JP2006342031A

JP2006342031A - 光ファイバ母材の製造方法

Info

Publication number: JP2006342031A
Application number: JP2005170449A
Authority: JP
Inventors: Masahide Ito; 正秀伊東
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: JP4460062B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、ガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面に気泡や白濁が発生しにくい光ファイバ母材の製造方法を提供することにある。
【解決手段】本発明の光ファイバ母材の製造方法は、バーナにガラス原料をガス状態で供給して火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成し、ガラスロッドの外周面に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において、原料供給開始後、所定時間だけ原料を廃棄した後、ガラス微粒子の堆積を開始させ、ガラス原料発生装置から前記バーナまでの配管容積をＶｐ（ｃｍ^３）、配管内の絶対圧力をＰ（ＭＰａ）、配管温度をｔ（℃）、原料供給開始からガラス微粒子堆積開始までに流す原料ガス量をＸ（ｃｍ^３）としたとき、Ｘが下記式を満たす。
Ｘ>（２７３／（２７３＋ｔ））×（１０×Ｐ×Ｖｐ）
【選択図】図２

Description

本発明は、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法による光ファイバ母材の製造方法に関する。

ＯＶＤ法は、バーナに四塩化珪素等のガラス原料をガス状態で供給し、該ガラス原料を酸水素火炎等と加水分解反応させてガラス微粒子を生成し、生成したガラス微粒子を軸心を中心として回転するガラスロッドの外周に堆積させて多孔質母材を製造する方法である。
ＯＶＤ法により得られた多孔質母材を高温な電気炉などで焼結させ透明なガラスとすることにより、光ファイバ母材が製造される。
ＯＶＤ法による光ファイバ母材の製造方法において、多く発生する不良のひとつに外観不良があり、これは前記透明なガラスとするガラス化工程を経た光ファイバ母材に気泡や白濁が観察される不良である。気泡や白濁は、特にガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面に多く発生する。

一方、ＯＶＤ法で光ファイバ母材を製造する場合、ガラスロッド上にガラス微粒子を効率よく堆積させるためには、複数のバーナを使用することが有効であるが、バーナ数の増加に伴い、ガラス原料を気化させるガラス原料発生装置からバーナまでの原料ガス供給ラインが複雑になり、配管同士の干渉などによりガス流量が安定しにくい問題がある。
このように複数バーナを使用した場合であっても供給される原料ガス流量を安定に保つ方法が特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、原料ガス供給ラインの原料ガスの流れを停止せずに、弁の切り替えによって別のバーナに原料を供給することにより、バーナに原料ガスの供給を開始するとき直ちに安定した所望の原料ガス流量が得られるとされている。
特開平６−０９２６６９号公報

しかしながら、前述したように最も気泡や白濁が発生し易い箇所はガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面であり、ＯＶＤ法による光ファイバ母材の製造工程においては、ガラス微粒子を堆積させる最初の層（以降、初層と呼ぶ。）の合成に最も注意を払う必要がある。初層合成時は、それまで停止状態となっていた原料ガスが急に流れ出すため、ガス流量が最も不安定になりやすい。
特許文献１には複数バーナを循環させて光ファイバ母材を製造する場合に、製造途中のバーナ切り替え時の原料ガス流量を安定に保つ方法が開示されているが、初層のガス流量の不安定性の問題は解決されていない。

本発明は、初層合成時のガス流量の不安定性の問題点を解消し、ガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面に気泡や白濁が発生しにくい光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく本発明の請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法は、バーナにガラス原料をガス状態で供給して火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成し、ガラスロッドの外周面に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において、原料供給開始後、所定時間だけ原料を廃棄した後、ガラス微粒子の堆積を開始させ、
ガラス原料発生装置から前記バーナまでの配管容積をＶｐ（ｃｍ^３）、配管内の絶対圧力をＰ（ＭＰａ）、配管温度をｔ（℃）、原料供給開始からガラス微粒子堆積開始までに廃棄する原料ガス量をＸ（ｃｍ^３）としたとき、Ｘが下記式を満たすことを特徴とする。
Ｘ>（２７３／（２７３＋ｔ））×（１０×Ｐ×Ｖｐ）

このようにしてなる本発明の請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法によれば、ガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面に気泡や白濁が発生しにくく、歩留まりよく光ファイバ母材を製造することができる。

また、本発明の請求項２記載の光ファイバ母材の製造方法は、請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法において、前記バーナを複数本使用して光ファイバ母材を製造することを特徴とする。
このようにしてなる請求項２記載の光ファイバ母材の製造方法によれば、バーナを複数本使用することで原料ガス供給ラインが複雑になっても、ガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面に気泡や白濁が発生しにくく、効率よくかつ歩留まりよく光ファイバ母材を製造することができる。

以上に述べたように本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、ガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面に気泡や白濁が発生しにくく、歩留まりよく光ファイバ母材を製造することができる。

以下、図面を用いて本発明の光ファイバ母材の製造方法を詳細に説明する。図１はＯＶＤ法による光ファイバ母材の製造装置の原料供給装置の一実施例を示す。
図１に示すように原料供給装置１０は原料発生装置１と不活性ガス導入口２を備え、それぞれの配管は自動開閉弁Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂを介して一旦合流し、流量制御装置３を備える原料ガス供給ライン４を通って再度分岐し、それぞれ自動開閉弁Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂを介してバーナ５およびベントにつながっている。

ガラス原料ガスは腐食性の高いガスであることから、原料ガス供給ライン４に原料ガスを流さないときには不活性ガスを流しておく必要がある。
したがって、原料ガス供給ライン４に原料ガスを供給しないときには、Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａを閉じてＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂを開け、不活性ガスが原料ガス供給ライン４を通ってベントに流れる状態を保ち、バーナに原料ガスを供給するときは、Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａを開けてＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂを閉じる、という自動開閉弁の切り替えが行われる。なお、不活性ガスとしては通常Ｎ_２、Ａｒなどが用いられる。
図１は原料を供給するバーナが１本の場合を示しているが、バーナ本数が複数の場合は原料発生装置１と不活性ガス導入口２からの配管がバーナ本数だけ分岐され、同原料ガス供給ラインがバーナ本数だけ設置される。

ＯＶＤ法で光ファイバ母材を製造する工程において、バーナ５に原料ガスの供給を開始するとき、上記自動開閉弁の切り替えが行われ、Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａを閉じてＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂを開け、不活性ガスが配管内を通ってベントに流れている状態から、Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａを開けてＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂを閉じ、バーナ５に原料ガスを供給するという動作が行われる。

しかしながら、自動開閉弁切り替え直後は、止められていた原料ガスが急に流れ出すことから流量が不安定となり、所定流量が安定して流れるまで時間がかかる。したがって、このようにして製造された光ファイバ母材はガラス化後にガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面に気泡や白濁の発生が多く見られた。
この現象は複数のバーナを用いた装置において顕著であり、それはそれぞれの配管や原料流量制御装置同士が干渉し合い、より流量の不安定度が増すためであると考えられる。

そこで、本発明の光ファイバ母材の製造方法においては、バーナに原料ガスの供給を開始するとき、Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａを閉じてＶ１Ｂ、Ｖ２Ｂを開け、不活性ガスが配管内を通ってベントに流れている状態から、まず、Ｖ１Ａを開けてＶ１Ｂを閉じ、Ｘ（ｃｍ^３）だけ原料ガスをベントに流してからＶ２Ａを開けてＶ２Ｂを閉じ、原料をバーナに供給する方法をとった。すなわち、原料供給開始から所定量Ｘ（ｃｍ^３）のガスを廃棄した後にガラス微粒子の堆積を開始させた。

図２はＯＶＤ法による光ファイバ母材の製造装置の原料供給装置の別の実施例を示す。
図２では３個のバーナ５１、５２、５３を備えたＯＶＤ装置の原料供給装置１００を示している。
図２に示す原料供給装置を備えたＯＶＤ装置を用い、原料供給開始からガラス微粒子堆積開始までに廃棄するガス量Ｘを種々に設定して、光ファイバ母材を製造した。
本実施例では原料発生装置１と不活性ガス導入口２からの配管が３つに分岐され、それぞれの配管は自動開閉弁Ｖ１１Ａ〜Ｖ１３Ａ、Ｖ１１Ｂ〜Ｖ１３Ｂを介して一旦合流し、流量制御装置３１、３２、３３を備える原料ガス供給ライン４１、４２、４３を通って再度分岐し、それぞれ自動開閉弁Ｖ２１Ａ〜Ｖ２３Ａ、Ｖ２１Ｂ〜Ｖ２３Ｂを介してバーナ５１、５２、５３およびベントにつながっている。

なお、本実施例においては、ＯＶＤ装置の原料供給装置内の配管の直径は０．７５ｃｍであり、各バーナにおけるガラス原料発生装置からバーナまでの配管の長さは２００ｃｍ、流量制御装置等の付属部品の容積は１００ｃｍ^３である。したがって、配管容積Ｖｐ（ｃｍ^３）はＶｐ＝（０．７５／２）^２×π×２００＋１００で表され、１８８ｃｍ^３となる。また、配管内の絶対圧力Ｐを０．１６５ＭＰａ（ａｂｓ）、配管温度ｔを８２℃に設定した。
したがって、本実施例においては、（２７３／（２７３＋ｔ））×（１０×Ｐ×Ｖｐ）＝２３９となる。

図２に示すＯＶＤ装置を用いて、ガラスロッドの外周面にガラス微粒子を堆積させ、多孔質母材の製造を行った。このとき、初層の合成にあたっては、Ｖ１１Ａ〜Ｖ１３Ａを開けてＶ１１Ｂ〜Ｖ１３Ｂを閉じ、Ｘ（ｃｍ^３）だけ原料ガスをベントに流してからＶ２１Ａ〜Ｖ２３Ａを開けてＶ２１Ｂ〜Ｖ２３Ｂを閉じ、原料をバーナに供給する方法をとった。すなわち、原料供給開始から所定量Ｘ（ｃｍ^３）のガスを廃棄した後にガラス微粒子の堆積を開始させた。また、廃棄するガス量Ｘは表１に示すように種々に変更した。次いで電気炉にてガラス化し、光ファイバ母材を製造した。得られた光ファイバ母材の外観検査を行い、ガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面における気泡や白濁の有無を観察した。
以下に、結果を示す。

なお、本実施例において、ガラス化後にガラスロッドとガラス微粒子堆積層の界面に気泡や白濁が少しでも見られたものは不良としてカウントしている。
表１からＸ>（２７３／（２７３＋ｔ））×（１０×Ｐ×Ｖｐ）とすることで大幅に不良率を低減できていることがわかる。

実施例１と同様に原料供給開始からガラス微粒子堆積開始までに廃棄するガス量Ｘを種々に設定して、光ファイバ母材を作製した。以下に、結果を示す。
なお、本実施例においては、ＯＶＤ装置の原料供給装置内の配管の直径は０．７５ｃｍであり、各バーナにおけるガラス原料発生装置からバーナまでの配管の長さは３００ｃｍ、流量制御装置等の付属部品の容積は２００ｃｍ^３である。したがって、配管容積Ｖｐ（ｃｍ^３）はＶｐ＝（０．７５／２）^２×π×２００＋１００で表され、３３３ｃｍ^３となる。また、配管内の絶対圧力Ｐを０．１７０ＭＰａ（ａｂｓ）、配管温度ｔを８５℃に設定した。
したがって、本実施例においては、（２７３／（２７３＋ｔ））×（１０×Ｐ×Ｖｐ）＝４３２となる。

表２から本実施例においてもＸ>（２７３／（２７３＋ｔ））×（１０×Ｐ×Ｖｐ）とすることで大幅に不良率を低減できていることがわかる。

本実施例においては、複数のバーナを備えたＯＶＤ装置で多孔質母材を作製した場合に関して示したが、バーナ本数が１本の場合においても本発明が適用可能である。

ＯＶＤ法による光ファイバ母材の製造装置の原料供給装置の一実施例を示す模式図である。ＯＶＤ法による光ファイバ母材の製造装置の原料供給装置の別の実施例を示す模式図である。

符号の説明

１原料発生装置
２不活性ガス導入口
３、３１、３２、３３流量制御装置
４、４１、４２、４３原料ガス供給ライン
５、５１、５２、５３バーナ
６ガラスロッド
７多孔質母材
１０、１００原料供給装置
Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ２Ａ、Ｖ２Ｂ自動開閉弁
Ｖ１１Ａ〜Ｖ１３Ａ、Ｖ１１Ｂ〜Ｖ１３Ｂ自動開閉弁
Ｖ２１Ａ〜Ｖ２３Ａ、Ｖ２１Ｂ〜Ｖ２３Ｂ自動開閉弁

Claims

バーナにガラス原料をガス状態で供給して火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成し、ガラスロッドの外周面に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において、
原料供給開始後、所定時間だけ原料を廃棄した後、ガラス微粒子の堆積を開始させ、
ガラス原料発生装置から前記バーナまでの配管容積をＶｐ（ｃｍ^３）、配管内の絶対圧力をＰ（ＭＰａ）、配管温度をｔ（℃）、原料供給開始からガラス微粒子堆積開始までに廃棄する原料ガス量をＸ（ｃｍ^３）としたとき、Ｘが下記式を満たすことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
Ｘ>（２７３／（２７３＋ｔ））×（１０×Ｐ×Ｖｐ）
前記バーナを複数本使用して光ファイバ母材を製造す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。