JP2590176B2 - 光ファィバ線引き炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、炉内の雰囲気ガスの流れを一定に保って線
径変動の少ない光ファイバを線引きする光ファイバ線引
き炉に関する。

＜従来の技術＞ 棒状の光ファイバ母材の先端を線引き炉内にて加熱軟
化させて延伸し光ファイバに線引きする場合、炉内部品
の劣化防止や、高品質の光ファイバを安定して製造する
ために、炉体上部より不活性ガスを導入し光ファイバ母
材及び線引きされた光ファイバ部分を炉体内にて外気よ
りシールする方法が用いられている。この方法において
は炉内の不活性ガスの流れを安定した層流状態に置くこ
とが、最も重要であり且つ困難な課題であるために様々
な方法が試みられている。例えば、不活性ガスを光ファ
イバ母材に吹きつけるための吹出口即ちディフューザの
構造等を改良して、層流分布状態の流れを得ようとした
ものとして、特公昭52−117644号や特公昭53−72634号
などがある。また、不活性ガスを炉内へ導入する前に予
め炉内温度に近い温度まで加熱しておくことにより、炉
内での流れの安定化を目ざしたものとして特公昭52−11
9949号がある。以上のような従来技術としての例を第４
図及び第５図に示す。

この光ファイバ線引き炉は、光ファイバ母材１を鉛直
下方に挿入する炉芯管３と、これを取り巻くヒータ２
と、炉芯管３の上端にこれと一体的に設けられたディフ
ューザ８と、下端面10が炉芯管３の上端に接するディフ
ューザ８へ、不活性ガスを供給するため管路途中に流れ
方向から順に連結された以下の機器、流量調整装置４と
流量計５と不活性ガス加熱用の加熱器６とを備えてい
る。上記ディフューザ８は第５図に示すように中空のリ
ング構造をなし、その外周壁の１カ所に不活性ガスの供
給管11が接続され、内周壁全面より連続気泡体９を通し
て不活性ガスが放出されるようになっている。

この線引き炉の使用に際しては、予めヒータ２で炉芯
管３内雰囲気を目的とする温度まで加熱した後、シール
用不活性ガスを加熱器６で炉芯管３内温度近くまで加熱
すると同時に、供給する流量を流量計５と流量調整装置
４とを用いて最適となるように調整する。この後光ファ
イバ母材１を炉芯管３内に下降導入して線引き光ファイ
バ７を得る。

＜発明が解決しようとする課題＞ 第４図に示すような光ファイバ線引き炉の従来技術例
においては、光ファイバ母材１を加熱して線引きする際
に炉上部より不活性ガスを導入し光ファイバ母材１及び
線引き直後の光ファイバ７を炉内にて外気よりシールす
る。しかし、光ファイバ母材１を加熱軟化させ線引きす
るに要する炉内温度は2000℃を越えるものであるため、
炉内雰囲気には炉の下端開口部より上端開口部へと向か
う強い対流が生じ、これが炉上部より導入された不活性
ガスと炉内半ばで衝突して乱流が発生する。乱流は、線
引きされ微小径化した光ファイバ７に直接的な応力とし
て作用すると同時に、加熱軟化した光ファイバ母材１先
端表面から熱を奪い局所的な温度勾配を生んで内部応力
を発生させ、その結果線引きされた光ファイバ７の線径
変動を増大させてしまう。このため、炉内ガス流を層流
状態に保つことを目的として第４図、第５図に示す従来
技術例のように不活性ガスのディフューザ８の形状を改
良したり、さらには導入する不活性ガスを予め加熱器６
を用いて炉内温度近くにまで加熱するなどの試みがなさ
れてきた。第５図に示す従来型のディフューザ８は中空
のリング構造をなし、その外周壁の１カ所に不活性ガス
の供給管11が接続され、内周壁全面より連続気泡体10を
通して不活性ガスが放出されるようになっている。不活
性ガスはこのディフューザ８の放出口より放出されると
光ファイバ母材１の外周面にほぼ垂直に吹き付けられ
て、流れの上層はディフューザ８上方へ、流れの下層は
ディフューザ８下方炉芯管３内へと導かれ、それぞれ炉
の上端，下端の開口部を外気からシールする。ところで
この時炉内に供給される不活性ガスは第４図に示す加熱
器６によって既に炉内温度近くまで加熱されたものであ
るので、炉内の加熱雰囲気との温度差から生ずる局所的
な対流を抑えることができ、流入する不活性ガスと加熱
雰囲気との界面に生じる乱流の全体をより安定化するこ
とが可能である。しかし、上記のように炉内に流入する
不活性ガスと炉内の加熱雰囲気の温度差が問題となるの
は、第４図のディフューザ８の内周壁より放出され光フ
ァイバ母材１に吹きつけられ下方に分流した不活性ガス
の流れに関してのみである。即ち上方に分流した不活性
ガスの流れはすぐに炉の上端開口部より放出されるため
に、この流れは主に炉の上端開口部のシール作用を持つ
のであって炉内雰囲気の安定化への直接的な影響力を殆
ど有しない。従ってこのディフューザ８より放出され光
ファイバ母材１外周面上で上方へ分流した不活性ガスを
予め加熱しておくことはその必要性がないばかりか運転
コストを増大させる結果を招く。また同時に第４図に示
す従来型の線引き炉では、不活性ガスを予め加熱するた
めに専用の加熱器６が設けられているが、炉内のヒータ
２の余熱利用、即ち装置全体のエネルギー効率という点
からみれば頗る非効率な構成である。さらには、不活性
ガスによるシール効果を高め且つこの不活性ガスの炉内
での層流状態を保つために、光ファイバ母材１に沿う炉
体上方への流れと炉体下方への流れとを各々最適な流量
流速に調整する必要性があるが、第５図に示す従来型の
線引き炉用ディフューザ８では、単一の放出口より放出
され光ファイバ母材１の外周面吹きつけることで上方と
下方に流れを分流させる方式であるために、各々独立し
た適切な流れの制御ができないという問題点があった。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明による光ファイバ線引き炉は、光ファイバ母材
が鉛直下方に挿入される炉芯管と、上記炉芯管を取り巻
くヒータと、上記炉芯管及び上記ヒータを囲繞する炉体
と、上記炉体の上端開口部に一体的に設けられた不活性
ガスシール用のガスディフューザを有する光ファイバ線
引き炉において、上記ガスディフューザは炉芯管とほぼ
同一内径を有する円筒状であり、該内周隔壁には不活性
ガスの上部放出口と、この上部放出口の下方に位置する
不活性ガスの下部放出口とが設けられると共に、上記デ
ィフューザ内部には上記上部放出口及び上記下部放出口
の各々に独立して連絡する流路が設けられ、且つ上記下
部放出口に至る一方の上記流路には上記ディフューザの
内周隔壁に沿った予熱部を有するものであることを特徴
とするものである。

＜作用＞ 予め加熱された炉内雰囲気中に挿入された光ファイバ
母材の外周面には、ディフューザの内周隔壁に設けられ
た２系統の放出口より不活性ガスが放出される。即ちデ
ィフューザの内周隔壁上部に設けられた上部放出口から
は、ディフューザ内部の流路を経て導かれた不活性ガス
が放出され、光ファイバ母材に沿って主に上方へ流出し
てディフューザ上端開口部でのシール効果を生み、上記
上部放出口の下方に設けられた下部放出口からは、ディ
フューザ内部流路のディフューザ内周隔壁に沿って形成
された予熱部を経て導かれた不活性ガスが放出され、光
ファイバ母材に沿って主に下方へ流下し路体下端開口部
でのシール効果を生む。さらには上記下部放出口より放
出される不活性ガスは、ディフューザ内部流路のディフ
ューザ内周隔壁に沿って形成された予熱部を通過するう
ちに路内雰囲気或は炉体からの伝熱によって加熱される
ので、独立した加熱器を要することなく炉内の加熱雰囲
気との温度差が減少する。この結果、下部放出口より放
出され炉内を流下してゆく不活性ガスと炉内雰囲気とが
衝突して生じる乱流の形成がより効率的に抑止される。
また上記上部放出口及び上記下部放出口は独立した流路
で各々の導入口と連絡しているために、各々の導入口に
流し込む不活性ガスの流量流速を制御して最適な流れの
状態を実現しうる。

＜実 施 例＞ 本発明による一実施例は、第１図の概略断面図に沿っ
て示されるように、線引きされる光ファイバ母材１が鉛
直下方に挿入される炉芯管３と、これを取り巻くヒータ
２と、上記炉芯管３と上記ヒータ２を囲繞する炉体12
と、上記炉体12の下部開口部に取り付けられた光ファイ
バ７の取り出し口14を有するシャッタ13と、上記炉体12
の上端開口部に一体的に設けられた不活性ガスシール用
のディフューザ８とを備えている。

上記ディフューザ８の構成は以下のようになってい
る。即ち第２図に示されるように炉体12の上端面には円
盤状の下端隔壁17が一体的に載置されており、下端隔壁
17の上端面にはこれと垂直に円筒状の下部外周隔壁18が
下端隔壁17と一体の構造部材として形成され且つ下部外
周隔壁18内側の下端隔壁17の上端面にはやはり下側隔壁
17と一体の構造部材として下端隔壁17と垂直に下部内周
隔壁19が下部外周隔壁18と同心状に形成されている。さ
らに下部外周隔壁18と下端隔壁17と下部内周隔壁19の挾
む円筒状の空間には、下部内周隔壁19の外径より大きく
下部外周隔壁18の内径より小さい径を有する円筒状の下
部内隔壁21が下部外周隔壁18及び下部内周隔壁19と同心
状に設けられており、下部外周隔壁18の上端に設けられ
たフランジ20に下部内隔壁21の上端に設けられたフラン
ジ22が気密に重ねられ固定されている。こうして下部外
周隔壁18の内周面と下部内隔壁21の外周面とが挾む空間
33及び下部内隔壁21の内周面と下部内周隔壁19の外周面
とが挾む空間34とは全円周にわたって半径方向に各々一
様な幅を有する不活性ガスの流路33,34を形成する。こ
こで、下部内隔壁21の外周面上部には円環状の突起部即
ち下部不活性ガス絞り部31が設けられていて下部外周隔
壁18の内周面と下部内隔壁21の外周面のが形成する不活
性ガスの流路33をその入口付近で全円周にわたって狭め
ており、下部導入管16にて導かれたガス流は上記不活性
ガス絞り部31によって絞られ全円周に沿って一様な流れ
に変えられる。

上記下部内隔壁21の上部にはさらに下部内隔壁21と内
径が等しく且つ同心である上部内隔壁23が一体的に載置
されており下部内隔壁21の上端に設けられたフランジ22
には上部内隔壁23の下端に設けられたフランジ24が重ね
られ固定されている。上部内隔壁23の内周面と下部内隔
壁21の内周面とが形成する同一内径の一体的な壁面と、
これにほぼ等しい長さを持つ下部内周隔壁19の外周面の
が挾む空間34は、全円周にわたって半径方向に一様な幅
を有する不活性ガスの予熱流路34として形成され、この
流路34で不活性ガスの流れは路内雰囲気と直接接する下
部内周隔壁19の内周面を介して炉内からの伝熱により加
熱された後、上部内隔壁23の上端に上部内隔壁23と一体
の構造部材として設けられた内フランジ25と下部内周隔
壁19の上端部とが形成する下部放出口29より光ファイバ
母材１の全周にわたって均一且つ高温のシールガスとし
て放出される。さらに上記上部内隔壁23の外側には上部
内隔壁23の外径より大きな径を有する円筒状の上部外周
隔壁26が上部内隔壁23を同心状に取り巻いており、上部
内隔壁23の下端に設けられたフランジ24には上部外周隔
壁26の下端に設けられたフランジ27が気密に重ねられ固
定されている。上部内隔壁23の外周面と上部外周隔壁26
の内周面とが挾む空間35は全円周にわたって半径方向に
一様な幅を有する不活性ガスの流路35として形成され、
同時に上部内隔壁23の外周面下部には円環状の突起部即
ち上部不活性ガス絞り部32が設けられてる。この上部不
活性ガス絞り部32は、上部内隔壁23の外周面と上部外周
隔壁26の内周面とが形成する不活性ガスの流路35をその
入口付近で全円周にわたって狭めており、上部導入管15
より導かれたガス流は上記上部不活性ガス絞り部32によ
って絞られ全円周に沿って一様な流れに変えられる。さ
らにこの流れは、上記上部外周隔壁26と上部内隔壁23と
の形成する流路35を上昇したあと、上部外周隔壁26と一
体の構造部材として上部外周隔壁26上端部に設けられた
上端隔壁28と、上部内隔壁23の上端部に上部内隔壁23に
一体的な構造部材として設けられた内フランジ25とが形
成する流路36を経てこれに連通する上部放出口30より放
出される。

上部放出口30より放出され光ファイバ母材１の外周面
に一様に吹きつけられた上部シールガスは外周面上で上
方及び下方へ分流しうるが、同時に下部放出口29より放
出された下部シールガスも外周面上で同様に上方及び下
方へと分流しうる。従って上部シールガスと下部シール
ガスの挾む空間で流れが滞留して高圧部が生じ、このた
め上部シールガスは主に上方へ流出してディフューザ８
の上端開口部37を外気からシールし、下部シールガスは
主に下方へ流出して炉体下端開口部に設けられたシャッ
タの開口部14を外気よりシールする。この時下部シール
ガスは予め炉内雰囲気或は炉芯管３からの輻射熱及び炉
体12よりの伝熱によって加熱されたものであるから、乱
流の発生を最小限にとどめながら且つ光ファイバ母材１
を冷やすことなく炉内を流下してゆく。さらにこれら上
部シールガスと下部シールガスの流量流速を各々に調整
することで各々の流れを制御してシール効果を高め且つ
炉内雰囲気の安定化をはかることができるので線引きさ
れた光ファイバ７の線径変動が低減される。

ところで上記一実施例においては、シールガスの導入
管が上部シールガス及び下部シールガスの各々のために
１つずつ設けられていたが、円周方向により均一な流れ
を得るためにさらに導入管を増設してもよいし、シール
ガスの流路33,35の各々の絞り部31,32の取り付け位置を
ずらしたりその形状を変えて絞りの効果を調整すること
が可能である。また下部シールガスを予め加熱しておく
予熱流路34についても伝熱面積をさらに大きくするため
に上記一実施例の円筒状の流路形状を例えば円周方向に
波形状化したり、下部内周隔壁19の外周面に螺旋フィン
を形成して予熱流路を螺旋状にしたり或は単に下部内周
隔壁外周上下方向に板状フィンを多数設けてもよいし、
予熱流路34を炉体12内のヒータ２近くまで接近させるこ
とで加熱効果をさらに向上させることなども考えられ、
他に例えば構造部材についても、上部内隔壁23と下部内
隔壁21とを一体の構造部材として構成することも可能で
あるし、要するにディフューザ８の内周隔壁19上部には
不活性ガスの上部放出口30とその下方に位置する下部放
出口29が設けられ同時にディフューザ８内には各々の放
出口に独立して通絡する流路が設けられ且つ下部放出口
29に至る流路にはディフューザ８の内周隔壁19に沿う予
熱部を有するのであれば、その詳細な構造を特に問うも
のではない。

＜発明の効果＞ 本発明の光ファイバ線引き炉によれば、線引きされる
光ファイバ母材及び光ファイバを炉内にて外気よりシー
ルするためのシールガスの放出口を２系統とし各々に独
立した流路と導入管を設けることによって、各々の系統
の放出口から放出されるシールガスが別々に線引き炉の
上端開口部及び下端開口部とを外気からシールする。従
ってこれら２系統のシールガスの流路流速を独立に制御
することが可能でありこれを実行することによって線引
き炉の上端開口部及び下端開口部でのシール効果をより
完全なものに近ずけることができる。また同時に炉芯管
内を流下するシールガスにおいては、その流量流速を単
独に微調整できることから、流れの安定化層流化をより
実現しやすくなり、さらに、この線引き炉内を流下する
シールガスは、予めディフューザ内周隔壁に沿って形成
された予熱部で加熱されているために炉内で加熱雰囲気
と乱流を形成しにくく且つ光ファイバ母材を冷やすこと
がないので線引きされた光ファイバの線径変動を抑える
ことができる。またシールガスの加熱のために独立した
加熱器を設けず、線引き炉本体の余熱を利用すると同時
に、従来型のように上部シールガスまで加熱することが
ないので全般に熱効率を高めることが可能で運転コスト
を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光ファイバ線引き炉の一実施例の
概略構造を示す断面図、第２図は第１図に示した光ファ
イバ線引き炉のディフューザ部分の詳細な断面図、第３
図は第２図に示した光ファイバ線引き炉のディフューザ
部分のＡ−Ａ矢視断面図、第４図は従来の光ファイバ線
引き炉の概略構造を示す断面図、第５図は第４図に示し
た光ファイバ線引き炉のディフューザ部分の詳細な断面
図である。 図面中、１は光ファイバ母材、２はヒータ、３は炉芯
管、８はディフューザ、12は炉体、18は下部外周隔壁、
19は下部内周隔壁、21は下部内隔壁、23は上部内隔壁、
25は内フランジ、26は上部外周隔壁、29は下部放出口、
30は上部放出口、33,34は下部放出口に至る不活性ガス
流路、35,36は上部放出口に至る不活性ガス流路であ
る。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバ母材が鉛直下方に挿入される炉
   芯管と、上記炉芯管を取り巻くヒータと、上記炉芯管及
   び上記ヒータを囲繞する炉体と、上記炉体の上端開口部
   に一体的に設けられた不活性ガスシール用のガスディフ
   ューザを有する光ファイバ線引き炉において、上記ガス
   ディフューザは炉芯管とほぼ同一内径を有する円筒状で
   あり、該内周隔壁には不活性ガスの上部放出口と、この
   上部放出口の下方に位置する不活性ガスの下部放出口と
   が設けられると共に、上記ディフューザ内部には上記上
   部放出口及び上記下部放出口の各々に独立して連通する
   流路が設けられ、且つ上記下部放出口に至る一方の上記
   流路には上記ディフューザの内周隔壁に沿った予熱部を
   有するものであることを特徴とする光ファイバ線引き
   炉。