JP2004345869A - 光ファイバ用ガラス母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＶＤ法によりクラッドの一部を有するコア用ガラス棒（出発棒）とその上に堆積されるガラス層との屈折率の差を小さくし、径方向における屈折率分布の均一なガラス母材の製造方法を提供する。
【解決手段】ＯＶＤ法により作製された光ファイバ用多孔質母材を焼結し、透明ガラス化して光ファイバ用ガラス母材を製造する方法において、該多孔質母材を脱水ガス含有雰囲気下にて熱処理後、少なくとも１０時間冷却した後、脱水ガスを不活性ガスで置換し、次いで、真空又は減圧下で透明ガラス化することを特徴としている。また、脱水ガスの不活性ガスによる置換の時期は、多孔質母材を脱水ガス含有雰囲気下にて熱処理後、少なくとも２４時間冷却した後に行うのが好ましい。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＶＤ法により作製された光ファイバ用多孔質母材を焼結し、透明ガラス化する光ファイバ用ガラス母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用ガラス母材（以下、単にガラス母材と称する）の製造方法としては、コアとなるガラス棒の周囲に、酸水素火炎バーナにガラス原料を供給して生じたガラス微粒子を堆積させて光ファイバ用多孔質母材（以下、単に多孔質母材と称する）を形成し、この多孔質母材を高温下で焼結・透明ガラス化する方法が知られている。
多孔質母材の製造に当っては、一般に外付けＣＶＤ法（ＯＶＤ法）と呼ばれる、コアとなるガラス棒に対して垂直にガラス微粒子発生用バーナを配置し、ガラス棒に沿って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が採用されている。
【０００３】
近年、ガラス母材の大型化に伴い、多孔質母材に対しても大型化とその生産性向上の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。例えば、大型のガラス母材を高速で生産する方法として、同一設計の複数のバーナをガラス棒に沿って等間隔に配置し、バーナの往復運動の開始位置を順次移動させてガラス微粒子を堆積する方法が挙げられる（特許文献１参照）。この方法は、従来より堆積速度を飛躍的に増大させることができる。
【０００４】
また、多孔質母材中には、堆積時に使用される酸水素火炎によって生じた多量の水分やＯＨ基が存在する。
多孔質母材中の水分やＯＨ基を除去する方法としては、ハロゲン化ガスの雰囲気下、高温で熱処理した後、ＨｅとＯ_２及びＨｅのみの雰囲気下で、透明ガラス化温度以上の高温で処理する方法が一般に知られている（特許文献２参照）。
【０００５】
その他、合成されたシリカ多孔質母材中のＯＨ基の除去方法として、ＯＨ基除去処理終了後、降温させる際に、炉の温度が５００℃以下になるまで、脱ＯＨ基作用を有するガスを含む雰囲気中に、シリカ多孔質母材を維持し続け、その後、Ｈｅガスを７０％以上含むガスを導入しながら、１４００〜１６００℃の温度領域で透明ガラス化処理を行うことで、外表面からＯＨ基の除去を行う方法がある（特許文献３参照）。
【０００６】
しかし、近年のガラス母材の大型化に伴う多孔質母材の大型化により、透明ガラス化工程の終了後にガラス母材中に残留する気泡の問題が、大きく取り上げられるようになってきている。
【０００７】
大型の多孔質母材を特許文献２，３による方法で透明ガラス化を行うと、気泡が発生するおそれがある。ガラス母材中に気泡が存在すると、光ファイバの線引き中、光ファイバの破断の原因となるため、ガラス母材中の気泡は、可能な限り無くすことが望ましい。
上記したガラス母材中に残留する気泡の問題を解決するために、特許文献４，５に示されているような、真空下にて透明ガラス化処理する方法がある。
【０００８】
【特許文献１】特許公報第２６１２９４９号
【特許文献２】特開昭６１−２７０２３２号公報
【特許文献３】特開平０５−３１９８４８号公報
【特許文献４】特開昭５６−６３８３３号公報
【特許文献５】特開昭６３−２０１０２５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者等は、ＯＶＤ法により、コアとクラッドの一部を有するコア用ガラス棒の周囲にガラス微粒子を堆積させて多孔質母材を作製し、塩素ガス含有雰囲気下にて熱処理した後、真空又は減圧下で透明ガラス化処理を行い、ガラス母材を製造したところ、図１に示すように、径方向に屈折率分布が不均一となっていた。
【００１０】
図２は、図１のコア用ガラス棒の境界付近の屈折率分布を拡大して示しており、外層は屈折率が高く、内層、特に境界付近の屈折率は低くなっているのが認められる。このようなガラス母材を線引きして得られる光ファイバは、分散特性の悪いものとなる。
【００１１】
本発明の課題は、上記問題に鑑み、ＯＶＤ法によりコアとクラッドの一部を有するコア用ガラス棒（出発棒）とその上に堆積されるガラス層との屈折率の差を小さくし、径方向における屈折率分布の均一なガラス母材の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラス母材の製造方法は、ＯＶＤ法により作製された光ファイバ用多孔質母材を焼結し、透明ガラス化して光ファイバ用ガラス母材を製造する方法において、該多孔質母材を脱水ガス含有雰囲気下にて熱処理後、少なくとも１０時間冷却した後、脱水ガスを不活性ガスで置換し、次いで、真空又は減圧下で透明ガラス化することを特徴としている。
【００１３】
また、脱水ガスの不活性ガスによる置換の時期は、多孔質母材を脱水ガス含有雰囲気下にて熱処理後、好ましくは少なくとも２４時間冷却した後に行うとよい。多孔質母材は、出発棒としてコアとクラッドの一部を有するコア用ガラス棒を使用し、該ガラス棒に沿って一定間隔に配置された複数のバーナにより、その往復運動の開始位置を順次移動させながらガラス微粒子を堆積させたものである。
【００１４】
焼結炉は、石英ガラス製の炉心管を有し、その加熱均熱領域の長さを多孔質母材の長さ以上とするのが好ましい。また、熱処理後に行われる透明ガラス化は、異なる焼結炉で行うのが好ましい。
本発明のガラス母材は、上記した製造方法により製造されたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、上記課題を達成するため鋭意検討した結果、多孔質母材を塩素ガス等の脱水ガス含有雰囲気下で脱水・乾燥する熱処理工程後、脱水ガスを不活性ガスで置換する時期が、極めて重要であることを導き出した。特に、不活性ガスの導入を多孔質母材が少なくとも１０時間冷却した後に、好ましくは少なくとも２４時間冷却した後に行い、その後、真空又は減圧下にて透明ガラス化処理することで、出発棒とその上に堆積されるガラス層との境界付近での屈折率の差が小さくなり、径方向に屈折率分布の均一なガラス母材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１６】
通常、多孔質母材中に存在するＯＨ基の化学的処理に対して、下記（１）式の反応が考えられている。
Ｓｉ・ＯＨ＋Ｃｌ_２→Ｓｉ・Ｃｌ＋ＨＣｌ＋１／２Ｏ_２ （１）
しかし、上記反応には、下記（２）式の逆反応を生じる可能性がある。
Ｓｉ・Ｃｌ＋ＨＣｌ＋１／２Ｏ_２→Ｓｉ・ＯＨ＋Ｃｌ_２ （２）
【００１７】
従来の方法では、熱処理後直ちに焼結炉の温度を低下させ、この温度低下の開始と同時に炉内に不活性ガスが導入されている。このとき、炉内の温度が低下しても、多孔質母材の内部は十分冷却されておらず、温度が高い状態にあるため、直ちに不活性ガスが導入されると、上記（２）式の逆反応が起こり、結合していたＳｉ・Ｃｌが再度Ｓｉ・ＯＨに置換される。
【００１８】
その結果、屈折率を上昇させる効果を有するＣｌのガラス中での残存量が低下し、屈折率が低下する。多孔質母材は、その中心部の温度が下がりにくいため、内部でＣｌの再置換現象が起こり易く、径方向に屈折率の低い部分を生じる。
したがって、径方向に屈折率の差が生じるのを防ぐためには、多孔質母材の内部が十分冷却されるまで、少なくとも１０時間経過するまでは、好ましくは少なくとも２４時間経過するまで、逆反応を防止するために脱水ガスを炉内に導入し続ける必要がある。なお、この冷却時間は、自然冷却、強制冷却のいずれであってもよい。
【００１９】
多孔質母材は、ＯＶＤ法により出発棒の周囲にガラス微粒子を堆積させて得られるが、この出発棒には、コアとクラッドの一部を有するコア用ガラス棒を使用し、このガラス棒に沿って一定間隔に複数のバーナを配置し、バーナを往復運動させ、かつ往復運動の開始位置を順次移動させながらガラス微粒子を堆積させることで、極めて効率よく高速度で多孔質母材を製造することができる。
【００２０】
焼結炉内に配設される炉心管は、汚染の影響が少ない点で石英ガラス製とするのが良い。加熱部は、その加熱均熱領域の長さが多孔質母材の長さ以上となるようにすることで、従来の加熱領域が短く、加熱領域又は多孔質母材を移動させながら処理するゾーン加熱方式と比べて、短時間での熱処理が可能となる。
【００２１】
熱処理後の透明ガラス化を真空又は減圧下で行うことにより、ガラス母材中に残存する気泡を極めて少なくできる。また、透明ガラス化を異なる焼結炉を使用して行うことで、熱処理用の炉は、常に石英の失透温度以下で連続して使用されることになり、ライフが長くなり、かつ稼働率が向上する。
以下、実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されず、様々な態様が可能である。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
ＯＶＤ法により、コアとクラッドの一部を有する外径５０ｍｍφのコア用ガラス棒に沿って、１０本の堆積用バーナを１５０ｍｍ間隔で配置して往復運動を行い、往復運動の開始位置を順次移動させながらガラス微粒子を堆積させ、外径３００ｍｍφ、直胴部１５００ｍｍの多孔質母材を作製した。
【００２３】
この多孔質母材の熱処理に、図３に示す熱処理炉を使用した。
先ず、多孔質母材１を全長４ｍ、内径４００ｍｍφの石英製炉心管２を有する熱処理炉３内に挿入し、塩素ガス２Ｎｌ／ｍｉｎ、窒素ガス２４Ｎｌ／ｍｉｎを炉心管２の下部に設けたガス供給管４から導入しながら、炉内の温度を常温から１０００℃まで２時間かけて上昇させた。その後、炉内温度を１０００℃に維持して１５時間熱処理した後、加熱を止め自然冷却した。自然冷却開始後２４時間経過したところで、上記した量の供給を続けていた塩素ガスの供給を停止し、炉心管内に不活性ガスを導入した。
【００２４】
その後、熱処理を終え脱水・乾燥した多孔質母材を異なる焼結炉に移し、減圧下で透明ガラス化処理を行い、外径１５０ｍｍφのガラス母材を作製した。このガラス母材を外径６０ｍｍφに延伸・縮径した後、径方向への屈折率分布を測定した。
【００２５】
測定結果は図４に示した通りであり、径方向に極めて均一な屈折率分布が得られ、出発棒とその上に堆積されたガラス層との間に屈折率差は認められなかった。さらに、ガラス母材中のＯＨ基を測定したところ、ガラス母材中の全ての領域で、測定検出下限の０．０５ｐｐｍ以下であった。
【００２６】
（比較例１）
実施例１と同様にして同サイズの多孔質母材を作製し、この多孔質母材を全長４ｍ、内径４００ｍｍφの石英製炉心管２を有する熱処理炉３内に挿入し、塩素ガス２Ｎｌ／ｍｉｎ、窒素ガス２４Ｎｌ／ｍｉｎを炉心管２の下部に設けたガス供給管４から導入しながら、炉内の温度を常温から１０００℃まで２時間かけて上昇させた。その後、炉内温度を１０００℃に維持して１５時間熱処理した。加熱終了後、直ちに塩素ガスの供給を止め、不活性ガスで炉心管内の雰囲気を置換した。
【００２７】
その後、熱処理を終えた多孔質母材を異なる焼結炉に移し、減圧して透明ガラス化処理を行い、外径１５０ｍｍφのガラス母材を作製した。このガラス母材を外径６０ｍｍφに延伸・縮径した後、径方向への屈折率分布を測定した。
測定結果は図１，２に示した通りであり、径方向に屈折率分布の変動が認められた。特に外側では屈折率が高く、内側にいくにつれ屈折率が低くなる傾向が見られた。さらに、出発棒との境界付近でも屈折率に差を生じていた。
【００２８】
（比較例２）
実施例１と同様にして同サイズの多孔質母材を作製し、この多孔質母材を全長４ｍ、内径４００ｍｍφの石英製炉心管２を有する熱処理炉３内に挿入し、塩素ガス２Ｎｌ／ｍｉｎ、窒素ガス２４Ｎｌ／ｍｉｎを炉心管２の下部に設けたガス供給管４から導入しながら、炉内の温度を常温から１０００℃まで２時間かけて上昇させた。その後、炉内温度を１０００℃に維持して１５時間熱処理した後、加熱を止め自然冷却した。
なお、ヒーターによる加熱終了後も引続き塩素ガス２Ｎｌ／ｍｉｎ、窒素ガス２４Ｎｌ／ｍｉｎを導入し続け、処理終了後８時間経過した後、塩素ガスの供給を止め、不活性ガスで炉心管内の雰囲気を置換した。
【００２９】
その後、熱処理を終えた多孔質母材を異なる焼結炉に移し、減圧して透明ガラス化処理を行い、外径１５０ｍｍφのガラス母材を作製した。このガラス母材を外径６０ｍｍφに延伸・縮径した後、径方向への屈折率分布を測定した。
比較例１の結果に比べると若干改善されているものの、径方向に屈折率の変動が見られた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ＯＶＤ法により作製した多孔質母材であっても、出発棒とその上に堆積されたガラス層との境界付近において、屈折率差は認められず、径方向への屈折率の変動は極めて小さく、かつガラス母材中のＯＨ基量の極めて少ないガラス母材が得られる。このガラス母材を線引きすることで、光学特性の優れた光ファイバが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の方法で製造されたガラス母材の径方向の屈折率分布を示す概略断面図である。
【図２】図１のコア用ガラス棒の境界付近の屈折率分布を拡大して示した図である。
【図３】本発明の実施例で使用した焼結炉を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施例で得られたガラス母材の径方向の屈折率分布を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１．……多孔質母材、
２．……炉心管、
３．……焼結炉、
４．……ガス供給管、
５．……加熱部、
６．……支持部。

Claims (7)

1. ＯＶＤ法により作製された光ファイバ用多孔質母材を焼結し、透明ガラス化して光ファイバ用ガラス母材を製造する方法において、該多孔質母材を脱水ガス含有雰囲気下にて熱処理後、少なくとも１０時間冷却した後、脱水ガスを不活性ガスで置換し、次いで、真空又は減圧下で透明ガラス化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. 多孔質母材を脱水ガス含有雰囲気下にて熱処理後、少なくとも２４時間冷却した後、脱水ガスを不活性ガスで置換する請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
3. 光ファイバ用多孔質母材が、コアとクラッドの一部を有するコア用ガラス棒の周囲にガラス微粒子を堆積させて形成されたものである請求項１又は２に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
4. 光ファイバ用多孔質母材が、コア用ガラス棒に沿って一定間隔に配置された複数のバーナにより、その往復運動の開始位置を順次移動させながらガラス微粒子を堆積させたものである請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
5. 焼結炉が、石英ガラス製の炉心管を有し、その加熱均熱領域の長さが光ファイバ用多孔質母材の長さ以上である請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
6. 熱処理後に行われる透明ガラス化が、異なる焼結炉でなされる請求項１乃至５のいずれかに記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法により製造されたものであることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材。

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