JP2004035330A

JP2004035330A - ガラス部材の加熱加工方法

Info

Publication number: JP2004035330A
Application number: JP2002195143A
Authority: JP
Inventors: Motonori Nakamura; 中村　元宣; Kentaro Takeda; 武田　健太郎
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】延伸装置の炉体における炉心管などの消耗品を交換した後、ガラス部材から得られたプリフォームを線引きした直後の光ファイバの断線を防止するとともに線引きされて製造された光ファイバの伝送損失の増大を防止する。
【解決手段】ガラス部材Ｇを炉体２内で加熱しながら延伸するにあたり、炉体２には、炉心管１１やヒータ１２など、石英またはカーボンを含む部品が設けられている。これらの部品を交換した際には、ガラス部材Ｇを延伸する際の温度よりも１０度以上高い温度で２時間以上炉体２を空焼きした後に、ガラス部材Ｇの延伸を開始する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス部材の加熱加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、光ファイバ用ガラス母材のコアロッドとして用いられるガラスロッドは、加熱炉で加熱しながら延伸して生成される。このように、ガラスロッドを加熱炉で加熱して延伸する方法として、従来、特開平１０−２８７４４１号公報に開示されたガラス母材の延伸方法がある。また、光ファイバ用ガラス母材を加熱して光ファイバを線引きする光ファイバの線引炉には、特開平８−５９２７７号公報に開示されたものがある。これらのガラス部材の加熱加工を行う際に用いられる炉体における炉心管は、酸化消耗する消耗品であり、適宜交換する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の公報に開示されたガラスロッドの延伸方法において用いられる炉体の炉心管を交換した直後にガラス母材を延伸すると、ガラス母材を延伸して得られたプリフォームを線引きするときに、光ファイバが断線する事が多くなるという問題があった。また、炉心管を交換した直後に延伸して得られたコアロッドから光ファイバプリフォームを製造し、そのプリフォームを線引きすると、断線しなくとも、線引きされて製造された光ファイバは、伝送損失が大きくなることがあるという問題もあった。
【０００４】
このような問題は、炉心管を交換した場合のみならず、炉体におけるその他の消耗品であるヒータ、断熱材、それらの支持部材等を交換した際にも生じるものであった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、加熱装置の炉体における炉心管などの消耗品を交換した後、ガラス部材から得られたプリフォームを線引きした直後の光ファイバの断線を防止するとともに線引きされて製造された光ファイバの伝送損失の増大を防止することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係るガラス部材の加熱加工方法は、ガラス部材を炉体内で加熱加工するガラス部材の加熱加工方法において、炉体内で用いられる石英またはカーボンを含む部品を交換した際、ガラス部材を加熱する際の温度よりも１０度以上高い温度で２時間以上炉体を空焼きした後、ガラス部材の加熱加工を開始するものである。
【０００７】
ガラス部材を延伸して生成されたプリフォームを線引きするときに光ファイバに断線が生じたり、プリフォームを線引きして製造された光ファイバの伝送損失が増加したりするのは、ガラス部材に混入する金属系の不純物の量が多いことに起因すると考えられる。炉体内で用いられる炉心管、ヒータ、断熱材などの石英またはカーボンを含む部品を交換した後は、これらの部品から発生する金属系の不純物が多い。そのため、ガラス部材には比較的多くの金属系の不純物が混入してしまい、その結果として線引きするときに光ファイバの断線を誘発したり、光ファイバの伝送損失が増加したりすることとなった。
【０００８】
本発明では、この点に着目し、炉体内における石英またはカーボンを含む部品を交換した際には、ガラス部材の延伸を行う前に、実際にガラス部材の加熱を行う温度よりも１０度以上高い温度で２時間以上の空焼きを行うこととしている。このような空焼きを行うと、その後、交換された石英またはカーボンを含む部品から発生する金属系の不純物の発生量を低減させることができる。その結果、ガラスロッドに含まれるこれらの不純物の量を少なくすることができ、さらにはガラスロッドを延伸して生成されたプリフォームを線引きするときの光ファイバの断線や、線引きして製造された光ファイバにおける伝送損失の増大を防止することができる。
【０００９】
ここで、実際にガラス部材を延伸するときの温度よりも１０度以上高い温度で空焼きを行うこととしたのは、１０度以上高くすることにより、空焼きを短時間で済ますことができるからである。通常、ガラス部材を延伸または線引きする際の炉体の温度はおよそ１８００℃〜２３００℃の範囲で設定されるが、その温度は延伸されるガラス部材の性状により決められている。この決められた温度より、１０度以上高くすることとなる。一方、空焼きを行う時間を２時間以上としたのは、２時間以上の空焼きを行うことにより、線引きした直後の光ファイバの断線回数を十分に少なくすることができるからである。
【００１０】
また、上記課題を解決した本発明に係るガラス部材の加熱加工方法は、ガラス部材を炉体内で加熱加工するガラス部材の加熱加工方法において、炉体内で用いられる石英またはカーボンを含む部品を交換した際、炉体内における不純物の粒子数を計測し、炉体内における不純物の粒子数が３５０００個／ｍ^３以下となるまで炉体を空焼きした後、ガラス部材の加熱加工を開始するものである。
【００１１】
このように、石英またはカーボン粒子数が３５０００個／ｍ^３以下となった後にガラス部材の延伸を開始することにより、確実にガラス部材に含まれる不純物の量を低減することができ、もって線引きするときの光ファイバの断線や製造された光ファイバにおける伝送損失の増大を防止することができる。
【００１２】
また、本発明に係るガラス部材の加熱加工方法は、ガラス部材としては、ガラスロッドまたはガラスパイプを用いる場合に好適である。さらに、加熱加工が、加熱しながら行う延伸である態様とすることができ、ガラス部材がガラスロッドである場合には、加熱加工がガラスロッドを加熱して光ファイバを製造する際の線引きである態様とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係るガラスロッドの延伸方法を説明する図である。
【００１５】
図１に示すように、炉体２の上方および下方には、ガラスロッドであるガラス母材Ｇを把持する上部チャック３および下部チャック４がそれぞれ設けられている。これらの上部チャック３および下部チャック４は、それぞれ図示しない上下移動装置に取り付けられており、炉体２に対して相対的に上下動することができるようになっている。
【００１６】
また、炉体２の内部には、図２に示すように、炉心管１１を備えている。炉心管１１の周囲には、ヒータ１２が炉心管１１と同軸状に配設されており、炉心管１１およびヒータ１２は、断熱材１３によって覆われている。また、断熱材１３の周囲には炉体外壁１４が設けられており、炉心管１１、ヒータ１２、および断熱材１３は、炉体外壁１４の内部に収容されている。また、炉体外壁１４には、炉心管１１、ヒータ１２、および断熱材１３を支持するための図示しない支持部材が設けられている。
【００１７】
以上の構成を有する本実施形態における延伸装置１においては、たとえば光ファイバのコアを生成するコア部およびクラッド部を有するコアロッドであるガラス母材Ｇを延伸する。その手順について説明すると、まず、延伸前のガラス母材Ｇを炉体２の内部に貫通させ、ガラス母材Ｇの上端部を上部チャック３で把持するとともに、ガラス母材Ｇの下端部を下部チャック４で把持して、ガラス母材Ｇをセットする。ガラス母材Ｇをセットしたら、図示しない上下移動装置によって上部チャック３および下部チャック４をそれぞれ下方に移動させて、ガラス母材Ｇを下降させる。このとき、上部チャック３の下降速度を下部チャック４の下降速度よりも遅し、上部チャック３と下部チャック４の間の離間距離を徐々に広げていく。
【００１８】
こうして、上部チャック３と下部チャック４の間の距離を広げながらガラス母材Ｇを下降させると、ガラス母材Ｇは炉体２で加熱されて延伸される。そうすると、図１に示すように、ガラス母材Ｇにおける炉体２よりも下方部位は、延伸された延伸体Ｓを形成する。こうして、ガラス母材Ｇが上端部まで炉体２を通過するように上部チャック３および下部チャック４を下降させることにより、ガラス母材Ｇは延伸体Ｓとなる。
【００１９】
ここで、炉体２に用いられる炉心管１１、ヒータ１２、断熱材１３、図示しない支持部材などの部品は酸化消耗する消耗品であるため、炉体２を一定期間使用した後に交換する必要が生じる。これらの部品は石英またはカーボンを含むものであり、これらの部品が新品であると、部品には石英またはカーボンと結合した金属系の不純物が多く含まれた状態にあると考えられる。したがって、これらの部品をそのまま使うと、炉体２内における不純物の濃度が高くなってしまう。そして、不純物の濃度が高いままでガラス母材Ｇの延伸を行うと、ガラス母材Ｇの表面に金属系、ＳｉＯ_２系、Ｃ系の不純物が付着する。このとき、ガラス母材Ｇは粘性が低下しているので、これらの不純物がガラス母材Ｇに焼き込まれてガラス母材Ｇに含まれる金属系の不純物が多くなる。その結果、後の線引き工程における線引き時の光ファイバに対して断線を引き起こし、また、ガラスロッドがコアであれば、伝送損失が増大することが考えられる。
【００２０】
そこで、本実施形態に係るガラス母材の延伸方法では、炉心管１１、ヒータ１２、断熱材１３、およびこれらの支持部材などの部品を交換した後は、一定時間炉体２内を空焼きしてからガラス母材Ｇの延伸を開始するものである。このように炉体２内を一定時間空焼きすることにより、交換された新品の部品における不純物が焼失する。その結果、炉体２内における不純物の濃度を低減することができる。そして、その後に延伸された延伸体からプリフォームを生成し、線引きして光ファイバを製造することにより、線引き直後の光ファイバの断線、製造された光ファイバの伝送損失の増大を防止することができる。
【００２１】
ここまで、ガラスロッドの延伸を例として説明したが、本発明はガラスパイプの加熱加工についても有効である。本発明の方法により延伸されたガラスパイプを中実化したガラスロッドまたは上記のガラスパイプをガラスロッドに挿入してロッドインチューブ法により一体化したガラスプリフォームとして線引きする場合にも断線回数を減らすことができ、製造された光ファイバの伝送損失の増大を防止することができる
【００２２】
以下に、ガラスロッドであるプリフォームから光ファイバを製造する方法について、図３を参照して説明すると、炉体２１の内部には、縦長の炉心管２２が設けられており、炉心管２２の高さ方向やや下部に、ヒータ２３が設けられている。炉体２１の内部には、炉心管２２およびヒータ２３を覆って断熱材２４が設けられており、炉体２１の周囲が高温となることを抑制している。炉心管２２の中に、炉体２１の上方からプリフォーム２５を挿入する。プリフォーム２５の上端部は、チャック２６によって支持棒２７と接続されている。そして、プリフォーム２５の下端をヒータ２３の内部に位置させて、ヒータ２３を２１００℃程度に発熱させ、プリフォーム２５の下端を加熱軟化させて、数十ｇ／ファイバの張力で引き伸ばし直径約１２５μｍのガラスファイバ２８に線引きする。炉心管内は窒素ガス等の不活性ガスを上部から下部へ流す。炉体２１を出て冷却されたガラスファイバ２８に紫外線硬化樹脂等が被覆されて直径約２５０μｍの光ファイバが得られる。
【００２３】
ここでも、炉心管２２、ヒータ２３、断熱材２４は前述のように石英またはカーボンを含むものであり、これらの部品が新品であると炉体内における不純物濃度が高くなり、その状態で光ファイバの線引きを行うと、不純物がプリフォームまたはガラスファイバに付着して断線を引き起こすと考えられる。そこで、線引炉の炉心管２２、ヒータ２３、断熱材２４、およびこれらの支持材などの部品を交換した後は、空焼きをすると不純物の濃度を低減できる。その後、光ファイバの線引きを行うと、断線を抑えることができる。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例においては、上記の実施形態で示した延伸装置１を用い、炉心管１１を新品に交換した後、一定時間炉体２を空焼きしてから、ガラス母材を延伸する実験を行った。実験においては、内径が１７０ｍｍ、外径が１８０ｍｍ、長さが４００ｍｍであるカーボン製の炉心管１１の新品を用い、延伸装置１の炉体２における炉体外壁１４の内部に収容した。その後、ヒータ１２の温度を１９００℃に設定し、炉体２を空焼きした。延伸装置１には、クリーン度クラスが１０の清浄な窒素ガスを１０ＳＬＭ（ｓｔａｎｄａｒｄｌｉｔｅｒ　／　ｍｉｎ）の流量で供給した。そして、空焼きを開始してから３０分ごとに延伸装置１から排出されるガスを回収し、パーティクルアナライザ（横河電機社製）でその不純物量を測定した。その結果を図４に示す。
【００２５】
また、上記と同様の手順で３０，６０，９０，１２０，１５０，１８０分のそれぞれの時間空焼きした炉心管１１を炉体２の炉体外壁１４内に収容し、直径９０ｍｍ、長さ４００ｍｍのガラス母材を直径４０ｍｍのプリフォームに延伸した。このときのヒータ１２の温度は１８９０℃に設定した。そして、延伸して得られたプリフォームを線引きして光ファイバを製造した。そのときの断線回数を図４に合わせて示す。
【００２６】
図４から判るように、延伸装置１を空焼きしている時間が長くなるにつれて、ダスト数（不純物の数）は、ほぼ比例して少なくなった。また、加熱時間が１．５時間では、光ファイバの断線回数が約０．０４（回／ｋｍ）であったが、２時間とすると約０．０２（回／ｋｍ）とその回数は非常に少なくなった。加熱時間が長くなると、断線回数が減っていくが、加熱時間が１．５時間〜２時間になる間に、特に断線回数の減り方が大きかった。また、加熱時間が２時間であるときのダスト数は３５０００（個／ｍ^３）であった。この結果より、加熱時間は２時間以上とするのがよいことが判った。また、不純物の数を示すダスト数では、３５０００（個／ｍ^３）以下とするのがよいことが判った。
【００２７】
他方、上記の延伸装置１において生成したコアロッドを延伸し、得られたコアロッドにジャケット付けをしてプリフォームとし、このプリフォームを線引きして製造した光ファイバについて、それぞれ波長１．５５μｍの光の伝送損失についてＯＴＤＲを用いて測定した。この実験では、延伸装置１に新品の炉心管１１を取り付けてから１時間空焼きした場合と、２時間空焼きした場合について、それぞれの伝送損失を測定した。
【００２８】
その結果、炉心管１１を取り付けた後、１時間空焼きした延伸装置１の場合には、製造された光ファイバの伝送損失は０．２３０ｄＢ／ｋｍであった。一方、炉心管１１を取り付けた後、２時間空焼きした延伸装置１の場合には、製造された光ファイバの伝送損失は０．１９０ｄＢ／ｋｍであった。この結果から、新品の炉心管を取り付けた後、長時間空焼きした方が伝送損失の増加を防止することができることが判った。
【００２９】
つぎに、ジャケット付けまで完了したプリフォームについて、そのプリフォームの延伸の際には２時間という十分な空焼きを行った延伸炉を用い、線引の際には炉芯管交換後１時間空焼きを行った線引炉、または２時間空焼きを行った線引炉のいずれかを用いて光ファイバを作製した。
【００３０】
１時間の空焼き後の線引炉で線引を行った場合は波長１．５５μｍにおける伝送損失については０．１９２ｄＢ／ｋｍと良好であったが、断線が０．０６回／ｋｍと多かった。また、２時間空焼き後の線引炉で線引を行った場合は波長１．５５μｍにおける伝送損失について０．１９１ｄＢ／ｋｍと良好であり、かつ断線が０．０２回／ｋｍと良好であった。
【００３１】
つぎに、パイプ延伸工程における延伸炉の空焼き時間を異ならせて、光ファイバを作製した場合について説明する。石英製パイプの両端にダミー用のガラスパイプを接続し、パイプ内側に２ＳＬＭの窒素を流した状態で、上述した寸法を有する炉体２を備えた延伸装置１を用いて延伸を行った。炉芯管交換後、１時間空焼きした場合と２時間空焼きした場合とでそれぞれ延伸した後、得られたパイプを用いて、中にΔｎが０．４％のコアを挿入し外側から加熱してコラプスした。そのあとでさらにジャケット付けを行い、得られたプリフォームを線引した。
【００３２】
１時間の空焼き後の延伸炉で延伸を行った場合は、波長１．５５μｍにおける伝送損失については０．２２３ｄＢ／ｋｍと悪く、断線も０．０５回／ｋｍと多かった。一方、２時間空焼き後の延伸炉で延伸を行った場合は波長１．５５μｍにおける伝送損失について０．１９１ｄＢ／ｋｍと良好であり、かつ断線が０．０２回／ｋｍと良好であった。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明の通り、本発明に係るガラス部材の加熱加工方法によれば、延伸装置の炉体における炉心管などの消耗品を交換した後、ガラス母材から得られたプリフォームを線引きした直後の光ファイバの断線を防止するとともに線引きされて製造された光ファイバの伝送損失の増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラスロッドの延伸方法を説明する図である。
【図２】ガラスロッドの延伸方法で用いられる炉体の模式図である。
【図３】ガラスパイプの加熱加工方法を説明する説明図である。
【図４】実施例に係る実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
２，２１…炉体、３…上部チャック、４…下部チャック、１１，２２…炉心管、１２，２３…ヒータ、１３，２４…断熱材、１４…炉体外壁、２５…プリフォーム、２７…チャック、２８…ガラスファイバ、Ｇ…ガラス母材、Ｓ…延伸体。

Claims

ガラス部材を炉体内で加熱加工するガラス部材の加熱加工方法において、
前記炉体内で用いられる石英またはカーボンを含む部品を交換した際、前記ガラス部材を加熱する際の温度よりも１０度以上高い温度で２時間以上前記炉体を空焼きした後、前記ガラス部材の加熱加工を開始することを特徴とするガラス部材の加熱加工方法。
ガラス部材を炉体内で加熱加工するガラス部材の加熱加工方法において、
前記炉体内で用いられる石英またはカーボンを含む部品を交換した際、前記炉体内における不純物の粒子数を計測し、前記炉体内における不純物の粒子数が３５０００個／ｍ^３以下となるまで前記炉体を空焼きした後、前記ガラス部材の加熱加工を開始することを特徴とするガラス部材の加熱加工方法。
前記ガラス部材がガラスロッドである請求項１または請求項２に記載のガラス部材の加熱加工方法。
前記ガラス部材がガラスパイプである請求項１または請求項２に記載のガラス部材の加熱加工方法。
前記加熱加工が、加熱しながら行う延伸である請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のガラス部材の加熱加工方法。
前記加熱加工が、前記ガラスロッドを加熱して光ファイバを製造する際の線引きである請求項３に記載のガラス部材の加熱加工方法。