JPH0649583B2 - 光ファイバ加工用小型電気炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は１本以上の光ファイバを加熱加工するための小
型電気炉に関する。

［従来の技術］ 従来、光ファイバの延伸・融着などの加熱には、小型ガ
スバーナや放電加熱が用いられてきた。

小型ガスバーナには以下のような問題がある。

炎は化学反応であり、炎の温度はガスの種類によって
異なり、同一ガスでも酸素の量が多い方が高温になる。
炎の温度は炎の大きさには関係ない。ブンゼンバーナの
炎のもっとも温度の高い外炎部の温度は酸素の供給量が
不十分なとき1560℃、酸素の供給量が十分なとき1800℃
であり、この温度範囲でしか外炎部の温度調整はできな
い。

一方、石英光ファイバの延伸作業温度は1350℃前後、融
着温度は1500℃前後である。外炎温度とそれぞれの作業
温度とは一致しないため、光ファイバを外炎部から離す
ことによって温度調節をしている。しかし、ガスと酸素
の配合比の変動は外炎部自身の温度を安定にしない。ま
た、ガス圧や流量の変動は炎の大きさを変動させ、大気
の流れは炎のゆらぎを生じさせ外炎部の位置を一定にさ
せない。よって、加熱温度の安定性や精度を得ることは
著しく困難であった。

炎の等温曲線は炎の形をしているのに対して加熱する
光ファイバは直線的におかされるため光ファイバ上の等
温域は非常に狭く、光ファイバの延伸や融着も短い範囲
（長さ）しかできなかった。そこで、バーナを光ファイ
バに平行に振る方法が考案されたが、かえって炎の安定
性を欠き加熱温度のむらが生じた。また、バーナ口を細
長くする、あるいは小さなバーナ口を一直線に並べる方
法が考えられるが、実際には均一な温度分布を得るため
のバーナの設計が難しい上、制御機構が複雑になった。

バーナ口からガスを流出させるため炎の先端方向に風
圧をもたらす。加熱され柔らかくなった光ファイバはこ
の風圧により押されて曲がり、光伝送損失を大きくする
問題があった。

第８図は直径0.2mm の熱電対を用いて測定した小型ガス
バーナの外炎先端より５mmの位置での水平方向温度分布
の測定結果を示す。第９図は熱電対をはずした位置に外
径0.125mm の石英シングルモード光ファイバを置き、加
熱し、光ファイバを両側に５mmづつ引いたときの延伸外
形を示す。縦軸は光ファイバ外径、横軸は光ファイバの
軸方向の位置（１DIVは１つのますの長さを示す。以下
同様）である。延伸による伝送損失増加（測定波長1.55
μｍ）は１dBであった。温度分布の測定結果は温度の不
安定を、外径の測定結果は滑らかな延伸が困難なことを
示している。いずれの結果も再現性に乏しかった。

また、放電加熱には以下のような問題がある。

放電の中心部は非常に高温（2000℃以上）であり、等
温部は極端に狭く、温度分布も急激であるため石英光フ
ァイバの作業温度になる最適な領域が非常に狭すぎた。

放電の性質上安定性に欠け、光ファイバの温度を精度
良く調節するのは困難であった。

連続的に放電させると放電の熱で電極自身が溶けるの
で電極が冷えるのを持って間欠的に放電しなければなら
ず、光ファイバの加工中、光ファイバの温度が短時間に
上がり下がりするため滑らかな光ファイバ加工の目的に
は適さなかった。

さらに、従来、ヒータ方式や炉心管にヒータ線を巻き付
けた電気炉は光ファイバ加工の加熱には取り入れられて
いないが、それは光ファイバを作業温度に加熱するに
は、その温度より数百℃も自身の温度を高くしなければ
ならず、このような使用温度の高いヒータは実現が困難
と考えられてきたからである。また、光ファイバの太さ
は数百μｍ以下で加熱長は数十mm以下であることから細
くて短い小型のヒータが必要となり、このような大きさ
のヒータの電気抵抗が低くなりすぎて電源の設計が難し
くなるからである。その上、ヒータに炉心管などの支持
体を用いない場合、高温においてヒータが変形する問題
がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、光ファイバに曲がりを生じさせる風圧
を避けることができ、加熱等温度域が広く、安定した滑
らかな温度分布を有し、温度制御と構造が簡単で光ファ
イバの出し入れが容易な光ファイバ加工用小型電気炉を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光ファイバ加工用小型電気炉は、両端が開口し
た炉心管と、発熱体とだけで構成され、該発熱体は、該
炉心管の表面に密着した金属箔もしくは該炉心管の表面
に形成された金属薄膜とからなり、前記炉心管の一端か
ら多端までその軸方向に割りが入れられ、前記金属箔ま
たは金属薄膜は前記割りを被わないように密着されまた
は形成されている。

［作用］ 本発明は、金属箔または金属薄膜にその両端から電流を
流し金属箔または金属薄膜を発熱体として炉心管を加熱
するものである。

炉心管を用いているため、装置が小型になり、光ファイ
バに曲がりを生じさせる風圧を避けることができる。ま
た、炉心管と金属箔または金属薄膜の組合せにより、光
ファイバ加熱等温域を自由に、広く設定でき、温度分布
が安定した滑らかなものとなる。温度の制御も、発熱体
に流す電流を変えればよいので簡単である。さらに、炉
心管に軸方向に切り通しの割りが形成されているので、
炉心管への光ファイバの出し入れが容易である。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の第１の実施例の光ファイバ加工用小型
電気炉の斜視図、第２図は第１図の光ファイバ加工用小
型電気炉の温度分布特性の測定結果を示すグラフ、第３
図は第１図の光ファイバ加工用小型電気炉を用いて石英
シングルモード光ファイバを２０mm延伸したときの光フ
ァイバ外径の測定結果を示すグラフである。

本実施例の光ファイバ加工用小型電気炉は、両端が開口
し、割り２が一端から他端まで軸方向に設けられて、光
ファイバ４を収容する、外径３mm、内径２mm、長さ３０
mmのアルミナ絶縁管１（炉心管）に、厚さ0.01mm、縦１
５mm、横１５mmの白金箔３が、くし状に接続されて割り
２を被わないように耐熱セメントで固定されて構成さ
れ、白金箔３に両端から電流を流して白金箔３を発熱体
としてアルミナ絶縁管１を加熱するものである。

アルミナ絶縁管１は外気の風圧や対流を遮蔽すると同時
に、白金箔３の発熱斑を熱拡散の働きで均一にし、白金
箔３の変形を防ぐ支持体の役目をしている。温度の上げ
下げは電流で調節でき、簡単である。

第２図、第３図からわかるように、本実施例における温
度分布特性、延伸した光ファイバ外径は従来（第８図、
第９図）よりも改善されていることがわかる。なお、こ
のときの延伸による光伝送損失増加は波長1.55μｍで０
dBであった。

このように、本実施例の光ファイバ加工用小型電気炉
は、小型で、光ファイバに曲がりを生じさせる風圧を避
けることができ、光ファイバ加熱等温域を自由に設定で
き、安定した滑らかな温度分布を有する。また、割り２
からアルミナ絶縁管１への光ファイバや熱電対の出し入
れが容易である。さらに、白金箔３のの切り出し形によ
って電気抵抗や温度分布を自由に設計できる。

なお、本実施例では、金属箔として白金箔３を用いた
が、熱効率が良く、発熱温度と光ファイバの温度の差を
小さくできる白金、ロジュウムまたはその合金、カンタ
ル、ニクロム、鉄クロムなども使用できる。

第４図は本発明の第２の実施例の光ファイバ加工用小型
電気炉の斜視図、第５図は第４図の光ファイバ加工用小
型電気炉の温度分布特性の測定結果を示すグラフ、第６
図は第１図の光ファイバ加工用小型電気炉を用いて石英
シングルモード光ファイバを４０mm延伸したときの光フ
ァイバ外径の測定結果を示すグラフである。

本実施例の光ファイバ加工用小型電気炉は、両端が開口
し、割り６が軸方向に設けられて、光ファイバ８を収容
する外径３mm、内径２mm、長さ100mm のアルミナ絶縁管
５（炉心管）の表面に、厚さ0.002mmの白金膜７が、割
り６を被わないように形成されて構成され、白金膜７に
両端から電流を流して白金膜７を発熱体としてアルミナ
絶縁管５を加熱するものである。

ここで、発熱体である白金膜７は、アルミナ絶縁管５を
回転させて長さ５０mmの表面に均一に白金をスパッタ
し、両端に端子を付け、カッタでスリットを入れ作製し
た。

発熱体とアルミナ絶縁管５の密着性が改善され、第１の
実施例より更に熱効率が良くなった。

本実施例の温度分布特性は、第５図に示すように、広い
等音域を有している。なお、第５図において、両端の温
度が下がっているのは端子からの熱放散のためである。

また、本実施例による光ファイバの延伸形状は、第６図
に示すように、滑らかで長いことを示している。このと
きの光伝送損失増加は０dBであった。

第７図は二本の石英光ファイバを平行に置いて融着させ
た状態を示す横断面図である。1500℃以上の温度を実現
している。また、融着における光伝送損失の増加はみら
れなかった。

このように、本実施例の光ファイバ加工用小型電気炉
は、加熱温度が高く、加熱等温域が広く、安定した滑ら
かな温度分布を有しており、また、白金膜７の厚みを制
御することによって電気抵抗や温度分布を自由に設計で
きる。

なお、金属薄膜には白金の他、ロジュウム、タングステ
ン、モリブデン、カーボンなども使用でき、また金属薄
膜はメッキ，蒸着で形成してもよい。

以上、第１、第２の実施例では、アルミナ絶縁管1,5 に
いずれも割り2,,6 がそれぞれ設けられているが、割り
2,6 は光ファイバ4,8 および熱電対のアルミナ絶縁管1,
5 への出し入れを容易にするためであり、なくてもよ
い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、炉心管の表面に金属箔を
密着させ、または金属薄膜を形成し、金属箔または金属
薄膜に電流を流して発熱させ炉心管を加熱する構造とす
ることにより、光ファイバの延伸・融着などの加熱加工
において、以上に示す効果がある。

温度分布の再現性が非常に良く、光ファイバ加工形状
の再現性に優れている。

加熱等温域が広く、安定した滑らかな温度分布を現実
でき、光ファイバ延伸形状が非常に滑らかなものが得ら
れるため、延伸による伝送損失の増加を安定に最小限に
抑えることができる。

炎の風圧や対流による光ファイバの曲がりを生じない
ため、光ファイバカップラの作製等に必要な融着が低損
失で安定してできる。

光ファイバの出し入れが容易である。

複数本の光ファイバまたは光ファイバカップラの加工
を同時に安定して行うことが可能であり、特性も安定す
る。

第１図，第４図から明らかなように、炉の構造が両端
が開口した炉心管と発熱体とだけで構成された簡単な構
造であり、一般の電気炉のような断熱材やハウジングで
包む必要がなく、従って、断熱材を使用しないために熱
容量の小さな空気が断熱材の代わりとなり、その結果熱
応答性が良くなり、しかも、炉の形状、長さを自由に設
計できる。

温度の制御が容易であり、駆動装置も電源だけで簡単
である。

熱効率がよい構造のため、発熱体温度と加熱温度の差
を少なくでき、ヒータ材料の中では融点の低い白金やカ
ンタル、ニクロムなども発熱体として使える。

自己発生ガスがないため、真空にすることや、炉気成
分を一定にすることが可能であり、不活性雰囲気で用い
るカーボンやタングステン、タンタルなども発熱体に応
用できる。

発熱体が蒸発しても光ファイバには付着しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の光ファイバ加工用小型
電気炉の斜視図、第２図は第１の実施例の電気炉の温度
分布特性の測定結果を示すグラフ、第３図は第１の実施
例の電気炉で延伸した光ファイバの外径測定結果を示す
グラフ、第４図は本発明の第２の実施例の光ファイバ加
工用小型電気炉の斜視図、第５図は第４図の電気炉の温
度分布特性の測定結果を示すグラフ、第６図は第２の実
施例の電気炉で延伸した光ファイバの外径測定結果を示
すグラフ、第７図は２本の光ファイバの融着の例を示す
断面図、第８図は従来の小型ガスバーナの温度分布特性
の測定結果を示すグラフ、第９図は小型ガスバーナで延
伸した石英光ファイバの外径測定結果を示すグラフであ
る。 1,5 ……アルミナ絶縁管、 2,6 ……割り、 3 ……白金箔、 4,8 ……光ファイバ、 7 ……白金膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端が開口した炉心管と、発熱体とだけで
   構成され、該発熱体は、該炉心管の表面に密着した金属
   箔もしくは該炉心管の表面に形成された金属薄膜とから
   なり、前記炉心管の一端から他端までその軸方向に割り
   が入れられ、前記金属箔または金属薄膜が前記割りを被
   わないように密着されまたは形成されている光ファイバ
   加工用小型電気炉。