JP2004026610A - 光ファイバ用多孔質母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外付け法（ＯＶＤ法）により大型の光ファイバ用多孔質母材を高速で生産することができ、堆積表面に発生するピッチが細かくて凹部の深い凹凸を解消した、光ファイバ用多孔質母材の製造方法を提供する。
【解決手段】外付け法（ＯＶＤ法）によりコア用ガラス棒６の周面に、これに沿って配置した複数のバーナ４を往復移動させてガラス微粒子を堆積させる方法であって、堆積面におけるガラス微粒子の付着率が最大となる堆積表面とバーナ先端との距離（Ｌｍａｘ）を避けて、ガラス微粒子の堆積を行うことを特徴としている。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外付け法（ＯＶＤ法）によりコア用ガラス棒にガラス微粒子を堆積させて形成する光ファイバ用多孔質母材、特には、堆積表面に発生する凹凸の小さい光ファイバ用多孔質母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用プリフォームの製造方法としては、コアを有するガラス棒の周囲に、酸水素火炎中にガラス原料を供給して生じたガラス微粒子を付着・堆積させ、得られた多孔質母材を高温下にて、脱水・透明ガラス化処理を行う方法が知られている。これには、一般に外付け法（ＯＶＤ法）と呼ばれ、水平にセットされたガラス棒に対して直角にガラス微粒子発生用バーナを配置し、このバーナをガラス棒に沿って平行に往復移動させ、ガラス微粒子をガラス棒に付着・堆積させ、所望の多孔質母材を製造する方法が主に用いられている。
【０００３】
近年、プリフォームのサイズの大型化に伴い、多孔質母材に対しても大型化および生産性を上げる要求が高まってきており、実際に幾つかの方法が提案されている。この生産性向上の一例として、光ファイバ用母材を製造するものではないが、複数のバーナに供給されるガス量を調整したり、バーナの先端面とガラス微粒子の堆積面との距離を調整して、あるいは耐熱性基体の回転数を調整して、ガラス微粒子の堆積密度を半径方向に沿って変化させ多孔質母材のひび割れを防止する方法（特開昭６４−９８２１号公報参照）等が提案されている。
【０００４】
しかし、特開昭６４−９８２１号公報に開示されている方法は、堆積速度が速く、大型の多孔質母材を製造できるという利点があるものの、バーナを芯材の長手方向に沿って一定の振幅で往復移動させるため、バーナの往復移動の開始位置（停止折返し点）と移動領域が常に同一位置で繰り返される結果、堆積ムラが生じ、堆積体の表面に凹凸を生じる。また、この方法は、芯材のアルミニウムが金属不純物としてシリカ層にドープされるという欠点があり、光ファイバ用母材の製造には利用できない。
【０００５】
複数のバーナを用いて大型の光ファイバプリフォームを高速で生産する方法として、同一設計の複数のバーナーを等間隔に配置し、バーナーの往復移動の開始位置を順次移動分散させる方法（特許第２６１２９４９号公報参照）が提案されている。この方法は、堆積速度を飛躍的に増やすことができる。
そこで、バーナ先端と堆積表面との距離を最も付着率が良くなる位置に設定し、上記の方法で、実際に直径３００　ｍｍφの大型多孔質母材の製造を行った結果、以下の問題が生じることが判明した。
【０００６】
すなわち、堆積当初より直径がほぼ２００　ｍｍφに達するまでは、堆積表面にピッチの非常に細かい凹凸が観察されたが、まだ問題のないレベルであった。しかし、直径が２００　ｍｍφを超え、さらに大型の多孔質母材を製造しようとすると、その非常に細かいピッチの凹凸が無視できないレベルまで大きくなり始め、堆積終了時には、山の部分が鋭角で凹部の深さが１０　ｍｍもあるような凹凸が多孔質母材の表面に生じた。表面にこの様な凹凸のある多孔質母材の脱水・透明ガラス化処理を行うと、処理後も表面に凹凸が残留し、最終的に光ファイバとしたとき、コアとクラッド比率の不安定の要因となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、外付け法（ＯＶＤ法）により大型の光ファイバ用多孔質母材を高速で生産することができ、堆積表面に発生するピッチが細かくて凹部の深い凹凸を解消した、光ファイバ用多孔質母材の製造方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため鋭意検討した結果、堆積中のバーナ先端と堆積表面との距離（Ｌ）を、付着率が最大となる距離（Ｌ_ｍａｘ）よりも大きな値を維持しながら堆積することにより、堆積面の凹凸が解消できることを見出し、上記課題を解決したものである。
すなわち、本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法は、外付け法（ＯＶＤ法）によりコア用ガラス棒の周面に、これに沿って配置した複数のバーナを往復移動させてガラス微粒子を堆積させる方法であって、堆積面におけるガラス微粒子の付着率が最大となる堆積表面とバーナ先端との距離（Ｌ_ｍａｘ）を避けて、ガラス微粒子の堆積を行うことを特徴としている。
【０００９】
このとき、該距離（Ｌ）を、付着率が最大となる距離（Ｌ_ｍａｘ）よりも大きくして、好ましくは、１５０　ｍｍを超え２５０　ｍｍ以下に維持して、バーナの往復移動の開始位置（停止折返し位置）を３箇所以上として順次移動させながら堆積させる。
バーナは、同心円状３重管バーナとし、該バーナの中心管に原料ガスと酸素を供給し、その外側の第２管に酸素を、最外層の第３管に水素を供給する。
上記製造方法によれば、堆積表面の凹凸がピッチ２０　ｍｍ以下、深さがほぼ８ｍｍ以下の光ファイバ用多孔質母材が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記多孔質母材の表面の凹凸は、特許第２６１２９４９号公報が記述している凹凸、すなわち、バーナを長手方向に一定の振幅で往復移動することにより、バーナの停止と折返し移動が常に同一位置で繰り返されるために生じる堆積ムラによる凹凸とは、明らかに異なるものである。該公報が問題にしている凹凸のピッチは、バーナの往復移動量とほぼ一致しており、ピッチ幅の広い鈍角またはＲを有する凹凸が主である。
【００１１】
本発明によれば、堆積表面の凹凸がピッチ２０　ｍｍ以下で、その深さもほぼ５ｍｍ以下の多孔質母材が得られる。そのためには、バーナ先端と堆積表面との距離（Ｌ）を、付着率が最大となる距離（Ｌ_ｍａｘ）よりも大きい１５０　ｍｍを超え２５０　ｍｍ以下に維持して堆積するものであり、この範囲外では十分な堆積効率が得られない。
ガラス微粒子の堆積は、バーナをこのような位置に配置し、バーナの往復移動の開始位置を３箇所以上として順次移動させながら行われる。
【００１２】
本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法においては、同心円状３重管バーナを使用するのが好ましい。この理由は、通常用いられている同心円状５重管バーナよりも製作が安易であり、供給する水素ガス量が５重管と比べて少量で済み、装置への熱負荷が低減できることによる。
この同心円状３重管バーナは、その中心管に原料ガスと酸素、第２管に酸素、第３管に水素が供給される。
以下、本発明について実施例を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく様々な態様が可能である。
【００１３】
（事前準備）
事前準備として、バーナ先端と堆積表面との距離（Ｌ）と、付着率との関係を調査した。これには、図１に示す装置を使用し、石英製円筒管１の表面に、バーナ先端と堆積表面との距離（Ｌ）を様々に変えてガラス微粒子の堆積を行い、付着率と距離（Ｌ）との関係を調査した。
先ず、直胴部の長さ１５００　ｍｍ、外径２５０　ｍｍφの石英製円筒管１を、この両端部に接続したダミー棒８，８を介してチャック２，２に取り付け、回転用モータ３で回転させ、堆積を行った。
【００１４】
堆積用バーナ４には同心円状３重管バーナを使用し、石英製円筒管１に沿って１５０　ｍｍ間隔で６本をバーナ台５上に配置し、バーナ台５を移動させることでバーナ４の移動を行った。
該バーナ４ヘのガス供給条件は、中心管に原料ガスＳｉＣｌ_４を２．６　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナ、酸素を５　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとし、第２管には酸素を１０　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナ、さらに第３管には水素を５０　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとした。
【００１５】
上記条件で、石英製円筒管１を３０　ｒｐｍで回転させ、バーナ４の往復移動長を３００　ｍｍとし、またバーナ４の往復移動の開始位置を順次移動させながら１０５０　ｍｍの範囲にわたり２時間堆積を行った。なお、堆積はバーナ先端と堆積表面との距離（Ｌ）を変えて複数回行い、該距離（Ｌ）と付着率との関係を求めた。図２にその結果を示した。なお、付着率は、堆積重量と供給原料ガス量から算出した。
この結果、バーナ先端と堆積表面の距離を１５０　ｍｍとしたときに、最も付着率が高くなる距離（Ｌ_ｍａｘ）となることが判明した。
【００１６】
（実施例１）
そこで、図３に示す装置を使用し、バーナ先端と堆積表面との距離（Ｌ）が２００　ｍｍを維持するようにして、最も付着率の高い距離（Ｌ_ｍａｘ）　１５０　ｍｍを避け、外径４０ｍｍφのコア用ガラス棒６に対する堆積を行った。このとき、バーナ先端と堆積表面との距離（Ｌ）が２００　ｍｍを維持するように、堆積が進み外径が大きく成長するのに合わせて、バーナ４の先端の位置も後退させた。
堆積用バーナ４には同心円状３重管バーナを使用し、１５０　ｍｍ間隔にて６本をバーナ台５上に配置し、バーナ台５を移動させることでバーナ４の移動を行った。またそのときのバーナ４の移動長は３００　ｍｍとした。
【００１７】
バーナ４ヘのガス供給条件は、堆積初期においては、中心管に原料ガスＳｉＣｌ_４を０．５　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナ、酸素を５　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとし、第２管には酸素を６　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナ、さらに第３管には水素を３０　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとし、堆積終了時には、中心管に原料ガスＳｉＣｌ_４を２．６　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナ、酸素を５　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとし、第２管には酸素を１２　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとし、第３管には水素を８０　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとなるように供給し、堆積スート外径の増加に伴い調整した。
【００１８】
上記条件にて、バーナ４の往復移動の開始位置を順次移動させながら、多孔質母材７の外径が３００　ｍｍφとなるまで堆積を行った。
この様にして得られた多孔質母材７の表面には、目視で確認できるような凹凸は全く無く、平坦な多孔質母材であった。
【００１９】
（比較例１）
実施例１と同じ図３に示す装置を使用し、バーナ先端と堆積表面との距離を最も付着率の高い距離（Ｌ_ｍａｘ）　１５０　ｍｍに設定して、外径４０　ｍｍφのコア用ガラス俸６に対する堆積を行った。堆積中、この距離が１５０　ｍｍを維持するように、堆積が進み外径が大きくなるのに合わせてバーナ４の先端位置も後退させた。
ここで、堆積用バーナ４としては実施例１と同様に同心円状３重管バーナを使用し、１５０　ｍｍ間隔で６本配置し、バーナ台５を移動させることでバーナ４の移動を行った。またそのときのバーナ４の移動長は３００　ｍｍとした。
【００２０】
バーナ４ヘのガス供給条件は、堆積初期においては、中心管に原料ガスＳｉＣｌ_４を０．５　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナ、酸素を５　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとし、第２管には酸素を６　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナ、さらに第３管には水素を３０　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとし、堆積終了時には、中心管に原料ガスＳｉＣｌ_４を２．６　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナ、酸素を５　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとし、第２管には酸素を１２　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとし、第３管には水素を８０　Ｎｌ／ｍｉｎ／バーナとなるように供給し、堆積スート外径の増加に伴い調整した。
【００２１】
上記条件にて、バーナの往復移動の開始位置を順次移動させながら、多孔質母材７の外径が３００　ｍｍφとなるまで堆積を行った。
この様にして得られた多孔質母材７の表面には、８〜１２　ｍｍピッチで深さ最大１０
ｍｍにもなる凹凸が生じていた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、堆積表面に発生するピッチが細かくて凹部の深い凹凸は解消され、外付け法による大型の光ファイバ用多孔質母材の高速生産を可能とし、これを脱水・透明ガラス化して得られる光ファイバ用プリフォームの特性を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】外付け法による多孔質母材の製造装置の１例を示す概略図である。
【図２】バーナ先端から堆積表面までの距離と付着率との関係を示すグラフである
【図３】外付け法による多孔質母材の製造装置の１例を示す概略図である。
【符号の説明】
１．……石英製円筒管、
２．　……チャック、
３．　……回転用モータ、
４．　……バーナ、
５．　……バーナ台、
６．　……コア用ガラス棒、
７．　……多孔質母材、
８．　……ダミー棒。

Claims (6)

1. 外付け法（ＯＶＤ法）によりコア用ガラス棒の周面に、これに沿って配置した複数のバーナを往復移動させてガラス微粒子を堆積させる方法であって、堆積面におけるガラス微粒子の付着率が最大となる堆積表面とバーナ先端との距離（Ｌｍａｘ）を避けて、ガラス微粒子の堆積を行うことを特徴とする光ファイバ用多孔質母材の製造方法。
2. バーナ先端と堆積表面との距離（Ｌ）を、付着率が最大となる距離（Ｌ_ｍａｘ）よりも大きくし、該距離（Ｌ）を維持して、バーナの往復移動の開始位置を３箇所以上として順次移動させながら堆積する請求項１に記載の光ファイバ用多孔質母材の製造方法。
3. バーナ先端と堆積表面との距離（Ｌ）を、１５０　ｍｍを超え２５０　ｍｍ以下に維持して堆積する請求項１又は２に記載の光ファイバ用多孔質母材の製造方法。
4. バーナが同心円状３重管バーナである請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ用多孔質母材の製造方法。
5. 同心円状３重管バーナの中心管に原料ガスと酸素を供給し、その外側の第２管に酸素を、最外層の第３管に水素を供給する請求項４に記載の光ファイバ用多孔質母材の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の製造方法を用いて製造された多孔質母材であることを特徴とする光ファイバ用多孔質母材。

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