WO2005082798A1 - 光ファイバ母材を製造する方法および装置 - Google Patents

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WO2005082798A1
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quartz pipe
pressure
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pipe
optical fiber
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PCT/JP2005/002874
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Masaaki Hirano
Tetsuya Nakanishi
Takashi Sasaki
Taiichiro Yamashita
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing an optical fiber preform by an MCVD (Modified Chemical Vapor D mark osition) method.
  • MCVD Modified Chemical Vapor D mark osition
  • the MCVD method heats a quartz pipe while reciprocating a heat source along a longitudinal direction of the quartz pipe while supplying a gas containing at least a glass raw material from one end of the quartz pipe to an inner surface of the quartz pipe.
  • This is a method of depositing a glass layer on the substrate.
  • an optical fiber preform By solidifying the quartz pipe thus obtained, an optical fiber preform can be obtained.
  • the optical fiber preform may be one that is directly drawn into an optical fiber, but may be drawn after further synthesizing a glass body externally or performing outer peripheral grinding. It may be an optical fiber.
  • the raw material gas supplied to the quartz pipe is heated by the heat source and reacts to become glass soot at the heating position, and the glass soot adheres to the inner surface of the quartz pipe at the downstream side of the heating position. Then it becomes a glass soot body. Therefore, the deposition amount of glass soot gradually increases from the heating start end of the raw material gas introduction side of the quartz pipe, and the deposition amount becomes constant from a certain position.
  • the glass soot body becomes a glass layer by being sintered by heating
  • the shrinkage force when the glass soot body is sintered increases as the amount of glass soot deposited increases.
  • the difference in the contraction force of the glass soot body at each position of the quartz pipe distorts the shrinkage behavior of the quartz pipe, the outer diameter of the quartz pipe becomes non-uniform in the longitudinal direction, and the thickness of the glass layer deposited on the quartz pipe in the longitudinal direction. The inconvenience of unevenness is caused.
  • a buffer chamber is provided on the exhaust side of the quartz pipe, and the amount of buffer gas supplied to the buffer chamber is adjusted.
  • Patent Document 1 that applies pressure to the inside of the quartz pipe so that the quartz pipe does not shrink so as to match the contraction force, and the quartz pipe is controlled by controlling the amount of exhaust gas from the quartz pipe.
  • Inert gas is supplied together with the raw material gas from the raw material gas introduction side of the quartz pipe by a technology that adjusts the internal pressure (Patent Document 2), or by adjusting the supply amount of the inert gas.
  • Patent Document 3 A technique for controlling the pressure in a pipe (Patent Document 3) has been proposed.
  • the pressure in the quartz pipe is a differential pressure between the absolute pressure in the pipe and the outside air pressure, that is, a so-called gauge pressure.
  • Patent Documents 1, 2, and 3 cannot sufficiently cope with the expansion of the pressure adjustment range in the quartz pipe and the increase in the adjustment speed.
  • the inside of the quartz pipe is a means for adjusting the amount of buffer gas introduced and the amount of exhaust gas. If the response to pressure fluctuations is made more sensitive, the pressure inside the adjusted quartz pipe becomes an overresponse that exceeds the target appropriate value, and immediately the pressure difference for the overresponse part is eliminated. The re-adjustment is performed, and the pressure in the quartz pipe cannot be quickly converged to the target appropriate value. For this reason, there is a possibility that a shape defect due to a fluctuation in the pressure in the quartz pipe may be caused. If the pressure inside the pipe was suddenly reduced due to heat, there was a possibility that soot would flow backward.
  • Patent Document 1 JP-A-56-45845
  • Patent Document 2 JP-A-59-217633
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-274861
  • the present invention provides a method and apparatus for producing an optical fiber preform capable of continuously performing good production by preventing variations in shrinkage of a quartz pipe in an optical fiber preform production process by an MCVD method. It is to provide.
  • a method for manufacturing an optical fiber preform is provided.
  • a gas containing at least a glass raw material is charged into the quartz pipe while a heat source is relatively moved in the longitudinal direction of the quartz pipe, and the quartz pipe is heated from the outside to deposit a glass layer in the quartz pipe.
  • a total of two or more exhaust parts or buffer gas introduction parts are connected to the quartz pipe, and at least one of the amount of exhaust gas from the exhaust part or the amount of gas introduced into the buffer gas introduction part is controlled.
  • at least one of the amount of exhaust gas from the exhaust unit and the amount of gas introduced into the buffer gas inlet is controlled in accordance with a flow pattern corresponding to a heating position on the quartz pipe.
  • the feedback control measures the pressure in the quartz pipe, and measures the amount of exhaust gas from the exhaust unit or the amount of gas introduced into the buffer gas introduction unit so that the pressure matches a target value set according to the heating position.
  • the shape of the quartz pipe in the vicinity of the heating position which controls at least one of the above, is measured, and the amount of exhaust gas from the exhaust unit or the buffer gas introduction unit is adjusted so that the shape becomes a predetermined shape. It may control at least one of the amounts of gas introduced into the apparatus.
  • the optimum value of the pressure in the quartz pipe required to match the measured value of the shape with the preset target value is calculated, and the pressure in the quartz pipe is matched with the optimum value. You can control it to make it happen.
  • the shape may be at least one of the outer diameter, the inner diameter, and the wall thickness of the quartz pipe.
  • the deposition rate of the glass layer may be 0.5 g / min or more, and the ratio of the maximum value to the minimum value in the pressure adjustment range in the quartz pipe may be 2 times or more.
  • an apparatus for manufacturing an optical fiber preform is provided.
  • This device is composed of a gas supply system that introduces a gas containing at least glass material from one end of a quartz pipe, a total of two or more exhaust or buffer gas introduction sections that can be connected to the other end of the quartz pipe, A heat source relatively moving in the longitudinal direction of the quartz pipe, position detecting means for detecting a heating position on the quartz pipe by the heat source, and an exhaust gas amount from the exhaust unit or a buffer gas introducing unit according to a flow pattern corresponding to the heating position.
  • First control means for controlling at least one of the amount of gas introduced into the buffer and second control for performing feedback control on at least one of the amount of exhaust gas from the exhaust unit and the amount of gas introduced into the buffer gas inlet. Means.
  • the apparatus further includes pressure measurement means for measuring the pressure in the quartz pipe, and the second control means matches the pressure in the quartz pipe with a target value set according to the heating position. As described above, at least one of the amount of exhaust gas from the exhaust unit and the amount of gas introduced into the buffer gas introduction unit may be feedback-controlled.
  • the apparatus further includes a shape measuring means for measuring the shape of the quartz pipe near the heating position of the heat source, and the second control means matches the pipe shape measured by the shape measuring means with a preset target pipe shape. As described above, at least one of the amount of exhaust gas from the exhaust unit and the amount of gas introduced into the buffer gas introduction unit may be feedback-controlled.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of an apparatus for producing an optical fiber preform according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an operation of a control unit of the apparatus for manufacturing an optical fiber preform according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a second embodiment of an apparatus for producing an optical fiber preform according to the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an operation of a control unit of the apparatus for manufacturing an optical fiber preform according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing a third embodiment of an apparatus for producing an optical fiber preform according to the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an operation of a control unit of the apparatus for manufacturing an optical fiber preform according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a graph in which the target value and the actual measured value of the pressure in the nozzle and the flow rate of the buffer gas are plotted with respect to the heating position, (a) is a graph in Comparative Example 1, and (b) is a comparative example. This is the graph in Example 2.
  • FIG. 8 is a graph in which a target value, an actual measurement value, and a buffer gas flow rate of a pipe pressure are plotted with respect to a heating position in Example 1.
  • FIG. 9 is a graph in which a target value, an actual measured value, and a buffer gas flow rate of a pipe pressure in Example 2 are plotted with respect to a heating position.
  • FIG. 10 is a graph in which the ratio between the maximum value and the minimum value of the pressure in the pipe in Table 1 is plotted against the deposition rate.
  • FIG. 11 is a graph in which the variation of the outer diameter of the glass pipe with respect to the deposition rate in each of the examples in Table 2 is plotted.
  • FIG. 12 shows the change of the diameter of the glass rod with respect to the deposition rate in each example of Table 2. It is the graph which plotted the momentum.
  • FIG. 13 is a graph in which the outer diameter of the quartz pipe is plotted with respect to the position in the longitudinal direction of the quartz pipe in Example 4 using the upper limit of the rate of change of the pressure in the quartz pipe as a parameter.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of an apparatus for producing an optical fiber preform according to the present invention.
  • An apparatus 1 for manufacturing an optical fiber preform of the first embodiment is an apparatus for depositing a glass layer on the inner peripheral surface of a quartz pipe by an MCVD method to form an optical fiber preform.
  • a support base 9 for supporting both ends of the glass via glass tubes 5 and 6 for handling.
  • the quartz pipe 3 is arranged so that its length is horizontal and the force can be arranged vertically.
  • the support 9 has a rotary drive mechanism (not shown) for rotating the quartz pipe 3 around the central axis.
  • An apparatus 1 for producing an optical fiber preform is provided with a raw material gas supply system (not shown) for introducing a glass raw material gas into the inside from one end (the left end in FIG. 1) of the quartz pipe 3.
  • Buffer chamber 11 connected to the other end, heat source 13 that is mounted on support base 9 to reciprocate along the longitudinal direction of quartz pipe 3 and heats quartz pipe 3, and pressure that measures the pressure inside quartz pipe 3 A total of 15, the first and second buffer gas inlets 21 and 22 connected to the other end of the quartz pipe 3 via the buffer chamber 11, the exhaust unit 17, and the heating position HI on the quartz pipe 3 by the heat source 13 are detected.
  • a control unit 27 that controls the pressure in the quartz pipe 3 to a desired value by adjusting the amount of gas introduced into the buffer gas introduction units 21 and 22.
  • the gas supplied by the raw material supply system to one end of the quartz pipe 3 includes a halide such as SiCl, GeCl, POC1, or SiF as a glass raw material gas, a siloxane such as (CH) -Si0, or the like.
  • a halide such as SiCl, GeCl, POC1, or SiF as a glass raw material gas
  • a siloxane such as (CH) -Si0, or the like.
  • the buffer chamber 11 is a chamber provided for adjusting the pressure in the quartz pipe 3.
  • a soot collecting unit 31 is connected to collect soot 29 that has flowed into the buffer chamber 11 from the end of the quartz pipe 3 without adhering to the inner peripheral surface of the quartz pipe 3.
  • the heat source 13 is a burner that heats the quartz pipe 3 to a predetermined temperature by a flame 13a such as an oxyhydrogen flame or a plasma flame.
  • a flame 13a such as an oxyhydrogen flame or a plasma flame.
  • an auxiliary heat source 14 for heating the glass tube 6 is also provided so that the soot does not adhere to the glass tube 6 for handling on the other end side of the quartz pipe 3.
  • the quartz pipe 3 supported by the support base 9 is rotationally driven in the direction of arrow F so that the heat source 13 uniformly heats the entire circumference.
  • the supply amount of the source gas is controlled and the heating operation by the heat source 13 is controlled so that the deposition rate of the glass layer becomes 0.5 g / min or more.
  • the pressure gauge 15 is pressure measuring means for indirectly measuring the pressure in the quartz pipe 3 by detecting the pressure in the buffer chamber 11 communicating with the quartz pipe 3. The measured value of the pressure in the quartz pipe detected by the pressure gauge 15 is notified to the control unit 27 for feedback control.
  • the exhaust part 17 connected to the buffer chamber 11 is provided with an exhaust pipe 17a communicating with the buffer chamber 11, and an exhaust adjustment that controls the amount of exhaust gas from the buffer chamber 11 by adjusting the opening degree of the exhaust pipe 17a. And a valve 17b.
  • the first buffer gas introduction section 21 and the second buffer gas introduction section 22 are equipped with flow control means 21b, 22b in the middle of the pipes 21a, 22a communicating with the buffer chamber 11, and each of the pipes 21a,
  • the introduction amount of the buffer gas for pressure adjustment supplied to the buffer chamber 22a into the buffer chamber 11 can be adjusted to a desired flow rate by the flow control means 21b and 22b.
  • the buffer gas supplied to each of the conduits 21a and 22a is, for example, oxygen or an inert gas.
  • the position detecting means 25 is attached to the heat source 13, and the right or left end force of the quartz pipe 3 also measures the horizontal separation distance to the heat source 13 so that the position of the heat source 13 The heating position HI on the quartz pipe 3 is detected. Position detection means 25 The heating position HI is notified to the control unit 27.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the operation of the control unit of the apparatus for manufacturing an optical fiber preform according to the first embodiment.
  • the control unit 27 includes a first control unit 27a and a second control unit 27b.
  • the control unit 27 also collects data on the relationship between the pressure in the quartz pipe 3 and the amount of change in the shape of the pipe, and the relationship between the pressure in the quartz pipe 3 and the amount of gas introduced, for each heating position HI. And a calculation pattern for calculating the amount of gas to be introduced that can secure the appropriate pressure in the quartz pipe for each heating position HI based on the data.
  • the first control means 27a receives the information on the heating position HI by the heat source 13 from the position detection means 25, and according to the flow pattern determined for each heating position HI based on the calculation pattern, The amount of gas introduced from the first buffer gas introduction section 21 to the buffer chamber 11 is controlled via 21b.
  • the second control means 27b of a different system from the first control means 27a calculates the target value of the pressure in the quartz pipe 3 according to the heating position HI based on the calculation pattern, and is notified from the pressure gauge 15.
  • the amount of gas introduced into the buffer chamber 11 is adjusted via the flow rate control means 22b so that the measured value of the pressure in the quartz pipe matches the target value.
  • the apparatus 1 for manufacturing an optical fiber preform is configured such that a glass layer is introduced into a quartz pipe 3 by heating a quartz pipe 3 from the outside with a heat source 13 while charging glass material into the quartz pipe 3 from one end. Deposit 33.
  • the control unit 27 performs pattern control by the first control unit and feedback control by the second control unit on the amount of gas introduced from the buffer gas introduction units 21 and 22 to the buffer chamber 11, and the quartz pipe Control the pressure in 3 to a predetermined pressure.
  • the pattern control is extremely useful for changing the pressure to be applied to the quartz pipe 3 at a stretch with a large change width. Further, the feedback control is extremely useful for accurately and finely adjusting the pressure in the quartz pipe 3.
  • the quartz pipe 3 in which a glass layer is deposited to a predetermined thickness on the inner peripheral surface is further heated and solidified by Collabs, thereby completing an optical fiber preform. At the time of solidification, it is OK to shrink the quartz pipe as it is to solidify it, and then insert a glass rod into the hollow part of the quartz pipe 3 in advance, and integrate the rod and the pipe by collapse. You may do it.
  • the pressure in the quartz pipe is directly detected by the pressure gauge 15 provided in the buffer chamber 11, but the pressure gauge 15 is installed at the position of the raw material of the quartz pipe 3. It is also possible to change it to the end on the gas introduction side or to the exhaust part 17, etc., for example, to equip the exhaust part 17 and indirectly obtain the pressure in the quartz pipe by relative comparison with the pressure in the exhaust part. it can.
  • the amount of gas introduced into the buffer chamber 11 is adjusted to adjust the pressure in the quartz pipe.
  • the amount of the exhaust gas exhausted from the exhaust unit 17 or the amount of the exhaust gas and the amount of the introduced gas may be adjusted together. Adjustment of pressure is possible.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the apparatus for producing an optical fiber preform according to the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an operation of a control unit of the apparatus for manufacturing an optical fiber preform according to the second embodiment.
  • the apparatus 101 for manufacturing an optical fiber preform according to the second embodiment differs from the first embodiment in that the target of pattern control is the amount of exhaust gas from the buffer chamber.
  • the apparatus 101 for manufacturing an optical fiber preform has a control unit 127. Accordingly, in the optical fiber preform manufacturing apparatus 101, the second buffer gas introduction section 22 provided in the optical fiber preform manufacturing apparatus 1 was deleted, and the exhaust pipe 17a of the exhaust section 17 was removed. Although the flow rate control means 117 is provided and a part of the configuration is changed, the other configurations are the same as those of the apparatus 1 for manufacturing an optical fiber preform.
  • the control section 127 includes first control means 127a and second control means 127b.
  • the control unit 127 also collects data on the relationship between the pressure in the quartz pipe 3 and the amount of change in the shape of the pipe at each heating position HI, and data on the relationship between the amount of exhaust gas and the pressure in the quartz pipe 3, Based on the data, it has a calculation pattern to calculate the amount of exhaust gas that can secure the appropriate pressure in the quartz pipe for each heating position HI.
  • the first control means 127a receives the information on the heating position HI from the position detection means 25, and The amount of exhaust gas from the exhaust unit 17 is controlled via the flow control means 117 in accordance with the flow pattern determined for each heating position HI based on the calculation pattern.
  • the second control means 127b calculates a target value of the pressure in the quartz pipe 3 for each heating position HI based on the calculation pattern, and the pressure in the quartz pipe 3 is notified of the pressure in the quartz pipe 3 from the pressure gauge 15.
  • the introduced gas amount supplied to the buffer chamber 11 via the flow rate control means 21b is adjusted so that the measured pressure value matches the target value.
  • an exhaust pipe 17a communicating with the buffer chamber 11 and an exhaust pipe 17a connected to the buffer chamber 11 are provided in the exhaust part 17 connected to the buffer chamber 11, as in the first embodiment.
  • An exhaust adjustment valve 17b that controls the amount of exhaust gas from the buffer chamber 11 by adjusting the opening is provided.
  • the exhaust gas amount may be controlled by adjusting the opening of the exhaust control valve 17b.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the apparatus for producing an optical fiber preform according to the present invention.
  • An apparatus 201 for manufacturing an optical fiber preform according to the third embodiment is an improvement of a part of the apparatus 1 for manufacturing an optical fiber preform shown in the first embodiment, and has a shape of a quartz pipe 3 near a heating position.
  • Shape measuring means 230 composed of a CCD camera 231 for photographing the image and an image analysis processing device 232 for analyzing the image photographed by the CCD camera 231 and calculating the shape (outer diameter, inner diameter, wall thickness) of the quartz pipe 3. Having.
  • the control unit 227 provided in the third embodiment controls the gas introduced by the first buffer gas introduction unit 21 according to a flow rate pattern set in advance according to the heating position HI on the quartz pipe 3 by the heat source 13.
  • the first control means 227a for controlling the amount and the quartz required to measure the shape of the quartz pipe 3 near the heating position on the quartz pipe 3 and to match the measured pipe shape to the preset target pipe shape
  • An optimum pressure calculating section 227b for determining the optimum value of the pressure in the pipe, and a second buffer gas introducing section such that the actually measured value detected by the pressure gauge 15 matches the optimum value calculated by the optimum pressure calculating section 227b.
  • second control means 227c for performing feedback control of the amount of gas introduced into the fuel cell 22.
  • the optimum pressure calculation unit 22 7b acquires the shape information of the quartz pipe 3 near the heating position from the analysis result of the image analysis processing device 232 of the shape measuring means 230.
  • the quartz pipe 3 is heated by the heat source 13 from the outside while the glass raw material is introduced into the quartz pipe 3 from one end thereof, so that the quartz pipe 3 is A glass layer 33 is deposited.
  • the control unit 227 adjusts the pressure in the quartz pipe 3 to a desired pressure by adjusting the amount of gas introduced from the buffer gas introduction units 21 and 22 into the buffer chamber 11, and the optical fiber base by the MCVD method. Realize material production.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the operation of the control unit of the apparatus for manufacturing an optical fiber preform according to the third embodiment.
  • the first control means 227a and the second control means 227c individually control the amount of introduced gas.
  • the first control means 227a receives information on the heating position HI by the heat source 13 from the position detecting means 25, and according to the information, the amount of gas introduced into the first buffer gas introduction unit 21 according to a flow rate pattern set in advance. Is controlled to change the pressure in the quartz pipe 3 to a predetermined pressure.
  • the optimum pressure calculation unit 227b determines the shape of the quartz pipe 3 near the heating position HI on the quartz pipe 3. An outer diameter dimension is measured, and an optimum pressure calculation step is performed to determine an optimum value of the pressure in the quartz pipe necessary for the measured pipe shape to coincide with a preset target pipe shape.
  • the second control means 227c controls the inside of the quartz pipe 3 so that the actually measured value of the pressure in the quartz pipe 3 calculated by the pressure gauge 15 matches the optimum value calculated by the optimum pressure calculating unit 227b.
  • the amount of gas introduced into the second buffer gas introduction unit 22 is feedback-controlled based on the measured pressure value.
  • the buffer gas was introduced without calculating the optimum pressure in the quartz pipe so that the measured value of the shape of the quartz pipe 3 matched the target value of the shape preset according to the heating position HI of the heat source 13.
  • the amount of gas introduced into the units 21 and 22 may be controlled.
  • the pattern control is to adjust the pressure in the quartz pipe by introducing an introduced gas amount corresponding to the heating position HI of the heat source 13 as in the first embodiment. This is extremely useful for changing the pressure change to be applied to the pipe 3 at a stretch with a large change width.
  • the feedback control in the apparatus 201 for manufacturing the optical fiber preform is based on the optimum value of the pressure in the quartz pipe 3 calculated by the optimum pressure calculating unit 227b in order to adjust the shape of the quartz pipe 3 to a preset target shape.
  • the feedback control of the amount of introduced gas is performed based on the actual measurement value detected by the pressure gauge 15 and the pressure gauge 15, which is extremely useful for accurately and finely adjusting the shape of the quartz pipe 3.
  • the shape of the quartz pipe 3 affected by the pressure inside the quartz pipe 3 includes the outer diameter or inner diameter of the quartz pipe 3 or the wall thickness of the pipe. For the shape to be monitored, it is sufficient to examine the measuring equipment and measuring method required for measuring each shape at least one of them, and select shape parameters that are easy to measure. Regardless of the shape parameters of the outer diameter or inner diameter of the quartz pipe 3 or the wall thickness of the pipe, accurate measurement can contribute to the improvement of control processing accuracy in feedback control, and the shape of the quartz pipe 3 Thus, it is possible to realize the production of a good preform while maintaining the stability.
  • a laser outer diameter measuring instrument is used as a method of measuring the shape of the quartz pipe 3.
  • Method for measuring the outer diameter of the quartz pipe 3 near the heating position using the X-ray a method for measuring the outer diameter, inner diameter, and wall thickness using transmitted X-rays. And analyze the propagation time of the sound wave and the optical path length of the light to determine the thickness of the quartz pipe, etc.
  • a measuring method can also be adopted.
  • the optical fiber preform manufacturing method by the MCVD method As the deposition rate of the glass layer 33 in the quartz pipe 3 increases to, for example, 0.5 g / min or more, the glass in the quartz pipe 3 in the longitudinal direction increases. The change in the deposition amount of the layer increases, and the adjustment range of the pressure in the quartz pipe 3 increases.
  • the outer diameter of the pipe may be once reduced by the contraction force of the soot and then expanded again by the pressure in the pipe. Therefore, when the feedback control is performed under certain conditions, the feedback control may not work well depending on whether the pipe is contracting, expanding or after expansion at the position where the shape of the nozzle is measured. For example, when measuring the outer diameter during contraction or expansion, there is a risk that the control will apply an internal pressure greater than necessary and cause a large expansion.
  • the area after expansion is 10 to 50 times larger than the area where the glass is transparent.
  • the measurement position may be a position where the diameter reduction of the pipe is started, a position where the diameter reduction is not performed, a reduced diameter portion, an expanded portion, and a position where the expansion is completed.
  • Preliminary control refers to the prediction of the outer diameter at each measurement position, the speed at which the nozzle contracts and expands, and the outer diameter after expansion from the position of each measurement point.
  • An example is a method of calculating and controlling how much the pressure should be increased or decreased with respect to the pressure in the pipe being applied.
  • the temperature at each measurement position of the outer diameter is measured, or the temperature is measured at other points, and the temperature is predicted by an equation of heat transfer, and the viscosity of the pipe is determined according to the result.
  • the outer diameter changes greatly when a control delay occurs. If the greatly changed outer diameter is used for control, deformation in the opposite direction (a sudden reduction in diameter when expanded, and a sharp expansion when reduced in diameter) occurs. As described above, a periodic and sudden change in the outer diameter is likely to occur. This can be avoided by limiting the amount of change in the internal pressure of the pipe to a range of ⁇ 50 Pa / sec or less.
  • the first control means controls the pattern of the amount of buffer gas introduced according to the heating position
  • the second control means reduces the pressure in the quartz pipe.
  • the actual pressure in the quartz pipe was compared between Example 1 in which the amount of buffer gas introduced is feedback-controlled to reach the target value, Comparative Example 1 in which only feedback control is performed, and Comparative Example 2 in which only pattern control is performed.
  • a quartz pipe having an outer diameter (diameter) of 34 mm, a wall thickness of 4 mm, a length of 800 mm and 0.2% by weight of C1 added was used.
  • the heat source used was a thermal plasma burner.
  • the speed of the reciprocating motion of the wrench that is, the moving speed of the heating position on the quartz pipe, was 100 mm / min.
  • the maximum temperature of the outer surface of the quartz pipe was adjusted to 2200 ° C, and the synthesis rate of the glass layer was adjusted to 1 g / min.
  • the target value of the relative refractive index difference of the glass layer with respect to pure quartz is 0.40%.
  • a buffer chamber was provided at the other end of the quartz pipe.
  • the pressure inside the buffer chamber was regarded as the pressure inside the quartz pipe.
  • the amount of exhaust gas was set so that the pressure force in the quartz pipe was about S-20 Pa without flowing the nozzle gas. Under the above conditions, five layers of glass bodies are deposited by the MCVD method.
  • the heating position is determined by the amount of glass soot deposition.
  • the pressure inside the quartz pipe is increased by +50.
  • Fig. 7 is a graph in which the target value (set pressure) of the pressure in the nozzle, the measured value, and the flow rate of the buffer gas are plotted against the heating position, (a) is a graph in Comparative Example 1, (b) ) Is a graph in Comparative Example 2.
  • a difference of about ⁇ 40 Pa occurs between the target value of the pressure in the quartz pipe and the measured pressure, as shown in the figure, and as a result, the outer diameter (diameter) of the quartz pipe becomes the reference value.
  • the amount of introduced nofa gas changed to 10-46 SLM (the flow rate in liter / minute in the standard state) corresponding to the difference between the target pressure in the British pipe and the measured pressure.
  • the diameter of the synthetic portion of the glass layer was 5.5 ⁇ 0.2 mm in a 500 mm long glass rod which was a solidified manufactured stainless steel pipe, and the relative refractive index difference with respect to pure quartz was 0. 395 ⁇ 0.10%, which was not a satisfactory quality.
  • the diameter of the synthetic portion of the glass layer was 5.7 ⁇ 0.2 mm in a 500 mm long glass rod solidified from the manufactured quartz pipe, and the relative refractive index difference from pure quartz was 0%. .410 ⁇ 0.10%, which was not satisfactory quality.
  • FIG. 8 is a graph in which the target value, the measured value, and the flow rate of the buffer gas in the pipe in the first embodiment are plotted with respect to the heating position.
  • Example 1 the amount of gas introduced from the first buffer gas introduction unit was changed to 218 SLM by pattern control.
  • the amount of gas introduced from the second buffer gas introduction section was changed to 102 SLM by feedback control in accordance with the difference between the measured value of the pressure in the quartz pipe and the target value.
  • the pressure in the quartz pipe is ⁇ 3 It was possible to control to a very small deviation of Pa, and good control became possible.
  • the first control means controls the pattern of the buffer gas introduction amount according to the heating position
  • the second control means controls the buffer.
  • the gas was feedback-controlled so that the pressure in the quartz pipe became a target value.
  • FIG. 9 is a graph in which the target value, the measured value, and the buffer gas flow rate in the pipe in Example 2 are plotted against the heating position.
  • the quartz pipe and heat source used were the same as in Example 1.
  • the manufacturing conditions are the target of the heat source speed of 150 mm / min, the maximum temperature of the outer surface of the quartz pipe at 2200 ° C, the deposition rate of the glass layer of 1 g / min, and the relative refractive index difference of the glass layer with pure quartz.
  • the value was 0.40%.
  • the amount of exhaust was adjusted so that the internal pressure of the quartz pipe was about -30 Pa without flowing the buffer gas. Under the above conditions, ten glass layers are deposited by the MCVD method.
  • the outer diameter force of the quartz pipe 3 measured by the CCD camera 231 is set to an optimum pressure such that the diameter becomes 34 mm over the entire area of the quartz pipe 3 in the longitudinal direction.
  • Feedback control was performed by the calculation unit 227b and the second control unit 227c. Further, the amount of gas introduced from the first buffer gas introduction section was changed to 8-40 SLM according to the movement of the heating position. The amount of gas introduced from the second buffer gas introduction section controlled by feedback showed a change of 10 17 SLM corresponding to the difference between the measured value and the target value of the pressure in the quartz pipe.
  • the pressure in the quartz pipe is about S + 45Pa, and the heating position is at a position near the exhaust end.
  • pressure control in the quartz pipe 3 in which the pressure in the quartz pipe is about +415 Pa has become possible.
  • Example 2 In the manufacturing process of Example 2, the pressure in the quartz pipe could be suppressed to an extremely small deviation of ⁇ 3 Pa with respect to the target value, and good control became possible. Further, the variation in the outer diameter of the quartz pipe was 34.0 ⁇ 0.2 mm in diameter, and a better result was obtained than in Example 1. In addition, when the quartz pipe manufactured in Example 2 was solidified and the glass opening having a length of 500 mm had a diameter of 5.6 ⁇ 0.1 mm in the glass layer deposition portion, the relative refractive index with respect to pure quartz was obtained. The difference was 0.400 ⁇ 0.06%, and satisfactory quality with small variation was obtained.
  • Table 1 shows the pressure (pressure) required to keep the downstream side (the other end) constant in the raw material flow of the quartz pipe when depositing the glass layer in the quartz pipe by the MCVD method. Is shown for each deposition rate of 0.2-2.0 g / min.
  • the pressure (minimum pressure) required to keep the upstream side (one end) of the raw material flow of the British pipe constant is ++ regardless of the deposition rate of 0.2-2.0 g / min. 45 Pa.
  • Fig. 10 shows the ratio of the maximum value and the minimum value of the pipe pressure in Table 1 to each deposition rate.
  • the pressure required to keep the shape of the quartz pipe constant differs between the one end side and the other end side.
  • the required adjustment range (ratio between maximum and minimum) tends to increase. It is desirable to set the ratio between the maximum value and the minimum value to be at least twice. If the ratio is set to 2 times or more, the shape of the quartz pipe 3 is kept constant as shown in Table 1 and FIG. 10 even if the deposition rate of the glass layer 33 is 0.5 g / min or more. I can do it.
  • the outer diameter is actually measured as the shape of the quartz pipe 3, and the difference between the actually measured outer diameter and a preset target outer diameter is used. 3
  • the optimum value calculation process Can be omitted to simplify the processing.
  • the quartz pipe 3 has a variation in the diameter of the outer diameter after the glass layer 33 is deposited.
  • Example 3 in which both the pattern control and the feedback control for setting the pipe outer diameter to a predetermined value are performed using the apparatus 201 for manufacturing an optical fiber preform, the feedback control for setting the pressure in the quartz pipe to a predetermined value.
  • Comparative Example 3 in which only the control was performed, and in Comparative Example 4 in which only the feedback control for controlling the pipe outer diameter to a predetermined value, a glass layer was deposited in the quartz pipe by the MCVD method.
  • a quartz pipe with an outer diameter (diameter) of 42 mm, a wall thickness of 3 mm, a length of 800 mm and 0.2% by weight of C1 added was used.
  • a heat source a plasma burner using thermal plasma was used.
  • the speed of the reciprocating motion of the wrench was 140 mm / min.
  • the maximum temperature of the outer surface of the quartz pipe was adjusted to 2200 ° C, and the synthesis rate of the glass layer was adjusted to 0.23.0 g / min.
  • the predetermined value of the pipe outer diameter (diameter) in Example 3 and Comparative Example 4 was 42 mm.
  • the outer diameter of the pipe was measured by taking an image of an intermediate portion 600 mm excluding 100 mm from one end and the other end of the pipe with a CCD camera and processing the image.
  • the diameter of the glass opening was measured at 200 mm from one end of the glass deposition area and 150 mm from the other end.
  • the part was measured at 450 mm.
  • FIG. 11 is a graph plotting the variation of the outer diameter of the glass pipe with respect to the deposition rate in each example of Table 2
  • FIG. 12 is a graph plotting the variation of the deposition rate in each example of Table 2.
  • 5 is a graph in which the variation in the diameter of the glass rod is plotted.
  • a quartz pipe having an outer diameter (diameter) of ⁇ 42, a wall thickness of 3 mm, and containing 0.6% by weight of fluorine was used, and the maximum temperature of the outer surface of the pipe was 1800 by using a thermal plasma parner as a heat source. ° C, and a GeO-P0-SiO glass layer with a deposition rate of 1.5 g / min.
  • FIG. 13 is a graph in which the outer diameter (diameter) of the quartz pipe is plotted with respect to the position in the longitudinal direction of the quartz pipe in Example 4 using the upper limit of the rate of change of the pressure in the quartz pipe as a parameter.
  • I) shows the case where there is no limit on the fluctuation of the internal pressure of the pipe (changes at a maximum of ⁇ 80 Pa / sec).
  • V) is when the fluctuation of the internal pressure of the pipe is restricted to ⁇ 10 Pa / sec. At this time, the average value of each pressure in the pipe was about +200 Pa.
  • the amount of change in the pipe internal pressure per unit time is ⁇ 50.
  • soot extracting means not shown
  • Many soot bodies remain in the downstream area and in the handling pipe 6. Such soot bodies may flow back when the pressure in the nove decreases. It is better not to generate soot backflow to the effective part because it leads to failure of the optical fiber preform. It has been found that such backflow is likely to occur when the pressure inside the pipe is almost equal to the pressure outside the pipe.
  • Table 3 shows the results of investigation on the relationship between the pressure in the pipe, the time during which the pressure was maintained, and the presence or absence of soot backflow.
  • the lower the pressure in the pipe the higher the possibility of soot backflow. It can also be seen that the longer the duration, the higher the possibility of soot backflow. Preferably, it should not fall below +20 Pa. Also, even if it becomes +20 Pa,
  • an optical fiber preform of the present invention it is possible to obtain an optical fiber preform with little change in shape in the longitudinal direction. It is particularly useful when depositing glass at high deposition rates on thin-walled quartz pipes.

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Abstract

　石英パイプの収縮のばらつきを抑え長手方向に一様な光ファイバ母材を製造できる方法と装置を提供する。この方法では、石英パイプにガラス層を堆積させる工程において、石英パイプには排気部またはバッファガス導入部が合計で二つ以上接続され、排気部からの排気ガス量またはバッファガス導入部への導入ガス量の少なくとも一つがフィードバック制御され、他の少なくとも一つが石英パイプ上の加熱位置に応じた流量パターンに従ってパターン制御される。この装置は、原料ガス供給系と、合計二つ以上の排気部またはバッファガス導入部と、熱源と、石英パイプ上の加熱位置を検出する位置検出手段と、加熱位置に応じた流量パターンに従って排気部からの排気ガス量またはバッファガス導入部への導入ガス量の少なくとも一つを制御する第１の制御手段と、他の少なくとも一つをフィードバック制御する第２の制御手段とを有する。

Description

明 細 書
光ファイバ母材を製造する方法および装置
技術分野
[0001] 本発明は、 MCVD (Modified Chemical Vapor D印 osition)法により光ファイバ母材を 製造する方法および装置に関する。
背景技術
[0002] MCVD法は、石英パイプの一端から内部に少なくともガラス原料を含むガスを供給 しつつ、石英パイプの長手方向沿いに熱源を往復運動させながら石英パイプを加熱 することにより、石英パイプの内面にガラス層を堆積させる方法である。こうして得られ た石英パイプを中実化することによって、光ファイバ母材が得られる。この場合の光フ アイバ母材とは、そのまま線引きして光ファイバとなるものでも、外部にガラス体をさら に合成したり、外周研削を実施したり、といった力卩ェを実施した後に線引きして光ファ ィバとなるものでも良い。
[0003] MCVD法でのプリフォームの製造工程において、石英パイプに供給された原料ガス は熱源により加熱され反応し加熱位置でガラスススとなり、ガラスススは加熱位置の下 流側で石英パイプの内面へ付着してガラススス体となる。そのため、石英パイプの原 料ガス導入側の加熱開始端から除々にガラスススの堆積量が増加し、ある位置から は堆積量が一定となる。ガラススス体は加熱によって焼結されることでガラス層となる
[0004] ガラススス体が焼結する際の収縮力は、ガラスススの堆積量が多い程大きい。ガラ スススの堆積量が少なレ、石英パイプの原料ガス導入側端と、ガラススス体の堆積量 が多い石英パイプの排気側端とでは、ガラススス体が焼結する際の収縮力に大きな 差が生じる。石英パイプの各位置におけるガラススス体の収縮力の差は石英パイプ の収縮挙動を歪め、石英パイプの外径が長手方向で不均一になり、石英パイプに堆 積するガラス層の厚みが長手方向で不均一になるという不都合を招く。
[0005] そこで、 MCVD法でのプリフォームの製造工程において、石英パイプの排気側にバ ッファ室を装備して、このバッファ室に供給するバッファガスの導入量を調整すること によって石英パイプ内に圧力を印加して、石英パイプが収縮しないように収縮力とつ り合うように制御する技術 (特許文献 1)、石英パイプ力 の排気ガス量を制御すること で、石英パイプ内の圧力を調整する技術 (特許文献 2)、あるいは、石英パイプの原 料ガス導入側から、原料ガスと一緒に不活性ガスを供給することとし、不活性ガスの 供給量の調整によって、石英パイプ内の圧力を制御する技術 (特許文献 3)、などが 提案されている。ここで、石英パイプ内の圧力とは、パイプ内の絶対圧力と外気圧と の差圧、いわゆる、ゲージ圧のことである。
[0006] ところで、近年の MCVD法による光ファイバ母材を製造する方法では、肉厚が 5 mm 以下といった比較的薄肉の石英パイプに 0.5g/分を超えるような大きな堆積速度でガ ラスススを堆積させ、プリフォームの生産性を向上させることが要望されている。その 場合、石英パイプは薄肉なので変形しやすい。また、ガラスススが厚く堆積するので 、石英パイプの両端におけるガラススス体の収縮力の差はさらに顕著になる。その結 果、プリフォームの外径精度の著しい低下を招く。パイプの形状を均一に保っため、 パイプの内圧を調整して収縮力に対抗させようとすると、両端での内圧の差は 5倍以 上と極めて大きくなる。そのため、外径精度の低下を防止するには、石英パイプ内に おける圧力の調整範囲の拡大と調整速度の高速化が不可欠となる。
[0007] ところが、特許文献 1、 2、 3に開示の従来技術では、石英パイプ内における圧力の 調整範囲の拡大や調整速度の高速化に十分に対応できていなかった。例えば、特 許文献 1 , 2の技術では、石英パイプ内における圧力の調整範囲の拡大や調整速度 の高速化のために、バッファガスの導入量や排気ガス量を調整する手段の石英パイ プ内の圧力変動に対する応答を敏感にすると、調整後の石英パイプ内の圧力が、 目 標とする適正値を超えた過応答となって、すぐに、過応答部分に対する圧力差を解 消するための再調整が実施されて、石英パイプ内の圧力を速やかに目標とする適正 値に収束させることができなレ、。そのため、石英パイプ内の圧力の変動に起因した形 状不良を招く虞があった。カロえて、パイプ内の圧力を急激に低下させた場合は、スス が逆流する、という不具合を発生してしまうこともあった。
[0008] また、特許文献 3の技術の場合も、石英パイプ内の圧力を速やかに目標値に収束 させることが困難である。さらに、特許文献 3の技術の場合は、不活性ガスの流量調 整によって、一緒に供給される原料ガスの流速が変化してしまうため、原料ガスの化 学反応の収率やガラスススの堆積効率が変化してしまう虞もあった。
特許文献 1：特開昭 56 - 45845号公報
特許文献 2 :特開昭 59 - 217633号公報
特許文献 3：特開 2002 - 274861号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 本発明は、 MCVD法による光ファイバ母材製造工程において、石英パイプの収縮 のばらつきを防止して、良好な製造を連続実施することのできる光ファイバ母材を製 造する方法および装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0010] 目的を達成するため、本発明の一面として、光ファイバ母材を製造する方法が提供さ れる。この方法では、少なくともガラス原料を含むガスを石英パイプの内部に投入し つつ石英パイプの長手方向に熱源を相対的に移動させて石英パイプを外部から加 熱して石英パイプ内にガラス層を堆積させる工程を有し、堆積させる工程では、石英 パイプに排気部またはバッファガス導入部が合計で二つ以上接続され、排気部から の排気ガス量またはバッファガス導入部への導入ガス量の少なくとも一つがフィード バック制御されると共に、排気部からの排気ガス量またはバッファガス導入部への導 入ガス量の他の少なくとも一つが石英パイプ上の加熱位置に応じた流量パターンに 従ってパターン制御されている。
[0011] フィードバック制御は、石英パイプ内の圧力を測定し、圧力が加熱位置に応じて設定 される目標値に一致するように排気部からの排気ガス量またはバッファガス導入部へ の導入ガス量の少なくとも一つを制御するものであってもよぐ加熱位置の近傍にお ける石英パイプの形状を測定し、形状が所定形状になるように排気部からの排気ガ ス量またはバッファガス導入部への導入ガス量の少なくとも一つを制御するものであ つてもよい。
[0012] 後者の場合、形状の実測値をあらかじめ設定された目標値に一致させるために必要 な石英パイプ内の圧力の最適値を算出し、石英パイプ内の圧力を最適値に一致さ せるように制御してもよレ、。また、形状は石英パイプの外径、内径、肉厚の少なくとも 一つであってもよい。
[0013] ガラス層の堆積速度は 0.5 g/分以上であってもよぐまた、石英パイプ内の圧力の調 整範囲における最大値と最小値との比は 2倍以上であってもよぐガラス層を堆積し た後の長手方向における石英パイプの外径の変動量が直径で ± 1
mm以下であってもよレ、。さらに、石英パイプ内における圧力の変化量力 1秒あたり、 -50 Pa以上 +50 Pa以下であってもよぐ石英パイプ内における圧力力 継続して +20 Pa以下となる時間が 2秒未満であつてもよい。
[0014] 本発明の他の一面として、光ファイバ母材の製造装置が提供される。この装置は、石 英パイプの一端からその内部に少なくともガラス原料を含むガスを導入するガス供給 系と、石英パイプの他端に接続可能な合計二つ以上の排気部またはバッファガス導 入部と、石英パイプの長手方向に相対的に移動する熱源と、熱源による石英パイプ 上の加熱位置を検出する位置検出手段と、加熱位置に応じた流量パターンに従って 排気部からの排気ガス量またはバッファガス導入部への導入ガス量の少なくとも一つ を制御する第 1の制御手段と、排気部からの排気ガス量またはバッファガス導入部へ の導入ガス量の他の少なくとも一つをフィードバック制御する第 2の制御手段とを有 する。
[0015] この装置は、石英パイプ内の圧力を測定する圧力測定手段をさらに有し、第 2の制 御手段は、石英パイプ内の圧力が加熱位置に応じて設定される目標値に一致するよ うに、排気部からの排気ガス量またはバッファガス導入部への導入ガス量の他の少な くとも一つをフィードバック制御ものであってもよい。また熱源の加熱位置近傍で石英 パイプの形状を測定する形状測定手段をさらに有し、第 2の制御手段は、形状測定 手段により測定されたパイプ形状をあらかじめ設定された目標パイプ形状に一致す るように、排気部からの排気ガス量またはバッファガス導入部への導入ガス量の他の 少なくとも一つをフィードバック制御するものであってもよい。
発明の効果
[0016] 本発明の光ファイバ母材を製造する方法および装置によれば、石英パイプ内の圧 力の調整範囲が大きくても、調整動作の過応答を招くことなぐ石英パイプ内の圧力 を速やかに目標値に収束させることが可能になる。従って、薄肉の石英パイプに大き な堆積速度でガラス層を堆積させる場合でも、石英パイプの収縮のばらつきを防止し て、良好な製造を連続実施することができる。
図面の簡単な説明
[図 1]図 1は、本発明に係る光ファイバ母材を製造する装置の第一実施形態を示す概 念図である。
[図 2]図 2は、第一実施形態の光ファイバ母材を製造する装置の制御部の動作を示 すブロック図である。
[図 3]図 3は、本発明に係る光ファイバ母材を製造する装置の第二実施形態を示す概 念図である。
[図 4]図 4は、第二実施形態の光ファイバ母材を製造する装置の制御部の動作を示 すブロック図である。
[図 5]図 5は、本発明に係る光ファイバ母材を製造する装置の第三実施形態を示す概 念図である。
[図 6]図 6は、第三実施形態の光ファイバ母材を製造する装置の制御部の動作を示 すブロック図である。
[図 7]図 7は、ノ イブ内圧力の目標値と実測値およびバッファガス流量とを加熱位置 に対してプロットしたグラフであり、（a)は比較例 1におけるグラフ、（b)は比較例 2におけ るグラフである。
[図 8]図 8は、実施例 1においてパイプ内圧力の目標値と実測値およびバッファガス流 量とを加熱位置に対してプロットしたグラフである。
[図 9]図 9は、実施例 2においてパイプ内圧力の目標値と実測値およびバッファガス流 量とを加熱位置に対してプロットしたグラフである。
[図 10]図 10は、表 1のパイプ内圧力の最大値と最小値の比を堆積速度に対してプロ ットしたグラフである。
[図 11]図 11は、表 2のそれぞれの例において堆積速度に対してガラスパイプの外径 の変動量をプロットしたグラフである。
[図 12]図 12は、表 2のそれぞれの例において堆積速度に対してガラスロッドの径の変 動量をプロットしたグラフである。
[図 13]図 13は、実施例 4において石英パイプ内の圧力の変化率の上限をパラメータと して、石英パイプの外径を石英パイプの長手方向の位置に対してプロットしたグラフ である。
符号の説明
1 光ファイバ母材を製造する装置
3 石英パイプ
5, 6 ガラス管
9 支持台
11 バッファ室
13 熱源
14 補助熱源
15 圧力計
17 排気部
21 第 1のバッファガス導入部
21b 流量制御手段
22 第 2のバッファガス導入部
22b 流量制御手段
25 位置検出手段
27 制御部
27a 第 1の制御手段
27b 第 2の制御手段
29 スス
31 スス捕集部
33 ガラス層
101 光ファイバ母材を製造する装置
117 流量制御手段
201 光ファイバ母材を製造する装置 227 制御部
227a 第 1の制御手段
227b 最適圧算出部
227c 第 2の制御手段
230 形状測定手段
231 CCDカメラ
232 画像解析処理装置
発明を実施するための最良の形態
[0019] 本発明の実施形態が、以下において、図面を参照して説明される。図面は、説明を 目的とし、発明の範囲を限定しょうとするものではない。図面において、説明の重複 を避けるため、同じ符号は同一部分を示す。図面中の寸法の比率は、必ずしも正確 ではない。
[0020] 図 1は、本発明に係る光ファイバ母材を製造する装置の第一実施形態を示す概念 図である。第一実施形態の光ファイバ母材を製造する装置 1は、石英パイプの内周 面に MCVD法によってガラス層を堆積させて、光ファイバ母材を形成するもので、円 筒状の石英パイプ 3の両端をハンドリング用のガラス管 5， 6を介して支持する支持台 9を備える。図 1では、石英パイプ 3は長手を水平にして配置されている力 垂直にし て配置することも可能である。支持台 9は、石英パイプ 3を中心軸回りに回転させる図 示しない回転駆動機構を有してレ、る。
[0021] また、光ファイバ母材を製造する装置 1は、石英パイプ 3の一端（図 1では、左端)か ら内部にガラス原料ガスを導入する図示略の原料ガス供給系、石英パイプ 3の他端 に接続されたバッファ室 11、石英パイプ 3の長手方向に沿って往復運動可能に支持 台 9上に装備されて石英パイプ 3を加熱する熱源 13、石英パイプ 3内の圧力を測定 する圧力計 15、バッファ室 11を介して石英パイプ 3の他端に接続された第 1および 第 2のバッファガス導入部 21 , 22および排気部 17、熱源 13による石英パイプ 3上の 加熱位置 HIを検出する位置検出手段 25、および、バッファガス導入部 21, 22の導 入ガス量を調整することで石英パイプ 3内の圧力を所望の値に制御する制御部 27を 備える。 [0022] 原料ガス供給系が石英パイプ 3の一端に供給するガスは、ガラスの原料ガスとして の SiCl、 GeCl、 POC1、 SiF等のハロゲン化物や、（CH ) -Si 0等のシロキサン、
4 4 3 4 3 6 2
及び、酸素ガスやヘリウムガス等のキャリアガスを含む。バッファ室 11は、石英パイプ 3の内の圧力を調整するために設けられた部屋である。バッファ室 11の直下には、石 英パイプ 3の内周面に付着せずに石英パイプ 3の端部からバッファ室 11に流出した スス 29を回収するスス捕集部 31が接続されている。
[0023] 熱源 13は、酸水素火炎やプラズマ火炎等の火炎 13aによって石英パイプ 3を所定 温度に加熱するパーナである。誘導炉ゃ抵抗炉等の炉ゃ、 COレーザーといったレ
2
一ザも熱源として使用できる。なお、第一実施形態では、石英パイプ 3の他端側のハ ンドリング用ガラス管 6にススが付着しないように、ガラス管 6を加熱する補助熱源 14も 装備されている。支持台 9に支持された石英パイプ 3は、熱源 13により全周に渡って 均等に加熱されるように、矢印 Fの方向に回転駆動される。第一実施形態の場合、ガ ラス層の堆積速度が、 0.5g/分以上となるように、原料ガスの供給量を制御すると共に 、熱源 13による加熱動作を制御する。
[0024] 圧力計 15は、石英パイプ 3内に連通しているバッファ室 11内の圧力を検出すること で、石英パイプ 3内の圧力を間接的に測定する圧力測定手段である。圧力計 15が検 出した石英パイプ内の圧力の実測値は、フィードバック制御のために、制御部 27に 通知される。
[0025] バッファ室 11に接続された排気部 17は、バッファ室 11に連通した排気管 17aと、排 気管 17aの開度を調整することでバッファ室 11からの排気ガス量を制御する排気調整 弁 17bとを備えている。第 1のバッファガス導入部 21および第 2のバッファガス導入部 22は、バッファ室 11に連通する管路 21a、 22aの途中に流量制御手段 21b、 22bを装備 したもので、各管路 21a、 22aに供給される圧力調整用のバッファガスのバッファ室 11 への導入量を流量制御手段 21b、 22bによって所望流量に調整可能である。各管路 21a, 22aに供給されるバッファガスは、例えば、酸素や不活性ガスである。
[0026] 位置検出手段 25は、第一実施形態の場合、熱源 13に取り付けられていて、石英 パイプ 3の右端または左端力も熱源 13までの水平方向の離間距離を測定することで 、熱源 13による石英パイプ 3上の加熱位置 HIを検出する。位置検出手段 25が検出 した加熱位置 HIは、制御部 27に通知される。
[0027] 図 2は、第一実施形態の光ファイバ母材を製造する装置の制御部の動作を示すブ ロック図である。制御部 27は、第 1の制御手段 27aと第 2の制御手段 27bとを備えてい る。また、制御部 27は、加熱位置 HI毎の、石英パイプ 3内の圧力とパイプの形状の 変化量との関係、および、石英パイプ 3内の圧力と導入ガス量との関係を収集したデ ータと、そのデータに基づいて、加熱位置 HI毎の適正な石英パイプ内の圧力を確保 し得る導入ガス量を算出する演算パターンとを保有している。
[0028] 第 1の制御手段 27aは、位置検出手段 25から熱源 13による加熱位置 HIの情報を 受け取り、演算パターンに基づいて加熱位置 HI毎に決定される流量パターンに従つ て、流量制御手段 21bを介して第 1のバッファガス導入部 21からバッファ室 11への導 入ガス量を制御する。第 1の制御手段 27aとは別系統の第 2の制御手段 27bは、演算 パターンに基づいて加熱位置 HIに応じて石英パイプ 3内の圧力の目標値を算出し、 圧力計 15から通知された石英パイプ内の圧力の実測値が目標値に一致するように、 流量制御手段 22bを介して、バッファ室 11に供給する導入ガス量を調整する。
[0029] 光ファイバ母材を製造する装置 1は、石英パイプ 3の一端から内部にガラス原料を 投入しつつ、石英パイプ 3を外部から熱源 13によって加熱することで、石英パイプ 3 内にガラス層 33を堆積させる。その際、制御部 27がバッファガス導入部 21 , 22から バッファ室 11への導入ガス量に対して、第 1の制御手段によるパターン制御と第二の 制御手段によるフィードバック制御とを行い、石英パイプ 3内の圧力を所定の圧力に 制御する。パターン制御は石英パイプ 3内に印加させたい圧力変化を大きな変更幅 で一気に変更するのに極めて有用である。また、フィードバック制御は石英パイプ 3 内の圧力を正確に微調整するのに極めて有用である。
[0030] このように、性質の異なるパターン制御とフィードバック制御とを組み合わせて実施 することで、石英パイプ 3内圧力の調整範囲が大きくても、調整動作の過応答を招く ことなぐ石英パイプ内の圧力を速やかに目標とする適正値に調整収束させることが 可能になる。従って、薄肉の石英パイプ 3に大きな堆積速度でガラス層 33を堆積させ る場合でも、石英パイプ 3の形状の変動を防止して、良好な製造を連続実施すること ができる。 [0031] 内周面にガラス層を所定厚さで堆積させた石英パイプ 3は、さらに加熱してコラブス によって中実化することで、光ファイバ母材に仕上げられる。中実化の際には、石英 パイプをそのまま収縮させて中実化しても良レ、し、予め石英パイプ 3の中空部にガラ スロッドを揷入して、コラプスによってロッドとパイプとを一体化するようにしても良い。
[0032] また、第一実施形態では、ノ ッファ室 11に装備した圧力計 15によって石英パイプ 内の圧力を直接検出するようにしたが、圧力計 15の装備位置は、石英パイプ 3の原 料ガス導入側の端部や排気部 17等に変更することも可能であり、例えば排気部 17 に装備して、石英パイプ内の圧力を排気部の圧力との相対比較で間接的に求めると こもできる。
[0033] なお、第一実施形態では、石英パイプ内の圧力の調整のために、バッファ室 11に 導入される導入ガス量を調整するようにした。しかし、導入ガス量を調整する代わりに 、排気部 17から排気される排気ガス量を調整しても、あるいは、排気ガス量および導 入ガス量を共に調整するようにしても、石英パイプ内の圧力の調整は可能である。
[0034] 図 3は、本発明に係る光ファイバ母材を製造する装置の第二実施形態を示す概念 図である。図 4は、第二実施形態の光ファイバ母材を製造する装置の制御部の動作 を示すブロック図である。第二実施形態の光ファイバ母材を製造する装置 101は、パ ターン制御の対象がバッファー室からの排気ガス量になっている点で第一実施形態 と異なる。
[0035] 光ファイバ母材を製造する装置 101は、制御部 127を有する。これに伴い、光ファ ィバ母材を製造する装置 101では、光ファイバ母材を製造する装置 1で装備していた 第 2のバッファガス導入部 22を削除したり排気部 17の排気管 17aに流量制御手段 1 17を装備したり一部の構成を変更しているが、それ以外の構成は光ファイバ母材を 製造する装置 1と共通である。制御部 127は、第 1の制御手段 127aと第 2の制御手 段 127bを備えている。また、制御部 127は、加熱位置 HI毎の石英パイプ 3内の圧力 とパイプの形状の変化量との関係、および、排気ガス量と石英パイプ 3内の圧力との 関係を収集したデータと、そのデータに基づいて加熱位置 HI毎の適正な石英パイプ 内の圧力を確保し得る排気ガス量を算出する演算パターンとを保有している。
[0036] 第 1の制御手段 127aは、位置検出手段 25から加熱位置 HIの情報を受け取り、演 算パターンに基づいて加熱位置 HI毎に決定される流量パターンに従って、流量制 御手段 117を介して排気部 17からの排気ガス量を制御する。第 2の制御手段 127b は、演算パターンに基づいて加熱位置 HI毎の石英パイプ 3内の圧力の目標値を算 出し、石英パイプ 3内の圧力が、圧力計 15から通知された石英パイプ内の圧力の実 測値が目標値に一致するように、流量制御手段 21bを介してバッファ室 11に供給す る導入ガス量を調整する。
[0037] なお、バッファ室 11に接続された排気部 17には、流量制御手段 117の他に、先の 第一実施形態と同様、バッファ室 11に連通した排気管 17aと、排気管 17aの開度を 調整することでバッファ室 11からの排気ガス量を制御する排気調整弁 17bとが装備さ れる。排気ガス量の制御方法は、排気調整弁 17bの開度を調整することで実施しても 良い。光ファイバ母材を製造する装置 101のように、加熱位置 HIの移動に応じて排 気部 17からの排気ガス量を調整するようにしても、石英パイプ内の圧力を大きな調整 範囲で一気に調整することが可能で、第一実施形態と同様の作用 ·効果を得ることが できる。
[0038] 図 5は、本発明に係る光ファイバ母材を製造する装置の第三実施形態を示す概念 図である。第三実施形態の光ファイバ母材を製造する装置 201は、第一実施形態に 示した光ファイバ母材を製造する装置 1の一部を改良したもので、加熱位置近傍で 石英パイプ 3の形状を撮影する CCDカメラ 231と、 CCDカメラ 231の撮影した画像を 解析して石英パイプ 3の形状 (外径、内径、肉厚)を算出する画像解析処理装置 232 とから構成される形状測定手段 230を有する。
[0039] 第三実施形態に装備された制御部 227は、熱源 13による石英パイプ 3上の加熱位 置 HIに応じて予め設定された流量パターンに従って第 1のバッファガス導入部 21に よる導入ガス量を制御する第 1の制御手段 227aと、石英パイプ 3上の加熱位置近傍 で石英パイプ 3の形状を測定し測定されたパイプ形状を予め設定された目標パイプ 形状に一致させるために必要な石英パイプ内の圧力の最適値を決定する最適圧算 出部 227bと、圧力計 15の検出した実測値が最適圧算出部 227bの算出した最適値 に一致するように、第 2のバッファガス導入部 22への導入ガス量をフィードバック制御 する第 2の制御手段 227cとを備えている。第三実施形態の場合、最適圧算出部 22 7bは、形状測定手段 230の画像解析処理装置 232の解析結果から、加熱位置近傍 での石英パイプ 3の形状情報を獲得する。
[0040] 光ファイバ母材を製造する装置 201では、石英パイプ 3の一端から内部にガラス原 料を投入しつつ、石英パイプ 3を外部から熱源 13によって加熱することで、石英パイ プ 3内にガラス層 33を堆積させる。その際、制御部 227がバッファガス導入部 21 , 22 からバッファ室 11への導入ガス量を調整することで、石英パイプ 3内の圧力を所望の 圧力に調整して、 MCVD法による光ファイバ母材製造を実現する。
[0041] 図 6は、第三実施形態の光ファイバ母材を製造する装置の制御部の動作を示すブ ロック図である。制御部 227は、第 1の制御手段 227aおよび第 2の制御手段 227cが 、それぞれ個別に、導入ガス量を制御する。第 1の制御手段 227aは、位置検出手段 25から熱源 13による加熱位置 HIの情報を受け取り、その情報に応じて予め設定さ れた流量パターンに従って第 1のバッファガス導入部 21への導入ガス量を制御して 、石英パイプ 3内の圧力を所定圧に変化させるパターン制御を実施する。
[0042] 第 1の制御手段 227aの処理に並行して、最適圧算出部 227bは、形状測定手段 2 30を介して、石英パイプ 3上の加熱位置 HI近傍での石英パイプ 3の形状としての外 径寸法を測定し、測定されたパイプ形状が予め設定された目標パイプ形状に一致す るために必要な石英パイプ内の圧力の最適値を決定する最適圧算出工程を実施す る。
[0043] そして、第 2の制御手段 227cは、圧力計 15により算出した石英パイプ 3内の圧力 の実測値が最適圧算出部 227bの算出した最適値に一致するように、石英パイプ 3 内の圧力の実測値に基づいて第 2のバッファガス導入部 22への導入ガス量をフィー ドバック制御する。なお、石英パイプ 3の形状の実測値が、熱源 13の加熱位置 HIに 応じて予め設定される形状の目標値に一致するように、石英パイプ内の最適圧力を 算出せずに、バッファガス導入部 21 , 22の導入ガス量を制御してもよい。
[0044] 光ファイバ母材を製造する装置 201が実施する製造方法では、光ファイバ母材を 製造する装置 1が実施する製造方法の場合と同様に、 MCVD法による光ファイバ母 材製造工程において、熱源 13の往復移動によって石英パイプ 3を外周力、ら加熱した 際に石英パイプ 3外径の変動の要因を防止するべぐパターン制御と、フィードバック 制御とで石英パイプ 3内の圧力を制御する。
[0045] その場合に、パターン制御は、第一実施形態の場合と同様に、熱源 13の加熱位置 HIに対応して導入ガス量を導入して石英パイプ内の圧力を調整するもので、石英 パイプ 3内に印加させたい圧力変化を、大きな変更幅で一気に変更するのに極めて 有用である。一方、光ファイバ母材を製造する装置 201におけるフィードバック制御 は、石英パイプ 3の形状を予め設定された目標形状に調整するべく最適圧算出部 2 27bで算出した石英パイプ 3内の圧力の最適値と圧力計 15が検出した実測値に基 づいて、導入ガス量をフィードバック制御するもので、石英パイプ 3内の形状を正確 に微調整するのに極めて有用である。
[0046] そして、性質の異なるパターン制御とフィードバック制御とを組み合わせて実施する ことで、第一実施形態の場合と同様に、石英パイプ内の圧力の調整範囲が大きくて も、調整動作の過応答を招くことなぐ石英パイプ内の圧力を速やかに目標とする適 正値に調整収束させることが可能になる。従って、薄肉の石英パイプ 3に大きな堆積 速度でガラス層 33を堆積させる場合でも、石英パイプ 3の形状の変動を防止して、良 好な製造を連続実施することができる。
[0047] なお、石英パイプ 3内の圧力によって影響を受ける石英パイプ 3の形状としては、石 英パイプ 3の外径、または内径、またはパイプの肉厚が存在するが、最適圧算出ェ 程で監視する形状は、その内のいずれか少なくとも一つでよぐそれぞれの形状の測 定に必要な測定機器や測定方法を吟味して、測定し易い形状パラメータを選択すれ ば良い。石英パイプ 3の外径、または内径、またはパイプの肉厚のいずれの形状パラ メータを採用しても、正確な測定ができれば、フィードバック制御における制御処理 精度の向上に貢献でき、石英パイプ 3の形状を安定維持した良好なプリフォームの 製造を実現することができる。
[0048] 石英パイプ 3の形状の測定方法としては、 CCDカメラで撮影した画像を処理するこ とで石英パイプ 3の外径、内径、肉厚を測定する方法の他に、レーザ外径測定器を 使用して加熱位置付近における石英パイプ 3の外径を測定する方法、さらには、透 過 X線を利用した外径、内径、肉厚の測定方法、さらには、音波や光を石英パイプ 3 に照射して、音波の伝搬時間や光の光路長を解析することで石英パイプの肉厚等を 測定する方法を採用することもできる。
[0049] また、 MCVD法による光ファイバ母材製造方法においては、石英パイプ 3内のガラ ス層 33の堆積速度がたとえば 0.5 g/分以上と大きくなるほど、長手方向における石 英パイプ 3内のガラス層の堆積量の変化が大きくなり、石英パイプ 3内の圧力の調整 範囲が大きくなる。その場合には、上記の各実施の形態にも示したように、パイプ内 圧力を大きな範囲で一気に調整するのに適したパターン制御と、パイプ内圧力を小 さな範囲で正確に微調整するのに適したフィードバック制御とを組み合わせて実施 することが極めて有効になる。そして、安定したプリフォーム製品の製造が実現できる と同時に、堆積速度の向上によってプリフォーム製品の生産性を向上させることが可 肯 になる。
[0050] ところで、パイプの外径は、ススの収縮力によって一旦縮径した後、パイプ内の圧力 によって再び膨張する場合がある。従って、一定の条件でフィードバック制御をかけ る場合、ノ イブの形状を測定する位置においてパイプが収縮中力、膨張中か、ある いは膨張後かで、フィードバック制御がうまく働かなくなる恐れがある。例えば収縮中 や膨張中のところで外径を測定すると、制御によって、必要よりも大きな内圧をかけて しまって、大きく膨張させてしまう恐れがある。また、膨張後の箇所は、ガラスが透明 化している部分よりも 10— 50
mm後方となるため、その部分で外径を読むと、制御が遅くなる恐れがあり、その遅れ を補償しょうとして、パイプ内の圧力を大きく変化させ、その結果、外径が周期的に大 きく変動してしまう恐れがある。
[0051] このような、大きなパイプの外径変動は、 MCVD法の堆積速度が 0.5g/分より大きぐ スス体の堆積量が多い場合に発生しやすい。また、特にパイプの外表面の温度が 1600°C以上となる長さが 50 mm以上となるといつた、ヒートゾーンが広い場合には発 生しやすいことが判っている。
[0052] それを避けるためには、パイプの長手方向で複数の点を測定し、この測定からパイ プの膨張後の外径を予測し、予見的に制御を実施するのが好ましい。こうする事で、 大きな外径変動を抑制することが可能となる。測定位置は、パイプの縮径が開始して レ、ない位置、縮径部、膨張部、膨張が完了した位置とするとよい。 [0053] 予見的な制御とは、それぞれの測定位置での外径、および、それぞれの測定点の 位置から、ノ イブが縮径 ·膨張する速度、および膨張後の外径を予見し、現在印加し ているパイプ内の圧力に対して、どの程度圧力を上昇、または下降すれば良いか、 算出して制御する方法が例として挙げられる。あるいは、それぞれの外径の測定位 置での温度を測定し、または他の点での温度の測定値から伝熱の式によって予測し 、その結果に従ってパイプの粘度を求め、表面張力によってパイプがどの程度縮径、 膨張しているかを予測することで、膨張後の外径を予見する方法が、あげらる。
[0054] 急激に圧力を上昇'下降させると、制御の遅れが発生した場合、大きく外径が変化 してしまう。そして、その大きく変化した外径を制御に用いると、さらに反対方向（膨張 した場合は急激な縮径、縮径した場合は急激な膨張）の変形が発生してしまう。この ように、外径の周期的で、急激な変化が発生しやすい。これは、パイプの内圧の変化 量を ± 50 Pa/秒以下の範囲に制限すれば避けられる。
実施例 1
[0055] 光ファイバ母材を製造する装置 1を用いて、第一の制御手段で加熱位置に応じて バッファガスの導入量をパターン制御するとともに、第二の制御手段で石英パイプ内 の圧力が目標値になるようにバッファガスの導入量をフィードバック制御する実施例 1 、フィードバック制御のみおこなう比較例 1、および、パターン制御のみおこなう比較 例 2について、石英パイプ内の実際の圧力を比較した。
[0056] いずれの場合でも、外径 (直径) 34mm、肉厚 4mm、長さ 800mmで 0. 2重量％の C1 が添加された石英パイプを用いた。熱源は、熱プラズマバーナーを使用した。パーナ の往復運動の速度、すなわち、石英パイプ上での加熱位置の移動速度は、 100 mm/分とした。石英パイプの外表面の最高温度は 2200°C、ガラス層の合成速度は 1 g/分になるように調節した。ガラス層の純石英に対する比屈折率差の目標値は 0. 4 0%である。石英パイプの他端にはバッファ室を設けた。バッファ室内の圧力を石英 パイプ内の圧力とみなした。また、排気ガス量は、ノくッファガスを流さない状態で石英 パイプ内の圧力力 S— 20 Pa程度になるように設定した。以上の条件で、 MCVD法で 5 層分のガラス体の堆積を実施する。
[0057] なお、上記の条件で MCVD法を実施する際、加熱位置がガラススス体の堆積量が 少ない原料ガス導入側端に近い位置の時には、石英パイプ内の圧力を +50
Pa程度、加熱位置がガラススス体の堆積量が多い排気端に近い位置の時には、石 英パイプ内の圧力を +400 Pa程度にする必要があることが判っている。
[0058] 図 7は、ノ イブ内圧力の目標値 (設定圧力）と実測値及びバッファガス流量とを加熱 位置に対してプロットしたグラフであり、（a)は比較例 1におけるグラフ、（b)は比較例 2に おけるグラフである。比較例 1の場合は、石英パイプ内の圧力の目標値と実測圧力と の間に、図示のように、 ±40Pa程度の差が生じ、その結果、石英パイプの外径 (直径 )に基準値に対して ± 2mm程度の誤差が生じた。また、ノ ッファガスの導入量は、石 英パイプ内の圧力の目標値と実測圧力との差分に相応して、 10— 46SLM (標準状 態におけるリットル/分で表した流量）に変化していた。比較例 1では、製造された石 英パイプを中実化した長さ 500 mmのガラスロッドにおいて、ガラス層合成部の直径が 5. 5 ± 0. 2mmとなり、純石英に対する比屈折率差が 0. 395 ± 0. 10%となり、満足 できる品質ではなかった。
[0059] 比較例 2の場合は、バッファガスの導入量変更に伴って、排気の条件が変化してし まい、ガラススス堆積中に発生したススが排気部に詰まるなど不具合が発生する場合 もあった。そして、比較例 2の場合も、図示のように、石英パイプ内の圧力の目標値と 実測圧力との間に、 ±40Pa程度の差が生じ、その結果、石英パイプの外径 (直径)に 基準値に対して ± 2mm程度の誤差が生じた。また、比較例 2の場合は、バッファガス の導入量が、加熱位置の移動に伴って、 10— 45SLMの変化を示した。比較例 2で は、製造された石英パイプを中実化した長さ 500 mmのガラスロッドにおいて、ガラス 層合成部の直径が 5. 7 ± 0. 2mmとなり、純石英に対する比屈折率差が 0. 410 ± 0 . 10%となり、満足できる品質ではなかった。
[0060] 図 8は、実施例 1においてパイプ内圧力の目標値と実測値及びバッファガス流量と を加熱位置に対してプロットしたグラフである。実施例 1では、第 1のバッファガス導入 部からの導入ガス量をパターン制御により 2 18SLMと変化させた。カロえて、第 2の バッファガス導入部からの導入ガス量を、フィードバック制御により石英パイプ内の圧 力の実測値と目標値との差分に相応して、 10 20SLMと変ィ匕させた。その結果、 石英パイプ内の圧力は、 目標値に対して ± 3 Paという極めて微小なずれに抑えることができ、良好な制御が可能になった。
実施例 2
[0061] 実施例 2では、光ファイバ母材を製造する装置 201を用いて、第一の制御手段でバ ッファガスの導入量を加熱位置に応じてパターン制御するとともに、第二の制御手段 でバッファガスを石英パイプ内の圧力が目標値になるようにフィードバック制御した。 図 9は、実施例 2においてパイプ内圧力の目標値と実測値及びバッファガス流量とを 加熱位置に対してプロットしたグラフである。使用した石英パイプ、熱源は実施例 1と 同じである。製造条件は、熱源の速度を 150 mm/分、石英パイプの外表面の最高温 度を 2200°C、ガラス層の堆積速度を 1 g/分、ガラス層の純石英に対する比屈折率 差の目標値を 0. 40%とした。また、排気の量はバッファガスを流さない状態で石英 パイプの内圧が— 30 Pa程度になるようにした。以上の条件で、 MCVD法により 10層 のガラス層の堆積を実施する。
[0062] なお、図 5に示した装置構成において、 CCDカメラ 231によって測定される石英パ ィプ 3の外径力 石英パイプ 3の長手方向全域に渡って直径で 34mmとなるように、 最適圧算出部 227b及び第 2の制御手段 227cによるフィードバック制御を実施した。 また、第 1のバッファガス導入部からの導入ガス量は加熱位置の移動に応じて、 8— 4 0SLMと変ィ匕させた。フィードバック制御する第 2のバッファガス導入部からの導入ガ ス量は、石英パイプ内の圧力の実測値と目標値との差分に相応して、 10 17SLM の変化を示した。最適圧算出部 227b及び第 2の制御手段 227cによるフィードバック 制御により、加熱位置が原料ガス導入端に近い位置の時には、石英パイプ内の圧力 力 S+45Pa程度、加熱位置が排気端に近い位置の時には、石英パイプ内の圧力が +4 15Pa程度になる石英パイプ 3内の圧力制御が可能になった。
[0063] 実施例 2の製造工程では、石英パイプ内の圧力は、 目標値に対して ± 3Paという極 めて微小なずれに抑えることができ、良好な制御が可能になった。さらに、石英パイ プの外径変動も、直径で 34. 0 ± 0. 2mmとなり、実施例 1よりもさらに好結果が得ら れた。また、実施例 2で製造された石英パイプを中実化した時長さ 500 mmのガラス口 ッドは、ガラス層堆積部の直径が 5. 6 ± 0. 1mmとなり、純石英に対する比屈折率差 が 0. 400± 0. 06%となり、ばらつきの小さい満足できる品質が得られた。 [0064] 表 1は、 MCVD法で石英パイプ内にガラス層を堆積させる際に、石英パイプの原料 流に関して下流側 (他端側）を一定の形状に保っておくのに必要な圧力（圧力の最 大値）を堆積速度 0.2— 2.0 g/分の各々の場合において示したものである。なお、石 英パイプの原料流に関して上流側 (一端側)を一定の形状に保っておくのに必要な 圧力（圧力の最小値）は、堆積速度 0.2— 2.0 g/分のいずれの場合でも +45 Paである 。また、図 10は、表 1のパイプ内圧力の最大値と最小値の比を各々の堆積速度に対
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[0065] [表 1]
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[0066] いずれの堆積速度においても、石英パイプの形状を一定に保っておくのに必要な 圧力は一端側と他端側とで異なる。石英パイプ 3に長手方向での形状変動を生じさ せないためには、加熱位置の移動に伴って石英パイプ 3内の圧力を調整することが 不可欠であり、ガラス層 33の堆積速度が大きくなるほど必要な調整範囲（最大値と最 小値の比）は増大する傾向にある。最大値と最小値との比は 2倍以上に設定すること が望ましい。比を 2倍以上に設定すれば、ガラス層 33の堆積速度が 0. 5 g/分以上で あっても、表 1および図 10が示すように、石英パイプ 3の形状を一定に保っておくこと が出来る。ガラス層 33の堆積速度を 0. 5 g/分以上の高速にして、ガラス層 33の堆 積を繰りかえすことによって、大型の母材を安定製造することが可能になる。 [0067] なお、本発明に係る光ファイバ母材を製造する方法では、石英パイプ 3の形状とし て外径を実測して、実測外径とあらかじめ設定した目標外径との差で、石英パイプ 3 内圧力の最適値を算出する際に、実測外径とあらかじめ設定した目標外径との差の 許容値をあらかじめ設定しておけば、許容値の範囲内であれば、最適値の算出処理 を省略して、処理を簡略化することができる。また、その場合の許容値は、光ファイバ ィ匕される領域に換算して規定しておけば、外径に寸法誤差が生じても、光ファイバ化 された状態では実害の無い範囲に、品質を維持することができ、設計仕様通りの安 定した品質の製品を歩留まり良く製造することができる。具体的には、石英パイプ 3は 、ガラス層 33を堆積した後の外径の直径での変動量力 後の製造処理工程で光ファ ィバ化される領域で ± 1
mm以下となるように規制すると良い。
実施例 3
[0068] 光ファイバ母材を製造する装置 201を用いて、パターン制御とパイプ外径を所定値 にするようなフィードバック制御をともにおこなう実施例 3、石英パイプ内の圧力を所定 値にするフィードバック制御のみをおこなう比較例 3、および、パイプ外径を所定値に するフィードバック制御のみをおこなう比較例 4、について、 MCVD法によって石英 パイプ内にガラス層を堆積させた。
[0069] いずれの場合でも、外径 (直径) 42mm、肉厚 3mm、長さ 800mmで 0. 2重量％の C1 が添加された石英パイプを用いた。熱源は、熱プラズマを用いたプラズマバーナーを 使用した。パーナの往復運動の速度は 140mm/分とした。石英パイプの外表面の最 高温度を 2200°C、ガラス層の合成速度は 0.2 3.0 g/分になるように調節した。実施 例 3および比較例 4におけるパイプ外径（直径）の所定値は 42 mmとした。以上の条件 で MCVD法で 20層分のガラス体を堆積し、ガラス層堆積完了後の石英パイプ外径の 変動量と、さらに石英パイプを中実化した後のガラスロッドの径の変動量を測定し比 較した (表 2)。
[0070] なお、パイプ外径の測定は、パイプの一端、他端からそれぞれ 100mmを除いた中 間部分 600 mmを CCDカメラで撮影し画像処理することでおこなった。また、ガラス口 ッドの径の測定は、ガラス堆積部一端から 200mm、他端から 150mmを除いた中間 部分 450 mmで測定した。
[0071] [表 2]
Figure imgf000022_0001
[0072] 図 11は、表 2のそれぞれの例において堆積速度に対してガラスパイプの外径の変 動量をプロットしたグラフであり、図 12は、表 2のそれぞれの例において堆積速度に対 してガラスロッドの径の変動量をプロットしたグラフである。以上の測定結果から明ら かなように、比較例 3, 4とも各堆積速度に対するパイプ外径変動及び内付け部の径 の変動は大きく変化した。これに対し、実施例 3では、パイプ外径変動および内付け 部の径の変動のいずれにおいても、ばらつきの小さい満足のできる品質が得られた 実施例 4
[0073] 外径 (直径)が φ 42、肉厚が 3 mmであり、 0.6重量％のフッ素を含む石英パイプを、熱 源として熱プラズマパーナを使用して、パイプ外表面の最高温度が 1800°Cとなるよう に加熱し、堆積速度 1.5g/分の GeO -P 0 -SiOガラス層（比屈折率差は純 SiOに対
2 2 5 2 2 して 0.3%程度）を堆積した場合の外径変動を求めた。図 13は、実施例 4において石 英パイプ内の圧力の変化率の上限をパラメータとして、石英パイプの外径 (直径)を石 英パイプの長手方向の位置に対してプロットしたグラフである。図 13において、 I)は、 パイプの内圧の変動に制限を設けなかったとき（最大 ± 80 Pa/秒で変化）、 Π)はパイ プの内圧の変動を ± 60 Pa/秒に制限したとき、 III)はパイプの内圧の変動を ± 50 Pa/ 秒に制限したとき、 IV)はパイプの内圧の変動を ± 30 Pa/秒に制限したとき、 V)はパイ プの内圧の変動を ± 10 Pa/秒に制限したとき、である。このとき、パイプ内の圧力の それぞれ平均値は +200 Pa程度であった。
[0074] パイプの内圧の変動の大きな、（1)、（Π)の条件ではパイプ外径の変動が直径で ±
1 mmよりも大きぐ MCVD法としては十分な品質を得ることが出来なレ、。 （ΠΙ)の ± 50 Pa/秒に制限した場合には、変動を ± lmm以下に抑えることが可能である力 （IV)の ± 30 Pa/秒に制限した場合よりも変動量が大きくなつている。 （V)の ± 10 Pa/秒以下 にまで、パイプ内圧の変化を抑制してしまうと、パイプ内の圧力変化が遅くなりすぎ、 ススの堆積厚みが厚くなる部分で縮径が見られた力 外径の変動量を直径で ± 1mm 以内に抑制することは可能である。
[0075] このように、パイプ内圧の時間あたりの変化量を ± 50
Pa/秒以下に、より好ましくは ± 30 Pa/秒以下に制限すると、外径の変動を抑制でき、 良好な MCVD法を実施可能である。また、内圧の変化量を制限する場合には、 ± 10 Pa/秒以上の変化は許容すると良い。
実施例 5
[0076] 図 1の石英パイプ 3の下流域、ハンドリング用パイプ 6には、透明化していないススが 大量に堆積してしまう箇所がある。このようなススは、図示しないススを搔き出す手段 によって搔き出され、スス捕集部 31に捕集されたり、排気部 17から排出されたりする 力 搔き出しきれずに石英パイプ 3の下流域やハンドリング用パイプ 6に残留してしま うスス体も多い。このようなスス体は、ノイブ内の圧力が減少すると、逆流してしまう場 合がある。有効部へのススの逆流は、光ファイバ母材の不良に繋がるので、発生させ ない方が良い。なお、このような逆流は、パイプ内の圧力と、パイプ外の圧力が殆ど 等しくなる場合に、発生しやすいことが判った。
[0077] 表 3は、パイプ内の圧力と、その圧力に保持した時間と、ススの逆流の有無との関係 を調査した結果である。パイプ内の圧力は目標値から、 ± 3Pa程度の偏差を含み、継 続時間は ±0.2秒程度の偏差を含む。そのため、ススの逆流は毎回発生するもので はないため、同じ条件 (N=20)だけ繰りかえし実施した際、そのうちの何回ススが逆流 したのかを調査したものである。
[0078] [表 3]
Figure imgf000024_0001
[0079] このように、パイプ内の圧力が低いほどススの逆流が発生する可能性が高くなること が判る。また、継続時間が長いほどススの逆流が発生する可能性が高くなることが判 る。好ましくは、 +20 Pa以下にならないようにするべきである。また、 +20 Paとなっても、
2秒以上、継続してはならない。
[0080] 日本特許出願 2004-053842(2004年 2月 27日出願)の明細書、クレーム、図面、要約 書を含むすべての開示は、本明細書に統合される。
産業上の利用可能性
[0081] 本発明の光ファイバ母材を製造する方法および装置によれば、長手方向で形状の 変化が少ない光ファイバ母材を得ることが出来る。薄肉の石英パイプに対して大きな 堆積速度でガラスを堆積させる場合に、特に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくともガラス原料を含むガスを石英パイプの内部に投入しつつ前記石英パイプ の長手方向に熱源を相対的に移動させて前記石英パイプを外部から加熱して前記 石英パイプ内にガラス層を堆積させる工程を有し、
前記堆積させる工程では、前記石英パイプに排気部またはバッファガス導入部が 合計で二つ以上接続され、前記排気部からの排気ガス量または前記バッファガス導 入部への導入ガス量の少なくとも一つがフィードバック制御されると共に、前記排気 部からの排気ガス量または前記バッファガス導入部への導入ガス量の他の少なくとも 一つが前記石英パイプ上の加熱位置に応じた流量パターンに従ってパターン制御さ れている、
光ファイバ母材を製造する方法。
[2] 前記堆積させる工程では、前記フィードバック制御は、前記石英パイプ内の圧力を 測定し、前記圧力が前記加熱位置に応じて設定される目標値に一致するように前記 排気部からの排気ガス量または前記バッファガス導入部への導入ガス量の少なくとも 一つを制御する、
請求項 1の光ファイバ母材を製造する方法。
[3] 前記堆積させる工程では、前記フィードバック制御は、前記加熱位置の近傍におけ る前記石英パイプの形状を測定し、前記形状が所定形状になるように前記排気部か らの排気ガス量または前記バッファガス導入部への導入ガス量の少なくとも一つを制 御する、
請求項 1の光ファイバ母材を製造する方法。
[4] 前記堆積させる工程では、前記形状の実測値を予め設定された目標値に一致させ るために必要な前記石英パイプ内の圧力の最適値を算出し、前記石英パイプ内の 圧力を前記最適値に一致させるように制御する、
請求項 3の光ファイバ母材を製造する方法。
[5] 前記堆積させる工程では、前記形状は前記石英パイプの外径、内径、肉厚の少な くとも一つである、
請求項 3または 4の光ファイバ母材を製造する方法。
[6] 前記堆積させる工程では、前記ガラス層の堆積速度は 0.5 g/分以上である、 請求項 1ないし 5のいずれかの光ファイバ母材を製造する方法。
[7] 前記堆積させる工程では、前記石英パイプ内の圧力の調整範囲における最大値と 最小値との比を 2倍以上とする、
請求項 1ないし 6のいずれかの光ファイバ母材を製造する方法。
[8] 前記堆積させる工程では、前記ガラス層を堆積した後の長手方向における前記石 英パイプの外径の変動量が直径で ± 1
mmw下である、
請求項 1なレ、し 7のレ、ずれかの光ファイバ母材を製造する方法。
[9] 前記堆積させる工程では、前記石英パイプ内における圧力の変化量が、 1秒あたり 、 -50 Pa以上 +50 Pa以下である、
請求項 1ないし 8のいずれかの光ファイバ母材を製造する方法。
[10] 前記堆積させる工程では、前記石英パイプ内における圧力が、継続して +20 Pa以 下となる時間が 2秒未満である、
請求項 1ないし 8のいずれかの光ファイバ母材を製造する方法。
[11] 石英パイプの一端から内部に少なくともガラス原料を含むガスを導入するガス供給 系と、
前記石英パイプの他端に接続可能な合計二つ以上の排気部またはバッファガス導 入部と、
前記石英パイプの長手方向に相対的に移動する熱源と、
前記熱源による前記石英パイプ上の加熱位置を検出する位置検出手段と、 前記加熱位置に応じた流量パターンに従って前記排気部からの排気ガス量または 前記バッファガス導入部への導入ガス量の少なくとも一つを制御する第 1の制御手段 と、
前記排気部からの排気ガス量または前記バッファガス導入部への導入ガス量の他 の少なくとも一つをフィードバック制御する第 2の制御手段
とを有す光ファイバ母材を製造する装置。
[12] 前記石英パイプ内の圧力を測定する圧力測定手段をさらに有し、 第 2の制御手段は、前記石英パイプ内の圧力が前記加熱位置に応じて設定される 目標値に一致するように、前記排気部からの排気ガス量または前記バッファガス導入 部への導入ガス量の他の少なくとも一つをフィードバック制御する、
請求項 11の光ファイバ母材を製造する装置。
前記熱源の加熱位置近傍で前記石英パイプの形状を測定する形状測定手段をさ らに有し、
第 2の制御手段は、前記形状測定手段により測定された前記パイプ形状をあらかじ め設定された目標パイプ形状に一致するように、前記排気部からの排気ガス量また は前記バッファガス導入部への導入ガス量の他の少なくとも一つをフィードバック制 御する、
請求項 11ないし 12のいずれかの光ファイバ母材を製造する装置。
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