JP2003321235A

JP2003321235A - 光ファイバ多孔質母材の脱水・焼結方法

Info

Publication number: JP2003321235A
Application number: JP2002126537A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kawase; 賢司川瀬; Yusuke Shirai; 祐介白井; Yuichi Ikeda; 裕一池田; Susumu Yoshizawa; 進吉沢; Hiroaki Seki; 弘明関
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバ多孔質母材を基端部まで脱水・透
明ガラス化でき、歩留まりを向上できる光ファイバ多孔
質母材の脱水・焼結方法を提供する。【解決手段】高温に加熱した炉芯管２内に、光ファイ
バ多孔質母材４を芯部９の一端を支持しながら挿入し脱
水又は焼結させる光ファイバ多孔質母材４の脱水・焼結
方法において、上記光ファイバ多孔質母材４の基端部６
に、上記炉芯管２内の熱を滞留させるための遮蔽板７を
取り付けたのち、上記炉芯管２内に上記光ファイバ多孔
質母材４を挿入するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外付け気相軸付け
法（外付けＶＡＤ法）で形成された光ファイバ多孔質母
材を脱水・焼結する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバのコア部を含むガラスターゲ
ット棒に向けて火炎を発するように酸水素バーナを設置
し、この酸水素バーナにガラス原料ガス（たとえば、四
塩化珪素）や屈折率制御ガス（たとえば、四塩化珪素ゲ
ルマニウム）を供給する。火炎中では加水分解反応また
は熱酸化反応がおこり、ＳｉＯ₂やＧｅＯ₂などのガラス
微粒子が生成される。ガラスターゲット棒を回転させる
ことでガラスターゲット棒の外周にガラス微粒子を均等
に堆積させ、ガラスターゲット棒を所定の径に形成す
る。

【０００３】このような外付けＶＡＤ法（ＯＶＤ法とも
いう）で製造したスート母材や、屈折率を上げるために
四塩化ゲルマニウムなどをドーパントとして軸方向に多
孔質ガラス微粒子を堆積する気相軸付け法（ＶＡＤ法）
で製造したコアスート母材は、水素ガスと酸素ガスを用
いるゆえにＯＨ基を含んだ状態となっており、これを減
少させるために高温で脱水する必要がある。また、スー
ト母材やコアスート母材等の光ファイバ多孔質母材は、
ガラス微粒子の集合体であるため透明でなく、焼結させ
て透明ガラス化する必要がある。

【０００４】スート母材を脱水・透明ガラス化する場
合、図７に示すように、鉛直配置した石英管からなる炉
芯管２内にＨｅ（ヘリウム）とＣｌ₂（塩素）の混合ガ
スを充満させると共に、炉芯管２の真上にスート母材４
のターゲット棒９を吊り下げ支持する。

【０００５】そして、スート母材４を回転させながら低
速で降下させ、高温に加熱された炉芯管２内に徐々に挿
入していく。

【０００６】このとき、加熱は炉芯管２の周囲に配置し
たヒータ３で行う。加熱温度は、脱水時で１１００〜１
２００℃程度、脱水後の透明ガラス化時で１５００〜１
６５０℃程度にする。

【０００７】これにより、スート母材４を下部から上部
へかけて徐々に脱水・焼結することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スート
母材４の脱水・焼結は、炉芯管２の上外の位置を開始位
置とし、炉芯管２に挿入するものであるため、スート母
材４を基端部（上端部）６まで加熱しようとするとター
ゲット棒９まで加熱して融解させてしまい、スート母材
４が自重で落下してしまうおそれがあった。

【０００９】このため、図８に示すように、脱水及び透
明ガラス化時では、スート母材４を炉芯管２の奥深くま
では挿入しないようになっている。すなわち、スート母
材４の基端部６は、本来光ファイバとなりうる部分であ
るにもかかわらず、ヒータ３の位置まで挿入していな
い。

【００１０】スート母材４の基端部６は、脱水及び透明
ガラス化されないため、不良部分として廃却するほかな
く（仮に、この脱水及び透明ガラス化不足の部分を光フ
ァイバにした場合、伝送損失が大きすぎ、光ファイバと
しては使用できない）、著しい歩留まり低下の原因とな
っていた。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、光ファイバ多孔質母材を基端部まで脱水・透明ガラ
ス化でき、歩留まりを向上できる光ファイバ多孔質母材
の脱水・焼結方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、高温に加熱した炉芯管内に、光ファイバ多
孔質母材を芯部の一端を支持しながら挿入し脱水又は焼
結させる光ファイバ多孔質母材の脱水・焼結方法におい
て、上記光ファイバ多孔質母材の基端部に、上記炉芯管
内の熱を滞留させるための遮蔽板を取り付けたのち、上
記炉芯管内に上記光ファイバ多孔質母材を挿入するもの
である。

【００１３】また、上記光ファイバ多孔質母材の基端部
を基端から先端側へ向けて拡径されるように形成すると
共に、上記遮蔽板を上記光ファイバ多孔質母材より小径
の穴を有するドーナツ状に形成し、上記基端部に上記遮
蔽板の内周端を係合させて取り付けるとよい。

【００１４】そして、上記遮蔽板を不透明な耐熱性素材
で形成するとよく、具体的には不透明な石英ガラスで形
成するとよい。

【００１５】また、光ファイバ多孔質母材の基端部に上
記遮蔽板を多段に設けてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の好適実施の形態を添付図
面に基づいて詳述する。

【００１７】図１は光ファイバ多孔質母材を脱水・焼結
するための焼結装置の構造を示す側断面図である。

【００１８】焼結装置１は、垂直に配置された石英管か
らなる炉芯管２と、炉芯管２の外周上に設置されたヒー
タ３と、炉芯管２の上方に設けられ光ファイバ多孔質母
材たるスート母材４を昇降自在かつ回転自在に吊り下げ
る送り機構５と、スート母材４の上端部（基端部）６に
着脱自在に取り付けられる遮蔽板７とからなる。

【００１９】炉芯管２は上端に開口８を有する有底筒体
状に形成されている。ヒータ３は、加熱温度を調節自在
に形成されている。

【００２０】送り機構５は、スート母材４の芯部たるタ
ーゲット棒９を支持して吊り下げるための支持棒１０を
有する。支持棒１０は、炉芯管２の中心軸上に芯合わせ
されており、回転されても軸ずれしないようになってい
る。支持棒１０は、石英ガラスで形成されている。

【００２１】図３に遮蔽板７の斜視図を示す。遮蔽板７
は不透明な石英ガラスからなり、ドーナツ状（リング板
状）に形成されている。遮蔽板７は、外径をスート母材
４の外径よりも大きく、かつ、炉芯管２の内径より小さ
く形成されると共に、内径を支持棒１０より約１０ｍｍ
〜３０ｍｍ程度大きく、かつ、スート母材４の外径より
約１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度小さく形成されている。

【００２２】具体的には、３５φの支持棒１０を用い、
スート母材４を２００φに形成した場合、遮蔽板７の寸
法は、外径を２２０φ、内径を６０φとした。

【００２３】また、遮蔽板７は、２０ｍｍ〜３０ｍｍ程
度とした。遮蔽板７は、厚いほど効果があるが、ターゲ
ット棒９にかかる重量を考えると、２０ｍｍ〜３０ｍｍ
程度が好ましい。

【００２４】次にスート母材４の脱水・焼結方法につい
て述べる。

【００２５】図１に示すように、スート母材４の端部の
うち、支持棒１０に取り付ける側の端部（基端部）６に
遮蔽板７を取り付ける。スート母材４の基端部６は、基
端から先端側へ向けてコーン状に拡径されるように形成
されているため、基端部６に遮蔽板７の内周端１１を係
合させるようにして取り付ける。

【００２６】具体的には、スート母材４をほぼ鉛直な姿
勢にしたのち、遮蔽板７をターゲット棒９に上方から挿
通させ、コーン状に形成されたスート母材４の基端部６
の上に乗せる。

【００２７】そして、支持棒１０にスート母材４のター
ゲット棒９を取り付けて同軸上に吊り下げる。

【００２８】一方、炉芯管２内には、Ｈｅ（ヘリウム）
とＣl₂（塩素）の混合ガスを充満させておき、ヒータ３
は予め所定の温度に加熱しておく。このときの温度は、
脱水作業時には約１１００℃から１２００℃に、透明ガ
ラス化（焼結）作業時には１６５０℃程度にする。

【００２９】送り機構５を作動させ、スート母材４を回
転させながら低速で降下させる。スート母材４は下端
（先端）から炉芯管２の中に挿入される。スート母材４
は、先端側から基端側へ向けて徐々に脱水・透明ガラス
化される。透明ガラス化された部分は、径方向に０．６
〜０．７倍程度に収縮される。

【００３０】そして、図２に示すように、スート母材４
を従来と同じ位置、すなわち、上端部をヒータ３の手前
に近接させる程度の位置まで降下させて止める。ターゲ
ット棒９は従来と同様にヒータ３に加熱されることはな
いため、融解することはなく、安定してスート母材４を
支持し続けることができる。

【００３１】また、遮蔽板７は炉芯管２の上部にすでに
挿入されており、炉芯管２の上部を塞ぐようになってい
る。このため、スート母材４の基端部６がヒータ３の高
さに完全に到達していない状態であっても、炉芯管２内
の熱気が上方へ逃げることなく遮蔽板７の下に滞留し、
スート母材４の基端部６に良好に加熱することができ
る。

【００３２】十分に加熱されたスート母材４の基端部６
は、先端部１２や中間部１３と同様に脱水・透明ガラス
化される。すなわち、スート母材４を下端から遮蔽板７
の高さ位置まで均等に脱水・透明ガラス化することがで
きる。

【００３３】図４は、焼結作業後のスート母材４の製品
となりうる部分をスート母材４の長手方向でガラス化密
度を調べた結果をグラフ化したものである。

【００３４】図中の○印は、上述のように遮蔽板７を使
用して焼結した結果であり、△印は、従来通りの焼結の
結果である。横軸は、スート母材４下部の製品となりう
る平行部の下端位置を０とし、この下端位置からの距離
を示している。縦軸は、ガラス化の密度を示している。
この密度が大きいほど、透明ガラス化の度合いが大きい
といえる。

【００３５】なお、実験にあたっては、両者とも、同装
置を使用し、加熱炉温度、移動速度、及び挿入距離など
同じ条件で行った。

【００３６】図４を見てもわかるように、△印の従来の
方法では、距離８００ｍｍ付近からガラス化密度が減少
しており、さらに距離が大きくなるにつれて（上方へ向
かうにつれて）ガラス化密度が小さくなっており、完全
に透明ガラス化されていない状態になっていることがわ
かる。この場合は、光ファイバとして使用可能な部分
は、８００ｍｍほどの長さしかない。

【００３７】上述のように遮蔽板７を使用して焼結した
結果である○印のものは、ガラス化密度が減少せず、製
品となりうる平行部のすべての部分において完全に透明
ガラス化していることがわかる。この場合、光ファイバ
として使用可能な部分は、１５５０ｍｍである。したが
って、従来方法と比べ、約１．９４倍歩留まりが向上し
ていることとなる。

【００３８】図５は、上述のように遮蔽板７を使用して
焼結した光ファイバの伝送損失特性と、従来の方法で焼
結した光ファイバの伝送損失特性とを示すグラフであ
る。

【００３９】実線が遮蔽板７を用いて焼結した光ファイ
バの伝送損失特性を示し、破線が従来の方法で焼結した
光ファイバの伝送損失特性を示している。

【００４０】図５から明らかなように、ＯＨ基の吸収波
長である１３８５ｎｍ付近の光損失は、上述のように遮
蔽板７を用いて焼結した光ファイバの方が従来のものよ
り小さくなっていることが分かる。

【００４１】上述のように遮蔽板７を使用してスート母
材４を焼結することにより、脱水・透明ガラス化を良好
に行えるようになった。

【００４２】このように、スート母材４の基端部６に、
炉芯管２内の熱を滞留させるための遮蔽板７を取り付け
たのち、炉芯管２内にスート母材４を挿入するようにし
たため、スート母材４を基端部６まで脱水・透明ガラス
化でき、歩留まりを向上させることができる。

【００４３】また、スート母材４の基端部６を基端から
先端側へ向けて拡径されるように形成すると共に、遮蔽
板７をスート母材４より小径の穴１４を有するドーナツ
状に形成し、基端部６に遮蔽板７の内周端１１を係合さ
せて取り付けるようにしたため、基端部６に遮蔽板７を
極めて容易に着脱することができ、スート母材４を効率
よく脱水・透明ガラス化できる。

【００４４】そして、遮蔽板７を不透明な石英ガラスで
形成したため、ヒータ３からの熱に良く耐えることがで
き、炉芯管２内の熱が熱線として逃げるのを防ぐことが
できる。

【００４５】なお、外付けＶＡＤ法で製造したスート母
材４を脱水・焼結する方法について述べたが、ＶＡＤ法
で製造したコアスート母材も上述したような脱水・焼結
方法を用いることで基端部まで脱水・透明ガラス化でき
る。

【００４６】また、遮蔽板７はドーナツ状に形成するも
のとしたが、これに限るものではなく、内周形状、外周
形状共に四角形等の他の形状に形成してもよい。特に、
スート母材４の基端部６が過熱しすぎる場合は、外周形
状を炉芯管２と異なる形状に形成して炉芯管２との隙間
から熱を程良く逃がすようにしてもよい。

【００４７】遮蔽板７は石英ガラスに限るものではな
く、耐熱性の素材であればカーボン等他の素材で形成し
てもよい。軽量又は断熱性に優れれば更に好ましい。

【００４８】遮蔽板７は熱線を透過させないために不透
明であるほうが好ましいが、必ずしも不透明でなくとも
よい。透明であっても熱気が逃げるのを防ぐことはで
き、歩留まりを向上させることはできる。

【００４９】スート母材４の基端部６に遮蔽板７を１枚
取り付けるものとしたが、図６に示すように、必要に応
じて複数枚の遮蔽板１５，１６，１７を多段に取り付け
るようにしてもよい。

【００５０】この場合、遮蔽板１５，１６，１７の内径
をそれぞれ違えて形成し、内径の大きなものから順にス
ート母材４の基端部６に乗せて取り付けるとよい。遮蔽
板１５，１６，１７同士の間に微小な間隙１８を形成す
ることができ、断熱効果を高めることができる。そして
更に遮蔽板１５，１６，１７を薄板状に形成すること
で、軽量化を図ることもできる。

【００５１】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、光ファイ
バ多孔質母材を基端部まで脱水・透明ガラス化でき、歩
留まりを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適実施の形態を示す遮蔽板を取り付
けた光ファイバ多孔質母材を焼結装置上に吊り下げた状
態の側断面図である。

【図２】焼結装置に光ファイバ多孔質母材を挿入した状
態の側断面図である。

【図３】遮蔽板の斜視図である。

【図４】光ファイバ多孔質母材の各部のガラス密度を示
すグラフである。

【図５】光ファイバ伝送特性を示すグラフである。

【図６】他の実施の形態を示す光ファイバ多孔質母材と
遮蔽板の側面図である。

【図７】従来の脱水・焼結方法を示す光ファイバ多孔質
母材を焼結装置上に吊り下げた状態の側断面図である。

【図８】焼結装置に光ファイバ多孔質母材を挿入した状
態の側断面図である。

【符号の説明】

２炉芯管４スート母材（光ファイバ多孔質母材）６基端部７遮蔽板９ターゲット棒（芯部）１１内周端１４穴１５遮蔽板１６遮蔽板１７遮蔽板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田裕一東京都千代田区大手町一丁目６番１号日立電線株式会社内 (72)発明者吉沢進東京都千代田区大手町一丁目６番１号日立電線株式会社内 (72)発明者関弘明東京都千代田区大手町一丁目６番１号日立電線株式会社内Ｆターム(参考） 4G021 CA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温に加熱した炉芯管内に、光ファイバ
多孔質母材を芯部の一端を支持しながら挿入し脱水又は
焼結させる光ファイバ多孔質母材の脱水・焼結方法にお
いて、上記光ファイバ多孔質母材の基端部に、上記炉芯
管内の熱を滞留させるための遮蔽板を取り付けたのち、
上記炉芯管内に上記光ファイバ多孔質母材を挿入するこ
とを特徴とする光ファイバ多孔質母材の脱水・焼結方
法。
【請求項２】上記光ファイバ多孔質母材の基端部を基
端から先端側へ向けて拡径されるように形成すると共
に、上記遮蔽板を上記光ファイバ多孔質母材より小径の
穴を有するドーナツ状に形成し、上記基端部に上記遮蔽
板の内周端を係合させて取り付ける請求項１記載の光フ
ァイバ多孔質母材の脱水・焼結方法。
【請求項３】上記遮蔽板を不透明な耐熱性素材で形成
する請求項１又は２記載の光ファイバ多孔質母材の脱水
・焼結方法。
【請求項４】上記遮蔽板を不透明な石英ガラスで形成
する請求項１〜３いずれかに記載の光ファイバ多孔質母
材の脱水・焼結方法。
【請求項５】上記光ファイバ多孔質母材の基端部に上
記遮蔽板を多段に設ける請求項１〜４いずれかに記載の
光ファイバ多孔質母材の脱水・焼結方法。