(57)【要約】【課題】改善されたガラス微粒子堆積体を製造する方法を提供する。【解決手段】ＶＡＤ法によりコア堆積用バーナ及びクラッド堆積用バーナを使用してガラス微粒子堆積体を製造する方法であって、クラッド堆積用バーナは、外径の異なる５つの円筒管を同心円状に重ね、内側から３番目の領域に小口径ノズル群をリング状に配置したものであり、コア堆積用バーナに隣接して配置され、クラッド堆積用バーナの最も内側の領域にガラス原料ガスと助燃性ガス、内側から２番目の領域に空気、内側から３番目の領域に可燃性ガス、該小口径ノズル群に助燃性ガス、内側から４番目の領域に不活性ガス、内側から５番目の領域に助燃性ガスをそれぞれ流す工程を有し、工程において、小口径ノズル群に流れる助燃性ガスの線速度を、３番目の領域に流す可燃性ガスの線速度で除した比が、２．２以上４．３以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＶＡＤ法によりコア堆積用バーナ及びクラッド堆積用バーナを使用してガラス微粒子堆積体を製造する方法であって、
前記クラッド堆積用バーナは、外径の異なる５つの円筒管を同心円状に重ね、内側から３番目の領域に小口径ノズル群をリング状に配置したものであり、前記コア堆積用バーナに隣接して配置され、
前記クラッド堆積用バーナの最も内側の領域にガラス原料ガスと助燃性ガス、内側から２番目の領域に空気、前記内側から３番目の領域に可燃性ガス、該小口径ノズル群に助燃性ガス、内側から４番目の領域に不活性ガス、内側から５番目の領域に助燃性ガスをそれぞれ流す工程を有し、
前記工程において、前記小口径ノズル群に流れる助燃性ガスの線速度を、前記３番目の領域に流す可燃性ガスの線速度で除した比が、２．２以上４．３以下であることを特徴とする、ガラス微粒子堆積体の製造方法。
【請求項２】
ＶＡＤ法によりコア堆積用バーナ及びクラッド堆積用バーナを使用してガラス微粒子堆積体を製造する方法であって、
前記クラッド堆積用バーナは外径の異なる５つの円筒管を同心円状に重ね、内側から３番目の領域に小口径ノズル群をリング状に配置したものであり、
前記クラッド堆積用バーナの最も内側の領域にガラス原料ガスと助燃性ガス、内側から２番目の領域に空気、前記内側から３番目の領域に可燃性ガス、該小口径ノズル群に助燃性ガス、内側から４番目の領域に不活性ガス、内側から５番目の領域に助燃性ガスをそれぞれ流す工程を有し、
前記工程において、前記小口径ノズル群に流れる助燃性ガスの線速度を、前記３番目の領域に流す可燃性ガスの線速度で除した比が、２．２以上４．３以下であり、前記クラッド堆積用バーナが、前記コア堆積用バーナが堆積したコア部を加熱しつつ、該コア部に重ねてクラッド部を堆積することを特徴とする、ガラス微粒子堆積体の製造方法。
【請求項３】
前記小口径ノズル群に流す助燃性ガスが酸素であることを特徴とする、請求項１または２に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
【請求項４】
前記３番目の領域に流す可燃性ガスが水素であることを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶け残りの少ない光ファイバ母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバのコアとクラッドとの関係と同様に、光ファイバ母材はコアとなる部分とクラッドとなる部分の間に屈折率差を設けたり、コアとなる部分に屈折率分布形状を持たせたりしている。
【０００３】
光ファイバ母材の製造方法の一種であるＶＡＤ法では、コアを堆積するコア堆積用バーナと、その外側に設置したクラッドを堆積するためのクラッド堆積用バーナとを同時に用いて光ファイバ母材を製造することがある。このような製造方法では、クラッド堆積用バーナに、クラッドを堆積するという基本的な機能に加え、コアの焼き締め、コアの屈折率分布調整、ガラス微粒子堆積体の高密度化、といった機能を持たせていることがある。
【０００４】
世界的な光ファイバ需要の増加により、より生産性の高い製造プロセスが求められており、それはＶＡＤ法においても同じことが言える。クラッド堆積用バーナの堆積効率を高めるために、特許文献１に記載の同心円状に小口径ノズル群を持つバーナが提案されている。特許文献１では、複数円筒からなる多重円管の中心に原料ガス噴出流路を配置し、この原料ガス噴出流路を取り囲むように、可燃性ガス流路内に補助助燃性ガス噴出流路を環状に配置した図１のようなマルチノズルのバーナが用いられる。
【０００５】
図１に示すバーナ１０は、ガラス原料ガスと助燃性ガスを噴出するノズル１１ａ、補助助燃性ガスを噴出する小口径ノズル群１１ｃ、水素ガスを噴出するノズル１１ｄを持ち、そのほかシールガスとして不活性ガスを噴出するノズル１１ｂ、１１ｅ、助燃性ガスを噴出するノズル１１ｆを備えている。このバーナ１０では、助燃性ガスを流す領域に追加して、可燃性ガスを流す領域内に同心円状の小口径ノズル群を設け助燃性ガスを流すことで、バーナ火炎の直進性を増す効果を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９―２２７５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のバーナで、コア部分の屈折率分布形状を調整するために単に可燃性ガスの流量を大きくすると、局所的にガラス微粒子の密度の高い領域が形成される結果、ガラス微粒子堆積体を焼結透明化した際に溶け残りが発生するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は上記問題点を解決するべくなされたものであり、ＶＡＤ法によりコア堆積用バーナ及びクラッド堆積用バーナを使用してガラス微粒子堆積体を製造する方法であって、クラッド堆積用バーナは、外径の異なる５つの円筒管を同心円状に重ね、内側から３番目の領域に小口径ノズル群をリング状に配置したものであり、コア堆積用バーナに隣接して配置され、クラッド堆積用バーナの最も内側の領域にガラス原料ガスと助燃性ガス、内側から２番目の領域に空気、内側から３番目の領域に可燃性ガス、該小口径ノズル群に助燃性ガス、内側から４番目の領域に不活性ガス、内側から５番目の領域に助燃性ガスをそれぞれ流す工程を有し、工程において、小口径ノズル群に流れる助燃性ガスの線速度を、３番目の領域に流す可燃性ガスの線速度で除した比が、２．２以上４．３以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、ＶＡＤ法によりコア堆積用バーナ及びクラッド堆積用バーナを使用してガラス微粒子堆積体を製造する方法であって、クラッド堆積用バーナは外径の異なる５つの円筒管を同心円状に重ね、内側から３番目の領域に小口径ノズル群をリング状に配置したものであり、クラッド堆積用バーナの最も内側の領域にガラス原料ガスと助燃性ガス、内側から２番目の領域に空気、内側から３番目の領域に可燃性ガス、該小口径ノズル群に助燃性ガス、内側から４番目の領域に不活性ガス、内側から５番目の領域に助燃性ガスをそれぞれ流す工程を有し、工程において、小口径ノズル群に流れる助燃性ガスの線速度を、３番目の領域に流す可燃性ガスの線速度で除した比が、２．２以上４．３以下であり、クラッド堆積用バーナが、コア堆積用バーナが堆積したコア部を加熱しつつ、該コア部に重ねてクラッド部を堆積することとしてもよい。
【００１０】
本願発明のガラス微粒子堆積体の製造方法において、小口径ノズル群に流す助燃性ガスを酸素とするとよい。また、３番目の領域に流す可燃性ガスを水素とするとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態を説明する際の第１クラッド堆積用バーナの断面構造を示す図である。
【図２】ＶＡＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造中の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。図２は、ＶＡＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造中の様子を模式的に示している。最下方に描かれたコア部堆積用バーナ２３には、四塩化ケイ素の他に四塩化ゲルマニウムなどのドーパント原料を同伴させるため、クラッド部堆積用バーナ２４，２５とは独立しており、全体として複数のバーナを配置して、スートを製造する。
【００１３】
この製造方法では、コア部堆積用バーナ２３を用いて、中心に位置するコア部を出発材に堆積させる。その後、クラッド部堆積バーナ２４，２５でコア部を外側から覆うようにクラッド部を形成する。すなわち、クラッド部堆積用バーナ２４は、コア部堆積用バーナ２３が堆積したコア部を加熱しつつ、該コア部に重ねてクラッド部を堆積する。
【００１４】
図２においてコア部堆積用バーナ２３の右側に描かれているクラッド部堆積用バーナ２４は、クラッドを堆積する以外の役目も負っている。例えば、火炎でコア部を焼き締めて密度を高めて、割れを防止する。また、焼き締めによってコアの径を細めて未堆積酸化ゲルマニウムの再付着を防止する。さらに、火炎でコア部の温度を上昇させて余分な酸化ゲルマニウムを揮散させる。
【００１５】
［実施例１］
本発明の実施例１として、コア部堆積用バーナ２３、第１クラッド部堆積用バーナ２４、及び第２クラッド部堆積用バーナ２５の合計３本のバーナを用いて、ガラス微粒子堆積体を製造した。図２に示したように、第１クラッド部堆積用バーナ２４としては、図１のバーナ１０を使用し、コア部堆積用バーナ２３に隣接して配置する。ガラス微粒子堆積体を製造する条件は下記の通りである。
【００１６】
すなわち、第１クラッド部堆積用バーナ２４のノズル１１ａには四塩化ケイ素を０．８８Ｌ／ｍｉｎ．および酸素を０．７４Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。また、ノズル１１ｂには空気を１．０Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。また、ノズル１１ｄには水素を３０．０Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。また、ノズル１１ｅには窒素を４．０Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。また、ノズル１１ｆには酸素を１５．０Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。小口径ノズル群１１ｃには酸素を合計で２．８０Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。なお、いずれのガス種についても、ガスの流量は標準状態（０℃、１気圧）における流量を示すものとする（以下、本明細書において同様）。
【００１７】
一方、コア部堆積用バーナ２３には、酸素を９．０Ｌ／ｍｉｎ．、水素を６．４Ｌ／ｍｉｎ．、アルゴンを０．４Ｌ／ｍｉｎ．、四塩化ケイ素を０．４５Ｌ／ｍｉｎ．および四塩化ゲルマニウムを１５ｃｃ／ｍｉｎ．の流量で流す。
【００１８】
上記の条件で製造すると、小口径ノズル群の酸素の線速度ＵＯを、第１クラッド部堆積用バーナ２４の水素の線速度ＵＨで除した比ＵＯ／ＵＨは、２．９１となる。なお、線速度は、各ガスの標準状態における流量をノズルの断面積で除した値である（以下、本明細書において同様）。
【００１９】
上記の条件で製造したガラス微粒子堆積体を炉心管内にて１５００℃前後に加熱し、焼結透明化を行うと、溶け残り不良のない透明ガラスロッドを製造できた。また、全体の二酸化ケイ素堆積効率は６０．４％であった。
【００２０】
［実施例２］
本発明の実施例２として、実施例１のバーナガス条件を変更して製造をおこなった。
すなわち、第１クラッド部堆積用バーナ２４のノズル１１ａには四塩化ケイ素を０．９Ｌ／ｍｉｎ．および酸素を０．８Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。また、ノズル１１ｄには水素を２６．９Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。ノズル１１ｆには酸素を１３Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。小口径ノズル群１１ｃには酸素を合計で３．９Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。それ以外のガス条件は実施例１と同じである。
【００２１】
上記の条件で製造すると、小口径ノズル群１１ｃの酸素の線速度ＵＯを、第１クラッド部堆積用バーナ２４の水素の線速度ＵＨで除した比ＵＯ／ＵＨは４．２２となる。
【００２２】
この条件で製造したガラス微粒子堆積体を炉心管内にて１５００℃前後に加熱し、焼結透明化を行うと、溶け残り不良のない透明ガラスロッドを製造できた。また、全体の二酸化ケイ素堆積効率は６０．２％であった。
【００２３】
［従来例］
従来例として、実施例１の第１クラッド部堆積用バーナ２４を、図１の形状のバーナ１０に代えて、径の異なる複数の円筒ガラス管を同心円状に重ねた４重管バーナに変更して製造を行った。ガラス微粒子堆積体を製造する条件は下記の通りである。すなわち、酸素を１８．５Ｌ／ｍｉｎ．、水素を２２．６Ｌ／ｍｉｎ．、アルゴンを１．５Ｌ／ｍｉｎ．、四塩化ケイ素を０．８５Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。
【００２４】
この条件で製造したガラス微粒子堆積体を炉心管内にて１５００℃前後に加熱し、焼結透明化を行うと、溶け残り不良は発生しなかった。全体の二酸化ケイ素堆積効率は５５．８％であった。
【００２５】
［参考例］
参考例として、実施例１のバーナガス条件を下記の条件に変更して製造をおこなった。すなわち、第１クラッド部堆積用バーナのノズル１１ａには、四塩化ケイ素を０．９Ｌ／ｍｉｎ．および酸素を０．８Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。また、ノズル１１ｄには水素を２６．９Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。ノズル１１ｆには酸素を１３Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。小口径ノズル群１１ｃには酸素を合計で４．８Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流す。それ以外のガス条件は実施例１と同じである。
【００２６】
上記の条件で製造すると、小口径ノズル群の酸素の線速度ＵＯを、第１クラッド部堆積用バーナの水素の線速度ＵＨで除した比ＵＯ／ＵＨは５．０１となる。
【００２７】
この条件で製造したガラス微粒子堆積体を炉心管内にて１５００℃前後に加熱し、焼結透明化を行うと、コア近傍の溶け残り不良がガラスロッド長手全域に発生し、製品としては使用できなかった。また、全体の堆積効率は６０．１％であった。
【００２８】
表１に各条件での堆積効率および溶け残り不良重量を整理した。
【表１】
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【００２９】
以上のように本発明に係る光ファイバ用ガラス微粒子堆積体の製造方法は、ＶＡＤ法において、コア堆積用のバーナに隣接するクラッド堆積用バーナとして、内側から３番目のガス噴出口にリング状に配置した小口径ノズル群を備えた５重管バーナを採用し、前記小口径ノズル群から噴出する助燃性ガスの線速度ＵＯの、内側から３番目のガス噴出口が噴出する可燃性ガスの線速度ＵＨとの比ＵＯ／ＵＨが、２．２以上４．３以下となるようにしたものである。
【００３０】
本発明により、コア堆積用バーナに隣接するクラッド堆積用バーナの、小口径ノズル群から噴出する助燃性ガスの線速度ＵＯの、内側から３番目のガス噴出口から噴出する可燃性ガスの線速度ＵＨとの比ＵＯ／ＵＨが２．２以上４．３以下となるようにガス条件を設定することで、高い堆積効率で屈折率分布形状を整えながら、焼結透明化工程後に溶け残りの少ない光ファイバ用ガラス微粒子堆積体を製造することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０…バーナ
１１ａ…最も内側のガス噴出口
１１ｂ…内側から２番目のガス噴出口
１１ｃ…内側から３番目のガス噴出領域内の小口径ノズル口
１１ｄ…最も内側から３番目のガス噴出口
１１ｅ…内側から４番目のガス噴出口
１１ｆ…内側から５番目のガス噴出口
２１…出発材
２２…ガラス微粒子堆積体
２３…コア部堆積用バーナ
２４…第１クラッド部堆積用バーナ
２５…第２クラッド部堆積用バーナ
【図１】
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【図２】
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