(57)【要約】【課題】光ファイバ用母材の長手方向の全長にわたって安定して低い伝送損失を実現可能な光ファイバ用母材の製造方法を提供する。【解決手段】シリカ粒子を堆積させて製造した多孔質母材１０を加熱炉２に挿入し、加熱炉２内の加熱ゾーン２５に多孔質母材１０を順次送り込むことで脱水し焼結する光ファイバ用母材の製造方法であって、多孔質母材１０は、その長手方向において、第一の領域と、多孔質母材１０の上端部を含む第二の領域とを含み、加熱ゾーン２５の温度を、第二の領域を脱水する際に第一の領域を脱水する場合よりも低くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ粒子を堆積させて製造した多孔質母材を加熱炉に挿入し、前記加熱炉内の加熱ゾーンに前記多孔質母材を順次送り込むことで脱水し焼結する光ファイバ用母材の製造方法であって、
前記多孔質母材は、その長手方向において、第一の領域と、前記多孔質母材の上端部を含む第二の領域とを含み、
前記加熱ゾーンの温度を、前記第二の領域を脱水する際に前記第一の領域を脱水する場合よりも低くする、光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項２】
前記第一の領域を脱水する際の前記加熱ゾーンの温度が１２００℃以上１３００℃以下の範囲内である、請求項１に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項３】
前記第二の領域における脱水前の前記多孔質母材の外径に対する脱水後の前記多孔質母材の外径の比が、前記第一の領域における前記比よりも大きい、請求項１または請求項２に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項４】
前記第一の領域では、脱水前の前記外径に対する脱水後の前記外径の比を０．８５倍以上０．９５倍以下の範囲とし、前記第二の領域では、脱水前の前記外径に対する脱水後の前記外径の比を０．９０倍以上１．００倍以下の範囲とする、請求項３に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ用母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ガラス微粒子を堆積してなる多孔質母材を脱水・透明ガラス化して光ファイバ母材用コア部材を製造し、所望のコア／クラッド比とするために該コア部材を延伸した後にクラッド部を付加する光ファイバ母材の製造方法を開示している。特許文献１においては、光ファイバ母材の下端から上端にかけて脱水および透明化を行っている。
特許文献２は、光ファイバ母材の製造方法に関し、光ファイバ用のスート母材を加熱炉内でトラバースさせて脱水する工程において、スート母材を２回以上トラバースさせ、各トラバースの間に待機ステップを設けることが開示されている。
特許文献３は、光ファイバ母材の多孔質スート体のガラス化方法に関し、炉心管内の電気ヒータのガラス化領域に対する多孔質スート体の位置に応じて、電気ヒータのガラス化温度を制御することが開示されている。具体的には、多孔質スート体の上端側が電気ヒータのガラス化領域にある場合は、多孔質スート体の上端側がガラス化領域にある場合よりもガラス化温度を下げることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８４３０２号公報
【特許文献２】特開２００３−２７７０９４号公報
【特許文献３】特開２００３−８１６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１〜３に示すように、脱水の際の温度を光ファイバ用母材の長手方向で一定にする、上端側で温度を上げる、あるいは上端側でトラバース速度を下げる方法が知られているが、これらの方法では光ファイバ用母材の上端側での脱水が十分ではなく、当該上端側で残留したＯＨ基による伝送損失が増加し、歩留まり低下を招くおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、光ファイバ用母材の長手方向の全長にわたって安定して低い伝送損失を実現可能な光ファイバ用母材の製造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】
【０００６】
本発明の一態様に係る光ファイバ用母材の製造方法は、
シリカ粒子を堆積させて製造した多孔質母材を加熱炉に挿入し、前記加熱炉内の加熱ゾーンに前記多孔質母材を順次送り込むことで脱水し焼結する光ファイバ用母材の製造方法であって、
前記多孔質母材は、その長手方向において、第一の領域と、前記多孔質母材の上端部を含む第二の領域とを含み、
前記加熱ゾーンの温度を、前記第二の領域を脱水する際に前記第一の領域を脱水する場合よりも低くする。
【発明の効果】
【０００７】
上記発明によれば、光ファイバ用母材の長手方向の全長にわたって安定して低い伝送損失を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】光ファイバ用母材の製造装置を示す図である。
【図２】多孔質母材の構成を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る製造方法によって製造された光ファイバ用母材の改善結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本発明の実施形態の説明）
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係る光ファイバ用母材の製造方法は、
（１）シリカ粒子を堆積させて製造した多孔質母材を加熱炉に挿入し、前記加熱炉内の加熱ゾーンに前記多孔質母材を順次送り込むことで脱水し焼結する光ファイバ用母材の製造方法であって、
前記多孔質母材は、その長手方向において、第一の領域と、前記多孔質母材の上端部を含む第二の領域とを含み、
前記加熱ゾーンの温度を、前記第二の領域を脱水する際に前記第一の領域を脱水する場合よりも低くする。
上記方法によれば、光ファイバ用母材の長手方向の全長にわたって安定して低い伝送損失を実現することができる。
【００１０】
（２）前記第一の領域を脱水する際の前記加熱ゾーンの温度が１２００℃以上１３００℃以下の範囲内であっても良い。
上記範囲内のように脱水時に多孔質母材が収縮する程度の温度領域で脱水する場合に、本願の方法を適用することがより好ましい。
【００１１】
（３）前記第二の領域における脱水前の前記多孔質母材の外径に対する脱水後の前記多孔質母材の外径の比が、前記第一の領域における前記比よりも大きくても良い。
上記方法によれば、多孔質母材の第二の領域における脱水後の収縮を第一の領域における脱水後の収縮よりも抑えることで、上端部側も良好に脱水することができる。
【００１２】
（４）前記第一の領域では、脱水前の前記外径に対する脱水後の前記外径の比を０．８５倍以上０．９５倍以下の範囲とし、前記第二の領域では、脱水前の前記外径に対する脱水後の前記外径の比を０．９０倍以上１．００倍以下の範囲としても良い。
多孔質母材の上端部側を良好に脱水するために、上記範囲内の収縮比とすることがより好ましい。
【００１３】
（本発明の実施形態の詳細）
本発明の実施形態に係る光ファイバ用母材の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１４】
図１は、光ファイバ用母材の製造方法に用いられる加熱装置の一例を示す。
図１に示すように、加熱装置１は、加熱対象物である多孔質母材１０を加熱処理するための加熱炉２を備えている。加熱炉２は、多孔質母材１０が挿入される炉心管２１を有している。炉心管２１の下部には、炉心管２１内にヘリウムガス等の不活性ガスや、塩素、フッ化物ガス等の腐食性ガスを導入するためのガス導入部２２が設けられている。炉心管２１の上部には、不要となったガスを炉心管２１から排出するための排気部２３が設けられている。
【００１５】
炉心管２１の外周には、炉心管２１と同心円状に配置されたヒータ２４が設けられている。ヒータ２４は、炉心管２１の内部における加熱ゾーン２５を中心に加熱するように設計されている。このため、多孔質母材１０の加熱処理は、主に加熱ゾーン２５内で行われる。ヒータ２４の近傍にはヒータ２４によって加熱された加熱ゾーン２５の温度を測定するための温度計２６が設けられている。
【００１６】
また、加熱装置１は、各部の動作を制御する加熱制御部３を備えている。加熱制御部３は、ヒータ２４および温度計２６と電気的に接続されている。加熱制御部３は、例えば温度計２６により測定された加熱ゾーン２５の温度に基づいて、加熱ゾーン２５の温度が所定の温度となるようにヒータ２４の出力を制御する。
【００１７】
また、加熱装置１は、炉心管２１内における多孔質母材１０の位置を長手方向へトラバースさせるトラバース機構４を備えている。トラバース機構４は、加熱制御部３と電気的に接続されている。トラバース機構４は、シード棒４１によって吊り下げられた多孔質母材１０を、炉心管２１内で加熱ゾーン２５を通過させるために、加熱制御部３の制御に従って矢印４２ａ，４２ｂに示す上下方向へトラバースさせる。
【００１８】
さらに、加熱装置１は、多孔質母材１０までの距離を計測する変位センサ５を備えている。変位センサ５は、計測した距離に基づいて多孔質母材１０の外径の変位を算出する。変位センサ５は、加熱制御部３と電気的に接続されている。変位センサ５で算出された変位データは、加熱制御部３に送信される。
【００１９】
図２は、上記炉心管２１内に挿入される多孔質母材１０の一例を示す。多孔質母材１０は、例えばＶＡＤ法あるいはＯＶＤ法等によってシリカ（石英）粒子を堆積させて合成された母材である。多孔質母材１０は、炉心管２１内で脱水および焼結されて透明な光ファイバ用母材（コア母材）となる。
【００２０】
図２に示すように、多孔質母材１０は、その長手方向（図２の上下方向）において、シード棒４１に接続されている側（上側）に設けられた第二の領域１１と、第二の領域の下側に第二の領域に連続して設けられた第一の領域１２とを有している。
【００２１】
第二の領域１１には、多孔質母材１０の堆積開始点である上端１３から多孔質母材１０の径が安定する位置１４までの領域（径が変化している領域）である上端部１１ａと、径が安定している定常部の最初のある程度の区間領域１１ｂとが含まれている。
【００２２】
第一の領域１２には、上記区間領域１１ｂに連続する定常部である定常領域１２ａと、定常領域１２ａに連続する領域で径が変化している下端部１２ｂとが含まれている。
【００２３】
なお、多孔質母材１０の大きさとしては、例えば定常部の径が１８０ｍｍ以上の太さであることが好ましい。
【００２４】
次に、加熱装置１を用いて製造される光ファイバ用母材の製造方法について説明する。
ガス導入部２２から所定量の不活性ガスおよび腐食性ガスを導入するとともに、排気部２３から不要なガスを排出して、炉心管２１内の圧力が大気圧よりも減圧された状態となるように制御する。また、ヒータ２４を加熱させて炉心管２１内の温度を上昇させる。
【００２５】
多孔質母材１０をトラバース機構４で上下方向へトラバースさせながら、加熱ゾーン２５に順次送り込むことで、多孔質母材１０の全体を脱水処理する。
【００２６】
脱水処理する際の加熱ゾーン２５の温度は、加熱対象物である多孔質母材１０の部位毎に、所定の温度とするように設定されている。多孔質母材１０の第二の領域１１を脱水する際の加熱ゾーン２５の温度は、第一の領域１２を脱水する際の加熱ゾーン２５の温度よりも低くするように設定されている。例えば第一の領域１２を脱水する際の加熱ゾーン２５の温度は、１２００℃以上１３００℃以下の範囲内とするように設定されている。また、第二の領域１１を脱水する際の加熱ゾーン２５の温度は、例えば１１４０℃〜１２００℃の範囲内とするように設定されている。
【００２７】
具体的には、第一の領域１２と第二の領域１１とにおける脱水前後の多孔質母材１０の外径の変化が以下の関係となるように設定されている。
第一の領域１２における脱水前の多孔質母材１０の外径をＲ１、脱水後の外径をｒ１とし、第二の領域１１における脱水前の多孔質母材１０の外径をＲ２、脱水後の外径をｒ２としたとき、（ｒ２／Ｒ２）の方が（ｒ１／Ｒ１）よりも大きくなるよう設定されている。
【００２８】
例えば、第一の領域１２では、脱水前の外径Ｒ１に対する脱水後の外径ｒ１の比ｒ１／Ｒ１が０．８５倍以上０．９５倍以下の範囲となるように設定されている。第二の領域１１では、脱水前の外径Ｒ２に対する脱水後の外径ｒ２の比ｒ２／Ｒ２が０．９０倍以上１．００倍以下の範囲となるように設定されている。
すなわち、第二の領域１１における脱水後の収縮を、第一の領域１２における脱水後の収縮よりも抑制することができるように、上記加熱ゾーン２５の各温度が設定されている。
【００２９】
加熱ゾーン２５の温度は、ヒータ２４の出力を制御することにより調整されている。温度計２６で加熱ゾーン２５の温度を測定しながら、加熱ゾーン２５の温度が予め設定されている上記加熱温度となるように、加熱制御部３によってヒータ２４の出力が制御される。多孔質母材１０のトラバース中において、加熱ゾーン２５の温度を第一の領域１２を脱水する温度から第二の領域１１を脱水する温度へ移行させる場合には、例えば階段状（傾斜状）に温度が変化（下降）するようにヒータ２４の出力が制御される。加熱ゾーン２５の温度を第二の領域１１を脱水する温度から第一の領域１２を脱水する温度へ移行させる場合も同様に階段状に温度が変化（上昇）するように制御される。
【００３０】
処理中における多孔質母材１０の外径の変位、すなわち多孔質母材１０の収縮率は、変位センサ５によって計測され、変位センサ５から加熱制御部３に送信される。加熱制御部３は、受信した変位データに基づいて、ヒータ２４の出力制御、あるいはトラバース機構４のトラバース速度の制御等を調整するようにしてもよい。
【００３１】
このようにして脱水処理された多孔質母材１０は、続いて焼結処理が施されて、透明化した光ファイバ用母材となる。
【００３２】
ところで、従来、外径が太い（例えば１８０ｍｍ以上の）光ファイバ用母材（以下、大型コアと称する）は、通常の太さ（例えば１５０ｍｍ）のもの（以下、通常コアと称する）に比べて、ＯＨ基ロス（残留したＯＨ基）による伝送損失が高い傾向にあった。特に、光ファイバ用母材の種付部側（上端側）における伝送損失が高く、その原因究明と改善が望まれていた。
【００３３】
本発明者がこの原因を検討したところ、従来の製造方法で製造した場合、大型コアは、通常コアに比べて、脱水前後における多孔質母材の収縮が大きいことが分かった。また、大型コアは、通常コアに比べて、一般的に高い温度で多孔質母材が脱水処理されていることが分かった。そして、多孔質母材を高い加熱温度で脱水処理した場合、その高熱により多孔質母材の表面層が収縮して固まってしまい、その結果、水分が多孔質母材の内部に溜まって外部に排出されなくなり脱水不足になってしまうことがＯＨ基ロスの原因の一つであることを見い出した。
【００３４】
例えば、大型コア用の多孔質母材を従来の製造方法で脱水処理した場合、図３の（ａ）に示すように、脱水後の多孔質母材（実線５１で示す）は、脱水前の多孔質母材（破線５２で示す）と比べて収縮しており、特に上端側の第二の領域１１における収縮量が大きい。その収縮率は、図３の（ｃ）において折れ線７１に示すように、多孔質母材の第一の領域１２で平均７７．６％、第二の領域１１で平均６７．３％であった。なお、ここでいう脱水処理前後での多孔質母材の「収縮率」は、脱水前の多孔質母材の外径をＲ、脱水後の多孔質母材の外径をｒとすると、収縮率（％）＝ｒ／Ｒ×１００で算出されたものである。また、その脱水温度は、図３の（ｂ）において折れ線６１で示される１２８０℃であった。なお、通常コアの脱水温度は、例えば１２１０℃程度である。
【００３５】
そこで、先ず、本発明者は、脱水温度に着目し、図３の（ｂ）において折れ線６２に示すように、脱水温度を１２２０℃に低減して大型コアの脱水処理を行った。その結果、収縮率は、図３の（ｃ）において折れ線７２に示すように、多孔質母材の第一の領域１２で平均８６．９％、第二の領域１１で平均８０．４％に改善することができた。
【００３６】
次に、第二の領域１１における収縮をさらに抑制させるために、第二の領域１１の脱水温度を、図３の（ｂ）において折れ線６３に示すように、さらに低減させた。折れ線６３では、第一の領域１２の端部から第二の領域１１に向かって、脱水温度（１２２０℃）を徐々に低下させて、１１６０℃に達したところで一定に維持させている。このように変化させた脱水温度で脱水処理を行った結果、図３の（ｃ）において折れ線７３に示すように、多孔質母材の第二の領域１１で、さらに大きく収縮を抑制することができた。その結果、大型コアの全体の収縮を、図３の（ｃ）において折れ線７４に示す通常コアの全体の収縮（収縮率平均９１．８％）と同等まで抑制することができた。
これにより、光ファイバ用母材の本数ベースでのＯＨ基ロスによる不良率を、従来の１６．３％から、５．２％に低減することができた。
【００３７】
このように、本例の光ファイバ用母材の製造方法によれば、第二の領域１１を脱水する際の加熱ゾーン２５の温度が第一の領域１２を脱水する際の加熱ゾーン２５の温度よりも低くなるように制御されている。このため、脱水時における光ファイバ用母材の長手方向の全長にわたって収縮を抑制することができ、安定して低い伝送損失を実現することができる。
【００３８】
また、本製造方法によれば、第一の領域１２を脱水する際の加熱ゾーン２５の温度が１２００℃以上１３００℃以下の範囲内となるように制御されている。このように脱水時に多孔質母材１０が収縮する程度の温度領域で脱水する場合に、本製造方法を適用することがより好ましい。本製造方法は、例えば１８０ｍｍ以上の太径を有する多孔質母材１０を脱水する場合に適している。
【００３９】
また、本製造方法によれば、第二の領域１１における脱水前後に多孔質母材１０の外径の比が、第一の領域１２における脱水前後の外径の比よりも大きくなるように制御されている。このように、多孔質母材１０の第二の領域１１における脱水後の収縮を第一の領域１２における脱水後の収縮よりも抑えることで、多孔質母材１０の上端部側も良好に脱水することができる。例えば、第一の領域１２では脱水前後の外径の比を０．８５倍以上０．９５倍以下の範囲とし、第二の領域１１では上記外径の比を０．９０倍以上１．００倍以下の範囲とすることで、多孔質母材１０の上端部側を良好に脱水することができる。
【００４０】
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１：加熱装置
２：加熱炉
３：加熱制御部
４：トラバース機構
５：変位センサ
１０：多孔質母材
１１：第二の領域
１２：第一の領域
１１ａ：上端部
１１ｂ：区間領域
１２ａ：定常領域
２１：炉心管
２４：ヒータ
２５：加熱ゾーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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