JPH1179774A - 光ファイバ用母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バーナを用いてガラス微粒子堆積体を製造する
光ファイバ用母材の製法において、バーナ構造が簡単で
しかもバーナ寿命を延長でき、安定に光ファイバ母材を
得ることによりコスト低減できる製法を提供する。 【解決手段】バーナより噴出する水素ガス及び酸素ガス
により形成される酸水素火炎中にガラス原料を導入し、
生成するガラス微粒子を出発材に堆積させてガラス母材
を形成する方法において、上記水素ガスに不活性ガスま
たは窒素ガスを添加してなる混合ガスと酸素ガスを、上
記バーナの互いに隣接したポートからそれぞれ供給す
る。水素ガスが不活性ガスで希釈され、酸水素火炎がノ
ズル先端部より離れた部分に形成されるので先端部の劣
化が抑制される。また酸素ガスの流速が低い場合（点
火、消火のとき等）にも先端部の温度を下げることがで
きる。また、酸素流量を増加させても〔水素＋不活性ガ
ス〕の流量を増加させるので、堆積面の温度を高くしす
ぎることはないので好適な嵩密度の多孔質母材を得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ用母材の
製造方法に関するものであり、さらに詳しくはバーナを
用いて火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成さ
せ、これを堆積して多孔質ガラス母材を製造する方法の
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ用母材の製法の一つとしてＶ
ＡＤ法（気相軸付法）が知られており、この方法ではガ
ラス原料ガス、水素等の可燃性ガス、及び酸素等の助燃
性ガスを光ファイバ用多孔質母材合成用バーナ（以下
「バーナ」と略記する）から噴出し、形成される火炎中
でガラス原料を火炎加水分解させることにより生成され
るガラス微粒子を出発材表面に堆積させつつ、該バーナ
と出発材を相対的に移動させることによりガラス微粒子
の堆積体（多孔質体）を形成してゆく。得られた多孔質
母材は加熱透明化して光ファイバ用ガラス母材とする。
例えば図４に概略断面図を示すような同心円状ポートを
有する多重管バーナを用い、中心から順にガラス原料 4
1, 水素ガス 42, 酸素ガス 44 を流す。このときガス
42 と酸素ガス 44 の間には一般にＡｒ等の不活性ガス
43 をシールガスとして流すことが行われている。これ
は、バーナのノズル出口付近で酸水素火炎が発生する
と、ノズルがその高温により変形したり、バーナ成分が
不純物として飛散したりするのを防止するためである。

【０００３】図４のタイプのバーナを用いて製造する多
孔質体中心部のカサ密度を高くするために、表面温度分
布の最高温度を高くしようとすると、ガラス微粒子の堆
積効率が著しく悪化するという問題があり、これを解決
する手段として、最終的にコアとなる多孔質体の中心部
分を、図５に概略断面図を示すような水素供給用の外側
ポート 53 の内部に複数の酸素供給用の細径ノズル 54
が配置されたバーナを用いて合成する方法が提案されて
いる（文献：特開昭６２−１８２１２９号公報）。図
５において、中心ポート 51 にはガラス原料、その外側
のシールガスポート 52 にはアルゴン等の不活性ガスを
流している。

【０００４】また、シールガスを用いずにバーナの劣化
を抑制することを目的として、図６に概略断面図を示す
バーナにおいて、中心ポート 61 にはガラス原料ガスと
酸素の混合ガス、水素供給ポート 62 には水素ガス、酸
素供給用外側ポート 63 及び細径ノズル 64 には酸素ガ
スを供給するが、水素ガスと酸素ガスをガス噴出口にお
いて1mm 以下の間隔で隣接して供給し、酸素ガスのノズ
ル出口における平均流速を 5m/sec 以上、10m/sec 以下
にする方法も提案されている（文献：特開昭６−２４
７７２２号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように光ファイ
バ用多孔質母材合成用バーナにおいて、互いに隣接した
ポートから酸素と水素を噴出させる場合は、その間のノ
ズル先端部が加熱されやすく、加熱によりノズル先端部
が変形し、バーナの寿命を短くしてしまうこと、さらに
ノズル先端の温度が上昇すると、バーナ構成材料が蒸発
し、ガラス母材への不純物混入を引き起こすため、光フ
ァイバの品質を低下させてしまう。一方、ノズル先端部
を保護するため、酸素ノズルの周囲にシールガスのポー
トを設け、不活性ガスを流す方法も考えられるが、バー
ナ構造が複雑で高価になることから光ファイバの製造コ
ストを増加させてしまう問題があった。

【０００６】文献の方法はこのような問題点の解消を
目指して、ノズルの厚みを薄くすることによりガスの流
れを整え、かつノズルからの酸素噴出速度を大きくする
ことにより燃焼反応がノズルから離れたところで進むよ
うにしているが、バーナに点火又は消火する場合のよう
に流速が低下するときには、高速の流速を保てない。ま
た、多孔質母材の合成時でも、酸素ノズルの流速を増加
させることによりノズル先端温度は低下するものの、充
分ではなく、その効果は小さい。さらに、酸素ノズルの
流速のみを増加させる場合、ノズル周囲の水素噴出流速
と差が大きくなって、ガスの流れに乱れが生じ、安定に
多孔質母材を合成することができないといった問題もあ
る。また、火炎の乱れを抑えるために水素の流速を増加
させると、堆積面の温度が上昇してしまい、嵩密度の大
きな多孔質体となって、脱水焼結時に充分脱水されない
といった問題がある。このような現状に鑑み、バーナ構
造がより簡単なものを用いて、ノズル先端の温度を低下
でき、安定に多孔質母材を製造できることにより、生産
コストを低減できるような光ファイバ用母材の製造方法
を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として本発明は、(1) バーナより噴出する水素ガス及び
酸素ガスにより形成される酸水素火炎中にガラス原料を
導入し、生成するガラス微粒子を出発材に堆積させてガ
ラス母材を形成する方法において、上記水素ガスに不活
性ガスまたは窒素ガスを添加してなる混合ガスと酸素ガ
スを、上記バーナの互いに隣接したポートからそれぞれ
供給することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製
造方法、(2) 上記バーナとして複数の細径ノズルがポー
ト内に配置された構造を有するバーナを用い、該細径ノ
ズルから酸素ガスを噴出し、該細径ノズルが配置された
ポートから水素ガスと不活性ガスまたは窒素ガスの混合
ガスを噴出させることを特徴とする上記(1) 記載の光フ
ァイバ用母材の製造方法、(3) 上記バーナとして同心円
状の多重管からなるバーナを用い、酸素ガスを噴出させ
るポートに隣接したポートから水素ガスに不活性ガスま
たは窒素ガスを添加してなる混合ガスを噴出させること
を特徴とする上記(1) 記載の光ファイバ用ガラス母材の
製造方法、及び(4) 水素ガスに不活性ガスまたは窒素ガ
スを添加してなる混合ガスにおいて、水素ガス流量に対
する不活性ガスまたは窒素ガスの流量の比が０．１〜
１．０であることを特徴とする上記(1) ないし(3) のい
ずれかに記載の光ファイバ用母材の製造方法、を提供す
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明者らは上記課題に鑑み、安
定な火炎を形成しつつノズル先端部の温度を低下させる
方法として、酸素ノズルに隣接したポートから噴出され
る水素ガスにアルゴン，ヘリウムなどの不活性ガスまた
は窒素ガスを混合して供給する方法を考えついた。以下
の説明では、不活性ガス及び窒素ガスをあわせて「不活
性ガス」と総称する。図１は本発明の一実施例を説明す
る概略断面図であり、中心ポート 1にはガラス原料ガス
及び水素ガス、第２ポート 2には水素ガス、第３ポート
3には不活性ス、第４ポート 4a には水素ガスと不活性
ガスの混合ガス、第４ポート 4a 内にた細径ノズル 4b
には酸素ガス、第５ポート 5には不活性ガス、第６ポー
ト 6に酸素ガスを供給する。

【０００９】このように供給すると、水素ガスが不活性
ガスで希釈されることにより、酸水素火炎がノズル先端
から離れた部分で形成され、その結果、ノズル先端部の
温度が低下し、ノズル先端部の劣化が抑制され、バーナ
の寿命を長くすることができる。水素ガスに不活性ガス
を混合することにより、酸素ノズルの流速が低い場合で
もノズル先端部の温度を充分下げることができるので、
バーナの点火時や消火時でもノズル先端部の劣化を防ぐ
効果が期待できる。さらに、本発明によれば、酸素ノズ
ルの流速を増加させただけのバーナより、ノズル先端部
の温度を低下させることができるので、バーナの寿命を
延ばす効果は大きい。また、本発明は水素ガスと酸素ガ
スがガス噴出口において１ｍｍ以上の間隔で隣接したバ
ーナにおいても適用できるので、文献に示されたバー
ナとは異なるバーナ構造のものにも適用できる。

【００１０】本発明において、水素ガスに混合する不活
性ガスの割合が大きいほどバーナ先端部温度を低下させ
る効果は大きいが、不活性ガスの流量を増加しすぎる
と、多孔質母材の成長速度が低下してくるため好ましく
ない。本発明者らの実験により、図２のグラフに示すよ
うに、水素ガスに対して不活性ガスの流量が０．１〜
１．０の範囲が望ましいことが判明した。図２において
横軸はアルゴンガス流量／水素流量（比）、縦軸は酸素
ノズル先端の平均温度（℃）を表す。

【００１１】なお、本発明においても酸素ノズルの流速
が大きいほどノズル先端部の温度が低下する傾向は変わ
らない。したがって、本発明においても酸素ノズルの流
速を増加させた方が、ノズル先端部の劣化抑制に効果的
である。すなわち、前記のように従来法では隣接した水
素ガスポートの流速と比較して酸素ノズルの流速が増加
すると、ガスの流れが不安定になり、安定して多孔質母
材を合成できないという問題があった。またガスの流れ
を安定化させるため、水素ガスの流量を増加させると、
堆積面の温度が上昇し、多孔質母材の嵩密度が増加し
て、脱水焼結工程において充分脱水できないという問題
もあった。本発明によれば、水素ポートから不活性ガス
を混合した水素ガスを噴出させるため、酸素流量の増加
に対応して水素ポートの流速を増加させてガス流れを安
定させても、堆積面の温度を上昇させることはない。従
って、多孔質母材の嵩密度を好適な範囲とすることがで
き、高品質の光ファイバ母材を製造できる。

【００１２】さらに、本発明は、水素ポート内に複数本
の細径の酸素ノズルを設けた構造を有するバーナのみに
限定されるわけではない。すなわち、従来の同心円状多
重管バーナにおいて、酸素ポートと水素ポートの間に、
バーナ保護のためシールガス用のポートを設けていた
が、水素ポートに水素と不活性ガスを混合して噴出させ
ることにより、シールガスのポートがなくともバーナ先
端部の劣化を防止することが可能となる。つまり、酸素
ガスポート−シールガスポート−水素ガスポートと３つ
のポートを用いていたが、酸素ガスポート−（水素ガス
＋シールガス）ポートと２つのポートで済む。従って、
バーナ構造が簡単、安価になり、光ファイバの低コスト
化の効果が期待できる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。 〔実施例１〕ガラス製のコア合成用バーナ（以下、「コ
アバーナ」と略記する）とクラッド合成用バーナ（以
下、「クラッドバーナ」と略記する）を配置し、それぞ
れのバーナに酸素ガスと水素ガスを供給して火炎を形成
し、コアバーナにはガラス原料として四塩化ケイ素と四
塩化ゲルマニウムを、クラッドバーナにはガラス原料と
して四塩化ケイ素のみをそれぞれ供給し、生成したガラ
ス微粒子を回転するターゲットに軸方向に堆積させるこ
とにより、光ファイバ用多孔質母材を合成した。その
際、コアバーナの構造として、図１に示すような断面形
状を有するバーナを用い、第４ポート４ａから水素とア
ルゴン（流量比１：０．６）の混合ガスを噴出させ、第
４ポート内に複数配置した細径のノズル４ｂから酸素ガ
スを噴出させた。なお、中心ポート１には四塩化ケイ
素，四塩化ゲルマニウム及び水素ガスの混合ガスを、第
２ポート２には水素ガスを、第３ポート３及び第５ポー
ト５にはアルゴンガスを、第６ポート６には酸素ガスを
供給した。各ポートの流量は、中心ポート１には四塩化
ケイ素０．２リットル／分，四塩化ゲルマニウム０．０
２リットル／分及び水素ガスを０．３リットル／分、第
２ポート２には水素ガスを１．５リットル／分、第３ポ
ート３にはアルゴンガスを１．５リットル／分、第４ポ
ート4aには水素ガス３リットル／分とアルゴンガス１．
８リットル／分の混合ガスを、第４ポート内の細径ノズ
ル4bには酸素ガスを６リットル／分、第５ポート５には
アルゴンガス２リットル／分、第６ポート６には酸素ガ
ス１０リットル／分を供給した。このようにして多孔質
母材を合成している際に、ノズル先端部を目視により観
察したところ、加熱されて赤くなる現象は見られず、非
接触の放射温度計で酸素ガスノズル先端部の平均温度を
測定したところ、５００℃であった。

【００１４】〔実施例２〕実施例１と同様の構成によ
り、水素ガスに対するアルゴンガスの流量比を変化させ
て酸素ノズル先端部の平均温度を放射温度計により測定
した。その結果、図２に示すように、流量比が増加する
に従って、ノズル先端部の平均温度は低下し、流量比が
０．１未満の範囲ではノズル先端部に赤く熱せられてい
る部分が見られた。従って、バーナの変形、蒸発を抑え
るために流量比０．１以上が必要と判った。一方、流量
比を１．０を超えると、多孔質母材の成長速度が減少し
たため、アルゴンガスと水素ガスの流量比は０．１から
１．０までが望ましい範囲であることがわかった。

【００１５】〔実施例３〕実施例１のコアバーナを図３
に示す同心円状の６重管に交換し、中心ポート１に四塩
化ケイ素，四塩化ゲルマニウム及び水素ガスの混合ガス
を、第２ポート２に水素ガスを、第３ポート３にアルゴ
ンガスを、第４ポート４に酸素ガスを、第５ポート５に
アルゴンガスと水素ガスの混合ガスを、第６ポート６に
酸素ガスをそれぞれ供給し、ガラス多孔質体を合成し
た。その際、第５ポート５のアルゴンガスは水素ガスの
０．７倍の流量で供給した。各ポートの具体的流量は、
中心ポート１に四塩化ケイ素０．２リットル／分，四塩
化ゲルマニウム０．０１リットル／分及び水素ガス０．
２リットル／分の混合ガス、第２ポート２に水素ガス
１．５リットル／分、第３ポートにアルゴンガス１リッ
トル／分、第４ポート４に酸素ガス５リットル／分、第
５ポートに水素ガス５リットル／分とアルゴンガス３．
５リットル／分の混合ガスを、第６ポート６に酸素ガス
８リットル／分をそれぞれ供給した。バーナ先端部を実
施例１と同様に観察したところ、加熱されて赤くなって
いる様子は見られなかった。

【００１６】上記実施例３においては第２ポートに水
素、第３ポートにアルゴンを流して行ったが、５重管バ
ーナを用いて、第２ポートに水素ガスとアルゴンガスの
混合ガスを流し、第３ポートに酸素ガス、第４ポートに
水素ガスとアルゴンガスの混合ガス、第５ポートに酸素
ガスを流しても同様に有効である。

【００１７】本発明者等のバーナ寿命に関する実験によ
れば、バーナ先端の変形、蒸発する速度について本発明
と従来法を比較したところ、アルゴンと水素の混合比
（流量比）と、従来法による場合の消耗速度を１．０と
する本発明による場合のバーナ消耗速度比に関して図７
のグラフに示す結果を得た。図７より、本発明に従い不
活性ガス（アルゴン）を水素ガスに添加することによ
り、バーナ先端が蒸発する速さが大幅に遅くなり、寿命
が大幅に延びる効果が得られることが明らかにわかる。
なお、本発明は実施例で挙げた細径ノズルを多数有する
バーナ、同心円状多重管バーナの他、二重火炎バーナ、
三重火炎バーナ等にも適用して非常に有効である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば従来
より簡単な構成のバーナで、ノズル先端の温度を低下し
てバーナ寿命を延長でき、しかも安定した火炎で多孔質
体の嵩密度を好適な範囲内で光ファイバ用多孔質母材を
合成できるので、光ファイバ用母材の品質を向上し製造
コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法を説明するための概略断面図で
ある。

【図２】 不活性ガスと水素ガスの流量比と酸素ノズル
先端の平均温度の関係を示すグラフ図である。

【図３】 本発明の実施例で用いた多重管バーナの構造
を説明するための断面図である。

【図４】 従来法の一例を説明するための概略断面図で
ある。

【図５】 従来法の他の例を説明するための概略断面図
である。

【図６】 従来法の他の例を説明するための概略断面図
である。

【図７】 本発明に従いアルゴンガスと水素ガスを混合
して流すときの両ガスの流量比と、バーナ消耗速度比
（従来法を１．０とする）の関係を示すグラフ図であ
る。

【符号の説明】

１ 中心ポート、 ２ 第２ポート、 ３
第３ポート、４及び４ａ 第４ポート、 ４ｂ 細径
ポート、 ５ 第５ポート、６ 第６ポート。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナより噴出する水素ガス及び酸素ガ
   スにより形成される酸水素火炎中にガラス原料を導入
   し、生成するガラス微粒子を出発材に堆積させてガラス
   母材を形成する方法において、上記水素ガスに不活性ガ
   スまたは窒素ガスを添加してなる混合ガスと酸素ガス
   を、上記バーナの互いに隣接したポートからそれぞれ供
   給することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造
   方法。
2. 【請求項２】 上記バーナとして複数の細径ノズルがポ
   ート内に配置された構造を有するバーナを用い、該細径
   ノズルから酸素ガスを噴出し、該細径ノズルが配置され
   たポートから水素ガスと不活性ガスまたは窒素ガスの混
   合ガスを噴出させることを特徴とする請求項１記載の光
   ファイバ用母材の製造方法。
3. 【請求項３】 上記バーナとして同心円状の多重管から
   なるバーナを用い、酸素ガスを噴出させるポートに隣接
   したポートから水素ガスに不活性ガスまたは窒素ガスを
   添加してなる混合ガスを噴出させることを特徴とする請
   求項１記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
4. 【請求項４】 水素ガスに不活性ガスまたは窒素ガスを
   添加してなる混合ガスにおいて、水素ガス流量に対する
   不活性ガスまたは窒素ガスの流量の比が０．１〜１．０
   であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
   れかに記載の光ファイバ用母材の製造方法。