(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとなる多孔質ガラス体を形成するためのコアバーナと、クラッドとなる多孔質ガラス体をコア多孔質ガラス体の外周に形成するためのクラッドバーナとをそれぞれ所定位置に設置し、前記コアバーナ及び前記クラッドバーナからガラス原料ガスを燃焼ガスとともに噴出させることによってガラス微粒子を生成し、回転しながら軸方向に移動する出発棒の先端部分に前記ガラス微粒子を堆積させることにより前記軸方向に沿って成長した前記コア及びクラッドの多孔質ガラス体からなる多孔質ガラス母材を製造する製造方法であって、前記出発棒の回転中心軸と前記コアバーナのガス吹き出し口の中心軸とが交わるように設置したときに前記回転中心軸と前記ガス吹き出し口の中心軸とを含む平面に対して、垂直方向に前記ガス吹き出し口の中心軸を移動させた状態で前記コアとなる多孔質ガラス体を形成し、前記移動させる距離は、前記コアとなる多孔質ガラス体の最大外径を２Ｒとするとき、０.０２×Ｒ以上かつ０.４×Ｒ以下とす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】
前記コアバーナのガス吹き出し口の中心軸が前記出発棒の回転中心軸に垂直な面に対して３０°〜７０°の範囲で傾くように、前記コアバーナを配置することを特徴とする請求項１に記載のガラス多孔質母材の製造方法。
【請求項３】
コアとなる多孔質ガラス体を形成するためのコアバーナと、クラッドとなる多孔質ガラス体をコアとなる多孔質ガラス体の外周に形成するためのクラッドバーナとがそれぞれ所定位置に設置され、前記コアバーナ及び前記クラッドバーナからガラス原料ガスを燃料ガスとともに噴出させることによってガラス微粒子を生成し、回転しながら軸方向に移動する出発棒の先端部分に前記ガラス微粒子を堆積させることにより前記出発棒の長手方向に沿って成長した前記コア及びクラッドの多孔質ガラス体からなる多孔質ガラス母材を製造する多孔質ガラス母材の製造装置であって、前記出発棒の回転中心軸と前記コアバーナのガス吹き出し口の中心軸とが交わるように設置したときに前記回転中心軸と前記ガス吹き出し口の中心軸とを含む平面に対して、垂直方向に前記ガス吹き出し口の中心軸を移動させた位置に前記コアバーナが配置され、前記移動させる距離は、前記コアとなる多孔質ガラス体の最大外径を２Ｒとするとき、０.０２×Ｒ以上かつ０.４×Ｒ以下であることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造装置。
【請求項４】
前記コアバーナのガス吹き出し口の中心軸が前記出発棒の回転中心軸に垂直な面に対して３０°〜７０°の範囲で傾くように、前記コアバーナが配置されていることを特徴とする請求項３に記載の多孔質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、多孔質ガラス母材の製造方法及び装置、より詳細には、バーナを用いて生成したガラス微粒子を出発棒の先端に堆積させることにより、光ファイバ等の製造に用いる多孔質ガラス母材を製造する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ等の製造に用いる円柱状のガラス母材の製造方法として、例えば、ＶＡＤ法（気相軸付け法）が知られている。この方法は、ＳｉＣｌ4，ＳｉＨＣｌ3などの塩化物によるガラス原料ガス、ＧｅＣｌ4などのドーパント原料ガス、Ｈ2などの燃料ガス、及びＯ2などの助燃性ガスをバーナから噴出させ、バーナの火炎中で加水分解および酸化させることでＳｉＯ2のガラス微粒子による母材原料を生成させる。この母材原料を回転している出発棒に堆積させ、この出発棒を徐々に上方に引き上げていくことによりガラス微粒子による原料を成長させていき、多孔質ガラス母材を得る。この後得られた多孔質ガラス母材は、脱水した後さらに高温雰囲気下で加熱焼結して透明ガラス化される。
【０００３】
図４は、従来の多孔質ガラス母材の製造装置の構成例を説明する図で、図中、１０は反応容器、１１はコアバーナ、１２はクラッドバーナ、２０は出発棒、２１はガラス微粒子が堆積した多孔質ガラス母材である。図４に示す構成では、ガラス微粒子を生成するためのバーナとして、コア用のコアバーナ１１とクラッド用のクラッドバーナ１２とを用い、コアバーナ１１によって光ファイバのコアとなる多孔質ガラス体を形成し、クラッドバーナ１２によって光ファイバのクラッドとなる多孔質ガラス体を形成する。反応容器１０は、内外を気密にできるように構成され、所定の排気口のみから内気を外部に排出できる。
【０００４】
周知のように光ファイバの製造に用いる多孔質ガラス母材は、クラッドの屈折率ｎ２に対してコアの屈折率ｎ１を所定の範囲で高くする必要がある。コアの屈折率を高くするために添加されるドープ剤としては、例えばＧｅＣｌ4を原料としてバーナに供給し、火炎中の酸化反応によって生成されるＧｅＯ2をＳｉＯ2にドープする手法がとられる。ＧｅＣｌ4はコアバーナ１１の中心ポートから供給されるので、コアバーナ１１から噴出するバーナ火炎のガラス微粒子は、その周囲よりも中心部においてドープ剤の濃度が高くなっている。また、ガラス微粒子が堆積する堆積面では、火炎の中心の温度が高く周辺部に行くほど相対的に低温になる。本来は、堆積面の温度が低い程、ドープ剤の飽和蒸気圧が低くなってドープ量は増加するはずであるが、あまり低温になるとドープ剤がガラス原料に入り込みにくくなり、ドープ量は温度の低下とともに小さくなる。このようなことから、ドープ剤のドープ濃度は、コアバーナの火炎の中心部において相対的に高くなる。
【０００５】
図５は、多孔質ガラス母材を形成するためのバーナの配置について説明するための図である。従来の反応容器においては、出発棒の回転中心軸（すなわち多孔質ガラス母材２１の回転中心軸）Ｘ1と、コアバーナ１１のガス吹き出し口の中心軸Ｘ2とが交差するように配置されている。このような構成においては、コアバーナ１１の中心部におけるドープ濃度の高いガラス微粒子は、多孔質ガラス母材２１の回転中心部分に蓄積しやすく、得られた多孔質ガラス母材２１におけるコアの径方向の屈折率分布は、図６に示すようにその中心部の屈折率が大きくなってしまっていた。例えば、図７に示すような均一な屈折率分布を理想的な屈折率分布として所望する場合に、上記のようなバーナの構成では、精度良く屈折率分布を制御することができなかった。
【０００６】
一方、多孔質ガラス母材２１の径方向の屈折率分布を制御する方法として、コアバーナ１１から噴出させる酸素及び水素の流量を調整し、多孔質ガラス母材２１の堆積面における温度分布を制御することにより、多孔質体に取り込まれるドープ剤（ＧｅＯ2）の濃度分布を制御する方法もあるが、温度分布を精密に制御するのは非常に困難であるという問題がある。
【０００７】
上述のごとき実情において、例えば、特開平７−６１８３１号公報には、センターコアを形成するコアバーナとサイドコアを形成するサイドコアバーナとによって二重コア型光のファイバ用多孔質ガラス母材を製造する方法において、サイドコアバーナのガス吹き出し口の中心軸を、該中心軸及び多孔質ガラス母材の回転中心軸に対して垂直な方向にずらして配置することを特徴とする技術が開示されている。上記公報のものは、センタコアとサイドコアを有する二重コア型の分散シフトファイバのサイドコア部の屈折率制御を目的とするものであり、また多孔質ガラス母材の回転中心軸とサイドコアバーナのガス吹き出し口の中心軸との最適な距離を規定するものではなかった。
【０００８】
また特開平１−１１５８４５号公報では、多孔質ガラス母材の軸中心と直交する方向にバーナを移動させた状態で多孔質ガラス母材を形成することを特徴とする技術が開示されている。しかしながら上記公報の技術は、多孔質ガラス母材の屈折率制御を目的とするものではなく、高濃度のドーパントを含有する多孔質ガラス母材を安定的に製造することを目的とするものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、多孔質ガラス母材において、そのコア部の屈折率分布を高精度に制御することができる多孔質ガラス母材の製造方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、コアとなる多孔質ガラス体を形成するためのコアバーナと、クラッドとなる多孔質ガラス体をコア多孔質ガラス体の外周に形成するためのクラッドバーナとをそれぞれ所定位置に設置し、コアバーナ及びクラッドバーナからガラス原料ガスを燃料ガスとともに噴出させることによってガラス微粒子を生成し、回転しながら軸方向に移動する出発棒の先端部分に前記ガラス微粒子を堆積させることにより出発棒の長手方向に沿って成長したコア及びクラッドの多孔質ガラス体からなる多孔質ガラス母材を製造する製造方法であって、多孔質ガラス体の回転中心軸とコアバーナのガス吹き出し口の中心軸とが交わるように設置したときにその回転中心軸とガス吹き出し口の中心軸とを含む平面に対して、垂直方向にガス吹き出し口の中心軸を移動させた状態でコアとなる多孔質ガラス体を形成し、移動させる距離は、コアとなる多孔質ガラス体の最大外径を２Ｒとするとき、０.０２×Ｒ以上かつ０.４×Ｒ以下とすることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の多孔質ガラス母材の製造装置は、コアとなる多孔質ガラス体を形成するためのコアバーナと、クラッドとなる多孔質ガラス体をコアとなる多孔質ガラス体の外周に形成するためのクラッドバーナとがそれぞれ所定位置に設置され、コアバーナ及びクラッドバーナからガラス原料ガスを燃料ガスとともに噴出させることによってガラス微粒子を生成し、回転しながら軸方向に移動する出発棒の先端部分にガラス微粒子を堆積させることにより出発棒の長手方向に沿って成長したコア及びクラッドの多孔質ガラス体からなる多孔質ガラス母材を製造する多孔質ガラス母材の製造装置であって、多孔質ガラス体の回転中心軸と前記コアバーナのガス吹き出し口の中心軸とが交わるように設置したときに回転中心軸とガス吹き出し口の中心軸とを含む平面に対して、垂直方向にガス吹き出し口の中心軸を移動させた位置にコアバーナが配置され、移動させる距離は、コアとなる多孔質ガラス体の最大外径を２Ｒとするとき、０.０２×Ｒ以上かつ０.４×Ｒ以下であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を説明するための図で、図１（Ａ）はガラス母材の製造装置におけるコアバーナと多孔質ガラス母材の配置部の正面概略図、図１（Ｂ）は側面概略図を示す。本発明は、従来技術で説明した図４に示すごとく、ＶＡＤ法によって多孔質ガラス母材を製造する製造装置において、コアバーナ１１のガス吹き出し口の中心軸Ｘ2と出発棒の回転中心軸（多孔質ガラス母材２１の回転中心軸）Ｘ1とが交差しないように、出発棒２０の回転軸とコアバーナ１１とを構成する。
【００１３】
本発明は、所定の屈折率ｎ１を有するコアと、コアの外周部に配される屈折率ｎ２（＜ｎ１）を有するクラッドを備えた光ファイバ用の多孔質ガラス母材の製造に好適に適用できるものである。本発明の一実施形態においては、図４を用いて前述したごとくに、ガラス微粒子を生成するためのバーナとして、コア用のコアバーナ１１とクラッド用のクラッドバーナ１２とが用意され、コアバーナ１１によって光ファイバのコアとなる多孔質ガラス体を形成し、クラッドバーナ１２によって光ファイバのクラッドとなる多孔質ガラス体を形成する。なお、図４においてはクラッドバーナ１２として、一本のバーナが記載されているが、複数本のバーナを用いる場合もある。
【００１４】
ＶＡＤ法においては、前述のごとくＳｉＣｌ4及びＳｉＨＣｌ3の塩化物による石英系のガラス原料ガス、ＧｅＣｌ4によるドーパント原料ガス、Ｈ2による燃料ガス、及びＯ2による助燃性ガスをコアバーナ１１から噴出させ、コアバーナ１１の火炎中で加水分解および酸化させることでガラス微粒子による母材原料を生成する。この母材原料を回転している出発棒に堆積させ、この出発棒を徐々に上方に引き上げていくことによりガラス微粒子による原料を成長させていく。また同様にクラッドバーナ１２からは、上記のごとくのガラス原料ガス、燃料ガス及び助燃性ガスを噴出させ、母材原料を生成してコアの周囲に堆積させていく。こうして得られた多孔質ガラス母材２１は、脱水した後さらに高温雰囲気下で加熱焼結して透明ガラス化される。なお、ガラス微粒子を火炎形成する燃料ガスとしては、上記のようにＨ2が用いられるが、これ以外にＣＨ4、Ｃ3Ｈ8、Ｃ2Ｈ6などの炭化水素ガスも用いられる。また助燃性ガスにはＯ2が好適に用いられるが、空気などのＯ2を含むガスでもよい。
【００１５】
本発明は、ドープ剤を含むコアにおける屈折率分布を高精度に制御するために、コアバーナ１１の配設を最適化するものである。すなわち、本発明においては、出発棒２０の回転中心軸Ｘ1とコアバーナ１１のガス吹き出し口の中心軸Ｘ2とが交わるように設置したときに出発棒２０の回転中心軸Ｘ1とガス吹き出し口の中心軸Ｘ2とを含む平面に対して垂直方向にガス吹き出し口の中心軸Ｘ2を移動させて多孔質ガラス体を形成する。このときにコアバーナ１１を移動させる距離は、コアの最大外径を２Ｒとするとき、０.０２×Ｒ以上かつ０.４×Ｒ以下とする。
【００１６】
またコアバーナ１１のガス吹き出し口の中心軸Ｘ2が出発棒の回転中心軸Ｘ1に垂直な面に対して３０°〜７０°の範囲で傾くように、コアバーナ１１を配置する。このような構成のコアバーナ１１を用いて製造した多孔質ガラス母材２１によって、分散特性が高精度に制御された光ファイバを得ることができる。
【００１７】
（実施例及び比較例）
図１に示す構成において、コアバーナ１１の角度θを水平に対して３０°とし、コアバーナ１１のガスの吹き出し口中心軸Ｘ2と出発棒の回転中心軸Ｘ1の距離ｄ（ｍｍ）を０〜８ｍｍの範囲で徐々に移動させながら、上記ＶＡＤ法によって、コア外径が３０ｍｍ，クラッド外径が１４０ｍｍ±３ｍｍの多孔質ガラス母材２１を作製した。次いで、コアバーナ１１の角度θを水平に対し４５°、及び７０°に順次設定して同様の操作でそれぞれ多孔質ガラス母材２１を作製した。
なお、ｄは、出発棒の回転中心軸Ｘ1とコアバーナのガス吹き出し口の中心軸Ｘ2とが交わるように設置したときに回転中心軸Ｘ1とガス吹き出し口の中心軸Ｘ2とを含む平面に対して垂直方向にガス吹き出し口の中心軸Ｘ2を移動させた距離として定義される。
【００１８】
得られた多孔質ガラス母材２１を、塩素雰囲気中で１１００℃の温度で加熱して脱水処理を行った後、１６００℃で焼結透明化を行った。このとき、ｄとコア半径ｒの比、つまりｄ／ｒが０.０２〜０.４の範囲のときは、図２に示すようにほぼ理想的な屈折率分布のガラス母材を得ることができた。しかしながら、ｄ／ｒが０.４以上の場合は、図３に示すように、中心部の屈折率が低くなりすぎた不適当な屈折率分布となった。
【００１９】
上記の結果から、コアバーナ１１のガス吹き出し口の中心軸Ｘ2と出発棒の回転中心軸Ｘ1との距離ｄは、コア半径ｒに対して０.０２〜０.４倍（ｄ／ｒ＝０.０２〜０.４）となるように配置することが望ましいことが確認できた。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によればコア部の径方向の屈折率分布が均一な多孔質ガラス母材を製造することができ、この多孔質ガラス母材を用いることによって分散特性が高精度に制御された光ファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を説明するための図である。
【図２】  本発明の実施例によって得られたコア部の屈折率分布を示す図である。
【図３】  比較例によって得られたコア部の屈折率分布を示す図である。
【図４】  従来の多孔質ガラス母材の製造装置の構成例を説明する図である。
【図５】  多孔質ガラス母材を形成するためのバーナの配置について説明するための図である。
【図６】  従来の構成によって製造されたコア部の屈折率分布の一例を示す図である。
【図７】  コア部の理想的な屈折率分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０…反応容器、１１…コアバーナ、１２…クラッドバーナ、２０…出発棒、２１…多孔質ガラス母材。
【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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