特許第6973397号(P6973397)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 住友電気工業株式会社の特許一覧

<>
  • 特許6973397-光ファイバ線引方法および線引装置 図000002
  • 特許6973397-光ファイバ線引方法および線引装置 図000003
  • 特許6973397-光ファイバ線引方法および線引装置 図000004
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6973397
(24)【登録日】2021年11月8日
(45)【発行日】2021年11月24日
(54)【発明の名称】光ファイバ線引方法および線引装置
(51)【国際特許分類】
   C03B 37/027 20060101AFI20211111BHJP
   C03B 37/029 20060101ALI20211111BHJP
   G02B 6/02 20060101ALI20211111BHJP
【FI】
   C03B37/027 A
   C03B37/029
   G02B6/02 356A
【請求項の数】4
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2018-538402(P2018-538402)
(86)(22)【出願日】2017年9月4日
(86)【国際出願番号】JP2017031834
(87)【国際公開番号】WO2018047778
(87)【国際公開日】20180315
【審査請求日】2020年4月21日
(31)【優先権主張番号】特願2016-174401(P2016-174401)
(32)【優先日】2016年9月7日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002343
【氏名又は名称】特許業務法人 東和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉川 智
(72)【発明者】
【氏名】岡崎 巌
(72)【発明者】
【氏名】山崎 卓
【審査官】 永田 史泰
(56)【参考文献】
【文献】 特開2016−028989(JP,A)
【文献】 国際公開第2015/050103(WO,A1)
【文献】 特開2011−230978(JP,A)
【文献】 中国特許出願公開第103304135(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C03B37/025−37/029
G02B6/02−6/036
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方の端がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を、該ガラス母材側から線引炉に設けられた開口に通し、前記開口近傍に設けられたシール機構によりシールしながら該線引炉内へ吊り下げ降下させて線引する光ファイバ線引方法であって、
線引開始時は、前記シール機構の第1のシール部により前記光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールし、前記ガラス母材のテーパ部が前記第1 のシール部を通過し始め、前記第1のシール部によるシールが効かなくなる以前に、前記第1のシール部の上方に第2のシール部を配設し、該第2のシール部の配設直後は、前記線引炉の炉内と外部とを導通させて炉内圧力の変動を抑え、さらに前記ガラス母材が降下したときには前記導通を遮断する光ファイバ線引方法。
【請求項2】
前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を覆うスリーブ部材を設け、前記スリーブ部材に設けられた通気孔により、前記線引炉の炉内と外部とを導通させ、前記通気孔を塞ぐことにより、前記導通を遮断する、請求項1に記載の光ファイバ線引方法。
【請求項3】
前記スリーブ部材は、前記ダミー棒に固定され、
前記第2のシール部は、前記スリーブ部材に設けられたリング状部材により前記スリーブ部材との間をシールするものであり、
前記第2のシール部を配設した後には、前記リング状部材が前記スリーブ部材の外周面を摺動することにより前記開口をシールする、請求項2に記載の光ファイバ線引方法。
【請求項4】
一方がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を線引する光ファイバ線引装置であって、
線引炉と、光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールする第1のシール部と、前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を被うスリーブ部材を有する第2のシール部を備え、
前記スリーブ部材には、前記線引炉が前記第2のシール部によってシールされたとき、前記線引炉の炉内と外部とを導通させる通気孔が設けられている、ファイバ線引装置。
【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線引方法および線引装置に関する。
【背景技術】
【0002】
線引炉による光ファイバの線引は、ヒータなど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2000℃以上と非常に高温になることから、ガラス母材を囲う炉心管等には、通常、カーボンが用いられる。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、線引炉内には、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】
また、ガラス母材は、通常、上端がテーパ状に縮径され、径の小さいダミー棒(支持棒ともいう)を接続し、線引炉の炉心管内に吊り下げ支持されるが、径が大きく変化するテーパ状の部分およびダミー棒との連結部分のシールが難しく、この箇所が線引き炉に入るところで、気密を保つことが難しい。このため、炉心管を上方に延長する形態で線引炉の上方に上部チャンバを配し、テーパ状の部分及びダミー棒との連結部分を含めてガラス母材を上部チャンバ内に収容し、上部チャンバの上端でダミー棒の外周面をシールする方法がある。
【0004】
一方、特許文献1のように、線引炉上部のシール機構によりシールしながら光ファイバを線引する光ファイバ線引方法がある。線引開始時は、シール機構の第1のシール部により光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールし、光ファイバ用ガラス母材のテーパ部近傍が第1のシール部を通過し始める以降は、第1のシール部の上方に配された第2のシール部に切り替え、第2のシール部によりダミー棒の外周を囲って固定されたスリーブ部材の外周面でシールしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2014−162671号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1にて提案された技術は、十分なシール機能を有しており、好ましい技術形態ではあるが、第1シール部から第2シール部にシールが切り替わる瞬間は、線引炉内のガスの逃げ場がなくなるため、線引炉内圧力が変化する場合があった。圧力の変化は、線引炉内の気流の変化を起こすため、線引している光ファイバの線径にバラツキが生ずるおそれがある。
【0007】
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、シールの切り替え時にガス抜き穴が動作するようにして、線引炉内の圧力変動を抑制する、光ファイバ線引方法および線引装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一実施態様は、一方の端がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を、該ガラス母材側から線引炉に設けられた開口に通し、前記開口近傍に設けられたシール機構によりシールしながら該線引炉内へ吊り下げ降下させて線引する光ファイバ線引方法であって、線引開始時は、前記シール機構の第1のシール部により前記光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールし、前記ガラス母材のテーパ部が前記第1のシール部を通過し始め、前記第1のシール部によるシールが効かなくなる以前に、前記第1のシール部の上方に第2のシール部を配設し、該第2のシール部の配設直後は、前記線引炉の炉内と外部とを導通させて炉内圧力の変動を抑え、さらに前記ガラス母材が降下したときには前記導通を遮断する構成としている。
【0009】
また、本発明の他の実施態様は、一方がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を線引する光ファイバ線引装置であって、前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を被うスリーブ部材を備え、前記スリーブ部材には、前記線引炉の炉内と外部とを導通させる通気孔が設けられている構成としている。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、シールの切り替え時にガス抜き穴が動作するようにして、線引炉内の圧力変動を抑制する、光ファイバ線引方法および線引装置を提供することで、線引きされている光ファイバの線径がばらつくことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の実施形態による光ファイバ線引装置の概略を説明する図である。
図2】本発明の実施形態における第2のシール部材の組立の概略を示した図である。
図3】本発明の実施形態の一実施例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(本発明の実施形態の説明)
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
(1)本発明の一実施態様は、一方の端がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を、該ガラス母材側から線引炉に設けられた開口に通し、前記開口近傍に設けられたシール機構によりシールしながら該線引炉内へ吊り下げ降下させて線引する光ファイバ線引方法であって、線引開始時は、前記シール機構の第1のシール部により前記光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールし、前記ガラス母材のテーパ部が前記第1のシール部を通過し始め、前記第1のシール部によるシールが効かなくなる以前に、前記第1のシール部の上方に第2のシール部を配設し、該第2のシール部の配設直後は、前記線引炉の炉内と外部とを導通させて炉内圧力の変動を抑え、さらに前記ガラス母材が降下したときには前記導通を遮断する構成としている。
【0013】
この実施態様によれば、第2のシール機構が線引炉の開口に接合する瞬間、言い換えれば線引炉が外部環境と遮断される瞬間に、線引炉の炉内と外部を導通させる通気経路を使い、線引炉内のガスを放出させて、線引炉内の圧力変動を抑制する。圧力変動が抑制されることで、線引炉内での気流の変化が抑えられて、線引きされている光ファイバの線径がばらつくことを抑制することができる。
【0014】
(2)上記(1)の光ファイバ線引方法において、前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を覆うスリーブ部材を設け、前記スリーブ部材に設けられた通気孔により、前記線引炉の炉内と外部とを導通させ、前記通気孔を塞ぐことにより、前記導通を遮断する構成とする。この実施態様によれば、通気孔のサイズを適宜選択することで、線引炉内から通気経路を通って外部へ流出されるガス流量を調整することができる。すなわち、外気が線引炉内へ流入することを防止しつつ、炉内圧力変動を抑制するように、通気孔のサイズ、形状、位置等を、適宜設計することも可能となる。
【0015】
(3)上記(2)の光ファイバ線引方法において、前記スリーブ部材は、前記ダミー棒に固定され、前記第2のシール部は、前記スリーブ部材に設けられたリング状部材により前記スリーブ部材との間をシールするものであり、前記第2のシール部にシールを切り替えた後には、前記リング状部材が前記スリーブ部材の外周面を摺動することにより前記開口をシールする。この実施態様によれば、ガラス母材の溶融・線引が進んで、降下し、第2のシール部にシールが切り替わった後も、継続してガラス母材を含む線引炉内と外部とを遮断することができる。
【0016】
(4)本発明の一実施態様は、一方がダミー棒に連結された光ファイバ用のガラス母材を線引する光ファイバ線引装置であって、線引炉と、光ファイバ用ガラス母材の外周面でシールする第1のシール部と、前記ダミー棒と前記ガラス母材の外周の一部を被うスリーブ部材を有する第2のシール部を備え、前記スリーブ部材には、前記線引炉が前記第2のシール部によってシールされたとき、前記線引炉の炉内と外部とを導通させる通気孔が設けられている構成とする。
【0017】
この実施態様によれば、第2のシール機構が線引炉の開口に接合する瞬間に、線引炉の炉内と外部を導通させる通気経路を使い、線引炉内のガスを放出させて、線引炉内の圧力変動を抑制する。圧力変動が抑制されることで、線引炉内での気流の変化が抑えられて、線引きされている光ファイバの線径がばらつくことを抑制することができる。
【0018】
(本発明の実施形態の詳細)
次に、図面を参照しながら、本発明の光ファイバ線引装置に係る好適な実施形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。
【0019】
図1は、本発明の実施形態による光ファイバ線引装置の概略を説明する図であり、ガラス母材を線引炉内へ挿入している過程での装置全体の構成を示している。図2は、本発明の実施形態における第2のシール部材の組立の概略を示した図であり、ガラス母材に第2のシール部材となる部材を組み立てる際の組立手順の一例を示している。なお、図2においては煩雑さを回避するために、説明に必要な符号のみを記載しており、詳しくは図1を参照する。
【0020】
光ファイバの線引炉は、図1に示すように、吊下げ支持される光ファイバ用のガラス母材31の下部を加熱し、溶融された下端部からガラスファイバが所定の外径となるように溶融垂下させる構造のものである。
【0021】
本実施形態に係る光ファイバ線引装置10は、大きく分けて三つの構成を有する。すなわち、光ファイバの素材となるガラス母材31と、線引炉40と、ガラス母材31と線引炉40との間をシールするシール機構である。
【0022】
(ガラス母材および封止部品類の説明)
はじめに、ガラス母材31およびガラス母材31に接合等される部品類と、シール機構について説明する。なお、以下では、ダミー棒32の下端にガラスを堆積、加熱してガラス母材31とし、ダミー棒32を把持して線引する形態を例に説明するが、本発明はこの例に限られない。例えば、ガラス母材31とダミー棒32とを連結し、ダミー棒32を支持棒などで把持して線引するものであっても良い。
【0023】
ガラス母材31は、例えば、図1に示すように、直胴部37(本体部)の上端部分がテーパ部35を経て縮径され、ダミー棒32が接続されている。ダミー棒32の上端部は吊り支持装置(図示省略)で把持することで、上下方向に移動可能に吊り下げ支持され、線引炉内に挿入収容される。以下、ガラス母材31に備えるシール機構(特に第2のシール部)の組立手順の一例を説明する。
【0024】
はじめに、図2(A)、(B)に示すように、筒状の第1キャップ11がダミー棒32の上端側からガラス母材31の方向へ、ダミー棒32が軸となるように配設される。第1キャップ11は、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ている。第1キャップ11の上端側にはダミー棒32を挿入できるような開口を有した蓋部11aを備え、側面にはピン穴となる穴部11cが形成されている。
【0025】
第1キャップ11は、穴部11cがダミー棒32に形成されたピン穴33に略一致する所定の位置に達するまで下降して、ダミー棒32を被うように配設される。そして、穴部11cからピン穴33へピン19が挿入されて、第1キャップ11はダミー棒32に固定される。
【0026】
次に、図2(B),(C)に示すように、スリーブ部材15がダミー棒32の上端側から第1キャップ11の外周を被うように配設される。スリーブ部材15の上端はダミー棒の外径より僅かに大きい開口が設けられた蓋部15aとなっており、第1キャップ11の上端部にある蓋部11aに蓋部15aの下面が載置される。
【0027】
スリーブ部材15は、ガラス母材31のテーパ部35、ダミー棒32の一部を覆うものであり、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た円筒状の部材である。なお、スリーブ部材15は、前記したように第1キャップ11により固定する以外にも、ダミー棒に設けられた凸部などによりダミー棒に固定することができる。
【0028】
スリーブ部材15の下端にはシール機構を載置するための鍔部15bが設けられ、スリーブ部材15下側の外周面の所定位置には、円筒の外壁を貫通する通気孔20が形成されている。なお、通気孔20の所定位置等については、ガラス母材31が降下する際のシール機構との相互関係に依存するため、詳細は後述する。
【0029】
次に図2(D)、(E)に示すように、第1リング16、カーボンリング17、第2リング18が、スリーブ部材15の外縁に沿って鍔部15bまで嵌入される。カーボンリング17はリング状の部材であり、線引炉40内と外部とをシールするため、スリーブ部材15の外周に対して間隙をできるだけなくすように、スリーブ部材15の外径より僅かに大きい内径の内周としている。カーボンリング17は、係る高精度の部材とするために、例えば、カーボン、SiCコートされたカーボンなどで形成されている。
【0030】
第1リング16と第2リング18は、カーボンリング17のシール機能を確実に奏させるために、カーボンリング17を挟み込むように配される。本実施形態において、第1リング16と第2リング18は、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たリング状の部材としている。第1リング16はカーボンリング17の台座、第2リング18はカーボンリング17の重りとして位置ずれを防止する。なお、カーボンリング17が、本発明におけるリング状部材に相当し、スリーブ部材15と、カーボンリング17とで、第2のシール部材を形成する(スリーブ部材15とカーボンリング17との間でシールする)。
なお、第2のシール部材としては、上記の形態に限定されず、例えば、カーボンリング17を省略して、第1リング16、第2リング18を一体化し、スリーブ部材15と、一体化したリング状部材との間の圧力損失により封止することで、第2のシール部材としても良い。
【0031】
(線引炉および光ファイバ線引過程の説明)
次に、図1および光ファイバ線引過程の一実施例を示した図3を参照して、線引炉を含めた全体構成、光ファイバ線引過程におけるシール機能と通気孔20等の作用・機能について説明する。なお、図3においては煩雑さを回避するために、説明に必要な符号のみを記載するとともに一部の構成を省略しており、詳しくは図1を参照する。また、図3は通気孔20を通じた導通を遮断する経緯を見易くするために通気孔20の大きさを図1と比べて拡大して示している。
【0032】
図1図2参照のように、前記した説明のように組み立てられて、ガラス母材31にスリーブ部材15、第1リング16、カーボンリング17、第2リング18が配され、第2のシール部を構成する。
【0033】
図1に示すように、線引炉40の主体となる加熱炉は、ガラス母材31が挿入供給される炉心管41を囲むようにして、加熱用のヒータ42を配し、このヒータ42の熱が外部に放散されないようにカーボン等の断熱材で囲い、その外側全体を炉筐体43で囲って構成される。炉筐体43の上部側には、挿入されるガラス母材31の長さ等によりシール開始位置を調整する等のための、円筒状の炉心管延長部材44が配されている。炉筐体43には炉心管41へガラス母材31を挿入するための開口45が形成されており、炉心管延長部材44は開口45を上方に延出させている。炉心管延長部材44は、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た筒状の部材としている。
【0034】
図3(A)を参照すると、第2のシール部を配したガラス母材31が開口45の真上に吊り下げられ、降下を始めており、ガラス母材31の下側は既に開口45を通して線引炉40に挿入されている。線引炉40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、外部よりもガスの圧力が高い状態とされている。図3(A)の状態では、開口45もしくは炉心管延長部材44とガラス母材31の直胴部37との間には、ガラス母材31を降下させるための間隙があるが、炉心管延長部材44等に設けられた第1のシール部により、線引炉40内への外気の流入を防止している。
【0035】
図1を参照すると、炉心管延長部材44の下部には第1のシール部材46が設置されている。第1のシール部材46は、例えばガラス母材31の直胴部37の外周に接するような複数のブレード部材からなる部材であり、外側から力を付与することにより、線引炉40の開口部をシールしている。なお、第1のシール部は、そのシール方法は問わず、例えば、不活性ガス等を供給してシールするものであったり、ガラス母材の外周面を環状に囲むように配されたカーボンシートやカーボンフェルト等のシール部材を、シールガス等の圧力によりガラス母材の外周に付勢してシールする構造のものであっても良い。また、シールガス供給スペーサに環状シール体等を配した構成のものを用いることもできる。
【0036】
次に、図1および図3(B)を参照すると、第2のシール部が配されたガラス母材31は、図3(A)の位置よりも下降して、第1リング16が炉心管延長部材44の上端に接触する。なお、この時点では、第1のシール部材46はガラス母材31の直胴部37の外周に接しており、第1のシール部材46によって、線引炉40内はシールされている。そして、図1に示すように、スリーブ部材15の上部ではスリーブ部材15がダミー棒32の外周と接触して封止し、スリーブ部材15の下部では第1リング16が炉心管延長部材44に載置されることにより、炉心管延長部材44と第1リング16の間を封止し、また、カーボンリング17がスリーブ部材15の外周と接触して封止することで、線引炉40は第2のシール部によっても外部に対してシールされることになる。
【0037】
しかしながら、図3(A)から(B)の状態に推移すると、それまでガラス母材3と第1のシール部との間の間隙から外部へ流出していた線引炉40内のガスの流出がなくなるため、線引炉40内の圧力上昇を起こすことがある。そこで、通気孔20が、図3(B)の状態に推移するときに線引炉40と外部とを導通する位置に形成されている。すなわち、第1リング16が炉心管延長部材44の上端に接触した瞬間には、通気孔20は、第2カーボンリングの上部にあり、炉内と外部とが導通している。
【0038】
係る構成において、第2のシール部によって線引炉40のシールが行われても、通気孔20を通して、線引炉40内のガスが外部に流出することで、線引炉40内において急激な圧力変化が生ずることを防止することできる。
【0039】
すなわち、この実施態様によれば、特にシール機構(第2のシール部)が線引炉40の開口45に接合する瞬間、言い換えれば線引炉40が外部環境と完全に遮断される瞬間に、通気孔20(通気経路)を使い線引炉40内のガスを放出して、線引炉40内の圧力変動を抑制する。圧力変動が抑制されることで、線引炉40内での気流の変化が抑えられて、線引きされている光ファイバの線径がばらつくことを抑制することができる。
【0040】
通気孔20は、線引炉40内から通気孔20を通って外部へ流出するガス流量を調整するように、例えば孔径などを適宜設計・選択することができる。すなわち、外気が線引炉40内へ流入することを防止しつつ、ガラス母材31を線引炉40内へ挿入することに伴う炉内圧力変化を抑制するように通気孔20のサイズ、形状、位置等を設計することも可能である。
【0041】
次に、図3(C)を参照すると、第1リング16、カーボンリング17、第2リング18は炉心管延長部材44の上端部に載置されたまま、スリーブ部材15に覆われたガラス母材31は徐々に線引炉40内へ降下する。このときスリーブ部材15の外周にカーボンリング17の内縁が摺動して降下するため、シール機能を継続維持することができる。なお、通気孔20は、徐々に塞がれることになり、線引炉40内の圧力変動を緩和できた時点で、ガス流出の作用を終えて、線引炉40内へ収容される。すなわち、この時点で、炉内と外部との導通が遮断される。
また、第1のシール部材46はガラス母材31の直胴部37の外周に接触していた状態から、テーパ部35に対向するようになるため、第1のシール部のシール機能は失われ、線引炉40内は第2シール部によってシールされることになる。
【0042】
図3(D)を参照すると、光ファイバの線引が進み、ガラス母材31はさらに下降して、線引を終了する。なお、ガラス母材31の溶融がどの位置まで来たときに線引終了とするかは、任意に設定することができる。スリーブ部材15等の材質によっては、炉心管41に近接もしくは挿入される状態になると、これらの部材が溶融損傷されるおそれがあるため、再利用が難しくなる可能性があるが、カーボン等の耐熱材質にすれば、溶融損傷を防ぐことは可能である。
【0043】
以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。
【符号の説明】
【0044】
10・・・光ファイバ線引装置、11・・・第1キャップ、15・・・スリーブ部材、16・・・第1リング、17・・・カーボンリング、18・・・第2リング、19・・・ピン、20・・・通気孔、31・・・ガラス母材、32・・・ダミー棒、33・・・ピン穴、35・・・テーパ部、37・・・直胴部、40・・・線引炉、41・・・炉心管、42・・・ヒータ、43・・・炉筐体、44・・・炉心管延長部材、45・・・開口、46…第1のシール部材。
図1
図2
図3