JP4030919B2

JP4030919B2 - 光ファイバ用母材の製造方法及び垂下に用いる母材吊具

Info

Publication number: JP4030919B2
Application number: JP2003139141A
Authority: JP
Inventors: 光邦坂下; 哲也乙坂; 清横川
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: JP2004339024A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型の光ファイバ用母材を加熱炉内に垂下し、高温で加熱処理する工程において、好適に用いられる光ファイバ用母材の製造方法及び垂下に用いる母材吊具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用母材は、多孔質母材を脱水・焼結して透明ガラス化する工程や、透明ガラス化して得られた母材インゴットを所定の径に延伸加工する工程など、高温で加熱処理する工程を経て製造される。
多孔質母材は、出発コア部材の表面にＯＶＤ(外付け)法によりクラッド部を堆積することで製造され、これを脱水炉で脱水処理した後、次の焼結工程で、シャフトに取り付けて焼結炉内に吊り下げ、ヒーターで加熱して、１３５０℃乃至１５００℃の温度で透明ガラス化処理して母材インゴットとされる。大型の母材インゴットは、さらに加熱処理されて、例えば、光ファイバの線引きに都合の良い径サイズを有するプリフォームに延伸加工される。
なお、本明細書において光ファイバ用母材とは、中間製品である多孔質母材や母材インゴット、さらには、光ファイバの線引きに使用されるプリフォームを含めて総称している。
【０００３】
図１は、光ファイバ用母材延伸装置の一例を示す概略断面図である。光ファイバ用母材１は、その上部に設けられた母材把持部２で、光ファイバ用母材の供給機構３に支持された垂下シャフト４の下端に結合されて垂下され、時間の経過とともに下方へ移動する供給機構３によって、加熱炉５に供給される。
光ファイバ用母材１は、加熱炉５内に設けられたヒータ６により、1600〜2100℃で加熱軟化され、延伸される。加熱炉５の下方には、延伸され細径化された光ファイバ用母材（プリフォーム）７を引き取る引き取り機構（図示を省略）が設けられている。
【０００４】
加熱炉５内に垂下される垂下シャフト４と光ファイバ用母材１との結合例を、図２乃至図５を用いて説明する（特許文献１参照）。
図２は、垂下シャフト４と光ファイバ用母材１の結合状態を示す断面図であり、図３は、これを斜視図で示したものである。
垂下シャフト４の先端には、管状の結合ユニット（以下、シャフト管と称する）８が取り付けられ、シャフト管８には、光ファイバ用母材１の母材把持部２が挿入される凹部９が設けられ、さらに、シャフト管８には、中心線から偏心した位置に中心線と直角に貫通孔10が設けられている。
【０００５】
光ファイバ用母材１の母材把持部２には、切欠部11が設けられている。母材把持部２とシャフト管８との接続は、シャフト管８に母材把持部２を挿入し、母材把持部２の切欠部11を挿通するように、シャフト管８の貫通孔10に結合ピン12を挿通することにより行われる。
【０００６】
【特許文献１】
特開2001‐287916号公報（第２，３頁、図１，２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
シャフト管に挿入された光ファイバ用母材の母材把持部２とシャフト管８の内壁13との間には、いくらかの隙間が存在している。母材把持部２とシャフト管８を接続する際の作業性を考えた場合、この隙間は、大きい方が作業性は良好である。しかしながら、この隙間が大きいと、母材把持部２、すなわち光ファイバ用母材１が鉛直軸に対して傾きを持つことになる。この母材把持部２が鉛直軸から傾斜した様子を模式的に概略図で、図４に示した。
【０００８】
図４には、シャフト管８の内壁13と母材把持部２との隙間が大きいため、母材把持部２に傾斜を生じ、光ファイバ用母材１は傾斜角14で、母材把持部２の中心軸線15がシャフト管８の鉛直軸16に対して、傾斜しているのが認められる。
光ファイバ用母材１に傾斜角14が存在する状態で、光ファイバ用母材１を光ファイバ用母材延伸装置に垂下した状態を図５に示す。この場合、光ファイバ用母材１の中心軸線18は、延伸装置の鉛直軸17に対して傾斜した状態にある。この状態で光ファイバ用母材１を延伸すると、光ファイバ用母材１の軟化部中心19はヒータ中心20から偏心した状態となる。
【０００９】
この軟化部中心19とヒータ中心20との間の偏心量21は、母材延伸後のプリフォーム７の曲がりと密接な関係を持っており、プリフォーム７の受ける熱が周面で一様ではなくなり、偏心量21が大きいほどプリフォーム７の曲がりも大きくなる。この偏心量21は、シャフト管８の内壁13と母材把持部２との隙間が大きいほど大きくなる。従って、延伸されたプリフォーム７の曲がりを小さくするためには、シャフト管８の内壁13と母材把持部２との隙間は、小さいことが望ましい。
【００１０】
しかしながら、この隙間を小さくすることは、シャフト管８の凹部に母材把持部２を挿入する際の作業性を悪化させることになるため、小さすぎる隙間も好ましくない。また、母材把持部２は石英ガラスで製作されているため、加工精度が非常に悪く、外径のばらつきが大きい。このため製造した全ての母材把持部２がシャフト管８の凹部９に確実に挿入できるようにするため、母材把持部２は細目に製造されることになる。
【００１１】
バラツキの範囲内で小さな外径で製造された母材把持部２を用いた場合、平均的な外径を有するものと比較して、光ファイバ用母材１の傾斜角14は大きくなる。母材把持部２を高精度に加工することは、技術上は可能であるが、製造コストが非常に高価となるため、製造ロット数が多い場合には、あまり現実的ではない。このように、光ファイバ用母材１の母材把持部２と垂下シャフト４との結合部は、作業の容易性と結合精度という、相反する要求を満たさなければならなかった。
以上は、光ファイバ用母材（母材インゴット）を延伸装置に垂下して延伸処理する例について説明したが、光ファイバ用母材（多孔質母材）を焼結装置に垂下して透明ガラス化する場合においても、光ファイバ用母材が偏心や傾斜した状態にあると、曲りを生じたり、焼結度が部位によって異なる等の不都合を生じる。
【００１２】
本発明は、加熱炉内に垂下される垂下シャフトと光ファイバ用母材との結合を、容易かつ高い精度で行うことのできる光ファイバ用母材の製造方法及び垂下に用いる母材吊具を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、上記課題を解決したものであり、すなわち、請求項１に記載の光ファイバ用母材の製造方法は、光ファイバ用母材を加熱炉内に垂下して加熱処理するに際し、該光ファイバ用母材の母材把持部に凸部又は凹部を設け、該凸部又は凹部を垂下シャフトの下端に設けられた母材吊具に挿入し、該凸部又は凹部に設けられた光ファイバ用母材の中心軸線に直角な水平面で、止め部材を介して母材吊具に載荷させることにより、光ファイバ用母材を垂下することを特徴としている。
【００１４】
請求項２に記載の光ファイバ用母材の製造方法は、光ファイバ用母材を加熱炉内に垂下して加熱処理するに際し、該光ファイバ用母材の母材把持部に凸部又は凹部を設け、該凸部又は凹部を垂下シャフトの下端に設けられた母材吊具に挿入し、該凸部又は凹部に設けられた光ファイバ用母材の中心軸線を中心線とする円錐部で、止め部材を介して垂下シャフトの下端に設けられた母材吊具に載荷させることにより、光ファイバ用母材を垂下することを特徴としている。なお、光ファイバ用母材の母材把持部に設けられた凸部又は凹部の数は、複数とするのが好ましい。
【００１５】
また、本発明の母材吊具は、光ファイバ用母材を加熱炉内に垂下して加熱処理する際に、光ファイバ用母材を垂下するために垂下シャフトの下端に設けられた母材吊具であって、該母材吊具の下端部には、下方から光ファイバ用母材の母材把持部を挿入する貫通孔部が設けられ、該光ファイバ用母材が止め部材を介して母材吊具に載荷可能に形成されていることを特徴としている。
【００１６】
母材吊具は、上下に分割される2つの部材で構成することができる。なお、この2つの部材を、垂下シャフトに接続された接続部材と止め部材を支持する支持部材で構成し、該接続部材と支持部材とを連結部材を介して接続するようにしてもよい。止め部材は、リング形状を有し、複数の部材で構成される。
これらの母材吊具や止め部材には、ファインセラミックス、カーボン、炭素繊維強化カーボン、石英ガラス及び炭化珪素を被覆した窒化珪素等のうちから適宜選択された耐熱性無機材料を使用するのが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、光ファイバ用母材、特には、母材インゴットを延伸加工して光ファイバ用プリフォームを製造する例について、図６乃至１０を用いて、以下の実施例にもとづき詳細に説明するが、本発明は、これらの態様に限定されるものではなく、多孔質母材の脱水・焼結処理等様々な加熱処理に適用することができる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
図６に、本発明による母材把持部の形状の一例を示す。母材把持部22には、凸部23と凸部24が設けられ、少なくとも一方の凸部の下縁部には、母材把持部22の中心軸線25に対して直角な平面（フランジ面）が設けられている。このフランジ面は、母材把持部22と垂下シャフトに取り付けられた母材吊具との結合時に、光ファイバ用母材載荷用水平面として機能する。該実施例では、凸部23，24にそれぞれフランジ面26，27が設けられている。
【００１９】
なお、該実施例では母材把持部22の２箇所に凸部23，24を設けたが、光ファイバ用母材を加熱処理装置に垂下させることのみを目的とする場合は、凸部は１個でよい。しかしながら、工場内での光ファイバ用母材搬送時の利便性を考慮すると、凸部を２つ以上設けた方が、光ファイバ用母材の受け渡し、収納等に都合がよく、搬送が非常に容易となる。
【００２０】
母材把持部を備えた光ファイバ用母材の垂下状態を、図７に示す。
光ファイバ用母材は、その母材杷持部22の凸部23で、垂下シャフト４の下端に取り付けられた母材吊具28に垂下されている。母材吊具28は、上部吊具28Aと下部吊具28Bから構成されている。
【００２１】
母材吊具28に光ファイバ用母材を垂下するには、母材吊具28に貫通孔部29から母材杷持部22の凸部23を挿入し、次いで、貫通孔部29の縁部に設けられた段部に止め部材30A，30Bを嵌合し、止め部材30A，30B上に凸部23のフランジ面26で載置することにより、光ファイバ用母材は垂下される。母材吊具28内への止め部材30A，30Bの挿入は、下部吊具28Bの側部（左右２箇所）に設けられた窓31から行われる。この様子を図８に斜視図で示す。
【００２２】
光ファイバ用母材の重量は、母材把持部22に形成された凸部23が貫通孔部29の周縁に形成された段部に嵌合され、凸部23のフランジ面26で支持される。このフランジ面26と接する段部の接合面は、フランジ面26と密接するように加工されている。よって、光ファイバ用母材は、光ファイバ用母材の中心軸線32を取り囲んだ円周面、すなわちフランジ面26によって載荷されているため、母材吊具28との接続点を支点とする継続的な振動（揺動）を起こすことはない。従って安定した条件で、光ファイバ用母材の加熱処理を継続することが可能となる。
【００２３】
本発明は、母材吊具28と光ファイバ用母材の母材把持部22との結合時に、止め部材30を用いることにより、この止め部材30の内径を変えるだけで、様々な径を有する母材把持部22に対応させることができ、様々なサイズの光ファイバ用母材を垂下シャフト４の下端に取り付けた母材吊具28に垂下させることができる。
【００２４】
さらに、この止め部材は、形状が単純なため精密加工が容易であり、光ファイバ用母材を垂下した状態でも、光ファイバ用母材の中心軸線32と加熱処理装置の鉛直軸とが一致し、例えば、光ファイバ用母材を細径のプリフォームへ延伸する場合には、非常に曲がりの小さなプリフォームを得ることが可能となる。
【００２５】
（実施例２）
図９に本発明による他の形態の実施例を示す。
母材吊具33は、接続部材34と支持部材35、およびこれらを連結する連結部材36から構成され、接続部材34が垂下シャフト４と連結されている。母材吊具33と光ファイバ用母材の母材杷持部22との結合は、実施例１と同様にして行うことができる。
【００２６】
該実施例のものは、図６乃至８で示した実施例１のものと比較して、母材吊具33の部品点数が多い。しかしながら、各部品の形状が極めて単純であるため、実施例１の母材吊具28と比較して各部材の製作が非常に容易である。光ファイバ用母材を細径のプリフォームへ延伸した場合には、非常に曲がりが小さく、実施例１と同程度のものが得られた。
なお、該実施例では、連結部材36を４個の柱状部材で構成したが、本発明の母材吊具の形態は、これに限定するものではなく、幾つでも可能である。望ましくは３〜５個である。
【００２７】
図10は、実施例１で製造したプリフォームと、上記従来技術によって製造したプリフォームとの曲りを比較したものであり、（ａ）はプリフォームの曲りの相対度数分布を、（ｂ）は累積相対度数分布を示している。なお、製造したプリフォームの長さは1100ｍｍ／本である。図において、従来技術では、曲がりが0.2mm以下のプリフォームは、全体の10%にしかすぎなかったが、実施例１ではそれが70%にまで改善されている。
【００２８】
なお、上記実施例１，２は、いずれも光ファイバ用母材の母材杷持部に凸部を設け、該凸部の下縁部に、光ファイバ用母材の中心軸線に直角な水平面を設けた例について説明したが、該凸部の下縁部に、光ファイバ用母材の中心軸線を中心線とする円錐部を設け、該円錐部の形状に対応した形状を有する止め部材を介して母材吊具に載荷させ、光ファイバ用母材を垂下するようにしてもよい。
【００２９】
また、母材杷持部に凸部に代えて凹部を形成し、該凹部の少なくとも上縁側に、光ファイバ用母材の中心軸線に直角な水平面を設け、あるいは、光ファイバ用母材の中心軸線を中心線とする円錐部を設け、止め部材を介して母材吊具に載荷させることにより、光ファイバ用母材を垂下するようにしてもよく、凸部の場合と同様の効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
光ファイバ用母材の母材杷持部に設けた凸部又は凹部で、止め部材を介して母材吊具に載荷し、光ファイバ用母材を加熱処理装置内に垂下することにより、極めて曲りの小さなプリフォームを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ用母材延伸装置の概略を示す概略断面図である。
【図２】従来の垂下シャフトと光ファイバ用母材の結合状態の例を示す断面図である。
【図３】図２を斜視図で示したものである。
【図４】図２に示された結合状態において、母材把持部が鉛直軸から傾斜した様子を模式的に示す概略図である。
【図５】図４の結合状態で、光ファイバ用母材を延伸装置に垂下した状態を示す概略図である。
【図６】実施例１で使用した母材把持部の形状を示す概略図である。
【図７】図６の母材把持部を備えた光ファイバ用母材の垂下状態を示す概略図である。
【図８】母材吊具と母材把持部との結合を説明する概略図である。
【図９】実施例２で使用した母材吊具と母材把持部との結合を説明する概略図である。
【図１０】本発明によって製造したプリフォームと従来技術で製造したものとの曲りを対比して示す図であり、（ａ）はプリフォームの曲りの相対度数分布を、（ｂ）は累積相対度数分布を示している。
【符号の説明】
１…光ファイバ用母材、
２，22…母材把持部、
３…供給機構、
４…垂下シャフト、
５…加熱炉、
６…ヒータ、
７…プリフォーム、
８…シャフト管、
９…凹部、
10…貫通孔、
11…切欠部、
12…結合ピン、
13…内壁、
14…傾斜角、
15，18，25，32…中心軸線、
16，17…鉛直軸、
19…軟化部中心、
20…ヒータ中心、
21…偏心量、
23，24…凸部、
26，27…フランジ面、
28，33…母材吊具、
28A…上部吊具、
28B…下部吊具、
29…貫通孔部、
30A，30B…止め部材、
31…窓、
34…接続部材、
35…支持部材、
36…連結部材。

Claims

光ファイバ用母材を加熱炉内に垂下して加熱処理するに際し、該光ファイバ用母材の母材把持部に凸部又は凹部を設け、該凸部又は凹部を垂下シャフトの下端に設けられた母材吊具に挿入し、該凸部又は凹部に設けられた光ファイバ用母材の中心軸線に直角な水平面で、止め部材を介して母材吊具に載荷させることにより、光ファイバ用母材を垂下することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
光ファイバ用母材を加熱炉内に垂下して加熱処理するに際し、該光ファイバ用母材の母材把持部に凸部又は凹部を設け、該凸部又は凹部を垂下シャフトの下端に設けられた母材吊具に挿入し、該凸部又は凹部に設けられた光ファイバ用母材の中心軸線を中心線とする円錐部で、止め部材を介して垂下シャフトの下端に設けられた母材吊具に載荷させることにより、光ファイバ用母材を垂下することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
光ファイバ用母材の母材把持部に設けられた凸部又は凹部が、複数である請求項１又は２に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
光ファイバ用母材を加熱炉内に垂下して加熱処理する際に、光ファイバ用母材を垂下するために垂下シャフトの下端に設けられた母材吊具であって、該母材吊具の下端部には、下方から光ファイバ用母材の母材把持部を挿入する貫通孔部が設けられ、該光ファイバ用母材が止め部材を介して母材吊具に載荷可能に形成されていることを特徴とする母材吊具。
母材吊具が、上下に分割される2つの部材で構成されている請求項４に記載の母材吊具。
上下に分割される2つの部材が、垂下シャフトに接続された接続部材と止め部材を支持する支持部材であり、該接続部材と支持部材とが連結部材を介して接続されている請求項５に記載の母材吊具。
止め部材が、リング形状を有し、複数の部材で構成されている請求項４に記載の母材吊具。
母材吊具及び／又は止め部材が、ファインセラミックス、カーボン、炭素繊維強化カーボン、石英ガラス及び炭化珪素を被覆した窒化珪素等のうちから適宜選択された耐熱性無機材料からなる請求項４乃至７のいずれかに記載の母材吊具。