(57)【要約】      （修正有）【課題】無駄なエネルギーの消費を効果的に抑制することができる光ファイバ線引炉を提供する。【解決手段】光ファイバ線引炉１０は、ダミー棒１２に連結された光ファイバ用ガラス母材１１を加熱する加熱炉１３と、加熱炉１３の上部に設けられ、光ファイバ用ガラス母材１１を収容する上部チャンバ１６とを備えており、上部チャンバ１６内の側方内面には、斜め下方向を向く傾斜面１８を有する複数の突起部が設けられ、その傾斜面１８の表面が、光を反射する反射材１７ａで形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダミー棒に連結された光ファイバ用ガラス母材を加熱する加熱炉と、該加熱炉の上部に設けられ、前記光ファイバ用ガラス母材を収容する上部チャンバを備える光ファイバ線引炉であって、
前記上部チャンバ内の側方内面には、斜め下方向を向く傾斜面を有する複数の突起部が設けられ、該傾斜面の表面が、光を反射する反射材で形成されていることを特徴とする光ファイバ線引炉。
【請求項２】
前記反射材は、０.４μｍ以上３μｍ以下の波長の光を３５％以上反射する金属であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ線引炉。
【請求項３】
前記上部チャンバ内には、前記ダミー棒に沿って上下に摺動可能な異なる外径の複数の仕切板が設けられ、前記複数の突起部は、各仕切板の外径に応じて各仕切板の下降を順に係止することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ線引炉。
【請求項４】
前記上部チャンバ内には、前記ダミー棒に沿って上下に摺動可能な異なる外径の複数の仕切板と、各仕切板の外径に応じて各仕切板の下降を順に係止する段付き構造部とが設けられ、前記複数の突起部は、前記段付き構造部の側方内面に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ線引炉。
【請求項５】
前記傾斜面は、下方向に凹形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバ線引炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダミー棒に連結された光ファイバ用ガラス母材を加熱する加熱炉と、加熱炉の上部に設置され、光ファイバ用ガラス母材を収容する上部チャンバを備える光ファイバ線引炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光ファイバの製造では、光ファイバ用ガラス母材（以下、ガラス母材と呼ぶ。）は、主に加熱炉内で加熱装置により放射される輻射熱を吸収して加熱される。そして、加熱されることにより溶融したガラス母材を線引きすることにより、光ファイバが製造される。
【０００３】
しかしながら、ガラス母材は、図２に示すように３μｍ以上の波長の光は吸収するものの、それより短い波長の光はほとんど透過してしまう。加熱炉から放射される光は、３μｍ以下の波長の光を含んでおり、この光はガラス母材内を伝搬し、ガラス母材の上部（特にガラス母材の肩の部分）から放射されてしまい、ガラス母材の加熱に寄与せず、エネルギーの無駄となっている。また、この波長の光が上部チャンバを加熱することになるので、この上部チャンバの温度や室内の温度を下げる必要が出てきて、さらにエネルギーの無駄が生じる。
【０００４】
図１０は、従来の光ファイバ線引炉１０の一例を示す図である。この光ファイバ線引炉１０では、ガラス母材１１は、上下に昇降可能なダミー棒１２と連結部１９を介して接続され、ダミー棒１２によりつり下げられる。そして、ガラス母材１１は、加熱炉１３の筺体１３ａ内にある加熱装置１３ｂにより加熱され、ネックダウン形状に溶融したガラス母材１１の下端部から光ファイバが線引きされる。この加熱炉１３は、カーボン製の炉心管１４の周囲に設置され、さらに炉心管１４の下部には延長管（下煙突とも呼ぶ。）１５が設置される。また、加熱炉１３の上部には、ガラス母材１１を収容する上部チャンバ（上煙突とも呼ぶ。）１６が設けられる。
【０００５】
図１１は、光ファイバ線引炉１０の各部からの放熱量比率のシミュレーション結果を示す図である。図１１には、上部チャンバ１６、加熱炉１３の筺体部１３ａ、延長管１５、水冷部（電極部など）、その他の部位からの放熱量が示されている。図１１に示すように、上部チャンバ１６からの放熱量は、他の箇所からの放熱量と比べて大きいことがわかる。
【０００６】
シミュレーション結果によれば、上部チャンバ１６からの放熱量は、光ファイバ線引炉１０全体の放熱量の３０〜４０％に相当する。従って、上部チャンバ１６からの放熱量を小さくすることは、光ファイバ線引炉１０の消費電力を抑制するために最も有効であるといえる。
【０００７】
特許文献１には、ガラス母材またはガラス母材をつり下げるダミー棒の上端部に、赤外線や可視光を反射させる反射部材を用いた光ファイバの線引き方法が開示されている。
図１２は、特許文献１の従来技術における反射部材３０、３１について説明する図である。この従来技術では、ガラス母材１１の肩の部分と、ダミー棒１２の上端部にそれぞれ反射部材３０、３１が設けられており、反射部材３０、３１で赤外光や可視光を反射することにより装置外への輻射熱の放射を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１９３３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１の技術では、ガラス母材１１の肩の部分、および、ダミー棒１２の上端に反射部材３０、３１が設けられるだけであり、これらの反射部材で反射させるだけでは、上部に逃げる輻射光を加熱炉内に十分戻してやることができず、エネルギーの無駄が依然として大きいという問題がある。輻射熱は上方向だけでなく、さまざまな方向に放射されるので、それを考慮して光ファイバ線引炉を設計する必要がある。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑み、無駄なエネルギーの消費を効果的に抑制することができる光ファイバ線引炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による光ファイバ線引炉は、ダミー棒に連結された光ファイバ用ガラス母材を加熱する加熱炉と、加熱炉の上部に設けられ、光ファイバ用ガラス母材を収容する上部チャンバを備える。そして、上部チャンバ内の側方内面には、斜め下方向を向く傾斜面を有する複数の突起部が設けられ、その傾斜面の表面が、光を反射する反射材で形成されている。また、本発明による光ファイバ線引炉では、上記反射材を、０.４μｍ以上３μｍ以下の波長の光を３５％以上反射する金属で形成することができる。
【００１２】
また、本発明による光ファイバ線引炉では、上部チャンバ内に、ダミー棒に沿って上下に摺動可能な異なる外径の複数の仕切板が設けられ、上記複数の突起部は、各仕切板の外径に応じて各仕切板の下降を順に係止することとしてもよい。
また、本発明による光ファイバ線引炉では、上部チャンバ内に、ダミー棒に沿って上下に摺動可能な異なる外径の複数の仕切板と、各仕切板の外径に応じて各仕切板の下降を順に係止する段付き構造部とが設けられ、上記複数の突起部は、段付き構造部の側方内面に設けられることとしてもよい。
【００１３】
また、本発明による光ファイバ線引炉では、上記傾斜面を、下方向に凹形状となるよう形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光ファイバ用ガラス母材から上部チャンバ内のさまざまな方向に放射される光を下方に向かわせて、その光をカーボン製の炉心管の加熱などに再度利用することにより、無駄なエネルギーの消費を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による光ファイバ線引炉の一例を示す図である。
【図２】シリカガラスの吸収係数および黒体輻射スペクトルのスペクトル強度を示す図である。
【図３】タングステン、モリブデン、オスミウム、クロムの光の反射率および吸収率を示す図である。
【図４】突起部の傾斜面の角度について説明する図である。
【図５】光の進行方向の変化について説明する図である。
【図６】本発明による光ファイバ線引炉の他の例を示す図であり、線引き開始時の状態を示す図である。
【図７】本発明による光ファイバ線引炉の他の例を示す図であり、線引き終了時の状態を示す図である。
【図８】図６、図７で説明した例の変形例を示す図である。
【図９】本発明による光ファイバ線引炉のその他の例を示す図である。
【図１０】従来の光ファイバ線引炉の一例を示す図である。
【図１１】光ファイバ線引炉の各部からの放熱量のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】特許文献１の従来技術における反射部材について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明による光ファイバ線引炉１０の一例を示す図である。
この光ファイバ線引炉１０では、光ファイバ用ガラス母材（以下、ガラス母材と呼ぶ。）１１は、上下に昇降可能なダミー棒１２と連結部１９を介して接続され、ダミー棒１２によりつり下げられる。そして、ガラス母材１１は、加熱炉１３の筺体１３ａ内にある加熱装置１３ｂにより加熱され、溶融したガラス母材１１が線引きされる。この加熱炉１３は、カーボン製の炉心管１４の周囲に設置され、さらに炉心管１４の下部には延長管１５が設置される。また、加熱炉１３の上部には、ガラス母材１１を収容する上部チャンバ１６が設けられる。
【００１７】
この上部チャンバ１６の側方内面には、突起部１７が設けられる。突起部１７の表面は、以下に説明するような反射材１７ａがコーティングされ、斜め下方向を向く傾斜面１８が形成されている。また、上部チャンバ１６の上蓋の内面も、反射材１７ｂによりコーティングされるが、このコーティングは必ずしも必要ではない。
なお、図１は、突起部１７が上部チャンバ１６の側方内面の全面に設けられた構造となっているが、必ずしも全面にある必要は無く、側方内面の一部に突起部１７が設けられているだけでも良い。
【００１８】
反射材１７ａ、１７ｂは、０.４μｍ以上３μｍ以下の波長の光を３５％以上反射させることができる耐熱性の金属材料からなる。このような波長の光を反射させる理由につき、以下に説明する。
図２は、ガラス母材１１の材料となるシリカガラスの吸収係数および黒体輻射スペクトルのスペクトル強度を示す図である。
【００１９】
図２に示されるように、シリカガラスでは、０以上３μｍ以下の波長の光の吸収係数はほぼ０であり、シリカガラスがこれらの波長の範囲の光をほとんど吸収しないことがわかる。一方、図２に示されるように、２５００Ｋにおける黒体輻射スペクトルのスペクトル強度は、０.４μｍ以上３μｍ以下の波長の範囲で大きくなる。ここで、２５００Ｋという温度は、ガラス母材１１を加熱する際の加熱装置１３ｂの温度におおよそ相当する。
【００２０】
これらのことは、ガラス母材１１を加熱する際に放射される光の大部分が、シリカガラスを材料とするガラス母材１１を透過してしまい、ガラス母材１１の加熱には寄与していないことを意味する。
【００２１】
本発明では、突起部１７の表面と上部チャンバ１６の上蓋の内面に反射材１７ａ、１７ｂをコーティングすることにより、ガラス母材１１を透過して上部チャンバ１６内に入射してくる光を反射させる。これにより、光を下方に向かわせて（例えば、図１の光路Ａを参照）、その光をカーボン製の炉心管１４の加熱などに利用することにより、無駄なエネルギーの消費を効果的に抑制することができるようになる。
【００２２】
なお、反射材１７ａ、１７ｂに用いる耐熱性の金属材料としては、例えば、タングステンやモリブデン、オスミウム、クロムなどの金属材料を用いることが好ましい。図３は、タングステン、モリブデン、オスミウム、クロムの光の反射率および吸収率を示す図である。図３に示すように、０以上３μｍ以下の波長の範囲では、いずれの金属も高い反射率を示すことがわかり、いずれの金属でも、０.４μｍ以上３μｍ以下の波長の光の反射率は３５％以上となっている。また、これらの金属は、いずれも融点が高いため、高熱下で用いる反射材１７ａ、１７ｂとして好適である。
【００２３】
また、突起部１７の傾斜面１８の角度は、ガラス母材１１を透過して上部チャンバ１６内に入射してくる光を下方向に効果的に向かわせることができる角度にすることが望ましい。図４は、突起部１７の傾斜面１８の角度について説明する図である。
【００２４】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、上部チャンバ１６の側方内面に対する突起部１７の傾斜面１８の角度αは、０度より大きく９０度よりも小さい範囲でさまざまな値をとり得る。例えば、図４（Ａ）に示すように、αが小さい場合、反射材１７ａにより反射された光は、始めは上方向に反射されるが、上部チャンバ１６の側方内面に設けられた突起部１７の傾斜面１８で何度か反射されるうち、下向きの光に変わる。
【００２５】
図５は、この光の進行方向の変化について説明する図である。図５において、点Ａから放射された光は、傾斜面１８上の点Ｂで反射され、点Ｃを通過するものとする。ここで、点Ａにおける光の進行方向と上部チャンバ１６の側面に平行な直線Ｄ−Ｄ’との間の角度をｘ、点Ｂにおける入射角と反射角をｚ、点Ｃにおける光の進行方向と直線Ｄ−Ｄ’との間の角度をｙ、傾斜面１８の法線方向と直線Ｄ−Ｄ’との間のなす角をｗ、交点をＥとする。また、傾斜面１８と上部チャンバ１６の側方内面との接点をＦ、傾斜面１８の法線方向の延長線と、上部チャンバ１６の側方内面との接点をＧとする。
【００２６】
すると、三角形ＡＢＣについてｘ＋ｙ＋２ｚ＝１８０という関係が、三角形ＡＢＥについてｗ＝ｘ＋ｚという関係が、三角形ＢＦＧについてα＋ｗ＝９０という関係が成り立つことになる。そして、これらの関係より、ｙ＝ｘ＋２αという関係が導き出せる。
この関係は、光が傾斜面１８で反射されると、角度ｙが角度ｘに比べて２αだけ大きくなることを示している。すなわち、角度αの傾斜面１８で光が反射されるたびに、光の進行方向が次第に下向きになることを意味する。
【００２７】
このようなことから、図４（Ａ）のように角度αが小さい場合でも、光の進行方向を下向きに変化させることができる。なお、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように、角度αをより大きな角度（例えば、４５度以上９０度未満）にすることとすれば、一回の反射で光の進行方向を下向きにすることができ、好適である。
【００２８】
また、本発明が適用される光ファイバ線引炉の構造は、図１に示すものに限られるものではない。図６、図７は、本発明による光ファイバ線引炉１０の他の例を示す図である。
この光ファイバ線引炉１０では、ガラス母材１１は、上下に昇降可能なダミー棒１２と連結部１９を介して接続され、ダミー棒１２によりつり下げられる。そして、ダミー棒１２には、中央部に孔を有する複数の仕切板２０が嵌め込まれている。この孔の径は、ダミー棒１２の径よりもわずかに大きくなっている。この仕切板２０は、第一部材２０ａと第二部材２０ｂを備えており、第一部材２０ａの外径は、下側に嵌め込まれているものほど小さくなっている。
【００２９】
一方、上部チャンバ１６の側方内面には、図１に示した光ファイバ線引炉１０と同様に、突起部１７が設けられる。突起部１７の表面は、反射材１７ａによりコーティングされ、上部チャンバ１６の中央斜め下方向を向く傾斜面１８が形成される。また、最下部にある仕切板２０の第一部材２０ａの下面も、反射材１７ｂによりコーティングされる。
【００３０】
この光ファイバ線引炉１０では、ガラス母材１１の線引きが進むにつれ、ダミー棒１２が下降し、それに応じて仕切板２０も下降する。そして、仕切板２０の第一部材２０ａが上部チャンバ１６の中心方向にせり出している突起部１７と接触すると、仕切板２０はそれ以上下降しなくなる。そして、最終的には、図７に示すように、すべての仕切板２０が各々の仕切板２０の径に対応した突起部１７により支持されるようになる。
なお、図６、図７では、突起部１７に仕切板２０が支持される構造について説明したが、図８のように、段付き構造部２１で仕切板２０を支持し、さらに段付き構造部２１の側方内面に突起部１７を設けた構造としても良い。
【００３１】
なお、突起部１７の表面、および、最下部にある仕切板２０の第一部材２０ａの下面側にコーティングされている反射材１７ａ、１７ｂは、図１の説明で述べた反射材と同様に、０.４μｍ以上３μｍ以下の波長の光を３５％以上反射させることができる耐熱性の金属材料からなり、例えば、耐熱性の金属材料である、タングステンやモリブデン、オスミウム、クロムなどの金属材料を用いることが好ましい。
【００３２】
そして、反射材１７ａ、１７ｂは、ガラス母材１１を透過して上部チャンバ１６内に入射してくる光を反射させる。これにより、光を下方に向かわせて（例えば、図７の光路Ｂを参照）、その光をカーボン製の炉心管１４の加熱などに利用することにより、無駄なエネルギーの消費を効果的に抑制することができるようになる。
【００３３】
また、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各種の変形、修正が可能である。例えば、図１、図６、図７では、上部チャンバ１６内の側方内面に突起部１７を設け、斜め下方向を向く傾斜面１８を形成することとしたが、傾斜面１９を下方向に凹となる曲面に形成することとしてもよい。
【００３４】
図９は、本発明による光ファイバ線引炉１０のその他の例を示す図である。図９の例では、上部チャンバ１６内の側方内面に設けられた突起部に、斜め下方向に凹となる曲面２１が形成されている。例えば、この曲面２１の形状は、パラボラ状とすることができる。
【００３５】
これにより、ガラス母材１１を透過して上部チャンバ１６内に入射してくる光を反射し、光を下方に向かわせて（例えば、図９の光路Ｃを参照）、その光をカーボン製の炉心管１４の加熱などに利用することにより、光ファイバ線引炉１０における無駄なエネルギーの消費を効果的に抑制することができるようになる。
【符号の説明】
【００３６】
１０…光ファイバ線引炉、１１…光ファイバ用ガラス母材（ガラス母材）、１２…ダミー棒、１３…加熱炉、１３ａ…筺体、１３ｂ…加熱装置、１４…炉心管、１５…延長管、１６…上部チャンバ、１７…突起部、１７ａ，１７ｂ…反射材、１８…傾斜面、１９…連結部、２０…仕切板、２０ａ…第一部材、２０ｂ…第二部材、２１…段付き構造部、２２…曲面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013067532.tif 000012
【図１１】
2013067532.tif 000013
【図１２】
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