JP6973408B2 - 光ファイバ用線引炉のシール構造、光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ用線引炉のシール構造、光ファイバの製造方法に関し、詳細には、光ファイバ用線引炉の上端開口部と、上部にシード棒およびテーパ部が存在する光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐための光ファイバ用線引炉のシール構造、光ファイバの製造方法に関する。

光ファイバは、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）を光ファイバ用線引炉（以下、線引炉という）の上端開口部から炉心管内に挿入し、ガラス母材の先端を加熱溶融して細径化することにより、線引炉の下方から線引きされる。
通常、ガラス母材は、小径のシード棒が出発ガラスとなり、その端部分にガラス微粒子を堆積させてガラス化し、製造される。このため、ガラス母材は、直胴部の上端からシード棒との境界部分までがテーパ状に縮径されており（テーパ部ともいう）、シード棒に略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られる。

このように、ガラス母材には径が大きく変化するテーパ部があるので、このテーパ部やシード棒、ダミー棒の位置でのシールが難しい。そこで、例えば、特許文献１には、ガラス母材の挿入口側のシールを安定させるためのシール構造の技術が開示されている。
詳しくは、ダミー棒には、その外周を囲むスリーブ部材が設けられている。線引炉の上端開口部に第１シール部を、上端開口部の上方に第２シール部をそれぞれ設置している。線引き開始時は、第１シール部がガラス母材の直胴部をシールする。ガラス母材がさらに下降し、ガラス母材のテーパ部付近が第１シール部を通過し始めた以降は、第１シール部から第２シール部に切り替わり、第２シール部がダミー棒を囲むスリーブ部材の外周面をシールする。

特開２０１４−１６２６７１号公報

特許文献１において、線引き時における炉内圧力の変動を小さくするためには、ダミー棒を囲むスリーブ部材の長さをできるだけ下方に延長し、シード棒やテーパ部を覆うことが好ましい。このようなスリーブ部材をキャップ部材ともいうが、このキャップ部材の長さは、溶着しないようにキャップ部材の下端がガラス母材のテーパ部に接触しない長さにする必要がある。

ところで、ガラス母材のテーパ部の長さや形状は一定ではない。このようなテーパ部の長さなどの違いに対応するために、高さの異なるキャップ部材を複数準備し、ガラス母材を線引炉にセットする度に、キャップ部材を取り外して別のキャップ部材に交換することも可能ではあるが、手間であり、ガラス母材を線引炉に容易にセットできないという問題がある。
一方、キャップ部材の位置を決めるスペーサ部材を用いれば、キャップ部材を複数準備しなくて済むが、高さの異なるスペーサ部材を複数準備する必要がある。また、ガラス母材を線引炉にセットする度に、キャップ部材やスペーサ部材を取り外して別のスペーサ部材に交換するのは手間である。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、キャップ部材を装着したガラス母材を線引炉に容易にセットできる光ファイバ用線引炉のシール構造、光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光ファイバ用線引炉のシール構造は、光ファイバ用線引炉の上端開口部と、上部にシード棒およびテーパ部が存在する光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐための光ファイバ用線引炉のシール構造であって、前記光ファイバ用ガラス母材の前記シード棒に係合する第１キャップ部材と、前記光ファイバ用ガラス母材の前記テーパ部および前記第１キャップ部材を覆う第２キャップ部材と、前記第１キャップ部材と前記第２キャップ部材との間に配設されるとともに、前記第２キャップ部材を支持し、位置調整構造により、前記第２キャップ部材の軸方向の高さ位置を調整し、該第２キャップ部材の下端が前記テーパ部に近接する位置に配置させるスペーサ部材と、前記光ファイバ用ガラス母材および／または前記第２キャップ部材と、前記上端開口部との間をシールするシール部材と、を有する。

上記によれば、スペーサ部材やキャップ部材を複数準備することなく、キャップ部材を装着したガラス母材を線引炉に容易にセットすることができる。

本発明の一実施形態に係る光ファイバの製造方法の概略を説明する図である。 ガラス母材、第１，２キャップ部材、スペーサ部材の組み立て方法を説明する図である。 スペーサ部材の斜視図である。 第２キャップ部材の斜視図である。 第２キャップ部材を設置したガラス母材を説明する図である。 他の実施例におけるスペーサ部材を説明する図である。 さらに他の実施例におけるスペーサ部材を説明する図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本発明の一態様に係る光ファイバ用線引炉のシール構造は、（１）光ファイバ用線引炉の上端開口部と、上部にシード棒およびテーパ部が存在する光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐための光ファイバ用線引炉のシール構造であって、前記光ファイバ用ガラス母材の前記シード棒に係合する第１キャップ部材と、前記光ファイバ用ガラス母材の前記テーパ部および前記第１キャップ部材を覆う第２キャップ部材と、前記第１キャップ部材と前記第２キャップ部材との間に配設されるとともに、前記第２キャップ部材を支持し、位置調整構造により、前記第２キャップ部材の軸方向の高さ位置を調整し、該第２キャップ部材の下端が前記テーパ部に近接する位置に配置させるスペーサ部材と、前記光ファイバ用ガラス母材および／または前記第２キャップ部材と、前記上端開口部との間をシールするシール部材と、を有する。スペーサ部材が第２キャップ部材の軸方向の高さ位置を調整可能に構成されているので、高さの異なるスペーサ部材を複数準備する必要がなく、第２キャップ部材をガラス母材から取り外してスペーサ部材を交換する作業も不要である。また、高さの異なる第２キャップ部材を複数準備する必要もない。

（２）前記位置調整構造は、前記スペーサ部材の上面周方向に沿って形成された、軸方向の高さ位置が異なる支持部からなる。１つのスペーサ部材で第２キャップ部材の軸方向の高さ位置を調整することができる。
（３）前記位置調整構造は、前記スペーサ部材の側面周方向に沿って形成された、軸方向の高さ位置が異なる支持部からなる。１つのスペーサ部材で第２キャップ部材の軸方向の高さ位置を調整することができる。
（４）前記支持部が階段状に形成されている。第２キャップ部材の軸方向の高さ位置を段差によって調整することができる。
（５）上記のシール構造を用いて、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る。第２キャップ部材の軸方向の高さ位置を容易に調整できるので、線引き作業を速やかに開始できる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら、本発明による光ファイバ用線引炉のシール構造、光ファイバの製造方法の好適な実施の形態について説明する。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。また、ガラス母材とダミー棒の接続方法などについても、下記で説明するのは一例であり、これに限定されるものではない。

図１に示すように、線引炉１０は、例えば、炉筐体１８、下部チャンバ１９、上部チャンバ２０からなる。炉筐体１８の中央部には、カーボン製で円筒状の炉心管１５が設けられ、下部チャンバ１９および上部チャンバ２０と連通している。
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、ガラス母材１１が上方から挿入される。ガラス母材１１の上端は、後述のダミー棒１３（支持棒ともいう）に連結されている。

また、上部チャンバ２０には、気密を取るためのシール機構が設けられている。具体的には、炉心管１５の上端開口部１５ａには第１シール部２１が設置され、上端開口部１５ａとガラス母材１１との隙間をシール可能に構成されている。第１シール部２１には、例えばアルゴンガスなどの不活性ガス等を炉心管１５内に供給するガス供給口２１ａが設けられている。

上部チャンバ２０の上端には、第１シール部２１と同様のシール機能を有した第２シール部２２が設置されている。第２シール部２２にも、例えばアルゴンガスなどの不活性ガス等を炉心管１５内に供給するガス供給口２２ａが設けられている。
ガラス母材１１は、第１，２シール部２１，２２によりシールされながら炉心管１５内に吊り下げられて降下する。詳しくは、線引き開始時は、第１シール部２１がガラス母材１１の直胴部１１ａでシールする。

次いで、ガラス母材１１のテーパ部１１ｂが第１シール部２１を通過し始めた以降は、第１シール部２１から第２シール部２２に切り替わり、第２シール部２２が後述する第２キャップ部材４０の外周面をシールする。
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ている。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が下部チャンバ１９から垂下される。線引炉１０で線引きされた光ファイバは冷却装置（図示省略）に向かう。なお、線引炉内に送り込まれた不活性ガス等も、ガラス母材１１と炉心管１５の隙間を通り、下部チャンバ１９の下方のシャッタ部分などから外部に放出される。

ガラス母材１１は、小径のシード棒１１ｄ、ガラス母材１１の大径の直胴部１１ａと、その間に、テーパ状に縮径されたテーパ部１１ｂが形成されている。シード棒１１ｄは、例えばアダプタ（図示省略）を用いてダミー棒１３に連結されている。

図２は、ガラス母材、第１，２キャップ部材、スペーサ部材の組み立て方法を説明する図である。図１に示したガラス母材１１には、第１キャップ部材３０、スペーサ部材５０、第２キャップ部材４０の順に組み付けられる。
第１キャップ部材３０は、例えば石英ガラスで形成された筒状の本体部３１を有し、本体部３１の内径はシード棒１１ｄの外径よりも大きく形成されている。また、本体部３１の下端には鍔部３３が設けられている。

第１キャップ部材３０の本体部３１の所定位置には断面円形状のピン穴３２が形成されている。本体部３１をシード棒１１ｄの例えば上方から挿入し、ピン穴３２がシード棒１１ｄのピン穴１１ｆが対応する位置で断面円形状の固定ピン３４を差し込むと、第１キャップ部材３０がシード棒１１ｄに係合される。

スペーサ部材５０は、例えば金属製であり、その形状は、中央に、第１キャップ部材３０を挿通させることができる、円筒形状である。スペーサ部材５０を第１キャップ部材３０の上方から挿入し、鍔部３３に載置することで、スペーサ部材５０が第１キャップ部材３０に搭載される。第１キャップ部材３０の鍔部３３の上面とスペーサ部材５０の下端面が接触するため、この間には隙間が形成されない。

また、スペーサ部材５０は、第２キャップ部材４０の高さ位置を調整することができるように構成されている。詳しくは、図３に示すように、本体部５１は、第２キャップ部材を支持するためのピン支持部５２を有している。ピン支持部５２は、例えば本体部５１の軸心を挟んで向かい合った位置が同じ高さになるように設けられており、例えば本体部５１の周方向に沿って半周分が、次第に高さを低くするように形成されている。なお、ピン支持部５２が本発明の支持部に相当する。

ピン支持部５２は、例えば半周分が１０段の階段状に形成され、各段の中央には、円形状の凹み５２ａが設けられている。なお、隣り合う段の段差は例えば１０ｍｍ程度である。第２キャップ部材４０を軸線回りに回転させ、第２キャップ部材４０の支持位置を変更することにより、１つのスペーサ部材５０で、図１で説明したテーパ部１１ｂの適当な位置に、第２キャップ部材４０の下端開口部４２の位置を変更することができる。

図４に示すように、第２キャップ部材４０は、例えば石英ガラスで形成された筒状の本体部４１を有し、本体部４１の内径はスペーサ部材５０の外径よりも大きく形成されている。この際、線引炉内の気密を保つためには、本体部４１とスペーサ部材５０との間の隙間を、できるだけ狭くすることが好ましい。
なお、スペーサ部材５０が金属製であれば、石英ガラスに比べて線膨張係数が大きいため、線引き時に膨張し、第２キャップ部材４０の内周面とスペーサ部材５０の外周面との間の隙間を狭く、もしくは無くすことができる。

第２キャップ部材４０の本体部４１の例えば内壁の上端には、位置決めピン４５が例えば２箇所設けられている。なお、位置決めピン４５は、本体部４１の内壁に設けたピン設置部の上下方向に孔を形成し、この孔に位置決めピン４５を設置するようにしてもよく、ボルトやナットを用いて高さを調整できるようにしてもよい。位置決めピン４５は例えば金属製である。

また、第２キャップ部材４０の本体部４１は、図２で説明したスペーサ部材５０との位置決めを容易にするために、本体部４１の上端近傍を透明にしてもよい。

図１で説明したガラス母材１１を線引炉にセットする場合、ガラス母材１１に、第１キャップ部材３０、スペーサ部材５０に組み付けた後、 第２キャップ部材４０をスペーサ部材５０の上方から挿入し、位置決めピン４５でスペーサ部材５０のピン支持部５２に支持されると、第２キャップ部材４０がスペーサ部材５０に搭載される。
そして、第２キャップ部材４０の下端開口部４２がガラス母材１１のテーパ部１１ｂに近接する位置に配置されるように、スペーサ部材５０のピン支持部５２に対する第２キャップ部材４０の支持位置を調整する。

詳しくは、第２キャップ部材４０をスペーサ部材５０に組み付けて、第２キャップ部材４０の下端開口部４２とガラス母材１１のテーパ部１１ｂの位置を確認する。仮に、テーパ部１１ｂが下端開口部４２よりも下方に露出していた場合には、第２キャップ部材４０を持ち上げて、位置決めピン４５とピン支持部５２との接触を解除する。次いで、例えば第２キャップ部材４０を回転させ、位置決めピン４５をより低い位置のピン支持部５２に接触させて、下端開口部４２とテーパ部１１ｂの位置を確認する。テーパ部１１ｂが所望の位置にくるまで、この動作を繰り返す。

一方、仮に、テーパ部１１ｂが下端開口部４２から露出しないと想定される場合には、第２キャップ部材４０を持ち上げ、例えば第２キャップ部材４０を回転させ、位置決めピン４５をより高い位置のピン支持部５２に接触させて、下端開口部４２とテーパ部１１ｂの位置を確認する。

このように、スペーサ部材５０が第２キャップ部材４０の軸方向の高さ位置を調整可能に構成されているので、図５に示すように、ガラス母材１１のテーパ部１１ｂの位置（長さ）が異なる場合でも、下端開口部４２をテーパ部１１ｂに常に近接する位置に配置できる。よって、高さの異なるスペーサ部材を複数準備する必要がなく、第２キャップ部材をガラス母材から取り外してスペーサ部材を交換する作業も不要である。また、高さの異なる第２キャップ部材を複数準備する必要もない。

上記実施例では、階段状に形成されたピン支持部の例を挙げて説明した。しかし、ピン支持部は、階段状のものに限定されるものでは無く、高さ方向の位置が変えられる構造であれば、例えば、らせん状に形成された溝であってもよい。詳しくは、図６に示したように、スペーサ部材５０の本体部５１の外周面（側面）に、その周方向に沿って次第に高さを低くなるように形成されたらせん状の溝５２ｂを有している。この場合、第２キャップ部材の内周面に突出する位置決めピン（図示省略）を設ければ、第２キャップ部材をスペーサ部材５０に支持することができる。
また、図７に示したように、らせん状の溝５２ｂを階段状にし、その段部の中央に凹み５２ｃをつけ、そこで位置決めピンを固定するようにしてもよい。

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。

１０…線引炉、１１…ガラス母材、１１ａ…直胴部、１１ｂ…テーパ部、１１ｄ…シード棒、１１ｆ…ピン穴、１２…光ファイバ、１３…ダミー棒、１５…炉心管、１５ａ…上端開口部、１６…ヒータ、１７…断熱材、１８…炉筐体、１９…下部チャンバ、２０…上部チャンバ、２１…第１シール部、２１ａ，２２ａ…ガス供給口、２２…第２シール部、３０…第１キャップ部材、３１…本体部、３２…ピン穴、３３…鍔部、３４…固定ピン、４０…第２キャップ部材、４１…本体部、４２…下端開口部、４５…位置決めピン、５０…スペーサ部材、５１…本体部、５２…ピン支持部、５２ａ…凹み、５２ｂ…溝、５２ｃ…凹み。

Claims (5)

1. 光ファイバ用線引炉の上端開口部と、上部にシード棒およびテーパ部が存在する光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐための光ファイバ用線引炉のシール構造であって、
   前記光ファイバ用ガラス母材の前記シード棒に係合する第１キャップ部材と、前記光ファイバ用ガラス母材の前記テーパ部および前記第１キャップ部材を覆う第２キャップ部材と、前記第１キャップ部材と前記第２キャップ部材との間に配設されるとともに、前記第２キャップ部材を支持し、位置調整構造により、前記第２キャップ部材の軸方向の高さ位置を調整し、該第２キャップ部材の下端が前記テーパ部に近接する位置に配置させるスペーサ部材と、
   前記光ファイバ用ガラス母材および／または前記第２キャップ部材と、前記上端開口部との間をシールするシール部材と、
   を有する、シール構造。
2. 前記位置調整構造は、前記スペーサ部材の上面周方向に沿って形成された、軸方向の高さ位置が異なる支持部からなる、請求項１に記載のシール構造。
3. 前記位置調整構造は、前記スペーサ部材の側面周方向に沿って形成された、軸方向の高さ位置が異なる支持部からなる、請求項１に記載のシール構造。
4. 前記支持部が階段状に形成されている、請求項２または３に記載のシール構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシール構造を用いて、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。
   

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