JP4887270B2

JP4887270B2 - 光ファイバ用ガラス母材の製造装置及び製造方法

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Publication number: JP4887270B2
Application number: JP2007331178A
Authority: JP
Inventors: 智宏布目
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: JP2008174445A

Description

本発明は、光ファイバ製造用のガラス母材の製造装置及び製造方法に関する。

光ファイバ用ガラス母材の製造には、ＶＡＤ法やＯＶＤ法等のスート法で作製された石英ガラス多孔質体を焼結ガラス化する方法が一般的に用いられている。この石英ガラス多孔質体を作製するには、ＳｉＣｌ_４やＧｅＣｌ_４などのガラス原料ガスを、酸水素火炎を形成するバーナに供給しガラス微粒子を生成させる。生成したガラス微粒子を、バーナと対向した位置にある回転するターゲットに堆積させることで、石英ガラス多孔質体を得ることができる。この際、バーナの火炎が不安定であると、石英ガラス多孔質体の割れや長手方向での特性が変動してしまう。そのため、光ファイバ用ガラス母材の歩留まりを高めるためには、バーナから出る火炎の安定性が重要となる。そのため、反応容器に給気口および排気口を設けることで、反応容器内のガス流を安定化する必要がある。従来、光ファイバ用ガラス母材の歩留まり向上のための技術として、例えば、特許文献１〜３が提案されている。

特許文献１には、回転しつつ引き上げられる出発部材に、原料ガスの火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させて多孔質光ファイバ母材を製造する装置において、火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子の堆積が行なわれる反応室と、該反応室の上部に堆積によって形成された石英ガラス多孔質体を引き上げ格納するための上室と、少なくとも１本のコア堆積用バーナとを有し、バーナが設置されている側の反応室側壁面の天井付近に沿ってスリット状の給気口を有し、該給気口と対向する側壁面に排気口を有することを特徴とする製造装置が開示されている。

特許文献２には、ターゲット棒を反応容器上部に形成された開口部より略鉛直に挿入し、上記反応容器下部より挿入されたバーナの火炎で合成されるスートを上記ターゲット棒の下端に堆積させて石英ガラス多孔質体を形成する光ファイバ母材の製造方法において、レーザ発振器により上記反応容器の側面からレーザ光を入射すると共に、上記レーザ発振器に対面に配置されたレーザ受光器で受光することを特徴とする製造方法が開示されている。

特許文献３には、種棒と、バーナとを備えた反応容器を有し、反応容器には、種棒から見てバーナ側に給気口が設けられ、種棒の回転軸とバーナの軸とがなす平面にほぼ平行に、かつ種棒の回転軸に対してほぼ直角方向に流れる気流中で、ガラス微粒子堆積体を形成する石英ガラス多孔質体の製造装置において、給気口とガラス微粒子堆積体との間に、気流がガラス微粒子が堆積されつつある領域を避けて流れるようにする気流調整手段を設けた製造装置が開示されている。
特開２００２−１９３６３３号公報特開２０００−３０２４７１号公報特開２０００−２９００３５号公報

前述した従来技術にあっては、反応容器内のどの位置に給気口を設けるか、ということに主眼がおかれていた。特許文献１の場合、給気口は、反応容器の天井付近にスリット状に設けられている。この方法を用いることで反応容器の天井付近の壁面へのスート付着を抑制できる。また、バーナから離れた位置に給気口があるため、バーナ火炎も乱さないため効果が高い。ただし、反応容器内のガス流の流れは、石英ガラス多孔質体の成長と共に変化する。つまりガラス微粒子を堆積させ始めた当初は、バーナ側から排気口に向かい、ガス流は安定して流れる。しかし、石英ガラス多孔質体の成長に伴い、石英ガラス多孔質体と反応容器との間隔は狭くなる。ＶＡＤ法の場合、複数のクラッドバーナを用いて石英ガラス多孔質体を作製するため、反応容器内の高さ位置によって石英ガラス多孔質体-反応容器間の間隔が異なる。そのため、給気口から供給されたガス流は、反応容器内の空間が広い部分（反応容器の下側）に向かって流れやすい。結果として、ガス流が排気口に向かって均一に流れないため、バーナ火炎がばたつくなど影響が出てしまう。火炎のばたつきは、石英ガラス多孔質体の割れや特性変動の原因となり、好ましくない。また、反応容器内のガス流が下降気流となることで、反応容器の底面にガラス微粒子が付着しやすくなる。このため、泡や異物などの欠陥を増加する要因にもなってしまう。

特許文献２は、レーザにより浮遊スートの状態をモニタし、浮遊スートの浮遊量に応じて給気、排気を制御することで、一定の効果はある。しかし、反応容器内のガス流は、渦状に流れているため、この方式では瞬間的な変化を制御することが難しい。そのため、給気、排気を制御することで、却って反応容器内のガス流を不安定にしてしまう可能性がある。

特許文献３では、バーナ火炎に、給気が直接あたらないように調整壁が設けられているため、外乱による火炎の乱れや、堆積面の温度変化を制御できる効果がある。ただし、実際には、バーナ火炎中で発生したガラス微粒子のうち、堆積面に付着しないものが存在する。そのような浮遊ガラス微粒子は、堆積面の近傍に存在するため、石英ガラス多孔質体への泡の残留を防ぐためには、浮遊ガラス微粒子を排気口側に速やかに排出させることが望ましい。そのため、特許文献３のように、堆積面への給気を抑制することによって、浮遊するガラス微粒子が石英ガラス多孔質体に再付着する可能性がある。結果として、泡の残留などにつながる恐れもある。

以上の結果として、前述した従来技術にあっては、母材の長手方向の特性が安定しない、ガラス微粒子の堆積効率が低下する、石英ガラス多孔質体が割れる、浮遊ガラス微粒子のスートへの再付着による泡の残留、などの影響が出てしまう場合がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、高品質の光ファイバ用ガラス母材を歩留まり良く製造できる光ファイバ用ガラス母材の製造装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、反応容器内においてガラス原料ガスをバーナに供給し、火炎中で生成したガラス微粒子をターゲット上に堆積させ石英ガラス多孔質体とした後、焼結ガラス化し、光ファイバ用ガラス母材とする製造装置において、反応容器のバーナが設置されている側に複数の給気口を有する給気板が設けられ、それと対向する側に排気口が設けられ、前記給気板は、前記バーナを挿入するバーナ挿入口を含む給気板と、バーナから離れた前記バーナ挿入口を含まない給気板とに分割されてなり、かつ、前記バーナ挿入口を含む給気板に設けられた給気口が該給気板の面積当たりに占める開口面積比は、前記バーナ挿入口を含まない給気板に設けられた給気口が該給気板の面積当たりに占める開口面積比よりも小さいことを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造装置を提供する。

本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造装置において、前記バーナ挿入口を含む給気板に設けられた給気口の開口面積が反応容器の端部から中心部に向かって、段階的に小さくなっていることが好ましい。

本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造装置において、前記バーナ挿入口を含む給気板に設けられた給気口の該給気板の面積当たりに占める開口面積をＡとした場合、前記バーナ挿入口を含まない給気板に設けられた給気口の該給気板の面積当たりに占める開口面積が、１．４Ａ〜３．０Ａの範囲であることが好ましい。

本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造装置において、前記給気口の開口形状が円形またはスリット状、もしくはその組み合わせであることが好ましい。

また本発明は、反応容器内においてガラス原料ガスをバーナに供給し、火炎中で生成したガラス微粒子をターゲット上に堆積させ石英ガラス多孔質体とした後、焼結ガラス化し、光ファイバ用ガラス母材とする製造方法において、本発明に係る前記光ファイバ用ガラス母材の製造装置を用いて、光ファイバ用ガラス母材を作製することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法を提供する。

本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造装置は、反応容器のバーナが設置されている側に複数の給気口を有する給気板が設けられ、それと対向する側に排気口が設けられ、該給気板に設けられた給気口の開口面積が反応容器の端部から中心部に向かって、段階的に小さくなっている構成としたので、石英ガラス多孔質体の成長に伴うガス流の変化を最小限に抑えることができ、その結果、バーナ火炎の乱れを少なくすることができる。
また、反応容器内を舞うガラス微粒子を効率良く、排気口側に導入することができる。この結果、反応容器内を舞うガラス微粒子の再付着などによりスート割れなどの不良も減らすことができる。
本発明の製造方法は、前記製造装置を用いることによって、石英ガラス母材を長手方向にわたり均質に製造することが可能となり、低コストで光ファイバを提供できる。

以上説明したように、石英ガラス多孔質体作製時にバーナ火炎を安定化させるためには、石英ガラス多孔質体が成長する過程で、ガス流の流れが大きく変化しないような給気を行う必要がある。本発明者らは、火炎が不安定になる要因を検討した結果、石英ガラス多孔質体の外径が太く成長してくるのに伴い、反応容器内のガス流の流れが大きく変化してしまい、これがバーナ火炎の乱れにつながっていることを見出した。そのため、石英ガラス多孔質体が成長する過程で、ガス流の流れが大きく変化しないように、給気手段を改善した。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造装置の第１実施形態を示す概略断面図である。本実施形態の製造装置は、反応容器２内においてガラス原料ガスをバーナ５に供給し、火炎中で生成したガラス微粒子をターゲット上に堆積させ石英ガラス多孔質体１とした後、焼結ガラス化し、光ファイバ用ガラス母材とする製造装置であり、反応容器２のバーナ５が設置されている側に複数の給気口７を有する給気板４が設けられ、それと対向する側に排気口３が設けられ、該給気板４に設けられた給気口７の開口面積が反応容器２の端部から中心部に向かって、段階的に小さくなっていることを特徴としている。

図２は、本実施形態の製造装置に用いられる給気板４の一例を示す側面図である。本例の給気板４は、幅方向中央部に３つのバーナ挿入口６が設けられ、且つ全面にわたり口径の異なる多数の円形の給気口７が設けられている。前述したように、これらの給気口７の開口面積は、反応容器２の端部から中心部に向かって、段階的に小さくなっている。

反応容器２の中心部は、給気口７の開口面積が小さいため、給気量は少ない。そのため石英ガラス多孔質体が成長し、外径が大きくなった場合でも、給気による影響度を低くできる。またバーナ５周辺部は、給気量が少ない方が、火炎の安定化には効果が高い。

一方、反応容器２の外側の給気は、石英ガラス多孔質体１が成長した場合でも、直接的に干渉しない。そのため、ガス流を乱す等の影響が少ない。そのため、反応容器２の外側の給気口７は、開口面積を大きくしている。反応容器２の中心部は、給気量は少ないが、反応容器２全体として必要な給気量を確保できる。

このように、給気口７の開口面積を反応容器２の外側から中心部にむかって、段階的に小さくすることで、石英ガラス多孔質体１の成長に伴うガス流の変化を最小限に抑えることが可能となる。結果として、バーナ火炎の乱れも少なくなる。さらに反応容器２内を舞うガラス微粒子を効率良く、排出することができる。このことで、反応容器２内を舞うガラス微粒子の再付着などによるスート割れなどの不良も減らすことができる。

図３は、本実施形態の製造装置に用いられる給気板４の他の例を示す側面図である。本例の給気板４は、幅方向中央部に３つのバーナ挿入口６が設けられ、且つ幅の異なるスリット状の給気口７が複数並設されている。前述したように、これらの給気口７の開口面積（スリット幅）は、反応容器２の端部から中心部に向かって、段階的に小さくなっている。

給気口７の形状は、図２，３に示したように、円形状やスリット状、またはこの組み合わせであることが好ましいが、これらに限定されない。給気口７の開口面積については、製造する石英ガラス多孔質体の最大径と反応容器２の大きさに応じて、数段階で開口面積を変化させることが望ましい。ただし極端に開口面積に差があると、小さい給気口７から効率よく給気されなくなってしまう。

図５は、本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造装置の第２実施形態を示す概略断面図である。図中、符号１１は石英ガラス多孔質体、１２は反応容器、１３は排気口、１４は給気板、１５はバーナをそれぞれ示している。
本実施形態の製造装置は、給気口が設けられた給気板１４が反応容器１２のバーナ側に設置されている。反応容器１２内には、給気板１４を通じて、図示しないクリーンエア供給装置からクリーンエアが供給される。給気板１４は、反応容器１２と一体とした構造としてもよいが、取り外し可能な構造としてもよい。ただし、製造装置のメンテナンス性や作製する石英ガラス多孔質体の外径に応じて適切な構造とすることができるため、取り外し可能な構造とした方がより好ましい。給気板１４には、複数の給気口が設けられている。給気口の形状は、円状やスリット状、またはこの組み合わせであればよい。

本実施形態では、石英ガラス多孔質母材１１の成長に伴うガス流の変化の影響を最小限に抑えるため、給気板１４に設けられた給気口の開口面積を反応容器１２の端部から中心部に向かって、段階的に小さくしている。給気口の開口面積を段階的に小さくする方向については、反応容器１２の上端から下端方向または反応容器１２の両端部からバーナ１５側に向かう方向のいずれか、もしくはその組み合わせであればよい。バーナ周辺部は、給気量が少ない方が、火炎の安定化に効果が高くなる。そのため、本実施形態では、バーナ１５付近の給気口の開口面積は小さくし、反応容器１２の外側と比較して給気量を少なくしている。ただし、バーナ周辺部における給気量は、外側の部分と比較して少ないものの、バーナ近傍の給気口から成長中の石英ガラス多孔質母材１１の外側を経由して排気口１３へ向かうガス流は、安定して存在している。このため、バーナ火炎付近で舞うガラス微粒子を速やかに排気口１３側に排出させることができる。このことで、ガラス微粒子の再付着などに起因した泡の発生や石英ガラス多孔質体１１の割れなどの不良も減らすことができる。

一方、反応容器１２の外側の給気口は、開口面積を大きくしているため、反応容器１２の外側は給気量が多くなる。そのため反応容器１２内のガス流が安定し、石英ガラス多孔質体１１が太く成長した場合でも、排気口１３に向かう流れを石英ガラス多孔質母材１１が遮る割合が少ないため、ガス流は乱れにくい。そのため、石英ガラス多孔質体１１を作製完了するまで、バーナ火炎を安定化することができ、石英ガラス多孔質体１１の割れの抑制や長手方向での特性安定化を達成できる。

図６は、本実施形態の製造装置において用いられる給気板の第１例を示す側面図であり、図中１４Ａは上部給気板、１４Ｂは下部給気板、１６Ａ〜１６Ｃはバーナ挿入口、１７Ａ〜１７Ｂは給気口、１８は上部給気板下端位置、１９はバーナ挿入口の下端位置をそれぞれ示す。本例の給気板は、大きな円形の給気口１７Ａが縦横に多数穿設された上部給気板１４Ａと、小さな円形の給気口１７Ｂが縦横に多数穿設された下部給気板１４Ｂとを組み合わせた構成になっている。３つのバーナ挿入口１６Ａ〜１６Ｃは、下部給気板１４Ｂの中央に上下方向に沿って設けられている。このように、太く成長した石英ガラス多孔質母材１１が給気口１７Ａ〜１７Ｂから排気口１３へ流れるガス流の経路に存在する上部給気板１４Ａでは、給気口１７Ａの給気板の単位面積当たりに占める開口面積比を大きくして、強いガス流を生成して、石英ガラス多孔質母材１１にぶつかったガスが給気側に戻ることが無いようにしている。一方、下部給気板１４Ｂでは、給気口１７Ｂから排気口１３へ流れるガス流の経路には、成長過程の細い石英ガラス多孔質母材１１しか存在しないので、給気口１７Ｂの下部給気板１４Ｂの単位面積当たりに占める開口面積比を上部給気板１４Ａと比較して小さくして、火炎を乱さないように弱いガス流を生成して、バーナ火炎を安定化している。

図７は、本実施形態の製造装置において用いられる給気板の第２例を示す側面図であり、図中１４Ａは上部給気板、１４Ｂは下部給気板、１７Ｂ〜１７Ｃは給気口、１８は上部給気板下端、１９は挿入口上端をそれぞれ示す。本例の給気板は、横スリット状の給気口１７Ｃを複数本並設した上部給気板１４Ａと、小さな円形の給気口１７Ｂが縦横に多数穿設された下部給気板１４Ｂとを組み合わせた構成になっている。３つのバーナ挿入口は、下部給気板１４Ｂの中央に上下方向に沿って設けられている。

図８は、本実施形態の製造装置において用いられる給気板の第３例を示す側面図であり、図中１４Ｃは中央給気板、１４Ｄは側面給気板、１７Ｅ〜１７Ｆは給気口をそれぞれ示す。本例の給気板は、小さな円形の給気口１７Ｅが縦横に多数穿設された中央給気板１４Ｃと、その両側に接続され、大きな円形の給気口１７Ｆが多数穿設された２枚の側面給気板１４Ｄとを組み合わせた構成になっている。３つのバーナ挿入口は、中央給気板１４Ｃの中央から下部に向けて設けられている。

図９は、本実施形態の製造装置において用いられる給気板の第４例を示す側面図であり、図中１４Ｃは中央給気板、１４Ｄは側面給気板、１７Ｇ〜１７Ｈは給気口をそれぞれ示す。本例の給気板は、細い縦スリット状の複数本の給気口１７Ｇが設けられた中央給気板１４Ｃと、その両側に接続され、太い縦スリット状の２本の給気口１７Ｈが設された２枚の側面給気板１４Ｄとを組み合わせた構成になっている。３つのバーナ挿入口は、中央給気板１４Ｃの中央から下部に向けて設けられている。

図１０は、本実施形態の製造装置において用いられる給気板の第５例を示す側面図であり、図中１４Ａは上部給気板、１４Ｃは中央給気板、１４Ｄは側面給気板、１７Ｉ〜１７Ｋは給気口をそれぞれ示す。本例の給気板は、横スリット状の給気口１７Ｉを複数本並設した上部給気板１４Ａと、その下端に接続され、小さな円形の給気口１７Ｊが縦横に多数穿設された中央給気板１４Ｃと、その両側に接続され、大きな円形の給気口１７Ｋが多数穿設された２枚の側面給気板１４Ｄとを組み合わせた構成になっている。３つのバーナ挿入口は、中央給気板１４Ｃの中央に上下方向に沿って設けられている。

図６〜図１０に例示した給気板において、給気口の開口面積を反応容器の端部から中心部に向かって段階的に小さくする方法を具体的に述べると、これらの給気板を少なくとも２つの領域に分け、それぞれの領域の面積に占める給気口の総開口面積の比を変えることで対応できる。より具体的には、ある領域の給気口の総開口面積をＡとした場合、それに隣接する給気口の総開口面積の比は１．４倍以上〜３倍以下の差をつけるのがよい。給気口の総開口面積の比が３倍より大きい場合、小さい給気口から効率良く給気されにくくなり、給気板の内面（反応容器側）にガラス微粒子が付着しやすくなる。付着したガラス微粒子が落下した場合、石英ガラス多孔質体に再付着し泡の原因となる恐れがある。一方、給気口の総開口面積の比が１．４倍より小さいと、石英ガラス多孔質体が太く成長した場合に、反応容器内のガス流の流れが乱れやすくなるため、好ましくない。

なお、給気板の各領域内に設けられる給気口は、ガス流の流れを安定化することができることから、同一形状、同一サイズとすることが望ましい。ただし、製造する石英ガラス多孔質体の最大径と反応容器の大きさによっては、ガラス微粒子が付着しやすい部分が出る場合もあるので、各領域の端部付近に設けられている給気口には、一部異なる形状、異なるサイズの給気口を設けても良い。

給気板の領域を分割する位置については、製造する石英ガラス多孔質体の最大径と反応容器の大きさ、クラッドバーナ位置などに応じて決めればよいが、簡便な方法として、以下のように決めることができる。バーナ火炎の広がりは、ガス流量、ガス流速、バーナ最外径に依存するが、図１１に示すように、概ねバーナ最外径と同程度の領域で石英ガラス多孔質体２１の表面の温度が高くなるため、該領域でのガラス微粒子の堆積量も増加する。図１１中、符号１９はバーナ挿入口の下端位置、２０はバーナ挿入口の上端位置、２１は石英ガラス多孔質体、２２は火炎の接触領域をそれぞれ示す。

結果として、バーナ挿入口１６Ａの付近で石英ガラス多孔質体２１の外径が大きく変化する。そのため、図１１に示すように、給気板の領域を分割する位置を、石英ガラス多孔質体２１の最外層を作製するためのバーナ挿入口１６Ａ（直径：Ｗ１）の位置を基準として設定することで、石英ガラス多孔質体の外径が大きく変化する位置を簡便に推定することができる。この付近で給気口の開口面積を変化させることで、石英ガラス多孔質体２１が太く成長した場合でも、反応容器内のガス流を安定化させることができる。

好ましい例としては、給気板の領域の分割方向が反応容器に対して水平方向であれば、石英ガラス多孔質体の最外層を作製するためのバーナ挿入口１６Ａ（直径：Ｗ１）の下端位置１９より上側で分割するのが好ましい。バーナ挿入口１６Ａの下端位置１９より下側に分割位置が有る場合、開口面積の広い給気口からのクリーンエアによってバーナ火炎が乱れやすいため、スート割れなどの原因につながりやすい。

一方、分割方向が反応容器に対して垂直方向であれば、石英ガラス多孔質体２１の最外層を作製するためのバーナ挿入口１６Ａ（直径：Ｗ１）に対し、バーナ挿入口１６Ａから分割位置までの距離（Ｗ２）をＷ１以上とするのがよい。Ｗ１より近い場合は、火炎のばたつきが発生しやすいため、泡の混入の原因となりやすい。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳しく説明する。
なお、母材中に存在する泡などの欠陥による影響は、次式の断線頻度で評価する。断線頻度が、１回／３００ｋｍ以下であれば、良好と判断できる。
断線頻度＝（断線回数／回）／（１母材の紡糸長／ｋｍ）

［実施例１］
図１に示すＶＡＤ装置を用いて、石英ガラス多孔質体を作製した。その際、コア作製用バーナにＳｉＣｌ_４流量：０．２ＳＬＭ、ＧｅＣｌ_４流量：０．０１ＳＬＭ、水素ガス流量：１０ＳＬＭ、酸素ガス流量：２０ＳＬＭ、シールガスとしてアルゴンガスを１ＳＬＭ導入した。クラッド作製用バーナは３本用い、各バーナにはＳｉＣｌ_４流量：０．５〜１０ＳＬＭ、水素ガス流量：１０〜７０ＳＬＭ，酸素ガス流量１５〜４０ＳＬＭ，シールガスとしてアルゴンガスを１〜３ＳＬＭ導入した。最終的に、φ２７０ｍｍ×１５００ｍｍの石英ガラス多孔質体を得た。
給気板は図２に示したものを使用し、給気口形状は、φ６ｍｍ、φ７ｍｍ、φ８ｍｍの円形の給気口を複数個設けた。この石英ガラス多孔質体を焼結ガラス化し、φ１１０ｍｍ×８００ｍｍの光ファイバ用ガラス母材を得た。

得られたガラス母材中の泡などの欠陥数を測定した結果、欠陥は１個と良好であった。この光ファイバ用ガラス母材をφ３０ｍｍに延伸後、屈折率分布を測定した。
図４に示したΔ１について、長手方向の変動は、０．３５±０．０１％と安定していた。また脈理などの不均一部分も無いことを確認した。
屈折率プロファイルから予想される特性歩留まりは、９０％と良好であった。
延伸後の母材に所定のクラッド量を外付けし、紡糸を実施した。その際の断線頻度は、０．５回／３００ｋｍと良好であった。

［実施例２］
給気板を図３に示した物を使用した以外は、実施例１と同様の方法で、光ファイバ用ガラス母材を作製した。給気口形状は、５×４００ｍｍ、６×４００ｍｍ、８×４００ｍｍ
のスリット状とした。
得られた石英ガラス母材中の泡などの欠陥数を測定した結果、欠陥は０個と良好であった。
図４に示した△１について、長手方向の変動は、０．３５±０．００７％と安定していた。また脈理などの不均一部分も無いことを確認した。
屈折率プロファイルから予想される特性歩留まりは、９２％と良好であった。
延伸後の母材に所定のクラッド量を外付けし、紡糸を実施した。その際の断線頻度は、０．３回／３００ｋｍと良好であった。

［比較例１］
給気口形状がすべてφ７ｍｍの円形状である給気板を使用した以外は、実施例１と同様の方法で、光ファイバ用ガラス母材を作製した。
得られた石英ガラス母材などの泡などの欠陥数を測定した結果、欠陥は４個であった。図４に示した△１について、長手方向の変動は、０．３５±０．１５％とばらつきが発生した。なお、脈理などの不均一部分は無いことを確認した。
屈折率プロファイルから予想される特性歩留まりは、７５％と低下した。
延伸後の母材に所定のクラッド量を外付けし、紡糸を実施した。その際の断線頻度は、１．７回／３００ｋｍと実施例１，２に比べて悪化した。

［比較例２］
給気口形状がすべて６×４００ｍｍのスリット状である給気板を使用した以外は、実施例１と同様の方法で、光ファイバ用ガラス母材を作製した。
得られた石英ガラス母材中の泡などの欠陥数を測定した結果、欠陥は５個であった。
図４に示した△１について、長手方向の変動は、０．３５±０．１０％とばらつきが発生した。なお脈理などの不均一部分は無いことを確認した。
屈折率プロファイルから予想される特性歩留まりは７９％と低下した。
延伸後の母材に所定のクラッド量を外付けし、紡糸を実施した。その際の断線頻度は、２．１回／３００ｋｍと実施例１，２に比べ悪化した。

［実施例３］
図５に示すＶＡＤ装置を用いて石英ガラス多孔質体を作製した。その際、コア作製用バーナに、ＳｉＣｌ_４流量：０．２ＳＬＭ、ＧｅＣｌ_４流量：０．０１ＳＬＭ、水素ガス流量：１０ＳＬＭ、酸素ガス流量２０ＳＬＭ、シールガスとしてアルゴンガスを１ＳＬＭ導入した。クラッド作製用バーナは３本用い、各バーナにはＳｉＣｌ_４流量：０．５〜１０ＳＬＭ、水素ガス流量：１０〜７０ＳＬＭ、酸素ガス流量１５〜４０ＳＬＭ、シールガスとしてアルゴンガスを１〜３ＳＬＭ導入した。反応容器内は、排気口からの排気により、反応容器内部と反応容器外部との差圧を１０〜１５Ｐａの陰圧とした。反応容器は、図示しないクリーンブースで覆われており、クリーンエア供給装置からの供給により、反応容器外部とクリーンブース外部との差圧が１〜３Ｐａの陽圧になるように保持した。

使用した給気板のサイズは、５００ｍｍ×９００ｍｍで図６に示すタイプを用いた。給気口サイズ、各領域の面積に占める給気口の総開口面積の比（Ａ／Ｂ）については、表１中のＮｏ．１〜５に示す５種類を用意し、それぞれ製造試験を行った。またバーナ挿入口は３つとし、その最大サイズはφ５５ｍｍとした。

Ｎｏ．１〜５のそれぞれの給気板を反応容器に取り付け、それぞれの反応容器内で、φ２７０ｍｍ×１５００ｍｍの石英ガラス多孔質体を作製し、それを反応容器内で焼結ガラス化し、φ１１０ｍｍ×８００ｍｍの光ファイバ用ガラス母材（Ｎｏ．１〜５）を得た。得られた各光ファイバ用ガラス母材中に存在する泡などの欠陥数を測定した後、その光ファイバ用ガラス母材をφ３０×１５００ｍｍに延伸した。そして、該延伸母材の屈折率分布を長手方向に６点測定し、屈折率プロファイルから予想される特性歩留まりを求めた。さらに、その延伸母材に所定のクラッド量を外付けし、紡糸を実施し、その際の断線頻度を評価した。これらの評価結果を表１にまとめて記す。

表１の結果から、上部供給板の給気口総開口面積の割合（Ａ）と、下部給気板の給気口総開口面積の割合（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が、２．９４であるＮｏ．１の給気板、及び１．４４であるＮｏ．２の給気板を用いた場合に、光ファイバ用ガラス中の欠陥数が特に少なくなり、特性歩留まりが高くなり、断線頻度が低くなり、特に良好な母材を製造できることがわかった。

［実施例４］
給気板として、サイズが５００ｍｍ×９００ｍｍで図７に示すタイプであり、給気口サイズ、各領域の面積に占める給気口の総開口面積の比（Ａ／Ｂ）を表２に示すＮｏ．６〜９の通りとした、４種類の給気板を用いたこと以外は、実施例３と同様な方法で、石英ガラス多孔質体を作製し、焼結して光ファイバ用ガラス母材を得た。得られた光ファイバ用ガラス母材（Ｎｏ．６〜９）について、実施例３と同様に、光ファイバ用ガラス中の泡などの欠陥数、特性歩留まり、断線頻度について評価した。これらの評価結果を表２にまとめて記す。

表２の結果から、上部供給板の給気口総開口面積の割合（Ａ）と、下部給気板の給気口総開口面積の割合（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が、１．５１であるＮｏ．６の給気板、及び２．８２であるＮｏ．７の給気板を用いた場合に、光ファイバ用ガラス中の欠陥数が特に少なくなり、特性歩留まりが高くなり、断線頻度が低くなり、特に良好な母材を製造できることがわかった。

［実施例５］
給気板として、サイズが５００ｍｍ×９００ｍｍで図８に示すタイプであり、給気口サイズ、各領域の面積に占める給気口の総開口面積の比（Ａ／Ｂ）を表３に示すＮｏ．１０〜１３の通りとした、４種類の給気板を用いたこと以外は、実施例３と同様な方法で、石英ガラス多孔質体を作製し、焼結して光ファイバ用ガラス母材を得た。得られた光ファイバ用ガラス母材（Ｎｏ．１０〜１３）について、実施例３と同様に、光ファイバ用ガラス中の泡などの欠陥数、特性歩留まり、断線頻度について評価した。これらの評価結果を表３にまとめて記す。

表３の結果から、側面供給板の給気口総開口面積の割合（Ａ）と、中央給気板の給気口総開口面積の割合（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が、１．６２であるＮｏ．１０の給気板、及び２．９４であるＮｏ．１１の給気板を用いた場合に、光ファイバ用ガラス中の欠陥数が特に少なくなり、特性歩留まりが高くなり、断線頻度が低くなり、特に良好な母材を製造できることがわかった。

［実施例６］
給気板として、サイズが５００ｍｍ×９００ｍｍで図９に示すタイプであり、給気口サイズ、各領域の面積に占める給気口の総開口面積の比（Ａ／Ｂ）を表４に示すＮｏ．１４〜１７の通りとした、４種類の給気板を用いたこと以外は、実施例３と同様な方法で、石英ガラス多孔質体を作製し、焼結して光ファイバ用ガラス母材を得た。得られた光ファイバ用ガラス母材（Ｎｏ．１４〜１７）について、実施例３と同様に、光ファイバ用ガラス中の泡などの欠陥数、特性歩留まり、断線頻度について評価した。これらの評価結果を表４にまとめて記す。

表４の結果から、側面供給板の給気口総開口面積の割合（Ａ）と、中央給気板の給気口総開口面積の割合（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が、１．５３であるＮｏ．１４の給気板、及び２．７９であるＮｏ．１５の給気板を用いた場合に、光ファイバ用ガラス中の欠陥数が特に少なくなり、特性歩留まりが高くなり、断線頻度が低くなり、特に良好な母材を製造できることがわかった。

本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造装置の第１実施形態を示す概略断面図である。図１の製造装置に用いられる給気板の一例を示す側面図である。図１の製造装置に用いられる給気板の他の例を示す側面図である。実施例１で作製した光ファイバ用ガラス母材の径方向の屈折率分布を示すグラフである。本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造装置の第２実施形態を示す概略断面図である。図５の製造装置に用いられる給気板の第１例を示す側面図である。図５の製造装置に用いられる給気板の第２例を示す側面図である。図５の製造装置に用いられる給気板の第３例を示す側面図である。図５の製造装置に用いられる給気板の第４例を示す側面図である。図５の製造装置に用いられる給気板の第５例を示す側面図である。石英ガラス多孔質体の最外層を作製するためのバーナ挿入口と石英ガラス多孔質体との位置関係を説明するための概略正面図である。

符号の説明

１…石英ガラス多孔質体、２…反応容器、３…排気口、４…給気板、５…バーナ、６…バーナ挿入口、７…給気口、１１…石英ガラス多孔質体、１２…反応容器、１３…排気口、１４…給気板、１４Ａ…上部給気板、１４Ｂ…下部給気板、１４Ｃ…中央給気板、１４Ｄ…側面給気板、１５…バーナ、１６Ａ〜１６Ｃ…バーナ挿入口、１７Ａ〜１７Ｋ…給気口、１８…上部給気板下端、１９…バーナ挿入口の下端位置、２０…バーナ挿入口の上端位置、２１…石英ガラス多孔質体、２２…火炎の接触領域。

Claims

反応容器内においてガラス原料ガスをバーナに供給し、火炎中で生成したガラス微粒子をターゲット上に堆積させ石英ガラス多孔質体とした後、焼結ガラス化し、光ファイバ用ガラス母材とする製造装置において、
反応容器のバーナが設置されている側に複数の給気口を有する給気板が設けられ、それと対向する側に排気口が設けられ、
前記給気板は、前記バーナを挿入するバーナ挿入口を含む給気板と、バーナから離れた前記バーナ挿入口を含まない給気板とに分割されてなり、かつ、前記バーナ挿入口を含む給気板に設けられた給気口が該給気板の面積当たりに占める開口面積比は、前記バーナ挿入口を含まない給気板に設けられた給気口が該給気板の面積当たりに占める開口面積比よりも小さいことを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
前記バーナ挿入口を含む給気板に設けられた給気口の開口面積が反応容器の端部から中心部に向かって、段階的に小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
前記バーナ挿入口を含む給気板に設けられた給気口の該給気板の面積当たりに占める開口面積をＡとした場合、前記バーナ挿入口を含まない給気板に設けられた給気口の該給気板の面積当たりに占める開口面積が、１．４Ａ〜３．０Ａの範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
前記給気口の開口形状が円形またはスリット状、もしくはその組み合わせであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
反応容器内においてガラス原料ガスをバーナに供給し、火炎中で生成したガラス微粒子をターゲット上に堆積させ石英多孔質体とした後、焼結ガラス化し、光ファイバ用ガラス母材とする製造方法において、
請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ用ガラス母材の製造装置を用いて、光ファイバ用ガラス母材を作製することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。