JPWO2019044807A1 - ガラス微粒子堆積体の製造方法、ガラス母材の製造方法及びガラス微粒子堆積体 - Google Patents
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Abstract
反応容器内にガラス合成用バーナと出発ロッドを配置して、ガラス合成用バーナに対して出発ロッドを軸方向に相対的に往復運動させ、ガラス合成用バーナで合成したガラス微粒子を前記出発ロッドに堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、ガラス微粒子堆積体の径が増大するに伴って、ガラス合成用バーナをガラス微粒子堆積体から相対的に後退させながら、ガラス微粒子堆積体とガラス合成用バーナとの間の距離を、堆積開始に比べ、堆積終了時に短くする。
Description
本開示は、ガラス微粒子堆積体の製造方法、ガラス母材の製造方法及びガラス微粒子堆積体に関する。
本出願は、２０１７年８月２９日出願の日本出願第２０１７−１６４２４１号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
本出願は、２０１７年８月２９日出願の日本出願第２０１７−１６４２４１号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
気相合成法により、ガラス微粒子を出発ロッドに堆積させて、ガラス微粒子堆積体を製造する方法において、以下の先行文献がある。
特許文献１には、ガラス微粒子堆積体の径の成長（拡径）にしたがってバーナを後退させることが記載されている。
特許文献２には、ガラス微粒子堆積体の径の成長にしたがってバーナを後退させ、堆積体表面とバーナとの間隔をほぼ一定に保つことが記載されている。
特許文献３には、ガラス微粒子堆積体の径の成長を測定しながら、それに応じてバーナ後退速度を変え、ガラス原料の反応点（反応温度）をほぼ一定にすることが記載されている。
特許文献１には、ガラス微粒子堆積体の径の成長（拡径）にしたがってバーナを後退させることが記載されている。
特許文献２には、ガラス微粒子堆積体の径の成長にしたがってバーナを後退させ、堆積体表面とバーナとの間隔をほぼ一定に保つことが記載されている。
特許文献３には、ガラス微粒子堆積体の径の成長を測定しながら、それに応じてバーナ後退速度を変え、ガラス原料の反応点（反応温度）をほぼ一定にすることが記載されている。
本開示のガラス微粒子堆積体の製造方法は、
反応容器内にガラス合成用バーナと出発ロッドを配置して、前記ガラス合成用バーナに対して前記出発ロッドを軸方向に相対的に往復運動させ、前記ガラス合成用バーナで合成したガラス微粒子を前記出発ロッドに堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子堆積体の径が増大するに伴って、前記ガラス合成用バーナを前記ガラス微粒子堆積体から相対的に後退させながら、前記ガラス微粒子堆積体と前記ガラス合成用バーナとの間の距離を、堆積開始に比べ、堆積終了時に短くする。
また、本開示のガラス母材の製造方法は、前記の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を製造し、当該製造したガラス微粒子堆積体を加熱して透明なガラス母材を製造する透明化工程を有する。
また、本開示のガラス微粒子堆積体は、出発ロッドの表面からガラス微粒子堆積体の堆積体表面までの距離を１とした時、径方向の前記距離が１０％以上１００％以下の範囲における、径方向の嵩密度の変動率が５％以下である。
反応容器内にガラス合成用バーナと出発ロッドを配置して、前記ガラス合成用バーナに対して前記出発ロッドを軸方向に相対的に往復運動させ、前記ガラス合成用バーナで合成したガラス微粒子を前記出発ロッドに堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子堆積体の径が増大するに伴って、前記ガラス合成用バーナを前記ガラス微粒子堆積体から相対的に後退させながら、前記ガラス微粒子堆積体と前記ガラス合成用バーナとの間の距離を、堆積開始に比べ、堆積終了時に短くする。
また、本開示のガラス母材の製造方法は、前記の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を製造し、当該製造したガラス微粒子堆積体を加熱して透明なガラス母材を製造する透明化工程を有する。
また、本開示のガラス微粒子堆積体は、出発ロッドの表面からガラス微粒子堆積体の堆積体表面までの距離を１とした時、径方向の前記距離が１０％以上１００％以下の範囲における、径方向の嵩密度の変動率が５％以下である。
［本開示が解決しようとする課題］
ＯＶＤ法（Outside Vapor Deposition）によるガラス微粒子堆積体の製造では、出発ロッドを回転させながら、トラバース装置により上下に往復移動させ、バーナ火炎によりガラス微粒子を生成し、出発ロッドに向けて吹き付けて堆積させる。通常は、出発ロッドを一定速度で回転させながら、ガラス微粒子を出発ロッドに堆積させるため、堆積体の径の成長にしたがって、該堆積体の表面の周速度は速くなる。そうすると、該堆積体の表面とバーナとの間隔（距離）、または、ガラス原料の反応点（反応温度）がほぼ一定であったとしても、該堆積体の表面の単位面積あたりの火炎処理時間が少なくなるため、結果的に、外側のガラス微粒子の嵩密度が小さくなる。
しかしながら、表面のガラス微粒子の嵩密度が小さくなりすぎると、ガラス微粒子堆積体がその表面で割れやすくなる、という問題が生じる。また、嵩密度が大きく変動していると、その変動箇所でもガラス微粒子堆積体が割れることもある。さらに、嵩密度が高すぎる箇所があると、その後の焼結時に時間が掛かる、という問題も生じる。
また、ガラス微粒子堆積体は、その後焼結してガラス母材にするが、同じ径のガラス母材を製造する場合、ガラス微粒子堆積体の嵩密度が小さいと、ガラス微粒子堆積体の径を大きくしなければならず、焼結炉の大きさの制限から、大きなガラス母材を製造できない、という問題も生じる。
これらの理由から、径方向に均質な嵩密度のガラス微粒子堆積体とすることが望ましいが、特許文献１〜３に記載の技術を採用しても、径方向に均質な嵩密度のガラス微粒子堆積体を得ることが難しかった。
そこで、本開示は、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体を製造できる方法、ガラス母材の製造方法及びガラス微粒子堆積体を提供する。
ＯＶＤ法（Outside Vapor Deposition）によるガラス微粒子堆積体の製造では、出発ロッドを回転させながら、トラバース装置により上下に往復移動させ、バーナ火炎によりガラス微粒子を生成し、出発ロッドに向けて吹き付けて堆積させる。通常は、出発ロッドを一定速度で回転させながら、ガラス微粒子を出発ロッドに堆積させるため、堆積体の径の成長にしたがって、該堆積体の表面の周速度は速くなる。そうすると、該堆積体の表面とバーナとの間隔（距離）、または、ガラス原料の反応点（反応温度）がほぼ一定であったとしても、該堆積体の表面の単位面積あたりの火炎処理時間が少なくなるため、結果的に、外側のガラス微粒子の嵩密度が小さくなる。
しかしながら、表面のガラス微粒子の嵩密度が小さくなりすぎると、ガラス微粒子堆積体がその表面で割れやすくなる、という問題が生じる。また、嵩密度が大きく変動していると、その変動箇所でもガラス微粒子堆積体が割れることもある。さらに、嵩密度が高すぎる箇所があると、その後の焼結時に時間が掛かる、という問題も生じる。
また、ガラス微粒子堆積体は、その後焼結してガラス母材にするが、同じ径のガラス母材を製造する場合、ガラス微粒子堆積体の嵩密度が小さいと、ガラス微粒子堆積体の径を大きくしなければならず、焼結炉の大きさの制限から、大きなガラス母材を製造できない、という問題も生じる。
これらの理由から、径方向に均質な嵩密度のガラス微粒子堆積体とすることが望ましいが、特許文献１〜３に記載の技術を採用しても、径方向に均質な嵩密度のガラス微粒子堆積体を得ることが難しかった。
そこで、本開示は、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体を製造できる方法、ガラス母材の製造方法及びガラス微粒子堆積体を提供する。
［本開示の効果］
本開示によれば、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体を製造することが可能となる。
本開示によれば、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体を製造することが可能となる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、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。
本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、
（１）反応容器内にガラス合成用バーナと出発ロッドを配置して、前記ガラス合成用バーナに対して前記出発ロッドを軸方向に相対的に往復運動させ、前記ガラス合成用バーナで合成したガラス微粒子を前記出発ロッドに堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子堆積体の径が増大するに伴って、前記ガラス合成用バーナを前記ガラス微粒子堆積体から相対的に後退させながら、前記ガラス微粒子堆積体と前記ガラス合成用バーナとの間の距離を、堆積開始に比べ、堆積終了時に短くする。
この構成によれば、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体を製造することができる。
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、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。
本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、
（１）反応容器内にガラス合成用バーナと出発ロッドを配置して、前記ガラス合成用バーナに対して前記出発ロッドを軸方向に相対的に往復運動させ、前記ガラス合成用バーナで合成したガラス微粒子を前記出発ロッドに堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子堆積体の径が増大するに伴って、前記ガラス合成用バーナを前記ガラス微粒子堆積体から相対的に後退させながら、前記ガラス微粒子堆積体と前記ガラス合成用バーナとの間の距離を、堆積開始に比べ、堆積終了時に短くする。
この構成によれば、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体を製造することができる。
（２）前記ガラス微粒子堆積体の径が増大するに伴って、前記ガラス合成用バーナを前記ガラス微粒子堆積体から相対的に後退させながら、前記ガラス微粒子堆積体の径の増加量に対する前記ガラス微粒子堆積体と前記ガラス合成用バーナとの間の距離の変化率を、堆積開始からの時間経過に伴い徐々に小さくすることが好ましい。
この構成によれば、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体をより確実に製造することができる。
この構成によれば、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体をより確実に製造することができる。
（３）前記ガラス合成用原料としてシロキサンを用いることが好ましい。
この構成によれば、使用原料が、腐食性のハロゲンを含まないため、排ガスによる製造装置等の腐食の問題や排ガス処理設備をなくすことができるとともに、燃焼性が高いため、ガラス微粒子堆積体の製造効率を高くすることができる。
（４）前記シロキサンとしてオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を用いることが好ましい。
この構成によれば、使用原料が、工業的に容易に入手でき、保管や取扱いも容易である。
この構成によれば、使用原料が、腐食性のハロゲンを含まないため、排ガスによる製造装置等の腐食の問題や排ガス処理設備をなくすことができるとともに、燃焼性が高いため、ガラス微粒子堆積体の製造効率を高くすることができる。
（４）前記シロキサンとしてオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を用いることが好ましい。
この構成によれば、使用原料が、工業的に容易に入手でき、保管や取扱いも容易である。
（５）また、本開示の一態様に係るガラス母材の製造方法は、上記の（１）〜（４）のいずれかの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を製造し、当該製造したガラス微粒子堆積体を加熱して透明なガラス母材を製造する透明化工程を有する。
この構成によれば、高品質なガラス母材を製造することができる。
この構成によれば、高品質なガラス母材を製造することができる。
（６）また、本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体は、出発ロッドの表面からガラス微粒子堆積体の堆積体表面までの距離を１とした時、径方向の前記距離が１０％以上１００％以下の範囲における、径方向の嵩密度の変動率が５％以下である。
この構成によれば、径方向に均質な嵩密度を有し、スス割れし難いガラス微粒子堆積体とすることができ、後の加熱（焼結）による透明化工程を経て得られるガラス母材を、高品質なものとすることができる。さらにこのガラス母材を用いて、光学特性に優れる光ファイバを製造することができる。
この構成によれば、径方向に均質な嵩密度を有し、スス割れし難いガラス微粒子堆積体とすることができ、後の加熱（焼結）による透明化工程を経て得られるガラス母材を、高品質なものとすることができる。さらにこのガラス母材を用いて、光学特性に優れる光ファイバを製造することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
〔使用装置の概要等〕
以下、本開示の実施形態に係るガラス微粒子堆積体（以下、単に「堆積体」とも称する）の製造方法およびガラス母材の製造方法の実施形態の例を添付図面に基づいて説明する。なお、図中では、火炎形成ガスのガス供給装置は省略しており、本文中での説明も省略する。
また、以下に示す製造方法としては、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法を例に説明するが、本開示はＯＶＤ法に限定されるものではない。ＯＶＤ法と同様にガラス原料から火炎熱分解反応を利用してガラスを堆積させる方法、例えば、ＭＭＤ（Multiburner Multilayer Deposition）法等に本開示を適用することも可能である。
〔使用装置の概要等〕
以下、本開示の実施形態に係るガラス微粒子堆積体（以下、単に「堆積体」とも称する）の製造方法およびガラス母材の製造方法の実施形態の例を添付図面に基づいて説明する。なお、図中では、火炎形成ガスのガス供給装置は省略しており、本文中での説明も省略する。
また、以下に示す製造方法としては、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法を例に説明するが、本開示はＯＶＤ法に限定されるものではない。ＯＶＤ法と同様にガラス原料から火炎熱分解反応を利用してガラスを堆積させる方法、例えば、ＭＭＤ（Multiburner Multilayer Deposition）法等に本開示を適用することも可能である。
図１に示すように、本実施形態の堆積体の製造方法を実施する製造装置１０は、ガラス合成用バーナ（以下、単に「バーナ」とも称する）１１と、反応容器１２と、トラバース装置１６を備えている。
反応容器１２は、バーナ１１と対向する側壁面に排気管１３を備えている。排気管１３は、所定量のガスの排気を行い、堆積体１７に堆積しなかった反応容器１２内に浮遊するガラス微粒子を排除する。
トラバース装置１６は出発ロッド１４の上部を支持棒１５で保持して、反応容器１２内で出発ロッド１４を回転させながら上下に往復移動させる。
トラバース装置１６は出発ロッド１４の上部を支持棒１５で保持して、反応容器１２内で出発ロッド１４を回転させながら上下に往復移動させる。
また、製造装置１０は、バーナ１１にガラス合成用原料（以下、単に「ガラス原料」または「原料」とも称する）の原料ガス等を供給するガス供給装置２０と、ガス供給装置２０等を制御する制御装置３０とを備えている。ガス供給装置２０は、制御装置３０によって制御され、不図示の原料タンク中の原料ガス（ＯＭＣＴＳ等）を、ラインに配されたＭＦＣ２１を介して、バーナ１１へ供給する。バーナ１１に供給する原料流量は、ＭＦＣ２１により指示流量になるように制御される。
バーナ１１では、原料ガスを酸化反応させることにより、ガラス微粒子を生成する。なお、火炎形成ガス等の一般ガス（Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２などの不活性ガス等）用のガス供給装置の説明は省略する。
バーナ１１には、移動用モータ３１が連結されている。移動用モータ３１は、制御装置３０によって駆動制御される。バーナ１１は、移動用モータ３１によって移動し、堆積体１７の堆積面とバーナ１１先端との距離が調整される。
なお、移動用モータ３１は、対応するバーナ１１を直線的に堆積体１７から移動制御できれば良く、例えば、リニアモータやステッピングモータが使用可能である。
〔製法の概要等〕
製造装置１０を用いて、気相合成法により堆積体１７を製造する。具体的には、トラバース装置１６により出発ロッド１４を回転させながら上下に往復移動させる。また、バーナ１１でガラス微粒子を生成して出発ロッド１４に向けて吹き付ける。これにより出発ロッド１４の外周にはガラス微粒子が堆積し、堆積体１７が径方向に成長していく。このような製造方法において、従来、該堆積体１７の径の成長にしたがってバーナ１１を後退させ、該堆積体１７の表面とバーナ１１との間隔、または、ガラス原料の反応点（反応温度）をほぼ一定にする試みがなされた（前記特許文献１〜３）。このような気相合成法では、通常、反応容器１２内で出発ロッド１４を一定速度で回転させながら、ガラス微粒子を出発ロッド１４に堆積させている。この場合、堆積体１７の径の成長にしたがって、該堆積体１７の表面の周速度が速くなる。そうなると、該堆積体１７の表面とバーナ１１との間隔（距離）、または、ガラス原料の反応点（反応温度）がほぼ一定であったとしても、該堆積体１７の表面の単位面積あたりの火炎処理時間が少なくなり、その分、ガラス微粒子の堆積量も少なくなる。その結果として、図２のグラフに示す通り、前記径（横軸）の成長にしたがって、前記堆積体１７のガラス微粒子の嵩密度が小さくなる。なお、図２において、横軸０ｍｍの点は出発ロッド１４の表面位置を示し、横軸は、出発ロッド１４の表面からの距離を示す。
嵩密度が小さくなりすぎると、堆積体１７がその表面で割れやすくなる、という問題が生じる。また、嵩密度が大きく変動していると、その変動箇所でも堆積体１７が割れることもある。さらに、嵩密度が高すぎる箇所があると、その後の焼結に時間が掛かる、という問題も生じる。
また、堆積体１７は、その後の加熱（焼結）による透明化工程を経てガラス母材を得、さらにそのガラス母材を線引きすることによって光ファイバを製造するために用いられるものであるが、ガラス微粒子の嵩密度が小さいと、同じ径のガラス母材を製造する場合、堆積体１７の径を大きくする必要があり、焼結炉の大きさの制限から、大きなガラス母材を製造できない、という問題も生じる。
このため、径方向に均質な嵩密度を有する堆積体１７を効率よく製造することが切望された。
製造装置１０を用いて、気相合成法により堆積体１７を製造する。具体的には、トラバース装置１６により出発ロッド１４を回転させながら上下に往復移動させる。また、バーナ１１でガラス微粒子を生成して出発ロッド１４に向けて吹き付ける。これにより出発ロッド１４の外周にはガラス微粒子が堆積し、堆積体１７が径方向に成長していく。このような製造方法において、従来、該堆積体１７の径の成長にしたがってバーナ１１を後退させ、該堆積体１７の表面とバーナ１１との間隔、または、ガラス原料の反応点（反応温度）をほぼ一定にする試みがなされた（前記特許文献１〜３）。このような気相合成法では、通常、反応容器１２内で出発ロッド１４を一定速度で回転させながら、ガラス微粒子を出発ロッド１４に堆積させている。この場合、堆積体１７の径の成長にしたがって、該堆積体１７の表面の周速度が速くなる。そうなると、該堆積体１７の表面とバーナ１１との間隔（距離）、または、ガラス原料の反応点（反応温度）がほぼ一定であったとしても、該堆積体１７の表面の単位面積あたりの火炎処理時間が少なくなり、その分、ガラス微粒子の堆積量も少なくなる。その結果として、図２のグラフに示す通り、前記径（横軸）の成長にしたがって、前記堆積体１７のガラス微粒子の嵩密度が小さくなる。なお、図２において、横軸０ｍｍの点は出発ロッド１４の表面位置を示し、横軸は、出発ロッド１４の表面からの距離を示す。
嵩密度が小さくなりすぎると、堆積体１７がその表面で割れやすくなる、という問題が生じる。また、嵩密度が大きく変動していると、その変動箇所でも堆積体１７が割れることもある。さらに、嵩密度が高すぎる箇所があると、その後の焼結に時間が掛かる、という問題も生じる。
また、堆積体１７は、その後の加熱（焼結）による透明化工程を経てガラス母材を得、さらにそのガラス母材を線引きすることによって光ファイバを製造するために用いられるものであるが、ガラス微粒子の嵩密度が小さいと、同じ径のガラス母材を製造する場合、堆積体１７の径を大きくする必要があり、焼結炉の大きさの制限から、大きなガラス母材を製造できない、という問題も生じる。
このため、径方向に均質な嵩密度を有する堆積体１７を効率よく製造することが切望された。
そこで、本発明者らは、先ず、該バーナと該堆積体との距離を変更し（５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ）、その距離を維持したままガラス微粒子堆積体を製造し、図２の結果を４パターン得、各々のパターンで、同じ半径となる位置の嵩密度の値から、図３のグラフに示す通り、該堆積体１７の表面と該バーナ１１の先端との距離（以下、単に「距離」とも称する）と、ガラス微粒子の嵩密度（以下、単に「嵩密度」とも称する）との関係を、堆積体の同じ半径の位置で結んでプロットした。なお、図３のグラフを求める際においては、該堆積体１７の回転数や火炎条件等は同一条件とした。また、図３に記載している半径の値は、出発ロッド１４の表面からの距離を示している。
そして、図４のグラフに示す通り、図３のグラフにその横軸と平行な線を引くことによって、嵩密度が径方向に同一（均質）になるためには、該堆積体１７の半径がどのくらいの時点で、前記距離がどのくらいあれば適切であるかを推測することができる。
例えば、嵩密度が径方向に均質に０．３ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を得るためには、堆積体１７の半径が５ｍｍの時点で前記距離を約１３０ｍｍとし、前記半径が３０ｍｍの時点で前記距離を約９７ｍｍとし、前記半径が６０ｍｍの時点で前記距離を約８０ｍｍとすればよいことが推測できる。
同様に、嵩密度が径方向に均質に０．４ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を得るためには、前記半径が５ｍｍの時点で前記距離を約１０５ｍｍとし、前記半径が３０ｍｍの時点で前記距離を約８０ｍｍとし、前記半径が６０ｍｍの時点で前記距離を約６０ｍｍとすればよいことが推測できる。
さらに、嵩密度が径方向に均質に０．２ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を得るためには、前記半径が５ｍｍの時点で前記距離を約１７０ｍｍとし、前記半径が３０ｍｍの時点で前記距離を約１２５ｍｍとし、前記半径が６０ｍｍの時点で前記距離を約１００ｍｍとすればよいことが推測できる。
例えば、嵩密度が径方向に均質に０．３ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を得るためには、堆積体１７の半径が５ｍｍの時点で前記距離を約１３０ｍｍとし、前記半径が３０ｍｍの時点で前記距離を約９７ｍｍとし、前記半径が６０ｍｍの時点で前記距離を約８０ｍｍとすればよいことが推測できる。
同様に、嵩密度が径方向に均質に０．４ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を得るためには、前記半径が５ｍｍの時点で前記距離を約１０５ｍｍとし、前記半径が３０ｍｍの時点で前記距離を約８０ｍｍとし、前記半径が６０ｍｍの時点で前記距離を約６０ｍｍとすればよいことが推測できる。
さらに、嵩密度が径方向に均質に０．２ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を得るためには、前記半径が５ｍｍの時点で前記距離を約１７０ｍｍとし、前記半径が３０ｍｍの時点で前記距離を約１２５ｍｍとし、前記半径が６０ｍｍの時点で前記距離を約１００ｍｍとすればよいことが推測できる。
以上のことから、嵩密度が径方向にそれぞれ同一（均質）に、０．２、０．３、０．４ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を得るためには、図５に示すとおり、堆積体１７の半径（横軸）が増大するに伴って、バーナ１１を堆積体１７から相対的に後退させながら、堆積体１７とバーナ１１との間の距離を、堆積開始に比べ、堆積終了時に短くすればよい。より好ましくは、堆積体１７の径の増加量に対する堆積体１７とバーナ１１との間の距離の変化率を、徐々に小さくすればよい。図５に示すとおり、嵩密度が０．２ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を例に挙げると、堆積体１７の半径が５ｍｍの時点で堆積体１７とバーナ１１との間の距離は１７０ｍｍであり、前記半径が３０ｍｍの時点で前記距離は１２５ｍｍである。このことから、半径が５ｍｍから３０ｍｍに成長する間は、堆積体１７の半径が２５ｍｍ成長するのに対し前記距離は４５ｍｍ短くなる。即ち、半径が５ｍｍから３０ｍｍの間は、堆積体１７の半径の成長１ｍｍ当たり、前記距離は１．８ｍｍの割合で短くなる。また、この堆積体１７の半径が６０ｍｍの時点で前記距離は１００ｍｍであることから、半径が３０ｍｍから６０ｍｍに成長する間は、堆積体１７の半径が３０ｍｍの成長に対し前記距離は２５ｍｍ短くなる。即ち、半径が３０ｍｍから６０ｍｍの間は、堆積体１７の半径の成長１ｍｍ当たり、前記距離は０．８４ｍｍの割合で短くなる。よって、堆積体１７の半径が大きくなるほど、堆積体１７とバーナ１１との間の距離の変化率は小さくなる。このようにすることにより、最終的に得られた堆積体１７は図６に示す通り、嵩密度が径方向に同一（均質）なものとなる。
また、堆積体１７がその表面で割れることや、堆積体１７の製造途中でガラス微粒子が剥離することを防止できる。
なお、図５及び６においても、横軸０ｍｍの点は出発ロッド１４の表面位置を示し、横軸は、出発ロッド１４の表面からの距離を示している。
また、堆積体１７がその表面で割れることや、堆積体１７の製造途中でガラス微粒子が剥離することを防止できる。
なお、図５及び６においても、横軸０ｍｍの点は出発ロッド１４の表面位置を示し、横軸は、出発ロッド１４の表面からの距離を示している。
嵩密度が径方向に均質に、それぞれ、０．４ｇ／ｃｍ３及び０．２ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を製造する場合には、上記の、嵩密度が径方向に均質に０．３ｇ／ｃｍ３である堆積体１７を製造する場合と同様の思想で製造すれば良い。
このようにして、本実施形態に基づき製造したガラス微粒子堆積体は、出発ロッドの表面からガラス微粒子堆積体の堆積面表面までの距離を１とした時、径方向の距離が１０％以上１００％以下の範囲における、径方向の嵩密度の変動率が５％以下であり、径方向に均質な嵩密度のガラス微粒子堆積体を得ることができる。径方向の嵩密度の変動率が５％以下であれば、ガラス微粒子堆積体が割れることも無い。
このようにして、本実施形態に基づき製造したガラス微粒子堆積体は、出発ロッドの表面からガラス微粒子堆積体の堆積面表面までの距離を１とした時、径方向の距離が１０％以上１００％以下の範囲における、径方向の嵩密度の変動率が５％以下であり、径方向に均質な嵩密度のガラス微粒子堆積体を得ることができる。径方向の嵩密度の変動率が５％以下であれば、ガラス微粒子堆積体が割れることも無い。
なお、「嵩密度」は、例えばオンラインで堆積体の外径を求め、オンラインで堆積体の重量も測定し、「増加重量／増加体積」で算出することができる。
また、径方向の嵩密度の「変動率」は、「変動の大きさ／平均嵩密度」で算出することができる。
また、径方向の嵩密度の「変動率」は、「変動の大きさ／平均嵩密度」で算出することができる。
次に、ガラス微粒子堆積体およびガラス母材の製造方法の手順について説明する。
〔堆積工程〕
上記の製造装置１０を用いて、ＯＶＤ法（外付け法）によってガラス微粒子の堆積を行い、ガラス微粒子堆積体１７を製造する。
〔堆積工程〕
上記の製造装置１０を用いて、ＯＶＤ法（外付け法）によってガラス微粒子の堆積を行い、ガラス微粒子堆積体１７を製造する。
〔透明化工程〕
次に、得られるガラス微粒子堆積体１７を不活性ガスと塩素ガスの混合雰囲気中で１１００℃に加熱した後、Ｈｅ雰囲気中で１５５０℃に加熱して透明ガラス母材を得る。
次に、得られるガラス微粒子堆積体１７を不活性ガスと塩素ガスの混合雰囲気中で１１００℃に加熱した後、Ｈｅ雰囲気中で１５５０℃に加熱して透明ガラス母材を得る。
〔各種製造条件〕
なお、上述した態様は、液体であったガラス原料をガス状態にしてバーナ１１から噴出するものであるが、ガラス原料をガス状態にしないで液体噴霧の状態でバーナ１１から噴出する態様としても良い。ガラス原料を液体噴霧の状態でバーナ１１から噴出する態様においては、バーナ１１の図示しない液体原料用ポートから噴出した液体原料に、図示しない噴出ガスポートから噴出したガスを当てることによって霧化する。前記噴出ガスポートから噴出させるガスとしては、例えば、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）等が挙げられ、それぞれ単体で、もしくは混合されて噴出される。
なお、上述した態様は、液体であったガラス原料をガス状態にしてバーナ１１から噴出するものであるが、ガラス原料をガス状態にしないで液体噴霧の状態でバーナ１１から噴出する態様としても良い。ガラス原料を液体噴霧の状態でバーナ１１から噴出する態様においては、バーナ１１の図示しない液体原料用ポートから噴出した液体原料に、図示しない噴出ガスポートから噴出したガスを当てることによって霧化する。前記噴出ガスポートから噴出させるガスとしては、例えば、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）等が挙げられ、それぞれ単体で、もしくは混合されて噴出される。
また、ガラス原料としては、上述した態様で酸化反応させてガラス微粒子を生成し得るものであれば、特に限定されない。例としては、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、シロキサン等が挙げられる。その中でもシロキサンは、ＳｉＣｌ４と比較して使用した結果、塩素等の腐食性のガスを発生することがなく、また燃焼性が高いため、ガラス微粒子堆積体の製造効率を高くすることができる点で好ましい。また、シロキサンの中でも、工業的に容易に入手でき、保管や取扱いも容易である点で、環状のものが好ましく、そのなかでもＯＭＣＴＳがより好ましい。
また、本実施形態では、説明の簡略化のため、図１のような、１基のバーナを備えた製造装置を用いたものであるが、必要に応じて複数基のバーナを備えたＭＭＤ法を適用することも可能である。
〔作用効果〕
以上説明した実施形態の方法によれば、単位体積当たりのガラス微粒子の堆積量の変動が抑えられ、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体を製造することができる。
以上説明した実施形態の方法によれば、単位体積当たりのガラス微粒子の堆積量の変動が抑えられ、径方向に均質な嵩密度を有するガラス微粒子堆積体を製造することができる。
１０：製造装置
１１：ガラス合成用バーナ
１２：反応容器
１３：排気管
１４：出発ロッド
１５：支持棒
１６：トラバース装置
１７：ガラス微粒子堆積体
２０：ガス供給装置
２１：ＭＦＣ
３０：制御装置
３１：移動用モータ
１１：ガラス合成用バーナ
１２：反応容器
１３：排気管
１４：出発ロッド
１５：支持棒
１６：トラバース装置
１７：ガラス微粒子堆積体
２０：ガス供給装置
２１：ＭＦＣ
３０：制御装置
３１：移動用モータ
Claims (6)
- 反応容器内にガラス合成用バーナと出発ロッドを配置して、前記ガラス合成用バーナに対して前記出発ロッドを軸方向に相対的に往復運動させ、前記ガラス合成用バーナで合成したガラス微粒子を前記出発ロッドに堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子堆積体の径が増大するに伴って、前記ガラス合成用バーナを前記ガラス微粒子堆積体から相対的に後退させながら、前記ガラス微粒子堆積体と前記ガラス合成用バーナとの間の距離を、堆積開始に比べ、堆積終了時に短くするガラス微粒子堆積体の製造方法。 - 前記ガラス微粒子堆積体の径が増大するに伴って、前記ガラス合成用バーナを前記ガラス微粒子堆積体から相対的に後退させながら、前記ガラス微粒子堆積体の径の増加量に対する前記ガラス微粒子堆積体と前記ガラス合成用バーナとの間の距離の変化率を、堆積開始からの時間経過に伴い徐々に小さくする、請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
- 前記ガラス合成用原料としてシロキサンを用いる請求項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。
- 前記シロキサンとしてオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を用いる請求項３に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
- 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の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を製造し、当該製造したガラス微粒子堆積体を加熱して透明なガラス母材を製造する透明化工程を有するガラス母材の製造方法。
- 出発ロッドの表面からガラス微粒子堆積体の堆積体表面までの距離を１とした時、径方向の前記距離が１０％以上１００％以下の範囲における、径方向の嵩密度の変動率が５％以下であるガラス微粒子堆積体。
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