(57)【要約】【課題】電気炉内の温度勾配を精密に制御でき、高速での透明ガラス化を可能とし、泡が少なく、光学特性に優れた光ファイバ母材を得ることができ、かつ電気炉内にヒーターを多段に設置しても電源装置の数が少なくて済み、省設備化のはかれる光ファイバ母材の透明ガラス化装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明の透明ガラス化装置は、光ファイバ母材スート１を脱水・焼結して透明ガラス化する装置であって、複数のヒーター２からなるヒーター群と、複数の該ヒーター群にそれぞれ対応して設けられた複数の電源部とを有し、各電源部がヒーター群のいずれかのヒーターに切り換え可能に接続されていることを特徴とし、各ヒーター群は、互いに隣接しない複数のヒーターで組み合わされ、各電源部は、対応するヒーター群のいずれかのヒーターに接続され、同時に給電できるように構成されている。さらに、それぞれ異なるヒーター群に属するヒーターが、連続するように配設され、ヒートゾーンの形成可能に構成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材スートを脱水・焼結して透明ガラス化する装置であって、複数のヒーターからなるヒーター群と、複数の該ヒーター群にそれぞれ対応して設けられた複数の電源部とを有し、各電源部がヒーター群のいずれかのヒーターに切り換え可能に接続されていることを特徴とする光ファイバ母材の透明ガラス化装置。
【請求項２】
各ヒーター群が、互いに隣接しない複数のヒーターで組み合わされている請求項１に記載の光ファイバ母材の透明ガラス化装置。
【請求項３】
各電源部が、対応するヒーター群のいずれかのヒーターに接続され、同時に給電できるように構成されている請求項１又は２に記載の光ファイバ母材の透明ガラス化装置。
【請求項４】
それぞれ異なるヒーター群に属するヒーターが、連続するように配設され、ヒートゾーンの形成可能に構成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ母材の透明ガラス化装置。
【請求項５】
同時に給電されるヒーターの数が、設置されたヒーター群又は電源部の数と同数である請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバ母材の透明ガラス化装置
【請求項６】
真空又は減圧排気装置を備えている請求項１乃至５のいずれかに記載の光ファイバ母材の透明ガラス化装置
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光ファイバ母材の透明ガラス化装置を用いて、それぞれ異なる電源部に接続され、かつ連続して配設された複数のヒーターに通電して形成されるヒートゾーンを、光ファイバ母材スートの長手方向に沿って順次移動させて透明ガラス化することを特徴とする光ファイバ母材の透明ガラス化方法。
【請求項８】
複数のヒーターで形成されるヒートゾーンに温度勾配を形成し、該温度勾配を維持してヒートゾーンを、光ファイバ母材スートの長手方向に沿って移動させる請求項７に記載の光ファイバ母材の透明ガラス化方法。
【請求項９】
連続して配設されたヒーターへの給電を１つずつ順送りし、かつ同時に給電するヒーターの数を同じに維持することにより、ヒートゾーンの移動を行う請求項７又は８に記載の光ファイバ母材の透明ガラス化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材スートを焼結・透明ガラス化する光ファイバ母材の透明ガラス化装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸付け法（ＶＡＤ法）、外付け法（ＯＶＤ法）等によりガラス微粒子を堆積して光ファイバ用多孔質ガラス母材（母材スート）を製造し、これを脱水し焼結することで、透明ガラス化した母材インゴットが得られ、表面を加工して光ファイバ母材とされる。これをさらに電気炉で粗延伸し、線引き時に使用する径に縮径することで、プリフォームと称する一次加工品が得られる。
【０００３】
従来、一般的に知られたＯＶＤ法による母材スートの製造方法は、酸・水素火炎バーナーにＳｉＣｌ４を供給し、火炎加水分解反応により出発コア母材の周囲にクラッド部を堆積させるものであり、堆積が終了した母材スートは、電気炉で焼結・透明ガラス化が行われる。このとき、系内を減圧して発泡を押さえ、焼結時間の短縮が計られている。このとき母材スート全体を加熱してガラス化温度まで昇温すると、母材スートの内部に、物理的に吸着されたガスや化学的に残存するガス等が発生して、透明ガラス化された母材インゴットの変形や気泡の原因となり、光学特性に悪影響を与える。
【０００４】
母材スート中に残存するガスを除去するために、例えば、特許文献１は、母材スートを段階的に昇温し、透明ガラス化することを記載している。すなわち、第１の加熱工程で、真空度１０Ｐａ以下に達するまで１０００〜１３００℃でガスを除去し、第２の加熱工程で、真空度１０Ｐａ以下、１３２０〜１４８０℃で加熱収縮させ、次いで第３の加熱工程において、１４９０〜１６００℃で透明ガラス化させるものである。
【０００５】
また、特許文献２は、母材スートを不活性ガス雰囲気下で加熱焼結して透明ガラス化した後、０．０１  Ｔｏｒｒ以下、６００〜１３００℃で真空加熱処理する方法を記載している。
【０００６】
その他、母材スート中に残存するガスを除去しながら、円周方向に均一に透明ガラス化するために、母材スートを回転させながらガラス化ゾーン、すなわちヒートゾーンを徐々に母材スートに沿って移動させながら透明ガラス化することも行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の方法には、加熱収縮時、ヒートゾーンの温度勾配の制御が極めて難しいという問題があり、特許文献２の方法には、気泡の除去に長時間を要するという問題があった。
【０００８】
また、上記ヒートゾーンを移動させながら透明ガラス化する方法は、従来、透明ガラス化に使用されている電気炉は、母材スートをその長手方向に移動する機構を持たないため、ヒートゾーンを母材スートに沿って移動させているが、固定されたヒーターで、ヒートゾーンを緩やかに移動させることは極めて難しく、焼結して得られる母材インゴット中に気泡が残存し易いという問題があった。
【０００９】
ヒートゾーンを作るには、ヒーターを多段に設置する必要があり、加えてこれらのヒーターに電力を供給するには、多数の電源設備が必要である。さらに、ヒートゾーンの繊密な温度制御を行おうとすると、さらに多数のヒーターと電源設備が必要になる。これは、設備規模の大型化や、投資経済効率の面からも大きな問題であった。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２５６０３５号公報
【特許文献２】特開平１１−２０９１３９号公報
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、電気炉内の温度勾配を精密に制御でき、高速での透明ガラス化を可能とし、泡が少なく、光学特性に優れた光ファイバ母材を得ることができ、かつ電気炉内にヒーターを多段に設置しても電源装置の数が少なくて済み、省設備化のはかれる光ファイバ母材の透明ガラス化装置及び方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ母材の透明ガラス化装置は、光ファイバ母材スートを脱水・焼結して透明ガラス化する装置であって、複数のヒーターからなるヒーター群と、複数の該ヒーター群にそれぞれ対応して設けられた複数の電源部とを有し、各電源部がヒーター群のいずれかのヒーターに切り換え可能に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
各ヒーター群は、互いに隣接しない複数のヒーターで組み合わされ、各電源部は、対応するヒーター群のいずれかのヒーターに接続され、同時に給電できるように構成されている。
それぞれ異なるヒーター群に属するヒーターが、連続するように配設され、ヒートゾーンの形成可能に構成されている。
同時に給電されるヒーターの数は、設置されたヒーター群又は電源部の数と同数である。
なお、透明ガラス化装置には、真空又は減圧排気装置を設けるのが望ましい。
【００１４】
本発明の光ファイバ母材の透明ガラス化方法は、上記光ファイバ母材の透明ガラス化装置を用いて、それぞれ異なる電源部に接続され、かつ連続して配設された複数のヒーターに通電して形成されるヒートゾーンを、光ファイバ母材スートの長手方向に沿って順次移動させて透明ガラス化することを特徴としている。
【００１５】
母材スートの透明ガラス化は、複数のヒーターで形成されるヒートゾーンに温度勾配を形成し、該温度勾配を維持してヒートゾーンを、光ファイバ母材スートの長手方向に沿って移動させることにより行われる。
ヒートゾーンの移動は、連続して配設されたヒーターへの給電を１つずつ順送りし、かつ同時に給電するヒーターの数を同じに維持して行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、母材スートを透明ガラス化する際に、残存気泡がなく光学特性の良好な光ファイバ母材が得られる方法について鋭意検討した結果、透明ガラス化するヒートゾーンの温度勾配と脱気速度に合せて、ヒートゾーンの移動を行うことで、気泡を含まない母材インゴットを製造する方法を見出し、上記課題を解決して本発明を完成させた。
【００１７】
残存気泡を抑制するためには、ヒートゾーンの温度勾配、ヒートゾーンの移動速度及び脱気速度等について種々検討した結果、加熱用ヒーターの数を増やし、ヒートゾーンの温度勾配を緩やかにし、さらに、ヒートゾーンの移動速度の制御精度を向上させることが有効であることが分かった。
【００１８】
このために本発明は、ヒーターを多段に設置し、かつこれらのヒーターを群分けして群毎に電源部を設け、各電源部ではいずれかのヒーターに切り換え可能とされ、さらに、各ヒーター群を、互いに隣接しない複数のヒーターの組み合わせで構成し、各電源部が所定のヒーターにそれぞれ同時に給電することにより、各電源部によって連続するヒーターに通電され、ヒートゾーンが形成されるように構成されている。
【００１９】
ヒートゾーンの移動は、各電源部においてヒーターへの接続を順次切り換えることにより行われる。なお、同時に給電されるヒーターの数は、設置されたヒーター群又は電源部の数と同数である。なお、母材スートの透明ガラス化は、系内を減圧して昇温することにより行われる。
【００２０】
本発明の製造方法によれば、母材スートの長手方向の温度分布及びヒートゾーンの移動を、溶存ガスの脱気速度に合わせて行うことにより、透明ガラス化の進行とともに残存ガスは除去される。得られた母材インゴットを延伸加工することで、良好な光学特性を有する光ファイバ用プリフォームが製造される。
【００２１】
本発明においては、焼結時に、母材スートの長手方向に緩やかな温度勾配を持たせるために、従来の２〜３倍の数のヒーターを設置し、電源部をヒートゾーンを形成するのに必要なヒーターの数に対応させている。各電源部において、適宜ヒーターへの接続を切り換えることで、省設備で緩やかな温度勾配を維持しながら、ヒートゾーンの移動が可能となる。透明ガラス化して得られた母材インゴットを確認したところ、透明ガラス化された部分に、泡・溶け残り等は見られなかった。
【００２２】
本発明の透明ガラス化装置は上記した通りであり、透明ガラス化に際しては、連続する複数のヒーターが、常に電源部（ヒーター群）の数だけ通電されてヒートゾーンを形成し、このヒートゾーンを母材スートに沿って移動させるものである。このヒートゾーンの移動は、下方のヒーターから順に通電して行うのがよく、この間、連続して通電されている複数のヒーターの数は同数に維持される。
多段に設置されたヒーターへの順送り通電は、随時、電源部の接続を電源切り替え装置により、ヒーター群の対応するヒーターに切り替えるだけで行うことができる。
【００２３】
各ヒーターには、温度検出器を付設し、ヒーターの電源が切り替えられると、温度制御装置に入力される温度検出器の制御信号も、同時に切り替わるように構成するとよい。
本発明の製造装置に必要な電源部の数は、多数のヒーターが多段に設置されていても、グループ化されたヒーター群の数だけ備えればよく、省設備化が可能となり、かつ精密な温度制御が可能となり、泡を含まない光ファイバ用母材インゴットの製造が可能である。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す装置を用いて母材スートの焼結・透明ガラス化を行った。
図１は、光ファイバ母材の製造装置を示す概略縦断面図であり、図中、符号１は母材スート、符号２は加熱用のヒーター、符号３は回転機構部、符号４は排気口、符号５はガス導入口、符号６は真空ガラス化装置本体をそれぞれ示している。なお、符号Ａ〜Ｌは個々のヒーターを示している。
【００２５】
図２は、図１の装置に設けられたヒーターＡ〜Ｌを群分けして電源部との組み合わせを示す図である。電源部Ｉ〜ＩＶには、それぞれ同数のヒーターが切換え可能に接続されている。
本実施例では、電源部の数を４とし、各電源部に３個のヒーターが組み込まれるように構成したが、これは一例であり、本発明はこれらの数に限定されるものではない。
【００２６】
外径２５ｍｍφ、長さ１２００ｍｍのシングルモード光ファイバ用に屈折率を調整したコア用石英ガラス棒にダミー用石英棒を溶接して出発コア部材とし、これに密閉型反応炉でＳｉＣｌ４の火炎加水分解で発生したガラス微粒子を堆積させ、外径２３５ｍｍφの母材スート１を得た。
真空ガラス化装置６の回転機構部３に、母材スート１をそのダミー部で把持し取り付けた。
【００２７】
真空ガラス化装置６の内部に、ガス導入口５から不活性ガスであるＨｅを供給して炉内雰囲気を置換し、母材スート１を回転機構部３で３ｒｐｍの速度で回転させ、下方から順に隣接して配設された電源部Ｉ（ヒーターＡ，Ｅ，Ｉ群）のヒーターＡ、電源部ＩＩ（ヒーターＢ，Ｆ，Ｊ群）  のヒーターＢ、電源部ＩＩＩ（ヒーターＣ，Ｇ，Ｋ群）  のヒーターＣ及び電源部ＩＶ（ヒーターＤ，Ｈ，Ｌ群）  のヒーターＤに通電し、炉内の温度を１０００℃まで上昇させた。なお、各電源部は、図示を省略した温度制御機構を有している。
【００２８】
母材スートの温度が安定するまで、およそ３０分ほどこの状態を維持した後、図示しない真空装置で排気口４から排気を行い、ゲージ圧０Ｍｐａから約１時間をかけて−０．０９Ｍｐａまで減圧した。この状態を維持して１時間放置した後、ガス導入口５からＨｅを導入し、約１時間をかけてゲージ圧をＯＭｐａまで戻した。
【００２９】
再度、真空装置で排気口４から排気を行い、約１時間をかけてゲージ圧をＯＭｐａから−０．０９８Ｍｐａまで減圧した。この状態を維持しながら、電源部ＩでヒーターＡを１５２０℃まで、電源部ＩＩでヒーターＢを１５１０℃まで、電源部ＩＩＩでヒーターＣを１５００℃まで、電源部ＩＶでヒーターＤを１４９０℃までそれぞれ上昇させた。
このようにして形成された温度勾配によって、母材スートは、下方から順に透明ガラス化が進行する。
【００３０】
この状態で約１時間放置後、電源部ＩＩのヒーターＢを１５２０℃まで、電源部ＩＩＩのヒーターＣを１５１０℃まで、電源部ＩＶのヒーターＤを１５００℃まで上昇させた。電源部Ｉは、接続をヒーターＥに切り替え、１４９０℃まで上昇させた。
さらに、所定の時間経過後、電源部ＩＩＩのヒーターＣを１５２０℃まで上昇させ、電源部ＩＶのヒーターＤを１５１０℃まで、電源部ＩのヒーターＥを１５００℃まで上昇させた。電源部ＩＩは、接続をヒーターＦに切り替え、１４９０℃まで上昇させた。
【００３１】
さらに、所定の時間経過後、電源部ＩＶのヒーターＤを１５２０℃まで、電源部ＩのヒーターＥを１５１０℃まで、電源部ＩＩのヒーターＦを１５００℃までそれぞれ上昇させた。電源部ＩＩＩは、接続をヒーターＧに切り替え、１４９０℃まで上昇させた。
以下、同様にして各電源部の接続ヒーターを順次切り換えていくことにより、所定の温度勾配を維持して、ヒートゾーンの移動が行われ、母材スートは、下方から順に透明ガラス化が進行する。
【００３２】
最上段のヒーターＬまでヒートゾーンの移動は行われ、透明ガラス化が完了するまでに７時間を要した。
このようにして透明ガラス化された母材インゴットを確認したところ、ガラス化された部分に泡は見られず、従来の製造方法による課題は大幅に改善された。得られた母材インゴットの泡・光学特性等の測定結果を表１に示した。
【００３３】
（比較例１）
図３に示す装置を用いて母材スートの焼結・透明ガラス化を行った。
図中、符号１１は母材スート、符号１２は加熱用のヒーター、符号１３は回転機構部、符号１４は排気口、符号１５はガス導入口、符号１６は真空ガラス化装置本体をそれぞれ示している。
【００３４】
外径２５ｍｍφ、長さ１２００ｍｍのシングルモード光ファイバ用に屈折率を調整したコア用石英ガラス棒にダミー用石英棒を溶接して出発コア部材とし、これに密閉型反応炉でＳｉＣｌ４の火炎加水分解で発生したガラス微粒子を堆積させ、外径２３０ｍｍφの母材スート１１を得た。
真空ガラス化装置１６の回転機構部１３に、母材スート１１をそのダミー部で把持し取り付けた。
【００３５】
真空ガラス化装置１６の内部に、ガス導入口１５から不活性ガスであるＨｅを供給して炉内雰囲気を置換し、母材スート１１を回転機構部１３により３ｒｐｍの速度で回転させ、温度制御機構（図示を省略）を有する電源部で個々のヒーターＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ通電し、炉内の温度を１０００℃まで上昇させた。
【００３６】
母材スートの温度が安定するまで、およそ３０分ほどこの状態を維持した後、真空装置（図示を省略）により排気口１４から排気を行い、ゲージ圧０Ｍｐａから約１時間をかけて−０．０９Ｍｐａまで減圧した。この状態を維持して１時間放置した後、ガス導入口１５からＨｅを導入し、約１時間をかけてゲージ圧をＯＭｐａまで戻した。
【００３７】
再度、真空装置で排気口１４から排気を行い、約１時間をかけてゲージ圧をＯＭｐａから−０．０９８Ｍｐａまで減圧した。この状態を維持しながら、ヒーターＡで炉内の温度を１５２０℃まで上昇させた。１．５時間後にヒーターＢで炉内の温度を１５２０℃まで上昇させ、順次、ヒーターＥに達するまで１５２０℃に加熱したヒートゾーンの移動を行った。
母材スート本体の温度が上昇するにしたがい、母材スート中に溶存しているガスが出てくることにより、炉内の減圧度が変化した。このような状態でガラス化が進み、透明ガラス化が完了するまでに８時間を要した。
【００３８】
放冷復圧後、透明ガラス化の終了した母材インゴットを取り出したところ、目視で確認できる大きさの泡が生じていた。泡が残存する箇所は、母材インゴットの長手方向で、ヒーターとヒーターとの間にあたる部分に対応している。これは母材スートが、ヒーターの中心部に対応する部分の温度が高くなり、この温度の高い部分でガラス化が速く進むため、ヒーター間の相対的に温度の低い部分では、残存ガスが抜け難くなるためである。また、母材スートの外径が大きくなるに従って、その傾向は顕著であった。
得られた母材インゴットの泡・光学特性等の測定結果を表１に示した。
【００３９】
【表１】
2004224655.tif 000003
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒートゾーンの温度勾配及び移動速度の精密制御が可能となり、母材スート内の残存ガスを抜けやすくして、母材スートの透明ガラス化を行うことができ、母材インゴット中の泡をなくすことができる。また、ヒーターの電源を順次切り替えながらヒートゾーンを移動して行くため、電源部の数が少なくて済み、省設備化され、品質的にも泡が少なく、光学特性にも優れた光ファイバ用母材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で使用した本発明の光ファイバ母材の製造装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した装置のヒーターと電源部との組み合わせを示す概念図である。
【図３】比較例１で使用した従来の光ファイバ母材の製造装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１，１１……母材スート、
２，１２……ヒーター、
３，１３……回転機構部、
４，１４……排気口、
５，１５……ガス導入口、
６，１６……真空ガラス化装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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