(57)【要約】【課題】  各バーナごとに、多孔質母材の成長が阻害されないように、酸化微粒子の流れ（バーナの火炎）を安定に保つことが可能であるとともに、装置の大型化も回避できる、光ファイバ母材の製造装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る光ファイバ母材の製造装置は、反応室１１内に配された出発部材１にガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を形成する光ファイバ母材の製造装置１０であって、出発部材１を回転しつつ引き上げる手段（不図示）と、出発部材１に対して原料ガスの火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させる、少なくとも１つの微粒子合成用バーナ１３と、前記バーナ１３の外周に沿って設けられる、管状の給気手段１４と、を具備したことを特徴とする。【選択図】      図１
2006193352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内に配された出発部材にガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を形成する光ファイバ母材の製造装置であって、
前記出発部材を回転しつつ引き上げる手段と、
前記出発部材に対して原料ガスの火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させる、少なくとも１つの微粒子合成用バーナと、
前記バーナの外周に沿って設けられる、管状の給気手段と、
を具備したことを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
【請求項２】
前記バーナは、原料ガスを供給する導入管、及び、該導入管の一端に設けられ、前記ガラス微粒子を放出する放出管から構成されてい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】
前記バーナは、前記放出管と該放出管に続く前記導入管の一部からなり、前記給気手段に包まれず前記反応室内に露呈された露出部、及び、前記導入管の残部からなり、前記給気手段に包まれた非露出部、から構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項４】
前記非露出部の長さＬ１は、前記バーナのストレート部の長さＬ２に対して１／３〜２／３であることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項５】
前記導入管、前記放出管、及び、前記給気手段は全て、筒状をなし同軸を有することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項６】
前記給気手段の内径Ｒ１は、前記放出管の外径Ｒ２の１．２〜２．０倍であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ母材の製造装置に係る。より詳細には、ＶＡＤ法を用い、高品質な光ファイバ母材を安定して製造することのできる光ファイバ母材の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な光ファイバ母材の製造方法として、ガラスの材料となる気化された塩化物原料（以下、原料ガスとも呼ぶ）を酸水素火炎中で加水分解反応あるいは酸化反応させてガラス微粒子（以下、酸化微粒子とも呼ぶ）を合成し、このガラス微粒子を出発部材に堆積させて石英多孔質母材（以下、光ファイバ母材と呼ぶ）を形成する方法（例えば、ＶＡＤ法：Vapor Phase Axial Deposition method） が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
上記方法を採用した光ファイバ母材の製造装置では、反応室内に設けたコア用バーナおよびクラッド用バーナの先端をそれぞれ、出発部材（種棒とも呼ぶ）に向けて配置し、反応室内に開口する各バーナを通して原料ガスを酸水素火炎中に供給し、酸化微粒子を得ることで、出発部材に酸化微粒子の流れを火炎とともに当てて、そこに多孔質母材を堆積させ、成長させる。
【０００４】
このような装置には、通常、反応室内で酸化微粒子以外の生成塩化物などを取り除くために、例えば電気集塵機などの装置に直結する排気口が反応室に設けられているが、酸化微粒子の流れ（バーナの火炎）は比較的低速であり、排気流の乱れの影響を受けやすく、多孔質母材の成長が阻害され、母材成長の均一性や、製造の安定性が低下することが危惧されていた。
【０００５】
この問題を解消するため、反応室を構成するチャンバの上部（天井に近い領域）に給気口と排気口を設けて、排気流を多孔質母材の成長領域からできるだけ離し、酸化微粒子の流れ（バーナの火炎）を乱さないように工夫した構成を有する装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００６】
しかしながら、排気流を多孔質母材の成長領域からできるだけ離して給気口と排気口を配置する構成（特許文献３の構成）とした場合には、反応室を構成するチャンバの内部空間の増大が必須であることから装置の大型化が避けられず、大型の給排気設備を要するため製造コストの増大もまねく虞があった。また、複数本のバーナを用いてコアおよびクラッドを形成する際には、各バーナごとに使用するガスの種類やその流量が異なるため、排気流の影響は個別に設定される必要があるが、このような対策をきめ細かく施すことは、特許文献３の構成では極めて困難であった。
【０００７】
そこで、装置の大型化を伴うような大がかりな給排気設備を設けることなく、各バーナごとに、多孔質母材の成長が阻害されないように、酸化微粒子の流れ（バーナの火炎）を安定に保つことが可能な構成を備えてなる、光ファイバ母材の製造装置の開発が期待されていた。
【特許文献１】特開昭５９−２３２９３４号公報
【特許文献２】特開平７−３３０３６６号公報
【特許文献３】特開２００２−１９３６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、各バーナごとに、多孔質母材の成長が阻害されないように、酸化微粒子の流れ（バーナの火炎）を安定に保つことが可能であるとともに、装置の大型化も回避できる、光ファイバ母材の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る光ファイバ母材の製造装置は、反応室内に配された出発部材にガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を形成する光ファイバ母材の製造装置であって、前記出発部材を回転しつつ引き上げる手段と、前記出発部材に対して原料ガスの火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させる、少なくとも１つの微粒子合成用バーナと、前記バーナの外周に沿って設けられる、管状の給気手段と、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る光ファイバ母材の製造装置は、請求項１において、前記バーナが、原料ガスを供給する導入管、及び、該導入管の一端に設けられ、前記ガラス微粒子を放出する放出管から構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る光ファイバ母材の製造装置は、請求項２において、前記バーナが、前記放出管と該放出管に続く前記導入管の一部からなり、前記給気手段に包まれず前記反応室内に露呈された露出部、及び、前記導入管の残部からなり、前記給気手段に包まれた非露出部、から構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る光ファイバ母材の製造装置は、請求項３において、前記非露出部の長さＬ１が、前記バーナのストレート部の長さＬ２に対して１／３〜２／３であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に係る光ファイバ母材の製造装置は、請求項３において、前記導入管、前記放出管、及び、前記給気手段が全て、筒状をなし同軸を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に係る光ファイバ母材の製造装置は、請求項５において、前記給気手段の内径Ｒ１が、前記放出管の外径Ｒ２の１．２〜２．０倍であることを特徴とする。
【００１５】
なお、クラッド用バーナの放出管１３αはクラッド用バーナ１３の先端部を保護する目的で、交換自在に取り付けたものであり、この放出管１３αを設けずに使用しても構わない。放出管１３αを未装着とした場合、放出管の外径Ｒ２とバーナの外径Ｒ３は同じものとなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光ファイバ母材の製造装置を構成する微粒子合成用バーナは、そのバーナの外周に沿って設けられる、管状の給気手段を備えたことにより、出発部材に対して原料ガスの火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子（酸化微粒子）を堆積させる際、給気手段から放出される気体（ガス）が、前記酸化微粒子の流れを包み込むような状態が得られる。すなわち、酸化微粒子の流れは、その外側を流れる給気手段から放出された気体によって外界から隔離された状態が保たれたまま、出発部材に向けて進むことができる。
【００１７】
ゆえに、酸化微粒子の流れは、同じ反応室内で酸化微粒子以外の生成塩化物などを取り除くために、給排気設備が発生させた排気流の影響を受けにくくなるので、前記酸化微粒子の流れは極めて安定に保つことが可能となる。また同時に、給排気設備が発生させた排気流を、多孔質母材の成長領域の近傍まで充分に流すこともできる。
【００１８】
したがって、本発明は、多孔質母材の成長領域における、酸化微粒子以外の生成塩化物を充分に排除しつつ、母材の成長を促すような、酸化微粒子の流れを安定して維持できる、光ファイバ母材の製造装置をもたらす。その結果、母材成長の均一化や高品質化が図れるとともに、製造の安定性も確保される。また、本発明によれば、酸化微粒子以外の生成塩化物などを取り除くために、大がかりな給排気設備を必要としないので、装置の大型化も回避することが可能となり、ひいては製造コストの抑制が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下では、本発明に係る光ファイバ母材の製造装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る光ファイバ母材の製造装置の一例を示す模式的な断面図である。
図２は、図１に示す光ファイバ母材の製造装置を構成するバーナを示す模式的な断面図である。
この製造装置１０は、反応室１１と、コア用バーナ１２（放出管１２αと導入管１２βから構成）と、クラッド用バーナ１３、１３（放出管１３αと導入管１３βから構成）と、バーナの外周に沿って設けられる管状の給気手段１４と、排気口１５、１５とから概略構成されている。
【００２１】
反応室１１は一端（紙面上部）に開口部１１ａが設けられ、筒状の内部空間を有する。  そして、出発部材１は、その一部（その先端部１ａを含むガラス微粒子を堆積する部分）が開口部１１ａから反応室１１内に挿入され、開口部１１ａの開口端面１１ｂに垂直な方向に沿って反応室１１内のほぼ中央に配置されるようになっている。また、反応室１１内に配された出発部材１は、製造装置１０に設けられた支持手段（不図示）により、その中心軸の周りに回転自在に支持され、かつ、開口部１１ａの開口端面１１ｂに垂直な方向に沿って移動可能に支持されている。これにより、支持手段（不図示）は、出発部材１を回転（図１のｘ方向に）しつつ引き上げる（図１の上方に）ことができる。
【００２２】
コア用バーナ１２とクラッド用バーナ１３、１３は何れも、出発部材１に対して原料ガスの火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆積させる、微粒子合成用バーナであり、前者はコア形成用として、後者はクラッド形成用として用いられる。
図１では、１本のコア用バーナ１２と２本のクラッド用バーナ１３を配置した例であり、特に後者、すなわち、クラッド用バーナ１３は、その外周に沿って設けられる、管状の給気手段１４を備えた点が、この製造装置１０の特徴である。
【００２３】
コア用バーナ１２は、例えば円筒形状をなしており、原料ガスを供給する導入管１２β、及び、導入管１２βの一端に設けられ、前記ガラス微粒子を放出する放出管１２αから構成されている。
また、コア用バーナ１２は、その先端部（放出管１２αと導入管１２βの一部）が反応室１１の底部（開口部１１ａが設けられていない側の部分）１１ｄから、反応室１１の内部に挿入され、その先端が反応室１１内に配置される出発部材１に対向する（臨む）ように設けられている。
【００２４】
クラッド用バーナ１３は、例えば円筒形状をなしており、原料ガスを供給する導入管１３β、及び、導入管１３βの一端に設けられ、前記ガラス微粒子を放出する放出管１３αから構成されている。
このような、２つのクラッド用バーナ１３、１３は、所定の間隔を隔てて、反応室１１の一方の側部（紙面左側の側部であり、出発部材１を挟んで排気口１５、１５と対向する側の部分）１１ｃから、反応室１１の内部に挿入され、その先端が反応室１１内に配置される出発部材１に対向する（臨む）ように設けられている。
【００２５】
特に、図２に示すように、クラッド用バーナ１３は、原料ガスを供給する導入管１３β、及び、導入管１３βの一端に設けられ、前記ガラス微粒子を放出する放出管１３αから構成されている。この導入管１３βは、放出管に続く導入管の一部１３βａと、給気手段１４に包まれる部分１３βｂと、さらにガス供給源に連結される部分１３βｃから構成されており、特に１３βａと１３βｂは直線状を成しており（以下、１３βａと１３βｂの部分を纏めてストレート部とも呼ぶ。長さＬ２）、その長手方向に沿って給気手段１４は移動可能な構成とされている。また、給気手段１４は、ネジやクランプなどの固定手段（不図示）により導入管１３βの外側に固定される。
【００２６】
つまり、このクラッド用バーナ１３は、放出管１３αとこの放出管に続く導入管１３βの一部１３βａからなり、給気手段１４に包まれず反応室１１内に露呈された露出部、及び、導入管の残部１３βｂからなり、給気手段１４に包まれた非露出部（長さＬ１）、から構成されている。この構成によれば、導入管の残部１３βｂと給気手段１４の間に所望の空間を設け、この空間を通して気体（例えば、空気）を反応室１１内に送り込むことが可能となる。
【００２７】
すなわち、導入管１３βの中を流れ、放出管１３αから出発部材１に対して原料ガスの火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を放出される際に、ガラス微粒子は、上記空間を通して反応室１１内に送り出した気体により、その周囲を外気から守られた状態とすることができる。
【００２８】
この気体の流れは、以下の構成要素により制御される。
（１）非露出部の長さＬ１と、前記バーナのストレート部のＬ２との関係。Ｌ１はＬ２に対して１／３〜２／３の範囲が好ましい。１／３より短い場合には、バーナ先端部における層流の速度が低下し、期待通りの効果、すなわち、周囲に層流をなす気体を介在させて放出されたガラス微粒子を外気から守るという効果が殆ど得られない。一方、２／３より長い場合には、この層流の速度が速くなり過ぎ、火炎外側の速度が増加してしまい、火炎反応位置が変化するので芳しくない。
【００２９】
（２）給気手段１４を通して気体が反応室１１内に送り込むことができれば、導入管１３β、放出管１３α、及び、給気手段１４の形状は如何なる筒状でもよいが、導入管１３β、放出管１３α、及び、給気手段１４が全て、筒状をなしかつ同軸を有する形態が特に望ましい。この形態によれば、導入管の残部１３βｂと給気手段１４の間に所望の空間を設けた際に、空間は、気体の進行方向から見て、均等な間隔を有するドーナツ形状を通じて流れることになるので、放出されたガラス微粒子の周りを偏りなく包み込むことが可能になるので好ましい。
【００３０】
（３）上記（２）の構成とした場合には、給気手段の内径Ｒ１と、前記放出管の外径Ｒ２との関係。Ｒ１はＲ２に対して１．２〜２．０倍の範囲が好ましい。１．２倍より小さい場合には、Ｒ１とＲ２の間の空間が狭すぎて、給気を十分に行うことが難しくなり、給気手段を通して送り込まれた気体が火炎の周囲を安定して包み込むことができない。一方、２．０倍より大きい場合には、Ｒ１とＲ２の間の空間が広すぎて、気体のなす層流の速度が低下するので芳しくない。
【００３１】
排気口１５、１５は反応室１１内の気体（空気など）を排出するためのものであり、反応室１１の他方の側部（紙面右側の側部であり、出発部材１を挟んでクラッド用バーナ１３、１３と対向する側の部分）１１ｅに設けられている。
【００３２】
上述した構成からなる光ファイバ母材の製造装置１０によれば、ガラス原料（塩化物原料）ガスを酸水素火炎中に供給し、酸化物微粒子として、火炎とともに出発部材１１に向けて吹き付ける際に、反応室１１内で排気流に乱れが生じても、給気手段１４を通じて反応室１１内に供給される気体（例えば空気）の層流が、クラッド用バーナ１３から放出される火炎の周囲を囲むので、火炎の揺らぎを防止、あるいは抑制することが可能となる。したがって、光ファイバ母材の製造において、ガラス微粒子の堆積成長の均一性を向上させることができる。
【００３３】
なお、上述した給気手段１４を設ける作用・効果が得られる限りは、給気手段１４が、導入管１３βのみならず、放出管１３αの一部または全部を囲むような形態としても構わない。
【００３４】
また、この実施形態では、給気手段１４を２本のクラッド用バーナ１３に適用した場合を図面に例示したが、複数本のクラッド用バーナ１３を使用する場合には、その中の一部バーナにのみ本発明に係る給気手段１４を設けてもよい。さらに、本発明に係る給気手段１４を、コア用バーナ１２に採用しても構わないことは言うまでもない。
【００３５】
以下では、図１および図３を参照して、本発明に係る製造装置１０を用いた光ファイバ母材の製造方法について説明する。
開口部１１ａから反応室１１内に配された出発部材１を中心軸の周りに回転させながら、予め気化したガラス原料（塩化物原料）ガスを、コア用バーナ１２を通じて酸水素火炎中に供給し、酸化物微粒子として、火炎とともに出発部材１に向けて吹き付け、出発部材１の外周に堆積させる。これにより、まず、出発部材１の先端１ａ近傍に所定の外径で、コア用多孔質母材２を堆積成長させる
【００３６】
出発部材１は、コア用多孔質２の堆積成長にともなって上昇され、次いで、同様にして、このコア用多孔質母材２の外周に、クラッド用バーナ１３、１３により酸化物微粒子を堆積させ、クラッド用多孔質母材３を被覆成長させ、光ファイバ用の多孔質母材（光ファイバ母材とも呼ぶ）を得る。クラッド用多孔質母材３の形成する際には、給気手段１４を通じて、反応室１１内にクラッド用バーナ１３の長手方向に沿う層流をなすように空気などの気体が供給されている。
【００３７】
光ファイバ母材の製造装置においては、多孔質母材２、３の形成に寄与しなかったものは、排気口１５を通して反応室１１から装置外部へ排気処理される。その際、従来は、製造装置の運転状態の微妙な変化により排気流に変動や乱れが発生し、例えばクラッド用バーナ１３の先端における火炎に揺らぎなどの悪影響を与え、ひいてはクラッド用多孔質母材３の堆積成長が変化し、均一な成長が阻害され、安定して良品が得られないという問題があった。
【００３８】
これに対して、本発明に係る給気手段１４を備えた製造装置を用いてクラッド用多孔質母材３の形成を行えば、給気手段１４を通じて、反応室１１内にクラッド用バーナ１３の長手方向に沿う層流をなすように気体（空気）を送り込むことができる。ゆえに、たとえ反応室１１内で排気流に変動や乱れが発生しても、反応室１１内に供給される気体（空気）の層流が、クラッド用バーナ１３からの火炎の周囲を囲みながら、出発部材１に向けて進むので、火炎の揺らぎを防止することができる。その結果として、クラッド用多孔質母材３の堆積成長の均一性が保たれる。
【００３９】
以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。
【００４０】
（実験例）
図２に示すように、クラッド用バーナ１３の先端部の外周に給気手段１４を設けた光ファイバ母材の製造装置（装置Ａと呼ぶ）と、クラッド用バーナ１３の先端部の外周に給気手段１４を設けない光ファイバ母材の製造装置（装置Ｂと呼ぶ）とを用いて、（１）クラッド用バーナの周囲の流れと、（２）反応室の外部から内部に供給される気体（空気）の層流の速度とを、クラッド用バーナの先端にて測定した。なお、この測定を、静止状態（バーナに点火しない状態）と、バーナに点火した状態で実施した。
【００４１】
その際、クラッド用バーナの先端部の外周に給気手段１４を設ける場合、給気手段１４の内径をＲ１、前記放出管の外径をＲ２として、Ｒ１／Ｒ２を１．５に固定した。また、クラッド用バーナを構成する非露出部の長さをＬ１、このバーナのストレート部の長さをＬ２とし、Ｌ１／Ｌ２を２／３または１／３とした。
表１に、上記（１）と上記（２）を測定した結果を示す。
【００４２】
【表１】
2006193352.tif 000003
【００４３】
表１の結果より、クラッド用バーナの導入管１３βの外周に給気手段１４を設けることにより、反応室１１の外部から内部に供給される気体（空気）の層流は、その速度が増加する傾向を示すことが確認された。これは、すなわち、クラッド用バーナの導入管１３βの外周への給気手段１４の設置は、火炎の揺らぎを抑制し、火炎の安定化に有効であり、ひいてはクラッド用多孔質母材３の堆積成長の均一性をもたらすことを示唆している。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る光ファイバの製造装置は、その効用が火勢の弱い火炎の安定化にある点を考慮すると、他の目的で使用されるバーナにおいても広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る光ファイバ母材の製造装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】図１に示す製造蔵置を構成するバーナの一例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明に係る光ファイバ母材の製造装置を用い、光ファイバ母材を製造している様子を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  出発部材、１０  光ファイバ母材の製造装置、１１  反応室、１２  コア用バーナ、１２α  コア用バーナの放出管、１２β  コア用バーナの導入管、１３  クラッド用バーナ、１３α  クラッド用バーナの放出管、１３β  クラッド用バーナの導入管、１４  給気手段、１５  排気口。
【図１】
2006193352.tif 000004
【図２】
2006193352.tif 000005
【図３】
2006193352.tif 000006