JP4233145B2 - ガラスファイバのプリフォームの製造方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスファイバ、特に光ファイバのプリフォームの製造方法に関し、より詳細には、これらのプリフォームの製造速度を特に向上させることができる方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フランス国出願ＦＲ−Ａ−２２５３７２３は、プラズマトーチがガラスパウダを放出し、ガラスパウダが搬送ガスにより炎の根元に投入される光導波路用プリフォームの調製方法について記述している。搬送ガス流が生成され、ガス流はほぼ水平に延びた経路に沿ってガラスパウダを移動させる。より詳細には、搬送ガスがない場合には、ガラスパウダはプラズマトーチ側には移動せず、従ってプラズマ炎はガラスパウダを含まない。これは気体式ガラスパウダ注入方法である。
【０００３】
また、英国出願ＧＢ−Ａ−２１３４８９６により、前記に記載の第一の出願の方法に近いプリフォーム製造方法も知られている。たとえば、機械的に秤量された量のシリカガラスパウダが中央管に投入され、酸水素のトーチ炎を形成するための酸素および水素が連続してこの中央管に投入され、従ってパウダは、トーチが炎を形成する前にこのトーチに投入される。従ってこの方法は、炎の根元の上流側の、炎の内部からのガラスパウダの注入を含む。
【０００４】
フランス国出願ＦＲ−Ａ−２４４６２６４は、円形断面の円筒形プリフォームが、プラズマトーチの炎の前方の軸に沿って移動し、炎が水平方向に向けられた、光導波用プリフォームの調製方法について記述している。傾斜した下部を有する供給管は重力の作用により、シリカガラスパウダを炎の上部に投入し、その結果パウダは炎によりプリフォーム上に移動される。しかし、プラズマトーチはプリフォームの回転軸に対し直角な垂直面内で複数の方向をとることができることをこの出願は示唆しているものの、その記述では、ガラスの粒子がプラズマ炎内に「落下」し、その結果プラズマ炎は、水平方向において大きな成分を有するであろうと示唆している。
【０００５】
この出願ＦＲ−Ａ−２４４６２６４に記載されている方法は、ガラスパウダの移動作業とプラズマ炎形成作業とが完全に分離しており、ガラスパウダの供給が専ら重量の作用により行われるため、前記に記載の出願の方法よりも簡単である。
【０００６】
本発明は一般的に、プリフォーム側に向けられるプラズマ炎と、重力によるパウダ個別供給装置とを使用する点で、前記に記載のフランス国出願ＦＲ−Ａ−２４４６２６４において記載されている種類の方法に関する。しかしながら、本発明の方法では、重力によるガラスパウダの投入はプラズマ炎の端部でしか正常に行われない。このような方法では、プラズマ内に投入され初期プリフォーム上に付着されるガラスパウダの量は、プラズマ炎内へのパウダの侵入深さにより制限される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明によれば、重力による供給を、ガラスパウダが炎の中に入る前にガラスパウダを加速することにより補強して、重力供給およびプラズマ炎によるシステム内のガラスプリフォームの製造速度が向上する方法および装置を提供することにより、プラズマ炎内へのパウダの侵入深さの限度による欠点をなくすか、少なくとも著しく減少させることができる。この加速は、供給装置の端末部でパウダの加速ガスを使用することによって得られる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
より詳細には本発明は、軸を中心とする円筒形初期プリフォームの回転移動と、プリフォームの軸と平行な、プリフォームに対するプラズマトーチの平行移動であって、プラズマ炎の軸がプリフォームの軸と交差せず、プリフォームの軸から一定の距離だけオフセットする平行移動と、重力による、プラズマ炎の外側からこの炎へのガラスパウダの投入とを含む種類のガラスファイバのプリフォームの製造方法に関し、本発明によれば、本方法は、ガラスパウダがプラズマ炎内に入る前に、重力により移動するガラスパウダ流内に注入される加速ガスにより、重力によって注入されるガラスパウダを加速し、パウダの加速が増加した時、軸間のオフセット間隔が小さくなるように、プラズマ炎の軸とプリフォームの軸とのオフセット間隔を調節することを含む。
【０００９】
好ましくは、加速の調節は、加速ガスの流量を１５リットル／分以下の値に調節することにより行われ、ガラスパウダの量は９０ｇ／分に達することがある。
【００１０】
本方法は、ガラスパウダ流の中に加速ガスを注入する前に加速ガスの調製処理を含むことが有利である。加速ガスのこの調製処理は特に、この加速ガスの予熱および／または加速ガスへのドーピング材料の導入を含むことができる。
【００１１】
本発明は、プラズマトーチと、初期プリフォームおよびプラズマトーチ炎の相対的平行移動装置と、プラズマ炎の外側から、重力によりこの炎にガラスパウダを供給する装置とを備える種類のガラスファイバのプリフォームを製造する機器も対象とし、本発明によれば、重力により供給する装置は、加速ガスの注入管が上流に接続される管の下部を含む。
【００１２】
加速ガスの注入管の軸と供給装置の下部の軸とは、３０°以下である角度を形成することが好ましい。
【００１３】
本機器はさらに、加速ガスの流量の調節装置を含むことが有利である。
【００１４】
本機器は、有利な実施形態では、ガラスパウダ流の中に加速ガスを注入する管の前に、加速ガスの調製処理装置を含む。加速ガスの調製処理装置は、加速ガスの予熱装置および／または加速ガスにドーピング材料を投入する装置であることが有利である。加速ガスは空気であることが好ましい。
【００１５】
本機器は、有利な実施形態では、さらに、トーチのプラズマ炎の軸と、ガラスファイバのプリフォームが上に形成される初期プリフォームの軸との間の距離を調節する装置を含む。
【００１６】
本発明の他の特徴および長所は、添付の図面を参照して行う以下の説明からより明らかになろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、プラズマトーチ型重力供給式プレフォーム製造方法で利用できるガラスファイバのプリフォームを製造する機器を示す図である。より正確には、軸１２を中心として回転し、図１の左から右に軸に平行に移動する、断面が円形の円筒形初期プリフォーム上にガラスファイバプリフォーム１０が作製される。誘導加熱巻線１６に取り囲まれた管を含むプラズマトーチ１４のレベルにおいては、プリフォーム１０に向けてプラズマ炎１８が放出される。プラズマ炎１８は軸２０を有する。
【００１８】
プリフォーム１０の上のプラズマ炎１８の外側から、重力により管２２を通って、たとえば０．１から０．２ｍｍ程度の粒子寸法を有するガラスパウダが投入される。炎に入るパウダの粒子は溶解しプリフォームに付着され、プリフォームの直径が増加する。
【００１９】
図２において、炎の軸２０はプリフォームの軸１２からオフセットし、双方の軸は、図２で符号ｘで示す距離だけ離れていることがわかる。
【００２０】
前記に記述した機器によれば、本発明の改良なしに使用する場合には、４０から１００ｋＷのプラズマトーチの出力で、最大、およそ３０ｇ／分のガラスパウダの付着が可能である。
【００２１】
本発明は、前記方法および機器に施される、プリフォームの製造速度が少なくとも二、三倍向上するような改良に関する。
【００２２】
この目的のため、図１および図２を参照して記述した機器の場合、重力によりプラズマ炎内に投入されるガラスパウダは加速されるため、パウダはより深く炎内に入り、より多くのパウダがプラズマ炎内で同時に溶解しプリフォーム１０に付着することができるようになる。このような結果を得るためにただパウダの流量を増やすだけでは、パウダが十分に炎内に入らないため、充分ではない。また、このような結果を得るために、所望量のパウダを気体により横方向に炎内に放出するシステムを使用する場合、そのような実施方法ではパウダを搬送するガスの量が過大になり、炎が過度に冷却されしたがって炎の効果が低下し、場合によってはプリフォーム上に欠点が生じるため、その方法も充分ではない。
【００２３】
従って本発明は、プラズマ炎を著しく妨害し定常状態を得ることが非常に困難になる気体放出によるパウダの供給を利用するのではなく、定常状態で高い流量が得られる、重力により供給されるパウダを単純に加速することによる供給を利用するものである。
【００２４】
また、プリフォームを一様に成長させることができる定常状態を得るためには、ガスにより加速されるパウダのプラズマ炎への投入量を多くするだけでは充分ではなく、プリフォームに対するプラズマ炎の位置を投入パウダ量に応じて調節しなければならないことが確認された。
【００２５】
より詳細には、図２に示すように、定常状態での、プラズマ炎の軸２０とプリフォーム１０の軸１２との間の距離ｘを、パウダを専ら重力でのみ供給する場合（間隔ｘ₀）と、ガラスパウダ流をガスにより加速し、その結果、流量を上げる場合とで測定した。パウダの加速速度が増えれば増えるほど、軸２０と軸１２の間の距離ｘは小さくなることがわかった。しかしながらこの加速は、加速ガスが、炎に機械的作用および冷却効果をもたらす過大な効果であって、良質のプリフォーム１０が得られない効果をもたらすような値に達してはならない。
【００２６】
本発明によれば、ガラスパウダ流の加速は、側管２８から、たとえば空気またはアルゴンなどの加速ガスを注入することにより、通常の重力供給管２４の下部２６で行うことが好ましい。この側管２８は通常管２４との間で３０°未満の小さな角度を成すことが好ましい。実際、ガスの過圧効果に加え、ガスの運動エネルギーを使用することが有利である。
【００２７】
記述した機器を用いる本発明の実施形態では、プラズマトーチの同じ出力について、最大、１５リットル／分の加速空気の流量で、９０ｇ／分に達するガラスパウダ流量が得られた。
【００２８】
したがって、本発明によれば、軸１２と軸２０との間の距離ｘは、投入されるガラスパウダの量に応じて調節される。機器は、この距離ｘを変えるための装置として、モータの制御により、プリフォームの支持アセンブリの車輪が転動することができるたとえばレールなど、この目的のための既知の装置を含む。
【００２９】
また、加速ガスは適当な特性を有することが必要である。付着材料がシリカガラスパウダである時には、空気が最適であるが、不活性ガスなど他のガスを使用することもできる。ただし、使用する加速ガスは、汚染されていないか、必要な単数または複数のドープ用不純物しか含まないガラスプリフォームを得るのに必要な純度を有することが必要である。
【００３０】
本発明によれば、プリフォームの製造をより容易にするために、ガラスパウダの加速ガスがパウダ自体を調製する役割も有することが有利である。たとえば加速ガスは加熱などの処理を受けることができ、その結果、これによりガラスパウダの予熱が生じる。ガスの加熱は、たとえば熱交換器内を通過することにより行われる。別の例では、加速ガスは、プリフォーム１０上に形成されることになっているガラス層の品質により異なるドーピング材料を含む。実際、本プリフォームは、屈折率漸次変化ファイバの製造に使用されることが多い。その場合プリフォームには、場合によっては中間線引により、屈折率が異なる複数の層が付与されなければならない。本発明によれば、この屈折率の変化は、加速ガスの組成を変えることにより得られる。ガスは、たとえばハロゲン化合物の濃度を変えることができる。
【００３１】
本発明による機器内に内蔵される装置は、既知の機器内で同様の機能を有する装置と同じ方法で作製することができる。たとえば、重力供給装置は通常の分配器を含むことができ、プラズマトーチは、この応用において既知の種類のものとすることなどができる。
【００３２】
最後に、使用パウダの粒度は、通常使用される粒度と同じにすることができ、粒子は、１０分の数ｍｍ、たとえば、０．１から０．２ｍｍの寸法を有する。
【００３３】
本発明は、好ましい例として記述し図示したものであり、本発明の範囲から逸脱することなく、同等の技術を本発明の構成要素に提供することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】重力によってプラズマ炎にガラスパウダを供給する方法によってガラスファイバのプリフォームを製造する機器の側面略図である。
【図２】図１に示す機器の端面図である。
【図３】本発明の方法の実施に有用な装置の略断面図である。
【符号の説明】
１０ ガラスファイバプリフォーム
１２、２０ 軸
１４ プラズマトーチ
１６ 誘導加熱巻線
１８ プラズマ炎
２２ 管
２４ 重力供給管
２６ 管の下部
２８ 側管

Claims (9)

1. 軸を中心として円筒形初期プリフォームを回転移動させるステップと、
   プラズマ炎（１８）の軸（２０）がプリフォーム（１０）の軸（１２）と交差せず、プリフォーム（１０）の軸（１２）から一定の距離（ｘ）だけオフセットするように、プリフォーム（１０）に対してプラズマトーチ（１４）をプリフォーム（１０）の軸（１２）と平行に、軸に対して平行移動させるステップと、
   プラズマ炎（１８）の外側からこの炎中に重力によってガラスパウダを導入するステップとを含むタイプの、ガラスファイバのプリフォームの製造方法であって、
   ガラスパウダがプラズマ炎（１８）内に入る前に、重力により移動するガラスパウダ流内に注入される加速ガスにより、重力によって注入されるガラスパウダを加速し、
   パウダの加速が増加した時、軸（１２、２０）間のオフセット間隔（ｘ）が小さくなるように、プラズマ炎（１８）の軸（２０）とプリフォーム（１０）の軸（１２）とのオフセット間隔を調節することを特徴とするガラスファイバのプリフォームの製造方法。
2. 加速ガスの流量を１５リットル／分以下の値に調節することによって加速を調節するステップを含み、ガラスパウダの量が９０ｇ／分に達することがあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ガラスパウダ流中に加速ガスを注入する前に加速ガスを調製処理するステップを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 加速ガスを調製処理するステップがこの加速ガスを予熱するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 加速ガスを調製処理するステップが、ガス中にドーピング材料を投入するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. プラズマトーチ（１４）と、初期プリフォームおよびプラズマトーチ（１４）の炎（１８）の相対的平行移動装置と、プラズマ炎（１８）の外側から、重力によってこの炎にガラスパウダを供給する装置（２４）とを備えるタイプのガラスファイバのプリフォームを製造する機器であって、重力によって供給する装置（２４）が、加速ガスの注入管（２８）が上流に接続される管の下部（２６）を含み、前記機器が、さらに、トーチのプラズマ炎（１８）の軸（２０）と、ガラスファイバのプリフォーム（１０）が上に形成される初期プリフォームの軸（１２）との間の距離（ｘ）を調節する装置を含むことを特徴とする機器。
7. 加速ガスの注入管（２８）の軸と供給装置の下部（２６）の軸とが、３０°以下の角度を形成することを特徴とする請求項６に記載の機器。
8. さらに、ガラスパウダ流中に加速ガスを注入する管（２８）の前に、加速ガスの調製処理装置を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の機器。
9. 加速ガスの予熱装置および加速ガスにドーピング材料を投入する装置を含む群のうちから加速ガスの調製処理装置が選択されることを特徴とする請求項８に記載の機器。

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