JPH0632619A - フッ化物ガラスの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝送損失が小さいフッ化物ガラスファイバ用
のフッ化物ガラスを提供すること。 【構成】 炉芯管２１の内部には、溶融用のるつぼ４、
５を収容する円柱状空間が形成されている。この炉芯管
２１内には、その内面形状に対応した円柱状のＰｔ板２
１ａが挿入されている。フッ化物からなる一対の原料バ
ッチにフッ素化剤ＮＨ₄ ＨＦ₂ を添加したものを、一対
のるつぼ４、５に入れて炉芯管２１内にセットする。加
熱してこれにフッ素化処理を施した後、各るつぼ４、５
を加熱して原料を溶融する。その後、各るつぼ４、５の
融液を鋳型に流し込み、サクションキャスティングによ
ってガラス化したロッドを得る。このロッドは、コア・
クラッド導波構造を成すファイバ用のプリフォ−ムにな
っている。このプリフォ−ムを線引きしたところ、多結
晶が発生せず、伝送特性が良好なフッ化物ガラスファイ
バを得ることができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ等に用いる
フッ化物ガラスの製造装置と製造方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フッ化物ガラスを不活性ガスの雰
囲気中で製造するための装置として、例えば文献「Fluo
ride Glass Optical Fibers, by P.W. FRANCE et al.,
Blackie 」に記載の装置が存在する。この装置は、不活
性ガス雰囲気中で作業を行うためのグロ−ブボックスと
この上部に接続された溶融炉とを備える。この溶融炉
は、石英ガラス製の炉芯管からなり、ガラス原材料を入
れたるつぼをグロ−ブボックスとの間でやり取りするこ
とができる。

【０００３】このような装置を用いたフッ化物ガラスの
製法について簡単に説明する。予め、ＺｒＦ₄ 、ＢａＦ
₂ 、ＬａＦ₃ 、ＡｌＦ₃ 、ＮａＦ、ＰｂＦ₂ 等の原材料
に、フッ素化剤のＮＨ₄ ＨＦ₂ を原材料の５〜３０重量
％添加したものを準備する。まず、この原材料をＰｔる
つぼに入れ、４００℃に加熱してフッ素化処理する。こ
のフッ素化の反応式は、 ＺｒＯ₂ ＋ＮＨ₄ ＨＦ₂ →ＺｒＦ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ＋ＮＨ₃ である。引き続き、原材料を８５０℃〜９５０℃に加熱
してこれを溶融する。その後、得られた融液を鋳造して
ガラス化する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置及び方法では、フッ素化処理及び溶融時に発生する
ＨＦガスが炉芯管の内面のＳｉＯ₂ などと反応すること
により、例えばＳｉＦ₄、Ｓｉ₂ Ｆ₆ 等が発生し、これ
らがガラス中に溶け込み、急冷後のガラスに微結晶を生
成させてしまうという問題点がある。

【０００５】本発明の目的は、伝送損失が小さいフッ化
物ガラスファイバ用のフッ化物ガラスを提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、内面部がＰｔを含む金属材料から構成されてお
り、るつぼに入れられたフッ化物ガラスの原材料を溶融
する加熱容器と、該加熱容器と連通しており、原材料の
融液を不活性ガス雰囲気中で鋳造するための操作容器と
を備えるフッ化物ガラスの製造装置によって達成され
る。

【０００７】

【作用】本発明のフッ化物ガラスの製造装置によれば、
内面部がＰｔを含む金属材料から構成されている加熱容
器はるつぼに入れられたフッ化物ガラスの原材料を溶融
し、操作容器は原材料の融液を鋳造する。従って、加熱
容器の内面部がＰｔを含む金属材料から構成されている
が故に、フッ化物ガラスの原材料が溶融されてＨＦガス
が発生しても、加熱容器の基体材料とＨＦガスとの反応
によりフッ化物が生成され得ない。従って、基体材料の
フッ化物が融液に混入することにより形成される微結晶
がフッ化物ガラス中に生成され得ず、均質なフッ化物ガ
ラスが形成され得る。

【０００８】本発明のフッ化物ガラスの製造装置にかか
る加熱容器としては、該加熱容器の少なくとも二つが操
作容器を介して互いに連通しているのがよい。これによ
り、加熱容器は互いに独立な温度制御が可能となり得、
原料の用途別に最適な温度が設定され得る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図面に示す好ましい具体例を
用いて詳述する。

【００１０】図１は、第１の実施例に係るフッ化物ガラ
スの製造装置の構成を示した図である。この装置は、操
作容器としてのドライグロ−ブボックス１とこれに接続
された加熱容器としての加熱炉２とを備える。加熱炉２
は、石英製の炉芯管２１とその解放端に設けられたキャ
ップ２３と炉芯管２１の周囲を包むヒ−タ２２とを有す
る。炉芯管２１は、ＳｉＯ₂ ガラスで形成されている。

【００１１】炉芯管２１の内部には溶融用のるつぼ４，
５を収容する円柱状の空間が形成されている。この炉芯
管２１の内部空間には、その内面形状に対応した円筒状
のＰｔ板からなる内面部としてのＰｔ筒２１ａが挿入さ
れている。この場合、炉芯管２１として、内径φ７０ｍ
ｍで長さ８００ｍｍのＳｉＯ₂ ガラスを使用した。ま
た、その内側に挿入するＰｔ筒２１ａとして、外径φ７
０ｍｍで厚さ１５０μｍである長さ７５０ｍｍの筒を使
用した。

【００１２】炉芯管２１のドライグロ−ブボックス１側
の端部には、吸入口２１ｂが設けられていて、不活性ガ
スであるＮ₂ 、Ａｒ等をこの炉芯管２１内に導入するこ
とができる。炉芯管２１内に導入された不活性ガス、内
部で発生したガス等は、その他端に設けられた排出口２
１ｃから排気される。炉芯管２１中のるつぼ４、５は、
台２５の上に載置されており、前述のキャップ２３を介
してドライグロ−ブボックス１側に取り出すことができ
る。

【００１３】ドライグロ−ブボックス１には、作業用の
グロ−ブ１１、観察窓１２の他、エントリ−ロック、ア
ニ−ル炉等が設けられている。

【００１４】以下、図１の装置を用いた本発明のフッ化
物ガラスの製造装置における第１の製造例に関して説明
する。まず、ドライグロ−ブボックス１内で、Ｚｒ
Ｆ₄ 、ＢａＦ₂ 、ＬａＦ₃ 、ＡｌＦ₃ 、及びＮａＦから
なる一対の原材料５０ｇを準備する。この原材料に添加
剤としての５重量％のフッ素化剤ＮＨ₄ ＨＦ₂ を添加し
たものを、一対の溶融用のるつぼ４、５に入れて、台２
５に乗せて炉芯管２１内に投入する。次に、るつぼ４、
５をＡｒ雰囲気中で４００℃に加熱して１時間保持し、
これらのるつぼ４、５内の原料に含まれる酸化物を除去
（フッ素化処理）する。その次に、るつぼ４、５をＡｒ
雰囲気中で８５０℃に加熱して１．５時間保持し、るつ
ぼ４、５内の原材料を溶融する。次に、キャップ２３を
取り外し、台２５と共にるつぼ４、５をグロ−ブ１１を
使用して炉芯管２１からドライグロ−ブボックス１内へ
取り出す。そして、るつぼ４、５の融液を鋳型に流し込
み、鋳造としてのサクションキャスティングによってガ
ラス化した後、これを徐冷してロッドを得る。このロッ
ドは、コア・クラッド導波構造を成すファイバ用のプリ
フォ−ムになっている。このプリフォ−ムを線引きして
得られたファイバは、波長λ＝１．３μｍの光に対して
伝送損失が８０ｄＢ／Ｋｍと良好であった。

【００１５】比較のため、図１と同様の装置で炉芯管２
１内からＰｔ筒２１ａを取り出したものを用いて、同組
成のプリフォ−ムを作製した。加熱溶融時の熱処理の手
順は実施例のものと同様とした。得られた比較例のプリ
フォ−ムのガラス中には、多量の微結晶が生成してい
た。この結晶を分析したところ、Ｓｉの化合物であるこ
とが確認された。このプリフォ−ムを線引きしてファイ
バ化したが、長さ１０ｍの光ファイバにおいて光が全く
通らなかった。

【００１６】図１の装置の変形例として、Ｐｔ筒のかわ
りに、炉芯管１４の内面にメッキ法などによって被着し
たＰｔ層を用いることができる。以下に、その具体例に
ついて簡単に説明する。

【００１７】Ｐｔを石英製の炉芯管１４の内側に無電解
メッキによって約８０μｍコ−ティングし、上記実施例
と同様にしてプリフォ−ム及び光ファイバを作製した。
結果は、前述の製造例と同様に良好なものであった。

【００１８】Ｐｔを石英製の炉芯管１４の内側にスパッ
タリング法によって約３０μｍコ−ティングし、上記実
施例と同様にしてプリフォ−ム及び光ファイバを作製し
た。結果は、前述の製造例と同様に良好なものであっ
た。

【００１９】次に、第２の実施例に関して説明する。図
２は、第２の実施例のフッ化物ガラスの製造装置の構成
を示した図である。この装置は、ドライグロ−ブボック
ス１と、これに接続された横型の加熱炉２と、縦型の加
熱炉３とを備える。加熱炉２、３のそれぞれは、炉芯管
２１、３１とその解放端に設けられたキャップ２３、３
３と炉芯管２１、３１の周囲を包むヒ−タ２２、３２と
を有する。これら炉芯管２１、３１はＳｉＯ₂ ガラスで
形成されている。

【００２０】炉芯管２１、３１の内部には溶融用のるつ
ぼ４、５を収容する円柱状の空間が形成されており、内
面形状に対応した円筒状のＰｔ板からなるＰｔ筒２１
ａ、３１ａが挿入されている。炉芯管２１、３１のドラ
イグロ−ブボックス１側の端部には、吸入口２１ｂ、３
１ｂが設けられていて、不活性ガスであるＮ₂ 、Ａｒ等
をこの炉芯管２１、３１内に導入することができる。炉
芯管２１、３１内に導入された不活性ガス、内部で発生
したガス等は、その他端に設けられた排出口２１ｃ、３
１ｃから排気される。炉芯管２１、３１中のるつぼ４、
５は、台２５、３５の上に設置されており、前述のキャ
ップ２３、３３を介してドライグロ−ブボックス１側に
取り出すことができる。

【００２１】ドライグロ−ブボックス１には、作業用の
グロ−ブ１１、観察窓１２の他、エントリ−ロック、ア
ニ−ル炉等が設けられている。

【００２２】以下、図２の装置を用いた本発明のフッ化
物ガラスの製造装置による製造例に関して説明する。コ
ア部およびクラッド部（クラッドは一層のみとする）の
材料組成は以下の通りとする。この組成では非屈折率差
の設計値が１％であり、伝送損失を最小化するために
は、溶融温度をコア材料では８７０℃に、クラッド材料
では８８０℃に設定するとともに、鋳造時の融液温度を
コア融液では６６０℃に、クラッド融液では６７０℃に
設定すればよいことが知られている。

【００２３】（１）コア：５３ＺｒＦ₄ −２１ＢａＦ₂
−４ＬａＦ₃ −３ＡｌＦ₃ −１８ＮａＦ（ｍｏｌ％） （２）クラッド：１１ＺｒＦ₄ −１７ＢａＦ₂ −４Ｌａ
Ｆ₃ −４ＡｌＦ₃ −２２ＮａＦ−４０ＨｆＦ₄ （ｍｏｌ
％） まず、コアの原材料５０ｇとＮＨ₄ ＨＦ₂ の２．５ｇを
一つのるつぼ４に、クラッドの原材料１００ｇとＮＨ₄
ＨＦ₂ の５ｇを他のるつぼ５に入れる。そして、るつぼ
４を台２５に乗せて炉芯管２１内へ投入し、るつぼ５を
台３５に乗せて炉芯管３１内に投入して、キャップ２
３、３３を取り付ける。るつぼ４、５をＡｒ雰囲気中で
約４００℃に加熱して１時間放置し、原材料に含まれる
酸化物を除去（フッ素化処理）する。次に、ヒ−タ２
２、３２を独立に制御することにより、コア材料の入っ
たるつぼ４をＡｒ雰囲気中で８７０℃に加熱し、クラッ
ド材料の入ったるつぼ５をＡｒ雰囲気中で８８０℃で加
熱して、るつぼ４、５内の材料を溶融する。その後、再
びヒ−タ２２、３２を独立に制御して、コア融液を６６
０℃のＡｒ雰囲気中で、クラッド融液を６７０℃のＡｒ
雰囲気中でそれぞれ１時間放置しＡｒ雰囲気と融液温度
を同一にする。

【００２４】引き続き、キャップ３３を取り外し、台３
５と共にるつぼ５を炉芯管３１から、グロ−ブ１１を使
用してドライグロ−ブボックス１へ取り出し、予め２６
０℃に加熱した円筒鋳型へクラッド融液を流し込んで鋳
造する。次いで、キャップ２３を取り外し、台２５と共
にるつぼ４を炉芯管２１から、グロ−ブ１１を使用して
ドライグロ−ブボックス１へ取り出し、同様にコア融液
を鋳造して放置する。以上の作業はすべて不活性ガス雰
囲気中で行われる。こうして得られたプリフォ−ムに加
熱線引きと徐冷とを施し、外径１２５μｍのファイバを
製造する。

【００２５】以上の工程により製作されたファイバの透
過光波長に対する伝送損失を測定したところ、図３のグ
ラフ中の実線１０１で示した結果を得た。波長λ＝１．
３μｍの光に対して伝送損失は２０ｄＢ／Ｋｍと極めて
良好であった。

【００２６】本発明者は、比較例として第２の実施例と
同一の原材料を用いて従来方法でファイバを製作した。
即ち、加熱炉を一つのみ備えたフッ化物ガラスの製造装
置を用い、コア材料およびクラッド材料を共に、８８０
℃で溶融後、鋳造時の融液温度を６７０℃に設定して、
上記実施例と同様の工程でファイバを製作し、その透過
光波長に対する伝送損失を測定した結果を、図３のグラ
フ中の一点鎖線１０３で示す。波長λ＝１．３μｍの光
に対して伝送損失が２２０ｄＢであった。

【００２７】更に、本発明者は、第２の実施例において
Ｐｔ筒２１ａ、３１ａが設けられていないフッ化物ガラ
スの製造装置を比較例として取り上げており、同様の原
材料及び同様の工程で製作したファイバの透過光波長に
対する伝送損失を測定したところ、図３の破線１０２で
示した結果を得た。波長λ＝１．３μｍの伝送光に対し
て伝送損失が８０ｄＢ／Ｋｍであった。

【００２８】図３の破線１０２と一点鎖線１０３の比較
の結果、本発明の第１の実施例に示されるように従来法
の製造装置の炉芯管内にＰｔ筒を挿入させることによ
り、１．３μｍ以上の波長の光で伝送損失が１４０ｄＢ
／Ｋｍ程度改善されたことが分かる。また、図３の実線
１０１と破線１０２の比較の結果、第２の実施例の製造
装置に示されるようにコア材料及びクラッド材料の溶融
温度が、それぞれ独立に設定されることにより、１．３
μｍ以上の波長の光で伝送損失が更に６０ｄＢ／Ｋｍ程
度改善されることが確認された。

【００２９】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、第２の実施例のフッ化物ガラスの製造
装置では、フッ化物ガラスの原材料の組成が変化すれ
ば、その熱物性に対応して溶融温度、鋳造時の融液温度
を変化させればよい。また、Ｐｔで内側から被覆するた
めの炉芯管２１、３１の基体材料として、Ａｌ₂ Ｏ₃ そ
の他の各種耐熱材料を用いることができる。更に、炉芯
管２１、３１全体をＰｔ又はＰｔを含む材料で形成する
ことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るフッ
化物ガラスの製造装置では、加熱容器の内面部がＰｔを
含む金属材料から形成されているので、フッ化物ガラス
の原材料が溶融されてＨＦガスが発生しても加熱容器の
内面部がＰｔを含む金属材料から構成されているが故
に、加熱容器の基体材料とＨＦガスとが反応によるフッ
化物の生成が防止され得る。従って、基体材料のフッ化
物が融液に混入して形成される微結晶がフッ化物ガラス
中に生成され得ず、均質なフッ化物ガラスが形成され得
る。その結果、伝送損失が小さいフッ化物ガラスファイ
バを提供し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例のフッ化物ガラスの製造装置の構
成図である。

【図２】第２の実施例のフッ化物ガラスの製造装置の構
成図である。

【図３】第１の実施例及び第２の実施例におけるフッ化
物ガラスファイバと従来法におけるフッ化物ガラスファ
イバの伝送損失の相違を示す説明図である。

【符号の説明】

１…ドライグロ−ブボックス、２、３…加熱炉、４、５
…るつぼ、１１…グロ−ブ、１２…観察窓、２１、３１
…炉芯管、２１ａ、３１ａ…Ｐｔ筒、２１ｂ、３１ｂ…
吸入口、２１ｃ、３１ｃ…排出口、２２、３２…ヒ−
タ、２３、３３…キャップ、２５、３５…台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 智恵 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内面部がＰｔを含む金属材料により構成
   されており、るつぼに入れられたフッ化物ガラスの原材
   料を溶融する加熱容器と、前記加熱容器と連通してお
   り、前記原材料の融液を不活性ガス雰囲気中で鋳造する
   ための操作容器とを備えるフッ化物ガラスの製造装置。
2. 【請求項２】 前記加熱容器が少なくとも二つ備えら
   れ、これらが前記操作容器を介して互いに連通している
   請求項１記載のフッ化物ガラスの製造装置。
3. 【請求項３】 前記加熱容器の基体が、ＳｉＯ₂ 又はＡ
   ｌ₂ Ｏ₃ のいずれか一方の材料からなる請求項１又は２
   記載のフッ化物ガラスの製造装置。
4. 【請求項４】 前記内面部が、前記基体の内面形状に対
   応するＰｔ板からなる請求項３に記載のフッ化物ガラス
   の製造装置。
5. 【請求項５】 前記内面部が、前記基体の内面に被着さ
   れたＰｔ層からなる請求項３に記載のフッ化物ガラスの
   製造装置。
6. 【請求項６】 フッ化物ガラスを構成する原材料を調製
   する段階と、るつぼに入れられた前記原材料に添加剤の
   ＮＨ₄ ＨＦ₂ を添加する段階と、Ｐｔを含む金属材料に
   より構成されている内面部を備える加熱容器の内部にお
   いて前記原材料を溶融する段階と、前記加熱容器と連通
   している操作容器の内部において溶融された前記原材料
   を鋳造する段階とを備えたフッ化物ガラスの製造方法。
7. 【請求項７】 フッ化物ガラスを構成する二種の原材料
   をそれぞれ調製する段階と、各々がるつぼに入れられた
   前記二種の原材料に添加剤のＮＨ₄ ＨＦ₂ をそれぞれ添
   加する段階と、Ｐｔを含む金属材料により構成されてい
   る内面部を有する二つの加熱容器の内部において前記二
   種の原材料を溶融する段階と、前記加熱容器と連通して
   いる操作容器の内部において溶融された前記二種の原材
   料を鋳造する段階とを備えたフッ化物ガラスの製造方
   法。