JPH0710583A - 脱水焼結炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリフォームを炉芯管内で回転移動させなが
ら加熱して脱水・透明ガラス化する脱水焼結炉におい
て、炉芯管の耐久性を向上させ、さらにその交換作業を
容易にする。 【構成】 加熱器２の近傍の中央肉厚部１２の肉厚を加
熱器２による加熱変形に対して充分耐久性があるように
中央肉厚部１２を形成する。加熱器２から離れた上部肉
薄部１１および下部肉薄部１３の肉厚は薄くできる。好
適には、上部肉薄部１１、中央肉厚部１２、下部肉薄部
１３を分割して製造し、フランジなどを用いてこれらを
接合して炉芯管を構成する。加熱器２の加熱により中央
肉厚部１２が変形したら中央肉厚部１２のみを交換す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガラス微粒子を堆積して
作った光ファイバ用母材（プリフォーム）に含まれる水
分を除去する脱水処理およびプリフォームを透明ガラス
化するガラス化処理を行うプリフォームの脱水焼結炉に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバは、ガラス微粒子を堆積して
作ったプリフォームを脱水焼結炉に導入して回転させな
がら加熱してプリフォーム内に含まれる水分を除去し、
透明ガラス化し、しかる後、線引炉にてプリフォームの
先端の溶融状態のメニスカス部を線引・紡糸して製造さ
れる。

【０００３】このようなプリフォームの脱水処理及びガ
ラス化処理を行なう脱水焼結炉としては、たとえば図３
に図解する構造のものが知られている。図３において、
脱水焼結炉の中央部には石英製の炉芯（炉心）管１Ｂが
備えられ、この炉芯管１Ｂの周囲に加熱器（ヒータ）２
が配置されている。加熱器２の周囲に断熱材３が配設さ
れており、炉芯管１Ｂの外壁の一部とともにこれら加熱
器２および断熱材３を収容する不活性ガス封止空間４０
を規定する炉本体外壁４が設けられている。炉本体外壁
４には不活性ガス供給口５が設けられており、アルゴン
ガスなどの不活性ガスが不活性ガス供給口５から不活性
ガス封止空間４０に供給される。また炉芯管１Ｂの下部
には処理ガス供給口６が設けられており、炉芯管１Ｂの
上部には処理ガス排出口６１が設けられている。処理ガ
スが処理ガス供給口６から導入され、炉芯管１Ｂ内を上
昇し、処理ガス排出口６１から排出される。プリフォー
ム９が支持棒９１に懸垂されて炉芯管１Ｂの中に収納さ
れている。支持棒９１が回転しながら下方に移動するこ
とにより、プリフォーム９の各部が加熱器２によるヒー
トゾーンを順次通過し、プリフォーム９の脱水及び透明
ガラス化処理が順次行われる。

【０００４】上述した脱水焼結炉では、加熱器２の近傍
の炉芯管の部分は加熱器２の加熱により非常に高温とな
り強度が低下して変形するから、頻繁に炉芯管１Ｂを交
換しなければならないという問題がある。この問題を解
決するため、かりに炉芯管１Ｂの耐熱性を高めるために
炉芯管１Ｂ全体の厚さを厚くすると炉芯管１Ｂの価格が
高くなるという問題に遭遇する。近年、光ファイバの低
コスト化の要望に伴ってプリフォームの大型化，特に、
プリフォームの外径を大きくする傾向にあり、炉芯管の
直径も大きくする必要がある。その結果、炉芯管の加熱
による変形はより顕著になり、炉芯管の交換頻度は一層
高くなる。一方、石英製の炉芯管は大口径になるほど材
料費、加工費の両面で製作価格が飛躍的に増大して炉芯
管そのものが高価となる。したがって、変形などの原因
で炉芯管を頻繁に交換・補修する回数が多くなると、炉
芯管の価格の高騰に加えて、作業効率も低下し脱水焼結
炉のランニングコストが上昇し、光ファイバの製造価格
が高くなるという問題が発生する。

【０００５】上述した問題を解決する方法がいくつか提
案されている。特開平４−３４２４３３号公報は、加熱
器の近傍の炉心管が加熱による変形が生ずることを容認
した上で、炉心管を加熱器の近傍の中央炉心部と、この
中央炉心部の上部の上部炉心部と、中央炉心部の下部の
下部炉心部とに３分割して製造し、これらの上部炉心
部、中央炉心部および下部炉心部を一体に組み合わせて
炉心管を構成し、変形による消耗の激しい中央炉心部の
み交換可能にした脱水焼結炉を開示する。

【０００６】また特開平３−１０９２２８号公報は、炉
心管を、発熱体（加熱器）の近傍の中央炉心部と、この
中央炉心部の上部の上部炉心部と、中央部の下部の下部
炉心部とに分割して構成し、これら上部炉心部、中央炉
心部および下部炉心部を同じ材料、たとえば、炭化珪素
膜を被覆した高純度カーボン、炭化珪素膜を被覆した炭
化珪素焼結体または炭化珪素で製造し、上部炉心部と下
部炉心部との間に中央炉心部をはめ込み、さらに中央炉
心部に接して中央炉心部の内側に耐熱部材で形成した内
筒を中央炉心部とともに上部炉心部と下部炉心部に嵌め
込んだ脱水焼結炉を開示する。この脱水焼結炉において
は、中央炉心部と内筒を嵌め込む上部炉心部と下部炉心
部とに跨がって炉心本体外壁を設け、この炉心本体外壁
と、中央炉心部、上部炉心部および下部炉心部とで不活
性ガス封止空間を規定し、この空間内に加熱器および断
熱材を配置している。つまりこの脱水焼結炉は、特開平
４−３４２４３３号公報に開示されたように炉心管を３
分割する他、加熱器の近傍の炉心管として、中央炉心部
と内筒を合わせて二重炉心管として、耐熱性を高めた構
造をしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開平４−３４２４３
３号公報および特開平３−１０９２２８号公報に開示さ
れた炉心管を３分割する方法は、加熱器の近傍の炉心管
の一部が変形したとき、図３を参照して述べた脱水焼結
炉のように炉心管全体を交換する必要がなく、加熱器の
近傍の中央炉心部のみ交換すればよいから炉心管交換費
用が低減するという利点がある。しかしながら、特開平
４−３４２４３３号公報に開示された方法は加熱器の近
傍の炉心管の耐久性は図３に示したものと同じであり、
交換頻度自体は図３に示した脱水焼結炉における炉心管
の交換頻度と実質的に同じである。したがって、中央炉
心部の交換に伴う光ファイバ製造の作業性が低下すると
いう問題を依然として解決できない。

【０００８】特開平３−１０９２２８号公報に開示され
た方法は、加熱器の近傍を実質的に厚くして耐熱性を高
めているから、特開平４−３４２４３３号公報に開示し
た方法に比べて炉心管中央部の交換頻度を低下させ、特
開平４−３４２４３３号公報について述べた問題を解決
できる可能性がある。しかも、特開平３−１０９２２８
号公報に開示された方法は加熱器の近傍の炉心管のみ交
換できる構造になっている。

【０００９】しかしながら、特開平３−１０９２２８号
公報に開示された内容を分析するとと、下記に挙げる種
々の実際的な問題が予想される。まず、炉心管が変形す
るほど加熱される加熱器の近傍に中央炉心部とその内側
に中央炉心部に面接させて、内筒を中央炉心管とともに
上部炉心管と下部炉心管とに精度を高めて嵌め込む必要
性に起因する問題が予想される。具体的に言えば、中央
炉心部の長さと内筒の長さを完全に一致させ、かつ、中
央炉心部の内面と内筒の外面とが完全に一致するよう
に、非常に高い機械的な精密で中央炉心部と内筒とを製
造しなければならない。このように非常に高い機械的精
度で中央炉心部と内筒を製造したとしても、これらは非
常な高温に晒されることになり、特に、加熱器に近い中
央炉心部の外壁と内筒とでは加熱の程度が異なるから、
中央炉心部と内筒との熱膨張の大きさが異なる。その結
果として、上部炉心部と下部炉心部との間に嵌め込まれ
た中央炉心部と内筒との熱膨張差が生じて、嵌め込み部
分に隙間が生ずる可能性が高い。加えて、中央炉心部と
内筒との材料が異なる場合はさらに隙間が生ずる可能性
が高い。特開平３−１０９２２８号公報においては、こ
のような隙間は不活性ガスが封入されている部分に繋が
っている。したがって、隙間が発生すると、不活性ガス
封止空間と炉心管内部の処理ガス空間とが連通し、アル
ゴンガスなどの不活性ガスとヘリュームなどの処理ガス
が混じり合う可能性が生ずる。さらに、特開平３−１０
９２２８号公報においては、耐熱性を高めるために、炭
化珪素膜を被覆した高純度カーボンで炉心管を製造する
場合を述べているが、加熱器によってカーボンが蒸発す
る可能性があり、蒸発したカーボンが炉心管内でプリフ
ォームに付着すると、製造される光ファイバの品質を低
下させる場合がある。

【００１０】上述したように、特開平４−３４２４３３
号公報および特開平３−１０９２２８号公報のいずれに
開示した方法も、依然として問題がある。なお、特開平
３−１０９２２８号公報とは逆に、加熱器の近傍の炉心
管の厚さをその他の部分に対して薄くし、軸方向に沿っ
て温度分布を異ならせるように温度制御する方法も提案
されている（たとえば、特開平４−２６０６３１号方
法）。しかしながら、この方法は、軸方向に長い加熱器
を設け、複雑な温度制御を行わなければならないという
問題がある。

【００１１】本発明は、上述した問題を解決し、脱水焼
結炉の価格、ひいては光ファイバの製造価格を高騰させ
ずに加熱に起因する炉心部の耐久性を高めてその交換頻
度を低下させ、しかも、保守性に優れた脱水焼結炉を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した問題を解決し、
上記目的を達成するため、本発明の脱水焼結炉は、加熱
器に対向する炉芯管の厚さを耐熱性を有するように厚く
形成する。好適には、炉芯管が、肉厚部、該肉厚部の上
下の肉薄部に分割された製造され、これらを組み立てて
構成され、肉厚部の外周に不活性ガスを封入し加熱器を
配設する空間が規定されるように肉厚部を製造する。

【００１３】

【作用】炉芯管の加熱器の近傍で熱変形を受けやすい部
分の肉厚を厚くして耐熱性を高める。これにより、炉芯
管の交換頻度が低下する。好適には、炉芯管を、肉厚
部、該肉厚部の上下の肉薄部の３つに分割し、これらを
組み立てて炉芯管を構成させる。つまり、耐熱性を向上
させた肉厚部も長期間使用していると、変形し交換しな
ければならない時が来るので、肉厚部のみ交換可能とす
る。炉芯管を、肉厚部、上部肉薄部と下部肉薄部に分割
して製造しこれらを組み立てるとき、これらの接続部分
の気密性が問題となるが、肉厚部が加熱器を配設し、不
活性ガスを封入する空間を規定するように構成されてい
るので、熱膨張による繋ぎ部分に隙間が生じたとして
も、不活性ガスと処理ガスとの混合は発生しない。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の脱水焼結炉の第１実施例の断
面構成図である。この脱水焼結炉は、上部肉薄部１１、
中央肉厚部１２および下部肉薄部１３が一体構成された
炉芯管１を用いる。上部肉薄部１１、中央肉厚部１２お
よび下部肉薄部１３は同じ石英で形成されている。下部
肉薄部１３の下部には処理ガス供給口６が設けられ、上
部肉薄部１１の上部には処理ガス排出口６１が設けられ
ている。炉芯管１の上部から回転する支持棒９１に懸垂
されてプリフォーム９が炉芯管１内に導入される。中央
肉厚部１２の外周には炉本体外壁４が設けられ、中央肉
厚部１２と炉本体外壁４とで、不活性ガス封止空間４０
を規定している。この不活性ガス封止空間４０には、中
央肉厚部１２の近傍の周囲に加熱器（ヒータ）２が配設
され、この加熱器２を囲んで断熱材３が配設されてい
る。この不活性ガス封止空間４０には不活性ガス供給口
５から不活性ガス、たとえば、アルゴンガスが封入され
る。支持棒９１に支持されたプリフォーム９は、処理ガ
ス供給口６から導入された処理ガス、たとえば、ヘリュ
ームが処理ガス排出口６１から排出される処理ガス雰囲
気で、加熱器２からの熱によって加熱されて脱水処理さ
れ、透明ガラス化される。

【００１５】図１に示した脱水焼結炉において、加熱器
２の近傍の中央肉厚部１２は耐熱性が高くなるように、
肉厚が厚く構成されている。したがって、従来に比して
加熱器２による熱変形が生じて炉芯管１の交換が必要に
なるまでに時間がかかり、炉芯管１の交換頻度が著しく
低下する。したがって、脱水焼結炉のランニング価格は
低下し、光ファイバの製造価格は低下する。特に、中央
肉厚部１２の肉厚を耐熱性が確保できるように構成すれ
ばよく、上部肉薄部１１および下部肉薄部１３は、図３
に示した一体構成の炉芯管１に比較して相当薄くするこ
とができる。つまり、図３に示した炉芯管１は全体が耐
熱性があるように炉芯管１の全体を所定の厚さに構成し
たが、本実施例の炉芯管１は中央肉厚部１２のみの肉厚
を厚くすればよく、炉芯管１全体の材料費を実質的に低
減できる。

【００１６】上部肉薄部１１、中央肉厚部１２および下
部肉薄部１３の製造方法としては、たとえば、上部肉薄
部１１と中央肉厚部１２と下部肉薄部１３を独立に製造
し、これらを加熱加工により一体に組み立てる。加熱加
工して一体に組み立てる部分は、加熱器２から離れてお
り、加熱器２の熱によってこれら加工部が熱膨張し、隙
間が生ずることがない。もちろん、上部肉薄部１１、中
央肉厚部１２および下部肉薄部１３を一体として製造し
てもよい。

【００１７】図２に本発明の脱水焼結炉の第２実施例と
しての断面構成図を示す。図２に示した脱水焼結炉は、
炉芯管１Ａが、上部肉薄部１１Ａ、中央肉厚部１２Ａお
よび下部肉薄部１３Ａに３分割されて別個に製造された
ものを組み合わせて構成されている。上部肉薄部１１Ａ
と中央肉厚部１２Ａとの組合せにはフランジ１４、１５
を接合し、中央肉厚部１２Ａと下部肉薄部１３Ａとの組
合せにはフランジ１６、１７を接合する。上部肉薄部１
１Ａの肉厚は図１に示した上部肉薄部１１の肉厚と実質
的に同じであり、中央肉厚部１２Ａの肉厚は中央肉厚部
１２の肉厚と実質的に同じであり、下部肉薄部１３Ａの
肉厚は下部肉薄部１３の肉厚と実質的に同じである。上
部肉薄部１１Ａ、中央肉厚部１２Ａ、下部肉薄部１３Ａ
は同じ石英で製造されている。図２に示した脱水焼結炉
のその他の構成部分は図１に示した脱水焼結炉における
構成部分と実施的に同じである。

【００１８】中央肉厚部１２Ａを用いることにより、長
期間使用してかりに中央肉厚部１２Ａが変形したとして
も、中央肉厚部１２Ａのみを交換すればよい。この交換
作業は、フランジ１４、１５とフランジ１６、１７を外
せばよいので容易である。つまり、第２実施例によれ
ば、中央肉厚部１２Ａを用いて交換頻度を低下させたこ
とに加えて、その交換作業も短時間ですみ、脱水焼結炉
のランニング価格を低下させ、ひいては、光ファイバの
製造価格を低下させることができる。

【００１９】なお、図２に図解したように、中央肉厚部
１２Ａのフランジ１５、１６の間に、中央肉厚部１２Ａ
と炉本体４によって不活性ガス封止空間４０が規定さ
れ、この不活性ガス封止空間４０内に加熱器２および断
熱材３が配設されていることに留意されたい。換言すれ
ば、フランジ１４、１５の接続部、および、フランジ１
６、１７の接続部が不活性ガス封止空間４０に含まれて
いず、加熱器２から離れていることに留意されたい。特
開平３−１０９２２８号公報においては、上部炉心部と
下部炉心部への中央炉心部の嵌め込み位置が不活性ガス
封止空間４０を規定する部分に含まれていた。その結
果、不活性ガス封止空間４０と炉芯管１内の処理ガス空
間とが加熱による隙間の発生により連通する可能性があ
った。本実施例においては、フランジ１４、１５の接合
部、および、フランジ１６、１７の接合部が不活性ガス
封止空間４０に含まれていないので、特開平３−１０９
２２８号公報に開示された脱水焼結炉における問題が解
決されている。さらに本実施例においては、フランジ１
４、１５の接合部、および、フランジ１６、１７の接合
部が加熱器２から離れた位置に位置しているから、これ
ら接合部において加熱器２の加熱による熱膨張に起因す
る隙間が発生することがない。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、炉
芯管の加熱による変形の生じ易い部分を特に耐熱性を強
化させたことにより炉心管の交換頻度を低減できる。そ
の一方でその他の炉心管の部分の肉厚を薄くすることが
でき、実施的に炉心管の価格を低下させることができ
る。また本発明によれば、炉芯管の一部、つまり、中央
肉厚部を交換すればよいので、交換作業は短縮でき、炉
芯管の価格も低下する。さらに本発明によれば、加熱に
起因する炉心管の膨張によって不活性ガス封止空間と処
理ガス空間が連通するのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の脱水焼結炉の第１実施例の脱水焼結炉の
断面図である。

【図２】発明の脱水焼結炉の第２実施例の脱水焼結炉の
断面図である。

【図３】従来例の脱水焼結炉の断面図である。

【符号の説明】

１〜１Ｂ・・炉芯管 １１、１１Ａ・・上部肉薄部 １２、１２Ａ・・中央肉厚部 １３、１３Ａ・・下部肉薄部 １４、１５、１６、１７・・フランジ ２・・加熱器 ３・・断熱材 ４・・炉本体外壁 ５・・不活性ガス供給口 ６・・処理ガス供給口 ９・・プリフォーム ６１・・処理ガス排出口 ９１・・支持棒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバ用母材を炉芯管内で回転させな
   がら加熱器で加熱して脱水、透明ガラス化する脱水焼結
   炉において、 前記炉芯管の前記加熱器に対向する部分の厚さを耐熱性
   を有するように厚く形成したことを特徴とする脱水焼結
   炉。
2. 【請求項２】前記炉芯管が、前記加熱器に対向する位置
   の肉厚部、該肉厚部の上下の肉薄部を組み立てて構成さ
   れ、前記肉厚部の外周に不活性ガスを封入し前記加熱器
   を配設する空間が規定されるように前記肉厚部を製造
   し、配設した請求項１に記載の脱水焼結炉。