JP6024475B2

JP6024475B2 - 光ファイバ用線引炉のシール構造、光ファイバの線引方法

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Publication number: JP6024475B2
Application number: JP2013010950A
Authority: JP
Inventors: 山崎　卓; 卓山崎; 巌岡崎; 小西　達也; 達也小西
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: JP2014141373A

Description

本発明は、光ファイバ用線引炉の上端開口部と光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐための光ファイバ用線引炉のシール構造、光ファイバの線引方法に関する。

光ファイバは、石英を主成分とする光ファイバ用ガラス母材（以下、ガラス母材という）を光ファイバ用線引炉（以下、線引炉という）の上端開口部から炉心管内に下降させながらその先端を加熱溶融し、このガラス母材の先端を細径化して下端開口部から線引きすることにより製造される。このときの線引炉内の温度は、約２０００℃と非常に高温となるので、線引炉内の部品には、耐熱性に優れたカーボンが用いられている。

このカーボンは、高温の酸素含有雰囲気中で酸化して消耗する性質を有する。このため、線引炉内は、アルゴンガスやヘリウムガス等の希ガス、窒素ガス（以下、不活性ガス等という）の雰囲気に保つ必要がある。

この場合、線引炉内を陽圧にし、外気（酸素）が線引炉内に入り込むことを防いでいるが、線引炉の上端開口部とガラス母材との隙間でうまく気密が取れていないと（シールされていないと）、外気を線引炉内に巻き込んで線引炉の寿命に影響を与え、また、不活性ガス等の使用量が多くなって光ファイバの製造コストを減らせなくなる。そこで、線引炉の上端開口部とガラス母材との隙間を塞ぐためのシール機構が必要となる。

例えば、特許文献１には、線引炉の上端開口部において、ガラス母材の側面に当接する上下２段のブレード部材を備えたシール構造が開示されている。具体的には、上段のブレード部材と下段のブレード部材とは、上下で互い違いに配されており、各ブレード部材は、ガラス母材の側面に対して平行な母材接触面を有している。

特開２０１２−１０６９１５号公報

ところで、近年は、光ファイバの製造コストをより下げるために、ガラス母材の長大化や大径化を図り、ガラス母材の段取り替えを少なくしており、母材径の増大に伴って母材径の変動も大きくなっている。母材径が、例えば、±１０ｍｍ程度よりも大きく変動する場合、線引炉の上端開口部とガラス母材との隙間も大きく変動するので、その隙間の変動分を加味してシールしなければならない。

上記特許文献１では、複数のブレード部材をガラス母材に接触させることによりシールしているが、各ブレード部材の母材接触面は、母材半径に近い曲面を持つ略長方形の断面形状で高さ方向に所定の厚みを持ち、ガラス母材の側面に対して平行に形成されているので、ガラス母材の外径が大きく変動し、各ブレード部材の母材接触面とガラス母材の側面とが平行ではなくなる場合に、ブレード部材の母材接触面とガラス母材の側面との間に隙間が生じ、この隙間が上下ブレード部材間で連通し、外気を線引炉内に巻き込むという問題がある。

より具体的には、図１２（Ａ）に示すように、ガラス母材５の母材径が上部ほど増加している場合には、上段のブレード部材１０４が下段のブレード部材１０５よりもガラス母材５の径方向で見て線引炉中心軸Ｚより遠い側に移動し、上段のブレード部材１０４の母材接触面１０４ａは、その上端部分がガラス母材５の側面に接触し、その下端部分がガラス母材５の側面から離れる。このため、上段のブレード部材１０４では、母材接触面１０４ａの下端部分とガラス母材５の側面との間に隙間が形成され、さらに、上記移動に伴って、ガラス母材５の周方向で隣接する上段のブレード部材１０４同士間にも隙間が形成されるので、同じく周方向で隣接する下段のブレード部材１０５同士間に形成される隙間を介して線引炉内が外部と連通し、外気を線引炉内に巻き込むおそれがある。

一方、図１２（Ｂ）に示すように、ガラス母材５の母材径が上部ほど減少している場合には、下段のブレード部材１０５が上段のブレード部材１０４よりもガラス母材５の径方向で見て線引炉中心軸Ｚより遠い側に移動し、下段のブレード部材１０５の母材接触面１０５ａは、その下端部分がガラス母材５の側面に接触し、その上端部分がガラス母材５の側面から離れる。このため、下段のブレード部材１０５では、母材接触面１０５ａの上端部分とガラス母材５の側面との間に隙間が形成され、さらに、隣接する下段のブレード部材１０５同士間にも隙間が形成されるので、隣接する上段のブレード部材１０４同士間に形成される隙間を介して線引炉内が外部と連通する。よって、この場合にも母材径が増加する場合と同様に、外気を線引炉内に巻き込むおそれがある。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、線引炉内への外気の巻き込みを回避できると共に、不活性ガス等の使用量を減らすことができる光ファイバ用線引炉のシール構造、光ファイバの線引方法の提供を目的とする。

本発明による光ファイバ用線引炉のシール構造は、光ファイバ用線引炉の上端開口部と上端開口部から挿入される光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐための光ファイバ用線引炉のシール構造であって、上下２段で互い違いに配され、光ファイバ用ガラス母材の側面に当接する先端部を有した複数のブレード部材を備え、先端部は、上下のブレード部材が重なり合う位置にて、上下の前記ブレード部材が光ファイバ用ガラス母材の側面に線接触する形状で形成されている。

また、上段のブレード部材の先端部は、下部ほど上端開口部の中心軸に近づくように直線状に傾斜し、下段のブレード部材の先端部は、上部ほど上端開口部の中心軸に近づくように直線状に傾斜してもよい。また、上段のブレード部材の先端部は、下部ほど上端開口部の中心軸に近づくように湾曲して傾斜し、下段のブレード部材の先端部は、上部ほど上端開口部の中心軸に近づくように湾曲して傾斜してもよい。

本発明による光ファイバの線引方法は、光ファイバ用線引炉の上端開口部と上端開口部から挿入される光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐための光ファイバ用線引炉のシール構造を用いて光ファイバを線引する光ファイバの線引方法であって、上下２段で互い違いに配され、光ファイバ用ガラス母材の側面に当接する先端部を有した複数のブレード部材を備え、先端部は、上下のブレード部材が重なり合う位置にて、上下の前記ブレード部材が光ファイバ用ガラス母材の側面に線接触させて光ファイバを線引している。

本発明の光ファイバ用線引炉のシール構造、光ファイバの線引方法によれば、各ブレード部材の先端部は上下のブレード部材が重なり合う位置でガラス母材の側面に線接触しており、上端開口部とガラス母材との隙間が大きく変動しても、上段の先端部の下端部分とガラス母材の側面との接触、及び下段の先端部の上端部分とガラス母材の側面との接触が維持される。よって、上端開口部とガラス母材との隙間を塞ぐことができ、線引炉内への外気の巻き込みを防止することができる。

本発明の光ファイバ用線引炉の概略を説明する図である。本発明によるシール構造の第１の実施形態の概略を示す斜視図である。図２のシール構造におけるブレード部材の一例と動作を説明する図である。図２のブレード部材の部分断面図である。ブレード部材の他の例の部分断面図である。本発明によるシール構造の第２の実施形態の概略を示す断面図である。図６のシール構造の主要部を示す上面図である。図６のシール構造のＡ−Ａ断面を示す図である。図６のシール構造における円筒スリットバネの一例を示す図である。本発明によるシール構造の第３の実施形態の概略を示す断面図である。図１０のシール構造におけるブレード部材の開閉状態を説明する図である。従来のシール構造におけるブレード部材の動作を説明する図である。

図１により、本発明が適用される線引炉の概略を説明する。なお、以下ではヒータにより炉心管を加熱する抵抗炉を例に説明するが、コイルに高周波電源を印加し、炉心管を誘導加熱する誘導炉にも、本発明は適用可能である。線引炉１は、炉筐体２と、炉心管３と、加熱源（ヒータ）４と、シール機構８とを備えている。炉筐体２は、上端開口部２ａと下端開口部２ｂを有し、例えば、ステンレス鋼製で形成されている。炉心管３は、炉筐体２の中央部に円筒状で形成され、上端開口部２ａと連通している。炉心管３はカーボン製で、この炉心管３内には、ガラス母材５が上端開口部２ａからシール機構８でシールされて挿入されるようになっている。

炉筐体２内には、ヒータ４が炉心管３を囲むように配置され、断熱材７がヒータ４の外側を覆うように収納される。ヒータ４は、炉心管３の内部に挿入されたガラス母材５を加熱溶融し、その下端部５ａから溶融縮径された光ファイバ５ｂを溶融垂下させる。ガラス母材５は、別途設けた移動機構により線引方向（下側方向）に移動させることが可能となっており、ガラス母材５の上側には、ガラス母材５を吊り下げて支持するための支持棒６が連結されている。また、線引炉１には図示しない不活性ガス等の供給機構が設けられており、炉心管３内やヒータ４の周りに酸化や劣化防止のために不活性ガス等を供給するようになっている。

なお、図１では、炉心管３の内壁の上端部がそのまま上端開口部２ａを形成している例を挙げているが、これに限ったものではない。例えば、炉心管３の内径ｄよりさらに狭い上端開口部となる上蓋を炉心管３の上側に設けてもよく、この場合にシール対象となる隙間は、この狭い上端開口部とガラス母材５との間に生じる隙間となる。また、ガラス母材５の断面形状は、基本的に真円を目指して生成されたものとするが、その精度を問わず一部で非円が存在してもよく、また楕円形などであってもよい。また、上端開口部２ａの断面は円形としておけばよいが、この精度は問わない。

本発明は、線引炉１の上端開口部２ａと上端開口部２ａから挿入されたガラス母材５の外周との間の隙間Ｓを塞ぐためのシール機構８を対象とするもので、特に、上端開口部２ａに設けたシール機構８によって炉外の外気を巻き込まないようにしながら、炉内のガラス母材５をヒータ４により加熱することを特徴とする。なお、ガラス母材５の上部に配した蓋体９は、線引工程の終了近くのシールに対応させるもので、これについては後述する。

[第１の実施形態]
以下、図２を参照して、シール機構の第１の実施形態に係るシール構造を説明する。図２はシール構造１０の概略を示す斜視図である。
シール構造１０は、耐熱性を持った複数のブレード部材１４，１５と、ブレード部材１４，１５を支持する支持機構の一部となる円筒１１と、ブレード部材１４，１５を内方に押圧する作用を備えた機構（以下、押圧作用機構という）とを備える。以下、後述する外側円筒１２と区別するために、円筒１１を内側円筒と称する。なお、外側円筒１２も、ブレード部材１４，１５を支持する支持機構の一部をなしている。

内側円筒１１は、複数のブレード部材１４，１５をスライド移動させるための複数のガイド孔１３ａ，１３ｂを、その内側円筒１１の円周上に、例えば、互い違いに２段備えている。ガイド孔１３ａ，１３ｂは、内側円筒１１の中心軸に対して放射状に設けられていて、ブレード部材１４，１５も放射状に直線的に移動可能に設置される。ガイド孔１３ａ，１３ｂは、例えば、内側円筒１１に直接設けるのではなく、図３にも示すように、内側円筒にブレード部材１４，１５を収納するための円盤状の収納部１３を設け、その収納部１３に各ガイド孔１３ａ，１３ｂを設けることができる。

ブレード部材１４，１５は、例えば、移動方向に垂直な面での断面形状が略長方形となる略直方体形状とする。なお、ブレード部材１４，１５の厚みは薄くてよく、例えば、厚さ１ｍｍ程度であってもよい。なお、上述のガイド孔１３ａ，１３ｂはブレード部材１４，１５の断面形状に合った形状の孔となっている。

ブレード部材１４，１５の先端は、後述のように、押圧作用機構によって押圧された時にガラス母材の側面に当接される。従って、ブレード部材１４，１５の先端は、当接時にガラス母材との隙間を可能な限り小さくするために、ガラス母材の半径として想定される最大値（使用されるガラス母材の最大径）に合うような曲率を持つ円弧形状にしておくことが好ましい。図２等は、このような円弧を採用した例で示してある。

また、ブレード部材１４，１５の材料はカーボンであることが好ましい。カーボンは、耐熱性に優れるだけでなく、摩擦係数を小さく加工することができるやわらかい素材であるためガラス母材を傷付ける心配もない。特に、本例のブレード部材１４，１５には、ショア硬度１００以下の軟質のカーボンを採用することが好ましい。また、カーボンは、プレス成型や削り出しなどにより容易に成型することができる点でも好ましい。

ブレード部材１４，１５の材料としては、カーボンの他に、例えば、ガラス（石英）、ＳｉＣコートカーボンなどを採用することもできる。また、他の硬質の材料を用いた場合でも、例えば、先端部分のみだけでも軟質のカーボンを使用することでガラス母材を傷付けることはない。
ブレード部材１４，１５は、線引炉の熱では溶けない材質であることが必要であり、２００℃程度以上の耐熱性を持つことが好ましい。なお、ブレード部材１４，１５の耐熱性が十分でない場合は、ブレード部材１４，１５を冷却するような機構（例えば水冷方式）を持つようにさせてもよい。

また、ブレード部材１４，１５としてカーボンを使用する場合は、酸化や劣化を防止するため、不活性ガス等をブレード部材１４，１５に噴き付けるようにするなどして、ブレード部材１４，１５の周囲を不活性ガス等雰囲気としておくことが望ましい。
内側円筒１１の内径やブレード部材１４，１５の移動方向の長さは、線引炉とガラス母材との間に生じる隙間を埋められるように決めておけばよい。図１の例では、上端開口部２ａにおける炉心管３とガラス母材５との間に生じる隙間Ｓの幅は、炉心管３の直径ｄからガラス母材５の直径φを引いて半分にした値となる。

しかし、実際上は、ガラス母材５の外径に変動があるため、上記隙間Ｓとして想定される距離（好ましくは想定される最大距離）に基づき、内側円筒１１の内径やブレード部材１４，１５の移動方向の長さを決定すればよい。例えば、ガラス母材５の直径φが９０ｍｍで±１０ｍｍの径変動で形成されている場合には、炉心管３の直径ｄが１２０ｍｍ程度あればよいので、隙間Ｓの幅は１０〜２０ｍｍ程度となる。

また、ブレード部材１４，１５の幅（内側円筒１１の接線方向に平行な長さ）や枚数は、使用するガラス母材の外径や外径変動量や曲がり量などに応じて、適宜選べばよい。
基本的には、ブレード部材１４，１５の枚数が多いほど気密がとりやすい。
そして、上記押圧作用機構は、複数のガイド孔１３ａ、１３ｂのそれぞれに複数のブレード部材１４，１５を挿入した状態で、複数のブレード部材１４，１５の先端をガラス母材の側面に当接させるように、複数のブレード部材１４，１５を個別に線引炉の径方向（より正確には内側円筒１１や収納部１３の径方向）に押圧する。この押圧力は、ガラス母材の下降を阻害しない程度に弱いものとする。

上述したように、内側円筒１１には、複数のガイド孔１３ａ，１３ｂがその円周上に互い違いに２段設けられており、これらのガイド孔にブレード部材１４，１５が直線的に移動可能な状態で挿入される。従って、ブレード部材１４は内側円筒１１の円周上に等間隔で複数設けられ、ブレード部材１５も内側円筒１１の円周上に等間隔で複数設けられる。そして、図２，３で示すように、ブレード部材１４とブレード部材１５との間は、上下方向に間隔が生じないようにする。

さらに、ブレード部材１４，１５は、隣接するブレード部材１４で生じる隙間をブレード部材１５で埋めて、隣接するブレード部材１５で生じる隙間をブレード部材１４で埋めるようにする。すなわち、隣接するブレード部材１４同士間の隙間と隣接するブレード部材１５同士間の隙間とが重ならないように配置されている。これにより、図１の隙間Ｓを塞ぎ、不活性ガス等が漏れにくいようにシールすることができる。

このように、本発明では、複数のブレード部材１４，１５を２層構造で互い違いに重ね合わせることが好ましい。このような構造により、ブレード部材１４，１５の先端をガラス母材に接触させることで、線引炉の上端開口部に生じる隙間を塞ぐ。そして、複数のブレード部材１４，１５のそれぞれは、ガラス母材の中心に向かって水平方向に独立してスライド移動可能に設置されている。

上記押圧作用機構は、例えば、図２に示すように、複数のブレード部材１４，１５の後端にそれぞれ一端が固定され、且つ他端が外側円筒１２にそれぞれ保持された複数の棒状部材１６と、複数の棒状部材１６のそれぞれに沿って設けられた複数のコイルバネ部材１７とで構成することができる。なお、外側円筒１２は、円筒に限らず多角形の筒状部材であっても外壁として機能できればよい。なお、コイルバネ部材１７は、軸方向に伸縮する構造であれば、コイル形状でなくてもよい。

そして、この押圧作用機構は、複数の棒状部材１６を、それぞれ外側円筒１２に固定された固定部材１８の緩挿孔に挿入し、放射方向に移動可能としている。複数のコイルバネ部材１７を棒状部材１６に沿って配置し、それぞれ複数のブレード部材１４，１５と固定部材１８とに当接させておく。これにより、この押圧作用機構は、コイルバネ部材１７の付勢力によって、複数のブレード部材１４，１５を個別にガラス母材側に押圧することができる。

なお、図２で説明した押圧作用機構は、棒状部材１６やコイルバネ部材１７等で構成されていたが、エアシリンダで構成されていてもよい。この場合の各エアシリンダは、線引炉の径方向に対して長さが伸縮可能に構成されており、エアシリンダの付勢力により、上記の棒状部材１６やコイルバネ部材１７と同様に、複数のブレード部材を個別にガラス母材側に押圧することができる。

図３は、上述したシール構造１０におけるブレード部材の一例とその動作を説明するための図である。
上述したシール構造１０において、例えば、想定される最小径（直径Ｄａ）のガラス母材５が使用される場合、図３（Ａ）のように、各ブレード部材１４，１５は、ブレード部材１４の先端同士やブレード部材１５の先端同士が接触する程度まで出てくるよう設計しておけばよい。他方、想定される最大径（直径Ｄｂ）のガラス母材５が使用される場合、図３（Ｂ）のように、各ブレード部材１４，１５が収納部１３にほぼ収納されるように設計しておけばよい。

そして、各ブレード部材１４，１５は個々に図３（Ａ）と図３（Ｂ）とで例示する間の範囲を水平方向にスライド移動することで、ガラス母材５の径変動を吸収することができる。
以上説明したように、本例のシール構造１０では、図１のガラス母材５の径変動が大きくても、炉心管３とガラス母材５との隙間Ｓを良好に塞ぐことができる。この結果、炉内への外気の流入を抑制することができる。

また、シール構造１０では、ガラス母材が太い箇所では、ブレード部材１４，１５が外側円筒１２の方に（外方に）向かって放射状に移動する。一方、細い箇所では、ブレード部材１４，１５が内側円筒１１の中心に（内方に）向かって放射状に移動するといった簡易な構造で、上記の隙間Ｓを塞ぐことが可能で、ガラス母材の径変動も自動的に吸収できる。さらに、複数のブレード部材１４，１５のそれぞれが独立してスライド移動する構造を持つため、ガラス母材の径が同一断面上で一定でない場合、つまり非円形の断面を持つ場合にも対応させることができる。

ところで、図２，３に示したブレード部材１４，１５は、例えば、半ピッチ分ずれた状態で、上下に重なり合う先端部を有し、これら先端部は、その合わせ位置にて、ガラス母材の側面に線接触する形状で形成されている。
詳しくは、ブレード部材の移動方向に沿って切断した図４に示すように、上段のブレード部材１４の先端部１４ａは、下部ほど図１の上端開口部２ａの中心軸に向かって近づくように直線状に傾斜しており、ブレード部材１４の下面端がその上面端よりもガラス母材に向けて突き出ている。一方、下段のブレード部材１５の先端部１５ａは、上部ほど上端開口部２ａの中心軸に向かって近づくように直線状に傾斜し、ブレード部材１５の上面端がその下面端よりもガラス母材に向けて突き出ている。

これにより、各先端部１４ａ，１５ａは、上下のブレード部材が重なり合う位置でガラス母材の側面に線接触することができる。仮に、図１の隙間Ｓが大きく変動し、周方向で隣接するブレード部材同士間に隙間が形成されても、上段の先端部１４ａの下端部分とガラス母材の側面との接触、及び下段の先端部１５ａの上端部分とガラス母材の側面との接触が維持される。

より具体的には、上段のブレード部材１４には、下面端を残して上面端側へ逃げが設けられ、下段のブレード部材１５には、上面端を残して下面端側へ逃げが設けられている。このため、上段の先端部１４ａの上端部分とガラス母材との間、及び下段の先端部１５ａの下端部分とガラス母材との間には隙間が生じ得る。しかし、母材径が増加・減少した場合でも、上段の先端部１４ａの下端部分とガラス母材との間、及び下段の先端部１５ａの上端部分とガラス母材との間には隙間が生じず、また、上下のブレード部材には重なり部があるので、隙間が上下で連通することなく、上端開口部とガラス母材との隙間を塞ぐことができる。この結果、線引炉内のガス漏れを防止し、外気の巻き込みを回避できると共に、不活性ガス等の使用量を減らすことができる。

なお、上記の図４では、直線状に傾斜したブレード部材１４，１５を説明したが、湾曲していてもよい。
詳しくは、図５に示すブレード部材１４’，１５’も、上下のブレード部材が重なり合う位置にて、ガラス母材の側面に線接触する形状で形成された先端部１４ａ’，１５ａ’を有している。上段のブレード部材１４’の先端部１４ａ’は、下部ほど図１の上端開口部２ａの中心軸に向かって近づくように湾曲して傾斜している。一方、下段のブレード部材１５’の先端部１５ａ’は、上部ほど上端開口部２ａの中心軸に向かって近づくように湾曲して傾斜している。このように、先端部１４ａ’，１５ａ’を湾曲して傾斜させれば、直線状に傾斜させた場合に比べて、先端部への負荷が少なくて済み、長寿命のブレード部材を提供可能となる。

[第２の実施形態]
次に、図６〜図９を参照し、シール機構の第２の実施形態に係るシール構造を説明する。図６はシール構造２０の概略を示す断面図、図７は図６のシール構造の主要部を示す上面図、図８はシール構造２０におけるブレード部材の収納部の一例を示す図で、図９はシール構造２０に用いる円筒スリットバネの一例を示す図である。
シール構造２０は、耐熱性を持った複数のブレード部材２４，２５と、ブレード部材２４，２５を支持する支持機構の一部である収納部２３と、円筒スリットバネ２６と、を備える。

ブレード部材２４，２５は、第１の実施形態等で説明したブレード部材１４，１５と同様な形状のものを用いることができ、移動方向に垂直な面での断面形状が略長方形となる略直方体形状とされる。そして、ブレード部材２４，２５の厚みは薄くてよく、例えば、厚さ１ｍｍ程度であってもよい。また、複数のブレード部材２４，２５を支持する収納部２３のガイド孔はブレード部材２４，２５の断面形状に合った形状の孔となっている。

ブレード部材２４，２５の先端部２４ａ，２５ａは、第１の実施形態の図２〜図４で説明した先端部１４ａ，１５ａや、図５で説明した先端部１４ａ’，１５ａ’と同様な形状のものを用いることができる。また、先端部２４ａ，２５ａは、後述する押圧作用機構によって押圧された時に、ガラス母材の側面にできるだけ多く当接されるようにするため、先端部２４ａ，２５ａは、第１の実施形態等で説明したブレード部材と同様に、ガラス母材の半径として想定される最大値に合うような曲率を持つ円弧の形状にしておくことが好ましい。

また、第１の実施形態等のブレード部材と同様に、ブレード部材２４，２５の材料はカーボンであることが好ましい。なお、ブレード部材２４，２５としてカーボンを使用する場合は、酸化や劣化を防止するため、不活性ガス等をブレード部材２４，２５に噴き付けるようにするなどして、ブレード部材２４，２５の周囲を不活性ガス等雰囲気としておくことが望ましい。

収納部２３は、円盤状の部材であり、筐体２７に収容固定されている。そして、図６において、収納部２３をＡ−Ａ断面から見た様子を図８に図示している。図８に示すように、収納部２３には、複数のブレード部材２４，２５をスライド移動させるための複数のガイド孔２３ａ，２３ｂが、その収納部２３の円周上に互い違いに２段備えている。ガイド孔２３ａ，２３ｂは、収納部２３の中心軸に対して放射状に設けられていて、第１の実施形態等のブレード部材と同様に、ブレード部材２４，２５も放射状に直線的に移動可能に設置される。なお、収納部２３の内径やブレード部材２４，２５の移動方向の長さは、線引炉とガラス母材との間に生じる隙間を埋められるように決められる。また、ブレード部材２４，２５の幅や枚数は、使用するガラス母材の外径などに応じて選定される。

円筒スリットバネ２６は、図６に示すように、ブレード部材２４，２５の周囲に設けられ、ブレード部材２４，２５を収納部２３の中心方向に押圧する押圧作用機構（中心方向に力を付勢する付勢機構）として機能するものである。
円筒スリットバネ２６は、耐熱性の材料、例えば、カーボン、セラミックス、カーボン−セラミックス複合材、金属材のいずれかで形成されていることが望ましく、２００℃以上の耐熱性を持つことが好ましい。

本例の円筒スリットバネ２６は、例えば、円筒状の上記の耐熱性素材に上下方向から互い違いにスリットを形成したものとする。図９には、円筒スリットバネ２６の一部分を図示している。円筒スリットバネ２６は、上方向からのスリット２６ａと下方向からのスリット２６ｂとを互い違いに形成しておく。特に、円筒スリットバネ２６の材料としてカーボンを用いると、スリット２６ａ，２６ｂを設ける加工も比較的に容易である。

円筒スリットバネ２６は、このようなスリット２６ａ，２６ｂにより周方向に伸縮させることが可能となり、そのような周方向の弾性力によって、その円筒径方向に収縮しようとする力（収縮力）を生じる。円筒スリットバネ２６は、この円筒径方向の収縮力により、ブレード部材２４，２５をガラス母材の側面に押圧するように設けられる。
円筒スリットバネ２６の設置形態は、図６の断面図及び図７の上面図で示した通りである。図６及び図７の例の場合、シール構造２０は、円筒スリットバネ２６の円筒径方向の収縮力により、複数のブレード部材２４，２５を個別に線引炉の径方向（より正確には収納部２３の径方向）に押圧することで、複数のブレード部材２４，２５の先端をガラス母材５の側面に当接させている。そして、この押圧力は、円筒スリットバネ２６の厚みやスリット幅を調整することにより、ガラス母材５の下降を阻害しない程度に弱いものに調整することができる。

これにより、図６に示すように、線引きの進行によりガラス母材５が矢印で示すように下降し、ガラス母材５の外径が、例えば、φ_１からφ_２（＞φ_１）まで増加しても、円筒スリットバネ２６は、周方向に均一にブレード部材２４，２５を締め付けた状態で矢印に示すように外側に延び、逆にガラス母材５の外径が減少した場合は縮むことができる。よって、この円筒スリットバネ２６は、ガラス母材５の径変動を自動的に吸収することができる。

さらに、本例のシール構造２０は、複数のブレード部材２４，２５のそれぞれが独立してスライド移動する構造を持つため、ガラス母材５の径が同一断面上で一定でない場合、つまり非円形の断面を持つ場合にも対応させることができる。
また、図６に示すように、シール構造２０の筐体２７には、図示しない供給機構により不活性ガス等が供給されるガス導入口２７ａが設けられており、さらに収納部２３にはガス通気口２３ｃが設けられている。ブレード部材２４，２５や円筒スリットバネ２６等の部材としてカーボンを使用する場合には、ガス導入口２７ａ及びガス通気口２３ｃにより不活性ガス等が筐体２７の内部及びブレード部材２４，２５に行き渡り、部材の酸化や劣化を防止することができる。なお、ここでの不活性ガス等は、炉内へ供給するガスと同じであってもよいし、異なる種類であってもよい。

上述したように、本例のシール構造２０においても、第１の実施形態等と同様に、図１のガラス母材５の径変動が大きくても、その隙間Ｓを良好に塞ぐことができ、炉内ガスの漏れを防ぐと共に、外気の流入を防ぐことができる。また、本例のシール構造は、押圧作用機構に径方向に伸縮する簡易な構造の円筒スリットバネ２６を用いているため、設備が簡素化でき、メンテナンスも容易となる。

[第３の実施形態]
次に、図１０，１１を参照し、シール機構の第３の実施形態に係るシール構造３０を説明する。図１０はシール構造３０の概略を示す断面図、図１１は図１０のシール構造におけるブレード部材が開閉状態である場合の様子を示し、図１１（Ａ）はブレード部材が開状態の様子、図１１（Ｂ）はブレード部材が閉状態（最も閉じた状態）の様子を示す図である。

シール構造３０は、耐熱性を持った複数のブレード部材３４，３５と、ブレード部材３４，３５を支持する傾斜台３１及びスライド機構を有する支持機構と、を備える。
また、複数のブレード部材３４，３５や上記支持機構は、図１０に示す筐体３７内に載置され、格納されている。なお、図１０では、筐体３７が傾斜台３１の上下面及び側面を覆うように図示しているが、これに限らず、例えば、筐体３７の底壁をなくし、線引炉の上端部に傾斜台３１が直接載置されるようにしてもよい。また、筐体３７を有しない構成であってもよい。

複数のブレード部材３４，３５を支持する傾斜台３１は、図１の上端開口部２ａの中心軸方向に向かって下がるように傾斜し、且つ中心にガラス母材５を挿入するための挿入口を持った台である。すなわち、傾斜台３１は、図１０に示すように、底辺を線引炉の上端部に平行な辺とし、且つ高さを上端開口部の中心軸方向とした直角三角形を、上端開口部の中心軸を回転中心として上端開口部の周りに回転させたような形状を持つ円盤状の部材である。なお、上記の直角三角形は、図示するように実際には台形になっているなど、他の形状であっても、斜面の部分を有していればよい。また、傾斜台３１におけるガラス母材５の挿入口の直径と、上端開口部の直径とが同じであるのが望ましいが、多少の長短があっても良い。

上記の機構は、上述した第１，２の実施形態における押圧作用機構に相当するもので、複数のブレード部材３４，３５の自重により、複数のブレード部材３４，３５を個別に、傾斜台３１の傾斜に沿って線引炉の径方向にスライド移動させる機構である。そして、このスライド機構により、複数のブレード部材３４，３５の先端は、その自重でガラス母材５の側面に当接させることが可能となっている。

次に、上記のスライド機構について具体例を挙げて説明する。図１１に示すように、傾斜台３１の円周上には、複数のブレード部材３４を、傾斜台３１の中心軸に対して径方向に直線的にスライド移動させるための複数の突起部３２が設けられている。また、図１０，１１に示すように、傾斜台３１の円周上には、複数のブレード部材３５を、傾斜台３１の中心軸に対して径方向に直線的にスライド移動させるための複数の突起部３３が設けられている。

これら複数の突起部３２，３３の使用は、上記のスライド機構の一例であり、突起部３２と突起部３３とは傾斜台３１の周方向に沿って交互に設けられている。なお、図１１の補助部材３６は、ブレード部材３４のスライド面をなすように傾斜台３１上に配されており、ブレード部材３４は、ブレード部材３５の上面側の高さで、且つブレード部材３４の下面の一部がブレード部材３５の上面に接しながらスライド移動することができる。

突起部３２，３３の水平方向断面は略長方形であり、その短辺に合った幅を持つガイドスリット（スライド孔）３４ｓ，３５ｓがそれぞれブレード部材３４，３５に設けられている。このような形状の複数の突起部３２，３３が傾斜台３１に放射状に設けられているため、図１１（Ａ）の状態から図１１（Ｂ）の状態に移行する例で示すように、ブレード部材３４，３５も放射状にスライド移動可能となる。なお、突起部３２，３３をブレード部材３４，３５側に設けて、傾斜台３１の斜面側にブレード部材３４，３５をガイドするためのスライド溝を設けるようにしてもよい。また、１つのブレード部材に対して１つの突起部を設けた例を挙げているが、２つのガイドピンを設けてスライド移動させるようにしてもよい。

ブレード部材３４，３５は、第１，２の実施形態等で説明したのと同様な形状のものを用いることができ、移動方向に垂直な面での断面形状は、略長方形とするか、若しくは幅方向に円弧を持たせた形状とされる。なお、ブレード部材３４，３５の厚み（略長方形の場合には短辺の長さ、円弧形状の場合にはその幅）は薄くてもよく、例えば、厚さ１ｍｍ程度であってもよい。また、傾斜台３１に対するブレード部材３４，３５の移動方向の長さ（スライド距離）は、上述したガイドスリット３４ｓ，３５ｓの長さなどによって決まるが、線引炉とガラス母材との間に生じる隙間を塞ぐように決めておけばよい。

また、ブレード部材３４，３５の先端部３４ａ，３５ａは、第１の実施形態の図２〜図４で説明した先端部１４ａ，１５ａや、図５で説明した先端部１４ａ’，１５ａ’と同様な形状のものを用いることができる。
ブレード部材２４，２５の先端部３４ａ，３５ａは、自重により傾斜に沿って下がった時に、ガラス母材５の側面にできるだけ多く当接されるようにするため、先端部２４ａ，２５ａは、第１，２の実施形態等で説明したブレード部材と同様に、ガラス母材５の半径として想定される最大値に合うような曲率を持つ円弧の形状にしておくことが好ましい。

図１０，１１の例で説明すると、ブレード部材３５は、傾斜台３１の斜面に接しながら、突起部３３に対してスライド移動する。一方、ブレード部材３４は、補助部材３６の上面に接しながら、突起部３２に対してスライド移動する。
ブレード部材３４，３５は、隣接するブレード部材３４で生じる隙間をブレード部材３５で埋めて、隣接するブレード部材３５で生じる隙間をブレード部材３４で埋めるように、すなわち隣接するブレード部材３４間の隙間と隣接するブレード部材３５間の隙間とが重ならないように配置されている。

ブレード部材３４，３５の材料は、第１，２の実施形態のブレード部材と同様にカーボンであることが好ましい。なお、ブレード部材３４，３５としてカーボンを使用する場合は、酸化や劣化を防止するため、不活性ガス等をブレード部材３４，３５に噴き付けるようにするなどして、ブレード部材３４，３５の周囲を不活性ガス等雰囲気としておくことが望ましい。なお、傾斜台３１や他の部品も耐熱性が高いものを採用することが好ましく、ブレード部材３４，３５と同様に、２００℃以上の耐熱性を持つことが好ましい。

上述したように、シール構造３０は、ブレード部材３４，３５の自重により、ブレード部材３４，３５を個別に傾斜台３１の傾斜に沿って線引炉の径方向にスライド移動させることで、複数のブレード部材３４，３５の先端をガラス母材５の側面に当接させている。そして、この自重による押圧力は、ガラス母材の下降を阻害しない程度に弱いものとするように、傾斜台３１の傾斜部の角度やブレード部材３４，３５の重さを設計しておけばよい。傾斜部の角度としては、水平方向に対して２０°〜４５°程度が想定されるが、５°〜８５°の範囲であれば重さを調整することで適用可能である。例えば、ガラス母材５の挿入時にブレード部材３４，３５を破損させることなく外周方向に退避させるためには、傾斜部の角度を小さく（例えば５°〜４５°程度に）することが望ましい。

これにより、図１０に示す例で、光ファイバ線引の進行中にガラス母材５が矢印で示すように下降して、ガラス母材５の外径が、例えば、φ_１からφ_２（＞φ_１）まで増加しても、ガラス母材５の側面を一定の力で押しながら、図１１（Ｂ）で示す状態から図１１（Ａ）で示す状態のように、ブレード部材３４，３５を外側且つ上方にスライド移動させることができる。また逆に、ガラス母材５の外径が減少した場合は、ガラス母材５の側面を一定の力で押しながら、ブレード部材３４，３５を内側且つ下方にスライド移動させることができる。

この結果、シール構造３０は、ガラス母材の径変動を自動的に吸収することができる。また、複数のブレード部材３４，３５のそれぞれが独立してスライド移動する構造を持つため、ガラス母材５の径が同一断面上で一定でない場合、つまり非円形の断面を持つ場合にも対応させることができる。

図１０に示すように、シール構造３０には、図示しないガス供給機構により不活性ガス等が供給されるガス導入口３７ａが筐体３７に設けられている。ブレード部材３４，３５や傾斜台３１等の部材としてカーボンを使用する場合には、ガス導入口３７ａにより不活性ガス等が筐体３７の内部及びブレード部材３４，３５、傾斜台３１に行き渡り、部材の酸化や劣化を防止することができる。なお、ここでの不活性ガス等は、炉内へ供給するガスと同じであってもよいし、異なる種類であってもよい。また、傾斜台３１に図示しないガス通気口を設けておき、ブレード部材３４，３５の裏側からも不活性ガス等を流すようにしてもよい。

上述したように、本例のシール構造３０においても、第１，２の実施形態等と同様に、ガラス母材の径変動が大きくても、上記の隙間Ｓを良好に塞ぐことができ、炉内ガスの漏れを防ぐと共に、外気の流入を防ぐことができる。
また、本例のシール構造は、傾斜に沿って配したブレード部材３４，３５を、自重を利用してガラス母材の側面に当接させるといった簡易な構造のシール機構であるため、設備が簡素化できて、メンテナンスも容易となる。

次に、図１に戻って、ガラス母材５の上端に配された蓋体９について説明する。図１に示したように、ガラス母材５に支持棒６が設けられた構成では、線引工程の進行により、支持棒６が炉心管３の位置まで下がる状態、つまり支持棒６が線引炉１の上端部より下に位置する状態がある。そのような状態でも線引炉内をシールし続けるために、シール機構８の他に蓋体９を備えていることが好ましい。

蓋体９は、支持棒６を貫通しガラス母材５の上側に載置される蓋であり、図示したように、支持棒６用の貫通孔９ａと肩部９ｂとを有する。蓋体９の材料としては、例えば石英や金属などが挙げられる。
蓋体９を設けておくことで、光ファイバ５ｂの線引きが進みガラス母材５及び支持棒６が下降しても、シール機構８からガラス母材５が離脱する前に、蓋体９の下端面がシール機構８に接する状態に移行して、シール状態を維持することができる。

なお、蓋体９が肩部９ｂを有することを前提として説明したが、蓋体９は単なる円盤に支持棒６の貫通孔９ａを開けただけの形状であってもよい。このような形状でも、上述したような状態間の移行は同様に可能である。

１…光ファイバ用線引炉、２…炉筐体、２ａ…上端開口部、２ｂ…下端開口部、３…炉心管、４…ヒータ、５…光ファイバ用ガラス母材、５ａ…下端部、５ｂ…光ファイバ、６…支持棒、７…断熱材、８…シール機構、９…蓋体、９ａ…貫通孔、９ｂ…肩部、１０，２０，３０…シール構造、１１…内側円筒、１２…外側円筒、１３，２３…収納部、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ…ガイド孔、１４，１５，２４，２５，３４，３５，１０４，１０５…ブレード部材、１４ａ，１５ａ，１４ａ’，１５ａ’，２４ａ，２５ａ，３４ａ，３５ａ…先端部、１６…棒状部材、１７…コイルバネ部材、１８…固定部材、２３ｃ…ガス通気口、２６…円筒スリットバネ、２６ａ，２６ｂ…スリット、２７，３７…筐体、２７ａ，３７ａ…ガス導入口、３１…傾斜台、３２，３３…突起部、３４ｓ，３５ｓ…ガイドスリット、３６…補助部材。

Claims

光ファイバ用線引炉の上端開口部と該上端開口部から挿入される光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐための光ファイバ用線引炉のシール構造であって、
上下２段で互い違いに配され、前記光ファイバ用ガラス母材の側面に当接する先端部を有した複数のブレード部材を備え、前記先端部は、上下の前記ブレード部材が重なり合う位置にて、上下の前記ブレード部材が前記光ファイバ用ガラス母材の側面に線接触する形状で形成されていることを特徴とする光ファイバ用線引炉のシール構造。
上段のブレード部材の先端部は、下部ほど前記上端開口部の中心軸に近づくように直線状に傾斜し、下段のブレード部材の先端部は、上部ほど前記上端開口部の中心軸に近づくように直線状に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用線引炉のシール構造。
上段のブレード部材の先端部は、下部ほど前記上端開口部の中心軸に近づくように湾曲して傾斜し、下段のブレード部材の先端部は、上部ほど前記上端開口部の中心軸に近づくように湾曲して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用線引炉のシール構造。
光ファイバ用線引炉の上端開口部と該上端開口部から挿入される光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐための光ファイバ用線引炉のシール構造を用いて光ファイバを線引する光ファイバの線引方法であって、
上下２段で互い違いに配され、前記光ファイバ用ガラス母材の側面に当接する先端部を有した複数のブレード部材を備え、前記先端部は、上下の前記ブレード部材が重なり合う位置にて、上下の前記ブレード部材が前記光ファイバ用ガラス母材の側面に線接触させて光ファイバを線引することを特徴とする光ファイバの線引方法。