JP5933390B2 - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、石英管の内面にガラスを堆積させた後、前記石英管を加熱して中実化させることにより光ファイバ母材を製造する方法に関する。
内付け気相成長（ＭＣＶＤ）法およびプラズマ気相成長（ＰＣＶＤ）法による光ファイバ母材の製造は、主に石英管内面へのガラスの堆積と、加熱による石英管の中実化（コラプス）のプロセスからなる（特許文献１、２参照）。
図５は、光ファイバ母材の製造に用いられる製造装置の一例を示す図である。この製造装置２１は、石英管２に原料ガスを供給するガス供給管３と、石英管２の一方端および他方端が接続されるシールボックス４、５と、石英管２内のガスを排出するガス排出管６と、石英管２を加熱する加熱源９と、を備えている。
ガス供給管３にはベント管１１が分岐接続されている。
図５は、光ファイバ母材の製造に用いられる製造装置の一例を示す図である。この製造装置２１は、石英管２に原料ガスを供給するガス供給管３と、石英管２の一方端および他方端が接続されるシールボックス４、５と、石英管２内のガスを排出するガス排出管６と、石英管２を加熱する加熱源９と、を備えている。
ガス供給管３にはベント管１１が分岐接続されている。
コラプス工程では、加熱源９による加熱によって石英管２の内径を小さくした後、石英管２の一部分を加熱して完全に中実化して、その部分を始点として加熱源９を低速度で石英管２の長さ方向に移動させつつ必要範囲を加熱して中実化する。
石英管２の内径を徐々に小さくする際の石英管２内部の圧力は、母材が非円化することを防ぐため、ガス供給管３から石英管２に酸素ガス、不活性ガス、塩素ガス等のガスを流すことで、大気圧よりも若干高い圧力に保たれている。
ガスの流れがせき止められて内圧が上昇して石英管２が膨らむのを防ぐため、石英管２の一部分を完全に中実化する直前に、バルブ１１ａを開けてガスをベント管１１に逃がす。
石英管２の内径を徐々に小さくする際の石英管２内部の圧力は、母材が非円化することを防ぐため、ガス供給管３から石英管２に酸素ガス、不活性ガス、塩素ガス等のガスを流すことで、大気圧よりも若干高い圧力に保たれている。
ガスの流れがせき止められて内圧が上昇して石英管２が膨らむのを防ぐため、石英管２の一部分を完全に中実化する直前に、バルブ１１ａを開けてガスをベント管１１に逃がす。
しかしながら、上記製造方法では、コラプス時においてガスの流れを石英管２へ至る流路からベント管１１に切り替えるタイミングが遅れた場合、石英管２の内圧が過剰に上昇して石英管２が膨らむ変形が起きる虞があった。また、ガスの流れをベント管１１に切り替えると、ガスがベント管１１に吸引されることで石英管２内のガスの逆流が生じる。石英管２内のガスが逆流すると、排気側から石英管２内に大気が混入する可能性が生じ、ＯＨ損失や窒素混入による損失が増加してしまうという虞があった。
このような問題を解決する手段として、例えば、特許文献１には、石英管のガス供給側に、一方端が石英管の排気側に接続されたバイパス管を設けることにより、石英管内におけるガスの逆流を防止する方法が記されている。
この方法においては、石英管内の圧力がその外部の圧力よりも高い状態で、石英管の一部分を完全に中実化した後、ベント管とバイパス管に設けられた弁の開閉を切り替えて石英管内の圧力をその外部の圧力よりも低い状態にして石英管の他部分を長さ方向に中実化していく。
しかし、この方法では石英管内の圧力がその外部の圧力よりも高い状態で一部分の中実化を行うため、石英管内の圧力が高くなりすぎると石英管が膨らんでしまう虞があり、これを避けるため、石英管内の精密な圧力調整が必要となる。また、一部分の中実化とその後の他部分の中実化との間に、ベント管とバイパス管に設けられた弁の開閉を切り替える必要があるため、操作は煩雑である。
このような問題を解決する手段として、例えば、特許文献１には、石英管のガス供給側に、一方端が石英管の排気側に接続されたバイパス管を設けることにより、石英管内におけるガスの逆流を防止する方法が記されている。
この方法においては、石英管内の圧力がその外部の圧力よりも高い状態で、石英管の一部分を完全に中実化した後、ベント管とバイパス管に設けられた弁の開閉を切り替えて石英管内の圧力をその外部の圧力よりも低い状態にして石英管の他部分を長さ方向に中実化していく。
しかし、この方法では石英管内の圧力がその外部の圧力よりも高い状態で一部分の中実化を行うため、石英管内の圧力が高くなりすぎると石英管が膨らんでしまう虞があり、これを避けるため、石英管内の精密な圧力調整が必要となる。また、一部分の中実化とその後の他部分の中実化との間に、ベント管とバイパス管に設けられた弁の開閉を切り替える必要があるため、操作は煩雑である。
特許文献２に記載の方法では、バイパス管に流量計を設けることにより一部分の中実化処理の進行状況をモニターし、進行状況に応じてガス供給量を減少させることにより石英管内の圧力が高くなりすぎることを防止している。しかし、この方法も特許文献１記載の方法と同様、石英管内の圧力が高くなりすぎると石英管が膨らんでしまう虞があるため、一部分の中実化に際して石英管内の精密な圧力調整が必要となる。
また、バイパス管内の流量に応じてガス供給量を調節する機構の追加が必要であり、装置の構成が複雑になりコスト高の要因となる。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、石英管を中実化する光ファイバ母材の製造工程において、石英管内の圧力上昇による石英管の膨張を回避するとともに、石英管内におけるガスの逆流を防止して、安定した品質の光ファイバ母材を製造することができる光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。
また、バイパス管内の流量に応じてガス供給量を調節する機構の追加が必要であり、装置の構成が複雑になりコスト高の要因となる。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、石英管を中実化する光ファイバ母材の製造工程において、石英管内の圧力上昇による石英管の膨張を回避するとともに、石英管内におけるガスの逆流を防止して、安定した品質の光ファイバ母材を製造することができる光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では以下の構成を提供する。
本発明は、石英管を加熱し中実化して光ファイバ母材を製造する方法であって、前記石英管にガスを供給するガス供給管と、前記石英管内のガスを排出するガス排出管と、前記ガス供給管内のガスを前記石英管を迂回して前記ガス排出側に導くバイパス管とを用い、前記ガス供給管より原料ガスを供給し前記石英管に流通させつつ前記石英管内面にガラスを堆積させるデポジション工程と、前記デポジション工程の後に、前記ガス供給管よりガスを前記石英管に供給しつつ前記石英管を加熱し中実化させて光ファイバ母材を得るコラプス工程と、を有し、前記コラプス工程において、前記石英管の少なくとも一部を閉塞させるにあたって、前記ガス供給管内のガスの一部を前記バイパス管を通して前記ガス排出側に流通可能とするとともに、前記石英管内の圧力を外気圧より小さく設定する光ファイバ母材の製造方法を提供する。
前記コラプス工程においては、加熱源により前記石英管を加熱して前記石英管を長さ方向の一部である初期閉塞部分で閉塞させた後、前記加熱源を前記石英管の長さ方向に移動させつつ前記石英管の他部を加熱することによって、前記初期閉塞部分から連続するように前記他部を中実化させることが好ましい。
本発明では、前記デポジション工程の後、前記コラプス工程に先立って、前記石英管を加熱する加熱工程を有し、この加熱工程における前記石英管内の圧力を外気圧以上とすることが好ましい。
前記加熱工程は、加熱により前記石英管を縮径する縮径工程を含むことが好ましい。
前記バイパス管の内径は、３ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましい。
本発明は、石英管を加熱し中実化して光ファイバ母材を製造する方法であって、前記石英管にガスを供給するガス供給管と、前記石英管内のガスを排出するガス排出管と、前記ガス供給管内のガスを前記石英管を迂回して前記ガス排出側に導くバイパス管とを用い、前記ガス供給管より原料ガスを供給し前記石英管に流通させつつ前記石英管内面にガラスを堆積させるデポジション工程と、前記デポジション工程の後に、前記ガス供給管よりガスを前記石英管に供給しつつ前記石英管を加熱し中実化させて光ファイバ母材を得るコラプス工程と、を有し、前記コラプス工程において、前記石英管の少なくとも一部を閉塞させるにあたって、前記ガス供給管内のガスの一部を前記バイパス管を通して前記ガス排出側に流通可能とするとともに、前記石英管内の圧力を外気圧より小さく設定する光ファイバ母材の製造方法を提供する。
前記コラプス工程においては、加熱源により前記石英管を加熱して前記石英管を長さ方向の一部である初期閉塞部分で閉塞させた後、前記加熱源を前記石英管の長さ方向に移動させつつ前記石英管の他部を加熱することによって、前記初期閉塞部分から連続するように前記他部を中実化させることが好ましい。
本発明では、前記デポジション工程の後、前記コラプス工程に先立って、前記石英管を加熱する加熱工程を有し、この加熱工程における前記石英管内の圧力を外気圧以上とすることが好ましい。
前記加熱工程は、加熱により前記石英管を縮径する縮径工程を含むことが好ましい。
前記バイパス管の内径は、３ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましい。
本発明に係る光ファイバ母材の製造方法では、コラプス工程において、ガス供給管内のガスをバイパス管を通してガス排出側に流通可能とするので、石英管の内径が小さくなって石英管を流れるガス流量が減少するのに伴って、バイパス管を流れるガス流量が相対的に増大する。
石英管の少なくとも一部が中実化する前後で石英管内の圧力を外部の圧力よりも低く保つため、石英管が膨張することなく、確実に石英管の中実化が行われる。この際、ガスの供給によって、ガス供給管内の圧力はガス排出管内の圧力以上に保たれるため、石英管内でのガスの逆流は生じない。そのため、石英管内への外気の侵入は起こらない。
また、石英管の少なくとも一部が中実化した後、弁の開閉を切り替えることなく、長さ方向にわたり初期閉塞部分から連続する中実化を行うことができる。
従って、本発明の製造方法によれば、石英管の内面が大気中の水分や窒素に触れることを防止でき、ＯＨ損失や窒素混入による損失増を抑制した光ファイバを製造できる光ファイバ母材を得ることができる。また、装置構成が簡略であるため、母材製造装置の低コスト化を図ることができる。
石英管の少なくとも一部が中実化する前後で石英管内の圧力を外部の圧力よりも低く保つため、石英管が膨張することなく、確実に石英管の中実化が行われる。この際、ガスの供給によって、ガス供給管内の圧力はガス排出管内の圧力以上に保たれるため、石英管内でのガスの逆流は生じない。そのため、石英管内への外気の侵入は起こらない。
また、石英管の少なくとも一部が中実化した後、弁の開閉を切り替えることなく、長さ方向にわたり初期閉塞部分から連続する中実化を行うことができる。
従って、本発明の製造方法によれば、石英管の内面が大気中の水分や窒素に触れることを防止でき、ＯＨ損失や窒素混入による損失増を抑制した光ファイバを製造できる光ファイバ母材を得ることができる。また、装置構成が簡略であるため、母材製造装置の低コスト化を図ることができる。
本発明に係る光ファイバ母材の製造方法について、図面を参照して説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の光ファイバ母材の製造方法の一例に使用できる光ファイバ母材の製造装置を示す概略構成図である。
この製造装置１は、石英管２に原料ガスを供給するガス供給管３と、石英管２の一方端２ａが気密に接続される供給側シールボックス４と、石英管２の他方端２ｂが気密に接続される排出側シールボックス５と、石英管２内のガスを排出するガス排出管６と、原料ガスを石英管２を迂回してガス排出側に導くバイパス管７と、石英管２を軸回りに回転させる旋盤８と、石英管２を加熱する加熱源９（加熱手段）と、を備えている。
（第１実施形態）
図１は、本発明の光ファイバ母材の製造方法の一例に使用できる光ファイバ母材の製造装置を示す概略構成図である。
この製造装置１は、石英管２に原料ガスを供給するガス供給管３と、石英管２の一方端２ａが気密に接続される供給側シールボックス４と、石英管２の他方端２ｂが気密に接続される排出側シールボックス５と、石英管２内のガスを排出するガス排出管６と、原料ガスを石英管２を迂回してガス排出側に導くバイパス管７と、石英管２を軸回りに回転させる旋盤８と、石英管２を加熱する加熱源９（加熱手段）と、を備えている。
石英管２は、旋盤８によって軸回りに回転しても外気が浸入しないように供給側シールボックス４および排出側シールボックス５に気密に接続されている。
ガス供給管３は、供給側シールボックス４に接続されており、供給側シールボックス４を介して石英管２にガスを供給できる。ガス供給管３には、差圧計３ａが設けられ、ガス供給管３内のガスの圧力を測定できる。
ガス排出管６は、排出側シールボックス５に接続されており、石英管２内のガスを、ガス排出管６の出口側に設置した排気装置（図示略）により排出側シールボックス５を介して排出できる。
ガス供給管３は、供給側シールボックス４に接続されており、供給側シールボックス４を介して石英管２にガスを供給できる。ガス供給管３には、差圧計３ａが設けられ、ガス供給管３内のガスの圧力を測定できる。
ガス排出管６は、排出側シールボックス５に接続されており、石英管２内のガスを、ガス排出管６の出口側に設置した排気装置（図示略）により排出側シールボックス５を介して排出できる。
バイパス管７は、ガス供給管３から分岐し、石英管２を迂回して排出側シールボックス５に接続されており、ガス供給管３内の原料ガスを、直接、排出側シールボックス５に導くことができる。
バイパス管７としては、耐腐食性の材料からなる管体、例えばステンレス管やテフロン（登録商標）管を使用することができる。
バイパス管７の内径は、小さすぎるとガス供給管３からバイパス管７へのガスの流れが阻害される。バイパス管７の内径が大きすぎると、本コラプス工程においてガスの圧力上昇によって石英管２の閉塞を検知するのが難しくなる。
このため、バイパス管７の内径は、３ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ〜１５ｍｍであることがより好ましい。バイパス管７の内径をこの範囲とすることによって、ガス供給管３からバイパス管７へのガスの流れが阻害されず、かつ本コラプス工程において石英管２の閉塞を検知するのが容易になる。
バイパス管７としては、耐腐食性の材料からなる管体、例えばステンレス管やテフロン（登録商標）管を使用することができる。
バイパス管７の内径は、小さすぎるとガス供給管３からバイパス管７へのガスの流れが阻害される。バイパス管７の内径が大きすぎると、本コラプス工程においてガスの圧力上昇によって石英管２の閉塞を検知するのが難しくなる。
このため、バイパス管７の内径は、３ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ〜１５ｍｍであることがより好ましい。バイパス管７の内径をこの範囲とすることによって、ガス供給管３からバイパス管７へのガスの流れが阻害されず、かつ本コラプス工程において石英管２の閉塞を検知するのが容易になる。
バイパス管７の内径は、例えば本コラプス工程において石英管２内の圧力を外気圧より低くする時点での石英管２の内径とほぼ同程度とすることができる。
バイパス管７には、バルブ７ａが設けられており、バルブ７ａを開にすることによって、ガス供給管３からバイパス管７へのガス流入が可能となる。
バイパス管７には、バルブ７ａが設けられており、バルブ７ａを開にすることによって、ガス供給管３からバイパス管７へのガス流入が可能となる。
旋盤８は、チャック８ａによって石英管２を把持し、石英管２を軸回りに回転させることができる。石英管２の軸方向とは、図１における左右方向である。
加熱源９としては、酸水素バーナ、電気炉、誘導加熱炉等が使用できる。加熱源９は、石英管２の長さ方向（図１における左右方向）に移動可能である。
加熱源９としては、酸水素バーナ、電気炉、誘導加熱炉等が使用できる。加熱源９は、石英管２の長さ方向（図１における左右方向）に移動可能である。
次に、製造装置１を用いた場合を例として、光ファイバ母材の製造方法の一例を説明する。
以下に説明する光ファイバ母材の製造方法は、石英管２内面を清浄化する第１エッチング工程と、石英管２内面にガラスを堆積させるデポジション工程と、石英管２内を縮径させる予備コラプス工程と、ガラス層内面を清浄化する第２エッチング工程と、石英管２を加熱し中実化させて光ファイバ母材を得る本コラプス工程と、を有する。
以下に説明する光ファイバ母材の製造方法は、石英管２内面を清浄化する第１エッチング工程と、石英管２内面にガラスを堆積させるデポジション工程と、石英管２内を縮径させる予備コラプス工程と、ガラス層内面を清浄化する第２エッチング工程と、石英管２を加熱し中実化させて光ファイバ母材を得る本コラプス工程と、を有する。
（第１エッチング工程）
図１に示すように、バルブ７ａを閉じた状態で、ＳＦ６やＣ２Ｆ６などのエッチング用ガスを、Ｏ２やＨｅなどのキャリアガスとともにガス供給管３を通して供給側シールボックス４に供給し、石英管２に一方端２ａから流入させ、石英管２に流通させる。石英管２内のガスは、排出側シールボックス５、ガス排出管６を通して系外に排出する。
エッチング用ガスの供給は、石英管２を略全長にわたって加熱しながら行う。すなわち、石英管２は、旋盤８によって石英管２を軸回りに回転させるとともに、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させることによって、略全長にわたって加熱する。これによって、石英管２内面の表層部分が除去され、石英管２の内面は清浄化される。
図１に示すように、バルブ７ａを閉じた状態で、ＳＦ６やＣ２Ｆ６などのエッチング用ガスを、Ｏ２やＨｅなどのキャリアガスとともにガス供給管３を通して供給側シールボックス４に供給し、石英管２に一方端２ａから流入させ、石英管２に流通させる。石英管２内のガスは、排出側シールボックス５、ガス排出管６を通して系外に排出する。
エッチング用ガスの供給は、石英管２を略全長にわたって加熱しながら行う。すなわち、石英管２は、旋盤８によって石英管２を軸回りに回転させるとともに、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させることによって、略全長にわたって加熱する。これによって、石英管２内面の表層部分が除去され、石英管２の内面は清浄化される。
（デポジション工程）
デポジション工程は、内付け気相成長（ＭＣＶＤ）法により石英管２内面にガラスを堆積させる工程である。
図２に示すように、ＳｉＣｌ４やＧｅＣｌ４などの原料ガスを、Ｏ２やＨｅなどのキャリアガスとともにガス供給管３を通して供給側シールボックス４に供給し、石英管２に一方端２ａから流入させ、石英管２に流通させ、他方端２ｂから排出させる。石英管２内のガスは、排出側シールボックス５、ガス排出管６を通して排出する。
原料ガスの供給は、石英管２を軸回りに回転させるとともに、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させて石英管２を全長にわたって加熱しながら行う。
これによって、原料ガスは酸化され、石英管２内面にＳｉＯ２、ＧｅＯ２などを主成分とするガラスが堆積し、ガラス層１０（スート）が加熱源９の下流側に形成される。ガラス層１０（スート）は、加熱源９よって加熱され、石英管２に一体化するとともに、焼結され透明化される。
加熱温度は、種々の条件（石英管２の外径、内圧、加熱源９のトラバース速度、原料ガスの流量など）により異なるが、例えば１９００〜２４００℃とすることができる。
透明化して堆積したガラス層１０Ａの厚さは、例えば０．５ｍｍ〜５．０ｍｍとすることができる。石英管２の内径は、例えば１０ｍｍ〜４０ｍｍとすることができる。
デポジション工程は、内付け気相成長（ＭＣＶＤ）法により石英管２内面にガラスを堆積させる工程である。
図２に示すように、ＳｉＣｌ４やＧｅＣｌ４などの原料ガスを、Ｏ２やＨｅなどのキャリアガスとともにガス供給管３を通して供給側シールボックス４に供給し、石英管２に一方端２ａから流入させ、石英管２に流通させ、他方端２ｂから排出させる。石英管２内のガスは、排出側シールボックス５、ガス排出管６を通して排出する。
原料ガスの供給は、石英管２を軸回りに回転させるとともに、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させて石英管２を全長にわたって加熱しながら行う。
これによって、原料ガスは酸化され、石英管２内面にＳｉＯ２、ＧｅＯ２などを主成分とするガラスが堆積し、ガラス層１０（スート）が加熱源９の下流側に形成される。ガラス層１０（スート）は、加熱源９よって加熱され、石英管２に一体化するとともに、焼結され透明化される。
加熱温度は、種々の条件（石英管２の外径、内圧、加熱源９のトラバース速度、原料ガスの流量など）により異なるが、例えば１９００〜２４００℃とすることができる。
透明化して堆積したガラス層１０Ａの厚さは、例えば０．５ｍｍ〜５．０ｍｍとすることができる。石英管２の内径は、例えば１０ｍｍ〜４０ｍｍとすることができる。
（予備コラプス工程）
予備コラプス工程では、加熱により石英管２を縮径させることができる。前記加熱は、内径および外径が所定の径（例えば内径２ｍｍ〜１５ｍｍ）となるまで行うことができる。本工程は、石英管２を縮径させるため、縮径工程と呼ぶこともできる。
加熱温度は、種々の条件により異なるが、例えば１９００〜２４００℃とすることができる。
予備コラプス工程では、加熱により石英管２を縮径させることができる。前記加熱は、内径および外径が所定の径（例えば内径２ｍｍ〜１５ｍｍ）となるまで行うことができる。本工程は、石英管２を縮径させるため、縮径工程と呼ぶこともできる。
加熱温度は、種々の条件により異なるが、例えば１９００〜２４００℃とすることができる。
（第２エッチング工程）
ＳＦ６やＣ２Ｆ６などのエッチング用ガスを、Ｏ２やＨｅなどのキャリアガスとともにガス供給管３を通して供給側シールボックス４に供給し、石英管２に流通させて排出側シールボックス５、ガス排出管６を通して排出する。
エッチング用ガスの供給は、石英管２を軸回りに回転させるとともに、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させて石英管２を全長にわたって加熱しながら行う。これによって、エッチングによりガラス層１０Ａの表層部分が除去されるため、表面に付着した水分を除去するとともに、Ｇｅの揮発した部分を除去することができる。
加熱温度は、種々の条件により異なるが、例えば１９００〜２４００℃とすることができる。
ＳＦ６やＣ２Ｆ６などのエッチング用ガスを、Ｏ２やＨｅなどのキャリアガスとともにガス供給管３を通して供給側シールボックス４に供給し、石英管２に流通させて排出側シールボックス５、ガス排出管６を通して排出する。
エッチング用ガスの供給は、石英管２を軸回りに回転させるとともに、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させて石英管２を全長にわたって加熱しながら行う。これによって、エッチングによりガラス層１０Ａの表層部分が除去されるため、表面に付着した水分を除去するとともに、Ｇｅの揮発した部分を除去することができる。
加熱温度は、種々の条件により異なるが、例えば１９００〜２４００℃とすることができる。
予備コラプス工程および第２エッチング工程では、石英管２の内圧を外気圧以上に（すなわち外気圧と同じまたは外気圧より大きく）設定することが好ましい。石英管２の内圧は、例えば外気圧よりも５Ｐａ〜１００Ｐａ大きく設定することができる。予備コラプス工程および第２エッチング工程で石英管２内に供給するガスは、例示したものに限らず、アルゴンガス等の不活性ガスでもよい。
石英管２の内圧は、石英管２へのガス供給量および石英管２からのガス排出量の調整により設定できる。石英管２の内圧は、差圧計３ａにより確認できる。
石英管２の内圧を外気圧以上とすることによって、石英管２の非円率の悪化を防ぐことができる。
予備コラプス工程および第２エッチング工程は、加熱工程と呼ぶこともできる。
石英管２の内圧は、石英管２へのガス供給量および石英管２からのガス排出量の調整により設定できる。石英管２の内圧は、差圧計３ａにより確認できる。
石英管２の内圧を外気圧以上とすることによって、石英管２の非円率の悪化を防ぐことができる。
予備コラプス工程および第２エッチング工程は、加熱工程と呼ぶこともできる。
（本コラプス工程）
バルブ７ａを開とした後、Ｃｌ２などの脱水用ガスを、Ｏ２やＨｅなどのキャリアガスとともにガス供給管３を通して供給側シールボックス４に供給し、石英管２に流通させ、排出側シールボックス５、ガス排出管６を通して排出する。
バルブ７ａが開とされたことにより、ガス供給管３内のガスは石英管２にもバイパス管７にも流通可能となり、一部はバイパス管７を通して排出側シールボックス５に流れる。
バルブ７ａを開とした後、Ｃｌ２などの脱水用ガスを、Ｏ２やＨｅなどのキャリアガスとともにガス供給管３を通して供給側シールボックス４に供給し、石英管２に流通させ、排出側シールボックス５、ガス排出管６を通して排出する。
バルブ７ａが開とされたことにより、ガス供給管３内のガスは石英管２にもバイパス管７にも流通可能となり、一部はバイパス管７を通して排出側シールボックス５に流れる。
図３に示すように、加熱源９を石英管２の所定の位置で静止または低速度で長さ方向に移動させながら石英管２を軸回りに回転させることによって、石英管２の長さ方向の一部分を全周にわたって加熱し、完全に中実化させる。中実化により、この部分の石英管２は閉塞する。この部分を初期閉塞部分１０ａという。
石英管２が閉塞する過程では、徐々に小さくなる内径に応じて石英管２を流れるガスの圧力損失が大きくなり、石英管２のガス流量が減少するに伴って、バイパス管７を流れるガス流量が相対的に増大する。すなわち、ガス供給管３からバイパス管７に流れるガス流量の比率（全流量に対する比率）が、石英管２に流れるガス流量の比率に対して徐々に多くなる。
石英管２が閉塞した後は、前記ガスは全量がバイパス管７に流れる。なお、この過程を通じて、原料ガスの供給量は一定としてもよいし、増減させてもよい。
このため、石英管２の内圧が過剰に高くなることはなく、石英管２の膨張を回避できる。
また、ガス供給は閉塞の前後を通じて行われるため、閉塞の過程では、ガス供給管内の圧力はガス排出管内の圧力以上に保たれる。
石英管２が閉塞する過程では、徐々に小さくなる内径に応じて石英管２を流れるガスの圧力損失が大きくなり、石英管２のガス流量が減少するに伴って、バイパス管７を流れるガス流量が相対的に増大する。すなわち、ガス供給管３からバイパス管７に流れるガス流量の比率（全流量に対する比率）が、石英管２に流れるガス流量の比率に対して徐々に多くなる。
石英管２が閉塞した後は、前記ガスは全量がバイパス管７に流れる。なお、この過程を通じて、原料ガスの供給量は一定としてもよいし、増減させてもよい。
このため、石英管２の内圧が過剰に高くなることはなく、石英管２の膨張を回避できる。
また、ガス供給は閉塞の前後を通じて行われるため、閉塞の過程では、ガス供給管内の圧力はガス排出管内の圧力以上に保たれる。
石英管２を初期閉塞部分１０ａで閉塞させるにあたっては、石英管２の内圧（ガス供給管３からの供給ガス圧力）を外気圧より小さい値に低下させる。石英管２の内圧は、例えば外気圧（例えば大気圧）よりも１０Ｐａ〜５００Ｐａ小さく設定するのが好ましい。石英管２の内圧は、石英管２へのガス供給量および石英管２からのガス排出量の調整により設定できる。
本コラプス工程で石英管２に供給するガスは、例示したものに限らず、アルゴンガス等の不活性ガスでもよい。
この工程では、石英管２内のガラス層１０Ａは十分に厚くされており、また予備コラプス工程により内径が小さくなっているため、石英管２の内圧が外気圧より小さくなっても非円化は起こらない。
石英管２の内圧を外気圧より小さくすることによって、閉塞時における石英管２内圧の上昇による石英管２の膨張を確実に回避できる。また、短時間で中実化を完了することができるため、Ｇｅの揮発を最小限に抑制できる。
本コラプス工程で石英管２に供給するガスは、例示したものに限らず、アルゴンガス等の不活性ガスでもよい。
この工程では、石英管２内のガラス層１０Ａは十分に厚くされており、また予備コラプス工程により内径が小さくなっているため、石英管２の内圧が外気圧より小さくなっても非円化は起こらない。
石英管２の内圧を外気圧より小さくすることによって、閉塞時における石英管２内圧の上昇による石英管２の膨張を確実に回避できる。また、短時間で中実化を完了することができるため、Ｇｅの揮発を最小限に抑制できる。
次いで、図４に示すように、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させつつ石英管２の他部分１０ｂ、１０ｃ（初期閉塞部分１０ａ以外の部分）を加熱することによって、初期閉塞部分１０ａから連続するように他部分１０ｂ、１０ｃを中実化させ、光ファイバ母材を得る。
他部分１０ｂ、１０ｃを中実化させる際には、初期閉塞部分１０ａから連続するように、すなわち閉塞部分が長さ方向に伸長するように加熱位置を調整する。これによって、長さ方向にわたって完全に中実化した光ファイバ母材が得られる。
加熱温度は、種々の条件により異なるが、例えば１９００〜２４００℃とすることができる。
他部分１０ｂ、１０ｃを中実化させる際には、初期閉塞部分１０ａから連続するように、すなわち閉塞部分が長さ方向に伸長するように加熱位置を調整する。これによって、長さ方向にわたって完全に中実化した光ファイバ母材が得られる。
加熱温度は、種々の条件により異なるが、例えば１９００〜２４００℃とすることができる。
この光ファイバ母材の製造方法によれば、本コラプス工程において、ガス供給管３内の原料ガスの一部をバイパス管７を通してガス排出側に流通可能とするので、石英管２の内径が小さくなって石英管２を流れるガス流量が次第に減少するのに伴って、バイパス管７を流れるガス流量が相対的に増大する。
石英管２の一部分が中実化する前後で石英管２内の圧力を外部の圧力よりも低く保つため、石英管２が膨張することなく、確実に前記一部分の中実化が行われる。この際、原料ガスの供給によって、ガス供給管３内の圧力はガス排出管６内の圧力以上に保たれるため、石英管２内でのガスの逆流は生じない。そのため、石英管２内への外気の侵入は起こらない。
また、石英管２の一部分が完全に中実化した後、従来装置とは異なり、ベント管とバイパス管に設けられた弁の開閉を切り替えることなく、長さ方向にわたり初期閉塞部分から連続する中実化を行うことができる。
よって、上記の製造方法によれば、石英管２の内面が大気中の水分や窒素に触れることを防止でき、ＯＨ損失や窒素混入による損失増を抑制した光ファイバを製造できる光ファイバ母材を得ることができる。また、装置構成が簡略であるため、母材製造装置の低コスト化を図ることができる。
石英管２の一部分が中実化する前後で石英管２内の圧力を外部の圧力よりも低く保つため、石英管２が膨張することなく、確実に前記一部分の中実化が行われる。この際、原料ガスの供給によって、ガス供給管３内の圧力はガス排出管６内の圧力以上に保たれるため、石英管２内でのガスの逆流は生じない。そのため、石英管２内への外気の侵入は起こらない。
また、石英管２の一部分が完全に中実化した後、従来装置とは異なり、ベント管とバイパス管に設けられた弁の開閉を切り替えることなく、長さ方向にわたり初期閉塞部分から連続する中実化を行うことができる。
よって、上記の製造方法によれば、石英管２の内面が大気中の水分や窒素に触れることを防止でき、ＯＨ損失や窒素混入による損失増を抑制した光ファイバを製造できる光ファイバ母材を得ることができる。また、装置構成が簡略であるため、母材製造装置の低コスト化を図ることができる。
（実施例１）
図１に示す光ファイバ母材の製造装置を使用して、以下のようにして光ファイバ母材を製造した。
石英管２の外径は３２ｍｍとし、バイパス管７としてはテフロン（登録商標）製で内径３ｍｍのものを使用した。
図１に示す光ファイバ母材の製造装置を使用して、以下のようにして光ファイバ母材を製造した。
石英管２の外径は３２ｍｍとし、バイパス管７としてはテフロン（登録商標）製で内径３ｍｍのものを使用した。
（第１エッチング工程）
バルブ７ａを閉じた状態で、加熱源９（酸水素バーナ）を石英管２の長さ方向に移動させて石英管２を全長にわたって加熱しながら、エッチング用ガス（Ｃ２Ｆ６）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、内面を清浄化した。
バルブ７ａを閉じた状態で、加熱源９（酸水素バーナ）を石英管２の長さ方向に移動させて石英管２を全長にわたって加熱しながら、エッチング用ガス（Ｃ２Ｆ６）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、内面を清浄化した。
（デポジション工程）
図２に示すように、加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、原料ガス（ＳｉＣｌ４およびＧｅＣｌ４）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、石英管２内面にガラス層１０Ａを形成した。石英管２の内径（ガラス層１０Ａの内径）は２５ｍｍとなった。
図２に示すように、加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、原料ガス（ＳｉＣｌ４およびＧｅＣｌ４）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、石英管２内面にガラス層１０Ａを形成した。石英管２の内径（ガラス層１０Ａの内径）は２５ｍｍとなった。
（予備コラプス工程）
加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、脱水用ガス（Ｃｌ２）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させた。加熱により石英管２は縮径し、石英管２の内径（ガラス層１０Ａの内径）は５ｍｍとなった。
加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、脱水用ガス（Ｃｌ２）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させた。加熱により石英管２は縮径し、石英管２の内径（ガラス層１０Ａの内径）は５ｍｍとなった。
（第２エッチング工程）
加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、エッチング用ガス（Ｃ２Ｆ６）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、ガラス層１０Ａ内面を清浄化した。
予備コラプス工程および第２エッチング工程では、石英管２へのガス供給量および石英管２からのガス排出量の調整により、石英管２の内圧を外気圧（大気圧）よりも３０Ｐａ大きく設定した（すなわち「外気圧プラス３０Ｐａ」とした）。
加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、エッチング用ガス（Ｃ２Ｆ６）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、ガラス層１０Ａ内面を清浄化した。
予備コラプス工程および第２エッチング工程では、石英管２へのガス供給量および石英管２からのガス排出量の調整により、石英管２の内圧を外気圧（大気圧）よりも３０Ｐａ大きく設定した（すなわち「外気圧プラス３０Ｐａ」とした）。
（本コラプス工程）
バルブ７ａを開として、ガス供給管３内のガスが石英管２にもバイパス管７にも流通できる状態で、脱水用ガス（Ｃｌ２）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から石英管２に供給した。
ガス供給量およびガス排出量の調整によって、石英管２の内圧は、外気圧よりも５０Ｐａ小さく設定した（すなわち「外気圧マイナス５０Ｐａ」とした）。
図３に示すように、石英管２を軸回りに回転させつつ、加熱源９によって石英管２の一部分（初期閉塞部分１０ａ）を中実化させた。石英管２の閉塞によって、石英管２の内圧はやや上昇し、外気圧マイナス２０Ｐａとなった。
次いで、図４に示すように、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させつつ石英管２の他部分１０ｂ、１０ｃを加熱して中実化させ、光ファイバ母材を得た。
バルブ７ａを開として、ガス供給管３内のガスが石英管２にもバイパス管７にも流通できる状態で、脱水用ガス（Ｃｌ２）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から石英管２に供給した。
ガス供給量およびガス排出量の調整によって、石英管２の内圧は、外気圧よりも５０Ｐａ小さく設定した（すなわち「外気圧マイナス５０Ｐａ」とした）。
図３に示すように、石英管２を軸回りに回転させつつ、加熱源９によって石英管２の一部分（初期閉塞部分１０ａ）を中実化させた。石英管２の閉塞によって、石英管２の内圧はやや上昇し、外気圧マイナス２０Ｐａとなった。
次いで、図４に示すように、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させつつ石英管２の他部分１０ｂ、１０ｃを加熱して中実化させ、光ファイバ母材を得た。
（実施例２）
図１に示す光ファイバ母材の製造装置を使用して、以下のようにして光ファイバ母材を製造した。
石英管２の外径は３７ｍｍとし、バイパス管７としてはテフロン（登録商標）製で内径２０ｍｍのものを使用した。
以下、実施例１と同じ構成を採用する場合には記載を省略する。
図１に示す光ファイバ母材の製造装置を使用して、以下のようにして光ファイバ母材を製造した。
石英管２の外径は３７ｍｍとし、バイパス管７としてはテフロン（登録商標）製で内径２０ｍｍのものを使用した。
以下、実施例１と同じ構成を採用する場合には記載を省略する。
（第１エッチング工程）
バルブ７ａを閉じた状態で、加熱源９（酸水素バーナ）を石英管２の長さ方向に移動させて石英管２を全長にわたって加熱しながら、エッチング用ガス（Ｃ２Ｆ６）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、内面を清浄化した。
バルブ７ａを閉じた状態で、加熱源９（酸水素バーナ）を石英管２の長さ方向に移動させて石英管２を全長にわたって加熱しながら、エッチング用ガス（Ｃ２Ｆ６）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、内面を清浄化した。
（デポジション工程）
図２に示すように、加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、原料ガス（ＳｉＣｌ４およびＧｅＣｌ４）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、石英管２内面にガラス層１０Ａを形成した。石英管２の内径（ガラス層１０Ａの内径）は２８ｍｍとなった。
図２に示すように、加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、原料ガス（ＳｉＣｌ４およびＧｅＣｌ４）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、石英管２内面にガラス層１０Ａを形成した。石英管２の内径（ガラス層１０Ａの内径）は２８ｍｍとなった。
（予備コラプス工程）
加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、脱水用ガス（Ｃｌ２）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させた。加熱により石英管２は縮径し、石英管２の内径（ガラス層１０Ａの内径）は１０ｍｍとなった。
加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、脱水用ガス（Ｃｌ２）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させた。加熱により石英管２は縮径し、石英管２の内径（ガラス層１０Ａの内径）は１０ｍｍとなった。
（第２エッチング工程）
加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、エッチング用ガス（Ｃ２Ｆ６）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、ガラス層１０Ａ内面を清浄化した。
予備コラプス工程および第２エッチング工程では、石英管２へのガス供給量および石英管２からのガス排出量の調整により、石英管２の内圧を外気圧よりも３０Ｐａ大きく設定した（すなわち「外気圧プラス３０Ｐａ」とした）。
加熱源９（酸水素バーナ）で石英管２を加熱しながら、エッチング用ガス（Ｃ２Ｆ６）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から供給し、石英管２に流通させ、ガラス層１０Ａ内面を清浄化した。
予備コラプス工程および第２エッチング工程では、石英管２へのガス供給量および石英管２からのガス排出量の調整により、石英管２の内圧を外気圧よりも３０Ｐａ大きく設定した（すなわち「外気圧プラス３０Ｐａ」とした）。
（本コラプス工程）
バルブ７ａを開として、ガス供給管３内のガスが石英管２にもバイパス管７にも流通できる状態で、脱水用ガス（Ｃｌ２）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から石英管２に供給した。
ガス供給量およびガス排出量の調整によって、石英管２の内圧は、外気圧よりも５０Ｐａ小さく設定した（すなわち「外気圧マイナス５０Ｐａ」とした）。
図３に示すように、石英管２を軸回りに回転させつつ、加熱源９によって石英管２の一部分（初期閉塞部分１０ａ）を中実化させた。石英管２の閉塞によって、石英管２の内圧はやや上昇し、外気圧マイナス４０Ｐａとなった。
次いで、図４に示すように、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させつつ石英管２の他部分１０ｂ、１０ｃを加熱して中実化させ、光ファイバ母材を得た。
バルブ７ａを開として、ガス供給管３内のガスが石英管２にもバイパス管７にも流通できる状態で、脱水用ガス（Ｃｌ２）をキャリアガス（Ｏ２）とともにガス供給管３から石英管２に供給した。
ガス供給量およびガス排出量の調整によって、石英管２の内圧は、外気圧よりも５０Ｐａ小さく設定した（すなわち「外気圧マイナス５０Ｐａ」とした）。
図３に示すように、石英管２を軸回りに回転させつつ、加熱源９によって石英管２の一部分（初期閉塞部分１０ａ）を中実化させた。石英管２の閉塞によって、石英管２の内圧はやや上昇し、外気圧マイナス４０Ｐａとなった。
次いで、図４に示すように、加熱源９を石英管２の長さ方向に移動させつつ石英管２の他部分１０ｂ、１０ｃを加熱して中実化させ、光ファイバ母材を得た。
実施例１、２のいずれにおいても、光ファイバ母材には、石英管２の膨張による変形や非円化は生じなかったことが確認された。
なお、上述の製造方法では、石英管２の一部分（初期閉塞部分１０ａ）を閉塞した後、他部分１０ｂ、１０ｃを閉塞させたが、本発明では、石英管２の全長を同時に中実化し閉塞させてもよい。
１・・・光ファイバ母材の製造装置、２・・・石英管、３・・・ガス供給管、６・・・ガス排出管、７・・・バイパス管、９・・・加熱源、１０・・・ガラス層。
Claims (5)
- 石英管を加熱し中実化して光ファイバ母材を製造する方法であって、
前記石英管にガスを供給するガス供給管と、前記石英管内のガスを排出するガス排出管と、前記ガス供給管内のガスを前記石英管を迂回して前記ガス排出側に導くバイパス管とを用い、
前記ガス供給管より原料ガスを供給し前記石英管に流通させつつ前記石英管内面にガラスを堆積させるデポジション工程と、
前記デポジション工程の後に、前記ガス供給管よりガスを前記石英管に供給しつつ前記石英管を加熱し中実化させて光ファイバ母材を得るコラプス工程と、を有し、
前記コラプス工程において、前記石英管の少なくとも一部を閉塞させるにあたって、前記ガス供給管内のガスの一部を前記バイパス管を通して前記ガス排出側に流通可能とするとともに、前記石英管内の圧力を外気圧より小さく設定することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。 - 前記コラプス工程において、加熱源により前記石英管を加熱して前記石英管を長さ方向の一部である初期閉塞部分で閉塞させた後、前記加熱源を前記石英管の長さ方向に移動させつつ前記石英管の他部を加熱することによって、前記初期閉塞部分から連続するように前記他部を中実化させ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。
- 前記デポジション工程の後、前記コラプス工程に先立って、前記石英管を加熱する加熱工程を有し、この加熱工程における前記石英管内の圧力を外気圧以上とす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母材の製造方法。
- 前記加熱工程は、加熱により前記石英管を縮径する縮径工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 前記バイパス管の内径は、３ｍｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
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