JPS6046940A - 光学系ガラス母材の製造方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＶ　Ａ、　Ｄ法（気相軸付法）により光学系ガ
ラス母材を製造する方法と装置に関する。

通信用光ファイバ、イメージガイド、ライトガイド、ロ
ッドレンズなど、これらのガラス母材をつくる手段とし
てＶＡＤ法がすでに実施されている。

周知の通り、上記ＶＡＤ法では気相のガラス原料、酸素
ガス、水素ガス、緩衝ガス（不活性ガス）などを多重管
構造とした反応／（−ナヘ供給し、燃焼状態の当該バー
ナを介して生成された化学反応生成物すなわちスート状
のガラス微粒子をターゲットに向けて噴射ならびに堆積
させ、これにより多孔質状の棒状母料を形成している。

その後、上記棒状母材を透明ガラス化し、プリフォーム
ロッドとしている。

一般的なＶＡＤ法では、垂直方向に成長する棒状母料の
成長速度と同調させてターゲットを上昇させる、いわゆ
る縦型方式を採用しているが、この方式の場合は、棒状
母材を堆積形成する装置、該棒状母料を透明ガラス化す
る装置、さらに透明ガラス化後の母材を切断する装置な
ど、これらを併せた場合、全体の高さが１０ｍ程度とな
っているが、このような従来例により光学系ガラス母ｔ
４を製造するとき、つぎのような問題が指摘されている
。

１）多孔質状の棒状母料を透明ガラス化するとき、この
際の熱処理により軟化された部分の粘度が低下し、その
下位に連続する多孔ｖ都の重みに耐えることできなくな
るので、上記堆積により形成する棒状母相の長さ、太さ
は小さくせざるを得す、長くて径の大きい母４１が得ら
れない。

１１）　上記透明ガラス化時、多孔質状の棒状母４ぢが
体積収縮してこれの直径、長さか縮減するが、該多孔質
棒状母材の密度不均一、透明ガラス化時の不均一な温度
分布により、上記縮減状態の不均一が起こり、当該母材
の透明ガラス化された部分と多孔質部との間で曲がりの
生じることがある。

このような曲がりが生じると、棒状母料の成長端（下端
）が堆積位置の中心からずれ、回転状態にある当該母材
に振れも生じるので、高質品のものを得べき製造条件が
乱れて１７１つ。

１１１）　装置全体の高さが１０ｍ程度と著高であるた
め、運転操作がむずかしく、シかも構造強度面からも装
置の保安対策を充分に講じなければならないとともにそ
の建屋もかなり高犬なものが要求されるので経済的なデ
メリットが大きい。

ｉＶ　）　棒状母料を垂直方向に堆積成長させる場合、
反応バーすの火炎による上昇気流が既に形成されている
上位の多孔質部分へと流動し、腰部の外径変動、表面成
分の分布に悪い影響をおよぼすことがある。

本発明は上述したｉ）、ｉｉ）の問題が解消でき、さら
に１ｉｉ）、ｉｖ）の問題解決を含めた実施態様か採れ
る光学系ガラス母材の製造方法とその装置を提供せんと
するものである。

以下、本発明の方法と装置につき、図示の実施例を診照
して説明する。

第１図において、１はターゲット、２はガラス微粒子発
生機、３は母料焼結用の熱処理機、４は母材支持機、５
は第２の母料焼結用熱処理機、６は引取機である。

上記において、ターゲット１は第１図に示す水平方向の
移動軸Ｘ、−Ｘ２に沿って往復動自在に設けられている
とともに同図の矢印Ｒ５方向に回転自在となっており、
前述した各機は、ガラス微粒子発生機２、熱処理機３、
母材支持機４、熱処理機５、引取機６の順序で上記移動
軸線Ｘ、−Ｘ２上に配置されている。

ガラス微粒子発生機２は透明で耐熱性のある反応容器７
と、該反応科器了内に先端が内挿さす８には気相のガラ
ス原料、酸素カス、水素ガス、緩衝ガスなとが供給され
るようになっている。

熱処理＋ｒ、、３はカーボン抵抗炉、／リコニソト炉な
どのり／グ状電気炉からなり、上記反応答器了り出入口
部に装着されている。

一方、母相支持機４は上下１対の内部回転体１０Ａ、１
０Ｂとこれら両回転体１０Ａ、１０Ｂを内蔵している外
部回転体１１とからなる。

このうち、内部回転体１０Ａ、１０Ｂは第２図にも示す
ごとく、凹面ローラ１２ａ％１３ａ１１２ｂ、１３ｂと
、これら凹面ロー２１２ａ１１３ａ、１２ｂ、１３ｂに
わたって掛回された無端ベルト１４ａ、１４ｂとからな
り、各凹面ローラ１２ａ、１３ａ、１２ｂ１１３ｂはそ
れぞれ外部回転体１１を構成するフレーム１５ａ１１６
′Ｏ内に回転自在に枢支されている。

上記外部回転体１１はＬ対のフレーム１５ａ１１６１）
が所定の対向間隔をおいて相方に連結されており、その
Ｉ（手方向両端に中空の軸部１６．１６′が設けられ、
これら軸部１６．１６’が図示しないＩＩＱｈ受により
支持されるとともにいずれか一方の軸部にはベルト伝達
、チェー／伝達、歯車伝ｉ４’（ｉｉどの手段を介して
第１図矢印Ｒ２方向の回転力か付Ｊうされるようになっ
ている。

一方、熱処理機６は中空の通道１了と該通道１了の外周
に設りられた筒状の電気炉１８とからなる。

上記通道１７における引取機θ側の端部には、その内部
に不活性ガス（例えば］（ｅ）、塩素カス＜ＣｔＺ）を
供給するだめのガス供給系１９．２０が接続されており
、その他端には排出系２１が設けられでいる。

なお、電気炉１８は前述したカーボン抵抗炉、／リコニ
ソト炉等からなる。

引取機６は内部回転体２２Ａ、２２Ｂとこれら両回転体
２２Ａ、２２Ｂを内蔵している外部回転体２３とよりな
り、当該引取機らの構成は前記母材支持機４とはソ同一
であるのでその説明は省略する。

なお、この引取機６における内部回転体２２Ａ１２２Ｂ
にはこ凡らを所定方向へ回転させるだめの動力源が備え
られ、さらに外部回転体２３にはこれを第１図の矢印Ｒ
３方向へ回転させるだめの回転伝達手段が備えられる。

本発明装置の１実施例は」二記の通りであり、当該装置
を用いて本発明方法を実施するときは、つぎのような態
様となる。

本発明方法では、はじめガラス微粒子発生機２の反応容
器７内において反応バーナ８よりガラス微粒子を発生さ
せるのであり、これに際しては反応バーナ８へ気相のガ
ラス原料（主原料−８ｉＣ４２、ドープ原料＝ＧｅＣｔ
２、その他）と酸素ガス（０２）、水素ガス（Ｒ２）、
緩衝ガス（例えばＡｒなど）とを供給し、当該反応バー
ナ８を燃焼状態として上記ガラス原料を化学反応させる
。

ここでの化学反応は主に火炎加水分解反応であるが、熱
分解反応、酸化反応などを生じさせることもでき、また
、これら各反応を複合的に生じさせることもできる。

しかし、上記いずれの反応にしても、その反応により生
成される生成物は５１０２、ＧｅＯ２などの煤状酸化物
粉末であり、こうして生成された酸化物粉末すなわちガ
ラス微粒子か所定方向に向けて噴射される。

反応容器Ｙ内において上記のごとくガラス微粒子を生成
するとき、ターゲット１は前記矢印Ｒ０方向へ回転して
おり、かつ、該ターゲノｉ・１の堆積側端部は反応容器
Ｔ内にあって反応バーナ８の微粒子噴射端部と対応して
いる。

したがって反応バーナ８から噴射されたガラス微粒子は
ターゲット１の上記端部へ堆積され、これにより、当該
端部には水平方向を成長方向とする多孔質状の棒状母材
２４が形成される。

こうして棒状母料２４を形成するとき、ターゲット１は
該毎月２４の成長速度と同調して前記移動軸線Ｘ、−Ｘ
２上をｘ２方向へ移動する。

その後、棒状母材２４が一定の長夷にまで成長すると、
該母材２４は熱処理機３を通過することとなり、この時
点で棒状母材２４は同機３によシ焼結される。

このときの焼結温度は任意に設定でき、１例としてこの
実施例では当該焼結温度を透明ガラス化温度（１４０’
０℃〜１６５０℃）よりも低くする。

したがって熱処理機３を介して焼結される棒状母料２４
は当該焼結により脱泡がある程度まで進行して体積収縮
し、当該焼結前の多孔質状態よりも硬さが増す。

つまり多孔質状態のときにみられる脆弱性がなくなり、
容易に崩壊することのない母材強度が得られる。

しかし熱処理機３による焼結温度が透明ガラス化温度よ
りも低いため、棒状母料２４は透明ガラス化されるに至
らず、したがってこの時点での焼結は完全な焼結でなく
、半焼結状態ということができる。

この半焼状態をさらに説明すると、当該半焼結状態では
例えば１１００℃〜１３００℃の焼結温度により棒状母
材２４の密度が０２〜２０ｇ　／ｃｃ　程度、重重しく
は０３〜Ｑ、　５　ｇ　／ＣＣ程度となっている。

ちなみに、完全焼結状態では棒状母材２４の密度か２．
２　ｇ／Ｌｃ　程度となる。

もちろん、との際の半焼結状態は棒状ｍＡＡ全体に及ば
なくても、Ｌく、棒状旬４ぢ２４の所望強度が得られる
かきり、該毎月２４の外周（表層部）のみを半焼結状態
にすることがあり、母料外周面側からの半焼結層の厚さ
く深さ）は熱処理温度、熱処理時間により適宜に設定で
きる。

上記半焼結により機械的強度が付与された棒状母相２４
は母材支持機４を経由して第２の熱処理機Ｓ内へ進入す
るが、この時点では当該母料２４が水平方向へかなり成
長している。

一般に多孔質状態の棒状母材が水平方向へこの程度成長
すると、自重により折損したり崩壊するか、上記焼結に
より機械的強度が細かされている棒状旬月２４ではこの
ような折損、崩壊がなく、その後の成長により母相長さ
がさらに増したとしても、当該母材２４は上記母材支持
機４を介して支持されるので、折損などの事態は起らな
い。

なお、母Ａｄ支持機４はその内部回転体１０Ａ。

１０Ｂか１社月移動方向にｆａつでエンドレス回転し、
これら両者１０Ａ、、１０Ｂのハウジングである外部回
転体１１が前記矢印［ζ２方向へ回転する状態において
棒状母イ第２４を支持するのであり、このとき内部回転
体１０Ａ、１０Ｂが棒状母材２４と接触するが、この時
点では耐重のととく該ｍ拐’２４に適度の硬さが付与さ
れているので、これが損傷されだシ変形することはない
。

第２０熱処１．ｌｌｉ機らはこれの市気炉１；３を介し
て子の通１ｊｉ１７内を透明ガラス化に適した温度とし
ているのであり、さらに核通道１７内にｄガスイＳ（給
糸１９．２０から不活性ガス（１−（ｅ　）、塩素ガス
（Ｃｔ、、）が送りこ−まねてνす、したかつてｌｆＪ
、　）ｔＡ支持機４を経由しだ後膣熱処理機５の通道１
７内を通過する棒状旬月２４−ここで完全に焼結されて
透明ガラス化さＪすると同時にＯＨ基を除去すべき脱水
処理も行なわれ、これにて所定の九′ツ系ガラスｆＥＪ
旧となる。

こ′）シて透明カラス化された棒状ｆｊｌ：　４：’、
２４は、内部回転体２２Ａ、２２１３がＬυ月、移動方
向にエンドレス回転し、外部回転体２３か前記矢印Ｒ３
方向へ回転している引取機６を介して引きとられ、以ト
ｄ該引取機６の後段に配置されているなお、上記の実施
例では、棒状付材２４が透明ガラス化さねた際の残存Ｏ
Ｈ基を減じるため、第１の熱処理機３では母材強度が得
られる程度の焼結状態（半焼結状態）とし、その後第２
の熱処理機６によシ脱水処理しながら棒状母材２４を透
明ガラス［ヒ（完全焼結）した。

こうして得られる透明ガラス化状態の棒状母材２４はＯ
Ｈ基が除去されているためこれを光ファイバに加工した
とき、伝送特性のよいものがイ！）られる。

もちろん本発明方法、装置は」二記実施例の池、つぎの
ような各種態様でも実施できる。

ガラス微粒子発生機２に関して、前記実施例では１つの
反応バーナ８を介して多孔質状の棒状イυ月２４を堆積
形成するように１７だが、第１図に示すごとく他の１つ
の反応用バーナ８′を６１用して両バーナ８．８′によ
シ多孔質状の棒状１ζノ：　ＡＡ’　２４を堆積形成し
てもよい。

この場合、反応バーす８は上記母材２４のコア形成用、
反応バーナ８′は同＠旧２４のクランド形成用となる。

さらに上記反応バーナ８．８′は下記のような手段と交
換できる。

その１つけ液相のガラス原料を例えば超音波オブラザ、
ベーパネプライザなどのネフ゛ライ→ノ１により霧状に
してターゲットへ噴射」一つ」二う（屹し、該噴射時、
その霧状原料をネブライ１）゛先端（噴霧１−コ近傍）
の加熱器により加熱して煤状のガラス微粒子（ガラス酸
化物粉末）とすることである。

他の１つはあらかじめ煤状のツノラス微粒子を生成して
おくとともに粉末噴射器を介して土言己ガラス徹粒子を
ターゲットに向（・づて噴射Ｊ　、Ｅ、　、ｔ：うにし
、該噴射時、粉末噴射器先端の加熱器によりガラス微粒
子を加熱してこれに坩積時の熱接着性をもたせることで
ある。

熱処理機３に関して、前記実施例ではターゲット１に用
債され／こ多孔質１ノミの俸状母４Ａ２４を該機３によ
り半焼結状態としたか、この熱処Ｊｊ１１機２４を介し
て上記棒状ｆｕ　４′Ａ’　２４を一挙に完全焼結（透
明ガラス化）してもよい。

この場合、透明ガラス化された棒状ｆＵ月’２４中には
ＯＨ基が残留する仁とになるが、耐放射線光ファイバで
は残留ＯＨ基の存在にょシ放射線劣化が小さくでき、し
だがって耐放射線光フアイバ用母材を得るとき、上記の
ように一挙に棒状母相を透明ガラス化するのがよい。

さらにバーナからのガラス微粉末を加熱により半焼結状
態としながら堆積させることもある。

母材支持機４に関して、前記実施例ではその内部回転体
１０Ａ、１０Ｂを構成する凹面ローラ１２　ａ　、　１
３　ａ　、１２　ｂ　、　１３　ｂに無端ベル）　１４
　ａ　−、１４ｂを掛回したが、この無端ベル）１４ａ
、１４ｂは省略してもよく、さらに無端ベルト省略態様
において、各凹面ローラ１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３
ｂの周面に弗素樹脂（例えば商品名テフロン）による滑
性被膜を形成することがある。

もちろんこの場合の凹面ローラは３対以上でもよく、１
２ａ、１２ｂまたは１３ａ、１３１）のいずれか１対で
もよい。

上記母羽支持機４を非接触型とする場合、第３図（イｊ
（ロ）のごときガス噴射器２５．２６を採用すればよい
。′ 第３図（イ）のガス噴射器２５は二重円筒形であり、そ
の内周面には多数の噴射孔２７．２γ、２７・・・・・
が穿設され、その外周面にはガス供給口２８が設けられ
Ｃいる。

第３図（ロ）のガス噴射器２６は二重の半割円筒形であ
り、この噴射器２６の場合もその内周面に多数の噴射孔
２９．２９．２９・・・・・が穿設され、その夕１周面
にガス供給口３０が設けられている。

１υＡ４支持機４が上記ガス噴射器２５．２６からなる
とき、そのガス供給口２８．３ｏからその二重壁空間内
へ供給した不活性ガスなどの気体を各ガス噴射孔２７．
２了、２７・・・・・・・、２９．２９．２９・・・・
・から噴射すればよく、これにより棒状母材２４は浮上
支持されるようになる。

この際噴射される不活性ガスなどの気体は、常温のとき
もあるが、通常は適当な温度に加熱される。

その他、以上に述べた各種手段を適当に組み合わせて所
定の棒状−母材をつくるとき、ガラス微粒子を傾斜方向
に堆積成長させて当該母材を形成してもよく、この場合
、ターゲット１の移動軸線Ｘ、−Ｘ２は水平軸に対し９
０度未満の交差角、重重しくけ４５度以下の交差角に設
定される。

もちろん上記移動軸線Ｘ、−Ｘ２を垂直状態に設定する
垂直方式も実施できる。

以上説明した通り、本発明方法はガラス原料を化学反応
させることにより生成したガラス微粒子を噴射ならびに
堆積さゼて光学系のガラス母材を製造する方法において
、上記ガラス微粒子を堆積方向に成長させて多孔質の棒
状母材を形成する手段と、成長後の多孔質棒状母材を支
持する手段と、その棒状母材が支持手段により支持され
るよりも前、少なくとも該棒状母材の外周を半焼結状態
に焼結して硬化させる熱処理手段とを備えていることを
特徴としている。

したがって棒状母材は支持手段を介して安定した状態に
保持され、その支持手段により支持される前、該母材に
は熱処理手段を介した半焼結硬化により機掛的強度が付
与されるから、上記支持状態において母材が変形したり
破損することもなく、大きな母材がつくれる。

なお、ガラス微粒子を実施態様のごとく水平方向７した
は傾斜方向に堆積させる場合、１本あたりの母相長さを
かなり長尺化したとしても該ｆＤ：祠が上下方向に占有
する度合は従来の垂直方式よりも短縮化され、また、各
手段が尚く位置することも回避でき、したがって長尺四
羽表製造する際の各工程結合ならびにハンドリングが容
易となり、これを実施する際の建屋も従来のように極端
に高くする必要がなくなる。

殊に水平堆積方式では、反応バーナによる上昇気流が既
に形成されている棒状旬月側へ流動することがないから
、その上昇気流による悪影響もないこととなる。

さらに本発明装置はガラス原料を化学反応させることに
より生成したガラス微粒子を堆積方向に成長させて多孔
質状の光学系ガラス母材を製造する装置において、ター
ゲット長手方向の移動軸線子には前段に位置するガラス
微粒子発生機とそれよりも後段に位置する母料支持機と
が相対配置されているとともに該母材支持機よりも前段
の位置には細材焼結用の熱処理機が配置４さｈでいるか
ら、前記の方法が合理的に実姉できる。

【図面の簡単な説明】

第】図は本発明方法ならびに装置の１実施例を略示しだ
説明図、第２図は第１図■−■線の断面図、第３図（イ
）（ロ）は上記における旬月支持手段の他実施例を示し
た断面図である。 １・・・・・ターゲット ２・・・・・ガラス微粒子発生機 ３・・・・・熱処理機 ４・・・・・母材支持機 ７・・・・・反応容器 ８・・・・・反応バーナ １０Ａ、　１０Ｂ・・・内部回転体 １１・・・・・・外部回転体 １２　ａ、　１２　ｂ−、１３ａ、　１３ｂ　”・凹面
ローラ１４ａ、　１４ｂ−・儂会無端べ）＋−１□２４
・・・・・棒状母材 ２５．２６・・・・・ガス噴射器 ２７．２９・・・・・噴射孔 ２８．３０・・・・・ガス供給日 Ｘ、−Ｘ、、・・・・・移動軸線 特許出願人 代理人　弁理士　丼　藤　誠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ガラス原料を化学反応させることにより生じた
   ガラス微粒子を噴射ならびに堆積させて光学系のガラス
   母相を製造する方法において、」−記ガラス微粒ｔを堆
   積方向に成長させて多孔質の棒状母材を形成する手段と
   、成長後の多孔質棒状ｍ制を支持する支持手段ど、その
   棒状母材が支持手段により支持さｉｌ、るよりもｉｆ＋
   、少なくとも該棒状母材の外周を半焼結状態に焼結して
   硬化させる熱処理手段とを備えている光学系ガラス母相
   の製造方法。 （２）　ガラス微粒子を堆積方向に成長させて多孔質の
   棒状母材を形成した後、該棒状ｆｆＪ拐を熱処理して半
   焼結状態に焼結させる特許請求の範囲第１項記載の光学
   系ガラス母材の製造方法。 （３）　ガラス微粒子を熱処理しながら堆積方向に成長
   させて半焼結状の棒状母材を形成する特許請求の範囲第
   １項記載の光学系ガラス母イＡの製造方法。 （４）　ガラス微粒子を水平方向に堆積成長させる特許
   請求の範囲第１項ないし第３項いずれかに記載の光学系
   ガラス母材の製造方法。 （５ン　ガラス微粒子を垂直方向に堆積成長させる特許
   請求の範囲第１項ないし第３項いずれかに記載の光マ糸
   ガラス母相の製造方法。 （６１〕ｊラグラス子を傾斜方向に堆積成長させる特許
   請求の範囲第１項ないし第３項いず？＋、かに記載の光
   学系ガラス旬刊の製造方θミ。 （７）　焼結時の熱処理温度を透明ガラス化〃１度、し
   りも低く設定する！ｒ！ｊ　；４’ｒ請求の卸囲第１項
   ない（〜第３項いずれかに記載の光学系ガラスＩｊＪ月
   の製造方法。 （８）焼結時の熱処理温度を透明ガラス化温度に設定す
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれかに記載の
   光学系ガラス母材の製造方法。 （９）　支持手段は棒状母材の移動方向に沿って回゛転
   し、かつ、該棒状母材の周方向にも回転する特許請求の
   範囲第１項記載の光学系ガラス母材の製造方法。 ＱＯｌ　ガラス原料を化学反応させることにより生成し
   たガラス微粒子を堆積方向に成長させて多孔質状の光学
   系ガラス母材を製造する装置において、ターゲットの長
   手方向の移動軸線上には前段に位置するガラス微粒子発
   生機とそれよりも後段に位置する母材支持機とが相対配
   置されているとともに該母材支持機よりも前段の位置に
   は母材焼結用の熱処理機が配置されている光学系ガラス
   母材の製造装置。 ■　ターゲットは水平方向を移動方向としている特許請
   求の範囲第１０項記載の光学系ガラス母材の製造装置。 α２　ターゲットは垂直方向を移動方向としている特許
   請求の範囲第ｉｏ項記載の光学系ガラス母材の製造装置
   。 ０タ　ターゲットは傾斜方向を移動方向としている特許
   請求の範囲第１０項記載の光学系ガラス母材の製造装置
   。 （１４１熱処理機がガラス微粒子発生機と母相支持機と
   の間に配置されている特許請求の範囲第１０項記載の光
   学系ガラス母料の製造装置。 ｔＸ５１　熱処理機がガラス微粒子発生゛機にイ］設さ
   れている特許請求の範囲第１０項または第１４項記載の
   光学系ガンス母相の製造装置４゜０６１　熱処理機がガ
   ラス微粒子発生機内に設けられている特許請求の範囲第
   １０項記載の光学系ガラス母材の製造装置。 任η　〜４４支持機はターゲット移動方向に沿って回転
   する内部回転体と、該内部回転体を支持して周方向に回
   転する外部回転体とからなる特許請求の範囲第１０項ま
   たは第１４項記載の光学系ガラス母相の製造装置。 ０８１　内部回転体は少なくとも１対の凹面ローラと、
   これら凹面ローラにわたって掛回された無端ベルトとか
   らなる特許請求の範囲第１７項記載の光学系ガラス母材
   の製造装置。 ａ９　内部回転体は局面に滑性被膜を有する凹面ローラ
   からなる特許請求の範囲第１７項記載の光学系ガラス母
   材の製造装置。 ■　母材支持機がガス噴射器からなる特許請求の範囲第
   １０項まだは第１４項記載の光学系ガラス母材の製造装
   置。 ６！υ　ガス噴射器は内周面に噴射孔を有する筒型でち
   る特許請求の範囲第２０項記載の光学系ガラス母材の製
   造装置。