(57)【要約】【課題】複数の加熱源を使用して光ファイバ母材の均一な脱水工程を行うことによって、製品の熱処理工程を改善させることが可能な光ファイバ母材の加熱装置及び該母材の製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ母材１００を収容するためのマフラー１１と、光ファイバ母材１００の長さ方向に沿って配置された少なくとも２個の加熱源２００と、を具備する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材を収容するためのマフラーと、
前記光ファイバ母材の長さ方向に沿って配置された少なくとも２個の加熱源と、
を具備することを特徴とする光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項２】
前記マフラーの下部に形成され、該マフラー内にガスを投入するためのガス投入口をさらに具備すること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項３】
前記加熱源らは、前記光ファイバ母材の回転にしたがって熱処理を適用すること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置
【請求項４】
前記光ファイバ母材は、多孔性の光ファイバ母材を含むこと
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置
【請求項５】
前記光ファイバ母材は、前記マフラー内に実質的に垂直方向に配置されて回転すること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置
【請求項６】
前記加熱源らは、垂直方向に固定して積層される炉(Furnace)を形成すること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項７】
前記加熱源らは、前記マフラーの周囲で回転可能であること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項８】
前記加熱源らは、予め定められた手順によって順次に温度が上昇されること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項９】
前記加熱源らは、前記光ファイバ母材の下部から上部にかけて順次に温度が上昇されること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項１０】
前記加熱源らは、前記光ファイバ母材よりも長い長さを有すること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項１１】
前記加熱源らは、前記光ファイバ母材を囲むように装着されること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項１２】
前記加熱源らは、円筒状の形状を備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項１３】
前記光ファイバ母材は、該母材の熱処理工程の実行中に、前記加熱源らの範囲内で上／下方向に移動すること
を特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の加熱装置。
【請求項１４】
ガラス微粒子からなるスート（soot）を形成し、該スートにつき１次熱処理工程を遂行することによりガラス化して、スート母材を作る段階と、
前記スート母材を、前記母材の長さ方向に沿って少なくとも２個配置された加熱源らが具備されたマフラー内に挿入させる段階と、
前記加熱源ら内の前記スート母材を回転させて、前記マフラー内に不活性ガスを投入し、各加熱源の温度を上昇させることで、１次脱水及び乾燥させる段階と、
予め定められた手順に従って前記加熱源らの温度を順次に上昇させることで前記スート母材を２次熱処理した後に、当該光ファイバ母材を前記マフラーから取り外す段階と、
を含むことを特徴とする多孔質光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１５】
前記１次熱処理工程では、それぞれの加熱源の温度を一斉にともに上昇させて熱処理すること
を特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ母材製造方法。
【請求項１６】
前記２次熱処理では、前記スート母材の下部に位置した前記第１の加熱源から前記母材の上部に位置した第ｎの加熱源まで、順次に温度を上昇させて熱処理すること
を特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ母材製造方法。
【請求項１７】
前記２次熱処理では、前記スート母材が前記第１の加熱源から第ｎ加熱源までの範囲内で上／下方向に動かされること
を特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ母材製造方法。
【請求項１８】
ガラス微粒子からなるスート（soot）を形成し、該スートにつき１次熱処理工程を遂行することによりガラス化して、スート母材を作る段階と、
前記スート母材を、前記母材の長さ方向に沿って少なくとも２個配置された加熱源らが具備されたマフラー内に挿入させる段階と、
挿入された前記スート母材の周囲で前記加熱源らを回転させて、前記マフラー内に不活性ガスを投入し、各加熱源の温度を上昇させることで、１次脱水及び乾燥させる段階と、
予め定められた手順に従って前記加熱源らの温度を順次に上昇させることで前記スート母材を２次熱処理した後に、当該光ファイバ母材を前記マフラーから取り外す段階と、
を含むことを特徴とする多孔質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、光ファイバ母材の加熱装置及び製造方法に関し、特に、光ファイバ母材を垂直方向に設置して、積層配列された加熱源らによって熱処理されるようにした、光ファイバ母材の加熱装置及び該母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光ファイバの製造に使用されるガラス(Glass)母材を大量生産する一般的な方法の内の一つとしては、ＶＡＤ(Vapor Phase Axial Deposition)法が知られている。このＶＡＤ法は、回転する開始部材（initiation member）、例えばガラス板或いはガラス棒のような開始部材上に、酸水素炎から生成されたガラス微粒子を沈積させてシリンダー型光ファイバ母材(スート母材:soot preform)を形成させて、この光ファイバ母材を焼結させることにより、透明な光ファイバガラス(Glass)母材を製造する方法である。このようなＶＡＤ法では、光ファイバ母材の焼結に関しては、不活性ガス(例えばＨｅ及びＣｌ２ガス)雰囲気下において１５００℃以上の温度で加熱させる必要がある。
【０００３】
この光ファイバ母材を焼結させるための加熱装置としては、一般には、カーボン発熱体を有している加熱装置が使用されるが、このような加熱装置を使って光ファイバ母材を焼結させる際に特に留意すべき点は、銅や鉄のような転移金属元素の混入や水気の混入を防止しなければならないことである。なぜなら、転移金属元素がガラス(Glass)母材に１ｐｐｂ以上混入されると、製造された光ファイバの透過損失波長特性が全波長にわたって著しく悪化し、また、母材に水気が０．１ｐｐｍ以上混入されると、製造された光ファイバの特性が広範囲の波長領域にかけて毀損されてしまうからである。この対策としては、光ファイバ母材を透明化させる前に、或いは透明化させるのと同時に、該母材を脱水化させる処理（dehydration process）が行われている。かかる脱水方法としては、光ファイバ母材を塩素系ガス、フッ素系ガスなどを含む不活性ガス雰囲気中で高温で加熱させる方法が知られている。ここで、フッ素系ガスを使う場合には、光ファイバ母材が脱水されるだけでなく、それと同時に光ファイバ母材にフッ素が添加されるようになる。
【０００４】
このような理由から、光ファイバ製造用の光ファイバ母材を熱処理するための方法としては、ゾーン−シンタリング(Zone−Sintering)熱処理法が多く使われている。この熱処理法の長所は、フル−シンタリング(Full−Sintering)熱処理法と比較して、気泡(Bubble)除去が容易で、緻密化ガラス(Glass)を製造するのに有利であり、前述のガスを使用して高純度ガラス(Glass)を製造することができることが挙げられる。また、ゾーン−シンタリング熱処理法は、真空を使うフル−シンタリング熱処理法よりも設備が単純化される長所がある。一方で、ゾーン−シンタリング熱処理法では、当該熱処理を行うための設備の高さがフル−シンタリング熱処理法の設備よりも高くなり、また、製造原価も非常に高くなる。
【０００５】
以下に、光ファイバ製造用母材の熱処理のための従来の加熱装置の構造を説明する。図１に示すように、光ファイバ製造用母材の熱処理のための従来の加熱装置１０は、３〜４mの長さを有する長いマフラー１１内に光ファイバ母材１２を投入し、当該光ファイバ母材１２が上下方向に移動して熱処理する構造となっている。ここで、光ファイバ母材１２の上部には、光ファイバ母材１２をマフラー１１内で上下方向に移動可能とするように、支持ロッド１４が接続されている。また、マフラー１１の円周方向には、ヒーター１３が固定して設けられている。
【０００６】
さらに、マフラー１１の下部にはガス投入口１５が形成されており、このガス投入口１５を通じてマフラー１１にガスを投入することができる。また、マフラー１１の上部にはガス排出口１６が形成されており、このガス排出口１６を通じてガスを外部に排出することができる。
【０００７】
しかしながら、かかる従来の加熱装置１０は、光ファイバ母材を上下方向に移動させながら一つのヒーターによって熱処理する構造であり、最近ではより大口径で長さの長い母材が必要とされていることから、以下のような問題があった。すなわち、１５００ｍｍ以上の長さ及び２００ｍｍ以上の大口径の多孔性母材の場合には、母材をマフラー１１内で上下方向に移動させるために、より大きな空間がマフラー１１内に形成される必要があり、また、支持ロッドの長さもより長くする必要があり、その結果、高さ３．５ｍ以上のマフラーが必要となり、これにより全体設備の高さも約１０ｍ程度に高くしなければならない、という問題点があった。
【０００８】
このように、設備の高さが高くなる場合には、製品の製造工程が複雑となり、また、工場の高さも同様に高くしなければならないので、維持費用が増加する。加えて、マフラーの容積が大きくなることで、ガス消費量も大きくなる。
【０００９】
このような問題点を改善するために、既に米国特許庁に出願された下記特許文献１の加熱装置２０の構造について、図２を参照して説明する。図２に示すように、この加熱装置２０では、マフラー２１の中に投入された光ファイバ母材２２は、その後は上下方向に移動されることなく、マフラー２１内で回転のみが行われる。また、加熱装置２０では、ヒーター２４としてインダクションタイプ(Induction Type)を使用し、さらには、マフラー２１の外壁には後述する複数層の構造とされたチャンバ２３が設けられ、該チャンバ２３の外部でインダクションヒーター２４が長さ方向に移動して、熱処理する構造となっている。
【００１０】
しかしながら、かかる加熱装置では、インダクションヒーター２４がチャンバ外部から長さ方向に移動して熱処理する構造であることから、インダクションヒーター２４を移動させるための移動装置が別に必要となる。そのため、加熱装置の部品数が増加し、これに伴って製品コストが増加する。さらには、マフラーの冷却防止及びカーボン発熱体(Carbon Susceptor)が酸化を防止するために、チャンバは、ガス供給口、補助のヒーター、断熱材などを含む複数層の複雑な構造とされているので、電力消費量が非常に多い、という短所があった。
【特許文献１】米国特許第４，７４１，７４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明は、上述のような従来の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、光ファイバ母材の加熱装置につき、複数の加熱源を使用して光ファイバ母材の均一な脱水工程を行うことによって、製品の熱処理工程を改善させることが可能な光ファイバ母材の加熱装置及び該母材の製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、光ファイバ母材を垂直方向に設置（aligne）して、積層されるように配列された加熱源らによって熱処理することで、加熱装置のマフラーの長さを短くすることができ、それによりマフラー内に供給されるガス量を節減及び圧力を均一に維持できるようにした、光ファイバ母材の加熱装置及び該母材の製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、光ファイバ母材を垂直方向に設置して、積層されるように配列された加熱源らによって熱処理することで、光ファイバ母材に接続された支持ロッドの長さを短くすることができ、それにより設備の高さの縮小を可能とした光ファイバ母材の加熱装置及び該母材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するために本発明の第１の側面は、光ファイバ母材の加熱装置であって、光ファイバ母材を収容するためのマフラーと、前記光ファイバ母材の長さ方向に沿って配置された少なくとも２個の加熱源と、を具備する。
【００１５】
また、上述の目的を達成するために本発明の第２の側面は、多孔質光ファイバ母材の製造方法であって、ガラス微粒子からなるスート（soot）を形成し、該スートにつき１次熱処理工程を遂行することによりガラス化して、スート母材を作る段階と、前記スート母材を、前記スート母材の長さ方向に沿って少なくとも２個配置された加熱源らが具備されたマフラー内に挿入させる段階と、前記加熱源ら内の前記スート母材を回転させて、前記マフラー内に不活性ガスを投入し、各加熱源の温度を上昇させることで、１次脱水及び乾燥させる段階と、予め定められた手順に従って前記加熱源らの温度を順次に上昇させることで前記スート母材を２次熱処理した後に、当該光ファイバ母材を前記マフラーから取り外す段階と、を含む。
【００１６】
また、本発明の多孔質光ファイバ母材の製造方法の他の側面は、ガラス微粒子からなるスート（soot）を形成し、該スートにつき１次熱処理工程を遂行することによりガラス化して、スート母材を作る段階と、前記スート母材を、前記母材の長さ方向に沿って少なくとも２個配置された加熱源らが具備されたマフラー内に挿入させる段階と、挿入された前記スート母材の周囲で前記加熱源らを回転させて、前記マフラー内に不活性ガスを投入し、各加熱源の温度を上昇させることで、１次脱水及び乾燥させる段階と、予め定められた手順に従って前記加熱源らの温度を順次に上昇させることで前記スート母材を２次熱処理した後に、当該光ファイバ母材を前記マフラーから取り外す段階と、を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、光ファイバ母材の加熱装置につき、光ファイバ母材の長さ方向に沿って積層されるように配置された複数の加熱源らを用いて、光ファイバ母材の均一な脱水工程を行うことによって、製品の熱処理工程の改善が図られる光ファイバ母材の加熱装置及び該母材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために、公知の機能又は構成についての詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一の符号及び番号を共通使用するものとする。
【００１９】
図３に示すように、本実施形態の光ファイバ母材の加熱装置は、光ファイバ母材を収容するための長さが長いマフラー１１を備え、該マフラー１１の下部には、該マフラー１１内にガスを供給するためのガス投入口１５が形成されている。
【００２０】
マフラー１１内には、その垂直方向に光ファイバ母材１００が配置される。
【００２１】
マフラー１１の両側には、複数の加熱源ら２００が設けられている。加熱源ら２００は、マフラー１１内に投入された光ファイバ母材１００の長さ方向に沿って少なくとも２個以上垂直方向に積層されるように配置される。また、加熱源ら２００は、光ファイバ母材１００の回転にしたがって熱処理されるようになっている。
【００２２】
また、光ファイバ母材１００は、多孔性光ファイバ母材であって、垂直方向に、かつ回転可能に格納(install)される。
【００２３】
また、加熱源ら２００は、垂直方向に固定して積層され、それにより、炉(Furnace)を形成する。
【００２４】
また、加熱源ら２００は、マフラー１１の周囲で回転可能な炉(Furnace)を形成する。
【００２５】
加熱源ら２００の温度は、光ファイバ母材１００の下部から上部にかけて、徐々に上昇されるようになっている。
【００２６】
また、加熱源ら２００の長さＬ１は、光ファイバ母材１００の長さＬ２よりも長くなっている。
【００２７】
また、加熱源ら２００は、光ファイバ母材１００を囲むように装着されている。
【００２８】
また、加熱源ら２００は、円筒状の形状を有している。
【００２９】
また、光ファイバ母材１００は、加熱源ら２００により母材１００が加熱されている間中、加熱源ら２００の範囲内で上下方向に移動できるようになっている。
【００３０】
次に、上述のような構成を有する本発明の望ましい一実施形態による光ファイバ母材の加熱装置の動作過程を、図３を参照してさらに詳しく説明する。
【００３１】
図３を参照すると、ガラス微粒子からなるスート（soot）を形成した後に、このスートが図３に示される炉に入れられる。その後、このスートを脱水するために、１次熱処理の工程が行われる。
【００３２】
このときに、当該スートを２次熱処理工程を実行することによりガラス化して、スート母材１００を形成する。
【００３３】
ここで、スート母材(soot preform)は、ガラス微粒子を沈積することにより形成され、また、そのスート母材が熱処理工程を経て処理されている場合には、「光ファイバ母材」と呼ばれる。
【００３４】
次に、光ファイバ母材１００のための１次及び２次熱処理工程について説明する。
【００３５】
先ず、上述のようにして作られたスート母材１００を、加熱装置のマフラー１１の両側に母材１００の長さ方向に沿って少なくとも２個以上垂直方向に積層された複数の加熱源ら２００が配置されたマフラー１１内に挿入させる。
【００３６】
ここで、加熱源２００の全体の長さは、光ファイバ母材１００よりも長い。
【００３７】
その後、スート母材１００を回転させて、ガス投入口１５を通じてＨｅ或いはＣｌ２ガスをマフラー１１内に投入して、それぞれの加熱源ら２００の温度を一斉にともに上昇させることで、１次脱水及び乾燥工程を実行する。
【００３８】
この１次熱処理工程の後に、Ｃｌ２ガスを除去する。
【００３９】
ここで、加熱源ら２００の温度は、約１０００〜１２００℃の範囲に上昇する。
【００４０】
この状態で、スート母材１００の下部に位置した第１の加熱源から該母材１００の上部に位置した第ｎの加熱源（図３参照）まで、順次に温度を上昇させて、スート母材１００の２次熱処理を行う。
【００４１】
この加熱源ら２００の温度が上昇する場合に、スート母材１００は、加熱源ら２００の配置された範囲内で上／下方向に少しずつ動かされながら、２次熱処理工程が行われる。
【００４２】
この２次熱処理工程が行われた後に、マフラー１１内へのＨｅガス投入を中止し、代わりにN２ガスを投入し、その結果、光ファイバ母材１００が完成する。完成した光ファイバ母材１００は、マフラー１１から取り外され、支持ロッド１４から分離される。
【００４３】
上述のような構成を有する本発明の望ましい他の実施形態による光ファイバ母材の製造方法の動作過程を、図４を参照してさらに詳しく説明する。
【００４４】
図４の実施形態では、スートは、直径が１７０ｍｍ、長さ１５００ｍｍとされ、熱処理工程を実行することによりガラス化して、スート母材１００として完成される(ステップＳ１)。
【００４５】
このときに、前記熱処理工程は、１１００℃の温度を維持して行われる。
【００４６】
ここで、当該スート母材１００を、、加熱装置のマフラー１１の両側に母材１００の長さ方向に沿って少なくとも２個以上垂直方向に積層された複数の加熱源ら２００が配置されたマフラー１１内に挿入させる(ステップＳ２)。
【００４７】
このときに、当該スート母材１００の上方及び下方の端部が、当該母材１００と対応するそれぞれの加熱源ら２００の中心に来るように位置させる。
【００４８】
ステップＳ２の後に、加熱源ら２００内でスート母材１００を回転させて、マフラー１１内にガス投入口１５を通じて１２ｓｌｐｍのＨｅガス又は０．３ｓｌｐｍのＣｌ２ガスを投入し、それぞれの加熱源ら２００の温度を一斉にともに上昇させることで、１次脱水及び乾燥（ドライ）工程を実行する(ステップＳ３)。
【００４９】
ここで、１次脱水及び乾燥工程は、１１００℃の温度を維持して行う。
【００５０】
この１次熱処理工程の後にＣｌ２ガスを取り除いて、浄化処理（purging process）を３０分間行う。
【００５１】
ステップＳ３の後に、当該母材１００の下端に対応位置する第１の加熱源２００から該母材１００の上端に対応位置する第ｎの加熱源まで、３０℃／minの温度上昇速度で、１５２０℃にまで上昇させる。
【００５２】
このとき、加熱源ら２００が１５２０℃の温度に到達すると、当該母材を５．５mm／minの速度(移動距離２５０ｍｍ)で下に移動させて、熱処理工程が進行される。
【００５３】
当該母材１００を下方に２５０ｍｍ移動させた後に、加熱源２００らの温度が下がる場合に、該母材１００は再び元の位置に戻される。
【００５４】
このようにして、第１の加熱源の上方に配置された第２の加熱源も同様に温度を上昇させて、当該母材１００の上端に対応位置する第ｎの加熱源まで順次に温度を上昇させてスート母材１００の２次熱処理工程を行う。その後、マフラー１１内へのＨｅガス投入を中止して、５ｓｌｐｍのＮ２ガスをマフラー１１内に投入する(ステップＳ４)。
【００５５】
ステップＳ４の後に、２次熱処理が完了した光ファイバ母材１００をマフラー１１から取り外し、支持ロッド１４から分離する(ステップＳ５)。
【００５６】
以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲及び該範囲と均等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来の光ファイバ母材の加熱装置の作動状態を示した側断面図である。
【図２】従来の他の例による光ファイバ母材の加熱装置の作動状態を示した側断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による光ファイバ母材の加熱装置の作動状態を示した側断面図である。
【図４】本発明による光ファイバ母材の製造方法を示した流れ図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１  マフラー
１５  ガス投入口
２００  加熱源
１００  光ファイバ母材
【図１】
2005194179.tif 000003
【図２】
2005194179.tif 000004
【図３】
2005194179.tif 000005
【図４】
2005194179.tif 000006