JP2004182502A - 光ファイバ出発母材の反応容器 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ出発母材の製造時における熱膨張及び収縮により破損しない光ファイバ出発母材の反応容器を提供する。
【解決手段】光ファイバ出発母材の反応容器１０は、フレーム６、１６と、側面を構成する側面部材５とを有し、フレーム６、１６には側面部材５の周縁部を収容する溝部８が設けられ、溝部８は側面部材５の熱膨張又は収縮を許容しつつ周縁部を保持するように構成されている。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ出発母材の製造に用いられ、熱膨張及び収縮に起因して扉や反応容器全体が変形することや破損することを防止できる光ファイバ出発母材の反応容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、光ファイバ出発母材を加熱、線引きして製造される。光ファイバ出発母材は、種棒上にコアとなるガラス微粒子を堆積させ、さらにその上にクラッドとなるガラス微粒子を堆積させて製造される。
光ファイバ出発母材の製造は、この母材全体を収納する反応容器中で行われる。反応容器内部に設置される酸水素バーナで発生する酸水素火炎の温度は２０００〜２７００℃、堆積したガラス微粒子の温度は８００〜９００℃となり、反応容器の内面は３００〜４００℃となる。また、反応容器内部は塩酸雰囲気となる。このため、反応容器の材料として、耐食耐熱を備えた金属（主に、Ｎｉ）が使用されている（例えば、特許公報１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１６９１７４号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反応容器は光ファイバ母材製造時には酸水素バーナから出る火炎によって高温になり、また、光ファイバ母材製造後は自然冷却により常温まで温度低下する。この昇温と降温とのヒートサイクルにより反応容器の構成部材には内部応力が生じ、部材が熱膨張及び収縮を繰り返すことによって反応容器の変形を引き起こすことが多い。
このような変形により、反応容器内部の気密性を保つことができなくなると、異物が混入し、製造される光ファイバ出発母材や光ファイバへ悪い影響を与えてしまうことが懸念されていた。また、変形により反応容器の扉部材が開閉できなくなることもあった。
具体的には、設備稼働して一年ほど経過した反応容器においては、扉部材における変形が生じることがあった。このとき、扉部材の内側面に使用されているＮｉ板は反応容器の外郭を構成するフレームに点付け溶接されていると、Ｎｉ板が溶接点同士の間で弧を描くように変形し、特に変形が激しい箇所では、溶接剥がれや亀裂が生じることがあった。このため、扉部材が適正に閉まらなくなってしまい、設備稼働が不可能となることがあった。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光ファイバ出発母材の製造時における熱膨張及び収縮により破損しない光ファイバ出発母材の反応容器を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、フレームと、側面を構成する側面部材とを有し、フレームには側面部材の周縁部を収容する溝部が設けられ、溝部は側面部材の熱膨張又は収縮を許容しつつ周縁部を保持するように構成されていることを特徴とする光ファイバ出発母材の反応容器によって達成される。
【０００７】
上記構成の光ファイバ出発母材の反応容器は、光ファイバ出発母材の製造時に、反応容器中がバーナによって加熱されて側面部材が熱膨張及び収縮しても側面部材の周縁部がフレームの溝部によって収容保持される。このため、側面部材は、フレームに対する相対位置に規制されることなく、自由に熱膨張及び収縮する。つまり、反応容器は、側面部材が熱膨張及び収縮によって変形してもフレームの溝部によって収容保持することができ、フレームが側面部材の変形による負荷を受けて変形することを防止することができる。したがって、上記の反応容器は、光ファイバ出発母材の製造時に反応容器内が高温になっても、割れや歪みなどの損傷が生じることを防止することができる。
【０００８】
上記の光ファイバ出発母材の反応容器において、フレームが、側面部材に使用される部材の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を持つ材料からなることが好ましい。
こうすれば、フレームが、変形が比較的起こりやすい側面部材の材料よりも線膨張係数が小さい材料から構成されているため、反応容器の変形が起こりにくい。ここで、側面部材に使用される部材の線膨張係数よりも小さい材料とは、側面部材にＮｉ（ニッケル）を用いるとすれば、チタン合金などである。
【０００９】
上記の光ファイバ出発母材の反応容器において、フレームの内部には冷却ガス又は冷却液を流動させるための流路が設けられていることが好ましい。
こうすれば、光ファイバ出発母材の製造時に、バーナによって加熱されたフレームを内部から冷却することができる。このため、フレームが変形することを抑制することができる。
【００１０】
上記の光ファイバ出発母材の反応容器において、フレーム表面の高温になる部分が断熱材によって覆われている構成であることが好ましい。
こうすれば、光ファイバ出発母材の製造時に、バーナからの熱によりフレームが温度上昇することを防ぎ、フレームが熱によって変形することを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる光ファイバ出発母材の反応容器の第１実施形態を示す全体斜視図である。図２は、図１に示す反応容器の分解斜視図である。
図１に示すように、反応容器１０は、本体１と、この本体１に開閉可能に設けられた扉部材２とを備えている。扉部材２は、反応容器１０の側面のうちの一面を構成し、蝶番３を介して本体１に取り付けられている。
【００１２】
本体１には、その上部に上蓋１ａが取り付けられ、底部には底板１ｂが取り付けられている。
本体１は、外郭を構成する本体フレーム４と、略長方体板状の側面部材５とを有している。図２に示すように、本体フレーム４は、下部フレーム６と、この下部フレーム６の上部に取り付けられる上部フレーム７とから構成されている。
【００１３】
下部フレーム６は、矩形状の底部６ａと、この底部６ａの４つの角部のそれぞれから鉛直上方に立設された４つの柱部６ｂとから構成されている。底部６ａ、柱部６ｂ及び上部フレーム７によって矩形の枠が４つ区画され、このうち３つの枠に側面部材５が取り付けられ、残りの１つの枠は側面部材５の替わりに扉部材２によって本体１の外側から閉じられるように構成されている。
【００１４】
なお、本体１の一側面を構成する側面部材５には、排気用の穴５ａが形成され、また、他の一側面を構成する側面部材５には、図示しないバーナを取り付けるための穴５ｂが形成されている。
【００１５】
扉部材２は、下部フレーム１６と、上部フレーム１７と、下部フレーム１６及び上部フレーム１７によって区画された枠に取り付けられる側面部材５とを有している。下部フレーム１６は、底部１６ａと、この底部１６ａの両端にそれぞれ鉛直上方に立設された柱部１６ｂとを有している。柱部１６ｂそれぞれの上方端部には上部フレーム１７が底部１６ａと平行になるように掛け渡されている。扉部材２の側面部材５には、反応容器１０内の観察用に耐熱ガラス等で密閉された窓５ｃが設けられている。
本実施形態においては、本体１の本体フレーム４と扉部材２の上部フレーム１７及び下部フレーム１６とが反応容器１０のフレームとして機能している。
扉部材２の側面部材５の寸法は本体１の側面部材５と同じである。
【００１６】
本実施形態においては、図２に示すように、側面部材５は、それぞれの上側（図２において上側）の辺に相当する周縁部が上部フレーム７に固定されている。そして、側面部材の上側の辺を除く３辺に相当する周縁部が下部フレーム６の底部６ａと柱部６ｂとによって保持される構成である。
【００１７】
図２に示すように、本体１の下部フレーム６の底部６ａ及び柱部６ｂには、側面部材５の周縁部に沿うように形成された溝部８が設けられている。そして、溝部８には側面部材５の周縁部が嵌め込まれることで側面部材５を下部フレーム６によって保持している。
また、同様に、扉部材２の下部フレーム１６の底部１６ａ及び柱部１６ｂには、側面部材５の周縁部に沿うように形成された溝部８が設けられている。そして、溝部８には扉部材２の側面部材５の周縁部が嵌め込まれて収容され、この側面部材５を下部フレーム１６によって収容保持している。
【００１８】
図３は、図１の下部フレーム６の柱部６ｂにおける横断面図を示している。図４は、図３において反応容器の加熱時に側面部材５が熱膨張した状態を示している。
図３に示すように、溝部８は、非加熱時に、側面部材５を嵌め込んだ状態において、側面部材５の面方向（図中矢印Ａ方向）に所定の隙間が形成される深さに形成されている。また、非加熱時に、側面部材５を嵌め込んだ状態において、側面部材５の厚さ方向（図中矢印Ｂ方向）にも僅かな所定の隙間が形成される幅に形成されている。溝部８の上記深さ及び幅は、図４に示すように反応容器の加熱時における側面部材５の熱膨張及び収縮を許容しつつ、側面部材５の周縁部を収容保持可能な寸法に調整されている。上記において、本体１の下部フレーム６における溝部８を説明したが、扉部材２の下部フレーム１６における溝部についても同様の構成であり、詳細な説明を省略する。
なお、図４に示すように、側面部材５が熱膨張する際には、図中矢印で示すように側面部材において面方向の変形が著しいため、面方向の隙間を厚さ方向の隙間より大きくなるように設けることが好ましい。
【００１９】
図３及び図４に示すように、下部フレーム６の柱部６ｂには、流路４ａと冷却媒体導入口４ｂとが形成されている。流路４ａには冷却媒体導入口４ｂから、冷却液や冷却ガス等の冷却媒体が導入されてフレーム（本実施形態においては下部フレーム６）内を循環するように構成されている。反応容器の加熱時において、下部フレーム６は冷却媒体によって冷却される。
また、上記の流路４ａ及び冷却媒体導入口４ｂは扉部材２の下部フレーム１６における柱部１６ｂに形成される構成とすることで上記構成と同様の効果を奏する。
【００２０】
本実施形態において、フレームは、側面部材を形成する材料よりも線膨張係数が小さい材料から形成されていることが好ましい。例えば、側面部材としてＮｉを用い、フレームとしてＮｉよりも線膨張係数が小さいチタン合金を用いることができる。こうすれば、フレームが側面部材の熱膨張及び収縮によって変形することを抑制することができる。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の反応容器１０では、バーナ取り付け用の穴５ｂに取り付けられた図示しないバーナの加熱によって反応容器内部が約３００〜４００℃となり、側面部材５が熱膨張する。また、反応容器の使用後、側面部材５は急激に冷却されることで収縮する。このとき、図４に示すように、反応容器１０において、側面部材５は熱膨張するものの、本体１及び扉部材２の溝部８に保持されているため、周縁部が溝部８内にて保持された状態が維持される。したがって、側面部材５が熱膨張及び収縮した際に、本体１の本体フレーム４や扉部材２が、変形した側面部材５から負荷を受けて同じように変形することを防止することができる。
本実施形態において、少なくとも１つの側面部材５の周縁部が溝部８に保持されている構成とすることができる。しかし、すべての側面部材の周縁部が溝部８に保持されている構成とすることがより好ましい。
【００２２】
本実施形態の光ファイバ出発母材の反応容器１０によれば、側面部材５の周縁部が、本体フレーム４及び扉部材２の溝部８に収容保持されている。このため、光ファイバ出発母材の製造時に、反応容器１０内がバーナの加熱で高温になった際に側面部材５が熱膨張及び収縮しても、下部フレーム６、１６に対する相対位置に規制されることなく、自由に膨張及び収縮する。つまり、反応容器１０は、光ファイバ母材製造時に熱膨張及び収縮によって変形した側面部材５を、溝部８において収容保持することができる。また、下部フレーム６、１６が側面部材５の変形した部位に押圧され、変形することを防止することができる。したがって、上記の反応容器１０は、光ファイバ出発母材の製造時に反応容器１０内が高温になっても、割れや歪みなどの損傷が生じることを防止することができる。
【００２３】
光ファイバ出発母材の製造時において、フレームの膨張度合いを小さくすれば、バーナの加熱によって反応容器内部が高温になっても、フレームが変形することを抑制することができる。
ここで、膨張度合いとは、フレームの熱膨張、収縮による変形量を示している。フレームの変形量が小さければ、反応容器全体としての変形を防止することができる。これは、フレームの変形が小さければ反応容器の絶対的なサイズ変動が小さいからである。
【００２４】
図５は、本実施形態の反応容器の変形例を示す断面図である。
図５に示すように、下部フレーム６は、反応容器内側に面する高温になる部分が断熱材９ａによって覆われた構成とすることができる。断熱材９ａの外周は、バーナの熱が直接断熱材９ａに接触することを防止するため、ニッケル等からなる保護板９ｂによって覆われている。保護板９ｂはバーナの熱が直接断熱材９ａに接触して断熱材の劣化を防止している。
このような構成によれば、光ファイバ出発母材の製造時に、バーナの熱によってフレームが変形することをより一層顕著に防止することができる。
また、上記の断熱材９ａは扉部材２の下部フレーム１６に設けることができ、こうすれば上記構成と同様の効果を奏する。
【００２５】
次に、本発明にかかる光ファイバ出発母材の反応容器の第２実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
図６は、本実施形態の反応容器２０の分解斜視図を示している。図７は、図６の矢印Ｘ方向視における反応容器の一部を示している。
図６に示すように、この光ファイバ出発母材の反応容器２０は、本体１及び扉部材２２の上部フレーム２７、２７ａと側面部材５とを別体としたものである。
本実施形態においては、本体１の上部フレーム２７及び下部フレーム６と扉部材２２の上部フレーム２７ａ及び下部フレーム１６とが、反応容器２０のフレームとして機能している。
【００２６】
また、上部フレーム２７、２７ａには、図７に示すように、その下面側に、側面部材５の周縁部が嵌め込まれる溝部２８が形成されている。溝部２８は、下部フレーム６、１６の溝部８と同様に、側面部材５の熱膨張及び収縮を許容しつつ側面部材５の周縁部を収容保持している。
本実施形態の反応容器２０では、側面部材５における全ての周縁部が上部フレーム２７、２７ａと下部フレーム６、１６の溝部８、２８に収容保持される。
【００２７】
本実施形態の反応容器２０は、第１実施形態と同様に、光ファイバ出発母材の製造時に、側面部材５が熱膨張及び収縮により変形しても、側面部材５を溝部８、２８に収容保持することができる。また、本体１や扉部材２２が、熱膨張及び収縮によって変形した側面部材５から負荷を受けて同じように変形することを防止することができる。したがって、反応容器２０における割れや歪みなどの損傷が生じることを防止することができる。
さらに、本実施形態の反応容器２０においては、側面部材５が上部フレーム２７、２７ａ及び下部フレーム６、１６に対して固定されている箇所がなく、完全に相対移動可能である。このため、側面部材５が熱膨張及び収縮により変形しても、本体１や扉部材２２が側面部材５から負荷を受けて同じように変形することをより一層確実に防止することができる。
【００２８】
本実施形態の反応容器において、上述したように、フレームが側面部材に使用される部材の線膨張係数よりも小さい材料からなることが好ましい。
本実施形態の反応容器において、上述したように、フレームの内部に冷却ガス又は冷却液を流動させるための流路が設けられていることが好ましい。
本実施形態の反応容器において、上述したように、フレーム表面の高温になる部分が断熱材によって覆われている構成とすることが好ましい。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、光ファイバ出発母材の製造時における熱膨張及び収縮により破損しない光ファイバ出発母材の反応容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光ファイバ出発母材の反応容器を示す全体斜視図である。
【図２】第１実施形態の反応容器の構造を示す分解斜視図である。
【図３】側面部材が溝部に保持されている状態を示す断面図である。
【図４】図３において、熱膨張した側面部材をフレームの溝部で収容保持している状態を示す断面図である。
【図５】下部フレームに断熱材を設けた構成を説明する断面図である。
【図６】本発明にかかる光ファイバ出発母材の反応容器の第２実施形態を示す反応容器の分解斜視図である。
【図７】図６における反応容器の上部フレームの底面図である。
【符号の説明】
１ 本体
２、２２ 扉部材
４ 本体フレーム
４ａ 流路
５ 側面部材
６、１６ 下側フレーム
７、１７、２７、２７ａ 上側フレーム
８、２８ 溝部
９ａ 断熱材
１０、２０ 反応容器

Claims (4)

1. フレームと、側面を構成する側面部材とを有し、前記フレームには前記側面部材の周縁部を収容する溝部が設けられ、該溝部は前記側面部材の熱膨張又は収縮を許容しつつ前記周縁部を保持するように構成されていることを特徴とする光ファイバ出発母材の反応容器。
2. 前記フレームは、前記側面部材に使用される部材の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を持つ材料からなることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ出発母材の反応容器。
3. 前記フレームの内部には、冷却ガス又は冷却液を流動させるための流路が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ出発母材の反応容器。
4. 前記フレームの外周が断熱材によって覆われている構成であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光ファイバ出発母材の反応容器。

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