JP2001048550A - 多孔質ガラス母材の製造装置及び方法 - Google Patents

多孔質ガラス母材の製造装置及び方法

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JP2001048550A
JP2001048550A JP11217343A JP21734399A JP2001048550A JP 2001048550 A JP2001048550 A JP 2001048550A JP 11217343 A JP11217343 A JP 11217343A JP 21734399 A JP21734399 A JP 21734399A JP 2001048550 A JP2001048550 A JP 2001048550A
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glass
burner
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Motonori Nakamura
元宣 中村
Masashi Onishi
正志 大西
Masaaki Hirano
正晃 平野
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔質ガラス母材の断面径方向におけるGe
2濃度の急激な変化を防止することができ、所望の特
性を有する多孔質ガラス母材を簡易に且つ確実に得るこ
とが可能な多孔質ガラス母材の製造装置を提供する。 【解決手段】 本発明の多孔質ガラス母材製造装置1
は、ガラス微粒子が堆積するガラスロッドと、SiCl
4及びGeCl4を含む原料ガス並びに燃料ガスが供給さ
れてSiO2及びGeO2を含む上記ガラス微粒子を生成
し、このガラス微粒子を含む火炎F12をガラスロッド
4の外周部に向けて噴射するバーナ12と、ガラスロッ
ド4を把持し且つ回転させる支持部材14と、ガラスロ
ッド4とバーナ12とを相対的に往復移動させるバーナ
移動部17と、GeO2を含まない火炎F13をガラス
ロッド4の外周部に向けて噴射し、火炎F12,F13
が干渉する位置に配置されたバーナ13とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質ガラス母材
の製造装置及び方法に関し、詳しくは、光ファイバ用多
孔質ガラス母材の製造装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ用の多孔質母材を製造する方
法としては、VAD( Vapour-phaseAxial Depositio
n)法及びOVD( Outside Vapour Deposition)法等
の種々の方法が知られている。これらの方法において
は、SiCl4及びドーパント用ガスを含む原料ガスが
ガラス微粒子合成用バーナに供給され、生成されたSi
2及びドーパントを含むガラス微粒子がターゲットで
あるガラスロッド上に堆積して多孔質ガラス母材(スー
トプリフォーム)が形成される。例えば、特開平2−2
12327号公報、特開平3−295820号公報等に
は、多孔質ガラス母材の生産性を向上させるための方法
が開示されている。
【0003】ところで、上記ドーパントとしては種々の
ものが用いられ、屈折率を上げるためにGeO2(ゲル
マニア)をドープする場合には、GeCl4がドーパン
ト用ガスとして主に使用されている。原料ガスのひとつ
としてGeCl4を用いると、ガラス微粒子合成用バー
ナにおいて、下記式(3)〜(6)で表される化学反応
が行われる。 GeCl4+O2 → GeO2+2Cl2 …(3) GeO2+2Cl2 → GeCl4+O2 …(4) 2GeO2 → 2GeO+O2 …(5) 2GeO+O2 → 2GeO2 …(6)
【0004】上記式(3)及び(4)で表される反応、
上記式(5)及び(6)で表される反応は、それぞれ互
いに可逆的であり、これら各式で表される反応は、反応
場の温度に依存する。具体的には、ガラスロッド上にガ
ラス微粒子が堆積している部位の中心部は周縁部に比し
て高温であり、式(5)の反応が優勢となってGeOが
GeO2よりも多く生成される傾向にある。生成したG
eOはガスとして外部へ散逸する。一方、上記周縁部は
中心部よりも低温であるので、式(6)の反応が優勢と
なってGeO2がGeOに比して多く生成される傾向に
ある。その結果、多孔質ガラス母材を焼結して得られる
光ファイバ母材の中心軸に垂直な断面における径方向
(以下、単に「断面径方向」という)のGeO2濃度分
布に、GeO2の含有量が急激に大きくなる急峻なピー
クが認められる場合がある。そして、GeO2濃度分布
は屈折率プロファイルに直接反映されるので、屈折率プ
ロファイルにもピークが現れることとなる。図6には、
このような従来の光ファイバ母材における断面径方向の
GeO2濃度分布(又は屈折率プロファイル)を模式的
に示す。また、光ファイバ設計上想定された光ファイバ
母材の屈折率プロファイルを図7に示す。
【0005】しかし、図6に示すようなピークは、屈折
率プロファイルに現れるいわゆる「脈理」と同様又はそ
れ以上に、プリフォームアナライザによる屈折率測定の
確度及び精度に悪影響を与え、また、下記式(7);η
=Hp/Hmax×100 …(7) [式中、ηはピーク割合(%)を示し、Hp及びHmaxは
図6中に示す高さである。]で定義されるピーク割合が
異常に大きい(例えば80%以上)と、プリフォームア
ナライザによる屈折率測定が困難となることがある。そ
して、プリフォームアナライザによる測定値に基づいて
光ファイバ母材の設計を進める場合に、所望の屈折率等
の特性が得られないことがあった。また、上記Hp及び
Hmaxは、再現性がない場合も多く、プリフォームアナ
ライザによる屈折率測定とは別にEPMA等による元素
分析(GeO2の分析)をも行って、多孔質ガラス母材
の製造条件を調整する必要があった。その結果、所望の
特性を持つ多孔質ガラス母材を得るのに非常に手間が掛
かってしまうことがあった。この問題は、従来の製造方
法では十分に解決されておらず、手間を掛けずに所望の
良好な特性を有する多孔質ガラス母材を得ることができ
る製造装置又は方法が切望されていた。
【0006】そこで、本発明は、このような事情に鑑み
てなされたものであり、多孔質ガラス母材の断面径方向
におけるGeO2濃度の急激な変化を防止することがで
き、所望の特性を有する多孔質ガラス母材を簡易に且つ
確実に得ることが可能な多孔質ガラス母材の製造装置及
び方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ね、GeO2を含むガラ
ス微粒子がガラスロッド上に堆積している部位の表面温
度と、上記GeO2濃度分布及び上記屈折率プロファイ
ルにおけるピークの発現とが密接に関連することに着目
し、その表面温度を有効に調整する手段及び方法を見出
し、本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明の多孔質ガラス母材の製
造装置は、ガラス微粒子が堆積するガラスロッドと、S
iCl4及びGeCl4を含む原料ガス及び燃料ガスが供
給されてSiO2及びGeO2を含む上記ガラス微粒子を
生成し、そのガラス微粒子を含む第1の火炎をガラスロ
ッドの外周部に向けて噴射する第1のバーナと、ガラス
ロッドを把持し且つ回転させる把持回転手段と、ガラス
ロッドと第1のバーナとを相対的に往復移動させる移動
手段とを備える装置であって、GeO2を含まない第2
の火炎をガラスロッドの外周部に向けて噴射し、第1の
火炎に含まれるガラス微粒子が堆積している部位が、第
2の火炎がない状態より狭い所定の面とされるように、
第1の火炎と第2の火炎とが干渉する位置に配置された
第2のバーナを更に備えることを特徴とする。
【0009】このように構成された多孔質ガラス母材の
製造装置によれば、第1のバーナで合成されたSiO2
及びGeO2を含むガラス微粒子は、第1のバーナから
ガラスロッドの外周部に向かって噴射される第1の火炎
により、その外周部上に投射され、徐々に堆積してい
く。このとき、ガラスロッドは、回転しながら第1のバ
ーナに対して相対的に往復移動され、ガラスロッド上に
中空状の多孔質ガラス母材が形成される(OVD法)。
このとき、上記第1の火炎には、第2のバーナからガラ
スロッドの外周部に向けて噴射されるGeO2を含まな
い第2の火炎が干渉される。その結果、第1の火炎に含
まれるガラス微粒子の広がりは、第2の火炎がない場合
に比べて狭い空間領域に制限され、ガラスロッドの外周
部上においてGeO2を含むガラス微粒子が堆積してい
る部位の範囲が狭められる。また、この第2の火炎が干
渉することにより、上記部位表面の温度勾配は、第2の
火炎がない場合に比べて緩やかになる。よって、その部
位表面の周縁部の温度低下が抑えられるので、周縁部に
堆積するガラス微粒子中のGeO2濃度は、その部位表
面の中心部に比して極端に高められることが防止され
る。したがって、こうして製造された多孔質ガラス母材
を焼結して得られる光ファイバ母材の断面径方向におけ
るGeO2濃度分布及び屈折率プロファイルに、従来問
題となっていたピークが生じるおそれが格段に低減され
る。
【0010】さらに、第1の火炎に含まれるガラス微粒
子が堆積している上記部位の表面積は、第1のバーナと
第2のバーナとの相対的な位置を調整して第1の火炎と
第2の火炎との干渉の度合いを調節することによって、
所望の面積とすることが可能である。その結果、光ファ
イバ母材の上記GeO2濃度分布及び屈折率プロファイ
ルにおけるピークの発生を確実に防止することが可能と
なるので、従来の元素分析を行わなくともよく、多孔質
ガラス母材の製造に係る手間及び工期が格別に軽減され
る。
【0011】また、本発明の多孔質ガラス母材の製造装
置は、ガラス微粒子が堆積するガラスロッドと、SiC
4及びGeCl4を含む原料ガス及び燃料ガスが供給さ
れてSiO2及びGeO2を含む上記ガラス微粒子を生成
し、そのガラス微粒子を含む第1の火炎をガラスロッド
の端部に向けて噴射する第1のバーナと、ガラスロッド
を把持し、回転させ、且つ、第1のバーナに対して軸方
向に移動させる把持移動手段とを備える装置であって、
GeO2を含まない第2の火炎をガラスロッドの端部に
向けて噴射し、第1の火炎に含まれるガラス微粒子が堆
積している部位が、第2の火炎がない状態より狭い所定
の面とされるように、第1の火炎と第2の火炎とが干渉
する位置に配置された第2のバーナを更に備えることを
特徴とする。
【0012】このように構成された多孔質ガラス母材の
製造装置によれば、第1のバーナで合成されたSiO2
及びGeO2を含むガラス微粒子は、第1のバーナから
ガラスロッドの端部に向かって噴射される第1の火炎に
より、その端部上に投射され、徐々に堆積していく。こ
のとき、ガラスロッドは、回転しながら第1のバーナに
対して引き上げられ、ガラスロッドの端部から軸方向に
沿って中実状の多孔質ガラス母材が形成される(VAD
法)。上記第1の火炎には、第2のバーナからガラスロ
ッドの端部に向けて噴射されるGeO2を含まない第2
の火炎が干渉される。その結果、第1の火炎に含まれる
ガラス微粒子の広がりは、第2の火炎がない場合に比べ
て狭い空間領域に制限され、ガラスロッドの端部におい
てGeO2を含むガラス微粒子が堆積している部位の範
囲が狭められる。また、この第2の火炎が干渉すること
により、上記部位表面の温度勾配は、第2の火炎がない
場合に比べて緩やかになる。よって、その部位表面の周
縁部の温度低下が抑えられるので、周縁部に堆積するガ
ラス微粒子中のGeO2濃度は、その部位表面の中心部
に比して極端に高められることが防止される。さらに、
上述の如く、上記部位の表面積は簡易に調整されて所望
の面積とされうる。したがって、こうして製造された多
孔質ガラス母材を焼結して得られる光ファイバ母材の断
面径方向におけるGeO2濃度分布及び屈折率プロファ
イルに、従来問題となっていたピークが生じるおそれが
格段に低減されるとともに、多孔質ガラス母材の製造に
係る手間及び工期が格別に軽減される。
【0013】さらに、上記の所定の面積が下記式
(1); 5[%]≦{1−(Sx/So)}×100≦60[%] …(1) [式中、Soは第2の火炎が噴射されないときにガラス
微粒子が堆積する部位の表面積を示し、Sxは上記所定
の面の面積を示す。]に示す関係を満たすと好ましく、
下記式(8); 20[%]≦{1−(Sx/So)}×100≦40[%] …(8) [式中、So及びSxは、上記式(1)に同じ。]に示
す関係を満たすとより好ましい。上記式中の[{1−
(Sx/So)}×100](以下、この数値を、便宜
上「火炎干渉割合」という)が、60%を超えると、原
料収率が工業上好ましくない程に低下する傾向にある。
一方、この火炎干渉割合が5%未満であると、多孔質ガ
ラス母材を焼結して得られる光ファイバ母材の断面径方
向におけるGeO2濃度分布及び屈折率プロファイル
に、問題となりうるピークの発生する確率が高まる傾向
にある。
【0014】また、本発明による多孔質ガラス母材の製
造方法は、本発明の多孔質ガラス母材の製造装置を用い
て実施されると特に好適な方法であり、SiCl4及び
GeCl4を含む原料ガス及び燃料ガスを第1のバーナ
に供給してSiO2及びGeO 2を含むガラス微粒子を生
成させ、第1のバーナとガラスロッドとを相対的に往復
移動させながら、且つ、ガラスロッドを回転させなが
ら、第1の火炎をガラスロッドの外周部に向けて噴射し
てこの外周部上にガラス微粒子を堆積させる方法(OV
D法)であって、第1の火炎に含まれるガラス微粒子が
堆積している部位が、第2の火炎がない状態より狭い所
定の面となるように、第1のバーナから噴射される第1
の火炎と、第2のバーナから噴射されるGeO2を含ま
ない第2の火炎とを干渉させることを特徴とする。
【0015】また、本発明の多孔質ガラス母材の製造方
法は、SiCl4及びGeCl4を含む原料ガス及び燃料
ガスを第1のバーナに供給してSiO2及びGeO2を含
むガラス微粒子を生成させ、第1のバーナに対してガラ
スロッドを引き上げながら、且つ、ガラスロッドを回転
させながら、第1の火炎をガラスロッドの端部に向けて
噴射してその端部上にガラス微粒子を堆積させる方法
(VAD法)であって、第1の火炎に含まれるガラス微
粒子が堆積している部位が、第2の火炎がない状態より
狭い所定の面となるように、第1のバーナから噴射され
る第1の火炎と、第2のバーナから噴射されるGeO2
を含まない第2の火炎とを干渉させることを特徴とす
る。
【0016】さらに、上記所定の面の面積が下記式
(1); 5[%]≦{1−(Sx/So)}×100≦60[%] …(1) [式中、Soは第2の火炎が噴射されないときにガラス
微粒子が堆積する部位の表面積を示し、Sxは上記所定
の面の面積を示す。]に示す関係を満たすように、第1
の火炎と第2の火炎とを干渉させると好ましく、下記式
(8); 20[%]≦{1−(Sx/So)}×100≦40[%] …(8) [式中、So及びSxは、上記式(1)に同じ。]に示
す関係を満たすようにするとより好ましい。
【0017】またさらに、第1の火炎に含まれるガラス
微粒子が堆積している部位の表面温度を、下記式(2)
に示す関係が満たされるように調節すると一層好適であ
る。 Tmax−Tmin≦200℃ …(2) [式中、Tmaxは、上記部位における表面温度の最大値
を示し、Tminは、上記部位における表面温度の最小値を
示す。]この(Tmax−Tmin)が200℃を超えるよう
な温度勾配が生じると、第1の火炎に含まれるガラス微
粒子が堆積している部位表面の周縁部において生成され
るGeO2量が、200℃以下の場合に比して顕著に増
大し、その結果、上述したGeO2濃度分布及び屈折率
プロファイルにおいて問題となるピークが生じやすい傾
向となる。
【0018】なお、本発明において「第1の火炎に含ま
れるガラス微粒子が堆積している部位の表面積」、及
び、「第1の火炎に含まれるガラス微粒子が堆積してい
る部位の表面温度」は、それぞれ下記方法によって求め
られる。
【0019】〈第1の火炎に含まれるガラス微粒子が堆
積している部位の表面積の測定方法〉まず、第2のバー
ナを点火せず、第1のバーナのみを点火して第1の火炎
のみを噴射させ、ガラス微粒子をガラスロッドの外周部
又は端部に堆積させる。このとき、ガラス微粒子は、高
温側から低温側に向かって働くサーモホレシス効果によ
り、高温側(火炎側)から低温側(堆積面側)へ向かっ
て堆積していく。燃料ガスの燃焼による火炎が届く範囲
では、火炎中のSiO2微粒子が高温になるため白く発
光するが、火炎の届かない範囲では、そのような発光は
見られない。ガラス微粒子が堆積している部位は、Si
2微粒子が加熱されるため自己発光して白く輝いてお
り、外縁の境界が明確となっている。そこで、その画像
を採取し、自動(コンピュータ処理)又は手動(分画し
て積算する等)で画像処理し、又は、その状態において
目視により、上述した面積Soを算出する。次に、第2
のバーナには燃料ガスのみを供給し、第1及び第2のバ
ーナの両方を点火し、第1の火炎と第2の火炎とを干渉
させた状態で、ガラス微粒子をガラスロッドの外周部又
は端部に堆積させる。このとき、白く輝いている部位の
画像を採取し、自動(コンピュータ処理)又は手動(分
画して積算する等)で画像処理し、又は、その状態にお
いて目視により、上述した面積Sxを算出する。
【0020】〈第1の火炎に含まれるガラス微粒子が堆
積している部位の表面温度の測定方法〉上記表面積の測
定方法において説明した白く輝いている部位の表面温度
分布を、サーモトレーサ(NEC三栄社製)を用いて遠
隔測定し、得られた温度分布データより、その部位の最
高温度(最大値Tmax)と最低温度(最小値Tmin)を求
める。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
実施形態を説明する。なお、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。
【0022】図1は、本発明による多孔質ガラス母材の
製造装置の一実施形態を示す構成図である。多孔質ガラ
ス母材製造装置1(多孔質ガラス母材の製造装置)に
は、反応容器11の底壁にバーナ12(第1のバーナ)
及びバーナ13(第2のバーナ)が吹出口を内部に向け
て設けられており、反応容器11の両側壁及び上壁に
は、それぞれ吸気口15及び排気口16が設けられてい
る。バーナ12及びバーナ13は、バーナ12から噴射
される火炎F12とバーナ13から噴射される火炎F1
3とが干渉する位置にそれぞれ配置されている。また、
反応容器11の側方には、回転チャック(図示せず)を
有する支持部材14(把持回転手段)が設けられてお
り、この支持部材14によって反応容器11の両側壁を
貫通するガラスロッド4が把持且つ回転される。また、
支持部材14は、回転チャックを回転させるための図示
しない駆動部に接続されている。また、バーナ12及び
バーナ13は、バーナ移動部17に固定されており、バ
ーナ移動部17は図示しない駆動部に接続されている。
バーナ12には、燃料ガスとしてのH2及びO2並びに多
孔質ガラス母材5を合成するための原料ガスとしてのS
iCl4及びGeCl4を供給するための各供給管(図示
せず)が接続されており、一方、バーナ13には、燃料
ガスとしてのH2及びO2、並びにSiCl4を供給する
ための各供給管が接続されている。
【0023】このように構成された多孔質ガラス母材製
造装置1では、バーナ12においてSiO2及びGeO2
を含むガラス微粒子が合成され、このガラス微粒子を含
む火炎F12がガラスロッド4の外周部に向かって噴射
される。ガラス微粒子は火炎F12の火勢によって、そ
の外周部上に投射され、徐々に堆積していく。この火炎
F12の噴射は、ガラスロッド4が支持部材14によっ
て回転されながら、且つ、バーナ移動部17によってバ
ーナ12,13がガラスロッド4の軸方向に往復移動さ
れながら行われる。その結果、ガラスロッド4上に中空
状の多孔質ガラス母材5が形成される。このように多孔
質ガラス母材製造装置1は、OVD法による多孔質ガラ
ス母材の製造に好適に用いられるものである。
【0024】ここで、バーナ13から噴射される火炎F
13には、GeO2から成るガラス微粒子が含まれてお
らず、また、上述したように、バーナ12から噴射され
る火炎F12には火炎F13が干渉する。図2は、この
火炎F12,F13が互いに干渉することにより、火炎
F12に含まれるガラス微粒子の広がりが制限された状
態を示す模式図である。バーナ12で生成されたガラス
微粒子G12は、バーナ13から火炎F13が噴射され
ていないときには、図2に示す領域A0の範囲に広がる
のに対し、火炎F13が噴出されるとガラス微粒子G1
2の広がりは領域A0に比して狭い領域A1に制限され
る。バーナ13から噴射される火炎F13にはSiO2
から成るガラス微粒子G13が含まれるが、ガラス微粒
子G12中のGeO2の広がりは、領域A1の範囲に制
限される。
【0025】図3は、このように空間的な広がりが制限
されたガラス微粒子G12が堆積しているガラスロッド
4の外周部の表面状態を示す模式図である。図3におい
てSxは、上記の広がりが制限されたガラス微粒子G1
2が堆積しているガラスロッド4上の部位の表面積、す
なわち、GeO2が堆積している部位の表面積を示す。
一方、So(Sxを含む範囲)は、バーナ13から火炎
F13が噴射されていないときにガラス微粒子G12が
堆積する部位の表面積を示す。なお、S13は、バーナ
13からのガラス微粒子G13が堆積している部位を示
す。本発明の多孔質ガラス母材製造装置1及び方法で
は、このガラス微粒子G12が堆積している部位表面の
面積Sxが、好ましくは下記式(1); 5[%]≦{1−(Sx/So)}×100≦60[%] …(1) で表される関係、特に好ましくは下記式(8); 20[%]≦{1−(Sx/So)}×100≦40[%] …(8) で表される関係を満たす所定の面積とされている。この
火炎干渉割合が60%を超える場合には、多孔質ガラス
母材5の製造における原料収率が低下し、多孔質ガラス
母材の合成速度が工業上好ましくない程に遅くなる傾向
にある。一方、この火炎干渉割合が5%未満の場合に
は、多孔質ガラス母材5を焼結して得られる光ファイバ
母材の断面径方向におけるGeO2濃度分布及び屈折率
プロファイルに、問題となりうるピークの発生する確率
が高まる傾向にある。
【0026】図4は、ガラス微粒子G12が堆積してい
る部位(上記面積Sxに対応する部位)における多孔質
ガラス母材5の軸方向(図中X軸)に沿う表面温度分布
を示す模式図である。表面温度分布においては、上記部
位の中心部が最も高く、部位の周縁部に向かって徐々に
温度が低下する温度勾配となっている。また、図1に示
す火炎F12と火炎F13との干渉の影響により、バー
ナ13から火炎F13の噴射がない場合に比して、この
温度勾配は緩やかにされている。具体的には、バーナ1
2,13の間隔や燃料ガスのバーナ12,13への供給
量等を適宜調整し、ガラス微粒子G12が堆積している
上記部位の表面温度が、好ましくは下記式(2); Tmax−Tmin≦200℃ …(2) [式中、Tmaxは、上記部位における表面温度の最大値
を示し、Tminは、上記部位における表面温度の最小値を
示す。]で表される関係を満たすように調節されると好
適である。
【0027】このような多孔質ガラス母材製造装置1及
び方法によれば、ガラスロッド4の外周部上においてG
eO2を含むガラス微粒子G12が堆積している部位の
範囲が狭められるとともに、その部位表面の周縁部の温
度低下が抑えられるので、上記周縁部に堆積するガラス
微粒子中のGeO2濃度が上記部位表面の中心部に比し
て極端に高められることを防止することができる。した
がって、多孔質ガラス母材5を焼結して得られる光ファ
イバ母材の断面径方向におけるGeO2濃度分布、及
び、屈折率プロファイルに従来問題となっていたピーク
が生じるおそれを格段に低減することでき、良好な特性
を有する多孔質ガラス母材5及び光ファイバ母材を簡易
に且つ確実に得ることができる。
【0028】また、上記面積Sxは、バーナ12,13
の相対的な位置を調整して火炎F12,F13との干渉
の度合いを調節することによって所望の面積とすること
ができるので、上記GeO2濃度分布及び上記屈折率プ
ロファイルにおけるピークの発生を確実に防止すること
が可能である。よって、従来に比して、多孔質ガラス母
材5、ひいては光ファイバ母材の製造に係る手間及び工
期が格別に軽減されるので、経済性を格段に向上させる
ことが可能となるとともに、良好な特性を有する多孔質
ガラス母材5及び光ファイバ母材を一層簡易に且つ一層
確実に得ることができる。また、上記面積Sxが、好ま
しくは上記式(1)に示す関係を満たす値とされ、特に
好ましくは上記式(8)に示す関係を満たす値とされる
ので、多孔質ガラス母材5の製造における原料収率及び
合成速度を良好に保ちつつ、問題となる上記ピークの発
生を一層抑制することが可能となる。
【0029】さらに、ガラス微粒子G12が堆積してい
るガラスロッド4上の上記部位の表面温度が、上記式
(2)に示す関係を満たしていると、上記(Tmax−Tm
in)が200℃を超えるような温度勾配がある場合に比
して、上記部位表面の周縁部において生成されるGeO
2量が少なくなるので、上述したGeO2濃度分布及び屈
折率プロファイルにおいて問題となるピークの発生を一
層確実に防止することが可能となる。
【0030】次に、図5は、本発明による多孔質ガラス
母材の製造装置に係る他の実施形態を示す構成図であ
る。多孔質ガラス母材製造装置2には、反応容器11の
下部にバーナ12,13が吹出口を内部に向けて斜めに
設けられており、反応容器11の側壁には、吸気口15
及び排気口16が設けられている。バーナ12及びバー
ナ13は、バーナ12から噴射される火炎F12と、バ
ーナ13から噴射される火炎F13とが干渉する位置に
それぞれ配置されている。また、反応容器11の上方に
は、回転チャック(図示せず)を有する支持部材24
(把持移動手段)が設けられており、この支持部材24
によって反応容器11内に鉛直に配置されたガラスロッ
ド6が把持、回転、及び上方に移動される。支持部材2
4は、回転チャックを回転させ、且つ、ガラスロッド6
を移動させるための図示しない駆動部に接続されてい
る。
【0031】このように構成された多孔質ガラス母材製
造装置1では、バーナ12においてSiO2及びGeO2
を含むガラス微粒子が合成され、このガラス微粒子を含
む火炎F12がガラスロッド4の端部に向かって噴射さ
れる。ガラス微粒子は火炎F12の火勢によって、その
端部上に投射され、徐々に堆積していく。この火炎F1
2の噴射は、ガラスロッド6が支持部材24によって回
転されながら、且つ、上方に移動されながら行われる。
その結果、ガラスロッド6の軸方向の端部上に中実状の
多孔質ガラス母材7が形成される。このように多孔質ガ
ラス母材製造装置2は、VAD法による多孔質ガラス母
材の製造に好適に用いられるものである。
【0032】この多孔質ガラス母材製造装置2において
も、多孔質ガラス母材製造装置1と同様に、バーナ12
から噴射される火炎F12に対して、バーナ13から噴
射されるGeO2を含まない火炎F13が干渉するよう
になっている。したがって、多孔質ガラス母材製造装置
1と同様な作用及び効果を奏し、従来に比して、多孔質
ガラス母材5、ひいては光ファイバ母材の製造に係る手
間及び工期が格別に軽減されて経済性を格段に向上させ
ることが可能となる。また、上記の問題となるピークの
発生が防止され、良好な特性を有する多孔質ガラス母材
5及び光ファイバ母材を簡易に且つ確実に得ることがで
きる。
【0033】なお、上述した多孔質ガラス母材製造装置
1,2ではバーナ13へSiCl4と燃料ガスが供給さ
れるようになっているが、SiCl4を供給せずに燃料
ガスのみを供給してももちろんよい。また、バーナ1
2,13には、原料ガス及び燃料ガスの他に、通常、A
r等のキャリアガスが供給され、他のドーパントの原料
ガス、例えば、F(フッ素)等を供給してもよい。さら
に、バーナ12,13の本数は図示したものに限定され
るものではなく、バーナ12からのガラス微粒子G12
の堆積範囲を良好に制限できるような本数が適宜配置さ
れていればよい。特に、VAD法に好適な多孔質ガラス
母材製造装置2においては、バーナ12,13を各1台
づつ用い、バーナ12をバーナ13の上方に配置しても
好ましい。
【0034】
【実施例】以下、本発明に係る具体的な実施例について
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
【0035】〈実施例1〜5〉図1に示す構成の多孔質
ガラス母材製造装置1を使用し、ガラスロッド4の周囲
に順次ガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス母材を製
造した(OVD法)。バーナ12には、ガラス微粒子の
原料となるSiCl4を流量1.5l/分で、及びGe
Cl4を流量0.2l/分で、燃料ガスとしてのO2を流
量40l/分で、及びH2を流量40l/分で、並びに
キャリアガスとしてのArを流量6l/分で供給した。
また、その両側に配したバーナ13には、O2を流量2
0l/分で、H2を流量15l/分で、及びArを流量
3l/分で供給した。そして、バーナ12とバーナ13
との間隔を種々変化させ、すなわち、火炎F12と火炎
F13との干渉の度合い(上記式(1)及び(8)の説
明において言及した「火炎干渉割合」)を種々変化させ
て得た各多孔質ガラス母材を、高温に保った焼結炉内で
一定時間保持して焼結し、その後冷却して各光ファイバ
母材を得た。これら光ファイバ母材について、プリフォ
ームアナライザにより断面径方向の屈折率プロファイル
を、EPMAにより同GeO2濃度分布を測定した。こ
れらの結果を、各多孔質ガラス母材の製造条件とともに
表1に示す。表中のピークの有無は、屈折率プロファイ
ル測定が不可であったものについては、GeO2濃度分
布において確認し、ピークが確認されたものについて
は、上記式(7)の関係によって得られるピーク割合が
30%以上のものは明確にピークとして確認できること
からピーク「あり」と評価した。また、このピーク割合
が3〜30%のものはピーク「若干あり」と評価し、ピ
ーク割合が3%未満のものは「なし」とした。また、判
定においては、収率が15%未満のもの、又は、ピーク
が「あり」のものは改善が認められないので「×」を付
し、ピークが「若干あり」のものは改善効果が認められ
たと判断して「△」とした。また、収率が25%未満で
あるものについても製造効率の観点から「△」とした。
一方、ピークが生じず、且つ、収率が25%以上であっ
たものは、ピークの低減効果が特に優れ、且つ、製造効
率の観点からも多孔質ガラス母材の合成速度が十分であ
ると判断して「○」とした。この結果より、OVD法に
適用した場合の本発明による多孔質ガラス母材の製造装
置及び方法の優位性が理解される。そして、火炎干渉割
合が5%以上であると、GeO2濃度分布及び屈折率プ
ロファイルに問題となりうるピークが発生することを防
止でき、特に、火炎干渉割合が20%以上、温度範囲が
200℃以下であると、ピークは発生しないことが確認
された。また、火炎干渉割合を5〜25%の範囲として
も工業上十分な収率が得られることも確認された。
【0036】
【表1】
【0037】〈比較例1〉バーナ12,13からの火炎
F12,F13を互いに干渉させなかったこと以外は、
上記実施例1と同様にして多孔質ガラス母材を製造し
た。この多孔質ガラス母材から、上記実施例1と同様に
して、光ファイバ母材を製造し、屈折率プロファイル等
の測定を行った。結果を表1にあわせて示す。この結
果、プリフォームアナライザによる光ファイバ母材の屈
折率測定を行うことができず、GeO2濃度分布におい
て大きなピークが生じていた。
【0038】〈実施例6〜10〉図5に示す構成の多孔
質ガラス母材製造装置2を使用し、ガラスロッド6の周
囲に順次ガラス微粒子層を積層して多孔質ガラス母材を
製造した(VAD法)。バーナ12には、ガラス微粒子
の原料となるSiCl4を流量1.5l/分で、及びG
eCl4を流量0.2l/分で、燃料ガスとしてのO2
流量40l/分で、及びH2を流量40l/分で、並び
にキャリアガスとしてのArを流量6l/分で供給し
た。また、その上下に配したバーナ13には、O2を流
量20l/分で、H2を流量15l/分で、及びArを
流量3l/分で供給した。そして、バーナ12とバーナ
13との間隔を種々変化させ、すなわち、火炎F12と
火炎F13との干渉の度合い(火炎干渉割合)を種々変
化させて得た各多孔質ガラス母材から、上記実施例1と
同様にして、光ファイバ母材を製造し、屈折率プロファ
イル等の測定を行った。これらの結果を、各多孔質ガラ
ス母材の製造条件とともに表2に示す。表中の評価事項
の凡例は上記実施例1〜5と同様である。この結果よ
り、VAD法においても、本発明による多孔質ガラス母
材の製造装置及び方法の優位性が理解される。そして、
火炎干渉割合が10%以上であると、GeO 2濃度分布
及び屈折率プロファイルに問題となりうるピークが発生
することを防止でき、特に、火炎干渉割合が20%以
上、温度範囲が200℃以下であると、ピークは発生し
ないことが確認された。また、火炎干渉割合を10〜5
0%の範囲としても工業上十分な収率が得られることも
確認された。
【0039】
【表2】
【0040】〈比較例2〉バーナ12,13からの火炎
F12,F13を互いに干渉させなかったこと以外は、
上記実施例6と同様にして多孔質ガラス母材を製造し
た。この多孔質ガラス母材から、上記実施例1と同様に
して、光ファイバ母材を製造し、屈折率プロファイル等
の測定を行った。結果を表2にあわせて示す。この結
果、プリフォームアナライザによる光ファイバ母材の屈
折率測定を行うことができず、GeO2濃度分布におい
て大きなピークが生じていた。
【0041】〈実施例11〜14〉図5に示す多孔質ガ
ラス母材製造装置2において、バーナ12,13の代わ
りに図8に示す構成のバーナ31,32を用いて多孔質
ガラス母材10を製造した(軸付けVAD法)。バーナ
31は光ファイバのコアに相当する部分を合成するため
のコア合成用バーナであり、このバーナ31には、ガラ
ス微粒子の原料となるSiCl4を流量1.5l/分
で、及びGeCl4を流量0.2l/分で、燃料ガスと
してのO2を流量40l/分で、及びH2を流量40l/
分で、並びにキャリアガスとしてのArを流量6l/分
で供給した。一方、バーナ32は光ファイバのクラッド
に相当する部分を合成するためのクラッド合成用バーナ
であり、このバーナ32には、ガラス微粒子の原料とな
るSiCl4を流量0.5l/分で、燃料ガスとしての
2を流量20l/分で、及びH2を流量15l/分で、
並びにキャリアガスとしてのArを流量3l/分で供給
した。そして、バーナ31とバーナ32との間隔を種々
変化させ、すなわち、火炎干渉割合を種々変化させて得
た各多孔質ガラス母材から、上記実施例1と同様にし
て、光ファイバ母材を製造し、屈折率プロファイル等の
測定を行った。これらの結果を、各多孔質ガラス母材の
製造条件とともに表3に示す。表中の評価事項の凡例は
上記実施例1〜5と同様である。この結果より、軸付け
VAD法においても、本発明による多孔質ガラス母材の
製造装置及び方法の優位性が理解される。特に、火炎干
渉割合が20%以上であり、温度範囲が200℃以下で
あると、GeO2濃度分布及び屈折率プロファイルに問
題となりうるピークが発生せず、さらに、この火炎干渉
割合が60%以下であると、工業上好ましい収率を達成
できることが確認された。そして、ピークの発生防止及
び収率向上の観点からは、火炎干渉割合が20〜40%
であると一層好適であることが判明した。
【0042】
【表3】
【0043】〈比較例3〉バーナ31,32からの火炎
を互いに干渉させなかったこと以外は、上記実施例11
と同様にして多孔質ガラス母材を製造した。この多孔質
ガラス母材から、上記実施例1と同様にして、光ファイ
バ母材を製造し、屈折率プロファイル等の測定を行っ
た。結果を表3にあわせて示す。この結果、プリフォー
ムアナライザによる光ファイバ母材の屈折率測定を行う
ことができず、GeO2濃度分布において大きなピーク
が生じていた。
【0044】〈実施例15〜18〉図5に示す多孔質ガ
ラス母材製造装置2において、ガラスロッドとして図9
に示すジャケット用ロッド8を用い、多孔質ガラス母材
としてジャケット9を製造した(ジャケットVAD
法)。バーナ12には、ガラス微粒子の原料となるSi
Cl4を流量1.5l/分で、及びGeCl4を流量0.
2l/分で、燃料ガスとしてのO2を流量40l/分
で、及びH2を流量40l/分で、並びにキャリアガス
としてのArを流量6l/分で供給した。一方、バーナ
13には、ガラス微粒子の原料となるSiCl4を流量
0.5l/分で、燃料ガスとしてのO2を流量20l/
分で、及びH2を流量15l/分で、並びにキャリアガ
スとしてのArを流量3l/分で供給した。そして、バ
ーナ12とバーナ13との間隔を種々変化させ、すなわ
ち、火炎干渉割合を種々変化させて得た各多孔質ガラス
母材(ジャケット9)から、上記実施例1と同様にし
て、光ファイバ母材を製造し、屈折率プロファイル等の
測定を行った。これらの結果を、各多孔質ガラス母材の
製造条件とともに表4に示す。表中の評価事項の凡例は
上記実施例1〜5と同様である。この結果より、ジャケ
ットVAD法においても、本発明による多孔質ガラス母
材の製造装置及び方法の優位性が理解される。また、火
炎干渉割合が20%以上であり、温度範囲が200℃以
下であると、GeO2濃度分布及び屈折率プロファイル
に問題となりうるピークが発生せず、さらに、この火炎
干渉割合が60%以下であると、工業上好ましい収率を
達成できることが確認された。そして、ジャケットVA
D法においても、火炎干渉割合を20〜40%とする
と、ピークの発生防止及び収率向上の観点から非常に有
効であることが判明した。
【0045】
【表4】
【0046】〈比較例4〉バーナ12,13からの火炎
F12,F13を互いに干渉させなかったこと以外は、
上記実施例15と同様にして多孔質ガラス母材を製造し
た。この多孔質ガラス母材から、上記実施例1と同様に
して、光ファイバ母材を製造し、屈折率プロファイル等
の測定を行った。結果を表4にあわせて示す。この結
果、プリフォームアナライザによる光ファイバ母材の屈
折率測定を行うことができず、GeO 2濃度分布におい
て大きなピークが生じていた。
【0047】〈実施例19〜22〉図1に示す多孔質ガ
ラス母材製造装置1を縦置きにした状態の装置におい
て、ガラスロッドとして図10に示すジャケット用ロッ
ド8を用い、多孔質ガラス母材としてジャケット9を製
造した(ジャケットOVD法)。バーナ12には、ガラ
ス微粒子の原料となるSiCl4を流量1.5l/分
で、及びGeCl4を流量0.2l/分で、燃料ガスと
してのO2を流量40l/分で、及びH2を流量40l/
分で、並びにキャリアガスとしてのArを流量6l/分
で供給した。一方、バーナ13には、ガラス微粒子の原
料となるSiCl4を流量1.5l/分で、燃料ガスと
してのO2を流量40l/分で、及びH2を流量40l/
分で、並びにキャリアガスとしてのArを流量6l/分
で供給した。そして、バーナ12とバーナ13との間隔
を種々変化させ、すなわち、火炎干渉割合を種々変化さ
せて得た各多孔質ガラス母材から、上記実施例1と同様
にして、光ファイバ母材を製造し、屈折率プロファイル
等の測定を行った。これらの結果を、各多孔質ガラス母
材の製造条件とともに表5に示す。表中の評価事項の凡
例は上記実施例1〜5と同様である。この結果より、ジ
ャケットOVD法においても、本発明による多孔質ガラ
ス母材の製造装置及び方法の優位性が理解される。ま
た、火炎干渉割合が20%以上であり、温度範囲が20
0℃以下であると、GeO2濃度分布及び屈折率プロフ
ァイルに問題となりうるピークが発生せず、さらに、こ
の火炎干渉割合が60%以下であると、工業上好ましい
収率を達成できることが確認された。そして、ジャケッ
トOVD法においても、火炎干渉割合を20〜40%と
すると、ピークの発生防止及び収率向上の観点から極め
て有効であることが判明した。
【0048】
【表5】
【0049】〈比較例5〉バーナ12,13からの火炎
F12,F13を互いに干渉させなかったこと以外は、
上記実施例19と同様にして多孔質ガラス母材を製造し
た。この多孔質ガラス母材から、上記実施例1と同様に
して、光ファイバ母材を製造し、屈折率プロファイル等
の測定を行った。結果を表5にあわせて示す。この結
果、プリフォームアナライザによる光ファイバ母材の屈
折率測定を行うことができず、GeO 2濃度分布におい
て大きなピークが生じていた。
【0050】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明による多孔質
ガラス母材の製造装置及び方法によれば、多孔質ガラス
母材の断面径方向におけるGeO2濃度の急激な変化を
防止することができ、所望の特性を有する多孔質ガラス
母材を簡易に且つ確実に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による多孔質ガラス母材の製造装置の一
実施形態を示す構成図である。
【図2】第1の火炎に含まれるガラス微粒子の広がりの
状態を示す模式図である。
【図3】第1の火炎に含まれるガラス微粒子が堆積して
いるガラスロッドの外周部の表面状態を示す模式図であ
る。
【図4】第1の火炎に含まれるガラス微粒子が堆積して
いる部位における多孔質ガラス母材の軸方向に沿う表面
温度分布を示す模式図である。
【図5】本発明による多孔質ガラス母材の製造装置に係
る他の実施形態を示す構成図である。
【図6】従来の光ファイバ母材における断面径方向のG
eO2濃度分布(又は屈折率プロファイル)を示す模式
図である。
【図7】光ファイバ設計上想定された光ファイバ母材の
屈折率プロファイルを示す模式図である。
【図8】実施例11〜14及び比較例3で使用された多
孔質ガラス母材製造装置の一部を示す構成図である。
【図9】実施例15〜18及び比較例4で使用された多
孔質ガラス母材製造装置の一部を示す構成図である。
【図10】実施例19〜22及び比較例5で使用された
多孔質ガラス母材製造装置の一部を示す構成図である。
【符号の説明】
1,2…多孔質ガラス母材製造装置(多孔質ガラス母材
の製造装置)、4,6…ガラスロッド、5,7,10…
多孔質ガラス母材、8…ジャケット用ロッド(ガラスロ
ッド)、9…ジャケット(多孔質ガラス母材)、12,
31…バーナ(第1のバーナ)、13,32…バーナ
(第2のバーナ)、14…支持部材(把持回転手段)、
17…バーナ移動部(移動手段)、24…支持部材(把
持移動手段)、F12…第1の火炎、F13…第2の火
炎、G12…ガラス微粒子(第1の火炎に含まれるガラ
ス微粒子)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 正晃 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) 4G014 AH15 4G021 EA01 EA03 EB14

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス微粒子が堆積するガラスロッド
    と、SiCl4及びGeCl4を含む原料ガス並びに燃料
    ガスが供給されてSiO2及びGeO2を含む前記ガラス
    微粒子を生成し、該ガラス微粒子を含む第1の火炎をガ
    ラスロッドの外周部に向けて噴射する第1のバーナと、
    前記ガラスロッドを把持し且つ回転させる把持回転手段
    と、前記ガラスロッドと前記第1のバーナとを相対的に
    往復移動させる移動手段とを備える多孔質ガラス母材の
    製造装置において、 GeO2を含まない第2の火炎を前記ガラスロッドの外
    周部に向けて噴射し、前記第1の火炎に含まれる前記ガ
    ラス微粒子が堆積している部位が、前記第2の火炎がな
    い状態より狭い所定の面とされるように、前記第1の火
    炎と前記第2の火炎とが干渉する位置に配置された第2
    のバーナを更に備えることを特徴とする多孔質ガラス母
    材の製造装置。
  2. 【請求項2】 ガラス微粒子が堆積するガラスロッド
    と、SiCl4及びGeCl4を含む原料ガス並びに燃料
    ガスが供給されてSiO2及びGeO2を含む前記ガラス
    微粒子を生成し、該ガラス微粒子を含む第1の火炎をガ
    ラスロッドの端部に向けて噴射する第1のバーナと、前
    記ガラスロッドを把持し、回転させ、且つ、前記第1の
    バーナに対して軸方向に移動させる把持移動手段とを備
    える多孔質ガラス母材の製造装置において、 GeO2を含まない第2の火炎を前記ガラスロッドの端
    部に向けて噴射し、前記第1の火炎に含まれる前記ガラ
    ス微粒子が堆積している部位が、前記第2の火炎がない
    状態より狭い所定の面とされるように、前記第1の火炎
    と前記第2の火炎とが干渉する位置に配置された第2の
    バーナを更に備えることを特徴とする多孔質ガラス母材
    の製造装置。
  3. 【請求項3】 前記所定の面の面積が下記式(1)に示
    す関係を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載
    の多孔質ガラス母材の製造装置。 5[%]≦{1−(Sx/So)}×100≦60[%] …(1) [式中、Soは前記第2の火炎が噴射されないときに前
    記ガラス微粒子が堆積する部位の表面積を示し、Sxは
    前記所定の面の面積を示す。]
  4. 【請求項4】 SiCl4及びGeCl4を含む原料ガス
    並びに燃料ガスを第1のバーナに供給してSiO2及び
    GeO2を含むガラス微粒子を生成させ、前記第1のバ
    ーナとガラスロッドとを相対的に往復移動させながら、
    且つ、前記ガラスロッドを回転させながら、前記第1の
    火炎を前記ガラスロッドの外周部に向けて噴射して該外
    周部上に前記ガラス微粒子を堆積させる多孔質ガラス母
    材の製造方法であって、 前記第1の火炎に含まれる前記ガラス微粒子が堆積して
    いる部位が、前記第2の火炎がない状態より狭い所定の
    面となるように、前記第1のバーナから噴射される前記
    第1の火炎と、第2のバーナから噴射されるGeO2
    含まない第2の火炎とを干渉させることを特徴とする多
    孔質ガラス母材の製造方法。
  5. 【請求項5】 SiCl4及びGeCl4を含む原料ガス
    並びに燃料ガスを第1のバーナに供給してSiO2及び
    GeO2を含むガラス微粒子を生成させ、前記第1のバ
    ーナに対してガラスロッドを引き上げながら、且つ、前
    記ガラスロッドを回転させながら、前記第1の火炎を前
    記ガラスロッドの端部に向けて噴射して該端部上に前記
    ガラス微粒子を堆積させる多孔質ガラス母材の製造方法
    であって、 前記第1の火炎に含まれる前記ガラス微粒子が堆積して
    いる部位が、前記第2の火炎がない状態より狭い所定の
    面となるように、前記第1のバーナから噴射される前記
    第1の火炎と、第2のバーナから噴射されるGeO2
    含まない第2の火炎とを干渉させることを特徴とする多
    孔質ガラス母材の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記所定の面の面積が下記式(1)に示
    す関係を満たすように、前記第1の火炎と前記第2の火
    炎とを干渉させることを特徴とする請求項4又は5に記
    載の多孔質ガラス母材の製造方法。 5[%]≦{1−(Sx/So)}×100≦60[%] …(1) [式中、Soは前記第2の火炎が噴射されないときに前
    記ガラス微粒子が堆積する部位の表面積を示し、Sxは
    前記所定の面の面積を示す。]
  7. 【請求項7】 前記第1の火炎に含まれる前記ガラス微
    粒子が堆積している前記部位の表面温度を、下記式
    (2)に示す関係が満たされるように調節することを特
    徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の多孔質ガ
    ラス母材の製造方法。 Tmax−Tmin≦200℃ …(2) [式中、Tmaxは、前記部位における表面温度の最大値
    を示し、Tminは、前記部位における表面温度の最小値を
    示す。]
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