JP3521865B2 - ガラス微粒子堆積体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＯＶＤ法によるガラ
ス微粒子堆積体の製造方法、特に外径変動が少ないガラ
ス微粒子堆積体の製造が可能なガラス微粒子堆積体の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大型の光ファイバプリフォームを高速で
製造する方法として、出発ロッドに対向させて複数のガ
ラス微粒子合成用バーナーを一定間隔で配置し、回転す
る出発ロッドと前記バーナー列を相対的に往復移動さ
せ、出発ロッド表面にガラス微粒子（スス）を層状に堆
積させる方法（多層スス付け）がある。このような方法
によるスス付けの状態と得られるガラス微粒子堆積体
（スス体）の外径変化の状況の１例を図４に示す。この
ようなガラス微粒子を堆積させる方法（スス付け方法）
においては、図４左側の（スス付け位置境目での外径変
動）に示すようにバーナー１１で合成されるガラス微粒
子（スス）を出発ロッド３の周囲に堆積させてガラス微
粒子堆積体（スス体）を製造する。通常の場合、各バー
ナー１１の移動距離は各バーナーの間隔分程度であり、
各バーナー１１ごとにスス付けの受持ち範囲が決まって
いるので、隣接バーナーとのスス付け位置の境目で外径
変動９が生じやすい。また、各バーナーに個体差がある
場合には、図４右側の（バーナー個体差による堆積量変
動）に示すように堆積量変動ぶ１０が生じ外径変動が大
きくなる。良好な品質の光ファイバプリフォームを得る
ためには長手方向での外径変動をできるだけ少なくする
ことが重要であり、そのための方法が種々提案されてい
る。

【０００３】前記の複数本バーナーを使用した多層スス
付けにおいて、スス体の外径変動要因の一つは、バーナ
ーのトラバースの折り返し位置（以後、トラバース端部
と呼ぶ。）でトラバース速度が零になるために、定常速
度でトラバースされている部分より実質のスス付け時間
が長くなることやバーナー火炎のスス体への当たり方な
どが異なることである。このため一定間隔でトラバース
が行われるとトラバース端部のみススの堆積量が変化し
外径変動を引き起こす結果となる。この問題を解決する
方法として、トラバースごとにトラバースの開始位置を
移動させていき、所定の位置まで移動した後は逆方向へ
移動させて最初のトラバース位置に戻す（この最初の位
置に戻るまでのトラバース回数を平均化ターン数と呼
ぶ）ことで実質的にスス付け時間が長くなっているトラ
バース端部やバーナー火炎等のスス体への当たり方の変
動をスス体全体に分散し、スス体全体の実質スス付け時
間や雰囲気を平均的に一致させることでススの堆積量を
長手方向に等しくし、外径変動を低減する方法が提案さ
れている（特開平３−２２８８４５号公報）。

【０００４】前記特開平３−２２８８４５号公報の方法
によれば、常に同じ位置でトラバースを繰り返す方法に
比較して外径変動をかなり小さくすることができるが、
さらに光ファイバプリフォームの高品質化が要求される
ようになり、より外径変動の少ないスス体の製造方法が
望まれている。また、光ファイバプリフォームの高品質
化のためには、外径変動の少ないことに加えてスス付け
（Ｊ付けともいう）後、焼結透明化した母材での出発ロ
ッド部の径と焼結体の径との比（以後、Ｊ倍率と呼ぶ）
が目標とするＪ倍率に正確に制御できることが必要であ
るが、前記方法の場合、ススの外径変動を最も少なくす
るためには、トラバース回数が平均化ターン数の整数倍
となった時点でスス付けを終了するのが望ましいので、
その場合には堆積したススの量が目標とするススの量か
らずれてしまう（目標とするＪ倍率が得られない）とい
うという問題がある。

【０００５】また、図７に示したようにそれぞれ個別に
移動可能な複数本のバーナー１１を、回転する出発ロッ
ド３に対向させた直線状のトラバースレール１４上を１
方向に移動させながらスス付けを行い、出発ロッド３の
端部に達したバーナー１１はバーナー移動経路１５を経
てスス付け開始位置に戻す方法も提案されている（特開
平２−３０７８３９号公報）。この方法の場合、平均堆
積速度が向上しススの外径変動も低減され、Ｊ倍率制御
も容易となるが、バーナーの動作機構が複雑となり、か
つ、マッフル内の気密を維持するのが難しくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を鑑みてなされたものであり、比較的簡単な構成の装
置により、長手方向の外径変動が少なく、かつ微小なＪ
倍率調整が可能で、品質良好な光ファイバプリフォーム
が得られるガラス微粒子体堆積体の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は次の（１）〜
（３）の構成を採ることにより前記課題を解決するもの
である。 （１） 回転する出発ロッドに対向させて複数のガラス微
粒子合成用バーナーを１列に設けたバーナーアレイを配
置し、該バーナーアレイを出発ロッドと平行に往復運動
させながらバーナーで合成されるガラス微粒子を出発ロ
ッドの表面に堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法
において、前記バーナーアレイを複数本使用し、往復運
動の片方向に移動するバーナーアレイのみでガラス微粒
子の堆積を行い、堆積を行う方向に移動している第１の
バーナーアレイのバーナーのうち出発ロッドのガラス微
粒子堆積開始位置にきたバーナーから順次原料の供給を
開始し、出発ロッドのガラス微粒子堆積終了位置にきた
バーナーから順次原料の供給を停止し、第２以降のバー
ナーアレイはその最初にガラス微粒子堆積開始位置に到
達し原料の供給を開始するバーナーと直前のバーナーア
レイの最後に原料供給を開始したバーナーとの間に火炎
の干渉が起きない間隔を保持しながら移動させ、いずれ
のバーナーアレイについてもガラス微粒子堆積開始位置
にきたバーナーから順次原料の供給を開始し、ガラス微
粒子堆積終了位置にきたバーナーから順次原料の供給を
停止するようにし、全てのバーナーへの原料供給が停止
したバーナーアレイは、バーナーへの原料の供給を停止
した状態で移動方向を反転させてバーナーへの原料の供
給を開始する前の位置に戻し、以下、原料の供給を開始
するバーナーと直前のバーナーアレイの最後に原料供給
を開始したバーナーとの間に火炎の干渉が起きない間隔
を保持しながら堆積を行う方向に移動させ、ガラス微粒
子の堆積を行う操作を繰り返すことを特徴とするガラス
微粒子堆積体の製造方法。（２） ２〜４本のバーナーアレイを使用することを特徴
とする前記（１）のガラス微粒子堆積体の製造方法。（３） 各バーナーアレイにおけるバーナー間隔が１５０
〜３５０ｍｍであることを特徴とする前記（１）又は
（２）のガラス微粒子堆積体の製造方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の方法においては、複数の
ガラス微粒子合成用バーナーを１列に設けたバーナーア
レイを複数本使用し、該バーナーアレイの長手方向が回
転する出発ロッドと平行になるように、また、各バーナ
ーが出発ロッドに対向するように配置する。各バーナー
アレイは出発ロッドと平行に往復運動可能で、また、各
バーナーは必要によりバーナー先端と出発ロッド又はス
ス体との距離を常に適切な間隔に保持できるよう前後に
移動可能な機能を備えている。また、各バーナーはそれ
ぞれ原料の供給、停止を個別に行えるようになってい
る。

【０００９】ガラス微粒子の堆積を行うバーナーアレイ
は常に往復運動の一方の方向に移動するようにし、該バ
ーナーアレイに設けられているバーナーが出発ロッドの
ガラス微粒子堆積開始位置（スス付け開始位置）にきた
ら該バーナーへの原料供給を開始し、スス付け開始位置
からガラス微粒子堆積終了位置（スス付け終了位置）ま
での部分（スス付け領域）に対向している間はバーナー
へ原料を供給してスス付けを継続する。さらにバーナー
アレイが移動しスス付け領域を外れたバーナーへは原料
の供給を停止する。全部のバーナーへの原料供給が停止
したバーナーアレイは移動方向を反転させてスス付け開
始前の位置に戻し、前のバーナーアレイとの間にガラス
微粒子の堆積領域が重ならないように間隔を保持しなが
ら、再度スス付けを行う方向に移動させる。以下、順次
この操作を繰り返すことによって１層ずつのガラス微粒
子堆積を行わせるのが本発明の最大の特徴点である。

【００１０】以下、本発明の方法を、その１実施態様を
示す図面を参照して具体的に説明する。なお、この実施
態様では、バーナーアレイは下から上に移動させながら
スス付けを行うように記載しているが、これは上から下
に移動させる形式であってもよく、また、回転する出発
ロッドが水平に位置し、バーナーアレイが水平方向に移
動する構成も本発明に含まれる。図１にそれぞれ３本の
バーナー４を有する第１バーナーアレイ１と第２バーナ
ーアレイ２を使用して本発明の方法により出発ロッド３
の周囲にスス付けを行う例における出発ロッド３と各バ
ーナーアレイ１及び２との位置関係を模式的に示す。こ
の例は出発ロッドの長さＸが９００ｍｍ、バーナーの間
隔ｄが３００ｍｍの場合を想定している。

【００１１】図１において太い矢印の付いたバーナーは
原料が供給されており、ススを合成中のバーナーを示
し、矢印のないバーナーは原料供給停止中のバーナーを
示しており、各バーナーアレイは出発位置に戻るとき以
外は下から上に一定速度で移動している。図１の(1) 、
(2) 、・・・(7) は出発ロッド３と各バーナーアレイ１
及び２との位置関係の時系列変化を示しており、(1) で
は第２バーナーアレイ２のバーナー４が全て稼働中（ス
スの合成中）で、第１バーナーアレイ１は出発ロッド３
の下方に位置し、第２バーナーアレイ２の下端のバーナ
ーと第１バーナーアレイ１の上端のバーナーとの間隔
（横方向から見た高さの差）がバーナー４との間に火炎
の干渉が生じない間隔分となるように保持しながら上方
に移動するように待機し又は移動している状態である。

【００１２】第２バーナーアレイ２が上方に移動し、第
１バーナーアレイ１の上端のバーナーが出発ロッド３の
下端の位置（スス付け開始位置）にきたら、該バーナー
への原料の供給を開始する（図の（２）の状態）。第２
バーナーアレイ２の上端のバーナーが出発ロッド３の上
端の位置（スス付け終了位置）を外れたら該バーナーへ
の原料の供給を停止し、以下、順次出発ロッド３の下端
の位置にきたバーナーには原料の供給を開始し、出発ロ
ッド３の上端の位置を外れたバーナーへは原料の供給を
停止するようにする（図の（３）及び（４））。

【００１３】さらにスス付けが進行し、第２バーナーア
レイ２の下端のバーナーが出発ロッド３の上端の位置を
外れ、第２バーナーアレイ２の全てのバーナーへの原料
供給が停止したら、原料供給を停止したままの状態で第
２バーナーアレイ２の移動方向を反転し下方に移動させ
る（図の(5) 及び(6) ）。これにより、各バーナーアレ
イの相対位置関係はほぼ(1) の状態に戻る。その後、第
１バーナーアレイ１が上方に移動し、第２バーナーアレ
イ２の上端のバーナーが出発ロッド３の下端の位置にき
たら、該バーナーへの原料の供給を開始し（図の(7) の
状態）、以下目標のスス重量に達するまで順次この操作
を繰り返すことによりスス付けを行う。

【００１４】この例における、バーナーアレイ１及び２
と出発ロッド３（周囲にススが堆積したスス体５）との
位置関係を図２に示す。図２は上方から見た概略断面図
である。バーナーアレイ１及び２は、通常の場合、前後
に移動可能な構造となっており、適宜必要によりスス体
の径が大きくなるに応じて後退させ、スス体表面とバー
ナーの先端部とが適正な間隔を保持できるようになって
いる。

【００１５】図１に示した本発明の方法と、複数本のバ
ーナーを直線状に等間隔に並べて、バーナー間隔分だけ
をトラバースさせることによりスス付けを行う従来法の
概念図を図６に示す。図６の上段に示した従来法の場
合、バーナーアレイ１３に取付けられた各バーナー１１
の折り返し点近傍での外径変動やバーナー１１の個体差
による外径変動があり、また、トラバース回数を平均化
ターン数の整数倍とすることにより、堆積スス量が目標
スス量からずれる（Ｊ倍率のずれが大きくなる）などの
問題が生じやすい。これに対し図６の下段に示した本発
明の方法では、バーナーアレイ１及び２に取付けられた
各バーナーが出発ロッド３の全長にわたってスス付けを
行いながら一方向に通り抜けるため、各バーナー毎に１
層ずつのスス層が形成されるので、図５に示すような均
一なスス層１２が形成される。しかも、各スス層１２は
１本のバーナーの１回の走行で形成され、厚みは非常に
薄いので、目標スス量への調整（Ｊ倍率調整）が容易で
ある。

【００１６】本発明の方法において、常に適正な間隔で
バーナーが一方向に移動できるように構成されていれ
ば、各バーナーアレイに設置するバーナーの本数につい
ては特に制限はなく、バーナー本数が多いほど堆積効率
は向上するが、装置構成上の制約、適正なバーナーの稼
働率等を勘案して適宜設定すればよい。

【００１７】バーナーアレイにおけるバーナー設置間隔
は１５０〜３５０ｍｍ程度とするのが好ましい。１５０
ｍｍ未満では隣接バーナーの火炎との干渉が起き、堆積
効率の低下及び外径変動の原因となり、３５０ｍｍを超
えると配置できるバーナーの本数が少なくなり、堆積効
率の低下、ススの表面温度の低下によるスス割れの発生
率の増加などの問題を生じる。なお、各バーナーアレイ
間の間隔も、隣接するバーナーどうしの間隔がこれに準
じた大きさとなるようにすればよい。

【００１８】図１及び２の例では、バーナーアレイを２
本使用する態様を示したが、本発明の方法においては、
条件によっては、さらにバーナーアレイの本数を増やす
ことにより必要なバーナーの本数を減らすことが可能で
ある。ただし、無限にバーナーアレイの本数を増やすこ
とは排気効率面で実用的ではなく、バーナーアレイの本
数は２〜４本となるようにするのが好ましい。

【００１９】例として出発ロッドの長さが１２００ｍ
ｍ、バーナー間隔が３００ｍｍの場合を想定すると、バ
ーナーアレイが２本の場合にはバーナーアレイ１本当た
りのバーナー数は４本必要であり、全体の必要バーナー
数は８本となる。これに対し、図３に示すように第１〜
第３バーナーアレイ６、７及び８の３本のバーナーアレ
イを使用すれば、各バーナーアレイのバーナー数は２本
でよいことになり、全体としては６本のバーナーで同様
のスス付けが可能である。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により本発明の効果を実証する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 （実施例１）図８に示すように、マッフル１６内の出発
ロッド３（ロッド径３７ｍｍ）に、３００ｍｍ間隔にバ
ーナーを３本配置したバーナーアレイを２本（第１バー
ナーアレイ１及び第２バーナーアレイ２）使用してスス
付けを行った。出発ロッド３上に１５６０層のガラス微
粒子堆積層を形成した時点でスス付けを終了した（各バ
ーナーアレイが２６０回出発ロッド上を通過、バーナー
数が３本でバーナーアレイが２本なので２６０×３×２
＝１５６０となる）。得られたガラス微粒子堆積体（ス
ス体）の外径は２３０±１．３８ｍｍであり、外径変動
は±０．６％であった。

【００２１】（実施例２）実施例１と同じ出発ロッドを
使用し、３００ｍｍ間隔に２本のバーナーを配置したバ
ーナーアレイを３本使用し、実施例１と同条件でスス付
けを行った。１５６０層形成した時点で煤付けを終了
（各バーナーアレイが２６０回出発ロッド上を通過、バ
ーナー数が２本のバーナーアレイが３本なので２６０×
２×３＝１５６０となる）した結果、実施例１と同様の
スス体を得ることができた。

【００２２】（比較例１）バーナー間隔３００ｍｍで５
本のバーナーを配置し、特開平３−２２８８４５号公報
に記載の方法に準じてスス付けを行った。バーナーはバ
ーナーの間隔分だけトラバースさせ、トラバースのスタ
ート位置が３０ｍｍずつずれるようにし、バーナー間隔
分だけずれた位置でトラバースのスタート位置が逆方向
にずれるようにし順次これを繰り返してスス付けを行っ
た。トラバース回数７８０回でスス付けを終了（堆積層
数は１５６０層）した結果、有効部のスス外径は２２０
±４．４ｍｍであり、外径変動は±２％であった。

【００２３】

【発明の効果】出発ロッドに対向させて複数のガラス微
粒子合成用バーナーを１列に配置し、回転する出発ロッ
ドと前記バーナー列とを、移動距離がほぼバーナーの間
隔分となるように相対的に往復移動させ、出発ロッド表
面にススを層状に堆積させるスス付け方法の場合、図４
に示したように外径変動が生じやすい。この方法の場
合、前記特開平３−２２８８４５号公報に記載されてい
る方法のようにバーナー列のトラバースごとにトラバー
スの開始位置を移動させることによって外径変動を低減
することが可能である。本発明者らの実験結果によれ
ば、特開平３−２２８８４５号公報の方法によってスス
体の外径変動を±２％程度とすることが可能であるが、
本発明の方法によれば、出発ロッドの長さ、バーナー間
隔、バーナーの移動速度、各バーナーにおける原料供給
量等の条件を同じにした場合、スス体の外径変動を±
０．６％程度とすることができる。また、特開平３−２
２８８４５号公報の方法に比較して、Ｊ倍率の精密な制
御が可能であり、より目標スス重量に近いスス体を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によるスス付けの１実施態様にお
ける出発ロッドと各バーナーアレイとの位置関係を模式
的に示す図。

【図２】図１におけるバーナーアレイ１及び２と出発ロ
ッド３（周囲にススが堆積したスス体５）との位置関係
を示す概略断面図。

【図３】本発明の方法によるスス付けの他の実施態様に
おける出発ロッドと各バーナーアレイとの位置関係を模
式的に示す図。

【図４】従来法によるスス付けの状態と得られるガラス
微粒子堆積体（スス体）の外径変化の状況の１例を示す
説明図。

【図５】本発明の方法による１層ごとにスス付けされた
スス層の状況を示す説明図。

【図６】本発明の方法と、複数本のバーナーを直線状に
等間隔に並べて、バーナー間隔分だけトラバースさせる
ことによりスス付けを行う従来法の概念を示す図。

【図７】個別に移動可能なバーナーを使用し、１層ごと
にスス付けを行う従来技術の説明図。

【図８】実施例で使用した装置の構造を示す概略断面
図。

【符号の説明】

１ 第１バーナーアレイ ２ 第２バーナーアレイ
３ 出発ロッド ４ バーナー ５ スス体 ６ 第１バーナーアレ
イ ７ 第２バーナーアレイ ８ 第３バーナーアレイ ９ 外径変動部 １０ 堆積量変動部 １１ バー
ナー １２ スス層 １３ バーナーアレイ １４ トラ
バースレール １５ バーナー移動経路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 麻生 健一 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 赤間 久尚 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社 横浜製作所内 (56)参考文献 特開 平４−12032（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−58652（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−18929（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−92669（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−170336（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03B 8/04 C03B 20/00 C03B 37/00 - 37/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転する出発ロッドに対向させて複数のガ
   ラス微粒子合成用バーナーを１列に設けたバーナーアレ
   イを配置し、該バーナーアレイを出発ロッドと平行に往
   復運動させながらバーナーで合成されるガラス微粒子を
   出発ロッドの表面に堆積させるガラス微粒子堆積体の製
   造方法において、前記バーナーアレイを複数本使用し、
   往復運動の片方向に移動するバーナーアレイのみでガラ
   ス微粒子の堆積を行い、堆積を行う方向に移動している
   第１のバーナーアレイのバーナーのうち出発ロッドのガ
   ラス微粒子堆積開始位置にきたバーナーから順次原料の
   供給を開始し、出発ロッドのガラス微粒子堆積終了位置
   にきたバーナーから順次原料の供給を停止し、第２以降
   のバーナーアレイはその最初にガラス微粒子堆積開始位
   置に到達し原料の供給を開始するバーナーと直前のバー
   ナーアレイの最後に原料供給を開始したバーナーとの間
   に火炎の干渉が起きない間隔を保持しながら移動させ、
   いずれのバーナーアレイについてもガラス微粒子堆積開
   始位置にきたバーナーから順次原料の供給を開始し、ガ
   ラス微粒子堆積終了位置にきたバーナーから順次原料の
   供給を停止するようにし、全てのバーナーへの原料供給
   が停止したバーナーアレイは、バーナーへの原料の供給
   を停止した状態で移動方向を反転させてバーナーへの原
   料の供給を開始する前の位置に戻し、以下、原料の供給
   を開始するバーナーと直前のバーナーアレイの最後に原
   料供給を開始したバーナーとの間に火炎の干渉が起きな
   い間隔を保持しながら堆積を行う方向に移動させ、ガラ
   ス微粒子の堆積を行う操作を繰り返すことを特徴とする
   ガラス微粒子堆積体の製造方法。
2. 【請求項２】２〜４本のバーナーアレイを使用すること
   を特徴とする請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製
   造方法。
3. 【請求項３】各バーナーアレイにおけるバーナー間隔が
   １５０〜３５０ｍｍであることを特徴とする請求項１又
   は２に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。