WO2023112967A1 - ガラス母材の製造方法 - Google Patents

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WO2023112967A1
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glass
pipe
rod
starting
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裕基 井上
圭省 森田
崇広 斎藤
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住友電気工業株式会社
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B19/106—Forming solid beads by chemical vapour deposition; by liquid phase reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
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    • C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a glass base material.
  • This application claims priority based on Japanese Application No. 2021-202282 filed on December 14, 2021, and incorporates all the descriptions described in the Japanese Application.
  • Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a glass base material in which the relative movement speed between a starting rod and a burner is adjusted in order to suppress cracking of the glass particle deposit in the deposition step of depositing the glass particle deposit on the starting rod. is described.
  • the method for producing a glass base material of the present disclosure includes a fixing step of inserting and fixing the starting rod into the seed rod pipe so that the first end of the starting rod protrudes from the end of the seed rod pipe to manufacture the starting rod. and, after the fixing step, a depositing step of depositing the glass particles generated by the flame of the burner on the outer surface of the starting rod to produce a glass particle deposit, and after the depositing step, the starting rod, the seed rod pipe and the glass particles a cooling step of cooling the deposit; after the cooling step, a drawing step of drawing the starting rod from the seed rod pipe and the glass particulate deposit; after the drawing step, heating the glass particulate deposit to fabricate a transparent glass pipe.
  • a transparentization process and a solidification process of heating and solidifying the transparent glass pipe after the transparentization process are included.
  • the starting rod has a hollow portion that communicates with the outside.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a glass preform according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing the starting rod according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view explaining the fixing process.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the starting rod produced by the fixing process.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the film forming process.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the deposition process.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the cooling process.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the drawing process.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the transparentization process.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the etching process.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the solidification process.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the ratio B/A and manufacturing time.
  • FIG. 13 is a
  • An object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a glass base material that can shorten the manufacturing time.
  • a method for manufacturing a glass base material according to an embodiment of the present disclosure includes inserting and fixing a starting rod into a seed rod pipe such that a first end of the starting rod protrudes from an end of the seed rod pipe.
  • the glass particles generated by the flame of the burner are deposited on the outer surface of the starting rod to produce a glass particle deposit, and after the deposition step, the starting rod, seeds a cooling step of cooling the rod pipe and the glass particulate deposit; a drawing step of extracting the starting rod from the seed rod pipe and the glass particulate deposit after the cooling step; It includes a transparentization step of producing a glass pipe, and a solidification step of heating and solidifying the transparent glass pipe after the transparentization step.
  • the starting rod has a hollow portion that communicates with the outside.
  • the starting rod since the starting rod has a hollow portion communicating with the outside, the heat capacity can be made smaller than that of a solid starting rod. Therefore, the time required for the cooling step between the deposition step and the drawing step can be shortened. As a result, the manufacturing time can be shortened.
  • the ratio B/A between the outer diameter B and the inner diameter A of the starting rod may be 1.25 or more and 4.0 or less. If the ratio B/A is less than 1.25, the film becomes thin and easily cracks, making handling difficult. If the ratio B/A is greater than 4.0, the heat capacity cannot be sufficiently reduced due to the increased wall thickness. Moreover, even if the hollow portion is filled with a coolant, the cooling effect of the coolant is weakened. Therefore, the manufacturing time cannot be sufficiently shortened. When the ratio B/A is 1.25 or more and 4.0 or less, the starting rod can be easily handled and the manufacturing time can be sufficiently shortened.
  • the outer diameter of the starting rod may be 10 mm or more and 45 mm or less.
  • the starting rod since the starting rod has an outer diameter of 10 mm or more, it is possible to improve the adhesion efficiency of the glass microparticles adhering to the starting rod in the deposition step.
  • the larger the outer diameter of the starting rod the higher the adhesion efficiency of the glass microparticles.
  • the starting rod Since the starting rod has a hollow portion, even if the outer diameter of the starting rod increases, it is possible to suppress an increase in heat capacity of the starting rod and an increase in cooling time. Since the starting rod has an outer diameter of 45 mm or less, it can be solidified without undergoing a diameter reduction process. As described above, it is possible to further shorten the manufacturing time.
  • the cooling step may include a step of filling the hollow portion with a coolant.
  • a coolant since the starting rod and the glass particle deposit can be cooled from the inside of the starting rod by the filled coolant, the cooling time can be further shortened.
  • the coolant causes the starting rod to shrink, weakening the adhesion to the glass particle deposit, so that the starting rod can be easily pulled out. Therefore, cracking of the glass particulate deposit can be suppressed in the drawing process.
  • the cooling step may include a step of circulating a coolant inside the hollow portion.
  • the coolant can cool the starting rod and the glass particle deposit from the inside of the starting rod, so that the cooling time can be further shortened.
  • the circulating coolant causes the starting rod to shrink, weakening the adhesion with the glass particle deposit, so that the starting rod can be easily pulled out. Therefore, cracking of the glass particulate deposit can be suppressed in the drawing process.
  • the effect of shortening the cooling time and the effect of suppressing cracking of the deposited glass particles are higher than in the case of filling the hollow portion with a coolant.
  • An opening communicating with the hollow portion may be formed in the second end of the starting rod.
  • the hollow portion can be filled with a coolant through the opening.
  • the coolant can be circulated in the hollow portion through the opening.
  • Openings communicating with the hollow portion may be formed at both ends of the starting rod. In this case, the coolant can easily flow through the hollow portion from one opening to the other opening.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a glass preform according to an embodiment.
  • the method for manufacturing a glass base material according to the embodiment includes a fixing step S1, a film forming step S2, a depositing step S3, a cooling step S4, a drawing step S5, and a transparentizing step S6. , an etching step S7 and a solidifying step S8.
  • a glass base material is manufactured by sequentially performing these steps S1 to S8.
  • the glass preform is, for example, an optical fiber preform for producing an optical fiber by drawing, or a core preform that becomes the core portion of the optical fiber preform.
  • FIG. 2 is a plan view showing the starting rod according to the embodiment.
  • the starting rod 1 used in the method for manufacturing a glass preform according to the embodiment has a hollow portion S communicating with the outside.
  • the starting rod 1 has a first axial end 1a (tip) and a second axial end 1b.
  • An opening 1c communicating with the hollow portion S is formed in the second end portion 1b.
  • the hollow portion S extends along the axial direction of the starting rod 1 .
  • the starting rod 1 is a so-called blind hole-shaped pipe member with a first end 1a closed and a second end 1b open.
  • the starting rod 1 is made of a refractory material such as alumina, glass, refractory ceramics, or carbon.
  • the length of the starting rod 1 is, for example, 1000 mm or more and 1600 mm or less.
  • the starting rod 1 has a circular cross section.
  • the starting rod 1 has a tapered shape in which the outer diameter B gradually decreases toward the first end 1a.
  • the outer diameter B of the starting rod 1 has a minimum value (minimum outer diameter) at the first end 1a and a maximum value (maximum outer diameter) at the second end 1b.
  • the minimum outer diameter is, for example, 10 mm or more and 40 mm or less.
  • the maximum outer diameter is, for example, 15 mm or more and 45 mm or less. Therefore, the outer diameter B is, for example, 10 mm or more and 45 mm or less.
  • the hollow portion S has a circular cross section.
  • the hollow portion S is arranged so as to be concentric with the starting rod 1 in a cross section orthogonal to the axial direction.
  • the hollow portion S has a straight shape with a constant diameter (that is, the inner diameter A of the starting rod 1) over the entire axial direction.
  • a ratio B/A between the outer diameter B and the inner diameter A of the starting rod 1 is 1.25 or more and 4.0 or less. Since the hollow portion S has a straight shape, the thickness of the starting rod 1 gradually decreases toward the first end portion 1a. That is, the starting rod 1 has a smaller heat capacity and a higher cooling capacity toward the first end 1a.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view explaining the fixing process.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the starting rod produced by the fixing process.
  • the seed rod pipe 2 shown in FIG. 3 is made of quartz glass.
  • the seed rod pipe 2 has an outer diameter of 20 mm or more and 60 mm or less.
  • the inner diameter of the seed rod pipe 2 is 9.8 mm or more and 40 mm or less.
  • the hollow portion of the seed rod pipe 2 penetrates the seed rod pipe 2 in the axial direction.
  • the fixing step S1 the starting rod 1 is inserted into the seed rod pipe 2 and fixed so that the first end 1a of the starting rod 1 protrudes from the end 2a of the seed rod pipe 2.
  • This produces a starting rod 10 comprising a starting rod 1 and a seed rod pipe 2, as shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the film forming process.
  • the film forming step S2 is performed after the fixing step S1.
  • a burner is applied to the outer surface of the portion including the first end 1a of the starting rod 1 and protruding from the end 2a of the seed rod pipe 2.
  • a carbon coating 3 is formed by flames from 20 .
  • Burner 20 is, for example, a city gas burner or an acetylene burner.
  • the film forming step S2 is performed while rotating the starting rod 10 around the axial direction of the starting rod 1 and reciprocating the starting rod 10 and the burner 20 relative to each other along the axial direction of the starting rod 1 .
  • illustration of the carbon coating 3 is omitted.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view explaining the deposition process.
  • the deposition step S3 is performed after the film formation step S2.
  • the glass particles generated by the oxyhydrogen flame from the burner 21 are deposited on the outer surface (peripheral surface) of the starting rod 10 to produce the glass particle deposit 4.
  • a glass fine particle deposit 4 is produced from the first end 1 a of the starting rod 1 to part of the seed rod pipe 2 .
  • a burner 21 is arranged to the side of the starting rod 10 to form an oxyhydrogen flame. Glass particulates are produced from the frit gas within this oxyhydrogen flame.
  • the starting rod 10 is rotated around the axial direction of the starting rod 1, and the starting rod 10 and the burner 21 are relatively reciprocated along the axial direction of the starting rod 1 (reciprocating traverse). done.
  • the glass particle deposit 4 is made of porous glass.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view explaining the cooling process.
  • a cooling step S4 is performed after the deposition step S3. As shown in FIG. 7, in the cooling step S4, the starting rod 1, the seed rod pipe 2 and the glass particle deposit 4 are cooled. In the cooling step S4, it is particularly necessary to cool the portion where the starting rod 1 is in contact with the glass particle deposit 4. Since the starting rod 1 has a higher cooling capacity toward the first end 1a, the portion of the starting rod 1 in contact with the glass particle deposit 4 is cooled more than the portion of the starting rod 1 in contact with the seed rod pipe 2. Cheap.
  • the cooling step S4 may include a filling step of filling the hollow portion S of the starting rod 1 with refrigerant.
  • the coolant is, for example, a gas such as nitrogen gas or a liquid such as liquid nitrogen.
  • the coolant is injected into the hollow portion S through the opening 1c and filled in the hollow portion S. As shown in FIG.
  • the filling step can further shorten the cooling time.
  • the cooling step S4 may include a circulation step of circulating the refrigerant in the hollow portion S of the starting rod 1 .
  • the coolant can be circulated in the hollow portion S by continuously injecting the coolant into the hollow portion S from the opening 1c.
  • the closed port side of the starting rod 1 may also be opened to function as an outflow port for the refrigerant.
  • the cooling time can be further shortened by the distribution process.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view explaining the drawing process.
  • the drawing step S5 is performed after the cooling step S4.
  • the starting rod 1 is drawn from the seed rod pipe 2 and the glass particle deposit 4.
  • the seed rod pipe 2 and the glass particle deposit 4 remain fixed to each other.
  • a carbon coating 3 (see FIG. 2) is formed on the outer surface of the starting rod 1 by the coating forming step S2. Therefore, when the starting rod 1 is pulled out in the pulling step S5, the inner surface of the central hole of the glass particle deposit 4 is prevented from being damaged.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the transparentization process.
  • the transparentizing step S6 is performed after the drawing step S5.
  • the glass particle deposit 4 is placed inside a heating furnace 22 into which He gas or Cl 2 gas is introduced, together with the integrated seed rod pipe 2. , is heated by the heater 23 .
  • a transparent glass pipe 5 (see FIG. 10) is produced.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the etching process.
  • the etching step S7 is performed after the transparentization step S6.
  • the transparent glass pipe 5 is placed inside a heating furnace (not shown), SF6 gas is introduced into the center hole, and the heater 24 heats the center hole.
  • the inner surface is vapor-phase etched.
  • the heating furnace is, for example, of a horizontal type, and the transparent glass pipe 5 is arranged so that the axial direction is along the horizontal direction.
  • SF 6 gas is introduced into the central hole from a pipe 25 attached to the tip of the transparent glass pipe 5 .
  • the etching step S7 is performed while moving the heater 24 from the tip of the transparent glass pipe 5 toward the seed rod pipe 2 side.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the solidifying process.
  • the solidifying step S8 is performed after the etching step S7. As shown in FIG. 11, the solidifying step S8 is performed, for example, while being placed inside the same heating furnace (not shown) as the etching step S7.
  • the pressure inside the transparent glass pipe 5 is reduced and the inside of the transparent glass pipe 5 is heated by the heater 24 to solidify the transparent glass pipe 5. As shown in FIG. Thereby, a solid glass base material 6 is manufactured.
  • evacuation is performed through the pipe 25 attached to the tip of the transparent glass pipe 5, and the heater 24 is moved from the tip of the transparent glass pipe 5 toward the seed rod pipe 2 along the axial direction. It is done while
  • the starting rod 1 since the starting rod 1 has the hollow portion S communicating with the outside, the heat capacity can be made smaller than that of a solid starting rod. Therefore, the time required for the cooling step S4 performed between the deposition step S1 and the drawing step S5 can be shortened to about half of that in the prior art. As a result, according to the method for manufacturing a glass base material according to the embodiment, it is possible to shorten the manufacturing time.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the ratio B/A and manufacturing time.
  • the horizontal axis represents the ratio B/A between the outer diameter B and the inner diameter A of the starting rod 1 .
  • the vertical axis indicates the time from the fixing step S1 to the solidification step S8, that is, the manufacturing time required for manufacturing the glass base material.
  • the smaller the ratio B/A the thinner the starting rod 1 and the smaller the heat capacity. Therefore, as shown in FIG. 12, the manufacturing time can be shortened.
  • the ratio B/A is 4.0 or less, the manufacturing time can be sufficiently shortened.
  • the ratio B/A is less than 1.25, the starting rod 1 becomes thin and easily cracks.
  • the ratio B/A is 1.25 or more, handling of the starting rod 1 is facilitated.
  • the manufacturing time increases. This is because when the diameter of the central hole of the transparent glass pipe 5 exceeds 45 mm, it is necessary to perform a diameter reduction step before the solidifying step S8. Since the outer diameter B of the starting rod 1 is 45 mm or less, there is no need to perform such a two-step solidification step S7, and the manufacturing time can be shortened.
  • the hollow portion S has a straight shape in the present embodiment, it does not have to be straight.
  • the hollow portion S may have a tapered shape in which the diameter (that is, the inner diameter A of the starting rod 1) gradually decreases toward the first end portion 1a. In this case, since the wall thickness of the starting rod 1 can be uniformly thinned, the heat capacity of the starting rod 1 can be further reduced.
  • the opening 1c is formed only at the second end 1b and the first end 1a is closed, but the opening 1c is formed only at the first end 1a and is closed at the second end 1a.
  • the end 1b may be closed.
  • the opening 1c may be provided on the outer surface of the starting rod 1. As shown in FIG.
  • FIG. 13 is a plan view showing a starting rod according to a modification.
  • the openings 1c may be formed at the first axial end 1a and the second axial end 1b, respectively. That is, the hollow portion S may pass through the starting rod 1 in the axial direction. That is, the hollow portion S may be a through hole.
  • the number of hollow portions S is one in the above embodiment, it may be two or more.
  • the plurality of hollow portions S may be spaced apart from each other and may each have a circular cross-sectional shape, or may have a sector shape that is combined to form a circular shape. good too.
  • the outer diameter B of the starting rod 1 can be increased while maintaining the strength of the starting rod 1 .
  • the plurality of hollow portions S may be independent of each other, or may be provided so as to communicate with each other.
  • the plurality of hollow portions S may be spaced apart from each other in the axial direction.
  • the coolant can flow in one direction from the second end portion 1b toward the first end portion 1a.
  • the coolant can be efficiently circulated in the hollow portion S compared to the case where only one opening 1c is formed. Therefore, the time required for the cooling step S4 can be further shortened.
  • the manufacturing method according to the above embodiment includes the film forming step S2, but may not include the film forming step S2.

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Abstract

ガラス母材の製造方法は、出発棒の第１の端部が種棒パイプの端部から突出するように出発棒を種棒パイプに挿入し固定して出発ロッドを作製する固定工程と、固定工程の後に、バーナの火炎によって生成したガラス微粒子を出発ロッドの外側面に堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程と、堆積工程の後に、出発棒、種棒パイプ及びガラス微粒子堆積体を冷却する冷却工程と、冷却工程の後に、出発棒を種棒パイプ及びガラス微粒子堆積体から引き抜く引抜工程と、引抜工程の後に、ガラス微粒子堆積体を加熱して透明ガラスパイプを作製する透明化工程と、透明化工程の後に、透明ガラスパイプを加熱して中実化する中実化工程と、を含む。出発棒は、外部と連通された中空部を備える。

Description

ガラス母材の製造方法
　本開示は、ガラス母材の製造方法に関する。本出願は、２０２１年１２月１４日出願の日本出願第２０２１－２０２２８２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。
　特許文献１には、出発ロッドにガラス微粒子堆積体を堆積させる堆積工程において、ガラス微粒子堆積体の割れを抑制するために、出発ロッドとバーナとの相対移動速度を調整するガラス母材の製造方法が記載されている。
特開２０１５－９１７５１号公報
　本開示のガラス母材の製造方法は、出発棒の第１の端部が種棒パイプの端部から突出するように出発棒を種棒パイプに挿入し固定して出発ロッドを作製する固定工程と、固定工程の後に、バーナの火炎によって生成したガラス微粒子を出発ロッドの外側面に堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程と、堆積工程の後に、出発棒、種棒パイプ及びガラス微粒子堆積体を冷却する冷却工程と、冷却工程の後に、出発棒を種棒パイプ及びガラス微粒子堆積体から引き抜く引抜工程と、引抜工程の後に、ガラス微粒子堆積体を加熱して透明ガラスパイプを作製する透明化工程と、透明化工程の後に、透明ガラスパイプを加熱して中実化する中実化工程と、を含む。出発棒は、外部と連通された中空部を備える。
図１は、実施形態に係るガラス母材の製造方法を示すフローチャートである。 図２は、実施形態に係る出発棒を示す平面図である。 図３は、固定工程を説明する断面図である。 図４は、固定工程により作製された出発ロッドを示す断面図である。 図５は、被膜形成工程を説明する断面図である。 図６は、堆積工程を説明する断面図である。 図７は、冷却工程を説明する断面図である。 図８は、引抜工程を説明する断面図である。 図９は、透明化工程を説明する断面図である。 図１０は、エッチング工程を説明する断面図である。 図１１は、中実化工程を説明する断面図である。 図１２は、比Ｂ／Ａと製造時間との関係を示すグラフである。 図１３は、変形例に係る出発棒を示す平面図である。
［本開示が解決しようとする課題］
　特許文献１に開示されたガラス母材の製造方法では、堆積工程と引抜工程との間において、冷却する時間を設ける必要があり、製造時間（リードタイム）が増加するおそれがある。
　本開示は、製造時間の短縮を図ることができるガラス母材の製造方法を提供することを目的とする。
［本開示の効果］
　本開示によれば、製造時間の短縮を図ることができるガラス母材の製造方法を提供することができる。
［本開示の実施態様の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の一実施態様に係るガラス母材の製造方法は、出発棒の第１の端部が種棒パイプの端部から突出するように出発棒を種棒パイプに挿入し固定して出発ロッドを作製する固定工程と、固定工程の後に、バーナの火炎によって生成したガラス微粒子を出発ロッドの外側面に堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程と、堆積工程の後に、出発棒、種棒パイプ及びガラス微粒子堆積体を冷却する冷却工程と、冷却工程の後に、出発棒を種棒パイプ及びガラス微粒子堆積体から引き抜く引抜工程と、引抜工程の後に、ガラス微粒子堆積体を加熱して透明ガラスパイプを作製する透明化工程と、透明化工程の後に、透明ガラスパイプを加熱して中実化する中実化工程と、を含む。出発棒は、外部と連通された中空部を備える。
　このガラス母材の製造方法では、出発棒は外部と連通された中空部を備えるので、中実の出発棒よりも熱容量を小さくすることができる。したがって、堆積工程と引抜工程との間に行われる冷却工程にかかる時間を短縮することができる。この結果、製造時間の短縮を図ることができる。
　出発棒の外径Ｂと内径Ａとの比Ｂ／Ａは、１．２５以上４．０以下であってもよい。比Ｂ／Ａが１．２５より小さいと、肉薄になることで割れやすくなり、取り回しが困難になる。比Ｂ／Ａが４．０より大きいと、肉厚になることで熱容量を十分に小さくすることができない。また、仮に中空部内に冷媒が充填されても、冷媒による冷却効果が薄れる。よって、製造時間を十分に短縮することができない。比Ｂ／Ａが１．２５以上４．０以下であることにより、出発棒の取り回しが容易となり、かつ、製造時間を十分に短縮することができる。
　出発棒の外径は、１０ｍｍ以上４５ｍｍ以下であってもよい。この場合、出発棒の外径が１０ｍｍ以上であるため、堆積工程において、ガラス微粒子が出発ロッドに付着する付着効率を向上させることができる。ガラス微粒子の付着効率は、出発棒の外径が大きいほど高い。出発棒は中空部を備えるので、出発棒の外径が増加しても、出発棒の熱容量の増加を抑制し、冷却時間の増加を抑制することができる。出発棒の外径が４５ｍｍ以下であるため、縮径工程を経ずに、中実化することができる。以上により、製造時間の短縮を更に図ることができる。
　冷却工程は、中空部内に冷媒を充填する工程を含んでもよい。この場合、充填された冷媒により出発棒の内部から出発棒及びガラス微粒子堆積体を冷却することができるので、冷却時間の短縮を更に図ることができる。加えて、冷媒により出発棒が収縮し、ガラス微粒子堆積体との密着が弱くなるので、出発棒を容易に引き抜くことができる。よって、引抜工程においてガラス微粒子堆積体の割れを抑制することができる。
　冷却工程は、中空部内に冷媒を流通させる工程を含んでもよい。この場合、冷媒により出発棒の内部から出発棒及びガラス微粒子堆積体を冷却することができるので、冷却時間の更なる短縮を図ることができる。加えて、流通する冷媒により出発棒が収縮し、ガラス微粒子堆積体との密着が弱くなるので、出発棒を容易に引き抜くことができる。よって、引抜工程においてガラス微粒子堆積体の割れを抑制することができる。冷却時間の短縮効果、及びガラス微粒子堆積体の割れ抑制効果は、冷媒を中空部内に充填する場合よりも高い。
　出発棒の第２の端部には、中空部と連通する開口が形成されていてもよい。この場合、例えば、開口を通じて中空部内に冷媒を充填することができる。また、開口を通じて中空部内に冷媒を流通させることができる。
　出発棒の両端には、中空部と連通する開口がそれぞれ形成されていてもよい。この場合、一方の開口から他方の開口へと中空部内に容易に冷媒を流通させることができる。
［本開示の実施形態の詳細］
　本開示のガラス母材の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明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及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。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、実施形態に係るガラス母材の製造方法を示すフローチャートである。図１に示されるように、実施形態に係るガラス母材の製造方法は、固定工程Ｓ１と、被膜形成工程Ｓ２と、堆積工程Ｓ３と、冷却工程Ｓ４、引抜工程Ｓ５と、透明化工程Ｓ６と、エッチング工程Ｓ７と、中実化工程Ｓ８とを含む。ガラス母材は、これらの工程Ｓ１から工程Ｓ８が順に行われることにより製造される。ガラス母材は、例えば、線引により光ファイバを製造するための光ファイバ母材、または、光ファイバ母材のコア部となるコア母材である。
　図２は、実施形態に係る出発棒を示す平面図である。図２に示されるように、実施形態に係るガラス母材の製造方法で用いられる出発棒１は、外部と連通された中空部Ｓを備える。出発棒１は、軸方向の第１の端部１ａ（先端）及び第２の端部１ｂを有している。第２の端部１ｂには、中空部Ｓと連通する開口１ｃが形成されている。中空部Ｓは、出発棒１の軸方向に沿って延在している。出発棒１は、第１の端部１ａが閉塞され、第２の端部１ｂが開放された、いわゆる止まり穴形状のパイプ材である。
　出発棒１は、例えば、アルミナ、ガラス、耐火性セラミックス、または、カーボンなどの耐火性材料からなる。出発棒１の長さは、例えば、１０００ｍｍ以上１６００ｍｍ以下である。出発棒１は、断面円形状を有している。出発棒１は、第１の端部１ａに向かうにつれて、外径Ｂが徐々に小さくなる先窄まりのテーパ形状を有している。
　出発棒１の外径Ｂは、第１の端部１ａで最小値（最小外径）となり、第２の端部１ｂで最大値（最大外径）となる。最小外径は、例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。最大外径は、例えば、１５ｍｍ以上４５ｍｍ以下である。よって、外径Ｂは、例えば、１０ｍｍ以上４５ｍｍ以下である。
　中空部Ｓは、断面円形状を有している。軸方向に直交する断面において、中空部Ｓは出発棒１と同心となるように配置されている。本実施形態では、中空部Ｓは、直径（すなわち、出発棒１の内径Ａ）が軸方向の全体にわたって一定であるストレート形状を有している。出発棒１の外径Ｂと内径Ａとの比Ｂ／Ａは、１．２５以上４．０以下である。中空部Ｓがストレート形状を有しているので、出発棒１の肉厚は、第１の端部１ａに向かうにつれて、徐々に薄くなっている。つまり、第１の端部１ａほど出発棒１の熱容量が小さく、冷却能力が高い。
　図３は、固定工程を説明する断面図である。図４は、固定工程により作製された出発ロッドを示す断面図である。図３に示される種棒パイプ２は、石英ガラスからなる。種棒パイプ２の外径は、２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。種棒パイプ２の内径は、９．８ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。種棒パイプ２の中空部は、種棒パイプ２を軸方向に貫通している。固定工程Ｓ１では、出発棒１の第１の端部１ａが種棒パイプ２の端部２ａから突出するように出発棒１を種棒パイプ２に挿入し固定する。これにより、図４に示されるように、出発棒１及び種棒パイプ２を備える出発ロッド１０が作製される。
　図５は、被膜形成工程を説明する断面図である。被膜形成工程Ｓ２は、固定工程Ｓ１の後に行われる。図５に示されるように、被膜形成工程Ｓ２では、出発棒１の第１の端部１ａを含む部分であって、種棒パイプ２の端部２ａから突出している部分の外側面に、バーナ２０からの火炎によってカーボン被膜３を形成する。バーナ２０は、例えば、都市ガスバーナまたはアセチレンバーナである。被膜成形工程Ｓ２は、出発ロッド１０を出発棒１の軸方向周りに回転させるとともに、出発棒１の軸方向に沿って、出発ロッド１０とバーナ２０とを相対的に往復運動させながら行われる。図５以外の図面では、カーボン被膜３の図示が省略されている。
　図６は、堆積工程を説明する断面図である。堆積工程Ｓ３は、被膜形成工程Ｓ２の後に行われる。図６に示されるように、堆積工程Ｓ３では、バーナ２１からの酸水素火炎によって生成したガラス微粒子を、出発ロッド１０の外側面（外周面）に堆積させてガラス微粒子堆積体４を作製する。ガラス微粒子堆積体４は、出発棒１の第１の端部１ａから種棒パイプ２の一部にわたって作製される。バーナ２１は、出発ロッド１０の側方に配置されて酸水素火炎を形成する。ガラス微粒子は、この酸水素火炎内でガラス原料ガスから生成される。堆積工程Ｓ３は、出発ロッド１０を出発棒１の軸方向周りに回転させるとともに、出発棒１の軸方向に沿って、出発ロッド１０とバーナ２１とを相対的に往復運動（往復トラバース）させながら行われる。ガラス微粒子堆積体４は、多孔質ガラスからなる。
　図７は、冷却工程を説明する断面図である。冷却工程Ｓ４は、堆積工程Ｓ３の後に行われる。図７に示されるように、冷却工程Ｓ４では、出発棒１、種棒パイプ２及びガラス微粒子堆積体４を冷却する。冷却工程Ｓ４では、特に、出発棒１がガラス微粒子堆積体４と接する部分を冷却する必要がある。出発棒１は、第１の端部１ａに向かうほど高い冷却能力を有するので、出発棒１がガラス微粒子堆積体４と接する部分は、出発棒１が種棒パイプ２と接する部分よりも冷却されやすい。
　冷却工程Ｓ４は、出発棒１の中空部Ｓ内に冷媒を充填する充填工程を含んでもよい。冷媒は、例えば、窒素ガス等の気体、または、液体窒素等の液体である。冷媒は、開口１ｃから中空部Ｓに注入され、中空部Ｓに充填される。充填工程により、冷却時間を一層短縮することができる。また、冷却工程Ｓ４は、出発棒１の中空部Ｓ内に冷媒を流通させる流通工程を含んでもよい。開口１ｃから中空部Ｓに冷媒を注入し続けることにより、冷媒を中空部Ｓ内で流通させることができる。この場合、出発棒１の閉塞口側も開口し、冷媒の流出口として機能させてもよい。流通工程により、冷却時間をより一層短縮することができる。
　図８は、引抜工程を説明する断面図である。引抜工程Ｓ５は、冷却工程Ｓ４の後に行われる。図８に示されるように、引抜工程Ｓ５では、出発棒１を種棒パイプ２及びガラス微粒子堆積体４から引き抜く。このとき、種棒パイプ２及びガラス微粒子堆積体４は互いに固定されたままである。本実施形態では、被膜形成工程Ｓ２により、カーボン被膜３（図２参照）が出発棒１の外側面に形成されている。このため、引抜工程Ｓ５で出発棒１が引き抜かれる際に、ガラス微粒子堆積体４の中心孔の内側面に傷がつくことが抑制される。
　図９は、透明化工程を説明する断面図である。透明化工程Ｓ６は、引抜工程Ｓ５の後に行われる。図９に示されるように、透明化工程Ｓ６では、ガラス微粒子堆積体４を、一体となっている種棒パイプ２とともに、ＨｅガスやＣｌ２ガスが導入された加熱炉２２の内部に配置し、ヒータ２３により加熱する。これにより、透明ガラスパイプ５（図１０参照）が作製される。
　図１０は、エッチング工程を説明する断面図である。エッチング工程Ｓ７は、透明化工程Ｓ６の後に行われる。図１０に示されるように、エッチング工程Ｓ７では、透明ガラスパイプ５を加熱炉（不図示）の内部に配置し、中心孔にＳＦ６ガスを導入するとともに、ヒータ２４により加熱し、中心孔の内側面を気相エッチングする。加熱炉は、例えば横型であり、透明ガラスパイプ５は、軸方向が水平方向に沿うように配置される。ＳＦ６ガスは、透明ガラスパイプ５の先端に取り付けた配管２５から中心孔に導入される。エッチング工程Ｓ７は、ヒータ２４を、透明ガラスパイプ５の先端から種棒パイプ２側に向かって移動させながら行われる。
　図１１は、中実化工程を説明する断面図である。中実化工程Ｓ８は、エッチング工程Ｓ７の後に行われる。図１１に示されるように、中実化工程Ｓ８は、例えば、エッチング工程Ｓ７と同じ加熱炉（不図示）の内部に配置されたまま行われる。中実化工程Ｓ８では、透明ガラスパイプ５の内部を減圧するとともに、ヒータ２４により加熱し、透明ガラスパイプ５を中実化する。これにより、中実のガラス母材６が製造される。中実化工程Ｓ８は、透明ガラスパイプ５の先端に取り付けた配管２５を通じて真空排気を行うとともに、ヒータ２４を、透明ガラスパイプ５の先端から種棒パイプ２側に向かって軸方向に沿って移動させながら行われる。
　以上説明したように、出発棒１は外部と連通された中空部Ｓを備えるので、中実な出発棒よりも熱容量を小さくすることができる。したがって、堆積工程Ｓ１と引抜工程Ｓ５との間に行われる冷却工程Ｓ４にかかる時間を、従来技術に比べて半分程度にまで短縮することができる。この結果、実施形態に係るガラス母材の製造方法によれば、製造時間の短縮を図ることができる。
　図１２は、比Ｂ／Ａと製造時間との関係を示すグラフである。横軸は、出発棒１の外径Ｂと内径Ａとの比Ｂ／Ａを示す。縦軸は、固定化工程Ｓ１から中実化工程Ｓ８までの時間、すなわち、ガラス母材の製造にかかる製造時間を示す。比Ｂ／Ａが小さいほど、出発棒１が肉薄となり、熱容量が小さくなるので、図１２に示されるように、製造時間を短縮することができる。比Ｂ／Ａが４．０以下であることにより、製造時間を十分に短縮することができる。ただし、比Ｂ／Ａが１．２５より小さいと、出発棒１が肉薄となることで割れやすい。比Ｂ／Ａが１．２５以上であることにより、出発棒１の取り回しが容易となる。
　出発棒１の外径Ｂの最大値が４５ｍｍを超えると、製造時間が増加する。これは、透明ガラスパイプ５の中心孔の直径が４５ｍｍを超えると、中実化工程Ｓ８の前に縮径工程を行う必要となるためである。出発棒１の外径Ｂは４５ｍｍ以下であるため、このような二段階の中実化工程Ｓ７を行う必要がなく、製造時間を短縮することができる。
　本開示は上記実施形態に限定されない。
　上記本実施形態では、中空部Ｓは、ストレート形状を有しているが、ストレート形状でなくてもよい。中空部Ｓは、第１の端部１ａに向かうにつれて、直径（すなわち、出発棒１の内径Ａ）が徐々に小さくなる先窄まりのテーパ形状を有していてもよい。この場合、出発棒１の肉厚を均一に薄くすることができるので、出発棒１の熱容量を更に小さくすることができる。
　上記本実施形態では、開口１ｃは第２の端部１ｂのみに形成され、第１の端部１ａは閉塞されているが、開口１ｃは第１の端部１ａのみに形成され、第２の端部１ｂは閉塞されていてもよい。また、開口１ｃは、出発棒１の外側面に設けられていてもよい。
　図１３は、変形例に係る出発棒を示す平面図である。図１３に示されるように、変形例に係る出発棒１Ａでは、開口１ｃは軸方向の第１の端部１ａ及び第２の端部１ｂにそれぞれ形成されていてもよい。すなわち、中空部Ｓは、出発棒１を軸方向に貫通していてもよい。つまり、中空部Ｓは貫通孔であってもよい。
　上記実施形態では、中空部Ｓの数は１つであるが、２つ以上であってもよい。例えば、軸方向に直交する断面において、複数の中空部Ｓは、互いに離隔して配置され、それぞれ断面円形状を有していてもよいし、組み合わされて円形状となる扇形を有していてもよい。この場合、出発棒１の強度を保ちながら、出発棒１の外径Ｂを大きくすることができる。複数の中空部Ｓは、互いに独立していてもよいし、互いに連通可能に設けられていてもよい。複数の中空部Ｓは、軸方向で互いに離隔して配置されていてもよい。
　中空部Ｓが出発棒１を軸方向に貫通している場合、例えば、第２の端部１ｂから第１の端部１ａに向かって一方向で冷媒を流通させることができる。この場合、開口１ｃが１つしか形成されていない場合に比べて、中空部Ｓ内に冷媒を効率よく流通させることができる。よって、冷却工程Ｓ４にかかる時間を更に短縮することができる。
　上記実施形態に係る製造方法は、被膜形成工程Ｓ２を含むが、被膜形成工程Ｓ２を含まなくてもよい。
　上記実施形態と上記変形した例とは、適宜組み合わされてもよい。
１，１Ａ…出発棒
１ａ…第１の端部
１ｂ…第２の端部
１ｃ…開口
２…種棒パイプ
２ａ…端部
３…カーボン被膜
４…ガラス微粒子堆積体
５…透明ガラスパイプ
６…ガラス母材
１０…出発ロッド
２０…バーナ
２１…バーナ
２２…加熱炉
２３…ヒータ
２４…ヒータ
２５…配管
Ａ…内径
Ｂ…外径
Ｓ…中空部

 

Claims (7)

  1. 　出発棒の第１の端部が種棒パイプの端部から突出するように前記出発棒を前記種棒パイプに挿入し固定して出発ロッドを作製する固定工程と、
    　前記固定工程の後に、バーナの火炎によって生成したガラス微粒子を前記出発ロッドの外側面に堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程と、
    　前記堆積工程の後に、前記出発棒、前記種棒パイプ及び前記ガラス微粒子堆積体を冷却する冷却工程と、
    　前記冷却工程の後に、前記出発棒を前記種棒パイプ及び前記ガラス微粒子堆積体から引き抜く引抜工程と、
    　前記引抜工程の後に、前記ガラス微粒子堆積体を加熱して透明ガラスパイプを作製する透明化工程と、
    　前記透明化工程の後に、前記透明ガラスパイプを加熱して中実化する中実化工程と、
    を含み、
    　前記出発棒は、外部と連通された中空部を備える、
    　ガラス母材の製造方法。
  2. 　前記出発棒の外径Ｂと内径Ａとの比Ｂ／Ａは、１．２５以上４．０以下である、
    　請求項１に記載のガラス母材の製造方法。
  3. 　前記出発棒の外径は、１０ｍｍ以上４５ｍｍ以下である、
    　請求項１または請求項２に記載のガラス母材の製造方法。
  4. 　前記冷却工程は、前記中空部内に冷媒を充填する工程を含む、
    　請求項１から請求項３の何れか一項に記載のガラス母材の製造方法。
  5. 　前記冷却工程は、前記中空部内に冷媒を流通させる工程を含む、
    　請求項１から請求項３の何れか一項に記載のガラス母材の製造方法。
  6. 　前記出発棒の第２の端部には、前記中空部と連通する開口が形成されている、
    　請求項１から請求項５の何れか一項に記載のガラス母材の製造方法。
  7. 　前記出発棒の両端には、前記中空部と連通する開口がそれぞれ形成されている、
    　請求項１から請求項６の何れか一項に記載のガラス母材の製造方法。

     
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