JP3910806B2

JP3910806B2 - 光ファイバ母材の製造方法

Info

Publication number: JP3910806B2
Application number: JP2001171701A
Authority: JP
Inventors: 潔有馬; 貞行戸田; 正英桑原
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: CN1389413A; US20020189298A1; JP2002362934A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
光ファイバ用母材の製造工程において、コアスートの不良部を低減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気相軸付け法（ＶＡＤ法）は、酸水素火炎中で生成したガラス微粒子を軸方向に堆積させることによって、光ファイバのコアとクラッドの一部（以下コアクラッド）を合成する工程を有する方法である。この方法で合成した堆積物をコアスートと呼ぶ。軸方向の引き上げはスートの先端位置とコアバーナとの距離が一定になるように行っている。このときの引き上げる速度を成長速度と呼ぶ。この方法に用いる装置を、図１に概略説明図で示した。コア１の部分はコアバーナ２、コアクラッド３はクラッドバーナ４により合成する。またコア部とクラッド部の中間には、コア部を焼き締めクラック（割れ）防止するためと、クラッドバーナの火炎とコアバーナの火炎が干渉することを抑制するためにサイドバーナ５を設けている。６は出発母材であり、矢印７の方向に回転させながら、上方８に引き上げられる。図１中Ｖはコアスートの先端テーパ部長を示す。
サイドバーナ５の構造は、従来、図２に示すように断面が円形の多重管バーナ１５を使用している。図２において１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、それぞれ外管、中管、内管を有する、外径Ｄの従来のバーナ５の断面を示し、通常、内管から水素ガスが、外管と中管の間から酸素ガスが、中管と内管の間からアルゴンガスが噴き出して、サイドバーナ５の燃焼炎を形成している。
ＶＡＤ法で生産効率を上げるためには、コア部を太径化することが有効であるが、その分サイドバーナで焼き締める面積、特に水平方向の面積（図１のｄで示される径を有する断面の面積）が増える。そのため水平方向のコアの内部の断面部を平均して加熱するには、火炎を広げる必要がある。
従来バーナで火炎を広げるためには、ガス（可燃性ガス及び助燃性ガス）量を増やせばよい。しかし、コア部表面の温度が局所的に高くなるため、脈理が強くなりプロファイル測定器（以下ＰＡと略）でプロファイルが測定できなかったり、ガラス化後のコアプリフォーム中に泡が発生するという問題がある。またコア部表面温度の不均一を避けるためにバーナの径を太くすると、火炎が上下方向にも広がるため、サイドバーナの火炎とクラッドバーナの火炎の干渉が大きくなり、最悪の場合コアスートが変形する。それを避けるためクラッドバーナの位置を上げると、コアスート先端のテーパ部の長さＶが長くなり、不良部分の割合が増える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり第１に、コア部表面を均一に加熱することができ、ガラス化後のコアプリフォーム中に泡を発生させない光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。また第２にバーナの径を大きくしても、火炎が上下に広がることがなく、サイドバーナの火炎とクラッドバーナの火炎の干渉を防止できる光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の課題は下記の手段により達成された。
（１）ＶＡＤ法においてコア部を焼き締めるサイドバーナの燃焼ノズル孔の断面形状を矩形にし、コアバーナとクラッドバーナの間に、前記矩形の長辺側を水平方向になるようにサイドバーナを配置し、前記サイドバーナの燃焼ノズル孔の矩形断面幅をコア部の直径の０．７倍以上とし、該燃焼ノズル孔の高さＨをコア部の直径の０．５倍以下として用いることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
（２）サイドバーナの矩形燃焼ノズル孔の高さＨを変えることによりコアスート先端のテーパ部の長さを制御するようにしたことを特徴とする（１）項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
（３）サイドバーナの矩形の燃焼ノズル孔を、中心において左右に分離するようにしたことを特徴とする（１）又は（２）項記載の光ファイバ母材の製造方法。
（４）サイドバーナにおいて、可燃性ガスの層を少なくとも２層以上設けたことを特徴とする（１）又は（２）項記載の光ファイバ母材の製造方法。
（５）サイドバーナにおいて、バーナ先端に取り付けるバーナフードの先端孔形状（テーパの高さ）を換えることによって、バーナ形状を変更することなくコアスート先端のテーパ部の長さを制御することを特徴とする（１）〜（４）項のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に本発明に用いられる光ファイバ母材の製造装置を図示の好ましい実施態様に従って詳細に説明する。
第１の実施態様は、図１に示すＶＡＤ法による光ファイバ製造装置において、サイドバーナ５として、従来の断面が円形の多重管バーナ（図２）、の代わりに図３のように矩形型のバーナを用いる。この矩形バーナ３０は断面図において幅がＬ、高さがＨであり、例えば酸素ガスノズル３１、アルゴンガスノズル３２、水素ガスノズル３３からなる。
本発明においては、別の実施態様として図６のようにバーナ中心にガス流を分流する邪魔板を置くことによって火炎を左右に分離し、コアバーナ火炎とサイドバーナ火炎との干渉を抑えることができる。従来よりＶＡＤ法において、安定製造するためにはコアバーナ火炎を安定させることが重要であるが、従来は、サイドバーナ火炎とコアバーナ火炎が干渉することが不安定要因の一つになっていた。干渉を避けるためには、コアバーナからサイドバーナを離せばよいが、クラックが発生してしまう。矩形バーナの場合、火炎が水平方向に広がり、コア部の周囲を加熱することができるので、コアバーナ火炎の直上の部分に火炎が無くても、コア部を焼き締めることが可能である。
【０００６】
これを図６に従ってさらに詳細に説明すると、図６は図１の光ファイバ製造装置のＡ−Ａ線で切断した場合を表す説明図であり、矢印Ａの方向にみたものである。図６において４０は図３に示すような断面形状の矩形サイドバーナ、４１は幅Ｌ１を有する邪魔板である。４２はサイドバーナ火炎であり、４３はサイドバーナの下方に位置するコアバーナ、４４はコアバーナの火炎である。４５はサイドバーナ及びコアバーナで加熱するコアの断面である。邪魔板４１の幅Ｌ１を調整することにより、分離の程度を変えることができる。従来４ｍｍ／ｈｒ程度の成長速度の変動があったが、このバーナを用いると１ｍｍ／ｈｒ程度に抑えることができた。
【０００７】
さらに別の実施態様を図７に示す。形成初期においては、コア部と出発母材との密着度を上げるため、コアスート及び出発母材表面の温度を高く保つ必要がある。図６のバーナでは、出発母材に直接火炎が当たらないため、温度を上げるためには比較的多量の可燃性、助燃性ガスが必要である。そのため火炎中心の温度が上げられるように、バーナ中心に可燃性ガスを流すことができる層を設けた例を図７に示す。これにより比較的少量のガス量でスート及び出発母材の温度を上げることができる。またコア部の径が太くなれば、中心層の可燃性ガスの流量を下げることにより図６のバーナと同様の効果がある。
【０００８】
この例ではサイドバーナ４０の内部を、中央の、第１可燃ガス層４８と周辺部の、第２可燃ガス層４９に分割した。４６はサイドバーナ火炎１層目、４７はサイドバーナ火炎２層目を示す。図７は図６と同様に、図１の光ファイバ製造装置のＡ−Ａ線で切断した場合を表す説明図であり、図６と同符号は同じものを示す。
図８はサイドバーナの先端テーパ形状の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図８はサイドバーナ火炎の上下方向の広がりを抑えるため、サイドバーナ５０の先端に取り付けるフード５１の形状を先端部に向かってテーパ状部５１ａとする。この方法によってもサイドバーナ火炎の上下方向の広がりを抑え、クラッドバーナの位置を下げることができる。図中Ｈは矩形バーナの高さ、ｈはバーナフードのテーパ状部５１ａの先端の高さである。
【０００９】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
参考例
サイドバーナとして図２のバーナを用いて図１に示す基本構成によりＶＡＤ法によりコアスートの製造試験を行ったところ、図２の従来バーナ（バーナ外径Ｄは、コア部直径ｄとすると０．５ｄ）では、１０本製造して９本は脈理が大きくＰＡでプロファイルが測定できなかった。また測定できたコアについても泡が全長に発生した。
【００１０】
実施例１
次に図１に示した先端テーパ部長Ｖについて試験した。従来バーナ（図２参照）における先端テーパ部の長さをＶ_０とすると、図２の従来バーナではクラッドバーナを上げたため１．７Ｖ_０と長くなってしまった。次に図３の矩形型のサイドバーナを、幅が広いほうを水平方向に配置して、バーナの幅Ｌを０．７ｄに固定し、バーナの高さＨを２水準０．５ｄ、０．３ｄと振って合成した結果、テーパ長はそれぞれＶ_０、０．７Ｖ_０とテーパ部の長さを短くできた。また泡の発生はなく、プロファイルも測定できた。この関係を図４に示した。
また合成中のコア部の表面温度を測定すると、図５に示すように、従来バーナの場合、サイドバーナの火炎が当たるコア部の、周方向の温度分布を調べると、最高温度と最低温度の差ΔＴが２００℃程度あったが、矩形バーナの場合は１００℃以内に抑えることができた。
また図５から明らかなように矩形バーナにおいて、バーナの幅Ｌを変え、サイドバーナの火炎が当たるコア部の周方向の温度を調べた。その結果、コア部の直径に対し０．７ｄより狭くなるとΔＴが急に大きくなった。これから矩形バーナの幅Ｌはコアの直径ｄに対し０．７以上であることが望ましいことがわかった。
【００１１】
実施例２
図８のバーナフードを用いた場合の実施例を以下に示す。図９はバーナの高さＨを固定し、フードの高さｈを変えたときのコアスート先端のテーパ長Ｖとの関係を示した図である。このようにコアスート先端のテーパ部の長さＶは、フード出口の高さを低くすることで短くできた。この方法であれば、バーナフードの交換によってコアスート先端のテーパ部の長さを制御できるため経済的である。またフード出口の高さｈは、バーナの高さＨに対し、０．５Ｈ以上ならばフード先端が焼けることなく正常に使用できた。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は次のような作用効果を奏する。
（１）水平方向に均等な火炎を生成できるため、コア部表面温度をほぼ均一に制御できる。
（２）垂直方向のバーナの幅を狭くすることにより、サイドバーナ火炎の上下方向の広がりを抑えることができる。これによりクラッドバーナの位置を下げることが可能になるためコアスート先端のテーパ部の長さＶを短くできる。
（３）サイドバーナの矩形の燃焼ノズル孔を中心において左右に分離することにより、サイドバーナ火炎のコアバーナ火炎への干渉を抑えることができ、コアバーナ火炎を安定させることができる。
（４）サイドバーナの可燃性ガスの層を少なくとも２層以上に設けることにより、サイドバーナの火炎中心の温度を上げることができ、出発母材を加熱するための可燃性ガス、助燃性ガス量を節減できる。
このような本発明によれば高品質の光ファイバ母材を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＶＡＤ法による光ファイバ母材製造の説明図である。
【図２】従来のＶＡＤ法に用いられた多重管バーナの断面図である。
【図３】本発明に用いられる多重管バーナの断面図である。
【図４】バーナ径Ｄ及び高さＨと先端テーパ部長Ｖとの関係を示すグラフである。
【図５】バーナ幅Ｌと温度差ΔＴとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明に用いられる多重管バーナの他例を切断した場合を表す説明図である。
【図７】本発明に用いられる多重管バーナのさらに他例を切断した場合を表す説明図である。
【図８】サイドバーナの先端テーパ形状の例を示し（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】フード出口長さｈと先端テーパ部長Ｖとの関係を示すグラフである。

Claims

気相軸付法においてコア部を焼き締めるサイドバーナの燃焼ノズル孔の断面形状を矩形にし、コアバーナとクラッドバーナの間に、前記矩形の長辺側を水平方向になるようにサイドバーナを配置し、前記サイドバーナの燃焼ノズル孔の矩形断面幅をコア部の直径の０．７倍以上とし、該燃焼ノズル孔の高さＨをコア部の直径の０．５倍以下として用いることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
サイドバーナの矩形燃焼ノズル孔の高さＨを変えることによりコアスート先端のテーパ部の長さを制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
サイドバーナの矩形の燃焼ノズル孔を、中心において左右に分離するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ母材の製造方法。
サイドバーナにおいて、可燃性ガスの層を少なくとも２層以上設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ母材の製造方法。
サイドバーナにおいて、バーナ先端に取り付けるバーナフードの先端孔形状（テーパの高さ）を換えることによって、バーナ形状を変更することなくコアスート先端のテーパ部の長さを制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。