(57)【要約】【課題】ガラス微粒子を堆積させて作製する多孔質ガラス母材において、割れが生じない多孔質ガラス母材の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、バーナ７の火炎中で生成したガラス微粒子をガラス棒１１に堆積させながら、前記ガラス棒１１を引き上げてガラス微粒子堆積体１９を形成する。ガラス微粒子の堆積終了時に、前記ガラス棒１１の引き上げ速度を堆積中の引き上げ速度よりも増加させる。引き上げ速度の増加を開始させてからの引き上げ距離が所定の距離となった時、燃焼用ガス及びガラス原料用ガスの前記バーナ７への供給を停止するのが望ましい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用ガスとガラス原料用ガスとをバーナに供給し、生成したガラス微粒子をガラス棒に堆積させながら、前記ガラス棒を引き上げて多孔質ガラス母材を形成する多孔質ガラス母材の製造方法であって、
前記ガラス微粒子の堆積終了時に、前記ガラス棒の引き上げ速度を堆積中の引き上げ速度よりも増加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】
前記ガラス棒の引き上げ速度の増加を開始させてから、所定の距離を引き上げた後、燃焼用ガス及びガラス原料用ガスの前記バーナへの供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ガラス微粒子の堆積終了時に、前記ガラス棒の引き上げ速度を徐々に増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラス微粒子を堆積させて作製する多孔質ガラス母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速・大容量通信として利用される光ファイバは、主にコアとクラッドから構成されており、ガラス微粒子の堆積体である多孔質ガラス母材を脱水・焼結してガラス母材に加工後、このガラス母材を線引きして製造される。光ファイバの製造のもととなる多孔質ガラス母材を製造する方法としては、ＶＡＤ法がよく知られている。このＶＡＤ法は、バーナの火炎中にガラス微粒子を生成させ、ガラス微粒子をガラス棒に堆積させながらガラス棒を引き上げていき、徐々に円柱状の多孔質ガラス母材を形成していくものである。
【０００３】
このＶＡＤ法を用いた従来の多孔質ガラス母材の製造方法として、ガラス微粒子の堆積を終了する時に、堆積終了端付近のガラス微粒子の密度を増大させて製造する方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
図７に、特許文献１の光ファイバプリフォームのジャケット部を形成する方法を表す図を示す。図７において、堆積プロセスの間、ガラスロッド１０１の垂直方向のスピードは１００ｍｍ／時である。バーナ１０３がガラススートブール１０５の底部から距離ｄ（８０ｍｍ）の位置にきた時に、ガラスロッド１０１の垂直方向の速度は、例えば、２００ｍｍ／時にまで増加することが可能である。バーナ１０３の位置が図７に示すように、ブールの底部１０７に到着した時に、その後、垂直方向の移動を停止し、バーナ１０３の火炎が底部１０７に約２分間留まるようにする。
これにより、高温の先端温度は燃料の供給を変化させずに、原材料の供給を呈することだけでガラススートブール１０５の高密度化が可能となることが記載されている。
【０００５】
また、図８に、特許文献２の光ファイバ用多孔質母材の製造方法を説明する一部縦断面図を示す。
図８において、光ファイバ用多孔質母材１０２の堆積終了端部分１０２ｃの堆積に入った時点で、外コア用バーナへの燃料ガス中の水素の供給量を増加させて堆積を行なう。これによって、堆積終了端部分１０２ｃの外コア部１０２ｆの部分、即ち嵩密度増大部分１０２ｈの嵩密度を大きくすることができ、よって、堆積終了端１０２ｃの平均嵩密度は中央部分１０２ｂの平均嵩密度よりも大きくなる。また、堆積終了端部分１０２ｃが起点となって光ファイバ用多孔質母材に割れが生じないようにするには、堆積終了端部分１０２ｃの平均嵩密度を中央部分１０２ｂの平均嵩密度よりも０．００５ｇ／ｃｍ３以上大きくすることが望ましい。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１１８０３０号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５３７２７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＶＡＤ法では、多孔質ガラス母材を鉛直方向に成長させていくことから、多孔質ガラス母材の堆積終了部分である多孔質ガラス母材の下方部分や底部で割れが発生することが問題となっている。近年、光ファイバの大量製造の需要増加に伴い、この多孔質ガラス母材のサイズも大型化される傾向にあり、多孔質ガラス母材の下方部分や底部に割れを発生させないことが要求される。
本発明は、多孔質ガラス母材に割れが生じない多孔質ガラス母材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る多孔質ガラス母材の製造方法は、燃焼用ガスとガラス原料用ガスとをバーナに供給し、生成したガラス微粒子をガラス棒に堆積させながら、前記ガラス棒を引き上げて多孔質ガラス母材を形成する多孔質ガラス母材の製造方法であって、
前記ガラス微粒子の堆積終了時に、前記ガラス棒の引き上げ速度を堆積中の引き上げ速度よりも増加させることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された多孔質ガラス母材の製造方法においては、バーナへのガスの供給を停止する前に、バーナの火炎と多孔質ガラス母材との距離を遠ざけることができ、割れの発生しない多孔質ガラス母材を製造することができる。
【００１０】
また、本発明に係る多孔質ガラス母材の製造方法において、前記ガラス棒の引き上げ速度の増加を開始させてから、所定の距離を引き上げた後、燃焼用ガス及びガラス原料用ガスの前記バーナへの供給を停止することが望ましい。
【００１１】
また、本発明に係る多孔質ガラス母材の製造方法において、前記ガラス微粒子の堆積終了時に、前記ガラス棒の引き上げ速度を徐々に増加させることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多孔質ガラス母材の製造方法の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る多孔質ガラス母材の製造装置を示す概略構成図である。図１に示すように、この多孔質ガラス母材の製造装置１０は、反応容器１を有しており、この反応容器１の上部には開閉板５が設けられ、この開閉板５は拡縮自在で、反応容器１の開口部５ａの大きさを変えることができる。反応容器１の外側上方には吊り下げ装置１３が設置されており、ガラス棒１１が吊り下げ装置１３によって吊り下げられている。吊り下げられたガラス棒１１は開口部５ａを通って、反応容器１の内部へ導入されている。このガラス棒１１の下部１１Ａより、ガラス微粒子を堆積させていき、ガラス微粒子堆積体１９を作製することができる。
吊り下げ装置１３は、ガラス棒１１を軸回転可能、かつ軸方向の移動可能にしている。また、吊り下げ装置１３は、ガラス棒１１の軸方向の移動速度の変動が可能なように構成されている。
【００１３】
反応容器１の下部には、ガラス微粒子を生成するバーナ７と、反応容器１内の未堆積ガラス微粒子等を排出する排気口９とが設けられている。
バーナ７は、ガスの吹き出し口が複数のポートを有するマルチポート（多重管）構造となっており、各ポートから燃焼用ガス及びガラス用原料ガスを吹き出し、燃焼用ガスにより生じる火炎中において、ガラス原料を酸化反応又は加水分解反応させてガラス微粒子を生成するものである。
また、バーナ７は、酸素供給タンク１５、水素供給タンク１６、及びガラス原料供給タンク１７に接続されており、燃焼用ガスやガラス用原料ガスをバーナ７の各ポートへ別々に供給できるようになっている。
【００１４】
反応容器１の内部には、バーナ７により生成されたガラス微粒子堆積体１９の下部に向けて、投光器２１が設けられている。投光器２１は、投光器２１から発せられた光ビーム２８がガラス微粒子堆積体１９の底面上の所望位置２９と接するように配置されている。ガラス微粒子堆積体１９の堆積増加により底面が変化した場合（図でみて下方向に変化した場合）には、吊り下げ装置１３によりガラス微粒子堆積体１９を引き上げて、光ビームと底面上の所望位置２９とが接するように制御される。なお、所望位置２９は、ガラス微粒子堆積体１９の底面上の任意の位置に設定されるものである。
また、投光器２１からの光ビーム２８を受光できる位置（投光器２１と所望位置２９との延長線に位置）に受光器２３が配置されている。そして、受光器２３は、ライン２５を介して制御部２７へ接続されており、さらに制御部２７はライン２６を介して吊り下げ装置１３へと接続されている。
【００１５】
このように構成された製造装置１０を用いて多孔質ガラス母材を製造する方法について説明する。
図５に、この製造方法のフローチャート図を示す。図５に示すように、本実施形態に係る多孔質ガラス母材の製造は３つのステップからなり、ガラス微粒子の堆積３１（ステップ１）；ガラス棒１１の引き上げ速度の増加３２（ステップ２）；燃焼用ガス及び原料用ガスの停止３３（ステップ３），の順に行なう。
【００１６】
ステップ１では、ガラス微粒子の堆積を行なう。まず、吊り下げ装置１３にガラス棒１１をセットし（図１参照）、開口部５ａをから反応容器１内に入れていく。吊り下げ装置１３を作動させ、ガラス棒１１の先端をバーナ７の吹き出し口近傍まで下げ、ガラス棒１１を軸周りに回転させる。
一方、酸素供給タンク１５、水素供給タンク１６、ガラス原料（四塩化珪素：ＳｉＣｌ４）供給タンク１７を開放してバーナ７への供給を開始する。ここで、必要に応じて供給タンクを増設して、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスや、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）、ＰＯＣｌ３等の屈折率制御用原料ガス等をバーナ７へ供給してもよい。
【００１７】
反応容器１内の回転しているガラス棒１１に向かってバーナ７から酸水素火炎を放射する。この酸水素火炎中では、ガラス原料用ガスの酸化反応又は加水分解反応によりガラス微粒子が生成する。この生成したガラス微粒子をガラス棒１１の先端に付着させながら、ガラス棒１１を所望の速度ｖ１で引き上げて、徐々にガラス微粒子堆積体１９を形成し、成長させていく。
【００１８】
ガラス微粒子の堆積中、ガラス微粒子堆積体１９の外径ｄ１を均一にするため、また、バーナ７とガラス微粒子堆積体１９の底面との距離を一定に維持するために、投光器２１からガラス微粒子堆積体１９の底面上の所望位置２９に向けて光ビーム２８を発し、光ビーム２８の光量を受光器２３により検出して、この光ビーム２８の光量に応じてガラス棒１１の引き上げ速度ｖ１を制御する。
投光器２１から発せられた光ビーム２８は、ガラス微粒子堆積体１９の底面の所望位置２９に接するとともに受光器２３で受光される。ガラス微粒子堆積体１９の堆積量が増加すると、ガラス微粒子堆積体１９の底面が下方向に変化するため、光ビーム２８は遮光されて受光器２３で検出される光量が減少する。この受光器２３で検出された受光量は信号化され、この受光信号はライン２５を経由して制御部２７へ伝送される。制御部２７は、受光器２３からの受光量の信号が所定量となったとき、ライン２６を介して吊り下げ装置１３に駆動信号を送る。すると、吊り下げ装置１３によってガラス棒１１はその光量に応じた引き上げ量で引き上げ駆動され、受光器２３が光ビーム２８を一定の光量で受光できるまで引き上げられる。
【００１９】
また、ガラス棒１１の引き上げ速度を一定速度にあらかじめ設定しておき、受光器２３で受光する光ビーム２８の光量に応じてその一定速度を減速させたり、増速させるように制御してもよい。例えば、受光器２３の光量が所定量より多くなったときに、一定の引き上げ速度に対し減速制御を行ったり、受光器２３の光量が所定量より少なくなったときに増速制御を行い、その後、所定の受光量となったときに、一定速度に戻すように制御することができる。
このように、光ビーム２８の光量を検出して、ガラス棒１１の引き上げ速度を制御すればガラス棒１１の引き上げ速度をガラス微粒子堆積体１９の成長速度に正確に追従させることができる。従って、ガラス微粒子堆積体１９の外径ｄ１を一定にすることができ、また、バーナ７とガラス微粒子堆積体１９の底部との距離を一定にすることができる。
【００２０】
ガラス微粒子の堆積中は、制御部２７において、吊り下げ装置１３がガラス棒１１を引き上げた距離を計測し、引き上げ距離の合計を記録しておく。そして、ガラス微粒子堆積体１９の上端部から下端部の長さｈ１が所望の長さになった時、すなわち、制御部２７で記録された引き上げ距離がｈ１となった時、ガラス微粒子の堆積を終了する。
堆積終了時には、ステップ２として、ガラス棒１１の引き上げ速度ｖ１を増加させて、ガラス微粒子堆積体１９の底面をバーナ７から引き離す。具体的には、制御部２７からライン２６を介して吊り下げ装置１３に対して引き上げ速度をｖ１からｖ２に増加させるよう信号を送り、ガラス棒１１の引き上げ速度を増加させる。
【００２１】
図２は、ガラス微粒子堆積体１９の堆積終了前と終了後の底面付近の概略図である。図２において、点線で示すガラス微粒子堆積体１９ａは、堆積終了直前の位置を示しており、引き上げ速度ｖ１で引き上げられている。実線で示すガラス微粒子堆積体１９ｂは、引き上げ速度をｖ１からｖ２へ増加させた時のガラス微粒子堆積体の位置を示しており、バーナ７から離れるように上方に向かって遠ざかっている。
バーナ７への燃焼用ガス及びガラス原料用ガスの供給は、少なくとも引き上げ速度を増加させた直後は行なわれていることが好ましいが、引き上げ速度の増加を開始してから所定の距離を引き上げた後には、ステップ３としてバーナ７への燃焼用ガス及びガラス原料用ガスの供給を停止するとよい。
【００２２】
従来、ガラス微粒子の堆積を終了させる際、ガラス微粒子堆積体１９が図２の堆積体１９ａの位置にある状態でバーナへ燃焼用ガス等の供給を停止していた。この状態で停止すると、図４に示すように、ガラス微粒子堆積体１９の底面近傍に水平方向に割れ３０が発生していた。
また、この割れ３０を防止するために、前述の特許文献１又は２に記載のように堆積体１９の底部の密度を増加させる方法もあるが、これは密度差がある部分で割れが生じやすくなっていた。
【００２３】
しかしながら、本発明のように、バーナ７への燃焼用ガス及びガラス原料用ガスの供給し続けてバーナ７から火炎が発生した状態で火炎からガラス微粒子堆積体１９を遠ざけると、ガラス微粒子堆積体１９の底部近傍での火炎の消滅による影響を極めて小さくでき、ガラス微粒子堆積体１９に割れ３０が生じることがなくなる。
これは、バーナにガスの供給を停止する時の火炎の乱れにより、特にガラス微粒子堆積体の下方部分あるいは底面部の温度分布が急激に変化して、堆積体に歪みが生じるのを防止できるためと推察される。
【００２４】
ガラス棒の速度を増加させて、火炎からガラス微粒子堆積体を引き離す際には、ガラス棒の引き上げ速度を徐々に増加させていくことが好ましい。引き上げ速度を徐々に増加させていけば、ガラス微粒子堆積体の底面部や下部分の温度分布が急峻に変化するのをより抑制でき、ガラス微粒子堆積体の歪みが緩和できる。
すなわち、図３に示すように、時間ｔ１に引き上げ速度ｖ１からｖ２に増加させる時、例えば、グラフ中▲２▼のようにｔ１からｔ２の間に徐々に増加させていくとよい。このことにより、火炎からの影響の変化をより少なくでき、かつ、速度変化が急激でないので吊り下げ装置１３への負担を少なくできる。
また、グラフ中▲１▼のように、ｔ１の直後では速度の増加量を徐々に大きくしていき、目的の速度ｖ２に達する直前に速度の増加量を徐々に小さくしていく場合も、速度変化を連続的に行なうことができ、好ましい。グラフ中▲１▼の傾きや▲２▼の曲線の曲がり度合いは、製造するガラス微粒子堆積体の大きさや堆積量により適宜設定することができる。
【００２５】
ステップ３以降、バーナ７にガスの供給を停止した後、開閉板５を移動させて、開口部５ａを開いて完成した多孔質ガラス母材を取り出す。このようにして製造された多孔質ガラス母材を、続く脱水・焼結工程、延伸工程等に提供して、光ファイバ用母材として用いることができる。
【００２６】
なお、本発明に係る多孔質ガラス母材の製造方法は、上記で述べた実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、上記実施形態においては、ガラス棒１１の先端にガラス微粒子を堆積していく方法を示した。しかし、本発明の製造方法はこれに限定されるものではなく、図６に示すように、コアロッド１２が中心部にある多孔質ガラス母材の製造に適用してもよい。
まず、ガラス棒４１の先端にコアロッド１２を固定し、コアロッド１２の周囲にガラス微粒子を堆積する。このようにすると、中心部にコアロッド１２を有する多孔質ガラス母材を製造することができる。この場合においても、ガラス微粒子の堆積を終了させる時に、ガラス微粒子堆積体３９をバーナ７の火炎から遠ざけると、ガラス微粒子堆積体に割れの発生しない多孔質ガラス母材を製造することができる。
【００２７】
【実施例】
実施例として、図１に示す製造装置１０を用いて多孔質ガラス母材を製造した。ガラス微粒子堆積体１９の底面とバーナ７との相対位置が常に一定となるようにガラス棒１１の引き上げ速度を制御した。ガラス微粒子堆積中のガラス棒１１の引き上げ速度は平均１００ｍｍ／ｈであった。
次に、ガラス微粒子堆積体１９の上端から下端までの距離ｈ１が４００ｍｍになった時、ガラス棒１２の引き上げ速度を２００ｍｍ／ｈに変更した。そして、速度を変更した後のガラス棒１１の移動距離が３０ｍｍになったところで、バーナ７へのガスの供給を停止し火炎を消した。得られた多孔質ガラス母材の外径ｄ１は１５０ｍｍであった。
この多孔質ガラス母材は、割れの発生しない良好なものであった。また、この方法で１０本の多孔質ガラス母材を製造したところ、１本も割れは発生しなかった。
【００２８】
次に、従来の方法によりガラス微粒子堆積体を製造した。図１に示す製造装置１０を用いて、ガラス微粒子堆積体１９の底面とバーナ７との相対位置が常に一定となるように、ガラス棒１１を平均１００ｍｍ／ｈで引き上げつつガラス微粒子を堆積した。そして、ガラス微粒子堆積体１９の上端から下端までの距離ｈ１が４００ｍｍになった時、ガラス微粒子堆積体１９とバーナ７との相対位置を変えることなく、バーナ７の火炎を消して、多孔質ガラス母材の製造を終了した。得られた多孔質ガラス母材の外径ｄ１は１５０ｍｍであった。
この結果、火炎の消火中に、多孔質ガラス母材の下部に図４のような割れ３０が発生した。この方法で１０本の多孔質ガラス母材を製造したところ、そのうち５本に割れが生じた。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る製造方法によれば、割れの発生しない多孔質ガラス母材を製造することができ、光ファイバ等の前駆材料として好適な高品質の多孔質ガラス母材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多孔質ガラス母材の製造方法の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】ガラス棒の引き上げ速度を増加させた時のガラス微粒子堆積体の底面付近の概要を示す図である。
【図３】ガラス棒の引き上げ速度の変化を示すグラフである。
【図４】ガラス微粒子堆積体の底面部の概要を示す図である。
【図５】本発明に係る多孔質ガラス母材の製造方法のフローチャート図である。
【図６】本発明に係る多孔質ガラス母材の製造方法の実施の形態を示す概略構成図である。
【図７】従来の光ファイバプリフォームのジャケット部を形成する方法を表す図である。
【図８】従来の光ファイバ用多孔質母材の製造方法を示す一部縦断面図である。
【符号の説明】
７  バーナ
１０  製造装置
１１  ガラス棒
１３  吊り下げ装置
１９  ガラス微粒子堆積体
２１  投光器
２３  受光器
２８  光ビーム
ｖ１，ｖ２  ガラス棒の引き上げ速度
【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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