(57)【要約】光ファイバの被覆除去システムは、空気供給源と、非常に持続時間の短い空気流を発生させる手段とを備えている。ヒータが空気流を、光ファイバの外被を除去するのに十分な温度に加熱し、その際にヒータは、その空気流を熱源から隔離した状態で加熱する。ヒータは、ヒータコアと、このヒータコアに囲繞されたヒートチャンバとを備えており、ヒータコアは、例えば導電性フィラメントなどの発熱エレメントを備えている。螺旋形状の空気流管が、ヒータコアの外面を囲繞しており、この空気流管はヒートチャンバに連通している。空気流管に空気が流入したならば、その空気が空気流管の中を流れてヒートチャンバへ流入し、そしてヒートチャンバから流出するまでの間に、発熱エレメントからその空気へ熱が伝達される。１回分の加熱した空気流によって、光ファイバの外被を除去することができ、それに要する時間は１秒未満である。        
2004521375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外被を備えた光ファイバの被覆除去システムにおいて、
ａ）空気供給源と、
ｂ）前記空気供給源から圧縮空気を比較的短い時間ずつ放出させることによって前記空気供給源から１つないし複数の空気流を発生させる手段と、
ｃ）前記空気流を光ファイバの外被を除去するのに十分な所定温度に加熱するヒータとを備え、
前記ヒータが、
イ）熱を発生させる発熱エレメントと、
ロ）前記空気流を前記熱源から隔離した状態で前記発熱エレメントの熱を前記空気流へ伝達する熱交換器とを備えている、
ことを特徴とする被覆除去システム。
【請求項２】
前記所定温度が約７００℃から約１１００℃の間の温度であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記比較的短い時間が約１秒以下であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記ヒータが石英を用いて構成されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の空気流を発生させる手段が、
ａ）空気圧を発生させる加圧ポンプと、
ｂ）前記加圧ポンプが発生させる空気圧を制御するための空気圧制御器と、
ｃ）前記空気圧制御器に応答し、前記空気供給源から流出する空気の流量を制御することによって、前記空気供給源から複数の空気流を制御可能に放出させる空気流量制御器と、
を含んでいることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記空気流量制御器が弁からなることを特徴とする請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記空気流量制御器が更に、前記弁の開弁持続時間を制御するタイマ回路を備えていることを特徴とする請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記ヒータの流出口から前記光ファイバへ加熱空気流を吹き付けさせて、所定時間内だけ前記光ファイバの全長を前記加熱空気流に接触させる手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記所定時間が約１秒以下であることを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記空気供給源に接続された、１つないし複数の空気流を前記ヒータの流入口へ流入させる空気注入ノズルを更に備えたことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記空気供給源の空気を濾過するためのエアフィルタを更に備えたことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
光ファイバの被覆除去システムにおいて、
ａ）被加熱物質の供給源と、
ｂ）前記供給源から流出する前記被加熱物質の流量を制御する制御器であって、前記供給源から前記被加熱物質を比較的短い時間ずつ周期的且つ制御可能に放出させる手段を含む制御器と、
ｃ）前記被加熱物質を光ファイバの被覆を除去するのに十分な温度に加熱するヒータとを備え、
前記ヒータが、
イ）熱を発生させる熱源と、
ロ）前記被加熱物質を前記熱源から隔離した状態で前記熱源の熱を前記被加熱物質へ伝達する手段とを備えている、
ことを特徴とする被覆除去システム。
【請求項１３】
前記被加熱物質が、空気、気体、及び流体のうちの少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
外被を備えた光ファイバの被覆除去方法において、
ａ）熱源を有するヒータを用意し、
ｂ）比較的短い時間ずつ持続する複数の空気流を発生させ、
ｃ）前記複数の空気流のうちの１つないし幾つかを前記ヒータへ流入させ、それら空気流を前記熱源から隔離した状態でそれら空気流を所定の温度に加熱し、
ｄ）前記複数の空気流のうちの１つないし幾つかを光ファイバの所定長さ部分に吹き付けて所定時間内に光ファイバの外被を熱的に除去する、
ことを特徴とする被覆除去方法。
【請求項１５】
前記１つないし幾つかの空気流を発生させるステップにおいて、
ａ）空気供給源の内部に空気圧を作り出し、
ｂ）前記空気供給源の内部の空気圧と、前記空気供給源から流出する空気の流量とを制御して、前記空気供給源から空気を比較的短い時間ずつ放出させる、
ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記温度が約７００℃から約１１００℃の間の温度であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記比較的短い時間が約１秒以下であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
ヒータにおいて、
ａ）少なくとも１つの発熱エレメントを含むヒータコアと、
ｂ）前記ヒータコアの中に配設されたヒートチャンバと、
ｃ）前記ヒータコアの外面を囲繞して、前記ヒートチャンバに連通した空気流管とを備え、
前記空気流管へ空気が流入したならば、流入空気が前記空気流管の中を流れて前記ヒートチャンバの中へ至るまでの間に前記ヒートコアの熱が流入空気へ伝達され、それによって流入空気が前記発熱エレメントに接触することなく所定温度に加熱されるようにした、
ことを特徴とするヒータ。
【請求項１９】
前記所定温度が光ファイバの外被を除去するのに十分な温度であることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項２０】
前記温度が約７００℃から約１１００℃の間の温度であることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項２１】
流入空気を前記所定温度に加熱するための所要時間が約３０秒を超えないことを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項２２】
前記空気流管が、空気が流入する流入側端部と、反対側端部とを備えており、前記反対側端部において前記ヒートチャンバに溶接されていることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項２３】
前記空気流管が略々螺旋形状であることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項２４】
前記螺旋形状のの流管が、複数の巻数を有する円筒コイル体を形成していることを特徴とする請求項２３記載のヒータ。
【請求項２５】
前記円筒コイル体の内径が約１．５インチ（約３８ｍｍ）であることを特徴とする請求項２４記載のヒータ。
【請求項２６】
前記ヒータコアが略々中空円筒体として形成されていることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項２７】
前記ヒートチャンバの外周面と前記円筒コイル体の内周面との間に内部空間が画成されており、前記内部空間の形状が、その中に前記ヒータコアを挿脱できる形状であることを特徴とする請求項２４記載のヒータ。
【請求項２８】
前記ヒータコア及び前記ヒートチャンバが石英製であることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項２９】
前記発熱エレメントが、両端に電圧を印加することで発熱する導電性フィラメントから成ることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項３０】
前記導電性フィラメントが前記中空円筒体に挿通巻回されて導電性コイルを画成しており、該導電性コイルは、前記中空円筒体を囲繞するように巻回されていて、その両端に電圧が印加されることによって、熱エネルギを放射するものであることを特徴とする請求項２９記載のヒータ。
【請求項３１】
前記導電性コイルが、該導電性コイルの径方向内方である第１方向と、それと略々反対方向であり該導電性コイルの径方向外方である第２方向とに、前記熱エネルギの熱流経路を画成するものであることを特徴とする請求項３０記載のヒータ。
【請求項３２】
前記ヒータコアが交換可能なヒータコアであることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項３３】
前記交換可能なヒータコアの動作寿命が約５０００時間であることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項３４】
長さが約１０インチ（約２５０ｍｍ）であり、幅が約４インチ（約１００ｍｍ）であることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項３５】
前記ヒートチャンバ内の温度を制御する温度制御器を更に備えたことを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項３６】
前記ヒータコアが複数の管状エレメントを含んでおり、それら管状エレメントは、各々が第１端部と反対側端部とを有し、前記複数の管状エレメントは、各々が互いの間に間隔を空けて、円環を成すように並べて配設されており、前記複数の管状エレメントは、各々の前記第１端部及び前記反対側端部の近傍において互いに溶接されており、それによって中空円筒体の周壁部が形成されていることを特徴とする請求項１８記載のヒータ。
【請求項３７】
前記複数の管状エレメントは、その各々の外径が約３ｍｍであり、内径が約２ｍｍであり、隣り合う管状エレメントどうしの間の間隔が約３ｍｍであることを特徴とする請求項３６記載のヒータ。
【請求項３８】
物質を加熱するためのヒータにおいて、
ａ）少なくとも１つの発熱エレメントを含むヒータコアと、
ｂ）前記ヒータコアの中に同心的に配設された内部ヒートチャンバと、
ｃ）流入側端部を有し、第２端部において前記ヒートチャンバに接続され、前記ヒータコアの外面を囲繞している流管とを備え、
前記流管の前記流入側端部へ前記物質が流入したならば、前記物質が前記流管の中を前記流入側端部から前記第２端部へ流れる間に、そして、前記物質が前記流管を通過する間に、前記発熱エレメントから前記物質へ熱が伝達され、それによって前記物質が前記ヒータコアに接触することなく所定時間内に所定温度に加熱されるようにした、
ことを特徴とするヒータ。
【請求項３９】
前記所定温度が光ファイバの外被を除去するのに十分な温度であることを特徴とする請求項３８記載のヒータ。
【請求項４０】
前記物質が、気体、流体、及び空気のうちの１つであることを特徴とする請求項３８記載のヒータ。
【請求項４１】
空気加熱システムにおいて、
ａ）空気供給源と、
ｂ）前記空気供給源から圧縮空気を比較的短い時間ずつ放出させることによって前記空気供給源から１つないし複数の空気流を発生させる手段と、
ｃ）前記空気流を光ファイバの外被を除去するのに十分な所定温度に加熱するヒータとを備え、
前記ヒータが、
イ）熱を発生させる発熱エレメントと、
ロ）前記空気流を前記熱源から隔離した状態で前記発熱エレメントの熱を前記空気流へ伝達する熱交換器とを備えている、
ことを特徴とする被覆除去システム。
【請求項４２】
加熱システムにおいて、
ａ）被加熱物質の供給源と、
ｂ）前記供給源から流出する前記被加熱物質の流量を制御する制御器であって、前記供給源から前記被加熱物質を比較的短い時間ずつ周期的且つ制御可能に放出させる手段を含む制御器と、
ｃ）前記被加熱物質を光ファイバの被覆を除去するのに十分な温度に加熱するヒータとを備え、
前記ヒータが、
イ）熱を発生させる熱源と、
ロ）前記被加熱物質を前記熱源から隔離した状態で前記熱源の熱を前記被加熱物質へ伝達する手段とを備えている、
ことを特徴とする被覆除去システム。
【請求項４３】
前記被加熱物質が、空気、気体、及び流体のうちの少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項４２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件特許出願は、米国特許出願第０９／７２４００１号（出願日：２０００年１１月２８日、発明の名称：Method For Stripping Fiber Optic Cable Without The Use Of Chemicals, While Preserving Near Virgin Strength（化学薬品を使用せずに略々新品時強度に近い強度を維持しつつ光ファイバケーブルの被覆を除去する方法））に基づく優先権、並びに、米国仮特許出願第６０／３０６８４９号（出願日：２００１年７月２０日、発明の名称：High Efficiency Heater（高効率ヒータ））、米国仮特許出願第６０／３０７２９７号（出願日２００１年７月２３日、発明の名称：High Efficiency Heater（高効率ヒータ））、米国仮特許出願第６０／３１０１７２号（出願日：２００１年８月３日、発明の名称：High Efficiency Heater（高効率ヒータ））、米国特許出願第０９／９７７１０７号（出願日：２００１年１０月１２日、発明の名称：Method And System For Stripping An Optical Fiber（光ファイバの被覆除去方法及び被覆除去システム））、及び米国特許出願第 号（出願日：２００１年１０月２５日、発明の名称：High Efficiency Heater（高効率ヒータ））に基づく優先権を主張するものであり、以上に列挙した特許出願は全て、本件特許出願の譲受人が所有する特許出願である。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバケーブルは最新の光デバイスや光通信システムなどに広く使用されている。光ファイバは通常、ポリマー被覆などの保護層で被覆されており、この保護層は、ファイバの表面が、化学的ないし物理的な損傷を受けることのないように保護している。光ファイバをきれいに切断して接続するためには、また、光ファイバに更に加工を施して、例えば光センサやその他の光通信ネットワークの構成部品などの、様々な光デバイスを製造する際には、この保護層を除去しなければならない。
【０００３】
従来からの被覆除去方法として、物理的に被覆を除去する方法、化学的に被覆を除去する方法、それに熱的に被覆を除去する方法があった。これら方法にはいずれも、数々の短所が付随している。物理的な被覆除去方法は、通常、ワイヤストリッパ（配線コードの被覆除去工具）に類似した被覆除去工具を使用して被覆を切断し、しごいて除去することによって行われる。この物理的な方法に付随する大きな短所は、多くの場合、ガラス製のファイバの表面に、引っ掻き傷を付けてしまうということにある。その結果として、クラックが入り、光ファイバの引張強度が低下することになる。例えば、光ファイバの引張強度は、物理的な被覆除去を施す前には約１５〜１６ポンド（約６．８〜７．３ｋｇ）であったものが、物理的な被覆除去を施した後には約３〜５ポンド（約１．４〜２．３ｋｇ）に低下することがある。これによって、光ファイバの耐用年数が縮まることになる。
【０００４】
化学的な被覆除去方法においては、溶剤または高濃度の酸を使用して、ポリマー被覆を除去するようにしている。酸を使用する従来の被覆除去方法では、９５％の硫酸と５％の硝酸とを混合した混酸が、しばしば用いられている。この従来の方法によれば、引張強度の低下は僅かで済むが、その替わりに、多くの場合、接続箇所のファイバの表面に酸が残留することになる。そのため、二酸化チタンカラーコードファイバに対して化学的な被覆除去方法を適用した場合には、接続強度の低下が生じていた。更に、従来行われていた化学的な被覆除去方法は、非常に高コストであった。加えて、化学的な被覆除去方法には、その性質上、安全面における大きな懸念が常に付随することになる。酸による被覆除去を行うためには、換気設備や安全設備などが必要とされる。酸による被覆除去作業に従事する作業員には、良好な換気状態の作業領域を有する施設が必要であり、その作業領域には酸の蒸気を排除するための排気フードないし換気フードを備えることが望まれる。また、かかる作業に従事する作業員には更に、種々の防護装備も必要であり、例えば、酸によるやけどを防ぐための防護服や防護手袋、それに、空気中の酸の蒸気から身体を守るための呼吸防護具などが必要である。以上に加えて更に、酸の貯蔵、取扱、及び輸送にも多大の危険が伴う。
【０００５】
熱的な被覆除去のプロセスは、熱を利用して被覆を除去するものである。特に、従来の幾つかの熱風式の被覆除去方法においては、ポリマー被覆に熱を与え、その被覆が破壊する温度まで熱することによって、そのポリマー被覆を膨張させ、破裂させ、そして、その被覆の下にある光ファイバから剥がれ落ちさせるようにしている。また、この種の従来の熱風式の被覆除去方法のうち、例えば米国特許第５９６８２８３号に開示されている方法では、光ファイバケーブルを直線移動させるようにしている。即ち、熱源に対して光ファイバケーブルを移動させて、光ファイバケーブル上の所定の２点間の部分を加熱することによって、その部分のポリマー被覆をめくれ上がらせ、光ファイバから剥がれ落ちさせるようにしている。また、この種の従来の方法のうちの１つに、４７０℃の熱風を光ファイバケーブル上のある１点から吹き付け始め、その熱風を光ファイバに沿って移動させて、ポリマー被覆をめくれ上がらせるようにしている方法もある。
【０００６】
以上の熱風式の被覆除去方法には、幾つもの短所が付随している。光ファイバケーブルを直線移動させるようにするにはコストもかかり、また、そうすることは非効率的でもある。更に、めくれ上がったポリマー被覆が、光ファイバケーブルにくっついたまま離れないことがあった。ポリマー被覆が光ファイバにくっついたまま離れないという事態が生じないように、それを防止するためには、ポリマー被覆の所定部分を光ファイバからめくれ上がらせて剥がれさせようとする前に、予めそのポリマー被覆を２箇所で光ファイバから剥離させておくことなどが必要とされていた。更に、上述した従来の熱風式の方法では、空気流を熱源で発生する炭素や金属酸化物に曝すことになるため、ファイバの表面に炭素粒子や金属酸化物粒子が付着するおそれがあった。これらの望ましからざる粒子がファイバの表面に付着してしまうと、時間の経過と共に、光ファイバの引張強度が低下して行くことがあり得る。
【０００７】
上述した米国特許第５９６８２８３号公報に開示されている方法や、それと類似したその他の方法には、更なる短所として、それら方法に使用する熱風式の熱源は、ポリマー被覆の加熱を開始する前に予め発熱させて、その熱源の温度を、ポリマー被覆を破壊することのできる温度にしておかねばならないということがあった。そのため多くの場合、毎回の被覆除去プロセスの開始前に、予め所定の時間に亘って、熱風を吹き出させておく必要があった。そのため、この種の従来の熱風式の被覆除去方法においては、その熱源として例えば、約４７０℃の熱風を発生させることのできる定格１５００ワットのヒートシュリンクガンなどの装置が使用されていた。そして、光ファイバの接続作業を反復して実行するときなどには、非常に高温の熱風を連続して吹き出し続けるようにしていた。しかしながら、非常に高温の熱風を連続して吹き出し続けると、装置が過熱することがあり、作業員にとって危険であった。
【特許文献１】米国特許第５９６８２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、光ファイバケーブルの被覆除去のための方法及び装置であって、以上に述べた短所を克服した方法及び装置が求められている。
更に一般化するならば、物質を加熱するための方法及び装置であって、より高速でしかも効率的に加熱することができ、しかも、加熱中に望ましからざる汚染物粒子がその物質に接触することがないようにして加熱することのできる方法及び装置が求められており、ここで物質とは、例えば、空気、その他の気体、流体などであり、無論それらだけに限定されるものではない。このような高効率ヒータを用いることが特に有用な分野には、例えば、様々な材料の加工処理の分野があり、無論そのような分野だけに限定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、熱的に光ファイバの被覆除去を行うための被覆除去システム及び被覆除去方法を提供する。熱風式の熱源から、加熱した持続時間の短い空気流を放出し、光ファイバの被覆除去しようとする部分の全長に亘って吹き付ける。この空気流の持続時間は１秒未満であり、その温度は約７００℃〜約１１００℃である。これによって光ファイバの外被は急速に蒸発し、その際に、光ファイバと熱源のいずれも移動させる必要はない。また、光ファイバの引張強度を新品時強度から低下させることなく、光ファイバの外被を除去することができる。光ファイバの表面に外被の残滓が残ることもなく、外被のめくれ上がりも発生しない。本発明の好適実施例では、加熱した空気流を使用しているが、その他の気体ないし流体などの、空気以外の物質を使用する実施例とすることも可能である。
【００１０】
本発明に係る光ファイバの被覆除去システムは、空気供給源と、この空気供給源から圧縮空気を短い時間ずつ放出させることにより、この空気供給源から複数の空気流を発生させる手段とを備えている。通常は、各々の空気流の持続時間を１秒未満とする。本発明の一実施例においては、複数の空気流を発生させる手段が、空気圧を発生させる空気圧発生器と、空気圧を制御する空気圧制御器と、空気供給源から流出する空気の流量を制御することで空気供給源から圧縮空気を非常に短い時間ずつ制御可能に放出させる空気流量制御器とを含んでいる。本発明の一形態においては、この空気流量制御器を、タイマ回路によって制御されるソレノイド弁としている。
【００１１】
この光ファイバの被覆除去システムは更に、次々と発生する持続時間の短い空気流を、光ファイバの外被を除去するのに十分な温度に加熱するヒータを備えている。通常、外被の除去に必要な温度は、約７００℃から約１１００℃の間の温度である。このヒータは、空気流をこのヒータの熱源に接触させない状態で、空気流を加熱するものである。この方式としたことで、例えば炭素粒子や酸化物粒子などのような、熱源で発生する望ましからざる汚染物質粒子に、空気流が曝されることを防止している。そして、これによって、それら望ましからざる粒子が、光ファイバの表面に付着することが防止されており、ひいては、時間の経過と共に光ファイバの引張強度が低下するという事態が防止されている。このヒータは、空気以外の、例えばその他の気体や流体などの物質も、効率的に加熱することのできるものである。
【００１２】
このヒータは、発熱エレメントを有するヒータコアを備えている。このヒータコアは、内部ヒートチャンバを囲繞している。また、ヒータコアの外面を、螺旋形状の空気流管が囲繞しており、この空気流管は、ヒートチャンバと連通している。空気供給源から空気流管へ空気流が流入したならば、その空気流が空気流管の中、及びヒートチャンバの中を流れる間に、ヒータコアの発熱エレメントで発生した熱がその空気流へ伝達される。この方式とすることで、空気流をヒータコアの発熱エレメントから隔離した状態で、その空気流を光ファイバの被覆を除去するのに十分な温度に加熱できるようにしている。こうして加熱した空気流を、ヒートチャンバの流出口に接続した放出ノズルから、光ファイバの被覆除去しようとする部分の全長に亘って吹き付ける。これによって、光ファイバの外被は、略々一瞬にして蒸発して除去される。
【００１３】
本発明はまた、光ファイバの被覆除去方法を提供するものである。この被覆除去方法においては、比較的短い時間ずつ持続する複数の空気流を発生させる。また、発生させた空気流を、発熱エレメントを有するヒータへ流入させる。そして、流入させた空気流を発熱エレメントに曝さない状態で、その空気流を光ファイバの外被を蒸発させるのに十分な温度に加熱する。１回分の空気流を、光ファイバの被覆除去しようとする部分の全長に亘って吹き付けるだけで、１秒未満で光ファイバの外被を熱的に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより、本発明を更に明瞭に理解することができる。
本発明は、光ファイバの外被を、超高速で除去することのできる被覆除去システム及び被覆除去方法を提供するものであり、本発明のシステムないし方法は、化学薬品を使用せず、また、光ファイバの引張強度を新品時強度から低下させることもない。更に、加熱効率も、従来技術と比べて格段に向上している。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例に係る光ファイバケーブルの被覆除去システム１０の模式的ブロック図である。先ず、その全体を概説するならば、システム１０は、空気供給源１２と、この空気供給源１２から、持続時間の非常に短い空気流を発生させる手段１４とを備えている。尚、図１に示した実施例では空気を使用しているが、例えば気体や流体などのその他の物質を使用してもよく、無論、それらに限定されるものでもない。このシステムは更に、ヒータ１６を備えており、このヒータ１６は、空気供給源から供給される空気流を、光ファイバの外被を除去するのに十分な温度にまで急速に加熱するものである。ヒータ１６は、空気以外の物質を加熱することもできるものであり、例えば、このヒータ１６を使用して、空気以外の気体や流体なども加熱することができる。
【００１６】
本発明の一実施例においては、空気供給源１２を、空気を貯留する圧力容器２０としている。この圧力容器２０に流入する空気を、エアフィルタ３４で濾過するようにしておくことが好ましい。それによって、オイル粒子や酸化物粒子などの汚染物質を含まない空気を、空気供給源１２から供給することが可能になる。また、空気に除湿剤を添加するようにしてもよい。
【００１７】
一実施例においては、持続時間の短い空気流を発生させる手段１４を、加圧ポンプ２２と、空気圧制御器２４と、空気流量制御器２６とを含むものとしている。加圧ポンプ２２は、圧力容器２０内に蓄圧するためのものである。空気圧制御器２４は、加圧ポンプ２２が作り出す圧力容器２０内の圧力を制御すると共に、圧力容器２０から流出して行く空気の圧力も制御する。空気圧制御器２４に加えて更に圧力スイッチ２１を併用し、この圧力スイッチ２１によって、圧力容器２０内の圧力が上限を超えず、且つ下限を維持するようにしてもよい。
【００１８】
空気流量制御器２６は、空気圧制御器２４に応答して、空気供給源から流出する圧縮空気の流量を制御し、圧縮空気を所望の持続時間だけ放出させることによって、持続時間の短い空気流を発生させるものである。空気流量制御器２６は、例えばソレノイド弁２８を含むものとすることができ、このソレノイド弁２８を用いて、圧力容器２０の空気圧を非常に短い時間間隔で反復して解放することによって、持続時間の短い空気流を次々と作り出すことができる。設定可能なタイマ回路３０を使用するようにしてもよく、このタイマ回路３０は、内蔵マイクロプロセッサによって構成することが好ましい。タイマ回路３０を用いて、ソレノイド弁のオンオフ切替を制御することにより、空気流の持続時間を制御することができる。圧力容器２０から放出される空気流は、ヒータ１６の流入口３４へ流入する。ヒータ及びタイマ回路へ電力を供給するための電源回路を備えるようにしてもよく、また、オンオフスイッチによって、ヒータ１６、空気圧制御器２４、及び空気圧制御器２６のオンオフ制御をするようにしてもよい。
【００１９】
図２は、本発明の一実施例に係るヒータ１００の全体図である。好適実施例におけるヒータ１００は、光ファイバの被覆除去に必要な非常に高温の空気温度を提供することのできるプロセスエアヒータであり、その空気温度は通常、約７００℃から約１１００℃の間の温度である。ヒータ１００は、低コストであること、高効率であること、小型であること、清浄性、それに最高温度を勘案した、独特の構成を備えたものである。ヒータ１００は、熱の大部分を内部ヒートチャンバ１１４に蓄熱した上で、このヒートチャンバ１１４の流出口から加熱した空気を放出するように構成してある。ヒータ１００を室温から目標温度まで加熱するのに要するランプタイムは、１０分間以下になるようにしておくことが好ましい。ヒータ１００は、１０５０℃を超える高い温度を発生し、且つ、その温度を長時間に亘って維持する能力を備えている。ヒータ１００は、交流１２０ボルトで動作するものであり、このヒータ１００への供給電力は、最大約５００ワットとすることが好ましい。図示の実施例におけるヒータ１００は、その長さが約１０インチ（約２５０ｍｍ）であり、その外径が約４インチ（約１００ｍｍ）である。
【００２０】
光ファイバの被覆除去を適切に行えるようにするには、プロセスエアヒータ１００によって、空気流の中に、いかなる種類のものであれ、汚染物質が混入されることがないようにしておく必要がある。空気流の中に汚染物質粒子が混入されると、光ファイバの被覆除去しようとする部分に加熱空気を吹き付けたときに、その光ファイバの表面に汚染物質粒子が付着してしまう。そして、その結果として、光ファイバの接続強度が低下することになる。
【００２１】
本発明におけるヒータ１００は、熱交換器を使用したものである。熱交換器を使用しているため、ヒータ１００は、空気流を高温の目標温度に加熱する際に、その空気流を、例えば金属酸化物粒子や炭素などの、ヒータの発熱エレメントから発生する汚染物質粒子に触れさせない状態で加熱することができる。また、その熱交換器は、接触熱伝達量、熱伝導量、及び放射熱伝達量が非常に大きくなるように構成したものである。このように熱交換器を使用しており、またそれと共に更に、図１に関して説明したエアフィルタ３４を使用しているため、酸化物粒子などをはじめとする、ヒータに由来する様々な汚染物質粒子が光ファイバに接触することが防止されている。本発明の方法ないしシステムを採用することで、従来の方法を用いた場合と比べて、被覆除去した光ファイバの引張強度が格段に高く、しかもばらつきの少ないものとなるのは、１つには、このように汚染物質粒子の接触が防止されていることに依るものである。
【００２２】
好適実施例における熱交換器は、ヒータコア１１２（図５に更に詳細に示した）と、内部ヒートチャンバ１１４と、ヒータコア１１２を囲繞する空気流管１１６とを備えたものである。一実施例においては、ヒータコア１１２を、このヒータ１００の交換可能な部品としている。ヒータコアを交換可能な部品とすることで、熱により劣化したヒータを交換するための費用を軽減し、また、ヒータの交換頻度を減らすことができ、更には、ヒータの動作寿命を５０００時間以上とすることができる。ヒータコア１１２は、円筒形の殻構造として、即ち中空円筒体として形成することが好ましい。ヒータコア１１２は、発熱エレメント１１３を備えている。好適実施例における発熱エレメント１１３は、両端に電圧を印加することで発熱する例えば電熱線などの導電性フィラメントとしてある。ヒートチャンバ１１４は、ヒータコア１１２の内部に位置している。
【００２３】
空気流管１１６は、ヒータコア１１２の外面を囲繞する螺旋形状のものとすることが好ましい。こうすることによって、内部ヒートチャンバ１１４と外側の螺旋流管１１６との間に、収容空間である間隙領域１１９が画成される。この間隙領域１１９の形状も中空円筒形であり、この間隙領域１１９の寸法は、この間隙領域にヒータコア１１２を容易に圧入できる寸法としている。ヒータコアが交換可能な実施の形態とする場合には、この間隙領域１１９を、その中に交換可能なヒータコアを容易に挿脱できるようにしておく。
【００２４】
空気流管１１６は、この空気流管１１６の一方の端部１１７において、ヒートチャンバ１１４に連通している。空気流管１１６は、空気供給源１２から空気流が流入する流入側端部１１８を有する。空気供給源１２からこの流入側端部１１８へ空気流を流入させるには、例えば空気注入ノズルなどを用いる。空気流管１１６へ空気流が流入したならば、その流入空気が空気流管１１６の中を流れてヒートチャンバ１１４の中へ至るまでの間に、ヒートコア１１２の発熱エレメント１１３の熱がその流入空気へ伝達される。この方式とすることによって、空気流が、発熱エレメント１１３及びヒータコア１１２に接触することなく、光ファイバケーブルの被覆除去に必要な高温に加熱されるようにしている。
【００２５】
ヒートチャンバ１１４には、一旦、ヒートコア１１２の発熱エレメント１１３が発生する熱の大部分を蓄熱し、しかる後に、このヒートチャンバ１１４から、加熱した空気流を放出させるようにする。流出口２０１には、空気放出ノズル２０５が接続されており、被覆を除去しようとする光ファイバへ向けて、ヒートチャンバ１１４から加熱した空気流を吹き付ける際には、この空気放出ノズル２０５を介して吹き付けがなされる。従来の方法では、光ファイバの被覆を除去するために、高温の空気を連続的に放出し続けていたのに対して、本発明においては、ヒートチャンバ１１４に蓄熱した上で、持続時間の短い空気流を発生させるようにしており、その空気流の温度は、約７００℃から約１１００℃の間の温度である。こうして加熱した空気流を、光ファイバの被覆除去すべき部分の全長に亘って吹き付け、この吹き付ける空気流の持続時間は１秒未満である。被覆を除去しようとする部分のポリマー被覆は、その全体が殆ど一瞬のうちに蒸発する。更に、１回の吹き付けとその次の回の吹き付けとの間にランプタイムを確保する必要はなく、その間は高温の空気流は吹き出していない。
【００２６】
図３．ａは、一実施例に係る内部ヒートチャンバ１１４の側面図である。図示の実施例におけるヒートチャンバ１１４の寸法は、その外径が約１．１２５インチ（約２８．６ｍｍ）であり、その長さが約８．０インチ（約２０３ｍｍ）である。ヒートチャンバ１１４は流出口２０１を備えており、加熱された空気流は、この流出口２０１を介してヒートチャンバ１１４から流出する。ヒートチャンバ１１４と空気流管１１６とは、ヒートチャンバ１１４の底部１４１において溶接しておくことが好ましい。ヒータの中を流れる空気流の流速は、空気流管１１６の中を流れているときよりも、ヒートチャンバ１１４の中へ入った後の方が低速になる。このように流速が低下することによって、より多くの熱が、プロセスエアである空気流に吸収される。
【００２７】
好適実施例においては、ヒートチャンバ１１４の内部に温度制御器２１０が配設されており、この温度制御器２１０は、ヒートチャンバ１１４の内部の温度を測定して、その温度をフィードバック制御するためのものである。この温度制御器は、熱電対２１０で構成することが好ましく、この熱電対２１０は、細管というべき小径管２１１の中に収容される。小径管２１１は、その第１端２１２が閉塞し、第２端２１３が開放しており、開放している第２端から熱電対を挿入する。熱電対２１０を使用することによって、プロセスエアである空気流の温度を正確に測定することができ、しかもその測定プロセスにおいて空気流を汚染することがない。
【００２８】
図３．ｂは、ヒートチャンバ１１４の寸法を例示した上面図である。図示の実施例におけるヒートチャンバ１１４の内径は、約１．０インチ（約２５．４ｍｍ）である。また、図示例において、高温の空気を流出させる空気放出ノズル１２１の差し渡し寸法は、約０．２５インチ（約６．４ｍｍ）である。
【００２９】
図４．ａは、ヒータコアの外周を囲繞する、螺旋形状の空気流管の側面図である。この螺旋形状の空気流管１１６も、石英製とすることが好ましい。また、この螺旋形状の空気流管１１６が、複数の巻数を有する円筒コイル体を画成するようにすることが好ましい。ヒートチャンバ１１４の外周面とこの円筒コイル体の内周面とによって、間隙領域１１９が画成されており、この間隙領域１１９の形状は中空円筒形であり、この間隙領域１１９にヒータコア１１２を圧入することができる。螺旋形状の空気流管１１６は、流入側端部１１８と、反対側端部１３１とを備えている。流入側端部１１８には、空気注入ノズル１２１が接続されており、この空気注入ノズル１２１は、空気供給源１２（図１に示した）から空気流管１１６へ空気流を流入させるためのものである。既述のごとく、空気流管１１６は、反対側端部１３１においてヒートチャンバ１１４に溶接されており、それによって、空気流管１１６からヒートチャンバ１１４へ空気流が流入できるようになっている。加熱された空気流がヒートチャンバ１１４から流出して行くときには、放出ノズルを介して放出され、この放出ノズルは、図示の如く、ヒートチャンバ１１４の流出口に接続している。
【００３０】
図４．ｂは、空気流管１１６の寸法を例示した上面図である。図示の実施例では、外側に配設される螺旋形状の空気流管１１６は、その内径が１．５インチ（約３８．１ｍｍ）である。また、この螺旋流管１１６の内径と外径との差は、図示の如く、約０．３７５インチ（約９．５ｍｍ）である。また、図３．ｂに関して説明したように、内部ヒートチャンバ１１４の外径は１．１２５インチ（約２８．６ｍｍ）である。従って、内部ヒートチャンバと外側の螺旋流管との間に形成される中空円筒形の間隙領域１１９の厚さは、次の式で与えられる。
【００３１】
（１．５−１．１２５）／２＝０．１８７５インチ（約４．７６ｍｍ）
図５．ａ及び図５．ｂは、本発明の好適実施例に係るヒータコア１１２を示した図である。図５．ａは、ヒータコア１１２の上面図（正確な縮尺の図ではない）であり、また、図５．ｂは、側面図（どちらも正確な縮尺の図ではない）である。図示した好適実施例のヒータコア１１２は、中空円筒形であり、石英製である。このヒータコア１１２の好適な寸法例は、その円筒壁の厚さを約１／６インチ（約４．２ｍｍ）とし、その全長を約７インチ（約１７８ｍｍ）とするというものである。
【００３２】
ヒータコア１１２の内径及び外径の寸法は、このヒータコア１１２を上述した間隙領域１１９に嵌装することのできる寸法としてある。図４．ｂに関して説明したように、ヒートチャンバ１１４と空気流管１１６との間の間隙領域１１９の厚さは、（１．５−１．１２５）／２＝０．１８７５インチ＝４．７６２５ｍｍである。従って、ヒータコア１１２の外径と内径とに配分されなければならない余裕寸法の全体は、この間隙領域１１９の厚さと、石英管３００の最大径との差によって与えられ、次の式で表される。
【００３３】
４．７６２５ｍｍ−３ｍｍ＝１．７６２５ｍｍ＝０．０３５インチ
ヒータコア１１２の外径寸法の上限値は、螺旋流管１１６の内径寸法から、ヒータコア１１２の外径と内径とに配分される余裕寸法の半分を差し引いた差によって与えられ、次の式で表される。
【００３４】
ＯＤmax（ヒータコア）＝１．５インチ−０．０３５インチ＝１．４６５インチ
ヒータコア１１２の内径寸法の下限値は、内部ヒートチャンバ１１４の外径寸法に、ヒータコアの外径と内径とに配分される余裕寸法の半分を加えた和によって与えられ、次の式で表される。
【００３５】
ＩＤmin（ヒータコア）＝１．１２５内部ヒートチャンバの外径＋０．０３５インチ＝１．１６インチ
ヒータコア１１２は、発熱エレメント１１３を備えている。好適実施例においては、この発熱エレメント１１３は、両端に電圧を印加することによって発熱する、例えば電熱線などの、導電性フィラメントで構成されている。ただし、本発明の別の実施例として、これとは異なる種類の発熱エレメントを使用するようにしてもよい。ヒータコア１１２は、１２０ボルトで、また、最大５００ワットで動作するものとすることが好ましい。この場合、発熱エレメント１１３を流れる電流は、５００／１２０＝４．１７アンペアになる。従って、この場合の電熱線１１３の抵抗値は、１２０／４．１７＝２８．８オームとすればよい。図示の実施例では、「Ｋａｎｔｈａｌ  Ａｌ  ２２番」電熱線を使用し、その長さを約２１．５フィート（約６．６ｍ）とした。この電熱線の直径は、０．６４４である。ただし、本発明の別の実施例として、これとは異なる種類の電熱線を使用するようにしてもよく、例えば「Ｋａｎｔｈａｌ  ＡＰＭ」電熱線などを使用することができる。「Ｋａｎｔｈａｌ  Ａｌ  ２２番」電熱線の抵抗値は、１．３６オーム／フィート（約４．５オーム／ｍ）である。
【００３６】
円筒形のヒータコア１１２は、第１端３１０と、第２端３１１とを有する。ヒータコア１１２のそれら両端３１０及び３１１の各々に、複数の溝３１０が等間隔に形成されている。図示の実施例では、各溝３２０は、その幅が約２ｍｍ、その深さが約４ｍｍである。「Ｋａｎｔｈａｌ  Ａｌ  ２２番」電熱線を、内径側から外径側へと巻回するようにしている。複数の溝３２０は、電熱線どうしの間隔を均一にするためのものである。
【００３７】
ヒータコア１１２に巻回した「Ｋａｎｔｈａｌ  Ａｌ  ２２番」電熱線１１３は、中空円筒体を囲繞する導電性コイルを画成するものとなる。ここでは、約２１フィート（約６．６ｍ）の電熱線１１３を使用した。中空円筒体であるヒータコアは、内部ヒートチャンバ１１４と外側の螺旋流管１１６との間の間隙領域１１９に嵌装するが、圧入することによって嵌装するようにしておくとよい。電熱線１１３の両端は、ヒータ１００の背面側に引き出しておくようにする。ヒータ１００が、アウタケース（不図示）を備えているようにしてもよく、その場合には、スチール製で、外径が約４インチ（約１００ｍｍ）、長さが約９インチ（約２８０ｍｍ）のアウタケースとすることが好ましい。電熱線１１３の両端は、このアウタケースから絶縁したセラミック製の端子に接続しておくようにする。
【００３８】
ヒータコア１１２を囲繞する導電性コイルは、その両端に電圧が印加されたならば、熱エネルギを放射する。この熱エネルギは、径方向内方へも放射され、径方向外方へも放射される。径方向内方へ放射された熱エネルギは、ヒートチャンバ１１４を照射し、径方向外方へ放射された熱エネルギは、外側の螺旋流管１１６を照射する。より詳しく述べるならば、この導電性コイルは、この導電性コイルの径方向内方でありヒートチャンバ１１４へ向かう方向である第１方向と、この第１方向と略々反対方向であってこの導電性コイルの径方向外方であり螺旋流管１１６へ向かう方向である第２方向とに、熱エネルギの熱流経路を画成するものである。以上のように、熱が両方向へ放射されるため、ヒートチャンバ１１４と空気流管１１６との両方が加熱され、これによって加熱プロセスの効率が高まっている。
【００３９】
ヒータコア１１２と内部ヒートチャンバ１１４との間でも、また、ヒータコア１１２と外側の螺旋流管１１６との間でも、石英ガラスどうしの直接的な接触を避けることが好ましい。また、そのためには、ヒータコア１１２の内周側と外周側との両方に、夫々に間隙が確保されるようにすることが望ましい。間隙を確保するには、例えばセラミックテープなどの耐熱性緩衝材を、ヒータコア１１２の内周側の上下縁、及び外周側の上下縁に装着して、直接的な接触を防止するとよい。また、その場合に、セラミックテープを、ヒータコア１１２の内周側及び外周側の上下縁の溶接箇所を覆うように装着するとよい。或いはまた、ヒータコア１１２の外周にセラミックテープを巻回するようにしてもよく、更に、外側の螺旋流管１１６の両端の周囲に巻回するのもよい。
【００４０】
図６は、ヒータコア１１２の別の実施例の横断面図である。この実施例は、複数の石英管３００を溶接して一体化することによって、ヒータコア１１２のボディを形成したものである。複数の石英管３００は、互いの間に間隔を空けて、円環を成すように並べて配設されており、これによって中空円筒体が形成されている。図示した本発明の具体的な実施例では、３４本の石英管を溶接して一体化してあり、各石英管は、長さが約７．５インチ（約１９０ｍｍ）であり、各石英管の両端部の夫々先端から１インチ（約２５ｍｍ）の箇所を溶接して中空円筒体を形成している。隣り合う石英管どうしの間の間隔は、その平均値が約０．３ｍｍになるようにしてある。
【００４１】
図示した実施例において、ヒータコアのボディを形成するために使用する石英管３００は、その外径が１ｍｍ刻みで用意されている。即ち、石英管の外径は、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、及び更に太いものがある。ヒータコアの内周面及び外周面には、緩衝材を装着するための余裕を確保しておく必要があり、一方、石英管の外径は、３ｍｍ以下とすることが好ましい。図示した実施例では、３４本の石英管を使用し、各石英管の外径を３ｍｍとし、隣り合う石英管どうしの間の間隔を０．３ｍｍとしているため、この円筒形のヒータコア１１２を構成している各石英管の中心が並んでいる円周に沿って計った、このヒータコア１１２の周長は、約１１２．２ｍｍとなっている。
【００４２】
動作について説明すると、ソレノイド弁（図１に示した）を作動させ、圧力容器の空気圧を解放することによって、持続時間の短い空気流を発生させる。また、電熱線１１３に電圧を印加し、熱を発生させることによって、ヒータを動作状態にする。発生させた空気流は、空気注入ノズルを介して、ヒータコア１１２を囲繞している外側の螺旋流管１１６の流入側端部へ流入する。流入した空気流は、螺旋流管１１６の中を流れる間に急速に加熱され、そして、電熱線１１３が発生した熱を蓄熱したヒートチャンバ１１４へと流入する。空気流はこのヒートチャンバ１１４の中を通過し、このヒートチャンバ１１４の流出口から流出する。この加熱された空気流は、ヒートチャンバ１１４の流出口に接続している空気放出ノズルを介して、光ファイバの外被へ吹き付けられる。空気放出ノズルは、移動式ではなく固定式のノズルとし、そのノズル幅を比較的大きくしておくことで、光ファイバの被覆を除去すべき部分の全長に亘って加熱空気を吹き付けられるようにしておくのがよく、そうすれば、光ファイバと熱源のいずれも直線移動させずに済む上に、ノズルも移動式のものとせずに済む。以上によって、光ファイバの外側を覆っているポリマー被覆の全体が、殆ど一瞬のうちに蒸発して除去される。
【００４３】
本発明の方法ないしシステムによれば、光ファイバの被覆除去を、化学薬品を用いることなく、高速且つ高効率で行うことができる。光ファイバの強度を新品時強度から低下させることもなく、それが可能であるのは、光ファイバを引っ掻くような物理的な処理を行わず、また光ファイバを、熱源で発生する金属酸化物粒子、炭素、及びその他の汚染物質に曝すこともないからである。本発明の方法ないしシステムは、二酸化チタンカラーコードファイバに対して用いても、その接続強度を低下させることがないため、適用可能である。光ファイバの表面に被覆の残滓が残ることは殆どなく、ポリマー被覆のめくれ上がりも発生しないため、例えば接続工程などの、光ファイバの処理における後続工程に支障を来すこともない。従って、光ファイバの被覆を除去した後に、リンス工程を実行する必要もない。
【００４４】
本発明において開示したヒータは、高効率ヒータであり、光ファイバ分岐システムに用いて好適なばかりでなく、汚染物質粒子を被加熱物質に接触させたくない、その他多くの用途においても有用なものである。そのような用途には、例えば、種々の材料加工処理システムなどがあり、無論、それらだけに限定されない。
【００４５】
以上に本発明を、その具体的な好適実施例に即して詳細に図示し説明したが、本発明の概念及び範囲から逸脱することなく、その形態並びに細部構造に対して様々な改変を施し得るということは、当業者であれば当然理解するところである。また、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る光ファイバの被覆除去システムの模式的ブロック図である。
【図２】本発明に係るヒータの全体図である。
【図３．ａ】内部ヒートチャンバの側面図である。
【図３．ｂ】内部ヒートチャンバの上面図である。
【図４．ａ】ヒータコアを囲繞している螺旋形状の空気流管の側面図である。
【図４．ｂ】螺旋形状の空気流管の上面図である。
【図５．ａ】本発明の好適実施例に係るヒータコアの上面図である。
【図５．ｂ】本発明の好適実施例に係るヒータコアの側面図である。
【図６】本発明の別の実施例に係るヒータコアの横断面図である。
【図１】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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2004521375.tif 000006
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004521375.tif 000031
2004521375.tif 000032
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004521375.tif 000033
2004521375.tif 000034
【国際調査報告】
2004521375.tif 000035
2004521375.tif 000036