(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナへガラス原料ガス、燃料ガス及び助燃性ガスを供給しそのバーナから火炎と共にガラス微粒子を噴出させて、回転する棒状の出発部材の外周へ噴き付けさせると共に、その出発部材とバーナとを出発部材の軸方向に沿って相対的に往復移動させることにより、出発部材の周りにガラス微粒子を堆積させ積層させて行う光ファイバ母材の製造方法において、
前記ガラス微粒子を０．５ｍｍ以下の層厚で前記出発部材に積層させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
前記バーナへのガラス原料ガスの供給量を制御することにより、前記ガラス微粒子の層厚を調整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方法。
【請求項３】
前記出発部材とバーナとの相対往復移動の速度を制御することにより、前記ガラス微粒子の層厚を調整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方法。
【請求項４】
前記バーナへの燃料ガス及び助燃性ガスの供給量を制御することにより、前記ガラス微粒子の層厚を調整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方法。
【請求項５】
前記ガラス微粒子の積層状態を測定しながら、前記ガラス微粒子の層厚を調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ母材であるガラス微粒子堆積体の製造方法として、外付け法が知られている。この製造方法は、特開平２−２４３５３０号公報に記載されているように、ＳｉＣｌ４  、ＧｅＣｌ４  などのガラス原料を、Ｈ２  などの燃料ガス及びＯ２  などの助燃性ガスと共にバーナから噴出させ、火炎中で酸化、加水分解反応等によりガラス微粒子とし、棒状のターゲット部材へ向けて噴き付けて行うものであって、ターゲット部材を軸回転させると共に、バーナをターゲット部材の軸方向へ繰り返し往復移動、即ちトラバースさせることにより、ターゲット部材の周囲にガラス微粒子を一層ごと付着堆積させ、その堆積面の温度を制御しながら光ファイバ母材である堆積体を形成していくものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光ファイバ母材の製造技術にあっては、次のような問題点がある。すなわち、一定の表面温度にしてガラス微粒子を堆積させても、ガラス原料や燃料ガス等の供給量の変動により、異なる箇所でガラス微粒子の層厚にバラツキを生じ、また、ガラス微粒子堆積体の嵩密度にバラツキを生じる。このため、その堆積工程中に堆積体にクラックが発生したり、堆積工程の次工程で透明化する際に剥離を生じる場合があった。
【０００４】
そこで本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであって、欠陥のない良好な光ファイバ母材を確実に製造できる光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、バーナへガラス原料ガス、燃料ガス及び助燃性ガスを供給しそのバーナから火炎と共にガラス微粒子を噴出させて、回転する棒状の出発部材の外周へ噴き付けさせると共に、その出発部材とバーナとを出発部材の軸方向に沿って相対的に往復移動させることにより、出発部材の周りにガラス微粒子を堆積させ積層させて行う光ファイバ母材の製造方法において、ガラス微粒子を０．５ｍｍ以下の層厚で出発部材に積層させることを特徴とする。
【０００６】
また本発明は、バーナへのガラス原料ガスの供給量を制御することにより、前述のガラス微粒子の層厚の調整を行うことを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、出発部材とバーナとの相対往復移動の速度を制御することにより、前述のガラス微粒子の層厚の調整を行うことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、バーナへの燃料ガス及び助燃性ガスの供給量を制御することにより、前述のガラス微粒子の層厚の調整を行うことを特徴とする。
【０００９】
これらの発明によれば、光ファイバ母材であるガラス微粒子堆積体が０．５ｍｍ以下の薄いガラス微粒子の層を積層して形成される。このため、所定径の堆積体を形成するのに多数の層を積層することとなり、その堆積体の軸方向に対して不均等にガラス微粒子が噴き付けられても平均化されるから、堆積体における部分的な径寸法のバラツキが抑制される。
【００１０】
更に本発明は、ガラス微粒子の積層状態を測定しながら、前述のガラス微粒子の層厚の調整を行うことを特徴とする。
【００１１】
このような発明によれば、ガラス微粒子の積層状態が確認できるから、その積層状態に応じてガラス微粒子の層厚の調整することにより、良好な堆積体、即ち光ファイバ母材が形成可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明に係る実施形態の種々の例について説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００１３】
図１は光ファイバ母材の製造工程の説明図である。まず、光ファイバ母材の製造方法の説明に先立って、光ファイバ母材の製造装置１について説明する。図１において、密封された反応容器１の上方には駆動装置２が設置され、反応容器１の内部の下方へ延びるロッド２１を備えており、反応容器１の内部へ向けて伸縮自在とされている。また、そのロッド２１の先端には、出発部材３を着脱可能な把持部２２が設けられ、ロッド２１の伸張、収縮により把持部２２が上下動する構造となっている。従って、図１のように、この把持部２２に出発部材３を取り付けて駆動装置２の作動させれば、把持部２２と共に出発部材３が軸回転しながら、その軸方向へ向けて繰り返し往復移動、すなわちトラバースすることとなる。
【００１４】
一方、反応容器１の中央付近には、バーナ４が設置されており、前述の把持部２２に取り付けた出発部材３へ向けて、火炎と共にガラス微粒子を噴き付けるようになっている。すなわち、バーナ４は、ＳｉＣｌ４  、ＧｅＣｌ４  などのガラス原料ガス、Ｈ２  などの燃料ガス及びＯ２  などの助燃性ガスをそれぞれ設定した量だけガス供給装置５から供給されて、所定の火力の火炎と所定量のガラス微粒子を出発部材３へ噴き付け、出発部材３の周りにガラス微粒子を堆積させるようになっている。反応容器１のバーナ４と対向する位置には、排気口１１が設けられ、この排気口１１からガラス微粒子の生成時に発生する不要なガスが排出できるようになっている。また、反応容器１には、出発部材３へ堆積されるガラス微粒子の積層状態を測定する層厚測定装置６が配設されている。この測定装置６は、出発部材３がトラバースするごと（下方へ移動、又は上方へ移動するごと）に堆積されるガラス微粒子の層３１の層厚ｔを計測可能としたものであって、例えば、超音波式、レーザ式などの公知の距離測定機器等で構成される。
【００１５】
この層厚測定装置６、ガス供給装置５及び駆動装置２は、このガス供給装置５及び駆動装置２の作動を制御する制御装置７と電気的な配線７１により接続されている。すなわち、層厚測定装置６に計測された積層データは配線７１を介して制御装置７へ随時入力され、この積層データに基づいて制御装置７から制御信号がそれぞれガス供給装置５又は駆動装置２へ出力され、その制御信号により駆動装置２のロッド２１の伸縮速度が又はガス供給装置５の所定ガスの供給量が調整されるようになっている。尚、層厚測定装置６及び制御装置７を設けず、予め計算によりロッド２１の伸縮速度又はガスの供給量を設定して光ファイバ母材を製造してもよく、また製造中にその伸縮速度又はその供給量を適宜変更しながら光ファイバ母材を製造してもよい。
【００１６】
次に、光ファイバ母材の製造方法について説明する。図１において、まず、コア及びクラッドを有する出発部材３を把持部２２に取り付けて容易に外れないように固着しておく。駆動装置２を作動させロッド２１及び把持部２２を介して、出発部材３を軸回転させながら、上下方向へ往復移動、すなわちトラバースさせる。それと共に、ガス供給装置５からバーナ４へＳｉＣｌ４  などのガラス原料ガス、Ｈ２  などの燃料ガス及びＯ２  などの助燃性ガスをそれぞれ供給させて、そのバーナ４から出発部材３へ向けて火炎を噴出させ、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として出発部材３へ噴き付けさせる。
【００１７】
すると、図１のように、出発部材３の外周には、ガラス微粒子が徐々に堆積し、出発部材３がトラバースするごとにガラス微粒子の層３１が積層されていく。その際、層３１の層厚ｔが０．５ｍｍ以下となるようにバーナ４へのガラス原料ガスの供給量を調整する。ガラス微粒子の層３１を０．５ｍｍ以下の層厚ｔとするためのガラス原料ガスの供給量は、出発部材３のトラバース速度、燃料ガス又は助燃性ガスの供給量により変わってくるが、まずトラバース速度を所定速度とし、また燃料ガス等の供給量を所定量としてガラス微粒子の噴き付けを行う。そして、層厚測定装置６によりトラバースごとの層厚ｔを計測して、その層厚ｔが０．５ｍｍより厚いときは制御装置７からガラス原料ガスの供給量を減らす制御信号をガス供給装置５へ出力させ、層厚ｔが０．５ｍｍより極端に薄いときはガラス原料ガスの供給量を増やす制御信号をガス供給装置５へ出力させることにより、最適なガラス原料ガスの供給量に調整してガラス微粒子の噴き付けを行う。尚、このガラス原料ガスの供給量の調整は、制御装置７を用いずに計測した層厚ｔに基づいて適宜ガス供給装置５のガラス原料ガス供給量を人為的な手作業等で行ってもよい。また、過去の試験データ等をもとに最適なガラス原料ガス供給量を予めガス供給装置５に設定することにより、その調整工程を省略してもよい。
【００１８】
このように所定のガラス原料ガス供給量でガラス微粒子を噴き付けることにより、出発部材３へ堆積するガラス微粒子が０．５ｍｍ以下の薄い層３１で繰り返し積層されていくこととなる。尚、この積層工程において、ガラス微粒子の堆積効率は堆積体３２の外径の増加と共に向上していくので、徐々にガラス原料ガスの供給量を減らすようにガス供給装置５に予め設定しておくのが好ましい。その際、その供給量を減らし過ぎて堆積速度が低下しすぎないように、層厚ｔを０．３〜０．４ｍｍ程度に保つようにしておくとよい。そして、堆積体３２を所定の径寸法まで成長させて、光ファイバ母材の形成が完了する。この光ファイバ母材は、薄い層３１を多数積層して形成されるから、各層３１における堆積体軸方向の層厚ｔにバラツキがあっても、多数積層させることにより平均化され、その軸方向の径寸法が一定で均整したものとなる。また、光ファイバ母材は、薄い層３１を多数積層させることにより、その嵩密度も平均化され、部分的に嵩密度の異なる部分も存在しないものとなる。従って、光ファイバ母材の製造中に堆積体３２にクラックが生じることもない。このような光ファイバ母材を炉で透明化する際、光ファイバ母材は不整のないものであるから、その工程中に剥離などを生じることもない。
【００１９】
良好な光ファイバ母材を形成するためには、光ファイバ母材となる堆積体の表面温度や堆積体の積層の嵩密度などの様々な条件に左右されるが、以上説明したように、堆積体の層厚を所定の厚さ（０．５ｍｍ）以下に規制することで、その他の条件を測定や制御等することなく、良好な光ファイバ母材を確実に得ることができる。
【００２０】
続いて、上述の製造方法により堆積体３２を製造した具体的な実施例について説明する。まず、直径２０ｍｍの出発部材を反応容器１内の把持部２２に取り付け、所定の回転速度で回転させ、バーナ４に対する出発部材３のトラバース速度を１００ｍｍ／ｍｉｎでとして駆動させる。バーナ４へ供給するガラス原料ガスとしてＳｉＣｌ４  、燃料ガスとしてＨ２  、助燃性ガスとしてＯ２  を用い、それらのガスの供給量をＨ２  ：６０ｌ／ｍｉｎ、Ｏ２  ：３５ｌ／ｍｉｎとし、ＳｉＣｌ４  については少量の３ｌ／ｍｉｎとし（通常は５ｌ／ｍｉｎ程度）、そのバーナ４から火炎と共にガラス原料を酸化、加水分解反応させてガラス微粒子を噴出させ、トラバースする出発部材３の外周へ付着堆積させた。そして、出発部材３を５０回トラバース（５０往復）させて、１００のガラス微粒子層３１を積層させたところ、直径９５ｍｍの堆積体３２が得られた。この堆積体３２のガラス微粒子の層３１の層厚ｔは０．３７５ｍｍであった。この堆積体の製造中又は製造後に、堆積体３２へクラックが生じることはなく、またその後、高温に保持した炉で透明化を行ったところ、不整がなく良好なプリフォームとなった。
【００２１】
次に、光ファイバ母材の製造方法における他の実施形態について説明する。すなわち、前述の光ファイバ母材の製造方法にあっては、ガラス原料ガスの流量を少量とし、薄い層厚ｔを積層させて堆積体３２を形成するものであったが、出発部材３のトラバース速度を速くすることにより、薄い層厚ｔを積層した堆積体３２を形成するものであってもよい。
【００２２】
図１において、出発部材３を回転させながらトラバースさせ、バーナ３から火炎と共にガラス微粒子を噴出させて、出発部材３の周りに付着堆積させる際、堆積するガラス微粒子の層３１の層厚ｔが０．５ｍｍ以下となるように出発部材３のトラバース速度（往復移動速度）を調整しながら光ファイバ母材を製造する。ガラス微粒子の層３１を０．５ｍｍ以下の層厚ｔとするためのトラバース速度は、バーナ４へのガラス原料ガス、燃料ガス又は助燃性ガスの供給量により変わってくるが、まずそれらのガスを所定の供給量としてガラス微粒子の噴き付けを行い、層厚測定装置６によりトラバースごとの層厚ｔを計測し、その層厚ｔが０．５ｍｍより厚いときは制御装置７からトラバース速度を上げる制御信号を駆動装置２へ出力させ、層厚ｔが０．５ｍｍより極端に薄いときはトラバース速度を下げる制御信号を駆動装置２へ出力させることにより、最適なトラバース速度に調整してガラス微粒子の噴き付けを行う。尚、このトラバース速度の調整は、制御装置７を用いずに計測した層厚ｔに基づいて適宜駆動装置２のトラバース速度を人為的に行ってもよい。また、過去の試験データ等をもとに最適なトラバース速度を予め駆動装置２に設定することにより、調整工程を省略してもよい。
【００２３】
このように所定のトラバース速度でガラス微粒子を噴き付けることにより、出発部材３へ堆積するガラス微粒子が０．５ｍｍ以下の薄い層３１で繰り返し積層されていくこととなる。そして、所定の径寸法まで成長させ光ファイバ母材である堆積体３２が形成される。この堆積体３２は、薄い層３１を多数積層して形成されるから、各層３１における堆積体軸方向の層厚ｔにバラツキがあっても、多数積層させることにより平均化され、その軸方向の径寸法が一定で均整したものとなる。また、堆積体３２は、薄い層３１を多数積層させることにより、その嵩密度も平均化され、部分的に嵩密度の異なる部分も存在しないものとなる。従って、堆積体３２の製造中にその堆積体３２にクラックが生じることもない。このような堆積体３２を炉で透明化する際、堆積体３２は不整のないものであるから、その工程中に剥離などを生じることもない。
【００２４】
続いて、上述の製造方法により堆積体３２を製造した具体的な実施例について説明する。まず、直径２０ｍｍの出発部材を反応容器１内の把持部２２に取り付け、所定の回転速度で回転させ、バーナ４に対する出発部材３のトラバース速度を２００ｍｍ／ｍｉｎの高速状態（通常は１００ｍｍ／ｍｉｎ程度）で駆動させる。バーナ４へ供給するガラス原料ガスとしてＳｉＣｌ４  、燃料ガスとしてＨ２  、助燃性ガスとしてＯ２  を用い、それらのガスの供給量をＳｉＣｌ４  ：５ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２  ：６０ｌ／ｍｉｎ、Ｏ２  ：３５ｌ／ｍｉｎとし、そのバーナ４から火炎と共にガラス原料を酸化、加水分解反応させてガラス微粒子を噴出させ、トラバースする出発部材３の外周へ付着堆積させた。そして、出発部材３へガラス微粒子の層３１を積層させて、直径８５ｍｍの堆積体３２が得られた。この堆積体３２のガラス微粒子の層３１の層厚ｔは０．３２５ｍｍであった。この堆積体の製造中又は製造後に、堆積体３２へクラックが生じることはなく、またその後、高温に保持した炉で透明化を行ったところ、不整がなく良好なプリフォームとなった。
【００２５】
また、この製造方法において、各ガスの供給量を同条件とし、トラバース速度を変えたとき、積層するガラス微粒子層３１の層厚ｔのデータを図２に示す。この図２において、トラバース速度と層厚ｔは、ほぼ反比例した特性を示すが、トラバース速度を遅くして一回のトラバースにより形成される層厚ｔを０．５ｍｍ以上として堆積体３２を形成したときは、堆積体３２にクラックが生じて割れてしまった（図２中のＸ。層厚ｔは０．６５ｍｍ、トラバース速度は１００ｍｍ／ｍｉｎ）。層厚ｔが０．５以下の場合はいずれも形成した堆積体３２に異常はなく良好な状態であった。
【００２６】
更に、光ファイバ母材の製造方法における他の実施形態について説明する。すなわち、前述の光ファイバ母材の製造方法において、バーナ４への燃料ガス及び助燃性ガスの供給量を増やすことにより、薄い層厚ｔを積層して、堆積体３２を形成するものであってもよい。
【００２７】
図１において、出発部材３を回転させながらトラバースさせ、バーナ３から火炎と共にガラス微粒子を噴出させて、出発部材３の周りに付着堆積させる際、堆積するガラス微粒子の層３１の層厚ｔが０．５ｍｍ以下となるように、燃料ガス及び助燃性ガスのバーナ４への供給量を調整しながら光ファイバ母材を製造する。ガラス微粒子の層３１を０．５ｍｍ以下の層厚ｔとするための燃料ガス及び助燃性ガスの供給量は、前述したようにバーナ４へのガラス原料ガス、出発部材３のトラバース速度により変わってくるが、まずガラス原料ガスを所定の供給量とし、トラバース速度を所定速度として、ガラス微粒子の噴き付けを行い、層厚測定装置６によりトラバースごとの層厚ｔを計測し、その層厚ｔが０．５ｍｍより厚いときは制御装置７から燃料ガス及び助燃性ガスの供給量を増加させる制御信号をガス供給装置５へ出力させ、層厚ｔが０．５ｍｍより極端に薄いときは燃料ガス及び助燃性ガスの供給量を減少させる制御信号を駆動装置２へ出力させることにより、バーナ４から噴き出る火炎を最適な火力に調整してガラス微粒子の噴き付けを行う。この場合、火力が大きくなって、層厚ｔが薄くなるがガラス微粒子の収率は変わらないので、堆積効率の上で非常に有効である。尚、この火力の調整は、制御装置７を用いずに計測した層厚ｔに基づいて適宜、所要な火力に人為的に行ってもよい。また、過去の試験データ等をもとに最適な火力を予めガス供給装置５に設定することにより、調整工程を省略してもよい。
【００２８】
このように所定火力の火炎と共にガラス微粒子を噴き付けることにより、出発部材３へ堆積するガラス微粒子の嵩密度が高くなって、０．５ｍｍ以下の薄い層３１となり、出発部材３へ繰り返し積層されていくこととなる。そして、所定の径寸法まで成長させ光ファイバ母材である堆積体３２が形成される。この堆積体３２は、薄い層３１を多数積層して形成されるから、各層３１における堆積体軸方向の層厚ｔにバラツキがあっても、多数積層させることにより平均化され、その軸方向の径寸法が一定で均整したものとなる。また、堆積体３２は、薄い層３１を多数積層させることにより、その嵩密度も平均化され、部分的に嵩密度の異なる部分も存在しないものとなる。従って、堆積体３２の製造中にその堆積体３２にクラックが生じることもない。このような堆積体３２を炉で透明化する際、堆積体３２は不整のないものであるから、その工程中に剥離などを生じることもない。
【００２９】
続いて、この製造方法により堆積体３２を製造した具体的な実施例について説明する。まず、直径２０ｍｍの出発部材を反応容器１内の把持部２２に取り付け、所定の回転速度で回転させ、バーナ４に対する出発部材３のトラバース速度を１００ｍｍ／ｍｉｎで駆動させる。バーナ４へ供給するガラス原料ガスとしてＳｉＣｌ４  、燃料ガスとしてＨ２  、助燃性ガスとしてＯ２  を用い、それらのガスの供給量をＳｉＣｌ４  ：５ｌ／ｍｉｎとし、Ｈ２  ：７０ｌ／ｍｉｎ、Ｏ２  ：４０ｌ／ｍｉｎと多くして（通常は、Ｈ２  ：６０ｌ／ｍｉｎ、Ｏ２  ：３５ｌ／ｍｉｎ程度）、そのバーナ４から火炎と共にガラス原料を酸化、加水分解反応させてガラス微粒子を噴出させ、トラバースする出発部材３の外周へ付着堆積させた。そして、出発部材３へガラス微粒子の層３１を積層させて、直径１１６ｍｍの堆積体３２が得られた。この堆積体３２のガラス微粒子の層３１の層厚ｔは０．４８ｍｍであった。この堆積体の製造中又は製造後に、堆積体３２へクラックが生じることはなく、またその後、高温に保持した炉で透明化を行ったところ、不整がなく良好なプリフォームとなった。
【００３０】
次に、前述の種々の実施形態における光ファイバ母材の製造方法と比較するために、従来の手法による光ファイバ母材の製造方法により具体的な比較例について説明する。図１において、出発部材４を所定の回転速度で回転させ、バーナ４のトラバース速度を１００ｍｍ／ｍｉｎとし、バーナ４へ供給する各ガスの供給量をガラス原料ガスＳｉＣｌ４  ：５ｌ／ｍｉｎ、燃料ガスＨ２  ：６０ｌ／ｍｉｎ、助燃性ガスＯ２  ：３５ｌ／ｍｉｎとして、光ファイバ母材の製造を行った。すなわち、出発部材３へガラス微粒子の層３１を積層させて、直径１４０ｍｍの堆積体３２が得られた。しかし、この堆積体３２の製造中にクラックが生じてしまい、製造後に透明化した際に剥離が生じてしまった。その堆積体３２のガラス微粒子の層３１の層厚ｔは０．６ｍｍであった。
【００３１】
尚、前述の光ファイバ母材の各製造方法にあっては、固定したバーナ４に対して出発部材４を往復移動させてトラバースを行っているが、図３に示すように、出発部材４を移動させず、出発部材４に沿ってバーナ４を移動させて行ってもよい。例えば、図３において、反応容器１内に出発部材３を軸回転させる回転装置８を設け、その回転装置８に取り付けた出発部材３に沿ってバーナ４を往復移動させる移動装置９を設けて、軸回転する出発部材３の外周に火炎と共にガラス微粒子をバーナ４から噴き付けて、薄い層３１を積層して光ファイバ母材である堆積体３２を形成しても、前述の各製造方法と同様に、良好な光ファイバ母材が形成可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような効果を得ることができる。すなわち、光ファイバ母材が薄いガラス微粒子の層を多数積層して形成されていくので、光ファイバ母材の径寸法が均一となる。このため、光ファイバ母材の製造中や製造後の透明化する際などに、クラックが生じ、剥離を起こすことがない。また、ガラス微粒子の積層状態を測定しながらガラス微粒子の層厚を調整すれば、良好な光ファイバ母材を確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ母材の製造工程の説明図である。
【図２】光ファイバ母材の製造におけるトラバース速度と層厚ｔの特性を示す図表である。
【図３】光ファイバ母材の製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１…反応容器、２…駆動装置、３…出発部材、３１…ガラス微粒子層、
３２…堆積体（光ファイバ母材）、４…バーナ、５…ガス供給装置
６…層厚測定装置、７…制御装置
代理人弁理士  長谷川  芳樹
【図１】
0003575505.tif 000002
【図２】
0003575505.tif 000003
【図３】
0003575505.tif 000004