JP6432220B2 - 光ファイバ用ガラス母材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ用ガラス母材の製造方法に関する。
光ファイバ用ガラス母材の製造方法として、バーナの火炎中にガラス微粒子を生成させ、生成したガラス微粒子を石英等からなる出発基材に堆積させながら、出発基材を徐々に引き上げて円柱状のガラス微粒子堆積体を形成していくＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。
ＶＡＤ法によりガラス微粒子堆積体を形成する際、堆積用バーナへ四塩化珪素などの原料、屈折率を調整するための四塩化ゲルマニウムなどのドーパント、酸素、水素ガスを送り込み、加水分解反応によってガラス微粒子を堆積して、ターゲットに堆積させる。上記四塩化ゲルマニウムなどのドーパントは高価であり、その使用量の低減が望ましい。しかしながら、単純にドーパントの量を減らすだけでは、ガラス微粒子堆積体の引き上げ速度が意図するように上がらなかったり、変動したりして、有効部が短くなったり、ガラス微粒子堆積体の長手方向の外径変動等を招いて、その特性が長手方向で安定しない虞がある。
そこで、本発明の目的は、ＶＡＤ法によってガラス母材を製造する際に、特性の変動等が生じることなく、屈折率を変化させるためのドーパントの使用量を低減できる光ファイバ用ガラス母材の製造方法を提供することにある。
本発明の一態様に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、バーナの火炎による火炎分解反応により生成したガラス微粒子を出発基材の軸方向に堆積させ、少なくとも一部に屈折率調整用ドーパントを含んだガラス微粒子堆積体を形成して光ファイバ用ガラス母材を製造する光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、
堆積開始時と堆積終了時の、前記ガラス微粒子堆積体の非有効部を堆積する際のドーパントの添加量を、少なくとも前記非有効部を堆積する堆積時間の半分以上の間、前記ガラス微粒子堆積体の有効部を堆積する際の添加量よりも少なくする。
堆積開始時と堆積終了時の、前記ガラス微粒子堆積体の非有効部を堆積する際のドーパントの添加量を、少なくとも前記非有効部を堆積する堆積時間の半分以上の間、前記ガラス微粒子堆積体の有効部を堆積する際の添加量よりも少なくする。
本発明によれば、ＶＡＤ法によってガラス母材を製造する際に、特性の変動等が生じることなく、屈折率を変化させるためのドーパントの使用量を低減できる。
［本発明の実施形態の説明］
本発明の実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、
（１） バーナの火炎による火炎分解反応により生成したガラス微粒子を出発基材の軸方向に堆積させ、少なくとも一部に屈折率調整用ドーパントを含んだガラス微粒子堆積体を形成して光ファイバ用ガラス母材を製造する光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、
堆積開始時と堆積終了時の、前記ガラス微粒子堆積体の非有効部を堆積する際のドーパントの添加量を、少なくとも前記非有効部を堆積する堆積時間の半分以上の間、前記ガラス微粒子堆積体の有効部を堆積する際の添加量よりも少なくする。
ドーパントの添加量を、少なくとも非有効部となる堆積時間の半分以上の間、ガラス微粒子堆積体の有効部の添加量よりも少なくすることにより、従来よりもドーパントの使用量を低減できる。
本発明の実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、
（１） バーナの火炎による火炎分解反応により生成したガラス微粒子を出発基材の軸方向に堆積させ、少なくとも一部に屈折率調整用ドーパントを含んだガラス微粒子堆積体を形成して光ファイバ用ガラス母材を製造する光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、
堆積開始時と堆積終了時の、前記ガラス微粒子堆積体の非有効部を堆積する際のドーパントの添加量を、少なくとも前記非有効部を堆積する堆積時間の半分以上の間、前記ガラス微粒子堆積体の有効部を堆積する際の添加量よりも少なくする。
ドーパントの添加量を、少なくとも非有効部となる堆積時間の半分以上の間、ガラス微粒子堆積体の有効部の添加量よりも少なくすることにより、従来よりもドーパントの使用量を低減できる。
（２） 前記ドーパントの添加量を少なくしている間、前記バーナから供給されるガスのうち、少なくとも１系統以上のガスの流量を変化させ、前記ガラス微粒子堆積体を引き上げる、引き上げ速度を調整する。
単純にドーパントの添加量を変化させただけでは、引き上げ速度が意図するように上がらなかったり、変動したりしてしまう場合があるが、バーナから供給されるガスの流量を調整することにより、引き上げ速度を意図したように変化させることができるので、非有効部を短くし、形成されるガラス微粒子堆積体の長手方向の外径変動等を防いで、ガラス母材の特性が長手方向で安定するようにできる。
単純にドーパントの添加量を変化させただけでは、引き上げ速度が意図するように上がらなかったり、変動したりしてしまう場合があるが、バーナから供給されるガスの流量を調整することにより、引き上げ速度を意図したように変化させることができるので、非有効部を短くし、形成されるガラス微粒子堆積体の長手方向の外径変動等を防いで、ガラス母材の特性が長手方向で安定するようにできる。
（３） 前記ドーパントの添加量を少なくしている間の少なくとも一部の時間において、前記ガスの一つである水素ガスの流量を前記有効部に相当する位置での流量の絶対値の７０％以上９８％以下の値に変化させる。
ドーパントの添加量を下げると引き上げ速度は下がるが、水素ガスの流量を有効部に相当する位置での流量よりも下げることにより堆積面の温度が下がり、嵩密度も下がるのでガラス微粒子堆積体の引き上げ速度を上げることができる。しかし、有効部に相当する位置での流量の絶対値の７０％より低くしてしまうと、温度が下がりすぎてしまい、嵩密度が低くなり過ぎてしまうため、ガラス微粒子堆積体が割れる虞がある。一方、有効部に相当する位置での流量の絶対値の９８％を超えてしまうと、意図する程度まではガラス微粒子堆積体の引き上げ速度が上がらなくなる。よって、水素ガスの流量を有効部に相当する位置での流量の絶対値の７０％以上９８％以下に変化させることにより、効率よくガラス微粒子堆積体の引き上げ速度を上げて、非有効部の長さを短くすることができる。
ドーパントの添加量を下げると引き上げ速度は下がるが、水素ガスの流量を有効部に相当する位置での流量よりも下げることにより堆積面の温度が下がり、嵩密度も下がるのでガラス微粒子堆積体の引き上げ速度を上げることができる。しかし、有効部に相当する位置での流量の絶対値の７０％より低くしてしまうと、温度が下がりすぎてしまい、嵩密度が低くなり過ぎてしまうため、ガラス微粒子堆積体が割れる虞がある。一方、有効部に相当する位置での流量の絶対値の９８％を超えてしまうと、意図する程度まではガラス微粒子堆積体の引き上げ速度が上がらなくなる。よって、水素ガスの流量を有効部に相当する位置での流量の絶対値の７０％以上９８％以下に変化させることにより、効率よくガラス微粒子堆積体の引き上げ速度を上げて、非有効部の長さを短くすることができる。
（４） 前記ドーパントの添加量を少なくしている間の少なくとも一部の時間において、前記ガスの一つである酸素ガスの流量を前記有効部に相当する位置での流量の絶対値の１０２％以上１３０％以下の値に変化させる。
上記したように、ドーパントの添加量を下げると引き上げ速度は下がるが、酸素ガスの流量を有効部に相当する位置での流量よりも上げることにより、堆積面の温度が下がり、嵩密度も下がるのでガラス微粒子堆積体の引き上げ速度を上げることができる。しかし、有効部に相当する位置での流量の絶対値の１０２％より低いと、意図する程度まではガラス微粒子堆積体の引き上げ速度が上がらない。一方、有効部に相当する位置での流量の絶対値の１３０％を超えると、温度が下がりすぎてしまい、嵩密度が低くなり過ぎてしまうため、ガラス微粒子堆積体が割れる虞がある。よって、酸素ガスの流量を有効部に相当する位置での流量の絶対値の１０２％以上１３０％以下の値に変化させることにより、効率よくガラス微粒子堆積体の引き上げ速度を上げて、非有効部の長さを短くすることができる。
上記したように、ドーパントの添加量を下げると引き上げ速度は下がるが、酸素ガスの流量を有効部に相当する位置での流量よりも上げることにより、堆積面の温度が下がり、嵩密度も下がるのでガラス微粒子堆積体の引き上げ速度を上げることができる。しかし、有効部に相当する位置での流量の絶対値の１０２％より低いと、意図する程度まではガラス微粒子堆積体の引き上げ速度が上がらない。一方、有効部に相当する位置での流量の絶対値の１３０％を超えると、温度が下がりすぎてしまい、嵩密度が低くなり過ぎてしまうため、ガラス微粒子堆積体が割れる虞がある。よって、酸素ガスの流量を有効部に相当する位置での流量の絶対値の１０２％以上１３０％以下の値に変化させることにより、効率よくガラス微粒子堆積体の引き上げ速度を上げて、非有効部の長さを短くすることができる。
（５） 前記ドーパントの添加量を少なくしている間の前記ガスの流量は、
前記堆積開始時には前記有効部の堆積前に最大または最小となるピークが来るように流量を変化させ、
前記堆積終了時には前記有効部における流量から変化させて堆積終了まで当該変化させた流量を保持する。
堆積開始時には有効部の堆積前に最大または最小となるピークが来るように流量を変化させ、堆積終了時には有効部における流量から変化させて堆積終了まで当該変化させた流量を保持することにより、非有効部の長さを短くし、また、形成されるガラス微粒子堆積体の長手方向の外径変動等を防いで、ガラス微粒子堆積体の特性が長手方向で安定するようにできる。
前記堆積開始時には前記有効部の堆積前に最大または最小となるピークが来るように流量を変化させ、
前記堆積終了時には前記有効部における流量から変化させて堆積終了まで当該変化させた流量を保持する。
堆積開始時には有効部の堆積前に最大または最小となるピークが来るように流量を変化させ、堆積終了時には有効部における流量から変化させて堆積終了まで当該変化させた流量を保持することにより、非有効部の長さを短くし、また、形成されるガラス微粒子堆積体の長手方向の外径変動等を防いで、ガラス微粒子堆積体の特性が長手方向で安定するようにできる。
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法で使用する製造装置の概略図である。
まず、光ファイバ用ガラス母材を製造する製造装置について説明する。
図１に示すように、製造装置１は、反応容器２を備えており、ＶＡＤ法によって反応容器２内でガラス微粒子堆積体Ｇを製造する装置である。反応容器２の上部には、吊り下げ装置３が設けられている。吊り下げ装置３は反応容器２の外側に設けられた駆動装置（図示略）により上下に昇降される。吊り下げ装置３には、例えば、石英ガラスなどから形成された出発基材４が把持されており、この出発基材４は、吊り下げ装置３によって軸回りに回転されながら軸方向に沿って移動可能とされている。
まず、光ファイバ用ガラス母材を製造する製造装置について説明する。
図１に示すように、製造装置１は、反応容器２を備えており、ＶＡＤ法によって反応容器２内でガラス微粒子堆積体Ｇを製造する装置である。反応容器２の上部には、吊り下げ装置３が設けられている。吊り下げ装置３は反応容器２の外側に設けられた駆動装置（図示略）により上下に昇降される。吊り下げ装置３には、例えば、石英ガラスなどから形成された出発基材４が把持されており、この出発基材４は、吊り下げ装置３によって軸回りに回転されながら軸方向に沿って移動可能とされている。
反応容器２には、その下部に２つのバーナ５，６が設けられている。これらのバーナ５，６は、ガラス原料ガスと火炎ガスを噴出し、火炎分解反応によりガラス微粒子を生成して、そのガラス微粒子を出発基材４に向けて吹き付けるものである。バーナ５，６はそれぞれ出発基材４に対して下方に設置され、斜め上方へ向けて傾けられている。バーナ５は、クラッド用のバーナであり、バーナ６は、コア用のバーナである。
それぞれのバーナ５，６には、ガス供給部７から、例えば、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）等のガラス原料ガス、水素（Ｈ２）等の燃焼ガス、酸素（Ｏ２）等の助燃ガスおよびアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが複数の系統で供給される。コア用のバーナ６には、さらに、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）などの屈折率調整用のドーパントを供給する。四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）には、屈折率を上げる効果があり、クラッドに対してコアの屈折率を高くすることができる。
クラッド用のバーナ５およびコア用のバーナ６は、複数の系統で供給される各種のガスをそれぞれ噴出し、加水分解反応によってガラス微粒子を堆積する。
また、バーナ５，６は、同心円状に複数のポート（噴出し口）を有する、８重管石英ガラスバーナなどの多重管バーナであり、複数の系統毎に異なる層のポートからガスを噴出する。
また、バーナ５，６は、同心円状に複数のポート（噴出し口）を有する、８重管石英ガラスバーナなどの多重管バーナであり、複数の系統毎に異なる層のポートからガスを噴出する。
そして、これらのバーナ５，６から噴出されるガラス原料ガスと火炎ガス（燃焼ガスと助燃ガス）により、火炎加水分解されて堆積されるガラス微粒子が出発基材４に堆積される。この出発基材４にガラス微粒子を堆積させながら軸回りに回転される出発基材４を徐々に引き上げることで、出発基材４に円柱状のガラス微粒子堆積体Ｇが形成される。
この形成されたガラス微粒子堆積体Ｇにおける中間部分は、光ファイバ化される部分である有効部Ｇａである。また、ガラス微粒子堆積体Ｇにおけるガラス微粒子堆積の開始端（図１のガラス微粒子堆積体Ｇの上部のテーパ部分）、およびガラス微粒子堆積の終了端（図１のガラス微粒子堆積体Ｇの下部のテーパ部分）は、光ファイバ化されない部分である非有効部Ｇｂである。
ガラス微粒子堆積体Ｇは、その後、脱水および焼結して透明ガラス化された光ファイバ用ガラス母材とされ、光ファイバ用ガラス母材を線引きすることで光ファイバが製造される。
この形成されたガラス微粒子堆積体Ｇにおける中間部分は、光ファイバ化される部分である有効部Ｇａである。また、ガラス微粒子堆積体Ｇにおけるガラス微粒子堆積の開始端（図１のガラス微粒子堆積体Ｇの上部のテーパ部分）、およびガラス微粒子堆積の終了端（図１のガラス微粒子堆積体Ｇの下部のテーパ部分）は、光ファイバ化されない部分である非有効部Ｇｂである。
ガラス微粒子堆積体Ｇは、その後、脱水および焼結して透明ガラス化された光ファイバ用ガラス母材とされ、光ファイバ用ガラス母材を線引きすることで光ファイバが製造される。
反応容器２の下部には、レーザ装置１０が設けられている。このレーザ装置１０は、レーザ光Ｌを出射する投光器８と、レーザ光Ｌを受光する受光器９とを備えている。投光器８と受光器９とは、反応容器２の下部における外側で、反応容器２を挟んで互いに対向した位置に設けられている。投光器８から出射されたレーザ光Ｌは、反応容器２内を通過して受光器９に到達し、この受光器９で受光される。そして、この受光器９からの受光信号に基づいて、ガラス微粒子堆積体Ｇにおけるガラス微粒子の堆積状態（堆積面の位置）が監視される。
次に、上記の製造装置１によって出発基材４にガラス微粒子を堆積させて、多孔質のガラス微粒子堆積体Ｇを製造する方法について説明する。
まず、出発基材４を吊り下げ装置３に吊り下げ、出発基材４を所定位置に配置させる。
次に、出発基材４を軸回りに回転させながら、バーナ５，６からガラス原料ガスと火炎ガスを噴出し、加水分解反応によって生成されるガラス微粒子を出発基材４に吹き付け、ガラス微粒子を堆積させる。
この状態で、吊り下げ装置３によって出発基材４を徐々に引き上げ、少なくとも一部に屈折率調整用ドーパントを含んだ円柱状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成する。
まず、出発基材４を吊り下げ装置３に吊り下げ、出発基材４を所定位置に配置させる。
次に、出発基材４を軸回りに回転させながら、バーナ５，６からガラス原料ガスと火炎ガスを噴出し、加水分解反応によって生成されるガラス微粒子を出発基材４に吹き付け、ガラス微粒子を堆積させる。
この状態で、吊り下げ装置３によって出発基材４を徐々に引き上げ、少なくとも一部に屈折率調整用ドーパントを含んだ円柱状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成する。
このとき、投光器８および受光器９からなるレーザ装置１０によってガラス微粒子の堆積状態を監視して、堆積面の先端位置をモニタしつつ、吊り下げ装置３による引き上げ速度を制御することで、所定径のガラス微粒子堆積体Ｇを製造する。
そして、本実施形態では、ガラス微粒子堆積体Ｇを製造する際、ガラス微粒子の堆積開始時と堆積終了時の、ガラス微粒子堆積体の非有効部Ｇｂを堆積する際のドーパントの添加量を、少なくとも非有効部Ｇｂを堆積する堆積時間の半分以上の間、ガラス微粒子堆積体の有効部Ｇａを堆積する際の添加量よりも少なくする。
ガラス微粒子堆積体Ｇの非有効部Ｇｂは光ファイバとして使用されないため、屈折率を変化させなくてもよいので、非有効部Ｇｂではドーパントを添加しなくても問題ない。通常は、ガラス微粒子堆積体Ｇの有効部Ｇａを堆積する前に余裕をもってドーパントの添加を開始するが、本実施形態では、非有効部Ｇｂに相当する両端のテーパ部分の位置では、有効部Ｇａを堆積する直前までドーパントの添加量を下げ、有効部Ｇａで添加量を通常の値に上げる。
ガラス微粒子の堆積中にドーパントの添加量を下げると、ガラス微粒子堆積体Ｇの引き上げ速度が意図するように上がらなかったり、変動したりして、有効部Ｇａの軸方向の長さが短くなったり、外径変動等を招いてしまうことがある。このため、ドーパントの添加量を少なくしている際は、バーナから供給されるガスのうち、少なくとも１系統以上のガスの流量を変化させ、ガラス微粒子堆積体Ｇの引き上げ速度を調整する。
これにより、引き上げ速度を意図したように変化させることができるので、非有効部Ｇｂを短くし、形成されるガラス微粒子堆積体Ｇの長手方向の外径変動等を防いで、ガラス母材の特性が長手方向で安定するようにできる。
これにより、引き上げ速度を意図したように変化させることができるので、非有効部Ｇｂを短くし、形成されるガラス微粒子堆積体Ｇの長手方向の外径変動等を防いで、ガラス母材の特性が長手方向で安定するようにできる。
ガスの流量の制御の例として、水素ガスの流量を制御した場合、流量を下げると堆積面の温度が下がり、嵩密度が下がるので、引き上げ速度が上がるという効果がある。しかし、水素ガスの流量を有効部Ｇａに相当する位置での流量の絶対値の７０％より低くしてしまうと、堆積面の温度が下がりすぎてしまい、嵩密度が低くなり過ぎてしまうため、ガラス微粒子堆積体Ｇが割れる虞がある。一方、有効部Ｇａに相当する位置での流量の絶対値の９８％を超えてしまうと、意図する程度まではガラス微粒子堆積体Ｇの引き上げ速度が上がらなくなる。
よって、ドーパントの添加量を少なくしている間の少なくとも一部の時間において、水素ガスの流量を有効部Ｇａに相当する位置での流量の絶対値の７０％以上９８％以下に変化させることにより、効率よくガラス微粒子堆積体Ｇの引き上げ速度を上げて、非有効部Ｇｂの長さを短くすることができる。
よって、ドーパントの添加量を少なくしている間の少なくとも一部の時間において、水素ガスの流量を有効部Ｇａに相当する位置での流量の絶対値の７０％以上９８％以下に変化させることにより、効率よくガラス微粒子堆積体Ｇの引き上げ速度を上げて、非有効部Ｇｂの長さを短くすることができる。
また、ガスの流量の制御の例として、酸素ガスの流量を制御した場合は、水素ガスの場合とは逆に、流量を上げると堆積面の温度が下がり、嵩密度も下がるのでガラス微粒子堆積体Ｇの引き上げ速度を上げることができる。しかし、有効部Ｇａに相当する位置での流量の絶対値の１０２％より低いと、意図する程度まではガラス微粒子堆積体Ｇの引き上げ速度が上がらない。一方、有効部Ｇａに相当する位置での流量の絶対値の１３０％を超えると、温度が下がりすぎてしまい、嵩密度が低くなり過ぎてしまうため、ガラス微粒子堆積体Ｇが割れる虞がある。
よって、酸素ガスの流量を有効部Ｇａに相当する位置での流量の絶対値の１０２％以上１３０％以下の値に変化させることにより、効率よくガラス微粒子堆積体Ｇの引き上げ速度を上げて、非有効部Ｇｂの長さを短くすることができる。
よって、酸素ガスの流量を有効部Ｇａに相当する位置での流量の絶対値の１０２％以上１３０％以下の値に変化させることにより、効率よくガラス微粒子堆積体Ｇの引き上げ速度を上げて、非有効部Ｇｂの長さを短くすることができる。
また、ドーパントの添加量を少なくしている間の酸素ガス、水素ガス等のガスの流量は、堆積開始時には有効部Ｇａの堆積前に最大または最小となるピークが来るように流量を変化させ、堆積終了時には有効部Ｇａにおける流量から変化させて堆積終了まで当該変化させた流量を保持するようにしてもよい。
これにより、非有効部Ｇｂの長さを短くし、また、形成されるガラス微粒子堆積体Ｇの長手方向の外径変動等を防いで、ガラス微粒子堆積体Ｇの特性が長手方向で安定するようにできる。
これにより、非有効部Ｇｂの長さを短くし、また、形成されるガラス微粒子堆積体Ｇの長手方向の外径変動等を防いで、ガラス微粒子堆積体Ｇの特性が長手方向で安定するようにできる。
以上の本実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法によれば、ドーパントの添加量を、少なくとも非有効部Ｇｂとなる堆積時間の半分以上の間、ガラス微粒子堆積体Ｇの有効部Ｇａを堆積する際の添加量よりも少なくすることにより、従来よりもドーパントの使用量を低減できる。
また、バーナから供給されるガスの流量を調整することにより、引き上げ速度を意図したように変化させることができるので、非有効部Ｇｂを短くし、形成されるガラス微粒子堆積体Ｇの長手方向の外径変動等を防いで、ガラス母材の特性が長手方向で安定するようにできる。
また、バーナから供給されるガスの流量を調整することにより、引き上げ速度を意図したように変化させることができるので、非有効部Ｇｂを短くし、形成されるガラス微粒子堆積体Ｇの長手方向の外径変動等を防いで、ガラス母材の特性が長手方向で安定するようにできる。
なお、上記実施形態では、屈折率を調整するためのドーパントとしてＧｅＣｌ４（四塩化ゲルマニウム）を用いているが、ＧｅＣｌ４以外のドーパント（例えば、チタン、燐、フッ素など）でも同じような効果がある。
また、上記実施形態では、コア用のバーナ６とクラッド用のバーナ５の両方を使用してガラス微粒子の堆積を行っているが、クラッド用のバーナ５にドーパントを使わない場合は、コア用のバーナ６だけでガラス微粒子の堆積をしてもよい。
また、上記実施形態では、火炎形成ガスの流量を調整することにより、引き上げ速度を意図したように変化させているが、不活性ガス（アルゴン等）の流量を調整しても引き上げ速度の制御は可能である。
また、上記実施形態では、コア用のバーナ６とクラッド用のバーナ５の両方を使用してガラス微粒子の堆積を行っているが、クラッド用のバーナ５にドーパントを使わない場合は、コア用のバーナ６だけでガラス微粒子の堆積をしてもよい。
また、上記実施形態では、火炎形成ガスの流量を調整することにより、引き上げ速度を意図したように変化させているが、不活性ガス（アルゴン等）の流量を調整しても引き上げ速度の制御は可能である。
［実施例］
次に、本発明の実施例および比較例について説明する。
なお、以下の各実施例および各比較例では、ドーパントとしてＧｅＣｌ４を使用した。以下の実施例１〜３においては、本実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法によって、比較例においては、本実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法とは異なる方法によって、光ファイバ用ガラス母材を製造した。
各実施例および各比較例では、堆積開始１２０分後まで、ガラス微粒子堆積体Ｇの開始端の非有効部Ｇｂの堆積を行った。そして、堆積開始１２０分後から５００分後まで、有効部Ｇａの堆積を行い、堆積開始５００分後から堆積終了時までガラス微粒子堆積体Ｇの終了端の非有効部Ｇｂの堆積を行った。
次に、本発明の実施例および比較例について説明する。
なお、以下の各実施例および各比較例では、ドーパントとしてＧｅＣｌ４を使用した。以下の実施例１〜３においては、本実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法によって、比較例においては、本実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法とは異なる方法によって、光ファイバ用ガラス母材を製造した。
各実施例および各比較例では、堆積開始１２０分後まで、ガラス微粒子堆積体Ｇの開始端の非有効部Ｇｂの堆積を行った。そして、堆積開始１２０分後から５００分後まで、有効部Ｇａの堆積を行い、堆積開始５００分後から堆積終了時までガラス微粒子堆積体Ｇの終了端の非有効部Ｇｂの堆積を行った。
（実施例１）
実施例１は、非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を低減した例である。
実施例１では、コア用のバーナ６のガス流量をガラス微粒子の堆積開始時からの時間に応じて、次の表１の通りに設定した。
実施例１は、非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を低減した例である。
実施例１では、コア用のバーナ６のガス流量をガラス微粒子の堆積開始時からの時間に応じて、次の表１の通りに設定した。
コア用のバーナ６は、前述したように、同心円状に複数のポート（噴出し口）を有する多重管バーナであり、８層のガス供給層からガスを噴出するものである。
コア用のバーナ６の１層目のガス供給層から噴出するＧｅＣｌ４の流量（ドーパントの添加量）を、堆積開始６０分後から徐々に増加させ、８０分後から１１０分後の間では有効部Ｇａ堆積時の８０％になるように設定した。コア用のバーナ６の各層のガス流量は、堆積開始から徐々に変化させ、１２０分後以降の有効部Ｇａ堆積中は終了端の非有効部Ｇｂ堆積直前の５００分後まで一定流量とした。終了端の非有効部Ｇｂ堆積時では、ＧｅＣｌ４の流量を有効部Ｇａ堆積時の８０％になるように設定した。
コア用のバーナ６の１層目のガス供給層から噴出するＧｅＣｌ４の流量（ドーパントの添加量）を、堆積開始６０分後から徐々に増加させ、８０分後から１１０分後の間では有効部Ｇａ堆積時の８０％になるように設定した。コア用のバーナ６の各層のガス流量は、堆積開始から徐々に変化させ、１２０分後以降の有効部Ｇａ堆積中は終了端の非有効部Ｇｂ堆積直前の５００分後まで一定流量とした。終了端の非有効部Ｇｂ堆積時では、ＧｅＣｌ４の流量を有効部Ｇａ堆積時の８０％になるように設定した。
実施例１における、ガラス微粒子の堆積開始直後からの引き上げ速度の変化を図２に、ＧｅＣｌ４と水素ガス（Ｈ２）の流量変化を図３に示す。
実施例１では、ＧｅＣｌ４の流量（ドーパントの添加量）をガラス微粒子堆積体Ｇの両端の非有効部Ｇｂ堆積時に８０％にしても、引き上げ速度（及び傾斜）に大きな変化は生じず、良好な形状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができた。
実施例１では、ＧｅＣｌ４の流量（ドーパントの添加量）をガラス微粒子堆積体Ｇの両端の非有効部Ｇｂ堆積時に８０％にしても、引き上げ速度（及び傾斜）に大きな変化は生じず、良好な形状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができた。
（実施例２）
実施例２は、非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を低減しつつ、水素ガス（Ｈ２）により引き上げ速度を保持した例である。
コア用のバーナ６のガス流量をガラス微粒子の堆積開始時からの時間に応じて次の表２の通りに設定した。
実施例２は、非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を低減しつつ、水素ガス（Ｈ２）により引き上げ速度を保持した例である。
コア用のバーナ６のガス流量をガラス微粒子の堆積開始時からの時間に応じて次の表２の通りに設定した。
１層目のＧｅＣｌ４は、非有効部Ｇｂ堆積中はごく少量（０．０１リットル／分）流し、有効部Ｇａを堆積する直前である１００分後から流量を徐々に増加させ、１２０分後で有効部Ｇａ堆積時と同量になるように設定した。また、２層目の水素ガス（Ｈ２）は逆に、ＧｅＣｌ４の流量が少量でも引き上げ速度を保持できるように１００分後までは流量を下げ続け、それ以降は、１２０分後で有効部Ｇａ堆積時と同量になるように徐々に増加するように設定した。
各層のガス流量は、１２０分後以降はガラス微粒子堆積体Ｇの終了端の非有効部Ｇｂ堆積の直前まで一定流量とする。そして、終了端の非有効部Ｇｂ堆積時では、ＧｅＣｌ４の流量を０．０１リットル／分まで下げ、水素ガス（Ｈ２）は流量を下げて引き上げ速度を保持するように設定した。
実施例２における、ガラス微粒子の堆積開始直後からの引き上げ速度の変化を図４に、ＧｅＣｌ４と水素ガス（Ｈ２）の流量変化を図５に示す。
実施例２では、ＧｅＣｌ４の流量（ドーパントの添加量）をガラス微粒子堆積体Ｇの両端の非有効部Ｇｂ堆積時に有効部Ｇａ堆積時より少量にしても引き上げ速度（及び傾斜）に大きな変化は生じず、良好な形状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができた。
実施例２では、ＧｅＣｌ４の流量（ドーパントの添加量）をガラス微粒子堆積体Ｇの両端の非有効部Ｇｂ堆積時に有効部Ｇａ堆積時より少量にしても引き上げ速度（及び傾斜）に大きな変化は生じず、良好な形状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができた。
（実施例３）
非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を低減しつつ、酸素ガス（Ｏ２）により引き上げ速度を保持した例である。
コア用のバーナ６のガス流量をガラス微粒子の堆積開始時からの時間に応じて表３の通りに設定した。
非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を低減しつつ、酸素ガス（Ｏ２）により引き上げ速度を保持した例である。
コア用のバーナ６のガス流量をガラス微粒子の堆積開始時からの時間に応じて表３の通りに設定した。
１層目のＧｅＣｌ４は、非有効部Ｇｂ堆積中はごく少量（０．０１リットル／分）流し、有効部Ｇａを堆積する直前である１００分から流量を徐々に増加させ、１２０分後で有効部Ｇａ堆積時と同量になるように設定した。また、４層目の酸素ガス（Ｏ２）は、ＧｅＣｌ４の流量が少量でも引き上げ速度を保持できるように１００分後までは流量を上げ続け、それ以降は、１２０分後で有効部Ｇａ堆積時と同量になるように徐々に減少するように設定した。
各層のガス流量は、１２０分後以降は終了端の非有効部Ｇｂ堆積の直前まで一定流量とする。そして、終了端の非有効部Ｇｂ堆積時には、ＧｅＣｌ４の流量を０．０１リットル／分まで下げ、水素ガス（Ｈ２）は流量を上げて引き上げ速度を保持するように設定した。
実施例３における、ガラス微粒子の堆積開始直後からの引き上げ速度の変化を図６に、ＧｅＣｌ４と酸素ガス（Ｏ２）の流量変化を図７に示す。
実施例３では、ＧｅＣｌ４の流量（ドーパントの添加量）をガラス微粒子堆積体Ｇの両端の非有効部Ｇｂ堆積時に有効部Ｇａ堆積時より少量にしても、引き上げ速度（及び傾斜）に大きな変化は生じず、良好な形状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができた。
実施例３では、ＧｅＣｌ４の流量（ドーパントの添加量）をガラス微粒子堆積体Ｇの両端の非有効部Ｇｂ堆積時に有効部Ｇａ堆積時より少量にしても、引き上げ速度（及び傾斜）に大きな変化は生じず、良好な形状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができた。
（比較例１）
比較例１は、非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を低減せずに、コア用のバーナ６のガス流量を従来通りの流量としてガラス微粒子の堆積を行った例である。
実施例１と同様の形態でガラス微粒子堆積体Ｇを形成した。その際に、コア用のバーナ６の各層のガス流量設定値を表４の通りとした。
比較例１は、非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を低減せずに、コア用のバーナ６のガス流量を従来通りの流量としてガラス微粒子の堆積を行った例である。
実施例１と同様の形態でガラス微粒子堆積体Ｇを形成した。その際に、コア用のバーナ６の各層のガス流量設定値を表４の通りとした。
比較例１における、ガラス微粒子の堆積開始直後からの引き上げ速度の変化を図８に、ＧｅＣｌ４と水素ガス（Ｈ２）の流量変化を図９の（ａ）に、酸素ガス（Ｏ２）の流量変化を図９の（ｂ）に示す。
比較例１では、ドーパントの使用量は低減できないが、引き上げ速度（及び傾斜）に大きな変化は生じず、良好な形状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができた。
比較例１では、ドーパントの使用量は低減できないが、引き上げ速度（及び傾斜）に大きな変化は生じず、良好な形状のガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができた。
（比較例２）
非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を５０％以上低減し、バーナから供給されるガスの流量を調整せずに、ガラス微粒子を堆積した例である。
実施例１と同様の形態でガラス微粒子堆積体Ｇを形成した。その際に、コア用のバーナ６の各層のガス流量設定値を表５の通りとした。
非有効部Ｇｂ堆積時のドーパントの添加量を５０％以上低減し、バーナから供給されるガスの流量を調整せずに、ガラス微粒子を堆積した例である。
実施例１と同様の形態でガラス微粒子堆積体Ｇを形成した。その際に、コア用のバーナ６の各層のガス流量設定値を表５の通りとした。
１層目のＧｅＣｌ４は、非有効部Ｇｂ堆積時から有効部Ｇａを堆積する直前である１００分後から流量を徐々に増加させ、１２０分後で有効部Ｇａ堆積時と同量になるように設定し、終了端の非有効部Ｇｂを堆積する５００分以降で、０．０１リットル／分まで下げた。
比較例２における、ガラス微粒子の堆積開始直後からの引き上げ速度の変化を図１０に、ＧｅＣｌ４と水素ガス（Ｈ２）の流量変化を図１１に示す。
比較例２では、ＧｅＣｌ４の添加開始を遅らせたため、引き上げ速度が定常となる時間がその分遅くなってしまった。このため、ガラス微粒子堆積体Ｇの外径が、有効部Ｇａの外径が１５０ｍｍであるのに対し、非有効部Ｇｂの一部の外径が１８０ｍｍに肥大化してしまい、安定してガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができなかった。
比較例２では、ＧｅＣｌ４の添加開始を遅らせたため、引き上げ速度が定常となる時間がその分遅くなってしまった。このため、ガラス微粒子堆積体Ｇの外径が、有効部Ｇａの外径が１５０ｍｍであるのに対し、非有効部Ｇｂの一部の外径が１８０ｍｍに肥大化してしまい、安定してガラス微粒子堆積体Ｇを形成することができなかった。
１ 製造装置
２ 反応容器
３ 吊り下げ装置
４ 出発基材
５ バーナ（クラッド用のバーナ）
６ バーナ（コア用のバーナ）
７ ガス供給部
８ 投光器
９ 受光器
１０ レーザ装置
Ｇ ガラス微粒子堆積体
Ｇａ 有効部
Ｇｂ 非有効部
２ 反応容器
３ 吊り下げ装置
４ 出発基材
５ バーナ（クラッド用のバーナ）
６ バーナ（コア用のバーナ）
７ ガス供給部
８ 投光器
９ 受光器
１０ レーザ装置
Ｇ ガラス微粒子堆積体
Ｇａ 有効部
Ｇｂ 非有効部
Claims (4)
- バーナの火炎による火炎分解反応により生成したガラス微粒子を出発基材の軸方向に堆積させ、少なくとも一部に屈折率調整用ドーパントを含んだガラス微粒子堆積体を形成して光ファイバ用ガラス母材を製造する光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、
堆積開始時と堆積終了時の、前記ガラス微粒子堆積体の非有効部を堆積する際のドーパントの添加量を、少なくとも前記非有効部を堆積する堆積時間の半分以上の間、前記ガラス微粒子堆積体の有効部を堆積する際の添加量よりも少なくし、
前記ドーパントの添加量を少なくしている間、前記バーナから供給されるガスのうち、少なくとも１系統以上のガスの流量を変化させ、前記ガラス微粒子堆積体を引き上げる、引き上げ速度を調整する、光ファイバ用ガラス母材の製造方法。 - 前記ドーパントの添加量を少なくしている間の少なくとも一部の時間において、前記ガスの一つである水素ガスの流量を前記有効部に相当する位置での流量の絶対値の７０％以上９８％以下の値に変化させる、請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
- 前記ドーパントの添加量を少なくしている間の少なくとも一部の時間において、前記ガスの一つである酸素ガスの流量を前記有効部に相当する位置での流量の絶対値の１０２％以上１３０％以下の値に変化させる、請求項１または請求項２に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
- 前記ドーパントの添加量を少なくしている間の前記ガスの流量は、
前記堆積開始時には前記有効部の堆積前に最大または最小となるピークが来るように流量を変化させ、
前記堆積終了時には前記有効部における流量から変化させて堆積終了まで当該変化させた流量を保持する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
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