特開 2024-3588 光ファイバ母材の焼結炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024003588

(43)【公開日】2024-01-15

(54)【発明の名称】光ファイバ母材の焼結炉

(51)【国際特許分類】

   C03B 37/014 20060101AFI20240105BHJP

【ＦＩ】

C03B37/014 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022102823

(22)【出願日】2022-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 慎治

(72)【発明者】

【氏名】雨宮 宏治

(72)【発明者】

【氏名】長尾 幸祐

【テーマコード（参考）】

4G021

【Ｆターム（参考）】

4G021CA13

(57)【要約】

【課題】２重構造焼結炉において、圧力の調整がより簡易な光ファイバ母材の焼結炉を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る光ファイバ母材の焼結炉は、第１の炉心管と、第１の炉心管の周囲に配されて第１の炉心管との間に中間室を形成する第２の炉心管と、第１の炉心管の内部にガスを供給するガス供給口と、第１の炉心管に設けられ、第１の炉心管内のガスを中間室に排出する第１の排気口と、第２の炉心管に設けられ、中間室からガスを排出する第２の排気口と、を備え、中間室へのガスの供給口は、第１の排気口のみである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の炉心管と、
前記第１の炉心管の周囲に配されて前記第１の炉心管との間に中間室を形成する第２の炉心管と、
前記第１の炉心管の内部にガスを供給するガス供給口と、
前記第１の炉心管に設けられ、前記第１の炉心管内のガスを前記中間室に排出する第１の排気口と、
前記第２の炉心管に設けられ、前記中間室からガスを排出する第２の排気口と、を備え、
前記中間室へのガスの供給口は、前記第１の排気口のみである、
光ファイバ母材の焼結炉。

【請求項2】

前記第１の炉心管と前記第２の炉心管とは、それぞれ上面と下面とを備えており、
前記第１の排気口が前記第１の炉心管の上面に設けられ、かつ前記第２の排気口が前記第２の炉心管の下面に設けられている、
または、
前記第１の排気口が前記第１の炉心管の下面に設けられ、かつ前記第２の排気口が前記第２の炉心管の上面に設けられている、
請求項１に記載の光ファイバ母材の焼結炉。

【請求項3】

前記第１の排気口には、前記第１の炉心管から前記中間室へのガスの移動は許容し、前記中間室から前記第１の炉心管へのガスの移動を許容しない逆止弁が設けられている、
請求項１または請求項２に記載の光ファイバ母材の焼結炉。

【請求項4】

前記第１の炉心管は上面と下面とを備えており、
前記逆止弁は、前記第１の炉心管の上面に設けられる、
請求項３に記載の光ファイバ母材の焼結炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光ファイバ母材の焼結炉に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、第１の炉心管と、第１の炉心管の周囲に配された第２の炉心管とを備え、第１の炉心管と第２の炉心管との間に中間室が形成された光ファイバ母材の焼結炉（以下、２重構造焼結炉と呼ぶことがある）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－０６８７７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の２重構造焼結炉は、第１の炉心管の内部に不純物等が入り込まないようにしつつ、第１の炉心管の内部のガスを排気できる。これは、第１の炉心管の内部と比べて、中間室のガスの圧力が低くなるように調整することによってなされる。すなわち、中間室のガスの圧力を適切に調整することが求められる。

【0005】

本開示は、２重構造焼結炉において、圧力の調整がより簡易な光ファイバ母材の焼結炉を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る光ファイバ母材の焼結炉は、
第１の炉心管と、
前記第１の炉心管の周囲に配されて前記第１の炉心管との間に中間室を形成する第２の炉心管と、
前記第１の炉心管の内部にガスを供給するガス供給口と、
前記第１の炉心管に設けられ、前記第１の炉心管内のガスを前記中間室に排出する第１の排気口と、
前記第２の炉心管に設けられ、前記中間室からガスを排出する第２の排気口と、を備え、
前記中間室へのガスの供給口は、前記第１の排気口のみである。

【発明の効果】

【0007】

上記開示の構成によれば、２重構造焼結炉において、圧力の調整がより簡易な光ファイバ母材の焼結炉を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態に係る光ファイバ母材の焼結炉の概略図である。

【図2】図２は、図１の領域ＩＩの拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の一態様に係る光ファイバ母材の焼結炉は、
第１の炉心管と、
前記第１の炉心管の周囲に配されて前記第１の炉心管との間に中間室を形成する第２の炉心管と、
前記第１の炉心管の内部にガスを供給するガス供給口と、
前記第１の炉心管に設けられ、前記第１の炉心管内のガスを前記中間室に排出する第１の排気口と、
前記第２の炉心管に設けられ、前記中間室からガスを排出する第２の排気口と、を備え、
前記中間室へのガスの供給口は、前記第１の排気口のみである。
上記構成によると、第１の炉心管に供給されたガスは、第１の排気口のみを介して、中間室に供給される。このとき、ガスの圧力は次第に減衰するので、第１の炉心管の内部のガスの圧力は、中間室の内部のガスの圧力よりも高くなる。このとき、ガス供給口から流入するガスの流量と第２の排気口から排出されるガスの流量とを調整すれば、自然と第１の炉心管の内部と中間室の内部との間で差圧が形成されるので、２重構造焼結炉における圧力の調整をより簡易に行うことができる。

【0010】

（２）前記（１）の光ファイバ母材の焼結炉において、
前記第１の炉心管と前記第２の炉心管とは、それぞれ上面と下面とを備えており、
前記第１の排気口が前記第１の炉心管の上面に設けられ、かつ前記第２の排気口が前記第２の炉心管の下面に設けられていてもよい、
または、
前記第１の排気口が前記第１の炉心管の下面に設けられ、かつ前記第２の排気口が前記第２の炉心管の上面に設けられていてもよい。
上記構成によると、第１の排気口は第１の炉心管の上面に設けられる場合、第２の排気口は第２の炉心管の下面に設けられる。第１の排気口は第１の炉心管の下面に設けられる場合、第２の排気口は第２の炉心管の上面に設けられる。このように、第１の排気口と第２の排気口とは互いに上下反対側に設けられる。このとき、第１の排気口と第２の排気口とは互いに上下同じ側に設けられる場合と比較して、第１の炉心管から中間室に入った空気が第２の排気口から排気されるまでに、中間室を広く流れるため、中間室の内部で流れが澱みにくくなる。これにより、中間室内部の不純物を排出しやすくなるとともに、中間室の内部の圧力は流れに従って緩やかに下降するので、中間室の内部で第１の炉心管の内部と中間室との間で差圧を安定して形成しやすくなる。

【0011】

（３）前記（１）または（２）の光ファイバ母材の焼結炉は、
前記第１の排気口には、前記第１の炉心管から前記中間室へのガスの移動は許容し、前記中間室から前記第１の炉心管へのガスの移動を許容しない逆止弁が設けられていてもよい。
上記構成によると、第１の排気口に逆止弁が設けられているので、第１の炉心管の内部のガス圧力が中間室の内部のガス圧力を少なくとも上回るまで逆止弁が開かない。この場合、第１の炉心管の内部のガス圧力が中間室の内部のガス圧力を少なくとも上回るまで第１の炉心管の中にガスが供給され続けるので、第１の炉心管と中間室との間の差圧が形成されやすくなる。

【0012】

（４）前記（３）の光ファイバ母材の焼結炉において、
前記第１の炉心管は上面と下面とを備えており、
前記逆止弁は、前記第１の炉心管の上面に設けられてもよい。
第１の炉心管の上面は、光ファイバ母材の搬出入を行う蓋が取り付けられている部分であり、逆止弁を外部に晒しやすい部分であるため、逆止弁のメンテナンスを行いやすい。また、上面に逆止弁が設けられている場合、自重によって逆止弁が閉まろうとするため、バネ等を使用した戻り機構を使用する必要がない。これにより、第１の炉心管と中間室との間の差圧を形成するための逆止弁を簡単な構成で実現できる。

【0013】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示に係る光ファイバの製造方法の実施の形態の例を、図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、異なる図面であっても同一又は相当の要素には同一の符号又は名称を付し、重複する説明を適宜省略する。また、各図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上のものであって、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

【0014】

まず、光ファイバ母材の焼結炉１について説明をする。図１は、本実施形態に係る光ファイバ母材の焼結炉１の概略図である。図１に示すように、焼結炉１は、筐体２と、第１の炉心管３と、第２の炉心管４と、ヒータ６と、断熱材７と、を備える。

【0015】

筐体２は、焼結炉１の外殻を構成している。筐体２の内部に、第１の炉心管３と、第２の炉心管４と、ヒータ６と、断熱材７と、が配置されている。焼結炉１は、第２の炉心管４が第１の炉心管３を囲むようにして配置されている２重構造焼結炉である。ヒータ６は、第２の炉心管４の外側を囲むように配置されている。ヒータ６が第１の炉心管３および第２の炉心管４を加熱することで、第１の炉心管３の内部に配置されたガラス母材Ｇを脱水及び焼結することができる。断熱材７は、ヒータ６及び第２の炉心管４を囲むように配置されている。断熱材７は、ヒータ６からの熱が拡散することを妨げている。

【0016】

筐体２には、筐体給気管２１と筐体排気管２２とが設けられている。筐体給気管２１には筐体給気バルブ２１１が設けられている。筐体給気管２１に設けられる図示しないガス供給装置が、筐体２の内部にガスを送るように作動しており、筐体給気バルブ２１１の操作により、筐体２外部から筐体２内部に流入するガスの流量を調節できる。筐体排気管２２には、筐体排気バルブ２２１が設けられている。筐体排気管２２に設けられる図示しないポンプが、筐体２の内部からガスを排出するように作動しており、筐体排気バルブ２２１の操作により、筐体２内部から筐体２外部に流出するガスの流量を調節できる。
筐体給気管２１からアルゴンガス等の不活性ガスを導入し、筐体排気管２２から不活性ガスを排出する。これにより、ヒータ６及び断熱材７が酸化し劣化することを抑制している。

【0017】

第１の炉心管３は、高純度のカーボンで形成された円筒形の部材である。第１の炉心管３の内部には支持棒８にガラス微粒子を堆積させたガラス母材Ｇを配置できるように構成されている。例えば、第１の炉心管３の上面は開閉可能な蓋が設けられていて、蓋を開けることによってガラス母材Ｇを搬入および搬出できるようにしてもよい。また、ガラス母材Ｇを第１の炉心管３の内部に配置した際に、支持棒８と第１の炉心管３との隙間をなるべく塞ぐために、第１の炉心管３の上面にシール部材（図示せず）が設けられている。シール部材は、例えばカーボン製の耐熱封止部材である。

【0018】

第１の炉心管３には、ガス供給口３１ａと第１の排気口３２とが形成されている。ガス供給口３１ａは、第１の炉心管３と筐体２の外部とに開口したガス供給管３１の第１の炉心管３側の開口である。第１の排気口３２は、第１の炉心管３から後述する中間室５にガスを排出する排出口である。本実施形態において、ガス供給口３１ａは、第１の炉心管３の下面に形成されており、第１排気口は、第１の炉心管３の上面に形成されている。

【0019】

なお、第１の炉心管３に供給されるガスは、例えばガラスの透明化に有利なヘリウムガスと脱水処理に有利な塩素ガスの混合ガスである。場合によっては、ガラス母材Ｇの屈折率を調整するためにフッ素化合物が供給されてもよい。

【0020】

第２の炉心管４は、高純度のカーボンで形成された円筒形の部材である。第１の炉心管３と第２の炉心管４との間に形成される空間を中間室５と呼ぶ。ガラス母材Ｇの搬入および搬出のために、第２の炉心管４の上面にも、開閉可能な蓋が設けられていてもよい。

【0021】

第２の炉心管４の下面には、第２の排気口４１ａが形成されている。第２の排気口４１ａは、第２の炉心管４と筐体２の外部とに開口したガス排気管４１の第２の炉心管４側の開口である。

【0022】

ガス供給管３１には、供給バルブ３１１が設けられている。ガス供給管３１において図示しないガス供給装置が、第１の炉心管３の内部にガスを送るように作動しており、供給バルブ３１１の操作により、筐体２外部から第１の炉心管３の内部に流入するガスの流量を調節できる。ガス排気管４１には、排気バルブ４１１が設けられている。ガス排気管４１において図示しないポンプが、第２の炉心管４の内部からガスを排出するように作動しており、排気バルブ４１１の操作により、第２の炉心管４の内部から筐体２外部に流出するガスの流量を調節できる。

【0023】

図２は、図１の領域ＩＩの拡大図である。図２に示すように、本実施形態においては、第１の排気口３２には逆止弁３３が設けられている。逆止弁３３は、第１の炉心管３の内部から中間室５へガスが移動することは許容するが、中間室５から第１の炉心管３の内部へガスが移動することは許容しない。

【0024】

本実施形態の逆止弁３３は、ボール３３ａを備えたボール式逆止弁である。第１の炉心管３の内部のガス圧力が、中間室５のガス圧力よりも大きい臨界圧力を超えるか超えないかによって、ボール３３ａの位置は異なる。

【0025】

例えば、第１の炉心管３の内部のガス圧力が、臨界圧力を下回る場合、実線で示すように、ボール３３ａは第１排気口の上部を塞ぐように配置される。このとき、ガスは第１排気口を通過できない。

【0026】

第１の炉心管３の内部のガス圧力が臨界圧力を上回る場合、一点鎖線で示したようにボール３３ａが上方へ移動する。第１排気口を塞いでいたボール３３ａが移動したため、ガスが第１排気口を通過することができる。このとき、第１の炉心管３の内部のガス圧力は中間室５のガス圧力よりも大きいので、ガスは第１の炉心管３の内部から中間室５の方向に流れる。

【0027】

第１の炉心管３の内部のガス圧力が臨界圧力を再び下回ると、ボール３３ａは、その自重によって第１排気口の上部を塞ぐ配置に戻り、ガスは第１排気口を通過できなくなる。

【0028】

次に、第１の炉心管３および第２の炉心管４の内部を流れるガスの流れについて説明する。供給バルブ３１１を開いている場合、ガス供給管３１から第１の炉心管３にガスが導入される。ここでガス供給管３１から第１の炉心管３に導入されたガスは、第１の炉心管３の下面から第１の排気口３２が設けられている第１の炉心管３の上面に向かって流れる。第１の排気口３２を通過したガスは、第２の排気口４１ａが設けられる第２の炉心管４の下面に向かって流れる。排気バルブ４１１を開いている場合、第２の炉心管４からガスが排出される。

【0029】

ここでガスは流れるにしたがって次第に圧力を損失する。つまり、第１の炉心管３の内部において導入されたガスの圧力よりも、中間室５のガスの圧力の方が低くなる。このように、第１の炉心管３の内部と中間室５の内部との間の差圧が自然と形成される。

【0030】

支持棒と第１の炉心管の間において、シール機構により第１の炉心管はほとんど密閉された状態であるが、それでもわずかにガスが漏れ出てしまう。２重構造焼結炉は、支持棒と第１の炉心管の間等から、第１の炉心管の内部に不純物等が入り込まないようにすることを目的として設計されている。この目的を達成するためには、第１の炉心管の内部と比べて、中間室のガスの圧力が低くなるように調整することが望ましい。中間室のガスの圧力が最も低い場合、支持棒と第１の炉心管の間において完全に密閉できなかったとしても、中間室から第１の炉心管の内部に空気が移動しにくくなる。

【0031】

特許文献１の２重構造焼結炉は、中間室のガスの圧力が最も低い状態を形成するために、４か所で流量の調整を行っている。つまり、第１の炉心管のガス供給口、第１の炉心管の排気口、中間室のガス供給口、中間室の排気口の４か所で流量の調整を行う。

【0032】

このとき、第１の炉心管の内部のガス圧力の調整は、第１の炉心管のガス供給口および第１の炉心管の排気口によって行われている。また、中間室の内部のガス圧力の調整は、中間室のガス供給口および中間室の排気口によって行われている。つまり、第１の炉心管の内部と中間室との間で差圧を形成するための第１の炉心管の内部と中間室の内部とのガス圧力の調整が互いに独立して行われているので、差圧を形成するための制御が煩雑であった。

【0033】

本実施形態に係る焼結炉１において、第１の炉心管３に供給されたガスは、第１の排気口３２のみ通ることにより中間室５に供給される。このとき、ガスの圧力は次第に減衰するので、第１の炉心管３の内部のガスの圧力は、中間室５の内部のガスの圧力よりも高くなる。
ガス供給口３１ａから流入するガスの流量と第２の排気口４１ａから排出されるガスの流量とを調整すれば、自然と第１の炉心管３の内部と中間室５の内部との間で差圧が形成されるので、２重構造焼結炉における圧力の調整をより簡易に行うことができる。

【0034】

また、本実施形態において、第１の排気口３２は第１の炉心管３の上面に設けられており、第２の排気口４１ａは第２の炉心管４の下面に設けられている。このように、第１の排気口３２と第２の排気口４１ａとは互いに上下反対側に設けられるので、第１の排気口３２と第２の排気口４１ａとは互いに上下同じ側に設けられる場合と比較して、第１の炉心管３から中間室５に入った空気が第２の排気口４１ａから排気されるまでに、中間室５を広く流れる。中間室５の内部で流れが澱みにくくなるので、中間室５内部の不純物を排出しやすくなるとともに、中間室５の内部の圧力は流れに従って緩やかに減衰する。これにより、中間室５の内部で第１の炉心管３の内部と中間室５との間で差圧を安定して形成しやすくなる。

【0035】

なお、第１の排気口３２と第２の排気口４１ａとは互いに上下反対側に設けられていることが望ましいので、第１の排気口３２は第１の炉心管３の下面に設けられる場合、第２の排気口４１ａは第２の炉心管４の上面に設けられてもよい。

【0036】

また、本実施形態において、第１の排気口３２には逆止弁３３が設けられている。これにより、第１の炉心管３の内部のガス圧力が中間室５の内部のガス圧力を少なくとも上回るまで逆止弁３３が開かない。つまり、第１の炉心管３の内部のガス圧力が中間室５の内部のガス圧力を少なくとも上回るまで第１の炉心管３の中にガスが供給され続けるので、第１の炉心管３と中間室５との間の差圧が形成されやすくなる。

【0037】

なお、中間室５から第１の炉心管３にガスが流入することを効果的に防ぐには、中間室５の圧力は、例えば絶対圧で１０１．３ＫＰａ以上１０２．３ＫＰａ以下であることが望ましく、中間室５の圧力に対して、第１の炉心管３の圧力は、０．０１ＫＰａから０．２ＫＰａほど大きいことが望ましい（大気圧は、１０１．３２５ＫＰａ）。このとき、第１の炉心管３の圧力が中間室５の圧力を０．０１ＫＰａから０．２ＫＰａほど上回る場合に逆止弁３３が開くように構成されることで、第１の炉心管３と中間室５との間で所望の圧力差を形成しやすくなる。

【0038】

また、本実施形態においては、逆止弁３３は第１の炉心管３の上面に設けられている。第１の炉心管３の上面は、ガラス母材Ｇの搬出および搬入を行う蓋が取り付けられている部分であり、逆止弁３３を外部に晒しやすい部分であるため、第１の炉心管３の上面に逆止弁３３を設けると逆止弁３３のメンテナンスを行いやすい。

【0039】

もし、下面に逆止弁を設けた場合、第１の炉心管の内部のガス圧力と逆止弁の自重に逆らって閉める必要があるため、バネ等を使用した戻り機構を設ける必要がある。しかし、焼結炉内部は高温環境下であるため、バネ等による戻り機構の劣化が早まることがある。これに対して、上面に逆止弁３３を設けた場合、自重によって逆止弁３３が閉まろうとするため、バネ等を使用した戻り機構を設ける必要がない。これにより、第１の炉心管３と中間室５との間の差圧を形成するための逆止弁３３を簡単な構成で実現できる。

【0040】

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。また、上記説明した各例が含む要素は、互いに組みわせることができる。

【0041】

逆止弁を設ける場合、ボール式逆止弁以外の逆止弁を用いてもよい。例えば、スイング式、リフト式等の逆止弁が用いられてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１ 焼結炉
２ 筐体
３ 第１の炉心管
４ 第２の炉心管
５ 中間室
６ ヒータ
７ 断熱材
８ 支持棒
２１ 筐体給気管
２２ 筐体排気管
３１ ガス供給管
３１ａ ガス供給口
３２ 第１の排気口
３３ 逆止弁
３３ａ ボール
４１ ガス排気管
４１ａ 第２の排気口
２１１ 筐体給気バルブ
２２１ 筐体排気バルブ
３１１ 供給バルブ
４１１ 排気バルブ
Ｇ ガラス母材

【図1】

【図2】