JP5556117B2

JP5556117B2 - 光ファイバ線引き方法および線引き装置

Info

Publication number: JP5556117B2
Application number: JP2009235929A
Authority: JP
Inventors: 克之常石
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: JP2011084409A

Description

本発明は、光ファイバ母材から光ファイバを線引きする光ファイバ線引き方法および線引き装置に関する。

光ファイバは、石英を主成分とした光ファイバ母材を加熱溶融して、線引きすることにより製造される。光ファイバ母材を加熱溶融する線引き炉は、炉内の酸化・劣化を防ぐために、線引き時に不活性ガスが常時流入されるように構成されている。線引きの進行によって線引き炉内の光ファイバ母材の位置が変化するが、これにより、不活性ガスの分布や流れが変動し、線引きされる光ファイバに対して線径変動が生じる。

これに対する対策として、例えば、図３（Ａ）に示すように（特許文献１参照）、線引き炉の上部空間を塞ぐようにシールピストンを設け、線引きの進行にしたがって移動させる形態のものが知られている。光ファイバ母材１は、ファイバ母材支持棒（ダミー棒）２に連結されて、線引き炉の上方から炉内に吊下げ支持される。線引き炉は、炉心管４内に移動降下された状態の光ファイバ母材の下端を、ヒータ５の熱により加熱溶融して光ファイバ１ａを引出す。炉心管４の上部管には、多数のガス噴出口７が設けられていて、その外側を囲んで配されたガス保持室６を経て、ガスコントローラ８により炉内に所定の不活性ガスが供給されるようになっている。

ファイバ母材支持棒２には、炉内の上部空間を塞ぐようにシールピストン９が、光ファイバ母材１と共に移動降下するように配される。線引きの進行により光ファイバ母材１は、徐々に短くなって下方に移動するが、シールピストン９により炉内の上部を塞がれ、上部空間は常に一定となる。これにより、不活性ガスは炉心管４と光ファイバ母材１との間に形成される隙間を通って下方に流れ、ガスの対流が防止されて加熱溶融部の雰囲気も一定に保たれるとされている。

また、図３（Ｂ）示すように（特許文献２参照）、線引きの進行にしたがって、線引き炉の上部空間を仕切り板で仕切る形態のものが知られている。この線引き炉は、炉心管４の上部に、内筒管１１と外筒管１２の２重管を配してなり、内筒管１１は、上部から下部になるにしたがって径が縮小され、下端で炉心管４に連結される形状とされている。不活性ガスは、２重管の下部に形成したガス供給口１５から、炉内に供給される。光ファイバ母材１に連結されたダミー棒２には、その連結部３に載置するようにして、外径を順次小さくした複数組の仕切り板１３が配されている。

線引きの進行により光ファイバ母材１は、徐々に短くなって下方に移動するが、ダミー棒２および連結部３も移動降下する。このとき内筒管１１の内径と最上部に位置する仕切り板１３の外径が一致すると、最上部の仕切り板の移動が停止され係止される。さらに光ファイバ母材１が移動降下すると、次に最上部の位置している仕切り板１３の移動が停止され係止され、以下、順に複数組の仕切り板１３が内筒管１１に間隔をあけて係止される。これにより、光ファイバ母材１の上部空間はほぼ一定に保たれ、炉内に供給された不活性ガスの流れは安定し、線引きへの影響を少なくすることができるとされている。

特開平２−６３４９号公報特開平１１−３４３１３７号公報

しかしながら、図３（Ａ）に示すシールピストンを用いる方法は、シールピストンの重量が重く、吊下げ支持する支持機構が大型となり、準備作業も容易でない。さらに、シールピストンと上部管との摺動によって発生するダストの影響により光ファイバの品質が低下するという問題がある。

また、図３（Ｂ）に示す仕切り板を用いる方法は、上部空間が仕切り板で仕切られてしまうため、構造的に不活性ガスの供給口をヒータの直ぐ上方に設けざるを得ない。このため、炉心管内に供給された不活性ガスが、光ファイバ母材の肩部を含む上部側の熱で加熱されないまま、光ファイバ母材下端の加熱溶融部分に流入することとなる。このように十分加熱されないガスが加熱溶融部付近を流れるため、光ファイバ母材周囲の温度分布が乱れて、光ファイバ線径が変動する恐れがある。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、光ファイバ母材の上部空間をほぼ一定に維持し、不活性ガスを光ファイバ母材の上方から供給でき、安定したガスの流れで光ファイバ線径に変動がなく、準備作業も容易に行える光ファイバ線引き装置と線引き方法の提供を目的とする。

本発明による光ファイバ線引き方法および線引き装置は、ヒータと、炉心管と、炉心管の上端部に連結する筒管からなる線引き炉の内部に、ダミー棒と接続して吊下げ支持した光ファイバ母材を降下するように配置し、光ファイバ母材を加熱溶融して光ファイバを引出すもので、ダミー棒の外側に、光ファイバ母材の上部に連なるように、光ファイバ母材の外径に対し「＋１０〜−２０ｍｍ」の外径を有する石英パイプを配して、線引き中は石英パイプをダミー棒および光ファイバ母材と一体に炉内に降下させ、光ファイバ母材の上部空間を一定に保つことを特徴とする。
なお、石英パイプを上下方向に移動可能とする吊下げ機構を配し、線引き開始前に、石英パイプを筒管の上方に引き上げ、光ファイバ母材を装着した後、石英パイプを降下させ、光ファイバ母材の上部に配置するようにしてもよい。

本発明によれば、光ファイバ母材と石英パイプとはほぼ同径であり、炉内を一体に移動降下するので、光ファイバ母材の上部の空間をほぼ一定に保つことができる。また、光ファイバ母材の上部から不活性ガスの供給が可能となるので最も放熱が大きくなる光ファイバ母材の肩部を流れるようにガスを流すことができ、この結果、加熱溶融部のガス雰囲気も安定状態となり、光ファイバの線径の変動を少なくすることができる。また、このように光ファイバ母材の上部の空間を一定にするのに、取り扱いやすく軽量な石英パイプを用いているので、例えば、ダミー棒として光ファイバ母材と同径のガラス体を使用する場合や、シールピストン方式に比べ、作業が容易となる。

本発明の実施形態を説明する図である。本発明の他の実施形態を説明する図である。従来技術を説明する図である。

図１により本発明の概略を説明する。図１（Ａ）は線引き炉の概略を示す図、図１（Ｂ）は光ファイバ母材にダミー棒を連結する状態を示す図である。図１において、１は光ファイバ母材、１ａは光ファイバ、１ｂはダミー部、１ｃはダミー端、１ｄは肩部、２はダミー棒、２ａは支持部、３は連結部、４は炉心管、５はヒータ、２０は筒管、２１は上蓋、２１ａは貫通孔、２２は石英パイプ、２２ａは下端、２２ｂは上端、２３は蓋体、２３ａは貫通孔、２４はガス供給口、２５は吊り具、２５ａ，２５ｂはフックを示す。

線引き炉は、炉心管４と炉内を加熱するヒータ５と、炉心管４の上方に配される煙突状の筒管２０とからなり、筒管２０の上端開口を上蓋２１で塞ぎ、また筒管２０の上部側に不活性ガスの供給口２４を設けて構成される。炉内に挿入される光ファイバ母材１は、そのダミー部１ｂのダミー端１ｃに連結部３によりダミー棒２（金属または石英ガラス）を連結して、ダミー棒上端に設けた支持部２ａにより吊下げ支持される。

本発明は、上述の構成において、ダミー棒２の外側に石英パイプ２２を配した構成を特徴とする。石英パイプ２２としては、光ファイバ母材１の外径にほぼ等しい外径（＋１０ｍｍ〜−２０ｍｍ）を有するものが好ましい。石英パイプと光ファイバ母材との外径差が大きくなると、この段差部分での気流が乱れるので、両者の外径差は２０ｍｍ程度までとするのが適当である。但し、光ファイバ母材と炉心管とのクリアランスは、１０ｍｍ程度とされているので、石英パイプの外径の方が大きくなる場合は、光ファイバ母材径＋１０ｍｍ以内に抑える必要がある。

石英パイプ２２の上端２２ｂには、開口を塞ぐ蓋体２３が取り付けられる。蓋体２３の貫通孔２３ａには、ダミー棒２が移動可能に予め挿通されていて、図１（Ｂ）に示すように、石英パイプ２２をダミー棒２の上方（矢印方向）に移動させて、光ファイバ母材１のダミー部１ｂのダミー端１ｃと連結される。なお、ダミー棒２に光ファイバ母材１を連結した後は、蓋体２３の貫通孔２３ａの部分から炉内に供給された不活性ガスが漏れないように密閉される。

石英パイプ２２はダミー棒上端に設けた支持部２ａからチェーン等の吊り具２５を介して吊り支持される。吊り具２５は、石英パイプ２２に取付けた蓋体２３に設けたフック２５ａと支持部２ａに設けたフック２５ｂとの間に掛け渡されて、その長さが調整可能とされる。このように、吊り具などの吊下げ機構により、石英パイプを上下可能とすることにより、光ファイバ母材のサイズによらず、適切な位置に石英パイプを配置することができる。なお、石英パイプ２２の蓋体２３に設けたフック２５ａは、石英パイプ２２の上端部の側面に直接設けるようにしてもよい。

光ファイバ母材１にダミー棒２を連結した後、石英パイプ２２を光ファイバ母材１側に戻し、石英パイプ２２の下端２２ａが光ファイバ母材上方の肩部１ｄに当たるように移動させる。なお、石英パイプ２２の下端２２ａと光ファイバ母材上方の肩部１ｄとの間に、隙間はあってもなくてもよい。間隔を開ける場合は、吊り具２５の長さを調節して短くすればよい。次いで、ダミー棒２に連結された光ファイバ母材１と、光ファイバ母材の肩部１ｄに乗せられた石英パイプ２２を、ダミー棒２の支持部２ａで吊下げ線引き炉内に収納させる。この収納作業は、線引き炉の筒部２０の上端に設けられた上蓋２１の貫通孔２１ａから光ファイバ母材１と石英パイプ２２を挿通させて、炉内に吊下げるようにして収納する。なお、貫通孔２１ａは、この部分から炉内に供給された不活性ガスが漏れないように、石英パイプ２２が移動可能に密閉されているのが望ましい。

上記のように構成された線引き装置で、不活性ガスは筒管２０の上部に設けたガス供給口２４から供給される。一方、炉内に収納された光ファイバ母材１は、下部をヒータ５で加熱され母材下端から加熱溶融して光ファイバ１ａを引出す。光ファイバ１ａの引出し（線引き）の進行に伴い、光ファイバ母材１は下方に移動降下して母材長さは次第に短くなるが、この光ファイバ母材１の降下と共に石英パイプ２２も降下するため、線引きしている間（線引き中）は光ファイバ母材１の上方部における空間は、蓋体２３で閉じられた石英パイプ２２で一定に保たれ、また、筒管２０との間の空間も一定に保たれる。

この結果、ガス供給口２４から供給された不活性ガスは、常に一定の空間容積内に供給されるので、ガスの流れが線引きしている間に変動することは無い。また、上部から不活性ガスを流すことができるので、最も放熱が大きくなる光ファイバ母材上方の肩部１ｄからファイバ母材表面に沿って、十分に加熱されてから加熱溶融部を通り、線引き炉の下方の光ファイバ引出し口から外部に排出される。このため、光ファイバ１ａが引出される加熱溶融部の不活性ガスの温度、流量および流れが安定し、引出される光ファイバの線径の変動は生じない。また、光ファイバ母材の移動に伴い、部材等がこすれることも無いので、石英パイプ２２の移動降下でダストの発生もなく、これによる品質の低下も生じない。

図２は、他の実施形態を説明する図である。この実施形態は図１の実施形態と比べて、石英パイプ２２の下端２２ａと光ファイバ母材上方の肩部１ｄとの間に間隙ができるようにしたものである。この場合、石英パイプ２２の下端２２ａを光ファイバ母材上方の肩部１ｄから浮かせるには、吊り具２５の長さを調整して、所定の間隙が生じるようにすればよい。また、この実施形態では、不活性ガスの供給口２４は、石英パイプ２２の上方部分に設けるようにしてもよい。

上記の図２の構成によれば、石英パイプ２２の下端２２ａが光ファイバ母材上方の肩部１ｄから離れているため、石英パイプ２２が光ファイバ母材に溶着せず、次の母材に架け替える際の準備作業が容易となる。また、このように不活性ガスを石英パイプ２２の上方部分に設けた供給口２４から供給した場合も、光ファイバ母材上方の肩部１ｄから光ファイバ母材表面に沿って十分に加熱することができるので、光ファイバ母材の下流側の加熱溶融部には一様に加熱された不活性ガスを流すことができ、安定したガス雰囲気とすることができる。

なお、図１の実施形態における実施例として、光ファイバ母材１の外径が９５〜１００ｍｍΦ、母材長さが１５００ｍｍ、ダミー部の長さが５００ｍｍのものを用い、石英パイプ２２の外径が１００ｍｍΦ、長さ２７００ｍｍを配して線引きした。なお、不活性ガスにはヘリウムガスを用い、３０Ｌ／分の割合で供給し、炉心管温度は２２００℃とした。このときの、光ファイバの線径変動は全長に亘って、±０.１μｍ未満であった。
これに対し、図３（Ｂ）の仕切り板方式を用いる形態で、上記と同じ光ファイバ母材の線引きを行なったところ、光ファイバの線径変動は全長に亘って、±０.１〜０.２μｍであった。

１…光ファイバ母材、１ａ…光ファイバ、１ｂ…ダミー部、１ｃ…ダミー端、１ｄ…肩部、２…ダミー棒、２ａ…支持部、３…連結部、４…炉心管、５…ヒータ、２０…筒管、２１…上蓋、２１ａ…開口部、２２…石英パイプ、２２ａ…下端、２２ｂ…上端、２３…蓋体、２３ａ…貫通口、２４…ガス供給口、２５…吊り具、２５ａ，２５ｂ…フック。

Claims

ヒータと、炉心管と、前記炉心管の上端部に連結する筒管からなる線引き炉の内部に、ダミー棒と接続して吊下げ支持した光ファイバ母材を降下するように配置し、前記光ファイバ母材を加熱溶融して光ファイバを引出す光ファイバ線引き方法であって、
前記ダミー棒の外側に、前記光ファイバ母材の上部に連なるように、前記光ファイバ母材の外径に対し「＋１０〜−２０ｍｍ」の外径を有する石英パイプを配して、線引き中は前記石英パイプを前記ダミー棒および光ファイバ母材と一体に炉内を降下させ、前記光ファイバ母材の上部空間を一定に保つことを特徴とする光ファイバ線引き方法。
線引き開始前に、前記石英パイプを前記筒管の上方に引き上げ、前記光ファイバ母材を装着した後、前記石英パイプを降下させ、前記光ファイバ母材の上部に配置することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ線引き方法。
ヒータと、炉心管と、前記炉心管の上端部に連結する筒管からなる線引き炉の内部に、ダミー棒と接続して吊下げ支持した光ファイバ母材を降下するように配置し、前記光ファイバ母材を加熱溶融して光ファイバを引出す光ファイバ線引き装置であって、
前記ダミー棒の外側に、前記光ファイバ母材の上部に連なるように、前記光ファイバ母材の外径に対し「＋１０〜−２０ｍｍ」の外径を有する石英パイプが配され、線引き中は前記石英パイプが前記ダミー棒および光ファイバ母材と一体に炉内を降下して、前記光ファイバ母材の上部空間が一定に保たれていることを特徴とする光ファイバ線引き装置。
前記石英パイプを上下方向に移動可能とする吊下げ機構を有することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ線引き装置。