JP2005060142A

JP2005060142A - ガラス微粒子堆積体の製造方法

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Publication number: JP2005060142A
Application number: JP2003290058A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Ishihara; 朋浩石原
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: JP4009859B2

Abstract

【課題】ガラス微粒子堆積体に異物が混入することが原因となってガラス母材または光ファイバの異常点が生じることを抑えることを目的とする。また、ガラス微粒子堆積体が割れることを抑えるのをさらなる目的とする。
【解決手段】ガラス微粒子合成用バーナー(11)で火炎を形成してガラス微粒子を生成し、出発ロッド(18)の外周にガラス微粒子を堆積させる際に、出発ロッド(18)を収容する収容部(10)に設けられた排気口(26)の上部および/または下部からクリーンガスCGを導入し、その導入部(31、32)から排気口(26)までの収容部(10)内の圧力勾配を５Ｐａ／ｍ以上８５Ｐａ／ｍ以下とすることで、収容部(10)内に浮遊する余剰ガラス微粒子等の異物がガラス微粒子堆積体(20)内に混入して異常点が発生することを抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はガラス微粒子堆積体の製造方法に係り、例えば出発ロッドの外側にガラス微粒子を層状に堆積させてガラス微粒子堆積体を得ることのできるガラス微粒子堆積体の製造方法に関する。

従来より、ガラス微粒子堆積体を製造する方法として、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているような、出発ロッドの外側にガラス微粒子を層状に堆積させてガラス微粒子堆積体を得る方法(多層付け法)が知られている。

特許文献１に開示されているガラス微粒子堆積体の製造方法によると、トラバースごとにトラバースの開始位置を移動させていき、所定の位置まで移動した後は逆方向へ移動させて最初のトラバース開始位置に戻すようにしている。これにより、実質的にスス付け時間が長くなっているトラバース端部やバーナー火炎等のガラス微粒子堆積体への当たり方の変動をガラス微粒子堆積体全体に分散するようにしている。また、ガラス微粒子堆積体全体のガラス微粒子の実質堆積時間や雰囲気を平均的に一致させるようにしている。このようにして、ガラス微粒子の堆積量を長手方向に等しくし、外径変動を低減するものである。さらに、トラバースの開始位置を移動させながらガラス微粒子の堆積を行う際に、ガラス微粒子堆積体の周辺にクリーンガスを供給して、ガラス微粒子堆積体長手方向の堆積時温度勾配を低減するようにしている。
また、特許文献２に開示されているガラス微粒子堆積体の製造方法によると、ガラス微粒子堆積を行う反応炉に、上下にガラス微粒子堆積体の収納部を設けて、前記収納部に不活性ガスを流し込むことが開示されている。

米国特許第５，２１１，７３２号公報日本国特許第２，６０４，４５４号(特開平２−１７２８３８号)公報

ところで、ガラス微粒子堆積体形成工程中、ＯＶＤ装置内において出発ガラスロッドやガラス微粒子堆積体に堆積しなかったガラス微粒子は、反応容器(上下延長部を含む)内を浮遊する。この浮遊ガラス微粒子は排気口から排出されるが、うまく排出できずにガラス微粒子堆積体に異物として混入する場合がある。バーナーの火炎から直接堆積したものと、浮遊していたガラス微粒子とでは嵩密度が異なり、異物となるわけである。また、装置内を排気しているため、支持棒、バーナー、排気口等の取付部から外気の巻き込みがおき、これもガラス微粒子堆積体への異物混入の原因となっている。
ガラス微粒子堆積体中に異物が混入すると、透明ガラス化して得られる光ファイバ用母材中に気泡が発生したり、線引き時のファイバ外径変動や、スクリーニング試験時の断線が発生することがある。

本発明は、ガラス微粒子堆積体に異物が混入することが原因となってガラス母材または光ファイバの異常点が生じることを抑えることを目的とする。また、ガラス微粒子堆積体が割れることを抑えるのをさらなる目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、出発ロッドを収容し、排気口が設けられた収容部内において、ガラス微粒子合成用バーナーで火炎を形成してガラス微粒子を生成し、前記出発ロッドと前記バーナーとを相対的に往復移動および回転させながら、前記出発ロットの外周に前記ガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法において、前記収容部にクリーンガスを導入し、クリーンガス導入部から前記排気口までの収容部内圧力勾配が５Ｐａ／ｍ以上８５Ｐａ／ｍ以下とすることを特徴としている。

また、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、クリーンガス導入部から排気口までの距離を１．０ｍ以上とすることが望ましい。

また、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、クリーンガスのクリーン度が０．３μｍ以上の大きさのダストが１０００個／ＣＦ以下であることが望ましい。

本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法によれば、ガラス微粒子合成用バーナーで火炎を形成してガラス微粒子を生成し、出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させる際に、出発ロッドを収容する収容部にクリーンガスを導入し、その導入部から排気口までの収容部内の圧力勾配を５Ｐａ／ｍ以上８５Ｐａ／ｍ以下とすることで、収容部内に浮遊する余剰ガラス微粒子等の異物がガラス微粒子堆積体内に混入して異常点が発生すること、およびガラス微粒子堆積体が割れることを抑えることができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、このガラス微粒子堆積体収容部10は、反応容器13の上下に内部が反応容器13と連通している上部延長部16Ｕおよび下部延長部16Ｌを有している。上部延長部16Ｕの上部には、支持棒17を挿入する穴22を有する上蓋21が設置されている。上蓋21を開閉して、コアまたはコアとクラッドを有するガラスロッド25の両端にダミーロッド24Ｕ,24Ｌを接続した出発ロッド18や、これにガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体20を反応容器から出し入れできるようにしている。

支持棒17は、昇降装置19により回転および上下動自在に設けられている。ガラス微粒子合成用の３本のバーナー11Ａ,11Ｂ,11Ｃが、反応容器13のバーナー取付け部(穴)を介して先端が反応容器13の内部に挿入されている。各バーナー11Ａ,11Ｂ,11Ｃにガス23を供給し、反応容器13内でガラス微粒子を生成して出発ロッド18の外周に堆積させ、ガラス微粒子堆積体20を形成する。

また、反応容器13には排気口26が設けられており、堆積されなかった余剰のガラス微粒子が排気と共に排気管12へと排出されるようになっている。排気管12は、図示を省略した排気手段に連通している。クリーンガス発生器27,28からのクリーンガスCGは、クリーンガス導入管29,30およびクリーンガス導入部としての上部クリーンガス投入口31、下部クリーンガス投入口32を経由して、上部延長部16Ｕおよび/または下部延長部16Ｌ内に導入される。上部延長部16Ｕおよび下部延長部16Ｌは、反応容器13に連通しているので、前記クリーンガスCGは反応容器13に導入されることになる。また、反応容器13、上部延長部16Ｕ、下部延長部16Ｌ、排気管12の圧力を測定する圧力測定器33,34,35,36が各々設けられている。

本実施形態では、外付け法(ＯＶＤ法)によりガラス微粒子堆積体20を作製する際に、収容部10の上部延長部16Ｕ内または下部延長部16Ｌ内のいずれか１箇所以上においてクリーンガスCGを導入する。この際、クリーンガス導入位置から排気口までの収容部内圧力勾配を５〜８５Ｐａ／ｍとする。すなわち、図１において、上部クリーンガス投入口31から上部延長部16Ｕ内にクリーンガスCGを導入する場合には、圧カ測定器34で上部延長部16Ｕ内の圧カを測定し、圧力測定器33で反応容器13の排気口付近の圧カを測定して、収容部内の圧力勾配を制御する。

また、下部クリーンガス投入口32から下部延長部16Ｌ内にクリーンガスCGを導入した場合には、圧カ測定器35で下部延長部16Ｌ内の圧力を測定し、圧力測定器33で反応容器13の排気口付近の圧力を測定する。そして、両圧力測定器間の圧力勾配が５〜８５Ｐａ／ｍとなるようにする。上部延長部16Ｕ内または下部延長部16Ｌ内の圧力を測定する点は、クリーンガス導入管29、30が上部延長部16Ｕまたは下部延長部16Ｌに接続する箇所と同水平面内の点が好ましく、前記接続箇所付近がより好ましい。

上部延長部16Ｕと下部延長部16Ｌの両方にクリーンガスCGを導入する場合には、圧力測定器34で測定した圧力と圧力測定器33で測定した圧力の圧力勾配を５〜８５Ｐａ／ｍとなるようにする。同時に、圧力測定器35で測定した圧力と圧力測定器33で測定した圧力の圧力勾配を５〜８５Ｐａ／ｍとなるようにする。なお、圧力勾配を本発明の範囲内とする具体的な手段としては、導入するクリーンガスCGの流量を調整することと排気管12の圧力を圧力測定器36を用いて調整することを挙げることができる。

このように、上部延長部16Ｕ内および/または下部延長部16Ｌ内にクリーンガスCGを導入し、クリーンガス導入部31、32から排気口26までの圧力勾配を５〜８５Ｐａ／ｍの範囲内にあるようにすることにより、収容部10内を浮遊する余剰ガラス微粒子を効率的に排気口26に排出することができる。圧力勾配を５〜８５Ｐａ／ｍの範囲としたのは、下記の理由による。圧力勾配が５Ｐａ／ｍ未満では排気効率が悪く、多くの異物がガラス微粒子堆積体に混入する。一方、圧力勾配が８５Ｐａ／ｍを超えると収容部10内部の流速が上がりすぎて、ガラス微粒子堆積体20が冷却されて割れるという問題が発生する。

上記の説明では、クリーンガス投入口31、32を上部延長部16Ｕおよび／または下部延長部16Ｌに設けたが、反応容器13に設けるようにしても良い。上部延長部16Ｕ、反応容器13および下部延長部16Ｌが一体となった収容部10でガラス微粒子堆積体20を製造する場合も、本発明の範囲に含まれる。
本実施形態に係るクリーンガスCGとしては、例えば清浄空気(ＣＡ)等を用いることができるが、特に好ましくは、清浄空気、Ｎ_２等である。その他、Ｈｅ、Ａr等を用いても良い。

なお、従来は、ガラス微粒子堆積体20の製造において、クリーンガス導入部31、32と排気口26の距離には注意が払われていなかった。しかし、前記クリーンガス導入部31、32と前記排気口26の圧力勾配を適当な範囲に保ったうえで前記距離を長くすることが、前記ガラス微粒子堆積体20から製造される光ファイバの外径変動を少なくする要因であることが本発明により明らかとなった。前記距離を長くすることは、ガラス微粒子堆積体20の製造設備を大型化することであり、その設備で製造されるガラス微粒子堆積体20を大型化することにつながる。一度の製造でより大型のガラス微粒子堆積体20を製造することが、そのガラス微粒子堆積体20から製造される光ファイバの製造コストを下げることになるので、前記距離を長くするという本発明は、光ファイバの製造コストの点でも効果を奏する。なお、実際には、設備を設置する場所の制限等により、許容される設備の大きさはある範囲に制限されるので、その許容範囲から前記距離の上限が決定されることになる。

本実施形態に係るクリーンガスCGの清浄度としては、O．３μｍ以上の大きさを有するダスト数が１０００個/ＣＦ(立法フィート)以下とすることが、収容部10内の清浄度を高く保持する上で好ましい。これは、ダスト数が１０００個/ＣＦを超えると、ガラス微粒子堆積体20中に混入する異物数が増加するためである。

以下、本発明の実施形態を、具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す収容部10は、Ｎｉで構成された長さ７００ｍｍの反応容器13と、この反応容器13にそれぞれ連通する上部延長部16Ｕおよび下部延長部16Ｌを有している。上部延長部16Ｕおよび下部延長部16Ｌには、クリーンガス導入管29,30を介してクリーンガス発生器27,28からのクリーンガスCGが導入可能となっている。上部延長部16Ｕの上部に設けられている上蓋21には、支持棒17を挿入する穴22が設けられている。また、反応容器13には、３個のガラス微粒子合成用のバーナー11Ａ,11Ｂ,11Ｃが設けられている。

コアおよびクラッドを有する直径２０ｍｍのコアロッドの両側に、石英ガラス製のダミーロッド24Ｕ,24Ｌをそれぞれ溶着して出発ロッド18を作製する。この出発ロッド18を４０ｒｐｍで回転させながら鉛直方向に設置し、２００ｍｍ／分の速度で上下に片道１１００ｍｍの距離を往復運動させながら、バーナー11Ａ,11Ｂ,11Ｃで生成されるガラス微粒子を出発ロッド18の外周に順次堆積させる。このようにしてガラス微粒子堆積体20を作製する。バーナー11Ａ,11Ｂ,11Ｃは直径３０ｍｍであり、各バーナーの中心が１５０ｍｍ間隔となるように設けられている。このバーナー11Ａ,11Ｂ,11Ｃには、ガラス原料としてのＳｉＣｌ_４を４ＳＬＭ、燃焼性ガスとしてＨ_２を５０から１００ＳＬＭ、助燃性ガスとしてＯ_２を６０〜１００ＳＬＭ、さらに、シールガスとしてＡｒを５ＳＬＭ供給する。

クリーンガス導入管29,30から上部延長部16Ｕおよび下部延長部16Ｌ内に、大きさが０．３μｍ以上の大きさのダスト数が１０〜２０個／ＣＦ以下であるＣＧをそれぞれ投入した。なお、収容部10外の大気のクリーン度は、０．３μｍ以上の大きさのダスト数が１０００個/ＣＦとする。

このとき、上部ＣＧ投入口31から排気口26に至るまでの圧カ勾配は３８Ｐａ／ｍ、上部クリーンガス投入口31における圧力は収容部10外圧力より５０Ｐａ高くする。また、下部クリーンガス投入口32から排気口26に至るまでの圧力勾配は、３８Ｐａ／ｍ、下部クリーンガス投入口32における圧力は収容部外圧力より５０Ｐａ高くする。
目標のガラス重量１０ｋｇに達した時点でガラス微粒子の堆積を停止し、最終的に得られたガラス微粒子堆積体20を高温加熱して透明ガラス化させ、その後常法によりファイバ化する。

（実施例２〜８、比較例１〜７）
上部クリーンガス投入口31と排気口26までの距離、下部クリーンガス投入口32と排気口26までの距離、およびクリーンガス投入量を変化させ、その他は実施例１と同様にしてガラス微粒子堆積体20を作製し、ファイバ化する。このときの諸条件および光ファイバの外径変動発生頻度を表１に示す。なお、比較例２では、反応容器13にクリーンガス投入口31、32を設けてある。また、外径変動頻度とは、線引きした光ファイバ(ガラス部分)の目標値（例えば１２５μｍ）に対して０．２μｍ以上大きくなった箇所および０．２μｍ以上小さくなった箇所の数（異物の混入が原因と考えられる）を光ファイバ長で割ったものである。

表１および図２（Ａ）から明らかなように、クリーンガス投入口31、32と排気口26との圧力勾配が５〜８５Ｐａ／ｍのときに、光ファイバの外径変動発生頻度が低減することがわかる。圧力勾配が５Ｐａ／ｍよりも小さいと急速に外径変動発生頻度が大きくなる。圧力勾配が８５Ｐａ／ｍよりも大きいと、外径変動発生頻度が大きくなったり、ガラス微粒子堆積体20が割れてしまい、光ファイバを作ることがそもそもできなくなることがある。
また、図２（Ｂ）に示すグラフでは、上部、下部のＣＧ導入部圧力を５０Ｐａで固定した場合のＣＧ導入部と排気口との距離と外径変動発生頻度の関係を示してある。このグラフからわかるように、ＣＧ導入部と排気口との距離を１ｍ以上とすることで、外径変動発生頻度を低減できる。

なお、本発明のガラス微粒子堆積体20の製造方法は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。本発明は広く外付け法(ＯＶＤ法)に適用可能であり、その一態様であるＶＡＤ法あるいは多バーナー多層付法にも適用可能であることは言うまでもない。

なお、多バーナー多層付法とは、図３に示すように、回転する出発ロッド18に対向させて複数本(例えば11Ａ〜11Ｄの4本)のガラス微粒子合成用バーナー11を配置する。そして、出発ロッド18とガラス微粒子合成用バーナー11とを、バーナー間隔分だけ相対的に上下方向へ往復運動させる。図３において、各バーナー11の間隔はいずれもａで等間隔である。従って、各バーナー11Ａ〜11Ｄによって形成されるガラス微粒子は、図３においては、矢羽根状の領域Ａ〜Ｄにそれぞれ堆積する。なお、領域Ａ内には上端のバーナー11Ａの動きを矢印で示した。

ここで、往復運動の折り返し位置をバーナー11間隔の略整数分の1ずつ一定方向に移動させ、折り返し位置がバーナー11の間隔分移動したところで逆方向へ移動させるようにする。この操作を順次繰り返して、バーナー11で合成されるガラス微粒子を出発ロッド18の表面に順次堆積させて、ガラス微粒子堆積体20を製造する。

この方法における出発ロツド18とバーナー11との相対位置の経時変化の状況を図４に示す。図４では、バーナー11Ａの上下の動きを矢印で示している。図４においては、バーナー11列の1番外側の外側バーナー11Ａと2番目のバーナー11Ｂの部分が示されているが、反対側の外側バーナー11Ｄおよびその内側のバーナー11Ｃに付いても同様の状況となる。また、図４中右側の数値は、折り返し位置が始めの位置に戻るまでの一連の往復運動の間に出発ロツド18の上に形成されるガラス微粒子層の数を示している。図４中の２０層より下の部分は、２番目以降のバーナー11による堆積があるため、下端部を除いて一定の２０層となる。理論上、この方式が最も有効部を長くすることができ、且つ、ガラス微粒子堆積体20の外径変動を低減することが可能である。

以上、説明したように、本発明のガラス微粒子堆積体20の製造方法によればガラス微粒子合成用バーナー11で火炎を形成してガラス微粒子を生成し、出発ロッド18の外周にガラス微粒子を堆積させる際に、出発ロッド18を収容する収容部10に設けられた排気口26の上部および/または下部からクリーンガスCGを導入し、その導入部31、32から排気口26までの収容部10内の圧力勾配を５Ｐａ／ｍ以上８５Ｐａ／ｍ以下とすることで、収容部10内に浮遊する余剰ガラス微粒子等の異物がガラス微粒子堆積体20内に混入して異常点が発生することを抑えることができる。

なお、本発明のガラス微粒子堆積体20の製造方法は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。

本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法の実施形態を示す要部断面図である。外径変動発生頻度をあらわすグラフであり、（Ａ）は圧力勾配との関係を示しており、（Ｂ）はＣＧ投入部と排気口との距離の関係を示している。多バーナ多層付法におけるバーナーごとのガラス微粒子堆積領域の状況を模式的に示す図である。出発ロッドとバーナーとの相対運動の状況の一例を示す説明図である。

符号の説明

10 収容部
11 ガラス微粒子合成用バーナー
12 排気管
18 出発ロッド
20 ガラス微粒子堆積体
26 排気口
31 上部クリーンガス投入口（クリーンガス導入部）
32 下部クリーンガス投入口（クリーンガス導入部）
CG クリーンガス

Claims

出発ロッドを収容し、排気口が設けられた収容部内において、ガラス微粒子合成用バーナーで火炎を形成してガラス微粒子を生成し、前記出発ロッドと前記バーナーとを相対的に往復移動および回転させながら、前記出発ロッドの外周に前記ガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法において、
前記収容部にクリーンガスを導入し、クリーンガス導入部から前記排気口までの収容部内圧力勾配が５Ｐａ／ｍ以上８５Ｐａ／ｍ以下とすることを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
前記クリーンガス導入部から前記排気口までの距離を１．０ｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載したガラス微粒子堆積体の製造方法。
前記クリーンガスのクリーン度が０．３μｍ以上の大きさのダストが１０００個／ＣＦ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載したガラス微粒子堆積体の製造方法。