JP4239595B2 - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、コラプス法およびMCVD法における圧力制御方法に特徴を有する光ファイバ母材の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、光ファイバ母材の製造方法としてロッドインコラプス法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
ロッドインコラプス法は、コアとなるガラスをロッド状に成形し、クラッドとなる石英ガラスをパイプ状に成形して、ロッドをパイプの内部に挿入した後、加熱しながら真空引きしてコアとパイプとの間の空隙を融着して光ファイバ母材を製造するものである。
また、光ファイバ母材の製造方法としてMCVD法も知られている(例えば、特許文献2参照)。
MCVD法は、出発管として石英管を用い、石英管を中心軸周りに回転させながら、石英管端部から石英管の内部に酸素、四塩化ケイ素、四塩化ゲルマニウム等のガラス原料ガスを供給し、同時に石英管の外側からバーナー等の熱源で加熱して、気相酸化反応を起こして石英管の内壁にガラスを生成・堆積させるものである。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−10837号公報(第5、6頁、第1図)
【特許文献2】
特開2000−327360号公報(第3、4頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロッドインコラプス法においては、ロッドと石英ガラスパイプとの間の圧力によって空気が混入したり形状が不均一になったりするため、圧力状態が製造される光ファイバ母材の品質に大きくかかわる。また、MCVD法においても、出発管である石英ガラスパイプの内部圧力によってはガラスが不均一に堆積して光ファイバ母材の品質を落とす場合があり、圧力の制御が光ファイバ母材の製造方法において重要な要素となっている。
【0005】
しかしながら、実際の製造においては、前述した圧力制御は主に作業者の経験に頼っている場合が多く、熟練者が製造した光ファイバ母材と経験が浅い者が製造した光ファイバ母材との間には品質に差が生じ、一定の品質の光ファイバ母材を製造することが困難であるという問題がある。
【0006】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、容易に一定の品質の光ファイバ母材を製造することのできる光ファイバ母材の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明にかかる光ファイバ母材の製造方法は、請求項1に記載したように、石英ガラスパイプを外側から加熱処理する工程を有し、前記工程において、前記石英ガラスパイプの肉厚を計測し、前記石英ガラスパイプの前記肉厚と最適な内圧との関係に基づいて前記内圧の補正値を算出し、前記補正値に基づいて前記石英ガラスパイプの内圧を所定の値となるよう制御し、前記肉厚の計測、前記補正値の算出、前記内圧の制御を繰り返すことを特徴としている。
【0008】
ここで、光ファイバ母材の製造方法としては、石英ガラスパイプの内部にガラスロッドを挿入し、加熱処理により一体化させるロッドインコラプス法、および石英ガラスパイプの内部に原料ガスを供給し、加熱処理によりパイプ内部にガラスを堆積させるMCVD法がある。
【0009】
このように構成された光ファイバ母材の製造方法においては、石英ガラスパイプから光ファイバ母材を製造する際に、経験的に得られている石英ガラスパイプの肉厚と最適な内圧との関係の基づき、肉厚の変化に対応して内圧を調整しながら光ファイバ母材の製造を行うので、経験の浅い作業者でも熟練者と同様に品質の高い光ファイバ母材を容易に製造することができることになる。
【0010】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の製造方法では、前記石英ガラスパイプの肉厚を計測し、前記内圧の所定値を自動的に設定する。
【0011】
このように構成された光ファイバ母材の製造方法においては、製造工程における石英ガラスパイプの肉厚を自動的に計測するので、肉厚と最適な内圧との関係に基づいて光ファイバ母材の製造を行うことができる。
【0012】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の製造方法は、請求項2に記載したように、請求項1記載の光ファイバ母材の製造方法において、前記石英ガラスパイプ内に層状にガラスを複数層堆積させ、各層を形成する際には、前記各層を堆積する直前の肉厚を算出することを特徴としている。
【0013】
このように構成された光ファイバ母材の製造方法においては、石英ガラスパイプ内に層状にガラスを複数層堆積させて各層を形成する際には、堆積する前の肉厚を計測し、この計測値に基づいて内圧を調整する。
【0014】
また、本発明を行う光ファイバ母材の製造装置は、石英ガラスパイプの外側を加熱処理する加熱手段と、前記石英ガラスパイプの内圧を計測する内圧計測手段と、前記石英ガラスパイプの内圧を調整する内圧調整手段と、前記内圧調整手段を制御する制御部とを有し、前記制御部は、予め入力されている前記石英ガラスの肉厚に基づいて、所定の内圧を設定し、前記内圧計測手段からの内圧が設定された前記所定の内圧と一致するように前記内圧調整手段を調整することを特徴としている。
【0015】
ここで、光ファイバ母材の製造装置としては、石英ガラスパイプの内部にガラスロッドを挿入し、加熱処理により一体化させるロッドインコラプス法によるものや、石英ガラスパイプの内部に原料ガスを供給し、加熱処理によりパイプ内部にガラスを堆積させるMCVD法によるものがある。
【0016】
このように構成された光ファイバ母材の製造装置においては、石英ガラスパイプから光ファイバ母材を製造する際に、肉厚計測手段により石英ガラスパイプの肉厚を計測し、予め経験的に得られている石英ガラスパイプの肉厚と最適な内圧との関係に基づいて、石英ガラスパイプの内圧が最適な値となるように制御部が内圧調整手段を制御するので、容易に内圧を最適値に設定することができる。これにより、経験の浅い作業者でも熟練者と同様に品質の高い光ファイバ母材を容易に製造することができることになる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法と、その方法を行う装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は光ファイバ母材の製造装置の構成図である。
【0018】
図1に示すように、この光ファイバ母材の製造装置10では、出発管である石英ガラスパイプ11の外側を加熱するバーナーや加熱炉等の加熱手段12を有しており、石英ガラスパイプ11を軸回りに回転させると共に加熱手段12を軸方向へ往復移動させながら石英ガラスパイプ11の外側を均一に加熱する。なお、加熱手段12の上流側には肉厚計測手段13が設けられており、石英ガラスパイプ11の肉厚tを計測して制御部14に計測値をフィードバックするようになっている。また、石英ガラスパイプ11の入口側および出口側にはそれぞれ圧力計P1、P2が設けられており、各々入口側と出口側の圧力を自動的に計測するようになっている。圧力計P1、P2によって計測された圧力は、制御部14にフィードバックされる。
【0019】
なお、石英ガラスパイプ11には上流側からSiCl4のようなプロセスガスが供給されており、下流側に設けられている内圧調整手段である圧力調整弁15の調整により、排出されるガスの量を調整して石英ガラスパイプ11の内圧を調整するようになっている。さらに、石英ガラスパイプ11の下流側に合流する内圧調整手段であるMFC16が設けられており、下流側の圧力計P2の計測値が低すぎると制御部14が判断した場合には、制御部14の制御によりMFC16からN2のようなガスを送り込んで内圧を上げるようにする。なお、MFC16の下流側にはバッファタンク17が設けられており、MFC16から圧力調整のためのガスを供給した際に内圧が振動するいわゆる圧力ハンチングが生じるのを抑制するようにしている。
【0020】
次に、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法について説明する。図2には制御部14における制御の流れを示してある。
まず、負荷する石英ガラスパイプ11の外径D1、内径D2を入力し、外形D1および内径D2から算出された肉厚t、あるいは入力された肉厚tから最適な内圧を設定し(ステップS1)、これに基づいて制御対象である石英ガラスパイプ11の内圧の圧力調整を行う(ステップS2)。このとき、随時内圧を検出して(ステップS3)、フィードバックして内圧が設定値と一致するようにする。ここで、これまでの光ファイバ母材の製造における石英ガラスパイプ11の肉厚tとパイプ内部の内圧との関係を記録してみると、一定の関係があることが分かった。このため、肉厚tを検出し(ステップS4)、経験的に得られている石英ガラスパイプの肉厚tと最適な内圧との関係に基づいて、制御部14が補正値を算出し(ステップS5)、内圧調整手段である圧力調整弁15およびMFC16を制御して石英ガラスパイプ11の内圧を最適値に設定する。
【0021】
なお、石英ガラスパイプ11の肉厚tは、肉厚計測手段13により自動的に計測されて制御部14にフィードバックされようにするのがよい。制御部14は、図3(A)に示すように、送られてきた肉厚tの値に対する設定内圧を求め、実際の内圧が設定内圧と一致するように圧力調整弁15を制御する。すなわち、設定内圧が高くなると、圧力調整弁15を閉じると共に、図3(B)に示すように、MFC16からのガスの供給量を多くして石英ガラスパイプ11の内部から排出されるガスの量を減少させて内圧を上げるようにする。
【0022】
なお、MFC16と石英ガラスパイプ11との間にはバッファタンク17が設けられており、図3(C)に示すような、MFC16から供給されるガスによって石英ガラスパイプ11の内圧が振動するハンチングを抑えて、図3(D)に示すように内圧の変化をなめらかにする。
【0023】
以上説明したように、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法では、石英ガラスパイプ11から光ファイバ母材20を製造する際に、第1の圧力計P1により石英ガラスパイプ11の入口側の圧力を計測し、あるいは、第2の圧力計P2により石英ガラスパイプ11の出口側の圧力を計測して内圧を得、経験的に得られている石英ガラスパイプ11の肉厚tと最適な内圧との関係に基づいて、制御部14が内圧調整手段である圧力調整弁15やMFC16を制御するので、内圧を最適値に設定することができる。これにより、経験の浅い作業者でも熟練者と同様に品質の高い光ファイバ母材20を容易に製造することができることになる。
【0024】
【実施例】
次に、具体的な第1実施例について説明する。図4にはロッドインコラプス法による光ファイバ母材の製造方法が示されている。なお、すでに前述した部位と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明は省略することとする。
すなわち、外径D1、内径D2、肉厚tの石英ガラスパイプ11の内部に、外径dのコアロッド31を挿入し、加熱手段としての酸水素バーナー32により加熱処理して両者を密着させる。加熱手段は、抵抗加熱炉、誘導加熱炉を用いても構わない。このとき、石英ガラスパイプ11の内部にはO2、N2、Cl2等のプロセスガス33が所定圧力で供給されている。
なお、光ファイバ母材20では、有効部20aを挟んで前端部分および後端部分には、製品として用いられない非有効部20b、20bが発生する。
【0025】
図5には、経験的に得られている石英ガラスパイプ11の肉厚tと内圧との関係が示されている。この関係は制御部14に記憶されており、外径D1および内径D2を入力すると、制御部14が最適な設定内圧を決定する。あるいは、肉厚tを入力するか計測するようにしてもよい。そして、第1の圧力計P1により計測された圧力が決定された設定内圧と異なる場合には、制御部14は内圧が設定内圧と一致するように圧力調整手段を制御する。例えば、圧力調整手段として図示しない排出装置によって、石英ガラスパイプ11に供給されるプロセスガス33を途中から排出して内圧を下げることができる。
なお、図5に示した肉厚tと内圧との関係は一例であり、両者の関係が常に1次的(直線的)となることを意味するものではない。
【0026】
以上説明したように、石英ガラスパイプ11の肉厚tと内圧との関係から、最適な設定内圧を決定し、内圧が設定内圧と一致するように制御部14が制御するので、経験の浅い作業者でも熟練者と同様に品質の高い光ファイバ母材20を容易に製造することができることになる。
【0027】
【実施例】
次に、具体的な第2実施例について説明する。図6にはMCVD法による光ファイバ母材の製造方法が示されている。なお、すでに前述した部位と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明は省略することとする。
すなわち、外径D3、内径D4、肉厚tの石英ガラスパイプ11の内部に、O2、Cl2、SiCl4、GeCl4等のプロセスガス33を送り込むと共に、加熱手段としての酸水素バーナー32を前後に往復移動(トラバース)させて加熱処理することにより、石英ガラスパイプ11の内部にガラス34を堆積させる。加熱手段は、抵抗加熱炉、誘導加熱炉を用いても構わない。
【0028】
図7には、このとき内圧計測手段である第1の圧力計P1または第2の圧力計P2により測定される内圧の変化の例が示されている。なお、トラバース回数に応じて石英ガラスパイプ11の肉厚tは徐々に変化しており、各層堆積時の肉厚tは肉厚計測手段13によって随時計測されている。すなわち、トラバース回数が増すに従って肉厚tが増加するため、内圧を徐々に上げている。
【0029】
経験的に得られている石英ガラスパイプ11の肉厚tと内圧との関係は、第1実施形態と同様に、図5に示すような関係がある。この関係は制御部14に記憶されており、肉厚計測手段13により測定された肉厚tに応じて最適な内圧を決定する。そして、内圧測定手段である第1の圧力計P1または第2の圧力計P2により計測された圧力が決定された設定内圧と異なる場合には、制御部14は内圧が設定内圧と一致するように圧力調整手段であるMFC16や圧力調整弁15を制御する。
【0030】
以上説明したように、石英ガラスパイプ11の肉厚tは変化するので随時計測し、予め得られている肉厚tと最適な内圧との関係に基づき、制御部14が計測された肉厚tに対する最適な設定内圧を決定し、内圧が設定内圧と一致するように内圧調整手段を制御するので、経験の浅い作業者でも熟練者と同様に品質の高い光ファイバ母材20を容易に製造することができることになる。
【0031】
なお、本発明の光ファイバ母材の製造方法と、その方法を行う装置は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
【0032】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明にかかる光ファイバ母材の製造方法によれば、請求項1に記載したように、石英ガラスパイプから光ファイバ母材を製造する際に、経験的に得られている石英ガラスパイプの肉厚と最適な内圧との関係の基づき、肉厚の変化に対応して内圧を調整しながら光ファイバ母材の製造を行うので、経験の浅い作業者でも熟練者と同様に品質の高い光ファイバ母材を容易に製造することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光ファイバ母材の製造方法を行う装置の実施形態を示す構成図である。
【図2】制御部における制御の流れを示すブロック図である。
【図3】(A)は設定内圧の変化を示すグラフ、(B)はMFCの流量の変化を示すグラフ、(C)は内圧の測定値、(D)はバッファタンクを設けた場合の内圧の測定値を示すグラフである。
【図4】第1実施例を示す構成図である。
【図5】肉厚と内圧の関係を示すグラフである。
【図6】第2実施例を示す構成図である。
【図7】トラバース回数に応じた内圧の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
10 光ファイバ母材の製造装置
11 石英ガラスパイプ
13 肉厚計測手段
14 制御部
15 圧力調整弁(内圧調整手段)
16 MFC(内圧調整手段)
20 光ファイバ母材
P1、P2 圧力計(内圧計測手段)
Claims (2)
- 石英ガラスパイプを外側から加熱処理する工程を有し、前記工程において、前記石英ガラスパイプの肉厚を計測し、前記石英ガラスパイプの前記肉厚と最適な内圧との関係に基づいて前記内圧の補正値を算出し、前記補正値に基づいて前記石英ガラスパイプの内圧を所定の値となるよう制御し、前記肉厚の計測、前記補正値の算出、前記内圧の制御を繰り返すことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
- 前記石英ガラスパイプ内に層状にガラスを複数層堆積させ、各層を形成する際には、前記各層を堆積する直前の肉厚を算出することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ母材の製造方法。
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