JP6756759B2

JP6756759B2 - 光ファイバ母材の製造装置

Info

Publication number: JP6756759B2
Application number: JP2018053792A
Authority: JP
Inventors: 佑平浦田
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: CN110294594A; JP2019167251A; KR102514132B1; US11097975B2; US20190292087A1; KR20190111739A; CN110294594B

Description

本発明は、ＶＡＤ法等により出発材上にガラス微粒子を堆積させて形成する光ファイバ母材の製造装置に関する。

光ファイバ母材となるガラス微粒子堆積体の製造方法には、反応容器内部に挿入したバーナの先端から、ガラス原料ガスを噴出し反応させて生成したガラス微粒子を出発材上に堆積させる方法がある。

例えば、図１に示す様な装置で製造するＶＡＤ法では、反応容器１１内部に回転しながら上方移動する出発材（ターゲット）１２を設置する。反応容器１１にはバーナ１３が挿入されている。バーナ１３としては、例えば円管を同心円状に配置した多重管からなるバーナを使用し、管で仕切られたそれぞれの領域には、水素などの可燃性ガス、酸素などの助燃性ガス、四塩化ケイ素ガスなどのガラス原料、四塩化ゲルマニウムガスなどのガラスの屈折率を調整するためのドーパント源が供給される。

バーナ火炎中では、前記ガラス原料が熱酸化反応や加水分解反応によって二酸化ケイ素や二酸化ゲルマニウムからなるガラス微粒子が生成する。出発材１２を上方に移動させながら、バーナ１３の先端から噴出されるガラス微粒子を、出発材１２上に堆積成長させて円柱状のガラス微粒子堆積体（スート体）１４が製造される。こうして製造されたガラス微粒子堆積体は、焼結装置で加熱することによって、ガラス微粒子が軟化溶融し、透明な光ファイバ母材となる。得られた光ファイバ母材は、線引装置で加熱溶融して引き延ばす（線引き）ことにより光ファイバとなる。

バーナ１３は、反応容器の外に微動ステージなどを介して取り付けられている。バーナ１３の微動ステージは、ガラス微粒子堆積体の形状を整えたり、光ファイバ母材の屈折率分布形状を整えたりする目的で、ガラス微粒子堆積体を製造している途中や製造バッチ間で、バーナの位置や角度を変更調節するのに用いられる。なお、反応容器１１の開口部１５は、バーナ１３の位置調節が行えるようにバーナ１３の外径よりも大きくして、バーナ１３との間に隙間を設けることがある。

反応容器の開口部では、バーナとの前記隙間から外気が反応容器内に巻き込まれ、外気中に浮遊する異物がガラス微粒子堆積体に混入することがある。このような異物は、堆積体の焼結時に気泡を発生させることがあり、焼結後の透明なガラス母材内に気泡となって残留することがある。

本発明は、反応容器開口部でのバーナとの隙間をなくし、反応容器内への外気の侵入を防止することのできる光ファイバ母材の製造装置を提供することにある。

本発明は上記課題を解決してなり、第一の発明は、バーナを挿入する反応容器の開口部に形成されたフランジ部に装着されるシール部材であって、該シール部材が、バーナを挿入できるが該バーナ外径よりも小さい開口部を有する可撓性のある第1のシートと、該第1のシートと同じ厚さで、かつ第１のシートの外径より大きな開口部を有する第２のシートと、前記バーナ外径よりも大きく、かつ前記第１のシートの外径よりも小さな開口部を有する２枚の第３のシートとからなり、前記第２のシートを第１のシートと接触せずかつ同一平面上に配置し、前記第１のシートと前記第２のシートを２枚の前記第３のシートで挟みこんでなり、該シール部材の開口部からバーナを反応容器内に挿入しガラス微粒子を生成し堆積させることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置である。

第二の発明は、バーナを挿入する反応容器の開口部に形成されたフランジ部に装着されるシール部材であって、該シール部材が、バーナ用カバーを挿入できるが該カバー外径よりも小さい開口部を有する可撓性のある第1のシートと、該第1のシートと同じ厚さで、かつ第１のシートの外径より大きな開口部を有する第２のシートと、前記バーナ用カバー外径よりも大きく、かつ前記第1のシートの外径よりも小さな開口部を有する２枚の第３のシートとからなり、前記第２のシートを第１のシートと接触せずかつ同一平面上に配置し、前記第１のシートと前記第２のシートを２枚の前記第３のシートで挟みこんでなり、該シール部材の開口部からバーナ用カバーを装着したバーナを反応容器内に挿入しガラス微粒子を生成し堆積させることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置である。

本発明の光ファイバ母材の製造装置によれば、複数のシートからなり可撓性を有するシール部材の開口部からバーナを反応容器内に挿入することにより、挿入したバーナの可動域を確保しつつ、反応容器開口部とバーナとの隙間をなくし、反応容器内への外気の侵入を効果的に抑制することができる、等の優れた効果を奏する。

ＶＡＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造装置を説明する概略図である。本発明で使用する第１のシート、第２のシート、第３のシートの形状を説明する概略平面図である。実施例１に記載の、反応容器開口部への第１のシート、第２のシート、第３のシートの配置を説明する概略斜視図である。実施例１に記載の、バーナを挿入させた第１のシート、第２のシート及び第３のシートを開口部フランジに装着した状態を説明する概略平面図である。なお、図４（ａ）は、バーナの挿入位置を第２シート並びに第３シートの中央に配置した場合であり、図４（ｂ）はバーナの挿入位置を左方に寄せた場合である。実施例２に記載の、反応容器開口部への第１のシート、第２のシート、第３のシートの配置を説明する概略斜視図である。実施例２に記載の、バーナを挿入させた第１のシート、第２のシート及び第３のシートを開口部フランジに装着した状態を説明する概略平面図である。なお、図６（ａ）は、バーナの挿入位置を第２シート並びに第３シートの中央に配置した場合であり、図６（ｂ）は、バーナの挿入位置を下方に寄せた場合である。

本発明の光ファイバ母材の製造装置において使用されるシール部材は、図３に示すように、バーナ外径と同じか若干小さい内径の開口部を有する第１のシート２１と、第１のシート２１と同じ厚さで、かつ第１のシートの外径より大きな開口部を有し、反応容器の開口部に形成されたフランジ部２４と外周形状が同じ円形の第２のシート２２を第１のシート２１と同一平面上に配置し、第１のシート２１の外径よりも小さな開口部を有しバーナ外径よりも大きな開口部を有する２枚の外周形状がフランジ部２４と同じ円形の第３のシート２３，２３で、第１のシート２１および第２のシート２２を挟むように配置されている。これら４枚のシートからなるシール部材の開口部にバーナを挿入し、該シール部材をフランジ部２４にクランプで挟んで密着させ固定した。

その後、バーナの位置の移動を伴う製造条件の変更を行う際には、第３のシート２３の開口部とバーナが接触しない、もしくは第１のシート２１の外周部が第２のシート２２の内周部と接触しない範囲であれば、例えば、図４（ｂ）や図６（ｂ）に例示したように、反応容器内外の隔絶を維持した状態で、バーナ位置を変更することができる。
このように本発明のシール部材を反応容器の開口部に装着した製造装置を用いることで、開口部から反応容器内への外気の侵入を抑制することができ、その結果、外気中に浮遊する異物がガラス微粒子堆積体への混入を抑制できる。

実施例１；
反応容器から外側に突き出した半径７０ｍｍの円形の開口部に２０ｍｍ幅のフランジを設ける。従って、フランジは円形形状で、外半径は９０ｍｍとなっている。このフランジ部に、中央にバーナを挿入する開口部を有し可撓性を有するシール部材を装着した。シール部材を構成するフランジ部への各シートの装着は、以下の通りに行った。

第３のシートは厚さ４ｍｍのＰＴＦＥ樹脂製で、外周はフランジ半径と同じ半径９０ｍｍの円形であり、中央に半径３５ｍｍの円形の開口部を持つ。第２のシートは厚さ４ｍｍのシリコーンゴム製で、外周は半径９０ｍｍの円形であり、中央に半径７０ｍｍの円形の開口部を持つ。第１のシートは厚さ４ｍｍのシリコーンゴム製で、外周は半径５５ｍｍの円形であり、中央に半径１８ｍｍの円形の開口部を持つ。

各シートは、図３のように、反応容器開口部のフランジ２４から順に第３のシート２３、第２のシート２２、第３のシート２３の順に重ねてフランジ２４にクランプ固定した。第１のシート２１は第２のシート２２の中央開口部に収められ、前後を第３のシート２３，２３で挟み込まれている。この状態で第１のシート２１の中央開口部を通して外半径２０ｍｍのバーナを挿入した。

図４は、バーナ１３を挿入させた第１のシート２１、第２のシート２２及び第３のシート２３をフランジ２４に装着した状態を示す平面図であり、フランジ外形２５と第３のシート２３の開口部２６の位置が破線で示されている。
図４（ａ）は、バーナ１３を第２のシート２２並びに第３のシート２３の中央に挿入した場合を示し、図４（ｂ）は、バーナ１３の挿入位置を１４ｍｍ左方に移動した場合を示している。どちらの場合も、反応容器の開口部全面が本発明のシール部材によって覆われており、第１のシート２１の外周が第２のシート２２の開口内周部に接触せず、バーナ１３は第３のシート２３の開口部２６の内周部に接触していない。これにより外気の侵入を効果的に抑制することができた。

実施例２；
反応容器から外側に突き出した縦８０ｍｍ、横１６０ｍｍの長方形の開口部に２０ｍｍ幅のフランジを設ける。従って、フランジは縦１２０ｍｍ、横２００ｍｍの長方形となっている。このフランジ部に、中央にバーナを挿入する開口部を有し、可撓性を有するシール部材を装着した。フランジ部へのシール部材を構成する各シートの装着は以下の通りに行った。

第３のシートは厚さ４ｍｍのＰＴＦＥ樹脂製で、外周は縦１２０ｍｍ、横２００ｍｍの長方形であり、中央に半径２０ｍｍの円形の開口部を持つ。第２のシートは厚さ４ｍｍのシリコーンゴム製で、外周は縦１２０ｍｍ、横２００ｍｍの長方形であり、反応容器開口部と同寸の開口部を有している。第１のシートは厚さ４ｍｍのシリコーンゴム製で、外周は半径３０ｍｍの円形であり、中央に半径９ｍｍの円形の開口部を持つ。

各シートは、図５のように、反応容器開口部のフランジ３４から順に第３のシート３３、第２のシート３２、第３のシート３３の順に重ねてフランジ３４にクランプ固定した。第１のシート３１は第２のシート３２の中央開口部に収められ、前後を第３のシート３３，３３で挟み込まれている。この状態で第１のシート３１の中央開口部から外半径１０ｍｍのバーナを挿入した。

図６は、バーナ１３を挿入した第１のシート３１、第２のシート３２及び第３のシート３３をフランジ部３４に装着した状態を示す平面図であり、フランジ外形３５と第３のシート３３の開口部３６の位置が破線で示されている。
なお、図６（ａ）は、バーナ１３を第２のシート３２並びに第３のシート３３の中央に挿入した場合を示し、図６（ｂ）は、バーナ１３の挿入位置を９ｍｍ下方に移動した場合を示している。どちらの場合も、反応容器の開口部全面が本発明のシール部材によって覆われており、第１のシート３１の外周が第２のシート３２の開口内周部に接触せず、バーナ１３は第３のシート３３の開口部３６の内周部に接触していない。これにより外気の侵入を効果的に抑制することができた。

実施例３；
使用した第１のシートは、実施例１で使用したものと同様の材質からなり、外周形状を有するが、中央に半径１９ｍｍの開口部を持つ。バーナは外半径１９ｍｍで、その先端に、内半径２０ｍｍ、外半径２１ｍｍの筒状のバーナカバー（フード）を装着した。バーナカバーとバーナとは、ＰＴＦＥ系の樹脂テープを介して隙間無く固定した。そのほかの反応容器開口部のフランジ、第２シート、第３シートの形状、サイズなどは実施例１と同様である。
反応容器開口部のフランジに、前記第1、第２、第３のシートとからなるシール部材をクランプ固定し、バーナカバーを装着したバーナをシール部材の開口部から挿入した。この場合も、バーナの位置調整移動による外気の侵入を効果的に抑制することができた。

比較例１；
反応容器から外側に突き出した半径７０ｍｍの円形の開口部に２０ｍｍ幅のフランジを設けた。従って、フランジは円形形状で、外半径は９０ｍｍとなっている。厚さ４ｍｍのシリコーンゴム製のシートを準備し、外周はフランジ外形と同じ半径９０ｍｍの円形とし、中央に半径１８ｍｍの円形の開口部を設けた。このシートの中央開口部を通して外半径２０ｍｍのバーナを挿入し、フランジにクランプ固定した。

シリコーンゴムシートの可撓性を利用してバーナの挿入位置を０．５ｍｍ程度横移動することはできたが、１ｍｍ以上移動させると、シートの中央開口部とバーナとの間に隙間ができ、反応容器内部に外気が流入した。

１１．反応容器、
１２．出発材（ターゲット）、
１３．バーナ、
１４．多孔質ガラス母材、
１５．フランジ、
１６．シール部材、
２１、３１．第１のシート、
２２、３２．第２のシート、
２３，３３．第３のシート、
２４，３４．フランジ部、
２５，３５．フランジ外形線(破線)、
２６，３６．第３のシートの開口部(破線)。

Claims

バーナを挿入する反応容器の開口部に形成されたフランジ部に装着されるシール部材であって、該シール部材が、バーナを挿入できるが該バーナ外径よりも小さい開口部を有する可撓性のある第1のシートと、該第1のシートと同じ厚さで、かつ第１のシートの外径より大きな開口部を有する第２のシートと、前記バーナ外径よりも大きく、かつ前記第１のシートの外径よりも小さな開口部を有する２枚の第３のシートとからなり、前記第２のシートを第１のシートと接触せずかつ同一平面上に配置し、前記第１のシートと前記第２のシートを２枚の前記第３のシートで挟みこんでなり、該シール部材の開口部からバーナを反応容器内に挿入しガラス微粒子を生成し堆積させることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
バーナを挿入する反応容器の開口部に形成されたフランジ部に装着されるシール部材であって、該シール部材が、バーナ用カバーを挿入できるが該カバー外径よりも小さい開口部を有する可撓性のある第1のシートと、該第1のシートと同じ厚さで、かつ第１のシートの外径より大きな開口部を有する第２のシートと、前記バーナ用カバー外径よりも大きく、かつ前記第1のシートの外径よりも小さな開口部を有する２枚の第３のシートとからなり、前記第２のシートを第１のシートと接触せずかつ同一平面上に配置し、前記第１のシートと前記第２のシートを２枚の前記第３のシートで挟みこんでなり、該シール部材の開口部からバーナ用カバーを装着したバーナを反応容器内に挿入しガラス微粒子を生成し堆積させることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。