JP2015091751A - ガラス母材製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い歩留りで光ファイバ用ガラス母材を製造する方法の提供。【解決手段】固定工程，堆積工程，引抜工程，透明化工程および中実化工程を順に経て、ガラス母材１３を製造する方法において、堆積工程では、種棒パイプ１２の一端１２ａ（位置Ｐ２）から出発棒１１の先端部１１ａ（位置Ｐ０）の方向への距離が３０ｍｍ以上の所定位置Ｐ１を境として、位置Ｐ１から出発棒１１の先端部１１ａ（位置Ｐ０）に亘る第１範囲にガラス微粒子を堆積させる際の移動速度より、位置Ｐ１から種棒パイプ１２の一部に亘る位置Ｐ３までの第２範囲にガラス微粒子を堆積させる際の移動速度が低速とされるガラス母材１３を製造方法。【選択図】図７

Description

本発明は、光ファイバ用のガラス母材を製造する方法に関するものである。

光ファイバは、略円柱形状であるガラス母材の一端を加熱し軟化させて線引することで製造される。また、光ファイバ用のガラス母材は、ＯＶＤ法やＭＣＶＤ法等の製造方法により製造される。特許文献１には、ＯＶＤ法によるガラス母材製造方法が開示されている。

特許文献１に開示されたガラス母材製造方法は、水分含有量が低い光ファイバ用のガラス母材を製造することを意図するものであって、出発棒が種棒パイプに挿入されてなる出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製し、このガラス微粒子堆積体から出発棒を引き抜いて、軸方向に延在し貫通する中心孔を有するガラス微粒子堆積体とする。そして、このガラス微粒子堆積体を加熱して乾燥・固結させ、中心孔を閉塞して透明なガラス母材を製造する。

特表２００２−５４３０２６号公報

特許文献１に開示されたガラス母材製造方法では、出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程の際に、出発棒の軸方向に沿って出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとを相対的に往復運動させ、出発棒の先端部から種棒パイプの一部に亘って出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する。このような堆積工程によりガラス微粒子堆積体を作製する場合、ガラス微粒子堆積体が割れて、ガラス母材製造の歩留りが悪化することがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、高い歩留りでガラス母材を製造することができる方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガラス母材製造方法は、(1)出発棒の先端部が種棒パイプの一端から突出するように出発棒を種棒パイプに挿入し固定して出発ロッドを作製する固定工程と、(2)固定工程の後に、出発棒の軸方向に沿って出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとを相対的に往復運動させ、出発棒の先端部から種棒パイプの一部に亘って出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程と、(3)堆積工程の後に出発棒を種棒パイプおよびガラス微粒子堆積体から引き抜く引抜工程と、(4)引抜工程の後にガラス微粒子堆積体を加熱して透明ガラス管材を作製する透明化工程と、(5)透明化工程の後に透明ガラス管材の内部を減圧するとともに透明ガラス管材を加熱して中実のガラス母材を作成する中実化工程と、を備える。

そして、本発明に係るガラス母材製造方法は、堆積工程において、出発棒の軸方向に沿った種棒パイプの一端から出発棒の先端部の方向への距離が３０ｍｍ以上の所定位置を境として、所定位置から出発棒の先端部に亘る第１範囲にガラス微粒子を堆積させる際の出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的移動速度より、所定位置から種棒パイプの一部に亘る第２範囲にガラス微粒子を堆積させる際の出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的移動速度を低速とし、出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的往復運動の際にトラバース毎に第２範囲での相対的移動速度を異ならせること、第２範囲での相対的移動速度が、種棒パイプの一端で最も低速であり、種棒パイプの一端の前後で漸増または漸減することを特徴とする。

本発明に係るガラス母材製造方法は、堆積工程において第２範囲での相対的移動速度の最低速度を１〜１００ｍｍ／分とするのが好適である。堆積工程において、出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的往復運動のうち第１回のトラバースから第１０回以下のトラバースまでの範囲で、第１範囲での相対的移動速度より第２範囲での相対的移動速度を低速とするのが好適である。堆積工程において出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的往復運動の際にトラバース毎に第２範囲を異ならせるのが好適である。

本発明に係るガラス母材製造方法は、高い歩留りでガラス母材を製造することができる。

本実施形態に係るガラス母材製造方法のフローチャートである。 本実施形態に係るガラス母材製造方法の固定工程Ｓ１を説明する図である。 本実施形態に係るガラス母材製造方法の堆積工程Ｓ２を説明する図である。 本実施形態に係るガラス母材製造方法の引抜工程Ｓ３を説明する図である。 本実施形態に係るガラス母材製造方法の透明化工程Ｓ４を説明する図である。 本実施形態に係るガラス母材製造方法の中実化工程Ｓ５を説明する図である。 本実施形態に係るガラス母材製造方法の堆積工程Ｓ２を更に詳細に説明する図である。 実施例１〜６それぞれの諸条件および良好製造率Ｄを纏めた図表である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るガラス母材製造方法のフローチャートである。この図に示されるように、本実施形態に係るガラス母材製造方法は、固定工程Ｓ１，堆積工程Ｓ２，引抜工程Ｓ３，透明化工程Ｓ４および中実化工程Ｓ５を順に経て、ガラス母材を製造する。
なお、このガラス母材製造方法により製造されるガラス母材は、例えば、線引により光ファイバを製造するための光ファイバ母材であり、或いは、その光ファイバ母材のうちでもコア部となるべきコア母材である。

図２は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の固定工程Ｓ１を説明する図である。図３は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の堆積工程Ｓ２を説明する図である。図４は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の引抜工程Ｓ３を説明する図である。図５は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の透明化工程Ｓ４を説明する図である。また、図６は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の中実化工程Ｓ５を説明する図である。

固定工程Ｓ１（図２）では、出発棒１１の先端部１１ａが種棒パイプ１２の一端１２ａから突出するように、出発棒１１が種棒パイプ１２に挿入され固定されて、これにより出発ロッド１０が作製される（同図（ａ），（ｂ）参照）。出発棒１１は、例えば、アルミナ、ガラス、耐火性セラミクス、カーボンなどの材料からなる。種棒パイプ１２は石英ガラスからなる。この出発ロッド１０において種棒パイプ１２の一端１２ａから突出している出発棒１１の部分の外周は、都市ガスバーナやアセチレンバーナなどを用いたバーナ２０からの火炎によりカーボン皮膜１１ｂが形成されるのが好適である（同図（ｃ）。同図（ｃ）におけるカーボン皮膜形成中も、出発ロッド１０は出発棒１１の中心軸を中心として回転し、バーナ２０は、出発棒１１の軸方向に沿って出発ロッド１０に対して相対的に往復運動を繰り返す。

固定工程Ｓ１の後の堆積工程Ｓ２（図３）では、出発棒１１が種棒パイプ１２に挿入され固定されてなる出発ロッド１０は、出発棒１１の中心軸を中心として回転される。また、出発ロッド１０の側方に配置されて酸水素火炎を形成するガラス微粒子合成用バーナ２１は、出発棒１１の軸方向に沿って出発ロッド１０に対して相対的に往復運動を繰り返す。そして、ＯＶＤ法により、出発棒１１の先端部１１ａから種棒パイプ１２の一部に亘って出発ロッド１０の外周にガラス微粒子が堆積されて、これによりガラス微粒子堆積体１３が作製される。

堆積工程Ｓ２では、ガラス微粒子合成用バーナ２１における供給原料流量をトラバース毎に異ならせる。これにより、出発棒１１の外周に堆積されるガラス微粒子は、径方向に所定の組成分布（すなわち、後のガラス母材または光ファイバにおける径方向の屈折率分布）を有することになる。

堆積工程Ｓ２の後の引抜工程Ｓ３（図４）では、種棒パイプ１２およびガラス微粒子堆積体１３から出発棒１１が引き抜かれる。このとき、種棒パイプ１２とガラス微粒子堆積体１３とは互いに固定されたままである。なお、固定工程Ｓ１において種棒パイプ１２の一端１２ａから突出している出発棒１１の部分の外周にカーボン皮膜を形成するため、この引抜工程Ｓ３で出発棒１１が引き抜かれる際にガラス微粒子堆積体１３の中心孔の内壁面にキズが付くことが防止される。

引抜工程Ｓ３の後の透明化工程Ｓ４（図５）では、ガラス微粒子堆積体１３は、一体となっている種棒パイプ１２とともに、ＨｅガスやＣｌ_２ガスが導入された加熱炉２２の内部に入れられ、ヒータ２３により加熱される。これにより、透明ガラス管材１４が作製される。

透明化工程Ｓ４の後の中実化工程Ｓ５（図６）では、透明ガラス管材１４は、加熱炉に設置されて回転され、中心孔にＳＦ_６が導入されるとともにヒータ２４により加熱されて、中心孔の内壁面が気相エッチングされる（同図（ａ））。次いで、透明ガラス管材１４は、内部が減圧されるとともにヒータ２４により加熱されて中実化され（同図（ｂ））、これにより中実のガラス母材が作成される。

このようにして製造された透明なガラス母材は、さらにその外側にクラッド層形成・透明化処理などされてプリフォーム化された後、先端を加熱・軟化されて線引きされることで、光ファイバが製造される。

図７は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の堆積工程Ｓ２を更に詳細に説明する図である。同図（ａ）は、出発棒１１の軸を含む断面を示す。また、同図（ｂ）は、出発棒１１の軸方向に沿った方向の位置を横軸とし、各位置における出発ロッド１０とガラス微粒子合成用バーナ２１との相対的移動速度を縦軸として、当該移動速度の分布を示す図である。

本実施形態に係るガラス母材製造方法の堆積工程Ｓ２においては、種棒パイプ１２の一端１２ａ（同図（ｂ）中の位置Ｐ２）から出発棒１１の先端部１１ａ（同図（ｂ）中の位置Ｐ０）の方向への距離が３０ｍｍ以上の所定位置Ｐ１を境として、出発ロッド１０とガラス微粒子合成用バーナ２１との相対的移動速度が異なるものとされる。

すなわち、堆積工程Ｓ２では、位置Ｐ１から出発棒１１の先端部１１ａ（位置Ｐ０）に亘る第１範囲にガラス微粒子を堆積させる際の移動速度より、位置Ｐ１から種棒パイプ１２の一部に亘る位置Ｐ３までの第２範囲にガラス微粒子を堆積させる際の移動速度が低速とされる。例えば、第１範囲（Ｐ０〜Ｐ１）における移動速度は５００〜１５００ｍｍ／分とされ、第２範囲（Ｐ１〜Ｐ３）における移動速度の最低速度は１〜１００ｍｍ／分とされる。

仮に、第２範囲（Ｐ１〜Ｐ３）における移動速度を第１範囲（Ｐ０〜Ｐ１）における移動速度と同じであるとすると、ガラス微粒子堆積体１３は、種棒パイプ１２の一端１２ａ（位置Ｐ２）を起点としてスス割れする場合があり、したがって、ガラス母材製造の歩留りは悪い。このスス割れは、種棒パイプ１２の一端１２ａ（位置Ｐ２）において段差が存在することに因ると考えられる。

これに対して、本実施形態では、第２範囲（Ｐ１〜Ｐ３）での移動速度が第１範囲（Ｐ０〜Ｐ１）での移動速度より低速とされることにより、種棒パイプ１２の一端１２ａ（位置Ｐ２）における段差を埋めるようにガラス微粒子が堆積されるので、種棒パイプ１２の一端１２ａ（位置Ｐ２）を起点とするスス割れの発生が抑制され、これにより、高い歩留りでガラス母材が製造され得る。

一般に、堆積工程における出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的往復運動では、トラバース回数は１０００回程度である。堆積工程Ｓ２において第２範囲（Ｐ１〜Ｐ３）における移動速度が第１範囲（Ｐ０〜Ｐ１）における移動速度より低速とされるトラバースは、全てのトラバースでなくてもよい。第２範囲において低速とするトラバースの回数が多すぎると、低速とした箇所ではガラス微粒子が固く（密度が高く）なるので、高速トラバース箇所と低速トラバース箇所の境界付近においてガラス微粒子の密度差が生じ、スス割れの問題が発生するため、却って好ましくない。

そこで、このような密度分布が大きくなることを抑制するために、堆積工程Ｓ２において、第１回のトラバースから第１０回以下のトラバースまでの範囲で、第１範囲での相対的移動速度より第２範囲での相対的移動速度が低速とされるのが好適である。また、堆積工程Ｓ２において、トラバース毎に第２範囲を異ならせることも好適であり、トラバース毎に第２範囲での相対的移動速度を異ならせることも、密度分布を小さくする上で好適である。

また、堆積工程Ｓ２において、第２範囲での相対的移動速度は、同図（ｂ）に示されるように、種棒パイプ１２の一端１２ａ（位置Ｐ２）で最も低速であり、種棒パイプ１１の一端１２ａの前後で漸増または漸減するのが好適である。

次に、本実施形態に係るガラス母材製造方法の実施例について説明する。本実施例では、グレーデッドインデックス型の光ファイバのコアを線引により製造するためのガラス母材が製造される。

堆積工程Ｓ２においてＯＶＤ装置が用いられてガラス微粒子の堆積が行われる。出発棒１１として、外径９〜１０ｍｍで長さ１２００ｍｍのアルミナ製のものが使用される。種棒パイプ１２として、長さ６００ｍｍ、外径２０〜４０ｍｍ、内径９.８〜２１ｍｍの石英ガラス製のものが使用される。

堆積工程Ｓ２において酸水素火炎を形成するガラス微粒子合成用バーナ２１に投入されるガラス原料ガスは、ＳｉＣｌ_４（投入量１〜３ＳＬＭ／本）およびＧｅＣｌ_４（投入量０.０〜０.３ＳＬＭ）である。

種棒パイプ１２の一端１２ａ（位置Ｐ２）に約０.５ｍｍの段差が生じている。この位置Ｐ２を含む長さ８０ｍｍ〜１４５ｍｍの範囲を第２範囲として、この第２範囲（Ｐ１〜Ｐ３）での移動速度が第１範囲（Ｐ０〜Ｐ１）での移動速度より低速とされる。第１範囲（Ｐ０〜Ｐ１）での移動速度は５００〜１５００ｍｍ／分とされる。

このような堆積工程Ｓ２の後、引抜工程Ｓ３および透明化工程Ｓ４を経て中実化工程Ｓ５が行われる。中実化工程Ｓ５では、透明ガラス管材１４は、加熱炉に設置されて３０ｒｐｍで回転され、速度２０ｍｍ／分で透明ガラス管材１４の長手方向に移動する加熱炉（ヒータ）により温度１９００〜２２００℃に加熱される。このとき、透明ガラス管材１４の中心孔の内部に５０〜１００ｓｃｃｍのＳＦ_６ガスが流されて、透明ガラス管材１４の中心孔の内壁面が気相エッチングされる。次いで、透明ガラス管材１４は、中心孔の内部が１０ｋＰａに減圧され、エッチング時と同じ温度にて中実化されて、ガラス母材が製造される。

このようにして製造されるガラス母材は、所望の径に延伸されて、その外周にＯＶＤ法でジャケットガラスが合成されて、光ファイバ用ガラス母材が製造される。この光ファイバ用ガラス母材が線引きされて、グレーデッドインデックス型のマルチモードファイバが製造される。

実施例１〜６では、第１範囲より第２範囲で低速とするトラバースの回数Ｎ、第２範囲で最も低速となる位置Ｐ２での移動速度Ｘ（ｍｍ／分）、および、第２範囲の長さＷ（ｍｍ）、それぞれの条件が異なるものとされて、ガラス微粒子堆積体においてスス割れが生じない確率である良好製造率Ｄ（％）が比較評価される。なお、実施例１〜６の何れにおいても、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の距離は３０ｍｍ以上とされる。図８は、実施例１〜６それぞれの諸条件および良好製造率Ｄ を纏めた図表である。実施例１〜６の何れにおいてもガラス微粒子堆積体の良好製造率Ｄは９０％以上である。

図８に示された実施例１〜６それぞれの諸条件および良好製造率Ｄを比較して判るように、第１範囲より第２範囲で低速とするトラバースの回数Ｎが多いと、良好製造率Ｄは小さくなる。これは、回数Ｎが多いと、低速とした箇所ではガラス微粒子が固く（密度が高く）なるからである。このことから、回数Ｎを１０以下とすることが好適であり、トラバース毎に第２範囲を異ならせることも好適であり、また、トラバース毎に第２範囲での相対的移動速度を異ならせることも好適である。

なお、比較例では、第２範囲（Ｐ１〜Ｐ３）における移動速度は、第１範囲（Ｐ０〜Ｐ１）における移動速度と同じ５００ｍｍ／分とされる。この比較例では、ガラス微粒子堆積体の良好製造率Ｄは８０％であり、良好なガラス母材を安定して製造することができない。

１０…出発ロッド、１１…出発棒、１２…種棒パイプ、１３…ガラス微粒子堆積体、１４…透明ガラス管材、２０…バーナ、２１…ガラス微粒子合成用バーナ、２２…加熱炉、２３，２４…ヒータ。

Claims (5)

1. 出発棒の先端部が種棒パイプの一端から突出するように前記出発棒を前記種棒パイプに挿入し固定して出発ロッドを作製する固定工程と、
   前記固定工程の後に、前記出発棒の軸方向に沿って前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとを相対的に往復運動させ、前記出発棒の先端部から前記種棒パイプの一部に亘って前記出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程と、
   前記堆積工程の後に前記出発棒を前記種棒パイプおよび前記ガラス微粒子堆積体から引き抜く引抜工程と、
   前記引抜工程の後に前記ガラス微粒子堆積体を加熱して透明ガラス管材を作製する透明化工程と、
   前記透明化工程の後に前記透明ガラス管材の内部を減圧するとともに前記透明ガラス管材を加熱して中実のガラス母材を作成する中実化工程と、
   を備え、
   前記堆積工程において、前記出発棒の軸方向に沿った前記種棒パイプの前記一端から前記出発棒の前記先端部の方向への距離が３０ｍｍ以上の所定位置を境として、前記所定位置から前記出発棒の前記先端部に亘る第１範囲に前記ガラス微粒子を堆積させる際の前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的移動速度より、前記所定位置から前記種棒パイプの一部に亘る第２範囲に前記ガラス微粒子を堆積させる際の前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的移動速度を低速とし、前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的往復運動の際にトラバース毎に前記第２範囲での前記相対的移動速度を異ならせることを特徴とするガラス母材製造方法。
2. 出発棒の先端部が種棒パイプの一端から突出するように前記出発棒を前記種棒パイプに挿入し固定して出発ロッドを作製する固定工程と、
   前記固定工程の後に、前記出発棒の軸方向に沿って前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとを相対的に往復運動させ、前記出発棒の先端部から前記種棒パイプの一部に亘って前記出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程と、
   前記堆積工程の後に前記出発棒を前記種棒パイプおよび前記ガラス微粒子堆積体から引き抜く引抜工程と、
   前記引抜工程の後に前記ガラス微粒子堆積体を加熱して透明ガラス管材を作製する透明化工程と、
   前記透明化工程の後に前記透明ガラス管材の内部を減圧するとともに前記透明ガラス管材を加熱して中実のガラス母材を作成する中実化工程と、
   を備え、
   前記堆積工程において、前記出発棒の軸方向に沿った前記種棒パイプの前記一端から前記出発棒の前記先端部の方向への距離が３０ｍｍ以上の所定位置を境として、前記所定位置から前記出発棒の前記先端部に亘る第１範囲に前記ガラス微粒子を堆積させる際の前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的移動速度より、前記所定位置から前記種棒パイプの一部に亘る第２範囲に前記ガラス微粒子を堆積させる際の前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的移動速度を低速とし、前記第２範囲での前記相対的移動速度が、前記種棒パイプの前記一端で最も低速であり、前記種棒パイプの前記一端の前後で漸増または漸減することを特徴とするガラス母材製造方法。
3. 前記堆積工程において前記第２範囲での前記相対的移動速度の最低速度を１〜１００ｍｍ／分とすることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス母材製造方法。
4. 前記堆積工程において、前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的往復運動のうち第１回のトラバースから第１０回以下のトラバースまでの範囲で、前記第１範囲での前記相対的移動速度より前記第２範囲での前記相対的移動速度を低速とする、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のガラス母材製造方法。
5. 前記堆積工程において前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対的往復運動の際にトラバース毎に前記第２範囲を異ならせることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のガラス母材製造方法。

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