JP2003226535A - 光ファイバ用ガラス母材の加熱方法およびこれに用いられる加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱効率が高くかつ、省スペース、省エネルギー
化の可能な加熱方法および加熱装置を提供する。偏心
率、非円率が低く、信頼性の高い光ファイバ用ガラス母
材を提供する。 【解決手段】熱処理をしようとする外管の長手方向に外
径測定手段を走査し、外管にわたって外径を測定し、位
置における外径データを記憶する外径測定工程と、前記
記憶データに基づいて、誘導加熱炉の炉口に設けられた
シャッタの開閉度を制御しつつ、前記誘導加熱炉内に前
記ガラス母材を水平配置して長手方向に移動することに
より加熱を行う加熱工程とを含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ用ガラ
ス母材の加熱方法およびこれに用いられる加熱装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信技術の進歩に伴い、光ファ
イバの利用が高まってきている。特にシングルモード用
光ファイバの実用化に伴い大量の光ファイバが利用され
るようになってきたが、量産化、低コスト化を目指して
種々の方法が提案されている。

【０００３】通常はプリフォームと呼ばれる成形体を高
速で線引きすることによって所望の口径の光ファイバを
得るという方法がとられている。従って、光ファイバの
形状は、プリフォームの形状および品質をそのまま引き
継いでしまうため、プリフォームとしてのガラス管の形
成に際しては、極めて高精度の形状および品質制御が求
められている。

【０００４】そこで、クラッド層とコアロッドとを別に
形成し、クラッド層を構成する外管内にコアロッドを挿
通して加熱し、溶着一体化する（以下コラプス）いわゆ
るロッドインチューブ法が提案されている（特開平７―
１０９１３６）。この方法は、光ファイバの高品質化お
よび低コスト化に大きく寄与するものであるが、更なる
高品質化のためには、非円率および偏心率の向上が極め
て重要な課題となる。

【０００５】通常ここで用いられる加熱装置はその一例
を図５に示すようにカーボンヒータなどの加熱材１３２
を内蔵する加熱炉１３０内に、コアロッドとその周囲に
配せられたクラッドとからなるガラス母材１０を挿通
し、有効領域のほぼ全体にわたって一度に加熱するよう
に構成されている。かかる加熱装置を用いた場合、装置
が大型である上、温度コントロールが十分にできず、非
円率および偏心率について十分な値を得ることはできな
かった。

【０００６】この非円率および偏心率について種々の実
験を重ねた結果、これらはコラプス工程における加熱の
不均一性に起因するものであることがわかっており、加
熱の均一化を目指して、研究が進められている。

【０００７】この均一加熱を行うための方法として、楕
円度の小さい光ファイバ用母材を形成することを目的と
して、高周波加熱法を用いる方法も提案されている（特
開２０００−１２８５５８）。ここではシングルモード
の光ファイバ用母材を得るべく、炉の内径と形成すべき
光ファイバ用母材の外径との比を規定している。また水
平配置された加熱炉を用い、回転速度を５ｒｐｍ以上と
して回転しながら溶融一体化するとしている。しかしな
がら、このような方法をもってしても十分な温度制御お
よび迅速な温度の切り替えは困難であり、非円率の増
大、偏心率の増大を抑制するのは困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の加
熱方法では、大口径化に際しては十分な熱を得ることが
できず、また、加熱時間が長すぎると、溶融ガラスが自
重により垂れを生じ変形を生じ易く、非円率の増大を招
き、信頼性の高いコラプスを行うことが出来ないという
問題があった。

【０００９】特に分散補償ファイバ（ＤＣＦ）用の光フ
ァイバ母材を形成するには、２層以上の屈折率の異なる
クラッド層が必要であり、繰り返しコラプス工程を実行
する必要があるうえ、中心部の高濃度ドープ層の融点が
低いために、軟化し、これが偏心率、非円率の増大をも
たらす原因となっていた。そこで、短時間、効率よく所
望の温度で加熱し、界面を効率よく溶融しコアロッドと
クラッドあるいはクラッド同士を融着させる技術が極め
て重要となっている。

【００１０】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、熱効率が高くかつ、省スペース、省エネルギー化の
可能な加熱方法および加熱装置を提供することを目的と
する。また本発明は、偏心率、非円率が低く、信頼性の
高い光ファイバ用ガラス母材を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、誘導
加熱炉内に、ガラス母材となるコアロッドを挿通した外
管を水平に装着する工程と、前記外管の外径を測定する
工程と、前記外管の外径に対応して、誘導加熱炉の炉口
に設けられたシャッタの開閉度を制御しつつ、前記誘導
コイルへの通電を行い、外管の長手方向にそって、誘導
加熱炉を移動することにより加熱を行う加熱工程とを含
むことを特徴とする。

【００１２】かかる方法によれば、外径を測定し測定値
に基いて、炉口に設けられたシャッタの開閉度を制御し
つつ、誘導加熱炉を水平配置された外管の長手方向に移
動することにより加熱を行うようにしているため、加熱
ゾーンが所望の幅の帯状帯域として高精度に隔離され、
高精度でかつ効率よく加熱を行うことが可能となる。

【００１３】またこの方法によれば、コアロッドを構成
するガラスに添加剤が高濃度にドープされることで、融
点が低く、流動化し易い場合にも、加熱炉を水平配置し
て用い、加熱ゾーンを所望の速度で移動しつつ、誘導加
熱を行うことにより、高速でコラプスに必要な熱量を界
面に付与し、即時に加熱をやめ、冷却させることによ
り、コアの自重でコラプス前に変形するというような不
都合もなく、非円率も低く信頼性の高い光ファイバ用母
材を形成することが可能となる。また、容易に加熱ゾー
ンを設定でき、狭い領域で加熱することができるため、
加熱ゾーンの調整が容易であり熱伝導の影響は受けにく
く、コアロッドが流動化してもクラッド層の変形は防止
され、その結果非円率を増大することなく維持すること
ができる。

【００１４】また、誘導加熱炉を用いることにより、加
熱ゾーンを形成する加熱媒体の幅と、搬送速度により、
急峻な温度勾配を得ることができるため、コアロッドが
変形しないようにコラプスを行うことが出来るためであ
ると考えられる。発熱は加熱媒体とコイルとの存在領域
に生起せしめられるため、加熱媒体の幅を微細化し、高
精度にサイズをコントロールすることにより、微細幅の
加熱ゾーンを形成することが可能である。したがって、
搬送速度を調整することにより、極めて容易に高精度の
温度制御を行うことが可能となる。

【００１５】また、この方法では、誘導加熱を用いてい
るため、加熱媒体自体には電流を供給する必要がなく、
存在しているだけで加熱され、装置構成が簡単であり、
電気的接続のための端子を外部に接続する必要もないた
め、構造が簡単でかつ保温性の高いものとなる。

【００１６】望ましくは、この加熱工程に先立ち、前記
外管の長手方向に外径測定手段を移動し、前記外管の外
径を測定し、この測定値を外径情報として記憶する工程
と、前記外径情報に基づいて、前記シャッタの開閉度を
制御しつつ、前記誘導加熱炉を前記外管の長手方向に移
動することにより加熱を行うようにしたことを特徴とす
る。

【００１７】かかる構成によれば、あらかじめ外径を測
定しておき、その測定値に基いてシャッタの開閉度を制
御しているため、作業性が向上し、効率よく信頼性の高
い加熱処理を行うことが可能となる。

【００１８】望ましくは、前記外径情報に基き、前記外
管の外径が所定値以上となる変化位置を算出する工程を
含み、前記変化位置で、前記シャッタの開閉度の制御を
行うようにしたことを特徴とする。

【００１９】かかる構成によれば、制御がより簡単にな
り効率よい制御が可能となる。またアナログ処理を行う
ようにすればさらに高効率の加熱が可能となる。

【００２０】また望ましくは、前記シャッタの開閉度は
少なくとも２段階の閉モードと開放モードとで実行され
るようにしてもよい。

【００２１】また望ましくは、前記加熱工程は、コア部
材を構成するコアロッドに、クラッド層を構成するガラ
ス管からなる外管を配置し、誘導加熱によりコアロッド
と外管を一体化し、ガラス母材を形成するコラプス工程
であることを特徴とする。

【００２２】かかる構成によれば、非円率および偏心率
を低減し、信頼性の高い光ファイバ用母材を提供するこ
とが可能となる。

【００２３】望ましくは、前記コアロッドは、前記クラ
ッド層に比べて高濃度ドープされたガラスで構成されて
いることを特徴とする。

【００２４】かかる構成によれば、内部が流動性の高い
ものとなるが、クラッド層によって形状が維持できるた
め、変形を抑制し、信頼性の高いコラプスを行うことが
可能となる。

【００２５】望ましくは、前記コアロッドは、比屈折率
差が１．０〜３．０％の範囲にあることを特徴とする。

【００２６】また本発明では、誘導コイルと、前記誘導
コイルの内側に、断熱材と前記断熱材の内側にあり、前
記誘導コイルによって誘導加熱せしめられる一定幅の筒
状の加熱媒体と、前記加熱媒体の両端に設けられ前記筒
状体の内部空間を外部と遮断するための第１および第２
のシャッタ手段とを備えた加熱炉と、加熱処理をしよう
とする外管の長手方向に沿って外径を測定する外形測定
手段と、前記外径測定手段の測定値に基き、前記第１お
よび第２のシャッタ手段の開閉度を制御する制御手段
と、前記外管に対して前記加熱炉を相対的に移動せしめ
る搬送手段とを具備したことを特徴とする。

【００２７】かかる構成によれば、極めて効率よくかつ
急峻なプロファイルで加熱することが可能となる。

【００２８】望ましくは、前記断熱材は、前記加熱媒体
の外側を被覆する筒状体で構成されていることを特徴と
する。

【００２９】かかる構成によれば、極めてシンプルな形
状であるため、断熱部材の形状もシンプルでかつ小型化
が可能となる。

【００３０】望ましくは、前記加熱媒体は着脱自在に形
成されていることを特徴とする。

【００３１】かかる構成によれば、汚染されても容易に
洗浄することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を参照しつつ詳細に説明する。 実施の形態 本発明の実施の形態で用いられる加熱装置は、図１およ
び図２に示すように、水平配置された誘導加熱方式の加
熱炉３０と、この加熱炉３０の入口および出口に設けら
れた第１および第２のシャッタ３１，３２と、この加熱
炉３０の入口および出口と、第１および第２のシャッタ
３１，３２との間に配設され熱処理をしようとするガラ
ス母材１０の長手方向に沿って外径を測定する外径検知
用センサ６ｉ、６ｏと、この外径検知用センサ６ｉ、６
ｏの測定値に基いて第１および第２のシャッタ３１，３
２の開閉度を制御するシャッタ制御部７とを具備し、こ
れら加熱炉および外径検知用センサ６ｉ、６ｏは、搬送
手段５によって外管の長手方向に沿って往復運動せしめ
られるようになっている。ここでガラス母材１０は支持
台２０によって両端を支持せしめられ、図３に加熱領域
の長さＬ_Fを示すように搬送手段５によって加熱炉３０
が所望の速度で搬送せしめられ、加熱ゾーンとして全長
Ｌｗの一部づつの、加熱がなされるようになっている。

【００３３】そしてこの加熱炉３０は、図１に示すよう
に、支持台２０にコラプスすべきガラス母材１０を水平
に装着し、加熱炉３０を、このガラス母材１０の全長に
わたって所定の速度で往復運動せしめるように搬送する
搬送手段５を具備してなるものである。

【００３４】この誘導加熱ユニットは、図４に示すよう
に、誘導コイル１と、この誘導コイル１の内方に、配設
され、この誘導コイル１による誘導電流によって加熱せ
しめられる加熱媒体としての内径１２０ｍｍ、幅９２ｍ
ｍの高純度カーボンからなるカーボンシリンダ２とから
構成される。そして、このカーボンシリンダ２の内部空
間に、加熱すべきガラス母材１０を水平方向に移動せし
める搬送手段５を具備している。ここでカーボンシリン
ダ２の外側はカーボンからなる断熱材３で、完全に被覆
されており、カーボンシリンダは着脱自在に本体（図示
せず）に装着されている。

【００３５】次にこの加熱装置を用いたガラス母材の加
熱方法について説明する。ここでは、コアロッド１１表
面に石英ガラスからなる外管１２を一体化し母材を形成
するためのコラプス工程の場合について説明する。

【００３６】次に、この装置を用いた光ファイバ用母材
の製造方法について説明する。まず、肉付け用パイプ内
に原料ガスを噴射し、加熱しながら、パイプ内壁にガラ
ス微粒子を成長させ、いわゆるMCVＤ法（Modified Chem
ical Vapor phase Deposition:内付法）を用いて、コア
ロッド１１を形成する。

【００３７】続いて、クラッド層となるガラス管１２を
形成する。

【００３８】そしてまず、クラッド層となるガラス管１
２内にコアロッド１が水平となるように、図１に示した
誘導加熱装置に挿通してセットし、誘導コイルに電流を
流し、カーボンシリンダを誘導加熱し内部温度Ｔ１＝２
２００℃となるようにする。そして搬送手段５を用いて
2〜１００ｍｍ／分で往復運動することによりコラプス
を行う。なおこの搬送装置は５〜１００ｒｐｍで回転し
ながら搬送するように構成されている。

【００３９】ここでは、まず、誘導コイルを通電するに
先立ち、搬送手段５を駆動し、熱処理をしようとする外
管の長手方向にこの加熱炉を走行させることにより、外
径検出センサ６ｉ、６ｏを走査し、ガラス母材全長にわ
たってその外径を測定する。

【００４０】そしてこの測定値を、外径データとしてシ
ャッタ制御部７のメモリに記憶する。続いて、誘導炉３
０を開始点に導き、誘導コイル３に通電しカーボンシリ
ンダ２を加熱し、順次ガラス母材を加熱する。

【００４１】このとき、搬送手段５は、制御装置７に移
動経路を示す信号を送信する。そして制御装置７は、メ
モリからその位置における外径データを読み出し、この
値に基いて第１および第２のシャッタ３１，３２の開閉
度を制御することにより、加熱炉の内部空間を外気から
遮断し、微小帯域で高精度に温度コントロールを行い所
望の温度に維持するように制御する。

【００４２】このようにして、コラプス工程を実行し、
コアロッドの外側にクラッド層を備えた光ファイバ用ガ
ラス母材が形成される。

【００４３】このようにして形成された光ファイバ用ガ
ラス母材は、非円率、偏心率も低く、特性が良好で信頼
性の高いものとなっている。

【００４４】続いてこの光ファイバ用ガラス母材を加熱
しながら延伸することにより光ファイバが形成される。

【００４５】このように本発明の装置によれば、メモリ
にあらかじめ記憶させた搬送手段5の位置における外径
情報に基づいてシャッタの開閉度を制御することで、外
部の放熱を防ぐことが可能となる。また、外径検出セン
サ６ｉ、６ｏにより、ガラス母材の外径を常に測定する
ことで、設定ミスなどで、シャッタ閉状態で外径の太い
部分がくるような場合にもシャッタは自動制御され、衝
突を防止することができる。

【００４６】従って消費エネルギーの低減をはかること
ができ、また炉自体もコンパクトにすることができる。
また、加熱される帯域を微小領域に絞り込むことが容易
となり、加熱温度および加熱時間を高精度に制御できる
ことから、極めて信頼性の高い加熱が可能となる。した
がってコラプスに際しコアロッドの軟化に起因する非円
率の増大や、偏心率の増大を防ぐことが可能となる。

【００４７】なお、このような構成では、高濃度に添加
剤がドープされ、融点が低く流動化し易いコアロッドに
おいて、加熱炉を水平配置するとともに、シャッタを用
いて加熱ゾーンを限定し、母材を回転しながら誘導加熱
を行うことにより、加熱を行うようにしているため、コ
アの自重でコラプス前に変形するというような不都合も
なくなり、非円率も低く信頼性の高い光ファイバ用母材
を形成することが可能となる。

【００４８】これは上述した、ヒータの加熱ゾーンを構
成するカーボンシリンダの幅と、搬送速度により、３０
℃／ｃｍ程度の急峻な温度勾配を得ることができるた
め、コアロッドが変形しないようにコラプスを行うこと
が出来るためであると考えられる。

【００４９】また、この装置では、加熱媒体自体には電
流を供給する必要がなく、存在しているだけで加熱され
る。従って装置構成が簡単であり、電気的接続のための
端子を外部に接続する必要もないため、構造が簡単でか
つ保温性の高いものとなる。

【００５０】従って熱効率が良好で、低コストでのコラ
プスが可能となる。また、この装置は、加熱媒体が高純
度カーボンで構成されている上、炉内が常にＮ₂パージ
されているため、炉内部雰囲気はクリーンな状態に維持
されており、コラプスの施されるガラス管が汚染された
りすることもない。さらに、汚染されたとしても、着脱
自在でかつ、構造もシンプルであるため、洗浄も容易で
ある。従って、メンテナンスが容易である。

【００５１】なお、前記実施の形態では、炉口とシャッ
タ手段との間に設けられた外径検出センサによって加熱
炉駆動中も測定するようにしているが、加熱炉とは離間
して独立した位置に外径測定器８を設けておくように
し、あらかじめこの外径測定器８によって外径を測定す
るようにしてもよい。

【００５２】また、外径情報に基き、前記ガラス母材の
外径が所定値以上変化する変化位置を検出し、前記変化
位置で、前記シャッタの開閉度の調整を行うようにして
もよい。これにより、シャッタ操作およびシャッタの駆
動処理の簡略化が可能となる。

【００５３】また、コアロッドあるいはクラッド層を構
成するガラス管の製造に際してはＭＣＶＤ法に限定され
ることなく、ＶＡＤ法（Vapor phase Axial Depositio
n:気相軸付法）、ＯＶＤ法（Outer Vapor phase Deposi
tion：外付け法）のうちのいずれの方法を用いてもよ
い。

【００５４】これらのうち、ＶＡＤ法は、石英ロッドの
周りにガス噴射機能を備えたバーナを用いて原料ガスを
吹き付け、石英ロッドまたはバーナを移動しながら、ガ
ラス微粒子を成長させる方法である。

【００５５】また、ＯＶＤ法は、石英ロッドの周りにガ
ス噴射機能を備えたバーナを用いて原料ガスを吹き付け
ながら、石英ロッドまたはバーナを往復運動させなが
ら、ガラス微粒子を成長させる方法であり、ＶＡＤ法に
比べてやや高速形成が可能であるが、若干膜質が疎であ
るという問題がある。

【００５６】前記実施の形態では、光ファイバ母材のコ
ラプス工程にこの加熱装置を用いる場合について説明し
たが、この他、クリーニング工程、成膜工程など他の加
熱工程にも適用可能であることはいうまでもない。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、外径を測定し測定値に基いて、炉口に設けられた
シャッタの開閉度を制御しつつ、誘導加熱炉を水平配置
された外管の長手方向に移動することにより加熱を行う
ようにしているため、加熱ゾーンが所望の幅の帯状帯域
として高精度に隔離され、高精度でかつ効率よく加熱を
行うことが可能となる。

【００５８】また本発明の加熱装置によれば、加熱炉の
両端に設けられ内部空間を外部と遮断するための第１お
よび第２のシャッタ手段とを備え、熱処理をしようとす
るガラス母材の外径をあらかじめ測定しておき、この測
定値に基き、第１および第２のシャッタ手段の開閉度を
制御するようにしているため、高効率で信頼性の高い加
熱処理を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の加熱装置を示す図。

【図２】本発明の実施の形態の加熱装置を示す図。

【図３】本発明の実施の形態の加熱装置を示す図。

【図４】本発明の実施の形態の誘導加熱装置を示す要部
図。

【図５】従来例の加熱装置を示す図。

【符号の説明】

１ 誘導コイル ２ カーボンシリンダ ３ 断熱材 ４ ガラス母材 ５ 搬送手段 １０ ガラス母材 １１ コアロッド １２ の外管 ２０ 支持台 ３０ 誘導加熱ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守屋 知巳 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 長谷川 慎治 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 安西 俊一 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 4G021 BA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘導加熱炉内に、ガラス母材となるコアロ
   ッドを挿通した外管を挿通し、水平に装着する工程と、 前記外管の外径を測定する工程と、 前記外管の外径に対応して、誘導加熱炉の炉口に設けら
   れたシャッタの開閉度を制御しつつ、前記誘導コイルへ
   の通電を行い、外管の長手方向に沿って、誘導加熱炉を
   移動することにより加熱を行う加熱工程とを含むことを
   特徴とする光ファイバ用ガラス母材の加熱方法。
2. 【請求項２】 前記加熱工程に先立ち、 前記外管の長手方向に外径測定手段を移動し、前記外管
   の外径を測定し、この測定値を外径情報として記憶する
   工程を含み、 前記外径情報に基づいて、前記シャッタの開閉度を制御
   することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ用ガ
   ラス母材の加熱方法。
3. 【請求項３】 前記外径情報に基き、前記外管の外径が
   所定値以上となる変化位置を算出する工程を含み、 前記変化位置で、前記シャッタの開閉度の制御を行うよ
   うにしたことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ
   用ガラス母材の加熱方法。
4. 【請求項４】 前記加熱工程は、コア部材を構成するコ
   アロッドに、クラッド層を構成するガラス管からなる外
   管を配置し、誘導加熱によりコアロッド表面に外管を一
   体化し、母材を形成するコラプス工程であることを特徴
   とする請求項１または２に記載の光ファイバ用ガラス母
   材の加熱方法。
5. 【請求項５】 誘導コイルと、前記誘導コイルの内側の
   断熱材と、前記断熱材の内側にあり、前記誘導コイルに
   よって誘導加熱せしめられる一定幅の筒状体の加熱媒体
   と、前記加熱媒体の両端に設けられ前記筒状体の内部空
   間を外部と遮断する第１および第２のシャッタ手段とを
   備えた加熱炉と、 加熱処理をしようとする外管の長手方向に沿って外径を
   測定する外径測定手段と、 前記外径測定手段の測定値に基き、前記第１および第２
   のシャッタ手段の開閉度を制御する制御手段と、 前記外管に対して前記加熱炉を相対的に移動せしめる搬
   送手段とを具備したことを特徴とする加熱装置。