(57)【要約】【課題】本発明は、外付け法においてプリフォームの内部から外側に掛けてのスートの嵩密度を良好に形成するた光ファイバ用プリフォームの製造方法を提供するものである。【解決手段】かゝる本発明は、複数本の火炎バーナを用いて光ファイバ用プリフォームの外周にスートを外付けするにおいて、各火炎バーナ間の原料ガス流量、可燃性ガス、或いは助燃性ガスの差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されている光ファイバ用プリフォームの製造方法にあり、これによって、剥離などのない優れた光ファイバ用プリフォームを得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の火炎バーナを用いて光ファイバ用プリフォームの外周にスートを外付けするにおいて、各火炎バーナ間の原料ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されていることを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法。
【請求項２】
複数本の火炎バーナを用いて光ファイバ用プリフォームの外周にスートを外付けするにおいて、各火炎バーナ間の可燃性ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されていることを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法。
【請求項３】
複数本の火炎バーナを用いて光ファイバ用プリフォームの外周にスートを外付けするにおいて、各火炎バーナ間の助燃性ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されていることを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバ用プリフォームの製造方法に関し、特に外付け法においてプリフォームの内部から外側に掛けてのガラス微粒子の嵩密度を良好に形成するための方法である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ファイバ用プリフォーム（多孔質母材）の製造方法としては、ＶＡＤ法や外付け法などが知られている。この外付け法の場合には、ターゲット（出発母材）の両端を、製造装置のチャックなどの把持部で保持して回転させ、火炎バーナを用いて、原料ガスから火炎によりガラス微粒子（スート）を生成させ、これを上記回転するターゲットの外周に堆積させている。こうしてプリフォームを得た後、所定の脱水や焼結を施して、透明ガラス母材を得ている。
【０００３】
このとき、スートの堆積にあたっては、通常火炎バーナとターゲットとをその長手方向に相対的にトラバース（移動）させて、次第に成長させる訳であるが、この際、プリフォームの内部から外側に掛けて、スートの嵩密度を徐々に低下させる必要がある。この理由は、嵩密度の低下が徐々に行われないと、後工程である透明ガラス化のための焼結時において、内側より嵩密度の高い外側が先にガラス化されるようになるため、ガラス母材内部にガスなどが残留され易くなり、内外の層間で剥離（割れなども含む）が生じ易くなるという問題があった。
【０００４】
このようなことから、従来にあっても、光ファイバ用プリフォームの製造時、スートの嵩密度をターゲットの長手方向に均一になるようにしたり、或いは、ターゲットの内外にあって、良好な傾斜となるような技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２５６０３４号  １〜５頁、図１
【特許文献２】
特開２０００−２７２９２９号  １〜４頁、図１
【０００６】
しかし、上記の特許文献１〜２の場合、用いる火炎バーナが１個の場合が主で、複数本の火炎バーナを、ターゲットの長手方向に並列に並べてトラバースさせた場合における、各火炎バーナ間のガス流量についての制御関係については、特に触れられていない。
【０００７】
一方、近年にあっては、光ファイバ製造のコスト低減のため、母材の大型化、即ち、母材径の太径化や紡糸速度の高速化などが強力に押し進められる傾向にある。特に、母材の大型化にあたっては、スートの堆積速度や堆積効率を上げることが必要であり、そのためには、上記のように複数本の火炎バーナをターゲットの長手方向に並列に並べて用いれば、よりスムーズにスートの堆積速度や堆積効率を上げることが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数本の火炎バーナを用いたとき、本発明者等の研究によると、各火炎バーナ間のガス流量について、ある種の変動があると、外周方向に成長するスート堆積部分において、理想的な嵩密度の傾斜が得られないということが判った。
【０００９】
つまり、複数本の火炎バーナがあると、１回のトラバースにおいて、見掛け上バーナ本数に対応した薄い層が重なって、１回分のスート堆積層が形成される訳であるが、当然ガス流量の変動があると、これらの薄い層間においても、スート嵩密度のバラツキが生じて、理想的な嵩密度の傾斜が得られず、母材剥離などの原因となるからと考えられる。
【００１０】
一方、通常スートの嵩密度は、火炎の当たっているスートの表面温度が高いほど、スートがよりよく焼き締められるため、その層の嵩密度は高く、スートの表面温度が低いほど、スートの焼き締めが弱くなるため、その層の嵩密度は低くなる傾向をとる。
【００１１】
このことから、現実には、光ファイバ用プリフォームの製造にあたって、スートの嵩密度自体を測定するのではなく、スートの表面温度を測定して、嵩密度の推定を行っている。
【００１２】
しかし、このスート表面温度の測定にあたっても、実際には、火炎によるヒートゾーンのある一点（例えば最高温度部分）を測定して、それをスート表面温度としている。というのは、安価で、通常よく用いられる放射温度計などの温度測定器の場合、ヒートゾーンの最高温度は測定できるものの、その部分における正確な温度分布までは測定することができないからである。
【００１３】
そこで、各層毎のスート表面温度分布を正確に測定する測定装置系を用いることも可能ではあるが、このような測定装置系は高価であるため、プリフォーム製造装置系の全台に装備することは、コスト上昇を招き、問題がある。
【００１４】
このため、複数本の火炎バーナを用いたプリフォーム製造装置系において、放射温度計によりある一点の温度測定を行うのみでは、各火炎バーナ間のガス流量に多少のバラツキがあっても、その測定温度結果は、ほぼ同一となって、各火炎バーナ間のガス流量によるバラツキが検出できない恐れがある。
【００１５】
そこで、本発明者等は、種々の実験を繰り返したところ、予め各火炎バーナ間のガス流量のバラツキがどの程度の範囲内にあれば、許容できるかについての実験データを求めることができたのである。
【００１６】
本発明は、このような実験結果を、複数本の火炎バーナを用いた方法に組み合わせることにより、従来同様、安価な放射温度計などによる温度測定器で対応できる、優れた光ファイバ用プリフォームの製造方法を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、複数本の火炎バーナを用いて光ファイバ用プリフォームの外周にスートを外付けするにおいて、各火炎バーナ間の原料ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されていることを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法にある。
【００１８】
請求項２記載の本発明は、複数本の火炎バーナを用いて光ファイバ用プリフォームの外周にスートを外付けするにおいて、各火炎バーナ間の可燃性ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されていることを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法にある。
【００１９】
請求項３記載の本発明は、複数本の火炎バーナを用いて光ファイバ用プリフォームの外周にスートを外付けするにおいて、各火炎バーナ間の助燃性ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されていることを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法にある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る光ファイバ用プリフォームの製造方法を実施するための製造装置系の一例を示したものである。この製造装置系１００では、複数本（例えば４本）の火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄが、製造装置系１００の両把持部（チャック）１１０，１１０により把持されたターゲーット３００の側方に並列に並べられている。これらの火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄは、ターゲーット３００の長手方向にトラバースしつつ、火炎中で生成されたスート３１０をターゲーット３００の外周に堆積させて行く。なお、この堆積中、ターゲーット３００も両把持部１１０，１１０の回転により回転するようになっている。
【００２１】
これらの各火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄとしては、特に限定されないが、通常多重管バーナやマルチ型バーナなどが用いられる。そして、各バーナの所定の各部位（ノズル、図示省略）には、必要とされる各ガスが供給される。例えば、通常中央に位置する原料ガスノズル部分には、ＳｉＣｌ４  などの原料ガスが、キャリアガス（アルゴン、Ｎ２  など）と共に供給される。また、バーナ形態によって多少異なるものの、原料ガスノズルの外方に位置する不活性ガスノズル、可燃性ガスノズル、助燃性ガスノズルなどには、アルゴン、Ｈｅなどの不活性ガス、水素ガスの可燃性ガス、酸素ガスの助燃性ガスがそれぞれ供給される。
【００２２】
そこで、光ファイバ用プリフォームの製造時、これらの各火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄを用いる場合、見掛け上、１回のトラバースによって、ターゲーット３００のスート堆積部分には、バーナ数に対応した薄い複数層（４層）の堆積が得られる。そして、各火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄのガス流量が正確に供給されれば、理論上は各層が等しい嵩密度となるはずである。
【００２３】
しかし、実際には、上述したように、各火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄの火炎により加熱されたスート表面温度を、放射温度計などの温度測定器により測定し、それらの温度がほぼ等しければ、概ね適正なスートの嵩密度が確保されているものと想定している。
【００２４】
ところが、図２に示すように、各火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄのガス流量間にあるバラツキがあっても、放射温度計などの温度測定器による測定の場合、火炎のヒートゾーンにおけるある一点（Ａ点）の温度（例えば最高温度）を測定するものであるため、その値がほぼ等しくなるということが起こる。
【００２５】
つまり、これらの各火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄでは、図３に示すように、可燃性ガス、助燃性ガスがそれぞれ同じで、原料ガスの流量だけが、火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｃでは、４．０ＳＬＭ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｌｉｔｔｅｒ  ｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）であり、火炎バーナ２００Ｄでは、４．４ＳＬＭとしてある。この場合、各バーナの火炎のヒートゾーンにおける一点（Ａ点）の測定温度は、ほぼ等しいことが判る。しかしながら、これらの各バーナにより得られたスート堆積層部分の嵩密度は、ガス流量がほぼ等しい火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｃでは、ほぼ同じ値となるものの、ガス流量が異なる火炎バーナ２００Ｄでは、小さいことが判る。なお、火炎バーナ２００Ｄで、嵩密度が小さくなるのは、原料ガス流量が多いことにより、火炎の周辺温度が低下すると共に、スート量も多くなるためと考えられる。また、各火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄにおいて、可燃性ガスの流量のみを違えても、或いは、助燃性ガスの流量のみを違えても、これと同様の結果が得られた。
【００２６】
このことから、放射温度計などの温度測定器による測定時、ヒートゾーンにおける一点（Ａ点）の温度が、当然所定の温度に達している必要があるが、この測定温度だけでは、各火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄにおけるスート堆積層部分の嵩密度が所定の値となっているか否かは特定できないことになる。
【００２７】
そこで、本発明者等は、後述する種々の試験結果により、各火炎バーナ２００Ａ〜２００Ｄ間のガス流量のバラツキがどの程度の範囲内にあれば、スート堆積（デポジション）、焼結後に得られた母材において、剥離などが生じない、許容できる製品が得られるかの実験データを得た。
【００２８】
〈実験例１〉
実験例１では、図４に示すように、火炎パーナ４本中の可燃性ガス（水素ガス）、及び助燃性ガス（酸素ガス）の流量を同量とし、原料ガスの流量については、バーナ３本で７．０ＳＬＭとし、残り１本では、図表のような流量とした。
【００２９】
この結果、原料ガスの目標流量（設定値）＝７．０ＳＬＭに対して、残り１本のガス流量が、±７％の範囲であれば、剥離がないことが判る。
つまり、このことから、各火炎バーナ間の原料ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されていれば、良好な光ファイバ用プリフォームが得られることが判る。
【００３０】
〈実験例２〉
実験例２では、図５に示すように、火炎パーナ４本中の原料ガス、及び助燃性ガス（酸素ガス）の流量を同量とし、可燃性ガス（水素ガス）の流量については、バーナ３本で５０ＳＬＭとし、残り１本では、図表のような流量とした。
【００３１】
この結果、可燃性ガスの目標流量（設定値）＝５０ＳＬＭに対して、残り１本のガス流量が、±７％の範囲であれば、剥離がないことが判る。
つまり、このことから、各火炎バーナ間の可燃性ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されていれば、良好な光ファイバ用プリフォームが得られることが判る。
【００３２】
〈実験例３〉
実験例３では、図６に示すように、火炎パーナ４本中の原料ガス、及び可燃性ガス（水素ガス）の流量を同量とし、助燃性ガス（酸素ガス）の流量については、バーナ３本で２０ＳＬＭとし、残り１本では、図表のような流量とした。
【００３３】
この結果、助燃性ガスの目標流量（設定値）＝２０ＳＬＭに対して、残り１本のガス流量が、±７％の範囲であれば、剥離がないことが判る。
つまり、このことから、各火炎バーナ間の助燃性ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されていれば、良好な光ファイバ用プリフォームが得られることが判る。
【００３４】
因みに、４本の火炎パーナを用いた製造装置系において、本発明の要件を満たす製造方法と、本発明の要件を欠く製造方法により、光ファイバ用プリフォームを製造する際の母材位置とスート表面温度との関係を示すと、図７及び図８の如くであった。なお、本発明の要件を満たす製造方法では、パーナ４本とも原料ガス流量が３．８ＳＬＭである（可燃性ガス及び助燃性ガスは同流量）。本発明の要件を欠く製造方法では、パーナ３本の原料ガス流量が３．８ＳＬＭで、他１本の原料ガス流量が３．５ＳＬＭ（設定値との差８％）である（可燃性ガス及び助燃性ガスは同流量）。また、上記スート表面温度の測定は、放射温度計によりスート表面部分のある一点の最高温度を測定した。
【００３５】
この図７及び図８からは、温度勾配はほぼ同様で異常が認められなかった。言い換えれば、このことは、放射温度計による温度測定結果では母材製造の良否が判定できないものの、本発明の要点である、ガス流量の差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されているか否かを把握することで、母材製造の良否が判定できることを意味する。
【００３６】
なお、上記説明では、複数の火炎パーナが４本の場合であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、また、原料ガス、可燃性ガス、助燃性ガスの他に、上記したように、必要によりキャリアガス、不活性ガスなどが使用される。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、複数本の火炎バーナを用いて光ファイバ用プリフォームの外周にスートを外付けするにおいて、各火炎バーナ間の原料ガス流量、可燃性ガス、或いは助燃性ガスの差が、その設定値に対して、約±７％の範囲内に制御されているため、剥離など少ない優れた光ファイバ用プリフォームを製造することができる。
【００３８】
また、本発明方法を実施するにおいて、各火炎バーナによるスート表面部分の温度測定は、従来同様、安価な放射温度計などによる温度測定器によって対応できる。このため、例えば、スート表面部分の正確な温度分布を測定する高価な測定装置系は、特に必要とせず、本発明は、既存の製造装置系によって十分対応することができる。つまり、コスト上昇を招くことなく、安価な既存の製造装置系によって、スムーズな実施が可能である。
【００３９】
また、本発明方法の場合、複数本の火炎バーナを用いることで、優れたスートの堆積速度や堆積効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ用プリフォームの製造方法を実施するための製造装置系の一例を示した概略説明図である。
【図２】本発明で用いられる複数本の火炎バーナにおけるガス流量に対応した温度分布の一例を示したグラプである。
【図３】図２のグラプにおける複数本の火炎バーナのガス流量とスート嵩密度との関係を示したデータ図表である。
【図４】本発明で用いられる複数本の火炎バーナの原料ガス流量の差における母材の剥離の有無を示したデータ図表である。
【図５】本発明で用いられる複数本の火炎バーナの可燃性ガス流量の差における母材の剥離の有無を示したデータ図表である。
【図６】本発明で用いられる複数本の火炎バーナの助燃性ガス流量の差における母材の剥離の有無を示したデータ図表である。
【図７】本発明要件を満たす光ファイバ用プリフォームの製造時における母材位置とスート表面温度との関係を示したグラフである。
【図８】本発明要件を欠く光ファイバ用プリフォームの製造時における母材位置とスート表面温度との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１００              製造装置系
１１０              把持部（チャック）
２００Ａ〜２００Ｄ  各火炎バーナ
３００              ターゲーット
３１０              スート
【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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【図８】
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