(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット棒を水平に保持し、該ターゲット棒の中心軸を回転軸として回転させ、ガラス原料ガス、水素ガス、酸素ガス及び不活性ガスを用いて加水分解反応若しくは熱酸化反応によりガラス微粒子を生成し、上記ターゲット棒の外周に堆積させて多孔質ガラス母材を製造する多孔質ガラス母材の製造方法において、
前記ターゲット棒としてφ１０ｍｍの石英棒を用い、製造すべき最終的な多孔質ガラス母材の径をＤとしたとき、上記ガラス原料ガスを噴出する原料ガスノズルの内径を、Ｄ＝７０ｍｍのときに２ｍｍとし、Ｄ＝１５０ｍｍのときに３ｍｍとし、Ｄ＝２２０ｍｍのときに４ｍｍとしたことを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質ガラス母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バーナから酸素ガスと水素ガスとを噴出し、火炎を形成させ、火炎中にガラス原料ガス（例えば四塩化珪素）を供給し、火炎加水分解反応若しくは熱酸化反応によりガラス微粒子を生成する。この生成されたガラス微粒子（スート）を光ファイバのコア部を含む、ガラス製のターゲット棒に所定の径になるまで吹き付けることにより多孔質ガラス母材を製造する方法がある。この方法は外付けＶＡＤ法と呼ばれ、生産性に優れた多孔質ガラス母材合成技術である。
【０００３】
このような外付けＶＡＤ法で使用されるバーナは、中心のノズルからガラス原料ガスを噴出し、そのノズルの外周に配置されたノズルから酸素ガスや水素ガスを噴出して火炎を生成する構造になっている（例えば９重管構造、複数の酸素ガスノズルを有するマルチバーナ）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多孔質ガラス母材の生産性を表すパラメータとして、堆積効率（供給したガラス原料ガス量に対するガラス微粒子の付着率）があるが、単純にガラス原料ガスの供給量を増加しただけでは堆積効率が低下してしまう。ガラス原料ガスは通常バーナの中心に位置するノズルから噴出されてガラス微粒子を生成する。堆積効率向上には、原料ガスの流速を小さくして原料ガスが反応する距離を稼ぐことが有効である。すなわち、原料ガスノズルの内径を大きくし、原料ガス供給量を少なくすればよい。
【０００５】
しかしながら、原料ガスノズルの内径が大きすぎると、出発母材であるターゲットが細い場合、原料ガスがターゲットに当らず逃げてしまい、無駄に原料ガスを捨てていることになる。
【０００６】
これとは逆に、原料ガスノズルの内径が小さすぎると、原料ガスの流速が大きくなりすぎ、堆積効率を低下させ、多孔質ガラス母材を所定内径まで増加させるのに非常に時間がかかる等の問題がある。
【０００７】
また、付着しなかったガラス微粒子が反応チャンバ内に浮遊し、その浮遊したガラス微粒子が再度、ターゲット棒に付着し、気泡等のガラス欠陥を引き起こす。さらに、浮遊したガラス微粒子は温度が低いため、多孔質ガラス母材の嵩密度（単位堆積当たりの多孔質ガラス微粒子の重量）を急激に低下させ、クラックを発生させるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、堆積効率を向上させた多孔質ガラス母材の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【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の多孔質ガラス母材の製造方法は、ターゲット棒を水平に保持し、ターゲット棒の中心軸を回転軸として回転させ、ガラス原料ガス、水素ガス、酸素ガス及び不活性ガスを用いて加水分解反応若しくは熱酸化反応によりガラス微粒子を生成し、ターゲット棒の外周に堆積させて多孔質ガラス母材を製造する多孔質ガラス母材の製造方法において、ターゲット棒としてφ１０ｍｍの石英棒を用い、製造すべき最終的な多孔質ガラス母材の径をＤとしたとき、ガラス原料ガスを噴出する原料ガスノズルの内径を、Ｄ＝７０ｍｍのときに２ｍｍとし、Ｄ＝１５０ｍｍのときに３ｍｍとし、Ｄ＝２２０ｍｍのときに４ｍｍとしたものである。
【００１０】
本発明によれば、中心の原料ガスノズルの内径が製造すべき最終的な多孔質ガラス母材の径に応じた内径を有するバーナを用いてガラス微粒子を生成してターゲット棒に堆積させるので、ガラス原料ガスを無駄にすることがなくなり、効率的にガラス微粒子がターゲット棒に付着する。その結果、作業時間（堆積時間）の短縮を図ることができる。また、堆積効率が向上することにより、反応チャンバに浮遊したガラス微粒子の際付着がなくなり、気泡やクラックの発生がない光ファイバ母材を製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１は本発明の多孔質ガラス母材の製造方法を適用した製造装置の一実施の形態を示す概念図である。
【００１３】
同図に示す製造装置は、光ファイバのコア部にあたるコアガラス若しくはコアガラスと一部クラッドを含んだガラス棒（ターゲット棒）１を水平に保持し、ターゲット棒１の中心軸を回転軸として矢印２方向に回転させる回転保持手段としてのチャック３、４と、ターゲット棒１の中心軸に沿って相対的に矢印５、６方向に移動し、ガラス原料ガスとしての四塩化珪素、燃料ガスとしての水素ガス、助燃料ガスとしての酸素ガス及び不活性ガスを用いて加水分解反応若しくは熱酸化反応により火炎７と共にガラス微粒子を生成し、ターゲット棒１の外周に多孔質スート８を堆積させて多孔質ガラス母材を形成するバーナ（図では１本であるが限定されない）９とで構成され、図示しない反応チャンバ内に収容されたものである。
【００１４】
図２は図１に示した製造装置に用いられるバーナの断面図である。
【００１５】
このバーナ９は、ガラス原料ガスを噴出する原料ガスノズル９ａ及び原料ガスノズル９ａと同心円状に複数配置され水素ガス、酸素ガス、不活性ガスを噴出する他の複数のガスノズル９ｂ、９ｃ、・・・、９ｊからなる９重の多重管バーナである。
【００１６】
中心の原料ガスノズル９ａからはガラス原料ガスとしての四塩化珪素が噴出され、その他の円環状のノズル９ｂ、９ｃ、・・・、９ｊからは不活性ガスであるアルゴンガス、助燃料ガスである酸素ガス及び可燃性ガスである水素ガスが噴出される。
【００１７】
製造すべき最終的な多孔質ガラス母材の径Ｄがφ８０ｍｍ未満のときには原料ガスノズル９ａの内径が２ｍｍであり、多孔質ガラス母材の径Ｄがφ８０ｍｍ以上φ２００ｍｍ以下のときには原料ガスノズル９ａの内径が３ｍｍであり、多孔質ガラス母材の径Ｄがφ２００ｍｍより大きいときには原料ガスノズル９ａの内径が４ｍｍであるのが好ましい。
【００１８】
本製造装置を用いることにより、原料ガスノズル９ａの内径が、製造すべき最終的な多孔質ガラス母材の径に応じた内径を有するバーナ９を用いてガラス微粒子を生成してターゲット棒３に堆積されるので、ガラス原料ガスを無駄にすることがなくなり、効率的にガラス微粒子がターゲット棒３に付着する。その結果、作業時間（堆積時間）の短縮を図ることができる。また、堆積効率が向上することにより、反応チャンバに浮遊したガラス微粒子の際付着がなくなり、気泡やクラックの発生がない光ファイバ母材を製造することができる。
【００１９】
尚、本実施の形態ではバーナが９重の多重管を用いた場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、８重以下あるいは１０重以上の多重管を用いてもよい。
【００２０】
【実施例】
中心にある原料ガスノズル９ａの内径をφ２ｍｍ、φ３ｍｍ、φ４ｍｍ、φ６ｍｍとした構造のバーナ９を用い、それぞれターゲット棒３の径に対する堆積効率を比較した。但し、これらのバーナ構造は、原料ガスノズル９ａ以外はすべて寸法、構造とも同一とし、さらに堆積時に使用した水素ガス、酸素ガス、不活性ガス及び四塩化珪素ガスの流量は同一になるように設定した。また、ターゲット棒３の回転数及びバーナ９とターゲット棒３との相対移動速度はそれぞれ４０ｒｐｍ及び１２０ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
【００２１】
ターゲット棒３としてφ１０ｍｍの石英棒を用い、長さ２０００ｍｍ、φ２２０ｍｍの多孔質ガラス母材（スート母材）を製造した。このスート母材に付着したガラス微粒子の重量を測定しながら堆積させ、その重量より堆積効率を算出した。
【００２２】
図３はスートの半径方向の堆積効率を示す図であり、横軸がスート径（多孔質スート８の径）軸であり、縦軸が堆積効率軸である。
【００２３】
同図よりそれぞれのバーナ９でスート径がある径に達したとき、それ以上の径では堆積効率が変化せず飽和状態の領域があることが分る（例えばφ２ｍｍのバーナではφ４０ｍｍ以上）。また、この飽和領域での堆積効率は、バーナ９の原料ガスノズル９ａの径が大きいと増加する。これは、中心の原料ガスノズルの径を大きくすることで原料ガスの流速が小さくなり、バーナ９から噴出した原料ガスの反応する距離（領域）が長くなり、ガラス微粒子生成に必要な距離が十分あるからである。
【００２４】
しかしながら、原料ガスノズルの径が大きいほど、堆積効率が飽和し始める径が大きい。換言すると、ターゲット棒１の径が細い（スート径が細い）ときは堆積効率が悪いということを表している。このことは、原料ガスノズルから噴出した原料ガスの広がりが大きく、火炎７と反応して生成されたガラス微粒子の一部がターゲット棒１に当らず逃げてしまい、ガラス微粒子を無駄に捨てているからである。
【００２５】
最終的なスート径になるまで堆積効率（平均堆積効率）を上げるには、図３に示すように堆積効率が飽和した領域の堆積効率が高いだけではなく、ターゲット１の径が細いときの堆積効率も重要になる。
【００２６】
そこで、最終的なスート径に対しての平均堆積効率を原料ガスノズルの径φ２ｍｍ、φ３ｍｍ、φ４ｍｍ及びφ６ｍｍに対して求め、図４にその結果を示す。
【００２７】
図４は最終スートの平均堆積効率を示す図であり、横軸が最終スート径軸を示し、縦軸が平均堆積効率軸を示す。
【００２８】
同図より、最終的なスート径が細いとき（例えばφ５０ｍｍ）、原料ガスノズル径が小さいほど平均堆積効率が大きくなっていることが分る。この場合、堆積効率はφ２ｍｍ、φ３ｍｍ、φ４ｍｍ、φ６ｍｍの順で高くなっている。さらに、最終的なスート径がφ８０ｍｍまで増加すると、φ３ｍｍ、φ２ｍｍ、φ４ｍｍ、φ６ｍｍと堆積効率の高い順が入れ替わる。同様に、φ２００ｍｍまで最終的なスート径が増加すると、φ４ｍｍ、φ３ｍｍ、φ６ｍｍ、φ２ｍｍと入れ替わり、さらに最終的なスート径が増加すると、φ６ｍｍ、φ４ｍｍ、φ３ｍｍ、φ２ｍｍと原料ガスノズル径が大きいほど平均堆積効率には有利になる。これらの結果より、多孔質ガラス母材合成用バーナの原料ガスノズル径を表１のように限定することで、無駄にガラス原料ガスを捨てずに効率よくガラス微粒子を付着させ、堆積時間を短縮することができる。
【００２９】
【表１】
0003941339.tif 000002
【００３０】
一方、酸素ガスノズルを複数有するマルチバーナにおいても、有効であることが確認されている。原料ガスノズルの最適な径はバーナ構造によらず同様である。
【００３１】
原料ガスノズル径φ２ｍｍ、φ３ｍｍ、及びφ４ｍｍのバーナを用い、長さ２０００ｍｍの多孔質ガラス母材を径φ７０ｍｍ、φ１５０ｍｍ、φ２２０ｍｍまで製造した。その結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
最終的な多孔質ガラス母材の径によって原料ガスノズルの径を最適化することで、堆積効率を向上させることができ、作業時間（堆積時間）の短縮を図ることができた。また、堆積効率が向上したことで、反応チャンバに浮遊したガラス微粒子の再付着がなくなり、気泡やクラックの発生がない多孔質ガラス母材を製造することができた。
【００３４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３５】
堆積効率を向上させた多孔質ガラス母材の製造方法及び製造装置の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の多孔質ガラス母材の製造方法を適用した製造装置の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】  図１に示した製造装置に用いられるバーナの断面図である。
【図３】  スートの半径方向の堆積効率を示す図である。
【図４】  最終スートの平均堆積効率を示す図である。
【符号の説明】
１  ターゲット棒
３、４  回転保持手段（チャック）
８  多孔質スート
９  バーナ
【図１】
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【図２】
0003941339.tif 000005
【図３】
0003941339.tif 000006
【図４】
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