(57)【要約】【課題】高い歩留り及び高い生産性でガラス母材を製造することができる方法を提供する。【解決手段】本発明に係るガラス母材製造方法は、固定工程，カーボン皮膜形成工程，堆積工程，引抜工程，透明化工程および中実化工程を順に経て、ガラス母材を製造する。カーボン皮膜形成工程では、出発棒の軸方向に沿って出発ロッドとカーボン皮膜形成用バーナとを相対的に往復運動させ、出発棒の外周にカーボン皮膜を形成する。このとき、出発ロッドの周辺のガス流速を０.５ｍ／ｓ以下に管理する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出発棒の先端部が種棒パイプの一端から突出するように前記出発棒を前記種棒パイプに挿入し固定して出発ロッドを作製する固定工程と、
前記固定工程の後に、前記出発棒の軸方向に沿って前記出発ロッドとカーボン皮膜形成用バーナとを相対的に往復運動させ、前記出発棒の外周にカーボン皮膜を形成するカーボン皮膜形成工程と、
前記カーボン皮膜形成工程の後に、前記出発棒の軸方向に沿って前記出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとを相対的に往復運動させ、前記出発棒の先端部から前記種棒パイプの一部に亘って前記出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程と、
前記堆積工程の後に前記出発棒を前記種棒パイプおよび前記ガラス微粒子堆積体から引き抜く引抜工程と、
前記引抜工程の後に前記ガラス微粒子堆積体を加熱して透明ガラス管材を作製する透明化工程と、
前記透明化工程の後に前記透明ガラス管材の内部を減圧するとともに前記透明ガラス管材を加熱して中実のガラス母材を作製する中実化工程と、
を備え、
前記カーボン皮膜形成工程において、前記出発ロッドの周辺のガス流速を０.５ｍ／ｓ以下に管理する、
ことを特徴とするガラス母材製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ用のガラス母材を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、略円柱形状であるガラス母材の一端を加熱し軟化させて線引することで製造される。また、光ファイバ用のガラス母材は、ＯＶＤ法やＭＣＶＤ法等の製造方法により製造される。特許文献１には、ＯＶＤ法によるガラス母材製造方法が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されたガラス母材製造方法は、水分含有量が低い光ファイバ用のガラス母材を製造することを意図するものであって、出発棒が種棒パイプに挿入されてなる出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製し、このガラス微粒子堆積体から出発棒を引き抜いて、軸方向に延在し貫通する中心孔を有するガラス微粒子堆積体とする。そして、このガラス微粒子堆積体を加熱して乾燥・固結させ、中心孔を閉塞して透明なガラス母材を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５４３０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたようなガラス母材製造方法では、出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程に先立って、出発棒の外周にカーボン皮膜を形成する場合がある。このようにすることにより、堆積工程の後にガラス微粒子堆積体から出発棒を引き抜く際にガラス微粒子堆積体の中心孔の内壁面にキズが付くことが防止されて、高い歩留りでガラス母材が製造され得る。しかし、このカーボン皮膜の形成に必要以上に時間を要すると、ガラス母材の製造時間も長くなることになり、生産性が悪化する。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、高い歩留り及び高い生産性でガラス母材を製造することができる方法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】
【０００７】
本発明に係るガラス母材製造方法は、(1) 出発棒の先端部が種棒パイプの一端から突出するように出発棒を種棒パイプに挿入し固定して出発ロッドを作製する固定工程と、(2)固定工程の後に、出発棒の軸方向に沿って出発ロッドとカーボン皮膜形成用バーナとを相対的に往復運動させ、出発棒の外周にカーボン皮膜を形成するカーボン皮膜形成工程と、(3)カーボン皮膜形成工程の後に、出発棒の軸方向に沿って出発ロッドとガラス微粒子合成用バーナとを相対的に往復運動させ、出発棒の先端部から種棒パイプの一部に亘って出発ロッドの外周にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する堆積工程と、(4) 堆積工程の後に出発棒を種棒パイプおよびガラス微粒子堆積体から引き抜く引抜工程と、(5)引抜工程の後にガラス微粒子堆積体を加熱して透明ガラス管材を作製する透明化工程と、(6) 透明化工程の後に透明ガラス管材の内部を減圧するとともに透明ガラス管材を加熱して中実のガラス母材を作製する中実化工程と、を備える。そして、本発明に係るガラス母材製造方法は、カーボン皮膜形成工程において、出発ロッドの周辺のガス流速を０.５ｍ／ｓ以下に管理することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るガラス母材製造方法は、高い歩留りでガラス母材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るガラス母材製造方法のフローチャートである。
【図２】本実施形態に係るガラス母材製造方法の固定工程Ｓ１およびカーボン皮膜形成工程Ｓ２を説明する図である。
【図３】本実施形態に係るガラス母材製造方法の堆積工程Ｓ３を説明する図である。
【図４】本実施形態に係るガラス母材製造方法の引抜工程Ｓ４を説明する図である。
【図５】本実施形態に係るガラス母材製造方法の透明化工程Ｓ５を説明する図である。
【図６】本実施形態に係るガラス母材製造方法の中実化工程Ｓ６を説明する図である。
【図７】実施例および比較例それぞれでのカーボン皮膜形成工程における出発ロッド周辺のガス流速およびカーボン皮膜形成時間を纏めた図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るガラス母材製造方法のフローチャートである。この図に示されるように、本実施形態に係るガラス母材製造方法は、固定工程Ｓ１，カーボン皮膜形成工程Ｓ２，堆積工程Ｓ３，引抜工程Ｓ４，透明化工程Ｓ５および中実化工程Ｓ６を順に経て、ガラス母材を製造する。なお、このガラス母材製造方法により製造されるガラス母材は、例えば、線引により光ファイバを製造するための光ファイバ母材であり、或いは、その光ファイバ母材のうちでもコア部となるべきコア母材である。
【００１２】
図２は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の固定工程Ｓ１およびカーボン皮膜形成工程Ｓ２を説明する図である。図３は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の堆積工程Ｓ３を説明する図である。図４は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の引抜工程Ｓ４を説明する図である。図５は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の透明化工程Ｓ５を説明する図である。また、図６は、本実施形態に係るガラス母材製造方法の中実化工程Ｓ６を説明する図である。
【００１３】
固定工程Ｓ１（図２（ａ），（ｂ））では、出発棒１１の先端部１１ａが種棒パイプ１２の一端１２ａから突出するように、出発棒１１が種棒パイプ１２に挿入され固定されて、これにより出発ロッド１０が作製される。出発棒１１は、例えば、アルミナ、ガラス、耐火性セラミクス、カーボンなどの材料からなる。種棒パイプ１２は石英ガラスからなる。
【００１４】
固定工程Ｓ１の後のカーボン皮膜形成工程Ｓ２（図２（ｃ））では、この出発ロッド１０において種棒パイプ１２の一端１２ａから突出している出発棒１１の部分の外周は、都市ガスバーナやアセチレンバーナなどを用いたカーボン皮膜形成用バーナ２０からの火炎によりカーボン皮膜１１ｂが形成される。カーボン皮膜形成中も、出発ロッド１０は出発棒１１の中心軸を中心として回転し、カーボン皮膜形成用バーナ２０は、出発棒１１の軸方向に沿って出発ロッド１０に対して相対的に往復運動を繰り返す。また、出発ロッド１０の周辺のガス流速は０.５ｍ／ｓ以下に管理される。
【００１５】
カーボン皮膜形成工程Ｓ２の後の堆積工程Ｓ３（図３）では、出発棒１１が種棒パイプ１２に挿入され固定されてなる出発ロッド１０は、出発棒１１の中心軸を中心として回転される。また、出発ロッド１０の側方に配置されて酸水素火炎を形成するガラス微粒子合成用バーナ２１は、出発棒１１の軸方向に沿って出発ロッド１０に対して相対的に往復運動を繰り返す。そして、ＯＶＤ法により、出発棒１１の先端部１１ａから種棒パイプ１２の一部に亘って出発ロッド１０の外周にガラス微粒子が堆積されて、これによりガラス微粒子堆積体１３が作製される。
【００１６】
堆積工程Ｓ３では、ガラス微粒子合成用バーナ２１における供給原料流量をトラバース毎に調整する。これにより、出発棒１１の外周に堆積されるガラス微粒子は、径方向に所定の組成分布（すなわち、後のガラス母材または光ファイバにおける径方向の屈折率分布）を有することになる。
【００１７】
堆積工程Ｓ３の後の引抜工程Ｓ４（図４）では、種棒パイプ１２およびガラス微粒子堆積体１３から出発棒１１が引き抜かれる。このとき、種棒パイプ１２とガラス微粒子堆積体１３とは互いに固定されたままである。なお、カーボン皮膜形成工程Ｓ２において種棒パイプ１２の一端１２ａから突出している出発棒１１の部分の外周にカーボン皮膜を形成するため、この引抜工程Ｓ４で出発棒１１が引き抜かれる際にガラス微粒子堆積体１３の中心孔の内壁面にキズが付くことが防止される。
【００１８】
引抜工程Ｓ４の後の透明化工程Ｓ５（図５）では、ガラス微粒子堆積体１３は、一体となっている種棒パイプ１２とともに、ＨｅガスやＣｌ２ガスが導入された加熱炉２２の内部に入れられ、ヒータ２３により加熱される。これにより、透明ガラス管材１４が作製される。
【００１９】
透明化工程Ｓ５の後の中実化工程Ｓ６（図６）では、透明ガラス管材１４は、加熱炉に設置されて回転され、中心孔にＳＦ６が導入されるとともにヒータ２４により加熱されて、中心孔の内壁面が気相エッチングされる（同図（ａ））。次いで、透明ガラス管材１４は、内部が減圧されるとともにヒータ２４により加熱されて中実化され（同図（ｂ））、これにより中実のガラス母材が作製される。
【００２０】
このようにして製造された透明なガラス母材は、さらにその外側にクラッド層形成・透明化処理などされてプリフォーム化された後、先端を加熱・軟化されて線引きされることで、光ファイバが製造される。
【００２１】
本実施形態では、カーボン皮膜形成工程Ｓ２において出発ロッド１０の周辺のガス流速は０.５ｍ／ｓ以下に管理される。これにより、カーボン皮膜の形成が速くなり、カーボン皮膜の形成に要する時間が短くなって、ガラス母材の生産性が向上する。一方、カーボン皮膜形成工程Ｓ２において出発ロッド１０の周辺のガス流速が０.５ｍ／ｓを超えると、カーボン皮膜形成用バーナ２０から出る火炎が乱れて、カーボン皮膜の形成速度が下がる。
【００２２】
なお、カーボン皮膜形成の際の化学反応は、都市ガスの主成分であるメタンガスの燃焼反応であるが、この反応で酸素が不足すると、不完全燃焼となってＣＨ４から炭素が遊離し、遊離炭素が生成される。この遊離炭素が出発棒１１の周囲に付着することでカーボン皮膜が形成される。
【００２３】
次に、本実施形態に係るガラス母材製造方法の実施例について説明する。本実施例では、グレーデッドインデックス型の光ファイバを線引により製造するためのガラス母材が製造される。
【００２４】
堆積工程Ｓ３においてＯＶＤ装置が用いられてガラス微粒子の堆積が行われる。出発棒１１として、外径９〜１０ｍｍで長さ１２００ｍｍのアルミナ製のものが使用される。種棒パイプ１２として、長さ６００ｍｍ、外径２０〜４０ｍｍ、内径９.８〜２１ｍｍの石英ガラス製のものが使用される。
【００２５】
カーボン皮膜形成工程Ｓ２において、出発ロッド１０が軸周りに回転速度１５ｒｐｍで回転され、都市ガス（流量１.５Ｌ／分）が供給されたカーボン皮膜形成用バーナ２０により火炎が形成され、カーボン皮膜形成用バーナ２０に対して出発ロッド１０が速度１０００ｍｍ／分で往復運動されて、種棒パイプ１２から突出している出発棒１１の外周にカーボン皮膜が形成される。
【００２６】
堆積工程Ｓ３において酸水素火炎を形成するガラス微粒子合成用バーナ２１に投入されるガラス原料ガスは、ＳｉＣｌ４（投入量１〜３ＳＬＭ／本）およびＧｅＣｌ４（投入量０.０〜０.３ＳＬＭ）である。ガラス微粒子合成用バーナ２１に対する出発ロッド１０の相対移動速度は３〜１５００ｍｍ／分とされ、出発ロッド１０の回転速度は６０ｒｐｍとされる。
【００２７】
このような堆積工程Ｓ３の後、引抜工程Ｓ４および透明化工程Ｓ５を経て中実化工程Ｓ６が行われる。中実化工程Ｓ６では、透明ガラス管材１４は、加熱炉に設置されて３０ｒｐｍで回転され、速度５〜２０ｍｍ／分で透明ガラス管材１４の長手方向に移動する加熱炉により温度１９００〜２２００℃に加熱される。なお、中実化工程Ｓ５における加熱手段は、カーボンヒータや電磁誘導コイル式発熱体などを熱源とする加熱炉の替わりに、酸水素バーナ旋盤を用いても良い。このとき、透明ガラス管材１４の中心孔の内部に５０〜１００sccmのＳＦ６ガスが流されて、透明ガラス管材１４の中心孔の内壁面が気相エッチングされる。
【００２８】
次いで、透明ガラス管材１４は、中心孔の内部が０.１〜１０ｋＰａに減圧され、エッチング時と同じ温度にて中実化されて、ガラス母材が製造される。
【００２９】
このようにして製造されるガラス母材は、所望の径に延伸されて、その外周にＯＶＤ法でジャケットガラスが合成されて、光ファイバ用ガラス母材が製造される。この光ファイバ用ガラス母材が線引きされて、グレーデッドインデックス型のマルチモードファイバが製造される。
【００３０】
図７は、実施例および比較例それぞれでのカーボン皮膜形成工程における出発ロッド周辺のガス流速およびカーボン皮膜形成時間を纏めた図表である。ここでは、カーボン皮膜形成工程における出発ロッド周辺のガス流速Ｘ（ｍｍ／ｓ）が各値とされて、種棒パイプ１２から突出している出発棒１１へのカーボン皮膜形成時間Ａ（Ｈ）が比較評価される。カーボン皮膜形成時間Ａは、カーボン堆積重量が所定重量に達するまでの時間とする。この図表に示されるとおり、出発ロッド周辺のガス流速Ｘが０.５ｍ／ｓ以下であれば、カーボン皮膜形成時間Ａは１時間以下となってガラス母材の生産性が向上し、逆に０．５ｍ／ｓを超えると、カーボン皮膜形成時間Ａは急激に長くなり、ガラス母材の生産性は極端に悪化する。なお、図表中の比較例３では、都市ガス火炎が失火したため、カーボン皮膜が形成されなかった。
【符号の説明】
【００３１】
１０…出発ロッド、１１…出発棒、１２…種棒パイプ、１３…ガラス微粒子堆積体、１４…透明ガラス管材、２０…カーボン皮膜形成用バーナ、２１…ガラス微粒子合成用バーナ、２２…加熱炉、２３，２４…ヒータ。
【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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【図７】
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