JP2012056815A - 線引き炉 - Google Patents

Abstract

【課題】線引き時に外径変動の大きいガラス母材を用いても、十分にシールする機構を備えた線引き炉を提供する。
【解決手段】光ファイバ線引き用のガラス母材５が挿入される上端開口部２ａと、上端開口部２ａから挿入されたガラス母材５を収容する炉心管３と、炉心管３に収容されたガラス母材５を加熱して溶融する加熱源と、上端開口部２ａとガラス母材５との間の間隙をシールするシール機構１１と、を備えた線引き炉で、シール機構１１は、ガラス母材５を囲むように配置されたシール部材１３を有し、シール部材１３は、耐熱性と可撓性を有し、シールガスの圧力によってガラス母材５の外周面に付勢されて間隙をシールする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバを線引きする炉の上端開口部と光ファイバ線引き用のガラス母材との間をシールする機構を備えた光ファイバ線引き炉に関する。

光ファイバは、線引き炉の上端開口部から炉心管内に光ファイバ線引き用のガラス母材を下降させながらその先端を加熱して溶融させ、ガラス母材の先端から細径化して光ファイバとして線引きすることにより製造される。このときの線引き炉内の温度は、約２０００℃と非常に高温となるため、線引き炉内の部品に耐熱性の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。これを防止するため、線引き炉の内部は、アルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガスや窒素ガスの雰囲気に保つと共に、線引き炉内に酸素を含んだ大気が入るのを防止する必要がある。

例えば、特許文献１には、線引き炉の上端開口部とガラス母材とをシールする線引き炉が開示されている。図７を参照して、特許文献１に係る線引き炉を説明する。線引き炉１０１は、リング状の絞り板１０２を有し、その絞り板１０２をガラス母材１０３に遊嵌させた状態で炉体１０４の上面１０４ａに滑動自在に設置させている。絞り板１０２は、内周１０２ａから高圧ガスを噴出させることにより、上端開口部１０５とガラス母材１０３との間をシールしている。

特開昭６２−１７６９３８号公報

現在、光ファイバの製造コストを下げるため、ガラス母材の長さを長くするとともに外径も大きくし、ガラス母材の段取り替えを少なくすることが行われている。
しかしながら、特許文献１に係る線引き炉をガラス母材の外径が大きいものに適用した場合、長手方向のガラス母材の外径変動は、一般的にガラス母材の外径が小さいものに比べて大きくなるため、光ファイバの線引き時に線引き炉の上端開口部とガラス母材との間隙が大きく変化する場合がある。

このように線引き炉の上端開口部とガラス母材の間隙が大きく変動すると、高圧ガスの噴出では、十分にシールすることができず、酸素を含んだ外気が線引き炉内に入り、高温状態にある炉芯管等のカーボン製の部材が酸化により浸食される虞があった。
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、線引き時に外径変動の大きいガラス母材を用いても、十分にシールする機構を備えた線引き炉を提供することを目的とする。

光ファイバ線引き用のガラス母材が挿入される上端開口部と、上端開口部から挿入されたガラス母材を収容する炉心管と、炉心管に収容されたガラス母材を加熱して溶融する加熱源と、上端開口部とガラス母材との間の間隙をシールするシール機構と、を備えた線引き炉で、シール機構は、ガラス母材を囲むように配置されたシール部材を有し、シール部材は、耐熱性と可撓性を有し、シールガスの圧力によってガラス母材の外周面に付勢されて間隙をシールする。

シール機構は環状のハウジングを有し、ハウジングは、中心部に前記上端開口部に連通しガラス母材が挿通される連通孔部と、内部に前記シールガスが流し込まれるガス供給路に連通する内部空間を備え、連通孔部と内部空間に連通する開口を塞ぐようにシール部材が配設されていることが好ましい。
シール部材には、中央部の径が端部の径よりも小さい鼓形状のものを用いることができ、両端部が開口の縁に沿って固定され、シールガスの圧力によって中央部がガラス母材の外周面に接するように付勢される。

また、環状のハウジングは、複数の環状部材が積層されることにより形成され、位置が固定される環状部材と径方向に移動可能な環状のシートパッキンとが交互に配され、シール部材は前記環状のシートパッキン間に各々配され、内部空間からのシールガスの圧力によって、環状で径が伸縮可能なシール部材の内周面が、ガラス母材の外周面に接するように付勢される。

シールガスは、不活性ガスまたは窒素ガスであり、前記シール部材は通気性を有し、前記間隙にシールガス層を形成することが好ましい。なお、シール部材は、カーボンフェルト又はセラミックフェルトで形成されていることが好ましい。

本発明による線引き炉によれば、線引き炉の上端開口部とガラス母材の間隙が大きく変動しても、シール部材がガラス母材の外径の変動に応じてシールガスの圧力によって付勢され、間隙をシールする。このため、外径変動のあるガラス母材を線引きする場合でも確実にシールすることができる。

本発明の線引き炉の概略を説明する図である。 本発明によるシール機構の一例を説明する図である。 図２のａ−ａ断面とシール部材を示す図である。 本発明の他のシール機構を示す図である。 図４のシール部材とシートパッキンを示す図である。 図４のハウジングを構成する環状部材を示す図である。 従来の線引き炉を説明する図である。

図１及び図２を参照して、本発明による線引き炉を説明する。図１に示すように、線引き炉１は、炉体２と、炉心管３と、加熱源４と、シール機構１１とを備えている。
炉体２は、上端開口部２ａ（図２参照）と下端開口部２ｂを有している。炉体２は、例えば、ステンレス鋼製で形成され、断熱材がその内部に配されている。
炉心管３は、炉体２の中央部に設けられた円筒状の管であり、炉体２の上端開口部２ａと連通している。炉心管３は、炉体２の上端開口部２ａからガラス母材５が挿入されて収容するようになっている。

加熱源４は、炉心管３を囲むように配置され、炉心管３の内部に挿入されたガラス母材５の下端部５ａを加熱溶融する。
シール機構１１は、炉体２の上端に配置され、炉体２の上端開口部２ａと炉体２の上端開口部２ａから挿入されたガラス母材５の外周との間の間隙をシールする。

次いで図２及び図３を参照して、本実施形態に係るシール機構１１を説明する。図２は、シール機構の断面図を示し、図３（Ａ）は、図２のａ−ａ断面である。図３（Ｂ）は、本実施形態に係るシール部材の形状を示す図である。シール機構１１は、ハウジング１２と、シール部材１３と、を有している。

図２に示すように、ハウジング１２は、その中心部に連通孔部１２ａが形成された略円筒形状となっている。そして、ハウジング１２の内部には、ガス供給路１２ｂと、ガス噴出路１２ｃと、シール部材固定部１２ｄ、内部空間１６と、が形成されている。また、連通孔部１２ａを構成する周面には、内部空間１６と連通する開口１２ｅが形成されている。

連通孔部１２ａは、図２に示すように、炉体２の上端開口部２ａと略同径となっており、上端開口部２ａと連通する孔である。また、連通孔部１２ａは、ガラス母材５が挿入されると、ガラス母材５の外周を、ある程度の隙間を持って囲むようになっている。
ガス供給路１２ｂは、注入口からシールガスが注入される流路であり、例えば、同心円上に４箇所形成されている。シールガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスや、窒素等のガスであり、バルブ１８を通じてガス供給路１２ｂに供給される。

内部空間１６は、ガス供給路１２ｂと連通孔部１２ａとの間に形成された略リング状の空間であり、ガス噴出路１２ｃを介してガス供給路１２ｂと連通し、開口１２ｅを介して連通孔部１２ａと連通する。
内部空間１６を構成するハウジング１２のうち開口１２ｅが形成される縁には、シール部材１３を固定するシール部材固定部１２ｄが形成されている。

シール部材１３は、図３に示す通り、中央部１３ａの径が端部１３ｂの径よりも小径な鼓形状となっており、耐熱性と可撓性と通気性とを有している。シール部材１３は、例えば、カーボンフェルト、セラミックフェルトで形成される。ここで、シール部材１３として用いるカーボンフェルト、セラミックフェルトは、密度０．０５〜０．４ｇ／ｃｍ³の範囲であることが望ましい。
シール部材１３は、その端部１３ｂがハウジング１２のシール部材固定部１２ｄによって保持される。このとき、シール部材１３の小径の中央部１３ａは、開口１２ｅから連通孔部１２ａ側へ出っ張るようになっており、連通孔部１２ａにガラス母材５が挿入されると、ガラス母材５の外周に接触する。

内部空間１６は、シール部材１３によって開口１２ｅが塞がれると、シールガスが溜まる空間を構成し、ガス噴出路１２ｃよりシールガスが流し込まれて溜まるようになっている。
シール部材１３は、シールガスが内部空間１６に溜まると、開口１２ｅから連通孔部１２ａ側へ出っ張るように作用する圧力が発生する。このとき、連通孔部１２ａにガラス母材５が挿入されていると、シール部材１３の中央部１３ａは、ガラス母材５の外周に付勢される。そして、ガラス母材５に外径変動が生じた場合（図２の点線で示すように、外径が小さくなった場合）、シール部材１３の中央部１３ａは、シールガスの圧力によって、ガラス母材５の外周側へ更に出っ張ってガラス母材５の外周に当接するようになっている。

シール部材１３は、前述した通り通気性を有しており、シールガスを漏らしながらガラス母材５の外周に付勢される。シール部材１３から漏れたシールガスは、図２（Ａ）に示すように、ガラス母材５の外周面とシール部材１３との当接部の上下から漏れ、シール部材１３とガラス母材５の外周との間隙にシールガス層を形成する。このシールガス層は、上端開口部２ａとガラス母材５の間隙をより強くシールする。

また、シールガス層は、例えば、シール部材１３がカーボンフェルトで形成されている場合、カーボンフェルトが酸素を含んだ外気に触れて酸化するのを防止する。なお、シール部材１３がセラミックフェルトで形成されている場合は、酸化の虞がない為、シール部材１３の通気性が無くても良い。

以上に説明した本実施形態に係るシール機構１１を備えた線引き炉１によれば、線引き炉１の上端開口部２ａとガラス母材５の間隙が大きく変動しても、シール部材１３がガラス母材５の外径の変動に追従してガラス母材５の外周に付勢されるとともにシール部材１３から漏れたシールガスがシールガス層を形成する。これにより、線引き炉１にガラス母材５の外径変動が大きいものを用いて線引きする場合でも、良好にシールすることができ、酸素を含んだ外気が線引き炉１の内部に入り、高温状態にある炉芯管等のカーボン製の部材が酸化するのを抑えることができる。

また、本実施形態に係るシール機構１１を備えた線引き炉１は、主にシール部材１３をガラス母材５の外周に当接させてシールさせる構成となっているため、高圧ガスを噴出させてシールする従来技術と比較して、シールガスの使用量を抑えることができる。

図４〜図６を参照して、他の実施形態に係るシール機構２１を説明する。図４は、シール機構の断面図を示し、図５（Ａ）は、シール部材を示し、図５（Ｂ）は、シートパッキンを示している。また、図６はハウジングを構成する環状部材の構成部品を示す図で、図６（Ａ）が蓋部を示し、図６（Ｂ）が本体部材を示し、図６（Ｃ）が基台部材を示している。
シール機構２１は、図４に示すように、シール部材２２と、シートパッキン２３と、ハウジング２４等から構成され、炉体２の上端開口部２ａと連通する連通孔部２４ａを有している。

まず、シール部材２２と、シートパッキン２３とを説明する。このシール部材２２は、図５（Ａ）に示すような環状となっており、内周面２２ａと外周面２２ｂを有している。このシール部材２２は、耐熱性と可撓性と通気性を有し、径方向に伸縮可能である。なお、シール部材２２は、例えば、図３（Ｂ）の例と同様にカーボンフェルトやセラミックフェルト等で形成することができ、カーボンフェルト、セラミックフェルトは、密度０．０５〜０．４ｇ／ｃｍ³の範囲であることが望ましい。

シートパッキン２３は、図５（Ｂ）に示すように、中央にガラス母材５を挿通する挿通部２３ａが形成された穴あき円板形状となっており耐熱性を有している。シートパッキン２３は、例えば、カーボンフェルトを圧縮成形して形成する。
挿通部２３ａは、ガラス母材５の外周と嵌合又は遊嵌されるものであり、使用されるガラス母材５の外径に合せて形成される。そして、挿通部２３ａは、ガラス母材５の外周に嵌合されて使用される際、ガラス母材５の径の変動を許容するために切り欠き２３ｂを形成させておくことが好ましい。

ハウジング２４は、図６に示すように、分割された複数の環状部材が積層することにより形成されている。すなわち、ハウジング２４は、例えば、基台部材２５と、３個の本体部材２６と、蓋部材２７とを有している。基台部材２５、本体部材２６及び蓋部材２７は、例えば、ステンレス鋼で形成される。
基台部材２５は、中心に挿通孔２５ａが形成された穴あき円板形状であり、上面にシートパッキン２３を摺動可能に載置可能な凹み部であるシートパッキン載置部（積層面）２５ｂが形成されている。なお、基台部材２５は、線引き炉１の上端に固定される。

挿通孔２５ａは、ガラス母材５を挿通させる孔であり、基台部材２５が線引き炉１の上端に載置された際に上端開口部２ａと連通する。挿通孔２５ａは、上端開口部２ａの外径と略同径となっている。
シートパッキン載置部２５ｂは、その凹み部の外径がシートパッキン２３の外径よりも大きく、凹み部の深さがシートパッキン２３の厚みと同等であり、シートパッキン２３を径方向に摺動可能に載置することができる。

本体部材２６は、外径が基台部材２５と同径の略円筒形状となっており、中心に空洞部２６ａを有し、上面に基台部材２５と同様にシートパッキン２３を摺動可能に載置可能な凹み部であるシートパッキン載置部２６ｂが形成されている。本体部材２６は、基台部材２５の上面に固定される。

空洞部２６ａは、本体部材２６が基台部材２５に固定された際に、基台部材２５の挿通孔２５ａと連通する。そして、空洞部２６ａの内径は、基台部材２５の挿通孔２５ａの内径よりも大きく、また、シール部材２２の外径よりも大きくなっている。空洞部２６ａは、その内径がシール部材２２の外径よりも大きくなっていることにより、シール部材２２を、隙間を持って格納することができる。

そして、本体部材２６の内部には、ガス供給路部２６ｃとガス噴出路２６ｄが形成されている。ガス供給路部２６ｃは、シールガスが供給される流路であり、例えば、本体部材２６の周方向に等間隔で４箇所形成されている。ガス噴出路２６ｄは、ガス供給路と空洞部２６ａに連通し、ガス供給路部２６ｃに流し込まれたシールガスを空洞部２６ａに流し込む流路となっている。このような本体部材は、１層のみでも良いし、同様な構造で複数積層させる構造であっても良い。

蓋部材２７は、中心に挿通孔２７ａが形成され、径方向外方に等間隔にガス供給口２７ｂが４箇所形成された穴あき円板形状である。蓋部材２７は、外径が本体部材２６と同径となっており、本体部材２６の上に固定される。
挿通孔２７ａは、ガラス母材５を挿通させるもので、蓋部材２７が本体部材２６の上に固定されると、本体部材２６の空洞部２６ａと連通する。蓋部材２７の挿通孔２７ａの径は、基台部材２５の挿通孔２５ａの径と略同径となっており、本体部材２６の空洞部２６ａの径よりも小さくなっている。
ガス供給口２７ｂは、バルブ１８を通じてシールガスが流し込まれる口であり、蓋部材２７が本体部材２６の上に固定されると、ガス供給路部２６ｃと連通する。

以上に説明したシール機構２１は、図４に示すように、基台部材２５のシートパッキン載置部２５ｂにシートパッキン２３を摺動可能に載置し、本体部材２６を基台部材２５の上に固定する。
そして、本体部材２６の空洞部２６ａに、シール部材２２をその外周面２２ｂが本体部材２６のガス噴出路２６ｄの噴出孔に対向するように配置する。このとき、シール部材２２は、基台部材２５に置かれたシートパッキン２３によって下側が支持され、本体部材２６のシートパッキン載置部２６ｂにシートパッキン２３が載置されるとそのシートパッキン２３によって上側が支持されて空洞部２６ａに配置される。ここで、シール部材２２は、前述した通り、その外径が空洞部２６ａの内径よりも小さくなっており、また、径が伸縮可能となっている。

以上により、本体部材２６の空洞部２６ａには、２枚のシートパッキン２３と、空洞部２６ａの内周面と、シール部材２２の外周面２２ｂとで空間（内部空間）２８を形成する。すなわち、シール部材２２は、２枚のシートパッキン２３の間に形成される開口２４ｂを塞ぐように配置されている。この空間２８には、ガス噴出路２６ｄの噴出口よりシールガスが流し込まれる。シール部材２２は、空間２８にシールガスが充填されるとシールガスの圧力を受けて径が小さくなる。

本実施形態においては、更に２個の本体部材２６を有し、４枚のシートパッキン２３によって、３個のシール部材２２が図示するように支持されている。そして、本体部材２６には、所定位置に蓋部材２７が固定される。蓋部材２７のガス供給口２７ｂには、バルブ１８が取り付けられ、バルブ１８を通じてシールガスが流し込まれる。
以上のように構成されたシール機構２１は、その中心に炉体２の上端開口部２ａと連通する連通孔部２４ａが形成され、ガラス母材５が挿通される。

ガラス母材５は、連通孔部２４ａに挿通されると、各シートパッキン２３の挿通部２３ａとシール部材２２の内側に通される。このとき、各シートパッキン２３の挿通部２３ａは、ガラス母材５の外周と嵌合される。
そして、シール機構２１は、バルブ１８を通じてシールガスが流し込まれると、シールガスが各本体部材２６のガス供給路部２６ｃを通り、ガス噴出路２６ｄの噴出口から空間２８に流し込まれる。

シール部材２２は、シールガスが空間２８に流し込まれて充填されると、シールガスの圧力によってシール部材２２の外周面２２ｂが押され、径が縮んで内周面２２ａがガラス母材５の外周面に付勢される。
また、シール部材２２は、線引き中にガラス母材５の外径変動が生じた場合（図４の二点鎖線で示すように外径が小さくなった場合）、シール部材２２は、シールガスの圧力によって、径が更に縮んで内周面２２ａがガラス母材５の外周に当接し、上端開口部２ａとガラス母材５の間隙をシールするようになっている。

また、シール部材２２は、前述した通り通気性を有しており、シールガスを漏らしながらガラス母材５の外周に付勢される。シール部材２２から漏れたシールガスは、シール機構２１の連通孔部２４ａとガラス母材５の外周面との隙間にシールガスのシール層を形成する。これにより、炉体２の上端開口部２ａとガラス母材５の間隙をより強くシールするとともに、シール部材２２の酸化を防止する。

また、各シートパッキン２３，２３，２３，２３は、前述したように、シートパッキン載置部２５ｂ，２６ｂ，２６ｂ，２６ｂによって摺動可能に載置されている。これにより、各シートパッキン２３，２３，２３，２３は、線引き中にガラス母材５の偏心があった場合、シートパッキン載置部２５ｂ，２６ｂ，２６ｂ，２６ｂを摺動して偏心を許容するように移動することができる。

以上に説明した他の実施形態に係るシール機構２１を備えた線引き炉１によれば、線引き炉１の上端開口部２ａとガラス母材５の間隙が大きく変動しても、シール部材２２の径がガラス母材５の外径の変動に応じて伸縮して内周面２２ａがガラス母材５の外周に付勢する。これにより、ガラス母材５の外径変動が大きいものを使用したとしても、線引き炉１の上端開口部２ａとガラス部材５との間の間隙をシールすることができる。

また、他の実施形態に係るシール機構２１を備えた線引き炉１は、主にシール部材２２をガラス母材５の外周に当接させてシールさせる構成となっているため、高圧ガスを噴出させてシールする従来技術と比較して、シールガスの使用量を抑えることができる。

なお、本体部材２６は、３個積み重ねられる構成で説明したがこれに限定されるものではない。本体部材２６の積み重ねられる数は、適宜変更することができる。
また、シートパッキン２３は、挿通部２３ａがガラス母材５の外周に嵌合される態様で説明したがシール部材２２をガイドすることができれば良く、これに限定されるものではない。例えば、挿通部２３ａの径をガラス母材５の外径よりも大きくして遊びを持たせても良い。

１…線引き炉、２…炉体、２ａ…上端開口部、２ｂ…下端開口部、３…炉心管、４…加熱源、５…ガラス母材、１１…シール機構、１２…ハウジング、１２ａ…連通孔部、１２ｂ…ガス供給路、１２ｃ…ガス噴出路、１２ｄ…シール部材固定部、１２ｅ…開口、１３…シール部材、１３ａ…中央部、１３ｂ…端部、１６…内部空間、１８…バルブ、２１…シール機構、２２…シール部材、２２ａ…内周面、２２ｂ…外周面、２３…シートパッキン、２３ａ…挿通部、２３ｂ…切り欠き、２４…ハウジング、２４ａ…連通孔部、２４ｂ…開口、２５…基台部材、２５ａ…挿通孔、２５ｂ…シートパッキン載置部、２６…本体部材、２６ａ…空洞部、２６ｂ…シートパッキン載置部、２６ｃ…ガス供給路部、２６ｄ…ガス噴出路、２７…蓋部材、２７ａ…挿通孔、２７ｂ…ガス供給口、２８…空間（内部空間）、１０１…ガラス母材、１０２…上端開口部、１０３…ガラス母材、１０４…絞り板、１０４ａ…内周。

Claims (7)

1. 光ファイバ線引き用のガラス母材が挿入される上端開口部と、該上端開口部から挿入された前記ガラス母材を収容する炉心管と、該炉心管に収容された前記ガラス母材を加熱して溶融する加熱源と、前記上端開口部と前記ガラス母材との間の間隙をシールするシール機構と、を備えた線引き炉であって、
   前記シール機構は、前記ガラス母材を囲むように配置されたシール部材を有し、前記シール部材は、耐熱性と可撓性を有し、シールガスの圧力によって前記ガラス母材の外周面に付勢されて前記間隙をシールすることを特徴とする線引き炉。
2. 前記シール機構は環状のハウジングを有し、該ハウジングは、中心部に前記上端開口部に連通し前記ガラス母材が挿通される連通孔部と、内部に前記シールガスが流し込まれるガス供給路に連通する内部空間を備え、前記連通孔部と前記内部空間に連通する開口を塞ぐように前記シール部材が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の線引き炉。
3. 前記シール部材は、中央部の径が端部の径よりも小さい鼓形状であり、両端部が前記開口の縁に沿って固定され、前記シールガスの圧力によって前記中央部が前記ガラス母材の外周面に接するように付勢されることを特徴とする請求項２に記載の線引き炉。
4. 前記環状のハウジングは、複数の環状部材が積層されることにより形成され、位置が固定される前記環状部材と径方向に移動可能な環状のシートパッキンとが交互に配され、前記シール部材は前記環状のシートパッキン間に各々配され、前記内部空間からのシールガスの圧力によって、環状で径が伸縮可能な前記シール部材の内周面が、前記ガラス母材の外周面に接するように付勢されることを特徴とする請求項２に記載の線引き炉。
5. 前記シールガスは、不活性ガスまたは窒素ガスであり、前記シール部材は通気性を有し、前記間隙にシールガス層を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の線引き炉。
6. 前記シール部材は、カーボンフェルトで形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の線引き炉。
7. 前記シール部材は、セラミックフェルトで形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の線引き炉。

Images