CN111747643A - 光纤拉丝炉用发热体、光纤拉丝炉以及光纤的制造方法 - Google Patents

光纤拉丝炉用发热体、光纤拉丝炉以及光纤的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光纤拉丝炉用发热体(110)，上述光纤拉丝炉用发热体(110)具备发热部(110F)，上述发热部(110F)由在贯通孔(110H)内配置有光纤用母材(1P)的至少局部的筒状的电阻发热体构成，发热部(110F)包括从一端部起沿着长度方向的规定的区间的第一部分(111)和位于比第一部分(111)靠另一端部侧的位置的第二部分(112)，对于第二部分(112)而言，一端部侧的壁厚为第一部分(111)的壁厚以上，壁厚从一端部侧朝向另一端部侧变大。

Description

光纤拉丝炉用发热体、光纤拉丝炉以及光纤的制造方法
技术领域
本发明涉及光纤的拉丝炉用发热体、光纤的拉丝炉以及光纤的制造方法。
背景技术
光纤是通过对截面的构造与该光纤大致相同的光纤用母材进行拉丝而制造的。在下述专利文献1中，记载有在用于对光纤进行拉丝的纺丝炉中使用的发热体。该发热体是电阻加热型，以恒定粗细的石墨曲折的方式形成，整体上呈大致筒状的形状。由该发热体包围的区域的沿着拉丝方向的温度大致恒定。
专利文献1：日本专利第5557866号公报
然而，为了实现光纤通信系统中光传输距离的长距离化、光传输速度的高速化，必须提高光信号噪声比，要求减少光纤的传输损失。目前，光纤的制造方法已非常精细化，一般认为由光纤所含的杂质引起的传输损失几乎降低至极限。剩余的传输损失的主要原因是伴随着构成光纤的玻璃的构造、组成的波动而产生的散射损失。该现象因光纤由玻璃构成而无法避免。
作为减少玻璃的构造的波动的方法，公知有在冷却已熔融的玻璃时缓慢地进行冷却这种方法。作为这样对已熔融的玻璃缓慢地进行冷却的方法，尝试有对从拉丝炉被拉丝出来不久的光纤进行缓冷这种方式。研究了如下方法，通过缓冷炉对从拉丝炉拉丝得到的光纤进行加热等，从而降低光纤的冷却速度。即使在使用了上述专利文献1的发热体的拉丝炉中，为了减少玻璃的构造的波动，也需要通过缓冷炉利用来自该发热体的热对拉丝得到的光纤裸线进行加热。
然而，具备拉丝炉和缓冷炉的光纤的制造设施需要拉丝炉的发热体和缓冷炉的发热体，存在制造设施的结构复杂化的担心。
发明内容
因此，本发明提供能够实现能够以简单的结构制造传输损失减少的光纤的光纤拉丝炉的光纤拉丝炉用发热体、光纤拉丝炉以及光纤的制造方法。
为了解决上述课题，本发明的光纤拉丝炉用发热体的特征在于，具备发热部，上述发热部由在贯通孔内配置光纤用母材的至少局部的筒状的电阻发热体构成，上述发热部包括从上述发热部的一端部起沿着长度方向的规定的区间的第一部分和位于比上述第一部分靠上述发热部的另一端部侧的位置的第二部分，对于上述第二部分而言，上述一端部侧的壁厚为大于或等于上述第一部分的壁厚，壁厚从上述一端部侧朝向上述另一端部侧变大。
根据这样的光纤拉丝炉用发热体，在第一部分和第二部分中流动相同大小的电流的情况下，在壁厚为作为第二部分的最小壁厚以下的第一部分中，电流密度成为第二部分的电流密度以上，以第二部分以上的温度发热。因此，即使在对光纤拉丝炉用发热体施加电压，以使得第一部分发热至拉丝光纤用母材的温度的情况下，第二部分的靠一端部侧的温度也是第一部分的温度以下。并且，第二部分由于电流密度从一端部侧朝向另一端部侧变低，因此以温度从一端部侧朝向另一端部侧变低的方式发热。因此，能够使在第一部分拉丝得到的光纤裸线的温度在第二部分逐渐下降。即，能够在第二部分缓冷光纤裸线。本发明的光纤拉丝炉用发热体包括能够这样对光纤裸线进行拉丝的第一部分和能够对被拉丝后的光纤裸线进行缓冷的第二部分。因此，在将本发明的光纤拉丝炉用发热体应用于光纤拉丝炉的情况下，与将拉丝炉和缓冷炉各自独立地设置的情况相比，能够实现能够以简单的结构制造传输损失减少的光纤的光纤拉丝炉。
另外，优选上述第二部分的壁厚从上述一端部侧起朝向上述另一端部侧连续地变化。
根据这样的结构，与第二部分的壁厚从一端部侧起朝向另一端部侧分阶段地变化的情况相比，能够抑制第二部分的温度局部地急剧变化。
另外，优选上述第二部分越靠近上述另一端部侧，则壁厚的变化率越小。
根据这样的结构，越靠近第二部分的另一端部侧越能够使电流密度缓慢地降低，越靠近第二部分的另一端部侧越能够使温度缓慢地下降。因此，越是缓冷光纤裸线的最后阶段，越能够使光纤裸线的温度缓慢地下降。因此，能够迎合随着光纤裸线的温度降低而降低的玻璃的构造弛豫的速度，将光纤裸线的温度的降低控制得平缓，以使得作为玻璃的构造的杂乱指标的假想温度最低。
另外，也可以是，上述第二部分的内径是恒定的。
在该情况下，只要利用一般的钻机等贯通第二部分的贯通孔即可，因此第二部分的内周面的制作容易。因此，能够容易地实现本发明的光纤拉丝炉用发热体。
另外，优选上述第二部分的内径在上述另一端部侧比在上述一端部侧小。
存在光纤拉丝炉用发热体的贯通孔内流动有不活波气体的趋势。因此，通过上述那样的结构，能够对在贯通孔内流动的不活波气体进行整流，能够抑制拉丝得到的光纤裸线不必要地运动。因此，能够实现能够制造获得稳定特性的光纤的光纤拉丝炉用发热体。
另外，也可以是，上述第二部分的外径是恒定的。
在该情况下，第二部分的外周面的制作容易。因此，能够容易地实现本发明的光纤拉丝炉用发热体。
另外，也可以是，上述第二部分的内径为在从上述一端部侧朝向上述另一端部侧的中途开始是恒定的大小。
通过这样的结构，能够迎合光纤用母材被拉丝而缩径成光纤裸线的被称为所谓的收腰的形状，减小第二部分的内径。因此，通过上述那样的结构，能够进一步对流动在贯通孔内的不活波气体进行整流，能够进一步抑制拉丝得到的光纤裸线不必要地运动。因此，能够实现光纤拉丝炉用发热体，上述光纤拉丝炉用发热体能够制造获得更稳定的特性的光纤。
另外，优选上述第一部分的壁厚沿着长度方向恒定。
通过这样的结构，能够从光纤用母材对光纤裸线进行拉丝的第一部分能够沿着长度方向以恒定的温度发热。因此，被称为所谓的收腰的形状由该部分的玻璃的粘度和纺丝张力决定，所以必须保持为恒定的温度分布。因此，在上述那样的结构中，通过使发热体的温度恒定而必须控制的参数减少一个，容易将收腰的形状保持为恒定，能够抑制光纤裸线的外径不必要地变动。
另外，优选上述发热部在上述第一部分与上述第二部分之间包括壁厚为上述第二部分的最大壁厚以上的第三部分。
通过这样的结构，能够使第三部分的温度比第一部分、第二部分低。因此，在第三部分中，对拉丝得到的光纤裸线进行预冷，从而能够使光纤裸线以适当的温度进入第二部分。
在该情况下，优选上述第三部分的内径在上述另一端部侧比在上述一端部侧小。
如上述那样，存在光纤拉丝炉用发热体的贯通孔内流动有不活波气体的趋势。因此，通过上述那样的结构，能够对在贯通孔内流动的不活波气体进行整流，能够抑制拉丝得到的光纤裸线不必要地运动。因此，能够实现能够制造获得稳定特性的光纤的光纤拉丝炉用发热体。
另外，优选一对供电部由筒状的上述电阻发热体构成并设置于上述发热部的长度方向的两端，位于上述发热部的上述另一端部侧的上述供电部的壁厚为上述第二部分的最大壁厚以上的大小。
通过这样的结构，能够抑制在第二部分中达到较低的假想温度的光纤在下端的供电部处被重新加热，能够抑制假想温度变高。
另外，本发明的光纤拉丝炉的特征在于，具备上述的任一种光纤拉丝炉用发热体。
如上述那样，与将拉丝炉与缓冷炉各自独立地设置的情况相比，本发明的光纤拉丝炉用发热体能够实现光纤拉丝炉，上述光纤拉丝炉能够以简单的结构制造传输损失减少的光纤。因此，与将拉丝炉与缓冷炉各自独立地设置的情况相比，具备该光纤拉丝炉用发热体的光纤拉丝炉能够以简单的结构进行拉丝和缓冷。
另外，本发明的光纤的制造方法的特征在于，具备：拉丝工序，其对配置于上述光纤拉丝炉的上述光纤拉丝炉用发热体中的上述第一部分的贯通孔内的光纤用母材进行拉丝；和缓冷工序，其在上述光纤拉丝炉用发热体中的上述第二部分的贯通孔内对在上述拉丝工序中拉丝得到的光纤裸线进行缓冷。
如上述那样，与将拉丝炉与缓冷炉各自独立地设置的情况相比，本发明的光纤拉丝炉能够以简单的结构进行拉丝和缓冷。因此，本发明的光纤的制造方法能够以简单的结构进行拉丝工序和缓冷工序。
另外，优选进入上述第二部分的上述光纤裸线的温度为1300℃～1650℃，从上述第二部分输出的上述光纤裸线的温度为1150℃以上且不足1400℃。
这样，通过适当地控制进入第二部分的光纤的温度和从第二部分输出的光纤的温度，能够促进在第二部分中构成光纤的玻璃的构造弛豫。其结果，能够抑制在传输光时因玻璃的构造的波动而导致的散射损失，获得传输损失减少的光纤。
另外，优选在上述第二部分中冷却上述光纤裸线的时间为0.05秒以上。
因此，容易促进在第二部分中构成光纤的玻璃的构造弛豫。
优选在上述第二部分中冷却上述光纤裸线的时间为1秒以下。
缓冷时间越长，越是使玻璃构造弛豫，能够减少传输损失，但其效果急剧降低。因此，通过使缓冷光纤的时间为1秒以下，能够缩短第二部分的长度等，能够抑制设备投资所需的费用。另外，通过使光纤停留在第二部分的时间为1秒以下的较短的时间，能够加快拉丝速度，因此能够不降低生产率，就促进构成光纤裸线的玻璃的构造弛豫。
另外，优选上述发热部包括设置于上述第一部分与上述第二部分之间并且壁厚比上述第二部分的上述一端部侧的壁厚大的第三部分，本发明的光纤的制造方法具备预冷工序，上述预冷工序通过上述第三部分冷却上述光纤，以使得上述光纤成为适合于进入上述第二部分的温度。
优选将进入第二部分的光纤裸线的温度限制在规定的范围内。因此，通过进一步具备这样的预冷工序，容易将进入第二部分的光纤的温度调整为适当范围。
如以上那样，根据本发明，提供能够实现光纤拉丝炉的光纤拉丝炉用发热体、光纤拉丝炉以及光纤的制造方法，上述光纤拉丝炉能够以简单的结构制造传输损失减少的光纤。
附图说明
图1是概略地示出光纤制造装置的结构的图。
图2是表示图1的光纤拉丝炉的结构的剖视图。
图3是表示光纤拉丝炉用发热体的结构的立体图。
图4是表示本发明的光纤的制造方法的工序的流程图。
图5是表示光纤的温度和构成光纤的玻璃的假想温度与冷却时间之间的关系的图表。
图6是表示收腰部的外径的变化、光纤的温度的变化以及构成光纤的玻璃的假想温度的变化间的关系的图表。
图7是表示光纤拉丝炉用发热体的第一变形例的剖视图。
图8是表示光纤拉丝炉用发热体的第二变形例的剖视图。
图9是表示光纤拉丝炉用发热体的第三变形例的剖视图。
图10是表示光纤拉丝炉用发热体的第四变形例的剖视图。
图11是表示光纤拉丝炉用发热体的第五变形例的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的光纤的制造方法的优选的实施方式详细地进行说明。
图1是概略地示出本实施方式的光纤的制造方法中使用的光纤的制造装置的结构的图。如图1所示，光纤的制造装置包括光纤拉丝炉100。图2是表示图1的光纤拉丝炉100的结构的剖视图。如图1、图2所示，光纤拉丝炉100包括光纤拉丝炉用发热体110和隔热部120。
图3是表示光纤拉丝炉用发热体110的立体图。如图2、图3所示，光纤拉丝炉用发热体110包括发热部110F和设置于发热部110F的两端的一对供电部114a、114b。发热部110F包括第一部分111、第二部分112以及第三部分113。该光纤拉丝炉用发热体110由基于电流流动时的电阻发热的电阻发热体构成，通过一对供电部114a、114b、第一部分111、第二部分112以及第三部分113一体成型而形成。作为这样的电阻发热体，例如能够列举作为非金属发热体的石墨、碳化硅，氮化硅、氧化锆、氧化铝等陶瓷加热器等。其中，从能够容易地切削的加工性优异的观点出发优选石墨。
在光纤拉丝炉用发热体110的一端部设置有一个供电部114a。供电部114a在中央形成有贯通孔110H，形成为厚度恒定的环状的形状。供电部114a与未图示的电源连接。
在供电部114a的旁边设置有第一部分111。因此，第一部分111的靠供电部114a侧的端部是发热部110F的一端部。本实施方式的第一部分111形成为壁厚恒定的圆筒状的形状，占据从发热部110F的一端部起沿着长度方向的规定的区间。第一部分111的内径是与供电部114a的内径相同的大小，贯通孔110H也向第一部分111延伸。第一部分111的沿着径向的壁厚比供电部114a的沿着径向的壁厚小。因此，第一部分111的外径也比供电部114a的外径小。第一部分111基于电流发热，直到从配置于贯通孔110H的光纤用母材1P拉丝出光纤裸线1R的程度。即，第一部分111是从配置于贯通孔110H内的光纤用母材1P拉丝光纤裸线1R的部位。此外，光纤拉丝炉用发热体110的某一部分的内径是该部分的内壁面的直径，光纤拉丝炉用发热体110的某一部分的外径是该部分的外壁面的直径，光纤拉丝炉用发热体110的某一部分的壁厚是该部分的外径与内径的差。
在第一部分111的与供电部114a侧相反一侧的旁边设置有第三部分113。第三部分113是环状的形状，贯通孔110H也向第三部分113延伸。第三部分113的内径沿着长度方向恒定，是与第一部分111的内径相同的大小。另外，第三部分113的沿着径向的壁厚沿着长度方向恒定，比第一部分111的沿着径向的壁厚大。因此，第三部分113的外径沿着长度方向恒定，比第一部分111的外径大。在与第一部分111相同大小的电流在这样的结构的第三部分113中流动的情况下，第三部分113处的电流密度比第一部分111处的电流密度低。因此，在第一部分111与第三部分113流动相同大小的电流的情况下，第三部分113以低于第一部分111的温度发热，第三部分113处的贯通孔110H内的温度比第一部分111处的贯通孔110H内的温度低。因此，第三部分113能够对在第一部分111拉丝得到的光纤裸线1R进行冷却。即，该第三部分113是对拉丝得到的光纤裸线1R进行预冷的部位。
在第三部分113的与第一部分111侧相反一侧的旁边设置有第二部分112。第二部分112形成为壁厚沿着长度方向变化的圆筒状的形状，贯通孔110H也向第二部分112延伸。第二部分112的内径以与第三部分113的内径相同的大小沿着长度方向恒定。第二部分112的一端部侧的沿着径向的壁厚为第一部分111的沿着径向的壁厚以上，且小于第三部分113的沿着径向的壁厚。另外，第二部分112的壁厚从一端部侧朝向另一端部侧变大。因此，第二部分112的一端部侧处的外径为第一部分111的外径以上且小于第三部分113的外径，第二部分112的另一端部侧处的外径比第一部分111的外径大。在本实施方式中，第二部分112的从一端部侧朝向另一端部侧的壁厚的变化率恒定。即，在第二部分112中，壁厚从一端部侧朝向另一端部侧单调地变大。在与第一部分111相同大小的电流在这样的结构的第二部分112中流动的情况下，第二部分112的一端部侧处的电流密度成为第一部分111的电流密度以下，第二部分112的电流密度从一端部侧朝向另一端部侧单调地变低。因此，在第一部分111与第二部分112流动相同大小的电流的情况下，第二部分112的一端部侧以第一部分111以下的温度发热，第二部分112以温度从一端部侧朝向另一端部侧单调地变低的方式发热。因此，第二部分112能够使通过第二部分112的光纤裸线1R逐渐冷却。即，该第二部分112是对拉丝得到的光纤裸线1R进行缓冷的部位。
在第二部分112的另一端部侧的旁边设置有供电部114b。供电部114b的结构与供电部114a相同。因此，贯通孔110H从供电部114a延伸到供电部114b。供电部114b的沿着径向的壁厚是第二部分112的另一端部的沿着径向的壁厚以上的大小。供电部114b与未图示的电源连接。
在上述那样的结构的光纤拉丝炉用发热体110中，以串联的方式电连接有供电部114a、第一部分111、第三部分113、第二部分112以及供电部114b。因此，通过对供电部114a、114b施加电压，在第一部分111、第三部分113以及第二部分112流动相同大小的电流。
光纤拉丝炉用发热体110被隔热部120包围。隔热部120例如由陶瓷等构成。
接下来，对使用了图1所示的光纤的制造装置的光纤的制造方法进行说明。
图4是表示本实施方式的光纤的制造方法的工序的流程图。如图4所示，本实施方式的光纤的制造方法具备拉丝工序P1、预冷工序P2、缓冷工序P3以及骤冷工序P4。以下，对这些各工序进行说明。
＜拉丝工序P1＞
本工序是在第一部分111内对光纤用母材1P的一端进行拉丝的工序。首先，准备光纤用母材1P，上述光纤用母材1P由折射率分布与构成作为最终产品的光纤的玻璃的折射率分布相同的玻璃构成。光纤具有一个或多个纤芯和无间隙地包围纤芯外周面的包层，纤芯的折射率高于包层的折射率。例如，在纤芯由添加了提高折射率的锗等掺杂剂的硅玻璃构成的情况下，包层由纯的硅玻璃构成。另外，例如，在纤芯由纯的硅玻璃构成的情况下，包层由添加了降低折射率的氟等掺杂剂的硅玻璃构成。
接下来，以长度方向竖直的方式悬挂光纤用母材1P。而且，将光纤用母材1P配置于光纤拉丝炉100内。具体而言，如图2所示，以光纤用母材1P的顶端位于光纤拉丝炉用发热体110中的第一部分111的贯通孔110H内的方式配置光纤用母材1P。而且，在光纤拉丝炉用发热体110的贯通孔内流动氮气等不活波气体。
接下来，从未图示的电源施加电压，以使得电流在一对供电部114a、114b之间流动。于是，由电阻发热体构成的光纤拉丝炉用发热体110基于电阻发热。此时，如上述那样，第一部分111、第三部分113以及第二部分112以串联的方式连接，因此在第一部分111、第三部分113以及第二部分112流动相同大小的电流，第一部分111、第三部分113以及第二部分112分别发热。光纤用母材1P的下端部被来自该第一部分111的热进行加热。此时，光纤用母材1P的下端部例如被加热至2000℃而成为熔融状态。即，向一对供电部114a、114b之间施加电压，以使得令光纤用母材1P的下端部成为上述温度的电流在第一部分111流动。而且，从被加热后的光纤用母材1P的下端部，将熔融的玻璃以规定的拉丝速度拉出。这样，被拉丝的玻璃成为光纤裸线1R。
＜预冷工序P2＞
本工序是冷却光纤裸线1R，以使得在拉丝工序P1中在第一部分111处从光纤用母材1P拉丝得到的光纤裸线1R成为适合于进入第二部分112时的规定的温度的工序。本工序在第三部分113进行。如上述那样，由于在第一部分111和第三部分113有相同大小的电流流动，因此第三部分113以比第一部分111低的温度发热。因此，在贯通孔110H内从第一部分111导出的光纤裸线1R，在通过第三部分113的贯通孔110H时被冷却。由于第三部分113与第一部分111连接，因此，贯通孔内110H内的气氛与第一部分111和第三部分113大致相同。因此，抑制刚被拉丝后不久的光纤裸线1R四周的温度急剧变化。
通过具备本工序，调整光纤裸线1R的冷却速度，容易将光纤裸线1R进入第二部分112时的温度调整为适当范围。如后面所说明的那样，能够根据收腰部的形状推断从第一部分111拉丝得到的光纤裸线1R的温度。而且，这样，根据被推断的光纤裸线1R的温度和适合于进入第二部分112时的光纤裸线1R的温度，能够适当地设计第三部分113的长度。
＜缓冷工序P3＞
本工序，是在第二部分112处，对在拉丝工序P1中从第一部分111拉丝并在预冷工序P2中在第三部分113处调整为规定的温度的光纤裸线1R，逐渐地进行冷却的工序。第二部分112内形成与所进入的光纤裸线1R的温度不同的温度。如上述那样，第二部分112的一端部侧以第一部分111的温度以下且比第三部分113的温度高的温度发热，第二部分112以温度从一端部侧起朝向另一端部侧单调地变低的方式发热。因此，通过第二部分112的光纤裸线1R的温度逐渐变低。因此，构成光纤裸线1R的玻璃的构造弛豫，能够获得减少了散射损失的光纤。
这里，对光纤裸线1R进入第二部分112时的温度、从第二部分112输出时的温度以及停留在第二部分112的时间进行说明。
若光纤裸线1R的缓冷开始时的温度过高，则构成光纤裸线1R的玻璃的构造弛豫的速度非常快，因此由缓冷光纤裸线1R产生的效果变弱。另一方面，若光纤裸线1R的缓冷开始时的温度过低，则构成光纤裸线1R的玻璃的构造弛豫的速度变慢，因此，可能产生在缓冷时对光纤裸线1R进行重新加热的必要等。因此，优选的是，为了在第二部分112促进构成光纤裸线1R的玻璃的构造弛豫，故将进入第二部分112的光纤裸线1R的温度和从第二部分112输出的光纤裸线1R的温度控制在适当范围内。
在被分类为所谓的强化玻璃的硅玻璃中，被认为是依赖于玻璃粘性流动的构造弛豫的时间常数τ(T)遵循Arrhenius公式。因此，时间常数τ(T)使用由玻璃的组成决定的常数A和活化能量Eact，以玻璃的温度T的函数的形式表示成下述式(1)。此外，kb是Boltzmann常数(玻尔兹曼常数)，T是玻璃的绝对温度。
1/τ(T)＝A·exp(-Eact/kbT)···(1)
根据上述式(1)可知，玻璃的温度越高，玻璃的构造弛豫得越快，越快达到该温度的平衡状态。即，玻璃的温度越高，玻璃的假想温度接近玻璃的温度的速度就越快。
在图5中示意性地示出使光纤裸线缓冷时的构成光纤裸线的玻璃的假想温度的降低的状况。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示温度。在图5中，实线表示在某种缓冷条件下的光纤裸线的温度推移，虚线表示此时的构成光纤裸线的玻璃的假想温度的推移。另外，点线表示在使冷却速度比实线所示的缓冷条件缓慢的情况下的光纤裸线的温度推移，单点划线表示此时的构成光纤裸线的玻璃的假想温度的推移。
在图5中，如实线所示，在光纤裸线的温度随时间流逝而同时降低时，如虚线所示，假想温度与光纤裸线的温度的降低以相同方式降低。如上述那样，在光纤裸线的温度足够高的状态下，构成光纤裸线的玻璃的构造弛豫的速度加快。但是，随着光纤裸线的温度降低，玻璃的构造弛豫的速度变慢，最终假想温度变得无法追随光纤裸线的温度的降低。这里，若使光纤裸线的冷却速度变得缓慢，则与冷却速度较快的情况相比，光纤裸线长时间保持在温度相对较高的状态，因此，如图5中的虚线和单点划线所示，光纤裸线的温度与假想温度间的背离变小，假想温度变得更低。即，促进玻璃的构造弛豫。这样，如何能够促进构成光纤裸线的玻璃的构造弛豫，取决于光纤裸线的温度史。因此，在以下对怎样的缓冷条件适合于光纤裸线的传输损失减少进行说明。
刚从光纤用母材拉丝后不久的光纤裸线的温度为大致1800℃～2000℃程度的极高的温度。此时，就构成光纤裸线的玻璃的构造弛豫的时间常数τ(T)而言，若使用例如非专利文献(K.Saito，et al.，Journal of the American Ceramic Society，Vol.89，pp.65-69(2006))所示的常数A和活化能量Eact来计算，则在光纤裸线的温度为2000℃的情况下，变为非常短0.00003秒左右，在光纤裸线的温度为1800℃的情况下变为非常短的0.0003秒。在这样的高温状态下，认为构成光纤裸线的玻璃的假想温度与光纤裸线的温度大体一致。因此，在这样的高温区域，即使进行光纤裸线的缓冷，玻璃的构造也会立即弛豫，因此缓冷所产生的效果变小。因此，如本实施方式所示，优选在从光纤裸线拉丝到开始缓冷的期间，预冷光纤裸线，在开始缓冷时光纤裸线成为适当的温度。
另外，从光纤用母材拉丝得到的光纤裸线的外径，从光纤用母材的外径起连续地缩径直至成为规定的大小。在一般的光纤的情况下，该规定的大小例如为125μm。另外，从光纤用母材拉丝得到的光纤裸线的外径变化的部分被称为收腰部。而且，光纤裸线的温度T根据收腰部的力的平衡和物质的收支求出。具体而言，对于在拉丝光纤裸线的速度v下的稳定状态的光纤用母材的收腰部的截面积S的变化率而言，若将拉丝方向设为x，则与施加于被拉丝的光纤裸线的张力F具有下述式(2)那样的关系。
v·ds/dx＝V·S0/s0·dS/dx＝-F/β(T)···(2)
这里，S0是光纤用母材的截面积，s0是光纤裸线的公称截面积，V是光纤用母材的送出速度。β(T)是玻璃的温度T下的拉伸粘性系数，是粘度η的3倍。即，下述式(3)成立。
β(T)＝3η(T)···(3)
另外，通过下述式(4)求出硅玻璃的粘度η。
log10{η(T)}＝B+C/T···(4)
在用[Pa·s]的单位表示粘度η时，B＝-6.37、C＝2.32×104[K-1]。通过上述式(4)，能够根据由上述式(3)求出的粘度η求出玻璃的温度T。
在图6中示出某种拉丝条件下的光纤裸线的收腰部的外径(●)的变化、根据该收腰部的外径的变化求出的光纤裸线的温度(□)的变化以及根据该光纤裸线的温度变化求出的构成光纤裸线的玻璃的假想温度(▲)的变化的关系。可知的是，随着光纤裸线的温度降低、构成光纤裸线的玻璃的粘度升高，光纤裸线的外径的变化变得缓慢。若光纤裸线的温度低于约1650℃，则构成光纤裸线的玻璃的假想温度的降低不再追随光纤裸线的温度的降低，两者的温度差扩大下去。即，在光纤裸线的温度变成1650℃左右之前，即使不进行缓冷，构成光纤的玻璃的假想温度也与光纤裸线的温度大体一致，因此，在光纤裸线的温度变成1650℃以下之前进行缓冷所产生的效果较小。因此，开始缓冷时的温度优选为1650℃以下。即，光纤裸线1R进入第二部分112时的温度优选为1650℃以下。
将光纤裸线缓冷的时间越长，越能够促进构成光纤裸线的玻璃的构造弛豫，能够制造传输损失减少的光纤。但是，在考虑到生产率、设备投资的经济条件下，优选将光纤裸线缓冷的时间为1秒以下。若在上述式(1)中使用规定的常数来计算玻璃的构造弛豫的时间常数τ(T)，则τ(T)为0.1秒以下出现在玻璃大致为1420℃时，τ(T)为1秒出现在玻璃大致为1310℃时，τ(T)为10秒出现在玻璃大致为1210℃时。因此，即使在使缓冷光纤裸线的时间为1秒左右的情况下，为了充分得到缓冷所产生的效果，光纤裸线的缓冷开始时的温度优选为1300℃以上，更优选为1400℃以上。即，光纤裸线1R进入第二部分112时的温度优选为1300℃以上，更优选为1400℃以上。
如上述那样，随着光纤裸线的温度降低，构成光纤裸线的玻璃的构造弛豫所需的时间变长。具体而言，若光纤裸线的温度低于1150℃，则在短时间的缓冷下，不易使玻璃的构造弛豫。因此，光纤裸线的缓冷结束时的温度优选为1150℃以上且不足1400℃，更优选为1300℃以上。即，光纤裸线1R从第二部分112输出时的温度优选为1150℃以上且不足1400℃，更优选为1300℃以上。
另外，光纤裸线1R停留在第二部分112的时间优选为0.01秒以上，更优选为0.05秒以上。光纤裸线1R停留在第二部分112的时间越长，则构成光纤裸线1R的玻璃的构造越容易弛豫。另外，光纤裸线1R停留在第二部分112的时间优选为1秒以下，更优选为0.5秒以下。光纤裸线1R停留在第二部分112的时间越短，则越能够缩短第二部分112的长度，因此能够抑制过剩的设备投资。另外，光纤裸线1R停留在第二部分112的时间越短，则越能够加快拉丝速度，因此能够提高光纤的生产率。
因此，优选确定光纤裸线1R的拉丝速度、第三部分113的壁厚、长度、第二部分112的壁厚、长度以及施加于供电部114a、114b的电压的大小等，以使得光纤裸线1R进入第二部分112时的温度成为上述范围，光纤裸线1R从第二部分112输出时的温度成为上述范围，光纤裸线1R停留在第二部分112的时间成为上述范围。
此外，第二部分112的长度能够按照如下方式设定。由于构成光纤裸线1R的玻璃的假想温度成为最低的温度史，仅取决于缓冷时间t，所以通过求出所制造的光纤从能够实现应该达到的传输损失的假想温度开始缓冷所需的时间t，决定考虑了生产率的拉丝速度v，从而根据下述式(5)求出所需的第二部分112的长度L。
T＝L/v···(5)
＜骤冷工序P4＞
在缓冷工序P3后，为了提高光纤的耐外伤性等，将光纤裸线1R用包覆层覆盖，形成光纤1。该包覆层通常由紫外线固化性树脂构成。为了形成这样的包覆层，需要将光纤裸线1R冷却至足够低的温度，以避免引起包覆层的烧损等。光纤裸线1R的温度对所涂覆的树脂的粘度造成影响，结果对包覆层的厚度造成影响。形成包覆层时的适当的光纤裸线1R的温度根据构成包覆层的树脂的性质而适当地决定。
在本实施方式中，通过冷却装置130，使从第二部分112输出的光纤裸线1R骤冷。在本工序中，与缓冷工序P3相比，更迅速地冷却光纤裸线1R。通过具备这样的工序，能够在较短的区间内，充分地降低光纤裸线的温度，因此容易形成包覆层。从冷却装置130输出时的光纤的温度例如为40℃～50℃。
如上述那样经由冷却装置130冷却至规定的温度的光纤裸线1R，通过放入了成为覆盖光纤裸线1R的包覆层的紫外线固化性树脂的涂敷装置141，而被该紫外线固化性树脂包覆。然后，通过紫外线照射装置142，被照射紫外线，由此使紫外线固化性树脂固化而形成包覆层，光纤裸线1R成为光纤1。此外，包覆层通常由双层构成。在形成双层的包覆层的情况下，在由构成各层的紫外线固化性树脂包覆了光纤裸线1R之后，使这些紫外线固化性树脂一次固化，从而能够形成双层的包覆层。另外，也可以在形成第一层的包覆层后再形成第二层的包覆层。而且，光纤1通过转向轮151变换方向，并由卷盘152卷取。
如以上说明的那样，本实施方式的光纤拉丝炉用发热体110具备发热部110F，上述发热部110F由在贯通孔110H内配置光纤用母材1P的至少局部的筒状的电阻发热体构成。发热部110F包括从一端部起沿着长度方向的规定的区间的第一部分111和位于比第一部分111靠另一端部侧的位置的第二部分112，对于第二部分112而言，一端部侧的壁厚为大于或等于第一部分111的壁厚，壁厚从一端部侧朝向上述另一端部侧变大。
根据这样的光纤拉丝炉用发热体110，即使在对光纤拉丝炉用发热体110施加电流，以使得第一部分111发热至拉丝光纤用母材的温度的情况下，第二部分112的一端部侧的温度也为第一部分111的温度以下，第二部分112以温度从一端部侧朝向另一端部侧降低的方式发热。因此，能够在第二部分112处，使在第一部分111拉丝得到的光纤裸线1R的温度逐渐降低。即，能够在第二部分112缓冷光纤裸线。本实施方式的光纤拉丝炉用发热体110包括能够这样拉丝光纤裸线的第一部分111和能够对拉丝得到的光纤裸线进行缓冷的第二部分112，因此，与将拉丝炉和缓冷炉各自独立地设置的情况相比，能够实现能够以简单的结构制造使传输损失减少的光纤1的光纤拉丝炉100。
因此，根据具备这样的光纤拉丝炉用发热体110的本实施方式的光纤拉丝炉100，与将拉丝炉和缓冷炉各自独立地设置的情况相比，能够以简单的结构进行拉丝和缓冷，能够以简单的结构制造传输损失减少的光纤1。
另外，本实施方式的光纤1的制造方法具备：拉丝工序P1，其对配置于第一部分111的贯通孔110H内的光纤用母材1P进行拉丝；和缓冷工序P3，其在第二部分112的贯通孔110H内对在拉丝工序P1中拉丝得到的光纤裸线1R进行缓冷。因此，与将拉丝炉和缓冷炉各自独立地设置的情况相比，本实施方式的光纤1的制造方法能够以简单的结构进行拉丝和缓冷，能够以简单的结构进行拉丝工序P1和缓冷工序P3。
另外，在本实施方式中，第二部分112的壁厚从一端部侧朝向另一端部侧连续地变化。因此，与第二部分112的壁厚从一端部侧朝向另一端部侧分阶段地变化的情况相比，能够抑制第二部分112的温度局部地急剧变化。另外，能够迎合随着光纤裸线的温度降低而降低的构造弛豫的速度，将光纤裸线的温度控制为最佳温度，以使得作为玻璃的构造的杂乱指标的假想温度能最低。
另外，在本实施方式中，第二部分112的内径是恒定的，因此在制作光纤拉丝炉用发热体110时，例如能够通过利用一般的钻机等贯通第二部分112的贯通孔而形成，第二部分112的内周面的制作容易。
另外，在本实施方式中，第一部分111的壁厚沿着长度方向恒定。因此，从光纤用母材1P拉丝光纤裸线1R的第一部分111能够沿着长度方向以恒定的温度发热。因此，能将光纤用母材缩径成光纤裸线的被称为所谓的收腰的形状保持为恒定。收腰的形状由该部分的玻璃的粘度和纺丝张力决定，因此通过上述那样的结构，能够抑制光纤裸线的外径不必要地变动。
另外，在本实施方式中，发热部110F在第一部分111与第二部分112之间包括壁厚为第二部分112的最大壁厚以上的第三部分113。因此，能够使第三部分113的温度低于第一部分111、第二部分112，在第三部分113处，对拉丝得到的光纤裸线1R进行预冷，从而能够使光纤裸线1R以适当的温度进入第二部分112。
另外，在本实施方式中，一对供电部114a、114b由与发热部110F相同的电阻发热体构成，设置于长度方向的两端，供电部114a、114b的壁厚为第二部分112的最大壁厚以上的大小。因此，如本实施方式那样，能够通过与发热部110F一体成型而形成供电部，能够抑制在供电部114a、114b处的发热。因此，能够抑制第一部分111和第二部分112中的利用电阻加热进行的温度控制变得困难的情况，另外，能够抑制光纤裸线1R、光纤用母材1P被不必要地加热。此外，在本实施方式中，如上述那样在供电部114a、114b分别为，壁厚为第二部分112的最大壁厚以上的大小。但是，也可以是，供电部114a、114b中的至少一者的壁厚不是第二部分112的最大壁厚以上的大小。但是，优选位于发热部110F的另一端部侧的供电部114b的壁厚为第二部分112的最大壁厚以上的大小。由此，能够抑制在第二部分112处达到较低的假想温度的光纤裸线1R被下侧的供电部114b重新加热这种情况，能够抑制假想温度变高。另外，如果供电部114b的壁厚为第二部分112的壁厚以上的大小，则比第二部分112高温的部分位于上方，发热部110F的温度能够单调地降低，能够使光纤裸线1R的温度进一步单调地降低。另外，优选位于发热部110F的一端部侧的供电部114a的壁厚为第二部分112的最大壁厚以上的大小。在该情况下，能够抑制光纤用母材1P在第一部分111被加热至恒定之前就被加热。因此，用于使第一部分111的温度恒定的参数减少一个，容易将收腰的形状保持为恒定，能够进一步抑制光纤裸线1R的外径不必要地变动。另外，供电部114a、114b也可以是与上述实施方式不同的其他形状。
以上，对发明以优选的实施方式为例进行了说明，但本发明并不限定于此。
对于光纤拉丝炉用发热体110的结构而言，发热部110F包括从一端部起沿着长度方向的规定的区间的第一部分111和位于比第一部分111靠另一端部侧的位置的第二部分112，只要第二部分112的一端部侧的壁厚为大于或等于第一部分111的壁厚，并且壁厚从一端部侧朝向另一端部侧变大，则不限于上述实施方式。以下，对光纤拉丝炉用发热体110的变形例进行说明。此外，在对下述变形例进行说明时，对于与上述实施方式相同的结构，除了特别提及的情况以外，省略说明。
图7是表示光纤拉丝炉用发热体110的第一变形例的剖视图。如图7所示，本变形例的光纤拉丝炉用发热体110与上述实施方式的光纤拉丝炉用发热体110不同的点在于，第三部分113的内径在另一端部侧比在一端部侧小。因此，第二部分112的内径迎合第三部分113的另一端部侧的内径，且比上述实施方式的第二部分112的内径小。如上述实施方式那样，存在不活波气体在光纤拉丝炉用发热体110的贯通孔110H内流动的趋势。因此，由于光纤拉丝炉用发热体110是本变形例那样的结构，所以能够对在贯通孔110H内流动的不活波气体进行整流，能够抑制拉丝得到的光纤裸线1R不必要地运动。
图8是表示光纤拉丝炉用发热体110的第二变形例的剖视图。如图8所示，本变形例的光纤拉丝炉用发热体110与上述实施方式的光纤拉丝炉用发热体110不同的点在于，没有形成第三部分113。由于光纤拉丝炉用发热体110是本变形例那样的结构，所以能够简化光纤拉丝炉用发热体110的结构。特别是，在不需要预冷工序P2的情况下，不需要第三部分113，因此优选如本变形例那样不形成第三部分113。
图9是表示光纤拉丝炉用发热体110的第三变形例的剖视图。如图9所示，本变形例的光纤拉丝炉用发热体110与上述第二变形例的光纤拉丝炉用发热体110不同的点在于，第二部分112越靠近另一端部侧则壁厚的变化率越小。由于光纤拉丝炉用发热体110是本变形例那样的结构，所以越靠近第二部分112的另一端部侧则越能够使电流密度缓慢地降低，越靠近第二部分112的另一端部侧则越能够使温度缓慢地下降。因此，越是使光纤裸线1R缓冷的最后阶段，则越能够使光纤裸线1R的温度缓慢地下降。因此，能够迎合随着光纤裸线的温度降低而降低的玻璃的构造弛豫的速度，将光纤裸线的温度的降低控制得平缓，以使得作为玻璃的构造的杂乱指标的假想温度最低。
图10是表示光纤拉丝炉用发热体110的第四变形例的剖视图。如图10所示，本变形例的光纤拉丝炉用发热体110与上述第二变形例的光纤拉丝炉用发热体110不同的点在于，第二部分112的内径在另一端部侧比在一端部侧小，且第二部分112的外径是恒定的。根据本变形例，与第一变形例相同，即使在不活波气体在光纤拉丝炉用发热体110的贯通孔110H内流动的情况下，也能够对在贯通孔110H内流动的不活波气体进行整流，能够抑制拉丝得到的光纤裸线1R不必要地运动。
图11是表示光纤拉丝炉用发热体110的第五变形例的剖视图。如图11所示，本变形例的光纤拉丝炉用发热体110与上述第四变形例的光纤拉丝炉用发热体110不同的点主要在于，第二部分112的内径从一端部侧朝向另一端部侧的中途开始为恒定的大小。并且，在本变形例中，第二部分112的外径不恒定。具体而言，在第二部分112的内径从一端部侧朝向另一端部侧变小的部分，第二部分112的外径从一端部侧朝向另一端部侧变小。另外，在第二部分112的内径是恒定的大小的部分，第二部分112的外径从一端部侧朝向另一端部侧变大。根据本变形例，第二部分112的内径在另一端部侧比在一端部侧小，该内径从一端部侧朝向另一端部侧的中途开始是恒定的大小，因此，能够迎合光纤用母材被拉丝而收腰成光纤裸线的被称为所谓的收腰的形状，减小第二部分的内径。因此，能够进一步对在贯通孔内流动的不活波气体进行整流，能够进一步抑制拉丝得到的光纤裸线不必要地运动。
此外，虽然未特别图示说明，但也可以是，例如第二部分112的壁厚为从一端部侧朝向另一端部侧分阶段地变大。另外，也可以是，第二部分112的壁厚为越靠近另一端部侧则越以较大的变化率变大。另外，在这些变形例、从第三变形例到第七变形例中，也可以在第一部分111与第二部分112之间设置上述实施方式、第一变形例所说明的第三部分113。
另外，在上述实施方式、变形例中，也可以是，第一部分111的壁厚为在长度方向上不恒定。例如，也可以是，第一部分111的壁厚为从一端部侧朝向另一端部侧变小。
根据本发明，提供一种能够实现能够以简单的结构制造传输损失减少的光纤的光纤拉丝炉的光纤拉丝炉用发热体、光纤拉丝炉以及光纤的制造方法，能够利用于制造光纤通信用的光纤的领域。另外，也能够利用于制造光纤激光装置、其他利用光纤的设备的领域。

Claims (17)

1.一种光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述光纤拉丝炉用发热体具备发热部，所述发热部由在贯通孔内配置有光纤用母材的至少局部的筒状的电阻发热体构成，
所述发热部包括从所述发热部的一端部起沿着长度方向的规定的区间的第一部分和位于比所述第一部分靠所述发热部的另一端部侧的位置的第二部分，
对于所述第二部分而言，所述一端部侧的壁厚为大于或等于所述第一部分的壁厚，壁厚从所述一端部侧朝向所述另一端部侧变大。
2.根据权利要求1所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述第二部分的壁厚从所述一端部侧起朝向所述另一端部侧连续地变化。
3.根据权利要求2所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述第二部分越靠近所述另一端部侧，则壁厚的变化率越小。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述第二部分的内径是恒定的。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述第二部分的内径在所述另一端部侧比在所述一端部侧小。
6.根据权利要求5所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述第二部分的外径是恒定的。
7.根据权利要求5所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述第二部分的内径在从所述一端部侧朝向所述另一端部侧的中途开始是恒定的大小。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述第一部分的壁厚沿着长度方向恒定。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述发热部包括设置于所述第一部分与所述第二部分之间且壁厚大于所述第二部分的所述一端部侧的壁厚的第三部分。
10.根据权利要求9所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述第三部分的内径在所述另一端部侧比在所述一端部侧小。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的光纤拉丝炉用发热体，其特征在于，
所述光纤拉丝炉用发热体还具备一对供电部，该一对供电部由所述电阻发热体构成，并设置于所述发热部的筒状的长度方向的两端，
位于所述发热部的所述另一端部侧的所述供电部的壁厚为所述第二部分的最大壁厚以上的大小。
12.一种光纤拉丝炉，其特征在于，
所述光纤拉丝炉具备权利要求1～11中任一项所述的光纤拉丝炉用发热体。
13.一种光纤的制造方法，其特征在于，
所述光纤的制造方法具备：拉丝工序，其对配置于权利要求12所述的光纤拉丝炉的所述光纤拉丝炉用发热体中的所述第一部分的贯通孔内的光纤用母材进行拉丝；和
缓冷工序，其在所述光纤拉丝炉用发热体中的所述第二部分的贯通孔内对在所述拉丝工序中拉丝得到的光纤裸线进行缓冷。
14.根据权利要求13所述的光纤的制造方法，其特征在于，
进入所述第二部分的所述光纤裸线的温度为1300℃～1650℃，从所述第二部分输出的所述光纤裸线的温度为1150℃以上且不足1400℃。
15.根据权利要求13或14所述的光纤的制造方法，其特征在于，
在所述第二部分冷却所述光纤裸线的时间为0.05秒以上。
16.根据权利要求13～15中任一项所述的光纤的制造方法，其特征在于，
在所述第二部分冷却所述光纤裸线的时间为1秒以下。
17.根据权利要求13～16中任一项所述的光纤的制造方法，其特征在于，
所述发热部包括设置于所述第一部分与所述第二部分之间且壁厚大于所述第二部分的所述一端部侧的壁厚的第三部分，
所述光纤的制造方法具备预冷工序，其通过所述第三部分对所述光纤进行冷却，以使得所述光纤成为适合于进入所述第二部分的温度。
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