JP2004513863A - 光ファイバープリフォーム製造装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明はキャリアチューブをコラプスしてプリフォームをつくる、プリフォーム製造装置に関する。この装置は、円筒状エンベロープを形成する加熱素子を具え、このエンベロープは環状入口開口および環状出口開口をその両端に規定し、キャリアチューブは円筒状エンベロープ内で前記開口間にあり、加熱素子はキャリアチューブに対して軸方向に可動であり、さらに、キャリアチューブとエンベロープ間の空間に非酸化性ガスを供給する手段を具える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、キャリアチューブをコラプスしてプリフォームをつくるプリフォーム製造装置であって、円筒状エンベロープを形成する加熱素子、環状入口開口および環状出口開口をエンベロープの両端にて規定する前記エンベロープ、前記開口間の円筒状エンベロープ内にあるキャリアチューブ、キャリアチューブの軸方向に可動である前記加熱素子、キャリアチューブとエンベロープ間の空間に非酸化性ガスを供給する手段を具える装置に関する。さらに本発明は、本装置を使用してプリフォームを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような装置は米国特許第５，９７０，０８３号明細書に開示されている。ここに開示の装置は、円筒状エンベロープを取り囲むグラファイトファーネス、前記円筒状エンベロープ内をその長手方向に可動であるキャリアチューブを具える。この装置は、約３０ｍｍの直径を有する中空ロッドの形態における第１プリフォームをコラプスするために使用され、光ファイバを線引きするために使用可能であるプリフォームに変形する必要がある。すなわち、光ファイバは約２０ｍｍの直径を有する中実ロッドである。この変形は、約２０００℃になるファーネスの中央に向かって主に生じる。円筒状エンベロープは入口開口と出口開口を持ち、この両開口は２つのリングの導管を有し、ここを通って非酸化性ガスが通過する。前記環状導管はエンベロープの軸方向にある角度で傾斜している。非酸化性ガスは環状導管により２つの円錐状ガスカーテン状に噴射される。したがって噴射されたガスはエンベロープから遠ざかって進む。この結果、エンベロープに空気が流入することにより、グラファイトファーネスの燃焼が防止される。
【０００３】
本発明者らは、コラプス工程に必要な高温により、周囲空気からの酸素が炭素チューブと接触する際、炭素チューブを含む円筒状エンベロープの内部が燃焼することを見いだした。燃焼により形成された燃焼生成物はその後キャリアチューブに堆積し、この不純物は最終的に製造されるガラスファイバの光特性および／または強度に悪影響をもたらす。円筒状エンベロープ内を支配する高温の別の影響は、キャリアチューブを作る材料であるＳｉＯ_２が少量蒸発することである。このＳｉＯ_２は円筒状エンベロープの内部の炭素と反応してＳｉＣを形成し、内壁に堆積する。実験により、このＳｉＣはファーネスの炭素内壁から脱離してその後高温で僅かに軟化したキャリアチューブに付着することがわかった。キャリアチューブのこのような不純物の存在は防止する必要がある。その理由は、キャリアチューブはプリフォームにコラプスされた後、線引き塔で光ガラスファイバに変えられるからである。上記の米国特許は周囲空気の流入をファーネス両端に２重ガスカーテンを形成し、キャリアチューブとファーネス内壁間のファーネス空間にガスをフラッシュすることにより防止する装置が開示されている。この特許では炭素インナーチューブの燃焼を最小化することを要求しており、この装置はキャリアチューブから、蒸発したＳｉＯ_２の適当な廃棄がなされず、この結果、ＳｉＣの形成とキャリアチューブ外部への堆積が全状況下で防止されない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、従来技術の前記問題を防止するプリフォーム製造装置および方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、導入で記載した発明は、非酸化性ガスを供給する手段が環状入口開口近傍に配置され、この手段が：
ｉ）キャリアチューブとエンベロープ間の空間をフラッシュするためのエレメントであって、環状インジェクションチャンバを構成し、環状入口開口近傍に配置され、層流下で環状出口開口の方向にキャリアチューブを通過して非酸化性ガスを流するエレメント、および
ｉｉ）環状入口開口に非酸化性ガスを供給するためのエレメントであって、ｉ）記載のエレメントの上流に配置され、環状インジェクションチャンバを構成し、非酸化性ガスをキャリアチューブを通過してエレメントからの非酸化性ガスの方向と逆方向に流して環状入口開口の側における周囲空気の流入を防止するエレメントを具えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ファーネスの片側すなわち入口開口近傍においてのみ、キャリアチューブの外側に非酸化性ガスのガスカーテンを形成しつつ、キャリアチューブとエンベロープ間空間に非酸化性ガスをフラッシュすることにより前記問題を解決することを見いだした。ファーネスの片側すなわち入口開口近傍においてのみ内部フラッシュ段階を使用することにより、円筒状エンベロープとキャリアチューブ内部間の空間で対向したガス流により引き起こされる渦発生の可能性を防止する。特に、上記ファクタによりもたらされる不純物はファーネスの他方の側、すなわち環状出口開口から、非酸化性ガス流れと共に出る。このような方法を使用する場合、ファーネス内の炭素インナーチューブの高温領域におけるＳｉＣ等の珪素含有化合物の堆積が防止可能である。その理由は、燃焼生成物の堆積がキャリアチューブとエンベロープ間の空間で生じないからである。実験により、立法晶および六方晶のＳｉＣが炭素インナーチューブが１９００℃以上のとき炭素インナーチューブに堆積することがわかった。立法晶ＳｉＣのこのような結晶が円筒状エンベロープの内壁から脱離して石英キャリアチューブに付着する。立方晶ＳｉＣのこのような結晶は、コラプスされて中実ロッドを形成したプリフォームから光ガラスファイバに線引きする際に溶融しないので、このような結晶の存在はこのようにして形成した光ガラスファイバを局所的に弱くする。本装置が、円筒状エンベロープを形成する加熱素子の態様および円筒状エンベロープを取り囲む加熱素子の態様を有することが理解できるであろう。
【０００７】
特に好ましい態様では、エレメントｉ）における非酸化性ガスの層流は１０〜２００のレイノルズ数を持ち、このレイノルズ数はＲｅ＝ρｖｄ／μにより規定され、ρはガス密度、ｖはガス速度、μはガス粘度、ｄはキャリアチューブの外径と円筒状エンベロープの内壁間の直径差である。
【０００８】
この層流はキャリアチューブと円筒状エンベロープ間の空間における渦の発生を防止するために特に望ましく、その結果、形成されたＳｉＣ含有材料は適切に環状出口開口方向に廃棄され、この材料のキャリアチューブ上への堆積を防止する。
【０００９】
特に好ましい態様では、前記パラメータｄは６ｍｍより大きい値を有し、結果として、ファーネスの炭素内壁への蒸発ＳｉＯ_２の拡散距離が増加する。
【００１０】
さらに、最大で１５容量％のヘリウム含量を有するガスを非酸化性ガスとして使用することが好ましい。この場合、他の成分は、例えばアルゴンおよび窒素またはこれらの混合物から選択される。
【００１１】
このようなコラプス工程では、ヘリウムはその良好な熱伝導性のためにしばしば使用される。その理由は円筒状エンベロープからの熱はコラプスされるべきキャリアチューブに適切に移動されるからである。しかし、ヘリウム使用の欠点は、前記した良好な熱伝導性のために強い冷却も生じることである。したがって、キャリアチューブから蒸発したＳｉＯ_２は円筒状エンベロープの炭素チューブの大部分に堆積する。したがって、ヘリウムの最大量は、キャリアチューブから蒸発したＳｉＯ_２の、円筒状エンベロープの炭素チューブへの堆積を最小化する観点で選択された。
【００１２】
さらに、本装置は、円筒状エンベロープの内壁がガラス化炭素から作られることを特徴とする。ガラス化炭素を使用する特別な利点は、非常に空隙率の低い材料を使用する結果、有効潜在反応領域が標準高純度炭素を使用した場合より小さいことである。この結果、炭素の燃焼が減少し、ＳｉＯ_２との反応が最小化される。さらに、ガラス化炭素表面からの不純物の除去がより容易であることがわかった。
【００１３】
さらに、本発明はキャリアチューブをコラプスしてプリフォームにする方法に関する。この方法は、上記装置を使用して実施される。
【００１４】
【実施例】
図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。本図面は本発明装置を断面図で示す。
【００１５】
図はプリフォーム製造のための装置１を示す。図中、キャリアチューブ７はコラプスされてプリフォームになる。前記キャリアチューブ７は加熱素子２間にあり、加熱素子２はキャリアチューブ７が僅かに軟化して固体ロッドに溶融される温度を提供する。ファーネス１０の内壁３とキャリアチューブ７間にある空間９には非酸化性ガスが流され、環状インジェクションチャンバ６から矢印Ｐ１で示された方向に噴射される。インジェクションチャンバ６は環状入口開口５の位置にあり、その結果、噴射された非酸化性ガスは環状入口開口５から環状出口開口４の方向に流れる。環状入口開口５における周囲空気の流入を防止するために、エレメント８をさらに設ける。このエレメント８は環状インジェクションチャンバ６の上流に配置され、エレメント８もまた環状インジェクションチャンバを構成して、非酸化性ガスを、環状インジェクションチャンバ６からの非酸化性ガスの方向と逆方向、特に矢印Ｐ２により示された方向に、キャリアチューブ７を通って流す。エレメント８によって作られるガスカーテンとインジェクションチャンバ６による内部フラッシュプロセスの組み合わせにより、周囲空気がファーネスに入ることを防止され、かつコラプスプロセス中に形成された不純物が環状出口開口４の方向に適切に廃棄される。ファーネス１０がキャリアチューブ７に対して可動であり、特別な態様ではキャリアチューブ７がファーネス１０に対して可動であることが望ましい。しかし、本発明は特定の方法による運動に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリフォーム製造装置を示す断面図である。

Claims (7)

1. キャリアチューブ（７）をコラプスしてプリフォームをつくるプリフォーム製造装置（１）であって、
   円筒状エンベロープ（３）を形成するかまたはこれを取り囲む少なくとも１つの加熱素子（２）、
   環状入口開口（５）および環状出口開口（４）をエンベロープ（３）の両端にて規定する前記エンベロープ（３）、
   前記開口（４、５）間の円筒状エンベロープ（３）内にあるキャリアチューブ（７）、
   キャリアチューブ（７）の軸方向に可動である前記加熱素子（２）、
   キャリアチューブ（７）とエンベロープ（３）間の空間に非酸化性ガスを供給する手段（６、８）
   を具える装置（１）において、
   非酸化性ガスを供給する手段（６、８）が環状入口開口（５）近傍に配置され、この手段が：
   ｉ）キャリアチューブ（７）とエンベロープ（３）間の空間をフラッシュするためのエレメント（６）であって、環状インジェクションチャンバを構成し、環状入口開口（５）近傍に配置され、層流下で環状出口開口（４）の方向にキャリアチューブ（７）を通って非酸化性ガスを流すエレメント（６）、および
   ｉｉ）環状入口開口（５）に非酸化性ガスを供給するためのエレメント（８）であって、ｉ）記載のエレメント（６）の上流に配置され、環状インジェクションチャンバを構成し、非酸化性ガスをキャリアチューブ（７）を通ってエレメント（６）からの非酸化性ガスの方向と逆方向に流して環状入口開口（５）の側における周囲空気の流入を防止するエレメント（８）
   を具えることを特徴とするプリフォーム製造装置。
2. エレメント（６）における層流が、１０〜２００のレイノルズ数を持ち、このレイノルズ数がＲｅ＝ρｖｄ／μにより規定され、式中、ρはガス密度、ｖはガス速度、μはガス粘度、ｄはキャリアチューブ（７）の外径と円筒状エンベロープ（３）の内壁間の直径差であることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記パラメータｄが６ｍｍより大きい値を有することを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 最大で１５容量％のＨｅ量を持つ非酸化性ガスを非酸化性ガスとして使用することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の装置。
5. 円筒状エンベロープ（３）の内壁がガラス化炭素製であることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の装置。
6. 加熱素子（２）がキャリアチューブ（７）に対して可動であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の装置。
7. キャリアチューブ（７）をコラプスしてプリフォームをつくるプリフォーム製造法であって、この方法が請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の装置を使用して実施される方法。