WO2018047778A1

WO2018047778A1 - 光ファイバ線引方法および線引装置

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Publication number: WO2018047778A1
Application number: PCT/JP2017/031834
Authority: WO
Inventors: 智吉川; 巌岡崎; 山崎　卓
Original assignee: 住友電気工業株式会社
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2018-03-15
Also published as: KR20190053183A; KR102393456B1; CN109689583A; JPWO2018047778A1; JP6973397B2; US20190210910A1; RU2019110139A3; CN109689583B; US11312651B2; RU2740642C2; RU2019110139A

Abstract

本発明は、シールの切り替え時にガス抜き穴が動作するようにして、線引炉内の圧力変動を抑制する、光ファイバ線引方法および線引装置を提供する。一方の端がダミー棒（３２）に連結された光ファイバ用のガラス母材（３１）を、該ガラス母材側から線引炉（４０）に設けられた開口（４５）に通し、開口近傍に設けられたシール機構によりシールしながら線引炉内へ吊り下げ降下させて線引する光ファイバ線引方法であって、線引開始時は、シール機構の第（１）のシール部により光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールし、ガラス母材のテーパ部が第（１）のシール部を通過し始め、第（１）のシール部によるシールが効かなくなる以前に、第（１）のシール部の上方に第（２）のシール部を配設し、該第（２）のシール部の配設直後は、線引炉の炉内と外部とを導通させて炉内圧力の変動を抑え、さらにガラス母材が降下したときには導通を遮断する。

Description

光ファイバ線引方法および線引装置

　本発明は、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線引方法および線引装置に関する。

　線引炉による光ファイバの線引は、ヒータなどで光ファイバ用ガラス母材（以下、ガラス母材という）を加熱溶融することにより行われる。線引炉の炉内の温度が２０００℃以上と非常に高温になることから、ガラス母材を囲う炉心管等には、通常、カーボンが用いられる。このカーボンは、高温の酸素含有雰囲気中では、酸化して消耗する。これを防止するために、線引炉内には、アルゴンガスやヘリウムガス等の希ガスや窒素ガス（以下、不活性ガス等という）が送り込まれる。

　また、ガラス母材は、通常、上端がテーパ状に縮径され、径の小さいダミー棒（支持棒ともいう）を接続し、線引炉の炉心管内に吊り下げ支持されるが、径が大きく変化するテーパ状の部分およびダミー棒との連結部分のシールが難しく、この箇所が線引き炉に入るところで、気密を保つことが難しい。このため、炉心管を上方に延長する形態で線引炉の上方に上部チャンバを配し、テーパ状の部分及びダミー棒との連結部分を含めてガラス母材を上部チャンバ内に収容し、上部チャンバの上端でダミー棒の外周面をシールする方法がある。

　一方、特許文献１のように、線引炉上部のシール機構によりシールしながら光ファイバを線引する光ファイバ線引方法がある。線引開始時は、シール機構の第１のシール部により光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールし、光ファイバ用ガラス母材のテーパ部近傍が第１のシール部を通過し始める以降は、第１のシール部の上方に配された第２のシール部に切り替え、第２のシール部によりダミー棒の外周を囲って固定されたスリーブ部材の外周面でシールしている。

特開２０１４－１６２６７１号公報

　特許文献１にて提案された技術は、十分なシール機能を有しており、好ましい技術形態ではあるが、第１シール部から第２シール部にシールが切り替わる瞬間は、線引炉内のガスの逃げ場がなくなるため、線引炉内圧力が変化する場合があった。圧力の変化は、線引炉内の気流の変化を起こすため、線引している光ファイバの線径にバラツキが生ずるおそれがある。

　本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、シールの切り替え時にガス抜き穴が動作するようにして、線引炉内の圧力変動を抑制する、光ファイバ線引方法および線引装置を提供することをその目的とする。

　本発明の一実施態様は、一方の端がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を、該ガラス母材側から線引炉に設けられた開口に通し、前記開口近傍に設けられたシール機構によりシールしながら該線引炉内へ吊り下げ降下させて線引する光ファイバ線引方法であって、線引開始時は、前記シール機構の第１のシール部により前記光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールし、前記ガラス母材のテーパ部が前記第１のシール部を通過し始め、前記第１のシール部によるシールが効かなくなる以前に、前記第１のシール部の上方に第２のシール部を配設し、該第２のシール部の配設直後は、前記線引炉の炉内と外部とを導通させて炉内圧力の変動を抑え、さらに前記ガラス母材が降下したときには前記導通を遮断する構成としている。

　また、本発明の他の実施態様は、一方がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を線引する光ファイバ線引装置であって、前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を被うスリーブ部材を備え、前記スリーブ部材には、前記線引炉の炉内と外部とを導通させる通気孔が設けられている構成としている。

　本発明によれば、シールの切り替え時にガス抜き穴が動作するようにして、線引炉内の圧力変動を抑制する、光ファイバ線引方法および線引装置を提供することで、線引きされている光ファイバの線径がばらつくことを抑制することができる。

本発明の実施形態による光ファイバ線引装置の概略を説明する図である。本発明の実施形態における第２のシール部材の組立の概略を示した図である。本発明の実施形態の一実施例を示した図である。

（本発明の実施形態の説明）
　最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
　（１）本発明の一実施態様は、一方の端がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を、該ガラス母材側から線引炉に設けられた開口に通し、前記開口近傍に設けられたシール機構によりシールしながら該線引炉内へ吊り下げ降下させて線引する光ファイバ線引方法であって、線引開始時は、前記シール機構の第１のシール部により前記光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールし、前記ガラス母材のテーパ部が前記第１のシール部を通過し始め、前記第１のシール部によるシールが効かなくなる以前に、前記第１のシール部の上方に第２のシール部を配設し、該第２のシール部の配設直後は、前記線引炉の炉内と外部とを導通させて炉内圧力の変動を抑え、さらに前記ガラス母材が降下したときには前記導通を遮断する構成としている。

　この実施態様によれば、第２のシール機構が線引炉の開口に接合する瞬間、言い換えれば線引炉が外部環境と遮断される瞬間に、線引炉の炉内と外部を導通させる通気経路を使い、線引炉内のガスを放出させて、線引炉内の圧力変動を抑制する。圧力変動が抑制されることで、線引炉内での気流の変化が抑えられて、線引きされている光ファイバの線径がばらつくことを抑制することができる。

　（２）上記（１）の光ファイバ線引方法において、前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を覆うスリーブ部材を設け、前記スリーブ部材に設けられた通気孔により、前記線引炉の炉内と外部とを導通させ、前記通気孔を塞ぐことにより、前記導通を遮断する構成とする。この実施態様によれば、通気孔のサイズを適宜選択することで、線引炉内から通気経路を通って外部へ流出されるガス流量を調整することができる。すなわち、外気が線引炉内へ流入することを防止しつつ、炉内圧力変動を抑制するように、通気孔のサイズ、形状、位置等を、適宜設計することも可能となる。

　（３）上記（２）の光ファイバ線引方法において、前記スリーブ部材は、前記ダミー棒に固定され、前記第２のシール部は、前記スリーブ部材に設けられたリング状部材により前記スリーブ部材との間をシールするものであり、前記第２のシール部にシールを切り替えた後には、前記リング状部材が前記スリーブ部材の外周面を摺動することにより前記開口をシールする。この実施態様によれば、ガラス母材の溶融・線引が進んで、降下し、第２のシール部にシールが切り替わった後も、継続してガラス母材を含む線引炉内と外部とを遮断することができる。

　（４）本発明の一実施態様は、一方がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を線引する光ファイバ線引装置であって、前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を被うスリーブ部材を備え、前記スリーブ部材には、前記線引炉の炉内と外部とを導通させる通気孔が設けられている構成とする。

　この実施態様によれば、第２のシール機構が線引炉の開口に接合する瞬間に、線引炉の炉内と外部を導通させる通気経路を使い、線引炉内のガスを放出させて、線引炉内の圧力変動を抑制する。圧力変動が抑制されることで、線引炉内での気流の変化が抑えられて、線引きされている光ファイバの線径がばらつくことを抑制することができる。

（本発明の実施形態の詳細）
　次に、図面を参照しながら、本発明の光ファイバ線引装置に係る好適な実施形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。

　図１は、本発明の実施形態による光ファイバ線引装置の概略を説明する図であり、ガラス母材を線引炉内へ挿入している過程での装置全体の構成を示している。図２は、本発明の実施形態における第２のシール部材の組立の概略を示した図であり、ガラス母材に第２のシール部材となる部材を組み立てる際の組立手順の一例を示している。なお、図２においては煩雑さを回避するために、説明に必要な符号のみを記載しており、詳しくは図１を参照する。

　光ファイバの線引炉は、図１に示すように、吊下げ支持される光ファイバ用のガラス母材３１の下部を加熱し、溶融された下端部からガラスファイバが所定の外径となるように溶融垂下させる構造のものである。

　本実施形態に係る光ファイバ線引装置１０は、大きく分けて三つの構成を有する。すなわち、光ファイバの素材となるガラス母材３１と、線引炉４０と、ガラス母材３１と線引炉４０との間をシールするシール機構である。

（ガラス母材および封止部品類の説明）
　はじめに、ガラス母材３１およびガラス母材３１に接合等される部品類と、シール機構について説明する。なお、以下では、ダミー棒３２の下端にガラスを堆積、加熱してガラス母材３１とし、ダミー棒３２を把持して線引する形態を例に説明するが、本発明はこの例に限られない。例えば、ガラス母材３１とダミー棒３２とを連結し、ダミー棒３２を支持棒などで把持して線引するものであっても良い。

　ガラス母材３１は、例えば、図１に示すように、直胴部３７（本体部）の上端部分がテーパ部３５を経て縮径され、ダミー棒３２が接続されている。ダミー棒３２の上端部は吊り支持装置（図示省略）で把持することで、上下方向に移動可能に吊り下げ支持され、線引炉内に挿入収容される。以下、ガラス母材３１に備えるシール機構（特に第２のシール部）の組立手順の一例を説明する。

　はじめに、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、筒状の第１キャップ１１がダミー棒３２の上端側からガラス母材３１の方向へ、ダミー棒３２が軸となるように配設される。第１キャップ１１は、耐熱性のある石英ガラス、金属、カーボン、ＳｉＣコートされたカーボンなどで形成されている。第１キャップ１１の上端側にはダミー棒３２を挿入できるような開口を有した蓋部１１ａを備え、側面にはピン穴となる穴部１１ｃが形成されている。

　第１キャップ１１は、穴部１１ｃがダミー棒３２に形成されたピン穴３３に略一致する所定の位置に達するまで下降して、ダミー棒３２を被うように配設される。そして、穴部１１ｃからピン穴３３へピン１９が挿入されて、第１キャップ１１はダミー棒３２に固定される。

　次に、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、スリーブ部材１５がダミー棒３２の上端側から第１キャップ１１の外周を被うように配設される。スリーブ部材１５の上端はダミー棒の外径より僅かに大きい開口が設けられた蓋部１５ａとなっており、第１キャップ１１の上端部にある蓋部１１ａに蓋部１５ａの下面が載置される。

　スリーブ部材１５は、ガラス母材３１のテーパ部３５、ダミー棒３２の一部を覆うものであり、耐熱性のある石英ガラス、金属、カーボン、ＳｉＣコートされたカーボンなどで形成された円筒状の部材である。なお、スリーブ部材１５は、前記したように第１キャップ１１により固定する以外にも、ダミー棒に設けられた凸部などによりダミー棒に固定することができる。

　スリーブ部材１５の下端にはシール機構を載置するための鍔部１５ｂが設けられ、スリーブ部材１５下側の外周面の所定位置には、円筒の外壁を貫通する通気孔２０が形成されている。なお、通気孔２０の所定位置等については、ガラス母材３１が降下する際のシール機構との相互関係に依存するため、詳細は後述する。

　次に図２（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、第１リング１６、カーボンリング１７、第２リング１８が、スリーブ部材１５の外縁に沿って鍔部１５ｂまで嵌入される。カーボンリング１７はリング状の部材であり、線引炉４０内と外部とをシールするため、スリーブ部材１５の外周に対して間隙をできるだけなくすように、スリーブ部材１５の外径より僅かに大きい内径の内周としている。カーボンリング１７は、係る高精度の部材とするために、例えば、カーボン、ＳｉＣコートされたカーボンなどで形成されている。

　第１リング１６と第２リング１８は、カーボンリング１７のシール機能を確実に奏させるために、カーボンリング１７を挟み込むように配される。本実施形態において、第１リング１６と第２リング１８は、耐熱性のある石英ガラス、金属、カーボン、ＳｉＣコートされたカーボンなどで形成されたリング状の部材としている。第１リング１６はカーボンリング１７の台座、第２リング１８はカーボンリング１７の重りとして位置ずれを防止する。なお、カーボンリング１７が、本発明におけるリング状部材に相当し、スリーブ部材１５と、カーボンリング１７とで、第２のシール部材を形成する（スリーブ部材１５とカーボンリング１７との間でシールする）。
　なお、第２のシール部材としては、上記の形態に限定されず、例えば、カーボンリング１７を省略して、第１リング１６、第２リング１８を一体化し、スリーブ部材１５と、一体化したリング状部材との間の圧力損失により封止することで、第２のシール部材としても良い。

（線引炉および光ファイバ線引過程の説明）
　次に、図１および光ファイバ線引過程の一実施例を示した図３を参照して、線引炉を含めた全体構成、光ファイバ線引過程におけるシール機能と通気孔２０等の作用・機能について説明する。なお、図３においては煩雑さを回避するために、説明に必要な符号のみを記載するとともに一部の構成を省略しており、詳しくは図１を参照する。また、図３は通気孔２０を通じた導通を遮断する経緯を見易くするために通気孔２０の大きさを図１と比べて拡大して示している。

　図１、図２参照のように、前記した説明のように組み立てられて、ガラス母材３１にスリーブ部材１５、第１リング１６、カーボンリング１７、第２リング１８が配され、第２のシール部を構成する。

　図１に示すように、線引炉４０の主体となる加熱炉は、ガラス母材３１が挿入供給される炉心管４１を囲むようにして、加熱用のヒータ４２を配し、このヒータ４２の熱が外部に放散されないようにカーボン等の断熱材で囲い、その外側全体を炉筐体４３で囲って構成される。炉筐体４３の上部側には、挿入されるガラス母材３１の長さ等によりシール開始位置を調整する等のための、円筒状の炉心管延長部材４４が配されている。炉筐体４３には炉心管４１へガラス母材３１を挿入するための開口４５が形成されており、炉心管延長部材４４は開口４５を上方に延出させている。炉心管延長部材４４は、耐熱性のある石英ガラス、金属、カーボン、ＳｉＣコートされたカーボンなどで形成された筒状の部材としている。

　図３（Ａ）を参照すると、第２のシール部を配したガラス母材３１が開口４５の真上に吊り下げられ、降下を始めており、ガラス母材３１の下側は既に開口４５を通して線引炉４０に挿入されている。線引炉４０内にはアルゴンガスやヘリウムガス等の希ガスや窒素ガス（以下、不活性ガス等という）が送り込まれ、外部よりもガスの圧力が高い状態とされている。図３（Ａ）の状態では、開口４５もしくは炉心管延長部材４４とガラス母材３１の直胴部３７との間には、ガラス母材３１を降下させるための間隙があるが、炉心管延長部材４４等に設けられた第１のシール部により、線引炉４０内への外気の流入を防止している。

　図１を参照すると、炉心管延長部材４４の下部には第１のシール部材４６が設置されている。第１のシール部材４６は、例えばガラス母材３１の直胴部３７の外周に接するような複数のブレード部材からなる部材であり、外側から力を付与することにより、線引炉４０の開口部をシールしている。なお、第１のシール部は、そのシール方法は問わず、例えば、不活性ガス等を供給してシールするものであったり、ガラス母材の外周面を環状に囲むように配されたカーボンシートやカーボンフェルト等のシール部材を、シールガス等の圧力によりガラス母材の外周に付勢してシールする構造のものであっても良い。また、シールガス供給スペーサに環状シール体等を配した構成のものを用いることもできる。

　次に、図１および図３（Ｂ）を参照すると、第２のシール部が配されたガラス母材３１は、図３（Ａ）の位置よりも下降して、第１リング１６が炉心管延長部材４４の上端に接触する。なお、この時点では、第１のシール部材４６はガラス母材３１の直胴部３７の外周に接しており、第１のシール部材４６によって、線引炉４０内はシールされている。そして、図１に示すように、スリーブ部材１５の上部ではスリーブ部材１５がダミー棒３２の外周と接触して封止し、スリーブ部材１５の下部では第１リング１６が炉心管延長部材４４に載置されることにより、炉心管延長部材４４と第１リング１６の間を封止し、また、カーボンリング１７がスリーブ部材１５の外周と接触して封止することで、線引炉４０は第２のシール部によっても外部に対してシールされることになる。

　しかしながら、図３（Ａ）から（Ｂ）の状態に推移すると、それまでガラス母材３と第１のシール部との間の間隙から外部へ流出していた線引炉４０内のガスの流出がなくなるため、線引炉４０内の圧力上昇を起こすことがある。そこで、通気孔２０が、図３（Ｂ）の状態に推移するときに線引炉４０と外部とを導通する位置に形成されている。すなわち、第１リング１６が炉心管延長部材４４の上端に接触した瞬間には、通気孔２０は、第２カーボンリングの上部にあり、炉内と外部とが導通している。

　係る構成において、第２のシール部によって線引炉４０のシールが行われても、通気孔２０を通して、線引炉４０内のガスが外部に流出することで、線引炉４０内において急激な圧力変化が生ずることを防止することできる。

　すなわち、この実施態様によれば、特にシール機構（第２のシール部）が線引炉４０の開口４５に接合する瞬間、言い換えれば線引炉４０が外部環境と完全に遮断される瞬間に、通気孔２０（通気経路）を使い線引炉４０内のガスを放出して、線引炉４０内の圧力変動を抑制する。圧力変動が抑制されることで、線引炉４０内での気流の変化が抑えられて、線引きされている光ファイバの線径がばらつくことを抑制することができる。

　通気孔２０は、線引炉４０内から通気孔２０を通って外部へ流出するガス流量を調整するように、例えば孔径などを適宜設計・選択することができる。すなわち、外気が線引炉４０内へ流入することを防止しつつ、ガラス母材３１を線引炉４０内へ挿入することに伴う炉内圧力変化を抑制するように通気孔２０のサイズ、形状、位置等を設計することも可能である。

　次に、図３（Ｃ）を参照すると、第１リング１６、カーボンリング１７、第２リング１８は炉心管延長部材４４の上端部に載置されたまま、スリーブ部材１５に覆われたガラス母材３１は徐々に線引炉４０内へ降下する。このときスリーブ部材１５の外周にカーボンリング１７の内縁が摺動して降下するため、シール機能を継続維持することができる。なお、通気孔２０は、徐々に塞がれることになり、線引炉４０内の圧力変動を緩和できた時点で、ガス流出の作用を終えて、線引炉４０内へ収容される。すなわち、この時点で、炉内と外部との導通が遮断される。
　また、第１のシール部材４６はガラス母材３１の直胴部３７の外周に接触していた状態から、テーパ部３５に対向するようになるため、第１のシール部のシール機能は失われ、線引炉４０内は第２シール部によってシールされることになる。

　図３（Ｄ）を参照すると、光ファイバの線引が進み、ガラス母材３１はさらに下降して、線引を終了する。なお、ガラス母材３１の溶融がどの位置まで来たときに線引終了とするかは、任意に設定することができる。スリーブ部材１５等の材質によっては、炉心管４１に近接もしくは挿入される状態になると、これらの部材が溶融損傷されるおそれがあるため、再利用が難しくなる可能性があるが、カーボン等の耐熱材質にすれば、溶融損傷を防ぐことは可能である。

　以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。

　１０・・・光ファイバ線引装置、１１・・・第１キャップ、１５・・・スリーブ部材、１６・・・第１リング、１７・・・カーボンリング、１８・・・第２リング、１９・・・ピン、２０・・・通気孔、３１・・・ガラス母材、３２・・・ダミー棒、３３・・・ピン穴、３５・・・テーパ部、３７・・・直胴部、４０・・・線引炉、４１・・・炉心管、４２・・・ヒータ、４３・・・炉筐体、４４・・・炉心管延長部材、４５・・・開口、４６…第１のシール部材。

Claims

　一方の端がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を、該ガラス母材側から線引炉に設けられた開口に通し、前記開口近傍に設けられたシール機構によりシールしながら該線引炉内へ吊り下げ降下させて線引する光ファイバ線引方法であって、
　線引開始時は、前記シール機構の第１のシール部により前記光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールし、前記ガラス母材のテーパ部が前記第１のシール部を通過し始め、前記第１のシール部によるシールが効かなくなる以前に、前記第１のシール部の上方に第２のシール部を配設し、該第２のシール部の配設直後は、前記線引炉の炉内と外部とを導通させて炉内圧力の変動を抑え、さらに前記ガラス母材が降下したときには前記導通を遮断する光ファイバ線引方法。
　前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を覆うスリーブ部材を設け、前記スリーブ部材に設けられた通気孔により、前記線引炉の炉内と外部とを導通させ、前記通気孔を塞ぐことにより、前記導通を遮断する、請求項１に記載の光ファイバ線引方法。
　前記スリーブ部材は、前記ダミー棒に固定され、
　前記第２のシール部は、前記スリーブ部材に設けられたリング状部材により前記スリーブ部材との間をシールするものであり、
　前記第２のシール部を配設した後には、前記リング状部材が前記スリーブ部材の外周面を摺動することにより前記開口をシールする、請求項２に記載の光ファイバ線引方法。
　一方がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を線引する光ファイバ線引装置であって、
　前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を被うスリーブ部材を備え、
　前記スリーブ部材には、前記線引炉の炉内と外部とを導通させる通気孔が設けられている、ファイバ線引装置。