JPH08239230A - 多孔質ガラス体の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メンテナンス作業が容易でありながら、つね
にチャンバ内の気流を一定に保ち、特性の安定した多孔
質ガラス体を製造する。 【構成】 チャンバ１３内に光源３１から、鉛直方向に
長い平面状の光ビームを照射し、霧状に浮遊しているガ
ラス微粒子で散乱させ、その散乱光による画像を、その
平面状光ビームの平面とほぼ直角方向から、撮像装置３
２でとらえ、その画像信号をコンピュータ３３に送って
画像処理し、その処理結果に応じて駆動装置３４に信号
を送り、排気制御装置３５を制御し、これによってチャ
ンバ１３内の気流をつねに一定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバのガラス
母材を作製するのに好適な、気相反応プロセスを利用し
た多孔質ガラス体の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバのガラス母材等に使用するた
めの高純度の多孔質ガラス体は通常、ＶＡＤ法や外付け
法などの気相反応プロセスを利用した方法により製造さ
れる。この方法では、バーナに燃料ガス（水素ガスと酸
素ガス）を送り込んで酸水素火炎を発生させ、この火炎
中に、四塩化珪素などのガラス原料ガスを導入して加水
分解反応させることによりガラス微粒子を生成し、この
生成されたガラス微粒子を回転するターゲットに堆積さ
せることにより、ガラス微粒子堆積体を円柱状に成長さ
せ、円柱状の多孔質ガラス体（ガラス微粒子堆積体、ス
ートプリフォーム）を形成する。

【０００３】この場合、成長してくる多孔質ガラス体に
塵埃などが付着しないようにチャンバ（反応容器）内で
上記の反応および堆積工程を行なうようにする。また、
このようにチャンバで覆うのは、チャンバ内の気流を一
定に保って、ガラス微粒子の付着条件を安定させ、特性
の安定した多孔質ガラス体を作るためでもある。

【０００４】とくに光ファイバ母材とするための多孔質
ガラス体については、特性が安定していることがきわめ
て高いレベルで要求され、製造工程においてチャンバ内
の気流を一定に保つことは重要なパラメータとなってい
る。そのため、従来、一般にはチャンバの内圧や排気流
量を一定に保ってこれを実現するようにしている。

【０００５】しかし、長尺の光ファイバを作るために母
材が大型化する傾向にあり、それに伴い、大型の多孔質
ガラス体が形成されてくるため、堆積工程の初期と、定
常状態になったときと、堆積工程の終期とではチャンバ
内の状況が一変し、従来のような単なるチャンバの内圧
や排気流量を一定に保つ制御だけでは、特性の安定した
多孔質ガラス体を製造することが困難になってきてい
る。

【０００６】このような事情の下で、特性の安定した多
孔質ガラス体を堆積させる方法として、チャンバ内の気
流の流れをモニターし、吸気あるいは排気またはその両
方を制御する方法が提案されている。すなわち、チャン
バ内の各所に、気流の方向や速度を検出するセンサを取
り付け、そのセンサ出力信号により吸・排気を制御する
のである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようにセンサをチャンバ内の各所に取り付けるのでは、
そのセンサの設置自体で気流が変化してしまう可能性が
あるとともに、チャンバ内に充満しているガラス微粒子
を含んだガスによりセンサが汚染されて劣化してしまう
という欠点がある。センサの汚染については、こまめな
メンテナンス作業が必要となるが、多数のセンサについ
て行なわなければならないのでかなりやっかいな作業と
なる。

【０００８】この発明は、上記に鑑み、チャンバ内の様
子が堆積が進んで来るにしたがって変化してくることに
対応して、つねにチャンバ内の気流を一定に保ち、特性
の安定した多孔質ガラス体を製造することができる、メ
ンテナンス作業の容易な、多孔質ガラス体の製造装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明による多孔質ガラス体の製造装置において
は、ターゲットに堆積させるためのガラス微粒子を発生
するガラス微粒子発生手段と、該ガラス微粒子発生手段
とターゲットとを覆う反応容器と、該反応容器からの排
気を行なう排気手段と、該反応容器中に光を照射する光
照射手段と、反応容器内のガスの画像を撮像する撮像手
段と、該撮像手段からの信号に応じて上記反応容器内の
気流を制御する手段とが備えられることが特徴となって
いる。

【００１０】上記の光照射手段は、実質的に平面状の光
ビームを照射するものとし、かつ撮像手段は、その平面
状の光ビームの平面に実質的に直角な方向から画像を撮
像するように配置されているものとすることができる。

【００１１】排気流の流れに対して実質的に直角な平面
にセル状に配列された多数の排気口の各々の開口を変化
させる排気制御手段を有し、この排気制御手段が撮像手
段からの信号に応じて調整されることにより反応容器内
の気流が制御されるよう構成することもできる。

【００１２】また、この発明による多孔質ガラス体の製
造装置は、ガラス微粒子発生手段と、該ガラス微粒子が
下端に堆積させられ、その堆積とともに回転しながら引
き上げられていくターゲットと、上記ガラス微粒子発生
手段とターゲットとを覆う反応容器と、該反応容器から
の排気を行なう排気手段と、排気流の流れに対して実質
的に直角な平面にセル状に配列された多数の排気口の各
々の開口を変化させる排気制御手段と、該反応容器中に
光を照射する光照射手段と、反応容器内のガスの画像を
撮像する撮像手段と、該撮像手段からの信号に応じて上
記排気制御手段を制御する手段とにより構成することも
できる。

【００１３】さらに、このガラス微粒子発生手段は、酸
水素火炎内で反応を起こしてガラス微粒子を生成するバ
ーナにより構成することもできる。

【００１４】

【作用】反応容器内には、付着しなかったガラス微粒子
が霧状になって浮遊しており、それが気流に応じて流れ
ていく。そこで、これに光を照射してその霧状になって
流れていく画像を撮像すれば、その画像から気流の様子
が分かる。このようにして撮像した画像を処理し反応容
器内の気流を制御すれば、気流の様子に応じて最適な気
流とし、ガラス微粒子堆積体の堆積が進んで来るにした
がって反応容器内の様子が変化してきても、つねに気流
を安定に保つことができる。そして、光照射手段と撮像
手段とを設けるだけであるので、反応容器内の気流を乱
さないように設置することは容易であり、しかもそれら
の光照射面や撮像面の汚染を払拭するなどのメンテナン
ス作業も容易なものとなる。

【００１５】実質的に平面状の光ビームを照射し、その
平面に直角な方向から画像を撮像すれば、光ビームが通
っている平面でのガス流を捕らえることができ、気流の
状態をより正確に把握することができて、より適切な気
流制御を行なうことができる。

【００１６】排気流の流れに対して実質的に直角な平面
に、多数の排気口をセル状に配列し、その各々の開口を
変化させることにより、反応容器内の気流を制御するな
ら、反応容器内の種々の部分での気流を細かに制御する
ことができる。その結果、反応容器内での気流を全体と
してより安定化することが可能となる。

【００１７】いわゆるＶＡＤ法に適用することによって
実際上効果を上げることができる。

【００１８】ガラス微粒子発生手段は、いわゆる酸水素
火炎バーナを用いることができる。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の好ましい一実施例について
図面を参照しながら詳細に説明する。この実施例は、Ｖ
ＡＤ法による多孔質ガラス体の製造装置にこの発明を適
用したものである。図１に示すように、ターゲット棒１
２の下端付近にガラス微粒子を生成する４つのバーナ２
１、２２、２３、２４が配置される。これらバーナ２
１、２２、２３、２４には水素ガスおよび酸素ガスの燃
焼ガスが供給され、酸水素火炎が発生させられる。ま
た、これらのバーナ２１、２２、２３、２４には四塩化
珪素などのガラスの原料ガスが供給される。このガラス
原料ガスは酸水素火炎中に送り込まれると、加水分解反
応を起こしてガラス微粒子（二酸化珪素の微粒子）を生
成する。このガラス微粒子がターゲット棒１２の下端に
付着させられる。ターゲット棒１２は回転させられなが
ら引き上げられるようになっており、このように回転さ
せられながら引き上げられることにより、付着・堆積し
たガラス微粒子の堆積体（スートプリフォーム）１１が
ターゲット棒１２の下端より下方向に円柱状に成長して
いくことになる。

【００２０】バーナ２１は中心に位置するコア部を形成
するためのコア用のバーナであり、バーナ２２、２３、
２４はコア部の外周を占めるクラッド部を形成するため
のクラッド用のバーナである。ここではクラッド部は３
つの堆積層により形成されることになる。コア用のバー
ナ２１には、ガラス原料ガスである四塩化珪素ガスに加
えて、屈折率制御用のドーパントの原料ガスである四塩
化ゲルマニウムガスなどが送り込まれる。

【００２１】ガラス微粒子堆積体１１、ターゲット棒１
２はチャンバ１３内に配置され、バーナ２１〜２４はそ
のチャンバ１３の側壁等に取り付けられて、このガラス
微粒子のデポジション工程がチャンバ１３内で行なわれ
るようにされる。このチャンバ１３の、バーナ２１〜２
４が配置された側と反対側には排気管１４が取り付けら
れ、図示しない吸引装置により吸引されて排気がなされ
るようになっている。吸気については、この排気管１４
と反対側つまりバーナ２１〜２４側に吸気用の小孔が適
宜多数設けられ、これらの小孔を通じて吸気がなされ
る。したがって、チャンバ１３内の気流は図１の左側か
ら右側へと流れていき、この方向はバーナ２１〜２４の
噴出方向と同方向となる。

【００２２】こうしてガラス微粒子堆積体１１がターゲ
ット棒１２の下端より下方向に円柱状に成長していくと
き、その成長につれてターゲット棒１２が引き上げられ
ていくが、ガラス微粒子堆積体１１が図１の実線のよう
に小さい（短い）うちはチャンバ１３の上部管との隙間
が大きいのに対して、大きく（長く）なってくると図１
の点線のようにチャンバ１３の上部管に入り込むことに
なるので上部管とガラス微粒子堆積体１１との隙間が小
さくなる。このようにガラス微粒子堆積体１１の成長に
伴って隙間等の大きさが変化してくるため、それにより
チャンバ１３の内部の気流も大きく変化する。その結
果、ガラス微粒子堆積体１１において、とくにこのよう
に気流が大きく変化した前後で堆積した部分の間で特性
が大きく変化することになる。

【００２３】そこで、この実施例では、つぎのような構
成により、このようなチャンバ１３内の状況の変化に基
づく気流の変動を検出し、それに応じて排気を制御する
ことにより、そのようなチャンバ１３内の状況の変化に
もかかわらず気流を一定に保つことができるようにして
いる。すなわち、光源３１をチャンバ１３の側壁面に取
り付けチャンバ１３内に光を照射する。この場合、光が
チャンバ１３内に投射されればよいのでチャンバ１３の
側壁の一部に透明な窓を設けてその窓を通して光を投射
する構成としてもよい。

【００２４】ここで、この投射光は、実質的に平面状の
光ビームとし、その面が鉛直線を含むようにする。つま
り、たとえば光源３１に縦長のスリット（長さ方向が鉛
直方向となっている）を設けたり、あるいは細い線状の
光ビームを発生する発光素子を鉛直方向に並べたりす
る。そしてこの平面状の光ビームが鉛直方向につり下げ
られているターゲット棒１２の中心軸（紙面内の縦方向
となる）と平行で、かつこの軸を通るようにする。

【００２５】他方、この平面状の光ビームの平面に直角
な方向に撮像装置（たとえばＴＶカメラ）３２を配置
し、この平面状の光ビームをその面に直角な方向から見
た画像を撮像する。つまり、図１の点線のサークルの画
像を、紙面から手前の方向より撮像する。この場合、画
像取り入れのためにチャンバ１３の手前側の側面に透明
な窓を設けておく必要があり、この窓を通して撮像装置
３２に光を入れる。

【００２６】撮像装置３２により得た画像信号はコンピ
ュータ３３に取り込まれて処理され、その処理結果に応
じて駆動装置３４に信号が出される。この駆動装置３４
は排気制御装置３５を駆動するものであり、排気制御装
置３５は、チャンバ１３の排気口（排気管１４と接続さ
れた開口）に配置されている。この排気制御装置３５
は、チャンバ１３の内側から見ると、図２に示すよう
に、格子状の多数のセル３６を備えたもので、この各セ
ル３６がそれぞれ独立の排気口となっていて、各セル３
６にはそれぞれ調整可能な弁が備えられている。その多
数の弁の各々が駆動装置３４により駆動されてその開度
が調整できるようになっている。そのため、排気流を実
質的に直角に横切る平面の各々で排気流量を調整できる
ので、チャンバ１３内の種々の部分での気流を細かに制
御することができる。

【００２７】ここで、バーナ２１〜２４からガラス微粒
子を生成し、それをターゲット棒１２の下端に堆積させ
ていくという工程をチャンバ１３内で行なうとき、チャ
ンバ１３内には、付着せずに浮遊しているガラス微粒子
で充満することになる。つまりチャンバ１３内は霧状に
なったガラス微粒子が浮遊し気流に乗って流れている。
このような霧状のガス流に対して光源３１から平面状の
光ビームを当てればその光はガラス微粒子により散乱す
ることになるので、その光ビームが通った領域つまり平
面状の領域が画像化され、その面に直角な方向から撮像
すると、霧状のガス流の断面像が得られる。

【００２８】撮像装置３２で得た２次元画像における輝
度の高い部分というのは、ガラス微粒子流によって散乱
した光の強度が大きい部分であり、散乱光強度は気体中
のガラス微粒子の大きさと密度の関数になっている。そ
こで、具体的には、たとえば、この画像の各部の輝度を
コンピュータ３３内の画像処理によってとらえ、その各
部の輝度が一定値を越えないように排気制御装置３５の
各セル３６の開度をそれぞれ調整して、チャンバ１３内
の種々の部分での気流を細かに制御すれば、チャンバ１
３内の気流を一定に保つことができる。

【００２９】また、撮像装置３２から順次得られる画像
をコンピュータ３３の画像処理によって経時的にモニタ
ーし、輝度の高い部分や低い部分の時間的な動きをとら
えるなら、気流の方向・速度を検出できる。そこで、こ
の検出した気流の方向・速度がガラス微粒子を堆積させ
る上で最適なものに保たれるように、排気制御装置３５
を制御することもできる。

【００３０】この場合、光源３１からチャンバ１３内に
光を照射し、かつ撮像装置３２でチャンバ１３内を撮像
するという構成であるから、メンテナンス作業は容易な
ものとなる。つまり、光源３１と撮像装置３２はチャン
バ１３の外部に配置し、チャンバ１３の側壁に設けた透
明な窓をそれぞれ介して光の投射や撮像を行なったり、
あるいは光源３１と撮像装置３２をチャンバ１３内に配
置することが考えられるが、いずれの場合でも、光を照
射する窓（チャンバ１３の側壁の窓あるいは光源３１自
体の窓）と撮像用の窓（チャンバ１３の側壁の窓あるい
は撮像装置３２自体の窓）に付着したガラス微粒子を払
拭するようメンテナンスすればよいからである。そし
て、前者のように、光源３１と撮像装置３２はチャンバ
１３の外部に設置する場合には、それらの故障や不具合
などにも対処し易くなる。

【００３１】このような１つの画像内で輝度分布が一定
になるような制御、あるいは時間的な動きの検出による
制御、またはこれらを組み合わせた制御により、チャン
バ１３内の気流を一定に保つことができるのであるが、
とくに、光源３１からの光は、チャンバ１３の上部（つ
まり上部管との境界付近）に当て、撮像装置３２の視野
もそのチャンバ１３の上部付近とするなら、これによ
り、バーナ２１〜２４から直接発生したガラス微粒子流
ではなく、付着せずにチャンバ１３の上部に漂い気流に
乗って流れているガラス微粒子流の画像を得ることがで
きるので望ましい。

【００３２】そして、この画像からチャンバ１３の上部
における気流の状態をとらえることができる。つまり、
ガラス微粒子堆積体１１の成長に伴ってチャンバ１３の
上部管との間の隙間が小さくなってくることに応じて変
化する気流の様子を確実にとらえることができる。そこ
で、この画像の変化をコンピュータ３３内の画像処理に
よってとらえ、その結果に応じて排気制御装置３５の各
セル３６の開度をそれぞれ調整することができ、チャン
バ１３内の種々の部分での気流を細かに制御して、上記
のようなチャンバ１３内の状況の変化にもかかわらず、
チャンバ１３内の気流を一定に保つことができる。

【００３３】なお、ここでは光源３１からの平面状の光
ビームは固定のものとしてつねに一定の断面での気流の
画像を得ているが、その平面状の光ビームの平面に直角
な方向（図では紙面に直角な方向）に光ビームをスキャ
ンさせるなら、チャンバ１３内の３次元的な空間の各部
での気流の状態をとらえることができる。たとえば１秒
間に１回程度のレートでスキャンさせて各スキャン位置
での画像に基づき上記のような制御を行なえば、たとえ
ばチャンバ１３内の上部の３次元の空間全体で気流を安
定なものとすることができる。

【００３４】さらに、この実施例では単に排気のみを制
御しているが、吸気側も同様に制御することが可能であ
る。気流をとらえるための画像処理方法も上記のものに
限定されないし、ＶＡＤ法以外の気相反応プロセスを利
用した多孔質ガラス体の製造装置に適用できる。その
他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変形可能
である。

【００３５】

【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の多孔質ガラス体の製造装置によれば、反応容器
内の気流の様子を確実にとらえてその気流が安定なもの
となるよう制御することができ、特性の安定した多孔質
ガラス体を製造することができる。また、この多孔質ガ
ラス体の製造装置では、メンテナンス作業は容易なもの
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す模式図。

【図２】排気制御装置を正面から見た模式図。

【符号の説明】

１１ ガラス微粒子堆積体 １２ ターゲット棒 １３ チャンバ １４ 排気管 ２１、２２、２３、２４ バーナ ３１ 光源 ３２ 撮像装置（ＴＶカメラ） ３３ コンピュータ ３４ 駆動装置 ３５ 排気制御装置 ３６ セル（格子状の排気口）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲットに堆積させるためのガラス微
   粒子を発生するガラス微粒子発生手段と、該ガラス微粒
   子発生手段とターゲットとを覆う反応容器と、該反応容
   器からの排気を行なう排気手段と、該反応容器中に光を
   照射する光照射手段と、反応容器内のガスの画像を撮像
   する撮像手段と、該撮像手段からの信号に応じて上記反
   応容器内の気流を制御する手段とを備えることを特徴と
   する多孔質ガラス体の製造装置。
2. 【請求項２】 光照射手段は、実質的に平面状の光ビー
   ムを照射するものとし、かつ撮像手段は、その平面状の
   光ビームの平面に実質的に直角な方向から画像を撮像す
   るように配置されていることを特徴とする請求項１記載
   の多孔質ガラス体の製造装置。
3. 【請求項３】 排気流の流れに対して実質的に直角な平
   面にセル状に配列された多数の排気口の各々の開口を変
   化させる排気制御手段をさらに有し、この排気制御手段
   が撮像手段からの信号に応じて調整されることにより反
   応容器内の気流が制御されることを特徴とする請求項１
   記載の多孔質ガラス体の製造装置。