(57)【要約】【課題】外径の大きな多孔質母材であっても、焼結後、長手方向に外径が均一で、従来必要とされた外径調整加工を不要とし、そのまま線引きに使用でき製造コストを下げることのできる、光ファイバ母材の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、コアロッドの表面にスートを堆積し、焼結する光ファイバ母材の製造方法において、長手方向に外径を変化させたコアロッドを使用し、その上にクラッドを堆積して光ファイバ用多孔質母材を作製し、焼結して透明ガラス化することを特徴とし、焼結時における光ファイバ用多孔質母材の外径の伸縮量を長手方向にわたって測定し、各部の伸縮量と基準位置での伸縮量との比を求め、これを逆数倍した外径に、長手方向に外径を変化させたコアロッドが使用される。焼結中、コアロッド径と外付け堆積層との厚さの比が、長手方向で一定になるように、原料供給量および／またはバーナの移動速度等の製造条件を変化させるとよい。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアロッドの表面にスートを堆積し、焼結する光ファイバ母材の製造方法において、長手方向に外径を変化させたコアロッドを使用し、その上にクラッドを堆積して光ファイバ用多孔質母材を作製し、焼結して透明ガラス化することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
焼結時における光ファイバ用多孔質母材の外径の伸縮量を長手方向にわたって測定し、各部の伸縮量と基準位置での伸縮量との比を求め、これを逆数倍した外径に、長手方向に外径を変化させたコアロッドを使用する請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】
コアロッド径と外付け堆積層との厚さの比が、長手方向で一定になるように、製造条件を変化させる請求項１及び２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項４】
変化させる製造条件が、原料供給量および／またはバーナの移動速度である請求項３に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
焼結後の光ファイバ母材の表面を円筒研削する請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項６】
コアロッドの表面にスートを堆積して光ファイバ用多孔質母材を作製し、焼結して光ファイバ母材を製造する方法において、予め設定した焼結時の伸縮量を加味して長手方向に外径を変化させたコアロッドを用いて、製造してなることを特徴とする光ファイバ母材。
【請求項７】
コアロッドが、焼結時における光ファイバ用多孔質母材の外径の伸縮量を長手方向にわたって測定し、各部の伸縮量と基準位置での伸縮量との比を求め、これを逆数倍した外径に、長手方向に外径を変化させたものである請求項６に記載の光ファイバ母材。
【請求項８】
コアロッド径と外付け堆積層との厚さの比が、長手方向で一定になるように製造してなる請求項７に記載の光ファイバ母材。
【請求項９】
焼結後の光ファイバ母材の表面を円筒研削してなる請求項６乃至８のいずれかに記載の光ファイバ母材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用ファイバの母材である石英ガラス棒、特に、出発部材にガラス微粒子を堆積したスート母材を、脱水・焼結して透明ガラス化する光ファイバ母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用ファイバは、光ファイバ母材を加熱・延伸後、線引きして製造されるが、光ファイバ母材の外径に変動があると、線引き装置内の気流が変化して、線引きして得られる光ファイバの寸法精度に影響し、光ファイバの特性変動の原因となる。なお、線引きとは、光ファイバ母材を１２５μｍ程度の所定径に縮径しながら、表面に樹脂等の保護層をコーティングすることをいう。また、規格外の光ファイバは、光ファイバ同士の接続や、光源との結合状態に悪影響を与え、また光信号の伝送特性が変動する原因となる。
【０００３】
このため、線引きする前の光ファイバ母材の寸法精度を上げるために、バーナや電気炉を用いて、加熱・延伸しながら外径調整する方法がある。例えば、バーナで光ファイバ母材を加熱して、引き落とし縮径部付近の２点を測定し、引伸ばし速度を調整することにより寸法精度を上げている（例えば、特許文献１参照）。
加熱手段としてバーナの火炎を使用する場合、延伸する光ファイバ母材の径が大きいとき、加熱量が十分ではなく、母材の内部まで軟化させるのが困難であるという不都合を生じる。
【０００４】
また、加熱手段に電気炉を使用し、母材の両端をガラス旋盤の上下チャックで把持し、チャックの一方を加熱炉に対して相対的に近付け、他方を相対的に遠ざけることにより延伸している（例えば、特許文献２参照）。
近年、母材の大型化が進み、延伸工程に大掛かりな設備が必要となり、コスト高になるという、問題がある。
【０００５】
一方、素材としての光ファイバ母材を製造するには、２ステップ法がコスト的に有利であり、例えば、特許文献３に記載されている方法は、火炎加水分解法によりコア−第１クラッド用スートを作製し、脱水・ガラス化してコアロッドとし、必要に応じて延伸後、外付けＣＶＤ法等の方法で、所定量の第２クラッドスートを堆積させ、焼結しガラス化して光ファイバ母材を作製するものである。
【０００６】
この方法は、長手方向に母材の特性を安定させることが重要であり、特許文献４は、この点に留意して、コアロッドのコア・クラッド比および比屈折率差に応じて外付けＣＶＤ法で、堆積するスートの堆積量を長手方向に変化させて堆積している。この堆積量を変化させるには、バーナの移動速度を変化させる方法があり、例えば、特許文献５には、製造中の光ファイバ用多孔質母材の外径を計測し、バーナの移動速度または原料供給量を制御し、軸方向に外径の一定な母材を得る方法が示されている。
【０００７】
また、焼結時に、溶融したガラスが長手方向の未溶融側に移動して径が不均一となる場合があり、この影響を除くために、特許文献６は、長手方向にスートの堆積量を変化させる方法を記載している。
その他、特許文献７，８は、焼結後の母材インゴットの表面を研削して長手方向に特性を安定させる方法を記載している。
このように、母材の長手方向に特性を安定させる方法が各製造工程において種々行われている。
【０００８】
次に、ガラス微粒子を堆積して形成した光ファイバ用多孔質母材を焼結して透明ガラス化する方法の一例を、図１を参照して説明する。
図１において、支持部１に多孔質母材２が昇降・回転自在に取り付けられ、多孔質母材２が焼結炉３内を矢印の方向に移動することにより、多孔質母材は、その端部４側から端部５側に向けて順次、加熱部６により加熱され、１５００〜１６００℃に昇温され、透明ガラス化されて光ファイバ用母材インゴットとされる。
【０００９】
ところで、この焼結・透明ガラス化の際に、多孔質母材が収縮したり、伸長したりして、外径が一定にならないことがある。従って、光ファイバ母材を線引きに供する前に、延伸して外径を調整していたが、このため、上記したように、コスト高になるという問題があった。
【００１０】
【特許文献１】特開昭５６−９２３１号公報（第１，２頁、第２図）
【特許文献２】特開昭６２−１６７２３６号公報（第１‐６頁、第２図）
【特許文献３】特開昭６０−１４１６３４号公報（第１‐５頁）
【特許文献４】特開平５−１７０４７４号公報（第１頁）
【特許文献５】特開平１０−１２０４３０号公報（第１，２頁、第１−３図）
【特許文献６】特開２０００−７３６９号公報（第２‐４頁、第１−４図）
【特許文献７】特開平２−２１２３２８号公報（第１−３頁、第１−４図）
【特許文献８】特開２０００−４７０３９号公報（第１‐５頁、第１−３図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、外径の大きな多孔質母材であっても、焼結後、長手方向に外径が均一で、従来必要とされた外径調整加工を不要とし、そのまま線引きに使用でき製造コストを下げることのできる、光ファイバ母材の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ母材の製造方法は、コアロッドの表面にスートを堆積し、焼結する光ファイバ母材の製造方法において、長手方向に外径を変化させたコアロッドを用意し、その上にクラッドを堆積して光ファイバ用多孔質母材を作製し、焼結して透明ガラス化することを特徴としている。
【００１３】
本発明において使用されるコアロッドは、焼結時における光ファイバ用多孔質母材の外径の伸縮量を長手方向にわたって測定し、各部の伸縮量と基準位置での伸縮量との比を求め、これを逆数倍した外径に、長手方向に外径を変化させたものである。焼結中、コアロッド径と外付け堆積層との厚さの比が、長手方向で一定になるように、原料供給量および／またはバーナの移動速度等の製造条件を変化させるとよい。
なお、光ファイバ母材の寸法精度をさらに高めるために、焼結後の光ファイバ母材の表面を円筒研削してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明者は、従来行われていた光ファイバ母材の製造方法において、焼結時に多孔質母材が伸縮して外径が変化する点に着目し、スート堆積段階において、予め測定しておいた焼結後の長手方向の伸縮量を加味して、コアロッドの外径を変化させ、その上にスートを堆積させることにより、焼結後の光ファイバ母材の外径を長手方向に均一化できることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである。
【００１５】
以下、図を用いてさらに詳細に説明する。
図２は、外付けＣＶＤ法（ＯＶＤ法）による光ファイバ用多孔質母材の製造方法を説明する図である。
多孔質母材２のコアロッド７は、コア及び一部のクラッドからなり、図示していないコアロッド支持部材により軸回りに回転自在に支持されている。このコアロッド７の下方には、左右に移動自在なバーナ８が設置されている。バーナ８は、複数からなる場合が多い。
【００１６】
このバーナ８には、通常、酸水素バーナが使用され、光ファイバ用原料、例えば、ＳｉＣｌ４等の蒸気と反応ガス（水素ガスおよび酸素ガス）とをコアロッド７に吹き付け、酸水素火炎中での加水分解により合成されるガラス微粒子（スート）を、コアロッド７上に堆積させることで、多孔質母材２が形成される。このコアロッド両端の非スート堆積部には、石英等の部材が接続され、把持部として用いられることが多い。
【００１７】
このようにして作製された多孔質母材２は、例えば、図１に示す焼結炉３のような、母材の長手方向に沿って加熱を行う焼結炉を用いて、焼結・透明ガラス化が行われる。
通常、このような焼結炉で焼結工程を行った場合、焼結開始側の端部４では、収縮による焼結後の外径は相対的に太くなる。そして、下方から順に焼結が進むにつれ、加熱部より下側の重量が増すことになり、加熱部に掛かる重量が増すため、伸長され、徐々に外径が細くなる。終了側の端部５付近では、相対的に加熱時間が短くなるため、伸長量は減少する（図１参照）。
【００１８】
その結果、図３に示すように、焼結後の光ファイバ母材には、外径が太い部分（ａ）と細い部分（ｂ）が形成される。この焼結前後での外径の伸縮量の変化を長手方向に測定し、さらに、基準点（図４に示す相対位置０の位置）の外径の伸縮量を１として、各部の伸縮量と基準点の伸縮量との比、すなわち、相対外径を長手方向にわたって求め、これを図４に示した。
【００１９】
本発明は、コアロッドの外径を、先に得た相対外径の逆数値の倍数、すなわち逆数倍で長手方向に変化させて作製し、その上にスートを堆積させることに特徴を有している。
すなわち、焼結後の光ファイバ母材の径が太くなる部分については、予めコアロッドの外径を相対的に細くしてスートを堆積し、光ファイバ母材の外径が細くなる部分については、予めコアロッドの外径を相対的に太くしてスートを堆積して、多孔質母材を作製する。
【００２０】
本発明は、コアロッドの外径を、先に得た相対外径の逆数倍で長手方向に変化させて作製し、その上にスートを堆積させることにあるが、このようにして得られる多孔質母材の外径は、長手方向に一定にならないため、焼結後の光ファイバ母材の伸縮の様子は、従来の外径が一定の多孔質母材を焼結・透明ガラス化した場合と異なる様相を呈する。
そのため、外径が一定の多孔質母材を焼結して得た図４の測定データにもとづく相対外径の逆数倍で、コアロッドの外径を長手方向に変化させると、当初設計した外径分布からずれることがある。この場合、コアロッドの外径を変化させて多孔質母材を製作し焼結したデータで、相対外径を予め補正しておくとよい。
【００２１】
なお、コアロッド上に外付けで堆積するスート厚は、その長手方向にわたってコアロッド径との比が一定になるように、製造条件を調整しながら製造するとよい。スートの堆積は、バーナのコアロッドに対する相対的な移動速度や原料供給量を変化させて、長手方向の堆積量を変化させることが好ましい。
これにより、焼結工程での外径の伸縮量が長手方向に変化しても、予めその変化量が見込まれた外径を有するコアロッドを使用しているため、焼結し透明ガラス化された光ファイバ母材の外径は長手方向に均一となる。
【００２２】
長手方向におけるコアロッドの外径の変化のさせ方は、外径の伸縮量が焼結方法、装置機能等により変わるため、これらを考慮して、また、得ようとする焼結後の光ファイバ母材の形状を勘案して決めればよい。なお、通常は、焼結後の外径が長手方向に一定となるように設定するが、線引き工程の要求により、焼結後の外径を長手方向に変化させることもできる。
【００２３】
なお、本発明の製造方法によって得られる光ファイバ母材は、外径調整加工が不要で、そのままでも線引きに使用できるが、焼結後のインゴットを円筒研削して特性を安定させることにより、極めて高精度の光ファイバ母材とすることができる。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されず、様々な態様が可能である。
（実施例１）
先ず、予め、多孔質母材を焼結して得た、焼結前後での外径の伸縮量の変化から求めた相対外径の逆数倍で、焼結後の光ファイバ母材の外径が長手方向で均一になるように、外径を変化させたコアロッドを作製し、図２で説明したような外付けＣＶＤ法により、このコアロッド上にスートを堆積させ多孔質母材を作製した。
コアロッドの外径が太い部分では、原料供給量を多くし、細い部分では原料供給量を少なくして、コアロッドの外径と堆積するスート量の比が一定になるように堆積した。作製した多孔質母材のサイズは有効長で１２５０ｍｍ、直径３００ｍｍであった。
【００２５】
このようにして得られた多孔質母材を、図１に示すような焼結炉を用いて、焼結開始側の端部から焼結終了側の端部にかけて、１５００〜１６００℃程度で加熱し、焼結・透明ガラス化して光ファイバ母材とした。
焼結後、得られた光ファイバ母材の形状を調べたところ、長手方向の外径の変化量は２％未満であった。通常は、５％以上の径の変動があることから、格段に改善されていることがわかる。得られた光ファイバ母材を径１２５μｍに線引きしたところ、光ファイバ径の変動は１μｍ以内であり、極めて安定していた。
【００２６】
（実施例２）
実施例１で得られた光ファイバ母材の長手方向の特性の代表値として、カットオフ波長の変化を調べたところ、１２５０ｎｍの平均に対して２０ｎｍ変化しており、コアロッド径が太い部分でクラッド層が厚く、カットオフ波長が小さくなっていると共に、光ファイバ母材の外径が太くなっていた。
このため、この光ファイバ母材をカットオフ波長が一定になるように円筒研削したところ、カットオフ波長の変動幅は１２ｎｍ以内に改善され、外径の変動幅も１％以内に改善された。この光ファイバ母材を径１２５μｍに線引きしたところ、光ファイバ径の変動は１μｍ以内であり、カットオフ波長の変動は１５ｎｍ以内で極めて安定していた。
【００２７】
（比較例１）
図２に示したような外付ＣＶＤ法により、外径を長手方向に一定に加工したコアロッド上に、スートを堆積して多孔質母材２を形成した。得られた多孔質母材を、図１に示すような焼結炉により、焼結開始側の端部から焼結終了側の端部にかけて、１５００〜１６００℃程度で加熱し、焼結・透明ガラス化して光ファイバ母材とした。焼結後、得られた光ファイバ母材の形状を調べたところ、長手方向の外径の変化量は１２％であった。この光ファイバ母材を径１２５μｍに線引きしたところ、外径変動により、線引き中に光ファイバ母材とシール部の隙間が大きくなり、安定して線引きできなかった。
【００２８】
なお、上記実施例１では、長手方向へのスートの堆積量の変化を、原料供給量を変化させて行ったが、バーナの移動速度を変化させても同様の効果が得られる。
スートの堆積は、長手方向にわたってコアロッドの外径と堆積量との比が一定となるように、堆積条件を調整しながら行ったが、コアロッドの特性が長手方向で変化している場合には、焼結後の光ファイバ母材の特性が安定するように、コアロッドの特性の変動を加味して調整する。
実施例２では、円筒研削により、長手方向の特性を安定するように調整したが、光ファイバ母材の外径が一定になるように研削する場合もある。
【００２９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、焼結後の光ファイバ母材の外径の均一化および任意の外径分布を得ることができる。さらに、長手方向の特性をより改善するために、焼結後の光ファイバ母材の外径を円筒研削機で調整することもでき、焼結後の光ファイバ母材を、外径調整の加工工程を経ることなく線引きすることができる。その結果、特に、光ファイバ母材の外径が大きくなった際に、費用がかかる外径調整工程を省略できるため、製造コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多孔質母材を焼結し透明ガラス化する方法の一例を示す概略断面図である。
【図２】多孔質母材の製造方法を説明する概略断面図である。
【図３】焼結後の光ファイバ母材の外径の変化を示す概略断面図である。
【図４】焼結前後での多孔質母材の外径の伸縮量の変化から求めた、長手方向への相対外径の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１．……支持部、
２．……多孔質母材、
３．……焼結炉、
４，５．……端部、
６．……加熱部、
７．……コアロッド、
８．……バーナ、
９．……堆積部、
１０．……火炎。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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