JP2013060321A

JP2013060321A - 石英製バーナ及び光ファイバ用ガラス母材の製造方法

Info

Publication number: JP2013060321A
Application number: JP2011199279A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Habasaki; 利已幅崎; Yusuke Kubo; 祐介久保
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-04-04
Also published as: CN102992612A

Abstract

【課題】光ファイバ用ガラス母材の火炎研磨時に付着する不純物を減少させ、線引き時の光ファイバに発生する異常点を少なくすることができる石英製バーナ及び光ファイバ用ガラス母材の製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ用ガラス母材１４の表面の火炎研磨時に使用するバーナ２０は、高純度の石英材料（ＳｉＯ_２）から形成され、この石英バーナを製作するときの純石英材料に含まれる不純物の内、鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度は０．３ｐｐｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ用ガラス母材の製造時に使用する石英製バーナ及び光ファイバ用ガラス母材の製造方法に関する。

従来の光ファイバ用ガラス母材の製造方法としては、ＯＶＤ法やＶＡＤ法等により反応容器内でガラス微粉末生成用バーナを使用して、ガラス微粒子を出発ガラスロッドに堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程がある（例えば、特許文献１参照）。この堆積工程により作製したガラス微粒子堆積体を脱水・焼結して透明ガラス化する透明化工程がある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献１には、ガラス微粉末を生成するガラス微粉末生成用バーナが、高純度な石英ガラス（ＳｉＯ_２）で構成されていることが記載されている。また、特許文献２の製造方法には、透明化工程における焼結炉の炉心管表層から１０μｍの深さの領域内における鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度が、２ｐｐｍ以下の炉心管を使用することが記載されている。

また、特許文献３のように、上記透明化工程により作製したガラス母材から光ファイバを線引きする線引き工程の前に、石英製バーナを使用し、ガラス微粒子堆積体の表面の不純物を除去したり表面を研削したりする火炎研磨工程を行うことが知られている。

特開昭５９−２２７７３５号公報特開２００３−２１２５５９号公報特開平７−２３２９２９号公報

従来の製造方法による光ファイバ用ガラス母材では、線引き中の光ファイバが断線や線径変動を発生する場合があった。このような線引き工程で発生する断線や線径変動等の原因は、線引き前の火炎研磨時のバーナ自体に含まれる不純物濃度が影響していることが、本発明者らの鋭意検討により見出された。

すなわち、火炎研磨時にバーナ自体の劣化に伴いバーナ自体に含まれていた鉄（Ｆｅ）等の不純物は、火炎と共に飛散してガラス母材に付着する。

火炎研磨時に不純物がガラス母材に付着すると、光ファイバの線引き時のガラス母材に起因する断線や線径変動等の異常点が発生し易くなる。異常点の発生頻度は、線引き長さ２０００ｋｍに対して、通常は平均１回程度であるが、不純物が付着していると、これが数倍から数十倍に悪化する。

しかしながら、上記特許文献１，３に記載のような高純度の石英製バーナを使用する時、石英材料に含まれる不純物、特に影響が大きい鉄（Ｆｅ）の含有濃度については検討されていなかった。

本発明の目的は、石英バーナを製作するときの石英材料に含まれる不純物濃度、特に鉄（Ｆｅ）の含有濃度を低くすることにより、特に火炎研磨時に光ファイバ用ガラス母材に付着する不純物を減少させ、線引き時の光ファイバに発生する断線や線径変動等の異常点を少なくすることができる石英製バーナ及び光ファイバ用ガラス母材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石英製バーナは、光ファイバ用ガラス母材を製造する際に使用し、石英材料から形成される石英製バーナであって、前記石英材料に含まれる不純物の内、鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度が０．３ｐｐｍ以下であることを特徴としている。

また、本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、石英材料から形成される石英製バーナを使用してガラス母材を製造する光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、前記石英材料に含まれる不純物の内、鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度が０．３ｐｐｍ以下である前記石英製バーナを使用して前記光ファイバ用ガラス母材を製造することを特徴としている。

また、本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、前記石英材料から形成される前記石英製バーナを、前記光ファイバ用ガラス母材の表面の火炎研磨工程に使用することが好ましい。

本発明に係る石英製バーナ及び光ファイバ用ガラス母材の製造方法によれば、石英材料に含まれる不純物の内、鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度を０．３ｐｐｍ以下と低くすることにより、特に火炎研磨時に光ファイバ用ガラス母材に付着する不純物を減少させ、線引き時に発生する断線や線径変動等の異常点を少なくすることができる。

本発明に係る石英製バーナを使用して光ファイバ用ガラス母材を製造する火炎研磨装置の要部を示す部分概略図である。図１における石英製バーナを示す概略斜視図である。図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の石英製バーナ及び光ファイバ用ガラス母材の製造方法の一実施形態について、ＶＡＤ法等により作製したガラス母材の線引き工程前に行う火炎研磨工程を一例に説明する。

図１に示すように、本実施形態の光ファイバ用ガラス母材の製造方法を実施する火炎研磨装置１０は、ＶＡＤ法等によりガラス微粒子を出発ガラスロッド１３に堆積させ、その後透明化させたガラス母材１４の表面に付着した不純物を除去したり、表面を研削したりするために、線引き工程前に石英製バーナ２０（以下、単にバーナと云う）によりガラス母材１４の表面を加熱するものである。

火炎研磨装置１０は、不図示の支柱に支持フレーム１１が設けられ、この支持フレーム１１は、支柱に沿って設けられた昇降機構によって昇降可能であり、先端近傍には把持具１２が取り付けられている。把持具１２は、出発ガラスロッド１３を把持し、ガラス母材１４を吊り下げると共に、ガラス母材１４を中心軸回りに回転させる。

本実施形態のバーナ２０は、ガラス母材１４の外周に向けて配置された例えば二重管構造の酸水素バーナであり、その先端をガラス母材１４の中心軸へ向けた状態で石英製などの固定板１５に固定されている。

バーナ２０は、高純度の石英材料（ＳｉＯ_２）から形成され、この石英材料に含まれる不純物の内、鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度は０．３ｐｐｍ以下である。これにより、火炎研磨時にガラス母材１４の表面に付着する不純物を最小限に抑えることができ、線引き時に光ファイバに発生する気泡、断線、線径変動等の異常点を少なくすることができる。

なお、ここで云う高純度の石英材料とは、ＳｉＯ_２の割合が９９．９９５（ｗ％）以上であることを意味している。また、鉄（Ｆｅ）以外のその他の不純物としては、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）等があるが、鉄（Ｆｅ）が含まれることによる断線などへの影響と比較して、その影響は少なく、また、一般的にこれら不純物は、鉄（Ｆｅ）に比べ微量にしか母材中に存在しない。なお、Ｆｅの平均質量濃度の下限値は、製造上及び測定上の限界である０．０５ｐｐｍとなる。

図２に示すように、バーナ２０は、例えば円筒管形状の外管２１と、該外管２１の内側に細径の内管２２とを備えた二重管構造である。これら外管２１及び内管２２は、石英材料（ＳｉＯ_２）に含まれている不純物の内、鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度が０．３ｐｐｍ以下である高純度の石英材料から形成されている。特に、劣化し易い外管２１及び内管２２の先端部分は、０．２ｐｐｍ以下の平均質量濃度であることが好ましい。

バーナ２０は、外管２１と内管２２との間に水素用ポート２５が形成されており、外管２１に接続された水素供給管２４から供給される水素（Ｈ_２）を水素用ポート２５から噴出させる。また、内管２２は、酸素供給管２３が接続されており、酸素供給管２３から供給される酸素（Ｏ_２）を酸素用ポート２６から噴出させる。水素用ポート２５から噴出したＨ_２と、酸素用ポート２６から噴出したＯ_２とが酸化反応して燃焼することで酸水素火炎を生成する。

図３に示すように、複数本のバーナ２０は、円筒形状の固定板１５上にガラス母材１４の中心軸２７へ向けて周方向に等間隔に固定されている。この複数本（本実施形態では１２本）のバーナ２０によりガラス母材１４の表面を火炎研磨するのに必要な酸水素火炎３０の火力を得ることができる。なお、固定板１５は、円筒形状に限らず、バーナ数に対応した多角筒形状に形成しても良い。

次に、光ファイバ用ガラス母材の製造方法を説明する。
（火炎研磨工程）
図１に示すように火炎研磨装置１０において、出発ガラスロッド１３にガラス微粒子を堆積させて透明化させたガラス母材１４は、出発ガラスロッド１３の上端を把持具１２に取り付けることで、支持フレーム１１から吊り下げられる。

次に、支持フレーム１１を昇降機構によって下降させ、ガラス母材１４を複数のバーナ２０が円形状に配置された固定板１５内まで下降させると共に、把持具１２によってガラス母材１４をその中心軸２７を中心に回転させる（図３参照）。

次に、図２，３に示すように、酸素供給管２３から供給されたＯ_２と、水素供給管２４から供給されたＨ_２とが酸化反応して燃焼することで、全てのバーナ２０の先端から酸水素火炎３０を噴出する。

このとき、使用している全てのバーナ２０は、バーナ自体を形成している石英材料（ＳｉＯ_２）に含まれる不純物の内、鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度が０．３ｐｐｍ以下である。したがって、バーナ自体の劣化に伴いバーナ自体に含まれていた鉄（Ｆｅ）等の不純物が火炎と共に飛散してガラス母材１４に付着するのを最小限に抑えることができる。

これにより、ガラス母材１４の表面の不純物を確実に除去すると共に、バーナ自体から飛散してガラス母材１４の表面に付着する不純物を最小限に抑えて、線引き時に発生する断線や線径変動等の異常点を少なくすることができる。

次に、本発明の石英製バーナ及び光ファイバ用ガラス母材の製造方法の一実施例を説明する。

実施例、比較例とも、不純物濃度が異なる石英材料から形成された石英製バーナを使用して火炎研磨を行い、火炎研磨したガラス母材の所定長さ（線引き長さ１０００ｋｍ）当たりの異常点をカウントする。

石英製バーナは、二重管構造の酸水素バーナを用い、火炎研磨するガラス母材は、外径１００〜２００ｍｍ、長さ８００〜２０００ｍｍのものを用いた。なお、火炎研磨時にバーナに投入する火炎形成ガスは、Ｏ_２（１００〜２００ＳＬＭ）、Ｈ_２（２００〜６００ＳＬＭ）とし、火炎温度は１５００℃〜１８００℃とした。このようにして火炎研磨したガラス母材を、１２５μｍの光ファイバに線引きした。

また、具体的には、実施例で使用した石英製バーナは、石英材料中のＦｅの平均質量濃度が０．３ｐｐｍ以下のものを使用する。一方、比較例で使用した石英製バーナは、Ｆｅの平均質量濃度が０．３ｐｐｍを超えるものを使用する。その結果、表１に示すような結果を得る。

表１から明らかなように、石英材料中のＦｅの平均質量濃度が０．３ｐｐｍ以下の石英製バーナを使用して火炎研磨する実施例１，２では、異常点の発生が線引き長さ１０００ｋｍ当たり１〜２回であった。一方、石英材料中のＦｅの平均質量濃度が０．３ｐｐｍを超える石英製バーナを使用して火炎研磨する比較例１，２では、異常点の発生が線引き長さ１０００ｋｍ当たり５回以上と多く確認され、明らかにＦｅの平均質量濃度が増えることで異常点の発生が増加することが分かる。

なお、本発明の石英製バーナ及び光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。
例えば、本実施形態では、火炎研磨工程を一例に説明したが、石英製バーナを使用するものであれば、堆積工程におけるＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＭＤ法などの火炎分解反応を利用するガラス微粒子堆積体の製造にも使用することができる。また、ガラス母材を加熱して延伸する延伸工程にも使用できる。

また、石英製バーナの構造は、二重管構造の酸水素バーナに限らず、多重管構造のバーナやマルチノズル型のバーナにも適用することができる。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…火炎研磨装置、１１…支持フレーム、１２…把持具、１３…出発ガラスロッド、１４…ガラス母材、１５…固定板、２０…石英製バーナ、２１…外管、２２…内管、２３…酸素供給管、２４…水素供給管、２５…水素用ポート、２６…酸素用ポート、２７…ガラス母材の中心軸、３０…酸水素火炎

Claims

光ファイバ用ガラス母材を製造する際に使用し、石英材料から形成される石英製バーナであって、
前記石英材料に含まれる不純物の内、鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度が０．３ｐｐｍ以下であることを特徴とする石英製バーナ。
石英材料から形成される石英製バーナを使用してガラス母材の製造を行う光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、
前記石英材料に含まれる不純物の内、鉄（Ｆｅ）の平均質量濃度が０．３ｐｐｍ以下である前記石英製バーナを使用して前記光ファイバ用ガラス母材を製造することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
請求項２に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法において、
前記石英材料から形成される前記石英製バーナを、前記光ファイバ用ガラス母材の表面の火炎研磨工程に使用することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。