JPH03187944A - ガラス体の加熱処理方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はガラス体の加熱処理方法に関し、例えば石英系
光フアイバ用ガラス母材の火炎研摩処理方法や延伸加熱
加工方法において特に好適である。

〈従来の技術〉 −ａに石英系光ファイバは、ファイバ状態と相似の断面
構造を有するガラス母材を作製すると共に、このガラス
母材を溶融紡糸（線引き）することによって製造されて
いる。

上記ガラス母材の製造方法としては、種々の方法が既に
実用化されているが、いずれの方法においても、最終的
に線引き可能なガラス体に至るまでに、外部熱源により
ガラス母材或いはその中間体を加熱加工処理している。

この加熱加工処理工程の具体例としては、例えばＶＡＤ
法（気相軸付法）においては、線引直前にガラス母材表
面を平滑化するための「火炎研摩」する工程或いは多孔
質ガラス体を加熱透明化したのちに、所定の径に「延伸
加工」する工程、等を挙げることができる。

上記「火炎研摩」は、例えば第４図に示すような構成で
行われる。即ちガラス体としてのガラス母材１０の両端
部を回転するチャッり１１．１２に把持した後に、ガラ
ス母材１０を熱源としてのバーナ１３の火炎で加熱する
ことにより行われている。このバーナ１３は、ガラス母
材１０の一部分のみしか加熱できないため、バーナ１３
をガラス母材１０の長手方向と平行に移動（図中り方向
）していくことにより、所定領域に亙って加熱処理を施
している。

また、「延伸工程」は、例えば第５図に示すような構成
で行われる。即ち、ガラス母材１３の両端部を回転する
チャック１１．１２に把持し、乙のチャック１１．１２
のうち少なくとも一方のチャック（例えばチャック１２
）は、回転とともにガラス母材１０の一部をバーナ１３
により加熱軟化させ、長手方向に平行に移動（図中Ｍ方
向）させるようにして、該ガラス母材を延伸するように
している。乙のとき、バーナ１３の加熱及びチャック１
２の移動速度をコントロールすることにより、ガラス母
材１０を所定径に延伸加工するようにしている。

尚、この加熱加工に用いられる熱源としては、バーナと
して一般的には酸水素バーナによる火炎の他天然ガス、
プロパンガスによる火炎やプラズマ火炎を用いることが
できろ。

またバーナの他には、例えばリングヒータを有する電気
抵抗炉や高周波誘導炉等を挙げることができろ。

前述した従来の延伸加工処理をする場合は、石英系ガラ
ス母材はその中心部まで軟化点である１２００℃以上に
加熱する必要があるので、加熱源に近いガラス母材の表
面の温度は、その径によっても異なるが約１５００〜１
６００℃以上の温度に達してしまう。

また、火炎研摩処理の場合においても、十分平滑な表面
を得るために、ガラス母材の表面をやはり約１５００〜
１６００℃以上に加熱する必要がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら前述したように延伸加工処理や火炎研摩処
理においては、ガラス母材の表面を約１５００〜１６０
０℃以上に加熱するため以下のような問題がある。

■　ガラス母材の表面が加熱される結果、ガラス母材表
面からガラス成分が蒸発すると共に、ガラス微粒子を形
成し、加熱部近傍にガラス微粒子が漂遊することとなる
。この漂遊するガラス微粒子の一部は、ガラス母材表面
の非加熱領域に再付着し、ガラス母材を汚染してしまう
という問題がある。

■　また、このように付着したガラス微粒子を除去する
ためには、同一の装置で再度再付着したガラス微粒子の
みを蒸発させ、且つ新たなガラス微粒子が生成しない程
度の温度に、ガラス母材表面を加熱処理する必要がある
。ところが、この再加熱処理において、付着ガラス微粒
子のすべてを完全に蒸発させることは困難であり、一部
はガラス母材と溶融合体しガ４ ラス母材の表面を汚染するという問題がある。

更に、ガラス母材径が太い場合には、 再加熱処理において、ガラス母材の表面のみが加熱され
て中心部が加熱されないため、冷却時表面のみが収縮し
てしまい、ガラス母材表面に残留応力が残る結果、ガラ
ス母材が非常に割れ易いものになるという問題がある。

く課題を解決するｔこめの手段〉 前記課題を解決するための本発明にかかるガラス体の加
熱処理方法の構成は、熱源によりガラス体を部分的に加
熱しつつ、該熱源と該ガラス体とを相対的に移動する乙
とにより該ガラス体に加熱処理を施すガラス体の加熱処
理方法において、上記熱源近傍に設けた不活性ガス吹出
し手段により、加熱ゾーン近傍のガラス体の表面に不活
性ガスを吹付け、加熱によって該ガラス体の表面より蒸
発生成したガラス微粉末のガラス体表面への再付着を防
止することを特徴とずろ。

〈作　　　用〉 前記構成において、延伸加熱或いは火炎研摩処理を行う
際、熱源の加熱によってガラス体の表面から生成するガ
ラス微粒子は、ノズルより噴出する不活性ガスにより吹
き飛ばされ、ガラス体の表面に再付着することがない。

〈実　施　例〉 以下本発明方法を実施する好適な一実施例を説明する。

第１図は本実施例にかかるガラス母材の加熱処理装置の
部分拡大図である。

尚前述した従来例に示す加熱処理工程にかかる加熱処理
装置と同一部材については同符号を付して重複する説明
を省略する。

同図に示すようにガラス母材１θは図示されていないチ
ャックによって把持されており、このガラス母材１０の
一部分を加熱するバーナ１３はガラス母材と平行に移動
している。

このバーナ１３と相対的位置関係を保ちっつ移動する不
活性ガス吹出し用ノズル２０が、ガラス母材の加熱ゾー
ン近傍部分のガラス母材１０の表面に不活性ガスＧを吹
き付けるように設けられている。この不活性ガスＧの噴
出により、バーナ１３の加熱効果によって発生したガラ
ス微粒子２１は、ガラス母材１０の表面に再付着するこ
とはなくなる。

この不活性ガス吹出し用ノズル２０の位置は、ガラス母
材１０に対してバーナと反対側から不活性ガスＧをガラ
ス母材１０に吹き付けることができるように配置するこ
とが望ましいが、加熱手段によって適宜配置すればよい
。

すなわち、第１図に示すように、ガラス母材１０を水平
に配置してバーナ１３を該ガラス母材１０の下側に設置
して加熱する場合には、不活性ガス吹出し用ノズル２０
ば、ガラス母材の上方部に配置することが望ましい。

これは、生成したガラス微粒子２１はバーナ１３の噴出
ガス流のために一旦バーナ１３と反対側（図中では上方
側）に舞い上り、気流の乱れ或いは重力によってその運
動方向を変え、バーナとは反対側ｏ’＋ガラス母材１０
の表面（第１図ではガラス母材１０の上面側）に付着す
るため、この箇所に不活性ガスＧを吹付けるのが最も効
果的であるからである。

また、例えば加熱手段がガラス母材の周囲を加熱するリ
ングヒータを用いる場合には、不活性ガス吹出し用ノズ
ルも同様にリング状に配置することにより、本発明効果
が出現される。

一方、第１図に示すようにこの不活性ガス吹出し用ノズ
ル２０を設けていない長手方向の一方の側では、ガラス
微粒子２１が、再付着することがあるので、該ノズル２
０をバーナ１３の両側に設けるのが好ましい。なお、バ
ーナ１３の進行方向り側においては、再付着したガラス
微粒子２１がバーナ１３の接近に伴って再度蒸発せしめ
ることが可能であるため、ガラス母材の長さがあまり長
くない場８− 合には必ずしも用いることはない。

尚、不活性ガス吹出し用ノズル２０の本数。

ノズルの形状、その正確な位置及び不活性ガスの供給量
は適用する加熱処理手段によって異なるので、本発明で
は特に限定されるものではない。即ち、これらの諸条件
は、ガラス母材の形状、バーナ構造、バーナ火力等に大
きく依存し、各装置によって個別に且つ容易に調整でき
得るものであるからである。但し、後述の試験例にその
一例については例示しておく。

上記不活性ガス吹出し用ノズル２０に供給する不活性ガ
スＧば、バーナ１３の燃焼反応に影響を及ぼさず且つ高
温でも安定なガス例えばＮ２．Ａｒ、Ｈθ等のガスを挙
げることができる。

く試　験　例〉 次に本発明の効果を示す試験例について説明する。

試−験一鑓−１ 外径６０ｍ、コア径４．２ｍｍであり、コアにＧｅＯ２
−Ｓ　ｊ　Ｏ２を含有し、クラッドがＳ　ｉ　Ｏ，であ
る単一モード光ファイバ用ガラス母材の火炎研■を、従
来例で示した第４図に示す構成のガラス加熱処理装置を
用いて実施した。

熱源としては５本の酸水素バーナを用いて加熱を行った
。第２図にはこれら５本の酸水素バーナ１３の配置のガ
ラス母材の軸方向からみた図を示す。同図に示すように
、各バーナ１３ａ〜１３ｄの先端部からガラス母材１０
の中心軸までの距Ｊｌｉａは１００閣であり、各バーナ
１３ａ〜１３ｄはガラス母材の軸と垂直な同一面上に傾
きａが約２５″の間隔をおいて、配設されている。これ
らバーナ１３ａ〜１３ｄに対する不活性ガス吹出しノズ
ル２０の位置関係を第３図に示す。同図に示すように、
該吹出しノズル２０はノズル２０の先端部からガラス母
材１０の中心軸までの距＠ｂは４０ｗｍであり、ノズル
２０の先端からバーナ１３までの距離Ｃは５０閣である
。また垂線より傾きβが３０°の角度で設置されている
。

このノズルの内径は５胴である。

火炎研磨の条件はバーナ１３へのガス供給量がＨ，：　
　１２０１　／＋ａｉｎ、　　０２：　　５０１　／ｗ
ｉｎであり、ノズル２０及びバーナ１３の移動速度は５
＋ｍａ／ｗｉｎであった。該ノズル１３へはＮ２を２０
１　／　ｗｉｎの割合で供給した。

上述したような条件下で火炎研磨を行ったところ、ガラ
ス母材の表面には全くガラス微粒子の付着が目視で観察
されなかった。

また、ガラス母材の割れについても１５本実施したが、
１本も発生しなかった。

比］ＬｔＬ 試験例１と同条件で、Ｎ２ガス吹付を行なわなかった場
合、火炎研磨によりガラス母材の表面には、ガラス微粒
子が約０．２ｍ＋の厚さで堆積した。

この堆積したガラス微粒子を除去するために、同一装置
を用いてバーナをＩ（２：　８０　ｊ／ｗｉｎ。

＝１１ Ｏ２：　　３０　ｊ　／　＋ｍ＋ｎの条件とし、３０ｍ
／ｗｉｎの速度でガラス母材を再加熱したところ、ガラ
ス微粒子の除去を行うことはできたが、その冷却中に該
母材の割れが８割以上の確率で発生した。

試−碧一童１２− 外径４５ｍ１１１．：ｌア径１０ｍ＋でありコアにＧｅ
ｍ２−３ｉｎ２を含有し、クラッドが５ｉｎ２である単
一モード光ファイバ用中間ガラス母材を第５図に示す構
成のガラス加熱処理装置を用い、外径を３０＋ｍ＋にま
で加熱延伸した・バーナ及びノズルの配置は試験例１と
同様とした。

延伸の条件は、バーナ１３へのガス供給量がＮ２：　　
１２０１　／ｗｉｎ、　０２：　　５０１　／ｗｉｎで
あり、ノズル２０及びバーナ１３の移動速度は８ｍ／ｗ
ｉｎまた可動チャック１２の移動は外径をコントロール
しながら微調整が必要であるが、平均１１０１ａ／ｗｉ
ｎとした。

ノズル内径は７ｍｍであり、ノズルへ（よＮ２：１２− ３０１　／　ｗａｉｎを供給した。

上記条件下で延伸を行ったところ、試験例１と同様ガラ
ス母材の表面には、全くガラス微粒子の付着が観察され
ず、ガラス母材の割れも２５本実施して１本の割れも発
生しなかった。

比−較一倒−１ 試験例２と同条件でＮ２ガス吹付けを行なわなかった場
合、延伸後にはガラス微粒子がガラス母材の表直に０．
３闘の厚さで堆積していた。

このガラス微粒子を除去するために、同一装置を用いて
バーナを１（２：　　８０１　／＋ｍｉｎ。

０２：　　３０　Ｊ　／ｗｉｎの条件とし、４０ｍ／ｗ
ｉｎの速度でガラス母材を再加熱したところ、ガラス微
粒子の除去を行うことはできｔコが、その冷却中に該母
材の割れが３割の確率で発生しｔこ。

〈発明の効果〉 以上実施例、試験例とともに説明したよう（こ、本発明
方法によれば、不活性ガスを吹付けろことにより、ガラ
ス体の加熱時に発生するガラス微粒子の該ガラス体への
付着を解消することができるという効果を奏する。よっ
て、例えば光フアイバ用のガラス母材の加熱に有効であ
り、特に加熱後冷却中にクラックが起きやすい大型のガ
ラス母材や熱膨張係数の大きいガラス体の加熱処理方法
に用いて極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例にかかる加熱処理装置の
拡大図、第２図、第３図はそれぞれ試験例で用いた加熱
処理装置の概略図、第４図は従来の火炎研磨用ガラス加
熱処理装置の構成図、第５図は従来の延伸用ガラス加熱
処理装置の構成図である。 図　　面　　中、 １０はガラス母材） １１．１２はチャック、 １３はバーナ、 ５− ２０は吹出し用ノズル、 ２１はガラス微粒子、 Ｇは不活性ガスである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱源によりガラス体を部分的に加熱しつつ、該熱源と該
   ガラス体とを相対的に移動することにより該ガラス体に
   加熱処理を施すガラス体の加熱処理方法において、 上記熱源近傍に設けた不活性ガス吹出し手段により、加
   熱ゾーン近傍のガラス体の表面に不活性ガスを吹付け、
   加熱によって該ガラス体の表面より蒸発生成したガラス
   微粉末のガラス体表面への再付着を防止することを特徴
   とするガラス体の加熱処理方法。