JP2006264995A - 光ファイバ用母材製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバ用多孔質母材にガラス微粒子が再付着することを防ぎ、透明ガラス化された光ファイバ用母材の気泡の発生を防ぐ。
【解決手段】 反応容器１１内のコアバーナ１２と複数本のクラッドバーナ１３，１４により生成されたガラス微粒子を出発材に堆積させながら、その出発材を回転上昇させることで光ファイバ用多孔質母材を形成する光ファイバ用母材製造装置において、上記複数本のクラッドバーナ１３，１４は、それらの先端に筒状のバーナフード１５，１６を有し、それらのクラッドバーナの一部または全部は、バーナフード１６先端にガラス微粒子付着防止部を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバ用母材製造装置に係り、特に、ＶＡＤ法により光ファイバ用母材を製造する装置及び方法に関するものである。

光ファイバ用母材を製造する方法にＶＡＤ（Vapor-phase Axial Deposition）法がある。

図２は、ＶＡＤ法で光ファイバ用母材を製造する装置の断面概略図である。

図２に示すように、光ファイバ用母材製造装置２０は、反応容器２１内に、コアバーナ２２と、複数のクラッドバーナ２３とを備える。コアバーナ２２及びクラッドバーナ２３，２３は、反応容器２１の側面部に順次下から配列されており、バーナ２２，２３に対向して排気管２４が接続されている。

ＶＡＤ法は、反応容器２１内に出発材を設置し、出発材を回転させながら、その外周にコアバーナ２２及びクラッドバーナ２３により生成させたガラス微粒子を吹き付けることにより堆積させて光ファイバ用多孔質母材２５を形成する方法である。光ファイバ用多孔質母材２５を形成した後、それを透明ガラス化して光ファイバ用母材が得られる。

光ファイバ用多孔質母材２５を形成するにあたって、通常、コアバーナ２２及びクラッドバーナ２３は、所定の角度を有して斜め上方を向いて数個設けられており、クラッドバーナ２３，２３の先端には火炎が出発材まで安定な流速で到達させるために、それぞれバーナフード２６が取り付けられている。

また、光ファイバを低コストで製造するために、光ファイバ用多孔質母材２５の大型化が行われている。大型の光ファイバ用多孔質母材２５を製造するためには、バーナの本数を増やし、導入する原料ガスを増加して大型化を実現している。

他に、反応容器内を不活性ガスや塩素ガス等の雰囲気中で予熱してからガラス微粒子を堆積させることで、伝送損失の低い光ファイバを形成できる光ファイバ用母材製造装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、光ファイバ用母材の比屈折率差が一定となるように、反応容器の内径と製造される光ファイバ用母材の径の比を決定した光ファイバ用母材製造装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特公平６−６００３２号公報 特開２００４−２１１７号公報

しかしながら、上述の光ファイバ製造装置には次のような問題がある。

大型の光ファイバ用多孔質母材を製造するために、導入する原料ガスの量を増加する場合、原料ガスと共に、水素ガス及び酸素ガス等の燃焼ガスの量も増加させる。導入される燃焼ガスの量が増加すると、バーナ間、特にクラッドバーナ間において、図２に示すように、クラッドバーナ２３，２３間の火炎同士が干渉することがある。干渉した火炎はクラッドバーナ２３のバーナフード２６の下側にガラス微粒子２７を多く堆積させる。長時間のＶＡＤ堆積工程において、バーナフード２６に堆積したガラス微粒子２７の一部は、回転している光ファイバ用多孔質母材２５に再付着することがあり、ガラス微粒子の再付着した箇所では光ファイバ用多孔質母材２５のかさ密度が変化する。光ファイバ用多孔質母材２５のかさ密度が局所的に変化すると、多孔質母材２５の透明ガラス化時に多孔質母材２５に存在するガスが、多孔質母材２５中に閉じ込められ、気泡となって透明の光ファイバ用母材に存在するという問題がある。

また、バーナフード２６にガラス微粒子が付着しないようにクラッドバーナ２３，２３間の間隔を広げれば、クラッドバーナ間の火炎の干渉量が小さくなり、バーナフード２３に付着するガラス微粒子の量を低減させることができる。

しかし、光ファイバ用多孔質母材２５に火炎が当たらない箇所が生じ、その箇所の光ファイバ用多孔質母材の温度は低下する。そのため、光ファイバ用多孔質母材にかさ密度の低い部分が生じ、クラックを発生するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光ファイバ用多孔質母材にガラス微粒子が再付着することを防ぎ、透明ガラス化された光ファイバ用母材の気泡の発生を防ぐ光ファイバ用母材製造装置及び製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、反応容器内のコアバーナと複数本のクラッドバーナにより生成されたガラス微粒子を出発材に堆積させながら、その出発材を回転上昇させることで光ファイバ用多孔質母材を形成する光ファイバ用母材製造装置において、上記複数本のクラッドバーナは、それらの先端に筒状のバーナフードを有し、それらのクラッドバーナの一部または全部は、バーナフード先端にガラス微粒子付着防止部を有する光ファイバ用母材製造装置である。

請求項２の発明は、上記ガラス微粒子付着防止部は、バーナフード先端を斜めに加工して形成した請求項１記載の光ファイバ用母材製造装置である。

請求項３の発明は、上記ガラス微粒子付着防止部は、バーナフード先端にカバー部材を設けて形成した請求項１記載の光ファイバ用母材製造装置である。

請求項４の発明は、バーナフードがその直角端面に対して２５°±１５°の角度範囲で下向きに形成された請求項１〜３いずれかに記載の光ファイバ用母材製造装置である。

請求項５の発明は、反応容器内のコアバーナにより生成されたガラス微粒子を出発材に堆積させると共に、その出発材を回転上昇させることでコア用多孔質母材を形成し、反応容器内の複数本のクラッドバーナにより生成されたガラス微粒子をコア用多孔質母材に堆積させると共に、上記コア用多孔質母材を回転上昇させることで光ファイバ用母材を形成する際に、複数本のクラッドバーナの先端に筒状のバーナフードを設けると共に、それらのクラッドバーナの一部または全部のバーナフード先端にガラス微粒子付着防止部を設けておき、火炎の干渉により生成するガラス微粒子をバーナフード下部へ付着させることなく複数本のクラッドバーナから火炎を噴射させて光ファイバ用多孔質母材を形成する光ファイバ用母材製造方法である。

請求項６の発明は、バーナフードがその直角端面に対して２５°±１５°の角度範囲で下向きに形成されたクラッドバーナから火炎を噴射させる請求項５記載の光ファイバ用母材製造方法である。

本発明によれば、光ファイバ用多孔質母材にガラス微粒子が再付着することを防ぎ、透明ガラス化された光ファイバ用母材の気泡の発生を防ぐという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１（ａ），図１（ｂ）は、本発明に係る光ファイバ用母材製造装置の好適な実施の形態を示した概略断面図である。

大型の光ファイバ用多孔質母材を形成する装置において、クラッドバーナの本数を多くすることが効果的であるが、本実施の形態においては、クラッドバーナを２本備える光ファイバ用母材製造装置について説明する。

図１（ａ）に示すように、光ファイバ用母材製造装置１０は、反応容器１１と、反応容器１１内に設けられたコアバーナ１２及びクラッドバーナ１３，１４とを備える。

各バーナ１２〜１４は、それぞれ水素、酸素等の燃焼ガスと共に多孔質母材の原料となる原料ガスを出発材に吹きつけるものである。

コアバーナ１２は、反応容器１１の外部から内部に気密に貫通して、その噴射口が出発材の先端に向かって（図中右下から左上方に向けて）設けられている。

複数のクラッドバーナ１３，１４は、コアバーナ１２と略平行に、かつコアバーナ１２の上方に所定の距離をおいて配置されている。さらに、複数のクラッドバーナ１３，１４は、その噴射口が、形成される光ファイバ用多孔質母材１８から所定の距離だけ離れて上下に配置されている。ここでは、クラッドバーナ１３が最下方に位置するクラッドバーナとなる。

クラッドバーナ１３，１４の先端には、それぞれバーナフード１５，１６が設けられている。バーナフード１５，１６は、それぞれクラッドバーナ１３，１４の噴射口より噴射する火炎を母材まで安定した流速で到達させるものであり、クラッドバーナ１３，１４の先端に耐熱性のテフロン（登録商標）テープで固定されて取り付けられている。燃焼ガスによって、バーナフード１５，１６がクラッドバーナ１３，１４から外れることがなければ、テープ等を用いることなく、バーナフード１５，１６をクラッドバーナの先端に嵌合して固定してもよい。バーナフード１５，１６の噴射口は、それぞれ形成される光ファイバ用多孔質母材１８から所定の距離だけ離れている。

反応容器１１には、バーナ１２〜１４に対向して排気管１７が接続されている。排気管１７は母材に堆積されなかった余剰のガラス微粒子を反応容器１１外に排気するものである。

さて、光ファイバ用製造装置１０では、複数本のクラッドバーナ１３，１４の一部または全部が、バーナフード１６先端にガラス微粒子付着防止部を有することに特徴がある。本実施の形態では、最下方に位置するクラッドバーナ１３を除く全てのクラッドバーナ１４が、バーナフード１６の先端にガラス微粒子付着防止部を有し、そのガラス微粒子付着防止部をバーナフード１６の先端を斜めに加工して形成した。具体的には、図１（ｂ）に示すように、バーナフード１６は、その噴射口１６ａが直角端面１６ｂに対して角度αだけ下向きにカットされた斜円筒状に形成されている。ここで、直角端面１６ｂとは、バーナフードが直円筒形状であるときの噴射口を示している。

バーナフード１６の噴射口１６ａの傾斜角度αは、２５°±１５°の角度範囲であるのが好ましく、２５°前後がより好ましい。

傾斜角度αを１０°未満に小さくすると、ガラス微粒子付着防止部としての機能が不十分となり、クラッド用バーナ１３，１４間で干渉した火炎が、バーナフード１６に堆積してしまう。

傾斜角度αを４０°を超えて大きくすると、火炎が反応容器１１の下方向に拡がってしまうので、クラッドバーナ１４の下方に位置するクラッドバーナ１３の火炎の流れに乱れが生じ、安定した光ファイバ用多孔質母材１８の生成ができず、光ファイバ用多孔質母材１８にクラックが生じることがある。

本実施の形態では、噴射口の傾斜角度αを略２５°とし、バーナフード１６の側面において、図中上側の最長母線１６ｃを１５０ｍｍ、図中下側の最短母線１６ｄを１２２ｍｍとしている。

また、ガラス微粒子付着防止部を、直円筒形状のバーナフード先端を直線的に切断して形成したが、変形例として、噴射口１６ａを階段状、或いは曲線状に切断してガラス微粒子付着防止部を形成してもよい。

また、本実施の形態では、バーナフードの一部を切断してガラス微粒子付着防止部を形成したが、バーナフード先端にカバー部材を設けてガラス微粒子付着防止部を形成してもよい。

次に、光ファイバ用母材の製造方法について説明する。

まず、出発材の先端を所定の位置に配置した後回転させつつ、コアバーナ１２より気体状のガラス原料及びドーパント原料を燃焼ガスと共に混合噴出させて燃焼ガスを燃焼させ、形成された火炎中でガラス原料及びドーパント原料を火炎加水分解反応させてガラス微粒子を生成させる。生成させたガラス微粒子を回転する出発材の先端或いは外周に堆積させてコア用多孔質母材を形成する。

コア用多孔質母材を形成した後、コアバーナ１２の上部に設けられたクラッドバーナ１３，１４よりクラッドとなるガラス原料及びドーパント原料を燃焼ガスと共に、混合噴出させてコア用多孔質母材の外周にクラッド用ガラス微粒子を堆積させて光ファイバ用多孔質母材１８を形成する。

このとき、クラッドバーナ１３，１４から発生する火炎は、クラッドバーナ間で干渉しており、加水分解反応によってガラス微粒子を生成している。この干渉量は、クラッドバーナ１３，１４に供給する原料ガス、酸素、水素、アルゴン等の燃焼ガスの流量が多くなるほど増加する。

本実施形態の光ファイバ用母材製造装置１０では、ガラス微粒子付着防止部を形成しており、具体的には図１（ａ）、図１（ｂ）に示したように、バーナフード１６の先端を直角端面１６ｂに対して略２５°の角度で下向きに傾斜させて形成している。このため、クラッドバーナ１３，１４からそれぞれ噴射された火炎の干渉により生成する多孔質のガラス微粒子がバーナフード１６の下部に付着することがない。

光ファイバ用多孔質母材１８を形成した後、それを焼結して透明ガラス化した光ファイバ用母材が得られる。

本実施の形態の光ファイバ用母材製造装置１０では、光ファイバ用多孔質母材１８を形成する際に、バーナフード１６の先端にガラス微粒子が堆積されることがないため、形成される光ファイバ用多孔質母材にガラス微粒子が再付着することがない。その結果、気泡のない大型の光ファイバ用母材を製造することができる。

以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではない。

本実施の形態では、クラッドバーナを２つ備えた光ファイバ用母材製造装置について説明したが、係る光ファイバ用母材製造装置が備えるクラッドバーナの本数は、形成する母材のサイズによって適宜決定される。この際、最下方に配置されたクラッドバーナ以外の全てのクラッドバーナのバーナフードには、ガラス微粒子付着防止部が形成されている。

例えば、クラッドバーナを上下に３本配置した光ファイバ用母材製造装置においては、少なくとも上方の２本のバーナフードにガラス微粒子付着防止部が形成される。

もちろん、最下方に位置するバーナフードも、ガラス微粒子付着防止部を有していてもよい。

図１（ａ）は、本発明に係る好適な実施形態の光ファイバ用母材製造装置を示す概略断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のバーナフードの拡大斜視図である。 従来の光ファイバ用母材製造装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ 光ファイバ用母材製造装置
１１ 反応容器
１２ コアバーナ
１３，１４ クラッドバーナ
１５，１６ バーナフード
１８ 光ファイバ用多孔質母材

Claims (6)

1. 反応容器内のコアバーナと複数本のクラッドバーナにより生成されたガラス微粒子を出発材に堆積させながら、その出発材を回転上昇させることで光ファイバ用多孔質母材を形成する光ファイバ用母材製造装置において、
   上記複数本のクラッドバーナは、それらの先端に筒状のバーナフードを有し、それらのクラッドバーナの一部または全部は、バーナフード先端にガラス微粒子付着防止部を有することを特徴とする光ファイバ用母材製造装置。
2. 上記ガラス微粒子付着防止部は、バーナフード先端を斜めに加工して形成した請求項１記載の光ファイバ用母材製造装置。
3. 上記ガラス微粒子付着防止部は、バーナフード先端にカバー部材を設けて形成した請求項１記載の光ファイバ用母材製造装置。
4. バーナフードがその直角端面に対して２５°±１５°の角度範囲で下向きに形成された請求項１〜３いずれかに記載の光ファイバ用母材製造装置。
5. 反応容器内のコアバーナにより生成されたガラス微粒子を出発材に堆積させると共に、その出発材を回転上昇させることでコア用多孔質母材を形成し、
   反応容器内の複数本のクラッドバーナにより生成されたガラス微粒子をコア用多孔質母材に堆積させると共に、上記コア用多孔質母材を回転上昇させることで光ファイバ用母材を形成する際に、複数本のクラッドバーナの先端に筒状のバーナフードを設けると共に、それらのクラッドバーナの一部または全部のバーナフード先端にガラス微粒子付着防止部を設けておき、火炎の干渉により生成するガラス微粒子をバーナフード下部へ付着させることなく複数本のクラッドバーナから火炎を噴射させて光ファイバ用多孔質母材を形成することを特徴とする光ファイバ用母材製造方法。
6. バーナフードがその直角端面に対して２５°±１５°の角度範囲で下向きに形成されたクラッドバーナから火炎を噴射させる請求項５記載の光ファイバ用母材製造方法。
   

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