JPH0459626A - 多孔質ガラスの形成方法 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、通信、光学の分野で利用される多孔質カラス
の形成方法に関する。

「従来の技術」 通信、光学の分野において、ガラス合成により製造され
る石英系製品の代表例として、光ファイバ、イメージガ
イド、ライトガイド、ロッドレンズなどをあげることか
できる。

かかる製品の母材を作製するとき、ガラス原料カス、ト
ープ原料カスなどを高温で化学反応させてスート状のカ
ラス微粒子を生成し、かつ、このカラス微粒子を所要の
形状に堆積させて多孔質ガラスをつくり、その後、多孔
質ガラスを高温の雰囲気中で焼結かつ透明化して、透明
ガラス母材を得るのが一般である。

ちなみに、多重管構造の八−すを介したＯＶＤ法により
光フアイバ用の多孔質カラスを形成する例では、コア用
のガラス棒、または、コア用／クラッド用のガラスを有
するガラス棒をターゲットとしてこれを回転させ、かつ
、燃焼状態に保持された前記／ヘーナに原料ガスを供給
してガラス微粒子を生成し、このガラス微粒子をバーナ
火炎と共にターゲットの外周面（堆積面）トに噴射して
堆積させている。

「発明が解決しようとする課題」 上述したガラス微粒子の堆積手段を介して、多孔質ガラ
スを形成するとき、多孔質ガラスの大きさ、ガラス微粒
子を含む八−す火炎の大きさがガラス微粒子の堆積効率
、多孔質ガラスの歩留りに大きな影響を与える。

たとえば、前記へ−すへの原料ガス供給量、八−す火炎
の流速を一定にした条件下において、相対的に多孔質ガ
ラスの外径が小、バーナ火炎が大であるとき、多孔質ガ
ラスの外周面（堆積面）に衝突付着せずに廃棄されるガ
ラス微粒子が多くなり、逆に、多孔質ガラスの外径が大
、バーナ火炎が小であるとき、カラス微粒子の殆どが多
孔質ガラスの外周面に衝突付着する。

かかる観点からすると、多孔質ガラスの外径が八−す火
炎よりも大きいとき、ガラス微粒子の堆積効率が高まる
といえる。

しかし、小さなバーナ火炎は、大きい多孔質ガラスを局
部的に集中加熱し割れを誘引するので、多孔質ガラスの
歩留りを低下させる。

これらの事情を考慮した場合、多孔質ガラス、バーナ火
炎は、相互に適切な大きさを保持して終始一定している
のがよいみえるが、既述の手段でガラス微粒子を堆積成
長させて多孔質ガラスを形成するとき、ガラス微粒子が
堆積されるにしだがい、多孔質ガラスか大きくなるので
１一定の時点で両者のバランスか崩れてしまう。

それゆえ、ガラス微粒子の堆積効率、多孔質ガラスの歩
留り、これらのいずれかを犠牲にしなければならない。

その他、バーナへの原料ガス供給量を増加し、バーナ火
炎を高速化することにより、単位時間あたりのガラス微
粒子堆積量を多くすることができるが、こうした場合は
、生成不十分のうちにガラス微粒子が堆積面へ到達する
ので、良質の多孔質ガラスが得られない。

本発明はこのような技術的課題に鑑み、ガラス微粒子の
堆積効率、堆積速度に潰れ、しかも、良質の多孔質ガラ
スを歩留りよく得ることのできる多孔質ガラスの形成方
法を提供しようとするものである。

「課題を解決するための手段】 本発明は所期の目的を達成するため、火炎の流動性を利
用して、その火炎中に含まれるガラス微粒子を、回転し
ている堆積面上に噴射ならびに堆積させて多孔質ガラス
を形成する方法において前記ガラス微粒子の堆積による
多孔質カラスの成長に応じ、前記火炎を大きくすること
を特徴とする。

【作用」 本発明方法において、多孔質ガラスを形成するとき、火
炎中に含まれるガラス微粒子を所定の堆積面上に噴射な
らびに堆積させる。

こうして形成される多孔質ガラスは、自明の通り、ガラ
ス微粒子が堆積されるにしたがって成長し、その外径が
大きくなる。

本発明方法は、かかる多孔質ガラスの形成時、多孔質ガ
ラスの成長に応じて、前記火炎を大きくするので、外径
が変化する多孔質ガラスに対し、火炎の大きさを常に適
切な状態に保持することができる。

その結果、ガラス微粒子の堆積効率が高まり。

割れの原因となる多孔質ガラスの局部集中加熱もなく、
多孔質ガラスを形成する際の品質、歩留り、生産性など
を十分に高めることができる。

「実　施　例Ｊ 本発明に係る多孔質ガラスの形成方法につき、図示の実
施例を参照して説明する。

第１図において、１０は石英系のガラス棒、１１はガラ
ス棒１０の堆積面（外周面）、１２はガラス棒１０の堆
積面１１上に形成された石英系の多孔質ガラスをそれぞ
れ示し、２０はガラス棒１０の長さ方向に移動自在な多
重管構造のバーナ、３０はバーナ２０に対応して配置さ
れた排気ダクトをそれぞれ示す。

石英系のガラス棒１０は、たとえば、光ファイバ、イメ
ージガイド、ライトガイド、口・ソドレンズなどの棒状
素材となるものであり、これはコア用ガラスのみか、あ
るいは、相対的に高屈折率のコア用ガラスと相対的に低
屈折率のクラッド用ガラスとで構成されている。

かかるガラス＄１０は、第１図において、ガラス旋盤の
チャック（図示せず）を介して回転自在に両端支持され
ている。

上記ガラスｓ１０の堆積面１１上に形成された石英系の
多孔質ガラス１２は、たとえば、既述のクラッド用ガラ
スとして用いられる。

多重管構造のバーナ２０は、第２図に示す通り、段階的
に外径の異なる多数（１０本）の石英パイプが互いに同
心状となるように組み合わされて構成されたものであり
、その軸心から外周にわたり、第一流路２１．第二流路
２２、第三流路２３、第四流路２４、第五流路２５、第
六流路２８、第七流路２７、第八流路２８、第九流路２
９が形成されている。

かかるバーナ２０の基端部には、これにガラス原料ガス
（ＳｉＧＩａ）　、水素ガス（Ｈ２）、酸素ガス（０２
）を供給するための配管系が接続されており、これらの
配管系が図示しない所定のガス供給源に接続されている
。

ちなみに、これらの配管系が接続されたバーナ２０の場
合、第一、第四、第七の各流路２１．２４．２７にガラ
ス原料ガスが供給され、第二、第五、第への各流路２２
．２５．２８に水素ガスが供給され、さらに、第三、第
六、第九の各流路２３．２６．２９に酸素カスが供給さ
れるようになっている。

排気ダクト３０は、図示しない吸気式の排気ガス処理手
段に接続されている。

第１図の実施例において、ガラス棒１０を所定速度で回
転させた後、カラス原料ガス、水素ガス、酸素ガスの供
給を受けて燃焼状態にあるバーナ２０をガラス棒１０の
長さ方向沿いに往復動させると、バーナ２０を介して生
成されたスート状のガラス微粒子は、バーナ先端から火
炎と共にガラス棒１０の堆積面ｌｌ上に吹きつけられ、
かつ、堆積面１１上に付着堆積して多孔質ガラス１２と
なり、多孔質ガラス１２は、ガラス微粒子が堆積される
にしたがい成長して外径が大きくなる。

上記において、ガラス棒１０の堆積面ｌｌ上にガラス微
粒子が堆積され、多孔質ガラス１２が形成された後は、
多孔質ガラス１２の外周面が新たな堆積面となる。

このようにして、多孔質ガラス１２を形成するとき、初
期段階、中期段階、終期段階のごとく、成長する多孔質
ガラス外径に応じて、ガラス微粒子を含むバーナ火炎を
大きくする。

すなわち、初期段階では、第一流路２１ニガラス原ネ゛
１カス、第二流路２２・水素ガス、第三流路２３：酸素
ガスのみを用い、中期段階では、第四流路２４：カラス
原料ガス、第五流路２５：水素ガス、第六流路２６：酸
素ガスを併用し、さらに、終期段階では、第七流路２７
：カラス原料ガス、第八流路２８：水素ガス、第九流路
２９：＃素カスをも併用する。

こうして、バーナ２０の使用流路数を適時増していくこ
とにより、多孔質ガラス１２の外径とバーナ２０の火炎
（大きさ）とが常に適切な関係に保持されるようになり
、良質の多孔質ガラスを原料の無駄なく有利に形成する
ことができる。

なお、多孔質ガラスの外径に対するバーナ火炎の大きさ
（堆積面に達する部分での火炎断面の直径）は、多孔質
ガラス外径の０．３〜３．０倍を適正範囲とすることが
でき、八−す火炎がこの範囲外にあるときは、既述の問
題が生じる。

したがって、多孔質カラスを形成するとき、この範囲を
基準にして、バーナ２０の使用流路数を上記のごとく増
やせばよい。

つぎに、本発明方法の具体例とその比較例について説明
する。

［具体例］ 第１図、第２図を参照して述べた技術手段により多孔質
ガラス１２を形成するとき、ガラス棒１０として、外径
８Ｉ１ｍφ、長さ５００ｍ腸の石英系光フアイバ母材（
コア用ガラス：クラッド用ガラスの外径比＝１：４）を
用い、八−す２０の各流路へ供給する各ガスは、法衣の
通りとした。

表 （表中、５ｉＣ１ａは重量表示されているが、バーナ２
０の各量路には高温ガスの状態で導入される。さらにＳ
ｉＣ：１４　には、稀釈用としてアルゴンカスＡｒがｌ
Ｏマｏ１％だけ添加されている。） 上記のようにして具体例を実施するとき、ガラス棒ＩＯ
の堆積面１１に外径２０ｒｘｔｍφの多孔質ガラス１２
が形成されるまでは、第一流路２１〜第三流路２３のみ
を用い、ついで、多孔質ガラス１２が外径５軸ｍφに成
長するまでは、第一流路２１〜第六流路２６を用い、そ
れ以降は、第一流路２１〜第九流路２９の全てを用いて
、多孔質ガラス１２の外径を１２０Ｉ１ｍφに仕上げた
。

［比較例１〜３コ 比較例１の場合は、具体例と同様のガラス棒１０を用い
、最初から最後まで、第一流路２１〜第三流路２３のみ
を用いて多孔質ガラス１２を形成した。

比較例２の場合も、具体例と同様のガラス棒ｌＯを用い
、最初から最後まで、第一流路２１〜第六波路２Ｂを用
いて多孔質ガラス１２を形成した。

比較例３の場合は、具体例と同様のガラス棒１０を用い
、最初から最後まで、第一流路２１〜第九流路２９を用
いて多孔質ガラス１２を形成した。

なお、比較例３の場合、多孔質カラス１２の外径が５ｈ
＋ｍφを越えた時点で、第四流路２４に２４ｇ／ｗｉｎ
のＳｉＣ：Ｉａ　を導入した。

［評　価］ 上記各個における多孔質カラス外径とガラス微粒子堆積
速度との関係を第３図に示し、多孔質ガラス外径とガラ
ス微粒子堆積効率との関係を第４図に示した。

これらの図から明らかなように、具体例の場合は、堆積
速度、堆積効率（４ｏｚ以上）が共に良好であり、多孔
質ガラスの割れも発生していない。

それに対し、比較例１の場合は、堆積速度について、具
体例よりも部分的によい箇所がみられるものの、多孔質
ガラスの外径が小さいときの堆積効率が著しく低くなっ
ている。

比較例２の場合、６ｏｚ以上のように、具体例と同程度
の堆積効率を保持しているが、堆積速度が遅く、しかも
、多孔質カラスの外径が７５ｍｍφを越えたとき、多孔
質ガラスに割れが発生した。

さらに、比較例３の場合、多孔質ガラスを形成する際の
初期、終期において、堆積効率が低下している。

これは、初期においてガラス微粒子の堆積面が小さく、
縛期においてガラス原料ガスの流速が速く、これらが原
因でガラス微粒子の付着が良好に行なわれなかったと考
えられる。

上記具体例、比較例１．３においてガラス棒の外周に形
成した多孔質ガラスを、それぞれヘリウム（Ｈｅ）を含
む高温の雰囲気中で焼結透明化し、透明ガラス母材とし
たところ、この母材におけるコア用ガラス：クラッド用
ガラスの外径比は１：１３であった。

さらに、これら各母材を周知の加熱延伸手段により紡糸
して、それぞれ外径１２５ｇｍφの光ファイバを得た。

これら光ファイバは、いずれも、波長１．５５ｐｍにお
ける伝送ロスが０　、１９ｄＢ／に腸と良好であった。

「発明の効果」 以上説明した通り、本発明に係る多孔質ガラスの形成方
法は、火炎中に含まれるガラス微粒子を所定の堆積首玉
に堆積させて多孔質ガラスを形成するとき、当該多孔質
カラスの成長に応じて前記火炎を大きくするから、カラ
ス微粒子の堆積効率が高く、かつ、ガラス微粒子の堆積
速度も速くなり、しかも、割れをきたすことのない良質
の多孔質ガラスを歩留りよく得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を略示した斜視図、第２
図は本発明方法に用いられるバーナの先端面を略示した
平面図、第３図は多孔質ガラス外径とガラス微粒子堆積
速度との関係を示した説明図、第４図は多孔質ガラス外
径とガラス微粒子堆積効率との関係を示した説明図であ
る。 １０・・・・・・・・・・ガラス棒 １１・・・・・・・・・・ガラス棒の堆積面１２・・・
・・・・・・・多孔質ガラス２０・・・・・・・・・・
バーナ ２１〜２９・・・・・・バーナの各流路３０・・・・・
・・・・・排気ダクト 代理人　弁理士　斎　藤　義　雄 第 因 第 図 第 因 第 図 （ｅ、ｏｎ雪中） 多孔Ｐｔｔｒラスの丼牛ト　（清新り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 火炎の流動性を利用して、その火炎中に含まれるガラス
   微粒子を、回転している堆積面上に噴射ならびに堆積さ
   せて多孔質ガラスを形成する方法において、前記ガラス
   微粒子の堆積による多孔質ガラスの成長に応じ、前記火
   炎を大きくすることを特徴とする多孔質ガラスの形成方
   法。