JP2006321694A - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外付け法による光ファイバ母材の製造方法において、ガラスロッドの割れを防止することが可能な製造方法の提供。
【解決手段】 光ファイバのコアまたはコアとクラッドの一部となるガラスロッドに、該ガラスロッド上の所定の開始位置から所定の終了位置まで、一定量の燃焼ガス流量としたバーナーをガラスロッド長手方向に沿って一定の速度で移動させる通常条件でガラスロッド表面に火炎研磨を施した後、該ガラスロッドにクラッドとなる石英系ガラス微粒子を堆積させて光ファイバ母材を得る際に、前記ガラスロッド表面に火炎研磨を施す工程が、火炎研磨開始時には前記通常条件と異なる条件で開始位置を加熱した後、前記通常条件で火炎研磨を開始し、火炎研磨終了時には前記通常条件と異なる条件で終了位置を加熱した後に火炎研磨を終了させることにより行われる光ファイバ母材の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外付け法による光ファイバ母材の製造方法に関し、特に、ガラスロッドに火炎研磨を行った後の開始位置と終了位置での歪によるガラスロッドの割れを防止するための技術に関する。

外付け法とは、光ファイバのコアまたはコアとクラッドの一部となるガラスロッドにクラッドとなる石英系ガラス微粒子を堆積させて光ファイバ母材を製造する方法である。この外付け法による光ファイバ母材の製造方法において、通常は、ガラスロッドを母材製造装置にセットし、石英ガラス微粒子の堆積を開始する前に、該ガラスロッドの表面の傷や異物を除去するため、火炎研磨を行っている。

従来、光ファイバ母材の製造において、火炎研磨に関する技術としては、例えば特許文献１〜４に開示された従来技術が提案されている。
特許文献１及び特許文献２に開示された従来技術では、石英系ガラス微粒子堆積開始前に火炎研磨を施す例が記載されている。
また火炎研磨には、ガラスロッド内部の歪を除去する効果があり、外付けでの例ではないが、特許文献３及び特許文献４にも、火炎研磨により光ファイバ母材の歪を除去できることが記載されている。
特開平６−５６４４８号公報 特開平１１−７１１２５号公報 特開２０００−２０３８６１号公報 特開２０００−３１９０３１号公報

しかしながら、従来の方法で光ファイバ母材に火炎研磨を施すと、ガラス微粒子の堆積中や外付け終了後の焼結炉への搬送中に、スート内でガラスロッドに折れを生じる可能性があった。特に近年は母材の大型化によりコア母材となるガラスロッドの径も太くなっているが、それに合わせてガラスロッド折れの頻度も増加する傾向が見られた。本発明者らがガラスロッドの折れた位置を調査した結果、ガラスロッドが折れた位置は火炎研磨の開始位置又は終了位置であることが殆どであった。

さらに、火炎研磨終了後であってガラス微粒子の堆積が始まる前のガラスロッドの歪をストレインビューアで見たところ、定常部での歪は小さかったが、火炎研磨の開始位置と終了位置ではガラスロッド内に大きな歪が残っていた。開始位置と終了位置のどちらにおいても、ガラスロッド表面と内部の間で歪となっており、そのことから火炎研磨の際に開始位置と終了位置ではガラスロッドが中心まで溶融状態になっていないことが予想された。また、ガラスロッドの太径化に伴う割れ増加の原因は、太径化によりガラスロッド内に歪が残留しやすくなっていたためと考えられた。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、外付け法による光ファイバ母材の製造方法において、ガラスロッドの割れを防止することが可能な製造方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、光ファイバのコアまたはコアとクラッドの一部となるガラスロッドに、該ガラスロッド上の所定の開始位置から所定の終了位置まで、一定量の燃焼ガス流量としたバーナーをガラスロッド長手方向に沿って一定の速度で移動させる通常条件でガラスロッド表面に火炎研磨を施した後、該ガラスロッドにクラッドとなる石英系ガラス微粒子を堆積させて光ファイバ母材を得る光ファイバ母材の製造方法であって、前記ガラスロッド表面に火炎研磨を施す工程が、火炎研磨開始時には前記通常条件と異なる条件で開始位置を加熱した後、前記通常条件で火炎研磨を開始し、火炎研磨終了時には前記通常条件と異なる条件で終了位置を加熱した後に火炎研磨を終了させることにより行われることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法を提供する。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、燃焼ガス流量を一定にしたままバーナー移動を停止させることが好ましい。
この製造方法において、バーナー停止時間が、１０秒〜５分の範囲であることが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、燃焼ガス流量を一定にしたままバーナー移動を通常速度より下げることが好ましい。
この製造方法において、バーナー移動速度が、通常条件での移動速度の１／１０〜２／３の範囲であることが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、バーナー移動速度を一定にしたまま燃焼ガス流量を増加させることが好ましい。
この製造方法において、燃焼ガス流量が、可燃性ガス・助燃性ガスともに通常条件での流量の１．５倍〜３倍の範囲であることが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、バーナーを停止させ、且つ燃焼ガス流量を増加させることが好ましい。
前記製造方法において、バーナー停止時間が、１０秒〜５分の範囲であり、且つ燃焼ガス流量が、可燃性ガス・助燃性ガスともに通常条件での流量の１．５倍〜３倍の範囲であることが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、バーナー移動速度を減少させ、且つ燃焼ガス流量を増加させることが好ましい。
前記製造方法において、バーナー移動速度が、通常条件での移動速度の１／５〜３／４の範囲であり、且つ燃焼ガス流量が、可燃性ガス・助燃性ガスともに通常条件での流量の１．５倍〜３倍の範囲であることが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、複数のバーナーを使用することが好ましい。
前記製造方法において、バーナー本数は２本または３本であることが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、火炎研磨後の開始位置と終了位置の少なくとも一方の残留応力が１００ｋＰａ以下であることが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、外付け法による光ファイバ母材の製造方法において、ガラスロッドの割れを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の光ファイバ母材の製造方法において、ガラスロッドに火炎研磨を施す工程を説明する構成図である。この火炎研磨工程では、ガラスロッド１を２つのチャック２，３間に回転可能に取り付け、該ガラスロッド１に、バーナー４を固定しガラスロッド１の長手方向に沿って移動可能なバーナー固定台５が設けられ、そのバーナー４から噴出した火炎６（酸水素火炎）をガラスロッド１に当て、ガラスロッド１の開始位置から終了位置まで火炎研磨を施すように構成されている。

この火炎研磨工程において用いる処理装置は、火炎研磨工程のみを行うための処理装置でもよいが、好ましくは火炎研磨工程の後、そのガラスロッド１の表面に、クラッドとなる石英系ガラス微粒子を堆積させるシリカガラス微粒子堆積工程を行うことができるような外付け装置（光ファイバ母材製造装置）を用いることが望ましい。図１においては、外付け装置のチャンバー、排気口、火炎研磨バーナー移動機構、シリカガラス微粒子用のバーナー（ここでは火炎研磨用バーナーと別のバーナー）等のシリカガラス微粒子堆積工程のための装置は省略してある。

ここで用いられるガラスロッド１は、製造する光ファイバのコアまたはコアとクラッドの一部となるガラスからなり、例えばＧｅＯ_２を添加したシリカ（ＳｉＯ_２）ガラスからなる円柱状ガラスロッドが用いられる。ガラスロッド１の直径及び長さは、作製する光ファイバ母材の種類やシリカガラス微粒子堆積量などにより適宜変更可能であり、特に限定されない。

前記バーナ４には、水素供給源と酸素供給源とが接続され、それぞれの供給源から所定量の水素ガスと酸素ガスとがバーナ４に供給され、その先端から火炎６を噴出するようになっている。これらの水素ガス及び酸素ガスの供給量は、図示していない流量調節手段によって調節できるようになっている。

前記バーナ固定台５は、図示していない移動手段によって、回転駆動するチャック２，３に取り付けたガラスロッド１の長手方向に沿って所定速度で移動可能に設けられている。

通常の方法において光ファイバ母材を製造するには、図１に示すように、光ファイバのコアまたはコアとクラッドの一部となるガラスロッド１に、該ガラスロッド１上の所定の開始位置から所定の終了位置まで、一定量の燃焼ガス流量としたバーナー４をガラスロッド長手方向に沿って一定の速度で移動させる通常条件でガラスロッド表面に火炎研磨を施した後、該ガラスロッドにクラッドとなる石英系ガラス微粒子を堆積させて光ファイバ母材を得る。

本発明の光ファイバ母材の製造方法では、ガラスロッド１の火炎研磨工程に際し、次の（Ａ）及び（Ｂ）を実施することを特徴としている。
（Ａ）火炎研磨の開始の際は、開始位置での火炎研磨条件を変えて、ガラスロッド１が中心まで溶融状態になるまで十分に加熱し、その後に通常条件での火炎研磨を開始させる。
（Ｂ）火炎研磨の終了の際は、終了位置での火炎研磨条件を変えて、ガラスロッド１が中心まで溶融状態になるまで十分に加熱し、その後に火炎研磨を終了させるために燃焼ガスを停止又は減少させる。
これらのバーナー動作を行うことによって、火炎研磨の開始位置と終了位置でガラスロッド１の表面と中心との間に歪が残らないようになる。

火炎研磨開始位置、終了位置でガラスロッド中心まで溶融状体にさせる具体的な方法としては、次の（１）〜（６）が挙げられる。
（１）燃焼ガス流量を一定にしたままバーナー移動を停止させる。
（２）燃焼ガス流量を一定にしたままバーナー移動速度を通常速度より下げる。
（３）バーナー移動速度を一定にしたまま燃焼ガス流量を増加させる。
（４）バーナー移動を停止させ、且つ燃焼ガス流量を増加させる。
（５）バーナー移動速度を減少させ、且つ燃焼ガス流量を増加させる。
（６）複数のバーナーを使用する。

前記（１）〜（６）の各方法において、ガラスロッド１に歪を残留させない条件としては、次の範囲が望ましい。
（１’）（１）において、バーナー移動停止時間を１０秒〜５分とする。
（２’）（２）において、バーナー移動速度を通常移動速度の１／１０〜２／３の速度とする。
（３’）（３）において、可燃性ガス・助燃性ガスともに通常流量の１．５倍〜３倍とする。
（４’）（４）において、バーナー移動停止時間を１０秒〜３分とし、かつ可燃性ガス・助燃性ガスともに通常流量の１．５倍〜３倍とする。
（５’）（５）において、バーナー移動速度を通常移動速度の１／５〜３／４の速度とし、かつ可燃性ガス・助燃性ガスともに通常流量の１．５倍〜３倍とする。
（６’）（６）において、バーナーの本数を２本又は３本とする。

より最適な停止時間、バーナー移動速度、ガス流量、バーナー本数などの条件は、ガラスロッド直径、使用するバーナーの構造、バーナー本数、燃焼ガスの流量などによって異なるので、種々の条件での火炎研磨後の歪を観察する実験を行い、最適な条件を決めればよい。

外付け装置にターゲットとなるガラスロッド（φ３０ｍｍ、全長２０００ｍｍ）を把持し（図１参照）、表１に示す種々の条件（各条件１０回ずつ）で火炎研磨を行った後、スートの堆積（デポジション）は行わずにガラスロッドが３０℃になるまで放置し、ガラスロッド折れ（クラックも含む）の有無を調査した。

表１において、通常条件は次の通りとした。
・開始位置…バーナー移動が停止状態で水素と酸素の流量が火炎研磨用の流量に到達した１秒後、火炎研磨用の移動速度で移動を開始する。バーナー本数は１本。
・終了位置…火炎研磨用の移動速度から１秒以内に停止状態にさせ、１秒後に水素酸素の減少を開始させて火炎を消火する。バーナー本数は１本。
・火炎研磨用ガス流量…水素２００ＳＬＭ、酸素１００ＳＬＭ。
・火炎研磨用バーナー移動速度…１００ｍｍ／分。

表１の結果から、実験番号９の通常条件での火炎研磨（比較例）では、１０回のうちガラスロッドの折れが４回発生し、また開始位置、終了位置での残留応力が１３０〜２５０ｋＰａと高くなった。
また、火炎研磨の開始位置、終了位置のいずれか一方の火炎研磨条件を通常条件と変えた実験番号２及び３（比較例）では、火炎研磨条件を通常条件と変えた一方の位置での残留応力が３０ｋＰａ以下と低くなったが、通常条件とした他方の位置では残留応力が１００ｋＰａ以上と高くなり、１０回のうちガラスロッドの折れが２〜３回発生した。

一方、火炎研磨の開始位置、終了位置の両方の火炎研磨条件を通常条件と変えた実験番号１、４〜８（実施例）では、開始位置、終了位置のりょうほうとも残留応力が１００ｋＰａ以下と低くなり、これらについては１０回の実験でガラスロッドの折れが生じなかった。

本発明の光ファイバ母材の製造方法におけるガラスロッドの火炎研磨工程を説明する構成図である。

符号の説明

１…ガラスロッド、２，３…チャック、４…バーナー、５…バーナー固定台、６…火炎。

Claims (14)

1. 光ファイバのコアまたはコアとクラッドの一部となるガラスロッドに、該ガラスロッド上の所定の開始位置から所定の終了位置まで、一定量の燃焼ガス流量としたバーナーをガラスロッド長手方向に沿って一定の速度で移動させる通常条件でガラスロッド表面に火炎研磨を施した後、該ガラスロッドにクラッドとなる石英系ガラス微粒子を堆積させて光ファイバ母材を得る光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記ガラスロッド表面に火炎研磨を施す工程が、火炎研磨開始時には前記通常条件と異なる条件で開始位置を加熱した後、前記通常条件で火炎研磨を開始し、火炎研磨終了時には前記通常条件と異なる条件で終了位置を加熱した後に火炎研磨を終了させることにより行われることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
2. 火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、燃焼ガス流量を一定にしたままバーナー移動を停止させ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. バーナー停止時間が、１０秒〜５分の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
4. 火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、燃焼ガス流量を一定にしたままバーナー移動を通常速度より下げ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。
5. バーナー移動速度が、通常条件での移動速度の１／１０〜２／３の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ母材の製造方法。
6. 火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、バーナー移動速度を一定にしたまま燃焼ガス流量を増加させ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。
7. 燃焼ガス流量が、可燃性ガス・助燃性ガスともに通常条件での流量の１．５倍〜３倍の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ母材の製造方法。
8. 火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、バーナーを停止させ、且つ燃焼ガス流量を増加させ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。
9. バーナー停止時間が、１０秒〜５分の範囲であり、且つ燃焼ガス流量が、可燃性ガス・助燃性ガスともに通常条件での流量の１．５倍〜３倍の範囲であることを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ母材の製造方法。
10. 火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、バーナー移動速度を減少させ、且つ燃焼ガス流量を増加させ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。
11. バーナー移動速度が、通常条件での移動速度の１／５〜３／４の範囲であり、且つ燃焼ガス流量が、可燃性ガス・助燃性ガスともに通常条件での流量の１．５倍〜３倍の範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ母材の製造方法。
12. 火炎研磨開始位置と終了位置の少なくとも一方では、複数のバーナーを使用することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
13. バーナー本数が２本または３本であることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
14. 火炎研磨後の開始位置と終了位置の少なくとも一方の残留応力が１００ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の光ファイバ母材光ファイバ母材の製造方法。
    

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