JP2003176147A - 光ファイバ用ガラス母材の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高品質の石英系光ファイバ用ガラス母材のク
ラッドガラス部を低コストで製造する光ファイバ用ガラ
ス母材の製造方法と製造装置を提供する。 【解決手段】 内径が細い先端部３ｂを有する管状ノズ
ル３からプラズマ炎２へガラス微粒子を供給し、プラズ
マ炎２中でガラス微粒子を直接溶融し、透明ガラスとし
て石英ガラス棒１に堆積させて透明石英ガラス母材を作
製する。管状ノズル３からガラス微粒子をプラズマ炎２
に投入する際に、ガラス微粒子の流動状態を観察し、プ
ラズマ炎２の熱使用効率を最大にして、溶融したガラス
微粒子が石英ガラス棒１に堆積するように制御する。

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用ガラス
母材の製造方法に関し、特に高品質の石英系光ファイバ
用ガラス母材のクラッドガラス部を生産性良く低コスト
で製造する製造方法及び製造装置.に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバ用石英ガラス母材の製
造方法はＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法などが主流とされてお
り、これらの方法によると、高品質の光ファイバ用石英
ガラス母材を得ることができる。特にＶＡＤ法は生産性
が高く、光ファイバ用石英ガラス母材を比較的低コスト
で得ることができる。このＶＡＤ法は、四塩化珪素（Si
Cl₄）などを酸水素火炎中で火炎加水分解させ、得られ
たシリカ微粒子を石英ガラス棒などの上に堆積し成長さ
せて多孔質ガラス母材を製造し、その後これを塩素ガス
などの雰囲気中で脱水透明ガラス化して透明ガラス母材
とするものである。石英ガラス母材の製造方法について
は、上記方法以外にも数多くの方法が提案されており、
例えば、熱プラズマ炎中で加熱して得たガラス微粒子を
火炎中で直接溶融し、透明ガラスとして堆積させ透明石
英ガラス母材とする方法が知られている。この方法によ
ると、多孔質ガラス母材の製造工程と、脱水透明ガラス
化工程という２段階の工程を経ることなく、単純な工程
で透明石英ガラス母材を得ることができることから、低
いコストで石英ガラス母材を得ることができるという利
点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの製法は、ガ
ラス微粒子の粒径と形状、加熱するプラズマ炎の熱分
布、キャリアガス圧力、流速等のガラス微粒子供給条件
の最適条件が限られているために、堆積速度が従来のＶ
ＡＤ法に比べ小さかった。そのため生産性の良い製造方
法が求められていた。本発明は、このような事情を考慮
してなされたもので、高品質の石英系光ファイバ用ガラ
ス母材のクラッドガラス部を、簡単な工程によって低コ
ストで製造する光ファイバ用ガラス母材の製造方法を提
供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、管状ノズルからガラス微
粒子をプラズマ炎に投入し、該プラズマ炎により該ガラ
ス微粒子を加熱溶融して、基材上に該ガラス微粒子を堆
積することにより光ファイバ用ガラス母材を製造するこ
とを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法であ
る。これにより、溶融工程によって直接透明ガラス化を
実現することができ、塩素などの有害な気体が発生せ
ず、低コストで光ファイバ用ガラス母材を製造すること
ができる。請求項２記載の発明は、請求項１記載の光フ
ァイバ用ガラス母材の製造方法において、前記管状ノズ
ルの先端部を細めて、ガラス微粒子が拡散せずに集中し
てプラズマ炎中に投入され、ガラス微粒子が連続してプ
ラズマ炎によって溶融されるようにしたことを特徴とす
る。

【０００５】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法において、前記
管状ノズルがプラズマ炎を囲むように放射状に複数配置
され、この複数の管状ノズルからガラス微粒子をプラズ
マ炎中に投入して、プラズマ炎の熱を有効に利用するよ
うにしたことを特徴とする。請求項４記載の発明は、請
求項１、２又は３記載の光ファイバ用ガラス母材の製造
方法において、複数の前記管状ノズルからのガラス微粒
子供給条件を、ガラス微粒子の供給重量が1〜30ｇ/min
のときの測定結果、プラズマ炎温度、プラズマ炎と基材
との距離により最適化して、ガラス微粒子をプラズマ炎
中に投入することを特徴とする。請求項５記載の発明
は、請求項１、２、３又は４記載の光ファイバ用ガラス
母材の製造方法において、前記管状ノズルから供給され
るガラス微粒子は、粒径が６０〜６００μｍ、パッキン
グ密度が０.３〜０.８ｇ/ml の粒子が混在したガラス微
粒子であることを特徴とする。これにより、低コストで
光ファイバ用ガラス母材を製造することができる。

【０００６】請求項６記載の発明は、プラズマ炎にガラ
ス微粒子を投入する手段と、このガラス微粒子を溶融し
て基材上に堆積する手段とを有する光ファイバ用ガラス
母材の製造装置において、プラズマ炎にガラス微粒子を
投入する手段は、先端部を細めた管状ノズルであること
を特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造装置であ
る。請求項７記載の発明は、請求項６記載の光ファイバ
用ガラス母材の製造装置において、前記管状ノズルがプ
ラズマ炎を囲むように放射状に複数配置されていること
を特徴とする。これにより、生産性良く、低コストで光
ファイバ用ガラス母材を製造することが可能な光ファイ
バ用ガラス母材の製造装置を実現することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１に、本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法の
概略を示す。図１中、符号１は基材の一例としての石英
ガラス棒であり、符号２は、ガラス微粒子を溶融して石
英ガラス棒１の外周にクラッド層を形成するためのプラ
ズマ炎である。符号３は管状ノズルであり、この管状ノ
ズル３からガラス微粒子４が供給される。管状ノズル３
は、例えば、ガラスによって形成されている。ここで
は、１本の管状ノズルからガラス微粒子４がプラズマ炎
２に投入され、溶融したガラス微粒子４が石英ガラス棒
１に堆積する例を示している。管状ノズル３はガラス微
粒子４を拡散せずにプラズマ炎２中に投入するために、
先端の50〜100mmがテーパ付きで細くなるように形成さ
れている。プラズマ炎２の温度は約10000℃と酸水素炎
に比べ高温であり、石英の融点約1600℃に比しても十分
高いのでガラス微粒子４は溶融し、溶融したガラス微粒
子４はプラズマ炎２の向きや重力の合成作用で石英ガラ
ス棒状１に堆積する。

【０００８】図２に、本発明の光ファイバ用ガラス母材
の製造方法で用いられる製造装置の一例を示す。この例
は、ガラス微粒子を供給するための管状ノズルを、プラ
ズマ炎を囲むように配置した例である。図２中、符号１
は石英ガラス棒であり、符号２は、ガラス微粒子を溶融
して石英ガラス棒１の外周にクラッド層を形成するため
のプラズマ炎である。符号３はプラズマ炎２の周囲に放
射状に設けられた管状ノズルであり、この管状ノズル３
からガラス微粒子４が供給される。

【０００９】この管状ノズル３は、石英ガラス棒１の30
〜60mm上側または下側に配置され、ガラス微粒子をプラ
ズマ炎２に投入する。このガラス微粒子は、プラズマ炎
２により加熱溶融されて、上部または下部に設置した回
転かつ往復する石英ガラス棒１などの基材上に堆積す
る。管状ノズル３は、管状ノズル本体３ａと、内径が細
められた先端部３ｂとからなっている。内径が細められ
た先端部３ｂを形成するのは、ガラス微粒子が拡散せず
に集中してプラズマ炎２に投入され、ガラス微粒子が連
続してプラズマ炎２によって溶融することを可能にする
ためであり、そのためには管状ノズル３の先端50〜100m
mを内径0.5〜1.5mmφに細めて先端部３ｂを形成するこ
とが好ましい。管状ノズル３は、プラズマ炎２を囲むよ
うに、プラズマ炎２の中心から管状ノズル３の先端まで
の距離が20〜50mmとなるように、放射状に複数配置する
ことが好ましい。また、この管状ノズル３の保持部は上
下に移動させることができるようになっている。

【００１０】本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方
法は、上述した光ファイバ用ガラス母材の製造装置を用
いて、管状ノズル３からプラズマ炎２へガラス微粒子を
投入し、プラズマ炎２中でガラス微粒子を直接溶融し、
透明ガラスとして石英ガラス棒１に堆積させて透明石英
ガラス母材とする方法である。管状ノズル３からガラス
微粒子をプラズマ炎２に投入する際に、ガラス微粒子の
流動状態を観察し、プラズマ炎２を有効利用して、溶融
したガラス微粒子が石英ガラス棒１に堆積するように制
御する。具体的には、複数の管状ノズル３からのガラス
微粒子供給条件を、ガラス微粒子の供給重量が1〜30ｇ/
minのときの測定結果、表面温度計によって測定したプ
ラズマ炎２の温度、及びプラズマ炎２中心と石英ガラス
棒との距離を20〜60mmの範囲内で最適化して堆積させ
る。管状ノズル３から供給されるガラス微粒子は、球状
で、粒径が60〜600μm、パッキング密度が0.3〜0.8g/ml
程度の粒子が混在したガラス微粒子を材料に用いること
が、材料と供給装置の低価格化を実現するためには好ま
しい。また、パッキング密度が大きいガラス微粒子ほ
ど、石英ガラス棒１からの距離が遠い管状ノズル３から
供給することが、ガラス微粒子に充分に熱量を与えるた
めには好ましい。

【００１１】この例の光ファイバ用ガラス母材の製造方
法によると、管状ノズル３からガラス微粒子４をプラズ
マ炎２に投入し、プラズマ炎２によりガラス微粒子４を
加熱溶融して、石英ガラス棒１にガラス微粒子４を堆積
することにより、溶融工程によって直接透明ガラス化を
実現することができ、塩素などの有害な気体が発生せ
ず、低コストで光ファイバ用ガラス母材を製造すること
ができる。また、管状ノズル３の先端部を細めてガラス
微粒子４を投入することにより、ガラス微粒子４が拡散
せずに集中してプラズマ炎２中に投入され、ガラス微粒
子４が連続してプラズマ炎２によって溶融されるように
して光ファイバ用ガラス母材を製造することができる。
また、管状ノズル３がプラズマ炎２を囲むように放射状
に複数配置され、この複数の管状ノズル３からガラス微
粒子４をプラズマ炎２中に投入し、複数の管状ノズル３
からのガラス微粒子４の供給条件を、ガラス微粒子４の
供給重量が1〜30ｇ/minのときの測定結果、プラズマ炎
２の温度、プラズマ炎２と石英ガラス棒１との距離によ
り最適化して、ガラス微粒子４を供給することにより、
プラズマ炎２の熱使用効率を最大にしてガラス微粒子を
堆積させることができる。

【００１２】また、管状ノズル３から供給されるガラス
微粒子４を、粒径が６０〜６００μｍ、パッキング密度
が０.３〜０.８ｇ/ml の粒子が混在したガラス微粒子４
とすることにより、低コストで光ファイバ用ガラス母材
を製造することができる。また、この例の光ファイバ用
ガラス母材の製造装置によると、先端部を細めた管状ノ
ズル３を、プラズマ炎２を囲むように放射状に複数配置
することにより、生産性良く、低コストで光ファイバ用
ガラス母材を製造することが可能な光ファイバ用ガラス
母材の製造装置を実現することができる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
管状ノズルからガラス微粒子をプラズマ炎に投入し、プ
ラズマ炎によりガラス微粒子を加熱溶融して、基材上に
ガラス微粒子を堆積することにより、溶融工程によって
直接透明ガラス化を実現することができ、塩素などの有
害な気体が発生せず、低コストで光ファイバ用ガラス母
材を製造することができる。また、管状ノズルの先端部
を細めてガラス微粒子を投入することにより、ガラス微
粒子が拡散せずに集中してプラズマ炎中に投入され、ガ
ラス微粒子が連続してプラズマ炎によって溶融されるよ
うにして光ファイバ用ガラス母材を製造することができ
る。また、管状ノズルがプラズマ炎を囲むように放射状
に複数配置され、この複数の管状ノズルからガラス微粒
子をプラズマ炎中に投入し、複数の管状ノズルからのガ
ラス微粒子供給条件を、ガラス微粒子の供給重量が1〜3
0ｇ/minのときの測定結果、プラズマ炎温度、プラズマ
炎と基材との距離により最適化して、ガラス微粒子を供
給することにより、プラズマ炎の熱使用効率を最大にし
てガラス微粒子を堆積させることができる。

【００１４】また、管状ノズルから供給されるガラス微
粒子を、粒径が６０〜６００μｍ、パッキング密度が
０.３〜０.８ｇ/ml の粒子が混在したガラス微粒子とす
ることにより、低コストで光ファイバ用ガラス母材を製
造することができる。また、本発明によると、先端部を
細めた管状ノズルを、プラズマ炎を囲むように放射状に
複数配置することにより、生産性良く、低コストで光フ
ァイバ用ガラス母材を製造することが可能な光ファイバ
用ガラス母材の製造装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法の
概略を示す図である。

【図２】本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法で
用いられる製造装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…石英ガラス棒、２…プラズマ炎、３…管状ノズル、
４…ガラス微粒子。

フロントページの続き (72)発明者 原田 光一 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 4G021 CA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管状ノズルからガラス微粒子をプラズマ
   炎に投入し、該プラズマ炎により該ガラス微粒子を加熱
   溶融して、基材上に該ガラス微粒子を堆積することによ
   り光ファイバ用ガラス母材を製造することを特徴とする
   光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
2. 【請求項２】 前記管状ノズルの先端部を細めて、ガラ
   ス微粒子が拡散せずに集中してプラズマ炎中に投入さ
   れ、ガラス微粒子が連続してプラズマ炎によって溶融さ
   れるようにしたことを特徴とする請求項１記載の光ファ
   イバ用ガラス母材の製造方法。
3. 【請求項３】 前記管状ノズルがプラズマ炎を囲むよう
   に放射状に複数配置され、この複数の管状ノズルからガ
   ラス微粒子をプラズマ炎中に投入して、プラズマ炎の熱
   を有効に利用するようにしたことを特徴とする請求項１
   又は２記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
4. 【請求項４】 複数の前記管状ノズルからのガラス微粒
   子供給条件を、ガラス微粒子の供給重量が1〜30ｇ/min
   のときの測定結果、プラズマ炎温度、プラズマ炎と基材
   との距離により最適化して、ガラス微粒子をプラズマ炎
   中に投入することを特徴とする請求項１、２又は３記載
   の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
5. 【請求項５】 前記管状ノズルから供給されるガラス微
   粒子は、粒径が６０〜６００μｍ、パッキング密度が
   ０.３〜０.８ｇ/ml の粒子が混在したガラス微粒子であ
   ることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の光フ
   ァイバ用ガラス母材の製造方法。
6. 【請求項６】 プラズマ炎にガラス微粒子を投入する手
   段と、このガラス微粒子を溶融して基材上に堆積する手
   段とを有する光ファイバ用ガラス母材の製造装置におい
   て、 プラズマ炎にガラス微粒子を投入する手段は、先端部を
   細めた管状ノズルであることを特徴とする光ファイバ用
   ガラス母材の製造装置。
7. 【請求項７】 前記管状ノズルがプラズマ炎を囲むよう
   に放射状に複数配置されていることを特徴とする請求項
   ６記載の光ファイバ用ガラス母材の製造装置。