JPH027889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光導波路プリフオーム（light guide
preform）の製造技術に関し、特にガラス管の内
表面に反応物を付着させてプリフオームを形成す
る方法及び装置に関する。

光フアイバは中実ガラスシリンダ又はプリフオ
ームから引出される。被覆材で包囲した芯を有す
るプリフオームは、米国特許第4217027号に記載
されている改良型化学気相成長法（MCVD）に
よつて製造される。ガラス前駆物質蒸気で反応さ
せることにより、細長いシリカガラス基質管の内
側にシリカ層をドープして、管の内壁に融着する
粒子を形成する。前駆物質蒸気の組成を自動的に
制御することによつて、プリフオームの芯となる
被着ガラス層の屈折率を段階的又は徐々に変化さ
せる。フアイバをプリフオームから引出す時、被
着したシリカガラスは光フアイバの芯となり、シ
リカガラス管はフアイバ外被となる。

特にGeCl₄，SiCl₄，POCl₃等の物質から成る蒸
気を、酸素等のキヤリヤガスに混入し、酸水素ト
ーチが管の長手方向に何度となく往復する間に回
転するガラス管の内部に、反応物蒸気流としてこ
れを導入する。蒸気流が管を貫通して、トーチ付
近の熱ゾーンにぶつかると、蒸気流は反応して管
の内面に付着する酸化物を形成する。管の長さに
沿つてトーチを何度も往復させると、管にガラス
層が付着する。その後、トーチを数回往復させる
と、管は高温（例えば1900乃至2000℃）に達して
収縮し、最後のトーチ移動でへこんで中実の円筒
棒状のプリフオームが形成される。

この工程中、反応生成分は全て予備成形管
（preform tube）内に付着する訳ではなく、ある
ものは粉末状になつて排気キヤリヤガスと共に管
から排出される。今までこれらの付着しない反応
生成物は、予備成形管の一体延長部として形成さ
れた反応物収集管を通つて予備成形管から運び出
されていた。収集管を通るガス及び反応物はガス
スクラバー（gas scrubber）に入る。

しかし通常数時間かかる気相被着プロセス
（vapor deposition process）中、プリフオーム
管から排出される粉末状の反応生成物のあるもの
は収集管に付着して管内に堆積する。これらの堆
積物は、その後収集管を通る流体及びその他の反
応生成物の流れを次第に制限する様になり、つい
には予備成形管そのものの蒸気流圧が損われてし
まう。蒸気を正確に制御された質量流量で予備成
形管を通して送出さねばならないため、予備成形
管の出口における圧力及び流れパターンが少しで
も変化すると付着プロセスにかなり影響する。こ
の様に、排出管内の流れパターンが次第に制限さ
れて変化していくと、予想外の現象として抑止策
が施されていないため、予備成形管内の付着効果
が損われる。

円筒形のシリカ掻き落し棒を反応物収集管内に
設けることは知られている。収集管の回転中に、
掻き落し棒で管の内壁に付着して堆積した反応生
成物を撹拌して振り剥がし、蒸気流によつてこれ
らのスクラバー（Scrubber）に回収できる様に
するものである。また掻き落し棒をその軸及び半
径方向に周期的に移動させ、収集管内及び収集管
と予備成形管とを接合するのど部に堆積した粉末
状の生成物を掻き落すことによつて、収集管内を
さらに掃除することができる。この様な方法は好
結果をもたらすが、ある程度の反応生成物が堆積
して被着作用を妨げることは阻止できない。たと
え撹拌されても、生成物はある程度上流へ拡散す
る性質があるため予備成形管内の被着層に偏差が
生じてしまう。

従つて、導光予備成形管に層が蒸着する間に予
備成形管の排出端における流れパターンをほぼ均
一にしかつ流圧を一定に保ちつつ、予備成形管か
ら反応生成物を排出する方法及び装置が必要であ
る。

本発明による光導波路プリフオーム製造方法は
上記の問題を克服している。この方法はキヤリヤ
ガスに混入している反応物を予備成形管の上流端
に導入してそこで化学反応によつて付着させ、し
かも付着しない一部の反応物については管の下流
端から排出するものであり、付着しない反応物を
予備成形管の下流端と連通しかつ可変寸法の出口
を有する反応物排出装置に導入する工程、排出装
置内の圧力を測定する工程、及び測定圧力に応じ
て出口寸法を変えて、装置内の圧力をほぼ一定に
保つ工程から成つている。

反応物を含まないガスを排出装置内に連続的か
つ均一に流入させて、付着しない反応物を装置か
ら排除することができる。

以下添付図面を参照して、本発明の詳細を説明
する。

上記のMCVD方法に関する実施例を説明する
が、これは単に例示的なものであり、これに限定
されるものではない。本発明方法は、キヤリヤガ
スに混入する反応物をガラス管の内部に流入して
付着させ、一部を排出する何れの光導波路プリフ
オーム製造方法にも適用することができる。

第１図は、MCVD法による光導波路プリフオ
ームの製造に使用される従来装置の概略図であ
る。符号１０で全体を示すガラス加工施盤は、対
向するチヤツク１４―１４間に回転自在に設けら
れたガラス基質管１２を有している。トーチ１６
はベツト２に沿つて矢印２４―２４で示す方向に
横移動する様に装着された支持体１８に締結され
ている。又、パイロメータ（Pyrometer）２８は
支持体１８上に配設されて、トーチ１６から出さ
れる管１２の部分の温度を監視する。パイロメー
タ２８の出力端は線３１によつて、符号３３で全
体を示す選択されたガス源から送られる複数個の
入力を制御して、トーチ支持体１８の移動速度を
制御する出力３４を出す、コンピユータ制御装置
３２に接続されている。

反応物及びキヤリヤガスは、コンピユータ制御
装置３２内において周知要領で計量及び混合さ
れ、太矢印３６で示す様に、回転する管１２の孔
に沿つて導入される。トーチ１６が管１２の外面
に沿つて移動するに従つて、上記のMCVD法に
関する米国特許に記載されている様に、反応物の
一部が管１２の内表面に付着する様になる。トー
チ１６は左から右方向にゆつくり（例えば0.3
cm／秒）移動し、急速に左方向に戻るという往復
運動を繰り返すことによつて熱ゾーンを形成し、
管の内表面にドープシリカの均一層を付着させ
る。この様な層を複数層付着させて、適切な管対
芯の質量流量及び屈折率を有する形状を形成す
る。

50パーセント以上の反応物は、予備成形管１２
の内表面に付着することなく、予備成形管の端部
に融着した収集管４２及び導管４４を通つてスク
ラバー（図示せず）に入るが、あいにく付着しな
い反応物のかなりの部分は収集管４２内に堆積し
てしまう。この堆積作用は流れを次第に制限し
て、流体の流れパターン変化及び圧力移動を引起
こし、上記の様にMCVD処理に悪影響を与え、
上記の様なその反復性を妨げる。

第２図の符号５０で全体を示す本発明排出装置
は、上記の問題を実質的に克服している。装置５
０は大別して、二重壁排出管５２（第３図参照）、
反応物収集室５４（第５図参照）、及び圧力制御
装置５６から成つている。反応物は第１図とほぼ
同じ要領で管１２に投入される。

第３図に詳細を示す排出管５２は、細長い外管
６４に通じるテーパ部６２を有する小径の第１端
部５８を有するガラス管である。小径の細長い内
管６は外管６４内に共軸配置され、かつ外管にシ
ール融着した第１端部６８と外管の端部７０に対
して共面を成す第２端部６９とを有している。内
管６６はその第１端部６８の近接部に複数個の離
間アパーチヤ７２―７２を有している。

第４図はほぼ円筒形を成す取付け部材７４の縦
横断面図である。この取付け部材は縦方向に通つ
ている一対の通路７８―７８を備える中央孔７６
を有している。テフロン（Teflon）ポリマ等で
出来た取付け部材７４は、吐出ハウジング８２
（第２図参照）内に固着され、かつ排出管５２を
回転させつつその端部６９及び７０を気密嵌入す
る第１及び第２同心環状溝８４及び８６を有して
いる。一対の導管８８―８８（第２図参照）は、
ハウジング８２の壁面を通つて、取付け部材７４
の通路７８―７８で終結して、ガス（例えば酸
素、窒素等）供給源９２をこれに結合している。
吐出ハウジング８２の出力端９４は可撓管９６を
介して反応物収集室５４と連通している。

第５図に詳細を示す反応物収集室５４は、取入
れ口１０１、開放容量部１０２、及び下方部に開
口部１０８を有する共通壁１０６によつて分離さ
れたバツフル部１０４を有している。バツフル部
１０４はその壁部から下方に向つて延びる複数個
の差込プレート１１２―１１２を有している。バ
ルブハウジング１１４は、バツフル部１０４の真
上に装着されており、内側にねじ切りした部材１
２２に嵌入する様に配設されているねじ付シヤフ
ト１１８に装着された円錐部材１１６を有してい
る。モータ１２４はベルト１２９によつて連結さ
れた第１及び第１プーリ１２６及び１２８を制御
する。モータ１２４が付勢されると、ねじ付シヤ
フト１１８はバツフル部１０４の頂部にある円形
開口部１３２に対して上下に移動する排出パイプ
１３４（第２図参照）はバルブハウジング１１４
とガススクラバー（図示せず）との間を連絡して
いる。

圧力制御装置５６（第２図参照）は、吐出ハウ
ジング８２内に取付けた圧力センサ１４４から延
びる入力線１４２とモータ１２４に接続された出
力リード線１４６とを有している。特定実施例に
よる圧力制御装置５６は、ドウヤー・インストル
メンツ社（Dwyer Instrument Inc.）を製造元と
する米国特許第3862416号に記載されているフオ
トヘリツク（Photohelic）圧力スイツチ・ゲージ
である。

次に第２図を参照して、本発明装置の作動を説
明する。ガラス管１２は熱融合される界面１４８
において、排出管５２の小径第１端部５８と軸整
合する。排出管５２の同心端部７０及び６９を
夫々取付け部材７４の第１及び第２環状溝８４及
び８６に差込むことによつて、吐出ハウジング８
２に排出管５２を挿入する。管１２の未梢端部を
ガラス施盤の回転自在チヤツク心内に位置決めす
る。ガス及び反応物を管１２に送り、トーチ１６
の温度及び横移動を第１図に示すコンピユータ制
御装置３２で制御する。上記の要領で複数個のガ
ラス層を管１２の内面に付着させ、付着しない反
応物を通過させる。第２図に示す様に、炎１４９
を排出管５２ののど部６２に当てて、非着反応物
がその内面に付着しない様にする。

管１２を通る非着反応物は、排出管５２の第１
端部を通つて内管６６に流入する。これと同時
に、ガス供給源９２から酸素ガスが発生し、導管
８８―８８を通つて取付け部材７４のガス路７８
―７８から、排出管５２の外管６４と内管６６と
で画成された容積内を流れる。酸素に圧力をかけ
て均一な流れとし、アパーチヤ７２―７２から放
射状に流出させ、キヤリヤ及び非着反応物のかな
りの部分と共に内管６６、取付け部材７４の孔７
６及び吐出しハウジング８２を通り、可撓管９６
を介して反応物収集室５４に流入する様にする。
本発明による排出装置の効率をさらに高めるた
め、第３図に示す様に、内管６６内に円筒形のガ
ラス棒１５２を配設することができる。上記の様
に、棒１５２は管６６の内面に付着しようとする
反応物を追出す役目をする。

反応物は反応物収集室５４（第５図参照）の開
放容量部１０２に運び込まれ、そのうちの重い粒
子は底面１５２に落下し残余（軽い）粒子は開口
部１０８を介してバツクル部１０４に入る。複数
個の差込プレート１１２―１１２を有するバツク
ル部１０４は、精製器（図示せず）と排出管５２
との間のバツフア領域として作用し、比較的長い
蛇行路を与えている。円錐部材１１６の表面と開
口部１３２の表面との間の面積を、モータ１２４
を付勢することによつて、圧力制御装置５６の制
御下で調節し、シヤフト１１８を開口部に対して
上下に移動させることができる。

従つて、圧力センサ１４４に応答し、円錐部材
１１６を移動させて開口部１３２の横断面積を変
えることにより、排出装置５０内の圧力を制御す
ることができる。また、ガス供給源９２から排出
管５２に流す酸素の流量を変えることによつて、
排出装置５０内の圧力を調節することができる。
本装置の利点は排出装置５０内の圧力を、管１２
の出力端にかかる圧力より低いほぼ一定の圧力
（例えば水圧の0.5cm±0.02cm）に保ちかつ酸素流
量をほぼ一定（例えば１リツトル／分）に保つこ
とによつて、プリフオームの屈折率の反復性を高
めていることにある。加えて、排出装置５０と共
に、コンピユータ制御ガス反応物投入装置３２を
用いることによつて、実質的に全自動の装置とな
つている。

さらに、微粒子状の反応物の一部は、プレート
１１２―１１２にも付着するため、反応物収集室
５４を定期的に開けて掃除することにより、プレ
ート１１２―１１２及び底面１５２上の非着反応
物を集め、これらの高純度で高価な反応物を化学
処理して再使用することができる。

上記の通り本発明の実施例を説明したが、これ
は単に本発明の原理の例証にすぎず、本発明の原
理を具体化しかつその真意及び適用範囲に該当す
る種々の修正を成し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図はMCVD導光予備成形体製造装置の概
略図；第２図は本発明原理を具体化する予備成形
管排出装置の概略図；第３図は本発明の実現に使
用する排出管の横断面図；第４図は排出管とガス
源とを連結する取付け部材の縦横断面図；及び第
５図は本発明の実現に使用する集じん装置の部分
横断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１０……ガラス加
工旋盤、１２……ガラス基質管、５０……排出装
置、５２……二重壁式排出管、５４……反応物収
集室、５６……圧力制御装置、５８……排出管第
１端部、６４……排出管の外管、６６……排出管
の内管、６８……内管の第１端部、７０……外管
の端部、７２……内管のアパーチヤ、８８……導
管、９２……ガス供給源、１０１……取入口、１
０２……開放容量部、１０４……バツフル部、１
０８……開口部、１１２……差込プレート、１１
６……円錐部材、１１８……ねじ付シヤフト、１
２２……内ねじ付部材、１２４……モータ、１２
６，１２８……プーリ、１３２……円形開口部、
１４２……圧力制御装置の入力線、１４４……圧
力センサ、１５２……ガラス棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ キヤリアガスに混入した反応物を、プリフオ
   ーム管の上流端部に導入し、化学反応によつて前
   記管内に付着させ、反応物の非着部分を前記管の
   下流端から排出する光導波路プリフオームの製造
   方法において、 予備成形管の下流端部と連通しかつ可変寸法の
   出口を有する反応物排出システムに非着反応物を
   導入する工程、 前記システム内の圧力を測定する工程及び測定
   圧力に応じて出口の寸法を変更して反応物排出シ
   ステム内の圧力を前記管から反応物が引き出され
   るほぼ一定の負の圧力に保つ様にする工程を含む
   ことを特徴とする光導波路プリフオームの製造方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、均一流量の反応物を含まないガスを、排出シ
   ステムに連続的に流入させることによつて、非着
   反応物が装置から流出する様にすることを特徴と
   する光導波路プリフオームの製造方法。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の光導波路プリ
   フオームの製造方法において反応物を含まないガ
   スを、予備成形管の下流端部付近の排出システム
   に流入させることを特徴とする光導波路プリフオ
   ームの製造方法。 ４ 特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の光
   導波路プリフオームの製造方法において、均一流
   量の反応物を含まない連続的ガス流は、予備成形
   管の排出端と連通する二重壁式排出管の内外ガラ
   ス管の間を通る酸素であり、前記酸素は予備成形
   管の排出端付近に位置する内管壁の少なくとも１
   個のアパーチヤを通り、混入する非着反応物と共
   に内管を通つて反応物収集室に流入して反応物の
   一部を付着させ、続いて残りの反応物と共に出口
   から流出することを特徴とする光導波路プリフオ
   ームの製造方法。 ５ キヤリアガスに混入した反応物を、予備成形
   管の上流端部に導入して、化学反応によつて前記
   管内に付着させ、反応物の非着部分を前記管の下
   流端部から排出する工程から成る方法によつて光
   導波路プリフオームを製造する装置において、 予備成形管の下流端部と連通して非着反応物を
   受け取り、また可変寸法の出口１３２を有する反
   応物排出装置、 前記装置内に配設された圧力測定手段、及び測
   定圧力に応じて出口の寸法を変更することによつ
   て、反応物排出装置内の圧力を前記管から反応物
   が引き出されるほぼ一定の負の圧力に保つ様にす
   る手段１２８を含むことを特徴とする光導波路プ
   リフオーム製造装置。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の光導波路プリ
   フオーム製造装置においてさらに均一流量の反応
   物を含まないガスを、予備成形管の下流端部付近
   にある排出システムに連続的に導入することによ
   つて反応物がシステムを移動できる様にする手段
   ８８，９２，５２を含むことを特徴とする光導波
   路プリフオーム製造装置。 ７ 特許請求の範囲第５項又は第６項に記載の光
   導波路プリフオーム製造装置であつて前記排出装
   置が、予備成形管１２の下流端部と連通して排出
   反応物を受取る第１端部と第２端部とを有する排
   出管、及び排出管の第２端部に連結された投入口
   と、可変寸法の投出口とを有する反応物収集室を
   備えることを特徴とする光導波路プリフオーム製
   造装置。 ８ 特許請求の範囲第７項に記載の光導波路プリ
   フオーム製造装置であつて、前記排出管は、予備
   成形管と実質的に同一直径の第１端部と第１端部
   より大きい直径の第２端部とを有する外ガラス
   管、及び外ガラス管の内側に共軸的に配置され、
   かつ外管の第１端部付近において外管に密着した
   第１端部、外管の第２端部と整合する第２端部及
   び第１端部付近に設けられた複数個のアパーチヤ
   を有する内ガラス管を含むことを特徴とする光導
   波路プリフオーム製造装置。 ９ 特許請求の範囲第８項に記載の光導波路プリ
   フオーム製造装置であつて、前記排出管は内ガラ
   ス管と外ガラス管との間で均一流量の反応物を含
   まないガスを受取ることを特徴とする光導波路プ
   リフオーム製造装置。 １０ 特許請求の範囲第７項乃至第９項の何れか
   に記載の光導波路プリフオーム製造装置であつ
   て、反応収集物は、排出管から流出する反応物を
   受入れる開放容量部、及び流体を通す開口部を有
   する共通壁で部分的に分離されかつ両壁から下方
   に向つて延びて通過する反応物流及びガス流に蛇
   行路を与える複数個の差込みプレートを有するバ
   ツクル部を備えるハウジング、並びにバツクル部
   の頂部に配設されて、ガス流及び反応物流が通過
   する可変開口部を制御する弁から成る可変寸法の
   出口を備えることを特徴とする光導波路プリフオ
   ーム製造装置。 １１ 特許請求の範囲第７項乃至第１０項の何れ
   かに記載の光導波路プリフオーム製造装置であつ
   て、排出管内に圧力測定手段を設け、また圧力測
   定手段に応答して作動し、可変寸法出口の寸法を
   調節することによつて、排出管内の圧力をほぼ一
   定に保つ様にするフイードバツク手段を設けるこ
   とを特徴とする光導波路プリフオーム製造装置。 １２ 特許請求の範囲第８項に記載の光導波路プ
   リフオーム製造装置であつて、内ガラス管内に細
   長いガラス棒を設け、排出管の回転時に内管表面
   に付着している反応物を剥離する様にしたことを
   特徴とする光導波路プリフオーム製造装置。