CN104628250A - 光纤制造方法以及光纤拉丝炉 - Google Patents

Abstract

本发明的光纤制造方法以及光纤拉丝炉，在减少氦气的使用量的同时，降低拉丝炉内的气体的炉内压力变动，并且将气体流量确保为某种程度。拉丝炉(10)具有：供给玻璃母材(11)的炉心管(15)；加热器(16)，其设置在炉心管(15)的周围；以及上部腔室(20)，其连结在炉心管(15)的上方，并且收容玻璃母材(11)，该拉丝炉(10)使玻璃母材(11)的下端部加热熔融而拉丝出光纤(12)。在上部腔室(20)上设置第1气体导入通路(22a)，并且在第1气体导入通路(22a)的下部设置第2气体导入通路(22b)，从第1气体导入通路(22a)供给氦气，并且从第2气体导入通路(22b)供给氩气或者氮气。

Description

光纤制造方法以及光纤拉丝炉

技术领域

本发明涉及一种对光纤用玻璃母材进行熔融拉丝而制造光纤的方法以及适用于该方法的光纤拉丝炉。

背景技术

为了对以石英玻璃作为主要成分的光纤用玻璃母材(以下，也简称为玻璃母材)进行熔融拉丝而制造光纤，使用光纤拉丝炉(以下，也简称为拉丝炉)。光纤通过如下过程而制造，即，一边使玻璃母材从拉丝炉的上方向炉心管内下降，一边加热熔融其前端，玻璃母材的前端被细径化而从拉丝炉的下方拉丝出。此时的拉丝炉内的温度为约2000℃，温度非常高，所以拉丝炉内的部件使用耐热性较佳的碳等。

该碳具有在高温的含氧气氛中氧化而被消耗的性质。因此，拉丝炉内需要保持为氩气、氦气等稀有气体、氮气(以下称为惰性气体等)的气氛。而且，在该情况下，将拉丝炉内设为正压，以防止外部气体(氧气)进入拉丝炉内，但如果拉丝炉内的压力变动变大，则与此相伴，有时光纤的玻璃直径会发生变动。

根据单模光纤的国际标准、即ITU-T(InternationalTelecommunication Union-Telecommunication sector)G652D，光纤的玻璃直径的变动容许范围规定为±1μm。为了满足该规定，做出种种抑制拉丝炉内的压力变动的努力。

在日本特表2013-512463号公报(专利文献1)中，公开有如下技术，即具有加热熔融玻璃母材而加工出光纤的拉丝加热炉，并从拉丝加热炉的上端部以及下端部供给氦气、氮气、氩气等惰性气体等。在专利文献1中，没有指定所供给的气体种类。在日本特开平9-2832号公报(专利文献2)中，公开有在由加热器围绕的炉心管的上方具有烟筒状的上部腔室，对上部腔室的上端部进行加热保温的技术。由此，使炉心管的周围和上部腔室的上端部的温度差较小，防止拉丝炉内产生对流而防止压力变动。在日本特开2000-63142号公报(专利文献3)中，公开有对从拉丝炉上方的气体吹入口供给的气体流量进行调整，以使得拉丝炉内的压力保持恒定的技术。在专利文献2、专利文献3中启示拉丝炉内的压力变动受气体的对流现象的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在减少氦气的使用量的同时，降低拉丝炉内的压力变动，并且将气体流量确保为某种程度的光纤制造方法以及使用于该方法的光纤拉丝炉。

为了达到目的，本发明提供一种光纤制造方法，(1)其将光纤用玻璃母材向具有炉心管、加热部、以及上部腔室的光纤拉丝炉供给，并收容在炉心管以及腔室内，其中，该加热部设置在炉心管的周围，该上部腔室连结在炉心管的上方，(2)在该光纤制造方法中，一边从在上部腔室设置的第1气体导入通路供给氦气，并且从在第1气体导入通路的下部设置的第2气体导入通路供给氩气或者氮气，一边使光纤用玻璃母材的下端部加热熔融而拉丝出光纤。

作为本发明的其它实施方式，提供一种光纤拉丝炉，其具有：(1)被供给光纤用玻璃母材的炉心管；(2)加热部，其设置在炉心管的周围；(3)上部腔室，其连结在炉心管的上方并且收容光纤用玻璃母材；(4)第1气体导入通路，其设置于上部腔室，用于供给氦气；以及(5)第2气体导入通路，其设置于第1气体导入通路的下部，用于供给氩气或者氮气，该光纤拉丝炉使光纤用玻璃母材的下端部加热熔融而拉丝出光纤。

在本发明的光纤拉丝炉中，也可以是第2气体导入通路设置于上部腔室，第2气体导入通路的前端部分向炉心管的方向弯曲。

发明的效果

根据上述发明，能够在减少氦气的使用量的同时，降低拉丝炉内的压力变动，并且将气体流量确保为某种程度。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式涉及的光纤制造方法以及使用于该方法的光纤拉丝炉的示意图。

图2是示出气体供给机构的其它例子的示意图。

图3是示出与氩气的比例相对应的玻璃外径变动以及炉内压力变动的测量结果的一个例子的表。

图4是示出图3的测量结果的曲线图。

具体实施方式

在作为向拉丝炉供给的惰性气体等使用氦气的情况下，由于该氦气昂贵且稀有，所以提出有混合氩气等比较价廉的气体而使用的方法。在该情况下，如果单纯地将氩气与氦气混合，则在炉内产生压力变动，有可能因为该压力变动而引起光纤的玻璃直径发生变动。

拉丝炉内的压力变动可以认为是在上部腔室的内部发生的。即，上部腔室设置在由加热器围绕的炉心管上方，因此被加热器加热的气体向上部腔室上升，在上部腔室内部被冷却后再次下降。此时，如果使用氩气、氮气，则上部腔室内的气体密度和炉心管内的气体密度的密度差(温度差)变大，能够想到由于该密度差而容易发生炉内压力变动。由此，形成处于加热软化状态的玻璃母材的下端部的气氛的气体的流动不稳定，光纤的玻璃直径的变动变大。

在仅将氦气作为惰性气体使用的情况下，由气体温度差导致的密度差与氩气相比大概是1/10左右而较小，因此问题不大。即使将微小量的氩气混入氦气中，也会由此产生炉内压力变动，其结果，光纤的玻璃直径发生变动。因此，在将氦气和氩气的混合气体单纯置换为氦气而使用的情况下，较难满足上述的±1μm的玻璃直径变动的规定。

优选单独使用氦气，但由于氦气昂贵且稀有，因此希望尽量减少其使用量。然而，如果不将拉丝炉内向下流动的气体流量确保为某种程度，则会发生烟尘积存在炉内等不良情况，因此仅单纯地减小流量无法解决问题。因此，希望能够在减少氦气的使用量的同时，降低炉内压力变动，此外将气体流量确保为某种程度的方法。专利文献1～专利文献3没有解决如上述的课题。

以下，参照附图，对本发明的实施方式涉及的光纤制造方法以及使用于该方法的光纤拉丝炉的具体例进行说明。另外，本发明不限于这些例示，其目的在于包含由权利要求的范围示出的、与权利要求的范围等同内容以及范围内的所有的变更。

图1是本发明的一个实施方式涉及的光纤的制造方法以及使用在该方法中的光纤拉丝炉10的示意图。另外，下面以利用加热器对炉心管进行加热的电阻炉为例进行说明，但本发明也能应用于向绕组施加高频电源，对炉心管进行感应加热的感应炉。

拉丝炉10大致划分而由炉筐体18、下部腔室19、以及上部腔室20构成。炉心管15在炉筐体18的中央部以圆筒状形成，下部侧与下部腔室19连结，上部侧与上部腔室20连结。炉心管15由碳制成，玻璃母材11经由上部腔室20而***在该炉心管15内。

上部腔室20具有与炉心管15相同程度的内径，在其上端配置盖体21而进行封盖(密封)。在盖体21上形成上端开口21a，***由与玻璃母材11同种类的玻璃棒构成的支撑棒13。在炉筐体18内，作为本发明的加热部的一个例子的加热器16以包围炉心管15的方式配置，将隔热部件17以覆盖加热器16的外侧的方式收纳。加热器16将***在炉心管15的内部的玻璃母材11加热熔融，使熔融缩颈的光纤12从下部腔室19垂下。

玻璃母材11在与支撑棒13连结的连结部分14处与支撑棒13熔接，或者经由连结部件与支撑棒13连接而一体化。此外，玻璃母材11能够通过移动机构(未图示)而在拉丝方向(上下方向)移动。

在拉丝炉10上设有气体的供给机构。更具体而言，在上部腔室20设置第1气体导入通路22a以及第1气体供给部23a，在第1气体导入通路22a的下部设置第2气体导入通路22b以及第2气体供给部23b。由此，能够将惰性气体等送入拉丝炉10内，防止炉心管15、加热器16周围的氧化、老化。

该惰性气体等的供给量可以设为始终恒定量流动，此外，也可以是利用气体供给部23而应用P控制(Proportional Control：比例控制)、I控制(Integral Control：积分控制)、D控制(Derivative Control：微分控制)或适当组合这些控制而得到的各种控制，但是控制方法不限于此。另外，作为该气体供给部23也可以使用质量流量控制器(MFC)。该惰性气体等通过玻璃母材11和炉心管15之间的间隙，与拉丝出的光纤12一起也从下部腔室19的下方的闸门部分等向外部释放。

此处，作为该惰性气体等，如果将氩气混合至氦气中而使用，则与100％使用氦气的情况相比，易于发生压力变动，光纤12的外径变动变大。代替氩气而使用氮气也是大致类似的结果。

本发明的主要目的在于能够在减少氦气的使用量的同时，降低拉丝炉内的气体的炉内压力变动，并且将气体流量确保为某种程度。作为实现上述目的的结构，拉丝炉10具有：炉心管15；加热器16，其作为加热部的一个例子而设置在炉心管15的周围；上部腔室20，其与炉心管15的上方连结，并且收容玻璃母材11，该拉丝炉10将供给至炉心管15的玻璃母材11的下端部加热熔融而拉丝出光纤。而且，从在上部腔室20设置的第1气体导入通路22a供给氦气，并且从在第1气体导入通路22a的下部设置的第2气体导入通路22b供给氩气或者氮气。以下，例示出氩气而进行说明，当然使用氮气也能得到同样的效果。

第1气体导入通路22a和第2气体导入通路22b的位置关系只要是第1气体导入通路22a与第2气体导入通路22b相比配置在上方即可，不限于第1气体导入通路22a配置在上部腔室20的上端部，第2气体导入通路22b配置在下端部的结构。但是，为了使氦气充满上部腔室20，第1气体导入通路22a需要位于上部腔室20。此外，第2气体导入通路22b配置在上部腔室20的下端部或比此更靠下部能够使压力变动进一步减小，因此更优选。

从在上部腔室20设置的气体导入通路供给氦气，从而上部腔室20由氦气充满。因此，炉内压力的变动降低。此外，从第1气体导入通路22a的下部供给氩气，从而在炉心管15中流动氦气和氩气的合计流量，因此能够确保不产生烟尘积存等不良情况所需的充分的气体流量。另外，第1气体导入通路22a以及第2气体导入通路22b不限于各1处，也可以设置多处。

图2是示出气体供给机构的其它例子的示意图。在本例中，第2气体导入通路22b′设置在上部腔室20，第2气体导入通路22b′的前端部分向炉心管15的方向(向下)弯曲。炉出口位于下方，因此从上部腔室20的侧面导入的气体通常向下流动，通过设置为弯曲，能够使从第2气体导入通路22b′供给的氩气可靠地向下流动。另外，第2气体导入通路22b′的前端部分的弯曲形状可以不是朝向正下方的形状，也可以是如朝向斜下方的形状。

图3是示出与氩气的比例相对应的玻璃外径变动以及炉内压力变动的测量结果的图。图3(A)是对比例，是从图1的第1气体导入通路22a供给氦气和氩气的混合气体的情况的例子。在该情况下，第2气体导入通路22b关闭。此外，图3(B)是实施例，是分别从图1的第1气体导入通路22a供给氦气，从第2气体导入通路22b供给氩气的情况的例子。

另外，在图3(A)的对比例和图3(B)的实施例中，氦气和氩气的合计流量在各条件下设为相同。此外，炉内压力变动(Pa)是测量相对于拉丝炉10的基准内压的波动(标准偏差)，取其3倍的值(3σ)。此外，玻璃外径变动(μm)是对与光纤12的基准外径(125μm)的波动(标准偏差)进行测量，取其3倍的值(3σ)。

通常，随着使用氩气的比例变大，拉丝炉内的压力变动变大。而且，可知在图3(A)的对比例的情况下，如果将作为与氦气的混合气体而供给的氩气的比例(％)设为0、33、50而逐渐增大，则拉丝炉10的炉内压力变动(Pa)变大，与此相伴光纤12的玻璃外径变动(μm)也变大。相对于此，可知在图3(B)的实施例的情况下，即使将与氦气分开供给的氩气的比例(％)设为0、11、50、60而逐渐增大，拉丝炉10的炉内压力变动(Pa)也在较低的水平某种程度维持恒定，光纤12的玻璃外径变动(μm)也被抑制。

图4是将图3的测量结果表示为曲线图的图。图4(A)示出氩气的比例(氩浓度)和炉内压力变动的关系，在图中，横轴表示氩浓度(％)，纵轴表示炉内压力变动(±3σ)(Pa)。此外，图4(B)示出氩浓度和玻璃外径变动的关系，在图中，横轴表示氩浓度(％)，纵轴表示玻璃外径变动(±3σ)(μm)。

在图4(A)中，在对比例31的情况下，随着氩浓度变大炉内压力变动也变大。相对于此，在实施例32的情况下，即使氩浓度变大，炉内压力变动也在较低的水平某种程度维持恒定，与对比例31相比炉内压力变动降低。在图4(B)中也是同样的情况，在对比例33的情况下，随着氩浓度变大玻璃外径变动也变大。相对于此，在实施例34的情况下，即使氩浓度变大，玻璃外径变动也在较低的水平某种程度维持恒定，与对比例33相比玻璃外径变动降低。

如以上所述，通过用氦气充满作为压力变动的发生源的上部腔室内，并且将在炉内流动的氦气的一部分用氩气代替，而能够在减少氦气的使用量的同时，使炉内的压力变动降低而抑制光纤的玻璃外径的变动。另一方面，在炉心管内流动的气体，作为氦气和氩气的混合气体将气体流量确保为某种程度，从而能够防止发生在炉内堆积或漂浮的烟尘接触到光纤而导致光纤强度降低等这样的不良情况。

Claims (3)

1.一种光纤制造方法，其将光纤用玻璃母材向具有炉心管、加热部、以及上部腔室的光纤拉丝炉供给，并收容在所述炉心管以及所述腔室内，其中，该加热部设置在该炉心管的周围，该上部腔室连结在所述炉心管的上方，

在该光纤制造方法中，

一边从在所述上部腔室设置的第1气体导入通路供给氦气，并且从在所述第1气体导入通路的下部设置的第2气体导入通路供给氩气或者氮气，一边使所述光纤用玻璃母材的下端部加热熔融而拉丝出光纤。

2.一种光纤拉丝炉，其具有：

被供给光纤用玻璃母材的炉心管；

加热部，其设置在该炉心管的周围；

上部腔室，其连结在所述炉心管的上方并且***述光纤用玻璃母材；

第1气体导入通路，其设置于所述上部腔室，用于供给氦气；以及

第2气体导入通路，其设置于所述第1气体导入通路的下部，用于供给氩气或者氮气，

该光纤拉丝炉使所述光纤用玻璃母材的下端部加热熔融而拉丝出光纤。

3.根据权利要求2所述的光纤拉丝炉，其中，

所述第2气体导入通路设置于所述上部腔室，所述第2气体导入通路的前端部分向所述炉心管的方向弯曲。