JP2004010367A - 延伸加熱炉およびこれを用いた光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素による炉心管などの周辺部材の劣化を防止し、長寿命化を図る。炉心管の劣化による取替え頻度を低減し、短時間で生産性よく延伸処理を行うことができる延伸方法を提供する。
【解決手段】ヒータ２を具備した炉体１と、この炉体１内に配設された炉心管３とを具備し、炉心管３内にガラス母材１０を挿通し、前記ガラス母材を前記ヒータに対して相対的に移動しながら引っ張り、所望の外径のガラス母材を形成するようにした延伸加熱炉において、前記炉心管内部を外気から遮断し得るように形成された仕切り部材６を前記炉心管の下端部に配設したことを特徴とする。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、延伸加熱炉およびこれを用いた光ファイバ母材の製造方法に係り、炉心管の劣化防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光通信などに使用される光ファイバを形成するための光ファイバ母材は、以下のようにして形成される。すなわち、ガラス微粒子堆積体を形成した後、脱水焼結工程、必要に応じてコラプス工程を経て形成されたガラス母材は、延伸加熱炉において、加熱して所望の外径となるように延伸がなされ、光ファイバ母材として、線引工程に導入せしめられる。
このようなガラス微粒子堆積体の形成方法としては、出発部材にコアとなる屈折率の高いガラス微粒子を堆積し、その外側にクラッドとなるガラス微粒子を堆積するＯＶＤ法（Ｏｕｔｅｒ　Ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：外付け法）や、軸方向にコア、クラッドとなるガラス微粒子を堆積するＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　Ａｘｉａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：気相軸付法）等の気相合成法が知られている。
【０００３】
このような気相合成法においてガラス微粒子堆積体を形成した後、脱水焼結工程を経て、ガラス母材を形成し、このガラス母材を線引し、被覆することによって光ファイバ心線が形成される。通常は、脱水焼結工程を経たガラス母材を加熱しながら所望の外径となるように延伸した後、この線引がなされる。
【０００４】
この延伸工程は次のように実行される。まず、加熱炉の中に、上方から上端を把持されたガラス母材を鉛直に挿入すると共に、下方から引っ張り棒を挿入し、両者を加熱して、ガラス母材の下端と引っ張り棒を挿入し、両者を加熱してガラス母材の下端と引っ張り棒の上端を溶着させる。
【０００５】
この後、そしてガラス母材の上端把持装置を一定速度で下降させながら、引っ張り棒をそれより高い速度で下降させて、ガラス母材を延伸する。このとき引っ張り棒の下降速度、および加熱温度を調整しつつ延伸後のガラス母材の外径が制御される。
【０００６】
従来、この延伸工程で用いられる延伸加熱炉は、図９に示すように、
炉体１にカーボン製のヒータ２を設け、更にこの内側に、カーボン製の炉心管３を形成してなるものである。この炉心管３の内部にガラス母材１０を設置し、このガラス母材１０の両端に露呈するダミーロッド１１、１２を介してそれぞれ上側駆動部５および下側駆動部８で把持し、下側駆動部８の下降速度が上側駆動部５の下降速度よりも大きくなるように下降させ延伸を行う。
【０００７】
このとき延伸工程では２０００℃程度に昇温されるため、炉心管３の劣化を防ぐべく、不活性ガスを導入部７ａ、７ｂから炉心管内に供給し、外部からのガスの浸入を遮断するために、炉心管３内に開口するようにガス吸引通路７ｃを形成して炉心管の劣化を防止する方法が提案されている（特開２０００−０９５５３７）。
【０００８】
また、不活性ガスを炉内に供給して、炉心管の中を正圧に保つ維持することにより、炉心管の消耗を少なくして寿命を延ばす方法も提案されている（特開平１１−１０６２３１）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような炉心管では、不活性ガスでシールするとしても、炉心管の下側から酸素が巻き込んでしまい、炉心管を劣化させ易いという問題があった。特に、延伸工程では、１５〜３０分予熱して炉内温度を１７００℃〜２０００℃に加熱しなければならないため、この予熱時間における酸素による劣化も大きく、炉心管の寿命が短くなってしまうという問題があった。
また、連続して多数本のガラス母材を延伸する場合、延伸前の待機時においても、高温であるため、酸素による劣化が問題となる。
【００１０】
そこで本発明の延伸加熱炉は、酸素による炉心管などの周辺部材の劣化を防止し、長寿命化を図ることを目的とする。
また本発明のガラス母材の製造方法では、炉心管の劣化による取替え頻度を低減し、短時間で生産性よく延伸処理を行うことができる延伸方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の延伸加熱炉によれば、ヒータを具備した炉体と、
前記炉体内に配設された炉心管と、前記炉心管内部を外気から遮断し得るように前記炉心管の下端部に配設された仕切り部材とを具備し、
前記炉心管内にガラス母材を挿通し、前記ガラス母材を前記ヒータに対して相対的に移動しながら引っ張り、所望の外径のガラス母材を形成するように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、延伸炉を昇温中若しくは延伸待機中に、母材を引き出すための開口部を仕切り部材によって封止しているため、酸素を完全に遮断することができ、カーボン部品の劣化を抑制することが可能となる。
【００１３】
望ましくは、前記仕切り部材は、前記炉心管の下端部の開口部に装着され、開閉可能に形成することにより、必要に応じて、容易に作業性よく炉心管内を開閉することができ、酸素の遮断が容易となる。
【００１４】
また望ましくは、仕切り部材は、前記炉心管の下端部の開口部に形成される蓋体で構成し、開口部に対して着脱可能に形成することにより、延伸工程を開始する際には、この蓋体をはずすことができ、作業性よく延伸工程に入ることができる。
【００１５】
また望ましくは、この仕切り部材は、炉心管内部の圧力上昇によって開放可能に形成する。炉内には、窒素ガスなどの不活性ガスを常時供給しているので、オーバーフロー分を炉の内部から外部に排出する必要がある。このように仕切り部材に逆止弁機構を備えることにより、炉外部からの酸素の浸入を防ぎ、炉内の圧力を高めることなく不活性ガスを排出することができる。なおこの仕切り部材は弾性部材を介して前記炉心管の開口部に装着し、自動的に閉状態に戻るように形成しても良い。仕切り部材のヒンジ部分が支点となるように錘などを装着することにより所望の位置で保持できるようなストッパ機能を持たせることも可能である。
【００１６】
更に望ましくは、この仕切り部材は、金属材料と前記金属材料の内側に配設された断熱材との２層構造で構成するようにすれば、酸素の遮断のみならず、断熱性も向上し、熱効率の向上を図ることが可能となる。更に望ましくはこの断熱材はカーボンあるいはシリコンカーバイドで構成することにより高温下で安定である。
【００１７】
また本発明のガラス母材の延伸方法では、ヒータを具備した炉体と、前記炉体内に配設された炉心管とを具備してなる延伸加熱炉に、前記炉心管内にガラス母材を挿通する工程と、延伸工程に先立ち、前記炉心管の下端部の開口部を封止する工程と、前記炉心管内に不活性ガスを供給しながら、前記炉心管内を延伸温度に昇温する昇温工程と、延伸に先立ち開口部を開き、前記ガラス母材を下端から引っ張りながら、延伸を行う延伸工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、延伸炉を昇温中若しくは延伸待機中に、開口部を封止しているため、酸素を完全に遮断することができ、カーボン部品の劣化を抑制し、作業性よく延伸を行うことが可能となる。
【００１９】
また望ましくは、昇温工程において、開口部を封止した状態で延伸温度まで昇温し、昇温後、延伸に先立ち、前記開口部を開くようにする。これにより、昇温中は、酸素の流入を遮断することができ、炉心管などの周辺部材の劣化を防止しつつ効率よく延伸を行うことが可能となる。
【００２０】
また、延伸工程において、複数本のガラス母材を連続して延伸する場合に、延伸工程間のインターバルに開口部を封止するようにすれば、熱効率も良好である。また、かかる構成により、高温下にあるときには酸素を遮断しているため、炉心管などの周辺部材の劣化を防ぐことが可能となる。また、ガラス母材の装着および取り外し時に酸素が遮断されているため、ヒータをオフにすることなく延伸温度に近い温度のまま取り替えを行うこともでき、昇温工程が短くてすむことになり、全体としての処理時間を低減することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
この方法では、図９に示した延伸加熱炉の下端に図２に示すように、外方に向かって突出する領域を含むカーボン製の蓋体６を着脱可能となるように設けたことを特徴とするものである。他の部分については図９に示した従来例の延伸加熱炉と同様に形成されている。まず、図１に示すように、ヒータ２を具えた加熱炉の炉心管３内に光ファイバ母材を装着し、図２に示すように、蓋体６を装着し、昇温する。そして昇温完了後、図３に示すように、蓋体６をはずし、下側駆動部８を装着し、延伸が行われる。
【００２２】
すなわちこの延伸加熱炉は、カーボン製のヒータ２を有する炉体１と、この炉体１内に装着されたカーボン製の炉心管３と、炉心管の下端部を封止する蓋体６と、炉心管の上端部を封止する気密板６とで構成されており、ヒータ２によってガラス母材１０加熱延伸し、所望径のガラス母材を形成するものである。
【００２３】
炉心管３の内部に、ガラス母材１０を設置し、このガラス母材１０の両端に露呈するダミーロッド１１、１２を介してそれぞれ上側駆動部５および下側駆動部８で把持し、下側駆動部８の下降速度が上側駆動部５の下降速度よりも大きくなるように下降させ、延伸を行うように構成されている。さらにまた、この炉心管内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入部７ａ、７ｂが形成されており、不活性ガスの供給により酸化を防止し得るように構成されている。ここで上側駆動部５および下側駆動部８はそれぞれダミーロッド１１，１２を把持するチャックと、このチャックを介して、ガラス母材に上下方向の引っ張り応力をかけるように上下駆動を行うと共に、必要に応じてガラス母材を回転駆動する駆動部とで構成されている。
【００２４】
図３は、延伸を行う際、蓋体６を外した状況を示す図である。
この延伸加熱炉を用いて、図４に炉内の温度プロファイルを示すようにして延伸が実行される。
【００２５】
本発明の第１の実施の形態によれば、延伸炉を昇温中若しくは延伸待機中に、母材を引き出すための炉心管の下端部の開口部を蓋体６によって封止しているため、酸素を完全に遮断することができ、カーボン部品の劣化を抑制することが可能となる。また着脱可能であるため、延伸工程を開始する際には、この蓋体６をはずすことにより、作業性よく延伸工程に入ることができる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態では、図５に示すように、前記炉心管の下端部の開口部に形成される仕切り部材としての蓋体を、本体部６ａと、炉心管内部の圧力上昇によって開放可能に形成された逆止弁６ｂとで構成したことを特徴とする。他部については前記第１の実施の形態と同様に形成されている。
【００２７】
かかる構成によれば、炉内には、窒素ガスなどの不活性ガスを常時供給しているので、オーバーフロー分を炉の内部から外部に排出する必要がある。このように仕切り部材に逆止弁機構を備えることにより、炉心管外部からの酸素の浸入を防ぎ、炉内の圧力を高めることなく不活性ガスを排出することができる。
【００２８】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。この実施の形態では、図６および図７に示すように、前記炉心管の下端部の開口部に形成される仕切り部材としての蓋体を、アルミニウムからなる外側部材１６ａと、この外側部材１６ａの内側に配設されたカーボン製の断熱材からなる内側部材１６ｂとの二層構造で構成する本体部１６と、炉心管内部の圧力上昇によって開放可能に形成された逆止弁１７とを具備したことを特徴とする。他部については前記第１および第２の実施の形態と同様に形成されている。
【００２９】
かかる構成によれば、上記第１および第２の実施の形態による効果に加え、酸素の遮断のみならず、断熱性も向上し、熱効率の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４実施の形態について説明する。この実施の形態では、図８に示すように、下側のダミーロッド１２Ｓを短く形成し、炉心管内部に収まるように形成しており、従って炉心管３の下端に着脱可能に装着される蓋体２６はカーボン板で構成されている。
かかる構成によれば、構造が簡単である。ただ、下側駆動部は、炉心管内に挿通可能なように形成される必要がある。
他部については前記第１および第２の実施の形態と同様に形成されている。
【００３１】
かかる構成によれば、上記第１乃至第３の実施の形態による効果に加え、簡単な構造で、より効率よく酸素の遮断および、断熱を行うことができる。また、短時間で延伸を実行することが可能となり、高速で光ファイバ母材を形成することが可能となる。
なお、この蓋体２６は着脱自在に形成され、延伸時にはとり外して使用するようにしているが、この蓋体は、弾性部材を介して開閉可能に形成しても良い。また錘などを用いて開状態を維持できるようにすることも可能である。
【００３２】
（実施例１）
次に本発明の第１の実施例について説明する。
前記第１の実施の形態で説明した、図１乃至図３に示した延伸加熱炉を用い、延伸を行った。
まず、図１に示すように、上側のダミーロッド１１を介して上側駆動部５にガラス母材１０を装着し、不活性ガス導入部７ａ、７ｂから不活性ガスとしての窒素ガスを３０〜５０リットル／分で導入する（図４ポイントＡ）。
【００３３】
この後図２に示すように、炉心管３の下端部の開口部に蓋体を装着する。この状態で、ヒータ２をオンし、炉内温度を常温から１７００〜２０００℃に昇温する。図４に示すようにこの昇温開始点Ｂから目的温度である１７００〜２０００℃（目的点Ｃ）に到達するまでには１５から３０分を必要とした。
【００３４】
このようにして目的温度に到達すると、図３に示すように、蓋体６を外して、下側駆動部８を下側のダミーロッド１２の下端に取付け、上側駆動部５および下側駆動部８で把持し、下側駆動部８の下降速度が上側駆動部５の下降速度よりも大きくなるように下降させ延伸を行う。延伸所要時間は約１時間であった。
【００３５】
そして、延伸終了後にヒータをオフにし、炉心管温度を常温まで下げた。
このようにしてこの延伸加熱炉を用いて繰り返し延伸処理を行った。
本実施例の延伸加熱方法によれば、延伸開始から延伸終了までの時間を延伸時間とすると、炉心管１本あたりの寿命は延伸時間にして２５０時間であった。
【００３６】
（比較例）
比較例として、蓋体６を設けることなく、炉心管３の下端の開口部はそのままの状態で、他はまったく同様にして延伸処理を行った。
比較例の延伸加熱方法によれば、延伸開始から延伸終了までの時間を延伸時間とすると、炉心管１本あたりの寿命は延伸時間にして２００時間であった。
【００３７】
本発明の第１の実施例と比較例との比較により、炉心管寿命が２５％も増大したことがわかる。
【００３８】
また、延伸していない待機状態においても、蓋体を装着することにより、空気中の酸素を炉心管から遮断することができる。従って、炉心管温度を下げることなく、連続して次のガラス母材を装着し延伸することができるため、１回の延伸処理に対して延伸加熱炉の昇温時間を１０から２０分削減することが可能となる。
【００３９】
なお、前記実施の形態では、ヒータを炉心管の外側に配設しているが、必ずしも、炉心管の外側でなくてもよく適宜変更可能である。また、ヒータとしては通常電気ヒータが用いられるが、誘導加熱される加熱媒体を用いるようにしてもよい。またヒータに対してガラス母材を移動させるようにしているが、ヒータを移動させるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の延伸加熱炉によれば、炉心管等の周辺部品の劣化を防止し、長寿命化を図ることが可能となる。
【００４１】
本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、炉心管温度を下げることなく、ガラス母材を装着することができるため、予熱時間が大幅に短縮され、延伸処理に要する時間を短縮することができ、生産性を大幅に向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の延伸加熱炉を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の延伸加熱炉を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の延伸加熱炉を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の延伸加熱炉を用いた延伸方法を示す温度プロファイル図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の延伸加熱炉を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の延伸加熱炉を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の延伸加熱炉の要部拡大図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の延伸加熱炉を示す図である。
【図９】従来例の延伸加熱炉を示す図である。
【符号の説明】
１　炉体
２　ヒータ
３　炉心管
４　気密板
５　上側駆動部
６　蓋体
７ａ、７ｂ　不活性ガス導入部
１０　ガラス母材
１１　ダミーロッド
１２　ダミーロッド
１８　下側駆動部

Claims (8)

1. ヒータを具備した炉体と、
   前記炉体内に配設された炉心管と、
   前記炉心管内部を外気から遮断し得るように前記炉心管の下端部に配設された仕切り部材とを具備し、
   前記炉心管内にガラス母材を挿通し、前記ガラス母材を前記ヒータに対して相対的に移動しながら引っ張り、所望の外径のガラス母材を形成するように構成されたことを特徴とする延伸加熱炉。
2. 前記仕切り部材は、前記炉心管の下端部の開口部に装着され、開閉可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の延伸加熱炉。
3. 前記仕切り部材は、前記炉心管の下端部の開口部に形成される蓋体であり、着脱可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の延伸加熱炉。
4. 前記仕切り部材は、炉心管内部の圧力上昇によって開放可能に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の延伸加熱炉。
5. 前記仕切り部材は、金属材料と前記金属材料の内側に配設された断熱材とからなる二層構造体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の延伸加熱炉。
6. ヒータを具備した炉体と、前記炉体内に配設された炉心管とを具備してなる延伸加熱炉に、前記炉心管内にガラス母材を挿通する工程と、
   延伸工程に先立ち、前記炉心管の下端部の開口部を封止する工程と、
   前記炉心管内に不活性ガスを供給しながら、前記炉心管内を延伸温度に昇温する昇温工程と、
   延伸に先立ち開口部を開き、前記ガラス母材を下端から引っ張りながら、延伸を行う延伸工程とを含むことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
7. 前記昇温工程は、前記開口部を封止した状態で延伸温度まで昇温する工程であり、昇温後、延伸に先立ち、前記開口部を開くようにしたことを特徴とする請求項６記載の光ファイバ母材の製造方法。
8. 前記延伸工程は、複数本のガラス母材を連続して延伸する工程を含み、前記封止する工程は前記延伸工程間のインターバルに前記開口部を封止するようにしたことを特徴とする請求項６記載の光ファイバ母材の製造方法。

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