JP4434083B2

JP4434083B2 - ガラス微粒子堆積体の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP4434083B2
Application number: JP2005172432A
Authority: JP
Inventors: 利巳幅崎; 智哉鈴木; 充高城
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2025-06-13
Also published as: JP2006347780A

Description

本発明は、出発材に燃焼ガス及びガラス原料を吹き付けて堆積させてガラス微粒子堆積体を製造する製造装置及び製造方法に関するものである。

一般に、コアとクラッドよりなる光ファイバは、光ファイバ用の多孔質ガラス微粒子堆積体を加熱して脱水・焼結させた後、線引きして製造される。このガラス微粒子堆積体を製造する方法としては、例えばＯＶＤ法（Outside Vapor phase Deposition Method；気相軸付法）が挙げられる。このＯＶＤ法は、反応容器内にて往復移動される長尺状の出発材の周囲に、バーナから燃焼ガス及びガラス原料を吹き出し、燃焼ガスの燃焼により生じる酸水素火炎中においてガラス原料を加水分解させて、出発材上にガラス微粒子（これをススと呼ぶ）を層状に堆積させ、ガラス微粒子の堆積体を形成するものである（例えば、特許文献１参照）。
得られたガラス微粒子堆積体は、出発材を除去し、焼結や中実化を行うことにより透明なガラス体となる。このガラス体は、そのまま光ファイバ母材となるか、または、他のガラス体と組み合わせて光ファイバ母材となる。

特開平１１−３４９３４５号公報

ところで、上記ＯＶＤ法によりガラス微粒子堆積体を製造する場合、ガラス微粒子堆積体の両端部の温度が低くなると、堆積体にひび割れが発生し易くなる。
このため、出発材の移動速度及び原料ガスの供給量を制御し、両端部の堆積時における移動速度を下げるとともに原料ガスを少なくしたり、あるいは移動速度をそのままにして両端部の堆積時に燃焼ガス量を多くすることにより、両端部を焼き固めるランピングが行われる。
しかしながら、このようなランピングを行っても、両端部における加熱温度変化などにより、完全に割れを防止することが困難であった。また、出発材の移動速度を下げてランピングを行った場合では、生産効率の低下を招いた。
この場合、ガラス微粒子堆積体の両端部に火炎を吹き付けて加熱する補助バーナを反応容器内に設け、これら補助バーナを出発材に同期させて往復移動させることが考えられるが、バーナ本体はもとより、燃焼ガス供給配管や移動機構の耐熱腐食の観点から実現は難しいのが現状であり、また、これらの部品から生じる不純物が堆積体に混入してしまい、ガラス微粒子堆積体の品質低下を招く虞がある。
なお、他の加熱手段を反応容器外に設けて出発材に同期させて往復移動させることも考えられるが、反応容器外からでは加熱効率が悪く、堆積体の両端部に対してランピングに十分な熱量を付与することは困難である。

本発明は、両端部における割れなどの不具合がなくガラス微粒子を堆積して、高品質なガラス微粒子堆積体を製造することが可能なガラス微粒子堆積体の製造装置及び製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造装置は、反応容器内に設置された主バーナに対して、出発材を反応容器内にて往復移動させ、前記主バーナによって生成されるガラス微粒子を前記出発材に層状に堆積させてガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造装置であって、前記反応容器は、前記出発材が配設される内側容器と、この内側容器の外周を覆う外側容器とを有し、前記内側容器は、前記出発材の移動方向に沿ってスリットを有し、前記出発材を回転させるとともに前記内側容器内で往復移動させる移動機構を有し、前記外側容器内に、前記内側容器のスリット越しに前記出発材に対向して設置され火炎を噴射する機能を有する補助バーナを設け、前記主バーナは前記内側容器に形成された窓越しにガラス微粒子を噴出できるように設置されていることを特徴とする。

また、前記内側容器と前記外側容器との間に、クリーンエアーが供給されることが好ましい。
さらに、前記補助バーナは、前記移動機構に連結された支持パイプに支持され、前記支持パイプを介して燃焼ガスが供給されることが望ましい。

また、前記出発材を鉛直に支持して往復移動させながら前記出発材にガラス微粒子を層状に堆積させる縦型多層付け構造であることが望ましい。

本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、反応容器内に設置されたガラス微粒子を生成する主バーナに対して、出発材を前記反応容器内において往復移動し、前記ガラス微粒子を前記出発材に層状に堆積させてガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、前記反応容器は、内側容器と外側容器とを有し、前記内側容器は、前記出発材の移動方向に沿ってスリットを有し、前記出発材を回転させるとともに前記内側容器内で往復移動させ、前記出発材に対向して設置され火炎を噴射する機能を有する補助バーナを前記スリット越しに前記外側容器内で前記出発材と連動して移動させ、前記補助バーナからの火炎を吹き付けて前記ガラス微粒子堆積体の端部を加熱し、前記主バーナは前記内側容器に形成された窓越しにガラス微粒子を噴出することを特徴とする。

本発明によれば、反応容器を構成する外側容器内にて出発材とともに移動する補助バーナによってガラス微粒子堆積体の端部を加熱することにより、堆積体の端部を効率よく十分に加熱し、ガラス微粒子堆積体の割れなどの不具合がなくガラス微粒子を堆積して、高品質なガラス微粒子堆積体を製造することができる。

以下、本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造装置及び製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造装置を示す概略縦断面図、図２は、ガラス微粒子堆積体の製造装置を示す概略横断面図である。
図１及び図２に示す製造装置１は、ＯＶＤ法により、反応容器２の内側の空間内で出発材Ｓに対してガラス微粒子を堆積させるものである。
反応容器２は、内側容器２ａと外側容器２ｂとから構成されており、内側容器２ａの周囲が外側容器２ｂによって覆われた構造とされている。これら内側容器２ａ及び外側容器２ｂは、高温の環境条件においても、塩素ガス等による腐食が極めて起こり難い、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、ニッケル、ニッケル合金等の材料を用いて形成されている。

反応容器２の中には、長尺状の出発材Ｓの上端を把持して、出発材Ｓを鉛直方向に支持可能な把持具３が収容されている。この把持具３は、支持した出発材Ｓをその軸回りに回転させるとともに内側容器２ａ内で鉛直方向に往復移動させる移動機構５に支持されており、この移動機構５は、例えば、駆動モータによって回動するボールスクリューからなる昇降機構（図示略）によって昇降可能とされている。

また、反応容器２には、ガラス微粒子生成用の主バーナ６が設けられている。主バーナ６は、その先端のポート６ａから内側容器２ａに形成された窓２０１越しに燃焼ガスとガラス原料ガスを吹き出し、燃焼ガスの燃焼により生じる酸水素火炎中においてガラス原料を加水分解反応させて、ガラス微粒子を生成するものである。また、主バーナ６は、生成したガラス微粒子を出発材Ｓに堆積させるように、内側容器２ａ内の出発材Ｓに対向した状態で横方向に固定配置されている。

ここで、燃焼ガスには、水素（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）が含まれる。ガラス原料ガスには、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）が含まれ、そこに例えば、ゲルマニウム、リン、ボロン等の屈折率調整用添加物が適宜含有される。
また、反応容器２には、内側容器２ａ及び外側容器２ｂに連通する排気管１１が接続されており、これら排気管１１は、互いに連結されている。そして、反応容器２の内側容器２ａ及び外側容器２ｂ内の排気ガスが、これら排気管１１を介して外部に送り出される。

反応容器２には、内側容器２ａと外側容器２ｂとの間に、鉛直方向に配置された支持パイプ１３が設けられており、この支持パイプ１３は、その上端部が、移動機構５に固定されて移動機構５と連動して昇降可能されている。この支持パイプ１３には、出発材Ｓに堆積するガラス微粒子堆積体Ｇの両端部に相当する位置に二つの補助バーナ１４Ａ、１４Ｂが支持されている。これら補助バーナ１４Ａ、１４Ｂは、支持パイプ１３内に配置した不図示の燃焼ガス供給用配管を介してそれぞれの先端部のポート１４ａから燃焼ガス（水素ガス／酸素ガス）を吹き出す機能を有して酸水素火炎を生じさせる。なお、支持パイプ１３内の燃焼ガス供給用配管は、テフロンコーティングして腐食防止対策が施されている。

反応容器２の内側容器２ａには、出発材Ｓの移動方向、つまり鉛直方向に沿ってスリット１５が形成されており、補助バーナ１４Ａ、１４Ｂは、その先端部がスリット１５内に配置され、これら補助バーナ１４Ａ、１４Ｂからの火炎が、スリット１５越しに内部容器２ａ内の出発材Ｓに向かって吹き付けられる。
なお、これらの補助バーナ１４Ａ、１４Ｂは、取付角度が調整可能に設けられており、例えば本実施形態のように、上側の補助バーナ１４Ａが下方へ向けて傾けられ、また、下側の補助バーナ１４Ｂが上方へ向けて傾けられている。また、この補助バーナ１４は、図２に示すように主バーナ６に対して、平面視において軸回りに約４５°程度傾けて設置されている。この結果、スリット１５内に配置された補助バーナ１４Ａ、１４Ｂは、内側容器２ａ内に固定配置された主バーナ６と干渉することなく、鉛直方向に昇降可能とされる。

この製造装置１は、各種のガスを供給するガス供給ユニット２１を備えている。そして、このガス供給ユニット２１によって、主バーナ６には、燃焼ガス及び原料ガスが供給され、また、各補助バーナ１４Ａ、１４Ｂには、移動機構５及び支持パイプ１３を介して燃焼ガスが供給される。
さらに、反応容器２の内側容器２ａ及び外側容器２ｂには、ガス供給ユニット２１によって、それぞれクリーンエアーが供給される。これにより、出発材Ｓへのガラス微粒子の堆積が行われる内側容器２ａ内の雰囲気及び補助バーナ１４Ａ、１４Ｂが設置された外側容器２ｂ内の雰囲気が清浄な状態とされる。したがって、堆積体Ｇ内への不純物の混入が防止され、また、補助バーナ１４Ａ、１４Ｂ及びこれら補助バーナ１４Ａ、１４Ｂへ燃焼ガスを供給する支持パイプ１３などの腐食が防止される。なお、クリーンエアーの供給により、内側容器２ａは、外側容器２ｂよりも低圧とされ、内側容器２ａ内への不純物などの侵入が防止されている。

上記構成の製造装置１によってガラス微粒子堆積体を製造する場合は、まず、把持具３によって反応容器２の内側容器２ａ内に吊り下げた出発材Ｓを移動機構５によってその軸回りに回転させる。そして、主バーナ６に燃焼ガス及び原料ガスを供給し、回転している出発材Ｓに向かって、酸水素火炎を発生させる。酸水素火炎中では、加水分解反応よりガラス微粒子が生成される。さらに、移動機構５によって把持具３を鉛直方向に往復移動させることにより出発材Ｓを軸回りに回転させながら、長手方向に昇降させて往復移動させる。

このように、主バーナ６からガラス微粒子を生成して、出発材Ｓを回転させつつその長手方向に往復移動させることで、生成されたガラス微粒子を出発材Ｓの周囲に層状に堆積させて、ガラス微粒子堆積体Ｇを形成していく。
このとき、移動機構５による把持具３の昇降にともなって、支持パイプ１３に支持された補助バーナ１４Ａ、１４Ｂが出発材Ｓとともに昇降される。
これにより、補助バーナ１４Ａ、１４Ｂからの火炎は、常に出発材Ｓの両端部近傍に吹き付けられ、主バーナ６によって堆積されたガラス微粒子堆積体Ｇの両端部が常に加熱される。

その後、ガラス微粒子堆積体Ｇから出発材Ｓを取り除いて焼結・透明化させ、例えばフッ素ガスにより内面に気相エッチングを施し、さらに中実化することにより光ファイバ用のガラス母材が得られる。

このように、上記実施形態によれば、出発材Ｓとともに往復移動する補助バーナ１４Ａ、１４Ｂによってガラス微粒子堆積体Ｇの両端部を常に加熱することができ、堆積体Ｇの両端部を効率よく十分に加熱することができる。
これにより、ガラス微粒子堆積体Ｇの両端部における割れなどの不具合がなくガラス微粒子を堆積して、高品質なガラス微粒子堆積体を製造することができる。

また、反応容器２を、内側容器２ａ及び外側容器２ｂからなる二重構造として、さらに、不要な浮遊ガラス微粒子を効率良く排気するために、内側容器２ａを小さくすると、補助バーナ１４Ａ、１４Ｂが内側容器２ａ内に収容できなくなるために、内側容器２ａにスリット１５を形成して内側容器２ａ外に補助バーナ１４Ａ、１４Ｂを取り付けるとともに、内側容器２ａからの腐食性ガスリーク対策として外側容器２ｂを設けた。これにより、不要な浮遊ガラス微粒子を効率良く排気することを実現し、かつ、堆積体Ｇの両端部を加熱することで両端部の割れを防止しガラス微粒子の堆積を安定して行うことができる。

また、上記実施形態の製造装置１は、出発材Ｓを鉛直方向に支持して往復移動させながら主バーナ６によって出発材Ｓにガラス微粒子を層状に堆積させる縦型多層付け構造であるので、安定したスス付けを行うことができ、また、重力による撓みが生じやすい横型と比較して、特に大型のガラス微粒子堆積体を製造する際に好適である。また、堆積体Ｇの形成後には、軟化した堆積体が重力により変形してしまうため横向きでは作業できない燒結、延伸作業へ、堆積体Ｇを縦向きにしたまま移行することができ、作業効率の向上を図ることができる。

実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造装置を示す概略縦断面図である。実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造装置を示す概略横断面図である。

符号の説明

１製造装置
２反応容器
２ａ内側容器
２ｂ外側容器
５移動機構
６主バーナ
１３支持パイプ（パイプ）
１４Ａ、１４Ｂ補助バーナ
１５スリット
Ｇガラス微粒子堆積体
Ｓ出発材

Claims

反応容器内に設置された主バーナに対して、出発材を反応容器内にて往復移動させ、前記主バーナによって生成されるガラス微粒子を前記出発材に層状に堆積させてガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造装置であって、
前記反応容器は、前記出発材が配設される内側容器と、この内側容器の外周を覆う外側容器とを有し、
前記内側容器は、前記出発材の移動方向に沿ってスリットを有し、
前記出発材を回転させるとともに前記内側容器内で往復移動させる移動機構を有し、
前記外側容器内に、前記内側容器のスリット越しに前記出発材に対向して設置され火炎を噴射する機能を有する補助バーナを設け、
前記主バーナは前記内側容器に形成された窓越しにガラス微粒子を噴出できるように設置されていることを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造装置。
前記内側容器と前記外側容器との間に、クリーンエアーが供給されることを特徴とする請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製造装置。
前記補助バーナは、前記移動機構に連結された支持パイプに支持され、前記支持パイプを介して燃焼ガスが供給されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス微粒子堆積体の製造装置。
前記出発材を鉛直に支持して往復移動させながら前記出発材にガラス微粒子を層状に堆積させる縦型多層付け構造であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガラス微粒子堆積体の製造装置。
反応容器内に設置されたガラス微粒子を生成する主バーナに対して、出発材を前記反応容器内において往復移動し、前記ガラス微粒子を前記出発材に層状に堆積させてガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記反応容器は、内側容器と外側容器とを有し、前記内側容器は、前記出発材の移動方向に沿ってスリットを有し、
前記出発材を回転させるとともに前記内側容器内で往復移動させ、
前記出発材に対向して設置され火炎を噴射する機能を有する補助バーナを前記スリット越しに前記外側容器内で前記出発材と連動して移動させ、前記補助バーナからの火炎を吹き付けて前記ガラス微粒子堆積体の端部を加熱し、
前記主バーナは前記内側容器に形成された窓越しにガラス微粒子を噴出することを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。