JP2001247325A - 光ファイバプリフォーム母材の製造装置および製造方法 - Google Patents

光ファイバプリフォーム母材の製造装置および製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】電気炉と石英管との隙間から電気炉内へ外気が
浸入することなく、石英管とその管内に挿入されたコア
ロッドとを電気炉により熱溶着する光ファイバプリフォ
ーム母材の製造装置を提供する。 【解決手段】光ファイバプリフォーム母材の製造装置１
は、コアロッドの挿入された石英管２が貫通し不活性ガ
ス導入管１７を有している電気炉１３の上下端に、石英
管２と電気炉１３との隙間１４を覆う遮熱絞り具１１ａ
・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃの多重に内装する筒体
１０および１８が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石英管とその管中
に挿入された石英製コアロッドとを熱溶着して、光ファ
イバの原材であるプリフォーム母材を製造する装置およ
びプリフォーム母材を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバは、屈折率の高いコアとその
外周の屈折率の低いクラッドとからなる光ファイバプリ
フォーム母材を延伸した後、線引きしたものである。
【０００３】光ファイバプリフォーム母材を製造する方
法には、ＶＡＤ法（気相軸付け法）やＭＣＶＤ法（改良
化学蒸着法）により形成したコアロッドにダミー棒を接
続し、ダミー管に連結した石英管にコアロッドを挿入
後、石英管を周囲からバーナで加熱することにより、コ
アロッドと石英管とを熱溶着させるＯｖｅｒ Ｊａｃｋ
ｅｔｉｎｇ法がある。
【０００４】近年、光ファイバの生産性向上のため、太
径で大型な光ファイバプリフォーム母材が要求されてい
る。このような母材を得るには、輻射熱損失が大きく熱
歪みによるクラックを頻発させてしまうバーナに代え、
太径な石英管でも充分に加熱できるカーボンヒータを熱
源とする電気炉が用いられている。電気炉内のカーボン
ヒータが加熱中に外気と接触し酸化により消耗してしま
うことを抑制するために、電気炉には不活性ガスが導入
される。
【０００５】石英管は加熱されて収縮し細径になるた
め、電気炉と石英管との隙間が大きくなる。すると外気
が電気炉内へ侵入し易くなる。侵入した外気はカーボン
ヒータを酸化し消耗させてしまう。また、侵入した外気
は電気炉内の自然対流を発生させ、炉内温度を不均一に
低下させる結果、プリフォーム母材に径変動を生じさせ
たり、コアロッドと石英管とが熱溶着した接合界面に気
泡を発生させたりする。石英管の外径とダミー管の外径
とが相違していると、外気は一層侵入し易い。
【０００６】プリフォーム母材に気泡や径変動が生じて
いると、その部位近傍を切除した後、線引きに供さなく
てはならず、操作が煩雑で歩留まりが悪いという問題が
あった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の課題を
解決するためなされたもので、電気炉と石英管との隙間
から電気炉内へ外気が浸入することなく、石英管とその
管内に挿入されたコアロッドとを電気炉により熱溶着す
る光ファイバプリフォーム母材の製造装置および製造方
法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明の光ファイバプリフォーム母材の製
造装置１は、実施例に対応する図１を参照して説明する
と、コアロッドの挿入された石英管２が貫通し不活性ガ
ス導入管１７を有している電気炉１３の上下端に、石英
管２と電気炉１３との隙間１４を覆う遮熱絞り具１１ａ
・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃの多重に内装する筒体
１０および１８が配置されている。
【０００９】多重な遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび
１９ａ・・・１９ｃにより、電気炉１３内へ外気が侵入す
ることを防止し、電気炉１３内のカーボンヒータ１６の
酸化による劣化を防止することができる。さらに、輻射
熱の逃散が抑制され熱損失が低減されるため、電気炉１
３内で自然対流が発生せず、均一な温度分布となって均
等に石英管２を加熱することができる。遮熱絞り具が一
重であると、遮熱絞り具で隔てられた電気炉内と外界と
の温度差が大きいため、電気炉内の激しい自然対流を誘
発したり、外気が容易に電気炉内へ侵入したりする。
【００１０】遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・
・・１９ｃは、アイリス絞りであることが好ましい。遮熱
絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃは、例え
ば図２に示すように、同一円周上に設けられた複数の軸
３２に支持されて巴状に重なっている遮熱板３１を有
し、遮熱板３１を形成する外辺の湾曲３３で石英管２の
外周を取り巻いている、アイリス絞りとすることで好適
に実施することができる。
【００１１】遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・
・・１９ｃは、図３に示すように、石英管２の外周に沿う
円弧状切り欠き４３が設けられ進退する複数の遮熱板４
１を有し、円弧状切り欠き４３で石英管２の外周を取り
巻いていてもよい。
【００１２】遮熱板３１、４１が、ステンレス、モリブ
デン、石英、カーボン、窒化ケイ素から選ばれる耐熱材
料からなることで好適に実施することができる。
【００１３】電気炉１３上端の筒体１０の開放端に、石
英管２を取り囲みつつ石英管２と筒体１０との隙間を被
っている筒状シール部材９が配置されていてもよい。筒
状シール部材９は、外気の電気炉内への侵入を抑制する
ためのもので、その高さは約７０ｍｍ以上であることが
好ましい。
【００１４】石英管２をその下端で支持しているダミー
管５４が、断熱筒５７で取り囲まれていてもよい（図４
参照）。断熱筒は例えば、カーボン断熱材からなってい
る。断熱筒５７は、石英管２の下端近傍が筒体１８内に
到達したとき、ダミー管５４や石英管２と、筒体１８と
の隙間から、外気が侵入することを防止する。
【００１５】電気炉１３上端の筒体１０内の最下に位置
する遮熱絞り具１１ｃと最上に位置する遮熱絞り具１１
ａとが、少なくとも５０ｍｍ離れていることが好まし
い。５０ｍｍ未満であると、電気炉内が外界の温度の影
響を受けやすく、自然対流を誘発したり、外気が電気炉
内へ侵入したりする。
【００１６】石英管２と遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃと
の空隙１２ａ・・・１２ｃの距離が、最大でも１ｍｍであ
ることが好ましい。１ｍｍよりも離れていると、空隙１
２ａ・・・１２ｃが大きすぎて、外気が容易に電気炉内へ
侵入してしまう。０．５ｍｍ以下であると一層好まし
い。石英管２と遮熱絞り具１９ａ・・・１９ｃとの空隙２
０ａ・・・２０ｃについても同様である。
【００１７】本発明の光ファイバプリフォーム母材の製
造方法は、コアロッドを石英管２に挿入後、不活性ガス
の導入されている電気炉１３を相対的に移動させて、石
英管２を周囲から加熱しコアロッドと石英管２とを熱溶
着させる光ファイバプリフォーム母材の製造方法であっ
て、石英管２と電気炉１３との隙間１４を複数の遮熱絞
り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃで覆いつ
つ、隙間１４から不活性ガスを遺漏させるというもので
ある。
【００１８】この製造方法によれば、電気炉内に外気が
侵入せず、自然対流が発生しない。そのため、電気炉内
のカーボンヒータは酸化されず、石英管を均等に加熱す
ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を詳細に説
明する。図１には、本発明を適用する光ファイバプリフ
ォーム母材の製造装置の実施例の斜視図が示されてい
る。
【００２０】光ファイバプリフォーム母材の製造装置１
は、コアロッドの挿入された石英管２が貫通し、石英管
２を外周から加熱するカーボンヒータ１６とカーボンヒ
ータ１６の周囲を取り囲むカーボン断熱材１５とが配置
されている電気炉１３を有している。電気炉１３の側面
には不活性ガス導入管１７が３本、高さを相違させて挿
入されている。
【００２１】電気炉１３の上端には、石英管２と電気炉
１３との隙間１４を覆う三重の遮熱絞り具１１ａ、１１
ｂ、１１ｃを内装する筒体１０が配置されている。三つ
のうちで最上の遮熱絞り具１１ａと真中に位置する遮熱
絞り具１１ｂとは６０ｍｍ離れており、真中の遮熱絞り
具１１ｂと最下の遮熱絞り具１１ｃとは１０ｍｍ離れて
いる。
【００２２】遮熱絞り具１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、要
部断面図である図２に示すように、同心円上の等間隔な
軸３２に各々取り付けられて巴状に重なっている８枚の
ステンレス製の遮熱板３１を有している。遮熱板３１の
各々に設けられた湾曲３３で、石英管２の外周を取り囲
んでいる。各遮熱板３１の有する爪３４が、遮熱板３１
を取り囲むリング３０に等間隔に設けられた窪み３５と
嵌合している。リング３０の有する取手３７が、筒体１
０の孔３６から突出している。
【００２３】筒体１０の上部の開放端には、石英管２を
取り囲んだ筒状シール部材９が配置されている。筒状シ
ール部材９は、石英管２と筒体１０との隙間を被ってい
る。
【００２４】電気炉１３の下端にも、三重の遮熱絞り具
１９ａ、１９ｂ、１９ｃを内装した筒体１８が配置され
ている。三つのうちでその最上の遮熱絞り具１９ａと真
中の遮熱絞り具１９ｂ、真中の遮熱絞り具１９ｂと最下
の遮熱絞り具１９ｃとは各々２０ｍｍ離れている。遮熱
絞り具１９ａ・・・１９ｃは、図２に示す遮熱絞り具１１
ａ、１１ｂ、１１ｃと同様な構造であり、隙間１４を覆
っている。
【００２５】遮熱絞り具１１ａは、石英管２と遮熱絞り
具１１ａとの空隙１２ａが広いときには、取手をＡ方向
に動かして軸３２を中心として遮熱板３１を動かすこと
により遮熱絞り具１１ａを絞って、空隙１２ａを狭める
ものである。また石英管１１ａと遮熱絞り具１２ａとが
接触してしまうときには、取手をＢ方向に動かして軸３
２を中心として遮熱板３１を動かすことにより遮熱絞り
具１１ａを開いて、空隙１２ａを広げるものである。遮
熱絞り具１１ｂ、１１ｃ、１９ａ・・・１９ｃについても
同様である。
【００２６】光ファイバプリフォーム母材の製造方法
は、その製造途中を示す図４を参照して説明すると、以
下のとおりである。
【００２７】長さ１０００ｍｍ、内径２４ｍｍ、外径８
０ｍｍの合成石英製の石英管２の一端に、長さ４００ｍ
ｍ、内径２４ｍｍ、外径４０ｍｍの天然石英製の下側ダ
ミー管５４を同軸上に溶接する。このダミー管５４端末
の周囲の数箇所を加熱しつつ鏝で押して、下側ダミー管
５４の孔内に突起５６を形成する。石英管２の別な一端
に、長さ７００ｍｍ、内径２４ｍｍ、外径４０ｍｍの天
然石英製の上側ダミー管５０を溶接する。
【００２８】ＶＡＤ法で形成した外径２１ｍｍのコアロ
ッド３の一端に、下側ダミー管５４よりやや短い外径２
０ｍｍの天然石英製のダミー棒５３を溶接する。石英管
２にこのダミー棒５３を挿入し、下側ダミー管５４の突
起５６でダミー棒５３を係止する。石英管２を、電気炉
１３内のカーボンヒータ１６の円孔、および遮熱絞り具
１１ａ・・・１１ｃ、１９ａ・・・１９ｃに貫通させる。外径
が石英管２とほぼ同径でカーボン断熱材からなる断熱筒
５７に、下側ダミー管５４を挿入して、断熱筒５７で取
り囲む。下側ダミー管５４を下側チャック５５に、上側
ダミー管５０を上側チャック５１に、各々把持させる。
【００２９】電気炉１３に挿入された３本の不活性ガス
導入管１７のうちの上下の２本から１０Ｌ／分、真中の
１本から１Ｌ／分のアルゴンガスを電気炉１３内へ導入
する。
【００３０】上側ダミー管５０の開放端と下側ダミー管
５４の開放端とに繋がった減圧ポンプ（不図示）により
減圧し、石英管２内およびダミー管５０、５４内を１０
０ｔｏｒｒに維持する。電気炉１３を２０５０℃に加熱
しつつ、上側ダミー管５０から加熱を開始する。電気炉
１３を１０ｍｍ／分で降下させる。
【００３１】上側ダミー管５０は、加熱された部分で軟
化し、減圧されているため中空が潰れ細径化する。
【００３２】石英管２と遮熱絞り具１１ａとの空隙１２
ａを１ｍｍ以内に調整する。他の遮熱絞り具１１ｂ、１
１ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃも同様である。
【００３３】加熱が進行し、石英管２が加熱されると、
加熱された部分で軟化し、石英管２内が減圧されている
ため、コアロッド３と石英管２との間の環状の空間５２
が潰れ、コアロッド３と石英管２とが熱溶着する。
【００３４】石英管２の下端まで加熱されて熱溶着が完
了すると、光ファイバプリフォーム母材が得られる。
【００３５】なお、石英管２と、ダミー管５０または５
４とを接続するためにこの製造装置を用い、石英管２内
やダミー管５０、５４内にパージガスとしてヘリウムガ
スを流しつつ、加熱してもよい。
【００３６】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の光
ファイバプリフォーム母材の製造装置を用いると、製造
途中で電気炉内に外気が侵入せず、自然対流が発生しな
い。そのため、電気炉内のカーボンヒータは酸化され
ず、石英管は均等に加熱される。さらに、ダミー管と石
英管との外径が相違していても、電気炉内に外気が侵入
することを防止することができる。そのため、得られた
光ファイバプリフォーム母材には、気泡や径変動がな
い。この母材から歩留まりよく高品質な光ファイバへと
誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材
の製造装置の実施例の斜視図である。
【図２】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材
の製造装置の実施例の要部断面図である。
【図３】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材
の製造装置の別な実施例の要部斜視図である。
【図４】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材
の製造方法による製造途中を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１は光ファイバプリフォーム母材の製造装置、２は石英
管、３はコアロッド、９は筒状シール部材、１０は筒
体、１１ａ・・・１１ｃは遮熱絞り具、１２ａ・・・１２ｂは
空隙、１３は電気炉、１４は隙間、１５はカーボン断熱
材、１６はカーボンヒータ、１７は不活性ガス導入管、
１８は筒体、１９ａ・・・１９ｂは遮熱絞り具、２０ａ・・・
２０ｃは空隙、３０はリング、３１は遮熱板、３２は
軸、３３は湾曲、３４は爪、３５は窪み、３６は孔、３
７は取手、４１は遮熱板、４３は円弧状切り欠き、５０
は上側ダミー管、５１は上側チャック、５２は空間、５
３はダミー棒、５４は下側ダミー管、５５は下側チャッ
ク、５６は突起、５７は断熱筒、Ａ・Ｂは取手の移動方
向である。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コアロッドの挿入された石英管が貫通
    し不活性ガス導入管を有している電気炉の上下端に、該
    石英管と該電気炉との隙間を覆う遮熱絞り具を多重に内
    装する筒体が配置されていることを特徴とする光ファイ
    バプリフォーム母材の製造装置。
  2. 【請求項２】 前記遮熱絞り具は、同一円周上に設け
    られた複数の軸に支持されて巴状に重なっている遮熱板
    を有し、該遮熱板を形成する外辺の湾曲で該石英管の外
    周を取り巻いていることを特徴とする請求項１に記載の
    光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
  3. 【請求項３】 前記遮熱絞り具は、該石英管の外周に
    沿う円弧状切り欠きが設けられ進退する複数の遮熱板を
    有し、該円弧状切り欠きで該石英管の外周を取り巻いて
    いることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリ
    フォーム母材の製造装置。
  4. 【請求項４】 前記遮熱板が、ステンレス、モリブデ
    ン、石英、カーボン、窒化ケイ素から選ばれる耐熱材料
    からなることを特徴とする請求項２または３に記載の光
    ファイバプリフォーム母材の製造装置。
  5. 【請求項５】 前記電気炉上端の筒体の開放端に、前
    記石英管を取り囲みつつ前記石英管と該筒体との隙間を
    被っている筒状シール部材が配置されていることを特徴
    とする請求項１に記載の光ファイバプリフォーム母材の
    製造装置。
  6. 【請求項６】 前記石英管をその下端で支持している
    ダミー管が、断熱筒で取り囲まれていることを特徴とす
    る請求項１に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造
    装置。
  7. 【請求項７】 前記電気炉上端の筒体内の最下に位置
    する遮熱絞り具と最上に位置する遮熱絞り具とが、少な
    くとも５０ｍｍ離れていることを特徴とする請求項１に
    記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
  8. 【請求項８】 前記石英管と前記遮熱絞り具との空隙
    距離が、最大でも１ｍｍであることを特徴とする請求項
    １に記載の光ファイバ母材の製造装置。
  9. 【請求項９】 コアロッドを石英管に挿入後、不活性
    ガスの導入されている電気炉を相対的に移動させて、該
    石英管を周囲から加熱し該コアロッドと該石英管とを熱
    溶着させる光ファイバプリフォーム母材の製造方法であ
    って、該石英管と該電気炉との隙間を複数の遮熱絞り具
    で覆いつつ、該隙間から該不活性ガスを遺漏させること
    を特徴とする光ファイバプリフォーム母材の製造方法。
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