本发明涉及一种拉丝用光纤母材的制造方法及制造装置。
背景技术：
已知有如下制造方法：对包含即便拉丝也不会成为光纤的非有效部的光纤母材进行加工，制造在端部的缩窄形状部也包含成为纤芯的部分的拉丝用光纤母材(参照专利文献1)。
[专利文献1]日本专利特开平5-24877号公报
技术实现要素：
[发明要解决的问题]
在实施对光纤母材进行加热而在端部形成缩窄形状部的加工的情况下，存在由光纤母材产生的si化合物微粒子再次附着在光纤母材表面而使光纤母材的表面粗化的情况。
[解决问题的手段]
本发明的第一形态提供一种制造方法，是利用加热器对光纤母材进行加热而在端部形成缩窄形状部的拉丝用光纤母材的制造方法，包括如下阶段：通过邻接于所述加热器配置的整流部件，形成阻止包含si化合物的气体沿着所述光纤母材的表面流动的气流，所述si化合物是由被所述加热器加热后的所述光纤母材产生；以及一边维持所述气流，一边拉取被所述加热器加热而软化的所述光纤母材的一部分而形成所述缩窄形状部。
本发明的第二形态提供一种制造装置，制造拉丝用光纤母材，且具备：加热器，对光纤母材进行加热；整流部件，邻接于所述加热器而配置，形成阻止包含si化合物的气体沿着所述光纤母材的表面流动的气流，所述si化合物是由被所述加热器加热后的所述光纤母材产生；以及拉取部，拉取被所述加热器加热而软化的所述光纤母材的一部分而在端部形成缩窄形状部。
所述发明内容并未列举出所有本发明的特征。这些特征群的次组合也能成为发明。
附图说明
图1是光纤母材200的示意性剖面图。
图2是制造装置100的示意性剖视图。
图3是制造装置100的示意性剖视图。
图4是制造装置100的示意性剖视图。
图5是拉丝用光纤母材300的示意性剖视图。
图6是制造装置100的示意性局部放大剖视图。
图7是制造装置100的示意性局部放大剖视图。
[符号的说明]
100制造装置
110炉体
111下部炉壁
112盖部炉壁
113上部炉壁
119供给口
120隔热材
121底部隔热材
122下部隔热材
123盖部隔热材
124上部隔热材
130加热器
132电极部件
134电力供给部
140整流部件
141凸缘部
142筒状部
150辊
160夹头
200光纤母材
201非有效部
202有效部
203引出部
210芯材
220包覆材
230虚设部
300拉丝用光纤母材
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。下述实施方式并不限定权利要求书的发明。下述实施方式中所说明的特征的组合未必全部为解决问题的手段所必须的。
图1是光纤母材200的示意性剖视图。图示的光纤母材200处于通过下述拉拔加工成为拉丝用光纤母材之前的阶段。
光纤母材200至少在长度方向的中央具有圆柱状部分，且所述光纤母材200具有配置在直径方向中央的芯材210以及从周围包围芯材210的包覆材220。芯材210是由高透明度且高折射率的材料形成。包覆材220是由折射率相对低于芯材210的材料形成。
在对光纤母材200进行加工的情况下，如图中点线所示，在长度方向的两端部结合虚设部230。虚设部230由例如玻璃材料形成，通过熔接而结合于光纤母材200。由此，固持一个虚设部230，能够以不接触光纤母材200的方式将光纤母材200支撑、固定。另外，通过固持另一个虚设部230并拉取，能够以不接触光纤母材200本身的方式对光纤母材200作用张力。
光纤母材200是利用mcvd法(metalorganicchemicalvapordepositionmethod，改良化学气相沉积法)、pcvd法(plasma-activatedchemicalvapordepositionmethod，等离子体化学气相沉积法)、vad法(vapor-phaseaxialdepositionmethod，气相轴向沉积法)、ovd法(outsidevapordepositionmethod，外部气相沉积法)、管棒法(rod-in-tube)法等各种方法而制造。在利用任一种制造方法制造时，均在光纤母材200的两端形成非有效部201。
在非有效部201，包覆材220的内部不存在芯材210。因此，非有效部201即便进行拉丝也不会形成将光封闭传送的光纤。因此，在制造光纤时，在拉丝之前从光纤母材200去除非有效部201，成为芯材210存在到端部为止的状态。
另外，在拉出光纤时，光纤母材200优选呈外径连续减小且在端部成为细径的缩窄形状。因此，在拉丝之前，去除非有效部201的同时还一并实施拉拔加工，所述拉拔加工是在光纤母材200的端部形成缩窄形状。
图2是表示制造装置100的构造的示意性剖视图。该制造装置100用于从光纤母材200去除非有效部201并形成缩窄形状的加工。制造装置100具备配置在由纵长炉体110形成的炉体内部的隔热材120、加热器130及整流部件140、以及配置在炉体的外部下方的拉取辊150。
炉体110整体呈纵长的筒。炉体110是依次叠放下部炉壁111、盖部炉壁112及上部炉壁113而形成。
下部炉壁111具有上表面打开的圆筒状形状，且在底部中央具有引出光纤母材200下端的孔。下部炉壁111的底部内表面及侧壁内表面被依次叠放的底部隔热材121及下部隔热材122覆盖。
下部炉壁111的上端被重叠于下部炉壁111之上的盖部炉壁112密封。盖部炉壁112的中央具有能够供光纤母材200插通的孔。另外，盖部炉壁112的内表面也被叠放于下部隔热材122的盖部隔热材123覆盖。盖部炉壁112及盖部隔热材123在更换炉体110内部的加热器130时能够从炉体110拆卸。
进而，在盖部炉壁112的上表面堆叠直径比下部炉壁111小的上部炉壁113。上部炉壁113的上端具有供连结于光纤母材200的虚设部230的上端插通的孔。上部炉壁113及上部隔热材124在将光纤母材200插入到炉体110内部时能够从炉体110拆卸。
在上部炉壁113的上端附近的侧面，设置从外部向炉体110内部供给惰性气体的供给口119。通过经由供给口119使炉体110内部充满氩气、氮气等惰性气体，而能够防止由碳等形成的包含底部隔热材121、下部隔热材122、盖部隔热材123及上部隔热材124的隔热材120因氧化而劣化。另外，也能抑制碳制加热器130因氧化而劣化。
加热器130在炉体110的下部炉壁111的内部配置在底部隔热材121、下部隔热材122及盖部隔热材123的内侧。此外，近年来，光纤母材200大直径化，外径达约200mm。在对这种直径较大的光纤母材进行拉拔加工时，难以利用气体燃烧器对整体均匀地加热。因此，作为制造装置100的加热器130，使用从外部接收电力供给的电加热器。
因此，加热器130具有成为从外部供给电力的连接端子的电极部件132。电极部件132在加热器130的电源为单相电源时，在加热器130的圆周方向上等间隔地配置两个，在加热器130的电源为三相电源时，在加热器130的圆周方向上等间隔地配置三个。电极部件132的上端在炉体110的直径方向上朝向外侧水平延伸，并与电力供给部134的一端结合。因此，也可以说整流部件140配置在电极部件132所存在的区间。
电力供给部134被固定于炉体110，并且朝向炉体110的直径方向外侧延伸，水平贯通下部炉壁111及下部隔热材122。由此，电力供给部134的一端露出于炉体110的外部。电力供给部134具有内部供水等冷媒循环的构造，从而防止炉体110的外部侧的温度变得极高。
电极部件132通过将它的上端载置于电力供给部134的内侧端部，而将加热器130定位成悬挂于炉体110的内部。另外，能够通过电力供给部134及电极部件132从炉体110的外部对炉体110内部的加热器130供给电力。
在炉体110的内部，在加热器130的上方，邻接于加热器130而配置整流部件140。整流部件140具有凸缘部141及筒状部142。整流部件140例如也可以与隔热材120等同样地由碳形成。
整流部件140的筒状部142为内径及外径大致固定的圆筒状，且配置在炉体110的下部隔热材122及盖部隔热材123的内侧。另外，筒状部142也可以配置在加热器130的电极部件132的内侧。筒状部142不接触于光纤母材200，具有使光纤母材200贯通的内径。由此，在炉体110内，光纤母材200被筒状部142包围。
整流部件140的凸缘部141从筒状部142的上端朝向直径方向外侧扩展。凸缘部141比盖部隔热材123的孔的内径宽。由此，在制造装置100的内部，凸缘部141的外缘夹在盖部隔热材123的上表面与上部隔热材124的下端之间。由此，整流部件140在炉体110的内部被定位。
整流部件140在将炉体110的上部炉壁113及上部隔热材124拆卸时，能够从盖部隔热材123提拉而进行更换。由此，整流部件140已劣化时能够进行更换。另外，能够根据制造装置100的运转条件、插入到制造装置100的光纤母材200的外径等，从内径互不相同的多个整流部件140中选择适当的整流部件加以使用。
进而，制造装置100具备配置在炉体110的外部上方的夹头160。夹头160用在固持虚设部230而悬挂光纤母材200的情况下，所述虚设部230与被收容在炉体110内部的光纤母材200的上端结合。
另外，制造装置100具备配置在炉体110的外部下方的拉取辊150。拉取辊150是通过夹着与在炉体110内部被加热后的光纤母材200结合的虚设部230并旋转，而对收容在炉体110内的光纤母材200作用张力，从下端拉取光纤母材200。由此，对光纤母材200作用张力，去除光纤母材200的下端侧端部，且能够形成缩窄形状。
图3是说明使用制造装置100的拉拔加工的示意性剖视图。图3表示开始拉拔加工之前的状态，包含非有效部201的光纤母材200被装填在制造装置100的内部。
光纤母材200的图中上端通过熔接与虚设部230的图中下端结合。虚设部230的上部在炉体110的外侧被夹头160固持。由此，光纤母材200以不接触于周围炉壁的方式收容在炉体110的内部。
收容在炉体110内的光纤母材200的下端附近位于加热器130的内侧。由此，当加热器130开始加热时，位于光纤母材200的下端附近的非有效部201被加热。
另外，在制造装置100中，在利用加热器130对光纤母材200进行加热之前，从供给口119向炉体110内供给惰性气体。所供给的惰性气体最初被填充在上部炉壁113的内部，不久被朝向下部炉壁111挤出。由此，在炉体110内充满惰性气体，隔热材120及加热器130与含氧气的大气阻断。由此，即便隔热材120及加热器130的温度上升，也能抑制这些部件因氧化而劣化。
图4是制造装置100的示意性剖视图。图4中示出了制造装置100中从光纤母材200拉取非有效部201的情况。
首先，从炉体110内充满惰性气体的状态起，一边进一步向炉体110内供给惰性气体，一边对加热器130供给电力而加热光纤母材200。在加热器130的内侧已被加热一部分的光纤母材200中，被加热器130包围的包含非有效部201的区域软化。
在该状态下，通过使夹着下侧虚设部230的拉取辊150如图中箭头所示那样旋转，而能够从下端侧拉取光纤母材200。另外，对应于光纤母材200的一部分被拉取辊150拉取，夹头160下降，加热器130对光纤母材200的加热位置逐渐移动。由此，光纤母材200从图中下端侧起依次被向下方拉取。
不久成为具有芯材210的有效部202的一部分被拉取辊150拉取的状态。这样一来，从光纤母材200的下端侧去除非有效部201，光纤母材200的下端侧成为芯材210存在到下端为止的有效部202。另外，在光纤母材200的下端，有效部202形成缩窄形状。
图5是表示以所述方式制造出的拉丝用光纤母材300的示意性剖视图。在拉丝用光纤母材300中，至少在图中下侧，成为芯材210存在到端部为止的有效部202。
另外，在拉丝用光纤母材300的下端侧，切掉被拉取辊150夹着的部分，在有效部202的图中下端形成缩窄形状。这样一来，具有芯材210且具有缩窄形状的拉丝用光纤母材300的端部在拉出光纤时成为开始光纤拉丝的引出部203。
图6是将图3中虚线所示的圆p所包围的区域放大表示的局部放大剖视图。如图6所示，整流部件140的筒状部142具有比光纤母材200的外形大的固定内径，且在光纤母材200的长度方向上邻接于加热器130而配置。由此，被供给至相对于整流部件140为图中上侧的惰性气体形成在光纤母材200与筒状部142之间流动的气流。
另外，设置在整流部件140的图中上端的凸缘部141从筒状部142向外侧扩展，夹在盖部隔热材123与上部隔热材124之间。由此，筒状部142的外侧与下部隔热材122及盖部隔热材123之间被凸缘部141封阻。由此，整流部件140在与光纤母材200的表面分离的位置，阻断在光纤母材200的长度方向上流动的惰性气体的气流。
因此，在制造装置100中，从供给口119供给的惰性气体如图中箭头所示那样，沿着光纤母材200的表面流动。另外，光纤母材200与整流部件140的筒状部142的间隔在光纤母材200的长度方向上为固定，因此在光纤母材200与整流部件140之间，惰性气体的线速度大致固定。
图7是表示图6所示的a-a'截面的局部水平剖视图。此外，在图7中，为了表示出位置关系，以虚线表示原本a-a'截面中未示出的加热器130。
如图所示，在加热器130的上部附近，在存在电极部件132及电力供给部134的位置和不存在电极部件132及电力供给部134的位置，光纤母材200周围的空间大小不同。然而，由于整流部件140的筒状部142位于电极部件132的内侧，所以不论有无电极部件132等，整流部件140所存在的截面上，形成惰性气体气流的空间厚度在光纤母材200的圆周方向上均为固定。
这样一来，在制造装置100中，沿着光纤母材200的表面形成光纤母材200的长度方向上以及圆周方向上均具有固定宽度的惰性气体流路。由此，通过从位于炉体110上部的供给口119供给惰性气体，而能够在相对于惰性气体的流动为加热器130的上游侧，沿着光纤母材200的表面形成均匀的气流。
此外，在制造装置100中制造具有引出部203的拉丝用光纤母材300的过程中，从被加热器130加热后的光纤母材200挥发si化合物。所挥发的si化合物如果到达至光纤母材200的表面中与加热器130分离的区域也就是温度相对较低的区域，那么会作为sio微粒子、sio2微粒子等附着于该区域。
当si化合物微粒子附着于光纤母材200的表面时，该区域的表面粗糙度变高，而容易附着污垢。如果在光纤母材200上附着有污垢的状态下进行拉丝，那么存在因拉丝所需的加热而导致污浊部分的结晶化增强，光纤的强度明显下降，或产生外径变动的情况。
光纤母材200上产生的污浊仅用碎布等擦拭难以去除，例如可利用氢氟酸进行清洗而去除。然而，使用氢氟酸会导致环境负荷增大，并且使光纤母材200的制造成本上升。
然而，在制造装置100中，通过邻接于加热器130的整流部件140，形成沿惰性气体的流通方向从上游侧朝向加热器130流动的气流。该气流通过从供给口119持续供给惰性气体而维持。由此，阻止包含所挥发的si化合物的气体沿着光纤母材200的表面流动。另外，由于形成在整流部件140内侧的流路具有均匀的宽度，所以惰性气体不易产生紊流，从而防止将包含所挥发的si化合物的氛围上卷到光纤母材200的低温侧。
此外，在将整流部件140配置在加热器130与光纤母材200之间的情况下，利用整流部件140阻断辐射热，加热器130对光纤母材200进行加热的效率降低。如果为了弥补该效率降低而使加热器130的输出上升，那么加热器130的寿命变短。由此，优选在加热器130与光纤母材200之间不配置整流部件140。
另外，在制造装置100中，包含从光纤母材200挥发的si化合物的气体的一部分一边滞留在位于整流部件外侧的区域q(参照图6及图7)，一边逐渐下降而从炉体110的下端被排出到炉外。在从区域q到炉体110下端的区域，光纤母材200的表面为高温，因此这些区域不会因附着si化合物微粒子而产生污浊。
制造装置100中的光纤母材200及整流部件140之间的惰性气体气流的线速度优选为每秒1.3m以上且小于每秒10m。当线速度小于1.3m/s时，无法充分排除来自光纤母材200表面的包含si化合物的气体，有产生污浊的情况。另一方面，如果线速度为每秒10m左右，那么能够防止污浊，也可以不使线速度进一步增加。由此，如果使线速度为每秒10m以上，那么惰性气体消耗无用地增加，所以在工业上欠佳。此外，惰性气体的所述线速度是将基于惰性气体流经的流路的截面面积与惰性气体的供给量算出的线速度利用基于加热器温度算出的惰性气体的体积变化修正后的加热器温度换算值。
此外，在光纤母材200的长度方向上，加热器130与整流部件140的间隔优选较窄。然而，如果在加热前的阶段使加热器130与碳制整流部件140的间隔为3mm以下，那么被加热后的整流部件140与加热器130的间隔因热膨胀而变窄，从而有从加热器130产生火花的情况。另一方面，如果在光纤母材200的长度方向上，加热器130与整流部件140的间隔超过80mm，那么有在加热器130与整流部件140之间，光纤母材200上因si化合物微粒子而产生污浊的情况。
另外，从缩小流路的截面面积使流速上升的观点来看，整流部件140的形状不限于筒型。但是，如果惰性气流产生紊流，那么有将包含从光纤母材200挥发的si化合物的气体卷入图中上方的情况。由此，整流部件140的形状优选为沿着光纤母材200的周围均等或者对称的形状。另外，整流部件140的形状优选为沿着光纤母材200的长度方向呈不产生紊流的平滑的形状。
进而，惰性气体的供给口119并不限于炉体110上部的一处，只要比整流部件140更靠上游侧，那么也可以在光纤母材200的长度方向以及圆周方向上设置多个。另外，虽然对整流部件140形成气流无帮助，但主要为了保护隔热材120及加热器130不被氧化，也可以在比整流部件140更靠下游侧进而设置导入惰性气体的供给口119。
而且，所述例中的制造装置100设为固定光纤母材200的上端并从下端拉取非有效部201的构造。然而，也可以由如下构造形成制造装置100，即，设为固定光纤母材200的下端而拉取上端的构造，在加热器130的下侧配置整流部件140，进而从其下侧供给惰性气体。
[实验例]
使如图2所示那样具备整流部件140的制造装置100如图3及图4所示那样运转，制造具有引出部203的拉丝用光纤母材300。另外，为了进行比较，在形成引出部203的阶段，变更从供给口119的惰性气体的供给量，改变形成于整流部件140内侧的气流的流速，在此状态下形成引出部203，并评估所制作出的拉丝用光纤母材300的品质。
但是，在运转中的制造装置100的内部，难以直接测定在整流部件140内侧流动的惰性气体的线速度。因此，基于从相对于整流部件140为上游侧的供给口119供给至炉体110内部的惰性气体的量、形成在整流部件140及光纤母材200之间的惰性气体的流路的空间截面面积以及加热器130的加热温度，近似地算出整流部件140内侧的惰性气体的线速度。
在加热器温度为2040℃、整流部件140的内径为220mm、光纤母材200的外径为195mm的情况下，使供给到上部炉壁内的惰性气体的量从每分钟30nl变化到每分钟500nl，观察光纤母材200的表面所产生的污浊的状态。结果确认到，气流量为每分钟75nl(以2040℃换算相当于1.30m/s)以上时不会产生污浊，但为每分钟60nl(以2040℃换算相当于1.04m/s)以下时产生污浊。
这样一来，通过在形成有沿着光纤母材200的表面流动的惰性气流的状态下制作引出部203，能够防止拉丝用光纤母材300中产生污浊，进而能够延长炉体110的寿命。由此，能够提高光纤的品质。另外，也有助于提高光纤的生产效率，降低光纤成本。
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。本领域技术人员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。