JP3169357B2 - 多孔質ガラス母材の焼結装置および焼結方法 - Google Patents

多孔質ガラス母材の焼結装置および焼結方法

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  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバの原材
となる多孔質ガラス母材を焼結して脱水および透明ガラ
ス化する際に用いられる焼結装置、および多孔質ガラス
母材の焼結方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバは、主原料である四塩化ケイ
素、および屈折率増加性ドープ材を気化させ酸水素火炎
中で加水分解して生成したガラス微粒子が堆積している
屈折率の高いコアと、主に四塩化ケイ素から生成したガ
ラス微粒子が堆積しコアより屈折率の低いクラッドとか
らなる多孔質ガラス母材を原材としている。多孔質ガラ
ス母材は通常、気相軸付け法(VAD法)や外付け化学
蒸着法(OVD法)によりガラス微粒子を堆積させたも
のである。この多孔質ガラス母材を挿入した炉心管中
で、脱水反応用ガスおよび不活性ガス存在下、母材を降
下させつつ加熱して焼結し、脱水および透明ガラス化処
理すると光ファイバ母材が得られる。これを所定径に延
伸し、線引機で線引きすると光ファイバが得られる。
【0003】多孔質ガラス母材を製造する際、気相軸付
け法によりコアとクラッドを形成した後、そのクラッド
外周にさらに、外付け化学蒸着法によるクラッドを成長
させる方法がある。従来、この多孔質ガラス母材の焼結
は、脱水反応用ガスである塩素ガスと不活性ガスの流
量、母材の降下速度、および加熱温度の条件を一定にし
て行っていたが、気相軸付け法により形成したクラッド
と、外付け化学蒸着法により形成したクラッドとの間で
脱水反応用ガスの残存率に差異が生じていた。焼結した
光ファイバ母材に塩素ガスが1000ppm残存すると
屈折率は約10 増加するので、クラッド内の塩素ガ
ス残存率の差異が、クラッド内に大きな屈折率差を生じ
させ、光ファイバ母材の分散特性を低下させていた。さ
らに焼結の際、炉心管内で多孔質ガラス母材が降下する
につれ、炉心管内の温度勾配、炉心管内のガスの流速等
が変化し、母材の軸方向で塩素ガスの残存率が不均一と
なり屈折率差が変動する結果、カットオフ波長を軸方向
で一定にすることができないという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の課題を
解決するためなされたもので、多孔質ガラス母材を焼結
し、脱水および透明ガラス化する際、クラッド内部の屈
折率差を抑制できる、多孔質ガラス母材の焼結装置およ
び焼結方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明の多孔質ガラス母材焼結装置は、実
施例に対応する図面により説明すると以下のとおりであ
る。
【0006】多孔質ガラス母材焼結装置1は、図1に示
すとおり、軸棒18に連結している多孔質ガラス母材2
の挿入された炉心管12が、脱水反応用ガス経路3およ
び不活性ガス経路8に接続したガス導入管11を有し、
軸棒18に繋がった連結したモータ19により回転しな
がら降下している多孔質ガラス母材2を焼結する加熱源
13が炉心管12の外周に配置されている多孔質ガラス
母材の焼結装置1において、脱水反応用ガス経路3と不
活性ガス経路8の途中に配置された流量調整弁4、9に
は流量制御回路7、モータ19には降下速度制御回路2
0、および加熱源13には温度制御回路15が接続され
ている。
【0007】本発明の多孔質ガラス母材焼結方法は、流
量制御回路7を有する流量調整弁4、9に接続したガス
導入管11から炉心管12内に導入された脱水反応用ガ
スおよび不活性ガス雰囲気下、軸棒18に連結され炉心
管12に挿入されている多孔質ガラス母材2を、軸棒1
8に連結され降下速度制御回路20に接続されているモ
ータ19により回転しながら降下しつつ、炉心管12の
外周に配置され温度制御回路15に接続された加熱源1
3により焼結する途中で、流量制御回路7により制御さ
れた不活性ガスの流量に対する脱水反応用ガスの流量の
比、降下速度制御回路20により制御された降下速度、
および温度制御回路15により制御された加熱源温度
変更するうち、少なくとも該降下速度は加速されるとい
ものである。
【0008】不活性ガスの流量に対する脱水反応用ガス
の流量の比が、10〜50%であることが好ましい。1
0%より少ないと脱水処理が完結しない。多孔質ガラス
母材2の上部ほど脱水反応用ガスとの接触時間が長く、
脱水反応用ガスが多量に浸入する。この比が50%より
多いと、脱水反応用ガスが多孔質ガラス母材へ過剰に浸
入し、焼結後に不均一に残存して、クラッド内の屈折率
差を増加させてしまう。不活性ガスの流量に対する脱水
反応用ガスの流量の比を変更後に低くすることにより、
多孔質ガラス母材への脱水反応用ガスの不均一な浸入を
抑制することができる。
【0009】降下速度は、0.3〜5.0mm/分であ
ることが好ましい。0.3mm/分より遅いと、過剰に
加熱することとなり焼結効率が悪くなる。5.0mm/
分より速いと十分な加熱ができず焼結が完結しない。降
下速度は、変更後に速くすることにより、多孔質ガラス
母材の上部への過剰な塩素ガスの浸入を抑制し、長手方
向の屈折率変動を少なくし、また、生産性を向上するこ
とができる。
【0010】変更前後の加熱源の温度差が50℃以内で
あることが好ましい。温度差が50℃を越えると焼結に
ムラが生じてしまう。加熱源13の温度は、1300〜
1600℃が好ましい。
【0011】加熱源13の温度を変更後に高くすると、
多孔質ガラス母材2上部の過剰な脱水反応用ガスを十分
に飛散させることができるのに加え、速度を速くしたこ
とによりガラス化が不充分となってしまわないように補
うことができ、さらに焼結後の母材の軸方向における脱
水反応用ガスの不均一な残存を抑制できる。
【0012】不活性ガスの流量に対する脱水反応用ガス
の流量の比、降下速度、および加熱源温度の少なくとも
ひとつを変更する位置が、複数であることが好ましい。
【0013】なお、ガス流量の比、降下速度、および加
熱源温度を変更する際には、段階的に変化させてもよ
く、徐々に変化させてもよい。
【0014】本発明の多孔質ガラス母材焼結装置を用い
て焼結すると、母材中の脱水反応用ガスの不均一な残留
を抑制できるので、クラッド内部の屈折率差を均質にす
ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を詳細に説
明する。図1には、本発明を適用する多孔質ガラス母材
焼結装置の実施例の概要図が示されている。
【0016】多孔質ガラス母材焼結装置1は、図1に示
すとおり、多孔質ガラス母材2を焼結するためのもので
ある。多孔質ガラス母材焼結装置1は、蓋17に貫入し
ている軸棒18に連結している多孔質ガラス母材2が挿
入された炉心管12を有している。軸棒18に繋がった
モータ19には、降下速度制御回路20が接続されてい
る。多孔質ガラス母材2を焼結する加熱源13が炉心管
12の外周に配置され、加熱源13には熱伝対14が設
置され、熱伝対14には加熱源13をPID制御してい
る温度制御回路15が接続されている。炉心管12の下
方に繋がっているガス導入管11は、脱水反応用ガス経
路3と不活性ガス経路8に分岐している。脱水反応用ガ
ス経路3は流量調整弁4を介して脱水反応用ガス供給源
(不図示)に、一方、不活性ガス経路8は流量調整弁9
を介して不活性ガス供給源(不図示)に接続されてい
る。脱水反応用ガス経路3途中の流量計5と不活性ガス
経路8途中の流量計10とが、流量制御回路7に接続さ
れている。流量制御回路7により制御されている駆動源
6は、脱水反応用ガスの流量調整弁4と不活性ガスの流
量調整弁9に繋がっている。炉心管12上方には排気管
16が配置されている。
【0017】多孔質ガラス母材焼結装置1は、以下のよ
うに動作する。
【0018】気相軸付け法によりコアとクラッドを形成
した後、そのクラッド外周に外付け化学蒸着法によりク
ラッドをさらに成長させた多孔質ガラス母材2を、炉心
管12に挿入する。脱水反応用ガスである塩素ガスを供
給源(不図示)から流量調整弁4により流量を制御して
ガス導入管11へ流し、同時に不活性ガスであるヘリウ
ムガスを供給源(不図示)から流量調整弁9により流量
を制御してガス導入管11へ流す。塩素ガスとヘリウム
ガスは混合されて、炉心管12内に導入される。
【0019】多孔質ガラス母材2は、降下速度制御回路
20で降下速度が制御されて駆動しているモータ19に
より、回転しながら降下する。熱伝対14で感知した加
熱源温度により、温度制御回路15は加熱源13を比例
積分微分動作(PID動作)で制御している。多孔質ガ
ラス母材2が加熱源13を通過すると、加熱により焼結
され、脱水反応および透明ガラス化処理が施される。母
材2が所定の位置まで降下したとき、降下速度制御回路
20によりモータ19を所定の回転数に調整し、降下速
度を変更する。また、熱伝対14で感知した温度が所定
温度になるよう温度制御回路15により加熱源14の温
度を変更する。流量制御回路7により駆動源6を駆動し
て、流量調整弁4および9を制御することにより、不活
性ガス流量に対する脱水反応用ガスの流量の比を変更
し、引き続き焼結を行う。
【0020】前記実施例に従って、多孔質ガラス母材焼
結装置1を用い、多孔質ガラス母材2を焼結した。
【0021】焼結開始当初には、1.2mm/分の降下
速度で多孔質ガラス母材2を降下させながら、不活性ガ
スであるヘリウムガス流量に対し、流量が50%の脱水
反応用ガスである塩素ガスを混合後、炉心管12内に1
0L/分の流量で混合ガスを導入し、加熱源13の温度
を1600℃にして焼結した。母材2がストロークの5
0%の位置まで降下したところで、降下速度制御装置2
0によりモータ19を制御して降下速度を2.0mm/
分に変更した。母材2がストロークの75%の位置まで
降下したところで、降下速度を3.0mm/分に変更し
た。同時に、流量計5、10で所定の流量が流れるよう
に流量制御回路7により駆動源6を駆動して、塩素ガス
流量調整弁4およびヘリウムガス流量調整弁9を調整
し、ヘリウムガス流量に対し、流量が30%の塩素ガス
を混合後、炉心管12内に10L/分の流量で混合ガス
を導入した。さらに、温度制御回路15により、加熱源
13の温度を1630℃に制御して、焼結を継続した。
【0022】本発明を適用外の比較例として、多孔質ガ
ラス母材の降下速度を常時2.3mm/分としたこと、
ヘリウムガスに対して常時40%の塩素ガスの混合ガス
を用いたこと、加熱源の温度は常時1590℃としたこ
と以外は本発明の実施例と同様に、多孔質ガラス母材を
焼結した。
【0023】本発明の実施例と、比較例で焼結した母材
の下端から上端に至る12箇所でクラッド内の屈折率を
測定した。その結果を、図2に示す。横軸には母材の測
定位置を示し、縦軸には、気相軸付け法により形成させ
たクラッドの屈折率から、外付け軸付け法により形成さ
れたクラッドの屈折率を差し引いた屈折率差を示す。
【0024】図2から明らかなように、焼結後の母材の
屈折率差の変動幅は、実施例では2×10−5以下であ
り、比較例では実施例の6倍以上の変動が認められた。
この変動幅が5×10−5以内であると、光ファイバの
伝送特性を損なわない。したがって、本発明の装置を用
いて焼結した母材は高品質の特性を有している。
【0025】なお、この焼結装置は、気相軸付け法で形
成したコアやクラッド、または外付け化学蒸着法で形成
したコアやクラッドを焼結する際に用いてもよい。
【0026】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の多
孔質ガラス母材焼結装置を用いて焼結したとき、気相軸
付け法による形成されたクラッドと、その外周に外付け
化学蒸着法により形成されたクラッドとの焼結後の屈折
率差を、ほぼ同等に抑制することができる。さらに、焼
結後の母材の軸方向で屈折率差が平坦化しているのでカ
ットオフ波長が変動しない。そのため焼結後の母材か
ら、高品質の光ファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する多孔質ガラス焼結装置の実施
例を示す概要図である。
【図2】本発明を適用する実施例と適用外の比較例にお
ける、焼結後の母材の位置と屈折率差との相関を示す図
である。
【符号の説明】
1は焼結装置、2は多孔質ガラス母材、3は脱水反応用
ガス経路、4は流量調整弁、5は流量計、6は駆動源、
7は流量制御回路、8は不活性ガス経路、9は流量調整
弁、10は流量計、11はガス導入管、12は炉心管、
13は加熱源、14は熱伝対、15は温度制御回路、1
6は排気管、17は蓋、18は軸棒、19はモータ、2
0は降下速度制御回路である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 忠克 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 平沢 秀夫 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社精密機能材料研究所内 (56)参考文献 特開 平2−204338(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 37/00 - 37/16 C03B 8/04 C03B 20/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流量制御回路を有する流量調整弁に接
    続したガス導入管から炉心管内に導入された脱水反応用
    ガスおよび不活性ガス雰囲気下、軸棒に連結され該炉心
    管に挿入されている多孔質ガラス母材を、該軸棒に連結
    され降下速度制御回路に接続されているモータにより回
    転しながら降下しつつ、該炉心管の外周に配置され温度
    制御回路に接続された加熱源により焼結する途中で、該
    流量制御回路により制御された不活性ガスの流量に対す
    る脱水反応用ガスの流量の比、該降下速度制御回路によ
    り制御された降下速度、および該温度制御回路により制
    御された加熱源温度を変更するうち、少なくとも該降下
    速度は加速されることを特徴とする多孔質ガラス母材焼
    結方法。
  2. 【請求項2】 前記不活性ガスの流量に対する脱水反
    応用ガスの流量の比が、10〜50%であることを特徴
    とする請求項に記載の多孔質ガラス母材焼結方法。
  3. 【請求項3】 前記降下速度が、0.3〜5.0mm
    /分であることを特徴とする請求項に記載の多孔質ガ
    ラス母材焼結方法。
  4. 【請求項4】 変更前後の加熱源の温度差が50℃以
    内であることを特徴とする請求項に記載の多孔質ガラ
    ス母材焼結方法。
  5. 【請求項5】 前記不活性ガスの流量に対する脱水反
    応用ガスの流量の比、前記降下速度、および前記加熱源
    温度の少なくともひとつを変更する位置が、複数である
    ことを特徴とする請求項に記載の多孔質ガラス母材焼
    結方法。
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