(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ用母材合成用のバーナと、該バーナ本体を固定するバーナ固定台と、上記バーナにガラス原料とガスを供給するための供給装置と、上記バーナと該供給装置をつなぐチューブとを備えた光ファイバ製造装置において、上記バーナが、少なくともガラス原料を流す中心ポートと、可燃性ガス噴出ポートまたは助燃性ガス噴出ポートとが、該可燃性ガス噴出ポートまたは助燃性ガス噴出ポートが前記中心ポートを取り囲むように同心円状に配列されてなる多重管バーナであって、ガラス原料の供給用チューブと接続される側の前記中心ポートの端部を固定す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】
前記チューブの前記バーナとの接続部近傍を少なくとも一箇所以上固定することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項３】
前記ガラス原料の供給用チューブと接続される側の前記中心ポートの接続端部または前記チューブを前記バーナ固定台に固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項４】
ガラス原料をバーナに供給し、上記バーナにより形成された火炎中で酸化あるいは加水分解反応させ、ガラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を回転する出発材の先端あるいは外周に堆積させ、光ファイバ用母材を製造する方法において、上記バーナが、少なくともガラス原料を流す中心ポートと、可燃性ガス噴出ポートまたは助燃性ガス噴出ポートとが、該可燃性ガス噴出ポートまたは助燃性ガス噴出ポートが前記中心ポートを取り囲むように同心円状に配列されてなる多重管バーナであって、該バーナ本体を固定するバーナ固定台と、上記バーナにガラス原料とガスを供給するための供給装置と、バーナと該供給装置をつなぐチューブとを備え、ガラス原料の供給用チューブと接続される側の該中心ポートの端部を固定しつつ光ファイバ用母材を合成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】
【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装置に関するものである。特に、光ファイバ用多孔質母材を合成するためのバーナがガスまたはガラス原料ガスを供給するためのチューブの自重でたわみ、光ファイバ用多孔質母材の製造が不安定になることを防ぐための装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ファイバ用母材の製造方法によれば、ガラス微粒子を合成するためのバーナを固定し、バーナに火炎を形成するためのガス、及びガラス原料等をバーナに供給するため、変形可能なチューブをバーナの供給口に接続していた。そのため、接続されたチューブの重さがバーナの供給口にかかるので、バーナに歪みや、たわみが生じてしまい、バーナから噴出される原料流や火炎の方向が不安定となり、結果的に製造される多孔質母材の品質が安定しないものとなった。そこで、バーナの位置決め精度を向上させるためバーナをバーナ台にモールドで固定することが提案されている（実公平３−２２２５６号公報）。しかし、この方法はバーナとバーナ台を固定するには良いが、接続チューブの自重によるたわみを防ぐことにはできない。
【０００３】
このような従来法では、バーナに接続されたチューブの自重がバーナに作用し、バーナにたわみが生じてしまい、とくに多重管バーナの場合、中心ポートは外径が小さいために、チューブの自重の影響を受けやすいという欠点がある。従って中心ポートにガラス原料を流す場合、原料流の方向が不安定に変化してしまって多孔質母材の軸方向の成長速度が変動したり、屈折率を上げるための添加剤としてゲルマニウム化合物をバーナに同時に流す場合には製造される光ファイバ用母材の屈折率が軸方向で変動するなど品質が不安定となってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光ファイバ用多孔質母材の合成装置におけるバーナがガス又はガラス原料ガスを供給するためのチューブの自重でたわみ原料流の方向が不安定に変化してしまって多孔質母材の軸方向の成長速度が変動したり、光ファイバ用母材の屈折率が軸方向で変動したりする不安定要因を克服することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、下記の各光ファイバ用多孔質母材の合成装置によって達成することができる。
（１）光ファイバ用母材合成用のバーナと、該バーナ本体を固定するバーナ固定台と、上記バーナにガラス原料とガスを供給するための供給装置と、上記バーナと該供給装置をつなぐチューブとを備えた光ファイバ製造装置において、上記バーナが、少なくともガラス原料を流す中心ポートと、可燃性ガス噴出ポートまたは助燃性ガス噴出ポートとが、該可燃性ガス噴出ポートまたは助燃性ガス噴出ポートが前記中心ポートを取り囲むように同心円状に配列されてなる多重管バーナであって、ガラス原料の供給用チューブと接続される側の前記中心ポートの端部を固定することを特徴とする光ファイバ用母材の製造装置。
（２） 前記チューブの前記バーナとの接続部近傍を少なくとも一箇所以上固定することを特徴とする上記（１）に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【０００６】
（３）前記ガラス原料の供給用チューブと接続される側の前記中心ポートの端部または前記チューブを前記バーナ固定台に固定することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の光ファイバ母材の製造装置。
（４）ガラス原料をバーナに供給し、上記バーナにより形成された火炎中で酸化あるいは加水分解反応させ、ガラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を回転する出発材の先端あるいは外周に堆積させ、光ファイバ用母材を製造する方法において、上記バーナが、少なくともガラス原料を流す中心ポートと、可燃性ガス噴出ポートまたは助燃性ガス噴出ポートとが、該可燃性ガス噴出ポートまたは助燃性ガス噴出ポートが前記中心ポートを取り囲むように同心円状に配列されてなる多重管バーナであって、該バーナ本体を固定するバーナ固定台と、上記バーナにガラス原料とガスを供給するための供給装置と、バーナと該供給装置をつなぐチューブとを備え、ガラス原料の供給用チューブと接続される側の該中心ポートの端部を固定しつつ光ファイバ用母材を合成することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の具体例を添付の図面に沿って説明する。図１に示されるような光ファイバ用母材合成装置は、ガス、原料供給装置１、コアバーナ２、クラッドバーナ３、回転モータ４、ボールネジ５、引上げ用モータ６、レーザ投光器７、受光部８、制御装置９、各バーナ２，３、とガス、原料供給装置１とを連結するチューブ１２から構成されている。コア部の成長端の成長速度をレーザ投光器７と受光部８を用いて測定し制御装置に入力して母材の昇降機構を制御する。
【０００８】
チューブ１２は本発明に従いコアチューブ固定部１０及びクラッドチューブ固定部１１により支持、固定する。一般に、光ファイバ用母材の合成用バーナは設備に固定後、位置が変動しないことが必要であるが、バーナ部を固定しても、バーナに接続したチューブの自重がかかるとバーナにたわみが生じるのは避けられない。一般的にバーナとしては、図６（ａ）に示される構造のものが使用される。図６（ａ）は同心円状にパイプを組合せたもので、例として８重管バーナを示している。このバーナでは、中心から外周に向けてガラス原料、燃料ガス（Ｈ2 ）、シールガス（Ａｒ）、助燃性ガス（Ｏ2 ）、シールガス（Ａｒ）、燃料ガス（Ｈ2 ）、シールガス（Ａｒ）及び助燃性ガス（Ｏ2 ）が流される。燃料ガスとしては、Ｈ2 、ＣＨ4 等のガスを用い、助燃性ガスとしてはＯ2 、シールガスとしてはＡｒ、Ｎ2 を用いるのが好ましい。ガラス原料としては、ＳｉＣｌ4 、ＳｉＨＣｌ3 等が用いられ、屈折率変化用のドーパントとしては、一般にＧｅＣｌ4 が用いられる。
【０００９】
バーナとしては、このような多重管バーナの他に図６（ｂ）、（ｃ）に夫々示される構造のものも用いることができる。勿論、いずれのバーナを用いても本発明の効果は同様に奏することができる。図６（ｂ）では、燃料ガス（Ｈ2 ）の中に複数の助燃性ガス（Ｏ2 ）の噴出口が同心円上に配列されているので加熱効率に優れ、図６（ｃ）は角型に構成されているので特にコア部の屈折率分布の調整の点で優れている。
本発明においては、バーナとガス、原料供給装置をつなぐチューブが固定されるので、チューブの重さがバーナに作用することがなく、バーナがたわんだりすることがない。従って、バーナが形成する火炎や原料流の方向が安定し、安定した光ファイバ用母材の製造が可能となる。
【００１０】
図２はバーナが移動可能なステージ上に固定される構造を示すもので、原料、ガス供給装置１とバーナ（多重管バーナ）２とをチューブ１２により連結し、バーナ２とチューブ１２は夫々バーナ固定部１４とチューブ固定部１５により移動可能なバーナ固定台１３により固定する。バーナが移動可能なステージ上に固定された構造において、ステージを移動させてバーナを動かすとバーナのつなぎ込み口の位置とチューブの固定点との相対位置が変化するためにチューブの形状が変化し、バーナのつなぎ込み口に無理な力が作用する可能性がある。それを防ぐため、バーナ位置の移動に応じてチューブの固定点が移動するように、チューブの固定点をバーナが固定されたステージ上にする。すなわち、ステージにチューブを固定することにより、ステージを移動させることでバーナ位置を動かしても、チューブも同時に動くので、バーナとチューブの相対的な位置関係が変化せず、チューブの変形によってバーナに無理な力が作用することがない。なお、通常バーナを移動可能とするためのステージとしてはＸＹＺ３軸の並進移動と、バーナの角度を変えられるような回転軸を備えたものが用いられる。
【００１１】
一般に、多重管バーナを用いる場合は、多重管バーナの中心ポートは外径が小さいため、ガスや原料を供給するためのチューブを取り付けるとチューブの自重でたわんでしまう。これを防止するため、上記装置（１）はバーナの中心ポートを固定することでチューブの自重がかかってもたわみが発生しないようにしている。この場合は、図３の１６で示すようにバーナの中心ポートをバーナ固定台１３に固定する。図３で各装置の符号は図２のものに対応し、１６は中心ポート接続端固定部を示す。多重管バーナの中心ポートを固定することで、バーナに接続されたチューブの自重によって中心ポートの位置が変形することを防ぐことができる。従って、多孔質母材を安定に製造できる。なお多重管バーナの場合、中心ポートを形成するパイプが最も細いので特にチューブによるたわみの影響が出易い。さらにチューブを固定してバーナにチューブの自重がかからないようにしてもよい。
【００１２】
上記の方法（４）は、特に上記装置（１）を用いて光ファイバ用母材を製造するもので、操業中、チューブの自重がバーナに作用することがなく、バーナのたわみが防止されるのでバーナが形成する火炎を安定に保ちながら光ファイバ用母材を製造することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び参考例により更に具体的に説明する。
（参考例１）図１に示すように、ガラス製のコアバーナ２とクラッドバーナ３を配置し、コアバーナ２には図６に示されるように、中心ポートの外径が７ｍｍの同心円状の多重管バーナを用い、中心ポートに四塩化珪素、水素及び四塩化ゲルマニウムからなる原料ガス、第２ポートには水素ガス、第３ポートにはアルゴンガス、第４ポートには酸素ガス、第５ポートにはアルゴンガス、第６ポートには水素ガス、第７ポートにはアルゴンガス、第８ポートには酸素ガスを夫々供給した。クラッドバーナ３には中心ポートに四塩化珪素及び水素ガスを第２ポート以降はコアバーナと同様のガスを供給した。クラッドバーナとコアバーナを合成設備に固定し、バーナを固定後、バーナのガス供給口にテフロン製のチューブを取り付けた。次いで、このテフロン製のチューブの他端をガス、原料供給装置にそれぞれ接続した。チューブはコアバーナとクラッドバーナそれぞれに８本づつ接続され、チューブの自重がバーナに作用しないように、図１に示すように、チューブを光ファイバ母材合成装置に固定した。その後、光ファイバ用母材の合成を行った。その結果、多孔質母材の軸方向の成長速度は６０ｍｍ／時間±２ｍｍ／時間と安定し、得られた光ファイバ用母材の比屈折率差変動は０．３５±０．００５％と安定していた。この結果を図４の時間−成長速度関係のグラフに示す。
【００１４】
（参考例２）上記参考例１と同じバーナを、図２に示す様な、バーナに原料及びガスを供給するためのチューブを固定できる機能を持ったバーナ固定台１３に固定した。このバーナ固定台１３はバーナ本体部を固定するためのバーナ固定部１４とチューブを固定するチューブ固定部１５を有している。更にバーナ固定台１３はバーナの位置を調整するためのステージを介して床に固定されており、ステージはＸ，Ｙ，Ｚの３方向の並進移動と、スス体回転軸とバーナ台中心軸との角度を調整するための回転軸を有している。本構成で、チューブの固定部を使用せずに母材合成を行い、光ファイバ母材の製造を行った。条件調整のために、ＸＹＺ、及びバーナ角度を調整したが、この際バーナ位置をもとに戻しても、条件が再現しないという問題が生じてしまった。バーナの火炎状態あるいは火炎中で合成されるガラス微粒子の流れを観察したところ、バーナを移動したときに、流れの方向が変わっていることがわかった。しかも、この流れの状態はバーナをもとに戻してももとの状態には戻らなかった。また、このときガラス原料ガスのチューブの位置を動かすと、ガラス微粒子の流れの方向が容易に変わることがわかった。このことから、バーナを移動させたときに、接続されたチューブに引っ張られた状態で、多重管バーナを構成するパイプが動いていることが確認された。つぎにチューブの接続部を図２のように固定して光ファイバ母材の製造を行なった。このときにはバーナ位置の再現性は良好で、一定の条件で製造した１０本の母材では、成長速度は６０ｍｍ／時間±２ｍｍ／時間と安定した製造が出来、透明化した後に評価したコアとクラッドの比屈折率差は全長に渡って、０．３５％±０．００５％と安定していることが確認された。
【００１５】
（実施例１）上記参考例１と同じバーナを、図３に示す様な、バーナの中心ポートの接続端を固定できる機能を持ったバーナ固定台１３に固定した。このバーナ固定台１３はバーナ本体部を固定するためのバーナ固定部１４に加えて、バーナの中心ポートの接続端を中心ポート固定部１６に固定できる機能を有している。更にバーナ固定台１３は実施例２と同様にバーナの位置を調整するためのステージを介して床に固定した。上記の構成で、光ファイバ母材の製造を行なった。一定の条件で製造した１０本の母材では、成長速度は６０ｍｍ／時間±２．５ｍｍ／時間と安定した製造が出来、透明化した後に評価したコアとクラッドの比屈折率差は全長に渡って、０．３５％±０．００６％と安定していることが確認された。完全にチューブを固定した場合に比較して若干バラツキは大きくなったものの、固定しない場合に比べて、安定性は大幅に改善されることがわかった。
【００１６】
（比較例）
実施例１と同様のバーナ配置構成で、バーナのガス原料導入口と、原料供給部をつなぐチューブを両端のつなぎ口以外は固定しない構成とした。その後、光ファイバ用母材の合成を行った。その結果、多孔質母材の軸方向の成長速度は６０ｍｍ／時間±１０ｍｍ／時間と安定せず、得られた光ファイバ用母材の比屈折率差変動は０．３５±０．０２％と不安定であった。この結果を図５の時間−成長速度関係のグラフに示す。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によると、バーナとガス、原料供給装置をつなぐチューブが固定されるので、チューブの重さがバーナに作用することがなく、バーナがたわんだりすることが防止される。そのため、バーナが形成する火炎や原料流の方向が安定し、安定した光ファイバ用母材の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、クラッドバーナ及びコアバーナとガス、原料供給装置を連結するチューブを固定する状態を示す概念図。
【図２】図２は、クラッドバーナ及びコアバーナとガス、原料供給装置を連結するチューブを断面コの字型の移動可能なバーナ台に固定する状態を示す概念図。
【図３】図３は、クラッドバーナ及びコアバーナとガス、原料供給装置を連結するチューブを移動可能なバーナ台に固定する状態を示す概念図。
【図４】図４は、本発明の実施例における多孔質母材の軸方向の成長速度の安定度を示すグラフ。
【図５】図５は、比較例における多孔質母材の軸方向の成長速度を示すグラフ。
【図６】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々本発明に用いることのできるバーナの具体例を示す概略断面図。
【符号の説明】
１：ガス、原料供給装置
２：コアバーナ
３：クラッドバーナ
４：回転モータ
５：ボールネジ
６：引上用モータ
７：レーザ投光器
８：受光器
９：制御装置
１０：コアバーナチューブ固定部
１１：クラッドチューブ固定部
１２：チューブ
１３：バーナ固定台
１４：バーナ固定部
１５：チューブ固定部
１６：中心ポート固定部
【図１】
0003675583.tif 000002
【図２】
0003675583.tif 000003
【図３】
0003675583.tif 000004
【図４】
0003675583.tif 000005
【図５】
0003675583.tif 000006
【図６】
0003675583.tif 000007