JP2006199527A - 多孔質ガラス母材の製造方法及び堆積用バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】 バーナカバーが熱で損傷することなく、安定した火炎流が得られ、屈折率分布の不整が小さく長手方向に特性の安定した光ファイバ母材が得られる多孔質ガラス母材の製造方法及び堆積用バーナを提供する。
【解決手段】 ガラス原料を酸水素火炎中で加水分解してガラス微粒子を生成し、生成したガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材を製造する方法において、堆積用バーナに二重のバーナカバーを設置することを特徴としている。堆積用バーナは、二重のバーナカバーを有しており、バーナの外径をD₀、内側のバーナカバーの内径をD₁、バーナ先端と内側カバー先端との軸方向距離をL₁、外側のバーナカバーの内径をD₂、及び内側カバー先端と外側カバー先端との軸方向距離をL₂とするとき、（１）（D₁／D₀）≦１.３、（２）１.２≦（L₁／D₀）≦２.５、（３）１.６≦（D₂／D₀）≦３.２、（４）１.２≦（L₂／L₁）、の各式を満たすように設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多孔質ガラス母材の製造方法に係り、特には、ガラス微粒子堆積用バーナのカバーを熱で損傷させることなく、噴射する火炎流を安定化させ、コアの非円度が小さく、長手方向に特性の安定した多孔質ガラス母材の製造方法及び堆積用バーナに関する。

光ファイバ用多孔質ガラス母材の製造方法として、バーナから噴射される酸水素火炎中でガラス原料を火炎加水分解し、生成したガラス微粒子を堆積する方法が知られている。
一般に、バーナには同心多重管バーナが用いられ、ガラス原料ガス、燃焼ガス及び助燃ガスが供給され、生成した火炎流が周囲の気流で乱されたり、火炎流の方向が変化しないように、バーナの外周にバーナカバーが設けられている（特許文献１参照）。

図１にVAD法による製造装置の一例を示した。石英製チャンバ１内に、上方から堆積ターゲットである石英基材２が吊り下げられ、下方から斜め上方に向けてバーナカバー３を有するコア堆積用バーナ４が配設されている。コア堆積用バーナ４には、コア原料の四塩化珪素（SiCl₄）、屈折率を調整するドーパントとしての四塩化ゲルマニウム（GeCl₄）等の原料ライン、さらに、酸水素火炎用水素ガス、酸素ガス等のガスラインが接続され、火炎加水分解で生成したガラス微粒子は、石英基材上に堆積され、スート堆積体５が形成される。排気ガスは、排気口６から系外に排出される。

しかし、バーナ４に設けられたバーナカバー３は、火炎流を安定化させるために、バーナ先端からバーナカバー先端までの距離を大きくとる必要がある。この距離を大きくとると、バーナ火炎によりバーナカバーが熱で損傷したり、バーナカバー先端に火炎加水分解で生成したガラス微粒子（シリカ）が付着成長し、その後剥離したシリカ粒がスート堆積体に再付着して、焼結・透明ガラス化時に生じる気泡発生の原因となるなどの問題があった。

また、特許文献２には、バーナ火炎によるバーナカバーの熱損傷を防ぐために必要な、バーナ先端からバーナカバー先端までの距離が示されている。しかし、さらに高品質の光ファイバ用プリフォームを製造するためには、屈折率分布の不整をよりいっそう低減する必要があり、その原因となる火炎のバタツキをさらに低減する必要があった。

特開昭57-7834号公報 特開2000-72448号公報

上記したように、火炎流を安定化させようと、バーナ先端とバーナカバー先端の距離を大きくすると、カバーの熱損傷の問題が発生する。他方、バーナ先端とバーナカバー先端の距離を小さくすると、火炎流を安定化させる効果が得られない。
そこで本発明は、バーナカバーが熱で損傷することなく、安定した火炎流が得られ、屈折率分布の不整が小さく長手方向に特性の安定した光ファイバ母材が得られる多孔質ガラス母材の製造方法及び堆積用バーナを提供することを目的としている。

本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、ガラス原料を酸水素火炎中で加水分解してガラス微粒子を生成し、生成したガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材を製造する方法において、堆積用バーナに二重のバーナカバーを設置することを特徴としている。

本発明の堆積用バーナは、ガラス原料を酸水素火炎中で加水分解し、生成したガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材を製造する堆積用バーナであって、二重のバーナカバーを有することを特徴としており、二重のバーナカバーは堆積用バーナの外径をD₀、内側のバーナカバーの内径をD₁、バーナ先端と内側カバー先端との軸方向距離をL₁、外側のバーナカバーの内径をD₂、及び内側カバー先端と外側カバー先端との軸方向距離をL₂とするとき、
（１）（D₁／D₀）≦１.３、
（２）１.２≦（L₁／D₀）≦２.５、
（３）１.６≦（D₂／D₀）≦３.２、
（４）１.２≦（L₂／L₁）、
の各式を満たすように設けられている。

本発明の堆積用バーナは、外側カバーが円筒形でその先端が斜めにカットされた形状とするのが好ましい。外側カバーと内側カバーとの間には、不活性ガス、空気又は酸素のいずれかのガスを流すことにより、さらに、バーナカバーの熱損傷の防止に効果がある。

本発明によれば、バーナカバーの熱損傷を防止することができ、かつ安定した火炎流が得られ、製造された多孔質ガラス母材を焼結・透明ガラス化することで、コアの非円度が小さく、屈折率分布の不整の小さな、長手方向に特性の安定した光ファイバ母材が得られる。

従来、火炎を絞り、チャンバー内の気流の乱れの影響を防ぎながら、カバーの熱損傷を防ぎ、カバーに付着したシリカの成長を防止するためには、一重のバーナカバーでは困難であり、最も問題の小さくなる条件でバランスさせるしかなかった。
そこで本発明は、火炎を絞ることを目的とするカバーと、気流の乱れの影響を抑えることを目的とするカバーとにその役割を分担させることに着目し、バーナカバーを内側カバーと外側カバーからなる二重構造とすることにより問題を解決したものである。

本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、火炎を絞り、火炎流を安定化させる効果を維持しながら、バーナ先端とカバー先端の距離をカバーが熱損傷を受けない程度とする内側カバーと、内径を大きくして熱損傷を防ぎながら、バーナ先端とカバー先端の距離を大きくとることによりチャンバー内の気流の乱れの影響を小さくし、火炎流を安定化させる外側カバーとの二重構造とすることで、カバーの熱損傷等の問題が発生することなく、火炎流を安定させることができる。
得られた多孔質ガラス母材を脱水、焼結し、透明ガラス化することで、コアの非円度が小さく、屈折率分布の不整の小さな光ファイバ母材が得られる。

本発明の堆積用バーナは、二重のバーナカバーを有し、バーナの外径をD₀、内側カバーの内径をD₁、バーナ先端と内側カバー先端との軸方向距離をL₁、外側カバーの内径をD₂、及び内側カバー先端と外側カバー先端との軸方向距離をL₂とするとき、
（１）（D₁／D₀）≦１.３、
（２）１.２≦（L₁／D₀）≦２.５、
（３）１.６≦（D₂／D₀）≦３.２、
（４）１.２≦（L₂／L₁）、の各式を満たすように設けられている。

なお、上記（１）式は、バーナ外径D₀に対する内側カバーの内径D₁の比を１.３以下とすることにより、火炎を絞り、火炎流を安定化させることができる。
上記（２）式は、バーナ外径D₀に対するバーナ先端と内側カバー先端との軸方向距離L₁の比を１.２〜２.５とするものであり、この範囲内に収めることにより、内側カバーの熱損傷を防止することができる。
上記（３）式は、バーナ外径D₀に対する外側カバーの内径D₂の比を１.６〜３.２とするものであり、この範囲内に収めることにより、外側カバーの熱損傷を防止することができる。
上記（４）式は、バーナ先端と内側カバー先端との軸方向距離L₁に対する内側カバー先端と外側カバー先端との軸方向距離L₂の比を１.２以上とすることにより、チャンバー内の気流の乱れの影響を小さくし、火炎流を安定化させることができる。

図２は、本発明の堆積用バーナを備えた多孔質ガラス母材の製造装置の一例を示す概略断面図である。石英製チャンバ１内には、下方から斜め上方に向けて内側カバー３ａと外側カバー３ｂを有するコア堆積用バーナ４が配設されている。
コア堆積用バーナ４には、コア原料の四塩化珪素（SiCl₄）や、屈折率を制御するドーパントとしての四塩化ゲルマニウム（GeCl₄）等の原料ライン、及び酸水素火炎用Ｈ₂ガス、Ｏ₂ガス等のガスラインが接続されている。ターゲット部に向けてバーナ４から原料と燃料ガスを噴きつけて、火炎加水分解で生成したガラス微粒子を軸方向に堆積させていくとともに、石英基材２を回転させながら引き上げ、屈折率の高いコアと屈折率の低いクラッドからなるスート堆積体５を形成し、これを電気炉内で脱水し、焼結・透明ガラス化して、光ファイバ母材が得られる。

図３，４に本発明の堆積用バーナの例を概略略断面図で示した。図３は、円筒形状を有する外側カバーを示す例であり、図４は、外側カバーの端部が円筒を斜めに切断した形状を有する例を示している。
二重に設けられた外側カバーと内側カバーとの間に、不活性ガス又は空気や酸素などのガスを流すことにより、さらにバーナカバーの熱損傷を防止することができる。
以下、実施例、比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されず様々な態様が可能である。

（実施例１〜７、比較例）
図２に示す装置を用いて多孔質ガラス母材の製造を行った。使用した堆積用バーナの外径D₀は20mmであり、内側カバーの寸法を変えることでバーナ条件を変え、24時間の堆積を行った（実施例１〜７）。その結果を表１に示した。なお、比較例は、従来の外側カバーの無い一重カバーのバーナを使用した例である。

表１から、外側カバーを使用することで、火炎安定性が向上していることが認められる。なお、内側カバーの内径が大きすぎたり（実施例３）、バーナ先端と内側カバー先端との軸方向距離L₁が短いと火炎安定性は悪くなり（実施例４）、L₁を長くすると、カバーに熱損傷が認められる（実施例７）。

（実施例８〜１６、比較例）
次に、堆積用バーナの外径D₀は20mmとし、外側カバーの寸法条件を変更した以外は、上記実施例１〜７と同じ条件で多孔質ガラス母材の製造を行った。その結果を表２に示した。なお、比較例は、外側カバーの無い従来の一重カバーのバーナを使用した例である。

表２から、外側カバーの内径が小さいとカバーに損傷が認められ（実施例９）、外側カバーの内径が大きすぎたり（実施例12）、内側カバー先端と外側カバー先端との軸方向距離L₂が短いと火炎安定性は悪くなっている（実施例13）。なお、実施例14は、スート堆積体先端位置を覆う程度まで、内側カバー先端と外側カバー先端との軸方向距離をL₂を大きくしたが、問題は発生しなかった。

本発明によれば、長手方向に特性の安定した光ファイバ母材が得られる。

従来の光ファイバ母材の製造装置の一例を示す概略断面図である。 本発明で使用した製造装置の一例を示す概略断面図である。 円筒形状を有する外側カバーを示す概略断面図である。 端部が円筒を斜めに切断した形状を有する外側カバーを示す概略断面図である。

符号の説明

１…石英製チャンバ、
２…石英基材、
３…バーナカバー、
３ａ…内側カバー、
３ｂ…外側カバー、
４…コア堆積用バーナ、
５…スート堆積体、
６…排気口。

Claims (12)

1. ガラス原料を酸水素火炎中で加水分解してガラス微粒子を生成し、生成したガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材を製造する方法において、堆積用バーナに二重のバーナカバーを設置することを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
2. 前記二重のバーナカバーが堆積用バーナの外径をD₀、内側のバーナカバーの内径をD₁、バーナ先端と内側カバー先端との軸方向距離をL₁、外側のバーナカバーの内径をD₂、さらに内側カバー先端と外側カバー先端との軸方向距離をL₂とするとき、
   （１）（D₁／D₀）≦１.３、
   （２）１.２≦（L₁／D₀）≦２.５、
   （３）１.６≦（D₂／D₀）≦３.２、
   （４）１. ２≦（L₂／L₁）、
   の各式を満たすように設けられている請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
3. 外側カバーが円筒形を有する請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
4. 外側カバーが円筒を斜めにカットした形状を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
5. 外側カバーと内側カバーとの間にガスを流す請求項１乃至４のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
6. 外側カバーと内側カバーとの間に流すガスが、不活性ガス、空気又は酸素のいずれかである請求項１乃至５のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
7. ガラス原料を酸水素火炎中で加水分解し、生成したガラス微粒子を堆積して多孔質ガラス母材を製造する堆積用バーナであって、二重のバーナカバーを有することを特徴とする堆積用バーナ。
8. 前記二重のバーナカバーが堆積用バーナの外径をD₀、内側のバーナカバーの内径をD₁、バーナ先端と内側カバー先端との軸方向距離をL₁、外側のバーナカバーの内径をD₂、及び内側カバー先端と外側カバー先端との軸方向距離をL₂とするとき、
   （１）（D₁／D₀）≦１.３、
   （２）１.２≦（L₁／D₀）≦２.５、
   （３）１.６≦（D₂／D₀）≦３.２、
   （４）１.２≦（L₂／L₁）、
   の各式を満たすように設けられてなる請求項７に記載の堆積用バーナ。
9. 外側カバーが円筒形を有する請求項７又は８に記載の堆積用バーナ。
10. 外側カバーが円筒を斜めにカットした形状を有する請求項７乃至９のいずれかに記載の堆積用バーナ。
11. 外側カバーと内側カバーとの間にガスを流す請求項７乃至１０のいずれかに記載の堆積用バーナ。
12. 外側カバーと内側カバーとの間に流すガスが、不活性ガス、空気又は酸素のいずれかである請求項７乃至１１のいずれかに記載の堆積用バーナ。

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