JP6979915B2 - 光ファイバ多孔質母材の製造装置及び光ファイバ多孔質母材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ多孔質母材の製造装置及び光ファイバ多孔質母材の製造方法に関する。

石英ガラス系光ファイバは、通常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。この光ファイバ母材を製造する際には、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、プラズマ法等の方法が広く用いられている。これらの方法では、石英ガラスの原料ガスとして四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）のガスを用いることが一般的である。

そして、合成装置において、バーナーを用いて、火炎により原料ガスを加水分解反応させ、これによってガラス微粒子を合成し、基材である出発材に堆積させて多孔質状のスートを形成することで、光ファイバ多孔質母材を製造する。光ファイバ多孔質母材は、焼結工程を行うことによって透明ガラス化され、線引きを行うための透明な光ファイバ母材となる。

特開２０１２−０６６９９８号公報

合成装置内では、装置自体の吸気や排気等によって様々な気流が生じ得る。しかしながら、合成装置内の気流によってバーナーの炎に揺らぎが生じると、出発材に堆積されたガラス微粒子の層にムラが発生しやすくなる。このようなムラが生じると、光ファイバ多孔質母材から最終的な光ファイバの特性を予測しようとした場合に、その予測特性と実際の光ファイバの特性とに差異が生じやすくなるといった問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ガラス微粒子の堆積のムラを低減し、光ファイバ多孔質母材から予測した光ファイバの予測特性の精度を向上させることができる光ファイバ多孔質母材の製造装置及び光ファイバ多孔質母材の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決し、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バーナーと、前記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供給し、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、前記バーナーが放射する火炎に向かう気流を規制する気流規制部材を設けたことを特徴とするものである。

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、前記気流規制部材は、前記バーナーの先端部に取り付けられていることを特徴とするものである。

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、前記気流規制部材は、前記バーナーを内包するように、前記反応容器内に取り付けられていることを特徴とするものである。

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、前記気流規制部材は、筒状であることを特徴とするものである。

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、前記気流規制部材の開口端から該気流規制部材内に、出発材又は合成中の光ファイバ多孔質母材の下端が入り込むように、前記気流規制部材を設けたことを特徴とするものである。

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、前記バーナーは、光ファイバのコア部を合成するコア合成用バーナーであることを特徴とするものである。
本発明に係る光ファイバ多孔質母材の製造方法は、光ファイバ多孔質母材の製造方法において、原料ガス、可燃ガス、助燃ガス及び緩衝ガスを合流してバーナーに供給し、出発材の外周にガラス微粒子を合成する際に、前記バーナーの外周を囲うように形成した気流規制部材内に、前記出発材または合成中の光ファイバ多孔質母材の下端が入り込むようにすることを特徴とするものである。

本発明に係る光ファイバ多孔質母材の製造装置及び光ファイバ多孔質母材の製造方法においては、バーナーが放射する火炎に向かう気流を規制する気流規制部材によって、反応容器内の気流がバーナーから放射された火炎に影響を及ぼすことを規制することができる。これにより、バーナーの火炎の揺らぎが抑えられ、出発材に堆積された微粒子の層にムラができるのを抑制することができる。よって、本発明に係る光ファイバ多孔質母材の製造装置及び光ファイバ多孔質母材の製造方法は、光ファイバ多孔質母材から予測した光ファイバの予測特性の精度を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る光ファイバ多孔質母材の製造装置の構成を示す模式図である。 図２は、構成例１に係る合成装置のバーナー及びその近傍の一例を示した模式図である。 図３は、構成例２に係る合成装置のバーナー及びその近傍の一例を示した模式図である。 図４は、構成例２に係る合成装置のバーナー及びその近傍の他例を示した模式図である。 図５は、構成例３に係る合成装置のバーナー及びその近傍の一例を示した模式図である。 図６は、構成例３に係る合成装置のバーナー及びその近傍の他例を示した模式図である。

以下に、本発明に係る光ファイバ多孔質母材の製造装置及び光ファイバ多孔質母材の製造方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る光ファイバ多孔質母材Ｐの製造装置の構成を示す模式図である。この製造装置１００は、ＶＡＤ法によって、出発材Ｔにガラス微粒子を堆積させてスートＳを形成し、光ファイバ多孔質母材Ｐを製造する装置であって、原料供給装置１０と、原料気化装置２０と、ガス供給装置３０と、合成装置４０と、原料液輸送配管群５０と、原料ガス輸送配管群６０と、ガス輸送配管群７０と、断熱材８０と、を備えている。

原料供給装置１０は、石英系ガラス光ファイバの原料となり、常温常圧では液体である四塩化珪素又はシロキサンと、四塩化ゲルマニウムと、を原料液毎に収容し、原料気化装置２０に供給する装置である。原料液輸送配管群５０は、複数の配管で構成されており、各配管で各原料液を原料気化装置２０に輸送する。

原料気化装置２０は、各原料液を収容するための複数の原料容器と、各原料液を加熱して気化するための複数のヒータと、各原料液の沸点を下げるために各原料容器の内部を減圧するための複数の減圧器と、複数のマスフローコントローラを備えている。

各ヒータは、原料液輸送配管群５０で輸送され、各原料容器に収容された原料液を、加熱して気化する。各ヒータは、原料液が四塩化珪素や四塩化ゲルマニウムである場合は、１００［℃］程度まで原料液を加熱することができることが好ましく、原料液がシロキサンである場合は、２００［℃］程度まで原料液を加熱することができることが好ましい。また、各減圧器は、対応する原料容器内を０．１気圧（１０１．３［ｈＰａ］）程度まで減圧できるものを用いることが好ましい。各原料容器は、気化した原料が漏出しないように密閉性が高いものであり、対応する減圧器による減圧に耐え得る程度の強度を有したものである。

原料ガス輸送配管群６０は、本実施形態では２つの原料ガス輸送配管で構成されており、各配管で各原料ガスを原料気化装置２０から輸送する。各原料ガスの流量は原料気化装置２０の各マスフローコントローラで調整される。なお、各マスフローコントローラも、そこで各原料ガスが液化しないような温度に保温されていることが好ましい。断熱材８０は、原料ガス輸送配管群６０を一括して覆うように設けられている。

ガス供給装置３０は、光ファイバ多孔質母材Ｐの製造に用いる原料ガス以外のガス（非原料ガス）を合成装置４０に供給する装置である。ガス供給装置３０が供給する非原料ガスは、燃焼ガスや緩衝ガス（シールガス）である。燃焼ガスは、水素（Ｈ_２）ガス等の可燃ガス、酸素（Ｏ_２）ガス等の助燃ガスである。緩衝ガスはアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスである。ガス輸送配管群７０は、複数の配管で構成されており、各配管（燃焼ガス輸送配管や緩衝ガス輸送配管）で各非原料ガスを合成装置４０に輸送する。各非原料ガスの流量はガス供給装置３０のマスフローコントローラで調整される。

合成装置４０は、原料ガス輸送配管群６０と、燃焼ガス輸送配管を含むガス輸送配管群７０とが接続されている。合成装置４０は、反応容器４１と、バーナー４２，４３と、排出口４５と、を有する。反応容器４１は、ガラス微粒子を堆積させる出発材Ｔを収容可能に構成されている。また、合成装置４０は、出発材Ｔを保持し、回転させながら引き上げる引き上げ機構を備えている。出発材Ｔは、例えば純度の高い石英ガラス棒である。なお、反応容器４１にはエアー等の吸気口（図示しない）を設けてもよい。

バーナー４２，４３は、反応容器４１内に設けられており、原料気化装置２０及びガス供給装置３０から供給されたガラス原料ガス及び燃焼ガスからガラス微粒子を合成する合成用バーナーである。バーナー４２は、コア合成用バーナーであり、出発材Ｔの外周に堆積して光ファイバのコア部となる内側スートを構成するガラス微粒子を合成する。バーナー４２には、原料気化装置２０及びガス供給装置３０から原料ガス輸送配管群６０及びガス輸送配管群７０によって輸送された、四塩化珪素ガス、四塩化ゲルマニウムガス、可燃ガス、助燃ガス、緩衝ガスが一旦合流されてから供給される。バーナー４３は、クラッド合成用バーナーであり、内側スートの外周に堆積して光ファイバのクラッド部となる外側スートを構成するガラス微粒子を合成する。バーナー４３には、原料気化装置２０及びガス供給装置３０から原料ガス輸送配管群６０及びガス輸送配管群７０によって輸送された、四塩化珪素ガス、可燃ガス、助燃ガス、緩衝ガスが一旦合流されてから供給される。これらのガスの火炎中の加水分解反応によって、ガラス微粒子が合成され、出発材Ｔに向けて吹き付けられて堆積し、内側スートと外側スートとが形成され、スートＳとなる。なお、合成されたものの堆積しなかったガラス微粒子は、排出口４５から排出される。

［構成例１］
図２は、構成例１に係る合成装置４０のバーナー４２及びその近傍の一例を示した模式図である。構成例１に係る合成装置４０においては、バーナー４２の先端部の外周に、バーナー４２が放射する火炎に向かう気流を規制する円筒状の気流規制部材９０が設けられている。この気流規制部材９０は、耐熱性を有する石英製や金属製、金属にコーティングを施した材料等によって構成されている。出発材Ｔに対するバーナー４２の位置は固定されており、気流規制部材９０の出発材Ｔ側で開口した開口端９０Ａにおける径方向中心位置から出発材Ｔの下端位置までの距離Ｘが、０［ｍｍ］≦Ｘ≦３００［ｍｍ］、好ましくは、Ｘ＝０［ｍｍ］となるように気流規制部材９０を設ける。

このように、バーナー４２の先端部の外周に円筒状の気流規制部材９０を設けることによって、合成装置４０の反応容器４１内で生じた気流が、バーナー４２から放射された火炎に影響を及ぼすことを気流規制部材９０によって規制することができる。これにより、バーナー４２の火炎が気流によって大きく揺らぐことを抑制できる。よって、光ファイバのコア部となる内側スートを構成するガラス微粒子を合成する際に、バーナー４２から放射される火炎を安定させることができる。したがって、出発材Ｔに堆積されたガラス微粒子の層（内側スート）にムラができるのを抑制し、光ファイバ多孔質母材Ｐから予測した光ファイバの予測特性の精度を向上させることができる。その結果、光ファイバの特性の安定化を図ることができる。

なお、気流規制部材９０は、バーナー４２に着脱可能なように設けられても良いし、溶接等によってバーナー４２と一体化して設けても良い。

［構成例２］
図３は、構成例２に係る合成装置４０のバーナー４２及びその近傍の一例を示した模式図である。構成例２に係る合成装置４０においては、バーナー４２の先端部の外周に、バーナー４２が放射する火炎に向かう気流を規制する、段階的に径が異なる円筒状の気流規制部材９１が設けられている。気流規制部材９１は、バーナー４２の先端部の外径とほぼ同径の内径を有し、バーナー４２の先端部に取り付けられた小径部９１ａと、小径部９１ａよりも出発材Ｔ側に位置し、小径部９１ａよりも大きい内径を有する大径部９１ｃと、小径部９１ａと大径部９１ｃとを繋ぐテーパー部９１ｂとで構成されている。また、気流規制部材９１は、耐熱性を有する石英製や金属製、金属にコーティングを施した材料等によって構成されている。

構成例２に係る合成装置４０においては、出発材Ｔに対するバーナー４２の位置が固定されており、出発材Ｔと気流規制部材９１とが、気流規制部材９１の出発材Ｔ側で開口した開口端９１Ａから大径部９１ｃ内に出発材Ｔの下端が入り込むような位置関係となるように、気流規制部材９１を設けることができる。この際、気流規制部材９１の開口端９１Ａにおける径方向中心位置から出発材Ｔの下端位置までの距離Ｘは、Ｘ＜０［ｍｍ］、すなわち、マイナスの値となる。

図４は、構成例２に係る合成装置４０のバーナー４２及びその近傍の他例を示した模式図である。構成例２に係る合成装置４０においては、図４に示すように、合成中の光ファイバ多孔質母材Ｐ（スートＳ）と気流規制部材９１とが、気流規制部材９１の開口端９１Ａから大径部９１ｃ内に合成中の光ファイバ多孔質母材Ｐ（スートＳ）の下端が入り込むような位置関係となるように、気流規制部材９１を設けるのが望ましい。この際、気流規制部材９１の開口端９１Ａにおける径方向中心位置から合成中の光ファイバ多孔質母材Ｐ（スートＳ）の下端位置までの距離Ｙは、Ｙ＜０［ｍｍ］、すなわち、マイナスの値となる。

構成例２に係る合成装置４０のように、気流規制部材９１の開口端９１Ａから大径部９１ｃ内に出発材Ｔ又は合成中の光ファイバ多孔質母材Ｐ（スートＳ）の下端を入り込ませて、距離Ｘ又は距離Ｙをマイナスの値とすることにより、反応容器４１内で生じた気流がバーナー４２から放射された火炎に影響を及ぼすことを気流規制部材９１によって、より確実に規制することができる。これにより、バーナー４２の火炎が気流によって揺らぐのが抑えられ、光ファイバのコア部となる内側スートを構成するガラス微粒子を合成する際に、バーナー４２から放射される火炎を安定させることができる。よって、出発材Ｔに堆積されたガラス微粒子の層（内側スート）にムラができるのを抑制し、光ファイバ多孔質母材Ｐから予測した光ファイバの予測特性の精度を向上させることができる。その結果、光ファイバの特性の安定化を図ることができる。

なお、気流規制部材９１は、バーナー４２に着脱可能なように設けられても良いし、溶接等によってバーナー４２と一体化して設けても良い。また、バーナー４２の先端部の外周に、円筒状のフードを設けて、そのフードを気流規制部材９１の小径部９１ａに替えて用い、フードに気流規制部材９１のテーパー部９１ｂを接続するようにしても良い。

［構成例３］
図５は、構成例３に係る合成装置４０のバーナー４２及びその近傍の一例を示した模式図である。構成例３に係る合成装置４０においては、バーナー４２が放射する火炎に向かう気流を規制する筒状の気流規制部材９２が、バーナー４２を内包するように、バーナー４２とは異なる合成装置４０内に設けられた構造体に取り付けられている。気流規制部材９２は、耐熱性を有する石英製や金属製、金属にコーティングを施した材料等によって構成されている。なお、気流規制部材９２の形状としては、円筒状でも良いし角筒状でも良い。

構成例３に係る合成装置４０においては、バーナー４２の先端部の外周に、石英製や金属製、金属にコーティングを施した材料等で構成された円筒状のフード４６が設けられている。このフード４６の出発材Ｔ側で開口した開口端４６Ａは、バーナー４２の先端よりも出発材Ｔ側に位置している。このフード４６の開口端４６Ａよりも出発材Ｔ側に、気流規制部材９２の出発材Ｔ側で開口した開口端９２Ａが位置している。

構成例３に係る合成装置４０においては、気流規制部材９２の開口端９２Ａにおける径方向中心位置から出発材Ｔの下端位置までの距離Ｘを、Ｘ≦０［ｍｍ］とするのが好ましい。例えば、距離Ｘ＜０［ｍｍ］の場合には、出発材Ｔと気流規制部材９２とが、気流規制部材９２の開口端９２Ａから気流規制部材９２内に出発材Ｔの下端が入り込むような位置関係となるように、気流規制部材９２を設ければ良い。

図６は、構成例３に係る合成装置４０のバーナー４２及びその近傍の他例を示した模式図である。構成例３に係る合成装置４０においては、図６に示すように、気流規制部材９２の開口端９２Ａにおける径方向中心位置から合成中の光ファイバ多孔質母材Ｐ（スートＳ）の下端位置までの距離Ｙを、Ｘ≦０［ｍｍ］とするのが好ましい。例えば、距離Ｙ＜０［ｍｍ］の場合には、合成中の光ファイバ多孔質母材Ｐ（スートＳ）と気流規制部材９２とが、気流規制部材９２の開口端９２Ａから気流規制部材９２内に合成中の光ファイバ多孔質母材Ｐ（スートＳ）の下端が入り込むような位置関係となるように、気流規制部材９２を設ければ良い。

構成例３に係る合成装置４０のように、合成装置４０内に設けられた構造体に気流規制部材９２を取り付けて、バーナー４２の周囲を囲むことによって、反応容器４１内で生じた気流が、バーナー４２から放射された火炎に影響を及ぼすことを気流規制部材９２によって規制することができる。これにより、バーナー４２の火炎が気流によって揺らぐことを抑制できる。よって、光ファイバのコア部となる内側スートを構成するガラス微粒子を合成する際に、バーナー４２から放射される火炎を安定させることができる。したがって、出発材Ｔに堆積されたガラス微粒子の層（内側スート）にムラができるのを抑制し、光ファイバ多孔質母材Ｐから予測した光ファイバの予測特性の精度を向上させることができる。その結果、光ファイバの特性の安定化を図ることができる。

なお、図５及び図６の構成例３に係る合成装置４０では、フード４６が設けられた例を示したが、フードは必ずしも設けなくても良い。

これまで本実施形態においては、光ファイバのコア部となる内側スートを構成するガラス微粒子を合成するためのコア合成用バーナーであるバーナー４２に対応させて気流規制部材９０，９１，９２を設ける場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、光ファイバのクラッド部となる外側スートを構成するガラス微粒子を合成するためのクラッド合成用バーナーであるバーナー４３に対応させて気流規制部材９０，９１，９２を設けても良い。

１０ 原料供給装置
２０ 原料気化装置
３０ ガス供給装置
４０ 合成装置
４１ 反応容器
４２，４３ バーナー
４５ 排出口
４６ フード
５０ 原料液輸送配管群
６０ 原料ガス輸送配管群
７０ ガス輸送配管群
８０ 断熱材
９０，９１，９２ 気流規制部材

Claims (6)

1. 反応容器と、
   前記反応容器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供給し、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、
   前記バーナーが放射する火炎に向かう気流を規制する気流規制部材を設け、
   前記気流規制部材の開口端から該気流規制部材内に、出発材又は合成中の光ファイバ多孔質母材の下端が入り込むようにし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. 前記気流規制部材は、前記バーナーの先端部に取り付け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. 前記気流規制部材は、前記バーナーを内包するように、前記反応容器内に取り付け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。
4. 前記気流規制部材は、筒状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光ファイバ多孔質母材の製造装置。
5. 前記バーナーは、光ファイバのコア部を合成するコア合成用バーナーであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光ファイバ多孔質母材の製造装置。
6. 光ファイバ多孔質母材の製造方法において、
   原料ガス、可燃ガス、助燃ガス及び緩衝ガスを合流してバーナーに供給し、出発材の外周にガラス微粒子を合成する際に、前記バーナーの外周を囲うように形成した気流規制部材内に、前記出発材または合成中の光ファイバ多孔質母材の下端が入り込むように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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