(57)【要約】【課題】  光ファイバーの線引き中に、炭化ケイ素などの微粒子が炉芯管の内面で発生するのを防止し、破断することなく、強度的に優れた光ファイバーが得られる線引き装置を提供する。【解決手段】  加熱炉２内に設置された、カーボングラファイトからなる筒状の炉芯管12内に、光ファイバー用プリフォーム１を挿入し、その一端から加熱溶融して光ファイバー13を線引きする線引き装置において、該炉芯管12がその内面のうち、炭化ケイ素が昇華により減肉する範囲を除き、比較的低温となる部分にのみ炭化ケイ素からなる被膜を備えていることを特徴としている。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉内に設置された、カーボングラファイトからなる筒状の炉芯管内に、光ファイバー用プリフォームを挿入し、その一端から加熱溶融して光ファイバーを線引きする線引き装置において、該炉芯管がその内面のうち、炭化ケイ素が昇華により減肉する範囲を除き、比較的低温となる部分にのみ炭化ケイ素からなる被膜を備えていることを特徴とする光ファイバー線引き装置。
【請求項２】
前記炭化ケイ素からなる被膜が、線引き時に温度が2,000℃以上になる炉芯管の高温部分には形成されていない請求項１に記載の光ファイバー線引き装置。
【請求項３】
前記炭化ケイ素からなる被膜が、シリカを主成分とする物質をＡrまたはＮ2ガス雰囲気中で加熱、気化することにより、炉芯管のカーボングラファイトと反応して生成したものである請求項１または２に記載の光ファイバー線引き装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー用プリフォーム（以下、単にプリフォームと称する）をその一端から加熱軟化させて線引きし、細径化された光ファイバーとする光ファイバー線引き装置（以下、単に線引き装置と称する）に係り、特には、該装置の加熱炉内に設置される炉芯管に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーの製造に供されるプリフォームは、軸付け法（ＶＡＤ法）、外付け法（ＯＶＤ法）等によりガラス微粒子を堆積して形成した多孔質ガラス母材を脱水焼結し、透明ガラス化して得た母材インゴットをさらに電気炉で粗延伸し、線引きに好適な径に縮径して得られる。
【０００３】
図１に示すように、プリフォーム１は、線引き装置の最上部に設置された加熱炉２の上部から、炉内に送り込まれて加熱軟化され、炉の下部から細径化された光ファイバーが引き出される。光ファイバの径は、外径測定器３で管理、制御される。その後、光ファイバは、その表面を保護するために、コーティングダイ４ａ，４ｂでUV樹脂による２層の保護コートが施され、UVランプ５で硬化され、キャプスタン６で引きとられた後、巻き取り機７のリールに巻き取られる。
【０００４】
線引き装置に設置される加熱炉の例を図２，３に示した。加熱炉２は、カーボングラファイト製のヒーター８または高周波誘導加熱コイル９、低密度カーボン成型体または高融点金属からなる断熱材10、水冷ジャケットの炉体11などから構成される。ヒーター８を加熱する方法としては、スリットの入った円筒状のヒーター８に電流を流し、抵抗加熱により昇温する方式が一般的であり、円筒状のヒーター８の内側には、高温に耐える炉芯管12が設置される。加熱炉２の下方から光ファイバー13が引き出される。
【０００５】
また、炉芯管のまわりに水冷コイルを設置して高周波誘導加熱コイル９とし、これに10kＨz程度の高周波電流を流し、誘導加熱により炉芯管自体をヒーターとして加熱する方式も使われている。
いずれの方式においても、炉芯管は、ヒーターから輻射される熱を周方向に均一化し、プリフォーム周辺の不活性ガスの流れを安定化させる目的に加えて、ヒーターやその外側に設けられた断熱材から発生する塵埃が、プリフォームの溶融部や光ファイバーに付着するのを防止するためにも、重要な役割を担っている。
【０００６】
断熱材などから発生したホコリ（微粒子）が光ファイバーの表面に付着すると、光ファイバーの強度を著しく低下させ、後の巻き取り装置やプルーフテストの工程で、光ファイバーが破断する原因となる。これを避けるためにも、通常、加熱炉の中心部には、高純度のカーボングラファイトからなる炉芯管が設置されている。
【０００７】
炉芯管の中心部は、その周囲に設置されたカーボンヒーターまたは高周波誘導加熱コイルによって、2,000℃以上に保たれる。この炉芯管の中は、カーボン材が酸化されるのを防止し、かつ光ファイバーの径を安定化させるために、Ａr, Ｈe ，Ｎ2などの不活性ガスが導入され、一定方向に流れるガス流を形成している。
【０００８】
しかし、プリフォームを高温で溶融し線引きすると、炉心管内でシリカ（ＳiＯ2）が気化し、炉芯管の内面に付着する。付着したシリカは、炉芯管の材料である、カーボンと反応して粒状の炭化ケイ素を形成する。この炭化ケイ素粒は、時間の経過とともに炉芯管から剥離し、プリフォームの溶融部や光ファイバーに付着することがある。
【０００９】
炭化ケイ素は石英ガラスよりも融点が高く、2,000℃以上でも軟化しないため、プリフォームの溶融部に付着した炭化ケイ素粒は、光ファイバーの表面で延伸されずに残るため、局部的に光ファイバーの外径が変動し、光ファイバーの長手方向で局所的なロスが発生したり、コーティングダイスに詰まることがある。また、光ファイバー表面への異物の付着は、光ファイバーの強度を低下させ、キャプスタンでの巻き取りやプルーフテストの工程で、光ファイバーが破断する原因になる。
【００１０】
プリフォームや光ファイバーへの炭化ケイ素粒の付着を防止するために、特許文献１は、炉芯管に相当するマッフルチューブに、高純度の炭化ケイ素で被覆することを記載している。また、特許文献２は、炉芯管の内面に、熱分解炭素、ガラス状カーボン、炭化ホウ素、あるいは炭化ケイ素などからなる被膜を形成することを記載している。特許文献１，２は、いずれも炉芯管を形成しているカーボングラファイトが剥離したり、カーボンの酸化で生じる炭化ケイ素がプリフォームの表面に付着して、光ファイバーの強度が低下するのを防止することを目的としている。
【００１１】
しかし、炭化ケイ素膜は、線引きに通常用いられる2,000℃以上の温度においては安定ではなく、炉芯管の上下方向で最も高温になる部分では、炭化ケイ素膜が剥離または昇華して脱落し、発生した微粒子がプリフォームや光ファイバーの表面に付着することにより、光ファイバーの強度を低下させることが分かった。
【００１２】
また、特許文献１，２は、被膜を主にＣＶＤ法で形成しているが、ＣＶＤ法で被膜を形成するためには、原料ガスの供給、排気、基材の加熱など、特別に被覆装置を用意する必要がある。
【特許文献１】特表2001‐521871号公報
【特許文献２】特開2003‐95688号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、光ファイバーの線引き中に、炭化ケイ素などの微粒子が炉芯管の内面で発生するのを防止し、破断することなく、強度的に優れた光ファイバーが得られる線引き装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の線引き装置は、加熱炉内に設置された、カーボングラファイトからなる筒状の炉芯管内に、光ファイバー用プリフォームを挿入し、その一端から加熱溶融して光ファイバーを線引きする線引き装置において、該炉芯管がその内面のうち、炭化ケイ素が昇華により減肉する範囲を除き、比較的低温となる部分にのみ炭化ケイ素からなる被膜を備えていることを特徴としている。
前記炭化ケイ素からなる被膜は、シリカを主成分とする物質をＡrまたはＮ2ガス雰囲気中で加熱、気化することにより、炉芯管のカーボングラファイトと反応して生成したものであり、線引き時に温度が2,000℃以上になる炉芯管の高温部分には形成されていない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の線引き装置によれば、炉芯管内での炭化ケイ素の微粒子の発生が著しく低減し、プリフォームや光ファイバーへの異物の付着が抑制され、光ファイバーの急激な径変動や、強度低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、加熱炉内に設置された炉芯管の内面に、少なくともプリフォームと対向する面に、炭化ケイ素からなる被膜を形成するものであり、その被覆範囲は、線引き時に温度が2,000℃以上になる高温部分を除いた、比較的低温となる部分であり、炉芯管の上部および下部のみとなる。
【００１７】
炭化ケイ素からなる被膜は、ＡrまたはＮ2ガス雰囲気下において、炉芯管の中にシリカガラスを高温状態で保持することにより、シリカガラスの揮散で生じたシリカ成分が、炉芯管の内面に付着し、炉芯管を構成しているカーボン材と高温で反応して形成される。
【００１８】
加熱炉の中心に設置される炉芯管の材料は、加熱が抵抗加熱方式あるいは高周波誘導加熱方式であっても、内部で発塵しないように、高純度で緻密なカーボングラファイトを切削加工したものを使用し、これを塩素などのハロゲンガス含有雰囲気下で、2,000℃以上に加熱して、高純度化したものが好ましい。
【００１９】
高純度化された炉芯管を加熱して、その中心部付近が2,000℃以上の高温部となるように、炉芯管の上下方向に温度分布を形成し、内部にシリカガラスなど、揮発してケイ素またはシリカ成分などの異物を発生する材料を挿入し、Ａr, Ｈe ，Ｎ2などの不活性ガス雰囲気下で５時間以上放置する。このとき、2,000℃以上となっている中心部付近では、シリカガラスが揮発しケイ素含有物が供給されても、炭化ケイ素の分解温度より高いため、炭化ケイ素の被膜は形成されない。
【００２０】
他方、炉芯管の上部と下部では、高温部から供給されたケイ素またはシリカ成分が、炉芯管を構成しているカーボンと反応し、炭化ケイ素の被膜が形成される。この被膜の厚さは、中心部に近づくほど薄くなり、上下の両端付近が最も分厚くなる。
【００２１】
なお、炭化ケイ素膜を形成するための温度および温度分布は、線引き中に余分な被膜が形成されたり、分解によって異物を発生させないためにも、実際の線引き工程で使用される状態に近づけることが望ましい。炭化ケイ素膜の形成を、線引き装置の加熱炉または、これと構造および内部の温度分布が同等の加熱炉を用いて行うことで、その後の線引き時において、新たに余分な炭化ケイ素膜の形成は防止される。
【００２２】
このような方法で炭化ケイ素膜が形成された炉芯管では、その後に行われる線引き工程において、高温となる部分では炭化ケイ素膜の剥離がなく、また、上下部の比較的温度が低くなる部分では、形成された炭化ケイ素膜によってカーボンが露出していないため、ケイ素含有成分の反応による炭化ケイ素の発生はなく、線引き中にプリフォームの表面や光ファイバーへの、異物の付着を低減することができ、光ファイバの線径変動や、強度低下を生じない。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
加熱炉の中心に、外径110mm, 内径80mm, 長さ400mmの炉芯管を設置した。炉芯管は、高密度のカーボングラファイトから削りだし、塩素雰囲気下で８時間、2,000℃で加熱し、高純度化処理を施したものを使用した。加熱炉には、炉芯管の周囲に、低密度カーボンからなる断熱材と水冷コイルを配置した高周波誘導加熱炉を用いた。なお、加熱炉の温度は、炉芯管の表面をパイロメーター(放射温度計)で測定した。
【００２４】
炉芯管に直径60ｍｍの合成石英製のガラス棒を挿入し、Ａr ガスを毎分10リットル流し、炉芯管内を不活性ガス雰囲気とした。加熱炉を2,200℃まで昇温し、加熱炉の下部から溶融した石英ガラスを引き出しながら、５時間放置することにより、炉芯管の内面に炭化ケイ素膜を形成した。炭化ケイ素膜は、2,000℃以上に加熱された中心部200mmの範囲には形成されず、上下部分にのみ形成された（図４参照）。
【００２５】
このようにして、内面に炭化ケイ素膜を被膜した炉芯管内に、直径60ｍｍ、長さ1,100ｍｍのプリフォームを垂下し、線引きして200ｋｍの光ファイバーを得た。このときの加熱炉の温度は2,200℃で、線引き速度は1,000ｍ毎分に設定して行った。線引き中、光ファイバーの径変動は125±0.3μｍと安定した。試作された光ファイバーに１%−１秒間のプルーフテスト（光ファイバー全長にわたって１%の伸びを生じる張力を１秒間にわたって加え、低強度部を取り除くテスト）でも、全く破断することはなかった。
【００２６】
次に、この光ファイバーを用い、以下の条件で動疲労試験を行い、その結果を図６に示した。なお、動疲労試験では、一定の速度で、荷重を増しながら光ファイバーを引張り、破断したときの荷重、すなわち、破断点荷重を測定する。
サンプル長：10m×100本
荷重負荷速度：200mm／分
室温, 湿度：23℃, 45%ＲＨ
本発明の線引き装置で作製した光ファイバーは、破断点荷重がすべて６ｋｇ以上となり、破断強度に弱い部分は見られず、良好な強度を有していた。
【００２７】
（比較例１）
実施例１で使用したものと同じ寸法、材質のカーボングラファイト製の炉芯管を用い、同様に高純度化処理した後、炭化ケイ素膜で被覆せずに、実施例１で使用したものと同じ寸法、光学特性を有するプリフォームを用いて光ファイバーの線引きを行った。
【００２８】
線引きの条件は、実施例１と同じにしたが、光ファイバーの径変動は125±0.8μｍであり、実施例１より変動幅が大きくなった。今回のテストでは、線引き中の破断が200ｋｍの線引き中に１回発生した。プルーフテスト時には、200ｋｍの光ファイバーで６回破断し、実施例１のときより強度は低下していた。図７にこの光ファイバーを用いて、動疲労試験を行った結果を示した。
全体の30%程度に強度の弱い部分が見られ、低強度で破断した部分の側面を顕微鏡で観察したところ、加熱炉内で付着したと思われる異物が観察された。
【００２９】
（比較例２）
実施例１で使用したものと同じ寸法、材質のカーボングラファイト製の炉芯管を同様に高純度化処理した後、ＣＶＤ法により全体に100μｍの炭化ケイ素膜を形成した炉芯管を用いて（図５参照）、光ファイバーの線引きを行った。使用したプリフォームは実施例１で使用したものと同じ寸法、光学特性を有するものである。
【００３０】
線引きの条件は、実施例１と同じにしたが、光ファイバーの径変動は125±0.5μｍで、実施例１より若干変動幅が大きくなった。このテストでは線引き中の破断は、200ｋｍの線引き中に発生しなかった。しかし、プルーフテスト時には、200ｋｍの光ファイバーで２回破断し、強度の低い部分があった。図８にこの光ファイバーを用いて、動疲労試験を行った結果を示した。
【００３１】
全体の５%程度に強度の弱い部分が見られた。しかし、低強度で破断した光ファイバーの側面には、加熱炉内で付着した異物が認められた。また、線引き終了後の炉芯管の内部を観察すると、最も高温になる中心部において、炭化ケイ素の被覆が薄くなっていた。これは、2,000℃以上の高温に曝された部分の炭化ケイ素膜が剥離し、炉芯管内に放出されたためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の線引き装置を使用することで、良好な強度の光ファイバが得られ、線引き中の破断もなく、コスト低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】線引き装置の全体を示す概略説明図である。
【図２】抵抗加熱方式による加熱炉の概略を示す縦断面図である。
【図３】高周波誘導加熱方式による加熱炉の概略を示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施例１で用いた炉芯管の概略を示す縦断面図である。
【図５】比較例２で用いた炉芯管の概略を示す縦断面図である。
【図６】実施例１における光ファイバーの動疲労試験結果を示す図である。
【図７】比較例１における光ファイバーの動疲労試験結果を示す図である。
【図８】比較例２における光ファイバーの動疲労試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ …… プリフォーム、
２ …… 加熱炉、
３ …… 外径測定器、
４ａ，４ｂ …… コーティングダイ、
５ …… UVランプ、
６ …… キャプスタン、
７ …… 巻き取り機、
８ …… ヒーター、
９ …… 高周波誘導加熱コイル、
10 …… 断熱材、
11 …… 炉体、
12 …… 炉芯管、
13 …… 光ファイバー、
14 …… 炭化ケイ素膜。
【図１】
2006008450.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006008450.tif 000006
【図５】
2006008450.tif 000007
【図６】
2006008450.tif 000008
【図７】
2006008450.tif 000009
【図８】
2006008450.tif 000010