JP4937722B2 - 光プリフォームを製造するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、内付け気相蒸着プロセスを用いて光プリフォームを製造するための装置および方法に関し、前記装置は、エネルギー源および基板チューブを備え、この基板チューブは、ガラス形成前駆体を供給するための供給側と、基板チューブの内部に堆積されなかった構成物質を排出するための排出側とを備え、前記エネルギー源は、供給側の反転点と排出側の反転点の間で基板チューブの長さに沿って運動可能である。

このような装置は、大韓民国特許出願第２００３−７７４９５２号で、それ自体知られている。この出願から知られている装置は、ＭＣＶＤ（内付け化学気相蒸着）プロセスを用いて光プリフォームを製造するために使用されている。このプロセスでは、排出チューブおよび挿入チューブが使用され、この排出チューブが基板チューブに取り付けられている。挿入チューブは、排出チューブ内に配置され、排出チューブの直径よりも小さい直径を有する。挿入チューブの内部に、挿入チューブの内部で回転して、挿入チューブの内部と接触する棒を備える、煤を掻き取るための要素が配置されている。環状の空間が、挿入チューブと排出チューブの間に存在し、この環状の空間を通って気体が通過する。

国際特許出願ＷＯ ８９／０２４１９号から、管状部分が固体の未蒸着の粒子を除去するために基板チューブのポンプ側に装着されている、内付け気相蒸着を用いて光プリフォームを製造するための装置が、知られている。このような装置は特に、管状部分の内部表面を追従するスクリュー構造を備え、このスクリュー構造は、螺旋の形態の開いた、回転可能な気体導管巻線を備える。

特にＰＣＶＤ（プラズマ化学気相蒸着）プロセスを用いた基板チューブの内部への、ドープされても、されなくてもよいガラス層の堆積中、低品質の水晶の層が、特に、基板チューブの長さに沿ってエネルギー源、すなわち共振器の往復運動範囲の外側に位置された領域内に堆積されることがある。このような低品質の水晶の層の例は、たとえば、いわゆる煤リングだけでなく、高いドープ剤含有量によって生じた高い内部応力レベルを有する水晶も含む。本願発明人は、このような低品質の水晶が、特に、中空の基板チューブの中実の形態への収縮の際の基板チューブの供給側で気泡形成の結果として、基板チューブに悪い影響を及ぼすことがあることを見出した。このことに加えて、本願発明人は、このような低品質の水晶が、収縮プロセス中に基板チューブから剥がれることがあり、このことが、基板チューブ内の至る所での汚染または気泡形成を結果として生じさせることがあることを見出した。別の好ましくない態様は、低品質の水晶領域内で亀裂が生じることがあり、この亀裂が、基板チューブの中心方向へ伝播することがあることであり、このことは望ましくない。本願発明人は、低品質の水晶が目詰まりをもたらすことがあり、その結果、堆積プロセス中に圧力が望ましくない高いレベルにまで上昇することがあり、このことは、基板チューブ内の堆積プロセスに好ましくない影響を有し、このことが実際に白色の形態でそれ自体明らかになることをさらに見出した。

基板チューブは高品質の水晶製である。しかし堆積が行われる基板チューブの２つの端部が、望ましくない副作用、すなわち、堆積の欠陥、汚染、気泡形成などを生じさせることがあるため、実際、基板チューブの全長は、線引きプロセスを用いてガラスファイバに最終的に変換される基板チューブの部分よりも長いことになる。
大韓民国特許出願第２００３−７７４９５２号 国際特許出願ＷＯ ８９／０２４１９号

したがって、水晶の低品質に主に帰因し得る上述の問題点が解消された、内付け気相蒸着プロセスを用いて光プリフォームを製造するための装置を提供することが本発明の目的である。

本発明の別の目的は、中空の基板チューブが中実のプリフォームに変換されるとき、収縮プロセス中に、気泡形成やその他の望ましくない影響が生じない内付け気相蒸着プロセスを用いて光プリフォームを製造するための装置を提供することである。

導入部の段落で示されたように本発明は、挿入チューブが、排出側の基板チューブの内部に存在し、挿入チューブの外径および形状が、基板チューブの内径および形状に実質上一致し、挿入チューブが基板チューブを超えて延びることを特徴とする。

このような装置を使用するとき、上記の目的の１つまたは複数が達成される。より具体的には、低品質の水晶がこのようにして構成された挿入チューブ内に蓄積されることになる。このことは、このような水晶が挿入チューブの内部に堆積され、この挿入チューブが堆積プロセスの完了の際に取り外されることになることを意味する。したがって、堆積プロセス後に実行される収縮プロセス中、基板チューブのガラス層の中に気泡は形成されず、その上、層内での亀裂の形成も防止される。

本発明の好ましい実施形態によると、基板チューブは、排出側に排出チューブを備え、この排出チューブが、挿入チューブを締まり嵌めで包囲するように構成されている。

特定の実施形態では、本発明は、挿入チューブが供給側の方向に、供給側の反転点と排出側の反転点の間の領域内のある位置まで延びる場合に望ましいが、排出チューブが供給側の方向に、供給側の反転点と排出側の反転点の間の領域内のある位置まで延びる場合には、さらに好ましい。

プラズマを発生させるための共振器が挿入チューブおよび排出チューブが存在する排出側の領域内で反転する実施形態では、低品質の水晶が、挿入チューブの内部に堆積される。このことが、収縮プロセス中に上述の問題が生じることを防止する。特に、挿入チューブが、供給側の方向に排出チューブよりもさらに延びている場合、良好な結果が得られることになる。したがって、この場合、挿入チューブは、基板チューブと排出チューブの間の溶接ジョイントと重なる。

基板チューブ内の通路の目詰まりを防止するために、２つの反転点の間の区画の外側の領域内の排出チューブの内径が、基板チューブの内径よりも大きく、基板チューブの直径から排出チューブの直径への移行が徐々に行われることが望ましい。

特定の実施形態では、排出側が排出チューブを備えるだけでなく、同様に基板チューブが供給側に供給チューブを備え、供給チューブが特に、排出側の方向に、供給側の反転点と排出側の反転点の間の領域内に延びている。

別の特定の実施形態では、供給側が、挿入チューブが供給チューブの内部に配置されるように構成され、好ましい実施形態では、挿入チューブの外径および形状が、供給チューブの内径および形状に実質上一致するように構成され、供給チューブの内径が、基板チューブの内径と実質上同一である場合さらに好ましい。基板チューブの供給側の挿入チューブが、排出側の方向に供給チューブよりもさらに延びていることが望ましい。本願発明人は、特にドーパントが使用される場合堆積と非堆積の間の移行領域内にガラス層内に応力が生じることを見出した。これらの流入効果の結果として、ガラス層は、上述の移行領域内の基板チューブの内部から剥がれる。前記流入領域内の挿入チューブ内で堆積を行うことによって、ガラス層が剥がれるのが防止される、すなわちこのような望ましくない影響が基板チューブ内部に広がることが、少なくとも防止される。

特定の実施形態では、当該チューブの内部に堆積されなかった固体の構成物質を掻き取るための要素が、排出チューブ、基板チューブおよび／または挿入チューブの内部に存在し、この要素が当該チューブの内部と接触することがさらに望ましい。回転棒が、この目的のために適した要素である。

本装置が使用されると、堆積プロセス中または堆積プロセス後のいずれでも、堆積された層内に亀裂の形成が生じず、それに加えて、収縮プロセス中、気泡形成が生じないことになる。本装置が使用されると、排出側で目詰まりが生じる程度が最小化されるため、（時間の）より長い堆積プロセスがさらに可能になる。それに加えて、本願発明人は、特に基板チューブの供給側で、収縮後に得られる中実のプリフォームの一様性に関して望ましくない変化が生じないことを見出した。したがって、本装置を使用して、それから光ファイバを線引きするための、高品質の基板チューブのガラス材料の実質上完全な利用、すなわち基板チューブの長さの最大の利用が、可能である。

本発明はさらに、添付の特許請求の範囲で定義されるような、内付け気相蒸着プロセスを用いて光プリフォームを製造するための方法に関する。

本発明が例を用いて以下で説明される。しかし、それに関して、本発明はこのような特定の例に決して限定されないことに留意されたい。

中空の基板チューブ２は、ガラス形成前駆体（図示せず）を備え、図中で見て、左から右へ気体流が生じている。このようなガラス形成前駆体の堆積に影響を与えるために、プラズマを発生させるための共振器１０が、基板チューブ２の長さに沿って往復運動し、プラズマを発生させるための共振器が排出側で、６で示す位置で反転し、次に、基板チューブ２の長さに沿って供給側の方向へ戻され、そこから、再び排出側へ戻る。供給側の反転点が、７で概略的に示されている。完全のために、ガラス形成前駆体の供給が、供給側で、排出側の方向に行われることに留意されたい。基板チューブ２の対称軸が８で示されている。排出チューブ１が、排出側で基板チューブ２に接続され、この排出チューブ１は、わずかに分岐した形状を有し、その結果、反転点６を超えた排出側での排出チューブ１の直径は、基板チューブ２の直径よりも大きい。排出チューブ１の内部に挿入チューブ５が配置され、挿入チューブ５の外径は排出チューブ１の内径に実質上一致している。この形状のため、排出チューブ１と挿入チューブ５の間には気体流が生じない。図中に示した実施形態では、挿入チューブ５が供給側の方向に延びており、挿入チューブ５が、排出側で基板チューブ２と排出チューブ１の間の接続部と重なる。好ましくは、水晶棒９が、挿入チューブ５の内部に存在する。この水晶棒は、好ましくは、挿入チューブ５の内部に蓄積した固体の構成物質を解放することができるように、挿入チューブ５の中に回転自在に装着される。このようにして解放されたこの固体の構成物質が次に、気体流とともに挿入チューブ５から排出される。基板チューブ２は、供給側領域内に供給チューブ３をさらに備え、挿入チューブ４が、供給チューブ３の内部に挿入される。挿入チューブ４の外径は、供給チューブ３の内径と実質上同一であり、したがって供給チューブ３と挿入チューブ４の間に気体流は生じないことになる。供給側の反転点７は、基板チューブ２の長さを超えて位置されている。このことは、プラズマを発生させるための共振器１０が、供給側の反転点で供給チューブ３を検知し、次に排出側に戻る。供給チューブ３は基板チューブ２と一体となっている。共振器１０は、続いて排出側で排出チューブ１を検知し、次に共振器１０が供給側の反転点へ戻ることを意味している。挿入チューブ４が、排出側の方向に延びており、好ましくは、挿入チューブ４が、供給チューブ３よりもさらにその方向に延びており、したがって、挿入チューブ４が供給チューブ３と基板チューブ２の間の接続部と重なる。適切な基板チューブ２が、高品質の水晶の基板チューブとなり、このチューブは、約１．２ｍの長さおよび３４ｍｍの外径を有することになる。供給チューブ３は、溶接ジョイントを用いて基板チューブ２と接続されているが、これは、より低品質の水晶製である。供給チューブ３内に挿入される挿入チューブ４もまた低品質の水晶製であり、供給チューブ３よりも２、３ｍｍ長い。テーパ付きの排出チューブ１が、排出側に配置されている。この排出チューブ１は溶接ジョイントを介して基板チューブ２と接続され、かつジョイントの位置で３４ｍｍの外径を有する。他方の端部では、排出チューブ１は、約４５ｍｍの外径を有し、排出チューブ１のテーパ付き部分が、プラズマを発生させるための共振器１０の反転点６を超えて配置されている。挿入チューブ５もまた特に、排出チューブ１よりも２、３ｍｍ長く、水晶棒９は、約１５０ｍｍの長さおよび１２ｍｍの外径を有する。ＰＣＶＤプロセス中、共振器１０が、約１．３ｍの距離にわたって基板チューブ２上を移動され、プラズマを発生させるための共振器１０が、反転点６と反転点７の間を往復運動する。ＰＣＶＤプロセスの完了の際、基板チューブ２が中実のプリフォームに収縮される。このようにして得られた中実のプリフォームは、外部に１つまたは複数の追加のガラス層を備え、その後、このようにして得られたプリフォームが、加熱下でそこからガラスファイバを得るために線引きタワー内に装着される。このようにして得られた高品質のガラスファイバの全長は、基板チューブ２の中央部分全体、つまり挿入チューブ４と挿入チューブ５の間にある領域に実質上一致する。

本発明による装置の概略図である。

符号の説明

１ 排出チューブ
２ 基板チューブ
３ 供給チューブ
４、５ 挿入チューブ
６ 排出側反転点
７ 供給側反転点
８ 対称軸
９ 水晶棒
１０ 共振器

Claims (17)

1. エネルギー源および基材チューブを備え、基材チューブが、ガラス形成前駆体を供給するための供給側と、基材チューブの内部に堆積されなかった構成物質を排出するための排出側とを備え、前記エネルギー源が、供給側の反転点と排出側の反転点の間で基材チューブの長さに沿って運動可能である、内付け気相蒸着プロセスを用いて光プリフォームを製造するための装置であって、排出側で、挿入チューブが基材チューブの内部に存在し、挿入チューブの外径および形状が、基材チューブの内径および形状に実質上一致し、かつ挿入チューブが、基材チューブを超えて延びていることを特徴とする、装置。
2. 基材チューブが、排出側に排出チューブを備え、排出チューブが、挿入チューブを締まり嵌めで包囲するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 挿入チューブが、供給側の方向に、供給側の反転点と排出側の反転点の間の領域内のある位置まで延びていることを特徴とする、請求項１および２の一方または両方の項のいずれかに記載の装置。
4. 排出チューブが、供給側の方向に、供給側の反転点と排出側の反転点の間の領域内のある位置まで延びていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項または複数の項に記載の装置。
5. 挿入チューブが、供給側の方向に排出チューブよりもさらに延びていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項または複数の項に記載の装置。
6. ２つの反転点の間の区画の外側の領域内の排出チューブの内径が、基材チューブの内径よりも大きく、基材チューブの直径から排出チューブの直径への移行が徐々に行われることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項または複数の項に記載の装置。
7. 基材チューブが、供給側に供給チューブを備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項または複数の項に記載の装置。
8. 供給チューブが、排出側の方向に、供給側の反転点と排出側の反転点の間の領域内で延びていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 挿入チューブが、供給チューブの内部に配置されていることを特徴とする、請求項７から８の一方または両方の項のいずれかに記載の装置。
10. 挿入チューブの外径および形状が、供給チューブの内径および形状に実質上一致していることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項または複数の項に記載の装置。
11. 基材チューブの供給側の挿入チューブが、排出側の方向に供給チューブよりもさらに延びていることを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項または複数の項に記載の装置。
12. 供給チューブの内径が、基材チューブの内径と実質上同一であることを特徴とする、請求項７から１１のいずれか一項または複数の項に記載の装置。
13. 当該チューブの内部に堆積されなかった固体の構成物質を掻き取るための要素が、排出チューブ、基材チューブおよび／または挿入チューブの内部に存在し、それぞれが排出側に位置され、要素が当該チューブの内部と接触することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項または複数の項に記載の装置。
14. ガラス形成前駆体が、基材チューブの供給側に供給され、ガラス層が、エネルギー源を使用することによって基材チューブの内部に堆積され、エネルギー源が、供給側の反転点と排出側の反転点の間で基材チューブの長さに沿って運動可能であり、基材チューブの内部に堆積されなかった構成物質が、その排出側で基材チューブの内部から排出される、内付け気相蒸着プロセスを用いて光プリフォームを製造するための方法であって、ガラス形成前駆体が基材チューブの内部に供給される前に、挿入チューブが、基材チューブの排出側で、基材チューブの内部に配置され、挿入チューブの外径および形状が、基材チューブの内径および形状に実質上一致し、かつ挿入チューブが基材チューブの外側に延びていることを特徴とする、方法。
15. 基材チューブは排出チューブも備え、排出チューブが、挿入チューブを締まり嵌めで包囲するように構成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. ガラス形成前駆体が基材チューブの内部に供給される前に、供給チューブが、基材チューブの供給側で、基材チューブの内部に配置されることを特徴とする、請求項１４から１５のいずれか一項または複数の項に記載の方法。
17. 供給チューブが、挿入チューブを備え、挿入チューブの外径および形状が、基材チューブの内径および形状に実質上一致することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

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