JP4309569B2 - Optical fiber line quoting furnace and drawing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波誘導電流のエネルギにより光ファイバプリフォームを加熱溶融し、光ファイバを線引きするための誘導加熱炉、および光ファイバを線引きする方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバは、光ファイバプリフォームと呼ばれるコアとクララッドからなるガラスロッドを、加熱溶融しがら延伸して線引し製造される。加熱には発熱抵抗をヒータとする電気加熱炉が使用されていた。電気加熱炉の内部は、発熱抵抗を構成するグラファイトをはじめとするカーボン部品を酸化劣化から保護するため、アルゴン等の不活性ガスで満たされている。
【0003】
最近では、加熱炉の効率向上を企図してヒータ式の電気加熱炉に替え、比較的設備コストが低く、炉構造が簡素化される高周波誘導加熱炉が使用されるようになってきた。高周波誘導加熱炉は、炉体内部の中央部にグラファイトからなる炉心管が配置され、その周囲をとり巻くように誘導コイルが配置される。誘導コイルに流れる高周波電流により炉心管に渦電流が流れて熱を生じ、炉心管の内部に送り込まれてくるプリフォームを2000℃以上に加熱して軟化させる。これを光ファイバに線引きする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバの線引きのための高周波誘導加熱においては、加熱温度がかなりの高温であるため、誘導コイルに極めて高い電圧をかけ、炉体との間の電位差が非常に大きくなる。その結果、誘導コイルと炉体との間で火花放電(スパーク)を引き起こすことがある。かかる放電があると、炉体または誘導コイルに損傷が発生する。炉体は冷却のために水冷ジャケット構造になっており、炉体が損傷すると、漏れた冷却水が2000℃以上に加熱された部材に触れ、水蒸気爆発などが起こる可能性があり、非常に危険な状態になる。
【0005】
一方、炉心管は、アルゴン等の不活性ガスで満たされることでグラファイトが酸化劣化することから保護されている。しかし、アルゴン等の0族の不活性気体は、耐火花放電という面からすると必ずしも優れているとはいえない。図2には各種不活性ガス内で、平行平板電極間に生ずる火花電圧が示されている。図から分るように、ガス圧が極めて低い範囲を除き、大方において空気よりもアルゴンの方が火花電圧は低い。火花電圧が高い空気の主成分である窒素ガスは、酸化劣化の保護のための不活性ガスとして多用されているから、高周波誘導加熱に使用することが、一見、好都合かにみえる。
【0006】
しかしながら、光ファイバの線引きのための高周波誘導加熱においては、炉内、特に炉心管は2000℃以上に達するため、窒素ガスは炉心管であるグラファイトと反応し、猛毒のシアンガスを発生するという問題がある。
【0007】
本発明は、このような問題点を解消し、劣化、損傷がなく安全面で極めて優れた光ファイバの線引用加熱炉および線引方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明を適用する光ファイバの線引用加熱炉は、実施例に対応する図1に示すとおり、高周波誘導コイル5により誘導されてグラファイト製炉心管6に流れる電流のエネルギで、送り込まれてくるプリフォーム10を加熱し、光ファイバ11を線引きする高周波誘導加熱炉1であって、炉体3内部の雰囲気を、炉心管6が配置される内側と高周波誘導コイル5が配置される外側に絶縁材7で分離し、該内側に向けて窒素以外の不活性ガス源に繋がる導入管13、該外側に向けて空気よりも電気絶縁性の高い窒素、6フッ化イオウ、又はフロンの不活性ガス源に繋がる導入管14が配設されている。
【0009】
窒素以外の不活性ガスとしては、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンが挙げられる。空気よりも電気絶縁性の高い不活性ガス、すなわち空気よりも火花電圧の高い不活性ガスとしては、例えば窒素、6フッ化イオウ、フロンが挙げられる。
【0010】
該内側に導入管13から送り込まれるガスの圧力が該外側に導入管14から送り込まれるガスの圧力より高いことが好ましい。
【0011】
さらに好ましくは、前記窒素以外の不活性ガスがアルゴンであり、電気絶縁性の高い不活性ガスが窒素である。
【0012】
また上記目的を達成するためになされた本発明を適用する光ファイバの線引方法は、グラファイト製炉心管に流れる高周波誘導電流のエネルギによりプリフォームを加熱して光ファイバを線引きする方法において、該炉心管が配置されている近辺を窒素以外の不活性ガス雰囲気、高周波誘導コイルが配置されている近辺を空気よりも電気絶縁性の高い不活性ガス雰囲気に保たれていることを特徴としている。
【0013】
この光ファイバの線引方法において、前記窒素以外の不活性ガス雰囲気の圧力が、前記空気よりも電気絶縁性の高い不活性ガス雰囲気の圧力より高いことが好ましい。
【0014】
さらにこの光ファイバの線引方法において、さらに好ましくは、前記窒素以外の不活性ガスがアルゴン、前記電気絶縁性の高い不活性ガスが窒素である。
【0015】
上記本発明の加熱炉1を用いて本発明の方法により光ファイバ11を線引きするとき、高周波誘導コイル5に高電圧が印加されて炉体3との間の電位差が非常に大きくなっても、高周波誘導コイル5の近辺は電気絶縁性の高い不活性ガス雰囲気に保たれているから、誘導コイル5と炉体3との間で火花放電を引き起こすことがない。その一方で、グラファイトの炉心管6をはじめとするカーボン部品は、その近辺が窒素以外の不活性ガス雰囲気に保たれているから、酸化による劣化がないと同時に、極めて高い温度になってもシアンガスが発生することはない。
【0016】
炉体3の内部が炉心管6のある内側と高周波誘導コイル5のある外側に絶縁材7で分離されているため、外側に導入する電気絶縁性の高い不活性ガス、例えば窒素ガスは、炉心管6内のプリフォームに触れることはないので、高純度でなくても、光ファイバを劣化させることはない。
【0017】
さらに、絶縁材外側の圧力より絶縁体内側の圧力の方が高く保たれているため、窒素ガスが炉心管内に流入しプリフォームやメニスカス部やファイバに触れることはないので、高純度の窒素ガスを使用しなくとも、光ファイバの強度を低下させることはない。さらに従来に比べ高純度のアルゴンガスの使用量が半減する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光ファイバ線引用加熱炉を使用して本発明の光ファイバ線引方法の好適な実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0019】
図1は、本発明を適用する光ファイバ線引用加熱炉の一実施例の断面図が示してある。図に示すとおり、光ファイバ線引用加熱炉は高周波誘導加熱炉1からなるもので、中央の上部から送り込まれてくる光ファイバプリフォーム10を加熱して光ファイバ11を線引きし、下部から出す構造となっている。
【0020】
高周波誘導加熱炉1の炉体3は、外周囲が水冷ジャケット構造となっており、その内部がセラミックスからなる絶縁材の筒7により仕切られている。筒7の周囲、すなわち炉体3の内部の筒7により仕切られた外側は、高周波誘導コイル5が巻かれている。高周波誘導コイル5が配置されているこの外側に向けて、炉体3を貫通して窒素ガスのボンベ(図示省略)に繋がる導入管14が挿入され、開閉弁のついた排気管16が配管されている。炉体3の内部の筒7により仕切られた内側は、中央部にグラファイトからなる炉心管6が配置され、筒7と炉心管6との間はグラファイト断熱材8が詰め込まれる。炉心管6および断熱材8が配置されているこの内側に向けて、炉体3を貫通してアルゴンガスのボンベ(図示省略)に繋がる導入管13が挿入され、開閉弁のついた排気管17が配管されている。
【0021】
この他、炉体3の上部には図示を省略したプリフォームの吊下げ送り機構から送られてくるプリフォーム10を炉体3の内部に導く口金21、下部には光ファイバ11が通る孔のあるオリフィス板を備えた風防筒22が配置され、光ファイバ11は図示を省略した光ファイバ巻取り機構に到る。
【0022】
この高周波誘導加熱炉1で、プリフォームを炉心管6の中程まで送り込んでおき、導入管14から窒素ガスを炉体3の内部の筒7により仕切られた外側に導入し、導入管13からアルゴンガスを内側に導入し、夫々ガス流を流し続ける。高周波誘導コイル5に高周波電流を流し炉心管6の温度を上げる。プリフォーム10の溶融温度まで達したら光ファイバ11を引き出し巻き取ってゆくことで光ファイバの線引がなされる。
【0023】
上記の高周波誘導加熱炉で、本発明の光ファイバの線引方法を実施した例について以下に示す。
【0024】
絶縁材の筒7の内側にアルゴンガスを10L/Min導入し、外気の差圧が30Paになるように排気量を調整し、誘導コイル雰囲気に窒素ガス5L/Min導入して、外気との差圧が20Paになる様に排気量を調整し、筒7の外側のガス圧より内側のガス圧力の方を高く保った。
【0025】
外径60mm、長さ800mmの光ファイバ用プリフォームから、炉心管の表面温度を約2050℃、線速800mm/minで線引きを行い、125μm、長さ180kmのシングルモード光ファイバを得た。このファイバをスクリーニングテスターで1%スクリーニングを実施したところ、一度も破断は起こらなかった。また、線引き終了後、炉内を目視検査したが誘導コイルと炉体間にスパークが発生した痕跡は無かった。
【0026】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、本発明の光ファイバの線引用加熱炉は、グラファイトの炉心管が劣化することがなく、しかも高周波誘導コイルと炉体との間で火花放電を引き起こすことがないから、コイルや炉体を損傷することがない。したがって、炉体の損傷部分から水漏れして水蒸気爆発などが発生することを事前に予防できる。また加熱炉が極めて高い温度になっても、その内に配置されているカーボン部品からシアンガスが発生することがなく、この面からも安全を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する光ファイバ線引用加熱炉の実施例の断面図である。
【図2】各種不活性ガスのガス圧と火花放電を発生する電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
1は高周波誘導加熱炉、3は炉体、5は高周波誘導コイル、6は炉心管、7は筒、8は断熱材、10はプリフォーム、11は光ファイバ、13・14は導入管、16・17は排気管、21は口金、22は風防筒である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction heating furnace for heating and melting an optical fiber preform with the energy of a high-frequency induction current to draw the optical fiber, and a method for drawing the optical fiber.
[0002]
[Prior art]
An optical fiber is manufactured by drawing a glass rod made of a core and clalad called an optical fiber preform, while heating and melting the glass rod. An electric heating furnace using a heating resistor as a heater has been used for heating. The inside of the electric heating furnace is filled with an inert gas such as argon in order to protect carbon parts such as graphite constituting the heat generating resistance from oxidative deterioration.
[0003]
Recently, in order to improve the efficiency of the heating furnace, a high-frequency induction heating furnace having a relatively low equipment cost and a simplified furnace structure has been used instead of a heater type electric heating furnace. In a high-frequency induction heating furnace, a furnace core tube made of graphite is disposed at the central portion inside the furnace body, and an induction coil is disposed so as to surround the periphery thereof. Due to the high-frequency current flowing through the induction coil, an eddy current flows through the core tube to generate heat, and the preform fed into the core tube is heated to 2000 ° C. or higher and softened. This is drawn to an optical fiber.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In high-frequency induction heating for drawing an optical fiber, the heating temperature is quite high. Therefore, an extremely high voltage is applied to the induction coil, and the potential difference with the furnace body becomes very large. As a result, spark discharge (spark) may be caused between the induction coil and the furnace body. When such a discharge occurs, the furnace body or the induction coil is damaged. The furnace body has a water-cooled jacket structure for cooling, and if the furnace body is damaged, the leaked cooling water may touch a member heated to 2000 ° C or higher, causing a steam explosion, which is extremely dangerous. It becomes a state.
[0005]
On the other hand, the core tube is protected from oxidative deterioration of graphite by being filled with an inert gas such as argon. However, group 0 inert gases such as argon are not necessarily excellent in terms of spark discharge. FIG. 2 shows spark voltages generated between parallel plate electrodes in various inert gases. As can be seen, the spark voltage is much lower for argon than for air, except in the very low range of gas pressure. Nitrogen gas, which is the main component of air with a high spark voltage, is frequently used as an inert gas for protection against oxidative degradation, so it seems convenient to use it for high-frequency induction heating.
[0006]
However, in high-frequency induction heating for optical fiber drawing, the furnace, particularly the furnace core tube, reaches 2000 ° C. or more, so that nitrogen gas reacts with graphite, which is the furnace core tube, and generates extremely toxic cyan gas. is there.
[0007]
The present invention solves such problems, and provides an optical fiber line-quoting heating furnace and a drawing method that are excellent in safety without deterioration and damage.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An optical fiber line citation heating furnace to which the present invention is applied to achieve the above object is shown in FIG. 1 corresponding to the embodiment, and is a current that is induced by a high
[0009]
Examples of the inert gas other than nitrogen include helium, neon, argon, krypton, and xenon. Examples of the inert gas having a higher electrical insulation than air, that is, the inert gas having a spark voltage higher than that of air, include nitrogen, sulfur hexafluoride, and Freon.
[0010]
The pressure of the gas sent from the
[0011]
More preferably, the inert gas other than nitrogen is argon, and the inert gas having high electrical insulation is nitrogen.
[0012]
An optical fiber drawing method to which the present invention is applied to achieve the above object is a method of drawing an optical fiber by heating a preform with energy of a high-frequency induction current flowing in a graphite furnace core tube. An inert gas atmosphere other than nitrogen is maintained in the vicinity where the core tube is disposed, and an inert gas atmosphere having a higher electrical insulation than air is maintained in the vicinity where the high frequency induction coil is disposed.
[0013]
In this optical fiber drawing method, it is preferable that the pressure of the inert gas atmosphere other than the nitrogen is higher than the pressure of the inert gas atmosphere having higher electrical insulation than the air.
[0014]
Further, in this optical fiber drawing method, more preferably, the inert gas other than nitrogen is argon, and the inert gas having high electrical insulation is nitrogen.
[0015]
When the
[0016]
Since the inside of the
[0017]
Furthermore, since the pressure inside the insulator is kept higher than the pressure outside the insulating material, the nitrogen gas does not flow into the furnace core tube and touch the preform, meniscus part, or fiber. Even if not used, the strength of the optical fiber is not lowered. Furthermore, the amount of high-purity argon gas used is halved compared to the conventional case.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of an optical fiber drawing method of the present invention using an optical fiber wire reference heating furnace of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0019]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of an optical fiber line reference heating furnace to which the present invention is applied. As shown in the figure, the optical fiber line reference heating furnace is composed of a high-frequency
[0020]
The
[0021]
In addition, the upper part of the
[0022]
In this high-frequency
[0023]
An example of carrying out the optical fiber drawing method of the present invention in the above-described high frequency induction heating furnace will be described below.
[0024]
Argon gas is introduced at 10 L / Min inside the
[0025]
Drawing was performed from an optical fiber preform having an outer diameter of 60 mm and a length of 800 mm at a core tube surface temperature of about 2050 ° C. and a linear velocity of 800 mm / min to obtain a single-mode optical fiber having a length of 125 μm and a length of 180 km. When this fiber was screened with a screening tester at 1%, no breakage occurred. Further, after the drawing was completed, the inside of the furnace was visually inspected, but there was no evidence that a spark occurred between the induction coil and the furnace body.
[0026]
【The invention's effect】
As described in detail above, the optical fiber line citation heating furnace of the present invention does not deteriorate the graphite core tube, and does not cause spark discharge between the high frequency induction coil and the furnace body. The coil and furnace body will not be damaged. Therefore, it is possible to prevent in advance the occurrence of a water vapor explosion due to water leakage from the damaged part of the furnace body. Even when the temperature of the heating furnace becomes extremely high, cyan gas is not generated from the carbon components disposed therein, and safety can be secured from this aspect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of an optical fiber line reference heating furnace to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between gas pressures of various inert gases and voltages for generating spark discharge.
[Explanation of symbols]
1 is a high-frequency induction heating furnace, 3 is a furnace body, 5 is a high-frequency induction coil, 6 is a core tube, 7 is a cylinder, 8 is a heat insulating material, 10 is a preform, 11 is an optical fiber, 13 and 14 are introduction pipes, 16 17 is an exhaust pipe, 21 is a base, and 22 is a windshield.
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