JP2003081657A - 光ファイバ母材の多孔質スート体のガラス化方法およびガラス化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寸法が大きな光ファイバ母材であっても、長
手方向に大きな外径差を起こさず、ガラス化部分の内部
に未ガラス化部分を発生させず、光ファイバ母材の落下
を防止する。 【解決手段】 炉心管１２２内の電気ヒータ１２４の内
部に位置するガラス化領域に対する光ファイバ母材５０
の多孔質スート体５８のガラス化部分の位置に応じて、
すなわち、ガラス化多孔質スート体５８が下端部７２
か、中間部７０か、上端部７４に応じて、制御装置１６
は、電気ヒータ１２４によるガラス化温度、ガラス化領
域と光ファイバ母材５０との移動速度、炉心管１２２内
に供給するガスの流量のいずれかの少なくとも１つを制
御する。

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の製造方
法および装置に関する。特定的には、本発明は石英ガラ
ス光ファイバの製造に用いる光ファイバ母材の石英ガラ
ス多孔質スート体をガラス化する方法とガラス化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の光ファイバが知られ、利用されて
いるが、以下、石英ガラスシングルモード光ファイバ
（ＳＭＦ）について例示する。ＳＭＦは、直径１０μｍ
のコアと、コアの外周に形成された直径１２５μｍのク
ラッド層とを有する。コアの屈折率はクラッド層の屈折
率より高い。ＳＭＦの製造方法の概要を図１を参照して
例示する。

【０００３】ステップ１〜３：コア部分のガラスロッド
の形成 ステップ１：種棒に、たとえば、ＶＡＤ法またはＯＶＤ
法で石英ガラススート（煤）からなる石英ガラス多孔質
体（多孔質スート体）を合成する。この多孔質スート体
は、最終的にＳＭＦのコアになる部分である。このステ
ップにおいて、必要に応じて、クラッド層の屈折率に対
してコアの屈折率を高めるドーパント、たとえば、Ｇｅ
をドープする。 ステップ２：合成した多孔質スート体をガラス化炉に導
入し、ガラス化炉で脱水および焼結して透明なコア部ガ
ラス母材を形成する。 ステップ３：コア部ガラス化母材を延伸して、コア部分
のガラスロッドに形成する。そのような延伸は、たとえ
ば、燃焼火炎、プラズマ火炎または電気炉を用いた加熱
状態において行われる。

【０００４】ステップ４〜５：クラッド部分の形成 ステップ４：コア部分のガラスロッドの外周に、たとえ
ば、ＯＶＤ法より多孔質スートを合成する。この多孔質
スート体がＳＭＦのクラッド層になる部分である。 ステップ５：コア部のガラスロッドの外周にクラッド部
分の多孔質スートが合成された光ファイバスート母材を
脱水および焼結してクラッド部分の多孔質スートをガラ
ス化する。これにより、ガラス化されたコア部分の延伸
ガラスロッドと、クラッド部分のガラス部分とを有する
光ファイバ母材が形成される。

【０００５】ステップ６〜７：光ファイバの形成 ステップ６：光ファイバ母材を線引炉に導入して、加熱
・溶融させ、溶融した光ファイバ母材を線引炉の外部に
引き出する。これにより、直径が１０μｍのコアとその
外周に直径が１２５μｍのクラッド層とを有するシング
ルモード光ファイバ（ＳＭＦ）が形成される。 ステップ７：線引炉から引き出された光ファイバの外周
に保護用樹脂を被覆し、最終製品としてのＳＭＦを形成
する。

【０００６】ステップ１〜２におけるコア部分のガラス
ロッドの製造方法の他の例としては、ＭＣＶＤ（modifi
ed ＣＶＤ）法またはプラズマ法により、直接、ガラス
ロッドを製造することができる。この場合は、脱水・ガ
ラス化処理を行う必要がない。その後の処理は上記同様
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】光ファイバの収率を向
上させるためなどのために、光ファイバの製造に使用す
る光ファイバ母材の寸法は大きくなっている。たとえ
ば、長さが２４００ｍｍであり、直径が２５０ｍｍの寸
法の大きな光ファイバの線引きに用いる光ファイバ母材
も製造されている。

【０００８】本願発明者は、ステップ５のガラス化処理
において、寸法が大きい光ファイバ母材を製造すると
き、寸法が小さなときには発生しない問題が発生するこ
とを見いだした。そのような問題を図２（Ａ）、（Ｂ）
を参照して述べる。

【０００９】図２（Ａ）に示すように、ガラス化された
コアガラスロッドＣＴの外周に形成されたクラッド部分
の多孔質スート体ＳＮの内部にガラス化されない部分Ｕ
Ｓが残ることがある。

【００１０】図２（Ｂ）に示すように、ガラス化された
下部Ｘの直径よりガラス化された上部Ｙの直径が小さく
なることがある。このような光ファイバ母材の長手方向
における直径の差が所定の値以上、たとえば、１０ｍｍ
以上となると所望の特性を有する光ファイバが得られな
い。

【００１１】さらに、ガラス化の過程で光ファイバ母材
が落下することもあった。

【００１２】シングルモード光ファイバ用の光ファイバ
母材について例示したが、上述した問題は、ガラス化処
理する多孔質スート体を有する、他の種々のタイプの光
ファイバに使用する種々の光ファイバ母材でも遭遇する
問題である。

【００１３】本発明の目的は、寸法の大きな光ファイバ
母材の多孔質スートをガラス化するときでも、均質で、
所望の特性を有する、光ファイバ用光ファイバ母材をガ
ラス化方法を提供することにある。本発明の他の目的
は、上記ガラス化に用いるガラス化装置を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願発明者は上記問題が
発生する原因を究明し、下記に述べるようにそれらの原
因を見出した。図２（Ａ）を参照して述べたガラス化す
べき多孔質スート体ＳＮの内部に未ガラス化部分ＵＳが
残るという問題の発生原因は、多孔質スート体をガラス
化する電気ヒータが炉心管の外部に配設されており、電
気ヒータからの放射熱によって多孔質スート体ＳＮを加
熱するので、多孔質スート体ＳＮの表面からガラス化が
始まるためであると考えられる。さらに、多孔質スート
ＳＮの表面が先にガラス化した場合、ガラス化された部
分の内部に、たとえば、Ｈｅガス、Ｃｌ₂ ガスおよび不
純物などが取り込まれるからは考えられる。すなわち、
そのような取り込まれたガスが多孔質スート体ＳＮの内
部のガラス化を妨げて未ガラス化部分ＵＳが残るものと
考えられる。

【００１５】図２（Ｂ）を参照して述べた大きな外径差
が発生するという問題は、上部Ｙをガラス化していると
きの加熱によりこの部分の引っ張り強度が低下し、下部
Ｘが荷重となり上部Ｙが伸びるためと考えられる。

【００１６】さらに光ファイバ母材が支持棒ＳＲから落
下するという問題は、光ファイバ母材の上端部をガラス
化しているとき、その熱で直径が３０ｍｍ程度と細い支
持棒が溶解または軟化して、その下部にある重量の重い
光ファイバ母材を支えきれないたとめ考えられる。

【００１７】上述した問題は、光ファイバ母材の寸法が
大きくなる程、顕著になることも分かった。上記問題を
克服するため、本願発明者は、上述した分析に基づいて
種々の実験を行なった結果、光ファイバ母材のガラス化
部分の位置に応じて、（１）ガラス化温度を変化させ
る、（２）光ファイバ母材とガラス化炉内の加熱手段と
の相対移動速度を変化させる、（３）ガラス化炉内のガ
ラス化領域に供給するガスの量を変化させることが望ま
しいことを見いだした。

【００１８】本発明の第１の観点によれば、外周に多孔
質スート体を有する光ファイバ母材の前記多孔質スート
体を脱水し、前記光ファイバ母材を懸垂した状態で前記
多孔質スート体を焼結して透明ガラス化するとき、前記
多孔質スート体のガラス化温度、前記多孔質スート体の
焼結部分とガラス化領域との相対移動速度、前記ガラス
化領域への供給ガスの量の少なくとも１つを、前記ガラ
ス化領域に位置する前記光ファイバ母材の位置に応じて
変化させる、光ファイバ母材の多孔質スート体のガラス
化方法が提供される。

【００１９】前記脱水処理と前記焼結処理を同じガラス
化装置内で同時的に行なってもよいし、脱水処理と焼結
処理を分離して行なうこともできる。

【００２０】所定量の前記供給ガスを前記ガラス化領域
に供給し、前記光ファイバ母材と前記ガラス化領域との
相対移動速度を所定の値にして前記多孔質スート体をガ
ラス化するとき、前記光ファイバ母材の下端部の多孔質
スート体のガラス化温度をＴ ₁ 、上端部の多孔質スート
体のガラス化温度をＴ₃ 、前記下端部と上端部との間の
中間部の多孔質スート体のガラス化温度をＴ₂ としたと
き、下記関係式で規定されるように、前記ガラス化領域
に位置する前記光ファイバ母材の位置に応じて前記ガラ
ス化温度を制御することができる。 Ｔ₁ ＞Ｔ₂ ≧Ｔ₃ Ｔ₂ はＴ₁ とＴ₃ との間で単調に変化する温度である、

【００２１】また、所定量の前記供給ガスを前記ガラス
化領域に供給し、所定のガラス化温度で前記多孔質スー
ト体をガラス化するとき、前記光ファイバ母材の下端部
の多孔質スート体のガラス化時の前記光ファイバ母材と
前記ガラス化領域との相対移動速度をＳ₁ 、上端部の多
孔質スート体のガラス化時の前記相対移動速度をＳ₃、
前記下端部と上端部との間の中間部の多孔質スート体の
ガラス化時の前記相対移動速度をＳ₂ としたとき、下記
関係式で規定されるように、前記ガラス化領域に位置す
る前記光ファイバ母材の位置に応じて前記光ファイバ母
材と前記ガラス化領域との相対移動速度を制御すること
ができる。 Ｓ₁ ＜Ｓ₂ ≦Ｓ₃ Ｓ₂ はＳ₁ とＳ₃ との間で単調に変化する相対移動速度
である、

【００２２】さらに、前記ガラス化領域と前記光ファイ
バ母材との相対移動速度を所定の値で前記多孔質スート
をガラス化するとき、前記光ファイバ母材の下端部の多
孔質スート体のガラス化時に供給するガスの流量をＶ
₁ 、前記光ファイバ母材の上端部の多孔質スート体のガ
ラス化時に供給するガスの流量をＶ₃ 、前記下端部と上
端部との間の中間部の多孔質スート体のガラス化時に供
給するガスの流量をＶ₂としたとき、下記関係式で規定
されるように、前記ガラス化領域に位置する前記光ファ
イバ母材の位置に応じて前記ガラス化領域に供給するガ
スの流量を制御することができる。 Ｖ₁ ＞Ｖ₂ ≧Ｖ₃

【００２３】上述したガラス化温度制御、相対移動速度
制御、供給ガス量制御は適宜、組み合わせて行なうこと
ができる。

【００２４】本発明の第２の観点によれば、上記ガラス
化方法を実施するガラス化装置が提供される。本発明の
ガラス化装置は、外周に多孔質スート体を有する光ファ
イバ母材の前記多孔質スート体を脱水し、焼結するガラ
ス化装置であって、前記光ファイバ母材が導入される炉
心管と、前記光ファイバ母材の一端を把持し、前記光フ
ァイバ母材を回転可能であり、前記光ファイバ母材を前
記炉心管内に導入する支持手段と、該炉心管に導入され
た前記光ファイバ母材を加熱する加熱手段と、前記多孔
質スート体のガラス化位置と前記炉心管内のガラス化領
域との相対位置を検出する位置検出手段と、前記光ファ
イバ母材と前記炉心管内のガラス化領域との相対移動速
度位置を検出する速度検出手段と、前記炉心管内のガラ
ス化領域にガラス化ガスを供給するガス供給手段と、前
記炉心管内のガラス化領域におけるガラス化温度を検出
する温度検出手段と、制御手段とを有する。前記制御手
段は、前記位置検出手段で検出した前記ガラス化領域に
位置する前記光ファイバ母材の位置に応じて、前記光フ
ァイバ母材と前記加熱手段との相対移動速度の制御、前
記ガラス化温度の制御、前記ガス供給手段を制御してガ
スの流量の制御の少なくとも１つを行なう。なお、上記
ガラス化装置において焼結するまえに、脱水装置で事前
に多孔質スート体を脱水した後、上記ガラス化装置で焼
結することもできる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光ファイバ母材の
多孔質スート体のガラス化方法およびガラス化装置の好
適な実施の形態について添付図面を参照して述べる。本
発明の実施の形態として、石英シングルモード光ファイ
バ（ＳＭＦ）の光ファイバ母材のクラッド層となる部分
の多孔質スート体のガラス化方法について述べる。

【００２６】本発明の光ファイバ母材の多孔質スート体
のガラス化方法およびガラス化装置の位置づけを明確に
する。本発明の光ファイバ母材の多孔質スート体のガラ
ス化方法は、図１を参照して述べたステップ５の処理に
関する。したがって、本発明の実施の形態の実施に先立
って、図１を参照して述べた、ステップ１〜４の処理が
事前に行なわれる。その結果、図３（Ａ）、（Ｂ）に図
解する光ファイバ母材５０が形成される。

【００２７】光ファイバ母材 光ファイバ母材５０は、ステップ１においてコア部分の
多孔質スート体が合成され、ステップ２において透明ガ
ラス化され、ステップ３において延伸されたコア部分５
２と、コア部分５２の先端に接続された支持棒５４とを
有する。コア部分５２と支持棒５４とを透明ガラスロッ
ド６０と呼ぶ。光ファイバ母材５０はさらに、ステップ
４においてコア部分５２の外周に合成されたクラッド部
分の多孔質スート体５８を有する。このクラッド部分の
多孔質スート体５８がステップ５において、透明ガラス
化される。

【００２８】光ファイバ母材５０は、長手方向におい
て、中間部７０とその両側の両端部７２、７４とからな
る。中間部７０は、コア部分５２の直径Ｄ₅₂とクラッド
部分の多孔質スート体５８との直径Ｄ₅₈の比率が所定の
範囲α₁ 〜α₂ にある円柱状の形状をしている。両端部
７２、７４の形状は丸みを帯びるか、または、尖ってい
て、コア部分５２の直径Ｄ₅₂とクラッド部分の多孔質ス
ート体５８の直径Ｄ₅₈の比率が所定の範囲α₁ 〜α₂ に
ない。

【００２９】光ファイバ母材５０は図４（Ａ）、（Ｂ）
および図５を参照して述べるように、光ファイバ母材５
０の端部７４に接続された支持棒５４が支持機構１４に
把持（保持）されてガラス化炉１２内に端部７２を下方
にして支持機構１４に懸垂されて挿入される。本実施の
形態においては、端部７２を下端部と呼び、端部７４を
上端部と呼ぶ。

【００３０】ステップ５において透明ガラスコア部５２
の上にクラッド部分の多孔質スート体５８が合成され
た、光ファイバ母材５０を、図５に図示したガラス化装
置において脱水および焼結して透明ガラス化して、図４
（Ｂ）に図解する光ファイバ母材８０を製造する。

【００３１】光ファイバ母材８０は、光ファイバ母材５
０のクラッド部分の多孔質スート体５８が透明ガラス化
により透明かつ外径が細くなった透明ガラス化部分５９
を有する。光ファイバ母材８０について、図１のステッ
プ６〜７の処理を行なって最終製品としての石英シング
ルモード光ファイバが製造される。

【００３２】以下、本発明の実施の形態としてのステッ
プ５の処理の詳細およびそれに用いるガラス化装置を述
べる。

【００３３】第１実施の形態 図５は本発明の第１実施の形態の光ファイバ母材の多孔
質スート体のガラス化装置の構成図である。図５に図解
したガラス化装置１０は、ガラス化炉１２と、支持機構
１４と、制御装置１６と、ガス供給部１８と、ガスフロ
ーメータ２０と、温度センサ２２と、速度センサ２４
と、電気ヒータ駆動部２６と、位置センサ３０と、支持
機構駆動部３４を有する。ガラス化装置１０は脱水と焼
結とを同時に行なうことができる。

【００３４】ガラス化炉１２は、中空の円筒状の炉心管
１２２を有する。炉心管１２２は、たとえば、石英ガラ
スを用いて形成されており、下端部に位置するガス供給
口１２２ａと、上部に位置する上部導入部１２２ｂと、
上部導入部１２２ｂの近傍に設けられたガス排出口１２
２ｃと、ガス供給口１２２ａと上部導入部１２２ｂとの
間に位置する中間円筒部１２２ｄとを有する。上部導入
部１２２ｂからガラス化の対象となる光ファイバ母材５
０を炉心管１２２内に導入する。

【００３５】ガラス化炉１２は、炉心管１２２の中間円
筒部１２２ｄの外周に同心円状に配設された電気ヒータ
１２４を有する。中間円筒部１２２ｄと電気ヒータ１２
４との間の間隙には、たとえば、カーボン製の均熱管
（図示せず）が設けられており、均熱管により電気ヒー
タ１２４の熱が均一に光ファイバ母材５０のガラス化部
分に伝達される。すなわち、電気ヒータ１２４からの熱
は均熱管を介して、炉心管１２２内に導入された光ファ
イバ母材５０を加熱して、クラッド部分の多孔質スート
体５８を脱水および焼結して透明ガラス状態にする。電
気ヒータ１２４には電気ヒータ駆動部２６から電力が供
給される。電気ヒータ駆動部２６から電気ヒータ１２４
に供給する電力量は制御装置１６から指示される。電気
ヒータ１２４と均熱管とが本発明の加熱手段に該当す
る。電気ヒータ１２４および均熱管が位置する炉心管１
２２の内部が、光ファイバ母材５０の多孔質スート体５
８をガラス化するガラス化領域を規定している。

【００３６】支持機構１４は図３（Ａ）、（Ｂ）、図４
（Ａ）に図解した光ファイバ母材５０の支持棒５４を垂
直方向に保持（把持）して、光ファイバ母材５０を、炉
心管１２２の上部導入部１２２ｂから炉心管１２２内に
導入する。支持機構１４は、光ファイバ母材５０のクラ
ッド部分の多孔質スート体５８のガラス化の進行に応じ
て光ファイバ母材５０を回転させながら、炉心管１２２
内に下降させていく。支持機構１４の下降動作および回
転動作の駆動制御は、制御装置１６の指令に従って支持
機構駆動部３４が行なう。制御装置１６は、光ファイバ
母材５０の多孔質スート体５８のガラス化部分が電気ヒ
ータ１２４のほぼ中央に位置するように、支持機構駆動
部３４を介して支持機構１４を駆動して光ファイバ母材
５０を下降させる。制御装置１６は、たとえば、メモリ
を有するコンピュータで構成されており、本明細書で述
べる各種の制御処理を行なう。

【００３７】支持機構１４には速度センサ２４および位
置センサ３０が設けられている。位置センサ３０は、支
持機構１４の下降動作に応じた電気ヒータ１２４に対す
る光ファイバ母材５０の多孔質スート体５８のガラス化
部分の相対位置を検出して、制御装置１６に入力する。
たとえば、位置センサ３０は、支持機構１４に設けられ
た下降駆動用モータの回転数を積算して電気ヒータ１２
４に対する位置を検出する。速度センサ２４は光ファイ
バ母材５０の下降速度を検出して制御装置１６に入力す
る。速度センサ２４は、たとえば、上記下降駆動用モー
タの回転速度から光ファイバ母材５０の下降速度を検出
する。

【００３８】本実施の形態においては、電気ヒータ１２
４が炉心管１２２の周囲に固定されている場合について
述べるが、逆に、光ファイバ母材５０の位置を固定し、
電気ヒータ１２４をモータを用いて上昇させていくこと
もできる。その場合には、速度センサ２４は光ファイバ
母材５０に対する電気ヒータ１２４の移動速度を検出
し、位置センサ３０は光ファイバ母材５０に対する電気
ヒータ１２４の移動位置を検出する。

【００３９】温度センサ２２は炉心管１２２の中間円筒
部１２２ｄの内部に位置する光ファイバ母材５０の多孔
質スート体５８のガラス化部分の温度を検出する。温度
センサ２２は、炉心管１２２の側壁に設けられている。
温度センサ２２はたとえば、放射型温度計である。温度
センサ２２の検出信号が制御装置１６に入力されてい
る。

【００４０】ガス供給部１８はガスフローメータ２０を
介してガス供給口１２２ａから炉心管１２２の内部にガ
ラス化ガスを供給する。ガス供給口１２２ａから供給さ
れたガスは中間円筒部１２２ｄを上昇し、光ファイバ母
材５０の外面に接したのち、ガス排出口１２２ｃから排
出される。炉心管１２２内の電気ヒータ１２４の近傍に
位置する光ファイバ母材５０の多孔質スート体５８のガ
ラス化される部分の周囲の領域を、ガラス化領域または
ガラス化雰囲気という。制御装置１６はガスフローメー
タ２０を制御して炉心管１２２内に供給するガスの流量
を制御する。

【００４１】ガス供給部１８から炉心管１２２内に供給
するガラス化ガスとしては、たとえば、Ｈｅガス、Ａｒ
ガス、Ｎ₂ ガスなどの不活性ガス、および／または、Ｃ
ｌ₂を用いる。上述した例示において、コア部分に屈折
率を高めるドーパント、たとえば、Ｇｅをドープする場
合を述べたが、逆に、コア部分にそのようなドーパント
をドープせず、ガラス化の熱処理時にクラッド部分の屈
折率をコア部分の屈折率より低下させる場合は、コアの
屈折率よりクラッドの屈折率を低下させるドーパント、
たとえば、Ｆをドープする場合にはＦ含有ガスをガス供
給部１８から供給することもできる。

【００４２】図５は、ガス供給部１８から炉心管１２２
内にガスが供給されている状態で、支持機構１４で光フ
ァイバ母材５０に接続されている支持棒５４を把持して
光ファイバ母材５０を炉心管１２２内につり下げ、か
つ、光ファイバ母材５０を回転させながら、多孔質スー
ト体５８のガラス化の進展に応じて所定の速度で炉心管
１２２内に下降させていく状態を示している。すなわ
ち、図５は、光ファイバ母材５０の多孔質スート体５８
が、下端部７２から中間部７０、上端部７４に向かって
電気ヒータ１２４からの熱で加熱され、脱水・焼結させ
て透明ガラス化される状態を示している。特に、図５
は、光ファイバ母材５０の下端部７２の多孔質スート体
５８が透明ガラス化部分ＳＮとなった状態を示してい
る。光ファイバ母材５０の多孔質スート体５８が全て透
明ガラス化されるとガラス化クラッド部分５９となり、
光ファイバ母材５０より直径が細い、図４（Ｂ）に図解
した光ファイバ母材８０が形成される。以下、第１実施
の形態の制御装置１６による制御処理に詳細を述べる。

【００４３】ガラス化温度制御 図６は横軸に光ファイバ母材５０の多孔質スート体５８
のガラス化位置、縦軸にガラス化温度をとった位置・ガ
ラス化温度特性図である。この場合、光ファイバ母材５
０の下降速度は一定であり、ガス供給部１８から炉心管
１２２内に供給されるガラス化ガス、たとえば、Ｈｅの
流量は一定である。図６に図解したガラス化温度の関係
を式１に示す。

【００４４】

【数１】 Ｔ₁ ＞Ｔ₂ ≧Ｔ₃ …（１）

【００４５】図６の位置・ガラス化温度特性は、光ファ
イバ母材５０の下端部７２の多孔質スート体５８をガラ
ス化するときは温度Ｔ₁ 、たとえば、１５４０°Ｃと高
い温度にし、上端部７４の多孔質スート体５８をガラス
化するときは温度Ｔ₃ 、たとえば、１４５０°Ｃと低い
温度にし、中間部７０の多孔質スート体５８をガラス化
するときは、温度Ｔ₁ から温度Ｔ₃ に向かって単調に、
かつ、中間部７０の位置に応じて低下させていくことを
意味している。

【００４６】光ファイバ母材５０の下端部７２の多孔質
スート体５８のガラス化温度を高温にすると、焼結され
たガラス体が柔らかくなるので、重力により真直形状と
なる。逆に、ガラス化温度が低い場合、下端部７２が水
平方向に曲がりやすくなる。下端部７２が真直形状とな
ればその上の中間部７０および上端部７４も真直形状に
焼結されて、断面が真円の光ファイバ母材８０が形成さ
れるが、下端部７２が真直形状でない場合、ガラス化さ
れた光ファイバ母材８０の断面が真円形状とならず、ス
テップ６において線引きして得られるシングルモード光
ファイバの断面形状の非円率が大きくなり好ましくな
い。したがって、下端部７２のガラス化温度を高くす
る。

【００４７】上端部７４の多孔質スート体５８を低温焼
結とすることにより、図２（Ｂ）を参照して述べた、支
持棒５４の溶解または軟化により光ファイバ母材５０が
落下する問題が防止できる。

【００４８】中間部７０の多孔質スート体５８のガラス
化温度は、温度Ｔ₁ から温度Ｔ₃ に向かって単調に低下
しているが、ガラス化温度を急激に変化させると、多孔
質スート５８をガラス化する過程が不安定となり、透明
ガラス化された部分が割れることがあるから、急激にガ
ラス化温度を変化させることは好ましくない。中間部７
０の多孔質スート体５８のガラス化温度の変化率は、も
ちろん、光ファイバ母材５０の下降速度、その他の条件
にも依存するが、０．１〜０．２５℃／分程度が好まし
い。

【００４９】もちろん、温度Ｔ₁ 、Ｔ₃ の値は、光ファ
イバ母材５０の下降速度、ガス供給部１８からの供給ガ
ラス化ガスの種類と流量、光ファイバ母材５０の寸法
（外径、長さ、重量）などに応じて異なるが、式１で規
定される温度条件で光ファイバ母材５０の多孔質スート
体５８のガラス化を行なうことが望ましい。

【００５０】制御装置１６は、位置センサ３０の位置検
出信号および温度センサ２２の温度検出信号を入力し、
電気ヒータ駆動部２６を介して電気ヒータ１２４の加熱
温度を、式１に基づいて、位置信号および温度信号を参
照して、制御して、光ファイバ母材５０の多孔質スート
体５８のガラス化温度制御を行なう。上記温度Ｔ₁ 、Ｔ
₃ および温度Ｔ₂ の変化率は、制御装置１６内のメモリ
に記憶されている。

【００５１】実験例１ 長さが２４００ｍｍ、直径が２５０ｍｍ、重量が４０ｋ
ｇの光ファイバ母材５０の多孔質スート体５８について
ガラス化温度制御を試みた。ガラス化処理時間は、８〜
１０時間であった。ガラス化処理終了後の光ファイバ母
材８０は、直径が７０〜８０ｍｍであり、一方向に延伸
した略円柱形状をしており、外径差は少なく、透明ガラ
ス化されない部分は発生しなかった。もちろん、支持棒
５４から光ファイバ母材５０が落下することもなかっ
た。この光ファイバ母材８０をシングルモード光ファイ
バに線引きした結果、非円率が０．３％以下であった。

【００５２】ガラス化移動速度制御 図７は横軸に光ファイバ母材５０の位置、縦軸に下降
（移動）速度をとった位置・移動速度特性図である。こ
の場合、電気ヒータ１２４における加熱温度は一定であ
り、ガス供給部１８から炉心管１２２内に供給されるガ
ラス化ガス、たとえば、Ｈｅの流量は一定である。図７
に図解した下降（移動）速度Ｓ₁ 、Ｓ₂ およびＳ₂ の関
係を式２に示す。

【００５３】

【数２】 Ｓ₁ ＜Ｓ₂ ≦Ｓ₃ …（２）

【００５４】図７の位置・移動速度特性は、光ファイバ
母材５０の下端部７２の多孔質スート体５８をガラス化
するときは下降速度Ｓ₁ 、たとえば、１５０ｍｍ／ｈと
低い速度で時間をかけて下降させてガラス化領域におけ
るガラス化時間を長くし、上端部７４の多孔質スート体
５８をガラス化するときは下降速度Ｓ₃ 、たとえば、３
００ｍｍ／ｈと速い速度で電気ヒータ１２４部分を短時
間で下降させてガラス化時間を短くし、中間部７０の多
孔質スート体５８をガラス化するときは、低い速度Ｓ₁
から高い速度Ｓ₃ に向かって単調に、かつ、ガラス化領
域に対する中間部７０のガラス化位置に応じて移動速度
を上昇させていくことを意味している。このように移動
速度制御すれば、上述したガラス化温度制御と同様に、
図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して述べた問題の発生が防止
できる。

【００５５】移動速度Ｓ₁ 、Ｓ₃ の値および移動速度Ｓ
₂ の変化率は、光ファイバ母材５０の寸法（外径、長
さ、重量）、ガラス化温度、供給ガラス化ガスの種類と
量などに応じて異なるが、式２で規定される移動速度条
件で光ファイバ母材５０の多孔質スート体５８のガラス
化を行なうことが望ましい。

【００５６】制御装置１６は、位置センサ３０で検出し
た位置検出信号の値に応じて、速度センサ２４が検出し
た速度信号を参照して支持機構駆動部３４を、式２に基
づいて制御して電気ヒータ１２４においてガラス化され
る光ファイバ母材５０の下降速度を制御する。移動速度
Ｓ₁ 、Ｓ₃ の値および移動速度Ｓ₂ の変化率は制御装置
１６のメモリに記憶されている。

【００５７】実験例２ 移動速度制御によっても上記ガラス化温度制御と同様の
結果が得られた。

【００５８】供給ガス流量制御図８は横軸に光ファイバ
母材５０の位置、縦軸に供給ガス流量、たとえば、Ｈｅ
ガスの流量をとった位置・供給ガス流量特性を示す図で
ある。この場合、支持機構１４による光ファイバ母材５
０の移動速度は一定である。図８に図解した供給ガス流
量の関係を下記式３に示す。

【００５９】

【数３】 Ｖ₁ ＞Ｖ₂ ≧Ｖ₃ …（３）

【００６０】図８の位置・供給ガス流量特性は、光ファ
イバ母材５０の下端部７２の多孔質スート体５８をガラ
ス化するときはガス流量Ｖ₁ 、たとえば、１２０ＳＬＭ
と大きなガス流量を供給し、上端部７４の多孔質スート
体５８をガラス化するときはガス流量Ｖ₃ 、たとえば、
２０ＳＬＭと少ないガス流量を供給し、中間部７０の多
孔質スート体５８をガラス化するときは、ガス流量Ｓ₁
とガス流量Ｖ₃ との間のガス流量Ｖ₂ をガラス化炉１２
内のガラス化領域に供給することを意味している。

【００６１】下端部７２では、上述のように高温でガラ
ス化処理をしているため、多孔質スート体５８の表面が
焼結されやすくなっており、焼結されている多孔質スー
ト体５８（図４（Ｂ）、ガラス化クラッド部分５９）の
表面を冷却して焼結速度を遅くするために、ガス流量を
多くする。上端部７４は低温のガラス化処理であるので
多孔質スート体５８の表面が焼結されにくいのでガス流
量を減らす。上端部７４の多孔質スート体５８のガラス
化時にガス流量を減らすことにより、ガラス化クラッド
部分５９の内部にヘリウム、塩素ガスおよび不純物が残
留することが少なくなり、ガラス化クラッド部分５９の
内部に未ガラス化部分ＵＳ（図２（Ａ））が残ってしま
うのを防止できる。また、高価なヘリウムなどのガラス
化ガスの供給量が低減できるので、最終製品としての光
ファイバの製造価格が低減できる。

【００６２】ガス流量Ｖ₁ 、Ｖ₂ 、Ｖ₃ の値は、ガスの
種類、光ファイバ母材５０の移動速度、ガラス化温度、
光ファイバ母材５０の寸法（外径、長さ、重量）、その
他の条件に応じて異なるが、式３で規定される供給ガス
量の条件で光ファイバ母材５０のガラス化を行なうこと
が望ましい。

【００６３】制御装置１６は、位置センサ３０で検出し
た位置検出信号の値に応じて、式３にしたがって、ガス
フローメータ２０を制御してガス供給部１８から炉心管
１２２内に供給されるガス流量の制御を行なう。ガス流
量Ｖ₁ 、Ｖ₂ 、Ｖ₃ の値は制御装置１６のメモリに記憶
されている。

【００６４】実験例３ 上記供給ガス量の制御により、ガラス化クラッド部分５
９（図４（Ｂ））内に未ガラス化部分ＵＳ（図２
（Ａ））の発生が防止できた。

【００６５】本発明の実施の形態としては、上述したガ
ラス化温度制御、移動速度制御およびガス供給流量制御
を単独で行なうこともできるし、これらを適宜組み合わ
せて行なうこともできる。

【００６６】ガス供給制御＋ガラス化温度制御 ガス供給制御とガラス化温度制御を同時に行なうと、ガ
ラス化クラッド部分５９（図４（Ｂ））の内部に未ガラ
ス化部分ＵＳ（図２（Ｂ））の発生を防止しながら、上
述したガラス化温度制御による効果も奏することができ
る。

【００６７】ガス供給制御＋移動速度制御 ガス供給制御と移動速度制御を同時に行なうと、ガラス
化クラッド部分５９の内部に未ガラス化部分ＵＳの発生
を防止しながら、移動速度制御による効果を奏すること
ができる。

【００６８】ガラス化温度制御＋移動速度制御 ガラス化温度制御と移動速度制御を組み合わせると、光
ファイバ母材５０の下端部７２の多孔質スート体５８は
ゆっくりと高温でガラス化し、上端部７４の多孔質スー
ト体５８をすばやく低温でガラス化することができる。
その結果、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して述べた不利益
を克服できる。

【００６９】ガス供給制御＋ガラス化温度制御＋移動速
度制御 ガス供給制御とガラス化温度制御と移動速度制御とを組
み合わせると、上述した効果の全てを達成できる。

【００７０】第１実施の形態によれば、長さが１０００
ｍｍ以上で、直径が２００ｍｍ以上あり、例えば重量が
４０ｋｇ以上の大きなサイズの光ファイバ母材５０につ
いて、大きな外径差を起こさずガラス化処理を行うこと
ができた。その結果、シングルモード光ファイバの非円
率が０．３％以下に低減できた。

【００７１】第１実施の形態によれば、ガラス化により
支持棒５４から光ファイバ母材の落下は起きない。

【００７２】第１実施の形態によれば、ガス供給部１８
から供給するガラス化ガス、たとえば、高価なＨｅガス
の供給量を低減することができた。その結果、光ファイ
バ母材の製造価格、ひいては、最終製品としてのシング
ルモード光ファイバの製造価格を低減させることができ
た。

【００７３】第２実施形態 第２実施形態は、第１実施の形態のように光ファイバ母
材５０の多孔質スート５８の脱水処理および焼結処理を
同じガラス化装置内で１段階で行なうのではなく、図９
に図解したように、脱水処理と焼結処理を別々に２段階
に分けて行う。脱水処理は、たとえば、１１５０〜１２
００℃の一定温度で行う。その後、焼結処理として、第
１実施形態として述べたガラス化装置１０を用い、脱水
された光ファイバ母材５０の多孔質スート５８について
下端部７２から上端部７４に向かって、第１実施の形態
と同様、ガラス化温度、移動速度、ガス供給量の少なく
ともいずれかを順次変更しながら行なう。

【００７４】第２実施の形態も、第１実施形態と同様
に、寸法の大きな光ファイバ母材について、大きな外径
差を起こさず、光ファイバ母材の落下を起こさず、未ガ
ラス化部分を発生させず、ガラス化処理を行うことがで
きた。

【００７５】第２実施の形態は、脱水処理と焼結処理と
を分離することにより、光ファイバ母材から線引きして
得られる光ファイバは、光ファイバ母材５０に含有する
水分が十分に低減されており、伝送損失、たとえば、
１．３８μｍ帯での伝送損失が小さいという利点があ
る。

【００７６】上述した実施の形態においては、光ファイ
バとしてシングルモード光ファイバに用いる光ファイバ
母材について述べたが、本発明はシングルモード光ファ
イバに用いる光ファイバ母材に限定されず、波長分割伝
送などに使用する多層構造の分散補償光ファイバ、偏波
面保存光ファイバなど、多孔質スート体を有する光ファ
イバ母材を透明ガラス化する種々の場合に適用できる。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、寸法の大きな光ファイ
バ母材についても、大きな外径差を起こさず、多孔質ス
ート体を均一にガラス化処理を行うことができる。その
結果、本発明によれば非円率が小さな光ファイバを製造
できる。

【００７８】本発明によれば、供給するガラス化ガスの
供給量を低減できる。その結果、本発明によれば、光フ
ァイバ母材の製造価格、ひいては、光ファイバの製造価
格を低減させることができる。

【００７９】本発明のガラス化に際しては、既存のガラ
ス化装置を用い、ガラス化温度制御、ガラス化ガス供給
制御、光ファイバ母材と加熱手段との相対移動速度の制
御のいずれかを、制御装置で行なえばよいので、設備費
用が格段に増大しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はシングルモード光ファイバを製造する工
程を図解した工程図である。

【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）はガラス化処理が不具合に
なった例を示す光ファイバ母材の形状を示す図である。

【図３】図３（Ａ）はコア部分のガラスロッドの外周に
クラッド部分の多孔質スート体を合成した光ファイバ母
材の長手方向に沿った断面図であり、図３（Ｂ）は図３
（Ａ）に図示した光ファイバ母材の半径方向の断面図で
ある。

【図４】図４（Ａ）は図３（Ａ）に図解した光ファイバ
母材をガラス化のためつり下げた状態を示す図であり、
図４（Ｂ）は図４（Ａ）の光ファイバ母材の多孔質スー
ト体を透明ガラス化した後の形状を示す図である。

【図５】図５は本発明の実施の形態のガラス化装置の構
成図である。

【図６】図６は光ファイバ母材のガラス化位置とガラス
化温度との関係を図解したグラフである。

【図７】図６は光ファイバ母材のガラス化位置と、ガラ
ス化領域と光ファイバ母材の移動速度との関係を図解し
たグラフである。

【図８】図８は光ファイバ母材のガラス化位置と供給ガ
スの量との関係を図解したグラフである。

【図９】図９は本発明の第２実施の形態として、図１に
おけるステップ５の処理を脱水処理と焼結処理とを分離
して行なう工程を示す図である。

【符号の説明】

１０・・ガラス化装置 １２・・ガラス化炉 １２２・・炉心管 １２２ａ・・ガス供給口、１２２ｂ・・上部導入部 １２２ｃ・・ガス排出口、１２２ｄ・・中間円筒部 １２４・・電気ヒータ １４・・支持機構、１６・・制御装置 １８・・ガス供給部、２０・・ガスフローメータ ２２・・温度センサ、２４・・速度センサ、３０・・位
置センサ ２６・・電気ヒータ駆動部、３４・・支持機構駆動部 ５０・・光ファイバ母材 ５２・・ガラス化されたコア部分、５４・・支持棒 ５８・・クラッド部分の多孔質スート体 ５９・・ガラス化クラッド部分 ７０・・中間部、７２・・下端部、７４・・上端部 ８０・・ガラス化された光ファイバ母材

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周に多孔質スート体を有する光ファイバ
   母材の前記多孔質スート体を脱水し、前記光ファイバ母
   材を懸垂した状態で前記多孔質スート体を焼結して透明
   ガラス化するとき、 前記多孔質スート体のガラス化温度、前記多孔質スート
   体の焼結部分とガラス化領域との相対移動速度、前記ガ
   ラス化領域への供給ガスの量の少なくとも１つを、前記
   ガラス化領域に位置する前記光ファイバ母材の位置に応
   じて変化させる、 光ファイバ母材の多孔質スート体のガラス化方法。
2. 【請求項２】前記脱水処理と前記焼結処理を同じガラス
   化装置内で同時的に行なう、請求項１記載のガラス化方
   法。
3. 【請求項３】前記脱水処理後、前記焼結処理行なう、 請求項１記載のガラス化方法。
4. 【請求項４】所定量の前記供給ガスを前記ガラス化領域
   に供給し、前記光ファイバ母材と前記ガラス化領域との
   相対移動速度を所定の値にして前記多孔質スート体をガ
   ラス化するとき、 前記光ファイバ母材の下端部の多孔質スート体のガラス
   化温度をＴ₁ 、上端部の多孔質スート体のガラス化温度
   をＴ₃ 、前記下端部と上端部との間の中間部の多孔質ス
   ート体のガラス化温度をＴ₂ としたとき、下記関係式で
   規定されるように、前記ガラス化領域に位置する前記光
   ファイバ母材の位置に応じて前記ガラス化温度を制御す
   る、 Ｔ₁ ＞Ｔ₂ ≧Ｔ₃ Ｔ₂ はＴ₁ とＴ₃ との間で単調に変化する温度である、 請求項１〜３いずれか記載のガラス化方法。
5. 【請求項５】所定量の前記供給ガスを前記ガラス化領域
   に供給し、所定のガラス化温度で前記多孔質スート体を
   ガラス化するとき、 前記光ファイバ母材の下端部の多孔質スート体のガラス
   化時の前記光ファイバ母材と前記ガラス化領域との相対
   移動速度をＳ₁ 、上端部の多孔質スート体のガラス化時
   の前記相対移動速度をＳ₃ 、前記下端部と上端部との間
   の中間部の多孔質スート体のガラス化時の前記相対移動
   速度をＳ₂ としたとき、下記関係式で規定されるよう
   に、前記ガラス化領域に位置する前記光ファイバ母材の
   位置に応じて前記光ファイバ母材と前記ガラス化領域と
   の相対移動速度を制御する、 Ｓ₁ ＜Ｓ₂ ≦Ｓ₃ Ｓ₂ はＳ₁ とＳ₃ との間で単調に変化する相対移動速度
   である、 請求項１〜３いずれか記載のガラス化方法。
6. 【請求項６】前記ガラス化領域と前記光ファイバ母材と
   の相対移動速度を所定の値で前記多孔質スートをガラス
   化するとき、 前記光ファイバ母材の下端部の多孔質スート体のガラス
   化時に供給するガスの流量をＶ₁ 、前記光ファイバ母材
   の上端部の多孔質スート体のガラス化時に供給するガス
   の流量をＶ₃ 、前記下端部と上端部との間の中間部の多
   孔質スート体のガラス化時に供給するガスの流量をＶ₂
   としたとき、下記関係式で規定されるように、前記ガラ
   ス化領域に位置する前記光ファイバ母材の位置に応じて
   前記ガラス化領域に供給するガスの流量を制御する、 Ｖ₁ ＞Ｖ₂ ≧Ｖ₃ 請求項１〜３いずれか記載のガラス化方法。
7. 【請求項７】外周に多孔質スート体を有する光ファイバ
   母材の前記多孔質スート体を脱水し、焼結するガラス化
   装置であって、 前記光ファイバ母材が導入される炉心管と、 前記光ファイバ母材の一端を把持し、前記光ファイバ母
   材を回転可能であり、前記光ファイバ母材を前記炉心管
   内に導入する支持手段と、 該炉心管に導入された前記光ファイバ母材を加熱する加
   熱手段と、 前記多孔質スート体のガラス化位置と前記炉心管内のガ
   ラス化領域との相対位置を検出する位置検出手段と、 前記光ファイバ母材と前記炉心管内のガラス化領域との
   相対移動速度位置を検出する速度検出手段と、 前記炉心管内のガラス化領域にガラス化ガスを供給する
   ガス供給手段と、 前記炉心管内のガラス化領域におけるガラス化温度を検
   出する温度検出手段と、 制御手段と、 を有し、 前記制御手段は、前記位置検出手段で検出した前記ガラ
   ス化領域に位置する前記光ファイバ母材の位置に応じ
   て、前記光ファイバ母材と前記加熱手段との相対移動速
   度の制御、前記ガラス化温度の制御、前記ガス供給手段
   を制御してガスの流量の制御の少なくとも１つを行な
   う、 光ファイバ母材の多孔質スート体のガラス化装置。
8. 【請求項８】外周に多孔質スート体を有する光ファイバ
   母材の前記多孔質スート体を脱水した前記光ファイバ母
   材の前記多孔質スート体を焼結するガラス化装置であっ
   て、 前記光ファイバ母材が導入される炉心管と、 前記光ファイバ母材の一端を把持し、前記光ファイバ母
   材を回転可能であり、前記光ファイバ母材を前記炉心管
   内に導入する支持手段と、 該炉心管に導入された前記光ファイバ母材を加熱する加
   熱手段と、 前記多孔質スート体のガラス化位置と前記炉心管内のガ
   ラス化領域との相対位置を検出する位置検出手段と、 前記光ファイバ母材と前記炉心管内のガラス化領域との
   相対移動速度位置を検出する速度検出手段と、 前記炉心管内のガラス化領域にガラス化ガスを供給する
   ガス供給手段と、 前記炉心管内のガラス化領域におけるガラス化温度を検
   出する温度検出手段と、 制御手段と、 を有し、 前記制御手段は、前記位置検出手段で検出した前記ガラ
   ス化領域に位置する前記光ファイバ母材の位置に応じ
   て、前記光ファイバ母材と前記加熱手段との相対移動速
   度の制御、前記ガラス化温度の制御、前記ガス供給手段
   を制御してガスの流量の制御の少なくとも１つを行な
   う、 光ファイバ母材の多孔質スート体のガラス化装置。
9. 【請求項９】前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御
   して所定の量の前記供給ガスを前記ガラス化領域に供給
   し、前記光ファイバ母材と前記加熱手段とを所定の相対
   移動速度で移動させて、前記多孔質スート体を透明ガラ
   ス化するとき、 前記光ファイバ母材の下端部の透明ガラス化温度をＴ
   ₁ 、上端部の透明ガラス化温度をＴ₃ 、前記下端部と上
   端部との間の中間部の透明ガラス化温度をＴ₂ としたと
   き、下記関係式で規定されるように、前記位置検出手段
   で検出した相対位置に応じて、前記加熱手段を制御す
   る、 Ｔ₁ ＞Ｔ₂ ≧Ｔ₃ Ｔ₂ はＴ₁ とＴ₃ との間で単調に変化する温度である、 請求項７または８記載のガラス化装置。
10. 【請求項１０】前記制御手段は、前記ガス供給手段を制
    御して所定の量の前記供給ガスを前記ガラス化領域に供
    給し、前記加熱手段を制御して所定のガラス化温度で前
    記多孔質スート体を透明ガラス化するとき、 前記光ファイバ母材の下端部の相対移動速度をＳ₁ 、上
    端部の相対移動速度をＳ₃ 、前記下端部と上端部との間
    の中間部の相対移動速度をＳ₂ としたとき、下記関係式
    で規定されるように、前記位置検出手段で検出した相対
    位置に応じて、前記光ファイバ母材と前記加熱手段との
    相対移動速度を制御する、 Ｓ₁ ＜Ｓ₂ ≦Ｓ₃ Ｓ₂ はＳ₁ とＳ₃ との間で単調に変化する移動速度であ
    る、 請求項７または８記載のガラス化装置。
11. 【請求項１１】前記制御手段は、所定の相対移動速度で
    前記光ファイバ母材と前記加熱手段とを相対移動させて
    前記多孔質スート体を透明ガラス化するとき、 前記光ファイバ母材の下端部のガラス化のときに供給す
    るガスの流量をＶ₁ 、前記光ファイバ母材の上端部のガ
    ラス化のときに供給するガスの流量をＶ₃ 、前記下端部
    と上端部との間の中間部のガラス化のときに供給するガ
    スの流量をＶ₂としたとき、下記関係式で規定されるよ
    うに、前記位置検出手段で検出した相対位置に応じて前
    記ガラス化領域に供給するガス流量を制御する、 Ｖ₁ ＞Ｖ₂ ≧Ｖ₃ 請求項７または８記載のガラス化装置。