(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材が上端側から供給され、この光ファイバ母材を囲むヒータと、このヒータの上端部に突設され、対向面間寸法が前記ヒータの内径寸法よりも大寸となるように設定されてなる前記光ファイバ母材に対向する対向面を有する複数の電極接続部と、これら電極接続部のそれぞれに設けられ、電源に接続された電極部とを有する光ファイバ母材加熱炉において、前記光ファイバ母材と前記電極接続部の対向面との間に断熱材が介装されてなることを特徴とする光ファイバ母材加熱炉。
【請求項２】
前記断熱材は、カーボン繊維、カーボン箔、またはカーボン成形体のうちの何れかで製造されてなることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材加熱炉。
【請求項３】
前記複数の電極接続部それぞれの内側に、冷却水が供給される接続部冷却室が形成されてなることを特徴とする請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱炉。
【請求項４】
前記電極接続部の単位長さ当りの抵抗値が、前記ヒータの発熱部の単位長さ当りの抵抗値の０．１倍〜０．３倍に設定されてなることを特徴とする請求項１，２または３のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱炉。
【請求項５】
前記ヒータの前記電極接続部との接続部近傍の発熱部の断面積は、他の発熱部の断面積より小断面積になるように設定されてなることを特徴とする請求項１，２，３または４のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱炉。
【請求項６】
光ファイバ母材を光ファイバ母材加熱炉のヒータの内側に上端側から供給し、前記ヒータの上端部に突設されて前記光ファイバ母材に対向する対向面を有すると共に、対向面間寸法が前記ヒータの内径寸法よりも大寸となるように設定されてなる複数の電極接続部それぞれの電極部に電力を供給して光ファイバ母材を加熱するに際して、前記光ファイバ母材側から前記電極接続部の対向面方向へ流れる熱量を、前記光ファイバ母材と前記対向面との間に介装された断熱材により抑制することを特徴とする光ファイバ母材加熱方法。
【請求項７】
前記複数の電極接続部を冷却水により水冷することを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ母材加熱方法。
【請求項８】
前記複数の電極接続部に、前記ヒータの発熱部を一本当りの発熱量の０．１倍〜０．３倍の熱量を発生させることを特徴とする請求項６または７のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱方法。
【請求項９】
前記ヒータの前記電極接続部との接続部近傍の発熱部に、他の発熱部で発生する熱量よりも大熱量を発生させることを特徴とする請求項６，７または８のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ製造工程、例えば多孔質母材の焼結、円管のコラプシング、石英管のジャケッティング、光ファイバ母材の延伸あるいは線引きする工程において、その母材（プリフォーム）の加熱装置および加熱方法に関するものであり、光ファイバ母材の温度分布を全周について均一にして被加熱物を焼結、コラプシング、ジャケッティング、延伸あるいは線引きされた光ファイバ母材あるいは光ファイバの真円度を向上させるようにした光ファイバ母材加熱炉およびその加熱方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、光ファイバは、光ファイバ母材を光ファイバ母材加熱炉により溶融して線引きすることにより製造されている。このような光ファイバ母材加熱炉５１は、一般に、その縦断断面構成説明図の図３に示すように、上端側から光ファイバ母材５７が供給される炉心管５２と、この炉心管５２を囲み、上側であって、かつ相反する側のそれぞれに設けられてなる一対の電極部５３２を有するヒータ５３と、このヒータ５３を囲む、ヒータ囲繞用断熱材５４とをステンレス製の水冷ジャケット構造のボデイ５５に収容した構成になっている。
【０００３】
上記従来例１に係る一般的な光ファイバ母材加熱炉５１により光ファイバ（線状製品）５８を製造する場合には、図示しない電源から一対の電極部５３２に印加される電圧により発熱するヒータ５３により、炉心管５２に供給されたファイバ母材５７を加熱溶融しながら、炉心管５２の下端側から光ファイバ５８を線引きするものである。勿論、この光ファイバ母材加熱炉５１を、例えば多孔質母材の焼結、円管のコラプシング、石英管のジャケッティング、光ファイバ母材の延伸にも使用することができる。
【０００４】
ところで、線状製品である光ファイバの断面形状が真円からどの程度外れているかを示すパラメータとして、〔（長径−短径）／平均径〕×１００で表される非円率（％）が用いられているが、この非円率（％）ができるだけ０に近い光ファイバが品質的に優れているということができる。つまり、光ファイバの非円率が大きく真円から外れる度合いが大きくなると、光コネクタを位置決めするためのフェルールに形成される光ファイバ装着用の穴径を大きくしなければならないから、この穴の軸線と光ファイバの軸線との心ずれが大きくなり、ひいては光ファイバの接続損失が大きくなってしまうからである。同様に、位置決めブロックに形成したＶ溝に光ファイバを突き当て、これらを相互に接続する場合でも、Ｖ溝に接触する部分の光ファイバの半径寸法がばらつくため、光ファイバが真円から外れるということは、接続時の軸ずれや接続損失の原因になり、好ましくないからである。
【０００５】
上記従来例１に係る一般的な構成の光ファイバ母材加熱炉５１の場合には、ヒータ５３から一対の電極部５３２を介して熱流が逃げ出して、このヒータ５３に部分的な低温部が生じてしまうために、炉心管５２の周方向の温度分布の均一化が不十分であり、非円率が１％以上の光ファイバ５８を線引きし得るに過ぎなかった。つまり、非円率が小さな光ファイバ５８を製造することが困難であるという解決すべき課題があった。
【０００６】
ところで、炉心管の周方向の温度分布の均一化を向上させ得るようにした「光ファイバ線引き炉」が、例えば、特開平９−７１４３３号公報において提案されている。以下、この従来例２に係る光ファイバ線引き炉を、その平面断面図の図４と、そのヒータの外観を示す斜視図の図５（ａ）と、その他のヒータの外観を示す斜視図の図５（ｂ）とを参照しながら、同公報に記載されている同一名称ならびに同一符号を以て説明する。
【０００７】
すなわち、この従来例２に係る光ファイバ線引き炉は、環状のヒータ１８によって加熱される光ファイバ母材１５の周方向に沿った温度分布にむらがあり、光ファイバ線引き炉から線引きされる線状製品である光ファイバの非円率を小さくすることができないという問題を解決し得るようにしたものである。より具体的には、光ファイバ用材１５が供給される炉心管１３と、この炉心管１３の外側に配設され、図５（ａ）または図５（ｂ）に示すように、円筒体の両端から交互にスリットを設けた形状に形成されてなるヒータ１８と、このヒータ１８から外方に突出すると共に、複数の電極部２９，３０を介して電源３３に接続する電極接続部２２〜２５とを有する光ファイバ線引き炉において、前記ヒータ１８の周方向に沿った温度分布を均一化させる均一化手段として、電極接続部２２〜２５の数を電極部２９，３０よりも多数にしたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例２に係る光ファイバ線引き炉によれば、上記のとおり、炉心管の周方向の温度分布（光ファイバ母材の周方向の温度分布）を均一化させるために、電極接続部の数を電極部よりも多数にするという均一化手段が設けられている。この均一化手段は、炉心管の周方向の温度分布（光ファイバ母材の周方向の温度分布）の均一化にとって有効であり、非円率が０．２％未満の断面形状が真円に近い品質に優れた光ファイバを製造することができるから、一般的な構成の従来例１に係る光ファイバ母材加熱炉よりも優れている。
【０００９】
しかしながら、この従来例に係る光ファイバ線引き炉の場合は、ヒ−タから電極部に至る構造が複雑になり、この光ファイバ線引き炉が高コストになるだけでなく、その分解、点検清掃、再組立て作業に長時間を要し、稼働率ならびにランニングコストに関しても不利にならざるを得ないという解決すべき課題がある。つまり、光ファイバ母材加熱炉の構造が簡単であるにもかかわらず、上記従来例２に係る光ファイバ線引き炉の場合と同程度の非円率の光ファイバを製造し得るものが好ましい。
【００１０】
従って、本発明の目的は、構造が簡単で、しかも光ファイバ母材の周方向の温度分布の均一性に優れた光ファイバ母材加熱炉およびその加熱方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従って、上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る光ファイバ母材加熱炉が採用した手段の特徴とするところは、光ファイバ母材が上端側から供給され、この光ファイバ母材を囲むヒータと、このヒータの上端部に突設され、対向面間寸法が前記ヒータの内径寸法よりも大寸となるように設定されてなる前記光ファイバ母材に対向する対向面を有する複数の電極接続部と、これら電極接続部のそれぞれに設けられ、電源に接続された電極部とを有する光ファイバ母材加熱炉において、前記光ファイバ母材と前記電極接続部の対向面との間に断熱材が介装されてなるところにある。
【００１２】
本発明の請求項２に係る光ファイバ母材加熱炉が採用した手段の特徴とするところは、請求項１に記載の光ファイバ母材加熱炉において、前記断熱材は、カーボン繊維、カーボン箔、またはカーボン成形体のうちの何れかで製造されてなるところにある。
【００１３】
本発明の請求項３に係る光ファイバ母材加熱炉が採用した手段の特徴とするところは、請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱炉において、前記複数の電極接続部それぞれの内側に、冷却水が供給される接続部冷却室が形成されてなるところにある。
【００１４】
本発明の請求項４に係る光ファイバ母材加熱炉が採用した手段の特徴とするところは、請求項１，２または３のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱炉において、前記電極接続部の単位長さ当たりの抵抗値が、前記ヒータの発熱部の単位長さ当たりの抵抗値の０．１倍〜０．３倍に設定されてなるところにある。
【００１５】
本発明の請求項５に係る光ファイバ母材加熱炉が採用した手段の特徴とするところは、請求項１，２，３または４のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱炉において、前記ヒータの前記電極接続部との接続部近傍の発熱部の断面積は、他の発熱部の断面積より小断面積になるよう構成されてなるところにある。
【００１６】
本発明の請求項６に係る光ファイバ母材加熱方法が採用した手段の特徴とするところは、光ファイバ母材を光ファイバ母材加熱炉のヒータの内側に上端側から供給し、前記ヒータの上端部に突設されて前記光ファイバ母材に対向する対向面を有すると共に、対向面間寸法が前記ヒータの内径寸法よりも大寸となるように設定されてなる複数の電極接続部それぞれの電極部に電力を供給して光ファイバ母材を加熱するに際して、前記光ファイバ母材側から前記電極接続部の対向面方向へ流れる熱量を、前記光ファイバ母材と前記対向面との間に介装された断熱材により抑制するところにある。
【００１７】
本発明の請求項７に係る光ファイバ母材加熱方法が採用した手段の特徴とするところは、請求項６に記載の光ファイバ母材加熱方法において、前記複数の電極接続部を冷却水により水冷するところにある。
【００１８】
本発明の請求項８に係る光ファイバ母材加熱方法が採用した手段の特徴とするところは、請求項６または７のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱方法において、前記複数の電極接続部に、前記ヒータの発熱部一本当たりの発熱量の０．１倍〜０．３倍の熱量を発生させるところにある。
【００１９】
本発明の請求項９に係る光ファイバ母材加熱方法が採用した手段の特徴とするところは、請求項６，７または８のうちの何れか一つの項に記載の光ファイバ母材加熱方法において、前記ヒータの前記電極接続部との接続部近傍の発熱部に、他の発熱部で発生する熱量よりも大熱量を発生させるところにある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る光ファイバ母材加熱炉を、模式的に示すその縦断断面構成説明図の図１（ａ）と、電極接続部と、電極部とを含むヒータの斜視図の図１（ｂ）と、横軸に断熱材の厚さ（ｍｍ）を、縦軸に熱流密度ｑ（Ｗ／ｍ2 ）をとって示す、断熱材の厚さと熱流束との関係説明図の図２とを順次参照しながら説明する。
【００２１】
図１（ａ）に示す符号１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ母材加熱炉である。この光ファイバ母材加熱炉１は、上端側から光ファイバ母材７が供給される炉心管２と、この炉心管２の上下方向のほぼ中央部位を囲む、後述するヒータ３と、このヒータ３の上端部の相反する位置に設けられ、前記炉心管２の外周面に対向する対向面３２を有し、かつ対向面３２の間の寸法が前記ヒータ３の内径寸法よりも大寸に設定されてなる一対の後述する電極接続部３１と、これら一対の電極接続部３１の頂部において相反する方向に突出する電極部３３と、前記ヒータ３および電極接続部３１の下部側部分を囲むヒータ囲繞用断熱材４と、このヒータ囲繞用断熱材４を収容するステンレスからなる水冷ジャケット構造のボデイ５とから構成されている。前記電極部３３の先端は、前記ボデイ５の外壁を貫通して外方に突出している。
【００２２】
なお、本実施の形態における光ファイバ母材加熱炉１には、上記のとおり、ヒータ３の内側に炉心管２が配設されている。しかしながら、このような炉心管２が設けられていない光ファイバ母材加熱炉もあるので、炉心管２を備えた光ファイバ母材加熱炉に限定されるものではない。
【００２３】
前記ヒータ３は、図１（ａ）に示すように、円筒体の両端から交互に設けたスリット間に、複数本の発熱部３ａが形成されてなる構成になっており、前記電極接続部３１の単位長さ当たりの抵抗値は、前記発熱部３ａ一本当たりの単位長さ当たりの抵抗値の０．１倍〜０．３倍に設定されている。このように、前記発熱部３ａ一本当たりの単位長さ当たりの抵抗値の０．１倍〜０．３倍に設定したのは、０．３倍以上では断面積が小さいため抵抗値が大きくなり、熱負荷が大き過ぎるという不具合が生じ、また０．１倍では断面積が大きいため熱流束が大きくなり、電極接続部３１の温度低下が発熱部３ａに悪影響を与えるという不具合が生じるからである。
【００２４】
さらに、前記ヒータ３の前記電極接続部３１との接続部近傍の発熱部の断面積は、この接続部近傍の発熱部の発熱量を、このヒータ３の他の発熱部の発熱量よりも大発熱量にするために、このヒータ３の他の発熱部の断面積よりも小断面積になるよう設定されている。これにより、電極接続部３１への熱の移動による前記接続部近傍の温度低下を防止することができ、ヒータ３の上端部における周方向の温度分布の均一化が可能になる。
【００２５】
前記一対の電極接続部３１それぞれの内側には、冷却水が給排される接続部冷却室（図示省略）が形成されており、この接続部冷却室内に冷却水を給排することにより電極接続部３１および電極部３３の溶融を防止し得るように構成されている。さらに、前記炉心管２の外周面と、電極接続部３１の対向面３２との間には、断熱材、つまりカーボン繊維、カーボン箔、またはカーボン成形体のうちの何れかの素材により製造されてなる断熱筒６が介装されている。
【００２６】
前記断熱筒６の厚さＬ2 は、図１における外向き方向の矢印方向の熱流密度ｑと、断熱筒６の厚さＬ2 と、電極部３３の電極接続部３１への接続部位置に対向する断熱筒６の内面と電極部３３の外側面の間の温度差ΔＴとの関係を示す下記関係式を用い、この温度差ΔＴが１０００℃、１５００℃、２０００℃の各場合についてそれぞれ熱流密度ｑを計算し、これら熱流密度ｑの計算結果から断熱筒６の厚さＬ2 を決定したものである。なお、前記熱流密度ｑとは、電極部３３からの熱の移動量を示している。
ｑ＝ΔＴ／（Ｌ1 ／λ1 ＋Ｌ2 ／λ2 ）
＝ΔＴ／（０．０５／１１５＋Ｌ2 ／０．８）
上記関係式において、Ｌ1 （ｍ）は電極部３３の長さであり、λ1 〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕は電極部３３の熱伝導率であり、そしてλ2 〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕は断熱筒６の熱伝導率である。
【００２７】
上記関係式から求められた断熱筒６の厚さＬ2 （ｍｍ）と、熱流密度ｑ（Ｗ／ｍ2 ）との関係は、図２に示すおりである。すなわち、この図２によれば、温度差ΔＴが１０００℃（白丸印で示す。）、１５００℃（白四角印で示す。）、２０００℃（白三角印で示す。）の何れの場合であっても、断熱筒６の厚さＬ2 が５ｍｍ程度になると熱流密度ｑが急激に小さくなり、断熱筒６の厚さＬ2 が１０ｍｍ程度になると熱流密度ｑはかなり小さく抑えられている。そして、断熱筒６の厚さＬ2 が１０ｍｍを超えると、断熱筒６の厚さＬ2 がさらに厚くなっても熱流密度ｑの低下程度は極く僅かになっている。
【００２８】
そこで、断熱筒６の厚さＬ2 を１０ｍｍに設定すれば、接続部冷却室内への冷却水の給排により、電極接続部３１および電極部３３が水冷されていたとしても、炉心管２の周方向の温度分布（光ファイバ母材７の周方向の温度分布）の不均一性を効果的に解消することが可能になると考えて、厚さＬ2 が１０ｍｍの断熱筒６を持つ光ファイバ母材加熱炉１を作成したものである。
【００２９】
【実施例】
上記構成になる光ファイバ母材加熱炉１の炉心管２に光ファイバ母材７を供給し、一対の電極接続部３１のそれぞれを水冷しながら、図示しない電源から電極部３３、電極接続部３１を介してヒータ３に電力を投入することにより炉心管２を２１００℃（放射温度計により測定）に加熱すると共に、１２００ｍ／ｍｉｎの速度で線引きして光ファイバ（線状製品）８を製造した。このようにして製造した光ファイバ８の非円率を検査したところ０．４％以下であり、光コネクタを位置決めするためのフェルールに形成される光ファイバ装着用の穴の軸線と光ファイバ軸線との心ずれに伴う接続時の軸ずれや接続損失にたいするユーザの要望を十分クリアし得るものであった。
【００３０】
この実施例のように、炉心管２の外周面と、電極接続部３１の対向面３２との間に断熱筒６を介装するだけで、０．４％以下の非円率の真円度に優れた光ファイバ８を製造し得るということは、上記従来例２に係る光ファイバ線引き炉のように、電極接続部の数を電極部よりも多数にすることによって炉心管の周方向の温度分布（光ファイバ母材の周方向の温度分布）の均一化を図る必要がなく、電極部３３の数を従来例２に係る光ファイバ線引き炉の電極部の数よりも少なくし得ることを示唆するものである。
【００３１】
上記のとおり、本実施の形態に係る光ファイバ母材加熱炉１によれば、電極部３３が一対であっても、断熱筒６の存在により電極部３３から外方への熱移動量を少なくすることができ、炉心管２の周方向の温度分布（光ファイバ母材の周方向の温度分布）が均一化されるため、従来例２に係る光ファイバ線引き炉の場合とほぼ同程度の非円率の真円度に優れた光ファイバ８を製造することができる。
【００３２】
本実施の形態に係る光ファイバ母材加熱炉１の場合には、電極接続部の数を電極部よりも多数にして炉心管の周方向の温度分布（光ファイバ母材の周方向の温度分布）の均一化を図る従来例２に係る光ファイバ線引き炉と異なり、ヒータ３に電極部３３が一対設けられているだけであるから、電極部の数が多い従来例２に係る光ファイバ線引き炉よりも構造が簡単である。従って、光ファイバ母材加熱炉１を低コストで製造し得るだけでなく、光ファイバ母材加熱炉１の分解、点検清掃、再組立て作業も短時間で終了することができるから、従来例２に係る光ファイバ線引き炉よりも稼動率ならびにランニングコストに関して有利になるという優れた効果がある。
【００３３】
なお、以上では、ヒータ３に設けられている電極部３３が一対である場合を例として説明した。しかしながら、例えば従来例２に係る光ファイバ線引き炉に対しても、本発明の光ファイバ母材加熱炉に係る技術的思想を適用すれば、炉心管の周方向の温度分布（光ファイバ母材の周方向の温度分布）のさらなる均一化の向上に寄与することが可能になることが想定されるから、上記実施の形態によって、本発明に係る技術的思想の適用範囲が限定されるものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１乃至５に係る光ファイバ母材加熱炉および本発明の請求項６乃至９に係る光ファイバ母材加熱方法によれば、断熱材の存在により電極部からの熱の移動量が少なくなり、光ファイバ母材の周方向の温度分布が均一化されるために、非円率の小さな真円度に優れた線状製品を製造することができる。
【００３５】
従って、本発明の光ファイバ母材加熱炉の場合には、従来例２に係る光ファイバ線引き炉のように、電極接続部の数を電極部よりも多数にして光ファイバ母材の周方向の温度分布の均一化を図る必要がなく、ヒータに設ける電極部の数を少なくすることができるから、構造が簡単であり、光ファイバ母材加熱炉が低コストになるだけでなく、その分解、点検清掃、再組立作業ても短時間で終了することができるため、稼働率ならびにランニングコストに関して有利になるという極めて優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係り、図１（ａ）は模式的に示す光ファイバ母材加熱炉の縦断断面構成説明図で、図１（ｂ）は電極接続部と、電極部とを含むヒータの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係り、横軸に断熱材の厚さ（ｍｍ）を、縦軸に熱流密度ｑ（Ｗ／ｍ2 ）をとって示す、断熱材の厚さと熱流密度との関係説明図である。
【図３】従来例１に係る光ファイバ母材加熱炉の縦断断面構成説明図である。
【図４】従来例２に係る光ファイバ線引き炉の平面断面図である。
【図５】従来例２に係り、図５（ａ）は光ファイバ線引き炉のヒータの外観を示す斜視図、図５（ｂ）は光ファイバ線引き炉の他のヒータの外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…加熱炉
２…炉心管
３…ヒータ，３ａ…発熱部，３１…電極接続部，３２…対向面，３３…電極部
４…ヒータ囲繞用断熱材
５…ボデイ
６…断熱筒
７…光ファイバ母材
８…光ファイバ（線状製品）
【図１】
0004113694.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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