JP5768112B2 - 光ファイバ用母材の製造方法、及び、光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、信頼性の高い光ファイバを製造可能な光ファイバ用母材の製造方法、及び、それを用いる光ファイバの製造方法に関する。

光ファイバ用母材の製造方法の一つとして、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法が知られている。ＭＣＶＤ法においては、両端がチャッキングされ、水平に支持されたガラス管が、軸中心に回転されながら、外部から加熱されると共に、ガラス管の貫通孔に原料ガスが供給され、この原料ガスから生じるスートが、堆積・焼結されることで、ガラス管の内壁にガラス層が積層される。そして、このガラス層を複数層積層後、ガラス管全体がコラプスされることで、光ファイバ用母材は製造される。

しかし、ガラス管は、両端がチャッキングされた状態で加熱されるため、ガラス管全体がアーチ状に反る曲がりが生じたり、局所的に折れ曲がる曲がりが生じる場合がある。このアーチ状に反る曲がりは、ガラス管の自重による撓みと区別されるものであり、ガラス管が特定の方向に反っている状態が維持される。従って、このような曲がりが生じると、回転に合わせてガラス管が偏心回転する振れ回りが生じる。この振れ回りは、ガラス管が局所的に折れ曲がる場合においても生じる。特にガラス管が長い場合には、自重による撓み量が大きくなることにより、上記の曲がりが生じることが助長される傾向がある。

このようなガラス管の曲がりによる振れ回りが生じると、ガラス管の回転に伴い、熱源に近づく部位と熱源から離れる部位が生じるため、ガラス管の周方向における温度分布が大きくなり、スート（ガラス微粒子）の堆積量が偏在し易くなる。このため、製造される光ファイバ用母材におけるコアガラス体の偏心の量が大きくなり、この光ファイバ用母材を用いて製造される光ファイバにおいては、偏心の量が許容量を超え、信頼性が低下する虞がある。

このような光ファイバ用母材の曲がりを抑制する方法として、下記特許文献１に記載の光ファイバ用母材の製造方法がある。この光ファイバ用母材の製造方法においては、両端がチャッキングされたガラス管の途中位置において、ガラス管の外周面を下側から支える補助支持部材が用いられている。そして、この補助支持部材により、ガラス管が支えられた状態で、ガラス管が回転されながら加熱される。こうして加熱中のガラス管の撓みが抑制され、上述の曲がりの発生が抑制されて、コアガラス体が偏心することが低減される。

特表２００５−５２０７７６号公報

しかし、上記光ファイバ用母材の製造方法においては、補助支持部材がガラス管の外周面に接触するため、ガラス管の外周面に傷が付く場合や、不純物がガラス管に付着する場合がある。これらの場合、製造された光ファイバ用母材を用いて光ファイバを製造すると、母材についた傷の影響により部分的にコアが偏心したり、母材に付着した不純物の影響により部分的に屈折率が異なる光ファイバとなる可能性があり、信頼性の低い光ファイバが製造される虞がある。

そこで、本発明は、信頼性の高い光ファイバを製造可能な光ファイバ用母材の製造方法、及び、それを用いる光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ＭＣＶＤ法を用いて光ファイバ用母材を製造する光ファイバ用母材の製造方法であって、ガラス管を回転させながら加熱すると共に、前記ガラス管の貫通孔内にガスを供給する工程を備え、前記工程の少なくとも一部において、前記ガラス管の外径が大きくなるように、前記貫通孔内を加圧することを特徴とするものである。

加熱されたガラス管は、ガラスの粘度が下がり、表面張力による外径の収縮が生じる傾向がある。そこで、ガラス管を加熱しながらガスを供給する際、熱によりガラス管が収縮しないように、ガラス管の貫通孔内を加圧することが考えられる。しかし、このように貫通孔内を加圧してガラス管の外径を一定に維持する場合においても、ガラス管の曲がりが生じることが、本発明者らの研究により明らかになった。そこで、本発明者らは鋭意研究を重ねて、ガラス管が加熱される工程の少なくとも一部において、ガラス管の外径が大きくなるようにガラス管の貫通孔内を加圧すれば、ガラス管の曲がりを抑制できるという結論に至った。このようにガラス管の貫通孔内を加圧することで、ガラス管の曲がりを抑制することができる理由は定かではないが、本発明者らは、上記の様に加圧することで、ガラス管の表面張力、及び、ガラス管の粘度による抵抗力よりも、貫通孔内の圧力によりガラス管に加えられる応力が勝り、ガラス管の形状が維持されて、曲がりが抑制できるものと考えている。

これにより、回転するガラス管を加熱する熱源との距離が変動することが抑制され、ＭＣＶＤ法において、ガラス管を加熱する際、ガラス管の周方向における熱の偏在が抑制される。従って、原料ガスに由来するスートは、周方向において、一定の厚さに堆積され、スートがガラス化して積層されるガラス層の厚さが、周方向で一定とされる。こうして、ガラス管の肉厚が一定に保たれる。こうした工程を備えて、製造される光ファイバ用母材は、偏心が抑制され、かつ、補助支持部材のようなガラス管の途中でガラス管に触れる部材が無いため不純物が混入することも防止される。従って、このような光ファイバ用母材は、信頼性の高い光ファイバを製造することができる。

また、前記工程は、前記ガラス管の内壁にガラス層を積層する積層工程であり、前記ガスは、前記ガラス層を積層するための原料ガスであることが好ましい。ガラス管の内壁にガラス層を積層する積層工程において、ガラス管の曲がりを抑制することができる。このように積層工程中に、ガラス管の曲がりを抑制することで、光ファイバ用母材の偏心を抑制することができる。なお、積層されるガラス層は、光ファイバのコアとなるコアガラス体であっても良く、光ファイバのクラッドとなるクラッドガラス体であっても良い。

さらにこの場合、前記ガラス管を加熱する熱源は、前記ガラス管の長手方向に沿って移動しながら前記ガラス管を加熱し、前記熱源が前記原料ガスの供給側から排出側に１トラバースする間に、前記ガラス管の外径が、０．０４０％以上０．１６０％以下大きくなるように、前記貫通孔内を加圧することが好ましい。

このように貫通孔内を加圧することで、ガラス管の曲がりをより抑制することができることが本発明者らの実験により明らかとなった。従って、このように加圧することにより、信頼性のより高い光ファイバを製造することができる光ファイバ用母材を製造することができる。

また、前記積層工程の途中からは、前記ガラス管の外径が一定となるように、前記貫通孔内を加圧することとしても良い。ガラス管の肉厚が増すにつれ、ガラス管の曲がりが生じにくくなるので、積層工程の途中までガラス管の外径が大きくなるように加圧することで、ガラス管の曲がりを抑制することができる。そして、積層工程の途中からガラス管の外径が一定となるように加圧することで、ガラス管の外径が不要に大きくなることを防止して、その後の工程を行い易くすることができる。

或いは、前記積層工程の途中からは、前記貫通孔内の加圧を行わないこととしても良い。ガラス管を加熱しながら原料ガスを供給する工程の途中から、加圧を止めることで、ガラスは収縮する。従って、加圧を止めるまでの工程で、大きくなったガラス管の外径を小さくし、その後の工程を行い易くすることができる。また、途中から加圧を行わないことで、加圧のためのガスの使用量を低減することができる。なお、積層工程の途中で加圧を止める場合においても、上記の様に、積層工程の途中まで、ガラス管の外径が大きくなるように加圧を行うことで、ガラス管の曲がりが生じることを抑制することができる。

また或いは、前記積層工程の間、常に、前記ガラス管の外径が大きくなるように、前記貫通孔内を加圧することとしても良い。このように加圧を行うことで、積層工程において、ガラス管の曲がりが生じることを更に抑制することができる。

或いは、前記工程は、前記ガラス管の内壁をエッチングするエッチング工程であり、前記ガスは、エッチングガスであることとしても良い。ＭＣＶＤ法を行う場合、一般的に、ガラス管に原料ガスを供給する前や、原料ガスによるガラス層が積層された後に、ガラス管の内壁をエッチングするエッチング工程を行う。なお、ガラス層が積層された後のガラス管とは、ガラス層が積層される前のガラス管と積層されたガラス層とからなるガラス管を意味し、この場合の内壁は積層されたガラス層の内壁となる。このようにガラス管の内壁をエッチングする場合においても、ガラス管を加熱するため、ガラス管の曲がりが生じる恐れがある。しかし、上記の様に、ガラス管の外径が大きくなるように加圧することで、エッチング工程において、ガラス管に曲がりが生じることを抑制することができる。従って、ガラス管が上記のように撓まされるエッチング工程が、ガラス管に原料ガスを供給する前のエッチング工程であれば、その後、ガラス管の内壁にガラス層を積層する場合に、スートがガラス管の周方向で偏在することを抑制することができる。また、ガラス管が上記のように撓まされるエッチング工程が、ガラス管にガラス層が積層された後のエッチング工程である場合であっても、光ファイバ用母材が曲がることを抑制することができる。このようにエッチング工程において、上記の様に加圧することによっても、信頼性の高い光ファイバを製造可能な光ファイバ用母材を製造することができる。

また、前記加圧は、前記ガラス管の前記ガスが排出される側に加圧用ガスを供給することにより行うことが好ましい。加圧ガスの供給をガスの排出側から行うことにより、ガスの供給量に影響が出ることを抑制することができる。例えば、ガスが、上述のように原料ガスである場合、加圧ガスを排出側から供給することで、原料ガスの供給量が少なくなることを抑制して、設計通りにガラス層を積層することができる。また、原料ガスが、上述のようにエッチングガスである場合、エッチングガスの供給量が少なくなることを抑制して、設計通りにガラス層の内壁をエッチングすることができる。

また、本発明の光ファイバの製造方法は、ＭＣＶＤ法を用いて光ファイバ用母材を製造する光ファイバ用母材製造工程と、前記光ファイバ用母材を線引きする線引工程と、を備える光ファイバの製造方法であって、前記光ファイバ用母材製造工程は、ガラス管を回転させながら加熱すると共に、前記ガラス管の貫通孔内にガスを供給する工程を備え、当該工程の少なくとも一部において、前記ガラス管の外径が大きくなるように、前記貫通孔内を加圧すること特徴とするものである。

ガラス管が加熱される工程の少なくとも一部において、ガラス管の外径が大きくなるようにガラス管の貫通孔内を加圧することで、ガラス管の曲がりを抑制できる。従って、ＭＣＶＤ法において、積層されるガラス層の厚さが、周方向で異なることが抑制される。このため、製造される光ファイバ用母材は、偏心が抑制され、この光ファイバ用母材を線引きすることで、信頼性の高い光ファイバを製造することができる。

以上のように、本発明によれば、信頼性の高い光ファイバを製造可能な光ファイバ用母材の製造方法、及び、それを用いる光ファイバの製造方法を提供される。

本発明の第１実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。 図１に示す光ファイバの製造に用いる光ファイバ用母材を示す図である。 光ファイバ用母材を製造する工程及び光ファイバを製造する工程を示すフローチャートである。 ガラス管がセットされた状態の母材製造装置を示す図である。 積層工程の様子を示す図である。 線引工程の様子を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。 １トラバース当たりの平均膨張量と、ガラス管の振れ回り量との関係を示す図である。

以下、本発明に係る光ファイバ用母材の製造方法、及び、光ファイバの製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。本実施形態の光ファイバ１０は、例えば、シングルモードファイバとされ、図１に示すように、コア１１と、コア１１の外周面を囲むクラッド１２と、クラッド１２の外周面を被覆する第１被覆層１３と、第１被覆層１３の外周面を被覆する第２被覆層１４とから構成される。クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低くされている。このような、コア１１を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加された石英が挙げられる。また、クラッド１２を構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。また、第１被覆層１３、第２被覆層１４を構成する材料としては、例えば、互いに異なる種類の紫外線硬化樹脂が挙げられる。

このような光ファイバ１０は、後述の様に光ファイバ用母材を線引きすることにより製造される。図２は、図１に示す光ファイバ１０の製造に用いる光ファイバ用母材を示す図である。図２に示すように、光ファイバ用母材１０Ｐは、円柱状の形状をしており、光ファイバ１０のコア１１となるコアガラス体１１Ｐと、コアガラス体１１Ｐの外周面を囲み、光ファイバ１０のクラッド１２となるクラッドガラス体１２Ｐとから構成される。

コアガラス体１１Ｐは、光ファイバ１０のコア１１と同じ材料から成り、クラッドガラス体１２Ｐは、クラッド１２と同じ材料から成る。そして、コアガラス体１１Ｐの直径とクラッドガラス体の外径との比は、光ファイバ１０のコア１１の直径とクラッド１２の外径との比と略同様とされる。

次にこのような光ファイバ用母材１０Ｐを製造し、製造した光ファイバ用母材１０Ｐを用いて光ファイバ１０を製造する方法について説明する。

図３は、光ファイバ用母材１０Ｐを製造する工程、及び、光ファイバ１０を製造する工程を示すフローチャートである。図３に示すように、光ファイバ用母材１０Ｐの製造方法は、ガラス管を母材製造装置にセットする準備工程Ｐ１と、ガラス管の内壁をエッチングするエッチング工程Ｐ２と、ガラス管の内壁にガラス層を積層する積層工程Ｐ３と、ガラス管の貫通孔を潰して光ファイバ用母材とするコラプス工程Ｐ４とを主な構成として備え、光ファイバ１０の製造方法は、上記の各工程と、光ファイバ用母材１０Ｐを線引きする線引工程Ｐ５と、を主な構成として備える。

＜準備工程Ｐ１＞
まず、ガラス管を準備する。このガラス管は、光ファイバ用母材１０Ｐのクラッドガラス体１２Ｐの一部となるため、製造する光ファイバ１０のクラッド１２と同様の材料とする。準備したガラス管は、必要に応じて、表面の洗浄を行う。

次に、ガラス管を母材製造装置にセットする。

図４は、ガラス管１５Ｇがセットされた状態の母材製造装置を示す図である。図４に示すように、母材製造装置５０は、ガラス管１５Ｇの両端部をチャッキング可能な一対のチャッキング部５５ａ、５５ｂと、ＳｉＣｌ４ガスを供給するＳｉＣｌ４ガス供給部５１ｓと、ＧｅＣｌ４ガスを供給するＧｅＣｌ４ガス供給部５１ｇと、キャリアガスを供給するキャリアガス供給部５１ｃと、エッチングガスを供給するエッチングガス供給部５１ｅと、ＳｉＣｌ４ガス、ＧｅＣｌ４ガス、キャリアガス、エッチングガス等をガラス管１５Ｇに供給するガス供給配管５４と、ガラス管から排出される不要なガスを処理する排ガス処理部５７と、ガラス管１５Ｇのガスの排出側に加圧用のガスを供給する加圧ガス供給部５６と、ガラス管１５Ｇの長手方向に移動可能とされ、ガラス管１５Ｇの外周面を加熱可能なバーナ５８と、を主な構成として備える。

チャッキング部５５ａ，５５ｂは、ガラス管１５Ｇを水平に支持することができ、チャッキング部５５ａはガラス管１５Ｇの一方の端部をチャッキングし、チャッキング部５５ｂは、ガラス管１５Ｇの他方の端部をチャッキングする。また、それぞれのチャッキング部５５ａ，５５ｂは、ガラス管１５Ｇの軸を中心に回転可能な構成とされる。

また、ガス供給配管５４は、ガラス管１５Ｇが、チャッキング部５５ａにチャッキングされた状態で、先端がガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内に、僅かに挿入されるよう構成されている。

ＳｉＣｌ４ガス供給部５１ｓは、ＳｉＣｌ４を蒸気で供給する構成とされ、例えば、ＳｉＣｌ４バブリング機とされる。また、ＧｅＣｌ４ガス供給部５１ｇは、ＧｅＣｌ４を蒸気で供給する構成とされ、例えば、ＧｅＣｌ４バブリング機とされる。また、キャリアガス供給部５１ｃは、ＳｉＣｌ４ガスやＧｅＣｌ４ガスを搬送するキャリアガスを発生する。キャリアガスは、例えば、窒素ガス等の不活性ガスから成り、キャリアガスが窒素ガスである場合は、液体窒素からＮ２ガスを発生させる装置を用いれば不純物の少ない窒素ガスを供給することができる。また、エッチングガス供給部５１ｅは、ガラス管１５Ｇをエッチング可能なエッチングガスを供給する構成とされ、このようなエッチングガスとしては、ＳＦ６ガスを挙げることができる。

なお、ＳｉＣｌ４ガス供給部５１ｓ、ＧｅＣｌ４ガス供給部５１ｇ、キャリアガス供給部５１ｃ、エッチングガス供給部５１ｅには、それぞれ配管が接続されており、これらの配管は、ガス供給配管５４に接続されている。従って、それぞれのガスは、ガス供給配管５４を介して、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内に供給されるように構成されている。また、それぞれの配管の途中には、図示しないバルブが設けられており、それぞれのガスの供給がコントロールできるようにされている。

排ガス処理部５７は、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈから排出される不要なガスを蓄積する構成とされている。

加圧ガス供給部５６は、ガラス管１５Ｇのガスの排出側において、ガラス管１５Ｇの長手方向に略垂直な方向から加圧ガスを供給するよう構成されている。この加圧ガスとしては、窒素ガス等の不活性ガスを挙げることができる。

バーナ５８は、例えば、酸水素バーナとされ、上述のようにガラス管１５Ｇの長手方向に移動可能に構成される。

このような母材製造装置５０の一対のチャッキング部５５ａ，５５ｂに、ガラス管１５Ｇ両端部をチャッキングすることで、上述のように、母材製造装置５０にガラス管１５Ｇをセットする。こうして準備工程Ｐ１が完了する。

＜エッチング工程Ｐ２＞
次に、母材製造装置５０にセットされたガラス管１５Ｇの内壁をエッチングする。具体的には、チャッキング部５５ａ，５５ｂを回転させることで、ガラス管１５Ｇを軸中心に回転させると共に、ガラス管１５Ｇの長手方向に沿ってバーナ５８を往復移動させることで、ガラス管１５Ｇを加熱する。

そして、ガラス管１５Ｇが加熱されている最中に、エッチングガス供給部５１ｅからエッチングガスを供給し、キャリアガス供給部５１ｃからキャリアガスを供給して、これらのガスをガス供給配管５４を介してガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内に供給する。このときのガラス管１５Ｇの温度は、ガラス管のエッチングを行うことができる限りにおいて特に限定されないが、例えば、１９００℃〜２３００℃とされる。さらにこのとき、加圧ガス供給部５６から加圧ガスを供給することで、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内を加圧する。このときの加圧は、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように行う。具体的には、バーナ５８が、ガラス管１５Ｇを１トラバースする間に、ガラス管１５Ｇの外径が、例えば、０．０４０％以上０．１６０％以下大きくなるように、前記貫通孔Ｈ内を加圧する。なお、上述のように、エッチングガスがガラス管におけるエッチングガスの排出側から供給されるため、加圧ガスのより、エッチングガスが希釈化されることが抑制されるので、設計値通りにエッチングを行うことができる。

こうして、エッチングガスによりガラス管１５Ｇの内壁がエッチングされる。

＜積層工程Ｐ３＞
次にエッチング工程を経たガラス管１５Ｇの内壁にガラス層を積層する。本実施形態においては、ガラス管１５Ｇの内壁に、まず、クラッドガラス体１２Ｐとなるクラッドガラス層を積層し、次にコアガラス体１１Ｐとなるコアガラス層を積層する。

図５は、このような積層工程Ｐ３の様子を示す図である。図５に示すように、積層工程においては、エッチング工程Ｐ２と同様に、チャッキング部５５ａ，５５ｂを回転させて、ガラス管１５Ｇを軸中心に回転させると共に、ガラス管１５Ｇの長手方向に沿ってバーナ５８を移動させることで、ガラス管１５Ｇを加熱する。ＭＣＶＤ法においては、バーナ５８がＳｉＣｌ４やＧｅＣｌ４等の原料ガスの供給側から排出側に移動する、いわゆる行きトラバースにおいて、バーナ５８よりも排出側において、原料ガスに由来するスート１５Ｓが堆積して、堆積したスート１５Ｓが、バーナ５８の移動により加熱されて、ガラス層１５Ｌが積層される。そして、積層されたガラス層１５Ｌは、ガラス管１５Ｇの一部なり、ガラス管１５Ｇの厚さは、ガラス層１５Ｌが積層される毎に厚くなる。なお、行きトラバースにおいて、比較的ゆっくりとバーナ５８を移動させる。また、原料ガスの排出側から供給側に移動する、いわゆる帰りトラバースは、ガラス層の形成と無関係であるため、素早くバーナを移動して、バーナを原料ガスの供給側に戻す。

行きトラバースにおけるガラス管１５Ｇの回転速度、及び、バーナ５８の移動速度は、ガラス管１５Ｇの肉厚や直径等により異なるため、特に限定されないが、例えば、ガラス管１５Ｇの回転速度が、５ｒｐｍ〜７５ｒｐｍとされ、バーナ５８の移動速度が、３０ｍｍ／ｍｉｎ〜２００ｍｍ／ｍｉｎとされる。また、行きトラバースにおけるガラス管１５Ｇの温度は、後述のように原料ガスからスート１５Ｓが堆積されると共に堆積されたスートがガラス化されガラス層１５Ｌとされる限りにおいて特に限定されないが、例えば、１９００℃〜２３００℃とされる。

クラッドガラス層の積層においては、母材製造装置５０のキャリアガス供給部５１ｃ、及び、ＳｉＣｌ４ガス供給部５１ｓから、ガス供給配管５４を介して、ガラス管１５Ｇ内に、キャリアガス、及び、ＳｉＣｌ４ガス（原料ガス）を供給する。

また、クラッドガラス層が所定数積層されたら、コアガラス層を積層する。コアガラス層の積層においては、母材製造装置５０のキャリアガス供給部５１ｃ、及び、ＳｉＣｌ４ガス供給部５１ｓ、及び、ＧｅＣｌ４ガス供給部５１ｇから、ガス供給配管５４を介して、ガラス管１５Ｇ内に、キャリアガス、及び、ＳｉＣｌ４ガスとＧｅＣｌ４ガスとからなる原料ガスを供給する。

そして、クラッドガラス層の積層時、及び、コアガラス層の積層時の少なくとも一部において、加圧ガス供給部５６から加圧ガスを供給することで、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内を加圧する。このときの加圧は、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように行う。具体的には、バーナ５８が、ガラス管１５Ｇを原料ガスの供給側から排出側に１トラバースする間に、ガラス管１５Ｇの外径が、例えば、０．０４０％以上０．１６０％以下大きくなるように、貫通孔Ｈ内を加圧することが好ましい。このように貫通孔Ｈ内を加圧することで、ガラス管１５Ｇの曲がりをより抑制することができることが本発明者らの実験により明らかとなった。従って、このように加圧することにより、信頼性のより高い光ファイバ１０を製造することができる光ファイバ用母材１０Ｐを製造することができる。

なお、上述のように、加圧ガスがガラス管における原料ガスの排出側から供給されるため、加圧ガスのより、原料ガスガスが希釈化されることが抑制され、設計値通りにガラス層の積層を行うことができる。

なお、上記の加圧は、ガラス層を積層する積層工程Ｐ３の途中まで行い、積層工程Ｐ３の途中からは、ガラス管１５Ｇの外径が一定となるように、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内を加圧しても良い。例えば、クラッドガラス層の形成時の全て、及び、コアガラス層の形成時の途中まで、ガラス管１５Ｇの外形が大きくなるように加圧して、コアガラス形成時の途中からガラス管１５Ｇの外形が一定となるように加圧したり、クラッドガラス層の形成時において、ガラス管１５Ｇの外形が大きくなるように加圧して、コアガラス形成時において、ガラス管１５Ｇの外形が一定となるように加圧する。ガラス管１５Ｇの肉厚が増すにつれ、ガラス管１５Ｇの曲がりが生じにくくなるので、積層工程Ｐ３の途中までガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように加圧することで、ガラス管１５Ｇの曲がりを抑制することができる。そして、積層工程Ｐ３の途中からガラス管１５Ｇの外径が一定となるように加圧することで、ガラス管１５Ｇの外径が不要に大きくなることを防止して、その後の工程を行い易くすることができる。

或いは、積層工程Ｐ３の途中からは、貫通孔Ｈ内の加圧を行わないこととしても良い。例えば、クラッドガラス層の形成時の全て、及び、コアガラス層の形成時の途中まで、ガラス管１５Ｇの外形が大きくなるように加圧して、コアガラス形成時の途中から加圧を行わないようにする。ガラス管１５Ｇを加熱しながら原料ガスを供給する工程の途中から、加圧を止めることで、ガラスは収縮する。従って、加圧を止めるまでの工程で、大きくなったガラス管１５Ｇの外径を小さくし、その後の工程を行い易くすることができる。また、途中から加圧を行わないことで、加圧ガスの使用量を低減することができる。なお、積層工程Ｐ３の途中で加圧を止める場合においても、上記の様に、積層工程Ｐ３の途中まで、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように加圧を行うため、ガラス管１５Ｇの曲がりが生じることを抑制することができる。

また或いは、積層工程Ｐ３の間、常に、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように、貫通孔Ｈ内を加圧することとしても良い。このように加圧を行うことで、積層工程Ｐ３において、ガラス管１５Ｇの曲がりが生じることを更に抑制することができる。

こうして、クラッドガラス層、及び、コアガラス層が所定数積層される。

＜コラプス工程Ｐ４＞
本工程においては、クラッドガラス層及びコアガラス層が積層された後、原料ガスの供給を停止して、バーナ５８を往復移動させることにより、ガラス管１５Ｇを過熱する。この加熱により、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈが縮小され、貫通孔Ｈは潰される。

なお、本工程においては、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈを縮径する前、或いは、貫通孔Ｈを縮径している途中において、ガラス管１５Ｇの内壁をエッチングするエッチング工程を行っても良い。この場合のエッチング工程は、上述のエッチング工程Ｐ２と同様に行えばよい。つまり、ガラス管１５Ｇは、中心軸１５Ｃが、上下反対形状のカテナリー曲線となるように、上側に撓んだ状態で、エッチングされる。このようにコラプス工程Ｐ４の前、或いは、途中においてエッチング工程を行う場合においても、光ファイバ用母材が曲がることを抑制することができる。なお、本工程のように、ガラス層１５Ｌが積層された後のガラス管１５Ｇとは、ガラス層１５Ｌが積層される前のガラス管１５Ｇと積層されたガラス層１５Ｌとからなるガラス管を意味し、この場合の内壁は積層されたガラス層１５Ｌの内壁となる。こうして、図２に示す光ファイバ用母材１０Ｐを得る。

＜線引工程Ｐ５＞
図６は、線引工程Ｐ５の様子を示す図である。

まず、線引工程Ｐ５を行う準備段階として、準備工程Ｐ１〜コラプス工程Ｐ４により製造された光ファイバ用母材１０Ｐを紡糸炉１１０に設置する。そして、紡糸炉１１０の加熱部１１１を発熱させて、光ファイバ用母材１０Ｐを加熱する。このとき光ファイバ用母材１０Ｐの下端は、例えば２０００℃に加熱され溶融状態となる。そして、光ファイバ用母材１０Ｐからガラスが溶融して、ガラスが線引きされる。線引きされた溶融状態のガラスは、紡糸炉１１０から出ると、すぐに固化して、コアガラス体１１Ｐがコア１１となり、クラッドガラス体１２Ｐがクラッド１２となり、コア１１とクラッド１２とから構成される光ファイバとなる。その後、この光ファイバは、冷却装置１２０を通過して、適切な温度まで冷却される。冷却装置１２０に入る際、光ファイバの温度は、例えば１８００℃程度であるが、冷却装置１２０を出る際には、光ファイバの温度は、例えば４０℃〜５０℃となる。

次に、光ファイバは、第１被覆層１３となる紫外線硬化性樹脂が入ったコーティング装置１３１を通過し、この紫外線硬化性樹脂で被覆される。更に紫外線照射装置１３２を通過し、紫外線が照射されることで、紫外線硬化性樹脂が硬化して第１被覆層１３が形成される。次に光ファイバは、第２被覆層１４となる紫外線硬化性樹脂が入ったコーティング装置１３３を通過し、この紫外線硬化性樹脂で被覆される。更に紫外線照射装置１３４を通過し、紫外線が照射されることで、紫外線硬化性樹脂が硬化して第２被覆層１４が形成され、図１に示す光ファイバ１０となる。

そして、光ファイバ１０は、ターンプーリー１４１により方向が変換され、リール１４２により巻取られる。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバ用母材１０Ｐの製造方法によれば、ガラス管が加熱されるエッチング工程Ｐ２や積層工程Ｐ３の少なくとも一部において、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるようにガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内を加圧することで、ガラス管１５Ｇの曲がりを抑制することができる。このようにガラス管１５Ｇを加圧することで、ガラス管１５Ｇの曲がりが抑制できる理由は定かではないが、本発明者らは、上記の様に加圧することで、ガラス管１５Ｇの表面張力、及び、ガラス管１５Ｇの粘度による抵抗力と、貫通孔Ｈ内の圧力によりガラス管１５Ｇに加えられる応力とが、釣り合うものと考えている。

これにより、回転するガラス管１５Ｇと、このガラス管１５Ｇを加熱するバーナ５８との距離が変動することが抑制され、ＭＣＶＤ法において、ガラス管１５Ｇを加熱する際におけるガラス管１５Ｇの周方向の熱の偏在が抑制される。従って、原料ガスに由来するスート１５Ｓは、周方向において略一定の厚さに堆積され、スート１５Ｓがガラス化して積層されるガラス層１５Ｌの厚さが、周方向で略一定とされる。こうして、ガラス管１５Ｇの肉厚が略一定に保たれる。こうした工程を経て光ファイバ用母材１０Ｐは製造されるため、光ファイバ用母材１０Ｐの偏心を抑制することができる。そして、この光ファイバ用母材１０Ｐを線引きすることで、信頼性の高い光ファイバ１０を製造することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図７は、本発明の第２実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。

図７に示すように、本実施形態の光ファイバ２０は、コアに活性元素が添加されている増幅用光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）とされ、コア２１と、コア２１を囲むクラッド２２と、クラッド２２を被覆する樹脂クラッド２３と、樹脂クラッド２３を被覆する被覆層２４とを有する。クラッド２２の屈折率はコア２１の屈折率よりも低く、樹脂クラッド２３の屈折率はクラッド２２の屈折率よりもさらに低くされている。このような、コア２１を構成する材料としては、第１実施形態の光ファイバ１０のコア１１と同様の材料に、励起光により励起されるＹｂ等の活性元素が添加されたガラスが挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等を挙げることができる。また、クラッド２２を構成する材料としては、例えば、第１実施形態の光ファイバ１０のクラッド１２と同様の材料を挙げることができる。また、樹脂クラッド２３を構成する材料としては、例えば、光透過性の紫外線硬化樹脂が挙げられ、被覆層２４を構成する材料としては、第１実施形態の光ファイバ１０の第２被覆層１４と同様の材料を挙げることができる。

このような光ファイバ２０を製造するための光ファイバ用母材は、図２に示す光ファイバ用母材１０Ｐと外見が同様であり、コアガラス体１１Ｐに上記活性元素が添加されている点において、光ファイバ用母材１０Ｐと異なる。

この光ファイバ２０を製造する方法は、次の通りとなる。

（第１の製造方法）
第１の製造方法においては、第１実施形態の光ファイバ用母材１０Ｐの製造方法と同様にして、準備工程Ｐ１と、エッチング工程Ｐ２を行う。なお、本実施形態の本製造方法においても、エッチング工程Ｐ２において、第１実施形態のエッチング工程Ｐ２と同様にして、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内を加圧する。

そして、積層工程Ｐ３のクラッドガラス層を積層する工程を第１実施形態におけるクラッドガラス層を積層する工程と同様に行い、コアガラス層を積層する工程において、キャリアガス及びＳｉＣｌ４ガス及びＧｅＣｌ４ガスの他に、活性元素を気相化させたガスをガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内に供給する。従って、本実施形態における母材製造装置は、第１実施形態の母材製造装置５０の構成に加えて、活性元素を気相化する加熱装置を備えており、この加熱装置で気相化された活性元素が、ガス供給配管５４を介して、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内に供給されるよう構成されている。なお、本実施形態の本製造方法においても、積層工程Ｐ３において、第１実施形態の積層工程Ｐ３と同様にして、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内を加圧する。

そして、コアガラス層が所定数積層された後、第１実施形態と同様にして、コラプス工程Ｐ４を行い、図７の光ファイバ２０を製造するための光ファイバ用母材を得る。なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様にして、コラプス工程Ｐ４の前、或いは、途中にエッチング工程を行っても良い。

次に線引工程Ｐ５を行う。線引工程Ｐ５においては、コーティング装置１３１において、第１被覆層１３となる紫外線硬化性樹脂の代わりに、樹脂クラッド２３となる紫外線硬化性樹脂を用いる点において、第１実施形態の線引工程Ｐ５と異なり、他の点においては、第１実施形態の線引工程Ｐ５と同様とされる。

こうして、図７に示す光ファイバ２０を得る。

（第２の製造方法）
第２の製造方法においては、第１の製造方法と同様にして、準備工程Ｐ１、エッチング工程Ｐ２を行い、さらに積層工程Ｐ３のクラッドガラス層を第１の製造方法と同様に行う。なお、本製造方法においても、エッチング工程Ｐ２、積層工程Ｐ３のクラッドガラス層の積層をする工程において、第１の製造方法と同様にして、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように、ガラス管１５Ｇの貫通孔Ｈ内を加圧する。

そして、積層工程Ｐ３におけるコアガラス層の積層は、次のように行う。まず、クラッドガラス層が積層されたガラス管１５Ｇを、第１実施形態と同様にして、回転させると共に、バーナ５８を原料ガスの供給側から排出側に移動させる。そして、第１実施形態と同様にキャリアガス及びＳｉＣｌ４ガス及びＧｅＣｌ４ガスを供給する。ただし、第１実施形態においては、原料ガスをスート化して、スートをガラス層としたのに対して、本製造方法においては、原料ガスをスート化するが、この時点で、ガラス層化しない点において、第１実施形態のコアガラス層の積層と異なる。そして、本製造方法においては、次に、堆積されたスートの隙間に活性元素を含む水溶液を含浸させて、その後乾燥させる。こうして、スートの隙間に活性元素が坦持される。そして、再びガラス管を加熱して、活性元素とスートとが一体化したコアガラス層とする。なお、本製造方法において、コアガラス層をなるスートを堆積するためにガラス管を加熱する際においても、第１実施形態のコアガラス層を積層するときと同様に、ガラス管の外径が大きくなるように、ガラス管の貫通孔を加圧しても良い。

その後、コラプス工程Ｐ４を行い、第１の製造方法と同様にして、線引工程Ｐ５を行い、図７に記載の光ファイバ２０を得る。

以上、本発明について、第１、第２実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、第１実施形態における光ファイバは、シングルモードファイバに限らずマルチモードファイバであっても良い。

また、第１、第２実施形態の積層工程において、クラッドガラス層を積層せずに、コアガラス層のみを積層しても良い。この場合、準備するガラス管１５Ｇのみを用いて、クラッドガラス体１２Ｐとすれば良い。

また、上記実施形態においては、熱源としてバーナ５８を用いたが、バーナ５８と同様に移動し、ガラス管１５Ｇに外周を取り囲む加熱ヒータを用いても良い。このような加熱ヒータを用いる光ファイバ用母材の製造方法は、ＦＣＶＤ（Furnace Chemical Vapor Deposition）法と呼ばれ、ＭＣＶＤ法の一種と捉えることができる。

また、上記実施形態のエッチング工程Ｐ２においては、ガラス管１５Ｇの外径が一定となるように加圧し、積層工程Ｐ３の少なくとも一部において、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように加圧しても良い。逆に、上記実施形態のエッチング工程Ｐ２の少なくとも一部において、ガラス管１５Ｇの外径が大きくなるように加圧し、積層工程Ｐ３において、ガラス管１５Ｇの外径が一定となるように加圧しても良い。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。

（比較例１）
外径が４０ｍｍで、肉厚が２．２ｍｍで、長さが２００ｃｍのガラス管を準備した。このガラス管を母材製造装置にセットして、ＭＣＶＤ法によるコアガラス層の積層を行った。ＭＣＶＤ法においては、ガラス管の回転数を２０ｒｐｍとし、原料ガスの供給側から排出側に、酸水素バーナを５０ｍｍ／ｍｉｎで移動させて、８０回トラバースさせた。このとき酸水素炎があたっている場所におけるガラス管の温度は、約２０００℃であった。さらにトラバース中において、ガラス管の外径が一定となるように、ガラス管の貫通孔を加圧した。このときガラス管の最大振れ回り量は、０．６４ｍｍとなった。

（実施例１
） ガラス管の貫通孔を加圧して、１回のトラバースにおいて、ガラス管の外径が平均０．０４０％大きくなるようにしたこと以外は、比較例１と同様にＭＣＶＤ法によりコアガラス層を積層した。このときガラス管の振れ回り量は、比較例１のガラス管の振れ回り量を１とする場合に、約０．１となった。

（実施例２）
ガラス管の貫通孔を加圧して、１回のトラバースにおいて、ガラス管の外径が平均０．０５０％大きくなるようにしたこと以外は、比較例１と同様にＭＣＶＤ法によりコアガラス層を積層した。このときガラス管の振れ回り量は、比較例１のガラス管の振れ回り量を１とする場合に、約０．２となった。

（実施例３）
ガラス管の貫通孔を加圧して、１回のトラバースにおいて、ガラス管の外径が平均０．０９０％大きくなるようにしたこと以外は、比較例１と同様にＭＣＶＤ法によりコアガラス層を積層した。このときガラス管の振れ回り量は、比較例１のガラス管の振れ回り量を１とする場合に、約０．２となった。

（実施例４）
ガラス管の貫通孔を加圧して、１回のトラバースにおいて、ガラス管の外径が平均０．１４０％大きくなるようにしたこと以外は、比較例１と同様にＭＣＶＤ法によりコアガラス層を積層した。このときガラス管の振れ回り量は、比較例１のガラス管の振れ回り量を１とする場合に、約０．１５となった。

（比較例２）
外径が３８ｍｍで肉厚が２．７ｍｍのガラス管を用いたこと以外は、比較例１と同様にして、コアガラス層を積層した。このときガラス管の最大振れ回り量は、０．５１ｍｍとなった。

（実施例５）
ガラス管の貫通孔を加圧して、１回のトラバースにおいて、ガラス管の外径が平均０．０７０％大きくなるようにしたこと以外は、比較例２と同様にＭＣＶＤ法によりコアガラス層を積層した。このときガラス管の振れ回り量は、比較例２のガラス管の振れ回り量を１とする場合に、約０．１５となった。

（実施例６）
ガラス管の貫通孔を加圧して、１回のトラバースにおいて、ガラス管の外径が平均０．１６０％大きくなるようにしたこと以外は、比較例２と同様にＭＣＶＤ法によりコアガラス層を積層した。このときガラス管の振れ回り量は、比較例２のガラス管の振れ回り量を１とする場合に、約０．２１となった。

以上の結果を図８に示す。図８は、１トラバース当たりの平均膨張量と、ガラス管の振れ回り量との関係を示す図である。図８に示すように、ＭＣＶＤ法において、ガラス層を積層する際、僅かでもガラス管の外径が大きくなるように、ガラス管の貫通孔を加圧することで、振れ回りが著しく抑制されることが分かった。

従って、本発明によれば、原料ガスに由来するスートが、周方向において、一定の厚さに堆積されるので、ガラス層の厚さが、周方向で一定とされると考えられる、このため発明を用いて製造される光ファイバ用母材は、偏心が抑制されると考えられる。従って、このような光ファイバ用母材は、信頼性の高い光ファイバを製造することができると考えられ、この光ファイバ用母材を用いて製造される光ファイバは、高い信頼性を有すると考えられる。

以上説明したように、本発明によれば、信頼性の高い光ファイバを製造可能な光ファイバ用母材の製造方法、及び、それを用いる光ファイバの製造方法を提供される。

１０・・・光ファイバ
１０Ｐ・・・光ファイバ用母材
１１・・・コア
１１Ｐ・・・コアガラス体
１２・・・クラッド
１２Ｐ・・・クラッドガラス体
１３・・・第１被覆層
１４・・・第２被覆層
１５Ｇ・・・ガラス管
１５Ｌ・・・ガラス層
１５Ｓ・・・スート
２０・・・光ファイバ（増幅用光ファイバ）
２１・・・コア
２２・・・クラッド
２３・・・樹脂クラッド
２４・・・被覆層
５０・・・母材製造装置
５１ｃ・・・キャリアガス供給部
５１ｅ・・・エッチングガス供給部
５１ｇ・・・ＳｉＣｌ４ガス供給部
５１ｓ・・・ＧｅＣｌ４ガス供給部
５４・・・ガス供給配管
５５ａ・・・チャッキング部
５５ｂ・・・チャッキング部
５６・・・加圧ガス供給部
５７・・・排ガス処理部
５８・・・バーナ
１１０・・・紡糸炉
１１１・・・加熱部
１２０・・・冷却装置
１３１・・・コーティング装置
１３２・・・紫外線照射装置
１３３・・・コーティング装置
１３４・・・紫外線照射装置
１４１・・・ターンプーリー
１４２・・・リール
Ｐ１・・・準備工程
Ｐ１・・・準備工程
Ｐ２・・・エッチング工程
Ｐ３・・・積層工程
Ｐ４・・・コラプス工程
Ｐ５・・・線引工程

Claims (2)

1. ＭＣＶＤ法を用いて光ファイバ用母材を製造する光ファイバ用母材の製造方法であって、
   ガラス管を回転させながら加熱すると共に、前記ガラス管の貫通孔内に前記ガラス管の内壁をエッチングするエッチングガスを供給するエッチング工程を備え、
   前記エッチング工程において、前記ガラス管を加熱する熱源が前記ガラス管の長手方向に移動可能とされ、
   前記熱源が前記ガラス管を１トラバースする間に、前記ガラス管の外径が０．０４０％以上０．１６０％以下大きくなるように、前記貫通孔内を加圧する
   ことを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
2. ＭＣＶＤ法を用いて光ファイバ用母材を製造する光ファイバ用母材製造工程と、
   前記光ファイバ用母材を線引きする線引工程と、
   を備える光ファイバの製造方法であって、
   前記光ファイバ用母材製造工程は、ガラス管を回転させながら加熱すると共に、前記ガラス管の貫通孔内に前記ガラス管の内壁をエッチングするエッチングガスを供給するエッチング工程を備え、
   前記エッチング工程において、前記ガラス管を加熱する熱源が前記ガラス管の長手方向に移動可能とされ、
   前記熱源が前記ガラス管を１トラバースする間に、前記ガラス管の外径が０．０４０％以上０．１６０％以下大きくなるように、前記貫通孔内を加圧する
   こと特徴とする光ファイバの製造方法。

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