JPS60231436A

JPS60231436A - 光学系ガラス母材の製造方法

Info

Publication number: JPS60231436A
Application number: JP8655584A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Hara; 亮一原; Motohiro Nakahara; 基博中原
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-04-28
Filing date: 1984-04-28
Publication date: 1985-11-18

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はＶＡＤ法（気相軸Ｈ法）により光学系カラス母
材を製造する方法に関する。

（従来技術）通信用光ファイバ、イメージカイト、ライトガイド、ロ
ンドレンズなど、これらのガラス母材をつくる手段とし
てＶＡＤ法がすでに実施されている。

周知の通り、上記ＶＡＤ法では気相のカラス原料、酸素
ガス、水系カス、緩衝ガス（不活性ガス）などを多重管
構造とした反応バーナへ供給し、燃焼状態の当該バーナ
を介して生成された化学反応生成物すなわちスート状の
ガラス微粒子をターゲットに向けて噴射ならびに堆積さ
せ、これにより多孔質状の棒状母材を形成している。

その後、上記棒状母材を透明ガラス化し、プリフォーム
ロッドとしている。

一般的なＶＡＤ法では、垂直方向に成長する棒状母材の
成長速度と同温させてターゲットを上昇させる、いわゆ
る縦型方式を採用しているが、この方式の場合は、棒状
母料を堆積形成する装置、該棒状母材を透明ガラス化す
る装置、さらに透明ガラス化後の母材を切断する装置な
ど、これらを併せた場合、全体の高さが１０ｍ程度とな
っているが、このような従来例により光学系ガラス母材
を製造するとき、つぎのような問題が指摘されている。

Ｉ）多孔質状の棒状母材を透明ガラス化するとき、この
際の熱処理により軟化された部分の粘度が低下し、その
下位に連続する多孔質部の重みに耐えることができなく
なるので、上記堆積により形成する棒状母材の長さ、太
さは小さくせざるを得す、長くて径の大きい母材が得ら
れない。

１１）上記透明ガラス化時、多孔質状の棒状母材が体積
収縮してこれの匣径、長さが縮減するが、該多孔質棒状
母材の酉度不均−１透明カラス化時の不均一な温度分布
により、上記縮減状態の不均一が起こり、当該母材の透
明ガラス化された部分と多孔質部との間で曲がりの生じ
ることがある。

このような曲がりが生じると、棒状母材の成長端（下端
）が堆積位置の中心からずれ、回転状態にある当該母材
に振れも生じるので、高質品のものを得べき製造条件が
乱れてしまう。

１１１）透明ガラス化後の母材を次工程（例えば紡糸加
工）に適した外径とすべく同母材を加熱延伸する場合、
その透明カラス化工程と加熱延伸工程とを結合してこれ
らを連結的に実施するのがよ（、これにより生産性の向
上を期すことができるが、上記ｌ）、ｉｌ）の問題か解
決されない現状では、こうした効果的な手段を講じるこ
ともむすかしく、生産を合理化する上での進歩が望めな
い。

１ｖ）装置全体の高さが１０ｍ程度と著高であるため、
運転操作がむずかしく、シかも構造強度面からも装置の
保安対策を充分に講じなければならないとともにその建
屋もかなり高大なものが要求されるので経済的なデメリ
ットが大きい。

■）棒状母材を垂直方向に堆積成長させる場合、反応バ
ーナの火炎による上昇気流が既に形成されている上位の
多孔質部分へと流動し、核部の外径変動、表面成分の分
布に悪い影響をおよぼすことがある。

（発明の目的）本発明は上述した＋）、　ｉ＋）、　ｍ）の問題が解消
でき、さらに＋Ｖ）、Ｖ）の問題解決をも含めた実施態
様がとれる光学系ガラス母材の製造方法を提供しようと
するものである。

（発明の構成）本発明はガラス原料を化学反応させることにより生成し
たガラス微粒子を噴射ならびに堆積させて光学系のガラ
ス母材を製造する方法において、上記ガラス微粒子を堆
積方向に成長させて多孔質の棒状母材を形成する手段と
、成長後の多孔質棒状母材を支持する支持手段と、その
棒状母材が支持手段により支持されるよりも前、少なく
とも該棒状母材の外周を半焼結状態に焼結して硬化させ
る熱処理手段と、上記支持手段により支持している半焼
結状態の棒状母材を透明ガラス化する熱処理手段と、そ
の透明ガラス化後の棒状母材を加熱して延伸する加熱延
伸手段とを備え、これら各手段を所定の順序で連続して
実施することを特徴としている。

（実施例）以下、本発明の方法とこれに用いる装置につき、図示の
実施例を参照して説明する。

第１図におし〕て、１はターゲット、２はカラス微粒子
発生機、３は母材焼結用の熱処理機、４は母材支持機、
６は第２の母材焼結用熱処理機、６は引取機である。

上記において、はじめガラス微粒子発生機２内に置かれ
るターゲット１は、第１図に示す水平方向の移動軸線Ｘ
１−Ｘｔに沿って往復動自在に設けられているとともに
同図の矢印Ｒ１方向に回転自在となっており、前述した
各機は、ガラス微粒子発生機２、熱処理機３、母材支持
機４、熱処理機６、引取機６の順序で上記移動軸線ＸＩ
　Ｘ２上に配置されている。

ガラス微粒子発生機２は透明で耐熱性のある反応容器７
と、該反応容器７内に先端が内挿された多重管構造の反
応バーナ８と、該反応容器７に備えつけられた排気管９
とよりなり、反応バーナ８には気相のガラス原料、酸素
ガス、水素ガス、緩衝ガスなどが供給されるようになっ
ている。

熱処理機３はカーボン抵抗炉、シリコニット炉などのリ
ング状電気炉からなり、上記反応容器７の出入口部に装
着されている。

一方、母材支持機４は上下１対の内部回転体１０Ａ＋１
０Ｂとこれら両回転体１０Ａ、１０Ｂを内蔵している外
部回転体１１とからなる。

このうち、内部回転体１０Ａ、１０Ｂは第２図にも示す
ごとく、凹面ローラ１２ａｓ　１３ａｉ１２ｂ、１３ｂ
と、これら凹面ローラ１２ａ１１３ａ、１２ｂ、１３ｂ
にわたって掛回された無端ベル）１４ａ１１４ｂとから
なり、各凹面ローラ１２ａｓ　１３ａ、１２ｂ、ｉ３ｂ
はそれぞれ外部回転体１１を構成するフレーム１５ａ、
１５ｂ内に回転自在に枢支されている。

上記外部回転体１１は１対のフレーム１６ａ１１５ｂが
所定の対向間隔をおいて相互に連結されており、その長
手方向両端に中空の軸部１６．１６′が設けられ、これ
ら軸部１６．１６’が図示しない軸受により支持される
とともにいずれか一方の軸部にはベルト伝達、チェーン
伝達、歯車伝達などの手段を介して第１図矢印Ｒ２方向
の回転力が付与されるようになっている。

一方、熱処理機５は中空の通道１７と該通道１７の外周
に設けられた筒状の電気炉１８とからなる。

上記通道１７における引取機６側の端部には、その内部
に不活性カス（飼えばＨｅ）を塩素カス（Ｃ７りを供給
するためのカス供給系１９．２ｏが接続されており、そ
の他端には排出系２１が設けられている。

なお、電気炉１８は前述したカーボン抵抗炉、シリコニ
ット炉等からなる。

引取機６は内部回転体２２Ａ、２２Ｂとこれら両回転体
２２Ａ、２２Ｂを内蔵している外部回転体２３とよりな
り、当該引取機６の構成は前記母材支持機４とほぼ同一
であるのでその説明は省略する。

なお、この引取機６における内部回転体２２Ａ、２２Ｂ
にはこれらを所定方向へ回転させるための動力源が備え
られ、さらに外部回転体２３にはこれを第１図の矢印Ｒ
３方向へ回転させるだめの回転伝達手段が伽えられる。

さらに第１図において、３１は引取機６の後段に配置さ
れた母材延伸用の加熱機、３２は該加熱機３１の後設に
配置された母材延伸用の引取機であり、図示の場合、加
熱機３１は既知の酸素炎バナナからなり、引取機３２は
前記引取機６と同じく内部回転体３３Ａ、３３Ｂとこれ
ら両回転体３３Ａ、３３Ｂを内蔵せる外部回転体３４と
よりなるとともにその外部回転体３４にはこれを第１図
の矢印Ｒ４方向へ回転させる回転伝達手段が備えられる
。

上述した装置を用いて本発明方法を実施するとき、つぎ
のような態様となるのであり、以下これにつき説明する
。

本発明方法では、はじめガラス微粒子発生機２の反応容
器Ｔ内において反応バーナ８よりカラス微粒子を発生さ
せるのであり、これに際しては反応バーナ８へ気相のガ
ラス原料（主原料＝ＳＩＣｔ２、ドープ原料二Ｇ　ｅ　
Ｃｔ２、その他）と酸素ガス（０２）　、水素ガス（ｆ
ｈ）、緩衝ガス（例えはＡｒなど）とを供給し、当該反
応バーナ８を燃焼状態として上記ガラス原料を化学反応
させる。

ここでの化学反応は主に火炎加水分解反応であるが、熱
分解反応、酸化反応などを生じさせることもでき、また
、これら各反応を複合的に生じさせることもできる。

しかし、上記いずれの反応にしても、その反応により生
成される生成物はＳ　Ｉ　Ｃｈ、ＧｅＯ２などの煤状酸
化物粉末であり、こうして生成された酸化物粉末すなわ
ちガラス微粒子が所定方向に向けて噴射される。

反応容器７内において上記のごとくガラス微粒子を生成
するとき、ターゲット１は前記矢印Ｒ１方向へ回転して
おり、かつ、該ターゲット１の堆積側端部は反応容器７
内にあって反応バーナ８の微粒子噴射端部と対応してい
る。

したがって反応バーナ８から噴射されたガラス微粒子は
ターゲット１の上記端部へ堆積され、これにより、当該
端部には水平方向を成長方向とする多孔質状の棒状母材
２４が形成される。

こうして棒状母材２４を形成するとき、ターゲット１は
該母材２４の成長速度と同訓して前記移動軸線Ｘ１−Ｘ
２上をＸ２方向へ移動する。

その後、棒状母材２４が一定の長さにまで成長すると、
該母材２４は熱処理機３を通過することとなり、この時
点で棒状母材２４は同機３により焼結される。

このときの焼結温度は任意に設定でき、１例としてこの
実施例では当該焼結温度を透明ガラス化温度（１０００
℃〜１６５０℃）よりも低くする。

したがって熱処理機３を介して焼結される棒状母相２４
は当該焼結により脱泡がある程度まで進行して体積収節
し、当該焼結前の多孔質状態よりも硬さが増す。

つまり多孔質状態のときにみられる脆弱性がなくなり、
容易に崩壊することのない母材強度が得られる。

しかし熱処理機３による焼結温度が透明ガラス化温度よ
りも低いため、棒状母材２４は透明ガラス化されるに至
らず、したがってこの時点での焼結は完全な焼結でなく
、半焼結状態ということができる。

この半焼状態をさらに説明すると、当該半焼結状態では
例えば１１００℃〜１３００℃の焼結温度により棒状母
材２４の密度が０２〜２０ｇ／ｃｃ程度、望ましくは０
．３〜０．５　ｇ／　ｃｃ程度となっている。

ちなみに、完全焼結状態では棒状母相２４の密度が２．
２ｇ／ｃｃ程度となる。

もちろん、この際の半焼結状態は棒状母材全体に及ばな
くてもよく、棒状母材２４の所望強度が得られるかぎり
、該母材２４の外周（表層部）のみを半焼結状態にする
ことがあり、母材外周面側からの半焼結層の厚さく深さ
）は熱処理温度、熱処理時間により適宜に設定できる。

上記半焼結により機械的強度が付与された棒状母材２４
は母材支持機４を経由して第２の熱処理機６内へ進入す
るが、この時点では当該母材２４が水平方向へかなり成
長している。

一般に多孔質状態の棒状母材が水平方向へこの程度成長
すると、自重により折損したり崩壊するが、上記焼結に
より機械的強度が付与されている棒状母材２４ではこの
ような折損、崩壊がなく、その後の成長により母材長さ
がさらに増したとしても、当該母材２４は上記母材支持
機４を介して支持されるので、折損などの事態は起らな
い。

なお、母材支持機４はその内部回転体１０Ａ１１０Ｂが
母材移動方向に沿ってエンドレス回転し、これら両者１
０Ａ、１０８のｌ・ウジングである外部回転体１１が前
記矢印Ｒ２方向へ回転する状態において棒状母相２４を
支持するのであり、このとき内部回転体１０Ａ、１０Ｂ
が棒状母材２４と接触するが、この時点では前爪のとと
く該母材２４に適度の硬さが付与されているので、これ
が損傷されたり変形することはない。

第２の熱処理機６はこれの電気炉１８を介してその通道
１７内を透明ガラス化に適した温度としているのであり
、さらに該通道１７内にはガス供給系１９，２０から不
活性ガス（Ｈｅ）、塩素ガス（ＣＡ２）が送りこまれて
おり、したがって母材支持機４を経由した後該熱処理機
６の通道１７内を通過する棒状母材２４はここで完全に
焼結されて透明ガラス化されると同時にＯＨ基を除去す
べき脱水処理も行なわれる。

こうして透明ガラス化された棒状母材２４は、内部回転
体２２Ａ、２２Ｂが母材移動方向にエンドレス回転し、
外部回転体２３が前記矢印Ｒｓ力方向回転している引取
機６を介して引きとられ、その後、該引取機６の後段に
配置されている母材延伸用の加熱機３１および引取機３
２を介して所望の径に加熱延伸加工される。

以下この加熱延伸加工につき説明すると、引取機６を通
過した後の棒状母材２４は、該械６の後段にあって酸水
素炎を発生している加熱機３１によりその軟化温度にま
で加熱され、さらに当該軟化後の棒状母材２４は、内部
回転体３３Ａ３３Ｂが母材移動方向にエンドレス回転し
、外転回転体３４が前記矢印Ｒ４方向へ回転している引
取機３２を介して引きとられる。

ここで引取機６の引取速度をｖｌとし、引取機３２の引
取速度を■２とした場合、■１〈■２とするのは当然で
あるが、疋常の運転状態では次式を満足させるようにｖ
２を設定する。

Ｖ２　＝　（ｄ＋／　ｄｚ　）２・Ｖｌただし％　ｄ＋
は延伸前の母材外径、ｄｔは姑伸後の母材外径である。

この、ように、引取機６を通過した後の棒状母材２４は
、加熱機３１による加熱軟化と、引取機６よりも高速と
した引取機３２の引取力とを介して所望の外径に延伸さ
れ、所定の光学系ガラス母材となる。

以下は図示しない切断機（溶断機も含む）を介してター
ゲット１が棒状母材２４がら切除され、その後、該切断
機により棒状母材２４が所望の長さにカッティングされ
る。

なお、上記の実施例では、棒状母材２４が透明ガラス化
された際の残存ＯＨ基を減じるため、第１の熱処理機３
では母材強度が得られる程度の焼結状態（半焼結状態）
とし、その後第２の熱処理機５により脱水処理しながら
棒状母材２４を透明ガラス化（完全焼結）した。

こうして得られる透明ガラス化状態の棒状母材２４はＯ
Ｈ基が除去されているためこれを光ファイバに加工した
とき、伝送特性のよいものが得られる。

もちろん本発明方法は上記実施例の他、っぎのような各
種態様でも実施できる。

ガラス微粒子発生機２に関して、前記実施例では１つの
反応バーナ８を介して多孔質状の棒状母材２４を堆積形
成するようにしたが、第１図に示すごと（他の１つの反
応用バーナ８′を併用して両バーナ８．８′により多孔
質状の棒状母材２４を堆積形成してもよい。

この場合、反応バーナ８は上記母材２４のコア形成用、
反応バーナ８′は同母材２４のクラッド形成用となる。

さらに上記反応バーナ８．８′は下記のような手段と交
換できる。

その１つけ液相のガラス原料を例えば超音波不プラザ、
ベーパネプライザなどのネプライザにより霧状にしてタ
ーゲントヘ１貧射するようにし、該噴射時、その霧状原
料をネプライザ先端（噴緋口近傍）の加熱器により加熱
して煤状のカラス微粒子（ガラス酸化物粉末）とするこ
とである。

他の１つはあらかじめ煤状のガラス微粒子を生成してお
くとともに粉末噴射器を介して上記ガラス微粒子をター
ゲットに向けて噴射するようにし、該噴射時、粉末噴射
器先端の加熱器によりガラス微粒子を加熱してこれに堆
積時の熱接着性をもたせることである。

熱処理機３に関して、前記実施例ではターゲット１に堆
積された多孔質状の棒状母材２４を該機３により半焼結
状態としたが、この熱処理機２４を介して上記棒状母材
２４を一挙に完全焼結（透明ガラス化）してもよい。

この場合、透明ガラス化された棒状母材２４中にはＯＨ
基が残留することになるが、耐放射線光ファイバでは残
留ＯＨ基の存在により放射線劣化が小さくでき、したが
って耐放射線光フフイハ用母材を得るとき、上記のよう
に一挙に棒状母材を透明ガラス化するのがよい。

さらにバーナからのガラス微粉末を加熱により半焼結状
態としながら堆積させることもある。

母材支持機４に関して、前記実施例ではその内部回転体
１０Ａ、１０Ｂを構成する凹−面ローラ１２ａｈ　１３
ａ＋　１２ｂ、１３ｂに無端ベル）１４ａ１１４ｂを掛
回したが、この無端ベルト１４ａｔ１４ｂは省略しても
よく、さらに無端ベルト省略態様において、各凹面ロー
ラ１２ａ１１３ａ、１２ｂ、１３ｂの周面に弗素樹脂（
例えば商品名テフロン）による滑性被膜を形成すること
がある。

もちろんこの場合の凹面ローラは３対以上でもよ＜、１
２ａｘ　１２ｂまたは１３ａ、１３ｂのいずれか１対で
もよい。

上記母材支持ｆｉ４を非接触計とする場合、第３図ヒ）
、（ロ）のごときガス噴射器２５．２６を採用すればよ
い。

第３図Ｇ）のガス噴射器２６は二重円筒形であり、その
内周面には多数の噴射孔２７．２７．２７・・・・・が
穿設され、その外周面にはガス供給口２８が設けられて
いる。

第３図（ロ）のガス噴射器２６は二重の半割円筒形であ
り、この噴射器２６の場合もその内周面に多数の噴射孔
２９，２９．２９−・・・・が穿設され、その外周面に
ガス供給口３ｏが設けられている。

母材支持機４が上記ガス噴射器２６．２６からなるとき
、そのガス供給口２８．３０からその二重壁空間内へ供
給した不活性ガスなどの気体を各ガス鳴射孔２７，２７
．２７・・・・・、２９．２９．２９・・・・・から噴
射すればよく、これにより棒状母材２４は浮上支持され
るようになる。

この際噴射される不活性ガスなどの気体は、常温のとき
もあるが、通常は適当な温度に加熱される。

さらに加熱機３１に関して図示では酸水素炎バーナを示
したが、この加熱機３１はリング状の電気炉、プラズマ
トーチなどであってもよい。

その他、以上に述べた各種手段を適当に組み合わせて所
定の棒状母材をつくるとき、ガラス微粒子を傾斜方向に
堆積成長させて当該母材を形成してもよく、この場合、
ターゲット１の移動軸線Ｌ　Ｘｚは水平軸に対し９０度
未満の交差角、望ましくは４５度以下の交差角に設定さ
れる。

もちろん上記移動軸線Ｘ＋　−Ｘｔを垂直状態に設定す
る垂直方式も実施できる。

（発明の効果）以上説明した通り、本発明方法によるときは、棒状母材
が支持手段を介して安定した状態に保持され、その支持
手段により支持される前、該母材には熱処理手段を介し
た半焼結硬化により機械的強度が付与されるから、上記
支持状態において母材が変形したり破損することもなく
、大きな母材がつくれる。

また、上記母材変形、破損がないことにより、透明ガラ
ス化手段、加熱延伸手段も難なく一連に結合することが
でき、したがってガラス微粒子の堆積から母材延伸まで
の各工程を連続的に実施して光学系ガラス母材の生産性
を高め得るとともにそのガラス母材のコストダウンもは
かり得る。

なお、実施態様のごとく水平方向または傾斜方向に母材
製造する場合、１本あたりの母材長さをかなり長尺化し
たとしても該母材が上下方向に占有する度合は従来の垂
直方式よりも短縮化され、また、各手段が市く位置する
ことも回避でき、したがって長尺母材を製造する際の各
工程結合ならびにハンドリングが容易となり、これを実
施する際の建屋も従来のように極端に高くする必要がな
くなる。

殊に水平堆積方式では、反応バーナによる上昇気流が既
に形成されている棒状母材側へ流動することがないから
、その上昇気流による悪影響もないこととなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法ならびに装置の１実施例を略示した
説明図、第２図は第１図■−■線の断面図、第３図←）
、←）は上記における母材支持手段の他実施例を示した
断面図である。１・・・■ターゲット２・・・・・ガラス微粒子発生機３・・・・・熱処理機４・・・・・母材支持機６・・・・・透明ガラス化用熱処理機６・・・・・引取機７・・・・・反応容器８　＠＠−・反応バーナ３１・・・・・母材延伸用加熱機３２・・・・・母材延伸用引取機ＸＩ　Ｘ２・・・・・棒状母材の移動軸線代理人　弁理
士　斎　藤　義　雄

Claims

【特許請求の範囲】

ガラス原料を化学反応させることにより生成したガラス
微粒子を噴射ならびに堆積させて光学系のガラス母材を
製造する方法において、上記ガラス微粒子を堆積方向に
成長させて多孔質の棒状母材を形成する手段と、成長後
の多孔質棒状母材を支持する支持手段と、その棒状母材
が支持手段により支持されるよりも前、少なくとも該棒
状母材の外周を半焼結状態に焼結して硬化させる熱処理
手段と、上記支持手段により支持している半焼結状態の
棒状母材を透明ガラ各手段を所定の順序で連続して実施
することを特徴とする光学系ガラス母材の製造方法。