耐熱ばね及びそれを用いた光ファイバ用線引炉のシール構造
【課題】径変動が大きい光ファイバ母材であっても、光ファイバ用線引炉における上端開口部と光ファイバ母材との間に生じる隙間を簡易な構造でシールすることを可能にする耐熱ばねを提供する。
【解決手段】本発明に係る耐熱ばね２６は、光ファイバ用線引炉の上端開口部とそこから挿入された光ファイバ母材との間の隙間をシールするために用いる。この耐熱ばね２６は、円筒状の耐熱性素材に上下方向から互い違いにスリット２６ａ，２６ｂを形成したものであり、耐熱ばね２６の円筒径方向の収縮力により、光ファイバ母材の側面に当接するように設けたシール部材を、光ファイバ母材の側面に径方向に押圧するように設ける。
【解決手段】本発明に係る耐熱ばね２６は、光ファイバ用線引炉の上端開口部とそこから挿入された光ファイバ母材との間の隙間をシールするために用いる。この耐熱ばね２６は、円筒状の耐熱性素材に上下方向から互い違いにスリット２６ａ，２６ｂを形成したものであり、耐熱ばね２６の円筒径方向の収縮力により、光ファイバ母材の側面に当接するように設けたシール部材を、光ファイバ母材の側面に径方向に押圧するように設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ用線引炉の上端開口部と光ファイバ母材との間の間隙をシールするために用いる耐熱ばね、及びその耐熱ばねを用いた光ファイバ用線引炉のシール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、例えば石英を主成分として形成された光ファイバ母材を線引炉にて加熱して引き出される。この線引炉の炉内部品材料としては、主にカーボンが使われており、このカーボンの酸化を防ぐためにヘリウム、アルゴンなどの希ガスまたは窒素ガス（以下、不活性ガス等と称す）が炉内に充填されている。
【０００３】
そして、さらに炉内圧力を陽圧にすることにより、炉外の空気（酸素）が炉内に入り込むことを防いでいるが、線引炉の上端部における光ファイバ母材の導入口の隙間、つまり線引炉の上端開口部における光ファイバ母材との隙間でうまく気密がとれていないと（シールされていないと）、炉外の空気を巻き込んでしまうことになる。
【０００４】
従って、炉外空気を炉内に巻き込まないように、線引炉の上端部の隙間をシールするシール機構が必要となる。また、この部分をうまくシールすることができれば、不活性ガス等の使用量を減らすことができ、コスト低減につなげることも可能である。
【０００５】
特許文献１には、シール構造をもった光ファイバの線引装置が開示されている。この線引装置は、光ファイバ母材を通す挿通口を設けたＸ−Ｙテーブルと、その挿通口の内周部に配置された内径可変形のシール機構と、Ｘ−Ｙテーブルの直上にあり、光ファイバ母材の外径を計測する外径計測手段と、Ｘ−ＹテーブルのＸ方向中心に対する光ファイバ母材のずれ量及びＹ方向中心に対するずれ量を計測するずれ量計測手段とを備えている。ここで、外径計測手段及びずれ量計測手段としてはＣＣＤカメラが設けられている。
【０００６】
さらに、この線引装置は、ずれ量計測手段の計測データを元に、Ｘ−Ｙテーブルの中心位置が光ファイバ母材の中心に一致すべくＸ−Ｙテーブルの移動制御を行うとともに、外径計測手段の計測データを元に、シール機構の内径を光ファイバ母材の外径に対し常時一定のクリアランスに保持すべく縮開制御を行う制御手段を備えている。
【０００７】
また、特許文献２には、光ファイバ母材の周りを囲むように線引炉体の上端部に設置する上部シールリングと、その外周に上部シールリングの中心方向に力を作用させる伸縮機構とを備え、上部シールリングが光ファイバ母材に常に密着するように線引炉体の上端部の隙間をシールするシール構造が開示されている。ここで、上部シールリングは、複数の内側シールリング片を連結して構成された内側シールリングと、その外周に配置される、複数の外側シールリング片を連結して構成された外側シールリングとから構成されており、且つ内側シールリング片の連結部と外側シールリング片の連結部とが重ならないように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１６７７５１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４２０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した線引炉の上端開口部のシール構造に関し、光ファイバ母材径の変動が小さければ、その母材径に合わせて線引炉体の上端開口部と光ファイバ母材との隙間を単に塞いでおけば、十分なシール効果が得られる。
しかし、光ファイバ母材径の変動が例えば±１０ｍｍ程度と大きいような場合には、上記隙間の間隔が大きく変動するため、その隙間の変動分を加味しながらシールできるシール構造が必要となる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載のシール構造では、内径を一様に変形することが可能な内径可変形のシール機構としてシャッタ板が設けられており、ＣＣＤカメラでの計測結果に基づきそのシャッタ板の開口径を縮開させるといった電子制御を行う必要があるだけでなく、周方向の径変動が大きい光ファイバ母材、つまり非円形の光ファイバ母材には対応しにくい構造となっている。
【００１１】
また、特許文献２に記載のシール構造では、各シールリング片が連結された構造であるため、同様に、周方向の径変動が大きい光ファイバ母材、つまり非円形の光ファイバ母材には対応しにくい構造となっている。また、長手方向の径変動が大きい場合は、その径変動に追従させることが難しい。
【００１２】
また、以上のような課題を解決するシール構造として、本出願人は、シール部材として複数のブレード部材を用い、ブレード部材を個別に径方向に押圧する押圧機構を提案しているが、この押圧機構は、ブレード部材を個別にばね部材やエアシリンダを用いて押圧を加える機構であるため、複雑で高価になる。また、炉体が高温となるため、押圧機構にも耐熱性が必要となるが、通常のばね部材やエアシリンダには耐熱性がない。
従って、より簡単な構造で且つ耐熱性をもつ押圧機構や、その押圧機構を用いたシール構造を提供すると有益である。
【００１３】
本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、径変動が大きい光ファイバ母材であっても、光ファイバ用線引炉における上端開口部と光ファイバ母材との間に生じる隙間を簡易な構造でシールすることを可能にする耐熱ばね、及びその耐熱ばねを用いた光ファイバ用線引炉のシール構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る耐熱ばねは、光ファイバ用線引炉の上端開口部とそこから挿入された光ファイバ母材との間の隙間をシールするために用いる。この耐熱ばねは、円筒状の耐熱性素材に上下方向から互い違いにスリットを形成したものであり、耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、光ファイバ母材の側面に当接するように設けたシール部材を、光ファイバ母材の側面に径方向に押圧するように設けられることを特徴とする。
また、上記耐熱ばねは２００℃以上の耐熱性をもつことが好ましい。
【００１５】
本発明に係る光ファイバ用線引炉のシール構造は、耐熱ばねを用いたシール構造であって、耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、上記シール部材を光ファイバ用線引炉の径方向に押圧することで、上記シール部材の先端を光ファイバ母材の側面に当接させることを特徴とする。さらに、このシール構造は、上記シール部材としての複数のブレード部材と、複数のブレード部材を支持する支持機構と、を備え、上記耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、上記複数のブレード部材を個別に上記光ファイバ用線引炉の径方向に押圧することで、上記複数のブレード部材の先端を上記光ファイバ母材の側面に当接させることが好ましい。
【００１６】
さらに、上記シール構造は、上記複数のブレード部材、上記支持機構、及び上記耐熱ばねから構成されるシール機構を載せたステージが上記光ファイバ用線引炉の上部に載置され、上記光ファイバ母材の中心位置の移動に応じて上記ステージが上記光ファイバ用線引炉上を水平面上に移動可能となっているようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、径変動が大きい光ファイバ母材であっても、光ファイバ用線引炉における上端開口部と光ファイバ母材との間に生じる隙間を簡易な構造でシールすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るシール構造と光ファイバ線引炉体の概略を説明するための図である。
【図２】本発明に係るシール構造の一例を示す図で、図１中のシール構造の詳細を示す断面図である。
【図３】図２のシール構造の主要部を示す上面図である。
【図４】図２及び図３のシール構造におけるブレード部材の動作を説明するための図である。
【図５】図２及び図３のシール構造におけるブレード部材の収納部の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る耐熱ばねの一例を示す図である。
【図７】本発明に係るシール構造において、光ファイバ母材が中心位置からずれた場合のシール機構の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明に係るシール構造の一例と光ファイバ線引炉体を示し、図中、１は光ファイバ母材（光ファイバ用のガラス母材）、１０は光ファイバ線引炉の本体（以下、単に線引炉体という）、２０はシール構造、３０は蓋体である。
図１に示すように、線引炉体１０は、炉筐体１１と、その内部に設けられた炉心管１２と、炉心管１２の外周に設けられた筒状の加熱源（ヒータ）１３、ヒータ１３の外周に設けられた断熱材１４とを備える。
【００２０】
炉心管１２は、上端開口部から挿入された光ファイバ母材１を内部に収容する。ヒータ１３は、炉心管１２に収容された光ファイバ母材１を加熱して溶融する。また、線引炉体１０には図示しない不活性ガス等の供給機構が設けられており、炉心管１２内やヒータ１３の周りに酸化や劣化防止のために不活性ガス等を供給するようになっている。
【００２１】
また、線引炉体１０において、光ファイバ母材１は、別途設けた移動機構により線引方向（下側方向）に移動させることが可能となっており、光ファイバ母材１の上側には、その光ファイバ母材１を上側から吊り下げて支持するための支持棒２が連結されている。
この支持棒２は、光ファイバ母材１と一体に形成されたものでもよく、別々に製造して、融着させてもよい。支持棒２の断面形状としては円形が挙げられるが、それに限ったものではない。また、支持棒２と光ファイバ母材１とを接続するために別途、接続部（嵌合部）を設けてもよい。
【００２２】
なお、図１では、炉心管１２の内壁の上端部がそのまま線引炉体１０の上端部１１ａにおける上端開口部を形成している例を挙げているが、これに限ったものではない。例えば、炉心管１２の内径ｄよりさらに狭い上端開口部となる上蓋を炉心管１２の上側に設けてもよく、この場合にシール対象となる隙間は、この狭い上端開口部と光ファイバ母材１との間に生じる隙間となる。また、光ファイバ母材１の断面形状は、基本的に真円を目指して生成されたものとするが、その精度を問わず一部で凸凹が存在してもよく、また楕円形などであってもよい。また、上記上端開口部の断面は円形としておけばよいが、この精度は問わない。
【００２３】
上述した線引炉体１０における光ファイバ線引工程を概略的に説明する。線引炉体１０では、上端部１１ａに設けた後述のシール構造２０によって炉外空気を巻き込まないようにしながら、炉内の光ファイバ母材１の下部を炉心管１２内でヒータ１３により加熱する。線引炉体１０では、こうして加熱溶融されて細径となった光ファイバ母材１の下端から光ファイバ３を溶融垂下させて、炉筐体１１の下端部に設けられた排出孔１６からその光ファイバ３を引き出す。そして、線引が進むに連れて、支持棒２と共に光ファイバ母材１を移動機構により徐々に下降させていく。
【００２４】
以下、本発明に係る耐熱ばね及びシール構造２０について詳細に説明する。なお、蓋体３０については後述する。
本発明に係るシール構造２０は、線引炉体１０の上端部１１ａにおいて円形断面の光ファイバ母材１を貫通（緩挿）させるために設けられた貫通孔（つまり上端開口部）と、そこから挿入された円形断面の光ファイバ母材１との間に生じる隙間１５をシールするための構造である。
【００２５】
そして、シール構造２０は、図１で図示したように線引炉体１０の上端部１１ａに設置され、本発明に係る耐熱ばねが用いられる。換言すると、本発明に係る耐熱ばねは、線引炉体１０の上端部１１ａにおける開口部（上端開口部）とそこから挿入された円形断面の光ファイバ母材１との間の隙間をシールするために用いられる。
【００２６】
以下、図２〜図６を併せて参照し、本発明に係る耐熱ばねの主たる特徴について、シール構造２０の具体例を挙げながら詳細に説明する。
ここで、図２はシール構造２０の詳細を示す断面図、図３は図２のシール構造２０の主要部を示す上面図、図４は図２及び図３のシール構造２０におけるブレード部材の動作を説明するための図である。また、図５は図２及び図３のシール構造２０におけるブレード部材の収納部の一例を示す図で、図６は図２及び図３のシール構造２０における耐熱ばねの一例を示す図で、本発明に係る耐熱ばねの一例を示す図である。
【００２７】
図２で例示するシール構造２０は、耐熱ばね２６と、光ファイバ母材１の側面に当接するように設けたシール部材の一例である複数のブレード部材２４，２５と、ブレード部材２４，２５を支持する支持機構の一例である収納部２３と、を備える。
【００２８】
耐熱ばね２６は、円筒状の耐熱性素材でできており、図３で示すようにブレード部材２４，２５の周囲に設けられ、ブレード部材２４，２５を収納部２３の中心方向に押圧する押圧機構（中心方向に力を付勢する付勢機構）として機能する。耐熱ばね２６の構造については後述する。
上記耐熱性素材は、カーボン（特に高純度カーボンと呼ばれるものが好ましい）、セラミックス、カーボン−セラミックス複合材、金属材のいずれかであることが好ましく、また、耐熱ばね２６は２００℃以上の耐熱性をもつことが好ましい。
【００２９】
収納部２３は、円盤状の部材であり、筐体２７に固定されている。そして、図２において、収納部２３をＡ−Ａ断面から見た様子を図５に図示している。図５に示すように、収納部２３には、その中心軸に対して径方向に直線的に複数のブレード部材２４，２５を移動させるための複数のガイド孔が、その収納部２３の円周上に互い違いに２段設けられている。複数のガイド孔は収納部２３に対して放射状に設けられているため、図４（Ａ）の状態から図４（Ｂ）の状態への移行で示すように、ブレード部材２４，２５も放射状に移動可能に設置されることになる。
【００３０】
ブレード部材２４，２５は、図５でその断面を示したように、例えば移動方向に垂直な面での断面形状が略長方形となる、略直方体形状とする。なお、ブレード部材２４，２５の厚みは、薄くてもよく、例えば厚さ１ｍｍ程度であってもよいが、厚さが厚い方が、光ファイバ母材１との接触面における圧力損失は大きくなるため、ガス漏れ量が少なくなり、シール性能が高くなる。上述のガイド孔はブレード部材２４，２５の断面形状に合った形状の孔となっている。
【００３１】
ブレード部材２４，２５の先端は、耐熱ばね２６によって押圧された時に、光ファイバ母材１の側面にできるだけ多くの面積で当接されるような形状とする。従って、ブレード部材２４，２５の先端は、当接時に光ファイバ母材１の側面を傷付けないようにするために、光ファイバ母材１の半径として想定される最大値（つまり使用される光ファイバ母材１の最大径）に合うような曲率をもつ円弧の形状にしておくことが好ましい。このような円弧を採用した例は図３及び図４で図示している。
【００３２】
また、ブレード部材２４，２５の材料はカーボンであることが好ましい。カーボンは、耐熱性に優れるだけでなく、摩擦係数を小さく加工することができる（やわらかい素材である）ため光ファイバ母材１を傷付ける心配もないためであり、特にショア硬度１００以下のやわらかいカーボンを採用することが好ましい。また、カーボンは、プレス成型などにより容易に成型することができる点でも好ましい。ブレード部材２４，２５の材料としては、例えば石英ガラス（但し先端部分は軟質カーボン）、ＳｉＣコートカーボンなどを採用することもできる。また、他の硬質の材料を用いた場合でも、先端部分のみ例えば軟質のカーボンを使用することで光ファイバ母材１を傷付けることはない。
なお、ブレード部材２４，２５や収納部２３として、耐熱性があまり高くないものを採用する場合には、それらを冷却するような機構（例えば水冷方式）を設けるなどの工夫を行うこととしてもよい。
【００３３】
また、収納部２３の内径やブレード部材２４，２５の移動方向の長さは、上記隙間１５を埋められるように適宜決めておけばよい。図１の例では、隙間１５の幅は炉心管１２の直径ｄから光ファイバ母材１の直径φを引いて半分にした値となる。しかし、実際には光ファイバ母材１の径には変動があるため、つまり母材径には変動があるため、上記隙間１５として想定される距離（好ましくは想定される最大距離）に基づき、収納部２３の内径やブレード部材２４，２５の移動方向の長さを決定すればよい。なお、例えば光ファイバ母材１の直径φが９０ｍｍで±１０ｍｍの径変動で形成されている場合には、炉心管１２の直径ｄが１２０ｍｍ程度であればよいため、隙間１５の幅、すなわち（ｄ−φ）／２は１０〜２０ｍｍ程度となる。
【００３４】
また、ブレード部材２４，２５の幅（収納部２３の接線方向に平行な長さ）や枚数は、使用する光ファイバ母材１の外径や外径変動量や曲がり量などに応じて、適宜選べばよい。基本的にブレード部材２４，２５の枚数が多いほど、気密がとり易い。
【００３５】
また、シール構造２０の筐体２７には図示しない供給機構により不活性ガス等が供給されるガス導入口２７ａが設けられており、さらに収納部２３にはガス通気口２３ａが設けられている。ブレード部材２４，２５や耐熱ばね２６等の部材としてカーボンを使用する場合には、ガス導入口２７ａ及びガス通気口２３ａにより不活性ガス等が筐体２７の内部及びブレード部材２４，２５に行き渡り、部材の酸化や劣化を防止することができる。なお、ここでの不活性ガス等は、炉内へ供給するガスと同じであってもよいし、異なる種類であってもよい。
【００３６】
そして、本発明の主たる特徴として、耐熱ばね２６は、円筒状の耐熱性素材に上下方向から互い違いにスリットを形成したものとする。図６には、図２のＡ−Ａ断面から見た耐熱ばね２６の一部分を図示している。図６に示すように、耐熱ばね２６は、上方向からのスリット２６ａと下方向からのスリット２６ｂとを互い違いに形成しておく。特に、耐熱ばね２６の耐熱性素材（材料）としてカーボンを用いると、スリット２６ａ，２６ｂを設けるような加工も容易である。
【００３７】
耐熱ばね２６は、このようなスリット２６ａ，２６ｂにより周方向に伸縮させることが可能となり、そのような周方向の弾性力によって、その円筒径方向に収縮しようとする力（収縮力）を生じる。耐熱ばね２６は、この円筒径方向の収縮力により、シール部材を光ファイバ母材１の側面に径方向に押圧するように設けられる。
【００３８】
耐熱ばね２６を設けた様子は図２の断面図及び図３の上面図で示した通りである。図２及び図３の例の場合、シール構造２０は、耐熱ばね２６の円筒径方向の収縮力により、複数のブレード部材２４，２５を個別に線引炉体１０の径方向（より正確には収納部２３の径方向）に押圧することで、複数のブレード部材２４，２５の先端を光ファイバ母材１の側面に当接させている。そして、この押圧力は、耐熱ばね２６の厚みやスリット幅を調整することにより、光ファイバ母材１の径が大きくなっても光ファイバ母材１の下降を阻害しない程度に弱いものに調整する。
【００３９】
これにより、図２で例示するように、線引きの進行により光ファイバ母材１が矢印で示すように下降し、光ファイバ母材１の外径が例えばφ１からφ２（＞φ１）まで増加しても、耐熱ばね２６は、周方向に均一にブレード部材２４，２５を締め付けた状態で矢印に示すように外側に延び、逆に光ファイバ母材１の外径が減少した場合は縮むことができる。よって、この耐熱ばね２６は、光ファイバ母材１の径変動を自動的に吸収することができる。
さらに、本発明に係るシール構造２０は、複数のブレード部材２４，２５のそれぞれが独立してスライドする構造をもつため、光ファイバ母材１の径が同一断面上で一定でない場合、つまり非円形の断面をもつ場合にも対応させることができる。
【００４０】
このように本発明では、光ファイバ母材１の外径φが変化してもシール部材が常に光ファイバ母材１に可能な限り接触した状態を保てる。つまり本発明によれば、径変動が大きい光ファイバ母材であっても、光ファイバ用線引炉における上端開口部と光ファイバ母材１との間に生じる隙間１５をシールすることができ、炉の上下部からの外気の流入を防ぐことができる。これにより、炉内部品の劣化を防ぎ、形成される光ファイバ３の径変動が大きくならずに線引することも可能となる。また、ブレード部材２４，２５や耐熱ばね２６として耐熱性がある部材を用いるため、熱で溶けたりすることもない。
【００４１】
さらに、ブレード部材２４，２５を備えたシール構造によれば、光ファイバ母材１が太い所ではブレード部材２４，２５が外側の方に向かって放射状に移動し、細い所では中心に向かって放射状に移動するといった簡易な構造で隙間１５をシールすることが可能であり、また光ファイバ母材１の形状に合わせた形状に加工することにより、外気の流入を防ぐことも容易に実現できる。そして、本発明に係るシール構造によれば、このように簡易な構造のシール部材と、簡易な構造の耐熱ばね２６とを用いるだけで済むため、簡易な構造で隙間のシールが可能になる。
【００４２】
次に、収納部２３に対するブレード部材２４，２５の配置について補足する。
上述したように、収納部２３には複数のガイド孔がその円周上に互い違いに２段設けており、これらのガイド孔にブレード部材２４，２５が移動可能な状態で挿入されている。従って、ブレード部材２４は収納部２３の円周上に複数、等間隔に設けられ、ブレード部材２５も収納部２３の円周上に複数個、等間隔に設けられる。つまり、複数のブレード部材２４，２５は上下に互い違いに２段で配されている。
【００４３】
そして、図２、図４（Ａ），（Ｂ）、図５で示すように、ブレード部材２４とブレード部材２５との間は上下方向に間隔が生じないようにする。さらにブレード部材２４，２５は、隣接するブレード部材２４で生じる隙間をブレード部材２５で埋めて、隣接するブレード部材２５で生じる隙間をブレード部材２４で埋めるように、すなわち隣接するブレード部材２４間の隙間と隣接するブレード部材２５間の隙間とが重ならないように配置されている。これにより、隙間１５を、より強固にシールすることができる。
【００４４】
このように、本発明に係るシール構造では、複数のブレード部材２４，２５を２層構造で互い違いに重ね合わせることが好ましい。このような構造により、ブレード部材２４，２５の先端を光ファイバ母材１に接触させることで、線引炉体１０の開口した上部に生じる隙間１５を閉鎖する。そして、各ブレード部材２４，２５は、水平面で炉中心方向に沿って独立してスライド可能に設置されている。
【００４５】
例えば、想定される最小径（直径φａ）の光ファイバ母材１が使用された場合、各ブレード部材２４，２５は図４（Ａ）のようになって、ブレード部材２４の先端同士やブレード部材２５の先端同士が接触する程度まで出てくるよう設計しておけばよい。一方で、想定される最大径（直径φｂ）の光ファイバ母材１が使用された場合、各ブレード部材２４，２５は図４（Ｂ）のようになって、ブレード部材２４やブレード部材２５が収納部２３にほぼ収納されるように設計しておけばよい。そして、各ブレード部材２４や各ブレード部材２５は個々に図４（Ａ）と図４（Ｂ）とで例示する間の範囲をスライドすることで、光ファイバ母材１の径変動を吸収することができる。
【００４６】
次に、ブレード部材の段数について説明する。
上述したブレード部材を用いたシール構造２０ではガイド孔及びブレード部材を２段設けているが、本発明に係るシール構造は、少なくとも１段設けてあればよく、３段以上であっても同様に適用可能である。１段の場合には、水平面上で隣り合うブレード部材同士の隙間を埋めるために、例えば各ブレード部材における光ファイバ母材に当接する面を小さくし、且つその面がブレード部材同士で接するようにブレード部材の数を増やす構成などを採用すればよい。しかし、１段だと、上述したように隣接するブレード間に隙間が生じ、また、ブレード部材が当接する位置における光ファイバ母材の真円度によって、光ファイバ母材との隙間も変動するという問題が生じる。また、３段以上の場合でも、２段の場合と同様に上下のブレード部材は上下に隙間が無いように隣接させ、ブレード部材の隙間を埋め合うようにブレード部材を配置すればよい。
【００４７】
この問題は、ブレード部材を２段以上とすることにより解決することができるため、２段以上の構造を採用することが望ましい。このような２段以上の構造を１セットとし、これを２セット以上重ねるような構造を採用することとしてもよい。
なお、ブレード部材を３段以上とする場合は、２段の場合と同様にブレード部材が上下に隙間が生じないように隣接させ、ブレード部材の隙間を埋め合うようにブレード部材を配置すればよいが、２段に比べると複雑な構造となる。
【００４８】
次に、図１の蓋体３０について説明する。
図１に示したように光ファイバ母材１に支持棒２が設けられた構成では、線引工程の進行により、支持棒２が炉心管１２の位置まで下がる場面、つまり支持棒２が線引炉体１０の上端部１１ａより下に位置する場面がある。
【００４９】
そのような場面でも炉内をシールし続けるために、本発明に係る光ファイバ用線引炉のシール構造は、図１に示したようにシール構造２０の他に蓋体３０を有することが好ましい。蓋体３０は、支持棒２を貫通し光ファイバ母材１の上側に載置される蓋であり、図示したように、支持棒２用の貫通孔３０ａと肩部３０ｂとを有する。蓋体３０の材料としては、例えば石英や金属などが挙げられる。
【００５０】
蓋体３０を設けておくことで、光ファイバ３の線引が進み光ファイバ母材１及び支持棒２が下降しても、ブレード部材２４，２５から光ファイバ母材１が離脱する前に、蓋体３０の下端面がシール構造２０に接する状態に移行して、シール状態を維持することができる。
なお、蓋体３０が肩部３０ｂを有することを前提として説明したが、蓋体３０は単なる円盤に支持棒２の貫通孔３０ａを開けただけの形状であってもよい。このような形状でも、上述したような状態間の移行は同様に可能である。
【００５１】
次に、光ファイバ母材１の中心位置がずれた場合への対処方法について、図７を参照しながら説明する。
図７は、本発明に係るシール構造において、光ファイバ母材が中心位置からずれた場合のシール機構の動作を説明するための図である。図７（Ａ）は、図１のシール構造において、シール機構全体を移動させる移動機構が無い場合の、光ファイバ母材の中心位置がずれた場合のシール機構の動作を説明するための図であって、図４のブレード部材及び収納部を上から見た図である。また、図７（Ｂ）は、図１のシール構造において移動機構をさらに設けた場合に、光ファイバ母材の中心位置がずれた場合のシール機構の動作を説明するための上面図である。
【００５２】
シール構造２０が設置された高さでの光ファイバ母材１の中心位置は、母材の形状などの影響により、炉体中心からずれてくることがある。つまり、一般的に線引後の光ファイバ３は、例えば排出孔１６の中心にくるように、光ファイバ母材１を水平方向に移動させる制御がなされているため、母材の形状により、光ファイバ３の引き出される位置がずれると、母材の位置も、炉体中心からずれてしまう。
【００５３】
そのため、図１のようにシール構造２０が上端部１１ａに固定して設置されていると、図７（Ａ）で例示するように、光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２が収納部２３の中心位置Ｃ１や線引炉体１０の中心位置Ｃ０からずれたときに、ブレード部材２４，２５の押圧方向が光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２に向かうのではなく線引炉体１０の中心位置Ｃ０や収納部２３の中心位置Ｃ１に向かう。このような場合、ブレード部材２４，２５の一部で光ファイバ母材１の側面との間に目立つ隙間が生じることがある。なお、収納部２３は、図７では図示せず、収納部２３の外枠のみを大きい方の径の円として破線で図示している。
【００５４】
従って、本発明に係るシール構造は、収納部２３の中心位置Ｃ１が光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２に合うように、複数のブレード部材２４，２５、支持機構、及び耐熱ばねを同時に水平面上に移動させる機構を備えることが好ましい。
また、この移動機構は可動テーブル（ステージとも言う）とし、ブレード部材、支持機構、及び耐熱ばねが備わったシール機構（上述のシール構造２０）をその可動テーブルの上に載置することが好ましい。その場合、上端部１１ａの上に可動テーブルが固定され、その可動テーブルの上でシール構造２０が、光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２の移動に応じて水平面上に移動可能な状態で取り付けられている。なお、この可動テーブルはＸ−Ｙテーブルとも呼ばれる。
【００５５】
この可動テーブルを備えたシール構造を採用することで、図７（Ａ）のように光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２がシール構造２０の中心位置である収納部２３の中心位置Ｃ１からずれた場合でも、図７（Ｂ）に示すように、収納部２３の中心位置Ｃ１に母材の中心位置Ｃ２がくるように、シール構造２０の全体をこの可動テーブルによりずらすことができる。これにより、母材の中心位置Ｃ２と収納部２３の中心位置Ｃ１とが、線引炉体１０の中心位置Ｃ０とは異なる位置で一致するようになり、ブレード部材２４，２５の押圧方向も光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２に向かうため、ブレード部材２４，２５の一部で光ファイバ母材１の側面との間に隙間が生じるようなことはなくなる。
【００５６】
また、光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２は、シール構造２０では基本的にブレード部材２４とブレード部材２５との境界の高さで検出すればよいが、例えばその高さ付近での検出結果や、線引後の光ファイバ３の中心の検出結果などで代替させてもよい。また、検出処理自体は既存の様々な技術を用いればよい。
【００５７】
以上、図１〜図７を参照しながら、本発明に係る耐熱ばねについて、耐熱ばねがブレード部材を用いた光ファイバ用線引炉のシール構造の一部品（付勢機構）であることを前提として説明した。しかし、本発明に係る耐熱ばねは、他のシール部材を用いたシール構造の一部品として設けることもできる。他のシール部材としては、ブレード部材２４，２５で例示したように光ファイバ母材１の径方向に移動可能に設けるか、それ自体が伸縮可能になっていればよい。
【００５８】
他のシール部材として例えば石英ウールやカーボンフェルトを光ファイバ母材に巻き付けてもよく、その場合、その周囲に耐熱ばねを設ければよい。また、他の同様の構造のシール部材に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…光ファイバ母材、２…支持棒、３…光ファイバ、１０…線引炉体、１１…炉筐体、１１ａ…上端部、１２…炉心管、１３…ヒータ、１４…断熱材、１５…隙間、１６…排出孔、２０…シール構造、２３…収納部、２３ａ…ガス通気口、２４，２５…ブレード部材、２６…耐熱ばね、２７…筐体、２７ａ…ガス導入口、３０…蓋体、３０ａ…貫通孔、３０ｂ…肩部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ用線引炉の上端開口部と光ファイバ母材との間の間隙をシールするために用いる耐熱ばね、及びその耐熱ばねを用いた光ファイバ用線引炉のシール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、例えば石英を主成分として形成された光ファイバ母材を線引炉にて加熱して引き出される。この線引炉の炉内部品材料としては、主にカーボンが使われており、このカーボンの酸化を防ぐためにヘリウム、アルゴンなどの希ガスまたは窒素ガス（以下、不活性ガス等と称す）が炉内に充填されている。
【０００３】
そして、さらに炉内圧力を陽圧にすることにより、炉外の空気（酸素）が炉内に入り込むことを防いでいるが、線引炉の上端部における光ファイバ母材の導入口の隙間、つまり線引炉の上端開口部における光ファイバ母材との隙間でうまく気密がとれていないと（シールされていないと）、炉外の空気を巻き込んでしまうことになる。
【０００４】
従って、炉外空気を炉内に巻き込まないように、線引炉の上端部の隙間をシールするシール機構が必要となる。また、この部分をうまくシールすることができれば、不活性ガス等の使用量を減らすことができ、コスト低減につなげることも可能である。
【０００５】
特許文献１には、シール構造をもった光ファイバの線引装置が開示されている。この線引装置は、光ファイバ母材を通す挿通口を設けたＸ−Ｙテーブルと、その挿通口の内周部に配置された内径可変形のシール機構と、Ｘ−Ｙテーブルの直上にあり、光ファイバ母材の外径を計測する外径計測手段と、Ｘ−ＹテーブルのＸ方向中心に対する光ファイバ母材のずれ量及びＹ方向中心に対するずれ量を計測するずれ量計測手段とを備えている。ここで、外径計測手段及びずれ量計測手段としてはＣＣＤカメラが設けられている。
【０００６】
さらに、この線引装置は、ずれ量計測手段の計測データを元に、Ｘ−Ｙテーブルの中心位置が光ファイバ母材の中心に一致すべくＸ−Ｙテーブルの移動制御を行うとともに、外径計測手段の計測データを元に、シール機構の内径を光ファイバ母材の外径に対し常時一定のクリアランスに保持すべく縮開制御を行う制御手段を備えている。
【０００７】
また、特許文献２には、光ファイバ母材の周りを囲むように線引炉体の上端部に設置する上部シールリングと、その外周に上部シールリングの中心方向に力を作用させる伸縮機構とを備え、上部シールリングが光ファイバ母材に常に密着するように線引炉体の上端部の隙間をシールするシール構造が開示されている。ここで、上部シールリングは、複数の内側シールリング片を連結して構成された内側シールリングと、その外周に配置される、複数の外側シールリング片を連結して構成された外側シールリングとから構成されており、且つ内側シールリング片の連結部と外側シールリング片の連結部とが重ならないように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１６７７５１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４２０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した線引炉の上端開口部のシール構造に関し、光ファイバ母材径の変動が小さければ、その母材径に合わせて線引炉体の上端開口部と光ファイバ母材との隙間を単に塞いでおけば、十分なシール効果が得られる。
しかし、光ファイバ母材径の変動が例えば±１０ｍｍ程度と大きいような場合には、上記隙間の間隔が大きく変動するため、その隙間の変動分を加味しながらシールできるシール構造が必要となる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載のシール構造では、内径を一様に変形することが可能な内径可変形のシール機構としてシャッタ板が設けられており、ＣＣＤカメラでの計測結果に基づきそのシャッタ板の開口径を縮開させるといった電子制御を行う必要があるだけでなく、周方向の径変動が大きい光ファイバ母材、つまり非円形の光ファイバ母材には対応しにくい構造となっている。
【００１１】
また、特許文献２に記載のシール構造では、各シールリング片が連結された構造であるため、同様に、周方向の径変動が大きい光ファイバ母材、つまり非円形の光ファイバ母材には対応しにくい構造となっている。また、長手方向の径変動が大きい場合は、その径変動に追従させることが難しい。
【００１２】
また、以上のような課題を解決するシール構造として、本出願人は、シール部材として複数のブレード部材を用い、ブレード部材を個別に径方向に押圧する押圧機構を提案しているが、この押圧機構は、ブレード部材を個別にばね部材やエアシリンダを用いて押圧を加える機構であるため、複雑で高価になる。また、炉体が高温となるため、押圧機構にも耐熱性が必要となるが、通常のばね部材やエアシリンダには耐熱性がない。
従って、より簡単な構造で且つ耐熱性をもつ押圧機構や、その押圧機構を用いたシール構造を提供すると有益である。
【００１３】
本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、径変動が大きい光ファイバ母材であっても、光ファイバ用線引炉における上端開口部と光ファイバ母材との間に生じる隙間を簡易な構造でシールすることを可能にする耐熱ばね、及びその耐熱ばねを用いた光ファイバ用線引炉のシール構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る耐熱ばねは、光ファイバ用線引炉の上端開口部とそこから挿入された光ファイバ母材との間の隙間をシールするために用いる。この耐熱ばねは、円筒状の耐熱性素材に上下方向から互い違いにスリットを形成したものであり、耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、光ファイバ母材の側面に当接するように設けたシール部材を、光ファイバ母材の側面に径方向に押圧するように設けられることを特徴とする。
また、上記耐熱ばねは２００℃以上の耐熱性をもつことが好ましい。
【００１５】
本発明に係る光ファイバ用線引炉のシール構造は、耐熱ばねを用いたシール構造であって、耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、上記シール部材を光ファイバ用線引炉の径方向に押圧することで、上記シール部材の先端を光ファイバ母材の側面に当接させることを特徴とする。さらに、このシール構造は、上記シール部材としての複数のブレード部材と、複数のブレード部材を支持する支持機構と、を備え、上記耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、上記複数のブレード部材を個別に上記光ファイバ用線引炉の径方向に押圧することで、上記複数のブレード部材の先端を上記光ファイバ母材の側面に当接させることが好ましい。
【００１６】
さらに、上記シール構造は、上記複数のブレード部材、上記支持機構、及び上記耐熱ばねから構成されるシール機構を載せたステージが上記光ファイバ用線引炉の上部に載置され、上記光ファイバ母材の中心位置の移動に応じて上記ステージが上記光ファイバ用線引炉上を水平面上に移動可能となっているようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、径変動が大きい光ファイバ母材であっても、光ファイバ用線引炉における上端開口部と光ファイバ母材との間に生じる隙間を簡易な構造でシールすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るシール構造と光ファイバ線引炉体の概略を説明するための図である。
【図２】本発明に係るシール構造の一例を示す図で、図１中のシール構造の詳細を示す断面図である。
【図３】図２のシール構造の主要部を示す上面図である。
【図４】図２及び図３のシール構造におけるブレード部材の動作を説明するための図である。
【図５】図２及び図３のシール構造におけるブレード部材の収納部の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る耐熱ばねの一例を示す図である。
【図７】本発明に係るシール構造において、光ファイバ母材が中心位置からずれた場合のシール機構の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明に係るシール構造の一例と光ファイバ線引炉体を示し、図中、１は光ファイバ母材（光ファイバ用のガラス母材）、１０は光ファイバ線引炉の本体（以下、単に線引炉体という）、２０はシール構造、３０は蓋体である。
図１に示すように、線引炉体１０は、炉筐体１１と、その内部に設けられた炉心管１２と、炉心管１２の外周に設けられた筒状の加熱源（ヒータ）１３、ヒータ１３の外周に設けられた断熱材１４とを備える。
【００２０】
炉心管１２は、上端開口部から挿入された光ファイバ母材１を内部に収容する。ヒータ１３は、炉心管１２に収容された光ファイバ母材１を加熱して溶融する。また、線引炉体１０には図示しない不活性ガス等の供給機構が設けられており、炉心管１２内やヒータ１３の周りに酸化や劣化防止のために不活性ガス等を供給するようになっている。
【００２１】
また、線引炉体１０において、光ファイバ母材１は、別途設けた移動機構により線引方向（下側方向）に移動させることが可能となっており、光ファイバ母材１の上側には、その光ファイバ母材１を上側から吊り下げて支持するための支持棒２が連結されている。
この支持棒２は、光ファイバ母材１と一体に形成されたものでもよく、別々に製造して、融着させてもよい。支持棒２の断面形状としては円形が挙げられるが、それに限ったものではない。また、支持棒２と光ファイバ母材１とを接続するために別途、接続部（嵌合部）を設けてもよい。
【００２２】
なお、図１では、炉心管１２の内壁の上端部がそのまま線引炉体１０の上端部１１ａにおける上端開口部を形成している例を挙げているが、これに限ったものではない。例えば、炉心管１２の内径ｄよりさらに狭い上端開口部となる上蓋を炉心管１２の上側に設けてもよく、この場合にシール対象となる隙間は、この狭い上端開口部と光ファイバ母材１との間に生じる隙間となる。また、光ファイバ母材１の断面形状は、基本的に真円を目指して生成されたものとするが、その精度を問わず一部で凸凹が存在してもよく、また楕円形などであってもよい。また、上記上端開口部の断面は円形としておけばよいが、この精度は問わない。
【００２３】
上述した線引炉体１０における光ファイバ線引工程を概略的に説明する。線引炉体１０では、上端部１１ａに設けた後述のシール構造２０によって炉外空気を巻き込まないようにしながら、炉内の光ファイバ母材１の下部を炉心管１２内でヒータ１３により加熱する。線引炉体１０では、こうして加熱溶融されて細径となった光ファイバ母材１の下端から光ファイバ３を溶融垂下させて、炉筐体１１の下端部に設けられた排出孔１６からその光ファイバ３を引き出す。そして、線引が進むに連れて、支持棒２と共に光ファイバ母材１を移動機構により徐々に下降させていく。
【００２４】
以下、本発明に係る耐熱ばね及びシール構造２０について詳細に説明する。なお、蓋体３０については後述する。
本発明に係るシール構造２０は、線引炉体１０の上端部１１ａにおいて円形断面の光ファイバ母材１を貫通（緩挿）させるために設けられた貫通孔（つまり上端開口部）と、そこから挿入された円形断面の光ファイバ母材１との間に生じる隙間１５をシールするための構造である。
【００２５】
そして、シール構造２０は、図１で図示したように線引炉体１０の上端部１１ａに設置され、本発明に係る耐熱ばねが用いられる。換言すると、本発明に係る耐熱ばねは、線引炉体１０の上端部１１ａにおける開口部（上端開口部）とそこから挿入された円形断面の光ファイバ母材１との間の隙間をシールするために用いられる。
【００２６】
以下、図２〜図６を併せて参照し、本発明に係る耐熱ばねの主たる特徴について、シール構造２０の具体例を挙げながら詳細に説明する。
ここで、図２はシール構造２０の詳細を示す断面図、図３は図２のシール構造２０の主要部を示す上面図、図４は図２及び図３のシール構造２０におけるブレード部材の動作を説明するための図である。また、図５は図２及び図３のシール構造２０におけるブレード部材の収納部の一例を示す図で、図６は図２及び図３のシール構造２０における耐熱ばねの一例を示す図で、本発明に係る耐熱ばねの一例を示す図である。
【００２７】
図２で例示するシール構造２０は、耐熱ばね２６と、光ファイバ母材１の側面に当接するように設けたシール部材の一例である複数のブレード部材２４，２５と、ブレード部材２４，２５を支持する支持機構の一例である収納部２３と、を備える。
【００２８】
耐熱ばね２６は、円筒状の耐熱性素材でできており、図３で示すようにブレード部材２４，２５の周囲に設けられ、ブレード部材２４，２５を収納部２３の中心方向に押圧する押圧機構（中心方向に力を付勢する付勢機構）として機能する。耐熱ばね２６の構造については後述する。
上記耐熱性素材は、カーボン（特に高純度カーボンと呼ばれるものが好ましい）、セラミックス、カーボン−セラミックス複合材、金属材のいずれかであることが好ましく、また、耐熱ばね２６は２００℃以上の耐熱性をもつことが好ましい。
【００２９】
収納部２３は、円盤状の部材であり、筐体２７に固定されている。そして、図２において、収納部２３をＡ−Ａ断面から見た様子を図５に図示している。図５に示すように、収納部２３には、その中心軸に対して径方向に直線的に複数のブレード部材２４，２５を移動させるための複数のガイド孔が、その収納部２３の円周上に互い違いに２段設けられている。複数のガイド孔は収納部２３に対して放射状に設けられているため、図４（Ａ）の状態から図４（Ｂ）の状態への移行で示すように、ブレード部材２４，２５も放射状に移動可能に設置されることになる。
【００３０】
ブレード部材２４，２５は、図５でその断面を示したように、例えば移動方向に垂直な面での断面形状が略長方形となる、略直方体形状とする。なお、ブレード部材２４，２５の厚みは、薄くてもよく、例えば厚さ１ｍｍ程度であってもよいが、厚さが厚い方が、光ファイバ母材１との接触面における圧力損失は大きくなるため、ガス漏れ量が少なくなり、シール性能が高くなる。上述のガイド孔はブレード部材２４，２５の断面形状に合った形状の孔となっている。
【００３１】
ブレード部材２４，２５の先端は、耐熱ばね２６によって押圧された時に、光ファイバ母材１の側面にできるだけ多くの面積で当接されるような形状とする。従って、ブレード部材２４，２５の先端は、当接時に光ファイバ母材１の側面を傷付けないようにするために、光ファイバ母材１の半径として想定される最大値（つまり使用される光ファイバ母材１の最大径）に合うような曲率をもつ円弧の形状にしておくことが好ましい。このような円弧を採用した例は図３及び図４で図示している。
【００３２】
また、ブレード部材２４，２５の材料はカーボンであることが好ましい。カーボンは、耐熱性に優れるだけでなく、摩擦係数を小さく加工することができる（やわらかい素材である）ため光ファイバ母材１を傷付ける心配もないためであり、特にショア硬度１００以下のやわらかいカーボンを採用することが好ましい。また、カーボンは、プレス成型などにより容易に成型することができる点でも好ましい。ブレード部材２４，２５の材料としては、例えば石英ガラス（但し先端部分は軟質カーボン）、ＳｉＣコートカーボンなどを採用することもできる。また、他の硬質の材料を用いた場合でも、先端部分のみ例えば軟質のカーボンを使用することで光ファイバ母材１を傷付けることはない。
なお、ブレード部材２４，２５や収納部２３として、耐熱性があまり高くないものを採用する場合には、それらを冷却するような機構（例えば水冷方式）を設けるなどの工夫を行うこととしてもよい。
【００３３】
また、収納部２３の内径やブレード部材２４，２５の移動方向の長さは、上記隙間１５を埋められるように適宜決めておけばよい。図１の例では、隙間１５の幅は炉心管１２の直径ｄから光ファイバ母材１の直径φを引いて半分にした値となる。しかし、実際には光ファイバ母材１の径には変動があるため、つまり母材径には変動があるため、上記隙間１５として想定される距離（好ましくは想定される最大距離）に基づき、収納部２３の内径やブレード部材２４，２５の移動方向の長さを決定すればよい。なお、例えば光ファイバ母材１の直径φが９０ｍｍで±１０ｍｍの径変動で形成されている場合には、炉心管１２の直径ｄが１２０ｍｍ程度であればよいため、隙間１５の幅、すなわち（ｄ−φ）／２は１０〜２０ｍｍ程度となる。
【００３４】
また、ブレード部材２４，２５の幅（収納部２３の接線方向に平行な長さ）や枚数は、使用する光ファイバ母材１の外径や外径変動量や曲がり量などに応じて、適宜選べばよい。基本的にブレード部材２４，２５の枚数が多いほど、気密がとり易い。
【００３５】
また、シール構造２０の筐体２７には図示しない供給機構により不活性ガス等が供給されるガス導入口２７ａが設けられており、さらに収納部２３にはガス通気口２３ａが設けられている。ブレード部材２４，２５や耐熱ばね２６等の部材としてカーボンを使用する場合には、ガス導入口２７ａ及びガス通気口２３ａにより不活性ガス等が筐体２７の内部及びブレード部材２４，２５に行き渡り、部材の酸化や劣化を防止することができる。なお、ここでの不活性ガス等は、炉内へ供給するガスと同じであってもよいし、異なる種類であってもよい。
【００３６】
そして、本発明の主たる特徴として、耐熱ばね２６は、円筒状の耐熱性素材に上下方向から互い違いにスリットを形成したものとする。図６には、図２のＡ−Ａ断面から見た耐熱ばね２６の一部分を図示している。図６に示すように、耐熱ばね２６は、上方向からのスリット２６ａと下方向からのスリット２６ｂとを互い違いに形成しておく。特に、耐熱ばね２６の耐熱性素材（材料）としてカーボンを用いると、スリット２６ａ，２６ｂを設けるような加工も容易である。
【００３７】
耐熱ばね２６は、このようなスリット２６ａ，２６ｂにより周方向に伸縮させることが可能となり、そのような周方向の弾性力によって、その円筒径方向に収縮しようとする力（収縮力）を生じる。耐熱ばね２６は、この円筒径方向の収縮力により、シール部材を光ファイバ母材１の側面に径方向に押圧するように設けられる。
【００３８】
耐熱ばね２６を設けた様子は図２の断面図及び図３の上面図で示した通りである。図２及び図３の例の場合、シール構造２０は、耐熱ばね２６の円筒径方向の収縮力により、複数のブレード部材２４，２５を個別に線引炉体１０の径方向（より正確には収納部２３の径方向）に押圧することで、複数のブレード部材２４，２５の先端を光ファイバ母材１の側面に当接させている。そして、この押圧力は、耐熱ばね２６の厚みやスリット幅を調整することにより、光ファイバ母材１の径が大きくなっても光ファイバ母材１の下降を阻害しない程度に弱いものに調整する。
【００３９】
これにより、図２で例示するように、線引きの進行により光ファイバ母材１が矢印で示すように下降し、光ファイバ母材１の外径が例えばφ１からφ２（＞φ１）まで増加しても、耐熱ばね２６は、周方向に均一にブレード部材２４，２５を締め付けた状態で矢印に示すように外側に延び、逆に光ファイバ母材１の外径が減少した場合は縮むことができる。よって、この耐熱ばね２６は、光ファイバ母材１の径変動を自動的に吸収することができる。
さらに、本発明に係るシール構造２０は、複数のブレード部材２４，２５のそれぞれが独立してスライドする構造をもつため、光ファイバ母材１の径が同一断面上で一定でない場合、つまり非円形の断面をもつ場合にも対応させることができる。
【００４０】
このように本発明では、光ファイバ母材１の外径φが変化してもシール部材が常に光ファイバ母材１に可能な限り接触した状態を保てる。つまり本発明によれば、径変動が大きい光ファイバ母材であっても、光ファイバ用線引炉における上端開口部と光ファイバ母材１との間に生じる隙間１５をシールすることができ、炉の上下部からの外気の流入を防ぐことができる。これにより、炉内部品の劣化を防ぎ、形成される光ファイバ３の径変動が大きくならずに線引することも可能となる。また、ブレード部材２４，２５や耐熱ばね２６として耐熱性がある部材を用いるため、熱で溶けたりすることもない。
【００４１】
さらに、ブレード部材２４，２５を備えたシール構造によれば、光ファイバ母材１が太い所ではブレード部材２４，２５が外側の方に向かって放射状に移動し、細い所では中心に向かって放射状に移動するといった簡易な構造で隙間１５をシールすることが可能であり、また光ファイバ母材１の形状に合わせた形状に加工することにより、外気の流入を防ぐことも容易に実現できる。そして、本発明に係るシール構造によれば、このように簡易な構造のシール部材と、簡易な構造の耐熱ばね２６とを用いるだけで済むため、簡易な構造で隙間のシールが可能になる。
【００４２】
次に、収納部２３に対するブレード部材２４，２５の配置について補足する。
上述したように、収納部２３には複数のガイド孔がその円周上に互い違いに２段設けており、これらのガイド孔にブレード部材２４，２５が移動可能な状態で挿入されている。従って、ブレード部材２４は収納部２３の円周上に複数、等間隔に設けられ、ブレード部材２５も収納部２３の円周上に複数個、等間隔に設けられる。つまり、複数のブレード部材２４，２５は上下に互い違いに２段で配されている。
【００４３】
そして、図２、図４（Ａ），（Ｂ）、図５で示すように、ブレード部材２４とブレード部材２５との間は上下方向に間隔が生じないようにする。さらにブレード部材２４，２５は、隣接するブレード部材２４で生じる隙間をブレード部材２５で埋めて、隣接するブレード部材２５で生じる隙間をブレード部材２４で埋めるように、すなわち隣接するブレード部材２４間の隙間と隣接するブレード部材２５間の隙間とが重ならないように配置されている。これにより、隙間１５を、より強固にシールすることができる。
【００４４】
このように、本発明に係るシール構造では、複数のブレード部材２４，２５を２層構造で互い違いに重ね合わせることが好ましい。このような構造により、ブレード部材２４，２５の先端を光ファイバ母材１に接触させることで、線引炉体１０の開口した上部に生じる隙間１５を閉鎖する。そして、各ブレード部材２４，２５は、水平面で炉中心方向に沿って独立してスライド可能に設置されている。
【００４５】
例えば、想定される最小径（直径φａ）の光ファイバ母材１が使用された場合、各ブレード部材２４，２５は図４（Ａ）のようになって、ブレード部材２４の先端同士やブレード部材２５の先端同士が接触する程度まで出てくるよう設計しておけばよい。一方で、想定される最大径（直径φｂ）の光ファイバ母材１が使用された場合、各ブレード部材２４，２５は図４（Ｂ）のようになって、ブレード部材２４やブレード部材２５が収納部２３にほぼ収納されるように設計しておけばよい。そして、各ブレード部材２４や各ブレード部材２５は個々に図４（Ａ）と図４（Ｂ）とで例示する間の範囲をスライドすることで、光ファイバ母材１の径変動を吸収することができる。
【００４６】
次に、ブレード部材の段数について説明する。
上述したブレード部材を用いたシール構造２０ではガイド孔及びブレード部材を２段設けているが、本発明に係るシール構造は、少なくとも１段設けてあればよく、３段以上であっても同様に適用可能である。１段の場合には、水平面上で隣り合うブレード部材同士の隙間を埋めるために、例えば各ブレード部材における光ファイバ母材に当接する面を小さくし、且つその面がブレード部材同士で接するようにブレード部材の数を増やす構成などを採用すればよい。しかし、１段だと、上述したように隣接するブレード間に隙間が生じ、また、ブレード部材が当接する位置における光ファイバ母材の真円度によって、光ファイバ母材との隙間も変動するという問題が生じる。また、３段以上の場合でも、２段の場合と同様に上下のブレード部材は上下に隙間が無いように隣接させ、ブレード部材の隙間を埋め合うようにブレード部材を配置すればよい。
【００４７】
この問題は、ブレード部材を２段以上とすることにより解決することができるため、２段以上の構造を採用することが望ましい。このような２段以上の構造を１セットとし、これを２セット以上重ねるような構造を採用することとしてもよい。
なお、ブレード部材を３段以上とする場合は、２段の場合と同様にブレード部材が上下に隙間が生じないように隣接させ、ブレード部材の隙間を埋め合うようにブレード部材を配置すればよいが、２段に比べると複雑な構造となる。
【００４８】
次に、図１の蓋体３０について説明する。
図１に示したように光ファイバ母材１に支持棒２が設けられた構成では、線引工程の進行により、支持棒２が炉心管１２の位置まで下がる場面、つまり支持棒２が線引炉体１０の上端部１１ａより下に位置する場面がある。
【００４９】
そのような場面でも炉内をシールし続けるために、本発明に係る光ファイバ用線引炉のシール構造は、図１に示したようにシール構造２０の他に蓋体３０を有することが好ましい。蓋体３０は、支持棒２を貫通し光ファイバ母材１の上側に載置される蓋であり、図示したように、支持棒２用の貫通孔３０ａと肩部３０ｂとを有する。蓋体３０の材料としては、例えば石英や金属などが挙げられる。
【００５０】
蓋体３０を設けておくことで、光ファイバ３の線引が進み光ファイバ母材１及び支持棒２が下降しても、ブレード部材２４，２５から光ファイバ母材１が離脱する前に、蓋体３０の下端面がシール構造２０に接する状態に移行して、シール状態を維持することができる。
なお、蓋体３０が肩部３０ｂを有することを前提として説明したが、蓋体３０は単なる円盤に支持棒２の貫通孔３０ａを開けただけの形状であってもよい。このような形状でも、上述したような状態間の移行は同様に可能である。
【００５１】
次に、光ファイバ母材１の中心位置がずれた場合への対処方法について、図７を参照しながら説明する。
図７は、本発明に係るシール構造において、光ファイバ母材が中心位置からずれた場合のシール機構の動作を説明するための図である。図７（Ａ）は、図１のシール構造において、シール機構全体を移動させる移動機構が無い場合の、光ファイバ母材の中心位置がずれた場合のシール機構の動作を説明するための図であって、図４のブレード部材及び収納部を上から見た図である。また、図７（Ｂ）は、図１のシール構造において移動機構をさらに設けた場合に、光ファイバ母材の中心位置がずれた場合のシール機構の動作を説明するための上面図である。
【００５２】
シール構造２０が設置された高さでの光ファイバ母材１の中心位置は、母材の形状などの影響により、炉体中心からずれてくることがある。つまり、一般的に線引後の光ファイバ３は、例えば排出孔１６の中心にくるように、光ファイバ母材１を水平方向に移動させる制御がなされているため、母材の形状により、光ファイバ３の引き出される位置がずれると、母材の位置も、炉体中心からずれてしまう。
【００５３】
そのため、図１のようにシール構造２０が上端部１１ａに固定して設置されていると、図７（Ａ）で例示するように、光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２が収納部２３の中心位置Ｃ１や線引炉体１０の中心位置Ｃ０からずれたときに、ブレード部材２４，２５の押圧方向が光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２に向かうのではなく線引炉体１０の中心位置Ｃ０や収納部２３の中心位置Ｃ１に向かう。このような場合、ブレード部材２４，２５の一部で光ファイバ母材１の側面との間に目立つ隙間が生じることがある。なお、収納部２３は、図７では図示せず、収納部２３の外枠のみを大きい方の径の円として破線で図示している。
【００５４】
従って、本発明に係るシール構造は、収納部２３の中心位置Ｃ１が光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２に合うように、複数のブレード部材２４，２５、支持機構、及び耐熱ばねを同時に水平面上に移動させる機構を備えることが好ましい。
また、この移動機構は可動テーブル（ステージとも言う）とし、ブレード部材、支持機構、及び耐熱ばねが備わったシール機構（上述のシール構造２０）をその可動テーブルの上に載置することが好ましい。その場合、上端部１１ａの上に可動テーブルが固定され、その可動テーブルの上でシール構造２０が、光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２の移動に応じて水平面上に移動可能な状態で取り付けられている。なお、この可動テーブルはＸ−Ｙテーブルとも呼ばれる。
【００５５】
この可動テーブルを備えたシール構造を採用することで、図７（Ａ）のように光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２がシール構造２０の中心位置である収納部２３の中心位置Ｃ１からずれた場合でも、図７（Ｂ）に示すように、収納部２３の中心位置Ｃ１に母材の中心位置Ｃ２がくるように、シール構造２０の全体をこの可動テーブルによりずらすことができる。これにより、母材の中心位置Ｃ２と収納部２３の中心位置Ｃ１とが、線引炉体１０の中心位置Ｃ０とは異なる位置で一致するようになり、ブレード部材２４，２５の押圧方向も光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２に向かうため、ブレード部材２４，２５の一部で光ファイバ母材１の側面との間に隙間が生じるようなことはなくなる。
【００５６】
また、光ファイバ母材１の中心位置Ｃ２は、シール構造２０では基本的にブレード部材２４とブレード部材２５との境界の高さで検出すればよいが、例えばその高さ付近での検出結果や、線引後の光ファイバ３の中心の検出結果などで代替させてもよい。また、検出処理自体は既存の様々な技術を用いればよい。
【００５７】
以上、図１〜図７を参照しながら、本発明に係る耐熱ばねについて、耐熱ばねがブレード部材を用いた光ファイバ用線引炉のシール構造の一部品（付勢機構）であることを前提として説明した。しかし、本発明に係る耐熱ばねは、他のシール部材を用いたシール構造の一部品として設けることもできる。他のシール部材としては、ブレード部材２４，２５で例示したように光ファイバ母材１の径方向に移動可能に設けるか、それ自体が伸縮可能になっていればよい。
【００５８】
他のシール部材として例えば石英ウールやカーボンフェルトを光ファイバ母材に巻き付けてもよく、その場合、その周囲に耐熱ばねを設ければよい。また、他の同様の構造のシール部材に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…光ファイバ母材、２…支持棒、３…光ファイバ、１０…線引炉体、１１…炉筐体、１１ａ…上端部、１２…炉心管、１３…ヒータ、１４…断熱材、１５…隙間、１６…排出孔、２０…シール構造、２３…収納部、２３ａ…ガス通気口、２４，２５…ブレード部材、２６…耐熱ばね、２７…筐体、２７ａ…ガス導入口、３０…蓋体、３０ａ…貫通孔、３０ｂ…肩部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ用線引炉の上端開口部と該上端開口部から挿入された光ファイバ母材との間の隙間をシールするために用いる耐熱ばねであって、
前記耐熱ばねは、円筒状の耐熱性素材に上下方向から互い違いにスリットを形成したものであり、前記耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、前記光ファイバ母材の側面に当接するように設けたシール部材を、前記光ファイバ母材の側面に径方向に押圧するように設けられることを特徴とする耐熱ばね。
【請求項２】
前記耐熱ばねは、２００℃以上の耐熱性をもつことを特徴とする請求項１に記載の耐熱ばね。
【請求項３】
請求項１または２に記載の耐熱ばねを用いた光ファイバ用線引炉のシール構造であって、
前記耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、前記シール部材を前記光ファイバ用線引炉の径方向に押圧することで、前記シール部材の先端を前記光ファイバ母材の側面に当接させることを特徴とする光ファイバ用線引炉のシール構造。
【請求項４】
前記シール部材としての複数のブレード部材と、前記複数のブレード部材を支持する支持機構と、を備え、
前記耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、前記複数のブレード部材を個別に前記光ファイバ用線引炉の径方向に押圧することで、前記複数のブレード部材の先端を前記光ファイバ母材の側面に当接させることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ用線引炉のシール構造。
【請求項５】
前記複数のブレード部材、前記支持機構、及び前記耐熱ばねから構成されるシール機構を載せたステージが前記光ファイバ用線引炉の上部に載置され、前記光ファイバ母材の中心位置の移動に応じて前記ステージが前記光ファイバ用線引炉上を水平面上に移動可能となっていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ用線引炉のシール構造。
【請求項１】
光ファイバ用線引炉の上端開口部と該上端開口部から挿入された光ファイバ母材との間の隙間をシールするために用いる耐熱ばねであって、
前記耐熱ばねは、円筒状の耐熱性素材に上下方向から互い違いにスリットを形成したものであり、前記耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、前記光ファイバ母材の側面に当接するように設けたシール部材を、前記光ファイバ母材の側面に径方向に押圧するように設けられることを特徴とする耐熱ばね。
【請求項２】
前記耐熱ばねは、２００℃以上の耐熱性をもつことを特徴とする請求項１に記載の耐熱ばね。
【請求項３】
請求項１または２に記載の耐熱ばねを用いた光ファイバ用線引炉のシール構造であって、
前記耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、前記シール部材を前記光ファイバ用線引炉の径方向に押圧することで、前記シール部材の先端を前記光ファイバ母材の側面に当接させることを特徴とする光ファイバ用線引炉のシール構造。
【請求項４】
前記シール部材としての複数のブレード部材と、前記複数のブレード部材を支持する支持機構と、を備え、
前記耐熱ばねの円筒径方向の収縮力により、前記複数のブレード部材を個別に前記光ファイバ用線引炉の径方向に押圧することで、前記複数のブレード部材の先端を前記光ファイバ母材の側面に当接させることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ用線引炉のシール構造。
【請求項５】
前記複数のブレード部材、前記支持機構、及び前記耐熱ばねから構成されるシール機構を載せたステージが前記光ファイバ用線引炉の上部に載置され、前記光ファイバ母材の中心位置の移動に応じて前記ステージが前記光ファイバ用線引炉上を水平面上に移動可能となっていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ用線引炉のシール構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２３６７４２（Ｐ２０１２−２３６７４２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０６７８４（Ｐ２０１１−１０６７８４）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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