(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアロッドの挿入された石英管が貫通し不活性ガス導入管を有している電気炉の上下端に、該石英管と該電気炉との隙間を覆う遮熱絞り具を多重に内装する筒体が配置されていることを特徴とする光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
【請求項２】
前記遮熱絞り具は、同一円周上に設けられた複数の軸に支持されて巴状に重なっている遮熱板を有し、該遮熱板を形成する外辺の湾曲で該石英管の外周を取り巻いていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
【請求項３】
前記遮熱絞り具は、該石英管の外周に沿う円弧状切り欠きが設けられ進退する複数の遮熱板を有し、該円弧状切り欠きで該石英管の外周を取り巻いていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
【請求項４】
前記遮熱板が、ステンレス、モリブデン、石英、カーボン、窒化ケイ素から選ばれる耐熱材料からなることを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
【請求項５】
前記電気炉上端の筒体の開放端に、前記石英管を取り囲みつつ前記石英管と該筒体との隙間を被っている筒状シール部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
【請求項６】
前記石英管をその下端で支持しているダミー管が、断熱筒で取り囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
【請求項７】
前記電気炉上端の筒体内の最下に位置する遮熱絞り具と最上に位置する遮熱絞り具とが、少なくとも５０ｍｍ離れていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリフォーム母材の製造装置。
【請求項８】
前記石英管と前記遮熱絞り具との空隙距離が、最大でも１ｍｍ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９】
コアロッドを石英管に挿入後、不活性ガスの導入されている電気炉を相対的に移動させて、該石英管を周囲から加熱し該コアロッドと該石英管とを熱溶着させる光ファイバプリフォーム母材の製造方法であって、該石英管と該電気炉との隙間を多重の遮熱絞り具で覆いつつ、該電気炉への外気の侵入を防止することを特徴とする光ファイバプリフォーム母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英管とその管中に挿入された石英製コアロッドとを熱溶着して、光ファイバの原材であるプリフォーム母材を製造する装置およびプリフォーム母材を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、屈折率の高いコアとその外周の屈折率の低いクラッドとからなる光ファイバプリフォーム母材を延伸した後、線引きしたものである。
【０００３】
光ファイバプリフォーム母材を製造する方法には、ＶＡＤ法（気相軸付け法）やＭＣＶＤ法（改良化学蒸着法）により形成したコアロッドにダミー棒を接続し、ダミー管に連結した石英管にコアロッドを挿入後、石英管を周囲からバーナで加熱することにより、コアロッドと石英管とを熱溶着させるＯｖｅｒ  Ｊａｃｋｅｔｉｎｇ法がある。
【０００４】
近年、光ファイバの生産性向上のため、太径で大型な光ファイバプリフォーム母材が要求されている。このような母材を得るには、輻射熱損失が大きく熱歪みによるクラックを頻発させてしまうバーナに代え、太径な石英管でも充分に加熱できるカーボンヒータを熱源とする電気炉が用いられている。電気炉内のカーボンヒータが加熱中に外気と接触し酸化により消耗してしまうことを抑制するために、電気炉には不活性ガスが導入される。
【０００５】
石英管は加熱されて収縮し細径になるため、電気炉と石英管との隙間が大きくなる。すると外気が電気炉内へ侵入し易くなる。侵入した外気はカーボンヒータを酸化し消耗させてしまう。また、侵入した外気は電気炉内の自然対流を発生させ、炉内温度を不均一に低下させる結果、プリフォーム母材に径変動を生じさせたり、コアロッドと石英管とが熱溶着した接合界面に気泡を発生させたりする。石英管の外径とダミー管の外径とが相違していると、外気は一層侵入し易い。
【０００６】
プリフォーム母材に気泡や径変動が生じていると、その部位近傍を切除した後、線引きに供さなくてはならず、操作が煩雑で歩留まりが悪いという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の課題を解決するためなされたもので、電気炉と石英管との隙間から電気炉内へ外気が浸入することなく、石英管とその管内に挿入されたコアロッドとを電気炉により熱溶着する光ファイバプリフォーム母材の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するためになされた本発明の光ファイバプリフォーム母材の製造装置１は、実施例に対応する図１を参照して説明すると、コアロッドの挿入された石英管２が貫通し不活性ガス導入管１７を有している電気炉１３の上下端に、石英管２と電気炉１３との隙間１４を覆う遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃの多重に内装する筒体１０および１８が配置されている。
【０００９】
多重な遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃにより、電気炉１３内へ外気が侵入することを防止し、電気炉１３内のカーボンヒータ１６の酸化による劣化を防止することができる。さらに、輻射熱の逃散が抑制され熱損失が低減されるため、電気炉１３内で自然対流が発生せず、均一な温度分布となって均等に石英管２を加熱することができる。遮熱絞り具が一重であると、遮熱絞り具で隔てられた電気炉内と外界との温度差が大きいため、電気炉内の激しい自然対流を誘発したり、外気が容易に電気炉内へ侵入したりする。
【００１０】
遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃは、アイリス絞りであることが好ましい。遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃは、例えば図２に示すように、同一円周上に設けられた複数の軸３２に支持されて巴状に重なっている遮熱板３１を有し、遮熱板３１を形成する外辺の湾曲３３で石英管２の外周を取り巻いている、アイリス絞りとすることで好適に実施することができる。
【００１１】
遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃは、図３に示すように、石英管２の外周に沿う円弧状切り欠き４３が設けられ進退する複数の遮熱板４１を有し、円弧状切り欠き４３で石英管２の外周を取り巻いていてもよい。
【００１２】
遮熱板３１、４１が、ステンレス、モリブデン、石英、カーボン、窒化ケイ素から選ばれる耐熱材料からなることで好適に実施することができる。
【００１３】
電気炉１３上端の筒体１０の開放端に、石英管２を取り囲みつつ石英管２と筒体１０との隙間を被っている筒状シール部材９が配置されていてもよい。筒状シール部材９は、外気の電気炉内への侵入を抑制するためのもので、その高さは約７０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１４】
石英管２をその下端で支持しているダミー管５４が、断熱筒５７で取り囲まれていてもよい（図４参照）。断熱筒は例えば、カーボン断熱材からなっている。断熱筒５７は、石英管２の下端近傍が筒体１８内に到達したとき、ダミー管５４や石英管２と、筒体１８との隙間から、外気が侵入することを防止する。
【００１５】
電気炉１３上端の筒体１０内の最下に位置する遮熱絞り具１１ｃと最上に位置する遮熱絞り具１１ａとが、少なくとも５０ｍｍ離れていることが好ましい。５０ｍｍ未満であると、電気炉内が外界の温度の影響を受けやすく、自然対流を誘発したり、外気が電気炉内へ侵入したりする。
【００１６】
石英管２と遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃとの空隙１２ａ・・・１２ｃの距離が、最大でも１ｍｍであることが好ましい。１ｍｍよりも離れていると、空隙１２ａ・・・１２ｃが大きすぎて、外気が容易に電気炉内へ侵入してしまう。０．５ｍｍ以下であると一層好ましい。石英管２と遮熱絞り具１９ａ・・・１９ｃとの空隙２０ａ・・・２０ｃについても同様である。
【００１７】
本発明の光ファイバプリフォーム母材の製造方法は、コアロッドを石英管２に挿入後、不活性ガスの導入されている電気炉１３を相対的に移動させて、石英管２を周囲から加熱しコアロッドと石英管２とを熱溶着させる光ファイバプリフォーム母材の製造方法であって、石英管２と電気炉１３との隙間１４を多重の遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃおよび１９ａ・・・１９ｃで覆いつつ、電気炉１３への外気の侵入を防止するというものである。
【００１８】
この製造方法によれば、電気炉内に外気が侵入せず、自然対流が発生しない。そのため、電気炉内のカーボンヒータは酸化されず、石英管を均等に加熱することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
図１には、本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造装置の実施例の斜視図が示されている。
【００２０】
光ファイバプリフォーム母材の製造装置１は、コアロッドの挿入された石英管２が貫通し、石英管２を外周から加熱するカーボンヒータ１６とカーボンヒータ１６の周囲を取り囲むカーボン断熱材１５とが配置されている電気炉１３を有している。電気炉１３の側面には不活性ガス導入管１７が３本、高さを相違させて挿入されている。
【００２１】
電気炉１３の上端には、石英管２と電気炉１３との隙間１４を覆う三重の遮熱絞り具１１ａ、１１ｂ、１１ｃを内装する筒体１０が配置されている。三つのうちで最上の遮熱絞り具１１ａと真中に位置する遮熱絞り具１１ｂとは６０ｍｍ離れており、真中の遮熱絞り具１１ｂと最下の遮熱絞り具１１ｃとは１０ｍｍ離れている。
【００２２】
遮熱絞り具１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、要部断面図である図２に示すように、同心円上の等間隔な軸３２に各々取り付けられて巴状に重なっている８枚のステンレス製の遮熱板３１を有している。遮熱板３１の各々に設けられた湾曲３３で、石英管２の外周を取り囲んでいる。各遮熱板３１の有する爪３４が、遮熱板３１を取り囲むリング３０に等間隔に設けられた窪み３５と嵌合している。リング３０の有する取手３７が、筒体１０の孔３６から突出している。
【００２３】
筒体１０の上部の開放端には、石英管２を取り囲んだ筒状シール部材９が配置されている。筒状シール部材９は、石英管２と筒体１０との隙間を被っている。
【００２４】
電気炉１３の下端にも、三重の遮熱絞り具１９ａ、１９ｂ、１９ｃを内装した筒体１８が配置されている。三つのうちでその最上の遮熱絞り具１９ａと真中の遮熱絞り具１９ｂ、真中の遮熱絞り具１９ｂと最下の遮熱絞り具１９ｃとは各々２０ｍｍ離れている。遮熱絞り具１９ａ・・・１９ｃは、図２に示す遮熱絞り具１１ａ、１１ｂ、１１ｃと同様な構造であり、隙間１４を覆っている。
【００２５】
遮熱絞り具１１ａは、石英管２と遮熱絞り具１１ａとの空隙１２ａが広いときには、取手をＡ方向に動かして軸３２を中心として遮熱板３１を動かすことにより遮熱絞り具１１ａを絞って、空隙１２ａを狭めるものである。また石英管１１ａと遮熱絞り具１２ａとが接触してしまうときには、取手をＢ方向に動かして軸３２を中心として遮熱板３１を動かすことにより遮熱絞り具１１ａを開いて、空隙１２ａを広げるものである。遮熱絞り具１１ｂ、１１ｃ、１９ａ・・・１９ｃについても同様である。
【００２６】
光ファイバプリフォーム母材の製造方法は、その製造途中を示す図４を参照して説明すると、以下のとおりである。
【００２７】
長さ１０００ｍｍ、内径２４ｍｍ、外径８０ｍｍの合成石英製の石英管２の一端に、長さ４００ｍｍ、内径２４ｍｍ、外径４０ｍｍの天然石英製の下側ダミー管５４を同軸上に溶接する。このダミー管５４端末の周囲の数箇所を加熱しつつ鏝で押して、下側ダミー管５４の孔内に突起５６を形成する。石英管２の別な一端に、長さ７００ｍｍ、内径２４ｍｍ、外径４０ｍｍの天然石英製の上側ダミー管５０を溶接する。
【００２８】
ＶＡＤ法で形成した外径２１ｍｍのコアロッド３の一端に、下側ダミー管５４よりやや短い外径２０ｍｍの天然石英製のダミー棒５３を溶接する。石英管２にこのダミー棒５３を挿入し、下側ダミー管５４の突起５６でダミー棒５３を係止する。石英管２を、電気炉１３内のカーボンヒータ１６の円孔、および遮熱絞り具１１ａ・・・１１ｃ、１９ａ・・・１９ｃに貫通させる。外径が石英管２とほぼ同径でカーボン断熱材からなる断熱筒５７に、下側ダミー管５４を挿入して、断熱筒５７で取り囲む。下側ダミー管５４を下側チャック５５に、上側ダミー管５０を上側チャック５１に、各々把持させる。
【００２９】
電気炉１３に挿入された３本の不活性ガス導入管１７のうちの上下の２本から１０Ｌ／分、真中の１本から１Ｌ／分のアルゴンガスを電気炉１３内へ導入する。
【００３０】
上側ダミー管５０の開放端と下側ダミー管５４の開放端とに繋がった減圧ポンプ（不図示）により減圧し、石英管２内およびダミー管５０、５４内を１００ｔｏｒｒに維持する。電気炉１３を２０５０℃に加熱しつつ、上側ダミー管５０から加熱を開始する。電気炉１３を１０ｍｍ／分で降下させる。
【００３１】
上側ダミー管５０は、加熱された部分で軟化し、減圧されているため中空が潰れ細径化する。
【００３２】
石英管２と遮熱絞り具１１ａとの空隙１２ａを１ｍｍ以内に調整する。他の遮熱絞り具１１ｂ、１１ｃ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃも同様である。
【００３３】
加熱が進行し、石英管２が加熱されると、加熱された部分で軟化し、石英管２内が減圧されているため、コアロッド３と石英管２との間の環状の空間５２が潰れ、コアロッド３と石英管２とが熱溶着する。
【００３４】
石英管２の下端まで加熱されて熱溶着が完了すると、光ファイバプリフォーム母材が得られる。
【００３５】
なお、石英管２と、ダミー管５０または５４とを接続するためにこの製造装置を用い、石英管２内やダミー管５０、５４内にパージガスとしてヘリウムガスを流しつつ、加熱してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の光ファイバプリフォーム母材の製造装置を用いると、製造途中で電気炉内に外気が侵入せず、自然対流が発生しない。そのため、電気炉内のカーボンヒータは酸化されず、石英管は均等に加熱される。さらに、ダミー管と石英管との外径が相違していても、電気炉内に外気が侵入することを防止することができる。そのため、得られた光ファイバプリフォーム母材には、気泡や径変動がない。この母材から歩留まりよく高品質な光ファイバへと誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造装置の実施例の斜視図である。
【図２】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造装置の実施例の要部断面図である。
【図３】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造装置の別な実施例の要部斜視図である。
【図４】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材の製造方法による製造途中を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１は光ファイバプリフォーム母材の製造装置、２は石英管、３はコアロッド、９は筒状シール部材、１０は筒体、１１ａ・・・１１ｃは遮熱絞り具、１２ａ・・・１２ｂは空隙、１３は電気炉、１４は隙間、１５はカーボン断熱材、１６はカーボンヒータ、１７は不活性ガス導入管、１８は筒体、１９ａ・・・１９ｂは遮熱絞り具、２０ａ・・・２０ｃは空隙、３０はリング、３１は遮熱板、３２は軸、３３は湾曲、３４は爪、３５は窪み、３６は孔、３７は取手、４１は遮熱板、４３は円弧状切り欠き、５０は上側ダミー管、５１は上側チャック、５２は空間、５３はダミー棒、５４は下側ダミー管、５５は下側チャック、５６は突起、５７は断熱筒、Ａ・Ｂは取手の移動方向である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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