JPH01188439A - 光フアイバ用母材の製造方法 - 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〕 本発明はガラス母材に対する不純物元素の混入を防止で
き、かつ高品質な元ファイバ用母材を安定に製造する方
法に関する。

〔従来の技術〕

光ファイバ用母材を大量生産する一般的な方法として’
／ＡＤ法が知られている。このｌ／ＡＤ法は回転する出
発部材、例えばガラス板あるいはガラス神の上に酸水素
炎中で生成したガラス微粒子を堆積させて円柱状の多孔
質母材をつぐ夛、この多孔質母材を焼結して透明な光フ
ァイバ用母材を製造する方法である。この方法において
多孔質母材を焼結し透明化するには母材をＨａもしくは
Ａｒガス雰囲気で＋５００Ｃ’以上に加熱する必要があ
る。この加熱炉としては通常カーボン炉が用いられてい
る。かかる加熱炉における焼結に際して特に留意しなけ
ればならない点はＣｕ　＋Ｆａなどの遷移元素の混入並
びに水分の混入の防止である。遷移元素が＋　ｐｐｂ以
上混入すると、光ファイバの損失波長特性が全波長にわ
たシ著しく損われ、また水分が０．１　ｐｐｍ以上混入
すると長波長域におけるその特注が損なわれるからであ
る。そこで通常上記多孔質母材を脱水することが行なわ
れ、この脱水処理として該多孔質母材を塩素系ガスやフ
ッ素系ガスを添加した不活性ガス雰囲気中で高温加熱す
る方法が知られている。なかでもフッ素系ガスを用いる
方法は多孔質母材の脱水を行うのみならずフッ素を添加
させる効果をも有している。多孔質母材中にフッ素を添
加すると光ファイバの必須要素である屈折率分布の調整
ができる利点がある。尚この点に関しては特公昭５５−
１５６８２号公報、特開昭５５−６７５５５号公報に詳
しく説明されている。

父上記フッ素ガスを用いた処理は通常、焼結と同時にも
しくは前工程として、カーボン炉内で行なわれる。カー
ボン炉にはカーボン発熱体が母材の加熱処理中に発生す
る水分や酸素で消耗するのを防ぐため、カーボン発熱体
と焼結雰囲気とを隔離する炉心管が配置されておｐ１従
来アルミナ製のものが使用されていた。しかし、アルミ
ナ製の炉心管を用いるとアルミナの中に含まれるアルカ
リ成分等が高温で周囲に飛散し、これが−多孔質母材表
面に付着し、これによ）ファイバ母材が汚染されたり失
透を生じたシ（クリストバライト層を形成）するという
問題があった。そこで炉心管として石英ガラス製のもの
が実用化されている。

石英ガラスの炉心管の使用は、アルミナ炉心管の使用に
比し、下記の利点を有する。

■　加工精度の高くとれるので気密性が良く、スート母
材の脱水がｉｔぼ完全に行われる。

■　アルミナに比し高純度であｊ）、Ｆａ、フルカリ等
の不純物を殆んど含有していない。

■　これを用いて得られたガラス母材は、アルカリによ
る表面失透を起さない。

■　熱的な破損（サーマルショックによる破功がない。

■　フッ素化合物ガスを用いた場合に、Ａｌｌ？３など
の不純物ガスの発生がない。但し、８１Ｆ４ガスの発生
はあるが、ガラス母材への不純物としての悪影響は及ぼ
さない。

なお、石英炉心管の使用については、特公昭５Ｂ−５８
２９９号、同５Ｂ−４２１５６号、特開昭６０−８６０
４９各号公報に詳しく説明されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような利点を有する一方で、石英
管は高熱で変形し易いという欠点を持つていた。ちなみ
に、温度＋５００Ｃ程度と常温の間の昇降＠を毎日く９
かえすと、１週間程度の経過で変形が大きくなる。また
、ＳＦ６や０Ｆ４０弗素系ガスを用いた場合、石英がエ
ツチングされ、ひどい場合にはピンホールを生じること
さえあり九が、これは外気の混入や雰囲気ガスが戸外へ
漏出する原因ともなシ裏造工程上悪影響を招く結果にな
る。

本発明の目的は、上述のような従来法による光ファイバ
用母材の脱水・焼結及びフッ素添加処理における問題点
を解決し、炉心管が高寿命で使える元ファイバ用母材の
製造方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は上記の問題点を解決する手段について鋭意
研究の結果、少量のカーボンを添加した石英炉心管を使
用することで、該炉心管を高温使用し得ることが可能と
なるとの結論に至シ、本発明に到達した。更には、フッ
素化合物ガスを使用する場合にはＳｉＦ４ガスを選択す
れば、炉心管の長寿命化によシ有効であることも見出し
た。

すなわち本発明は石英系スート母材を、少量のカーボン
を含有する石英炉心管内において、ハロゲン又はハロゲ
ン化合物ガスを添加された雰囲気下で加熱して、脱水・
焼結及び屈折率調整処理のうち少なくとも１つを行うこ
と金特徴とする光ファイバ用母材の製造方法である。

本発明の特に好ましい実施態様としては、ノ翫・ゲン又
は・・・ゲン化合物ガ寺１２又はＳ・２４である上記方
法が挙げられる。

本明細書においては、石英系スート母材とは石英を主成
分とするガラススート母材を言い、これは例えば火炎加
水分解反応によりガラス原料ガス及び添加剤ガス等を不
活性ガス等をキャリヤーとして火炎中に導入し、生成し
たガラス微粒子を堆積せしめる、あるいは、いわゆるゾ
ルゲル法すなわちアルコラードの加水分解によシ得る、
方法によ）作製でき、これらの技術は公知のものである
。

本発明においては、該石英系スート母材を脱水・焼結、
屈折率調整の少なくとも言つを、ハロゲン又はハロゲン
化合物ガスが添加された雰囲気中にて加熱下に行う。

脱水の場合には、Ｃ１２，５ＯＣ１２、ＣＣｌ４　　な
どの塩素又は塩素化合物ガスをＨｅ　　ガス等不活性ガ
スにて希釈した雰囲気にて行う。また、塩素又は塩素化
合物ガスに代えて、ＣＦ４、ＣＣ１！２Ｆ２、ａ２１Ｆ
６、ＳＦ６、ＳｉＦ４等の弗素化合物ガスを用いること
も好ましく、この場合には脱水と同時に焼結を行うこと
も勿論良い。脱水を目的とする場合には上記ハロゲン又
はハロゲン化合物ガスの使用量は雰囲気ガス中１容量％
程度で一般には充分である。

一方、屈折率調整を行う場合、例えば弗素を添加する場
合は、添加剤原料ガスとして、ＯＦ４、ＳＦ６．０２Ｆ
６、ＳｉＦ４等を用いればよく、これ等のガスの濃度、
処理温度を決定することで、屈折率を調整することがで
きる。例えば屈折率を低下させるための弗素の添加は、
雰囲気ガスとして弗素化合物ガス濃度２〜２０容量Ｘの
ものを用いることで、Δｎ　（比屈折率差）　−１−０
，５〜−０６５％の範囲に調整することができる。また
ホウ素を添加するにはＢｏｂ、、　ＢＢｒ３等を、弗素
とホウ素の両方を添加するにはＢＰ、を用いればよい。

屈折率調整が脱水処理又は焼結を兼ねるものであっても
よいし、さらに屈折率調整、脱水・焼結を同時に行って
もよい。また雰囲気がノ＼ロゲン系ガスの１以上を混合
し次ものであってもよい。

上記の脱水、屈折率調整、焼結のいずれの処理も、その
温度はｌ１００Ｃ以上で、石英系スート母材が透明化す
る温度以下の範囲が好ましい。

そして、石英系スート母材の上記した条件による加熱処
理を行う炉心管として、０．１〜５重食％程度の少量の
カーボンを添加した石英管を用いることで、高品質の石
英系ガラス母材を炉心管の損傷も少なく、製造できるの
である。

以下に本発明の基礎となった実験及び概念について説明
する。ここで断っておくが、以下に述べる概念は、本発
明に有効な実験による知見を得て、初めて説明できたも
のであって、予め容易に類推できるものではなかつ友。

実験１ カーボン添加量を表１のように変え九石英ガラスを試作
し、これらを５鶴φ、２００酊ｊのガラス棒に加工し友
。カーボン添加量が５ｘのものは加熱による加工が難し
く、またこの加工時に一部が失透した。得られた各ガラ
ス棒を＋５０（Ｉｃの炉内に吊）下げて２４時間保持し
、ガラス棒の引きのび量を測った結果を表言にまとめ℃
示す。

表　　１ 実験２ 厚さ５ｆｌの１重量Ｘのカーボン添加石英片を、１９Ｆ
６ガス中に置いて、温度＋５００Ｃにて加熱し友とζろ
、約６時間の加熱でその厚さは３０以下となった。

実験３ 実験２と同じ石英片を、１３）Ｆ４ガス中にて１５００
Ｃで加熱したところ６時間加熱してもその厚さに殆んど
変化はなかった。

以上の実験１ないし５よ〕次のことが明らかになった。

１）石英にカーボンを０．１〜３重量Ｘ添加した材料は
純粋な石英に比べ極めて高温に耐え得る。

Ｉ）フッ素化合物ガスの使用においては、５ｚＦ４ガス
を選択すれば上記Ｉ）に示した炉心管をエツチングしな
い。

この結果に基き本発明者らは、炉心管の中でスート母材
をｔｓｏｏｃ以上の高温で加熱処理する場合等において
は、少量のカーボンを添加した石英炉心管を使用し、ま
たフッ素系ガスを使用する際ｆｉ　５ＩＦ４　　を用い
ることが好ましいと結論し九次第である。

上記の事実は以下の如く説明できる。

カーボンの添加による石英管の耐熱温度の向上は、ガラ
ス中にカーボンの結合ができ粘性が大になったことによ
ると考えられる。

ま念８１　Ｆ　ａが好結果を与えるのは、石英（Ｓｉｎ
２）炉心管や多孔質母材と８Ｆ６とは下記（１１式％式
％ ただしＳ：固体、ｇ：気体 の如く反応し、炉心管をエツチングするに対し、ＳｘＦ
　は下記（２１式に示すように、ＳｉＯ２との間に生成
物気体を生じない、 ５ｉｏ２（ｓ）　＋　ｓｔｙ４（ｇ）−Ｍ−生成物気体
なし　・・・（２）すなわち炉心管をエツチングしない
のである。

〔実施例〕

以−下実施例を示して具体的に説明する。

第１図は、本発明の１実施態様である、元ファイバ用ガ
ラス母材の製造装置を示す概略構造図である。第１図中
１はスート母材、２ｊ／ｉ支持棒、３は炉心管、４は発
熱体、５は炉本体、６は不活性ガスの導入口、７は雰囲
気ガス（例えば５ｉＣＩ！４，５ｘＦ４．Ｈｅ等）の導
入口である。

次の実施例及び比較例は第１図の装置を用いて行った。

実施例１ 発熱体４により、カーボンをＩ！ｆｔ％添加した石英炉
心管３を＋６００Ｃに加熱し、該管３内にＳ工Ｆ４を５
０ｃｃ／分及びＨ・を５１！／分の割合で流し、その中
にスート母材ｌを下降速度２關／分で挿入した。得られ
た透明ガラス母材を引き続きファイバに紡糸したところ
、ファイバの残留水分は０．１　ｐｐｍであシＯｕ　’
ｐ　Ｆｅに由来する吸収は全くみられなかった。ガラス
母材中には、約１重量％のフッ素が添加されていた。こ
の条件で１ケ月連続使用しても引伸びは殆んどなかった
。

実施例２ 実施例１で用いたと同じの多孔質母材を予め０／２’ｉ
用いて１２００Ｃで脱水し、その後は実施例１と同じ条
件で処理したところ、０．Ｏ５ｐｐｍ以下という極めて
低水分量のファイバが得られた。水分量以外の結果は実
施例１の場合と同じでありｔ。

比較例 炉心管として純石英管を用いた他は、実施例１と同じ条
件でファイバを製造し念ところ、得られ之ファイバ中の
残留水分は０．１　ｐｐｍであったが、炉心管の引伸び
が起こル、２０回の使用で該炉心管は破損した。

以上の説明は、ｖＡＤ法による場合を例示し念が、勿論
これに限定されるものではなく、その他外付は法等で得
た多孔質母材にはすべて本発明の方法を適用して効果が
ある。

又、炉構造も１例を挙げたにすぎず、多孔質母材を移動
せずにすむ均質加熱炉によっても、本実施例と同様の優
れた結果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明はガラス母材に対する不純物元素の混入を防止で
き、炉心管の寿命を従来より延長でき、特にフッ素を添
加する場合はＳｉＦ４　　を用いることで炉心管のエツ
チングを防止でき、経済性が向上し、かつ高純度のガラ
ス物品音帯ることができるという効果を奏し、元ファイ
バ用母材の製造に適用して有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明Ｌ：Ｄ元ファイバ用母材の製造方法の実
施態様を説明する図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）石英系スート母材を、少量のカーボンを含有する
   石英炉心管内において、ハロゲン又はハロゲン化合物ガ
   スを添加された雰囲気下で加熱して、脱水・焼結及び屈
   折率調整処理のうち少なくとも１つを行うことを特徴と
   する光ファイバ用母材の製造方法。
2. （２）ハロゲン化合物ガスがＳｉＦ＿４である特許請求
   の範囲の第（１）項に記載される光ファイバ用母材の製
   造方法。
3. （３）ハロゲンガスがＣｌ＿２である特許請求の範囲の
   第（１）項に記載される光ファイバ用母材の製造方法。