(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質母材を加熱炉の上下方向に順次移動させることにより透明ガラス化処理を行う光ファイバ用母材の製造方法であって、
前記透明ガラス化処理において、前記多孔質母材の中間部の加熱温度は一定となるように前記加熱炉の温度を調整するとともに、前記多孔質母材の上端部の加熱温度が前記多孔質母材の前記中間部の加熱温度よりも高くなるように前記加熱炉の温度を調整する、光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項２】
前記加熱炉の前記温度を調整する場合には、前記多孔質母材の下端部の加熱温度が前記中間部の加熱温度よりも高くなるように前記加熱炉の前記温度を調整する、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】
前記多孔質母材の前記上端部および前記下端部の加熱温度と、前記中間部の加熱温度との差が５℃以上１００℃以下である、請求項２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、特に多孔質母材の焼結工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１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する発明であって、多孔質スート体の下端部のガラス化温度をＴ１、多孔質スート体の上端部のガラス化温度をＴ３、下端部と上端部との間の中間部のガラス化温度をＴ２としたとき、Ｔ１＞Ｔ２≧Ｔ３となるようにガラス化温度を制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
特許文献１に記載の方法においては、多孔質スート体の上端部のガラス化温度が低いために上端部の透明ガラス化が不十分となる。その結果、後工程での多孔質スート体の割れや気泡の原因となりやすい。特に、光ファイバのコア用の多孔質スート体はＧｅが添加されているため焼結により作製される焼結体に歪みが多く、割れが発生しやすい。また、コア用多孔質スート体の中心には柔らかいガラス微粒子が堆積されているため、気泡が残りやすい。そのため、コア用多孔質スート体を焼結する焼結工程において、上端部のガラス化温度が低いと割れの発生や気泡の残留が顕著である。
【０００５】
本発明は、割れや気泡等の製品不良の発生を防止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】
本発明の光ファイバ用母材の製造方法は、
多孔質母材を加熱炉の上下方向に順次移動させることにより透明ガラス化を行う光ファイバ用母材の製造方法であって、
前記多孔質母材の上端部の加熱温度が前記多孔質母材の中間部の加熱温度よりも高くなるように前記加熱炉の温度を調整する、または前記多孔質母材の前記上端部を加熱するときの前記多孔質母材の移動速度が前記中間部を加熱するときの前記多孔質母材の移動速度よりも遅くなるように前記多孔質母材の移動速度を調整する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、割れや気泡等の製品不良の発生を防止可能な光ファイバ用母材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の光ファイバ用母材の製造方法で用いられる脱水焼結装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す光ファイバ用母材の脱水焼結工程における加熱温度の条件と従来例に係る加熱温度の条件とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明の実施形態の概要＞
最初に本発明の実施形態の概要を説明する。
本実施形態にかかる光ファイバ用母材の製造方法は、
（１）多孔質母材を加熱炉の上下方向に順次移動させることにより透明ガラス化を行う光ファイバ用母材の製造方法であって、
前記多孔質母材の上端部の加熱温度が前記多孔質母材の中間部の加熱温度よりも高くなるように前記加熱炉の温度を調整する、または前記多孔質母材の前記上端部を加熱するときの前記多孔質母材の移動速度が前記中間部を加熱するときの前記多孔質母材の移動速度よりも遅くなるように前記多孔質母材の移動速度を調整する。
この構成によれば、多孔質母材の加熱温度や移動速度を制御することで、特に多孔質母材の上端部における割れや気泡等の発生を防止することができる。
【００１０】
（２）前記加熱炉の前記温度を調整する場合には、前記多孔質母材の下端部の加熱温度が前記中間部の加熱温度よりも高くなるように前記加熱炉の前記温度を調整することが好ましい。
この構成によれば、多孔質母材の下端部における割れや気泡等の発生も防止することができる。
【００１１】
（３）前記多孔質母材の前記上端部および前記下端部の加熱温度と、前記中間部の加熱温度との差が５℃以上１００℃以下であることが好ましい。
多孔質母材の両端部の加熱温度と中間部の加熱温度との差を上記範囲とすることで、多孔質母材の伸びや内部気泡の残留を防止しつつ、適切に透明ガラス化を行うことができる。
【００１２】
（４）前記加熱炉の前記移動速度を調整する場合には、前記多孔質母材の下端部を加熱するときの前記多孔質母材の移動速度が前記中間部を加熱するときの前記多孔質母材の移動速度よりも遅くなるように前記移動速度を調整することが好ましい。
この構成によれば、多孔質母材の下端部における割れや気泡等の発生も防止することができる。
【００１３】
＜本発明の実施形態の詳細＞
以下、本発明に係る光ファイバ用母材の製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の光ファイバ用母材の製造方法を実施する加熱炉１０は、炉心管１１の中間部外周側にヒータ１２を備えている。この加熱炉１０は、ガラス微粒子堆積体１の脱水工程および焼結（透明ガラス化）工程に用いられ、ガラス微粒子堆積体１に与える単位時間当たりの熱量を制御することができる。
【００１５】
炉心管１１内には、火炎加水分解反応によりガラス微粒子を出発ガラスロッド２に堆積させた多孔質体であるガラス微粒子堆積体１（多孔質母材の一例）が吊り下げられている。本実施形態におけるガラス微粒子堆積体１は、例えば光ファイバのコア部分のガラスロッドとなる部分であり、屈折率を高めるためのドーパントとしてＧｅが添加されている。ガラス微粒子堆積体１は、その上端部が支持棒１３を介して昇降機構１４に固定されている。支持棒１３は、制御装置１５によって制御される昇降機構１４により上下方向（ガラス微粒子堆積体１の長手方向）に移動可能である。昇降機構１４は、脱水時および焼結時に、ガラス微粒子堆積体１をあらかじめ設定された下降速度でヒータ１２のヒートゾーンに対して上方から下方へ向けて移動させる。昇降装置１４によるガラス微粒子堆積体１の上下方向への移動はガラス微粒子堆積体１の全長にわたってほぼ一定の速度で行われる。
【００１６】
炉心管１１の下部には、処理ガス供給管１６が設けられている。この処理ガス供給管１６から炉心管１１内に、脱水時および焼結時に処理ガスが不図示のガス供給制御装置によって供給される。また、炉心管１１の上部には、不図示の排ガス処理装置に接続された処理ガス排気管１７が設けられている。この処理ガス排気管１７から炉心管１１の外に、処理ガスや脱水時や焼結時にガラス微粒子堆積体１から放出された水分等が排出される。
【００１７】
本実施形態の光ファイバ用母材の製造方法では、図２の例１（実施例）のグラフに示されるように、脱水工程の後工程である焼結（透明ガラス化）工程が行われる際に、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａ（図１参照）および下端部１Ｂの加熱温度（すなわち、ヒータ１２の設定温度）Ｔ１がガラス微粒子堆積体１の中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２よりも高くなるように、加熱炉１０の温度を調整している。ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａおよび下端部１Ｂの加熱温度Ｔ１は、例えば１４００℃〜１６００℃、中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２は例えば１３５０℃〜１５５０℃となるように調整される。ここで、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａとは上側のテーパ部分を示し、下端部１Ｂとは下側のテーパ部分を示し、中間部１Ｃとは上端部１Ａと下端部１Ｂとの間の外径が一定な外径定常部を示す。
【００１８】
なお、焼結時の加熱炉１０の温度の調整に関しては、ガラス微粒子堆積体１の両端部（上端部１Ａおよび下端部１Ｂ）の加熱温度Ｔ１と、ガラス微粒子堆積体１の中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２との差が５℃以上１００℃以下であることが好ましい。さらに好ましくは、加熱温度Ｔ１と加熱温度Ｔ２との差は２０℃程度である。両端部１Ａ，１Ｂの加熱温度Ｔ１と、中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２との差が５℃以下であると、両端部１Ａ，１Ｂが十分に焼結できないか、あるいは中間部１Ｃに熱がかかり過ぎてしまう。また、両端部１Ａ，１Ｂの加熱温度Ｔ１と、中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２との差が１００℃以上であると、逆に、両端部１Ａ，１Ｂに熱がかかり過ぎてしまうか、中間部１Ｃが十分に焼結できない。
【００１９】
次に、ガラス微粒子堆積体１の脱水方法および焼結方法について説明する。
まず、炉心管１１内部の温度を所定温度に保持した状態で、図１に示すように、ガラス微粒子堆積体１を炉心管１１内に挿入し、炉心管１１内の所定位置にガラス微粒子堆積体１がセットされるように吊り下げる。
【００２０】
次に、ヒータ１２のヒートゾーンの設定温度を約１３００℃に上げ、ガラス微粒子堆積体１をあらかじめ設定された下降速度でヒータ１２のヒートゾーンに対して上方から下方へ向けて移動させつつ、ガラス微粒子堆積体１の全長にわたって加熱することで脱水処理が行われる。
【００２１】
次に、ヒータ１２のヒートゾーンの設定温度を温度Ｔ１、例えば１４００℃〜１６００℃に上げるとともに、ガラス微粒子堆積体１の下端部１Ｂがヒータ１２の上端付近の高さになるように位置合わせをし、ガラス微粒子堆積体１を昇降機構１４により所定の設定速度で下降させる。そして、ガラス微粒子堆積体１の中間部１Ｃがヒートゾーンに到達するまでガラス微粒子堆積体１を下方向に移動させながら、ヒートゾーンの設定温度を温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２、例えば１３５０℃〜１５５０℃に下げる。その後、ガラス微粒子堆積体１をさらに下方向に移動させながらガラス微粒子堆積体１の外径定常部（中間部１Ｃ）を設定温度Ｔ２のまま加熱する。そして、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａがヒートゾーンに到達したら、ガラス微粒子堆積体１を下方向に移動させながらヒートゾーンの設定温度を再び温度Ｔ１へ上げる。ガラス微粒子堆積体１が炉心管１１内の最下部（終了位置）に到達したら、焼結工程（透明ガラス化工程）を終了する。
【００２２】
以上のように、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａおよび下端部１Ｂの加熱温度Ｔ１がガラス微粒子堆積体１の中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２よりも高くなるように加熱炉１０の温度を調整しながら、ガラス微粒子堆積体１をその下端部１Ｂから上端部１Ａにかけて順次ヒータ１２によるヒートゾーンを通過させることで焼結する。これにより、ガラス微粒子堆積体１は、その長手方向に沿って下端部１Ｂから上端部１Ａにかけて順次加熱され、透明ガラス化された光ファイバ用母材（コア用ガラス母材）が作製される。
【００２３】
ところで、従来は、図２の例２（従来例）に示されるように、ガラス微粒子堆積体の全長にわたってヒータのヒートゾーンの設定温度が一定の温度（例えば、約１５００℃）に維持されたまま、ガラス微粒子堆積体を上下方向に移動させつつ透明ガラス化処理が行われていた。この場合、ガラス微粒子堆積体の中間部よりも開放端である上端部および下端部は放熱されやすいため、両端部を十分に加熱することができない。そのため、ガラス微粒子堆積体の両端が未焼結となり十分に透明ガラス化できず、後工程での割れや気泡の原因となってしまう。また、ガラス微粒子堆積体の両端部を十分に透明ガラス化するためにヒートゾーンの設定温度を上げると、ガラス微粒子堆積体の中間部に熱がかかり過ぎて、伸び等の変形が生じてしまったり、またはガラス微粒子堆積体が速く収縮しすぎてガスが閉じ込められて気泡が残留したりしてしまう。特に、コア用のガラス微粒子堆積体はドーパントとしてＧｅが添加されているため歪みが多く割れが発生しやすく、また嵩密度が低いため気泡が残りやすい。
【００２４】
これに対して、本実施形態によれば、透明ガラス化工程において、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａおよび下端部１Ｂの加熱温度Ｔ１がガラス微粒子堆積体１の中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２よりも高くなるように加熱炉１０の温度を調整している。これにより、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａおよび下端部１Ｂについては十分に焼結できるような高い温度で加熱しつつ、ガラス微粒子堆積体１の中間部１Ｃには熱がかかり過ぎないように両端部１Ａ，１Ｂよりも低い温度で加熱する構成としているため、ガラス微粒子堆積体１の割れや気泡等の発生を防止することができる。なお、本実施形態のガラス微粒子堆積体１はコア用多孔質体であるため、焼結時に中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２よりも両端部１Ａ，１Ｂの加熱温度Ｔ１を高くすることで割れの発生や気泡の残留を防止することが特に好ましい。
【００２５】
さらに、本実施形態においては、ガラス微粒子堆積体１の下端部１Ｂがヒートゾーンに到達するときのヒータ１２の設定温度Ｔ１を高くしているため、中間部１Ｃを加熱する際のヒータ１２の設定温度Ｔ２を従来よりも低くしても、炉心管１１内の温度をある程度高温に維持しつつ中間部１Ｃを十分に加熱することができる。そのため、従来と比べて加熱温度を下げた時間を長くすることができ、ガラス微粒子堆積体１の焼結処理時の消費電力を低減させることができる。
【００２６】
また、本実施形態においては、ガラス微粒子堆積体１の両端部１Ａ，１Ｂの加熱温度Ｔ１と、中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２との差が５℃以上１００℃以下であることが好ましい。このように、ガラス微粒子堆積体１の両端部１Ａ，１Ｂの加熱温度Ｔ１と中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２との差を上記範囲とすることで、ガラス微粒子堆積体１の伸びや内部気泡の残留を防止しつつ、適切に透明ガラス化を行うことができる。
【００２７】
次に、本実施形態に係る光ファイバ用母材の製造方法の一実施例を説明する。
【００２８】
（実施例）
ガラス微粒子堆積体を加熱炉の炉心管内に吊り下げて、昇降装置によりガラス微粒子堆積体を下降させた。図２の例１に示すように、ガラス微粒子堆積体の下端部がヒートゾーンに到達する際にはヒータによるヒートゾーンの設定温度を１５２０℃とし、一定時間経過した後にガラス微粒子堆積体の下側テーパ部分（下端部）に対応する長さを下方向に移動させながらヒートゾーンの設定温度を１４８０℃まで下げた。その後、ガラス微粒子堆積体をさらに下降させながらガラス微粒子堆積体の外径定常部（中間部）全体をヒートゾーンの設定温度１４８０℃のまま加熱した。その後、ガラス微粒子堆積体の上側テーパ部分（上端部）に到達したら上側テーパ部分に対応する長さを下方向に移動させながらヒートゾーンの設定温度を１５２０℃まで上げて一定時間経過した後にガラス微粒子堆積体の焼結を終了した。
その結果、ガラス微粒子堆積体の上端部側における未焼結部分は、上側テーパ部分の長さの１／３程度にまで抑えることができ、外径定常部に気泡がない透明な光ファイバ用母材を得ることができた。また、ガラス微粒子堆積体の下端部（下側テーパ部分）においては未焼結となる部分はなかった。
【００２９】
（比較例）
図２の例２に示すように、ヒートゾーンの設定温度をガラス微粒子堆積体の全長にわたって１５００℃に維持したままで、ガラス微粒子堆積体を上方から下方へ向かって移動させてヒートゾーンを通過させ焼結を行った。
その結果、ガラス微粒子堆積体の上側テーパ部分のほぼ全体が未焼結となった。また、ガラス微粒子堆積体の下側テーパ部分も未焼結となり、外径定常部には直径５ｍｍ程度の気泡が１０個発生した。
【００３０】
なお、実施例は、比較例に比べてガラス微粒子堆積体の中間部を加熱する際の加熱温度を低くしている、すなわち比較例に比べて加熱温度を下げた時間が長くすることができるため、消費電力を３％程度低減することができた。
【００３１】
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。
【００３２】
なお、上記実施形態においては、昇降装置１４によるガラス微粒子堆積体１の上下方向への移動はガラス微粒子堆積体１の全長にわたってほぼ一定の速度で行われているが、この例に限られない。例えば、加熱炉１０の加熱温度（ヒータ１２の設定温度）はガラス微粒子堆積体１の全長にわたってほぼ一定としつつ、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａおよび下端部１Ｂを加熱する（すなわち、上端部１Ａおよび下端部１Ｂがヒータ１２のヒートゾーンを通過する）ときのガラス微粒子堆積体１の移動速度が、ガラス微粒子堆積体１の中間部１Ｃを加熱する（すなわち、中間部１Ｃがヒータ１２のヒートゾーンを通過する）ときのガラス微粒子堆積体１の移動速度よりも遅くなるように、昇降装置１４によるガラス微粒子堆積体１の移動速度を調整する構成としても良い。これにより、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａおよび下端部１Ｂに与えられる単位面積あたりの熱量を中間部１Ｃよりも多くすることができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、上記実施形態においては、ガラス微粒子堆積体１は、昇降機構１４によりヒータ１２のヒートゾーンに対して設定された下降速度で上方から下方へ向けて移動させる構成となっているが、ガラス微粒子堆積体１を設定された上昇速度で下方から上方へ向けて移動させてヒータ１２のヒートゾーンを通過させる構成としても良い。この場合も、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａおよび下端部１Ｂの加熱温度Ｔ１を、中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２よりも高くなるように制御することで上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
さらに、上記実施形態においては、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａおよび下端部１Ｂの加熱温度Ｔ１を、中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２よりも高くなるように制御しているが、下端部１Ｂおよび中間部１Ｃの加熱温度は一定としつつ、上端部１Ａの加熱温度を下端部１Ｂおよび中間部１Ｃの加熱温度よりも高くする構成としても良い。この構成によれば、ガラス微粒子堆積体１の上端部１Ａにおける割れや気泡の発生を防止することができるが、上記の実施形態のように上端部１Ａだけではなく下端部１Ｂにおいても加熱温度を上げる構成とすれば、ガラス微粒子堆積体１の全体にわたって割れの発生や気泡の残留を抑えることができるため、より好ましい。なお、加熱温度の調整する代わりにガラス微粒子堆積体１の移動速度を調整する構成の場合も、上端部１Ａを加熱するときのみガラス微粒子堆積体１の移動速度を遅くする構成とすることができるが、上記と同様に上端部１Ａだけではなく下端部１Ｂを加熱するときのガラス微粒子堆積体１の移動速度を遅くする構成とすることがより好ましい。
【００３５】
また、上記実施形態においては、コア用多孔質体であるガラス微粒子堆積体１について両端部１Ａ，１Ｂの加熱温度Ｔ１を中間部１Ｃの加熱温度Ｔ２よりも高くする構成としているが、この例に限られない。例えば、コア部分のガラスロッドの外周にクラッド層となるガラス微粒子が堆積された光ファイバ用母材を焼結する際にも、上記実施の形態と同様に上端部および下端部の加熱温度を中間部の加熱温度よりも高くするか、上端部および下端部の移動速度を中間部の移動速度よりも遅くする制御を行うことで、コアおよびクラッド層を備えた光ファイバ用母材の割れの発生や気泡の残留を防止することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１：ガラス微粒子堆積体（多孔質母材の一例）
１Ａ：上端部
１Ｂ：下端部
１Ｃ：中間部
２：ガラスロッド
１０：加熱炉
１１：炉心管
１２：ヒータ
１３：支持棒
１４：昇降装置
１５：制御装置
１６：処理ガス供給管
１７：処理ガス排気管
Ｔ１：上端部および下端部の加熱温度
Ｔ２：中間部の加熱温度
【図１】
0006597177.tif 000002
【図２】
0006597177.tif 000003