JP6790410B2

JP6790410B2 - ガラス微粒子堆積体の製造方法

Info

Publication number: JP6790410B2
Application number: JP2016063102A
Authority: JP
Inventors: 宜孝撫佐
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-03-28
Also published as: JP2017178630A

Description

本発明は、ガラス微粒子堆積体の製造方法に関する。

一般に、コアとクラッドよりなる光ファイバは、光ファイバ用のガラス母材を線引きして製造される。ガラス母材は、ＶＡＤ法やＯＶＤ法などにより、バーナの火炎中に生成したガラス微粒子を石英等からなるロッドの周りに堆積させて多孔質ガラス母材を形成し、その後、この多孔質ガラス母材を脱水焼結炉内で加熱して脱水及び焼結して透明ガラス化することにより製造される。

多孔質ガラス母材を製造する際に、多孔質ガラス母材の表面にレーザ光を照射し、その反射光を受光することで多孔質ガラス母材の外径を測定する技術が知られている（例えば、特許文献１〜５参照）。

特開２００７−１５３６７８号公報特開２００７−１０６６１６号公報特開２００６−３３５６２２号公報特開２００３−２７７０６９号公報特開平６−１７１９６９号公報

上記の特許文献１〜５においては、レーザ光を照射して反射光を受光する測定装置により、当該測定装置と被測定物であるガラス母材との間の距離を測定して、ガラス母材の外径に換算しているため、設備メンテナンスの際などに測定装置の位置がずれてしまうと、測定誤差の原因となっていた。また、レーザ式外径測定器や読取顕微鏡でガラス母材の外径を測定する場合は、ガラス母材の外径より大きい幅の窓を、ガラス母材製造用の反応容器に設ける必要があるため、設備が複雑化してコストが増加してしまう。

本発明は、測定装置の位置精度に依存せず、被測定物であるガラス微粒子堆積体の形状を精度よく測定可能なガラス微粒子堆積体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、
ガラス微粒子を出発ロッドに堆積することでガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子の堆積中に前記ガラス微粒子堆積体にレーザ光を照射して、前記ガラス微粒子堆積体の表面の曲線形状を測定し、
その測定結果を前記ガラス微粒子堆積体の製造条件に反映させる。

本発明によれば、測定装置の位置精度に依存せず、ガラス微粒子堆積体の形状を精度よく測定することができる。また、ガラス微粒子堆積体を製造する反応容器に設けられるレーザ光透過用の窓は小さいもので良いため、設備は複雑化せずコストの増加を抑制することができる。

本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法を説明する製造装置の構成図である。図１に示されるガラス微粒子堆積体の先端部分を示す部分拡大図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、
（１）ガラス微粒子を出発ロッドに堆積することでガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子の堆積中に前記ガラス微粒子堆積体にレーザ光を照射して、前記ガラス微粒子堆積体の表面の曲線形状を測定し、
その測定結果を前記ガラス微粒子堆積体の製造条件に反映させる。
この構成によれば、測定装置の位置精度に依存せずに、ガラス微粒子堆積体の表面形状を正確に測定することができるため、ガラス微粒子堆積体の変形等を適切に検出することができる。また、ガラス微粒子堆積体を製造する反応容器に設けられるレーザ光透過用の窓は小さいもので良いため、設備は複雑化せずコストの増加を抑制することができる。

（２）前記ガラス微粒子堆積体の中心軸に対して直交する方向の表面曲率を測定し、
その測定結果から前記ガラス微粒子堆積体の外径を算出し、
算出された前記外径をあらかじめ設定された外径の目標値と比較し、
その比較結果を前記製造条件に反映させることが好ましい。
この構成によれば、ガラス微粒子堆積体の円周面の表面曲率から外径を算出することで、測定装置の位置精度に依存せずに、ガラス微粒子堆積体の外径制御をより正確に行うことができる。

（３）前記ガラス微粒子堆積体の製造方法はＶＡＤ法であって、
前記曲線形状は前記ガラス微粒子堆積体の中心軸方向に沿った方向の形状であることが好ましい。
この構成によれば、ＶＡＤ法で形成されたガラス微粒子堆積体のテーパ部における縦方向の曲線形状を計測しながら当該テーパ部の形状制御を行うことで、安定した引き上げ制御が可能となる。

（４）前記曲線形状があらかじめ設定された目標形状から外れる場合には前記ガラス微粒子の堆積を停止することが好ましい。
この構成によれば、不良品の発生を未然に防ぐことができ、かつガラス微粒子堆積体の製造状態の監視に要する人手を削減することができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。

図１は本実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法を説明する製造装置の構成図であり、図２は、図１のガラス微粒子堆積体の先端部分を示す部分拡大図である。なお、以下に示す製造方法としては、ＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法を例に説明するが、本実施形態はＶＡＤ法に限定されるものではない。ＶＡＤ法と同様にガラス原料から火炎熱分解反応を利用してガラスを堆積させる方法、例えば、ＯＶＤ（Outside Vapor-phase Deposition）法等に本実施形態を適用することも可能である。

図１に示すように、本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法を実施する製造装置１０は、反応容器１１を備えている。反応容器１１の上方から容器内部に支持棒１２が吊り下げられ、支持棒１２の下側にダミーガラスロッド１３（出発ロッドの一例）が取り付けられている。このダミーガラスロッド１３にガラス微粒子が堆積してガラス微粒子堆積体１４が形成される。支持棒１２は、上端部を昇降装置１５により把持されており、昇降装置１５によって回転と共に昇降する。この昇降装置１５は、制御装置２０内の引き上げ制御部２１によって制御されている。反応容器１１の側壁部には排気管１６が取り付けられている。

反応容器１１の内部下方には、コア用バーナ１７およびクラッド用バーナ１８が設けられている。各々バーナ１７，１８には、ガス供給装置１９から原料ガス、火炎形成ガスである可燃性ガスおよび助燃性ガスなどが供給される。ガス供給装置１９から供給されるガスの供給量は、制御装置２０によって制御される。

製造装置１０の下方には、形状センサ２３（測定装置の一例）が設置されている。この形状センサ２３は、例えば、２次元レーザ測定器であって、被測定物であるガラス微粒子堆積体１４に向けてレーザ光を照射し、ガラス微粒子堆積体１４から反射された反射光を受光することでガラス微粒子堆積体１４の表面形状、例えば、ガラス微粒子堆積体１４の外表面における曲線形状（表面曲率など）を測定可能である。形状センサ２３は、具体的には、例えば、被測定物であるガラス微粒子堆積体１４にライン状にレーザ光を走査して照射し、その散乱光を三角測量の原理を用いて測定することで、ライン方向と深さ方向の位置からガラス微粒子堆積体１４の形状を測定する。形状センサ２３で計測された結果は、制御装置２０内の外径算出部２２に送られる。外径算出部２２において、形状センサ２３で測定されたガラス微粒子堆積体１４の表面形状から、ガラス微粒子堆積体１４の外径が算出される。
なお、製造装置１０の下方には形状センサ２３のレーザ光を透過させるための窓を設ける必要があるが、当該窓はガラス微粒子堆積体１４の外径の１／４から１／２程度の幅を有していれば良い。窓の幅が大きいほど広い範囲にレーザ光を照射できるため測定精度は向上するが、必要な精度に応じて窓の幅は適宜選択してよい。

図２に示すように、ガラス微粒子堆積体１４は、先端部の第一円柱部３１と、定常部である第二円柱部３２と、第一円柱部３１と第二円柱部３２との間に形成されるテーパ部３３とから形成されている。ガラス微粒子堆積体１４の堆積形状の目標値（第一円柱部３１の外径Ｄ１、第二円柱部３２の外径Ｄ２、テーパ部３３のテーパ角度θ）は、制御装置２０内にあらかじめ記憶されている。

一例として、本実施形態に係るガラス微粒子堆積体１４の製造方法においては、制御装置２０は、ガラス微粒子の堆積中に、形状センサ２３により、ガラス微粒子堆積体１４の中心軸に直交する方向における第一円柱部３１および第二円柱部３２の表面曲率を測定し、その測定結果を外径算出部２２へ送信する。外径算出部２２は、円柱部３１，３２の円周面における表面曲率の測定結果に基づき、円柱部３１，３２の外径Ｄ１，Ｄ２を算出する。なお、図１においては形状センサ２３は１つであるが、第一円柱部３１と第二円柱部３２とに対応する位置に形状センサ２３をそれぞれ配置しても良く、また、形状センサ２３を上下に移動させて測定しても良い。

制御装置２０は、外径算出部２２により算出された外径Ｄ１，Ｄ２があらかじめ設定された目標値の許容幅内に収まるように、ガラス微粒子堆積体１４の引き上げ速度や、原料ガスおよび／または火炎形成ガスの流量を制御する。制御装置２０は、外径Ｄ１，Ｄ２の値が目標値に近づくように、引き上げ速度やガス流量を調整しても良い。具体的には、制御装置２０（の引き上げ制御部２１）は、昇降装置１５に制御信号を送信し、昇降装置１５は当該制御信号に基づいてガラス微粒子堆積体１４の引き上げ速度の調整を行う。また、制御装置２０は、ガス供給装置１９に制御信号を送信し、ガス供給装置１９は当該制御信号に基づいてコア用バーナ１７およびクラッド用バーナ１８への原料ガスや火炎形成ガスの供給流量の調整を行う。なお、コア用バーナ１７およびクラッド用バーナ１８の位置を移動可能な構成とし、制御装置２０からの制御信号に基づいてガラス微粒子堆積体１４に対するコア用バーナ１７およびクラッド用バーナ１８の位置調整を行っても良い。

上述したように本実施形態の製造方法によれば、ガラス微粒子堆積中にガラス微粒子堆積体１４にレーザ光を照射して、ガラス微粒子堆積体１４の外表面の曲線形状を測定し、その測定結果をガラス微粒子堆積体１４の製造条件（引き上げ速度やガス流量）にフィードバックさせている。これにより、ガラス微粒子堆積体１４の第一円柱部３１や第二円柱部３２の外径が所定の許容幅内に収まるように制御することができる。そのため、高品質のガラス母材を安定して製造することができる。

形状センサ２３は、ガラス微粒子堆積体１４の円周面の表面曲率だけではなく、ガラス微粒子堆積体１４のテーパ部３３の形状（例えば、ガラス微粒子堆積体１４の中心軸方向に沿った方向の曲線形状）を測定することも可能である。この場合、制御装置２０は、形状センサ２３により測定されたテーパ部３３の縦方向の曲線形状から、テーパ部３３のテーパ角度θ（図２参照）を算出する。そして、テーパ角度θが許容幅内に収まるようにガラス微粒子堆積体１４の引き上げ速度や、原料ガスおよび／または火炎形成ガスの流量を制御する。このように、テーパ部３３の縦方向の曲線形状を計測して製造条件に反映させることで、ガラス微粒子堆積体１４の安定した引き上げ制御が可能となる。

また、テーパ角度θではなく、テーパ部３３の縦方向の曲線形状からテーパ部３３の平均的な高さを算出し、この平均高さを一定に維持するように、引き上げ速度や、原料ガスおよび／または火炎形成ガスの流量を制御することも可能である。このような実施形態は、図１に図示したコア用バーナとクラッド用バーナを設置した構成への適用だけではなく、出発ロッドがコア用ガラスロッドであり、その外側にガラス微粒子を堆積させる構成に適用すると特に好ましい。このような構成においては、従来、テーパ部３３の特定の一点の高さを一定に維持するように引き上げ速度の制御を行っているが、テーパ部３３に凹凸があると引き上げ速度が安定しないという問題があった。これに対して、本実施形態の構成を適用することで、引き上げ速度が安定し、その結果、ガラス微粒子堆積体１４の外径を長手方向にわたって一定にできるという効果を得ることができる。

なお、形状センサ２３により測定された円柱部３１，３２の外径Ｄ１，Ｄ２やテーパ部３３のテーパ角度θが目標値の許容幅から外れる場合は、ガラス微粒子の堆積を停止することが好ましい。また、円柱部３１，３２の表面曲線にがたつきが生じる、すなわち波打ち形状となっていることが検出された場合にも、ガラス微粒子の堆積を停止することが好ましい。このように、ガラス微粒子堆積体１４の堆積形状があらかじめ設定された目標形状から外れたり、異常曲線となっている場合には、ガラス微粒子堆積体１４の堆積形状に変形（異常）が発生しているとみなしてガラス微粒子の堆積を停止させることにより、不良のガラス微粒子堆積体（光ファイバ用ガラス母材）の発生を未然に防ぐことができる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができる。

１０：製造装置
１１：反応容器
１２：支持棒
１３：ダミーガラスロッド（出発ロッド）
１４：ガラス微粒子堆積体
１５：昇降装置
１７：コア用バーナ
１８：クラッド用バーナ
１９：ガス供給装置
２０：制御装置
２１：引き上げ制御部
２２：外径算出部
２３：形状センサ（測定装置）
３１：第一円柱部
３２：第二円柱部
３３：テーパ部

Claims

ガラス微粒子を出発ロッドに堆積することでガラス微粒子堆積体を作製するガラス微粒子堆積体の製造方法であって、
前記ガラス微粒子の堆積中にレーザ光を透過させるために前記ガラス微粒子堆積体の製造装置に設けられた窓から前記ガラス微粒子堆積体の外径の１／４以上１／２以下の幅で前記レーザ光を透過させて前記ガラス微粒子堆積体に前記レーザ光をライン状に走査するように照射して、前記ガラス微粒子堆積体の外表面の曲線形状である前記ガラス微粒子堆積体の中心軸に対して直交する方向における円柱部の表面曲率を測定し、
その測定結果から前記ガラス微粒子堆積体の外径を算出し、
算出された前記外径をあらかじめ設定された外径の目標値と比較し、
その比較結果を前記ガラス微粒子堆積体の製造条件に反映させる、ガラス微粒子堆積体の製造方法。
前記曲線形状があらかじめ設定された目標形状から外れる場合には前記ガラス微粒子の堆積を停止する、請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。