JPH0559053B2

JPH0559053B2 -

Info

Publication number: JPH0559053B2
Application number: JP19048084A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Mizutani; Gotaro Tanaka; Hiroo Kanamori; Tsunehisa Kyodo; Naoki Yoshioka
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1984-09-13
Filing date: 1984-09-13
Publication date: 1993-08-30
Also published as: JPS6168340A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はガラス原料を加水分解反応してガラス
微粒子を合成することによる光フアイバ用ガラス
母材の製造方法に関し、特に光伝送損失の少ない
光フアイバの製造に適する。

〔従来の技術〕

従来光フアイバ用ガラス母材を製造する方法の
１つとして、SiC₄等のガラス原料を火炎中に投
入し、加水分解反応によりガラス微粒子を合成
し、該ガラス微粒子を出発材すなわちマンドレル
上かあるいはガラス棒先端に堆積させて、その後
加熱透明化する光フアイバ用母材の製造方法が広
く行われており、火炎としては主に酸水素炎が用
いられてきた。

ところで近時、酸水素炎にかえて火炎用燃料と
して炭化水素系ガスを用いることが検討されてい
る。炭化水素系ガスは一般に単位体積当りの燃焼
熱が水素ガスに比べて大きい。例えば、メタンガ
スは212Kca／mol、アセチレンガスは310Kca
／molの燃焼熱をもつのに対して水素ガスは
68Kca／molである。この為、ガラス微粒子を
堆積させる際に、被堆積体となる多孔質ガラス体
の表面温度を高くすることが容易となるので多孔
質ガラス体のカサ密度を大きくとり、割れにくい
多孔質ガラス体を、作成し易いという利点があ
る。

ところで拡散係数の大きいH₂を燃料用ガスと
し、多重管バーナーを用いてガラス微粒子を合成
する際には、多重管バーナーとしては、例えば第
４図に示すような簡単な断面構造（中心部より１
〜４層の同心多重管を例示してある）を持つもの
を利用できる。

第４図において、１にはガラス原料、２には
H₂、３には不活性ガス、４にはO₂ガスを流す部
分を示す。３に流す不活性ガスはバーナーが出口
近傍での燃焼反応によりバーナー先端が加熱され
消耗することを防ぐ為に必要である。また生成し
たガラス粒子流はできるだけ細く集束されたもの
にし、ガラス微粒子流が所望の堆積面上に確実に
当り、効率的にガラス微粒子が堆積させるように
することが望ましい。そのため、ガラス原料流を
火炎の中央部に配置できるよう、ガラス原料をバ
ーナーの中心ポート１に流す。さらに、拡散係数
の小さいO₂を最外層４に配置し、火炎を集束さ
せることにより、ガラス原料の集束度を高める効
果を与えている。拡散係数の大きいH₂を用いる
場合には、このような簡単な構造のバーナーを用
いても十分H₂が不活性ガス中を拡散しO₂とすみ
やかに反応するわけである。

しかしながら、第４図に示したような単純な構
造のバーナーにおいて、H₂の代りに分子量が大
きく拡散係数の小さい炭化水素ガスを燃料用ガス
として用いる際には以下のような不具合が生じ
る。

すなわち、第４図に示した酸水素炎用の４重管
バーナーの水素ガス用ポート２に炭化水素ガスを
流すと、より外側のポート４から噴出させる酸素
ガスとの反応が進まず、バーナー先端から長く、
炭素を含む火炎が形成される。この様な火炎を用
いて、ガラス微粒子を堆積させると、多孔質ガラ
ス体に炭素微粒子が混入し、伝送特性を劣化させ
る。

かかる炭素混入を避けるために、バーナーから
多孔質ガラス体までの間隔を大きくとり、酸素ガ
スとの混合を進める方法があるが、この方法では
多孔質ガラス体をバーナーから遠ざけるに従い、
火炎の先端部のみで多孔質ガラス体を加熱するこ
とになり、堆積領域の温度を高く維持することが
できない。このため、通常４重管バーナー様のガ
スの流し方では、カサ密度を高くすることで割れ
にくい多孔質ガラス体を作成することが難かし
く、炭素混入がなく、かつ、安定な多孔質ガラス
体を得ることは困難であつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の知見に鑑み、その問題点を解
消すべく従来法に改良を加え、炭化水素ガスを燃
料ガスとして用いる方式において、炭素微粒子の
析出を抑えかつ高いカサ密度を有して割れにくい
多孔質ガラス体を合成し、ひいては伝送損失の優
れた光フアイバを安定に製造する方法を提供する
ことを目的としてなされたものである。

〔問題点を解決する手段〕

上記の目的を達成する手段として、本発明は多
重管バーナを用いて火炎を形成し、該火炎中にガ
ラス合成用原料を導入して、ガラス微粉体を合成
し、出発材上に堆積させた後、該堆積体を加熱透
明化する工程を含む光フアイバ用ガラス母材の製
造方法において、該火炎用燃料として炭化水素系
ガスを用い、多重管から流すガス配置として、該
炭化水素ガスの両隣りにシールガスを配置し、か
つ、さらにその両隣りに酸素ガスを配置せしめる
ことを特徴とする光フアイバ用ガラス母材の製造
方法を提供するものである。

本発明の特に好ましい実施態様としては、上記
シールガスとしてアルゴンガス、窒素ガスまたは
ヘリウムガスを含むガスを用いる上記の方法が挙
げられ、またさらなる好ましい実施態様としては
該炭化水素系ガスとして、メタンガスまたはアセ
チレンガスを主成分とするガスを用いる上記の方
法が挙げられる。

本発明は基本的には、ガラス原料の加水分解反
応に供する火炎の燃料を炭化水素系ガスとした時
に、その燃料を酸素ガスが挾み込むように、多重
管バーナのポートのガス配置を施こして、堆積中
の多孔質ガラス体と炭化水素系ガスの流れの間に
酸素ガスを挿入し、不完全燃焼により生成した炭
素微粒子がこの酸素ガス流中で完全に燃焼し、多
好質ガラス体に到達しないようにする多重管バー
ナのポートのガス配置を特徴とする方法である。

本発明の方法においては、多重管の中心ポート
はガラス原料用で、キヤリアガスとしては例えば
アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス、酸素ガ
ス等あるいはこれらの混合ガスを用いる。また、
必要に応じ水素ガスあるいはキヤリアガスとして
挙げたガスを原料ポートから流してもよい。ガラ
ス原料ポートは必ずしも１ポートに限らず必要に
応じ、例えば原料組成を変えて複数のポートから
流してもよい。ガラス原料ポートの外側には、火
炎用ガスポートを配置する。火炎用ガスポート
は、内側から外側へと酸素ガス、シールガス、炭
化水素系ガス、シールガス、酸素ガスの順に構成
され、シールガスとしては、アルゴンガス、ヘリ
ウムガス等の不活性ガスや窒素ガスあるいはこれ
らの混合ガスが用いられる。また必要に応じて更
に上記の順にガスポートを追加してもよい。

本発明に用いる炭化水素系ガスとしては例えば
メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、
アセチレン等が挙げられる。

第１図は本発明の最も簡単な実施態様例を示す
もので、同心円筒の６重管バーナーを用いる場合
を説明する図である。中心ポート５は上記の如く
ガラス原料、キヤリアガスあるいは必要に応じ水
素ガスを流す。第２ポート６及び第６ポート１０
には酸素ガスを、第３ポート７及び第５ポート９
にはシールガスを、そして第４ポート８には炭化
水素系ガスを流す。つまり第２ポート以下は酸素
ガス、シールガス、炭化水素系ガス、シールガ
ス、酸素ガスの順である。

本発明において使用する多重管バーナは同心円
筒形に限らず、テーパ形状を持つもの、また、矩
形、あるいは非軸対称であつて良く、ガラス原料
ポートを囲むように火炎構成用ガスのポートが配
置されているものであればよい。

本発明方法による製造工程は、本発明が本質的
に炭化水素系ガスを燃焼ガスとして用いて、ガラ
ス微粒子を堆積させる工程のガスの流し方に特徴
を有するものであるので、堆積工程以後フアイバ
とするまでの工程はいかなる方法によつてもよ
い。

〔実施例〕

以下実施例および比較例をあげて本発明の効果
を説明する。

実施例１第１図に示す６重管バーナを用いて、第２ポー
トから酸素ガス５／分、第３ポートからアルゴ
ンガス４／分、第４ポートからメタンガスを主
成分とする天然ガス５／分、第５ポートから窒
素ガス３／分、第６ポートから酸素ガス10／
分、をそれぞれ流して火炎を形成し、中心ポート
からアルゴンガスをキヤリアガスとして0.6／
分流して、４塩化ケイ素0.36／分を投入した。
火炎の根本をガラス棒で探つて、炭素微粒子の付
着が認められないことを確認した。

出発材は、外径8.5mmの純シリカガラス棒を回
転させ、火炎をこの上で往復させて、ガラス微粒
子を堆積させた。多孔質ガラス体のカサ密度の径
方向の変動を抑えるために、キヤリアガスは、該
多孔質ガラス体の外径に応じて、徐々に0.4／
分まで下げた。多孔質ガラス体の外径が80mmにな
るまで堆積を行なつたが、炭素微粒子の混入は認
められなかつた。該出発材と該多孔質ガラス体の
複合構造体をヘリウムガス５／分、塩素ガス
0.05／分、６フツ化硫黄ガス0.2／分、の雰
囲気中、温度1300℃、下降速度３mm／分の条件に
て脱水及び弗素のドーピングを行つた。次に、ヘ
リウムガス10／分の雰囲気中、温度1650℃、下
降速度３mm／minの条件にて透明ガラス化を行つ
た。更に、該透明ガラス体を延伸して、外径９mm
とし、第１回目と同条件で外径が70mmとなるまで
ガラス微粒子を堆積させた後、脱水及び弗素のド
ーピングと透明ガラス化を、上と同じ条件で行つ
た。

以上の工程により、第２図に示すような屈折率
構造をもつ光フアイバ中間体が得られた。この光
フアイバ中間体の比屈折率差１１は0.3％、コア
径１２とクラツド径１３の比は９倍であつた。

これに更にジヤケツト用石英ガラス管を被せた
後、線引して第３図に示すような屈折率構造のフ
アイバ外径１４が125μm、クラツド径１５が
63μm、コア径１６が7μm、の光フアイバが得ら
れた。この光フアイバの伝送特性は波長1.3μmに
おいて損失1dB／Km以下で、シングルモードフア
イバとして良好なものであつた。比較例１第４図に示した様な４重管バーナーを用いて、
中心ポート１からは４塩化ケイ素を0.36／分お
よびキヤリヤガスとしてアルゴンガスを0.6／
分、第２ポート２からはメタンが主成分の天然ガ
スを2.1／分、第３ポート３からはアルゴンガ
スを1.3／分、第４ポート４からは酸素ガスを
15／分、それぞれ流して、外径６mmの純シリカ
ガラス棒上に火炎を往復させて、ガラス微粒子を
堆積させたところ、外径が20mmになつた頃から多
孔質ガラス体が灰色みを帯び、炭素微粒子混入が
認められた。

上の方法でキヤリアガスを酸素0.6／分とし、
他は同条件で行つたところ、外径30mmになつた頃
から炭素微粒子混入が認められた。

更に酸素キヤリアのまま、バーナを３cmだけ遠
ざけて多孔質ガラス体の外径が70mmになるまで火
炎の炭素を含有する部分が多孔質ガラス体に到達
しないようにしたところ、外径50mmに成長したと
ころで多孔質ガラス体は破裂した。このガラス体
のカサ密度を測定したところ、0.2ｇ／cm³以下で
あつた。

実施例２第１図に示す６重管バーナを用いて、第２ない
し第６ポートに酸素ガス７／分、アルゴンガス
３／分、アセチレンガス７／分、窒素ガス
2.2／分、酸素ガス12／分をこの順に流して
火炎を形成し、中心ポートから酸素ガス0.7／
分とともに４塩化ケイ素蒸気0.42／分を投入し
た。このように形成した火炎を回転する外径８mm
φの純シリカガラス棒上で往復させて、ガラス微
粒子を堆積させた。このようにして、外径90mmの
多孔質ガラスとガラス棒の複合構造体を得たが、
炭素微粒子の混入は認められなかつた。

該複合構造体をヘリウムガス５／分、塩素ガ
ス0.05／分、６フツ化硫黄ガス0.2／分の雰
囲気中、温度1300℃、下降速度３mm／分の条件に
て脱水及び弗素のドーピングを行つた。次にヘリ
ウムガス10／分の雰囲気中、温度1650℃、下降
速度３mm／分の条件にて透明ガラス化させた。更
に該透明ガラス体を外径10mmに延伸し、第１回目
と同条件で外径が60mmとなるまで堆積を行つた
上、第１回目と同じ条件で脱水及び弗素ドーピン
グと透明ガラス化を行つた。

以上の工程により得られた光フアイバ中間体は
屈折率構造が第２図に示すような、比屈折率差１
１が0.3％、コア径１２とクラツド径１３の比が
10倍のものであつた。これに更に、ジヤケツト用
石英ガラス管を被せた後、線引して、第３図に示
すような屈折率構造の、フアイバ外径１４が
125μm、クラツド径１５が70μm、コア径１６が
7μm、の光フアイバが得られた。この光フアイバ
の伝送特性は波長1.3μmにおいて損失1dB／Km以
下で、シングルモードフアイバとして良好なもの
であつた。

比較例２第４図に示した様な４重管の中心ポート１から
酸素ガスのみ0.7／分、第２ポート２ないし第
４ポート４からはアセチレンガス2.0／分、ア
ルゴンガス1.2／分、酸素ガス17／分をこの
順に夫々流して、火炎を形成させた。この火炎内
の炭素微粒子の付着の様子をみるために、石英棒
を火炎中に挿入し観察したところ、多孔質ガラス
体が外径約50mmに成長した時点より以後に触れる
と予想される火炎部位で炭素微粒子の顕しい付着
がみられた。

更に、中心ポート１と第４ポート４の酸素ガス
流量を夫々1.5／分、19／分とすることで炭
素微粒子の生成を抑制し、バーナを２cmだけ遠ざ
けた後、SiC₄を中心ポート１から0.42／分を
上記酸素とともに投入し、外径６mmの石英棒を回
転させ、火炎をこの上で往復させて堆積を行つた
ところ、外径が70mmに成長した時点より、ガラス
多孔質体の表面に炭素微粒子が認められ、外径80
mmで亀裂が発生した。このガラス多孔質体を解体
して内部を観察したところ、外径約40mm以上の部
分で炭素微粒子の混入が認められた。

〔発明の効果〕

以上の説明および実施例からも明らかな如く本
発明方法は、ガラス原料を炭化水素系ガスを燃料
とする火炎中に投入して、火炎加水分解してガラ
ス微粒子を合成し、ガラス母材を作成する方法に
おいて、多孔質ガラス体の嵩密度を大きくとれ、
割れにくい多孔質ガラス体を作成できるという長
所はそのまま有し、かつ従来法の欠点であつた多
孔質ガラス体への炭素微粒子混入はないので、安
定して多孔質ガラス体を製造でき、得られる光フ
アイバー用母材および光フアイバーは伝送損失特
性に優れ、又製造途中の割れもないので、経済上
も優れた方法である。また本発明方法は簡単な構
造のバーナーで実施できるという長所も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様例にて用いる６重管
バーナーの断面図、第２図は本発明の実施例によ
り作成された光フアイバ中間体の屈折率分布を示
す概念図、第３図は第２図の光フアイバ中間体よ
り作成された光フアイバの屈折率分布を示す概念
図、第４図は従来方法（比較例）にて用いられる
４重管バーナーの断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１多重管バーナを用いて火炎を形成し、該火炎
中にガラス合成用原料を導入してガラス微粉体を
合成し、出発材上に堆積させた後、該堆積体を加
熱透明化する工程を含む光フアイバ用ガラス母材
の製造方法において、該火炎用燃料として炭化水
素系ガスを用い、多重管から流すガス配置とし
て、該炭化水素系ガスの両隣りにシールガスを配
置し、かつ、さらにその両隣りに酸素ガスを配置
せしめることを特徴とする光フアイバ用ガラス母
材の製造方法。２該シールガスとして、アルゴンガス、窒素ガ
スまたはヘリウムガスを含むガスを用いる特許請
求の範囲第１項記載の光フアイバ用ガラス母材の
製造方法。３該炭化水素系ガスとして、メタンガスまたは
アセチレンガスを主成分とするガスを用いる特許
請求の範囲第１項記載の光フアイバ用ガラス母材
の製造方法。