JPH07149534A - 光ファイバ−の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長時間の焼き入れとアニ−ルを必要としない
新たな光ファイバ−の製造方法を提供することである。 【構成】 前記課題を解決するために本発明の方法は、
ヘリウムの雰囲気の中で、ジャケットス−トブ−ルを部
分的にのみ焼入れすることにより、大幅な焼き入れとア
ニ−ルの時間短縮が行われる。例えば、ス−トブ−ルを
完全に焼き入れするためには、１４３分必要であった
が、本発明によればヘリウム雰囲気中で部分的にス−ト
ブ−ルを焼き入れするには、わずか５９分が必要なだけ
である。この段階において、このス−トブ−ルは、部分
的に多孔質で、不透明である。その後、窒素雰囲気中
で、単一のステップとして、焼き入れとアニ−ルを行
う。意外なことに、これにより、窒素をス−トジャッケ
ット内にほとんど巻き込むことがなくなり、焼き入れと
アニ−ルの全体の時間が非常に短くなる。

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−の製造方
法に関し、特に光ファイバ−の製造プロセスの一部とし
てガラスロッド上に堆積したジャケットス−トを焼き入
れし、アニ−ルする方法に関する。

【０００２】

【従来技術の説明】ＶＡＤ法によりガラス性光ファイバ
−を製造するステップのひとつとして、ガラスコアロッ
ドの上に、ガラス粒子、すなわちガラスス−トを堆積
し、焼き入れするステップがある。このガラスジャケッ
トス−トは火炎加水分解法により、ガラスコアロッドの
上に堆積してス−トブ−ルと称する多孔性体を形成す
る。その後、このス−トブ−ルはヘリウム雰囲気中で、
焼き入れして、ガラスコアロッドの上に、固形のガラス
クラッド層を形成する。焼き入れ後、このクラッド層
は、トラップされたヘリウムに起因して不完全である。
このトラップされたヘリウムは、ヘリウムよりも重い分
子量を有するガスの不活性雰囲気中で、この構造体をア
ニ−ルすることにより、除去される。米国特許第４９７
８３７８号に開示されるように、不活性の重量ガス中で
アニ−ルすることは、このガラスクラッド層からヘリウ
ムを駆逐するのに必要であり、窒素がこのために安価な
不活性ガスである。（本明細書においては窒素は不活性
ガスとして、扱われる。）我々の経験では、１４３分が
ガラスス−トブ−ルをヘリウム雰囲気中で完全に焼き入
れするのに必要である。完全な焼き入れにより、透明な
ガラス性のジャケット層は、元のガラスブ−ルから１５
から２５体積％ほど縮小する。その後、アニ−ルを窒素
雰囲気中でガラス転移温度以下、すなわち約１４００゜
Ｃの温度で、１２０分間行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって以上述べた
ように通常のガラスプリフォ−ムの形成に際しては、そ
の中に含まれる不活性ガスを駆逐するために長時間の焼
き入れとアニ−ルを必要としていた。従って、本発明の
目的は、このような長時間の焼き入れとアニ−ルを必要
としない新たな光ファイバ−の製造方法を提供すること
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の方法は、ヘリウムの雰囲気の中で、ジャケッ
トス−トブ−ルを部分的にのみ焼入れすることにより、
大幅な焼き入れとアニ−ルの時間短縮が行われる。例え
ば、ス−トブ−ルを完全に焼き入れするためには、１４
３分必要であったが、本発明によればヘリウム雰囲気中
で部分的にス−トブ−ルを焼き入れするには、わずか５
９分が必要なだけである。この段階において、このス−
トブ−ルは、部分的に多孔質で、不透明である。その
後、窒素雰囲気中で、単一のステップとして、焼き入れ
とアニ−ルを行う。意外なことに、これにより、窒素を
ス−トジャッケット内にほとんど巻き込むことがなくな
り、焼き入れとアニ−ルの全体の時間が非常に短くな
る。

【０００５】

【実施例】図１において従来のＶＡＤプロセスによる光
ファイバ−の製造ステップをあらわす。ステップ１１に
おいては、ガラスシ−ド要素の上にガラスコアス−トを
堆積する。これは火炎加水分解法により行われ、この方
法は、一対のバ−ナ−が、気化原材料を反応させて、ガ
ラス粒子がガラスシ−ド要素の上に、集積するようにす
る。ステップ１２において、このコアガラスは、炉の中
で焼き入れされて、固体のガラスコア要素を形成する。
ステップ１３において、このコアを引き伸ばしてシリン
ダ−上のガラスロッドを形成する。ステップ１４におい
て、ジャケットス−トをコアロッドの上に火炎加水分解
法により堆積する。 これは、一本のバ−ナ−を火炎内
のガラス原材料をガラスロッドの方向に向けて、ジャケ
ットス−トブ−ルを堆積させることにより行われる。

【０００６】ステップ１５において、このジャケットス
−トブ−ルを炉内で焼入れする。すなわち、このジャケ
ットス−トブ−ルをガラス遷移温度以上、すなわち１５
００℃から１６００℃の温度に加熱して、堆積した多孔
質のス−トブ−ルを固体透明ガラスに変換する。この焼
入れは一般的には、ヘリウム雰囲気内で行われる。アニ
−ルステップ１６は、この焼入れプロセスの間に、ガラ
ス内に閉じ込められたヘリウム分子を追い出すために必
要である。このアニ−ルプロセスを行わないと、閉じ込
められたヘリウムが、次のステップ１８において、高温
で気泡を形成させることになる。通常、このアニ−ルス
テップは７００℃以上の温度でガラス遷移温度である９
００−１１００℃以下の温度でおこなわれる。ステップ
１７において、このジャケットのついたクラッドプリフ
ォ−ムをひきのばしてプリフォ−ムを形成し、このプリ
フォ−ムからガラス性光ファイバ−のコアとクラッド層
が、次のステップ１８に示されるよう、引き抜きされて
形成される。このクラッド層は、堆積したジャケットス
−トに対応し、通常、光ファイバ−により光の伝送に必
要なコアの屈折率とは異なる屈折率を有する。

【０００７】図１は、ガラス性光ファイバ−を製造する
プロセスを全体的にあらわしたものにすぎない。 これ
以外にも様々なプロセスが付加される。ここで、本発明
は、前記のステップ１５と１６の改良に関する、すなわ
ち、ジャケットス−トの焼き入れとアニ−ルに関する。
脱水のようなある種のステップは、コアガラスの焼入れ
には必要であるが、ジャケット、すなわち、クラッド層
には必要無いものである。その理由は、光ファイバ−に
より、伝送される光は主にコア内を移動するからであ
る。にもかかわらず、光ファイバ−のガラスクラッド層
を形成するために、適切にジャケットス−トを焼入れ
し、アニ−ルする際に、注意が必要である。

【０００８】通常焼き入れはヘリウム雰囲気中で行わ
れ、このヘリウムガスは、分子量が少ない不活性ガス雰
囲気を形成する。焼入れが行われるガスは、不活性ガス
が好ましく、雰囲気中の分子がガラスプリフォ−ムを形
成するよう焼き入れする際に、加熱したガラスと反応す
るのを阻止する。しかし、このガスはガラス（シリカ）
が、酸素を含有することがある。 不活性ガスは、ヘリ
ウムのような低分子量ガスが好ましい。その理由は、ガ
スの分子は焼き入れの間、ジャケット層内に閉じ込めら
れて、それを取り除くために、より重い分子量のガス雰
囲気中でアニ−ルするからである。窒素は、その入手し
やすさと低コストのために好ましいアニ−ルガスであ
る。窒素雰囲気中において、アニ−ルは、より軽いヘリ
ウム分子を、焼き入れしたジャケット層、すなわち、ク
ラッドガラスからより重い窒素分子を吸収することな
く、放出できるようにさせる。

【０００９】焼き入れは通常１５００℃〜１６００℃の
温度で行われ、多孔質のガラスス−トブ−ルが、固体ガ
ラスに変形するのに必要なように、流れるようにする。
完全な焼き入れ、すなわち、多孔質の不透明ブ−ルから
透明な固体ガラス層への完全な変換は、５００〜１００
０ｍｍの長さのス−トブ−ルに対しては、１４３分必要
である。 窒素雰囲気中でのアニ−ルは、約１１００℃
の温度で行われ、完全なアニ−ルには、１２０分必要で
ある。この焼き入れとアニ−ルの全時間は、一般的に２
６３分である。 光ファイバ−のコストはその処理時間
に比例し、本発明によれば、この処理時間が大幅に減少
する。

【００１０】図２において、本発明を実行する装置が図
示されており、ガラスコアロッドがジャケットスートブ
ールによりコ−テイングされている．（図１のステップ
１４）。このジャケットスートブールは、ジャケットス
ートブールを、加熱コイルを有する炉内に配置すること
により焼き入れされる。加熱コイルにより包囲される部
分は、１５００−１６００℃の温度を有する、ホットゾ
−ンである。この炉は、ヘリウム源からのヘリウム、あ
るいは窒素源からの窒素により充填されうる。バルブ２
７とバルブ２８がそれぞれヘリウムと窒素が、炉内に入
るのを制御する。このジャケットスートブールは、ジャ
ケットスートブールを回転させながら、ホットゾ−ンを
貫通して低下させることにより加熱される。この最初の
焼き入れステップの間は、ヘリウム源からのヘリウムの
み炉内に、バルブにより投入されて、その流速は３０リ
ットル／分である。

【００１１】前述した条件下においては、ジャケットス
ートブールの完全な焼き入れは、通常、１４３分かか
る。本発明によれば、ジャケットスートブールを完全に
焼き入れせずに、ジャケットスートブールを、例えば、
５９分間加熱する事により、ヘリウム雰囲気内で、部分
的に焼き入れする。かくして、この部分的な焼き入れ
は、完全な焼き入れに必要な時間の５９／１４３であ
り、半分以下である。完全な焼き入れは、もとのス−ト
ブ−ルのサイズから、１５〜２５％縮んだ透明なガラス
ジャケットとなる。５９分後では、部分的な焼き入れ
は、５〜１５％縮むだけで、ジャケットスートブール２
１は不透明で部分的に多孔質のままである。

【００１２】部分的な焼き入れ後、バルブ２７を閉じ
て、バルブ２８を開いて、炉内の雰囲気を窒素で完全に
置き換える。この窒素の流速は、２０リットル／分であ
る。窒素雰囲気中において、この焼き入れを完了し、こ
れはまた、アニ−ルステップでもある。焼き入れとアニ
−ルは、１５００−１６００℃で行われ、これは、アニ
−ルが通常行われるような９００−１１００℃とは異な
る。焼き入れステップを完了し、窒素雰囲気中でアニ−
ルすることにより、ヘリウム分子も窒素分子のいずれも
欠陥となる程度含まないような、ガラスクラッド層が形
成できる。この理由は、部分的な焼き入れは、焼き入れ
の完了時に、より重い窒素分子が導入されるのを阻止す
るのに十分な程度、ガラスブ−ルを固化するからであ
る。一方、より軽い分子量を有するヘリウム分子は、従
来のアニ−ルメカニズムにより、ガラスから駆逐され
る。焼き入れの完了とアニ−ルのステップには、１４１
分かかり、従来のアニ−ルそのもののプロセス（１２０
分）よりも、それ程長くはない。本発明の全体の焼き入
れとアニ−ルプロセスに必要な時間は、２００分で、従
来の２６３分に相当する。

【００１３】この実施例においては、初期のス−トブ−
ルは９００ｍｍの長さで、ホットゾ−ンは５５０ｍｍの
軸方向長さを有していた。最初の焼き入れの間、このス
−トブ−ルはヘリウム雰囲気内のホットゾ−ンを２０ｍ
ｍ／分の軸方向速度で移動した。最初の焼き入れの後、
このス−トブ−ルは、縮んだために８５０ｍｍの長さを
有していた。最後の焼き入れとアニ−ルの間、窒素雰囲
気内のホットゾ−ンを８ｍｍ／分の軸方向速度で移動し
た。上述の焼き入れとアニ−ルのプロセスは、ス−トブ
−ルがホットゾ−ン内を移動するとして記載したが、こ
れは、光ファイバ−プリフォ−ムを形成する、ＬＩＴＥ
ＳＰＥＣ社により用いられる好ましい方法を開示したに
すぎない。この焼き入れとアニ−ルのプロセスは、ス−
トブ−ルを固定されるような炉内でも行うことができ
る。そしてこの全体のス−トブ−ルが、ホットゾ−ン内
にある。ＶＡＤプロセスにおいては、焼き入れ後におい
ては、コアガラスをアニ−ルする必要はない。これは、
その形状ゆえに固体基板とのインタ−フェイスの欠如、
及びより少ない汚染、および密度分布のために焼き入れ
の間ヘリウム分子が閉じ込められることが少ないからで
ある。一方、従来のジャケットス−トの体積は図１のス
テップ１４に示しているが、これは、時間を節約するた
めに、より早い堆積速度で行われ、環状の形態、および
異なる密度分布のために、焼き入れの間ヘリウムの閉じ
込めに対し、ジャケットス−トはより敏感となってい
る。このために、アニ−ルステップが必要となる。かく
して、本発明は、図１の焼き入れステップ１２には必要
とされないものである。

【００１４】特に、高速で固体基板上にガラスス−トを
堆積する場合は、本発明は、透明なガラスに変えるのに
必要な、焼き入れとアニ−ル時間を減少させるのに有効
である。例えば、本発明は外付け気相堆積（ＯＶＤ）プ
ロセスにおいても使用可能である。このＯＶＤプロセス
においては、高速で、火炎加水分解により、ガラスロッ
ド上にガラスス−トを堆積するステップを含み、そのた
めに、焼き入れ後、アニ−ルする必要がある。

【００１５】一方、部分的焼き入れプロセスにおいてヘ
リウムが用いられ、アニ−ルプロセスにおいて、窒素が
用いられたが、他の不活性ガスあるいは酸素も公知であ
る。前述したように、アニ−ルプロセスの間、ガス雰囲
気は少なくとも最初の部分的焼き入れステップの間に使
用されるのよりは、より重い分子量のガスが用いられる
必要によっては、ヘリウム内での、より長時間の焼き
入れを行ってもよいが、これは、より長い全体の処理時
間となる。この実施例においては、部分的な焼き入れプ
ロセスは、約半分以下の時間でおこなわれ、その結果、
ス−トブ−ルに対し行われる焼き入れの全時間の半分以
下となる。本発明は、全体の処理時間を大幅に減少する
が、現時点においては、本発明を用いることにより、節
約できる最大時間量は決定することは出来ない。ヘリウ
ム雰囲気内での部分焼き入れがあまりにも短いと、焼き
入れ完了時に、窒素がガラス内に閉じ込められている。

【００１６】

【発明の効果】以上、述べたように本発明によれば、低
分子量のガス内で、部分的にジャケットス−トを焼き入
れした後、高分子量のガス内でジャケットス−トをアニ
−ルすることにより、光ファイバ−の製造時間（特に焼
き入れとアニ−ルの処理時間）を大幅に減少することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による光ファイバ−の製造方法を現す
フロ−チャ−ト図。

【図２】本発明の一実施例によるジャケットス−トブ−
ルを焼き入れ及びアニールをする方法を実現する装置を
表すブロック図。

【符号の説明】

２０ ガラスコアロッド ２１ ジャケットス−トブ−ル ２２ 炉 ２３ 加熱コイル ２４ ヘリウム源 ２６ 窒素源 ２７・２８ バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブレット マイルズ モーレンホフ アメリカ合衆国、27713 ノース カロラ イナ、ダーラム カウンティー、ダーラ ム、ウィンドルストロー ドライブ 5701 −11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ス−トブ−ルを形成するために火炎加水
   分解によりガラスロッド上にジャケットス−トブール
   （２１）を堆積し、このジャケットス−トブールを焼き
   入れし、その後、アニ−ルして光ファイバ−プリフォ−
   ムを形成し、このガラス状プリフォ−ムから光ファイバ
   −を形成する方法において低分子量の第１ガス（２４）
   の雰囲気中で、ジャケットス−トを加熱（２３）するこ
   とにより、部分的に焼入れするステップと、 前記ジャケットス−トの焼き入れステップの完了後、前
   記第１ガスの分子量より多い分子量を有する第２ガス
   （２６）の雰囲気中で前記ジャケットス−トを加熱する
   ことにより、焼き入れされたジャケットス−トをアニ−
   ルするステップとを有することを特徴とする光ファイバ
   −の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１ガスは、ヘリウムで、 前記第２ガスは、窒素であることを特徴とする請求項１
   の方法。
3. 【請求項３】 前記部分的焼き入れステップの間、前記
   ス−トブ−ルを、１５００℃〜１６００℃の間の温度の
   加熱ゾ−ン内に、その軸方向に移動させ前記焼き入れの
   完了後、アニ−ルステップの間、前記ス−トブ−ル（２
   １）を１５００℃〜１６００℃の間の温度を有する加熱
   ゾ−ン内に、その軸方向に移動させることを特徴とする
   請求項２の方法。
4. 【請求項４】 前記部分的焼き入れステップの持続時間
   は、完全な焼き入れに必要な時間の半分以下で、窒素が
   焼き入れされたガラスプリフォ−ム内に閉じ込められる
   のを阻止する程度であることを特徴とする請求項２また
   は３の方法。
5. 【請求項５】 前記第１ガスと第２ガスは、両方とも窒
   素と酸素とそれらの混合物を含む不活性ガスからなるグ
   ル−プから選択されることを特徴とする請求項１の方
   法。
6. 【請求項６】 前記加熱ゾ−ンは、５００〜１０００ｍ
   ｍの軸方向長さを有し、前記ス−トブ−ルを軸方向に動
   かすステップの間、前記ス−トブ−ルは、その軸中心に
   回転していることを特徴とする請求項３の方法。