JP3057063B2 - Optical fiber preform base material stretching device - Google Patents
Optical fiber preform base material stretching deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを得る
ための原材となる光ファイバプリフォーム母材を加熱し
て延伸するための装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for heating and stretching an optical fiber preform preform as a raw material for obtaining an optical fiber.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光ファイバは、石英ガラスを主成分とす
る多孔質光ファイバ母材を原材としている。これを焼結
し、脱水および透明ガラス化した光ファイバプリフォー
ム母材を所定径に延伸したものは、光ファイバプリフォ
ームロッドと呼ばれる。これを線引機で線引きすると光
ファイバが得られる。2. Description of the Related Art An optical fiber is made of a porous optical fiber preform mainly composed of quartz glass. The optical fiber preform preform obtained by sintering the dehydrated and transparent vitrified base material and extending it to a predetermined diameter is called an optical fiber preform rod. When this is drawn by a drawing machine, an optical fiber is obtained.
【０００３】光ファイバプリフォーム母材の延伸や、光
ファイバプリフォームロッドの表面を平滑にするための
熱処理は、光ファイバプリフォームを軸芯中心に回転さ
せながらバーナにより火炎加熱し、バーナを所定速度で
移動させることにより行っている。従来、この熱処理
は、一本のバーナで行っていたので、火炎が直接触れる
と表面温度は上昇するが、光ファイバプリフォームが回
転して火炎が触れなくなると表面温度が急激に低下し、
加熱効率が悪かった。そのため大きな熱容量を必要と
し、莫大なガスを使用していた。このことは、太径の光
ファイバプリフォームを熱処理する際、一層顕著であ
る。In the heat treatment for stretching the optical fiber preform base material and for smoothing the surface of the optical fiber preform rod, the optical fiber preform is flame-heated by a burner while rotating the optical fiber preform around the axis, and the burner is heated to a predetermined temperature. This is done by moving at speed. Conventionally, this heat treatment was performed with a single burner, so the surface temperature rises when the flame directly touches, but the surface temperature drops rapidly when the optical fiber preform rotates and the flame stops touching,
Heating efficiency was poor. Therefore, a large heat capacity was required, and a huge amount of gas was used. This is more pronounced when heat treating a large diameter optical fiber preform.
【０００４】さらに、光ファイバプリフォーム母材の延
伸の際、母材表面を約２０００℃に加熱しているが、こ
の温度では表面の石英ガラスＳｉＯ２の一部が分解して
ＳｉＯとなって飛散してしまう。ＳｉＯは、大気中の酸
素と結合し再びガラス微粒子となって、母材表面の火炎
加熱部分近傍に付着し、表面を曇らせる。そのため、光
ファイバの強度低下の原因である表面の傷、あるいは光
ファイバプリフォームのクラックの原因である内部歪み
の残留を観察することができない。そこで延伸の後、ガ
ラス徴粒子や傷、歪みを除去するために火炎研磨を行う
必要があり、操作が煩雑であった。Further, when the preform of the optical fiber preform is stretched, the surface of the preform is heated to about 2000 ° C. At this temperature, part of the quartz glass SiO 2 on the surface is decomposed into SiO. Will scatter. SiO combines with oxygen in the atmosphere to become glass fine particles again, adheres to the vicinity of the flame heating portion on the surface of the base material, and foggs the surface. For this reason, it is not possible to observe a surface flaw that causes a decrease in the strength of the optical fiber or a residual internal strain that causes a crack in the optical fiber preform. Therefore, after the stretching, it was necessary to perform flame polishing in order to remove glass particles, scratches and distortion, and the operation was complicated.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の課題を
解決するためなされたもので、光ファイバプリフォーム
母材を簡便に効率よく加熱して延伸するための装置を提
供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus for easily and efficiently heating and stretching an optical fiber preform preform. I do.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明の光ファイバプリフォーム母材延伸
装置は、実施例に対応する図面により説明すると以下の
とおりである。An apparatus for stretching a preform of an optical fiber preform according to the present invention, which has been made to achieve the above object, will be described below with reference to the drawings corresponding to the embodiments.
【０００７】光ファイバプリフォーム母材延伸装置は、
図１に示すとおり、軸方向（矢印Ｂ）に引っ張られてい
る光ファイバプリフォーム母材１０側面に火炎２６、２
７を吹き付け、前記引っ張りの方向とは逆向（矢印Ａ）
に相対移動するバーナ２０、２１を有する加熱延伸装置
において、バーナ２０、２１が複数であって軸方向と垂
直な同一面上に配置され、複数のバーナ２０、２１の加
熱溶融により形成された母材１０側面の錐面１２に向け
火炎気体３６を吹き付ける気体噴射ノズル３０を有して
いる。An optical fiber preform preform stretching apparatus is
As shown in FIG. 1, flames 26, 2 are provided on the side of the optical fiber preform preform 10 which is pulled in the axial direction (arrow B).
7 and the direction opposite to the pulling direction (arrow A)
In the heating and stretching apparatus having the burners 20 and 21 relatively moving to each other, a plurality of burners 20 and 21 are arranged on the same plane perpendicular to the axial direction, and a mother formed by heating and melting the plurality of burners 20 and 21. To the conical surface 12 on the side of the material 10
It has a gas injection nozzle 30 for blowing the flame gas 36.
【０００８】光ファイバプリフォーム母材１０の延伸と
同時に、錐面１２に火炎気体３６を吹き付けることによ
り、加熱溶融の際に生じたガラス微粒子を吹き飛ばすの
で、延伸終了部１３にガラス微粒子が付着しない。At the same time as the elongation of the optical fiber preform preform 10, by blowing the flame gas 36 onto the conical surface 12, the glass fine particles generated during the heating and melting are blown off, so that the glass fine particles do not adhere to the drawing end portion 13. .
【０００９】図３に示すように、複数のバーナ２０、２
１が、その外周に耐熱性の金属またはセラッミクスから
なる熱遮蔽板２９を有していてもよい。熱遮蔽板２９の
形状は、平板状、半球状、または円錐状が好ましい。熱
遮蔽板２９により他のバーナからの火炎や熱輻射を遮蔽
できるため、バーナに接続された酸素ガス管２２や水素
ガス管２３が、加熱されて破損することがない。As shown in FIG. 3, a plurality of burners 20, 2
1 may have a heat shielding plate 29 made of a heat-resistant metal or ceramics on its outer periphery. The shape of the heat shielding plate 29 is preferably flat, hemispherical, or conical. Since the flame and heat radiation from another burner can be shielded by the heat shield plate 29, the oxygen gas pipe 22 and the hydrogen gas pipe 23 connected to the burner are not heated and damaged.
【００１０】複数のバーナ２０、２１の中心軸のなす角
度θは６０°≦θ≦１８０°であることが好ましく、１
２０°≦θ≦１８０°であると一層好ましい。この角度
θが６０°より小さいと、各々のバーナの火炎が干渉す
るので、光ファイバプリフォーム母材１０の加熱効率が
低下してしまう。Preferably, the angle θ between the central axes of the plurality of burners 20 and 21 is 60 ° ≦ θ ≦ 180 °.
More preferably, 20 ° ≦ θ ≦ 180 °. If the angle θ is smaller than 60 °, the flames of the respective burners interfere with each other, so that the heating efficiency of the optical fiber preform base material 10 is reduced.
【００１１】気体噴射ノズル３０が火炎バーナであり、
錐面１２に向け火炎気体３６が吹き付けられていること
が好ましい。火炎気体３６により、錐面１２表面のガラ
ス微粒子および傷、内部の歪みを火炎研磨して除去でき
る。The gas injection nozzle 30 is a flame burner,
It is preferable that the flame gas 36 is blown toward the conical surface 12. With the use of the flame gas 36, glass fine particles on the surface of the conical surface 12, scratches, and internal distortion can be removed by flame polishing.
【００１２】図２に示すように、気体噴射ノズル３０が
不活性乃至は酸化性のガスの供給源に連結されていても
よい。不活性ガスにはヘリウムガス、窒素ガス、アルゴ
ンガスが挙げられ、酸化性のガスには酸素ガス、圧縮空
気が挙げられる。As shown in FIG. 2, the gas injection nozzle 30 may be connected to a source of inert or oxidizing gas. Inert gas includes helium gas, nitrogen gas and argon gas, and oxidizing gas includes oxygen gas and compressed air.
【００１３】この光ファイバプリフォーム母材延伸装置
によれば、光ファイバプリフォーム母材を簡便に加熱効
率よく延伸でき、表面のガラス微粒子や傷、内部歪みが
除去できる。According to this optical fiber preform base material stretching apparatus, the optical fiber preform base material can be easily drawn with high heating efficiency, and the fine glass particles, scratches, and internal distortion on the surface can be removed.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を詳細に説
明する。図１には、本発明を適用する光ファイバプリフ
ォーム母材延伸装置の実施例の要部斜視図が示されてい
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a perspective view of a main part of an embodiment of an optical fiber preform preform stretching apparatus to which the present invention is applied.
【００１５】光ファイバプリフォーム母材延伸装置は、
軸方向に引っ張られている光ファイバプリフォーム母材
１０側面に火炎を吹き付ける２本のバーナ２０、２１
と、バーナ２０、２１の加熱溶融により形成された母材
１０側面の錐面１２に向け火炎気体３６を吹き付ける火
炎バーナ３０である気体噴射ノズルとを有している。[0015] The optical fiber preform base material stretching apparatus is
Two burners 20 and 21 for blowing a flame on the side of the optical fiber preform preform 10 which is pulled in the axial direction.
And a gas injection nozzle that is a flame burner 30 that blows a flame gas 36 toward the conical surface 12 on the side surface of the base material 10 formed by heating and melting the burners 20 and 21.
【００１６】バーナ用台座２５は、螺合棒２４に螺合さ
れ、ガイド棒２８が貫通している。バーナ２０、２１
は、熱遮蔽板２９（図３参照）を有し、酸素ガス管２２
と水素ガス管２３に接続されている。バーナ２０、２１
は、光ファイバプリフォーム母材１０の軸方向と垂直な
同一面上に配置され、その中心軸がなす角度θが１２０
°で、バーナ用台座２５に固定されて、光ファイバプリ
フォーム母材１０の錐面１２に向いている。The burner pedestal 25 is screwed to a screw rod 24, and a guide rod 28 extends therethrough. Burners 20, 21
Has a heat shielding plate 29 (see FIG. 3),
And a hydrogen gas pipe 23. Burners 20, 21
Are arranged on the same plane perpendicular to the axial direction of the optical fiber preform preform 10, and the angle θ formed by the central axis thereof is 120
At °, it is fixed to the burner base 25 and faces the conical surface 12 of the optical fiber preform preform 10.
【００１７】火炎バーナ用の台座３５は、螺合棒３４に
螺合され、ガイド棒３８が貫通している。火炎バーナ３
０は、酸素ガス管３２と水素ガス管３３に接続され、台
座３５に固定されて、光ファイバプリフォーム母材１０
の錐面１２に向いている。なお、火炎バーナ３０が外周
に熱遮蔽板を有していてもよい。A pedestal 35 for the flame burner is screwed to a screw rod 34, and a guide rod 38 penetrates. Flame burner 3
Numeral 0 is connected to the oxygen gas pipe 32 and the hydrogen gas pipe 33 and is fixed to the base 35 so that the optical fiber preform base material 10
Of the conical surface 12. Note that the flame burner 30 may have a heat shielding plate on the outer periphery.
【００１８】光ファイバプリフォーム母材延伸装置は、
以下のように動作する。The optical fiber preform base material stretching apparatus is as follows:
It works as follows.
【００１９】光ファイバプリフォーム母材１０の両端を
ガラス旋盤（不図示）に把持させ、軸芯を中心に回転さ
せる。光ファイバプリフォーム母材１０の一端は軸方向
（矢印Ｂ）に引っ張られている。バーナ２０、２１に酸
素ガスと水素ガスを流して着火した火炎２６、２７によ
り、光ファイバプリフォーム母材１０を加熱する。螺合
棒２４を回転させることにより、バーナ２１、２２を、
所定の速度で、光ファイバプリフォーム母材の引っ張り
の方向とは逆向（矢印Ａ）に移動させる。光ファイバプ
リフォーム母材１０は矢印Ｂ方向に引っ張られているの
で、バーナにより母材１０を加熱溶融した部分は錐面１
２となっている。バーナ２１、２２が移動することで、
所望の径に延伸された部位１３が形成される。同時に、
螺合棒３４を回転させ、バーナ２０、２１と並行してＣ
方向へ、火炎バーナ３０を移動させる。火炎バーナ３０
の先端で着火された火炎３６を火炎バーナ３０の移動方
向に向け、錐面１２に吹き付ける。これにより延伸後の
光ファイバプリフォーム１０表面の付着ガラス微粒子や
傷、内部の歪みを除去する。The both ends of the optical fiber preform preform 10 are gripped by a glass lathe (not shown) and rotated about an axis. One end of the optical fiber preform base material 10 is pulled in the axial direction (arrow B). The optical fiber preform preform 10 is heated by flames 26 and 27 ignited by flowing oxygen gas and hydrogen gas through the burners 20 and 21. By rotating the screw bar 24, the burners 21, 22 are
At a predetermined speed, the optical fiber preform is moved in a direction opposite to the direction in which the optical fiber preform is pulled (arrow A). Since the optical fiber preform preform 10 is pulled in the direction of arrow B, the portion of the preform 10 heated and melted by the burner is the conical surface 1.
It is 2. As the burners 21 and 22 move,
A portion 13 stretched to a desired diameter is formed. at the same time,
Rotate the threaded rod 34 and move the C
The flame burner 30 is moved in the direction. Flame burner 30
The flame 36 ignited at the tip of the flame is directed to the moving direction of the flame burner 30 and is sprayed on the conical surface 12. As a result, adhered glass particles on the surface of the preformed optical fiber preform 10, scratches, and internal strain are removed.
【００２０】前記実施例に従って光ファイバプリフォー
ム母材延伸装置を用い、長さ８６０ｍｍ、平均径６５ｍ
ｍの光ファイバプリフォーム母材１０を、延伸加工（５
ｍｍ縮径）を行った。２本のバーナ２０、２１、火炎バ
ーナ３０に各々、水素ガス１００Ｌ／分、酸素ガス５０
Ｌ／分を流した。要した時間は約４０分であった。延伸
終了部１３の表面をルーペで観察したところ、ガラス微
粒子の付着や傷は認められなかった。また、光弾性効果
を利用した歪み測定装置により内部歪みを測定したが歪
みは問題のないレベルであった。Using an optical fiber preform preform stretching apparatus according to the above embodiment, the length was 860 mm and the average diameter was 65 m.
m optical fiber preform preform 10 is stretched (5
mm diameter). Each of the two burners 20 and 21 and the flame burner 30 has a hydrogen gas flow rate of 100 L / min and an oxygen gas flow rate of 50 L / min.
L / min was flowed. The time required was about 40 minutes. When the surface of the stretching end portion 13 was observed with a loupe, no adhesion or scratches of glass particles were found. The internal strain was measured by a strain measuring device utilizing the photoelastic effect, but the strain was at a level without any problem.
【００２１】比較のため、１本のバーナを用い水素ガス
２５０Ｌ／分、酸素ガス１２５Ｌ／分を流したことと、
火炎バーナ３０を用いなかったこと以外は、本発明の光
ファイバプリフォーム母材延伸装置を用いた場合と同様
に延伸を行ったところ、６０分を要した。延伸した表面
にはガラス微粒子が付着しており、さらに火炎研磨をす
る必要があった。火炎研磨には、バーナに水素ガス２０
０Ｌ／分、酸素ガス１００Ｌ／分を流し、５０分を要し
た。For comparison, a single burner was used to supply 250 L / min of hydrogen gas and 125 L / min of oxygen gas.
Except that the flame burner 30 was not used, drawing was performed in the same manner as in the case of using the optical fiber preform base material drawing apparatus of the present invention, and it took 60 minutes. Glass particles adhered to the stretched surface, and it was necessary to perform flame polishing. For flame polishing, burner with hydrogen gas 20
0 L / min and an oxygen gas flow of 100 L / min required 50 minutes.
【００２２】したがって、本発明の装置を用いた場合、
所要時間で約６割短縮でき、消費ガス量で約５割低減化
できた。Therefore, when the apparatus of the present invention is used,
The required time was reduced by about 60%, and the amount of consumed gas was reduced by about 50%.
【００２３】なお、図４には、バーナ２本を１２０°で
設置した延伸装置と、バーナ１本である従来の延伸装置
を用い、光ファイバプリフォーム母材を延伸する際の熱
効率を比較した結果を示す。各々の延伸装置の水素ガス
流量は２００Ｌ／分である。FIG. 4 compares the thermal efficiencies when the optical fiber preform preform is drawn using a drawing device having two burners installed at 120 ° and a conventional drawing device having one burner. The results are shown. The hydrogen gas flow rate of each stretching device is 200 L / min.
【００２４】図４は、横軸に光ファイバプリフォーム母
材の回転数を、縦軸に光ファイバプリフォーム母材の加
熱部分の表面温度を示している。図４から明らかなよう
に、バーナ２本を有する装置を用いた場合の表面温度
は、回転数にかかわらず、バーナ１本の装置の場合に比
べ、約１００℃高い。このように本発明の延伸装置は、
加熱効率が良好である。FIG. 4 shows the rotation speed of the optical fiber preform preform on the horizontal axis and the surface temperature of the heated portion of the optical fiber preform preform on the vertical axis. As is clear from FIG. 4, the surface temperature in the case of using the apparatus having two burners is higher by about 100 ° C. than that in the case of the apparatus having one burner, regardless of the rotation speed. Thus, the stretching apparatus of the present invention
Good heating efficiency.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の光
ファイバプリフォーム母材延伸装置を用いることによ
り、光ファイバプリフォーム母材を簡便に延伸できる。
延伸後の光ファイバプリフォーム表面にガラス微粒子や
傷、内部に歪みがないので、線引きすると高品質の光フ
ァイバを得ることができる。また、加熱効率が良いた
め、加熱処理所要時間の短縮および消費ガス量の低減化
ができる。さらに熱遮蔽板によりバーナからの火炎や熱
輻射を遮蔽できるので、ガス配管などが破損せず、安全
である。As described in detail above, the optical fiber preform preform can be easily drawn by using the optical fiber preform preform stretching apparatus of the present invention.
Since the surface of the drawn optical fiber preform has no glass particles, scratches, or distortion inside, a high quality optical fiber can be obtained by drawing. In addition, since the heating efficiency is high, the time required for the heat treatment can be reduced and the amount of consumed gas can be reduced. Further, since the flame and heat radiation from the burner can be shielded by the heat shielding plate, the gas pipes and the like are not damaged, and the safety is provided.
【図１】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材
延伸装置の実施例の要部斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a main part of an embodiment of an optical fiber preform preform stretching apparatus to which the present invention is applied.
【図２】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材
延伸装置の別な実施例の要部斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a main part of another embodiment of an optical fiber preform preform stretching apparatus to which the present invention is applied.
【図３】本発明を適用する光ファイバプリフォーム母材
延伸装置の別な実施例の要部斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a main part of another embodiment of an optical fiber preform preform stretching apparatus to which the present invention is applied.
【図４】バーナ２本の延伸装置と、バーナ１本の延伸装
置とを用いた場合の回転数と表面温度との相関を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing a correlation between the number of rotations and the surface temperature when a stretching device with two burners and a stretching device with one burner are used.
１０は光ファイバプリフォーム母材、１１は延伸未了
部、１２は錐面、１３は延伸終了部、２０・２１はバー
ナ、２２・３２は酸素ガス管、２３・３３は水素ガス
管、２４・３４は螺合棒、２５・３５は台座、２６・２
７・３６は火炎、２８・３８はガイド棒、２９は熱遮蔽
板、３０は気体噴射ノズル、３９は窒素ガス管、Ａ・Ｂ
・Ｃは移動方向、θは角度である。Reference numeral 10 denotes an optical fiber preform preform, 11 denotes an unfinished portion, 12 denotes a conical surface, 13 denotes a drawing end portion, 20 and 21 denote burners, 22 and 32 denote oxygen gas pipes, 23 and 33 denote hydrogen gas pipes, and 24. 34 is a screw bar, 25 and 35 are pedestals, 26.2
7.36 is a flame, 28 and 38 are guide rods, 29 is a heat shield plate, 30 is a gas injection nozzle, 39 is a nitrogen gas pipe, AB
C is the moving direction, and θ is the angle.
フロントページの続き (72)発明者 島田 忠克 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越 化学工業株式会社精密機能材料研究所内 (56)参考文献 特開 平３−187944（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−43340（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03B 37/012 Continuation of the front page (72) Inventor Tadakatsu Shimada 2-3-1-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Precision Functional Materials Research Laboratory (56) References JP-A-3-187944 (JP, A) Kaihei 11-43340 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C03B 37/012
Claims (3)
プリフォーム母材側面に火炎を吹き付け、前記引っ張り
の方向とは逆向に相対移動するバーナを有する加熱延伸
装置において、該バーナが複数であって軸方向と垂直な
同一面上に配置され、該複数のバーナの加熱溶融により
形成された該母材側面の錐面に向け火炎気体を吹き付け
る気体噴射ノズルを有する光ファイバプリフォーム母材
延伸装置。1. A heating and stretching apparatus having a burner which blows a flame to a side surface of an optical fiber preform preform which is pulled in an axial direction and moves relatively in a direction opposite to the direction of the pulling, wherein a plurality of the burners are provided. An optical fiber preform preform stretching device having a gas injection nozzle disposed on the same plane perpendicular to the axial direction and for blowing a flame gas toward a conical surface on a side surface of the preform formed by heating and melting the plurality of burners.
の金属またはセラッミクスからなる熱遮蔽板を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリフォー
ム母材延伸装置。2. The optical fiber preform preform stretching apparatus according to claim 1, wherein the plurality of burners have a heat shield plate made of a heat-resistant metal or ceramics on an outer periphery thereof.
が６０°≦θ≦１８０°であることを特徴とする請求項
１に記載の光ファイバプリフォーム母材延伸装置。3. An angle θ between central axes of the plurality of burners.
2. The optical fiber preform preform stretching apparatus according to claim 1, wherein satisfies 60 ° ≦ θ ≦ 180 °.
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