JP2006508884A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上述したように、プリフォームが処理中に回転する場合、上述の問題は深刻になる。
本発明による装置は請求項17の特徴部分に記載された内容により特徴付けられる。
以下、本発明を詳細な記述により、また添付の図面を参照して詳細に説明する。
1 上部絞り
2 下部絞り
3 全体として先端(上方または下方に位置する)に向かってテーパ形状であるプリフォーム
4 オーブン室
5a 保護ガスのガス導入口
5b 保護ガスのガス導入管
5c 保護ガスの供給管
6a オーブンのガス・フラッシュ流の出口
6b オーブン管内の供給ガスに対するフラッシュ・ガス用ノズル
7 オーブン管
51 回転ガラス管
52 チャック・ジョー
53 チャック
54 ベアリング(チャックとリアクタ本体の間)
55 リアクタ本体の部分
56 障壁領域
57 処理ガスの供給管
58 障壁ガスの供給管
59 ガス配分リング
Dr 反応空間から来るガスに対する拡散障壁
Dy 周囲ガスに対する拡散障壁
拡散障壁
図3では、絞りでの流れパターンを示している。本発明により、同様な障壁流が他の外部および内部の導入口および出口で使用可能である。本発明は、導入口を介する(例えばオーブンに入る)望ましくないガス分子の流れを阻止することにある。寸法設定の前提条件は、不純物の許容レベルを有する流入物を許容することである。完全な純度は求めない。このような許容可能なレベルは、(障壁流を生成するために用いる)不活性保護ガスの不純物濃度であり、またはその一部(例えば十分の一)である。他方、障壁の有効性は可能な障壁距離によっても影響を受ける。障壁流は、開口部の断面および障壁流の体積流から計算される。
ガス絞り設計のための式
1)静止媒体
濃度C(x,t)に対する1次元のFickの拡散法則:
ガス絞りでは拡散流は、媒体の対向流によって抑えられる。上記の例を続けると、媒体は拡散流と平衡するために右から左に流れる。
図5aで、上部絞りのコンダクタンス(C1)、下部絞りのコンダクタンス(C2)および中間空間のパージ流のコンダクタンス(C3)内のガス流(F)の配分が示されている。ガス流が同一の空間に流れる場合、図5bの流れシステムに示すのと同じ特徴を示すことができる。この種のシステムでは、流れはコンダクタンス比で直接配分され、これは例えば上部絞りの流れ(F1)が次式となることを意味する。
F1=F*C1/(C1+C2+C3) (2)
コンダクタンスは、それらの部品に関しては、次式から計算できる。
C=KW*H^3/L (3)
ただし、
Cはコンダクタンス、
Kは係数、
Wはスリットの幅、
Hはスリットの高さ、
Lはスリットの長さ
を表す。
炉を縦に配置し、それが温かくなっている場合、浮力に基づく煙突効果が炉管内に生成される。この効果は以下のように計算できる(また図10が参照される)。
pout=p0+ρ1・g・h
ただし、g=9.81m/s2は重力加速度定数である。管の内部でレベルhで、
pin=p0+ρ2・g・h
となる。したがって、レベルhでの圧力差Δphは、
Δph=g・h・(ρ1−ρ2)
となる。
Mmol(空気)=29g/molである。Mは気体分子の重量である。
Na=6.0221367・1023/mol
である。
式4から、空気より密度が高いガスが使用された場合、保護ガス流の方向は下方を向くことに留意されたい。その結果、ガスは、煙突流が上向きになる温度である約400Kより高い温度まで加熱する必要がある。同時にこのことは、上記の温度で煙突流を戻すのに必要な保護ガスの質量流が減少することを意味する。
1/Ctot=1/C1+1/C2 (5)
であり、煙突流については、
Fh=Ctot(P1^−Po^2) (6)
となる。ただし、
Ctotは総コンダクタンス、
Fhは煙突流、
Poは空気圧、であり、
P1は空気圧と煙突効果の総和に関する。
本発明による装置は、以下の方法でプリフォームを延伸するのに使用される。
本発明による解決法では、緩めの(loose)下部開口部が使用された。
プリフォームの直径 80mm
プリフォームの長さ 1000mm
延伸プリフォームの直径 42.5mm
ハンドラの直径 45mm
上部開口部の直径 83mm
上部開口部の長さ 100mm
下部開口部の直径 83mm
下部開口部の長さ 150mm
カラーの内径 53mm
カラーの内部長さ 80mm
カラーの外径 80mm
カラーの外部長さ 50mm
炉管の内径 93mm
炉管の長さ 400mm
使用した実施変数
不活性ガス アルゴン(Ar)
温度 1950℃
流れの値は式1〜6を用いて安全な範囲で計算された。
上部開口部の下でのガス供給 30SLM
中心線より150mmの下でのガス供給 15SLM
概ね、炉管の中心線(炉中で温度が最も高い箇所)で、またはそれより下方でガスの相当の部分、例えば約5〜100%、特に50〜100%(供給質量流から計算した)を供給することが、本発明の方法をおよび装置では有利である。
この構成は良好に機能し、酸素による損傷は見られなかった。
Claims (34)
- ガラス・プリフォームに炉内で張力処理を適用して所定の形状を有するガラス製品を製造する方法であって、この方法により
前記ガラス・プリフォームの少なくとも一部分が導入口開口部を介して前記炉に導入され、
炉に導入されたガラス・プリフォームの一部分がガラスの軟化点より高い温度まで加熱され、
前記ガラス・プリフォームの加熱された部分に線引き方向の張力が加えられて、前記プリフォームを所定の形状に加工し、
所定の形状に加工された前記プリフォームの前記部分が出口開口部を介して前記炉から線引きされ、
前記プリフォームの前記加熱された部分および前記プリフォームの前記処理された部分の少なくとも一部分が炉内で、前記炉に供給された不活性ガスでフラッシングされる
方法において、
炉内のガス状不純物濃度を基本的に、前記オーブンに供給される不活性ガス中の同じ不純物の濃度と同じレベルに維持することと、
前記炉の前記導入口開口部および前記出口開口部から選択された少なくとも1つの開口部に不活性ガスの障壁流を生成することにより、拡散力による周囲空気からの望ましくないガス状成分の流入に対する拡散障壁を形成する工程であって、前記障壁流は拡散の方向と略反対の流れ方向を有することと
を特徴とする方法。 - 前記炉は垂直の中心軸を有する細長の炉室を備え、前記拡散障壁は前記導入口開口部に形成され、前記導入口開口部は前記細長の炉室の上端部に配置される、請求項1に記載の方法。
- 拡散障壁が、ガラス・プリフォームの導入口開口部、不活性ガスの導入口開口部、および処理されたプリフォームの出口開口部に形成される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記ガラス・プリフォームの導入口開口部を介するガス流が下記の式(2)に対応し、
F1=F*C1/(C1+C2) (2)
式中、
F1は前記導入内開口部を介するガス流を表し、
Fは総合ガス流を表し、
C1は前記導入口開口部のコンダクタンスを表し、
C2は前記出口開口部のコンダクタンスを表す、
請求項2に記載の方法。 - 前記コンダクタンスC1およびC2のそれぞれが下記の式(3)で計算され、
C=K W*H3/L (3)
式中、
Cはコンダクタンスを表し、
Kは低い圧力差での定数であり、
Wは前記開口部の幅であり、
Hは前記開口部の高さであり、
Lは前記開口部の長さである、
請求項4に記載の方法。 - 前記開口部を介する不活性ガスの流れは少なくとも、前記導入口開口部を介する煙突効果によって生じるガス流れに等しい、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記加熱オーブン中への前記流れまたは不活性ガスは、式(2)によるガス配分に基づいて、前記処理されたプリフォームの前記出口開口部で拡散障壁を形成するように十分静的である、請求項6に記載の方法。
- 前記出口開口部は、前記不活性ガス流れの大部分を前記オーブン中に向かわせて前記出口開口部を通るように、前記導入口開口部よりも自由な流れを可能にする、請求項7に記載の方法。
- 前記出口開口部のコンダクタンスは前記導入口開口部のコンダクタンスより大きい、請求項3乃至8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記加熱オーブンに供給される不活性ガスは、煙突効果で生じるガス流+1SLM以上、特に煙突効果で生じるガス流+5SLM以上である、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ガラス・プリフォームは張力線引きが適用され、プリフォームを延伸して光ファイバの線引きなどの事後処理に適した形状にされる、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ガラス・プリフォームが光ファイバの線引きに適用される、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ガラス・プリフォームの外径と前記導入口開口部の直径との間の空隙が、80mmのプリフォームに対して0.1〜10mmである、請求項12に記載の方法。
- 0.5〜100mmの障壁距離に沿って障壁流が存在する、請求項12に記載の方法。
- 前記炉がグラファイト誘導炉である、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記炉での熱処理中に前記ガラス・プリフォームをその中心軸に沿って回転することを含む、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の方法。
- 張力で処理されて所定の形状のガラス製品にされるガラス・プリフォームを加熱する装置であって、
細長の炉室を画定するジャケットを有し、該炉室の中心軸に直交する少なくとも基本的に円形の横断面を有する炉本体と、
処理されるガラス・プリフォームの一端を収容する、前記炉室の一端にある第1開口部と、
処理されたガラス製品を引き出すための、前記炉室の反対の端部にある第2開口部と、
前記炉室で前記ガラス・プリフォームの誘導加熱を行う、前記炉室に取り付けられたグラファイト加熱抵抗体と、
保護ガスを前記炉室に導入するための、少なくとも前記炉室の前記第1開口部に接続された供給ノズルと
を備えた装置において、
前記ガラス・プリフォームの加熱中、拡散力による周囲空気からの望ましくないガス状成分の前記炉室への流入を阻止するための、前記第1開口部にある第1拡散障壁領域
を有することを特徴とする装置。 - 前記炉室の前記第2開口部に第2拡散障壁領域を有する、請求項17に記載の装置。
- 保護ガスの供給用ノズルが前記第1開口部と第2開口部の両方に接続され、場合により、前記第1開口部と前記第2開口部との間の箇所の前記炉室の前記ジャケットに形成された開口部にも接続されている、請求項17または18に記載の装置。
- 光ファイバの線引きに適用するガラス・プリフォームの加熱用に構成された、請求項17乃至19のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ガラス・プリフォームの外径と前記導入口開口部の直径との間の空隙が、80mmのプリフォームに対して0.1〜10mmである、請求項20に記載の装置。
- 各障壁領域が0.5〜100mm程度の炉室の長さを構成し、それに沿って保護ガスの障壁流を形成できる、請求項21に記載の装置。
- 前記障壁領域は基本的にガス層流からなる領域を含む、請求項17乃至22のいずれか1項に記載の装置。
- 前記障壁領域は、前記保護ガスの前記供給ノズルの上方に形成される、請求項23に記載の装置。
- 前記障壁領域はガラス・プリフォームと前記炉の開口部との間の空隙により画定される、請求項17乃至24のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ガラス・プリフォームの外径と前記開口部の内径との差が0.5〜15mmの範囲にある、請求項25に記載の装置。
- 前記障壁領域は、約10〜1000mm、好ましくは15〜150mm程度となる、前記炉管の中心軸に平行な長さを有する、請求項23乃至26のいずれか1項に記載の装置。
- ガラス・サブストレートを熱処理する方法であって、前記ガラス・サブストレートは、第2の周囲ガス空間に包囲された、熱処理領域の第1ガス空間内に配置され、前記熱処理領域は前記第1ガス空間と前記第2ガス空間を相互接続する少なくとも1つのガス導通路を備える方法において、熱処理装置内部のガス空間を周囲雰囲気と相互接続する前記少なくとも1つのガス導通路に拡散障壁を形成して、前記導通路を介する少なくとも1つの方向のガス流に対して前記導通路を封止することを特徴とする方法。
- 前記炉の前記導入口開口部および前記出口開口部から選択された少なくとも1つのガス導通路に不活性ガスの障壁流を生成することにより、拡散力による前記周囲空気からの望ましくないガス状成分の流入または前記周囲空気への望ましくないガス状成分の流出に対する拡散障壁を形成することを含む、前記障壁流は拡散の方向と略反対の流れ方向を有する、請求項28に記載の方法。
- 前記第1ガス空間と前記第2ガス空間を相互接続するガス導通路のそれぞれに拡散障壁を形成することを含む、請求項28または29に記載の方法。
- 前記熱処理は、MCVDレース内での改良化学気相成長によるプリフォーム処理を含む、請求項28乃至30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記熱処理は焼結炉内でのプリフォーム処理を含む、請求項28乃至30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記拡散障壁は、回転継手を備えたガス導通路に形成される、請求項28乃至32のいずれか1項に記載の方法。
- 前記回転継手は非接触継手である、請求項33に記載の方法。
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