JPH0748136A

JPH0748136A - 火炎検出装置とそれを用いた多孔質ガラス母材製造装置および方法

Info

Publication number: JPH0748136A
Application number: JP19705393A
Authority: JP
Inventors: Sadanori Ishida; 禎則石田; Tetsuya Kumada; 哲哉熊田; Yukio Komura; 幸夫香村
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1993-08-09
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】多孔質ガラス母材を合成する火炎の位置を長
期間安定に検出する。さらに検出した火炎位置を多孔質
ガラス母材の合成に制御に用いる。【構成】直流電源３８から電極管３６に電圧を印加し
コア用バーナ３４を通過する微粒子を荷電して帯電した
コア用火炎５０をコア用バーナ３４から噴射させる。コ
ア用火炎５０の帯電状態を電界検出プローブ６０、６
２、６４、６６で検出し、火炎位置検出装置８６でコア
用火炎５０の位置を検出する。この位置検出結果を用い
て、バーナ位置制御装置８４、三次元バーナ駆動装置８
２および三次元バーナ駆動機構８０を介して、コア用バ
ーナ３４の位置を制御し、多孔質ガラス母材３２に対し
て安定にコア用火炎５０を吹き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ、光導波路
などの形成に使用する多孔質ガラス母材の合成方法およ
びその装置に関するものであり、より特定的には、多孔
質ガラス母材を合成する際に使用する火炎の位置を正確
かつ安定に検出する方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを形成する母材となる光ファ
イバ用母材を製造するには、たとえば、ＶＡＤ法によっ
て光ファイバのコアとなる部分およびクラッドになる部
分の一部を多孔質ガラス母材として製造し、この多孔質
ガラス母材をガラス化させ、その後さらに外付け法によ
って残りのクラッドになる部分を合成している。これら
いずれのプロセスにおいても、一般的に、酸水素バーナ
を用いて、原料ガス、例えば、Ｓｉｃｌ₄、ＧｅＣｌ₄
の気体を酸水素火炎中で加水分解して、ＳｉＯ₂、Ｇｅ
Ｏ₂の微粒子を形成し、火炎として回転するターゲット
へ吹きつけて微粒子を付着（堆積）させている。また、
石英系の光導波路においても同様に火炎を用いて基板上
に均一な微粒子を堆積させている。

【０００３】ターゲットに付着する微粒子の量や分布
は、バーナから噴き出される火炎の形状や光ファイバ用
母材表面の温度など様々な要因で変化する。特に火炎の
揺らぎや、火炎位置の微妙な変化によって、光ファイバ
については最終的に製造される光ファイバの屈折率分布
が変化したり、光導波路については膜厚が変化し、製造
された光ファイバまたは光導波路の品質が低下するとい
う問題に遭遇している。

【０００４】このため、バーナから放射する火炎を測定
することが行われている。この火炎測定方法の１例とし
ては、光ファイバを形成する母材としての多孔質ガラス
母材を合成するためのＶＡＤ法について述べる。図１３
に示すように、ベルジャ２内に光ファイバ用母材１が収
容されており、この光ファイバ用母材１の先端にバーナ
３からガラス微粒子を含む火炎４が吹きつけられ、前記
光ファイバ用母材１の先端部に堆積される。この堆積の
進行とともに、光ファイバ用母材１は上の方向に引き上
げられる。このようなＶＡＤ法においては、ベルジャ２
の側壁に測定用窓を設け、光ファイバ用母材１の形状を
その窓を通してテレビカメラ５によって画像として撮影
し、モニタ装置６に表示させ、さらに画像処理装置７に
おいて画像処理を行うことによって光ファイバ用母材１
の形状を測定している。測定結果は、必要に応じて、例
えば光ファイバ用母材１の引上げ速度や、バーナ３への
酸素（Ｏ₂）、水素（Ｈ₂）、Ｓｉｃｌ₄等の供給量を
制御する各種製造条件として使用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した光フ
ァイバ用母材の形状を測定する方法においては、光ファ
イバ用母材の形状が変化してからの制御である。すなわ
ち時間的な遅れがあり、光ファイバ用母材の形状を安定
化するための根本的な解決にはなり得ない。また、光フ
ァイバ用母材の形状は変動していなくとも、母材内の屈
折率分布が乱れていることもあり得る。このような母材
内の屈折率分布の乱れも、光ファイバ用母材の形状を測
定する従来の方法では、検出もできないし、それ故これ
を防止する手段もない。そこで本発明者は、光ファイバ
用母材の形状及びその内部の屈折率分布を安定化させ
る、すなわち堆積条件を安定化させるためにはバーナの
火炎の位置や形状を安定化させることである点に想い到
った。

【０００６】本発明は上述した問題を解決し、バーナの
火炎を安定化すべく、その第１段階として長時間、正確
に火炎の位置および形状またはいずれか一方を測定可能
な方法と装置を提供することを目的とする。また本発明
は、低価格で、上記の長時間、正確に火炎を測定可能な
装置を実現することを目的とする。さらに本発明は、簡
単な方法で、上記の長時間、正確に火炎を測定可能な方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本件出願の発明者は、光
ファイバ母材を合成する際、バーナから噴射するガラス
微粒子を含む火炎に電圧を印加することによって、その
周囲に火炎の形状を反映した電界が発生することを見い
だし、その電界の変化を非接触で電気的に測定し、その
測定結果を分析することによって火炎の位置を立体的に
検出できることを発明し、検証した。この方法は電気的
に火炎の電界変化を測定するから、高価格のテレビカメ
ラおよびモニタ装置、および複雑な信号処理を行う画像
処理装置を必要とせず、またテレビカメラで撮像するた
めの窓をベルジャに設ける必要がないという利点を有す
る。またこの方法は長期的に正確な火炎測定を可能にす
る。さらにこの方法は、従来の、たとえば、３次元的に
画像処理を行うという複雑な信号処理に比較して、信号
処理が容易である。また、この方法によれば、光ファイ
バ用の多孔質ガラス母材の形成という、既にできあがっ
たものを測定し、この値で製造条件を制御するものでは
なく、前記母材を形成するためのバーナの火炎の位置や
形状を測定し、この値を製造条件へとフィードバックす
るものなので、制御に時間遅れが少なくなって、より品
質の高い光ファイバ用の多孔質ガラス母材を得ることが
できる。本願出願の発明者は、この火炎位置検出方法を
多孔質ガラス母材製造装置および光導波路の製造装置な
どに適用した。

【０００８】したがって、本発明によれば、バーナから
噴射される火炎に電圧を印加し、該火炎の近傍において
該火炎に印加された電圧に基づく電界を検出し、該検出
信号に基づいて前記火炎の位置および形状またはいずれ
か一方を検出する火炎検出方法が提供される。

【０００９】また本発明によれば、上記火炎位置検出方
法を実施する装置、つまり、バーナから噴射される火炎
に電圧を印加する手段と、該火炎の近傍において該火炎
に印加された電圧に基づく電界を検出する手段と、該電
界検出手段からの検出信号に基づいて前記火炎の位置お
よび形状またはいずれか一方を検出する手段とを有する
火炎検出装置が提供される。

【００１０】特定的には、前記電界検出手段は、前記火
炎の側面を検出するように前記火炎の近傍に配設され、
前記火炎検出手段は、前記電界検出手段と前記火炎との
距離および形状またはいずれか一方を算出する。

【００１１】また特定的には、前記電界検出手段は複数
の検出手段を有し、該複数の検出手段が前記火炎の軸方
向にほぼ直交する面において前記火炎の周囲に所定の間
隔を隔てて配設され、前記火炎検出手段は、前記複数の
検出手段の位置およびこれらの検出手段の検出電位か
ら、前記火炎の二次元位置および形状またはいずれか一
方を算出する。好適には、前記電界検出手段は、前記火
炎の軸方向に沿って、該軸方向にほぼ直交する複数の面
のそれぞれにおいて前記火炎の周囲に所定の間隔を隔て
て配設された複数の検出手段を有し、前記火炎位置検出
手段は、前記それぞれの面における複数の検出手段の位
置およびこれらの検出手段の検出電位から、前記火炎の
三次元位置および形状またはいずれか一方を算出する。

【００１２】さらに本発明によれば、上述した火炎位置
検出方法および火炎検出装置を多孔質ガラス母材製造装
置に適用できる。つまり、本発明によれば、前記の火炎
検出装置において検出された火炎位置および形状または
いずれか一方を用いて多孔質ガラス母材を製造する火炎
の位置を制御する多孔質ガラス母材製造装置が提供でき
る。

【００１３】特定的には、前記電界検出手段を、前記火
炎の電位を検出するように配設し、前記火炎検出手段に
おける検出データを用いて、前記火炎の形状を変化させ
るガス流量を制御する手段を設けた多孔質ガラス母材製
造装置が提供される。

【００１４】また特定的には、前記電界検出手段を、前
記火炎の電位を検出するように配設し、前記火炎検出手
段における検出データを用いて、前記火炎を噴射させる
バーナの位置を制御する手段を設けた多孔質ガラス母材
製造装置が提供される。

【００１５】

【作用】たとえば、光ファイバを形成するための多孔質
ガラス母材を合成する場合、バーナ内に電極線または電
極管を挿入し、この電極管に電圧を印加し、バーナから
噴射されるガラス微粒子を含む火炎を帯電させる。電界
検出プローブなどの電位検出手段を用いて、火炎に印加
された電圧に基づく電界を検出し、その検出信号に基づ
いて火炎の位置および形状またはいずれか一方を検出す
る。

【００１６】多孔質ガラス母材製造装置において、上記
検出した結果を用いて、たとえば、火炎を変動させる要
因の１つとしてのガス流を制御する。あるいは、火炎を
噴射させるバーナの位置を制御する。

【００１７】

【実施例】本発明の多孔質ガラス母材形成用火炎検出装
置の実施例として、光ファイバ用母材形成火炎位置検出
装置を例示する。図１は第１実施例としての光ファイバ
用母材形成火炎位置検出装置（以下、火炎位置検出装置
と略す）を示す図であり、（Ａ）は概略構成図、（Ｂ）
はバーナの断面図である。図１に図解した火炎位置検出
装置は、主として、ガラス微粒子を含む火炎に電圧を印
加し火炎の電界を検出し、この電界変化から火炎の位置
を検出する測定原理を説明することに使用するものであ
り、光ファイバ用多孔質ガラス母材およびベルジャを図
解していない。この火炎位置検出装置は、火炎を帯電さ
せる電極線１２が挿入されているバーナ１０、電極線１
２に電圧を印加する直流電源１４、バーナ１０から噴射
する帯電された火炎１６の電界を測定する電界検出プロ
ーブ１８、および、コントローラ（電界計）２０を有す
る。ここで用いたバーナ１０は、簡単な４重管バーナで
あり、内部から外部に向かって、第１層１０ＡにＳｉｃ
ｌ₄ガス、第２層１０Ｂに水素ガス、第３層１０Ｃに不
活性ガス、たとえば、アルゴンガス、第４層１０Ｄに酸
素ガスを流す。電極線１２はステンレススチールで製造
されており、第１層１０Ａの中央を通り、バーナ１０の
出口から１ｍｍだけ内部に入った部分まで挿入されてい
る。電界検出プローブ１８は、検出電極と接地（大地）
との間の電界電位を検出する方式のものである。電界検
出プローブ１８としては、この方式に限らず、たとえ
ば、ポッケルス効果等の電気光学効果を利用した測定器
等を用いることができる。コントローラ２０には演算処
理を行うためのマイクロコンピュータが収容されてお
り、このコントローラ２０は、電界検出プローブ１８で
検出した電界を演算して火炎の形状、位置などを算出す
る。

【００１８】図１に示した火炎位置検出装置において、
火炎１６を生じさせる場合、下記に述べる条件で測定を
行った。表１実験条件バーナ内第１層に流すガス＝Ｓｉｃｌ₄：２００ＳＣＣＭバーナ内第２層に流すガス＝水素：５ＳＬＭバーナ内第３層に流すガス＝Ａｒ：２ＳＬＭバーナ内第４層に流すガス＝酸素：５ＳＬＭ電極線１２への印加電圧＝＋３ｋＶまた火炎１６を発生させない場合も、直流電源１４から
電極線１２に上記同様、＋３ｋＶを印加した。いずれの
場合も、バーナ１０は垂直方向に立てた。

【００１９】上記条件で、バーナ１０から火炎１６を噴
射させた状態、または、火炎１６を発生させない状態に
おいて、電界検出プローブ１８の開口部（検出部）を火
炎１６の方向に向けて火炎１６に対する位置を種々代え
て電界検出プローブ１８で電界を測定した。バーナ１０
の軸方向をｚとして、ｚ軸と直交する方向、つまり、水
平方向をｒとした。火炎１６を発生させた場合も、火炎
１６を発生させない場合も、電極線１２には直流電源１
４から同じ電圧が印加されているから、電極線１２の先
端の電位を電界検出プローブ１８で測定できる。しかし
ながら、火炎１６が存在する場合は火炎１６が帯電され
ており、電界検出プローブ１８は電極線１２の電位よ
り、帯電された火炎１６の電位を大きく検出できること
が判った。

【００２０】図２（Ａ）はｒ方向の電界電位分布を示す
グラフである。横軸に火炎１６と電界検出プローブ１８
との水平方向の距離を示し、縦軸に電位Ｅを示す。曲線
（実線）ＣＶ１は火炎１６が存在する場合の電位を示
し、曲線（破線）ＣＶ２は火炎が存在しない場合の電位
を示す。火炎１６が存在する場合も存在しない場合も、
火炎１６と電界検出プローブ１８との距離、または、電
極線１２の先端と電界検出プローブ１８との距離が大き
くなるにしたがって、電界検出プローブ１８で検出した
電位は小さくなるが、火炎１６がある場合は、火炎１６
が無い場合に比べて非常に高い電位として検出されるこ
とが判る。図２（Ｂ）は、ｚ方向の電位分布を示すグラ
フである。横軸に火炎１６と電界検出プローブ１８との
垂直（軸）方向の距離を示し、縦軸に電位Ｅを示す。曲
線（実線）ＣＶ３は火炎１６が存在する場合の電位を示
し、曲線（破線）ＣＶ４は火炎が存在しない場合の電位
を示す。火炎が無い場合は、電極線１２の先端から離れ
るにしたがって電位は低く検出されるが、火炎１６があ
る場合は、火炎１６の大きさ、つまり、火炎面から電界
検出プローブ１８までの距離が最も小さくなる位置で、
つまり火炎の直径が最も太くなる部分１６Ａで、電位が
大きな値として検出されることが判る。以上の結果か
ら、バーナ１０で電極線１２を介して電圧を印加した火
炎１６の形状または位置を、帯電されている火炎１６の
電位を測定することにより、電界検出プローブ１８を用
いて非接触で検出できることが判る。

【００２１】次に、火炎の揺らぎ等の変動も、上記同様
の電界測定によって検出することが出来ることが判っ
た。以下、図３および図４を参照して述べる。図３に示
した火炎位置検出装置の構成は図１に示した光ファイバ
用母材形成火炎位置検出装置と同様であるが、火炎１６
を水平方向Ｈ−Ｈに振動させる手段（図示せず）を用い
た。この振動手段は、火炎１６の揺らぎを模擬するた
め、バーナ１０の直流電源１４側を回動自在に接続した
状態において、、火炎１６が噴射するバーナ１０の先端
部を所定周期で水平方向に振動（揺動）させ、火炎１６
全体を水平方向Ｈ−Ｈに揺動させるものである。図４は
その結果を示すグラフである。横軸は時間経過を示し、
縦軸は電位変動を示す。火炎１６の振動によって電界強
度が振動し、電界検出プローブ１８で測定される電位変
動も火炎１６の先端の振動周期に応じて変化することが
判る。電界検出プローブ１８を用いて火炎１６の状態を
検出するこの方法は、従来技術として述べたテレビカメ
ラを用いて火炎１６を撮像し画像処理して火炎１６をモ
ニタするよりも高速に現象を捕らえることが出来る。

【００２２】上述した基本的な検証を行った後、実際の
光ファイバ用母材形成装置に適用した例を述べる。図５
は、上述した火炎検出装置を適用した、実際にＶＡＤ法
によるシングルモード光ファイバの製造に用いる多孔質
ガラス母材を合成する光ファイバ用母材合成（製造）装
置の構成図である。この光ファイバ用母材合成装置は、
上部筒３０Ａ、排気口３０Ｂ、開口部３０Ｃを有し、多
孔質ガラス母材（スート）３２が収容されている石英製
ベルジャ３０、コア用バーナ３４、クラッド用バーナ４
０、電界検出プローブ４２、および、演算制御用マイク
ロコンピュータを内蔵したコントローラ４４を有する。
コア用バーナ３４は、バーナ１０と同様の４重管バーナ
である。コア用バーナ３４に導入されるガスは、図１
（Ａ）、（Ｂ）を図解して述べたガスとＳｉｃｌ ₄ガス
にＧｅｃｌ₄を添加した以外は、同じである。本実施例
においては、コア用バーナ３４のアルゴンガスが導入さ
れる第３層にリング状の電極管３６を挿入しており、こ
の電極管３６に直流電源３８から＋１ＫＶの電圧を印加
している。電極管３６は直接高温の火炎中に挿入しても
良いが、不純物の混入をさけるためには、コア用火炎５
０の直前、つまり、コア用バーナ３４の出口が好まし
い。電界検出プローブ４２によってコア用火炎５０の電
位を測定するため、コア用火炎５０と多孔質ガラス母材
３２とが接触する近傍の石英製ベルジャ３０の側面に開
口部３０Ｃを設けた。コア用火炎５０と電界検出プロー
ブ４２との距離は約１２０ｍｍであった。

【００２３】図６は電界検出プローブ４２で測定した帯
電されたコア用火炎５０の電位の測定結果を示すグラフ
である。横軸は時間経過を示し、縦軸は電界検出プロー
ブ４２で測定した電位を示す。コア用火炎５０の揺らぎ
に対応して、電界検出プローブ４２の出力値、つまり、
コア用火炎５０の電位の変動が観測されている。特に、
多孔質ガラス母材（スート）３２が成長し、上部筒３０
Ａに引き上げられるとき、その上部が石英製ベルジャ３
０の上部筒３０Ａの円筒部に進入する前後で電位の変
動、つまり、コア用火炎５０の揺らぎが大きくなってい
ることが判る。これは、多孔質ガラス母材３２の上部が
上部筒３０Ａに入り始めると、上部筒３０Ａから排気口
３０Ｂに向かって流れるガス流の流路の大きさ、形状が
変化してガス流が変化し、コア用火炎５０がこのガス流
の変化によって大きく揺らぐためと解釈される。多孔質
ガラス母材３２がある程度上部筒３０Ａに挿入すると、
上部筒３０Ａから排気口３０Ｂに向かうガス流も安定
し、コア用火炎５０の揺らぎも少なくなる。

【００２４】品質の良い多孔質ガラス母材３２を形成
（合成）するためには、コア用火炎５０の揺らぎが少な
いことが望ましい。そこで、コア用火炎５０を安定化さ
せるために、多孔質ガラス母材３２の上昇に係わらず上
部筒３０Ａから排気口３０Ｂに流れるガス流を安定する
対策を、図７に示すように講じた。図７はその光ファイ
バ用母材合成装置の構成図である。この光ファイバ用母
材合成装置は、図５に示した光ファイバ用母材形成火炎
位置検出装置に対して、制御装置（コントローラ）４
６、および、ガス流量制御器４８を付加している。なお
図７においては、図５において、図解を省略したガス導
入口３０Ｄ、多孔質ガラス母材３２を上方向に引き上げ
る支持棒５４も図解した。ガス導入口３０Ｄから空気、
窒素などのガスが石英製ベルジャ３０内に導入され、排
気口３０Ｂから排出される。本実施例においては、電界
検出プローブ４２で帯電されたコア用火炎５０の電位を
測定して、コントローラ（電界計）４４において電位変
動を検出し、この電位変動に応じて、制御装置４６がコ
ア用火炎５０の揺らぎが小さくなるような制御演算を行
い、その結果をガス流量制御器４８に指令する。ガス流
量制御器４８はガス導入口３０Ｄから導入される空気、
窒素の量を印加された指令に応じて制御する。その結
果、コア用火炎５０の揺らぎが小さくなり、電界検出プ
ローブ４２で検出される電位変動も小さくなった。ガス
導入口３０Ｄから導入するガス流量制御は、具体的に
は、帯電しているコア用火炎５０の揺らぎ、つまり、電
界検出プローブ４２で検出した電位の変動の大きさが変
化した場合、電界計としてのコントローラ４４の出力が
一定になるようにガス導入口３０Ｄに導入するガスの流
を増減させるように制御する。

【００２５】図８（Ａ）は上述したガス流量制御を行わ
なかった場合の電界検出プローブ４２で測定した電位変
化、つまり、コア用火炎５０の揺らぎの変動を示すグラ
フであり、図８（Ｂ）は上述したガス流量制御を行った
場合の電界検出プローブ４２で測定した電位変化、つま
り、コア用火炎５０の揺らぎの変動を示すグラフであ
る。図８（Ｂ）に示したグラフから明らかなように、多
孔質ガラス母材３２の上部が上部筒３０Ａに進入した前
後においてもコア用火炎５０には変動がないことが判
る。このような電位変動監視、および、それに基づくガ
ス流量制御を行って製造した多孔質ガラス母材３２は安
定した屈折率分布になっており、その多孔質ガラス母材
３２から製造した光ファイバは品質が安定した。

【００２６】以上は１つの電界検出プローブ４２を用い
て、帯電しているコア用火炎５０の一次元的な電位測定
を行った場合を示したが、ＶＡＤ方式による多孔質ガラ
ス母材（スート）の製造においては、多孔質ガラス母材
の成長にともなって上部筒側に上昇されていくため、ベ
ルジャー内のガスの流れが変化するほか多孔質ガラス３
２に対する火炎５０、５２の位置がわずかながら移動す
る。特に、上昇していく多孔質ガラス３２に対するコア
用火炎５０の移動にともなって、コア部分の屈折率分布
も時間と共に変化することが判った。そのため、正確に
はコア用火炎５０の二次元的な形状をさらに制御できる
ことが望ましい。そこで、本願発明者はさらに２次元的
な火炎の形状測定を試みた。図９にその構成を示す。図
９（Ａ）はコア用バーナ３４から噴射される帯電してい
るコア用火炎５０の周囲に４個の電界検出プローブ６
０、６２、６４、６６を配設した構成を示す。図９
（Ｂ）は図９（Ａ）の切断面Ａ−Ａにおけるコア用火炎
５０とその周囲の電界検出プローブ６０、６２、６４、
６６の平面を示す図である。電界検出プローブ６０と電
界検出プローブ６２とコア用火炎５０を挟んで対向さ
せ、電界検出プローブ６４と電界検出プローブ６６とが
コア用火炎５０を挟んで対向させている。そして、電界
検出プローブ６０と電界検出プローブ６２を結ぶ線と電
界検出プローブ６４と電界検出プローブ６６とを結ぶ線
とがコア用火炎５０のほぼ中央を通り、これらの線は直
交している。コア用火炎５０の中心から、電界検出プロ
ーブ６０、６２、６４、６６までの距離はほぼ１００ｍ
ｍである。ただし、これらの電界検出プローブ６０、６
２、６４、６６がコア用火炎５０の影響を受けないよう
に、電界検出プローブ６０、６２、６４、６６のそれぞ
れは、耐腐食性、耐熱性を有する絶縁体の容器の中に収
容した。このように電界検出プローブ６０、６２、６
４、６６を配設すると、コア用火炎５０の軸方向に直交
する面におけるコア用火炎５０の二次元的な動き（揺ら
ぎ）を測定できる。図１０は、これら電界検出プローブ
６０、６２、６４、６６の測定結果をオシロスコープ等
のＸＹ平面上で観察した、コア用火炎５０のほぼ中心の
動きの軌跡を示すグラフである。上述したように、ガス
流量制御をしても、コア用火炎５０の二次元的な変動が
存在していることが判った。

【００２７】そこで、図９を図解して述べたコア用火炎
５０の二次元的な変動の測定を用いて、コア用火炎５０
の二次元的な変動をも制御する方法を試みた。図１１に
その光ファイバ用母材合成装置の構成図を示す。図１１
に示した光ファイバ用母材合成装置は、図５に示した電
界検出プローブ４２に代えて、図９に示した電界検出プ
ローブ６０、６２、６４、６６を石英製ベルジャ３０内
に挿入している。これら電界検出プローブ６０、６２、
６４、６６は固定されており、これら相互の距離は判っ
ている。電界検出プローブ６０、６２、６４、６６は上
述したように絶縁体で保護されているから、直接、石英
製ベルジャ３０の内部に挿入することができる。これら
電界検出プローブ６０、６２、６４、６６は、火炎位置
検出装置８６に接続され、火炎位置検出装置８６は電界
検出プローブ６０、６２、６４、６６で検出したコア用
火炎５０の電位、および、事前に設定された電界検出プ
ローブ６０、６２、６４、６６の相互距離を用いて、コ
ア用火炎５０のほぼ中心位置を検出する。火炎位置検出
装置８６の測定結果は演算制御用のマイクロコンピュー
タを内蔵したバーナ位置制御装置（コントローラ）８４
に出力され、バーナ位置制御装置８４は、多孔質ガラス
母材３２の所定の位置に向かってコア用バーナ３４から
コア用火炎５０が噴射されるように、モータを内蔵した
三次元バーナ駆動装置８２および３次元バーナ駆動機構
８０を介してコア用バーナ３４の位置を制御する。コア
用バーナ３４は、三次元バーナ駆動装置８２および三次
元バーナ駆動機構８０を介して、石英製ベルジャ３０の
壁に沿って二次元的に移動可能なように、石英製ベルジ
ャ３０の側面を貫通して、石英製ベルジャ３０の内部ま
で挿入されている。このような火炎の位置制御はコア用
火炎５０だけでなく、クラッド用火炎５２についても行
うことが望ましく、クラッド用火炎５２についてもクラ
ッド用バーナ４０を二次元位置制御し、コア用火炎５０
の位置制御と同様に行うことができる。しかしながら、
この実施例では図解の関係で、コア用火炎５０のみを位
置制御する場合を例示する。

【００２８】図１２（Ａ）に示すように、コア用火炎５
０の中心位置をコア用バーナ３４の中心軸からの変位ｒ
として、合成中の多孔質ガラス母材３２の位置を記録し
た。図１２（Ｂ）にその位置変化を示す。図１２（Ｂ）
は、横軸は時間経過を示し、縦軸はコア用火炎５０の中
心位置の変化を示すグラフである。図１２（Ｂ）におい
て、前半部分は上述したコア用火炎５０の二次元位置制
御を行わなかった場合の多孔質ガラス母材３２の所定位
置に対するコア用火炎５０の位置変化を示し、後半部分
は、コア用火炎５０の二次元位置制御を行った場合の多
孔質ガラス母材３２の所定位置に対するコア用火炎５０
の位置変化を示す。二次元位置制御を行わなかった場合
は、合成されて成長した多孔質ガラス母材３２が上昇す
るにつれて、多孔質ガラス母材３２の所定位置に対して
コア用火炎５０の位置が除々に変化していることが判
る。これに対してコア用火炎５０の二次元位置調整を行
った場合は、多孔質ガラス母材３２の所定位置に対して
所定の距離を保っていることが判る。つまり、上述した
コア用火炎５０の二次元位置調整を行うと、成長につれ
て上昇して多孔質ガラス母材３２の位置が変化しても、
多孔質ガラス母材３２の所定位置に対して、一定に、コ
ア用火炎５０を指向させることができる。以上、コア用
バーナ３４の位置制御を述べたが、実際には、クラッド
用バーナ４０についても上記同様の位置制御を行った。
したがって、クラッド用バーナ４０にも、電極管３６と
同様の電極が挿入され、その電極が直流電源３８から給
電される。このようにして位置制御した状態で合成され
た多孔質ガラス母材３２の品質は安定したものであり、
その多孔質ガラス母材３２を用いて製造した光ファイバ
も品質、特に、コア部分の屈折率が均一になった。

【００２９】以上述べた実施例においては、図１および
図３に示した電極線１２、および、図５、図７、図９お
よび図１１に示した電極管３６に、直流電源１４および
直流電源３８を用いて例を示したが、電極線１２または
電極管３６に印加する電圧としては、直流に限らず、交
流でも上記同様に火炎を帯電させ、火炎の位置を検出で
きることが判った。したがって、電極線１２または電極
管３６に印加する電気は直流でも交流でもよい。

【００３０】さらに、上記実施例は、バーナ、つまり、
火炎の二次元的な位置の検出方法であったが、火炎の軸
方向に複数段のプローブを設けることにより、火炎の軸
方向をも含めた、三次元的な位置の検出も可能である。
この場合、図１１に図解したコア用バーナ３４は上述し
たように、石英製ベルジャ３０の壁に沿って二次元的に
移動可能な他、その軸方向に沿って石英製ベルジャ３０
内に挿脱可能なように、石英製ベルジャ３０に取り付け
られる。コア用バーナ３４の三次元位置調整は、バーナ
位置制御装置８４、三次元バーナ駆動装置８２、およ
び、三次元バーナ駆動機構８０によって行われる。クラ
ッド用バーナ４０についても同様である。このように、
コア用バーナ３４およびクラッド用バーナ４０を多孔質
ガラス母材３２の所定位置から望ましい位置に維持させ
ることにより、成長に伴って多孔質ガラス母材３２が上
昇していても、多孔質ガラス母材３２の所定位置にコア
用火炎５０およびクラッド用火炎５２を適切に吹き付け
ることができる。その結果、一層品質の良好な多孔質ガ
ラス母材３２が合成でき、ひいては、高い品質の光ファ
イバを形成することができる。

【００３１】本発明の実施に際しては、図７に示したガ
ス流量制御を行う光ファイバ用母材形成火炎検出装置、
図１１に示した二次元位置制御または三次元位置制御を
行う光ファイバ用母材形成火炎検出装置をそれぞれ独立
して実施することができる他、これらを組み合わせるこ
ともできる。たとえば、図７を参照して述べたガス流量
制御に加えて、図１１に示したバーナの二次元または三
次元位置制御を行うことができる。

【００３２】図７に示した光ファイバ用母材形成火炎検
出装置において、電界検出プローブ４２を石英製ベルジ
ャ３０の外部に設け、開口部３０Ｃから火炎１６を監視
する例を述べたが、図１１を参照して述べたように、耐
熱性および耐腐食性の絶縁体を用いて電界検出プローブ
４２を構成し、石英製ベルジャ３０に開口部３０Ｃを設
けず、そのような電界検出プローブ４２を直接石英製ベ
ルジャ３０内に挿入することができる。

【００３３】以上、多孔質ガラス母材を合成するＶＡＤ
について例示したが、本発明は、ＶＡＤ方式の多孔質ガ
ラス母材（スート）の合成に限らず、バーナから火炎を
噴射させて多孔質ガラス母材を製造するその他の多孔質
ガラス母材合成方法とその装置、バーナ火炎を用いる光
導波路の形成方法とその装置など、火炎を利用したその
他種々の製造技術に対しても、本発明が利用できること
は言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、火
炎に電圧を印加してその周囲に火炎の形状を反映した電
界を発生させ、その電界の変化を測定することによって
電界検出プローブといった小型、安価な装置を用いて、
非接触で火炎の位置を正確に検出することができる。

【００３５】本発明においてはさらに、この火炎検出方
法を多孔質ガラス母材の形成の火炎位置制御に適用し
て、高い品質の多孔質ガラス母材を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の光ファイバ用母材形成火炎検出
の第１の火炎検出方法を図解する図であり、図１（Ａ）
はその構成図、図１（Ｂ）はバーナの断面図である。

【図２】図２は図１に示した方法によって得られたデー
タを図解するグラフであり、図２（Ａ）はバーナの水平
方向の電位検出値を示すグラフであり、図２（Ｂ）はバ
ーナの軸方向の電位検出値を示すグラフである。

【図３】図３は、図１に示した光ファイバ用母材形成火
炎検出において、火炎を振動させる場合としての第２の
火炎位置検出方法を図解する図である。

【図４】図４は図３に示した方法によって得られたデー
タを図解するグラフである。

【図５】図５は、図１および図３に示した火炎検出を光
ファイバ用母材形成に適用した光ファイバ用母材合成装
置の構成図である。

【図６】図６は図５に示した方法によって得られたデー
タを図解するグラフである。

【図７】図７は、図３に示した光ファイバ用母材合成装
置に、火炎検出した結果をガス流量制御に適用した光フ
ァイバ用母材合成装置の構成図である。

【図８】図８は図７に示した方法によって得られたデー
タを図解するグラフであり、図８（Ａ）はガス流量制御
を適用しなかった場合の電位検出値を示すグラフであ
り、図８（Ｂ）はガス流量制御を適用した場合の電位検
出値を示すグラフである。

【図９】図９は火炎の二次元位置を検出する方法を図解
する図であり、図９（Ａ）はコア用バーナおよびコア用
火炎の側面図であり、図９（Ｂ）はコア用火炎とそれを
検出する電界検出プローブの配置を示す平面図である。

【図１０】図１０は図９に示した方法によって得られた
火炎位置を図解するグラフである。

【図１１】図１１は、図９に示した火炎検出方法を適用
した光ファイバ用母材合成装置の構成図である。

【図１２】図１２は図１１に示した方法によって得られ
たデータを図解するグラフであり、図１２（Ａ）は火炎
の位置変化を示す図であり、図１２（Ｂ）は火炎の位置
制御結果を示すグラフである。

【図１３】従来の火炎位置検出を行う光ファイバ用母材
合成装置の構成図である。

【符号の説明】

１０・・バーナ１２・・電極線１４・・直流電源１６・・火炎１８・・電界検出プローブ２０・・コントローラ３０・・石英製ベルジャ３０Ａ・・上部筒３０Ｂ・・排気口３０Ｃ・・開口部３０Ｄ・・ガス導入口３２・・多孔質ガラス母材３４・・コア用バーナ３６・・電極管３８・・直流電源４０・・クラッド用バーナ４２・・電界検出プローブ４４・・コントローラ５０・・コア用火炎５２・・クラッド用火炎５４・・支持棒６０、６２、６４、６６・・電界検出プローブ８０・・三次元バーナ駆動機構８２・・三次元バーナ駆動装置８４・・バーナ位置制御装置８６・・火炎位置検出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナから噴射される火炎に電圧を印加す
る手段と、該火炎の近傍において該火炎に印加された電圧に基づく
電界を検出する手段と、該電界検出手段からの検出信号に基づいて前記火炎の位
置および形状またはいずれか一方を検出する手段とを有
する火炎検出装置。
【請求項２】前記電界検出手段は、前記火炎の側面を検
出するように前記火炎の近傍に配設され、前記火炎位置検出手段は、前記電界検出手段と前記火炎
との距離および火炎の形状またはいずれか一方を算出す
る請求項１記載の火炎検出装置。
【請求項３】前記電界検出手段は複数の検出手段を有
し、該複数の検出手段が前記火炎の軸方向にほぼ直交す
る面において前記火炎の周囲に所定の間隔を隔てて配設
され、前記火炎位置検出手段は、前記複数の検出手段の位置お
よびこれらの検出手段の検出電位から前記火炎の二次元
位置および火炎の形状またはいずれか一方を算出する請
求項１または２記載の火炎検出装置。
【請求項４】前記電界検出手段は、前記火炎の軸方向に
沿って、該軸方向にほぼ直交する複数の面のそれぞれに
おいて前記火炎の周囲に所定の間隔を隔てて配設された
複数の検出手段を有し、前記火炎位置検出手段は、前記それぞれの面における複
数の検出手段の位置およびこれらの検出手段の検出電位
から、前記火炎の三次元位置および火炎の形状またはい
ずれか一方を算出する請求項３記載の火炎検出装置。
【請求項５】請求項１〜４いずれか記載の火炎検出装置
において検出されたデータを用いて多孔質ガラス母材を
合成する火炎の位置を制御する多孔質ガラス母材製造装
置。
【請求項６】請求項２記載の前記電界検出手段を、前記
火炎の電位を検出するように配設し、請求項２記載の前記火炎検出手段における検出データを
用いて、前記火炎の形状を変化させるガス流量を制御す
る手段を設けた多孔質ガラス母材製造装置。
【請求項７】請求項３または４記載の前記電界検出手段
を、前記火炎の電位を検出するように配設し、請求項３または４記載の前記火炎検出手段における検出
データを用いて、前記火炎を噴射させるバーナの位置を
制御する手段を設けた多孔質ガラス母材製造装置。
【請求項８】バーナから噴射される火炎に電圧を印加
し、該火炎の近傍において該火炎に印加された電圧に基づく
電界を検出し、該検出信号に基づいて前記火炎の位置および形状または
いずれか一方を検出する火炎検出方法。