(57)【要約】【課題】炉心管縮径部の下端部におけるダウンフローのガス流とアッパーフローのガス流が交差するのを抑制し、内径方向にススが堆積しない光ファイバ用線引装置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、該炉心管の下方に配され下端にシャッター機構１９を有する下部延長管１７と、光ファイバ用ガラス母材を外側から加熱するヒータ１５を収納する炉筐体１４とを備え、炉心管内に不活性ガスを上方から下方に向けて流す光ファイバの線引である。そして、上記の下部延長管１７は炉心管より大きい内径を有しており、炉心管１３と下部延長管１７との間に、炉心管の径と略同径で炉心管下部から下方向に突き出る管状体２０ｂからなる、下方からのガス流を再度反転させるガス流反転部材２０が配されている。【選択図】図１
2013203622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ用ガラス母材が挿入される炉心管と、該炉心管の下方に配され下端にシャッター機構を有する下部延長管と、前記光ファイバ用ガラス母材を外側から加熱するヒータを収納する炉筐体とを備え、前記炉心管内に不活性ガスを上方から下方に向けて流す光ファイバの線引炉であって、
前記下部延長管は前記炉心管より大きい内径を有しており、前記炉心管と前記下部延長管との間に、前記炉心管の径と略同径で前記炉心管下部から下方向に突き出る管状体からなる、下方からのガス流を再度反転させるガス流反転部材を配したことを特徴とする光ファイバ用線引炉。
【請求項２】
前記ガス流反転部材の管状体の下方への突き出し長さは４０ｍｍ〜６０ｍｍであ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。
【請求項３】
光ファイバ用ガラス母材が挿入される炉心管と、該炉心管の下方に配され下端にシャッター機構を有する下部延長管と、前記光ファイバ用ガラス母材を外側から加熱するヒータを収納する炉筐体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す光ファイバの線引方法であって、
前記下部延長管は前記炉心管より大きい内径を有しており、前記炉心管と前記下部延長管との間に、前記炉心管の径と略同径で前記炉心管下部から下方向に突き出る管状体からなるガス流反転部材を配して、下方からのガス流を再度反転させることを特徴とする光ファイバ線引方法。
【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。
【背景技術】
【０００２】
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大よそ２２００℃位と、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が、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。
【０００３】
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、ガラス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。炉心管内への外気の浸入を抑制するには多くの不活性ガス等を流す必要があるが、線引炉に用いる不活性ガス等は製造コストに影響するため、できるだけその使用を抑制することが要望されている。
【０００４】
このため、例えば、特許文献１には、ファイバ導出口にシャッターを設けること、また、ガラス母材の下端から垂下して線引きされた軟化状態にあるガラスファイバが、線引炉の外に出るまでは、ある程度温度を下げて硬化された状態とするために、炉心管下端に円筒状の下部延長管（下煙突とも言う）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。
また、特許文献２には、ガラス母材の下端の軟化形状に沿うように、炉心管の形状をテーパ状に縮径して、ガラス母材の下端部のガスの流れを安定させ、ガラスファイバの外径変動を抑制すると共に、ファイバ導出口に細径の口金を設けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７８７９８３号公報
【特許文献２】特開平８−９１８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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１，２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。また、流れをガスの流れを安定させるために、縮径部を設けることも有効である。
しかし、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、その大部分は光ファイバとともに炉外に流出するものの、一部はシャッター出口部分で跳ね返り、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は、炉心管の縮径部内にまで及ぶなど、悪影響を及ぼす可能性があるため、アッパーフローのガス流が炉心管内に直接入り込むのを抑制するためのひとつの手段として、下部延長管の内径を縮径部より拡大させた構成が考えられる。
【０００７】
しかし、下部延長管が炉心管より拡大している場合、このアッパーフローのガス流は、下部延長管が取付けられた上壁面に当たって、縮径部から下方に流れる本流のダウンフローのガス流に交差するようにして当たる。
このように、炉心管に対して下部延長管の径が大きく、本流のダウンフローのガス流と上記のアッパーフローによるガス流が交差することになると、炉心管の下端部周辺で内径方向にススが堆積して突き出してくることがある。この場合、ガラスファイバに堆積したススが接触すると、ガラスファイバの強度が低下し、スクリーニング断線頻度が多くなるなど、光ファイバの特性低下の一因となる虞がある。
【０００８】
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、炉心管縮径部の下端部におけるダウンフローのガス流とアッパーフローのガス流が交差するのを抑制し、内径方向にススが堆積せず、ガラスファイバの強度低下が生じない光ファイバ用線引装置と線引方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、該炉心管の下方に配され下端にシャッター機構を有する下部延長管と、光ファイバ用ガラス母材を外側から加熱するヒータを収納する炉筐体とを備え、炉心管内に不活性ガスを上方から下方に向けて流す光ファイバの線引炉および線引方法である。そして、上記の下部延長管は炉心管より大きい内径を有しており、炉心管と下部延長管との間に、炉心管の径と略同径で炉心管下部から下方向に突き出る管状体からなる、下方からのガス流を再度反転させるガス流反転部材を配したことを特徴とする。
なお、ガス流反転部材の管状体の下方への突き出し長さは、４０ｍｍ〜６０ｍｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、下部延長管の内壁に沿うアッパーフローのガス流は、ガス流反転部材によって下方に反転され、炉心管から下方に流れるダウンフローのガス流との交差が回避される。この結果、ススが内径方向に堆積するのを抑制でき、ガラスファイバにススが接触したり付着するのを低減し、光ファイバのスクリーニングでの断線頻度を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による光ファイバ用線引炉の一例を説明する図である。
【図２】従来例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１，２により本発明の光ファイバ用線引炉と従来技術の概略を説明する。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、１３ａは炉心管の縮径部、１４は炉筐体、１４ａは下壁、１４ｂは中心開口、１５はヒータ、１６は断熱材、１７は下部延長管、１８は炉心管受け部材、１９はシャッター機構、１９ａファイバ導出口、１９ｂはシャッター板、２０はガス流反転部材、２０ａは水平壁、２０ｂは管状体、２１は間隙を示す。
【００１３】
光ファイバの線引きは、図に示すように、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。
【００１４】
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。炉心管１３の酸化・劣化を防ぐために、炉心管１３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の下方から下部延長管１７を経て外部に放出される。
【００１５】
炉心管１３は、下方部分にガラス母材の下端部の溶融形状に沿うように断面がＹ字状の縮径部１３ａを設けることで、不活性ガス等の流れを安定にすると共に、下方に放射される熱を遮断してヒータ１５による加熱効率を高めることができるが、縮径部１３ａが無い構造であっても良い。なお、炉心管１３は、例えば、石英またはカーボン等の耐熱性の材料からなる炉心管受け部材１８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。なお、下壁１４ａの中心開口１４ｂは、縮径部１３ａの内径とほぼ同径で形成されている。
【００１６】
下部延長管１７は、加熱軟化しているガラスファイバ１２の急冷を緩和すると同時に、ある程度冷却硬化させて外径変動を抑える機能を有している。また、下部延長管１７の内径は、炉心管の縮径部１３ａの内径より大きくし、その上端を炉筐体１４の下壁１４ａに着脱可能にして取付けられる。下部延長管１７の下端には、シャッター機構１９が取付けられる。シャッター機構１９は、例えば、特許文献１に示すような径を小さくしたファイバ導出口１９ａを有する開閉可能な一対のシャッター板１９ｂで形成される。この他、特許文献２に示されるような、ファイバ導出口に細径の口金を設けるようにしたものであってもよい。
【００１７】
上記した光ファイバ線引炉１０で、炉心管１３内に上方から不活性ガス等が導入され、該ガスはガラス母材１１との間を通って縮径部１３ａから下部延長管１７の下方に流れ、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。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、このシャッター機構１９のファイバ導出口１９ａから外部に放出されるが、一部はシャッター板１９ｂに当たって跳ね返り、下部延長管１７の内壁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。
【００１８】
このアッパーフローのガス流Ｑ２が、炉心管１３の縮径部１３ａ内に入り込んで炉心管内のガス流に影響が及ばないようにする、などのため、下部延長管１７の内径が縮径部１３ａの内径より大きくされる。
この場合、図２の従来例で示すように、アッパーフローのガス流Ｑ２は、下部延長管１７が取付けられる炉筺体の下壁１４ａの中心開口１４ｂ付近の壁面に当たって、内径方向に向かうガス流となる。
【００１９】
内径方向に流れを変えられたアッパーフローのガス流Ｑ２は、中心を通るダウンフローのガス流Ｑ１に交差するように横方向から当たる。このガス流Ｑ１とＱ２が交差することにより、縮径部１３ａの下端部周辺に炉心管内で生成されたススＳ（ＳｉＣ，Ｃ，ＳｉＯ２等）が堆積して、内径方向に突き出してくることがある。この内径方向に堆積したススＳは、線引直後のガラスファイバ１２に接触または付着しやすい状態となり、ファイバ強度が低下し、スクリーニング断線頻度が多くなるなど、光ファイバの特性低下の一因となる虞がある。なお、縮径部１３ａの下端部周辺とは、炉心管受け部材１８の内径面や炉筐体の下壁１４ａの中心開口１４ｂを含む領域である。
【００２０】
本発明は、図１に示すように、炉心管１３の下端と下部延長管１７の上端との間にガス流反転部材２０を配して、アッパーフローのガス流Ｑ２が中心を通るダウンフローのガス流Ｑ１に当たらないようにしたことを特徴とする。
ガス流反転部材２０は、石英、カーボン等の耐熱材で形成され、炉心管１３（縮径部がある場合は縮径部１３ａ）の内径と略同径で、炉心管下部から垂直に下方向に突き出る管状体２０ｂからなる。なお、ガス流反転部材２０は、管状体２０ｂの上部に環状の水平壁２０ａを備えるようにし、このガス流反転部材２０は、例えば、水平壁２０ａを下部延長管１７の上端の取付けフランジと炉筐体の下壁１４ａとの間で支持するようにして、着脱容易な形態で設置することとしてもよい。
【００２１】
また、ガス流反転部材２０は、図１のように下部延長管１７と炉筐体の下壁１４ａとの間で支持するようにする他に、炉心管１３の下端に配される炉心管受け部材１８と炉心管１３の下端との間で、水平壁２０ａを挟むようにして支持させるようにしてもよい。また、この他に、炉心管受け部材１８と炉筐体１４の下壁１４ａとの間で、水平壁２０ａを挟むようにして支持させるようにしてもよい。
【００２２】
ガス流反転部材２０の管状体２０ｂは、上述したように炉心管１３と下部延長管１７との間に設置された状態で、下方に突き出ており、炉心管１３（縮径部がある場合は縮径部１３ａ）の内径とほぼ同程度となるように形成されている。また、管状体２０ｂの外面と下部延長管１７の内面との間に、アッパーフローのガス流Ｑ２が流れ込む程度の環状の間隙２１が生じるように形成され、このための管状体２０ｂの長さは、４０ｍｍ〜６０ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００２３】
上述のように構成された線引炉で、線引されるガラスファイバ１２は、炉心管１３と下部延長管１７内を所定の線速で高速移動する。このとき、ガラスファイバ１２は、炉心管内に導入された不活性ガス等を牽引したダウンフローのガス流Ｑ１を、下部延長管１７の下端のシャッター機構１９のファイバ導出口１９ａから排出しながら引き出される。
【００２４】
ガラスファイバ１２に牽引されるダウンフローのガス流Ｑ１の一部は、シャッター機構１９のシャッター板１９ｂに当たって跳ね返り、下部延長管１７の内壁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。このガス流Ｑ２は、ガス流反転部材２０の水平壁２０ａと管状体２０ｂとで形成される環状の間隙２１により反転され、下方に流れが変えられ、ダウンフローのガス流Ｑ１とは交差しないようにされる。これにより、炉心管１３の縮径部１３ａの下端部近傍で、ススが内径方向に突き出るように堆積するのを抑制することができ、ガラスファイバの強度低下が生じないようにすることができる。
なお、上述したガス流反転部材を配した光ファイバ用線引炉で、１００万ｋｍの光ファイバの線引きを実施すると、ガス流反転部材２０を設けない場合に比べてスクリーニングでの断線頻度が約２０％減少する。
【符号の説明】
【００２５】
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、１３ａ…縮径部、１４…炉筐体、１４ａ…下壁、１４ｂ…中心開口、１５…ヒータ、１６…断熱材、１７…下部延長管、１８…炉心管受け部材、１９…シャッター機構、１９ａ…ファイバ導出口、１９ｂ…シャッター板、２０…ガス流反転部材、２０ａ…水平壁、２０ｂ…管状体、２１…間隙。
【図１】
2013203622.tif 000003
【図２】
2013203622.tif 000004