JP2003277070A - 多孔質母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コアスート４にドーパントを均一にドープす
ることができ、ガラス母材の屈折率分布の変動と揺らぎ
を小さく抑制するような多孔質母材の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 コア用バーナ１から噴出される原料ガス
により合成されたガラス微粒子を出発部材３の先端に堆
積させてコアスート４を形成しつつ、クラッド用バーナ
２から噴出される原料ガスにより合成されたガラス微粒
子を前記コアスート４の周囲に堆積させてクラッドスー
ト５を形成することにより、多孔質母材を製造する多孔
質母材の製造方法において、前記コア用バーナ１とし
て、原料ガスと燃料ガスと酸素ガスの流路を層状に有
し、最外酸素ガス層の外径が、前記コアスート４の外径
の０．６倍以上である多重管バーナを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、大型の多孔質母材
を製造する場合でも、ドーパントを均一にドープするこ
とができるＶＡＤ法の改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】石英系光ファイバの製造に用いられる多
孔質母材の製造は、種種の方法によって行われている
が、その製造方法の一つとして、ＶＡＤ法はよく知られ
ている。ＶＡＤ法は、垂直に支持された出発部材を軸回
転させつつ、この出発部材の先端に、コア用バーナによ
り合成されたガラス微粒子を堆積させて、光ファイバの
コアとなるコアスートをロッド状に成長させるととも
に、このコアスートの外周に、クラッド用バーナにより
合成されたガラス微粒子を堆積させてクラッドの一部も
しくは全部となるクラッドスートを形成し、多孔質母材
とするものである。そして、得られた多孔質母材を高温
で加熱して脱水処理および透明ガラス化処理を行うこと
によりガラス母材とし、このガラス母材を線引きするこ
とによって光ファイバを製造することができる。 【０００３】コア用バーナおよびクラッド用バーナによ
りガラス微粒子を合成するため、該バーナには、四塩化
ケイ素（ＳｉＣｌ₄）や四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣ
ｌ₄）などの原料ガス、水素などの燃料ガス、燃焼を助
けるための酸素ガス、アルゴンなどの不活性ガスが供給
されている。また、光ファイバに屈折率分布を付与する
ため、前記コア用バーナに供給する原料ガスの組成と、
前記クラッド用バーナに供給する原料ガスの組成を異な
るものとし、コア部に所定の濃度にてＧｅＯ₂などのド
ーパントをドープして、クラッド部より屈折率を高くす
るようにしている。 【０００４】また、光ファイバに所望の屈折率分布（プ
ロファイル）を付与するため、コア用バーナによる加熱
条件を制御して、ガラス微粒子層の表面温度を適切に変
化させて、ＧｅＯ₂などのドーパントのドープ量を調整
している。これは、ドーパントによっては、コアスート
内に取り込まれるドープ効率が、コアスートの表面温度
によって大きく変わることがあるからである。 【０００５】例えば、ＧｅＯ₂は、コアスートの表面温
度が約５００〜８００℃程度の範囲であるときドープ効
率は高くなるが、コアスートの表面温度がこの範囲外で
あるとドープ効率が低下するとされている。この他、Ｂ
Ｂｒ₃、ＳｎＣｌ₄などを原料としたドーパントも、ドー
プ効率がコアスートの表面温度の影響を受けやすいとさ
れている。 【０００６】そこで、例えば、コアスートの周囲に放射
温度計を設置してコアスートの表面温度分布を測定し、
この測定値に基づいてドーパントがコアスートに均一に
取り込まれるように、コア用バーナとコアスートとの相
対位置や、コア用バーナに供給される燃料ガスの流量な
どの加熱条件を制御し、コアスートの表面の温度勾配を
適度に小さくすることが行われている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、光フ
ァイバの製造コストを削減するため、多孔質母材の寸法
は大型化する傾向にある。しかし、多孔質母材の寸法が
大型化することにより、コアスートの外径が太くなって
いるので、該コアスートの表面温度分布を制御すること
が困難になってきている。このため、コアスートへのド
ーパントのドープ量が周囲方向で不均一になり、多孔質
母材から製造されるガラス母材の屈折率分布の揺らぎや
変動が大きくなることがある。この結果、得られる光フ
ァイバの特性が低下するという問題がある。 【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、コアスートにドーパントを均一にドープする
ことができ、ガラス母材の屈折率分布の変動と揺らぎを
小さく抑制しうる多孔質母材の製造方法を提供すること
を課題とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】前記課題は、コア用バー
ナから噴出される原料ガスにより合成されたガラス微粒
子を出発部材の先端に堆積させてコアスートを形成しつ
つ、クラッド用バーナから噴出される原料ガスにより合
成されたガラス微粒子を前記コアスートの周囲に堆積さ
せてクラッドスートを形成することにより、多孔質母材
を製造する多孔質母材の製造方法において、前記コア用
バーナとして、原料ガスと燃料ガスと酸素ガスの流路を
層状に有し、最外酸素ガス層の外径が、前記コアスート
の外径の０．６倍以上である多重管バーナを用いること
によって解決される。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて、本
発明を詳しく説明する。図１は、本発明に係る多孔質母
材の製造方法を実施する製造装置の一例を示したもので
ある。図１において、符号１はコア用バーナであり、符
号２はクラッド用バーナである。クラッド用バーナ２は
図１には１本のみ記載されているが、複数本であっても
よい。これらのコア用バーナ１およびクラッド用バーナ
２には、図示しないガス供給源から、水素などの燃料ガ
ス、酸素ガス、およびＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄などの原料
ガスが供給され、該原料ガスの熱酸化反応や火炎加水分
解反応により、ガラス微粒子が合成される。 【００１１】コア用バーナ１により合成されたガラス微
粒子は、垂直に吊り下げられた出発部材３の先端に堆積
してコアスート４となり、軸方向に成長するようになっ
ている。また、クラッド用バーナ２により合成されたガ
ラス微粒子は、前記コアスート４の外周に堆積してクラ
ッドスート５を形成する。コア用バーナ１は、クラッド
用バーナ２より下方に設置されており、コアスート４
は、クラッドスート５より下方に垂下するように形成さ
れる。 【００１２】前記出発部材３は、図示しない駆動手段に
より軸回転および上下動できるようになっている。出発
部材３が軸回転することにより、コアスート４およびク
ラッドスート５を軸対称に堆積させることができるよう
になっている。また、コアスート４の軸方向への成長に
合わせて、出発部材３を上方に引き上げるようになって
いる。 【００１３】本実施の形態においては、少なくともコア
用バーナ１として、多重管バーナを用い、該多重管バー
ナの最外酸素ガス層の外径は、前記コアスート４の外径
の０．６倍以上となるものとする。このようにすること
によって、十分に大きな火炎が得られ、コアスート４の
表面の温度勾配が小さくなり、ドーパントを均一にドー
プすることができるようになる。コア用バーナ１の最外
酸素ガス層の外径の上限は、特には限定されないが、あ
まりに太いと、コア用バーナ１によって合成されたガラ
ス微粒子の噴出面積があまりに広くなり、必要以上のコ
アスート径となるか、必要とするコアスート径を得るた
めに不安定な堆積状態にしなければならなくなる等、好
ましくないので、一般に、前記コアスート４の外径以下
とすることが好ましい。 【００１４】本発明において、多重管バーナとは、複数
の管を層状に配置して、各管の間隙にガスを供給し、ガ
ス層を複数の層に分けることができるバーナである。こ
の多重管バーナの構造、管の数およびそれぞれの管に流
すガスの種類は、特に限定されないが、一般的には、少
なくとも４重の管を有し、それぞれの管の間隙に、原料
ガス層、燃料ガス層、酸素ガス層、および不活性ガス層
が、それぞれ、１層以上設けられることが好ましい。 【００１５】そして、いずれの燃料ガス層の外側に、不
活性ガス層を介して、または、不活性ガス層を介するこ
となく、酸素ガス層が設けられる。ここで、最外酸素ガ
ス層とは、酸素ガス層が１つのみであればそのものを指
し、酸素ガス層が複数あれば、そのうち最も外側にある
ものを指す。 【００１６】原料ガスとは、ＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄、Ｓ
ｉＦ₄、ＢＢｒ₃などのガラス構成材料となるガスであ
る。一般的には、ＳｉＣｌ₄を主成分とし、これにドー
パントとして、ＧｅＣｌ₄、ＳｉＦ₄、ＢＢｒ₃などの一
種類または複数種類を適宜混合したものが用いられる。
また、原料ガスが安定にバーナに供給されやすくなるよ
うに、アルゴンなどのキャリヤーガスを混合し、希釈し
て流すようにすることもできる。 【００１７】燃料ガスとしては、水素（Ｈ₂）やプロパ
ン、ブタン、天然ガスなど、およびこれらのガスの複数
種類を所定の比率で混合したガスが例示される。しか
し、一般には、高温度が得られ、副生成物が少ないこと
から、水素を用いて、酸水素火炎とすることが好まし
い。不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム
（Ｈｅ）、窒素などが例示されるが、安定性やコストな
どの観点から、アルゴンを用いることが好ましい。 【００１８】多重管バーナとしては、例えば、図２に示
すような４重管構造として、ガス層を４層設けたものが
例示される。この多重管バーナにおいては、第１の管１
１の内側の１層目２１には原料ガスが、第１の管１１と
第２の管１２との間隙の２層目２２には燃料ガスが、第
２の管１２と第３の管１３との間隙の３層目２３には不
活性ガスが、第３の管１３と第４の管１４との間隙の４
層目２４には、酸素ガスが、それぞれ供給される。この
多重管バーナにおいては、最外酸素ガス層は４層目２４
にあるので、最外酸素ガス層の外径とは、すなわち第４
の管１４の内径に相当する。 【００１９】また、図３に示すような５重管構造を有す
る多重管バーナも知られており、このような多重管バー
ナも、本実施の形態に使用することが可能である。この
多重管バーナにおいては、第１の管１１の内側の１層目
２１には原料ガスが、第１の管１１と第２の管１２との
間隙の２層目２２には燃料ガスが、第２の管１２と第３
の管１３との間隙の３層目２３には不活性ガスが、第３
の管１３と第４の管１４との間隙の４層目２４には酸素
ガスが、第４の管１４と第５の管１５との間隙の５層目
２５には不活性ガスが供給される。この多重管バーナに
おいては、最外酸素ガス層は４層目２４にあるので、最
外酸素ガス層の外径とは、すなわち第４の管１４の内径
に相当する。 【００２０】また、図４に示すような８重管構造を有す
る二重火炎バーナを多重管バーナとして用いることもで
きる。二重火炎バーナとは、燃料ガスおよび酸素ガスの
層をそれぞれ２層設けることにより、二重火炎という大
きな火炎を得、火炎の温度を高めて、該火炎内で合成さ
れるガラス微粒子の粒子径を大きくし、堆積対象物に付
着しやすくすることと、従来の火炎よりも多量のガラス
微粒子を合成できることにより、多孔質母材の製造を高
速化することができるものである。 【００２１】図４に示す二重火炎バーナにおいては、第
１の管１１の内側の１層目２１には原料ガスが、第１の
管１１と第２の管１２との間隙の２層目２２には燃料ガ
スが、第２の管１２と第３の管１３との間隙の３層目２
３には不活性ガスが、第３の管１３と第４の管１４との
間隙の４層目２４には酸素ガスが、第４の管１４と第５
の管１５との間隙の５層目２５には不活性ガスが、第５
の管１５と第６の管１６との間隙の６層目２６には燃料
ガスが、第６の管１６と第７の管１７との間隙の７層目
２７には不活性ガスが、第７の管１７と第８の管１８と
の間隙の８層目２８には酸素ガスが、それぞれ供給され
る。この二重火炎バーナにおいては、最外酸素ガス層は
８層目２８にあるので、最外酸素ガス層の外径とは、す
なわち第８の管１８の内径に該当する。 【００２２】本実施の形態の多孔質母材の製造方法は、
コア用バーナ１として、上述のような多重管バーナを使
用するほかは、従来のＶＡＤ法による多孔質母材の製造
方法と同様に実施することができる。例えば、クラッド
用バーナ２の種類や本数、コア用バーナ１およびクラッ
ド用バーナ２に供給する燃料ガスや原料ガスの種類、配
合比などは、目的とする光ファイバの屈折率分布などの
特性に応じて、適切なものを使用することができる。本
実施の形態によって製造された多孔質母材は、従来と同
様に、加熱透明化してガラス母材としたのち線引きする
ことによって光ファイバとすることができる。 【００２３】次に、具体例に基づいて本発明を説明す
る。図１に示した製造装置を用いて多孔質母材を製造し
た。コア用バーナ１としては、図２に示すような４重管
構造の多重管バーナを用い、１層目２１に原料ガスとし
てＳｉＣｌ₄とＧｅＣｌ₄を流し、２層目２２に水素、３
層目２３にアルゴン、４層目２４に酸素を流した。ここ
で、水素ガスの流量は、７〜１６リットル／分、酸素ガ
スの流量は、４〜１８リットル／分、ＳｉＣｌ₄の流量
は１．９リットル／分、ＧｅＣｌ₄の流量は０．１リッ
トル／分、アルゴンの流量は３．０リットル／分とし
た。 【００２４】多重管バーナの最外酸素ガス層の外径φｏ
₂およびコアスートの外径φｃｏｒｅを表１に示すよう
に５通りに変化させ多孔質母材を製造した。 【００２５】 【表１】 【００２６】それぞれの条件で製造した多孔質母材を加
熱透明化してガラス母材としたのち、これらのガラス母
材の屈折率分布を測定し、この屈折率分布値から光ファ
イバとしたときのモードフィールド径（以下ＭＦＤとす
る）を求めた。ガラス母材の屈折率分布の揺らぎを数値
化するため、ここでは、「ＭＦＤ変動」という量を、Ｍ
ＦＤ推定値の最大値と最小値の差の、平均値に対する百
分率として定義して用いた。この「ＭＦＤ変動」は、次
の手順に従って測定することができる 【００２７】まず、同一のガラス母材の長手方向の１箇
所に対して、６通りの方向から屈折率分布を測定する。
すなわち、各ガラス母材の長手方向で１箇所の測定位置
を設定し、この測定位置に対して、ガラス母材の回転角
度を６０°づつ変化させながら、プリフォームアナライ
ザを用いて、ガラス母材の全周にわたって６回屈折率分
布を測定する。測定位置を長手方向に順次変えながら、
同様の手順を異なる長手方向位置で５回繰り返す。合計
３０回測定された屈折率分布から、それぞれＭＦＤを推
定し、この最大値と最小値の差の、平均値に対する百分
率をとることによって、「ＭＦＤ変動」を求めることが
できる。 【００２８】この場合、ガラス母材の屈折率分布の揺ら
ぎが小さければ、ガラス母材の回転角度を変化させて
も、また長手方向の各位置でも、このＭＦＤ推定値の変
動は極めて小さく、「ＭＦＤ変動」が小さくなるものと
考えられる。逆に、ガラス母材の屈折率分布の揺らぎが
大きい場合、ガラス母材の回転角度を変化させたり、異
なる長手方向位置で測定した場合に、ＭＦＤ推定値の変
動が大きくなり、「ＭＦＤ変動」は大きくなるものと考
えられる。従って、上述のように測定される「ＭＦＤ変
動」を用いることによって、ガラス母材の屈折率の揺ら
ぎを数値化することができる。特性の優れた光ファイバ
を得るためには、この「ＭＦＤ変動」を１．５％以下と
することが好ましい。 【００２９】「ＭＦＤ変動」の測定結果を表１に示す。
表１に示す結果から明らかなように、上述の製造条件を
満足するようにコア用バーナ１による加熱条件を制御す
ることにより、「ＭＦＤ変動」が１．５％以下になっ
た。このことから、本実施の形態の製造方法を用いるこ
とにより、ドーパントのドープ量を均一にし、ガラス母
材の屈折率分布の揺らぎを極めて小さく抑制できたこと
が分かる。 【００３０】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の多孔質母
材の製造方法によれば、多孔質母材となるガラス微粒子
層にＧｅＯ₂などのドーパントを均一にドープすること
ができるので、その多孔質母材から製造されるガラス母
材の屈折率分布の変動と屈折率の揺らぎを極めて小さく
抑制し、特性の優れた光ファイバを製造することができ
る。また、本発明は、特殊な装置を必要とすることな
く、単にコア用バーナを適切なものとすることにより容
易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の多孔質母材の製造方法を実施するた
めに用いられる製造装置の一例の概略構成図である。 【図２】 本実施の形態においてコア用バーナとして用
いられる多重管バーナの第１の例を示す断面図である。 【図３】 本実施の形態においてコア用バーナとして用
いられる多重管バーナの第２の例を示す断面図である。 【図４】 本実施の形態においてコア用バーナとして用
いられる多重管バーナの第３の例を示す断面図である。 【符号の説明】 １…コア用バーナ、２…クラッド用バーナ、３…出発部
材、４…コアスート、５…クラッドスート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 コア用バーナから噴出される原料ガスに
   より合成されたガラス微粒子を出発部材の先端に堆積さ
   せてコアスートを形成しつつ、クラッド用バーナから噴
   出される原料ガスにより合成されたガラス微粒子を前記
   コアスートの周囲に堆積させてクラッドスートを形成す
   ることにより、多孔質母材を製造する多孔質母材の製造
   方法において、 前記コア用バーナとして、原料ガスと燃料ガスと酸素ガ
   スの流路を層状に有し、最外酸素ガス層の外径が、前記
   コアスートの外径の０．６倍以上である多重管バーナを
   用いることを特徴とする多孔質母材の製造方法。