(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバーの製造にて使用されるガラスプレフォームの作製時に、炉内の不純物を少なくでき、乾燥時間を早めることができ、加熱プロセスを迅速に行うことができる方法を提供する。【解決手段】スート体を稠密化プレフォームに変換させる加熱作業時に、不活性ガス(たとえば窒素)を稠密化炉のシール上に方向付ける。この不活性ガスにより、他のガスが稠密化炉中に進入するのが阻止されるだけでなく、炉中への汚染物の進入が阻止される。さらなるガスと不純物の進入を阻止することによって、稠密化プロセスにおいて使用する必要のあるヘリウムがより少なくなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガス流れを稠密化炉のシールに対して方向付けることを含む、スート体のガラスプレフォームへの稠密化時に稠密化炉におけるガスの損失を少なくする方法。
【請求項２】
前記稠密化炉が石英マッフルを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記稠密化炉が入口ガスラインと出口ガスラインを有する、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記シールが前記稠密化炉の頂部と底部にある、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記シールが前記入口ガスラインと前記出口ガスラインの周りにある、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記不活性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、および二酸化炭素からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記不活性ガスが乾燥している、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記不活性ガスを、前記シールに対して方向付ける前に加温する、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記不活性ガスを、前記稠密化炉からのガスの損失を抑えるに足る速度で前記シールに対して方向付ける、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記不活性ガス流れによって前記稠密化炉中への不純物の進入が減少する、請求項1に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、稠密化炉(consolidation furnace)又は脱水炉中に導入される不純物を抑えることによって、光ファイバー製造作業におけるプレフォーム稠密化プロセス(preform consolidation process)又は脱水プロセスの効率を向上させる方法を提供する。これは、不活性ガスの流れを稠密化炉のシールに向けることによって達成される。不活性ガスの流れが炉中への空気の進入を阻止し、この結果、稠密化炉中への不純物の導入が抑えられる。これにより、プレフォーム稠密化プロセスにおいて使用される際のヘリウムに対する総必要量を減らせる。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーを製造するのに使用されるガラスプレフォームは、気相軸付法(VAD)または外付け法(OVD)を使用して製造することができる。堆積工程の後、プレフォームは、乳白色の不透明な外観を有する、シリカ粒子の多孔質マトリックスの「スート体（すす）」(“soot” body)として存在する。スート体を乾燥・稠密化して内部空隙(internal voidage)と水分を除去しなければならず、これによって透明なガラスロッドを得、これを延伸して最終的に光ファイバーにする。
【０００３】
幾つかのプロセスにおいては、コアとクラッドだけを堆積させ、次いでこれらを稠密化する。稠密化の後、追加のクラッディング処理を、延伸する前にプレフォームを所望の直径に造り上げるためのオーバークラッディング工程として加えることができる。クラッディング処理に応じて、稠密化コアの外側にさらなるスート体を堆積させることができ、この場合、追加の稠密化工程が必要になる。
【０００４】
稠密化時においては、一般には石英マッフルからなる炉の内側にスート体を配置する。炉をガラスの焼結温度より高い温度(通常は約2100℃以上)に加熱し、マッフル管を介してヘリウムガスを供給してスート体への熱伝達を補助する。ヘリウムはさらに、スート体が加熱・稠密化されるときにスート体から放出される水分や他の不純物を一掃するのに役立つ。
【０００５】
稠密化プロセスのある時点において、ヘリウムと塩素のガス混合物を多孔質ガラスに通して不純物を除去し、ガラスの水分をppb（パーツ・パー・ビリオン）のレベルまで減少させる。この工程は、低水分ピークファイバー(LWPF)を作製するのに使用されるプレフォームの製造において特に重要である。稠密化プロセスにおいて使用される脱水用ガスとしては、塩素や塩素含有化合物(たとえば、SOCl2やCCl4など)がある。
【０００６】
一般的な稠密化プロセス時には多量のヘリウムが消費され、通常は、ヘリウムが捕捉され、処理され、そして排出される。このことは、光ファイバーの製造に対してコストの増大を引き起こすことがある。ヘリウムが比較的高価だからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、稠密化プロセス時のヘリウム損失の問題に対して解決策を提供すること、ならびに炉中への不純物の導入を抑えることに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、稠密化炉にてガラスプレフォームを作製する改良された方法に関し、稠密化炉中に進入する不純物の量を抑えることを含む。
他の実施態様においては、本発明は、スート体のガラスプレフォームへの稠密化時における稠密化炉でのガスの必要量を減少させる方法に関し、前記方法は、不活性ガス流れを稠密化炉のシールに向けることを含む。
【０００９】
本発明のさらに他の実施態様においては、不活性ガス流れを稠密化炉のシールに向けることを含む、スート体のガラスプレフォームへの稠密化時において稠密化炉中への不純物の進入を少なくする方法が説明される。
【００１０】
本発明によってもたらされる利点は、より高純度のヘリウムと塩素を使用することで、稠密化炉中に存在する不純物の量をさらに少なくすることができ、炉から除去しなければならない不純物がより少なくなる、ということを含む。稠密化炉に流入する水分や酸素もより少なくなり、したがって乾燥時間が早まり、より高純度のプレフォームが得られる。シールの周りのガス漏れを阻止することで、稠密化の初期段階におけるヘリウム流れを少なくして熱損失を防ぐことができ、これによって加熱プロセスを迅速化することができる。
【００１１】
本発明は、光ファイバープレフォーム製造時における、稠密化炉中へのガスと不純物の進入の問題に関する。
光ファイバーの延伸作業において使用するためのプレフォームを稠密化するには、スート体を稠密化炉中で加熱して乾燥し、稠密化して水分と内部空隙を除去すること、を必要とする。
【００１２】
稠密化プロセスは、炉をパージし、スート体に成分を加え、そしてガラス化と乾燥を促進させるために多種のガスを使用する。したがって、稠密化炉を出る排出ガス混合物は、ヘリウム、塩素、塩酸、窒素、酸素、水、および場合によってはフッ素含有ガスを含むであろう。
【００１３】
稠密化プロセスは、スート体を炉中に降下させることから始まる。一般には、炉は石英マッフルであり、スート体を加熱・乾燥するのに必要な温度に耐えることができる。石英マッフルは通常、ガス入口ラインとガス出口ラインを有し、これらのラインの周りにシールを有する。さらに、石英マッフルの頂部は、スート体をマッフル中に降下させるべく取り外し可能であり、そして底部もまた連結され、したがって石英マッフルの頂部と底部の周囲にシールが必要になる。
【００１４】
石英マッフルが受ける温度が高温(約2100℃)であるので、シールは膨張できるものでなければならず、この結果、水分や空気が炉中に進入することがある。これらの汚染物は、非効率的な乾燥プロセスを引き起こすだけでなく、プレフォームに対しても問題を生じる。
【００１５】
本発明の利点を理解するためには、乾燥プロセスを制御する化学式に注目しなければならない。シリカ中の水分(ヒドロキシル基)の減少は、一般には競争反応
【００１６】
【化１】
2006306720.tif 000002
【００１７】
および
【００１８】
【化２】
2006306720.tif 000003
【００１９】
によるものと考えられている。
反応1と2が進行するにつれて、下記の式で示される平衡が生じるようになる。
【００２０】
【化３】
2006306720.tif 000004
【００２１】
乾燥工程が進行するにつれて、平衡は、乾燥ガス中の残留水分(スート体中の残留水分ではなく)の変換によって制御されるようになり、式(3)は、
【００２２】
【化４】
2006306720.tif 000005
【００２３】
(式中、Piは、気相中の成分“i”の分圧である)のように書き換えることができる。
式(4)は、超乾燥(ultra-dry)シリカを作製するためのプロセスに対する幾つかの重要な用件を明らかにしている。第一に、乾燥雰囲気中の塩素濃度はかなり高くなければならないが、スート体における細孔の臨界直径によって許容される濃度より高くはない。第二に、乾燥雰囲気中の水分と酸素の濃度は極めて低くなければならない。
【００２４】
本発明は、マニホルドからの不活性ガスのジェットまたはカーテンをシール上に向けることによって、石英マッフルのシール周りの漏れの問題を解消する。不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、および二酸化炭素からなる群から選択され、好ましいのは窒素である。
【００２５】
不活性ガスは、石英マッフルのシールに向けて方向付ける前に加熱することができる。石英マッフルは、スート体の挿入、加熱、および取り出しのプロセスの間はずっと加熱されたままであるので、不活性ガスを石英マッフルのシールに連続的に方向付けることができる。
【００２６】
不活性ガスは、ヘリウムの損失と稠密化炉への不純物の進入を抑えるに足る速度でシールに対して方向付けられる。
不活性ガスは、約1〜約100標準リットル/分の割合でシールに向けられる。
【００２７】
特定の実施態様に関して本発明を説明してきたが、当業者にとっては、本発明の他の多くの変形や改良形が可能であることは明らかである。添付の特許請求の範囲は一般に、本発明の要旨の範囲内であるこのような変形や改良形を全て包含すると解釈すべきである。
【外国語明細書】
2006306720000001.pdf