JP7412270B2

JP7412270B2 - 光ファイバ母材の製造装置及び製造方法

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Publication number: JP7412270B2
Application number: JP2020084776A
Authority: JP
Inventors: 純一高橋; 貴宏森
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2024-01-12
Anticipated expiration: 2040-05-13
Also published as: JP2021178753A

Description

本発明は、光ファイバ母材の製造装置及び製造方法に関する。

光ファイバ母材は一般に、ＶＡＤ法（Vapor-phase Axial Deposition Method）やＯＶＤ法（Outside Vapor Deposition Method）等のスート法によってガラス微粒子堆積体を形成し、次いでこのガラス微粒子堆積体を、光ファイバ母材の製造装置で脱水及び焼結して透明化させて製造される。

このような光ファイバ母材の製造装置として、例えば下記特許文献１に記載の焼結装置が知られている。下記特許文献１には、多孔質ガラス母材を収容する炉心管と、多孔質ガラス母材を支持する支持棒と、炉心管の外側に設けられるヒータと、炉心管に不活性ガスを導入する不活性ガス導入管と、炉心管内のガスを排気する排気装置とを備える焼結装置が開示されている。また、同文献には、多孔質ガラス母材の上端部に、輻射熱の逃散を防止するための遮熱板を設けることも開示されている。

特開２０００－２１９５１９号公報

しかし、上記特許文献１に記載の光ファイバ母材の製造装置は、以下に示す課題を有していた。

すなわち、上記特許文献１に記載の光ファイバ母材の製造装置では、遮熱板による遮熱性を優先するために遮熱板と炉心管の内壁面との間の隙間を狭くすると、不活性ガス導入管から炉心管内に導入された不活性ガス、脱水処理のために導入された脱水ガス、さらに、焼結・脱水処理後に発生するガス(Ｈ_２ＯやＨＣｌ)を含む排ガスが遮熱板付近に滞留し、多孔質ガラス母材上端に吸着したり、脱水処理ができなくなったりする場合があった。一方、排ガスの滞留を抑制するために、遮熱板と炉心管の内壁面との間の隙間を広くすると、遮熱板による遮熱性が低下し、ヒータの熱効率が低下することで、得られる光ファイバ母材の上端の焼結（透明化）が不十分となる場合があった。すなわち、遮熱板と炉心管の内壁面との間の隙間を狭くしても広くしても高品質の光ファイバ母材が得られない場合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高品質の光ファイバ母材を製造することができる光ファイバ母材の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、炉心管内に収容されたガラス微粒子堆積体を加熱し、脱水又は焼結させて光ファイバ母材を製造する光ファイバ母材の製造装置であって、前記炉心管の外側に設けられ、前記ガラス微粒子堆積体を加熱するヒータと、前記ガラス微粒子堆積体を支持する支持部材と、前記支持部材に設けられ、前記ヒータからの熱を遮断する遮熱体と、前記炉心管内に脱水用ガス又は焼結用ガスを供給するためのガス給気部と、前記炉心管内のガスを排気するガス排気部とを備え、前記遮熱体が、前記遮熱体を前記炉心管の長手方向に見た場合に前記遮熱体を貫通する隙間を有さず且つガスを通過させる立体的な隙間を有する、光ファイバ母材の製造装置である。

本発明の光ファイバ母材の製造装置によれば、ガラス微粒子堆積体の脱水又は焼結に際して、ガラス微粒子堆積体が支持部材で支持されて炉心管内に収容され、ヒータで加熱される。このとき、遮熱体は、遮熱体を炉心管の長手方向に見た場合に遮熱体を貫通する隙間を有していないため、ヒータからの輻射熱が、遮熱体によって十分に遮断され、遮熱体を通過して拡散されることが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体が効果的に加熱され、脱水又は焼結が効果的に行われる。また、ガラス微粒子堆積体の脱水又は焼結に際しては、ガス給気部から炉心管内に脱水用ガス又は焼結用ガスがそれぞれ供給され、排ガスがガス排気部を通して排気された状態でガラス微粒子堆積体が脱水又は焼結される。このとき、遮熱体が、ガスを通過させる立体的な隙間を有するため、排ガスは、炉心管と遮熱体との間の隙間だけでなく、その立体的な隙間を通って遮熱体を通過することも可能となり、排ガスが遮熱体付近に滞留することが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体又はその焼結体中に排ガス中の不純物が混入することが抑制される。以上のことから、本発明の光ファイバ母材の製造装置によれば、高品質の光ファイバ母材を製造することができる。

上記光ファイバ母材の製造装置においては、前記遮熱体が、不透明石英部材、多孔質石英部材、表面が砂ずり加工された石英部材、カーボン、又は、シリコンカーバイドで構成されることが好ましい。

この場合、遮熱体が、耐熱性、耐久性及び耐酸性を有するため、長期間にわたって交換が不要となる。さらに、遮熱体が上記の材料で構成されることで、光ファイバ母材中に不純物が生じにくくなる。また、ヒータからの輻射熱が遮熱体によって効果的に遮熱され、遮熱体を通過して拡散されることが効果的に抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体がより効果的に加熱される。

上記光ファイバ母材の製造装置においては、前記遮熱体が、前記支持部材の回転により、ガスを前記遮熱体の前記ガラス微粒子堆積体側から前記ガラス微粒子堆積体と反対側に輸送することが可能となるように構成されていることが好ましい。

この場合、脱水又は焼結に際して、ガス給気部を通して脱水用ガス又は焼結用ガスを炉心管内に供給し、遮熱体を通過した排ガスを、ガス排気部を通して排気する際に、支持部材を回転させると、排ガスが、遮熱体のガラス微粒子堆積体側からガラス微粒子堆積体と反対側に輸送される。このため、遮熱体を通過する排ガスの量をより増加させることができる。従って、排ガスが遮熱体付近に滞留することがより抑制され、ガラス微粒子堆積体又はその焼結体中に排ガス中の不純物が混入することがより抑制される。

上記光ファイバ母材の製造装置においては、前記遮熱体が、前記支持部材に固定される固定部と、前記固定部から放射状に延びる複数の羽根部材とを有することが好ましい。

この場合、ガラス微粒子堆積体の脱水又は焼結に際して排ガスが遮熱体を通過しやすくなる。このため、排ガスが遮熱体に対してガラス微粒子堆積体側の空間に滞留することがより抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体又はその焼結体中に排ガス中の不純物が混入することがより抑制される。

また、本発明は、上述した光ファイバ母材の製造装置を用いて光ファイバ母材を製造する光ファイバ母材の製造方法であって、前記光ファイバ母材の製造装置を用い、前記ガラス微粒子堆積体を、前記支持部材で支持した状態で前記炉心管内に収容し、前記ヒータで加熱して脱水させる脱水工程と、前記光ファイバ母材の製造装置を用い、前記ガラス微粒子堆積体を、前記ヒータで加熱して焼結させ、前記光ファイバ母材を得る焼結工程とを含み、前記脱水工程において、前記ガス給気部を通して前記脱水用ガスを前記炉心管内に供給しながら、前記遮熱体を通過した排ガスを、前記ガス排気部を通して排気し、前記焼結工程において、前記ガス給気部を通して前記焼結用ガスを前記炉心管内に供給しながら、前記遮熱体を通過した排ガスを、前記ガス排気部を通して排気する、光ファイバ母材の製造方法である。

本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、脱水工程において、ガラス微粒子堆積体が支持部材で支持されて炉心管内に収容され、ヒータで加熱される。このとき、遮熱体は、遮熱体を炉心管の長手方向に見た場合に遮熱体を貫通する隙間を有していないため、ヒータからの輻射熱が遮熱体によって十分に遮熱され、遮熱体を通過して拡散されることが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体が効果的に加熱され、ガラス微粒子堆積体の脱水が効果的に行われる。また、脱水工程においては、ガス給気部を通して炉心管内に脱水用ガスが供給されながら、排ガスがガス排気部を通して排気された状態で、ガラス微粒子堆積体が脱水される。このとき、遮熱体が、ガスを通過させる立体的な隙間を有するため、排ガスは、炉心管と遮熱体との間の隙間だけでなく、立体的な隙間を通って遮熱体を通過することも可能となり、排ガスが遮熱体付近に滞留することが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体中に排ガス中の不純物が混入することが抑制される。また、焼結工程においては、ガラス微粒子堆積体が炉心管内においてヒータで加熱される。このとき、遮熱体は、遮熱体を炉心管の長手方向に見た場合に遮熱体を貫通する隙間を有していないため、ヒータからの輻射熱が遮熱体によって十分に遮熱され、遮熱体を通過して拡散されることが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体が効果的に加熱され、ガラス微粒子堆積体の焼結が効果的に行われるため、ガラス微粒子堆積体の透明化が十分に行われる。また、焼結工程においては、ガス給気部を通して炉心管内に焼結用ガスが供給されながら、排ガスがガス排気部を通して排気された状態で、ガラス微粒子堆積体が焼結される。このとき、遮熱体が、ガスを通過させる立体的な隙間を有するため、排ガスは、炉心管と遮熱体との間の隙間だけでなく、立体的な隙間を通って遮熱体を通過することも可能となり、排ガスが遮熱体付近に滞留することが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体の焼結体中に排ガス中の不純物が混入することが抑制される。以上のことから、本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、高品質の光ファイバ母材を製造することができる。

上記光ファイバ母材の製造方法においては、前記光ファイバ母材の製造装置が、上述した光ファイバ母材の製造装置で構成され、遮熱体が、前記支持部材に固定される固定部と、前記固定部から放射状に延びる複数の羽根部材とを有し、前記複数の羽根部材が、前記支持部材の回転により、前記遮熱体を通過するガスの通過量を増加させることが可能となるように前記固定部に設けられ、前記脱水工程及び前記焼結工程において、前記支持部材を回転させることにより、ガスを前記遮熱体の前記ガラス微粒子堆積体側から前記ガラス微粒子堆積体と反対側に輸送させることが好ましい。

この場合、脱水工程及び焼結工程において、ガス給気部を通して脱水用ガス及び焼結用ガスを炉心管内に供給し、遮熱体を通過した排ガスを、ガス排気部を通して排気する際に、支持部材を回転させると、ガスが、遮熱体のガラス微粒子堆積体側からガラス微粒子堆積体と反対側に輸送される。このため、遮熱体を通過する排ガスの量をより増加させることができる。従って、排ガスが遮熱体付近に滞留することがより抑制され、ガラス微粒子堆積体又はその焼結体中に排ガス中の不純物が混入することがより抑制される。

上記光ファイバ母材の製造方法が、少なくとも前記脱水工程と前記焼結工程との間に前記炉心管内のガスを置換するガス置換工程をさらに含み、前記ガス置換工程において前記遮熱体を通過するガスの通過量を、前記脱水工程及び前記焼結工程において前記遮熱体を通過するガスの通過量よりも多くすることが好ましい。

この場合、ガス置換工程において、脱水工程及び焼結工程よりも排ガスを遮熱体付近に滞留させることなく短時間で排気させることが可能となり、光ファイバ母材を効率よく製造できる。

本発明によれば、高品質の光ファイバ母材を製造することができる光ファイバ母材の製造装置及び製造方法が提供される。

本発明の光ファイバ母材の製造装置の一実施形態を示す概略図である。図１の遮熱体を斜め上から見た図である。図２の遮熱体を示す側面図である。図２の遮熱体を示す底面図である。図１の遮熱体の第１変形例を斜め上から見た図である。図５の遮熱体を斜め下から見た図である。図５の遮熱体を示す底面図である。図１の遮熱体の第２変形例を斜め上から見た図である。図８の遮熱体を示す側面図である。図８の遮熱体を示す底面図である。図１の遮熱体の第３変形例を示す底面図である。図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿った断面図である。

以下、本発明の光ファイバ母材の製造方法の実施形態について詳細に説明する。

まず、本発明の光ファイバ母材の製造装置の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の光ファイバ母材の製造装置の一実施形態を示す概略図である。

図１に示すように、光ファイバ母材の製造装置１００は、ガラス微粒子堆積体Ｇを収容することが可能な炉心管１と、炉心管１内に脱水用ガス又は焼結用ガスを供給するガス給気部６と、炉心管１内のガスを排気するガス排気部７と、炉心管１の外側に設けられ、炉心管１内のガラス微粒子堆積体Ｇを加熱するヒータ４と、ガラス微粒子堆積体Ｇを支持する支持部材３と、支持部材３を回転させる回転機構２と、支持部材３に設けられ、ガラス微粒子堆積体Ｇからの熱を遮断する遮熱体８とを備えている。

ガス給気部６は炉心管１の下部に設けられ、ガス排気部７は炉心管１の上部に設けられている。ガス排気部７は、排ガス処理装置（図示せず）に接続されている。また、ヒータ４は、ガス給気部６とガス排気部７との間に配置されている。

図２は、図１の遮熱体を斜め上から見た図、図３は、図２の遮熱体を示す側面図、図４は、図２の遮熱体を示す底面図である。

図２～図４に示すように、遮熱体８は、遮熱体８を炉心管１の長手方向に見た場合に遮熱体８を貫通する隙間を有さず、且つ、ガスを通過させる立体的な隙間Ｓ１を有する。ここで、「遮熱体８を炉心管１の長手方向に見た場合に遮熱体８を貫通する隙間を有さず」とは、別言すれば、「遮熱体８を、炉心管１の長手方向に直交する平面に投影させたときの投影面において隙間（影とならない部分）を有さず」ということになる。

具体的には、遮熱体８は、支持部材３が貫通する貫通孔８ｃを有し、支持部材３に固定される固定部８ａと、固定部８ａから放射状に延びる複数の羽根部材８ｂとを有する。ここで、複数の羽根部材８ｂは、炉心管１の長手方向に見た場合に遮熱体８を貫通する隙間が形成されないように配置されている。

より具体的には、固定部８ａのうちガラス微粒子堆積体Ｇと反対側の端部（上端）には、３つの羽根部材（上側羽根部材）８ｂが互いに離間して設けられている一方で、固定部８ａのうちガラス微粒子堆積体Ｇ側の端部（下端）には、炉心管１の長手方向に見た場合に上記３つの上側羽根部材８ｂの間の空間を埋めるように３つの羽根部材（下側羽根部材）８ｂが設けられている。ここで、上側羽根部材８ｂと下側羽根部材８ｂとは互いに離間しており、それによりガスを流通する立体的な隙間Ｓ１を形成している（図３参照）。

上述した光ファイバ母材の製造装置１００によれば、ガラス微粒子堆積体Ｇの脱水又は焼結に際して、ガラス微粒子堆積体Ｇが支持部材３で支持されて炉心管１内に収容され、ヒータ４で加熱される。このとき、遮熱体８は、遮熱体８を炉心管１の長手方向に見た場合に遮熱体８を貫通する隙間を有していないため、ヒータ４からの輻射熱が、遮熱体８によって十分に遮熱され、遮熱体８を通過して拡散されることが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇが効果的に加熱される。また、ガラス微粒子堆積体Ｇの脱水又は焼結に際しては、ガス給気部６を通して炉心管１内に脱水用ガス又は焼結用ガスがそれぞれ供給され、排ガスがガス排気部７を通して排気された状態でガラス微粒子堆積体Ｇが脱水又は焼結される。このとき、遮熱体８が、ガスを通過させる立体的な隙間Ｓ１を有するため、排ガスは、炉心管１と遮熱体８との間の隙間だけでなく、立体的な隙間Ｓ１を通して遮熱体８を通過することも可能となり、排ガスが遮熱体８付近に滞留することが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇ又はその焼結体中に排ガス中の不純物が混入することが抑制される。以上のことから、光ファイバ母材の製造装置１００によれば、高品質の光ファイバ母材を製造することができる。

また、光ファイバ母材の製造装置１００においては、遮熱体８が、支持部材３に固定される固定部８ａと、固定部８ａから放射状に延びる複数の羽根部材８ｂとを有している。このため、ガラス微粒子堆積体Ｇの脱水又は焼結に際して排ガスが遮熱体８を通過しやすくなる。このため、排ガスが遮熱体８に対してガラス微粒子堆積体Ｇ側の空間に滞留することがより抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇ及びその焼結体中に排ガス中の不純物が混入することがより抑制される。

次に、上述した光ファイバ母材の製造装置１００について詳細に説明する。

（炉心管）
炉心管１は通常、石英で構成される。炉心管１は、筒状の本体部と、本体部の一端に設けられる底部と、本体部の他端に設けられる蓋部とで構成されており、蓋部は本体部から取り外し可能となっている。また、蓋部には、支持部材３を貫通させる開口が形成されている。

（支持部材）
支持部材３は通常、石英で構成される。支持部材３は棒状であり、支持部材３の断面形状は通常は円形である。但し、支持部材３の断面形状は円形に限られるものではなく、四角形などの多角形でもよい。

（回転機構）
回転機構２は、支持部材３を炉心管１の長手方向に沿った中心軸線回りに回転させることが可能なものであればよく、通常はモータと、モータの回転を支持部材３の回転に変換する機構とを有する。

（ヒータ）
ヒータ４は、炉心管１の外側に設けられていればよい。ヒータ４は通常、炉心管１を包囲するように設けられる。ここで、ヒータ４は、炉心管１が円筒状である場合には、円筒状であることが好ましい。但し、ヒータ４は、複数の加熱部に分割されて構成され、これら複数の加熱部が炉心管１を包囲するように不連続に配置されるようにしてもよい。

（遮熱体）
遮熱体８は、熱を遮断する部材であればよいが、耐熱性、耐久性及び耐酸性を有することから、不透明石英部材であることが好ましい。ここで、「不透明」とは、輻射熱の波長（赤外線及び可視光の波長）に対して不透明（透過率が５０％以下）であることをいう。

但し、遮熱体８は、不透明石英部材の代わりに、多孔質石英部材、表面が砂ずり加工された石英部材、カーボン、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）を用いることもできる。これらも、不透明石英部材と同様、耐熱性、耐久性及び耐酸性を有するため、長期間にわたって交換が不要となる。さらに、遮熱体が上記の材料で構成されることで、光ファイバ母材中に不純物が生じにくくなる。また、ヒータ４からの輻射熱が遮熱体８によって効果的に遮熱され、遮熱体８を通過して拡散されることが効果的に抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇがより効果的に加熱される。

上側羽根部材８ｂはそれぞれ、炉心管１の長手方向に沿って見た場合に、下側羽根部材８ｂと部分的に重なり合っていても重なり合っていなくてもよいが、重なり合っていることが好ましい。この場合、ヒータ４からの輻射熱を遮断しやすくなり、ガラス微粒子堆積体Ｇをより効果的に加熱できる。

遮熱体８の羽根部材８ｂの形状は、炉心管１が円筒状である場合には扇形状であることが好ましい。この場合、炉心管１の内壁面と羽根部材８ｂとの間の隙間を狭めることが可能となり、遮熱体８による遮熱性が向上し、ヒータ４の熱効率が向上する。このため、ガラス微粒子堆積体Ｇの焼結により、ガラス微粒子堆積体Ｇの上端を十分に透明化させることができる。

次に、光ファイバ母材の製造装置１００を用いた光ファイバ母材の製造方法について説明する。

まず、光ファイバ母材の製造装置１００を用い、ガラス微粒子堆積体Ｇを脱水させる（脱水工程）。具体的には、光ファイバ母材の製造装置１００においてヒータ４を作動させるとともに、ガス給気部６から脱水用ガスを供給しながら、排ガスをガス排気部７から排出させた状態で、支持部材３の先端から吊り下げたガラス微粒子堆積体Ｇを炉心管１内に密閉した状態で収容し、ガラス微粒子堆積体Ｇを下降させてヒータ４の内側に配置し、ヒータ４で加熱して脱水させる。

このとき、遮熱体８は、遮熱体８を炉心管１の長手方向に見た場合に遮熱体８を貫通する隙間を有しておらず、遮熱体８の貫通孔８ｃは、支持部材３が貫通することで塞がれている。このため、ヒータ４からの輻射熱が、遮熱体８によって十分に遮熱され、遮熱体８を通過して拡散されることが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇが効果的に加熱され、ガラス微粒子堆積体Ｇの脱水が効果的に行われる。また、脱水工程においては、ガス給気部６を通して炉心管１内に脱水用ガスが供給されながら、排ガスがガス排気部７を通して排気された状態で、ガラス微粒子堆積体Ｇが脱水される。このとき、遮熱体８が、ガスを通過させる立体的な隙間Ｓ１を有するため、排ガスは、炉心管１と遮熱体８との間の隙間だけでなく、立体的な隙間Ｓ１を通して遮熱体８を通過することも可能となり、排ガスが遮熱体８付近に滞留することが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇ中に排ガス中の不純物が混入することが抑制される。

次に、炉心管１内に残留しているガスを焼結用ガスで置換するガス置換を行う（ガス置換工程）。

次に、光ファイバ母材の製造装置１００を用い、ガラス微粒子堆積体Ｇを焼結させ、光ファイバ母材を得る（焼結工程）。具体的には、光ファイバ母材の製造装置１００においてガス給気部６から焼結用ガスを供給しながら、排ガスをガス排気部７から排出させた状態で、ガラス微粒子堆積体Ｇをヒータ４の内側に配置し、ヒータ４で加熱して焼結させる。

このとき、遮熱体８は、遮熱体８を炉心管１の長手方向に見た場合に遮熱体８を貫通する隙間を有していないため、ヒータ４からの輻射熱が遮熱体８によって十分に遮熱され、遮熱体８を通過して拡散されることが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇが効果的に加熱され、ガラス微粒子堆積体Ｇの焼結が効果的に行われるため、ガラス微粒子堆積体Ｇの透明化が十分に行われる。また、焼結工程においては、ガス給気部６を通して炉心管１内に焼結用ガスが供給されながら、排ガスがガス排気部７を通して排気された状態で、ガラス微粒子堆積体Ｇが焼結される。このとき、遮熱体８が、ガスを通過させる立体的な隙間Ｓ１を有するため、排ガスは、炉心管１と遮熱体８との間の隙間だけでなく、立体的な隙間Ｓ１を通して遮熱体８を通過することも可能となり、排ガスが遮熱体８付近に滞留することが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇ中に排ガス中の不純物が混入することが抑制される。

以上のようにして光ファイバ母材が製造されることで、高品質の光ファイバ母材を製造することができる。

次に、上記脱水工程及び焼結工程について詳細に説明する。

（脱水工程）
脱水工程は、ガラス微粒子堆積体Ｇを炉心菅１内で脱水させる工程である。

ガラス微粒子堆積体Ｇは、ＶＡＤ法や外付け法などのスート法によって得ることができる。スート法では以下のようにしてガラス微粒子堆積体Ｇが得られる。すなわち、例えば外付け法では、まず予め、支持部材３の下端部と接続可能な形状を持つダミーロッドと、ガラス微粒子を堆積させるガラスロッドとを溶着させておく。そして、バーナーを設置し、このバーナーに酸素ガス、水素ガス、不活性ガスを流して反応させた火炎中に、ＳｉＣｌ_４などのガラス原料ガスを供給し、回転するガラスロッドにガラス微粒子を堆積させる。こうしてガラス微粒子堆積体Ｇが得られる。

脱水用ガスは、ＯＨ基を除去することが可能な脱水反応ガスと、不活性ガスとを含む。脱水反応ガスとしては、塩素系ガス及び一酸化炭素（ＣＯ）などが挙げられる。塩素系ガスとしては、例えば塩素、塩化チオニル（ＳＯＣｌ_２）、ＳｉＣｌ_４、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）などを用いることができる。不活性ガスとしては、例えばＨｅ、Ａｒ、Ｎ_２などを用いることができる。なお、脱水用ガスは、酸素などの脱水補助ガスをさらに含んでもよい。

炉心管１内に導入される脱水用ガスの流量は例えば０．５ｓｌｍ～５０ｓｌｍである。

ヒータ４の温度はガラス微粒子堆積体Ｇの焼結温度よりも低い温度で且つガラス微粒子堆積体ＧのＯＨ基や付着した水分を脱水可能な温度であれば特に制限されるものではないが、ガラス微粒子堆積体Ｇへの脱水用ガスの拡散を促進する観点からは、１１００℃以上であることが好ましい。但し、ヒータ４の温度はガラス微粒子堆積体Ｇへの脱水用ガスの拡散を促進するとともにガラス微粒子堆積体Ｇの軟化を十分に抑制する観点からは、１４００℃以下であることが好ましい。

支持部材３は、ヒータ４による加熱の不均一性を軽減する観点から、炉心管１の長手方向に沿った中心軸線回りに回転させることが好ましい。このとき、支持部材３の回転速度は例えば１ｒｐｍ～５０ｒｐｍであればよい。

（焼結工程）
焼結工程は、ガラス微粒子堆積体Ｇを焼結させて光ファイバ母材を得る工程である。焼結工程においては、ガス給気部６から炉心管１内に焼結用ガスを供給しながら、炉心管１内のガスを、炉心菅１内の排ガスを、ガス排気部７を通して排気させる。

焼結用ガスは不活性ガスを含む。不活性ガスとしては、例えばＨｅ、Ａｒなどを用いることができる。不活性ガスは脱水工程で使用される不活性ガスと同一でも異なるものでもよい。

炉心管１内に導入される焼結用ガスの流量は、例えば０．５ｓｌｍ～５０ｓｌｍである。

焼結工程においては、ヒータ４の温度をガラス微粒子堆積体Ｇの焼結温度以上とする。ここで、ガラス微粒子堆積体Ｇの焼結温度は、ガラス微粒子堆積体Ｇを透明ガラス化させることが可能なヒータ４の温度範囲の最低値である。但し、ヒータ４の温度は１６５０℃以下であることが好ましい。

なお、光ファイバ母材の製造方法は、焼結工程の前に、ガラス微粒子堆積体Ｇ中にドーパントを拡散させて添加する拡散添加工程をさらに含んでいてもよい。このとき、拡散添加工程においては、ガス給気部６を通して炉心管１内に添加ガスが供給されながら、排ガスがガス排気部７を通して排気された状態で、ガラス微粒子堆積体Ｇ中にドーパントが拡散されて添加される。この拡散添加工程においては、遮熱体８は、遮熱体８を炉心管１の長手方向に見た場合に遮熱体８を貫通する隙間を有しておらず、遮熱体８の貫通孔８ｃは、支持部材３が貫通することで塞がれている。このため、ヒータ４からの輻射熱が、遮熱体８によって十分に遮熱され、遮熱体８を通過して拡散されることが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇが効果的に加熱され、ガラス微粒子堆積体Ｇ中へのドーパントの拡散及び添加が効果的に行われる。また、拡散添加工程においては、遮熱体８が、ガスを通過させる立体的な隙間Ｓ１を有するため、排ガスは、炉心管１と遮熱体８との間の隙間だけでなく、立体的な隙間Ｓ１を通して遮熱体８を通過することも可能となり、排ガスが遮熱体８付近に滞留することが抑制される。その結果、ガラス微粒子堆積体Ｇ中に排ガス中の不純物が混入することが抑制される。

拡散添加工程においては、ヒータ４の温度は通常、１１００～１４００℃とすればよい。

添加ガスとしては、塩素系ガス及びフッ素系ガスなどが挙げられる。塩素系ガスとしては、例えばＣｌ_２、ＳｉＦ_４及びＳＯＣｌ_２が挙げられる。フッ素系ガスとしては、ＣＦ_４及びＳｉＦ_４が挙げられる。

拡散添加工程において、炉心管１内に導入されるガスの流量は、例えば０．５ｓｌｍ～５０ｓｌｍである。このとき、炉心管１内に導入されるガスは、添加ガス及び不活性ガスを含む。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、遮熱体として遮熱体８が用いられているが、遮熱体８の代わりに、図５～図７に示す遮熱体１８を用いることもできる。図５は、図１の遮熱体の第１変形例を斜め上から見た図、図６は、図５の遮熱体を斜め下から見た図、図７は、図５の遮熱体を示す底面図である。

遮熱体１８は、固定部８ａの上端に、少なくとも１つの開口部１８ｄが形成されたリング状部材（上側リング状部材）１８ｂを有し、固定部８ａの下端には、少なくとも１つの開口部１８ｄが形成されたリング状部材（下側リング状部材）１８ｂを有している。遮熱体１８においては、炉心管１の長手方向に沿って遮熱体１８を見た場合に上側リング状部材１８ｂの開口部１８ｄと下側リング状部材１８ｂの開口部１８ｄとが互いに重なり合わないように形成されている（図７参照）。すなわち、遮熱体１８は、遮熱体１８を炉心管１の長手方向に見た場合に遮熱体１８を貫通する隙間を有しないように構成されている。ここで、上側リング状部材１８ｂと下側リング状部材１８ｂとは、互いに離間して配置されており、ガスを通過させる立体的な隙間Ｓ２を形成している。なお、図５～図７に示す遮熱体１８においては、遮熱体が２つのリング状部材１８ｂを有しているが、遮熱体は３つ以上のリング状部材１８ｂを有していてもよい。この場合、リング状部材１８ｂ同士は互いに離間して配置されていてもよいし、離間せずに配置されていてもよい。ここで、３つ以上のリング状部材の開口部の位置が、炉心管１の長手方向に沿って上側から下側に少しずつずれ、３つの開口部が連続し、遮熱体を炉心管１の長手方向に見た場合に遮熱体を貫通する隙間を有しない場合には、３つ以上のリング状部材１８ｂ同士は互いに離間せずに配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、遮熱体として遮熱体８が用いられているが、遮熱体８の代わりに、図８～図１０に示す遮熱体２８を用いることもできる。図８は、図１の遮熱体の第２変形例を斜め上から見た斜視図、図９は、図８の遮熱体を示す側面図、図１０は、図８の遮熱体を示す底面図である。

遮熱体２８は、固定部８ａと、固定部８ａから放射状に延びる複数の羽根部材２８ｂとを有している。複数の羽根部材２８ｂは、固定部８ａの延び方向に直交する面に対して傾斜するように固定部８ａに設けられている。このため、遮熱体２８のガラス微粒子堆積体Ｇ側のガスが、支持部材３の回転により、複数の羽根部材２８ｂによって、遮熱体２８のガラス微粒子堆積体Ｇ側からガラス微粒子堆積体Ｇと反対側に輸送される。このため、遮熱体２８を通過するガスの通過量を増加させることが可能となる。従って、排ガスが遮熱体付近に滞留することがより抑制され、ガラス微粒子堆積体Ｇ又はその焼結体中に排ガス中の不純物が混入することがより抑制される。ここで、隣り合う羽根部材２８ｂ間には、ガスを流通する立体的な隙間Ｓ３が形成されている（図９参照）。

この遮熱体２８を用いると、脱水工程及び焼結工程において、ガス給気部６を通して脱水用ガス及び焼結用ガスを炉心管１内に供給しながら、遮熱体２８を通過した排ガスを、ガス排気部７を通して排気する際に、支持部材３を回転させることにより、遮熱体２８のガラス微粒子堆積体Ｇ側のガスが、複数の羽根部材２８ｂによって、遮熱体２８のガラス微粒子堆積体Ｇ側からガラス微粒子堆積体Ｇと反対側に輸送される。このため、遮熱体２８を通過するガスの通過量を増加させることが可能となる。従って、排ガスが遮熱体２８付近に滞留することがより抑制され、ガラス微粒子堆積体Ｇ又はその焼結体中に排ガス中の不純物が混入することがより抑制される。

また、この遮熱体２８を用いる場合、ガス置換工程において、支持部材３を回転させ、遮熱体２８を通過するガスの通過量を、脱水工程及び焼結工程において遮熱体２８を通過するガスの通過量よりも多くすることが好ましい。この場合、ガス置換工程において、脱水工程及び焼結工程よりも排ガスを遮熱体付近に滞留させることなく短時間で排気させることが可能となり、光ファイバ母材を効率よく製造することができる。

ここで、ガス置換工程において遮熱体２８を通過するガスの通過量を、脱水工程及び焼結工程におけるガスの通過量よりも多くするには、ガス置換工程における支持部材３の回転速度を、脱水工程及び焼結工程における支持部材３の回転速度よりも大きくすればよい。具体的には、ガス置換工程における支持部材３の回転速度を、脱水工程及び焼結工程における支持部材３の回転速度の２～２０倍とすればよい。

さらに、上記実施形態では、ガス置換工程が脱水工程と焼結工程との間のみで行われているが、焼結工程の後、脱水工程の前、又はその両方でさらにガス置換工程が行われてもよい。

さらにまた、支持部材３の回転によってガスを遮熱体のガラス微粒子堆積体Ｇ側からガラス微粒子堆積体Ｇと反対側に輸送することが可能な遮熱体としては、上述した遮熱体２８の代わりに、図１１～図１２に示す遮熱体３８を用いることもできる。図１１は、図１の遮熱体の第３変形例を示す底面図、図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿った断面図である。

図１１及び図１２に示すように、遮熱体３８は円板状部材で構成され、遮熱体３８は、支持部材３が貫通する貫通孔８ｃと、貫通孔８ｃの周囲に形成される立体的な隙間としての少なくとも１つ（図１１及び図１２では４つ）の貫通孔３８ｄとを有している。貫通孔３８ｄのうち遮熱体３８の底面側（ガラス微粒子堆積体Ｇ側）の開口（図１１において実線で示される開口）は、炉心管１の長手方向に沿って遮熱体１８をその底面側から見た場合に、貫通孔３８ｄのうち遮熱体３８の上面側の開口（図１１において破線で示される開口）に対して、重ならないように且つ貫通孔８ｃを中心として時計回りの方向にずれて配置されている。このため、支持部材３の回転により、遮熱体３８が貫通孔８ｃを中心として時計回りに回転すると、ガラス微粒子堆積体Ｇ側のガスが、貫通孔３８ｄを通って、ガラス微粒子堆積体Ｇと反対側に輸送される。このため、遮熱体３８を通過するガスの通過量を増加させることが可能となる。従って、排ガスが遮熱体３８付近に滞留することがより抑制され、ガラス微粒子堆積体Ｇ又はその焼結体中に排ガス中の不純物が混入することがより抑制される。

以下、実施例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず以下のようにしてガラス微粒子堆積体Ｇを作製した。すなわち、まず予め、ダミーロッドと、ガラス微粒子を堆積させるガラスロッドの端部にダミーロッドを溶着させてなる溶着ロッドを用意した。そして、バーナーを設置し、このバーナーに酸素ガス、水素ガス、不活性ガスであるＡｒを流して反応させた火炎中に、ガラス原料としてのＳｉＣｌ_４を供給し、回転する溶着ロッドにガラス微粒子からなるスート部を形成した。このとき、ガラスロッドは、ＧｅがドープされたＳｉＯ_２で構成した。こうしてガラス微粒子堆積体Ｇを得た。得られたガラス微粒子堆積体Ｇは、スート部と、そのスート部の端部から延びるダミーロッドとで構成されていた。

得られたガラス微粒子堆積体Ｇにおいては、スート部の全長が１２００ｍｍ、直径は２６０ｍｍであった。一方、光ファイバ母材の製造装置１００において、炉心管１は石英で構成し、円筒状とした。炉心管１の内径は３００ｍｍとした。また、遮熱体としては、図２～図４に示す遮熱体８を用いた。遮熱体８は、発泡石英ガラスからなる不透明石英部材で構成した。固定部８ａは長さ４０ｍｍ、貫通孔８ｃの内径は５０ｍｍとした。羽根部材８ｂは扇形の板状部材とし、厚さは１５ｍｍとした。また、羽根部材８ｂは、炉心管１の内壁面との間の隙間が１０ｍｍとなる大きさとした。上側羽根部材８ｂと下側羽根部材８ｂとの間の間隔は１０ｍｍとした。

そして、用意したガラス微粒子堆積体Ｇを、直径５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍの石英からなる支持部材３の下端部に吊り下げた。そして、ガラス微粒子堆積体Ｇを炉心管１内に挿入し、下方へと下降させて、炉心管１内に収容した。

次に、このガラス微粒子堆積体Ｇに対し、光ファイバ母材の製造装置１００を用いて脱水工程、ガス置換工程及び焼結工程を順次行った。

脱水工程においては、まず、支持部材３を２ｒｐｍの回転速度で回転させながら下降させて、ガラス微粒子堆積体Ｇを、１３００℃に設定したヒータ４の内側に配置し、ヒータ４で加熱して脱水させた。このとき、塩素とＨｅとからなる脱水用ガスを炉心管１内にガス給気部６を通して、２０ｓｌｍの流量で供給しながら、炉心管１内のガスを、ガス排気部７を通して排ガス処理装置へ排気させた。こうしてガラス微粒子堆積体Ｇを脱水させた。

１０時間経過して脱水工程が完了した後、ガス置換工程を行った。ガス置換工程では、ガラス微粒子堆積体Ｇを移動させずにそのままとし、ヒータ４の温度は１３００℃に設定した。そして、ガス給気部６を通して炉心管１内に焼結用ガスとしてのＨｅを供給する一方、ガス排気部７を通して炉心管１から排気させた。こうして、炉心管１内の脱水用ガスを焼結用ガスに置換させた。

次に、焼結工程を行った。具体的には、支持部材３を２ｒｐｍの回転速度で回転させながら、ガラス微粒子堆積体Ｇを、１５００℃まで昇温させたヒータ４の内側に配置し、ヒータ４で加熱して焼結させた。このとき、Ｈｅからなる焼結用ガスを、ガス給気部６を通して炉心管１内に２０ｓｌｍの流量で供給しながら、炉心管１内のガスを、ガス排気部７を通して排ガス処理装置へ排気させた。

こうして、全長が１２００ｍｍの光ファイバ母材を２０本作製した。

（実施例２）
遮熱体として、図８～図１０に示す遮熱体２８を用い、ガス置換工程において、支持部材３の回転速度を５倍にして１０ｒｐｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして光ファイバ母材を２０本作製した。

遮熱体２８において、羽根部材１８ｂは扇形状の板状部材とし、厚さは１５ｍｍとした。また、羽根部材１８ｂは、炉心管１の内壁面との間の隙間が１０ｍｍとなる大きさとした。さらに、羽根部材８ｂは、固定部８ａの延び方向に直交する面に対して８°傾斜させるようにした。

（比較例１）
遮熱体として、６つの羽根部材８ｂを、外径２８０ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍｃｍのリング状部材に変更した遮熱体を用いたこと以外は実施例１と同様にして光ファイバ母材を２０本作製した。

＜評価＞
（１）外観評価
実施例１～２及び比較例１のそれぞれにおいて得られた２０本の光ファイバ母材について外観を評価した。そして、光ファイバ母材において、気泡又は異物が見られた場合には、外観が不良であると評価した。
（２）光ファイバ特性の評価
実施例１～２及び比較例１のそれぞれにおける２０本の光ファイバ母材を線引して直径１２５μｍの光ファイバを作製した。この光ファイバについて、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectmeter）を用いて１３８３ｎｍの波長における伝送損失を測定した。そして、伝送損失が０．３２ｄＢ／ｋｍ以上である場合には、光ファイバ特性が不良であると評価した。

そして、不純物による外観不良が見られるか又は光ファイバ特性が不良であった光ファイバ母材（不良光ファイバ母材）の発生本数を算出した。結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例１では、不良光ファイバ母材の発生本数は４本（不良光ファイバ母材の発生率２０％）であった。

これに対し、実施例１では不良光ファイバ母材の発生本数は１本（不良光ファイバ母材の発生率５％）であり、実施例２では、不良光ファイバ母材の発生本数は０本（不良光ファイバ母材の発生率０％）であった。なお、実施例２では、実施例２において、ガス置換工程における支持部材３の回転速度を変更しなかった場合に比べて合計のプロセス時間を５％短縮させることができた。

以上より、本発明の光ファイバ母材の製造装置及び製造方法によれば、高品質の光ファイバ母材を製造できることが確認された。

１…炉心管
３…支持部材
４…ヒータ
６…ガス給気部
７…ガス排気部
８，１８，２８，３８…遮熱体
８ａ…固定部
８ｂ、２８ｂ…羽根部材
８ｃ…貫通孔
１８ｂ…リング状部材
１８ｄ…開口部
３８ｄ…貫通孔
Ｇ…ガラス微粒子堆積体
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…立体的な隙間

Claims

炉心管内に収容されたガラス微粒子堆積体を加熱し、脱水又は焼結させて光ファイバ母材を製造する光ファイバ母材の製造装置であって、
前記炉心管の外側に設けられ、前記ガラス微粒子堆積体を加熱するヒータと、
前記ガラス微粒子堆積体を支持する支持部材と、
前記支持部材に設けられ、前記ヒータからの熱を遮断する遮熱体と、
前記炉心管内に脱水用ガス又は焼結用ガスを供給するガス給気部と、
前記炉心管内のガスを排気するガス排気部とを備え、
前記遮熱体が、前記遮熱体を前記炉心管の長手方向に見た場合に前記遮熱体を貫通する隙間を有さず且つガスを通過させる立体的な隙間を有し、
鉛直方向において前記遮熱体の全体が前記ガラス微粒子堆積体より上方に位置する、光ファイバ母材の製造装置。
炉心管内に収容されたガラス微粒子堆積体を加熱し、脱水又は焼結させて光ファイバ母材を製造する光ファイバ母材の製造装置であって、
前記炉心管の外側に設けられ、前記ガラス微粒子堆積体を加熱するヒータと、
前記ガラス微粒子堆積体を支持する支持部材と、
前記支持部材に設けられ、前記ヒータからの熱を遮断する遮熱体と、
前記炉心管内に脱水用ガス又は焼結用ガスを供給するガス給気部と、
前記炉心管内のガスを排気するガス排気部とを備え、
前記遮熱体が、前記遮熱体を前記炉心管の長手方向に見た場合に前記遮熱体を貫通する隙間を有さず且つガスを通過させる立体的な隙間を有し、
前記遮熱体が、前記支持部材の回転により、ガスを前記遮熱体の前記ガラス微粒子堆積体側から前記ガラス微粒子堆積体と反対側に輸送することが可能となるように構成されている、光ファイバ母材の製造装置。
炉心管内に収容されたガラス微粒子堆積体を加熱し、脱水又は焼結させて光ファイバ母材を製造する光ファイバ母材の製造装置であって、
前記炉心管の外側に設けられ、前記ガラス微粒子堆積体を加熱するヒータと、
前記ガラス微粒子堆積体を支持する支持部材と、
前記支持部材に設けられ、前記ヒータからの熱を遮断する遮熱体と、
前記炉心管内に脱水用ガス又は焼結用ガスを供給するガス給気部と、
前記炉心管内のガスを排気するガス排気部とを備え、
前記遮熱体が、前記遮熱体を前記炉心管の長手方向に見た場合に前記遮熱体を貫通する隙間を有さず且つガスを通過させる立体的な隙間を有し、
前記遮熱体が、
前記支持部材に固定される固定部と、
前記固定部から放射状に延びる複数の羽根部材とを有する、光ファイバ母材の製造装置。
前記遮熱体が、不透明石英部材、多孔質石英部材、表面が砂ずり加工された石英部材、カーボン又はシリコンカーバイドで構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造装置。
前記遮熱体が、前記支持部材の回転により、ガスを前記遮熱体の前記ガラス微粒子堆積体側から前記ガラス微粒子堆積体と反対側に輸送することが可能となるように構成されている、請求項１、３、及び４のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造装置。
前記遮熱体が、
前記支持部材に固定される固定部と、
前記固定部から放射状に延びる複数の羽根部材とを有する、請求項１、２、４、及び５のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造装置。
請求項１～６のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造装置を用いて光ファイバ母
材を製造する光ファイバ母材の製造方法であって、
前記光ファイバ母材の製造装置を用い、前記ガラス微粒子堆積体を、前記支持部材で支持した状態で前記炉心管内に収容し、前記ヒータで加熱して脱水させる脱水工程と、
前記光ファイバ母材の製造装置を用い、前記ガラス微粒子堆積体を、前記ヒータで加熱して焼結させ、前記光ファイバ母材を得る焼結工程とを含み、
前記脱水工程において、前記ガス給気部を通して前記脱水用ガスを前記炉心管内に供給しながら、前記遮熱体を通過した排ガスを、前記ガス排気部を通して排気し、
前記焼結工程において、前記ガス給気部を通して前記焼結用ガスを前記炉心管内に供給しながら、前記遮熱体を通過した排ガスを、前記ガス排気部を通して排気する、光ファイバ母材の製造方法。
前記光ファイバ母材の製造装置が請求項２又は５に記載の光ファイバ母材の製造装置で構成され、
前記脱水工程及び前記焼結工程において、前記支持部材を回転させることにより、ガスを前記遮熱体の前記ガラス微粒子堆積体側から前記ガラス微粒子堆積体と反対側に輸送させる、請求項７に記載の光ファイバ母材の製造方法。
少なくとも前記脱水工程と前記焼結工程との間に前記炉心管内のガスを置換させるガス置換工程をさらに含み、
前記ガス置換工程において、前記遮熱体を通過するガスの通過量を、前記脱水工程及び前記焼結工程において前記遮熱体を通過するガスの通過量よりも多くする、請求項８に記載の光ファイバ母材の製造方法。