(57)【要約】【課題】  安定してガラス微粒子を噴出させて高品質なガラス母材を製造する。【解決手段】  ガラス原料ガス及び燃焼ガスを吹き出すクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２を用い、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２によってガラス微粒子を生成してガラス微粒子堆積体２４を形成する。ガラス微粒子堆積体２４を加熱して透明化してガラス母材とする。設計値に対する外形寸法及び／又は内径寸法のずれが±０.１ｍｍ以下、好ましくは±０.０４ｍｍ以下であり、長手方向へわたる中心軸の曲がり量が０.１ｍｍ以下である筒体を用いて作成したクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２を用いてガラス微粒子を生成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体からガラス原料ガス及び燃焼ガスを吹き出すバーナによってガラス微粒子を生成してガラス微粒子堆積体を形成し、このガラス微粒子堆積体を加熱して透明化するガラス母材の製造方法であって、
設計値に対する外径寸法および／または内径寸法のずれが±０.１ｍｍ以下である筒体を用いて作製した前記バーナによってガラス微粒子を生成することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項２】
前記設計値に対する外径寸法および／または内径寸法のずれが±０.０４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のガラス母材の製造方法。
【請求項３】
筒体からガラス原料ガス及び燃焼ガスを吹き出すバーナによってガラス微粒子を生成してガラス微粒子堆積体を形成し、このガラス微粒子堆積体を加熱して透明化するガラス母材の製造方法であって、
長手方向へわたる中心軸の曲がり量が０.１ｍｍ以下である筒体を用いて作製した前記バーナによってガラス微粒子を生成することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス母材の製造方法であって、
前記筒体の一部もしくは全てが研削加工された筒体を用いて作製した前記バーナによってガラス微粒子を生成することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のガラス母材の製造方法であって、
前記筒体が石英ガラスから形成された前記バーナを用いてガラス微粒子を生成することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のガラス母材の製造方法であって、
前記バーナを構成する前記筒体同士を加熱溶接させる以外の前記バーナー作製工程において前記筒体を軟化温度以上に加熱しないで作製したバーナを用いてガラス微粒子を生成することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のガラス母材の製造方法であって、
前記筒体が円筒形状である前記バーナを用いてガラス微粒子を生成することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のガラス母材の製造方法であって、
複数の前記筒体からなる多重管構造とされ、かつ各筒体の中心軸が半径０.１ｍｍの円筒内におさまるように組み立てられた前記バーナを用いてガラス微粒子を生成することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生成したガラス微粒子を吹き付けて光ファイバとなるガラス微粒子堆積体を透明化してガラス母材とするガラス母材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、コアとクラッドよりなる光ファイバは、光ファイバ用のガラス微粒子堆積体を加熱して透明化させてガラス母材とした後、線引きして製造される。
ガラス母材となるガラス微粒子堆積体を製造する方法としては、例えば、ガラス微粒子を軸方向に堆積させるＶＡＤ法（Vapor phase Axial Deposition）、あるいは径方向に堆積させるＯＶＤ法（Outside Vapor Deposition）、ＭＭＤ法などが挙げられる。
ＶＡＤ法は、図１１及び図１２に示すように、バーナ１から燃焼ガス、及びガラス原料ガスを噴出させ、燃焼ガスの燃焼により生じる酸水素火炎中においてガラス原料を加水分解させて、出発材へガラス微粒子を軸方向に堆積させてガラス微粒子堆積体２を形成するものである（例えば、特許文献１、２参照）。
また、ＯＶＤ法では、図１３に示すように、水平に支持したロッド状のターゲット部材３に、このターゲット部材３を回転させながら下方のバーナ４から燃焼ガス及びガラス原料ガスを噴出させ、ターゲット部材３に、その軸方向へわたって径方向にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体５を形成するものである（例えば特許文献３参照）。
【０００３】
そして、上記各種堆積法では、ガラス微粒子堆積体を形成する際に用いるバーナとして、径の異なるパイプを同心円状に配置した多重構造のバーナが用いられている。
そして、このバーナは、一般的には、石英ガラスからなる異った径のパイプを互いに溶接した構造とされており、その中心のパイプから四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）や四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）などのガラス原料となる原料ガスを噴出させ、外周側のポートから酸素（Ｏ２）や水素（Ｈ２）からなる燃焼ガスや窒素（Ｎ２）などのシールガスを噴出させている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２２８４４３号公報
【特許文献２】特開平７−３３４６７号公報
【特許文献３】特開平７−２４２４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の先行文献では、いずれもバーナを構成する各部材であるパイプの加工精度が考慮されておらず、このため、噴出させるガラス原料及び燃焼ガスの流れがバーナ毎に異なる。したがって、ガラス微粒子を堆積させるためには、それぞれのバーナ毎に調整が必要となっていた。
さらに、バーナ毎に調整を行っても得られるガラス微粒子堆積体をガラス化したガラス母材の屈折率分布及びガラス外径が、バーナ毎に異なってしまい、ガラス母材を高精度に安定して製造することが困難であった。
【０００６】
特に、バーナを構成するパイプの中心軸が設計中心に対してずれていると、原料ガスが燃焼ガスに対して相対的に偏ってずれて噴出した状態となりやすく、また、燃焼ガスの燃焼により発生する火炎自体も偏ってしまう。
例えば製造されたガラス母材の屈折率分布にてコアとクラッドとの界面において屈折率が突出してしまういわゆる界面ツノが発生したりあるいはコア外周部に屈折率がなだらかに変化するいわゆるすそだれ状態が生じることがある。このような界面ツノやすそだれは、  例えばこのガラス母材から光ファイバを製造した場合に最終的に得られる光ファイバの特性に大きく影響すると共に、前記のように原料ガスが燃焼ガスに対して相対的に偏ってずれてバーナーから噴出した状態や、燃焼ガスの燃焼により発生するバーナー火炎自体が偏った状態でガラス母材を製造した場合、その偏り具合で屈折率形状は大きくばらついてしまう。
このように、パイプの寸法精度にばらつきがあると、それぞれのバーナによって製造されるガラス母材のコア外径や屈折率分布が変動してしまい、安定して高品質なガラス母材を得ることが難しいことがある。
【０００７】
この発明は、安定してガラス微粒子を噴出させて高品質なガラス母材を製造することが可能なガラス母材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】
上記目的を達成するために、本発明のガラス母材の製造方法は、筒体からガラス原料ガス及び燃焼ガスを吹き出すバーナによってガラス微粒子を生成してガラス微粒子堆積体を形成し、このガラス微粒子堆積体を加熱して透明化するガラス母材の製造方法であって、設計値に対する外形寸法および／または内径寸法のずれが±０.１ｍｍ以下である筒体を用いて作成した前記バーナによってガラス微粒子を生成することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のガラス母材の製造方法は、前記設計値に対する外形寸法および／または内径寸法のずれが±０.０４ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１０】
さらに、本発明のガラス母材の製造方法は、筒体からガラス原料ガス及び燃焼ガスを吹き出すバーナによってガラス微粒子を生成してガラス微粒子堆積体を形成し、このガラス微粒子堆積体を加熱して透明化するガラス母材の製造方法であって、長手方向へわたる中心軸の曲がり量が０.１ｍｍ以下である筒体を用いて作製した前記バーナによってガラス微粒子を生成することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記筒体の表面の一部もしくは全てが研削加工された筒体を用いて作製した前記バーナによってガラス微粒子を生成することが好ましい。
さらに、前記筒体が石英ガラスから形成された前記バーナを用いてガラス微粒子を生成することが望ましい。
また、前記バーナを構成する前記筒体同士を加熱溶接させる以外の前記バーナー作製工程において前記筒体を軟化温度以上に加熱しないで作製したバーナを用いてガラス微粒子を生成することが好ましい。
【００１２】
また、前記筒体が円筒形状である前記バーナを用いてガラス微粒子を生成することが好ましい。
さらに、複数の前記筒体からなる多重管構造とされ、かつ各筒体の中心軸が半径０.１ｍｍ以下の円筒内におさまるように組み立てられた前記バーナを用いてガラス微粒子を生成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガラス母材の製造方法によれば、設計値に対する外形寸法および／または内径寸法のずれが±０.１ｍｍ以下、好ましくは±０.０４ｍｍ以下である筒体を用いて作製したバーナによりガラス母材を製造するのでバーナ間における火炎のばらつきを低減することができ、屈折率分布及びガラス外径の安定性に優れたガラス母材を製造することができる。
【００１４】
また、長手方向へわたる筒体の中心軸の曲がり量が０.１ｍｍ以下である筒体を用いて作製したバーナによりガラス母材を製造するので、原料ガスのガラス化反応を安定化させることができ、特にＶＡＤ法で中心にゲルマニウムを添加したガラス母材を製造する場合、火炎及び原料流の中心軸に対する対称性を大幅に向上させることができる。これにより、バーナ個体毎に行う細かな条件調整をほぼなくすことができ、屈折率分布及びガラス外径の安定性に優れたガラス母材を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明かかるガラス母材の製造方法を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態では、ガラス母材となるガラス微粒子堆積体を形成する方法として、ＶＡＤ法を例にとって説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るガラス母材の製造方法によりガラス母材となるガラス微粒子堆積体を製造するための製造装置を示す概略構成図である。
図に示すように、この製造装置１０は、反応容器１１を有し、この反応容器１１内には、出発材１２が吊り下げられる。
出発材１２は、昇降装置１３から吊り下げられた支持棒１４の先端部に連結されて支持され、昇降装置１３によって支持棒１４とともに軸回転されながら昇降される。
【００１６】
反応容器１１内には、出発材１２にガラス微粒子を吹き付けるクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２が設置され、これらクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２は、支持棒１４に支持された出発材１２に対して下方から斜め上方へ向けて傾けて設置されている。
これらクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２には、それぞれガス供給装置２３が接続され、このガス供給装置２３は、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２に、原料ガス及び燃焼ガスをそれぞれ供給する。
【００１７】
そして、クラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２は、ガス供給装置２３から供給される原料ガス及び燃焼ガスをそれぞれ噴出してガラス微粒子を生成する。
これにより、出発材１２には、その端部に、ガラス微粒子が堆積し、ガラス微粒子堆積体２４が形成される。
【００１８】
反応容器１１は、その下端に、レーザ発振器２５及び受光器２６を備えており、レーザ発振器２５からガラス微粒子堆積体２４の下端部に照射されたレーザが受光器２６にて受光される。受光器２６は、制御装置２７に接続され、受光したレーザに基づいて制御装置２７に受光信号を出力する。
制御装置２７は、受光器２６からの受光信号の出力が一定となるように、昇降装置１３及びガス供給装置２３を制御し、形成するガラス微粒子堆積体２４の密度や外径を管理する。
反応容器１１は、排気管２８を備えており、この排気管２８から反応容器１１内の排気が行われる。
【００１９】
上記製造装置１０の反応容器１１に設置されたクラッド用バーナ２１及びコア用バーナ２２は、それぞれ多重構造のバーナ本体を有している。
ここで、この多重構造のバーナ本体について詳述する。
図２は、本実施形態のバーナを構成するバーナ本体を示す図である。
図２に示すように、バーナ本体３１は、径の異なる複数の円筒形状のパイプ３２ａ、３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを同心円状に配設したものである。
これらパイプ３２ａ、３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅからなるバーナ本体３１は、その中心のパイプ３２ａの貫通孔及び各パイプ３２ａ、３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの隙間が、それぞれポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５とされている。
【００２０】
バーナ本体３１を構成するパイプ３２ａ、３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、石英ガラスから形成されたもので、基端部同士が互いに溶接されて一体化されている。
具体的には、中心のパイプ３２ａ以外のパイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの基端部が、それぞれ内周側に隣接するパイプ３２ａ、３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの基端部近傍における外周に溶接固定されて一体化されている。
【００２１】
中心に設けられた原料ガス供給用パイプ３２ａには、クラッド用バーナ２１の場合は、原料ガスとして、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が、コア用バーナ２２の場合は、原料ガスとして、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）及び四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）が、酸素（Ｏ２）と混合されて送り込まれる。
【００２２】
また、他のパイプ３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅには、それぞれ基端部に、ガス供給配管３５，３６，３７，３８が接続され、ガス供給装置２３から供給される窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）が、ポートＰ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５へ順に送り込まれる。
【００２３】
ここで、本実施形態のガラス母材の製造方法にて用いるコア用バーナ２２のバーナ本体３１が次のような寸法精度とされている。
（設計値に対する寸法誤差）
バーナ本体３１を構成する各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、その設計値に対する外径および／または内径寸法誤差が長手方向へわたって±０.１ｍｍ以下とされている。
なお、この設計値に対する外径および／または内径寸法誤差は、長手方向へわたって±０.０４ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、上記の寸法精度とするために、各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、その一部もしくは全てを研削加工している。これにより、各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、少なくとも一部がすりガラス状態とされている。
【００２４】
（長手方向へわたる中心軸の曲がり量）
図３に示すように、長手方向へわたる各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの中心軸の曲がり量Ｗは、０.１ｍｍ以下とされている。
なお上記の曲がり量とするために、コア用バーナ２２が作製される際には、バーナ本体３１を構成する各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを、パイプ同士を加熱溶接させる以外の前記バーナー作製工程において、軟化温度以上に加熱しないようにする。
【００２５】
（各パイプの中心軸の位置）
複数の各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの中心軸が設計中心（設計値）に対して半径０.１ｍｍ以下の円筒内におさめられるようにバーナが組み立てられている。
【００２６】
クラッド用バーナ２１及び上記バーナ本体３１を有するコア用バーナ２２を用いてガラス母材となるガラス微粒子堆積体２４を製造する場合は、クラッド用バーナ２１及びバーナ本体３１を有するコア用バーナ２２からそれぞれ原料ガス及び燃焼ガスを噴出させる。
このようにすると、燃焼ガスの燃焼により生じる酸水素火炎中においてガラス原料が加水分解されてガラス微粒子となり、回転しながら上方へ引き上げられる出発材１２にガラス微粒子が吹き付けられ、ガラス微粒子堆積体２４が次第に形成される。
【００２７】
そして、上記のようにして得られたガラス微粒子堆積体２４を加熱してガラス化し、ガラス母材とする。
【００２８】
ここで、本実施形態によれば、コア用バーナ２２は、バーナ本体３１を構成する各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの設計中心に対する外径および／または内径寸法誤差が小さいので、バーナ間における火炎のばらつきを低減することができ、屈折率分布の安定性に優れたガラス母材を製造することができる。
【００２９】
また、長手方向へわたる各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの中心軸の曲がり量Ｗを０.１ｍｍ以下としたことにより、原料ガスのガラス化反応を安定化させることができ、特にＶＡＤ法で中心にゲルマニウムを添加したガラス母材を製造する場合、火炎及び原料流の中心軸に対する対称性を大幅に向上させることができる。これにより、バーナ毎の調整をほぼなくすことができ、屈折率分布及びガラス外径の安定性に優れたガラス母材を製造することができる。
【００３０】
さらに、バーナ本体３１の組立時に、パイプ同士を加熱溶接させる以外の前記バーナー作製工程において各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを軟化温度以上に加熱しないことにより、各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの高い寸法精度を維持することができる。つまり、バーナ本体３１の組立時に、火炎研磨などを施して各パイプを軟化させることによる寸法精度の悪化を抑制することができる。
【００３１】
なお、バーナ本体３１を構成する各パイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの設計中心に対する外径および／または内径寸法誤差が、長手方向へわたって±０.０４ｍｍ以下であることがさらに好ましく、この場合は、バーナ間における火炎のばらつきをさらに低減することができ、屈折率分布及びガラス外径の安定性に優れたガラス母材を製造することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、ＶＡＤ法によってガラス微粒子堆積体２４を製造する場合を例にとって説明したが、ガラスロッドの外周にクラッドとなるガラス微粒子を堆積させるＯＶＤ法やＭＭＤ法の場合にも適応可能であるのは勿論である。
また、上記実施形態では、バーナ本体３１を円筒形状のパイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅによって構成したが、これらパイプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、筒体であれば円筒形状に限らず、角筒形状であっても良い。
【実施例】
【００３３】
直径２５ｍｍ、長さ５００ｍｍの純石英ガラスからなる出発材１２にＶＡＤ法によりガラス微粒子を堆積させ、得られたガラス微粒子堆積体２４を高温加熱して透明ガラス化してガラス母材とし、コア径及びコア屈折率の安定性を評価した。
ガラス微粒子堆積時には、レーザ発振器３５からガラス微粒子堆積体２４の最下端付近へレーザを出射し、受光器２６における受光パワーを一定に保つように制御装置２７によって引き上げ長を制御しながら昇降装置１３によってガラス微粒子堆積体２４を引き上げた。
【００３４】
表１に示すように、パイプの外周における寸法精度Ｘｍｍ、パイプの内周における寸法精度Ｙｍｍ、中心軸の曲がり量Ｗｍｍ、中心軸の位置精度Ｚｍｍが異なる複数のコア用バーナ２２を用意し、それぞれのコア用バーナ２２を用いて上記のガラス母材の製造をそれぞれ繰り返し、ガラス母材のコア屈折率の安定性を評価した。その結果を表１及び図４〜図１０に示す。
【００３５】
【表１】
2006016235.tif 000003
【００３６】
その結果、本実施形態の寸法精度に対応した実施例１〜３のコア用バーナ２２で製造したガラス母材では、図４から図６に示すように、コア屈折率分布形状がほぼ同様の形状となった。
これに対して、本実施形態の寸法精度から外れた比較例１〜４のコア用バーナで製造したガラス母材では、図７から図１０に示すように、コア屈折率形状のばらつきが大きくなることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係るガラス母材の製造方法によりガラス母材となるガラス微粒子堆積体を製造するための製造装置を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態のガラス微粒子生成用バーナを構成するバーナ本体を示す図である。
【図３】パイプの中心軸の曲がり量を説明する図である。
【図４】各バーナを用いて作製したガラス母材のコア屈折率分布形状を示す図である。
【図５】各バーナを用いて作製したガラス母材のコア屈折率分布形状を示す図である。
【図６】各バーナを用いて作製したガラス母材のコア屈折率分布形状を示す図である。
【図７】各バーナを用いて作製したガラス母材のコア屈折率分布形状を示す図である。
【図８】各バーナを用いて作製したガラス母材のコア屈折率分布形状を示す図である。
【図９】各バーナを用いて作製したガラス母材のコア屈折率分布形状を示す図である。
【図１０】各バーナを用いて作製したガラス母材のコア屈折率分布形状を示す図である。
【図１１】ガラス微粒子を軸方向に堆積させるＶＡＤ法を説明する図である。
【図１２】ガラス微粒子を軸方向に堆積させるＶＡＤ法を説明する図である。
【図１３】ガラス微粒子を径方向に堆積させるＯＶＤ法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
２１  クラッド用バーナ（バーナ）
２２  コア用バーナ（バーナ）
２４  ガラス微粒子堆積体
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ  パイプ（筒体）
【図１】
2006016235.tif 000004
【図２】
2006016235.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006016235.tif 000012
【図１０】
2006016235.tif 000013
【図１１】
2006016235.tif 000014
【図１２】
2006016235.tif 000015
【図１３】
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