(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＣＶＤ法によって光ファイバ用母材を製造する際に、電気炉の発熱部に孔を開けずに石英管の表面の温度をモニターすることができる光ファイバ用母材の製造装置及びそれを用いた製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも石英管１０３を加熱させるための電気炉１０４を備える光ファイバ用母材の製造装置において、前記電気炉１０４の一端側に、前記石英管１０３の加熱部分を保護するための保護部材１０９ａ，１０９ｂが設けられており、前記保護部材１０９ａ，１０９ｂは、該保護部材の外表面から内表面まで達するように貫通孔が形成されていることを特徴とする光ファイバ用母材の製造装置。【選択図】図１
2010202484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも石英管を加熱させるための電気炉を備える光ファイバ用母材の製造装置において、
前記電気炉の一端側に、前記石英管の加熱部分を保護するための保護部材が設けられており、前記保護部材は、該保護部材の外表面から内表面まで達するように貫通孔が形成されていることを特徴とする光ファイバ用母材の製造装置。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記保護部材の外表面から前記電気炉の中心部の方向に向かって傾斜して前記保護部材の内表面まで達するように形成されている請求項１に記載の光ファイバ用母材の製造装置。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記石英管の長手方向に対して０°＜θ＜９０°の範囲の傾斜角度θを有する請求項１又は２記載の光ファイバ用母材の製造装置。
【請求項４】
前記保護部材の一端側に、前記石英管の変形を矯正するための矯正部材が設けられている請求項１乃至３に記載の光ファイバ用母材の製造装置。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の光ファイバ用母材の製造装置を用いて、光ファイバ用母材を製造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、特にＭＣＶＤ法によって光ファイバ用母材を製造するための製造装置およびそれを用いた光ファイバ用母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の光伝送路として一般的に使用されている光ファイバは、略円柱状の光ファイバ用母材（プリフォーム）を加熱、溶融して線引きすることで得られる。
【０００３】
この光ファイバ用母材の製造方法としては、例えば、光ファイバ用母材の製造装置に配置された石英管を回転させながら石英管の内部に原料ガスと酸素を流入させ、石英管の外側からバーナ（トーチ）、あるいは電気炉などの加熱手段によって石英管を加熱することによって、石英管の内壁にガラス膜を堆積させる内付け法（ＭＣＶＤ法：Modified Chemical Vapor Deposition）がある。
【０００４】
なお、他の製造方法としては、石英棒あるいはガラス種に、化学的蒸着によってガラス微粒子を大量に堆積させた後、脱水・透明ガラス化処理を行うことで光ファイバ用母材を製造するＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法、外付け法（ＯＶＰＯ：Outside Vapor Phase Oxidation）法がある。
【０００５】
図３は、従来の光ファイバ用母材の製造装置の模式図を示す。従来の光ファイバ用母材の製造方法は、図３に示すように、支持部材３０２ａ、３０２ｂの間に支持された石英管３０３を、その中心軸の廻りに回転させ、支持部材３０２ａ側の一端に設けられたガス供給管３０６からＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４、ＰＯＣｌ３、ＳｉＦ４、ＳＦ６などの原料ガス及び酸素を供給する。石英管３０３の下方にはバーナ３０４が設けられ、このバーナ３０４は石英管３０３の長手方向に沿って往復移動（トラバース）し、石英管３０３を加熱する。バーナ３０４による熱伝導加熱により、ガス供給管３０６から供給した原料ガス及び酸素を分解、酸化反応させてガラス微粒子を形成し、このガラス微粒子が石英管３０３の内壁に堆積することでガラス微粒子膜３０７ａ、３０７ｂが形成される。このガラス微粒子膜３０７ａ、３０７ｂを堆積させた直後に、バーナ３０４の往復移動によりガラス微粒子膜３０７ａ、３０７ｂがバーナ３０４の温度分布における最大温度で加熱され、透明ガラス化される。なお、原料ガス及び酸素の気相酸化反応により、Ｃｌ２を主体とする排ガスが生成されるが、この排ガスは、支持部材３０２ｂ側の他端に設けられたガス排出管３０８から排出される。
【０００６】
ガラス微粒子膜３０７ａ、３０７ｂは、バーナ３０４を移動させるためのキャリッジ３０５を基台３０１の長手方向に対して往復移動させることにより多層化される。これにより、石英管３０３の内壁面には、光ファイバにおける最外層のクラッド層に相当するガラス微粒子膜がまず堆積される。このクラッド層に相当するガラス微粒子膜に続いて、直接、あるいはディプレスト層となるガラス微粒子膜を形成した後に、コア層となるガラス微粒子膜がさらに堆積される。
【０００７】
クラッド層からコア層までのガラス微粒子膜の堆積が終了した後に、石英管３０３を中心軸方向につぶすカラプス工程に入る。このカラプス工程では、石英管３０３をバーナ３０４でガラス微粒子層を堆積させるときよりもやや高温で加熱することにより、キャリッジ３０５を往復移動させながらゆっくり石英管３０３をつぶしていき、最終的に棒状の光ファイバ用母材を作製する。なお、必要であれば、カラプス工程中にエッチング工程を入れることにより、石英管３０３の内部において酸化が十分に行われなかったＧｅＯなどの生成物を除去する。
【０００８】
一方、近年では、石英管を加熱する加熱手段として電気炉を用いた光ファイバ用母材の製造装置が、実用化されている（例えば、特許文献１、２）。図４は、加熱手段として電気炉を用いた場合の光ファイバ用母材の製造装置の模式図を示す。
【０００９】
図４で示す製造装置を用いた光ファイバ用母材の製造方法は、図３におけるバーナ３０４を電気炉４０４に置き換えた製造方法であり、製造装置の基本構成は図３と同じである。電気炉４０４は、例えば、ドーナツ状の形状をなし、その内部に誘導コイル４１０が設けられ、その誘導コイル４１０に電流を流すことにより電磁波を生じさせ、その電磁波からの輻射によって、電気炉４０４の内側面（誘導コイル４１０の内側部分）に設置されたカーボンエレメントを加熱し、その熱伝導によって石英管４０３を加熱する。なお、電気炉の内側面が石英管４０３の径方向の外周を囲むように設置されており、電気炉４０４自体は、その下部に設けるキャリッジ４０５に取り付けられている。
【００１０】
なお、電気炉４０４には石英管４０３の加熱領域を保護するために、電気炉両側にフランジ４０９ａ、４０９ｂが取り付けられている。また、図４の製造装置では、図３の製造装置と同様に、支持部材４０２ａ側の一端に設けられたガス供給管４０６から原料ガス及び酸素が供給され、電気炉４０４による輻射加熱により、供給された原料ガスが分解、酸化反応してガラス微粒子が形成され、このガラス微粒子が石英管４０３の内壁に堆積することにより、ガラス微粒子膜４０７ａ、４０７ｂが形成される。その後、透明ガラス化しながら、光ファイバにおけるクラッド層、ディプレスト層、コア層に相当するガラス堆積膜が形成される。原料ガスの気相酸化反応により、Ｃｌ２を主体とする排ガスが生成され、この排ガスは支持部材４０２ｂ側に設けられたガス排出管４０８から排出される。クラッド層からコア層に相当するガラス微粒子膜の堆積が終了した後に、カラプス工程を行う。なお、石英管４０３に供給する原料ガスの組成を変化させることにより、所望の屈折率分布を有する光ファイバ用母材を得ることができる。
【００１１】
図４に示すような電気炉を用いた従来の製造装置においては、石英管を周囲から均一に加熱できるため、ガラス微粒子膜の成膜速度を速くすることができる点、加熱原理が輻射であるため、ガラス微粒子膜が厚くなっても熱抵抗の大きさに依存せずに、ガラス微粒子膜の最内側反応部の温度を２０００℃程度に加熱することができる点、バーナを用いた従来の製造装置の場合のように、バーナとして酸水素バーナを用いることが無いため、原理的にＯＨ基の進入が無い点、バーナを用いた従来の製造装置の場合に懸念されていた石英管の外壁が２０％以上も削られるということがなく、削れ量を数％程度に抑制することができる点などの利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−０１１９１６号公報
【特許文献２】特開２００５−１５４１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この電気炉を用いた従来の光ファイバ用母材の製造装置では、ガラス微粒子膜４０７ａ、４０７ｂを堆積させる成膜工程において、石英管４０３が電気炉４０４により約２０００℃程度に加熱されるために変形し易い状態となっており、その高温加熱のために、石英管４０３が変形し、曲りや楕円、扁平などが生じることがある。このため、石英管４０３の変形を防止するために石英管４０３の表面の温度をモニターして温度制御器にフィードバックすることにより、変形が抑えられる温度領域に維持する対策が多用されている。例えば、従来技術では、誘導コイル４１０の内側、つまり電気炉４０４の発熱部４１１に孔を開ける構造をとることによって、石英管４０３の表面の温度をモニターしていた。
【００１４】
そのため、孔が開けられた発熱部４１１でスパーク等が生じ、発熱部４１１の破損および劣化が引き起こされていた。これらの不具合に起因し、石英管４０３の表面の加熱制御ができなくなるおそれや、石英管４０３の変形が防止できないおそれがあった。このように、曲りや楕円、扁平などの変形が発生した石英管４０３で、かつ石英管４０３の表面の加熱制御が十分でないと、石英管４０３の内壁に堆積されるガラス微粒子膜が均一に堆積しなくなり、得られる光ファイバ母材の屈折率分布が不均一になったりするという問題が生じていた。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、ＭＣＶＤ法によって光ファイバ用母材を製造する際に、電気炉の発熱部に孔を開けずに石英管の表面の温度をモニターすることができる光ファイバ用母材の製造装置及びそれを用いた製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記目的を達成するため、少なくとも石英管を加熱させるための電気炉を備える光ファイバ用母材の製造装置において、前記電気炉の一端側に、前記石英管の加熱部分を保護するための保護部材が設けられており、前記保護部材は、該保護部材の外表面から内表面まで達するように貫通孔が形成されていることを特徴とする光ファイバ用母材の製造装置を提供する。
【００１７】
前記貫通孔は、前記保護部材の外表面から前記電気炉の中心部の方向に向かって傾斜して前記保護部材の内表面まで達するように形成されていることが好ましい。
【００１８】
前記貫通孔は、前記石英管の長手方向に対して０°＜θ＜９０°の範囲の傾斜角度θを有することが好ましい。
【００１９】
前記保護部材の一端側に、前記石英管の変形を矯正するための矯正部材が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、ＭＣＶＤ法によって光ファイバ用母材を製造する際に、電気炉の発熱部を分断しない構造で石英管の表面の温度を精度良くモニターすることができる光ファイバ用母材の製造装置及びそれを用いた製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ用母材の製造装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光ファイバ用母材の製造装置の変形例を示す模式図である。
【図３】従来の光ファイバ用母材の製造装置を示す模式図である。
【図４】従来の光ファイバ用母材の製造装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ用母材の製造装置を示す模式図である。図１（ａ）において、光ファイバ用母材の製造装置は、基台１０１の両側に設けられた２つの支持部材１０２ａ、１０２ｂに石英管１０３の両端部分が接続され、この石英管１０３の長手方向軸を中心として回転させる回転機構駆動手段（図示せず）を有する。なお、後述するガラス微粒子膜を堆積させる工程、およびカラプス工程では石英管１０３は常時回転させているものとする。電気炉１０４は、例えば、ドーナツ状の形状をなし、その内部に誘導コイル１１０が設けられている。この誘導コイル１１０に電流を流すことにより電磁波を生じさせ、その電磁波からの輻射によって加熱された電気炉１０４の内側面（誘導コイル１１０の内側部分）に設置されたカーボンエレメントを加熱し、その熱伝導によって石英管１０３が加熱される。なお、電気炉１０４を基台１０１に取り付ける際には、電気炉１０４の内側面が石英管１０３の径方向の外周を囲むように設置し、電気炉１０４自体は、その下部に設けるキャリッジ１０５に取り付けられる。
【００２３】
電気炉１０４の両側には、電気炉１０４によって加熱された石英管１０３の加熱部分を保護するための保護部材（フランジ）１０９ａ、１０９ｂが設けられている。基台１０１に石英管１０３、および電気炉１０４を設置した状態で、支持部材１０２ａ側に設けられたガス供給管１０６からＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４、ＰＯＣｌ３、ＳｉＦ４、ＳＦ６などの原料ガス、および酸素を石英管１０３の内部に供給しながら、キャリッジ１０５を石英管１０３の長手方向に往復移動させることで、石英管１０３を加熱する。電気炉１０４による熱伝導加熱により、原料ガスを分解、酸化反応させてガラス微粒子を形成し、このガラス微粒子を石英管１０３の内壁に堆積させることによりガラス微粒子膜１０７ａ、１０７ｂを形成する。このガラス微粒子膜１０７ａ、１０７ｂを形成した直後に、電気炉１０４の往復移動によりガラス微粒子膜１０７ａ、１０７ｂが電気炉１０４の温度分布における最大温度（約２０００℃程度）で加熱され、透明ガラス化される。原料ガスの気相酸化反応により、Ｃｌ２を主体とする排ガスが生成されるが、この排ガスは支持部材１０２ｂ側に設けられたガス排出管１０８から排出される。
【００２４】
上記のような光ファイバ用母材の製造方法においては、電気炉１０４を往復移動させるためのキャリッジ１０５を基台１０１の長手方向に対して往復移動させることにより、ガラス微粒子膜１０７ａ、１０７ｂが多層膜化する。詳細には、石英管１０３の内部で光ファイバにおいて最外層となるクラッド層に相当するガラス微粒子膜が形成され、このクラッド層に相当するガラス微粒子膜に続いて、ディプレスト層、コア層に相当するガラス微粒子膜が順次形成される。クラッド層、ディプレスト層、コア層に相当するガラス微粒子膜の各々の層数は、例えば、数層から数十層である。
【００２５】
クラッド層からコア層までに相当するガラス微粒子膜の堆積が終了した後に、石英管１０３をその中心軸方向につぶすカラプス工程に入る。この工程では、石英管１０３の内壁にガラス微粒子膜を形成するときよりもやや高温で石英管１０３を電気炉１０４で加熱しながら、キャリッジ１０５を往復移動させてゆっくり石英管１０３をつぶしていき、最終的に棒状の光ファイバ用母材とする。なお、必要であれば、カラプス工程中に同時にエッチング工程を入れることにより、石英管１０３の内部にガラス微粒子膜を形成する際に十分に酸化しきれなかったＧｅＯなどの生成物を除去することができる。
【００２６】
以下では、本実施の形態に係る光ファイバ用母材の製造装置において、石英管１０３の表面の温度をモニターするための温度モニター機構について説明する。
【００２７】
石英管１０３の内部に形成されたガラス微粒子膜１０７ａ、１０７ｂの反応部の実際の温度は、電気炉１０４の中心部と推定される。そこで、本実施の形態では、電気炉１０４の中心部の温度をモニターするために、図１（ａ）に示すように、フランジ１０９ａの外表面からフランジ１０９ａの内表面に達するように温度モニター用の貫通孔１１１が形成されている。
【００２８】
この貫通孔１１１は、フランジ１０９ａの外表面から電気炉１０４の中心部の方向に向かって傾斜して内表面まで形成されていることが好ましい。その際、電気炉１０４における誘導コイル１１０の内側の発熱部１１３を分断しない構造とするために、フランジ１０９ａの外表面側から電気炉１０４の中心部の石英管１０３の表面がモニターできるように貫通孔１１１の傾斜角度を決める。貫通孔１１１の傾斜角度θは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、石英管１０３の長手方向に対して０°＜θ＜９０°の範囲で選択する。
【００２９】
電気炉１０４の中心部の温度は、温度モニター用の貫通孔１１１から放射される赤外線をパイロメータなどの受光手段によって受光して、温度に変換する。このような温度モニター機構を用いることにより、電気炉１０４の内部の発熱部１１３を分断することなく、常に石英管１０３の加熱温度の最適化が可能となる。
【００３０】
なお、貫通孔１１１の孔開け加工は、ドリルを用いたドリル加工、レーザ光を用いたレーザ加工などを用いることができる。この温度モニター機構により、電気炉１０４の内部の発熱部１１３を分断することなく、常に、石英管１０３の加熱温度を精度良く測定し、電気炉１０４の電流値にフィードバックすることにより、石英管１０３の加熱温度が過剰な場合に生じる曲りや楕円、扁平を抑制できる。また、石英管１０３の加熱温度が不足している場合に生じる未反応物の生成を低減することができる。
【００３１】
図２は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ用母材の製造装置の変形例を示す模式図である。図２における光ファイバ用母材の製造装置の主要な構成、および光ファイバ用母材の製造方法は、図１と同様である。図２において図１と異なる部分としては、石英管１０３に曲りや楕円、扁平などの変形が発生した場合に、その変形を矯正するための矯正部材１１２がフランジ１０９ａの一端側に設けられている。この矯正部材１１２を設けることによって、ガラス微粒子膜１０７ａ、１０７ｂを堆積させながら、同時に、石英管１０３の変形を矯正することができる。例えば、この矯正部材１１２を設けることによって、石英管１０３の直径に対する石英管１０３の変形率を０．５％以下に抑制することができる。
【００３２】
曲りや楕円、扁平などの変形を矯正する矯正部材１１２としては、２０００℃程度の耐熱性を有する材料からなるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、カーボン、セラミックス、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ムライト（３−Ａｌ２Ｏ３、２−ＳｉＯ２）などが挙げられる。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態に係る光ファイバ用母材の製造装置によれば、電気炉の内部の発熱部を分断することなく石英管の温度を常にモニターすることができるため、電気炉の内部の発熱部の破損や劣化が無く、ガラス微粒子膜の堆積における膜厚の不均一を抑制することができる。
【００３４】
また、本実施の形態に係る光ファイバ用母材の製造装置によれば、石英管の反応部温度を精度良くモニターすることができるため、石英管の加熱温度が過剰な場合に生じる曲りや楕円、扁平を抑制でき、また、石英管の加熱温度が不足な場合に生じる未反応物の生成も抑制することができる。
【００３５】
また、本実施の形態に係る光ファイバ用母材の製造装置によれば、石英管の内壁にガラス微粒子膜を堆積させながら、石英管の曲りや楕円、扁平などの変形を矯正することができるため、ガラス微粒子膜を堆積させる際に石英管の変形によるガラス微粒子膜の膜厚の不均一を抑制することができ、屈折率異常などの無い光ファイバ用母材が得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１０１  基台
１０２ａ、１０２ｂ  支持部材
１０３  石英管
１０４  電気炉
１０５  キャリッジ
１０６  ガス供給管
１０７ａ、１０７ｂ  ガラス微粒子膜
１０８  ガス排出管
１０９ａ、１０９ｂ  保護部材（フランジ）
１１０  誘導コイル
１１１  貫通孔
１１２  矯正部材
【図１】
2010202484.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010202484.tif 000006