JP2006160561A - 光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバ母材の製造過程での熱源によるガラスパイプの加熱工程における該ガラスパイプの変形による、偏波分散や伝送損失の増大を抑制し得る光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材を提供すること。
【解決手段】 ガラスパイプをその長手軸が実質的に水平方向となるように配置して、該ガラスパイプを熱源により加熱する工程を含む光ファイバ母材の製造方法であって、前記加熱する工程において前記ガラスパイプが加熱を受けた部分の撓みによる変位量が、加熱を受ける前に対して１．５ｍｍよりも大きい箇所を含まないようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion:ＰＭＤ）や伝送損失の改善された光ファイバが得られる光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材に関する。

原料ガスを石英等からなるガラスパイプ内に導入し、熱源により加熱して該ガラスパイプの内壁にガラス体を堆積させる製造方法（ＭＣＶＤ法）により光ファイバ母材を製造する際、光ファイバへの換算長が長いファイバ母材を製造しようとすると、基盤となるガラスパイプ（以下、単にパイプともいう）の径を大きく、また長さを長くする必要がある。それに伴い、ガラスパイプの一端にかかる曲げモーメントは大きくなる。

光ファイバ母材を製造する工程には、ＭＣＶＤ法によるガラス体の堆積だけでなく、気相エッチング、パイプの縮径、パイプの中実化（ロッドとの一体化も含む）など、ガラスパイプの外表面を１６００〜２３００℃の高温に加熱する工程を多く含む。このような光ファイバ母材を製造する際の加熱工程における加熱中にガラスパイプが変形してしまうことがよくあった。特にＭＣＶＤ法により光ファイバ母材を製造する場合には、ガラスパイプへのガラス体堆積の層数を多くする必要があり、長時間にわたってガラスパイプが加熱されるので、変形が大きくなってしまう恐れがある。また、ＭＣＶＤ法のデポレートを大きくしようとすると、堆積膜の厚みが増すために、高温での焼結が必要になるので、同様に加熱によるガラスパイプの変形が大きくなってしまうという弊害があった。

ガラスパイプが変形すれば、該パイプ内面に堆積したガラス体もまた変形しているので、コア部を堆積し、そのまま中実化するような場合には、コア部が変形してしまうことになる。また、内面にガラス体を堆積して得られたガラスパイプ中に、別途作製したガラスロッドを挿入し、一体化するような場合でも、変形したガラスパイプの影響で例えばコア部として挿入したガラスロッドもまた変形してしまう。このようなコア部の変形は、ファイバ化した際のＰＭＤや伝送損失が増大する結果をきたし、ファイバの品質を低下させていた。

ここで加熱された後のガラスパイプの変形は、図１４に示すように加熱中のガラスパイプが加熱箇所を挟む双方で相対的に変異するために発生するものと考えられる。特許文献１にはガラスパイプをローラ等の支持体で支持しながらガラス体を堆積させることによってその形状を調整する方法が開示されている。ガラスパイプの変形はガラスパイプの一端にかかる曲げモーメントの増加とともに増える傾向にあるが、加熱中にどの程度までパイプが変位しても得られるガラス体の特性に影響を及ぼさないか（ガラス体の特性に及ぼす変位の程度に関して）は明確にされていなかった。

特開昭６３−１８２２２９号公報

本発明はこのような状況に鑑み、熱源によるガラスパイプの加熱工程における該ガラスパイプの変形による、光ファイバにおける偏波モード分散（ＰＭＤ）や伝送損失の増大を抑制し得る光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材を提供することを目的とする。

本発明者等はガラスパイプの加熱工程を経て製造されたガラス体の変形の原因について解析の結果、１）ガラスパイプの加熱によって、該ガラスパイプの加熱部が軟化することにより、該軟化部（ガラスパイプの加熱部）で重力による曲げモーメントによってガラスパイプが撓み、局所的に変形する、２）ＭＣＶＤ法に用いるガラスパイプは一般的に肉厚が薄く（１〜１０mm程度）、また加熱中にはガラスパイプには張力を加えていなため、加熱中の撓みが原因で発生した局所的な変位によって、ガラスパイプの形状が楕円化したり、場合によっては多角形化したりしてしまう、と推測した。

特にガラスパイプを１６００℃以上に加熱すると、パイプが軟化するために変形が著しい（実際に１６００℃以上に加熱中のガラスパイプを観察すると、パイプが撓んでいることが確認できた）。しかも、この撓みは曲げモーメントが多く発生するガラスパイプの端部付近で大きく、ガラスパイプの変形もガラスパイプの端部で大きいことがわかった。
本発明はこのような解析並びに知見に基づいてなされたものであり、以下の構成を採用することによって上記目的が達成される。

（１）一端部を把持した際の他端部における曲げモーメントが６Ｎ・ｍ以上のガラスパイプをその長手軸が実質的に水平方向となるように配置して、該ガラスパイプを熱源により加熱する工程を含む光ファイバ母材の製造方法であって、前記加熱する工程において前記ガラスパイプが加熱を受けた部分の撓みによる変位量が、該加熱を受ける前に対して１．５ｍｍよりも大きい箇所を含まないようにすることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
（２）前記加熱する工程を経た後における該ガラスパイプの外周の非円率が０．５％以下であることを特徴とする前記（１）に記載の光ファイバ母材の製造方法。

（３）前記加熱する工程が、該ガラスパイプの内部に少なくともガラス原料ガスを導入しながら該ガラスパイプ内表面にガラス体を堆積する工程であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の光ファイバ母材の製造方法。
（４）前記加熱する工程において、前記ガラスパイプを支持するガラスパイプ支持手段を設けることを特徴とする前記（１）〜（３）のいづれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
（５）前記ガラスパイプ１ｍあたり、光ファイバへの換算長が３００ｋｍより大であることを特徴とする前記（３）または（４）に記載の光ファイバ母材の製造方法。

（６）前記加熱する工程において、前記ガラスパイプが前記熱源により加熱される領域の長さが１．２ｍ以上であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいづれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
（７）前記加熱する工程において、前記ガラスパイプが前記熱源により加熱される領域における該ガラスパイプの肉厚が１〜７ｍｍである領域を含むことを特徴とする前記（1）〜（６）いづれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
（８）前記（１）〜（７）に記載の製造方法によって得られることを特徴とする光ファイバ母材。

本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、ガラスパイプへのガラス体の堆積、ガラスパイプの縮径や中実化、気相エッチング等、光ファイバ母材を製造する工程での熱源によるガラスパイプの加熱工程における加熱部の撓みによるガラスパイプの局所的な変形が抑制され、偏波モード分散や伝送損失の改善された光ファイバを得ることのできるガラス母材を製造することができる。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の光ファイバ母材の製造方法は、特定値以上の曲げモーメントを有するガラスパイプを用いたＭＣＶＤ法によるガラスパイプへのガラス体の堆積、ガラスパイプの縮径や中実化、気相エッチング等、光ファイバ母材を製造する一連の工程での、加熱工程におけるガラスパイプ加熱部の変位をある一定量以下に制御することを特徴としている。
光ファイバ母材を製造する工程でのガラスパイプを加熱する工程において、該ガラスパイプをその長手軸が実質的に水平方向となるように配置してその外表面を加熱すると、加熱される部分には図１４に示すように撓みによるパイプの変位が生ずる。このときの変位量（Ｈ）の増加とともに該ガラスパイプの変形度合いが増してガラスパイプの外形（断面外周）の非円率が増し、真円度が低下する。そして、加熱工程で発生したこの変位量がある特定量以上となったガラスパイプをそのまま用いて製造された光ファイバ母材のコア部にも変形が生じ、これを線引することによって得られる光ファイバはＰＭＤや伝送損失が大きくなり、実用的な光ファイバは得られない。

図１は、塩素（Ｃｌ）を０．２ｗｔ．％含むシリカガラスからなる外径４２ｍｍφ×内径３２ｍｍφ（肉厚５ｍｍ）、長さ１５００ｍｍのガラスパイプ２（曲げモーメントの最大値１４Ｎｍ）の両端を、図１３に例示したようにチャック６で把持して旋盤１に固定し、酸水素炎からなる熱源３により該ガラスパイプ２の外表面の最高温度を２１００℃に加熱しながら、ガラスパイプの長手軸に沿ってバーナを往復運動する操作を５回反復した後、ガラスパイプ２が加熱された部分における変位量と該ガラスパイプの外周の非円率との関係を調べた結果を例示するものである。図１における横軸の変位（以下、変位量ともいう）とは、図１４に示すように軸に水平に配置されたガラスパイプ２が熱源３により加熱されて軟化し、下方に撓んだ部分の位置と撓んでいない位置との変位の量の最大値（Ｈ）をいう。

また、縦軸の外周の非円率（以下、非円率ともいう）とは、加熱工程後のパイプ外周の真円度の程度を評価するもので、ガラスパイプ２の外周の断面の最大径をＲ_max、最小径をＲ_min、平均径をＲ_aveとすると、
非円率（％）＝｛（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_ave｝×１００（％）
で定義される数値であり、非円率が小さい程、その断面の真円度が高いことを示す。

なお、後述のように、加熱を受けた後における非円率が０．５％以下であるガラスパイプを用いて製造した光ファイバ母材をファイバ化するとＰＭＤの小さい実用的な光ファイバが得られることが確認されているが、図１からわかるように、ガラスパイプ２の変位量がほぼ１．５ｍｍより大になると、ガラスパイプ２の非円率が急激に増加する。すなわち、変位量（Ｈ）を１．５ｍｍ以下とすればパイプの変形による非円化を抑制することが可能であり、さらに、変位量（Ｈ）を１．２ｍｍ以下とするのがより好ましい。

また、塩素を０．２ｗｔ％含む、外径４２ｍｍφ×内径３６ｍｍφ（肉厚３ｍｍ）、長さ２０００ｍのシリカガラスからなるガラスパイプ２（曲げモーメントの最大値は１６Ｎｍ）を用い、該ガラスパイプ２の外表面の最高温度が１９００℃となるように長手軸に沿って５回往復運動させて加熱し、図１に示した例の場合と同様にガラスパイプ２の加熱された部分における撓みによる変位量と該ガラスパイプの非円率との相関を調べた結果を図２に例示する。
本例の場合には、図１に示した例の場合よりもガラスパイプ２の加熱温度が低く、粘性が高いために、その肉厚が薄いにもかかわらずガラスパイプ２の非円化は抑制されるが、図１に示した例の場合と同様に変位量が１．５ｍｍより大であると急激に非円率が増大することがわかる。さらに、変位量が１．０ｍｍ以下だと、ガラスパイプの非円率はほとんど変化しないのでより好ましい。

図１及び図２からわかるように、ガラスパイプ２を加熱する場合、加熱する領域におけるガラスパイプ２の変位量（Ｈ）が１．５ｍｍより大とならないようにすることにより、加熱後のガラスパイプの変形を実用上支障のない範囲に留めることが可能となり、加熱により撓みを生じた部分の外径非円率を０．５％以下に抑制することができる。
なお、撓み量が特に大きいのはガラスパイプの端部である。端部で変形が発生すると、その変形が起点となるような形で、パイプの中心部も変形してしまう。これを防止するために、ガラスパイプを加熱する際は、ガラスパイプ端部を含め、該ガラスパイプが加熱される全領域にわたってその加熱部分における変位量（Ｈ）が１．５ｍｍを超えないようにする必要があり、より好ましくは１．２ｍｍ、さらに好ましくは１．０ｍｍを超えないようにし、パイプを変形させないようにするとよい。

光ファイバ母材を製造する場合には、パイプの変形がコア部の変形をもたらすため、光ファイバとした際にＰＭＤの増加、伝送損失の増加など、特性が劣化してしまうが、このように加熱される部分のガラスパイプの変位量が１．５ｍｍ以下となるようにすれば、光ファイバ母材を製造することにより、偏波分散や伝送損失の増加のないファイバとすることができる。

なお、図１５（ａ）に示すように、ガラスパイプの撓み量ｖは長手軸を完全水平方向となるように配置し、その一端のみを把持した際、他端（把持していない方の端部）で最大ｖ_maxとなる。外径２ａ、内径２ｂのガラスパイプが均一の断面形状を有し、把持部を除く長さがＬであるとすれば、
ｖ_max＝｜Ｍ｜Ｌ²／４Ｅ・Ｉ＝Ｍ²／２・ｗ・Ｅ・Ｉ
で表される。ただし、上記式中、Ｍは把持部の曲げモーメントで、Ｍ＝−ｗＬ²／２、ｗは単位長さ当たりの荷重で、ｗ＝ρ×π（ａ²−ｂ²）×ｇ、Ｅはヤング率でシリカガラスの場合約７．３×１０¹⁰、Ｉは断面二次モーメントで（π／４）×（ａ⁴−ｂ⁴）、Ｅ・Ｉは曲げこわさであり、ρは密度（シリカガラスの場合、約２．２×１０³ｋｇ／ｍ³）、ｇは重力加速度で、約９．８Ｎ／ｋｇである。
従って、撓みの大きさの最大値ｖ_maxは、把持部における曲げモーメントＭの２乗に比例して大きくなる。光ファイバの換算長を長くしようとして、パイプの径を大きく、長さを長くすると、曲げモーメントＭが大きくなる。

例えば、２ａ＝４２ｍｍ、２ｂ＝３８ｍｍのシリカガラスにおいて、ｖ_maxが１．５ｍｍ、１．２ｍｍ、及び１．０ｍｍのとき、Ｍの絶対値（｜Ｍ｜）はそれぞれ８Ｎ・ｍ、７Ｎ・ｍ及び６Ｎ・ｍとなる。
つまり、一端のみを把持した際の把持部の曲げモーメントの大きさが６Ｎ・ｍ以上のパイプを加熱する場合、加熱時の変位量の最大値が１．０ｍｍ以上となり得るため、加熱後のパイプが変形する可能性が大きくなりパイプを真円に保ったままでの加熱が困難である（特に、７Ｎ・ｍ、さらに８Ｎ・ｍ以上の時にはますます困難である）。
従って、何の備えもなくＭの大きなパイプを単純に加熱してしまうと加熱後のパイプは変形してしまい易くなる。
形状が均一でない場合、把持部の曲げモーメントＭは、
Ｍ＝−∫₀ ^L1ｗ_xｘｄｘ
で表される（ただし、Ｗ_x：把持していない端からの距離Ｘにおける荷重）。
例えば外径ａ₁、内径ｂ₁、長さＬ₁のパイプ１と外径ａ₂、内径ｂ₂、長さＬ₂のパイプ２をつなぎ、図１５（ｂ）のようにパイプ２で把持した場合、把持部の曲げモーメントＭは下式から計算が可能である。
｜Ｍ｜＝｜−∫₀ ^L1ｗ₁ｘｄｘ−∫_L ^L1+L2（ｗ₁Ｌ₁＋ｗ₂ｘ）・ｄｘ｜＝（１／ ２）
ｗ₁Ｌ₁ ²＋（ｗ₁＋ｗ₂）Ｌ₁Ｌ₂＋（１／２）Ｗ₂Ｌ₂ ²
（ただし、ｗ₁＝ρ×π×（ａ₁ ²−ｂ₁ ²）×ｇ、 ｗ₂＝ρ×π×（ａ₂ ²−ｂ₂ ²）×ｇ）

また、生産性を高めるために長いガラスパイプを使用する必要が生じる場合があるが、ガラスパイプが長いほど、加熱部に加わる荷重は大きくなる。加熱される領域のガラスパイプだけでなくガラスパイプを旋盤に保持する部分などの、ハンドリング部分によって設置されたガラスパイプ全体の長さが長くなるため、変位の最大値がさらに大きくなってしまう。

図６は塩素を０．２ｗｔ％含む、外径４２ｍｍ、内径３６ｍｍ（肉厚３ｍｍ）で長さが２０００ｍｍのガラスパイプ２（曲げモーメントの最大値１６Ｎ）を、図１３に示すように横型の旋盤１に保持し、その両端２００ｍｍを除く１６００ｍｍの部分を熱源３により最高温度２２００℃程度としながら熱源をパイプの長手軸に沿って移動して加熱した時の、ガラスパイプ２における加熱位置と、その位置での該ガラスパイプ２の変位量（Ｈ）との関係を例示したものである。図６の横軸はガラスパイプ２が加熱されている部分における、加熱を開始した位置（図１３における加熱範囲の左端）からの長手軸方向に向かっての距離を表している。

図６からわかるように、ガラスパイプ２の中央部（ガラスパイプの位置が８００ｍｍ）ではほとんど変位を生じないが、周辺部に行くにしたがって変位量は増加し、ガラスパイプ２の長さが１２００ｍｍより長いと、ガラスパイプ２の両端近傍では変位量が１．５ｍｍより大きくなってしまい、通常は変位量（Ｈ）が１．５ｍｍ以内となるようにしながら１．２ｍ以上のパイプを加熱することは困難である。
そのため、図７及び図８に例示するように、加熱時にガラスパイプ２を治具等で支持したり、ガラスパイプ２の一端又は両端にハンドリング用パイプ７を接続したりする等のガラスパイプを支持するためのガラスパイプ支持手段を設けることにより、ガラスパイプ２の撓みが抑制され、加熱領域が１２００ｍｍより長いガラスパイプを用いた場合にも加熱工程におけるガラスパイプの変位量を１５ｍｍ以内に制御することができる。

図７はガラスパイプ支持手段の一例を例示するもので、図７の（ａ）は熱源３の移動方向の前後のガラスパイプ２を治具４で支持し、ガラスパイプ２の加熱による撓みを抑制した例であり、（ｂ）はガラスパイプ２の熱源の近傍を、両方向に回転可能な治具４で支持した例であり、さらに（ｃ）はガラスパイプ２の回転方向に回転可能な２つの治具４によってガラスパイプ２を支持した例を示すものである。

また、図７の（ｄ）は両方向に回転する治具４でもってガラスパイプ２をＶ字状に支持することによってガラスパイプ２と治具４との摩擦によるガラスパイプ２の変位を防止した例を示し、（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ、バネ５により付勢された治具４により、ガラスパイプ２を外部の三方から支持する例、及び下方からガラスパイプ２を支持する例であり、（ｅ）及び（ｆ）の例はいずれもバネ５により各治具４をガラスパイプ２に、撓みによる応力よりも強く押圧するようにした例を示すものである。

さらにまた、図７の（ｇ）に例示するガラスパイプ支持手段は、画像処理やレーザ変位計（図示せず）でガラスパイプ２が熱源３により加熱されている近傍のずれの大きさ（変位量）を検知し、その変位量に応じて支持する治具４を鉛直方向に動かしたり、バネ５の付勢力を変化させたりして、動的にガラスパイプ２の撓み量を１．５ｍｍ以下、好ましくは０になるように、制御するものである。
なお、ガラスパイプ２を支持する治具４としては、高純度のシリカガラス、カーボン、ボロンナイトライドなどがあげられ、図７の（ｂ）〜（ｇ）に例示のようにガラスパイプ２の移動方向や回転方向に対して回転可能なローラが考えられる。

治具４には、上記図７の（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）に例示のように、バネ５を設けてパイプ外径の変動や曲がりを吸収するようなクッションとしても良い。ただし、治具４を用いる撓みの抑制方法は、ガラスパイプ２が加熱されている間に治具４がガラスパイプ２に接触するので、不純物の混入や、ガラス表面を傷つける等の恐れがある。また、接触時に治具４とガラスパイプ２に摩擦が発生すると、軟化している加熱部に好ましくない応力が加わり、ガラスパイプ２が湾曲してしまう恐れもある。
そこで、ガラスパイプ支持手段としては、図８に例示するように、治具は用いずにガラスパイプ２の少なくとも一方の端部にハンドリング用のパイプ７を接続して支持し、ハンドリングパイプ７の曲げこわさをガラスパイプ２よりも大きくする方法が推奨される。

曲げこわさは、前記のように縦弾性係数をＥ、断面二次モーメントをIとしたときに、Ｅ×Iで定義される値である。撓みの大きさは Ｅ×I に反比例するので、パイプ端部に曲げこわさの大きいハンドリングパイプを接続することで、加熱時のパイプの撓みを抑制することが可能となる。
円筒パイプの場合、a及びｂをそれぞれパイプの外径及び内径（半径）とすると、
断面二次モーメントＩ＝（π／４）×（ａ⁴-ｂ⁴）
で表されるので、この曲げこわさ（ＥｘＩ）が大きなもの、すなわち、（ａ⁴-ｂ⁴）が大きくなるようにａ（外径）を大きくし、ｂ（内径）を小さくするとよい。加えて、縦弾性係数Ｅ（ヤング率）が大きい材質のパイプをハンドリング用パイプ７として選択してもよい。

図９は塩素を０．２ｗｔ％含む、外径４２ｍｍ、内径３６ｍｍ（厚み３ｍｍ）のシリカガラスからなり、長さが１６００ｍｍの被加工ガラスパイプ２(曲げモーメントの最大値１０Ｎｍ)の両端に実質的にＣｌを含まない外径４５ｍｍφ×内径５ｍｍφで、長さが２００ｍｍのハンドリング用シリカガラスパイプ７を接続し、図８に示すように横型の旋盤１に保持して、その両端２００ｍｍ（ハンドリング用パイプ７の部分）を除く被加工ガラスパイプ２の部分を、軸方向に移動する熱源３により最高温度２２００℃に加熱した時の、ガラスパイプ２の位置と、その位置でのガラスパイプ２の変位量（Ｈ）との関係を例示したものである。なお、図９の加熱開始部からの距離（横軸）は図６の場合と同様に、ガラスパイプ２が加熱される領域の、加熱を開始した位置（図８におけるガラスパイプの加熱領域の左端）からの長手軸方向に向かっての距離を表している。

図６及び図９の比較からわかるように、加熱されるガラスパイプ２の大きさ、設置されたハンドリングパイプとの合計の長さ、加熱領域の長さ及び加熱温度が同じあっても、ガラスパイプ２の両端にハンドリング用パイプ７を接続したことによって１２００ｍｍより長いガラスパイプを用いても加熱時における変位量を全長にわたって１．５ｍｍ以下に抑制することができる。
また、被加熱ガラスパイプ２の肉厚が薄いほど、加熱時に撓みが発生した際のガラスパイプ２の変形（変位量）が大きくなる。

例えば、Ｃｌを０．２ｗｔ％含むシリカガラスからなる、４２mmφの外径を有し、それぞれの内径が異なる（それぞれ肉厚の異なる）ガラスパイプについて、熱源３で該パイプ外表面の最高温度を２０５０℃程度としながらバーナをガラスパイプに対して往復させて加熱する操作を２０回施し、その際のガラスパイプの変位量が平均的に２．０ｍｍであった箇所における、ガラスパイプ２の外周非円率を測定した結果を図１０に例示し、また、上記と同じガラスパイプ２に図８に例示のガラスパイプ支持手段を設けた（ガラスパイプ２の両端にハンドリング用パイプ７を接続した）以外は図１０に示した例の場合と同様の条件でガラスパイプ２を加熱してそのガラスパイプの変位量が平均的に１・０ｍｍであった箇所におけるガラスパイプ２のパイプ外周非円率を測定した結果について図１１に例示した。

図１０は、加熱時の変位量が２．０ｍｍ程度と大きくても、ガラスパイプの肉厚がおよそ７ｍｍ以上であればガラスパイプ２のパイプ外周非円率を０．５％より小さくすることができることを示している。一方図１１は、加熱時の変位量が１．０ｍｍ程度となるように抑えれば、ガラスパイプの肉厚が１ｍｍ以上７ｍｍ以下の範囲でもガラスパイプのパイプ外周非円率を小さくすることができることを示している。なお、肉厚が７ｍｍ以上のガラスパイプを使うと、ＭＣＶＤ法において堆積したガラスを透明にしにくいという不具合がある。
従って本発明のガラス母材の製造方法では、ガラスパイプ２の加熱による変位量（Ｈ）を１．５ｍｍ以下となるようにすることによって、肉厚がおよそ１〜７ｍｍのガラスパイプを用いても加熱後の外径非円率が０．５％以下の真円度を保つことができ、従来より肉厚の薄いガラスパイプを用いても特性の安定したガラス母材を製造することができる。なお、加熱後のガラスパイプの外周非円率が高い場合には、それを中実のロッドとした際のコア部の非円率も高くなる。
なお、肉厚が１ｍｍより薄いと、現時点での技術では、加熱後のガラスパイプの外径の変動が大きくなったり、ＯＨ基がパイプの内部まで浸透する等の問題が発生し、光ファイバ母材の製造には使用が困難である。

本発明の光ファイバ母材の製造方法における代表的な加熱工程としては、ＭＣＶＤ法によるガラスパイプ内表面へのガラス体の堆積工程である。これは酸水素火炎バーナ、熱プラズマバーナ、誘導炉、抵抗炉、ＣＯ₂レーザなどの熱源によるガラスパイプの外部からの加熱によって、ガラスパイプ内に導入したガラス原料ガスを酸化あるいは加水分解反応させてガラス体とし、該パイプ内壁面に堆積させる工程である。ＭＣＶＤ法はパイプ内にガラス体を層状に堆積させるため、数層〜数１００層も繰り返しパイプを加熱される。この繰り返しの加熱工程の結果、パイプの変形が拡大していってしまう。そのため、特に長時間の加熱が必要となる、換算長の長い光ファイバ母材を製造する際にはガラスパイプのより一層の撓みの防止手段を講じ、変位量を小さくすることが好ましい。

図３はＣｌを０．２％含む、シリカガラスからなる外径４２mmφ×内径３８mmφ（肉厚２ｍｍ）、長さ１７００ｍｍのガラスパイプ２（曲げモーメントの最大値８Ｎｍ）を用い、ＭＣＶＤ工程で実施する際の、熱源３による加熱時におけるパイプ２の最大変位量が１．５ｍｍであるパイプ２の換算長とパイプの非円率の平均値との関係を示すグラフである。

図３からわかるように、ファイバ換算長が３００ｋｍを超えるような母材においてはガラスパイプの変形が大きく、外周非円率が０．５％よりも大となる。
一方、図４及び図５は、図２の例と同様に熱源３による加熱によりガラスパイプ２に生じた変位量（Ｈ）の最大値がそれぞれ１．２ｍｍ及び０.８ｍｍである条件でＭＣＶＤ法によるシングルモード光ファイバを製造した際のガラスパイプ２の１ｍ当たりのファイバ換算長と、ＭＣＶＤ法によるガラス体の内付けを実施した後のガラスパイプ２の外周の非円率Ｌの平均値との関係を示すグラフである。
ＭＣＶＤ法による内付けを実施した後のガラスパイプの外周非円率は、図４からわかるように、加熱により生じたガラスパイプの変位量が１．２ｍｍである場合、換算長が８００ｋｍより大きい母材においては、その非円率が０．５％以上となってガラスパイプの変形が増す。ところが図５からわかるように、ガラスパイプの変位量が０．８ｍｍである場合、換算長が１５００ｋｍの母材においてもガラスパイプ外径の非円率の増加はほとんど見られず良好な結果が得られた。なお、図示していないが加熱によるガラスパイプの変位量（Ｈ）が１．５ｍｍより大である場合には、図４、５に示した例の場合と同様の測定を行うと換算長が３００ｋｍより小さい母材であっても、ガラスパイプ外径の非円率は０．５％を超えることが確認された。

これらの結果から、換算長が３００ｋｍ以上のガラス母材を製造するためには、ガラスパイプを加熱した際の該ガラスパイプの変位量（Ｈ）がほぼ１．５ｍｍ以下となるように制御することが必要であり、より好ましくはほぼ１．２ｍｍ以下、特に好ましくは０．８ｍｍ以下とするのが最も好ましい。

〔実施例１〕
Ｃｌを０．２％含み、外径４２mmφ×内径３６mmφ（肉厚３ｍｍ）で長さが１４００ｍｍのシリカガラスからなるガラスパイプ２（曲げモーメントの最大値８Ｎｍ）の両端にそれぞれ１５０ｍｍのハンドリング用パイプ７を溶接し、図８に例示の装置を用い、旋盤１にガラスパイプ２のハンドリング用パイプ７を固定して、図示していない導入口より原料ガスをガラスパイプ２の内部に導入しながら熱源３によりガラスパイプ２の外表面を加熱してガラスパイプ２の内表面に光学クラッドの一部となるシリカガラスを堆積させ、続いてその表面にコアとなるＧｅＯ₂含有ＳｉＯ₂ガラスを堆積速度１．５ｇ／分で堆積する。この時のガラスパイプ２のずれが最も大きい部分における変位量は１．２ｍｍであり、外周部の非円率は０．４％である。
引き続き、該ガラスパイプ２を加熱し中実化して実施例１のプリフォームとする。このとき得られた実施例１のプリフォームの換算長は、用いた基板パイプ２の長さ１Ｍ当たりで６００ｋｍであり、コア部における非円率は最大０．５％である。
さらに、中実化した実施例１のプリフォームの外部に更にクラッド部を合成し、コア部の外径とプリフォームの最外径の比を１／１３として線引して、実施例１の標準的なシングルモード光ファイバを得る。得られた光ファイバのＰＭＤ値は０．０５ｐｓ／√ｋｍである。

〔比較例１〕
基板パイプ２の両端にハンドリング用パイプ７を溶接せず、パイプの長さは１７００ｍｍ、加熱はそのうち１４００ｍｍとした（両端は加熱しない）以外は実施例１と同様にして基板パイプ２の内表面に光学クラッドの一部となるシリカガラスを、続いてコアとなるＧｅＯ₂含有ＳｉＯ₂ガラスを堆積する。この時のガラスパイプ２の撓みは該基板パイプ両端部近傍が最も大きくて中央部ほど小さいく、変位量が平均的に１．７ｍｍである部分のパイプ外周の非円率は４．１％である。
引き続き、該ガラスパイプ２における変位量が平均的に１．７ｍｍである部分を加熱し中実化して比較例１のプリフォームとする。得られた比較例１のプリフォームのコア部の非円率は最大５．２％である。
さらに、中実化したこの比較例１のプリフォームの外部に更にクラッド部を合成し、コア部の外径とプリフォームの最外径の比を１／１３として線引して、比較例１の標準的なシングルモード光ファイバを得る。得られた光ファイバのＰＭＤ値は１．２ｐｓ／√ｋｍである。

〔実施例２〕
塩素を０．２ｗｔ％含み、外径４２ｍｍ、内径３６ｍｍ（厚み３ｍｍ）のシリカガラスからなる、長さが１５００ｍｍのガラスパイプ２（曲げモーメントの最大値９Ｎ）を被加熱パイプとして用い、該パイプ内表面に光学クラッドの一部となるシリカガラスを、続いてコアとなる出発ガラスパイプの屈折率を基準とした比屈折率Δが０．３５％のＧｅＯ₂添加ＳｉＯ₂ガラスをＭＣＶＤ法によって堆積する。引き続き、該ガラスパイプ２を加熱し中実化してプリフォームとする。このとき得られたプリフォームの換算長は、用いた出発パイプの長さ１ｍ当たりで２０００ｋｍである。さらに、中実化したプリフォームの外部に更にクラッド部を合成し、コア部の外径とプリフォームの最外径の比を１／１３として線引して、標準的なシングルモード光ファイバを得る。

図１２に、このときガラスパイプ２の撓み量を０．０〜２ｍｍの間で変化させてＭＣＶＤ法によるＳｉＯ₂ガラスを堆積させ、ＳｉＯ₂ガラス堆積後のガラスパイプ外径の非円率と、中実化後のコア部の非円率（図１２の■の点）並びにファイバ化した後の１．５５μm帯におけるＰＭＤ（図１２の●の点）との関係を調べた結果を例示する。
図１２において横軸はガラスパイプ２にＭＣＶＤ法によりＧｅＯ₂添加ＳｉＯ₂ガラスを堆積させた後の該ガラスパイプの外周非円率を表し、左縦軸はＧｅＯ₂添加ＳｉＯ₂ガラスを堆積させたガラスパイプ２を中実化した後のコア部非円率であり、右縦軸はファイバ化した後のＰＭＤ値を表している。

図１２からわかるように、ＭＣＶＤ法によりガラス体をその内表面に堆積させた後のガラスパイプ外径の非円率が０．５％より大であれば、中実化後のコア部の非円率も高くなり、これをファイバ化した後のＰＭＤ値も増大する。これは、用いたガラスパイプの内部に別のガラスロッドを挿入した後、加熱一体化するような方法でも同様である。加熱工程後のガラスパイプ２の非円率が０．５％以下となるように制御しながら製造された光ファイバ母材を用いることにより、ＰＭＤ値が０．１（ｐｓ／√ｋｍ）以下の伝送損失の少ない光ファイバが得られる。

加熱によるガラスパイプの変位とその断面の非円率との関係の一例を例示するグラフである。 加熱によるガラスパイプの変位とその断面の非円率との関係の他の一例を例示するグラフである。 ガラス体の堆積工程により撓みが生じたガラスパイプ部分から製造された光ファイバ換算長とガラス体を堆積させた後のガラスパイプの外径非円率との関係の一例を例示するグラフである。 ガラス体の堆積工程により撓みが生じたガラスパイプ部分から製造された光ファイバ換算長とガラス体を堆積させた後のガラスパイプの外径非円率との関係の他の一例を例示するグラフである。 ガラス体の堆積工程により撓みが生じたガラスパイプ部分から製造された光ファイバ換算長とガラス体を堆積させた後のガラスパイプの外径非円率との関係のさらに別の一例を例示するグラフである。 ガラスパイプの加熱位置とその位置での変位との関係の一例を例示するグラフである。 本発明におけるガラスパイプ支持手段の実施例を模式的に示す説明図である。 本発明におけるガラスパイプ支持手段の他の実施例を模式的に示す説明図である。 ガラスパイプの加熱位置とその位置での変位との関係の他の一例を例示するグラフである。 ガラスパイプの肉厚と加熱後のガラスパイプの外径非円率の一例を例示するグラフである。 ガラスパイプの肉厚と加熱後のガラスパイプの外径非円率の他の一例を例示するグラフである。 ＭＣＶＤ法によりガラス体を堆積させた後における、ガラスパイプの外径非円率と中実化後のコア部の外径非円率並びにファイバ化後のＰＭＤ値との関係を例示するグラフである。 ガラスパイプを加熱する工程を模式的に示す図面ある。 ガラスパイプを加熱したときの変位について説明する図面である。 ガラスパイプの撓みについて説明する図面である。

符号の説明

１………旋盤、 ２………ガラスパイプ、 ３………熱源、
４………治具、 ５………バネ、 ６………チャック、
７………ハンドリング用パイプ

Claims (8)

1. 一端部を把持した際の他端部における曲げモーメントが６Ｎ・ｍ以上のガラスパイプをその長手軸が実質的に水平方向となるように配置して、該ガラスパイプを熱源により加熱する工程を含む光ファイバ母材の製造方法であって、前記加熱する工程において前記ガラスパイプが加熱を受けた部分の撓みによる変位量が、該加熱を受ける前に対して１．５ｍｍよりも大きい箇所を含まないようにすることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
2. 前記加熱する工程を経た後における該ガラスパイプの外周の非円率が０．５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
3. 前記加熱する工程が、該ガラスパイプの内部に少なくともガラス原料ガスを導入しながら該ガラスパイプ内表面にガラス体を堆積する工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
4. 前記加熱する工程において、前記ガラスパイプを支持するガラスパイプ支持手段を設けることを特徴とする請求項１〜３のいづれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
5. 前記ガラスパイプ１ｍあたり、光ファイバへの換算長が３００ｋｍより大であることを特徴とする請求項３または４に記載の光ファイバ母材の製造方法。
6. 前記加熱する工程において、前記ガラスパイプが前記熱源により加熱される領域の長さが１．２ｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいづれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
7. 前記加熱する工程において、前記ガラスパイプが前記熱源により加熱される領域における該ガラスパイプの肉厚が１〜７ｍｍである領域を含むことを特徴とする請求項1〜６記載のいづれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
8. 請求項１〜７に記載の製造方法によって得られることを特徴とする光ファイバ母材。
   
   

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