JP2006193370A

JP2006193370A - 光ファイバ母材及びその製造方法

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Publication number: JP2006193370A
Application number: JP2005006421A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Abe; 淳阿部; Nobuyasu Mantoku; 伸康萬徳; Fumio Saito; 文男斉藤
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-27
Also published as: WO2006075448A1; CN101142146B; EP1847514A4; TW200628416A; CN101142146A; US20080176091A1; EP1847514A1; KR20070094656A

Abstract

【課題】軸ずれによるスパイラル状泡の発生を抑制してなるファイバ母材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ターゲット５の端部にダミーロッド３を接続し、その外周部にガラス微粒子を堆積させて多孔質母材を形成するに際し、ターゲット５からダミーロッド３に向けて次第に径が細くなるテーパー部１０を設け、該テーパー部１０を覆うようにターゲット５上にスートを堆積させることを特徴とし、前記テーパー部１０の傾斜角度は２〜５０°とし、テーパー部１０の長さが３〜５０ｍｍとなるように堆積するのが好ましい。また、フッ素ドープを行う場合は、前記スートの嵩密度を０.５ｇ/ｃｍ³以下とすることもできる。
【選択図】図４

Description

本発明は、石英ガラスロッド上にガラス微粒子を堆積させて多孔質母材を形成し、透明ガラス化してなる光ファイバ母材及びその製造方法に関する。

従来、光ファイバ母材の製造には、様々な方法が提案されている。それらの方法の中でも、回転する出発部材上にこれに沿ってバーナもしくは出発部材を相対往復運動させ、バーナ火炎中で生成したガラス微粒子を出発部材上に付着堆積させて、多孔質母材を製造し、これを電気炉内で脱水、焼結して透明ガラス化する外付け法（ＯＶＤ法）は、大口径の光ファイバ母材を量産できることから汎用されている。なお、スートを堆積させる出発部材には、コアとなる石英ガラスロッド（以下、ターゲットと称する）の両端にダミーロッド（支持部材）を接続したものが使用されている。

合成されたスート１は、例えば、図１に示すような装置を用いて、把持機構部２にダミーロッド３を介して吊り下げられ、ヒーター４の加熱ゾーンを回転させながら通すことにより、焼結・透明ガラス化が行われる。なお、符号５はターゲットである。
スートは、嵩密度が小さいため、焼結・透明ガラス化時において、その径方向及び軸方向に大きく収縮する。スートの両端部は円錐形状をなし、その合成中及びその後の焼結時に収縮する。

従来、様々な方法で製造された光ファイバ母材は、各種ドープ剤を添加することで屈折率分布の調整が行われている。例えば、ドープ剤としてゲルマニウムやフッ素が挙げられる。フッ素ドープファイバの製造に用いられる光ファイバ母材は、フッ素含有ガス雰囲気中で焼結・透明ガラス化が行われ、クラッド層にフッ素がドープされている。フッ素ドープは、クラッド層中に均一に行う必要があるが、スートの嵩密度が高いと均一に行うことが困難となる。

フッ素ドープを均一に行うには、嵩密度を０.５ｇ/ｃｍ³以下とするのが好ましい。しかし嵩密度が小さいと、スートの焼結・透明ガラス化時に、収縮率が大きいことによって円錐形状部に亀裂が入りやすくなる。さらに、嵩密度が小さいと、スートが収縮する際にターゲットとの界面においてずれ、すなわち、軸ずれを生じやすく、スートとターゲットとの界面に軸方向に沿ってスパイラル状かつ筋状に連なった泡（以下、単にスパイラル状泡と称する）が発生しやすくなる。

そこで特許文献１は、図２に示すように、（ａ）ダミーロッド３に凸部６を設ける、（ｂ) ダミーロッド３に凹部７を設ける、（ｃ）ダミーロッド３の径をターゲット径よりも小さい細径８とする、あるいは（ｄ）ターゲット５の両端部を徐々に縮径させて縮径部９を設けることにより、収縮時の摩擦抵抗を大きくすることで軸方向の収縮を抑制している。

特開平６-４８７５７号公報

しかしながら、上記（ａ），（ｂ)のダミーロッド３への凹凸加工は、加工費用が新たに加算されコスト高となる。（ｃ)のダミーロッド３とターゲット５とに径差を設ける方法は、径差が小さいと軸方向の収縮を抑制する効果が小さく、かつターゲット５との界面に生じるスパイラル状泡の発生を抑制する効果も小さい。他方、径差が大きいと、堆積時にスート密度が低い場合には不良品が多発するが、スパイラル状泡の発生を抑制するのには効果がある。また、（ｄ)のターゲット５の両端部を徐々に縮径させてテーパー状に加工する方法は、ターゲット５の有効長が短くなるためコスト的に問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされた発明であり、界面での軸ずれによるスパイラル状泡の発生を抑制してなるファイバ母材及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明の光ファイバ母材の製造方法は、ターゲットとなる石英ガラスロッドの端部にダミーロッドを接続し、その外周部にガラス微粒子を堆積させて多孔質母材を形成するに際し、透明ガラス化時にチャックする側のダミーロッド径がターゲット径よりも細く、かつ、該ダミーロッドと該ターゲットロッドの接続部がテーパー形状をなし、該テーパー部を覆うように石英ガラスロッド上にスートを堆積させることを特徴としている。

なお、前記テーパー部の傾斜角度は２〜５０°とし、テーパー部の長さが３〜５０ｍｍとなるように堆積するのが好ましい。また、前記スートの嵩密度を０.５ｇ/ｃｍ³以下とすることもでき、該母材にフッ素をドープすることでフッ素ドープ光ファイバ母材とすることもできる。

本発明によれば、上記構成としたことにより、ターゲットとの界面におけるスパイラル状泡の発生を抑制することができ、製造コストの低減に大きく寄与することができることに加えて、光学特性に優れた光ファイバ母材が得られる、等の優れた効果を奏する。

本発明は、ターゲットに接続するダミーロッドの端部の形状を規定することにより、ターゲットとの界面におけるスパイラル状泡の発生を抑制するものであり、具体的には、透明ガラス化時にチャックする側のダミーロッド径をターゲット径よりも細くし、かつ、該ダミーロッドと該ターゲットロッドとの接続部をテーパー形状とし、該テーパー部を覆うようにターゲット上にガラス微粒子を堆積させ、スートを形成するものである。なお、テーパー部は、ターゲットまたはダミーロッドの何れの側を加工して形成してもよい。

本発明においては、接続部のテーパー部の形状が重要であるため、様々なテーパー形状について、軸ずれとの関係を調査した。具体的には、直径４０,３０,２０ｍｍの各ターゲットと、直径１６ｍｍのダミーロッドを用意し、ターゲットの一端にテーパー加工を施し、テーパー長を１〜１００ｍｍの範囲で、傾斜角度（テーパー角）を１〜８５°の範囲でいろいろ変化させた。

加工したターゲットをそのテーパー部側でダミーロッドと溶着し、テーパー部を覆うようにターゲット上にスートを堆積させた。得られたスートを透明ガラス化した後、界面での軸ずれをスパイラル状泡の有無で調べた。その結果、図３に示した破線で囲われた領域内では、軸ずれは認められなかった。なお、得られたスートの嵩密度は、０.２１〜０.２５ｇ/ｃｍ³の範囲で、ロット間でばらついていたが、これは、ターゲット径の相違によるものである。
以上の結果から、ターゲット５のテーパー部１０のテーパー角θが５０°を超えるとスートに亀裂が入りやすく、２°未満ではその効果が得られないため、テーパー角θは２〜５０°に設定した（図４参照）。

また、スートの堆積は、テーパー部分を覆うように行わないと軸ずれ防止の効果が小さくなるので、テーパー部全体を覆うようにスートを堆積する必要がある。
なお、テーパー部１０の長さｃが５０ｍｍを超えると加工に手間がかかり、かつ所望の効果が得られなくなるとともに不要な部分が長くなる。さらに、ターゲット側を加工して形成した場合には、ターゲットの製品となる有効部が相対的に短くなり、コスト高になる。このため、テーパー部１０の長さｃは３〜５０ｍｍとした。

焼結時、スートはその軸方向と径方向において同時に収縮を起こすが、ターゲットにスートが堆積されたときに、どの程度スートが焼き締められているか否かで、次の透明ガラス化工程において、スート収縮が径方向と軸方向（長手方向）の何れが支配的になるかが決まる。長手方向の収縮が支配的になると、スートはターゲットから乖離して軸ずれを起こし、スートとターゲットとの界面にスパイラル状泡が発生する。

また、焼結時にフッ素雰囲気下で透明ガラス化を行い、ガラス中に均一にフッ素をドープしようとすると、スート密度は低密度の方がよい。しかし、低密度スートは、ターゲットへのスート焼き締めが弱いため、焼結時、長手方向への収縮が支配的となり、軸ずれが起こりやすくなる。

本発明は、スートの嵩密度を０.５ｇ/ｃｍ³以下とすることにより、均一なフッ素ドープを可能とし、かつターゲットに接続するダミーロッドに、テーパー角２〜５０度で長さ３〜５０ｍｍのテーパー部を設け、このテーパー部を覆うようにターゲット上にスートを堆積させることにより、長手方向への収縮を抑制して軸ずれを防止し、スパイラル状泡の発生を抑制するものである。
以下、本発明の態様について、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に説明する。

直径２０ｍｍのターゲットと直径１６ｍｍのダミーロッドを用意し、ターゲットには、その一端を加工して数種類の形状仕様の異なるテーパー部を形成した。さらに、ターゲットをそのテーパー部側でダミーロッドと溶着し、実施例１〜５及び比較例１，２の光ファイバ母材の製造に供した。
各実施例、比較例において、ターゲット上へのスートの堆積条件は同一とし、テーパー部を覆うように堆積した。次いで、フッ素混合ガス雰囲気中で透明ガラス化した。
テーパー形状の評価は、界面状態、すなわち、透明ガラス化時における軸ずれの状態（スパイラル状泡の有無等）で行い、その結果を表１に示した。

実施例１〜５の界面状態は良好であり、軸ずれによるスパイラル状泡は認められなかった。他方、比較例１の場合は、スート堆積時にクラックが多発し、スート割れトラブルが何度か発生したが、上手くスートが堆積できたものは焼結時に軸ずれもなく、界面状態は良好であった。また、比較例２の場合、テーパーの傾斜角が小さく、軸ずれを生じたケースもあった。

スート割れトラブルやスパイラル状泡の発生による不良率が減少し、光ファイバ母材の製造コストの低減に寄与する。

スートを透明ガラス化する装置の概略を示す概略説明図である。（ａ）〜（ｄ）は、従来技術によるダミーロッドの形状を説明する概略図である。テーパー形状の好ましい範囲を示す図である。本発明によるテーパー部分の形状を説明する概略図である。

符号の説明

１……スート、
２……把持機構部、
３……ダミーロッド、
４……ヒーター、
５……ターゲット、
６……凸部、
７……凹部、
８……細径、
９……縮径部、
１０……テーパー部。

Claims

ターゲットとなる石英ガラスロッドの端部にダミーロッドを接続し、その外周部にガラス微粒子を堆積させて多孔質母材を形成するに際し、透明ガラス化時にチャックする側のダミーロッド径がターゲット径よりも細く、かつ、該ダミーロッドと該ターゲットロッドの接続部がテーパー形状をなし、該テーパー部を覆うように石英ガラスロッド上にスートを堆積させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
前記テーパー部の傾斜角度が、２〜５０°である請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
前記テーパー部の長さが、３〜５０ｍｍである請求項１又は２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
前記スートの嵩密度が、０.５ｇ/ｃｍ³以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
前記光ファイバ母材が、フッ素ドープ光ファイバ母材である請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
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してなることを特徴とする光ファイバ母材。
前記光ファイバ母材が、フッ素ドープ光ファイバ母材である請求項６に記載の光ファイバ母材。