JPH082935A - 光ファイバ用多孔質母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、優れた機械的強度を有し、しかも高
品質である光ファイバを得ることができる光ファイバ用
多孔質母材を製造する方法を提供することを目的とす
る。 【構成】シリカ系粉末に下記式（Ｉ）を満足する粒径を
有する微粒子を加えて成形材料を得る工程と、前記成形
材料を粉末成形法により成形して多孔質母材を得る工程
とを具備することを特徴とする光ファイバ用多孔質母材
の製造方法。 ｄ≦｛（２／√３）−１｝・Ｄ …
（Ｉ） （ｄ：微粒子の粒径、Ｄ：シリカ系粉末の粒径）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信・光学の分野で用
いられる光ファイバを作製するための光ファイバ用多孔
質母材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを作製するための光ファイバ
用母材の製造において、近年粉末成形法を用いることが
試みられており、粉末成形法を用いた光ファイバ用母材
の製造方法としては、特開平４−１２４０４２号公報等
において開示されている押出成形法、特開平４−１２４
０４３号公報等において開示されている加圧成形法、特
開昭６４−５６３３１号公報等において開示されている
鋳込成形法、特開昭６０−２１０５３９号公報等におい
て開示されているＭＳＰ法、特開昭６３−１９５１３６
号公報等において開示されている遠心分離法、特開昭５
８−２６０４８号公報等において開示されているダブル
プロセス法等が挙げられる。

【０００３】また、上記粉末成形法を用いて光ファイバ
母材を製造する際には、原料として使用するシリカ系粉
末の粒径が０．６〜２０μｍであることが好ましいこと
が特開平５−２０８８３９号公報において開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平５−２０８８３
９号公報においては、シリカ系粉末の粒径が小さくなり
過ぎると、得られる多孔質母材の気孔径が小さくなり、
後工程の精製工程において精製ガス、例えば塩素ガス
や、塩素ガスと不純物とが反応して得られる塩化物ガス
の拡散が困難となり、多孔質母材の精製効果が低下す
る。また、シリカ系粉末の粒径が大きくなり過ぎると、
脱脂工程において多孔質母材からバインダーを除去した
後の多孔質母材の機械的強度が低下し、多孔質母材の保
形性が低下し、破損し易くなる。

【０００５】すなわち、最終製品である光ファイバの品
質を重視する上では、できるだけ大きい粒径を有するシ
リカ系粉末を使用することが望ましいが、その場合に
は、いかに光ファイバ用多孔質母材の機械的強度を向上
させるかが問題となる。

【０００６】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、優れた機械的強度を有し、しかも高品質な光ファ
イバを得ることができる光ファイバ用多孔質母材を製造
する方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、比較的大
きな粒径を有するシリカ系粉末同士の相互作用を活発に
させる観点から研究を行い、シリカ系粉末にシリカ系微
粒子を添加することにより、シリカ系粉末同士の単位体
積当たりの接点が増加して多孔質母材の機械的強度が向
上することを見出だして本発明をするに至った。

【０００８】すなわち、本発明は、シリカ系粉末に下記
式（Ｉ）を満足する粒径を有する微粒子を加えて成形材
料を得る工程と、前記成形材料を粉末成形法により成形
して多孔質母材を得る工程とを具備することを特徴とす
る光ファイバ用多孔質母材の製造方法を提供する。

【０００９】 ｄ≦｛（２／√３）−１｝・Ｄ …（Ｉ） （ｄ：微粒子の粒径、Ｄ：シリカ系粉末の粒径） ここで、本発明におけるシリカ系粉末としては、火炎加
水分解法、ゾルゲル法、気相合成法等により得られた粉
末を用いることができる。また、本発明における微粒子
としては、前述した方法により得られたシリカ系粉末の
うちで高純度のものを使用することが好ましい。このよ
うなものとして、純シリカ微粒子、Ｇｅ，Ｐ，Ｔｉ等の
屈折率制御用元素、あるいはＥｒ等の機能性付与用元素
を含むシリカ微粒子、または前記元素の酸化物微粒子を
用いることができる。

【００１０】本発明は、噴霧乾燥した造粒粉末を成形型
に充填して加圧成形する、例えば特開平４−１２４０４
３号公報等において開示されている加圧成形法や、特開
昭６０−２１０５３９号公報等において開示されている
ＭＳＰ法を粉末成形法として採用することが好ましい。
また、本発明は、特開平４−１２４０４２号公報等にお
いて開示されている押出成形法や、特開昭６４−５６３
３１号公報等において開示されている鋳込成形法にも採
用することができる。

【００１１】本発明において、シリカ系粉末に加える微
粒子の粒径は、式ｄ≦｛（２／√３）−１｝・Ｄ（ｄ：
微粒子の粒径、Ｄ：シリカ系粉末の粒径）を満足するよ
うに設定する。これは、微粒子の粒径がシリカ系粉末の
粒径に対して大きすぎると、すなわちｄ＞｛（２／√
３）−１｝・Ｄとなると、微粒子とシリカ系粉末の大き
さに差がなくなるので、微粒子がシリカ系粉末同士が形
成する間隙に入り込むことができず、シリカ系粉末同士
の接点数の増加に寄与しなくなるからである。例えば、
シリカ系粉末の粒径が１０μｍである場合には、微粒子
の粒径は上式より１．５μｍ以下に設定する必要があ
る。なお、微粒子がシリカ系粉末の接点付近、いわゆる
ネック部分に付着するためには、微粒子の粒径を上式か
ら求められる粒径よりも充分に小さくする必要がある。
また、本発明においてシリカ系粉末および微粒子の粒径
とは、シリカ系粉末および微粒子の平均粒径であり、一
般的に用いられている体積５０％粒径を指す。

【００１２】本発明においては、微粒子の添加量も得ら
れる多孔質母材の機械的強度に影響を与える。微粒子の
添加量の下限は、多孔質母材の機械的強度が維持できる
値であり、上限はシリカ系粉末同士の接点数増加に寄与
しない余分な微粒子が凝集を起こして多孔質母材が不均
質にならない値である。これは、多孔質母材が不均質で
あると、後工程である脱脂工程、精製工程、透明ガラス
化工程等において熱処理中に多孔質母材にクラックや反
りが生じてしまうからである。

【００１３】このように、微粒子の添加量には最適値が
存在するが、使用するシリカ系粉末の粒径によって変化
する。すなわち、使用するシリカ系粉末の粒径が大きい
場合には、多孔質母材の機械的強度を維持するために必
要となる微粒子の添加量は増加する。粒径が４〜２０μ
ｍであるいくつかのシリカ系粉末に関し、式（Ｉ）を満
足する粒径を有する微粒子の中で特に効果が顕著だった
粒径０．０４〜０．６μｍの微粒子について添加量の最
適範囲を調べたところ図１のような結果を得た。図１中
の２本の実線で挟まれた斜線の領域が微粒子の最適添加
量を示す領域である。図１によれば、例えば、粒径１０
μｍのシリカ系粉末を使用する場合には、０．５〜１重
量％で微粒子を添加することが好ましく、粒径１５μｍ
のシリカ系粉末を使用する場合には、１〜２重量％で微
粒子を添加することが好ましい。なお、粒径５μｍ以下
のシリカ系粉末については、粒径が充分に小さいために
微粒子の添加を必要としなかった。

【００１４】本発明において、シリカ系粉末にシリカ系
微粒子を加える方法としては、シリカ系微粒子がシリカ
系粉末中に均一に分散して均質になるように、シリカ系
粉末およびシリカ系微粒子を純水等の分散媒に分散させ
てスラリーとし、そのスラリーを撹拌する方法が最も好
ましい。また、この方法によれば、撹拌後のスラリーの
乾燥に噴霧乾燥を用いることができるので、分散媒の乾
燥を短時間で行うことが可能であり、シリカ系粉末中の
シリカ系微粒子が乾燥の際に偏析を起こすことを防止で
きる。

【００１５】本発明の方法は、ＰＣＳ（Polymer Clad S
ilica ）ファイバ用多孔質母材、イメージガイド用多孔
質母材、ロッドレンズ用多孔質母材等の棒状多孔質体、
特開平４−１２４０４３号公報等に示されているような
コアロッドの周囲にシリカ系粉末を成形してなるハイブ
リッド型多孔質母材、コアおよびクラッドをすべてを粉
末成形法で作製した多孔質母材等に適用することができ
る。

【００１６】

【作用】本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法
は、シリカ系粉末に式ｄ≦｛（２／√３）−１｝・Ｄ
（ｄ：微粒子の粒径、Ｄ：シリカ系粉末の粒径）を満足
する粒径を有する微粒子を加えて成形材料を粉末成形法
により成形して多孔質母材を得ることを特徴としてい
る。

【００１７】通常、比較的粒径の大きなシリカ系粉末を
使用した場合、より小さなシリカ系粉末を使用した場合
よりも単位体積当たりのシリカ系粉末同士の接点数が少
なくなり、シリカ系粉末同士の相互作用が小さく、得ら
れる多孔質母材の機械的強度が低下する。しかしなが
ら、上式を満足する微粒子をシリカ系粉末の所定の添加
量で加えることにより、微粒子がシリカ系粉末同士の形
成する間隙に入り込み、シリカ系粉末同士の接点数が増
加する。特に、シリカ系粉末の粒径に対して充分に小さ
い粒径を有する微粒子は、シリカ系粉末同士が接触した
際に形成されるネック部分近傍に付着する。これによ
り、シリカ系粉末同士の相互作用、すなわちシリカ系粉
末同士の絡み合い、これに基づく凝集力、粉末の接触面
に残留した水分に起因する表面張力あるいは毛細管力が
増大する。その結果、得られる多孔質母材の機械的強度
が向上する。

【００１８】特に、本発明の方法は、アルカリ性溶液中
に原料粉末を分散させ、沈降速度の差で原料粉末に含ま
れる不純物流しを除去する特願平５−２８４７１４号に
示された方法で処理された原料粉末に対して有効であ
る。特願平５−２８４７１４号に示された方法による
と、不純物粒子を除去する際に原料粉末のうち小さい粒
径のものが不純物粒子と共に除去されてしまい、粉末同
士の接点数が減少してしまうが、本発明の方法を適用す
ることにより、粉末に添加された微粒子が粉末同士の接
点数を増加させることができる。

【００１９】また、最近高純度の粉末が得られることで
注目されているゾルゲル法で合成された粉末は、その合
成上の特徴から粒径分布が非常に狭い。このような粉末
では本発明における微粒子の役割を果たす粒径の小さい
粒子を含んでいないので、本発明の方法を適用して微粒
子により粉末同士の接点数を増加させることは有効であ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。 （実施例１）気相合成法で製造された粒径１５μｍのシ
リカ粉末９８重量部、添加する微粒子として気相合成法
で製造された粒径０．２μｍのシリカ微粒子２重量部、
溶媒として純水６７重量部、バインダーとしてポリビニ
ルアルコール１．６重量部、およびグリセリン１．２重
量部を混合・撹拌してスラリーを作製し、このスラリー
をスプレードライ法により造粒して平均粒径約１００μ
ｍの造粒粉末を得た。なお、添加した微粒子の粒径は、
式（Ｉ）を満足するものである。

【００２１】次いで、この造粒粉末を内径約７０mmのゴ
ム型に充填し、このゴム型を９８ＭＰａの静水圧で加圧
して、外径約５８mm、長さ約３００mmの多孔質母材を作
製した。

【００２２】次いで、この多孔質母材に大気中において
５００℃で５時間加熱して脱脂し、その後、常法にした
がってＨｅガスおよびＣｌ₂ ガス雰囲気中において１２
００℃で脱水し、最後に常法にしたがってＨｅガス雰囲
気中において１６００℃で透明ガラス化してＰＣＳ光フ
ァイバ用母材を得た。このようにしてＰＣＳ光ファイバ
用母材を２０本作製した。

【００２３】本実施例の多孔質母材は、シリカ微粒子が
シリカ粉末同士で形成する間隙に入り込み、シリカ粉末
同士の接点数を増加させ、これにより優れた機械的強度
を有するので、２０本すべて破損等の問題なくＰＣＳ光
ファイバ用母材を作製することができた。また、得られ
たＰＣＳ光ファイバ用母材を線引きしてコア径２００μ
ｍ、クラッド径２３０μｍの光ファイバを作製したとこ
ろ、この光ファイバの特性は従来のものと同等であっ
た。 （比較例１）粒径０．２μｍのシリカ微粒子を添加する
代わりに、式（Ｉ）を満足しない粒径である粒径３μｍ
の微粒子を添加すること以外は実施例１と同様にして造
粒粉末を得て、これを用いて多孔質母材を２０本作製し
た。

【００２４】この多孔質母材を用いて実施例１と同様に
してＰＣＳ光ファイバ用母材を作製したところ、多孔質
母材の機械的強度が低いために、脱脂工程から透明ガラ
ス化工程に移すハンドリングの際にすべて破損した。 （比較例２）粒径０．２μｍのシリカ微粒子を２重量部
添加する代わりに、粒径０．２μｍのシリカ微粒子を１
重量部未満で添加すること以外は実施例１と同様にして
造粒粉末を得て、これを用いて多孔質母材を２０本作製
した。

【００２５】この多孔質母材を用いて実施例１と同様に
してＰＣＳ光ファイバ用母材を作製したところ、多孔質
母材の機械的強度が低いために、脱脂工程から透明ガラ
ス化工程に移すハンドリングの際にすべて破損した。 （比較例３）粒径０．２μｍのシリカ微粒子を２重量部
添加する代わりに、粒径０．２μｍのシリカ微粒子を２
重量部を越える添加量で添加すること以外は実施例１と
同様にして造粒粉末を得て、これを用いて多孔質母材を
２０本作製した。

【００２６】この多孔質母材を用いて実施例１と同様に
してＰＣＳ光ファイバ用母材を作製したところ、すべて
透明ガラス化工程後に多数の気泡が発生してしまい、Ｐ
ＣＳ光ファイバ用母材として使用できなかった。 （実施例２）気相合成法で製造された粒径１０μｍのシ
リカ粉末９９重量部、添加する微粒子として気相合成法
で製造された粒径０．０４μｍのシリカ微粒子１重量
部、溶媒として純水６７重量部、バインダーとしてポリ
ビニルアルコール１．６重量部、およびグリセリン１．
２重量部を混合・撹拌してスラリーを作製し、このスラ
リーをスプレードライ法により造粒して平均粒径約１０
０μｍの造粒粉末を得た。なお、添加した微粒子の粒径
は、式（Ｉ）を満足するものである。

【００２７】一方、ＶＡＤ法によりコア／クラッド比が
１／３であり、屈折率比△＝０．３％であり、外径８．
５mm、長さ約３００mmである石英ガラス製ロッドを作製
した。次いで、このロッドの一方の端部に外径が約２３
mm、長さ３０mmの石英ガラス製ダミー用ロッドを、他方
の端部に外径２５mm、長さ１２０mmの石英ガラス製支持
用ロッドをそれぞれ溶接してコアロッドを作製した。

【００２８】次いで、このコアロッドを外径７０mmのゴ
ム型のキャビティー中央に位置合わせして機械的に配置
し、キャビティー内に前記造粒粉末を充填した。次い
で、このゴム型を９８ＭＰａの静水圧で加圧して、外径
約５６mm、長さ約３００mmの多孔質母材を作製した。

【００２９】次いで、この多孔質母材に大気中において
５００℃で５時間加熱して脱脂し、その後、常法にした
がってＨｅガスおよびＣｌ₂ ガス雰囲気中において１２
００℃で脱水し、最後に常法にしたがってＨｅガス雰囲
気中において１６００℃で透明ガラス化してシングルモ
ード光ファイバ用母材を得た。このようにしてシングル
モード光ファイバ用母材を２０本作製した。

【００３０】本実施例の多孔質母材は、シリカ微粒子が
シリカ粉末同士で形成する間隙に入り込み、シリカ粉末
同士の接点数を増加させ、これにより優れた機械的強度
を有するので、２０本すべて破損等の問題なくシングル
モード光ファイバ用母材を作製することができた。ま
た、得られたシングルモード光ファイバ用母材を線引き
して外径１２５μｍの光ファイバを作製したところ、こ
の光ファイバの特性は従来のものと同等であった。 （比較例４）粒径０．０４μｍのシリカ微粒子を添加す
る代わりに、式（Ｉ）を満足しない粒径である粒径３μ
ｍの微粒子を添加すること以外は実施例２と同様にして
造粒粉末を得て、これを用いて多孔質母材を２０本作製
した。

【００３１】この多孔質母材を用いて実施例２と同様に
してシングルモード光ファイバ用母材を作製したとこ
ろ、多孔質母材の機械的強度が低いために、脱脂工程か
ら透明ガラス化工程に移すハンドリングの際に１０本が
破損した。 （比較例５）粒径０．０４μｍのシリカ微粒子を１重量
部添加する代わりに、粒径０．０４μｍのシリカ微粒子
を０．５重量部未満で添加すること以外は実施例２と同
様にして造粒粉末を得て、これを用いて多孔質母材を２
０本作製した。

【００３２】この多孔質母材を用いて実施例２と同様に
してシングルモード光ファイバ用母材を作製したとこ
ろ、多孔質母材の機械的強度が低いために、脱脂工程か
ら透明ガラス化工程に移すハンドリングの際に５本が破
損した。また、透明ガラス化工程後に３本にクラックが
発生した。 （比較例６）粒径０．０４μｍのシリカ微粒子を１重量
部添加する代わりに、粒径０．０４μｍのシリカ微粒子
を１重量部を越える添加量で添加すること以外は実施例
２と同様にして造粒粉末を得て、これを用いて多孔質母
材を２０本作製した。

【００３３】この多孔質母材を用いて実施例２と同様に
してシングルモード光ファイバ用母材を作製したとこ
ろ、すべて透明ガラス化工程後に多数の気泡が発生して
しまい、シングルモード光ファイバ用母材として使用で
きなかった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した如く本発明の光ファイバ用
多孔質母材の製造方法は、シリカ系粉末に式ｄ≦｛（２
／√３）−１｝・Ｄ（ｄ：微粒子の粒径、Ｄ：シリカ系
粉末の粒径）を満足する粒径を有する微粒子を加えて成
形材料を粉末成形法により成形して多孔質母材を得るの
で、優れた機械的強度を有し、しかも高品質である光フ
ァイバ用多孔質母材を得ることができる方法である。こ
れにより、光ファイバの製造の歩留りを向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリカ系粉末に添加するシリカ系微粒子の添加
量の最適範囲を説明するためのグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 継男 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 吉田 和昭 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリカ系粉末に下記式（Ｉ）を満足する粒
   径を有する微粒子を加えて成形材料を得る工程と、 前記成形材料を粉末成形法により成形して多孔質母材を
   得る工程と、を具備することを特徴とする光ファイバ用
   多孔質母材の製造方法。 ｄ≦｛（２／√３）−１｝・Ｄ …（Ｉ） （ｄ：微粒子の粒径、Ｄ：シリカ系粉末の粒径）