JP2000510093A - 光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング装置及び方法と光ファイバの線引方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング装置及び方法と光ファイバの線引方法を提供する。本発明によるプリフォームロッドのオーバークラッディング方法においては、プリフォームロッドをトップチャックに固定してレベリングし、ガラス管はボトムチャックに装着してレベリングする。該プリフォームロッドをガラス管の同軸に挿入した後、炉を用いてガラス管を予熱し、ガラス管が軟化点に至るまでバーナーを用いて加熱する。プリフォームロッドとガラス管の隙間で負の真空圧を用いて空気を吸入してガラス管にプリフォームロッドを完全に密閉させる。これにより、プリフォームが製造される。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング装置 及び方法と光ファイバの線引方法 発明の背景 発明の属する技術分野 本発明は大口径の光ファイバプリフォームロッド(preform rod)の製造方法に 関し、特に、ガラス管を炉で予熱(preheat)し、該ガラス管を酸水素バーナーで 加熱してプリフォームロッド上にコラプス(collapse)させることにより、プリフ ォームの製造時間を短縮する光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッデ ィング装置及び方法と、ガラス管とプリフォームロッドを炉に入れてガラス管を プリフォームロッド上にコラプスさせるように熱を加えてプリフォームを形成し 、さらにこのプリフォームに熱を加えて炉から光ファイバを引き出す光ファイバ 線引装置及び方法に関する。 従来の技術 一般に、光ファイバを製造する方法には二つの工程、すなわち、プリフォーム ロッドを製造した後、ロッド−イン−チューブ(rod−in−tube)又はオーバーク ラッディング(overcladding)方法でプリフォームを製造する工程と、製造された プリフォームを溶融して１２５μｍの外径を有する光ファイバを線引きする工程 とがある。 この工程でのプリフォームロッドは外付け法(outside deposition)又は内付け 法(inside deposition)で製造される。ＶＡＤ(vapor phase axial deposition) 工程及びＯＶＤ(outside vapor deposition)工程などの外付け法では、ＳｉＣｌ₄ 及び他のドープ剤などの化学ガスを酸素とともに火炎中で加水分解してスート( soot)を合成しプリフォームロッドにこのガスを供給しながら、そのスートと呼 ばれるＳｉＯ₂粒子を外部からプリフォームロッド上に堆積させる。その後、多 孔性の プリフォームロッドを炉に入れてＣｌ₂及びＨｅを用いて脱水及び焼結して透明 なプリフォームロッドを製造する。一方、ＣＶＤ(chemical vapor deposition) 工程及びＭＣＶＤ(modified ＣＶＤ)工程などの内付け法では、ＳｉＣｌ₄及び他 のドープ剤を酸素とともにガラス管内に供給してガラス管の内部表面にスートを 多数発生させ、これを層として堆積させた後、ガラス管にＣｌ₂及びＨｅを供給 しながら、この堆積層を高温で加熱して収縮させる。このようなＭＣＶＤは広く 用いられる工程であって、高品質のガラスプリフォームロッドの製造を可能にす る。 光ファイバ製造のためのＭＣＶＤ及びＣＶＤ工程はその製造方法上の特性によ り約２３mm以上の直径を有するプリフォームロッドを製造するのに限界がある。 したがって、生産性を向上させるためには、ガラス管を、内付け法により予め製 造したプリホームロッドに溶融・融着(fusion-stuck)させるオーバークラッディ ング方法を用いることが必要となる。 大口径のプリフォームを得るために、予め製造したプリフォームロッドを大口 径のガラス管に挿入した後、それらを加熱してロード−イン−チューブ又はオー バークラッディング方法によりガラス管をプリフォームロッド上にコラプスさせ る。なお、上述した方法は公知技術であり、例えば、米国特許出願第０８／２９ ２，９７７号(Single−Mode Primary Overcladding Method and Apparatus)及び 大口径のプリフォームを得るために垂直旋盤とロッド−イン−チューブ又はオー バークラッディング方法を用いる米国特許第４，８２０，３２２号(Method And Apparatus For Overcladding A Glass Rod)に詳しく開示されている。これらに よると、プリフォームロッドを大口径のガラス管に挿入して加熱し、このガラス 管とプリフォームロッドの隙間圧力を真空状態まで低減しながら、ガラス管をコ ラプスさせる。また、この特許に開示されている他の方法によれば、光ファイバ の線引工程において、ジルコニウム誘導炉を用いてロッド上に管をコラプスさせ る方法が開示されている。 上述したＭＣＶＤ工程で製造されたプリフォームロッドを７0mmの外径を有す る大口径ガラス管に挿入してオーバークラッディングすることについては特に問 題はないが、ガラス管の外径又は厚さが増すほど、オーバークラッディングに必 要な熱量が増加し、さらにその熱は外部から供給するため、バーナーによるオー バークラッディング速度は遅くならざるをえない。プリフォームロッドとガラス 管の境界面に加えられる真空圧力を低める（よりい真空へ近づける）と、このよ うな問題は解決できるが、非常に大きな負圧がプリフォーム断面の同心度や円状 率の低下をもたらす原因となる。 一方、外部から供給される熱エネルギーは現状の酸水素バーナーの供給流量を 増加させることにより容易に増大できるが、。ガラス管を加熱するとその外部表 面は早く軟化して粘度が低下する一方、その内部表面は遅く軟化して一定の粘度 を維持するという特性を有するため、酸水素バーナー供給流量の増加のさせかた によっては、バーナーから発生する火炎圧力によりガラス管表面が歪んでしまう 、或いは、バーナーから発生した不純物粒子が大口径のガラス管表面に付着する などの問題が発生する。また、この酸水素バーナーは高温領域の長さが相対的に 短いため、十分な熱量をガラス管表面に伝達することができないのみならず、ガ ラス管周辺に温度不均一現象を、もたらす。したがって、断面積が楕円状(ovali ty)になるというような幾何構造の不均一現象が発生し、かつ、ガラス管の外部 表面と内部表面の粘性差によりマイクロベンディング損失(microbending loss) が増加する。更に、プリフォームの製造に約２〜４時間を所要するので、生産性 が良いとは言えない。 オーバークラッディング方法で製造したプリフォームからは、所定の線引荷重 で１２５μｍの外径を有する光ファイバを所定線速で溶融して引き出す。この線 引工程のキーポイントは線速を速めて単位時間当たりの生産性を向上させること であり、現在の線速は約６００〜１２００ｍ／ｍｉｎである。 しかしながら、上述した光ファイバ線引方法はその線引速度が遅いことから光 ファイバの大量生産が難しい。加えて、光ファイバ線引工程前にプリフォームロ ッドからプリフォームを製造するオーバークラッディング工程が追加されると、 生産性の低下及び光ファイバの高コスト化などの問題はより顕著となる。 光ファイバプリフォームを製造する他の公知装置及び方法と光ファイバの線引 方法はJ.W.Hicks,Jr.による米国特許第２，９８０，９５７号(Method And Appar atus For Use In The Fabrication Of Light−Conducting Devices)に開示され ている。ここでは、垂直ホールディング装置を用いてガラスロッド上にガラス管 をコラプスさせる装置及び方法を開示しており、この技術によるとガラス管とロ ッドとの間のガスは真空吸引され、その後、該装置の形成されたプリフォームか ら光ファイバが線引される。また、Andrew P.Harrisonなどによる米国特許第４ ，６０２，９２６号(Optical Fibre Fabrication)にはロッドと管を異なる速度 で炉に入れ、この炉から引き出されるファイバ直径をモニタリングする光ファイ バの製造方法が開示されている。さらに、Hiroshi Yokotaなどによる米国特許第 ４，７９３，８４２号(Method For Producing Glass Preform For Optical Fibe r)ではガラス管をロッド上にコラプスさせてプリフォームを形成する方法が開示 されている。それによると、ガラス管とロッドとの隙間はシリコンハロゲン化合 物のガス混合物、フッ素含有複合物及び酸素で充填されて５００〜１９００℃の 温度範囲で予熱される。この予熱段階を経た後、隙間内の大気はハロゲン含有複 合物と酸素のガス混合物に取り替えられ、ガラス管の一端部をロッド上にコラプ スして密閉する。その後、このガラス管は排気装置により隙間内の圧力が低めら れ、該ロッド上にコラプスされる。さらにまた、Masami Itoなどによるヨーロッ パ特許第５０１４２９−Ａ１号(Method For Producing Glass Preform Form Opt ical Fiber)によるとガラス管とロッドを垂直旋盤に取り付けてこのロッドをガ ラス管に挿入し、ガラス管とロッドの隙間にハロゲン含有ガスと酸素ガスを充填 した後、該ガラス管をロッド上にコラプスさせて光ファイバプリフォームを形成 する工程が開示されている。 発明の概要 上述した従来の問題点を解決するために、本発明の第１目的は、光ファイバプ リフォームの製造において、広高温領域を有する炉を用いて十分な熱をガラス管 に伝達することによりガラス管周辺の不均一な温度分布を防止し、酸素及び水素 圧力を通じてプリフォームロッド上にガラス管を安定的にコラプスさせ、プリフ ォームの断面における同心性を確保する光ファイバプリフォームロッドのオーバ ークラッディング装置及び方法を提供することにある。 本発明の第２目的は、光ファイバロッドの製造において、酸素と水素を低流量 で流して不純物粒子からプリフォームロッドの表面を保護し、高強度の光ファイ バを製造することができる光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディ ング装置及び方法を提供することにある。 本発明の第３目的は、光ファイバプリフォームの製造において、全体の熱エネ ルギーを増加して大口径のガラス管のコラプス速度を最高５倍に増加させうるプ リフォームロッドのオーバークラッディング装置及び方法を提供することにある 。 本発明の第４目的は、ガラス管の外径サイズに関わらず、プリフォームを製造 することのできる光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング方法 を提供することにある。 本発明の第５目的は、プリフォームロッドをガラス管に容易にオーバークラッ ディングできる光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング方法を 提供することにある。 本発明の第６目的は、プリフォームの生産性を向上させうる光ファイバプリフ ォームロッドのオーバークラッディング方法を提供することにある。 本発明の第７目的は、ガラス管の外部表面と内部表面を均一に軟化させうる光 ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング方法を提供することにあ る。 本発明の第８目的は、ガラス管の表面をバーナーから発生する不純物から保護 して高強度のプリフォームを製造することのできる光ファイバプリフォームロッ ドのオーバークラッディング方法を提供することにある。 本発明の第９目的は、プリフォームロッドとガラス管の粘度を調節して該プリ フォームロッドとガラス管の境界面で発生する応力を防止することのできる光フ ァイバプリフォームロッドのオーバークラッディング方法を提供することにある 。 本発明の第１０目的は、光ファイバ製造時間を短縮させうる光ファイバ線引方 法を提供することにある。 本発明の第１１目的は、オーバークラッディング工程を別に行うことなく、連 続的に光ファイバを引き出すことのできる光ファイバの線引方法を提供すること にある。 このような目的を達成するために本発明では、光ファイバプリフォームロッド のオーバークラッディング装置を提供する。このオーバークラッディング装置で は、垂直旋盤と、該垂直旋盤の両端部に設けられるチャックと、垂直旋盤に設け られて垂直旋盤の両端部の間で垂直移動するキャリジと、該キャリジに設けられ る酸水素バーナーと、キャリジに設けられる炉と、垂直旋盤の一端部に備えられ る真空ポンプと、この真空ポンプを垂直旋盤の一端部に連結するカップラと、垂 直旋盤の外部に設けられてキャリジの垂直移動、酸水素バーナーの流量及びチャ ックの回転を制御する制御器と、を備える。ここで、前記炉は、ガラス管を予熱 又は加熱してプリフォームロッドにガラス管をオーバークラッディングさせる。 また、本発明では、光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング 方法を提供する。上記のようなオーバークラッディング装置を使用するオーバー クラッディング方法では、トップチャックにプリホームロッドを留めて垂直にレ ベリング(leveling)し、ガラス管をボトムチャックに取り付けてそのガラス管を レベリング(leveling)し、そしてプリホームロッドをガラス管に同軸に挿入する 。次いで、このガラス管を炉を用いて予熱し、該ガラス管が軟化点に至るまでバ ーナーを用いて加熱する。これらプリフォームロッドとガラス管との隙間から負 の真空圧を用いて空気を吸引し、ガラス管にプリフォームロッドを密着させてプ リフォームを完成する。 さらに、本発明では、また別の光ファイバ線引方法を提供する。この光ファイ バ線引方法では、プリフォームロッドとガラス管の一端部を密封し、該プリフォ ームロッドとガラス管を光ファイバ線引装置のフィードモジュールに備えられる チャックに支持させ、その密封端部に真空ポンプを接続する。そして、該プリフ ォームロッド及びガラス管の密封端部を光ファイバ線引装置の炉の高温領域に一 致させ、該炉を用いてプリフォームロッドの密封端部を予熱する。続けてさらに 、その密封端部が軟化するまで密封端部を加熱して該プリフォームロッドとガラ ス管の隙間を密閉し、ガラス管をプリフォームロッド上にコラプスさせてプリフ ォームを形成する。このプリフォームから前記炉を用いて光ファイバを引き出し 、この線引した光ファイバの外径を測定する。その後、光ファイバを冷却し、硬 化性樹脂でコーティングする。 図面の簡単な説明 図１は本発明の第１実施形態に係る光ファイバプリフォーム製造工程で用いら れる炉とオーバークラッディング装置を示す斜視図。 図２は本発明の第１実施形態に係る図１の装置においてプリフォームロッドか らプリフォームを製造する過程を示す概略図。 図３Ａは図２の断面線Ａ−Ａにおける断面図。 図３Ｂは図２の断面線Ｂ−Ｂにおける断面図。 図３Ｃは本発明の第１実施形態に係る図１の装置によって製造したプリフォー ムを示す断面図。 図４は本発明の第２実施形態に係る例るオーバークラッディング装置を含み、 炉にガラス形成物質を注入してプリフォームロッドとガラス管の粘度を調節しな がら行うプリフォームの製造工程を示す概略図。 図５は本発明の第３実施形態に係るる炉を用いて連続的に行う光ファイバ線引 工程を示す概略図。 実施形態に対する詳細な説明 図１に本発明の第１実施形態に係る炉とオーバークラッディング装置を示す。 この装置は、ガラス管１０２及びプリフォームロッド１００を垂直に支持するチ ャック２０，３０を含む垂直旋盤１０と、垂直旋盤１０に設けられて垂直に移動 するキャリジ６０と、キャリジ６０に固定されてプリフォームロッド１００及び ガラス管１０２を加熱する酸水素バーナー４０と、キャリジ６０に取り付けられ ている酸水素バーナー４０の下方に位置してプリフォームロッド１００とガラス 管１０２を加熱又は予熱する炉５０と、垂直旋盤１０の一端部にカップラ（図示 せず）により連結される真空ポンプ１１４と、チャック３０に把持された支持(d ummy)管１０３に接続されるガラス管１０２の回転、キャリジ６０の垂直移動速 度、バーナー４０の流量及び真空ポンプ１１４の圧力などを制御する制御器(図 示せず)と、バス・バー(bus bar)５３及びケーブル５５を通じて炉５０に接続さ れて炉５０に電源供給する電源供給部１２と、を含む。 このように構成された光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディン グ装置の構成要素を詳しく説明すると次の通りである。 垂直旋盤１０にはキャリジ６０を移動させる移動手段(図示せず)とガイドロッ ド１１が設けられ、垂直旋盤１０の両端にはトップチャック２０とボトムチャッ ク３０が設けられている。トップチャック２０はプリフォームロッド１００を回 転自在に留めており、ボトムチャック３０はガラス管１０２が取り付けられる支 持管１０３を回転自在に留めている。バーナー４０の装着されるキャリジ６０は 垂直旋盤１０のガイドロッド１１に応じて垂直移動する。バーナー４０の下方に は炉５０が設けられ、上方には伸長及び収縮可能な換気用ダクト４２が設けられ ている。すなわち、ダクト４２、バーナー４０及び炉５０はキャリジ６０におい て一体的に装着されており、制御器(図示せず)によりその垂直移動が制御される 。 炉５０は内部にグラファイト材質の発熱体を備え、電源供給部１２から電源を 受けて２０００〜２５００℃範囲の加熱を行うことができる。この熱はガラス管 １０２とプリフォームロッド１００に放射現象により伝えられ、プリフォームロ ッド１００とガラス管１０２において高温領域を形成する。この炉５０の軸方向 に操作ユニット(制御パネル)５４が設けることで使用者の操作を容易にする。 本例の炉５０は、放射熱の伝達効果をより良くするために、光ファイバ線引工 程で一般に用いられる炉と比べて発熱部分が垂直方向に長く、また、炉５０自身 の厚さが薄い構造となっている。。この構造は炉５０の内部ライナー(図示せず) の厚さを部分的に減少させることにより得られる。また、炉５０の発熱体には電 気抵抗形態のグラファイト(Ｃ)又はインダクション形態のジルコニア(ＺｒＯ₂) が用いられ、炉５０にはヘリウム(Ｈｅ)、アルゴン(Ａｒ)又はヘリウムとアルゴ ンの混合ガス(Ｈｅ＋Ａｒ)を注入するために多数の管５８が接続される。また、 炉５０の上下部にはそれぞれカバーフランジ５２及びコンダクターフランジ５１ ａ，５１ｂが取付られており、コンダクターフランジ５１ａ，５１ｂには複数の バス・バー５３が装着されて電源供給部１２からケーブル５５を通じて電源供給 を受ける。コンダクターフランジ５１ａ，５１ｂはタイ・バー(tie bar)５６に よりそれらの四隅が連結されて炉５０に固定される。 不活性ガスであるＨｅやＡｒなどは高温の炉５０の内部に注入されてプリフォ ームロッド１００やガラス管１０２の外部表面で発生するグラファイトの酸化を 防止し、さらに、その不活性ガスは熱伝導率が優れていることからプリフォーム ロッド１００やガラス管１０２の外部表面の熱分布を均一にする役割を担う。炉 ５０の胴体には温度センサーをもつパイロメータ(pyrometer)５７を設けており 内部温度を感知する。また、高温の炉５０を冷却するためにクーリングライン( 図示せず)を設ける。 上述したプリフォームロッドのオーバークラッディング装置は、０〜４０℃範 囲の温度及び５０％以内の湿度を維持する場所に設けることが望ましい。 このように構成されたオーバークラッディング装置では、プリフォームロッド １００がトップチャック２０に固定されて垂直にレベリング(leveling)される。 望ましくは、プリフォームロッド１００と同一の直径を持つハンドルロッド(図 示せず)にプリフォームロッド１００を取り付け、このハンドルロッドをトップ チャック２０に取り付けるとよい。一方、大口径のガラス管１０２の一端部は支 持管１０３に装着される。、この支持管１０３がボトムチャック３０に固定され てガラス管１０２がレベリング(leveling)される。 その後、制御器を用いてトップチャック２０に固定されているプリフォームロ ッド１００を下方に移動させてガラス管１０２に同軸挿入し、制御器を用いてキ ャリジ６０を移動させ、炉５０の高温領域をプリフォームロッド１００の挿入さ れたガラス管１０２の上側所定部分に位置させる。その後、制御器を用いて両チ ャック２０，３０を駆動し、結合したプリフォームロッド１００とガラス管１０ ２を２０〜３０ｒｐｍの速度で回転させながら、炉５０に不活性ガスと電源供給 電圧を供給してガラス管１０２の上側所定部分を１０〜３０分間予熱する。この 際に、酸水素バーナー４０は初期ガス流量にターンオンされる。 ガラス管１０２の予熱部分の粘度が低下して軟化したら、制御器を用いて真空 ポンプ１１４を作動させてプリフォームロッド１００とガラス管１０２の隙間を 吸引し、プリフォームロッド１００とガラス管１０２を密封する。この隙間にＳ ｉＣｌ₄及びＯ₂を流すことにより、プリフォームロッド１００とガラス管１０２ の境界面の応力を最小化することができ、ガラス形成物質ＰＯＣｌ₄のような接 触物質の蒸着を可能にする。その後、キャリジ６０を下方に移動させ、酸水素バ ーナー４０の流量をそれぞれ酸素７５ＬＰＭ(liter per minute)、水素１５０Ｌ ＰＭに増加させる。 キャリジ６０の速度を１ＣＰＭ(centimeter per minute)から３〜５ＣＰＭに 徐々に増加させてキャリジ６０を下方に移動させ、ガラス管１０２をプリフォー ムロッド１００の全長にわたって一体にコラプスさせる。その後、炉５０の電源 をオフ状態とし、ガラス管１０２と支持管１０３の連結部に酸水素バーナー４０ を固定してその流量を酸素７５ＬＰＭ、水素１５０ＬＰＭとし３〜５分間加熱し て連結部を軟化させる。その後、トップチャック２０を１〜３mm／min(millimet ers per minute)の速度で徐々に上方へ移動させることにより、軟化連結部を薄 くする。 製作中のプリフォームの外径が完成プリフォームの２／３程度になると、操作 ユニット５４を用いてトップチャック２０を迅速に上方へ移動させ、支持管１０ ３にコラプスされたプリフォームを支持管１０３から完全に取り除く。その後、 完成プリフォームをチャック２０，３０から取り外した後、保管台で所定の時間 冷却する。これにより、プリフォームロッドのオーバークラッディング工程は完 了する。 図２及び図３Ａ〜３Ｃを参照して炉とオーバークラッディング装置を用いてプ リフォームを製造するオーバークラッディング工程を説明すると次の通りである 。プリフォームロッド１００は外付け法又は内付け法で製造され、ガラス管１０ ２はその内径が１０ｍｍ以上で、外径の大きい合成石英管又は天然石英管を用い る。プリフォームロッド１００はトップチャック２０に固定されて垂直にレベリ ング(leveling)される。大口径のガラス管１０２の一端部は支持管１０３に連結 され、支持管１０３はボトムチャック３０に固定され、そしてガラス管１０２は 垂直にレベリング(leveling)される。これにより、プリフォームロッド１００と ガラス管１０２との間には図２及び図３Ｂに示したように隙間１０８が形成され る。 制御器(図示せず)を用いてトップチャック２０に固定されているプリフォーム ロッド１００を下方に移動させてガラス管１０２に同軸挿入する。次に、制御器 を用いてキャリジ６０を移動させ、炉５０の高温領域をプリフォームロッド１０ ０の挿入されたガラス管１０２の上側所定部分に位置させる。プリフォームロッ ド１００とガラス管１０２をチャック２０，３０で回転させながら、炉５０に電 源を供給し、不活性ガスのＡｒ、Ｈｅ又はＮを隙間１０８に５〜１０ＬＰＭで注 入する。その後、ガラス管１０２の表面が１７００℃に至ったら、酸水素バーナ ー４０の流量を酸素５ＬＰＭ、水素１０ＬＰＭとして加熱温度を低めてキャリジ ６０を下方に３〜５ＣＰＭの速度で移動させながら、ガラス管１０２の表面を加 熱する。ガラス管１０２の内部表面は外部表面の熱伝導と不活性ガスにより加熱 されて内部表面のマイクロダスト粒子が焼かれ、さらにプリフォームロッド１０ ０の外部表面がガラス管１０２の内部表面の熱伝導と不活性ガスにより加熱され て外部表面のマイクロダストが焼かれる。 次に、キャリジ６０を炉５０がガラス管１０２の上側所定部分に再配置される ように移動させる。その後、ガラス管１０２とプリホームロッド１００をチャッ ク２０，３０で２０〜３０ｒｐｍの速度で回転させながら、不活性ガスを炉５０ に供給してガラス管１０２を１０〜３０分間予熱する。この際、炉５０の上方に あるバーナー４０は水素３０ＬＰＭ、酸素１５ＬＰＭで点火する。この工程にお けるプリフォームロッド１００とガラス管１０２は図３Ｂのような構造をもつ。 ガラス管１０２の予熱部分の粘度が低下して軟化したら、制御器を用いてプリ フォームロッド１００とガラス管１０２の隙間に対し真空ポンプ１１４を作動さ せて吸引し、ガラス管１０２の端部において、そのガラス管１０２の内側をプリ フォームロッド１００に密着させる。その後、キャリジ６０の速度を１ＣＰＭか ら３〜５ＣＰＭに徐々に増加させるとともに、バーナー４０の流量をそれぞれ酸 素７５ＬＰＭ、水素１５０ＬＰＭに増加させてガラス管１０２とプリフォームロ ッド１００を所定の速度で回転させながら、ガラス管１０２をプリフォームロッ ド１００の全長にわたってコラプスさせる。次いで炉５０の電源を切りし、ガラ ス管１００と支持管１０３の接続部の周囲に酸水素バーナー４０を配置し、その 流量を酸素７５ＬＰＭ、水素１５０ＬＰＭとし３〜５分かけてその接続部を軟化 させる。ガラス管１００と支持管１０３の接続部が軟化したら、トップチャック ２０を１〜３mm/minの速度で徐々に上方へ移動させ、この作業により、その軟化 接続部を薄くする。その後、製作中のプリフォームの外径が完成プリフォーム１ １２の外径の２／３程度になったら、操作ユニット５４を用いてトップチャック ２０を迅速に上方へ移動させて支持管１０３にコラプスされたプリフォーム１１ ２を支持管１０３から完全に取り除き、その後、保管台で所定の時間冷却する。 これにより、オーバークラッディング工程は完了し、プリフォーム１１２は図３ Ｃに示すような構造を持つ。 図４は本発明の第２実施形態に係る炉とオーバークラッディグ装置において、 ガラス形成物質をプリフォームロッドとガラス管の隙間に注入することにより粘 度を調節するプリフォームを製造するためのオーバークラッディング工程を示し た概略図である。 プリフォームロッド１００は外付け法又は内付け法で製造され、ガラス管１０ ２はその内径が１０ｍｍで、外径の大きい合成石英管又は天然石英管を用いる。 プリフォームロッド１００はトップチャック２０に固定されて垂直にレベリング (leveling)される。ガラス管１０２の一端部は支持管１０３に接続され、支持管 １０３はボトムチャック３０に固定される。そして、ガラス管１０２を垂直にレ ベリング(leveling)することによりプリフォームロッド１００とガラス管１０２ との間に隙間１０８が形成される。その後、制御器を用いてトップチャック２０ に固定されているプリフォームロッド１００を下方に移動させてガラス管１０２ に同軸となるよう挿入し、制御器を用いてキャリジ６０を移動させ、炉５０の高 温領域をプリフォームロッド１００の挿入されたガラス管１０２の上側所定部分 に位置させる。図４に示したように、プリフォームロッド１００とガラス管１０ ２をチャック２０，３０で回転させながら、炉５０に電源を供給し、ロータリユ ニオン１０６(ROTARY UNION)を介して５〜１０ＬＰＭの速度で不活性ガスのＡｒ 、Ｈｅ又はＮを隙間１０８に注入する。その後、ガラス管１０２の表面温度が１ ７００℃に至ったら、酸水素バーナー４０の流量をそれぞれ酸素＝５ＬＰＭ、水 素＝１０ＬＰＭとして加熱温度を低め、キャリジ６０を下方に３〜５ＣＰＭの速 度で移動させながら、ガラス管１０２の表面を加熱する。この工程によりガラス 管１０２の内部表面は外部表面の熱伝導と不活性ガスにより加熱されて内部表面 に取り付いているマイクロダスト粒子が焼かれれ、さらに、プリフォームロッド １００の外部表面がガラス管１０２の内部表面の熱伝導と不活性ガスにより加熱 されて外部表面に取り付いているマイクロダストが焼かれる。 ガラス管１０２とプリフォームロッド１００の境界面の粘度を調節するために 、隙間１０８にガラス形成物質１１０をＳｉＣｌ₄とともに注入する。この場合 にガ ス流量制御部１０４は、５００mg/min(milligrams per minute)のＳｉＣｌ₄、３ ０mg/minのＰＯＣｌ₃又は所定率のフレオン又は硼素をロータリユニオン１０６ に供給し、ロータリユニオン１０６はＳｉＣｌ₄とガラス形成物質１１０を混合 して隙間１０８に注入する。 ＳｉＣｌ₄とガラス形成物質１１０は下記のような化学式で結合して境界面の 粘度を調節する。 ［化学式］ ＳｉＣｌ₄＋ＰＯＣｌ₃＋Ｏ₂→ＳｉＯ₂＋Ｐ₂Ｏ₅＋２Ｃｌ₂↑(気体) ＳｉＣｌ₄＋ＰＯＣｌ₃+Freon＋Ｏ₂→ＳｉＯ₂＋Ｐ₂Ｏ₅＋Ｆ＋２Ｃｌ₂↑(気体) ＳｉＣｌ₄＋ＰＯＣｌ₃＋Freon＋Boron＋Ｏ₂→ＳｉＯ₂＋Ｐ₂Ｏ₅＋Ｆ＋Ｂ₂Ｏ₃＋２ Ｃｌ₂↑(気体) 隙間１０８にあるＳｉＣｌ₄とガラス形成物質１１０を加熱してマッチング粘 度を有する層を徐々に堆積する。ここで、ガラス管１０２の表面は１８００℃で 加熱され、バーナー４０の速度は１．５〜２ＣＰＭである。 ガラス管１０２とプリフォームロッド１００をチャック２０，３０で２０〜３ ０ｒｐｍの速度で回転させながら、炉５０に不活性ガスを供給してガラス管１０ ２の所定部位を１０〜３０分間かけて予熱する。このとき、炉５０の上方にある バーナー４０は水素３０ＬＰＭ、酸素１５ＬＰＭで点火する。 ガラス管１０２の予熱部分の粘度が低下して軟化すると、制御器を用いて真空 ポンプ１１４を作動させてプリフォームロッド１００とガラス管１０２の隙間１ ０８を吸引し、プリフォームロッド１００とガラス管１０２の端部を密封する。 その後、キャリッジ６０の速度を１ＣＰＭから３〜５ＣＰＭに徐々に増加させる とともに、バーナー４０の酸素及び水素流量をそれぞれ７５ＬＰＭ及び１５０Ｌ ＰＭに増加させてガラス管１０２とプリフォームロッド１００を一定の速度で回 転させながら、ガラス管１０２をプリフォーム１００の全長にかけてコラプスさ せる。そして、炉５０の電源をオフ状態とし、ガラス管１０２と支持管１０３の 接続部の周囲にバーナー４０を配置してその流量を酸素７５ＬＰＭ、水素１５０ ＬＰＭとして接続部を３〜５分間かけて軟化させる。次に、支持管１０３とガラ ス菅１０２の接続部が軟化したら、トップチャック２０を１〜３mm/minの速度で 徐々に上方へ移動させる。この作業により、軟化接続部が薄くなる。製作中のプ リフォームの外径が完成プリフォーム１１２の外径の２／３程度になったら、操 作ユニット５４を用いてトップチャック２０を迅速に上方へ移動させて支持管１ ０３にコラプスされたプリホーム１１２を支持管１０３から完全に取り除き、そ の後保管台で所定の時間冷却する。これにより、オーバークラッディング工程は 完了する。上述したオーバークラッディング方法により製造されたプリフォーム １１２は外部の衝撃を吸収するのみならず、プリフォームロッド１００とガラス 管１０２の境界面で発生する応力を最小化する。 図５はオーバークラッディング工程を別途行うことなく、炉を用いて連続的に 光ファイバを引き出す方法を示した本発明の第３実施形態の概略図である。この ような光ファイバ線引方法においては、プリフォームロッド１５８をガラス管１ ５６に垂直にレベリング(leveling)するように挿入する。その後、プリフォーム ロッド１５８とガラス管１５６の一端部のみを密封して光ファイバ線引装置のフ ィードモジュール１５０に設けられるチャック１５４にプリフォームロッド１５ ８とガラス管１５６を固定させる。 次に、プリフォームロッド１５８とガラス管１５６の非密封端部に真空ポンプ １５２を連結する。その後、密封端部を炉１６２内に垂直に固定して炉１６２の 高温領域の温度と一致させる。ここで、熱伝導率を向上させるために、炉１６２ はグラファイト材質で形成される。次に、電源供給部(図示せず)の電源をオンに して炉１６２を作動させ、炉１６２の内部にグラファイトの酸化を防止するため に１０ＬＰＭの速度でＡｒガスを注入する。その後、プリフォームロッド１５８ とガラス管１５６の密封端部を炉１６２で２０分以上予熱・加熱(heated)して軟 化させる。真空ポンプ１５２から約−７００mm Barの圧力をガラス管１５６とプ リフォームロッド１５８の境界面に加えながら、プリフォームロッド１５８の固 定されたフィードモジュール１５０を作動させる。 これにより、炉１６２の下部から１２５μｍの外径を有する光ファイバ１６０ が引き出され、炉１６２の高温領域ではガラス管１５６の加熱及び真空ポンプ１ ５２からの負圧により、プリフォームロッド１５８とガラス管１５６に対し連続 的にコラプス過程が発生する。ここで、フィードモジュール１５０は光ファイバ １６０の引き出し量だけ、まだ密着していないプリフォームロッド１５８とガラ ス管１５６を炉１６２の下方へ提供する。 外径測定器１６４は光ファイバ１６０の直径が所定の値、一般に、１２５μｍ であるかを検査して直径制御器(図示せず)に知らせる。そして、直径制御器は光 ファイバ１６０の直径が１２５μｍを維持するようにキャプスタン(capstan)１ ７２を制御する。このキャプスタン１７２は直径制御器の制御に応答して光ファ イバ１６０にかけるテンションを調節する。炉から引き出された後に冷却装置１ ６６で冷却された光ファイバ１６０を保護するために、コーティング装置１６８ で、下降する光ファイバ１６０をアクリル樹脂又はシリコン樹脂でコーティング 処理する。その後、光ファイバ１６０を紫外線硬化装置１７０で硬化し、キャプ スタン１７２を経てスプール１７４に巻きとる。これにより、光ファイバ線引工 程が完了する。 上述したように、本発明の実施形態による光ファイバプリフォームロッドのオ ーバークラッディング方法及び装置と光ファイバ線引方法は次のような効果があ る。 （１）従来の技術による酸水素バーナーより広い高温領域を有する炉をもちい ることにより十分な熱量をガラス管の表面に伝えて温度不均衡現象を防止するの みならず、均質かつ安定的なコラプスが可能である。 （２）十分な熱量によりプリフォームロッドと大口径のガラス管の相互接触面 の粘性が同一になるため、マイクロベンディング損失を大幅に減少させる。 （３）従来の技術では酸水素バーナーの不純物によりプリホームロッド表面の 汚れが生じていたが、酸水素バーナーを低流量(すなわち、酸素を１００ＬＰＭ 、水素を２００ＬＰＭ)で使用することにより、プリホームロッド表面を不純物 から保護して高強度の光ファイバ製造が可能である。 （４）大口径のガラス管表面を炉で加熱し、酸水素バーナーの圧力によりコラ プス形成を行うこと及び炉内の均一な温度分布によって、正確なプリフォーム断 面の集中度を維持しながら、プリフォームを製造することができる。 （５）従来よりも熱の総供給量を多くして大口径のガラス管のコラプス速度を 最高５倍速めることができ、この工程を自動制御するのみならず、その製造工程 時間をはるかに短縮させうる。 （６）プリフォームロッドのサイズに関わらず、どのサイズのロッドにもオー バークラッディングが可能である。 （７）真空ポンプを用いてコラプス工程を容易にするのみならず、プリフォー ムロッドとガラス管の隙間にＳｉＣｌ₄及びＯ₂、ガラス形成物質のＰＯＣｌ₃、 硼素、フレオンなどを流すことにより、接触剤の堆積が可能で境界面で発生する 応力を軽減させうる。 （８）本発明の炉を、光ファイバ線引装置においてプリフォームロッドを装着 する部分に設けることにより、オーバークラッディング工程を行わず、連続的に 光ファイバを引き出すことができる。これにより、製造工程時間が大幅に短縮す るのみならず、生産性も向上する。 以上、本発明を特定の例を参照して説明したが、特許請求の範囲により定まる 本発明の範囲及び思想を逸脱しない限り、各種の変形が当該技術分野における通 常の知識を持つ者により可能なことは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，ＣＡ，Ｃ Ｎ，ＪＰ，ＭＸ，ＲＵ (72)発明者 ソ マン ソク 大韓民国 442―370 キョンギ―ド スウ ォン―シティ パルダル―グ メタン―ド ン 2018―12 (72)発明者 ペク ウン チョル 大韓民国 506―303 カンジュカンヨク― シティ カンサン―グ サンガン―ドン 572 (72)発明者 オ キョン ハン 大韓民国 137―070 ソウル ソチョ―グ ソチョ―ドン 1563―８ (72)発明者 ソン ギ フ 大韓民国 137―040 ソウル ソチョ―グ パンポ―ドン ハンヤンアパート ＃６ ―612 (72)発明者 ド ムン ヒョン 大韓民国 730―090 キョンサンブク―ド クミ―シティ ソンジョン―ドン 37 (72)発明者 チョン ヨン ジュ 大韓民国 506―303 カンジュカンヨク― シティ カンサン―グ サンガン―ドン 572

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 垂直旋盤と、該垂直旋盤の両端部にそれぞれ設けられる二つのチャック と、前記垂直旋盤に設けられてこの垂直旋盤の両端部の間で垂直移動するキャリ ジと、該キャリジに設けられる酸水素バーナーと、前記キャリジに設けられる炉 と、前記垂直旋盤の一端部に備えられる真空ポンプと、該真空ポンプを前記垂直 旋盤の一端部に連結するカップラと、前記垂直旋盤の外部に設けられて前記キャ リジの垂直移動、前記酸水素バーナーの流量及び前記チャックの回転を制御する 制御器と、を備え、前記炉は、ガラス管を予熱又は加熱してプリホームロッドを 前記ガラス管にオーバークラッディングするために使用されることを特徴とする 光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング装置。 ２．炉はキャリジのバーナーの下方に設置される請求項１に記載の光ファイバ プリフォームロッドのオーバークラッディング装置。 ３．炉はグラファイト発熱体を備え、電力供給源から電力供給を受け及びる請 求項１に記載の光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング装置。 ４．炉はヘリウム(Ｈｅ)、アルゴン(Ａｒ)、ヘリウムとアルゴンの混合物又は 窒素(Ｎ₂)のいずれかの不活性ガスを用いてプリフォームロッド及びガラス管の 酸化を防止する請求項１に記載の光ファイバプリフォームロッドのオーバークラ ッディング装置。 ５．トップ及びボトムチャックを備える垂直旋盤と、リング状の酸水素バーナ ーと、ガラス管を加熱又は予熱する炉と、前記チャック間で垂直移動するキャリ ジと、前記垂直旋盤の一端部に備えられる真空ポンプと、該真空ポンプと前記の チャックの一方との間に接続されるカップラと、前記キャリジの垂直移動、前記 酸水素バーナーの流量及び前記チャックの回転を制御する制御器と、を備えるオ ーバークラッデイング装置による光ファイバプリホームロッドのオーバークラッ ディング方法であって、 トップチャックに光ファバアプリフォームロッドを固定して垂直にレベリング する過程と、ガラス管を支持管に装着する過程と、該支持管をボトムチャックに 設け、ガラス管を垂直にレベリングする過程と、トップチャックを下降させてプ リフォームロッドをガラス管に同軸挿入する過程と、炉を用いてガラス管を予熱 し、ガラス管が軟化点に至るまでバーナーを用いてガラス管を加熱する過程と、 プリフォームロッドとガラス管の隙間に対し負圧による吸引を行い、ガラス管と プリフォームロッドを密着させてプリホームを完成する過程と、を含むことを特 徴とする光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング方法。 ６．プリホームロッドは外付け法又は内付け法のいずれか一の方法で製造され る請求項５に記載の光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング方 法。 ７．ガラス管は合成石英管又は天然石英管のいずれかである請求項５に記載の 光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング方法。 ８．ガラス管は内径が１０ｍｍ以上である請求項７に記載の光ファイバプリフ ォームロッドのオーバークラッディング方法。 ９．プリホームロッドとガラス管の隙間に不活性ガスを注入して該隙間から異 物質を取り除く請求項５に記載の光ファイバプリフォームロッドのオーバークラ ッディング方法。 １０．プリフォームロッド外部表面の異物質がガラス管から伝わる熱と不活性 ガスにより取り除かれる請求項９に記載の光ファイバプリフォームロッドのオー バークラッディング方法。 １１．ガラス管内部表面の異物質は炉又はバーナーから発生する熱と不活性ガ スにより取り除かれる請求項９に記載の光ファイバプリフォームロッドのオーバ ークラッディング方法。 １２．不活性ガスはヘリウム(Ｈｅ)、アルゴン(Ａｒ)、ヘリウムとアルゴンの 混合物又は窒素(Ｎ₂)のいずれかである請求項９に記載の光ファイバプリフォー ムロッドのオーバークラッディング方法。 １３．トップ及びボトムチャックを備える垂直旋盤と、リング状の酸水素バー ナーと、ガラス管を加熱又は予熱する炉と、前記チャック間で垂直移動するキャ リジと、前記垂直旋盤の一端部に備えられる真空ポンプと、該真空ポンプと前記 チャックの一方との間に装着されるカップラと、前記キャリジの垂直移動、前記 酸水素バーナーの流量及び前記チャックの回転を制御する制御器と、を備えるオ ーバークラッデイング装置による光ファイバプリホームロッドのオーバークラッ ディング方法であって、 トップチャックに光ファイバプリフォームロッドを固定して垂直にレベリング する過程と、ガラス管を支持管に連結する過程と、該支持管をボタムチャックに 取り付け、ガラス管を垂直にレベリングする過程と、トップチャックを下降させ てプリフォームロッドをガラス管に同軸挿入する過程と、 プリフォームロッドとガラス管の隙間にＳｉＣｌ₄とガラス形成物質を注入し てプリフォームロッドとガラス管の粘度を調節しながら、プリフォームロッドと ガラス管の隙間にマッチング粘度を有するシリカ層を堆積する過程と、炉を用い てガラス管を予熱し、ガラス管が軟化点に至るまでバーナーを用いてガラス管を 加熱する過程と、プリフォームロッドとガラス管の隙間に対し負圧による吸引を 行い、ガラス管とプリフォームロッドを密着させプリフォームを完成する過程と 、を含むことを特徴とする光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディ ング方法。 １４．ガラス形成物質は低粘度を有するＰＯＣｌ₃、フレオン又は硼素のいず れかである請求項１３に記載の光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッ ディング方法。 １５．プリホームロッドとガラス管の隙間にＳｉＣｌ₄及びＰＯＣｌ₃を注入す る請求項１３に記載の光ファイバプリフォームロッドのオーバークラッディング 方法。 １６．プリフォームロッドとガラス管の隙間にＳｉＣｌ₄、ＰＯＣｌ₃及びフレ オンを注入する請求項１３に記載の光ファイバプリフォームロッドのオーバーク ラッディング方法。 １７．プリフォームロッドとガラス管の隙間にＳｉＣｌ₄、ＰＯＣｌ₃、フレオ ン及び硼素を注入する請求項１３に記載の光ファイバプリフォームロッドのオー バークラッディング方法。 １８． プリフォームロッドの一端部とガラス管の一端部を密封する過程と、 これらプリフォームロッド及びラス管の非密封端部を光ファイバ線引装置のフィ ードモジュールに備えられるチャックに固定する過程と、前記プリフォームロッ ド及びガラス管の非密封端部に真空ポンプを接続する過程と、前記プリフォーム ロッド及びガラス管の密封端部を前記光ファイバ線引装置内の炉の高温領域部分 と一致させる過程と、前記炉を用いて前記プリフォームロッドの密封端部を予熱 し、該密封端部が軟化するまで加熱した後、前記真空ポンプを用いて前記プリフ ォームロッドと前記ガラス管との隙間を吸引し、該ガラス管を該プリフォームロ ッド上にコラプスさせてプリフォームを形成する過程と、このプリフォームを前 記炉を用いて加熱することにより当該プリフォームから光ファイバを引き出す過 程と、この引き出された光ファイバの外径を測定する過程と、この外径測定後の 光ファイバを冷却する過程と、この冷却後の光ファイバを硬化性樹脂でコーティ ングする過程と、を含むことを特徴とする光ファイバの線引方法。 １９．炉はグラファイトで形成されている請求項１８に記載の光ファイバの線 引方法。 ２０．炉にアルゴンガスを注入する請求項１９に記載の光ファイバの線引方法 。 ２１．光ファイバ線引装置のフィードモジュールは光ファイバの引き出し長さ だけプリフォームロッドとガラス管を下方に移動させる請求項１９に記載の光フ ァイバの線引方法。