(57)【要約】【課題】本発明は、凹凸と呼ばれる、母材長手方向での外径変動を低減させる光ファイバ用プリホームの製造方法を提供せんとするものである。【解決手段】かゝる本発明は、外付け法において、外付け装置の主軸一回転当たりのバーナ移動距離が、火炎により熱せられた母材表面温度が最高温度から２０％以内にある母材長手方向距離に対して、２．５〜８０％であることを特徴とする光ファイバ用プリホームの製造方法にあり、これにより、母材の凹凸度を０．５％未満に抑えることができる。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
外付け法において、外付け装置の主軸一回転当たりのバーナ移動距離が、火炎により熱せられた母材表面温度が最高温度から２０％以内にある母材長手方向距離に対して、２．５〜８０％であることを特徴とする光ファイバ用プリホームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバ用プリホームの製造方法に関し、特に光ファイバ用プリホームの凹凸と呼ばれる、母材長手方向での外径変動を低減させるためのものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用プリホームの製造方法には、酸水素火炎バーナへガラス原料ガスを供給し、火炎中での加水分解反応又は酸化反応によりガラス微粒子（スート）を生成させ、このスートを回転する出発母材（ターゲット）の外周に堆積させて多孔質ガラス母材を得た後、これを高温電気炉中の炉心管内で焼結し、透明ガラス化して透明ガラス母材を得る、所謂外付け法（ＯＶＤ）が知られている。
【０００３】
これを、図示すると、図１の如くで、ターゲット（後に光ファイバのコア、又はコア＋クラッドとなる透明なガラスロッド）１０の両端を、ガラス旋盤１のチャック２，２により把持して回転させ、このターゲット１０に対して、火炎バーナ３の火炎３ａ中で生成されたスートを堆積させて行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これまでの外付け法により得られたガラス母材の表面には、凹凸と呼ばれる、母材長手方向での外径変動が生じるという問題があった。通常この外径変動は、母材長手方向にあって、４０〜１００ｍｍの周期で繰り返す、うねりの形で現れることが多い。
【０００５】
このような「うねり」があると、外観の悪化を招くのみならず、後に母材を紡糸した際、光ファイバの径が安定しないという問題につながる。特に最近は紡糸速度の高速化が進んできているため、これまで紡糸可能であった凹凸の外径変動でも、大きな問題となってきている。
【０００６】
そこで、従来から、この外径変動を低減させる方法として、得られたガラス母材を延伸して、外径の太い部分を細い部分と同径にする方法や、ガラス母材の太い部分を火炎バーナからの酸水素火炎によって研削する方法などが提案されているが、これらは、いずれも外径変動の発生を根本から解消する方法とは言えないものである。かつ、一旦完成したガラス母材に対して、再加工を施すものであるため、設備、人、時間の点で、コスト上昇が避けられないものと言える。
【０００７】
一方、凹凸を減少させる方法として、ターゲットを回転させる主軸の回転速度や火炎バーナの移動速度、移動距離などを制御する方法も試みられている（特開平０７−０２５６３７号、特開２００１−２８７９２４号）。
【０００８】
つまり、凹凸による外形変動が生じるのは、主軸の回転速度や火炎バーナの移動速度、移動距離などを一定にして、火炎バーナをトラバースさせた場合、例えば一往復させたとき、火炎バーナによるスートによって描かれる軌跡が、前の軌跡と同じ位置を通ることがあると、多く堆積する部分とあまり堆積していない部分ができることに起因するものと考え、上記主軸の回転速度や火炎バーナの移動速度、移動距離などの何れかを制御して、一往復に或いは数往復ごとにスートの軌跡を変化させて、軌跡が重なり合わないようにする方法が取られている（特開平０７−０２５６３７号）。
【０００９】
しかしながら、この方法では、後述するように、通常の火炎バーナによりできるスートの堆積形状が必ずしも平ではないという火炎バーナの特性が考慮されておらず、特に、ターゲットの主軸一回転当たりの火炎バーナ移動距離が短いときには、凹凸が形成され、十分な凹凸の低減が得られないという問題があった。
【００１０】
さらに、火炎バーナからのガラス微粒子がターゲットに到達するまでには、多少広がるため、火炎バーナの移動距離が小さいときには、ガラス微粒子の堆積部分が重なり、逆に、火炎バーナの移動距離が大きいときには、隣接するガラス微粒子の堆積部分間に隙間が生じることから、凹凸が生じるものと考え、火炎バーナの移動距離を、ノズル径の１．５倍に設定することが行われている（特開２００１−２８７９２４号）。
【００１１】
しかし、この場合も、上記と同様、スートの堆積形状が必ずしも平ではないという火炎バーナの特性が考慮されておらず、特に、火炎バーナのノズル径以外にバーナ構造によっても凹凸の状態が変化するため、火炎バーナのノズル径を１．５倍に設定すればよいとは、一概に言えないという問題があった。
【００１２】
このため、本発明者等は、外付け法による、光ファイバ用プリホームの製造において、その製造段階から、どのようなバーナ構造のものにおいても、外径変動を小さく抑制すべく、後述するような試験研究を行い、母材の凹凸度を０．５％未満に抑える方法を見い出した。
【００１３】
先ず、本発明者等が、火炎バーナによりターゲットに付着された形状について、種々検討したところ、ターゲットの回転を停止させたままの場合であるが、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、得られるスートの堆積形状（Ｉ〜ＩＶ）は、一般にそれぞれ異なることが判った。つまり、バーナ構造によっても異なるが、通常スートは平に堆積されるわけではなく、いずれの場合にあっても、外径の大きい部分（山）と外径の小さい部分（谷）が生じることが判った。
【００１４】
その理由としては、火炎バーナの火炎をより詳しく検討すると、火炎により生成されるヒートゾーンにあっては、温度分布が均一ではなく、その中心付近では温度が高く、中心付近から離れるに従って温度が低くなるため、中心の高温部分では、スートが焼き固められて薄くなり、谷を形成する一方、中心の周辺では、スートの焼き固めが弱いことから、柔らかいスートが厚く付着して、山を形成するものと推論される。
【００１５】
そしてまた、このような火炎の特性下にあって、例えば図３に示すように、ターゲット１０の一回転中に火炎バーナ３を移動させた場合（Ｌ０　→Ｌ１　）、その移動距離が僅かであると、図４に示すように、スート４の谷の部分はさらに強く焼き固められて薄くなり、山の部分はさらに柔らかいスート４が厚く付着するため、厚くなり、山と谷の凹凸が増長されるものと推論される。
【００１６】
このことから、火炎バーナの移動速度が遅過ぎると、スートの凹凸が増長されることが考えられるものの、かと言って、ターゲット１０の一回転中における、火炎バーナ３の移動距離を大きく取り過ぎると、図５に示すように、スート４が付着しないか、又はスートの薄い箇所が生じることが容易に考えられる。
【００１７】
そこで、本発明者等は、外付け装置の主軸、即ちターゲットの回転や火炎バーナのヒートゾーンの長さ、火炎バーナの移動距離などの相互関係を探るため、種々の試験を行い、これらの間の特定の関係を見い出したのである。
【００１８】
本発明は、このような観点に立ってなされたもので、基本的には、外付け法において、主軸の回転、火炎バーナのヒートゾーンの長さ、火炎バーナの移動距離などの相互関係を特定して、光ファイバ用プリホームの凹凸度を０．５％未満に抑えることができる方法を提供せんとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、外付け装置の主軸一回転当たりのバーナ移動距離が、火炎により熱せられた母材表面温度が最高温度から２０％以内にある母材長手方向距離に対して、２．５〜８０％であることを特徴とする光ファイバ用プリホームの製造方法にある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明において、光ファイバ用プリホームの長手方向におけるある位置ｉでの凹凸度Ｋｉは、以下の式により定義することができる。
Ｋｉ＝｛（Ｒｉ−Ａｉ）／Ａｉ｝×１００　　　　　　　・・・・（１）
ここで、Ｒｉ：母材外径実測値、Ａｉ：位置ｉを中心とする凹凸の周期分の長さの移動平均を計算して求めた母材外径平均化曲線の値である。
【００２１】
上記（１）式は、以下のように書き換えることもできる。
（凹凸度）＝｛（測定した外径−平均外径）／平均外径｝×１００（％）・・・・（２）
【００２２】
先ず、本発明では、上記図１に示した外付け装置により、表１に示すように、火炎バーナの速度を種々の値に設定してスートの堆積を行った。つまり、バーナの移動速度は、５、２０、２５、３０、１００、３００、５００、８００、１０００ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００２３】
また、ターゲットの外径は３０ｍｍ、長さは２５００ｍｍで、この両端を把持したチャックの主軸は、１０ｒｐｍで回転させた。使用した火炎バーナは、上記図２（Ａ）に示した特性のもので、ヒートゾーンの長さは、ターゲットの長手方向に対して、１００ｍｍの幅のものである。ここで、ヒートゾーンの長さは、火炎の最高温度部分から２０％以内の範囲としてある。つまり、最高温度部分が例えば１０００℃であれば、左右の８００℃部分までの範囲としてある。
【００２４】
この条件下で得た多孔質ガラス母材を焼結した後のガラス母材の凹凸度は、同表１の最大凹凸度の欄の如くで、また、ガラス母材を紡糸して得られた光ファイバの偏心量は、同表１の偏心量の欄の如くであった。
【００２５】
【表１】
2004123482.tif 000002
【００２６】
この表１から、主軸一回転当たりのバーナ移動距離が２．５ｍｍ以上、即ち、火炎バーナのヒートゾーン１００ｍｍに対して２．５％以上であれば、ガラス母材の凹凸度を、０．５％未満に抑えられることが判る。しかしながら、主軸一回転当たりのバーナ移動距離が１００．０ｍｍ以上になると、再び凹凸度が増大し、さらに、光ファイバの偏心量も増大することが判った。これは、スートそのものの堆積量が不足して、堆積ムラが生じたことによるものと考えられる。
【００２７】
次に、本発明では、上記表１の場合と同様にして、表２に示すように、火炎バーナの速度を種々の値に設定してスートの堆積を行った。つまり、バーナの移動速度は、８、１６、３２、４８、１６０、４８０、８００、１０２４、１２８０ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００２８】
この場合も、ターゲットの外径は３０ｍｍ、長さは２５００ｍｍで、この両端を把持したチャックの主軸は、１６ｒｐｍで回転させた。使用した火炎バーナは、上記図２（Ｂ）に示した特性のもので、ヒートゾーンの長さは、ターゲットの長手方向に対して、８０ｍｍの幅のものである。
【００２９】
この条件下で得た多孔質ガラス母材を焼結した後のガラス母材の凹凸度は、やはり同表２の最大凹凸度の欄の如くで、また、ガラス母材を紡糸して得られた光ファイバの偏心量は、同表２の偏心量の欄の如くであった。
【００３０】
【表２】
2004123482.tif 000003
【００３１】
この表２から、主軸一回転当たりのバーナ移動距離が２．０ｍｍ以上、即ち、火炎バーナのヒートゾーン８０ｍｍに対して２．５％以上であれば、ガラス母材の凹凸度を、０．５％未満に抑えられることが判る。しかしながら、主軸一回転当たりのバーナ移動距離が８０．０ｍｍ以上になると、再び凹凸度が増大し、さらに、光ファイバの偏心量も増大することが判った。この場合もスートそのものの堆積量が不足して、堆積ムラが生じたことによるものと考えられる。
【００３２】
つまり、これらの実験から、本発明の場合、外付け装置の主軸一回転当たりのバーナ移動距離が、火炎により熱せられた母材表面温度が最高温度から２０％以内にある母材長手方向距離に対して、２．５〜８０％の範囲内にあれば、母材の凹凸度を０．５％未満に抑えることができるのである。
【００３３】
なお、上記実験例では、火炎バーナが１本の場合であったが、本発明はこれに限定されず、２本以上用いることも可能である。また、用いる火炎バーナの構造についても何ら限定されるものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る光ファイバ用プリホームの製造方法によると、製造段階から、外径変動を小さく抑えた優れた方法を提供することができる。勿論、この結果、従来のように、得られたガラス母材を延伸したり、火炎研磨したりする再加工の必要がなくなるため、大幅な生産性の向上も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】外付け法による光ファイバ用プリホームの製造方法を示した概略説明図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は異なる火炎バーナによるスートの堆積形状を示した概略説明図である。
【図３】ターゲットに対する火炎バーナの移動状態を示した概略説明図である。
【図４】火炎バーナ移動によるスートの堆積状態を示した概略説明図である。
【図５】ターゲットに対する火炎バーナの移動状態とスートの堆積状態を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　ガラス旋盤
２　　　　　　　　　チャック
３　　　　　　　　　火炎バーナ
４　　　　　　　　　スート
１０　　　　　　　　ガラス母材
【図１】
2004123482.tif 000004
【図２】
2004123482.tif 000005
【図３】
2004123482.tif 000006
【図４】
2004123482.tif 000007
【図５】
2004123482.tif 000008