(57)【要約】【課題】圧力変動吸収装置付きの脱水焼結炉において、圧力変動吸収装置内に移動した水分が炉心管内に戻されることを防止し、水分戻りによる脱水焼結炉の脱水能力の低下を回避して伝送損失が少ない高性能な光ファイバを製造すること。【解決手段】炉心管１１に接続された圧力変動吸収装置２３を備えた脱水焼結炉において、炉心管１１と圧力変動吸収装置２３との間に、蒸気を回収するトラップ槽２５を設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ製造における多孔質母材を脱水、焼結し、蒸気を排出する排出口を備えた炉心管と、
前記炉心管の排出口に接続された圧力変動吸収装置と、
前記炉心管と前記圧力変動吸収装置との間に、前記蒸気を回収するトラップとを含む脱水焼結炉。
【請求項２】
前記トラップは蒸気を液化して回収するトラップ槽を含む請求項１記載の脱水焼結炉。
【請求項３】
前記トラップ槽を冷却する冷却装置を有する請求項２記載の脱水焼結炉。
【請求項４】
前記トラップは、鉛直方向において前記炉心管の排出口よりも下に位置決めされた請求項１記載の脱水焼結炉。
【請求項５】
珪素化合物を含む原料を火炎中で反応させ、生成したガラス微粒子を堆積させ、多孔質母材を生成し、
炉心管の内圧を調整しながら、前記炉心管内で前記多孔質母材を脱水、焼結して、光ファイバ母材を生成し、
前記光ファイバ母材を生成する間に、前記炉心管から排出される蒸気を捕集し、
前記光ファイバ母材を線引きして、光ファイバ素線を生成する
光ファイバ素線の製造方法。
【請求項６】
伝送損失は、１３８５ｎｍの波長で測定されたとき約０．２９１ｄＢ／ｋｍから約０．２７４ｄＢ／ｋｍまで測定される請求項１記載の脱水焼結炉で生成された光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、脱水焼結炉に関し、更に詳細には、光ファイバ製造における光ファイバ（ガラスファイバ）用母材の脱水処理、焼結処理を行う脱水焼結炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質母材は、ＶＡＤ（Vapor  phase  Axial  Deposition）法、ＯＶＤ（Outside  Vapor  Deposition）法等により製造される。脱水焼結炉は、多孔質母材を収容する炉心管（マッフル）と、ヒータとを有する。多孔質母材は、炉心管内部に塩素ガス、塩化チオニール等の脱水剤とヘリウムガス等の不活性ガスを供給しながら、加熱処理し脱水される。その後、多孔質母材は、ヘリウムガス等の不活性ガス雰囲気中で（必要に応じて他のガスが含まれても良い）、加熱処理され、焼結され、光ファイバ用母材を得る。
【０００３】
このような光ファイバ用母材の脱水、焼結を行う脱水焼結炉は、炉心管を含む。炉心管の内圧の大きな変動を避け、炉心管内圧を可及的に一定に保つために、炉心管は圧力変動吸収装置に接続される。圧力変動吸収装置は、例えば、風船式圧力バッファ、ガス流緩衝用チャンバ、電磁弁制御式の圧力変動吸収容器等を含む（たとえば、特許文献１、２、３、４）。
【０００４】
炉心管に接続された圧力変動吸収装置は、炉心管内の短周期の圧力変動を吸収するために有効であるが、次の問題点を有する。
【０００５】
炉心管内の圧力が高い場合、炉内のガスが炉心管より圧力変動吸収装置に押し出される。一方、逆に炉内の圧力が下がると、圧力変動吸収装置内のガスが炉心管内に戻される。
【０００６】
つまり、脱水処理工程においては、除去された水分が圧力変動吸収装置内に移動し、その一部が炉心管内に戻される。これは、脱水能力を低下させる。
【０００７】
このような現象は、従来は大きな問題とはならなかった。しかし、例えば、次の２のケースは問題となる。第１に、近年需要の高まっている、光ファイバの伝送損失曲線において波長１３８５ｎｍ前後に生じるＯＨピークを低減した光ファイバ（例えば、特許文献５）を製造する場合である。第２に、多孔質母材に含まれる水分の絶対量の多い大型の母材の脱水焼結を行う場合である。
【特許文献１】実公平６−５０５１３号公報
【特許文献２】特開平５−４８２８号公報
【特許文献３】特開平６−１２７９６４号公報
【特許文献４】特開平１０−１２０４２８号公報
【特許文献５】特開２００３−１６７１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、圧力変動吸収装置内に移動した水分が炉心管内に戻されることを防止する圧力変動吸収装置付きの脱水焼結炉を提供する。これにより、水分戻りによる脱水焼結炉の脱水能力の低下を回避して、小さな伝送損失を有した高性能な光ファイバを製造する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の第１の特徴は、次の脱水焼結炉を提供する。この脱水焼結炉は、光ファイバ製造における多孔質母材を脱水、焼結し、蒸気を排出する排出口を備えた炉心管を含む。前記脱水焼結炉は、前記炉心管の排出口に接続された圧力変動吸収装置を含む。前記脱水焼結炉は、前記炉心管と前記圧力変動吸収装置との間に、前記蒸気を回収するトラップを含む。
【００１０】
前記トラップは、蒸気を液化して回収するトラップ槽を含んでもよい。
【００１１】
前記脱水焼結炉は、前記トラップ槽を冷却する冷却装置を有してもよい。
【００１２】
前記トラップは、鉛直方向において前記炉心管の前記排出口よりも下に位置決めされてもよい。
【００１３】
この発明の第２の特徴は、次の光ファイバ素線の製造方法を提供する。この製造方法は、珪素化合物を含む原料を火炎中で反応させ、生成したガラス微粒子を堆積させて、多孔質母材を生成する工程を含む。前記製造方法は、炉心管の内圧を調整しながら、前記炉心管内で前記多孔質母材を脱水、焼結して、光ファイバ母材を生成する工程を含む。前記製造方法は、前記光ファイバ母材を生成する間に、前記炉心管から排出される蒸気を捕集する工程を含む。前記製造方法は、前記光ファイバ母材を線引きして、光ファイバ素線を生成する工程を含む。
【発明の効果】
【００１４】
この発明による脱水焼結炉は、炉心管と圧力変動吸収装置との間に、蒸気を回収するトラップ槽等によるトラップを有する。脱水処理工程において炉心管で水分を含む蒸気が発生する。この蒸気は、トラップを通過する間に、トラップに回収され、水分が炉心管内に戻ることがない。
【００１５】
これにより、水分戻りによる脱水焼結炉の脱水能力の低下が回避される。したがって、光ファイバの伝送損失曲線において波長１３８５ｎｍ前後に生じるＯＨピークを低減した光ファイバの製造においても、小さな伝送損失で高性能の光ファイバを得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
最初に光ファイバ素線の製造の一例を説明する。
【００１７】
図１において、光ファイバ素線は、ＶＡＤ（Ｐ１）、脱水・焼結（Ｐ２）、延伸・分割（Ｐ３）、ＯＶＤ（Ｐ４）、脱水・焼結（Ｐ５）、線引き（Ｐ６）を経て製造される。
【００１８】
詳細には、図２（ａ）において、ＶＡＤ法の下、多孔質母材Ｗ１を合成する（Ｐ１）。即ち、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）をコアバーナ６３に同時に供給する。四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）をクラッドバーナ６５に同時に供給する。四塩化珪素、四塩化ゲルマニウムが酸水素火炎中で加水分解反応することにより、ゲルマニウムがドープされたガラス微粒子が生成される。この微粒子は、回転する種棒の周りに堆積して、コアを形成する。さらに、このコアの周りにガラス微粒子が堆積し、多孔質母材Ｗ１を生成する。この過程で、多孔質母材Ｗ１は、酸水素火炎中から多量の水分を取り込む。
【００１９】
図２（ｂ）において、多孔質母材Ｗ１は、炉心管１１内に設置され、ヒータ１５によって加熱される。最初に、脱水剤を炉心管１１に供給しながら、多孔質母材Ｗ１は、約１２００〜１４００°Ｃで、脱水される。次に、不活性ガスを炉心管１１に供給しながら、多孔質母材Ｗ１は、約１４００〜１６００°Ｃで、焼結され、ＶＡＤ母材Ｗ２になる（Ｐ２）。
【００２０】
図２（ｃ）において、ＶＡＤ母材Ｗ２は、約２０００〜２３００°Ｃで、ヒータ７１によって、加熱され、軟化する。ＶＡＤ母材Ｗ２は、引き伸ばされて、延伸ロッドＷ３となる。延伸ロッドＷ３は、複数のコアロッドＷ４に分割される（Ｐ３）。
【００２１】
図２（ｄ）において、ＯＶＤ法の下、多孔質母材Ｗ５を合成する（Ｐ４）。前記ＶＡＤ法と同様に、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）がバーナ７３に同時に供給され、火炎中で反応して、ガラス微粒子を生成する。バーナ７３は、コアロッドＷ４の長手方向に往復しながら、コアロッドＷ４の外面に、ガラス微粒子を堆積させ、多孔質母材Ｗ５を生成する。この過程で、多孔質母材Ｗ５は、酸水素火炎中から多量の水分を取り込む。
【００２２】
図２（ｅ）において、多孔質母材Ｗ５は、炉心管１１の中で、ヒータ１５によって、加熱される。これにより、多孔質母材Ｗ５は、脱水、焼結され、光ファイバ母材Ｗ６となる（Ｐ５）。
【００２３】
図２（ｆ）において、光ファイバ母材Ｗ６は、ヒータ７５によって、２０００°Ｃ前後で加熱され、光ファイバ母材Ｗ６の先端は、溶融し、細長く引き伸ばされる。引き伸ばされたガラスは、冷却筒７７で、冷却され、次に、被覆装置７９、８３によってＵＶ硬化樹脂で被覆され、各被覆はＵＶ照射装置８１、８５で硬化され、光ファイバ素線Ｗ７となる。光ファイバ素線Ｗ７は、ボビン８７に巻かれる（Ｐ６）。
【００２４】
以上の脱水・焼結プロセス（Ｐ２、Ｐ５）において、この発明による脱水焼結炉を用いた。
【００２５】
以下、図３を参照して第１の実施形態の脱水焼結炉を説明する。
【００２６】
脱水焼結炉は、炉本体として石英ガラス製の密閉構造の炉心管（マッフル）１１を有する。炉心管１１は、炉内部１３に、ガラス微粒子プリフォームによる光ファイバ用母材Ｗ（Ｗ１、Ｗ５）を収容し、光ファイバ用母材Ｗは種棒１００によってつり下げる。
【００２７】
炉心管１１の外部には、炉内部１３の光ファイバ用母材Ｗを加熱するヒータ１５が設けられている。
【００２８】
炉心管１１の底部は、ガス導入管１７と導通し接続される。ガス導入管１７は、塩素ガス、塩化チオニール等による脱水剤とヘリウムガス等の不活性ガスを炉内部１３に供給する。
【００２９】
炉心管１１の上部には排気口１９が設けられている。排気口１９には導管２１によって圧力変動吸収装置２３が接続されている。圧力変動吸収装置２３は、風船式圧力バッファや、ガス流緩衝用チャンバや、電磁弁制御式の圧力変動吸収容器等による公知のものでよく、それらの詳細な説明は省略する。
【００３０】
導管２１の途中、すなわち、炉心管１１と圧力変動吸収装置２３との間には、蒸気回収を行うトラップとして、蒸気を液化回収するトラップ槽２５が設けられている。トラップ槽２５は、排気口１９及び圧力変動吸収装置２３よりも鉛直方向において下に位置決めされる。
【００３１】
トラップ槽２５は、室温雰囲気の大気中に設けられる。トラップ槽２５は、上部に流体出入口２７、２９を有する。一方の流体出入口２７は炉心管１１の排気口１９に導通し接続される。他方の流体出入口２９は圧力変動吸収装置２３に導通し接続される。槽２５内の気相部２５Ａを通って、炉心管１１で発生した蒸気が流れる。
【００３２】
トラップ槽２５は、排水用のドレン管３１と接続されている。ドレン管３１にはドレン弁３３が設けられている。
【００３３】
トラップ槽２５は、炉心管１１から排出される蒸気に含まれる塩酸などで腐食しない材料で作られる。この材料は、例えば、ガラス、樹脂である。この樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン (ＰＴＦＥ)、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）である。
【００３４】
上述の如き構成による脱水焼結炉では、不活性ガス雰囲気中で、ヒータ１１が炉心管１１を加熱する。これにより、炉内部１３の光ファイバ用母材Ｗを加熱し、脱水する。
【００３５】
この脱水処理工程で、炉内部１３の圧力が高くなると、炉内のガスが炉心管１１よりトラップ槽２５を通過して圧力変動吸収装置２３に押し出される。一方、炉内部１３の圧力が下がると、圧力変動吸収装置２３内のガスがトラップ槽２５を通過して炉心管１１内に戻される。これにより、炉内部１３の圧力変動が抑えられる。
【００３６】
この炉内部１３と圧力変動吸収装置２３との間のガス流れにおいて、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気は、トラップ槽２５を通過する間に、自然冷却されて液化され、液状でトラップ槽２５に貯められる。
【００３７】
これにより、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気がトラップ槽２５によって回収され、水分が炉内部１３に戻ることがない。このことにより、脱水焼結炉の脱水能力の低下が回避される。したがって、光ファイバの伝送損失曲線において波長１３８５ｎｍ前後に生じるＯＨピークを低減した光ファイバの製造においても、小さな伝送損失で高性能な光ファイバを効率よく製造できる。
【００３８】
トラップ槽なしとトラップ槽ありとで、他の条件を同じにして最終的に得られた光ファイバの伝送損失を波長１３８５ｎｍで計測した。トラップ槽なしの結果は、平均値で約０．２９１ｄＢ／ｋｍ〜約０．２９６ｄＢ／ｋｍであった。一方、トラップ槽ありの結果は、約０．２７８ｄＢ／ｋｍ〜約０．２７４ｄＢ／ｋｍまで低下した。
【００３９】
トラップ槽２５は、炉心管１１の排気口１９より低い高さ位置に設置されるので、槽内に貯まった液体が炉内部１３へ逆流しない。トラップ槽２５に貯まって液体は、定期的に開かれるドレン弁３３を通って、ドレン管３１から外部に排出する。
【００４０】
第２の実施形態の脱水焼結炉を、図４を参照して説明する。なお、図４において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００４１】
実施形態２の脱水焼結炉は、トラップ槽２５の外側に設けた熱交換器３５を含む。熱交換器３５は、液冷式冷却装置として、トラップ槽２５を冷却する。熱交換器３５には冷却水が供給される。
【００４２】
これにより、冷却水とトラップ槽２５との間で、熱交換が行われ、トラップ槽２５が冷却される。トラップ槽２５の冷却により、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気が、トラップ槽２５を通過する間に、強制的に冷却され、効率よく液化される。この結果、トラップ槽２５は、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気を良好に液化、回収し、これにより、炉内部１３への水分の戻りをより高度に防止する。
【００４３】
第３の実施形態の脱水焼結炉を、図５を参照して説明する。図５においても、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００４４】
この脱水焼結炉は、トラップ槽２５の外側に設けた冷却ファン３７を含む。冷却ファン３７は、トラップ槽２５を冷却する空冷式冷却装置として、冷却風をトラップ槽２５に供給する。
【００４５】
これにより、冷却風はトラップ槽２５を冷却する。トラップ槽２５は、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気を、トラップ槽２５を通過する間に、強制的に冷却し、効率よく液化する。この結果、この実施形態のトラップ槽２５による炉内部１３で発生した水分を含む蒸気を良好に液化、回収し、炉内部１３への水分の戻りをより高度に防止する。
【００４６】
第４の実施形態の脱水焼結炉を、図６を参照して説明する。
【００４７】
この脱水焼結炉は、トラップ槽２５を収容する冷却媒体槽３９を含む。冷却媒体槽３９は、トラップ槽２５より大きく、冷却媒体槽の内部は、冷却水、アルコキシノナフルオロフタン等の冷却媒体４１で充填される。
【００４８】
冷却媒体槽３９の冷却媒体４１はトラップ槽２５を直接冷却し、トラップ槽２５を低温に保つ。これにより、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気がトラップ槽２５を通過する間に、トラップ槽２５はその蒸気を良好に冷却し、効率よく液化する。
【００４９】
したがって、この実施形態のトラップ槽２５は、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気を良好に液化、回収し、炉内部１３への水分の戻りをより高度に防止する。
【００５０】
第５の実施形態の脱水焼結炉を、図７を参照して説明する。
【００５１】
この脱水焼結炉は、トラップ槽２５全体を庫内に収容する冷却ユニットとしての冷蔵庫４３を含む。冷蔵庫４３は、冷媒を断熱膨張して冷却を行う通常の冷凍サイクル方式を採用し、庫内を低温に保つ。
【００５２】
これにより、トラップ槽２５が低温に保たれる。炉内部１３で発生した水分を含む蒸気がトラップ槽２５を通過する間に、トラップ槽２５は、その蒸気を良好に冷却し、効率よく液化する。
【００５３】
したがって、この実施形態のトラップ槽２５は、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気を良好に液化、回収し、炉内部１３への水分の戻りをより高度に防止する。
【００５４】
第６の実施形態の脱水焼結炉を、図８を参照して説明する。
【００５５】
この脱水焼結炉は、トラップ槽２５内の貯まった液体を循環する外部管路４５を含む。この液体は、例えば、水である。外部管路４５は、その途中に、半導体式や、液冷式あるいは空冷式の熱交換器による冷却器４７を有する。冷却器４７は、外部管路４５を流れる液体を冷却する。
【００５６】
これにより、トラップ槽２５で液化、回収された液体は、冷媒としてトラップ槽２５を冷却する。炉内部１３で発生した水分を含む蒸気がトラップ槽２５を通過する間に、トラップ槽２５は、その蒸気を、良好に冷却し、効率よく液化する。
【００５７】
したがって、この実施形態のトラップ槽２５は、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気を良好に液化、回収し、炉内部１３への水分の戻りをより高度に防止する。
【００５８】
なお、この実施形態のドレン管３１は外部管路４５に接続されればよい。
【００５９】
第７の実施形態の脱水焼結炉を、図９を参照して説明する。
【００６０】
この脱水焼結炉は、導管２１の途中、すなわち、炉心管１１と圧力変動吸収装置２３との間に、蒸気回収を行うトラップとして除湿容器４９を含む。
【００６１】
除湿容器４９の容器内は、シリカゲル、及び／又はチャコール等の吸湿剤５１で充填されている。除湿容器４９は、二つの流体出入口５３、５５を有する。一方の流体出入口５３は、炉心管１１の排気口１９に導通、接続される。他方の流体出入口５５は圧力変動吸収装置２３に導通、接続される。容器内に、炉心管１１で発生した蒸気が流れる。
【００６２】
ガス流れは、前述した炉内部１３と圧力変動吸収装置２３との間のガス流れと同等である。このガス流れにおいて、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気は、除湿容器４９を通過する間に、除湿容器４９内の吸湿剤５１によって吸着され、除湿される。
【００６３】
これにより、炉内部１３で発生した水分を含む蒸気が除湿容器４９において回収され、水分が炉内部１３に戻ることがない。このことにより、この実施形態でも、脱水焼結炉の脱水能力の低下が回避される。したがって、光ファイバの伝送損失曲線において波長１３８５ｎｍ前後に生じるＯＨピークを低減した光ファイバの製造においても、伝送損失が少ない高性能な光ファイバを効率よく製造できる。
【００６４】
第８の実施形態の脱水焼結炉を、図１０を参照して、説明する。
【００６５】
この脱水焼結炉のトラップ槽２５は、外面を覆うフィン５３を有する。フィン５３は、優れた熱伝導性を有する、例えば、銅で作られる。フィン５３は、空気とトラップ槽２５を熱交換させ、トラップ槽２５を冷却する。冷却されたトラップ槽２５は、気相２５Ａ内の蒸気を効率よく凝縮する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】光ファイバ素線の製造過程を示すブロック図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、図１の各製造過程における装置を示す概略構成図である。
【図３】第１の実施形態の脱水焼結炉を示す概略構成図である。
【図４】第２の実施形態の脱水焼結炉を示す概略構成図である。
【図５】第３の実施形態の脱水焼結炉を示す概略構成図である。
【図６】第４の実施形態の脱水焼結炉を示す概略構成図である。
【図７】第５の実施形態の脱水焼結炉を示す概略構成図である。
【図８】第６の実施形態の脱水焼結炉を示す概略構成図である。
【図９】第７の実施形態の脱水焼結炉を示す概略構成図である。
【図１０】第８の実施形態の脱水焼結炉を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１１  炉心管
１５  ヒータ
２３  圧力変動吸収装置
２５  トラップ槽
３５  熱交換器
３７  冷却ファン
３９  冷却媒体槽
４１  冷却媒体
４３  冷蔵庫
４５  外部管路
４７  冷却器
４９  除湿容器
５１  吸湿剤  
【図１】
2005194175.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005194175.tif 000009
【図８】
2005194175.tif 000010
【図９】
2005194175.tif 000011
【図１０】
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