CN104556677A - 光纤的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种减小由于玻璃母材的拉丝的进行而产生的拉丝炉内的压力变动、气体的流动变动，而将光纤的外径变动抑制为较小的光纤的制造方法。一种光纤的制造方法，在上部存在缩颈部(11c)的光纤用玻璃母材(11)的上端与支撑棒(13)连结，在拉丝炉内将光纤用玻璃母材加热熔融而拉丝出光纤。在光纤用玻璃母材的缩颈部的位置处配置体积大于或等于缩颈部和炉心管之间的空间的50％的部件(25)，拉丝出光纤。

Description

光纤的制造方法

技术领域

本发明涉及一种在光纤用玻璃母材的上端的缩颈部连结支撑棒，将该光纤用玻璃母材在拉丝炉内加热熔融而拉丝出光纤的光纤的制造方法。

背景技术

光纤的拉丝是将以石英为主要成分的光纤用玻璃母材(以下称为玻璃母材)利用光纤用拉丝炉(以下称为拉丝炉)中的加热器等加热熔融而进行。此时拉丝炉内的温度为约2000℃，温度非常高，所以拉丝炉内的部件使用耐热性较佳的碳。该碳具有在高温的含氧气氛中氧化而被消耗的性质。因此，拉丝炉内需要保持为氩气、氦气等稀有气体、氮气(以下称为惰性气体等)的气氛。

通常，玻璃母材是在小径的初始棒上堆叠玻璃微粒并进行玻璃化而制造的，该玻璃母材由直柱部(也称为主体部)和以锥状缩颈的缩颈部构成。缩颈部也可以包含初始棒，玻璃母材在缩颈部的外径较小侧连结支撑棒，而在拉丝炉的炉心管内被悬挂支撑。

由于玻璃母材的直径在缩颈部处变化较大，所以在缩颈部经过拉丝炉的上端时，非常难以对该缩颈部进行密封。此外，如果直径变化较大，则拉丝炉内空间的容积会随着拉丝的进行而发生变化，拉丝炉内的气体的流动发生变化，所以有时光纤的外径变动增大。

在日本特开2011-84409号公报中公开有将与玻璃母材大致相同直径的管配置在玻璃母材的上方的技术。由此，在缩颈部经过拉丝炉的上端时也能维持密封状态，此外，即使进行玻璃母材的拉丝，也能将玻璃母材的上部空间的容积保持为大致恒定，而抑制外径变动。在该方法中，由于将玻璃母材中的缩颈部的位置的空间围起来，所以在该空间中不会产生对流。但是，存在在玻璃母材的缩颈部靠近加热部时，管和玻璃母材发生熔接这样的问题。如果玻璃母材和管发生熔接，则随后需要将它们切开的切开处理，此外管的重新利用也变得困难。另一方面，如果将管与玻璃母材隔开，则无法将空间容积保持为恒定，而难以抑制外径变动。

在日本特开平11-343137号公报中公开了如下的技术，通过在拉丝炉上部设置内筒管，并利用多组分隔板对内筒管内的空间进行分隔，将玻璃母材的上部空间的容积保持为恒定，而抑制外径变动。在该方法中，在玻璃母材的缩颈部靠近加热部的情况下，由于玻璃母材的所谓的“肩”的部分的热辐射，而缩颈部的温度局部上升。因此，随着缩颈部靠近加热器，在玻璃母材上方(缩颈部的位置等)的空间中，气流(也称为自然对流)发生变化，该气流会影响到拉丝炉内的压力变动。该现象在作为炉内气体而使用导热系数较高的氦气的情况下不易发生，但在导热系数较低的氩气、氮气等的情况下容易发生，如果如上述的压力变动增大，则光纤的外径变动增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减小由玻璃母材的拉丝的进行而产生的拉丝炉内的压力变动、气流的变动，而将光纤的外径变动抑制为较小的光纤的制造方法。

为了达到目的，提供一种光纤的制造方法，光纤用玻璃母材包含直柱部和在该直柱部的上部的缩颈部，该光纤用玻璃母材的缩颈部的上端与外径小于所述直柱部的外径的支撑棒连结，将光纤用玻璃母材插入拉丝炉的炉心管内，在缩颈部的位置处配置有下述部件的状态下，将光纤用玻璃母材加热熔融而拉丝出光纤，其中，该部件的体积大于或等于缩颈部处于炉心管内时的缩颈部和炉心管之间的空间的50％。

部件也可以是碳或者陶瓷。此外，也可以是部件为在中央开有孔的圆筒形状，部件下端的内径大于部件上端的内径。也可以是，拉丝炉具有使炉内气体流入拉丝炉内的气体流入口，设定为使得从光纤用玻璃母材的拉丝开始到拉丝结束，部件的上端不会比气体流入口更靠近炉心管侧(气体流入口与部件的上端相比不会位上部)。也可以在缩颈部的上部具有卡止部件的卡止部件，以使得部件的负荷不直接施加在缩颈部上。此外，部件的下方端也可以与光纤用玻璃母材接触。此外，也可以在支撑棒的周围，在部件的上部配置与直柱部大致相同直径的套筒部件。

发明的效果

根据本发明，能够抑制由缩颈部形成的空间部分处的气体的对流。此外，虽然玻璃母材的缩颈部附近局部成为高温，但该缩颈部的热量由于空间缩减部件而被分散化，所以缓和了急剧的温度变化而不易直接传递至上部空间，由上部空间处的热量引起的自然对流也减轻。即使由于玻璃母材的拉丝的进行而缩颈部靠近加热位置，也能够减小拉丝炉内的压力变动，能够将光纤的外径变动抑制为较小。

附图说明

图1是在本发明的光纤的制造方法中使用的拉丝炉的示意图。

图2是表示在本发明的光纤的制造方法中使用的空间缩减部件的例子的示意图。

图3是表示空间缩减部件的其它例子的示意图。

图4是表示拉丝炉内的压力变动和光纤的外径变动的关系的图形。

图5是针对实施例和对比例，示出拉丝结束端附近处的母材长度和拉丝炉内的压力变动的关系的图形。

图6是表示在本发明的光纤的制造方法中使用的拉丝炉的其它例子的示意图。

具体实施方式

图1是在本发明的光纤的制造方法中使用的拉丝炉10的示意图。下面，以利用加热器对炉心管进行加热的电阻炉为例进行说明，但本发明也能应用于向绕组施加高频电源，对炉心管进行感应加热的感应炉。

拉丝炉10由炉筐体18、下部腔室19、上部腔室20构成。炉心管15在炉筐体18的中央部以圆筒状形成，且与下部腔室19及上部腔室20连通。炉心管15由碳制成，光纤用玻璃母材11(以下称为玻璃母材)经由上部腔室20而插入在炉心管15内。

上部腔室20具有例如与炉心管15相同程度的内径，在其上端配置盖体21而进行封盖(密封)。在盖体21上形成上端开口21a，插入由与玻璃母材11同种类的玻璃棒构成的支撑棒13。

在炉筐体18内，加热器16以包围炉心管15的方式，隔热部件17以覆盖加热器16的外侧的方式收纳。加热器16将插入在炉心管15的内部的玻璃母材11加热熔融，使熔融缩颈的光纤12从下部腔室19垂下。

玻璃母材11在连结部分14处与支撑棒13熔接，或者经由连结部件与支撑棒13连接而一体化。玻璃母材11能够通过移动机构(省略图示)而在拉丝方向(上下方向)移动。

在拉丝炉10中设有由惰性气体等构成的炉内气体的供给机构。详细而言，在上部腔室20上设置有气体导入通路22，例如，混合氩气和氦气而得到的惰性气体等被送入炉心管15内，由此，防止炉心管15内、加热器16的周围的氧化、老化。利用气体导入通路22供给炉内气体的位置设定为与空间缩减部件25的上端部相比，位于下部。该惰性气体等的供给量可以设为恒定量流动，或者利用气体供给部的质量流量控制器(MFC)23而应用P控制(Proportional Control：比例控制)、I控制(Integral Control：积分控制)、D控制(Derivative Control：微分控制)或适当组合这些控制而得到的各种控制。但是，控制方法不限于此。另外，该惰性气体等通过玻璃母材11和炉心管15的间隙，与拉丝出的光纤12一起也从下部腔室19的下方的闸门部分等向外部放出。

此外，在上部腔室20中设置测定部24，对拉丝炉10内的压力进行测定。也可以设置接收该测定结果，并将拉丝炉10内的压力变动保持为规定值的控制部。

图2是表示在本发明的光纤的制造方法中使用的空间缩减部件25的示意图。玻璃母材11在直柱部11a的上端部分具有缩颈部11c，该缩颈部11c具有锥形部11b，缩颈部11c的上端部和支撑棒13在连结部分14处连结。并且，在缩颈部11c的位置设置具有耐热性的部件25，使缩颈部11c的温度分散化，而缓和急剧的温度变化。

空间缩减部件25配置为填充由缩颈部11c产生的空间，其体积大于或等于缩颈部11c和炉心管15之间的空间的50％。部件25由碳或者陶瓷构成，如图1所示，其形状可以是在中央开有孔的圆筒形状，且截面形状为长方形，也可以是下端的内径大于上端的内径的形状，从而与缩颈部的形状相匹配。作为后者的例子示出：如图3(A)所示的圆板的外周缘向下方延伸而得到的杯状的结构；以及如图3(B)所示的截面形状为三角形的结构。如果采用如上述的形状的部件，能够易于对光纤用玻璃母材的缩颈部和炉心管之间的空间进行填充，而适当地得到上述效果。无论是哪种形状，在其中心部分均设有使支撑棒13插入的插入孔25a。

另外，如果将部件25设为二分式构造等能够分割的构造，则能够在将玻璃母材11设置于拉丝炉10后，将部件25配置在玻璃母材11的缩颈部11c上，所以作业性好而优选。

此外，部件25通过卡止工具26而卡止于玻璃母材11或者支撑棒13。具体而言，使用在缩颈部11c的上部或者支撑棒13上卡合的例如环部26a进行固定。部件25相对于缩颈部11c的位置也可以通过在环部26a上载置例如多片重叠的垫片26b而进行调整。另外，也可以取代该环部，而使用例如从支撑棒13突出而与部件25卡合的销而固定位置。

部件25填充由缩颈部11c产生的空间的50％以上，所以，在该部分处不会产生气体的对流。此外，能够缓和高温的缩颈部11c和上部空间之间的急剧的温度变化，在上部空间中由于热量而导致的自然对流也能降低。

图4是表示拉丝炉内的压力变动和光纤的外径变动的关系的图形，拉丝炉内的压力变动和光纤的外径变动是相互关联的，随着压力变动增大，光纤的外径变动也增大。

另外，氩气的导热系数比氦气低将近10倍。因此，与100％使用氦气作为拉丝炉内气体的情况相比，在使用氩气或者将氩气混合到氦气中而得到的气体的情况下，容易发生因温度不均匀而引起的压力变动，光纤的外径变动增大。即使用氮气替代氩气也是大致类似的结果。

由于拉丝炉内的压力变动和光纤的外径变动是相互关联的，所以为了抑制光纤的外径变动，只要抑制拉丝炉内的压力变动即可。例如，如果使拉丝炉内的压力变动小于或等于±2.0Pa，则能将光纤的外径变动抑制到±1.0μm，如果将压力变动降低到±1.0Pa，则能将光纤的外径变动抑制到±0.4μm，如果将压力变动降低到±0.5Pa，则能将光纤的外径变动抑制到±0.15μm。

图5是针对实施例和对比例，示出拉丝结束端附近处的母材长度和拉丝炉内的压力变动的关系的图形。横轴所示的母材长度表示将玻璃母材上部的缩颈开始端经过炉心管上端时设为0mm，其之后下降的玻璃母材的长度。在其拉丝结束端附近，成为玻璃母材的直柱部大致通过加热器，而缩颈部靠近加热器的状态。

如图5所示，在没有配置部件25的对比例中，在母材长度到达110mm时，拉丝炉内的压力变动超过±5.0Pa，从图4可知，光纤的外径变动远远超过±4.0μm。相对于此，在配置有图1、2说明的部件25的实施例中，即使母材长度到达110mm，拉丝炉内的压力变动持续地降低为小于或等于±0.5Pa，由图4可知，能够将光纤的外径变动维持为小于或等于±0.15μm。

另外，优选进行下述设定，即，从光纤用玻璃母材的拉丝开始到拉丝结束，在使炉内气体流入拉丝炉内的气体流入口(气体供给部23向拉丝炉内的供给口)与部件25的上端相比，不会位于上部。这是由于如果气体流入口位于部件25的上部，则会在上部空间产生气体的流动，会产生拉丝炉内的压力变动。如果设定为气体流入口与部件的上端相比位于下部，则在上部空间中的炉内气体的流动被抑制，有助于减少拉丝炉内的压力变动。(另外，在图5的实施例中，设定为使得从光纤用玻璃母材的拉丝开始到拉丝结束，气体流入口与部件25的上端相比，不会位于上部)。

此外，在部件25中，如果下方端与玻璃母材轻轻接触，则由部件25围起来的空间被封闭，不与拉丝炉内空间相连通，所以能进一步抑制在拉丝炉内的空间中的气体的对流，更加优选。如果部件25是由碳或者陶瓷构成的部件，则即使玻璃母材的缩颈部靠近加热部，也不必担心熔化或者与玻璃母材熔接在一起。在该情况下，在缩颈部处直径发生变化，所以可以考虑在该缩颈部处载置图1的形状的部件，但如果将部件的负荷直接施加在缩颈部上，则有时成为高温的缩颈部的热量导致部件发生膨胀，向下滑落，在冷却缩颈后裂开，所以优选设置卡止部件而对部件进行卡止。如果部件利用卡止部件进行卡止，则部件相对于缩颈部悬浮，所以不会对部件施加力，部件不会裂开。

图6是表示在本发明的光纤的制造方法中使用的拉丝炉的其它例子的示意图。图6所示的拉丝炉在炉筐体18的上端具有玻璃母材11的插入口，在该插入口设置有对其与直柱部11a之间的间隙进行密封的第1密封部32。在第1密封部32之上设有高度低于上部腔室20的圆筒状的上部腔室34。在上部腔室34的上端配置具有与第1密封部32同样的密封功能的第2密封部33。另外，能够在第1密封部32以及第2密封部33上设置用于将惰性气体等向炉心管内供给的气体供给口32a、33a。

围绕支撑棒13的外周而配置有套筒部件30。套筒部件30固定在盖部件31上，并且配置在部件25的上方，由具有耐热性的石英玻璃、金属、碳、镀SiC的碳等形成，优选其外径与直柱部11a的外径为相同直径，或者大于或等于直柱部11a的外径的2/3的大小。此外，优选套筒部件30的外周面进行磨削等加工，以具有与玻璃母材11的外径变动相同程度以上的精度。此外，在该情况下，优选部件25的外径也与直柱部11a的外径为相同直径，或者为大于或等于直柱部11a的外径的2/3的大小。

第1密封部32以及第2密封部33以环状对玻璃母材11、部件25、套筒部件30的外周面进行密封，能够避免外部气体从其与炉心管之间的间隙侵入，或者避免炉心管内的惰性气体等向外部泄漏。在套筒部件30和玻璃母材11之间配置有由碳或者陶瓷构成的部件25，所以即使将套筒部件配置在更靠近缩颈部的位置，也能够避免套筒部件融化，而将拉丝炉内的空间容积保持为较小。

应当认为，此次公开的实施方式并没有对所有的点进行例示，而且不是限制性的内容。本发明的范围不仅包含上述方案，还包含由权利要求书示出的、与权利要求书等同的方案和范围内的所有的变更。

Claims (7)

1.一种光纤的制造方法，其中，

光纤用玻璃母材包含直柱部和在该直柱部的上部的缩颈部，该光纤用玻璃母材的所述缩颈部的上端与外径小于所述直柱部的外径的支撑棒连结，

将所述光纤用玻璃母材插入拉丝炉的炉心管内，

在所述缩颈部的位置处配置有下述部件的状态下，将所述光纤用玻璃母材加热熔融而拉丝出光纤，其中，该部件的体积大于或等于所述缩颈部处于所述炉心管内时的所述缩颈部和所述炉心管之间的空间的50％。

2.根据权利要求1所述的光纤的制造方法，其中，

所述部件由碳或者陶瓷构成。

3.根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法，其中，

所述部件是在中央开有孔的圆筒形状，所述部件下端的内径大于所述部件上端的内径。

4.根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法，其中，

所述拉丝炉具有使炉内气体流入所述拉丝炉内的气体流入口，设定为使得从所述光纤用玻璃母材的拉丝开始到拉丝结束，所述部件的上端不会比所述气体流入口更靠近所述炉心管侧。

5.根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法，其中，

在所述缩颈部的上部具有卡止所述部件的卡止部件，以使得所述部件的负荷不直接施加在所述缩颈部上。

6.根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法，其中，

所述部件的下方端与所述光纤用玻璃母材接触。

7.根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法，其中，

在所述支撑棒的周围，在所述部件的上部配置与所述直柱部大致相同直径的套筒部件。