JP2014070010A - 光ファイバ用線引炉および線引方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉心管内を浮遊するススをアッパーフローのガス流を利用して効果的に捕捉し、炉心管内を浮遊するススを低減する光ファイバ用線引炉と線引方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ用ガラス母材１１が挿入される炉心管１３と、炉心管を外部から加熱する加熱手段１５と、炉心管の下部に設けられた下部延長管１９と、を備えた線引炉を用い、炉心管内に不活性ガスを上方から下方に向けて流し、炉心管１３の下部のファイバ導出口から線引きされたガラスファイバ１２を外部に導出すると共に、不活性ガスを外部に放出する光ファイバ用の線引炉および線引方法で、下部延長管内に炉内のススを捕捉して保持するスス捕捉機構１８を設ける。スス捕捉機構１８は、１つ以上の円環状のメッシュ板２１からなり、該メッシュ板の面２１ｂが炉心管１３の軸方向と直交するように配する。
【選択図】図１

Description

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用線引炉と線引方法に関する。

線引炉による光ファイバの線引きは、ヒータ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、非常に高温となることから、ガラス母材を囲う炉心管等の材質には、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、炉心管内には、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、光ファイバの線引きを行うと、このカーボン炉心管などの内壁にスス（ＳｉＣ，Ｃ，ＳｉＯ_２等）が付着することが知られている。これらのススは、ガラス母材の主成分であるＳｉＯ_２の他、カーボンＣ、ＳｉＯ_２とＣが反応して生成されるＳｉＣなどの粒子であり、これらは、炉心管などの内壁面に付着成長する。炉心管などの内壁面に付着する前のススは、炉心管内に送り込まれた不活性ガス等により炉心管内を舞って、ガラス母材やガラスファイバに付着し、光ファイバのガラス径変動や強度劣化を引き起こすことになる。
これに対して、例えば、特許文献１には、炉内のススを強制的に排出することにより、炉内のスス等がガラス母材に付着しないようにすることが開示されている。

一方、炉心管内に送り込まれた不活性ガス等の多くは、炉心管の上方から下方に向かって流れ、光ファイバ母材の下端から垂下して線引きされたガラスファイバと共に、ファイバ導出口から外部に放出される。この場合、ファイバ導出口が大きく開いていると外気が炉心管内に入りやすく、炉心管等カーボン部品の劣化につながる。このため、例えば、特許文献２には、ファイバ導出口にシャッターを設けること、また、特許文献３には、炉心管下端に円筒状の隔壁を設け、この隔壁の下端にシャッターを設けることが開示されている。これらのシャッターを設けることにより、不活性ガス等の使用を抑制しつつ、気密を保つことができる。

特開平８−３３３１３０号公報 特許第２７８７９８３号公報 特開平８−９１８６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示のように、炉心管内のススを強制的に排気する場合、炉内が負圧になり易くなるため、外気を巻き込まないように大量の不活性ガス等を炉内に流す必要があり、光ファイバの製造コストが高くなるという問題がある。また、ススと共に強制的に排気したガスを循環させてクリーニングした後、再利用する方法も考えられるが、このための設備の構築が必要となり、上記と同様にコストが高くなる。

また、線引炉に用いる不活性ガス等の使用を抑制する方法として、上記の特許文献２，３に開示されているように、下部延長管のファイバ導出口を細くしてガスの流出を抑制することは有効である。しかし、このような構造にすると、下向きに流れる不活性ガス等は、光ファイバの線速により加速されたガス流（牽引流）となって、その一部は光ファイバと共に炉外に流出するものの、多くはシャッター出口部分で反転して、下部延長管の内壁に沿って上方に流れるガス流（アッパーフロー）となる。このアッパーフローのガス流に乗って炉心管内のススが舞い上がり、これが溶融状態にあるガラス母材やガラスファイバに衝突または付着することで、光ファイバのガラス径変動や強度劣化を引き起こす原因となる。

本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、炉心管内を浮遊するススをアッパーフローのガス流を利用して効果的に捕捉し、炉心管内を浮遊するススを低減する光ファイバ用線引炉と線引方法の提供を目的とする。

本発明による光ファイバ用線引炉および線引方法は、光ファイバ用ガラス母材が挿入される炉心管と、炉心管を外部から加熱する加熱手段と、炉心管の下部に設けられた下部延長管と、を備えた線引炉を用い、炉心管内に不活性ガスを上方から下方に向けて流し、炉心管の下部のファイバ導出口から、線引きされたガラスファイバを外部に導出すると共に不活性ガスを外部に放出する光ファイバ用の線引炉および線引方法で、下部延長管内に炉内のススを捕捉して保持するスス捕捉機構を設けたことを特徴とする。

なお、スス捕捉機構は、１つ以上の円環状のメッシュ板からなり、該メッシュ板の面が炉心管の軸方向と直交するように配してなる。また、円環状のメッシュ板の内径孔とガラスファイバの走行域との間に、管状体を配するようにしてもよく、スス捕捉機構が接する部分の下部延長管の外周壁に、冷却手段を設けるようにしてもよい。

本発明によれば、アッパーフローによるガス流の領域に配された円環状のメッシュ板により、ガス流中のススが捕捉され、炉心管内を浮遊するススを低減することができる。この結果、ガラス母材やガラスファイバにススが衝突したり付着するのを低減し、光ファイバのガラス径変動や強度劣化等を減少させることができる。

本発明による光ファイバ用の線引炉の一例を説明する図である。 本発明による光ファイバ用の線引炉の他の例を説明する図である。 本発明による光ファイバ用の線引炉の別の他の例を説明する図である。 本発明による光ファイバ用の線引炉の別の他の例を説明する図である。

図１〜図４により本発明の光ファイバ用線引炉の概略を説明する。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は光ファイバ線引炉、１１は光ファイバ用ガラス母材（ガラス母材）、１２はガラスファイバ、１３は炉心管、１４は炉筐体、１４ａは下壁、１５はヒータ、１６は断熱材、１７は炉心管受け部材、１８はスス捕捉機構、１９は下部延長管、１９ａは底壁、１９ｂは内壁面、２０はシャッター、２１はメッシュ板、２１ａは中央孔、２１ｂはメッシュ面、２２は管状体、２３は冷却手段、２４はフィンを示す。

光ファイバの線引きは、図１に示すように、吊下げ支持されるガラス母材１１の下部を加熱し、溶融された下端部からガラスファイバ１２を溶融垂下させて所定の外径となるように線引きして行われる。このための光ファイバ線引炉１０は、ガラス母材１１が挿入供給される炉心管１３を囲むようにして、加熱用のヒータ１５を配し、このヒータ１５の熱が外部に放散されないように断熱材１６で囲い、その外側全体を炉筐体１４で囲って構成される。

ガラス母材１１は、母材吊り機構（図示省略）により吊り下げ支持され、光ファイバの線引きの進行にしたがって下方に順次移動制御される。炉筐体１４は、ステンレス等の耐食性に優れた金属で形成され、中心部に高純度のカーボンで形成された円筒状の炉心管１３が配される。なお、炉心管１３は、炉心管受け部材１７を介して炉筐体１４の下壁１４ａ上に載置する形で支持される。

炉心管１３の下部には、加熱軟化したガラスファイバ１２が急冷するのを緩和するなどのために適当な長さの下部延長管１９が配され、また、下部延長管１９の底壁１９ａには、シャッター２０が設けられる。炉心管１３内には、炉心管１３の酸化・劣化を防ぐために、アルゴンガスやヘリウムガス等の希ガスや窒素ガスなどの不活性ガス等が導入される。この不活性ガス等は、ガラス母材１１と炉心管１３の隙間を通って、その大部分は炉心管１３の下方から外部に放出される。

本発明は、上述した構成の線引炉で、炉筐体１４の下壁１４ａから炉心管１３と連通するように、炉内のススを捕捉して保持するスス捕捉機構１８を設けたことを特徴とする。このスス捕捉機構１８は、例えば、下部延長管１９の内部に設けられた円環状のメッシュ板２１からなる。

下部延長管１９内に配設されるメッシュ板２１は、例えば「３２番手（線径０．２７４ｍｍ）２５メッシュ」の耐蝕性、耐熱性のある金網等で形成され、中央孔２１ａを有する円環状のものが用いられる。このメッシュ板２１は、１枚または複数枚（図の例では３枚使用）を、そのメッシュ面２１ｂが炉心管１３の軸方向と直交するようにして配される。

上記した光ファイバ線引炉１０において、炉心管１３内に上方から不活性ガス等が導入されると、該ガスはガラス母材１１と炉心管１３との間を通って下部延長管１９内に流れる。下部延長管１９内に流れ込んだガスは、図１（Ｂ）に示すように、ガラスファイバ１２の高速線引により牽引されてダウンフローのガス流Ｑ１となる。このダウンフローのガス流Ｑ１の一部は、ガラスファイバ１２と共にシャッター２０から外部に放出されるが、その多くは反転して下部延長管１９の内壁面１９ｂに沿って上方に流れるアッパーフローのガス流Ｑ２となる。

このアッパーフローのガス流Ｑ２は、下部延長管１９の内壁面１９ｂに沿って、メッシュ板２１を通り抜けるようにして上方に向かう。アッパーフローのガス流Ｑ２は、メッシュ板２１を通り抜ける際に圧力損失を生じてガス流の流速が抑制されて澱んだ状態となる。この結果、このガス流中のススは、下部延長管１９の内壁面１９ｂおよびメッシュ板２１に付着して捕捉されやすくなる。

なお、メッシュ板２１は、１枚であってもよいが、複数枚を平行に配することで、圧力損失の領域を複数個所設けるようにしてもよい。これにより、１枚目のメッシュ板のところで捕捉できなかったススは、２枚目、３枚目・・・の個所で捕捉される。また、１枚目のメッシュ板にススが捕捉されて詰まり、メッシュ板をガス流が通り抜けられなくなっても、次のメッシュ板の個所で捕捉される。また、目の細かいメッシュ板を用いることにより、メッシュ板１枚の圧力損失を大きくし、ススの捕捉率を高めるようにしてもよい。

図１の構成で、メッシュ板２１を、３２番手２５メッシュ、外径９０ｍｍ、内径５０ｍｍで形成したもの３枚を、３０ｍｍ間隔で配し、光ファイバを６００ｋｍ線引きした際のススの捕捉量を調べた。
この結果、３枚のメッシュ板２１による捕捉量が０．０５３８ｇ／Ｍｍ、下部延長管１９の内壁面１９ｂによる捕捉量が０．２６７ｇ／Ｍｍで、合計０．３２０８ｇ／Ｍｍであった。

一方、メッシュ板２１を有しない下部延長管１９のみで、同じく光ファイバを６００ｋｍ線引した際のススの捕捉量を調べた。このときの下部延長管１９の内壁面１９ｂによる捕捉量は、０．０４１４ｇ／Ｍｍであった。
すなわち、メッシュ板２１を用いることにより、メッシュ板２１を用いない場合の７．７倍のススを捕捉できることが判明した。

なお、スス捕捉機構１８は、下部延長管１９内部に、外部から着脱可能に取り付けられていることが好ましい。これにより、線引終了後に、線引炉が室温まで冷えていない状態であっても、線引終了毎に、スス捕捉機構１８を直ちに取り外して交換したり、清掃することができる。この結果、次回の線引でも継続して炉内に舞うススを捕捉できるようにし、光ファイバの品質管理を容易にすることができる。

図２〜図４は、他の実施形態を説明する図である。図２は、図１のスス捕捉機構で、円環状のメッシュ板２１の中央孔２１ａとガラスファイバ１２の走行域との間に、管状体２２を配した例である。本例によれば、ガラスファイバ１２の高速線引により牽引されるダウンフローのガス流Ｑ１のみを管状体２２内に流し、アッパーフローのガス流Ｑ２は管状体２２の外側のメッシュ板２１を通すようにして、ススの捕捉が効果的に行われるようにすることができる。また、この構成によれば、管状体２２の内周、外周にも、ススを付着させて捕捉することが可能となる。

図３は、図１のスス捕捉機構で、下部延長管１９の外周壁に冷却手段２３を配して、内壁面１９ｂを冷却するようにした例である。なお、冷却手段２３は、水冷もしくは空冷による構成を用いることができる。本例によれば、サーモフォレシス効果により、ススが冷却により温度が低くなっている下部延長管１９の壁部側に向かって移動するので、その内壁面１９ｂに付着しやすくなり捕捉効果を高めることが可能となる。
なお、本例の冷却手段を用いる構成と図２の管状体を用いる構成を、合わせて使用することにより、よりススの捕捉効果を高めることが期待できる。

図４は、図１のスス捕捉機構で、円環状のメッシュ板２１間およびメッシュ板２１と下部延長管１９の底壁１９ａとの間に、さらにフィン２４（図は、等間隔に８枚の例）を配した例である。本例によれば、フィン２４を配することにより、ススの付着可能面を効果的に増やすことができ、ススの捕捉効果を高めることが期待される。
なお、本例のフィンを用いる構成と図２の管状体を用いる構成、図３の冷却手段を用いる構成を、合わせて使用することにより、さらにススの捕捉効果を高めることが期待できる。

１０…光ファイバ線引炉、１１…光ファイバ用ガラス母材（ガラス母材）、１２…ガラスファイバ、１３…炉心管、１４…炉筐体、１４ａ…下壁、１５…ヒータ、１６…断熱材、１７…炉心管受け部材、１８…スス捕捉機構、１９…下部延長管、１９ａ…底壁、１９ｂ…内壁面、２０…シャッター、２１…メッシュ板、２１ａ…中央孔、２１ｂ…メッシュ面、２２…管状体、２３…冷却手段、２４…フィン。

Claims (5)

1. 光ファイバ用ガラス母材が挿入される炉心管と、前記炉心管を外部から加熱する加熱手段と、前記炉心管の下部に設けられた下部延長管と、を備えた光ファイバ用線引炉であって、
   前記下部延長管内に炉内のススを捕捉して保持するスス捕捉機構を設けたことを特徴とする光ファイバ用線引炉。
2. 前記スス捕捉機構は、１つ以上の円環状のメッシュ板からなり、前記メッシュ板の面が前記炉心管の軸方向と直交するように配されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用線引炉。
3. 前記円環状のメッシュ板の中央孔と前記ガラスファイバの走行域との間に、管状体が配されていることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ用線引炉。
4. 前記スス捕捉機構が接する部分の前記下部延長管の外周壁には、冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ用線引炉。
5. 光ファイバ用ガラス母材が挿入される炉心管と、前記炉心管を外部から加熱する加熱手段と、前記炉心管の下部に設けられた下部延長管と、を備えた線引炉を用い、前記炉心管内に不活性ガスを上方から下方に向けて流し、前記炉心管の下部のファイバ導出口から、線引きされたガラスファイバを外部に導出すると共に前記不活性ガスを外部に放出する光ファイバの線引方法であって、
   前記下部延長管内に設けたスス捕捉機構により、炉内のスス粒子を捕捉し保持しながら線引することを特徴とする光ファイバの線引方法。

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