JP2000109334A - 光ファイバ用母材の製造方法 - Google Patents

光ファイバ用母材の製造方法

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JP2000109334A JP28424698A JP28424698A JP2000109334A JP 2000109334 A JP2000109334 A JP 2000109334A JP 28424698 A JP28424698 A JP 28424698A JP 28424698 A JP28424698 A JP 28424698A JP 2000109334 A JP2000109334 A JP 2000109334A
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晴彦 相川
Takehiko Kito
毅彦 鬼頭
Taku Sugiyama
卓 杉山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 VAD法によるスート形成の初期段階におい
て生じるスート堆積体の破損を防止し、品質良好な光フ
ァイバ用多孔質母材を歩留りよく製造することのできる
光ファイバ用母材の製造方法を提供すること。 【解決手段】 上部に空気供給口を有するマッフルを用
い、石英ガラススート合成用バーナで形成させたスート
を出発ロッドに堆積させ棒状のスート堆積体を得るVA
D法による石英系光ファイバ用多孔質母材の製造方法に
おいて、スート形成開始時からスート形成が定常状態に
なるまでの間、前記上部の空気供給口からの空気導入量
をスート堆積体の成長に応じて増量させることを特徴と
する光ファイバ用母材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、VAD法による石
英系光ファイバ用多孔質母材の製造方法に関し、特にス
ート形成初期段階における割れ(クラック)の発生の少
ない光ファイバ用母材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】石英ガラススート合成用バーナにより合
成したスートを出発ロッドに堆積させ棒状のスート堆積
体を得るVAD法によって石英系光ファイバ用多孔質母
材を製造する場合、良好で均一な品質の母材を歩留りよ
く得るためには、スート堆積条件、すなわちスート堆積
体表面の温度や火炎方向、更には、これらに影響を与え
るマッフル内の気流状態等を一定、かつ均一に保持する
ことが必要であり、それらの制御方法が種々検討されて
いる。例えば、特開昭59−3033号公報には、生成
中の母材のスートが堆積しつつある部分またはその近傍
の表面温度を、マッフルに接続した余剰ガス取り入れ口
から導入するガスを加熱又は冷却することによって制御
する方法が、また、特開昭60−90844号公報に
は、吸気口と排気口を有する反応容器を用いてスート堆
積体を製造する際に、調節弁及びエアフィルタを通して
反応容器内に気体を導入し、該反応容器内の気体状態を
測定して、当該気体流量を一定に保つ方法が、更に特公
平5−26732号公報には、反応容器内にターゲット
及び多孔質ガラス体(スート堆積体)が通る上下方向の
通路部を設け、該通路部の外周に下降気流が生じるよう
に余剰空気を導入する方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、VAD
法による光ファイバ用母材の製造方法について更に検討
を進めた結果、出発ロッドに石英ガラスのスートを堆積
させる際に、特に初期のスート形成段階において、堆積
した多孔質体(スート堆積体)が割れて、継続が不可能
になる現象が度々発生する問題があることわかった。本
発明は主としてこのようなVAD法によるスート形成の
初期段階において生じるスート堆積体の破損を防止し、
品質良好な光ファイバ用多孔質母材を歩留りよく製造す
ることのできる光ファイバ用母材の製造方法を提供しよ
うとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】図2に従来行われている
VAD法による光ファイバ用母材製造時の状態を模式的
に示す。この方法は上部及び側面に空気供給口2及び
3、排気口4を有するマッフル(反応容器)1を用い、
石英ガラススート合成用バーナ5で形成させたスートを
回転する出発ロッド(ターゲット)6に堆積させ、この
出発ロッド6を徐々に引き上げることによって棒状のス
ート堆積体7を得るものである。この方法においては、
通常、マッフル1内に浮遊している石英微粒子(余剰ス
ート)を排気口4から効率よく排出させるためにマッフ
ル1の上部及び側面の空気供給口2及び3からメッシュ
8を介して外気(一般的には清浄空気15)を導入して
いる。
【0005】本発明者らはこのプロセスにおける、スー
ト堆積体に割れが生じやすいという前記課題を解決すべ
く種々検討を進めた結果、マッフル1内に導入される空
気、特にマッフル1の上部の空気供給口2から導入され
る空気によって、出発ロッド6に酸水素火炎で合成され
堆積したスートが冷却され、これによって生じた熱歪み
で図2に示すような割れ(クラック)9が発生しやすい
こと、この現象は特にマッフル1が十分暖まっていない
スート形成初期段階において、スート堆積体7の最上部
の多孔質密度(かさ密度)の低い堆積層で頻繁に見られ
ること、がわかった。
【0006】本発明は、これらの知見に基づいてなされ
たものであって、次の(1)〜(3)の構成を有するも
のである。 (1)上部に空気供給口を有するマッフルを用い、石英
ガラススート合成用バーナで形成させたスートを出発ロ
ッドに堆積させ棒状のスート堆積体を得るVAD法によ
る石英系光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、
スート形成開始時からスート形成が定常状態になるまで
の間、前記上部の空気供給口からの空気導入量をスート
堆積体の成長に応じて増量させることを特徴とする光フ
ァイバ用母材の製造方法。 (2)スート形成開始直後は、上部の空気供給口からの
空気の導入を行わないことを特徴とする前記(1)の光
ファイバ用母材の製造方法。 (3)上部の空気供給口からの空気導入量を増量させる
間、マッフルの内圧が(大気圧−10Pa)〜(大気圧
−40Pa)の範囲となるように制御することを特徴と
する前記(1)の光ファイバ用母材の製造方法。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の1実施態様を示す
図1を参照しながら、本発明の方法を詳細に説明する。
図1において、図2と同じ部位には同一の符号を付し、
説明を省略する。本発明においても光ファイバ用母材の
製造プロセスの大略は前記図2の説明と同様であるが、
スート形成開始時からスート形成が定常状態になるまで
の間、上部の空気供給口2からの空気導入量をスート堆
積体の成長に応じて増量させることを特徴とする。スー
ト合成開始時から出発ロッド6へのスートの堆積が始ま
り、スート堆積体7の径が徐々に増大して行き、所定の
径に達した後はほぼ一定の成長速度(引き上げ速度)及
びほぼ一定の径でスートの堆積が行われ棒状のスート堆
積体が得られるが、前記定常状態とはこのほぼ一定の径
及び成長速度(引き上げ速度)でスートの堆積が行われ
るようになった状態をいう。
【0008】このようなマッフル構造の場合、マッフル
1内に強制的に送り込まれるガスはスート合成用バーナ
5からのガスだけ(ここで図示していない余剰スートの
付着防止、冷却等のマッフル保護用に使用されるN2
のシールガスは量が僅かであり、特に考慮しなくてよ
い)であり、また、排気は排気口4からのみ行われる。
定常状態においては、各空気供給口2及び3から、それ
ぞれの製造条件に応じて定められる所定量の空気がマッ
フル1内に導入される。一般に余剰スートの排出を促進
するため、マッフル1からの排気量はスート合成用バー
ナ5への供給ガス量よりかなり多く設定されているの
で、通常の場合、強制的な送風を行うことなく空気供給
口2及び3からの空気の導入が行われる。本発明の方法
においてはスート形成開始時には上部の空気供給口2か
らの空気の導入は行わないか、少量としておき、以後、
定常状態に達するまでの間にスート堆積体の成長に応じ
て導入量を徐々に段階的、あるいは連続的に増大させて
行くようにする。なお、マッフル1が十分に暖まってい
ないスート形成開始直後(スート堆積体の大きさ等によ
り異なるがおよそ60分以内まで)は上部の空気供給口
2からの空気の導入は行わないようにするのが好まし
い。また、マッフル1の内圧を監視し、これが(大気圧
−10Pa)〜(大気圧−40Pa)の範囲となるよう
に制御すれば、より安定した製造が可能となる。
【0009】上部の空気供給口2からの空気の導入量制
御の具体例としては、例えば次のように行う。スート形
成初期段階は、図1に示すように空気導入量制御弁10
の開度を調整して(図1の状態では開度:0°)、上部
の空気供給口2からの空気の導入は行わず、バイパスさ
せて排気管11へ流す。もちろんこれは1例であって、
空気を排気管11へ流さずに大気へ放出し、排気量調整
弁12と余剰空気取入調整弁13を調整してマッフル1
の内圧を所望の値に設定することも可能である。この段
階ではスートが堆積する部分が小さく、合成速度もあま
り高くないため、スート合成用バーナ5から噴出する原
料流量や酸水素流量を絞っているので、堆積しない余剰
スート(石英微粒子)の量もあまり多くない。従って、
上部の空気供給口2からの空気の導入は行わなくても余
剰スートは十分排出される。空気導入量制御弁10とし
てはバタフライバルブ、ボールバルブ、ニードルバル
ブ、ダンパ等の各種形式のものが使用できる。また、空
気供給口2からの空気の導入量制御は制御弁形式が一般
的であるが、必要によりインバーターファン等により強
制的に空気を送り込む形式を採ることもできる。
【0010】スート形成が定常状態(定常引き上げステ
ップ)となった時点で原料流量や酸水素流量は定常状態
の設定量とし、マッフル1の上部の空気供給口2からの
空気は、空気導入量制御弁10の開度を全開(図1の例
では弁の開度を0°→90°に傾倒)にして、クリーン
エア発生器14から供給される所定量の清浄空気の全量
を導入し、マッフル1の内圧が大気圧に対して10〜4
0Paの負圧になるよう排気量調整弁12を調整する。
前記スート形成初期段階から定常状態までの間は、空気
導入量調整弁10の開度を徐々に大きくして空気導入量
を増加させる。その実施方法としては、例えば所定時間
毎(例えば30分毎)に弁の開度を段階的(例えば20
%ずつ)開けていく、あるいは、プログラマブルコント
ローラを用いてオートマチックに開度を連続的に大きく
していく方法などがある。
【0011】このようにスート形成初期段階で余剰スー
トが少量の間は、マッフル1の上部からの空気導入量を
絞ってスート堆積体の冷却を抑制することによって、ス
ート形成初期段階に起こりがちなスート最上部の低かさ
密度層の割れ(クラック)を効果的に防止することがで
き、マッフル1が十分に暖まったスート形成定常状態で
は、上部からの空気導入を増やして余剰スートの排出を
積極的に促すことによって、全体として安定な製造が可
能となる。
【0012】
【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。 (実施例)図1の構成の装置を使用して光ファイバ用母
材の製造試験を行った。出発ロッド6としてはコア・ク
ラッド構造を持つ外径約20mmのロッドを使用し、ス
ート合成用バーナ5に、石英の原料としてSiCl4
6SLM、火炎原料としてH2 :320SLMとO2
400SLM、その他に不活性ガスとしてN2 :50S
LMを供給してスート形成を開始した。この時点では空
気導入量調整弁10の開度を0°とし、マッフル1の上
部の空気供給口2からの清浄空気15の導入は行わず、
排気管11へバイパスさせた。また、空気供給口3を介
してスート合成用バーナ5の両脇から清浄空気15を導
入して、マッフル1の内圧が大気圧に対して15〜25
Pa(1.5〜2.5mmH2 O)の負圧になるよう排
気量調整弁12を調整した。
【0013】スート形成初期段階は上記条件で操作し、
空気導入量調整弁10の開度を30分毎に20%ずつ増
して行き、150分後に開度を全開(90°)とした。
この間、マッフル1の内圧が大気圧に対しておよそ20
〜30Pa(2.0〜3.0mmH2 O)の負圧になる
よう排気量調整弁12を併用して調整した。また、スー
ト合成用バーナ5へのガス供給量も空気導入量調整弁1
0の開度と共に定常段階における供給量まで段階的に変
化させた。この時点でスート形成が定常段階(定常引き
上げステップ)に達したので、スート合成用バーナ5へ
の供給量をSiCl4 :18SLM、H2 :420SL
M、O2 :450SLM、N2 :60SLMとし、空気
導入量調整弁10の開度は全開としたままで、マッフル
1の内圧が大気圧に対して25〜35Pa(2.5〜
3.5mmH2 O)の負圧になるよう排気量調整弁12
を調整しながらスートの形成を続行し約10時間で定常
部のスート堆積層の外径200mm、定常部の長さ約6
00mmの光ファイバ用母材を製造した。なお、この例
において、定常段階における上部の空気供給口2及び側
面の空気供給口3から導入される空気量は大略でそれぞ
れ2m3 /分及び3m3 /分程度であった。この方法で
多孔質の光ファイバ用母材を100本作製したところ、
スートのクラック発生は全く発生せず、クラックの発生
率は従来の約3.5%から0%となった。ここにはジャ
ケット合成プロセス、すなわち、出発ロッドとしてコア
・クラッド構造を持つロッドの実施例を示したが、本発
明の方法はコア・クラッド合成プロセスにおいても有用
であることはもちろんである。
【0014】
【発明の効果】本発明(1)の方法によれば、VAD法
におけるスート形成初期段階に起こりやすいスート堆積
体最上部の低かさ密度層の割れ(クラック)の発生を効
果的に防止するとともに、スート形成定常段階では余剰
スートの排出を円滑に行うことができる。また、本発明
(2)の方法によれば、マッフルが十分に暖まっていな
い状態で冷たい空気がスート堆積体に当たって冷却する
のを効果的に防止することができ、更に本発明(3)の
方法によれば、マッフルの内圧を監視し、内圧を一定範
囲内に収めることによって、より安定した製造が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施態様による光ファイバ用母材製
造時の状態を模式的に示す図。
【図2】従来行われているVAD法による光ファイバ用
母材製造時の状態を模式的に示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 卓 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Fターム(参考) 4G021 EA01 EB11 EB26

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上部に空気供給口を有するマッフルを用
    い、石英ガラススート合成用バーナで形成させたスート
    を出発ロッドに堆積させ棒状のスート堆積体を得るVA
    D法による石英系光ファイバ用多孔質母材の製造方法に
    おいて、スート形成開始時からスート形成が定常状態に
    なるまでの間、前記上部の空気供給口からの空気導入量
    をスート堆積体の成長に応じて増量させることを特徴と
    する光ファイバ用母材の製造方法。
  2. 【請求項2】 スート形成開始直後は、上部の空気供給
    口からの空気の導入を行わないことを特徴とする請求項
    1に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
  3. 【請求項3】 上部の空気供給口からの空気導入量を増
    量させる間、マッフルの内圧が(大気圧−10Pa)〜
    (大気圧−40Pa)の範囲となるように制御すること
    を特徴とする請求項1に記載の光ファイバ用母材の製造
    方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002102729A1 (en) * 2001-06-14 2002-12-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Device and method for producing stack of fine glass particles
WO2003062159A1 (fr) * 2002-01-24 2003-07-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Procede de fabrication d'un corps sedimentaire constitue de particules de verre et procede de fabrication de materiau a base de verre

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