JP2005225733A - 光ファイバ線引炉及び光ファイバ線引き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉内の温度分布が均一で気流の乱れが発生しない光ファイバ線引炉を提供し、外径の均一な光ファイバを製造できる光ファイバ線引き方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の光ファイバ線引炉５０は、上方から気体が流入する線引室８を有する。線引室８の内壁面には、線引室８内部を上下に仕切る複数の仕切板７と、仕切板７が係止される複数の係止部１４とを備えている。仕切板７は、ダミー棒３を貫通させる貫通孔と気体が流通する通気孔とを有している。そして、常に前記通気孔における気体の流通が可能に、複数の仕切板７同士の間隔が保持されている。本発明の光ファイバ線引き方法は、本発明の光ファイバ線引炉５０を用いて、仕切板７により線引室８の上方空間を複数の空間に仕切り、ダミー棒３に支えられた光ファイバ母材１０を加熱溶融して光ファイバを線引きする方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバ線引炉及び光ファイバ線引き方法に関する。

光ファイバは、線引炉内で石英を主成分とした光ファイバ母材を加熱溶融して、線引きすることにより製造される。線引炉内部には、内部部品の劣化・酸化を防ぐために不活性ガスを常時流入させているが、線引炉内での不活性ガスの気流に乱れが生じると、光ファイバの外径の変動が発生しやすくなる。この対策として、不活性ガスの流動を安定化するための種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

従来の光ファイバ線引炉の一例を図５に示す（特許文献１。）。図５に示す光ファイバ線引炉１００は、炉芯部１０１と煙突部１０２とからなる。炉芯部１０１は、カーボン等からなる炉芯管１０３の周囲にヒータ１０４を設けた構造であり、煙突部１０２は、炉芯管１０３と同径の内筒管１０７を有している。
内筒管１０７の上部壁面には不活性ガス噴出口１１１が形成され、不活性ガスが光ファイバ線引炉１００内に連続的に流入されるようになっている。ダミー棒１０９に光ファイバ母材１１０が支持されており、ダミー棒１０９の途中には、円盤状の仕切板１２０が係止され、炉内の光ファイバ母材１１０より上方の空間を上下に画成している。

また、光ファイバ線引炉の別の従来例を図６に示す（特許文献２）。図６に示す光ファイバ線引炉２００は、炉心管２１０の上部に内筒管２０５と外筒管２０６とが連結されており、内筒管２０５の内面に、外部から不活性ガスを流入するガス吹き込み孔２０８を有している。ダミー棒２０２には、複数の仕切板２０４を貫挿して連結部２０３上に配置している。光ファイバ２０１ａの線引きが進行して、ダミー棒２０２と共に光ファイバ母材２０１が降下するに従い、複数組の仕切板２０４は、上部の仕切板から順次内筒管２０５の内壁面に１組ずつ係止される。

特開平５−１４７９６９号公報 特開平１１−３４３１３７号公報

特許文献１の光ファイバ線引炉の場合、不活性ガス噴出口から入った不活性ガスは、仕切板より上方の空間内に一旦入り、図５の矢印で示すように、仕切板の通気孔又は仕切板と内筒管との隙間から下方空間に流入する。しかし、仕切板の上方空間が大きいため、不活性ガスの対流が起こり、不活性ガスの気流の乱れが発生しやすくなる。この仕切板の上方空間での気流の乱れが下方空間に伝わり、光ファイバ母材の周囲の不活性ガスの流動を安定化させることが困難となる。

特許文献２の光ファイバ線引炉は、内筒管内の空間を幾つもの上下部分に仕切ることで、仕切板によって仕切られた各空間の大きさを小さくし、不活性ガスの気流をより安定化させたものである。しかしながら、図６の矢印で示すように、複数の仕切板を備えているために加熱ヒータの直ぐ上方に不活性ガス流入口が設置せざるを得ず、このため、常温の不活性ガスが光ファイバ母材下端の加熱溶融部分に流入することになり、光ファイバ母材周囲の温度分布が乱れて光ファイバの外径に変動が生じてしまう。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、炉内の温度分布が均一で気流の乱れが発生しない光ファイバ線引炉を提供することである。
また、本発明の別の目的は、外径の均一な光ファイバを製造できる光ファイバ線引き方法を提供することである。

本発明に係る光ファイバ線引炉は、煙突部と炉芯部との内部に形成された線引室を有し、前記線引室の上方にガス流入口を備え、前記線引室内でダミー棒に支えられた光ファイバ母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバ線引炉であって、
前記煙突部内の前記線引室を上下に仕切るための複数の仕切板と、前記仕切板が係止される複数の係止部とを備え、前記仕切板は、前記ダミー棒を貫通させる貫通孔と気体が流通する通気孔とを有し、前記複数の仕切板同士は、気体の流通が可能に間隔が保持されていることを特徴としている。

上記のように構成された光ファイバ線引炉は、気体を上方から流入させると共に、通気孔を有する仕切板が炉内を複数の空間に仕切ることにより、気流の乱れを緩衝し、光ファイバ母材周囲の気体の流動を安定化することができる。また、上方から流入した気体は、複数の空間を通過することにより、徐々に線引室内の温度に暖められて、光ファイバ母材の加熱溶融部分に到達するので、光ファイバ母材の加熱溶融部分に温度差の大きい気体が流入することがない。
また、上記のように構成された光ファイバ線引炉は、常に気体の流通が確保されるように複数の仕切板同士の間隔が保持されているので、通気孔が互いの仕切板によって塞がれることがなく、線引き開始直後に複数の仕切板が重なって待機している時でも、上方から流入した気体を下方へ流通させることができる。

前記仕切板は第一部材と第二部材とから構成され、前記第一部材は、前記貫通孔を有する貫通孔領域と前記通気孔を有する通気孔領域とを有し、前記第二部材の貫通孔の直径は、前記第一部材の貫通孔の直径より小さく、前記第二部材の外径は、前記第一部材の貫通孔の直径より大きく、かつ前記通気孔領域の内直径より小さいことが好ましい。

また、本発明に係る光ファイバ線引き方法は、上記光ファイバ線引炉を用いる光ファイバ線引き方法であって、前記光ファイバ母材の降下に従って、前記複数の仕切板を最上部の仕切板から順次一つずつ係止部に係止することを特徴としている。

このような光ファイバ線引き方法によれば、温度分布が均一で炉内の気流の乱れのない状態で光ファイバを線引きできるので、外径が均一な光ファイバを製造できる。

本発明の光ファイバ線引炉は、不活性ガスを線引室の上方から流入させると共に、通気孔を有する仕切板で炉内の上方を複数の空間に仕切ることにより、炉内の気流を安定化させ、かつ温度分布を均一にすることができる。したがって、外径が均一な光ファイバを製造することができるものである。また、本発明の光ファイバ線引き方法は、本発明の光ファイバ線引炉を用いることにより、外径が均一な光ファイバを製造できる。

以下、本発明に係る光ファイバ線引炉の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ線引炉５０の概略を示す縦断面図である。図１に示す光ファイバ線引炉５０は、例えばカーボン製の炉芯部１の上方に、煙突部２が設けられた構造である。炉芯部１の外周にはヒータ４を備えており、さらにヒータ４の周囲は断熱材６で覆われている。炉芯部１の下端には、線引きされた光ファイバ１２が引き出される下端開口１ｂが設けられている。煙突部２の上端は、上蓋２０で閉塞されており、上蓋２０はダミー棒３を貫通する開口部２１を有する。開口部２１は、その大きさが拡縮可能に構成されている。
炉芯部１と煙突部２とは連続して一つの空間を形成しており、この炉芯部１と煙突部２とで形成された空間が線引室８となっている。煙突部２の上部壁面にはガス流入口９が設けられ、ヘリウムガスや窒素ガス等の不活性ガスを線引室８の上方から内部に連続的に供給している。

また、図１に示す光ファイバ線引炉５０は、線引室８に光ファイバ母材１０を支持するダミー棒３が配置され、光ファイバ母材１０の上端部とダミー棒３の下端部とは連結部１１により連結される。
連結部１１より上方には、複数の仕切板７がダミー棒３に積層してはめ込まれており、仕切板同士の間には円筒状のスペーサ５が配置され、仕切板７同士の間隔を保持している。仕切板７は、それぞれ円環状の第一部材７ａと円環状の第二部材７ｂとから構成されている。第一部材７ａの外径は、上方から下方に向かって、徐々に小さくなっている。

さらに、煙突部２の内部壁面には、仕切板７の第一部材７ａの外周縁を係止する係止部１４が設けられている。係止部１４は、煙突部２の下方に向かって階段状に形成されており、係止部１４ごとに煙突部２の内径が段階的に小さくなっている。

本実施形態に係る仕切板７について、図２を参照して、より詳細に説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、仕切板７の第一部材７ａ及び第二部材７ｂの上面を示す平面図である。図２（Ａ）に示すように、第一部材７ａは、第一部材７ａと同心円状の貫通孔領域７７と通気孔領域７８とからなる。貫通孔領域７７は、ダミー棒３を挿通する貫通孔７１が中心部に形成されている領域であり、通気孔領域７８は、第一部材７ａの外周に沿って複数の通気孔７２が形成されている領域である。また、図２（Ｂ）に示すように、第二部材７ｂは中心部にダミー棒３を挿通する貫通孔７５が設けられている。
ここで、第一部材７ａの貫通孔７１の直径をＤ１とし、通気孔７２’から最遠の通気孔７２”までの距離を通気孔領域の内直径Ｄ３と定義する。また、第二部材７ｂの貫通孔７５の直径をｄ１、第二部材７ｂの外径をｄ２とする。

第二部材７ｂの貫通孔７５の直径ｄ１は、ダミー棒３の外径とほぼ同径である。ここで、「第二部材７ｂの貫通孔７５の直径ｄ１がダミー棒３の外径とほぼ同径である」とは、ダミー棒３の外径よりも僅かに大きく、ダミー棒３が貫通孔７５を通過可能な程度の直径であることをいう。
また、第二部材７ｂの貫通孔７５の直径ｄ１は、第一部材７ａの貫通孔７１の直径Ｄ１より小さくなるように形成されている。第二部材７ｂの外径ｄ２は、第一部材７ａの貫通孔７１の直径Ｄ１より大きく、通気孔領域における内直径Ｄ３より小さくなるように形成されており、通気孔領域７８の通気孔７２を塞がないようになっている。以上の関係をまとめると、ｄ１＜Ｄ１＜ｄ２＜Ｄ３となる。

上記のように、仕切板７が第一部材７ａと第二部材７ｂとから構成されていると、ダミー棒３（図１）が線引室８の長手方向に垂直な方向に揺動した時に、第一部材７ａが係止部１４に固定された状態で、第二部材７ｂがダミー棒３と共に第一部材７ａ上を滑り動くことができる。従って、このように構成された光ファイバ線引炉５０は、ダミー棒３の揺動に追従して第二部材７ｂがスライドできるため、仕切板に割れ等が発生することがなく、好ましい。

なお、隣接した２枚の仕切板７同士の間に配置されたスペーサ５（図１）の内径は、ダミー棒３の外径よりほぼ同径かそれよりも大きく、第一部材７ｂの貫通孔７１の大きさＤ１よりも小さくなるように形成されている。

次に、本実施形態に係る光ファイバ線引炉５０を用いて光ファイバを線引きする方法を説明する。図１に示すように、ダミー棒３を複数の仕切板７（第一部材７ａ及び第二部材７ｂ）及びスペーサ５に挿通させる。連結部１１ではダミー棒３の下端に光ファイバ母材１０の上端を連結し、ダミー棒３を連結した光ファイバ母材１０を線引室８内へ導入し、光ファイバ母材１０の下端をヒータ４の位置まで降下させる。そして、煙突部２の上部開口部を上蓋２０によって閉塞し、不活性ガスをガス流入口９より線引室８内へ流入させて、線引室８内部が不活性ガスで十分満たされるようにする。ヒータ４を作動させて炉芯部１を加熱し、光ファイバ母材１０の下端から光ファイバ１２を線引し、下端開口１ｂから外部へ送出する。

光ファイバ１２の線引き開始直後は、光ファイバ母材１０が長大でダミー棒３が線引室８の下方まで移動していないため、ダミー棒３にはめ込まれた複数の仕切板７は係止部１４に係止されず、スペーサ５と共に煙突部２の上方で多段に積み重なった状態で待機している。
ここで、複数の仕切板７がスペーサ５と共に多段に積み重なって待機した状態を示す縦断面図を図３に示す。図３に示す複数の仕切板は、第一部材３１ａ〜３４ａと第二部材３１ｂ〜３４ｂとから構成されている。第一部材３１ａ〜３４ａ及び第二部材３１ｂ〜３４ｂは、第二部材３１ｂと第一部材３１ａと第二部材３２ｂ、第一部材３２ａと第二部材３３ｂ、第一部材３３ａと第二部材３４ｂ、第一部材３４ａと第二部材３５ｂ、とがそれぞれ一組となって積層している。そして、第二部材３２ｂ〜３４ｂの間には、それぞれスペーサ３３ｃ〜３５ｃが配置されており、第一部材３１ａ〜３４ａ同士が重なり合わないように間隔が保持されている。なお、最下部の第二部材３５ｂは、ダミー棒３下端の連結部１１上に載置され、上記のように多段に積み重ねられた仕切板全体が支持されている。

このように、上記の本実施形態の光ファイバ線引炉５０は、複数の仕切板が多段に重なって待機している状態でも、常に不活性ガスの流通が確保されるように、第一部材３１ａ〜３４ａの間隔がスペーサ３３ｃ〜３５ｃによって保持されている。従って、第一部材３１ａ〜３４ａの通気孔が互いの仕切板によって塞がれることがなく、上方から流入した不活性ガスを下方へ流通させることができる。そのため、線引室８の下方の炉芯部１内も不活性ガス雰囲気とすることができるので、炉芯部１のカーボンの酸化を防止できる。

そして、多段に積み重ねられた第一部材３１ａ〜３４ａと第二部材３１ｂ〜３４ｂは、ダミー棒３の降下に伴い、第一部材３１ａ〜３４ａが係止部１４（図１）に順次係止されていく。図４は、図３に示す仕切板の第一部材３１ａ〜３４ａが係止部１４に係止された状態を示している。なお、図４において、係止部１４は図示していない。
図４に示すように、第一部材３１ａ〜３４ａは、最上部から、第二部材３１ｂと第一部材３１ａとからなる仕切板３１、第二部材３２ｂと第一部材３２ａとからなる仕切板３２、第二部材３３ｂと第一部材３３ａとからなる仕切板３３、及び、第二部材３４ｂと第一部材３４ａとからなる仕切板３４、がこの順序で係止部に係止される。第一部材３１ａ〜３４ａがこのように係止部に係止されることにより、線引室８（図１）の上方空間を複数の空間に仕切ることができる。スペーサ３３ｃ及び３４ｃは、それぞれ第二部材３３及び３４上に残り、連結部１１上に第二部材３５ｂとスペーサ３５ｃが残ることになる。

以上のように、図１に示す本実施形態の光ファイバ線引炉５０は、不活性ガスを上方から流入させると共に、通気孔を有する仕切板７で線引室８の上方空間を複数の空間に仕切りながら、光ファイバ１２の線引きを行うことができるものである。このような光ファイバ線引炉５０によれば、不活性ガス流入時の気流の乱れを複数の仕切板によって緩衝でき、かつ、仕切板７によって仕切られた空間が小さいため空間内での気流の乱れが生じにくい。よって、本実施形態の光ファイバ線引炉５０は、光ファイバ母材１０、特に光ファイバ母材１０の加熱溶融部分周囲の気流の乱れを防止でき、外径が均一な光ファイバを線引きできるものである。

また、線引室８の上方から流入した不活性ガスは、図１に示す矢印のように、仕切板７によって仕切られた幾つもの空間を通過することにより、徐々に線引室８内の温度に暖められ、下方に静かに移動していく。よって、光ファイバ母材１０の加熱溶融部分に温度差の大きい気体が流入することがなく、急激な温度変化による外径変動を防止することができる。

以上の実施形態においては、複数の仕切板同士は、スペーサによってその間隔が保持されている形態を示したが、本発明に係る光ファイバ線引炉５０は、仕切板の間隔が保持されるように構成されていればスペーサを用いなくともよい。例えば、スペーサ５の替わりに第二部材の厚みを厚くすることによって、第一部材同士の間隔を確保するようにしてもよい。
また、第一部材及び第二部材は、図３に示す順序で積み上げているが、待機状態でも仕切板の間隔が保持され、かつ線引室内の上方空間を仕切ることができれば、必ずしも図３に示す順序で積み上げ方でなくともよい。

仕切板を構成する第一部材及び第二部材の材質は、耐熱性を有するものであれば特に限定されず、石英、カーボン、炭化珪素（ＳｉＣ）等を用いることができる。仕切板の枚数も特に限定されるものではなく、線引炉の規模等により適宜変更することができる。

図１に示す光ファイバ線引炉５０を使用して、外径１２５μｍの光ファイバを線引きしたところ、線形変動は±０．１μｍの範囲内であった。一方、比較例として、図６に示す従来の光ファイバ線引炉２００を使用して外径１２５μｍの光ファイバを線引きした。その結果、０．３〜０．５μｍの線形変動が生じた。

本発明に係る光ファイバ線引炉の一実施形態を示す縦断面図である。 （Ａ）は、本実施形態に係る第一部材の上面を示す平面図であり、（Ｂ）は、第二部材を示す平面図である。 本実施形態に係る複数の仕切板が待機している状態を示す縦断面図である。 本実施形態に係る複数の仕切板が係止部に係止された状態を示す斜視図である。 従来の光ファイバ線引炉を示す概略図である。 従来の光ファイバ線引炉を示す概略図である。

符号の説明

１ 炉芯部
２ 煙突部
３ ダミー棒
７ 仕切板
７ａ 第一部材
７ｂ 第二部材
８ 線引室
９ ガス流入口
１０ 光ファイバ母材
７１ 貫通孔
７２，７２’，７２” 通気孔
７７ 貫通孔領域
７８ 通気孔領域
ｄ１ 第二部材の貫通孔の直径
ｄ２ 第二部材の外径
Ｄ１ 第一部材の貫通孔の直径
Ｄ３ 内直径

Claims (3)

1. 煙突部と炉芯部との内部に形成された線引室を有し、前記線引室の上方にガス流入口を備え、前記線引室内でダミー棒に支えられた光ファイバ母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバ線引炉であって、
   前記煙突部内の前記線引室を上下に仕切るための複数の仕切板と、前記仕切板が係止される複数の係止部とを備え、前記仕切板は、前記ダミー棒を貫通させる貫通孔と気体が流通する通気孔とを有し、前記複数の仕切板同士は、気体の流通が可能に間隔が保持されていることを特徴とする光ファイバ線引炉。
2. 前記仕切板は第一部材と第二部材とから構成され、前記第一部材は、前記貫通孔を有する貫通孔領域と前記通気孔を有する通気孔領域とを有し、
   前記第二部材の貫通孔の直径は、前記第一部材の貫通孔の直径より小さく、前記第二部材の外径は、前記第一部材の貫通孔の直径より大きく、かつ前記通気孔領域の内直径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ線引炉。
3. 請求項１又は２に記載の光ファイバ線引炉を用いる光ファイバ線引き方法であって、前記光ファイバ母材の降下に従って、前記複数の仕切板を最上部の仕切板から順次一つずつ係止部に係止することを特徴とする光ファイバ線引き方法。