JPH01183432A - 石英ガラス管の加熱方法 - Google Patents
石英ガラス管の加熱方法Info
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- JPH01183432A JPH01183432A JP63007008A JP700888A JPH01183432A JP H01183432 A JPH01183432 A JP H01183432A JP 63007008 A JP63007008 A JP 63007008A JP 700888 A JP700888 A JP 700888A JP H01183432 A JPH01183432 A JP H01183432A
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- H—ELECTRICITY
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は石英ガラス（石英系ガラスも含む、以下同じ）
管の力Ｕ熱方法に関し、詳しくはマイクロ波を用いた加
熱方法であって、加熱源から汚染がなく迅速な加熱法と
して石英ガラス光ファイバ製造等の分野に利用するに適
したものである。
管の力Ｕ熱方法に関し、詳しくはマイクロ波を用いた加
熱方法であって、加熱源から汚染がなく迅速な加熱法と
して石英ガラス光ファイバ製造等の分野に利用するに適
したものである。
石英ガラス管を加熱する方法の一つとして、当該石英ガ
ラスにマイクロ波を吸収させることによシ、該石英ガラ
ス自身を発熱させる方法が知られている。この場合、石
英ガラスの誘電損失は常温では極めて小さいが、高温で
は大きくなってマイクロ波の吸収が実質的に可能になる
と言われている。そこで、第５図に示すように、石英ガ
ラスＩ′ｆｔ：酸水素バ〜す３等によ９１００００以上
に予熱しておき、この予熱部をマイクロ波印加部２（導
波路内或いは共振器内等）に直ちに導入することにより
、該予熱部にマイクロ波を吸収させる方法が報告されて
いる（ Ｊ、ｏｔＬｘｇｈｔｗａｖｅｇ Ｔｅｏｈ、ｖ
ｏｌ、ＬＴ−４，Ａ Ｉ Ｏ，Ｏｃｔ、＋ ９８６ 。
ラスにマイクロ波を吸収させることによシ、該石英ガラ
ス自身を発熱させる方法が知られている。この場合、石
英ガラスの誘電損失は常温では極めて小さいが、高温で
は大きくなってマイクロ波の吸収が実質的に可能になる
と言われている。そこで、第５図に示すように、石英ガ
ラスＩ′ｆｔ：酸水素バ〜す３等によ９１００００以上
に予熱しておき、この予熱部をマイクロ波印加部２（導
波路内或いは共振器内等）に直ちに導入することにより
、該予熱部にマイクロ波を吸収させる方法が報告されて
いる（ Ｊ、ｏｔＬｘｇｈｔｗａｖｅｇ Ｔｅｏｈ、ｖ
ｏｌ、ＬＴ−４，Ａ Ｉ Ｏ，Ｏｃｔ、＋ ９８６ 。
ｐｐ＋５６９）。
しかしながら、石英ガラスの熱伝導率が極めて小さいた
め、この種の従来技術では石英ガラス体の内部を充分に
加熱することが難かしく、また、予熱したガラスの外表
面はマイクロ波印加部に移動させる間に冷却され易いた
め、通常の導波路を用いた方式でマイクロ波を石英ガラ
スに吸収させることは極めて困難で、当然、充分な発熱
を得るに到らなかった。また、酸水素バーナ等の外部熱
源を用いた予熱は石英ガラス体を汚染する恐れがあるが
、特に元ファイバ用の石英ガラスの加熱手段としてはこ
の点の改良が望まれていた。
め、この種の従来技術では石英ガラス体の内部を充分に
加熱することが難かしく、また、予熱したガラスの外表
面はマイクロ波印加部に移動させる間に冷却され易いた
め、通常の導波路を用いた方式でマイクロ波を石英ガラ
スに吸収させることは極めて困難で、当然、充分な発熱
を得るに到らなかった。また、酸水素バーナ等の外部熱
源を用いた予熱は石英ガラス体を汚染する恐れがあるが
、特に元ファイバ用の石英ガラスの加熱手段としてはこ
の点の改良が望まれていた。
本発明はこのような問題点を解決し、マイクロ波を用い
て石英ガラスを十分に加熱できしかも迅速、清浄に行な
える新規な方法を目脂してなされたものである。
て石英ガラスを十分に加熱できしかも迅速、清浄に行な
える新規な方法を目脂してなされたものである。
本発明者らは、従来の酸水素バーナ等外部加熱源による
予熱と、該予熱部をマイクロ波印加部へ移動するという
ロスのある手段にかえて１、マイクロ波印加部内で石英
系ガラスを予熱し、そのままマイクロ波印加できる方法
を研究の結果、予熱手段としてプラズマになシ易いガス
金熱プラズマ化し、このガスの発熱全利用することを考
えつき、本発明に到達したのである。
予熱と、該予熱部をマイクロ波印加部へ移動するという
ロスのある手段にかえて１、マイクロ波印加部内で石英
系ガラスを予熱し、そのままマイクロ波印加できる方法
を研究の結果、予熱手段としてプラズマになシ易いガス
金熱プラズマ化し、このガスの発熱全利用することを考
えつき、本発明に到達したのである。
すなわち、本発明はマイクロ涙金用いた石英ガラス管の
加熱方法において、該石英ガラス管内に常圧下でプラズ
マ生成用ガス全供給し、かつ該石英ガラス管にマイクロ
波を印加することにより該石英ガラス管内に熱プラズマ
を形成して該石英ガラス管全予熱し、しかる後にマイク
ロ波は印加した１まで前記プラズマ生成用ガスの供給を
停止する仁とによｐマイクロ波を該石英ガラス管に吸収
させることを特徴とする石英ガラス管の加熱方法に関す
る。
加熱方法において、該石英ガラス管内に常圧下でプラズ
マ生成用ガス全供給し、かつ該石英ガラス管にマイクロ
波を印加することにより該石英ガラス管内に熱プラズマ
を形成して該石英ガラス管全予熱し、しかる後にマイク
ロ波は印加した１まで前記プラズマ生成用ガスの供給を
停止する仁とによｐマイクロ波を該石英ガラス管に吸収
させることを特徴とする石英ガラス管の加熱方法に関す
る。
本発明におけるプラズマ生成用ガスとしてはＡｒ、０２
．Ｎ２等を用いることができるが、Ａｒ ｋ用いると容
易に熱プラズマを生成できて特に好ましい。マイクロ波
としては２．４ ＧＨｚ帯のマイクロ波を用いることが
好結果金得られるので好ｌしい。なお、本発明の石英ガ
ラスとしては、純石英の他、その用途に応じ、例えば弗
素（Ｆ）。
．Ｎ２等を用いることができるが、Ａｒ ｋ用いると容
易に熱プラズマを生成できて特に好ましい。マイクロ波
としては２．４ ＧＨｚ帯のマイクロ波を用いることが
好結果金得られるので好ｌしい。なお、本発明の石英ガ
ラスとしては、純石英の他、その用途に応じ、例えば弗
素（Ｆ）。
Ｐ２Ｏ５，ＧａＯ２，ＢｅＯ３等の添加剤を多少含んで
もよい。
もよい。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の詳細な説明図であ）、第２図は本発明
の方法のフローチャートである。
の方法のフローチャートである。
第１図において、加熱しようとする石英ガラス管２はマ
イクロ波照射部２（本具体例では定在波型）の中に挿入
されておシ、まず例えばＡｒ等のプラズマ生成用ガス３
が該石英ガラス管１内に導入される。この時管Ｉ内のマ
イクロ波照射部に別途例えばカーボン棒やタングステン
棒等の耐熱性の高い導電性棒を挿入しておき、マイクロ
波照射を開始し出力を増してゆくと、導電性棒の先端で
徹しく放電が生じ、プラズマ生成ガス５が点火して熱プ
ラズマ４を生成することができる。この生成式せた熱プ
ラズマ４によ）該石英ガラス管１をしばらく加熱するこ
とにより、鉄管１は容易に＋５００Ｃ程度の温度になる
。この熱プラズマ予熱の時間は数十秒〜数分間でよい。
イクロ波照射部２（本具体例では定在波型）の中に挿入
されておシ、まず例えばＡｒ等のプラズマ生成用ガス３
が該石英ガラス管１内に導入される。この時管Ｉ内のマ
イクロ波照射部に別途例えばカーボン棒やタングステン
棒等の耐熱性の高い導電性棒を挿入しておき、マイクロ
波照射を開始し出力を増してゆくと、導電性棒の先端で
徹しく放電が生じ、プラズマ生成ガス５が点火して熱プ
ラズマ４を生成することができる。この生成式せた熱プ
ラズマ４によ）該石英ガラス管１をしばらく加熱するこ
とにより、鉄管１は容易に＋５００Ｃ程度の温度になる
。この熱プラズマ予熱の時間は数十秒〜数分間でよい。
この加熱は石英ガラス管内部における発熱を利用してお
シ、またマイクロ波雰囲気で行っているので、マイクロ
波を石英ガラス自体に吸収させてゆくという次ステツプ
に到るまでの熱損失を殆んどなくすことができ、極めて
効率的である。この予熱に続き、プラズマ生成ガス３の
導入を停止させると、直ちにマイクロ波の石英ガラス管
１への吸収を起すことができる。プラズマ４を形成させ
たｔまでは、マイクロ波はプラズマ４の方によく吸収さ
れてしまい、石英ガラスへの吸収が起シ難く加軍効軍が
悪い。
シ、またマイクロ波雰囲気で行っているので、マイクロ
波を石英ガラス自体に吸収させてゆくという次ステツプ
に到るまでの熱損失を殆んどなくすことができ、極めて
効率的である。この予熱に続き、プラズマ生成ガス３の
導入を停止させると、直ちにマイクロ波の石英ガラス管
１への吸収を起すことができる。プラズマ４を形成させ
たｔまでは、マイクロ波はプラズマ４の方によく吸収さ
れてしまい、石英ガラスへの吸収が起シ難く加軍効軍が
悪い。
本発明におけるプラズマ生成用ガスとしては、常圧のＡ
ｒ 流が好ましい。この理由は、減圧下で行なうとプラ
ズマ形成は容易であるが石英ガラス管の温度を充分に上
げることができず、−方加圧下で行なうと、石英ガラス
管が変形し易くなプ、又装置構成も複雑になってしまう
という欠点があるからである。そしてＡｒ ガスはプ
ラズマを発生きせ易いに加え、不活性である九め石英ガ
ラスに悪影響を与えることがないという点によシ、最も
好ましいのである。
ｒ 流が好ましい。この理由は、減圧下で行なうとプラ
ズマ形成は容易であるが石英ガラス管の温度を充分に上
げることができず、−方加圧下で行なうと、石英ガラス
管が変形し易くなプ、又装置構成も複雑になってしまう
という欠点があるからである。そしてＡｒ ガスはプ
ラズマを発生きせ易いに加え、不活性である九め石英ガ
ラスに悪影響を与えることがないという点によシ、最も
好ましいのである。
本発明において、マイクロ波は２．４ ＧＨｚ帯を用い
ることが好ましい。この理由は石英ガラスに吸収される
電力Ｐは、下記（１）式 ％式％（ （ｋ：比例定数、ｆ：周波数、ｚ：電界の強さ、ｅ：比
誘電率、ｔｕａ：ｓ電体損失角）で表されるため、誘電
体損が変らなければ周波数ｆが高い程有利であるからで
ある。特に、２．４ ＧＨｚの電源は汎用性があシ、信
頼性も高いのでこれを用いると都合が良い。
ることが好ましい。この理由は石英ガラスに吸収される
電力Ｐは、下記（１）式 ％式％（ （ｋ：比例定数、ｆ：周波数、ｚ：電界の強さ、ｅ：比
誘電率、ｔｕａ：ｓ電体損失角）で表されるため、誘電
体損が変らなければ周波数ｆが高い程有利であるからで
ある。特に、２．４ ＧＨｚの電源は汎用性があシ、信
頼性も高いのでこれを用いると都合が良い。
第３図は本発明の別の実施態様を説明する図で、マイク
ロ波照射部が空洞共振器２１である例を示す。第４図に
マイクロ波の供給系を示すが、２がマイクロ波照射部で
あシ、５は導波管、６はマイクロ波発振器、７はマグネ
トロン、８はアイソレータ、９は整合器、１０はパワー
モニターであシ、実線矢印は入射波を、破線矢印は反射
波を示す。
ロ波照射部が空洞共振器２１である例を示す。第４図に
マイクロ波の供給系を示すが、２がマイクロ波照射部で
あシ、５は導波管、６はマイクロ波発振器、７はマグネ
トロン、８はアイソレータ、９は整合器、１０はパワー
モニターであシ、実線矢印は入射波を、破線矢印は反射
波を示す。
以上のように行うことで、充分な予熱によ）高温となっ
た石英ガラスは誘電損失が大きくなシ、この状態でマイ
クロ波照射できるので高温に発熱できるのである。
た石英ガラスは誘電損失が大きくなシ、この状態でマイ
クロ波照射できるので高温に発熱できるのである。
本発明に用いるマイクロ波の出力は特に限定されるとこ
ろはないが、汎用のマイクロ波電源としては出力５贋の
ものが一般的である。パワーが更に要求される場合には
これを複数個用い、これらのモードを特殊な形で一つの
共振器に導入することにより、大きなパワーを得ること
ができる。各工程とマイクロ波出力の例を挙げると、プ
ラズマ生成用ガスの点火工程３〜５蹟、予熱時２〜４ｙ
、マイクロ波吸収工程５〜１０蹟といった組合せである
が、あくまでもこれは参考例にすぎない。
ろはないが、汎用のマイクロ波電源としては出力５贋の
ものが一般的である。パワーが更に要求される場合には
これを複数個用い、これらのモードを特殊な形で一つの
共振器に導入することにより、大きなパワーを得ること
ができる。各工程とマイクロ波出力の例を挙げると、プ
ラズマ生成用ガスの点火工程３〜５蹟、予熱時２〜４ｙ
、マイクロ波吸収工程５〜１０蹟といった組合せである
が、あくまでもこれは参考例にすぎない。
実施例
第４図の構成のマイクロ波供給系であって、その断面形
状が５５１ｇＸＩＩＯｍの方形導波路で先端部には約４
０ｍ径の円筒状開口部を有する装置を用いて本発明に従
い石英ガラス管を加熱した。上記円筒状開口部内に、石
英ガラス管（外径２６．φ、内径１８ｓｏ＋）ｔ−挿入
した状態で、該管内にＡｒ ガスを１１７分の割合で
、約ｉ気圧の開放系下で流し、該管内には外径４０φの
カーボンロッドを挿入した。この状態でマイクロ波出力
を約３ｙ印加することによｌ、Ａｒガスをプラズマ状態
にした。すなわち、プラズマを点火した。このプラズマ
状態を約１分間維持した後、該管内へのＡｒ ガスの
導入を停止し、さらにマイクロ波の出力を４．５５１に
維持した。
状が５５１ｇＸＩＩＯｍの方形導波路で先端部には約４
０ｍ径の円筒状開口部を有する装置を用いて本発明に従
い石英ガラス管を加熱した。上記円筒状開口部内に、石
英ガラス管（外径２６．φ、内径１８ｓｏ＋）ｔ−挿入
した状態で、該管内にＡｒ ガスを１１７分の割合で
、約ｉ気圧の開放系下で流し、該管内には外径４０φの
カーボンロッドを挿入した。この状態でマイクロ波出力
を約３ｙ印加することによｌ、Ａｒガスをプラズマ状態
にした。すなわち、プラズマを点火した。このプラズマ
状態を約１分間維持した後、該管内へのＡｒ ガスの
導入を停止し、さらにマイクロ波の出力を４．５５１に
維持した。
以上の操作によシ、石英ガラス管の温度を２０００Ｃ以
上に上げる仁とができた。
上に上げる仁とができた。
比較例
実施例と同様のマイクロ波供給系と石英ガラス管を用い
て、第５図に示すように該石英ガラス管をガラス旋盤に
把持して回転させながら、該石英ガラス管の一部を酸水
素バーナ火炎によシガラス表面で約１ｓｏｏｃＫ：；ｒ
ｘ熱し、出力４．５ｙに維持した導波路内にこの加熱さ
れ九部分を急速に挿入した。この後、導波路内の石英ガ
ラス管の温度変化を観測したところ、温度の上昇はみら
れず、降温してゆき、満足な加熱はできなかった。
て、第５図に示すように該石英ガラス管をガラス旋盤に
把持して回転させながら、該石英ガラス管の一部を酸水
素バーナ火炎によシガラス表面で約１ｓｏｏｃＫ：；ｒ
ｘ熱し、出力４．５ｙに維持した導波路内にこの加熱さ
れ九部分を急速に挿入した。この後、導波路内の石英ガ
ラス管の温度変化を観測したところ、温度の上昇はみら
れず、降温してゆき、満足な加熱はできなかった。
以上の実施例と比較例の結果から、本発明の方法により
十分な加熱が可能であることは明らかである。
十分な加熱が可能であることは明らかである。
本発明はマイクロ波照射部内の石英ガラス管を、その内
部からプラズマガスにより極めて高温度に予熱してマイ
クロ波を吸収し易い状態に保ち、直ちにマイクロ波照射
するので効率よく石英ガラス管を高温に加熱することが
できる。
部からプラズマガスにより極めて高温度に予熱してマイ
クロ波を吸収し易い状態に保ち、直ちにマイクロ波照射
するので効率よく石英ガラス管を高温に加熱することが
できる。
この予熱は、Ａｒ ガス等のプラズマ生成用ガスを石
英管内に導入する系を付加する構成のみでよいので、従
来法のような外部加熱源は不要となり、装置をより小型
でかつ経済的なものとすることができる。さらに従来法
に見られた酸水素バーナ等の火炎や抵抗炉等の予熱源に
よる石英ガラス管外壁への汚染もなく、也めて清浄かつ
迅速な予熱と、十分な加熱を実現する方法である。した
がって、本発明は石英ガラスを用いた光フアイバ製造等
の分野で、クリーンな加熱法として利用すると、極めて
効果的である。
英管内に導入する系を付加する構成のみでよいので、従
来法のような外部加熱源は不要となり、装置をより小型
でかつ経済的なものとすることができる。さらに従来法
に見られた酸水素バーナ等の火炎や抵抗炉等の予熱源に
よる石英ガラス管外壁への汚染もなく、也めて清浄かつ
迅速な予熱と、十分な加熱を実現する方法である。した
がって、本発明は石英ガラスを用いた光フアイバ製造等
の分野で、クリーンな加熱法として利用すると、極めて
効果的である。
Claims (1)
- （１）マイクロ波を用いた石英ガラス管の加熱方法にお
いて、該石英ガラス管内に常圧下でプラズマ生成用ガス
を供給し、かつ該石英ガラス管にマイクロ波を印加する
ことにより該石英ガラス管内に熱プラズマを形成して該
石英ガラス管を予熱し、しかる後にマイクロ波は印加し
たままで前記プラズマ生成用ガスの供給を停止すること
によりマイクロ波を該石英ガラス管に吸収させることを
特徴とする石英ガラス管の加熱方法。
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