(57)【要約】【課題】ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積させることができる石英バーナ、及び、割れ，変形のない光ファイバ母材を効率良く製造できるガラス微粒子堆積体の製造方法を提供する。【解決手段】中心に石英管１を配置し、石英管１に対し層状に複数のガス供給管２，３，４，５，６，７，８を配置して多重管の石英バーナ１０とする。石英管１の肉厚ｔは、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍとされている。石英バーナ１０から燃焼ガス及びガラス原料を供給し、ガラス微粒子を生成し、堆積させて、ガラス微粒子堆積体を製造する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に配置された石英管と、前記石英管に対し層状に配置された複数の石英管とを有する石英バーナであって、前記石英管の肉厚が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである石英バーナ。
【請求項２】
請求項１に記載の石英バーナから燃焼ガス及びガラス原料を供給し、ガラス微粒子を生成し、堆積させて、ガラス微粒子堆積体を形成するガラス微粒子堆積体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英バーナ及びガラス微粒子堆積体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コアとクラッドよりなる光ファイバは、多孔質のガラス微粒子堆積体を加熱することにより透明化して光ファイバ母材とし、これを線引きすることにより製造される。ガラス微粒子堆積体を製造する方法として、例えばＶＡＤ法が挙げられる。このＶＡＤ法においては、複数のポートを有するバーナから、可燃性ガスと支燃性ガスからなる燃焼ガス、及びガラス原料を吹き出し、燃焼ガスの燃焼により生じる酸水素火炎中においてガラス原料を加水分解させて、軸状の出発材上にコアとなるべきガラス微粒子を堆積させるとともに、その周囲にクラッドとなるべきガラス微粒子を堆積させる。
【０００３】
図５に示すように、例えば単一モード光ファイバ用のガラス微粒子堆積体を製造する場合、コア用バーナ５１により酸水素火炎５２を形成し、この火炎５２中にガラス原料ガスを吹き出して、火炎加水分解により原料ガスをガラス微粒子とし、このガラス微粒子を回転する出発材５５に堆積させて、コア部多孔質ガラス体（コアスート）５３を形成する。同様に、クラッド用バーナ５６により酸水素火炎５７を形成し、この火炎５７の中心よりガラス原料ガスを吹き出して、コアスート５３を取り囲むようにクラッド部多孔質ガラス体５８を形成し、コアスート５３及びクラッド部多孔質ガラス体５８よりなるガラス微粒子堆積体６０を得ている。
【０００４】
この種のガラス微粒子堆積体を製造するためのバーナに関する技術として、例えば、多孔質のガラス微粒子堆積体の高嵩密度化と合成速度向上の両立を図るために、ガラス微粒子堆積体を合成する多重管バーナの直径を、多孔質母材の外径の０．２〜０．５倍の範囲内に設定したものが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−１２３８２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ファイバの伝送特性の一つである分散特性を向上させるためには、コア部の屈折率分布の形状をステップ状にすることが望ましい。図４に屈折率分布の種類を示す。図４（ａ）はコア部からクラッド部にかけて屈折率の傾斜がある場合を示し、図４（ｂ）はコア部の外周部に局部的に屈折率が大きくなった部分がある場合を示し、図４（ｃ）はコア部からクラッド部にかけての屈折率分布がステップ状になっている場合を示す。
【０００７】
コア部多孔質ガラス体（コアスート）には、屈折率を増加させるためにドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されており、光ファイバの屈折率分布は、ドーパントの分布に依存して決まる。また、ガラス微粒子堆積体に割れや変形等が発生するのを抑制するために、原料ガスの流量や火炎の方向を精度良く制御して、ガラス微粒子を所望に堆積させる必要がある。ガラス微粒子堆積体に欠陥があると、ガラス微粒子堆積体を透明化させた後に光ファイバ母材から線引きされて作成される光ファイバの特性を、所望の特性とすることが困難となるからである。
【０００８】
一方、近年、光ファイバ母材の大型化、長尺化の強い要求があり、これに伴ってバーナ自体も大型化、長尺化の傾向があり、バーナの長手方向長さは、例えば４０ｃｍ〜５０ｃｍ程度の長さとなっている。通常、バーナは、水平又は斜めに設置されるので、バーナが大型且つ長尺になると自重による撓みが生じ、火炎の制御の障害となってガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積させにくくなる問題がある。このような問題は、一般に細径とされた、光ファイバのコアとなるべきコア部多孔質を形成するためのコア用バーナに顕著である。
特許文献１に開示の技術は、光ファイバ母材の高嵩密度化と合成速度向上とを図ったものであり、バーナの大型化、長尺化に伴う上述した問題には言及されておらず、改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積させることができる石英バーナ、及び、割れ，変形のない光ファイバ母材を効率良く製造できるガラス微粒子堆積体の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係る石英バーナは、中心に配置された石英管と、前記石英管に対し層状に配置された複数の石英管とを有する石英バーナであって、前記石英管の肉厚が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである。
【００１１】
また、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、本発明に係る石英バーナから燃焼ガス及びガラス原料を供給し、ガラス微粒子を生成し、堆積させて、ガラス微粒子堆積体を形成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る石英バーナの模式図であり、（ａ）はガス吹出口から見た平面図、（ｂ）は要部断面図、図２は本発明の実施形態に係る石英バーナを用いたガラス微粒子堆積体の製造方法の一実施形態を示す概略図、図３は変形例の石英バーナの模式図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る石英バーナ１０は、複数の管が同心円状とされることにより層状に配置された多重管バーナであり、中心には肉厚ｔが１ｍｍ〜２ｍｍとされた石英管１が配置され、石英管１と同心に７本の石英管２〜８が配置されている。石英管１及び７本の石英管２〜８によって、第１ポートＰ１から第８ポートＰ８の８個のポートが形成されている。ガラス合成速度を向上させる目的から、第５ポートＰ５から第８ポートＰ８は、第１ポートＰ１から第４ポートＰ４より、５ｍｍ前方に突出して形成されている。尚、第１ポートＰ１から第８ポートＰ８の８個のポートの先端は、段差を設けず一致させた形態であってもよい。また、石英バーナ１０の長手方向長さは、光ファイバ母材の大型化、長尺化に対応すべく、例えば、４０ｃｍ〜５０ｃｍ程度とされている。
【００１４】
石英管１の肉厚ｔを１ｍｍ〜２ｍｍとしたのは、石英バーナ１０の長さが長くなっても、水平又は斜めに配設された場合に、石英バーナ１０の自重による撓みを抑制するためであり、肉厚ｔを１ｍｍ以上としたのは、肉厚ｔが１ｍｍ未満の場合、石英バーナ１０を水平又は斜めに設置した場合、撓み易く、ガラス微粒子を所望の状態に堆積できないからである。また、肉厚ｔを２ｍｍ以下としたのは、肉厚ｔが２ｍｍを超えると、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２との距離が長くなり過ぎて、ガラス原料と燃焼ガスとの火炎中における混合状態を所望の混合状態にしにくく、ガラス微粒子を所望の状態に堆積できないからである。特に、第１ポートＰ１（石英管１）の内径ｄが３ｍｍ未満となって肉厚ｔが２ｍｍを超えると、第１ポートＰ１がガラス原料に起因する生成物によって詰まりやすくなる。よって、第１ポートＰ１（石英管１）の内径は、３ｍｍ以上が好ましく、通常、４ｍｍ以下とされるのが好ましい。このように構成された石英バーナ１０は、図２に示すように、スス付け装置（図示せず）の下部に配設される。
【００１５】
次に、上述した石英バーナを用いた、ガラス微粒子堆積体の製造方法について説明する。本発明の実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、図２に示すように、ガラス微粒子堆積体２０を構成するコア部多孔質ガラス体（コアスート）２１とクラッド部多孔質ガラス体２２を、それぞれ別の石英バーナ１０とクラッド用バーナ１１を用いて同時に形成するものである。
【００１６】
石英バーナ１０により酸水素火炎１２を形成し、この火炎１２中にガラス原料ガスを吹き出して、火炎加水分解により原料ガスをガラス微粒子とし、このガラス微粒子を回転する軸状の出発材２３に堆積させて、コアスート２１を形成する。同様に、クラッド用バーナ１１により酸水素火炎１３を形成し、この火炎１３の中心よりガラス原料ガスを吹き出して、コア部多孔質ガラス体２１を取り囲むようにクラッド部多孔質ガラス体２２を形成し、コアスート２１及びクラッド部多孔質ガラス体２２よりなるガラス微粒子堆積体２０を得る。
【００１７】
光ファイバは、一般にクラッド径がコア径よりも大きい。よって、このような光ファイバを製造できる光ファイバ母材を確実かつ効率良く得るために、石英バーナ１０は、クラッド用バーナ１１よりも細径に形成されて、上記した寸法とされるとともに、出発材２３の軸線方向と、石英バーナ１０の軸線方向（石英バーナ１０の中心軸線に対して、石英バーナ１０のガス供給側とは反対側の端部にて接する接線の方向）との角度は、通常、３５°〜６５°とされている。
【００１８】
石英バーナ１０には、例えば、中心の第１ポートＰ１に四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）と四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）と水素（Ｈ２）を、第２，第６ポートＰ２，Ｐ６に水素（Ｈ２）を、第４，第８ポートＰ４，Ｐ８に酸素（Ｏ２）を、第３，第５，第７ポートＰ３，Ｐ５，Ｐ７にシール用の不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを、燃料ガス及び原料ガスとして供給する（図１参照）。
【００１９】
尚、火炎の広がりの制御や加熱効率を向上させるために、第４ポートＰ４の酸素ガスの流速は４ｍ／秒〜１６ｍ／秒に設定し、また、石英バーナ１０のガス吹き出し口からガラス微粒子の堆積面までの距離は５ｃｍ〜３０ｃｍに設定するのが好ましい。また、本発明に用いる可燃性ガスとしては、水素以外に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８などの炭化水素も採用できる。また、原料ポートには水素ではなく酸素を混入して供給することも可能である。
【００２０】
上述したように、石英バーナ１０は、１ｍｍ〜２ｍｍの肉厚ｔを有する石英管１を中心に配置した多重管バーナとしたので、石英バーナ１０の先端の撓みが防止されて、ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積させることが可能となる。これにより、得られる光ファイバ母材の割れ、変形を低減できる。
【００２１】
次に、石英バーナの変形例について図３を参照して説明する。図３は本発明に係る石英バーナのガス吹出口から見た平面図である。変形例の石英バーナ３０は、中心に１ｍｍ〜２ｍｍの肉厚ｔを有する石英管３１が配置され、その石英管３１に対し層状に４本の石英管３２〜３５が配置されている。石英管３２と石英管３３との間には、小径のポートであるノズル３６が複数本配置されており、石英管３１、石英管３２〜３５及びノズル３６によって、第１ポートＰ１から第６ポートＰ６の６個のポートが形成されている。
【００２２】
石英バーナ３０に供給される燃料ガス及び原料ガスは、例えば、第１ポートＰ１に四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）と四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）と水素（Ｈ２）を、第３ポートＰ３に水素（Ｈ２）を、第５，第６ポートＰ５，Ｐ６に酸素（Ｏ２）を、第２，第４ポートＰ２，Ｐ４にシール用の不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する。石英バーナ３０を使用するガラス微粒子堆積体の製造方法は、石英バーナ１０を使用する実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００２３】
【実施例】
次に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を詳細に説明する。実施例及び比較例は、図１に示す同心円状の多重管バーナである石英バーナ１０を用い、燃料ガス及び原料ガスとして、第１ポートＰ１に四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）と四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）と水素（Ｈ２）を供給し、第２，第６ポートＰ２，Ｐ６に水素（Ｈ２）を供給し、第４，第８ポートＰ４，Ｐ８に酸素（Ｏ２）を供給し、第３，第５，第７ポートＰ３，Ｐ５，Ｐ７にシール用の不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する。
【００２４】
第８ポートＰ８の直径は、３０ｍｍであり、外側火炎の噴出ポート（Ｐ５〜Ｐ８）は内側火炎の噴出ポート（Ｐ１〜Ｐ４）より５ｍｍ前方に突出させている。更に、第４ポートＰ４の酸素の流速を１４ｍ／秒に設定し、内側火炎の噴出ポート（Ｐ１〜Ｐ４）からコアスート２１の堆積面までの距離を２０ｃｍとする。
【００２５】
そして、図２に示すように、石英バーナ１０により酸水素火炎１２を形成し、この火炎１２中にガラス原料ガスを吹き出して、火炎加水分解により原料ガスをガラス微粒子とし、このガラス微粒子を回転する軸状の出発材２３に堆積させて、コアスート２１を形成する。同様に、クラッド用バーナ１１により酸水素火炎１３を形成し、この火炎１３の中心よりガラス原料ガスを吹き出して、コア部多孔質ガラス体２１を取り囲むようにクラッド部多孔質ガラス体２２を形成し、コアスート２１及びクラッド部多孔質ガラス体２２よりなるガラス微粒子堆積体２０を製作する。ここで、出発材２３の軸線方向と石英バーナの軸線方向との角度は、５０°とされている。
【００２６】
石英管１の肉厚ｔを表１に示すように変化させたときの、石英バーナ１０のガス供給側の先端の変位量（撓まないと仮定した場合における先端中心と、実際の先端中心との距離）及びガラス微粒子堆積体２０の歩留を表１に示す。尚、歩留とは、製造したガラス微粒子堆積体２０の総本数の内、割れや変形のないガラス微粒子堆積体２０の本数の割合である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１から分かるように、石英管１の肉厚ｔの増加と共に、石英バーナ１０の先端の変位量は減少する。また、歩留は、逆に肉厚ｔの増加と共に増加して、肉厚ｔが２．０ｍｍでは９５％の高い収率となっている。実用の観点からすると、歩留が８０％未満では、所望のガラス微粒子堆積体を効率的に製造することができない。一方、歩留が８０％以上、特に歩留が９０％以上であれば、割れや変形のない所望のガラス微粒子堆積体を効率的に製造できる。従って、石英管１０の肉厚ｔを１．０ｍｍ以上とすれば、８０％以上の歩留を確保することができ、所望のガラス微粒子堆積体を効率的に製造できる。
特に、大型のガラス微粒子堆積体をＯＶＤ法で製造する場合においては、バーナを水平に取り付けるため、バーナの先端が自重でたれ下りやすく、本発明を適用する効果は大きい。
【００２９】
尚、本発明は、前述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態及び変形例における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。例えば、本発明内での実施例はコア用多孔質母材のみに限定しての記載であるが、大型の多孔質母材は適切な嵩密度分布を保つことが安定生産には重要であり、このようなケースでは本発明を適用することにより、問題の解決を図ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ガラス微粒子を所望の状態に安定して堆積させることができる石英バーナ、及び、割れ，変形のない光ファイバ母材を効率良く製造できるガラス微粒子堆積体の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る石英バーナの模式図であり、（ａ）はガス吹出口から見た平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る石英バーナを用いたガラス微粒子堆積体の製造方法を説明する概略図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る石英バーナの模式図である。
【図４】屈折率の分布の例であり、（ａ）はコア部からクラッド部にかけて屈折率の傾斜がある場合を示し、（ｂ）はコア部の外周部に局部的に屈折率が大きくなった部分がある場合を示し、（ｃ）はコア部からクラッド部にかけての屈折率分布がステップ状になっている場合を示す図である。
【図５】従来の、ガラス微粒子堆積体の製造方法を説明する概略図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５，６，７，８，３１，３２，３３，３４，３５  石英管
１０，３０  石英バーナ
２０  ガラス微粒子堆積体
ｔ  石英管の肉厚
【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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