JP4370798B2 - 多孔質ガラス母材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとを相対移動（往復移動）させながら、出発ロッド上に径方向にガラス微粒子を堆積させる多孔質ガラス母材（ガラス微粒子堆積体）の製造方法に関し、特に両端に形成されるテーパ部が少ない多孔質ガラス母材が得られる多孔質ガラス母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型の多孔質ガラス母材を高速で製造する方法として、図７に示すように容器４内の出発ロッド１に対向させて複数のガラス微粒子合成用バーナ７を一定間隔で配置し、回転する出発ロッド１と前記バーナ７の列を相対的に往復移動させ（図には出発ロッド１を上下に往復移動させる例を示した）、出発ロッド１の表面にガラス微粒子を層状に堆積させて多孔質ガラス母材（ガラス微粒子堆積体）６を得る方法（多層付け法）がある。
このような多孔質ガラス母材の製造方法においては、品質向上の観点から多孔質ガラス母材の長手方向にわたって外径変動を少なくすること、生産性の観点から多孔質ガラス母材の端部に形成されるテーパ部（非有効部）の長さをできるだけ短くすること、などが主要な課題であり、これらの課題を解決するための種々の方法が提案されている。
【０００３】
例えば、往復移動の片道の移動距離をバーナの間隔分とし、往復移動ごとに往復移動の開始位置を移動させていき、所定の位置まで移動した後は逆方向へ移動させて最初の往復移動開始位置に戻すことで実質的に堆積時間が長くなっている往復移動の端部をガラス微粒子堆積体全体に分散し、ガラス微粒子堆積体全体の実質ガラス微粒子の堆積時間やバーナ火炎等のガラス微粒子堆積体への当たり方の変動を平均的に一致させることでガラス微粒子の堆積量を長手方向に等しくし、外径変動を低減する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
同じく外径変動を低減する方法として、特許文献１記載の方法をベースとし、ガラス微粒子堆積体全域をモニタできるＣＣＤカメラと中央情報処理装置を用いてガラス微粒子堆積体全体の外径変動を測定し、ガラス微粒子堆積体全域を単独でトラバースできる補助バーナによってガラス微粒子の堆積量の少ない部分のガラス微粒子の堆積を補うことで外径変動の低減を行う方法も提案されている（特許文献２参照）。
また、トラバースの開始位置を移動させながらガラス微粒子の堆積を行う際に、ガラス微粒子堆積体全体に長手方向に垂直にクリーンエアを供給し、ガラス微粒子堆積体長手方向の堆積時温度勾配を低減するようにする方法がある（特許文献３参照）。
【０００５】
さらに、往復移動の折り返し位置の移動を円滑に行わせる方法として、バーナ列を第１移動軸上に設置して往復移動させ、前記第１移動軸を第２移動軸上に設置して、各移動軸の往復移動を一定間隔の単純往復移動としつつ各移動軸の往復距離、往復移動速度、又は距離と速度の両方を異ならせることで折り返し位置の移動を行わせる方法が提案されており（特許文献４、特許文献５参照）、この方法によれば、簡単な機械的方法のみでバーナ列の往復移動の折り返し位置を移動させることができるとしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−２２８８４５号公報
【特許文献２】
特開平１０−１５８０２５号公報
【特許文献３】
特開平４−２６０６１８号公報
【特許文献４】
特開２００１−１９４４１号公報
【特許文献５】
特開２００１−３１４３１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示されるようなトラバースの折り返し位置を移動させる方法の場合、出発ロッドとバーナとの相対位置、堆積層数の１例を示すと図８のようになり、ガラス微粒子堆積体の両端に位置するバーナにより堆積するガラス微粒子の堆積形状がテーパ状となる（端部ほど堆積層数が少なくなる）。
図８はバーナ列の１番外側の外側バーナ２と２番目のバーナ３の部分を示したもので（反対側の外側バーナとその内側のバーナについても同様の状況となる）、右側の数値は折り返し位置が始めの位置に戻るまでの一連の往復移動（１セットの往復移動）の間に出発ロッド１上に形成されるガラス微粒子の堆積層数を示している。図８の例は１セットの往復移動間に１０往復する例であり、堆積層数は最大２０層である。図の２０層より下の部分は３番目以降のバーナによる堆積があるため、下端部を除いて一定の２０層となる。原理的には端のバーナによるガラス微粒子が堆積する部分のみ堆積層数が少なくなるが、ガラス微粒子堆積体の端部ではガラス微粒子がテーパ状に堆積するので端から２番目に位置するバーナによるガラス微粒子も外側に流れて該ガラス微粒子の多くがテーパ状に堆積し、非有効部であるテーパ部が増大する結果となる。同じ往復移動方式を採用している特許文献２や特許文献３の方法でも同形状のテーパ部が形成される。
【０００８】
また、ガラス微粒子堆積工程を終了させる時期は、定常部の堆積層数が均一になる瞬間が最適である。しかし、折り返し位置を密に分散させると堆積層数が均一になるまでに堆積する層数が増加するので、ガラス微粒子堆積量の調整が難しくなる。そのため前記特許文献１には、堆積量が目標重量に近くなったところで折り返し位置の分散間隔を大きくし、ガラス微粒子堆積量の調整を行うことが開示されているが、この方法は折り返し位置の分散による外径安定化効果を低下させることになる。
【０００９】
特許文献１〜３の方法とはガラス微粒子の堆積形態が異なる特許文献４及び５の方法では、２つの移動軸によりバーナを移動させるため、制御系が複雑になる。また、定常部の堆積層数は２つの移動軸の移動距離と移動速度の差によって異なるが、堆積層数は均一とはならず、堆積層数が異なる部分が交互に出現するか、これに加えてさらに堆積層数が異なる部分が出現する形となる。この方法では、例えば、第１及び第２移動軸の移動距離をバーナ間隔の整数倍とすれば堆積層数が異なる部分が交互に出現する形となり、交互に出現する間隔を細かくとれば外径安定化が可能である。しかしながらこの方法でも前記特許文献１の方法と同様に両端部にはバーナ間隔の整数倍の長さの非有効部が形成される。
【００１０】
このテーパ部の増大という問題を解決する方法の１つとしてバーナ間隔を狭め、その分バーナの本数を増やすことが考えられる。このようにすれば外側のバーナ及び２番目のバーナによるガラス微粒子の堆積間隔が小さくなり、テーパ部の低減が可能である。しかし、バーナ間隔を小さくすると同じ長さの有効部を持つガラス微粒子堆積体を製造するためにはバーナ本数を増やすことが必要となる。そのため、ガスの供給系を増やすことになり、設備コストを増加させることになる。
さらに、バーナ火炎どうしの干渉が発生すると各バーナの堆積効率が不安定になり、外径変動を発生するため、バーナ間隔を短くするのにも限界があり、飛躍的なテーパ部削減効果は望めない。
【００１１】
本発明は、このような従来技術における問題点を解決し、バーナ本数を増やすことなく、ガラス微粒子堆積体の端部に形成されるテーパ部分を低減できる多孔質ガラス母材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決する手段として、次の（１）〜（５）に示す構成を採るものである。
（１）回転する出発ロッドに対向させて複数本のガラス微粒子合成用バーナを等間隔に配置し、前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとを平行に相対的に復路から往路の折り返し位置が初期の位置を超えないように往復運動させ、往復運動の往路から復路の折り返し位置を一定方向に移動させ、前記往路から復路の折り返し位置が所定の位置に移動したところで逆方向に移動させるようにし、各バーナが前記初期の位置に戻るまでの操作を１セットとし、順次この操作を繰り返してバーナで合成されるガラス微粒子を出発ロッドの表面に順次堆積させて多孔質ガラス母材を製造する方法において、往路（Ｂ＋１）×Ａ、復路Ｂ×Ａの往復運動を繰返し（Ａ：折り返し位置の１回の移動距離、Ｂ：自然数（１、２、３、・・・））、前記折り返し位置が前記所定の位置に移動した後は、往路（Ｂ＋１）×Ａ、復路（Ｂ＋２）×Ａとして折り返し位置の移動を逆方向に行うようにし、１セットの平均往復移動距離Ｄ＝２×（Ｂ＋１）×Ａをバーナ間隔の２倍未満とし、１セットの中の各バーナが初期の位置に戻った時点で、定常部の堆積層数が長さ方向で均一となるように設定することを特徴とする、多孔質ガラス母材の製造方法。
【００１３】
（２）往復運動の往路から復路の折り返し位置の移動範囲がバーナ間隔のｎ倍（ｎは１〜３の整数）であることを特徴とする前記（１）の多孔質ガラス母材の製造方法。
（３）１セットにおける往復運動の往路から復路の折り返し位置の１回の移動距離がバーナ間隔の（ｍ＋１）分の一（ｍは自然数）の長さであることを特徴とする前記（１）又は（２）の多孔質ガラス母材の製造方法。
（４）前記１セットにおける往復運動の往路から復路の折り返し位置の１回の移動距離をＡｍｍとし、１セットの平均往復移動距離をＤｍｍとし、Ａが５〜６０ｍｍの範囲内にあり、かつ、Ｄが４×Ａ≦Ｄ≦２４０の範囲内にあることを特徴とする前記（３）の多孔質ガラス母材の製造方法。
（５）往復運動の速度とガラス微粒子堆積終了までの間に堆積するガラス微粒子の重量との関係から、前記ガラス微粒子堆積終了時期で目標とするガラス微粒子堆積量を達成できる往復移動速度を決定し、その速度でガラス微粒子の堆積を行うことによって、前記ガラス微粒子堆積終了時期で目標堆積量が達成できるようにすることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかひとつの多孔質ガラス母材の製造方法。
【００１６】
本発明者らはテーパ状部分の長さをできるだけ短くするため、往復移動の方式について種々検討を行い、１セットの平均往復移動距離をバーナ間隔の２倍未満とし、好ましくは往復移動の折り返し位置の移動距離をＡｍｍ、１セットの平均往復移動距離をＤｍｍとしたときに、Ａが５〜６０ｍｍの範囲にあり、かつＤが４×Ａ≦Ｄ≦２４０の範囲となるようにすることにより、効率的にテーパ部分の少ない多孔質ガラス母材が製造できることを見出した。
ここで１セットの平均往復移動距離とは、１セットのトータル移動距離を１セットの往復回数で割った平均的な往復移動の距離である。
また、往復移動の折り返し位置とは、往路（バーナが初期の位置から離れる方向へ相対移動する）から復路（バーナが初期の位置の方向へ相対移動する）へ折り返す位置である。
なお、本発明の方法においては１セットの平均往復移動距離をバーナ間隔の２倍未満とし、かつ、１回の往復移動毎に折り返し位置を移動させるようにしているので、１セット中の往復移動において、往路及び復路の移動距離がバーナ間隔の整数倍となることはない。
【００１７】
前記の従来技術では基本的に平均往復移動距離はバーナ間隔の２倍としている。これらの従来技術に比較して本発明の方法には次のような利点がある。
先ず、母材全長に折り返し点を同じ間隔で分散する１セットの揺動往復移動で定常部に堆積する層の総数は本発明の方が常に少ない（目標重量の達成精度が向上する）。また、母材両端にできる非有効部の長さは、本発明の方が常に短い（堆積効率向上が可能）。さらに、従来技術ではバーナ間隔に比例して母材両端の非有効部は長くなるが、本発明の最適な実施態様では、バーナ間隔の距離に依存せず、非有効部長を最小にすることが可能である（バーナ間隔を長くし、母材を大型化しても非有効部長を最小にすることが可能）。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の方法における往復運動の移動形態（第１の移動形態）は、往復運動の折り返し位置の１回毎の移動距離を略等間隔とする方式である。その他の方式としては、往復運動を繰り返して往復運動の折り返し位置が所定の位置まで移動したときに、次の移動で各バーナを初期の位置まで戻すようにする操作を１セットとする方式（第２の移動形態）、これとは逆に最初の移動で各バーナを所定の位置まで移動させて折り返し、以後は往復運動の折り返し位置を各バーナの初期の位置の方向に移動させるようにし、各バーナが初期の位置に戻るまでの操作を１セットとする方式（第３の移動形態）、１セット中で往復運動の折り返し位置の移動距離を変化させる方式（第４の移動形態）がある。
【００１９】
前記第１の移動形態では、１セットの中で折り返し位置が所定の位置まで移動した時点と各バーナが初期の位置に戻った時点の２点で定常部の堆積層数が長さ方向で略均一となる。
この第１の移動形態において最適な実施形態は、往復移動を往路２×Ａ、復路をＡとし、折り返し位置の移動を同方向に繰返し、バーナ間隔折り返し位置が移動したら往復移動の往路は２×Ａのままとし、復路のみ３×Ａとし、逆方向に折り返し位置を移動していき一番初めの位置に戻るまでの往復移動を１セットとし、これを繰り返しながらガラス微粒子の堆積を行うことである（往復移動片道の平均距離２×Ａ、１回の折り返し位置の移動距離はＡｍｍ）。このようにすれば堆積層数が足りない部分の長さは、多孔質ガラス母材の両端に各２×Ａずつ存在するだけであり、最もテーパが短くなる。この原理的に最も短いテーパ長を原理テーパ長という。この場合は原理テーパ長が２×Ａである。ただし、現実的には、テーパの形状に沿ってガラス微粒子が流れるため、テーパ形状は２×Ａより大きくなる。往路３×Ａ、復路２×Ａ、バーナ間隔折り返し位置移動後、往路３×Ａ、復路４×Ａ（往復移動片道の平均距離３×Ａ）とすると堆積層数が足りない部分は、多孔質ガラス母材の両端各３×Ａとなる（原理テーパ長３×Ａ）。しかし、原理テーパ長が１２０ｍｍ程度以下では、テーパの傾斜に沿ってガラス微粒子が流れ、堆積効率が悪くなる影響の方が支配的であり、実際のテーパ長は、原理テーパ長が２Ａのときと３Ａのときではほどんど変化しない。
【００２０】
ただし、往復移動片道の平均距離を４×Ａ、５×Ａ、・・・と増やせば、原理テーパ長も４×Ａ、５×Ａ、・・・と増加していく。実際に堆積層数が足りない部分の長さが増加することで、テーパに沿ってガラス微粒子が流れる影響以上にテーパ長が長くなり始めるのは原理テーパ長がある程度長くなったときであり、折り返し位置の移動距離をＡｍｍとし、往復移動片道の平均距離を示す係数をＢとしたときに（Ｂ＋１）×Ａ＝Ｃｍｍ（Ｂ＝１、２、３・・・）を定義すれば、テーパ長増加が顕著になり始めるＣが存在すると考えられる。
【００２１】
このＣは、バーナの形状などにより、多少変化すると考えられるが、少なくとも１２０ｍｍ程度以内にしておけば、著しくテーパ長が長くなるのを抑えることができる。このことから望ましい範囲は、折り返し位置での外径変動を抑えるために５ｍｍ≦Ａ≦６０ｍｍであり、２×Ａ≦（Ｂ＋１）×Ａ≦１２０の範囲が最適と考えられる。ここで下限２×Ａは、原理的な下限である。また、外径変動を抑えるために更に好適なＡは、５≦Ａ≦４０である。往復移動の平均距離Ｄは、Ｄ＝２×（Ｂ＋１）×Ａｍｍ（Ｂ＝１、２、・・・）なので（Ｂ＋１）×Ａ＝Ｄ÷２となり、上記した望ましい範囲２×Ａ≦（Ｂ＋１）×Ａ≦１２０に代入し、この不等式を往復移動の平均距離に整理すると４×Ａ≦Ｄ≦２４０となる。
【００２２】
第２の移動形態において最適な形態は、往復移動を往路２×Ａ、復路をＡとし、折り返し位置の移動を同方向に繰返し、バーナ間隔よりＡｍｍ遠い位置まで折り返し位置が移動したら往復移動の復路をバーナ間隔＋Ａとして一番初めの位置に戻すまでの往復移動を１セットとし、これを繰り返しながらガラス微粒子の堆積を行うことである（往復移動片道の平均距離２×Ａ、バーナ間隔よりもＡｍｍ遠い位置まで折り返し位置が移動するまでは折り返し位置の１回の移動距離がＡｍｍ）。
第３の移動形態において最適な形態は、最初の移動でバーナ間隔よりＡｍｍ遠い位置まで移動させ、以後は復路を２×Ａ、往路をＡ、折り返し位置の１回の移動距離をＡｍｍとして往復移動を繰り返し一番初めの位置に戻すまでの往復移動を１セットとし、これを繰り返しながらガラス微粒子の堆積を行う形態である（往復移動片道の平均距離２×Ａ）。
また、第４の移動形態における最適な実施形態は、往路を２×Ａ、復路をＡ、折り返し位置の１回の移動距離をＡｍｍとし、折り返し位置がバーナ間隔よりＡｍｍ短い位置まで移動した後は往路をＡ、復路を２×Ａ、折り返し位置の１回の移動距離をＡｍｍとする往復移動を基本とし、１セットの中で折り返し位置の１回の移動距離がＡよりも大きくなる移動を含む形態である（往復移動片道の平均距離２×Ａ）。
【００２３】
前記第２〜４の最適移動形態においては、堆積層数の足りない部分の長さは多孔質ガラス母材の両端に各Ａずつ存在するだけであり（原理テーパ長Ａ）、テーパ長を最も短くすることができる。ただし、現実的にはテーパ形状はＡよりも大きくなる。前記第１の移動形態と同様に原理テーパ長が２Ａ、３Ａのように短いときには実際のテーパ長はほとんど変化しない。
また、往復移動片道の平均移動距離を示す係数をＢとしたときに（Ｂ＋１）×Ａ＝Ｃｍｍ（Ｂ＝１、２、３・・・）を定義すれば、テーパ長増加が顕著になり始めるＣが存在する。
第１の移動形態同様、Ｃは１２０ｍｍ程度以内が望ましく、外径安定化のための５≦Ａ≦６０ｍｍを考慮すれば、往復移動の平均距離Ｄの望ましい範囲は、第１のパターンと同様に導出され、４×Ａ≦Ｄ≦２４０となる。
【００２４】
前記特許文献１以降の発明においては、往復移動距離（片道）は略バーナ間隔が下限とされている。これは多層付け法が１回の往復移動毎に有効部長の全範囲にガラス層を形成しなければならないとの考え方に基づいていることを示している。しかし、本発明では１回の往復移動によって有効部長の全範囲にガラス層を形成させなくても堆積厚さの差が顕著になる前に均一化がなされればよいとの発想の転換を行い、折り返し位置の移動を行う１セット中に少なくとも１回以上均一厚のガラス微粒子堆積層が形成されるようにしている。この考え方の違いによる効果が、低減が難しいと考えられ、発明開示がされていなかった、非有効部（テーパ状部）の大幅な低減を可能とした。
【００２５】
本発明の方法においては、往復移動の折り返し位置を初期のバーナの位置に最も近い位置から最も遠くなる位置（所定の位置）までの間で往復移動毎に段階的に移動させる。定常部（有効部）の平滑化のためには、この折り返し位置を移動させる所定の距離（初期のバーナの位置に最も近い折り返し位置と最も遠い折り返し位置との間の距離）を、前記第１の移動形態においてはバーナ間隔の略ｎ倍（ｎは１〜３の整数）、また、前記第２〜第４の移動形態においてはバーナ間隔の略ｎ倍（ｎは１〜３の整数）よりも１セットにおける最小移動距離分短くするのが好ましく、特にｎが１の場合が最も非有効部の長さを短くすることができ、堆積効率がよく好ましい。なお、前記第２又は第３の移動形態のように、バーナが初期の位置と最も遠い位置との間を１回の動作で移動するパターンを含む場合には、その折り返し位置では１つのバーナで加熱された後、隣接するバーナで加熱されるまでの時間が短くなり、その部分の温度が高くなり嵩密度が大きくなる可能性があるが、ｎが１の場合に比べてｎが２又は３の場合にはその影響が緩和され平滑性が向上する効果がある。
【００２６】
従来技術と同様にｎを大きくすると有効部の平滑性が向上するが非有効部の長さは長くなり堆積効率が低下する。しかし、本発明では従来技術と同じ整数倍を選択して平滑性を従来技術と同程度に保っても、従来技術に比較して非有効部の長さは略バーナ間隔分短くなり、堆積効率の低下は少ない。
平均往復移動距離をバーナ間隔の２倍とする従来技術では、折り返し位置を移動させる所定の距離がバーナ間隔のｎ倍の場合、非有効部の長さはバーナ間隔のｎ倍となるが、平均往復移動距離がバーナ間隔の２倍未満である本発明の場合は、非有効部の長さはｎ＝１の場合はバーナ間隔より小さくなり、ｎ＝２又は３の場合はそれぞれ略バーナ間隔又はバーナ間隔の２倍よりも若干大きくなるだけであり、従来技術のバーナ間隔のｎ倍に比較して短くなっている。ｎは２以下が好ましく、ｎ＝２では従来技術の２倍と同じ平滑性を保ちつつ、非有効部の長さは略バーナ間隔程度となる。さらにｎが１のときは従来技術では実現できなかったバーナ間隔以下の非有効部長となり、非有効部を最も短くすることができるので最も好ましい。
【００２７】
前記第１の移動形態における出発ロッドとバーナとの相対位置の経時変化の状況の１例を図１に示す。図１は従来技術の例を示す図８との比較が容易なようにバーナ間隔内を５区画に分割した例について、バーナ列の１番外側の外側バーナ２と２番目のバーナ３の部分を示したもので（反対側の外側バーナとその内側のバーナについても同様の状況となる）、右側の数値は折り返し位置が始めの位置に戻るまでの一連の往復移動（１セットの往復移動）の間に出発ロッド１上に形成されるガラス微粒子の堆積層数を示している。
【００２８】
図１の例では、１セットの往復移動の前半においては１方向へ２区画分移動して１区画戻し、後半においては１方向へ移動は２区画分のままとし、３区画分戻すようにして初期の相対位置に戻るようにしている。この場合の堆積層数は図の右側に示したように２，６，８，８，８・・・となっており、有効部の堆積層数より少ない部分は、母材端部のバーナ間隔内のわずかに２区画のみである。
この折り返し方式の場合は、さらに分散効果を高めるためにバーナ間隔内の分割数を増やしていっても、堆積層数が少ない部分は母材の端に位置する２区画のみしか存在しない。すなわち、分割数を増やすと堆積層数の少ない部分の長さはさらに短くなっていく。
【００２９】
例えば、２００ｍｍのバーナ間隔に対し、４０ｍｍずつ折り返し位置を移動しているのが図１の分割数５区間（２００ｍｍ÷４０ｍｍ＝５区間）に相当する。この場合、堆積層数が足りない部分の長さは４０ｍｍ×２区間＝８０ｍｍとなるが、より分散効果を向上させるために折り返し位置が２０ｍｍ間隔で分散されるようにすると、２００ｍｍのバーナ間隔内は１０区間（２００ｍｍ÷２０ｍｍ＝１０区間）に分割されることになり、堆積層数が足りない部分の長さは２０ｍｍ×２区間＝４０ｍｍとなる。１回ごとの１方向への移動距離がほぼバーナ間隔である従来技術では、２００ｍｍの全間隔において堆積層数が足りなかったのに対し、この方法によれば堆積層数が足りない部分の長さはわずかに４０ｍｍである。この堆積層数が足りない部分の長さを減少させる効果は、バーナ間隔が長くなるほど大きくなる。
【００３０】
さらに第１の移動形態によれば、往復移動の折り返し位置を母材全長に分散させるための一連の往復移動の１セットにかかる堆積層数が少ないという効果がある。すなわち、図８の従来技術では１セットの間に有効部の層数で２０層ガラス微粒子を堆積させるのに対し、図１の本発明の方法では８層しか堆積しない。
図１の方式では１セットでの有効部での堆積層数は常に８層である。これに対し従来の製法では分散効果を高めるために折り返し位置の移動距離を短くしたり、バーナ間隔を長くしたりすると、１セットに要する有効部の堆積層数が増加していく。例えば５区画の場合で２０層、６区画の場合で２４層、７区画の場合で２８層と増加していく。
平均往復移動距離がバーナ間隔の２倍である従来技術とこの第１の移動形態では、半セット毎に折り返し位置の分散と有効部の堆積層数が均一となる時点があり、この時点でガラス微粒子堆積工程を終了させるのが好ましい。このときの従来技術と比較した堆積層数（≒堆積ガラス重量）の差（第１の移動形態の堆積層数÷従来技術の堆積層数）は、５区画の場合で２／５、６区画の場合で１／３、７区画の場合で２／７となり、第１の移動形態では外径安定化のために折り返し位置の分散数を増やしてもガラス微粒子堆積量を細かく調整することができる。
【００３１】
次に前記第２の移動形態における出発ロッドとバーナとの相対位置の経時変化の状況の１例を図２に示す。図２は従来技術の例を示す図８との比較が容易なようにバーナ間隔内を５区画に分割した例について、バーナ列の１番外側の外側バーナ２と２番目のバーナ３の部分を示したもので（反対側の外側バーナとその内側のバーナについても同様の状況となる）、右側の数値は折り返し位置が始めの位置に戻るまでの一連の往復移動（１セットの往復移動）の間に出発ロッド１上に形成されるガラス微粒子の堆積層数を示している。
【００３２】
図２の例では、１セットの往復移動の前半においては１方向へ２区画分移動して１区画戻し、往復移動の折り返し位置がバーナ間隔分より１区画遠い位置まで移動した後、次の移動で初期の相対位置に戻るようにしている。バーナ間隔分よりも１区画遠い所定の位置まで、往復移動の折り返し位置は１区画ずつ移動する。この場合の堆積層数は図の右側に示したように２，４，４，４，４・・・となっており、有効部の堆積層数より少ない部分は、母材端部のバーナ間隔内のわずかに１区画のみである。
この折り返し方式においても、第１の移動形態と同様にさらに分散効果を高めるためにバーナ間隔内の分割数を増やしていっても、堆積層数が少ない部分は母材の端に位置する１区画のみしか存在しない。すなわち、分割数を増やすと堆積層数の少ない部分の長さはさらに短くなっていく。
【００３３】
例えば、２００ｍｍのバーナ間隔に対し、４０ｍｍずつ折り返し位置を移動しているのが図２の分割数５区間（２００ｍｍ÷４０ｍｍ＝５区間）に相当する。この場合、堆積層数が足りない部分の長さは４０ｍｍ×１区間＝４０ｍｍとなるが、より分散効果を向上させるために折り返し位置が２０ｍｍ間隔で分散されるようにすると、２００ｍｍのバーナ間隔内は１０区間（２００ｍｍ÷２０ｍｍ＝１０区間）に分割されることになり、堆積層数が足りない部分の長さは２０ｍｍ×１区間＝２０ｍｍとなる。
さらに、図２に示した第２の移動形態も第１の移動形態と同様、折り返し位置の分散数を増やしても１セット中に堆積する有効部の堆積層数は増加することはなく常に４層であり、第１の移動形態と同様にガラス微粒子堆積量を細かく調整することが可能である。
【００３４】
次に前記第３の移動形態における出発ロッドとバーナとの相対位置の経時変化の状況の１例を図３に示す。図３は従来技術の例を示す図８との比較が容易なようにバーナ間隔内を５区画に分割した例について、バーナ列の１番外側の外側バーナ２と２番目のバーナ３の部分を示したもので（反対側の外側バーナとその内側のバーナについても同様の状況となる）、右側の数値は折り返し位置が始めの位置に戻るまでの一連の往復移動（１セットの往復移動）の間に出発ロッド１上に形成されるガラス微粒子の堆積層数を示している。
【００３５】
図３の例では、１セットの最初の移動でバーナ間隔分より１区画遠い位置まで移動させた後、折り返して２区画分移動させ、以後１区画分移動して２区画戻す操作を繰り返して初期の相対位置に戻るようにしている。最初の移動で各バーナが所定の位置まで移動して折り返し、以後は往復移動の折り返し位置が各バーナの初期の位置の方向に１区画ずつ移動する。この場合の堆積層数は図の右側に示したように２，４，４，４，４・・・となっており、有効部の堆積層数より少ない部分は、母材端部のバーナ間隔内のわずかに１区画のみである。
この折り返し方式においても、第１、第２の移動形態と同様にさらに分散効果を高めるためにバーナ間隔内の分割数を増やしていっても、堆積層数が少ない部分は母材の端に位置する１区画のみしか存在しない。すなわち、分割数を増やすと堆積層数の少ない部分の長さはさらに短くなっていく。
図３に示した第３の移動形態も第１、第２の移動形態と同様、折り返し位置の分散数を増やしても１セット中に堆積する有効部の堆積層数は増加することはなく常に４層であり、第１、第２の移動形態と同様にガラス微粒子堆積量を細かく調整することがが可能である。
【００３６】
次に前記第４の移動形態における出発ロッドとバーナとの相対位置の経時変化の状況の例を図４（ａ）及び（ｂ）に示す。図４は従来技術の例を示す図８との比較が容易なようにバーナ間隔内を５区画に分割した例について、バーナ列の１番外側の外側バーナ２と２番目のバーナ３の部分を示したもので（反対側の外側バーナとその内側のバーナについても同様の状況となる）、右側の数値は折り返し位置が始めの位置に戻るまでの一連の往復移動（１セットの往復移動）の間に出発ロッド１上に形成されるガラス微粒子の堆積層数を示している。
【００３７】
図４（ａ）の例では、１セットの往復移動の前半においては１方向へ２区画分移動して１区画戻す操作を２回繰り返した後、４区画移動させて往復移動の折り返し位置がバーナ間隔分より１区画遠い位置まで移動するようにし、後半においては復路２区画、往路１区画の往復移動を２回繰り返した後、次の移動で４区画戻すことにより初期の相対位置に戻るようにしている。往復移動の折り返し位置の移動距離は、１セットの間に１区画、３区画、１区画、３区画と変化する。この場合の堆積層数は図の右側に示したように２，４，４，４，４・・・となっており、有効部の堆積層数より少ない部分は、母材端部のバーナ間隔内のわずかに１区画のみである。図４（ｂ）の例は折り返し位置の移動距離を変化させるパターンが異なるだけで堆積層の形成状態は同じである。
この折り返し方式においても、第１〜第３の移動形態と同様にさらに分散効果を高めるためにバーナ間隔内の分割数を増やしていっても、堆積層数が少ない部分は母材の端に位置する１区画のみしか存在しない。すなわち、分割数を増やすと堆積層数の少ない部分の長さはさらに短くなっていく。
図４に示した第４の移動形態も第１〜３の移動形態と同様、折り返し位置の分散数を増やしても１セット中に堆積する有効部の堆積層数は増加することはなく常に４層であり、第１〜３の移動形態と同様にガラス微粒子堆積量を細かく調整することがが可能である。
【００３８】
本発明の方法においては、１セットにおける往復移動の折り返し位置の１回の平均移動距離がバーナ間隔の略（ｍ＋１）分の一（ｍは自然数）の長さとなるようにするのが好ましい。こうすることによって往復移動の１セットを初期の往復移動開始位置で終了させることができ、テーパ部分の長さを最も短くすることができる。１回毎の移動距離がバーナ間隔の略（ｍ＋１）分の一（ｍは自然数）の長さを大きく外れると、隣接バーナとの重なり部分で堆積層数が変わることになるので好ましくない。ここでバーナ間隔の略（ｍ＋１）分の一（ｍは自然数）としたのは、「バーナ間隔±バーナ太さ」の（ｍ＋１）分の一（ｍは自然数）を意味する。
なお、この往復移動の折り返し位置の移動間隔は５〜６０ｍｍの範囲となるようにするのが好ましく、さらに好ましくは５〜４０ｍｍの範囲である。バーナの折り返し位置の移動間隔が５ｍｍ未満では、折り返し位置の分散効果が発現する前に外径変動が生じ、６０ｍｍを超えると折り返し位置の分散効果が小さくなる。
【００３９】
さらに外径変動を小さくするために、最も分散効果を得られていると考えられる１セット中に存在する有効部の堆積層数と折り返し位置の分散密度が均一な時点で、ガラス微粒子堆積工程を終了させるのが望ましい。この堆積終了最適時点は従来技術及び第１の移動形態では１セット中に２回存在し、第２〜４の移動形態では１回存在する。すなわち、ガラス微粒子堆積終了時期を、第１の移動形態においては１セット中に２回存在する有効部の堆積層数と折り返し位置の分散が均一となる時点が望ましく、第２〜４の移動形態においては前記往復移動が整数セット終了した時点に設定するのが望ましい。このように設定しても、本発明の方法では有効部の堆積層数と折り返し位置の分散が均一となる時点から次の有効部の堆積層数と折り返し位置の分散が均一となる時点までの間に堆積されるガラス微粒子の層数が従来法に比べて少ないので、ガラス微粒子堆積量を細かく制御することが可能である。
【００４０】
一方、従来の製法では、分散効果を高めるために折り返し位置の移動距離を短くすると母材全長への分散に要するガラス微粒子の堆積層数が増加する。往復移動の折り返し点を均一に分散させる移動方式において、ガラス微粒子の堆積を終了させる時期は１セット中に存在する有効部のガラス微粒子堆積層数と折り返し位置の分散密度が均一となる時点とするのが最適である。この終了に最適な時点から次の終了最適時点までの間に堆積されるガラス微粒子の重量をＭｋｇとするとガラス微粒子の堆積が終了した時点のガラス微粒子堆積体の重量はＭｋｇきざみでしか調整できない。従来の製法ではこの終了最適時点の間の堆積層数が増えるほどＭを小さくするのが難しくなるので、所望する重量のガラス微粒子の堆積体を得ることが難しい。本発明ではＭを小さくでき所望する重量のガラス微粒子堆積体を得ることができる。
【００４１】
さらに、往復移動の速度とガラス微粒子堆積終了までの間に堆積するガラス微粒子の重量との関係から、前記ガラス微粒子堆積終了時期で目標とするガラス微粒子堆積量を達成できる往復移動速度を決定し、その速度でガラス微粒子の堆積を行うことによって、前記ガラス微粒子堆積終了時点で目標堆積量が達成できるようになり、より効果的なガラス微粒子堆積量制御が可能となる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。実施形態の説明では往路を上から下への移動としたが逆方向としてもよい。
また、ガラス微粒子合成用バーナとは、必ずしもガラス原料ガスを火炎中で化学反応を利用してガラス微粒子を発生させるものを意味しない。あくまでもガラス微粒子を出発ロッドに供給し、かつ、堆積結合させる機能を有する機構の総称として用いている。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例により本発明の方法をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（比較例１）
出発ロッドに対向させて４本のバーナを２００ｍｍ間隔で１列に配置した縦型のガラス微粒子堆積装置を使用し、出発ロッドを上下に往復移動させる方式でガラス微粒子の堆積を行った。直径３６ｍｍの出発ロッドを使用し、往復移動は図８のパターンとし、出発ロッド１を下向きに２００ｍｍ移動した後、上向き１８０ｍｍ移動させ、往復移動の折り返し位置が下方向に２０ｍｍずつ移動していくようにした。折り返し位置がバーナ間隔分下に移動した後は、下向きへの移動距離は２００ｍｍのままとし、上向きへの移動距離を２２０ｍｍとして折り返し位置が上向きに２０ｍｍずつ移動していくようにし、初めの位置に戻るまでを１セットとし、４０セットを繰り返してガラス微粒子堆積を行った。
【００４４】
得られたガラス微粒子堆積体（多孔質ガラス母材）は、全長１１００ｍｍ、外径２４０ｍｍで、有効部（外径が一定の部分）の長さは５００ｍｍであり、両端部にできたテーパ部の長さはそれぞれ３００ｍｍであった。原理的には両端にできるテーパ部の長さは２００ｍｍであるが、実際にはテーパに沿って外側にガラス微粒子が流れていくため、有効部となるべき部分（６００ｍｍ）の内側まで（この場合は両端に５０ｍｍずつ）テーパ部となることがわかる。
【００４５】
（実施例１）
比較例１で使用したものと同じ出発ロッド及びガラス微粒子体積装置を使用し、往復移動は図１のパターンとし、出発ロッド１を下向きに４０ｍｍ移動した後、上向き２０ｍｍ移動させ、往復移動の折り返し位置が下方向に２０ｍｍずつ移動していくようにした。折り返し位置がバーナ間隔分下に移動した後は、下向きへの移動距離は４０ｍｍのままとし、上向きへの移動距離を６０ｍｍとして折り返し位置が上向きに２０ｍｍずつ移動していくようにし、初めの位置に戻るまでを１セットとし、２００セットを繰り返し、その他の条件は比較例１と同じにしてガラス微粒子堆積を行った。得られたガラス微粒子堆積体（多孔質ガラス母材）は全長９００ｍｍ、外径２４０ｍｍで、有効部の長さは５００ｍｍであり、両端部にできたテーパ部の長さはそれぞれ２００ｍｍであった。比較例１に比較して有効部の長さは変わっていないが、非有効部（テーパ部）の長さはそれぞれ１００ｍｍずつ短くすることができた。
【００４６】
（実施例２）
実施例１と同じ条件で比較例１とほぼ同じ長さのガラス微粒子堆積体が得られるようにバーナ間隔を２６０ｍｍとしてガラス微粒子の堆積を行った。実施例１と同様に、出発ロッド１を下向きに４０ｍｍ移動した後、上向き２０ｍｍ移動させ、往復移動の折り返し位置が下方向に２０ｍｍずつ移動していくようにした。折り返し位置がバーナ間隔分下に移動した後は、下向きへの移動距離は４０ｍｍのままとし、上向きへの移動距離を６０ｍｍとして折り返し位置が上向きに２０ｍｍずつ移動していくようにし、初めの位置に戻るまでを１セットとし、２００セットを繰り返した。得られたガラス微粒子堆積体は全長１１４０ｍｍで、両端のテーパ部の長さは実施例１と同じく各２００ｍｍとなり、有効部の長さは７４０ｍｍであった。同じバーナ本数で同じ長さのガラス微粒子堆積体が得られるようにバーナ間隔を調整すると、本発明の方法の方が有効部の長さを長くできることがわかる。
【００４７】
（実施例３）
折り返し位置の移動距離をＡｍｍとし、往路（Ｂ＋１）×Ａ、復路Ｂ×Ａの往復移動を繰返し、折り返し位置がバーナ間隔分移動した後、往路（Ｂ＋１）×Ａ、復路（Ｂ＋２）×Ａとし、折り返し位置の移動を逆方向に行うようにし、一番初めの位置に折り返し位置が戻るまでの一連の往復移動を１セットとし、これを繰返しながらガラス微粒子の堆積を行う。このときの平均往復距離Ｄは、Ｄ＝２×（Ｂ＋１）×Ａｍｍである（Ｂ＝１、２、３、・・・）。Ａ＝２０ｍｍとし、その他の条件（バーナ間隔、出発ロッド径等）は、実施例１と同じにし、母材外径が２４０ｍｍとなる多孔質ガラス母材を作成する。このときのＢの変化と非有効部の長さの関係は次のようになる。すなわち、Ｂ＝１、２、３、４、５、６、７、８、９としたときの平均往復距離は、Ｄ＝８０、１２０、１６０、２００、２４０、２８０、３２０、３６０、４００ｍｍとなり、このときの非有効部の長さは、２００、２０２、２０７、２０５、２１０、２３８、２６２、２７８、３００ｍｍとなる。この状況を図５に示す。
ここでＢ＝９、Ｄ＝４００は、従来技術と同じ場合を示しており、従来技術で最も非有効部長が短くなるポイントである。Ｂ＝９より小さい範囲Ｂ＝１〜８のいずれにおいても従来技術の最も短い非有効部長より、短い非有効部が実現され、また、より好ましい範囲では、ほぼ２００ｍｍ前後に収束する（このときＤ≦２４０である）。
【００４８】
（参考例１）
折り返し位置の移動距離をＡｍｍとし、往路（Ｂ＋１）×Ａ、復路Ｂ×Ａの往復運動を繰返し、折り返し位置がバーナ間隔よりＡだけ短い位置まで移動した後、次の移動でバーナが一番初めの位置に戻る一連の往復運動を１セットとし、これを繰返しながらガラス微粒子の堆積を行う。このときの平均往復距離Ｄは、Ｄ＝２×（Ｂ＋１）×Ａｍｍである（Ｂ＝１、２、３、・・・）。Ａ＝２０ｍｍとし、その他の条件（バ−ナ間隔、出発ロッド径等）は、実施例１と同じにし、母材外径が２４０ｍｍとなる多孔質ガラス母材を作成する。このときのＢの変化と非有効部の長さの関係は次のようになる。すなわち、Ｂ＝１、２、３、４、５、６、７、８、９としたときの平均往復距離は、Ｄ＝８０、１２０、１６０、２００、２４０、２８０、３２０、３６０、４００ｍｍとなり、このときの非有効部の長さは、１９５、１９９、２０２、２０６、２０７、２２３、２４５、２６０、２８０ｍｍとなる。この状況を図６に示す。
実施例３よりも非有効部の削減効果が大きいのは、同じ平均移動距離に対し原理テーパ長がＡｍｍ短くなっている効果である。より好ましい範囲ではほぼ２００ｍｍ前後に収束する（このときＤ≦２４０である）。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、バーナ本数を増やすことなく、ガラス微粒子堆積体の端部に形成されるテーパ部分を低減することができる。また、ガラス微粒子堆積体の重量の調整も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における出発ロッドとバーナとの相対移動の状況の１例を示す説明図。
【図２】出発ロッドとバーナとの相対移動の状況の他の参考例を示す説明図。
【図３】出発ロッドとバーナとの相対移動の状況の他の参考例を示す説明図。
【図４】出発ロッドとバーナとの相対移動の状況の他の参考例を示す説明図。
【図５】実施例３における平均往復移動距離と非有効部長さとの関係を示すグラフ。
【図６】参考例１における平均往復移動距離と非有効部長さとの関係を示すグラフ。
【図７】ガラス微粒子の堆積によるガラス微粒子堆積体製造の概要を示す説明図。
【図８】従来法での出発ロッドとバーナとの相対移動の状況の１例を示す説明図。
【符号の説明】
１ 出発ロッド
２ 外側バーナ
３ ２番目のバーナ
４ 容器
５ 排気口
６ ガラス微粒子堆積体
７ バーナ

Claims (5)

1. 回転する出発ロッドに対向させて複数本のガラス微粒子合成用バーナを等間隔に配置し、前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとを平行に相対的に復路から往路の折り返し位置が初期の位置を超えないように往復運動させ、往復運動の往路から復路の折り返し位置を一定方向に移動させ、前記往路から復路の折り返し位置が所定の位置に移動したところで逆方向に移動させるようにし、各バーナが前記初期の位置に戻るまでの操作を１セットとし、順次この操作を繰り返してバーナで合成されるガラス微粒子を出発ロッドの表面に順次堆積させて多孔質ガラス母材を製造する方法において、往路（Ｂ＋１）×Ａ、復路Ｂ×Ａの往復運動を繰返し（Ａ：折り返し位置の１回の移動距離、Ｂ：自然数（１、２、３、・・・））、前記折り返し位置が前記所定の位置に移動した後は、往路（Ｂ＋１）×Ａ、復路（Ｂ＋２）×Ａとして折り返し位置の移動を逆方向に行うようにし、１セットの平均往復移動距離Ｄ＝２×（Ｂ＋１）×Ａをバーナ間隔の２倍未満とし、１セットの中の各バーナが初期の位置に戻った時点で、定常部の堆積層数が長さ方向で均一となるように設定することを特徴とする、多孔質ガラス母材の製造方法。
2. 往復運動の往路から復路の折り返し位置の移動範囲がバーナ間隔のｎ倍（ｎは１〜３の整数）であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
3. １セットにおける往復運動の往路から復路の折り返し位置の１回の移動距離がバーナ間隔の（ｍ＋１）分の一（ｍは自然数）の長さであることを特徴とする請求項１又は２項に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
4. 前記１セットにおける往復運動の往路から復路の折り返し位置の１回の移動距離をＡｍｍとし、１セットの平均往復移動距離をＤｍｍとし、Ａが５〜６０ｍｍの範囲内にあり、かつ、Ｄが４×Ａ≦Ｄ≦２４０の範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
5. 往復運動の速度とガラス微粒子堆積終了までの間に堆積するガラス微粒子の重量との関係から、前記ガラス微粒子堆積終了時期で目標とするガラス微粒子堆積量を達成できる往復移動速度を決定し、その速度でガラス微粒子の堆積を行うことによって、前記ガラス微粒子堆積終了時期で目標堆積量が達成できるようにすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。

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