JPH0332503Y2 - - 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を使用
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
イバの材料として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の分解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の分解は次式
に基づいて行なわれる。

Ge₂GeO＋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。

かくして本考案の目的は、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。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は上記の目的を達成するために、石英系
ガラスを管内に導入してこれを加熱する光フアイ
バ製造用加熱炉の炉心管において、炭素材により
炉心管本体を成型すると共に該炉心管本体の内周
面に非酸化物のセラミツクからなる第１の保護膜
を被覆し、さらに第１の保護膜の内周面に酸化物
のセラミツクからなる第２の保護膜を被覆したも
のである。

［作用］ 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の本体は従来と同じく炭素材から成型
されているので、高温域でも酸素と反応して分解
しないような配慮が必要であり、本考案において
は炉心管本体の内周面上に酸化物のセラミツクか
らなる保護膜を被覆することを考えた、ところ
が、炭素に酸化物のセラミツクを直接被覆したと
ころ、界面で反応がおこつて被覆層を剥離するこ
とが生じた。そこで被覆方法を種々検討した結
果、炭素に非酸化物セラミツクを被覆してからそ
の上に酸化物セラミツクを被覆する剥離しにくい
保護膜を形成できることが確認された。

ここで、非酸化物セラミツクと酸化物セラミツ
クの材料は特に限定するわけではないが、線引温
度が2000℃程度と高温になるので熱安定性に優れ
た材料を用いることが好ましい。具体的には非酸
化物のセラミツクとして、B₄C，MO₂C，SiC，
MbC，NbN，NbB₂，TaC，TaN，TaB₂，
TiB，TiC，TiN，WB₂，W₂C，ZrB₂，ZrC，
ZrN等が挙げられる。

また、酸化物のセラミツクの具体例としては
Al₂O₃，ZrO₂，MgO，ThO₂，Y₂O₃，CeO₂等が
挙げられるが、耐熱性に優れた酸化物であればよ
く、これらに限定されるものではない。以下に述
べる実施例において酸化ジルコニウム（ZrO₂）
を用いたが、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。

なお、これらの第１及び第２の保護膜はCVD
法、溶射法、イオンプレーテイング法、プラズマ
法、スパツタリング法等の方法によつて形成する
ことができる。

また、炉心管本体をなす炭素材としては等方性
カーボン、等方性黒鉛、熱分解炭素、ガラス状黒
鉛等を用いることができる。

［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の内周面に被覆された第１の保護膜
３２と、この第１の保護膜３２の内周面に被覆さ
れた第２の保護膜３３とから構成されている。ま
ず、等方性黒鉛を用いて内径30mm、外径40mmの炉
心管本体３１を形成し、この炉心管本体３１の内
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40μm被覆し、これを第１の保護膜３
２とした。さらに、第１の保護膜３２の内周面上
にプラズマCVD法により酸化イツトリウムが
6mol％添加された酸化ジルコニウムを厚さ
100μm被覆し、これを第２の保護膜３３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
張力を10ｇ、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500m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および発熱体
４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
ニウムからなる第１の保護膜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３１の内周面上に厚さ30μm堆積してこれを
第１の保護膜とし、さらにその内周面上に酸化カ
ルシウムが5mol％添加された酸化ジルコニウム
を厚さ100μm被覆してこれを第２の保護膜とした
炉心管を形成した。

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、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えば、酸素が含ま
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
において第２の保護膜３３を被覆しない炉心管本
体３１と第１の保護膜３２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、炉心管の内周面が著し
く侵食されていることがわかつた。すなわち第１
の保護膜３２を形成する非酸化物のセラミツクで
は炭素材を酸素との反応を抑制することができな
い。

また、同様にして炉心管本体３１の内周面に直
接酸化イツトリウムが6mol％添加された酸化ジ
ルコニウムを100μm被覆してこれを第２の保護膜
３３とし、第１の保護膜を設けない炉心管を形成
したところ、線引工程後に炉心管内周面に浸食が
みられ、保護膜３３がところどころ剥離してい
た。すなわち、第２の保護膜３３を形成する酸化
物のセラミツクは炉心管本体３１をなす炭素材と
反応してしまう。そこで、炭化ジルコニウムや窒
化ジルコニウム等からなる第１の保護膜を設ける
ことによつて、第２の保護膜と炉心管本体との反
応を防止し、炉心管を浸食から防ぐことができ
る。

なお、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図は従来の線引炉の縦断面図
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は第１の保護膜、３３は第２の
保護膜である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 石英系ガラスを管内に導入してこれを加熱す
   る光フアイバ製造用加熱炉の炉心管において、
   炭素材により炉心管本体を成型すると共に該炉
   心管本体の内周面に非酸化物のセラミツクから
   なる第１の保護膜を被覆し、さらに第１の保護
   膜の内周面に酸化物のセラミツクからなる第２
   の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) 上記酸化物のセラミツクが純粋酸化ジルコニ
   ウムもしくは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項記載の光フアイバ製造用加熱炉の炉
   心管。