JP3842003B2 - 光ファイバプリフォーム母材の製造装置および製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英管とその管中に挿入された石英製コアロッドとを熱溶着して、光ファイバの原材であるプリフォーム母材を製造する装置およびプリフォーム母材を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバは、屈折率の高いコアとその外周の屈折率の低いクラッドとからなる光ファイバプリフォーム母材を延伸した後、線引きしたものである。
【0003】
光ファイバプリフォーム母材を製造する方法には、VAD法(気相軸付け法)やMCVD法(改良化学蒸着法)により形成したコアロッドにダミー棒を接続し、ダミー管に連結した石英管にコアロッドを挿入後、石英管を周囲からバーナで加熱することにより、コアロッドと石英管とを熱溶着させるOver Jacketing法がある。
【0004】
近年、光ファイバの生産性向上のため、太径で大型な光ファイバプリフォーム母材が要求されている。このような母材を得るには、輻射熱損失が大きく熱歪みによるクラックを頻発させてしまうバーナに代え、太径な石英管でも充分に加熱できるカーボンヒータを熱源とする電気炉が用いられている。電気炉内のカーボンヒータが加熱中に外気と接触し酸化により消耗してしまうことを抑制するために、電気炉には不活性ガスが導入される。
【0005】
石英管は加熱されて収縮し細径になるため、電気炉と石英管との隙間が大きくなる。すると外気が電気炉内へ侵入し易くなる。侵入した外気はカーボンヒータを酸化し消耗させてしまう。また、侵入した外気は電気炉内の自然対流を発生させ、炉内温度を不均一に低下させる結果、プリフォーム母材に径変動を生じさせたり、コアロッドと石英管とが熱溶着した接合界面に気泡を発生させたりする。石英管の外径とダミー管の外径とが相違していると、外気は一層侵入し易い。
【0006】
プリフォーム母材に気泡や径変動が生じていると、その部位近傍を切除した後、線引きに供さなくてはならず、操作が煩雑で歩留まりが悪いという問題があった。
【0007】
【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、電気炉と石英管との隙間から電気炉内へ外気が浸入することなく、石英管とその管内に挿入されたコアロッドとを電気炉により熱溶着する光ファイバプリフォーム母材の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【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光ファイバプリフォーム母材の製造装置1は、実施例に対応する図1を参照して説明すると、コアロッドの挿入された石英管2が貫通し不活性ガス導入管17を有している電気炉13の上下端に、石英管2と電気炉13との隙間14を覆う遮熱絞り具11a・・・11cおよび19a・・・19cの多重に内装する筒体10および18が配置されている。
【0009】
多重な遮熱絞り具11a・・・11cおよび19a・・・19cにより、電気炉13内へ外気が侵入することを防止し、電気炉13内のカーボンヒータ16の酸化による劣化を防止することができる。さらに、輻射熱の逃散が抑制され熱損失が低減されるため、電気炉13内で自然対流が発生せず、均一な温度分布となって均等に石英管2を加熱することができる。遮熱絞り具が一重であると、遮熱絞り具で隔てられた電気炉内と外界との温度差が大きいため、電気炉内の激しい自然対流を誘発したり、外気が容易に電気炉内へ侵入したりする。
【0010】
遮熱絞り具11a・・・11cおよび19a・・・19cは、アイリス絞りであることが好ましい。遮熱絞り具11a・・・11cおよび19a・・・19cは、例えば図2に示すように、同一円周上に設けられた複数の軸32に支持されて巴状に重なっている遮熱板31を有し、遮熱板31を形成する外辺の湾曲33で石英管2の外周を取り巻いている、アイリス絞りとすることで好適に実施することができる。
【0011】
遮熱絞り具11a・・・11cおよび19a・・・19cは、図3に示すように、石英管2の外周に沿う円弧状切り欠き43が設けられ進退する複数の遮熱板41を有し、円弧状切り欠き43で石英管2の外周を取り巻いていてもよい。
【0012】
遮熱板31、41が、ステンレス、モリブデン、石英、カーボン、窒化ケイ素から選ばれる耐熱材料からなることで好適に実施することができる。
【0013】
電気炉13上端の筒体10の開放端に、石英管2を取り囲みつつ石英管2と筒体10との隙間を被っている筒状シール部材9が配置されていてもよい。筒状シール部材9は、外気の電気炉内への侵入を抑制するためのもので、その高さは約70mm以上であることが好ましい。
【0014】
石英管2をその下端で支持しているダミー管54が、断熱筒57で取り囲まれていてもよい(図4参照)。断熱筒は例えば、カーボン断熱材からなっている。断熱筒57は、石英管2の下端近傍が筒体18内に到達したとき、ダミー管54や石英管2と、筒体18との隙間から、外気が侵入することを防止する。
【0015】
電気炉13上端の筒体10内の最下に位置する遮熱絞り具11cと最上に位置する遮熱絞り具11aとが、少なくとも50mm離れていることが好ましい。50mm未満であると、電気炉内が外界の温度の影響を受けやすく、自然対流を誘発したり、外気が電気炉内へ侵入したりする。
【0016】
石英管2と遮熱絞り具11a・・・11cとの空隙12a・・・12cの距離が、最大でも1mmであることが好ましい。1mmよりも離れていると、空隙12a・・・12cが大きすぎて、外気が容易に電気炉内へ侵入してしまう。0.5mm以下であると一層好ましい。石英管2と遮熱絞り具19a・・・19cとの空隙20a・・・20cについても同様である。
【0017】
本発明の光ファイバプリフォーム母材の製造方法は、コアロッドを石英管2に挿入後、不活性ガスの導入されている電気炉13を相対的に移動させて、石英管2を周囲から加熱しコアロッドと石英管2とを熱溶着させる光ファイバプリフォーム母材の製造方法であって、石英管2と電気炉13との隙間14を多重の遮熱絞り具11a・・・11cおよび19a・・・19cで覆いつつ、電気炉13への外気の侵入を防止するというものである。
【0018】
この製造方法によれば、電気炉内に外気が侵入せず、自然対流が発生しない。そのため、電気炉内のカーボンヒータは酸化されず、石英管を均等に加熱することができる。
【0019】
【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、本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造装置の実施例の斜視図が示されている。
【0020】
光ファイバプリフォーム母材の製造装置1は、コアロッドの挿入された石英管2が貫通し、石英管2を外周から加熱するカーボンヒータ16とカーボンヒータ16の周囲を取り囲むカーボン断熱材15とが配置されている電気炉13を有している。電気炉13の側面には不活性ガス導入管17が3本、高さを相違させて挿入されている。
【0021】
電気炉13の上端には、石英管2と電気炉13との隙間14を覆う三重の遮熱絞り具11a、11b、11cを内装する筒体10が配置されている。三つのうちで最上の遮熱絞り具11aと真中に位置する遮熱絞り具11bとは60mm離れており、真中の遮熱絞り具11bと最下の遮熱絞り具11cとは10mm離れている。
【0022】
遮熱絞り具11a、11b、11cは、要部断面図である図2に示すように、同心円上の等間隔な軸32に各々取り付けられて巴状に重なっている8枚のステンレス製の遮熱板31を有している。遮熱板31の各々に設けられた湾曲33で、石英管2の外周を取り囲んでいる。各遮熱板31の有する爪34が、遮熱板31を取り囲むリング30に等間隔に設けられた窪み35と嵌合している。リング30の有する取手37が、筒体10の孔36から突出している。
【0023】
筒体10の上部の開放端には、石英管2を取り囲んだ筒状シール部材9が配置されている。筒状シール部材9は、石英管2と筒体10との隙間を被っている。
【0024】
電気炉13の下端にも、三重の遮熱絞り具19a、19b、19cを内装した筒体18が配置されている。三つのうちでその最上の遮熱絞り具19aと真中の遮熱絞り具19b、真中の遮熱絞り具19bと最下の遮熱絞り具19cとは各々20mm離れている。遮熱絞り具19a・・・19cは、図2に示す遮熱絞り具11a、11b、11cと同様な構造であり、隙間14を覆っている。
【0025】
遮熱絞り具11aは、石英管2と遮熱絞り具11aとの空隙12aが広いときには、取手をA方向に動かして軸32を中心として遮熱板31を動かすことにより遮熱絞り具11aを絞って、空隙12aを狭めるものである。また石英管11aと遮熱絞り具12aとが接触してしまうときには、取手をB方向に動かして軸32を中心として遮熱板31を動かすことにより遮熱絞り具11aを開いて、空隙12aを広げるものである。遮熱絞り具11b、11c、19a・・・19cについても同様である。
【0026】
光ファイバプリフォーム母材の製造方法は、その製造途中を示す図4を参照して説明すると、以下のとおりである。
【0027】
長さ1000mm、内径24mm、外径80mmの合成石英製の石英管2の一端に、長さ400mm、内径24mm、外径40mmの天然石英製の下側ダミー管54を同軸上に溶接する。このダミー管54端末の周囲の数箇所を加熱しつつ鏝で押して、下側ダミー管54の孔内に突起56を形成する。石英管2の別な一端に、長さ700mm、内径24mm、外径40mmの天然石英製の上側ダミー管50を溶接する。
【0028】
VAD法で形成した外径21mmのコアロッド3の一端に、下側ダミー管54よりやや短い外径20mmの天然石英製のダミー棒53を溶接する。石英管2にこのダミー棒53を挿入し、下側ダミー管54の突起56でダミー棒53を係止する。石英管2を、電気炉13内のカーボンヒータ16の円孔、および遮熱絞り具11a・・・11c、19a・・・19cに貫通させる。外径が石英管2とほぼ同径でカーボン断熱材からなる断熱筒57に、下側ダミー管54を挿入して、断熱筒57で取り囲む。下側ダミー管54を下側チャック55に、上側ダミー管50を上側チャック51に、各々把持させる。
【0029】
電気炉13に挿入された3本の不活性ガス導入管17のうちの上下の2本から10L/分、真中の1本から1L/分のアルゴンガスを電気炉13内へ導入する。
【0030】
上側ダミー管50の開放端と下側ダミー管54の開放端とに繋がった減圧ポンプ(不図示)により減圧し、石英管2内およびダミー管50、54内を100torrに維持する。電気炉13を2050℃に加熱しつつ、上側ダミー管50から加熱を開始する。電気炉13を10mm/分で降下させる。
【0031】
上側ダミー管50は、加熱された部分で軟化し、減圧されているため中空が潰れ細径化する。
【0032】
石英管2と遮熱絞り具11aとの空隙12aを1mm以内に調整する。他の遮熱絞り具11b、11c、19a、19b、19cも同様である。
【0033】
加熱が進行し、石英管2が加熱されると、加熱された部分で軟化し、石英管2内が減圧されているため、コアロッド3と石英管2との間の環状の空間52が潰れ、コアロッド3と石英管2とが熱溶着する。
【0034】
石英管2の下端まで加熱されて熱溶着が完了すると、光ファイバプリフォーム母材が得られる。
【0035】
なお、石英管2と、ダミー管50または54とを接続するためにこの製造装置を用い、石英管2内やダミー管50、54内にパージガスとしてヘリウムガスを流しつつ、加熱してもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の光ファイバプリフォーム母材の製造装置を用いると、製造途中で電気炉内に外気が侵入せず、自然対流が発生しない。そのため、電気炉内のカーボンヒータは酸化されず、石英管は均等に加熱される。さらに、ダミー管と石英管との外径が相違していても、電気炉内に外気が侵入することを防止することができる。そのため、得られた光ファイバプリフォーム母材には、気泡や径変動がない。この母材から歩留まりよく高品質な光ファイバへと誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造装置の実施例の斜視図である。
【図2】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造装置の実施例の要部断面図である。
【図3】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造装置の別な実施例の要部斜視図である。
【図4】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造方法による製造途中を示す要部断面図である。
【符号の説明】
1は光ファイバプリフォーム母材の製造装置、2は石英管、3はコアロッド、9は筒状シール部材、10は筒体、11a・・・11cは遮熱絞り具、12a・・・12bは空隙、13は電気炉、14は隙間、15はカーボン断熱材、16はカーボンヒータ、17は不活性ガス導入管、18は筒体、19a・・・19bは遮熱絞り具、20a・・・20cは空隙、30はリング、31は遮熱板、32は軸、33は湾曲、34は爪、35は窪み、36は孔、37は取手、41は遮熱板、43は円弧状切り欠き、50は上側ダミー管、51は上側チャック、52は空間、53はダミー棒、54は下側ダミー管、55は下側チャック、56は突起、57は断熱筒、A・Bは取手の移動方向である。
Claims (9)
- コアロッドの挿入された石英管が貫通し不活性ガス導入管を有している電気炉の上下端に、該石英管と該電気炉との隙間を覆う遮熱絞り具を多重に内装する筒体が配置されていることを特徴とする光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
- 前記遮熱絞り具は、同一円周上に設けられた複数の軸に支持されて巴状に重なっている遮熱板を有し、該遮熱板を形成する外辺の湾曲で該石英管の外周を取り巻いていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
- 前記遮熱絞り具は、該石英管の外周に沿う円弧状切り欠きが設けられ進退する複数の遮熱板を有し、該円弧状切り欠きで該石英管の外周を取り巻いていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
- 前記遮熱板が、ステンレス、モリブデン、石英、カーボン、窒化ケイ素から選ばれる耐熱材料からなることを特徴とする請求項2または3に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
- 前記電気炉上端の筒体の開放端に、前記石英管を取り囲みつつ前記石英管と該筒体との隙間を被っている筒状シール部材が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
- 前記石英管をその下端で支持しているダミー管が、断熱筒で取り囲まれていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
- 前記電気炉上端の筒体内の最下に位置する遮熱絞り具と最上に位置する遮熱絞り具とが、少なくとも50mm離れていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
- 前記石英管と前記遮熱絞り具との空隙距離が、最大でも1mmであることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ母材の製造装置。
- コアロッドを石英管に挿入後、不活性ガスの導入されている電気炉を相対的に移動させて、該石英管を周囲から加熱し該コアロッドと該石英管とを熱溶着させる光ファイバプリフォーム母材の製造方法であって、該石英管と該電気炉との隙間を多重の遮熱絞り具で覆いつつ、該電気炉への外気の侵入を防止することを特徴とする光ファイバプリフォーム母材の製造方法。
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