JP2003137581A

JP2003137581A - 光ファイバガラス母材の製造方法およびコア用ガラスロッド

Info

Publication number: JP2003137581A
Application number: JP2001326107A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Sato; 佐藤　　文昭; Hideyuki Ijiri; 英幸井尻; Mitsuo Aoto; 充央青戸
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】大口径の光ファイバガラス母材をコラプスに
より製造する場合に、製造コストを増加させることなく
コア非円率を向上させるとともに気泡の発生がない光フ
ァイバガラス母材の製造方法とコア用ガラスロッドを提
供する。【解決手段】ガラスパイプ２にコア用ガラスロッド１
を挿入し、減圧しながらガラスパイプ２を加熱軟化させ
て潰し、コア用ガラスロッド１と一体化する光ファイバ
ガラス母材の製造方法であって、コア用ガラスロッド１
を外径非円率が０．０５％以下になるように研削する。

Description

【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コア用ガラスロッ
ドに関する。

【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、コアロッド
という）をクラッド用またはジャケット用のガラスパイ
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、コアロッドと一体化する方法が知られている。
コアロッドは、化学気相堆積法（Chemical Vapor Depos
ition ：ＣＶＤ法）、外付けＣＶＤ法（Outer Vapor De
position ：ＯＶＤ法）、気相軸付法（Vapor phase Axi
al Deposition ：ＶＡＤ法）等により、屈折率に関係す
るドーパントを添加して形成される。

【０００３】従来、コア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、垂直旋盤を用いてコアロッドをガラス
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、コアロッドとガラスパイプとの間隙の空気
を抜いて減圧し、ガラスパイプをコアロッド上にコラプ
スして一体化するというものである。

【０００４】しかし、縦型旋盤を用いる場合、ガラスパ
イプよりコアロッドの軟化温度が低いと、コラプス開始
時の加熱時にコアロッドが自重で垂れたり座屈等が生じ
て変形することがある。また、コア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コアロッドの真
円性が悪化し、光ファイバ化した際に特性低下の原因と
なる。

【０００５】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ため時
間がかかり、作業効率の低下が予想される。そして、コ
アロッドとガラスパイプを大口径にして、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によ
る気泡の発生等が生じる可能性がある。

【０００６】光ファイバのコア部分およびクラッド部分
を完全な真円形で、かつ同心状とすることは困難で、光
ファイバの断面構造における屈折率分布は、完全な均等
ではない。しかし、これが原因となって、光ファイバ断
面内の直交する２偏波間の群速度に差異が生じ、偏波モ
ード分散（ＰＭＤ）が大きくなるという問題がある。特
に、近年は海底ケーブルを用いた光通信をはじめとして
長距離・高ビットレートの光通信のために、光波長分割
多重（ＷＤＭ）通信システムが実用化されるようになっ
ている。ＷＤＭ光通信においては、ＰＭＤの影響が大き
く現れてくるので、その低減が必須となっており、光フ
ァイバガラス母材の製造において、コア部分およびクラ
ッド部分の非円率および気泡の管理が重要になってい
る。

【０００７】また、分散シフト光ファイバ用のガラス母
材をコラプスにより製造する場合に、フッ素（Ｆ）添加
のガラスパイプとゲルマニウム（Ｇｅ）添加のコアロッ
ドの材質の違いにより、両者の軟化温度、粘性が異な
る。このため、ガラスパイプとコアロッドの接合界面に
何らかの欠陥が生じることが予想され、この影響を避け
るために、ガラスパイプ内面に予めコアロッドと同等の
ガラス材料を内付け法により薄く形成しておき、加熱一
体化する方法も知られている（特公平８−５６８５号公
報参照）。しかしながら、ガラスパイプが長い場合、ガ
ラス微粒子の堆積量がガスの流れによっては、ガラスパ
イプの両端で差が生じ、光ファイバ化した際に特性変動
に繋がる可能性がある。

【０００８】

【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、大口径の光ファイバガラス
母材をコラプスにより製造する場合に、製造コストを増
加させることなくコア非円率を向上させるとともに気泡
の発生がない光ファイバガラス母材の製造方法とそのた
めのコア用ガラスロッドの提供を課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバガラ
ス母材の製造方法は、ガラスパイプにコア用ガラスロッ
ドを挿入し、減圧しながらガラスパイプを加熱軟化させ
て潰し、コア用ガラスロッドと一体化する光ファイバガ
ラス母材の製造方法であって、コア用ガラスロッドを外
径非円率が０．０５％以下になるように研削することを
特徴とする。

【００１０】また、本発明のコア用ガラスロッドは、ガ
ラスパイプ内に挿入し、減圧しながら前記ガラスパイプ
を加熱軟化させて潰し、一体化する光ファイバガラス母
材のコア用ガラスロッドであって、前記コア用ガラスロ
ッドの外径非円率が０．０５％以下で、表面粗さが０．
０３〜３．０μｍであることを特徴とする。

【００１１】

【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を説明する図、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はガラスパイプ、３はバーナ
ー、４は間隙を示す。

【００１２】コア用ガラスロッド１（以下、コアロッド
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。これらのコアロッド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。

【００１３】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
の屈折率差を高めたコアロッド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。ガラスパイプ２は、クラッド用
またはジャケット用ガラスとされるもので、一般に、高
純度の石英ガラスが用いられる。

【００１４】本発明の実施の形態では、コアロッド１と
して、図２に示すようにゲルマニウム（Ｇｅ）を添加し
て屈折率を大きくした内部コア１ａの外側を、フッ素
（Ｆ）を添加して屈折率を小さくした外部コア１ｂで覆
った形状の分散補償光ファイバ用のもので説明する。な
お、このコアロッド１は、内部コア１ａをコアロッドと
し、外部コア１ｂをガラスパイプとしてコラプス工程と
延伸により製造することができるものである。

【００１５】バーナー３は、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のいずれか一
方を相対的に移動可能にして構成される。また、コアロ
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。

【００１６】以上の構成において、先ず、図１に示すよ
うに、コアロッド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。コアロッド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で加熱溶融してコアロッド１と融着し、コアロッド
１とガラスパイプ２の間隙４の一方の端部を密封する。

【００１７】次いで、ガラスパイプ２内を真空引きによ
り減圧しながらバーナー３で密封端部から反対の端部に
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、コアロッド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、コアロッド１を両
端でしっかり固定してから、ガラスパイプ２のコラプス
を開始することができ、作業性がよい。また、ガラスパ
イプ２よりもコアロッド１の軟化温度が低い場合でも、
加熱時の回転による自己調心作用でコアロッド１の垂
れ、座屈を防止することができ、縦型旋盤に比べてコア
ロッドの変形を少なくすることができる。

【００１８】図３は、コラプスによるコアロッド１の断
面状態を示す図で、図３（Ａ）はエッチングにより外径
加工した場合を示す図、図３（Ｂ）は研削により外径加
工した場合を示す図である。符号は、図２で用いたもの
と同じ符号を用いることで説明を省略する。

【００１９】図３（Ａ）は、Ｇｅ添加の内部コア１ａが
真円に近く、Ｆ添加の外部コア１ｂ（コアロッド１の外
径を形成）が非円である場合、このコアロッド１をガラ
スパイプ２に入れてコラプスすると、コアロッド１より
軟化温度が高いガラスパイプ２の圧縮でほぼ真円にコラ
プスされる。しかし、Ｇｅ添加の内部コア１ａは、Ｆ添
加の外部コア１ｂより軟化温度が低いため、コラプス前
は真円であっても、コラプス後は外部コア１ｂの外径が
真円になることにより変形される。

【００２０】コアロッド１の外径非円率を「（ロッド最
大径−ロッド最小径）／ロッド外径平均径×１００
（％）」、内部コア１ａの非円率（コア非円率という）
を「（コア最大径−コア最小径）／コア平均径×１００
（％）」とする。コラプス後のガラス母材の直径が２６
ｍｍ、長さ２７０ｍｍの比較的小口径の場合は、通常、
コアロッド１の外径非円率が、０．１〜０．２％になる
ようにフッ酸（ＨＦ）でエッチングし、コラプス後のコ
ア非円率が０．３４３％以下になるように管理してい
る。

【００２１】しかし、光ファイバガラス母材の大型化で
直径が３４ｍｍ、長さ２７０ｍｍの比較的大口径のもの
を得ようとすると、コア非円率が悪化するという現象が
生じる。この原因について調査した結果、光ファイバガ
ラス母材の大口径化でコアロッド１の外径も大きくな
る。このコアロッド１の大口径化で、外部コア１ｂと内
部コア１ａとのコラプス時にバーナー加熱（Ｏ₂／Ｈ₂
ガス）により、コアロッド表面に侵入する水酸基（−Ｏ
Ｈ）層の侵入量も多くなる。このため、エッチングのた
めのフッ酸（ＨＦ）量が増加し、エッチング量も増加す
る。このコアロッド１の外径のエッチング増加が、コア
ロッド１の外径非円率の低下を起こしていると考えられ
る。

【００２２】そこで、エッチング槽を改良し、例えば、
コアロッド１の外層が真円にエッチングされるように、
コアロッド１をエッチング槽で公転運動するように回転
させたり、Ｎ₂ガスを供給してバブリングさせフッ酸溶
液を攪拌する等の種々の方法を試みた。しかし、コアロ
ッドの外径非円率は向上せず、この結果、図３（Ａ）に
示すように、ガラスパイプ２のコラプスで、外部コア１
ｂが真円に戻ることにより内部コア１ａは変形し、コア
非円率が悪化する。一方、図３（Ｂ）に示すように、コ
アロッド１の外径が真円で形成されていれば、ガラスパ
イプ２のコラプス後も外部コア１ｂおよび内部コア１ａ
は、変形を受けることなく真円を維持でき、コア非円率
を良好にすることができる。

【００２３】上述したように、コアロッド表面を化学的
なエッチング手段で研磨したり外径調整を行なうには限
界があることから、研磨材等を用いる物理的な研削を検
討した。この物理的な研削により、コアロッドの外径を
真円にするとともにコアロッド表層のＯＨ層を除去す
る。具体的には、コアロッド１の外周を研磨粒度＃４０
０程度の研磨材で研削、または、この後さらに鏡面加工
を行なったり、研磨粒度のより細かい研磨材で仕上げ加
工を行なう方法である。コアロッド１の外周を物理的に
研削する場合、加工時間を短くすると表面粗さが悪化
し、ガラスパイプ２をコラプスしたときに潰し残しや気
泡発生の原因なる。一方、研磨材による粗加工の後に鏡
面加工を行なうことで、表面粗さは改善できるが加工時
間が多く製造コストが増大する。

【００２４】図４は、コアロッドの表面粗さと加工時間
の関係を示す図である。この図から明らかなように、表
面粗さが粗ければ加工時間は短く製造コストは小さい。
しかし、コアロッドの表面粗さが、日本工業規格（ＪＩ
Ｓ）Ｂ０６０１で定義される平均表面粗さ（Ｒａ）で、
３．０μｍ以上になるとコラプス時に気泡が生じる。他
方、表面粗さを平滑にすれば加工時間が増大し、製造コ
ストも増加する。したがって、コラプス時に気泡が生じ
ない程度の表面粗さで最適な加工を行なうことが必要で
ある。

【００２５】図５は、コアロッドを各種の加工方法で加
工した場合の、コアロッド１の外径非円率、コラプス後
の内部コア１ａの非円率、コアロッド表面の平均表面粗
さ、コラプス後の気泡発生の有無、コストの大小の評価
結果を示した図である。化学的なエッチングについて
は、前述した通り、コラプス後の光ファイバガラス母材
外径が２６ｍｍのものについて、通常のフッ酸溶液によ
るエッチングで２００サンプルについて評価した。この
結果、コアロッドの外径非円率は０．１〜０．２％、コ
アロッドの表面粗さ（Ｒａ）は０．２μｍ〜０．５μｍ
で、コラプス後の平均コア非円率は０．３４３％であ
り、気泡の発生はなく、製造コストも小さかった。

【００２６】コラプス後の光ファイバガラス母材外径を
３４ｍｍとし、コアロッドをフッ酸溶液内で回転させ、
かつ溶液を攪拌してエッチングして１０サンプルについ
て評価した。この結果、コアロッドの外径非円率は０．
１〜０．２％、コアロッドの表面粗さ（Ｒａ）は０．２
μｍ〜０．４μｍで、気泡の発生はなく、母材外径が２
６ｍｍの場合とほぼ同じであった。しかし、コラプス後
の平均コア非円率は０．４７２％と悪化しており、ま
た、フッ酸溶液の攪拌機構の追加で、製造コストにおい
ても増加した。

【００２７】コラプス後の光ファイバガラス母材外径が
３４ｍｍのコアロッドを研磨材等を用いて物理的に研削
した。コアロッドを研磨粒度＃４００程度の研磨材によ
る粗加工のみとして、１０サンプルについて評価した、
この結果、コアロッドの外径非円率は０．０１〜０．０
５％で真円性はよく、コラプス後の平均コア非円率は
０．２９０％で、製造コストの増加も小さかった。しか
し、コアロッドの表面粗さ（Ｒａ）は３．０μｍ〜１
０．５μｍと平滑度が劣り、気泡の発生が生じた。

【００２８】コアロッドを研磨粒度＃４００程度の研磨
材により粗加工した後に、パフ研磨による鏡面加工し
て、１０サンプルについて評価した。この結果、コアロ
ッドの外径非円率は０．０１〜０．０５％で真円性はよ
く、コラプス後の平均コア非円率は０．２７５％で、コ
アロッドの表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ〜０．０２
μｍと平滑度も向上し、気泡発生も当然ながら生じなか
った。しかし、パフ研磨による鏡面加工に時間を要し、
製造コストは増加した。

【００２９】コアロッドを研磨粒度＃４００程度の研磨
材により粗加工した後に、パフ研磨で鏡面加工する代わ
りに、研磨粒度＃４０００程度の研磨材により仕上げ加
工して、３０サンプルについて評価した。この結果、コ
アロッドの外径非円率は０．０１〜０．０５％で真円性
はよく、コラプス後の平均コア非円率は０．２６９％
で、コアロッドの表面粗さ（Ｒａ）は０．０５μｍ〜
３．０μｍと平滑度もほぼ満足する値が得られ、気泡の
発生もなかった。また、仕上げ加工も研磨材を変えるだ
けで、大きなコスト増にはならなかった。

【００３０】以上の結果から、コラプスにより大口径の
光ファイバガラス母材（例えば、２６ｍｍ以上）を製造
する場合、コアロッドを研磨材等を用いて物理的に研削
して真円化加工すると効果的である。コアロッドの外径
非円率を０．０５％以上とすることにより、コラプス後
に光ファイバガラス母材のコア部の変形をなくし、コア
非円率を小口径の光ファイバガラス母材の管理値（例え
ば、０．３４３％）以下に抑えることができる。

【００３１】また、コアロッドの表面粗さ（Ｒａ）を
３．０μｍ以下とすることにより、コラプスで気泡の発
生がなく、コアロッドの表面粗さ（Ｒａ）を０．０３μ
ｍ以上とすれば、製造コストを大きく増加させずに製造
することができる。なお、所定のコアロッドの表面粗さ
を得る表面処理方法としては、研磨材の粒度を変えた
り、パフ研磨を組み合わせたり、さらに、ＨＦエッチン
グを組み合わせる等、各種の処理方法を用いることがで
きる。

【００３２】本発明について、コアロッドがＧｅ添加の
内部コアとＦ添加の外部コアを有する構成のもので説明
したが、他のコアロッド、例えば、Ｇｅ添加のコアのみ
の場合、Ｇｅ添加の内部コアの外側に所定厚さ以下のク
ラッドガラスを備えた構成のものにも適用することがで
きる。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、大口径
の光ファイバガラス母材をコラプスにより製造する場合
に、コラプスされる側のコアロッドを真円化加工するこ
とで、コラプス後におけるコア部非円率を良好にするこ
とできる。また、コラプスされるコアロッド側の表面粗
さを適切に選定することにより、製造コストを増加させ
ることなくコラプスによる気泡の発生がない光ファイバ
ガラス母材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コラプスによる光ファイバガラス母材の製造方
法の概略を説明する図である。

【図２】図１のａ−ａおよびｂ−ｂ断面を示す図であ
る。

【図３】コラプス前とコラプス後のコアロッドの形状変
化を示す図である。

【図４】コアロッドの表面粗さと加工時間の関係を説明
する図である。

【図５】コアロッドを各種の加工方法で加工した場合の
評価結果を示す図である。

【符号の説明】

１…コア用ガラスロッド（コアロッド）、１ａ…内部コ
ア、１ｂ…外部コア、２…ガラスパイプ、３…バーナ
ー、４…間隙。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青戸充央神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 4G021 BA02 BA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスパイプにコア用ガラスロッドを挿
入し、減圧しながら前記ガラスパイプを加熱軟化させて
潰し、前記コア用ガラスロッドと一体化する光ファイバ
ガラス母材の製造方法であって、前記コア用ガラスロッ
ドを外径非円率が０．０５％以下になるように研削する
ことを特徴とする光ファイバガラス母材の製造方法。
【請求項２】前記コア用ガラスロッドを研削した後、
前記コア用ガラスロッドの表面粗さが０．０３μｍ〜
３．０μｍになるように表面処理することを特徴とする
請求項１に記載の光ファイバガラス母材の製造方法。
【請求項３】前記コア用ガラスロッドはゲルマニウム
を添加した内部コアとフッ素を添加した外部コアからな
ることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイ
バガラス母材の製造方法。
【請求項４】光ファイバガラス母材の外径が２６ｍｍ
以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の
光ファイバガラス母材の製造方法。
【請求項５】ガラスパイプ内に挿入し、減圧しながら
前記ガラスパイプを加熱軟化させて潰し一体化する光フ
ァイバガラス母材のコア用ガラスロッドであって、前記
コア用ガラスロッドの外径非円率が０．０５％以下で、
表面粗さが０．０３μｍ〜３．０μｍであることを特徴
とするコア用ガラスロッド。