(57)【要約】【課題】ガラス母材の線引き進行によって生じる線引炉内の圧力変動やガスの流れの変動を小さくし、光ファイバの外径変動を小さく抑える光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】上部に縮径部１１ｃが存在する光ファイバ用ガラス母材１１の上端にダミー棒１３を連結し、線引炉内で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の製造方法である。光ファイバ用ガラス母材の縮径部の位置に、縮径部と炉心管との間の空間の５０％以上の体積を持つ部材２５を配して、光ファイバを線引きする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に縮径部が存在する光ファイバ用ガラス母材の上端にダミー棒を連結し、線引炉内で前記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の製造方法であって、
前記光ファイバ用ガラス母材の前記縮径部の位置に、前記縮径部と炉心管との間の空間の５０％以上の体積を持つ部材を配して、光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記部材は、カーボン又はセラミックスからなる、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記部材は、中央に孔が空いた円筒形状であり、前記部材上端の内径より前記部材下端の内径が大きい、請求項１又は２に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記線引炉内に炉内ガスを流入させるガス流入口が、前記光ファイバ用ガラス母材の線引き開始から終了まで、前記部材の上端より上部には存在しないように設定される、請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記部材の荷重が前記光ファイバ用ガラス母材の前記縮径部に直接にかかることのないように、前記光ファイバ用ガラス母材の前記縮径部の上部に、前記部材を係止する係止部材を設ける、請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項６】
前記部材の下方端が前記光ファイバ用ガラス母材に接触する、請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項７】
前記部材の上部に前記光ファイバ用ガラス母材と略同径のスリーブ部材を配する、請求項１から６のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ用ガラス母材の上端の縮径部にダミー棒を連結し、線引炉内で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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ用線引炉（以下、線引炉という）による光ファイバの線引きは、石英を主成分とする光ファイバ用ガラス母材（以下、ガラス母材という）をヒータなどで加熱溶融して行われる。このときの線引炉内の温度は、約２０００℃と非常に高温となるので、線引炉内の部品には、耐熱性に優れたカーボンが用いられている。このカーボンは、高温の酸素含有雰囲気中で酸化して消耗する性質を有する。このため、線引炉内は、アルゴンガスやヘリウムガス等の希ガス、窒素ガス（以下、不活性ガス等という）の雰囲気に保つ必要がある。
【０００３】
通常、ガラス母材は、小径のシード棒にガラス微粒子を堆積させたものをガラス化しているため、直胴部（本体部ともいう）の上端の、シード棒との境界部がテーパ状に縮径されており、シード棒に同径のダミー棒を連結して、線引炉の炉心管内に吊り下げ支持される。
このように、ガラス母材の径が大きく変化しているため、径が大きく変化しているテーパ部が線引炉の上端を通過する際に、このテーパ部をシールするのが非常に難しい。また、径が大きく変化すると、線引炉内空間の容積が線引の進行に連れて変化し、線引炉内のガスの流れが変わるため、光ファイバの外径変動が大きくなる場合がある。そこで、例えば、特許文献１には、ガラス母材とほぼ同径のパイプをガラス母材の上方に配置することにより、テーパ部が通過する際も封止状態を維持し、また、ガラス母材の線引きが進行してもガラス母材の上部空間の容積をほぼ一定に保ち、外径変動を抑えることが開示されている。
また、特許文献２には、線引炉上部に内筒管を設け、内筒管内の空間を複数組の仕切り板により仕切り、ガラス母材の上部空間の容積を一定に保つことにより、外径変動を抑える技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８４４０９号公報
【特許文献２】特開平１１−３４３１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の方法では、ガラス母材の縮径部が加熱部に近づいた場合、ガラス母材の所謂「肩」の部分の熱放射により縮径部の温度が局所的に上昇するため、縮径部がヒータに近づくに連れてガラス母材上方（縮径部の位置など）の空間でガス流れ（自然対流ともいう）が変化し、このガス流れが線引炉内の圧力変動に影響を及ぼす。この現象は、炉内ガスとして熱伝導率の高いヘリウムガスを用いる場合は生じにくいが、熱伝導率の低いアルゴンガス、窒素ガスなどで生じやすく、このような圧力変動が大きくなると、光ファイバの外径変動も大きくなる。
特許文献１の方法では、ガラス母材の縮径部の位置の空間が囲われているため、この空間での対流は生じないが、ガラス母材の縮径部が加熱部に近づいた時に、パイプとガラス母材とが溶着してしまうという問題がある。溶着してしまうと、その後、これらを切り離す処理が必要になり、またパイプの再利用も難しくなる。一方で、パイプをガラス母材から離してしまうと、空間容積を一定に保つことができず、外径変動を抑えることが難しい。
【０００６】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ガラス母材の線引き進行によって生じる線引炉内の圧力変動やガスの流れの変動を小さくし、光ファイバの外径変動を小さく抑える光ファイバの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光ファイバの製造方法は、上部に縮径部が存在する光ファイバ用ガラス母材の上端にダミー棒を連結し、線引炉内で前記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の製造方法であって、前記光ファイバ用ガラス母材の前記縮径部の位置に、前記縮径部と炉心管との間の空間の５０％以上の体積を持つ部材を配して、光ファイバを線引きする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガラス母材の線引き進行によって縮径部が加熱位置に近づいても、線引炉内の圧力変動を小さくすることが可能となり、光ファイバの外径変動を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一形態による光ファイバの製造方法の概略を説明する図である。
【図２】本発明による部材の例を示す図である。
【図３】本発明による他の部材の例を示す図である。
【図４】線引炉内の圧力変動と光ファイバの外径変動の関係を示す図である。
【図５】線引終了端近傍における母材長と線引炉内の圧力変動の関係を示す図である。
【図６】本発明に用いる線引炉のその他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願の光ファイバの製造方法発明は、（１）上部に縮径部が存在する光ファイバ用ガラス母材の上端にダミー棒を連結し、線引炉内で前記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の製造方法であって、前記光ファイバ用ガラス母材の前記縮径部の位置に、前記縮径部と炉心管との間の空間の５０％以上の体積を持つ部材を配して、光ファイバを線引きする。このように、縮径部によって生じる空間を部材により埋めているので、この空間部分でのガスの対流を抑制できる。また、ガラス母材の縮径部近傍は局所的に高温となるが、この縮径部の熱は部材により分散化されるため、急激な温度変化は緩和されて上部空間に直接伝わりにくくなり、上部空間での熱による自然対流も軽減される。この結果、ガラス母材の線引き進行によって縮径部が加熱位置に近づいても、線引炉内の圧力変動を小さくすることが可能となり、光ファイバの外径変動を小さく抑えることができる。
【００１１】
（２）前記部材は、カーボン又はセラミックスからなる。部材がカーボン又はセラミックスからなるので、ガラス母材と溶着することは無い。
（３）前記部材は、中央に孔が空いた円筒形状であり、前記部材上端の内径より前記部材下端の内径が大きい。このような形状の部材であれば、光ファイバ用ガラス母材の縮径部と炉心管との間の空間を埋めやすく、上記した効果を好適に得ることができる。
（４）前記線引炉内に炉内ガスを流入させるガス流入口が、前記光ファイバ用ガラス母材の線引き開始から終了まで、前記部材の上端より上部には存在しないように設定される。ガス流入口が部材の上端より下部となるように設定されているので、上部空間での炉内ガスの流れが抑えられ、線引炉内の圧力変動の軽減に寄与する。
【００１２】
（５）前記部材の荷重が前記光ファイバ用ガラス母材の前記縮径部に直接にかかることのないように、前記光ファイバ用ガラス母材の前記縮径部の上部に、前記部材を係止する係止部材を設ける。部材は係止部材で係止されており、縮径部から浮かせるので、部材に力が掛からず、部材が割れることは無い。
（６）前記部材の下方端が前記光ファイバ用ガラス母材に接触する。部材の下方縁を光ファイバ用ガラス母材に接触させれば、部材の内側の空間が閉じられて部材の外側の空間につながらないので、線引炉内の空間でのガスの対流を更に抑制できる。
（７）前記部材の上部に前記光ファイバ用ガラス母材と略同径のスリーブ部材を配する。部材の上にスリーブ部材（パイプ材）を配置したので、線引炉内の空間容積を小さく保つことができる。
【００１３】
［本願発明の実施形態の詳細］
図１により、本発明が適用される光ファイバの製造方法の概略を説明する。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は線引炉、１１は光ファイバ用ガラス母材、１２は光ファイバ、１３はダミー棒、１４は連結部分、１５は炉心管、１６はヒータ、１７は断熱材、１８は炉筐体、１９は下部チャンバ、２０は上部チャンバ、２１は蓋体、２１ａは上端開口、２２はガス導入路、２３はガス供給部、２４は測定部、２５は部材、２６は係止具を示す。
【００１４】
図１に示した線引炉１０は、炉筐体１８、下部チャンバ１９、上部チャンバ２０からなる。炉心管１５は、炉筐体１８の中央部に円筒状で形成され、下部チャンバ１９及び上部チャンバ２０と連通している。炉心管１５はカーボン製で、この炉心管１５内には、光ファイバ用ガラス母材１１（以下、ガラス母材という）が上部チャンバ２０を介して挿入される。
【００１５】
上部チャンバ２０は、例えば、炉心管１５と同程度の内径を有し、その上端に蓋体２１を配して封止（シール）される。蓋体２１には上端開口２１ａが形成され、ガラス母材１１と同種のガラスロッドからなるダミー棒１３を挿通させる。
炉筐体１８内には、ヒータ１６が炉心管１５を囲むように配され、断熱材１７がヒータ１６の外側を覆うように収納される。ヒータ１６は、炉心管１５の内部に挿入されたガラス母材１１を加熱溶融し、溶融縮径した光ファイバ１２を下部チャンバ１９から垂下させる。
【００１６】
ガラス母材１１は、ダミー棒１３に連結する連結部分１４にて溶着、若しくは、連結部材を介して接続一体化される。ガラス母材１１は、移動機構（図示省略）により線引き方向（上下方向）に移動可能となっている。
線引炉１０には不活性ガス等による炉内ガスの供給機構が設けられている。詳しくは、上部チャンバ２０にガス導入路２２が設けられており、例えば、アルゴンガスとヘリウムガスとを混合した不活性ガス等が炉心管１５内に送り込まれ、これにより、炉心管１５内やヒータ１６の周りの酸化や劣化防止を図る。このガス導入路２２により炉内ガスが供給される位置は、部材２５の上端部より下部となるように設定される。この不活性ガス等の供給量は、一定量流したり、ガス供給部（マスフローコントローラ（MFC）ともいう）２３でＰ制御（Proportional Control：比例制御）、Ｉ制御（Integral Control：積分制御）、Ｄ制御（Derivative Control：微分制御）、あるいは、これらを適宜組み合わせた各種制御を適用したりすることができる。しかし、制御方法はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
なお、この不活性ガス等は、ガラス母材１１と炉心管１５の隙間を通り、線引きされた光ファイバ１２と共に、下部チャンバ１９の下方のシャッター部分などからも外部に放出される。
また、上部チャンバ２０には測定部２４が設けられ、線引炉１０内の圧力を測定している。この測定結果を受け取り、線引炉１０内の圧力変動を所定値に保持する制御部を設けることとしてもよい。
【００１８】
図２にも示すように、ガラス母材１１は、直胴部１１ａの上端部分にテーパ部１１ｂを持つ縮径部１１ｃを有し、縮径部１１ｃの上端部とダミー棒１３とが連結部分１４で連結されている。そして、縮径部１１ｃの位置に、耐熱性のある部材２５が設けられており、この縮径部１１ｃの温度を分散化して、急激な温度変化を緩和するようにしている。
【００１９】
部材２５は、縮径部１１ｃにより生じた空間を埋めるように配置され、その体積は、縮径部１１ｃと炉心管１５との間の空間の５０％以上である。なお、部材２５はカーボン又はセラミックスからなり、その形状は、図１のように中央に孔が空いた円筒形状で、断面形状が長方形であってもよいし、縮径部の形状と合うように、上端の内径より下端の内径が大きいものであっても良い。後者の例として、図３（Ａ）に示すような円板の外周縁が下方に向けて延びたカップ状のものや、図３（Ｂ）に示すような断面形状が三角形のものを示す。何れの形状であっても、その中心部分には、ダミー棒１３を挿通させる挿通孔２５ａが設けられている。また、部材２５は、縮径部１１ｃの上部又はダミー棒１３に係合する例えばリング２６ａを用いて縮径部１１ｃの上部又はダミー棒１３に固定されている。なお、部材２５は、二つ割り構造など、分割できる構造にしておくと、ガラス母材１１を線引炉１０にセットした後、部材２５をガラス母材１１の縮径部１１ｃに配置することができるので、作業性が良く、好ましい。
【００２０】
縮径部１１ｃに対する部材２５の位置は、リング２６ａ上に、例えば複数枚重ねたスペーサ２６ｂを載せて調整してもよい。なお、このリングに替え、例えばダミー棒１３から突出して部材２５に係合するピンを用いて位置を固定してもよい。
【００２１】
部材２５は、縮径部１１ｃによって生じる空間を５０％以上埋めているので、この部分でのガスの対流は生じない。また、高温となる縮径部１１ｃと上部空間との間の急激な温度変化を緩和することができ、上部空間での熱による自然対流も低減することが可能となる。
【００２２】
図４は、線引炉内の圧力変動と光ファイバの外径変動の関係を示す図である。図４に示すように、線引炉内の圧力変動と光ファイバの外径変動とは相関があり、圧力変動が大きくなるに連れて、光ファイバの外径変動も大きくなる。
なお、アルゴンガスは、熱伝導率が１０倍近くヘリウムガスより低いため、線引炉内ガスとしてヘリウムガスを１００％使用する場合に比べて、アルゴンガスまたはアルゴンガスをヘリウムガスに混合したガスをした場合では、温度むらに起因した圧力変動が発生しやすくなり、光ファイバの外径変動は大きくなる。アルゴンガスに替えて窒素ガスを用いても概ね似たような結果となる。
【００２３】
線引炉内の圧力変動と光ファイバの外径変動とは相関があるため、光ファイバの外径変動を抑えるには、線引炉内の圧力変動を抑えればよい。例えば、線引炉内の圧力変動を±２.０Ｐａ以下にすれば、光ファイバの外径変動を±１.０μｍにまで、圧力変動を±１.０Ｐａまで低減すれば、光ファイバの外径変動を±０.４μｍにまで、圧力変動を±０.５Ｐａまで低減すれば、光ファイバの外径変動を±０.１５μｍにまで抑制することができる。
【００２４】
図５は、線引終了端近傍における母材長と線引炉内の圧力変動の関係を示す図である。横軸に示した母材長０〜１２０ｍｍは、ガラス母材上部の縮径開始端が炉心管上端を通過する時を０ｍｍとし、以降に線引きされたガラス母材の長さを示す。この線引終了端近傍では、ガラス母材の直胴部は降下し、縮径部がヒータに近づいた状態になる。
【００２５】
図５に示すように、比較例（図１，２で説明した部材２５を配置しない線引炉）では、母材長が１１０ｍｍに至ると、線引炉内の圧力変動が±５.０Ｐａを超え、図４から、光ファイバの外径変動は±４.０μｍを大きく超えてしまうことが分かる。
これに対し、実施例（図１，２で説明した部材２５を配置した線引炉）では、母材長が１１０ｍｍに至っても、線引炉内の圧力変動が継続して±０.５Ｐａ以下に低減されており、図４から、光ファイバの外径変動を±０.１５μｍ以下に維持できることが分かる。
【００２６】
なお、線引炉内に炉内ガスを流入させるガス流入口（ガス供給部２３の線引炉内への供給口）が、光ファイバ用ガラス母材の線引き開始から終了まで、部材２５の上端より上部には存在しないように設定されることが好ましい。ガス流入口が部材２５の上部にあると、上部空間でガスの流れが生じ、線引炉内の圧力変動が生じるからである。
なお、図５の実施例では、ガス流入口が、光ファイバ用ガラス母材の線引き開始から終了まで、部材２５の上端より上部には存在しないように設定されている。
【００２７】
また、部材２５では、下方端がガラス母材に軽く接触するようにすれば、部材２５で囲まれる空間が閉じられ、線引炉内空間とはつながらないため、さらに好ましい。２５がカーボン又はセラミックスからなる部材であれば、ガラス母材の縮径部が加熱部に近づいても、溶けたり、ガラス母材と溶着する心配は無い。
【００２８】
なお、縮径部で径が変化しているので、この縮径部に図１の形状の部材を係合する（載せる）ことも考えられるが、縮径部に部材の荷重を直接かけると、高温となる縮径部の熱により部材が膨張し、下にずり落ちてしまい、冷却縮径後に割れてしまうことがあるため、係止部材を設けて部材を係止するのが好ましい。
【００２９】
図６は、本発明に用いる線引炉のその他の例を示す図である。上記実施例では、上部チャンバ上端の蓋体でシールする線引炉の例を挙げて説明したが、図６に示す線引炉は、炉筐体１８の上端にガラス母材１１の挿入口を有し、この挿入口に、直胴部１１ａとの間の隙間をシールする第１のシール部３２を設置している。
第１のシール部３２の上には、図１に示した上部チャンバ２０に比べて高さを低くした円筒状の上部チャンバ３４が設けられている。この上部チャンバ３４の上端には、第１のシール部３２と同様なシール機能を有する第２のシール部３３が配される。なお、第１のシール部３２及び第２のシール部３３には、不活性ガス等を炉心管内に供給するガス供給口３２ａ，３３ａを設けることができる。
【００３０】
なお、３０はダミー棒１３の外周を囲って配されたスリーブ部材である。このスリーブ部材３０は、蓋部材３１に固定されると共に、部材２５の上方に配されており、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、その外径が直胴部１１ａの外径と同径、もしくは直胴部１１ａの外径の２／３以上の大きさとするのが好ましい。また、スリーブ部材３０の外周面は、ガラス母材１１の外径変動と同程度以上の精度を有するように研削する等、加工されていることが好ましい。また、この場合、部材２５の外径も、直胴部１１ａの外径と同径、もしくは直胴部１１ａの外径の２／３以上の大きさとするのが好ましい。
【００３１】
第１のシール部３２及び第２のシール部３３は、ガラス母材１１、部材２５やスリーブ部材３０の外周面を環状に封止し、炉心管との隙間から外気が侵入しないようにしたり、炉心管内の不活性ガス等が外部に漏出しないようにできる。
このように、スリーブ部材３０とガラス母材１１との間に、カーボン又はセラミックスからなる部材２５を配しているので、スリーブ部材をより縮径部に近い位置に配してもスリーブ部材が溶けることはなく、線引炉内の空間容積を小さく保つことができる。
【００３２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３３】
１０…線引炉、１１…光ファイバ用ガラス母材、１１ａ…直胴部、１１ｂ…テーパ部、１１ｃ…縮径部、１２…光ファイバ、１３…ダミー棒、１４…連結部分、１５…炉心管、１６…ヒータ、１７…断熱材、１８…炉筐体、１９…下部チャンバ、２０，３４…上部チャンバ、２１…蓋体、２１ａ…上端開口、２２…ガス導入路、２３…ガス供給部、２４…測定部、２５…部材、２５ａ…挿通孔、２６…係止具、２６ａ…リング、２６ｂ…スペーサ、３０…スリーブ部材、３１…蓋部材、３２…第１のシール部、３２ａ，３３ａ…ガス供給口、３３…第２のシール部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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