JP5527982B2 - 光ファイバの製造装置、光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、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。

光ファイバの製造には、ＶＡＤ法やＯＶＤ法等のスート法で作製された石英多孔質母材を焼結ガラス化する方法が一般に用いられている。しかし、近年の光ファイバ母材の大型化に伴い、より生産性の高い方法が求められている。

その一つの方法として、光ファイバの大部分を占めるクラッド部分を光ファイバ用石英ガラス管のジャケットにより作製するロッドインチューブ法がある。この方法には大きくわけて２種類あり、光ファイバ用コアロッドを光ファイバ用石英ガラス管に挿入後、加熱炉で一体化し光ファイバ用母材とする場合と、光ファイバ用コアロッドと光ファイバ用石英ガラス管とを一体化しながら光ファイバまで一度に線引きする方法がある。なお、ここでいう光ファイバ用コアロッドは、ＶＡＤ法やＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法など、従来ある製法を用いて作製することができ、光が伝播するコア部とクラッド部の一部から構成されているのが一般的である。

前者の加熱炉で一体化する場合、炉心管と光ファイバ母材の隙間を通じて外部から炉心管内にガスが流入することを防止するシール部材が必要である。なぜならば、加熱炉内のヒータや炉心管は通常カーボン製が用いられるため、炉心管と光ファイバ母材間のシール性（気密性）が悪いと、炉心管内に外部から酸素が混入し、カーボン部品の劣化、焼損につながるためである。そのため、加熱炉で一体化し光ファイバ用母材とする前者の方法の場合は、３０〜１００ＳＬＭのパージガスを流すことで、炉心管内へのガスの混入を防止するガスシールも取られている。
しかし、一体化しながら光ファイバまで一度に線引きする後者の場合、炉心管内部のガス流の安定性が重要であるため、大流量でのガスシールはファイバ径変動の原因となる。そのため大流量のガスシールを用いることなく、炉心管と光ファイバ母材をシールできることが必要である。

ところで、φ１００ｍｍ以上の大型の光ファイバ用石英ガラス管を用いたロッドインチューブ法の場合、光ファイバ用石英ガラス管の端部にダミー石英管を溶接することが一般的である。光ファイバ用石英ガラス管の端部まで線引きする場合、線引き工程の後半において、光ファイバ用石英ガラス管とダミー石英管の溶接部が炉心管内部に入ることになる。この溶接部に外径変動部が存在すると、溶接部が炉心管内部に入る際、炉心管とのシール性が線引き途中で変化するため、光ファイバ径変動が発生する恐れがある。光ファイバ径変動の結果として光ファイバの断線や歩留まり低下などの問題があった。

従来、炉心管と光ファイバ母材間のシール性を向上させるための装置としては、例えば特許文献１〜２に記載されたものがある。
特許文献１に示される光ファイバ線引炉は、光ファイバ母材の外径変動に追従することができる伸縮可能なカーボンフェルトを耐熱封止部材として用いるとともに、ガスシールを行うことで、耐熱封止部材の熱劣化および酸化を防ぐための大型のチャンバを用いることなく、ガスシールを可能としたものである。

特許文献２に示される光ファイバ線引装置は、カーボンフィルムをガスシール部材として用いているが、外径差が生じる場合の対策として、光ファイバ母材となるプリフォーム部と、該プリフォーム部の上端に溶着されたハンドル部とで、別々のガスシール機構を用いることで、これらプリフォーム部およびハンドル部に外径差が生じる場合においても、外部から炉心管内へのガス流入を防止できるものである。

特開２００６−２４８８４２号公報 特開２００５−８４７５号公報

上記特許文献１および２に示される従来の光ファイバ線引炉／光ファイバ線引装置においては、光ファイバ用石英ガラス管とダミー石英管との接合部に存在し、光ファイバ母材の平均径に対して径が細い方向に変化する外径縮小部の影響について考慮されていなかった。そのため以下のような問題が発生する。
特許文献１に開示される光ファイバ線引炉においては、光ファイバ母材の外径変動に追従することができる耐熱封止部材として、カーボンフェルトを使用している。光ファイバ用石英ガラス管とダミー石英管との接合部には、火炎溶接した際の影響で、光ファイバ母材の長手方向に外径縮小部が存在しているにもかかわらず、カーボンフェルトは熱の影響で硬化するため、一度広がった内径を小さくすることは難しい。従って外径縮小部においては、シール性が悪化しやすくなるという問題があった。

特許文献２に開示される光ファイバ線引装置においては、シール部材としてカーボンフィルムを用いていており、外径差のある場合の対策として、プリフォーム部とハンドル部で別々のガスシール機構を用いているが、ハンドル部のガスシールをするために、カーボンフィルムを載せるための平坦な円盤もしくは円筒、遮熱用リング、およびカーボンフィルムの重しとしての重り用リングが必要である。しかしながら、これら各部材は金属製や石英ガラス製のものを用いるため重量が重く、カーボンフィルムの水平度を出すのに作業性が悪い。また、ガラスと同等もしくはより硬い材質を用いるとすると、光ファイバ母材を誤って傷つける可能性があるという問題があった。

上述の課題を解決するため、本発明は以下の構成を提供する。
第１の発明は、光ファイバ母材の外側をなす光ファイバ用石英ガラス管および該光ファイバ用石英ガラス管の端部に接合されたダミー石英管が挿入される炉心管を内部に有する紡糸炉と、該紡糸炉の上面に配置され、リング状のシール部材によって該シール部材の中央に形成された開口部に挿通した該光ファイバ母材および該ダミー石英管をシールするシール機構と、を具備し、前記紡糸炉内で加熱された光ファイバ母材を線引きすることで光ファイバを製造する光ファイバの製造装置において、前記シール機構は、前記光ファイバ母材の挿入方向に沿って、少なくとも３段のシール部材を具備し、前記光ファイバ用石英ガラス管と前記ダミー石英管との接合部近傍に存在する外形縮小部の管長手方向の距離をＡ、管長手方向に最も離れた前記シール部材間の距離をＢとした場合、Ｂ≧Ａなる関係式を満たすように設定されてなり、前記３段のシール部材のいずれかが、前記外形縮小部以外の箇所において、光ファイバ母材の外周に接してシールしていることを特徴とする光ファイバの製造装置を提供する。
第２の発明は、前記シール部材周りの各段部分にパージガスを流入させるためのパージガス導入管を設けたことを特徴とする第１の発明の光ファイバの製造装置。
第３の発明は、前記シール部材は、該シール部材の内周から切り込むように形成されたスリットである内周側スリットと、該シール部材の外周から切り込むように形成されたスリットである外周側スリットとをそれぞれ複数有してなるスリット付きシールリングを具備して構成されていることを特徴とする第１または第２のいずれかの発明の光ファイバの製造装置を提供する。
第４の発明は、前記スリット付きシールリングのスリットは、前記光ファイバ母材が挿通される前記開口部の半径方向に沿うように形成されているとともに、内周側スリットと外周側スリットとが、該シール部材の周方向に沿って互い違いに配置されていることを特徴とする第３の発明の光ファイバの製造装置を提供する。
第５の発明は、前記シール部材は、前記スリット付きシールリングと中心位置を同じくし、スリットを有していないシールリングであるスリット無しシールリングを複数具備し、該複数のスリット無しシールリングが該スリット付きシールリングを挟んで配置されてなることを特徴とする第３または第４のいずれかの発明の光ファイバの製造装置を提供する。

第６の発明は、紡糸炉の内部に設けられた炉心管に、光ファイバ母材の外側をなす光ファイバ用石英ガラス管および該光ファイバ用石英ガラス管の端部に接合されたダミー石英管を挿入し、前記紡糸炉の上面に配置されたリング状のシール部材によって該シール部材の中央に形成された開口部に挿通した前記光ファイバ母材および前記ダミー石英管をシールした状態で、前記光ファイバ母材を線引きすることで光ファイバを製造する光ファイバの製造方法において、前記光ファイバ母材の挿入方向に沿って、少なくとも３段のシール部材を設け、前記光ファイバ用石英ガラス管と前記ダミー石英管との接合部近傍に存在する外形縮小部の管長手方向の距離をＡ、管長手方向に最も離れた前記シール部材間の距離をＢとした場合、Ｂ≧Ａなるなる関係式を満たし、前記３段のシール部材のいずれかを、前記外形縮小部以外の箇所において、光ファイバ母材の外周に接してシールさせることを特徴とする光ファイバの製造方法を提供する。
第７の発明は、前記シール部材周りの各段部分にパージガスを流入させることを特徴とする第６の発明の光ファイバの製造方法を提供する。
第８の発明は、前記シール部材として、該シール部材の内周から切り込むように形成されたスリットである内周側スリットと、該シール部材の外周から切り込むように形成されたスリットである外周側スリットとをそれぞれ複数有してなるスリット付きシールリングを用い、該スリット付きシールリングの開口部に前記光ファイバ母材が挿通された状態で前記光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする第６または第７のいずれかの発明の光ファイバの製造方法を提供する。
第９の発明は、前記スリット付きシールリングのスリットとして、前記光ファイバ母材が挿通される前記開口部の半径方向に沿うように形成されているとともに、内周側スリットと外周側スリットとが、該シール部材の周方向に沿って互い違いに配置されているものを用いることを特徴とする第８の発明の光ファイバの製造方法を提供する。
第１０の発明は、前記シール部材として、前記スリット付きシールリングと中心位置を同じくし、スリットを有していないシールリングであるスリット無しシールリングを複数具備し、該複数のスリット無しシールリングが該スリット付きシールリングを挟んで配置されてなるものを用い、全てのシールリングの開口部に前記光ファイバ母材が挿通された状態で前記光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする第８または第９のいずれかの発明の光ファイバの製造方法を提供する。

本発明によれば、紡糸炉の上部に設けられるシール機構として、少なくとも３段のシール部材を備え、光ファイバ用石英ガラス管の長手方向に最も離れたシール部材間の距離が、光ファイバ用石英ガラス管とダミー石英管との接合部近傍に存在する外形縮小部の長手方向の距離以上の長さになるように構成したシール機構を用いることによって、光ファイバ母材が紡糸炉内に送り込まれてシール部材間に接合部が送り込まれた場合に、３段のシール部材のいずれかが、外形縮小部以外の箇所において、光ファイバ母材の外周に確実に接してシールすることができる。よって、光ファイバ用石英ガラス管とダミー石英管との接合部近傍に外径縮小部が存在した場合においても、シール部に隙間を発生させず、光ファイバ母材との良好なシール性を維持しながら紡糸することができる。

また、シール部材を３段以上で構成にすることによって、シール部材間の空間を狭くして区画できるため、シール部材内に流すパージガスをシール部材間の空間に効率よく流入させることができ、紡糸炉内の酸素濃度を目的値以下（例えば紡糸炉内空間のシール部材側の端部における酸素濃度を２００ｐｐｍ以下）に抑えるといったことが可能となり、紡糸炉内のカーボン製の炉心管やヒータの劣化防止および寿命延長を図ることができる。
また、シール部材として、内周側スリット及び外周側スリットがそれぞれ複数設けられて変形自由度が高められたスリット付きシール部材を使用する構成であり、シール部材の破損が生じにくく、かつ該シール部材による光ファイバ母材のシール性を維持することができる。
また、光ファイバ用石英ガラス管とダミー石英管とで別々のシール部材を用いているわけではなく、３段のシール部材でシールするので、特許文献２に記載の発明のように、ダミー石英管をシールするための部材を必要としない。よって、光ファイバ母材を傷つけるという問題が発生することなく、均一な径の光ファイバを製造することが可能となる。

本発明に実施形態に係わる光ファイバの製造装置の概略構成図である。 シール機構の詳細図である。 ３段構成のシール部材を備えたシール機構に、光ファイバ母材とダミー石英管の挿入過程を示す図であって、（ａ）は外形縮小部がシール部材に挿入される前、（ｂ）（ｃ）は外形縮小部がシール部材によってシールされていることを示す図である。 １段構成のシール部材を備えたシール機構に、光ファイバ母材とダミー石英管の挿入過程を示す図であって、（ａ）は外形縮小部がシール部材に挿入される前、（ｂ）は外形縮小部がシール部材によってシールされていることを示す図である。 ２段構成のシール部材を備えたシール機構に、光ファイバ母材とダミー石英管の挿入過程を示す図であって、（ａ）は外形縮小部がシール部材に挿入される前、（ｂ）（ｃ）は外形縮小部がシール部材によってシールされていることを示す図である。 カーボンシートを示す平面図であって、（ａ）はスリット無しカーボンシート、（ｂ）はスリット付きカーボンシート、（ｃ）はスリットを内側に有するカーボンシート、である。 光ファイバ用石英ガラス管とダミー石英管との溶接の概略図であり、（ａ）はチャックで両部材を固定する全体図、（ｂ）は溶接部の拡大図である。

以下、本発明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を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る光ファイバ製造装置１００である。この光ファイバ製造装置１００は、ヒータ１が内蔵されてその内部に、光ファイバ母材Ｆが挿入される炉心管２が上下に沿う軸方向（矢印ａ−ｂ方向）に配置された紡糸炉３と、この紡糸炉３の前記炉心管２が位置する上部位置にて中心軸（符号Ｏで示す）を同じくするように開口部が配置されたリング状のシール機構２０と、を有するものである。

図１において、光ファイバ母材Ｆは、光ファイバ用石英ガラス管４の内部に光ファイバ用コアロッド５を挿入してなるものである。この光ファイバ母材Ｆの上端部には、ダミー石英管１０、押さえ石英管１１、真空引き用キャップ１２が設けられ、また、その下端部には、ダミー部材１３が設けられている。
ダミー石英管１０は、光ファイバ用石英ガラス管４の上端部に火炎溶接された管体であって、その内部には、光ファイバ用コアロッド５を先端部で固定するための押さえ石英管１１が挿入されている。
真空引き用キャップ１２は、ダミー石英管１０の上端面に設置されるものであって、光ファイバ用コアロッド５をダミー石英管１０の内部に挿入した後、石英管１１を介して該光ファイバ用コアロッド５を固定及び保持する。
ダミー部材１３は円錐形状であって、光ファイバ用石英ガラス管４の下端部に火炎溶接されることで固定されるものであって、ファイバ線引時に口出し部となる。

次に、図１の光ファイバ製造装置１００のシール機構２０について図２を参照して説明する。
図２に示すように、前記シール機構２０は紡糸炉３の上部に配置されている。このシール機構２０は、炉心管２内に酸素を含む外気が流入することを防止するためのものであり、円筒状のシール機構ケース２７、該シール機構ケース内に収納されたシール部材２１〜２３、および各段にパージガスを導入するためのパージガス導入管２８などから構成されている。
本発明においては、シール部材２１〜２３を光ファイバ母材の挿入方向に対して３段備えた構成とすることで更なるシール性の向上を実現している。

シール機構ケース２０には、２段目および３段目のシール部材を支持するためのシート支持部材２９が形成されており、２段目および３段目のシール部材２２、２３は、このシート支持部材２９によって載置されて支持されている。１段目のシール部材２１は、紡糸炉３の炉心管２の上に載置されている。
各シール部材２１〜２３は、それぞれ３枚のカーボンシートを備えて構成されている。３枚のカーボンシートは、図６（ｂ）に示すようにスリット４１、４２が形成された１枚のスリット付きカーボンシート４０に対して、図６（ａ）に示すような、スリット無しカーボンシートを１枚ずつスリット付きカーボンシート４０の上下に重ねた構成である。この構成によって、よりシール性が維持され、スリットを通じて炉心管２内にガスが流入することを防ぐことが可能となる。

また、各シール部材間の空間に、パージガス導入管２８を通じてパージガスを流入させることによって、酸素混入を更に防止している。
シール部材２１〜２３内に流入させるパージガスとしてはヘリウム、アルゴンが望ましいが、ヘリウムは高価であるためアルゴンガスを用いる方がコストダウンにつながり好ましい。ただし最下段のシール部材２１内のガスは、光ファイバ母材Ｆの送り込みに伴い、紡糸炉３の内部に拡散する場合がある。そのため紡糸炉３の内部でヘリウムを用いる条件の場合は、最下段のシール部材２１内のパージガスとしてヘリウムを用いると、ファイバ径変動の安定化が容易になり、より好ましい。

図２に示すように、スリット無しカーボンシート３１、３２の内周縁３１Ａ、３２Ａは、炉心管２の内周縁２Ａより若干内方側に突出するように配置されている。
スリット付きカーボンシート４０の内周縁４０Ａは、スリット無しカーボンシート３１、３２の内周縁３１Ａ、３２Ａより更に内方側へ突出するように配置されている。

また、スリット無しカーボンシート３２上には、３枚のカーボンシート３１、３２、４０を紡糸炉３上に押さえ込むためのリング状のカーボンシート押さえ３４が設けられている。図２に示すように、このカーボンシート押さえ３４は、上下方向において、スリット無しカーボンシート３２の上部に配置されている。
３枚のカーボンシート３１、３２、４０は紡糸炉３に対して固定されておらず、カーボンシート押さえ３４も紡糸炉３に対して固定されていない。各シール部材２１〜２３は、カーボンシート押さえ３４の質量（重量）によって、３枚のカーボンシート３１、３２、４０を紡糸炉３に押さえ込んだ構成になっている。

図６（ｂ）に示すように、スリット付きカーボンシート４０は、内周から切り込むように形成されたスリットである内周側スリット４１と、外周から切り込むように形成されたスリットである外周側スリット４２とを有している。スリット４１、４２は、内周縁４０Ａ及び外周縁４０Ｂに沿う方向に一定の間隔でそれぞれ複数形成されている。

スリット無しカーボンシート３１、３２の開口部３１Ｍ、３２Ｍの内径は、光ファイバ母材Ｆの最大径よりも大きく設定されている。このため、これらスリット無しカーボンシート３１、３２が、光ファイバ母材Ｆとの接触により破損する恐れは無い。
また、中間に位置するスリット付きカーボンシート４０の開口部４０Ｍの内径は、光ファイバ母材Ｆの最小径よりも小さく設定されている。このため、スリット付きカーボンシート４０は、光ファイバ母材Ｆに対して密着するためシール性が高い。

また、３枚のカーボンシートの代替として、１枚のカーボンシートのみを用いることも可能である。その場合は図６（ｃ）に示すような開口部５０Ｍの内周縁５０Ａからカーボンシート５０に切り込むように形成されたスリット５１を有するカーボンシート５０を使用することが好ましい。このスリット５１は、開口部５０Ｍの内周縁５０Ａに沿う方向に一定の間隔で複数設けられたものであって、このスリット５１により、カーボンシート５０の破損を防ぐことが可能となる。また、シール性を保つために、スリット５１の間隔を広くとることが好ましい。

続いて、３段のシール部材の間隔の決定方法について説明する。
上述したように、大型の光ファイバ用石英ガラス管を用いたロッドインチューブ法では、光ファイバ用石英ガラス管４の端部にダミー石英管１０が溶接されており、この溶接では、旋盤のチャックに固定した光ファイバ用石英ガラス管４とダミー石英管１０を水平方向に押し付けることで溶接している。よって、図７（ｂ）に示すように、両者の接合部にはわずかに外径変動Ｒが発生する。また、光ファイバ用石英ガラス管４とダミー石英管１０との溶接には酸水素火炎によるバーナ６０が用いられる。火炎は一定の広がりをもつため、溶接部の近傍も火炎研磨によりわずかに研削される研磨範囲Ｗが存在する。このような溶接や火炎研磨の影響によって、光ファイバ用石英ガラス管４とダミー石英管１０との接合部には、平均母材径より細くなる外径縮小部Ｄが一定範囲存在する。
本発明は、最も離れたシール部材間の距離（最上段のシール部材２３と最下段のシール部材２１との距離）が、外形縮小部Ｄの範囲よりも長くなるように構成した。つまり、光ファイバ用石英ガラス管４とダミー石英管１０との接合部近傍に存在する外形縮小部Ｄの長手方向の距離をＡ、シール部材２１とシール部材２３との距離をＢとした場合、Ｂ≧Ａなる関係式を満たすように設定した。

なお、外径縮小部Ｄの範囲とは、光ファイバ用石英ガラス管４とダミー石英管１０の長手方向に沿って、光ファイバ用石英ガラス管１０の先端側（図６（ａ）における左側）からダミー石英管１０側（図６（ａ）における右側）に向かう方向で、光ファイバ用石英ガラス管４の研磨範囲Ｗの範囲において、研磨範囲Ｗが始まる点から、ダミー石英管１０の最も外径が小さい点までの範囲とする。
φ１５０ｍｍの光ファイバ母材径においては、平均母材径と外形縮小部Ｄの最小径との差は、直径で１．０ｍｍを最大とする。つまり、外形縮小部Ｄにおいては、シール部材２１〜２３の内径が平均母材径と等しい場合においては、光ファイバ母材Ｆとシール部材１０とのクリアランスは、最大０．５ｍｍとなる。

発明者らがこれまでに検討した結果では、光ファイバ母材Ｆの直径が約φ８０ｍｍの場合、光ファイバ母材Ｆとシール部材２１〜２３とのクリアランスが１．０ｍｍまでであれば、生成されるファイバ径に変動がないことを確かめている。以下、ファイバ径変動がないことが確認できたクリアランスを「許容クリアランス」とする。クリアランスが１．０ｍｍの位置においては、光ファイバ母材Ｆの外形縮小部Ｄ（外径φ８０ｍｍ）とシール部材２１〜２３（内径φ８２ｍｍ）との隙間の開口部断面積は２５４．５ｍｍ^２となる。

光ファイバ母材Ｆを大型化し、φ１５０ｍｍの光ファイバ母材を用いた場合、小型光ファイバ母材（母材径φ８０ｍｍ）の場合と同程度の開口部断面積とするためには、光ファイバ母材Ｆの外形縮小部Ｄとシール部材１０との許容クリアランスは約０．５ｍｍとする必要がある。つまり約φ１５０ｍｍの大型光ファイバ母材の場合、外径の縮小が１．０ｍｍ（シール部材２１〜２３とのクリアランスとして０．５ｍｍ）より小さい範囲であれば、光ファイバ母材Ｆと紡糸炉３とのシール性は維持される。シール性が維持されることによって、ファイバ径変動は発生しにくくなり、問題とならない。
なお、外径縮小部Ｄにおける、光ファイバ母材Ｆとシール部材２１〜２３との許容クリアランスは、使用する光ファイバ母材Ｆの直径に応じて当然異なるものとなる。一例としてはφ２００ｍｍの光ファイバ母材径の場合においては、光ファイバ母材Ｆとシール部材２１〜２３とのクリアランスは０．４ｍｍ程度とする必要がある（シール部材２１〜２３の内径をφ２００．８ｍｍ程度とする必要がある）。

次に、上記カーボンシート３１、３２、４０を用いたシール部材２１〜２３について以下のような実験を行った。
以下に示す実施例１〜４は、本願発明に係わるものであって、シール部材２１〜２３の中間シール部材として、内周縁４０Ａおよび外周縁４０Ｂの両方にスリット４１、４２を有するスリット付きカーボンシート４０を使用している。一方、比較例１〜３は、本発明と比較するためのものであって、外径縮小部Ｄが最も離れたシール部材間の距離より大きい場合（比較例１）、シール部材を１段または２段とした場合（比較例２、３）とし、実施例１〜４と比較した。

以下、実施例により本発明を詳しく説明する。実験条件および判定結果を以下の表１に示す。

炉心管と光ファイバ母材のシール性の評価として酸素濃度測定とファイバ径変動がある。シール部材直下での酸素濃度が２００ｐｐｍ以下であれば、カーボン部品の劣化は少なく良好と判断できる。酸素濃度が１００ｐｐｍ以下であれば、カーボン部品の寿命がより伸びるため望ましい。またシール性が悪い場合、紡糸中にファイバ径変動が見られる。目標ファイバ径を１２５μｍとした場合、紡糸中のレーザ外径測定によるオンラインでのファイバ径測定で１２５±０．３μｍであれば良好であると判断できる。より好ましくは１２５±０．２μｍである。

〔実施例１〕
外径φ１５５ｍｍ、内径φ４５ｍｍ、長さ１５００ｍｍの光ファイバ用石英ガラス管４の端部に外径φ１５５ｍｍ、内径φ８０ｍｍ、長さ８００ｍｍのダミー石英管１０をバーナ６０により火炎溶接した。溶接時のバーナ火炎による溶接境界の近傍における外径縮小部Ａは５０ｍｍであった。その後ＶＡＤ法で作製した光ファイバ用コアロッド５（φ４２ｍｍ×１５００ｍｍ、火炎加工で曲がり取り済み）を光ファイバ用石英ガラス管４内に挿入した。引き続き光ファイバ用コアロッド５を固定するための押さえ石英管１１をダミー石英管１０の内部に挿入後、ダミー石英管１０の端部に真空引き用キャップ１２を設置した。その後、光ファイバ用石英ガラス管４を、紡糸炉タワーに設置した（図１を参照）。
紡糸炉３の開口部に設置したシール機構２０内部に設けられているシール部材は３段構成とし、１段目のシール部材２１と３段目のシール部材２３との距離Ｂは６０ｍｍとした。各シール部材はカーボンシート（肉厚０．６ｍｍ）を３枚それぞれ使用して構成されている。用いたカーボンシートは図６（ｂ）の形状を持つスリット付きカーボンシート４０（内径φ１５４．５ｍｍ、スリット数：計７２箇所）１枚に対して、図６（ａ）の形状を持つスリット無しカーボンシート３１、３２（内径φ１５６ｍｍ）を１枚ずつ上下に重ねて構成されている。１段目（最下段）のシール部材２１内にはパージガスとしてヘリウムを３リットル／分、２、３段目のシール部材２２、２３内にはアルゴンを各３リットル／分流した。
その後、紡糸炉３のヒータ１を昇温して、線速１０００ｍ／分で紡糸を実施した。紡糸中は光ファイバ用石英ガラス管４内の空隙部を図示しない真空ボンプで減圧し、ブルドン管圧力計の表示で−０．１ＭＰａ（ゲージ圧）とした。１段目（最下段）のシール部材２１直下で紡糸中の酸素濃度を測定したところ、図３（ａ）の状態で８０〜９０ｐｐｍ、図３（ｂ）の状態で７０〜９０ｐｐｍ、図３（ｃ）の状態で９０〜１００ｐｐｍとなり、シール性が充分であることを確認した。紡糸中は断線もなく、紡糸中のオンラインでのファイバ径変動は１２５±０．１μｍと安定しており良好であった。線引き終了後、カーボン部品の外観を確認したところ劣化はほとんどみられず良好な状態であった。

〔実施例２〕
表１に示した実施例２の条件で、光ファイバを製造した。外径縮小部Ｄの長手方向の距離Ａが４０ｍｍであること以外は、実施例１と同様に行い、これを実施例２とした。
シール性、ファイバ径変動ともに良好な結果が得られた。

〔実施例３〕
表１に示した実施例３の条件で、光ファイバを製造した。外径縮小部Ｄの長手方向の距離Ａが６０ｍｍであり、最も離れたシール部材間の距離Ｂの６０ｍｍと同じであること以外は、実施例１と同様に行い、これを実施例３とした。
やはり、シール性、ファイバ径変動ともに良好な結果が得られた。

〔実施例４〕
表１に示した実施例４の条件で、光ファイバを製造した。最も離れたシール部材間の距離Ｂを９０ｍｍとし、シール部材を４段としたこと以外は、実施例１と同様に行い、これを実施例４とした。
シール性、ファイバ径変動ともに良好な結果が得られた。

〔比較例１〕
表１に示した比較例１の条件で、光ファイバを製造した。最も離れたシール部材間の距離Ｂが６０ｍｍであるのに対して、外径縮小部Ｄの長手方向の距離Ａは７０ｍｍであった。
この場合、シール部材を３段構成としても、Ａ＞Ｂの関係であるため、紡糸炉３内の酸素濃度の減少度合いは少なかった。これは外径縮小部Ｄの範囲が広いため、図３（ｃ）の状態になった際に、３段目（最上段）でのシールが不充分となり、大気中の酸素が炉内に混入した影響と考えられる。また紡糸時の断線は発生しないものの、カーボン部品の劣化は大きいことがわかった。また、ファイバ径のバラつきは満足できるレベルではないことが判明した。

〔比較例２〕
表１に示した比較例２の条件で、光ファイバを製造した。シール部材２６の段数は図４に示すように、１段とした。
シール部材２６の段数が１段である場合、紡糸炉３内の酸素濃度が高くなってしまい、ファイバ径のバラつきが大きくなるという問題がある。これは図４（ｂ）で示すように、外径縮小部Ｄがシール部材２６を通過する間はシール性が維持できず、大気中の酸素が紡糸炉３内に混入しやすい状況であるためであると考えられる。シール性が不充分であることにより、紡糸炉３内のガス流が乱された結果、紡糸中に断線が発生することとなった。また酸素濃度も高くなった影響で、カーボン部品の劣化も大きくなり、現実的な条件ではないことが判明した。
また、シール部材が１段のみである場合、接合部近傍にある外径縮小部Ｄをシールするためには、シール部材内に設置するカーボンシートを多数積層する必要がある。しかしこれはコストアップの要因となる以外に、カーボンシート同士が密着しすぎると光ファイバ母材の送り込みに伴う、カーボンシート内周側の上下動が妨げられるため、破損に繋がりやすいため好ましくない。

〔比較例３〕
表１に示した比較例３の条件で、光ファイバを製造した。シール部材２４、２５の段数は、図５に示すように２段とした。
シール部材２４、２５の段数が２段である場合、１段の場合と比較して炉内の酸素濃度が減少することがわかった。しかし、外径縮小部Ｄをシールするためにシール部材間の距離Ｂを広くした影響で１段目のシール部材２４と２段目のシール部材２５との間の空間が大きくなり、カーボンシ一トの焼損を防止するためのシールガスが不均一に流れやすくなった。そのため、外部からの酸素混入を避けることは難しくなり、カーボン部品の劣化もやや大きい結果となった。また紡糸時の断線は発生しなかったが、ファイバ径のバラつきは満足できるレベルではないことが判明した。

以上のように、実施例１〜４は、シール部材の段数が３段以上であり、Ａ＜Ｂの関係を満たしている。実施例では、比較例よりも炉内の酸素濃度が減少するこがわかった。また、いずれの場合も紡糸時の断線は発生せず、カーボン部品の劣化も小さいことがわかった。さらに、ファイバ径のバラつきは、満足できるレベルであることも判明した。

１…ヒータ、２…炉心管、３…紡糸炉、４…光ファイバ用石英ガラス管、５…光ファイバ用コアロッド、１０…ダミー石英管、１１…押さえ石英管、１２…真空引き用キャップ、１３…ダミー部材、２０…シール機構、２１…シール部材、２２…シール部材、２３…シール部材、２４…シール部材、２５…シール部材、２６…シール部材、２７…シール機構ケース、２８…パージガス導入管、２９…シート支持部材、３４…カーボンシート押さえ、４０…スリット付きカーボンシート、４１…内周側スリット、４２…外周側スリット、５０…カーボンシート、５１…スリット、６０…バーナ、６１…チャック、１００…光ファイバ製造装置、Ｄ…外径縮小部、Ｆ…光ファイバ母材、Ｗ…研磨範囲。

Claims (10)

1. 光ファイバ母材の外側をなす光ファイバ用石英ガラス管および該光ファイバ用石英ガラス管の端部に接合されたダミー石英管が挿入される炉心管を内部に有する紡糸炉と、該紡糸炉の上面に配置され、リング状のシール部材によって該シール部材の中央に形成された開口部に挿通した該光ファイバ母材および該ダミー石英管をシールするシール機構と、を具備し、前記紡糸炉内で加熱された光ファイバ母材を線引きすることで光ファイバを製造する光ファイバの製造装置において、
   前記シール機構は、前記光ファイバ母材の挿入方向に沿って、少なくとも３段のシール部材を具備し、
   前記光ファイバ用石英ガラス管と前記ダミー石英管との接合部近傍に存在する外形縮小部の管長手方向の距離をＡ、管長手方向に最も離れた前記シール部材間の距離をＢとした場合、Ｂ≧Ａなる関係式を満たすように設定されてなり、
   前記３段のシール部材のいずれかが、前記外形縮小部以外の箇所において、光ファイバ母材の外周に接してシールしていることを特徴とする光ファイバの製造装置。
2. 前記シール部材周りの各段部分にパージガスを流入させるためのパージガス導入管を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造装置。
3. 前記シール部材は、該シール部材の内周から切り込むように形成されたスリットである内周側スリットと、該シール部材の外周から切り込むように形成されたスリットである外周側スリットとをそれぞれ複数有してなるスリット付きシールリングを具備して構成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の光ファイバの製造装置。
4. 前記スリット付きシールリングのスリットは、前記光ファイバ母材が挿通される前記開口部の半径方向に沿うように形成されているとともに、内周側スリットと外周側スリットとが、該シール部材の周方向に沿って互い違いに配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバの製造装置。
5. 前記シール部材は、前記スリット付きシールリングと中心位置を同じくし、スリットを有していないシールリングであるスリット無しシールリングを複数具備し、該複数のスリット無しシールリングが該スリット付きシールリングを挟んで配置されてなることを特徴とする請求項３または４のいずれか１項に記載の光ファイバの製造装置。
6. 紡糸炉の内部に設けられた炉心管に、光ファイバ母材の外側をなす光ファイバ用石英ガラス管および該光ファイバ用石英ガラス管の端部に接合されたダミー石英管を挿入し、前記紡糸炉の上面に配置されたリング状のシール部材によって該シール部材の中央に形成された開口部に挿通した前記光ファイバ母材および前記ダミー石英管をシールした状態で、前記光ファイバ母材を線引きすることで光ファイバを製造する光ファイバの製造方法において、
   前記光ファイバ母材の挿入方向に沿って、少なくとも３段のシール部材を設け、
   前記光ファイバ用石英ガラス管と前記ダミー石英管との接合部近傍に存在する外形縮小部の管長手方向の距離をＡ、管長手方向に最も離れた前記シール部材間の距離をＢとした場合、Ｂ≧Ａなる関係式を満たし、
   前記３段のシール部材のいずれかを、前記外形縮小部以外の箇所において、光ファイバ母材の外周に接してシールさせることを特徴とする光ファイバの製造方法。
7. 前記シール部材周りの各段部分にパージガスを流入させることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバの製造方法。
8. 前記シール部材として、該シール部材の内周から切り込むように形成されたスリットである内周側スリットと、該シール部材の外周から切り込むように形成されたスリットである外周側スリットとをそれぞれ複数有してなるスリット付きシールリングを用い、該スリット付きシールリングの開口部に前記光ファイバ母材が挿通された状態で前記光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする請求項６または７のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
9. 前記スリット付きシールリングのスリットとして、前記光ファイバ母材が挿通される前記開口部の半径方向に沿うように形成されているとともに、内周側スリットと外周側スリットとが、該シール部材の周方向に沿って互い違いに配置されているものを用いることを特徴とする請求項８に記載の光ファイバの製造方法。
10. 前記シール部材として、前記スリット付きシールリングと中心位置を同じくし、スリットを有していないシールリングであるスリット無しシールリングを複数具備し、該複数のスリット無しシールリングが該スリット付きシールリングを挟んで配置されてなるものを用い、全てのシールリングの開口部に前記光ファイバ母材が挿通された状態で前記光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする請求項８または９のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。

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