JP2011225413A - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マルチノズルバーナ10を用いて、OVD法によりガラス微粒子をターゲットロッドに堆積させる工程を備えた光ファイバ母材の製造方法において、原料ガス噴出流路11の外側に環状配置された第1助燃性ガス噴出流路121からの助燃性ガスの流速をVis、第1助燃性ガス噴出流路121の近傍における可燃性ガスの流速をVif、第1助燃性ガス噴出流路121の外側に環状配置された第2助燃性ガス噴出流路122からの助燃性ガスの流速をVos、第2助燃性ガス噴出流路122の近傍における前記可燃性ガスの流速をVofとしたとき、|Vis−Vif|>|Vos−Vof|Vis≧VofVis≦40m/sを満たすように、助燃性ガス及び可燃性ガスの流速を制御する。
【選択図】図2
Description
そして、形成されたスート体3を高温で加熱して脱水・焼結することにより、透明ガラス化された光ファイバ母材1が製造される。また、この光ファイバ母材1を加熱して線引きすることにより、光ファイバが製造される。なお、ターゲットロッド2には、例えばVAD法により作製されたコア母材が用いられる。
また、特許文献5には、OVD法を利用して光ファイバ母材を製造する際に、ターゲットロッドの長手方向に複数のバーナを配置する技術が開示されている。
原料ガスを噴出する原料ガス噴出流路と、
この原料ガス噴出流路を取り囲むように環状に設けられた複数の小口径流路からなり、これらの小口径流路から助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出流路と、
前記原料ガス噴出流路及び前記助燃性ガス噴出流路の周囲に設けられ、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出流路と、を備えたバーナを用いて、
前記可燃性ガス及び前記助燃性ガスを噴出させ、この可燃性ガス及び助燃性ガスからなる火炎中に前記原料ガスを供給することにより生成されたガラス微粒子をターゲットロッドに堆積させる工程を備えた光ファイバ母材の製造方法において、
前記助燃性ガス噴出流路は、前記原料ガス噴出流路の外側に環状配置された第1助燃性ガス噴出流路と、この第1助燃性ガス噴出流路の外側に環状配置された第2助燃性ガス噴出流路と、で構成され、
前記第1助燃性ガス噴出流路からの前記助燃性ガスの流速をVis(m/s)、
前記第1助燃性ガス噴出流路の近傍における前記可燃性ガスの流速をVif(m/s)、
前記第2助燃性ガス噴出流路からの前記助燃性ガスの流速をVos(m/s)、
前記第2助燃性ガス噴出流路の近傍における前記可燃性ガスの流速をVof(m/s)としたとき、
|Vis−Vif|>|Vos−Vof|
Vis≧Vof
Vis≦40m/s
を満たすように、前記助燃性ガス及び前記可燃性ガスの流速を制御することを特徴とする。
図1に示すように、OVD法では、バーナ10がターゲットロッド2の長手方向に往復移動可能に配置される。このバーナ10により、SiCl4等の原料ガス、可燃性ガス(例えばH2)、助燃性ガス(例えばO2)及びシールガス(例えばN2)が供給される。そして、可燃性ガス及び助燃性ガスからなる火炎(例えば酸水素火炎)101中で原料ガスが火炎加水分解反応することによりガラス微粒子(スート)102が生成される。
ターゲットロッド2を軸中心に回転させながら、バーナ10を長手方向に往復移動させることで、ターゲットロッド2の外周面にガラス微粒子102が堆積され、スート体3が形成される。そして、高温で加熱して脱水・焼結することにより、透明ガラス化された光ファイバ母材1が製造される。また、この光ファイバ母材1を加熱して線引きすることにより、光ファイバが製造される。なお、ターゲットロッド2には、例えばVAD法により作製されたコア母材が用いられる。
大口径の可燃性ガス噴出流路13の中心には、原料ガス噴出流路11及びシールガス噴出流路16が同心状に配置されている。また、可燃性ガス噴出流路13の外側には、シールガスを噴出するシールガス噴出流路14、助燃性ガスを噴出する補助助燃性ガス噴出流路15が同心状に配置されている。シールガスとしては、例えば、Ar、N2などの不活性ガスが一般的に用いられる。
なお、各噴出流路12〜16は、例えば石英ガラスやセラミックス等の耐熱性の高い材料で構成される。後述するバーナ20〜60においても同様である。
第1助燃性ガス噴出流路121と第2助燃性ガス噴出流路122を構成する小口径流路の内径は同一とされ、第1助燃性ガス噴出流路121と第2助燃性ガス噴出流路122には別系統の供給路を通して助燃性ガスが供給される。したがって、それぞれのガス供給量を調整することで、噴出される助燃性ガスの流速は個別に制御される。
可燃性ガス噴出流路13の内径は、可燃性ガスとしてH2を使用する場合には25〜55mmとするのが望ましい。可燃性ガスと助燃性ガスの適切な流速差を得る為である。
|Vis−Vif|>|Vos−Vof| ・・・(1)
Vis≧Vos ・・・(2)
Vis≦40m/s ・・・(3)
ここで、第1助燃性ガス噴出流路121からの助燃性ガスの流速をVis、第1助燃性ガス噴出流路121の近傍における可燃性ガスの流速をVif、第2助燃性ガス噴出流路122からの助燃性ガスの流速をVos、第2助燃性ガス噴出流路122の近傍における可燃性ガスの流速をVofとしている。
これにより、原料ガスの温度とスート堆積面の温度が適正に保持されるので、良質なスートを短時間で効率的に形成することができる。したがって、大型の光ファイバ母材をより短時間で製造することができ、光ファイバ母材の製造コストを格段に低減することができる。
実施例1では、図2に示すバーナ10を、100mmφのターゲットロッド2から250mm離間させて対向配置した。そして、原料ガスをSiCl4、可燃性ガスをH2、助燃性ガスをO2として、ターゲットロッド2を回転させながらバーナ10を往復移動させ、ターゲットロッド2の外周面にガラス微粒子102を堆積させてスート体3を形成した。このとき、ターゲットロッドの回転速度を100rpm、バーナ10のトラバース速度を2000mm/min、トラバース長を2000mmとし、堆積時間は300minとした。
比較例1では、スート形成工程において、上式(1)〜(3)の少なくとも一つが満たされないように、助燃性ガスの流速Vis,Vos及び可燃性ガスの流速Vif,Vofを制御した。その他のスート形成条件については、実施例1と同様とした。そして、高温で加熱して脱水・焼結することによりスート体3を透明ガラス化し、比較例1に係るガラス体を作製した。
これに対して、比較例1−1,1−2では、ガラス体の外径変動はなかったが、上式(1),(2)が満たされていないために、堆積速度が18g/minより遅く、堆積効率は70%未満となった。比較例1−3,1−4では、20g/min以上の堆積速度と、70%以上の堆積効率の両方を同時に達成できているが、上式(3)が満たされていないために、ガラス体の外径変動が大きくなった。
ただし、流速Visが速くなり過ぎる(例えば40m/s超)と堆積速度、堆積効率のいずれも低下する傾向にあり、透明ガラス化後の光ファイバ母材の外径変動も大きくなる。
図3は助燃性ガスの流速Visと可燃性ガスの流速Vifとの流速差と堆積効率の関係を示す図で、図4は助燃性ガスの流速Vosと可燃性ガスの流速Vofとの流速差と堆積効率の関係を示す図である。
図3より、(Vis−Vif)を15m/s以上とすることで、堆積効率を70%以上とすることができる。また、図4より、(Vos−Vof)を15m/s以下とすることで、堆積効率を70%以上とすることができる。
また、図5に示すように、バーナ10の内側における助燃性ガスの流速Visと可燃性ガスの流速Vifの流速差(Vis−Vif)と外側における助燃性ガスの流速Vosと可燃性ガスの流速Vofの流速差(Vos−Vof)の差を5.0m/s以上とすることで、堆積効率を70%以上とすることができる。
図6は、バーナの他の一例を示す図である。図6に示すように、バーナ20は、原料ガスを噴出する原料ガス噴出流路21、助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出流路22、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出流路23を備えている。
大口径の可燃性ガス噴出流路23の中心には、原料ガス噴出流路21及びシールガス噴出流路26が同心状に配置されている。また、可燃性ガス噴出流路23の外側には、シールガスを噴出するシールガス噴出流路24、助燃性ガスを噴出する補助助燃性ガス噴出流路25が同心状に配置されている。シールガスとしては、例えば、Ar,N2などの不活性ガスが一般的に用いられる。
第1助燃性ガス噴出流路221を構成する小口径流路の内径は、第2助燃性ガス噴出流路222を構成する小口径流路の内径よりも小さく(例えば75%程度)、第1助燃性ガス噴出流路121と第2助燃性ガス噴出流路122には別系統の供給路を通して助燃性ガスが供給される。したがって、それぞれのガス供給量を調整することで、噴出される助燃性ガスの流速は個別に制御される。実施例1のバーナ10に比較すると、第1助燃性ガス噴出流路221を構成する小口径流路の内径が小さいので、第1助燃性ガス噴出流路221から噴出される助燃性ガスの流速Visを少ないガス供給量で効率よく速くすることができる。
比較例2では、スート形成工程において、上式(3)が満たされないように、助燃性ガスの流速Vis,Vos及び可燃性ガスの流速Vif,Vofを制御した。その他のスート形成条件については、実施例2と同様とした。そして、高温で加熱して脱水・焼結することによりスート体3を透明ガラス化し、比較例2に係るガラス体を作製した。
表2に示すように、実施例2では、上式(1)〜(3)を満たすように助燃性ガスの流速Vis,Vos及び可燃性ガスの流速Vif,Vofを制御したので、22g/min以上の堆積速度と、75%以上の堆積効率の両方を同時に達成することができた。また、透明ガラス化した光ファイバ母材1は、外径変動がなく、良質なものであった。
これに対して、比較例2では、25g/min以上の堆積速度と、75%以上の堆積効率の両方を同時に達成できているが、上式(3)が満たされていないために、ガラス体の外径変動が大きくなった。
また、第1助燃性ガス噴出流路221から助燃性ガスを過剰に供給することなく所望の流速Visとすることができる。したがって、助燃性ガスと可燃性ガスが堆積面で混合燃焼する際に両者の供給量が極端に異なることに起因してスートの堆積効率が低下するのを防止できる。
図7は、バーナの他の一例を示す図である。図7に示すように、バーナ30は、原料ガスを噴出する原料ガス噴出流路31、助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出流路32、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出流路33を備えている。
大口径の可燃性ガス噴出流路33の中心には、原料ガス噴出流路31及びシールガス噴出流路36が同心状に配置されている。また、可燃性ガス噴出流路33の外側には、シールガスを噴出するシールガス噴出流路34、助燃性ガスを噴出する補助助燃性ガス噴出流路35が同心状に配置されている。シールガスとしては、例えば、Ar,N2などの不活性ガスが一般的に用いられる。
第1助燃性ガス噴出流路321、第2助燃性ガス噴出流路322及び第3助燃性ガス噴出流路323を構成する小口径流路の径は同一とされ、第1燃性ガス噴出流路321、第2助燃性ガス噴出流路322及び第3助燃性ガス噴出流路323には別系統の供給路を通して助燃性ガスが供給される。したがって、それぞれのガス供給量を調整することで、噴出される助燃性ガスの流速は個別に制御される。
|Vis−Vif|>|Vos1−Vof1| ・・・(4)
|Vis−Vif|>|Vos2−Vof2| ・・・(5)
Vis≧Vos1 ・・・(6)
Vis≧Vos2 ・・・(7)
なお、図7に示すバーナ30では、一つの可燃性ガス噴出流路33から可燃性ガスが供給されるので、Vif,Vof1及びVof2は同じとなる。
比較例3では、スート形成工程において、上式(4)〜(7)が満たされないように、助燃性ガスの流速Vis,Vos及び可燃性ガスの流速Vif,Vofを制御した。その他のスート形成条件については、実施例3と同様とした。そして、高温で加熱して脱水・焼結することによりスート体3を透明ガラス化し、比較例3に係るガラス体を作製した。
表3に示すように、実施例3−1,3−2では、上式(3),(4)〜(7)を満たすように助燃性ガスの流速Vis,Vos及び可燃性ガスの流速Vif,Vofを制御したので、25g/min以上の堆積速度と、80%以上の堆積効率の両方を同時に達成することができた。また、透明ガラス化したガラス体は、外径変動がなく、良質なものであった。
これに対して、比較例3では、光ファイバ母材1の外径変動はなかったが、上式(4)〜(7)が満たされていないために、堆積速度は20g/min程度であり、堆積効率は低く60%未満となった。
また、実施例3−1,3−2より、堆積速度及び堆積効率の向上を図るためには、外側に配置された第3助燃性ガス噴出流路323から噴出される助燃性ガスと可燃性ガスの流速差(Vos2−Vof2)を小さくするのが望ましい。
図8は、バーナの他の一例を示す図である。図8に示すように、バーナ40は、原料ガスを噴出する原料ガス噴出流路41、助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出流路42、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出流路43を備えている。
可燃性ガス噴出流路43は、第1可燃性ガス噴出流路431と、第2助燃性ガス噴出流路432が同心状に配置された二重構造となっており、可燃性ガスの噴出流路が分割されている。
第1可燃性ガス噴出流路431の内径は、第2可燃性ガス噴出流路432の内径のほぼ2倍とされ、第1可燃性ガス噴出流路431と第2可燃性ガス噴出流路432には別系統の供給路を通して可燃性ガスが供給される。したがって、それぞれのガス供給量を調整することで、噴出される可燃性ガスの流速は個別に制御される。
第1助燃性ガス噴出流路421と第2助燃性ガス噴出流路422を構成する小口径流路の内径は同一とされ、第1助燃性ガス噴出流路421と第2助燃性ガス噴出流路422には別系統の供給路を通して助燃性ガスが供給される。したがって、それぞれのガス供給量を調整することで、噴出される助燃性ガスの流速は個別に制御される。
比較例4では、スート形成工程において、上式(1)が満たされないように、助燃性ガスの流速Vis,Vos及び可燃性ガスの流速Vif,Vofを制御した。その他のスート形成条件については、実施例4と同様とした。そして、高温で加熱して脱水・焼結することによりスート体3を透明ガラス化し、比較例4に係るガラス体を作製した。
表4に示すように、実施例4では、上式(1)〜(3)を満たすように助燃性ガスの流速Vis,Vos及び可燃性ガスの流速Vif,Vofを制御したので、25g/min以上の速い堆積速度と、80%程度の堆積効率の両方を同時に達成することができた。また、透明ガラス化した光ファイバ母材1は、外径変動がなく、良質なものであった。
これに対して、比較例4では、光ファイバ母材1の外径変動はなかったが、上式(1)が満たされていないために、堆積速度は20g/min程度であり、堆積効率は60%未満となった。
図9は、バーナの他の一例を示す図である。図9に示すように、バーナ50は、原料ガスを噴出する原料ガス噴出流路51、助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出流路52、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出流路53を備えている。
可燃性ガス噴出流路53は、第1可燃性ガス噴出流路531と、第2可燃性ガス噴出流路532で構成されている。第2可燃性ガス噴出流路532は、大口径の可燃性ガス噴出流路(例えば、図8の第2可燃性ガス噴出流路432)の開口の一部を邪魔板532aで閉塞して構成され、後述する第2助燃性ガス噴出流路522の周囲にだけ可燃性ガスが噴出されるようになっている。邪魔板532aは、例えば、第2助燃性ガス噴出流路522と対応する位置に第2助燃性ガス噴出流路522の外径より若干大きい孔が形成された石英板であり、噴出される可燃性ガスを整流できる程度の厚みとして20mmを有する。
第1可燃性ガス噴出流路531と第2可燃性ガス噴出流路532には別系統の供給路を通して可燃性ガスが供給される。したがって、それぞれのガス供給量を調整することで、噴出される可燃性ガスの流速は個別に制御される。
第1助燃性ガス噴出流路521と第2助燃性ガス噴出流路522を構成する小口径流路の内径は同一とされ、第1助燃性ガス噴出流路521と第2助燃性ガス噴出流路522には別系統の供給路を通して助燃性ガスが供給される。したがって、それぞれのガス供給量を調整することで、噴出される助燃性ガスの流速は個別に制御される。
比較例5では、スート形成工程において、上式(1)が満たされないように、助燃性ガスの流速Vis,Vos及び可燃性ガスの流速Vif,Vofを制御した。その他のスート形成条件については、実施例5と同様とした。そして、高温で加熱して脱水・焼結することによりスート体3を透明ガラス化し、比較例5に係るガラス体を作製した。
表5に示すように、実施例5では、上式(1)〜(3)を満たすように助燃性ガスの流速Vis,Vos及び可燃性ガスの流速Vif,Vofを制御したので、25g/min以上の堆積速度と、75%以上の堆積効率の両方を同時に達成することができた。また、透明ガラス化した光ファイバ母材1は、外径変動がなく、良質なものであった。
これに対して、比較例5では、光ファイバ母材1の外径変動はなかったが、上式(1)が満たされていないために、堆積速度が20g/minより遅く、堆積効率は60%未満となった。
また、第2可燃性ガス噴出流路532から可燃性ガスを過剰に供給することなく所望の流速Vofとすることができる。例えば、実施例5における第2可燃性ガス噴出流路532からの可燃性ガスの供給量は、実施例4における第2可燃性ガス噴出流路432からの可燃性ガスの供給量よりも少ないが、噴出流路の断面積が小さいために可燃性ガスの流速Vofは同等となっている。したがって、助燃性ガスと可燃性ガスが堆積面で混合燃焼する際に両者の供給量が極端に異なることに起因してスートの堆積効率が低下するのを防止できる。第2可燃性ガス噴出流路532から噴出される可燃性ガスの流速Vofを速くしたい場合に有効である。
例えば、実施形態では、助燃性ガス噴出流路を二重環構造又は三重環構造とした場合について説明したが、さらに多くの多重環構造とすることができる。この場合は、三重環構造とした場合(実施例3)と同様に、バーナの外側における助燃性ガスと可燃性ガスの流速差が、最内側における助燃性ガスと可燃性ガスの速度差より小さくなるようにすればよい。
2 ターゲットロッド
3 スート体
10 バーナ
11 原料ガス噴出流路
12 助燃性ガス噴出流路
121 第1助燃性ガス噴出流路
122 第2助燃性ガス噴出流路
13 可燃性ガス噴出流路
14 シールガス噴出流路
15 補助助燃性ガス
16 シールガス噴出流路
Claims (6)
- 原料ガスを噴出する原料ガス噴出流路と、
この原料ガス噴出流路を取り囲むように環状に設けられた複数の小口径流路からなり、これらの小口径流路から助燃性ガスを噴出する助燃性ガス噴出流路と、
前記原料ガス噴出流路及び前記助燃性ガス噴出流路の周囲に設けられ、可燃性ガスを噴出する可燃性ガス噴出流路と、を備えたバーナを用いて、
前記可燃性ガス及び前記助燃性ガスを噴出させ、この可燃性ガス及び助燃性ガスからなる火炎中に前記原料ガスを供給することにより生成されたガラス微粒子をターゲットロッドに堆積させる工程を備えた光ファイバ母材の製造方法において、
前記助燃性ガス噴出流路は、前記原料ガス噴出流路の外側に環状配置された第1助燃性ガス噴出流路と、この第1助燃性ガス噴出流路の外側に環状配置された第2助燃性ガス噴出流路と、で構成され、
前記第1助燃性ガス噴出流路からの前記助燃性ガスの流速をVis(m/s)、
前記第1助燃性ガス噴出流路の近傍における前記可燃性ガスの流速をVif(m/s)、
前記第2助燃性ガス噴出流路からの前記助燃性ガスの流速をVos(m/s)、
前記第2助燃性ガス噴出流路の近傍における前記可燃性ガスの流速をVof(m/s)としたとき、
|Vis−Vif|>|Vos−Vof|
Vis≧Vof
Vis≦40m/s
を満たすように、前記助燃性ガス及び前記可燃性ガスの流速を制御することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。 - (Vis−Vif)−(Vos−Vof)>5m/sを満たすように、前記助燃性ガス及び前記可燃性ガスの流速を制御することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- (Vis−Vif)≧15m/sを満たすように、前記助燃性ガス及び前記可燃性ガスの流速を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- (Vos−Vof)≦15m/sを満たすように、前記助燃性ガス及び前記可燃性ガスの流速を制御することを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- Vif<Vofを満たすように、前記助燃性ガス及び前記可燃性ガスの流速を制御することを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 前記第1助燃性ガス噴出流路を構成する小口径流路内径を、前記第2助燃性ガス噴出流路を構成する小口径流路内径より小さくすることにより、前記Vis、Vosを制御することを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
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