JP6839586B2 - 光ファイバ多孔質母材の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、補助バーナーを有する光ファイバ多孔質母材の製造装置及び製造方法に関する。
一般的に、石英ガラス系光ファイバは、石英ガラスからなる光ファイバ母材を線引きして製造される。光ファイバ母材は、ターゲット（出発材）の外周にガラス微粒子を堆積して多孔質層を形成した後、多孔質層を脱水、焼結させてガラス化することによって製造される。ここで、多孔質層は、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）装置などによって形成される。
ＯＶＤ装置においては、反応容器内に設けられたガラス微粒子合成用バーナーに可燃性ガス、助燃性ガス、及びガラス原料を導入し、火炎加水分解反応させて生成されるガラス微粒子を回転するターゲットの半径方向に堆積させる。これにより、ターゲットの外周に多孔質層が形成されて、光ファイバ母材の元となる光ファイバ多孔質母材（以下、多孔質母材ともいう）が製造される。この多孔質母材を製造する際に、ガラス微粒子合成用バーナー以外に、多孔質母材の両端部を焼締めるための加熱を行う、補助バーナーを使用することが知られている（特許文献１参照）。補助バーナーを用いて多孔質母材の端部を焼締めることによって、堆積された多孔質層の割れ（クラック）やターゲットからの剥がれが抑制される。
ところが、多孔質母材を製造した後のガラス化工程において、多孔質母材をガラス化する際にクラックが発生する場合があった。本発明者は、クラックの発生原因について鋭意検討を行い、多孔質母材を製造する際に、補助バーナーの炎がＯＶＤ装置の反応容器内の給気風によって煽られることが原因の一つであることを知見した。給気風とは、反応容器内において生成されつつもターゲットに堆積しなかった余剰のガラス微粒子を反応容器外に排出するために、反応容器内に流される気流である。この気流によって補助バーナーの炎が煽られると、多孔質母材の端部の加熱部分が変動するため、焼締めが不足する可能性が生じる。多孔質母材の焼締めが不足すると、後のガラス化工程において、多孔質母材が収縮する際に生じる応力に多孔質母材自体が耐えられず、クラックが発生する場合がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、補助バーナーの炎が煽られることを抑制して光ファイバ多孔質母材の端部の焼締めを十分に行うことができ、後のガラス化工程での光ファイバ多孔質母材におけるクラックの発生を抑制できる光ファイバ多孔質母材の製造装置及び製造方法を提供することにある。
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ多孔質母材の製造装置は、反応容器と、前記反応容器内に設けられた少なくとも１本の主バーナーと、前記主バーナーに原料ガス及び可燃ガスを供給するガス供給部と、を備え、前記反応容器内において、前記主バーナーから前記可燃ガス及び前記原料ガスを含むガスを出発材に供給しつつ、前記主バーナーを前記出発材に対して相対的に移動させて、前記出発材の外周に前記ガスの反応によって生じる微粒子を堆積させて多孔質母材を形成する光ファイバ多孔質母材の製造装置であって、前記多孔質母材の端部を加熱する少なくとも１本の補助バーナーと、前記補助バーナーの近傍に設けられた気流案内手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバ多孔質母材の製造装置は、上記の発明において、前記気流案内手段は、前記補助バーナーが放射する火炎の放射側が開口しているとともに、前記補助バーナーに対して、前記放射側とは反対側、及び前記放射側から見た側部側を覆う形状を有することを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバ多孔質母材の製造装置は、上記の発明において、前記気流案内手段において、開口している部分は、前記反応容器内に生じる気流の下流側に位置することを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバ多孔質母材の製造装置は、上記の発明において、前記補助バーナーの前記出発材に対する位置が固定されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバ多孔質母材の製造方法は、反応容器内において、主バーナーから可燃ガス及び原料ガスを含むガスを出発材に供給しつつ、前記主バーナーを前記出発材に対して相対的に移動させて、前記出発材の外周に前記ガスの反応によって生じる微粒子を堆積させて多孔質母材を形成する光ファイバ多孔質母材の製造方法であって、火炎を放射する補助バーナーの近傍に設けられ、前記火炎の放射側が開口している気流案内手段によって、前記補助バーナーからの前記火炎の放射側とは反対側から、及び前記放射側から見て側部側から、前記火炎に向かう気流を回避させつつ、前記補助バーナーによって前記多孔質母材の端部を加熱することを特徴とする。
本発明に係る光ファイバ多孔質母材の製造装置及び製造方法によれば、補助バーナーの周囲に気流案内手段を設けることによって、補助バーナーの炎が大きく煽られることを抑制できるので、光ファイバ多孔質母材の端部の焼締めを十分に行うことができ、後工程となるガラス化工程における光ファイバ多孔質母材のクラック発生を抑制することが可能となる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
まず、本発明の一実施形態による光ファイバ多孔質母材の製造装置および製造方法について説明する。図１は、この一実施形態による光ファイバ多孔質母材の製造装置としてのＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）装置を示す。図２は、図１の囲み部Ａの拡大図である。
図１に示すように、ＯＶＤ装置１は、反応容器１１、ガラス微粒子合成用バーナー１２、風よけ２０が配置された補助バーナー１３、風よけ２１が配置された補助バーナー１４、及びガス供給部１５を備えて構成される。
反応容器１１は、ターゲット１６及びダミーロッド１７を搬入及び収容可能に構成されている。反応容器１１には、外部又は所定の空気供給部（図示せず）から清浄な空気を導入するための空気導入口１１ａ、及び反応容器１１内の気体を排気するための排気ダクト１１ｂが設けられている。空気導入口１１ａを通じて反応容器１１内に清浄な空気が導入されるとともに、排気ダクト１１ｂから排気されることによって、反応容器１１内には空気導入口１１ａから排気ダクト１１ｂに向かう気流３が発生する。気流３によって、多孔質母材２の製造中において反応容器１１内に浮遊する余剰のガラス微粒子を、排気ダクト１１ｂから排出させることができる。
主バーナーとしてのガラス微粒子合成用バーナー１２は、出発材としてのターゲット１６にガラス微粒子を堆積させるため、又は焼締めを行うための同心円状の少なくとも１本の多重管バーナーから構成される。ガラス微粒子合成用バーナー１２には、ガス供給部１５から例えば四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）などの主原料ガス、可燃ガスである水素（Ｈ2）ガス、助燃性ガスである酸素（Ｏ2）ガス、及びシールガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスなどが同時に導入される。ダミーロッド１７は、ターゲット１６の両端に接続され、ターゲット１６を回転駆動及び昇降駆動させるための把持部（図示せず）に把持されている部分である。ガラス微粒子の堆積においては、気化させたＳｉＣｌ4ガス、Ｈ２ガス、及びＯ２ガスから構成されるガスがガラス微粒子合成用バーナー１２において点火燃焼されつつ供給される。火炎中で加水分解反応されたＳｉＣｌ4は、シリカ微粒子となってターゲット１６の周囲に堆積される。これとともに、ターゲット１６を回転させながら、ガラス微粒子合成用バーナー１２を、ターゲット１６の長手方向に沿って繰り返し往復移動させる（図１中矢印Ｂ）。これにより、ターゲット１６の外周にガラス微粒子が均一に堆積されて、多孔質母材２における多孔質層１８が形成される。ターゲット１６は、光ファイバとなった際にコアとなる部分とその周囲に形成されたクラッドとなる部分とから構成される。多孔質層１８は、後に光ファイバとなった際に、ターゲット１６のクラッドとなる部分と一体化されたクラッド部になる。
図２に示すように、補助バーナー１３，１４はそれぞれ、ターゲット１６の長手方向に沿った端部近傍に設けられる。補助バーナー１３，１４の位置は、ターゲット１６の端部に対して固定した位置である。これにより、補助バーナー１３，１４はそれぞれ、製造される多孔質母材２の両端部を加熱可能に構成される。補助バーナー１３，１４には、所定の燃焼ガス供給部（図示せず）から、例えばＨ2ガスなどの可燃性ガスやＯ2ガスなどの助燃性ガスが導入される。可燃性ガスや助燃性ガスが補助バーナー１３，１４において点火燃焼され、ターゲット１６の端部が加熱される。
図３及び図４はそれぞれ、この一実施形態による風よけ２０，２１の側面図及び上面図である。図２，図３、及び図４に示すように、この一実施形態による気流案内手段としての風よけ２０，２１はそれぞれ、補助バーナー１３，１４の近傍に設けられている。風よけ２０，２１においては、少なくとも補助バーナー１３，１４が放射する火炎の放射側が開口している。また、風よけ２０，２１はそれぞれ、補助バーナー１３，１４に対して、火炎の放射側とは反対側、及び放射側から見た側部側を覆う形状を有する。この一実施形態において具体的に、風よけ２０，２１は、図２における紙面側から見た側面視（図３参照）の形状（以下、側面形状）が、多孔質母材２の端部の形状に対応したテーパ部を有する台形状である。また、風よけ２０，２１の図２における上部から見た上面視（図４参照）の形状（以下、上面形状）が、補助バーナー１３，１４の側部側を覆ってガードするＵ字形状である。風よけ２０，２１は、例えばチタン（Ｔｉ）やＴｉ合金から構成される。ＴｉやＴｉ合金は、耐腐食性及び耐熱性に優れている観点から、補助バーナー１３，１４の近傍に配置される風よけ２０，２１の材料として好ましい。なお、風よけ２０，２１の材料としては、耐腐食性及び耐熱性に優れているとともに加工が容易な、例えば石英ガラスなどの材料を採用することも可能である。
図２に示すように、補助バーナー１３に対して風よけ２０は、反応容器１１内に生じる気流３の上流側に位置して、気流の下流側に風よけ２０の開口している部分が位置する。これによって、補助バーナー１３に気流３が直接当たらないように構成されている。また、図４に示すように、補助バーナー１３の側部側における風よけ２０の側面２０ａによって気流３が案内されて、風よけ２０の開口している部分に気流３が回り込むことを抑制できる。これにより、気流３が補助バーナー１３の火炎に向かうことを回避できる。そのため、補助バーナー１３の火炎が気流３によって大きく煽られることを抑制でき、火炎を安定させることができる。したがって、多孔質母材２の端部の加熱を安定して行って焼締めを十分に行うことが可能になる。なお、ガラス微粒子合成用バーナー１２は、補助バーナー１３，１４に比してガス流量が多いため、気流３によって大きく煽られる可能性は低い。
次に、本発明の一実施形態による風よけの変形例１〜７について説明する。
（変形例１）
図５は、本発明の変形例１による風よけ２２を示す側面図である。図５に示すように、変形例１による風よけ２２の側面形状は、矩形状である。
図５は、本発明の変形例１による風よけ２２を示す側面図である。図５に示すように、変形例１による風よけ２２の側面形状は、矩形状である。
（変形例２）
図６は、本発明の変形例２による風よけ２３を示す側面図である。図６に示すように、変形例２による風よけ２３の側面形状は、上部が多孔質母材２の端部の形状に対応したテーパ形状を有するとともに、風よけ２３の多孔質母材２側の辺が下部に向かって拡がるようなテーパ形状を有する四角形である。
図６は、本発明の変形例２による風よけ２３を示す側面図である。図６に示すように、変形例２による風よけ２３の側面形状は、上部が多孔質母材２の端部の形状に対応したテーパ形状を有するとともに、風よけ２３の多孔質母材２側の辺が下部に向かって拡がるようなテーパ形状を有する四角形である。
（変形例３）
図７は、本発明の変形例３による風よけ２４を示す側面図である。図７に示すように、変形例３による風よけ２４の側面形状は、上述した一実施形態による風よけ２０の側面形状において、上部の角を丸めた形状を有する。
図７は、本発明の変形例３による風よけ２４を示す側面図である。図７に示すように、変形例３による風よけ２４の側面形状は、上述した一実施形態による風よけ２０の側面形状において、上部の角を丸めた形状を有する。
（変形例４）
図８は、本発明の変形例４による風よけ２５を示す上面図である。図８に示すように、変形例４による風よけ２５の上面形状は、補助バーナー１３，１４からの火炎の放射側が開口したＣ字形状を有し、補助バーナー１３，１４に対して、放射側とは反対側及び放射側から見た側部側を覆う形状を構成している。
図８は、本発明の変形例４による風よけ２５を示す上面図である。図８に示すように、変形例４による風よけ２５の上面形状は、補助バーナー１３，１４からの火炎の放射側が開口したＣ字形状を有し、補助バーナー１３，１４に対して、放射側とは反対側及び放射側から見た側部側を覆う形状を構成している。
（変形例５）
図９は、本発明の変形例５による風よけ２６を示す上面図である。図９に示すように、変形例５による風よけ２６の上面形状は、補助バーナー１３，１４からの火炎の放射側が開口したＬ字形状を有し、補助バーナー１３，１４に対して、放射側とは反対側及び放射側から見た側部側を覆う形状を構成している。
図９は、本発明の変形例５による風よけ２６を示す上面図である。図９に示すように、変形例５による風よけ２６の上面形状は、補助バーナー１３，１４からの火炎の放射側が開口したＬ字形状を有し、補助バーナー１３，１４に対して、放射側とは反対側及び放射側から見た側部側を覆う形状を構成している。
（変形例６）
図１０は、本発明の変形例６による風よけ２７を示す上面図である。図１０に示すように、変形例６による風よけ２７の上面形状は、偶数の多角形状、例えば六角形状において補助バーナー１３，１４の火炎の放射側の一辺が開口した形状である。これにより、風よけ２７は、補助バーナー１３，１４に対して、放射側とは反対側及び放射側から見た側部側を覆う形状を構成している。
図１０は、本発明の変形例６による風よけ２７を示す上面図である。図１０に示すように、変形例６による風よけ２７の上面形状は、偶数の多角形状、例えば六角形状において補助バーナー１３，１４の火炎の放射側の一辺が開口した形状である。これにより、風よけ２７は、補助バーナー１３，１４に対して、放射側とは反対側及び放射側から見た側部側を覆う形状を構成している。
（変形例７）
図１１は、本発明の変形例７による風よけ２８を示す上面図である。図１１に示すように、変形例７による風よけ２８の上面形状は、奇数の多角形状、例えば五角形状において補助バーナー１３，１４の火炎の放射側の一辺が開口した形状である。これにより、風よけ２８は、補助バーナー１３，１４に対して、放射側とは反対側及び放射側から見た側部側を覆う形状を構成している。
図１１は、本発明の変形例７による風よけ２８を示す上面図である。図１１に示すように、変形例７による風よけ２８の上面形状は、奇数の多角形状、例えば五角形状において補助バーナー１３，１４の火炎の放射側の一辺が開口した形状である。これにより、風よけ２８は、補助バーナー１３，１４に対して、放射側とは反対側及び放射側から見た側部側を覆う形状を構成している。
以上説明した、一実施形態による側面形状（図３）ならびに上面形状（図４）、変形例１〜３による側面形状（図５〜図７）、及び変形例４〜７による上面形状（図８〜図１１）は、適宜選択して組み合わせることが可能である。具体的に例えば、一実施形態による側面形状（図３参照）を有するとともに、変形例４による上面形状（図８参照）を有する風よけや、変形例２による側面形状（図６参照）を有するとともに、変形例７による上面形状（図１１参照）を有する風よけなど、種々の風よけの形状とすることができる。
以上説明した本発明の一実施形態によれば、気流案内手段としての風よけ２０，２１によって、反応容器１１内の気流３が補助バーナー１３の火炎に直接当たらないようにできるので、火炎が気流３によって大きく煽られずに安定するため、多孔質母材２の端部の焼締めを十分に行うことが可能になる。したがって、多孔質母材２の製造後に行われるガラス化工程において、多孔質母材２におけるクラックの発生を抑制することが可能となる。
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
上述の一実施形態においては、ガラス原料としてＳｉＣｌ4を用いた例を示したが、ガラス原料として例えばＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨＣｌ2などを用いてもよいし、ドーパントとしてのＧｅ原料として、ＧｅＣｌ4をさらに用いてもよい。さらに、シロキサン等のガラス原料を用いてもよい。また、可燃性ガスとしては、Ｈ2以外にも例えば、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10などの短鎖炭化水素等を用いてもよい。
上述の一実施形態においては、ガラス微粒子合成用バーナー１２をターゲット１６の長手方向に沿って往復移動させているが、ガラス微粒子合成用バーナー１２と多孔質母材２とは、相対的に往復移動させればよく、ガラス微粒子合成用バーナー１２を静止させて多孔質母材２を往復移動させることも可能である。
また、上述した変形例３においては、一実施形態による風よけ２０の側面形状において、上部の角を丸めた形状の例を挙げているが、変形例１による風よけ２２の側面形状や変形例２による風よけ２３の側面形状において、上部の角を丸めた形状としてもよい。
１ ＯＶＤ装置
２ 多孔質母材
３ 気流
１１ 反応容器
１１ａ 空気導入口
１１ｂ 排気ダクト
１２ ガラス微粒子合成用バーナー
１３，１４ 補助バーナー
１５ ガス供給部
１６ ターゲット
１７ ダミーロッド
１８ 多孔質層
２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ 風よけ
２ 多孔質母材
３ 気流
１１ 反応容器
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１１ｂ 排気ダクト
１２ ガラス微粒子合成用バーナー
１３，１４ 補助バーナー
１５ ガス供給部
１６ ターゲット
１７ ダミーロッド
１８ 多孔質層
２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ 風よけ
Claims (7)
- 反応容器と、
前記反応容器内に設けられた少なくとも１本の主バーナーと、
前記主バーナーに原料ガス及び可燃ガスを供給するガス供給部と、を備え、
前記反応容器内において、前記主バーナーから前記可燃ガス及び前記原料ガスを含むガスを出発材に供給しつつ、前記主バーナーを前記出発材に対して相対的に移動させて、前記出発材の外周に前記ガスの反応によって生じる微粒子を堆積させて多孔質母材を形成する光ファイバ多孔質母材の製造装置であって、
前記多孔質母材の端部を加熱する少なくとも１本の補助バーナーと、
前記補助バーナーの近傍に設けられた気流案内手段と、を備え、
前記補助バーナーは前記多孔質母材の端部の母材形状に対向するように前記多孔質母材の長手方向に対して傾きを有する
ことを特徴とする光ファイバ多孔質母材の製造装置。 - 前記気流案内手段は、前記補助バーナーが放射する火炎の放射側が開口しているとともに、前記補助バーナーに対して、前記放射側とは反対側、及び前記放射側から見た側部側を覆う形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ多孔質母材の製造装置。 - 前記気流案内手段の開口している部分は、前記反応容器内に生じる気流の下流側に位置する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ多孔質母材の製造装置。 - 前記補助バーナーの前記出発材に対する位置が固定されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ多孔質母材の製造装置。 - 前記気流案内手段は、前記補助バーナーの側部側を覆うＵ字形状である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバ多孔質母材の製造装置。 - 前記気流案内手段は、チタンまたはチタン合金からなる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ多孔質母材の製造装置。 - 反応容器内において、主バーナーから可燃ガス及び原料ガスを含むガスを出発材に供給しつつ、前記主バーナーを前記出発材に対して相対的に移動させて、前記出発材の外周に前記ガスの反応によって生じる微粒子を堆積させて多孔質母材を形成する光ファイバ多孔質母材の製造方法であって、
火炎を放射する補助バーナーは、前記多孔質母材の端部の母材形状に対向するように前記多孔質母材の長手方向に対して傾きを有し、
前記補助バーナーの近傍に設けられ、前記火炎の放射側が開口している気流案内手段によって、前記補助バーナーからの前記火炎の放射側とは反対側から、及び前記放射側から見て側部側から、前記火炎に向かう気流を回避させつつ、前記補助バーナーによって前記多孔質母材の端部を加熱する
ことを特徴とする光ファイバ多孔質母材の製造方法。
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