JPH01183436A - 石英ガラスの加熱方法 - Google Patents
石英ガラスの加熱方法Info
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- JPH01183436A JPH01183436A JP758488A JP758488A JPH01183436A JP H01183436 A JPH01183436 A JP H01183436A JP 758488 A JP758488 A JP 758488A JP 758488 A JP758488 A JP 758488A JP H01183436 A JPH01183436 A JP H01183436A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
- C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は石英ガラスの加熱方法に関し、詳しくはマイク
ロ波を用いて、加熱源からの汚染がなく迅速に石英ガラ
ス体を加熱できる方法であって、例えば石英系ガラス光
ファイバ用母材の加熱加工工程、線引工程等の光フアイ
バ製造や高品質ガラス体製造等の分野に利用するに適し
たものである。
ロ波を用いて、加熱源からの汚染がなく迅速に石英ガラ
ス体を加熱できる方法であって、例えば石英系ガラス光
ファイバ用母材の加熱加工工程、線引工程等の光フアイ
バ製造や高品質ガラス体製造等の分野に利用するに適し
たものである。
石英系ガラスを加熱する方法の一つとして、当′該石英
系ガラスにマイクロ波を吸収させるととＫより、該石英
系ガラス自身を発熱させる方法が知られている。この場
合、石英系ガラスの誘電損失は常温では極めて小さいが
、高温では大きくなってマイクロ波の吸収が実質的に可
能になると冒われている。例えば第３図に示すように１
石英系ガラス体１３を酸水素バーナ１４等により１００
０°Ｃ以上に予熱しておき、この予熱部をマイクロ波印
加部１５（導波路内或いは共振器内等）Ｋ直ちに導入す
ることにより、該予熱部にマイクロ波を吸収させる方法
が報告されている（ Ｊ、 ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ
８Ｔｅｃｈ、 ｖｏｌ、 ＬＴ−４゜ｍ １０ 、 Ｏ
ｃｔ、１９８６．ｐｐ １５６？）。
系ガラスにマイクロ波を吸収させるととＫより、該石英
系ガラス自身を発熱させる方法が知られている。この場
合、石英系ガラスの誘電損失は常温では極めて小さいが
、高温では大きくなってマイクロ波の吸収が実質的に可
能になると冒われている。例えば第３図に示すように１
石英系ガラス体１３を酸水素バーナ１４等により１００
０°Ｃ以上に予熱しておき、この予熱部をマイクロ波印
加部１５（導波路内或いは共振器内等）Ｋ直ちに導入す
ることにより、該予熱部にマイクロ波を吸収させる方法
が報告されている（ Ｊ、 ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ
８Ｔｅｃｈ、 ｖｏｌ、 ＬＴ−４゜ｍ １０ 、 Ｏ
ｃｔ、１９８６．ｐｐ １５６？）。
しかしながら、石英系ガラスの熱伝導率が極めて小さい
ため、この種の従来技術では石英系ガラス体の内部を充
分に加熱することが難かしく、また、予熱したガラスの
外表面はマイクロ波印加部へと移動させる間に冷却され
易いため、通常の導波路を用いた方式でマイクロ波を石
英ガラスに吸収させることは極めて困難で、当然、充分
な発熱を得るに到らなかった。また、酸水素バーナ等の
外部熱源を用いた予熱は石英系ガラス体を汚染する恐れ
があるが、特に光フアイバ用の石英系ガラス体の加熱手
段としては、この点の改良が望まれていた。
ため、この種の従来技術では石英系ガラス体の内部を充
分に加熱することが難かしく、また、予熱したガラスの
外表面はマイクロ波印加部へと移動させる間に冷却され
易いため、通常の導波路を用いた方式でマイクロ波を石
英ガラスに吸収させることは極めて困難で、当然、充分
な発熱を得るに到らなかった。また、酸水素バーナ等の
外部熱源を用いた予熱は石英系ガラス体を汚染する恐れ
があるが、特に光フアイバ用の石英系ガラス体の加熱手
段としては、この点の改良が望まれていた。
本発明はこのような問題点を解決し、マイクロ波を用い
て石英系ガラス体を十分に加熱できしかも迅速、清浄に
行なえる新規な方法を目脂してなされたものである。
て石英系ガラス体を十分に加熱できしかも迅速、清浄に
行なえる新規な方法を目脂してなされたものである。
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明者らは、
従来の酸水素バーナ等外部加熱源による予熱と、該予熱
部をマイクロ波印加部へ移動するというロスのある手段
にかえて、マイクロ波印加部内で石英系ガラスを予熱し
、そのままマイクロ波印加できる方法を研究の結果、予
熱手段として熱プラズマを利用することを考えつき、本
発明に到達したのである。
従来の酸水素バーナ等外部加熱源による予熱と、該予熱
部をマイクロ波印加部へ移動するというロスのある手段
にかえて、マイクロ波印加部内で石英系ガラスを予熱し
、そのままマイクロ波印加できる方法を研究の結果、予
熱手段として熱プラズマを利用することを考えつき、本
発明に到達したのである。
すなわち本発明はマイクロ波を用いた石英ガラスの加熱
方法において、石英ガラス管内にプラズマ生成用ガスを
流しつつ該管外部よりマイクロ波を印加して該管内に熱
プラズマを形成した後、該管内に被加熱石英ガラス体を
挿入することにより該被加熱石英ガラス体を予熱し、次
にマイクロ波は印加したままプラズマ生成用ガスの供給
を停止しかつ前記石英ガラス管をマイクロ波印加部よプ
除去することＫより、マイクロ波を前記被被加熱石英ガ
ラス体に吸収させることを特徴とする石英ガラスの加熱
方法である。
方法において、石英ガラス管内にプラズマ生成用ガスを
流しつつ該管外部よりマイクロ波を印加して該管内に熱
プラズマを形成した後、該管内に被加熱石英ガラス体を
挿入することにより該被加熱石英ガラス体を予熱し、次
にマイクロ波は印加したままプラズマ生成用ガスの供給
を停止しかつ前記石英ガラス管をマイクロ波印加部よプ
除去することＫより、マイクロ波を前記被被加熱石英ガ
ラス体に吸収させることを特徴とする石英ガラスの加熱
方法である。
本発明においては、プラズマ生成用ガスとしてアμゴン
ガスを用い、マイクロ波としては２．４ＧＨｚ檜のマイ
クロ波を用いることが特に好ましい。
ガスを用い、マイクロ波としては２．４ＧＨｚ檜のマイ
クロ波を用いることが特に好ましい。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
■乃至（Ｃ）は本発明を説明する概略図である。まず第
１図■のようにマイクロ波照射部１の中に石英ガラス管
２を挿入しておく。この石英ガラス管２は加熱しようと
する石英ガラス体（以下被加熱石英ガラス体という）を
収容できる大きさのものである。この状態で石英ガラス
管２内部に例えばＡｒ等のプラズマ生成用ガス３を導入
する。この時管２内のマイクロ波照射部に別途例えばカ
ーボン捧やタングステン棒等の耐熱性の高い導電性棒を
挿入しておき、マイクロ波照射を開始し出力を増してゆ
くと、導電性棒の先端で激しく放電が生じ、プラズマ生
成ガス３が点火して熱プラズマ４を生成することができ
る。この熱プラズマ４が充分に発生している状態で、第
１図（２）に示すように管ｚ内へ被加熱石英ガラス体５
を挿入すると、熱プラズマ４により該被加熱石英ガラス
体５を約１５００°Ｃに予熱することができる。この加
熱は、 Ａｒガヌ等の不活性でまた不純物等を含まない
高温ガス３で行われるので、被加熱体５の汚染する危険
は殆んど完全にない状態で実施できる。この予熱の時間
は被加熱石英ガラス体５のサイズにもよるが、数分〜数
１０分程度である。被加熱石英ガラス体５は約１５００
″Ｃ程度に加熱されると、その誘電損失は急激に大きく
なる。次に、マイクロ波は印加したままで管２内へのプ
ラズマ生成ガス３の供給を停止し、かつ第１図Ｃ）のよ
うに管２をマイクロ波照射部１より除去すると、マイク
ロ波の誘導損失を受けるものが、被加熱石英ガラス体５
のみとなるために、該ガラス体５がマイクロ波を吸収で
き、約２０００℃程度Ｋまで加熱される。なお、プラズ
マ４を形成させ良状態のままではマイクロ波はプラズマ
に吸収され、石英ガラスへの吸収は起こシにくい。また
、アμゴンガス供給停止後のマイクロ波印加は、開放系
で行なうことができ、石英ガラス体周辺、導波炉内に不
活性ガスを流しても上い。但し、周辺のガスがマイクロ
波を吸収することは好ましくない。
■乃至（Ｃ）は本発明を説明する概略図である。まず第
１図■のようにマイクロ波照射部１の中に石英ガラス管
２を挿入しておく。この石英ガラス管２は加熱しようと
する石英ガラス体（以下被加熱石英ガラス体という）を
収容できる大きさのものである。この状態で石英ガラス
管２内部に例えばＡｒ等のプラズマ生成用ガス３を導入
する。この時管２内のマイクロ波照射部に別途例えばカ
ーボン捧やタングステン棒等の耐熱性の高い導電性棒を
挿入しておき、マイクロ波照射を開始し出力を増してゆ
くと、導電性棒の先端で激しく放電が生じ、プラズマ生
成ガス３が点火して熱プラズマ４を生成することができ
る。この熱プラズマ４が充分に発生している状態で、第
１図（２）に示すように管ｚ内へ被加熱石英ガラス体５
を挿入すると、熱プラズマ４により該被加熱石英ガラス
体５を約１５００°Ｃに予熱することができる。この加
熱は、 Ａｒガヌ等の不活性でまた不純物等を含まない
高温ガス３で行われるので、被加熱体５の汚染する危険
は殆んど完全にない状態で実施できる。この予熱の時間
は被加熱石英ガラス体５のサイズにもよるが、数分〜数
１０分程度である。被加熱石英ガラス体５は約１５００
″Ｃ程度に加熱されると、その誘電損失は急激に大きく
なる。次に、マイクロ波は印加したままで管２内へのプ
ラズマ生成ガス３の供給を停止し、かつ第１図Ｃ）のよ
うに管２をマイクロ波照射部１より除去すると、マイク
ロ波の誘導損失を受けるものが、被加熱石英ガラス体５
のみとなるために、該ガラス体５がマイクロ波を吸収で
き、約２０００℃程度Ｋまで加熱される。なお、プラズ
マ４を形成させ良状態のままではマイクロ波はプラズマ
に吸収され、石英ガラスへの吸収は起こシにくい。また
、アμゴンガス供給停止後のマイクロ波印加は、開放系
で行なうことができ、石英ガラス体周辺、導波炉内に不
活性ガスを流しても上い。但し、周辺のガスがマイクロ
波を吸収することは好ましくない。
以上のように、本発明は外部ヒータや火炎等による汚染
を受けることなく非常に清浄な加熱を実現すると共に、
予熱工程からすべてマイクロ波照射部内で実施するので
、従来法のような熱損失もなく非常に効率的な加熱がで
きる。
を受けることなく非常に清浄な加熱を実現すると共に、
予熱工程からすべてマイクロ波照射部内で実施するので
、従来法のような熱損失もなく非常に効率的な加熱がで
きる。
本発明におけるプラズマ生成用ガスとしては、例えばＡ
ｒ＊ Ｏ意ｅ ＮＮ等を用いることができるが、なかで
は常圧のＡｒ流が好ましい。この理由は、減圧下で行な
うとプラズマ形成は容易であるが石英ガラスの温度を充
分に上げることができず、一方加圧下で行なうと、石英
がラスが変形し易く々シ、又装置構成も複雑になってし
まうという欠点があるからである。そして人ｒｉｆスは
プラズマを発生させ易いに加え、不活性であるため石英
ガラスに悪影響を与えることがないという点くより、最
も好ましいのである。
ｒ＊ Ｏ意ｅ ＮＮ等を用いることができるが、なかで
は常圧のＡｒ流が好ましい。この理由は、減圧下で行な
うとプラズマ形成は容易であるが石英ガラスの温度を充
分に上げることができず、一方加圧下で行なうと、石英
がラスが変形し易く々シ、又装置構成も複雑になってし
まうという欠点があるからである。そして人ｒｉｆスは
プラズマを発生させ易いに加え、不活性であるため石英
ガラスに悪影響を与えることがないという点くより、最
も好ましいのである。
本発明に訃いて、マイクロ波はＬ ４ ＧＨｚ帯を用い
ることが好ましい。この理由は、石英ガラスに吸収され
る電力Ｐは、下記（１）式％式％（１） ： 電界の強さ、ｍ：比誘電率。
ることが好ましい。この理由は、石英ガラスに吸収され
る電力Ｐは、下記（１）式％式％（１） ： 電界の強さ、ｍ：比誘電率。
ｔａｎ Ｊ ：誘電体損失角）
で表されるため、誘電体損が変らなければ周波数ｆが高
い程有利であるからである。特に％２−４ＧＨｚの電源
は汎用性があり、信頼性も高いのでこれを用いると都合
が良い。
い程有利であるからである。特に％２−４ＧＨｚの電源
は汎用性があり、信頼性も高いのでこれを用いると都合
が良い。
本発明におけるマイクロ波照射部としては、単数の定在
波導波路あるいは複数の定在波を共振させた空洞共振器
等を用いることができる。
波導波路あるいは複数の定在波を共振させた空洞共振器
等を用いることができる。
なお、本発明における石英ガラスとは、純粋石英からな
るものの他に、その屈折率等の物性を調整する添加剤例
えば弗素（Ｆ）、Ｐ冨Ｏｓ、Ｂ１Ｏｓ。
るものの他に、その屈折率等の物性を調整する添加剤例
えば弗素（Ｆ）、Ｐ冨Ｏｓ、Ｂ１Ｏｓ。
Ｇｅ０１等を含むものでもよい。
第２図にマイクロ波の供給系を示すが、１がマイクロ波
照射部であり、７は導波管、８はマイクロ波発振器、９
はマグネトロン、１０はアイソレータ、１１は整合器、
１２はパワーモニタそあシ、寮線矢印は入射波を、破線
矢印は反射波を示す。
照射部であり、７は導波管、８はマイクロ波発振器、９
はマグネトロン、１０はアイソレータ、１１は整合器、
１２はパワーモニタそあシ、寮線矢印は入射波を、破線
矢印は反射波を示す。
実施例１
内径４０ｍの照射部を有する方形マイクロ波共振器（１
５ｍＸ １１０ｍ５）内に、外径５４ ｍ。
５ｍＸ １１０ｍ５）内に、外径５４ ｍ。
肉厚３■の石英ガラス管を挿入し、該管内にＡｒ ｔ
ガスを ７分の流量で、約１気圧の開放系下で流し、
又該管内には外径４■のカーボンロッドを挿入した。こ
の状態で２．４５ ＧＨｚのマイクロ波を５ＫＷの出力
で印加して、該管内にＡｒガスの熱プラズマを形成させ
、次に該管内Ｋ。
又該管内には外径４■のカーボンロッドを挿入した。こ
の状態で２．４５ ＧＨｚのマイクロ波を５ＫＷの出力
で印加して、該管内にＡｒガスの熱プラズマを形成させ
、次に該管内Ｋ。
コアが純粋石英、クラッドがフッ素添加石英からなる外
径２０■の光フアイバ用母材を挿入して上記熱プラズマ
内に３分間保持して予熱した。
径２０■の光フアイバ用母材を挿入して上記熱プラズマ
内に３分間保持して予熱した。
この後、マイクロ波は印加したままでＡｒガスの供給を
停止し、また石英ガラス管をマイクロ波照射部から引き
上げた。続いて照射部内の母材温度の上昇が認められ、
約１９００℃に達したところで、該母材の線引を開始し
、外径１２５μ溝の光ファイバを作製した。得られた光
ファイバの伝送損失を測定したところ、波長１．３０７
１１ｍでαＳ ２ ｄＢ／ｌａｅと、通常のカーボンと
−タによる線引ファイバの伝送損失ＶぺＡ／（１３３〜
（Ｌ Ｓ ５ ｄＢ／に■に比べよ）低い損失レベルで
あった。まえ、線引途中の縮径の生じているガラヌ母材
表層部の汚染状況を８ＩＭ８（二次電子イオン質量分析
）により分析したとζろ、本発明による母材では汚染が
なく、一方力−ボンヒータによる線引母材からは、Ｆｅ
、 Ｃｕ、 Ｃｒ、 Ｔｉ等のカーボンと−タからのも
のとみられる不純物が検出された。
停止し、また石英ガラス管をマイクロ波照射部から引き
上げた。続いて照射部内の母材温度の上昇が認められ、
約１９００℃に達したところで、該母材の線引を開始し
、外径１２５μ溝の光ファイバを作製した。得られた光
ファイバの伝送損失を測定したところ、波長１．３０７
１１ｍでαＳ ２ ｄＢ／ｌａｅと、通常のカーボンと
−タによる線引ファイバの伝送損失ＶぺＡ／（１３３〜
（Ｌ Ｓ ５ ｄＢ／に■に比べよ）低い損失レベルで
あった。まえ、線引途中の縮径の生じているガラヌ母材
表層部の汚染状況を８ＩＭ８（二次電子イオン質量分析
）により分析したとζろ、本発明による母材では汚染が
なく、一方力−ボンヒータによる線引母材からは、Ｆｅ
、 Ｃｕ、 Ｃｒ、 Ｔｉ等のカーボンと−タからのも
のとみられる不純物が検出された。
比較例
実施例１と同じに作製された光フアイバ用母材を、酸水
素バーナで約３０分間、１５００℃に予熱し、次にこの
予熱部分をマイクα波照射炉内に挿入し、直ちに１４５
ＧＨｚのマイクロ波を５ ＫＷの出力で印加したが、
母材温度の上昇はなく降温してゆき、マイクロ波の実質
的な吸収は生じなかつ九。これは、母材の表面温度の保
持あるいはマイクロ波パワーの大きくなる母材内部温度
の予熱化が十分に達成できなかったためとみられた。
素バーナで約３０分間、１５００℃に予熱し、次にこの
予熱部分をマイクα波照射炉内に挿入し、直ちに１４５
ＧＨｚのマイクロ波を５ ＫＷの出力で印加したが、
母材温度の上昇はなく降温してゆき、マイクロ波の実質
的な吸収は生じなかつ九。これは、母材の表面温度の保
持あるいはマイクロ波パワーの大きくなる母材内部温度
の予熱化が十分に達成できなかったためとみられた。
以上の実施例、比較例の結果から、本発明の方法により
石英ガラス母材がヒータによる汚染なく極めて清浄表雰
囲気にて十分く加熱できることが判る。
石英ガラス母材がヒータによる汚染なく極めて清浄表雰
囲気にて十分く加熱できることが判る。
本発明は、マイクロ波照射部内に生成させた熱プラズマ
中で被加熱石英ガラス体を予熱し、続いてマイクロ波を
吸収させるので、非常に効率よく加熱できるに加え、外
部ヒータや火炎等による汚染もなく極めて清浄な加熱が
実現できる。また従来のような外部熱源による予熱装置
は不要で、ｉイクロ波照射部へのプラズマ生成用ガス導
入手段と、予熱用石英管移動手段を付加するのみでよい
ので、装置構成も小型でよい。
中で被加熱石英ガラス体を予熱し、続いてマイクロ波を
吸収させるので、非常に効率よく加熱できるに加え、外
部ヒータや火炎等による汚染もなく極めて清浄な加熱が
実現できる。また従来のような外部熱源による予熱装置
は不要で、ｉイクロ波照射部へのプラズマ生成用ガス導
入手段と、予熱用石英管移動手段を付加するのみでよい
ので、装置構成も小型でよい。
本発明はガラス物品特に１光ファイバ製造時のガラス加
工等に利用すると低損失な光ファイバを得られるので極
めて有効である。
工等に利用すると低損失な光ファイバを得られるので極
めて有効である。
第１図■乃至（Ｃ）は本発明の詳細な説明するための概
略図、第２図は本発明に係わるマイクロ波供給系の一例
を示す説明図、第３図は従来法を示す概略図である。
略図、第２図は本発明に係わるマイクロ波供給系の一例
を示す説明図、第３図は従来法を示す概略図である。
Claims (1)
- （１）マイクロ波を用いた石英ガラスの加熱方法におい
て、石英ガラス管内にプラズマ生成用ガスを流しつつ該
管外部よりマイクロ波を印加して該管内に熱プラズマを
形成した後、該管内に被加熱石英ガラス体を挿入するこ
とにより該被加熱石英ガラス体を予熱し、次にマイクロ
波は印加したままプラズマ生成用ガスの供給を停止しか
つ前記石英ガラス管をマイクロ波印加部より除去するこ
とにより、マイクロ波を前記被加熱石英ガラス体に吸収
させることを特徴とする石英ガラスの加熱方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP758488A JPH01183436A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 石英ガラスの加熱方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP758488A JPH01183436A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 石英ガラスの加熱方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01183436A true JPH01183436A (ja) | 1989-07-21 |
Family
ID=11669859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP758488A Pending JPH01183436A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 石英ガラスの加熱方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01183436A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0325227A2 (en) * | 1988-01-18 | 1989-07-26 | Sumitomo Electric Industries Limited | Method of heating a quartz glass tube |
| CN103545162A (zh) * | 2012-07-09 | 2014-01-29 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 等离子体反应装置和石英窗加热方法 |
-
1988
- 1988-01-19 JP JP758488A patent/JPH01183436A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0325227A2 (en) * | 1988-01-18 | 1989-07-26 | Sumitomo Electric Industries Limited | Method of heating a quartz glass tube |
| CN103545162A (zh) * | 2012-07-09 | 2014-01-29 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 等离子体反应装置和石英窗加热方法 |
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