JP2004331408A

JP2004331408A - 光ファイバ線引き方法

Info

Publication number: JP2004331408A
Application number: JP2003124785A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Yamaguchi; 彰久山口; Ko Chiba; 航千葉
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】線径変動の小さな光ファイバを安定して製造できる光ファイバ線引き方法を提供する。
【解決手段】開口部１０ａを有する上蓋１０と、開口部１０ａより狭い開口１１ａを有し、開口部１０ａ上に開口部１０ａを覆った状態で載置される開口筒１１とを有する線引炉を用いて、光ファイバ母材９から光ファイバ２０を線引きする。ここで、開口筒１１と光ファイバ母材９を支持する支持棒８との隙間の面積を３９ｍｍ^２以下に設定する。開口筒１１の高さＨは１３ｍｍ以上、支持棒８の外径ｄ２と開口筒１１の開口１１ａの内径ｄ１との径差は０．２ｍｍ以下とされている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ線引き方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ファイバは、線引炉内で光ファイバ母材を加熱、溶融し、これを線引きすることによって得られている。線引きされた光ファイバの線径変動を抑えるため、例えば、光ファイバ径測定装置による測定データに基づいて巻取機の巻き取り速度が調整されて、線径が制御される。しかしながら、光ファイバの線径変動は、線引炉内の温度分布や炉内不活性ガスの流動等にも起因するすることが知られている。
これらの対策として、光ファイバ母材を支持する支持棒が挿入される線引炉上端の開口部に上蓋及びシールリングを配置して支持棒周囲の隙間を塞ぎ、線引炉からの不活性ガスの漏れを防止し、線引炉内の不活性ガスの流動を少なくしたものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、線引炉上端部に予熱炉を設け、光ファイバ母材上端部及びダミー棒を予熱することによって、線引炉内の不活性ガスの温度を均一にし、光ファイバ線径変動の原因となる不活性ガスの流れの乱れを抑制するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
更に、半開放系となっている光ファイバ母材の入口に開閉可能な遮断手段を設け、開口寸法制御手段によって遮断手段の開口寸法を変化させて、遮断手段と光ファイバ母材との隙間を所定の隙間に制御して炉内不活性ガスの温度や流速の変動防止を図ったものが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
また、線引炉上端部にガス流制御リング及び排気機構を配設して線引炉に導入された不活性ガスをガス流制御リングによって強制的に排気して、線引炉内のガス流や内部圧力の変動を抑制するようにしたものもある（例えば、特許文献４参照。）。
【０００６】
更に、線引炉の内部圧力を監視する圧力監視手段からの指令に基づいてガス流量調整手段を制御し、ガス流量を調整するようにしたものもある（例えば、特許文献５参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１８８４４０号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１０−１３００３２号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献３】
特開平６−５６４５８号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献４】
特開平１０−２７９３２６号公報（第１図）
【特許文献５】
特開２０００−６３１４２号公報（第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている線引炉上端の開口部を塞ぐシールリング部材としては、耐熱温度が２００℃〜３００℃程度のフッ素系ゴムが用いられている。一方、光ファイバ母材の長尺化、大型化により、光ファイバ母材と支持棒との接合部から多量の熱が伝達されて線引炉上端の温度は略８００℃近傍にまで上昇する場合がある。従って、フッ素系ゴムのシールリング部材で開口部を塞ぐことは困難である。
【０００９】
線引炉内の不活性ガスの流れの乱れは、主に、線引炉内の不活性ガス温度分布の不均一に起因するものと、線引炉上端部の開口部に設けられた気密板からの外気の巻込みに起因するものとがある。特許文献２に示されている予熱炉による予熱によると、不活性ガス温度分布の均一化には有効であるが、もう一つの要因である外気の巻込みについては、言及されておらず、外気巻込み対策を要する。
【００１０】
また、線引きされる光ファイバ母材は少なからず曲がっており、線引き過程で、光ファイバの走行位置が、光ファイバの外径を測定する外径測定器に対して設定された位置からずれることがある。この場合、通常、光ファイバ母材の上端部を支持する支持棒を移動することによって、光ファイバ母材を線引炉の中心位置からずらすことが行われる。しかしながら、特許文献３に開示の遮断手段では、支持棒の移動が遮断手段によって妨げられ、光ファイバ母材を所望の位置に移動できなくなるという不具合がある。また、特許文献３に開示の遮断手段は、開閉度合いを制御可能な絞り機構とされており、構造が複雑であるとともに、耐高温性を付与するのが困難であるという不具合がある。
【００１１】
また、特許文献４の示されるガス流制御リング及び排気機構によるガス流や炉内部圧力の制御機構によると、不活性ガスの流れが、下方から上方に向けて流れる場合には一定の効果はあるものの、逆に上方から下方に向けて流れる構造の線引炉においては、不活性ガスの流れに伴って外気が巻き込まれ、線径変動の原因となる問題がある。
【００１２】
特許文献５に開示された圧力監視手段からの指令に基づくガス流量調整によると、炉内圧力を一定に保持するために比較的多量の不活性ガスが吹き込まれる場合がある。低温の不活性ガスの供給によって、線径変動の主要因である線引炉上方空間の温度分布のムラを誘発することとなり、かえって光ファイバの線径が変動してしまうことがあるという不具合がある。
【００１３】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、線径変動の小さな光ファイバを安定して製造できる光ファイバ線引き方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ線引き方法は、開口部を有する上蓋と、前記開口部より狭い開口を有し、前記開口部上に開口部を覆った状態で載置される開口筒とを有する線引炉を用い、前記開口筒と光ファイバ母材を支持する支持棒との隙間の面積を、３９．０ｍｍ^２以下となるように設定し、前記光ファイバ母材から光ファイバを線引きする。
【００１５】
好ましくは、開口筒の高さが１３ｍｍ以上であり、支持棒の外径と開口筒の内径の差は、０．２ｍｍ以上となるように設定する。
【００１６】
好ましくは、開口筒がニッケル基耐熱合金である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の光ファイバ線引き方法を実現するための一実施形態である線引炉の縦断面図、図２は開口筒近傍を拡大して示す要部縦断面図、図３は開口筒の内径と支持棒との隙間を示す図２のＩＩＩ矢視図、図４は開口筒の斜視図、図５は短い光ファイバ母材がセットされた状態を示す線引炉の縦断面図、図６は“開口筒と光ファイバ母材を支持する支持棒との隙間の面積”と光ファイバ線径変動との関係を示すグラフである。
【００１８】
先ず、本発明の実施形態に係る光ファイバ線引き方法を実施するための線引き炉の概要を説明する。
図１及び図２に示すように、線引炉１は、炉心管４の外周に断熱材２を内張りした、例えばステンレス鋼製の炉体３が配設されてなる。炉体３の内部には、断熱材２で外周及び上下が囲まれた円筒状のヒータ５が配置されている。炉心管４の上端には、母材導入筒６が接続されており、母材導入筒６の内周面には、内側に突出する縮径部６ａが設けられ、更に上端には、上方に開放される開放口６ｂが設けられている。縮径部６ａの下方には、不活性ガスを線引炉１内に供給するガス供給管６ｃが接続されており、ガス供給管からヘリウムガスや窒素ガス等の不活性ガスを線引炉１内に供給するようになっている。開口部１０ａを有する上蓋１０は、縮径部６ａの上に載った状態で配置されている。更に、上蓋１０の開口部１０ａより狭い開口１１ａを有する開口筒１１が、開口部１０ａ上にて開口部１０ａを覆った状態で載置されている。
【００１９】
つまり、支持棒８により上端が固定された光ファイバ母材９は、支持棒８が開口筒１１に形成された開口１１ａ及び上蓋１０の開口部１０ａを相通し、母材導入筒６の開放口６ｂから挿入されて吊り下げられた状態で保持されている。具体的には、支持棒８に上蓋１０及び開口筒１１が予め差し込まれた光ファイバ母材９を、開放口６ｂから挿入して下降させると、上蓋１０が縮径部６ａに当接する。
【００２０】
更に光ファイバ母材９を下降させることによって、上蓋１０は上面に開口筒１１を載せた状態で縮径部６ａ上に載置される。上蓋１０の開口部１０ａの大きさは、線引きされる光ファイバ２０が線引炉１の中心に位置するように光ファイバ母材９を半径方向に移動させても、支持棒８と接触することのない程度の大きさとなっている。また、上蓋１０上には、開口部１０ａより大きな外径Ｄとされた気密板１１ｂを底部に備える開口筒１１が載っている（図４参照）。従って、線引炉１の上部は、縮径部６ａに載置された上蓋１０と開口筒１１とによって塞がれた状態となっている。
なお、ここでは、支持棒８に上蓋１０が予め差し込まれた光ファイバ母材９を使用する形態に限られるものではなく、上蓋１０の開口部１０ａが光ファイバ母材９の通過を許容する大きさとされることによって、開口筒１１のみが予め差し込まれた光ファイバ母材９を使用する形態であっても良い。この場合、上蓋１０は、例えば、予め、縮径部６ａ上に載置される。
【００２１】
図３及び図４に示すように、開口筒１１は、ニッケル基耐熱合金等の耐熱素材をつば付き円筒形状に形成してなる。ここでは、開口筒１１の一端に設けられたつばが、気密板１１ｂを形成している。この気密板１１ｂによれば、開口筒１１と上蓋１０とのある程度の気密性を確保できる上、開口筒１１の光ファイバ母材９に対する傾斜を抑制できる。開口筒１１の開口１１ａの内径ｄ１は、用いられる支持棒８の外径ｄ２より、わずかに（０．３ｍｍ程度）大きく明けられており、支持棒８が相通できる大きさとなっている。また、上蓋１０も、例えばニッケル基耐熱合金、ガラス円板等の耐熱性素材から形成されている。
【００２２】
開口筒１１及び上蓋１０を耐熱素材で形成するのは、図１に示すように、大型又は長尺の光ファイバ母材９を線引炉１にセットして線引きすると、光ファイバ母材９の肩部９ａが上蓋１０の近傍に位置し、光ファイバ母材９からの放射熱によって、開口筒１１及び上蓋１０を含む線引炉１の上方空間が、例えば８００℃程度の高温になる場合があるからである。
開口筒１１に用いられるニッケル基耐熱合金としては、例えばモネル合金と呼ばれるＮｉ−Ｃｕ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、インコネル６００等に代表されるＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、ハステロイと呼ばれるＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金等を挙げることができる。いずれも、高温時における酸化、腐食に対する安定性、クリープや熱疲労に対して大きな強度を有している。
【００２３】
次に、開口筒１１の各部寸法の好適値を決めるための線引炉１による線引試験について説明する。線引炉１は、線引炉上端部に予熱炉（図示せず）を有し、光ファイバ母材９の上端部及び支持棒８を予熱して線引炉１内の不活性ガスの温度を均一にし、光ファイバ線径変動の原因となる不活性ガス流の乱れを抑制するようにしたものである。ガス供給管６ｃから不活性ガスとしてヘリウムガスを吹き込み、ヘリウムガスの流れを、主として上方から下方に向かうように流す。
【００２４】
図５に示すように、短い光ファイバ母材９を線引きしたとき、或いは、光ファイバ母材９の線引きが進行して光ファイバ母材９が短くなったとき、光ファイバ母材９の肩部９ａより上方の空間領域１２が広くなって、空間領域１２の圧力が低下する傾向があり、これによって外気の巻込みが変化する場合がある。これにより、空間領域１２の温度が下がって不活性ガスの温度が不均一となり、不活性ガスの流れに乱れが生じて、結果として線引きされた光ファイバ２０の線径変動の一因となる虞れがある。
【００２５】
よって、本線引試験においては、空間領域１２の圧力を検出するために、線引炉１の上部に圧力センサ（図示せず）を配置し、線引炉１内の圧力を監視する。なお、測定されたデータは、１Ｈｚ又は０．１Ｈｚのローパスフィルタや適当なバンドパスフィルタを用いて高周波の不要成分をカットし、更に、０．０２Ｈｚ程度のハイパスフィルタを用いることにより得られる。
開口筒１１（気密板１１ｂの外径Ｄ：１００ｍｍ，筒面の高さＨ：１０ｍｍ，気密板１１ｂの厚さ：５ｍｍ，インコネル製）の開口１１ａの大きさを種々に変更して支持棒８との間の面積（以下、クリアランス面積という）Ｓを変化させると共に、線引炉１内の圧力も変化させて線引きを行う場合における、光ファイバ２０の線径変動の測定結果を図６に示す。なお、支持棒８は、直径４０ｍｍの石英ガラスである。
【００２６】
図６に示すように、線引炉内圧力が１．２気圧以上であると、クリアランス面積Ｓが増加しても、光ファイバ２０の線径変動は、それ程増加しない。しかし、線引炉内圧力が１．１気圧になると、クリアランス面積Ｓの増加に伴う光ファイバ２０の線径変動の増加が著しくなる。線引炉内圧力１．１気圧までに下がっても光ファイバ２０の線径変動の許容上限値を１μｍ（光ファイバとして許容できる線径変動値）とするには、図６からクリアランス面積Ｓを３９．０ｍｍ^２以下とすれば良いことが分かる。
【００２７】
このようにクリアランス面積Ｓを３９．０ｍｍ^２以下とすることにより、簡単な機構で開口筒１１と支持棒８との隙間から流入する外気を抑制でき、線引炉１内の温度分布を均一にして不活性ガスの流れの乱れを抑制できるので、線径変動の少ない光ファイバを線引きすることができる。また、開口筒と支持棒とをシールゴムを用いずに効果的に封止できるので、開口筒近傍が高温となっても安定した封止機能が得られる。
【００２８】
一方、クリアランス面積Ｓが３２．０ｍｍ^２の開口筒１１による試験中、光ファイバ母材９を母材導入筒６に挿入するとき、直径４０ｍｍの石英ガラス製の支持棒８が、開口筒１１の開口１１ａに噛み込んで折れる現象が発生した。これは、支持棒８の外径ｄ２と開口筒１１の開口１１ａの内径ｄ１との隙間Ｃが狭くなりすぎることにより、開口筒１１や支持棒８のわずかな傾斜や半径方向へのわずかな振動によって、開口筒１１の上面エッジが支持棒８に噛み込むことが原因と推定される。
【００２９】
開口筒１１（内周面の高さＨ：１０ｍｍ）の開口１１ａの内径ｄ１を変更し、支持棒８と開口筒１１との隙間Ｃを種々変化させる場合における噛込試験の結果を表１に示す。ここで、噛込試験は、外径４０ｍｍの支持棒８を開口筒１１の開口１１ａに挿入し、手動で支持棒８を軸方向（図２において上下方向）に１０回往復させたときの噛込回数を計数することにより行う。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１から分かるように、支持棒８の外径ｄ２と開口筒１１の開口１１ａの内径ｄ１との径差が０．２ｍｍ以下においては１０回中３回以上の噛込みが発生するのに対して、径差を０．３ｍｍ以上とすると、噛込みの発生は認められない。従って、径差を０．２ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上とすれば、噛込み現象の発生を抑制できることが分かる。そこで、径差を０．２ｍｍとし、開口筒１１の高さＨを次第に高くする場合における、上記噛込試験の結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
表２から分かるように、開口筒１１の高さＨが１１ｍｍ以下では、１０回中１回以上の噛込み現象が発生するが、１２ｍｍ以上の高さＨでは、噛込み現象の発生は認められない。従って、余裕を持たせて開口筒１１の高さＨを１３ｍｍ以上、支持棒８の外径ｄ２と開口筒１１の開口１１ａの内径ｄ１との径差を０．３ｍｍ以上とすることによって、支持棒８の噛込み現象をほぼ完全に抑制することができることが分かる。
【００３４】
以上のように、開口筒１１の内径ｄ１と支持棒８の外径ｄ２との差を０．２ｍｍ以上、開口筒１１の高さＨを１３ｍｍ以上とすることによって、開口筒１１の内部に入れられた支持棒８を軸方向（上下方向）に移動させても、噛込み現象の発生を確実に抑制できる。これにより、必要に応じて支持棒を所望の位置になめらかに移動させやすく、線径変動の小さな光ファイバをより安定して製造できる。
【００３５】
また、ニッケル基耐熱合金の一種であるインコネル６００とステンレス鋼（ＳＵＳ３２１）を用いて同一形状の開口筒１１を作成し、前述の線引炉１内に装着してそれぞれ２週間稼動させると、インコネル６００製開口筒１１では、酸化が見られず、表面に金属光沢が残っているのに対して、ステンレス鋼製開口筒１１では、表面が酸化して黒色に変色して劣化することを確認できる。従って、開口筒１１の材質としては、耐食性の高いニッケル基耐熱合金を用いることが望ましい。これによって、光ファイバ母材９の大型化、長尺化に伴って開口筒１１に作用する熱負荷が増大しても、開口筒１１の熱による劣化が防止され、長期間にわたって安定して、大型化や長尺化された光ファイバ母材９の線引きが可能となる。
【００３６】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、線径変動の小さな光ファイバを安定して製造できる光ファイバ線引き方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ線引き方法を実現するための線引炉の一実施形態の縦断面図である。
【図２】開口筒近傍を拡大して示す要部縦断面図である。
【図３】開口筒の内径と支持棒の外径との隙間を示す図２のＩＩＩ矢視図である。
【図４】開口筒の斜視図である。
【図５】短い光ファイバ母材をセットした、あるいは、線引きが進行して、線引炉上方の空間領域が広くなった状態を示す線引炉の縦断面図である。
【図６】クリアランス面積と光ファイバ線径変動との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１線引炉
８支持棒
９光ファイバ母材
１１開口筒
ｄ１開口筒の内径
ｄ２支持棒の外径
Ｈ開口筒の高さ
Ｓ開口筒と支持棒とのクリアランス面積

Claims

開口部を有する上蓋と、前記開口部より狭い開口を有し、前記開口部上に開口部を覆った状態で載置される開口筒とを有する線引炉を用い、前記開口筒と光ファイバ母材を支持する支持棒との隙間の面積を、３９．０ｍｍ^２以下となるように設定し、前記光ファイバ母材から光ファイバを線引きする光ファイバ線引き方法。
前記開口筒の高さが１３ｍｍ以上であり、前記支持棒の外径と前記開口筒の内径の差は、０．２ｍｍ以上となるように設定する請求項１に記載の光ファイバ線引き方法。
前記開口筒がニッケル基耐熱合金である請求項１または２に記載の光ファイバ線引き方法。