JP4104134B2

JP4104134B2 - 光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造

Info

Publication number: JP4104134B2
Application number: JP2003139118A
Authority: JP
Inventors: 重徳斎須; 光邦坂下; 博樹吉川; 博文加瀬; 忠克島田
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: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: JP2004339023A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質ガラス母材を脱水・焼結して透明ガラス化する光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用ガラス母材の製造方法については種々の方法が知られている。なかでも、光ファイバ用ガラス母材の大型化、高速堆積が容易で経済的であることからＶＡＤ法、ＯＶＤ法が注目されている。この方法は、反応容器内に酸水素火炎バーナーを設置し、これに酸素、水素及びガラス原料を供給し、ガラス原料の火炎加水分解で生じたガラス微粒子（スート）を回転している石英製のターゲット（出発コア部材）上に付着・堆積させて多孔質ガラス母材（以下、スート母材と称する）を形成し、これを電気炉などで加熱し脱水・焼結して、透明な母材インゴットとし、さらに延伸や表面の研磨加工等を行って光ファイバ用ガラス母材とするものである。
【０００３】
電気炉で脱水・焼結して透明な母材インゴットとする場合、スート母材は、装置の上方に設けられた把持機構部から垂下されたシャフトに接続され、炉内に垂下される。スート母材は、ヒーターで１,３５０℃〜１,５００℃に加熱された炉内で焼結され、透明ガラス化される。
【０００４】
光ファイバを広く普及させるには、製造コストの低減と大量生産が必要不可欠であり、最近では、光ファイバ用母材の大型化及び高速製造が強く求められている。これには、スート母材から大型化する必要があり、ターゲットの大口径化、長尺化が必要とされる。製造されたスート母材は、電気炉内に吊り下げられ、焼結される。
【０００５】
従来、スート母材の吊り下げに使用されるシャフトや接続治具には、グラファイトカーボンやセラミックス製のものが挙げられるが、スート母材が市場のニーズによって大型化してくると、グラファイトカーボンでは使用中に破損することがあり、強度に難がある。
【０００６】
このため強度が高く部品重量を軽くできることから、シャフトや接続治具にセラミックスが使用されることが多く、例えば、特許文献１の窒化珪素が挙げられる。
特許文献２では、炭素繊維強化炭素複合材料製のシャフトを使用しており、シャフトとスート母材との接続は、それぞれの端部をねじ加工して螺合している。
その他に、石英製のものも使用されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２４８７６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１４５３３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
セラミックス製の接続治具やシャフトを用いて焼結する場合、石英製のものは高純度で加工性が良いが、高温下での強度に問題がある。また、窒化珪素は強度が高く、部材を小さくできるが、真空のカーボン製炉芯管内で処理した場合、高温下では、カーボンと窒化珪素が反応して劣化したり、焼結助剤であるアルミナがプロセス雰囲気中に飛散し、母材インゴットの表面にアルミナが付着して失透を生じるという問題があった。
【０００９】
炭素繊維強化炭素複合材料は、高温下での強度は改善されているものの、製造コストが高く、加工性に難点がある。
このように、従来公知の支持部材で、大型・大重量化されたスート母材を炉内に吊り下げて支持するには、高温下での強度や耐熱性が不足していたり、表面失透など様々な問題があった。
【００１０】
従って、本発明は、スート母材の焼結に際して、装置の主シャフトとの接続が容易で、大型・大重量化されたスート母材の吊り下げに耐えることができ、かつ高温での炭素を含む雰囲気下でも使用可能な光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決したものであり、本発明の光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造は、装置の把持回転機構部に取り付けられた主シャフトにスート母材を接続して炉芯管内に吊り下げ、焼結処理するに際し、該主シャフトとスート母材を接続する接続構造が、それぞれ貫通穴を有する治具上板と治具下板を接続部材で互いに平行となるように接続し、主シャフトを治具上板の貫通穴に挿通して掛止（ネジ接続を含まず）し、スート母材の上端を治具下板の貫通穴に挿通して掛止（ネジ接続を含まず）することからなり、少なくとも治具上板、治具下板及び接続部材の材質がＳｉＣであることを特徴としている。
【００１２】
主シャフトの下端及びスート母材の上端には、それぞれ貫通穴に挿通して掛止する係合部が設けられている。接続に際して、治具上板と治具下板に設けられた貫通穴の中心が、共に炉芯管の軸線上に来るように、接続部材で接続される。なお、少なくとも治具上板、治具下板及び接続部材からなる吊下げ冶具の材質はＳｉＣとするのが好ましい。
本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、上記吊下げ接続構造を用いてスート母材を炉芯管内に吊り下げ、真空で焼結処理することにある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造の一例を示す概略縦断面図である。
スート母材１は、図示していない装置の把持回転機構部に吊り下げられた主シャフト２に、３本の副シャフト３からなる接続部材を介して治具上板４と治具下板５が互いに平行に結合された吊下げ治具によって接続され、スート母材１と主シャフト２の中心軸線が一致するように吊り下げられる。このとき、主シャフト２の下端は治具上板４の中央に設けられた貫通穴に、スート母材１の上端は治具
下板５の中央に設けられた貫通穴にそれぞれ挿通され、係合部６，７に設けられた突起によって貫通穴に掛止されている。各副シャフト３は、その頭部８の頚部に半割り治具９を挿入することにより、その牽引重量で治具上板４に固定される。
治具上板４、治具下板５、接続部材などからなる吊下げ治具及び主シャフト２は、ＳｉＣで製作されている。
【００１４】
本発明の吊下げ接続構造は、例えば、上記構成からなるものが挙げられ、スート母材を炉芯管内に吊り下げ、脱水・焼結して透明ガラス化する工程において、装置の主シャフトとスート母材とを、ネジ接続ではなく、吊下げ治具に容易に挿通して接続することができ、吊下げ治具が破損することなく、大型で大重量化されたスート母材を高温下で吊り下げることができる。また、従来のように、ネジ接続ではないため、ネジ部で破損することもない。
【００１５】
また、炉芯管をカーボン製とし、主シャフト及び吊下げ治具の材質を炭化珪素とすることにより、高温でも安定で、十分な強度が得られる。
接続部材で互いに平行かつ水平に支持される治具上板と治具下板には、貫通穴が設けられおり、接続に際して、これに主シャフト及びスート母材が挿通され、主シャフトの下端及びスート母材の上端に設けられた係合部で貫通穴に掛止される。係合部は、例えば、図１に示す例のように、側方に張り出した突起で形成してもよい。
【００１６】
なお、接続に際しては、治具上板と治具下板に設けられた貫通穴の中心が、共に炉芯管の軸線上に来るように、接続部材で接続することにより、主シャフトとスート母材の中心軸を炉芯管の中心軸に合わせることができる。
治具上板と治具下板とを接続する接続部材、例えば、副シャフトの数は任意であるが、好ましくは２〜５本である。
以下、本発明を、さらに実施例及び比較例を挙げて詳細に説明する。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
外径が３５ｍｍφ、長さ１,４００ｍｍのシングルモード光ファイバ用に屈折率を調整したコア用石英ガラス棒をダミー用石英棒と溶接して出発コア部材とし、これに密閉型反応炉で、四塩化珪素の火炎加水分解で生じたガラス微粒子を堆積させ、外径が３１０ｍｍφのスート母材を製作した。
【００１８】
このスート母材を、装置の把持回転機構部から垂下された主シャフトに、図１に示した吊下げ治具を用いて接続し、カーボン製炉芯管内に吊り下げた。炉芯管内を１０Ｐａ以下の真空に保持し、スート母材を５ｒｐｍの速度で回転した。図示しない温度制御機構により加熱用ヒーターで炉内の温度を１,５１０℃まで上昇させた。焼結・透明ガラス化が完了するまで２０時間を要した。
【００１９】
焼結・透明ガラス化後、自然放冷させ、得られた母材インゴットを確認したところ、４０本の焼結に対して、焼結中におけるスート母材の落下事故はなく、いずれにも透明ガラス化した部分に失透は観察されず、また、吊下げ治具と主シャフトにも割れは認められず、従来の製造方法の課題は大幅に改善された。
【００２０】
（比較例１）
外径が３５ｍｍφ、長さ１,４００ｍｍのシングルモード光ファイバ用に屈折率を調整したコア用石英ガラス棒をダミー用石英棒と溶接して出発コア部材とし、これに密閉型反応炉で、四塩化珪素の火炎加水分解で生じたガラス微粒子を堆積させ、外径が３０５ｍｍφのスート母材を製作した。
このスート母材を、装置の把持回転機構部から垂下された主シャフトに、図２に示した吊下げ治具を用いて接続し、カーボン製炉芯管内に吊り下げ、実施例１と同じ条件で焼結・透明ガラス化した。焼結完了に２０時間を要した。
【００２１】
なお、図２に示す吊下げ接続構造は、主シャフト１０と治具上板１１との接続がネジ接続になっており、さらに、副シャフト１２は、その上端及び下端に螺合されたメネジナット１３，１３によって固定され、治具上板１１と治具下板１４とを副シャフト１２を介して、主シャフト１０とスート母材１５とを接続する構造となっている。このため、大型の母材インゴットは治具のネジ部で支持されるが、このような硬い材料によるネジ接続は、負荷がネジ山１点に集中するため、ネジ部で破損しやすい欠点を有している。
【００２２】
自然放冷後、得られた母材インゴットを確認したところ、４０本の焼結に対して、いずれにも透明ガラス化した部分に失透は観察されなかったが、数度の使用で主シャフトのネジ部の破損が１１回あり、加えて、焼結中におけるスート母材の落下事故が４回もあった。
【００２３】
（比較例２）
図１に示す接続構造を用いて、吊下げ治具の材質がＳｉ₃Ｎ₄であることを除いては、実施例１と同じ方法・条件で焼結し、透明ガラス化した。
自然放冷後、得られた母材インゴットを観察したところ、その表面は失透しており、失透部からＳｉ₃Ｎ₄の焼結助剤であるＡｌＮのＡｌが検出された。また、使用したＳｉ₃Ｎ₄製の吊下げ治具は、その表面が変質して粉状になっていた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造によれば、大型のスート母材を真空で高温の炭素を含む雰囲気下で、炉芯管内に吊り下げ、焼結・透明ガラス化しても、焼結中に吊下げ治具や主シャフトが割れてスート母材が落下することなく、表面失透のない母材インゴットを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で使用した、本発明の光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】比較例１で使用した、ネジ接合による吊下げ接続構造を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１……スート母材、
２……主シャフト(オネジなし)、
３……副シャフト(オネジなし)、
４……治具上板、
５……治具下板、
６，７……係合部、
８……頭部、
９……半割り治具、
１０……主シャフト(片端オネジ切り)、
１１……治具上板、
１２……副シャフト(両端オネジ切り)、
１３……メネジナット、
１４……治具下板、
１５……スート母材。

Claims

装置の把持回転機構部に取り付けられた主シャフトに多孔質ガラス母材を接続して炉芯管内に吊り下げ、焼結処理するに際し、該主シャフトと多孔質ガラス母材を接続する接続構造が、それぞれ貫通穴を有する治具上板と治具下板を接続部材で互いに平行となるように接続し、主シャフトを治具上板の貫通穴に挿通して掛止し、多孔質ガラス母材の上端を治具下板の貫通穴に挿通して掛止することからなり、少なくとも治具上板、治具下板及び接続部材の材質がＳｉＣであることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造。
主シャフトの下端及び多孔質ガラス母材の上端に、それぞれ貫通穴に挿通して掛止する係合部が設けられている請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造。
治具上板と治具下板に設けられた貫通穴の中心が共に炉芯管の軸線上にある請求項１又は２に記載の光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造。
少なくとも治具上板、治具下板及び接続部材からなる吊下げ冶具の材質がＳｉＣである請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造。
請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバ用ガラス母材の吊下げ接続構造を用いて多孔質ガラス母材を炉芯管内に吊り下げ、真空又は減圧下で焼結処理することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。