JP2024010835A - 光ファイバの製造装置および光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】徐冷用加熱炉内においてダストとの接触によるガラスファイバの強度の低下を抑制する。【解決手段】、光ファイバの製造装置は、光ファイバ母材を加熱して線引する線引炉と、前記線引炉の下方に配置され、前記線引炉で線引されたガラスファイバを加熱する加熱炉と、前記加熱炉内部にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスを供給するガス供給装置と、を備えており、前記加熱炉は、１５ｍｍ以上の内径を有する炉心管と、前記加熱炉の入口に配置され、前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える入口シャッタと、前記加熱炉の出口に配置され、前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える出口シャッタと、を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、光ファイバの製造装置および光ファイバの製造方法に関する。

特許文献１は、線引炉から加熱して線引されたガラスファイバが、１３００～１６００℃に加熱された徐冷用加熱炉内を通過する光ファイバの製造装置を開示している。

特許文献２は、線引炉から加熱して線引されたガラスファイバが、入口温度（１５００～１７００℃）および出口温度（１２００～１４００℃）の徐冷用加熱炉内を通過する光ファイバの製造装置を開示している。

特許文献３は、線引炉から加熱して線引されたガラスファイバが、内壁の温度がガラスファイバの温度より低い徐冷装置内を通過する光ファイバの製造装置を開示している。徐冷装置内では、入口から出口に向けて内部圧力が高くなっている。

特許文献４は、線引炉から加熱して線引されたガラスファイバが、上昇気流の生じる徐冷用加熱炉内を通過する光ファイバの製造装置を開示している。徐冷用加熱炉の下部には、パージガスが供給されるクリーンエアフードが設けられている。

特開２０００－３３５９３４号公報 特表２０１８－５３７３８５号公報 特開２０１７－３６１８４号公報 特開２０１０－１６８２４７号公報

このような光ファイバの製造装置において、線引炉内で発生したガラス粒子やその他の粒子などを含むダストが、徐冷用加熱炉内に流入し、ガラスファイバと接触することによりガラスファイバの強度の低下を招く場合がある。

本開示の目的は、徐冷用加熱炉内においてダストとの接触によるガラスファイバの強度の低下を抑制することである。

本開示の光ファイバの製造装置は、
光ファイバ母材を加熱して線引する線引炉と、
前記線引炉の下方に配置され、前記線引炉で線引されたガラスファイバを加熱する加熱炉と、
前記加熱炉内部にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスを供給するガス供給装置と、
を備えており、
前記加熱炉は、
１５ｍｍ以上の内径を有する炉心管と、
前記加熱炉の入口に配置され、前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える入口シャッタと、
前記加熱炉の出口に配置され、前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える出口シャッタと、
を有する。

本開示の光ファイバの製造方法は、
線引炉と、前記線引炉の下方に配置された加熱炉であって、１５ｍｍ以上の内径を有する炉心管と前記加熱炉の入口に配置され前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える入口シャッタと前記加熱炉の出口に配置され前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える出口シャッタとを有する加熱炉と、を用いた光ファイバの製造方法であって、
前記線引炉において光ファイバ母材を加熱して線引し、
前記加熱炉において、前記加熱炉内部にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスを供給しながら、前記線引炉によって線引されたガラスファイバを加熱する。

本開示によれば、徐冷用加熱炉内においてダストとの接触によるガラスファイバの強度の低下を抑制できる。

図１は、一実施形態に係る光ファイバの製造装置の構成を示す概念図である。 図２は、図１の光ファイバの製造装置の部分拡大図である。 図３は、出口シャッタの開口の径が小さい場合におけるガラスファイバ周囲のガスの牽引流の模式図である。 図４は、出口シャッタの開口の径が大きい場合におけるガラスファイバの周囲のガスの牽引流の模式図である。 図５は、光ファイバの断線頻度を算出するために用いられる光ファイバの製造装置の部分拡大図である。 図６は、徐冷炉の炉心管の内径に対する光ファイバの断線頻度を示す図である。 図７は、ガラスファイバからの距離に対するダストの数密度を示す図である。 図８は、光ファイバの断線頻度を算出するために用いられる光ファイバの製造装置の部分拡大図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
本開示の光ファイバの製造装置は、
（１）光ファイバ母材を加熱して線引する線引炉と、
前記線引炉の下方に配置され、前記線引炉で線引されたガラスファイバを加熱する加熱炉と、
前記加熱炉内部にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスを供給するガス供給装置と、
を備えており、
前記加熱炉は、
１５ｍｍ以上の内径を有する炉心管と、
前記加熱炉の入口に配置され、前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える入口シャッタと、
前記加熱炉の出口に配置され、前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える出口シャッタと、
を有する。

上記構成によれば、加熱炉の炉心管の内径が１５ｍｍ以上あるので、炉心管内におけるダストの数密度の増加を抑制できる。また、加熱炉の炉心管内にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスが供給されるので、炉心管内のクリーン度が改善され、炉心管内のダストの数密度が減少する。さらに、入口シャッタの開口の径と出口シャッタの開口の径が炉心管の内径以下であるので、加熱炉の炉心管内の陽圧化を達成でき、ガラスファイバにより牽引されるガスの牽引流によりガラス粒子を含むダストが炉心管内へ流入することを抑制できる。この結果、加熱炉内におけるダストとの接触によるガラスファイバの強度の低下を抑制でき、光ファイバの断線頻度を低減できる。

（２）上記（１）において、前記炉心管の内径は２０ｍｍ以上でもよい。

上記構成によれば、炉心管内のダストの数密度の増加をより抑制でき、さらなる光ファイバの断線頻度の低減効果を得ることができる。

（３）上記（１）または（２）において、前記ガス供給装置は、クリーン度が１個／ｃｆ以下のガスを供給してもよい。

上記構成によれば、クリーン度がより高いガスが炉心管内部に供給されるので、さらなる光ファイバの断線頻度の低減効果を得ることができる。

（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記炉心管は、前記加熱炉の入口側に設けられた前記ガスの供給口を有してもよい。

上記構成によれば、加熱炉の入口側においてガラスファイバ近傍の多くのダストを含むガスがクリーン度の高いガスに置換される。これにより、加熱炉の炉心管内を通過するガラスファイバとダストが接触する頻度を効率的に減らすことができる。したがって、さらなる光ファイバの断線頻度の低減効果を得ることができる。

（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記入口シャッタの前記開口の前記径は１０ｍｍ以下でもよい。

上記構成によれば、加熱炉の炉心管内の陽圧を大きくし、ガラスファイバにより牽引されるダストを含むガスの牽引流を加熱炉の入口で効果的に引き剥がすことができる。これにより、加熱炉の炉心管内へのダストの流入をより効果的に防ぐことができり、さらなる光ファイバの断線頻度の低減効果を得ることができる。

（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記出口シャッタの前記開口の前記径は、前記入口シャッタの前記開口の前記径より大きくてもよい。

上記構成によれば、出口シャッタによる加熱炉内の乱流発生を防ぐことができ、ガラスファイバの外径の変動を抑えることができる。

本開示の光ファイバの製造方法は、
（７）線引炉と、前記線引炉の下方に配置された加熱炉であって、１５ｍｍ以上の内径を有する炉心管と前記加熱炉の入口に配置され前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える入口シャッタと前記加熱炉の出口に配置され前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える出口シャッタとを有する加熱炉と、を用いた光ファイバの製造方法であって、
前記線引炉において光ファイバ母材を加熱して線引し、
前記加熱炉において、前記加熱炉内部にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスを供給しながら、前記線引炉によって線引された光ファイバを加熱する。

上記方法によれば、加熱炉の炉心管の内径が１５ｍｍ以上あるので、炉心管内におけるダストの数密度の増加を抑制できる。また、加熱炉の炉心管内にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスが供給されるので、炉心管内のクリーン度が改善され、炉心管内のダストの数密度が減少する。さらに、入口シャッタの開口の径と出口シャッタの開口の径が炉心管の内径以下であるので、加熱炉の炉心管内の陽圧化を達成でき、ガラスファイバにより牽引されるガスの牽引流によりガラス粒子を含むダストが炉心管内へ流入することを抑制できる。この結果、加熱炉内におけるダストとの接触によるガラスファイバの強度の低下を抑制でき、光ファイバの断線頻度を低減できる。

（８）上記（７）において、前記炉心管の内径は２０ｍｍ以上でもよい。

上記方法によれば、炉心管内のダストの数密度の増加をより抑制でき、さらなる光ファイバの断線頻度の低減効果を得ることができる。

（９）上記（７）または（８）において、前記ガスは、クリーン度が１個／ｃｆ以下のガスでもよい。

上記方法によれば、クリーン度がより高いガスが炉心管内部に供給されるので、さらなる光ファイバの断線頻度の低減効果を得ることができる。

（１０）上記（７）から（９）のいずれかにおいて、前記ガスは、前記加熱炉の入口側から供給されてもよい。

上記方法によれば、加熱炉の入口側においてガラスファイバ近傍の多くのダストを含むガスがクリーン度の高いガスに置換される。これにより、加熱炉の炉心管内を通過するガラスファイバとダストが接触する頻度を効率的に減らすことができる。したがって、さらなる光ファイバの断線頻度の低減効果を得ることができる。

（１１）上記（７）から（１０）のいずれかにおいて、前記入口シャッタの前記開口の前記径は１０ｍｍ以下でもよい。

上記方法によれば、加熱炉の炉心管内の陽圧を大きくし、ガラスファイバにより牽引されるダストを含むガスの牽引流を加熱炉の入口で効果的に引き剥がすことができる。これにより、加熱炉の炉心管内へのダストの流入をより効果的に防ぐことができり、さらなる光ファイバの断線頻度の低減効果を得ることができる。

（１２）上記（７）から（１１）のいずれかにおいて、前記加熱炉の入口に入線する前記ガラスファイバの温度は、前記ガラスファイバの軟化点温度以上でもよい。

上記方法によれば、ガラスファイバを高温で粘度が低い状態で加熱炉に通過させることができるので、ガラスの原子の再配列が促進される。

（１３）上記（７）から（１２）のいずれかにおいて、前記出口シャッタの前記開口の前記径は、前記入口シャッタの前記開口の前記径より大きくてもよい。

上記方法によれば、出口シャッタによる加熱炉内の乱流発生を防ぐことができ、ガラスファイバの外径の変動を抑えることができる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光ファイバの製造装置および光ファイバの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、以下の説明に用いられる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

（光ファイバの製造装置１）
図１は、本実施形態に係る光ファイバの製造装置１の構成を示す概略図である。光ファイバの製造装置１は、光ファイバ母材Ｇを線引してガラスファイバＧ１を形成し、ガラスファイバＧ１の外周に樹脂を被覆して光ファイバＧ２を製造するように構成されている。光ファイバ母材Ｇは、例えば、石英ガラスを主成分とする光ファイバ母材である。

光ファイバの製造装置１は、線引炉２、徐冷炉３、ガス供給装置４、樹脂塗布装置５、樹脂硬化装置６、ガイドローラ７、および巻取装置８を備えている。線引炉２、徐冷炉３、樹脂塗布装置５、および樹脂硬化装置６は、光ファイバ母材Ｇを線引する方向に、線引炉２、徐冷炉３、樹脂塗布装置５、および樹脂硬化装置６の順で配置されている。徐冷炉３は、加熱炉の一例である。

線引炉２は、光ファイバ母材Ｇを加熱して線引するように構成されている。具体的には、線引炉２は、炉心管２１とヒータ２２を備えている。炉心管２１内には、フィーダ（図示せず）により光ファイバ母材Ｇが吊り下げられる。ヒータ２２は、炉心管２１を囲むように配置されており、炉心管２１内に吊り下げられた光ファイバ母材Ｇの下端部を加熱する。なお、炉心管２１内には不活性ガスが導入されてもよい。

徐冷炉３は、線引炉２で線引きされたガラスファイバＧ１を加熱しながら徐冷する。徐冷炉３内を通過するガラスファイバＧ１は、所定の冷却速度（例えば、３０００℃／秒以下）で徐冷される。具体的には、図２に例示されるように、徐冷炉３は、炉心管３１、ヒータ３２、入口シャッタ３３、および出口シャッタ３４を備えている。

炉心管３１は、円筒状であり、１５ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上の内径Ｄ１を有している。炉心管３１には、ガスの供給口３１１が設けられている。本例においては、ガスの供給口３１１は炉心管３１の入口側に設けられており、徐冷炉３の入口側から炉心管３１内部にガスが供給される。なお、本明細書において用いられる「炉心管３１の入口側」という表現は、炉心管３１の長手方向における中心よりも上方であることを意味する。

ヒータ３２は、炉心管３１を囲むように配置されており、炉心管３１内に入線したガラスファイバＧ１を加熱する。

入口シャッタ３３は、ガラスファイバＧ１が入線する徐冷炉３の入口に配置されている。具体的には、入口シャッタ３３は、炉心管３１の上側に取り付けられている。入口シャッタ３３は、円盤状であり、ガラスファイバＧ１が挿通される開口３３１を有している。開口３３１の径Ｄ２は、炉心管３１の内径Ｄ１以下である。入口シャッタの開口３３１の径Ｄ２は、例えば１５ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下である。

出口シャッタ３４は、ガラスファイバＧ１が出線する徐冷炉３の出口に配置されている。具体的には、出口シャッタ３４は、炉心管３１の下側に取り付けられている。出口シャッタ３４は、円盤状であり、ガラスファイバＧ１が挿通される開口３４１を有している。開口３４１の径Ｄ３は、炉心管３１の内径Ｄ１以下である。

ガス供給装置４は、徐冷炉３内部にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下、好ましくは１個／ｃｆ以下のガスを供給するように構成されている。徐冷炉３内部に供給されるガスとしては、窒素や空気などが用いられる。ここで、「クリーン度」は、１立方フィートの空間内に存在する直径０．５μｍ以上の粒子の数により表される。例えば、クリーン度が１０００個／ｃｆとは、直径０．５μｍ以上の粒子が１立方フィートの空間内に１０００個存在することを意味している。

ガス供給装置４には、ガス供給用配管４１が接続されている。ガス供給用配管４１は、徐冷炉３の炉心管３１のガスの供給口３１１に接続されている。ガス供給装置４から供給されたガスは、ガス供給用配管４１を通ってガスの供給口３１１から炉心管３１内部に供給される。

図１に例示されるように、樹脂塗布装置５は、徐冷炉３から出線したガラスファイバＧ１の周囲に樹脂を塗布する。樹脂硬化装置６は、ガラスファイバＧ１の周囲に塗布された樹脂を硬化させる。巻取装置８は、ガラスファイバＧ１の周囲に樹脂が形成された光ファイバＧ２を巻き取る。

（光ファイバの製造方法）
次に、光ファイバの製造装置１を用いた光ファイバの製造方法について説明する。

まず、図１に例示されるように、光ファイバ母材Ｇはフィーダにより線引炉２の炉心管２１内に供給され、光ファイバ母材Ｇの下端部がヒータ２２により加熱されて軟化する。軟化した光ファイバ母材Ｇの下端部は下方に細く引き伸ばされて、ガラスファイバＧ１が形成される。

線引炉２から出線したガラスファイバＧ１は、線引炉２と徐冷炉３の間で空冷された後、徐冷炉３に入線する。徐冷炉３の入口に入線する直前のガラスファイバＧ１の温度は、例えばガラスファイバＧ１の軟化点温度以上となるように、ガラスファイバＧ１の線引速度や張力などが適宜設定されている。一般に、光ファイバの材料として使用される石英ガラスの軟化点は約１６００℃である。したがって、光ファイバ母材Ｇとして石英ガラスを主成分とする光ファイバ母材Ｇを用いる場合は、徐冷炉３の入口に入線する直前のガラスファイバＧ１の温度が約１６００℃となるように、ガラスファイバＧ１の線引速度や張力などが設定されうる。

線引炉２から出線したガラスファイバＧ１は、入口シャッタ３３の開口３３１に挿通されて、炉心管３１内を走行し、出口シャッタ３４の開口３４１から出線する。炉心管３１内には、ガスの供給口３１１からクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスが供給される。ガラスファイバＧ１は、徐冷炉３内を通過しながら、所定の冷却速度で徐冷される。

徐冷炉３から出線したガラスファイバＧ１は、樹脂塗布装置５により樹脂が塗布され、樹脂硬化装置６により樹脂が硬化されて、光ファイバＧ２が形成される。光ファイバＧ２は、ガイドローラ７を経由して巻取装置８により巻き取られる。

ここで、線引炉２内では、高温に加熱された光ファイバ母材Ｇからガラスが蒸発し、蒸発したガラスは冷えて微粒子となり、線引炉２内の雰囲気中に浮遊する。一部のガラス微粒子はガラスファイバＧ１の線引により牽引されるガスの牽引流に取り込まれて、ガスの牽引流により線引炉２から流出して徐冷炉３の炉心管３１内に流入する。一般的に電力消費量対効果の観点から徐冷炉３の炉心管３１の内径Ｄ１は小さいので、徐冷炉３の炉心管３１内におけるガラス粒子を含むダストの数密度は高くなる。このため、炉心管３１内を通過する高温のガラスファイバＧ１とダストが接触する頻度が高くなり、ガラスファイバＧ１においてダストと接触した箇所の強度が低下する。これにより、線引後のプルーフテストにおいて光ファイバＧ２の断線頻度が増加する。

これに対して、本実施形態の光ファイバの製造装置１および光ファイバの製造方法によれば、徐冷炉３の炉心管３１の内径Ｄ１が１５ｍｍ以上あるので、炉心管３１内におけるダストの数密度の増加を抑制できる。また、徐冷炉３の炉心管３１内にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスが供給されるので、炉心管３１内のクリーン度が改善され、炉心管３１内のダストの数密度が減少する。さらに、入口シャッタ３３の開口３３１の径Ｄ２と出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３が炉心管３１の内径Ｄ１以下であるので、徐冷炉３の炉心管３１内の陽圧化を達成でき、ガラスファイバＧ１により牽引されるガスの牽引流によりガラス粒子を含むダストが炉心管３１内へ流入することを抑制できる。この結果、徐冷炉３内におけるダストとの接触によるガラスファイバＧ１の強度の低下を抑制でき、光ファイバＧ２の断線頻度を低減できる。

徐冷炉３の炉心管３１の内径Ｄ１が２０ｍｍ以上である場合には、炉心管３１内のダストの数密度の増加をより抑制でき、さらなる光ファイバＧ２の断線頻度の低減効果を得ることができる。

炉心管３１内部に供給されるガスとしてクリーン度が１個／ｃｆ以下のガスが使用される場合には、クリーン度がより高いガスが炉心管３１内部に供給されるので、さらなる光ファイバＧ２の断線頻度の低減効果を得ることができる。

また、本実施形態においては、ガスの供給口３１１は徐冷炉３の入口側にあるので、徐冷炉３の入口側においてガラスファイバＧ１近傍の多くのダストを含むガスがクリーン度の高いガスに置換される。これにより、徐冷炉３の炉心管３１内を通過するガラスファイバＧ１とダストが接触する頻度を効率的に減らすことができる。したがって、さらなる光ファイバＧ２の断線頻度の低減効果を得ることができる。

また、本実施形態において、入口シャッタ３３の開口３３１の径Ｄ２が１０ｍｍ以下である場合には、徐冷炉３の炉心管３１内の陽圧を大きくし、ガラスファイバＧ１により牽引されるダストを含むガスの牽引流を徐冷炉３の入口で効果的に引き剥がすことができる。これにより、徐冷炉３の炉心管３１内へのダストの流入をより効果的に防ぐことができり、さらなる光ファイバＧ２の断線頻度の低減効果を得ることができる。

また、本実施形態において、徐冷炉３の入口に入線する直前のガラスファイバＧ１の温度がガラスファイバＧ１の軟化点温度以上である場合には、ガラスファイバＧ１を高温で粘度が低い状態で徐冷炉３に通過させることができるので、ガラスの原子の再配列が促進される。

なお、本実施形態において、出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３は、入口シャッタ３３の開口３３１の径Ｄ２より大きくてもよい。ここで、ガラスファイバＧ１は、高温で粘度が低い状態で徐冷炉３内を通過するので、徐冷炉３の入口付近での乱流の発生、あるいは徐冷炉３内での乱流や上昇気流の発生は、ガラスファイバＧ１の外径が変動する要因となりうる。

例えば、図３に示されるように、出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３が小さいと、炉心管３１内を線引き方向に走行するガラスファイバＧ１により牽引されたガスの牽引流の一部が出口シャッタ３４によりブロックされて上方に跳ね返り、徐冷炉３内に乱流を発生させる。一方、図４に例示されるように、出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３が大きいと、ガスの牽引流は乱されずに、整流またはそれに近い状態で、ガラスファイバＧ１と共に徐冷炉３から流出する。すなわち、出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３を入口シャッタ３３の開口３３１の径Ｄ２よりも大きくすることにより、出口シャッタ３４による徐冷炉３内の乱流発生を防ぐことができ、ガラスファイバＧ１の外径の変動を抑えることができる。

（実施例）
以下、実施例を示して本開示を更に具体的に説明する。本開示は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

まず、徐冷炉３の炉心管３１の内径Ｄ１を変化させた場合の光ファイバＧ２の断線頻度を調査した。具体的には、図５に示されるように、長さＬが２ｍで且つ内径Ｄ１が１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、または３５ｍｍである炉心管３１を備える光ファイバの製造装置１Ａを用いて製造された光ファイバＧ２の断線頻度を算出した。図５に示される徐冷炉３の入口付近に設置された放射温度計１０によりガラスファイバＧ１の温度を測定し、ガラスファイバＧ１の温度が１６００℃付近（１５５０～１６５０℃の範囲）となるように線引速度および張力を調整しながら、１５０００ｋｍの線引を実施した。線引後の光ファイバＧ２に対してプルーフテストを行い、プルーフテストにて発生した断線頻度を算出した。なお、プルーフテストでは、線引後の光ファイバにその長手方向に引き伸び率１％となる荷重を負荷した場合の断線回数を測定した。断線頻度は、１０００ｋｍ当りの断線回数として算出した。結果を表１および図６に示す。

表１と図６に示されるように、徐冷炉３の炉心管３１の内径Ｄ１が小さいと、断線が多く発生することが分かった。この結果から、徐冷炉３の炉心管３１の内径Ｄ１は小さくし過ぎない方が良く、少なくとも１５ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上であることが確認できた。

ここで、徐冷炉３の炉心管３１の内径Ｄ１が小さいと断線が増える理由としては、ダストの数密度が、線引炉２から出線されたガラスファイバＧ１に近いほど高いことが要因と考えられる。そこで、図５に示される線引き方向に垂直な方向におけるガラスファイバＧ１の中心からの距離ｒ（ｍｍ）に対する線引炉２の直下におけるダストの数密度を測定した。結果を表２および図７に示す。なお、ダストの数密度は、１立方フィートの空間内に存在する直径０．５μｍ以上の粒子の数（個／ｃｆ）で表した。

表２と図７に示されるように、ガラスファイバＧ１に近くなるほど、ダストの数密度が高くなることが分かった。これは、線引炉２内で発生したガラス微粒子がガラスファイバＧ１の線引きにより牽引されるガスの牽引流に取り込まれるので、線引炉２から出線したガラスファイバＧ１との距離ｒが近い程、ダストの数が大きくなると考えられる。

この結果から、徐冷炉３の炉心管３１の内径Ｄ１が小さいと、炉心管３１内部でのダストの数密度が高くなり、炉心管３１内を走行するガラスファイバＧ１がダストと接触する頻度が高くなり、ガラスファイバＧ１において低強度となる点が増加すると考えられる。

次に、徐冷炉３に供給するガスのクリーン度およびガスの供給口３１１の位置を変化させた場合の光ファイバＧ２の断線頻度を調査した。具体的には、図８に示されるよう、長さＬが２ｍで且つ内径が２０ｍｍであり、ガスの供給口３１１からガスが供給される炉心管３１を備える光ファイバの製造装置１Ｂを用いて製造された光ファイバＧ２の断線頻度を算出した。

供給するガスとしては、露点－４０℃のドライエアをフィルタでろ過し、クラス１０００とクラス１の２種類のガスを用意した。クラス１は、０．５μｍの粒子が１立方フィートの空間内に１個存在するガスである。クラス１０００は０．５μｍの粒子が１立方フィートの空間内に１０００個存在するガスである。図８に示される徐冷炉３の入口近傍の供給口３１１Ａおよび徐冷炉３の出口近傍の供給口３１１Ｂのいずれか一方からクラス１０００またはクラス１のガスを２０Ｌ／分で供給し、徐冷炉３に入線するガラスファイバＧ１の温度が１６００℃付近（１５５０～１６５０℃の範囲）となるように線引速度および張力を調整しながら１５０００ｋｍの線引を実施した。線引後の光ファイバＧ２に対してプルーフテストを行い、プルーフテストにて発生した断線頻度を算出した。結果を表３に示す。

表３に示されるように、徐冷炉３内にガスを供給することにより、断線頻度が減少することが分かった。これは、徐冷炉３内にガスを供給することにより徐冷炉３の内部、特にガラスファイバＧ１近傍のクリーン度が改善するため、断線頻度が減少するためと考えられる。また、クラス１０００よりもクラス１のガスを使用する、すなわち、クリーン度がより高いガスを使用することにより、断線頻度が減少することが分かった。

ガスの供給口については、特にクラス１のガスを供給する場合は、供給口３１１Ｂよりも供給口３１１Ａを使用した方が断線頻度の低減効果が大きいことが分かった。これは、ガラスファイバＧ１近傍のダストの数密度が高いガスを徐冷炉３の入口近傍でクリーン度の高いガスに置換することにより、徐冷炉３内でガラスファイバＧ１とダストが接触する頻度を効率的に減らせるためと考えられる。

次に、徐冷炉３の入口および出口の内径を変化させた場合の光ファイバＧ２の断線頻度を調査した。具体的には、図２に示される光ファイバの製造装置１において、長さＬが２ｍで且つ内径Ｄ１が２０ｍｍである炉心管３１を用いた。入口シャッタ３３としては、１０ｍｍまたは１５ｍｍの径の開口３３１を有する入口シャッタを用いた。出口シャッタ３４としては、１０ｍｍまたは１５ｍｍの径の開口３４１を有する出口シャッタを用いた。そして、徐冷炉３の入口近傍の供給口３１１からクラス１のガスを２０Ｌ／分で供給し、徐冷炉３に入線するガラスファイバＧ１の温度が１６００℃付近（１５５０～１６５０℃の範囲）となるように線引速度および張力を調整しながら１５０００ｋｍの線引を実施した。線引後の光ファイバＧ２に対してプルーフテストを行い、プルーフテストにて発生した断線頻度を算出した。結果を表４に示す。

表４に示されるように、入口シャッタ３３の開口３３１の径Ｄ２と出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３は、徐冷炉３の炉心管３１の内径Ｄ１より小さい程、断線頻度が減少することが分かった。これは、徐冷炉３の炉心管３１内に供給されたガスにより炉心管３１内が陽圧化されるためと考えられる。そして、炉心管３１内での陽圧が大きくなるにつれて、ガラスファイバＧ１により牽引されるガスの牽引流が徐冷炉３内への流入することを阻止する効果が大きくなり、徐冷炉３内のクリーン度の低下を抑制できるためと考えられる。

次に、炉心管３１の内径Ｄ１、入口シャッタ３３の開口３３１の径Ｄ２、および出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３に対する光ファイバＧ２の断線頻度およびガラスファイバＧ１の外径変動を調査した。具体的には、図２に示される光ファイバの製造装置１において、長さＬが２ｍで且つ内径Ｄ１がφ２０ｍｍである炉心管３１と開口３３１の径Ｄ２が１０ｍｍの径である入口シャッタ３３を用い。出口シャッタ３４としては、開口３４１の径Ｄ３が１０ｍｍ、１５ｍｍ、または２０ｍｍである出口シャッタを用いた。そして、徐冷炉３の入口近傍の供給口３１１からクラス１のガスを２０Ｌ／分で供給し、徐冷炉３に入線するガラスファイバＧ１の温度が１６００℃付近（１５５０～１６５０℃の範囲）となるように線引速度および張力を調整しながら１５０００ｋｍの線引を実施した。線引後の光ファイバＧ２に対してプルーフテストを行い、プルーフテストにて発生した断線頻度を算出した。また、線引中のガラスファイバＧ１の外径変動を算出した。結果を表５に示す。なお、ガラスファイバＧ１の外径変動は、徐冷炉３から出線するガラスファイバＧ１の外径を測定し、複数の測定値に基づいて標準偏差σを算出し、３σの値として表した。

表５に示されるように、断線頻度は、出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３を大きくしても、低いままであることが分かった。一方で、出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３は、１０ｍｍよりも１５ｍｍの方が断線頻度が減少することが分かった。この結果から、出口シャッタ３４の開口３４１の径Ｄ３は、炉心管３１の内径Ｄ１以下の範囲内において大きいほど、光ファイバＧ２の断線頻度の低減効果を維持しつつ、ガラスファイバＧ１の外径変動を抑制できることを確認できた。

以上、本開示を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本開示の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本開示を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

上記の実施形態において、光ファイバの製造装置１は、図１に例示される構成に限定されない。例えば、光ファイバの製造装置１において、徐冷炉３と樹脂塗布装置５との間には、冷却装置が設けられてもよい。冷却装置により、徐冷炉３を出線した光ファイバＧ２を、冷却媒体により数百℃から室温近くまで急速に冷却することができる。

１、１Ａ、１Ｂ：光ファイバの製造装置
２：線引炉
２１：炉心管
２２：ヒータ
３：徐冷炉
３１：炉心管
３１１、３１１Ａ、３１１Ｂ：ガスの供給口
３２：ヒータ
３３：入口シャッタ
３３１：開口
３４：出口シャッタ
３４１：開口
４：ガス供給装置
４１：ガス供給用配管
５：樹脂塗布装置
６：樹脂硬化装置
７：ガイドローラ
８：巻取装置
１０：放射温度計
Ｇ：光ファイバ母材
Ｇ１：ガラスファイバ
Ｇ２：光ファイバ
Ｌ：炉心管の長さ
ｒ：ガラスファイバからの距離
Ｄ１：炉心管の内径
Ｄ２：入口シャッタの開口の径
Ｄ３：出口シャッタの開口の径
σ：標準偏差

Claims (13)

1. 光ファイバ母材を加熱して線引する線引炉と、
   前記線引炉の下方に配置され、前記線引炉で線引されたガラスファイバを加熱する加熱炉と、
   前記加熱炉内部にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスを供給するガス供給装置と、
   を備えており、
   前記加熱炉は、
   １５ｍｍ以上の内径を有する炉心管と、
   前記加熱炉の入口に配置され、前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える入口シャッタと、
   前記加熱炉の出口に配置され、前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える出口シャッタと、
   を有する、光ファイバの製造装置。
2. 前記炉心管の内径は２０ｍｍ以上である、請求項１に記載の光ファイバの製造装置。
3. 前記ガス供給装置は、クリーン度が１個／ｃｆ以下のガスを供給する、請求項１に記載の光ファイバの製造装置。
4. 前記炉心管は、前記加熱炉の入口側に設けられた前記ガスの供給口を有する、請求項１に記載の光ファイバの製造装置。
5. 前記入口シャッタの前記開口の前記径は１０ｍｍ以下である、請求項１に記載の光ファイバの製造装置。
6. 前記出口シャッタの前記開口の前記径は、前記入口シャッタの前記開口の前記径より大きい、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光ファイバの製造装置。
7. 線引炉と、前記線引炉の下方に配置された加熱炉であって、１５ｍｍ以上の内径を有する炉心管と前記加熱炉の入口に配置され前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える入口シャッタと前記加熱炉の出口に配置され前記炉心管の内径以下の径を有する開口を備える出口シャッタとを有する加熱炉と、を用いた光ファイバの製造方法であって、
   前記線引炉において光ファイバ母材を加熱して線引し、
   前記加熱炉において、前記加熱炉内部にクリーン度が１０００個／ｃｆ以下のガスを供給しながら、前記線引炉によって線引されたガラスファイバを加熱する、光ファイバの製造方法。
8. 前記炉心管の内径は２０ｍｍ以上である、請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
9. 前記ガスは、クリーン度が１個／ｃｆ以下のガスである、請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
10. 前記ガスは、前記加熱炉の入口側から供給される、請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
11. 前記入口シャッタの前記開口の前記径は１０ｍｍ以下である、請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
12. 前記加熱炉の入口に入線する前記ガラスファイバの温度は、前記ガラスファイバの軟化点温度以上である、請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
13. 前記出口シャッタの前記開口の前記径は、前記入口シャッタの前記開口の前記径より大きい、請求項７から請求項１２のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。

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