JP2013249232A - 光ファイバ用母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バーナ先端部へのガラス微粒子の堆積を容易かつ安価な手段で防止し、製造効率を上げることができる光ファイバ用母材の製造方法を提供すること。
【解決手段】製造工程２７では、バーナ１の第１ポート３にガラス原料ガス１９と酸素ガス２１とアルゴンガス２３とを混合して導入し、第２ポート５に水素ガスを導入する。製造工程２７の終了後は、第１のパージ工程２９ａに移行する。第１のパージ工程２９ａでは、酸素ガス２１の流量を徐々に減少させるとともに、アルゴンガス２３の流量を酸素ガス２１の減少分にあわせて増量する。酸素ガス２１とアルゴンガス２３との切り替えが終了した後、待機時間３１を設けて第１ポート３内の酸素ガス２１を完全に排出し、第１のパージ工程２９ａから第２のパージ工程２９ｂに移行する。第２のパージ工程２９ｂでは、ガラス原料ガス１９を窒素ガス２１に切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバ用母材の製造方法に関する。

従来、光ファイバ用母材を製造する際に、原料の反応効率を向上させるために、ガラス原料ガスと酸素ガスを予混合させてから加水分解反応させることが知られている。図６は、バーナ１０１の概要を示す図である。図６（ａ）は、バーナ１０１に連結される配管の状態を示す図、図６（ｂ）は、バーナ１０１の断面図である。図７は、第１ポート１０３における各種ガスの流量と経過時間の関係の例を示す図である。

図６に示すように、バーナ１０１は、４つのポートを有する。バーナ１０１の中央部の第１ポート１０３には、配管１１１、配管１１３が接続される。配管１１１は、配管１１１−１と配管１１１−２に分岐し、配管１１１−１にはバルブ１０９−１が、配管１１１−２にはバルブ１０９−２が設けられる。配管１１１−１は、ガラス原料１０７を気化させたガラス原料ガスの導入に用いられる。配管１１１−２は、窒素、アルゴン等の不活性ガスの導入に用いられる。配管１１３は、酸素ガスの導入に用いられる。第1ポートの外側に隣接する第２ポート１０５には、水素が導入される。図中のＭＦＣは、マスフロコントローラを示す。

従来の製造方法の一例を図７に示す。従来の製造方法では、図７に示すように、製造工程１２１で、第１ポート１０３にガラス原料ガス１１５と酸素ガス１１７を混合して導入する。ガラス原料ガス１１５の流量は５Ｌ／分、酸素ガス１１７の流量は２Ｌ／分とする。製造工程１２１の終了後、バーナ１０１のパージ工程１２３に移行する。パージ工程１２３では、第１ポート１０３のガラス原料ガス１１５をパージ用不活性ガスである窒素ガス１１９に切り替えると同時に、酸素ガス１１７を遮断する。パージ工程１２３では、窒素ガス１１９の流量は５Ｌ／分、ガラス原料ガス１１５および酸素ガス１１７の流量は０Ｌ／分となる。

上述した方法では、製造工程１２１からパージ工程１２３に移行する際のガスの切り替え時にＭＦＣの応答が遅れるため、ガスの流量変動が生じる。流量変動は、バーナ１０１のノズル出口での流速変動につながり、配管内に残留していたガラス原料ガス１１５と酸素ガス１１７の混合ガスが窒素ガス１１９に押されてノズルから流出し、第２ポート１０５の水素と反応し、ガラス微粒子がノズル先端に堆積することとなる。

ノズルの先端へのガラス微粒子の付着・堆積は、バーナ１０１において酸素と水素が隣接し、かつガス流速が変動する際に発生する。そのため、ガラス微粒子がノズル先端に堆積しないように、ガラス原料ガスを噴出するノズルの周囲に不活性ガスを流すなどの対策がとられている。例えば、ガラス原料ガスと酸素ガスの混合ガスの噴出ノズルと水素ガス噴出ノズルの間のノズルにアルゴン等の不活性ガスを１５０℃以上に加熱して流すことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１７０４７２号公報

しかしながら、ガラス原料ガスと酸素ガスの混合ガスの噴出ノズルと水素ガス噴出ノズルの間に不活性ガスを加熱して流すには、ガスを加熱する手段が必要であり、コストが増大する。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、バーナ先端部へのガラス微粒子の堆積を容易かつ安価な手段で防止し、製造効率を上げることができる光ファイバ用母材の製造方法を提供することである。

前述した目的を達成するために、本発明は、ガラス原料を多重管バーナから噴出させて火炎中で加水分解させ、生成するガラス微粒子を回転する出発材の先端または外周に堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法であって、ガラス原料ガスと助燃性ガスとシールガスと可燃性ガスとをバーナに導入し、かつ、前記バーナの同じポートに前記ガラス原料ガスと前記助燃性ガスとを供給してガラス微粒子堆積体を製造する工程（ａ）と、前記助燃性ガスを第１の不活性ガスに切り替える第１のパージ工程（ｂ）と、前記ガラス原料ガスを第２の不活性ガスに切り替える第２のパージ工程（ｃ）と、を具備することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法である。

本発明では、例えば、前記工程（ａ）で、前記バーナの第１のポートから前記ガラス原料ガスと前記助燃性ガスと前記第１の不活性ガスとを、前記第１のポートに隣接する第２のポートから前記可燃性ガスを供給し、前記工程（ｂ）で、前記第１のポートにおいて、前記助燃性ガスと前記第１の不活性ガスとの合計流量の変動を±１０％以内に維持しつつ、徐々に前記助燃性ガスを減少させて前記第１の不活性ガスを増加させる。

また、前記工程（ａ）で、前記バーナの第１のポートから前記ガラス原料ガスと前記助燃性ガスと前記第１の不活性ガスとを、前記第１のポートに隣接する第２のポートから前記シールガスを、前記第２のポートに隣接する第３のポートから前記可燃性ガスを供給し、前記工程（ｂ）で、前記第１のポートにおいて、前記助燃性ガスと前記第１の不活性ガスとの合計流量の変動を±１０％以内に維持しつつ、徐々に前記助燃性ガスを減少させて前記第１の不活性ガスを増加させてもよい。

さらに、前記工程（ａ）で、前記バーナの第１のポートから前記ガラス原料ガスと前記助燃性ガスとを、前記第１のポートに隣接する第２のポートから前記シールガスを、前記第２のポートに隣接する第３のポートから前記可燃性ガスを供給し、前記工程（ｂ）で、前記第１のポートにおいて、前記助燃性ガスの供給を停止すると同時に前記第１の不活性ガスの供給を開始してもよい。

本発明では、パージ工程を、第１のパージ工程と、第２のパージ工程との２段階とし、第１のパージ工程で助燃性ガスを第１の不活性ガスに切り替える。第１のパージ工程で助燃性ガスを排出することにより、ガラス微粒子が堆積しにくい条件となるため、バーナ先端部へのガラス微粒子の堆積を容易かつ安価な手段で防止でき、光ファイバ用母材の製造効率を上げることができる。

本発明によれば、バーナ先端部へのガラス微粒子の堆積を容易かつ安価な手段で防止し、製造効率を上げることができる光ファイバ用母材の製造方法を提供できる。

バーナ１の概要を示す図 バーナ１の第１ポート３における各種ガスの流量と経過時間の関係を示す図 バーナ２０の概要を示す図 バーナ２０の第１ポート３における各種ガスの流量と経過時間の関係を示す図 バーナ２０の第１ポート３における各種ガスの流量と経過時間の関係を示す図 バーナ１０１の概要を示す図 第１ポート１０３における各種ガスの流量と経過時間の関係の例を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は、バーナ１の概要を示す図である。図１（ａ）は、バーナ１に連結される配管の状態を示す図、図１（ｂ）は、バーナ１の断面図である。

図１に示すように、バーナ１は、４つのポートを有する。バーナ１の中央部の第１ポート３には、配管１１、配管１３、配管１５が接続される。配管１１は、配管１１−１と配管１１−２に分岐し、配管１１−１にはバルブ９−１が、配管１１−２にはバルブ９−２が設けられる。配管１１−１は、ガラス原料７を気化させたガラス原料ガスの導入に用いられる。配管１１−２は、第２の不活性ガスである窒素ガスの導入に用いられる。配管１３は、第１の不活性ガスであるアルゴンガスの導入に用いられる。配管１５は、助燃性ガスである酸素ガスの導入に用いられる。第１ポート３の外側に隣接する第２ポート５には、可燃性ガスである水素ガスが導入される。図中のＭＦＣは、マスフロコントローラを示す。

第１の実施の形態では、ガラス原料をバーナ１から噴出させて火炎中で加水分解させ、生成するガラス微粒子を回転する出発材の先端または外周に堆積させて光ファイバ用母材を製造する。図２は、バーナ１の第１ポート３における各種ガスの流量と経過時間の関係を示す図である。以下に、図２を用いて、バーナ１を用いて光ファイバ用母材を製造する際の、第１ポート３におけるガスの切り替えについて説明する。

図２に示すように、製造工程２７では、バーナ１の第１ポート３にガラス原料ガス１９と酸素ガス２１とアルゴンガス２３とを混合して導入する。製造工程２７におけるガラス原料ガス１９の流量は５Ｌ／分、酸素ガス２１の流量は２Ｌ／分、アルゴンガス２３の流量は０．１Ｌ／分である。バーナ１の第２ポート５には、水素ガスを導入し、他のポートには、所定のガスを導入する。

製造工程２７の終了後は、パージ工程２９に移行する。パージ工程２９は、先行する第１のパージ工程２９ａと後続する第２のパージ工程２９ｂからなる。第１のパージ工程２９ａでは、酸素ガス２１の流量を徐々に減少させて０Ｌ／分にするとともに、第１の不活性ガスであるアルゴンガス２３の流量を０．１Ｌ／分から２．１Ｌ／分まで酸素ガス２１の減少分にあわせて増量する。このとき、酸素ガス２１とアルゴンガス２３との合計流量の変動を±１０％以内に維持する。そして、アルゴンガス２３が２．１Ｌ／分に到達した後、５分間の待機時間３１を設ける。待機時間３１を設けることにより、第１ポート３内の酸素ガス２１が完全に排出される。

待機時間３１の終了後、第１のパージ工程２９ａから第２のパージ工程２９ｂに移行する。第２のパージ工程２９ｂでは、ガラス原料ガス１９を第２の不活性ガスである窒素ガス２５に切り替え、ガラス原料ガス１９の流量を０Ｌ／分にすると同時に窒素ガス２５の流量を５Ｌ／分とする。

第１の実施の形態では、パージ工程２９ａからパージ工程２９ｂへの移行時に流量変動による流速変動が発生するものの、パージ工程２９ａにより第１ポート３内から酸素ガス２１を排出しているため、バーナ１のノズル先端へのガラス微粒子の堆積を防止できる。

次に、第２の実施の形態について詳細に説明する。図３は、バーナ２０の概要を示す図である。図３（ａ）は、バーナ２０に連結される配管の状態を示す図、図３（ｂ）は、バーナ２０の断面図である。

図３に示すように、バーナ２０は、５つのポートを有する。バーナ２０の中央部の第１ポート３には、配管１１、配管１３、配管１５が接続される。配管１１は、配管１１−１と配管１１−２に分岐し、配管１１−１にはバルブ９−１が、配管１１−２にはバルブ９−２が設けられる。配管１１−１は、ガラス原料７を気化させたガラス原料ガスの導入に用いられる。配管１１−２は、第２の不活性ガスである窒素ガスの導入に用いられる。配管１３は、第１の不活性ガスであるアルゴンガスの導入に用いられる。配管１５は、助燃性ガスである酸素ガスの導入に用いられる。第１ポート３の外側に隣接する第２ポート５には、シールガスであるアルゴンガスが導入される。第２ポート６の外側に隣接する第３ポート１７には、可燃性ガスである水素ガスが導入される。図中のＭＦＣは、マスフロコントローラを示す。

第２の実施の形態では、ガラス原料をバーナ２０から噴出させて火炎中で加水分解させ、生成するガラス微粒子を回転する出発材の先端または外周に堆積させて光ファイバ用母材を製造する。図４は、バーナ２０の第１ポート３における各種ガスの流量と経過時間の関係を示す図である。以下に、図４を用いて、バーナ２０を用いて光ファイバ用母材を製造する際の、第１ポート３におけるガスの切り替えについて説明する。

図４に示すように、製造工程４１では、バーナ２０の第１ポート３にガラス原料ガス３３と酸素ガス３５とアルゴンガス３７とを混合して導入する。製造工程４１におけるガラス原料ガス３３の流量は５Ｌ／分、酸素ガス３５の流量は２Ｌ／分、アルゴンガス３７の流量は０．１Ｌ／分である。バーナ２０の第２ポート５にはアルゴンガスを導入し、第３ポート１７には水素ガスを導入し、他のポートには所定のガスを導入する。

製造工程４１の終了後は、パージ工程４３に移行する。パージ工程４３は、先行する第１のパージ工程４３ａと後続する第２のパージ工程４３ｂからなる、第１のパージ工程４３ａでは、酸素ガス３５の流量を２．０Ｌ／分から徐々に減少させて０Ｌ／分にするとともに、第１の不活性ガスであるアルゴンガス３７の流量を０．１Ｌ／分から２．１Ｌ／分まで酸素ガス３５の減少分にあわせて増量する。このとき、酸素ガス３５とアルゴンガス３７との合計流量の変動を±１０％以内に維持する。そして、アルゴンガス３７が２．１Ｌ／分に到達した後、５分間の待機時間４５を設ける。待機時間４５を設けることにより、第１ポート３内の酸素ガス３５が完全に排出される。

待機時間４５の終了後、第１のパージ工程４３ａから第２のパージ工程４３ｂに移行する。第２のパージ工程４３ｂでは、ガラス原料ガス３３を第２の不活性ガスである窒素ガス３９に切り替え、ガラス原料ガス３３の流量を０Ｌ／分にすると同時に窒素ガス３９の流量を２Ｌ／分とする。

第２の実施の形態では、パージ工程４３ａからパージ工程４３ｂへの移行時に、第１の実施の形態よりも大きい流量変動が生じるものの、酸素ガス３５を含む混合ガスを導入する第１ポート３と水素ガスを導入する第３ポート１７との間に位置する第２ポート５からシールガスであるアルゴンガスを導入していること、パージ工程４３ａにより第１ポート３内から酸素ガス３５を排出していることから、バーナ２０のノズル先端へのガラス微粒子の堆積を防止できる。

次に、第３の実施の形態について詳細に説明する。第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、図３に示すようなバーナ２０を用いる。第３の実施の形態では、第１ポート３の各配管に、第２の実施の形態と同様のガスが導入される。第１ポート３の外側に隣接する第２ポート５には、シールガスであるアルゴンガスが導入される。第２ポート６の外側に隣接する第３ポート１７には、可燃性ガスである水素ガスが導入される。

第３の実施の形態では、ガラス原料をバーナ２０から噴出させて火炎中で加水分解させ、生成するガラス微粒子を回転する出発材の先端または外周に堆積させて光ファイバ用母材を製造する。図５は、バーナ２０の第１ポート３における各種ガスの流量と経過時間の関係を示す図である。以下に、図５を用いて、バーナ２０を用いて光ファイバ用母材を製造する際の、第１ポート３におけるガスの切り替えについて説明する。

図５に示すように、製造工程５５では、バーナ２０の第１ポート３にガラス原料ガス４７と酸素ガス４９とを混合して導入する。製造工程５５におけるガラス原料ガス４７の流量は５Ｌ／分、酸素ガス４９の流量は２Ｌ／分である。バーナ２０の第２ポート５にはアルゴンガスを２Ｌ／分で導入し、第３ポート１７には水素ガスを導入し、他のポートには所定のガスを導入する。

製造工程５５の終了後は、パージ工程５７に移行する。パージ工程５７は、先行する第１のパージ工程５７ａと後続する第２のパージ工程５７ｂからなる。第１のパージ工程５７ａでは、酸素ガス４９の供給を停止して流量を２．０Ｌ／分から０Ｌ／分まで一気に減少させるとともに、第１の不活性ガスであるアルゴンガス５１の供給を開始して流量を０Ｌ／分から２Ｌ／分まで一気に増量する。そして、酸素ガス４９とアルゴンガス５１の流量を切り替えた後、５分間の待機時間５９を設ける。待機時間５９を設けることにより、第１ポート３内の酸素ガス４９が完全に排出される。

待機時間５９の終了後、第１のパージ工程５７ａから第２のパージ工程５７ｂに移行する。第２のパージ工程５７ｂでは、ガラス原料ガス４７を第２の不活性ガスである窒素ガス５３に切り替え、ガラス原料ガス４７の流量を０Ｌ／分にすると同時に窒素ガス５３の流量を２Ｌ／分とする。

第３の実施の形態では、パージ工程５７ａからパージ工程５７ｂへの移行時に、第１の実施の形態よりも大きい流量変動が生じるものの、酸素ガス４９を含む混合ガスを導入する第１ポート３と水素ガスを導入する第３ポート１７との間に位置する第２ポート５からシールガスであるアルゴンガスを導入していること、パージ工程５７ａにより第１ポート３内から酸素ガス４９を排出していることから、バーナ２０のノズル先端へのガラス微粒子の堆積を防止できる。

なお、第１から第３の実施の形態では、第１の不活性ガスとしてアルゴンガスを、第２の不活性ガスとして窒素ガスを、助燃性ガスとして酸素ガスを、シールガスとしてアルゴンガスを、可燃性ガスとして水素ガスを用いたが、用いるガスは上述したものに限らない。

また、第１のポートに流すガスの流量は、第１から第３の実施の形態で例示した値に限らない。また、第１のパージ工程における待機時間は、５分間に限らない。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、２１、１０１………バーナ
３、１０３………第１ポート
５、１０５………第２ポート
７、１０７………ガラス材料
１１、１１−１、１１−２、１３、１５、１１１、１１１−１、１１１−２、１１３………配管
１７………第３ポート
１９、３３、４７、１１５………ガラス原料ガス
２１、３５、４９、１１７………酸素ガス
２３、３７、５１………アルゴンガス
２５、３９、５３、１１９………窒素ガス
２７、４１、５５、１２１………製造工程
２９、４３、５７、１２３………パージ工程
２９ａ、４３ａ、５７ａ………第１のパージ工程
２９ｂ、４３ｂ、５７ｂ………第２のパージ工程
３１、４５、５９………待機時間

Claims (4)

1. ガラス原料を多重管バーナから噴出させて火炎中で加水分解させ、生成するガラス微粒子を回転する出発材の先端または外周に堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法であって、
   ガラス原料ガスと助燃性ガスとシールガスと可燃性ガスとをバーナに導入し、かつ、前記バーナの同じポートに前記ガラス原料ガスと前記助燃性ガスとを供給してガラス微粒子堆積体を製造する工程（ａ）と、
   前記助燃性ガスを第１の不活性ガスに切り替える第１のパージ工程（ｂ）と、
   前記ガラス原料ガスを第２の不活性ガスに切り替える第２のパージ工程（ｃ）と、
   を具備することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
2. 前記工程（ａ）で、前記バーナの第１のポートから前記ガラス原料ガスと前記助燃性ガスと前記第１の不活性ガスとを、前記第１のポートに隣接する第２のポートから前記可燃性ガスを供給し、
   前記工程（ｂ）で、前記第１のポートにおいて、前記助燃性ガスと前記第１の不活性ガスとの合計流量の変動を±１０％以内に維持しつつ、徐々に前記助燃性ガスを減少させて前記第１の不活性ガス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用母材の製造方法。
3. 前記工程（ａ）で、前記バーナの第１のポートから前記ガラス原料ガスと前記助燃性ガスと前記第１の不活性ガスとを、前記第１のポートに隣接する第２のポートから前記シールガスを、前記第２のポートに隣接する第３のポートから前記可燃性ガスを供給し、
   前記工程（ｂ）で、前記第１のポートにおいて、前記助燃性ガスと前記第１の不活性ガスとの合計流量の変動を±１０％以内に維持しつつ、徐々に前記助燃性ガスを減少させて前記第１の不活性ガス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用母材の製造方法。
4. 前記工程（ａ）で、前記バーナの第１のポートから前記ガラス原料ガスと前記助燃性ガスとを、前記第１のポートに隣接する第２のポートから前記シールガスを、前記第２のポートに隣接する第３のポートから前記可燃性ガスを供給し、
   前記工程（ｂ）で、前記第１のポートにおいて、前記助燃性ガスの供給を停止すると同時に前記第１の不活性ガスの供給を開始することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用母材の製造方法。

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