JPH05339024A - ガラス母材の加熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多孔質ガラス体５の上部がヒートゾーン３１
に移動してきた場合でも炉内の温度変動を最小限に抑
え、脱水、透明ガラス化等の処理を安定に行なって、特
性が長さ方向に安定した透明ガラス体６を得る。 【構成】 周囲にヒーター３が配置され、その中に多孔
質ガラス体５が挿入されて移動させられる炉心管２の非
加熱部周囲を熱反射材８２と断熱材８１とで覆うととも
に、炉心管２中に、多孔質ガラス体５の上端部に、熱反
射材７２と断熱材７１とにより構成された疑似多孔質ガ
ラス体７を取り付け、この疑似多孔質ガラス体７を、炉
心管２中で多孔質ガラス体５とともに移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＶＡＤ法や外付け法
などで光ファイバ母材を製造する工程において、多孔質
ガラス体を加熱することによりその脱水処理や焼結（透
明ガラス化）処理の工程を行なうガラス母材の加熱処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＶＡＤ法や外付け法などで光ファイバ母
材を製造するとき、バーナより酸水素火炎を生じさせて
その中に四塩化珪素などのガラスの原料ガス及びドーパ
ント材のガスを送り込み、加水分解反応及び熱酸化反応
によってガラス微粒子（二酸化珪素）を生成させ、この
ガラス微粒子をターゲットに堆積させて円柱状の多孔質
のガラス体を形成する。そして、この多孔質のガラス体
を加熱することによって、ＯＨ基を除去（脱水）し、透
明ガラス化（焼結）処理する。脱水処理と焼結処理と
は、同時に行なうこともあるし、最初にガラスの溶融温
度よりも低い温度で加熱することにより脱水処理のみを
行ない、つぎに温度をガラス溶融温度に上昇させて透明
ガラス化処理を行なうというように２段階に分けて処理
を行なうこともある。こうして透明なガラス母材を作
り、これを溶融して線引き紡糸することによって細い光
ファイバを作る。

【０００３】従来、この脱水や焼結の処理を行う加熱処
理装置は図４のように構成されている。図４において、
加熱炉１はその中央部に石英ガラスの炉心管２を備え、
その周囲にヒーター３が設けられている。出発部材４に
形成された多孔質ガラス体５はこの炉心管２の中に移動
させられる。つまり、出発部材４を上から吊り下げて、
回転させながら下方に移動（トラバース）させ、ヒータ
ー３によって一定のガラス化温度を保っているヒートゾ
ーン３１を、多孔質ガラス体５が上から下へと通過する
ようにする。炉心管２の下部からはヘリウムと塩素ガス
などの脱水剤のプロセスガスが送り込まれ、多孔質ガラ
ス体５はヒートゾーン３１を通過する際に千から千数百
度という高温で処理されて、その中のＯＨ基が除去され
るとともに、透明ガラス化が行われる。これによりヒー
トゾーン３１を通過した多孔質ガラス体５は透明ガラス
体６となる。

【０００４】このとき、炉心管２内の熱伝導は放射とプ
ロセスガスによる伝導によって支配されていると考えら
れ、千から千数百度という温度領域での熱放射のピーク
波長は１μｍから３μｍの間にある。この波長領域は透
明の石英ガラスではほぼ透過するが、ガラス微粒子が集
合して堆積した多孔質のガラス体５では散乱する。その
ため多孔質ガラス体５の中央部がヒートゾーン３１に位
置している場合にはその上部の未だ透明ガラス化してい
ない多孔質ガラス体５によって上記の波長領域の放射が
散乱され、炉外への熱放射量は少ない。また、ガラスは
基本的に熱伝導率が低いため、下部の透明ガラス体６を
通じて炉外へ熱放出される量も少ない。ところが、多孔
質ガラス体５の両端（上下端）、とくに上端がヒートゾ
ーン３１に移動してきたときは熱放射を散乱させる多孔
質ガラス体５が少ないので、多くの熱が炉外に放射さ
れ、温度低下がもたらされる。

【０００５】近年、光ファイバの製造コストの低減のた
め、透明ガラス母材は大型化する傾向にあり、これに伴
いガラス母材の加熱炉も大型化している。このように母
材の大型化に伴って加熱炉が大型化すると、熱放出する
断面積がより増加するため、炉内の温度変動はより大き
なものとなっている。

【０００６】そのため通常、炉内の温度制御が行なわれ
ている。その温度検出に関しては、不純物が母材に混入
すると光ファイバの伝送損失に悪影響が生じるので、熱
電対や保護管等からの不純物の混入を避けるためこれら
の測温部を炉心管２内に置くわけにはいかず、炉心管２
外のヒーター３の近傍の温度を測定するか、放射温度計
等を用いて炉外から炉内温度を測定するようにしてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように炉外から温度測定して温度制御を行なうだけで
は、母材および加熱炉の大型化に伴う多孔質ガラス体位
置による炉内の温度分布の大きな変動に対処することが
できず、母材の長さ方向において特性が変動してしまう
という問題があった。すなわち、外部から測定した温度
が一定であっても、多孔質ガラス体の上部がヒートゾー
ン３１に来たときには炉外への熱放出量が増大するた
め、実際の炉心管内の温度は低下してしまい、脱水が不
十分になったり、透明ガラス化処理が不十分になって不
透明部分が多くなってしまうことがある。

【０００８】このような温度変動を避けるために、経験
的に、多孔質ガラス体上部がヒートゾーン３１に移動し
てきた位置で設定温度を上昇させたり、あるいは多孔質
ガラス体の移動速度を変化させたりして特性変動を抑え
ることも試みられたが、それほど良好な結果は得られな
かった。また、このような母材の特性の安定化のみに着
目して加熱処理を行った場合、母材上端部や出発部材が
母材そのものの重さで引き延ばされてしまい、外径が細
くなるなどの問題が生じることもある。

【０００９】この発明は、上記に鑑み、多孔質ガラス体
の上部がヒートゾーンに移動してきた場合でも加熱温度
に経験的な補正を加えることを少なくし炉内の温度変動
を最小限に抑え、脱水、透明ガラス化等の処理を安定に
行なって、母材の熱履歴を長さ方向において均一化し、
特性が長さ方向に安定し、且つ外径等の寸法が安定して
いる、透明ガラスの光ファイバ母材を得ることができ
る、加熱処理装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によるガラス母材の加熱処理装置において
は、炉心管の非加熱部周囲を熱反射材と断熱材とで覆う
とともに、多孔質ガラス体の上端部に、熱反射材と断熱
材とにより構成された疑似多孔質ガラス体を取り付け、
この疑似多孔質ガラス体を、炉心管中で多孔質ガラス体
とともに移動させることが特徴となっている。

【００１１】

【作用】多孔質ガラス体は、炉心管中で上から下へと移
動させられて、順次ヒートゾーンを通過し、脱水、透明
ガラス化等の処理を受けるが、多孔質ガラス体の上部が
ヒートゾーンに移動してきて熱を散乱する多孔質ガラス
体が少なくなったときでも、疑似多孔質ガラス体がその
作用を代わりに果たす。すなわち、この疑似多孔質ガラ
ス体は熱反射材と断熱材とにより構成されており、熱の
散乱、熱伝導の点では多孔質ガラス体とほぼ等価とする
ことができる。この疑似多孔質ガラス体は、多孔質ガラ
ス体の上端部周囲を覆うように取り付けられていて、炉
心管中で多孔質ガラス体とともに移動するので、多孔質
ガラス体の上端にさらに多孔質ガラス体が伸びているよ
うに考えることができ、本来の多孔質ガラス体の上端ま
で、中央部等と同じような状態（熱の炉外への放射度合
い等が同じ状態）で、加熱処理を行なうことができる。
その結果、母材および加熱処理装置が大型化しても、温
度変動を少なくし、母材長さ方向において、脱水、透明
ガラス化等の処理を安定に行なうことができる。これに
より、ガラス母材の熱履歴が長さ方向に均一になるた
め、特性が長さ方向に安定化し、また、加熱温度の補正
量が少ないので、外径寸法等の長さ方向での変動も最小
にできる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。図１において、加熱炉１は
その中央部に石英ガラスの炉心管２を有しており、その
周囲にヒーター３が設けられている。出発部材４の下端
には多孔質ガラス体５が形成されており、出発部材４を
上から吊り下げ、回転させながら下方にトラバースさせ
ることにより、ヒーター３によって形成されたヒートゾ
ーン３１を、多孔質ガラス体５が通過させられる。この
多孔質ガラス体５の上部において出発部材４に疑似多孔
質ガラス体７が取り付けられている。炉心管２中にはヘ
リウムと塩素ガスなどの脱水剤のプロセスガスが送り込
まれ、多孔質ガラス体５はヒートゾーン３１を通過する
際に千から千数百度という高温で処理されて、その中の
ＯＨ基が除去されるとともに、透明ガラス化が行われ
る。これによりヒートゾーン３１を通過した多孔質ガラ
ス体５は透明ガラス体６となる。

【００１３】疑似多孔質ガラス体７は、主に可視から赤
外の波長領域を反射する材質の熱反射材７２と、熱伝導
率の低い材質（ここでは断熱材という）７１とからな
り、出発部材４に取り付けられていることにより、出発
部材４が下方にトラバースするとそれとともに下方に移
動する。この疑似多孔質ガラス体７の断熱材７１と反射
材７２は、耐熱性に優れ、ガラスおよび脱水剤等の雰囲
気のガスと反応しない材質から選択され、その大きさは
炉心管２の内径とほぼ等しいことが望ましい。脱水剤等
と間に反応性がある材質であっても、透明石英ガラス等
の他の材質の被膜で保護すれば使用可能である。また、
ここでは図示していないが、多孔質ガラス体５の上部が
ヒートゾーン３１にきたとき、この疑似多孔質ガラス体
７も高温に晒されることになるので、この疑似多孔質ガ
ラス体７を冷却する機構を設け、これによって疑似多孔
質ガラス体７の寿命を長くするように構成することも可
能である。

【００１４】さらに、炉心管２の、加熱炉１の上部及び
下部における外周部を、反射材８２で覆い、さらにその
周囲を断熱材８１で覆うようにしている。この反射材８
２は主に可視から赤外の波長領域を反射する材質の熱反
射材からなる。

【００１５】このように炉心管２の非加熱部周囲を反射
材８２と断熱材８１とで覆ってその部分での外部への熱
放射を防ぐとともに、この脱水・透明ガラス化処理に必
要な温度での熱の散乱及び伝導について多孔質ガラス体
５と似ている疑似多孔質ガラス体７を、多孔質ガラス体
５の上部に取り付けてこれとともに下方に移動させるよ
うにしているので、多孔質ガラス体５の上部がヒートゾ
ーン３１に移動してきて熱を散乱する多孔質ガラス体５
が少なくなったときでも、この疑似多孔質ガラス体７に
より熱を反射することができ、熱の放射による熱損失が
低減し、温度が安定化して、安定な脱水、透明ガラス化
等の処理が可能となる。

【００１６】実際に、内径が２５０ｍｍの炉心管２を有
する加熱炉１を用いて、外径が２００ｍｍ、長さが１６
００ｍｍの多孔質ガラス体５を出発部材４により吊り下
げて脱水、透明ガラス化処理を行なった。このとき、そ
の出発部材４に外径２１０ｍｍ、長さ２００ｍｍの透明
石英ガラスの円筒で保護した円筒状の疑似多孔質ガラス
体７を取り付けた。この疑似多孔質ガラス体７は、反射
材７２として白金箔を用い、断熱材７１としてアルミナ
断熱材を用いたものである。また、炉心管２の非加熱部
分つまり加熱炉１の上部及び下部の周囲を、内面に白金
箔（反射材８２）が張り付けられたアルミナ断熱材８１
で覆っている。このとき、炉心管２の下部よりヘリウム
を１５リットル／分、塩素を１５０ｃｃ／分の流量で炉
心管２内に導入した。また、上部より出発部材４を通し
てヘリウムを３リットル／分の流量で流し込み、疑似多
孔質ガラス体７を冷却するようにした。

【００１７】これにより得た透明ガラス体６を紡糸して
光ファイバを作ったところ、その波長１．３μｍ帯、
１．３８μｍ帯における損失はそれぞれ図２、図３の実
線のようになり、母材の全長にわたって各々０．３４±
０．０１ｄＢ／ｋｍ、０．３７±０．０１ｄＢ／ｋｍと
低損失になっており、十分に脱水されていることが確認
できた。

【００１８】これに対して、参考までに従来の、疑似多
孔質ガラス体７、及び炉心管２を覆う断熱材８１と反射
材８２を備えていない加熱処理装置を用いて多孔質ガラ
ス体５の脱水、透明ガラス化処理を行なってみた。この
場合、多孔質ガラス体の上部に未焼結部分が約１５０ｍ
ｍ残り、透明ガラス体となった部分を紡糸して作った光
ファイバについて、その損失を測定してみたところ、図
２、図３の点線のようなデータが得られた。図２、図３
はそれぞれ波長１．３μｍ帯、１．３８μｍ帯における
損失を示す。これによると、従来の加熱処理装置を用い
ると、透明ガラス体の上部で徐々に損失が上昇し、最も
上部では損失が０．４２ｄＢ／ｋｍ（波長１．３μｍ
帯）、１．２ｄＢ／ｋｍ（波長１．３８μｍ帯）とな
り、脱水処理が母材中央部に比べて十分に行なわれてい
ないことが窺われ、伝送特性が悪いことが分かる。

【００１９】また、脱水、透明ガラス化処理のためのヒ
ーター３による加熱用電力量は、従来の疑似多孔質ガラ
ス体７や炉心管２を覆う断熱材８１、反射材８２がない
加熱処理装置では、母材中央部に比較して母材上部で約
２５％増加させる必要があったが、上記の例では疑似多
孔質ガラス体７及び炉心管２を覆う断熱材８１、反射材
８２によって母材上部での熱損失を抑えることができた
ため、約５％しか増加させずに済んだ。さらに、透明ガ
ラス化されずに残った多孔質ガラス体５の量も約２０％
ほど減少させることができ、脱水、透明ガラス化処理を
より効率的に行なうことができた。

【００２０】

【発明の効果】以上、実施例について説明したように、
この発明のガラス母材の加熱処理装置によれば、多孔質
ガラス体の上部がヒートゾーンに移動してきた場合で
も、加熱温度に対する経験的な補正量を少ないものとし
ながら、炉内の温度変動を最小限に抑えて、脱水、透明
ガラス化等の処理を安定に行なうことができる。これに
より母材の全長にわたって熱履歴が均一で、且つ特性が
安定した透明ガラスの光ファイバ母材を作製することが
できる。また、ガラス母材の外径等の寸法をその長さ方
向に安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の模式図。

【図２】波長１．３μｍ帯における母材長さ方向での損
失を示すグラフ。

【図３】波長１．３８μｍ帯における母材長さ方向での
損失を示すグラフ。

【図４】従来例の模式図。

【符号の説明】

１ 加熱炉 ２ 炉心管 ３ ヒーター ３１ ヒートゾーン ４ 出発部材 ５ 多孔質ガラス体 ６ 透明ガラス体 ７ 疑似多孔質ガラス体 ７１、８１ 断熱材 ７２、８２ 反射材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質ガラス体が挿入される炉心管と、
   該炉心管の周囲に配置されて該炉心管を加熱するヒータ
   ーと、このヒーターにより加熱される部分以外の部分に
   おいて上記炉心管の周囲を覆うように設けられた熱反射
   材及び断熱材と、上記多孔質ガラス体とともに上記炉心
   管内で移動するよう該炉心管内に配置された、熱反射材
   及び断熱材よりなる疑似多孔質ガラス体とを有すること
   を特徴とするガラス母材の加熱処理装置。