JP2000034131A - 多孔質ガラス体の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＶＡＤ法によって外径や比屈折率差が長手方
向に安定した、光ファイバの母材として最適な、高品質
の多孔質ガラス体を製造する。 【解決手段】 バーナ２１、２２、２３で生成されたガ
ラス微粒子を回転するターゲット棒１２の下端に堆積さ
せ、その堆積に応じてターゲット棒１２を引き上げるこ
とによりガラス微粒子堆積体１１を円柱状に形成する。
その際、ガラス微粒子堆積体１１の下端位置を位置検出
装置３１で検出し、それに応じてコンピュータ３２によ
り回転引き上げ装置１３を制御して引き上げ速度を変化
させて下端位置が一定となるようにする。引き上げ速度
に応じて流量制御装置３３が、バーナ２１に供給する水
素ガス流量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバのガ
ラス母材を作製するのに好適な、ＶＡＤ法による多孔質
ガラス体の製造装置および製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、光通信、マルチメディアの普及に
向けて光ファイバの需要には目覚しいものがある。この
光ファイバを作るための製造方法としてＶＡＤ法が重要
である。ＶＡＤ法は、気相反応プロセスを利用して多孔
質ガラス体を製造する方法であり、とくに光ファイバの
ガラス母材等に使用するための高純度の多孔質ガラス体
を製造するのに適した方法として知られている。

【０００３】このＶＡＤ法では、バーナに可燃性ガス
（水素ガスやプロパンガス等）と助燃性ガス（酸素ガ
ス）を送り込んで酸水素火炎を発生させ、この火炎中
に、四塩化珪素などのガラス原料ガスを導入して加水分
解（一部は酸化）反応させることによりガラス微粒子を
生成し、この生成されたガラス微粒子を回転しているタ
ーゲットの先端に堆積させることにより、ガラス微粒子
堆積体を円柱状に成長させ、円柱状の多孔質ガラス体
（ガラス微粒子堆積体、スートプリフォーム）を形成す
る。その際、複数本のバーナを用い、１本のコア用バー
ナで中心のコア部を、複数本のクラッド用バーナでその
周囲のクラッド部の一部もしくは全部を形成する。

【０００４】そして、このようなデポジション工程によ
って作られた多孔質ガラス体から光ファイバを作成する
場合は、多孔質ガラス体を脱水・焼結して透明ガラス体
とする工程（焼結工程）を行う。さらにその後、紡糸炉
により線引き紡糸して細線ガラス体（ファイバ）とす
る。

【０００５】上記のデポジション工程において、多孔質
ガラス体がターゲット棒の先端に成長してくるにしたが
ってターゲット棒を引き上げて、常に先端において多孔
質ガラス体が堆積するようにする。そのため、コア部の
成長位置が常に一定に保たれるように引き上げ速度を調
整する機構が設けられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、多孔質ガラス体の特性が長手方向において安定した
ものを得ることが難しく、上記のような光ファイバ需要
の拡大に伴って要求される低コスト化に応えられないと
いう問題がある。すなわち、低コスト化のためには、母
材の大型化・高速な製造のみならず、高品質化も重要で
あるが、特性が長手方向に安定しないことはこの高品質
化のネックになっている。

【０００７】特性の長手方向での安定が阻害される要因
としては、ターゲット棒の引き上げ速度の変動が考えら
れる。バーナの条件や原料ガス、可燃性ガス、助燃性ガ
スの各流量等の条件を一定に保っても、コア部の成長位
置は変動するものであり、その結果引き上げ速度が変動
することになる。このように引き上げ速度が変動するに
もかかわらず、そのままの条件で成長させた場合、クラ
ッド部でのガラス微粒子の付着状態が、コア部の成長変
化に対応して変動し、多孔質ガラス体の外径変動が大き
くなったり、極端な場合はスートが割れるという事故を
生じる。母材の外径変動が大きい場合は、母材の延伸時
の径の制御性が悪かったり、長手方向でのばらつきが大
きくなるなどの問題を生じる。そのため、従来では、デ
ポジションチャンバの排気引き量を調整することなども
試みられているが、十分な成果を上げるまでには至って
いない。

【０００８】この発明は、上記に鑑み、特性が長手方向
に安定した高品質の多孔質ガラス体をＶＡＤ法によって
作製することができるように改善した、多孔質ガラス体
の製造装置および製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による多孔質ガラス体の製造装置において
は、ガラス微粒子を生成するバーナと、このガラス微粒
子が下端に堆積させられるターゲット棒を回転させなが
ら引き上げる回転引き上げ装置と、上記ターゲット棒下
端に成長していくガラス微粒子堆積体の成長点を監視し
て上記の引き上げ速度を制御する制御装置と、該引き上
げ速度が一定になるように上記バーナに供給する可燃性
ガス流量を制御する流量制御装置とが備えられることが
特徴となっている。

【００１０】また、上記の目的を達成するため、この発
明による多孔質ガラス体の製造方法においては、バーナ
から生成されたガラス微粒子を回転するターゲット棒の
下端に堆積させながらターゲット棒を引き上げてガラス
微粒子堆積体を形成していく工程において、ターゲット
棒下端に成長していくガラス微粒子堆積体の成長点を監
視して上記の引き上げ速度を制御するとともに、該引き
上げ速度が一定になるように上記バーナに供給する可燃
性ガス流量を制御することが特徴となっている。

【００１１】本発明者らの調査の結果、ガラス微粒子堆
積体の成長速度は、その成長点での温度と相関関係があ
ることが判明した。すなわち、温度が低くなると成長速
度は高まり、逆に温度が高くなると遅くなる。また、成
長点の温度は比屈折率差とも関連していることも分かっ
た。

【００１２】そこで、成長速度が遅くなって引き上げ速
度が低くなったら、水素ガスやプロパンガス等の可燃性
ガス（および助燃性ガス）を減らして成長点の温度を低
くし、これによって成長が速くなるようにし、逆に引き
上げ速度が高くなったら可燃性ガス（および助燃性ガ
ス）を多く供給して成長点の温度を高め、成長を遅くす
る。こうして、成長速度つまり引き上げ速度を一定にす
ることにより、ガラス微粒子の付着状態が長手方向で安
定し、このことから径の長手方向での変動や、比屈折率
差の長手方向での変動の少ないなど、特性が長手方向で
安定している高品質の多孔質ガラス体を作製することが
できる。

【００１３】その際、オーバーシュートなどを防いで最
適な制御を行うため、可燃性ガス供給量の変化量および
変化間隔（インターバル時間）は個々の装置ごとに最適
値を適宜追求すべきであるが、一般的にいうなら、変化
量は設定値の１０％以内とし、かつインターバル時間は
１０秒以上とすることが望ましい。このようにインター
バル時間を長くするのは、可燃性ガスの供給量変更が成
長速度の変化に影響するまでの応答時間が長いからであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、こ
の発明にかかるＶＡＤ法による多孔質ガラス体の製造装
置を示すもので、この図において、ターゲット棒１２の
下端付近にガラス微粒子を生成する複数本（この例では
３本）のバーナ２１、２２、２３が配置される。これら
バーナ２１、２２、２３には水素ガスおよび酸素ガスの
燃焼ガスが供給され、酸水素火炎が発生させられる。さ
らに、これらのバーナ２１、２２、２３には四塩化珪素
などのガラスの原料ガスが供給される。バーナ２１、２
２、２３は、円筒状のノズルが同心円状に配列されてい
る多重管構造となっており、その中心部のノズルよりガ
ラス原料ガス（四塩化珪素、バーナ２１については四塩
化珪素と四塩化ゲルマニウム）が、中心から２層目のノ
ズルから水素ガスが、３層目のノズルからアルゴンガス
が、４層目のノズルから酸素ガスがそれぞれ吹き出して
いる。

【００１５】これらのバーナ２１、２２、２３におい
て、ガラス原料ガスが酸水素火炎中に送り込まれること
によりガラス微粒子（二酸化珪素の微粒子）が生成さ
れ、このガラス微粒子がターゲット棒１２の下端に付着
させられる。ターゲット棒１２は、その上端が回転引き
上げ装置１３によって把持されており、回転させられな
がら引き上げられる。ターゲット棒１２がこのように回
転させられながら引き上げられることにより、付着・堆
積したガラス微粒子の堆積体（スートプリフォーム）１
１がターゲット棒１２の下端より下方向に円柱状に成長
していくことになる。

【００１６】バーナ２１は中心に位置するコア部を形成
するためのコア用のバーナであり、バーナ２２、２３は
コア部の外周を占めるクラッド部を形成するためのクラ
ッド用のバーナである。ここではクラッド部は２つの堆
積層により形成されることになる。コア用のバーナ２１
には、ガラス原料ガスである四塩化珪素ガスに加えて、
屈折率制御用のドーパントの原料ガスである四塩化ゲル
マニウムガスなどが送り込まれる。

【００１７】ガラス微粒子堆積体１１、ターゲット棒１
２はチャンバ（反応容器）１４内に配置され、バーナ２
１〜２３はそのチャンバ１４の側壁等に取り付けられ
て、このガラス微粒子のデポジション工程がチャンバ１
４内で行なわれるようにされる。このチャンバ１４の、
バーナ２１〜２３が配置された側と反対側には排気管１
５が取り付けられ、図示しない吸引装置により吸引され
て排気がなされるようになっている。

【００１８】このチャンバ１４内で成長していくガラス
微粒子堆積体１１の下端の位置が位置検出装置３１によ
って検出される。この位置検出装置３１は、たとえば、
下端付近の画像をとらえるＴＶカメラとその画像を解析
する画像処理装置などから構成される。この検出信号は
コンピュータ３２に送られ、コンピュータ３２はその検
出信号に基づいて回転引き上げ装置１３を制御する。こ
れにより、ガラス微粒子堆積体１１の下端位置が常に同
一となるよう、ターゲット棒１２の引き上げ速度が調整
される。

【００１９】このターゲット棒１２の引き上げ速度に関
する情報は流量制御装置３３に送られている。流量制御
装置３３は、その引き上げ速度に応じてバーナ２１に供
給するガス流量を制御する。すなわち、多重管構造のバ
ーナ２１の２層目のノズルから噴出させるための水素ガ
スの供給量をコントロールする。

【００２０】すなわち、ガラス微粒子堆積体１１の成長
速度が遅くなって引き上げ速度が低くなったら、水素ガ
スを減らして成長点の温度を低くし、これによって成長
が速くなる方向とし、逆に引き上げ速度が高くなったら
水素ガスを多く供給して成長点の温度を高め、成長を遅
くする。こうして、成長速度つまり引き上げ速度を一定
にすることができる。

【００２１】その結果、堆積位置の温度を安定化できる
ので、ガラス微粒子の付着状態がガラス微粒子堆積体１
１の長手方向で安定することになる。このことからガラ
ス微粒子堆積体１１の外径の長手方向での変動が少なく
なり、しかも比屈折率差の長手方向での変動が少なくな
る。このように特性が長手方向で安定している高品質の
多孔質ガラス体を作製することができる。

【００２２】なお、この水素ガス供給量の変化量および
変化間隔（インターバル時間）はオーバーシュートなど
を防いで最適な制御が実現できるよう個々の装置ごとに
最適値を適宜追求すべきである。インターバル時間につ
いては、水素ガスの供給量変更が成長速度の変化に影響
するまでの応答時間が長いことから、一般的には１０秒
以上とすることが望ましいといえる。また、水素ガス供
給量の変化量はオーバーシュートを起こさない等の配慮
から設定値の１０％以内が好ましいといえる。上記では
流量制御装置３３は、バーナ２１への水素ガス供給量の
み制御するようにしているが、酸素ガスの供給量をも制
御するようにしてもよい。

【００２３】

【実施例１】さらに、具体的な実施例について詳細に説
明する。バーナ２１、２２、２３に供給する各ガスの流
量条件をつぎの表のようにして、直径約１５０ｍｍ、長
さ約１０００ｍｍのガラス微粒子堆積体１１を作製し
た。 四塩化珪素 水素ガス 酸素ガス バーナ２１ ０．３ ７．０ １０ バーナ２２ ２．０ ９．０ １０ バーナ２３ ３．０ １６．０ １２ 単位ＳＬＭ：Standard Litre Minutes（標準状態での流量：リットル／分） そして、この実施例１では、引き上げ速度が設定速度か
ら２％遅くなったとき水素ガス流量を５％減少させ、速
度が２％速くなったら５％増加させるように、流量制御
装置３３によってバーナ２１に供給する水素ガス流量を
制御した。その際、１５秒〜２分に１回の割合で、引き
上げ速度を取り込んでそれに応じて上記のように流量を
変更した。

【００２４】その結果、引き上げ速度は、図２の実線で
示すように±３％の範囲に収まり、ガラス微粒子堆積体
（スート）１１の長手方向に非常に安定したものとなっ
た。また、スート１１の外径も、図３の実線で示すよう
に変動幅が±３％内に収まり、スート長さ方向において
安定したものとなっている。さらに、このガラス微粒子
堆積体１１の特性つまり比屈折率差Δ（％）も、図４の
実線に示すように長さ方向において安定している。

【００２５】

【実施例２】参考までに第２の実施例として、上記の実
施例の構成（図１）およびガス流量条件（表）で直径約
１５０ｍｍ、長さ約１０００ｍｍのガラス微粒子堆積体
１１を作製したが、引き上げ速度に応じた水素ガス流量
制御はまったく行わないようにした（流量制御装置３３
を非動作状態にした）。その結果、引き上げ速度は、図
２の点線で示すようになり、長手方向において大きく変
動した。スート径の変動も、それに呼応するように大き
くなり、図３の点線で示すように公差が５％以上あっ
た。長手方向の比屈折率差Δもまた、図４の点線のよう
に変動が大きかった。

【００２６】

【実施例３】第３の実施例として、上記の実施例の構成
（図１）およびガス流量条件（表）で直径約１５０ｍ
ｍ、長さ約１０００ｍｍのガラス微粒子堆積体１１を作
製したが、その際、流量制御装置３３により、引き上げ
速度に応じて水素ガス流量のみならず酸素ガス流量も制
御した。制御インターバルを１５秒〜２分とする点、お
よび、引き上げ速度が設定速度から２％遅くなったとき
ガス流量を５％減少させ、速度が２％速くなったら５％
増加させるという変化割合も同一とし、これをバーナ２
１に供給する水素ガスと酸素ガスの両方に適用して制御
した。

【００２７】この場合、引き上げ速度の長手方向変動、
スート径の長手方向変動、および比屈折率差の長手方向
変動について、第１の実施例と大差ない結果が得られた
（それぞれ図２の実線、図３の実線、図４の実線に近い
結果となった）。

【００２８】

【実施例４】さらに参考までに、流量制御装置３３によ
る、引き上げ速度に応じた水素ガス流量制御のインター
バル時間を５秒としてみた。この第４の実施例では、上
記の実施例の構成（図１）およびガス流量条件（表）で
直径約１５０ｍｍ、長さ約１０００ｍｍのガラス微粒子
堆積体１１を作製する点などは第１の実施例と同様とし
ている。

【００２９】この第４の実施例では、スート長手方向で
の引き上げ速度の変動が図５の実線のようになった。水
素ガス流量の変化速度がシステムの応答速度に対して速
すぎるためか、コントロール量が多すぎてオーバーシュ
ートが大きくなり、そのためこのような結果になったも
のと思われる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の多孔質
ガラス体の製造装置および製造方法によれば、ＶＡＤ法
においてターゲット棒の引き上げ速度に応じて可燃性ガ
スの供給量を制御するので、引き上げ速度（成長速度）
つまり堆積点での温度を常に一定のものとすることがで
き、これによりガラス微粒子の堆積状態を安定化させ、
多孔質ガラス体の外径や比屈折率差等の特性がその長手
方向において安定化している、高品質の多孔質ガラス体
を容易に製造することができる。そのため、とくに光フ
ァイバの製造コスト低減に大きく寄与することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す模式図。

【図２】実施例１、２についてのスート長と引き上げ速
度との関係を示すグラフ。

【図３】実施例１、２についてのスート長とスート径と
の関係を示すグラフ。

【図４】実施例１、２についてのスート長と比屈折率差
との関係を示すグラフ。

【図５】実施例４についてのスート長と引き上げ速度と
の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１１ ガラス微粒子堆積体 １２ ターゲット棒 １３ 回転引き上げ装置 １４ チャンバ １５ 排気管 ２１、２２、２３ バーナ ３１ 位置検出装置 ３２ コンピュータ ３３ 流量制御装置

フロントページの続き (72)発明者 高橋 浩一 千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジク ラ佐倉工場内 Ｆターム(参考） 4G014 AH14 4G021 EA01 EB26 5H307 AA02 BB04 DD02 DD17 EE02 FF21 GG04 GG20 HH04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス微粒子を生成するバーナと、この
   ガラス微粒子が下端に堆積させられるターゲット棒を回
   転させながら引き上げる回転引き上げ装置と、上記ター
   ゲット棒下端に成長していくガラス微粒子堆積体の成長
   点を監視して上記の引き上げ速度を制御する制御装置
   と、該引き上げ速度が一定になるように上記バーナに供
   給する可燃性ガス流量を制御する流量制御装置とを備え
   ることを特徴とする多孔質ガラス体の製造装置。
2. 【請求項２】 バーナから生成されたガラス微粒子を回
   転するターゲット棒の下端に堆積させながらターゲット
   棒を引き上げてガラス微粒子堆積体を形成していく工程
   において、ターゲット棒下端に成長していくガラス微粒
   子堆積体の成長点を監視して上記の引き上げ速度を制御
   するとともに、該引き上げ速度が一定になるように上記
   バーナに供給する可燃性ガス流量を制御することを特徴
   とする多孔質ガラス体の製造方法。