(57)【要約】【課題】光ファイバの線引炉で使用されるヘリウムガスを回収して、再利用による製造コストの低減をはかると共に、線引直後の光ファイバに付着したダスト等の異物を効果的に除去するようにした光ファイバ線引装置及び線引方法を提供する。【解決手段】ガラス母材２の周囲にヘリウムガスを供給しながら順次加熱溶融して光ファイバ３を線引きする光ファイバ線引装置であって、線引炉１の下部にヘリウムガスを回収するヘリウムガス回収機構を備えている。ヘリウムガス回収機構は、光ファイバ３を中心に複数のガス吸引口８ａを有し、また、ヘリウムガス緩衝壁部９、不活性ガス供給部１０を有している。回収されたヘリウムガスを精製して再利用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス母材の周囲にヘリウムガスを供給しながら順次加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバ線引装置であって、線引炉の下部に前記ヘリウムガスを回収するヘリウムガス回収機構を備えていることを特徴とする光ファイバ線引装置。
【請求項２】
前記ヘリウムガス回収機構は、前記光ファイバを中心に複数のガス吸引口を有していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ線引装置。
【請求項３】
前記ヘリウムガス回収機構は、前記光ファイバと前記ヘリウムガスを分離する緩衝壁部を有していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ線引装置。
【請求項４】
前記緩衝壁部の下部に、ヘリウムガス以外の不活性ガス供給部を有することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ線引装置。
【請求項５】
前記不活性ガス供給部は、前記光ファイバにヘリウムガス以外の不活性ガスを吹き付ける複数の吹付け口を有していることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ線引装置。
【請求項６】
前記複数の吹付け口は、前記緩衝壁部方向に傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ線引装置。
【請求項７】
前記緩衝壁部及び不活性ガス供給部は、前記光ファイバの側面方向から取付け可能に構成されていることを特徴する請求項３〜６のいずれか１項に記載の光ファイバ線引装置。
【請求項８】
ガラス母材の周囲にヘリウムガスを供給しながら順次加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバ線引方法であって、線引炉の下部に配したガス回収機構により前記ヘリウムガスを回収し、回収された前記ヘリウムガスを精製して再利用することを特徴とする光ファイバ線引方法。
【請求項９】
前記ヘリウムガスをフィルタを通して回収することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ線引方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを紡糸する光ファイバ線引装置及び線引方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバの生産性を向上するため、太径のガラス母材が用いられるようになってきている。太径のガラス母材から光ファイバを線引する場合、ネックダウン周辺の空間が大きくなり、この空間を流れるガスの温度分布が不均一となってガスの流れに乱れが生じ、また、ネックダウン部分で熱の揺らぎが生じることから光ファイバ径の変動が大きくなる。このため、線引炉の炉心管内に動粘性係数が大きく熱伝導性のよいヘリウムガスを流入させて線引することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、線引炉の炉心管は光ファイバの線引時に２０００℃以上に加熱されるため、炉心管内に種々のダストが発生あるいは堆積する。これらのダストは、光ファイバの線引時に、光ファイバの表面に付着して光ファイバの光学特性や強度を低下させる。このため、炉心管内のガスのダスト量を測定し、ダスト量が所定値になると部品の交換や清掃等を行なっている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００１−１１４５２６号公報
【特許文献２】
特開平７−２７７７５７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス母材の加熱溶融により軟化されたガラスは、線引炉の下部に設けた通過孔を通って引き出され、冷却され、保護被覆を施して巻取りドラムに巻き取られる。線引炉に流入したヘリウムガスは、回収されることなく線引直後の光ファイバとともに通過孔から漏れ出て大気中に放出されている。このため、高価なヘリウムガスを多量に消費することとなり、光ファイバの製造コストを高める要因の一つになっている。
【０００６】
また、炉心管内には堆積されたシリカ等のダスト量を常時検出することで、予防的に光ファイバへの付着を低減できるとしても、光ファイバへの付着を防止することにはなっていない。すなわち、炉心管内にある程度のダスト堆積が生じると、光ファイバへのダスト付着は、わずかながらでも起こる。このため、光ファイバにダストが付着したまま下流の被覆装置で保護被覆が施され、製品として流れていくことになる。そして、このようなダスト等の異物が付着した状態の光ファイバは、光学特性を低下させ、低強度で断線し易く、当然のことながら品質低下の一因ともなる。
【０００７】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光ファイバの線引炉で使用されるヘリウムガスを回収して再利用による製造コストの低減をはかると共に、線引直後の光ファイバに付着したダスト等の異物を効果的に除去するようにした光ファイバ線引装置及び線引方法の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ファイバ線引装置は、ガラス母材の周囲にヘリウムガスを供給しながら順次加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバ線引装置であって、線引炉の下部にヘリウムガスを回収するヘリウムガス回収機構を備えている。ヘリウムガス回収機構は、光ファイバを中心に複数のガス吸引口を有し、また、ヘリウムガス緩衝壁部、不活性ガス供給部を有していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による光ファイバ線引方法は、ガラス母材の周囲にヘリウムガスを供給しながら順次加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバ線引方法であって、線引炉の下部に配したガス回収機構によりヘリウムガスを回収し、回収されたヘリウムガスを精製して再利用することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の線引装置の概略を説明する図、図２及び図３はガス回収機構の詳細を説明する図である。図中、１は線引炉、２はガラス母材、３は光ファイバ、４はヒータ、５は炉体、６は炉心管、６ａは閉塞板、６ｂは通過孔、６ｃはスロット、７はガス回収室、８は吸気管、８ａはガス吸引口、９は緩衝壁部、９ａはスロット、９ｂは通過孔、１０はガス供給部、１０ａは保護管、１０ｂはガス供給口、１１はフィルタ、１２はガス精製装置、１３はヘリウムガス補給装置、１４はガス混合器を示す。
【００１１】
線引炉１は、炉体５の中央部に炉心管６を配し、この炉心管６を加熱するヒータ４は、断熱材（図示せず）等を介して設置して構成される。炉心管６内には、光ファイバ用のガラス母材２を吊下げ支持し、ガラス母材下部を順次加熱溶融させることにより、溶融ガラスの自重と引張り力で外径１２５μｍの光ファイバ３が連続的に得られるように線引される。線引された光ファイバ３は、この後、図示しない冷却工程、被覆工程等を経て、ドラム等で巻き取られる。
【００１２】
本発明においては、炉心管６の下部（下煙突という場合もある）にガス回収機構を設けて、線引炉１に供給されたヘリウムガスを回収するようにしている。ガス回収機構は、炉心管６の下部にガス回収室７を取外し可能に設置し、ガス回収室７の周壁にガスを吸引する複数のガス吸引口８ａと吸気管８を設けて構成される。また、ガス回収室７の中央部には、ヘリウムガスが光ファイバ通過口から流出しないように緩衝壁部９を設け、緩衝壁部９の下部には、窒素ガス等の不活性ガスを供給するガス供給部１０を設ける。
【００１３】
ヘリウムガスは、炉心管６とガラス母材２の空間を均一に満たすように導入され、炉心管６内の空間部の温度分布を均一化する。特に、空間が大きくなるガラス母材２のネックダウン部で温度差による乱流が発生するのを抑制し、線引される光ファイバ径が変動するのを防いでいる。通常、炉心管６内に供給されたヘリウムガスは、線引された光ファイバ３の移動と共に炉心管６の通過孔から外部に放出される。本発明においては、炉心管６の下部に設置したガス回収室７でヘリウムガスを集め、吸気管８により外部に吸引させる。
【００１４】
吸気管８により吸引された混合ガスは、フィルタ１１に通され、ここで吸引されたガス内に含まれる固形物等を取除き、ガス精製装置１２へと送られる。ガス精製装置１２では、ヘリウムガスと他のガスとが分離精製される。精製されたヘリウムガスは、再利用のためガス混合器１４に供給され、ここで必要に応じて別に用意されているヘリウムガス補給装置１３からヘリウムガスを補充して線引炉１に供給する。これにより、高価なヘリウムガスのリサイクルが可能となり、ガラス母材２の大型化によってヘリウムガスの消費量が増加するような場合は、特に有効である。
【００１５】
図２及び図３は、ガス回収機構の細部を説明する図である。炉心管６の下部とガス回収室７との連結部には、光ファイバ３の通過孔６ｂを有する閉塞板６ａが配されている。この閉塞板６ａは、炉心管６内のヘリウムガスがストレートに吸気管８に吸引されて排気されるのを抑制し、ヘリウムガスが炉心管６内にある程度停滞して温度分布の均一化を効果的に行なうようにしている。
【００１６】
ガス回収室７は、円筒状の外周壁を有するカップ形状で、炉心管６の下部に取外し可能に組付けられる形状で構成される。このガス回収室７には、光ファイバ３を中心に複数のガス吸引口８ａを放射状に設けて吸気管８に連通させている。複数のガス吸引口８ａは、均等な間隔で設け、光ファイバ３に対して均等な吸引力が及ぶようにする。この結果、光ファイバ３に横振れ等を発生させずに、光ファイバ３の周囲に存在するガスの回収を効率的に行なえるようにしている。
【００１７】
ガス回収室７の内側中央部には、小さいカップ形状の緩衝壁部９を設置し、２重円筒壁からなる緩衝室ともいえる構成とすることができる。この緩衝壁部９は、図３に拡大図で示されるように、底壁の中央に光ファイバ３が通過できる通過孔９ｂを有し、例えば、周壁に複数個のスロット９ａを設けたクラウン状で形成することができる。緩衝壁部９は、光ファイバ３が通過孔９ｂを通って移動していく際に、周囲のヘリウムガスが光ファイバの移動と共に通過孔９ｂに引き込まれ、外部に漏出されるのを抑制するものである。
【００１８】
この緩衝壁部９の下部には、通過孔９ｂに通じるようなガス供給部１０を設けることができる。このガス供給部１０は、光ファイバ３が通る保護管１０ａと複数のガス供給口１０ｂで形成されていて、ガス供給口１０ｂからは、ヘリウムガス以外の窒素ガス又はアルゴンガス等の不活性ガスが供給される。ガス供給口１０ｂを、上流側の緩衝壁部９に向けて角度を有するように設けることにより、不活性ガスで緩衝壁部９内をパージさせることができる。
【００１９】
ガス供給部１０から供給される不活性ガスは、緩衝壁部９内をパージして光ファイバ３の移動と共に炉心管６内から流れてくるヘリウムガスを光ファイバ３から分離させることができる。すなわち、光ファイバ３の移動と共に外部に漏出しようとするヘリウムガスは、緩衝壁部９の通過孔９ｂでガス供給口１０ｂから供給されるヘリウム以外の不活性ガスにより光ファイバ３から分離し、ガス回収室７内にヘリウムガスを押戻す。ガス回収室７には、このため、押し戻されたヘリウムガスとガス供給部１０から供給された不活性ガスとが混合した状態になるが、複数のガス吸引口８ａと吸気管８から共に回収され、ガス精製装置１２によりヘリウムガスのみが取出され再利用に供される。しかし、ヘリウム以外の不活性ガスも、同様に別途分離精製して再使用してもよい。
【００２０】
上記のガス回収機構では、ガス回収室７の内側に緩衝壁部９を設けることにより、ガス回収室７の上方から光ファイバ３と共に流れてくるヘリウムガスと、ガス回収室７の下部から供給されるヘリウム以外の不活性ガスとを、緩衝壁部９により偏在させることができる。これにより、ガスの気流を一定にし、光ファイバ３を振動させたり曲がりを生じたりさせることなく、安定な状態で次の工程に移送させることができる。
【００２１】
また、炉心管６内に堆積されたダスト或いはガラス母材を高温に熱したときに発生するシリカ紛等が、線引された光ファイバ３に付着することがある。光ファイバに付着されたダスト等は、後の被覆工程で被覆内に閉じ込め、光ファイバの伝送特性や機械的強度を低下させる原因となる。本発明では、不活性ガスのガス供給口１０ｂを光ファイバ３の外周に向けて吹付けるように構成することにより、光ファイバ３の表面に付着しているダストやシリカ紛を除去するようにしている。
【００２２】
光ファイバ３にはガスの吹付けによる吹付け力が付与されるが、光ファイバ３が振動したり偏奇しないように、光ファイバ３を中心に複数のガス供給口１０ｂを均等に設け、光ファイバ３の外周面に均等に不活性ガスが吹付けられるように構成する。また、ガス供給口１０ｂは、上方に傾斜させて設けることにより、光ファイバ３に付着したダストやシリカ紛を効果的に除去するとともに、ヘリウムガスが外部に漏出しないようにすることができる。
【００２３】
図４は、本発明による線引装置の設置に関する説明をするための図である。図中の符号は、図１〜図３で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。定常状態における光ファイバ３の線引は、図１〜図３で説明したとおりである。しかし、線引の開始当初は、ガラス母材の加熱溶融が一定せず、下部溶融部からは正常時の光ファイバよりはかなり太いファイバが線引きされる。このため、定常状態時に光ファイバが通過する通過口は、線引の開始当初は大きく開放された状態としておき、所定の線径で光ファイバが線引されるようになったら、所定の大きさの通過孔で通すようにする必要がある。
【００２４】
線引直後の光ファイバ３は、先ず、炉心管６の下部に配される閉塞板６ａに設けられた通過孔６ｂを通る。ガラス母材と炉心管６の間隙部の温度分布を均一に維持するには、ヘリウムガスを炉心管６内に適当量注入されている必要があり、このため、閉塞板６ａに設ける通過孔６ｂは、あまり大きくすることができない。このため、線引の開始当初はヘリウムガスを注入する必要がないので、閉塞板６ａを炉心管６からは外しておき、光ファイバの線引が安定し、所定の径で引出されるようになったら、閉塞板６ａを取付けるようにするとよい。
【００２５】
このための、閉塞板６ａの形状としては、例えば、中央の通過孔６ｂに達するスロット６ｃを形成とする。そして、光ファイバ３が定常状態になったら、線引状態を継続した状態で、例えば、閉塞板６ａを炉心管６の下部に側面方向から挿入し、スロット６ｃに光ファイバ３を挿通させて取付けるようにする。また、この他、機構的には多少複雑になるが、閉塞板６ａをカメラのシャッター機構のような構成とし、中央の通過孔６ｂの開度を外部から調整可能とするようにしてもよい。
【００２６】
また、線引直後の光ファイバ３が通過する緩衝壁部９の通過孔９ｂ及びその下方のガス供給部１０の保護管１０ａも、光ファイバ３に付着したダストやシリカ紛を除去し、ガスの漏出を効果的に防ぐにはあまり大きくすることができない。したがって、例えば、緩衝壁部９はガス回収室７とは分離可能で径方向に２分割しうるような構成とし、また、ガス供給部１０も径方向に２分割しうる形状とする。
【００２７】
線引の開始当初は、ヘリウムガスを注入する必要がないので、緩衝壁部９及びガス供給部１０を外しておき、光ファイバの線引が安定し、所定の径で引出されるようになったら取付けるようにする。緩衝壁部９及びガス供給部１０の取付けは、図４に示すように、例えば、２分割された状態でガス回収室７の下方で、線引され移動中の光ファイバ３を側面方向から囲うようにして組付け、この後、鎖線で示すようにガス回収室７の下部に取付け固定する。これにより、定常状態においては、線引直後の光ファイバ３を適切な径の通過孔を通して不活性ガスを吹付けることができ、ガスの漏出を効果的に防ぐと共に、光ファイバ３に付着したダストやシリカ紛を除去することができる。
【００２８】
【発明の効果】
上述したとおり、本発明によれば、光ファイバの線引炉において使用されるヘリウムガスを効率よく回収することができ、再利用による製造コスト低減することができる。また、線引直後の光ファイバからダストやシリカ紛を除去し、光ファイバの光学特性の低下や断線を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の線引装置の概略を説明する図である。
【図２】本発明に用いられるガス回収機構を説明する図である。
【図３】本発明に用いられる緩衝壁部の詳細を示す図である。
【図４】本発明による線引装置の設置に関する説明をするための図である。
【符号の説明】
１…線引炉、２…ガラス母材、３…光ファイバ、４…ヒータ、５…炉体、６…炉心管、６ａ…閉塞板、６ｂ…通過孔、６ｃ…スロット、７…ガス回収室、８…吸気管、８ａ…ガス吸引口、９…緩衝壁部、９ａ…スロット、９ｂ…通過孔、１０…ガス供給部、１０ａ…保護管、１０ｂ…ガス供給口、１１…フィルタ、１２…ガス精製装置、１３…ヘリウムガス補給装置、１４…ガス混合器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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