JP2003335542A

JP2003335542A - 光ファイバ母材の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP2003335542A
Application number: JP2002143180A
Authority: JP
Inventors: Masami Terajima; 正美寺嶋; Junichiro Takei; 純一郎武井; Yuuji Tobisaka; 優二飛坂
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】 OVD法により出発コア部材の周囲にガラス微
粒子を堆積して形成した大型のスート母材を、このダミ
ー部を損傷することなく反応系外に容易に取り出すこと
のできる光ファイバ母材の製造装置及び製造方法を提供
する。【解決手段】出発コア部材に外付け法によりクラッド
部を堆積して光ファイバ母材を製造する装置において、
出発コア部材２の両端にダミー部３を介して把持し回転
する回転機構４を、反応系外にそれぞれ設けたことを特
徴とし、反応系外に設けた回転機構４には、出発コア部
材２の軸方向に平行移動可能なスライド機構15が接続さ
れている。スライド機構15には、重量検知器９が取り付
けられ、スート母材８の総重量と、出発コア部材２の両
端での重量を個々に検知可能に設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外付け法により出
発コア部材上にクラッド部を堆積して光ファイバ母材を
形成する光ファイバ母材の製造装置及び製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的に知られた外付け法(OVD
法)による光ファイバ母材の製造は、酸水素火炎中にSiC
l₄等の原料ガスを供給し、火炎加水分解反応で生じたガ
ラス微粒子を出発コア部材（以下、単にコア部材と称す
る）の周囲に堆積させてクラッド部を形成し、得られた
スート母材の焼結・透明ガラス化がなされている。この
方法は、製造装置を大型化し、さらにバーナを大型化及
び多本数化して、これに見合った量の原料ガスを供給す
ることで、近年益々、大重量かつ大型化されたスート母
材が製造される傾向にある。

【０００３】スート母材は、堆積が終了すると反応装置
の外に搬出される。スート母材が小型軽量のうちは人手
による取り出しが可能であったが、スート母材の大型化
が進むにつれて人手による作業は困難となり、専用の取
出し装置が用いられるようになった。取出し装置は、ス
ート母材堆積時は、反応装置の外で待機しており、堆積
終了後、先端にスート母材受け台を有するアームを反応
装置内に進入させ、スート母材を支持して装置の外に取
り出している。このとき、反応装置のスート母材回転機
構部から取出し装置のスート母材受け台に移載するとき
に、コア部材の両端に溶着接続されているダミー部が破
損することがある。

【０００４】スート母材取り出し作業は、製造ロット毎
に重量も形状も異なるスート母材を、半自動の取出し装
置を用いて移載するため、ダミー部に偏った力が掛か
り、破損することがある。時間と原材料等の多くのコス
トを掛けて製造したスート母材を、このようなスート母
材の移載時に破損すると、あまりにも損失が大きい。特
に、スート母材の大型化・大重量化が進む中で、OVD法
による光ファイバ母材の生産性を向上させ、装置の操作
性を改善するには、これらの問題を解決する必要があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、OVD法によ
り出発コア部材の周囲にガラス微粒子を堆積して形成し
た大型のスート母材を、このダミー部を損傷することな
く反応系外に容易に取り出すことができ、これを焼結・
透明ガラス化して得られる母材インゴットの表面等に全
く異常が見られず、この母材インゴットを延伸加工して
光ファイバ用プリフォームとしたとき良好な光学特性を
有する光ファイバ母材の製造装置及び製造方法を提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ用母
材の製造装置は、コア部材に外付け法によりクラッド部
を堆積して光ファイバ母材を製造する装置において、コ
ア部材の両端にダミー部を介して把持し回転する回転機
構を、反応系外にそれぞれ設けたことを特徴とし、反応
系外に設けた回転機構には、コア部材の軸方向に平行移
動可能なスライド機構が接続されている。また、スライ
ド機構には、重量検知器が取り付けられ、スート母材の
総重量と、コア部材の両端での重量を個々に検知可能に
設置されている。

【０００７】スート母材取出し装置は、スート母材堆積
時には反応系外にあり、取り出し時に反応系内に移行し
てスート母材の２箇所以上を把持し反応系外に取り出す
ように設けられ、さらに、下側のスート母材受け台にか
かる負荷が、前後方向で均等になるように、スート母材
受け台を移動する機構を備えている。このスート母材取
出し装置の把持機構は、駆動機構により上下に開閉し、
下側のスート母材受け台には、この把持部での前後方向
にかかる負荷を検知する偏荷重検出センサを備えてい
る。

【０００８】本発明の光ファイバ用母材の製造方法は、
上記製造装置を用いて製造することを特徴としている。
反応系外へのスート母材の取り出しに際しては、スライ
ド機構に取り付けられた重量検知器が測定したスート母
材の重量に見合った負荷で、スート母材を把持して行わ
れる。

【０００９】

【発明の実施の形態】コア部材の表面にガラス微粒子を
堆積させるOVD法は、酸水素ガス量、SiCl₄等の原料ガス
量をコントロールし、火炎加水分解反応で生成するガラ
ス微粒子をコア部材の表面に付着させスート母材を得て
いる。しかしこの方法は、高温の排ガス中に高濃度のHC
lガスを含むため、特殊な材料で製作した反応装置が必
要である。

【００１０】そこで、高速度で大型・大重量のスート母
材を製造するには、反応時に発生する熱及び腐食性ガス
の影響を受けないようにする必要があり、これには、コ
ア部材をその左右に接続されたダミー部で把持回転する
スート母材の回転機構を両サイドに設け、反応系外に設
置することで耐食性を改善し、これにより反応熱の影響
を受けないように改善した。なお、スート母材の回転機
構は、両サイドで同期回転制御する方式とし、さらに、
堆積途中のスート母材重量を計測する重量検知器をこの
回転機構に取り付けた。

【００１１】回転機構には、スート母材の伸縮に対応さ
せるため、これを回転軸方向にスライドさせるスライド
機構が設けられているが、重量検知器は、回転機構の回
転軸方向への変位による変位応力を受けないように、回
転機構のスライド機構、例えば、このスライドガイド軸
に取り付けるのが好ましい。なお、重量検知器には、重
量検知センサとしてロードセル等を使用することができ
る。

【００１２】堆積が終了すると、取出し装置の把持機構
に設けられたスート母材受け台を反応装置内に挿入し、
スート母材を把持して、装置外への取り出しが行われる
が、スート母材の形状は、製造条件が同一でも製造ロッ
ト毎に微妙に異なるため、大重量のスート母材になる
と、取出し装置のスート母材受け台とスート母材との間
で接触に偏りを生じることがある。接触に偏りがある
と、ダミー部に大きな歪み荷重が掛かり、把持部近傍で
ダミー部が破損する。

【００１３】このため、各回転機構に取り付けられた重
量検知器でスート母材の重量を検知し、各ダミー部に掛
かっている負荷を予め計測し、それぞれの重量に見合っ
た負荷で、スート母材の使用されない非有効部を取出し
装置で把持し、スート母材の重量を左右のスート母材受
け台で交互に支え、各回転機構が支えているスート母材
の重量を数回に分けて徐々にスート母材受け台側に移載
する。

【００１４】このとき、ダミー部に偏った応力が掛から
ないように、スート母材受け台の把持部での前後方向に
かかる負荷（偏荷重）も同時に検出し、把持部がスート
母材の重量をその径方向で均等に受けるように、スート
母材受け台の位置を前後方向に調整して、偏荷重をゼロ
にする。そのためスート母材受け台には、前後方向に応
力が偏った場合にその大きさを検知する偏荷重検出セン
サが取り付けられ、偏荷重が掛かると負荷が前後均等に
なるように、スート母材受け台の取り付けアームが伸縮
するように構成されている。

【００１５】このようにアームを伸縮させてスート母材
の形状に合わせた位置にスート母材受け台を移動するこ
とで、製造装置の回転機構と取出し装置のスート母材受
け台とによるスート母材重量の受け渡しが適正位置で行
われる。ダミー部に偏った応力を与えないようにしてス
ート母材受け台を左右交互に持ち上げて、回転機構が両
端のダミー部で支えているスート母材の全重量を徐々に
スート母材受け台側に移し、回転機構で把持しているダ
ミー部側の負荷がなくなったところで、ダミー部を把持
している回転機構の把持チャックを開放し、スート母材
を系外に取り出す。

【００１６】その結果、従来の方法では、大型で大重量
のスート母材を損傷することなく移載するには困難を極
めていたのが、本発明によれば、移載時のハンドリング
作業でのダミー折れによるスート母材の落下破損は大幅
に改善され、かつ大型で大重量のスート母材を全く傷つ
けることなく、自動的に反応装置から取り出すことがで
きる。これを焼結・透明ガラス化し、所定の径に延伸加
工して光ファイバ用プリフォームとすることで、良好な
光学特性を持った光ファイバ母材が得られる。以下、図
１〜４を用いて本発明の実施例及び比較例について説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、様
々な態様が可能である。

【００１７】

【実施例】（実施例１）図１は、本発明によるスート母
材密閉型製造装置の一例を示す概略正面図である。外径
35 mmφ、長さ1400 mmのシングルモード光ファイバ用に
屈折率を調整したコア部材２の両端にダミー用石英棒３
を溶接し、これを反応装置１内にセットし、反応装置１
の外に設けた回転機構４a,4bのコア部材回転用モータに
より40 rpmで回転させた。

【００１８】次いで、バ一ナ５に、酸素ガス95 l／mi
n、水素ガス190 l／min、キャリアーガスとしての酸素
ガス12 l／minに同伴して原料ガスSiCl₄45 g／minを、
図示しない原料供給装置より供給した。このバーナ５を
バーナトラバース用モータ６により150 mm／minの速度
で1800 mmの範囲をバーナガイド機構７に沿って往復移
動させ、SiCl₄の火炎加水分解で発生したガラス微粒子
をコア部材２の周囲に堆積させた。

【００１９】堆積が進むにつれてさらに原料ガスの量を
増量し、30時間後に外径が280 mmφで総重量65.6 kgの
スート母材８を得た。このスート母材８を室温まで放冷
した後、重量を確認したところ、重量検知センサ９a,9b
の表示は左右ともに32.8 kgを表示していた。なお、重
量検知センサ９a,9bの表示は、反応装置外に設けられた
コア部材回転用モータ等からなる回転機構4a,4bの重量
が予め差し引かれている。

【００２０】堆積終了直後の反応装置内部の温度は200
℃を越えていたが、重量検知センサ９a,9bは、回転機構
4a,4bをその回転軸方向に平行移動させるスライド機構1
5のスライドガイド軸に取り付けられているため、スー
ト母材８の熱収縮による変位の影響を受けることなく、
極めて精度良く堆積状況を監視することができた。な
お、符号10はスート母材８のテーパー部であり、符号11
は排気フードである。

【００２１】本発明の装置には、堆積終了後、反応装置
からスート母材を取り出すために、図２に示すように、
反応装置の近くにスート母材の取出し装置が配置されて
いる。図２は、図１に示したスート母材密閉型製造装置
の概略平面図であり、この近くに配置された取出し装置
は、図３に示すように、伸縮自在の搬送アーム12a（12
b）の先端に、スート母材受け台13a（13b）とこの下に
設けられた偏荷重検出センサ14a（14b）を有する把持機
構を備えている。

【００２２】放冷されたスート母材８は、左右の搬送ア
ーム12a，12b を反応装置内の予め決められた位置まで
伸ばし、図３に示す位置で停止する。下側のスート母材
受け台13a,13b を徐々にスート母材８に接近させ、先
ず、右側のスート母材受け台13a をスート母材８のテー
パー部10近くの非有効部に接触させた。さらに、右側の
スート母材受け台13a を、右側の回転機構４aに取り付
けられた重量検知センサ９aが22.8 kgを示すまで上昇さ
せたところ、スート母材受け台13a の偏荷重検出センサ
14aが手前方向に2.7 kgの荷重を受けていた。

【００２３】そこで右側のスート母材受け台13a は自動
的に搬送アーム12a を手前に引き、偏荷重がゼロになる
ところで停止したが、このときの移動量はおよそ３ mm
であった。なお、この偏荷重検出センサは、スート母材
受け台の下側に複数の荷重センサ、例えば、ロードセル
を前後方向に複数配置することで、スート母材受け台が
受ける荷重の偏りを検出することができる。

【００２４】次に、左側のスート母材受け台13bをスー
ト母材８に接触させ同様に左側のスート母材受け台13b
の偏荷重がゼロになり、左側の重量検知センサ９bが22.
8 kgを示すまで上昇させた。これで左右のスート母材受
け台13a，13bがスート母材８の重量をそれぞれ10 kg受
け取ったことになる。さらに、同様にしてこの操作を左
右各２回繰り返し、重量検知センサ９a，９bが2.8 kgを
示すまで上昇させた。最後に重量検知センサ９a，９bが
0 kgを示すまで上昇させたところで、ダミー用石英棒３
を把持しているチャックを開放し、搬送アーム12a，12b
を縮退させてスート母材８を反応装置外に取り出し
た。

【００２５】このようにして、回転機構４a，４bが支え
ているスート母材８の重量を左右のスート母材受け台13
a，13bを交互に上昇させ、スート母材８の重量を数回に
分けて徐々にスート母材受け台13a，13b 側に移載し、
その都度、スート母材受け台13a，13b の偏荷重を搬送
アーム12a，12b を前進又は後進させて、偏荷重がゼロ
になるように位置調整を行った。このようにスート母材
８の移載を数段階に分けて行うのは、一度に片方のスー
ト母材受け台13a又は13bを持ち上げてスート母材８の重
量を受けると、ダミー用石英棒３に偏荷重が掛かり、損
傷するのを防止するためである。なお、スート母材受け
台13a，13bを左右同時に持ち上げると、テーパー部の形
状が左右で大きく異なっていると、ダミー用石英棒３が
破損することがある。

【００２６】このようにして取り出されたスート母材８
及びダミー用石英棒３には全く損傷は見られなかった。
この取り出し作業に要した時間は、およそ７分程度と従
来より大きく短縮された。これを次工程で脱水焼結し透
明ガラス化した母材インゴットを光ファイバに紡糸した
ところ、良好な光学特性を得ることができた。

【００２７】（比較例１）図４に示したスート母材製造
装置を使用し、実施例１と同様な方法で、外径280 mmφ
で、総重量66.7 kgのスート母材８を得たが、このスー
ト母材８を室温程度まで放冷すると重量は65.1 kgを示
していた。これはコア部材回転用モータ22に取り付けら
れた重量検知センサが反応装置内に設置されているた
め、熱の影響を受けているものと考えられる。

【００２８】従来の取出し装置を使用し、この重量検知
機能を備えていない搬送アームを伸ばしてスート母材８
に接近させ、目視作業でスート母材８の中心にスート母
材受け台の位置を合わせた。次に、右側のスート母材受
け台をスート母材８の全重量が55.1 kgを示すまで上昇
させ、引き続き左側のスート母材受け台をスート母材８
の全重量が45.1 kgを示すまで上昇させた。左右均等に
負荷を受けるようにこの操作を繰り返したが、スート母
材８の総重量は判っても、左右のスート母材受け台が重
量検知機能を備えていないため、実際に左右均等に負荷
が掛かっているかは不明であった。

【００２９】重量検知センサの総重量の表示が０kgを表
示したところで、ダミー用石英棒３を把持しているチャ
ックを開放した。ダミー用石英棒３がチャックから離れ
た途端、右側ダミー用石英棒３の先端がチャック回転中
心より10 mm程度奥側に変位し、ダミー用石英棒３の先
端の一部が破損した。これは右側のスート母材受け台
が、実際のスート母材形状の中心より奥側に10 mm程伸
びていたことになる。このスート母材取り出し作業には
35分を要した。

【００３０】ダミー用石英棒３の先端が破損した場合、
強度が弱くなり、次工程のハンドリング作業に大きな支
障を来すため、破損部を切断して再度正常品を溶接する
交換作業を行う必要があった。このダミー用石英棒３の
交換作業は、熟練した技術と数時間の作業工程が必要で
あり、大きく生産性を低下させる。なお、上記実施例及
び比較例で得られたスート母材取り出し時の不良発生結
果を表１に示した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、スート母材の回転機構
及び重量測定機構を反応系外に設置することで堆積時の
熱の影響を受けず、また左右の回転機構に掛かる重量を
左右個別に測定することで、スート母材を系外に取り出
す際、移載時の重量の変化を的確に測定できる。さら
に、スート母材取出し装置のスート母材受け台に偏荷重
検出センサを取り付けたことで、スート母材受け台をス
ート母材形状の中心に容易に位置設定ができ、取り出し
時に起こるダミー部の損傷を防止することができる。こ
のように本発明の製造方法及び装置は作業性に優れ、さ
らに、ハンドリング時におけるスート母材及びダミー用
石英棒等に損傷を与えることもなく、優れた光ファイバ
母材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスート母材製造装置の一例を示す概
略正面図である。

【図２】反応装置の近くにスート母材の取出し装置を
配置した概略平面図である。

【図３】本発明による取出し装置の把持機構を示す概
略部分側面図である。

【図４】比較例１で使用したスート母材製造装置の概
略を示す概略正面図である。

【符号の説明】

１，21．……反応装置、２．……コア部材、３．……ダミー用石英棒、４，22．……回転機構、５．……バーナ６，23．……バーナトラバース用モータ、７．……バーナガイド機構、８．……スート母材、 9ａ，9ｂ．……重量検知センサ（重量検知器）、 10．……テーパー部、 11．……排気フード、 12ａ，12ｂ．……搬送アーム、 13ａ，13ｂ．……スート母材受け台、 14ａ，14ｂ．……偏荷重検出センサ、 15．……スライド機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飛坂優二群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越化学工業株式会社精密機能材料研究所内Ｆターム(参考） 4G021 EA03 EB11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出発コア部材に外付け法によりクラッド
部を堆積して光ファイバ母材を製造する装置において、
出発コア部材の両端にダミー部を介して該出発コア部材
を把持し回転する回転機構を、反応系外にそれぞれ設け
たことを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
【請求項２】反応系外に設けた回転機構に、出発コア
部材の軸方向に平行移動可能なスライド機構が接続され
ている請求項１に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項３】スライド機構に重量検知器が取り付けら
れている請求項２に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項４】重量検知器が、スート母材の総重量と、
出発コア部材の両端での重量を個々に検知可能に設置さ
れている請求項３に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項５】スート母材取出し装置が、スート母材堆
積時には反応装置外にあり、取り出し時に反応系内に移
行してスート母材の２箇所以上を把持し反応系外に取り
出すように設けられている請求項１乃至４のいずれかに
記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項６】スート母材取出し装置の把持機構が、駆
動機構により上下に開閉し、下側のスート母材受け台に
この把持部での前後方向にかかる負荷を検知する偏荷重
検出センサを備えている請求項５に記載の光ファイバ母
材の製造装置。
【請求項７】スート母材取出し装置が、下側のスート
母材受け台にかかる負荷が前後方向で均等になるよう
に、スート母材受け台を移動する機構を備えている請求
項５又は６に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の光フ
ァイバ母材の製造装置を用いて製造することを特徴とす
る光ファイバ母材の製造方法。
【請求項９】スライド機構に取り付けられた重量検知
器が測定したスート母材の重量に見合った負荷で、スー
ト母材を把持し、スート母材を反応系外に取り出す請求
項８に記載の光ファイバ母材の製造方法。