JPH0455984B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 導波路プレフオームを管状サセプタを備えた
炉へ軸方向に導入するためのステツプと、 該プレフオームの一部分を該プレフオーム内に
再流入させるため、該サセプタを取巻く誘導コイ
ルを付勢するためのステツプと、 該フアイバをプレフオームの再流入部分から引
出すためのステツプと から成り、 粒子がサセプタの表面から導波路フアイバ上へ
移動するのを防ぐために、プレフオームの導入に
先がけて、該筒状サセプタの少なくとも一部分上
に導波路プレフオーム材料のすすの層を生成し、
前記導入の前あるいはそれと同時に、該すすを固
めて薄い被覆にすることを特徴とする導波路フア
イバを製造するための方法。

２ 請求の範囲１による方法であつて、 該サセプタならびに該サセプタと該誘導コイル
との間に置かれている円筒との間の導波路プレフ
オーム材料のすすの層をさらに生成すると共に、
すすの少なくとも一部分を固めて薄い被覆にする
ことを特徴とする方法。

３ 請求の範囲１による方法であつて、 該サセプタの内側表面上、ならびに該サセプタ
の外側表面上あるいは該円筒の内側表面上に導波
路プレフオーム材料のすすの薄い多孔質層を気相
成長させ、且つ、 粒子が該サセプタから移動するのを防ぐため
に、該サセプタを加熱して該すすの層が固まつて
薄い溶融シリカ層を形成するように、該サセプタ
を取巻く該誘導コイルを付勢する ことを特徴とする方法。

４ 導波路プレフオームからフアイバを引出すた
めに、導波路プレフオームを加熱して温度を上昇
させるための誘導加熱炉であつて、 絶縁性グレンにより取巻かれた管状サセプタ
と、 該サセプタを取巻く誘導コイルと から成り立ち、該加熱炉は、 該導波路プレフオーム材料の薄い被覆が該サセ
プタの内側表面の少なくとも一部分上に在ること
を特徴とする誘導加熱炉。

５ 請求の範囲４による加熱炉であつて、 円筒が該絶縁性グレンと該サセプタとの間に置
かれた、サセプタのまわりに隔てて置かれている
ことを特徴とする誘導加熱炉。

６ 請求の範囲４による加熱炉であつて、 該導波路プレフオーム材料のすすの層は該円筒
と該サセプタとの間に置かれていることを特徴と
する誘導加熱炉。

７ 請求の範囲６による加熱炉であつて、 該導波路プレフオーム材料のすすの層の一部分
は、該サセプタの外側表面の少なくとも一部分上
で固まつて薄い被覆になることを特徴とする誘導
加熱炉。

８ 請求の範囲６による加熱炉であつて、 導波路プレフオーム材料のすすの層の一部分
は、該円筒の内側表面の少なくとも一部分上で固
まつて薄い被覆になることを特徴とする誘導加熱
炉。

９ 請求の範囲第４ないし８項のいずれか１項に
よる加熱炉であつて、 該プレフオーム材料が溶融シリカであつて、該
薄い被覆材料がシリカであることを特徴とする誘
導加熱炉。

１０ 請求の範囲９による加熱炉であつて、 該サセプタが二酸化ジルコニウムであり、絶縁
性二酸化ジルコニウムのグレンが該コイルと該サ
セプタとの間に置かれていることを特徴とする誘
導加熱炉。

技術分野 本発明は、導波路プレフオームからフアイバを
引出すため、導波路プレフオームを高温度に加熱
するための炉に関する。

発明の背景 過去数年間にわたり、低損失、溶融シリカ形導
波路フアイバの開発は、導波路プレフオームから
高強度のフアイバを引出すため高温度（たとえば
ほぼ2000℃）の熱源の研究に向けられてきた。可
能な熱源のうちで、高温度のシリカフアイバを引
出すためには、酸水素トーチ、CO₂レーザ、なら
びにわずかの誘導炉と抵抗炉などが採用されてき
た。トーチ法は経済的であるとは言え、長く引出
されたフアイバの長さ全体にわたり一様な直径を
保持することはできない。CO₂レーザは最も清潔
な引出し環境を与えるものであるが、引出しエネ
ルギを半径方向に分布させるために特殊な光学設
計を必要とし、出力が制限されている。いつぼう
抵抗炉では、加熱素子の酸化を防止するため不活
性の保護環境が必要である。

誘導炉は、基本的に、中空の中央に置かれた筒
状サセプタを絶縁材料で取巻いて構成したもので
ある。誘導コイルに電力が加えられたときに交流
電磁界を与えるよう誘導コイルは絶縁材料を取巻
いている。電磁界はサセプタに結合してその温度
を上昇させ、その内部に温暖領域を形成してい
る。そこで、導波路フアイバを引出す処から温暖
領域の一部分に再流入させるよう、ガラスの導波
路フアイバは温暖領域に導入されている。

高温誘導炉は高い熱的慣性と、安定性と、半径
方向に対称な加熱とを与えるものである。しかし
ながら、サセプタの内側表面から移動している汚
染物質を除去するための動作期間中に、ほとんど
の誘導炉では保護性環境の流れを要するグラフア
イト製、あるいは耐火金属製サセプタを使用して
いる。その結果、かかる炉は有限なサセプタ寿命
を有し、炉の雰囲気に炉は或る程度の汚染物質を
含むものである。

上記問題点を除去するために設計された一つの
誘導炉はオプテイカル・フアイバー・トランスミ
ツシヨンテクニカル・ダイジエスト（Optical
Fiber Transmission technical digest）
（Tu B5−１）、1977年２月号22〜24においてア
ール．ビー・ランク（R.B.Runk）による「ア・
ジルコニア・インダクシヨン・フアーネス・フオ
ー・ドローイング・プレシジヨン・シリカ・ウエ
ーブ・ガイズ」（“Ａ Zirconia Induction
Furnace For Drawing Precision Silica Wave
Guides”）と題して記載されている。その炉は、
酸化イツトリウムで安定化した二酸化ジルコニウ
ムで作られた円筒状サセプタを使用している。サ
セプタは期待寿命が長く、酸素分圧雰囲気気中に
おいて炉の雰囲気に最小の汚染物質を含む。かか
る炉は、プレフオームから導波路フアイバを引出
すのに最も有効であることが示されてきた。しか
しながら、長期にわたる使用の後には、二酸化ジ
ルコニウムの顕微鏡的大きさの粒子はサセプタか
らプレフオーム、ならびに／あるいは導波路プレ
フオームから引出されているフアイバへと移動し
て行くことが判つている。事実上、二酸化ジルコ
ニウムの粒子は引出されたフアイバを弱め、その
結果として許容できないような製品を生ずること
になる。

従つて、高強度のフアイバを生ぜしめるための
引出し過程期間において、事実上、汚染物質をま
つたく含まない長寿命、高温度の誘導炉が要求さ
れる。

発明の要約 本発明は、絶縁材料と誘導コイルとによつて取
巻かれ、中央に置かれ、少なくともその内側表面
の一部分に導波路プレフオーム材料の薄い被覆を
有する円筒状サセプタを備えた誘導炉により上記
問題点を解決するものである。また、円筒はサセ
プタに対して距離を隔てて、絶縁材料とサセプタ
との間に随意に置くことができる。さらに、導波
路プレフオーム材料はサセプタと同筒との間に隔
てて随意に置くこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による誘導加熱炉の断面図
である。第２図は、本発明による誘導加熱炉の一
実施例の断面図である。第３図は、本誘導加熱炉
の他の一実施例の断面図である。第４図、第５
図、ならびに第６図は、本誘導加熱炉の種々の他
の実施例の断面図である。

詳細な説明 第１図は従来技術による高温誘導炉を示す図で
あり、番号１０により参照されている。炉１０は
側壁１４を有する円筒形容器１２と、頂部１６
と、底部１８とから成る。頂部１６は中央に開口
２２を有し、開口２２は底部１８の開口２４と垂
直方向に位置合わせをしてある。シリカ製ビーカ
２６は頂部２８で開き、その底面は開口２２，２
４と軸方向に位置合わせをしてある円形状開口３
２を有する。筒形サセプタ３４は、ビーカ２６の
内部で中央に置かれている。ビーカ２６の内側表
面と円筒状サセプタ３４の外側表面との間の環状
容積は、ジルコニウムの絶縁性グレン３６で充た
されている。円形または方形断面の誘導コイル３
８は電源（図示していない）に接続され、ビーカ
２６のまわりに実装されている。容器１２は水冷
で、浮遊高周波電磁界を減ずるための遮蔽として
作用する銅、あるいは同様の材料で作られてい
る。サセプタ３４は８重量％の酸化イツトリウム
で安定化したジルコニウム、すなわちオハイオ州
ソロン（Ohio，Solon）のジルコア社（Zircoa
Company）の組成1372のジルコニムである。

二酸化ジルコニウムサセプタ３４（室温で＞
10⁴オーム・cm）の低温度比抵抗は、電力を供給
したRFコイル３８の交流電磁界へ直接結合する
には高すぎる。この理由ゆえに、二酸化ジルコニ
ウムのサセプタ３４は、室温において軸方向に挿
入した炭素棒（図示していない）に電磁界を結合
することによりプレヒートされている。1000℃を
越える温度で、サセプタ３４は電磁界に結合し始
め、ほぼ1400℃まで炭素棒はサセプタに熱的衝撃
を与えることなく耐久することができる。

この方法によつて、炉１０の温度は約60分で動
作温度にまであげられる。動作期間中には、ジル
コニウムサセプタ３４の温度は監視され、希望す
る設定点の±２℃以内に赤外線パイロメータ（図
示していない）で制御されている。通常使用され
ているフアイバ引出し温度はプレフオームの大き
さとフアイバ引出し速度とに依存し、1900℃と
2300℃との間である。これらの温度において、典
型的には７キロワツトの電力が定常状態動作を維
持するのに必要である。ほぼ４メガヘルツのオー
ダの周波数が、これらの温度における有効な動作
に要求される。大きな粒子ならびに粗いグレンな
どグレン３６に対して、RF電磁界は結合されな
い。かくして、動作期間にはサセプタ３４の内部
で上昇した温度を維持するための絶縁物としてグ
レン３６が働らく。グレン３６は電気的に溶融し
た二酸化ジルコニウムで、ニユーヨーク州ナイア
ガラフオールス（New York，Niagra Falls）
のテイー．エー．エムセラミクス（TAM
Ceramics）により製造された二酸化ジルコニウ
ム〔2.38−1.19mm（８〜14メツシユ）〕である。

サセプタ３４の内部の温度がいつたん希望する
レベル（たとえば2000℃）に到達したならば、固
体で事実上円筒形のシリカ導波路プレフオーム４
４（想像して描いてある）は、その第１の端４６
がRFコイル３８の内部でサセプタの中央に置か
れた“温度領域”に置かれるまで軸方向に挿入さ
れる。導波路フアイバ５２を引出す点からプレフ
オームの端部で、小さな容積４８を再流入される
ように上昇温度がプレフオーム４４を加熱してい
る。

かかる技法が最も有効であるとは云え、或る時
間の後に、二酸化ジルコニウムのきわめて小さな
粒子はプレフオーム４４、ならびに／あるいはフ
アイバ５２上に堆積していることは判つている。
そこで、かかる粒子は導波路フアイバ５２に引出
され、導波路フアイバ５２を汚染する。かかる汚
染は強度の低いフアイバを招き、事実上フアイバ
の生産歩どまりを減少させる。温度上昇下でサセ
プタ３４に形成された微小クラツクから小さな二
酸化ジルコニウム粒子が発生するものと広く信じ
られている。

炉１０を組立てる前にサセプタ３４の内側表面
上へ、固相プレフオーム４４のすすの薄膜層とし
て同じ材料（すなわちSiO₂）のすすの薄膜層を
堆積することにより、本発明は上記問題点を解決
するものである。次に、第２図に示すように、サ
セプタ３４は炉１０の内側に置かれ、固定された
層５４（第２図）へあらかじめ堆積されているす
すを固定した後でプレフオーム４４の一部分を再
流入させるよう約2000℃の上昇温度を有するサセ
プタの内部の中央に温暖領域を形成するため、コ
イル３８には電力を加えてある。次に、第１図に
記載されているように、プレフオーム４４の再流
入部分４８かフアイバ５２を引出す。引出された
フアイバ５２はほとんど汚染されていないことが
判つており、その結果、事実上強度が高く、被覆
のないサセプタ３４を備えた炉１０において引出
されたフアイバよりも大きな生産歩でまりを招い
ている。

逆に、その上にすすを有するサセプタ３４は分
離された炉に置き、すすを固定されているすすの
層５４に固定する、すなわちシンターするためほ
ぼ1700℃の温度に加熱することができる。次に、
サセプタ３４を除去して誘導炉１０に挿入するこ
とができる。機構が完全に理解されないとは云
え、固定されているすすの層５４の一部分がサセ
プタ３４のなかの微小クラツクに拡散して行き、
(1)封じを形成する。(2)接着剤として作用するもの
と信じられている。さらに、固定されているすす
５４のきわめて薄い層はサセプタ３４の表面に残
り、事実上、サセプタ表面から粒子を除去してプ
レフオーム４４に望ましくなく移動して行くこと
を事実上不可能にする。好ましいことに、サセプ
タ３４の表面から堆積できる固定されたすす５４
のいずれかは、プレフオーム４４と固定されたす
すとが同一の材料である限り引出されたフアイバ
５２には影響しない。

サセプタ３４の内側表面上にシリカのすす
（SiO₂）を堆積すると云う概念は、当業者には材
料の共晶が形成されるように考えられるため、容
易に考えられるものではない。かかる共晶はサセ
プタ３４に対する電磁界の結合効率に好ましくな
い影響を与え、温度領域に低い、ならびに／ある
いは制御できない温度を招く結果となる。驚くべ
きことに、サセプタ３４の表面上に固定されたす
すの層５４へシリカのすすを堆積し、固定するこ
とは、炉１０の動作に有害な影響を与える。

旋盤のなかですす堆積トーチの方向に向けなが
ら、旋盤上のサセプタを回転することによりサセ
プタ３４の内側表面上にすすを堆積させた。いつ
たん希望する厚さ（すなわち、１〜２mm）が堆積
されると、すす堆積トーチは閉塞され、被覆され
たサセプタ３４を上記のように炉に配置した。

第３図に示すような、いま一つの実施例におい
ては、サセプタ３４は複数の積み重ねたサセプタ
管６２から成り立つ。中央のサセプタ管６２のみ
がサセプタの内側表面に加えられたすすの被覆を
有し、すすの被覆は次に上記設定された固定すす
層５４のなかに固定される。中央のサセプタ管６
２の中央位置は、事実上“温暖領域”に相当し、
“温暖領域”において、プレフオーム４４の一部
分は第１図に示すようなプレフオームから引出さ
れたフアイバ５２に対して再流入させている。再
び、かかる被覆は事実上、二酸化ジルコニウム粒
子がプレフオーム４４に移動して行かないよう防
止することが判つている。

上記のように、クラツクが比較的小さい（たと
えば、0.038cm幅〔0.015幅〕）時には上記技術は
満足に機能するが、かかる技術を使つて大きなク
ラツクを封じ込むことはできない。グレン３６か
らの二酸化ジルコニウムの顕微鏡的な大きさの粒
子は、サセプタ３４の内部の煙突効果によつて引
起こされたガス流により大きなクラツクを介して
引出されている。それゆえ、本発明に従い、二酸
化ジルコニウムのきわめて小さな粒子がグレン３
６からかかる大きなクラツクを通つてプレフオー
ム４４ならびに／あるいはフアイバ５２の上に堆
積して行くのを事実上除去するための、さらに他
の変形（第４図参照）が実施されている。第４図
は３層に積堆された二酸化ジルコニウム管５３か
ら成り立つサセプタ３４を備えた炉１０を示す図
であり、二酸化ジルコニウム管５５にはシリカの
すすが中間の管のみの内側表面上に堆積されてい
る。さらに、二酸化ジルコニウム円筒６２はサセ
プタ管５３に関して、円筒とサセプタ管５３との
間に空間６４を保つて配置されている。円筒６２
は電力を加えたコイル３８の電磁界に対して誘電
的に結合しないように高密度のサセプタ管５３よ
りも十分に密度が低いものである（たとえば、20
〜30％の多孔質）。円筒６２はカルシウムで安定
化した二酸化ジルコニウムの粗いグレンから成り
立ち、このグレンはオハイオ州ソロン（Ohio，
Solon）のジルコニア社（Zirconia Company）
で製造された組成＃1247のものである。

炉１０を加熱するに伴つて、粒子化された二酸
化ジルコニウムが導波路プレフオーム４４上に移
動して行かないように、上記のようにしてシリカ
のすすは中央のサセプタ管５３の内側上で層５４
内へと固定されて行く。さらに、サセプタ管５３
における大きな、封じられていないクラツクを通
つて引出されるグレン３６からの顕微鏡的な粒子
化に対する障壁として円筒６２が作用する。

第５図に示すさらに他の実施例において中央の
サセプタ管５３は、サセプタの内側表面上のすす
に加えて多孔質シリカのすす６８で外側表面上に
も被覆される。すす６８は、頂部と底部とのサセ
プタ管５３のみの外側表面上にも堆積される。
（サセプタ管５３の外側表面と円筒６２の内側表
面との間の距離は測定されていないが、説明を明
確に行なうために誇張してある。）コイル３８は
温度をあげるために電力を加えてあり、中央のサ
セプタ管５３の両側は層５４，５４′へと固定し
てある。第３図より明らかなように、頂部と底部
とのサセプタ管５３の外側表面上のガラスのすす
６８は固定されないままであり、サセプタ管５３
と円筒６２との間で同心円上の整合が保たれてい
る。

第６図に示す本発明のさらに他の実施例におい
ては、シリカのすす６８を円筒６２の内側表面上
に堆積し、サセプタ管５３のまわりにこぎれいに
滑らせた。中央のサセプタ管５３はその内側表面
上をシリカのすすで被覆した。コイル３８に通電
するに際して、すすあるいは中央サセプタ管５３
の内側を層５４のなかに固定し、円筒６２の中央
の内側表面上に固定されたシリカのすすの一部分
を固定されているすす層５４′のなかに固定する
一方で、サセプタ管５３と円筒６２との間に隔て
て同心円状に整合しておくため、すすの残りを多
孔質、すなわち固定しないで保つてある。

ここに記載する実施例は、単に発明の原理を示
すにすぎないものと理解すぺきである。上記実施
例に対して種々の変形は発明の原理を実施し、発
明の精神と範囲との範ちゆうに入るものとして、
当業者によつて行なうことができるものである。
例えば、導波路について記載されているとは云
え、発明の概念は、中央に置いた管状加熱素子
（たとえばマツフル炉）を備えた他の炉（すなわ
ち抵抗炉）において有利に使用できるものであ
る。