(57)【要約】【課題】堆積むらを生じず、歩留りを悪化させずに生産性よく製造できる光ファイバ用多孔質ガラス堆積体の製造方法を提供する。【解決手段】自らの中心軸を回転軸として回転し、かつ鉛直方向に移動できる出発材に、複数のガラス微粒子合成用バーナから生成したガラス微粒子を吹きつけることで多孔質ガラス堆積体を製造する製造方法において、各バーナの中心軸と出発材の回転軸とが同一平面状に乗る位置関係にあり、かつ各バーナの中心軸と出発材の中心軸とにより形成される各面のうち、少なくとも２つの面が所定の角度をなすように、各バーナが配置されていることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自らの中心軸を回転軸として回転し、かつ鉛直方向に移動できる出発材に、複数のガラス微粒子合成用バーナから生成したガラス微粒子を吹きつけることで多孔質ガラス堆積体を製造する製造方法において、各バーナの中心軸と出発材の回転軸とが同一平面状に乗る位置関係にあり、かつ各バーナの中心軸と出発材の中心軸とにより形成される各面のうち、少なくとも２つの面が所定の角度をなすように、各バーナが配置されていることを特徴とする、多孔質ガラス堆積体の製造方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの面が成す角度が、３度以上３０度以下である請求項１に記載の光ファイバ用多孔質ガラス堆積体の製造方法。
【請求項３】
各バーナの中心軸線と、出発材の回転軸との交点が、鉛直方向に離れている請求項１又は２に記載の光ファイバ用多孔質ガラス堆積体の製造方法。
【請求項４】
前記鉛直方向に離れている距離が、堆積体目標径の１／４〜１倍である請求項３に記載の光ファイバ用多孔質ガラス堆積体の製造方法。
【請求項５】
配置するバーナの本数が３本以上である請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバ用多孔質ガラス堆積体の製造方法。
【請求項６】
配置するバーナの本数が３本であり、前記２つの面が成す角度が３度以上であり、別の２つの面が成す角度が３度以上であり、さらに別の２つの面が成す角度が６度以上であって、隣り合うバーナの前記２つの面が成す角度が３０度以下である請求項１から４の何れか１項に記載の光ファイバ用多孔質ガラス堆積体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ用合成石英ガラスの前駆体となる多孔質ガラス堆積体を製造する方法に係り、特に回転しつつ垂直方向に移動する出発材外周上にガラス微粒子を堆積させながら多孔質ガラス堆積体（以下、スートと記す）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転しながら鉛直方向に上昇する出発材に、バーナの火炎中で生成したガラス微粒子を付着させ、スートを製造する方法がある。これは、四塩化ケイ素のようなケイ素塩化物などを酸水素火炎中に供給し、火炎加水分解反応および高温熱酸化反応によって生成したガラス微粒子を出発材に付着・堆積させる方法である。製造したスートは、真空または不活性ガス雰囲気中で加熱して焼結することにより透明化され、光ファイバ用合成石英ガラスとされる。
【０００３】
ところで、光ファイバは、中心部（コア）の屈折率を外周部（クラッド）に比べてわずかに高めることで、光の伝播を可能にしている。屈折率を高めるには、酸化ゲルマニウムを添加する方法が一般的である。この酸化ゲルマニウムは、スート製造の段階で添加される。そのため、光ファイバ用合成石英ガラスの前駆体であるスートの製造には、コア部を堆積するバーナとクラッド部を堆積するバーナとを分けて使用し、コア部を堆積するバーナには、ケイ素化合物にゲルマニウム塩化物を同伴させて供給している。
【０００４】
このように、コア部を含むスートの製造には複数のバーナが用いられる。また、ガラス微粒子の単位時間あたりの付着量を上げることも、複数のバーナを用いる目的となっている。スート製造の生産性を向上させるには、付着量を上げて堆積効率（供給した原料量に対する堆積したガラス微粒子量の割合）を高くすることが必要である。複数のバーナを用いた場合、隣接するバーナ同士の火炎干渉を考慮しなければならない。火炎の干渉が強すぎると、火炎がスートに当たる面積が狭くなるために堆積効率が低下し、干渉が弱すぎると、スートの焼き締めが弱くなり、低密度部を生じ、密度差による割れや外径変動の原因となり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
生産性を向上させるために、隣接するバーナ間の配設間隔を密にすると、すなわち、隣接するバーナを接近して配置すると、火炎の広がりによって火炎同士が互いに強く干渉し合い、この干渉する境界部位においてガラス微粒子の堆積を妨害しあい、ガラス微粒子の堆積速度が低下すると共に堆積むらが生じる。このむらによって火炎の流れが不安定になることで、さらに大きな堆積むらが生じる。これにより、スートに外径変動が生じやすくなり、歩留りが悪くなるなどの問題が発生する。
【０００６】
スートに外径変動が生じていると、焼結して透明ガラス化した後にも外径変動が残る。外径変動はその程度にもよるが、ガラス旋盤による延伸工程を経ても解消することが難しく、解消できても加工コストが大きくなる。
【０００７】
本発明は、上記した問題に鑑み、堆積むらを生じず、歩留りを悪化させずに製造できる光ファイバ用多孔質ガラス堆積体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】
上記した課題は、下記の方法によって解決することができる。すなわち、本発明の光ファイバ用多孔質ガラス堆積体の製造方法は、自らの中心軸を回転軸として回転し、かつ鉛直方向に移動できる出発材に、複数のガラス微粒子合成用バーナから生成したガラス微粒子を吹きつけることで多孔質ガラス堆積体を製造する製造方法において、各バーナの中心軸と出発材の回転軸とが同一平面状に乗る位置関係にあり、かつ各バーナの中心軸と出発材の中心軸とにより形成される各面のうち、少なくとも２つの面が所定の角度をなすように、各バーナが配置されていることを特徴としている。
【０００９】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】堆積中のスートを下方から見上げる視点で、バーナ１、２が出発材の中心軸に向けて方位角がθだけ異なって配設されていることを説明する図である。
【図２】バーナ１の中心軸と出発材回転軸とによって形成される面に正対する視点から、堆積中のスートを見た図である。
【図３】実施例１での、θと堆積速度の関係を表すグラフである。
【図４】実施例１での、θと径変動率の関係を表すグラフである。
【図５】実施例２での、θと堆積速度の関係を表すグラフである。
【図６】実施例２での、θと径変動率の関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
本実施形態において、各バーナの中心軸と出発材の回転軸とが同一平面状に乗る位置関係にあり、かつ各バーナの中心軸と出発材の中心軸とにより形成される各面のうち、少なくとも２つの面が所定の角度をなすように、各バーナが配置されており、少なくとも２つの面が成す角度は、３度以上３０度以下、より好ましくは５度以上３０度以下異なる角度とされ、この角度が３度未満では、火炎同士が互いに強く干渉し合い、ガラス微粒子の堆積が妨害され堆積むらが生じる。また、３０度より大きくしては火炎同士の干渉が弱くなり焼きしめが不完全になり、低密度部が生まれるため長手の径変動が生じる。
【００１３】
さらに、各バーナの中心軸線と出発材の回転軸との交点が鉛直方向に離れているように設定し、特には、堆積体目標径の１／４〜１倍離れているように設定するのが好ましい。これにより、各バーナに異なる堆積の役割を配し、複雑な屈折率プロファイルを実現することができる。なお、交点の離間距離が１／４未満では火炎同士の干渉が強くなり、１倍を超えると必要以上に堆積ゾーンが長くなることで火炎の焼きしめ効果が弱くなり、スート割れが発生しやすくなるので好ましくない。バーナは、３本以上配置することにより、単位時間あたりの堆積量を大きく向上させることができる。また、配置するバーナの本数が３本であり、２つの面が成す角度が３度以上であり、別の２つの面が成す角度が３度以上であり、さらに別の２つの面が成す角度が６度以上であって、隣り合うバーナの２つの面が成す角度を３０度以下とすることにより、長手方向の径変動を抑えながら、堆積速度を向上させることができる。
【００１４】
図１は、堆積中のスートを下方から見上げたときに、バーナ１、２が出発材の中心軸に対して方位角がθだけ異なって配設されていることを示している。図２は、バーナ１の中心軸と出発材回転軸とによって形成される面に正対する視点から、堆積中のスートを見た図である。このように、各バーナはスート中心に向いているが、複数のバーナのうち少なくとも１本のバーナを、他のバーナに対して、出発材回転軸に向けての方位角が異なるように配置してスートの堆積を行なうことで、長手方向に密度差が生じないように各バーナを密に配置しながらも、火炎同士の干渉を抑制することができる。これにより、堆積速度を向上させることができる。また、火炎同士の干渉が少ないことによって、堆積むらを抑え、外径変動の発生を防止することができる。
【実施例】
【００１５】
実施例１；
ＶＡＤ法により３本のバーナを用いて、長さ１５００ｍｍ、直径１２０ｍｍ（堆積目標径）のスートの製造を行った。各バーナは、その中心軸がすべて出発材回転軸に向くように配置し、各バーナの中心軸線と出発材の回転軸とがなす交点間の距離が、下端のコア部堆積用バーナと隣接上方の第１クラッド部堆積用バーナ間では４０ｍｍ、第１クラッド部バーナと隣接上方の第２クラッド部堆積用バーナ間では１００ｍｍとなるように、各バーナを配置した。出発材回転軸と各バーナの中心軸とによって形成される各バーナがなす３つの面のうち、出発材回転軸と第１クラッド部堆積用バーナの中心軸によって形成される面のみ、他の２面とθ度をなすように、各バーナを配置した。
【００１６】
コア部堆積用バーナに、その中心管から順にＳｉＣｌ４を０．４リットル／分、水素を４リットル／分、アルゴンを０．２５リットル／分、及び酸素を７リットル／分供給した。第１クラッド部堆積用バーナには、その中心管から順にＳｉＣｌ４を０．８５リットル／分、水素を１８リットル／分、アルゴンを１．１リットル／分、及び酸素を１６リットル／分供給した。第２クラッド部堆積用バーナには、その中心管から順にＳｉＣｌ４を４リットル／分、水素を５５リットル／分、アルゴンを２．５リットル／分、及び酸素を３５リットル／分供給した。
【００１７】
なお、角度θは０〜４０度の間で変化させて堆積を行い、θと堆積速度との関係を図３に、θと径変動率との関係を図４に示した。図３から、θを０度より大きくすることによってガラス堆積体の堆積速度が向上し、θを３０度以上とすると逆にガラス堆積体の堆積速度が低下し始めることが分かる。
【００１８】
また、図４からは、θを３度以上３０度以下とすることによって、最大径変動率を０．３５％以下に抑えることができる。なお、外径変動は旋盤加工により修正されるが、修正対象は最大径変動率が０．３５％以上のものとするのが良く、外径変動の対策としてはθを３度以上３０度以下とするのが適している。
【００１９】
ここで、径変動率は下記の数１式で算出した。
［数１］    径変動率＝（Ｄ−Ｄavg）／Ｄavg×１００（％）
【００２０】
なお、Ｄは堆積体の各点での外径、Ｄavgは堆積体の定常堆積部分の外径の平均値である。外径変動は、各点での径変動率を算出し、それらの最大値、最大径変動率で評価した。
【００２１】
実施例２；
ＶＡＤ法により３本のバーナを用いて、長さ１５００ｍｍ、直径１２０ｍｍ（堆積目標径）のスートの製造を行った。各バーナは、その中心軸がすべて出発材回転軸に向くように配置し、各バーナの中心軸と出発材の回転軸とがなす交点間の距離が、下端のコア部堆積用バーナと隣接上方の第１クラッド部堆積用バーナ間では４０ｍｍ、第１クラッド部バーナと隣接上方の第２クラッド部堆積用バーナ間では１００ｍｍとなるように、各バーナを配置した。出発材回転軸と各バーナの中心軸とによって形成される各バーナがなす３つの面のうち、出発材回転軸と第２クラッド部堆積用バーナの中心軸によって形成される面のみ、他の２面とθ度をなすように、各バーナを配置した。各バーナに供給するガスの種類、流量は全て実施例１と同じとした。
【００２２】
実施例１と同様に、角度θを０〜４０度の間で変化させて堆積を行い、θと堆積速度との関係を図５に、θと径変動率との関係を図６に示した。図５から、θを０度より大きくすることによってガラス堆積体の堆積速度が向上し、θを３０度以上とすると逆にガラス堆積体の堆積速度が低下し始めることが分かる。
【００２３】
また、図６から、θを３度以上３０度以下とすることによって、最大径変動率を０．３５％以下に抑えることができる。径変動率低減の観点から、θは、３度以上、より好ましくは５度以上とすることが望ましいと分かる。実施例１および実施例２の結果から、一部のバーナのみ方位角を３度以上３０度以下とすることによって、最大径変動率を０．３５％以下に抑えながら、ガラス堆積体の堆積速度を向上させることができる。
【００２４】
実施例３；
ＶＡＤ法により３本のバーナを用いて、長さ１５００ｍｍ、直径１２０ｍｍ（堆積目標径）のスートの製造を行った。各バーナは、その中心軸がすべて出発材回転軸に向くように配置し、各バーナの中心軸と出発材の回転軸とがなす交点間の距離が、下端のコア部堆積用バーナと隣接上方の第１クラッド部堆積用バーナ間では４ｍｍ、第１クラッド部バーナと隣接上方の第２クラッド部堆積用バーナ間では１００ｍｍとなるように、各バーナを配置した。
【００２５】
出発材回転軸とコア部堆積用バーナの中心軸によって形成される面と、出発材回転軸と第１クラッド部堆積用バーナの中心軸によって形成される面とでなす角度を５度、出発材回転軸とコア部堆積用バーナの中心軸によって形成される面と、出発材回転軸と第２クラッド部堆積用バーナの中心軸によって形成される面とでなす角度を５度、また、出発材回転軸と第１クラッド部堆積用バーナの中心軸によって形成される面と、出発材回転軸と第２クラッド部堆積用バーナの中心軸によって形成される面とでなす角度を１０度となるように各バーナを配置した。各バーナに供給するガスの種類、流量は全て実施例１、２と同じとした。
【００２６】
その結果、堆積速度は３４５ｇｈ−１という高い値と、最大径変動率は０．２５％という低い値をもつスートを製造することができた。
【００２７】
以上説明したように、各バーナの中心軸と出発材の回転軸とが同一平面状に乗る位置関係にあり、かつ各バーナの中心軸と出発材の中心軸とにより形成される各面のうち、少なくとも２つの面が所定の角度をなすように、各バーナが配置されていることを特徴とし、少なくとも２つの面が成す角度は、３度以上３０度以下、より好ましくは５度以上３０度以下異なる角度とする。これにより、複数のバーナの互いに火炎干渉が少なくなるように配置できすることができ、堆積速度が向上し、生産性を向上させるとともに、スートの外形変動や割れなどの不良を低減できる。
【００２８】
また、スートに外径変動が生じていると、焼結して透明ガラス化した後にも外径変動が残る。外径変動はその程度にもよるが、ガラス旋盤による延伸工程を経ても解消することが難しく、解消できても加工コストが大きくなる。したがって、スートの外形変動を抑制することで、加工コストも低減できる。
【００２９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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