JP6916023B2 - 光ファイバ多孔質母材の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、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用ガラス母材（以下、光ファイバ母材ともいう）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。光ファイバ母材は、例えば、ＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法やＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法などの周知の方法によって作製される。

これらのうち、ＶＡＤ法においては、ガラス微粒子合成用バーナーに、可燃ガス、助燃ガス、及びガラス原料を導入して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（出発材）の回転軸方向に堆積させて、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）を製造する。多孔質母材はさらにガラス化工程によってガラス化されて光ファイバ母材になる。

特許文献１には、ＶＡＤ装置において、循環流は発生しつつも、反応室内における空気の流動方向を可能な範囲で水平方向に維持するために、水平配置された第１〜第４水平仕切り板（邪魔板）を設ける構成が提案されている。特許文献２には、気泡のない光ファイバ多孔質母材を製造するために、ＶＡＤ装置において、ガラス微粒子堆積後の多孔質母材を、反応室内の最大内径より小さい内径の丸穴や円筒内に通過させることで、バーナーの火炎の上昇対流を抑止する方法が提案されている。

特開２００４−１６１６０６号公報 特開２００１−３２２８２５号公報

しかしながら、上述した特許文献１においては、反応室内にガスの循環流が発生するという問題が未だ存在することが記載されている。反応室内にガスの循環流が発生すると、生成されたガラス微粒子が反応室内の壁面に付着しやすくなる。ガラス微粒子が壁面に付着すると、剥離したガラス微粒子が多孔質母材に再付着する可能性が生じる。また、特許文献２においては、仕切り板（邪魔板）よりも上方に浮遊したガラス微粒子が仕切り板に堆積し、このガラス微粒子が多孔質母材に再付着する可能性があった。このようなガラス微粒子が製造中の多孔質母材に再付着すると、多孔質母材において割れ（クラック）が発生したり、多孔質母材をガラス化した光ファイバ母材において気泡が発生したりする可能性が高くなる。

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、反応室内におけるガスの循環流を抑制でき、反応室内の壁面に付着するガラス微粒子の量を低減でき、光ファイバ多孔質母材におけるクラックの発生や、光ファイバ多孔質母材をガラス化した光ファイバ母材における気泡の発生を低減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、反応室と、前記反応室内に設けられたバーナーと、前記バーナーに原料ガス及び可燃ガスを含むガスを供給するガス供給部と、を備え、前記反応室内において、前記バーナーから前記ガスを出発材に供給して、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、前記反応室内に前記多孔質母材が通過可能な仕切り板が設けられ、前記仕切り板によって、前記反応室内は、前記バーナーが存在する反応室と前記バーナーが存在しない反応室とに略仕切られ、前記バーナーが存在する反応室に排気流量を制御可能な第１排気部が設けられているとともに、前記バーナーが存在しない反応室に排気流量を制御可能な第２排気部が設けら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装置は、上記の発明において、前記仕切り板が複数設けられ、前記バーナーが存在しない反応室がさらに少なくとも２つの反応室に仕切ら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装置は、上記の発明において、前記バーナーが存在する反応室及び前記バーナーが存在しない反応室に、外部から気体を導入可能な給気部が設けら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装置は、この構成において、前記バーナーが存在する反応室に設けられた給気部と、前記バーナーが存在しない反応室に設けられた給気部とが互いに独立して設けられていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る多孔質母材の製造方法は、反応室内において、バーナーから原料ガス及び可燃ガスを含むガスを出発材に供給して、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、前記反応室内を、前記多孔質母材が通過可能な仕切り板によって、前記バーナーが存在する反応室と前記バーナーが存在しない反応室とに略仕切った状態で、前記バーナーが存在する反応室に設けられた排気流量を制御可能な第１排気部によって、前記バーナーが存在する反応室内のガスを排気するとともに、前記バーナーが存在しない反応室に設けられた排気流量を制御可能な第２排気部によって、前記バーナーが存在しない反応室内のガスを排気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、反応室内におけるガスの循環流を抑制でき、反応室内の壁面に付着するガラス微粒子の量を低減でき、光ファイバ多孔質母材におけるクラックの発生や、光ファイバ多孔質母材をガラス化した光ファイバ母材における気泡の発生を低減することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態によるＶＡＤ装置である。

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。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。

（光ファイバ多孔質母材の製造装置）
まず、本発明の一実施形態によるＶＡＤ装置について説明する。図１は、この一実施形態に用いるＶＡＤ装置を示す。

図１に示すように、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ＶＡＤ装置１は、反応室１１、仕切り板１２、バーナー１４，１５、ガス供給部１７、及び制御部１８を備えて構成される。仕切り板１２は、反応室１１内において、反応室１１に対して着脱可能に設けられている。バーナー１４，１５はそれぞれ、例えば同心円状の構造を有するバーナーであり、少なくとも１本、この一実施形態においては例えば２本設けられている。ガス供給部１７及び制御部１８は、反応室１１の例えば外部の所定部分に設けられる。

反応室１１は、仕切り板１２によって、バーナー１４，１５が存在する第１反応室１１Ａと、バーナー１４、１５が存在しない第２反応室１１Ｂとに略仕切られている。仕切り板１２は、耐熱性及び耐腐食性に優れた材料、具体的には例えば、石英製や金属製、金属にコーティングを施した材料等から構成されるが、必ずしもこれらの材料に限定されない。なお、仕切り板を複数設けて、第２反応室１１Ｂ内をさらに仕切り板によって略仕切るようにしてもよい。

ＶＡＤ装置１において製造される光ファイバ多孔質母材（以下、多孔質母材）２は、出発材としてのターゲットロッド３の外周に形成され、内側に合成される内側堆積スート２ａと、この内側堆積スート２ａの外側に合成される外側堆積スート２ｂとからなる。内側堆積スート２ａは、最終製品としての光ファイバにおいてコア部となる。外側堆積スート２ｂは、最終製品としての光ファイバにおいてコア部周辺のクラッド部となる。引上機構４は、ターゲットロッド３を保持しつつ回転させながら引き上げ可能に構成される。仕切り板１２には、引き上げられる多孔質母材２が接触することなく通過可能な大きさの開口１２ａが設けられている。

ＶＡＤ装置１におけるバーナー１４は、内側堆積スート２ａを合成するためのバーナーである。バーナー１５は、外側堆積スート２ｂを合成するためのバーナーである。バーナー１４，１５にはそれぞれ、ガス供給部１７から、例えば、四塩化珪素（ＳｉＣｌ₄）やシロキサンなどの原料ガス、可燃ガスである水素（Ｈ₂）ガス、助燃ガスである酸素（Ｏ₂）ガス、及びキャリアガスなどが流される。なお、内側堆積スート２ａと外側堆積スート２ｂとの境界の部分を焼き締めるための補助バーナーを別途設けてもよい。これらのガスの火炎中の加水分解反応によって、合成石英ガラス微粒子（以下、ガラス微粒子）がターゲットロッド３に吹き付けられて堆積し、内側堆積スート２ａと外側堆積スート２ｂとが形成される。

反応室１１の側部には、反応室１１内に気体としての清浄な空気を導入可能な給気部としての第１給気口１９及び第２給気口２０が互いに独立して設けられている。第１給気口１９は、第１反応室１１Ａに設けられ、少なくとも１つの給気口から構成されている。なお、第１給気口１９を複数の給気口から構成してもよい。また、第２給気口２０は、第２反応室１１Ｂに設けられ、この一実施形態においては１つの給気口から構成されているが、複数の給気口から構成してもよい。

反応室１１の側部における第１給気口１９及び第２給気口２０に対向した位置にそれぞれ、第１排気ダクト２１及び第２排気ダクト２２が設けられている。すなわち、多孔質母材２が、第１給気口１９と第１排気ダクト２１との間、及び第２給気口２０と第２排気ダクト２２との間に位置するように構成されている。第１排気ダクト２１は、第１反応室１１Ａに設けられ、主として第１反応室１１Ａ内のガスを排出可能に構成されている。これにより、第１反応室１１Ａ内からガラス微粒子を含むガス４２ａが排気される。第２排気ダクト２２は、第２反応室１１Ｂに設けられ、主として第２反応室１１Ｂ内のガスを排出可能に構成される。これにより、第２反応室１１Ｂ内からガラス微粒子を含むガス４２ｂが排気される。

第１排気部としての第１排気ダクト２１は、配管３１ａを通じて第１流量調整手段としての第１流量調整部３１に接続されている。第１流量調整部３１は、第１排気ダクト２１を通じて排出されるガス４２ａの流量を調整可能な例えば流量調整弁から構成されている。第２排気部としての第２排気ダクト２２は、配管３２ａを通じて第２流量調整手段としての第２流量調整部３２に接続されている。第２流量調整部３２は、第２排気ダクト２２を通じて排出されるガス４２ｂの流量を調整可能な例えば流量調整弁から構成されている。配管３１ａ，３２ａはそれぞれ外部排気管３４に連通している。すなわち、第１排気ダクト２１及び第２排気ダクト２２はそれぞれ、第１流量調整部３１及び第２流量調整部３２を介して、外部排気管３４に接続されている。外部排気管３４はポンプ（図示せず）に接続され、反応室１１内のガスは、ポンプによって外部排気管３４を通じて排気可能に構成されている。第１流量調整部３１、第２流量調整部３２、及びポンプはそれぞれ、制御部１８によって制御される。なお、第１流量調整部３１、第２流量調整部３２、及びポンプは、作業者が手動で設定可能に構成してもよい。

（光ファイバ多孔質母材の製造方法）
次に、以上のように構成された一実施形態によるＶＡＤ装置１を用いたＶＡＤ法による光ファイバ多孔質母材の製造方法について説明する。

すなわち、図１に示すように、バーナー１４からターゲットロッド３に対して、ガラス微粒子を噴霧して堆積させることにより、内側堆積スート２ａを形成する。これとともに、内側堆積スート２ａの外側に、バーナー１５から各ガスを噴霧させてガラス微粒子を堆積させることにより、外側堆積スート２ｂを堆積させる。これにより、内側堆積スート２ａの外側に外側堆積スート２ｂが堆積されて多孔質母材２が製造される。なお、ＶＡＤ装置１のバーナー１４，１５から流すＨ₂ガスとＯ₂ガスとの流量を調整することで火力を調整することができる。

多孔質母材２の製造中において、反応室１１の第１反応室１１Ａ内においては、バーナー１４，１５から噴霧されて合成されたガラス微粒子のうち、内側堆積スート２ａ又は外側堆積スート２ｂとして堆積されなかったガラス微粒子が浮遊している。同様に、仕切り板１２によって第１反応室１１Ａと仕切られた状態の第２反応室１１Ｂ内においても、仕切り板１２と多孔質母材２との開口１２ａ周辺の隙間を通じて、第１反応室１１Ａから進入したガラス微粒子が浮遊している。特に、多孔質母材２の製造の開始初期においては、外側堆積スート２ｂの外径が小さいため、仕切り板１２と多孔質母材２との開口１２ａ周辺の隙間が大きく、浮遊しているガラス微粒子の多くが隙間を通じて第２反応室１１Ｂに進入する。

そこで、制御部１８により第１流量調整部３１を制御することによって、第１反応室１１Ａ内からガラス微粒子を含むガス４２ａの排気流量、及び第１反応室１１Ａに導入される空気４１ａの流量を制御して、第１反応室１１Ａ内に所望の気流を形成する。同様に、制御部１８により第２流量調整部３２を制御することによって、第２反応室１１Ｂ内から排出されるガス４２ｂの流量、及び第２反応室１１Ｂに導入される空気４１ｂの流量を制御して、第２反応室１１Ｂ内に所望の気流を形成する。第１流量調整部３１及び第２流量調整部３２をそれぞれ独立させて適切に制御することにより、第１反応室１１Ａ及び第２反応室１１Ｂの内部において、ガラス微粒子を含むガスの循環流の発生が抑制される。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、反応室１１において仕切り板１２によって略仕切られた、バーナー１４，１５が存在する第１反応室１１Ａと存在しない第２反応室１１Ｂとにそれぞれ、第１排気ダクト２１及び第２排気ダクト２２を設け、それぞれの第１反応室１１Ａ及び第２反応室１１Ｂにおいて排気量を調整している。これにより、仕切り板１２によって略仕切られた反応室１１内の空間ごとに給気及び排気を設定できるので、反応室１１内においてガラス微粒子を含むガスの循環流を抑制できる。したがって、反応室１１の壁面に付着したり、仕切り板１２に堆積したりするガラス微粒子の量を低減できるので、ガラス微粒子が多孔質母材２に再付着する可能性が低減され、多孔質母材２にクラックが発生したり、多孔質母材２をガラス化した光ファイバ母材に気泡が発生したりすることを抑制できる。

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、ポンプを共通に用いて排気ダクトにそれぞれ流量調整部を設け、それぞれの排気ダクトにおいて排気流量を調整しているが、複数の排気ダクトのそれぞれに、制御部１８によって排気流量を制御可能なポンプを接続するようにしてもよい。

また、上述の一実施形態においては、本発明をＶＡＤ装置に適用した例について説明したが、本発明をＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）装置に適用することも可能である。

また、上述の一実施形態においては、第１給気口１９と第２給気口２０とが互いに独立して設けられているが、第１給気口１９と第２給気口２０とを同一の給気口から構成してもよい。

また、上述の一実施形態においては、反応室１１内に１枚の仕切り板１２を設けた例について説明したが、仕切り板は複数設けてもよい。さらなる仕切り板によって、第２反応室１１Ｂが略仕切られることによって、第２反応室１１Ｂ内において、仕切られた反応室１１の上部への浮遊したガラス微粒子の移動を抑制できるので、反応室１１の上部の壁面に付着したり、仕切り板に堆積したりするガラス微粒子の量をより一層低減でき、ガラス微粒子の多孔質母材２への再付着をさらに抑制できる。

また、上述の一実施形態においては、第１排気部としての第１排気ダクト２１及び第２排気部としての第２排気ダクト２２をそれぞれ１つのダクトから構成しているが、必ずしも１つのダクトに限定されるものではない。第１排気部及び第２排気部をそれぞれ、複数の排気ダクトから構成してもよい。

１ ＶＡＤ装置
２ 多孔質母材
２ａ 内側堆積スート
２ｂ 外側堆積スート
３ ターゲットロッド
４ 引上機構
１１ 反応室
１１Ａ 第１反応室
１１Ｂ 第２反応室
１２ 仕切り板
１２ａ 開口
１４，１５ バーナー
１７ ガス供給部
１８ 制御部
１９ 第１給気口
２０ 第２給気口
２１ 第１排気ダクト
２２ 第２排気ダクト
３１ 第１流量調整部
３１ａ，３２ａ 配管
３２ 第２流量調整部
３４ 外部排気管
４１ａ，４１ｂ 空気
４２ａ，４２ｂ ガス

Claims (3)

1. 反応室と、
   前記反応室内に設けられたバーナーと、
   前記バーナーに原料ガス及び可燃ガスを含むガスを供給するガス供給部と、を備え、
   前記反応室内において、前記バーナーから前記ガスを出発材に供給して、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、
   前記反応室内に前記多孔質母材が通過可能な仕切り板が設けられ、
   前記仕切り板によって、前記反応室内は、前記バーナーが存在する反応室と前記バーナーが存在しない反応室とに略仕切られ、
   前記バーナーが存在する反応室に、第１流量調整部によって排気流量を制御可能な第１排気部が設けられているとともに、前記バーナーが存在しない反応室に、第２流量調整部によって排気流量を制御可能な第２排気部が設けられ、
   前記第１流量調整部によって制御される前記第１排気部の排気流量と、前記第２排気部の排気流量によって制御される前記第２排気部の排気流量とは、それぞれ独立して制御され、
   前記バーナーが存在する反応室に設けられた外部から気体を導入可能な給気部と、前記バーナーが存在しない反応室に設けられた外部から気体を導入可能な給気部とが、互いに独立して設けられ、
   前記反応室内は、前記バーナーが存在する反応室及び前記バーナーが存在しない反応室のそれぞれにおいて気流が形成されるように構成された
   ことを特徴とする光ファイバ多孔質母材の製造装置。
2. 前記仕切り板が複数設けられ、前記バーナーが存在しない反応室がさらに少なくとも２つの反応室に仕切られている
   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。
3. 反応室内において、バーナーから原料ガス及び可燃ガスを含むガスを出発材に供給して、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、
   前記反応室内を、前記多孔質母材が通過可能な仕切り板によって、前記バーナーが存在する反応室と前記バーナーが存在しない反応室とに略仕切った状態で、前記バーナーが存在する反応室に設けられた、排気流量を第１流量調整部により制御可能な第１排気部によって、前記バーナーが存在する反応室内のガスを排気するとともに、前記バーナーが存在しない反応室に設けられた、排気流量を第２流量調整部により制御可能な第２排気部によって、前記バーナーが存在しない反応室内のガスを排気し、
   前記第１流量調整部によって制御される前記第１排気部の排気流量と、前記第２排気部の排気流量によって制御される前記第２排気部の排気流量とを、それぞれ独立して制御し、
   前記反応室内において、互いに独立して設けられた、前記バーナーが存在する反応室に設けられた外部から気体を導入可能な給気部と、前記バーナーが存在しない反応室に設けられた外部から気体を導入可能な給気部とのそれぞれによって気流を形成する
   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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