JP2001287924A - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長手方向の外径の凹凸やテーパ状の外径変動
を減少させた光ファイバ母材の製造方法を提供する。 【解決手段】 出発部材１を水平に保持したままその出
発部材１の中心軸を回転軸として回転させ、ガラス原料
ガス及び燃料ガスをバーナ５へ供給し、そのバーナ５か
ら火炎６と共に合成されたガラス微粒子を出発部材１の
外周に吹き付けると共に、出発部材１とバーナ５とを出
発部材１の中心軸に沿って相対的に往復移動させる際
に、出発部材１の一端から他端へ向かう往路のときには
バーナ５へガラス原料ガス及び燃料ガスを供給し、復路
のときにはガスの供給を停止して一方向堆積を行うこと
により出発部材１の長手方向における表面温度が均一に
なるので、外径変動が減少し、出発部材１とバーナ５と
の相対往復運動における折り返し位置付近でのガラス微
粒子の堆積量が低減するので、テーパ状の外径変動が減
少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ母材の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ用母材の製造方法の一つに外
付け法がある。

【０００３】図４は光ファイバ用母材の外付け法の説明
図である。

【０００４】外付け法は、光ファイバのコアまたはコア
と一部のクラッドとなるガラス棒を出発部材（ターゲッ
ト）１とし、そのターゲット１の両端をチャック２、３
で水平に保持し、ターゲット１の中心軸を回転軸として
矢印４方向に回転させ、少なくとも１本のスート生成用
バーナ（以下「バーナ」という。）５へ原料ガスである
四塩化珪素と燃料ガスである水素と、助燃料ガスである
酸素とを供給し、そのバーナ５から火炎６と共に、ガラ
ス微粒子を吹き付けて、回転するターゲット１の外周へ
ガラス微粒子を堆積させながら、ターゲット１とバーナ
５とを相対的にターゲット１の中心軸に沿って矢印７、
８方向に往復移動、すなわちトラバースさせることによ
り多孔質スート母材９を形成する方法である。尚、Ｐｖ
は有効部分を示し、Ｐｔはテーパ部分を示している。ま
た、バーナ５はガラス原料ガス噴出ノズルと、燃料ガス
噴出ノズル、助燃料ガス噴出ノズルとで構成された多重
管である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示し
た従来技術では、ターゲット１をターゲット１の中心軸
を回転軸として回転させ、そのターゲット１と相対的に
ターゲット１の中心軸に沿ってバーナ５からガラス微粒
子をターゲット１に吹き付けて堆積させるため、図５に
示すように多孔質スート母材１０には長手方向に外径の
凹凸１１が生じる。

【０００６】また、図６に示す多孔質スート母材１２
は、ターゲット１とバーナ５との相対往復移動における
折り返し位置付近の区間でのターゲット１の温度が高い
ため、バーナ５から出る火炎６の温度と温度勾配が小さ
くなり、折り返し位置に近いところではスート堆積効率
が悪く、先細りになってしまう。すなわち、多孔質スー
ト母材１２の外径がトラバース区間の両端でテーパ部分
Ｐｔが形成され、有効部分Ｐｖが減少する。

【０００７】尚、図５は従来の光ファイバ母材の製造方
法を用いた場合の多孔質スート母材の外径凹凸を示す図
であり、図６は従来の光ファイバ母材の製造方法を用い
た場合の多孔質スート母材の外径変動を示す図である。

【０００８】このように外径の長手方向の凹凸やテーパ
状にスート外径が変動することにより焼結工程及び線引
き工程後の光ファイバのカットオフ波長、モードフィー
ルド径、伝送損失等が長手方向に変化してしまい、光フ
ァイバの特性を著しく劣化してしまうという問題があ
り、極力、長手方向の外径変動を小さくする必要があ
る。

【０００９】また、このような多孔質スート母材の長手
方向の変動はスート密度の不均一領域が発生し、この部
分から堆積時や堆積終了時、あるいは透明ガラス化（焼
結）時にクラックが発生してしまうという問題があっ
た。

【００１０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、長手方向の外径の凹凸やテーパ状の外径変動を減少
させた光ファイバ母材の製造方法を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光ファイバ母材の製造方法は、棒状の出発部
材を水平に保持したままその出発部材の中心軸を回転軸
として回転させ、ガラス原料ガス及び燃料ガスをスート
生成用のバーナへ供給し、バーナから火炎と共に合成さ
れたガラス微粒子を出発部材の外周に吹き付けると共
に、出発部材とバーナとを出発部材の中心軸に沿って相
対的に往復移動させることにより光ファイバ母材を製造
する光ファイバ母材の製造方法において、出発部材の一
端から他端へ向かう往路のときにはバーナへガラス原料
ガス及び燃料ガスを供給し、出発部材の他端から一端へ
向かう復路のときにはガラス原料ガス及び燃料ガスの供
給を停止して一方向堆積を行うものである。

【００１２】上記構成に加え本発明の光ファイバ母材の
製造方法は、復路のときに出発部材とバーナとの相対速
度を往路と同じか、あるいは往路より高速にするのが好
ましい。

【００１３】上記構成に加え本発明の光ファイバ母材の
製造方法は、往路のときに出発部材が１回転する間にお
ける相対的な移動距離をバーナのガラス原料ガスが噴出
するノズル径の１．５倍にするのが好ましい。

【００１４】本発明によれば、出発部材の外周にガラス
微粒子を一方向堆積することにより、出発部材の長手方
向における表面温度が均一になるので外径変動が減少
し、出発部材とバーナとの相対往復運動における折り返
し位置付近でのガラス微粒子の堆積量が低減するので、
テーパ状の外径変動が減少する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１６】図１（ａ）〜（ｆ）は本発明の光ファイバ
母材の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
尚、図４〜６に示した従来例と同様の部材には共通の符
号を用いた。

【００１７】本光ファイバ母材の製造方法は、ターゲッ
ト１を水平に保持したままそのターゲット１の中心軸を
回転軸として矢印４方向に回転させ、ガラス原料ガス、
助燃料ガス及び燃料ガスをバーナ５へ供給し、そのバー
ナ５から火炎６と共に合成されたガラス微粒子をターゲ
ット１の外周に吹き付けると共に、ターゲット１とバー
ナ５とをターゲット１の中心軸に沿って相対的に往復移
動させることにより光ファイバ母材９を製造する方法で
あって、ターゲット１の一端（図では左端）から他端
（図では右端）へ向かう往路（矢印７方向）のときには
ターゲット１とバーナ５とをターゲット１の中心軸に沿
って相対的に移動する速度及びターゲット１の回転速度
を調整し、ターゲット１が１回転する間における相対的
な移動距離をバーナ５の原料ガスが噴出するノズル径の
１．５倍にし、バーナ５へ原料ガス、燃料ガス及び助燃
料ガスを供給し（図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ））、ター
ゲット１の他端から一端へ向かう復路（矢印８方向）の
ときにはターゲット１とバーナ５とをターゲット１の中
心軸に沿って相対的に移動する速度を往路方向の速度と
同じか、あるいは高速にし、かつ、原料ガス、燃料ガス
及び助燃料ガスの供給を停止する一方向堆積とするもの
である（図１（ｄ）、（ｅ）、（ｆ））。

【００１８】このように、ターゲット１の外周にガラス
微粒子を一方向堆積することにより、ターゲット１の長
手方向における外径変動が減少し、ターゲット１とバー
ナ５との相対往復運動における折り返し位置付近でのガ
ラス微粒子の堆積量が低減するので、テーパ状の外径変
動が減少する。

【００１９】

【実施例】次に具体的な数値を挙げて説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。

【００２０】図１に示す装置のスート生成用のバーナ５
にガラス原料として四塩化珪素を供給すると共に、燃料
ガスとして酸水素ガスを供給し、酸水素ガスの火炎によ
る加水分解反応と、熱酸化反応とによってガラス微粒子
を合成し、ターゲット１であるコアガラス棒（または外
周にコアガラスの一部が形成されクラッドガラス棒）に
堆積させる。ターゲット１はチャック２、３に支持さ
れ、一定の回転速度で回転し、ガラス微粒子はターゲッ
ト１の外周に吹き付けられて堆積する。ガラス微粒子の
堆積と同時にターゲット１とバーナ５とは相対的にター
ゲット１の中心軸に沿って往復移動するので、所定の外
径を有する円柱状の多孔質スート母材９が形成される。

【００２１】しかしながら、ガラス微粒子が堆積した多
孔質スート母材は図５に示したような外径の長手方向の
凹凸１１が生じており、このような多孔質スート母材１
０を用いて光ファイバを形成すると特性が劣化してしま
う。

【００２２】そこで、本発明者らはターゲット１が１回
転する間におけるターゲット１とバーナ５との相対移動
距離ｖ（以下「移動距離ｖ」という。）と、バーナ５の
原料ガス噴出ノズル径とをどのような関係にすれば外径
の凹凸が減少するかを検討した。

【００２３】原料ガス噴出ノズル径はφ６ｍｍのものを
使用し、ターゲット１の回転速度を固定し、移動距離ｖ
をバーナ５の原料ガス噴出ノズル径の０．５倍、１．０
倍、１．５倍、２．０倍に相当するようにした。すなわ
ち、移動距離ｖを３ｍｍ／回転、６ｍｍ／回転、９ｍｍ
／回転、１２ｍｍ／回転にして多孔質スート母材９の外
径が約φ８０ｍｍになるまでガラス微粒子をターゲット
１に堆積させた。

【００２４】この多孔質スート母材９の外径を中心軸に
沿って測定し、凹凸の様子がどのようになっているかを
観察した。この外径の測定にはレーザ外径測定器（図示
せず。）を用い、多孔質スート母材９の中央部から一端
（図では左端）まで測定を行った。

【００２５】図２は多孔質スート母材の外径変動を示す
図であり、横軸が多孔質スート母材の中央部から２００
ｍｍの位置までの距離軸を示し、縦軸がスート径軸を示
している。

【００２６】図２に示す曲線Ｌ１は移動距離ｖが３ｍｍ
／回転で、曲線Ｌ２は移動距離ｖが６ｍｍ／回転でそれ
ぞれガラス原料ガス噴出ノズル径の０．５倍、１．０倍
に相当しており外径変動が大きい。これは、バーナ５の
ガラス原料ガス噴出ノズルから噴出したガラス原料ガス
がターゲット１の表面まで到達するまでの間に多少広が
っており、スート膜が重なり合っているためであると考
えられる。また、バーナ５の径の２．０倍、２．５倍に
相当する移動距離ｖ＝１２ｍｍ／回転、１５ｍｍ／回転
での曲線Ｌ４、曲線Ｌ５も同様にターゲット１の長手方
向における外径の凹凸が大きく、隣接するスート膜との
間に隙間が生じるためである。

【００２７】一方、曲線Ｌ３に示すようにガラス原料ガ
ス噴出ノズル径の１．５倍に相当する移動距離ｖ＝９ｍ
ｍ／回転のときは凹凸が極めて小さく、外径変動が抑え
られている。このガラス原料ガスがターゲット１に到達
するまでの間に広がることを考慮すると、ターゲット１
が１回転する間にバーナ５が移動する距離ｖは、ターゲ
ット１の回転速度をＲとし、相対的な移動速度をＶと
し、バーナ５のガラス原料ガス噴出ノズル径をＷとする
と、数１式が成り立つ条件にすればよいことが分る。

【００２８】

【数１】ｖ＝Ｖ／Ｒ＝１．５Ｗ しかしながら、先に述べたように、ターゲット１とバー
ナ５との相対往復移動における折り返し位置付近の区間
でのターゲット１の温度が高いため、バーナ５から吹き
出される火炎の温度との温度勾配が小さく、折り返し位
置に近いところではスート堆積効率が悪く、先細り、遂
にはテーパ状になってしまう。このテーパ状になる傾向
は移動距離ｖが増加するほど大きくなる。

【００２９】そこで、スート中央部での外径から１ｍｍ
小さい外径のところまでを多孔質スート母材９の有効部
長と定義し、その有効部長をスート長（トラバース区間
と同等）で割った値が移動距離に対してどのように変化
するかを調べた。

【００３０】図３は有効部長／スート長と移動距離との
関係を示す図であり、横軸が移動距離軸を示し、縦軸が
有効部長／スート長軸を示している。

【００３１】同図中、白丸は従来の往復堆積法による有
効部長／スート長の移動距離依存性を示しており、移動
距離ｖが大きくなると、多孔質スート母材９の有効部長
が小さくなることが分る。このような問題を解決するた
めにはターゲット１の長手方向の表面温度を均一にし、
バーナ５から吹き出される火炎６の温度との温度勾配が
長手方向で均一になるようにすればよい。

【００３２】したがって、往路ではターゲット１にガラ
ス微粒子が堆積し、復路ではガラス微粒子が堆積しない
ようにする一方向堆積法が有効である。このような一方
向堆積の有効性を確認するため、往路ではガラス原料ガ
ス、燃料ガス及び助燃料ガスをバーナ５に供給し、ター
ゲット１にガラス微粒子を堆積させる。但し、移動速度
ｖは往路及び復路で一定とした。

【００３３】一方、図３中の黒丸は本発明に用いられた
一方向堆積法で堆積した多孔質スート母材の有効部長／
スート長の移動距離依存性を示しており、多孔質スート
母材でのテーパ状の外径変動は移動距離に関わらず一定
であり、外径変動制御に有効である。特に凹凸が極めて
小さい移動距離ｖ＝１．５Ｗ（９ｍｍ／回転）の条件で
の一方向堆積法で堆積させた多孔質スート母材９を、焼
結工程を経て透明ガラス化した結果、長手方向に外径変
動がなく、良好なプリフォーム（光ファイバ母材）が得
られた。また、外径の長手方向の凹凸やテーパ状の外径
変動によるスート密度の不均一がないため、クラックの
発生が認められず、安定した製造が可能であった。

【００３４】尚、本実施の形態ではバーナを往復移動し
た場合で説明したが、バーナを固定してターゲットを往
復移動させることによりガラス微粒子を一方向堆積させ
るようにしてもよい。また、バーナの原料ガスのノズル
径が異なる場合も数１式に当てはまる移動距離ｖになる
ように回転速度及び移動速度を調整するようにしてもよ
い。さらにガラス微粒子生成用バーナとして複数の同じ
バーナを等間隔で配置し、かつ一体化して一方向堆積を
行ってもよい。

【００３５】以上において、本光ファイバ母材の製造方
法によれば、堆積した光ファイバ用多孔質スート母材の
長さ方向の外径変動を測定したところ、凹凸が少なく、
かつトラバースの折り返し付近のテーパ状の形状が小さ
くなり、このような多孔質スート母材を用いることによ
り、光ファイバの特性が長手方向で均一な安定した品質
の光ファイバが得られる。また、外径の長手方向の凹凸
やテーパ状の外径変動によるスート密度の不均一がない
ため、クラッドがなく安定した製造が可能になる。

【００３６】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３７】長手方向の外径の凹凸やテーパ状の外径変
動を減少させた光ファイバ母材の製造方法の提供を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｆ）は本発明の光ファイバ母材の製
造方法の一実施の形態を示す工程図である。

【図２】多孔質スート母材の外径変動を示す図である。

【図３】有効部長／スート長と移動距離との関係を示す
図である。

【図４】光ファイバ用母材の外付け法の説明図である。

【図５】従来の光ファイバ母材の製造方法を用いた場合
の多孔質スート母材の外径凹凸を示す図である。

【図６】従来の光ファイバ母材の製造方法を用いた場合
の多孔質スート母材の外径変動を示す図である。

【符号の説明】

１ 出発部材（ターゲット） ２、３ チャック ５ バーナ ９ 多孔質スート母材（光ファイバ母材）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 棒状の出発部材を水平に保持したままそ
   の出発部材の中心軸を回転軸として回転させ、ガラス原
   料ガス及び燃料ガスをスート生成用のバーナへ供給し、
   上記バーナから火炎と共に合成されたガラス微粒子を上
   記出発部材の外周に吹き付けると共に、上記出発部材と
   上記バーナとを上記出発部材の中心軸に沿って相対的に
   往復移動させることにより光ファイバ母材を製造する光
   ファイバ母材の製造方法において、上記出発部材の一端
   から他端へ向かう往路のときには上記バーナへガラス原
   料ガス及び燃料ガスを供給し、上記出発部材の他端から
   一端へ向かう復路のときには上記ガラス原料ガス及び上
   記燃料ガスの供給を停止して一方向堆積を行うことを特
   徴とする光ファイバ母材の製造方法。
2. 【請求項２】 上記復路のときに上記出発部材と上記バ
   ーナとの相対速度を往路と同じか、あるいは往路より高
   速にする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
3. 【請求項３】 上記往路のときに上記出発部材が１回転
   する間における相対的な移動距離を上記バーナのガラス
   原料ガスが噴出するノズル径の１．５倍にする請求項１
   に記載の光ファイバ母材の製造方法。