JP2004503372A - レーザー増幅器用水分吸着素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

水分吸着素子（１０）が記載されており、水分吸着素子（１０）は容器の中の粉末にされた水分吸着物質（１８）からなり、容器はガスを透過できるが固体粒子を保持できて溶接を必要としないものである。前記素子の製造方法も記載されている。

Description

【０００１】
本発明は、レーザー増幅器用水分吸着素子、及びその素子の製造製法に関するものである。
【０００２】
レーザー増幅器は、通信分野で光導波路に使用されている。知られているように、そのような用途では、信号は、光ファイバに沿って進む光パルスである。光信号は、ファイバに沿って進むときに減衰されるので、信号増幅が、通常は約５０と約１００ｋｍとの間に含まれた所定の間隔で必要とされるか、又は回線の分岐ごとに必要とされる。
【０００３】
この目的のために装置が使用され、それらは光増幅器と呼ばれているが、光増幅器で信号は初期強度を回復する。一般的に光増幅器は、電子部品とレーザー素子、例えば高出力ガリウム砒素（ＧａＡｓ）レーザー、とを具備しており、レーザー素子が光信号増幅における能動素子である。このレーザー素子は、その動作を保証するために、素子それ自身の周囲雰囲気を統御する目的をもった容器の中に入れられる。特に、レーザー素子が、素子の電子的部分の短絡か又は素子を作っている素材の腐食を引き起こすことがある湿気と接触することを避けることが必要である。
【０００４】
水は、製造過程の残留物として容器の中に存在可能であり、その他には、水は、増幅器の動作中に増幅器の壁から放出される酸素と水素との反応の結果として生み出されることがあり、または更に、水は、（例えば、増幅器の製造で利用されたアルコール又は接着剤のような）微量の有機化合物と酸素との反応によって、生み出されることがある。米国特許第５３９２３０５号（ＵＳ ｐａｔｅｎｔ ５，３９２，３０５）の教示によれば、酸素が、増幅器の寿命に有害な影響をもつことが知られている微量の有機化合物を除去するために、通常故意に素子の充填雰囲気に少なくとも１００ｐｐｍの量で加えられる。
【０００５】
レーザー増幅器における水分吸着物質の使用は、例えば米国特許第５６９６７８５号（Ｕ．Ｓ． ｐａｔｅｎｔ ５，６９６，７８５）で論述されており、前記特許は、様々なガス中の水分吸着のための装置を開示しており、この装置は、少なくとも天然ゼオライト若しくは合成ゼオライト、並びにポーラスシリカ、及び活性炭、及びアルミナ、及びいくらかのゼオライトの中で選択された化合物、並びに前掲の構成要素を結び付ける機能を持っている有機剤から成っている。その混合体は、適切な熱処理を用いて１ｍｍ以下の厚さのシート形状で成形されて、増幅器容器の内壁の一つに付着させられる。しかしながら、この特許で論述された吸着装置は、やや複雑であり又前記特許にはどのようにそれがレーザー容器の内側で固定されるのかが明記されていない。さらに、この解決法では、吸着剤の粉または破片が、レーザー増幅器容器の中で自由な動きを生じ易いというリスクがある。そのような粒子は、増幅器の様々な構成要素と化学的に作用し合うか若しくは機械的に損傷を与えることがあり、又は素子の中の光路の中に差し挟まれた状態にもなることがあるので、いずれの場合でも増幅器の動作に障害を与える。
【０００６】
欧州特許出願第７２０２６０号（ＥＰ−Ａ−７２０２６０）が、レーザー増幅器におけるガス吸着のための別の装置を開示している。この場合の吸着物質は、前掲した米国特許第５６９６７８５号によるようなペレット若しくは錠剤、又はさらさらした粉末の形であるが、吸着物質は、適切なハウジングの中に保持され、そして増幅器の中でガスを透過できるが固体粒子を保つ能力がある面を通ってのみガス雰囲気と接触するように提供される。そのような構造は、吸着物質の破片又は粉が容器の中で自由に運動できることを防がなくてはならない。ガス透過面（例えば微細な穴があけられた金属板）が、溶接を利用して吸着物質ハウジングの別の壁に固定されるか、又はレーザー素子容器の壁に直接的に固定される。溶接は様々な方法で、例えば抵抗溶接、若しくは小さなサイズの部品が含まれているのでレーザー溶接で実施できる。この装置が粒子を失わないことを確実にするために、前記溶接が、連続溶接（“連続シーム”溶接）であることが必要である。しかしながら、数ミリメートル若しくは１０ミリメートルの長さの溶接をいくらかの不連続部も示さないで実行することが困難であることが知られている。これらの不連続部は、吸着物質粉末の通路を形作ることがあり、前記通路を通して吸着物質粉末が、前述した不都合と共に増幅器の内部空間に到達することがあるので、これらの不連続部は、欧州特許出願第７２０２６０号に記載されたように水分吸着素子に対しての危険な点である。更に、“連続シーム”溶接では、かろうじて繋がっているばりが、常に生み出されており、前記ばりは、分離することがあるので吸着物質粉末について既に述べたものと同じ問題を生じさせる。
【０００７】
本発明の目的は、従来技術の欠点を示さないレーザー増幅器用水分吸着素子を提供すること、及びそれらの製造方法を提供することである。
【０００８】
この目的と他の目的が本発明によって達成され、本発明の第一態様では、本発明は、以下の形を成す水分吸着素子に関係している。
−　閉じた底をもっていて上に開放していて且つ上縁に機械的保持部材をもっている円筒形状の金属容器；
−　容器より低い高さをもっていて容器の中に挿入されるＬ形断面、及び容器の内径より僅かに小さい外径をもった円筒面、及び容器の内側に面している平らな面をもっている環状金属部材と；
−　ガスを透過できるが固体粒子を保持できる金属要素であって、Ｌ形断面をもった金属部材の平らな面と容器の前記機械的保持要素との間に取り付けられ、容器底とＬ形部材の円筒状壁と共に空間を形成する金属要素；
−　前記空間の中の水分吸着物質。
【０００９】
本発明は、添付図を参照して以下に説明される。
【００１０】
図１及び２では、本発明の素子１０が、主容器１１の形をなしており、前記主容器１１の中に、Ｌ形断面をもった環状チャネル形部材１３が備えられている。容器１１は上縁に、前述した保持要素を形作っている部分１２をもっており、前記部分１２は、要素１６を所定の位置に保持して固定的に取り付けるために部材１３の面１５と協働している。要素１６は、外部から素子の内部空間１７にガスを通すことが可能な機能をもっており、前記内部空間１７は、部材１１と１３と１６との内壁によって形成されていて、したがって同時に水分吸着物質１８の粒子が前記内部空間から増幅器の内部空間の方へ漏れ出ることを防止している。図１は、空間それ自身のより良い描写を可能とするために、水分吸着物質１８を部分的にのみ充填した空間１７を示しているが、通常は、本発明の素子では、空間１７は全体的に充填される。
【００１１】
明らかに、素子１０が構成される個々のレーザー増幅器次第で、素子１０が異なる全体的サイズをもっていてよい。標準的な寸法は例えば、直径が４から８ｍｍの間に、高さが１．５から３ｍｍの間にある。
【００１２】
別の可能な実施例では、本発明の素子が底に若干数の隆起を備えており、前記隆起はレーザー増幅器の内壁に素子を固定するのに役立つものである。この別の実施例は、図３の素子１０´として示されるが、前記隆起以外は素子１０と完全に同一でありそして詳細には説明されないであろう。素子１０´の底の隆起は一般的に三個であり、よく知られているように、この構造が据え付けに関しての最良の機械的安定性を持つことができるためである。隆起が、容器底で互いに１２０度の角距離で配置されることが好ましい。
【００１３】
容器１１は一般的に、金属シートを切断して深絞りすることにより得られる。一般的に鋼シートが使われ、前記鋼シートは、成形性、機械的固さ、及び耐食性の特徴を併せ持っているＡＩＳＩ ３０４鋼が使用されることが好ましい。シートの厚さ、従って容器１１の壁の厚さは、一般的には約０．１と約０．３ｍｍとの間に含まれている。
【００１４】
Ｌ形断面をもった環状部材１３は、容器１１と同じ技術と同じ材料とから得られる。前記部材は、円筒状面１４とリング形平面１５とをもっている。この部材は、一般的に容器の内径より百分の数ミリメートル程度小さい外径で作られていて、その結果部材１３の容器１１への導入を容易にしているが、一方で部材１３の自由な動きの可能性を最小限まで低下させている。この部材の高さは一般的に、約０．５と約１ｍｍとの間に含まれている。面１５の幅は、要素１６に安定した保持を提供する必要性と、水分吸着物質１８へのガス通路面積の減少は最小限であるという必要性との妥協によって決定される。前記幅は標準的には約１ｍｍである。
【００１５】
要素１６は、良好なガス透過性を示すけれども固体粒子を保持できるどのような金属要素でもよい。それは例えば、微細な穴をもった金属板でよいが、焼結金属粉の円盤であることが好ましく、前記焼結金属粉の円盤は通常、様々な用途、主に濾過の分野における用途用として市場で入手可能である。本発明の目的のため、ＡＩＳＩ ３１６Ｌのような鋼の、気孔率値が約０．５と約１μｍとの間にある焼結鋼の隔壁の使用が好ましい。より低い気孔率をもつ隔壁は、ガス透過性の減少とそして低下した吸着スピードのもととなり、またより高価でもあり、これに対してより大きなサイズの気孔率をもつ隔壁は、固体物質の粒子を通過させることがある。要素１６の直径は、部材１３の直径とほぼ等しく、厚さは、十分の数ｍｍ、通常約０．５ｍｍである。
【００１６】
素子１０の内部空間１７は、いずれかの水分吸着物質１８を充填される。天然ゼオライトもしくは合成ゼオライト、または欧州特許出願第９６０６４７号（ＥＰ−Ａ−９６０６４７）に記載された工程に従って製造された酸化硼素を使うことが好ましい。
【００１７】
本発明の水分吸着素子をレーザー増幅器の内壁に固定するところのいくつかの可能な方法が、図３〜５に示されている。本発明の素子が固定される壁は、増幅器を閉じていて通常コバール（コバルト、鉄、及びニッケルの合金）から作られている蓋部材であることが有利であるが、他の配置も同様に可能である。
【００１８】
図３は、本発明による特有なタイプの素子１０´を示しており、図の中で、容器１１´は、底に隆起３０、３０´、及び３０´´を備えている。素子１０´は、前記隆起に形作られた溶接スポットによって壁３１に固定されている。
【００１９】
図４は、金属部材４０を使って所定の場所に保持されている本発明の素子１０を示しており、前記金属部材４０は、適切な形状をしており、溶接スポット４２、４２´、４２´´、及び４２´´´によって壁４１に固定されている。部材４０は、その主面において概ね円形の開口４３を示しており、前記開口４３は、素子１０の直径より小さい直径をもっているが、容器１１の部分１２を部分的に見えるように且つ部材１６を完全に見えるようにしており、そのため水分吸着物質へ向かうガスの透過性の低下は、生じない。
【００２０】
保持部材の他の可能な実施例の断面図が、図５に示されている。この場合には、素子１０は、Ｌ形断面をもった環状部材５０によって所定の位置に保持される。部材５０は、部分切取り図で示されている。部材５０の円筒状壁５１の基部は、ろう付け又は溶接スポット５２、５２´、……、によってレーザー増幅器の壁５３に固定されており、一方部材５０の平らな面５４が素子１０を保持している。前述の形状の部材４０と同様に、部材５０も、素子１０の要素１６の表面を塞がないような直径の上部開口を備えている。
【００２１】
部材４０若しくは５０と同様な保持部材の更なる実施例、例えば溶接スポットで壁に固定された金属線の“ケージ”のようなものが、本技術分野に知識を有するものには明らかになるであろう。
【００２２】
第二の態様では、本発明は、前述された水分吸着素子の製造方法に関係している。
【００２３】
この製法は、以下の工程を含んで成る：
−　Ｌ形断面をもった環状部材を準備し、次いで前記環状部材をその平らな面を下に向けて、閉じた底をもった適切な寸法の型に挿入する工程と；
−　水分吸着物質の粉末もしくは水分吸着物質の前駆体の粉末をＬ形断面をもった部材によって形作られた中空部に注入して粉末を圧縮し、そして前記Ｌ形部材と一体の圧縮された粉末、の形を成すペレットを得る工程と；
−　前記ペレットを上下逆になるように回転させて、閉じた底とペレットの直径より僅かに大きい直径とをもっている円筒状容器の中に前記ペレットを挿入する工程と；
−　円筒状容器の中に、ペレット直径とほぼ同じ直径をもっていてガスを透過可能であるが固体粒子を保持することが可能な金属要素を入れ、そして前記ペレットの上に置く工程と；
−　容器の上縁もしくは容器の上部分を、ガスを透過できる金属要素の上に折り曲げる工程。
【００２４】
製法は、図６〜８に表されている。製法の第一工程（図６の断面図）では、Ｌ形部材１３が、平らな面を下にして型６０の中に挿入され、そしてそのため得られた中空部分が上端まで、粉末状水分吸着物質１８で充填されている。粉末１８は、次いで適切なポンチにより圧縮されて部材１３との単一ボデイを形作り、その結果ペレット７０を提供するが、前記ペレットは、それが得られた方向をひっくり返した方向で図７に示されている。ペレット７０の機械的安定性を確実にするため、粉末１８に、粉末の結束性と粉末の部材１３への付着性を制御し易くする添加剤を混合してもよい。物質１８がゼオライトの場合には、この物質１８は、少量の結合剤の可能な更なる添加によってしっとりした形で使用されることが好ましく、前記結合材は、例えば粘土またはこれと同様なもののような無機化合物であることが好ましい。酸化硼素が使われる場合には、酸化硼素は、ペレット７０の製造に適した圧縮性及び付着性の特質を既にもっていて、更なる成分の追加を必要としない。例えば酸化カルシウムのような異なる材料が使われたとき、無機質結合剤、例えばカオリンまたはそれと同様なもの、に頼ることが必要である。ペレットを物質１８の先駆物質で形作り、そしてその後に続く処理で活発な吸水性を持つ物質を得ることも可能であり、また前記処理は、例えば素子１０の準備ができたときに実行される。例えば酸化硼素が使用される場合には、欧州特許出願第９６０６４７号（ＥＰ−Ａ−９６０６４７）に記載された教示によれば、完成された素子において熱分解されてその結果酸化硼素が得られるホウ酸を使ってペレット７０を製造することが可能である。
【００２５】
素子１０の製造方法における次に続く中間段階が、図８に断面図で示されており、ペレット７０を閉じた底８０をもつ円筒状容器に挿入し、次にガスを透過できて固体粒子を保持できる要素１６を容器へ挿入してペレット７０によって支持した工程の後に、前記中間段階が得られる。図に見られるように、ペレット７０は、その製造時の方向を上下逆にされて容器８０の中に挿入される。容器８０の高さは、ペレット７０と要素１６との合計高さより大きく、そのため容器８０の上端部８１が要素１６の上面に対して突出している。製法の最終工程で、上端部８１は要素１６の上に折り曲げられて保持部材１２を形作り、その結果図１の素子１０が得られる。上端部８１の折り曲げについては、一般的に３〜４個の成形ポンチのセットが使われ、各々の成形ポンチが、９０度の角度が得られるまで上端部８１に部分的な曲げを与える。
【００２６】
本発明の素子と製法は、従来から知られていたものに対しての利点を多数示す。素子１０は、空間１７が機械作業工程から得られた部材によって完全に囲われるように作られており、従って前述したように、粉末の完全な保持を保証せず、且つ金属破片を溶接ばりから引き出して自由にさせることがある連続溶接線に沿って溶接する必要がない。部材１３の存在は、上端部８１の折り曲げ中に要素１６の上に作用する圧力を支える肩を形作る。このことは、構造全体の機械的変形（この変形は、狭い寸法許容差が通常要求されるところの電子素子への用途においては常に望まれていない）と、さらに要素１６への圧力が粉末に直接的に伝えられることとを回避することにより、前記折り曲げ工程中における容器外への粉末の漏出を引き起こすことを回避する。本発明の製法は、本素子により示された利点を反映しており、容易に自動化できるいくつかの単純な工程を必要とするだけであって、また小さなサイズの部品に実施するための非常に高い精度の複雑な溶接工程に頼ることを回避する。更に、ペレット７０をペレット７０の容器への挿入に先立つ工程において（及び別のチャンバにおいて）で組み立てるとき、容器は決して遊離した粉末が存在する雰囲気に曝されることはなく、そうでなければ粉末は容器の外壁に付着して増幅器の中に放出されることがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の可能な素子の断面図である。
【図２】
図２は、本発明の素子で使用されるＬ形断面を有する環状金属部材の図である。
【図３】
図３は、本発明の水分吸着素子の、レーザー増幅器内側への可能な固定方法を示した図である。
【図４】
図４は、本発明の水分吸着素子の、レーザー増幅器内側への可能な固定方法を示した図である。
【図５】
図５は、本発明の水分吸着素子の、レーザー増幅器内側への可能な固定方法を示した図である。
【図６】
図６は、本発明の素子を得るときの様々な中間段階若しくは中間生成物を示した図である。
【図７】
図７は、本発明の素子を得るときの様々な中間段階若しくは中間生成物を示した図である。
【図８】
図８は、本発明の素子を得るときの様々な中間段階若しくは中間生成物を示した図である。

Claims (16)

1. 閉じた底をもっていて上に開放していて且つ上縁に機械的保持部材（１２）をもっている円筒形状の金属容器（１１、１１´）と；
   容器より低い高さをもっていて容器の中に挿入されるＬ形断面、及び容器の内径より僅かに小さい外径をもった円筒面（１４）、及び容器の内側に面している平らな面（１５）をもっている環状金属部材（１３）と；
   ガスを透過できるが固体粒子を保持できる金属要素（１６）であって、Ｌ形断面をもった金属部材の平らな面と容器の前記機械的保持部材との間に取り付けられ、容器底とＬ形部材の円筒状壁と共に空間（１７）を形成する金属要素（１６）と；
   前記空間の中の水分吸着物質（１８）と、から成るレーザー増幅器用水分吸着素子（１０、１０´）。
2. 容器（１１´）が容器の底にいくつかの隆起（３０、３０´、３０´´）をもっているところの、請求項１に記載の水分吸着素子。
3. 容器底の隆起が三個であり、互いに１２０度の角距離で配置されているところの、請求項２に記載の水分吸着素子。
4. 容器が、金属シートから切断と打ち抜きによって製造されるところの、請求項１に記載の水分吸着素子。
5. Ｌ形断面をもった環状部材が、金属シートから切断と打ち抜きによって製造されるところの、請求項１に記載の水分吸着素子。
6. ガスを透過できる金属要素が、焼結鋼からできた多孔性の隔壁であるところの、請求項１に記載の水分吸着素子。
7. 前記多孔性の隔壁が、約０．５と１μｍとの間に含まれたサイズの小孔をもっているところの、請求項６に記載の水分吸着素子。
8. 水分吸着物質が、天然ゼオライトまたは合成ゼオライトであるところの、請求項１に記載の水分吸着素子。
9. 水分吸着物質が、酸化硼素であるところの、請求項１に記載の水分吸着素子。
10. レーザー増幅器用の水分吸着素子の製造方法であって：
    Ｌ形断面をもった環状金属部材（１３）を準備して、前記環状金属部材（１３）の平らな面（１５）を下に向けて、前記環状金属部材（１３）を閉じた底をもった適切な寸法の型（６０）の中に挿入する工程と；
    水分吸着物質（１８）の粉末もしくは水分吸着物質（１８）の前駆体の粉末をＬ形断面をもった部材によって形作られた中空部に注入して粉末を圧縮し、そして前記Ｌ形部材と一体の圧縮された粉末、の形を成すペレット（７０）を得る工程と；
    前記ペレットを上下逆さになるように回転させ、次いで、閉じた底とペレットの直径より僅かに大きい直径とをもった円筒状容器（８０）にペレットを挿入する工程と；
    ガスを透過できるが固体粒子を保持できてペレットの直径とほぼ等しい直径をもっている金属要素（１６）を円筒状容器に挿入して前記ペレットの上に置く工程と；
    ガス透過性金属要素の上に容器の上縁（８１）もしくは容器の上部分を下に折り曲げる工程と、を含んで成る水分吸着素子の製造方法。
11. 前記ペレットが、粉末状酸化硼素から始まって形作られたところの、請求項１０に記載の水分吸着素子の製造方法。
12. 前記ペレットが、水分吸着物質の粉末から始まって形作られ、前記水分吸着物質は、粉末の結束性と粉末のＬ形部材（１３）への付着性とを高める添加剤を混ぜられているところの、請求項１０に記載の水分吸着素子の製造方法。
13. 水分吸着物質がゼオライトであり、添加剤が水であるところの、請求項１２に記載の水分吸着素子の製造方法。
14. 粘土がゼオライトと水との混合物に加えられるところの、請求項１３に記載の水分吸着素子の製造方法。
15. 前記ペレットが、粉末にされたホウ酸から始まって形作られるところの、請求項１０に記載の水分吸着素子の製造方法。
16. 最終の素子（１０）においてホウ酸が酸化硼素に熱分解されるところの、請求項１５に記載の水分吸着素子の製造方法。