JP2013043810A - ガラス微粒子堆積体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】波打ちの発生を極力抑え、光ファイバとした際に優れた光伝送特性を得ることが可能なガラス微粒子堆積体の製造方法を提供する。
【解決手段】軸回りに回転する出発ロッド１２の対向位置に少なくとも一本のバーナ１３を配置し、出発ロッド１２とバーナ１３とを出発ロッド１２の軸方向へ相対的に往復移動させつつバーナ１３の火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を出発ロッド１２に吹き付けてガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体１４の製造方法であって、出発ロッド１２とバーナ１３との相対的な往復移動が一往復して元の位置に戻る際に、出発ロッド１２の回転位置が、元の位置から半周期ずれるように、一往復の往復移動距離に対応して、往復移動速度及び出発ロッド１２の回転速度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、出発ロッドに対してガラス微粒子を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。

回転する出発ロッドと、この出発ロッドに対向させて配列させた複数のバーナの列とを相対的に往復移動させ、出発ロッドの表面にバーナで生成したガラス微粒子を吹き付けて層状に堆積させる多バーナ多層付け法（ＭＭＤ法）でガラス微粒子堆積体を製造する方法がある。

このようなガラス微粒子堆積体の製造方法において、１往復の移動距離をバーナ間隔の２倍未満としたり（例えば、特許文献１参照）、トラバース速度ｖ（ｍｍ／分）、主軸回転数ｒ（ｒｐｍ）、バーナ間隔Ｌ（ｍｍ）をパラメータとし、Ａ＝（ｒ／ｖ）×Ｌで表される値が、４０≧Ａ≧８の範囲となるように設定する（例えば、特許文献２参照）ことが行われている。

特開２００２−１６７２２８号公報 特開２００４−２１７７号公報

ところで、出発ロッドとバーナとを相対的に往復移動させてガラス微粒子を堆積させる際には、出発ロッドが回転しているため、ガラス微粒子は螺旋状に堆積する。また、バーナから噴出されるガラス微粒子は、バーナの中心部分で噴射量が多くなるため、バーナの中心が通る部分では山となる。したがって、出発ロッドとバーナとを相対的に往復移動させると、山が重なる部分でより堆積量が多くなり、軸方向に沿って短周期の波打ちが生じる場合がある。このような波打ちは、ガラス微粒子堆積体における外径変動となるため、このガラス微粒子堆積体を用いた母材から光ファイバを線引きすると、光ファイバの光伝送特性が長手方向で変動してしまう要因となる。

本発明の目的は、波打ちの発生を極力抑え、光ファイバとした際に優れた光伝送特性を得ることが可能な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のできる本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、軸回りに回転するロッドの対向位置に少なくとも一本のバーナを配置し、前記ロッドと前記バーナとを前記ロッドの軸方向へ相対的に往復移動させつつ前記バーナの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を前記ロッドに吹き付けてガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ロッドと前記バーナとの相対的な往復移動が一往復して元の位置に戻る際に、前記ロッドの回転位置が、元の位置から半周期ずれるように、一往復の往復移動距離に対応して、往復移動速度及び前記ロッドの回転速度を調整することを特徴とする。

また、本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、軸回りに回転するロッドの対向位置に少なくとも一本のバーナを配置し、前記ロッドと前記バーナとを前記ロッドの軸方向へ相対的に往復移動させつつ前記バーナの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を前記ロッドに吹き付けてガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ロッドと前記バーナとの相対的な往復移動の方向変換位置を、前記ロッドの軸方向のいずれか一方側へ徐々に移動させてから徐々に元の位置へ戻す方向変換位置の変動を行うとともに、この方向変換位置の変動の際に、前記ロッドの軸方向の所定位置を一方へ通過した後に前記所定位置を再度一方へ通過するまでの往復移動距離をＬ１、前記所定位置を他方へ通過した後に前記所定位置を再度他方へ通過するまでの往復移動距離をＬ２とした場合に、前記Ｌ１及び前記Ｌ２の移動後のどちらの場合も前記ロッドの回転位置が元の位置から半周期ずれるように、往復移動距離、往復移動速度及び前記ロッドの回転速度を調整することを特徴とする。

本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法において、往復移動距離Ｌ（ｍｍ）、往復移動速度Ｖ（ｍｍ／分）及び前記ロッドの回転数Ｎ（ｒｐｍ）を、
（Ｌ／Ｖ）×Ｎ（ｒｐｍ）＝ｎ＋０．５±０．１
ただし、ｎ：任意の整数
が満たされるように設定することが好ましい。

本発明によれば、山の位置と谷の位置とが一層ごとに交互に配置されることとなり、山と谷とが相殺され、外周面が極力平坦化される。これにより、短周期の波打ちが抑えられ、外径変動が許容範囲内に収められる。したがって、このガラス微粒子堆積体を用いた母材から光ファイバを線引きすることにより、長手方向で良好な光伝送特性が得られた光ファイバを製造することができる。
つまり、波打ちの発生を極力抑え、光ファイバとした際に優れた光伝送特性を得ることが可能なガラス微粒子堆積体を製造することができる。

ガラス微粒子堆積体を製造する製造装置の一例を示す概略構成図である。 一般的な製造方法によってガラス微粒子を堆積させる場合のガラス微粒子堆積体を示す図であって、（ａ）はガラス微粒子堆積体の概略斜視図、（ｂ）はガラス微粒子堆積体の一部の拡大断面図である。 一般的な製造方法によってガラス微粒子を堆積させる場合のガラス微粒子堆積体の外径変動を示すグラフ図である。 本実施形態に係る製造方法によってガラス微粒子を堆積させる場合のガラス微粒子堆積体を示す図であって、（ａ）はガラス微粒子堆積体の概略斜視図、（ｂ）はガラス微粒子堆積体の一部の拡大断面図である。 本実施形態に係る製造方法によってガラス微粒子を堆積させる場合のガラス微粒子堆積体の外径変動を示すグラフである。 他の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法（バーナの動き）を示す模式図である。

以下、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、ガラス微粒子堆積体を製造する製造装置１０は、反応容器１１内の出発ロッド（ロッド）１２にバーナ１３の火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を堆積させて、光ファイバの母材となるガラス微粒子堆積体１４を製造する装置である。バーナ１３は、出発ロッド１２に対向させて出発ロッド１２の軸方向に沿って一定間隔で複数配置されており、反応容器１１のバーナ１３と反対側には、複数の排気路１５が設けられている。この製造装置１０では、出発ロッド１２を軸方向へ往復移動させることにより、回転する出発ロッド１２とバーナ１３の列とを出発ロッド１２の軸方向へ相対的に往復移動させ、出発ロッド１２の表面にガラス微粒子を層状に堆積させる多バーナ多層付け法（ＭＭＤ法）でガラス微粒子堆積体１４を製造する。

このように、出発ロッド１２に対してガラス微粒子を堆積させる工程において、本実施形態では、出発ロッド１２とバーナ１３との相対的な往復移動が一往復して元の位置に戻る際に、出発ロッド１２の回転位置が、元の位置から半周期ずれるように、一往復の往復移動距離に対応して、往復移動速度Ｖ及び出発ロッド１２の回転速度ωを調整する。

つまり、出発ロッド１２とバーナ１３との相対的な往復移動距離Ｌ（ｍｍ）、往復移動速度Ｖ（ｍｍ／分）及び出発ロッド１２の回転数Ｎ（ｒｐｍ）を、次式（１）が満たされるように設定する。

（Ｌ／Ｖ）×Ｎ（ｒｐｍ）＝ｎ＋０．５±０．１…（１）
ただし、ｎ：任意の整数

このように、往復移動距離Ｌ（ｍｍ）、往復移動速度Ｖ（ｍｍ／分）及び出発ロッド１２の回転数Ｎ（ｒｐｍ）を設定すれば、出発ロッド１２とバーナ１３との相対的な往復移動が一往復して元の位置に戻る際に、出発ロッド１２の回転位置が、元の位置から半周期（０．５回転）ずらされる。

出発ロッド１２とバーナ１３とを相対的に往復移動させてガラス微粒子を堆積させる際に、出発ロッド１２が回転しているため、堆積する部分は螺旋状になる。また、バーナ１３から噴出されるガラス微粒子は、バーナ１３の中心部分で噴射量が多くなるため、バーナ１３の中心が通る部分では山となり、この山の間が谷となる。

したがって、出発ロッド１２に対してガラス微粒子を堆積させる工程において、例えば出発ロッド１２とバーナ１３との相対的な往復移動が一往復して元の位置に戻る際に、出発ロッド１２の回転位置が元の位置となってしまうような場合では、図２（ａ）に示すように、ある往復移動時（実線部分）と次の往復移動時（破線部分）とで山Ａ同士が重なり、また、谷Ｂ同士が重なる。すると、図２（ｂ）に示すように、ガラス微粒子堆積体１４の外周面では、山Ａ同士の重なり部分で堆積量がより多くなり、谷Ｂ同士の重なり部分で堆積量が少なくなる。この重なりは、次の往復移動時にも生じるため、重なりが積み重なって短周期の波打ちが生じ、このような波打ちは、図３に示すように、許容範囲Ｃ（例えば５ｍｍ）を超えた外径変動となる。そして、このガラス微粒子堆積体１４を用いた母材から光ファイバを線引きすると、光ファイバの光伝送特性が長手方向で変動してしまう。

これに対して、本実施形態では、出発ロッド１２とバーナ１３との相対的な往復移動が一往復して元の位置に戻る際に、出発ロッド１２の回転位置が、元の位置から半周期ずれるように制御することにより、図４（ａ）に示すように、ある往復移動時（実線部分）と次の往復移動時（破線部分）とで山Ａの位置と谷Ｂの位置とが軸方向で交互に配置されることとなり、図４（ｂ）に示すように、山Ａと谷Ｂとが相殺されてガラス微粒子堆積体１４の外周面が平坦化される。これにより、短周期の波打ちが抑えられ、図５に示すように、外径変動が許容範囲Ｃ（例えば５ｍｍ）内に収められる。したがって、このガラス微粒子堆積体１４を用いた母材から光ファイバを線引きすることにより、長手方向で良好な光伝送特性が得られた光ファイバを製造することができる。つまり、波打ちの発生を極力抑え、光ファイバとした際に優れた光伝送特性を得ることが可能なガラス微粒子堆積体１４を製造することができる。

次に、他の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法について説明する。
他の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法では、出発ロッド１２に対してガラス微粒子を堆積させる工程において、図６に示すように、出発ロッド１２とバーナ１３との相対的な往復移動の方向変換位置を、出発ロッド１２の軸方向の一方側へ徐々に移動させてから徐々に元の位置へ戻す方向変換位置の変動を行う（図６中実線部分参照）。

また、この方向変換位置の変動の際に、出発ロッド１２の軸方向の所定位置Ｐを一方へ通過した後に所定位置Ｐを再度一方へ通過するまでの往復移動距離（図６中破線参照）及び所定位置Ｐを他方へ通過した後に所定位置Ｐを再度他方へ通過するまでの往復移動距離（図６中一点鎖線参照）の移動後のどちらの場合も出発ロッド１２の回転位置が元の位置から半周期ずれるように、往復移動距離Ｌ、往復移動速度Ｖ及び出発ロッド１２の回転速度ωを調整する。

つまり、出発ロッド１２とバーナ１３との相対的な往復移動距離Ｌ（ｍｍ）、往復移動速度Ｖ（ｍｍ／分）及び出発ロッド１２の回転数Ｎ（ｒｐｍ）を、上式（１）が満たされるように制御する。なお、この場合、所定位置を一方へ通過した後に再度一方へ通過するまでの往復移動距離（Ｌ１）、及び所定位置を他方へ通過した後に再度他方へ通過するまでの往復移動距離（Ｌ２）の各々を上式（１）のＬと考え、Ｌ１とＬ２の両方が上式（１）を満たすように制御することになる。

例えば、出発ロッド１２とバーナ１３との相対的な往復移動を、往復移動の方向変換位置を１７ｍｍずらしながら、上方側へ１６４ｍｍ、下方側へ１４７ｍｍ移動させて折り返す場合に（図６中実線参照）、所定位置Ｐを通過して最初に折り返すまでの距離をＤとすると、所定位置Ｐを下向きに横切るのに必要となる移動距離（図６中一点鎖線参照）は、次のようになる。

１回目：２Ｄ（ｍｍ）
２回目：２Ｄ＋３２８×１（ｍｍ）
３回目：２Ｄ＋３２８×２（ｍｍ）
４回目：２Ｄ＋３２８×３（ｍｍ）
５回目：２Ｄ＋３２８×４（ｍｍ）

また、所定位置Ｐを上向きに横切るのに必要となる移動距離（図６中破線参照）は、次のようになる。

１回目：２９４×１（ｍｍ）
２回目：２９４×２（ｍｍ）
３回目：２９４×３（ｍｍ）
４回目：２９４×４（ｍｍ）
５回目：２９４×５（ｍｍ）

このようにすると、往復移動のパターン中に、２９４ｍｍ（Ｌ１）と３２８ｍｍ（Ｌ２）の２つの往復移動距離Ｌ１，Ｌ２を有する２つの周期が混在することとなる。

そして、この２つの往復移動の周期毎に、回転位相を０．５回転（１８０°）変化させる。例えば、回転数４５（ｒｐｍ）、往復移動速度５００ｍｍ／分とした場合、上方向へ１６４ｍｍ（往復移動の周期３２８ｍｍ）移動させるとすれば、
４５×（３２８／５００）＝２９．５２回転
となる。つまり、約０．５回転分の回転位相が生じ、約半周期（約１８０°）のずれが生じる。

さらに、下方向へ１４７ｍｍ（往復移動の周期２９４ｍｍ）移動させるとすれば、
４５×（２９４／５００）＝２６．４６回転
となる。つまり、約０．５回転分の回転位相が生じ、約半周期（約１８０°）のずれが生じる。

このように、本実施形態の場合も、往復移動で山Ａの位置と谷Ｂの位置とが軸方向で交互に配置されることとなり、山Ａと谷Ｂとが相殺され、外周面が極力平坦化される。これにより、短周期の波打ちが抑えられ、図５と同様の外径変動となり、外径変動が許容範囲Ｃ（例えば５ｍｍ）内に収められる。したがって、このガラス微粒子堆積体１４を用いた母材から光ファイバを線引きすることにより、長手方向で良好な光伝送特性が得られた光ファイバを製造することができる。つまり、波打ちの発生を極力抑え、光ファイバとした際に優れた光伝送特性を得ることが可能なガラス微粒子堆積体１４を製造することができる。

なお、上記実施形態では、多バーナ多層付け法（ＭＭＤ法）でガラス微粒子堆積体１４を製造する場合を例示したが、本発明は、ＯＶＤ（Outside Vapor Phase Deposition）法によってガラス微粒子堆積体１４を製造する場合にも適用可能である。

１２：出発ロッド（ロッド）、１３：バーナ、１４：ガラス微粒子堆積体、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２：往復移動距離、Ｖ：往復移動速度、Ｎ：回転数、ｎ：任意の整数

Claims (3)

1. 軸回りに回転するロッドの対向位置に少なくとも一本のバーナを配置し、前記ロッドと前記バーナとを前記ロッドの軸方向へ相対的に往復移動させつつ前記バーナの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を前記ロッドに吹き付けてガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
   前記ロッドと前記バーナとの相対的な往復移動が一往復して元の位置に戻る際に、前記ロッドの回転位置が、元の位置から半周期ずれるように、一往復の往復移動距離に対応して、往復移動速度及び前記ロッドの回転速度を調整することを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
2. 軸回りに回転するロッドの対向位置に少なくとも一本のバーナを配置し、前記ロッドと前記バーナとを前記ロッドの軸方向へ相対的に往復移動させつつ前記バーナの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を前記ロッドに吹き付けてガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
   前記ロッドと前記バーナとの相対的な往復移動の方向変換位置を、前記ロッドの軸方向のいずれか一方側へ徐々に移動させてから徐々に元の位置へ戻す方向変換位置の変動を行うとともに、この方向変換位置の変動の際に、前記ロッドの軸方向の所定位置を一方へ通過した後に前記所定位置を再度一方へ通過するまでの往復移動距離をＬ１、前記所定位置を他方へ通過した後に前記所定位置を再度他方へ通過するまでの往復移動距離をＬ２とした場合に、前記Ｌ１及び前記Ｌ２の移動後のどちらの場合も前記ロッドの回転位置が元の位置から半周期ずれるように、往復移動距離、往復移動速度及び前記ロッドの回転速度を調整することを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
3. 請求項１または２に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
   往復移動距離Ｌ（ｍｍ）、往復移動速度Ｖ（ｍｍ／分）及び前記ロッドの回転数Ｎ（ｒｐｍ）を、
   （Ｌ／Ｖ）×Ｎ（ｒｐｍ）＝ｎ＋０．５±０．１
   ただし、ｎ：任意の整数
   が満たされるように設定することを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。

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