WO2015050103A1 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

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optical fiber
drawing furnace
upper chamber
furnace
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小西　達也
巌 岡崎
山崎　卓
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住友電気工業株式会社
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    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/029—Furnaces therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
    • C03B2205/60—Optical fibre draw furnaces
    • C03B2205/80—Means for sealing the preform entry or upper end of the furnace

Definitions

  • an optical fiber glass preform is inserted into a drawing furnace having an upper chamber above a furnace core tube heated by a heating device, and the drawing furnace contains a gas containing argon gas or nitrogen gas. It is related with the manufacturing method of the optical fiber which fills with and draws an optical fiber.
  • the optical fiber tip is made by lowering an optical fiber glass base material (hereinafter referred to as a glass base material) mainly composed of quartz from above the optical fiber drawing furnace (hereinafter referred to as a drawing furnace) into the furnace core tube. Is heated and melted, and the tip of the glass base material is reduced in diameter and drawn from below the drawing furnace. Since the temperature in the drawing furnace at this time is as high as about 2000 ° C., carbon having excellent heat resistance is used for the parts in the drawing furnace.
  • a glass base material mainly composed of quartz from above the optical fiber drawing furnace (hereinafter referred to as a drawing furnace) into the furnace core tube. Is heated and melted, and the tip of the glass base material is reduced in diameter and drawn from below the drawing furnace. Since the temperature in the drawing furnace at this time is as high as about 2000 ° C., carbon having excellent heat resistance is used for the parts in the drawing furnace.
  • Patent Document 1 discloses a technique for controlling the supply amount of an inert gas or the like so that the pressure in the drawing furnace becomes constant.
  • Patent Document 2 discloses a technique for controlling the flow rate of the seal gas so that the pressure in the drawing furnace is constant, and Patent Document 3 discloses that the pressure in the drawing furnace is constant. It is disclosed to adjust the flow rate of the supply gas.
  • helium gas has good thermal conductivity, so it is often used as a furnace gas in a drawing furnace, but there is a problem that it is rare and expensive, and replacement with cheaper argon gas or nitrogen gas is required. Yes.
  • argon gas and nitrogen gas tend to cause natural convection when a temperature difference (density difference) occurs between the upper part of the drawing furnace and the inside of the core tube.
  • the high-temperature gas heated in the furnace core tube rises toward the top of the drawing furnace due to its low gas density
  • the low-temperature gas cooled above the drawing furnace is a gas The density increases and descends toward the core tube, and natural convection is likely to occur.
  • Patent Documents 1 and 2 do not suggest that the pressure fluctuation in the drawing furnace or the outer diameter fluctuation of the optical fiber is affected by the natural convection of the gas in the drawing furnace.
  • Patent Document 3 suggests that the pressure fluctuation and the outer diameter fluctuation are influenced by the natural convection of the gas, but does not suggest that the pressure fluctuation and the outer diameter fluctuation are influenced by the density difference of the gas.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical fiber that reduces pressure fluctuations due to natural convection of gas in a drawing furnace and that has little fluctuation in the outer diameter of the optical fiber.
  • an optical fiber glass preform is inserted into a drawing furnace having an upper chamber above a furnace core tube heated by a heating device, and the drawing furnace contains a gas containing argon gas or nitrogen gas.
  • An optical fiber manufacturing method in which the optical fiber is drawn by satisfying the above conditions, and the density difference between the gas density near the seal position provided in the upper chamber and the gas density at the center of the heating device is set to 0.80 kg / m 3 or less. To do.
  • fluctuations in the outer diameter of the optical fiber can be suppressed to ⁇ 1 ⁇ m or less.
  • the optical fiber manufacturing method of the present invention includes: (1) inserting a glass preform for an optical fiber into a drawing furnace having an upper chamber above a furnace core tube heated by a heating device; Is filled with a gas containing argon gas or nitrogen gas, and the optical fiber is drawn, and the gas density in the vicinity of the seal position provided in the upper chamber and the gas density at the position of the heating device The density difference is set to 0.80 kg / m3 or less.
  • the density difference is set to 0.80 kg / m 3 or less, for example, when natural convection of gas in the drawing furnace is likely to occur, such as when argon gas or nitrogen gas is mixed.
  • the pressure fluctuation in the drawing furnace can be reduced, and the fluctuation of the outer diameter of the optical fiber can be suppressed to ⁇ 1 ⁇ m or less.
  • the gas filling the drawing furnace contains 50% or more of argon gas or nitrogen gas.
  • the natural convection of gas increases its momentum as the difference in density between the gas density in the upper chamber and the gas density in the reactor core tube increases, especially when an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is used. This is thought to have a significant effect on pressure fluctuations in the drawing furnace.
  • the fluctuation of the outer diameter of the optical fiber can be suppressed to ⁇ 1 ⁇ m or less.
  • a seal member is provided in the vicinity of the reduced diameter portion of the optical fiber glass preform, to which a dummy bar is connected at the upper end, and seals the inside of the upper chamber. If a sealing member is provided in the vicinity of the reduced diameter portion of the glass base material, and if the airtightness in the furnace can be secured at this sealing position, an atmosphere of an inert gas atmosphere (also referred to as an upper furnace space) on the core tube side of the sealing position. Since it can be made small, the density difference can be easily obtained.
  • the seal member is made of carbon. Since carbon has heat resistance and can be processed with a small coefficient of friction, there is no fear of damaging the glass base material or the upper chamber even when contacted.
  • the upper end of the upper chamber is open to the atmosphere. If the space from the upper end of the upper chamber to the position of the seal member is opened to the atmosphere, the influence of pressure fluctuations and the like in this space will hardly reach the upper furnace space.
  • the gas preheated to 1000 ° C. or higher is supplied into the drawing furnace. If the temperature of the gas supplied into the drawing furnace is raised to 1000 ° C. or more in advance, the temperature difference between the gas temperature at the seal position to ensure airtightness in the furnace and the gas temperature at the center of the heating device is actively reduced. it can.
  • FIG. 10 is a drawing furnace
  • 11 is an optical fiber glass base material
  • 12 is an optical fiber
  • 13 is a dummy rod
  • 14 is a connecting portion
  • 15 is a core tube
  • 16 is a heater
  • 17 is a heat insulating material
  • 18 is a furnace.
  • a housing, 19 is a lower chamber
  • 20 is an upper chamber
  • 21 is a lid
  • 21a is an upper end opening
  • 22 is a gas introduction path
  • 23 is a gas supply unit.
  • the drawing furnace 10 includes a furnace casing 18, a lower chamber 19, and an upper chamber 20.
  • the core tube 15 is formed in a cylindrical shape at the center of the furnace casing 18 and communicates with the lower chamber 19 and the upper chamber 20.
  • the core tube 15 is made of carbon, and an optical fiber glass base material 11 (hereinafter referred to as a glass base material) is inserted into the core tube 15 through the upper chamber 20.
  • the upper chamber 20 has, for example, an inner diameter comparable to that of the core tube 15 and is sealed (sealed) with a lid 21 disposed on the upper end thereof.
  • An upper end opening 21 a is formed in the lid 21, and a dummy rod 13 made of the same kind of glass rod as the glass base material 11 is inserted therethrough.
  • a heater 16 is arranged in the furnace casing 18 so as to surround the furnace core tube 15, and a heat insulating material 17 is accommodated so as to cover the outside of the heater 16.
  • the heater 16 heats and melts the glass base material 11 inserted into the core tube 15, and causes the optical fiber 12 that has been melted and reduced in diameter to hang down from the lower chamber 19.
  • the heater 16 corresponds to the heating device of the present invention.
  • the glass base material 11 is welded at a connecting portion 14 connected to the dummy bar 13 or connected and integrated through a connecting member.
  • the glass base material 11 can be moved in a drawing direction (vertical direction) by a moving mechanism (not shown).
  • the drawing furnace 10 is provided with an in-furnace gas supply mechanism such as an inert gas.
  • the upper chamber 20 is provided with a gas introduction path 22.
  • an inert gas or the like obtained by mixing argon gas and helium gas is sent into the drawing furnace. This prevents oxidation and deterioration in the furnace core tube 15 and around the heater 16.
  • the supply amount of the inert gas or the like flows at a constant flow rate, or P control (Proportional Control), I control (Integral Control), D in the gas supply unit (also referred to as mass flow controller (MFC)) 23, D Control (Derivative Control: differential control) or various controls in which these are appropriately combined can be applied.
  • P control Proportional Control
  • I control Integral Control
  • D in the gas supply unit also referred to as mass flow controller (MFC)
  • MFC mass flow controller
  • D Control Derivative Control: differential control
  • various controls in which these are appropriately combined can be applied.
  • the control method is not limited to these.
  • the inert gas or the like passes through the gap between the glass base material 11 and the furnace core tube 15 and is released to the outside together with the drawn optical fiber 12 from the shutter portion below the lower chamber 19 and the like.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the pressure fluctuation in the drawing furnace and the outer diameter fluctuation of the optical fiber. It can be seen that there is a correlation between the pressure fluctuation in the drawing furnace and the outer diameter fluctuation of the optical fiber, and the outer diameter fluctuation of the optical fiber increases as the pressure fluctuation increases. Generally, the pressure fluctuation in the drawing furnace increases as the proportion of argon gas used increases, but even when 100% argon gas is used (argon atmosphere), for example, the drawing furnace If the inner pressure fluctuation is ⁇ 4 Pa or less, the outer diameter fluctuation of the optical fiber can be suppressed to ⁇ 1 ⁇ m.
  • the pressure fluctuation in the drawing furnace is also correlated with the gas temperature difference in the drawing furnace.
  • a temperature measuring unit that measures the temperatures of the upper chamber 20 and the core tube 15 described in FIG. 1 is provided, and the gas temperature T1 at the upper end opening (sealing position for ensuring airtightness in the furnace) 21a and the center of the heater 16 (
  • the gas temperature T2 estimated from the wall temperature of the core tube
  • the temperature difference ⁇ T between the gas temperatures T1 and T2 is measured
  • the pressure fluctuation increases as the temperature difference ⁇ T increases as shown in FIG. It can be seen that it tends to increase.
  • the temperature of the heater 16 is 2150 ° C.
  • this tendency is more remarkable in the argon atmosphere than in the case of using 100% helium gas (helium atmosphere).
  • helium atmosphere For example, to reduce the pressure fluctuation in the drawing furnace to ⁇ 4 Pa or less.
  • the pressure fluctuation in the drawing furnace can be ⁇ 4 Pa or less.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the gas temperature in the drawing furnace and the gas density. There is a correlation between the gas temperature and the gas density.
  • the gas density when 50% argon gas (50% helium gas) is used (shown by the solid line in the figure) is 100% helium gas. % When used (indicated by a one-dot chain line in the figure).
  • the gas density is higher than when argon gas is used at 50% (helium gas is 50%).
  • the gas density of argon gas is about 10 times that of helium gas.
  • the pressure fluctuation differs depending on the type of gas used even if the temperature difference ⁇ T is the same because the gas density varies depending on the type of gas.
  • the momentum increases as the density difference between the gas density in the upper chamber and the gas density in the core tube increases. It is considered that the pressure fluctuation in the drawing furnace is greatly affected.
  • the pressure fluctuation in the drawing furnace shown in FIG. 2 when the pressure fluctuation in the drawing furnace shown in FIG. 2 is replaced with the gas density difference, the relationship between the gas density difference and the optical fiber outer diameter fluctuation can be derived as shown in FIG. it can. From this result, if the density difference ⁇ is set to 0.80 kg / m 3 or less, for example, when argon gas or nitrogen gas is mixed, the pressure fluctuation in the drawing furnace can be remarkably reduced. The fluctuation of the outer diameter of the fiber can be suppressed to ⁇ 1 ⁇ m or less.
  • the density difference ⁇ for example, a temperature measurement unit that measures the temperature of the upper chamber and the core tube, a control unit that adjusts the gas temperature of the upper chamber and the core tube based on these measurement results, or You may provide the control part which adjusts the gas density calculated
  • the density difference ⁇ is further 0.72 kg / m 3 or less. If this can be achieved, fluctuations in the outer diameter of the optical fiber can be suppressed to ⁇ 0.40 ⁇ m.
  • the optical fiber in this case can improve the yield of attaching the optical fiber to the multi-fiber optical connector and reduce the connection loss. Further, if the density difference ⁇ is set to 0.66 kg / m 3 or less, fluctuations in the outer diameter of the optical fiber can be suppressed to ⁇ 0.2 ⁇ m.
  • the density difference ⁇ is about 0.07 kg / m 3, and the outer diameter fluctuation of the optical fiber can be suppressed to ⁇ 0.2 ⁇ m or less. Therefore, it is considered that the density difference ⁇ in the atmosphere containing argon gas or nitrogen gas does not need to be lowered to 0.07 kg / m 3 or less.
  • the lid 21 is disposed on the upper end of the upper chamber 20 and sealed. However, the lid 21 is omitted, and a sealing member is disposed on a dummy rod or a reduced diameter portion of the glass base material. May be.
  • the upper chamber 20 has its upper end 20 a opened to the atmosphere, and a seal member (a seal position for ensuring airtightness in the furnace) 24 is disposed inside the upper chamber 20 and sealed. ing.
  • the influence of the pressure fluctuation in the space from the upper end 20a to the seal position is less likely to reach the space (also referred to as the upper in-furnace space) of an atmosphere such as an inert gas on the core tube 15 side than the seal position.
  • an atmosphere such as an inert gas on the core tube 15 side than the seal position.
  • the glass base material 11 has a reduced diameter portion 11b at the upper end portion of the straight body portion 11a, and the dummy bar 13 is connected by a connecting portion 14 located at the upper end of the reduced diameter portion 11b.
  • the seal member 24 is pressed from above the glass base material 11 by a fixture 25 such as a weight, for example, and is fixed to the reduced diameter portion 11b. For this reason, the outer peripheral surface of the seal member 24 slides on the inner surface of the upper chamber 20 as the glass base material 11 is lowered, and can seal the inside of the upper chamber 20.
  • the seal member 24 is preferably made of carbon (a material mainly composed of carbon) such as a carbon felt, a carbon sheet, or an expanded graphite sheet. Since carbon has heat resistance and can be processed with a small coefficient of friction (a soft material), there is no fear of damaging the glass base material 11 or the upper chamber 20 even if contacted. In addition, the cost of carbon parts is relatively low, and there is no worry about an increase in manufacturing costs. As carbon, it is preferable to use what is called high purity carbon from a viewpoint of impurity mixing.
  • furnace gas preheated to 1000 ° C. or more may be supplied to the upper chamber 20. If the temperature of the supplied furnace gas is raised to 1000 ° C. or higher in advance, the temperature difference in the upper furnace space, in other words, the temperature difference between the gas temperature at the seal position and the gas temperature at the center of the heating device is positively increased. Therefore, the density difference can be obtained more easily.
  • the space in the upper furnace corresponds to a space of an atmosphere such as an inert gas on the furnace tube 15 side of the upper end opening 21a in FIG.
  • the example of the seal member 24 at one place has been described.
  • another seal member may be provided above the seal member 24.
  • the upper in-furnace space when a plurality of seal members are installed corresponds to a space of an atmosphere such as an inert gas below the seal member closest to the core tube 15.

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Abstract

　線引炉内のガスの自然対流による圧力変動を低減し、光ファイバの外径変動の少ない光ファイバの製造方法を提供する。光ファイバ用ガラス母材（１１）を、加熱装置（１６）により加熱される炉心管（１５）の上方に上部チャンバー（２０）を備えた線引炉（１０）内に挿入し、線引炉内をアルゴンガスまたは窒素ガスを含有するガスで満たして光ファイバ（１２）を線引きする光ファイバの製造方法である。上部チャンバーに設けたシール位置近傍のガス密度と加熱装置中心の位置のガス密度との密度差Δρを０．８０ｋｇ／ｍ３以下に設定する。

Description

光ファイバの製造方法
　本発明は、光ファイバ用ガラス母材を、加熱装置により加熱される炉心管の上方に上部チャンバーを備えた線引炉内に挿入し、線引炉内をアルゴンガスまたは窒素ガスを含有するガスで満たして光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法に関する。
　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下降させながらその先端を加熱溶融し、このガラス母材の先端を細径化して線引炉の下方から線引きすることにより製造される。このときの線引炉内の温度は、約２０００℃と非常に高温となるので、線引炉内の部品には、耐熱性に優れたカーボンが用いられている。
　このカーボンは、高温の酸素含有雰囲気中で酸化して消耗する性質を有する。このため、線引炉内は、アルゴンガスやヘリウムガス等の希ガス、窒素ガス（以下、不活性ガス等という）の雰囲気に保つ必要がある。
　この場合、線引炉内を陽圧にし、外気（酸素）が線引炉内に入り込むことを防いでいるが、線引炉内の圧力変動が大きくなると、外気を巻き込んだり、光ファイバの外径変動に影響を与えたりする。そこで、例えば、特許文献１には、線引炉内の圧力が一定になるように、不活性ガス等の供給量を制御する技術が開示されている。また、特許文献２には、線引炉内の圧力が一定になるように、シールガス流量を制御する技術が開示され、特許文献３には、線引炉内の圧力が一定になるように、供給ガス流量を調整することが開示されている。
特開２０１１－４６５６３号公報 特開２０００－２６４６７０号公報 特開２０００－０６３１４２号公報
　ところで、ヘリウムガスは熱伝導性が良いため、線引炉の炉内ガスとして多く用いられるが、希少で高価であるという問題があり、より安価なアルゴンガスや窒素ガスへの置き換えが求められている。しかし、アルゴンガスや窒素ガスは、線引炉の上方と炉心管内との間で温度差（密度差）が生じると、自然対流が生じやすい。具体的には、炉心管内で温められた高温のガスは、ガス密度が低いために線引炉の上方に向けて上昇するのに対し、線引炉の上方で冷えた低温のガスは、ガス密度が高くなって炉心管に向けて下降し、自然対流が発生しやすくなる。
　ここで、線引炉内の圧力変動は、線引炉内のガスの自然対流の影響、つまり、密度差（浮力差）の影響を受ける。しかし、上記特許文献１，２には、線引炉内の圧力変動や光ファイバの外径変動が線引炉内のガスの自然対流の影響を受けることは示唆されていない。一方、上記特許文献３には、上記圧力変動や外径変動がガスの自然対流の影響を受けることは示唆されているが、ガスの密度差の影響を受けることについては示唆されていない。
　本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、線引炉内のガスの自然対流による圧力変動を低減し、光ファイバの外径変動の少ない光ファイバの製造方法の提供を目的とする。
　本発明は、光ファイバ用ガラス母材を、加熱装置により加熱される炉心管の上方に上部チャンバーを備えた線引炉内に挿入し、線引炉内をアルゴンガスまたは窒素ガスを含有するガスで満た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、上部チャンバーに設けたシール位置近傍のガス密度と加熱装置中心の位置のガス密度との密度差を０．８０ｋｇ／ｍ３以下に設定する。
　本発明によれば、光ファイバの外径変動を±１μｍ以下にまで抑えることができる。
本発明の一形態による光ファイバの製造方法の概略を説明する図である。 線引炉内の圧力変動と光ファイバの外径変動の関係を示す図である。 線引炉内のガスの温度差と圧力変動の関係を示す図である。 線引炉内のガス温度とガス密度の関係を示す図である。 線引炉内のガスの密度差と光ファイバの外径変動の関係を示す図である。 本発明の他の一形態による光ファイバの製造方法の概略を説明する図である。
［本願発明の実施形態の説明］
　最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
　本願の光ファイバの製造方法発明は、（１）光ファイバ用ガラス母材を、加熱装置により加熱される炉心管の上方に上部チャンバーを備えた線引炉内に挿入し、前記線引炉内をアルゴンガスまたは窒素ガスを含有するガスで満た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、前記上部チャンバーに設けたシール位置近傍のガス密度と前記加熱装置の位置のガス密度との密度差を０．８０ｋｇ／ｍ３以下に設定する。このように、密度差を０．８０ｋｇ／ｍ３以下に設定しているため、例えば、アルゴンガスや窒素ガスを混ぜた場合のような、線引炉内のガスの自然対流が発生しやすい場合にも、線引炉内の圧力変動を低減可能となり、光ファイバの外径変動を±１μｍ以下にまで抑えることができる。
（２）前記線引炉内を満たすガスは、アルゴンガスまたは窒素ガスを５０％以上含有する。ガスの自然対流は、特に、アルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガス等を使用した場合、上部チャンバー内のガス密度と炉心管内のガス密度との密度差が大きくなるに伴ってその勢いを増し、線引炉内の圧力変動に大きな影響を及ぼすものと考えられる。しかし、上記の製造方法によれば、この場合にも、光ファイバの外径変動を±１μｍ以下にまで抑えることができる。
（３）上端にダミー棒が連結される前記光ファイバ用ガラス母材の縮径部近傍に設けられ、前記上部チャンバーの内部をシールするためのシール部材を有する。ガラス母材の縮径部近傍にシール部材を設け、このシール位置で炉内気密を確保できれば、シール位置よりも炉心管側における不活性ガス等の雰囲気の空間（上部炉内空間ともいう）を小さくできるので、上記密度差を容易に得ることができる。
（４）前記シール部材がカーボン製である。カーボンは耐熱性があり、また、摩擦係数を小さく加工することができるため、接触してもガラス母材や上部チャンバーを傷付ける心配もない。
（５）前記上部チャンバーの上端が大気開放されている。上部チャンバーの上端からシール部材の位置までの空間を大気開放すれば、この空間における圧力変動などの影響が上部炉内空間に及びにくくなる。
（６）１０００℃以上に予熱した前記ガスを前記線引炉内に供給する。線引炉内に供給するガスの温度を予め１０００℃以上に上げておけば、炉内気密を確保するシール位置のガス温度と加熱装置中心の位置のガス温度との温度差を積極的に小さくできる。
［本願発明の実施形態の詳細］
（第１実施形態）
　図１により、本発明が適用される光ファイバの製造方法の概略を説明する。なお、以下ではヒータにより炉心管を加熱する抵抗炉を例に説明するが、コイルに高周波電源を印加し、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。
　図において、１０は線引炉、１１は光ファイバ用ガラス母材、１２は光ファイバ、１３はダミー棒、１４は連結部分、１５は炉心管、１６はヒータ、１７は断熱材、１８は炉筐体、１９は下部チャンバー、２０は上部チャンバー、２１は蓋体、２１ａは上端開口、２２はガス導入路、２３はガス供給部を示す。
　線引炉１０は、炉筐体１８、下部チャンバー１９、上部チャンバー２０からなる。炉心管１５は、炉筐体１８の中央部に円筒状で形成され、下部チャンバー１９および上部チャンバー２０と連通している。炉心管１５はカーボン製で、この炉心管１５内には、光ファイバ用ガラス母材１１（以下、ガラス母材という）が上部チャンバー２０を介して挿入される。
　上部チャンバー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）される。蓋体２１には上端開口２１ａが形成され、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を挿通させる。
　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を下部チャンバー１９から垂下させる。なお、ヒータ１６が本発明の加熱装置に相当する。
　ガラス母材１１は、ダミー棒１３に連結する連結部分１４にて溶着、若しくは、連結部材を介して接続一体化される。ガラス母材１１は、移動機構（図示省略）により線引方向（上下方向）に移動可能となっている。
　線引炉１０には不活性ガス等による炉内ガスの供給機構が設けられている。詳しくは、上部チャンバー２０には、ガス導入路２２が設けられており、例えば、アルゴンガスとヘリウムガスとを混合した不活性ガス等が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の周りの酸化や劣化防止を図る。この不活性ガス等の供給量は、一定流量流したり、ガス供給部（マスフローコントローラ（MFC）とも言う）２３でＰ制御（Proportional Control：比例制御）、Ｉ制御（Integral Control：積分制御）、Ｄ制御（Derivative Control：微分制御）、あるいは、これらを適宜組み合わせた各種制御が適用したりすることができる。しかし、制御方法はこれらに限定されるものではない。
　なお、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、下部チャンバー１９の下方のシャッター部分などからも外部に放出される。
　ここで、線引炉内に送り込む不活性ガス等として、アルゴンガスをヘリウムガスに混ぜて使用すると、上記したようにヘリウムガスを１００％使用する場合に比べて温度むらに起因した圧力変動が発生しやすくなり、光ファイバの外径変動は大きくなる。なお、アルゴンガスに替えて窒素ガスを用いても概ね似たような結果となる。
　図２は、線引炉内の圧力変動と光ファイバの外径変動の関係を示す図である。
　線引炉内の圧力変動と光ファイバの外径変動とは相関があり、圧力変動が大きくなるに連れて、光ファイバの外径変動も大きくなることが分かる。一般的に、アルゴンガスを使用する割合が高くなるに連れて線引炉内の圧力変動は大きくなるが、アルゴンガスを１００％使用する場合（アルゴン雰囲気）であっても、例えば、線引炉内の圧力変動を±４Ｐａ以下にすれば、光ファイバの外径変動を±１μｍにまで抑制できる。
　線引炉内の圧力変動は、線引炉内のガス温度差とも相関がある。例えば、図１で説明した上部チャンバー２０や炉心管１５の温度をそれぞれ測定する温度測定部を設け、上端開口（炉内気密を確保するシール位置）２１ａのガス温度Ｔ１、及びヒータ１６の中心（例えば、炉心管の壁面温度から推定）のガス温度Ｔ２をそれぞれ測定し、ガス温度Ｔ１，Ｔ２の温度差ΔＴとすると、図３に示すように、温度差ΔＴが大きくなるに連れて圧力変動も大きくなる傾向にあることが分かる。なお、この場合、ヒータ１６の温度は２１５０℃としている。
　図３より、この傾向は、ヘリウムガスを１００％使用する場合（ヘリウム雰囲気）に比べて、アルゴン雰囲気の方が顕著であり、例えば、線引炉内の圧力変動を±４Ｐａ以下にするには、アルゴン雰囲気の場合、温度差ΔＴを１９３０℃以下に設定する必要がある。一方、ヘリウム雰囲気においては、温度差ΔＴが２０００℃程度であっても、線引炉内の圧力変動を±４Ｐａ以下にすることができる。
　次に、温度差ΔＴが同じであっても、圧力変動が使用するガスの種類によって異なる理由について考察する。
　例えば、アルゴンガスや窒素ガス等のような不活性ガス等を使用した場合、上記したように、上部チャンバー内と炉心管内との間では、線引炉内のガスの密度差（浮力差）によって大きな自然対流が生じやすい。具体的には、炉心管内で温められた高温のガスは、ガス密度が低いために上部チャンバーに向けて上昇するのに対し、上部チャンバーで冷えた低温のガスは、ガス密度が高くなって炉心管に向けて下降し、自然対流が発生しやすくなる。一方、ヘリウムガスのような不活性ガス等を使用した場合、温度差があっても自然対流は発生しにくい。
　図４は、線引炉内のガス温度とガス密度の関係を示す図である。ガス温度とガス密度とは相関があり、同じ温度に着目した場合、アルゴンガスを５０％（ヘリウムガスを５０％）使用する場合（図中、実線で示す）のガス密度は、ヘリウムガスを１００％使用する場合（図中、１点鎖線で示す）よりも高くなる。また、アルゴンガスを１００％使用する場合（図中、２点鎖線で示す）のガス密度は、アルゴンガスを５０％（ヘリウムガスを５０％）使用する場合よりもさらに高くなっており、ガス温度が同じでも、アルゴンガスのガス密度はヘリウムガスの約１０倍程度の大きさになる。
　つまり、使用するガスの種類によって同じ温度差ΔＴであっても圧力変動が異なるのは、ガスの種類によってガス密度が異なるためであると考えられる。そして、ガスの自然対流は、特に、アルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガス等を使用した場合、上部チャンバー内のガス密度と炉心管内のガス密度との密度差が大きくなるにしたがってその勢いを増し、線引炉内の圧力変動に大きな影響を及ぼすものと考えられる。
　そこで、図２で示した線引炉内の圧力変動をガスの密度差に置き換えて表示すると、図５に示すように、ガスの密度差と光ファイバの外径変動との関係を導くことができる。
　この結果より、密度差Δρを０．８０ｋｇ／ｍ３以下に設定すれば、例えば、アルゴンガスや窒素ガスを混ぜた場合にも線引炉内の圧力変動を顕著に低減することが可能となり、光ファイバの外径変動を±１μｍ以下に抑えることができる。
　なお、密度差Δρを小さくするために、例えば、上部チャンバーや炉心管の温度をそれぞれ測定する温度測定部や、これら測定結果に基づいて上部チャンバーや炉心管のガス温度を調整する制御部、或いは各ガス温度から求まるガス密度を調整する制御部を設けてもよい。そして、例えば、図１で説明した上端開口２１ａのガス温度Ｔ１を、後述するようにガスを予熱して供給したり、上部チャンバーを加熱したりすることにより上昇させる、あるいはヒータ１６の中心のガス温度Ｔ２を下降させることにより、温度差ΔＴを小さくすれば、密度差Δρを小さくすることが可能となる。また、上部チャンバーの高さを短くし、上部チャンバーとヒータとの距離を縮めることにより、温度差ΔＴを小さくしても良い。
　上記のようにして、光ファイバの外径変動を±１μｍ以下に抑えることができれば、所定のシングルモード光ファイバへの規格に適合することはできるが、さらに密度差Δρを０．７２ｋｇ／ｍ３以下にすることができれば、光ファイバの外径変動を±０．４０μｍにまで抑えることができる。この場合の光ファイバは、多心光コネクタへの光ファイバ付けの歩留まりが良好になると共に、接続損失を小さくすることができる。また、密度差Δρを０．６６ｋｇ／ｍ３以下に設定すれば、光ファイバの外径変動を±０．２μｍにまで抑えることができる。
　なお、図５に示すように、ヘリウム雰囲気では、密度差Δρが０．０７ｋｇ／ｍ３程度であり、光ファイバの外径変動を±０．２μｍ以下に抑えることができている。そのため、アルゴンガスや窒素ガスを含む雰囲気での密度差Δρは、０．０７ｋｇ／ｍ３以下にまで下げる必要は無いものと考えられる。
（第２実施形態）
　上記の第１実施形態では、上部チャンバー２０の上端に蓋体２１を配してシールしたが、この蓋体２１を省略し、ダミー棒や、ガラス母材の縮径部などにシール部材を配してもよい。
　詳しくは、図６に示すように、上部チャンバー２０は、その上端２０ａが大気開放されており、上部チャンバー２０の内部にシール部材（炉内気密を確保するシール位置）２４を配してシールされている。これにより、上端２０ａからシール位置までの空間における圧力変動などの影響は、シール位置よりも炉心管１５側における不活性ガス等の雰囲気の空間（上部炉内空間ともいう）には及びにくくなる。
　なお、上部チャンバー２０は、その上端２０ａが大気開放されていても、シール部材２４の酸化を防止するため、上部チャンバー内に不活性ガス等を流しておくのが好ましい。
　ガラス母材１１は、直胴部１１ａの上端部分に縮径部１１ｂを有しており、この縮径部１１ｂの上端に位置する連結部分１４でダミー棒１３が連結されている。そして、シール部材２４は、例えば錘のような固定具２５でガラス母材１１の上方から押されて縮径部１１ｂに固定されている。このため、シール部材２４の外周面は、ガラス母材１１の下降に伴って上部チャンバー２０の内面を摺動し、上部チャンバー２０の内部をシールできる。
　シール部材２４は、例えばカーボンフェルトやカーボンシート、膨張黒鉛シートなど、カーボン製（カーボンを主成分とする材質）であることが好ましい。カーボンは耐熱性があり、また、摩擦係数を小さく加工することができる（やわらかい素材である）ため、接触してもガラス母材１１や上部チャンバー２０を傷付ける心配もない。また、カーボン部品は比較的コストが安く、製造コストの増加の心配がない。カーボンとしては、不純物混入の観点から、高純度カーボンと呼ばれるものを用いるのが好ましい。
　また、ガス導入路２２からは、例えば１０００℃以上に予熱された炉内ガスが上部チャンバー２０に供給されるようにしてもよい。供給される炉内ガスの温度を予め１０００℃以上に上げておけば、上部炉内空間の温度差、言い換えれば、シール位置のガス温度と加熱装置中心の位置のガス温度との温度差を積極的に小さくできるので、上記密度差をより一層容易に得ることができる。
　なお、上記の上部炉内空間は、第１実施形態では、図１の上端開口２１ａよりも炉心管１５側における不活性ガス等の雰囲気の空間が該当する。
　また、第２実施形態では、１箇所のシール部材２４の例を挙げて説明したが、このシール部材２４の上方に別のシール部材を設置してもよい。複数のシール部材が設置された場合の上部炉内空間とは、炉心管１５に最も近いシール部材よりも下方における不活性ガス等の雰囲気の空間が該当する。
　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…縮径部、１２…光ファイバ、１３…ダミー棒、１４…連結部分、１５…炉心管、１６…ヒータ、１７…断熱材、１８…炉筐体、１９…下部チャンバー、２０…上部チャンバー、２０ａ…上端、２１…蓋体、２１ａ…上端開口、２２…ガス導入路、２３…ガス供給部、２４…シール部材、２５…固定具。

Claims (6)

  1. 　光ファイバ用ガラス母材を、加熱装置により加熱される炉心管の上方に上部チャンバーを備えた線引炉内に挿入し、前記線引炉内をアルゴンガスまたは窒素ガスを含有するガスで満た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、
    　前記上部チャンバーに設けたシール位置近傍のガス密度と前記加熱装置中心の位置のガス密度との密度差を０.８０ｋｇ／ｍ３以下に設定する、光ファイバの製造方法。
  2. 　前記線引炉内を満たすガスは、アルゴンガスまたは窒素ガスを５０％以上含有する、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
  3. 　上端にダミー棒が連結される前記光ファイバ用ガラス母材の縮径部近傍に設けられ、前記上部チャンバーの内部をシールするためのシール部材を有する、請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法。
  4. 　前記シール部材がカーボン製である、請求項３に記載の光ファイバの製造方法。
  5. 　前記上部チャンバーの上端が大気開放されている、請求項３または４に記載の光ファイバの製造方法。
  6. 　１０００℃以上に予熱した前記ガスを前記線引炉内に供給する、請求項１～５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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