JP2016044087A - ガラス微粒子堆積体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドの相対往復移動の折り返し位置において外径変動が生じることなく、且つ界面不整合部の発生を防止するガラス微粒子堆積体の製造方法を提供する。【解決手段】軸回りに回転するロッド３の対向位置に複数本のバーナ４ｂを配置し、ロッド３とバーナ４ｂとをロッド３の軸方向へ相対的に往復移動させつつバーナ４ｂの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子をロッド３に吹き付けてガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、ガラス微粒子の堆積開始時は、往復移動の折り返し位置を固定として数層の干渉層を堆積し、数層の干渉層を堆積した後は往復移動毎に折り返し位置を移動させてガラス微粒子の堆積を行うガラス微粒子堆積体の製造方法。【選択図】図５

Description

本発明は、ガラス微粒子堆積体の製造方法に関する。

回転するロッドと、ロッドに対向させて配列させた複数のバーナの列とを相対的に往復移動させ、ロッドの表面にバーナで生成したガラス微粒子を吹き付けて層状に堆積させる多バーナ多層付け法（ＭＭＤ法）でガラス微粒子堆積体を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。上記ＭＭＤ法においては、堆積位置が重なったり、往復移動の折り返し位置でガラス微粒子の堆積量が多くなったりしてガラス微粒子堆積体の外径変動が生じる虞がある。このため、ロッドの回転速度を調整する方法（例えば、特許文献１参照）、往復移動の折り返し位置を移動させる方法（例えば、特許文献２、３参照）が提案されている。

特開２０１３−４３８１０号公報 特開２００２−１６７２２８号公報 特開２００４−２１７７号公報

上記のようなガラス微粒子堆積体を製造する方法において、ロッドの往復移動の折り返し位置を移動させると、焼結後、特にガラス微粒子堆積体の下端部側において、ガラス微粒子堆積体の焼結部とロッドとの界面に螺旋状等の模様が発生することがある。この模様は、焼結工程でのガラス微粒子堆積体の収縮時に、ロッドと堆積面とがずれることにより生じるものであり、以下、この螺旋状等の模様（ずれた跡）が発生した部分を界面不整合部と呼ぶ。そして、上記界面不整合部があるガラス微粒子堆積体の焼結体を用いて光ファイバを製造する場合、界面不整合部が発生した箇所で、線引き時の断線、光ファイバの光学特性の異常等が生じる虞がある。

そこで、本発明の目的は、外径変動などの不具合が生じることなく、且つ界面不整合部の発生を防止できるガラス微粒子堆積体の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、軸回りに回転するロッドの対向位置に複数本のバーナを配置し、前記ロッドと前記バーナとを前記ロッドの軸方向へ相対的に往復移動させつつ前記バーナの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を前記ロッドに吹き付けてガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子の堆積開始時は、前記往復移動の折り返し位置を固定として数層の干渉層を堆積し、前記数層の干渉層を堆積した後は往復移動毎に折り返し位置を移動させて前記ガラス微粒子の堆積を行う。

本発明によれば、外径変動などの不具合が生じることなく、且つ界面不整合部の発生を防止できる。

本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法で用いられる製造装置の一例を示す概略構成図である。 往復移動の折り返し位置を移動させた場合における、各バーナによるガラス微粒子堆積領域を説明する模式図である。 界面不整合部（螺旋状等の模様の部分）を示す図である。 往復移動の折り返し位置を固定した場合における、各バーナによるガラス微粒子堆積領域を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法の折り返し位置の設定による、各バーナによるガラス微粒子堆積領域を説明する模式図である。 実施例１における、ガラス微粒子堆積体１本当たりの積層総数に対する干渉層の割合と、界面不整合部の発生率の関係を示すグラフである。 実施例１における、ガラス微粒子堆積体１本当たりの積層総数に対する干渉層の割合と、未焼結部分の発生率の関係を示すグラフである。 実施例２における、水素ガス流量の比率と界面不整合部の発生率の関係を示すグラフである。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、
（１） 軸回りに回転するロッドの対向位置に複数本のバーナを配置し、前記ロッドと前記バーナとを前記ロッドの軸方向へ相対的に往復移動させつつ前記バーナの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を前記ロッドに吹き付けてガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子の堆積開始時は、前記往復移動の折り返し位置を固定として数層の干渉層を堆積し、前記数層の干渉層を堆積した後は往復移動毎に折り返し位置を移動させて前記ガラス微粒子の堆積を行う。
界面不整合部は、隣り合うバーナで生成されるガラス微粒子の嵩密度の違いなどによる密度差により、焼結時にロッドと堆積面とがずれることにより生じると考えられる。しかし、上記（１）のガラス微粒子堆積体の製造方法では、ガラス微粒子の堆積開始時は、往復移動の折り返し位置を固定位置として数層の干渉層を堆積するので、特にロッド界面近傍での嵩密度が不均一な領域を小さくすることができる。また、干渉層を堆積した後は折り返し位置を移動させているので、折り返し位置でのみガラス微粒子が堆積しやすくなるということもない。これにより、外径変動などの不具合が生じることなく、且つ界面不整合部の発生を防止することができる。

（２） 前記干渉層の層数を２層以上全堆積層数の２％以下とする。
干渉層を２層以上全堆積層数の２％以下とすることにより、外径変動などの不具合が生じることなく、且つ界面不整合部の発生を、より効果的に防止できる。

（３） 前記干渉層の平均嵩密度を、前記往復移動毎に折り返し位置を移動させて前記ガラス微粒子の堆積を行う層の平均嵩密度よりも大きくする。
干渉層の平均嵩密度を往復移動毎に折り返し位置を移動させてガラス微粒子の堆積を行う層の平均嵩密度よりも大きくすることにより、界面不整合部の発生を、より効果的に防止することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法で用いられる製造装置の一例を示す概略構成図である。
図１に示すように、ガラス微粒子堆積体を製造する製造装置１は、反応容器２内のロッド（ターゲットロッド）３に、バーナ（原料バーナ）４ａ〜４ｇの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を堆積させて、光ファイバの母材となるガラス微粒子堆積体５を製造する装置である。バーナ４ａ〜４ｇは、ロッド３に対向させてロッド３の軸方向に沿って一定間隔で複数配置されており、反応容器２のバーナ４ａ〜４ｇと反対側には、排気路６が設けられている。なお、反応容器２の両端部には、酸水素ガスの火炎によりガラス微粒子堆積体５の端部を加熱する補助バーナ７ａ、７ｂが設けられていてもよい。

本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、製造装置１において、ロッド３を軸方向へ往復移動させることにより、軸周りに回転するロッド３とバーナ４ａ〜４ｇとをロッド３の軸方向へ相対的に往復移動させる。このとき、バーナ４ａ〜４ｇの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子をロッド３に吹き付けて、ロッド３の表面にクラッド層の一部となるジャケット層のガラス微粒子を層状に堆積させる。

ロッド３とバーナ４ａ〜４ｇとをロッド３の軸方向へ相対的に往復移動させる際には、従来は、図２に示すように、ロッド３の往復移動の折り返し位置を移動させていた。図２は、往復移動の折り返し位置を移動させた場合における、隣り合う異なるバーナ４ａ、４ｂによるガラス微粒子堆積領域を説明する模式図である。

往復移動の折り返し位置を移動させた場合は、図２に示すように、隣り合う異なるバーナ４ａ、４ｂによってガラス微粒子が堆積する堆積領域の境界がずれていく。そして、バーナ毎に堆積するガラス微粒子の嵩密度が若干異なるため、それぞれのバーナ４ａ、４ｂで堆積する領域の間には、嵩密度が異なる境界ができる。

発明者らが調査した結果、このように、嵩密度の異なる堆積領域の境界ができ、この境界がロッド軸方向の幅広い領域にまたがると、焼結後に、特にガラス微粒子堆積体の下端部側において、図３に示すような、界面不整合部（ロッド界面の螺旋状等の模様）が発生しやすいことが分かった。この界面不整合部は、焼結する際、各バーナによる堆積領域の境界におけるロッド軸方向の嵩密度差により均一に収縮せず、嵩密度が不均一な領域で、ロッドと堆積面とがずれることにより発生すると考えられる。
なお、各バーナによる堆積領域の境界は、ロッド軸方向に配列された複数のバーナ（４ａ〜４ｇ）間において生じるが、ガラス微粒子堆積体は、焼結時に上方に向かって収縮するため、特に下端部側において、界面不整合部が発生しやすい。

一方、図４のように往復移動の折り返し位置を固定にすると、隣り合う異なるバーナ４ａ、４ｂによる堆積領域の境界がロッド軸方向の同じ箇所となるため、嵩密度が異なる領域は狭くなり、界面不整合部は生じにくい。しかしながら、境界領域に両方のバーナ４ａ、４ｂからのガラス微粒子が付着することになるため、境界領域における付着量が多くなりすぎて、ガラス微粒子堆積体５の外径変動が発生する虞がある。図４は、往復移動の折り返し位置を固定した場合における、各バーナによるガラス微粒子堆積領域を説明する模式図である。

以下、本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法におけるロッド３の往復移動の折り返し方法について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法の折り返し位置の設定による、隣り合うバーナ４ａ、４ｂによるガラス微粒子堆積領域を説明する模式図である。

本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法では、ロッド３に対するガラス微粒子の堆積開始時から、数層（図５に示す例では３層）を堆積させるまでは、往復移動の折り返し位置を固定とする。なお、折り返し位置固定としてガラス微粒子を堆積させた層を、以下、干渉層と呼ぶ。そして、数層の干渉層を堆積させた後は、往復移動毎に折り返し位置を移動させてガラス微粒子を堆積させることによりガラス微粒子堆積体５を製造する。

本実施形態では、ロッド界面近傍の嵩密度が変化する箇所はロッド軸方向の特定の箇所（隣り合う異なるバーナ（例えば、４ａ、４ｂ）による堆積領域の境界部分）のみであるため、特にロッド界面近傍での嵩密度の不均一領域を小さくすることができ、界面不整合部の発生を防ぐことができる。

また、数層の干渉層を堆積させた後は、往復移動毎に折り返し位置を移動させているので、ロッド軸方向の特定の箇所（バーナ間の境界）のみでガラス微粒子が堆積しやすくなることがなく、特定の箇所でガラス微粒子の堆積量が多くなることによる外径変動が生じることを防ぐこともできる。

なお、後述の実施例２で示すように、干渉層においては、高い嵩密度の層を形成することが好ましい。しかし、嵩密度が高いと、焼結工程でロッド界面近傍が焼け残り、未焼結部分が発生する場合がある。その場合、再度焼結を行って透明化する必要があり、その分コストがかかるため、未焼結部分が発生しない程度の干渉層の厚みにする必要がある。

［実施例］
（実施例１）
ロッド界面からの干渉層の層数（１回の往復移動で１層堆積されるものとする）を変化させて、本発明の実施形態の製造方法によって、それぞれガラス微粒子堆積体５の製造を行った。そして、製造された各ガラス微粒子堆積体５に対し界面不整合部の発生の有無と、未焼結部分の発生の有無を調べた。その結果を図６、図７に示す。なお、実施例１では、後述する水素ガス流量の比率は、１．１７としている。

図６は、ガラス微粒子堆積体１本当たりの積層総数に対する干渉層の割合と、界面不整合部の発生率の関係を示すグラフである。
図６に示すように、積層総数に対する干渉層の割合が０．２％程度以上であれば、界面不整合部の発生を抑える効果があり、０．５％程度以上とすれば、界面不整合部の発生をほぼ抑えることができることがわかる。なお、干渉層が少なくとも存在することが必要なので、最低限２層の干渉層は必要である。

図７は、ガラス微粒子堆積体１本当たりの積層総数に対する干渉層の割合と、未焼結部分の発生率の関係を示すグラフである。
実施例２で説明するように、干渉層は高い嵩密度の層とすることが好ましいが、高い嵩密度の干渉層の層数が多くなると、焼結工程でロッド界面近傍が焼け残り、未焼結部分が発生する。図７に示すように、特に干渉層の割合が２％より大きくなると、未焼結部分の発生率が極端に高くなるため、干渉層の層数は、ガラス微粒子堆積体１本当たりの全堆積層数の２％以下にすることが好ましいことがわかる。

（実施例２）
ガラス微粒子堆積体の嵩密度はバーナの可燃性ガスの流量に比例するので、可燃性ガスである水素ガスの流量（本実施例ではバーナの火炎形成には酸水素ガスを使用している）を変えて、干渉層の嵩密度の違いによる界面不整合部の発生率を調べた。
ロッド界面からの干渉層の層数を一定（３層）とし、干渉層を形成する際に、バーナ４ａ〜４ｇの水素ガスの流量を変えて、本発明の実施形態の製造方法によって、それぞれガラス微粒子堆積体５の製造を行った。そして、製造された各ガラス微粒子堆積体５に対し界面不整合部の発生の有無を調べた。その結果を図８に示す。

図８は、水素ガス流量の比率（折り返し位置を移動させて堆積する、干渉層の外側に堆積される層を形成する際の水素ガス流量を１としたときの、干渉層を形成する際の水素ガス流量の比率）と、界面不整合部の発生率との関係を示すグラフである。
図８に示すように、界面不整合部の発生を十分に抑えるには、上記水素ガス流量の比率を１．３以上として、嵩密度の高い干渉層を形成することが有効であることがわかる。

１ 製造装置
２ 反応容器
３ ロッド
４ａ〜４ｇ バーナ（原料バーナ）
５ ガラス微粒子堆積体
６ 排気路
７ａ、７ｂ 補助バーナ

Claims (3)

1. 軸回りに回転するロッドの対向位置に複数本のバーナを配置し、前記ロッドと前記バーナとを前記ロッドの軸方向へ相対的に往復移動させつつ前記バーナの火炎による加水分解反応で生成されるガラス微粒子を前記ロッドに吹き付けてガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
   前記ガラス微粒子の堆積開始時は、前記往復移動の折り返し位置を固定として数層の干渉層を堆積し、前記数層の干渉層を堆積した後は往復移動毎に折り返し位置を移動させて前記ガラス微粒子の堆積を行う、ガラス微粒子堆積体の製造方法。
2. 前記干渉層の層数を２層以上全堆積層数の２％以下とする、請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
3. 前記干渉層の平均嵩密度を、前記往復移動毎に折り返し位置を移動させて前記ガラス微粒子の堆積を行う層の平均嵩密度よりも大きくする、請求項１または請求項２に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。

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