JP2022111799A - 光ファイバ母材の製造装置及び光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの上昇を伴うことなく、高品質の光ファイバ母材を製造することができる光ファイバ母材の製造装置及び光ファイバ母材の製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ母材の製造装置は、ターゲットの中心軸を回転軸としてターゲットを回転可能に保持する保持部と、ターゲットの周方向の互いに異なる位置に配置され、ターゲットに堆積するガラス粒子を生成するための火炎を形成し、ターゲットの一端側の第１の位置とターゲットの他端側の第２の位置との間の可動範囲においてターゲットに沿って往復移動可能な複数のバーナー部と、往復移動する複数のバーナー部の復路移動の速度が互いに異なるように複数のバーナー部を制御する制御部とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ母材の製造装置及び光ファイバ母材の製造方法に関する。

特許文献１には、ターゲット棒を垂直に配置して回転させ、複数のガラス微粒子発生装置を、上下方向に間隔をあけて、吹き出し口をターゲット棒に向けたまま、周方向に異なる位置で上下方向に往復移動させる光ファイバ母材の製造方法が記載されている。特許文献１に記載の製造方法は、ガラス微粒子発生装置への燃料ガスおよび原料ガスの供給条件は上昇時、下降時とも同じとし、ガラス微粒子発生装置が上昇する時と下降する時の両方でガラス微粒子を堆積させる。

かかる光ファイバ母材の製造方法により得られた光ファイバ母材は、不均一な密度分布によりガラス化時に気泡が生じるおそれがある。そこで、特許文献２には、ガラス化時の気泡の発生を抑制する光ファイバ母材の製造方法が記載されている。特許文献２に記載の製造方法は、複数のバーナーをターゲットの一方の端部近傍から他方の端部近傍までの間を往復移動させてバーナーによる火炎中で形成したガラス粒子をターゲットに堆積させる際に、往復サイクルに応じて異なる位置でバーナーを反転させる。

特開平１０－７４３０号公報 特開２０１３－２４９２３３号公報

しかしながら、特許文献２に記載の製造方法では、バーナーの反転位置をずらした距離の分だけ、光ファイバ母材の端部において非有効部であるテーパー部が長尺化し、その結果、コストの上昇を招いてしまうおそれがある。

本発明の目的は、上述した課題を鑑み、コストの上昇を伴うことなく、高品質の光ファイバ母材を製造することができる光ファイバ母材の製造装置及び光ファイバ母材の製造方法を提供することにある。

本発明の一観点によれば、ターゲットの中心軸を回転軸として前記ターゲットを回転可能に保持する保持部と、前記ターゲットの周方向の互いに異なる位置に配置され、前記ターゲットに堆積するガラス粒子を生成するための火炎を形成し、前記ターゲットの一端側の第１の位置と前記ターゲットの他端側の第２の位置との間の可動範囲において前記ターゲットに沿って往復移動可能な複数のバーナー部と、往復移動する前記複数のバーナー部の復路移動の速度が互いに異なるように前記複数のバーナー部を制御する制御部とを有することを特徴とする光ファイバ母材の製造装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、ターゲットの中心軸を回転軸として前記ターゲットを回転可能に保持する保持部と、前記ターゲットの周方向の互いに異なる位置に配置され、前記ターゲットに堆積するガラス粒子を生成するための火炎を形成し、前記ターゲットの一端側の第１の位置と前記ターゲットの他端側の第２の位置との間の可動範囲において前記ターゲットに沿って往復移動可能な複数のバーナー部とを有する光ファイバ母材の製造装置を用いた光ファイバ母材の製造方法であって、前記保持部により前記ターゲットを回転させながら、前記火炎を形成した前記複数のバーナー部を前記可動範囲において前記ターゲットに沿って往復移動させて前記ターゲットに前記ガラス粒子を堆積させ、往復移動する前記複数のバーナー部の復路移動の速度が互いに異なるように前記複数のバーナー部を制御することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法が提供される。

本発明によれば、コストの上昇を伴うことなく、高品質の光ファイバ母材を製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態による光ファイバ母材の製造装置を示す概略図である。 図２は、本発明の一実施形態による光ファイバ母材の製造方法を示す概略図（その１）である。 図３は、本発明の一実施形態による光ファイバ母材の製造方法を示す概略図（その２）である。 図４は、本発明の一実施形態による光ファイバ母材の製造方法を示す概略図（その３）である。

［一実施形態］
本発明の一実施形態による光ファイバ母材の製造装置及び光ファイバ母材の製造方法について図１乃至図４を用いて説明する。以下の説明では、鉛直方向に沿った方向をＺ方向とする。また、Ｚ方向のうち、上から下に向かう方向を＋Ｚ方向、＋Ｚ方向とは逆の下から上に向かう方向を－Ｚ方向とする。なお、Ｚ方向は、必ずしも鉛直方向に沿った方向である必要はなく、鉛直方向に対して傾斜した方向であってもよい。また、Ｚ方向は、水平方向に沿った方向であってもよい。

まず、本実施形態による光ファイバ母材の製造装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による光ファイバ母材の製造装置を示す概略図である。

本実施形態による光ファイバ母材の製造装置は、例えばＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法により光ファイバ母材を製造する製造装置である。図１に示すように、本実施形態による光ファイバ母材の製造装置１０は、装置ベース１２と、ターゲット棒１４を保持する保持部１６ａ、１６ｂとを有している。また、光ファイバ母材の製造装置１０は、複数のバーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、排気機構２２と、制御装置２４とを有している。なお、本実施形態では、３つのバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及びこれらに対応する３つのバーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃが設置されたバーナー数Ｎが３の場合を例に説明するが、バーナー数Ｎは２以上の自然数であれば特に限定されるものではない。

装置ベース１２は、保持部１６ａ、１６ｂ及びバーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃを支持する支持部として機能する。また、装置ベース１２は、保持部１６ａと保持部１６ｂとが互いにＺ方向に対向するように保持部１６ａ、１６ｂを支持する。また、装置ベース１２は、Ｚ方向に沿ってバーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃを支持する。装置ベース１２は、特に限定されるものではないが、例えば、保持部１６ａ、１６ｂ及びバーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃをあわせて又は個別に支持する台状、板状、枠状の構造体である。

ターゲット棒１４は、光ファイバ母材を形成するためのターゲットとなる円柱棒状の芯材である。ターゲット棒１４は、例えば、光ファイバのコア用の石英ガラス棒である。ターゲット棒１４の外周面には、後述するように複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより生成されたスートと呼ばれる例えば石英ガラスのガラス微粒子が堆積して、ガラス微粒子の堆積体からなる多孔質の光ファイバ母材が形成される。堆積するガラス微粒子は、特に限定されるものではなく、製造条件によって変わりうるが、例えば、粒径０．０１μｍ～０．２μｍのガラス粒子である。

保持部１６ａ、１６ｂは、ターゲット棒１４の中心軸を回転軸としてターゲット棒１４を回転可能に保持する。保持部１６ａ、１６ｂは、Ｚ方向においてターゲット棒１４を保持可能な間隔を空けて設置されている。保持部１６ａはターゲット棒１４の一端である上端を、保持部１６ｂはターゲット棒１４の他端である下端を回転可能に保持する。これにより、保持部１６ａ、１６ｂは、ターゲット棒１４の中心軸がＺ方向に沿うように保持するとともに、ターゲット棒１４の中心軸を回転軸としてターゲット棒１４を回転可能に保持する。

また、保持部１６ａ、１６ｂは、制御装置２４による制御に従って、ターゲット棒１４の中心軸を回転軸としてターゲット棒１４を回転させるように構成されている。保持部１６ａ、１６ｂは、制御装置２４による制御に従って、ターゲット棒１４を回転させる回転速度を変更することができる。

バーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、それぞれバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃをＺ方向に沿った所定の可動範囲において往復移動可能に支持する支持体である。バーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、保持部１６ａ、１６ｂによりＺ方向に沿って保持されたターゲット棒１４に沿うようにＺ方向に沿って装置ベース１２により支持されている。バーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ターゲット棒１４の外周面から所定の位置にターゲット棒１４の外周方向の所定の範囲に所定の間隔を空けて配置されている。

複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれターゲット棒１４に対向するようにバーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃに支持され、ターゲット棒１４の周方向の互いに異なる位置に配置されている。複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、制御装置２４による制御に従って、所定の可動範囲においてターゲット棒１４の中心軸に沿った移動方向であるＺ方向に繰り返し往復移動可能に構成されている。すなわち、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、所定の可動範囲において＋Ｚ方向への移動と－Ｚ方向への移動とを交互に繰り返すことができるように構成されている。

複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの可動範囲は、Ｚ方向において、ターゲット棒１４の上端側の位置である起点とターゲット棒１４の下端側の位置である折り返し点との間の範囲である。複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの起点は、Ｚ方向における位置が互いに同じであっても異なっていてもよい。複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの折り返し点も、Ｚ方向における位置が互いに同じであっても異なっていてもよい。なお、起点と折り返し点とは、上下が逆であってもよい。

複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、制御装置２４による制御に従って、往復移動の際の＋Ｚ方向及び－Ｚ方向への移動における移動速度及び移動方向を変更することができる。複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの移動機構は、特に限定されるものではないが、例えば、リニアモータ、ボールねじ等による移動機構である。複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの移動速度及び移動方向の詳細については後述する。

各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、ターゲット棒１４に向けて、ガラス微粒子を生成するための火炎を噴出口から形成するバーナー部である。各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、例えば、火炎の噴出口において同心円状に多層に形成された火炎形成用ガスの噴出ノズルを有している。火炎形成用ガスは、例えば、水素等の燃焼性ガス、酸素等の助燃性ガスを含んでいる。なお、バーナー部は、バーナー単体に限定されるものではない。すなわち、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃのそれぞれ又は少なくとも１つに代えて、複数のバーナーが一体となったバーナーアレイをバーナー部として用いることができる。バーナーアレイは、各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃと同様に往復移動するアレイと、アレイに装着された複数のバーナーとを有するように構成することができる。バーナーアレイにおけるバーナーは、各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃと同様に構成することができる。

複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、噴出口から火炎を形成してその火炎中に原料ガスを導入するため、火炎形成用ガス及び原料ガスを含む複数種のガスが供給されるようになっている。複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃに供給される複数種のガスは、例えば、水素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、原料ガス等である。原料ガスには、四塩化ケイ素等が含まれる。キャリアガス等としてアルゴンガスが適宜用いられる。各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃにおいて、水素ガス及び酸素ガスの燃焼により酸水素火炎が形成されるとともに、その酸水素火炎中に原料ガスが導入される。火炎に導入された原料ガスが火炎加水分解を受けることにより、ガラス微粒子が生成されてターゲット棒１４の外周面に堆積する。

複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、Ｚ方向に直交する面に沿って、それぞれの火炎の噴出口がターゲット棒１４の中心軸を向くように１８ａ、１８ｂ、１８ｃに支持されている。各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、このように噴出口をターゲット棒１４の中心軸を向けつつ＋Ｚ方向及び－Ｚ方向に移動可能になっている。各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃとターゲット棒１４との間の距離は、各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより生成されたガラス微粒子がターゲット棒１４に堆積可能な距離に設定されている。

排気機構２２は、ターゲット棒１４を介してバーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対向するようにバーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃの側を向いて設置されている。排気機構２２は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃによる火炎の燃焼後の排気を集めるための排気フード２２ａを有している。排気フード２２ａは、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃのＺ方向に沿った可動範囲の一部又全部にわたって設けられている。排気機構２２には、不図示の排風機が接続されている。排気機構２２は、バーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃにおける複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの可動範囲を含む領域と排気機構２２との間の空間の気体を排気フード２２ａを通して排風機により集めて排気する。排気機構２２は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより生成されたガラス微粒子のうちターゲット棒１４に堆積せずに浮遊する余分なガラス微粒子を含む気体を排気して、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの火炎を安定化させることができる。

制御装置２４は、ターゲット棒１４へガラス微粒子を堆積して光ファイバ母材を製造する間、光ファイバ母材の製造装置１０の各部の管理及び制御を行う制御部として機能する情報処理装置である。制御装置２４は、種々の演算、制御、判別等の処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示せず）を有している。また、制御装置２４は、ＣＰＵによって実行される様々な制御プログラム、ＣＰＵが参照するデータベース等を格納する記憶装置（図示せず）を有している。また、制御装置２４は、ＣＰＵが処理しているデータ、入力データ等を一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）（図示せず）を有している。

なお、制御装置２４は、特に限定されるものではないが、パーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータ装置により構成することもできるし、光ファイバ母材の製造装置１０に専用のコンピュータ装置により構成することもできる。また、制御装置２４の各機能は、単一のコンピュータ装置により実現することもできるし、複数台のコンピュータ装置により実現することもできる。

制御装置２４は、例えば、保持部１６ａ、１６ｂ、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び排気機構２２と通信可能に接続されている。これにより、制御装置２４は、光ファイバ母材の製造装置１０における保持部１６ａ、１６ｂ、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、排気機構２２等の各部を制御することが可能になっている。

制御装置２４は、保持部１６ａ、１６ｂを制御して、保持部１６ａ、１６ｂによるターゲット棒１４の回転速度を制御することができる。制御装置２４は、光ファイバ母材を製造する間、例えば、ターゲット棒１４の回転速度を一定の回転速度に維持することもできるし、ターゲット棒１４の回転速度を製造開始からの時間に応じて変更することもできる。

また、制御装置２４は、保持部１６ａ、１６ｂによりターゲット棒１４を回転させながら、以下のように火炎を形成した複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの移動速度及び移動方向を制御することができる。

まず、制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの往復移動における起点から折り返し点に＋Ｚ方向に向かう往路移動では、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを同一の速度Ｖａで移動させることができる。なお、制御装置２４は、往路移動の速度Ｖａが、繰り返される往路移動において少なくとも往路移動ごとに同一になるように複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを制御することができる。すなわち、繰り返される往復移動において、異なる回の往路移動における速度Ｖａは、同一であっても異なっていてもよい。なお、本実施形態では、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの往復移動において＋Ｚ方向に向かう移動を往路移動、－Ｚ方向に向かう移動を復路移動と定義しているが、往路移動及び復路移動の定義は互いに逆であってもよい。すなわち、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの往復移動において、－Ｚ方向に向かう移動を往路移動、＋Ｚ方向に向かう移動を復路移動と定義することもできる。

また、制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの往復移動における折り返し点から起点に－Ｚ方向に向かう復路移動では、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃをそれぞれ互いに異なる速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３で移動させることができる。ここで、制御装置２４は、速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３を、それぞれ往路移動の速度Ｖａの２倍よりも速くなるように設定することができる。

具体的には、制御装置２４は、次のようにして復路移動の速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３を制御することができる。すなわち、制御装置２４は、例えば、移動経路において互いに隣接するバーナー２０ａとバーナー２０ｂとの間の距離、及び移動経路において互いに隣接するバーナー２０ｂとバーナー２０ｃとの間の距離について、それぞれ最大値及び最小値を設定する。ここで、バーナー２０ａが先頭を移動しているとして、Ｖｂ１＜Ｖｂ２の場合、バーナー２０ａとバーナー２０ｂとの間の距離は復路ごとに近づいていく。この場合、制御装置２４は、当該距離が最小値より短くなったとき、その次の復路でＶｂ１＞Ｖｂ２になるようにバーナー２０ａ、２０ｂの速度Ｖｂ１、Ｖｂ２を切り換える。それ以降、Ｖｂ１＞Ｖｂ２を継続することにより、バーナー２０ａとバーナー２０ｂとの間の距離が復路ごとに遠ざかっていく。そして、当該距離が最大値を超えるまで遠ざかると、制御装置２４は、そこで再度Ｖｂ１＜Ｖｂ２となるようにバーナー２０ａ、２０ｂの速度Ｖｂ１、Ｖｂ２を切り替える。以後、制御装置２４は、速度Ｖｂ１、Ｖｂ２の切り替えを同様に繰り返す。このような制御によって、往復移動ごとにバーナー２０ａとバーナー２０ｂとの間の距離が変化することで、バーナー２０ａとバーナー２０ｂと互いが交差する位置を不規則に変化させることができる。なお、制御装置２４は、速度Ｖｂ１、Ｖｂ２と同様に、速度Ｖｂ２、Ｖｂ３についても、バーナー２０ｂとバーナー２０ｃとの間の距離について設定された最大値及び最小値を用いて切り替えることができる。

このように、制御装置２４は、往復移動する複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの復路移動の速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３が互いに異なるように複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを制御する。

また、制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうちの１つのバーナーを基準バーナーとして、残りの他のバーナーの復路移動の速度を、基準バーナーの復路移動の速度の±２０％以内の速度に設定することができる。

制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの復路移動の速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３を、例えば具体的には、それぞれ、４００ｍｍ／分よりも速く、２８，０００ｍｍ／分よりも遅くなるように設定することができる。

制御装置２４は、往路を＋Ｚ方向に移動させた複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの移動方向を、折り返し点において＋Ｚ方向から－Ｚ方向に切り替える。また、制御装置２４は、復路を－Ｚ方向に移動させて複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの移動方向を、起点において－Ｚ方向から＋Ｚ方向に切り替える。制御装置２４は、こうして移動方向を切り替えることにより、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃをＺ方向に沿った可動範囲において往復移動を繰り返させる。

複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、上述した制御装置２４による速度制御により生じる速度差のため、往復移動する移動経路に沿って間隔を空けて往復移動する。ここで、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃが往復移動する可動範囲のＺ方向の距離をＬ、すなわち往復移動の往路のＺ方向の距離及び復路のＺ方向の距離をそれぞれＬとする。制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの移動経路に沿って並ぶ複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうちの往路において互いに隣接するバーナー間の距離の総和が距離Ｌ未満になるように、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの速度を制御することができる。ただし、制御装置２４は、前述の隣接するバーナー間の各距離がいずれも０より大きくなるように各バーナーの速度を制御することができる。

例えば、移動経路に沿って往路においてバーナー２０ａ、バーナー２０ｂ及びバーナー２０ｃがこの順で並ぶ場合を考える。この場合、制御装置２４は、バーナー２０ａとバーナー２０ｂとの間の距離及びバーナー２０ｂとバーナー２０ｃとの間の距離の和が距離Ｌ未満になるように、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの速度を制御することができる。すなわち、制御装置２４は、往路において並んだ複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうちの往路において互いに隣接するバーナー間の距離の総和が距離Ｌ未満になるように、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの速度を制御することができる。

バーナー数がＮの場合、制御装置２４は、往路において順に並んで移動するＮ個のバーナーの並びにおいて例えば起点から数えてｍ番目のバーナーと（ｍ＋１）番目のバーナーとの間の距離をｄ（ｍ，ｍ＋１）として、次式（１）を満足するようにＮ個のバーナーの速度を制御することができる。ただし、ｍは１≦ｍ≦Ｎ－１を満足する自然数である。

ただし、制御装置２４は、Ｎ個のバーナーがそれぞれ重なって往復移動を行わないように、さらに次式（２）を満足するようにＮ個のバーナーの速度を制御することができる。
０＜ｄ（ｍ，ｍ＋１） (2)

なお、往路におけるＮ個のバーナーの並びは、移動順での先頭、中間及び最後尾の各バーナーの並び順で、次の第１乃至第３の場合を含みうる。第１の場合は、往路において、起点から折り返し点に向かって、最後尾のバーナー、中間のバーナー及び先頭のバーナーの順で並んだ場合である。第２の場合は、往路において、起点から折り返し点に向かって、先頭のバーナー、最後尾のバーナー及び中間のバーナーの順で並んだ場合である。第３の場合は、往路において、起点から折り返し点に向かって、中間のバーナー、先頭のバーナー及び最後尾のバーナーの順で並んだ場合である。

制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうちの移動経路において互いに隣接するバーナー間の距離の上述した最大値及び最小値をそれぞれ例えば０．３Ｌ、０．１Ｌに設定することができる。なお、隣接するバーナー間の距離の最大値及び最小値は、例示の値に限定されるものではなく、バーナー数Ｎによって変わりうる値である。バーナー数がＮの場合、制御装置２４は、上記の距離ｄ（ｍ，ｍ＋１）について、次式（３）を満足するようにＮ個のバーナーの速度を制御することができる。

なお、隣接するバーナー間の距離の最小値については、バーナー又はバーナーアレイの各火炎が互いに干渉しない条件として、ｄ（ｍ，ｍ＋１）を、互いに隣接するバーナー又はバーナーアレイの火炎が互いに干渉しない距離以上にすることが望ましい。制御装置２４は、ｄ（ｍ，ｍ＋１）が、かかる距離以上になるようにＮ個のバーナーの速度を制御することができる。

また、制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを制御して、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃに供給される各種ガスの流量等を制御しつつ、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃによるガラス微粒子の生成を制御することができる。また、制御装置２４は、排気機構２２を含む排気機構による排気を制御することができる。

こうして、本実施形態による光ファイバ母材の製造装置１０が構成されている。

次に、本実施形態による光ファイバ母材の製造装置１０による光ファイバ母材の製造方法についてさらに図２乃至図４を用いて説明する。図２乃至図４は、本実施形態による光ファイバ母材の製造方法を示す概略図である。

光ファイバ母材の製造装置１０は、次の初期状態から光ファイバ母材の製造を開始する。すなわち、初期状態では、バーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃにおいてそれぞれバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃがＺ方向におけるターゲット棒１４の上端側に位置する往復移動の起点に停止している。複数のバーナーガイド１８ａ、１８ｂ、１８ｃの起点は、互いにＺ方向における位置が互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、初期状態において、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃが往復移動の起点に停止している必要は必ずしもなく、往復移動の起点と折り返し点との間の位置に位置していてもよい。

制御装置２４は、排気機構２２を制御して排気機構２２による排気を開始する。また、制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを制御して複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより火炎を形成してガラス微粒子の生成を開始する。さらに、制御装置２４は、保持部１６ａ、１６ｂを制御して、保持部１６ａ、１６ｂによるターゲット棒１４の回転を開始する。制御装置２４は、光ファイバ母材の製造開始から終了までの間、各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃに対して火炎ガス及び原料ガスを含む各種ガスを継続的に供給する。なお、制御装置２４は、保持部１６ａ、１６ｂによるターゲット棒１４の回転速度、各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃに供給する各種ガスの流量等を適宜変更することができる。

次いで、制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを制御して、図２に示すように、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを同一の速度Ｖａで起点から＋Ｚ方向に移動させる。

こうして、制御装置２４は、保持部１６ａ、１６ｂによりターゲット棒１４を回転させながら、火炎を形成した複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを同一の速度Ｖａで＋Ｚ方向に移動させて往路移動させる。同一の速度Ｖａで複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを往路移動させることにより、ターゲット棒１４により均一にガラス微粒子を堆積させることができる。なお、制御装置２４は、繰り返される往復移動において少なくとも往復移動ごとに速度Ｖａが同一になるように複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを制御することができる。複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃが＋Ｚ方向に移動して往路移動する間、回転するターゲット棒１４の外周面には、各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより生成されるガラス微粒子が堆積していく。

なお、制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを往路移動の速度を必ずしも同一の速度に設定する必要はなく、所定の速度範囲において異なる速度に設定することもできる。

複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃが往路移動を行って折り返し点に到達すると、制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの移動方向を＋Ｚ方向から－Ｚ方向に切り替える。また、制御装置２４は、図３に示すように、－Ｚ方向に切り替えた複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、それぞれ互いに異なる速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３で折り返し点から－Ｚ方向に移動させる。

こうして、制御装置２４は、上述のようにターゲット棒１４にガラス微粒子を堆積させる間、往復移動する複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの復路移動の速度が互いに異なるように複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを制御する。すなわち、制御装置２４は、引き続き保持部１６ａ、１６ｂによりターゲット棒１４を回転させながら、火炎を形成した複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを互いに異なる速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３で－Ｚ方向に移動させる。複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃが－Ｚ方向に移動して復路移動する間、制御装置２４は、復路移動の各速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３を、往路移動の速度Ｖａの２倍よりも速く設定することができる。

複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃが復路移動を行って順次起点に到達すると、制御装置２４は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの移動方向を－Ｚ方向から＋Ｚ方向に順次切り替える。また、制御装置２４は、図４に示すように、＋Ｚ方向に切り替えた複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、同一の速度Ｖａで起点から＋Ｚ方向に移動させる。

以後、制御装置２４は、上記と同様にして複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃについて往路移動及び復路移動を含む往復移動を繰り返して行って、ターゲット棒１４の外周面へガラス微粒子を堆積させていく。

制御装置２４は、例えば、ターゲット棒１４の重量変化を検出した結果、堆積したガラス微粒子の厚さを検出した結果、製造開始からの経過時間等に基づき、光ファイバ母材の製造装置１０の各部の動作を停止して光ファイバ母材の製造を終了する。

こうして、ターゲット棒１４と、ターゲット棒１４の外周に堆積されたガラス微粒子の多孔質の堆積体とを有する光ファイバ母材が製造される。製造された光ファイバ母材は、電気炉等の加熱炉での加熱により脱水及び焼結が行われて透明な光ファイバ母材となる。なお、ターゲット棒１４は、光ファイバ母材を構成するコア用ロッドのほか、加熱前に引き抜かれる芯棒であってもよい。

ガラス微粒子を堆積させるための複数のバーナーをターゲット棒に対して往復移動させる際に、復路移動の速度が遅いと、繰り返される往復移動において往路を移動するバーナーと復路を移動するバーナーとがすれ違って交差する時間が長くなる。この結果、バーナーが交差する位置に対応するターゲット棒の部分において、ガラス微粒子の堆積量等の堆積状態が局所的に変動することになる。

一方、本実施形態では、復路移動における各速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３を往路移動の速度Ｖａの２倍よりも速く設定することにより、バーナーが交差する時間を短縮することができる。これにより、各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの往路移動において、各バーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより生成されるガラス微粒子のターゲット棒１４の外周面への堆積を低減し、さらにはガラス微粒子の堆積を実質的に防止することができる。この結果、バーナーの交差によるガラス微粒子の堆積状態の局所的な変動を低減し、さらには堆積状態の局所的な変動を防止することができる。

ここで、復路移動の速度が往路移動の速度に対して少しだけ速いだけでは、バーナーに供給するガスの条件を変化しなければ、往路でガラス微粒子が堆積した部分と違う堆積状態のガラス微粒子が復路で堆積するおそれがある。このような堆積が繰り返されると、堆積したガラス微粒子の密度に層状に濃淡が繰り返され、ガラス母材に発生するクラックの原因となりうる。復路移動の速度が往路移動の速度よりも少しだけ速い場合であっても、バーナーに供給するガスの条件を変化することで、理論上は密度の濃淡による不整を抑制できる可能性はある。しかしながら、ガラス微粒子が堆積されてスート径が徐々に増加する中で、速度変化をガス条件で補正して同じ堆積状態を実現することは困難である。

これに対して、本実施形態では、復路移動における各速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３を、往路移動の速度Ｖａの２倍よりも速い一定以上の速度に設定して速度Ｖａよりも十分に速い速度とすることができる。これにより、復路移動におけるガラス微粒子の堆積を実質的に防止して、ターゲット棒１４に堆積したガラス微粒子の密度の濃淡による不整の発生を実質的に防止することができる。

ただし、往路を移動するバーナーと復路を移動するバーナーとが交差するときに生じる密度の濃淡による不整は、復路の高速化により低減されるが、厳密に零にはならない。このため、バーナーが交差する交差位置が常に同じ、すなわちバーナー間の距離が常に同じであると、その交差位置での不整による微小変動が累積されて、最終製品では無視することができない外径変動が生じうる。仮に第１バーナー、第２バーナー及び第３バーナーの３本のバーナーの場合、最大で次の６箇所の交差位置が常に同じになって外径変動が発生しうる。６箇所の交差位置は、復路移動中の第１バーナーと往路移動中の第２バーナーとの交差位置、復路移動中の第１バーナーと往路移動中の第３バーナーとの交差位置、復路移動中の第２バーナーと往路移動中の第１バーナーとの交差位置、復路移動中の第２バーナーと往路移動中の第３バーナーとの交差位置、復路移動中の第３バーナーと往路移動中の第１バーナーとの交差位置、復路移動中の第３バーナーと往路移動中の第２バーナーとの交差位置である。

これに対して、本実施形態では、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの復路移動の速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３が互いに異なるため、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの間の距離が変化して交差位置が変化する。この結果、微小変動が特定の位置に偏って累積されることが回避される。こうして、本実施形態では、光ファイバ母材における構造不整や構造変動を低減して高品質の光ファイバ母材を製造することができる。

往路移動の速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３は、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうちの１つのバーナーを基準バーナーとして、残りの他のバーナーの復路移動の速度が、基準バーナーの復路移動の速度の±２０％以内の速度になるように設定することができる。このような範囲内に往路移動の速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３の速度を設定することにより、ターゲット棒１４の中心軸に沿った方向にわたって高い均一性でガラス微粒子をターゲット棒１４の外周面に堆積させることができる。

また、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの復路移動の速度Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３は、例えば具体的には、それぞれ、４００ｍｍ／分よりも速く、２８，０００ｍｍ／分よりも遅くなるように設定することができる。このような範囲の速度に往路移動の速度を設定することにより、高い効率かつ高い安定性で光ファイバ母材を製造することができる。

また、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの速度Ｖａ、Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３は、上述のように、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうちの移動経路において互いに隣接するバーナー間の距離が最大値と最小値の間に入るように低速側速度と高速側速度との間の速度範囲内で制御することができる。例えば、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうち、基準バーナーの復路移動の速度を一定とし、他のバーナーの復路移動の速度を基準バーナーの往路移動の速度の±２０％の範囲内で制御することができる。

本実施形態では、複数のバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃの往復移動における起点又は折り返し点を互いにずらす必要がないため、製造される光ファイバ母材の両端部におけるテーパー部が長尺化することがない。したがって、コストの上昇を伴うことなく光ファイバ母材を製造することができる。

このように、本実施形態によれば、コストの上昇を伴うことなく、高品質の光ファイバ母材を製造することができる。

［実施例］
ターゲット棒として直径３０ｍｍのコア用石英ガラス棒を使用し、これを６０ｒｐｍで回転させた。このターゲット棒に向けた３つのバーナーをターゲット棒に沿った方向に往復移動させた。各バーナーとして酸水素バーナーを用いた。各バーナーの口径は６０ｍｍ、各バーナーの先端からターゲット棒表面までの距離は１２０ｍｍであった。

以下の表１及び表２に示すとおり、３つのバーナーＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、往復運動において往路と復路とで速度を変更した。２つのバーナーＢ１、Ｂ３の復路移動の速度については、上述のように、移動経路において互いに隣接するバーナー間の距離について設定した最大値及び最小値を用いて、低速側速度と高速側速度とを切り替える制御を行った。これにより、移動経路において互いに隣接するバーナー間の距離が０．１Ｌ～０．３Ｌになるようにした。なお、距離Ｌは、表１及び表２に示す母材有効長と同じに設定した。

ターゲット棒の外周方向に並ぶ３つのバーナーＢ１、Ｂ２、Ｂ３のうちの真ん中のバーナーＢ２を基準とし、基準のバーナーＢ２の復路の速度をＶｂ２としてバーナーＢ１、Ｂ３の復路の速度Ｖｂ１、Ｖｂ３をＶｂ２±１３％以内となるように設定した。これにより、３つのバーナーを、移動経路におけるバーナー間の距離が最大９００ｍｍ、最小５００ｍｍとなる範囲内において互いに離れる移動と互いに近づく移動とを繰り返すように制御した。

各バーナーＢ１、Ｂ２、Ｂ３には、ガス供給装置から水素２０リットル／分、酸素８０リットル／分を供給して、酸水素火炎を発生させた。この火炎中にガス供給装置から四塩化ケイ素１００ｇ／分を導入し、酸化反応によってＳｉＯ_２ガラス微粒子を生成した。このガラス微粒子をターゲット棒に堆積させ、多孔質光ファイバ母材を製造した。製造された光ファイバ母材について、平均外径に対する外径変動の比率により径方向のばらつきを評価した。平均外径に対する外径変動の比率が１％未満であった場合、高品質の光ファイバ母材が得られたものとして、径方向のばらつきに関する評価結果を「ＯＫ」とした。

表１、２は、実施例１～６について各種条件及び評価結果を示す。各実施例１～６では、堆積中のスートの不整や変動が規定より少なかった。また、各実施例１～６では、３つのバーナーの速度条件として、往路の速度が統一され、往路に比べ復路の速度が非常に速く設定されているため、復路でのガラス微粒子の堆積が実質的に零となる結果、径方向における層状の不均一さを低減することができた。

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、複数のバーナーとして３つのバーナー２０ａ、２０ｂ、２０ｃを用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。複数のバーナーは、２つ以上であればよい。

また、上記実施形態では、ターゲット棒１４の中心軸が鉛直方向に沿うように保持部１６ａ、１６ｂによりターゲット棒１４が保持される場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。光ファイバ母材の製造装置１０は、例えば、ターゲット棒１４の中心軸が水平方向に沿うように保持部１６ａ、１６ｂによりターゲット棒１４が保持されるように構成されてもよい。

１０…光ファイバ母材の製造装置
１２…装置ベース
１４…ターゲット棒
１６ａ、１６ｂ…保持部
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…バーナーガイド
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…バーナー
２２…排気機構
２４…制御装置

Claims (8)

1. ターゲットの中心軸を回転軸として前記ターゲットを回転可能に保持する保持部と、
   前記ターゲットの周方向の互いに異なる位置に配置され、前記ターゲットに堆積するガラス粒子を生成するための火炎を形成し、前記ターゲットの一端側の第１の位置と前記ターゲットの他端側の第２の位置との間の可動範囲において前記ターゲットに沿って往復移動可能な複数のバーナー部と、
   往復移動する前記複数のバーナー部の復路移動の速度が互いに異なるように前記複数のバーナー部を制御する制御部と
   を有することを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
2. 前記制御部は、往復移動する前記複数のバーナー部の往路移動の速度が、少なくとも前記往路移動ごとに同一の速度になるように前記複数のバーナー部を制御する
   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装置。
3. 前記制御部は、前記複数のバーナー部の前記復路移動の速度を、それぞれ前記往路移動の速度の２倍よりも速くなるように設定する
   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装置。
4. 前記制御部は、前記複数のバーナー部の数をＮ（ただし、ＮはＮ≧２を満足する自然数である。）、前記可動範囲の前記距離をＬ、前記往復移動の往路において順に並んで移動する前記複数のバーナー部のうちのｍ番目（ただし、ｍは１≦ｍ≦Ｎ－１を満足する自然数である。）のバーナー部と（ｍ＋１）番目のバーナー部との間の距離をｄ（ｍ，ｍ＋１）として、次式（１）及び（２）を満足するように前記複数のバーナー部を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造装置。
   

   

   ０＜ｄ（ｍ，ｍ＋１） (2)
5. 前記制御部は、次式（３）を満足するように前記複数のバーナー部を制御する
   ことを特徴とする請求項４記載の光ファイバ母材の製造装置。
   

   
6. 前記制御部は、前記複数のバーナー部のうちの１つのバーナー部を基準バーナー部として、他のバーナー部の前記復路移動の速度を、前記基準バーナー部の前記復路移動の速度の±２０％以内の速度に設定する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造装置。
7. 前記制御部は、前記複数のバーナー部の前記復路移動の速度を、４００ｍｍ／分よりも速く、２８，０００ｍｍ／分よりも遅くなるように設定する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造装置。
8. ターゲットの中心軸を回転軸として前記ターゲットを回転可能に保持する保持部と、
   前記ターゲットの周方向の互いに異なる位置に配置され、前記ターゲットに堆積するガラス粒子を生成するための火炎を形成し、前記ターゲットの一端側の第１の位置と前記ターゲットの他端側の第２の位置との間の可動範囲において前記ターゲットに沿って往復移動可能な複数のバーナー部とを有する光ファイバ母材の製造装置を用いた光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記保持部により前記ターゲットを回転させながら、前記火炎を形成した前記複数のバーナー部を前記可動範囲において前記ターゲットに沿って往復移動させて前記ターゲットに前記ガラス粒子を堆積させ、
   往復移動する前記複数のバーナー部の復路移動の速度が互いに異なるように前記複数のバーナー部を制御する
   ことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。

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