(57)【要約】【課題】スート母材を脱水・焼結して透明ガラス化する際に、スート母材の下端を下部受け軸で把持し、下部受け軸に掛かっている荷重を一定に制御して、泡がなく偏芯の少ない光ファイバ用ガラス母材の製造方法を提供する。【解決手段】電気炉内に吊下げられたスート母材をその下端で把持し回転させながら、減圧下で脱水・焼結して透明ガラス化する方法において、スート母材の下端を把持する下部受け軸の支持荷重を測定し、測定された支持荷重を炉内圧の変化に対応させて補正し、支持荷重が一定となるように制御しながら透明ガラス化することを特徴とし、炉内圧の変化に対応させた補正は、電気炉内の圧を測定して外系大気圧との差圧を求め、スート母材の下端を把持する下部受け軸の支持荷重を該差圧に基づいて補正することができる。【選択図】    図１
2005001913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気炉内に吊下げられたスート母材をその下端で把持し回転させながら、減圧下で脱水・焼結して透明ガラス化する方法において、スート母材の下端を把持する下部受け軸の支持荷重を測定し、測定された支持荷重を炉内圧の変化に対応させて補正し、支持荷重が一定となるように制御しながら透明ガラス化することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
【請求項２】
炉内圧の変化に対応させた補正が、電気炉内の圧を測定して外系大気圧との差圧を求め、スート母材の下端を把持する下部受け軸の支持荷重を該差圧に基づいて補正することにある、請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
【請求項３】
補正された支持荷重が一定となるようにする制御が、重量センサ又は圧力センサで測定した下部受け軸のセンサ荷重と、炉内圧と外系大気圧との差圧との関係を予め求めておき、該関係から下部受け軸の支持荷重を自動的に補正するようにプログラム化された制御装置を用いて制御するものである、請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
【請求項４】
電気炉内に吊下げられたスート母材をその下端で把持し回転させながら、減圧下で脱水・焼結して透明ガラス化する装置であって、該電気炉内の圧を測定する圧力測定器、スート母材の下端を把持する下部受け軸、下部受け軸に掛かる支持荷重を測定する重量センサ又は圧力センサ、測定した下部受け軸に掛かる支持荷重を炉内圧の変化に対応させて補正し、補正して得た荷重が一定となるように制御する制御装置を備えていることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
【請求項５】
荷重を制御する制御装置が、電気炉内の圧と外系大気圧との差圧から下部受け軸の支持荷重を補正し、補正して得た支持荷重が一定となるように制御するものである、請求項４に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、出発部材にクラッド部を堆積した光ファイバ用スート母材を減圧雰囲気下で脱水・焼結して透明ガラス化する、泡がなく偏芯の少ない光ファイバ用ガラス母材の製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用母材インゴットの製造工程において、例えば、出発部材の表面にＯＶＤ法（外付け法）によりスート（ガラス微粒子）を堆積して形成した多孔質状スート母材は、脱水・焼結工程を経て母材インゴットとされる。
このＯＶＤ法で製造したスート母材を電気炉で、脱水・焼結して透明ガラス化（以下、単に透明ガラス化と称する）する際に、スート母材内に含まれるガスを除去する方法として、通常、電気炉内を減圧して行う方法が採用されている。
【０００３】
この方法は、電気炉内にスート母材を吊下げて行われるが、スート母材がその円周方向から均一に加熱されるように、回転させながら行われている。このとき、スート母材をその上端で把持して吊り下げ、回転させると、スート母材の下部が振れ回りを起こす。スート母材の下部が振れ回ると、加熱が不均一となってその円周方向に温度分布を生じ、透明ガラス化が不均一となり、偏芯を生じる。
【０００４】
この振れ回りをなくすために、吊下げられたスート母材の下端を把持する方法がある。この方法においては、透明ガラス化の際、軟化部分がその自重で伸びるため、長手方向で変形しないように、スート母材の下端を把持する下部受け軸に常に一定の荷重が掛けられる。このとき、下部受け軸に荷重を掛け過ぎるとスート母材が曲がり、足りないと伸びる。このため、スート母材の下端を一定の荷重で支える制御が望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、スート母材の透明ガラス化は、通常、電気炉内を減圧して行われるが、スート母材の下端を把持する下部受け軸は、その一部が炉外に露出しているため、外系大気圧と炉内圧との差圧による力によって押し上げられ、スート母材下端を支える荷重が増大する。よって、ガラス化したスート母材は支持荷重により曲がってしまう。
この外系大気圧と炉内圧との差圧によって、スート母材下端の支持荷重が増大してしまい、下部受け軸に掛かる荷重を一定に制御することができなかった。
【０００６】
本発明の課題は、スート母材を脱水・焼結して透明ガラス化する際に、スート母材の下端を下部受け軸で把持し、下部受け軸に掛かっている荷重を一定に制御し、泡がなく偏芯の少ない光ファイバ用ガラス母材の製造方法及び装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、電気炉内に吊下げられたスート母材をその下端で把持し回転させながら、減圧下で脱水・焼結して透明ガラス化する方法において、スート母材の下端を把持する下部受け軸の支持荷重を測定し、測定された支持荷重を炉内圧の変化に対応させて補正し、支持荷重が一定となるように制御しながら透明ガラス化することを特徴としている。
【０００８】
炉内圧の変化に対応させた補正は、電気炉内の圧を測定して外系大気圧との差圧を求め、スート母材の下端を把持する下部受け軸の支持荷重を該差圧に基づいて補正することができる。
支持荷重が一定となるようにする制御は、重量センサ又は圧力センサで測定した下部受け軸のセンサ荷重と、炉内圧と外系大気圧との差圧との関係を予め求めておき、該関係から下部受け軸の支持荷重を自動的に補正するようにプログラム化された制御装置を用いて制御することができる。
【０００９】
本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造装置は、電気炉内に吊下げられたスート母材をその下端で把持し回転させながら、減圧下で脱水・焼結して透明ガラス化する装置であって、該電気炉内の圧を測定する圧力測定器、スート母材の下端を把持する下部受け軸、下部受け軸に掛かる支持荷重を測定する重量センサ又は圧力センサ、測定した下部受け軸に掛かる支持荷重を炉内圧の変化に対応させて補正し、補正して得た荷重が一定となるように制御する制御装置を備えていることを特徴としており、荷重を制御する制御装置は、電気炉内の圧と外系大気圧との差圧から下部受け軸の支持荷重を補正し、補正して得た支持荷重が一定となるように制御するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記したように、電気炉内に吊下げられたスート母材を減圧下で透明ガラス化する際、円周方向で不均一とならないように、回転させながら行われる。このとき、スート母材の下部が振れ回りを起こさないように、スート母材の下端を下部受け軸で把持し、さらに、長手方向で変形を生じないように、この下部受け軸に常に一定の荷重が掛けられる。このため、下部受け軸に重量センサ又は圧力センサを取り付け、下部受け軸に一定の荷重が掛かるように、下部受け軸の支持荷重の制御が望まれる。
【００１１】
荷重の制御は、ロードセル等の重量センサで測定された荷重（以下、ロードセル荷重と称する）をもとに行われるが、ロードセル荷重は、下部受け軸が外系大気圧と炉内圧との差圧力によって炉内側に押し上げられているため、差圧力相当分だけ、実際の支持荷重より小さく測定（表示）される。
そこで、本発明は、炉内圧の変化によりロードセル荷重が変化しても、炉内圧と外系大気圧との差圧に基づいてロードセル荷重を補正し、スート母材の支持荷重が、常に一定になるように制御するものである。
【００１２】
炉内圧と外系大気圧との差圧に基づいてロードセル荷重を補正する方法について、下記に詳述する。
スート母材下端の支持荷重が下部受け軸に掛かっていない状態においては、外系大気圧と炉内圧との圧力差により、炉床を貫通して設けられている下部受け軸には、この圧力差による力が作用する。炉内の圧力が大気圧１０１．３  ｋＰａで下部受け軸の自重が５９  ｋｇの場合は、圧力差による力が作用しないため、ロードセル荷重は下部受け軸の自重５９  ｋｇを示した。炉内を減圧していくと圧力差による力が次第に大きくなり、下部受け軸を押し上げる力が大きく働き、炉内を７Ｐａまで減圧したときのロードセルが示す重量負荷は１６  ｋｇに減少した。
これから図２に示す直線が得られた。この直線から得られる荷重値を、炉内圧に対応する補正荷重とした。なお、この数値は、装置によって、例えば、下部受け軸の自重等によって変化する。
【００１３】
この補正荷重を表示されたロードセル荷重に加えることにより、下部受け軸が支持している正しいスート母材下端の支持荷重を求めることができる。したがって、透明ガラス化中に炉内圧が変化しても、長手方向で変形が生じないように、下部受け軸の支持荷重を一定に制御することができる。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
出発コア部材として、外径が３５  ｍｍφ、長さ１，４００  ｍｍ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を使用した。このコア用石英ガラス棒の両端にダミー用石英棒を溶接し、これを密閉型反応炉にセットして四塩化珪素の火炎加水分解で発生したスートをコア用石英ガラス棒の周囲に堆積させ、外径が２５４  ｍｍφの光ファイバ用スート母材を得た。
【００１５】
得られたスート母材１を、図１に示す密閉型焼結ガラス化装置の上端把持部２にスート母材１の上端を把持し取り付けた。次に、スート母材１の下端を、下部受け軸３を上昇させて、所定の荷重が掛かるように把持した。この下部受け軸３の上部は、スート母材１の下端を差し込むことで把持できるように構成され、下部受け軸３の下には、ロードセル４が取り付けられている。なお、図１において、上端把持部２に付設された吊下げ・回転機構、および下部受け軸３に付設された昇降・回転機構は、いずれも図示を省略されている。
【００１６】
スート母材１の下端を下部受け軸３に差し込み、スート母材１に長手方向の変形を生じさせないように、下部受け軸３に、本実施例においては、スート母材下端の支持荷重として一定の５ｋｇが掛かるようにして、スート母材１の下端を把持した。
これには、図２から、炉内が大気圧（１０１．３  ｋＰａ）のときの補正荷重が５９  ｋｇ（下部受け軸の自重）なので、これに５ｋｇを加えて、ロードセル荷重が６４  ｋｇを表示する位置まで、下部受け軸３を上方に移動させ、ロードセル荷重が６４  ｋｇになったところで、下部受け軸３を一定荷重制御状態にしてスート母材１の下端を把持した。
【００１７】
次に、炉内を減圧して７Ｐａにした。このときの補正荷重は図２から１６  ｋｇであるため、スート母材下端の支持荷重を一定の５ｋｇとするには、下部受け軸３のロードセル荷重を２１  ｋｇとした。
スート母材１をその両端で把持しながら５ｒｐｍの速度で回転させた。図示しない温度制御機構を備えた加熱用ヒーター５で炉内の温度を１，１００  ℃まで上昇させた。スート母材１の脱水・脱ガス後、さらに、炉内の温度を１，５１０  ℃まで上昇させた。
【００１８】
炉内の温度が上昇すると、スート母材１が発生するガスにより、炉内圧は７Ｐａ〜１００  Ｐａまで変化するが、炉内圧の変化に対応した下部軸受けの支持荷重の補正を行っているため、スート母材下端の支持荷重は、常に一定荷重５ｋｇで制御されている。
温度上昇によりスート母材１がガラス化する過程で、嵩密度が上昇し、スート母材１は収縮する。さらにガラス化が進むと、自重で長手方向に伸び始めるが、スート母材１の下端は常に一定荷重５ｋｇで支持されているため、長手方向での変形は抑制された。
【００１９】
透明ガラス化が完了するまで１０時間を要したが、この間、スート母材１が伸縮してもその両端での把持は維持されていた。透明ガラス化後は、自然放冷させて炉内圧を７Ｐａから大気圧に戻した。
透明ガラス化されたガラス母材の偏芯および長手方向の変形を測定した結果を表１に、下記の比較例１の結果と共にまとめて示した。なお、長手方向の変形は、ガラス母材の両端を支持して回転させたときの振れ幅で表示した。
得られたガラス母材には、偏芯や長手方向の変形はなく、泡もなく、従来の製造方法より品質的に大幅に改善されていた。
【００２０】
（比較例１）
出発コア部材として、外径が３５  ｍｍφ、長さ１，４００  ｍｍ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を使用した。このコア用石英ガラス棒の両端にダミー用石英棒を溶接し、これを密閉型反応炉にセットして四塩化珪素の火炎加水分解で発生したスートをコア用石英ガラス棒の周囲に堆積させ、外径が２４０  ｍｍφの光ファイバ用スート母材を得た。
【００２１】
得られたスート母材１を図１に示した密閉型焼結ガラス化装置の上端把持部２に取り付けた。このとき炉内は大気圧で、ロードセル荷重は下部受け軸３の自重である５９  ｋｇを表示しているが、これをスート母材下端の支持荷重が５ｋｇになるように、ロードセル荷重が６４  ｋｇを表示するまで下部受け軸３を上昇させた。ロードセル荷重が６４  ｋｇになったところで、下部受け軸３を一定荷重制御状態にしてスート母材１の下端を把持した。その後、炉内を真空計が７Ｐａを示すまで減圧し、スート母材下端の支持荷重５ｋｇに補正荷重１６  ｋｇを加えた２１  ｋｇで一定荷重制御状態とした。
【００２２】
次に、スート母材１を５ｒｐｍの速度で回転させつつ、スート母材１のガス抜きを行うため、炉内の温度を加熱用ヒーター５で１，１００℃まで上昇させた後、さらに、１，５１０  ℃まで上昇させた。この間、炉内圧の変化による下部受け軸３の負荷補正を行わず、ロードセル荷重は２１ｋｇを維持した。
また、炉内の温度が上昇すると、スート母材１から放出されるガスのため、炉内圧が７Ｐａ〜１００  Ｐａまで変化したが、炉内圧に対応した下部受け軸３の支持荷重の補正を行っていないため、スート母材下端の支持荷重は、５ｋｇから５．０５  ｋｇまで変化した。ガス抜きが終了すると、炉内圧は７Ｐａを回復し、スート母材下端の支持荷重は５ｋｇに戻った。
【００２３】
透明ガラス化が完了するまで１０時間を要した。透明ガラス化後、自然放冷させて炉内を７Ｐａから大気圧に戻した。
透明ガラス化されたガラス母材を確認したところ、透明ガラス化した部分に偏芯や長手方向で変形がみられた。
【００２４】
【表１】
2005001913.tif 000003
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、透明ガラス化時において、炉内圧の変化にかかわらず、スート母材の下端を一定荷重で支持することができ、スート母材が伸縮してもその両端での把持は維持され、透明ガラス化されたガラス母材には、偏芯や長手方向の変形が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で使用した製造装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】炉内圧と補正荷重との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１．……スート母材、
２．……上端把持部、
３．……下部受け軸、
４．……ロードセル、
５．……加熱用ヒーター。
【図１】
2005001913.tif 000004
【図２】
2005001913.tif 000005