JPS631254B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は光フアイバー用母材の製造方法、特に
は気相軸付法で作成した多孔質ガラス焼結体の工
業的に有利な透明ガラス化方法に関するものであ
る。 光フアイバー用母材の製造については四塩化け
い素（SiCl₄）で代表されるけい素化合物とガラ
ス屈折率をコントロールするためのドープ剤、例
えばGeCl₄、POCl₃、BBr₃などとを酸水素炎で燃
焼させてシリカ微粒子を発生させ、これを回転し
ている耐火性標的、例えば石英棒の下端部に吹き
つけて多孔質ガラス焼結体として順次堆積させ、
これを上部軸方向に引上げながら円柱状に成長さ
せたのち、この多孔質シリカ焼結体を高温加熱炉
の下側から導入し、焼結体の上部から順次溶解し
て透明なガラス母材とする方法が公知とされてい
る。 しかし、この多孔質シリカ焼結体はそれ自体多
量のガスを含む密度の小さいものであり、これは
密度の小さいものほど熱伝導率がわるく、しかも
強度が低く、非常にもろいものになるということ
から、これを高温加熱炉中で加熱すると、炉の構
造、熱の輻射、対流などにもとづく熱移動の非対
称によつて、このシリカ焼結体における溶解収縮
比率が変わるため、これをその上部から溶解する
場合にはそのわずかな収縮速度のずれによつても
それが非対称的に収縮して曲がり、第１図に示す
ようにこの焼結体全体が下方において傾き、集中
応力を受けた点からこれが破断するか、炉の内壁
にぶつかつて破壊するという事故が多発する。ま
た、この破断、破壊は加熱炉の内壁と焼結体間の
クリヤランスが少ない場合、この焼結体がその製
造開始時や条件変動によつて生じる生成条件の変
動などで、密度変化をもつものであつたり、その
形状が非対称的とされている場合には殆んどの場
合において起るということも知られている。その
ため、このシリカ焼結体を加熱するための昇温速
度を小さくし、例えばその表面部と内部中心部と
の温度差が10℃以下となるようにゆつくり昇温さ
せるという方法も行なわれているが、これではシ
リカ焼結体を溶解温度にまで加熱するだけで２〜
４時間が必要となるため生産効率が非常に低下し
てしまう不利がある。また、これにはシリカ焼結
体を固定炉中に静止状態に保持し、全体を昇温さ
せて溶解するという方法も報告されているが、こ
の場合には炉の加熱部がヒーターの全体のほぼ中
央部から熱せられるのでシリカ焼結体にはどうし
ても温度分布がつき、その全長にわたつて熱履歴
が変るので、例えばこの溶解と脱水処理とを同時
に行なう場合には熱の移動方向、速度が各部位で
異なることとなり、結果において内部でのドープ
剤としてのGeO₂やＰと反応剤との反応率やその
移動、脱離などが不均一となり、目的とする透明
な光フアイバー用母材がその全長にわたつて同一
脱水状態、同一の屈折率になり難いという不利が
ある。 つぎに、このシリカ焼結体の溶解による透明光
フアイバー用母材の製造に当つては、このシリカ
焼結体のシリカ堆積面が第２図に示したように下
に凸となるように堆積されているので、GeO₂や
POCl₃などでドープした屈折率分布型シリカ焼結
体を第３図に示したようにそのシリカ堆積体の上
部から溶解すると、この堆積体には各層毎に焼結
度の粗密ができているので内部のガスや移動性の
ゲルマニウム、リンなどは自由に動けず、これら
は２層間にはさまれた低密度層を通つて焼結体中
を移動するので、これがガスや屈折率の異常を示
す原因となる。そして、特に屈折率分布をもつた
シリカ焼結体の移動溶解を行なうときには、この
溶解がシリカ焼結体の中心部からも進行するの
で、堆積層間のガスが第４図に示したように中心
部からズレた位置に濃縮固定され、これによつて
同心円状に異常が発生する。 また、この気相軸付法で作つた多孔質シリカ焼
結体の密度は、その中心部と外周部とで相違する
ため、これを溶解するときにはその堆積面のＵ字
状に開いている方向から閉じるため、第５図に示
したようにその堆積面がズレることになり、これ
らの異常によつて目的とする光フアイバー用母材
から作られた光フアイバーの伝送特性、特に伝送
帯域巾を異常に劣化させるということが見出され
た。 本発明はこのような不利を解決したシリカ焼結
体からの光フアイバー用母材の製造方法に関する
もので、これは多孔質ガラス焼結体をその下部か
ら定常溶解条件に達した炉内に引き下げ、一定速
度でその全長を同一条件で順次溶解し、ガラス化
することを特徴とするものである。 これを説明すると、本発明者らは気相軸付法に
より製造した多孔質シリカ焼結体からの光フアイ
バー用母材の製造方法について種々検討の結果、
必要に応じ各種のドープ剤を含有するけい素化合
物を火焔酸化および／または加水分解して得たシ
リカ微粉子を堆積させて得た多孔質シリカ焼結体
の成長面は下向きに凸状部を形成した曲面体とな
るが、その焼結体を形成するシリカ堆積層の縦断
面はどの層も多孔質のシリカ焼結体と同様の形状
となることから、この溶解ガラス化に当つてこれ
をその末端の凸状部から順次各堆積層の中心部か
ら周辺部に向つて加熱溶解すれば上記した不利が
解決されることを見出すと共に、このシリカ焼結
体の溶解加熱を予かじめ定常溶解条件とした加熱
炉内にこの凸状部から導入し、その全長を一定の
同一条件で順次溶解すれば上記した熱の輻射、対
流などによる熱移動の非対称による不利があつて
も、シリカ焼結体の変形、破壊が起らず、気泡の
残留、屈折率の異常、堆積層のズレがなく、また
全長にわたつて均一な特性をもつ光フアイバー用
母材の得られることを確認して本発明を完成させ
た。 本発明の方法を実施するための多孔質シリカ焼
結体は、各種のけい素化合物またはドープ剤を含
有するけい素化合物を酸水素炎などで燃焼させ
て、これを回転しつつある耐火性標的としての石
英棒に吹きつけて、ここに生成したシリカ微粒子
を堆積させ、この石英棒を順次上部に引上げて棒
状のシリカ焼結体とするという、いわゆる気相軸
付法によつて作ることができる。この方法で得ら
れる多孔質シリカ焼結体は多量のガスを含有する
非晶質シリカの集合体であることから純白色のも
のであり、その形状は酸水素炎の広がりや温度分
布、標的上へのシリカの吹付け方向、原料ガスの
組成、反応率、拡散状況、シリカの焼結度などの
諸条件によつて変化するが、いづれの場合も軸中
心部での堆積量が周辺部にくらべて多く、熱量も
多いことから、中心部で密度やドープ剤濃度の高
い分布となる。しかし、このシリカ焼結体を構成
する各堆積層の形状は堆積底面と同様に下方に凸
の曲面状となり、この縦方向切断面はどの方向に
切つても下方に凸状となる。なお、このシリカ焼
結体の取得についてはその気相軸付法について説
明したが、これはそれに限定されるものではな
く、シリカを多層積層させて多孔質シリカ焼結体
を得る他のいずれの方法で作成したものであつて
もよい。 本発明の方法は上記のようにして得た下方に凸
状部をもつ多孔質シリカ焼結体をそのシリカ堆積
面が凸状を示す方向から順次溶解して、これを透
明なガラス状物とするのであるが、この加熱炉は
内熱式、外熱式のいずれでもよく、これはまた浮
遊帯域溶融法に準じた加熱コイルによる加熱方式
のものとしてもよい。さらにこの加熱溶融に当つ
ては炉内に塩素ガスを導入してシリカ焼結体中の
OH基を取り除く公知の手法を併用させてもよ
い。しかし、この加熱溶解はこの加熱炉をシリカ
焼結体を導入する前に予じめ加熱してその炉内温
度が所定の定常状態に達し、内部におけるガス
流、脱水剤なども定常状態に達するまではここに
シリカ焼結体を導入せず、これをそれが脱水反応
をしたり、その中に含まれているドープ剤などが
離脱しない温度に保つておく必要がある。本発明
の方法はこのようにして定常状態に達した加熱炉
に上記したシリカ焼結体を導入し、これをその全
長にわたつて一定の条件下で溶解してガラス化す
るのであるが、これには上記したようにシリカ焼
結体をそのシリカ堆積面が凸状を示す方向から順
次溶解しなければならない。これには第６図に示
すように、シリカ焼結体を炉上部から挿入して下
降させて、これを脱気、脱水、収縮させ、溶解さ
せればよい。このようにしてシリカ焼結体を溶解
すると、このシリカ焼結体はその下端の凸状先端
の中心から溶解をはじめ定常溶解状態ではその外
周からも同時に溶解される（第７図参照）。しか
し、この溶解が進行する方向にあるシリカ堆積面
がＵ字状に開いているため、この堆積層間には閉
じ込められていた空気や水、易動性の物質、例え
ば揮発性のGe₂Oなどのドープ剤は順次この層を
通じて外側に押し出されるが、この溶解がその内
外周がほぼ同一水平面で行なわれるので、ガスを
閉じこめることはない。また、この収縮は堆積面
のＵ字に沿つて順次行なわれるのでこれによるズ
レも発生しない。そして、この方法ではその全長
が同じ熱履歴となるように溶解されるので炉内の
不均一状態が等化され、連続体にありがちな長さ
方向での特性変化が抑えられる。したがつて、こ
れによればシリカ焼結体中に含まれていた空気な
どによる不利が除去されるほか、ドープ剤の移
動、脱離の不均一もなくすことができ、結果にお
いて目的とする光フアイバー用母材を破断、破壊
などのおそれなしに、シリカ堆積層が何の乱れも
なく正常に分布され、しかもそのドープ剤を屈折
率分布やコア径が実質的に均一なものとして容易
に取得することができる（第８図参照）。 本発明方法ではシリカ焼結体の溶解速度を従来
公知の方法にくらべて、その10〜20倍である10〜
20mm／分の速さで行なうことも可能であり、これ
はまたドープ剤を多量に含有する高NA―フアイ
バー、フラツド層を付着させたシングルモードフ
アイバー、ステツプ型分布、大口径の焼結体母材
などのガラス化にも適用することができ、これに
よればそれらの部材も均一に溶解ガラスすること
ができるし、これはまた従来その加熱溶解時にお
ける変形、破断を防止するために必要とされてい
た気相軸付法により得られるシリカ焼結体の密度
を0.15ｇ/c.c.から0.03ｇ/c.c.にまで低下させること
ができるということも確認された。 なお、本発明方法については多孔質ガラス焼結
体を炉内に引き下げる方法を示したが、これは炉
とシリカ焼結体との相対的位置関係が同一であれ
ば必ずしも引き下げ法に限定されるものではな
く、例えば水平炉に横方向に移動して炉内にシリ
カ焼結体を挿入していく方法であつてもよい。 つぎに本発明方法の実施例をあげる。 実施例 １ 四塩化けい素に最大屈折率が１％になる量の四
塩化ゲルマニウム（GeCl₄）と三塩化りん酸
（POCl₃）を添加した混合ガスを酸水素炎中で火
炎加水分解し、これを回転しつつある石英棒上に
吹きつけてシリカ微粉末を堆積し、直径65mm、長
さ300mm、平均見かけ密度が0.13±0.01ｇ/c.c.であ
る円柱状の多孔質ドープシリカ焼結体を同一条件
で５本作成した。 ついで、炉内にHeガスと0.2／分のCl₂ガス
を流して透明ガラス化と共に脱水処理を行なうよ
うにした縦型環状炉に、この５本のシリカ焼結体
をそれぞれつぎの条件で挿入して光フアイバー用
母材をつくり、これから光フアイバーをつくり、
この伝送損失を測定したところ、各試料について
つぎの第１表に示す結果が得られた。 （処理条件） 比較例 (1) 溶解速度１mm／分で炉の下部からシリカ焼結
体を導入し、上方に引上げた。 (2) 炉の加熱部にシリカ焼結体を静止させ、常温
から1600℃まで３時間かけて昇温させ、側面か
ら溶解 実施例 (3) シリカ焼結体をその下端が昇温中にやや収縮
する程度の炉加熱部の上部の位置に保ち、炉内
が定常状態になつてからこれを炉内に定速で引
下げて溶解 (4) シリカ焼結体をその下端が昇温中も全く収縮
が起らない程度にまで炉上部に保ち、炉内が定
常状態になつてから、これを炉内に定速で引下
げて溶解 (5) 上記(4)における引下げ速度を早くして溶解 以上の方法により、屈折率分布に異常のない光
フアイバー用母材が得られた。 （実験結果）

【表】 ＊ 第９図（従来法）、第１０図（本発明方法）の写
真参照
実施例 ２ 前例と同一条件で作成した６本の多孔質ドープ
シリカ焼結体をHeガスを流した縦型加熱炉内で
このシリカ焼結体の内部温度が1650℃になるよう
にしたリングヒーターを用いて溶解することと
し、この場合の溶解を炉の下側からシリカ焼結体
を導入し、溶解しながら上方向に引上げる従来法
と、これを炉の上部から挿入し、シリカ焼結体の
凸状をした底部から先に溶解するようにしてこれ
を下方に引下げるという本発明の方法によつて、
このガラス化を行なわせたところ、その方向、移
動速度によつて第２表に示したとおりの結果が得
られた。

【表】

【表】 実施例 ３ 実施例１と同じ方法で直径70mmφ、長さ350mm、
平均密度0.09±0.1ｇ/c.c.のドープされた多孔質シ
リカ焼結体２本を作り、これを前例におけるNo.６
の引上げ法（ただし、No.６は変形が激しいのでス
タート時はNo.７の条件で行ない、安定してからNo.
６の方法を適用）およびNo.８の引下げ法で溶解し
てガラス化したのち、紡糸してフアイバーとし、
これらについての伝送特性を、0.84μmの測定波
長によつてその伝送帯域巾を周波数掃引法で比較
したところ、第３表に示すとおりの結果が得られ
た。 すなわち、ガラスフアイバーの伝送特性はその
内部イレギユラーの程度に影響されるのである
が、本発明の方法（No.８）で溶解ガラス化したも
のから作つたフアイバーは内部イレギユラーが少
なく、比較例としたNo.６による方法でガラス化
し、フアイバーとしたものにくらべてすぐれた伝
送特性を示した。

【表】 実施例 ４ 四塩化けい素ガスを原料として気相軸付法で直
径65φ、長さ200mm、平均見かけ密度0.04ｇ/c.c.の
低密度シリカ焼結体を作り、これを1650℃の温度
で引上げ法により溶解したところ、変形して正常
なガラスを得ることができなかつたが、このシリ
カ焼結体を引下げ法で溶解させたところ、20mm／
分の高速でも変形が起らず、透明な光フアイバー
用母材を得ることができ、この温度を1750℃まで
昇温して上記の引下げ法を適用した場合には50
mm／分の速度でのガラス化が可能であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法によるシリカ焼結体の破断状を
示す縦断面略図、第２図はシリカ焼結体の堆積状
態を示す縦断面略図、第３図は従来法によるシリ
カ焼結体形成およびその溶解による光フアイバー
母材の製法を示す縦断面略図、第４図は従来法に
よるシリカ焼結体中の溶解時におけるガスやドー
プ剤の移動状況を示す縦断面略図、第５図はその
結果として得られた光フアイバー母材中のシリカ
堆積層の乱れを示す縦断面略図、第６図、第７図
および第８図は本発明によるシリカ焼結体の溶解
方法、溶解状態および光フアイバー母材における
シリカ堆積層の状態を示す縦断面略図、第９図は
従来法で作つた光フアイバー母材の縦断面の顕微
鏡写真、第１０図は本発明方法で得られた光フア
イバー母材の縦断面の顕微鏡写真を示したもので
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ けい素化合物またはドープ剤を含むけい素化
   合物を火焔酸化および／または加水分解してシリ
   カ微粒子からなる多孔質ガラス焼結体を作り、こ
   れを高熱加熱炉で透明ガラス化する光フアイバー
   用母材の製造方法において、多孔質ガラス焼結体
   をその下部から定常溶解条件に達した炉内に引き
   下げ、一定速度でその全長を同一条件で順次溶解
   し、ガラス化することを特徴とする光フアイバー
   用母材の製造方法。