JPS6168340A - 光フアイバ用ガラス母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラス原料を加水分解反応してガラス微粒子を
合成することによる光ファイバ用ガラス母材の製造方法
に関し、特に光伝送損失の少ない光ファイバの製造に適
する。

〔従来の技術〕

従来光ファイバ用ガラス母材を製造する方法の１つとし
て、ａｘｃｔ４等のガラス原料を火炎中に投入し、加水
分解反応によシガヲス微粒子を合成し、該ガラス微粒子
を出発材すなわちマンドレル上かあるいはガラス棒先端
に堆積させて、その後加熱透明化する光ファイバ用母材
の製造方法が広く行われてお夛、火炎としては主に酸水
素炎が用いられてきた。

ところで近時、酸水素炎にかえて火炎用燃料として炭化
水素系ガスを用いることが検討されている。炭化水素系
ガスは一般に単位体積当シの燃焼熱が水素ガスに比べて
大きい。例えば、メタンガスは２１２　ＫＣＪ＆Ｌ／ｎ
ｏ　１．アセチレンガスは３１０Ｋｃａｔ／ｍｏｌの燃
焼熱をもつのに対して水素ガスは６８Ｋｃａ／、／ｍｏ
ｌである。この為、ガラス微粒子を堆積させる際に、被
堆積体となる多孔質ガラス体の表面温度を高くすること
が容易となるので多孔質ガラス体のカサ密度を大きくと
り、割れにくい多孔質ガラス体を、作成し易いという利
点がちる。

ところで拡散係数の大きいＨ３を燃料用ガスとし、多重
管バーナーを用いてガラス微粒子を合成する際には、多
重管バーナーとしては、例えば第４図に示すような簡単
な断面構造（中′心部よυ１〜４層の同心多重管を例示
してちる）を持つものを利用できる。

第４図において、１にはガラス原料、２には山、３には
不活性ガス、４には０．ガスを流す部分を示す。３に流
す不活性ガスはバーナー出口近傍での燃焼反厄によりバ
ーナー先端が加熱され消耗することを防ぐ為に必要でお
る。また生成したガラス微粒子流はできるだけ細く集束
されたものにし、ガラス微粒子流が所望の堆積面上に確
実に当シ、効率的にガラス微粒子が堆積させるようにす
ることが望ましい。そのため、ガラス原料流を火炎の中
央部に配置できるよう、ガラス原料をバーナーの中心ボ
ート１に流す。さらに、拡散係数の小さい０３を最外Ｍ
４に配置し、火炎を集束させることにより、ガラス原料
の集束度を高める効果を与えている。拡散係数の大きい
五愈を用いる場合には、−このような簡単な構造のバー
ナーを用いても十分Ｈ１が不活性ガス中を拡散し０．と
すみやかに反応するわけである。

しかしながら、第４図に示したような単純な構造のバー
ナーにおいて、’１２の代りに分子量が大きく拡散係数
の小さい炭化水素ガスを燃料用ガスとして用いる際には
以下のような不具合が生じる。

すなわち、第４図に示した酸水素炎用の４重管バーナー
の水素ガス用ボート２に炭化水素ガスを流すと、よシ外
側のボート４から噴出させる酸素ガスとの反応が進まず
、バーナー先端から長く、炭素を含む火炎が形成される
。この様な火炎を用いて、ガラス微粒子を堆積させると
、多孔質ガラス体に炭素微粒子が混入し、伝送特性を劣
化させる。

かかる炭素混入を避けるために、バーナーから多孔質ガ
ラス体までの間隔を大きくとり、酸素ガスとの混合を進
める方法があるが、この方法では多孔質ガラス体をバー
ナーから遠ざけるに従い、火炎の先端部のみで多孔質ガ
ラス体を加熱することになシ、堆積領域の温度を高く維
持することができない。このため、通常４重管バーナ一
様のガスの流し方では、カサ密度を高くすることで割れ
にくい多孔質ガラス体を作成することが難かしく、炭素
混入がなく、かつ、安定な多孔質ガラス体を得ることは
困難であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の知見に鑑み、その問題点を解消すべ〈
従来法に改良を加え、炭化水素ガスを燃料ガスとして用
いる方式において、炭素微粒子の析出を抑えかつ高いカ
サ密度を有して割れにくい多孔質ガラス体を合成し、ひ
いては伝送損失の優れた光ファイバを安定に製造する方
法を提供することを目的としてなされたものである。

〔問題点を解決する手段〕

上記の目的を達成する手段として、本発明は多重管バー
ナを用いて火炎を形成し１．該火炎中にガラス合成用原
料を導入して、ガラス微粉体を合成し、出発材上に堆積
させた後、該堆積体を加熱透明化する工程を含む光ファ
イバ用ガラス母材の製造方法において、該火炎用燃料と
して炭化水素系ガスを用い、多重管から流すガス配置と
して、該炭化水素ガスの゛両隣りにシールガスを配置し
、かつ、さらにその両隣りに酸素ガスを配置せしめるこ
とを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法を提
供するものである。

本発明の特に好ましい実施態様としては、上記シールガ
スとしてアルゴンガス、窒素ガスまたはヘリウムガスを
含むガスを用いる上記の方法が挙げられ、またさらなる
好ましい実施態様としては該炭化水素系ガスとして、メ
タンガスまたはアセチレンガスを主成分とするガスを用
いる上記の方法が挙げられる。

本発明は基本的には、ガラス原料の加水分解反応に供す
る火炎の燃料を炭化水素系ガスとした時に、その燃料を
酸素ガスが挾み込むように、多重管バーナのボートのガ
ス配置を施こして、堆積中の多孔質ガラス体と炭化水素
系ガスの流れの間に酸素ガスを挿入し、不完全燃焼によ
シ生成した炭素微粒子がこの酸素ガス流中で完全に燃焼
し、多好質ガラス体に到達しないようにする多重管バー
ナのボートのガス配置を特徴とする方法である。

本発明の方法においては、多重管の中心ボートはガラス
原料用で、キャリアガスとしては例えばアルゴンガス、
ヘリウムガス、窒素ガス。

酸素ガス等あるいはこれらの混合ガスを用いる。

また、必要に応じ水素ガスあるいはキャリアガスとして
挙げたガスを原料ボートから流してもよい、ガラス原料
ボートは必ずしも１ボートに限らず必要に応じ、例えば
原料組成を変えて複数のボートから流してもよい、ガラ
ス原料ボートの外側には、火炎用ガスボートを配置する
。

火炎用ガスポートは、内側から外側へと酸素ガス、シー
ルガスｅ　炭化水素系カス、　シール−ｔｊ、ｘ、。

酸素ガスの順に構成され、シールガスとしては、アルゴ
ンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスや窒素ガスあるい
はこれらの混合ガスが用いられる。また必要に応じて更
に上記の順にガスボートを追加してもよい。

本発明に用いる炭化水素系ガスとしては例えばメタン、
エタン、プロパン、ブタン、エチレン、アセチレン等が
挙げられる。

第１図は本発明の最も簡単な実施態様例を示すもので、
同心円筒の６重管バーナーを用いる場合を説明する図で
ある。中心ボート５は上記の如くガラス原料、キャリア
ガスあるいは必要に応じ水素ガスを流す。第２ボート６
及びＥ６ボート１０には酸素ガスを、第３ボート７及び
第５ボート９にはシールガスを、そして第４ボート８に
は炭化水素系ガスを流す、つまり第２ボート以下は酸素
ガス、シールガス、炭化水素系ガス、シールガス、酸素
ガスの順である。

本発明において使用する多重管バーナは同心円筒形に限
らず、テーパ形状を持つもの、また、矩形、あるいは非
軸対称であって良く、ガラス原料ボートを囲むように火
炎構成用ガスのボートが配置されているものであればよ
い。

本発明方法による製造工程は、本発明が本質的に炭化水
素系ガスを燃焼ガスとして用いて、ガラス微粒子を堆積
させる工程のガスの流し方に特徴を有するものであるの
で、堆積工程以後ファイバとするまでの工程はいかなる
方法によってもよい。

〔実施例〕

以下実施例および比較例をあげて本発明の詳細な説明す
る。

実施例１ Ｍ１図に示す６重管バーナを用いて、第２ポートから酸
素ガス５々９．第３ボートからアルゴンガス４ｔ／分、
第４ボートからメタンガスを主成分とする天然ガスｓ　
ｔ／分、第５ボートから窒素ガスＳ　ｔ／分、第６ボー
トから酸素ガス１０ｔ／分、をそれぞれ流して火炎を形
成し、中心ボートからアルゴンガスをキャリアガスとし
て１６砂流して、４塩化ケイ素α３６ｔ／分を投入した
。

火炎の根本をガラス棒で探って、炭素微粒子の付着が認
められないことを確認した。

出発材は、外径＆５鱈の純シリカガラス棒を口伝させ、
火炎をこの上で往復させて、ガラス微粒子を堆積させた
。多孔質ガラス体のカサ密度の径方向の変動を抑えるた
めに、キャリアガスは、該多孔質ガラス体の外径に応じ
て、徐々にα４　ｔ／分　まで下げた。多孔質ガラス体
の外径が８０ＩＩＩＩ＋になるまで堆積を行なったが、
炭素微粒子の混入は認められなかった。該出発材と該多
孔質ガラス体の複合構造体をヘリウムガス５ｔ／分、塩
素ガスＱ、０５ｔ／分、６フツ化硫黄ガス１１．２ｔ／
分、の雰囲気中、温度１３００℃、下降速度５露／分の
条件にて脱水及び弗素のドーピングを行った。次に、ヘ
リウムガス１０ｔ／分の雰囲気中、温１１６ｓｏ℃、下
降速度３７ｍＩｎの条件にて透明ガラス化を行った。更
に、該透明ガラス体を延伸して、外径？ｆｌとし、第１
回目と同条件で外径が７０ｍｍとなるまでガラス微粒子
を堆積させた後、脱水及び弗素のドーピングと透明ガラ
ス化を、上と同じ条件で行った。

以上の工程によシ、第２図に示すような屈折率構造をも
つ光ファイバ中間体が得られた。この光ファイバ中間体
の比屈折率差１１は０．３　Ｘ。

コア径１２とクラツド径１３の比は９倍であった。

これに更にジャケット用石英ガラス管を被せた後、線引
して第３図に示すような屈折率構造のファイバ外径１４
が１２５μｍ、クラツド径１５が６５ｐｍ、コア径１６
が７ｐｍ、の光ファイバが得られた。この光ファイバの
伝送特性は波長１．３ｐｍ　において損失１４Ｂ／に＠
以下で、シングルモードファイバとして良好なものでお
った。

比較例１ 第４図に示した様な４重管バーナーを用いて、中心ボー
ト１からは４塩化ケイ素をα３６ｔ／分おヨヒキャリャ
ガスとしてアルゴンガｘを１６１７分、第２ボート２か
らはメタンが主成分の天然ガスを２．１ｔ／分、第５ポ
ート３からはアルゴンガスを１．３々扮、第４ボート４
からは酸素ガスを１５ｔ／分、それぞれ流して、外径６
−の純シリカガラス棒上に火炎を往復させて、ガラス微
粒子を堆積させたとζろ、外径が２０．になった頃から
多孔質ガラス化が灰色みを帯び、炭素微粒子混入が認め
られた。

上の方法でキャリアガスを酸素ＩＩＬ６ｔ／分とし、他
は同条件で行ったとζろ、外径５０−になった頃から炭
素微粒子混入が認められた。

更に酸素キャリアのｔま、バーナを５αだけ遠ざけて多
孔質ガラス体の外径が７０鱈になるまで火炎の炭素を含
有する部分が多孔質ガラス体に到達しないようにしたと
ころ、外径５〇−に成長したところで多孔質ガラス体は
破裂した。

このガラス体のカサ密度を測定したところ、α２１／ｄ
　　以下であった。

実施例２ 第１図に示す６重管バーナを用いて、第２ないし第６ボ
ートに酸素ガス７ｔ／分、アルゴンガス３１７分、アセ
チレンガス７Ｌ／分、窒素ガス２、２１７分、酸素ガス
１２ｔ／分をこの順に流して火炎を形成し、中心ポート
から酸素ガス１７々勿とともに４塩化ケイ素蒸気α４２
ｔ／分を投入した。このように形成した火炎を回転する
外径８ｍφの純シリカガラス棒上で往復させて、ガラス
微粒子を堆積させた。このようにして、外径？Ｏ■の多
孔質ガラスとガラス棒の複合構造体を得たが、炭素微粒
子の混入は認められなかった。

該複合構造体をヘリウムガス５ｔ／分、塩素ガスα０５
ｔ／’分、６７フ化硫黄ガスα２ｔ／分の雰囲気中、温
度１３００℃、下降速度３帽勢の条件にて脱水及び弗素
のドーピングを行った。次にヘリウムガス１０ｔ／分の
雰囲気中、温度１６５０℃。

下降速度５岬傍の条件にて透明ガラス化させた。

更に該透明ガラス体を外径１０■に延伸し、第１回目と
同条件で外径が４０ｍとなるまで堆積を行った上、第１
回目と同じ条件で脱水及び弗素ドーピングと透明ガラス
化を行った。

以上の工程によシ得られた光ファイバ中間体は屈折率構
造が第２図に示すような、比屈折率差１１がα３Ｘ、コ
ア径１２とクラツド径１３の比が１０倍のものであった
。これに更に、ジャケット用石英ガラス管を被せた後、
線引して、第５図に示すような屈折率構造の、ファイバ
外径１４が１２５μｍ、クラツド径１５が７０μｍ。

コア径１６が７μｍ、の光ファイバが得られた。

この光ファイバの伝送特性は波長ｔ３μｍ　において損
失１ｄＢ／＆ｊｌ以下で、シングルモードファイバとし
て良好なものであった。

比較例２ 第４図に示した様な４重管の中心ボート１から酸素ガス
のみ［ｌＬ７々扮、第２ボート２ないし第４ボート４か
らはアセチレンガスＩＯ１／分、アルゴンガスｔ２Ｌ／
分、酸素ガス１７ｔ／分をこの順に夫々流して、火炎を
形成させた。この火炎内の炭素微粒子の付着の様子をみ
るために、石英棒を火炎中に挿入し観察したととる、多
孔質ガラス体が外径約５０ｍに成長した時点よシ以後に
触れると予想される火炎部位で炭素微粒子の顕しい付着
がみられた。

更に、中心ボート１と第４ボート４の酸素ガス流量を夫
々ｔ５ｔ／分、１９１／分とすることで炭素微粒子の生
成を抑制し、バーナを２ｃｍだけ遠ざけた後、５ＩＣｔ
４　を中心ボート１からＩＩＬ４２Ｌ／分を上記酸素と
ともに投入し、外径６１ＩＩＩの石英棒を回転させ、火
炎をこの上で往復させて堆積を行ったところ、外径が７
０鱈に成長した時点よシ、ガラス多孔質体の表面に炭素
微粒子が認められ、外径８０ｍで亀裂が発生した。この
ガラス多孔質体を解体して内部を観察したところ、外径
約４０−以上の部分で炭素微粒子の混入が認められた。

〔発明の効果〕

以上の説明および実施例からも明らかな如く本発明方法
は、ガラス原料を炭化水素系ガスを燃料とする火炎中に
投入して、火炎加水分解してガラス微粒子を合成し、ガ
ラス母材を作成する方法において、多孔質ガラス体の嵩
密度を大きくとれ、割れにくい多孔質ガラス体を作成で
きるという長所はそのまま有し、かつ従来法の欠点であ
った多孔質ガラス体への炭素微粒子混入はないので、安
定して多孔質ガラス体を製造でき、得られる光ファイバ
ー用母材および光ファイバーは伝送損失特性に優れ、又
製造途中の割れもないので、経済上も優れた方法である
。

また本発明方法は簡単な構造のバーナーで実施できると
いう長所も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実地態様例にて用いる６重管バーナー
の断面図、 第２図は本発明の実施例により作成された光ファイバ中
間体の屈折率分布を承１猪危、田、第５図は第２図の光
ファイバ中間体より作成された光ファイバの屈折率分布
１ｒｒｉｒｉａａ、ｉ、第４図は従来方法（比較例）に
て用いられる４重管バーナーの断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多重管バーナを用いて火炎を形成し、該火炎中に
   ガラス合成用原料を導入してガラス微粉体を合成し、出
   発材上に堆積させた後、該堆積体を加熱透明化する工程
   を含む光ファイバ用ガラス母材の製造方法において、該
   火炎用燃料として炭化水素系ガスを用い、多重管から流
   すガス配置として、該炭化水素系ガスの両隣りにシール
   ガスを配置し、かつ、さらにその両隣りに酸素ガスを配
   置せしめることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の
   製造方法。
2. （２）該シールガスとして、アルゴンガス、窒素ガスま
   たはヘリウムガスを含むガスを用いる特許請求の範囲第
   （１）項記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
3. （３）該炭化水素系ガスとして、メタンガスまたはアセ
   チレンガスを主成分とするガスを用いる特許請求の範囲
   第（１）項記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。