(57)【要約】【課題】  バーナ先端から堆積面までの距離が大きい堆積環境の中においても、安定した火炎流が得られ、生成したガラス微粒子の付着効率が高く、堆積速度を大きく増加させることのできる光ファイバ用母材の製造方法を提供する。【解決手段】  中心ガス噴出ポートの外側に、該中心ガス噴出ポートに対して同心円状に複数のガス噴出ポートを有し、このうちの可燃性ガス噴出ポート内に、焦点距離が同一の複数の小口径ガス噴出ポートを有するガラス微粒子合成用バーナを用いて、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させてガラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を回転する出発母材上に堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法において、ガラス原料ガスと助燃性ガスを噴出する中心ガス噴出ポートのガス流速をＶ1、その外側の可燃性ガス噴出ポートに内包された、助燃性ガスを噴出する小口径ガス噴出ポートのガス流速をＶ2、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出ポートのガス流速をＶ3、さらにその外側の助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出ポートのガス流速をＶ4とするとき、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3＞Ｖ4となるように、ガス流速を制御することを特徴としている。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心ガス噴出ポートの外側に、該中心ガス噴出ポートに対して同心円状に複数のガス噴出ポートを有し、このうちの可燃性ガス噴出ポート内に、焦点距離が同一の複数の小口径ガス噴出ポートを有するガラス微粒子合成用バーナを用いて、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させてガラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を回転する出発母材上に堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法において、ガラス原料ガスと助燃性ガスを噴出する中心ガス噴出ポートのガス流速をＶ1、その外側の可燃性ガス噴出ポートに内包された、助燃性ガスを噴出する小口径ガス噴出ポートのガス流速をＶ2、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出ポートのガス流速をＶ3、さらにその外側の助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出ポートのガス流速をＶ4とするとき、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3＞Ｖ4となるように、ガス流速を制御することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項２】
中心ガス噴出ポートの外側に、該中心ガス噴出ポートに対して同心円状に複数のガス噴出ポートを有し、このうちの可燃性ガス噴出ポート内に、焦点距離が同一の複数の小口径ガス噴出ポートを有するガラス微粒子合成用バーナを用いて、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させてガラス微粒子を生成させ、該ガラス微粒子を回転する出発母材上に堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法において、ガラス原料ガスと混合させて中心ガス噴出ポートに供給する助燃性ガスの流量をＯ1、小口径ガス噴出ポートに供給する助燃性ガスの流量をＯ2、より外側の助燃性ガス噴出ポートに供給する助燃性ガスの流量をＯ3、小口径ガス噴出ポートを内包する可燃性ガス噴出ポートに供給する可燃性ガスの流量をＨとするとき、Ｈ／（Ｏ1＋Ｏ2＋Ｏ3）＞２かつ Ｏ1＜Ｏ2＜Ｏ3となるように、ガス噴出ポートに供給するガス流量を制御することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させてガラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を回転する出発母材に堆積させる光ファイバ用母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ用母材を製造するために、各種方法が提案されている。それらの方法の中でも、回転する出発部材にバーナの火炎中で生成したガラス微粒子をバーナもしくは出発部材を相対往復移動させて、付着堆積させ、得られたスート（ガラス微粒子堆積体）を電気炉内で脱水、焼結させる外付け法（ＯＶＤ法）は、比較的任意の屈折率分布のものが得られ、しかも大口径の光ファイバ用母材を量産できることから汎用されている。
【０００３】
従来、ガラス微粒子堆積体の合成には同芯多重管バーナが用いられているが、このような構造のバーナは、ガラス原料ガス、可燃性ガス及び助燃性ガスの混合が充分に行われないため、ガラス微粒子の生成が充分に行われなかった。その結果、収率が伸びず高速合成が困難であった。
この問題を解決するために、特許文献１は、可燃性ガス噴出ポート内に、中心の原料ガス噴出ポートを取り囲むように助燃性ガスを噴出する複数の小口径ガス噴出ポートを配置したマルチノズル型バーナを提案している。
【０００４】
さらに、噴出するガスの混合を促進させる方法として、特許文献２，３は、助燃性ガスを噴出する小口径ガス噴出ポートの焦点距離を適正化する方法を提案している。
しかしながら、積極的に混合を良くすることによって、ガラス微粒子の生成効率は向上するが、火炎の乱れが増大するために、堆積面において、ガラス微粒子の付着率が低下してしまい、ガラス微粒子の生成効率が向上したほどには、堆積速度が向上しないという問題があった。
さらに、特許文献４では、ガス噴出条件の最適化が検討され、小口径ガス噴出ポートの助燃性ガスと可燃性ガスとの流量比、及び小口径ガス噴出ポートの助燃性ガスとガラス原料ガスとの流速比を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平3-9047号公報
【特許文献２】特開平10-101343号公報
【特許文献３】特開2003-226544号公報
【特許文献４】特開2006-182624号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年、母材の大型化が求められており、そのためには、バーナに供給するガス流量を増大させる必要がある。その場合、輻射熱に対するバーナの保護及びバーナ先端へのガラス微粒子の付着防止等で、バーナと堆積部との距離を従来以上に大きくする必要があるが、距離をとることによって著しく火炎流の乱れが増大し、堆積効率が伸びないという問題が生じる。そのため、さらなる火炎安定策が必要となっている。
【０００７】
本発明は、バーナ先端から堆積面までの距離が大きい堆積環境の中においても、安定した火炎流が得られ、生成したガラス微粒子の付着効率が高く、堆積速度を大きく増加させることのできる光ファイバ用母材の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、中心ガス噴出ポートの外側に、該中心ガス噴出ポートに対して同心円状に複数のガス噴出ポートを有し、このうちの可燃性ガス噴出ポート内に、焦点距離が同一の複数の小口径ガス噴出ポートを有するガラス微粒子合成用バーナを用いて、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させてガラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を回転する出発母材上に堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法において、ガラス原料ガスと助燃性ガスを噴出する中心ガス噴出ポートのガス流速をＶ1、その外側の可燃性ガス噴出ポートに内包された、助燃性ガスを噴出する小口径ガス噴出ポートのガス流速をＶ2、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出ポートのガス流速をＶ3、さらにその外側の助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出ポートのガス流速をＶ4とするとき、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3＞Ｖ4となるように、ガス流速を制御することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、中心ガス噴出ポートの外側に、該中心ガス噴出ポートに対して同心円状に複数のガス噴出ポートを有し、このうちの可燃性ガス噴出ポート内に、焦点距離が同一の複数の小口径ガス噴出ポートを有するガラス微粒子合成用バーナを用いて、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解させてガラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を回転する出発母材上に堆積させて光ファイバ用母材を製造する方法において、ガラス原料ガスと混合させて中心ガス噴出ポートに供給する助燃性ガスの流量をＯ1、小口径ガス噴出ポートに供給する助燃性ガスの流量をＯ2、より外側の助燃性ガス噴出ポートに供給する助燃性ガスの流量をＯ3、小口径ガス噴出ポートを内包する可燃性ガス噴出ポートに供給する可燃性ガスの流量をＨとするとき、Ｈ／（Ｏ1＋Ｏ2＋Ｏ3）＞２かつ Ｏ1＜Ｏ2＜Ｏ3となるように、ガス流量を制御することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、バーナ先端から堆積面までの距離が大きい堆積環境の中においても、ガスの混合が促進されているため、ガラス微粒子の生成効率が高く、かつ安定した火炎流が得られるため、ガラス微粒子の付着効率が高く、堆積速度を大きく増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】光ファイバ用母材の製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】バーナ先端部の概略横断面図である。
【図３】Ｖ１／Ｖ２と堆積効率との関係を示すグラフである。
【図４】Ｖ２／Ｖ３と堆積効率との関係を示すグラフである。
【図５】Ｖ３／Ｖ４と堆積効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上記目的を達成するために研究を重ねた結果、同芯多重管バーナの或る一つの流路内に、同一の焦点距離を有する小口径のガス噴出ポートを一列又は複数列で内包するマルチノズルバーナにおいて、ガスの混合を促進させながら火炎流を安定化させるためには、可燃性ガス噴出ポートから噴出される可燃性ガスの内側と外側の両方から助燃性ガスを供給する必要があり、噴出ポート間の助燃性ガスと可燃性ガスの流速分布と流量分布が重要であることを見いだし、本発明に至った。
第一に、噴出ポート間のガスの供給構成として、可燃性ガス噴出ポートから噴出される可燃性ガスに対して、その内側の中心ガス噴出ポート及び可燃性ガス噴出ポート内に配置された小口径ガス噴出ポートから噴出される助燃性ガスを可燃性ガスと無駄なく混合させ、かつ可燃性ガスの外側への拡散、乱れを押さえ込むために、可燃性ガス噴出ポートの外側から助燃性ガスを供給する。  
【００１３】
第二に、噴出ポート間のガスの流速構成として、混合を促進させながらも、火炎流を安定化させるために、中心を流れるガラス原料ガスと助燃性ガスの流れに対して、助燃性ガスと可燃性ガスが混合しながら安定収束していくようなガス流速分布とする。具体的には、可燃性ガス流路内で供給される小口径ガス噴出ポートからの助燃性ガスＢの流速を可燃性ガスの流速よりも大きくする。これにより、流速の小さな可燃性ガスが流速の大きな助燃性ガスＢに引き込まれながら混合されるとともに、流速が大きい助燃性ガスＢの流れが流芯となり、可燃性ガスが助燃性ガスＢの流れに沿って安定して流れる混合ガスＤとなる。次に、混合ガスＤの中心部を流れるガラス原料ガスと助燃性ガスＡの混合ガスＣの流速を周りの助燃性ガスＢよりも大きくする。これにより、周りの混合ガスＤが中心の混合ガスＣに引き込まれながら混合される。これにより、ガラス原料ガスへの可燃性ガス及び助燃性ガスの混合が極めて促進され、ガラス微粒子の生成効率が向上するとともに、周囲の混合ガスＤが、中心の混合ガスＣを流芯として流れるために、火炎流の安定性がさらに向上する。
【００１４】
さらに、可燃性ガスの外側から流す助燃性ガス噴出ポートからの助燃性ガスの流速を可燃性ガスの流速よりも小さくする。これにより、周囲チャンバー内雰囲気中への可燃性ガスの拡散を抑えながら、可燃性ガスの流束を絞り込むことができるために、火炎流は極めて安定する。このように、可燃性ガス流の周囲の３系統から供給される助燃性ガスの流速を適正化することで、ガスの混合を促進するとともに、火炎流を安定化させることが可能となる。
【００１５】
そこで、第一の発明は、ガラス原料ガスと助燃性ガスを噴出する中心ガス噴出ポートのガス流速をＶ1、その外側の可燃性ガス噴出ポートに内包された、助燃性ガスを噴出する小口径ガス噴出ポートのガス流速をＶ2、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出ポートのガス流速をＶ3、さらにその外側の助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出ポートのガス流速をＶ4とするとき、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3＞Ｖ4となるように、ガス噴出ポートのガス流速を制御することにある。
なお、このようにしてガスの混合を促進させ、火炎流を安定化させたとしても、その流速条件を満たそうと、中心ガス噴出ポートに過剰に助燃性ガスを供給すると、ガラス原料ガスの反応を阻害し、逆に堆積速度が低下する。また、小口径ガス噴出ポートに過剰に助燃性ガスを供給すると、堆積面を冷やしてしまい、付着率が低下する。また、可燃性ガス噴出ポートの外側から供給される助燃性ガスが少なすぎると、可燃性ガスの拡散を抑えきれず、火炎流の安定性が低下し、ガラス微粒子の堆積を阻害させることがある。
【００１６】
そこで、このような堆積を阻害させないことを目的とした第二の発明は、ガラス原料ガスと混合させて中心ガス噴出ポートに供給する助燃性ガスの流量をＯ1、小口径ガス噴出ポートに供給する助燃性ガスの流量をＯ2、より外側の助燃性ガス噴出ポートに供給する助燃性ガスの流量をＯ3、小口径ガス噴出ポートを内包する可燃性ガス噴出ポートに供給する可燃性ガスの流量をＨとするとき、Ｈ／（Ｏ1＋Ｏ2＋Ｏ3）＞２かつ Ｏ1＜Ｏ2＜Ｏ3となるように、ガス噴出ポートに供給するガス流量を制御することにある。
以下、実施例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００１７】
［実施例１］
図１に示す装置を用いて外付け法により光ファイバ用母材の製造を行った。出発部材は、外径50ｍｍ、長さ1,000ｍｍのコアロッドの両端部に外径50ｍｍのダミーロッドを溶着したもので、インゴットチャック機構４により軸回りに回転自在に支持されている。この出発部材に向けて、バーナ３からファイバ用原料（ＳｉＣｌ4）等の蒸気と燃焼ガス（Ｈ2、Ｏ2）を吹き付け、火炎加水分解反応で生成したガラス微粒子50ｋｇを出発部材上に堆積させた。
バーナ３は、図示していないバーナガイド機構により、出発部材の長手方向に沿って往復移動自在に取り付けられている。なお、バーナ３の変わりに、出発部材をその長手方向に移動させる機構としても良い。
使用したバーナ３は、図２に示したような同芯多重管バーナであり、中心のガラス原料ガス噴出ポート６の外側に、シールガス噴出ポート７を介して、ガラス原料ガス噴出ポート６に対し同心円状に１列に配置された８本の小口径ガス噴出ポート９を内包する可燃性ガス噴出ポート８が設けられ、さらにその外側に、シールガス噴出ポート10を介して、助燃性ガス噴出ポート11が設けられている。なお、同一列に配置された８本の小口径ガス噴出ポート９は、いずれも同一の焦点距離150ｍｍを有している。
なお、バーナを構成する中心の第一管〜第五管及び小口径ガス噴出ポートの各管に、表１に示す種類のガスを流した。
【００１８】
【表１】
2010202445.tif 000002
【００１９】
実施例及び比較例１〜４として、ガス流量を同一とし、ガス噴出ポートの寸法（径）を変えることで、上記した各管のガス流速を変化させた。その結果を表２にまとめて示した。なお、Ｖ1は中心ガス噴出ポート（第一管）のガス流速であり、Ｖ2は小口径ガス噴出ポートのガス流速、Ｖ3は可燃性ガス噴出ポート（第三管）のガス流速、さらに、Ｖ4は助燃性ガス噴出ポート（第五管）のガス流速である。
【００２０】
【表２】
2010202445.tif 000003
【００２１】
その結果、ガス噴出ポートのガス流速をＶ1＞Ｖ2＞Ｖ3＞Ｖ4とした実施例１では、火炎が収束しながら混合されており、火炎流は安定していた。堆積効率は68.0％であった。
それに対して、中心径（第一管）を太くしてＶ1を小さくした比較例1では、中心の原料火炎が拡散し、その周囲の酸水素火炎流に乱れを生じた。結果として、堆積効率は64.6％に低下した。
次に、小口径ガス噴出ポートの内径を大きくしてＶ2を小さくした比較例２では、水素火炎の収束性が低下し、結果として、堆積効率は63.8％に低下した。
さらに、外側の第五管の内径を小さくしてＶ4を大きくした比較例３は、水素火炎が外側の酸素流に引き込まれて外側に拡散し、乱れた火炎流となった。その結果、堆積効率は、66.0％に低下した。
最後に、比較例４として、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3＞Ｖ4となるように各ガス噴出ポートの寸法を変更したバーナは、火炎流全体の収束性が大幅に低下し、堆積効率は43.0％にまで低下した。
【００２２】
［実施例２］
実施例１と同様にして、外径50ｍｍ、長さ1,000ｍｍのコアロッドの両端部に外径50ｍｍのダミーロッドを溶着した出発部材上に50ｋｇのガラス微粒子を堆積させた。
使用したバーナは、実施例１における実施例で使用したバーナを使用し、ガス流量を変えることで、各ガスの流速比を変更した。
Ｖ1とＶ2の流速比Ｖ1／Ｖ2を変えて堆積した結果を図３に、Ｖ2とＶ3の流速比Ｖ2／Ｖ3を変えて堆積した結果を図４に、Ｖ3とＶ4の流速比Ｖ3／Ｖ4を変えて堆積した結果を図５に示した。いずれも、横軸は流速比、縦軸は堆積効率（％）である。
その結果、Ｖ1／Ｖ2＞１、Ｖ2／Ｖ3＞１、Ｖ3／Ｖ4＞１の場合に、火炎が安定し、堆積効率が向上した。
【００２３】
［実施例３］
実施例１と同様にして、外径50ｍｍ、長さ1,000ｍｍのコアロッドの両端部に外径50ｍｍのダミーロッドを溶着した出発部材上に50ｋｇのガラス微粒子を堆積した。
使用したバーナの構造、バーナに供給したガスの種類は、実施例１と同様である。
助燃性ガスを噴出する流路のガス流速が、それぞれＶ1＝29.5ｍ/ｓ、Ｖ2＝25.9ｍ/ｓ、Ｖ4＝2.1ｍ/ｓの一定となるように、バーナの寸法を変えて、表３に示すように助燃性ガスの流量を変化させた。なお、Ｏ1は、中心ガス噴出ポートの助燃性ガスの流量、Ｏ2は、小口径ガス噴出ポートの助燃性ガスの流量、Ｏ3は、助燃性ガス噴出ポートの助燃性ガスの流量である。
【００２４】
【表３】
2010202445.tif 000004
その結果、実施例は、Ｈ／（Ｏ1＋Ｏ2＋Ｏ3）＞２ かつ Ｏ1＜Ｏ2＜Ｏ3としたことで、６８．０％の高い堆積効率を実現した。これに対して、Ｈ／（Ｏ1＋Ｏ2＋Ｏ3）＜２とした比較例１は、可燃性ガスが不足して、堆積効率が６５．７％に低下した。また、Ｏ1＜Ｏ2＜Ｏ3を満たさなかった比較例２〜４についても、堆積効率は実施例と比較して、低下した。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、火炎流が安定してガラス微粒子の堆積効率が増し、光ファイバ用母材の生産性向上に寄与する。
【符号の説明】
【００２６】
１．コア部、２．ダミーロッド、３．バーナ、４．インゴットチャック機構、５．排気フード、６．ガラス原料ガス噴出ポート、７．シールガス噴出ポート、８．可燃性ガス噴出ポート、９．小口径ガス噴出ポート、１０．シールガス噴出ポート、１１．助燃性ガス噴出ポート。
【図１】
2010202445.tif 000005
【図２】
2010202445.tif 000006
【図３】
2010202445.tif 000007
【図４】
2010202445.tif 000008
【図５】
2010202445.tif 000009