JP2015137201A - 光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材 - Google Patents

Abstract

【課題】外径変動が長手方向に亘って殆ど無い光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材を提供する。
【解決手段】ガラス化母材延伸工程Ｓ３００では、外径が長手方向に亘って一定となるようにガラス化母材３０３を延伸し、外側クラッド堆積工程Ｓ４００では、外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が拡径するように外側クラッド多孔質体５０４を堆積させる光ファイバ母材の製造方法Ｍ１００である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材に関する。

通常、光ファイバ母材は、内側クラッド堆積工程にて、コア径が長手方向に亘って一定である出発棒の周囲に後に内側クラッドとなる内側クラッド多孔質体を一定の層厚で堆積させて内側クラッド多孔質母材を作製し、内側クラッド焼結工程にて、内側クラッド多孔質体をガラス化してガラス化母材を作製し、ガラス化母材延伸工程にて、外径が長手方向に亘って一定となるようにガラス化母材を延伸して延伸ガラス化母材を作製し、外側クラッド堆積工程にて、延伸ガラス化母材の周囲に後に外側クラッドとなる外側クラッド多孔質体を一定の層厚で堆積させて外側クラッド多孔質母材を作製し、外側クラッド焼結工程にて、外側クラッド多孔質体をガラス化することにより製造されている。

特開２００３−８９５４１号公報

ところで、外側クラッド焼結工程では、外側クラッド多孔質母材を重力方向下方に向けて焼結炉の内部に徐々に引き下げながら、重力方向下方から重力方向上方にかけて外側クラッド多孔質体をガラス化するが、このときの焼結温度は１５００℃から１６００℃程度と外側クラッド多孔質母材の粘度を低下させる温度領域にある。

そのため、外側クラッド焼結工程が進行するに順って加熱された外側クラッド多孔質母材が自重により重力方向下方に延伸されて釣鐘形状の外形を呈し、最終的に得られる光ファイバ母材は長手方向に亘って外径変動の大きなものとなってしまう。

このような光ファイバ母材を使用して光ファイバを作製しようとすると、光ファイバ母材の外周面と線引炉の内周面との間に生じる間隙を線引工程を通して一定に維持することができず、その間隙を介して線引炉の内部から外部に流出する不活性ガスの流量に変動が生じる。

そうすると、線引炉の内部圧力を一定に維持することが困難となり、光ファイバにガラスの強度を低下させる欠陥が部分的に導入されてしまう可能性がある。この欠陥は、線引工程にて断線を生じさせる原因となり、光ファイバの製造歩留に影響を与える虞がある。

この問題は、光ファイバ母材の長手方向に亘る外径変動が小さい場合には、特に対策を講じなくとも光ファイバの製造歩留に与える影響は小さく、また光ファイバ母材の外周面と線引炉の内周面との間に生じる間隙を封止する封止部材を使用することによって十分に解決することが可能である。

ところが、通常の封止部材は光ファイバ母材の外周面と線引炉の内周面との間に生じる間隙が一定であることを前提としており、光ファイバ母材の長手方向に亘る外径変動が大きい場合には、その間隙の変動に追従して封止が行える特別な封止部材を導入しなければならないため、光ファイバの製造コストを大きく増加させる原因となる。

また、外側クラッド焼結工程に続いて、外径が長手方向に亘って一定となるように光ファイバ母材を延伸する光ファイバ母材延伸工程を追加することも考えられるが、工程の追加により光ファイバの製造コストを増加させてしまう。

そこで、本発明の目的は、外径変動が長手方向に亘って殆ど無い光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材を提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、後にコアとなる出発棒の周囲に後に内側クラッドとなる内側クラッド多孔質体を堆積させて内側クラッド多孔質母材を作製する内側クラッド堆積工程と、前記内側クラッド多孔質体をガラス化してガラス化母材を作製する内側クラッド焼結工程と、前記ガラス化母材を延伸して延伸ガラス化母材を作製するガラス化母材延伸工程と、前記延伸ガラス化母材の周囲に後に外側クラッドとなる外側クラッド多孔質体を堆積させて外側クラッド多孔質母材を作製する外側クラッド堆積工程と、前記外側クラッド多孔質体をガラス化して光ファイバ母材を作製する外側クラッド焼結工程と、を備え、前記ガラス化母材延伸工程では、外径が長手方向に亘って一定となるように前記ガラス化母材を延伸し、前記外側クラッド堆積工程では、前記外側クラッド焼結工程にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が拡径するように前記外側クラッド多孔質体を堆積させる光ファイバ母材の製造方法である。

前記外側クラッド堆積工程では、前記外側クラッド焼結工程における自重による外径変動を相殺するように前記外側クラッド多孔質母材の外径変化率を調整すると良い。

前記外側クラッド堆積工程では、前記延伸ガラス化母材の長手方向に亘って合成用バーナに対する移動速度を変化させながら、又は前記延伸ガラス化母材の長手方向に亘って合成用バーナからの原料供給量を変化させながら、前記外側クラッド多孔質体を堆積させることにより前記外径変化率を調整すると良い。

前記内側クラッド堆積工程では、コア径が長手方向に亘って一定である前記出発棒の周囲に前記外側クラッド焼結工程にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が縮径するように前記内側クラッド多孔質体を堆積させると良い。

前記内側クラッド堆積工程では、前記外側クラッド焼結工程にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけてコア径が拡径する前記出発棒の周囲に外径が長手方向に亘って一定となるように前記内側クラッド多孔質体を堆積させても良い。

前記ガラス化母材延伸工程では、前記外側クラッド堆積工程にて前記外側クラッド多孔質体を堆積させたときに、前記出発棒と前記外側クラッド多孔質母材との外径比率が長手方向に亘って一定となるように前記ガラス化母材を延伸すると良い。

前記外側クラッド焼結工程では、前記外側クラッド多孔質母材を重力方向下方に向けて焼結炉の内部に徐々に引き下げながら、重力方向下方から重力方向上方にかけて前記外側クラッド多孔質体をガラス化すると良い。

また、本発明は、前記光ファイバ母材の製造方法により製造されると共に外径が一定である光ファイバ母材である。

本発明によれば、外径変動が長手方向に亘って殆ど無い光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ母材を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光ファイバ母材の製造方法を示す流れ図である。 内側クラッド堆積工程について説明する概略図である。 内側クラッド焼結工程について説明する概略図である。 ガラス化母材延伸工程について説明する概略図である。 外側クラッド堆積工程について説明する概略図である。 外側クラッド焼結工程について説明する概略図である。 最終的に得られる光ファイバ母材を示す概略図である。 内側クラッド堆積工程の変形例について説明する概略図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る光ファイバ母材の製造方法Ｍ１００は、後にコアとなる出発棒の周囲に後に内側クラッドとなる内側クラッド多孔質体を堆積させて内側クラッド多孔質母材を作製する内側クラッド堆積工程Ｓ１００と、内側クラッド多孔質体をガラス化してガラス化母材を作製する内側クラッド焼結工程Ｓ２００と、ガラス化母材を延伸して延伸ガラス化母材を作製するガラス化母材延伸工程Ｓ３００と、延伸ガラス化母材の周囲に後に外側クラッドとなる外側クラッド多孔質体を堆積させて外側クラッド多孔質母材を作製する外側クラッド堆積工程Ｓ４００と、外側クラッド多孔質体をガラス化して光ファイバ母材を作製する外側クラッド焼結工程Ｓ５００と、を備えている。

内側クラッド堆積工程Ｓ１００では、図２に示すように、出発棒２０１を中心軸Ｘの廻りに回転させつつ重力方向上方（図示上方、以下同じ）に向けて引き上げながら、重力方向下方（図示下方、以下同じ）に固定された合成用バーナ２０２から原料ガスＧを供給して出発棒２０１の周囲にガラス微粒子２０３を吹き付けることにより内側クラッド多孔質体２０４を堆積させて内側クラッド多孔質母材２０５を作製する。

このとき、コア径が長手方向に亘って一定である出発棒２０１の周囲に外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が縮径するように内側クラッド多孔質体２０４を堆積させることが好ましい。

ここでは、出発棒２０１が後にコアの全てとなる場合について説明するが、出発棒２０１を後にコアの一部となる種棒として、その出発棒２０１の周囲に後にコアの残部となるコア多孔質体を内側クラッド多孔質体２０４と共に同時合成するようにしても構わない。

内側クラッド焼結工程Ｓ２００では、図３に示すように、内側クラッド多孔質母材２０５を重力方向下方に向けて焼結炉３０１の内部に徐々に引き下げながら、焼結炉３０１の内部に配置された円環状のヒータ３０２で重力方向下方から重力方向上方にかけて内側クラッド多孔質母材２０５の周囲を加熱すると共に、重力方向下方から重力方向上方にかけて内側クラッド多孔質体２０４をガラス化してガラス化母材３０３を作製する。

これらにより、コア径が長手方向に亘って一定でありながら、外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて内側クラッド厚が縮小しているガラス化母材３０３が得られる。

ガラス化母材延伸工程Ｓ３００では、図４に示すように、ガラス化母材３０３の両端を把持部材４０１で把持し、ガラス化母材３０３を水平に維持した状態で水平方向に移動させながら、延伸炉４０２の内部に配置された円環状のヒータ４０３でガラス化母材３０３の周囲を加熱すると共に、外径が長手方向に亘って一定となるようにガラス化母材３０３を延伸して延伸ガラス化母材４０４を作製する。

これにより、外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけてコア径が拡径していると共に、外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて内側クラッド厚が縮小しており、且つ、外径が長手方向に亘って一定である延伸ガラス化母材４０４が得られる。

このとき、外側クラッド堆積工程Ｓ４００にて外側クラッド多孔質体を堆積させたときに、出発棒２０１と外側クラッド多孔質母材との外径比率が長手方向に亘って一定となるように、即ちコアとなる部分の外径をＤ１とすると共にクラッドとなる部分の外径をＤ２としたときに、Ｄ１：Ｄ２が長手方向に亘って一致するように、ガラス化母材３０３を延伸することが好ましい（図５参照）。

外側クラッド堆積工程Ｓ４００では、図５に示すように、延伸ガラス化母材４０４の両端を把持部材５０１で把持し、延伸ガラス化母材４０４を水平に維持した状態で中心軸Ｘの廻りに回転させつつ水平方向に移動させながら、延伸ガラス化母材４０４の周面に向けて固定された合成用バーナ５０２から原料ガスＧを供給して延伸ガラス化母材４０４の周囲にガラス微粒子５０３を吹き付けることにより、外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が拡径するように外側クラッド多孔質体５０４を堆積させて外側クラッド多孔質母材５０５を作製する。

つまり、外側クラッド堆積工程Ｓ４００では、外側クラッド多孔質母材５０５の長手方向に亘って外側クラッド焼結工程Ｓ５００における自重による外径変動とは相反する意図的な外径変動を生じさせる。

このとき、外側クラッド焼結工程Ｓ５００における自重による外径変動を相殺するように外側クラッド多孔質母材５０５の外径変化率を調整することが好ましい。この外径変化率は、延伸ガラス化母材４０４の長手方向に亘って合成用バーナ５０２に対する移動速度を変化させながら、又は延伸ガラス化母材４０４の長手方向に亘って合成用バーナ５０２からの原料供給量を変化させながら、外側クラッド多孔質体５０４を堆積させることにより容易に調整することができる。

ここでは、内側クラッド多孔質体２０４を形成するための原料ガスＧと外側クラッド多孔質体５０４を形成するための原料ガスＧとが同一であり、内側クラッドとなる部分の組成と外側クラッドとなる部分の組成とが同一であることを前提としており、これらの部分はクラッドとなる部分として一体的に捉えることができる。

これらにより、外側クラッド焼結工程Ｓ５００における自重による外径変動とは相反する意図的な外径変動が長手方向に亘って生じていながら、コアとなる部分とクラッドとなる部分との外径比率が長手方向に亘って一定である外側クラッド多孔質母材５０５が得られる。

外側クラッド焼結工程Ｓ５００では、図６に示すように、外側クラッド多孔質母材５０５を重力方向下方に向けて焼結炉６０１の内部に徐々に引き下げながら、焼結炉６０１の内部に配置された円環状のヒータ６０２で重力方向下方から重力方向上方にかけて外側クラッド多孔質母材５０５の周囲を加熱すると共に、重力方向下方から重力方向上方にかけて外側クラッド多孔質体５０４をガラス化して光ファイバ母材６０３を作製する。

このときの焼結温度は１５００℃から１６００℃程度と外側クラッド多孔質母材５０５の粘度を低下させる温度領域にあるため、外側クラッド焼結工程Ｓ５００が進行するに順って加熱された外側クラッド多孔質母材５０５が自重によって重力方向下方に延伸される。

この際、本実施の形態に係る光ファイバ母材の製造方法Ｍ１００では、外側クラッド堆積工程Ｓ４００において、外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が拡径するように外側クラッド多孔質体５０４を堆積させているため、このときの外径変動により外側クラッド焼結工程Ｓ５００における外側クラッド多孔質母材５０５の自重による外径変動を緩和することが可能となる。

また、外側クラッド堆積工程Ｓ４００において、外側クラッド焼結工程Ｓ５００における自重による外径変動を相殺するように外側クラッド多孔質母材５０５の外径変化率を調整しているため、外側クラッド焼結工程Ｓ５００における外側クラッド多孔質母材５０５の自重による外径変動に伴う最終的な光ファイバ母材６０３の外径変動を殆ど完全に除去することが可能となる。

更に、内側クラッド堆積工程Ｓ１００において、コア径が長手方向に亘って一定である出発棒２０１の周囲に外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が縮径するように内側クラッド多孔質体２０４を堆積させると共に、ガラス化母材延伸工程Ｓ３００において、外径が長手方向に亘って一定となるように、且つ、外側クラッド堆積工程Ｓ４００にて外側クラッド多孔質体５０４を堆積させたときに、出発棒２０１と外側クラッド多孔質母材５０５との外径比率が長手方向に亘って一定となるように、ガラス化母材３０３を延伸しているため、外側クラッド焼結工程Ｓ５００における外側クラッド多孔質母材５０５の自重による外径変動が生じても、コアとなる部分とクラッドとなる部分との外径比率が長手方向に亘って一定である光ファイバ母材６０３を作製することが可能となる。即ち、外側クラッド堆積工程Ｓ４００にて導入した意図的な外径変動の影響が最終的に得られる光ファイバ母材６０３に残存することはない。

以上の通り、本実施の形態に係る光ファイバ母材の製造方法Ｍ１００によれば、図７に示すように外径変動が長手方向に亘って殆ど無い光ファイバ母材６０３を製造することが可能となる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前述した実施の形態では、内側クラッド堆積工程Ｓ１００において、コア径が長手方向に亘って一定である出発棒２０１の周囲に外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が縮径するように内側クラッド多孔質体２０４を堆積させるクラッドテーパ型の製造方法について説明したが、図８に示すように、内側クラッド堆積工程Ｓ１００において、外側クラッド焼結工程Ｓ５００にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけてコア径が拡径する出発棒２０１の周囲に外径が長手方向に亘って一定となるように内側クラッド多孔質体２０４を堆積させるコアテーパ型の製造方法を採用しても構わない。

この場合であっても、ガラス化母材延伸工程Ｓ３００を経て得られる延伸ガラス化母材４０４は、前述した実施の形態で説明したものと同様の構成となる。即ち、ガラス化母材延伸工程Ｓ３００が終了した時点で、外側クラッド堆積工程Ｓ４００にて外側クラッド多孔質体５０４を堆積させたときに、コアとなる部分とクラッドとなる部分との外径比率が長手方向に亘って一定となるように、コアとなる部分が外径変動を伴っていれば、外側クラッド焼結工程Ｓ５００における外側クラッド多孔質母材５０５の自重による外径変動が生じても、コアとなる部分とクラッドとなる部分との外径比率が長手方向に亘って一定である光ファイバ母材６０３を作製することが可能となり、外側クラッド堆積工程Ｓ４００にて導入した意図的な外径変動の影響が最終的に得られる光ファイバ母材６０３に残存することはない。

Ｍ１００ 光ファイバ母材の製造方法
Ｓ１００ 内側クラッド堆積工程
Ｓ２００ 内側クラッド焼結工程
Ｓ３００ ガラス化母材延伸工程
Ｓ４００ 外側クラッド堆積工程
Ｓ５００ 外側クラッド焼結工程
Ｘ 中心軸
Ｇ 原料ガス
２０１ 出発棒
２０２，５０２ 合成用バーナ
２０３，５０３ ガラス微粒子
２０４ 内側クラッド多孔質体
２０５ 内側クラッド多孔質母材
３０１，６０１ 焼結炉
３０２，４０３，６０２ ヒータ
３０３ ガラス化母材
４０１，５０１ 把持部材
４０２ 延伸炉
４０４ 延伸ガラス化母材
５０４ 外側クラッド多孔質体
５０５ 外側クラッド多孔質母材
６０３ 光ファイバ母材

Claims (8)

1. 後にコアとなる出発棒の周囲に後に内側クラッドとなる内側クラッド多孔質体を堆積させて内側クラッド多孔質母材を作製する内側クラッド堆積工程と、
   前記内側クラッド多孔質体をガラス化してガラス化母材を作製する内側クラッド焼結工程と、
   前記ガラス化母材を延伸して延伸ガラス化母材を作製するガラス化母材延伸工程と、
   前記延伸ガラス化母材の周囲に後に外側クラッドとなる外側クラッド多孔質体を堆積させて外側クラッド多孔質母材を作製する外側クラッド堆積工程と、
   前記外側クラッド多孔質体をガラス化して光ファイバ母材を作製する外側クラッド焼結工程と、
   を備え、
   前記ガラス化母材延伸工程では、外径が長手方向に亘って一定となるように前記ガラス化母材を延伸し、
   前記外側クラッド堆積工程では、前記外側クラッド焼結工程にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が拡径するように前記外側クラッド多孔質体を堆積させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
2. 前記外側クラッド堆積工程では、前記外側クラッド焼結工程における自重による外径変動を相殺するように前記外側クラッド多孔質母材の外径変化率を調整する請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
3. 前記外側クラッド堆積工程では、前記延伸ガラス化母材の長手方向に亘って合成用バーナに対する移動速度を変化させながら、又は前記延伸ガラス化母材の長手方向に亘って合成用バーナからの原料供給量を変化させながら、前記外側クラッド多孔質体を堆積させることにより前記外径変化率を調整する請求項２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
4. 前記内側クラッド堆積工程では、コア径が長手方向に亘って一定である前記出発棒の周囲に前記外側クラッド焼結工程にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけて外径が縮径するように前記内側クラッド多孔質体を堆積させる請求項１から３の何れか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
5. 前記内側クラッド堆積工程では、前記外側クラッド焼結工程にて重力方向下方となる下端部分から重力方向上方となる上端部分にかけてコア径が拡径する前記出発棒の周囲に外径が長手方向に亘って一定となるように前記内側クラッド多孔質体を堆積させる請求項１から３の何れか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
6. 前記ガラス化母材延伸工程では、前記外側クラッド堆積工程にて前記外側クラッド多孔質体を堆積させたときに、前記出発棒と前記外側クラッド多孔質母材との外径比率が長手方向に亘って一定となるように前記ガラス化母材を延伸する請求項４又は５に記載の光ファイバ母材の製造方法。
7. 前記外側クラッド焼結工程では、前記外側クラッド多孔質母材を重力方向下方に向けて焼結炉の内部に徐々に引き下げながら、重力方向下方から重力方向上方にかけて前記外側クラッド多孔質体をガラス化する請求項１から６の何れか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
8. 請求項１から７の何れか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法により製造されると共に外径が一定であることを特徴とする光ファイバ母材。