(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質母材を焼結する炉心管を備えた光ファイバ用母材製造用加熱炉であって、
前記炉心管は、炉心管本体とこの炉心管本体の上下端にそれぞれ接続される上部炉心管および下部炉心管とからなり、
前記炉心管本体の軸方向に間隔をおいて配置された、通電発熱性を有する複数のカーボンヒータと、
これらカーボンヒータ同士の間、および炉心管本体と上部炉心管および下部炉心管との間に、これらを隔てて配置された絶縁材とを有し、
前記カーボンヒータと前記絶縁材とが気密に接合されるとともに、前記複数のカーボンヒータが、各々独立に温度設定可能に設けられていることを特徴とする光ファイバ用母材製造用加熱炉。
【請求項２】
前記絶縁体は炭化珪素からなることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ用母材製造用加熱炉。
【請求項３】
前記絶縁体と前記カーボンヒータとは溶接によって接合されていることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ用母材製造用加熱炉。
【請求項４】
前記カーボンヒータは、前記炉心管本体の上から下に向かって段階的に高温になるように温度設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光ファイバ用母材製造用加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ用母材製造用加熱炉に関し、特に、運転コスト低減が可能であり、かつ耐久性に優れた光ファイバ用母材製造用加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用母材を製造するには、まずＶＡＤ法などによって多孔質母材を作製する。多孔質母材は気泡を含み不透明であるため、加熱炉を用いて焼結し、透明化する必要がある。
この光ファイバ用母材の製造に用いられる加熱炉としては、例えば、図２に示すようなものが知られている。ここに示す加熱炉２１は、多孔質母材Ｐを収容する炉心管２２と、炉心管２２の外周に若干の隙間をおいて配置されたヒータ２３と、これらを収容する筐体２４とを備えたものである。
上記炉心管２２の材質としては、主に石英ガラスが用いられている。
このような構成の加熱炉２１を用いて光ファイバ用母材を製造するには、ヒータ２３に通電してこれを発熱させ、炉心管２２内の温度を、多孔質母材中の気泡を排出し、多孔質母材を透明化させるために必要な温度まで高め、炉心管２２内の多孔質母材Ｐを加熱、焼結し、透明ガラス化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の加熱炉２１は、炉心管２２内の多孔質母材を炉心管２２を介して間接的に加熱する構造を有するものであり、しかも炉心管２２とヒータ２３との間に隙間があるため、加熱効率が低く、電力コストなどの運転コストが嵩む問題があった。
また石英ガラス製の炉心管２２は、被焼結体である多孔質母材と同じまたは類似の材質からなるものであるため、光ファイバ用母材製造時にこの母材への不純物混入を防ぐことができる利点がある反面、耐熱性、耐熱衝撃性が低く、耐久性に劣る不都合があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、運転コスト低減が可能であり、かつ耐久性に優れた光ファイバ用母材製造用加熱炉を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、多孔質母材を焼結する炉心管を備えた光ファイバ用母材製造用加熱炉であって、前記炉心管は、炉心管本体とこの炉心管本体の上下端にそれぞれ接続される上部炉心管および下部炉心管とからなり、前記炉心管本体の軸方向に間隔をおいて配置された、通電発熱性を有する複数のカーボンヒータと、これらカーボンヒータ同士の間、および炉心管本体と上部炉心管および下部炉心管との間に、これらを隔てて配置された絶縁材とを有し、
前記カーボンヒータと前記絶縁材とが気密に接合されるとともに、前記複数のカーボンヒータが、各々独立に温度設定可能に設けられていることを特徴とする光ファイバ用母材製造用加熱炉によって解決することができる。
また、前記絶縁体は炭化珪素からなるのが好ましい。前記絶縁体と前記カーボンヒータとは溶接によって接合されているのが好ましい。前記カーボンヒータは、前記炉心管本体の上から下に向かって段階的に高温になるように温度設定されるのが好ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光ファイバ用母材製造用加熱炉の一例を示すものである。
ここに示す光ファイバ用母材製造用加熱炉（以下、単に加熱炉ということがある）１は、炉心管２と、炉心管２を収容する筐体３とを備えて概略構成されている。
筐体３は、その内部に必要に応じてヘリウムガスなどの不活性ガスを流すことができるようになっている。
【０００６】
炉心管２は、炉心管本体４と、石英ガラス等からなり、本体４の上下端に気密に接するように設けられた上部および下部炉心管５、６とを備え、気密構造とされたものとされる。
炉心管本体４は、その軸方向に間隔をおいて配置された複数の管状のカーボンヒータ７と、これらカーボンヒータ７同士の間に、これらを隔てて配置された管状の絶縁材８とを有するものとされる。
【０００７】
図１に示すこの例の加熱炉１の炉心管本体４は、３つのカーボンヒータ７と４つの絶縁材８が炉心管軸方向に交互に配置されたもので、上部および下部炉心管５、６と接する最上部および最下部には絶縁材８が配置されている。炉心管２の厚みは、５〜１５ｍｍとするのが好ましい。また内径は１８０〜３００ｍｍとするのが好ましい。
【０００８】
カーボンヒータ７の材料としては、通電発熱性を有する炭素材が用いられる。なかでも特に、ガス不透過性熱分解炭素を用いるのが好ましい。ガス不透過性熱分解炭素とは、炭素材表面にＣＶＤ法等により高密度、高純度、気体不透過性のカーボン膜をコーティングし、表面からカーボン粒子が飛散しにくくしたものである。カーボンヒータ７をガス不透過性熱分解炭素からなるものとすると、炉心管２内の多孔質母材を高いエネルギー効率で加熱することができるばかりでなく、カーボン粒子などの不純物が多孔質母材に混入するのを未然に防ぐことができ、不純物の少ない光ファイバ用母材を得ることができるため好ましい。
【０００９】
また絶縁材８の材料としては、電気絶縁性を有するものが用いられ、特に耐熱性、耐熱衝撃性が石英ガラスより優れ、断熱性にも優れたものを用いるのが好適である。具体例としては、炭化珪素、アルミナなどが挙げられる。中でも特に、高温で再結晶し溶結する性質を有する炭化珪素からなるものとすると、絶縁材８とカーボンヒータ７とを直接溶接することによって接着剤を用いずに接合することができ、炉心管２内部に接着剤に由来する不純物が混入するのを未然に防ぎ、かつ接合部分を強固かつ高気密なものとすることができるため好ましい。
【００１０】
上記カーボンヒータ７と絶縁材８とは、互いに気密に接合されている。これらを接合する方法としては、溶接による方法のほか、耐熱性接着剤を用いた方法などが採用される。
【００１１】
上記カーボンヒータ７にはそれぞれ電極９が取り付けられ、これら電極９は、各々抵抗器１０を介して電源１１に接続されており、カーボンヒータ７に通電することによってこれらヒータ７を発熱させることができるようになっている。
上記抵抗器１０としては、その抵抗値を任意に設定可能なものを採用し、３つのカーボンヒータ７を各々独立に任意温度に設定することができるようにするの好ましい。
【００１２】
上記構成のの炉心管２は、その内部にヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを任意の流量で流し、内部を酸素濃度を例えば５０ｐｐｍ以下とした脱酸素雰囲気に保つことができるようになっている。
【００１３】
上記加熱炉を用いて光ファイバ用母材を製造するには、例えば次のようにする。
カーボンヒータ７に通電し、炉心管２内温度を高めた状態で、多孔質母材Ｐを炉心管２内に上方から下方に向けて移動させながら収容する。これによって、炉心管２内の多孔質母材Ｐはその温度が高まるとともに、内部に含まれた気泡が排出され、透明化した状態で焼結する。
【００１４】
この際、炉心管本体４の３つのカーボンヒータ７の温度を、炉心管本体４の上端側に位置するものから下端側に位置するものにかけて漸次その温度が高くなるように設定するのが好ましい。これによって炉心管本体４内温度は上方から下方にかけて徐々に高温となり、炉心管２内を上方から下方に向けて移動する多孔質母材Ｐは、急激に加熱されることなく徐々に温度が上昇するようになる。このため、多孔質母材Ｐの温度が気泡排出可能な温度まで高まってから焼結が完了するまでに十分な時間が確保され、この間に気泡排出が確実になされるようになる。これに対し、多孔質母材Ｐの温度が短時間のうちに上昇すると、気泡排出が完全になされないうちに多孔質母材Ｐが焼結してしまい、その透明度が不十分となりやすい。
【００１５】
上記構成の光ファイバ用母材製造用加熱炉１にあっては、炉心管２の一部をカーボンヒータ７からなるものとしたので、炉心管２内の多孔質母材をカーボンヒータ７によって直接加熱することができる。従って、多孔質母材を効率よく加熱し、電力コストを節約し、運転コスト削減を図ることができる。
【００１６】
また、炉心管２を、複数のカーボンヒータ７と、これらカーボンヒータ７同士の間に、これらを隔てて挿入された絶縁材８とを有するものとし、カーボンヒータ７を各々独立に温度設定可能に設けることによって、炉心管２内の軸方向に亙る温度分布を自由に設定することができる。従って、炉心管２内温度を、多孔質母材を移動させる方向に沿って徐々に高温となるように設定することができ、多孔質母材Ｐを徐々に加熱し、気泡排出を確実に行わせてから焼結し、透明度の高い光ファイバ用母材を得ることができる。
【００１７】
また、炉心管２を構成するカーボンヒータ７および絶縁材８が、それぞれカーボン、炭化珪素、アルミナなどの、石英ガラスに比べて耐熱性、熱衝撃性に優れた材料からなるものであるので、高い耐久性を有する加熱炉を得ることができる。
【００１８】
また、炉心管本体４は、上部および下部炉心管５、６と接する部分である最上部および最下部に絶縁材８が配置されているため、カーボンヒータ７が発する熱をこれら絶縁材８によって遮断し、上部および下部炉心管５、６の過熱を防ぐことができる。従って、上部および下部炉心管５、６として、耐熱性、耐熱衝撃性に劣る石英ガラス製のものを用いた場合においても、これらが劣化するのを未然に防ぐことができる。
【００１９】
また、絶縁材８を炭化珪素からなるものとすることによって、絶縁材８と、カーボンヒータ７とを溶接することにより接合することができる。このため、接合部分の強度を高め、より耐久性に富んだ加熱炉を得ることができる。また接着剤を用いることなく接合部分の気密性を高度なものとし、炉心管２内への不純物混入をより少なくすることができる。従って、不純物の少ない光ファイバ用母材を製造することが可能となる。
【００２０】
なお、上記構成の加熱炉１では、炉心管２を３つのカーボンヒータ７を有するものとしたが、本発明の加熱炉はこれに限らず、炉心管を、２つあるいは４つ以上のカーボンヒータを有するものとしてもよい。
また、絶縁材の材料としては、石英ガラスを採用してもよい。
【００２１】
【実施例】
（実施例）
図１に示すものと同様の構造の加熱炉１を作製した。この加熱炉１の炉心管２の厚さは１０ｍｍ、内径は２３０ｍｍとした。炉心管２を構成するカーボンヒータ７および絶縁材８の軸方向長さはそれぞれ２０ｍｍ、４０ｍｍとした。上記絶縁材８としては炭化珪素からなるものを使用した。
【００２２】
この加熱炉１を用い、次に示す多孔質母材焼結試験を行った。
炉心管２内に、直径２００ｍｍ、長さ１５００ｍｍの石英ガラス製多孔質母材を、上方側から収容した。加熱炉１の３つのカーボンヒータ７の温度は、上方に位置するものから下方に位置するものにかけて徐々に高温となるように設定した。
また炉心管２内部には、ヘリウムガスを圧力１８．４ｍｍＨ2Ｏ、流量６ｓｌｍとなるように流した。また、加熱炉１内圧は９６．３ｍｍＨ2Ｏに設定した。この条件で、カーボンヒータ７への供給電力を変えて複数回の焼結試験を行い、得られた光ファイバ用母材が完全に透明化されているかどうかを目視によって判定した。
【００２３】
（比較例）
図２に示す従来例と同様の構造の加熱炉２１を用い、上記実施例で用いたものと同様の多孔質母材を焼結した。その他の試験条件は実施例と同様とした。
この焼結試験を、ヒータ２３への供給電力を変えて複数回行った。
【００２４】
上記試験の結果、比較例の加熱炉では、多孔質母材を完全に透明化し、光ファイバ用母材とするために必要であった電力の最小値が３５ｋＷであったのに対し、実施例の加熱炉を用いた場合には、所要電力が２５ｋＷと大幅に小さいものとなった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ用母材製造用加熱炉にあっては、炉心管内面の少なくとも一部をカーボンヒータからなるものとしたので、炉心管内の多孔質母材をカーボンヒータによって直接加熱することができる。従って、多孔質母材を効率よく加熱し、電力コストを節約し、運転コスト削減を図ることができる。
また、炉心管の材料として耐熱性、熱衝撃性に優れるカーボンを用いたので、高い耐久性を有するものとなる。
【００２６】
また、炉心管を、軸方向に間隔をおいて配置された複数のカーボンヒータと、これらカーボンヒータ同士の間に、これらを隔てて配置された絶縁材とを有するものとし、これら複数のカーボンヒータを、各々独立に温度設定可能に設けることによって、炉心管内温度を、多孔質母材を移動させる方向に沿って徐々に高温となるように設定することができる。従って、多孔質母材を徐々に加熱し、気泡排出を確実に行わせ、透明度の高い光ファイバ用母材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光ファイバ用母材製造用加熱炉の一例を示す概略構成図である。
【図２】  従来の光ファイバ用母材製造用加熱炉の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・光ファイバ用母材製造用加熱炉、２・・・炉心管、７・・・カーボンヒータ
８・・・絶縁材
【図１】
0003986611.tif 000002
【図２】
0003986611.tif 000003