(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド用ガラスパイプにコア用ガラスロッドを挿入し、前記クラッド用ガラスパイプとコア用ガラスロッドを横型旋盤で同心支持して回転させ、減圧しながら内側の酸素噴出ポートと外側の水素噴出ポートを同心円状に配したバーナーで前記クラッド用ガラスパイプを下方から加熱軟化させて潰し、前記コア用ガラスロッドと一体化させる光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、一体化されたガラス母材の断面積をＳ１とし、前記バーナーの水素ガス噴出ポートのガス噴出口の断面積をＳ２とし、前記バーナーの酸素ガス噴出ポートのガス噴出口の断面積をＳ３としたとき、Ｓ１／Ｓ２を１０〜３０とするとともに、Ｓ２／Ｓ３を５〜７とすることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
【請求項２】
クラッド用ガラスパイプにコア用ガラスロッドを挿入し、減圧しながら内側の酸素噴出ポートと外側の水素噴出ポートを同心円状に配したバーナーで前記クラッド用ガラスパイプを下方から加熱軟化させて潰し、前記コア用ガラスロッドと一体化させる光ファイバ用ガラス母材の製造装置であって、前記クラッド用ガラスパイプとコア用ガラスロッドを同心支持して回転させる横型旋盤装置を備え、一体化されたガラス母材の断面積をＳ１とし、前記バーナーの水素ガス噴出ポートのガス噴出口の断面積をＳ２とし、前記バーナーの酸素ガス噴出ポートのガス噴出口の断面積をＳ３としたとき、Ｓ１／Ｓ２を１０〜３０とするとともに、Ｓ２／Ｓ３を５〜７としたことを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッド用ガラスパイプにコア用ガラスロッドを挿入し、加熱軟化して一体化する光ファイバガラス母材の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大口径の光ファイバガラス母材を製造する方法の一つとして、予めコア用のガラスロッドを作製しておき、このコア用ガラスロッド（以下、ガラスロッドという）をクラッド用石英ガラスパイプ（以下、ガラスパイプという）に挿入し、ガラスパイプを加熱軟化させて潰すコラプスという工程を経ることにより、ガラスロッドと一体化する方法が知られている。ガラスロッドは、化学気相堆積法（Chemical Vapor Deposition ：ＣＶＤ法）、外付けＣＶＤ法（Outer Vapor Deposition ：ＯＶＤ法）、気相軸付法（Vapor phase Axial Deposition ：ＶＡＤ法）等により、屈折率を高めるドーパントを添加して形成される。
【０００３】
従来、ガラスロッドにガラスパイプをコラプスして、光ファイバガラス母材を製造方法として、例えば、特表２０００−５１００９３公報が知られている。この製造方法は、垂直旋盤を用いてガラスロッドをガラスパイプ内に挿入した後、炉によりガラスパイプを予熱し、ガラスパイプが軟化点に至るまでバーナーで加熱する。そして、ガラスロッドとガラスパイプとの間隙の空気を抜いて減圧し、ガラスパイプをガラスロッド上にコラプスして一体化するというものである。
【０００４】
しかし、縦型旋盤を用いると、コラプス開始時の加熱時にガラスロッドが自重により変形することがあり、また、ガラスロッドとガラスパイプとの軸心合わせが難しく、軸心が合っていない状態でコラプスするとドーパントが添加されたガラスロッドの真円性が悪化する。また、炉を用いてガラスパイプを予熱するため、装置が複雑になり、予熱温度まで昇温する時間がかかり、作業効率の低下が予想される。そして、ガラスロッドとガラスパイプを太径にして、大型の光ファイバガラス母材を製造する場合、ガラス母材面積に対するバーナー火炎の面積割合が小さくなり、内部まで十分に加熱することができず、ガラスパイプの潰し残しが生じる可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、横型旋盤を用いて軸心合わせを容易にし、コアガラスの真円性を保って、ガラスパイプを潰し残しなくコラプスされる光ファイバガラス母材の製造方法と製造装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、クラッド用ガラスパイプにコア用ガラスロッドを挿入し、前記クラッド用ガラスパイプとコア用ガラスロッドを横型旋盤で同心支持して回転させ、減圧しながら内側の酸素噴出ポートと外側の水素噴出ポートを同心円状に配したバーナーで前記クラッド用ガラスパイプを下方から加熱軟化させて潰し、前記コア用ガラスロッドと一体化させる光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、一体化されたガラス母材の断面積をＳ１とし、前記バーナーの水素ガス噴出ポートのガス噴出口の断面積をＳ２とし、前記バーナーの酸素ガス噴出ポートのガス噴出口の断面積をＳ３としたとき、Ｓ１／Ｓ２を１０〜３０とするとともに、Ｓ２／Ｓ３を５〜７とすることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造装置は、クラッド用ガラスパイプにコア用ガラスロッドを挿入し、減圧しながら内側の酸素噴出ポートと外側の水素噴出ポートを同心円状に配したバーナーで前記クラッド用ガラスパイプを下方から加熱軟化させて潰し、前記コア用ガラスロッドと一体化させる光ファイバ用ガラス母材の製造装置であって、前記クラッド用ガラスパイプとコア用ガラスロッドを同心支持して回転させる横型旋盤装置を備え、一体化されたガラス母材の断面積をＳ１とし、前記バーナーの水素ガス噴出ポートのガス噴出口の断面積をＳ２とし、前記バーナーの酸素ガス噴出ポートのガス噴出口の断面積をＳ３としたとき、Ｓ１／Ｓ２を１０〜３０とするとともに、Ｓ２／Ｓ３を５〜７としたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１はコラプス工程の概略図、図２（Ａ）は図１のコラプス前のａ−ａ断面図、図２（Ｂ）は図１のコラプス後のｂ−ｂ断面図である。図中、１はコア用ガラスロッド、２はクラッド用ガラスパイプ、３はバーナー、４は間隙を示す。
【０００９】
コア用ガラスロッド１（以下、ガラスロッドという）は、光ファイバの種別により種々の形態で形成したものを用いることができる。例えば、シングルモード形ファイバ、マルチモード形ファイバでは使用する太さが異なり、ステップインデックス（ＳＩ）形ファイバ、グレーテッドインデックス（ＧＩ）形ファイバでは、コアの屈折率分布が異なる。これらのガラスロッド１は、ＣＶＤ法、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法等の種々の方法により、屈折率を高めるドーパント（例えば、ＧｅＯ2 ）を添加して多孔質ガラス母材を生成した後、透明ガラス化して形成される。
【００１０】
また、コア部の外周をクラッド部より屈折率を低くしたデプレストクラッド形ファイバでは、上述の屈折率を高めたガラスロッド１の外側に屈折率を下げるドーパント（例えば、フッ素）を添加したガラスを外付け法またはガラスパイプをコラプスして形成したものを用いることができる。クラッド用ガラスパイプ２（以下、ガラスパイプという）は、一般に、高純度の石英ガラスが用いられる。
【００１１】
バーナー３は、後述する酸素ガス噴出ポートと水素ガス噴出ポートを同軸円筒状に配した構成のものが用いられる。このバーナー３は、ガラスパイプ２の側方に配置され、ガラスパイプ２またはバーナー３のいずれかを相対的に移動可能にして構成される。また、ガラスロッド１とガラスパイプ２との間隙４を減圧するための手段（図示せず）が配設されている。
【００１２】
以上の構成において、先ず、図２（Ａ）示すように、ガラスロッド１をガラスパイプ２に挿入し、それぞれの両端を横型旋盤（図示せず）のチャックで同軸状に配し、かつ回転可能に支持する。ガラスロッド１とガラスパイプ２の間の間隙４（０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度）が潰し量となる。ガラスパイプ２の一方の端部側をバーナー３で加熱溶融して、ガラスロッド１と融着し、ガラスロッド１とガラスパイプ２の間隙４の一方の端部を密封する。次いで、バーナー３でガラスパイプ２内を真空引きにより減圧しながら密封端部と反対の端部に向けて、順次、加熱軟化させる。加熱軟化されたガラスパイプ２’は、図２（Ｂ）に示すように減圧による負圧で潰れ、ガラスロッド１上にコラプスされ、一体化される。なお、横型旋盤を用いることにより、ガラスロッド１を両端で固定してから、ガラスパイプ２のコラプス開始ができ、作業性よく真円性を確保しやすい。
【００１３】
図３、図４はバーナー３の概略を示し、図３はバーナー軸方向断面図、図４は図３の径方向ｃ−ｃ断面図である。図中、５は酸素ガス噴出ポート、６は水素ガス噴出ポート、７はバーナー端部を示す。バーナー３は、内側のＯ2 噴出ポート５と外側のＨ2 噴出ポート６の２つのポートを同心円状に配した円筒形状で形成され、テーパー状のバーナー端部７でＯ2 ガスとＨ2 ガスが混合されるように構成される。バーナー３は、ガラスパイプ２の太さに応じて、バーナー径（端部７の外径φで示す）、Ｈ2 噴出ポート６の断面積Ｓ２、Ｏ2 噴出ポート断面積Ｓ３等を変えたものが用いられる。なお、ポート断面積Ｓ２，Ｓ３は、ガス噴出口の有効断面積でポート壁の肉厚分ｔ１、ｔ２は含まないものとする。
【００１４】
図５は、コラプス後のガラス母材外径Ｄと使用バーナーの種別の適否を検討した結果を示す図である。検討した例１〜例４では、バーナー３は、比較的細径用として１０φ（外径１０ｍｍ）のものと、比較的太径用の１３φ（外径１３ｍｍ）でＡとＢの２種類のものを用意した。なお、ガラス母材の太さに応じて、さらに多くの種類のバーナーを用意することができる。
【００１５】
図６は、コラプス時のバーナーによる融着界面での温度分布を示す図である。バーナー３により、ガラスロッド１とガラスパイプ２を加熱したとき、その界面の温度分布は、バーナー径の違いにより図に示すように変化する。バーナー径が小さいと、狭いヒートゾーンで温度変化が大きい分布を示し、バーナー径が大きくなると、広いヒートゾーンで温度変化が比較的緩やかな平坦に近い温度変化の分布を示す。
【００１６】
図５に示す例１は、長さが２７０ｍｍで、コラプス後のガラス母材外径Ｄが２６ｍｍの比較的細径の光ファイバガラス母材を得る場合に、１０φバーナーを用いてコラプスを行なった例である。１０φバーナーのＨ2 噴出ポート断面積Ｓ２を２１．７６ｍｍ2 、Ｏ2 噴出ポート断面積Ｓ３を４．１５ｍｍ2 とし、断面積比Ｓ２／Ｓ３を５．２５をした。コラプス後のガラス母材断面積を外径Ｄから算出してＳ１としたとき、Ｈ2 噴出ポート６の断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１９．０７であった。なお、Ｈ2 ガス流量は７４（ＳＬＭ）、Ｏ2 ガス流量は３３（ＳＬＭ）とした。コラプス時のガラスパイプ表面温度は１７００℃で、ほぼ適切な加熱温度で、ガラスロッド１とガラスパイプ２の界面の状態は良好で潰し残しがなく、コア非円率も０．４％以下とほぼ満足する結果が得られている。なお、コア非円率とは、コア最大径とコア最小径の差をコア平均径で除して１００分率で示したものである。
【００１７】
例２は、長さは同じ２７０ｍｍで、光ファイバの生産性向上のためコラプス後のガラス母材外径Ｄを３３．５ｍｍとした比較的太径の光ファイバガラス母材を得る場合に、例１と同じ１０φバーナーを用いてコラプスを行なった例である。Ｈ2 噴出ポートとＯ2 噴出ポートの断面積比Ｓ２／Ｓ３は例１と同じ５．２５で、コラプス後のガラス母材断面積Ｓ１とＨ2 噴出ポート６の断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は４０．４５であった。なお、Ｈ2 ガス流量は７４（ＳＬＭ）、Ｏ2 ガス流量は３３（ＳＬＭ）で同じとした。この結果、コラプス時のガラスパイプ表面温度は１６５０℃で、特に低い温度ではないが、ガラスロッド１とガラスパイプ２の界面ので潰し残しが一部生じ、コア非円率も０．８４％と少々不満足な結果となっている。この理由としては、図６に示すバーナーによるヒートゾーンの範囲がガラス母材外径Ｄに対して１０φファイバでは狭いため、熱量不足による潰し残しが生じたものと考えられる。
【００１８】
例２の結果を踏まえて、例３ではガラス母材外径Ｄを大きくした場合、ヒートゾーンを大きくする必要があると考え、バーナー外径を太くした１３φＡバーナーを用いてコラプスを行なった。なお、バーナー外径を１．３倍としたので、ガス噴出ポート断面積（Ｈ2 噴出ポート断面積Ｓ２＋Ｏ2 噴出ポート断面積Ｓ３）もほぼ１．３倍とした。このときのＨ2 噴出ポート断面積Ｓ２を２１．８９ｍｍ2 、Ｏ2 噴出ポート断面積Ｓ３を１２．５６ｍｍ2 とし、断面積比Ｓ２／Ｓ３を１．７５とした。また、コラプス後のガラス母材断面積Ｓ１とＨ2 噴出ポート６の断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は４１．４５であった。なお、Ｈ2 ガス流量は１５０（ＳＬＭ）、Ｏ2 ガス流量は５０（ＳＬＭ）とした。
【００１９】
この結果、コラプス時のガラスパイプ表面温度は１３６０℃で、温度が十分上がらないため負圧を大きくしてコラプスした。ヒートゾーンが拡大したことと、負圧を大きくしたことで潰し残しは生じなかったが、コア非円率が２．３６％と大幅に悪化した。表面温度が上がらない原因を調査した結果、Ｏ2 噴出ポート断面積Ｓ３の割合を増加させたのに対し、Ｈ2 噴出ポート断面積Ｓ２が増加されておらず、熱量不足が不足していることによるものと考えられる。
【００２０】
例４は、コラプス後のガラス母材外径を２６ｍｍから３４ｍｍと太くしたとき、断面積の増加は２倍位になることから、１３φＢバーナーでは、外径は同じで、ガス噴出ポート断面積（Ｈ2 噴出ポート断面積Ｓ２＋Ｏ2 噴出ポート断面積Ｓ３）をほぼ２倍とした。このときのＨ2 噴出ポート断面積Ｓ２を４３．９６ｍｍ2 、Ｏ2 噴出ポート断面積Ｓ３を７．０７ｍｍ2 とし、断面積比Ｓ２／Ｓ３を６．２２とした。コラプス後のガラス母材断面積Ｓ１とＨ2 噴出ポート６の断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は２０．６４であった。なお、Ｈ2 ガス流量は１５０（ＳＬＭ）、Ｏ2 ガス流量は５０（ＳＬＭ）で同じとした。
【００２１】
この結果、コラプス時のガラスパイプ表面温度は１８６０℃で、広いヒートゾーンで十分な温度が得られ、負圧を例１のときと同じとしたが、潰し残しは生じなかった。また、コア非円率は０．２３％と良好な結果が得られた。
【００２２】
以上の例１〜例４の結果から総合的には、コラプス後のガラス母材断面積Ｓ１と使用バーナーのＨ2 噴出ポートの断面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２が２０前後で、１０〜３０の範囲内にあるのが好ましい。言い換えると、Ｈ2 噴出ポートの断面積Ｓ２をガラス母材断面積Ｓ１の１／１０〜１／３０とする。ガラスパイプ２への加熱量が少ないと、潰しが不足する。しかし、加熱量が多すぎたりガラスパイプに無理な潰し力を加えると、内部のガラスロッドの非円率が悪化する。これは、ガラスパイプ内のガラスロッドに、ＧｅＯ2 のようなドーパントが添加されていると加熱により軟化しやすく、ガラスパイプ２を潰したときにガラスロッド１の真円性が損なわれ、楕円に変形しやすくなることによる。断面積の比Ｓ１／Ｓ２を上記のような範囲とすることにより、光ファイバガラス母材の太さに対応した十分な温度とヒートゾーンが得ることができ、良好な非円率でガラスパイプを潰すことができ、また潰し残しをなくすことができる。
【００２３】
また、バーナーのＨ2 噴出ポート断面積Ｓ２とＯ2 噴出ポート断面積Ｓ３との比Ｓ２／Ｓ３が５〜７の範囲にあるのが好ましい。バーナーによりＨ2 ガスとＯ2 ガスにより火炎を生じさせる場合、Ｈ2 噴出ポートの断面積を増加させる代わりに、ポート断面積を一定としてＨ2 ガス量を増やすことでも加熱量を上げることをできるが、Ｈ2 ガスの流速が大きくなり、ガラス母材の表面を削りとることとなる。したがって、Ｈ2 ガスの流速は一定として、Ｈ2 噴出ポートの断面積を変化させるのが好ましい。Ｈ2 噴出ポートとＯ2 噴出ポートの断面積比Ｓ２／Ｓ３を上記のような範囲とすることにより、ガラスパイプの表面を所定温度に加熱することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、製造される光ファイバガラス母材の太さに対応して、コラプスに必要な十分な加熱温度とヒートゾーンが得ることができ、コア用ガラスロッドの真円性を良好に保ってクラッド用の石英ガラスパイプを潰すことができ、また潰し残しをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する概略図である。
【図２】図１のａ−ａおよびｂ−ｂ断面を示す図である。
【図３】バーナーの形状を説明する縦断面図である。
【図４】図３のｃ−ｃ断面を示す図である。
【図５】本発明の具体例による検討結果を示す図である。
【図６】バーナーとヒートゾーンの関係を示す図である。
【符号の説明】
１…コア用ガラスロッド、２…クラッド用ガラスパイプ、３…バーナー、４…間隙、５…酸素ガス噴出ポート、６…水素ガス噴出ポート、７…バーナー端部。
【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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