ここでＡは０以上Ｎ以下の自然数である。
図４の例では、Ｎ＝４であり、Ａ＝０、１である。Ａ＝０が第１、第２境界位置Ｂ１、Ｂ２に対応し、Ａ＝１が第３、第４境界位置Ｂ３、Ｂ４に対応している。

以下、具体的な実施例を用いて、上記実施形態を説明する。なお、以下の実施例は本発明を限定するものではない。

表１に、複数の条件でガラス母材を製造し、テーパ部Ｔ１の長さを測定した結果、および光ファイバ母材を目視で観察した結果を示す。

表１の「テーパ長」とは、各条件におけるテーパ部Ｔ１のＸ方向における長さである。「非テーパ部輝点」とは、各条件の多孔質ガラス微粒子体を焼結して得られた光ファイバ母材において、非テーパ部Ｅの輝点の個数を測定した結果である。輝点とは、原料ガスＧ１の不完全燃焼により生じた黒色のすすが焼結時に高温で熱されることによって発生する空洞（隙間）である。

（実施例１）
実施例１では、出発母材Ｍと平行に配置された８本のバーナーを用いた。各バーナーの間隔が、Ｌ＝２００ｍｍとなるように、長手方向に一列に配列させた。原料としてＤ４を用いた。Ｄ４は、原料タンクから輸送され、流量制御部および気化部を通過し、酸素と混合された状態で供給ライン１１へと供給された。

実施例１では、バーナー群２を固定し、出発母材Ｍを往復運動させた。１〜４往復目では、出発母材Ｍに対するバーナー群２の位置が、＋Ｘ方向に２００ｍｍ移動した後、−Ｘ方向に１５０ｍｍ移動するように、出発母材Ｍを往復させた。すなわち、折り返し位置を＋Ｘ方向へ５０ｍｍ（Ｌ／４）ずつずらしながら出発母材Ｍの往復運動を繰り返した。５往復目の折り返し位置は、１往復目の折り返し位置から＋Ｘ方向へ２００ｍｍ、つまりバーナー群２の間隔Ｌだけ移動した地点とした。６〜９往復目では、相対位置を往路において＋Ｘ方向へ１５０ｍｍ、復路において−Ｘ方向へ２００ｍｍ移動させる往復運動を繰り返した。

第１境界位置Ｂ１を−Ｘ側の最外に位置する第１外側バーナーの初期位置Ｐ１から＋Ｘ方向へ２００ｍｍの位置とし、第２境界位置Ｂ２を＋Ｘ側の最外に位置する第２外側バーナーの初期位置Ｐ２から＋Ｘ方向へ２００ｍｍの位置とした。各境界位置Ｂ１、Ｂ２を第１、第２外側バーナーが通過する際にバルブ１５、１６の開閉の切替を行った。第1、第２外側バーナーが、第２領域Ａ２に位置している時には、第１バルブ１５を開いて第２バルブ１６を閉じ、バーナーライン１２に原料ガスＧ１を供給した。第１、第２外側バーナーが、第１領域Ａ１に位置している時には、第１バルブ１５を閉じて第２バルブ１６を開き、バーナーライン１２への原料ガスＧ１の供給を停止した。

この往復運動を、スートＳの堆積量が目的の量になるまで繰り返した。製造したスートＳのテーパ長は２１０ｍｍであった。なお、第１領域Ａ１では第１、第２外側バーナーに原料ガスＧ１が供給されないにも関わらず、２１０ｍｍのテーパ部が形成された。これは、第２領域Ａ２で生成されたガラス微粒子が第１領域Ａ１にも付着することによる。
また、このスートＳをＨｅ（ヘリウム）雰囲気化で焼結し得られた光ファイバ母材のテーパ部には輝点が無かった。

（実施例２）
実施例２は、実施例１と第１、第２境界位置Ｂ１、Ｂ２が異なる。第１境界位置Ｂ１を−Ｘ側の第１外側バーナーの初期位置Ｐ１から＋Ｘ方向へ１５０ｍｍの地点、第２境界位置Ｂ２を＋Ｘ側の第２外側バーナーの初期位置Ｐ２から＋Ｘ方向へ１５０ｍｍの地点とし、各境界位置Ｂ１、Ｂ２を第１、第２外側バーナーが通過する際にバルブ１５、１６の開閉の切替を行った。その他の条件は、実施例１と同様の条件であるため、説明を省略する。
製造したスートＳのテーパ長は２６０ｍｍであった。また、このスートＳをＨｅ（ヘリウム）雰囲気化で焼結し得られた光ファイバ母材のテーパ部には輝点が無かった。

（実施例３）
実施例３では、実施例１と異なる原料であるＳｉＣｌ_４を用いた。その他の条件は、実施例１と同様の条件である。
製造したスートＳのテーパ長は２１０ｍｍであった。また、このスートＳをＨｅ（ヘリウム）雰囲気化で焼結し得られた光ファイバ母材のテーパ部には輝点が無かった。

（実施例４）
実施例４は、実施例１の製造装置１のベントライン１３に、ニードル弁を設け、その開度をベントライン１３とバーナーライン１２との配管抵抗が同等となるように調整した。これにより、バルブ１５、１６の開閉を切り替える際に原料ガスＧ１の流量が乱れることを抑えられた。その他の条件は、実施例１と同様の条件である。
製造したスートＳのテーパ長は２１０ｍｍであった。また、このスートＳをＨｅ（ヘリウム）雰囲気化で焼結し得られた光ファイバ母材のテーパ部には輝点が無かった。

（比較例１）
比較例１では、実施例１と異なり、境界位置Ｂ１、Ｂ２を設定していない。このため、往復運動中、第１、第２外側バーナーからは常にデポジションが行われていた。その他の条件は、実施例１と同様の条件である。
製造したスートＳのテーパ長は３９０ｍｍあった。また、このスートＳをＨｅ（ヘリウム）雰囲気化で焼結し得られた光ファイバ母材のテーパ部には輝点が無かった。

（比較例２）
比較例２は、実施例１と同様の位置に設定した境界位置Ｂ１、Ｂ２において、バルブ１５、１６の開閉の切替は行わず、第１領域Ａ１を移動する第１、第２外側バーナーの原料および酸素の混合ガスの流量の調整を行った。具体的には、第１、第２外側バーナーが第２領域Ａ２から境界位置Ｂ１、Ｂ２を越えて第１領域Ａ１に入ると、混合ガスの流量を連続的に減らし、３０秒かけて流量が０になるようにした。その後、第１、第２外側バーナーの移動方向を変更させ、混合ガスの流量を連続的に増やし、３０秒かけて流量が元の流量となったところで再度境界位置Ｂ１、Ｂ２を越えて第２領域Ａ２に第１、第２外側バーナーが入るようにした。
製造したスートＳのテーパ長は２７０ｍｍであった。また、このスートＳをＨｅ（ヘリウム）雰囲気化で焼結し得られた光ファイバ母材のテーパ部には輝点が多数あった。

このように、境界位置を設定せずバルブ１５、１６の開閉の切替を行わなかった比較例１と比較し、実施例１〜４では、テーパ部Ｔ１、Ｔ２の長さが短い。これは、実施例１〜４では、境界位置Ｂ１、Ｂ２を設定し、境界位置Ｂ１、Ｂ２を第１、第２外側バーナーが通過する毎に、バルブ１５、１６の開閉の切替を行ったためである。これにより、スートＳの両端ではスートＳのデポジションが停止され、テーパ部Ｔ１、Ｔ２の割合を削減し、歩留まりを向上させることができた。

また、混合ガスの流量を変化させた比較例２では、流量を変化させた際に原料ガスＧ１の不完全燃焼が起こったため、ガラス母材に輝点が観察された。これに対して、実施例１〜４では、供給ライン１１を流れる原料ガスＧ１の流量を一定とした。これにより、ガラス母材の非テーパ部において輝点は観察されなかった。このように、原料ガスＧ１の不完全燃焼による外観不良を抑制することができた。

また、実施例１、および実施例３の結果から、原料としてＳｉＣｌ_４や炭素を含有するＤ４のいずれを用いた場合でも上記の作用効果を得ることができることが判る。
さらに、実施例４の結果から、バーナーライン１２とベントライン１３との配管抵抗を調整することにより、より安定してガラス微粒子体の製造ができることが判る。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前記実施形態では、バーナー群２に含まれるバーナーの個数を４本としたが、バーナー群２には少なくとも２本以上のバーナーが含まれていればよい。
また、前記実施形態では、境界位置をスートＳの１つの端部において１または２箇所に設定したが、バルブ１５、１６の開閉の切替回数が少なく設定できるよう、３か所以上に境界位置を設定してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…製造装置 ２…バーナー群 ２ａ、２ｄ…外側バーナー ３…レール １０Ａ…ガス供給装置 １１…供給ライン １２…バーナーライン １３…ベントライン １３ａ…ベントタンク １４…切替機構 １５…第１バルブ １６…第２バルブ Ｆ…火炎 Ｍ…出発母材 Ｓ…スート Ｂ１〜Ｂ４…境界位置

Claims (6)

1. 回転する出発母材の長手方向に沿って、前記出発母材に対して相対往復運動するバーナー群の火炎中に原料ガスを放出し、前記出発母材の表面に多孔質ガラス微粒子のスートを形成する多孔質ガラス微粒子体の製造方法であって、
   前記バーナー群を前記長手方向に沿って前記出発母材に対して相対往復運動させ、
   前記バーナー群のうち前記長手方向の最も外側に位置する外側バーナーに接続されたバーナーラインと、前記原料ガスを前記バーナーラインに供給する供給ラインと、前記供給ラインに接続されたベントラインと、を設け、
   前記外側バーナーが、前記長手方向における外側から内側に向けて所定の境界位置を通過する時に、前記供給ラインと前記バーナーラインとを連通させるとともに前記供給ラインと前記ベントラインとを遮断し、
   前記外側バーナーが、前記長手方向における内側から外側に向けて前記境界位置を通過する時に、前記供給ラインと前記バーナーラインとを遮断するとともに前記供給ラインと前記ベントラインとを連通させ、
   前記供給ラインを流れる前記原料ガスの流量を一定とする、多孔質ガラス微粒子体の製造方法。
2. 前記バーナー群の前記相対往復運動における折り返し位置が、前記相対往復運動のたびに変化する、請求項１に記載の多孔質ガラス微粒子体の製造方法。
3. 前記バーナー群に含まれる複数のバーナーを、前記長手方向に互いに間隔Ｌを空けて配置し、
   前記境界位置を、前記外側バーナーが前記相対往復運動する範囲における最外端位置から、前記間隔Ｌだけ前記長手方向における内側に離れた位置とする、請求項１または２に記載の多孔質ガラス微粒子体の製造方法。
4. 前記バーナーラインの配管抵抗と前記ベントラインの配管抵抗とが一致するように、前記バーナーラインおよび前記ベントラインの少なくとも一方の配管抵抗を調整する、請求項１から３のいずれか１項に記載の多孔質ガラス微粒子体の製造方法。
5. 前記ベントラインの下流側で前記原料ガスを回収し、回収した前記原料ガスを前記供給ラインに流入させる、請求項１から４のいずれか１項に記載の多孔質ガラス微粒子体の製造方法。
6. 前記バーナー群に含まれる複数のバーナーを、前記長手方向に互いに間隔Ｌを空けて配置し、
   複数の前記境界位置を設け、
   ＮをＬ以外の正の整数、Ａを０以上Ｎ以下の自然数とした時に、複数の前記境界位置は、前記外側バーナーが前記相対往復運動する範囲における最外端位置から、（Ｌ−（Ｌ／Ｎ）×Ａ）だけ前記長手方向における内側に離れたいずれかの位置に設定される、請求項１から５のいずれか１項に記載の多孔質ガラス微粒子体の製造方法。

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