JP2016003153A

JP2016003153A - 光ファイバ母材の製造方法

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Publication number: JP2016003153A
Application number: JP2014123040A
Authority: JP
Inventors: 真吉田; Makoto Yoshida
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2016-01-12
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: CN105314841A; CN105314841B; JP6245648B2; DE102015109458A1; US9522839B2; US20150360992A1

Abstract

【課題】高速で光ファイバ母材を製造することができ、バーナの移動軸を複数配置しても、長手方向に均一な堆積厚が得られる光ファイバ母材の製造方法を提供する。【解決手段】コアロッドの両端部にダミーロッドを溶着した出発部材を軸周りに回転させつつ、出発部材とバーナを相対往復移動させて、出発部材の表面にガラス微粒子を堆積させ光ファイバ母材を製造する方法において、バーナを相対往復移動させる相対往復移動軸を出発部材と平行に２軸以上配置し、各移動軸にバーナを出発部材に向けて装着し、出発部材端でのバーナの折り返し移動（トラバース）毎に各移動軸のバーナ移動速度を変化させることにより、バーナ同士がすれ違う位置を出発部材の長手方向で変化させていくことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、高速での光ファイバ母材の製造を可能とし、かつ出発部材の長手方向に均一な厚みを有する光ファイバ母材の製造方法に関する。

従来、光ファイバ母材を製造するために、各種方法が提案されている。それらの方法の中でも、コアロッドの両端部にダミーロッドを溶着した出発部材を軸周りに回転させつつ、出発部材と複数のバーナを相対往復移動させて、出発部材の表面にガラス微粒子を堆積させ、これを電気炉内で脱水、焼結させて光ファイバ母材を得る外付け法（ＯＶＤ法）は、比較的任意の屈折率分布のものが得られ、しかも、大口径の光ファイバ母材を量産できることから汎用されている。

この外付け法において、設備生産性を向上させるために、バーナ本数を増やして堆積速度を増大させる検討がなされてきた。
特許文献１においては、出発部材に沿って製品部となる領域全体にバーナを並べ、各バーナを部分的に折り返し移動（トラバース）させて堆積速度を向上させる方法が提案されている。
この方法では、バーナの本数を大幅に増やすことができ、堆積速度を向上させることができるが、各バーナは、製品部の定められた一部分しかトラバースしないため、バーナの個体差及びガス流量のバラツキによる影響が極めて大きく、出発部材の長手位置でガラス微粒子の堆積厚が変動し、そのため後工程で母材表面を研削する工程を追加しなければならないという問題がある。

他方、各バーナが製品部全域をトラバースする方法で堆積速度を向上させる方法としては、出発部材に沿ってバーナの移動軸を複数配置し、バーナを出発部材の外周に並べる方法がある。
この方法では、バーナが製品部全域をトラバースするため、バーナの個体差やガス流量のバラツキによる長手方向でのガラス微粒子の堆積厚は変動しにくいが、堆積中バーナ同士のすれ違いがあり、すれ違い部分では、火炎同士の干渉によって堆積効率が低下し、長手方向で堆積厚に変動が生じるという問題がある。

この問題に対して、特許文献１では、バーナがすれ違う時の干渉の影響を小さくするために、バーナ同士のすれ違い速度を大きくする方法が提案されている。
しかしながら、この方法では、トラバースの都度バーナのすれ違い位置が同じとなるため、すれ違う部分とそうでない部分とで堆積厚に変動を生じやすい。特に、母材の大型化が進んだ現在では、小さな変動が生じた場合でも、その変動が増幅されて大きな変動に成長する。

また、特許文献２では、トラバースの移動範囲を移動軸毎に変える方法が提案されているが、この方法では、両末端でのコーン形状をした非製品部が増大するといった問題がある。

特許第2809905号特許第3581764号特許第4690979号

本発明は、高速で光ファイバ母材を製造することができ、バーナの移動軸を複数配置しても、長手方向に均一な堆積厚が得られる光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光ファイバ母材の製造方法は、コアロッドの両端部にダミーロッドを溶着した出発部材を軸周りに回転させつつ、出発部材とバーナを相対往復移動させて、出発部材の表面にガラス微粒子を堆積させ光ファイバ母材を製造する方法において、バーナを相対往復移動させる相対往復移動軸を出発部材と平行に２軸以上配置し、各移動軸にバーナを出発部材に向けて装着し、出発部材端でのバーナの折り返し移動（トラバース）毎に各移動軸のバーナ移動速度を変化させることにより、バーナ同士がすれ違う位置を出発部材の長手方向で変化させていくことを特徴としている。

なお、前記バーナのトラバース毎に、出発部材の異なる位置でバーナ同士がすれ違うように、各相対往復移動軸上のバーナの移動速度を決定するのが好ましい。

本発明の製造方法によれば、バーナの移動軸を複数配置しても、バーナ同士のすれ違い位置がバーナのトラバース毎に異なり、すれ違い位置が母材の長手方向で重複しないため、長手方向に均一な堆積厚を有する光ファイバ母材が得られ、かつ光ファイバ母材を高速で製造することができる等の優れた効果を奏する。

本発明で使用した光ファイバ母材の製造装置の一例を示す概略平面図である。図１で示した装置の概略側面図である。バーナの移動軸を２軸備えた実施例であり、バーナのトラバース状態とバーナ同士のすれ違い位置を示すグラフである。Ａ軸上を移動するバーナ（3-A）の移動速度の変化を示すグラフである。Ｂ軸上を移動するバーナ（3-B）の移動速度の変化を示すグラフである。実施例で得られた母材について、長手方向に堆積厚の変動を示すグラフである。バーナの移動軸を２軸備えた比較例において、Ａ軸上を移動するバーナ（3-A）の移動速度の変化を示すグラフである。Ｂ軸上を移動するバーナ（3-B）の移動速度の変化を示すグラフである。比較例での、バーナのトラバース状態とバーナ同士のすれ違い位置を示すグラフである。比較例で得られた母材について、長手方向に堆積厚の変動を示すグラフである。

出発部材の表面に、バーナをトラバースさせる移動軸を２軸以上の複数軸配置してガラス微粒子を堆積させる場合、バーナ同士のすれ違い時に相互の火炎が干渉しあって、すれ違う領域では堆積効率が低下する。堆積が進むにつれて、トラバースの都度すれ違う位置が同じであると、堆積効率の低下領域が重複し、長手方向で堆積厚に大きな変動が生じる。
このことから、すれ違い位置が長手方向で重複しないように変化させていくことが、堆積厚の均一化には重要であるとの結論に行き着いた。

そこで、コアロッドの両端部にダミーロッドを溶着した出発部材をその軸周りに回転させつつ、出発部材とバーナを相対往復移動させて、出発部材の表面にガラス微粒子を堆積させて光ファイバ母材を製造する際、相対往復移動用の軸を２軸以上配置し、各軸にバーナを出発部材に向けて装着し、各軸のバーナ移動速度をトラバース毎に変化させることにより、バーナ同士がすれ違う位置を母材の長手方向で変化させていけば、バーナ本数を増やしても、バーナ同士のすれ違い位置がトラバース毎に変わり重複しないために、長手方向で堆積厚が変動がせず、均一な堆積厚を有する光ファイバ母材が得られる。

バーナ同士のすれ違い位置を変化させる方法として、バーナの移動速度を調整する方法以外に、母材端部でのバーナの停止時間を調整する方法や、バーナの折り返し位置を調整する方法等が考えられるが、前者の場合、停止にともない非堆積時間が増加し生産性が低下するという問題があり、後者の場合、両端での非有効コーン部の長さが増し製品収率が低下するといった問題がある。
本発明によるバーナの移動速度を調整する方法では、そのような問題は無く、移動速度の調整が堆積速度及び堆積密度に与える影響は小さいので、堆積層毎に移動速度を大きく変更した場合でも、堆積中の割れやガラス化時の層剥離といった問題は生じにくい。

より好ましくは、すれ違う位置が長手方向で重ならないように事前にすれ違う位置を決定しておき、その決められた位置ですれ違うように各移動軸について、トラバース毎のバーナの移動速度を予め設定しパターン化しておけば良い。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されず様々な態様が可能である。
本発明の光ファイバ母材の製造方法及び装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の光ファイバ母材の製造に用いた製造装置の一例を示す概略平面図であり、図２は、同装置の概略側面図である。図１において、出発部材は、コアロッド１の両端部にダミーロッド２を溶着したものであり、不図示の基材支持部材により軸回りに回転自在に支持されている。

この出発部材に沿ってバーナの移動軸が２軸（Ａ，Ｂ）配置されており、バーナ３（３-Ａ，３-Ｂ）がバーナガイド機構４（４-Ａ，４-Ｂ）により、出発部材に沿って移動自在に設置されている。各移動軸には、個別に移動用モータ５（５-Ａ，５-Ｂ）が設置され、それぞれ独立して動作させることができる。
これらのバーナ３には、通常酸水素バーナが使用され、光ファイバ用原料、例えば、ＳｉＣｌ₄ 等の蒸気と燃焼ガス（水素ガスおよび酸素ガス）とを供給し、酸水素火炎中での加水分解によってガラス微粒子（スート）を合成し、これを出発部材１に向けて噴射し堆積させて光ファイバ用多孔質母材を形成するものである。なお、排気ガス及び堆積しなかったシリカ微粒子は上方に配置された排気フード６によって、系外に排出される。

次に、このような外付け法（ＯＶＤ法）による本発明の光ファイバ母材の製造方法について説明する。
まず、不図示の基材支持部により支持された出発部材を軸回りに回転モータで回転させながら、出発部材に向けてバーナ３から火炎を噴射して、出発部材上にスートを堆積させる。そして、バーナ３をバーナガイド機構４により、出発部材の長手方向に沿って往復移動させることにより堆積層を形成し、光ファイバ用多孔質母材を製造する。
このようにして得られた光ファイバ用多孔質ガラス母材をヒータと断熱材からなる加熱炉内を通過させて脱水透明ガラス化して、光ファイバ母材が得られる。

［実施例１］
図１、図２に示すような装置を用いて外付け法により光ファイバ用多孔質ガラス母材を製造した。出発部材は、外径５０ｍｍ、長さ３０００ｍｍのコアロッドの両端部に外径５０ｍｍ、長さ５００ｍｍのダミーロッドを溶着したものを使用し、外径が３００ｍｍに達するまでスートを堆積させた。
バーナは、小口径助燃性ガス噴出ノズルを可燃性ガス噴出ポート内に内包したマルチノズル型の堆積用バーナを用い、Ａ軸、Ｂ軸ともにバーナを１５０ｍｍ間隔で３本ずつ配置した。

図３に示すように、Ａ軸とＢ軸とでバーナ同士のすれ違い位置が重ならないように、Ａ軸の移動速度を図４に示すように設定し、Ｂ軸の移動速度を図５に示すように設定して堆積を行った。図３において、実線はＡ軸のバーナ３-Ａの移動軌跡を示し、破線はＢ軸のバーナ３-Ｂの移動軌跡を示しており、バーナ同士のすれ違い位置が●印で示され、トラバース毎に異なる位置ですれ違うように設定されている。なお、図４、図５に示したＡ軸、Ｂ軸の移動速度の設定は、図３の例に限定されず、バーナ同士のすれ違い位置が重ならない限りにおいて、様々に変化させることができる。

このようにして出発部材上にスートを堆積させたところ、図６に示したように、両端部で厚みがやや不足したものの、端部以外の製品部全体にわたって堆積厚は一定し、極めて良好な母材が得られた。図６は、長手方向位置５００ｍｍでの堆積厚を１とした場合の割合で，製品部の長手方向位置における堆積厚の変動を示している。

［比較例１］
実施例１と同様の装置、出発部材を用いて外付け法により光ファイバ用多孔質ガラス母材を製造した。
図７、図８に示すように、Ａ軸、Ｂ軸の移動速度を１００ｍｍ／ｍｉｎに固定した以外は、実施例１と同様にして堆積を行った。
その結果、図９に示すようにトラバースの都度、母材の長手位置２０００ｍｍのところで、Ａ軸とＢ軸のバーナ同士のすれ違い位置が重なり合い、結果として、図１０に示すように、すれ違い位置が重なり合った中央部付近の堆積層の厚さが薄くなってしまっている。

以上、本発明の光ファイバ母材の製造方法について、バーナの移動軸が２軸の例について説明したが、移動軸が３軸あるいは４軸であっても、軸数が増すにつれバーナ同士のすれ違い位置が重ならないように各軸の移動速度の設定に多少煩雑さが増すものの、同様に実施可能である。

１コアロッド、
２ダミーロッド、
３バーナ、
４バーナガイド機構、
５移動用モーター、
６排気フード。

Claims

コアロッドの両端部にダミーロッドを溶着した出発部材を軸周りに回転させつつ、出発部材とバーナを相対往復移動させて、出発部材の表面にガラス微粒子を堆積させ光ファイバ母材を製造する方法において、バーナを相対往復移動させる相対往復移動軸を出発部材と平行に２軸以上配置し、各移動軸にバーナを出発部材に向けて装着し、出発部材端でのバーナの折り返し移動（トラバース）毎に各移動軸のバーナ移動速度を変化させることにより、バーナ同士がすれ違う位置を出発部材の長手方向で変化させていくことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
前記バーナのトラバース毎に、出発部材の異なる位置でバーナ同士がすれ違うように、各相対往復移動軸上のバーナの移動速度を決定する請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。