JP2005206443A - 光ファイバ線引き装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉内に外気が侵入することが抑えられ、かつ構造が簡単で安価な光ファイバの線引き炉を提供する。
【解決手段】 本発明は、光ファイバ母材４の少なくとも先端部４１を収容する筒状の炉心管２１と、前記光ファイバ母材４の先端部４１を加熱溶融する熱源２２を備えた光ファイバ線引き装置において、前記炉心管２１上に、前記炉心管２１に連通された孔部３１を有するシール部３を備え、前記シール部３の孔径と前記光ファイバ母材４の直径（φ）との差が６ｍｍ以下である構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバ母材を溶融、線引きして光ファイバを得るための光ファイバ線引き装置に関するものである。

光ファイバの線引き炉として、図１０に示されたように、鉛直方向に直立した炉心管（炉本体）４１１を備えた線引室４１２と、この線引室４１２と開閉自在なシャッター４１３を介して連通された収納室４１４とから構成された炉４０１が提案されている（特許文献１御参照。）。
前記収納室４１４には鉛直方向に貫通孔４１４ａが設けられており、この貫通孔４１４ａを介して、光ファイバ母材４０２を保持した状態の支持棒４０３が線引室４１２内部に挿通できるようになっている。

前記線引き炉４０１を用いて光ファイバ４０４を線引きする場合、まずシャッター４１３を閉じて線引室４１２を密封状態とし、炉本体４１１内のガス噴出口４１５から窒素ガスを供給し線引室４１２内を窒素ガス雰囲気とする。
また、支持棒４０３に吊り下げられた光ファイバ母材４０２を下降させ、光ファイバ母材４０２を収納室４１４に収納し、収納室４１４内のガス噴出口４１５から窒素ガスを供給しながら、排出口４１６から不要の酸素等を排出し、収納室４１４内を高濃度の窒素ガス雰囲気とする。
そして、シャッター４１３を開けて線引室４１２と収納室４１４とを連通した後、光ファイバ母材４０２を下降して線引室４１２に挿入し、次いで支持棒４０３の蓋部４３１によって線引室４１２の入り口側開口部４１２ａを塞ぐ。この状態で、ヒータ４１７により光ファイバ母材４０２の先端部４２１を加熱溶融して線引し、光ファイバ４０４を製造する。

前記線引き炉４０１では、線引室４１２と収納室４１４が設けられたことによって、線引室４１２と、光ファイバ母材４０２が収納された収納室４１４とにそれぞれ窒素ガスを供給して、光ファイバ母材４０２と線引室４１２とを個別に清浄化でき、光ファイバ母材４０２を線引室４１２に導入する際の線引室４１２内の酸素濃度を大幅に低減できる。
特開平６−１９９５３６号公報

前記した特許文献１にて開示された線引き炉４０１では、線引室４１２内の酸素濃度の上昇を抑制できるが、線引室４１２上に収納室４１４が設けられており、線引炉４０１が大型化し、設備コストが高価となってしまう。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、炉内に外気が侵入することが抑えられ、かつ構造が簡単で安価な光ファイバの線引き炉を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る第一の光ファイバ線引き装置は、光ファイバ母材を収容する炉心管と、この炉心管に収容された光ファイバ母材を加熱溶融する熱源を備えた光ファイバ線引き装置において、前記炉心管上に、前記炉心管に連通された孔部を有し前記炉心管内への外気の流入を阻止するシール部を備え、前記シール部の孔径と前記光ファイバ母材の直径との差が６ｍｍ以下であることを特徴としている。
これにより、光ファイバ母材とシール部間の隙間から外気が炉心管内に侵入することを抑制できる。また、炉心管上にシール部を備えた構成であるため、従来の線引室と開閉自在なシャッターを介して連通された収納室を備えた装置に比べて簡単な構造とすることができる。

かかる第一の光ファイバ線引き装置の構成において、前記シール部の厚さ（ｄ）と前記光ファイバ母材の半径（φ／２）とが、関係式ｄ≧φ／２を満たすことを特徴としている。
これにより、リング厚さ（ｄ）が厚く外気の侵入経路長さを十分に長くでき、光ファイバ母材とシール部間の隙間から外気が炉心管内に侵入することを更に抑制できる。

本発明に係る第二の光ファイバ線引き装置は、光ファイバ母材を収容する炉心管と、この炉心管に収容された光ファイバ母材を加熱溶融する熱源を備えた光ファイバ線引き装置において、前記炉心管上に、複数のシールリングが積層され前記炉心管内への外気の流入を阻止するリング積層体を備え、前記リング積層体の積層高さ（ｄ_ｔ）と前記光ファイバ母材の半径（φ／２）とが、関係式ｄ_ｔ≧（φ／２）／２を満たし、かつ各シールリング間の間隔（ｓ）と前記シールリングの厚さ（ｄ）とが、関係式ｓ≧２ｄを満たすことを特徴としている。
これにより、シールリング間がガス溜りとして機能し、炉心管への外気の流れを抑制できる。特に、関係式ｄ_ｔ≧（φ／２）／２を満たすことによって、光ファイバ母材とリング積層体間の隙間において、外気の侵入経路長さを十分に長くすることができる。また、関係式ｓ≧２ｄを満たすことによって、ガス溜りとなるシールリング間を大きくとることができる。以上により、外気が炉心管内に侵入することを大幅に抑制できる。

本発明に係る第三の光ファイバ線引き装置は、光ファイバ母材を収容する炉心管と、この炉心管に収容された光ファイバ母材を加熱溶融する熱源を備えた光ファイバ線引き装置において、前記炉心管上に、前記炉心管に連通された孔部を有し前記炉心管内への外気の流入を阻止するシール部を備え、前記シール部の孔部内面に、ガス吹き出し口を備え、光ファイバの線引き方向に対して順方向又は逆方向に向かってガスが流れるようになっていることを特徴としている。

本発明に係る第四の光ファイバ線引き装置は、光ファイバ母材を収容する炉心管と、この炉心管に収容された光ファイバ母材を加熱溶融する熱源を備えた光ファイバ線引き装置において、前記炉心管上に、複数のシールリングが積層され前記炉心管内への外気の流入を阻止するリング積層体を備え、前記リング積層体の内面に、ガス吹き出し口を備え、光ファイバの線引き方向に対して順方向又は逆方向に向かってガスが流れるようになっていることを特徴としている。
第三及び第四の光ファイバ線引き装置では、ガスの流れによって外気の炉心管への侵入を抑制できる。

かかる第三及び第四の光ファイバ線引き装置の構成において、前記炉心管内の圧力が外気の圧力に対して陽圧状態となるように、前記ガス吹き出し口から前記炉心管内へガスが供給されるようになっていることを特徴としている。
これにより、外気が炉心管内に侵入することを大幅に抑制でき、炉心管内の酸素濃度を低く抑えることができる。

かかる第一乃至第四の光ファイバ線引き装置の構成において、前記熱源が高周波誘導コイルであることを特徴としている。
これにより、高周波誘導コイルに供給する電流の周波数等を調整することによって温度調整等を精度良く行うことができ、また急速加熱が容易なため、優れた制御性で光ファイバを線引きできる。

本発明の光ファイバ線引き装置によると、光ファイバ母材と、シール部又はリング積層体との間の隙間から外気が炉心管内に侵入することを抑制でき、光ファイバの線引き中の炉心管内の酸素等の不純物濃度を低減できる。更に従来のように蓋部や収容室が備えられておらず、簡単で安価な構造とすることができる。

以下、本発明を実施した光ファイバ線引き装置、光ファイバの線引き方法について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第一の光ファイバ線引き装置１の一例を示す概略構成図である。この光ファイバ線引き装置１は、炉心管２１と熱源２２とが少なくとも備えられた線引き炉本体２と、前記炉心管２１の上端２１ａに備えられたシール部３とから概略構成されている。
前記炉心管２１は、カーボン等の耐熱性に優れた材質から構成されている。

前記炉心管２１は、その長手方向が鉛直方向に向いた状態で配置され、上端２１ａには入り口側開口部２１ｂが設けられている。この入り口側開口部２１ｂの開口径は、光ファイバ母材４の直径（φ）よりも大きく、光ファイバ母材４を入り口開口部２１ｂより炉心管２１内に導入できるようになっている。
また、炉心管２１の下端２１ｃには、線引きされた光ファイバ５を炉心管２１外に引き出すための開口部２１ｄが設けられている。

炉心管２１の外周には熱源２２が取り付けられており、炉心管２１内に吊り下げられた光ファイバ母材４の先端部４１を加熱溶融させることができるようになっている。
前記熱源２２としては、抵抗線（ヒータ線）を有するヒータや高周波誘導コイル等が挙げられる。
また、炉心管２１の外周面を覆うように断熱材２３が設けられている。この断熱材２３の上面には補強用の板材２４が備えられ、この板材２４上にシール部３が備えられている。
炉心管２１の下端側には、炉心管２１内部の酸素濃度を測定するための酸素濃度計２５が備えられている。
なお、炉心管２１には、その内部に不活性ガスを供給するためのガス供給手段が備えられていても構わない。

次に、本実施形態の要旨となるシール部３について詳細に説明する。
炉心管２１の上端２１ａ（板材２４上）に設けられたシール部３は、孔部３１を有する環状体や筒体であり、例えば、カーボン，石英ガラス等の耐熱性や強度に優れた材質から構成された円環状のシールリングや上部延長管等が挙げられる。前記カーボン，石英ガラス等の材質は、安価でかつ加工性に優れるため、安価にシール部３を形成できる。
一例として図１に示された光ファイバ線引き装置では、シール部３として、カーボン，石英ガラス等から構成された円環状のシールリング３ａが備えられている。前記シールリング３ａは、その孔部（以下、リング穴とも言う。）３１と炉心管２１の入り口側開口部２１ｂとが連通するように配置されている。

光ファイバ母材４を、その先端部４１が熱源２２近傍にくるように炉心管２１内に導入した際、光ファイバ母材４が入り口側開口部２１ｂから突出するように、筒状の炉心管２１の長手方向の長さ、熱源２２の上下方向の配置位置等が予め調整されている。
また、シールリング３ａのリング穴３１の穴径、すなわちシールリング３ａの内径は、光ファイバ母材４の直径（φ）よりも大きく、光ファイバ母材４を、リング穴３１を通して入り口側開口部２１ｂから炉心管２１内に導入できるようになっている。
このため、光ファイバ母材４を炉心管２１内に導入すると、光ファイバ母材４は、その側面４２がシールリング３ａの内周面３１ａに空間（隙間）６を介して添った状態となる。
前記シールリング３ａの内径や厚さ（ｄ）等の寸法を調整することによって、光ファイバ母材４の側面４２とシールリング３ａの内周面３１ａとの間の隙間６の大きさを調整でき、この隙間６から外気が炉心管２１内に侵入することを抑制できる。
なお、光ファイバ母材４の側面４２の一部がシールリング３ａの内周面３１ａに接触していても構わない。

シールリング３ａの内周径は、この内周径と、光ファイバ母材４の直径（φ）との差（以下、隙間間隔（クリアランス）とも言う。）が６ｍｍ以下となる大きさである。
図２は、炉心管２１内の酸素濃度と、シールリング３ａの内周径と光ファイバ母材４の直径（φ）との差（クリアランス）との関係の一例を示す図である。
ここで、図２では、光ファイバ母材４を炉心管２１内に導入し、光ファイバ母材４の側面４２が空間（隙間）６を介してシールリング３ａの内周面３１ａに添った状態とし、この状態で炉心管２１内にＨｅガスを供給しながら光ファイバ母材４を線引きした際の炉心管２１内の酸素濃度を示している。

光ファイバ母材４の直径（φ）に関わらず、クリアランスが６ｍｍ以下のとき炉心管２１内の酸素濃度は０ｐｐｍとなる。
このため、シールリング３ａと、光ファイバ母材４とのクリアランスが６ｍｍ以下となるように、予めシールリング３ａの内周径を定めておくことによって、光ファイバ母材４の側面４２とシールリング３ａの内周面３１ａとの間の隙間６から外気が炉心管２１内に侵入することを抑制でき、炉心管２１内の酸素濃度を０ｐｐｍとすることができる。

図３は、炉心管２１内の酸素濃度と、シールリング３ａの厚さ（ｄ）と光ファイバ母材４の半径（φ／２）との差（ｄ−（φ／２））との関係の一例を示す図である。
ここで、図３では、図２と同様にして光ファイバ母材４を線引きした際の炉心管２１内の酸素濃度を示している。
シールリング３ａの厚さ（ｄ）と光ファイバ母材４の半径（φ／２）との差（ｄ−（φ／２））が０ｍｍ以上のとき、シールリング３ａと光ファイバ母材４とのクリアランスや光ファイバ母材４の直径（φ）に関わらず、炉心管２１内の酸素濃度は０ｐｐｍとなる。

以上により、シールリング３ａの厚さ（ｄ）は、炉心管２１に導入する光ファイバ母材４の半径（φ／２）以上が好ましく、これにより、炉心管２１から突出した光ファイバ母材４の側面４２と、シールリング３ａの内周面３１ａとの間の隙間６において、外気の侵入経路長さを十分に長くすることができ、外気が炉心管２１内に侵入することを大幅に抑制できる。これにより図３に示されたように、炉心管２１内の酸素濃度を０ｐｐｍとすることができる。
シールリング３ａの厚さ（ｄ）が、炉心管２１に導入する光ファイバ母材４の半径（φ／２）よりも薄い場合、外気の侵入経路長さが短く、隙間６からの外気の侵入量が多くなり、炉心管２１内の酸素濃度が高くなってしまうため好ましくない。

このように、シールリング等のシール部３によって炉心管２１内への外気の侵入を抑制でき、かつ従来のように線引室上に収納室を設ける必要がなく、光ファイバ線引き装置１の装置構成を簡単な構成とすることができる。

また、本実施形態では、シールリング３ａは、その外径方向（図１中矢印方向）に移動可能に、炉心管２１の上端２１ａに設けられている。このため、光ファイバ母材４を、シールリング３ａのリング穴３１を通して炉心管２１の入り口側開口部２１ｂから炉心管２１に導入する際、光ファイバ母材４の中心軸が、シールリング３ａの外周径方向に移動しても、光ファイバ母材４とシールリング３ａとが接触しないように、シールリング３ａをその外径方向に移動させて、光ファイバ母材４とシールリング３ａとのクリアランスが許容範囲内となるようにすることができる。

なお、本実施形態の光ファイバ線引き装置１では、熱源２２として抵抗線（ヒータ線）を有するヒータが備えられているが、熱源２２としては高周波誘導コイル２２ａも用いられる。
図４は、炉心管に熱源２２として高周波誘導コイル２２ａが備えられた光ファイバ線引き装置１１の一例を示す概略構成図である。高周波誘導コイル２２ａには、交流電源が接続され、高周波の交流電流が供給されるようになっている。
高周波誘導コイル２２ａから高周波を発生させることによって導電性のカーボンからなる炉心管が誘導加熱され、この熱によって光ファイバ母材４の先端部４１を加熱溶融できる。
熱源２２として高周波誘導コイル２２ａが設けられたことによって、この高周波誘導コイル２２ａに供給する電流の周波数等を調整することによって温度調整等を精度良く行うことができ、また急速加熱が容易なため、優れた制御性で光ファイバ母材４を線引きできる。

次に、本発明の第一の光ファイバ線引き装置１を用いて光ファイバ５を線引きする方法について説明する。
まず、炉心管２１内に、ヘリウムガス、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスをガス供給手段（図示省略）によって供給し、炉心管２１内を不活性ガス雰囲気とする。
次に、支持棒先端に光ファイバ母材４を固定し、この支持棒に吊り下げられた状態の光ファイバ母材４を降下させて、光ファイバ母材４を、リング穴３１を通して炉心管２１の入り口側開口部２１ｂから炉心管２１内に導入する。
そして、光ファイバ母材４を、その先端部４１が熱源２２近傍にくる位置で固定する。このとき、光ファイバ母材４が、入り口側開口部２１ｂから突出し空間（隙間）６を介してシールリング３ａの内周面３１ａに添った状態となる。
この状態の光ファイバ母材４の先端部４１を熱源２２によって加熱溶融し、線引きする。

前述した光ファイバ線引き装置１を用いたことによって、炉心管２１内への外気の侵入を抑制でき、炉心管２１内の酸素濃度を低減した状態で、光ファイバ母材４の溶融、線引きが可能となる。このため、炉心管２１内の酸素によって生じる光ファイバ５の劣化（酸化）や、ガラス強度の低下、また不純物の混入等を低減できる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第二の光ファイバ線引き装置について説明する。
図５は、本発明の第二の光ファイバ線引き装置の要部の一例を示す概略構成図である。この光ファイバ線引き装置（装置の要部）は、炉心管１２１の上端１２１ａに設けられたシール部１０３近傍であり、図１中、２点鎖線αによって囲まれた部分に相当する。
本実施形態の光ファイバ線引き装置が、第１の実施形態と異なる点は、シールリング３ａの代わりに、リング積層体１０３が備えられている点である。
第１の実施形態と同様に、光ファイバ母材１０４の先端部を炉心管１２１内に導入すると、光ファイバ母材１０４が、入り口側開口部１２１ｂから突出し空間（隙間）１０６を介してリング積層体１０３の孔部内面に添った状態となるようになっている。
また他の構成は、第１の実施形態と同様であるため詳細の説明を省略する。

図５に示されたリング積層体１０３は、複数のシールリング１０３ａが、複数のリング固定部１０３ｃによって、交互に積層されたものである。それぞれのシールリング１０３ａは、前記リング固定部１０３ｃの厚さ分、リング厚さ方向に離間した状態にある。
前記リング固定部１０３ｃは、シールリング１０３ａと同様にカーボンや石英ガラス等から構成された円環状や柱状等のものであり、耐熱性に優れ、かつシールリング１０３ａを支持できる強度を有する。

また、リング積層体１０３の孔部１３１の内面において、シールリング１０３ａの内周面が凸部となり、このシールリング１０３ａ間が凹部１０３ｄとなるように、リング固定部１０３ｃの大きさ（シールリングの直径方向の大きさ）や配置位置が定められている。
光ファイバ母材１０４の先端部を炉心管１２１内に導入した際、光ファイバ母材１０４の側面１４２と、リング積層体１０３の孔部内面とのクリアランスは、シールリング１０３ａの内面において最小となり、リング固定部１０３の側面（凹部１０３ｄ）において最大となる。
外気がリング積層体１０３の孔部１３１内を炉心管１２１に向かって流れると、外気の一部は光ファイバ母材１０４に向かって突出したシールリング１０３ａに当たり、シールリング１０３ａ間の凹部１０３ｄにて滞留することになる。このようにリング積層体１０３のシールリング１０３ａ間の凹部１０３ｄがガス溜りとして機能し、炉心管１２１への外気の流れを抑制できる。

それぞれのシールリング１０３ａ間の間隔（ｓ）と、シールリング１０３ａの厚さ（ｄ）とは、関係式ｓ≧２ｄを満たす大きさである。これにより、ガス溜りとなるシールリング１０３ａ間の凹部１０３ｄを大きくとることができ、隙間１０６から外気が炉心管１２１内に侵入することを大幅に抑制できる。
前記シールリング１０３ａの厚さ（ｄ）は、０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下が好ましく、これによりリング積層体１０３において、シールリング１０３ａの容積を抑え、ガス溜りとなるシールリング１０３ａ間の凹部１０３ｄを大きくとることができる。このため、隙間１０６から外気が炉心管１２１内に侵入することを抑制でき、かつ装置の小型化が可能となる。
シールリング１０３ａの厚さ（ｄ）が０．５ｍｍ未満の場合、シールリング１０３ａの強度が弱く、運転中に脱落する等の不具合が発生しやすいため好ましくない。また、シールリング１０３ａの厚さ（ｄ）が２ｍｍよりも厚い場合、リング積層体１０３が大型化してしまうため好ましくない。

また、リング積層体１０３の積層高さ（ｄ_ｔ）は、この積層高さ（ｄ_ｔ）と、光ファイバ母材の半径（φ／２）とが関係式ｄ_ｔ≧（φ／２）／２を満たす大きさである。
図６は、炉心管１２１内の酸素濃度と、リング積層体１０３の積層厚さ（ｄ_ｔ）と光ファイバ母材１０４の半径（φ／２）との差（ｄ_ｔ−（φ／２））との関係の一例を示す図である。
ここで、図６では、厚さ（ｄ）が１ｍｍであり、光ファイバ母材１０４とのクリアランスが２ｍｍのシールリング１０３ａが積層されたリング積層体１０３を備えた光ファイバ線引き装置を用い、図２と図３と同様に、光ファイバ母材１０４を加熱溶融して線引きした際の炉心管１２１内の酸素濃度の測定結果を示している。

直径（φ）が４０ｍｍの光ファイバ母材１０４を用いた場合、{ｄ_ｔ−（φ／２）}が−１０ｍｍ以上のとき、炉心管１２１内の酸素濃度は０ｐｐｍとなり、また直径（φ）が８０ｍｍの光ファイバ母材１０４を用いた場合、{ｄ_ｔ−（φ／２）}が−２０ｍｍ以上のとき、炉心管１２１内の酸素濃度は０ｐｐｍとなる。
また、直径（φ）が１００ｍｍの光ファイバ母材１０４を用いた場合、{ｄ_ｔ−（φ／２）}が−２５ｍｍ以上のとき、炉心管１２１内の酸素濃度は０ｐｐｍとなる。
このため、光ファイバ母材１０４の直径（φ）に関わらず、リング積層体１０３の積層厚さ（ｄ_ｔ）が光ファイバ母材１０４の半径（φ／２）の１／２倍以上の厚さのとき、炉心管１２１内の酸素濃度は０ｐｐｍとなる。

リング積層体１０３の積層高さ（ｄ_ｔ）と、光ファイバ母材１０４の半径（φ／２）とが関係式ｄ_ｔ≧（φ／２）／２を満たすことによって、外気の侵入経路長さを十分に長くすることができ、外気が炉心管１２１内に侵入することを大幅に抑制できる。これにより図６に示されたように、炉心管１２１内の酸素濃度を０ｐｐｍとすることができる。

図７は、炉心管１２１内の酸素濃度と、光ファイバ母材１０４の直径（φ）の変動率との関係の一例を示す図である。図７では、図２，図３，図６と同様にして、光ファイバ母材１０４を線引きした際の炉心管１２１内の酸素濃度の測定結果を示している。
ここで、光ファイバ母材１０４の直径（φ）の変動率とは、光ファイバ母材１０４の長手方向において、直径（φ）の平均値に対する変化量の最大値であり、変動率が大きいほど長手方向に対して直径（φ）のばらつきが大きいことになる。

本実施形態の光ファイバ線引き装置によると、図７に示されたように、光ファイバ母材１０４の直径（φ）の変動率が３％以下の光ファイバ母材１０４を、炉心管１２１内の酸素濃度が０ｐｐｍの状態で、溶融、線引きできる。
直径（φ）の変動率が３％よりも大きい光ファイバ母材１０４を溶融、線引きする場合、この光ファイバ母材１０４を炉心管１２１内に導入すると、光ファイバ母材１０４とリング積層体１０３とのクリアランスのばらつきが大きく、炉心管１２１への外気の侵入を抑制できず、炉心管１２１内の酸素濃度が高くなってしまう。

また、リング積層体１０３は、第１の実施形態と同様に、その外径方向（図１中矢印方向）に移動可能に、炉心管１２１の上端１２１ａに設けられている。このため、光ファイバ母材１０４を炉心管１２１に導入する際、光ファイバ母材１０４とリング積層体１０３とが接触しないようにリング積層体１０３をその外径方向に移動させて、光ファイバ母材１０４とリング積層体１０３とのクリアランスが許容範囲内となるようにすることができる。

なお、本実施形態では、リング積層体１０３において、シールリング１０３ａ間の凹部１０３ｄ、すなわちリング固定部１０３ｃの内周面に、ガス吹き出し口が備えられていても構わない。ガス吹き出し口から不活性ガスを供給することによって、不活性ガスが光ファイバ母材１０４の側面１４２に当たり、この側面１４２とシールリング１０３ａ間の隙間１０６を流れることになる。この不活性ガスの流れによって、炉心管１２１への外気の流れを更に抑制でき、外気の侵入による炉心管１２１内の酸素濃度の上昇を更に抑えることができる。

次に、本発明の第二の光ファイバ線引き装置を用いて光ファイバを線引きする方法について説明する。
第二の光ファイバ線引き装置を用いる以外は、第一の実施形態と同様にして、光ファイバ母材１０４を、その先端部１４１が熱源近傍にくるように炉心管１２１内に導入し、光ファイバ母材１０４が、入り口側開口部１２１ｂから突出し空間（隙間）６を介してリング積層体の内周面３１ａに添った状態となるようにする。
この状態の光ファイバ母材１０４の先端部１４１を熱源によって加熱溶融し、線引きする。

前述した第二の光ファイバ線引き装置を用いたことによって、リング積層体１０３のシールリング１０３ａ間の凹部１０３ｄがガス溜りとして機能し、炉心管１２１への外気の流れを抑制できる。このため、炉心管１２１内の酸素濃度を低減した状態で、光ファイバ母材１０４の溶融、線引きが可能となる。

［第３の実施形態］
図８は、本発明の第三の光ファイバ線引き装置の要部の一例を示す概略構成図である。この光ファイバ線引き装置（装置の要部）は、炉心管２２１の上端２２１ａに設けられたシール部２０３近傍であり、図１中、２点鎖線αによって囲まれた部分に相当する。
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、シール部２０３の孔部２３１の内周面２３１ａにガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂが備えられ、孔部２３１内において光ファイバの線引き方向に対して順方向と逆方向に向かってガスが流れるようになっている点である。
他の構成は、第１の実施形態と同様であるため詳細の説明を省略する。

本実施形態では、前記シール部２０３として、上部延長管（以下、シール部と同じ符号２０３を付す。）が備えられている。この上部延長管２０３は、カーボン，石英ガラス等から構成された管体である。この上部延長管２０３は、その孔部（貫通孔）２３１が、炉心管２２１の入り口側開口部２２１ｂと連通するように、炉心管２２１の上端２２１ａに備えられている。
上部延長管２０３の内周面２３１ａには、光ファイバ母材２０４の線引き方向に対して順方向にガスを吹き出すガス吹き出し口２３２ａと、逆方向にガスを吹き出すガス吹き出し口２３２ｂとが設けられている。
ここで、図中、光ファイバ母材２０４の線引き方向とは、光ファイバ母材２０４の中心軸の紙面上、上下方向の上側から下側に向かう方向である。
前記した順方向にガスを吹き出すガス吹き出し口２３２ａと、逆方向にガスを吹き出すガス吹き出し口２３２ｂとは、それぞれ光ファイバ母材２０４の中心軸に対して対称となる位置に複数、上部延長管２０３の内周面２３１ａに備えられている。

ガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂは、炉心管２２１から突出した光ファイバ母材２０４の側面２４２に向かって開口している。
光ファイバ母材２０４の線引き方向に対して順方向にガスを吹き出すガス吹き出し口２３２ａには、ガス供給用配管２３３ａが、その配管２３３ａの長手方向が光ファイバ母材２０４の線引き方向に対して鋭角となるようにガス吹き出し口２３２ａに接続されている。
このため、ガスは、ガス吹き出し口２３２ａより、配管２３３ａの長手方向と同一方向に吹き出され、炉心管２２１から突出した光ファイバ母材２０４の側面２４２に当たり、孔部２３１内において光ファイバ母材２０４の線引き方向に対して順方向、すなわち炉心管２２１内に向かって流れるようになっている。

また、光ファイバ母材２０４の線引き方向に対して逆方向にガスを吹き出すガス吹き出し口２３２ｂには、ガス供給用配管２３３ｂが、その配管２３３ｂの長手方向が光ファイバ母材２０４の線引き方向に対して鈍角となるようにガス吹き出し口２３２ｂに接続されている。
このため、ガスは、ガス吹き出し口２３２ｂより、配管２３３ｂの長手方向と同一方向に吹き出され、炉心管２２１から突出した光ファイバ母材２０４の側面２４２に当たり、孔部２３１内において光ファイバ母材２０４の線引き方向に対して逆方向、すなわち炉心管２２１外に向かって流れるようになっている。

次に、本実施形態の光ファイバ線引き装置を用いた光ファイバの線引き方法について説明する。
第１の実施形態と同様に、まず、炉心管２２１内を不活性ガス雰囲気とした後、光ファイバ母材２０４を、上部延長管２０３の貫通孔２３１を通して炉心管２２１の入り口側開口部２２１ｂから炉心管２２１内に導入する。
そして、光ファイバ母材２０４を、その先端部が熱源近傍にくる位置で固定する。このとき、光ファイバ母材２０４が、入り口側開口部２２１ｂから突出し空間２０６を介して上部延長管２０３の貫通孔２３１の内周面２３１ａに添った状態となる。
この状態を維持したまま、光ファイバの線引き方向に対して順方向と逆方向に向かって、同時に上部延長管２０３のガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂから不活性ガスを吹き出しながら、光ファイバ母材２０４の先端部を熱源によって加熱溶融し、線引きする。

本実施形態によると、上部延長管２０３のガス吹き出し口２３２ａから不活性ガスを吹き出し、孔部２３１内において光ファイバの線引き方向に対して順方向に向かって不活性ガスを流すことによって、この不活性ガスの流れにより、炉心管２２１内の気体が外部に向かって流れ出すことを抑えることができ、かつ炉心管２２１内に不活性ガスを供給できる。このため、外気が炉心管２２１内に侵入することを抑制できる。
また、上部延長管２０３のガス吹き出し口２３２ｂから不活性ガスを吹き出し、孔部２３１内において光ファイバの線引き方向に対して逆方向に向かって不活性ガスを流すことによって、この不活性ガスの流れにより、外気の炉心管２２１への侵入を抑制できる。

特に、上部延長管２０３のガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂから不活性ガスを吹き出し、光ファイバの線引き方向に対して順方向と逆方向の２方向に向かって同時に不活性ガスを流すことによって、相乗効果が得られ、外気が炉心管２２１内に侵入することを大幅に抑制でき、炉心管２２１内の酸素濃度を低く抑えることができる。

また、ガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂは、光ファイバ母材２０４の中心軸に対して対称となるように複数、上部延長管２０３の内周面２３１ａに備えられている。更に、ガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂは、光ファイバ母材２０４の側面２４２に対向するように設けられ、ガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂから吹き出されたガスは、光ファイバ母材２０４の側面２４２に当たるようになっている。
これにより、ガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂから吹き出されたガスは、光ファイバ母材２０４の側面２４２の全周に沿って流れ、このガスの流れにより、光ファイバ母材２０４の側面２４２の全周に渡って外気の炉心管２２１への侵入を抑制できる。

なお、本実施形態では、上部延長管２０３の内周面２３１ａには、光ファイバ母材２０４の線引き方向に対して順方向にガスを吹き出すガス吹き出し口２３２ａと、逆方向にガスを吹き出すガス吹き出し口２３２ｂとのいずれか一方のみが設けられていても構わない。
また、前述した光ファイバ線引き装置を用いて光ファイバを線引きする場合、上部延長管２０３のガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂから不活性ガスを吹き出し、光ファイバの線引き方向に対して順方向又は逆方向のいずれか一方に向かって不活性ガスを流しながら、光ファイバ母材を溶融、線引きしても構わない。
これにより、前述した作用効果のうち、光ファイバの線引き方向に対して順方向又は逆方向のいずれか一方に向かって不活性ガスが流れることによる作用効果が得られる。

［第４の実施形態］
図９は、第４の実施形態の光ファイバ線引き装置の要部の一例を示す概略構成図である。この光ファイバ線引き装置（装置の要部）は、炉心管３２１の上端３２１ａに設けられたシール部近傍であり、図１中、２点鎖線αによって囲まれた部分に相当する。
本実施形態が、第３の実施形態と異なる点は、炉心管３２１内の圧力が外気の圧力に対して数十Ｔｏｒｒ僅かに陽圧状態となるように、ガス吹き出し口３３２から炉心管内へガスが供給されるようになっている点である。
他の構成は、第３の実施形態と同様であるため詳細の説明を省略する。

図９に一例として示した光ファイバ線引き装置では、シール部として、第３の実施形態と同様に上部延長管３０３が備えられている。
上部延長管３０３の内周面３３１ａには、光ファイバ母材３０４の側面３４２に対向するようにガス吹き出し口３３２が設けられている。このガス吹き出し口３３２は、上部延長管３０３の内周面３３１ａのうち、上部延長管３０３の長手方向の略中央付近に備えられている。
またガス吹き出し口３３２には、ガス供給用配管３３４が、その配管３３４の長手方向が光ファイバ母材３０４の線引き方向に対して略垂直となるようにガス吹き出し口３３２に接続されている。
このため、ガス吹き出し口３３２に供給されたガスは、配管３３４の長手方向と同一方向に吹き出され、炉心管３２１から突出した光ファイバ母材３０４の側面３４２に垂直に当たり、貫通孔３３１内において、光ファイバ母材３０４の線引き方向に対して少なくとも順方向、すなわち炉心管３２１内に向かって流れるようになっている。

また、上部延長管３０３には差圧計３３４が備えられ、この差圧計３３４のガス導入口３３４ａが、上部延長管３０３の内周面３３１ａのうち、吹き出し口３３２よりも炉心管側の位置と外側の位置とにそれぞれ備えられている。
差圧計３３４のガス導入口３３４ａのうち、吹き出し口３３２よりも炉心管側の位置における圧力が、炉心管３２１内の圧力とほぼ同じであるとすると、差圧計３３４によって、外側の圧力（大気圧）に対する炉心管３２１内の圧力の差圧が測定できることになる。

次に制御部３３５について説明する。制御部３３５は、差圧計３３４と、ガス吹き出し口３３２にガスを供給するガス供給部３３６のガス流量調整バルブ（図示省略）とにそれぞれ接続されている。差圧計３３４にて測定された外側の圧力に対する炉心管側の圧力の差圧の測定データは、制御部３３５に出力されるようになっている。

制御部３３５は、差圧計３３４にて測定される外側の圧力に対する炉心管３２１内の圧力の差圧の測定値が、負の値であり、外側の圧力に対して炉心管３２１内の圧力が負圧のとき、ガス吹き出し口３３２に供給するガス量を増加させる駆動指令を出力するようになっている。
このため、外側の圧力に対して炉心管３２１内の圧力が陽圧状態となるように、炉心管３２１に供給されるガス量を調整できるようになっている。

本実施形態の光ファイバ線引き装置を用いて光ファイバの線引きをする場合、第１の実施形態と同様に、まず、炉心管３２１内を不活性ガス雰囲気とした後、光ファイバ母材３０４を、上部延長管３０３の貫通孔３３１を通して炉心管３２１の入り口側開口部３２１ｂから炉心管３２１内に導入する。
そして、光ファイバ母材３０４を、その先端部が熱源近傍にくる位置で固定する。このとき、光ファイバ母材３０４が、入り口側開口部３２１ｂから突出し空間（隙間）３０６を介して上部延長管３０３の内周面３３１ａに添った状態となる。
次に、外側の圧力（大気圧）に対する炉心管側の圧力の差圧を差圧計３３４によって測定し、この差圧の測定値をもとにしてガス吹き出し口３３２に供給するガス量を調整し、炉心管３２１内の圧力を外気の圧力よりも数十Ｔｏｒｒ僅かに陽圧状態とする。そして、炉心管３２１内の圧力を外気の圧力よりも陽圧状態としたまま、光ファイバ母材３０４の先端部を熱源によって加熱溶融し、線引きする。

本実施形態の光ファイバ線引き装置では、外気の圧力に対する炉心管３２１内の圧力の差圧が陽圧となるように、炉心管３２１内に供給するガス量を調整できるようになっている。このため、炉心管３２１内を外部の大気圧よりも陽圧状態として、外気が炉心管３２１内に侵入することを抑制でき、炉心管３２１内の酸素濃度を低く抑えることができる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
図１に示された第１の実施形態と同様の光ファイバ線引き装置（本発明の第一の光ファイバ線引き装置）１を用意した。炉心管２１の下端に酸素濃度計（Model LC-750 TORAY社製）２５を設け、炉心管２１内部の酸素濃度を測定できるようにした。
また、シールリング３ａとして、カーボンリングを用いた。このシールリング３ａの外周径は１２０ｍｍであり、また内周径は、シールリング３ａと光ファイバ母材４とのクリアランスが１ｍｍ以上、６ｍｍ以下となる大きさであった。また、リング厚さ（ｄ）は、光ファイバ母材４の半径（φ／２）と等しい大きさであった。
光ファイバ母材４としては、直径（φ）が４０，８０，１００ｍｍであり、直径（φ）の変動率が−２％以上、２％以下のものを用いた。
その他の構成は、第１の実施形態の光ファイバ線引き炉１と同様であるため説明を省略する。

まず、炉心管２１内に、ヘリウムガスを供給し、炉心管２１内をヘリウムガス雰囲気とした。
次に、支持棒に吊り下げられた状態の光ファイバ母材４を降下させて、光ファイバ母材４を、シールリング３のリング穴３１を通して入り口側開口部２１ｂから炉心管２１内に導入した。
そして、光ファイバ母材４を、その先端部４１が熱源２２近傍にくる位置で固定した。このとき、光ファイバ母材が入り口側開口部２１ｂから突出し空間（隙間）６を介してシールリング３の内周面３１ａに添った状態となる。

炉心管２１内にヘリウムガスを２０Ｌ／ｍｉｎ．の流量で供給しながら、前記した状態の光ファイバ母材４の先端部４１を熱源２２によって加熱溶融し、線速が１０００ｍ／ｍｉｎ．で、クラッド径が１２５μｍ，第１コア径が１９２μｍ，第２コア径が２４５μｍの光ファイバ５を約１００ｋｍ線引き（紡糸）した。

光ファイバ母材４を加熱溶融して光ファイバ５を線引きしているときの炉心管２１内の酸素濃度を測定し、炉心管２１内の酸素濃度と、用いたシールリング３の内周径と光ファイバ母材４の直径（φ）との差（クリアランス）との関係を調べた。
得られた結果を図２に示す。

［実施例２］
本実施例が、実施例１と異なる点は、使用したシールリング（カーボンリング）３ａの内周径は、シールリング３ａと光ファイバ母材４とのクリアランスが１，２，３ｍｍとなる大きさである点と、リング厚さ（ｄ）が、このリング厚さ（ｄ）と光ファイバ母材４の半径（φ／２）との差（ｄ−（φ／２））が−４０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下となる大きさである点である。他の構成は、実施例１と同様であるため説明を省略する。
光ファイバ母材４を加熱溶融して光ファイバ５を線引きしているときの炉心管２１内の酸素濃度を測定し、炉心管２１内の酸素濃度と、シールリング３ａの厚さ（ｄ）と光ファイバ母材４の半径（φ／２）との差（ｄ−（φ／２））との関係を調べた。
得られた結果を図３に示す。

［実施例３］
本実施例では、図５に示された第２の実施形態と同様の光ファイバ線引き装置（本発明の第二の光ファイバ線引き装置）を用意した。装置構成は、第２の実施形態と同様であるため、詳細の説明は省略する。
ここで、リング積層体１０３に用いられたシールリング１０３ａは、カーボンリングであり、その外周径は１２０ｍｍであり、また内周径は、シールリング１０３ａと光ファイバ母材１０４とのクリアランスが２ｍｍとなる大きさであり、またリング厚さ（ｄ）は１ｍｍのものであった。
リング積層体１０３として、前記シールリング１０３ａが、複数のリング固定部１０３ｃによって、間隔（ｓ）２ｍｍで交互に積層されたものを用いた。
また、用いた光ファイバ母材１０４や、光ファイバの線引き条件は、実施例１と同様とした。

光ファイバ母材１０４を加熱溶融して光ファイバを線引きしているときの炉心管１２１内の酸素濃度を測定し、炉心管１２１内の酸素濃度と、リング積層体１０３の積層厚さ（ｄ_ｔ）と光ファイバ母材１０４の半径（φ／２）との差（ｄ_ｔ−（φ／２））との関係を調べた。
得られた結果を図６に示す。

［実施例４］
本実施例が実施例３と異なる点は、リング積層体１０３の積層厚さ（ｄ_ｔ）が４０ｍｍである点である。
光ファイバ母材としては、直径（φ）が８０ｍｍであり、直径（φ）の変動率の最大値が１％以上、５％以下のものを用いた。
他の構成は、実施例３と同様であるため説明を省略する。

光ファイバ母材を加熱溶融して光ファイバを線引きしているときの炉心管１２１内の酸素濃度を測定し、炉心管１２１内の酸素濃度と、光ファイバ母材１０４の直径（φ）の変動率との関係を調べた。
得られた結果を図７に示す。

［実施例５］
本実施例では、第３の実施形態の光ファイバ線引き装置を用いた。
ここで、上部延長管２０３としては、外周径が１８０ｍｍであり、内周径が、上部延長管２０３と光ファイバ母材２０４とのクリアランスが５ｍｍとなる大きさであり、厚さ（ｄ）が５０ｍｍのものを用いた。
また、用いた光ファイバ母材２０４や、光ファイバの線引き条件は、実施例１と同様とした。

実施例１と同様に、まず、炉心管２２１内を不活性ガス雰囲気とした後、光ファイバ母材２０４を、上部延長管２２１の孔部２３１を通して入り口側開口部２２１ｂから炉心管２２１内に導入した。
そして、光ファイバ母材２０４を、その先端部が熱源近傍にくる位置で固定した。このとき、光ファイバ母材２０４が入り口側開口部２２１ｂから突出し空間（隙間）２０６を介して上部延長管２２１の内周面に添った状態となる。
この状態を維持したまま、光ファイバの線引き方向に対して順方向又は逆方向に向かって、上部延長管２２１のガス吹き出し口から不活性ガスを吹き出しながら、光ファイバ母材２０４の先端部を熱源によって加熱溶融し、線引きした。
また、不活性ガスの供給を止めて不活性ガスを吹き出さずに、光ファイバ母材２０４の線引きも行った。

光ファイバ母材２０４を線引きしているときの炉心管２２１内の酸素濃度を測定し、炉心管２２１内の酸素濃度と、線引きされた光ファイバの直径の変動量を調べた。
得られた結果を表１に示す。

ガスの吹き出し方向が同一であれば、光ファイバ母材２０４の直径（φ）（４０，８０，１００ｍｍ）に関わらず、同様の結果が得られた。
上部延長管２０３のガス吹き出し口２３２ａ，２３２ｂから不活性ガスを吹き出し、貫通孔（孔部）２３１内において不活性ガスを光ファイバの線引き方向に対して順方向又は逆方向に向かって流すことによって、外気が炉心管２２１内に侵入することを抑制でき、酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることができる。
光ファイバの線引き方向に対して少なくとも逆方向に向かって不活性ガスを流すことが好ましく、これにより線引きされた光ファイバの直径の変動量を０．２μｍ以下とすることができる。
特に、光ファイバの線引き方向に対して順方向と逆方向の２方向に向かって、同時に不活性ガスを流すことが更に好ましく、これにより外気が炉心管２０３内に侵入することを大幅に抑制でき、炉心管２０３内の酸素濃度を低く抑え、０ｐｐｍとすることができる。

本発明では、炉内に外気が侵入することが抑えられ、かつ構造が簡単で安価な光ファイバの線引き炉が実現できる。この光ファイバ線引き炉は、高精度に所望の屈折率分布を有するマルチモード光ファイバや伝送路用シングルモード光ファイバ等の製造工程に適用できる。

本発明の第一の光ファイバ線引き装置の一例を示す概略構成図である。 炉心管内の酸素濃度と、シールリングの内周径と光ファイバ母材とのクリアランスとの関係の一例を示す図である。 炉心管内の酸素濃度と、シールリングの厚さと光ファイバ母材の半径との差との関係の一例を示す図である。 熱源として高周波誘導加熱手段が備えられた光ファイバ線引き装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の第二の光ファイバ線引き装置の要部の一例を示す概略構成図である。 炉心管内の酸素濃度と、リング積層体の積層厚さと光ファイバ母材の半径との差との関係の一例を示す図である。 炉心管内の酸素濃度と、光ファイバ母材の直径の変動率との関係の一例を示す図である。 本発明の第三の光ファイバ線引き装置の要部の一例を示す概略構成図である。 第４の実施形態の光ファイバ線引き装置の要部の一例を示す概略構成図である。 従来の光ファイバ線引き装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１，１１‥‥光ファイバ線引き装置、３，２０３，３０３‥‥シール部、３ａ，１０３ａ‥‥シールリング、４，１０４，２０４，３０４‥‥光ファイバ母材、５‥‥光ファイバ、６，１０６，２０６，３０６‥‥空間（隙間）、２１，１２１，２２１，３２１‥‥炉心管、２２‥‥熱源、２２ａ‥‥高周波誘導コイル、３１，１３１，２３１，３３１‥‥孔部、１０３‥‥リング積層体。

Claims (7)

1. 光ファイバ母材を収容する炉心管と、この炉心管に収容された光ファイバ母材を加熱溶融する熱源を備えた光ファイバ線引き装置において、
   前記炉心管上に、前記炉心管に連通された孔部を有し前記炉心管内への外気の流入を阻止するシール部を備え、
   前記シール部の孔径と前記光ファイバ母材の直径との差が６ｍｍ以下であることを特徴とする光ファイバ線引き装置。
2. 前記シール部の厚さ（ｄ）と前記光ファイバ母材の半径（φ／２）とが、関係式ｄ≧（φ／２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ線引き装置。
3. 光ファイバ母材を収容する炉心管と、この炉心管に収容された光ファイバ母材を加熱溶融する熱源を備えた光ファイバ線引き装置において、
   前記炉心管上に、複数のシールリングが積層され前記炉心管内への外気の流入を阻止するリング積層体を備え、
   前記リング積層体の積層高さ（ｄ_ｔ）と前記光ファイバ母材の半径（φ／２）とが、関係式ｄ_ｔ≧（φ／２）／２を満たし、
   かつ各シールリング間の間隔（ｓ）と前記シールリングの厚さ（ｄ）とが、関係式ｓ≧２ｄを満たすことを特徴とする光ファイバ線引き装置。
4. 光ファイバ母材を収容する炉心管と、この炉心管に収容された光ファイバ母材を加熱溶融する熱源を備えた光ファイバ線引き装置において、
   前記炉心管上に、前記炉心管に連通された孔部を有し前記炉心管内への外気の流入を阻止するシール部を備え、
   前記シール部の孔部内面に、ガス吹き出し口を備え、
   光ファイバの線引き方向に対して順方向又は逆方向に向かってガスが流れるようになっていることを特徴とする光ファイバ線引き装置。
5. 光ファイバ母材を収容する炉心管と、この炉心管に収容された光ファイバ母材を加熱溶融する熱源を備えた光ファイバ線引き装置において、
   前記炉心管上に、複数のシールリングが積層され前記炉心管内への外気の流入を阻止するリング積層体を備え、
   前記リング積層体の内面に、ガス吹き出し口を備え、
   光ファイバの線引き方向に対して順方向又は逆方向に向かってガスが流れるようになっていることを特徴とする光ファイバ線引き装置。
6. 前記炉心管内の圧力が外気の圧力に対して陽圧状態となるように、前記ガス吹き出し口から前記炉心管内へガスが供給されるようになっていることを特徴とする請求項４又は５に記載の光ファイバ線引き装置。
7. 前記熱源が高周波誘導コイルであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光ファイバ線引き装置。

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