JP2017088464A - 光ファイバ母材の製造方法、および光ファイバ母材の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バーナ点火時の異物の飛散による、光ファイバ強度の低下を抑制することが可能な光ファイバ用母材の製造方法等を提供する。
【解決手段】 反応容器３内部には、ターゲット材５に沿って、複数のバーナ１１が所定間隔で配置される。バーナ１１とターゲット材５との間には、遮蔽部材１３が配置される。遮蔽部材１３は、通常時には、バーナ１１とターゲット材５との間から退避した位置に配置される。バーナ１１を着火する際に、図示を省略した動作部（例えばモータ等）によって、当該バーナ１１とターゲット材５との間の位置に移動される。バーナ１１の着火の際には、可燃ガスを少量流した状態で、ライターやイグニッションなどの点火装置によって点火する。この際、バーナ１１の着火時にバーナ１１から飛散する異物は、遮蔽部材１３によって遮蔽されるため、ターゲット材５へ付着することを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ母材の製造方法およびその製造装置に関するものである。

光ファイバ用のガラス微粒子堆積体を製造する方法としてＯＶＤ法（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）等がある。ＯＶＤ法は、珪素を含むガラス原料を可燃性ガス、助燃性ガス等の燃焼ガスとともにバーナに導入し、火炎中でガラス原料を加水分解反応又は酸化反応させることにより、ガラス微粒子体及び微粒子体の集合体を生成させ、これを主にコアとなるターゲット材の外周に堆積させてガラス微粒子堆積体を形成する方法である。

このようにして行われるクラッド合成工程において、例えばターゲット材の外周に、微細な異物などが付着すると、その後、光ファイバ線引き加工後に、製品の強度が低下するおそれがある。したがって、製造工程において、異物の付着を防止する必要がある。

このような、異物付着を抑制するために、金属酸化物が生じることを抑制したバーナがある（例えば、特許文献１）。

しかしながら、クラッド合成中におけるバーナからの金属酸化物の発生を抑えても、バーナの点火時に、バーナ内の煤などが異物として飛散し、プリフォーム中に取り込まれることで、光ファイバの強度が低下する場合がある。

これに対し、バーナの点火時には、バーナをターゲット材から離れた位置に退避させた後、または、バーナを他の方向に向けて点火した後に、バーナをターゲット材に向くように再度移動させる方法が考えられる。すなわち、バーナの着火時には、光ファイバ母材の製造時とは異なる位置にバーナを移動させる移動機構を設ける方法がある（例えば、特許文献２）。

特開２０００−３１０４０４号公報 特開２０１３−４００６４号公報

しかし、近年の光ファイバの製造においては、より大型の光ファイバ母材が求められている。したがって、より大型のガラス微粒子堆積体を、ＯＶＤ法等によって製造する必要がある。したがって、ガラス粒子堆積装置自体が大型化し、バーナの退避スペースをとることは困難である。また、極めて高温となるため、バーナを中心軸からずらすような移動機構や回転機構等を設けると、バーナ位置の再現性を確保することが困難となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、バーナ点火時の異物の飛散による、光ファイバ強度の低下を抑制することが可能な光ファイバ用母材の製造方法等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、ガラス原料ガスと燃焼ガスとをバーナに供給して生成させたガラス微粒子を、前記ターゲット材の外周に堆積させて光ファイバ母材を製造する方法であって、前記バーナの着火の際に、前記バーナと前記ターゲット材との間に、遮蔽部材を配置し、前記バーナの着火後、前記遮蔽部材を退避させて、前記ターゲット材に前記ガラス微粒子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である。

前記バーナは、前記ターゲット材に沿って複数配置され、前記遮蔽部材の移動と、前記遮蔽部材が位置する前記バーナの着火を、複数の前記バーナに対して順に行うことが望ましい。

この際、前記バーナは、鉛直方向に複数配置され、前記バーナを上方から順に着火することが望ましい。

前記遮蔽部材には、前記バーナの着火を行う着火部が一体で配置されてもよい。

第１の発明によれば、バーナの点火時に、バーナとターゲット材との間に遮蔽部材を配置することで、バーナから飛散した異物がターゲット材に付着することを防止することができる。また、バーナの着火後には、遮蔽部材を退避させればよく、バーナ自体を移動・回転させる必要がない。このため、バーナとターゲット材の精度を維持することができる。

また、バーナがターゲット材に沿って複数配置される場合に、バーナを順に着火し、着火するバーナに遮蔽部材を順に移動させることで、小型の遮蔽部材によって、確実にそれぞれのバーナからの異物を遮蔽することができる。

特に、バーナが鉛直方向に複数配置される際に、遮蔽部材を移動させながらバーナを上から順に着火することで、下方のバーナの炎で上方のバーナが意図せず着火することを防止することができる。

また、遮蔽部材に、ライターまたはイグニションなどの着火部を一体で配置することで、遮蔽部材の移動とバーナの着火とを同時に行うことができる。

第２の発明は、ターゲット材が配置される反応容器と、前記ターゲット材に対し、ガラス原料ガスおよび燃焼ガスを噴出させるバーナと、前記ターゲット材と前記バーナの間に移動可能な遮蔽部材と、前記遮蔽部を動作する動作部と、を具備し、前記動作部は、前記バーナの着火時には、前記ターゲット材と前記バーナの間に前記遮蔽部材を移動可能であり、前記バーナによって、前記ターゲット材にガラス微粒子を堆積させる際には、前記ターゲット材と前記バーナの間から前記遮蔽部材を退避可能であることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置である。

第２の発明によれば、バーナ着火時の異物がターゲット材に付着することを防止することが可能である。

本発明によれば、バーナ点火時の異物の飛散による、光ファイバ強度の低下を抑制することが可能な光ファイバ用母材の製造方法等を提供することができる。

光ファイバ用のガラス微粒子堆積装置１を示す概略図。 図１のＢ部におけるＡ−Ａ線断面図。 上方のバーナ１１を着火した状態のガラス微粒子堆積装置１を示す概略図。 遮蔽部材１３を下方に移動した状態のガラス微粒子堆積装置１を示す概略図。 ２段目のバーナ１１を着火した状態のガラス微粒子堆積装置１を示す概略図。 最下段までバーナ１１を着火した状態のガラス微粒子堆積装置１を示す概略図。 遮蔽部材１３を退避させる動作を示す図。 多孔質ガラス母材１５を製造した状態を示す図。 上方のバーナ１１を着火した他の状態のガラス微粒子堆積装置１０を示す概略図。 ガラス微粒子堆積装置２０を示す概略図。 ロットごとの光ファイバの破断回数を示す図。

以下、本発明の実施の形態にかかるガラス微粒子堆積装置１について説明する。図１は、光ファイバ母材の製造装置であるガラス微粒子堆積装置１の概略構成図である。ガラス微粒子堆積装置１は主に、反応容器３、ターゲット材把持部７、バーナ１１、遮蔽部材１３等から構成される。

反応容器３内部には、一対のターゲット材把持部７が設けられる。ターゲット材把持部７には、ターゲット材５が把持される。ターゲット材５は、たとえば光ファイバコアおよびクラッドの一部を有するロッドである。ターゲット材５の両端部は、ターゲット材把持部７に固定される。

反応容器３内部には、ターゲット材５に沿って、複数のバーナ１１が所定間隔で配置される。なお、図示した例では、バーナ１１は、鉛直方向に複数配置される。特に大型の光ファイバ母材を製造する場合には、バーナ１１は、鉛直方向に複数配置されることが望ましい。なお、バーナ１１の配置数は、図示した例には限られない。

バーナ１１は、多層構造であり、ガラス原料ガスを噴出する原料ガス流路、助燃性ガスを噴出する助燃ガス流路、可燃性ガスを噴出する可燃ガス流路、シールガスを噴出するシールガス流路などが設けられる。

なお、バーナ１１に供給するガスとしては、たとえば、原料ガス流路にＳｉＣｌ_４助燃ガス流路にＯ_２、可燃ガス流路にＨ_２、シールガス流路にＡｒを流せばよい。

反応容器３には、図示を省略した給気口が設けられ、給気口からは、クリーンエア等が反応容器３内部に導入され、堆積せずに反応容器の内部に飛散したガラス粒子等とともに、排気口９から排出される。

図２は、図１のＢ部におけるＡ−Ａ線断面図である。バーナ１１とターゲット材５との間には、遮蔽部材１３が配置される。遮蔽部材１３は、通常時には、バーナ１１とターゲット材５との間から退避した位置に配置される。バーナ１１を着火する際に、図示を省略した動作部（例えばモータ等）によって遮蔽部材１３を移動し、遮蔽部材１３を当該バーナ１１とターゲット材５との間の位置に配置する（図中矢印Ｃ）。

なお、遮蔽部材１３を手動でバーナ１１とターゲット材５の間に配置してもよい。この場合には、遮蔽部材１３には、図示を省略した取手などを配置すればよい。

遮蔽部材１３は、例えばセラミックス製や金属製であるが、バーナ１１の点火時の熱によって変形などが生じず、また、遮蔽部材１３の表面に付着した煤等の除去が容易であれば、その材質は特に限定されない。

なお、遮蔽部材１３は、ターゲット材５と干渉しない程度に、ターゲット材５に近い位置に配置することが望ましい。遮蔽部材１３をバーナ１１に近づけすぎると、バーナ１１から飛散した異物が、遮蔽部材１３の裏側に回り込んで、ターゲット材５に付着するおそれがある。

また、図示した例では、遮蔽部材１３は、平面状の板部材であるが、遮蔽部材１３の形状はこれに限られない。例えば、バーナ１１を覆うように曲面形状であってもよく、または、ターゲット材５を覆うような曲面形状であってもよい。

図３は、一番上のバーナ１１を着火した状態を示す図である。バーナ１１の着火の際には、バーナ１１の可燃ガス流路にＨ_２を少量流した状態で、ライターやイグニッションなどの点火装置によって点火する。この際、バーナ１１の着火時にバーナ１１から飛散する異物は、遮蔽部材１３によって遮蔽されるため、ターゲット材５へ付着することを防止することができる。

次に、図４に示すように、遮蔽部材１３を上から２段目のバーナ１１の位置まで図示を省略した動作部によって移動させる（図中矢印Ｄ）。遮蔽部材１３が、バーナ１１の位置まで移動した後、当該バーナ１１を着火する（図５）。なお、バーナ１１が複数ある場合であっても、全てのバーナ１１にほぼ同時に微量の可燃ガスを流すことによって、設備を簡素化することができる。また、全てのバーナ１１に微量の可燃ガスが流れているため、ライターまたはイグニションを移動させることによって容易に着火することができる。

このように、遮蔽部材１３の移動と、遮蔽部材１３が位置するバーナ１１の着火を、複数のバーナ１１に対して順に行うことで、図６に示すように、全てのバーナ１１に着火を行うことができる。

全てのバーナ１１の着火が終了し、ターゲット材にガラス微粒子を堆積させる際には、図７に示すように、図示を省略した動作部によって、バーナ１１とターゲット材５との間から、遮蔽部材１３を退避させる（図中矢印Ｅ）。

遮蔽部材１３を、ターゲット材５とバーナ１１との間から完全に退避した後、ガラス原料ガス、助燃ガス、可燃ガス、シールガスなどを所定量流して、多孔質ガラス母材を製造する。

図８に示すように、バーナ１１から噴出される助燃性ガス及び可燃性ガスからなる火炎中に、ガラス原料ガスを供給することにより、ガラス微粒子が合成され、ガラス微粒子をターゲット材５の外周面に堆積させることができる。

すなわち、本発明にかかる光ファイバ母材の製造方法は、バーナ１１の着火時に遮蔽部材１３を用い、その後、ターゲット材５に対し、ガラス原料ガスおよび燃焼ガスをバーナ１１から噴出させ、ガラス原料ガスを火炎加水分解させてガラス微粒子を生成させ、生成したガラス微粒子をターゲット材５に堆積させて多孔質ガラス母材１５を製造するものである。
なお、製造した多孔質ガラス母材を周知の方法で脱水焼結することにより、ガラス化した光ファイバ母材が得られる。

なお、ターゲット材５とバーナ１１とは、ターゲット材５の軸方向に対して、相対的に往復移動可能である（図中矢印Ｆ）。また、ターゲット材５（多孔質ガラス母材１５）は、ターゲット材５の軸方向を回転軸として回転可能である（図中矢印Ｇ）。すなわち、ターゲット材５の長手方向、周方向に対してバーナ１１の炎を均一に当てることができる。

なお、ターゲット材把持部７近傍には、図示を省略した補助バーナを設けてもよい。補助バーナを用いることで、ターゲット材５の端部近傍においてバーナ１１による熱が十分に付与されず、低密度な多孔質ガラスが形成されるものを焼き固めることができる。

また、ガラス微粒子堆積体である多孔質ガラス母材１５の成長（増径）に伴い、バーナ１１をターゲット材５（多孔質ガラス母材１５）から遠ざかるように移動させる。このようにすることで、バーナ１１（の炎）と多孔質ガラス母材１５表面との距離を常に一定にしながら、ガラス微粒子を堆積させることができる。

以上、本実施の形態によれば、バーナ１１とターゲット材５との間に、遮蔽部材１３を配置して、バーナ１１を着火するため、バーナ１１の着火時にバーナ１１から異物が飛散してターゲット材５に付着することを防止することができる。

この際、バーナ１１をターゲット材５から退避させる移動機構を設ける必要がないため、構造が簡易であり、高温・腐食性ガス環境下において、バーナ１１の位置の再現性や耐久性が悪化することがない。

また、遮蔽部材１３でバーナ１１とターゲット材５との間を遮蔽しながら、順にバーナ１１を着火することで、一度に全てのバーナ１１が着火して、広範囲に異物の飛散が生じることがない。また、遮蔽部材１３を移動させることで、遮蔽部材１３が一つのバーナ１１に対応するサイズでよいため、小型であり、取扱い性にも優れる。なお、遮蔽部材１３が、全てのバーナ１１を遮蔽可能なサイズであれば、遮蔽部材１３は、バーナ１１とターゲット材５との間への挿抜移動のみでも良い。

また、バーナ１１の着火を上方から順に行うことで、下方のバーナ１１の炎によって、遮蔽部材１３を配置する前に、上方のバーナ１１が意図せずに着火することを抑制することができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図９は、第２の実施の形態にかかるガラス微粒子堆積装置１０を示す図である。なお、以下の説明において、ガラス微粒子堆積装置１と同様の機能を奏する構成については、図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２の実施形態では、遮蔽部材１３に、着火部１７が一体で配置される。着火部１７は、バーナ１１の着火を行うライターまたはイグニションである。

それぞれのバーナ１１から、少量の可燃ガス等を流した状態で、各バーナ１１の位置に遮蔽部材１３を配置すると、着火部１７によって、当該バーナ１１の着火を行うことができる。このため、遮蔽部材１３の移動と、バーナ１１の着火を同時に行うことができる。したがって、遮蔽部材１３を上方から下方へ移動させながら、バーナ１１の着火を順に行うことができる。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、遮蔽部材１３に、着火部１７が設けられるため、遮蔽部材１３の移動と着火作業を別々に行う必要がなく、作業性が良好である。また、着火部１７で着火される際には、確実に遮蔽部材１３がバーナ１１の前方に位置するため、着火作業時に、遮蔽部材１３の位置がずれることがない。

次に、第３の実施形態について説明する。図１０は、第３の実施の形態にかかるガラス微粒子堆積装置２０を示す図である。なお、以下の説明において、ガラス微粒子堆積装置１と同様の機能を奏する構成については、図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第３の実施形態では、遮蔽部材１３が、複数のバーナ１１全体を覆う大きさである点が第１の実施形態と異なる。

遮蔽部材１３で全てのバーナ１１の前方を覆い、それぞれのバーナ１１から、少量の可燃ガス等を流した状態で、上方から順にバーナ１１の着火を行う。バーナ１１の着火には、ライターまたはイグニションなどが用いられる。

第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、遮蔽部材１３が複数のバーナ１１全体を覆うため、遮蔽部材１３の移動を行う必要がなく、作業性が良好である。また、バーナ１１が着火される際には、確実に遮蔽部材１３がバーナ１１の前方に位置するため、着火作業時に、遮蔽部材１３の位置がずれることがない。

本発明のガラス微粒子堆積装置を用いて、多孔質ガラス母材を作成し、周知の方法で脱水焼結することにより、光ファイバ母材を得た。得られた光ファイバ母材を周知の方法で線引きすることで光ファイバとし、得られた光ファイバを評価した。具体的には、得られた光ファイバに対して一定の張力を加える、いわゆるスクリーニング試験を行い、ロットごとの破断回数を評価した。

図１１は、ロットごとの光ファイバの破断回数を示す図である。ロットＮｏ．１〜１６は、従来の方法で製造した光ファイバである。すなわち、遮蔽部材１３を用いずに、バーナ１１を着火した後、所定の手順で多孔質ガラス母材を製造したものである。

一方、ロットＮｏ．１７〜２５は、バーナ１１の着火時に、遮蔽部材１３を用いて、多孔質ガラス母材を製造したものである。なお、全てのロットにおいて、遮蔽部材１３の使用・非使用以外の製造条件等はすべて同一である。

図より明らかなように、バーナ１１の着火時に遮蔽部材１３を用いないロット（図中Ｇ）におけるロット当たりの破断回数と比較して、バーナ１１の着火時に遮蔽部材１３を用いたロット（図中Ｈ）におけるロット当たりの破断回数が少ない。これは、遮蔽部材１３によって、バーナ１１の着火時に飛散した異物が遮蔽され、多孔質ガラス母材中に混入することを防止することができたためである。

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、１０、２０………ガラス微粒子堆積装置
３………反応容器
５………ターゲット材
７………ターゲット材把持部
９………排気口
１１………バーナ
１３………遮蔽部材
１５………多孔質ガラス母材
１７………着火部

Claims (5)

1. 反応容器内にターゲット材を設け、
   ガラス原料ガスと燃焼ガスとをバーナに供給して生成させたガラス微粒子を、前記ターゲット材の外周に堆積させて光ファイバ母材を製造する方法であって、
   前記バーナの着火の際に、前記バーナと前記ターゲット材との間に、遮蔽部材を配置し、前記バーナの着火後、前記遮蔽部材を退避させて、前記ターゲット材に前記ガラス微粒子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. 前記バーナは、前記ターゲット材に沿って複数配置され、前記遮蔽部材の移動と、前記遮蔽部材が位置する前記バーナの着火を、複数の前記バーナに対して順に行うことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
3. 前記バーナは、鉛直方向に複数配置され、前記バーナを上方から順に着火することを特徴とする請求項２記載の光ファイバ母材の製造方法。
4. 前記遮蔽部材には、前記バーナの着火を行う着火部が一体で配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
5. ターゲット材が配置される反応容器と、
   前記ターゲット材に対し、ガラス原料ガスおよび燃焼ガスを噴出させるバーナと、
   前記ターゲット材と前記バーナの間に移動可能な遮蔽部材と、
   前記遮蔽部材を動作する動作部と、
   を具備し、
   前記動作部は、前記バーナの着火時には、前記ターゲット材と前記バーナの間に前記遮蔽部材を移動可能であり、
   前記バーナによって、前記ターゲット材にガラス微粒子を堆積させる際には、前記ターゲット材と前記バーナの間から前記遮蔽部材を退避可能であることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。

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