JP2005106766A - 被加熱物品の表面温度測定方法、これを用いた加熱方法、及び光ファイバプリフォームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加熱物品の熱源に晒されている領域内の温度を正確に測定する方法、及び加熱され昇温している領域内の温度分布を把握し測定していない位置の温度を推定する方法を提供する。
【解決手段】 被加熱物品の熱源に晒されている領域内の少なくとも一箇所、及び熱源に晒されていないが昇温している領域内の少なくとも一箇所の表面温度を同時に測定し、熱源に晒されていない領域内の測定箇所での温度を反映して、熱源に晒されている領域内での測定箇所での温度を求めることを特徴とする被加熱物品の表面温度測定方法、及び前記の表面温度測定方法により被加熱物品の熱源に晒されている領域内の少なくとも一箇所の表面温度を測定し、さらに被加熱物品の熱源に晒されていないが昇温している領域内の複数箇所の表面温度を測定して測定位置に対する温度分布を作成し、測定していない位置での表面温度を推定することを特徴とする被加熱物品の表面温度測定方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、特にガラスの加熱時に好適に用いることのできる被加熱物品の表面温度測定方法とこれを用いた加熱方法、及び光ファイバプリフォームの製造方法に関する。

光ファイバ用ガラス母材の多孔質母材成長時の温度測定方法としては、非接触式温度計をバーナーの移動や多孔質の成長にあわせて移動させる方法が提案されている（特許文献１参照）。
プラズマＣＶＤ装置としては、プラズマエネルギーで成膜される対象物の温度を非接触式温度計で測定するものが提案されている（特許文献２参照）。

特開昭６１−１６７８２６号公報 特開平５−１９０４６２号公報

熱源に晒されている部分の被加熱物品の温度が何度になっているか正確に把握することは、加熱の具合を調整するうえで重要であり、加熱により製造される製品の品質を左右する。例えばガラス管にＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄、ＳｉＦ₄等のガラス原料ガスと酸素を流し、加熱によってガラス微粒子を生成させてガラス管内部に堆積させるＭＣＶＤ法でガラスを合成する場合は、温度によりＧｅＯ₂、Ｆ−ＳｉＯ₂の反応効率やガラス微粒子の堆積効率が変わり、屈折率分布や堆積するガラス層の体積が変わる。このためＭＣＶＤ法の合成温度は製造されるガラス層の性質に影響するので、その温度制御を厳密に行う必要がある。

しかし、従来技術のように被加熱物品の表面温度を非接触式温度計を用いて測定すると、熱源に晒されている領域では、炎の温度を測ってしまったり、被加熱物品ではないガラス微粒子が発する光を測定したりしてしまう。温度が細かく上下して測定されることがあるが、測定誤差であるのか、実際にその温度なのかは、熱源に晒されている領域内でのみの温度測定では判断できない。したがって、被加熱物品の温度制御を厳密に行うことは困難であった。
また、特にガラス製品の場合、製品の種類や工程により、要求されるヒートゾーンの大きさや、ヒートゾーン内外の温度差などに違いがある。被加熱物品の最高温度だけを把握しても、ヒートゾーンの大きさなどはわからないため、適切に加熱の調整を行えないという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解消し、被加熱物品の熱源に晒されている領域内の温度を正確に測定する方法、及び加熱され昇温している領域内の温度分布を把握し測定していない位置の温度を推定する方法、これらに基づいて加熱強度等を調整する加熱方法とこれを用いた光ファイバプリフォームの製造方法を提供しようとするものである。

本発明者らは、下記の構成を採用することにより前記の課題の解決を可能にした。
（１）被加熱物品の熱源に晒されている領域内の少なくとも一箇所、及び熱源に晒されていないが昇温している領域内の少なくとも一箇所の表面温度を同時に測定し、熱源に晒されていない領域内の測定箇所での温度を反映して、熱源に晒されている領域内での測定箇所での温度を求めることを特徴とする被加熱物品の表面温度測定方法。
（２）（１）記載の表面温度測定方法により被加熱物品の熱源に晒されている領域内の少なくとも一箇所の表面温度を測定し、さらに被加熱物品の熱源に晒されていないが昇温している領域内の複数箇所の表面温度を測定して測定位置に対する温度分布を作成し、測定していない位置での表面温度を推定することを特徴とする被加熱物品の表面温度測定方法。

（３）（１）記載の表面温度測定方法により測定された又は求められた熱源に晒されている領域内の測定箇所での表面温度が所望の温度となるように加熱強度、加熱範囲及び加熱時間から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする物品の加熱方法。
（４）（２）記載の表面温度測定方法において作成される温度分布が所望の形となるように加熱強度、加熱範囲及び加熱時間から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする物品の加熱方法。
（５）（２）記載の表面温度測定方法において作成される温度分布から推定される最高温度となっている位置と、そこから一定の距離だけ離れた位置の温度がそれぞれ所望の温度となるように加熱強度、加熱範囲及び加熱時間から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする物品の加熱方法。
（６）前記一定の距離が、被加熱物品が中実である場合は表面から物品の中心までの距離以上であり、中空である場合は物品の肉厚以上である（５）記載の物品の加熱方法。
（７）前記一定の距離が、被加熱物品が中実である場合は表面から物品の中心までの距離の５０倍以下であり、中空である場合は物品の肉厚の５０倍以下である（５）記載の物品の加熱方法。
（８）被加熱物品が中空であって、（１）又は（２）記載の測定方法により測定された被加熱物品の表面温度より内部表面温度を推定し、所望の内部表面温度となるように加熱強度、加熱範囲及び加熱時間から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする物品の加熱方法。
（９）被加熱物品がガラスであることを特徴とする（３）〜（８）のいずれか一項記載の物品の加熱方法。
（１０）（３）〜（８）のいずれか一項記載の加熱方法によりガラス母材を加熱し、光ファイバプリフォーム又は光ファイバプリフォーム中間体を製造することを特徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。
（１１）中空の石英ガラス体の内部に少なくとも一種のガラス原料となる化合物を導入し、（３）〜（８）のいずれか一項記載の加熱方法によりガラス体を加熱し、ガラス体内部に新規のガラス層を堆積させる（以下、ＭＣＶＤ法という）ことを特徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。

なお、本発明における「熱源に晒されている領域」とは具体的には、炎が直接あたる領域であり、熱源がヒーターの場合は前記ヒーターが対面している領域である。また、「熱源に晒されていないが昇温している領域」は、熱源によってすでに加熱された部分と、まだ熱源による直接の加熱はされていないが熱伝導等の効果によって昇温している部分とを含む。これらの「領域」及び「測定箇所」の位置は熱源の位置に対する相対的なものであり、熱源が被加熱物品に対して相対的に移動する場合には、各「領域」及び「測定箇所」も同期して移動する。
また、本明細書において「光ファイバプリフォーム」とは、そのまま線引きして光ファイバとなるガラス体であってもよいし、延伸、クラッド部の合成、コラプス、外周研削等の方法により、さらに加工された後に線引きして光ファイバとなるガラス体（光ファイバプリフォーム中間体）であってもよい。

本発明の表面温度測定方法によれば、誤差の多い熱源に晒されている領域内の表面温度を高い精度で測定することができ、また、測定位置に対する温度分布を作成することで測定していない位置の表面温度も推定することができる。本発明の加熱方法は、上記測定方法の結果に基づき加熱を調整するので、製品の種類や工程に応じた適切な加熱を行うことができ、製品の品質を向上させることができる。本発明方法によれば、品質の高い光ファイバプリフォームを製造できる。

本発明における熱源は特に制限はないが、例えばプラズマバーナー、酸水素バーナーなどの火炎によるもの、抵抗炉、誘導炉などのヒーターによるもの、ＣＯ₂レーザー等のレーザーによるものなどがある。
被加熱物品も種類、形状とも特に制限はないが、棒状または管状の形状の物品を扱う場合に本発明は有効である。材質としては例えばガラスがあげられる。ガラス管やガラス棒は延伸や火炎研磨を目的として加熱される。また、ガラス管の場合にはガラス管を中実化するコラプス（ガラス管にロッドを挿入し、ガラス管とロッドを一体化するロッドインコラプスを含む）やＭＣＶＤ法のための加熱も行われる。ガラス製品のほかにも金属、セラミクスなどを被加熱物品とすることができる。
本発明において用いられる温度計は、非接触式のものであれば特に制限はなく、放射温度計、輝度温度計、放射温度計の素子を２次元配置したものを用いたサーモトレーサーなどが使用できる。測定可能な温度範囲は一般的には、室温〜３０００℃である。

第一の発明である熱源に晒された領域内の被加熱物品の表面温度測定方法について、図面を参照して説明する。図１はプラズマバーナーを熱源としたＭＣＶＤ法によって石英ガラス管内にガラス微粒子の堆積を行っている様子を模式的に示した説明図である。ガラス管内には、ＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄、ＳｉＦ₄等のガラス原料ガス、酸化媒体となる酸素、必要に応じてパイプ空間の熱伝導率や流速を調整するためのＨｅ等を導入し、プラズマバーナー３によってガラス管１を加熱してガラス管内表面にガラス微粒子（スス体）を堆積させるものである。このスス体は、同じ熱源３によって焼結させ、透明ガラス体としてもよいし、スス体のままとしてもよい。図中、Ａで示した領域が「熱源に晒された領域」であり、その両脇に「熱源に晒されていないが昇温している領域」が存在する。非接触式温度計２は領域Ａ内の表面温度を、非接触式温度計２’は領域Ａ外で昇温している領域内の表面温度を、プラズマバーナー３と同期して移動しながら同時に連続して、又は断続的に、測定する。プラズマバーナー３を使用する場合は通常、被加熱物品の熱源に晒された領域Ａは筐体４に囲まれており、当該領域Ａ内の温度測定は筐体４に窓５を開けるなどして行うことができる。ガラス管１は、その軸周りを回転する。プラズマバーナー３及び筐体４は、ガラス管１の軸と平行に移動する。

測定結果を時間に対する温度のグラフにすると、図２（ａ）のようになる（図２（ａ）は外径が３４ｍｍ、肉厚４ｍｍの石英ガラス管でのＭＣＶＤ法の実施における測定結果であり、領域Ａの長さは６５ｍｍ、測定位置は温度計２が領域Ａの長さ方向の中央、温度計２’は領域Ａの端から１０ｍｍの位置で、熱源３の移動速度は１００ｍｍ／分である）。上の線が温度計２の測定結果であり、下の線が温度計２’の測定結果である。すなわち、上が熱源に晒されている領域での温度変化であり、下が晒されていない領域での温度変化である。上の線と下の線を比較すると、下の線には見られない温度の上下が上の線にだけ現れている箇所が見られる。温度計２の測定箇所での加熱が熱伝導によって温度計２’の測定箇所の温度を上下させるので、本来はグラフの２本の線は時間差と温度差はあるものの同じ形になるはずである。したがって、温度計２の測定結果にだけ見られる温度の上下は、炎の影響や被加熱物品でないガラス微粒子が加熱されて発する光等の外乱を受けた結果（ノイズ）であり、測定箇所の表面温度の上下ではないと考えてよい。温度計２’の測定結果の曲線の形に基づいて温度計２の測定結果の曲線の形を図２（ｂ）のように補正すれば、実際の被加熱物品の熱源に晒された領域Ａ内の表面温度の変化と考えてよい結果を得ることができる。

上記はグラフの２本の線が基本的に平行になった場合について説明したが、２つの箇所の温度変化が図２（ａ）に示すようにほぼ平行になるように、両測定箇所が離れすぎないようにするのが好ましい。温度計２と温度計２’の測定箇所が離れすぎていると温度変化が平行にならない場合があり、熱源に晒された領域内の表面温度が推定しにくくなる。
また、熱源に晒されていない領域では表面温度が変化していないのに熱源に晒された領域内の表面温度は急激に変化している場合、それがノイズであるか実際の温度変化であるかを判断する基準としては、（１）フーリエ変換フィルターを用いてノイズ成分を判断する、（２）移動平均をとって比較判断する、（３）双方の表面温度の時間微分を比較する、などの手法を採用しうる。ここでいう「移動平均」とは、例えば直近の測定値ｉ個の平均を逐次算出したものをいい、近くの測定値ほど重みが増すように各値に係数（ａ_n）を掛けてもよい。ただし、Σａ_n（＝ａ₁＋ａ₂＋・・・＋ａ_i）＝ｉとする。

次に第二の発明である温度分布を作成して表面温度を推定する温度測定方法について説明する。温度分布は、基準位置からの位置関係に対する温度の分布であれば２次元であっても１次元であってもよいが、被加熱物品が棒状、管状のものなどである場合は、長手方向の１次元で温度分布を作成するのがよい。図２の説明で示したと同様の条件のＭＣＶＤ法の実施において、長手方向の６点で同時に表面温度測定を行って作成した温度分布を図３に示す。領域Ａ内の測定位置における温度は、上述の第一の発明の方法により求めた温度を使う。この温度分布の曲線により、測定していない位置の温度も推定できることがわかる。このとき、サーモトレーサーによって測定すれば、ガラス管表面の１次元、又は２次元の温度分布を直接知ることが可能であり、好適である。
第一の発明の方法により求められた、熱源に晒されている領域内の少なくとも一箇所の測定結果を用いることにより、温度分布の精度や、推定される最高温度の確度がよくなる。熱源に晒されていないが昇温している領域内での測定箇所の数は、温度分布が作成できればいくつでもよく、測定箇所の位置も特に制限はないが、熱源に晒されている領域内での測定箇所も含め全体で３箇所以上（好ましくは熱源に晒されている部分、その前後の熱源に晒されていないが昇温している領域、でそれぞれ少なくとも１箇所ずつ）測定するのが好ましい。また、熱源に晒されている領域の両側にそれぞれ測定箇所が存在するほうが好ましい。温度分布は必ずしも熱源を中心とする左右対称の形にならないためである。

本発明の加熱方法は、上記第一及び第二の測定方法による被加熱物品の表面温度の測定結果に基づき加熱強度、加熱範囲及び加熱時間から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする。
例えば熱源がプラズマバーナーである場合、加熱強度はプラズマ源に供給される電力、周波数、供給するガスの種類、流量、流速を変更することで調整される。加熱範囲は、供給するガスの流出範囲、バーナーと被加熱物品の相対距離を変更することで調整される。また、例えばバーナーを多重管にしておいてガスが流出する管を変更することで炎の大きさを調整する方法が考えられる。また、シャッターによって炎の出口の大きさを調整するなどの方法も可能である。加熱時間は、バーナーの相対的な移動速度を変更することで調整できる。
熱源が酸水素バーナーである場合は、加熱強度は供給するガスの流量、流速を変更することで調整される。加熱範囲は、供給するガスの流出範囲、バーナーと被加熱物品の相対距離を変更することで調整される。多重管やシャッターもプラズマバーナーと同様に採用できる。加熱時間はバーナーの相対的な移動速度を変更することで調整できる。
熱源がヒーターである場合は、加熱強度はヒーターに供給する電力を変更することで調整される。加熱範囲は、ヒーターのサイズ、ヒーターと被加熱物品の相対距離を変更することで調整される。加熱時間はヒーターの相対的な移動速度を変更することで調整できる。

本発明の加熱方法のひとつとしては、上記第一の発明の方法により測定した、被加熱物品の熱源に晒されている領域内の表面温度を、予め設定した所望の温度となるように調整するものがある。例えばガラス製品の製造において、上記表面温度が一定になるように加熱を調整しつつ、熱源を相対的に移動していくことで、部位によって品質にばらつきが出るのを防止できる。
別の加熱方法としては、上記第二の発明の方法において作成した温度分布の形が、予め設定した所望の形となるように調整するものがある。推定もしくは測定される被加熱物品表面の最高温度が同じでも、温度分布の形によって加熱の状態は大きく異なり、ヒートゾーンを狭くしたい場合又は広くしたい場合やヒートゾーン内外の温度差を急峻につけたい場合など、それぞれに応じた温度分布の形がある。単なる加熱温度ではなく、温度分布の形として加熱状態を調整することで、製造物や製造工程に応じて要求される適切な加熱を行うことができ、製品の品質や歩留まりを向上させることができる。
ヒートゾーンを広くしたい場合とは例えば、ガラス管を縮径する場合、太径のガラス管又は円柱状のガラス等を加工する場合であり、狭くしたい場合とは例えば、細径のガラス管又は円柱状のガラス等を加工（延伸等）する場合である。また、温度差を急峻につけたい場合とは例えば、ＭＣＶＤ法でガラス管内にガラス微粒子を堆積させる場合がある。

さらに別の加熱方法としては、上記第二の発明の方法において作成した温度分布から推定される、最高温度となる位置の温度と、その位置から一定の距離にある位置の温度について、それぞれが予め設定した所望の温度になるように調整するものがある。１点ではなく２点で温度調整することで、ある程度は温度分布の調整ができ、上記のように温度分布全体を調整するより簡便な方法である。このときの「一定の距離」は、被加熱物品の材質や形状等により適宜選択できるが、被加熱物品が中実である場合は物品の表面から中心までの距離以上であることが好ましく、また、物品の表面から中心までの距離の５０倍以下であることが好ましい。被加熱物品が中空である場合は物品の肉厚以上であることが好ましく、また、物品の肉厚の５０倍以下であることが好ましい。前記「一定の距離」が短すぎると得られる表面温度が最高温度に近すぎるため２点で温度調整を行うメリットが得られず、長すぎると昇温している領域に入らなくなるか、入っていても温度が低すぎて加熱調整が困難になる。

２点で測定を行い温度調整をする場合の具体例を示すと、例えば外径３４ｍｍ、内径２６ｍｍの石英ガラスパイプを、１００ｍｍ／分で移動するプラズマバーナーで加熱しているときに、熱源に晒されている領域はプラズマバーナーを中心として端から端までで６０〜７０ｍｍ（炎のゆらぎによって変動する）である。放射温度計１はバーナーの中心にあたる位置の温度Ｔ₁、放射温度計２はそこから８０ｍｍの位置の温度Ｔ₂を測定する。このときの測定結果を模式的に示すと図７（ａ）のようになる（上の線がＴ₁、下の線がＴ₂の測定結果）。Ｔ₁の変動の具合をＴ₂と同様に補正すると図７（ｂ）のようになる。補正の方法を具体的に示すと以下のようなものがある。

（１）周波数成分の比較
Ｔ₁（ｔ）（時間ｔにおける温度Ｔ₁）とＴ₂（ｔ）（同Ｔ₂）をそれぞれ周波数成分τ₁（ω）、τ₂（ω）にフーリエ変換し、両者を比較する。τ₁（ω）で観測される成分のうち、τ₂（ω）で観測される周波数成分をフィルタリングした後、Ｔ₁（ｔ）に変換し、熱源に晒されている領域の温度を求める。周波数成分は、温度Ｔ₂（ｔ）の安定性、放射温度計の測定精度等に大きく依存するが、数ｍＨｚ〜数十Ｈｚ程度である。

（２）移動平均の比較
温度の取り込み速度は例えば０．０１秒に１回であり、これをｉ回分（移動速度１００ｍｍ／分で移動距離０．５ｍｍであればｉ＝３０。典型的にはｉは５〜１００）平均してＴ₁とＴ₂で比較する。平均化処理は単純な平均のほか、００１４段落で述べたように近くの測定値ほど重みを増すように各値に係数をかけてもよい。または母集団ｉ回の中心値（メジアン値）をとる例が挙げられる。
さらにこの移動平均Ｔ₁ ^AVE（ｔ）、Ｔ₂ ^AVE（ｔ）を測定時間に対して連続的に比較することができる。
ある時刻ｔ_iにおける温度差
ΔＴ（ｔ_i）＝Ｔ₁ ^AVE（ｔ_i）−Ｔ₂ ^AVE（ｔ_i）
と、次の時刻（次の時刻とはｔｉから０．０１〜１秒程度後の時刻）ｔ_iiにおける温度差
ΔＴ（ｔ_ii）＝Ｔ₁ ^AVE（ｔ_ii）−Ｔ₂ ^AVE（ｔ_ii）
の変動が大きい場合（例えば差が±５％以上のとき）Ｔ₁ ^AVE（ｔ_ii）は真の値でないと判断し、
Ｔ₁ ^AVE（ｔ_ii）＝Ｔ₂ ^AVE（ｔ_ii）＋ΔＴ（ｔ_i）
のように補正する。

（３）時間微分の比較
ｄＴ₁（ｔ）／ｄｔとｄＴ₂（ｔ）／ｄｔを時刻に対して連続的に比較する。
ある時刻ｔ_aで
ｄＴ₁（ｔ_a）／ｄｔ＝ｋ（ｔ_a）×ｄＴ₂（ｔ_a）／ｄｔ
であり、次の時刻（次の時刻とはｔ_aから０．０１〜１秒程度後の時刻）ｔ_bで
ｄＴ₁（ｔ_b）／ｄｔ＝ｋ（ｔ_b）×ｄＴ₂（ｔ_b）／ｄｔ
であったとき、ｋ（ｔ_a）とｋ（ｔ_b）を比較し、変動が大きい（例えば±５％以上）場合、ｔ_bは測定できていないと判断し、
ｄＴ₁（ｔ_b）／ｄｔ＝ｋ（ｔ_a）×ｄＴ₂（ｔ_b）／ｄｔ
としたうえで温度Ｔ₁（ｔ_b）を補正する。

さらに、被加熱物品が中空である場合、第一の発明もしくは第二の発明により測定された外側の表面温度に基づいて内部表面温度を推定し、これが所望の温度となるように調整する加熱方法をとることもできる。例えばＭＣＶＤ法によってガラス微粒子を堆積させる場合、実際に重要なのは、原料が反応しガラス微粒子が堆積したり、堆積したガラス微粒子層が透明ガラス化したりする、ガラス管の内部の温度であり、これを直接コントロールすればガラス微粒子堆積体や透明ガラス膜の品質が向上するためである。内部表面温度の推定は、測定された外部表面温度から被加熱物品の肉厚と熱伝導度を用いて算出してもよいし、熱源に晒されていない領域で測定した外部表面温度について、そこから肉厚分熱源に近い位置の内部表面温度と近似してもよい。

図４に示すように、測定温度の補正や表面温度の推定、温度分布の作成などは、温度計１３、１３’で測定された温度をコンピュータなどのデータ処理手段１４に入力して行える。また、ここで得られた温度等に基づく指令を制御手段１５に送り、制御手段１５によって適切な温度や温度分布となるように物品の加熱中に熱源（図４ではプラズマバーナ１２）の加熱強度、加熱範囲及び加熱時間の少なくとも１つを調整することができる。ガラス管１１はその軸周りを回転し、プラズマバーナー１２及び筐体はガラス管１１の軸と平行に移動する。
本発明の表面温度測定方法及び加熱方法は、光ファイバプリフォームの製造に用いることができる。ここで、光ファイバプリフォームの製造とは、ガラス管内表面の気相エッチング、ガラス微粒子堆積体の製造、透明ガラス化、縮径、脱水、火炎研磨、コラプスなどの各工程を含む。これらのうち、特に、ＭＣＶＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造工程に好適に用いることができる。

次に本発明を実施例により更に具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例中に記述した材料、組成、及び作成方法に何等限定されるものではない。
（実施例１）
図５に示すようなプロファイルを持つ光ファイバの試作において、第二ディプレスト部となる、外径４２ｍｍ、肉厚３ｍｍのＦ添加ＳｉＯ₂パイプを準備する。
このパイプを気相エッチングで内表面を研削して清浄化するとともに平滑化する。このとき、パイプの内部圧力は外部圧力に対して＋５０Ｐａとし、熱源はプラズマバーナー、熱源の移動速度は１００ｍｍ／分とする。
温度測定は非接触式温度計を用い、図６（ａ）に示すように７点（熱源に晒されている領域で３点、晒されていない領域で４点）で行い、得られるパイプの表面温度分布から計算される最高温度Ｔ_maxについて、図６（ａ）中、黒矢印で示した、熱源に晒されている領域から１０ｍｍだけ離れている箇所Ｂの表面温度Ｔ_Bの変動を反映させて、上述の第一の発明の方法で最高温度を求め（具体的には、最高温度Ｔ_maxと黒矢印の点Ｂでの表面温度Ｔ_Bの関係は、Ｔ_max＝Ｔ_B＋６００℃であるとし、Ｔ_maxを推定した）、この温度が２０００℃となるよう加熱強度を制御、調整する。この方法によれば、パイプの内面を均一径にエッチングでき、肉厚を２．８０±０．０３ｍｍの範囲とすることが可能である。
これに対し熱源に晒されている部分の実測温度を用いた場合、温度が良好に測定できていないため、温度制御の実施が困難となり、肉厚が２．８０±０．０７ｍｍ程度まで変動してしまう。

（実施例２）
実施例１で得られたパイプ内に、リング部となるＧｅＯ₂添加ＳｉＯ₂ガラス層、及び第一ディプレスト部となるＦ添加ＳｉＯ₂ガラス層を、プラズマバーナーを熱源としたＭＣＶＤ法により内付けする。この時、熱源の移動速度は１００ｍｍ／分、パイプ内部の圧力はパイプの外径が４２ｍｍで均一となるよう、パイプ内部と外部の差圧が＋１００〜＋４００Ｐａの範囲内となるようにパイプの内圧を制御する。
表面温度の測定方法及び最高温度の決定については実施例１と同様とするが、実施例１とは異なり決定された最高温度、温度分布、及びＭＣＶＤ法を実施しているガラスパイプの肉厚から、パイプ内表面の温度を推定し、その内部温度が一定となるように制御を実施する。
例えば、ＧｅＯ₂−ＳｉＯ₂層の内付けを実施している際において、以下の制御を行う。なお、外表面の温度は放射温度計を用いて測定する。
（１）得られた外表面の温度分布から、１９００℃以上となる範囲が７５ｍｍの一定値となるように、プラズマバーナーに流すガスの流量を制御する（図６（ｂ））。
（２）ＭＣＶＤ法で内付けしたガラス膜の肉厚と、出発パイプの肉厚とから、ある層の内付けを実施しているときのパイプの合計肉厚を求める。合計肉厚を求めるには、直接測定してもよいし、測定できない場合は、ＭＣＶＤ法で内付けしているガラス層の層数と、出発パイプの形状とから算出してもよい。
（３）内表面の最高温度が１５００℃となるように、ガラス表面の最高温度をコンピュータシミュレーションによって算出する。このとき、温度分布はある典型的な形状と仮定し、ガラスの比熱、熱伝導率などといった物性値から、所望とする内表面の温度を求める。
（４）ＭＣＶＤ法の内付け層毎に異なる、計算された最高温度となるように、プラズマバーナーに与える電力値を制御する。

もちろん、温度分布の形状が所望の形状となるように制御しながら内付けを実施してもよい。また、内部温度の算出方法によっては、測定された温度分布の形状から内部温度をオンラインで算出し、パイプ内面の温度が所望の値となるようにプラズマバーナーの加熱条件を制御してもよい。
このようにして得られた内付け層の屈折率の変動は極めて小さく、変動率で±０．５％以下であった。一方、ガラス表面の熱源に晒された部分の温度を制御する方式では、測定値のばらつきによって制御が困難となり、屈折率の変動率は±１％程度である。

（実施例３）
実施例２で得られたパイプをプラズマバーナーにより熱縮径する。このとき、実施例１，２と同様の測定方法により、パイプ外表面の温度分布を求める。ここでは、最高温度が２３００℃であり、かつ、１９００℃以上となる領域が９０ｍｍとなるように加熱強度及び加熱範囲を制御する。
その結果、縮径後のパイプの外径が３２．５ｍｍとなった。また、この時の外径の楕円率は０．１％以下と良好である。（ここで、楕円率は、長軸の長さをａ、短軸の長さをｂとしたとき、｛（ａ−ｂ）×１００｝／｛（ａ＋ｂ）／２｝と定義する。）

（実施例４）
実施例３で得られたパイプ内に、中心コア部となる領域及びその外周に第一ディプレスト部となる領域を有するガラスロッドを挿入し、プラズマバーナーで過熱し、パイプとロッドを一体化するというロッドインコラプスを実施する。このとき、ロッドとパイプとの空隙の圧力は絶対圧力で１ｋＰａとなるようにし、実施例１と同様の方法でガラス表面の最高温度が１２００℃になるように加熱強度を制御する。
その結果、外径が３２ｍｍであり、中心から順に中心コア部、第一ディプレスト部、第一リング部、第二ディプレスト部を有する、光ファイバ母材を得た。

このようにして得られたガラスロッドの外周にクラッド部を合成する。クラッド部の合成は、ＶＡＤ、ＯＶＤなどのスート合成法、ロッドインコラプス法など、適宜実施可能である。
クラッド部を合成した光ファイバ母材をガラス部の外径が１２５μｍとなるように線引きし、光ファイバとした。その波長１５５０ｎｍにおける伝送特性は、
伝送損失＝０．１９ｄＢ／ｋｍ
分散＝＋８．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
分散スロープ＝＋０．０２３ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ
ケーブル状態でのカットオフ波長＝１３００ｎｍ
ＰＭＤ＝０．０２ｐｓ／ｋｍ^1/2
Ａｅｆｆ＝４４μｍ²
と分散スロープが小さい、分散シフトファイバとして良好な特性を有する光ファイバを得ることができた。
また、ＭＣＶＤ法において、温度を正確に制御して内付けを実施することで、各特性の変動が小さい。分散特性については、ファイバ長２０ｋｍにおいて、分散値：８．０±０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ：＋０．０２３±０．００１ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍと極めて良好である。

ＭＣＶＤ法によるガラス微粒子堆積工程におけるガラス管の表面温度測定の一例を模式的に示す説明図である。 図１に示す表面温度測定を連続的に行った結果を時間に対する温度で示した模式的なグラフであり、（ａ）の上の線は温度計２（熱源に晒されている領域）の温度変化、下の線は温度計２’（熱源に晒されていない領域）の温度変化を示したものである。（ｂ）は下の線に基づいて上の線を補正した結果である。 ＭＣＶＤ法によるガラス管の加熱において長手方向の６点で表面温度を測定して作成した温度分布を模式的に示したグラフである。 本発明の加熱方法を用いた装置の一例を模式的に示す説明図である。 実施例で試作した光ファイバのプロファイルを示す図である。 （ａ）は実施例１で得られたガラス管外表面の温度分布であり、（ｂ）は実施例２で得られたガラス管外表面の温度分布である。 （ａ）は熱源に晒されている領域内外の２点で温度測定を行ったときの測定結果を模式的に示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の結果に基づき補正した熱源に晒されている領域内の温度変動を模式的に示すグラフである。

符号の説明

１、１１ ガラス管
２、２’、１３、１３’ 非接触式温度計
３、１２ プラズマバーナー
４ 筐体
５ 窓
１４ データ処理手段
１５ 制御手段
Ａ 熱源に晒されている領域

Claims (11)

1. 被加熱物品の熱源に晒されている領域内の少なくとも一箇所、及び熱源に晒されていないが昇温している領域内の少なくとも一箇所の表面温度を同時に測定し、熱源に晒されていない領域内の測定箇所での温度を反映して、熱源に晒されている領域内での測定箇所での温度を求めることを特徴とする被加熱物品の表面温度測定方法。
2. 請求項１記載の表面温度測定方法により被加熱物品の熱源に晒されている領域内の少なくとも一箇所の表面温度を測定し、さらに被加熱物品の熱源に晒されていないが昇温している領域内の複数箇所の表面温度を測定して測定位置に対する温度分布を作成し、測定していない位置での表面温度を推定することを特徴とする被加熱物品の表面温度測定方法。
3. 請求項１記載の表面温度測定方法により測定された又は求められた熱源に晒されている領域内の測定箇所での表面温度が所望の温度となるように加熱強度、加熱範囲及び加熱時間から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする物品の加熱方法。
4. 請求項２記載の表面温度測定方法において作成される温度分布が所望の形となるように加熱強度、加熱範囲及び加熱時間から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする物品の加熱方法。
5. 請求項２記載の表面温度測定方法において作成される温度分布から推定される最高温度となっている位置と、そこから一定の距離だけ離れた位置の温度がそれぞれ所望の温度となるように加熱強度、加熱範囲及び加熱時間から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする物品の加熱方法。
6. 前記一定の距離が、被加熱物品が中実である場合は表面から物品の中心までの距離以上であり、中空である場合は物品の肉厚以上である請求項５記載の物品の加熱方法。
7. 前記一定の距離が、被加熱物品が中実である場合は表面から物品の中心までの距離の５０倍以下であり、中空である場合は物品の肉厚の５０倍以下である請求項５記載の物品の加熱方法。
8. 被加熱物品が中空であって、請求項１又は２記載の測定方法により測定された被加熱物品の表面温度より内部表面温度を推定し、所望の内部表面温度となるように加熱強度、加熱範囲及び加熱時間から選ばれる少なくとも１つを調整することを特徴とする物品の加熱方法。
9. 被加熱物品がガラスであることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項記載の物品の加熱方法。
10. 請求項３〜８のいずれか一項記載の加熱方法によりガラス母材を加熱することを特徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。
11. 中空の石英ガラス体の内部に少なくとも一種のガラス原料となる化合物を導入し、請求項３〜８のいずれか一項記載の加熱方法によりガラス体を加熱し、ガラス体内部に新規のガラス層を堆積させることを特徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。
    
    

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