JP4228420B2 - 光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材から光ファイバを溶融線引きする光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
石英を主体とするガラスからなる光ファイバ母材を溶融して光ファイバを線引きするには光ファイバ線引き炉が使われている。図3は、光ファイバ線引き炉の主要部を示す図であって、11は光ファイバ母材、12はダミー棒、13は連結部、14は筒状の管体、15はヒータ、16はガス吹込み口、17は光ファイバ、18は上方空間、19は下方空間である。管体14はカーボンパイプ等からなる筒状のもので、その中に光ファイバ母材11がダミー棒12によって連結部13で支持吊下げられている。そして、光ファイバ母材11の下端付近は、管体14の外側に配置したヒータ15によって加熱溶融され、光ファイバ17が下方向に引出される。
【0003】
光ファイバ線引き炉の管体14の内部は、管体等の酸化劣化を防止するため、ガス吹込み口16から不活性ガスが吹込まれ、不活性ガスの流れが管体14の内壁面と光ファイバ母材11との間の空間を通して主として上方から下方に向かうように形成され、下方の光ファイバ17と管体の下蓋の間隙を通して放出されている。
【0004】
管体14の内壁面と光ファイバ母材11との間の空間の横断面形状は上下方向で一様でなく、かつ温度も上下方向に相当の差を有している。従って、不活性ガスの上方から下方への流れは一様でなく、特に光ファイバ母材の上方空間18では自然対流を生じたりすることがある。光ファイバ母材11の上方空間18での不活性ガスの流れが自然対流等により乱れると、その乱れが光ファイバ母材11の下方空間19にも伝わる。
【0005】
光ファイバ母材11の下方からは通常の場合、直径125μmの光ファイバが溶融して高速で引出されるが、この周辺の不活性ガスの流れが変化すると、線振れ、溶融部分の温度変化等が発生し線径変動をもたらす。そこで、線径変動を出来るだけ小さくするため、不活性ガスの流れをスムーズにする必要があり、上方空間内に仕切り板を設けて上方空間を更に上下に分ける方法、上方空間の温度分布を出来るだけ均一にするため、補助ヒータを設けて温度の低い側を加熱する方法、等種々の試みがなされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光ファイバ母材が大型化して光ファイバ母材の外径が大きくなれば、上方空間、下方空間共に大きくなり、不活性ガスの流れの乱れが発生し易くなり、それによって線振れ、温度変化等が起き易くなり、ひいては線径変動も大きくなる傾向が認められるので、いずれの方法も線径変動を抑えるには不十分であり、大型の光ファイバ母材の光ファイバ線引き炉として高速線引きに最適なる炉の形態については、現在も研究開発の途上にある。
【0007】
本発明は、大型の光ファイバ母材を使った場合の光ファイバの線径変動を出来るだけ小さくするという課題のもとに、線径変動の原因等を調査していた間の知見に基づいて完成したものであって、管体内の不活性ガスの圧力変動を出来るだけ少なくし、光ファイバの線径変動を小さくし得る光ファイバ線引き炉及び光ファイバ線引き方法である。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ線引き炉は、筒状の管体を備え、該管体の内部に上部をダミー棒で支持した光ファイバ母材を該ダミー棒と共に降下し得るようにして配置し、該光ファイバ母材を管体を介してヒータにて加熱して溶融し、該光ファイバ母材の下端から光ファイバを引出す光ファイバ線引き炉であって、前記管体の内部圧力を監視する圧力監視手段と、管体の壁面に設けたガス吹込み口と、前記ガス吹込み口のガス流量を調整するガス流量調整手段を備え、前記圧力監視手段は、差圧計とその差圧計のデータから1Hz以下の周波数のデータを選別するフィルタとを含むものであり、前記圧力監視手段からの指令に基づいて前記ガス流量調整手段によって前記ガス吹込み口のガス流量を調整するものである。
【0009】
管体内の内部圧力を圧力監視手段によって監視することによって圧力変動を把握し、そのデータに基づいてガス吹込み口のガス流量をガス流量調整手段によって調整する。こうして、管体内の不活性ガスの圧力変動を出来るだけ小さくすることによって、光ファイバの線径変動を出来るだけ小さくする。
【0010】
次に、管体内の圧力変動を小さくすることによって、光ファイバの線径変動を小さくすることが出来るという知見を得た経緯を説明する。光ファイバ線引き炉の管体の上端付近と下端付近の内部圧力及び光ファイバの線径について、データをとっていたところ、図2に示すデータを得た。図2のデータは、Aが管体の上端付近の内部圧力の差圧を示すグラフ、Bが管体の下端付近の内部圧力の差圧を示すグラフ、Cは光ファイバの線径を示すグラフである。
【0011】
なお、内部圧力の差圧変動は日本エム・ケー・エス株式会社の差圧計を用いて測定した。また、光ファイバの線径の測定は、レーザ光を使用した通常の線径測定器を使用している。また、測定データから高周波成分を除去するため、0.1Hzのローパスフイルタを用いた。
【0012】
この図2のデータによれば、次のことが分かる。(1)管体の内部圧力は、上端付近、下端付近共に変動しており、その周期は約10秒、圧力変動振幅は約0.04〜0.05mmH2 Oである。(2)管体の上端付近の圧力変動と下端付近の圧力変動の位相は同じである。即ち、上端付近の圧力が高くなったときは、下端付近の圧力も高くなる。(3)圧力変動から約2秒遅れで線径変動が起こっている。即ち、圧力が高くなった時間から約2秒遅れで線径も大きくなり、圧力が低くなった時から約2秒遅れで線径も小さくなる。
【0013】
以上のことから、管体の内部圧力と光ファイバの線径には高い相関関係があり、管体の内部圧力の変動を小さくすれば、光ファイバの線径変動も小さく出来ることが予見される。従って本発明では、管体の内部圧力を監視し、そのデータに基づいてガス吹込み口から吹込む不活性ガスの流量を調整することによって、管体内部の圧力変動を出来るだけ抑制する。また、管体の内部圧力は、上端付近、下端付近で変動振幅は若干異なるが変動周期、変動の位相は同じであるので、圧力の監視測定位置は1個所としても圧力変動の状況把握は可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明にかかる光ファイバ線引き炉の実施形態の主要部を示す縦断面図であって、1は光ファイバ母材、2は連結部、3はダミー棒、4は管体、5は圧力監視手段、5aは圧力監視手段の一部である圧力センサ、6は流量調整手段、7は不活性ガス供給装置、8はガス吹込み口、9はヒータ、10は光ファイバである。管体4はカーボンパイプ等からなる筒状のもので、その中に光ファイバ母材1が、ダミー棒3によって連結部2を介して支持され吊下げられている。なお、光ファイバ母材は大型で、例えば直径が90mm、長さが1500mmといった大きさのものである。
【0015】
そして、光ファイバ母材1の下端付近は、管体4の外側に配置したヒータ9によって加熱溶融され、光ファイバ10が下方向に引出される。管体4の壁面にはガス吹込み口8が設けられており、管体4の内部は、管体等の酸化劣化を防止するため、ガス供給装置7から供給される不活性ガスがガス吹込み口から吹込まれることによって満たされている。また不活性ガスの流れが、管体4の内壁面と光ファイバ母材1との間の空間を通して主として上方から下方に向かうように形成され、管体4の下方の光ファイバ10と管体4の下蓋との間隙を通して放出されている。
【0016】
また、管体4の壁面に取付けた配管の先に圧力センサ5aが配設され、圧力監視手段5によって、管体4の内部圧力を監視する。圧力監視手段5としては差圧計を使用することが出来る。また、差圧計のデータそのままでは線径変動に影響しない高周波成分に隠れてしまうので、1Hz又は0.1Hzのローパスフイルタ又は適当なバンドパスフイルタで不要成分をカットする。また更に、低周波側の不要成分を除くため、0.02Hz程度のハイパスフイルタを用いるか、又は1分間程度の圧力を平均化して変動成分のみを取出すことがより望ましい。
【0017】
不活性ガス供給装置7からはヘリウム、窒素等の不活性ガスが供給されるが、マスフローコントローラ等からなる流量調整手段6によって管体4内部の圧力が一定となるように不活性ガスの流量を調整しながら、管体4の内部にガス吹込み口8から不活性ガスを吹込む。具体的には、差圧計のデータが極くわずかに変化した時、その変化量を打ち消すように不活性ガスを吹込む。より具体的には、差圧計の出力をバンドパスフイルタで処理した信号によって、PID制御でマスフローコントローラの流量にフイードバックをかければ良い。また、ガス吹込み口8は管体の壁面に管体の軸を取巻くように複数箇所設け、管体内のガスの流れが出来るだけ一様になるようにガスを吹込むことが好ましい。
【0018】
PID制御における、比例分を0.1mmH2 O偏差に対して不活性ガス流量の8%とし、積分時間を40秒、微分制御無しの条件とした。その結果、バンドパスフイルタ処理後の圧力変動は全振幅で0.02mmH2 Oに抑えられ、線径変動も±0.1μmに抑えることが出来た。
【0019】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ線引き炉は、光ファイバ母材を配置する管体の内部圧力を監視する圧力監視手段と、管体の壁面に設けたガス吹込み口と、ガス吹込み口のガス流量を調整するガス流量調整手段を備え、前記圧力監視手段からの指令に基づいて前記ガス流量調整手段によってガス吹込み口のガス流量を調整するものであるので、光ファイバの線径変動の原因である管体内部の圧力変動を小さくすることによって、光ファイバの線径変動を抑制することが出来る。
【0020】
また、管体の内部圧力を監視する手段として差圧計とフイルタを使用することによって、圧力データの不要成分を除去して、光ファイバの線径変動に結びつく圧力変動のデータのみとすることによって、より確実に光ファイバの線径変動を抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる光ファイバ線引き炉の実施形態の主要部を示す縦断面図である。
【図2】管体の上端付近及び下端付近の内部圧力の差圧と光ファイバの線径の対時間変化を示すグラフである。
【図3】従来技術による光ファイバ線引き炉の主要部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1:光ファイバ母材
2:連結部
3:ダミー棒
4:管体
5:圧力監視手段
5a:圧力センサ
6:流量調整手段
7:不活性ガス供給装置
8:ガス吹込み口
9:ヒータ
10:光ファイバ
Claims (2)
- 筒状の管体を備え、該管体の内部に上部をダミー棒で支持した光ファイバ母材を該ダミー棒と共に降下し得るようにして配置し、該光ファイバ母材を管体を介してヒータにて加熱して溶融し、該光ファイバ母材の下端から光ファイバを引出す光ファイバ線引き炉において、前記管体の内部圧力を監視する圧力監視手段と、管体の壁面に設けたガス吹込み口と、前記ガス吹込み口のガス流量を調整するガス流量調整手段を備え、前記圧力監視手段は、差圧計とその差圧計のデータから1Hz以下の周波数のデータを選別するフィルタとを含むものであり、前記圧力監視手段からの指令に基づいて前記ガス流量調整手段によって前記ガス吹込み口のガス流量を調整することを特徴とする光ファイバ線引き炉。
- 筒状の管体の内部に上部をダミー棒で支持した光ファイバ母材を該ダミー棒と共に降下し得るようにして配置し、該光ファイバ母材を管体を介してヒータにて加熱して溶融し、該光ファイバ母材の下端から光ファイバを引出す光ファイバ線引き方法において、差圧計とその差圧計のデータから1Hz以下の周波数のデータを選別するフィルタとを含む圧力監視手段にて前記管体の内部圧力を監視し、前記差圧計の出力から前記フィルタで処理した信号として得られる内部圧力の増減に応じて、管体の壁面に設けたガス吹込み口から吹込む不活性ガスのガス流量を調整することを特徴とする光ファイバ線引き方法。
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