JP2023009420A - 光ファイバ用母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔質母材の先端部が透明化しないという事態が生じる可能性を低減することが可能な光ファイバ用母材の製造方法を提供する。
【解決手段】多孔質母材を、ヒータを備えた加熱炉の上下方向に順次移動させることにより透明化を行う光ファイバ用母材の製造方法であって、前記ヒータで加熱されたヒートゾーン内に前記多孔質母材の先端部を挿入させた状態で、透明化温度で一定時間保持するステップと、前記保持するステップの後に、前記透明化温度で前記多孔質母材を下降させ、前記多孔質母材の中間部を透明化するステップと、を備える、光ファイバ用母材の製造方法。
【選択図】図３

Description

本開示は、光ファイバ用母材の製造方法に関する。

特許文献１には、多孔質母材の下端部を加熱するとき、多孔質母材の中間部を加熱するときよりも加熱温度を高くする又は移動速度を遅くする様に調整する光ファイバ用母材の製造方法が記載されている。特許文献１には、多孔質母材の下端部の加熱温度と多孔質母材の中間部の加熱温度との差を５℃以上１００℃以下にすることも記載されている。

特許文献２には、加熱炉の中に光ファイバ多孔質母材の一部を挿入させたまま、上記加熱炉内の温度を上昇させ、当該温度が上記光ファイバ多孔質母材を透明化するのに最低限必要な温度まで達したら、光ファイバ多孔質母材を挿入方向に移動させながら上記加熱炉の温度を更に上昇させることを特徴とする、光ファイバ多孔質母材の焼結方法が記載されている。特許文献２に記載の焼結方法は、光ファイバ多孔質母材が長尺化し、光ファイバ多孔質母材の先端（下端）がヒータによって加熱される領域に最初から入り込んでいるような位置関係になった場合において、先端が加熱されすぎないように先端の加熱温度を光ファイバ多孔質母材の他の部分の加熱温度よりも低くするものである。

特開２０１７－８１７７３号公報 特開２００３－２７７０９５号公報

特許文献１に記載された製造方法は、多孔質母材の下端部を加熱するときに加熱温度を高くするものであるが、多孔質母材の下端部の先端付近は外径が細く、ヒータからの距離が遠くなっているため、当該先端付近は加熱されにくく、透明化しにくい。

特許文献２に記載された焼結方法は、光ファイバ多孔質母材の先端の加熱温度を光ファイバ多孔質母材の他の部分の加熱温度よりも低くするものであるため、当該先端は当該他の部分よりも加熱されにくく、透明化しにくい。

光ファイバのコア用の多孔質母材は、透明化工程（焼結工程）において先端が透明ガラス化（以下、単に「透明化」とも称する）していないと、後の工程で問題が生じてしまう。コア用の多孔質母材は、例えば、透明化工程の後、得られた透明ガラス母材の先端にダミー棒を溶着接続して延伸工程へ進むが、透明ガラス母材の先端が透明化していないと、溶着接続の際に当該先端が発泡してしまい上手く溶着接続することができない。そのため、透明化していない先端を更に加熱して透明化させる等の追加工程が必要になり、製造効率が落ちてしまう。

本開示の目的は、多孔質母材の先端部が透明化しないという事態が生じる可能性を低減することが可能な光ファイバ用母材の製造方法を提供することである。

本開示の一態様に係る光ファイバ用母材の製造方法は、
多孔質母材を、ヒータを備えた加熱炉の上下方向に順次移動させることにより透明化を行う光ファイバ用母材の製造方法であって、
前記ヒータで加熱されたヒートゾーン内に前記多孔質母材の先端部を挿入させた状態で、透明化温度で一定時間保持するステップと、
前記保持するステップの後に、前記透明化温度で前記多孔質母材を下降させ、前記多孔質母材の中間部を透明化するステップと、を備える。

上記開示の構成によれば、多孔質母材の先端部が透明化しないという事態が生じる可能性を低減することが可能である。

本開示の一実施形態に係る光ファイバ用母材の製造方法に用いられる製造装置を示す概略構成図である。 製造例１を説明するための模式図である。 製造例２を説明するための模式図である。 製造例１及び製造例２における先端部の位置と所要時間との関係示すグラフである。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
本開示の一態様に係る光ファイバ用母材の製造方法は、
多孔質母材を、ヒータを備えた加熱炉の上下方向に順次移動させることにより透明化を行う光ファイバ用母材の製造方法であって、
前記ヒータで加熱されたヒートゾーン内に前記多孔質母材の先端部を挿入させた状態で、透明化温度で一定時間保持するステップと、
前記保持するステップの後に、前記透明化温度で前記多孔質母材を下降させ、前記多孔質母材の中間部を透明化するステップと、を備える。
この構成によれば、多孔質母材の先端部をヒートゾーン内に挿入した状態にて透明化温度で一定時間保持することにより、先端部を十分に加熱することができるため、多孔質母材の先端部が透明化しないという事態が生じる可能性を低減することが可能である。

前記光ファイバ用母材の製造方法は、
前記多孔質母材において、前記中間部の径方向の中心部にはゲルマニウムが添加されており、前記先端部の径方向の中心部にはゲルマニウムが添加されていない領域を含むものであってもよい。
コア用の多孔質母材の中間部は、その径方向中心部分にゲルマニウムが添加されており、透明化しやすい。一方、コア用の多孔質母材の先端部の径方向の中心部（非有効部）にはゲルマニウムが添加されていないため、中間部等のゲルマニウムが添加された部分（有効部）と比較して透明化しにくい。しかし、そのような場合であっても、本開示を適用することで、容易に先端部を透明化することができる。

前記光ファイバ用母材の製造方法において、
前記中間部の外径は２００ｍｍ以上であり、
前記先端部の外径は前記中間部の外径の５％以下であってもよい。
多孔質母材の外径が大きい場合、炉心管の内径が大きくなり、ヒータの内径も大きくなる。この場合、多孔質母材の外径が小さい場合に比べ、多孔質母材の先端部とヒータまでの距離がより離れてしまうため、先端部は透明化しにくい。しかし、そのような場合であっても、本開示を適用することで、容易に先端部を透明化することができる。

前記光ファイバ用母材の製造方法において、
前記中間部の外径は２００ｍｍ以上であり、
前記先端部は外径が前記中間部の外径の４０％以下の部分であってもよい。
多孔質母材の外径が大きい場合、炉心管の内径が大きくなり、ヒータの内径も大きくなる。この場合、多孔質母材の外径が小さい場合に比べ、多孔質母材の先端部とヒータまでの距離がより離れてしまうため、先端部は透明化しにくい。しかし、そのような場合であっても、本開示を適用することで、容易に先端部を透明化することができる。また、この構成によれば、トラバース開始位置がトラバース終了位置に近いため、先端部が早くトラバース終了位置に到達する。結果として、先端部を透明化し易いだけではなく、製造時間をも短縮することができる。

前記光ファイバ用母材の製造方法は、
前記透明化するステップにおいて得られた透明ガラス母材の先端部に石英ダミー棒を溶着接続するステップと、
前記石英ダミー棒が溶着接続された前記透明ガラス母材を延伸するステップと、
をさらに備えてもよい。
本開示は、透明化工程において多孔質母材の先端部が透明化しないという事態が生じる可能性を低減するものである。よって、石英ダミー棒の溶着接続の際に透明ガラス母材の先端部が発泡するような事態が生じにくいため、容易に透明ガラス母材と石英ダミー棒とを溶着接続して延伸することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示に係るガラス微粒子堆積体の製造方法および製造装置の実施の形態の例を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、異なる図面であっても同一又は相当の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

（光ファイバ用母材の製造装置）
まず、図１を用いて、本実施形態に係る光ファイバ用母材の製造方法に用いられる製造装置について説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る光ファイバ用母材の製造方法に用いられる製造装置１０を示す概略構成図である。製造装置１０は、炉心管１１と、ヒータ１２と、支持棒１３と、昇降装置１４と、制御装置１５と、処理ガス供給管１６と、処理ガス排気管１７と、を備えている。

製造装置１０は、本実施形態に係る光ファイバ用母材の製造方法を実施する加熱炉である。製造装置１０は、多孔質母材１の透明化工程に用いられ、多孔質母材１に与える単位時間当たりの熱量を制御することができる。また、製造装置１０は、透明化工程の前工程である脱水工程にも用いられうる。

炉心管１１内には、多孔質母材１が吊り下げられる。多孔質母材１は、例えば、火炎加水分解反応によりガラス微粒子を出発ガラスロッド２に堆積させて得られるガラス微粒子堆積体である。多孔質母材１は、その上端部１Ａが支持棒１３を介して昇降装置１４に固定される。炉心管１１の内径ｄ３は、特に制限されず、多孔質母材１の大きさに応じて適宜決定すればよい。炉心管１１の内径ｄ３は、多孔質母材１の中間部１Ｃの外径ｄ１より５０ｍｍ程度大きいことが好ましい。

ヒータ１２は、炉心管１１の中間部付近において炉心管１１の外周壁を囲むように設けられている。ヒートゾーン２０は、ヒータ１２によって炉心管１１内に形成される領域である。ヒートゾーン２０は、例えば、炉心管１１内における、ヒータ１２に囲まれた部分である。すなわち、ヒートゾーン２０の上端はヒータ１２の上端と同じ高さに位置し、ヒートゾーン２０の下端はヒータ１２の下端と同じ高さに位置する。ヒートゾーン２０の温度は、ヒータ１２によって加熱されることにより、ガラス微粒子堆積体を透明ガラス化することが可能な温度である透明化温度（例えば、１４００℃以上）まで達しうる。

支持棒１３は、制御装置１５によって制御される昇降装置１４により上下方向（多孔質母材１の長手方向）に移動可能である。昇降装置１４は、透明化工程において、多孔質母材１を所定の下降速度（トラバース速度）でヒータ１２のヒートゾーン２０に対して上方から下方へ向けて移動させる。昇降装置１４による多孔質母材１の上下方向への移動は、例えば、多孔質母材１の全長にわたってほぼ一定の速度で行われる。

処理ガス供給管１６は、炉心管１１の下部に設けられている。脱水工程や透明化工程の際には、処理ガス供給管１６から炉心管１１内に、処理ガス（例えば、ヘリウムや塩素ガス等）が不図示のガス供給制御装置によって供給される。処理ガス排気管１７は、炉心管１１の上部に設けられている。処理ガス排気管１７から炉心管１１の外に、脱水工程や透明化工程において多孔質母材１から放出された水分や処理ガス等が排出される。

（光ファイバ用母材の製造方法）
引き続き、図１を参照しながら、本実施形態に係る光ファイバ用母材の製造方法について説明する。本実施形態に係る光ファイバ用母材の製造方法は、多孔質母材１を、ヒータ１２を備えた製造装置１０の上下方向に順次移動させることにより透明ガラス化を行うことを含む。具体的には、本実施形態に係る光ファイバ用母材の製造方法は、以下の工程Ａ及び工程Ｂを有する透明化工程と、以下の工程Ｃ及び工程Ｄを有する延伸工程と、を含む。

工程Ａ：ヒータ１２で加熱されたヒートゾーン２０内に多孔質母材１の先端部（下端部）１Ｂを挿入させた状態で、透明化温度で一定時間保持する。
工程Ｂ：工程Ａの後に、透明化温度で多孔質母材１を下降（トラバース）させ、多孔質母材１の中間部１Ｃを透明ガラス化する。
工程Ｃ：工程Ｂにおいて得られた透明ガラス母材の先端部に石英ダミー棒を溶着接続する。
工程Ｄ：工程Ｃにおいて石英ダミー棒が溶着接続された透明ガラス母材を延伸する。

工程Ａ及び工程Ｂにおいて用いられる多孔質母材１は、上端部１Ａ、先端部（下端部）１Ｂ、及び中間部１Ｃを含む。上端部１Ａは、中間部１Ｃの上方に位置し、上方に向かうにつれ外径が小さくなるようなテーパ状である。中間部１Ｃは、例えば、外径が一定となる部分である。中間部１Ｃの外径は、特に制限はされず、例えば、２００ｍｍ以上であってもよく、２５０ｍｍ以上であってもよく、２７０ｍｍ以上であってもよい。

先端部１Ｂは、中間部１Ｃの下方に位置する下端部の少なくとも一部である。ここで、「下端部」とは、多孔質母材１において下方に向かうにつれ外径が小さくなっているテーパ部分のことをいう。先端部１Ｂの最大外径である外径ｄ２は、例えば、中間部１Ｃの外径ｄ１の５％以上であることが好ましい。言い換えると、工程Ａにおいてヒートゾーン２０内に挿入される先端部１Ｂは、例えば、多孔質母材１の下端部において外径が中間部１Ｃの外径ｄ１の５％以下となっている部分であることが好ましい。さらに、先端部１Ｂの最大外径である外径ｄ２は、例えば、中間部１Ｃの外径ｄ１の４０％以上であることがより好ましい。言い換えると、工程Ａにおいてヒートゾーン２０内に挿入される先端部１Ｂは、例えば、多孔質母材１の下端部において外径が中間部１Ｃの外径ｄ１の４０％以下となっている部分であることがより好ましい。

多孔質母材１が、光ファイバのコア部分を形成するものである場合、その一部に屈折率を高めるためのドーパントとしてゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。この場合、例えば、多孔質母材１の有効部にはゲルマニウムが添加されているが、非有効部にはゲルマニウムが添加されていない。なお、本明細書において、「有効部」とは、光ファイバ等の製品として使用できる部分のことをいい、中間部１Ｃの径方向の中心部などが含まれる。また、「非有効部」とは、光ファイバ等の製品として使用できない部分のことをいい、先端部１Ｂの径方向の中心部の一領域などが含まれる。

工程Ａでは、ヒートゾーン２０内に多孔質母材１の先端部１Ｂを挿入させた状態で、透明化温度で一定時間保持する。工程Ａでは、ヒートゾーン２０内に先端部１Ｂを挿入した後は多孔質母材１を下降させない。工程Ａでは、ヒートゾーン２０内を透明化温度にしてから先端部１Ｂをヒートゾーン２０に挿入してもよいし、先端部１Ｂをヒートゾーン２０に挿入してからヒートゾーン２０内を透明化温度にしてもよい。先端部１Ｂは、工程Ａ又は工程Ｂの初期段階において透明化する。

透明化温度は、例えば、１４００℃以上であることが好ましく、１４５０℃以上であることがより好ましい。また、透明化温度は、例えば、１６５０℃以下であることが好ましく、１６００℃以下であることがより好ましい。

透明化温度にて保持する時間は、多孔質母材１の大きさ（特に、先端部１Ｂの外径）や、透明化温度に応じて適宜決定すればよい。保持する時間は、例えば、５分以上であることが好ましく、１０分以上であることがより好ましい。また、保持する時間は、例えば、６０分以下であることが好ましく、３０分以下であることがより好ましい。

工程Ｂでは、ヒートゾーン２０を透明化温度に保ちながら、多孔質母材１を下降させ、多孔質母材１の中間部１Ｃ等を透明化する。透明化温度は、工程Ａと異なる温度であってもよいし、同じ温度であってもよい。工程Ｂにおいて多孔質母材１は透明化し、透明ガラス母材となる。

工程Ｃでは、透明ガラス母材の先端部に石英ダミー棒を溶着接続する。透明ガラス母材の先端部とは、多孔質母材１の先端部１Ｂが透明化した部分である。溶着接続の方法は、特に制限されず、従来公知の方法を用いることができる。工程Ｃは、製造装置１０内で実施されてもよいし、工程Ｂで得られた透明ガラス母材を製造装置１０から取り出して製造装置１０の外部で実施されてもよい。

工程Ｄでは、石英ダミー棒が溶着接続された透明ガラス母材を延伸する。工程Ｄでは、透明ガラス母材を加熱して軟化させながら張力をかけることにより、透明ガラス母材を軸方向に延伸する。延伸の方法は、特に制限されず、従来公知の方法を適宜採用することができる。工程Ｄは、製造装置１０とは異なる延伸炉（図示せず）において実施される。

以下、本開示に係る実施例及び比較例を示して、本開示をさらに詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

（製造例１（比較例））
図２は、製造例１を説明するための模式図である。図２の縦軸は、上下方向における相対的な距離を示すものである。図２の縦軸は、ヒートゾーン２０の上端の位置を０とし、下方向を正の値としている。製造例１では、ヒートゾーン２０を１５００℃にし、多孔質母材１の先端部１Ｂが０ｍｍの位置にある状態で１０分間保持した。その後、ヒートゾーン２０を１５００℃に保ちながら、矢印ａに示すように先端部１Ｂを下降（トラバース）させ、中間部１Ｃ等を透明化させた。製造例１の条件および結果は、後掲の表１に示す。

（製造例２（実施例））
図３は、製造例２を説明するための模式図である。図３の縦軸は、図２と同様である。製造例２では、ヒートゾーン２０を１５００℃にし、多孔質母材１の先端部１Ｂが０ｍｍの位置にある状態から矢印ｂに示すように下降させ、先端部１Ｂが８５ｍｍの位置にある状態で１０分間保持した。ヒートゾーン２０内に挿入された先端部１Ｂの外径、すなわち、多孔質母材１の最下端から上方へ８５ｍｍの位置における外径は、中間部１Ｃの外径の４０％であった。その後、ヒートゾーン２０を１５００℃に保ちながら、矢印ｃに示すように先端部１Ｂを下降させ、中間部１Ｃ等を透明化させた。製造例２の条件および結果は、後掲の表１に示す。

また、図４は、製造例１及び製造例２における先端部１Ｂの位置と所要時間との関係示すグラフである。

表１に示すように、製造例１において透明化されていなかった先端部１Ｂが、製造例２では透明化されている。また、図４に示すように、製造例２では、製造例１よりも常に先端部の位置が大きくなっていることから、早くトラバース終了位置に到達する。以上のことから、製造例２によれば、先端部１Ｂを透明化し易いだけではなく、製造時間をも短縮できることが分かる。

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

１：多孔質母材
１Ａ：上端部
１Ｂ：先端部（下端部）
１Ｃ：中間部
２：出発ガラスロッド
１０：製造装置（加熱炉）
１１：炉心管
１２：ヒータ
１３：支持棒
１４：昇降装置
１５：制御装置
１６：処理ガス供給管
１７：処理ガス排気管
２０：ヒートゾーン
ｄ１：中間部の外径
ｄ２：先端部の外径
ｄ３：炉心管の内径

Claims (5)

1. 多孔質母材を、ヒータを備えた加熱炉の上下方向に順次移動させることにより透明化を行う光ファイバ用母材の製造方法であって、
   前記ヒータで加熱されたヒートゾーン内に前記多孔質母材の先端部を挿入させた状態で、透明化温度で一定時間保持するステップと、
   前記保持するステップの後に、前記透明化温度で前記多孔質母材を下降させ、前記多孔質母材の中間部を透明化するステップと、
   を備える、光ファイバ用母材の製造方法。
2. 前記多孔質母材において、前記中間部の径方向の中心部にはゲルマニウムが添加されており、前記先端部の径方向の中心部にはゲルマニウムが添加されていない領域を含む、
   請求項１に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
3. 前記中間部の外径は２００ｍｍ以上であり、
   前記先端部は外径が前記中間部の外径の５％以下の部分である、
   請求項１または請求項２に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
4. 前記先端部は外径が前記中間部の外径の４０％以下の部分である、
   請求項３に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
5. 前記透明化するステップにおいて得られた透明ガラス母材の先端部に石英ダミー棒を溶着接続するステップと、
   前記石英ダミー棒が溶着接続された前記透明ガラス母材を延伸するステップと、
   をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光ファイバ用母材の製造方法。

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