JP6638432B2 - 光ファイバの製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの製造方法および製造装置に関し、詳細には、光ファイバ用ガラス母材と一体のシード棒がピン部材を介してダミー棒に連結され、線引炉内で光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法および製造装置に関する。

光ファイバは、石英を主成分とする光ファイバ用ガラス母材（以下、ガラス母材という）を光ファイバ用線引炉（以下、線引炉という）の上方から炉心管内に挿入し、ガラス母材の先端が加熱溶融して細径化されることにより、線引炉の下方から線引きされる。このときガラス母材は、例えば線引きタワーに吊り下げられており、線引きタワーの振動がガラス母材に伝搬すると、線引きされた光ファイバの品質低下を招く。例えば、特許文献１〜６には、ガラス母材の振動を抑制する技術が開示されている。

特開平１−１０８１３３号公報 特開２００４−１６１４９９号公報 特開２００４−２３８２４９号公報 特開２０１４−３１２９５号公報 特開２００３−３３５５４４号公報 特開２００６−１６２５５号公報

ところで、ガラス母材とダミー棒との連結にピン部材を用いる場合、ピン部材が支点になってガラス母材が振り子のように振動することがある。ガラス母材が振動すると、線引炉内で加熱溶融して細径化しているガラス領域に外乱を与え、光ファイバの外径変動が発生する場合があり、品質の劣化につながるおそれがある。
上記特許文献１〜４の技術では、ダミー棒あるいは水平位置決めステージの箇所に振動吸収材を設けており、ガラス母材の箇所に振動吸収材を設ける点は開示されていない。

一方、上記特許文献５の技術では、ガラス母材の箇所にクランプ機構を設けているが、線引きが進んでガラス母材が短くなった場合にはクランプ機構を開放しているため、開放後にはガラス母材の振動を抑えられなくなる。また、上記特許文献６の技術では、ガラス母材と一体のシード棒の箇所で制振部材を設けているが、制振部材はチャック構造に設けられているので、装置の大型化が避けられない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、制振部材をチャック構造に設けることなく、より簡単な構造でガラス母材の振動を減衰させる光ファイバの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法および製造装置は、光ファイバ用ガラス母材と一体のシード棒がピン部材を介してダミー棒に連結され、線引炉内で前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法および製造装置であって、前記シード棒の箇所で、該シード棒に直接接触するダンパー部材を設け、前記ダンパー部材がカーボンフェルト材あるいはガラス繊維材で構成されている。

上記によれば、制振部材をチャック構造に設けずにガラス母材の振動を減衰でき、より簡単な構造で光ファイバの外径変動を小さく抑えることができる。

本発明の一実施形態による光ファイバの製造方法および製造装置の概略を説明する図である。 図１のアダプタの断面を示す図である。 図２のダンパー部材を示す図である。 ガラス母材の変位と時間との関係を示す図である。 他の実施形態によるアダプタの断面を示す図である。 さらに他の実施形態によるダンパー部材を示す図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、（１）光ファイバ用ガラス母材と一体のシード棒がピン部材を介してダミー棒に連結され、線引炉内で前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法であって、前記シード棒の箇所で、該シード棒に直接接触するダンパー部材を設け、前記ダンパー部材がカーボンフェルト材あるいはガラス繊維材で構成されている。よって、制振部材をチャック構造に設けずにガラス母材の振動を減衰できるため、より簡単な構造で光ファイバの外径変動を小さく抑えることができる。さらに、この構成によれば、地震等によるガラス母材の振動も抑制可能である。そして、耐熱性を有するので、高温環境下で使用しても変質しない。特に、ガラス繊維材で構成すれば耐熱性の他、耐酸化性も有するので、線引き中に空気雰囲気に曝されても劣化しにくい。よって、長寿命のダンパー部材を提供できる。

（２）前記ダンパー部材が、前記シード棒の上端と前記ダミー棒の下端に接触して設けられている。（３）前記シード棒と前記ダミー棒を覆った状態で接続するアダプタを備え、前記ダンパー部材が、前記シード棒の外壁と前記アダプタの内壁に接触して設けられている。（４）前記シード棒と前記ダミー棒を覆った状態で接続するアダプタと、該アダプタの周囲に、前記線引炉内の空間容積を一定に保つためのスリーブ部材とを備え、前記ダンパー部材が、前記シード棒の外壁と前記スリーブ部材の内壁に接触して設けられている。これらの構成によれば、より簡単な構造でガラス母材の振動を減衰できる。

本発明の一態様に係る光ファイバの製造装置は（５）光ファイバ用ガラス母材と一体のシード棒がピン部材を介してダミー棒に連結され、前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする線引炉を備えた光ファイバの製造装置であって、前記シード棒の箇所で、該シード棒に直接接触するダンパー部材を設け、前記ダンパー部材がカーボンフェルト材あるいはガラス繊維材で構成されている。制振部材をチャック構造に設けることなくガラス母材の振動を減衰できるので、より簡単な構造で光ファイバの外径変動を小さく抑えることができる。さらに、地震等によるガラス母材の振動も抑制可能である。そして、耐熱性を有するので、高温環境下で使用しても変質しない。特に、ガラス繊維材で構成すれば耐熱性の他、耐酸化性も有するので、線引き中に空気雰囲気に曝されても劣化しにくい。よって、長寿命のダンパー部材を提供できる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら、本発明による光ファイバの製造方法および製造装置の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による光ファイバの製造方法および製造装置の概略を説明する図である。線引炉１０は、例えば、炉筐体１８、下部チャンバ１９、上部チャンバ２０からなる。炉筐体１８の中央部には、カーボン製で円筒状の炉心管１５が設けられ、下部チャンバ１９および上部チャンバ２０と連通している。

上部チャンバ２０は、例えば、炉心管１５と同程度の内径を有し、その上端に蓋体２１を配して封止（シール）されている。蓋体２１には上端開口２１ａが設置され、ガラス母材１１と同種のガラスロッドからなるダミー棒１３（支持棒ともいう）が挿通される。ダミー棒１３の上端は例えば吊り支持装置（図示省略）で把持されており、ガラス母材１１は上下方向に移動可能である。

炉筐体１８内には、ヒータ１６が炉心管１５を囲むように配され、断熱材１７がヒータ１６の外側を覆うように収納されている。ヒータ１６は、炉心管１５の内部に挿入されたガラス母材１１を加熱溶融し、溶融縮径した光ファイバ１２が下部チャンバ１９から垂下される。線引炉１０で線引きされた光ファイバは冷却装置（図示省略）に向かう。なお、図ではヒータで炉心管を加熱する抵抗炉を例に説明したが、コイルに高周波電源を印加して炉心管を誘導加熱する誘導炉にも、本発明は適用可能である。

上部チャンバ２０には、ガス導入路２２が設けられており、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスがガス供給部２３で調整され、線引炉内に送り込まれる。これにより、炉心管１５内やヒータ１６の周りの酸化劣化防止を図る。この不活性ガス等は、ガラス母材１１と炉心管１５の隙間を通り、線引きされた光ファイバ１２と共に、下部チャンバ１９の下方のシャッタ部分などから外部に放出される。

上記のガラス母材１１は、小径のシード棒１１ｃが出発ガラスとなり、その端部分にガラス微粒子を堆積させてガラス化したものである。このため、小径のシード棒１１ｃと大径の直胴部１１ａとの境界部分にテーパ部１１ｂが形成されている。そして、シード棒１１ｃは、例えばアダプタ１４を用いてダミー棒１３に連結されている。

図２は、図１のアダプタの断面を示す図、図３は、図２のダンパー部材を示す図である。図２に示すように、アダプタ１４は円筒状のアダプタ本体１４ａを有しており、アダプタ本体１４ａの内径は、シード棒１１ｃやダミー棒１３の外径よりも大きく形成されている。シード棒１１ｃは、アダプタ本体１４ａの下方から挿入され、所定位置で断面円形状の第１ピン部材１４ｂが差し込まれてアダプタ本体１４ａに固定される。ダミー棒１３は、アダプタ本体１４ａの上方から挿入され、所定位置で断面円形状の第２ピン部材１４ｃが差し込まれて固定される。なお、第１ピン部材１４ｂと第２ピン部材１４ｃとは、平行ではなく交差して配されていることが好ましい。このように、シード棒１１ｃとダミー棒１３との連結にピン部材を用いれば、ガラス母材１１の先端は鉛直下方を向きやすくなる。

ここで、シード棒１１ｃの箇所で、シード棒１１ｃに対するダンパー部材２５が設けられている。
詳しくは、図２のように、アダプタ本体１４ａ内において、例えばシード棒１１ｃの上端とダミー棒１３の下端とが離間している場合、ダンパー部材２５が、シード棒１１ｃの上端とダミー棒１３の下端に直接に接触するように設けられている。

ダンパー部材２５は、図３（Ａ）に示すように、例えば円板状のカーボンフェルト材を積層して形成されており、ダンパー部材２５の上面２５ａがダミー棒１３の下端に接触し、下面２５ｂがシード棒１１ｃの上端に接触している。なお、ダンパー部材２５の外周面２５ｃがアダプタ本体１４ａの内壁に接触してもよい。
また、ダンパー部材は３００℃以上の高温に曝される場合があるため、カーボンフェルト材の他、ガラス繊維材などの耐熱素材で構成することが好ましい。特に、ガラス繊維材は、耐熱性の他、耐酸化性も有しており、線引き中に空気雰囲気に曝されても劣化しにくいので、上記ダンパー部材により適している。

このように、シード棒１１ｃに直接に接触するダンパー部材２５が設けられている。よって、制振部材をチャック構造に設けずにガラス母材１１の振動を減衰できるので、より簡単な構造で光ファイバの外径変動を小さく抑えることができる。
具体的には、ダンパー部材を設置しない場合、縦軸をガラス母材の変位とし、横軸を時間で示した図４（Ａ）に示すように、時間（例えば１０分以上）が経過してもガラス母材の変位が認められ、ガラス母材の振動が収まっていなかった。光ファイバの外径変動は、例えば光ファイバの外径のばらつき（標準偏差σ）を３倍した値（３σ）で表すことができる。ガラス母材が振り子のように振動した場合には、ガラス径１２５μｍの光ファイバの外径変動（３σ）は０．３０μｍであった。

これに対し、ダンパー部材２５を設置した場合のガラス母材の減衰比は、ダンパー部材を設置しない場合に比べて２桁程度大きな値になり、ガラス母材の振り子のような振動を抑制でき、図４（Ｂ）に示すように、時間（例えば１０分程度）が経過する際には、ガラス母材の変位が認められなかった。そして、光ファイバの外径変動（３σ）は０．１５μｍに抑えられた。さらに、上記実施例の構成によれば、地震等によるガラス母材の振動も抑制可能になるので、線引きされた光ファイバが冷却装置などに接触して断線する頻度を抑制できる。
なお、ここで減衰振動の運動方程式は式（１）で表され、減衰比は式（２）で求める。減衰比が大きいほど振動が早く減衰する。

（ｘ：変位、ｔ：時間、ｍ：質量、ｃ：減衰係数、ｋ：ばね定数）

また、図３（Ａ）では、ダンパー部材をカーボンフェルトだけで構成した例で説明した。しかし、図３（Ｂ）に示すように、カーボンフェルトの上面２５ａや下面２５ｂに例えば石英材、ガラス繊維材、またはＳｉＣコートカーボン材などの円盤２６を載置してもよい。この円盤によって、カーボンフェルトの上下面が線引き後に空気雰囲気に曝されにくくなるので、カーボンフェルトの酸化劣化防止を図ることができる。

図５は、他の実施形態によるアダプタの断面を示す図である。
環状のダンパー部材２５を、シード棒１１ｃの外壁とアダプタ本体１４ａの内壁に直接に接触するように設けることも可能である。つまり、ダンパー部材２５の内周面がシード棒１１ｃの外壁に接触し、ダンパー部材２５の外周面がアダプタ本体１４ａの内壁に接触している。

より好ましくは、さらに別のダンパー部材を、ダミー棒１３の外壁とアダプタ本体１４ａの内壁に直接に接触するように設けてもよい。
なお、図５などで説明した環状のダンパー部材２５は、図２に示すシード棒１１ｃの上端とダミー棒１３の下端との間に既にダンパー部材２５を設置していた場合にも適用可能である。

図６は、さらに他の実施形態によるダンパー部材を示す図である。図示の例では、上部チャンバ２０に、気密を取るためのシール機構が設けられている。具体的には、炉筐体１８の上面には第１のシール部２７が設置され、ガラス母材１１の直胴部１１ａとの隙間をシール可能に構成されている。第１のシール部２７には、不活性ガス等を炉心管１５内に供給するガス供給口２７ａが設けられている。

第１のシール部２７の上には上部チャンバ２０が設置され、上部チャンバ２０の上端には、第１のシール部２７と同様のシール機能を有した第２のシール部２８が設置されている。なお、第２のシール部２８にも、不活性ガス等を炉心管１５内に供給するガス供給口２８ａが設けられている。

また、ダミー棒１３やシード棒１１ｃの周囲にはスリーブ部材３０が配されている。スリーブ部材３０は、耐熱性のある金属や石英ガラス、カーボン材、ＳｉＣコートカーボン材などで形成され、その外径が、例えばガラス母材１１の外径と同程度の大きさで形成されている。
図６に示したスリーブ部材３０は、石英ガラスまたは金属のスリーブ上方部３０ａと、カーボン材のスリーブ下方部３０ｂとから構成されている。

スリーブ上方部３０ａの上端は、例えばワイヤを介して吊り支持装置（図示省略）で把持されており、スリーブ部材３０も上下方向に移動可能である。
通常、ガラス母材が降下するに連れて上部チャンバ内の空間容積が増加し得るが、図６に示した例によれば、ガラス母材１１の降下と共にスリーブ部材３０も降下するので、線引炉内の空間容積を一定に保つことができる。

一方、スリーブ下方部３０ｂは、小径のシード棒１１ｃの周囲に生ずる空間を埋めており、この空間部分でのガスの対流を抑えている。これにより、シード棒１１ｃが加熱位置に近づいても、線引炉内の圧力変動を小さくすることができる。
なお、スリーブ部材３０の外周面は研削するなど、ガラス母材１１の外径変動と同程度以上の精度を有するように加工されていることが好ましい。

そして、スリーブ部材３０を設置した場合、環状のダンパー部材２５を、シード棒１１ｃの外壁と例えばスリーブ下方部３０ｂの内壁に直接に接触するように設けている。つまり、ダンパー部材２５の内周面がシード棒１１ｃの外壁に接触し、ダンパー部材２５の外周面がスリーブ下方部３０ｂの内壁に接触している。より好ましくは、さらに別のダンパー部材をアダプタ１４の外壁とスリーブ上方部３０ａの内壁に直接に接触するように設けてもよい。
なお、スリーブ部材を金属または石英ガラス（スリーブ上方部に相当）だけで形成してもよく、この場合、スリーブ上方部をシード棒まで延長し、環状のダンパー部材は、シード棒の外壁とスリーブ上方部の内壁に接触する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、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。

１０…線引炉、１１…光ファイバ用ガラス母材、１１ａ…直胴部、１１ｂ…テーパ部、１１ｃ…シード棒、１２…光ファイバ、１３…ダミー棒、１４…アダプタ、１４ａ…アダプタ本体、１４ｂ…第１ピン部材、１４ｃ…第２ピン部材、１５…炉心管、１６…ヒータ、１７…断熱材、１８…炉筐体、１９…下部チャンバ、２０…上部チャンバ、２１…蓋体、２１ａ…上端開口、２２…ガス導入路、２３…ガス供給部、２５…ダンパー部材、２５ａ…上面、２５ｂ…下面、２５ｃ…外周面、２６…円盤、２７…第１のシール部、２７ａ…ガス供給口、２８…第２のシール部、２８ａ…ガス供給口、３０…スリーブ部材、３０ａ…スリーブ上方部、３０ｂ…スリーブ下方部。

Claims (5)

1. 光ファイバ用ガラス母材と一体のシード棒がピン部材を介してダミー棒に連結され、線引炉内で前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法であって、
   前記シード棒の箇所で、該シード棒に直接接触するダンパー部材を設け、
   前記ダンパー部材がカーボンフェルト材あるいはガラス繊維材で構成されている、光ファイバの製造方法。
2. 前記ダンパー部材が、前記シード棒の上端と前記ダミー棒の下端に接触して設けられている、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記シード棒と前記ダミー棒を覆った状態で接続するアダプタを備え、
   前記ダンパー部材が、前記シード棒の外壁と前記アダプタの内壁に接触して設けられている、請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記シード棒と前記ダミー棒を覆った状態で接続するアダプタと、該アダプタの周囲に、前記線引炉内の空間容積を一定に保つためのスリーブ部材とを備え、
   前記ダンパー部材が、前記シード棒の外壁と前記スリーブ部材の内壁に接触して設けられている、請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法。
5. 光ファイバ用ガラス母材と一体のシード棒がピン部材を介してダミー棒に連結され、前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする線引炉を備えた光ファイバの製造装置であって、
   前記シード棒の箇所で、該シード棒に直接接触するダンパー部材を設け、
   前記ダンパー部材がカーボンフェルト材あるいはガラス繊維材で構成されている、光ファイバの製造装置。

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