光纤预制棒的制造方法及制造装置与流程

本发明涉及一种光纤预制棒的制造方法及制造装置。

背景技术：

光纤预制棒是在已对光纤母材进行加热的状态下使张力发挥作用而制造。另外，也存在如下情况：对光纤预制棒在已加热的状态下使张力发挥作用而调整尺寸及形状，从而制成拉丝用光纤预制棒(参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利特开平05-024877号公报

技术实现要素：

[发明要解决的问题]

光纤预制棒具有直体部及形成于端部的锥形的缩窄形状部，所述直体部具有大致固定的直径。例如，即便在光纤预制棒中直体部的不圆度小于0.2％的情况下，也有在缩窄形状部不圆度达到0.6～1.0％的情况。从不圆度变差的缩窄形状部拉出不圆度劣化的光纤。因此，废弃部分变多，光纤母材的良率变差。

[解决问题的手段]

本发明的第1方面提供一种制造方法，该制造方法是在惰性气体氛围下进行加热而制造光纤预制棒的制造方法，且沿光纤预制棒的表面导入惰性气体，并使该惰性气体以光纤预制棒的长度方向的轴为中心在光纤预制棒的周围环绕。

本发明的第2方面提供一种制造装置，该制造装置是在惰性气体氛围下进行加热而制造光纤预制棒的制造装置，且具备导入口，该导入口是沿光纤预制棒的表面导入惰性气体，并使该惰性气体以光纤预制棒的长度方向的轴为中心在光纤预制棒的周围环绕。

所述发明的概要并未列举出本发明的所有特征。这些特征群的次组合也能成为发明。

附图说明

图1是制造装置10的示意性剖视图。

图2是制造装置10的示意性剖视图。

图3是制造装置10的示意性剖视图。

图4是制造装置10的示意性剖视图。

图5是将制造装置10的气体导入喷嘴800的周边放大而表示的示意性剖视图。

图6是表示光纤预制棒600的外径的变化及不圆度的曲线图。

图7是将制造装置11的气体导入喷嘴800的周边放大而表示的示意性剖视图。

图8是表示光纤预制棒600的外径的变化及不圆度的曲线图。

[符号的说明]

10、11制造装置

100进给装置

101柱

102滚珠丝杠

103升降部

104悬挂轴

200加热装置

201炉体

202加热器

203隔热材料

204马弗管

205、208气体导入部

206顶部室

207炉下挡板

300牵引装置

301引导辊

302牵引辊

400光纤母材

500虚设杆

600光纤预制棒

600a上侧光纤预制棒

600b下侧光纤预制棒

700a、700b引出部

800导入喷嘴

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定权利要求书的发明。另外，在实施方式中所说明的特征的组合未必全部为发明的解决手段所必须的。

图1是制造装置10的示意性剖视图。制造装置10具备进给装置100、加热装置200及牵引装置300。

进给装置100具有柱101、滚珠丝杠102、升降部103及悬挂轴104。柱101具有在重力方向上较长的形状，支撑滚珠丝杠102的上端及下端使之能够旋转。滚珠丝杠102是通过未图示的马达而驱动，绕长度方向的旋转轴旋转。

升降部103与滚珠丝杠102螺合，并通过旋转的滚珠丝杠102而驱动，沿柱101的长度方向升降。悬挂轴104的图中上端与升降部103结合，图中下端与成为加工对象的光纤母材400等的上端结合。由此，伴随升降部103的升降，可使光纤母材400升降。

加热装置200具有炉体201、加热器202、隔热材料203及马弗管(muffletube)204。另外，加热装置200在炉体201的上部具有气体导入部205及顶部室206。进而，加热装置200在炉体201的下部具有炉下挡板207。

炉体201包围加热装置200整体，将其他部件及光纤母材400与外部大气阻断。另外，炉体201与进给装置100的柱101结合，两者的相对位置被固定。因此，在进给装置100运转的情况下，加热装置200与光纤母材400的高度方向的相对位置变化。

加热器202包围光纤母材400的长度方向的一部分进行加热。作为加热器202，可使用电加热器。由此，例如，能够应对由直径200mm的光纤母材400制造直径150mm的光纤预制棒等近年来超过100mm直径的光纤预制棒的大直径化。

在加热器202的外周侧与炉体201的内表面之间，配置隔热材料203。由此，能够高效地利用加热器202产生的热。另外，为了防止因形成加热器202的碳等对光纤母材400等造成污染，加热器202的内表面被马弗管204覆盖。

在加热装置200的图中上侧，依序重叠地配置气体导入部205及顶部室206。气体导入部205使炉体201的内外连通，且在炉体201的内侧，在光纤母材400的长度方向上与加热器202及马弗管204邻接而开口。此外，图中的气体导入部205显示将炉体201的内外连通的功能，并不表示气体导入口本身的形状等。

在加热装置200中，能够通过气体导入部205，在加热器202及马弗管204的图中正上方，将包含氩气、氮气等的惰性气体导入到光纤母材400的表面。所导入的惰性气体也被供给到炉体201内部，以防止加热器202及隔热材料203的氧化。

顶部室206与炉体201一起将光纤母材400与外部大气阻断。顶部室206是将直径依序变小的多个筒连结而形成的伸缩式腔室，伴随升降部103及悬挂轴104的升降而伸缩。由此，能够削减形成于光纤母材400的周围的惰性气体层的体积，而抑制惰性气体的使用量。

炉下挡板207在炉体201的下表面，使供光纤母材400插通的开口的内径伸缩。由此，即便在光纤母材400的直径变化的情况下，也能维持炉体201与光纤母材400之间的气密性。

牵引装置300配置于加热装置200的下方，具有包含引导辊301及牵引辊302的多个辊。引导辊301及牵引辊302各自具有从侧方夹着光纤母材400的延长线的成对的辊。各辊对能够改变间隔地夹着在其间移行的光纤母材400或虚设杆500。

引导辊301夹着从炉体201的下表面突出的光纤母材400或虚设杆500的下端附近，并引导到牵引辊302之间。牵引辊302被旋转驱动而将所夹着的光纤母材400等牵引到图中下方。由此，牵引装置300能在其与悬挂轴104之间，使张力作用于光纤母材400。进而，在利用进给装置100使光纤母材400下降的情况下，牵引装置300夹着光纤母材400本身并牵引到图中下方。

这样一来，牵引装置300在不管加热装置200对光纤母材400的长度方向上的哪一部分进行加热的情况下，均能使张力作用于光纤母材400。因此，能够通过利用牵引装置300使张力作用于因加热而一部分已软化的光纤母材400，而使光纤母材400的软化部分延伸，从而进行细径化或切断。另外，在光纤母材400的切断的过程中，也可在光纤母材400的经切断的端部，形成锥形缩窄形状部。

如所述那样的制造装置10例如可用于制造光纤预制棒600(参照图2)。经由ovd法(outsidevapordeposition，外部气相沉积法)、vad法(vaporaxialdeposition，气相轴向沉积法)等烧结步骤而制作的石英玻璃制光纤母材400因重力影响而在长度方向上外径发生变动。因此，如果将光纤母材400直接拉成光纤，则与拉丝装置之间的气密变难。因此，在光纤拉丝之前，通过使用制造装置10的延伸加工来调整光纤母材400的外径，而制造外径变动更小的光纤预制棒600。

如图1所示那样，在使用制造装置10的延伸加工中，将图中上端保持于悬挂轴104的光纤母材400吊起到图中下端被加热器202加热的位置。在光纤母材400的图中下端，结合着虚设杆500。虚设杆500的图中下端侧在光纤母材400的下方延伸直至到达牵引装置300为止，且被引导辊301及牵引辊302夹着。

接下来，利用加热装置200，对光纤母材400进行加热而使其软化，在所述状态下，利用牵引装置300，使张力作用于光纤母材400，而将光纤母材400细径化。接下来，利用进给装置100使光纤母材400逐渐下降，将光纤母材400从下端起依序细径化。

进而，像图2所示那样，在下降的过程中，利用牵引装置300所进行的牵引从虚设杆500变更到光纤母材400本身。由此，能够延伸加工直到光纤母材400的上端为止。通过在这种延伸加工的过程中调整细径化的比率，而使光纤母材400的直径遍及全长而均匀化，从而制造适于光纤拉丝的光纤预制棒600。

另外，制造装置10也可用于在光纤预制棒600形成引出部700a、700b(参照图4)的拉拔加工。引出部700a、700b形成于光纤预制棒600中具有固定直径的直体部的端部。在引出部700a、700b中，直到适于光纤拉丝开始的细径的端部为止，形成从直体部起直径连续地变化的缩窄形状。因此，对光纤预制棒600的端部进行整形而形成引出部700a、700b的加工被称为引出加工或拉拔加工。此外，在以下说明中，为了避免记载变得繁杂，将形成引出部700a、700b的加工记载为引出加工。

在使用制造装置10进行引出加工的情况下，首先，将加热器202的温度降温到光纤预制棒600固化的程度的温度、例如1200℃。由此，使在延伸加工的过程中已软化的光纤预制棒600成为实质上未变形的状态。

接着，如图3所示那样，在解除利用引导辊301及牵引辊302对光纤预制棒600的固持的状态下，利用进给装置100使光纤预制棒600上升。由此，使光纤预制棒600中形成引出部700a、700b的位置对准加热装置200的中心。

接下来，再次使加热装置200的温度上升，而使光纤预制棒600软化。另外，像图4所示那样，在牵引装置300中，使引导辊301及牵引辊302的间隔变窄，而夹着光纤预制棒600或虚设杆500。进而，通过驱动牵引辊302而使张力作用于光纤预制棒600，而在光纤预制棒600的已软化的部分形成缩窄形状。

另外，在形成缩窄形状时，也可与利用牵引装置300牵引光纤预制棒600并行地，利用进给装置100使光纤预制棒600的上端上升。这样一来，在上侧光纤预制棒600a的下端、及下侧光纤预制棒600b的上端这两处同时形成引出部700a、700b。

此外，在所述例中，在光纤预制棒600的长度方向上的中间部分形成引出部。因此，光纤预制棒600伴随引出加工，在引出部700a、700b之间被切断。此外，也可通过在光纤预制棒600的端部进行引出加工，不将光纤预制棒600切断而形成引出部700a、700b。

图5是将制造装置10中的气体导入部205附近放大而表示的示意性剖视图。在图5的上部，表示与沿光纤预制棒600的长度方向延伸的中心轴正交的平面上的部分截面、也就是水平截面。另外，在图5的下部，表示包含沿光纤预制棒600的长度方向延伸的中心轴的平面上的部分截面、也就是垂直截面。另外，所述水平截面也是垂直截面中的通过气体导入部205的a-a'平面上的截面。

此外，在图5的视点下，也存在代替光纤预制棒600而表示光纤母材400的情况。在图5的说明中，为了避免记载变得繁杂，使与装填于制造装置10者相关的记载与光纤预制棒600一致。

如图的上部所示那样，气体导入部205具有与光纤预制棒600的切线平行的流路。流路的一端在炉壁的内表面开口，而形成导入喷嘴800。因此，在从气体导入部205的外部通过流路导入惰性气体的情况下，在气体导入部205的内侧，惰性气体沿炉墙的内表面，且沿光纤母材400的周面流动。进而，制造装置10的气体导入部205具备在圆周方向上等间隔地配置的一对流路，在光纤母材400的圆周方向上，形成向彼此相同的方向导入惰性气体的一对导入喷嘴800。

导入到气体导入部205的惰性气体的一部分在光纤母材400与顶部室206之间流动。由此，到达至制造装置10的上端的惰性气体的一部分最终会从悬挂轴104周围所产生的间隙流出到顶部室206的外部。

另一方面，所导入的惰性气体的大部分在光纤母材400与马弗管204之间流动，并从炉体201的下端流出到外部。因此，从气体导入部205导入的惰性气体一边通过导入喷嘴800水平地移动，一边在炉体201内朝向图中下方向流动。因此，在炉体201的内部，惰性气体像图2的下部所示那样，产生一边沿光纤母材400的周面旋转一边朝向下方流动的螺旋状流动。另外，从多个导入喷嘴800的每一个导入的惰性气体在炉体内产生向相同方向旋转的螺旋状流动。

由此，光纤母材400的圆周方向上惰性气体的不均得以缓和，光纤母材400整体被惰性气体覆盖。由此，光纤母材400被与大气中所含的氧气等阻断，而抑制了被加热装置200加热时所产生的氧化等劣化。

另外，由于制造装置10的导入喷嘴800是以吹出方向具有光纤预制棒600的切线方向成分的方式配置，所以从导入喷嘴800吹出的惰性气体以在光纤预制棒600的周围环绕的方式流动。由此，因惰性气体的不均而产生的光纤预制棒600表面的温度偏差得以缓和，而抑制了形成有缩窄形状的引出部700a、700b的不圆度增大。

此处，所谓光纤预制棒600的不圆度是在从多个角度方向对光纤预制棒600的外径进行测定，并将最大直径设为dmax、将最小直径设为dmin、将平均直径设为dave的情况下，根据下述式1而求出的值。

[式1]

不圆度[％]＝(dmax-dmin)/dave×100...(式1)

[实施例]

通过使用制造装置10的延伸加工，由最粗部外径200mm的光纤母材400制造外径150mm的光纤预制棒600。进而，通过使用制造装置10的引出加工，在光纤预制棒600的长度方向中央部形成引出部700a、700b，而制造适于光纤拉丝的两根光纤预制棒600。

制造装置10的导入喷嘴800是吹出方向在光纤预制棒600的径向截面中具有切线方向成分的喷嘴，像图5所示那样配置两根导入喷嘴800。将导入喷嘴800的截面面积设为40mm²，从导入喷嘴800以每一根喷嘴每分钟75l的方式导入氮气。

图6是表示在所述条件下制作的适于光纤拉丝的光纤预制棒600的光圆率的测定结果的曲线图。像图6所示那样，光纤预制棒600的不圆度在任一引出部700a、700b中均最大为0.24％以下。

[比较例]

图7是将另一制造装置11中的气体导入部208附近放大而表示的示意性剖视图。在图7的上部，表示与沿光纤预制棒600的长度方向延伸的中心轴正交的平面上的部分截面、也就是水平截面。另外，在图7的下部，表示包含沿光纤预制棒600的长度方向延伸的中心轴的平面上的部分截面、也就是垂直截面。另外，所述水平截面也是垂直截面中的通过气体导入部205的a-a'平面上的截面。

像图7的上部所示那样，制造装置11的气体导入部208具有一对导入喷嘴800，这一对导入喷嘴800具有与光纤预制棒600的法线正交的导入方向。因此，从一对导入喷嘴800各自导入的惰性气体沿光纤预制棒600的表面分成图中的顺时针方向及逆时针方向，进而在沿光纤预制棒600的周围环绕90°左右之部位，与从另一导入喷嘴800导入的惰性气体的气流碰撞。

因此，像图7的下部所示那样，光纤预制棒600的表面的惰性气体的流量在图中中央相对地变成大量，在图中侧方的两端相对地变成少量。因此，如果持续导入惰性气体，则利用惰性气体所进行的光纤预制棒600的冷却变得不均匀，而在光纤预制棒600产生温度分布。由于光纤预制棒600的温度分布在光纤预制棒600已软化的情况下表现为粘性的分布，所以在使张力作用于光纤预制棒600而进行延伸加工或引出加工的情况下，显在化为不圆度的增加。

通过使用制造装置11的延伸加工，由最粗部外径200mm的光纤母材400制造外径150mm的光纤预制棒600。进而，通过使用制造装置11的引出加工，制造适于拉丝的两根光纤预制棒600。

制造装置11的导入喷嘴800像图7所示那样设置两根。导入喷嘴800各自的吹出方向朝向光纤预制棒600的中心，且在径向截面中不具有切线方向成分。将导入喷嘴800各自的截面面积设为40mm²，且从导入喷嘴800以每一根每分钟75l的方式导入氮气。

图8是表示在所述条件下制作的适于光纤拉丝的光纤预制棒600的光圆率的测定结果的曲线图。像图8所示那样，光纤预制棒600的不圆度最大达到1.05％。

此外，在所述实施例及比较例中，在光纤预制棒600的长度方向中央进行引出加工。在光纤预制棒600中，所述中央部是特性稳定且不圆度高的部分。因此，预测形成于光纤预制棒600的中央部的引出部700a、700b的不圆度高。

然而，在使用制造装置11的情况下，即便在光纤预制棒600的直体部的不圆度未达0.2％的情况下，也存在引出部700a、700b的不圆度达到0.6至1.0％的情况。然而，在制造装置11中，因从气体导入部205导入的惰性气体流的不均而导致在光纤预制棒600的表面产生温度分布，从而推测引出部700a、700b的不圆度降低。相对于此，在制造装置10中，通过以在光纤预制棒600的周围环绕的方式导入惰性气体，能防止不圆度的增大，能提高光纤的制造良率。

此外，在所述例中，导入喷嘴800设为沿与对于光纤预制棒600的切线重叠的方向导入惰性气体的构造。然而，惰性气体的导入方向不限于与所述切线平行的方向。

例如，由于惰性气体在光纤预制棒600与气体导入部205之间的环状空间内流动，所以存在如下情况：将惰性气体的导入方向转向光纤预制棒600的稍微偏中心会减少惰性气体导入的阻力。因此，在制造装置10中，只要惰性气体的导入方向相对于光纤预制棒600的法线具有斜率，则会产生顺利且均匀地导入惰性气体的作用。另外，除了利用导入喷嘴800本身的方向规定惰性气体的导入方向的构造以外，也可设为在惰性气体的导入路径中设置整流板等的构造。

另外，为了使导入的惰性气体呈螺旋状流动，理想的是，导入的惰性气体的流向具有与光纤预制棒600的长度方向平行的成分。在制造装置10中，通过被加热装置200加热后的惰性气体的上升、从炉体201的图中下端放出惰性气体等，而自然地产生光纤预制棒600的长度方向的成分，但也可对惰性气体的流向积极地赋予这种方向的成分。为此，例如，也可沿相对于光纤预制棒600的长度方向具有斜率的方向导入惰性气体。另外，除了水平地导入惰性气体的导入喷嘴800以外，也可以追加导入方向上具有垂直成分的其他导入喷嘴800。

进而，在所述例中，制造装置10具备一对导入喷嘴800。然而，导入喷嘴800的个数并不限定于此，也可设置更多的导入喷嘴800。另外，设置导入喷嘴800的位置也可设为光纤预制棒600的长度方向上不同的多个位置。进而，在所述例中，将导入喷嘴800设置于加热装置200的图中上侧，但在加热装置200的下侧也可配置导入喷嘴800。

另外，进而，在所述例中，在对光纤母材400进行延伸加工之后，对制作出的光纤预制棒600进行引出加工，而制造适于光纤拉丝的光纤预制棒600。然而，具备气体导入部205的制造装置10的不圆度的增大抑制在执行延伸加工及引出加工中的其中一种加工的情况下也有效。另外，在不切断光纤预制棒600而进行引出加工的情况下，也就是说，于在光纤预制棒600的端部设置引出部700a、700b的加工中，也能在制造装置10的构造中抑制不圆度的增大。

以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术性范围并不限定于所述实施方式中记载的范围。业者应明白在所述实施方式中，能够添加多种变更或改良。根据权利要求书的记载可明白，施加了这种变更或改良的方式也可包含在本发明的技术性范围内。

在权利要求书、说明书、及附图中表示的装置、系统、程序、以及方法的动作、顺序、步骤、及阶段等各处理的执行顺序并未特别明确表达为“在……之前”、“先于……”等，另外，应注意只要并非将上一处理的输出在下一处理中使用，则能以任意顺序实现。关于权利要求书、说明书、及附图中的动作流程，即便为了方便起见，使用“首先，”、“接着，”等进行了说明，也不意味着必须以该顺序实施。