JP5557866B2 - 光ファイバ母材加熱用ヒータ - Google Patents
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Description
発熱部1には、周方向に所定間隔ごとにスリット4が形成されている。スリット4は、発熱部1の上端から下端近くまで切り込まれたスリット4Aと、発熱部1の下端から上端近くまで切り込まれたスリット4Bとを有する。
スリット4A、4Bは、発熱部1の周方向に交互に形成されているため、発熱部1は、直線部5と折返し部6とが繰返される蛇行構造となっている。
接続部33、33は、発熱部1の下端から下方に延出し、それぞれ給電部2の径方向内方の端部2aに達しており、互いに回転対称となる位置にある。
そのため、発熱の際に、接続部33が形成された箇所での発熱部1の径は変化しない一方、接続部33から離れた箇所での発熱部1の径は大きくなり、その結果、発熱部1の平面視形状が真円形(図10(a)参照)から、非円形(楕円形)(図10(b)参照)となるおそれがあった。
発熱部1が非円形化すると、光ファイバ母材に対する距離が周方向に均一でなくなる結果、加熱温度が不均一となり、光ファイバが非円形となり、光ファイバの特性、例えば偏波モード分散(PMD)等に影響が及ぶ可能性がある。
近年では、光ファイバ母材の大型化・太径化に対応して、径が大きい発熱部1が用いられるため、前述の発熱部1の非円化による加熱特性の不均一化が起こりやすくなっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発熱部に非円化が生じない光ファイバ母材加熱用ヒータを提供することを目的とする。
前記第1接続箇所に対する前記第2接続箇所の前記周方向の角度は、45度以上、180度以下であることが好ましい。
前記延在部は、前記発熱部に比べて電気抵抗が小さいことが好ましい。
前記延在部は、発熱部の径方向の寸法が、発熱部の中心軸方向の寸法より小さいことが好ましい。
発熱部の非円化が生じないため、光ファイバ母材に対する発熱部の距離は周方向に均一となり、均一な加熱が可能となる。
従って、光ファイバの非円率を小さくでき、光ファイバの特性(偏波モード分散(PMD)等)の悪化を防ぐことができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の光ファイバ母材加熱用ヒータ(以下、単にヒータということがある)の第1実施形態であるヒータ10を示す斜視図である。図2は、接続部3の延長部8の断面図である。図3は、このヒータ10を模式的に示す平面図である。
図1に示すように、ヒータ10は、概略円筒状の発熱部1と、一対の給電部2、2と、これら発熱部1と給電部2とをそれぞれ接続する一対の接続部3、3とを備えている。
以下の説明において、「上」および「下」とは図1における上および下であり、発熱部1の中心軸C1に沿う方向である。また、周方向とは発熱部1の周方向である。
スリット4は、発熱部1の上端から下方に向けて下端近くまで切り込まれたスリット4Aと、発熱部1の下端から上方に向けて上端近くまで切り込まれたスリット4Bとを有する。
スリット4A、4Bは、発熱部1の周方向に交互に形成されているため、発熱部1は、上下方向に直線的に延在する直線部5と、折返し部6とが繰返される蛇行構造となっている。
具体的には、発熱部1では、直線部5A下端と、これに隣接する直線部5B下端とが折返し部6Aにより連結され、直線部5B上端と、これに隣接する直線部5C上端とが折返し部6Bにより連結される構造が周方向に繰り返されている。
直線部5および折返し部6の断面形状は特に限定されないが、例えば矩形とすることができる。
給電部2は電極(図示略)に接続されており、接続部3を介して発熱部1に給電できる。
給電部2の数は、3以上の任意の数としてよく、これらのうち少なくとも2つは周方向に位置を違えて設けられる。
基部7は、隣り合う2つの直線部5、5および折返し部6から下方に延出して形成されている。図示例の基部7は、直線部5、5および折返し部6を、厚さおよび幅を変えずにそのまま下方に延長した形状であって、発熱部1と一体に形成されている。
基部7の上端7aは、発熱部1の下端に接続された第1接続箇所である。以下、上端7aを第1接続箇所7aということがある。
延長部8の一端8aは、基部7の下端7bに対し一体に接合して形成されている。基部7は上下方向に沿う形状であるため、延長部8の一端8aと、基部7の上端7a(第1接続箇所7a)との周方向の位置はほぼ同じである。
この例の延長部8では、平面視において内縁8cの径方向位置が発熱部1の外縁1aの径方向位置にほぼ一致しており、発熱部1に対して外方に張り出して形成されている。
延長部8は、一端8aが中心軸C1に対して接近および離間するような弾性的な曲げ方向の変形が可能である。このため、延長部8は、一端8aが外方移動する方向の弾性変形が可能である(図3および図4を参照)。
延長部8は、発熱部1の径方向(図2の左右方向)の寸法W1を、高さ方向(図2の上下方向。中心軸C1方向)の寸法H1より小さくすると、前述の曲げ方向の変形が起こりやすくなるため好ましい。
この例の延長部8の横断面形状は矩形であるが、延長部8の横断面形状はこれに限らず、多角形(台形等)、円形、楕円形など、任意としてよい。
なお、接続部3は、全長にわたって図2に示す形状であってもよい。
例えば、延長部8が発熱部1と同じ材料からなる場合には、延長部8の断面積(図2に示す横断面の面積)を発熱部1の直線部5および折返し部6の断面積(横断面の面積)より大きくすると、発熱部1に比べて電気抵抗が小さくなり、延長部8における発熱を小さくできる。
なお、接続部3は、全長にわたって発熱部1に比べて電気抵抗が小さくてもよい。
図3に示すように、第1接続箇所7aに対する第2接続箇所8bの周方向の角度θ1は45度以上が好ましく、90度以上がさらに好ましい。角度θ1をこの範囲とすることによって、延長部8に十分な長さを与え、後述する温度上昇時の変形を起こりやすくできるため、発熱部1の非円化を防ぐ効果を高めることができる。
角度θ1は、180度以下とすると、構造が複雑化してヒータ10が大型化するのを避けることができる。
接続部3、3は、互いに周方向の位置を違えて設けられており、2つの第1接続箇所7a、7aは互いに周方向位置が異なる。
図示例では、給電部2、2が、中心軸C1に対して互いに回転対称となる位置に形成されているため、接続部3、3も互いに回転対称となる位置に形成されている。このため、2つの第1接続箇所7a、7aも互いに回転対称となる位置にある。
接続部3の数は、3以上の任意の数としてよく、これらのうち少なくとも2つは、第1接続箇所7aが周方向に位置を違えるように形成される。
光ファイバ母材としては、例えば石英ガラス製のものを例示できる。
図3および図4に示すように、光ファイバ母材P1を発熱部1内に導入するとともに、給電部2からの給電により発熱部1を発熱させる。発熱部1の温度は、例えば1500℃以上、好ましくは2000℃以上とすることができる。発熱部1による加熱によって光ファイバ母材は軟化し、線引きや細径化等が可能となる。
上述のように、ヒータ10では、第1接続箇所7aと第2接続箇所8bとの周方向の位置が異なるため、延長部8は十分な長さを有し、一端8aおよび第1接続箇所7aが外方移動する方向に容易に弾性変形する。
このため、温度上昇時において、給電部2および第2接続箇所8bの位置は変化しないにもかかわらず、発熱部1には移動規制は加えられない。
よって、延長部8の一端8aおよび第1接続箇所7aが外方に変位するとともに、発熱部1は真円形を保ったまま径が大きくなる。
発熱部1の非円化が生じないため、光ファイバ母材P1に対する発熱部1の距離は周方向に均一となり、均一な加熱が可能となる。
従って、光ファイバの非円率((長径−短径)/長径*100(%))を小さくでき、光ファイバの特性(偏波モード分散(PMD)等)の悪化を防ぐことができる。
延長部18の一端18aは、基部7の下端7bに接合されており、一端18aと第1接続箇所7aとの周方向の位置はほぼ同じである。延長部18の他端18bは、給電部2の端部2aに接続された第2接続箇所である。
延長部18は、第1接続箇所7aにおける発熱部1の接線方向に沿う直線状とすることができる。
なお、第1接続箇所7aと第2接続箇所18bとの周方向の位置は互いに異なっていれば、延長部18の延在方向は、発熱部1の接線方向に限定されない。
このため、高温時において発熱部1の非円化が生じず、光ファイバ母材に対する均一な加熱が可能となることから、光ファイバの特性の悪化を防ぐことができる。
また、図示例の接続部3は、第1接続箇所7aを有する基部7と、基部7から第2接続箇所8bに至る延長部8とを有する構造であるが、第1接続箇所7aから直接的に第2接続箇所8bに達する構造としてもよい。
例えば、接続部は、基部7がなく、延長部8(または延長部18)が第1接続箇所7aから第2接続箇所8bにわたって形成された構造であってもよい。
本発明は、光ファイバ母材を加熱して光ファイバの紡糸を行う紡糸炉や、光ファイバ母材を細径化する延伸炉に適用できる。
図1〜図3に示すヒータ10を作製した。
発熱部1は、内径が280mmであり、厚さ(直線部5および折返し部6の厚さ)が20mmであり、平均断面積(直線部5および折返し部6の平均断面積)が400mm2であり、高さ140mmである。
延長部8の断面積は800mm2であり、第1接続箇所7aに対する第2接続箇所8bの角度θ1は165度である。
カーボン材料製の管体(炉心管)(図示略)を発熱部1内に設置し、光ファイバ母材を導入していない状態で、発熱部1の温度を1300℃としたときの内部の温度分布を調べた。温度の測定点は、発熱体1最上部を横切る面に沿う、発熱体1と同心の半径100mmの円上の各点とした。結果を図6に示す。図中「8a」は、延長部8の一端8aの位置を示す。管体内部の周方向の温度の変動幅は±2℃程度であった。
前記管体内に光ファイバ母材(外径180mm。非円率0.05%)を導入するとともに、発熱部1の温度を2200℃として紡糸を行った結果、光ファイバの非円率は0.08%であった。
第1接続箇所7aに対する第2接続箇所8bの角度θ1が90度であること以外は実施例1と同様のヒータ10を使用して、実施例1と同様にして温度分布を測定した結果を図7に示す。管体内部の周方向の温度の変動幅は±3℃程度であった。
実施例1と同様にして紡糸を行って得た光ファイバの非円率は0.11%であった。
図9および図10に示すヒータ30を作製した。実施例1と同様にして温度分布を測定した結果を図8に示す。管体内部の周方向の温度の変動幅は±10℃程度であった。
給電部2(接続部33)に相当する箇所と、そこから90度離れた箇所との温度差は約10℃であった。
実施例1と同様にして紡糸により得た光ファイバの非円率は約0.3%であった。
Claims (4)
- 光ファイバ母材が導入される円筒状の発熱部と、
前記発熱部に給電する2つの給電部と、
前記発熱部と前記給電部とを連結する接続部と、を備え、
前記発熱部に対する前記接続部の接続箇所である第1接続箇所と、前記給電部に対する前記接続部の接続箇所である第2接続箇所とは、前記発熱部の周方向の位置が互いに異なり、
前記接続部は、前記第1接続箇所から前記第2接続箇所にかけて延在して形成された延在部を有し、
前記延在部は、前記第1接続箇所と前記第2接続箇所との間で、平面視において前記発熱部の周方向に沿って形成され、前記第1接続箇所が前記発熱部の中心軸から離間する方向の弾性的な曲げ変形が可能であることを特徴とする光ファイバ母材加熱用ヒータ。 - 前記第1接続箇所に対する前記第2接続箇所の前記周方向の角度は、45度以上、180度以下であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ母材加熱用ヒータ。
- 前記延在部は、前記発熱部に比べて電気抵抗が小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバ母材加熱用ヒータ。
- 前記延在部は、発熱部の径方向の寸法が、発熱部の中心軸方向の寸法より小さいことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の光ファイバ母材加熱用ヒータ。
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