(57)【要約】【課題】部分トラバース法を用いて表面に凹凸の少ない大型のスート母材が得られる光ファイバ用多孔質ガラス母材の製造方法及び装置を提供する。【解決手段】出発母材の長手方向に沿って部分的に往復移動する複数のガラス微粒子生成用バーナーを用いて、生成したガラス微粒子を出発母材の周面上に堆積させ、多孔質ガラス母材を製造する方法であって、バーナーの折返し位置を順次移動させて堆積を繰り返し、該折返し位置の移動量を堆積中変化させることを特徴としている。【選択図】　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出発母材の長手方向に沿って部分的に往復移動する複数のガラス微粒子生成用バーナーを用いて、生成したガラス微粒子を出発母材の周面上に堆積させ、多孔質ガラス母材を製造する方法であって、バーナーの折返し位置を順次移動させて堆積を繰り返し、該折返し位置の移動量を堆積中変化させることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項２】
バーナーの折返し位置の移動量を、移動軸が２軸の横移動機構を用いて変化させる請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項３】
少なくとも一方の移動軸の移動速度を変えて、折返し位置の移動量を変化させる請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項４】
バーナーの折返し位置の移動量を、移動軸が１軸の横移動機構を用い、制御プログラム上のソフトにより変化させる請求項１に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項５】
バーナーの折返し位置の移動量を、堆積中徐々に増やしていく請求項１乃至４のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項６】
出発母材の長手方向に沿って部分的に往復移動する複数のガラス微粒子生成用バーナーを用いて、生成したガラス微粒子を出発母材の周面上に堆積させ、多孔質ガラス母材を製造する装置であって、バーナーの折返し位置を順次移動させて堆積を繰り返す部分トラバース機構と、折返し位置の移動量を堆積中変化させる制御機構を有することを特徴とする光ファイバ用多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項７】
部分トラバース機構が、移動軸が２軸の横移動機構を有する請求項６に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項８】
部分トラバース機構が、移動軸が１軸の横移動機構を有する請求項６に記載の多孔質ガラス母材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの原材料として使用されるガラス母材を製造するための光ファイバ用多孔質ガラス母材の製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、太径の母材インゴットを所望の形状・サイズに成形したガラスロッド、いわゆる光ファイバ用プリフォームを線引きして製造される。
母材インゴットは、軸付け法や外付け法と呼ばれる方法で、出発母材上にガラス微粒子（スート）を堆積して多孔質ガラス母材（以下、スート母材と称する）を形成し、これを焼結・透明ガラス化して製造される。
太径のスート母材の製造には、生産性を上げるため、様々な提案がなされている。
【０００３】
例えば、複数のガラス微粒子生成用バーナー（以下、単にバーナーと称する）を出発母材に沿って部分的に往復移動させ、高速で堆積する方法（特許第２６１２９４９号公報参照）が提案されている（以下、部分トラバース法と称する）。この方法は、従来の光ファイバ母材としての有効部分を越えてバーナーを往復移動させる全域トラバース法に対し、製品とならない不要部分を増やすことなくバーナーの本数が増やせ、堆積速度を飛躍的に増すことができる。
【０００４】
しかしながら、複数のバーナーを部分的に高速で移動・堆積させてスート母材を形成する部分トラバース法は、堆積速度が飛躍的に増加する反面、最終製品である光ファイバの線引きに使用可能な有効部分内でバーナーが折り返されるために、スート母材の長手方向で堆積量が不均一になる問題がある。
この対策として、バーナーの折返し位置を順次移動させ、折返し位置の重複による不均一な堆積を解消する方法が採られている。
【０００５】
このバーナーの折返し位置を順次移動させる方法には、バーナーの移動機構を機械的に２つの移動軸を備えた構成とし、２つの移動軸の速度差により折返し位置をずらしていく方法と、機械的には１つの移動軸を備えた構成とし、往復移動距離と折返し位置移動量（以下、折返し位置シフト量と称する）を予め設定し、制御プログラム上でソフト的に折返し位置をずらしていく方法とがある。
【０００６】
図１は、前者の機械的に２つの移動軸を備えた装置の概略を示す図であり、コア用ロッド（出発母材）１がロッド把持具２で把持され、ロッド回転用モータ３で回転されながらコア用ロッド１の周面に、バーナー４で生じたガラス微粒子（スート）が堆積され、スート母材５が形成される。バーナー台６には、複数のバーナー４が等間隔で取り付けられ、部分トラバース機構７により一体的に左右に往復移動するように設けられている。部分トラバース機構７は、高速移動軸８（又は９）と低速移動軸９（又は８）を備え、一方の移動軸の基台に他方の移動軸が搭載されており、これによりバーナー台６の往復移動の折返し位置を移動させることができる。
【０００７】
一方の移動軸（高速移動軸）に、往復移動させたい移動速度に近い移動速度と移動幅を設定し、他方の移動軸（低速移動軸）には、先程の軸より遅い移動速度を設定すると、互いの移動速度の違いにより折返し位置がずれる。このときの折返し位置シフト量は、高速移動軸が１往復したときの低速移動軸の進む量となるため、下記の数１式により計算される。
【０００８】
【数１】
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【０００９】
このときのバーナーの走査範囲は、２つの移動軸（高速移動軸と低速移動軸）の移動量の合計となり、それぞれの移動量については、特開２００１−３１４３１号公報で提案されているようにバーナーの設置間隔と同じにするのが好ましいとされる。
この動作を、複数のバーナーを搭載したバーナー台位置の移動量で、グラフ上で簡単に示すと図２のようになる。
【００１０】
図２において、高速移動方向と低速移動方向が同じ場合、バーナーは高速移動量に折返し位置シフト量の半分を加算した分だけ進み折り返す。折り返し時には、高速移動方向は逆転し、高速移動方向と低速移動方向とが異なることになり、高速移動量から折返し位置シフト量の半分を減算した分だけ折り返す。これを繰返してバーナーは移動して行き、高速移動軸が１往復した時の折返し位置が、折返しの都度、折返し位置シフト量分だけずれて行く。このときの折返し位置シフト量は、上記数１式から求められる。
【００１１】
また、後者の機械的に１つの移動軸により折返し位置シフト量を設定する方法は、制御プログラム上でソフト的に折返し位置をずらして行くものであり、制御上必要なパラメーターは、機械的に２軸を用意した場合の高速移動軸に相当する部分が主設定となり、高速移動量（短往復移動量）と高速移動速度（短往復移動速度）、及び折返し位置シフト量を設定し、さらにバーナーの走査範囲を決める往復移動限界を設定して行われる。
【００１２】
また、ソフト的に、擬似的に２つの移動軸の動きを計算し折返し位置をずらす方法もあり、その場合、高速移動軸の移動量と移動速度、低速移動軸の移動量と移動速度が必要なパラメーターとなり、折返し位置の移動量は上記［数１式］で求められる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の１軸又は２軸の横移動機構を用いる部分トラバース法において、折返し位置を順次移動させて行く方法で、かなりスート母材表面の凹凸は改善されるが、折返し位置が堆積中ある頻度で一致した場合、凹凸が大きくなる。それでも、スート母材の外径が２５０　ｍｍ以下では問題の無いレベルであったが、スート母材の外径が２５０　ｍｍを超えると、表面の凹凸は無視できないレベルの大きさとなる。これはスート母材の大型化にともない、バーナーの折返し回数が増大し、必然的に折返し位置が一致する頻度も大きくなるため、避けて通れない問題である。
【００１４】
スート母材の表面に生じた凹凸は、その後の焼結・透明ガラス化工程を経て製造される母材インゴットの表面に残り、最終的には、光ファイバのコアとクラッド比の長手方向での不均一につながり、製品の光伝送特性を悪化させる。このため、表面の平滑なスート母材の製造が要求されている。
本発明は、部分トラバース法を用いて表面に凹凸の少ない大型のスート母材が得られる光ファイバ用多孔質ガラス母材の製造方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のスート母材の製造方法は、出発母材の長手方向に沿って部分的に往復移動する複数のガラス微粒子生成用バーナーを用いて、生成したガラス微粒子を出発母材の周面上に堆積させ、多孔質ガラス母材を製造する方法であって、バーナーの折返し位置を順次移動させて堆積を繰り返し、該折返し位置の移動量を堆積中変化させることを特徴としている。
【００１６】
バーナーの折返し位置の移動量は、移動軸が２軸の横移動機構を用いて変化させるものであり、少なくとも一方の移動軸の移動速度を変えて、折返し位置の移動量を変化させるのが好ましい。あるいは、移動軸が１軸の横移動機構を用いて、制御プログラム上のソフトにより変化させることもでき、いずれの方法による場合も、堆積中徐々に増やしていくのが良い。
【００１７】
本発明のスート母材の製造装置は、出発母材の長手方向に沿って部分的に往復移動する複数のガラス微粒子生成用バーナーを用いて、生成したガラス微粒子を出発母材の周面上に堆積させ、多孔質ガラス母材を製造する装置であって、バーナーの折返し位置を順次移動させて堆積を繰り返す部分トラバース機構と、折返し位置の移動量を堆積中変化させる制御機構を有することを特徴としている。
なお、部分トラバース機構の移動軸の数は、１軸又は２軸のいずれであっても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
多数のバーナーを部分的に往復移動させる部分トラバース法で製造するスート母材表面の凹凸を小さくするためには、バーナーの折返し位置が重複しないようにする必要があり、例えば、１軸の横移動機構を用いて、高速移動軸と低速移動軸の速度差や折返し位置のシフト量を設定することで、折返し位置の分散を行っても、高速移動軸の折返し位置は移動軸の速度ムラの範囲でしかずれず、堆積時間全体でみた場合、高速移動軸の折返し位置は重なる部分が多く発生していた。
【００１９】
そこで、高速移動軸の折返し位置のシフト量と凹凸の周期とを比較したところ、その２つの距離がほぼ一致し、折返し位置のシフト量が凹凸周期と一致することを見出した。この知見に基き、高速移動軸の折返し位置のシフト量を堆積開始から堆積終了まで変化させることで、バーナーの折返し位置は分散され、凹凸を軽減させることができ、本発明を完成した。
【００２０】
具体的には、２つの移動軸を有する部分トラバース機構を用いてバーナーを往復移動させる場合、制御プログラムのソフト上で２つの移動軸の移動量と移動速度から折返し位置のシフト量を算出して折返し位置を設定し、かつ折返し位置のシフト量が堆積中変化するように、それぞれの移動軸の速度設定値を堆積中変化させるものである。
移動軸が１つしかなく折返し位置のシフト量をそのまま制御プログラムで設定している場合は、その折返し位置のシフト量を堆積中変化するように設定する。
なお、折返し位置のシフト量は、堆積初期にそのシフト量を小さくし、堆積が進むにつれて徐々に増やすのが望ましい。
【００２１】
一般的に外付け法においては、堆積初期の堆積対象物の外径が小さい間は、バーナーから対象物をみた場合に、投影面積が小さく堆積効率が悪いため、バーナーへの原料ガスの供給量を少なくし、堆積対象物が太くなった時点で原料ガスを増やし、堆積対象物に合わせ、堆積効率の良い条件に設定すればよい。このとき、原料ガスの供給量が少ない間は、堆積対象物の長手方向の堆積範囲が狭くなり、原料ガスの供給量が多くなると堆積範囲が大きくなる。この堆積範囲の増大に合わせ、折返し位置のシフト量を増大させると、高速移動１往復後の折返し位置での堆積範囲の重複量が少なくなり、堆積範囲の重複による凹凸の発生を軽減できる。
【００２２】
さらに図を用いて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な態様が可能である。
図３は、横移動機構が１軸の多孔質ガラス母材の製造装置の一例を示す概略説明図であり、コア用ロッド（出発母材）１がロッド把持具２で把持され、ロッド回転用モータ３により回転されながら、この周面に複数のバーナー４で生じたガラス微粒子（スート）が堆積され、スート母材５が形成される。
【００２３】
各バーナー４は、バーナー台６に等間隔で取り付けられ、部分トラバース機構７により一体的に左右に往復移動するように設けられている。
また、部分トラバース機構７にはバーナー前後移動機構１０が取り付けられ、堆積中、バーナー４とスート母材５の堆積面とが一定距離を保つように、バーナー台６の位置が前後方向に調整される。なお、符号１１は排気フードである。
【００２４】
バーナーの移動は、制御プログラム上で高速移動速度、高速移動量、低速移動速度、及び全体の移動範囲を設定し、これらから計算される折返し位置シフト量と、高速移動速度と高速移動量から折返し位置が設定される。その動きは、図４に示すような動きとなる。
【００２５】
実際の移動は高速移動速度で往復移動させ、その移動幅は高速移動量に折返しシフト量を加減算して行う。バーナーが全移動範囲の一端に達したところで、折返し位置シフト量の加算・減算の方向を逆転させ、低速移動分による横移動動作を反転させる。
折返し位置シフト量は、下記の［数２式］により算出され、折返し位置が重複しないように、堆積中変化するようにプログラムされる。
【００２６】
【数２】
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【００２７】
【実施例】
（実施例１）
図３に示す装置を用いてスート母材の製造を行った。
この装置のバーナーの移動軸は１つで、折返し位置のシフト量はソフト上で計算するようにプログラムした。バーナーへのガス供給は、各ガス毎に各バーナーへの供給系統全てに流量調節器を設け、各ガスライン毎に供給量の調整が行えるようにした。バーナーには同心円３重管バーナーを使用し、堆積条件は、バーナーを１５０　ｍｍ間隔で１０本配置し、外径５０　ｍｍのターゲットに堆積を開始し、スート外径が平均３５０　ｍｍとなるところまで堆積を行った。
【００２８】
ガスの供給条件は、堆積初期においてはＨ２３５　Ｎｌ／ｍｉｎ・バーナー、Ｏ２１０　Ｎｌ／ｍｉｎ・バーナー、ガラス原料ガス（ＳｉＣｌ４）２．５　ｇ／ｍｉｎ・バーナーとし、堆積終了時には、Ｈ２６０　ｌ／ｍｉｎ・バーナー、Ｏ２１５　Ｎｌ／ｍｉｎ・バーナー、ガラス原料ガス（ＳｉＣｌ４）２５　ｇ／ｍｉｎ・バーナーとなるように、スート外径の増加に合わせ供給量を調整した。堆積中、スート母材との距離が一定となるように、バーナーの位置を前後方向に調整した。コア用ロッドの回転数は、堆積初期の１１０　ｒｐｍから終了時１５　ｒｐｍとなるように、スート母材の外径の成長に合わせて制御した。
【００２９】
バーナーの横移動速度は、プログラム上で高速移動速度を堆積初期の１０００　ｍｍ／ｍｉｎから堆積終了時５００　ｍｍ／ｍｉｎとなるように徐々に遅くし、低速移動速度を堆積初期の２０　ｍｍ／ｍｉｎから堆積終了時２５　ｍｍ／ｍｉｎとなるように徐々に速くし、移動距離はそれぞれ１５０　ｍｍとした。この設定により、堆積中の折返し位置のシフト量は、堆積初期の１６　ｍｍから堆積終了時の４０　ｍｍの範囲内で徐々に大きくなって行くようにした。このシフト量が変化する様子について、図５（ａ）に堆積初期の状態を、図５（ｂ）に堆積終期の状態を示した。
このようにして得られたスート母材には、不規則な凹凸の影が見られたが、凹凸の深さは０．１　ｍｍ以下であり表面のほぼ平滑なスート母材であった。
【００３０】
（比較例１）
実施例１と同じ装置を用い、バーナーの横移動速度は、高速移動速度を５００　ｍｍ／ｍｉｎ、低速移動速度を２０　ｍｍ／ｍｉｎとし、移動距離はそれぞれ１５０　ｍｍとし、堆積中一定に保った。他の条件は実施例１と同じにし、実施例１と同じく外径５０　ｍｍの出発母材に対し、スート母材の外径が平均３５０　ｍｍとなるまで堆積を行った。
このようにして得られたスート母材の表面には、８〜１２　ｍｍのピッチで最大１０　ｍｍの深さを持った凹凸が発生した。
この凹凸のピッチは、計算される折返し位置シフト量８．４　ｍｍとほぼ合っており、折返し位置の重複が凹凸の原因であると考えられる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、部分トラバース法でスート母材の軸方向に生じるスート堆積量の不均一を調整することができ、表面に凹凸の少ないスート母材が得られ、これを焼結・透明ガラス化して得られる光ファイバプリフォームの特性を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】外付け法においてバーナーの横移動軸が２軸の場合のスート母材の製造装置の一例を示す。
【図２】バーナーの横移動に対する各設定値との関係において、バーナーの移動軌跡を示したグラフである。
【図３】外付け法においてバーナーの横移動軸が１軸の場合のスート母材の製造装置の一例を示す。
【図４】横移動軸が１軸の場合のバーナーの移動軌跡を示すグラフである。
【図５】堆積中、折返し位置シフト量が変化する様子を示し、（ａ）は堆積初期の状態を、（ｂ）は堆積終期の状態を示す図である。
【符号の説明】
１．　……コア用ロッド（出発母材）、
２．　……ロッド把持具、
３．　……ロッド回転用モータ、
４．　……バーナー、
５．　……スート母材、
６．　……バーナー台、
７．　……部分トラバース機構、
８．　……高速移動軸（又は低速移動軸）、
９．　……低速移動軸（又は高速移動軸）、
１０．　……バーナー前後移動機構、
１１．　……排気フード。
【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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