(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ用のコア部を含む石英ガラスロッド上に石英ガラス微粒子を堆積させて石英ガラス多孔質体とした後、該石英ガラス多孔質体を焼結して透明ガラス化し、石英ガラス母材を得る製造方法において、
石英ガラス微粒子を堆積させる前の石英ガラスロッド表面の水に対する接触角が１０°以下であることを特徴とする石英ガラス母材の製造方法。
【請求項２】
前記石英ガラスロッドに石英ガラス微粒子を堆積させる前に、石英ガラスロッド表面を有機溶媒で洗浄する第１の工程と、その後、石英ガラスロッド表面に紫外線を照射する第２の工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の石英ガラス母材の製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程で用いる有機溶媒が炭素数３以下のアルコールから選択される１種又は２種以上であることを特徴とする請求項２に記載の石英ガラス母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバなどの光学部材の製造に好適に用いられる石英ガラス母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバなどに用いられる石英ガラス母材は、光ファイバ用のコア部を含む石英ガラスロッド上に石英ガラス微粒子を堆積させて石英ガラス多孔質体を作製した後、該石英ガラス多孔質体を焼結炉に入れて透明ガラス化し、石英ガラス母材とする製造方法が用いられる。このようにして得られた石英ガラス母材を観察すると、出発母材である石英ガラスロッドとその外周部のガラスとの界面付近に欠陥が生じる場合がある。ここで言う欠陥は、気泡、金属や無機物の微粒子などの異物が残留したものなどである。これは、雰囲気中に浮遊している不純物が石英ガラスロッド上に付着した影響と考えられている。石英ガラスロッド上に異物が付着した状態で、石英ガラス微粒子を堆積させた場合、一部は火炎に焙られて揮発するが、一部は残存しガラス中の異物となる。石英ガラス母材中の欠陥は、紡糸工程における断線やファイバの強度低下を招く等好ましくない。そのため、石英ガラスロッド上に付着する異物を低減することが重要である。
【０００３】
従来、石英ガラス母材に含まれる欠陥を低減するための方法として、例えば、特許文献１，２に開示された方法が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、石英系ガラスロッドの外周面にガラス層を形成することにより新たなガラスロッドを得る工程を有する光ファイバ母材の製造方法において、該ガラス層が形成される前のガラスロッドをその外周面の最大粗さが０．５μｍ以下となるように機械的手段で処理し、次いで前記外周面を洗浄した後に前記ガラス層を形成することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法が記載されている。この特許文献１では、石英ガラスロッド表面を機械的に研削し、ある表面粗さ以下とした後、洗浄することが、気泡の低減に効果があるとしている。
【０００５】
特許文献２には、少なくとも光伝搬部を含む光ファイバ用ガラスロッドに、光ファイバ原料の微粉末を堆積させた後、これを加熱して透明ガラス化する光ファイバ用母材の製造方法において、前記光ファイバ用ガラスロッド上に光ファイバ原料の微粉末を堆積させる前に、前記光ファイバ用ガラスロッドの表面を洗浄剤、高純度水にて順次洗浄し、その後前記光ファイバ用ガラスロッドを５００ｒｐｍ以上で回転させ、付着している高純度水の水滴を切ることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法が記載されている。この特許文献２では、光ファイバ用ガラスロッドを水酸化アンモニウム溶液及び高純度水で洗浄後、該ガラスロッドを回転させて乾燥することでガラス表面の乾燥むら（水滴痕）を無くすことができ、気泡低減に効果があるとしている。
【特許文献１】特開２００３−７３１３９号公報
【特許文献２】特開平９−１９４２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、以下の点で問題がある。機械研削によって表面状態を均一にすることはできるが、石英ガラスロッド表面に歪みを発生させる可能性がある。歪みが残った状態の石英ガラスロッドを酸水素火炎で焙ると、割れなどを生じる恐れがある。
また研削加工時に、砥粒の大きい粒子が混入すると、石英ガラスロッド表面に深い傷が発生する場合がある。傷が残った状態で石英ガラスロッド上に石英ガラス微粒子を堆積させると、却って気泡などの欠陥の原因となる。そのため再研削の必要が生じる等、工程管理に手間が掛かる可能性がある。
また光ファイバを製造する場合、光ファイバの接続損失を低下させるため、コア部の偏心量を小さくする必要がある。しかし、長さ１０００ｍｍ以上の石英ガラス母材を研削する場合は、母材の曲がりの影響も受けやすく、クラッド部が片削りになる可能性が高い。そのためコア部の偏心量が大きくなり、結果として得られた光ファイバの接続損失等が大きくなるため、好ましくない。
【０００７】
また特許文献２に記載の方法は、アルカリ溶液を用いているため、確かに石英ガラスロッド表面の洗浄効果は高い。しかし、乾燥時に母材を高速で回転させる必要があるため、ガラスが破損する恐れもある。また洗浄に用いるアルカリ溶液の廃液処理などに余分なコストがかかるなどの問題があった。
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、石英ガラス母材に含まれる欠陥を低減することができ、歩留まり良く光ファイバを紡糸でき、低コストで光ファイバを提供できる石英ガラス母材の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、光ファイバ用のコア部を含む石英ガラスロッド上に石英ガラス微粒子を堆積させて石英ガラス多孔質体とした後、該石英ガラス多孔質体を焼結して透明ガラス化し、石英ガラス母材を得る製造方法において、石英ガラス微粒子を堆積させる前の石英ガラスロッド表面の水に対する接触角が１０°以下であることを特徴とする石英ガラス母材の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の石英ガラス母材の製造方法において、前記石英ガラスロッドに石英ガラス微粒子を堆積させる前に、石英ガラスロッド表面を有機溶媒で洗浄する第１の工程と、その後、石英ガラスロッド表面に紫外線を照射する第２の工程を行うことが好ましい。
【００１１】
本発明の石英ガラス母材の製造方法において、前記第１の工程で用いる有機溶媒が炭素数３以下のアルコールから選択される１種又は２種以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の石英ガラス母材の製造方法は、石英ガラス微粒子を堆積させる前の表面の水に対する接触角が１０°以下である石英ガラスロッドを用い、この表面に石英ガラス微粒子を堆積させて石英ガラス多孔質体を作製することによって、石英ガラス母材に含まれる欠陥を低減することができ、歩留まり良く光ファイバを紡糸でき、低コストで光ファイバを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明者らは、石英ガラスロッドとその外周部のガラスとの界面付近に発生する気泡や異物等の欠陥の元素分析を実施した。その結果、異物を構成する元素として、主にＮａやＣａ、炭素（Ｃ）などが検出されたことから、この異物はＮａやＣａを含む無機物と、何らかの有機物であることが分かった。これらの異物は、石英ガラス微粒子を堆積する前の石英ガラスロッドに付着し、石英ガラス微粒子を堆積し透明ガラス化後まで残留して欠陥となる。そのため、石英ガラス微粒子を堆積させる前に、石英ガラスロッド表面に付着した不純物を、あらかじめ除去する必要がある。
【００１４】
本発明者らは、ガラス表面の清浄度の指標として、水に対する接触角に着目し、この接触角を小さくすることが重要であると考えた。
そのためには、石英ガラス微粒子を堆積させる前に、石英ガラスロッド表面をアルコールなどの有機溶媒で洗浄する第１の工程と、紫外線を照射する第２の工程を行うことで、石英ガラスロッド表面の水に対する接触角を小さくする効果が高いことがわかった。
【００１５】
なお、本発明において「接触角」とは、図１に示すように、石英ガラスロッド１の表面に水滴２を滴下した際の、水滴の盛り上がり角度を測定し、これを接触角θとしている。接触角が小さいほど表面の異物が少ないことを意味する。一般に、表面に付着している物質が単分子層以下になると、接触角が４°になるとされている。
【００１６】
各種検討を行った結果、石英微粒子を堆積させる前の石英ガラスロッド表面の水に対する接触角を１０°以下とすることで、出発母材である石英ガラスロッドとその外周に形成されるガラスとの界面付近に欠陥が無い石英ガラス母材を得ることができた。この際、界面付近に存在する０．１ｍｍ以上の欠陥が、石英ガラス母材長で１ｍ当たり２個以下であれば、紡糸中に影響を及ぼすことはほぼ無くなる。実際には、以下の式で表す断線頻度について、１回／３００ｋｍ以下であれば、良好と判断できる。
断線頻度＝紡糸工程での断線頻度（回）／１母材の紡糸長（ｋｍ）
【００１７】
第１の工程の有機溶媒による洗浄において、有機溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトンなどを用いることができ、その中でも炭素数が３以下のアルコールから選択される１種または２種以上のアルコールが好ましく、とりわけエチルアルコールやイソプロピルアルコールが好ましい。この工程では、主にガラスロッド表面に付着している粒子径が０．５ｍｍ以上の有機物や無機物を除去できる。アルコール等の有機溶媒による洗浄は、発塵量の少ない不織布に有機溶媒を塗布し、直接石英ガラスロッドを拭くことでも可能であるが、石英ガラスロッドを有機溶媒中に浸漬して超音波洗浄する方法の方が、微粒子の除去効果が大きいため、望ましい。何れも場合も、液滴痕が残らないように乾燥させることが重要である。このためには、不織布で拭き取る際のスピードを遅くする。石英ガラスロッドを事前に保温しておくと液滴痕が残り難くなる。なお、一部液滴が残る場合もあるが、その多くは粒子径の小さい有機物であり、第２の工程で除去可能であるため問題はない。
【００１８】
第２の工程は、第１の工程で除去できなかった粒子径の小さい有機物を除去することが目的である。この工程で使用する紫外線ランプは、紫外線が持つエネルギーによって、直接有機物を分解する効果がある。また、空気中の酸素（Ｏ２）からオゾン（Ｏ３）を生成し、そのオゾンから生成した活性酸素が有機物と反応し、ＣＯ２やＨ２Ｏ等を生成し、揮発除去するとされている。紫外線照射による有機物の分解除去の概要を図２に示す。
【００１９】
照射する紫外線は、波長が短いほどエネルギーが高く、石英ガラスロッド表面と表面に付着した有機物との結合を切りやすい。実用的に用いられる紫外線ランプとしては、低圧水銀灯（波長１８５ｎｍ、波長２５４ｎｍ）、キセノンエキシマ光（波長１７２ｎｍ）などがある。
【００２０】
このように石英ガラスロッド表面の異物を除去することによって、石英ガラス微粒子を堆積させる前の石英ガラスロッド表面の水に対する接触角を小さくすることができる。その結果、この接触角を１０°以下とすることができれば、出発母材である石英ガラスロッドとその外周部のガラスとの界面付近に気泡や異物等の欠陥は発生せず、良好な状態であることがわかった。
【００２１】
本発明の石英ガラス母材の製造方法は、石英ガラス微粒子を堆積させる前の表面の水に対する接触角が１０°以下である石英ガラスロッドを用い、この表面に石英ガラス微粒子を堆積させて石英ガラス多孔質体を作製することによって、石英ガラス母材に含まれる欠陥を低減することができ、歩留まり良く光ファイバを紡糸でき、低コストで光ファイバを提供することができる。
以下、実施例により本発明の効果を実証する。
【実施例】
【００２２】
［実施例１］
ＳｉＣｌ４流量：５．５〜７．５ＳＬＭ、水素ガス流量：４０〜１００ＳＬＭ、酸素ガス流量１５〜４０ＳＬＭ、シールガスとしてアルゴンガスを１ＳＬＭ、それぞれバーナに供給し、酸水素火炎中で石英ガラス微粒子を生成させ、火炎と共にバーナから噴出させた。
出発母材である石英ガラスロッドは、外径３５ｍｍの丸棒状のガラスロッドを用いた。石英ガラスロッドは、微粒子堆積前にエチルアルコールに浸漬し、超音波洗浄装置で洗浄後、紫外線ランプを３００秒照射した。このときの紫外線照射量は、石英ガラスロッド表面で１０ｍＷ／ｃｍ２であった。処理後の石英ガラスロッド表面の接触角を測定した結果、接触角は９°であった。
その後、複数のバーナを用いて、経時的に石英ガラス微粒子を石英ガラスロッド上に堆積させ、外径２３０ｍｍ×長さ１８００ｍｍの石英ガラス多孔質母材を作製した。石英ガラス多孔質母材作製後、焼結炉に投入し、透明ガラス化して石英ガラス母材とした。
得られた石英ガラス母材について、出発母材である石英ガラスロッドとその外周部のガラスとの界面付近の欠陥数を確認したところ、母材長１ｍ当たり欠陥数は０個であり、良好な結果が得られた。
この石英ガラス母材を光ファイバ紡糸装置にセットし、紡糸した結果、断線頻度は０．５回／３００ｋｍであり、良好であった。
【００２３】
［実施例２］
紫外線ランプの照射時間を３６０秒としたこと以外は、実施例１と同様の方法で、石英ガラス母材を製造した。
処理後の石英ガラスロッド表面の接触角を測定した結果、接触角は８°であった。
得られた石英ガラス母材について、出発母材である石英ガラスロッドとその外周部のガラスとの界面付近の欠陥数を確認したところ、母材長１ｍ当たり欠陥数は１個であり、良好な結果が得られた。
この石英ガラス母材を光ファイバ紡糸装置にセットし、紡糸した結果、断線頻度は０．６回／３００ｋｍであり、良好であった。
【００２４】
［実施例３］
石英ガラスロッドのアルコール洗浄を、不織布にアルコールを塗布して拭き取り洗浄としたこと以外は、実施例１と同様の方法で、石英ガラス母材を製造した。
処理後の石英ガラスロッド表面の接触角を測定した結果、接触角は１０°であった。
得られた石英ガラス母材について、出発母材である石英ガラスロッドとその外周部のガラスとの界面付近の欠陥数を確認したところ、母材長１ｍ当たり欠陥数は２個であり、良好な結果が得られた。
この石英ガラス母材を光ファイバ紡糸装置にセットし、紡糸した結果、断線頻度は０．８回／３００ｋｍであり、良好であった。
【００２５】
［比較例１］
石英ガラスロッドのアルコール洗浄を行わなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で、石英ガラス母材を製造した。
処理後の石英ガラスロッド表面の接触角を測定した結果、接触角は２２°であった。
得られた石英ガラス母材について、出発母材である石英ガラスロッドとその外周部のガラスとの界面付近の欠陥数を確認したところ、母材長１ｍ当たり欠陥数は６個であった。
この石英ガラス母材を光ファイバ紡糸装置にセットし、紡糸した結果、断線頻度は３．２回／３００ｋｍであり、歩留まりが低下した。
【００２６】
［比較例２］
紫外線ランプの照射時間を２４０秒としたこと以外は、実施例１と同様の方法で、石英ガラス母材を製造した。
処理後の石英ガラスロッド表面の接触角を測定した結果、接触角は１３°であった。
得られた石英ガラス母材について、出発母材である石英ガラスロッドとその外周部のガラスとの界面付近の欠陥数を確認したところ、母材長１ｍ当たり欠陥数は４個であった。
この石英ガラス母材を光ファイバ紡糸装置にセットし、紡糸した結果、断線頻度は１．５回／３００ｋｍであり、歩留まりが低下した。
【００２７】
［比較例３］
紫外線ランプの照射時間を６０秒としたこと以外は、実施例１と同様の方法で、石英ガラス母材を製造した。
処理後の石英ガラスロッド表面の接触角を測定した結果、接触角は１９°であった。
得られた石英ガラス母材について、出発母材である石英ガラスロッドとその外周部のガラスとの界面付近の欠陥数を確認したところ、母材長１ｍ当たり欠陥数は５個であった。その内１個は、０．３ｍｍ以上の大きい欠陥であった。
この石英ガラス母材を光ファイバ紡糸装置にセットし、紡糸した結果、断線頻度は２．２回／３００ｋｍであり、歩留まりが低下した。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】石英ガラスロッド表面の水に対する接触角の測定方法を説明する側面図である。
【図２】石英ガラスロッド表面に紫外線を照射した際の有機物の分解過程を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…石英ガラスロッド、２…水滴。
【図１】
0004663501.tif 000002
【図２】
0004663501.tif 000003