JP4403011B2

JP4403011B2 - 光ファイバ用母材の製造方法及び光ファイバ用母材の製造装置

Info

Publication number: JP4403011B2
Application number: JP2004138365A
Authority: JP
Inventors: 学齋藤; 尚大西; 成敏山田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: JP2005320193A

Description

本発明は、光ファイバ用母材の製造方法及び製造装置に関する。より詳しくは、光ファイバ用母材を得るために光ファイバ用多孔質母材を加熱処理する際の安全性を簡便に高めることのできる製造方法及び製造装置を提供するものである。

光ファイバ用母材の製造方法として、まずＶＡＤ法などによって多孔質母材を作製し、しかる後にこの多孔質母材を加熱炉において脱水・加熱処理することにより透明な光ファイバ母材を得る方法は、一般に良く知られている。

図６は、光ファイバ用母材の製造に用いられる一般的な加熱炉の模式図である。同図において、多孔質母材１が、上部ダミー棒２と接続されて加熱炉の炉心管３内に挿入されており、この炉心管３の上部には、上蓋４が、上部ダミー棒２を回動可能に貫通させて設けられている。また、上部ダミー棒２の一方の端部は、上部回転機構５と接続されて軸心の回りに回動可能となっている。また、加熱炉には多孔質母材１を加熱するためのヒータ６が設けられているとともに、加熱処理時に炉心管３内に導入されるガスの導入管７及び排気管８が設けられている。

このような加熱炉を用いた脱水・加熱処理においては、まず、多孔質母材１を上部ダミー棒２と連結して炉心管３内に向けて下降させ、炉心管３内に吊り下げる。その後、炉心管３上部は上部ダミー棒２に接続された、又は独立した上蓋４で閉じられる。その後、上部回転機構５により多孔質母材を回転させながら、徐々に下降させ、そして、ガスの導入管７より所定のガスを導入し排気管８より排出しつつヒータ６で加熱することにより、脱水、焼結などの加熱処理を行う。

このような加熱炉における脱水・加熱処理において、多孔質母材の脱水処理を行う際には、例えば、塩素、塩化チオニール等の塩素系ガスを含むガスが使用されている。これらの塩素系ガスは、処理時における多孔質母材の脱水を効率よく行うのに有効であり、そのために処理ガス中に含有させているものである。その反面、これらの塩素系ガスは、人体にとって大変有害であり、安全面から炉外に漏洩することは極力避けなければならない。また、塩素系ガスは、腐食性のガスでもあるため、仮に人体に与える影響が少ない程度の低濃度であったとしても、漏洩して周辺の金属部分が長期間にわたり曝されると、徐々に腐食されていく。よって、これらのガスは炉外に漏洩しないように十分注意する必要がある。

炉内ガスが炉外に流出するのを防止するために、炉心管３の上部は、上蓋４により閉じられているが、この上蓋４と炉心管３の上部との間のシール性が不十分であると、前記塩素系のガスが漏洩するおそれがある。ところが、この上蓋４と炉心管３の上部との間を完全に密閉するのは困難である。それは、かかる上蓋４と炉心管３の上部との間を完全に密閉すると、別の問題が生じるからである。

すなわち、上蓋４と炉心管３の上部との間を完全に密閉してガス漏洩を防止するために、例えば上蓋４と炉心管３の上端部とをクリップなどで把持固定することにより気密にすることが考えられるが、このように上蓋４と炉心管３とを固定すると、上部ダミー棒２が、わずかな軸ずれ、曲がりなどで上蓋４と接触した場合に、上蓋あるいは上部ダミー棒に力が加わり、破損するおそれがある。

したがって、上蓋４と炉心管３とを完全に固定することはできず、そのため、実際には、炉心管３の上端面と同一平面になる底面を有する上蓋４を、炉心管３の上端に載置して、上蓋４自体の荷重により炉心管３と上蓋４との間を封止していた。このような構成では、前述した上部ダミー棒２が、わずかな軸ずれ、曲がりなどで上蓋４と接触した場合などにおいて、炉内のガスが炉外へ漏洩する場合があった。

また、上蓋４に貫通させる上部ダミー棒２を回動可能及び昇降可能にするために、上蓋４に設けられた貫通孔とこの上部ダミー棒２との間には、間隙を設けている。この間隙のシール性が不十分である場合、間隙から炉心管３内部を導入されたガスが炉外へ漏洩する場合もあった。

炉心管を有するガラス化炉において、蓋体の貫通孔と多孔質母材の支持棒との間のシール性を高めた製造装置に関して、特許文献１には、炉心管の蓋体に設けられた貫通孔壁に、支持棒に対向する多段の溝を設けたリングを装着し、かつ、その部位にシールガスを流して、排気フードを経由して排出されることが開示されている。しかしながら、特許文献１の装置では、蓋体内にガスを流すための余分な管路が必要である。また、支持棒にわずかな軸ずれなどがあるために支持棒の回転により支持棒が蓋体に当たり蓋体が水平方向にずれた場合、それに追従して管路がずれてしまう。これを防ぐために管路径を大きくすると、炉心管内部の圧力は安定しなくなる。また、蓋体が水平方向にずれないように蓋体を固定してしまうと、前述したように支持棒などの他の部位を損傷してしまう可能性がある。またカバー内の保温性やごく微量の塩素系ガスと長期的に接触する可能性を考えると、管路の材質としては、適切なものが見当たらない。すなわち、プラスチックス系の材料では耐熱性に問題があり、金属系の材料では耐食性や光ファイバの品質に与える影響に問題があり、カーボン系の材料では、細い管の場合、強度に問題がある。さらに、蓋体内部にシールガスを流すと、結果として蓋体内部は加圧されるので、支持棒周辺の貫通孔との間の空間部から排気フード側へガスが流れるのであるが、排気フード内はシールガスの供給により陽圧となっているため、炉心管と蓋体との間から炉内のガスが漏洩した場合には、このガスが排気フードに設けられた支持棒のための貫通孔と支持棒との隙間から炉外へ漏洩するおそれがあった。更に、多段溝付き石英リングの構造が複雑であり、仕上げ精度によってはシール性が十分でない場合がある。
特開２００３−２３８１８８号公報

前述したように、多孔質母材を加熱炉において脱水・加熱処理するに当たり、処理に用いられる塩素系ガスを含むガスが加熱炉から炉外へ漏洩する場合があり、漏洩を防止するために上蓋を炉心管に固定して気密にするのでは別の問題を招くおそれがあった。また、特許文献１に開示の技術によっても、ガスが漏洩するおそれがあった。

本発明は、上記の問題を有利に解決し、簡便な手法によりガスが炉外に漏洩することを効果的に防止して、安全な製造操業を可能とする光ファイバ用母材の製造方法を、その有利な製造装置と共に提供することを目的とする。

本発明は、炉心管と、この炉心管の上端に接する上蓋とを有する熱処理炉の前記炉心管内にて塩素系ガスを含むガス雰囲気中で多孔質母材を加熱処理して、光ファイバ用母材を得る光ファイバ用母材の製造方法において、前記熱処理炉に炉心管の上端部と前記上蓋とを覆うカバーを設けると共に、このカバー及び前記上蓋の各々に排気口を設けて、前記カバーの排気口からカバー内のガスを吸引排気すると共に、前記上蓋の排気口から前記カバーを貫通する排気管を通して上蓋の内部空間のガスを吸引排気することを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法である。

本発明の光ファイバ用母材の製造方法においては、前記カバー内の圧力をカバー外の圧力に比べ、０．１Ｐａ以上低くすることが好適である。

また、本発明の光ファイバ用母材の製造方法において、前記カバー内の圧力をカバー外の圧力に比べ、１Ｐａ〜３０Ｐａ低くすることが、より好適である。

また、本発明の光ファイバ用母材の製造装置は、炉心管と、この炉心管の上端部に接する上蓋と、この炉心管及び上蓋を覆うカバーと、このカバー内と連通して設けられ、カバー内のガスを吸引排気する排気口と、前記上蓋に設けられ、上蓋の内部空間内のガスを吸引排気する排気口と、前記上蓋に設けられた排気口と接続し、前記カバーを貫通して延在する排気管とを備えることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバ用母材の製造装置は、前記炉心管の外周面と前記カバーの下面側に設けられた開口との間の間隙にシール材を備えることが好適である。

本発明では、炉心管の上端部と前記上蓋とを覆うカバーを設けて、このカバー内のガスを吸引排気することにより、炉心管の上端部と前記上蓋との間からガスが漏洩する場合であっても、この漏洩したガスがカバー内に留まり、そしてカバー内から排ガス処理装置に吸引排気されることから、炉内ガスが炉外に漏洩することを効果的に防止することができる。

本発明の光ファイバ用母材の製造方法においては、前述した二つの相反する課題を解決するために、炉心管の上端と前記上蓋とを覆うカバーを設けて、カバー内のガスを吸引排気することを構成要素の一つとする。これを、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の製造方法の上記構成要素を適用して好適な製造装置としての加熱炉の上部近傍の断面図であり、図２は、その斜視図である。図１及び図２において、加熱炉の炉心管３の上端部に上蓋４が、この炉心管３の上端面と上蓋４の底面とが同一面内になるように設けられて、上蓋４自体の荷重により炉心管３と上蓋４との間を封止している。そして、上蓋４全体を覆い、かつ、炉心管３と上蓋４とが接している面をも覆うように、カバー１１が設けられている。

このカバー１１は、上面部１１ａに上部ダミー棒２を回動自在に貫通させる貫通孔１１ｂを有するとともに、下面部１１ｃに炉心管３の外径よりも若干大きな開口を有する筐体であって、この下面部１１ｃが炉心管３の上端面よりも低い位置となっている。また、カバー１１の側面部１１ｄには排気口１２が取り付けられている。この排気口１２に、図示しない排ガス処理装置と連なる排気管１３が接続されて、この排ガス処理装置によりカバー１１内のガスを吸引排気している。

このように炉心管３の上部周辺をカバー１１で覆い、カバー１１内のガスを排気することにより、仮に、炉心管３と上蓋４との間からガスが漏れたとしても、漏れたガスは、カバー１１内に留まり、かつ、カバー１１内のガスは吸引排気されて排ガス処理装置（図示せず）に排出されるから、加熱炉周辺の環境には漏洩せず、安全な脱水・加熱処理が可能となり、また、加熱炉周辺の金属が腐食されるおそれもない。さらに、炉内ガス漏洩防止のために炉心管３と上蓋４とを固定する必要がないため、固定して処理した場合に生じる上蓋４や上部ダミー棒２の破損の問題を招かない。また、ガス漏洩防止の設備自体も、既存の加熱炉に単にカバー１１を設けるだけで済み、複雑な設備を要しないために、設置が容易であり、また作業もカバー１１内のガスを単に吸引排気するだけなので容易である。しかも、このカバー１１内のガスは、加熱炉の炉心管３に取り付けられたガスの排気管８と接続される排ガス処理装置によって処理できるので、新たに排ガス処理装置を設けることも要しない。

また、カバー１１は、炉心管３の上端部と上蓋４との接続面近傍を覆っているのみならず、上部ダミー棒２を回動可能及び昇降可能にするために上蓋４に設けられた間隙部４ａを覆うように設けられているので、この間隙部４ａからガスが漏洩した場合であっても、漏洩したガスはカバー１１内に留まり、かつ、カバー内のガスが吸引排気されることにより、炉内ガスが炉外に漏洩することが防止できる。

カバー１１内の圧力は、ガスがカバー１１外に漏れないようにするためには、吸引排気された状態であれば足りるが、好ましくは、カバー外の圧力（大気圧）よりも０．１Ｐａ以上低いことが好ましく、より好ましくは１Ｐａ以上である。もっとも、カバー１１内の圧力をあまりにカバー外の圧力よりも低くしても、それ以上の効果が望めなくなるし、吸引排気設備の負担が増えるので、カバー外の圧力よりも３０Ｐａ以下で低いことが好ましい。

カバー１１の材質は、高温加熱される加熱炉の上端部近傍に設けられることから、耐熱性の高いものであることが基本的に求められ、この点で、耐熱性が高い材料であれば構わないのであるが、塩素系ガスを含むガスに触れることがあることから耐腐食性のあることが好ましく、また、加熱炉において製造される光ファイバ母材を線引きして得られる光ファイバへの伝送損失への影響を考えると、光ファイバ母材を汚染する可能性のある材料は避けることが好ましい。これらの観点を考えると、カバー１１の材質は、カーボンが主であることが望ましい。もっとも、本発明では、カバー１１がカーボンに限定されるものではない。

また、カバー１１は、図２の斜視図に示すように、例えば中心軸を含む平面で分割された、カバー部材１１１及び１１２により構成されるものとすることができる。このようにカバー１１を分割式にすることにより、炉心管３及び上蓋４近傍への取り付ける作業がいっそう容易になる。

カバー１１は、例えば、所定の高さになるカバー支持板１４の上に載置することで支持させることができる。このカバー支持板１４は、カバー設置台であってもよいし、また、加熱炉が製造設備の複数階を貫く高さを有している場合であって、炉心管３の上端部が上階側の床面から上方へ突き出ている場合にあっては、その上階側の床面であってもよい。また、カバー支持板１４の高さ方向の位置は、カバー１１のサイズにもよるが、カバー１１をより設置しやすくするために、炉心管上端の下方５ｃｍ〜５０ｃｍの位置とすることが好ましい。

図３に、本発明の製造方法の別の構成要素を実施して好適な製造装置としての加熱炉の他の例を、要部断面図で示す。なお、図３において図１及び図２と同一部材については同一符号を付して、重複した説明を省略する。

図３に示した加熱炉にあっては、カバー支持板１４の上に置き台１５を、炉心管３の外周面に近接させて設け、この置き台１５上にカバー１１を設けるとともに、炉心管３の外周面とカバー１１の開口との間の間隙部にシール材１６を設けている。かような置き台１５を設けることにより、カバー１１の高さ方向の配置の自由度が増す。したがって、カバー支持板１４が上階側の床面であって、カバー支持板の高さを調整することが困難である場合に、置き台１５を設けることは、有利である。また、炉心管３の外周面とカバー１１の開口との間の間隙部にシール材１６を設けることにより、カバー１１内の気密性をいっそう高めることができる。したがって、ガスの漏洩をより効果的に防止することができ、また、カバー１１内外の差圧を容易に大きくすることができる。このシール材１６には、高温加熱に耐え得る材料として、難燃性繊維、例えば、カーボンファイバーを用いることができ、この他、グラスファイバーなども用いることができる。また、置き台１５上でカバー１１よりも外側の位置には、ストッパ１７を設けて、カバー１１が置き台１５上で移動するのを抑止することができる。

図４及び５に、本発明の製造方法に用いて好適な製造装置としての加熱炉の他の例を示す。図４は、加熱炉の上部近傍の要部断面図であり、図５は、その平面図である。なお、図４及び図５では、図１ないし図３と同一部材については同一符号を付していて、以下では重複した説明を省略する。

図４及び図５に示す加熱炉においては、上蓋４に排気口２１を取付けるとともに、この排気口２１に、図示しないガス排出装置と接続される、カバー１１を貫通した排気管２２が設けられて、上蓋４の内部空間のガスを吸引排気するようにしている。このように、上蓋４の内部空間のガスを、排気口２１及び排気管２２により吸引排気する構成により、炉内ガスが、上蓋４に設けられた上部ダミー棒２を回動可能にするための間隙部４ａ（貫通孔）に沿ってカバー内に向けて漏洩するのを、効果的に防止することができるので、本発明に従い、カバー内のガスを吸引排気すること相俟って、ガス漏洩を一層効果的に防止することができる。

また、図４及び図５に示す加熱炉においては、上部ダミー棒２について、上蓋４の直上で間隙部４ａに近接させてリング２３を装着している。このリング２３により、間隙部４ａからのガスの漏洩を抑制することができるので、前述した上蓋４内部空間のガスの吸引排気や、カバー内のガス吸引排気と相俟って、炉内ガスの漏洩を一層効果的に防止することが可能となる。

以上、図面を用いて本発明を説明したが、これらの図は、一例を示したものであり、これにより本発明が制限されるものではない。

図１に示した加熱炉を用いて、カバー内の圧力をカバー外の圧力に比べて５Ｐａ低い圧力にして光ファイバ用母材の製造を行なったところ、従来、カバーを設けずに製造を行なった場合には、上部ダミー棒２のわずかな軸ずれ、曲がりなどが原因となって一月あたり１〜２回程度、微量の塩素系ガスの漏洩が生じていたのに対して、６ヶ月間にわたり炉外への漏洩は１度も発生しなかった。

本発明の製造方法を適用して好適な加熱炉の上部近傍の断面図である。図１の斜視図である。本発明の製造方法を適用して好適な他の加熱炉の要部断面図である。本発明の製造方法を適用して好適な他の加熱炉の要部断面図である。図５の平面図である。光ファイバ用母材の製造に用いられる一般的な加熱炉の模式図である。

符号の説明

１多孔質母材
２上部ダミー棒
３炉心管
４上蓋
４ａ間隙部
５上部回転機構
６ヒータ
７導入管
８排気管
１１カバー
１２排気口
１３排気管
１４カバー支持板
１５台
１６シール材
１７ストッパ
２１排気口
２２排気管
２３リング

Claims

炉心管と、この炉心管の上端に接する上蓋とを有する熱処理炉の前記炉心管内にて塩素系ガスを含むガス雰囲気中で多孔質母材を加熱処理して、光ファイバ用母材を得る光ファイバ用母材の製造方法において、
前記熱処理炉に炉心管の上端部と前記上蓋とを覆うカバーを設けると共に、このカバー及び前記上蓋の各々に排気口を設けて、
前記カバーの排気口からカバー内のガスを吸引排気すると共に、前記上蓋の排気口から前記カバーを貫通する排気管を通して上蓋の内部空間のガスを吸引排気する
ことを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
前記カバー内の圧力をカバー外の圧力に比べ、０．１Ｐａ以上低くすることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ用母材の製造方法。
前記カバー内の圧力をカバー外の圧力に比べ、１Ｐａ〜３０Ｐａ低くすることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ用母材の製造方法。
炉心管と、この炉心管の上端部に接する上蓋と、この炉心管及び上蓋を覆うカバーと、このカバー内と連通して設けられ、カバー内のガスを吸引排気する排気口と、前記上蓋に設けられ、上蓋の内部空間内のガスを吸引排気する排気口と、前記上蓋に設けられた排気口と接続し、前記カバーを貫通して延在する排気管とを備えることを特徴とする光ファイバ用母材の製造装置。
前記炉心管の外周面と前記カバーの下面側に設けられた開口との間の間隙にシール材を備えることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ用母材の製造装置。