JP2004026573A

JP2004026573A - 光ファイバ母材製造装置

Info

Publication number: JP2004026573A
Application number: JP2002185718A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kume; 久米　博之; Atsushi Abe; 阿部　淳
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】ＭＣＶＤ法において、光ファイバ母材（プリフォーム）を効率良く製造することができる光ファイバ母材製造装置を提供する。
【解決手段】石英管１、加熱装置４、およびガラス原料とキャリアガスの混合ガスを該石英管内に供給するガス供給装置を有するＭＣＶＤ法の光ファイバ母材製造装置において、ガラス原料とキャリアガスの混合ガスを、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流にすることができる転向部材６を備えたことを特徴とする光ファイバ母材製造装置。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＣＶＤ法において、光ファイバ母材（プリフォーム）を効率良く製造することができる光ファイバ母材製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ母材（プリフォーム）を製造する方法は、各種開発されているが、その中の代表的な方法の１つとして、ＭＣＶＤ法が広く一般に知られている。この方法は、中空の石英管の内部に、ＳｉＣｌ_４、ＧｅＣｌ_４等のガラス原料をＯ_２等のキャリアガスと共に送り込み、石英管を回転させながら、石英管の一部を外側から酸水素バーナーで加熱すると、気相酸化反応によりガラス原料がガラス微粒子となって石英管の内壁に堆積し、次いで、酸水素バーナーを石英管の長さ方向に往復走行させると、石英管内に一様なガラス層が形成され、その後、石英管を加熱、収縮させること（コラプシング）により、中実化した光ファイバ母材を得る方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＣＶＤ法においては、図３に示したように、ガラス原料とキャリアガスの混合ガス５を、特に制御することなく、ガス流入部２を通じて、石英管１と並行（図示した矢印）に一様の状態で、石英管１内に送り込み、加熱装置４で石英管１の外側を加熱して、生成したガラス微粒子を石英管１の内壁に付着、堆積させると共に、石英管１に付着しないガラス微粒子および未反応のガラス原料等は、ガス流出部３より排出させていた。
すなわち、従来のＭＣＶＤ法では、気相酸化反応により生成したガラス微粒子の全てが、石英管の内壁に付着するわけではなく、石英管の内壁に付着することなく、そのまま石英管から排出されるガラス微粒子もかなりあるため、石英管へのガラス微粒子の堆積効率が低いという問題点があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題は、ＭＣＶＤ法において、石英管へのガラス微粒子の堆積効率を向上させて、光ファイバ母材を効率良く製造することができる光ファイバ母材製造装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題点を解決するために、鋭意検討した結果、ＭＣＶＤ法により石英管に付着するガラス微粒子は、石英管の内壁に近い領域に存在するものが多く、石英管の中央部で生成したガラス微粒子の多くは、石英管に付着することなく、そのまま石英管から排出されていることがわかった。
そこで、本発明者らは、ガラス原料とキャリアガスの混合ガスを、石英管と並行に一様の状態で石英管内に流入させるのではなく、石英管内の外側に近い部分に、ガラス原料が多く集中するように流入させ、その部分で多くのガラス微粒子を生成させれば、石英管の内壁に多くのガラス微粒子が付着、堆積して、ガラス微粒子の堆積効率を高めることができると考え、かかる知見に基づき、本発明を完成した。
【０００５】
すなわち、本発明は、石英管、加熱装置、およびガラス原料とキャリアガスの混合ガスを該石英管内に供給するガス供給装置を有するＭＣＶＤ法の光ファイバ母材製造装置において、ガラス原料とキャリアガスの混合ガスを、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流にすることができる転向部材を備えたことを特徴とする光ファイバ母材製造装置である。
また、別の本発明は、ガラス原料とキャリアガスの混合ガスを、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流にして、石英管内に送り込むことを特徴とするＭＣＶＤ法による光ファイバ母材の製造方法である。この光ファイバ母材の製造方法は、本発明の光ファイバ母材製造装置を使用することによって、実施される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバ母材製造装置の特徴は、前記したように、石英管内に流入させるガラス原料とキャリアガスの混合ガスを、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流にすることができる転向部材を有する点にある。
かかる特徴を有することにより、キャリアガスとそれによって運搬されているガラス原料に遠心力がかかるため、ガラス原料の密度は、石英管内の中心部で低く、石英管内の外周部で高い状態となる。そして、この状態で石英管を加熱すると、生成するガラス微粒子の密度は、石英管内の中心部で低く、外周部で高い状態となる。その結果、石英管の内壁に付着するガラス微粒子の量が増加して、ガラス微粒子の堆積効率が向上するという優れた効果が得られる。
【０００７】
本発明の光ファイバ母材製造装置の一実施態様を図１に示す。図１に例示した本発明の光ファイバ母材製造装置は、石英管１と、石英管１を加熱する酸水素バーナー等の加熱装置４と、ガラス原料とキャリアガスの混合ガス５を石英管１に供給するガス供給装置（図示せず）を有し、石英管１の一方の端部には、ガラス原料とキャリアガスの混合ガス５を、石英管１内に案内するためのガス流入部２を、他方の端部には、堆積しなかったガラス微粒子等を、石英管１外に案内するためのガス流出部３を連結し、さらに、転向部材６を、ガス流入部２内に設置することにより構成されている。この転向部材６は、前記したように、石英管１内に流入させるガラス原料とキャリアガスの混合ガス５を、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流にすることができる部材である。
図１に示したように、ガス供給装置より供給されるガラス原料とキャリアガスの混合ガス５は、転向部材６を通過するまでは、石英管と並行の気流であるが、石英管のガス流入部２に設置した転向部材６を通り抜けた後は、層流で螺旋状の気流に変換される。
【０００８】
転向部材６は、ガス供給装置より供給されたガラス原料とキャリアガスの混合ガス５を、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流に変えることができる機能を有する部材であれば、その構造等は特に問わない。ガラス原料とキャリアガスの混合ガス５の流れが、レイノルズ数１，０００を超えると乱流となり、石英管内へのガラス微粒子の堆積効率を向上させることができない。
また、前記したように、混合ガス５の流れが、螺旋状の気流となることにより、混合ガス５に遠心力が加わって、石英管の内壁周辺部におけるガラス原料の密度が高くなり、その結果、ガラス微粒子の堆積効率が向上する。
なお、レイノルズ数は、式ρＵＬ／μによって求めることができる。Ｕは混合ガスの流速、Ｌは石英管の内径、ρは混合ガスの密度、μは混合ガスの粘度である。
【０００９】
転向部材６の構造の具体例としては、図２に例示したように、羽根部材が挙げられる。羽根部材が回転することにより、吸い込んだガラス原料とキャリアガスの混合ガスは、前記螺旋状の気流に変換されて、石英管内に送り込まれる。羽根部材の回転数は、混合ガスが、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流となるように適宜決定する。また、羽根部材の羽根の形状、構造等についても、任意に決定される。
【００１０】
転向部材６の材質も、特に限定されるわけではないが、ガラス原料と反応しない材質を選択することによって、ガラス微粒子の堆積効率や、得られるガラス母材の品質等を、より向上させることができるので、ガラス原料と反応しない材質、具体的には、テフロン（登録商標）、ＳｉＯ_２等が好ましい。
【００１１】
転向部材６は、通常、ガラス原料とキャリアガスの混合ガスを導入する石英管の入口に、それと同軸に配置されるが、ガラス原料とキャリアガスの混合ガスが、上記螺旋状の気流となって石英管内に送り込まれる限り、どの場所に配置しても差し支えない。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例により、本発明の実施態様について具体的に説明するが、本発明は、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能である。
【００１３】
（実施例）
長さ１，０００ｍｍ、内径１９　ｍｍの石英管を用いて、図１に示したように、ＭＣＶＤ法により、石英管の内壁にガラス微粒子を堆積させて、光ファイバ母材の製造を行った。ガス供給装置からは、Ｈｅ３，０００ｃｃ／分、Ｏ_２２，０００　ｃｃ／分、ＳｉＣｌ_４（２５℃酸素キャリア）１，０００　ｃｃ／分の混合ガスを石英管内に供給した。また、混合ガス流が２０ｍｍで１回転する、図１に示した構造の羽根部材を、ガス流入部に挿入し固定した。この羽根部材の材質には、テフロン（登録商標）を使用した。また、加熱装置である酸水素バーナーの移動速度を１００ｍｍ／分、石英管の回転数を５０ｒｐｍとした。
この条件で、ガラス微粒子の堆積を行ったところ、ガラス微粒子の堆積効率は５６％であった。また、この時の混合ガスのレイノルズ数は６９６であった。
なお、ガラス微粒子の堆積効率の値は、堆積したクラッド外径より求めた付着量より算出した付着ガラス重量と流入させたガラス原料の重量比を計算し、混合ガスのレイノルズ数は、混合ガスの各成分ガスの粘度の平均値と平均密度、平均流速を用いて計算することによって求めた。
【００１４】
（比較例１）
羽根部材を使用しなかった以外は、実施例と同様にして、ガラス微粒子の堆積を行ったところ、ガラス微粒子の堆積効率は５２％であった。また、この時の混合ガスのレイノルズ数は２２１であった。
【００１５】
（比較例２）
実施例で使用した羽根部材の代わりに、混合ガス流が１０　ｍｍで１回転する羽根部材を使用した以外は、実施例と同様にして、ガラス微粒子の堆積を行ったところ、混合ガスの気流が乱れ、ガラス微粒子の堆積効率は４８％であった。また、この時の混合ガスのレイノルズ数は１，３４０であった。
【００１６】
（評価）
上記結果から明らかなように、本発明に係る実施例では、ガラス微粒子の堆積効率が、比較例よりも優れていた。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、石英管内壁へのガラス微粒子の堆積効率を高めて、光ファイバ母材（プリフォーム）を効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ母材製造装置の概略図である。
【図２】本発明の転向部材の一例を示す概略図である。
【図３】従来の光ファイバ母材製造装置の概略図である。
【符号の説明】
１…石英管　　　　　　　　　　　４…加熱装置
２…ガス流入部　　　　　　　　　５…混合ガス
３…ガス流出部　　　　　　　　　６…転向部材

Claims

石英管、加熱装置、およびガラス原料とキャリアガスの混合ガスを該石英管内に供給するガス供給装置を有するＭＣＶＤ法の光ファイバ母材製造装置において、ガラス原料とキャリアガスの混合ガスを、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流にすることができる転向部材を備えたことを特徴とする光ファイバ母材製造装置。
転向部材が、羽根部材である請求項１記載の光ファイバ母材製造装置。
転向部材が、ガラス原料と反応しない材質からなる請求項１又は２記載の光ファイバ母材製造装置。
ＭＣＶＤ法において石英管内に送り込むガラス原料とキャリアガスの混合ガスを、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流にすることができる転向部材。
ガラス原料とキャリアガスの混合ガスを、レイノルズ数１，０００以下の層流である螺旋状の気流にして、石英管内に送り込むことを特徴とするＭＣＶＤ法による光ファイバ母材の製造方法。