JP5528489B2 - 多孔質ガラス母材の焼結方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバの原材となる多孔質ガラス母材を焼結して、脱水及び透明ガラス化する多孔質ガラス母材の焼結方法に関する。
光ファイバの原材である多孔質ガラス母材は、気相軸付け法（ＶＡＤ法）や外付け蒸着法（ＯＶＤ法）によりガラス微粒子を出発部材上に堆積させて製造される。この多孔質ガラス母材を、Si３N４のような部材を繋ぎ合せた長尺シャフトの先端に吊るして、雰囲気中に脱水反応用ガス及び不活性ガスを含む炉心管内に挿入し、回転させながら鉛直上方から下方に引き下げ、加熱領域を通過させて焼結し、脱水及び透明ガラス化処理することにより、コアとクラッドとからなる光ファイバプリフォームが得られる。これを所定径に延伸した後、線引き機で線引きすることにより光ファイバが得られる。
このように、繋ぎ合せた長尺シャフトの先端に多孔質ガラス母材のような重量物を吊るしながら処理する焼結工程は、処理中に地震や大きな振動が発生した場合、シャフト及び母材が大きく振れ回り、その負荷のためにシャフトの継ぎ目やシャフトと母材の接合部といった弱い部分に破壊が生じ、結果として母材が落下しやすいという問題があった。
このように母材が落下すると、落下した母材が不良となるばかりでなく、炉心管及び焼結装置にも損傷が生じる。
特に近年、コストダウンのために多孔質ガラス母材の大型化が急速に進んでおり、さらに落下のリスクが大きくなっている。
このような地震や大きな振動による落下を防ぐためには、揺れを防ぐために免震装置を導入するといった方法が考えられるが、設備コストが大きく上昇するという問題が有る上、既設の設備に導入するには、スペース的な問題も大きい。
本発明は、上記課題を解決するためなされたもので、多孔質ガラス母材を焼結して脱水及び透明ガラス化処理する際に、地震や大きな振動（以下、地震で代表する）が発生した場合でも、多孔質ガラス母材が落下しにくく、また品質を低下させることの無い多孔質ガラス母材の焼結方法を提供することを目的とする。
多孔質ガラス母材を鉛直上方から鉛直下方に回転させながら引下げ、加熱炉体を通過させることにより焼結する多孔質ガラス母材の焼結方法において、焼結開始時の回転速度をr１、焼結終了時の回転速度をr２としたときに、r１＜r２となるように、多孔質ガラス母材の引下位置に応じて回転速度を上げていくことを特徴とし、前記回転速度は、r１≦５(rpm)、r２≧７（rpm）とするのが望ましい。なお、前記回転速度は、母材の引下位置によってステップ状或いは連続的に変更するのが望ましい。
本発明によれば、多孔質ガラス母材を焼結して脱水及び透明ガラス化処理する際に、地震が発生した場合でも品質を低下させることなく、多孔質ガラス母材が落下しにくく、コアの偏芯を抑制した焼結方法を提供できる、等の優れた効果を奏する。
光ファイバ母材の焼結装置の一例を示す概略縦断面図である。 （a）は、焼結開始時の状態を示し、（b）は、焼結終了時の状態を模式的に示す概略縦断面図である。
焼結工程の途中で地震が発生した場合、地震によって加わる力により、シャフト及び母材が回転軸の中心から外れる。そのときの回転数が大きいほど、回転による接線方向の力が大きいので、地震によって加わった力と回転力とで合成された力は大きくなり、シャフト及び母材の揺れが大きくなる。これにより、シャフトの継ぎ目や、シャフトと母材の接合部といった強度が弱い部分が破損し、母材の落下につながる。
この地震によるシャフト及び母材の揺れを小さくするには、地震によって力が加わった場合にも、地震による揺れと回転力とで合成された力が小さくなるように、なるべく回転による接線方向の力を小さくする、つまりは、回転数を小さくして焼結することが有効であることが分かった。
しかしながら、回転数を小さくして焼結すると、多孔質ガラス母材が偏肉しながらガラス化し、中心部のコアが偏芯するという問題が発生する。
このコアの偏芯は、多少なりとも存在するスートの振れ回りや、断熱材の劣化等によって、炉体内での角度方向によって温度分布が生じ、母材断面積内の角度方向の温度分布が大きくなり、温度の高い方向からガラス化が進むことによって発生する。このように回転数を小さくすると、コアの偏芯が大きくなるという品質上の問題が発生する。
この偏芯の問題は、図２（a）に示すように、上部に未焼結の母材が存在して焼結炉（炉心管）の蓋として働く焼結前半部よりも、図２（b）に示すように、上部に未焼結母材が無くなり、上部が開放系となる焼結後半において顕著に発生する。
そこで、本発明は、できる限り回転数を小さくして焼結を始め、焼結後半部にかけて回転数を大きくしていくことで、焼結時間に占める回転数が大きい時間帯、つまりは落下しやすい時間帯を短くするとともに、焼結後半部に発生しやすいコアの偏芯も抑えることができる。
回転数は、焼結開始側で５（rpm）以下、焼結終了側で７（rpm）以上であれば、さらに良い。
なお、回転数の変更は、母材の引下位置によって、ステップ状に変更しても、連続的に変更しても良い。
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例で使用した多孔質ガラス母材の焼結装置を示す概略縦断面図である。多孔質ガラス母材３は、コアロッド１に接続されたダミー部２を介してシャフト10に接続され、炉内に垂下されている。多孔質ガラス母材３は、回転機構９により回転しつつ、駆動源７を介して速度制御装置８によって下降速度が制御され、焼結される。なお、炉心管４内は、断熱材５で覆われたヒータ６によって加熱され、ガス導入部11から脱水反応用ガスである塩素ガスと不活性ガスであるヘリウムガスが供給され、排気口12から排気される。
多孔質ガラス母材の焼結は、以下のようにして実施される。
塩素ガスとヘリウムガスがそれぞれの供給源（不図示）からガス導入管11に導かれ、塩素ガスとヘリウムガスは混合されて、炉心管４に導入され、炉心管４内で充満される。多孔質ガラス母材３は、回転機構９により軸回転しながら、駆動源７を介して速度制御装置８で制御され、低速で降下しつつヒータ６による加熱領域を通過することにより、多孔質ガラス母材３は焼結され、脱水及び透明ガラス化処理が施される。
なお、以下の実施例で使用した多孔質ガラス母材は、外付け蒸着法によりガラス微粒子を堆積させたものである。
［予備試験］
外径50mm、長さ2000mmのコアロッドの両端部にダミー部を接続した出発部材の外側に150kgのガラス微粒子を堆積した多孔質ガラス母材を用意し、焼結炉Ａ〜Ｇの７台の焼結炉を使用し、２ヶ月間で各炉５0本を焼結した。
なお、この２ヶ月間に、25gal以上 ２回、8〜25gal ８回、8gal未満 ４９回の地震が発生した。
母材の回転数は、それぞれ表１に示すように、焼結炉毎に１〜13rpmの間で設定し、焼結中に回転数の変更は行わなかった。
また、焼結された光ファイバプリフォームの偏芯を示す指標として、コアの軸芯と光ファイバプリフォームの中心とのずれを、光ファイバプリフォームの直径で除した偏芯率を算出して、各プリフォームの最大値（最大偏芯率）を求め、さらに、各ロット50本の平均値を求めて、表１にまとめて示した。
Figure 0005528489
 その結果、回転数が小さいほうが、落下本数は少なくなり、回転数５rpm以下にすることによって、地震による落下を防ぐことができることが分かった。
しかしながら、回転数が５rpmより小さくなると、最大偏芯率が大きくなる傾向が見られた。
［実施例1］
予備試験で使用したものと同様な多孔質ガラス母材を用意し、焼結開始から全引下げ距離の80％までを回転数５rpmで焼結し、以後、焼結終了までは回転数を７rpmと大きくして、２ヶ月間で50本の焼結を行った。
なお、この２ヶ月間に、25gal以上 ２回、8〜25gal ７回、8gal未満 ４５回の地震が発生した。
Figure 0005528489
 表２から明らかなように、地震による落下は無く、最大偏芯率も大きくなることはなかった。
１ コアロッド、
２ ダミー部、
３ 多孔質ガラス母材、
４ 炉心管、
５ 断熱材、
６ ヒータ、
７ 駆動源、
８ 速度制御装置、
９ 回転機構、
１０ シャフト、
１１ ガス導入部、
１２ 排気口。

Claims (4)

  1. 多孔質ガラス母材を鉛直上方から鉛直下方に回転させながら引下げ、加熱炉体を通過させることにより焼結する多孔質ガラス母材の焼結方法において、焼結開始時の回転速度をr１、焼結終了時の回転速度をr２としたときに、r１＜r２となるように、多孔質ガラス母材の引下位置に応じて回転速度を上げていくことを特徴とする多孔質ガラス母材の焼結方法。
  2. 前記回転速度をr１≦５(rpm)、r２≧７（rpm）とする請求項１に記載の多孔質ガラス母材の焼結方法。
  3. 前記回転速度を、母材の引下位置によってステップ状に変更する請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材の焼結方法。
  4. 前記回転速度を、母材の引下位置によって連続的に変更する請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材の焼結方法。
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