JP2014070010A - Optical fiber drawing furnace, and optical fiber drawing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバ用ガラス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用線引炉と線引方法に関する。 The present invention relates to an optical fiber drawing furnace and a drawing method for drawing an optical fiber by heating and melting a glass base material for an optical fiber.
線引炉による光ファイバの線引きは、ヒータで光ファイバ用ガラス母材(以下、ガラス母材という)を加熱溶融することにより行われる。線引炉の炉内の温度が2000℃以上と、非常に高温となることから、ガラス母材を囲う炉心管等の材質には、通常カーボンが用いられる。このカーボンは、高温の酸素含有雰囲気中では、酸化して消耗する。これを防止するために、炉心管内には、アルゴンガスやヘリウムガス等の希ガスや窒素ガス(以下、不活性ガス等という)が送り込まれる。 Drawing of an optical fiber by a drawing furnace is performed by heating and melting a glass preform for optical fiber (hereinafter referred to as a glass preform) with a heater. Since the temperature in the drawing furnace is as high as 2000 ° C. or higher, carbon is usually used as the material for the furnace core tube and the like surrounding the glass base material. This carbon is oxidized and consumed in a high-temperature oxygen-containing atmosphere. In order to prevent this, a rare gas such as argon gas or helium gas or nitrogen gas (hereinafter referred to as an inert gas) is sent into the furnace core tube.
また、光ファイバの線引きを行うと、このカーボン炉心管などの内壁にスス(SiC,C,SiO2等)が付着することが知られている。これらのススは、ガラス母材の主成分であるSiO2の他、カーボンC、SiO2とCが反応して生成されるSiCなどの粒子であり、これらは、炉心管などの内壁面に付着成長する。炉心管などの内壁面に付着する前のススは、炉心管内に送り込まれた不活性ガス等により炉心管内を舞って、ガラス母材やガラスファイバに付着し、光ファイバのガラス径変動や強度劣化を引き起こすことになる。
これに対して、例えば、特許文献1には、炉内のススを強制的に排出することにより、炉内のスス等がガラス母材に付着しないようにすることが開示されている。
It is also known that soot (SiC, C, SiO 2, etc.) adheres to the inner wall of the carbon furnace core tube or the like when the optical fiber is drawn. These soot are particles such as SiO 2 which is the main component of the glass base material, carbon C, and SiC produced by the reaction of SiO 2 and C, and these adhere to the inner wall surface of the core tube or the like. grow up. The soot before adhering to the inner wall of the furnace core tube, etc., moves inside the core tube by the inert gas sent into the reactor core tube, adheres to the glass base material and glass fiber, and changes in the glass diameter of the optical fiber and strength deterioration Will cause.
On the other hand, for example,
一方、炉心管内に送り込まれた不活性ガス等の多くは、炉心管の上方から下方に向かって流れ、光ファイバ母材の下端から垂下して線引きされたガラスファイバと共に、ファイバ導出口から外部に放出される。この場合、ファイバ導出口が大きく開いていると外気が炉心管内に入りやすく、炉心管等カーボン部品の劣化につながる。このため、例えば、特許文献2には、ファイバ導出口にシャッターを設けること、また、特許文献3には、炉心管下端に円筒状の隔壁を設け、この隔壁の下端にシャッターを設けることが開示されている。これらのシャッターを設けることにより、不活性ガス等の使用を抑制しつつ、気密を保つことができる。 On the other hand, most of the inert gas or the like sent into the core tube flows from the top to the bottom of the core tube, along with the glass fiber drawn from the lower end of the optical fiber preform, and from the fiber outlet to the outside. Released. In this case, if the fiber outlet is wide open, outside air easily enters the core tube, leading to deterioration of carbon parts such as the core tube. For this reason, for example, Patent Document 2 discloses that a shutter is provided at the fiber outlet, and Patent Document 3 discloses that a cylindrical partition wall is provided at the lower end of the core tube and a shutter is provided at the lower end of the partition wall. Has been. By providing these shutters, airtightness can be maintained while suppressing the use of inert gas or the like.
しかしながら、特許文献1に開示のように、炉心管内のススを強制的に排気する場合、炉内が負圧になり易くなるため、外気を巻き込まないように大量の不活性ガス等を炉内に流す必要があり、光ファイバの製造コストが高くなるという問題がある。また、ススと共に強制的に排気したガスを循環させてクリーニングした後、再利用する方法も考えられるが、このための設備の構築が必要となり、上記と同様にコストが高くなる。
However, as disclosed in
また、線引炉に用いる不活性ガス等の使用を抑制する方法として、上記の特許文献2,3に開示されているように、下部延長管のファイバ導出口を細くしてガスの流出を抑制することは有効である。しかし、このような構造にすると、下向きに流れる不活性ガス等は、光ファイバの線速により加速されたガス流(牽引流)となって、その一部は光ファイバと共に炉外に流出するものの、多くはシャッター出口部分で反転して、下部延長管の内壁に沿って上方に流れるガス流(アッパーフロー)となる。このアッパーフローのガス流に乗って炉心管内のススが舞い上がり、これが溶融状態にあるガラス母材やガラスファイバに衝突または付着することで、光ファイバのガラス径変動や強度劣化を引き起こす原因となる。 In addition, as disclosed in Patent Documents 2 and 3 above, as a method of suppressing the use of an inert gas or the like used in the drawing furnace, the outflow of gas is suppressed by narrowing the fiber outlet of the lower extension pipe. It is effective to do. However, with such a structure, the inert gas that flows downward becomes a gas flow (traction flow) accelerated by the linear velocity of the optical fiber, and a part of it flows out of the furnace together with the optical fiber. In many cases, the gas is reversed at the shutter exit portion to become a gas flow (upper flow) flowing upward along the inner wall of the lower extension pipe. The soot in the furnace core tube rises on the gas flow of the upper flow, and this collides with or adheres to the glass base material or glass fiber in a molten state, thereby causing a glass diameter variation or strength deterioration of the optical fiber.
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、炉心管内を浮遊するススをアッパーフローのガス流を利用して効果的に捕捉し、炉心管内を浮遊するススを低減する光ファイバ用線引炉と線引方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and effectively captures the soot floating in the core tube using the gas flow of the upper flow and reduces the soot floating in the core tube. The purpose is to provide a draw furnace and drawing method.
本発明による光ファイバ用線引炉および線引方法は、光ファイバ用ガラス母材が挿入される炉心管と、炉心管を外部から加熱する加熱手段と、炉心管の下部に設けられた下部延長管と、を備えた線引炉を用い、炉心管内に不活性ガスを上方から下方に向けて流し、炉心管の下部のファイバ導出口から、線引きされたガラスファイバを外部に導出すると共に不活性ガスを外部に放出する光ファイバ用の線引炉および線引方法で、下部延長管内に炉内のススを捕捉して保持するスス捕捉機構を設けたことを特徴とする。 An optical fiber drawing furnace and a drawing method according to the present invention include a furnace core tube into which a glass preform for an optical fiber is inserted, a heating means for heating the furnace core tube from the outside, and a lower extension provided at a lower portion of the core tube. And an inert gas is allowed to flow from the top to the bottom of the core tube, and the drawn glass fiber is led out to the outside from the fiber outlet at the bottom of the core tube. In a drawing furnace and drawing method for an optical fiber that discharges gas to the outside, a soot trapping mechanism that traps and holds soot in the furnace is provided in the lower extension pipe.
なお、スス捕捉機構は、1つ以上の円環状のメッシュ板からなり、該メッシュ板の面が炉心管の軸方向と直交するように配してなる。また、円環状のメッシュ板の内径孔とガラスファイバの走行域との間に、管状体を配するようにしてもよく、スス捕捉機構が接する部分の下部延長管の外周壁に、冷却手段を設けるようにしてもよい。 The soot capturing mechanism is composed of one or more annular mesh plates, and is arranged so that the surface of the mesh plate is orthogonal to the axial direction of the core tube. Further, a tubular body may be arranged between the inner diameter hole of the annular mesh plate and the traveling area of the glass fiber, and cooling means is provided on the outer peripheral wall of the lower extension pipe at the portion where the soot capturing mechanism is in contact. You may make it provide.
本発明によれば、アッパーフローによるガス流の領域に配された円環状のメッシュ板により、ガス流中のススが捕捉され、炉心管内を浮遊するススを低減することができる。この結果、ガラス母材やガラスファイバにススが衝突したり付着するのを低減し、光ファイバのガラス径変動や強度劣化等を減少させることができる。 According to the present invention, soot in the gas flow is captured by the annular mesh plate disposed in the gas flow region by the upper flow, and soot floating in the core tube can be reduced. As a result, it is possible to reduce soot from colliding with or adhering to the glass base material or the glass fiber, and to reduce the glass diameter variation or strength deterioration of the optical fiber.
図1〜図4により本発明の光ファイバ用線引炉の概略を説明する。なお、以下ではヒータにより炉心管を加熱する抵抗炉を例に説明するが、コイルに高周波電源を印加し、炉心管を誘導加熱する誘導炉にも、本発明は適用可能である。
図において、10は光ファイバ線引炉、11は光ファイバ用ガラス母材(ガラス母材)、12はガラスファイバ、13は炉心管、14は炉筐体、14aは下壁、15はヒータ、16は断熱材、17は炉心管受け部材、18はスス捕捉機構、19は下部延長管、19aは底壁、19bは内壁面、20はシャッター、21はメッシュ板、21aは中央孔、21bはメッシュ面、22は管状体、23は冷却手段、24はフィンを示す。
The outline of the drawing furnace for optical fibers of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following, a resistance furnace that heats the core tube with a heater will be described as an example. However, the present invention can also be applied to an induction furnace in which a high-frequency power source is applied to the coil to induction-heat the core tube.
In the figure, 10 is an optical fiber drawing furnace, 11 is a glass preform (glass preform) for optical fiber, 12 is a glass fiber, 13 is a furnace core tube, 14 is a furnace casing, 14a is a lower wall, 15 is a heater, 16 is a heat insulating material, 17 is a core tube receiving member, 18 is a soot capturing mechanism, 19 is a lower extension tube, 19a is a bottom wall, 19b is an inner wall surface, 20 is a shutter, 21 is a mesh plate, 21a is a central hole, and 21b is A mesh surface, 22 is a tubular body, 23 is a cooling means, and 24 is a fin.
光ファイバの線引きは、図1に示すように、吊下げ支持されるガラス母材11の下部を加熱し、溶融された下端部からガラスファイバ12を溶融垂下させて所定の外径となるように線引きして行われる。このための光ファイバ線引炉10は、ガラス母材11が挿入供給される炉心管13を囲むようにして、加熱用のヒータ15を配し、このヒータ15の熱が外部に放散されないように断熱材16で囲い、その外側全体を炉筐体14で囲って構成される。
As shown in FIG. 1, the drawing of the optical fiber is performed such that the lower part of the glass base material 11 supported by suspension is heated, and the
ガラス母材11は、母材吊り機構(図示省略)により吊り下げ支持され、光ファイバの線引きの進行にしたがって下方に順次移動制御される。炉筐体14は、ステンレス等の耐食性に優れた金属で形成され、中心部に高純度のカーボンで形成された円筒状の炉心管13が配される。なお、炉心管13は、炉心管受け部材17を介して炉筐体14の下壁14a上に載置する形で支持される。
The glass base material 11 is suspended and supported by a base material suspension mechanism (not shown), and is sequentially controlled to move downward as the optical fiber is drawn. The
炉心管13の下部には、加熱軟化したガラスファイバ12が急冷するのを緩和するなどのために適当な長さの下部延長管19が配され、また、下部延長管19の底壁19aには、シャッター20が設けられる。炉心管13内には、炉心管13の酸化・劣化を防ぐために、アルゴンガスやヘリウムガス等の希ガスや窒素ガスなどの不活性ガス等が導入される。この不活性ガス等は、ガラス母材11と炉心管13の隙間を通って、その大部分は炉心管13の下方から外部に放出される。
A
本発明は、上述した構成の線引炉で、炉筐体14の下壁14aから炉心管13と連通するように、炉内のススを捕捉して保持するスス捕捉機構18を設けたことを特徴とする。このスス捕捉機構18は、例えば、下部延長管19の内部に設けられた円環状のメッシュ板21からなる。
In the drawing furnace having the above-described configuration, the present invention is provided with the
下部延長管19内に配設されるメッシュ板21は、例えば「32番手(線径0.274mm)25メッシュ」の耐蝕性、耐熱性のある金網等で形成され、中央孔21aを有する円環状のものが用いられる。このメッシュ板21は、1枚または複数枚(図の例では3枚使用)を、そのメッシュ面21bが炉心管13の軸方向と直交するようにして配される。
The
上記した光ファイバ線引炉10において、炉心管13内に上方から不活性ガス等が導入されると、該ガスはガラス母材11と炉心管13との間を通って下部延長管19内に流れる。下部延長管19内に流れ込んだガスは、図1(B)に示すように、ガラスファイバ12の高速線引により牽引されてダウンフローのガス流Q1となる。このダウンフローのガス流Q1の一部は、ガラスファイバ12と共にシャッター20から外部に放出されるが、その多くは反転して下部延長管19の内壁面19bに沿って上方に流れるアッパーフローのガス流Q2となる。
In the optical
このアッパーフローのガス流Q2は、下部延長管19の内壁面19bに沿って、メッシュ板21を通り抜けるようにして上方に向かう。アッパーフローのガス流Q2は、メッシュ板21を通り抜ける際に圧力損失を生じてガス流の流速が抑制されて澱んだ状態となる。この結果、このガス流中のススは、下部延長管19の内壁面19bおよびメッシュ板21に付着して捕捉されやすくなる。
The gas flow Q2 of the upper flow is directed upward along the
なお、メッシュ板21は、1枚であってもよいが、複数枚を平行に配することで、圧力損失の領域を複数個所設けるようにしてもよい。これにより、1枚目のメッシュ板のところで捕捉できなかったススは、2枚目、3枚目・・・の個所で捕捉される。また、1枚目のメッシュ板にススが捕捉されて詰まり、メッシュ板をガス流が通り抜けられなくなっても、次のメッシュ板の個所で捕捉される。また、目の細かいメッシュ板を用いることにより、メッシュ板1枚の圧力損失を大きくし、ススの捕捉率を高めるようにしてもよい。
One
図1の構成で、メッシュ板21を、32番手25メッシュ、外径90mm、内径50mmで形成したもの3枚を、30mm間隔で配し、光ファイバを600km線引きした際のススの捕捉量を調べた。
この結果、3枚のメッシュ板21による捕捉量が0.0538g/Mm、下部延長管19の内壁面19bによる捕捉量が0.267g/Mmで、合計0.3208g/Mmであった。
In the configuration shown in FIG. 1, three pieces of
As a result, the amount captured by the three
一方、メッシュ板21を有しない下部延長管19のみで、同じく光ファイバを600km線引した際のススの捕捉量を調べた。このときの下部延長管19の内壁面19bによる捕捉量は、0.0414g/Mmであった。
すなわち、メッシュ板21を用いることにより、メッシュ板21を用いない場合の7.7倍のススを捕捉できることが判明した。
On the other hand, the amount of soot trapped when the optical fiber was similarly drawn by 600 km using only the
That is, it has been found that by using the
なお、スス捕捉機構18は、下部延長管19内部に、外部から着脱可能に取り付けられていることが好ましい。これにより、線引終了後に、線引炉が室温まで冷えていない状態であっても、線引終了毎に、スス捕捉機構18を直ちに取り外して交換したり、清掃することができる。この結果、次回の線引でも継続して炉内に舞うススを捕捉できるようにし、光ファイバの品質管理を容易にすることができる。
In addition, it is preferable that the
図2〜図4は、他の実施形態を説明する図である。図2は、図1のスス捕捉機構で、円環状のメッシュ板21の中央孔21aとガラスファイバ12の走行域との間に、管状体22を配した例である。本例によれば、ガラスファイバ12の高速線引により牽引されるダウンフローのガス流Q1のみを管状体22内に流し、アッパーフローのガス流Q2は管状体22の外側のメッシュ板21を通すようにして、ススの捕捉が効果的に行われるようにすることができる。また、この構成によれば、管状体22の内周、外周にも、ススを付着させて捕捉することが可能となる。
2-4 is a figure explaining other embodiment. FIG. 2 is an example in which a
図3は、図1のスス捕捉機構で、下部延長管19の外周壁に冷却手段23を配して、内壁面19bを冷却するようにした例である。なお、冷却手段23は、水冷もしくは空冷による構成を用いることができる。本例によれば、サーモフォレシス効果により、ススが冷却により温度が低くなっている下部延長管19の壁部側に向かって移動するので、その内壁面19bに付着しやすくなり捕捉効果を高めることが可能となる。
なお、本例の冷却手段を用いる構成と図2の管状体を用いる構成を、合わせて使用することにより、よりススの捕捉効果を高めることが期待できる。
FIG. 3 is an example in which the cooling means 23 is arranged on the outer peripheral wall of the
In addition, it can be expected that the soot capturing effect is further enhanced by using the configuration using the cooling means of this example and the configuration using the tubular body of FIG. 2 together.
図4は、図1のスス捕捉機構で、円環状のメッシュ板21間およびメッシュ板21と下部延長管19の底壁19aとの間に、さらにフィン24(図は、等間隔に8枚の例)を配した例である。本例によれば、フィン24を配することにより、ススの付着可能面を効果的に増やすことができ、ススの捕捉効果を高めることが期待される。
なお、本例のフィンを用いる構成と図2の管状体を用いる構成、図3の冷却手段を用いる構成を、合わせて使用することにより、さらにススの捕捉効果を高めることが期待できる。
FIG. 4 shows the soot capturing mechanism of FIG. 1, and fins 24 (the figure shows eight pieces at regular intervals) between the
In addition, it can be expected that the soot capturing effect is further enhanced by using the configuration using the fin of this example, the configuration using the tubular body of FIG. 2, and the configuration using the cooling means of FIG.
10…光ファイバ線引炉、11…光ファイバ用ガラス母材(ガラス母材)、12…ガラスファイバ、13…炉心管、14…炉筐体、14a…下壁、15…ヒータ、16…断熱材、17…炉心管受け部材、18…スス捕捉機構、19…下部延長管、19a…底壁、19b…内壁面、20…シャッター、21…メッシュ板、21a…中央孔、21b…メッシュ面、22…管状体、23…冷却手段、24…フィン。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記下部延長管内に炉内のススを捕捉して保持するスス捕捉機構を設けたことを特徴とする光ファイバ用線引炉。 An optical fiber drawing furnace comprising: a furnace core tube into which an optical fiber glass base material is inserted; heating means for heating the furnace core tube from the outside; and a lower extension tube provided at a lower portion of the furnace core tube. There,
An optical fiber drawing furnace comprising a soot capturing mechanism for capturing and holding soot in the furnace in the lower extension pipe.
前記下部延長管内に設けたスス捕捉機構により、炉内のスス粒子を捕捉し保持しながら線引することを特徴とする光ファイバの線引方法。 Using a drawing furnace provided with a core tube into which a glass preform for an optical fiber is inserted, heating means for heating the core tube from the outside, and a lower extension tube provided at a lower portion of the core tube, An optical fiber line for flowing an inert gas into the core tube from the top to the bottom, leading the drawn glass fiber out from the fiber outlet at the bottom of the core tube, and discharging the inert gas to the outside A pulling method,
An optical fiber drawing method, wherein a soot trapping mechanism provided in the lower extension pipe is drawn while trapping and holding soot particles in a furnace.
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