JP2013043804A

JP2013043804A - ガラス微粒子堆積体の製造方法

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Publication number: JP2013043804A
Application number: JP2011182470A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Musa; 宜孝撫佐; Koji Kusunoki; 浩二楠
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-03-04
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: JP5757196B2

Abstract

【課題】ガラス微粒子堆積体の長手方向の外径と共に嵩密度を均一にすることができ、安定したファイバ特性を得ることができるガラス微粒子堆積体の製造方法を提供する。
【解決手段】各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５に供給する原料流量を一定に制御するとともに、ガラス微粒子堆積体の外径を測定し、外径が長手方向で一定になるように各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５の位置を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＯＶＤ法（外付け法）やＭＭＤ法（多バーナ多層付け法）などによりガラス微粒子を出発ロッドに堆積させてガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積体の製造方法に関する。

従来のＭＭＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造方法では、例えば複数のバーナ毎にガラス微粒子が堆積している部分の外径をモニタし、外径が長手方向で均一になるように各バーナに供給するガラス原料等のガス供給量を調整しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

上記ガラス微粒子堆積体の製造方法によれば、１つの原料タンクから複数のバーナに原料ガスを供給し、各バーナラインに設置している流量制御装置（ＭＦＣ）により各バーナへ供給する原料流量を制御している。そして、各バーナ毎に対応するガラス微粒子堆積体の外径をモニタして、ＭＦＣの流量設定値に補正を加えることで、ガラス微粒子堆積体の長手方向の外径が一定となるようにしている。

また、別のガラス微粒子堆積体の製造方法では、ＯＶＤ（外付け法）において、バーナ先端からガラス微粒子堆積体の堆積面までの距離を一定に保つように、ガラス微粒子堆積体の成長に伴い、バーナをガラス微粒子堆積体から後退させるようにバーナ位置の制御をしているものがある（例えば、特許文献２参照）。
前記製造方法によれば、ガラス母材の外径を測定し、スートの堆積成長に合わせてバーナを適宜後退させ、バーナ先端からガラス微粒子堆積体の堆積面までの距離がほぼ一定になるようにバーナ位置を変えている。

特開２００６−１６０５５１号公報特開２００３−２３８１６７号公報

しかしながら、上記特許文献１の製造方法では、ガス供給量を制御しているため、ガラス微粒子堆積体の外径が一定でも、嵩密度（実着量）が長手方向で一定にならない場合がある。ガラス微粒子堆積体の嵩密度が一定にならないと、光ファイバのカットオフ波長等に特性変動が発生する要因となる。

また、上記特許文献２の製造方法では、ＯＶＤ法によりスス付けしているため、ある位置の外径を測定し、それに合わせて一定量バーナ位置を後退させても、原料流量の変動や、排気圧の変動等の製造条件（スス付け条件）のばらつきにより、長手方向の外径や嵩密度が均一になるとは限らない。つまり、長手方向での外径を測定していないため、長手方向の外径を均一にすることは難しく、嵩密度もばらつく。このため、ガラス微粒子堆積体の長手方向の特性にばらつきが生じる。

本発明の目的は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ガラス微粒子堆積体の長手方向の外径と共に嵩密度を均一にすることができ、安定したファイバ特性を得ることができるガラス微粒子堆積体の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することができる本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、反応容器内に複数本のガラス合成用バーナと出発ロッドとを配置して、前記ガラス合成用バーナに対して前記出発ロッドを往復運動させ、前記ガラス合成用バーナで合成したガラス微粒子を前記出発ロッドに堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記各ガラス合成用バーナに供給する原料流量を一定に制御するとともに、前記ガラス微粒子堆積体の外径を測定し、前記外径が長手方向で一定になるように前記各ガラス合成用バーナの位置を制御することを特徴としている。

このように構成されたガラス微粒子堆積体の製造方法によれば、ガラス微粒子堆積体の外径が長手方向で一定になるように各ガラス合成用バーナの位置を制御するので、ガラス微粒子堆積体の外径とともに、堆積面温度（≒嵩密度）なども長手方向に均一にすることができる。
具体的には、ガラス微粒子堆積体の長手方向の外径を測定し、所定箇所の外径が設定径より細ければガラス合成用バーナの後退速度を遅くし、設定径より太ければ当該バーナの後退速度を速くする。これにより、ガラス原料の反応点（反応温度）をほぼ一定にすることができ、長手方向のガラス微粒子の嵩密度の変動を小さくできるので、ガラス微粒子堆積体の長手方向の特性を一定にすることができる。

また、上記ガラス微粒子堆積体の製造方法において、堆積開始から一定時間経過してから、前記外径が長手方向で一定になるように、前記各ガラス合成用バーナの位置を制御することが好ましい。

前記構成のガラス微粒子堆積体の製造方法によれば、初期堆積時は、ガラス微粒子の堆積が不安定であるため、堆積開始から所定時間までは各ガラス合成用バーナを、堆積速度に合わせて一定速度で後退させるか、若しくは固定してガラス微粒子を出発ロッドに堆積させる。そして、ガラス微粒子の堆積が安定した所定時間後から各ガラス合成用バーナの位置を制御するので、外径及び嵩密度の均一なガラス微粒子堆積体を効率良く得ることができる。

本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法によれば、各ガラス合成用バーナ毎にガラス微粒子堆積体の外径を測定し、外径が長手方向で一定になるように各ガラス合成用バーナの位置を制御するので、ガラス微粒子堆積体の長手方向の外径と共に嵩密度を均一にすることができ、安定したファイバ特性を得ることができる。

本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法を説明する製造装置の概略図である。図１の要部を示す拡大図である。本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法を説明するブロック図である。本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法における一つのバーナのバーナ位置とプリフォーム径の時間変化を示すグラフである。本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法における各バーナ毎のガラス付着量比率と、従来方法による各バーナ毎のガラス付着量比率を示すグラフである。従来方法における一つのバーナのバーナ位置とプリフォーム径の時間変化を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態であるガラス微粒子堆積体の製造方法について図１〜図３に基づいて説明する。なお、図中では、火炎形成ガスのガス供給装置は省略しており、本文中での説明も省略する。

図１に示すように、本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法を実施する製造装置１０は、ＭＭＤ法（多バーナ多層付け法）によりガラス微粒子の堆積を行うものである。製造装置１０の主要部は、複数本（この例では５本）のガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５と、複数本（この例では３本）の排気管１３を対向する側壁面に配置し、中心軸上に出発ロッド１４を配置した反応容器１２とを備えている。

反応容器１２は、出発ロッド１４の上下を支持棒１５で保持して、出発ロッド１４を回転させながらトラバース装置１６により上下に往復移動させる。そして、ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５で生成されたガラス微粒子が出発ロッド１４の周囲に堆積してガラス微粒子堆積体１７を作製する。また、排気管１３は、所定量のガスの排気を行い、反応容器１２内に浮遊するガラス微粒子堆積体１７に堆積しなかったガラス微粒子を排除する。

また、製造装置１０は、ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５に原料ガス等を供給するガス供給装置２０と、ガス供給装置２０等を制御する制御装置３０とを備えている。ガス供給装置２０は、制御装置３０によって制御され、不図示の原料タンク中の原料ガス（ＳｉＣｌ_４等）を、各ラインに配されたＭＦＣ２１〜２５を介して、ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５へ供給する。各バーナに供給する原料流量は、ＭＦＣ２１〜２５により指示流量になるように制御される。

各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５は、原料ガスを火炎加水分解反応させてガラス微粒子を生成して、反応容器１２内の出発ロッド１４に堆積する。なお、火炎形成ガス等の一般ガス（Ｏ_２、Ｈ_２、Ｎ_２などの不活性ガス等）用のガス供給装置の説明は省略する。

各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５には、移動用モータ３１〜３５が連結されている。各移動用モータ３１〜３５は、制御装置３０によって駆動制御される。各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５は、移動用モータ３１〜３５によって移動し、ガラス微粒子堆積体１７の堆積面と各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５先端との距離が調整される。また、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５には、反射型の非接触センサである外径センサＳ１〜Ｓ５が固定されている。

なお、移動用モータ３１〜３５は、対応する各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５を直線的な微小距離だけガラス微粒子堆積体１７から移動制御できれば良く、例えば、リニアモータやステッピングモータが使用可能である。また、外径センサＳ１〜Ｓ５は、透過型でも良く、ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５と別体に配置することも可能である。

図２に示すように、各外径センサＳ１〜Ｓ５は、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５に対応するガラス微粒子堆積体１７の測定点Ｐ１〜Ｐ５付近の成長する外径φＤ（プリフォーム径）を所定時間毎に測定する。

各外径センサＳ１〜Ｓ５は、制御装置３０に接続され、外径センサＳ１〜Ｓ５により測定された外径値は、各バーナ位置の制御に用いられる。なお、ここでは外径が一定となるようにバーナ位置を制御する方法について説明するが、各外径センサＳ１〜Ｓ５の測定したガラス微粒子堆積体１７のプリフォーム径φＤから、出発ロッド１４の均一なコア外径φＣに対する変化率であるＪ倍率（＝Ｄ／Ｃ）を算出し、Ｊ倍率が一定になるように各バーナ位置を制御することとしても良い。Ｊ倍率を一定にするように制御しても、同様に長手方向の特性変動を抑える効果は得られる。

制御装置３０は、測定した外径値に基づいて、ガラス微粒子堆積体１７の外径が長手方向で一定になるように移動用モータ３１〜３５を駆動させて、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５を移動させる。これにより、ガラス微粒子堆積体１７の外径が長手方向で一定になるように調整される。

次に、本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法を説明する。
なお、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５の制御方法は同じなので、主にガラス合成用バーナＢ１の系列を説明する。

図３に示すように、外径センサＳ１によるガラス微粒子堆積体１７の測定データ（プリフォーム径φＤ）４１は、制御装置３０に入力され、測定データに基づいて制御装置３０から駆動信号４２が移動用モータ３１へ出力される。移動用モータ３１は、駆動信号４２に基づいて作動し、ガラス合成用バーナＢ１を所定距離だけ後退させる。また、ガス供給装置２０は、制御装置３０からの制御信号４３によりガラス合成用バーナＢ１への原料ガス４５の流量制御を、ＭＦＣ２１を介して行う。

具体的には、ガラス微粒子堆積体１７の所定箇所のプリフォーム径φＤを外径センサＳ１により測定し、このプリフォーム径φＤが設定径より細ければ、ガラス合成用バーナＢ１の後退速度を遅くする。逆に、プリフォーム径φＤが設定径より太ければ、ガラス合成用バーナＢ１の後退速度を速くする。これにより、ガラス合成用バーナＢ１から供給するガラス原料の反応点（反応温度）をほぼ一定とすることができ、ガラス微粒子の嵩密度の変動を小さくできるので、ガラス微粒子堆積体１７の長手方向の特性を一定にすることができる。

また、堆積開始時は、ターゲットとなる出発ロッド１４の表面積が小さく、ガラス微粒子の堆積が安定しないので、堆積開始から一定時間（例えば、１時間程度）経過してガラス微粒子の堆積が安定（堆積速度が一定）してから、上記各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５の位置を制御するのが好ましい。即ち、ガラス微粒子の堆積が不安定な初期堆積時は、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５を堆積速度に合わせて一定速度で後退させるか、若しくは固定するなどしてガラス微粒子を出発ロッド１４に堆積させ、一定時間経過してから、ガラス微粒子堆積体１７の外径が長手方向で一定（目標値）になるように、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５の位置をフィードバック制御する。これにより、外径及び嵩密度の均一なガラス微粒子堆積体を効率良く得ることができる。

上述したように本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法によれば、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５に供給する原料流量を一定に制御するとともに、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５毎にガラス微粒子堆積体１７の外径を測定し、この外径が長手方向で一定になるように各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５の位置を制御する。これにより、ガラス微粒子堆積体の長手方向の外径（プリフォーム径φＤ）とともに、堆積面温度（≒嵩密度）なども均一にできる。

また、堆積開始から一定時間経過してから、ガラス微粒子堆積体１７の外径が長手方向で一定（目標値）になるように、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５の位置を制御することにより、ガラス微粒子の堆積が不安定である初期堆積時は、各バーナを一定速度で後退させるなどしてガラス微粒子を出発ロッド１４に堆積させる。そして、ガラス微粒子の堆積が安定した所定時間後からは、各ガラス合成用バーナＢ１〜Ｂ５の位置を制御するので、外径及び嵩密度の均一なガラス微粒子堆積体を効率良く得ることができる。

（実施例）
次に、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法の一実施例を説明する。
・製造方法；ＭＭＤ法
・出発ロッド；直径２５ｍｍ、長さ１０００ｍｍの石英ガラス
・測定点；上端から１５０ｍｍ間隔に５箇所
・原料ガス；ＳｉＣｌ_４（１〜７ＳＬＭ）
・外径センサ；距離センサ（測定点に対応したバーナ横に固定）

実施例の製造条件では、原料流量を一定に制御すると共に、堆積開始から約１時間程（図４（ｂ）の矢印）は、ガラス合成用バーナを出発ロッドの中心から一定の後退速度で移動させる（図４（ａ）参照）。その後、堆積速度が一定となってからは、ガラス微粒子堆積体の外径が長手方向で一定になるようにガラス合成用バーナの位置を調整する（図４（ｂ）参照）。なお、図４（ａ）のバーナ相対位置の「1.0」は母材製造終了時（目標最終外径到達時）のバーナ位置であり、図４（ｂ）のプリフォーム相対径の「1.0」は目標最終外径である。

比較例の製造条件では、原料流量を一定に制御すると共に、ガラス合成用バーナを出発ロッドの中心から一定の後退速度で移動させる（図６（ａ）参照）。

本発明の実施例の評価は、Ｊ倍率（プリフォーム径／コア外径）のプリフォーム全長の平均値を「１」とした時の、各バーナ位置におけるＪ倍率の比率である「ガラス付着量比率」を、従来例と比較することにより行う。その結果、図５に示すような結果を得る。

本発明の製造方法では、プリフォーム径を測定しながら、ガラス合成用バーナの位置を制御して、ガラス微粒子堆積体の外径を一定にしている。これにより、図５に示すように、各ガラス合成用バーナ位置におけるガラス付着量比率に大きな変動が出ずに、長手方向に安定していることがわかる。その結果、長手方向に安定したファイバ特性を得ることができる。

これに対して、プリフォーム径と関係なく、ガラス合成用バーナを出発ロッドの中心から事前に決めた一定の後退速度で移動させる従来の製造方法では、図５に示すように、各ガラス合成用バーナ位置におけるガラス付着量比率に大きな変動が出ている。その結果、長手方向でのファイバ特性にばらつきが現れる。

なお、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在であり、ＯＶＤ法においても同様の効果がある。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１０…製造装置、１２…反応容器、１４…出発ロッド、１７…ガラス微粒子堆積体、２０…ガス供給装置、３１〜３５…移動用モータ、３０…制御装置、４２…駆動信号、４３…制御信号、４５…原料ガス、Ｂ１〜Ｂ５…ガラス合成用バーナ、φＣ…出発ロッドのコア径、φＤ…プリフォーム径、Ｐ１〜Ｐ５…測定点、Ｓ１〜Ｓ５…外径センサ

Claims

反応容器内に複数本のガラス合成用バーナと出発ロッドとを配置して、前記ガラス合成用バーナに対して前記出発ロッドを往復運動させ、前記ガラス合成用バーナで合成したガラス微粒子を前記出発ロッドに堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記各ガラス合成用バーナに供給する原料流量を一定に制御するとともに、前記ガラス微粒子堆積体の外径を測定し、前記外径が長手方向で一定になるように前記各ガラス合成用バーナの位置を制御することを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
堆積開始から一定時間経過してから、前記外径が長手方向で一定になるように、前記各ガラス合成用バーナの位置を制御することを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。