JP2005029396A - ガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子生成用バーナ - Google Patents
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Abstract
【課題】原料ガス供給パイプの変形を抑えて、ガラス微粒子を所望の状態に堆積させ、高品質なガラス微粒子堆積体を製造することが可能なガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子生成用バーナを提供する。
【解決手段】ガラス原料ガスを吹き出す原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａと、原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａと同心状に配置され、ガラス原料ガスを燃焼させる火炎を生成するための複数のガスをそれぞれ供給する複数のガス供給パイプ３２ｂ〜３２ｅとを備えたバーナ３１を用いてガラス微粒子を生成して、ガラス微粒子堆積体を製造する。原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａおよび複数のガス供給パイプ３２ｂ〜３２ｅのうち隣接する二つのパイプ間が長手方向の複数箇所において接続されている。
【選択図】 図２
【解決手段】ガラス原料ガスを吹き出す原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａと、原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａと同心状に配置され、ガラス原料ガスを燃焼させる火炎を生成するための複数のガスをそれぞれ供給する複数のガス供給パイプ３２ｂ〜３２ｅとを備えたバーナ３１を用いてガラス微粒子を生成して、ガラス微粒子堆積体を製造する。原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａおよび複数のガス供給パイプ３２ｂ〜３２ｅのうち隣接する二つのパイプ間が長手方向の複数箇所において接続されている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生成したガラス微粒子を出発材に対して吹き付けてガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子を生成するガラス微粒子生成用バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コアとクラッドを有する光ファイバは、多孔質状のガラス微粒子堆積体を加熱して透明化させて光ファイバ用母材を生成し、生成された光ファイバ用母材を線引きすることにより製造される。
【０００３】
ガラス微粒子堆積体を製造する方法としては、例えばＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいはＯＶＤ法（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが挙げられる。これらの方法では、複数のポートを有するバーナから、可燃性ガスと支燃性ガス、及びガラス原料ガスを吹き出して、可燃性ガスの燃焼により生じる火炎中においてガラス原料を加水分解させて、出発材上にガラス微粒子を堆積させる。
【０００４】
図１１は、例えばＶＡＤ法によるシングルモード光ファイバ用のコアを含むガラス微粒子堆積体の製造状態を示す図である。図１１に示すように、ＶＡＤ法においては、コア用バーナ５１により火炎５２を形成し、この火炎５２中に四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）および四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）からなるガラス原料ガスを吹き出して、加水分解によりコア用ガラス微粒子を生成する。生成されたコア用ガラス微粒子は、回転軸に固定された出発材５５の下方に堆積され、コア部多孔質ガラス体（コアスート）５３が形成される。同様に、クラッド用バーナ５６により火炎５７を形成し、この火炎５７の中心よりＳｉＣｌ４からなるガラス原料ガスを吹き出して、コアスート５３を取り囲むようにクラッド部多孔質ガラス体５８が形成される。以上により、コアスート５３及びクラッド部多孔質ガラス体５８よりなるガラス微粒子堆積体６０が得られる。
【０００５】
この種のガラス微粒子堆積体を製造する際に用いるバーナとしては、径の異なるパイプを同心円状に配置した多重構造のバーナが広く用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。この種のバーナは、一般的に、中心ポートを形成する原料ガス供給パイプからガラス原料ガスが吹き出され、また中心ポートの周囲のポートから吹き出される火炎生成用ガスによって生成される火炎によって、ガラス原料ガスが加水分解されてガラス微粒子が生成される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−２２８４４３号公報
【特許文献２】
特開平７−３３４６７号公報
【特許文献３】
特開平７−２４２４３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ファイバの伝送特性を向上させるためには、図１２（ａ）に示すように、コア部の屈折率分布の形状をステップ状にすることが望ましい。さらに、光ファイバの伝送特性を安定化させるためには、その製品内、及び製品間の屈折率分布のばらつきをなくすことが望ましい。
コア部多孔質ガラス体（コアスート）には、屈折率を増加させるためにドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されており、光ファイバの屈折率分布は、ドーパントの分布に依存して決定される。したがって、ドーパントの分布形状をステップ状とし、そのばらつきをなくす必要がある。
また、ガラス微粒子堆積体に割れや変形等が発生するのを抑制するためには、ガラス原料ガスの流量や火炎の方向を精度良く制御して、ガラス微粒子を堆積させる必要がある。ガラス微粒子堆積体に欠陥がある場合には、ガラス微粒子堆積体を透明化させた後に生成される光ファイバ母材から線引きされて作製される光ファイバの所望の特性も悪くなる。
【０００８】
しかしながら、従来、作製された光ファイバの屈折率分布を観察すると、コアが小径となっていたり、図１２（ｂ）に示すようにコアとクラッドとの界面において屈折率が突出するいわゆる界面ツノが生じていることがある。また、逆にコアが大径となっていたり、図１２（ｃ）に示すようにコアとクラッドとの界面において屈折率がなだらかに変化するいわゆるすそだれ状態となっていることがある。
【０００９】
すなわち、従来は、ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積できないことがあり、光ファイバのコアの径及び屈折率にばらつきが生じて、品質の低下を招いてしまうことがあった。
【００１０】
本発明は、高品質なガラス微粒子堆積体を安定して製造することが可能なガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子生成用バーナを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積できない原因を調べた。その結果、ガラス微粒子堆積体を製造する際に、ガラス原料ガスの吹き出し方向と火炎の方向とのずれが生じていることが原因であることがわかった。さらに、本発明者は、このずれが、ガラス微粒子生成用のバーナが設置された状態において、バーナの中心に配置された原料ガス供給パイプが撓み、バーナの設計時の形状からずれてしまっていることに起因することを突き止めた。
【００１２】
中心のポートを形成する原料ガス供給パイプが撓むと、ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積させにくくなり、光ファイバのコアの径及び屈折率にばらつきが生じてしまい、結果として品質の低下を招いてしまう。
原料ガス供給パイプは、その自重によりガラス原料ガスを吹き出す先端部が下方に撓んで変位してしまうことがある。また、原料ガス供給パイプには、その基端部に、ガス供給ホースや、このホースを接続するためのコネクタ及び供給するガラス原料ガスを加熱するヒータなどの重さによって荷重が加わる。そして、原料ガス供給パイプの先端部は、基端部に加わる荷重により、その反力によって跳ね上がり、先端部が上方に撓んで変位してしまうことがある。また、原料ガス供給パイプの自重により、先端部が下方に撓んで変位してしまうことがある。
【００１３】
本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、ガラス原料ガスを吹き出す原料ガス供給パイプと、前記ガラス原料ガスを燃焼させる火炎を生成するための複数のガスを供給する複数のガス供給パイプとを備えたバーナを用いてガラス微粒子を生成して、ガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち隣接する二つのパイプ間が長手方向の複数箇所において接続されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法においては、前記バーナを用いて生成された前記ガラス微粒子を堆積させる際に、前記原料ガス供給パイプの撓み長さを１．２ｍｍ以下に保つことが好ましい。
また、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法においては、長手方向の複数箇所で接続されたパイプのうち、断面積が最大となるパイプの断面積が３０ｍｍ２以上となることが好ましい。
また、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法においては、前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち、外周側に位置するパイプは、内周側に位置するパイプよりも断面積が大きいことが好ましい。
【００１５】
本発明のガラス微粒子生成用バーナは、ガラス原料ガスを吹き出す原料ガス供給パイプと、前記ガラス原料ガスを燃焼させる火炎を生成するための複数のガスを供給する複数のガス供給パイプとを有し、前記ガラス原料を前記火炎中に送り込むことによりガラス微粒子を生成して、ガラス微粒子堆積体を製造するバーナであって、前記燃料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち隣接する二つのパイプ間が長手方向の複数箇所において接続されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のガラス微粒子生成用バーナにおいては、前記バーナを用いて生成された前記ガラス微粒子を堆積させる際に、前記原料ガス供給パイプの撓み長さが１．２ｍｍ以下に保たれていることが好ましい。
また、本発明のガラス微粒子生成用バーナにおいては、長手方向の複数箇所で接続されたパイプのうち、断面積が最大となるパイプの断面積が３０ｍｍ２以上であることが好ましい。
また、本発明のガラス微粒子生成用バーナにおいては、前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち、外周側に位置するパイプは、内周側に位置するパイプよりも断面積が大きいことが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子生成用バーナの実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、ガラス微粒子堆積体を製造する方法としては、ＶＡＤ法を例にとって説明する。
【００１８】
図１は、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法によりガラス微粒子堆積体を製造するための製造装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、このガラス微粒子堆積体の製造装置１０は、反応容器１１を有し、この反応容器１１内には、出発材１２が吊り下げられている。
出発材１２は、反応容器１１の上面を貫通して反応容器内に配置された支持棒１４の先端部に連結されており、支持棒１４とともに回転可能に構成されている。支持棒１４は、昇降装置１３によって上下動可能に構成されており、出発材１２は昇降装置１３による支持棒１４の上下動により昇降する。
【００１９】
反応容器１１内には、出発材（ダミーガラスロッド）１２にガラス微粒子を吹き付けるクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２が配置されている。クラッド用バーナ２１およびコア用バーナ２２は、クラッド用バーナ２１の先端部２１ａ及びコア用バーナ２２の先端部２２ａが出発材１２の方向を向くように、下方から斜め上方に向けて傾斜配置されている。
【００２０】
クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２には、それぞれガス供給装置２３が接続されている。このガス供給装置２３は、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２に、ガラス原料ガス、可燃性ガス、支燃性ガスおよびシールガスをそれぞれ供給するガス供給源である。
【００２１】
クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２は、ガス供給装置２３から供給される各ガスを吹き出す。吹き出された燃焼ガスは、燃焼して火炎を生成し、この火炎中でガラス原料ガスが加水分解反応を起こすことによりガラス微粒子が生成される。生成されたガラス微粒子は、出発材１２の端部に堆積していき、徐々にガラス微粒子堆積体２４が形成されていく。
【００２２】
反応容器１１は、その下端に、レーザ発振器２５及び受光器２６が備えられている。レーザ発振器２５は、ガラス微粒子堆積体２４の下端部にレーザを照射する。照射されたレーザは、レーザ発信器２５に対向して配置された受光器２６によって受光される。受光器２６は、受光したレーザの受光強度に応じた受光信号を制御装置２７に出力する。
【００２３】
制御装置２７は、ガラス微粒子堆積体の生成を制御するためのコントローラである。制御装置２７は、受光器２６の受光信号が一定となるように、昇降装置１３の駆動及びガス供給装置２３からのガス供給量を制御し、形成するガラス微粒子堆積体２４の密度と成長速度を管理する。
また、反応容器１１は、排気管２８を備えており、この排気管２８から反応容器１１内のガスが排気される。
【００２４】
次に、このガラス微粒子生成用バーナについて説明する。
図２は、本実施形態のクラッド用バーナ２１またはコア用バーナ２２のバーナ本体３１を示す概略断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【００２５】
ガラス微粒子堆積体の製造装置１０の反応容器１１に設置されたクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２は、それぞれ多重管構造を有するガラス微粒子生成用バーナである。
図２及び図３に示すように、バーナ本体３１は、径の異なる複数の円筒状のパイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを同心円状に配設したものである。
【００２６】
これらのパイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを備えたバーナ本体３１は、その中心のパイプ３２ａが、ガラス原料ガスを吹き出すためのポートＰ１として形成されており、各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ間の隙間が、それぞれ内側からポートＰ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５として形成されている。
本実施形態では、中心のパイプ３２ａは、ポートＰ１を介してガラス原料ガスを供給する原料ガス供給パイプであり、中心の原料ガス供給パイプ３２ａの周囲のパイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、それぞれポートＰ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を介してガスをそれぞれ供給するガス供給パイプである。
【００２７】
バーナ本体３１を構成する原料ガス供給パイプ３２ａおよびガス供給パイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、それぞれ石英ガラスから形成されたもので、ガスを導入する側（図３中右側）である基端部と基端部の近傍箇所が互いに溶接されて一体化されている。中心の原料ガス供給パイプ３２ａ以外のガス供給パイプ３２ｂおよびガス供給パイプ３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの基端部は、それぞれ内周側に隣接する原料ガス供給パイプ３２ａおよびガス供給パイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの基端部近傍における外周に溶接されることで固定されており、原料ガス供給パイプ３２ａ及びガス供給パイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは全て一体化されている。
【００２８】
原料ガス供給パイプ３２ａは、外周側に隣接するパイプ３２ｂとの連結箇所である基端部近傍の位置を支持点Ａとして、外周側から支持されている。なお、この原料ガス供給パイプ３２ａは、その基端部と支持点Ａとの間の寸法Ｍが１０ｍｍから２００ｍｍの範囲内に設定されている。
【００２９】
また、本実施形態では、図２および図３に示すように、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂは、バーナ本体３１の先端部近傍にて、パイプ円周方向に約１２０度間隔で３つ設けられた接続部３５によって接続されている。これにより、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂは、接続部３５と基端部近傍の長手方向の２カ所にて接続されて一体に構成されている。接続部３５は、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂの相対位置関係を保持するための位置保持部材であり、これにより、基端側に加えられる荷重に対する反力による原料ガス供給パイプ３２ａの上方への跳ね上がりや、原料ガス供給パイプ３２ａの支持点から先端部までの自重による撓みを防止し、すなわち原料ガス供給パイプ３２ａの撓みを防止している。
【００３０】
本実施形態では、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２を用いてガラス微粒子を堆積させる際に、原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さを１．２ｍｍ以下に保つように構成している。
ここで、本明細書中における撓み長さとは、原料ガス供給パイプ３２ａの中心軸Ｏ１上の各点における基準軸Ｏからの変位した長さのうち、基準軸Ｏから変位した最大の撓み長さを指す。図４は、例えば原料ガス供給パイプ３２ａの先端部が撓んだ状態を示す図である。本実施形態では、図４の例に限られず、原料ガス供給パイプ３２ａの中心軸Ｏ１上の各点における撓み長さのうち最大の撓み長さＸを１．２ｍｍ以下に保つように構成している。
【００３１】
最大の撓み長さＸを測定するには、まず、最も外側に配置されたパイプ３２ｅが鉛直方向となるようにバーナ本体３１を配置し、このときの原料ガス供給パイプ３２ａの中心軸を基準軸Ｏとする。基準軸Ｏは、前記パイプ３２ｅに対する原料ガス供給パイプ３２ａの相対位置の基準を示す軸である。次に最も外側に配置されたパイプ３２ｅから基準軸Ｏの各点に相当する位置までの距離を測る。そして、ガラス微粒子を生成するためにバーナ本体３１を傾けて、原料ガス供給ホース３３、ヒータ３０、コネクタ３４を原料ガス供給パイプ３２ａに接続する。そのときの、原料ガス供給パイプ３２ａが撓んで先端部の中心軸Ｏ１が基準軸Ｏから最も変位した直線距離を最大の撓み長さＸとして測定する。
【００３２】
図２および図３の例では、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂとの間を接続部３５で接続したが、これに限られない。例えば、図５に示すように、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂに加えて、他のパイプ同士、例えばパイプ３２ｂとパイプ３２ｃとを接続部３５で接続するように構成してもよい。また、パイプ３２ｃとパイプ３２ｄ、パイプ３２ｄとパイプ３２ｅを接続部３５で接続するようにしてもよい。
また、図６に示すようにパイプ長手方向に２カ所、接続部３５を設けるように構成してもよい。
【００３３】
再度、図２および図３に戻って説明を行う。
中心に設けられた原料ガス供給パイプ３２ａには、その基端部Ｂで原料ガス供給ホース３３がコネクタ３４によって接続されている。コネクタ３４は、例えば、基端部Ｂを覆うように巻回配置されている。この原料ガス供給ホース３３には、ガス供給装置２３からガラス原料ガスと酸素が供給され、原料ガス供給パイプ３２ａのポートＰ１へ送り込まれる。
【００３４】
原料ガス供給ホース３３には、原料ガス供給パイプ３２ａとの接続部分近傍をコネクタ３４とともに覆うように、ヒータ３０が設けられ、ガラス原料ガスが酸素とともに加熱されてポートＰ１内へ導入される。
なお、クラッド用バーナ２１の場合は、ガラス原料ガスとして、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）および酸素が導入され、コア用バーナ２２の場合は、ガラス原料ガスとして、四塩化ケイ素及び四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）および酸素が導入される。
【００３５】
また、他のパイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅには、それぞれ基端部に、ガス供給配管が接続され、ガス供給装置２３から供給される窒素（Ｎ２）がポートＰ２へ、水素（Ｈ２）がポートＰ３へ、窒素（Ｎ２）がポートＰ４へ、酸素（Ｏ２）がポートＰ５へ、それぞれ送り込まれる。なお、水素は可燃性ガスであり、酸素は支燃性ガスであり、窒素はシールガスである。この可燃性ガスである水素と支燃性ガスである酸素により、燃焼ガスが構成される。
【００３６】
そして、上記のように構成されたバーナ本体３１は、その外周がホルダー（図示せず）によって把持されて、出発材１２に向けて斜めに傾けた状態で支持台（図示せず）上に設置される。
ここで、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２の各バーナ本体３１の傾斜角度としては、ＶＡＤ法による場合は、鉛直方向に対して５°〜８５°が好ましいが、ＯＶＤ法による場合は、鉛直方向に対して６０°〜１２０°が好ましい。
【００３７】
図７は、パイプ長手方向の２カ所において原料ガス供給パイプ３２ａの外周を把持した場合の原料ガス供給パイプ３２ａの長手方向撓み長さを示す図である。図７に示す例は、原料ガス供給パイプ３２ａの先端部および基端部から１００ｍｍの位置において原料ガス供給パイプ３２ａの外周を把持した状態を示している。図７からわかるように、パイプ長手方向の２カ所において原料ガス供給パイプ３２ａの外周を把持した場合、把持位置における撓み長さは、０ｍｍとなり撓みを抑える効果が表れているが、把持位置から離れたパイプ長手方向の各位置では、ある程度の撓みが生じているのがわかる。
【００３８】
原料ガス供給パイプ３２ａの長手方向各位置における撓み長さは、▲１▼自重による重力方向（下方）への撓みと、▲２▼バーナ３１の基端側に加わる荷重に対する反力による上方への跳ね上がりとによって決定される。パイプ長手方向の２カ所において原料ガス供給パイプ３２ａの外周を把持した場合であっても、条件によっては、原料ガス供給パイプ３２ａの自重とバーナ３１の基端側に加わる荷重に対する反力によって原料ガス供給パイプ３２ａが撓み、ポートＰ１の軸が傾いてしまうことがある。このような場合には、原料ガスが斜めに噴出されてしまい、予定通りの効果が得られない場合がある。
【００３９】
以上のような問題点を考慮すると、隣接するパイプ同士が接続されたパイプのうち（図３では、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂ）、断面積が最大となるパイプの断面積は、３０ｍｍ２以上であることが好ましく、また原料ガス供給パイプ３２ａ〜３２ｅのうち、外周側に位置するパイプは、内周側に位置するパイプよりも断面積が大きいことが好ましい。このように構成することにより、各パイプ同士が接続されたパイプの撓み長さを更に低減させることが可能となる。
【００４０】
以上により、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２は、ガラス微粒子の生成時に、原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さが１．２ｍｍ以下とされている。
このように原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さを１．２ｍｍ以下に保つことにより、屈折率やコア径のばらつき（偏差）を所定の範囲内（屈折率目標０．３５％に対して屈折率偏差≦０．００５％、コア径目標２０ｍｍに対してコア径偏差≦０．０６ｍｍ）に押さえることが可能となる
【００４１】
上記のバーナ本体３１を有するクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２を用いてガラス微粒子堆積体２４を製造する場合は、バーナ本体３１を有するクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２から、それぞれ所望のガラス原料ガス及び燃焼ガスを吹き出させる。
これにより、燃焼ガスの燃焼により生じる火炎中においてガラス原料が加水分解されて、回転しながら上方へ引き上げられる出発材１２にガラス微粒子が吹き付けられ、ガラス微粒子堆積体２４が徐々に形成される。
【００４２】
本実施形態では、上述の通り、バーナ本体３１の中心軸に対する原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さを１．２ｍｍ以下に保持している。したがって、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２では、ガラス原料ガスの吹き出し方向と火炎の方向とのずれが極力抑えられる。
よって、本実施形態では、ガラス微粒子堆積体２４の透明ガラス化後において、コアとクラッドとの界面において屈折率が突出してしまう、いわゆる界面ツノや、屈折率がなだらかに変化する、いわゆるすそだれ状態となるような不具合を発生させない、高品質なガラス微粒子堆積体２４を容易に製造することができる。
【００４３】
なお、本発明において、バーナ本体３１の中心軸に対する原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さを１．２ｍｍ以下とするのは、クラッド用バーナあるいはコア用バーナのどちらであっても構わない。両方であるとより好ましい。コア用バーナのみに本発明を適用した場合には、コアの径や屈折率を所望の値とすることができるが、クラッド用バーナのみに本発明を適用した場合には、クラッドの径を所望の値とすることができる。
【００４４】
なお、本実施形態におけるバーナ本体３１としては、その断面が円形のものに限らず、断面矩形状であっても良い。また、その多重管構造が何重であっても良い。
さらに、本実施形態では、同心円状の多重管構造であるバーナ本体３１を例に挙げて説明したが、本発明のガラス微粒子生成用バーナは、中心に原料ガス供給パイプを有するものであれば多重管構造に限定されるものではない。多重管構造でないバーナ本体としては、例えば、図８に示すバーナ本体４１のように、原料ガス供給パイプ４２ａの周囲に、燃焼ガスを吹き出す燃焼ガス供給のパイプ４２ｆを複数、同一円上に配列させたものがある。例えば、この複数のパイプ４２ｆは、その吹き出し方向の焦点がバーナ本体４１の中心軸上の１箇所に重なるように、バーナ本体４１の中心軸に対して中央寄りに傾斜して配置されている。
【００４５】
また、上記の実施の形態では、ＶＡＤ法によってガラス微粒子堆積体２４を製造する場合を例にとって説明したが、出発材またはコアとなるガラスロッドを昇降させながら、その外周にクラッドとなるガラス微粒子を堆積させるＯＶＤ法の場合にも適応可能である。その場合、多数のバーナをガラスロッドの軸方向に配列させて、ガラスロッドの複数箇所に同時にガラス微粒子を堆積させる方式であっても良い。
【００４６】
【実施例】
図１に示したガラス微粒子堆積体の製造装置１０を使用して、ガラス微粒子堆積体を製造する。
【００４７】
ダミーガラスロッドとしては、直径２５ｍｍ、長さ４００ｍｍの純石英ガラスを使用した。反応容器下部に設置されたレーザ発振器から、ガラス微粒子堆積体の最下端付近へレーザを出射し、受光器で受け、受光パワーを一定に保つように制御装置にて引き上げ長を制御しながら、昇降装置にて支持棒およびダミーガラスロッドとともにガラス微粒子堆積体を引き上げる。
【００４８】
コア用バーナとしては、全長Ｌ＝５００ｍｍ、断面積Ｄ＝１１ｍｍ２（内径３．３ｍｍ、外径５ｍｍ）の原料ガス供給用の第１パイプが中心に配置され、そして原料ガス供給用のパイプの外周側に断面積Ｄ＝３５ｍｍ２（内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ）の第２パイプが配置された全部で五重管構造のバーナ本体を用いる。
【００４９】
コア用バーナの各パイプにはガスを導入するための配管を取り付け、第１パイプにおける荷重が２．４（ｋｇｆ）、第２パイプにおける荷重が１．２（ｋｇｆ）、そして第２パイプの外周側に順に配置される第３〜５パイプに加えられる荷重Ｗ３〜Ｗ５は０．３５（ｋｇｆ）となるように管理する。このとき、コアバーナの中心軸と床面との角度は、４５°とする。
【００５０】
第１パイプと第２パイプは、長手方向の２カ所で接続する。基端側は、第１パイプの全外周と第２パイプを接続し、そして、先端側はパイプ周方向の３カ所で接続する。基端側は、基端部の根本から５０ｍｍ先端側の位置で、そして先端側は、第１パイプの先端から８０ｍｍの位置でそれぞれ接続する。
【００５１】
コアバーナには原料ガスとしてＧｅＣｌ４とＳｉＣｌ４を供給し、クラッドバーナにはＳｉＣｌ４を供給して、それぞれコア用ガラス微粒子およびクラッド用ガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を生成する。その後、ガラス微粒子堆積体を高温加熱して、透明ガラス化し光ファイバ母材を作製する。光ファイバ母材の原料ガス供給パイプの最大撓み長さＸ（ｍｍ）、コア屈折率偏差σｎ（％）、コア径偏差σｄ（ｍｍ）の関係を表１の実施例１に示す。
【００５２】
次に、隣り合うパイプを接続したパイプの数をＮ、接続されたパイプで最大となる断面積Ｄａｘ、第１パイプ断面積Ｄ１と第２パイプ断面積Ｄ２の差分の値を変更した複数のバーナの原料ポート長手方向の撓み長さの最大値Ｘ（ｍｍ）を測定する。そして、各バーナでそれぞれガラス微粒子堆積体を生成し、ガラス微粒子堆積体をガラス化することにより光ファイバ母材を作成する。結果を以下の表１の実施例２〜５、比較例１に示す。表１の結果を図９および図１０に示す。なお、撓み長さＸは上方への撓みを示す。また、表１において、「パイプ数Ｎ＝２」とは、第１パイプと第２パイプを長手方向の２箇所で接続することを示す。「パイプ数Ｎ＝３」とは、第１〜第３パイプをそれぞれ長手方向の２箇所で接続することを示す。「パイプ数Ｎ＝４」とは、第１〜第４パイプをそれぞれ長手方向の２箇所で接続することを示す。「パイプ数Ｎ＝０」とは、基端側以外の接続は無しを示す。また、Ｄｍａｘとなるパイプは、接続するパイプのうち最外周に位置するパイプとする。２カ所で接続する場合、先端側と基端側の２カ所で接続し、その位置は、前述の通り、基端側接続箇所は第１パイプの基端部から５０ｍｍ先端側の位置であり、先端側接続箇所は第１パイプの先端から８０ｍｍ基端側の位置である。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１および図９からわかるように、パイプ間が長手方向複数箇所において接続されたバーナを用いた実施例１〜実施例５の何れにおいても、屈折率偏差σｎを０．００５０（％）以下となるが、パイプ間を接続しなかった比較例１では屈折率偏差σｎが０．０１００（％）と大きくばらついてしまう。これは、実施例１〜５の場合には、パイプ間を長手方向複数箇所において接続することにより、撓み長さの最大値を１．２０ｍｍ以下に抑制するのに対し、パイプ間を接続しない比較例１では、撓み長さが１．５０ｍｍと大きく撓んでしまうことが原因と考えられる。このように、屈折率偏差やコア径偏差を小さく抑えるためには、原料ガス供給パイプの長手方向の最大撓み長さを１．２ｍｍ以下に保つことが有効であることがわかった。
【００５５】
また、表１および図１０からわかるように、パイプ間が長手方向複数箇所において接続されたバーナを用いた実施例１〜実施例５の何れにおいても、コア径偏差σｄを０．０５５（ｍｍ）以下となるが、パイプ間を接続しなかった比較例１ではコア径偏差σｄが０．１１（ｍｍ）と大きくばらついてしまう。これは、屈折率偏差σｎの結果と同様に、実施例１〜５の場合には、パイプ間を長手方向２箇所において接続することにより、撓み長さＸの最大値を１．２０ｍｍ以下に抑制するのに対し、パイプ間を接続しない比較例１では、撓み長さが１．５０ｍｍと大きく撓んでしまうことが原因と考えられる。
【００５６】
また、実施例１〜３を用いて、長手方向で複数箇所接続されたパイプで最大となる断面積Ｄｍａｘについて比較を行うと、Ｄｍａｘが大きいほど屈折率偏差σｎおよびコア径偏差σｄが良好になる傾向がある。これは、Ｄｍａｘが大きいほど、最大撓み長さＸが小さくなる傾向があるためであり、すなわちＤｍａｘが大きいほどパイプ間を長手方向で複数箇所接続する効果が向上する。
【００５７】
また、実施例１，４，５を用いて、長手方向で複数箇所接続された第１パイプと第２パイプの断面積の差分Ｄ２―Ｄ１について比較を行うと、差分Ｄ２―Ｄ１が大きいほど屈折率偏差σｎおよびコア径偏差σｄが良好になる傾向がある。これは、差分Ｄ２―Ｄ１が大きいほど、撓み長さＸが小さくなる傾向があるためであり、すなわち外周側のパイプの断面積が内周側のパイプの断面積より大きいほどパイプ間を長手方向で複数箇所接続する効果が向上する。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、原料ガス供給パイプの変形を抑えて、ガラス微粒子を所望の状態に堆積させ、高品質なガラス微粒子堆積体を製造することが可能なガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子生成用バーナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態で用いられるガラス微粒子堆積体の製造装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る実施形態のガラス微粒子生成用バーナの一例を示す概略断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明に係るガラス微粒子生成用バーナにおける撓み長さを説明する図である。
【図５】本発明に係る実施形態のガラス微粒子生成用バーナの他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明に係る実施形態のガラス微粒子生成用バーナの他の例を示す概略断面図である。
【図７】本発明に係る実施形態のガラス微粒子生成用バーナの他の例を示す概略正面図である。
【図８】パイプの長手方向位置と撓み長さの関係を示すグラフである。
【図９】実施例のコア屈折率の偏差を示すグラフである。
【図１０】実施例のコア径の偏差を示すグラフである。
【図１１】ガラス微粒子堆積体を製造する際の概略図である。
【図１２】屈折率の分布の例であり、（ａ）はコア部からクラッド部にかけての屈折率分布がステップ状になっている場合を示し、（ｂ）はコア部の外周部に局部的に屈折率が大きくなった部分がある場合を示し、（ｃ）はコア部からクラッド部にかけて屈折率の傾斜がある場合を示す図である。
【符号の説明】
２１ クラッド用バーナ（ガラス微粒子生成用バーナ）
２２ コア用バーナ（ガラス微粒子生成用バーナ）
２４ ガラス微粒子堆積体
３２ａ 原料ガス供給パイプ
Ｄ 断面積
Ｌ 長さ
Ｗ 荷重
Ｘ 撓み長さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、生成したガラス微粒子を出発材に対して吹き付けてガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子を生成するガラス微粒子生成用バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コアとクラッドを有する光ファイバは、多孔質状のガラス微粒子堆積体を加熱して透明化させて光ファイバ用母材を生成し、生成された光ファイバ用母材を線引きすることにより製造される。
【０００３】
ガラス微粒子堆積体を製造する方法としては、例えばＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいはＯＶＤ法（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが挙げられる。これらの方法では、複数のポートを有するバーナから、可燃性ガスと支燃性ガス、及びガラス原料ガスを吹き出して、可燃性ガスの燃焼により生じる火炎中においてガラス原料を加水分解させて、出発材上にガラス微粒子を堆積させる。
【０００４】
図１１は、例えばＶＡＤ法によるシングルモード光ファイバ用のコアを含むガラス微粒子堆積体の製造状態を示す図である。図１１に示すように、ＶＡＤ法においては、コア用バーナ５１により火炎５２を形成し、この火炎５２中に四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）および四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）からなるガラス原料ガスを吹き出して、加水分解によりコア用ガラス微粒子を生成する。生成されたコア用ガラス微粒子は、回転軸に固定された出発材５５の下方に堆積され、コア部多孔質ガラス体（コアスート）５３が形成される。同様に、クラッド用バーナ５６により火炎５７を形成し、この火炎５７の中心よりＳｉＣｌ４からなるガラス原料ガスを吹き出して、コアスート５３を取り囲むようにクラッド部多孔質ガラス体５８が形成される。以上により、コアスート５３及びクラッド部多孔質ガラス体５８よりなるガラス微粒子堆積体６０が得られる。
【０００５】
この種のガラス微粒子堆積体を製造する際に用いるバーナとしては、径の異なるパイプを同心円状に配置した多重構造のバーナが広く用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。この種のバーナは、一般的に、中心ポートを形成する原料ガス供給パイプからガラス原料ガスが吹き出され、また中心ポートの周囲のポートから吹き出される火炎生成用ガスによって生成される火炎によって、ガラス原料ガスが加水分解されてガラス微粒子が生成される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−２２８４４３号公報
【特許文献２】
特開平７−３３４６７号公報
【特許文献３】
特開平７−２４２４３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ファイバの伝送特性を向上させるためには、図１２（ａ）に示すように、コア部の屈折率分布の形状をステップ状にすることが望ましい。さらに、光ファイバの伝送特性を安定化させるためには、その製品内、及び製品間の屈折率分布のばらつきをなくすことが望ましい。
コア部多孔質ガラス体（コアスート）には、屈折率を増加させるためにドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されており、光ファイバの屈折率分布は、ドーパントの分布に依存して決定される。したがって、ドーパントの分布形状をステップ状とし、そのばらつきをなくす必要がある。
また、ガラス微粒子堆積体に割れや変形等が発生するのを抑制するためには、ガラス原料ガスの流量や火炎の方向を精度良く制御して、ガラス微粒子を堆積させる必要がある。ガラス微粒子堆積体に欠陥がある場合には、ガラス微粒子堆積体を透明化させた後に生成される光ファイバ母材から線引きされて作製される光ファイバの所望の特性も悪くなる。
【０００８】
しかしながら、従来、作製された光ファイバの屈折率分布を観察すると、コアが小径となっていたり、図１２（ｂ）に示すようにコアとクラッドとの界面において屈折率が突出するいわゆる界面ツノが生じていることがある。また、逆にコアが大径となっていたり、図１２（ｃ）に示すようにコアとクラッドとの界面において屈折率がなだらかに変化するいわゆるすそだれ状態となっていることがある。
【０００９】
すなわち、従来は、ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積できないことがあり、光ファイバのコアの径及び屈折率にばらつきが生じて、品質の低下を招いてしまうことがあった。
【００１０】
本発明は、高品質なガラス微粒子堆積体を安定して製造することが可能なガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子生成用バーナを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積できない原因を調べた。その結果、ガラス微粒子堆積体を製造する際に、ガラス原料ガスの吹き出し方向と火炎の方向とのずれが生じていることが原因であることがわかった。さらに、本発明者は、このずれが、ガラス微粒子生成用のバーナが設置された状態において、バーナの中心に配置された原料ガス供給パイプが撓み、バーナの設計時の形状からずれてしまっていることに起因することを突き止めた。
【００１２】
中心のポートを形成する原料ガス供給パイプが撓むと、ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積させにくくなり、光ファイバのコアの径及び屈折率にばらつきが生じてしまい、結果として品質の低下を招いてしまう。
原料ガス供給パイプは、その自重によりガラス原料ガスを吹き出す先端部が下方に撓んで変位してしまうことがある。また、原料ガス供給パイプには、その基端部に、ガス供給ホースや、このホースを接続するためのコネクタ及び供給するガラス原料ガスを加熱するヒータなどの重さによって荷重が加わる。そして、原料ガス供給パイプの先端部は、基端部に加わる荷重により、その反力によって跳ね上がり、先端部が上方に撓んで変位してしまうことがある。また、原料ガス供給パイプの自重により、先端部が下方に撓んで変位してしまうことがある。
【００１３】
本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、ガラス原料ガスを吹き出す原料ガス供給パイプと、前記ガラス原料ガスを燃焼させる火炎を生成するための複数のガスを供給する複数のガス供給パイプとを備えたバーナを用いてガラス微粒子を生成して、ガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち隣接する二つのパイプ間が長手方向の複数箇所において接続されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法においては、前記バーナを用いて生成された前記ガラス微粒子を堆積させる際に、前記原料ガス供給パイプの撓み長さを１．２ｍｍ以下に保つことが好ましい。
また、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法においては、長手方向の複数箇所で接続されたパイプのうち、断面積が最大となるパイプの断面積が３０ｍｍ２以上となることが好ましい。
また、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法においては、前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち、外周側に位置するパイプは、内周側に位置するパイプよりも断面積が大きいことが好ましい。
【００１５】
本発明のガラス微粒子生成用バーナは、ガラス原料ガスを吹き出す原料ガス供給パイプと、前記ガラス原料ガスを燃焼させる火炎を生成するための複数のガスを供給する複数のガス供給パイプとを有し、前記ガラス原料を前記火炎中に送り込むことによりガラス微粒子を生成して、ガラス微粒子堆積体を製造するバーナであって、前記燃料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち隣接する二つのパイプ間が長手方向の複数箇所において接続されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のガラス微粒子生成用バーナにおいては、前記バーナを用いて生成された前記ガラス微粒子を堆積させる際に、前記原料ガス供給パイプの撓み長さが１．２ｍｍ以下に保たれていることが好ましい。
また、本発明のガラス微粒子生成用バーナにおいては、長手方向の複数箇所で接続されたパイプのうち、断面積が最大となるパイプの断面積が３０ｍｍ２以上であることが好ましい。
また、本発明のガラス微粒子生成用バーナにおいては、前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち、外周側に位置するパイプは、内周側に位置するパイプよりも断面積が大きいことが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子生成用バーナの実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、ガラス微粒子堆積体を製造する方法としては、ＶＡＤ法を例にとって説明する。
【００１８】
図１は、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法によりガラス微粒子堆積体を製造するための製造装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、このガラス微粒子堆積体の製造装置１０は、反応容器１１を有し、この反応容器１１内には、出発材１２が吊り下げられている。
出発材１２は、反応容器１１の上面を貫通して反応容器内に配置された支持棒１４の先端部に連結されており、支持棒１４とともに回転可能に構成されている。支持棒１４は、昇降装置１３によって上下動可能に構成されており、出発材１２は昇降装置１３による支持棒１４の上下動により昇降する。
【００１９】
反応容器１１内には、出発材（ダミーガラスロッド）１２にガラス微粒子を吹き付けるクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２が配置されている。クラッド用バーナ２１およびコア用バーナ２２は、クラッド用バーナ２１の先端部２１ａ及びコア用バーナ２２の先端部２２ａが出発材１２の方向を向くように、下方から斜め上方に向けて傾斜配置されている。
【００２０】
クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２には、それぞれガス供給装置２３が接続されている。このガス供給装置２３は、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２に、ガラス原料ガス、可燃性ガス、支燃性ガスおよびシールガスをそれぞれ供給するガス供給源である。
【００２１】
クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２は、ガス供給装置２３から供給される各ガスを吹き出す。吹き出された燃焼ガスは、燃焼して火炎を生成し、この火炎中でガラス原料ガスが加水分解反応を起こすことによりガラス微粒子が生成される。生成されたガラス微粒子は、出発材１２の端部に堆積していき、徐々にガラス微粒子堆積体２４が形成されていく。
【００２２】
反応容器１１は、その下端に、レーザ発振器２５及び受光器２６が備えられている。レーザ発振器２５は、ガラス微粒子堆積体２４の下端部にレーザを照射する。照射されたレーザは、レーザ発信器２５に対向して配置された受光器２６によって受光される。受光器２６は、受光したレーザの受光強度に応じた受光信号を制御装置２７に出力する。
【００２３】
制御装置２７は、ガラス微粒子堆積体の生成を制御するためのコントローラである。制御装置２７は、受光器２６の受光信号が一定となるように、昇降装置１３の駆動及びガス供給装置２３からのガス供給量を制御し、形成するガラス微粒子堆積体２４の密度と成長速度を管理する。
また、反応容器１１は、排気管２８を備えており、この排気管２８から反応容器１１内のガスが排気される。
【００２４】
次に、このガラス微粒子生成用バーナについて説明する。
図２は、本実施形態のクラッド用バーナ２１またはコア用バーナ２２のバーナ本体３１を示す概略断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【００２５】
ガラス微粒子堆積体の製造装置１０の反応容器１１に設置されたクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２は、それぞれ多重管構造を有するガラス微粒子生成用バーナである。
図２及び図３に示すように、バーナ本体３１は、径の異なる複数の円筒状のパイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを同心円状に配設したものである。
【００２６】
これらのパイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを備えたバーナ本体３１は、その中心のパイプ３２ａが、ガラス原料ガスを吹き出すためのポートＰ１として形成されており、各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ間の隙間が、それぞれ内側からポートＰ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５として形成されている。
本実施形態では、中心のパイプ３２ａは、ポートＰ１を介してガラス原料ガスを供給する原料ガス供給パイプであり、中心の原料ガス供給パイプ３２ａの周囲のパイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、それぞれポートＰ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を介してガスをそれぞれ供給するガス供給パイプである。
【００２７】
バーナ本体３１を構成する原料ガス供給パイプ３２ａおよびガス供給パイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、それぞれ石英ガラスから形成されたもので、ガスを導入する側（図３中右側）である基端部と基端部の近傍箇所が互いに溶接されて一体化されている。中心の原料ガス供給パイプ３２ａ以外のガス供給パイプ３２ｂおよびガス供給パイプ３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの基端部は、それぞれ内周側に隣接する原料ガス供給パイプ３２ａおよびガス供給パイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの基端部近傍における外周に溶接されることで固定されており、原料ガス供給パイプ３２ａ及びガス供給パイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは全て一体化されている。
【００２８】
原料ガス供給パイプ３２ａは、外周側に隣接するパイプ３２ｂとの連結箇所である基端部近傍の位置を支持点Ａとして、外周側から支持されている。なお、この原料ガス供給パイプ３２ａは、その基端部と支持点Ａとの間の寸法Ｍが１０ｍｍから２００ｍｍの範囲内に設定されている。
【００２９】
また、本実施形態では、図２および図３に示すように、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂは、バーナ本体３１の先端部近傍にて、パイプ円周方向に約１２０度間隔で３つ設けられた接続部３５によって接続されている。これにより、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂは、接続部３５と基端部近傍の長手方向の２カ所にて接続されて一体に構成されている。接続部３５は、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂの相対位置関係を保持するための位置保持部材であり、これにより、基端側に加えられる荷重に対する反力による原料ガス供給パイプ３２ａの上方への跳ね上がりや、原料ガス供給パイプ３２ａの支持点から先端部までの自重による撓みを防止し、すなわち原料ガス供給パイプ３２ａの撓みを防止している。
【００３０】
本実施形態では、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２を用いてガラス微粒子を堆積させる際に、原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さを１．２ｍｍ以下に保つように構成している。
ここで、本明細書中における撓み長さとは、原料ガス供給パイプ３２ａの中心軸Ｏ１上の各点における基準軸Ｏからの変位した長さのうち、基準軸Ｏから変位した最大の撓み長さを指す。図４は、例えば原料ガス供給パイプ３２ａの先端部が撓んだ状態を示す図である。本実施形態では、図４の例に限られず、原料ガス供給パイプ３２ａの中心軸Ｏ１上の各点における撓み長さのうち最大の撓み長さＸを１．２ｍｍ以下に保つように構成している。
【００３１】
最大の撓み長さＸを測定するには、まず、最も外側に配置されたパイプ３２ｅが鉛直方向となるようにバーナ本体３１を配置し、このときの原料ガス供給パイプ３２ａの中心軸を基準軸Ｏとする。基準軸Ｏは、前記パイプ３２ｅに対する原料ガス供給パイプ３２ａの相対位置の基準を示す軸である。次に最も外側に配置されたパイプ３２ｅから基準軸Ｏの各点に相当する位置までの距離を測る。そして、ガラス微粒子を生成するためにバーナ本体３１を傾けて、原料ガス供給ホース３３、ヒータ３０、コネクタ３４を原料ガス供給パイプ３２ａに接続する。そのときの、原料ガス供給パイプ３２ａが撓んで先端部の中心軸Ｏ１が基準軸Ｏから最も変位した直線距離を最大の撓み長さＸとして測定する。
【００３２】
図２および図３の例では、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂとの間を接続部３５で接続したが、これに限られない。例えば、図５に示すように、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂに加えて、他のパイプ同士、例えばパイプ３２ｂとパイプ３２ｃとを接続部３５で接続するように構成してもよい。また、パイプ３２ｃとパイプ３２ｄ、パイプ３２ｄとパイプ３２ｅを接続部３５で接続するようにしてもよい。
また、図６に示すようにパイプ長手方向に２カ所、接続部３５を設けるように構成してもよい。
【００３３】
再度、図２および図３に戻って説明を行う。
中心に設けられた原料ガス供給パイプ３２ａには、その基端部Ｂで原料ガス供給ホース３３がコネクタ３４によって接続されている。コネクタ３４は、例えば、基端部Ｂを覆うように巻回配置されている。この原料ガス供給ホース３３には、ガス供給装置２３からガラス原料ガスと酸素が供給され、原料ガス供給パイプ３２ａのポートＰ１へ送り込まれる。
【００３４】
原料ガス供給ホース３３には、原料ガス供給パイプ３２ａとの接続部分近傍をコネクタ３４とともに覆うように、ヒータ３０が設けられ、ガラス原料ガスが酸素とともに加熱されてポートＰ１内へ導入される。
なお、クラッド用バーナ２１の場合は、ガラス原料ガスとして、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）および酸素が導入され、コア用バーナ２２の場合は、ガラス原料ガスとして、四塩化ケイ素及び四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）および酸素が導入される。
【００３５】
また、他のパイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅには、それぞれ基端部に、ガス供給配管が接続され、ガス供給装置２３から供給される窒素（Ｎ２）がポートＰ２へ、水素（Ｈ２）がポートＰ３へ、窒素（Ｎ２）がポートＰ４へ、酸素（Ｏ２）がポートＰ５へ、それぞれ送り込まれる。なお、水素は可燃性ガスであり、酸素は支燃性ガスであり、窒素はシールガスである。この可燃性ガスである水素と支燃性ガスである酸素により、燃焼ガスが構成される。
【００３６】
そして、上記のように構成されたバーナ本体３１は、その外周がホルダー（図示せず）によって把持されて、出発材１２に向けて斜めに傾けた状態で支持台（図示せず）上に設置される。
ここで、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２の各バーナ本体３１の傾斜角度としては、ＶＡＤ法による場合は、鉛直方向に対して５°〜８５°が好ましいが、ＯＶＤ法による場合は、鉛直方向に対して６０°〜１２０°が好ましい。
【００３７】
図７は、パイプ長手方向の２カ所において原料ガス供給パイプ３２ａの外周を把持した場合の原料ガス供給パイプ３２ａの長手方向撓み長さを示す図である。図７に示す例は、原料ガス供給パイプ３２ａの先端部および基端部から１００ｍｍの位置において原料ガス供給パイプ３２ａの外周を把持した状態を示している。図７からわかるように、パイプ長手方向の２カ所において原料ガス供給パイプ３２ａの外周を把持した場合、把持位置における撓み長さは、０ｍｍとなり撓みを抑える効果が表れているが、把持位置から離れたパイプ長手方向の各位置では、ある程度の撓みが生じているのがわかる。
【００３８】
原料ガス供給パイプ３２ａの長手方向各位置における撓み長さは、▲１▼自重による重力方向（下方）への撓みと、▲２▼バーナ３１の基端側に加わる荷重に対する反力による上方への跳ね上がりとによって決定される。パイプ長手方向の２カ所において原料ガス供給パイプ３２ａの外周を把持した場合であっても、条件によっては、原料ガス供給パイプ３２ａの自重とバーナ３１の基端側に加わる荷重に対する反力によって原料ガス供給パイプ３２ａが撓み、ポートＰ１の軸が傾いてしまうことがある。このような場合には、原料ガスが斜めに噴出されてしまい、予定通りの効果が得られない場合がある。
【００３９】
以上のような問題点を考慮すると、隣接するパイプ同士が接続されたパイプのうち（図３では、原料ガス供給パイプ３２ａとパイプ３２ｂ）、断面積が最大となるパイプの断面積は、３０ｍｍ２以上であることが好ましく、また原料ガス供給パイプ３２ａ〜３２ｅのうち、外周側に位置するパイプは、内周側に位置するパイプよりも断面積が大きいことが好ましい。このように構成することにより、各パイプ同士が接続されたパイプの撓み長さを更に低減させることが可能となる。
【００４０】
以上により、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２は、ガラス微粒子の生成時に、原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さが１．２ｍｍ以下とされている。
このように原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さを１．２ｍｍ以下に保つことにより、屈折率やコア径のばらつき（偏差）を所定の範囲内（屈折率目標０．３５％に対して屈折率偏差≦０．００５％、コア径目標２０ｍｍに対してコア径偏差≦０．０６ｍｍ）に押さえることが可能となる
【００４１】
上記のバーナ本体３１を有するクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２を用いてガラス微粒子堆積体２４を製造する場合は、バーナ本体３１を有するクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２から、それぞれ所望のガラス原料ガス及び燃焼ガスを吹き出させる。
これにより、燃焼ガスの燃焼により生じる火炎中においてガラス原料が加水分解されて、回転しながら上方へ引き上げられる出発材１２にガラス微粒子が吹き付けられ、ガラス微粒子堆積体２４が徐々に形成される。
【００４２】
本実施形態では、上述の通り、バーナ本体３１の中心軸に対する原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さを１．２ｍｍ以下に保持している。したがって、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２では、ガラス原料ガスの吹き出し方向と火炎の方向とのずれが極力抑えられる。
よって、本実施形態では、ガラス微粒子堆積体２４の透明ガラス化後において、コアとクラッドとの界面において屈折率が突出してしまう、いわゆる界面ツノや、屈折率がなだらかに変化する、いわゆるすそだれ状態となるような不具合を発生させない、高品質なガラス微粒子堆積体２４を容易に製造することができる。
【００４３】
なお、本発明において、バーナ本体３１の中心軸に対する原料ガス供給原料ガス供給パイプ３２ａの撓み長さを１．２ｍｍ以下とするのは、クラッド用バーナあるいはコア用バーナのどちらであっても構わない。両方であるとより好ましい。コア用バーナのみに本発明を適用した場合には、コアの径や屈折率を所望の値とすることができるが、クラッド用バーナのみに本発明を適用した場合には、クラッドの径を所望の値とすることができる。
【００４４】
なお、本実施形態におけるバーナ本体３１としては、その断面が円形のものに限らず、断面矩形状であっても良い。また、その多重管構造が何重であっても良い。
さらに、本実施形態では、同心円状の多重管構造であるバーナ本体３１を例に挙げて説明したが、本発明のガラス微粒子生成用バーナは、中心に原料ガス供給パイプを有するものであれば多重管構造に限定されるものではない。多重管構造でないバーナ本体としては、例えば、図８に示すバーナ本体４１のように、原料ガス供給パイプ４２ａの周囲に、燃焼ガスを吹き出す燃焼ガス供給のパイプ４２ｆを複数、同一円上に配列させたものがある。例えば、この複数のパイプ４２ｆは、その吹き出し方向の焦点がバーナ本体４１の中心軸上の１箇所に重なるように、バーナ本体４１の中心軸に対して中央寄りに傾斜して配置されている。
【００４５】
また、上記の実施の形態では、ＶＡＤ法によってガラス微粒子堆積体２４を製造する場合を例にとって説明したが、出発材またはコアとなるガラスロッドを昇降させながら、その外周にクラッドとなるガラス微粒子を堆積させるＯＶＤ法の場合にも適応可能である。その場合、多数のバーナをガラスロッドの軸方向に配列させて、ガラスロッドの複数箇所に同時にガラス微粒子を堆積させる方式であっても良い。
【００４６】
【実施例】
図１に示したガラス微粒子堆積体の製造装置１０を使用して、ガラス微粒子堆積体を製造する。
【００４７】
ダミーガラスロッドとしては、直径２５ｍｍ、長さ４００ｍｍの純石英ガラスを使用した。反応容器下部に設置されたレーザ発振器から、ガラス微粒子堆積体の最下端付近へレーザを出射し、受光器で受け、受光パワーを一定に保つように制御装置にて引き上げ長を制御しながら、昇降装置にて支持棒およびダミーガラスロッドとともにガラス微粒子堆積体を引き上げる。
【００４８】
コア用バーナとしては、全長Ｌ＝５００ｍｍ、断面積Ｄ＝１１ｍｍ２（内径３．３ｍｍ、外径５ｍｍ）の原料ガス供給用の第１パイプが中心に配置され、そして原料ガス供給用のパイプの外周側に断面積Ｄ＝３５ｍｍ２（内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ）の第２パイプが配置された全部で五重管構造のバーナ本体を用いる。
【００４９】
コア用バーナの各パイプにはガスを導入するための配管を取り付け、第１パイプにおける荷重が２．４（ｋｇｆ）、第２パイプにおける荷重が１．２（ｋｇｆ）、そして第２パイプの外周側に順に配置される第３〜５パイプに加えられる荷重Ｗ３〜Ｗ５は０．３５（ｋｇｆ）となるように管理する。このとき、コアバーナの中心軸と床面との角度は、４５°とする。
【００５０】
第１パイプと第２パイプは、長手方向の２カ所で接続する。基端側は、第１パイプの全外周と第２パイプを接続し、そして、先端側はパイプ周方向の３カ所で接続する。基端側は、基端部の根本から５０ｍｍ先端側の位置で、そして先端側は、第１パイプの先端から８０ｍｍの位置でそれぞれ接続する。
【００５１】
コアバーナには原料ガスとしてＧｅＣｌ４とＳｉＣｌ４を供給し、クラッドバーナにはＳｉＣｌ４を供給して、それぞれコア用ガラス微粒子およびクラッド用ガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を生成する。その後、ガラス微粒子堆積体を高温加熱して、透明ガラス化し光ファイバ母材を作製する。光ファイバ母材の原料ガス供給パイプの最大撓み長さＸ（ｍｍ）、コア屈折率偏差σｎ（％）、コア径偏差σｄ（ｍｍ）の関係を表１の実施例１に示す。
【００５２】
次に、隣り合うパイプを接続したパイプの数をＮ、接続されたパイプで最大となる断面積Ｄａｘ、第１パイプ断面積Ｄ１と第２パイプ断面積Ｄ２の差分の値を変更した複数のバーナの原料ポート長手方向の撓み長さの最大値Ｘ（ｍｍ）を測定する。そして、各バーナでそれぞれガラス微粒子堆積体を生成し、ガラス微粒子堆積体をガラス化することにより光ファイバ母材を作成する。結果を以下の表１の実施例２〜５、比較例１に示す。表１の結果を図９および図１０に示す。なお、撓み長さＸは上方への撓みを示す。また、表１において、「パイプ数Ｎ＝２」とは、第１パイプと第２パイプを長手方向の２箇所で接続することを示す。「パイプ数Ｎ＝３」とは、第１〜第３パイプをそれぞれ長手方向の２箇所で接続することを示す。「パイプ数Ｎ＝４」とは、第１〜第４パイプをそれぞれ長手方向の２箇所で接続することを示す。「パイプ数Ｎ＝０」とは、基端側以外の接続は無しを示す。また、Ｄｍａｘとなるパイプは、接続するパイプのうち最外周に位置するパイプとする。２カ所で接続する場合、先端側と基端側の２カ所で接続し、その位置は、前述の通り、基端側接続箇所は第１パイプの基端部から５０ｍｍ先端側の位置であり、先端側接続箇所は第１パイプの先端から８０ｍｍ基端側の位置である。
【００５３】
【表１】
表１および図９からわかるように、パイプ間が長手方向複数箇所において接続されたバーナを用いた実施例１〜実施例５の何れにおいても、屈折率偏差σｎを０．００５０（％）以下となるが、パイプ間を接続しなかった比較例１では屈折率偏差σｎが０．０１００（％）と大きくばらついてしまう。これは、実施例１〜５の場合には、パイプ間を長手方向複数箇所において接続することにより、撓み長さの最大値を１．２０ｍｍ以下に抑制するのに対し、パイプ間を接続しない比較例１では、撓み長さが１．５０ｍｍと大きく撓んでしまうことが原因と考えられる。このように、屈折率偏差やコア径偏差を小さく抑えるためには、原料ガス供給パイプの長手方向の最大撓み長さを１．２ｍｍ以下に保つことが有効であることがわかった。
【００５５】
また、表１および図１０からわかるように、パイプ間が長手方向複数箇所において接続されたバーナを用いた実施例１〜実施例５の何れにおいても、コア径偏差σｄを０．０５５（ｍｍ）以下となるが、パイプ間を接続しなかった比較例１ではコア径偏差σｄが０．１１（ｍｍ）と大きくばらついてしまう。これは、屈折率偏差σｎの結果と同様に、実施例１〜５の場合には、パイプ間を長手方向２箇所において接続することにより、撓み長さＸの最大値を１．２０ｍｍ以下に抑制するのに対し、パイプ間を接続しない比較例１では、撓み長さが１．５０ｍｍと大きく撓んでしまうことが原因と考えられる。
【００５６】
また、実施例１〜３を用いて、長手方向で複数箇所接続されたパイプで最大となる断面積Ｄｍａｘについて比較を行うと、Ｄｍａｘが大きいほど屈折率偏差σｎおよびコア径偏差σｄが良好になる傾向がある。これは、Ｄｍａｘが大きいほど、最大撓み長さＸが小さくなる傾向があるためであり、すなわちＤｍａｘが大きいほどパイプ間を長手方向で複数箇所接続する効果が向上する。
【００５７】
また、実施例１，４，５を用いて、長手方向で複数箇所接続された第１パイプと第２パイプの断面積の差分Ｄ２―Ｄ１について比較を行うと、差分Ｄ２―Ｄ１が大きいほど屈折率偏差σｎおよびコア径偏差σｄが良好になる傾向がある。これは、差分Ｄ２―Ｄ１が大きいほど、撓み長さＸが小さくなる傾向があるためであり、すなわち外周側のパイプの断面積が内周側のパイプの断面積より大きいほどパイプ間を長手方向で複数箇所接続する効果が向上する。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、原料ガス供給パイプの変形を抑えて、ガラス微粒子を所望の状態に堆積させ、高品質なガラス微粒子堆積体を製造することが可能なガラス微粒子堆積体の製造方法及びガラス微粒子生成用バーナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態で用いられるガラス微粒子堆積体の製造装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る実施形態のガラス微粒子生成用バーナの一例を示す概略断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明に係るガラス微粒子生成用バーナにおける撓み長さを説明する図である。
【図５】本発明に係る実施形態のガラス微粒子生成用バーナの他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明に係る実施形態のガラス微粒子生成用バーナの他の例を示す概略断面図である。
【図７】本発明に係る実施形態のガラス微粒子生成用バーナの他の例を示す概略正面図である。
【図８】パイプの長手方向位置と撓み長さの関係を示すグラフである。
【図９】実施例のコア屈折率の偏差を示すグラフである。
【図１０】実施例のコア径の偏差を示すグラフである。
【図１１】ガラス微粒子堆積体を製造する際の概略図である。
【図１２】屈折率の分布の例であり、（ａ）はコア部からクラッド部にかけての屈折率分布がステップ状になっている場合を示し、（ｂ）はコア部の外周部に局部的に屈折率が大きくなった部分がある場合を示し、（ｃ）はコア部からクラッド部にかけて屈折率の傾斜がある場合を示す図である。
【符号の説明】
２１ クラッド用バーナ（ガラス微粒子生成用バーナ）
２２ コア用バーナ（ガラス微粒子生成用バーナ）
２４ ガラス微粒子堆積体
３２ａ 原料ガス供給パイプ
Ｄ 断面積
Ｌ 長さ
Ｗ 荷重
Ｘ 撓み長さ
Claims (8)
- ガラス原料ガスを吹き出す原料ガス供給パイプと、前記ガラス原料ガスを燃焼させる火炎を生成するための複数のガスを供給する複数のガス供給パイプとを備えたバーナを用いてガラス微粒子を生成して、ガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち隣接する二つのパイプ間が長手方向の複数箇所において接続されていることを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。 - 前記バーナを用いて生成された前記ガラス微粒子を堆積させる際に、前記原料ガス供給パイプの撓み長さを１．２ｍｍ以下に保つことを特徴とする請求項１記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
- 長手方向の複数箇所で接続されたパイプのうち、断面積が最大となるパイプの断面積が３０ｍｍ２以上となることを特徴とする請求項１または２記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
- 前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち、外周側に位置するパイプは、内周側に位置するパイプよりも断面積が大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
- ガラス原料ガスを吹き出す原料ガス供給パイプと、
前記ガラス原料ガスを燃焼させる火炎を生成するための複数のガスを供給する複数のガス供給パイプとを有し、前記ガラス原料を前記火炎中に送り込むことによりガラス微粒子を生成して、ガラス微粒子堆積体を製造するバーナであって、
前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち隣接する二つのパイプ間が長手方向の複数箇所において接続されていることを特徴とするガラス微粒子生成用バーナ。 - 前記バーナを用いて生成された前記ガラス微粒子を堆積させる際に、前記原料ガス供給パイプの撓み長さが１．２ｍｍ以下に保たれていることを特徴とする請求項５記載のガラス微粒子生成用バーナ。
- 長手方向の複数箇所で接続されたパイプのうち、断面積が最大となるパイプの断面積が３０ｍｍ２以上となることを特徴とする請求項５または６記載のガラス微粒子生成用バーナ。
- 前記原料ガス供給パイプおよび前記複数のガス供給パイプのうち、外周側に位置するパイプは、内周側に位置するパイプよりも断面積が大きいことを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載のガラス微粒子生成用バーナ。
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