(57)【要約】【課題】  加熱炉を用いた光ファイバ用多孔質母材の脱水工程および焼結工程において、加熱炉をなす炉心管内に任意の温度分布を形成することが可能な光ファイバ母材の製造装置および光ファイバ母材の製造方法を提供する。【解決手段】  光ファイバ用多孔質母材１１を収容する炉心管１２を有する加熱炉１０を備えた光ファイバ母材の製造装置において、加熱炉１０に、炉心管１２内に収容された光ファイバ用多孔質母材１１を加熱処理する第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂを設け、第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂを、炉心管１２の外周を囲むように、炉心管１２の長手方向に沿って並列に配し、第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂを、独立に温度制御可能とする。炉心管１２内に収容された光ファイバ用多孔質母材１１と、第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂとを相対的に移動可能とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ用多孔質母材を収容する炉心管を有する加熱炉を備えた光ファイバ母材の製造装置であって、
前記加熱炉は、前記炉心管内に収容された光ファイバ用多孔質母材を加熱処理するヒータを２つ以上備え、該ヒータは前記炉心管の外周を囲むように、前記炉心管の長手方向に沿って並列に配され、前記２つ以上のヒータは、独立に温度制御可能であることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
【請求項２】
前記炉心管内に収容された光ファイバ用多孔質母材と、前記２つ以上のヒータとは相対的に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項３】
前記２つ以上のヒータは、前記炉心管の長手方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造装置を用いた光ファイバ母材の製造方法であって、
中心ガラスロッドの外周に、ガラス微粒子を堆積して光ファイバ用多孔質母材を形成する工程Ａと、該光ファイバ用多孔質母材を前記炉心管内に収容し、脱水、焼結する工程Ｂを備え、該工程Ｂにおいて、前記２つ以上のヒータにより、前記炉心管内に、前記光ファイバ用多孔質母材の長手方向に沿って温度分布を形成することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
前記工程Ｂにおいて、前記２つ以上のヒータの温度を独立に制御することを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項６】
前記工程Ｂにおいて、前記炉心管内に収容された光ファイバ用多孔質母材を、前記２つ以上のヒータに対して相対的に移動させることを特徴とする請求項４または５に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ用多孔質母材を脱水、焼結して光ファイバ母材を形成する光ファイバ母材の製造装置、および、これを用いた光ファイバ母材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの製造に用いられる光ファイバ母材の製造方法としては、一般的に、光ファイバ用多孔質母材を形成し、この光ファイバ用多孔質母材を光ファイバ母材の製造装置に備えられた加熱炉内において脱水、焼結して、光ファイバ母材とする方法が用いられている。
【０００３】
図２は、従来の光ファイバ母材の製造装置に備えられた加熱炉の一例を示す概略構成図である。
この例の加熱炉１００は、光ファイバ用多孔質母材１０１を収容する石英ガラスからなる円筒形の炉心管１０２と、炉心管１０２内に収容された光ファイバ用多孔質母材１０１を加熱処理するためのヒータ１０３と、ヒータ１０３を収容している筺体１０４と、炉心管１０２内に不活性ガスを導入するための導入口１０５と、光ファイバ用多孔質母材１０１を支持する支持棒１０６とから概略構成されている。
【０００４】
この加熱炉１００では、光ファイバ用多孔質母材１０１が炉心管１０２内を移動可能となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
加熱炉１００により、光ファイバ用多孔質母材１０１を脱水する場合、その温度を、光ファイバ用多孔質母材１０１が透明ガラス化しない程度に低く、かつ、脱水反応が十分に進行する程度に高く設定する必要がある。
【０００６】
光ファイバ用多孔質母材１０１の脱水に続いて、焼結を行う場合、その温度を、光ファイバ用多孔質母材１０１が透明ガラス化するために十分に高く、かつ、光ファイバ用多孔質母材１０１をガラス化してなる光ファイバ母材が自重によって伸びない程度に低く設定する必要がある。
【０００７】
しかしながら、光ファイバ用多孔質母材１０１の脱水工程と焼結工程とでは、炉心管１０２内における理想的な温度分布が異なっている。そのため、図２に示すように、１つのヒータ１０３によって、両工程における理想的な温度分布を炉心管１０２内に形成することは難しく、特に光ファイバ用多孔質母材１０１が大型化した場合、脱水工程または焼結工程のいずれか一方、あるいは、脱水工程および焼結工程の両方が効率良く行われないという問題があった。
【特許文献１】特開平５−３３９０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、加熱炉を用いた光ファイバ用多孔質母材の脱水工程および焼結工程において、加熱炉をなす炉心管内に任意の温度分布を形成することが可能な光ファイバ母材の製造装置および光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、光ファイバ用多孔質母材を収容する炉心管を有する加熱炉を備えた光ファイバ母材の製造装置であって、前記加熱炉は、前記炉心管内に収容された光ファイバ用多孔質母材を加熱処理するヒータを２つ以上備え、該ヒータは前記炉心管の外周を囲むように、前記炉心管の長手方向に沿って並列に配され、前記２つ以上のヒータは、独立に温度制御可能である光ファイバ母材の製造装置を提供する。
【００１０】
上記光ファイバ母材の製造装置において、前記炉心管内に収容された光ファイバ用多孔質母材と、前記２つ以上のヒータとは相対的に移動可能であることが好ましい。
【００１１】
上記光ファイバ母材の製造装置において、前記２つ以上のヒータは、前記炉心管の長手方向に沿って移動可能であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、上記光ファイバ母材の製造装置を用いた光ファイバ母材の製造方法であって、中心ガラスロッドの外周に、ガラス微粒子を堆積して光ファイバ用多孔質母材を形成する工程Ａと、該光ファイバ用多孔質母材を前記炉心管内に収容し、脱水、焼結する工程Ｂを備え、該工程Ｂにおいて、前記２つ以上のヒータにより、前記炉心管内に、前記光ファイバ用多孔質母材の長手方向に沿って温度分布を形成する光ファイバ母材の製造方法を提供する。
【００１３】
前記工程Ｂにおいて、前記２つ以上のヒータの温度を独立に制御することが好ましい。
【００１４】
前記工程Ｂにおいて、前記炉心管内に収容された光ファイバ用多孔質母材を、前記２つ以上のヒータに対して相対的に移動させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、炉心管内の温度分布を任意に設定することができるから、光ファイバ母材の製造条件の設定が容易となる。また、光ファイバ用多孔質母材の脱水効率を向上し、光ファイバ用多孔質母材の焼結時の自重による伸びを低減することができる。さらに、光ファイバ用多孔質母材の脱水に要する時間および焼結に要する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施した光ファイバ母材の製造装置および光ファイバ母材の製造方法について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る光ファイバ母材の製造装置の一実施形態を示す概略構成図であり、この光ファイバ母材の製造装置に備えられた加熱炉を示す概略構成図である。
この実施形態における加熱炉１０は、光ファイバ用多孔質母材１１を収容する石英ガラスからなる円筒形の炉心管１２と、炉心管１２内に収容された光ファイバ用多孔質母材１１を加熱処理するためのヒータ１３と、ヒータ１３を収容している筺体１４と、炉心管１２内に不活性ガスを導入するための導入口１５と、光ファイバ用多孔質母材１１を支持する支持棒１６とから概略構成されている。
【００１８】
加熱炉１０では、ヒータ１３が炉心管１２の外周を囲むように、炉心管１２の長手方向に沿って並列に配された第一のヒータ１３Ａと、第二のヒータ１３Ｂとから構成されている。
【００１９】
このように、炉心管１２の長手方向に沿って並列に、第一のヒータ１３Ａと第二のヒータ１３Ｂを配置することによって、炉心管１２内に光ファイバ用多孔質母材１１の長手方向に沿って、任意の温度分布を形成することができる。したがって、炉心管１２内の温度を、光ファイバ用多孔質母材１１が透明ガラス化するために十分に高く、かつ、光ファイバ用多孔質母材１１をガラス化してなる光ファイバ母材が自重によって伸びない程度に低く設定することができる。
【００２０】
なお、この実施形態では、第一のヒータ１３Ａと第二のヒータ１３Ｂの２つのヒータを設けた例を示したが、本発明の光ファイバ母材の製造装置はこれに限定されない。本発明の光ファイバ母材の製造装置にあっては、炉心管の長手方向に沿って並列に３つ以上のヒータを設けてもよい。このように、３つ以上のヒータを設ければ、炉心管内に光ファイバ用多孔質母材の長手方向に沿って、さらに様々なパターンの温度分布をより精密に形成することができる。したがって、ヒータの数を多くする程、炉心管内の温度を、光ファイバ用多孔質母材が透明ガラス化するために十分に高く、かつ、光ファイバ用多孔質母材をガラス化してなる光ファイバ母材が自重によって伸びない程度に低く設定することができる。
【００２１】
従来の光ファイバ母材の製造装置のように、ヒータが１つのみしか設けられていない場合、炉心管内の温度を変えることはできるものの、炉心管内に光ファイバ用多孔質母材の長手方向に沿って温度分布を設けることはできない。本発明の光ファイバ母材の製造装置にあっては、２つ以上のヒータが設けられているから、炉心管内に光ファイバ用多孔質母材の長手方向に沿って、様々なパターンの温度分布を形成することができる。
【００２２】
しかしながら、製造コストなどを考慮すると、実用的には、ヒータの数は２つが望ましい。ヒータの数が２つでも、加熱処理に要する時間を長くすることなく、大型の光ファイバ用多孔質母材の加熱処理を効率的に行うことができる。
【００２３】
また、第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂはそれぞれ独立に制御することができるようになっている。しかしながら、光ファイバ用多孔質母材１１の加熱処理において、炉心管１２内に、光ファイバ用多孔質母材１１の長手方向に沿って、任意の温度分布を形成するためには、それぞれ独立に温度を制御することが可能であることが好ましい。
【００２４】
さらに、光ファイバ用多孔質母材１１の長手方向に沿って、任意の温度分布を形成するためには、炉心管１２に収容された光ファイバ用多孔質母材１１と、ヒータ１３とが相対的に移動可能であってもよい。
【００２５】
光ファイバ用多孔質母材１１と、ヒータ１３とが相対的に移動可能な構成としては、支持棒１６に支持された光ファイバ用多孔質母材１１自体を炉心管１２の長手方向に沿って往復移動可能とする構成、ヒータ１３を、これを収容している筺体１４ごと炉心管１２の長手方向に沿って往復移動可能とする構成、筺体１４内に収容された第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂをそれぞれ炉心管１２の長手方向に沿って往復移動可能とする構成（図１中の矢印方向に移動可能とする構成）が設けられる。
なお、光ファイバ用多孔質母材１２と、ヒータ１３とが相対的に移動可能な構成を設けない場合には、ヒータ１３の長さを、光ファイバ用多孔質母材１２の長さと同等以上に設定する。
【００２６】
特に、第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂがそれぞれ独立に炉心管１２の長手方向に沿って移動可能であれば、両ヒータ間の距離を任意に設定することができる。これにより、炉心管１２内に、光ファイバ用多孔質母材１１の長手方向に沿って、任意の温度分布を形成することができる。
【００２７】
次に、図１を参照して、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法の一実施形態について説明する。
【００２８】
この実施形態の光ファイバ母材の製造方法では、まず、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの公知の方法により、光ファイバ用多孔質母材１１を形成する（工程Ａ）。
【００２９】
次いで、光ファイバ用多孔質母材１１を、第一のヒータ１３Ａおよび第二のヒータ１３Ｂにより、その長手方向に沿って所定の温度分布を形成した炉心管１２内に収容し、塩素系ガスを含むヘリウム雰囲気内を通過させて、脱水、焼結し、光ファイバ母材を得る（工程Ｂ）。
【００３０】
この実施形態では、工程Ｂにおいて、第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂの温度を独立に制御することにより、炉心管１２内に、光ファイバ用多孔質母材１１の長手方向に沿って温度分布を形成する。
【００３１】
そして、この工程Ｂにおいて、炉心管１２内に収容された光ファイバ用多孔質母材１１と、第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂとを相対的に移動させる。
【００３２】
ここで、工程Ｂの具体例を示す。
この工程Ｂでは、まず、光ファイバ用多孔質母材１１の脱水を行い、引き続き、光ファイバ用多孔質母材１１の焼結を行う。
【００３３】
光ファイバ用多孔質母材１１の脱水を行うには、炉心管１２内の温度分布を変化さながら、炉心管１２内をその長手方向に沿って移動させる。
ここでは、光ファイバ用多孔質母材１１を上方から下方に移動させて脱水を行う場合について説明する。
脱水開始時には、第二のヒータ１３Ｂの温度を、第一のヒータ１３Ａの温度よりも高く設定し、炉心管１２内の温度分布、特に、ヒータ１３を収容している筺体１４の長手方向に沿う温度分布を、筺体１４の上側を低く、下側へ行くにしたがって高くなるように設定する。すなわち、ここでは、炉心管１２内における温度分布を、光ファイバ用多孔質母材１１の進行方向に沿って、手前から後へ行くにしたがって高くなるように設定している。
【００３４】
より具体的には、脱水開始時には、第一のヒータ１３Ａの温度を１２００〜１３００℃、第二のヒータ１３Ｂの温度を１２５０〜１４００℃に設定する。
【００３５】
このようにすれば、光ファイバ用多孔質母材１１の脱水開始時において、その下端側の脱水反応が促進されるため、局所的に脱水が行われ難くなるなどの問題を解決できる。
【００３６】
脱水の中間（光ファイバ用多孔質母材１１が第一のヒータ１３Ａと第二のヒータ１３Ｂの間にある時）には、脱水反応を促進するために、第一のヒータ１３Ａと第二のヒータ１３Ｂの温度がほぼ等しくなるような温度分布を形成する。
【００３７】
より具体的には、脱水開始時の第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂの温度を上記範囲とした場合、脱水の中間には、第一のヒータ１３Ａの温度を１２００〜１３００℃、第二のヒータ１３Ｂの温度を１２００〜１３００℃に設定する。
【００３８】
このようにすれば、光ファイバ用多孔質母材１１の広い範囲で、脱水反応において適切な温度とすることができるため、脱水反応を効率良く促進することができる。
【００３９】
そして、脱水終了時（光ファイバ用多孔質母材１１の上側のテーパ部分が第一のヒータ１３Ａにかかる辺り）には、第一のヒータ１３Ａの温度を、第二のヒータ１３Ｂの温度よりも高く設定し、炉心管１２内の温度分布、特に、ヒータ１３を収容している筺体１４の長手方向に沿う温度分布を、筺体１４の上側を高く、下側へ行くにしたがって低くなるように設定する。すなわち、ここでは、炉心管１２内における温度分布を、光ファイバ用多孔質母材１１の進行方向に沿って、手前から後へ行くにしたがって低くなるように設定している。
【００４０】
より具体的には、脱水終了時には、第一のヒータ１３Ａの温度を１２００〜１４００℃、第二のヒータ１３Ｂの温度を１２００〜１３００℃に設定する。
【００４１】
このようにすれば、光ファイバ用多孔質母材１１の脱水終了時において、光ファイバ用多孔質母材１１の上側テーパ部分の近傍が加熱され難く、脱水反応が促進しないという不具合を防止することができ、効率良く脱水反応が行われる。
【００４２】
続いて、光ファイバ用多孔質母材１１の焼結を行うには、炉心管１２内をその長手方向に沿って、鉛直下方に移動させながら、炉心管１２内の温度分布を変化させる。
光ファイバ用多孔質母材１１の焼結では、第一のヒータ１３Ａと第二のヒータ１３Ｂのどちらか一方を他方よりも高く設定し、炉心管１２内の温度分布、特に、ヒータ１３を収容している筺体１４の長手方向に沿う温度分布を、筺体１４の上側を低く、下側へ行くにしたがって高くなるように設定するか、あるいは、筺体１４の上側を高く、下側へ行くにしたがって低くなるように設定する。すなわち、炉心管１２内における温度分布を、光ファイバ用多孔質母材１１の進行方向の前方へ行くにしたがって高くなるように設定するか、あるいは、光ファイバ用多孔質母材１１の進行方向の前方へ行くにしたがって低くなるように設定する。
【００４３】
より具体的には、焼結時には、例えば、第一のヒータ１３Ａの温度を１３００〜１４００℃、第二のヒータ１３Ｂの温度を１５００〜１６００℃に設定する。
【００４４】
このように炉心管１２内の温度分布を、一方のヒータ側が高くなるように設定するのは、光ファイバ用多孔質母材１１の焼結において、高温の領域を広げ過ぎると、光ファイバ用多孔質母材１１内の不要なガスを十分に除去できなかったり、光ファイバ用多孔質母材１１の焼結によって得られる光ファイバ母材の熱による変形が大きくなり過ぎるからである。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例）
図１に示したような光ファイバ母材の製造装置を用いて、光ファイバ用多孔質母材の脱水、焼結を行い、光ファイバ母材を製造した。
光ファイバ用多孔質母材１１の脱水において、脱水開始時の第一のヒータ１３Ａの温度を１３５０℃、第二のヒータ１３Ｂの温度を１２５０℃に設定した。
脱水の中間の第一のヒータ１３Ａの温度を１２５０℃、第二のヒータ１３Ｂの温度を１２５０℃に設定した。
脱水終了時の第一のヒータ１３Ａの温度を１２５０℃、第二のヒータ１３Ｂの温度を１３５０℃に設定した。
脱水開始から終了までの脱水時間を４時間とした。
また、焼結時の第一のヒータ１３Ａの温度を１３５０℃、第二のヒータ１３Ｂの温度を１５５０℃に設定した。
焼結時間を８時間とした。
上記一連の工程を繰り返して、光ファイバ母材を１００個作製した。
【００４７】
（比較例）
図２に示したような光ファイバ母材の製造装置を用いて、光ファイバ用多孔質母材の脱水、焼結を行い、光ファイバ母材を製造した。
光ファイバ用多孔質母材１０１の脱水において、脱水開始時のヒータ１０３の温度を１３００℃に設定した。
脱水の中間のヒータ１０３の温度を１２５０℃に設定した。
脱水終了時のヒータ１０３の温度を１３００℃に設定した。
脱水開始から終了までの脱水時間を５時間とした。
また、焼結時のヒータ１０３の温度を１５５０℃に設定した。
焼結時間を８時間とした。
上記一連の工程を繰り返して、光ファイバ母材を１００個作製した。
【００４８】
実施例および比較例において、光ファイバ用多孔質母材の焼結時の伸びによる、光ファイバ用多孔質母材の加熱を中断した回数を表１に示す。
また、実施例および比較例で得られた光ファイバ母材を用いて光ファイバを製造し、波長１３８０ｎｍにおける損失を測定した。損失が０．３１０ｄＢ／ｋｍを超えたものを不良とし、光ファイバ母材の歩留まりを算出した。以上の結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2005320197.tif 000003
【００５０】
表１の結果から、実施例によれば、光ファイバ用多孔質母材の脱水、焼結に要する時間が比較例よりも短くなることが分かった。
また、波長１３８０ｎｍにおける損失の少ない光ファイバを製造可能な光ファイバ母材を製造することができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の光ファイバ母材の製造装置および光ファイバ母材の製造方法は、光ファイバ母材以外の用途に用いる石英ガラスの製造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る光ファイバ母材の製造装置の一実施形態を示す概略構成図であり、この光ファイバ母材の製造装置に備えられた加熱炉を示す概略構成図である。
【図２】従来の光ファイバ母材の製造装置に備えられた加熱炉の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０・・・加熱炉、１１・・・光ファイバ用多孔質母材、１２・・・炉心管、１３・・・ヒータ、１３Ａ・・・第一のヒータ、１３Ｂ・・・第二のヒータ、１４・・・筐体、１５・・・導入口、１６・・・支持棒。
【図１】
2005320197.tif 000004
【図２】
2005320197.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月18日(2004.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
光ファイバ用多孔質母材１１と、ヒータ１３とが相対的に移動可能な構成としては、支持棒１６に支持された光ファイバ用多孔質母材１１自体を炉心管１２の長手方向に沿って往復移動可能とする構成、ヒータ１３を、これを収容している筺体１４ごと炉心管１２の長手方向に沿って往復移動可能とする構成、筺体１４内に収容された第一のヒータ１３Ａ、第二のヒータ１３Ｂをそれぞれ炉心管１２の長手方向に沿って往復移動可能とする構成（図１中の矢印方向に移動可能とする構成）が設けられる。
なお、光ファイバ用多孔質母材１１と、ヒータ１３とが相対的に移動可能な構成を設けない場合には、ヒータ１３の長さを、光ファイバ用多孔質母材１１の長さと同等以上に設定する。