JP4690979B2 - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents
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Description
因みに、バーナでガラス微粒子を生成する方法としては、バーナの酸素/水素火炎中にSiCl4等の原料ガスを導入し、火炎加水分解法によりガラス微粒子を生成させるのが一般的である。
但し、これ以外にも高周波誘導プラズマトーチ等を用いる方法等幾つか別の方法も知られている。
また、ターゲットロッドとしてはガラス棒や耐火性マンドレル等が使用されることもある。いずれにせよ、製造された多孔質性の光ファイバ母材は、以後高温加熱されて脱水、透明ガラス化され、さらに加熱溶融されてその一端から順次光ファイバに線引きされる。
そこで昨今では、ターゲットロッドの外周に複数のバーナを配置し、複数のバーナで同時にターゲットロッド外周にガラス微粒子を堆積させる方法が一般的になってきている。
昨今では、生産性を高める目的から、透明ガラス化された光ファイバ母材を延伸して細径化することなく、直接光ファイバに線引きする方法が実用化されているが、このように光ファイバ母材の端部にこぶ状突起ができると、線引炉にこの光ファイバ母材が入らなくなったり、仮に入ったとしても線引炉内を満たす雰囲気ガスの流れが異常をきたし、高品質の光ファイバを安定して得ることができなくなる、等の問題が発生する。
このように透明ガラス化された光ファイバ母材を延伸することなく直ちに線引きしようとする場合、前述した特許文献1に記載のように、単にターゲットロッド端部で複数のバーナの折り返し位置をずらしたり、折り返し時の待ち時間をなくする工夫だけでは、不充分であることがわかってきた。
例えば、特許文献1に開示されている方法を採用することにより、こぶ状突起の発生は回避できるが、製造された光ファイバ母材の両端のテーパ部分が長くなり、母材全長に対して有効部分の長さが短くなってしまう問題が生じた。
透明ガラス化された光ファイバ母材を直接光ファイバに線引きする場合、線引開始端と終了端では最適な母材形状が異なるため、光ファイバ母材の有効部分が最大となる光ファイバ母材の形状を実現するためには、ガラス微粒子を堆積させるにあたり、ターゲットロッド両端での折り返し位置のずらし量を変える必要がある。
しかしながら、両端での折り返し量を変えた場合、往復移動する各バーナの片道移動距離が等しくならなくなってしまう。
このように各バーナの片道移動距離が等しくない状態で、バーナの火炎同士が互いに干渉しないように各バーナ同士がある所定の間隔を維持するように制御しようとすると、バーナ動作が複雑になって、光ファイバ母材長手方向のガラス微粒子の付着倍率を均一にすることが困難になる。
加えて、m本のバーナの中に標準となるバーナを決め、ガラス微粒子堆積中の各バーナの基本移動速度VSを従来のようにすべて一定ではなく、予めその片道の移動距離Lnを考慮して、Vn=(Ln/LS)×VSとしている分、ガラス微粒子堆積中において、標準バーナとの間隔が予め設定されてる範囲を越えたバーナの移動速度調整の幅は、従来の調整幅よりも小さくて済むようになる。その結果、製造後の光ファイバ母材長手方向のガラス微粒子付着倍率のばらつきも小さくなって、ガラス化後、延伸することなく線引きしても、特性の安定した光ファイバを得ることができる。
ターゲットロッド1の上端はチャック3で把持し、図示しないモーターによって、このターゲットロッド1をターゲットロッド1自身の軸心を回転中心にして回転させている。ターゲットロッド1の下端は揺れ止めガイド4で定位置に保持されている。
尚、図2はバーナA、B、Cの周方向の位置を示すため、ターゲットロッド1の真上から見た状態を示している。図2に示すように、各バーナA、B、Cは、周方向に異なる位置に配置されている。
そしてこの実施例では、主として比較的遅い速度で移動するバーナ下降中にターゲットロッド1外周へのガラス微粒子の堆積が行われるが、バーナA、B、Cには上昇するときも下降するときも、同じ条件で原料ガスおよび燃料ガスが供給されている。
ところで、この明細書で「バーナによりターゲットロッド1の外周にガラス微粒子堆積中」という場合には、バーナを比較的遅い移動速度で移動する場合をいい、バーナが下降中の状態を指すことにする。
それ故、バーナ上昇中の移動速度を下降中より遅くして、主としてバーナ上昇中にターゲットロッド1の外周にガラス微粒子を堆積させる場合には、前述したものとは逆に、バーナ上昇時を「バーナによりターゲットロッド1の外周にガラス微粒子堆積中」と定義する。
透明ガラス化された光ファイバ母材を直接光ファイバに線引きする方法に好適に用いることができる光ファイバ母材の形状を得る、すなわち、両端の不良部分、すなわち、テーパ部分を小さくするためには、両端での折り返し位置のずらし量を線引終了端と開始端で変える必要がある。
前述した透明ガラス化工程は、多孔質母材2を吊り下げた状態で、高温炉内で処理される。近年、光ファイバ母材は大型化が進んでおり、ガラス微粒子が堆積している部分全てを透明ガラス化しようとすると、ターゲットロッド1を吊り下げる支持棒が加熱され変形し、場合によっては溶融されて光ファイバ母材が落下する問題が生じる。
これを防ぐために、製品としては使用できない多孔質母材2の上端テーパ部は完全に透明ガラス化させず、不透明部分が残るように処理される。上端テーパ部に不透明部分5が残るように処理された光ファイバ母材を図4に示す。図4に示すように、不透明部分5は完全には透明ガラス化されていないので、完全に透明ガラス化されたガラス部分2’と比較すると、縮径の割合が小さいため、透明ガラス化完了時の外径が大きくなる。
不透明部分5となる上端テーパ部分にもともとガラス微粒子が多く堆積していると、線引終了端の外径がより大きくなる。これにより、光ファイバ母材上端側の外径と線引炉の炉心管内径のクリアランスの制約を受けることになり、線引炉の内径に適した外径の光ファイバ母材を線引きできなくなる問題が生じる。
この問題を考慮すれば、光ファイバ母材の線引終了端の外径DEと中心部の外径DGの差は30mm以下とする必要がある。
ここで、光ファイバ母材の線引終了端の外径DEとは、透明ガラス化後の光ファイバ母材の線引終了端の最大外径を意味し、光ファイバ母材の中心外径DGとは、透明ガラス化後の光ファイバ母材の長さ方向の中心位置における外径を意味する。
折り返し位置のずらし量は、製造完了時の多孔質母材2の中心外径DSに対する比率で示している。図5に示すようにバーナ折り返し位置のずらし量を中心部の外径の30%以上とすることで、線引終了端の外径DEと中心部の外径DGの差を30mm以下とすることができる。
しかしながら、折り返し位置のずらし量を大きくし過ぎると得られる光ファイバ母材のテーパ部分の長さが長くなり、製品として使えない部分が多くなってしまうことから、バーナ折り返し位置のずらし量を多孔質母材2の中心部の外径DSの100%以下とすることが好ましい。
線引開始端のとなる多孔質母材2のテーパ部分に堆積しているガラス微粒子が少ないと、透明ガラス化後の光ファイバ母材においてテーパ部分の長さが長くなるため、線引きの立ち上げ時に時間がかかる問題が生じる。すなわち、製品となる光ファイバを線引きする前に、多くの製品とならない部分が生じてしまう問題が出てくる。したがって、線引開始端では、テーパ部分の形状を、線引きの立ち上げに適した形状とする必要がある。
この観点から線引開始端のバーナ折り返し位置のずらし量は製造完了時の多孔質母材2の中心部の外径DSの0%以上25%以下とすることが好ましい。
ここで、バーナの折り返し位置のずらし量とは、図3に示すように、例えば上端の場合、片道の移動距離LBがLA、LCの中間の大きさであるバーナBを標準バーナとした場合、バーナBとバーナA及びバーナCとのずらし量は共にPEである。同様に下端の折り返し位置でも標準バーナBからみてバーナA、バーナCはそれぞれPSずつずらしてある。
従って、各バーナを同一移動速度で移動させると早晩、一定の間隔が保てなくなり、形成された多孔質母材2はその密度が多孔質母材2の長手方向に不均一になり、割れや外観異常が発生し易くなる。
因みに、この実施例では前述したように、LBはLA〜LCの平均値であって、長さの観点からみるとLAとLCの間にある。それ故、バーナBの片道の移動距離LBが標準片道移動距離LSに、移動速度VBが標準移動速度VSに相当する。
次に、バーナA、Cの基本移動速度を以下のように設定した。すなわち、VA=(LA/LB)×VB、VC=(LC/LB)×VBとした。尚、ここで基本移動速度Vn(n=A、B、C)とは、バーナによりターゲットロッド1の外周にガラス微粒子堆積中のバーナの基本移動速度であり、本実施形態では上昇する際のバーナ移動速度はVnよりも高速で、かつすべてのバーナで等速とした。
その上で、バーナBとバーナA、バーナCとの間隔が予め設定されている下限値より小さくなったり上限値よりも大きくなったら、バーナBに対してバーナA、バーナCの移動速度を調整し、前記標準となるバーナBとの間隔を前記下限値と上限値の範囲内になるように調整することにした。
このように、バーナが比較的低速で移動するガラス微粒子堆積中のバーナ移動速度を、各バーナの基本移動速度Vn、すなわちこの例ではVAやVCを中心値にして、調整することで、バーナA、バーナCの移動速度の調整幅を小さくできる、換言すると、制御精度を上げることができる。
(実施例1)
3本のバーナA、B、Cを用いて多孔質母材2を製造した。
線引終了端のバーナの折り返しピッチPEを40mm、線引開始端のバーナの折り返しピッチPSを5mmとし、製造完了時の中心外径DSが260mmの多孔質母材2を製造した。因みに、バーナAとバーナCのバーナの折り返し位置のずらし量は線引終了端ではPE×2=80mmであり、製造完了時の中心外径DSの31%、同様に線引開始端ではPS×2=10mmであり、製造完了時の中心外径DSの4%である。
バーナA、バーナB及びバーナCのトラバース距離の比がLA:LB(=LS):LC=0.975:1:1.025であったため、各バーナのガラス微粒子堆積中の基本移動速度、この例ではバーナ下降時の基本移動速度は、標準となるバーナ移動速度VSがバーナBの基本移動速度VBであるから、バーナAの基本移動速度はVB×0.975、バーナBはVB、バーナCはVB×1.025に設定された。
ガラス微粒子の主たる堆積はバーナが下降する際行うものとし、それ故、上昇時にはバーナ移動速度を下降時よりも高速にした。下降時のバーナA、バーナB及びバーナCの基本移動速度は、前述したように、バーナAの基本移動速度はVA=VB×0.975、バーナBはVB、バーナCのそれはVC=VB×1.025に設定されている。
以下、同様に堆積中(バーナ下降中)にバーナAとバーナBとの間隔が当初設定した下限値、上限値を超えたら、その都度バーナAの基本移動速度VB×0.975に対してその±3%の範囲内でバーナAの移動速度を調整し、バーナBとのバーナ間隔が予め設定されている上限値、下限値の範囲内に収まっているように調整した。
バーナBとバーナCの関係についても同様の手順でバーナCの移動速度を、バーナCの基本移動速度であるVC=VB×1.025を中心にして、バーナBとバーナCの間隔が予め設定されている間隔、この実施例ではバーナAとバーナBの間隔と同じ上限値500mm、下限値250mmの範囲内に収まるように、バーナCの移動速度を基本移動速度VB×1.025に対してその±3%の範囲内で速度調整を行った。
得られた光ファイバ母材の線引終了端の外径DEと中心部の外径DGの差は30mmであり、ロス重量は線引終了端で1961g、線引開始端で1230gと良好であった。
ここでロス重量とは、透明ガラス化された光ファイバ母材の両端部に形成されるテーパ部の重量であり、製品となる光ファイバが得られない部分の重量を示している。
また、ガラス化後、光ファイバ母材長手方向の付着倍率の分布を調査した結果を、図6に黒まるで示す。
実施例1と同様に3本のバーナA、B、Cを用いて多孔質母材2を製造した。
線引終了端のバーナの折り返しピッチPEを60mm、線引開始端のバーナの折り返しピッチPSを0mm、すなわち、線引開始端ではすべてのバーナの折り返し位置を同じとし、製造完了時の中心外径DSが260mmの多孔質母材2を製造した。バーナの折り返し位置におけるバーナAとバーナCのずらし量は線引終了端ではPE×2=120mmであり、製造完了時の中心外径DSの46%、線引開始端では0mmであり、製造完了時の中心外径の4%、線引開始端では製造完了時の中心外径DSの0%である。
各バーナのトラバース距離の比LA:LB:LCは0.963:1:1.038である。それ故、各バーナの基本移動速度は、基準とする標準速度VS=VBであるから、バーナAはVB×0.963、バーナBはVB、バーナCはVB×1.038の速度に設定した。
このように各バーナの基本移動速度を設定し、かつバーナAとバーナB及びバーナBとバーナCの間隔の上限値、下限値を250mm、500mmに設定した上で、実施例1と同様にターゲットロッド1の外周にガラス微粒子を堆積させた。実施例2の場合もバーナ下降時の移動速度を遅くして、バーナ下降中をガラス微粒子堆積中とした。
また、ガラス化後、光ファイバ母材長手方向の付着倍率の分布を調査したので、その結果を図7に黒まるで示した。
基本的な条件をほぼ実施例1と同様にして、多孔質母材2を製造した。
但し、3本のバーナの下降時の基本移動速度は、3本ともすべて同じVBにした。その上で、例えばバーナAとバーナBの間隔が下限値250mmより小さくなったらバーナAの移動速度を増速し、予め設定した350mmになったら元の移動速度、すなわち基本移動速度VBに戻した。
逆に、バーナAとバーナBの間隔が次第に広がって上限値500mm以上になったら、バーナAの移動速度を、このバーナAの基本移動速度VBから減速させ、徐々に両バーナ間隔を狭めていく。両バーナの間隔が予め設定されている間隔350mmになったら、バーナAの移動速度を元の基本移動速度であるVBに戻した。
バーナCに関しても同様に調整した。
この場合、実施例1とほぼ同じ所要時間で調整を行おうとすると、基本移動速度VB±10%の範囲内で行わざるを得なかった。
得られた光ファイバ母材の線引終了端の外径DEと中心部の外径DGの差は大きく、50mmもあった。
また、ガラス化後、光ファイバ母材長手方向の付着倍率の分布を調査したので、その結果を図6に×で示す。
基本的条件を実施例2とほぼ同様にして、多孔質母材2を製造した。
但し、3本のバーナの下降時の基本移動速度は、3本ともすべて同じVBにした。その上で、例えばバーナAとバーナBの間隔が下限値250mmより小さくなったらバーナAの移動速度を増速し、予め設定した350mmになったら元の移動速度、すなわち基本移動速度VBに戻した。
一方、バーナAとバーナBの間隔が次第に広がって上限値500mm以上になったら、バーナAの移動速度を、このバーナAの基本移動速度VBから減速させ、徐々に両バーナ間隔を狭めていく。両バーナの間隔が予め設定されている間隔350mmになったら、バーナAの移動速度を元の基本移動速度であるVBに戻した。
バーナCに関しても同様に調整した。
この場合、実施例2とほぼ同じ所要時間で調整を行おうとすると、基本移動速度VB±10%の範囲内で調整せざるを得なかった。
得られた光ファイバ母材の線引終了端の外径DEと中心部の外径DGの差は大きく、50mmもあった。
また、ガラス化後、光ファイバ母材長手方向の付着倍率の分布を調査したので、その結果を図7に×で示す。
その結果、本発明の方法で得た光ファイバ母材は、透明ガラス化された後、その光ファイバ母材を直接線引きする方法に好適に用いることができた。
このようにバーナ移動速度の調整幅が小さくなった結果、図6、図7における黒まるが示すように、×で示す従来方法で得た光ファイバ母材よりも、その長手方向の付着倍率のばらつきが小さくなった、と考えられる。
但し、より好適には、バーナ本数を3本とか5本等奇数本にし、トラバース距離が全体の中で中央に位置する、すなわち平均トラバース距離を有するバーナを標準バーナに選定し、このバーナの移動速度を標準移動速度VSに設定して、残りバーナの基本移動速度を、標準移動速度VSに標準バーナの標準トラバース距離LSと対象となるバーナのトラバース距離Lnの比率Ln/LSを掛けて設定すればよい。
2 多孔質母材
2’ ガラス部分
5 不透明部分
Claims (2)
- m(m≧2)本のバーナの噴き出し口を、軸心を回転中心として回転するターゲットロッドに向けて配置し、かつ前記m本のバーナを前記ターゲットロッドの一端から他端に向けて順次互いに所定の間隔を保持しながら往復移動させつつ、前記m本のバーナで生成したガラス微粒子を前記ターゲットロッドの外周に堆積させる光ファイバ母材の製造方法において、往復移動している前記m本のバーナの片道の移動距離が各々異なるLnであって、前記m本のバーナの片道の移動距離の平均値を標準片道移動距離LSとし、前記ターゲットロッドの外周にガラス微粒子堆積中の標準移動速度をVSとしたとき、各バーナの基本移動速度VnをVn=(Ln/LS)×VSとすることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
- 前記m本のバーナのうち、任意の隣接するバーナ同士の間隔が予め設定されている下限値よりも小さくなったり上限値よりも大きくなったら、前記隣接するバーナの間隔が前記下限値と上限値の範囲内になるように前記隣接するバーナのいずれか一方のバーナの移動速度を調整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方法。
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