JPS6410448B2

JPS6410448B2 -

Info

Publication number: JPS6410448B2
Application number: JP1275182A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Yokogawa; Kazuo Kamya
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1982-01-29
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1989-02-21
Also published as: JPS58130131A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は光フアイバー用母材の製造方法、特に
は火炎加水分解反応によつて得られるシリカまた
はドープ剤を含むシリカの微粒子を堆積させて多
孔質ガラス体を作り、これを高温炉で透明ガラス
化して光フアイバー母材を製造する方法の改良に
係わるものである。

光フアイバー用母材の製造方法については、四
塩化けい素と四塩化ゲルマニウムなどのドープ剤
とからなるガラス材料を酸水素炎中で加水分解さ
せて得たシリカ微粒子を回転しながら軸方向に移
動する石英棒に吹きつけて堆積させ、このガラス
微粒子堆積体を高温炉中に順次送り込み、溶融
し、透明ガラス化して光フアイバー用母材を得る
という方法が公知とされ、この方法は生産速度が
早く、大型母材が容易に得られること、この母材
は塩素ガスによる脱OH基処理によつて低損失の
光フアイバーを与えるという利点をもつている。
しかし、この方法ではバーナー部における火炎の
ゆらぎ、温度の変動、原料ガス、搬送用ガスなど
の供給量の変動などによつてこのガラス微粒子堆
積体の外径やこれをガラス化したあとの光フアイ
バー母材の屈析率に変動が生じるという不利があ
り、これを解決する手段として、シリカ微粒子の
成長端面の位置を制御する方法（特公昭55−
27018参照）、反応容器の内圧を制御する方法（特
開昭54−94049参照）なども提案されているが、
このシリカ微粒子の堆積条件が本来各種の要因を
含む不安定なものであることから、これらの方法
も必ずしも充分な効果を与えるものではない。

他方、これらの方法による光フアイバー母材の
製造法については、その酸水素炎の温度を低くす
るとシリカ微粉体の焼結度が低くなつて得られる
プリフオームが機械的に弱いものになり、これか
ら作られる光フアイバーの特性も劣化するように
なるので、この焼結体のかさ密度については0.15
ｇ／cm³がその下限とされている（特公昭56−28852
参照）。そのため、この酸水素炎の温度について
はこれを少なくとも1000〜1100℃に保つことが必
要とされているが、この火炎は外炎と内炎との境
界部分が局部的に高温となることから、この高温
部分が当るシリカ微粉末の堆積面はその焼結度が
高くなり、この部分の堆積速度が周囲にくらべて
遅くなるため、シリカ微粉末焼結体の成長端面が
変化し、その堆積状態が不安定となる。したがつ
て、これについては酸水素炎を作るための水素量
を最少限として火勢を弱くする方法（特公昭55−
113635参照）や酸水素炎中に水蒸気を混入する方
法（特開昭54−134129参照）が提案されており、
これによれば火炎中の局部的な温度差を小さくす
ることができるが、しかしこの場合にもプリフオ
ームの機械的弱さは避けることができないという
欠点がある。

本発明はこれらの不利を解決し、かさ密度が小
さいにもかかわらず充分な強度をもつ光フアイバ
ー用母材の製造方法を提供しようとするものであ
り、これは火炎加水分解反応によつて得られるシ
リカまたはドープ剤を含むシリカの微粒子を堆積
させて多孔質ガラス体を作り、これを高温炉で透
明ガラス化して光フアイバー用母材を製造する方
法において、火炎加水分解反応のための原料ガス
濃度を搬送ガスによつて30％以下に希釈すること
によつて多孔質ガラス体の密度を0.03〜0.15ｇ/
cm³の範囲とすることを特徴とするものである。

これを説明すると、本発明者らはこの方法によ
る光フアイバー用母材の製造方法について種々検
討の結果、シリカ形成用の原料ガスの搬送ガスに
よる希釈度を大きくすると原料ガスの線速が大き
くなるため火炎中でのシリカ微粒子の凝集が抑制
され、その結果、シリカ微粒子の粒径が小さくな
るがその密度分布が緩かになり、外周部まで焼結
が進行するので機械的強度の低下が防止されて、
充分な強度をもつものが得られることを見出すと
共に、この原料ガス濃度を搬送ガスによつて30％
以下とすると多孔質ガラス体のかさ密度が0.03〜
0.15ｇ/cm³となるのでその後における塩素ガスに
よる脱水処理も容易に行なうことができ、結果に
おいて低損失の光フアイバーを容易に得ることが
できることを確認して本発明を完成させた。

すなわち、上記の方法におけるハロゲン化けい
素例えば四塩化けい素などの原料ガスは通常、ヘ
リウム、アルゴンなどの不活性搬送ガスと共に反
応室に送られ、その際の原料ガスの流量は搬送ガ
ス量に対し50％以上とされ、これによつて得られ
るシリカ微粒子はその粒径が0.3〜0.6μmの比較的
大きいものになるとされている（特開昭54−
134127、特開昭55−23074参照）。しかし、このよ
うな条件下で例えば前記した方法でこの火炎温度
を下げると粒子径の比較的大きいシリカ微粒子か
らなる低密度の多孔質ガラス焼結体が得られる
が、このものは機械的強度が弱く、きわめてもろ
いものとなるという不利があるのであるが、この
原料ガス濃度を30％以下とすると上記したように
低密度ではあるが、しかし外周部まで焼結が進行
した強度のつよいものが得られることが見出され
た。

本発明方法における原料ガスは火炎加水分解可
能なけい素化合物であり、これには四塩化けい
素、トリクロロシラン、ジクロロシラン、メチル
トリクロロシランなどが例示されるが、一般的に
は四塩化けい素を使うことが好ましい。この原料
ガスは搬送ガスで希釈された形で反応室に送られ
るが、この搬送ガスとしてはヘリウム、アルゴ
ン、窒素などの不活性ガスあるいは酸素ガスなど
が例示される。本発明の方法ではこの原料ガスは
搬送ガスで希釈されて反応室に送られるのである
が、この希釈は30％以下とすることが必要とされ
る。このように希釈された原料ガスを酸水素火炎
中で加水分解させて得られる微粉末シリカは比較
的小粒子のものとなるほか、この焼結体はそのか
さ密度が0.03〜0.15ｇ/cm³の低密度のものとなる。
しかし、この多孔質ガラス焼結体は低密度であつ
ても、微粒子状のシリカが均一に堆積したもので
あり、その成長端面の形状も安定した半球状で、
これは外径変動がなく、しかもこれは前記したよ
うにその外周面まで焼結が進行しているので崩壊
し難く、プリフオームとしての充分な強度をもつ
ものとなるほか、これはまたドープ剤の含有によ
る屈析率分布も好ましい状態に保たれるという有
利性をもつている。なお、ここに得られた多孔質
ガラス焼結体はその比表面積が大きいため、塩素
ガスなどのハロゲンによるOH基の置換反応を効
率よく行なうことができ、例えばOH基との置換
反応に使用されるヘリウムガス中の塩素ガス濃度
がそれ以下ではOH基置換が不充分になるとされ
ている３容量％以下でもこれを充分に行なうこと
ができるほか、周辺部におけるゲルマニウムなど
もこれをほぼ完全に揮散させることができるの
で、これによれば伝送損失の少ない光フアイバー
を容易に得ることができる。

つぎに本発明の実施例をあげる。

実施例１同心四重管構造の石英バーナーの中心管に、原
料ガスとしてのSiCl₄200ml／分、GeCl₄30ml／分、
POCl₃3ml／分を搬送用Heガス1.5／分と共に供
給し、その外側管にAr0.5／分、H₂3／分、
O₂6／分をそれぞれ供給して、酸水素炎中でシ
リカ生成反応を行なわせ、生成する微粉末シリカ
を回転しつつある出発材に堆積させ、これを軸方
向に成長させた。

この場合の原料ガス濃度は15.5％となつていた
が、生成した多孔質シリカ焼結体は外径72mmでこ
れは2.8mm／分で成長し、その成長端面は変曲面
のない半球状であつた。また、焼結体のかさ密度
は0.04ｇ/cm³ときわめて低いものであつたが、こ
れは振動あるいは自重で壊れることもなかつた。

つぎに、この多孔質ガラス焼結体を1500℃のカ
ーボン抵抗炉中で500ppmのCl₂ガスを含むHeガ
スふん囲気で溶融ガラス化したところ、焼結時の
収縮によつて曲ることもなく、フアイバー用母材
が得られたので、ついでこれを紡糸してフアイバ
ーを作り、このものについての伝送損失を測定し
たところ、これは波長1.3μmで0.4dB／Kmであり、
OH基による吸収は極めて低いものであつた。

なお、このフアイバー用母材の屈接率分布は第
１図に示したように連続した正規分布を示し、同
一条件で作成した５本のフアイバー用母材はいず
れもその外径寸法、屈析分布率形状がほとんど同
一であり、本方法が再現性にすぐれたものである
ことを示した。

実施例２前例と同一の石英バーナーに、原料ガスとして
のSiCl₄200ml／分、GeCl₄30ml／分、POCl₃3ml／
分を搬送用Arガス800ml／分で29％に希釈して供
給すると共に、その外側管にAr0.5／分、H₂3
／分、O₂6／分をそれぞれ供給し、酸水素炎
中でシリカ生成反応を行なわせ、生成するシリカ
を回転しつつある出発材に堆積させ、これを軸方
向に成長させた。

多孔質シリカ焼結体は1.8mm／分で成長し、外
径63mmの棒状体となつた。このものはかさ密度が
0.08ｇ/cm³と低いものであつたが、成長端面は安
定しており、これは強度も充分であつた。

つぎにこの多孔質ガラス焼結体を1500℃のカー
ボン抵抗炉中で0.1％のCl₂ガスを含むHeガスふ
ん囲気中で溶融ガラス化してフアイバー用母材と
し、これを紡糸して得たフアイバーについてその
伝送損失を測定したところ、これは波長1.3μmで
0.5dB／Kmの値を示し、OH基による吸収は極め
て低いものであつた。

比較例実施例１と同一の石英バーナーに、原料ガスと
してのSiCl₄160ml／分、GeCl₄25ml／分、POCl₃2
ml／分を搬送用Arガス300ml／分で従来法に準じ
た62％に希釈して供給すると共に、その外側管に
Ar0.5／分、H₂3／分、O₂6／分をそれぞれ
供給し、酸水素炎中でシリカ生成反応を行なわ
せ、生成するシリカを回転しつつある出発材に堆
積させ、これを軸方向に成長させた。

多孔質シリカ焼結体は外径56mmの棒状体とな
り、このもののかさ密度は0.16ｇ/cm³と高いもの
となつたが、この成長端面は底面が平らで周辺部
に段のある形状となつた。

つぎに、この多孔質シリカ焼結体を1500℃のカ
ーボン抵抗炉中で0.1％のCl₂ガスを含むHeガス
ふん囲気中で溶融ガラス化してフアイバー用母材
とし、これを紡糸して得たフアイバーについてそ
の伝送損失を測定したところ、これは波長1.3μm
で1.5dB／Kmであり、OH基の除去が不完全であ
ることが確認された。

なお、上記した条件では微粉末シリカの堆積時
に成長面が平らになり、その成長も非対称となる
ので安定して同一の形状の多孔質シリカ焼結体を
得ることが難しく、これをガラス化して得たフア
イバー用母材の屈折率も第２図に示したように変
曲点を有する形状となり、この再現性もむづかし
いものであつた。

【図面の簡単な説明】

図は光フアイバー用母材の屈折率分布図を示し
たもので、第１図は本発明による実施例で得た光
フアイバー用母材の屈折分布図、第２図は従来法
による比較例で得た光フアイバー用母材の屈折率
分布図を示したものである。

Claims

【特許請求の範囲】

１火炎加水分解反応によつて得られるシリカま
たはドープ剤を含むシリカの微粒子を堆積させて
多孔質ガラス体を作り、これを高温炉で透明ガラ
ス化して光フアイバー用母材を製造する方法にお
いて、火炎加水分解反応のための原料ガス濃度を
搬送ガスによつて30％以下に稀釈して密度が0.03
〜0.15ｇ/cm³の多孔質体を得ることを特徴とする
光フアイバー用母材の製造方法。