JP2009228721A - 回転支持棒の保持装置及び回転支持棒の保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一端にその軸心が一致するように基体または被処理体が連結された回転支持棒の他端を回転機構に装着するに際して、回転支持棒の軸心調整をより精度よく安定して行うことができ、かつ安価に行うことのできる回転支持棒の保持装置を提供する。
【解決手段】一端にその軸心が一致するように被処理体が連結された回転支持棒２の他端を回転機構３に装着する回転支持棒の保持装置において、回転支持棒２の保持装置は、回転支持棒２の他端の外面周方向に亘って、かつその内面が回転支持棒２の軸方向に亘って接触するように縦添えされる少なくとも３枚の長方形状の板状体１０と、回転機構３に装着されていて回転支持棒２の中心方向に移動自在で、かつ回転支持棒２の外面に縦添えされた板状体１０の外面を締め付け押圧する締付具４とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、光ファイバ母材を炉心管に回転させながら導き、脱水、焼結等の熱処理を施すために用いる回転支持棒の保持装置及び回転支持棒の保持方法に関するものである。

例えば、光ファイバを製造する工程のひとつとして、多孔質の光ファイバ母材（以下単に母材という）を加熱炉に入れて熱処理を施し、脱水、ガラス化をする工程がある。この熱処理工程は、加熱炉の上方に設置された引き上げ機に装備された回転機構に長尺の回転支持棒を取り付け、さらにこの回転支持棒の先端に長尺の母材を吊り下げて行われる。

このとき、回転支持棒の軸心は加熱炉等の炉心管の軸心と精度良く一致している必要がある。
そのようにしないと、回転支持棒の下端に母材を装着し、回転機構により回転支持棒を回転し、かつこれを炉心管の中に徐々に下降させていった場合、母材が心ぶれを起こし、母材を均一に脱水、ガラス化することができなくなるからである。

具体的に回転支持棒を回転機構に装着する場合を図７〜図９により説明する。図７は母材を加熱炉により熱処理する状態を示す概略側面図、図８は炉心管と回転支持棒の位置関係を上から見た平面図、そして図９は側面方向から炉心管の軸心と回転支持棒の軸心を見た状態を示す簡略図である。
図７に示すように、加熱炉８は、炉心管５と、ヒーター６を備えている。母材１を熱処理する場合には、まず回転支持棒２の一端を回転機構３の保持部に挿入し、ボルト等からなる締付具４でこれを、例えば、３方向あるいは４方向から締め付け、回転機構３に回転支持棒２を固定する。次にこの回転支持棒２の他端に母材１の上端を連結する。

ところで回転機構の保持部にあって、例えば、４本の締付具４で回転支持棒２を固定する際には、図８に示すように炉心管５の中心Ｏ_５と回転支持棒２の中心Ｏ_２を一致させると同時に、図９に示すように、軸方向に亘って、炉心管５の軸心Ｐ_５と回転支持棒２の軸心Ｐ_２が一致するように、すなわち、角度のずれθがゼロになるように各締付具４を出し入れして調整する。尚、炉心管５は通常ほぼ鉛直に設置されているので、回転支持棒２の軸心Ｐ_２と炉心管５の軸心Ｐ_５の角度のずれθは、回転支持棒２の軸心Ｐ_２の鉛直方向に対するずれ量とほぼ一致する。さらに、母材の軸心と回転支持棒２の軸心が一致するように両者を連結することにより、母材１の軸心と炉心管５の軸心が一致するようになる。このように調整した後、回転機構３で回転支持棒２を一定回転数で回転しながら、母材１を下向きの矢印が示すように一定速度で炉心管５に挿入していき、母材１をその全長に亘って所定の加熱条件で熱処理する。

このような熱処理工程にあって、昨今のように母材１が大型化し、より長尺になってくると、必然的に回転支持棒２も長尺化する必要がある。このため、炉心管５と回転支持棒２の軸心のぶれをほぼゼロに調整しても回転支持棒２に母材１を連結した状態で回転支持棒２を回転させながら下降させると、母材１の重心ずれや回転支持棒２の加工精度の不足等により母材１の下端部において心ぶれが発生するという問題が生じる。そして軸心にぶれが生ずると、母材１への熱処理にむらが生じ、その品質が不均一になって高品質の光ファイバを得ることができないという問題が発生する。また最悪の場合には、母材１の下端で母材１の外面と炉心管５の内面とが接触して、一方が、あるいは両方が破損する、という危険性もあり得る。

そこでこのような問題を解決するために、例えば、特許文献１に示すように母材と回転支持棒とを連結する保持装置も提案されている。具体的には、この特許文献１に開示されている発明は、特許文献１に添付されている図７や図９に示すように、回転支持棒の母材との連結部に、母材側の端部を挿入する保持部材を設けておき、かつこの保持部材に、母材の軸方向に対して直交する少なくとも二断面上に各々ボルト孔を、例えば、３個ずつ設けておき、この二断面でボルトの出し入れをして母材と回転支持棒との軸心調整ができるようにしたものである。

特開２０００−０５３４３８号公報

ところで、特許文献１に開示されている保持部材にあっては、母材の軸方向の２箇所以上で軸心調整ができることから、従来の１箇所での調整のものよりも、母材の軸心と回転支持棒の軸心合わせが精度良く行えると考えられる。特に、両者の軸心の傾き角は軸の長手方向の２箇所で調整できる分、より精度良く行える、と推測される。
しかしながらこの方法にあっても、この特許文献１に添付されている図７や図９から判るように、母材の端部外面を押圧しているのは３本のボルトの先端面である。換言するとボルト３本（軸方向２箇所で計６本）の先端面で母材端部に接触し、押圧して軸心の位置決めをしているだけなので、ある任意の１本のボルトの先端面の接触状態が変化しただけで、母材の軸心と回転支持棒の軸心が微妙にずれてしまう可能性がある。すなわち、母材の軸心と回転支持棒の軸心の合わせ調整を容易かつ安定して行える状況には至っていない、と考えられる。

加えて、特許文献１に示されている発明にあっては、母材と回転支持棒の軸心をより精度良く一致させようとすると、前述した保持部材の母材を保持する内面、すなわち、溝部２２Ａの長さを大きくとる必要がある。しかしながら、旋盤等での機械加工の場合、長尺な回転支持棒の一端では回転ぶれが大きくなるため、精度良く加工することが困難である。
特に、溝部２２Ａを長くしようとすればするほど、加工が難しくなって、回転支持棒の軸心とこの溝部２２Ａの軸心がずれ易くなる、という問題もある。言い換えれば、端末の保持部材の溝部２２Ａを精度の高いものにしようとすれば、回転支持棒の加工コストが必然的に高くなってしまう、という問題もある。
また、前述したように軸方向の少なくとも二断面上で調整するということは、少なくとも６本以上のボルトの出し入れを同時に行わなければならないため、最終的には従来よりも精度よく軸心合わせが可能かも知れないが、調整しなければならないボルトの本数が増えた分調整時間が掛かるという問題もある。

ところで、特許文献１に開示されている発明は、母材と回転支持棒の連結に関するものであるが、図７から判るように回転支持棒２と回転機構３の連結に際しての軸ずれは、回転機構３の先端位置から母材１の下端までの距離が、母材１と回転支持棒２との連結における回転支持棒２の下端から母材１の下端までの距離よりも長い分、より問題は大きい。
しかしながら、この回転支持棒と回転機構の連結について特許文献１は何も教えていない。
因みに、このような問題は、半導体製造装置における一端に基体が連結された回転支持棒を回転機構に装着するような場合にも発生する大きな問題である。

前述の問題に鑑み本発明の目的は、一端にその軸心が一致するように基体または被処理体が連結された回転支持棒の他端を回転機構に装着するに際して、この回転支持棒の軸心調整をより精度よく容易に行うことができ、しかも安価な回転支持棒の保持装置を提供し、加えて、この回転支持棒の保持方法を提供することにある。

前記目的を達成すべく本発明の請求項１記載の回転支持棒の保持装置は、一端に基体または被処理体が連結される回転支持棒の他端を回転機構に装着する回転支持棒の保持装置において、該回転支持棒の保持装置は、前記回転支持棒の他端の外面周方向に亘って略等間隔で、かつその内面が回転支持棒の軸方向に亘って接触するように縦添えされる少なくとも３枚の長方形状の板状体と、前記回転機構に装着され、前記回転支持棒の中心方向に移動自在であり、かつ前記回転支持棒の外面に縦添えされた前記板状体の外面を締め付け押圧する締付具とを有していることを特徴とするものである。

このようにしてなる請求項１記載の回転支持棒の保持装置によれば、回転支持棒の外面を、この回転支持棒の周方向に亘って配置され、かつ縦添えされる、少なくとも３枚の長方形状の板状体を介して、回転機構に装着されている、例えば、ボルト等の締付具で締め付けることにより、前記回転支持棒を回転機構の保持部に容易に装着することができる。
また、このように回転支持棒の外面に前記長方形状の板状体を縦添え、すなわち、板状体の長辺方向を回転支持棒の軸方向に平行になるように添え、その状態で板状体の外面を回転機構に装着してある締付具で押圧するため、締付具で押圧した力は、回転支持棒の軸方向に対して板状体の長さに相当する長さ分に亘って作用し、その結果、板状体の長さに相当する分で回転支持棒の軸心のぶれを規制することになる。

より判り易く説明すると、回転支持棒をその軸方向にあって多段で押圧し軸心のぶれを規制したことになり、母材１の重心ずれや回転支持棒２の加工精度の不足の影響を受け難くなり、回転支持棒の軸心の炉心管の如き処理装置の軸心に対する角度のずれθを小さくできる。これにより、回転支持棒の下端に母材の如き被処理体を接続した場合、処理装置の軸心と被処理体の軸心のぶれを従来に比して小さくできる。
しかも用いている部材は少なくとも３枚の板状体に過ぎないから、その加工も容易で低コストで入手できる利点もある。

また本発明の請求項２記載の回転支持棒の保持装置は、請求項１記載の回転支持棒の保持装置において、前記板状体は、その内面に前記回転支持棒の外面に面接触可能な曲面状溝を有していることを特徴とするものである。
このようにしてなる請求項２記載の発明によれば、回転支持棒の外面をより安定して押圧し、軸心のぶれを規制できる。その結果、例えば、回転支持棒の軸心と炉心管の如き処理装置の軸心をより合わせ易く、母材の如き被処理体の軸心と炉心管の如き処理装置の軸心のずれ量を小さくすることができる。さらに長時間安定してその状態を保持することができる。

さらにまた本発明の請求項３記載の回転支持棒の保持方法は、一端に基体または被処理体が連結される回転支持棒の他端に、該回転支持棒の周方向に亘って略等間隔で、しかもその内面が回転支持棒の軸方向に亘って接触するように少なくとも３枚の長方形状の板状体を縦添えし、しかる後これら板状体の外面を、前記回転機構に装着され前記回転支持棒の中心方向に移動自在な締付具で締め付け押圧し、前記回転支持棒を前記回転機構に装着することを特徴とするものである。

このようにしてなる請求項３記載の回転支持棒の保持方法によれば、回転支持棒の外面に長方形状の、例えば、３枚の板状体を縦添えし、これを従来と同じ本数のボルト等の締付具で締め付け、調整するだけで、一端に基体や被処理体が装着される回転支持棒の軸心のぶれを少なくでき、しかも容易に回転支持棒の装着準備ができる。

さらに本発明の請求項４記載の発明は、請求項３記載の回転支持棒の保持方法において、前記被処理体は多孔質の光ファイバ母材であることを特徴とする。
このようにしてなる請求項４記載の回転支持棒の保持方法によれば、長尺の光ファイバ用の母材の熱処理を母材の長手方向に亘って均一に施すことがより確実に行える。それ故、長手方向に亘って品質の安定した母材を得ることができ、品質の優れた光ファイバを歩留まりよく製造することができる。

以上のように本発明によれば、一端に基体または被処理体が連結される回転支持棒の他端を回転機構に装着するに際して、この回転支持棒の軸心調整をより精度よく容易に行うことができ、しかも安価な回転支持棒の保持装置を提供できる。加えて、この回転支持棒の保持方法を提供することができる。

以下に図を用いて本発明の回転支持棒の保持装置、回転支持棒の保持方法の実施形態例を詳細に説明する。尚、以下では前述した図７〜図９と同じ部品には同じ符号を付し、細かな説明は省略する。
図１は本発明の回転支持棒の保持装置であって、回転支持棒２を回転機構３に装着した状態を示す一部概略側面図である。
図１に示すように本発明の回転支持棒の保持装置における大きな特徴は、図１において省略されている被処理体１、例えば、光ファイバ用の母材をその一端（図１では下端）に連結する回転支持棒２の他端（図１では上端）において、回転支持棒２は、その外面の周方向に略等間隔で縦添えされた長方形状の板状体１０を介して、回転機構３の回転支持棒２を保持する保持部に、締付具４で締め付けられて装着されている点にある。

因みに、この例では、長方形状で同形の３枚の板状体１０を回転支持棒２の外周面に角度１２０度の等間隔で縦添えし、これを回転機構３に、これも周方向に１２０度の等間隔で装着されている３本のボルトからなる締付具４で締め付けている。すなわち、板状体１０を介して回転支持棒２を締付具４で締め付け、回転機構３に固定している。
ここで縦添え、という意味は、板状体１０の長辺方向を回転支持棒２の軸方向に平行に添わせ、その内面が回転支持棒２の外面に接触するように配置せしめることをいう。

図１に示すように回転支持棒２の外面に長方形状の板状体１０を縦添えし、その状態で板状体１０の外面を回転機構３に装着してある締付具４で締め付け押圧するため、締付具４で押圧した力は、回転支持棒２の軸方向に対して板状体１０の長さに相当する長さ分に亘って作用し、その結果、板状体１０の長さに相当する分で回転支持棒２の軸心のぶれを規制する。

すなわち、回転支持棒２をその軸方向にあって多段で押圧し軸心のぶれを規制したことと同一の効果をもたらし、回転支持棒２の鉛直方向の角度のずれθを小さくできる。これを母材の例で説明すると、炉心管５の軸心と回転支持棒２の軸心の角度のずれθを小さくできるため、炉心管５の軸心と母材１の軸心角度のずれを従来に比して小さくできる。
しかも用いている部材は、従来のものに比して、単に３枚程度の板状体１０を追加したに過ぎないから加工も容易で、それ故低コストで入手できる利点もある。また用いている締付具４の本数も従来と同じであるから、特許文献１に開示されている発明よりも調整時間がより長く掛かるという恐れもない。

図２は板状体１０の平面図と側面図である。長さＬの板状体のほぼ中央には座ぐり部１１があり、この部分に締付具４、この例ではこの座ぐり部１１の中央にボルトの先端が位置決めされるようになっている。もちろん、ボルトで締め付け、押圧する位置は多少ずれても問題はないので、必ずしもこの座ぐり部１１を設ける必要はない。
ところで、この板状体１０の内面、すなわち、回転支持棒２の外面に接触する側の面には、回転支持棒２の外面により広く面接触できるように、回転支持棒２の半径Ｒと等しい曲率半径Ｒかそれよりも僅かに大きな曲率半径の曲面状溝１２が形成されている。もちろん、例えば、Ｌが大きく取れるような場合には、あえてこの曲面状溝１２を設ける必要はない。しかし、この曲面状溝１２があれば、回転支持棒２を回転機構３に装着する取り付け作業の際、この板状体１０を回転支持棒２に縦添えし易くなり、作業が容易になる上、より確実に回転支持棒２を把持できる利点がある。

図３は図１に示す締付具４の一例で、これはボルトである。但し、その先端部９を球面状に加工している。その理由は、このボルトで板状体１０を介して回転支持棒２を締め付け、かつ３本の締付具４の締め付け度合いを加減して回転支持棒２の軸心と炉心管５の軸心とが一致するように調整する場合、締付具４の先端が球面で、その回転度合いで締付具４の先端と板状体１０の接触面積が変化しない方が、板状体１０に板状体１０を回転させるような力がより負荷され難くなるからである。すなわち、より軸心調整作業がやり易くなる。もちろん、市販のボルトをそのまま締付具４として使うことができるのは言うまでもない。

図４は、回転支持棒２を回転機構３に装着した状態を示すもので、図１のＡ−Ａ断面図であり、図５は回転支持棒２を装着した状態を示す保持装置の装着部分の一部拡大側面図であって、図１を締付具４の正面から見た図である。
図４、図５に示すように、回転支持棒２は、図示されていない炉心管５の軸心と軸心が一致するように、回転機構３の保持部に保持されている。回転支持棒２は回転支持棒２の周方向に１２０度の等間隔で位置決めされている３本の締付具４で、やはり周方向に１２０度の等間隔で回転支持棒２の外面に縦添えされている３枚の板状体１０の外面をそれぞれ締め付け押圧している。
実際の軸心調整作業にあっては、回転支持棒２にダイヤルゲージをセットして、回転支持棒２を回転させその軸心のぶれを測定し、測定される軸心のぶれが所定の値以下となるように３本の締付具４をそれぞれ出し入れして締め付け量を調整して軸心を合わせる。

ところで、回転支持棒２の外面に縦添えされる板状体１０の長さＬが長ければ長いほど、回転支持棒２を回転させた場合も、その軸心のぶれを小さく抑えることができる。母材の例で説明すれば、炉心管５と回転支持棒２の軸心の角度のずれθが小さければ小さいほど、母材の軸心と炉心管の軸心のぶれも小さくできる。但し、あまり長くなると、板状体１０の回転支持棒２外面への縦添え作業がやり難くなる、有効なストロークが短くなるなどの問題が生じるので、板状体１０の長辺の長さＬをどのくらいにするかは、被処理体１や回転支持棒２の長さ、許容される軸心のぶれの量等を考慮して設計すればよい。
また、板状体１０の横幅（短辺方向の長さＷ）は、より確実に回転支持棒２を把持するという観点から曲面状溝１２が回転支持棒２の径方向の５０％以上において接触するように設定することが好ましく、さらに好ましくは曲面状溝１２が回転支持棒２の径方向の７０％以上において接触することが好ましい。
また、板状体１０の材質は特に限定されないが、例えば、金属製のものを用いることができ、軽量なアルミニウムが好適である。

また、前記実施形態例では、回転支持棒２の外周面に３枚の長方形状の板状体１０を縦添えしているが、３枚以上、例えば、４枚の板状体１０を９０度の等間隔で回転支持棒２の外周面の添わせてもよい。
さらに、回転支持棒２の一端に連結するものとして、母材のような被処理体１の例のみ示したが、本発明の回転支持棒の保持装置は、例えば、回転支持棒２の一端に円盤状の基体を連結し、この円盤状の基体表面に半導体用等の単結晶を成長させる装置にも適用できる。すなわち、本発明は回転支持棒２を回転させながら、かつこの回転支持棒２を軸方向に移動させる形態の装置であって、この回転支持棒２の軸心のぶれを極めて小さく抑えなければならない種々の装置に適用できる。

以下、本発明の回転支持棒の保持装置を用いて、光ファイバ母材のガラス化を行った例を記載する。
［実施例］
図１に示す本発明の回転支持棒の保持装置を用いて、光ファイバ母材のガラス化を行った。
回転支持棒２は、その外面の周方向に略等間隔で縦添えされた図２に示す長方形状の板状体１０を介して、回転機構３の回転支持棒２を保持する保持部に、図３に示す締付具４で締め付けて装着した。回転支持棒２はその長さが約４ｍであり、外径が約５０ｍｍである。また、板状体１０は長辺の長さＬが約１５０ｍｍ、短辺の長さＷが約３５ｍｍであり、回転支持棒２の半径Ｒとほぼ等しい曲率半径Ｒの曲面状溝１２が回転支持棒２と接触する面に形成されているものを用いた。
なお、回転支持棒２に母材１を連結せず、回転支持棒２の上下移動を行わずに一定位置で回転させた状態における炉心管５の軸心と回転支持棒２の軸心の角度のずれθがゼロになるように調整した。

［比較例］
従来方法、すなわち、先端面が水平の３本のボルトのみを用いて回転支持棒２を保持した以外は実施例と同様にして実施例と同サイズの光ファイバ母材のガラス化を行った。
なお、回転支持棒２に母材１を連結せず、回転支持棒２の上下移動を行わずに一定位置で回転させた状態における炉心管５の軸心と回転支持棒２の軸心の角度のずれθがゼロになるように調整した。

実施例、比較例にて製造された光ファイバ母材を線引きし、得られた光ファイバのコア偏心率を測定した。結果を図６に示す。図６において、横軸は光ファイバ母材の長手方向の位置を示し、右側がガラス化時の下端、左側がガラス化時の上端にあたる。
図６に示すように比較例ではガラス化時の下端側のコア偏心率が大きくなっているのに対し、実施例では長手方向に亘って安定して良好なコア偏心率であった。

以上説明したように本発明によれば、一端にその軸心が一致するように基体または被処理体が連結された回転支持棒の他端を回転機構に装着するに際して、この回転支持棒の軸心調整をより精度よく容易に行うことができ、しかも安価な回転支持棒の保持装置を提供し、加えて、この回転支持棒の保持方法を提供することができる。

本発明の回転支持棒の保持装置の一実施形態例であって、回転支持棒を回転機構に装着した状態を示す一部概略側面図である。 本発明の回転支持棒の保持装置における板状体の平面図と側面図である。 本発明の回転支持棒の保持装置における締付具の一例を示す側面図である。 本発明の回転支持棒の保持装置において回転支持棒を回転機構に装着した状態を示すもので、図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の回転支持棒の保持装置における回転支持棒の装着部分の一部拡大側面図である。 実施例と比較例により得られた光ファイバのコア偏心率を比較したグラフである。 多孔質の光ファイバ母材を加熱炉により熱処理する状態を示す概略側面図である。 図７における炉心管と回転支持棒の位置関係を上から見た平面図である。 図７において側面方向から炉心管の軸心と回転支持棒の軸心を見た状態を示す簡略図である。

符号の説明

１ 被処理体
２ 回転支持棒
３ 回転機構
４ 締付具
５ 炉心管
６ ヒーター
８ 加熱炉
９ 締付具の先端部
１０ 板状体
１１ 座ぐり部
１２ 曲面状溝

Claims (4)

1. 一端に基体または被処理体が連結される回転支持棒の他端を回転機構に装着する回転支持棒の保持装置において、
   該回転支持棒の保持装置は、
   前記回転支持棒の他端の外面周方向に亘って略等間隔で、かつその内面が回転支持棒の軸方向に亘って接触するように縦添えされる少なくとも３枚の長方形状の板状体と、
   前記回転機構に装着され、前記回転支持棒の中心方向に移動自在であり、かつ前記回転支持棒の外面に縦添えされた前記板状体の外面を締め付け押圧する締付具と、を有していることを特徴とする回転支持棒の保持装置。
2. 前記板状体は、その内面に前記回転支持棒の外面に面接触可能な曲面状溝を有していることを特徴とする請求項１記載の回転支持棒の保持装置。
3. 一端に基体または被処理体が連結される回転支持棒の他端に、該回転支持棒の周方向に亘って略等間隔で、しかもその内面が回転支持棒の軸方向に亘って接触するように少なくとも３枚の長方形状の板状体を縦添えし、しかる後これら板状体の外面を、前記回転機構に装着され前記回転支持棒の中心方向に移動自在な締付具で締め付け押圧し、前記回転支持棒を前記回転機構に装着することを特徴とする回転支持棒の保持方法。
4. 前記被処理体は多孔質の光ファイバ母材であることを特徴とする請求項３記載の回転支持棒の保持方法。

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