JPH0343215Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は光フアイバ製造用加熱炉の炉心管に係
り、特に炭素材を発熱体とする線引炉の炉心管に
関するものである。

［従来の技術］ 一般に、光フアイバの線引装置として炭素材を
発熱体とする抵抗加熱型線引炉あるいは酸化ジル
コニウムを発熱体とする誘導加熱型線引炉が使用
されている。ところが、後者の線引炉を製造する
には極めて高いコストを必要とするので、安価で
製造し得る前者の抵抗加熱型線引炉が広く実用化
されている。

従来の抵抗加熱型線引炉の構成を概略的に第３
図に示す。図中、１３は母材１を通す炉心管であ
り、炉心管１３の外側面を取り囲むようにして発
熱体４が、さらに発熱体４の外側に保温材５が設
けられており、これら発熱体４および保温材５を
炉体６が内包している。そして、発熱体４で生じ
た熱が炉心管１３を介して母材１に伝達され、所
定の温度まで加熱された母材１を線引きして光フ
アイバ２を形成する。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、このような抵抗加熱型線引炉の発熱
体４、保温材５および炉心管１３は一般に高純度
の炭素材から構成されており、2000℃程度の高温
で線引きが行なわれる。しかしながら、炭素は酸
素を含む雰囲気において 800℃以上の温度域で
は酸化されて分解することが知られている。従つ
て、炭素材周辺の雰囲気、すなわち炉心管１３の
管内をも窒素，アルゴン，ヘリウム等の不活性ガ
スで充満する必要があつた。

一方、炉心管１３の管内で線引きされる光フア
イバ材料としては酸化物である石英が用いられ、
この石英に添加する屈折率制御用のドーパントと
して酸化ゲルマニウム（GeO₂）が広く使用され
ている。ところが、GeO₂は高温域においては分
解し、石英ガラスの構造欠陥を生じやすいという
性質を有している。製造された光フアイバにこの
ような欠陥が存在すると、特に紫外域や可視光域
に吸収を生じ、さらにこの影響が実用波長である
近赤外域に波及して伝送特性の劣化を招いてしま
う。このGeO₂の分離による構造欠陥は特に線引
工程において発生しやすいことが電子スピン共鳴
法によつて証明されている。すなわち、線引工程
は2000℃もの高温下で行なわれるため、ガラスの
化学結合が切断しやすいものと思われる。

ところで、高温域におけるGeO₂の分離は次式
に基づいて行なわれる。

GeO₂〓GeO＋１／２O₂… (1) この(1)式からわかるように、酸素を供給すれば
反応の平衡状態が(1)式の左方に移動して酸化物
GeO₂が安定となり、分解しにくくなる。従つて、
構造欠陥を生じない高品質の光フアイバを得るた
めには、線引工程において母材１が位置する炉心
管１３内の雰囲気に酸素を含有させることが好ま
しいことになる。

すなわち、炉心管１３内の雰囲気に酸素を加え
ると、高品質の光フアイバを線引きすることはで
きるが、炭素材からなる炉心管１３が浸食されて
しまい、酸素を含有させないと、炉心管１３が浸
食されない反面、光フアイバの品質が劣化してし
まう。

［考案の目的］ 本考案の目的は、前記した従来技術の問題点を
解消し、炭素材を発熱体とする抵抗炉において酸
素を含有する雰囲気中で母材を線引きすることが
できる炉心管を提供することにある。

［考案の概要］ 本考案は上記の目的を達成するために、酸化ジ
ルコニウム系材料から炉心管本体を成型すると共
に、発熱体に臨む炉心管本体の外周面に線引き温
度において酸化せずかつ炭素と接触してもこれと
反応しない材料からなる保護膜を被覆したもので
ある。

ここで、本考案の作用について説明する。

第２図は本考案による炉心管３を用いた線引炉
の構成を示す縦断面図である。この線引炉は母材
１および線引きされた光フアイバ２を管内に通す
炉心管３と、炉心管３を取り囲む発熱体４と、さ
らに発熱体４を取り巻く保温材５と、発熱体４お
よび保温材５を内包する炉体６から構成されてい
る。すなわち、第２図の線引炉は第３図の従来の
線引炉において、炉心管１３の代わりに本考案に
よる炉心管３を用いたものである。

炉心管３の内面は酸化ジルコニウム系材料から
構成されているので、高温域でも酸素と反応して
分解することはなく、炉心管３内に酸素を含むガ
ス、例えば空気を流すことができる。（酸化ジル
コニウム製炉心管については特願昭59−85912号
（特開昭60−231439号公報）に提案されている。）
ところが、炉心管３の外側の炉体６内には炭素材
からなる発熱体４や保温材５が存在するので不活
性ガスを流す必要があるが、炉体６と炉心管３と
の間のわずかな隙間から空気が入り込んだり、発
熱体４や保温材５に酸素や水分が吸着しているた
めに、炉心管３の外側の炉体６内には数百から数
千ppmの酸素が存在することが知られている。従
つて、不活性ガスを流しても、微量に存在する酸
素による発熱体４の劣化は避けられず、発熱体４
から炭素が脱離してしまう。また、酸化ジルコニ
ウムはほぼ1600℃以上の温度下で炭素と接触する
と還元されて炭化ジルコニウム（ZrC）となるこ
とが知られている。このため、炭素材からなる発
熱体４に臨む炉心管３の外周面が酸化ジルコニウ
ムで構成されていると、線引工程時に上記のよう
に発熱体４から脱離した炭素との反応によつて炉
心管３の外周面が浸食されてしまう。この浸食を
抑止するために炉心管３の外周面を線引き温度に
おいて炭素と接触してもこれと反応しない材料か
らなる保護膜で被覆する。すなわち、保護膜の材
料としては、非酸化物のセラミツクが好適である
が、さらに発熱体４の温度が2000℃程度と高温に
なるので熱安定性に優れた材料が好ましく、具体
的にはB₄Ｃ，Mo₂Ｃ，SiC，NbC，NbN，
NbB₂，TaC，TaN，TaB₂，TiB₂，TiC，
TiN，WB₂，W₂Ｃ，ZrB₂，ZrC，ZrN等が挙げ
られる。なお、これらの材料が線引き温度におい
ても酸素含有雰囲気中で酸化せずに安定であるこ
とは言うまでもない。

また、純粋酸化ジルコニウムは熱衝撃に弱いの
で、熱に対して信頼性の高い炉心管３を成型する
ためには、酸化イツトリウムあるいは酸化カルシ
ウム等を添加して安定化した酸化ジルコニウムを
使用することが必要となる。

［実施例］ 以下、本考案の実施例について添付図面を参照
して説明する。

実施例 １ 第１図は本考案の一実施例に係る炉心管３の横
断面図である。炉心管３は炉心管本体３１と、炉
心管本体３１の外周面に被覆された保護膜３２か
ら構成されている。まず、酸化イツトリウムが添
加された酸化ジルコニウムから内径30mm、外径40
mmの炉心管本体３１を形成し、さらにこの炉心管
本体３１の外周面上にプラズマCVD法によつて
炭化ジルコニウムを厚さ100μm被覆し、これを保
護膜３２とした。

このようにして形成された炉心管３を用いて第
２図に示す構成の線引炉を製造した。そして、炉
心管３の内部にはフイルタによつて清浄化した空
気を、また外部には高純度窒素をそれぞれ流して
母材１の線引きを行なつた。母材１はGeドープ
されたマルチモード型石英母材であり、その比屈
折率差は１％である。線引温度を約2000℃，線引
張力010g，線引速度を60m／minとして母材１を
線引きし、フアイバ径125μm，コア径50μmの心
線を形成した後、この心線の外周に低水素発生タ
イプの熱硬化シリコーンを２層被覆して外径
400μmの被覆フアイバを形成した。

この被覆フアイバを長さ500μmだけ束取りし
て、波長0.85μmおよび1.3μmにおける伝送損失を
測定したところ極めて良好な特性を示した。さら
に加熱試験として温度200℃の恒温槽中に３日間
放置した後、室温に戻してから再び伝送損失を測
定したところ、短波長（0.85μm）および長波長
（1.3μm）とも損失増は0.05dB／Km以下と少なく、
加熱後も良好な伝送特性を示すことがわかつた。
また、引張試験として長さ10ｍの被覆フアイバを
引張速度500mm／minで引張り、その強度を測定
した結果、試料個数50本の平均値が約６Kgと良好
な強度を示した。

また、線引工程終了後の炉心管３の表面状態を
調べたが、浸食された様子はなかつた。

実施例 ２ 上記実施例１の炉心管３において、炭化ジルコ
ニウムからなる保護膜３２の代わりに窒化ジルコ
ニウムをプラズマCVD法によつて炉心管本体３
１の外周面上に堆積してこれを保護膜とした炉心
管を形成した。保護膜の厚さは100μmである。

この炉心管を用いて第２図に示す線引炉を製造
し、実施例１と同一の線引条件で同一の母材の線
引きを行なつた。線引きされた心線の外周に紫外
線硬化型の軟質ウレタンアクリレートおよび硬質
エポキシアクリレートの２層を被覆して外径
400μmの被覆フアイバを形成した。

このようにして形成された被覆フアイバの伝送
損失測定，加熱試験および引張試験を行なつたと
ころ、この被覆フアイバは実施例１で製造された
被覆フアイバとほとんど同一の伝送特性および強
度を示した。

上記実施例１および２からわかるように、酸素
を含む雰囲気（空気）中で母材の線引きを行うこ
とによつて極めて優れた特性を有する光フアイバ
を得ることができる。

この酸素含有雰囲気中での線引きの効果をより
明確にするために、炭素材からなる炉心管内部に
高純度窒素を流して実施例１と同一の線引条件で
同一の母材の線引きを行ない、同一の構造を有す
る被覆フアイバを形成した。この被覆フアイバの
強度は実施例１の場合と同様の良好な値を示した
が、加熱試験を行なつた結果、短波長（0.85μm）
における損失増が0.07dB／Kmと大きい値を示し
た。すなわち、実施例１および２のように酸素を
含む雰囲気中で線引きを行ないえば、酸素を含ま
ない雰囲気中での線引きに比べて光フアイバの伝
送特性がより優れたものになる。

また、保護膜の効果を調べるために、実施例１
において保護膜３２を被覆しない酸化ジルコニウ
ム製の炉心管本体３１のみの炉心管を形成し、他
の条件はすべて実施例１と同様にして被覆フアイ
バを製造した。そして、線引工程終了後の線引炉
を点検したところ、発熱体４に面する炉心管の外
周面が炭素によつて著しく浸食され、また炭素材
からなる発熱体４自体も汚損されていることがわ
かつた。すなわち、炭化ジルコニウムや窒素ジル
コニウム等からなる保護膜を設けることによつ
て、酸化ジルコニウムと炭素との反応を防止し炉
心管を浸食から防ぐことができる。

なお、上記実施例１および２では保護膜の被覆
方法としてプラズマPVD法を用いたが、これに
限るものではなく、スパツタリング，溶射法等で
もよい。

また、本考案は線引炉のみでなく、母材焼結炉
の炉心管あるいはイメージガイドの融着工程に用
いる炉心管にも適用することができる。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案によれば次のごとき
優れた効果を発揮する。

(1) 炭素材を発熱体とする抵抗炉において酸素を
含有する雰囲気で母材の線引きを行なうことが
できる。従つて、構造欠陥が少なく伝送特性の
優れた光フアイバを製造することができる。

(2) このため、構造欠陥を生じやすいGeドープ
の石英フアイバの線引炉および優れた品質が要
求される耐放射性フアイバやイメージガイドの
製造用加熱炉に特に有効である。

(3) また、本考案の炉心管は簡単な構造をしてい
るので現用装置を大幅に改造することなく容易
に且つ安価に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る炉心管の横断
面図、第２図は本考案による炉心管を用いた線引
炉の縦断面図、第３図は従来の線引炉縦断断面で
ある。 図中、１は母材、２は光フアイバ、３は炉心
管、４は発熱体、５は保温材、６は炉体、３１は
炉心管本体、３２は保護膜である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 炭素材を発熱体とする光フアイバ製造用加熱
   炉の炉心管において、酸化ジルコニウム系材料
   により炉心管本体を成型すると共に上記発熱体
   に臨む炉心管本体の外周面に光フアイバを線引
   きする温度において酸化することなくかつ炭素
   と接触しても該炭素とは反応しない材料からな
   る保護膜を被覆したことを特徴とする光フアイ
   バ製造用加熱炉の炉心管。 ２ 上記保護膜が非酸化物のセラミツクからなる
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の光フアイバ製造用加熱炉の炉心管。 ３ 上記酸化ジルコニウム系材料が純粋酸化ジル
   コニウムに酸化イツトリウムあるいは酸化カル
   シウムを添加したものであることを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第１項または第２項記
   載の光フアイバ製造用加熱炉の炉心管。