(57)【要約】【課題】加熱炉内に挿入されたガラス母材における生成ＯＨ基に起因する光ファイバの特性劣化を抑制し、安定的に高品質のガラス線材を製造できるようにする。【解決手段】ガラス母材を線材化させる線引き工程において、加熱炉１０に挿入されたガラス母材１の周辺雰囲気の比湿を０．０５ｇ／ｋｇ以下に保持する。これにより、加熱中にガラス母材１周囲の雰囲気中におけるＨ２Ｏ分子もしくはＯＨ基がガラス母材１内部に溶解、拡散することを防止することができ、製造された光ファイバに残存するＯＨ量を低減することができる。不活性ガスを加熱炉１０及び／またはパージ用のパージボックス１３，１８に導入し、その導入流量を制御することにより加熱炉１０の内部圧力をその外部圧力より高く保って加熱炉１０外部のガスが加熱炉１０の内部に流入しないようにする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス母材を加熱炉を用いて加熱し、線引きによってガラス線材化するガラス線材の製造方法であって、前記加熱炉内部における前記ガラス母材の周辺雰囲気の比湿を０．０５ｇ／ｋｇ以下に保持して線引きすることを特徴とするガラス線材の製造方法。
【請求項２】
前記加熱炉内部に不活性ガスを導入し、前記不活性ガスの導入量を制御して前記加熱炉の内部圧力を前記加熱炉の外部圧力より高くすることを特徴とする請求項１に記載のガラス線材の製造方法。
【請求項３】
前記加熱炉の内部空間から前記加熱炉の外部空間に連通するガス流路に設けたパージボックスに不活性ガスを導入し、前記パージボックス内部の圧力を前記加熱炉の外部圧力より高くすることを特徴とする請求項１に記載のガラス線材の製造方法。
【請求項４】
前記加熱炉内部に不活性ガスを導入し、前記不活性ガスの導入量を制御して前記加熱炉の内部圧力を前記加熱炉の外部圧力より高くするとともに、前記加熱炉の内部空間から前記加熱炉の外部空間に連通するガス流路に設けたパージボックスに不活性ガスを導入し、前記パージボックス内部の圧力を前記加熱炉の外部圧力より高くすることを特徴とする請求項１に記載のガラス線材の製造方法。
【請求項５】
炉心管と、前記炉心管を加熱するために前記炉心管の外側に配設されたヒータと、前記ヒータの外側に配設された断熱材と、前記炉心管内部にガスを導入するためのガス導入用配管とを有し、前記炉心管の上部にガラス母材を挿入するための開口を備えるとともに、前記炉心管の下部にガラス母材を線引きして形成したガラス線材を引き取るための開口を備える加熱炉であって、前記炉心管の上部の開口及び下部の開口の形成部分に、パージガスを導入可能なパージボックスをそれぞれ設けたことを特徴とするガラス線材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス線材の製造方法及び製造装置、より詳細には、透明ガラス母材を加熱炉において加熱し、線引き工程によってガラス線材化して光ファイバを得るためのガラス線材の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの製造においては、まず、例えばＯＶＤ法やＶＡＤ法によってガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体を作成する。例えば、ＶＡＤ法やＯＶＤ法による製造方法においては、ＳｉＣｌ４等のガラス原料、ＧｅＣｌ４等のドーパント、Ｈ２などの燃料ガス、及びＯ２などの助燃性ガスをバーナから噴出させ、火炎加水分解反応によってＳｉＯ２のガラス微粒子を生成させて、出発棒に堆積させることにより、ガラス微粒子堆積体を得ている。
【０００３】
得られたガラス微粒子堆積体は、次工程において脱水焼結炉によって脱水焼結され、透明ガラス化したガラス母材となる。得られたガラス母材は、線引きを行うための加熱炉（線引き炉）に入れられて、さらに高温に加熱され、線引きすることによって線材化され光ファイバとなる。なお、脱水焼結して透明ガラス化したガラス母材を線引きする前に、一定の外径に加熱して延伸する延伸工程や、熱処理によって内部歪みを取り除くためのアニール工程を実施し、これら工程を経て線引き用のガラス母材を得るようにしたプロセスもある。
【０００４】
線引き工程においては、ガラス母材を線引き炉内に挿入し、石英ガラスが溶融する２０００℃前後に線引き炉の温度をセットする。炉内ではガラス母材の先端が溶融して粘度が下がり自重によって落下する。この落下したガラスを引き取りながら、その周囲に樹脂を被覆してボビンに巻き取る。この際、線引き炉の加熱温度、及び引き取りの速度によってガラス線材の外径を制御する。例えば、線引きしたガラス線材の外径をレーザ等で測定しながら線引きの条件を制御して、光ファイバ規格の１２５μｍの外径となるように線引きする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバの伝送特性において、水分子の存在が影響を与えると考えられている。例えば、線引き工程の加熱雰囲気下において、ガラス母材の周辺に存在する水分子Ｈ２Ｏが、加熱によってガラス中に溶解し、拡散していき、ガラスのＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合部分と反応してＳｉ−ＯＨとなる。
【０００６】
ガラス母材内部に溶解して拡散したＯＨ基は、波長１．３８μｍに光吸収ピークを有しており、光ファイバ内で伝送される光の伝送損失の原因となる。従って、線引き工程におけるガラス母材周辺の水分は、ガラス母材内部に拡散して、線引き後の光ファイバ内に残留し、光ファイバの特性劣化の要因となる。波長１．３８μｍを含む帯域は、安価で優れた増幅特性を有するラマン増幅器の光源波長と一致しているため、この波長における伝送損失低減は高速光通信技術において重要な問題となる。
【０００７】
光ファイバの製造工程においては、ガラス微粒子堆積体の脱水焼結工程や、上述した延伸工程、及びアニ−ル工程における加熱雰囲気下においても、水分子自体や生成したＯＨ基のガラス母材への溶解・拡散が問題となるが、ガラス径が最も小さくなる線引き工程の場合、水分子もしくはＯＨ基がガラス中心部まで浸透しやすいため、特性劣化の要因となりやすい。
【０００８】
上記のような問題に対して、例えば、特開平１１−１７１５７５号公報では、光ファイバの作製工程においてガラス中のＯＨ分子量を低減する技術が開示されている。しかしながら、上記公報には光ファイバの線引き工程において、ガラス母材の周囲の雰囲気中における水分量を表す条件、例えば比湿条件との関係を示す記載はなく、これを示唆する記載もない。
【０００９】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、線引き雰囲気の比湿を制御することにより、加熱炉内に挿入されたガラス母材における生成ＯＨ基に起因する光ファイバの特性劣化を抑制し、高品質の光ファイバを安定的に製造できるようにしたガラス線材の製造方法及び製造装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラス線材製造方法は、ガラス母材を加熱炉を用いて加熱し、線引きによってガラス線材化するガラス線材の製造方法であって、加熱炉内部における前記ガラス母材の周辺雰囲気の比湿を０．０５ｇ／ｋｇ以下に保持して線引きを実行することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のガラス線材の製造装置は、炉心管と、炉心管を加熱するためにその炉心管の外側に配設されたヒータと、ヒータの外側に配設された断熱材と、炉心管内部にガスを導入するためのガス導入用配管とを有し、炉心管の上部にガラス母材を挿入するための開口を備えるとともに、炉心管の下部にガラス母材を線引きして形成したガラス線材を引き取るための開口を備える加熱炉であって、炉心管の上部の開口及び下部の開口の形成部分に、パージガスを導入可能なパージボックスをそれぞれ設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるガラス線材の製造装置の一実施形態を説明するための図である。図中、１はガラス母材、２は線材、３は一次被覆された線材、４は二次被覆された線材、１０は加熱炉、１１は炉心管、１２はヒータ、１３は第１のパージボックス、１４は第１のパージガス導入管、１５は第１の差圧測定器、１６は加熱炉のガス導入用配管、１７は断熱材、１８は第２のパージボックス、１９は第２のパージガス導入管、２０は第２の差圧測定器、２１は一次被覆用のダイス、２２は一次被覆用のパージガス導入管、２３は第１の紫外線照射装置、２４は二次被覆用のダイス、２５は二次被覆用のパージガス導入管、２６は第２の紫外線照射装置、２７は線材の引き取り方向を変える方向変化ロール、２８は加熱炉の差圧測定器である。
【００１３】
本発明は、ガラス母材を線材化させる線引き工程において、加熱炉１０に挿入されたガラス母材１の周辺雰囲気の比湿を０．０５ｇ／ｋｇ以下に保持するものである。これにより、加熱中にガラス母材１周囲の雰囲気中におけるＨ２Ｏ分子がガラス母材１内部に溶解、拡散することを防止することができ、製造された光ファイバに残存するＯＨ量を低減することができる。なお、比湿は、単位質量の湿潤空気中に存在する水蒸気重量を示すもので、単位はｇ／ｋｇである。
【００１４】
さらに本発明は、加熱炉１０に挿入されたガラス母材１の周辺雰囲気中の比湿を下げるために、水を含まないドライな不活性ガス（窒素ガスなど）を加熱炉１０に導入し、かつその不活性ガスの導入流量を制御することにより加熱炉１０の内部圧力をその外部圧力より高く保つようにする。これによって加熱炉１０外部の水分を含むガスが加熱炉１０の内部に流入しないようにする。
【００１５】
さらに本発明は、加熱炉１０に挿入されたガラス母材１の周辺雰囲気中の比湿を下げるために、加熱炉１０の内部空間から加熱炉１０の外部空間に連通する通路に、パージ用のパージボックス１３，１８を設置し、これらパージボックス１３，１８の内部圧力が加熱炉１０の外部圧力より高くなるように管理する。これにより、加熱炉１０外部の水分を含むガスが加熱炉１０の内部に流入しないようにする。
【００１６】
以下に本実施形態の加熱炉について、さらに詳しく説明する。
加熱炉１０にはその中心部に炉心管１１が備えられ、炉心管１１の内部にガラス母材１を挿入して加熱し、線引きして線材化する。炉心管１１の外側にはヒータ１２が設けられ、さらに外側に断熱材１７が配されている。ガス導入用配管１６からは、窒素ガス等の水分を含まないドライな不活性ガスが炉心管１１の内部に導入される。上述のごとくに、炉心管１１内部へのガス導入によって、内部圧力をその外部圧力より高く保つようにし、外部のガスが加熱炉１０の内部に流入しないようにする。また炉心管１１内の圧力は差圧測定器２８によって測定される。
【００１７】
炉心管１１の上下には、第１及び第２のパージボックス１３，１８が設けられ、それぞれ第１及び第２のパージガス導入管１４，１９からパージガスが導入される。これら各パージボックス１３，１８に対しても水分を含まないドライな不活性ガスが導入される。これら各パージボックス１３，１８は、上述のごとくに、加熱炉１０の外部圧力よりも高い圧力になるようにパージガスの導入量を制御することによって、加熱炉外部から加熱炉内部へのガスの流入を阻止するようにしたものである。各パージボックス１３，１８への導入ガス圧力は、それぞれ第１及び第２の差圧測定器１５，２０によって測定され管理される。
【００１８】
線引き工程においては、ヒータ１２によって炉心管１１の内部を所定の線引き温度に加熱し、ガラス母材１の溶融先端部を引き取って線材２とし、一次被覆用のダイス２１を通すことにより紫外線硬化型樹脂で一次被覆する。ダイス２１は、容器状の形態を有していて、そこに紫外線硬化型樹脂の液体材料が投入され、線材２がその液体材料を上方から下方に向かって通過した後、ダイス下部の貫通孔から引き出されるようにしたもので、ダイス２１を通過することによって連続的に線材２の周囲に紫外線硬化型樹脂が被覆される。通常ダイス２１では、液体材料に不純物や気泡が混在しないように液体材料を加圧して被覆を行う。
【００１９】
紫外線硬化型樹脂で被覆されたガラス線材２は、第１の紫外線照射装置２３で紫外線を照射され硬化される。紫外線硬化型樹脂により一次被覆された線材３は、さらに一次被覆用のダイス２１と同様な二次被覆用のダイス２４を通過することによって、紫外線硬化性樹脂が二次被覆され、第２の紫外線照射装置２０で硬化される。また、各紫外線照射装置２３，２６に対しては、それぞれ一次被覆用のパージガス導入管２２、二次被覆用のパージガス導入管２５から不活性ガスが導入される。なお、光ファイバにおいては、通常上述のように樹脂の被覆層を２層構造とし、内層（一次被覆層）を緩衝性のある柔らかい樹脂で被覆し、外層（二次被覆層）をある程度剛性があり対摩擦特性の良い堅い樹脂で被覆している。
【００２０】
このようにして、加熱炉によって線引きされたガラス線材は、加熱炉下方に配置したダイス及び紫外線照射装置によって、その外周に２層構造で樹脂が被覆される。二層に被覆された線材４は、方向変化ロール２７でその引き取り方向を変えて、図示しないボビンに巻き取られて、光ファイバ素線または心線として製品化される。
【００２１】
（実施例１）
コア／クラッド部を有する直径３６ｍｍのガラス母材１を、その長手方向が鉛直になるように加熱炉１０の炉心管１１内部に設置した。そして炉心管１１内部でガラス母材１をガラスの軟化温度以上に加熱溶融して線引きし、ガラス線材化した。このときの炉心管１１の内部には、ガス導入用配管１６から窒素ガスを１０００ＳＬＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｌｉｔｅｒ／Ｍｉｎ．）で導入し、加熱炉１０の内部圧力を加熱炉１０の外部圧力より１００Ｐａ高くなるように管理した。
【００２２】
さらに加熱炉１０の上部及び下部に備えられた第１及び第２のパージボックス１３，１８に対しても、窒素ガスを２００ＳＬＭで導入し、各パージボックス１３，１８の内部圧力を加熱炉１０の外部圧力より２００Ｐａ高くなるように管理した。
【００２３】
上記のごとくの条件により、炉心管１１の内部の比湿は０．００１〜０．００２ｇ／ｋｇに管理された。このような状態でガラス母材１を線材化し、得られた光ファイバの伝送損失を測定したところ、波長１．３８μｍにおけるＯＨ吸収による損失の増加量は０．００５ｄＢ／ｋｍであった。
【００２４】
（実施例２）
本実施例は、図１の各パージボックス１３，１８を外した状態でガラス母材１を線引きして光ファイバ化した。コア／クラッド部を有する直径３６ｍｍのガラス母材１を、その長手方向が鉛直になるように加熱炉１０の炉心管１１内部に設置した。そして炉心管１１内部でガラス母材１をガラスの軟化温度以上に加熱溶融して線引きし、ガラス線材化した。このとき炉心管１１内部には、ガス導入用配管１６から窒素ガスを１１００ＳＬＭで導入し、炉心管１１の内部圧力を加熱炉１０の外部圧力より１００Ｐａ高くなるように管理した。これにより、炉心管１１の内部の比湿は０．００４〜０．００５ｇ／ｋｇに管理された。このような状態でガラス母材を線引きして線材化し、得られた光ファイバの伝送損失を測定したところ、波長１．３８μｍにおけるＯＨ吸収によるロス増加量は０．０２ｄＢ／ｋｍであった。
【００２５】
（実施例３）
本実施例は、図１のシステムを用いてガラス母材を線引きして光ファイバ化した。コア／クラッド部を有する直径３６ｍｍのガラス母材１を、その長手方向が鉛直になるように加熱炉１０の炉心管１１内部に設置した。そして炉心管１１内部でガラス母材１をガラスの軟化温度以上に加熱溶融して線引きし、ガラス線材化した。このとき炉心管１１の内部には、ガス導入用配管１６から窒素ガスを１００ＳＬＭで導入し、加熱炉１０の内部圧力を加熱炉１０の外部圧力より１０Ｐａ高くなるように管理した。また加熱炉１０の上部及び下部に備えられた第１及び第２のパージボックス１３，１８に対して、窒素ガスを５０ＳＬＭで導入し、各パージボックス１３，１８の内部圧力が加熱炉１０の外部圧力より４０Ｐａ高くなるように管理した。
【００２６】
上記のごとくの条件により、炉心管１１の内部の比湿は０．００６〜０．００７ｇ／ｋｇに管理された。このような状態でガラス母材１を線材化し、得られた光ファイバの伝送損失を測定したところ、波長１．３８μｍにおけるＯＨ吸収によるロス増加量は０．０５ｄＢ／ｋｍであった。
【００２７】
（比較例１）
本比較例は、図１の各パージボックス１３，１８を外した状態でガラス母材を線引きして光ファイバ化した。コア／クラッド部を有する直径３６ｍｍのガラス母材によるガラス母材１を、その長手方向が鉛直になるように加熱炉１０の炉心管１１内部に設置した。そして炉心管１１内部でガラス母材１をガラスの軟化温度以上に加熱溶融して線引きし、ガラス線材化した。このとき炉心管１１の内部には、ガス導入用配管１６から窒素ガスを２０ＳＬＭで導入し、炉心管１１の内部圧力が加熱炉１０の外部圧力と同じになるように管理した。これにより、炉心管１１の内部の比湿は０．１６〜０．２０ｇ／ｋｇに管理された。このような状態でガラス母材１を線引きして線材化し、得られた光ファイバの伝送損失を測定したところ、波長１．３８μｍにおけるＯＨ吸収によるロス増加量は５．０ｄＢ／ｋｍであった。
【００２８】
以上の実施例及び比較例における管理比湿とロスデータとを図２にまとめて示す。なお、図２において、パージボックスの圧力差，及び加熱炉の圧力差は、加熱炉の外部雰囲気との圧力差をそれぞれ示すものとする。図２に示すように、加熱炉内部へのパージガスの導入量の制御，及びパージボックスへのパージガスの導入量の制御を行うことにより、加熱炉内部の比湿をコントロールできる。
【００２９】
加熱炉内の比湿と、光ファイバのロスの増加分には相関がみられ、比湿の増加とともにロスも増大する。実用レベルにおいてＯＨ基の吸収による伝送ロスの増分は、０．５ｄＢ１／ｋｍ以下とすることが必要であり、これを実現するためには、加熱炉内の比湿は０．０５ｇ／ｋｇ以下にする必要がある。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、線引き雰囲気の比湿を制御することにより、加熱炉内に挿入されたガラス母材における生成ＯＨ基に起因する光ファイバの特性劣化を抑制し、安定的に高品質のガラス線材を製造できるようにすることができる。
すなわち、本発明によって加熱雰囲気の比湿を管理することにより、加熱中にガラス母材周囲のＨ２Ｏ分子やＯＨ基がガラス材に溶解、拡散することを防止し、製造された光ファイバに残存するＯＨ量を低減できる。これにより波長１．３８μｍ付近における吸収損失を低減でき、高品質の光ファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガラス線材の製造装置の一実施形態を説明するための図である。
【図２】実施例及び比較例における管理比湿とロスデータを示す図である。
【符号の説明】
１…ガラス母材、２…線材、３…一次被覆された線材、４…二次被覆された線材、１０…加熱炉、１１…炉心管、１２…ヒータ、１３…第１のパージボックス、１４…第１のパージガス導入管、１５…第１の差圧測定器、１６…ガス導入用配管、１７…断熱材、１８…第２のパージボックス、１９…第２のパージガス導入管、２０…第２の差圧測定器、２１…ダイス、２２…一次被覆用のパージガス導入管、２３…第１の紫外線照射装置、２４…二次被覆用のダイス、２５…二次被覆用のパージガス導入管、２６…第２の紫外線照射装置、２７…方向変化ロール。
【図１】
2004035367.tif 000003
【図２】
2004035367.tif 000004