JP2006008478A - 加熱炉、光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバ用多孔質母材の脱水および焼結を効率的に行うことができる加熱炉、およびこの加熱炉を用いた光ファイバ母材の製造方法を提供する。
【解決手段】 光ファイバ用多孔質母材１を収容する炉心管２１と、少なくとも炉心管２１の外周の一部を囲むように配され、炉心管２１内に収容された光ファイバ用多孔質母材１を加熱するヒータ２２とを備えた加熱炉２０において、炉心管２１とヒータ２２の間に遮熱壁２５を設ける。遮熱壁２５を、炉心管２１の長手方向に沿って移動可能とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光ファイバ用多孔質母材を加熱処理して光ファイバ母材とする加熱炉、およびこの加熱炉を用いた光ファイバ母材の製造方法に関するものである。

光ファイバの製造に用いられる光ファイバ母材の製造方法としては、一般的に、光ファイバ用多孔質母材を形成し、この光ファイバ用多孔質母材を加熱炉内において加熱処理（脱水、焼結）して、光ファイバ母材とする方法が挙げられる。

図３は、従来の加熱炉の一例を示す概略構成図である。
この例の加熱炉１１０は、光ファイバ用多孔質母材１００を収容する石英ガラスなどからなる円筒形の炉心管１１１と、炉心管１１１内に収容された光ファイバ用多孔質母材１００を加熱処理するためのヒータ１１２と、ヒータ１１２の外周を覆う断熱材１１３と、ヒータ１１２および断熱材１１３を収容している筺体１１４とから概略構成されている。

この加熱炉１１０により、光ファイバ用多孔質母材１００を加熱処理する場合、加熱領域を広くすることにより、光ファイバ用多孔質母材１００に効率良く熱を加えることができる（例えば、特許文献１参照。）。

光ファイバ用多孔質母材１００の加熱領域を広くするには、ヒータ１１２の長さを、炉心管１１１の長手方向に沿って長くするという方法が挙げられる。しかしながら、ヒータ１１２の長さを長くし過ぎると、光ファイバ用多孔質母材１００がヒータ１１２から受ける熱量が多くなる。そのため、光ファイバ用多孔質母材１００を焼結する場合、その上部を加熱すると、光ファイバ用多孔質母材１００が自重によって伸びてしまう。

一方、ヒータ１１２の長さを短くし過ぎると、光ファイバ用多孔質母材１００がヒータ１１２から受ける熱量が少なくなる。そのため、光ファイバ用多孔質母材１００を脱水する場合、光ファイバ用多孔質母材１００中の脱水反応を効率よく促進させることができない。

このように、光ファイバ用多孔質母材１００を脱水する場合と、焼結する場合とでは、必要とされる光ファイバ用多孔質母材１００の加熱領域が異なっている。したがって、光ファイバ用多孔質母材１００の脱水と焼結において、ヒータ１１２の温度を制御することにより、光ファイバ用多孔質母材１００の加熱領域を制御することは非常に難しい。
特開２０００−２１９５３２号公報

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、光ファイバ用多孔質母材の脱水および焼結を効率的に行うことができる加熱炉、およびこの加熱炉を用いた光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、光ファイバ用多孔質母材を収容する炉心管と、少なくとも前記炉心管の外周の一部を囲むように配され、前記炉心管内に収容された光ファイバ用多孔質母材を加熱するヒータとを備えた加熱炉であって、前記炉心管と前記ヒータの間に遮熱壁が設けられた加熱炉を提供する。

上記構成の加熱炉において、前記遮熱壁は、前記炉心管の長手方向に沿って移動可能であることが好ましい。

本発明は、上記の加熱炉を用いた光ファイバ母材の製造方法であって、前記加熱炉を構成する炉心管内に光ファイバ用多孔質母材を収容し、該光ファイバ用多孔質母材を脱水する脱水工程と、該脱水工程の後に、前記光ファイバ用多孔質母材を焼結する焼結工程とを備えた光ファイバ母材の製造方法を提供する。

前記脱水工程において、前記炉心管と前記ヒータの間に設けられた遮熱壁により、前記ヒータの前記炉心管と対向する面が覆われないように、前記遮熱壁を前記炉心管の長手方向に沿って移動させ、前記焼結工程において、前記遮熱壁により、前記ヒータの前記炉心管と対向する面の半分以下を覆うように、前記遮熱壁を前記炉心管の長手方向に沿って移動させることが好ましい。

本発明によれば、加熱炉を構成する炉心管とヒータの間に、炉心管の外周を囲むように遮熱壁を設けることによって、炉心管内に収容された光ファイバ用多孔質母材の加熱処理工程（脱水工程、焼結工程）において、光ファイバ用多孔質母材の加熱領域を広くすることができるとともに、光ファイバ用多孔質母材に過剰に熱を加えることを防止することができる。したがって、光ファイバ用多孔質母材の脱水および焼結を効率的に行うことができる上に、光ファイバ用多孔質母材を透明ガラス化してなる光ファイバ母材が自重によって伸びるのを防止することができる。

以下、本発明を実施した加熱炉、およびこの加熱炉を用いた光ファイバ母材の製造方法について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る加熱炉の第一の実施形態を示す概略構成図である。
この実施形態の加熱炉１０は、光ファイバ用多孔質母材１を収容する石英ガラスなどからなる円筒形の炉心管１１と、炉心管１１の外周を囲み、炉心管１１内に収容された光ファイバ用多孔質母材１を加熱処理するためのヒータ１２と、ヒータ１２の外周を覆う断熱材１３と、ヒータ１２および断熱材１３を収容している筺体１４と、炉心管１１とヒータ１２の間に、炉心管１１の外周を囲むように設けられた遮熱壁１５とから概略構成されている。

加熱炉１０では、遮熱壁１５が、炉心管１１とヒータ１２の間に固定されている。また、遮熱壁１５は、炉心管１１の長手方向の半分を覆っている。

なお、この実施形態では、遮熱壁１５が炉心管１１の外周の半分を覆っている例を示したが、本発明の加熱炉はこれに限定されない。本発明の加熱炉にあっては、遮熱壁１５が炉心管１１の外周の１／４〜１／２程度を覆っていればよい。

遮熱壁１５をなす素材は特に限定されないが、遮熱壁１５が高温に曝されることや、炉心管および炉心管内で透明ガラス化されてなる光ファイバ母材に悪影響を及ぼす（炉心管や光ファイバ母材が汚染する）ことを防止するためには、遮熱壁１５をなす素材はセラミックスまたはカーボンを主成分とするものが望ましい。

このように、炉心管１１とヒータ１２の間に、炉心管１１の外周を囲むように遮熱壁１５を設けることによって、炉心管１１内に収容された光ファイバ用多孔質母材１の加熱処理工程（脱水工程、焼結工程）において、光ファイバ用多孔質母材１の加熱領域を広くすることができるとともに、光ファイバ用多孔質母材１に過剰に熱を加えることを防止することができる。したがって、光ファイバ用多孔質母材１の脱水および焼結を効率的に行うことができる上に、光ファイバ用多孔質母材１を透明ガラス化してなる光ファイバ母材が自重によって伸びるのを防止することができる。

また、この実施形態では、ヒータ１２が炉心管１１の外周の一部を囲んでいる例を示したが、本発明の加熱炉はこれに限定されない。本発明の加熱炉にあっては、ヒータが炉心管の外周の全域を囲んでいてもよい。

次に、図１を参照して、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法の第一の実施形態について説明する。

この実施形態の光ファイバ母材の製造方法では、まず、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの公知の方法により、光ファイバ用多孔質母材１１を形成する。

次いで、ヒータ１２により炉心管１１を加熱して、光ファイバ用多孔質母材１の表面の長手方向に沿う温度分布が所定の分布になるように、炉心管１１内の温度分布を形成する。その後、光ファイバ用多孔質母材１を炉心管１１内に収容して、光ファイバ用多孔質母材１を、塩素系ガスを含むヘリウム雰囲気内を通過させて、脱水する（脱水工程）。
この脱水工程において、ヒータ１２の温度を１２５０〜１４００℃程度に設定する。

次いで、ヒータ１２による炉心管１１の加熱を継続したまま、ヒータ１２の温度を１５００〜１６００℃に設定して、光ファイバ用多孔質母材１の表面の長手方向に沿う温度分布が所定の分布になるように、炉心管１１内の温度分布を形成する。このままの状態で、光ファイバ用多孔質母材１を、炉心管１１内のヘリウム雰囲気内（必要に応じて他のガスを含んでいてもよい）を通過させて、焼結し（焼結工程）、光ファイバ母材を得る。

この実施形態では、炉心管１１とヒータ１２の間に、炉心管１１の外周を囲むように遮熱壁１５が設けられた加熱炉１０を用いているから、脱水工程および焼結工程において、ヒータ１２の温度を上記の範囲に設定することにより、脱水工程では、光ファイバ用多孔質母材１の加熱領域を広くすることができるとともに、焼結工程では、光ファイバ用多孔質母材１に過剰に熱を加えることを防止することができる。したがって、光ファイバ用多孔質母材１の脱水および焼結を効率的に行うことができる上に、光ファイバ用多孔質母材１を透明ガラス化してなる光ファイバ母材が自重によって伸びるのを防止することができる。

図２は、本発明に係る加熱炉の第二の実施形態を示す概略構成図である。
この実施形態の加熱炉２０は、光ファイバ用多孔質母材１を収容する石英ガラスなどからなる円筒形の炉心管２１と、炉心管２１の外周を囲み、炉心管２１内に収容された光ファイバ用多孔質母材１を加熱処理するためのヒータ２２と、ヒータ２２の外周を覆う断熱材２３と、ヒータ２２および断熱材２３を収容している筺体２４と、炉心管２１とヒータ２２の間に、炉心管２１の外周を囲むように設けられた遮熱壁２５とから概略構成されている。

加熱炉２０では、遮熱壁２５が、炉心管２１とヒータ２２の間に、炉心管２１の長手方向に沿って移動可能に設けられている。具体的には、遮熱壁２５を炉心管２１の長手方向に沿って移動させることによって、遮熱壁２５により、ヒータ２２の炉心管２１と対向する面の全域を覆うことも、ヒータ２２の炉心管２１と対向する面を全く覆わないこともできる。

遮熱壁２５をなす素材としては、上記の遮熱壁１５をなす素材と同様のものが挙げられる。

このように、炉心管２１とヒータ２２の間に、炉心管２１の外周を囲み、炉心管２１の長手方向に沿って移動可能に遮熱壁２５を設けることによって、炉心管２１内に収容された光ファイバ用多孔質母材１の脱水工程において、光ファイバ用多孔質母材１の加熱領域を広くすることができるとともに、光ファイバ用多孔質母材１の焼結工程において、光ファイバ用多孔質母材１に過剰に熱を加えることを防止することができる。したがって、光ファイバ用多孔質母材１の脱水および焼結を効率的に行うことができる上に、光ファイバ用多孔質母材１を透明ガラス化してなる光ファイバ母材が自重によって伸びるのを防止することができる。

また、この実施形態では、ヒータ２２が炉心管２１の外周の一部を囲んでいる例を示したが、本発明の加熱炉はこれに限定されない。本発明の加熱炉にあっては、ヒータが炉心管の外周の全域を囲んでいてもよい。

次に、図２を参照して、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法の第二の実施形態について説明する。

この実施形態の光ファイバ母材の製造方法では、まず、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの公知の方法により、光ファイバ用多孔質母材１１を形成する。

次いで、遮熱壁２５により、炉心管２１の外周が覆われないように、遮熱壁２５を炉心管２１の長手方向に沿って下方に移動させる。この状態で、ヒータ２２により炉心管２１を加熱して、光ファイバ用多孔質母材１の表面の長手方向に沿う温度分布が所定の分布になるように、炉心管２１内の温度分布を形成する。この後、光ファイバ用多孔質母材１を炉心管２１内に収容して、光ファイバ用多孔質母材１を、塩素系ガスを含むヘリウム雰囲気内を通過させて、脱水する（脱水工程）。
この脱水工程において、ヒータ２２の温度を１２５０〜１４００℃程度に設定する。

次いで、ヒータ２２による炉心管２１の加熱を継続したまま、遮熱壁２５により、炉心管２１の長手方向の下半分を覆うように、遮熱壁２５を炉心管２１の長手方向に沿って上方に移動させる。この状態で、ヒータ２２の温度を１５００〜１６００℃に設定して、光ファイバ用多孔質母材１の表面の長手方向に沿う温度分布が所定の分布になるように、炉心管２１内の温度分布を形成する。このままの状態で、光ファイバ用多孔質母材１を、炉心管２１内のヘリウム雰囲気内（必要に応じて他のガスを含んでいてもよい）を通過させて、焼結し（焼結工程）、光ファイバ母材を得る。

この実施形態では、炉心管２１とヒータ２２の間に、炉心管２１の外周を囲むように遮熱壁２５が設けられた加熱炉２０を用いて、光ファイバ用多孔質母材１の脱水工程において、遮熱壁２５により、炉心管２１の外周が覆われないように、遮熱壁２５を炉心管２１の長手方向に沿って下方に移動させることにより、光ファイバ用多孔質母材１の加熱領域を広くすることができる。また、光ファイバ用多孔質母材１の焼結工程において、遮熱壁２５により、炉心管２１の長手方向の下半分を覆うように、遮熱壁２５を炉心管２１の長手方向に沿って上方に移動させることにより、光ファイバ用多孔質母材１に過剰に熱を加えることを防止することができる。したがって、光ファイバ用多孔質母材１の脱水および焼結を効率的に行うことができる上に、光ファイバ用多孔質母材１を透明ガラス化してなる光ファイバ母材が自重によって伸びるのを防止することができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例）
図２に示したような加熱炉を用いて、光ファイバ用多孔質母材の脱水、焼結を行い、光ファイバ母材を製造した。
光ファイバ用多孔質母材の脱水工程において、遮熱壁により、炉心管の外周が覆われないように、遮熱壁を炉心管の長手方向に沿って下方に移動させた。この脱水工程において、脱水開始から終了までの時間（処理時間）を３時間とした。
また、光ファイバ用多孔質母材の焼結工程において、遮熱壁により、炉心管の長手方向の下半分を覆うように、遮熱壁を炉心管の長手方向に沿って上方に移動させた。この焼結工程において、焼結開始から終了までの時間（処理時間）を８時間とした。
上記一連の工程を繰り返して、光ファイバ母材を３０個作製した。

（比較例１）
図３に示したような加熱炉を用いて、光ファイバ用多孔質母材の脱水、焼結を行い、光ファイバ母材を製造した。
光ファイバ用多孔質母材の脱水工程において、脱水開始から終了までの時間（処理時間）を３時間とした。
また、光ファイバ用多孔質母材の焼結工程において、焼結開始から終了までの時間（処理時間）を７．５時間とした。
なお、図３に示したヒータとしては、図１に示したヒータの大きさと等しいものを用いた。
上記一連の工程を繰り返して、光ファイバ母材を３０個作製した。

（比較例２）
図３に示したような加熱炉を用いて、光ファイバ用多孔質母材の脱水、焼結を行い、光ファイバ母材を製造した。
光ファイバ用多孔質母材の脱水工程において、脱水開始から終了までの時間（処理時間）を５時間とした。
また、光ファイバ用多孔質母材の焼結工程において、焼結開始から終了までの時間（処理時間）を９時間とした。
なお、図３に示したヒータとしては、図１に示したヒータよりも長手方向に１５０ｍｍ短いものを用いた。
上記一連の工程を繰り返して、光ファイバ母材を３０個作製した。

実施例および比較例１，２において、光ファイバ用多孔質母材の焼結時の伸びによる、光ファイバ用多孔質母材の加熱を中断した回数を表１に示す。
また、実施例および比較例１，２で得られた光ファイバ母材を用いて光ファイバを製造し、波長１３８０ｎｍにおける損失を測定した。損失が０．３１０ｄＢ／ｋｍを超えたものを不良とし、光ファイバ母材の歩留まりを算出した。以上の結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例によれば、光ファイバ用多孔質母材の脱水および焼結の効率を上げることができることが分かった。また、波長１３８０ｎｍにおける損失の少ない光ファイバを製造可能な光ファイバ母材を製造することができることが確認された。

本発明の加熱炉および光ファイバ母材の製造方法は、光ファイバ母材以外の用途に用いる石英ガラスの製造にも適用可能である。

本発明に係る加熱炉の第一の実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る加熱炉の第二の実施形態を示す概略構成図である。 従来の加熱炉の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１・・・光ファイバ用多孔質母材、１０，２０・・・加熱炉、１１，２１・・・炉心管、１２，２２・・・ヒータ、１３，２３・・・断熱材、１４，２４・・・筐体、１５，２５・・・遮熱壁。

Claims (4)

1. 光ファイバ用多孔質母材を収容する炉心管と、少なくとも前記炉心管の外周の一部を囲むように配され、前記炉心管内に収容された光ファイバ用多孔質母材を加熱するヒータとを備えた加熱炉であって、
   前記炉心管と前記ヒータの間に遮熱壁が設けられたことを特徴とする加熱炉。
2. 前記遮熱壁は、前記炉心管の長手方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
3. 請求項１または２に記載の加熱炉を用いた光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記加熱炉を構成する炉心管内に光ファイバ用多孔質母材を収容し、該光ファイバ用多孔質母材を脱水する脱水工程と、該脱水工程の後に、前記光ファイバ用多孔質母材を焼結する焼結工程とを備えたことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
4. 前記脱水工程において、前記炉心管と前記ヒータの間に設けられた遮熱壁により、前記ヒータの前記炉心管と対向する面が覆われないように、前記遮熱壁を前記炉心管の長手方向に沿って移動させ、前記焼結工程において、前記遮熱壁により、前記ヒータの前記炉心管と対向する面の半分以下を覆うように、前記遮熱壁を前記炉心管の長手方向に沿って移動させることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ母材の製造方法。
   
   

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