JP2005194173A

JP2005194173A - 脱水焼結炉およびそれを用いた光ファイバ用母材の製造方法

Info

Publication number: JP2005194173A
Application number: JP2004349700A
Authority: JP
Inventors: Manabu Saito; 学齋藤; Shigetoshi Yamada; 成敏山田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】脱水処理工程で生成された物質を含む蒸気が圧力変動吸収装置で結露しないようにすること。
【解決手段】光ファイバ用母材が収容される炉心管１１には、炉心管１１内の圧力変動を抑制する圧力変動吸収装置２９が導管２７を介して接続されている。圧力変動装置２９および導管２７は、断熱材３１および３３で断熱被覆されているため、室温雰囲気に対し断熱遮蔽される。
【選択図】図１

Description

この発明は、脱水焼結炉に関し、更に詳細には、光ファイバ製造における光ファイバ（ガラスファイバ）用母材の脱水処理、焼結処理を行う脱水焼結炉に関するものである。

ＶＡＤ（ＶａｐｏｒｐｈａｓｅＡｘｉａｌＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（ＯｕｔｓｉｄｅＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等による石英系ファイバ製造における光ファイバ用母材の脱水、焼結は、脱水焼結する光ファイバ用母材を収容する炉心管（マッフル）と、炉心管を加熱するヒータとを有する脱水焼結炉を用い、炉心管内部に、塩素ガス、塩化チオニール等による脱水剤とヘリウムガス等の不活性ガスを供給し、不活性ガス雰囲気中で、炉心管をヒータによって加熱して行われる。

このような光ファイバ用母材の脱水、焼結を行う脱水焼結炉では、炉心管の内圧が大きく変動することを避け、炉心管内圧を可及的に一定に保つために、炉心管に、風船式圧力バッファ、ガス流緩衝用チャンバ、電磁弁制御式の圧力変動吸収容器等による圧力変動吸収装置が接続されたものがある（たとえば、特許文献１、２、３、４）。

炉心管に接続された圧力変動吸収装置は、炉心管内の短周期の圧力変動を吸収するために有効なものであるが、次のような問題点がある。

炉心管内の圧力が高い場合、炉内のガスが炉心管より圧力変動吸収装置に押し出されるが、逆に炉内の圧力が下がると、圧力変動吸収装置内のガスが炉心管内に戻されることとなる。

圧力変動吸収装置は、炉外にあって室温雰囲気中に曝されているから、脱水処理工程で生成された物質を含む蒸気が圧力変動吸収装置において結露（液化）する現象が生じる。この現象は、ガラス微粒子プリフォーム等による多孔質母材に含まれる水分の絶対量の多いほど顕著なものになる。

圧力変動吸収装置において結露（液化）したものが炉内圧力の低下時に炉心管内に戻される現象が生じ、液体が炉心管内に戻されることにより、脱水能力の低下を招く。

また、これ以外にも、圧力変動吸収装置において結露した液体が炉心管内の光ファイバ用母材に滴下するような現象が生じる。液体が光ファイバ用母材に滴下すると、外観上の問題を生じたり、スート上の光ファイバ用母材の一部が脆くなり、その箇所を中心にスートが崩れ、それが炉心管内に落下する等の問題が生じる。

また、圧力変動吸収装置において結露（液化）したものが、炉心管内に戻らず、炉心管と圧力変動吸収装置とを接続する導管等に滞留すると、脱水処理工程で生成される物質には、塩化水素、硫酸等の強酸物が含まれるため、導管等の腐食により、装置寿命が著しく損ねられることになる。
実公平６−５０５１３号公報特開平５−４８２８号公報特開平６−１２７９６４号公報特開平１０−１２０４２８号公報

この発明が解決しようとする課題は、圧力変動吸収装置付きの脱水焼結炉およびこの脱水焼結炉を用いる光ファイバ用母材の製造方法において、脱水処理工程で生成された物質を含む蒸気が圧力変動吸収装置で結露することを防止し、圧力変動吸収装置で結露（液化）したものが炉心管内に戻されるような不具合が生じることを抜本的に回避し、高品質な光ファイバ用母材を安定的に製造することである。

この発明による脱水焼結炉は、光ファイバ製造における光ファイバ用母材の脱水、焼結を行う炉心管を有する脱水焼結炉において、前記炉心管に圧力変動吸収装置が接続され、前記圧力変動吸収装置が断熱材によって被覆されている。

また、この発明による脱水焼結炉は、光ファイバ製造における光ファイバ用母材の脱水、焼結を行う炉心管を有する脱水焼結炉において、前記炉心管に圧力変動吸収装置が接続され、前記圧力変動吸収装置が断熱容器内に収容されている。

また、この発明による脱水焼結炉は、光ファイバ製造における光ファイバ用母材の脱水、焼結を行う炉心管を有する脱水焼結炉において、前記炉心管に圧力変動吸収装置が接続され、前記圧力変動吸収装置を加熱する加熱手段が設けられている。

さらに、この発明による光ファイバ用母材の製造方法は、上記の脱水焼結炉を用いる光ファイバ用母材の製造方法であって、上記の圧力変動吸収装置内の気体の温度を１００℃以上とする。

この発明による脱水焼結炉は、圧力変動吸収装置が室温雰囲気に対して断熱遮蔽、あるいは圧力変動吸収装置が加熱されるから、脱水処理工程で生成された物質を含む蒸気が圧力変動吸収装置において結露（液化）することが防止される。

これにより、圧力変動吸収装置で結露（液化）したものが炉心管内に戻されるような不具合が生じることが抜本的に回避され、脱水能力の低下や、圧力変動吸収装置において結露した液体が炉心管内の光ファイバ用母材に滴下するような現象が生じることがなくなり、高品質な光ファイバ用母材を安定的に製造することができるようになる。

この発明による脱水焼結炉の実施形態１を、図１を参照して説明する。

脱水焼結炉は、炉本体として石英ガラス製の密閉構造の炉心管（マッフル）１１を有する。炉心管１１は、炉内部１３に、種棒１００によってガラス微粒子プリフォームによる光ファイバ用母材Ｗをつり下げ式に収容する。

炉心管１１の外部には、炉内部１３、換言すると、炉内部１３の光ファイバ用母材Ｗを加熱するヒータ１５が炉体１７内に設けられている。炉体１７には、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスが炉体パージガスとして、パージガス導入口１９より供給される。炉体１６に供給された炉体パージガスはパージガス排出口２１より外部へ排出される。

炉心管１１の底部には、図示されていないガス供給装置より、塩素ガス、塩化チオニール等による脱水剤とヘリウムガス等の不活性ガスを炉内部１３に供給するガス導入管２３が導通接続されている。

炉心管１１の上部には圧力調整ポート２５が設けられている。圧力調整ポート２５には導管２７によって圧力変動吸収装置２９が接続されている。圧力変動吸収装置２９は、風船式圧力バッファや、ガス流緩衝用チャンバや、電磁弁制御式の圧力変動吸収容器等による公知のものでよく、それらの詳細な説明は省略する。

圧力変動吸収装置２９は、断熱材３１によって断熱被覆されている。また、炉心管１１と圧力変動吸収装置２９とを接続する導管２７も断熱材３３によって断熱被覆されている。

断熱材３１、３３は、アルミナ繊維等、高耐熱性を有する繊維断熱材により構成されており、圧力変動吸収装置２９、導管２７の全体を断熱被覆する。

上述の如き構成による脱水焼結炉では、不活性ガス雰囲気中で、炉心管１１をヒータ１５によって加熱することにより、炉内部１３の光ファイバ用母材Ｗの加熱脱水が行われる。

この脱水処理工程で、炉内部１３の圧力が高くなると、炉内のガスが炉心管１１より導管２７を通過して圧力変動吸収装置２９に押し出され、逆に炉内部１３の圧力が下がると、圧力変動吸収装置２９内のガスが導管２７を通過して炉心管１１内に戻され、炉内部１３の圧力変動が抑えられる。

この炉内部１３と圧力変動吸収装置２９との間のガス流れには炉内部１３で発生した水分を含む蒸気があるが、圧力変動吸収装置２９、導管２７が断熱材３１、３３によって室温雰囲気に対して断熱遮蔽されるから、脱水処理工程で生成された物質を含む蒸気が圧力変動吸収装置２９や導管２７において結露（液化）することが防止される。

これにより、圧力変動吸収装置２９や導管２７で結露による液体が生じることがなく、結露による液体が炉心管１１内に戻されることが抜本的に回避される。このことにより、脱水能力の低下や、結露による液体が炉心管１１内の光ファイバ用母材Ｗに滴下するような現象が生じることがなくなり、高品質な光ファイバ用母材を安定的に製造することができるようになる。

圧力変動吸収装置２９が断熱材３１で被覆された脱水焼結炉により脱水焼結処理をした光ファイバ用母材を線引きして光ファイバを作製したところ、波長１３８５ｎｍにおける伝送損失が０．２８６ｄＢ／ｋｍ（平均値）という低い値を有する光ファイバが得られた。一方、比較のために、圧力変動吸収装置２９を断熱材で被覆しない脱水焼結炉を用い、他の条件を同じにして光ファイバを作製した。その結果、比較のための光ファイバでは、波長１３８５ｎｍにおける伝送損失は、０．２９２ｄＢ／ｋｍ（平均値）であった。この対比より、本実施形態に係る脱水焼結炉およびこの脱水焼結炉を用いた光ファイバ用母材製造方法の効果が理解される。

また、圧力変動吸収装置２９において結露（液化）したものが、炉心管１１内に戻らずに導管２７に滞留するような不具合も生じることがなく、塩化水素、硫酸等の強酸物によって導管２７が早期に腐食することが回避され、装置の長寿命化が図られる。

この発明による脱水焼結炉の実施形態２を、図２を参照して説明する。なお、図２において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態２では、圧力変動吸収装置２９の全体が密閉構造の断熱容器３５内に収容されている。断熱容器３５は、密閉容器３７と、密閉容器３７全体を断熱被覆するアルミナ繊維等による断熱材３９とにより構成されている。

この実施形態では、圧力変動吸収装置２９、導管２７が密閉容器３７、断熱材３３によって室温雰囲気に対して断熱遮蔽されるから、脱水処理工程で生成された物質を含む蒸気が圧力変動吸収装置２９や導管２７において結露（液化）することが防止される。

これにより、圧力変動吸収装置２９や導管２７で結露による液体が生じることがなく、結露による液体が炉心管１１内に戻ることが抜本的に回避され、高品質な光ファイバ用母材を安定的に製造することができるようになる。

この発明による脱水焼結炉の実施形態３を、図３を参照して説明する。なお、図３においても、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態３では、圧力変動吸収装置２９が容器４１内に収容されている。容器４１の外側には、容器４１を取り囲むように加熱手段であるヒータ４３が設けられている。ヒータ４３は、ヒータ制御手段４５によって電力制御され、発熱量を制御されて容器４１を加熱する。

これにより、容器４１内の温度が上昇し、圧力変動吸収装置２９がヒータ４３によって間接的に加熱される。

容器４１には容器４１内の温度を検出する温度センサ４７が設けられている。ヒータ制御手段４５は、温度センサ４７より信号を入力し、温度センサ４７によって検出される容器内温度が結露防止に必要な所定温度（一定温度）に保たれるように、ヒータ４３の発熱動作を通電量によって制御する。

これにより、圧力変動吸収装置２９が結露を生じない温度以上に保たれ、圧力変動吸収装置２９で結露による液体が生じることがなくなる。このことにより、結露による液体が炉心管１１内に戻ることが抜本的に回避され、高品質な光ファイバ用母材を安定的に製造することができるようになる。

なお、圧力変動吸収装置２９をヒータ４３によって直接加熱する構造にすることもでき、この場合も、上述の実施形態と同等の作用、効果を得ることができる。また、導管２７を加熱するヒータを設けることもできる。

この発明による脱水焼結炉の実施形態４を、図４を参照して説明する。なお、図４において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態４では、容器４１の外側に、容器４１を取り囲むように加熱手段である熱交換器４９が設けられている。熱交換器４９には、温水、水蒸気等の高温熱媒が流れる。

これにより、容器４１が加熱され、容器４１内の温度が上昇し、圧力変動吸収装置２９が熱交換器４９によって間接的に加熱される。

なお、圧力変動吸収装置２９を熱交換器４９によって直接加熱する構造にすることもでき、この場合も、上述の実施形態と同等の作用、効果を得ることができる。また、熱交換器４９に供給する高温熱媒は、炉体１７より排出される高温の炉体パージガスでもよい。また、導管２７を加熱するための熱交換器を設けることもできる。

この発明による脱水焼結炉の実施形態５を、図５を参照して説明する。

実施形態５では、容器４１に高温熱媒入口５１と高温熱媒出口５３とが設けられ、高温蒸気等の高温熱媒が容器４１に供給されるようになっている。

これにより、容器４１内が加熱され、容器４１内の温度が上昇し、圧力変動吸収装置２９が加熱される。

また、炉心管１１と圧力変動吸収装置２９とを接続する導管２７が外管５５とで二重管になっており、導管２７と外管５５との間の通路５７にも高温蒸気等の高温熱媒が供給され、導管２７を加熱する構造になっている。

これにより、導管２７も結露を生じない温度以上に保たれ、導管２７でも結露による液体が生じることがなくなる。

なお、容器４１内や通路５７に供給する高温熱媒は、高温蒸気以外に、温水でもよい。

この発明による脱水焼結炉の実施形態６を、図６を参照して説明する。

実施形態６では、容器４１、通路５７が導管５９、６１、６３等によって炉体１７のパージガス排出口２１に接続されている。

これにより、炉体１７より排出される炉体パージガスが高温熱媒として、容器４１内や通路５７に供給される。これにより、容器４１内や通路５７の温度が上昇し、圧力変動吸収装置２９、導管２７が加熱される。

これにより、圧力変動吸収装置２９、導管２７が結露を生じない温度以上に保たれ、圧力変動吸収装置２９、導管２７で結露による液体が生じることがなくなる。このことにより、結露による液体が炉心管１１内に戻ることが抜本的に回避され、高品質な光ファイバ用母材を安定的に製造することができるようになる。

また、圧力変動吸収装置２９内の気体の温度は１００℃以上、さらに好ましくは３００℃以上となるようにすることが望ましい。１００℃以上であれば、気体中の水分が結露することはなく、また３００℃以上であれば、脱水剤内に硫黄（Ｓ）原子や酸素（Ｏ）原子が含まれており脱水反応によって硫酸や硫酸ガスが生成される場合であっても、硫酸が結露することはなく、高品質な光ファイバ用母材を安定的に製造することができるようになる。

この発明による脱水焼結炉の実施形態１を示す構成図である。この発明による脱水焼結炉の実施形態２を示す構成図である。この発明による脱水焼結炉の実施形態３を示す構成図である。この発明による脱水焼結炉の実施形態４を示す構成図である。この発明による脱水焼結炉の実施形態５を示す構成図である。この発明による脱水焼結炉の実施形態６を示す構成図である。

符号の説明

１１炉心管
１５ヒータ
１７炉体
２７導管
２９圧力変動吸収装置
３１、３３断熱材
３５断熱容器
４１容器
４３ヒータ
４５ヒータ制御手段
４７温度センサ
４９熱交換器
５１高温熱媒入口
５３高温熱媒出口
５５外管
５７通路
５７、５９、６１導管

Claims

光ファイバ製造における光ファイバ用母材の脱水、焼結を行う炉心管を備え、
前記炉心管に圧力変動吸収装置が接続され、前記圧力変動吸収装置が断熱材によって被覆されている脱水焼結炉。
光ファイバ製造における光ファイバ用母材の脱水、焼結を行う炉心管を備え、
前記炉心管に圧力変動吸収装置が接続され、前記圧力変動吸収装置が断熱容器内に収容されている脱水焼結炉。
光ファイバ製造における光ファイバ用母材の脱水、焼結を行う炉心管を備え、
前記炉心管に圧力変動吸収装置が接続され、前記圧力変動吸収装置を加熱するよう構成される加熱手段が設けられている脱水焼結炉。
前記炉心管は、石英ガラス製の密閉構造を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の脱水焼結炉。
前記炉心管は、圧力調整ポート及び導管を介して前記圧力変動吸収装置へ接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の脱水焼結炉。
前記圧力変動吸収装置は、風船式圧力バッファ、ガス流緩衝用チャンバ、及び電磁弁制御式の圧力変動吸収容器のいずれかであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の脱水焼結炉。
前記圧力変動吸収装置が容器に収容されていることを特徴とする請求項３に記載の脱水焼結炉。
前記容器の温度が前記圧力変動吸収装置で蒸気の結露を生じない温度に前記加熱手段によって調整されることを特徴とする請求項７に記載の脱水焼結炉。
前記炉心管は圧力調整ポート及び導管を介して前記圧力変動吸収装置に接続され、前記加熱手段又は追加のヒータが前記導管の加熱のために設けられていることを特徴とする請求項３に記載の脱水焼結炉。
前記加熱手段は熱交換器を備え、該熱交換器は温水若しくは蒸気又は双方といった高温熱媒を有し、もって、前記圧力変動吸収装置を加熱することを特徴とする請求項７に記載の脱水焼結炉。
前記容器は入口及び出口を有し、該入口及び該出口を通して高温熱媒が前記容器に供給され、もって、前記圧力変動吸収装置を加熱することを特徴とする請求項７に記載の脱水焼結炉。
前記炉心管は導管を介して前記圧力変動吸収装置に接続され、前記導管は同心状に外管によって囲まれて二重管が形成され、かつ、前記高温熱媒は前記導管と前記外管との間の通路を通して流れ、もって、前記導管を加熱することを特徴とする請求項１１に記載の脱水焼結炉。
前記炉心管には前記炉心管を加熱するヒータを収容する炉体が設けられ、前記炉体から排出されるパージガスが、前記炉体と前記容器とを接続するガスパージ排出口の少なくとも一つを通して前記容器に高温熱媒として供給され、もって、前記圧力変動吸収装置を加熱することを特徴とする請求項７に記載の脱水焼結炉。
請求項１から１３のいずれか一項に記載の脱水焼結炉を用いるステップを備え、前記圧力変動吸収装置内の気体の温度を１００℃以上とすることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
前記圧力変動吸収装置内の気体の温度を３００℃以上とすることを特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
脱水処理工程で生成された物質を含む蒸気を前記圧力変動吸収装置へ流し、かつ、前記蒸気が前記圧力変動吸収装置内で結露することを防止することを特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ用母材の製造方法。