JP2011256075A - 光ファイバ多孔質母材焼結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリフォームを焼結、透明化したのちに、加熱炉から焼結された光ファイバ母材を引き上げて静止状態でこれを冷却する途中において、支持棒に振動が伝わっても、支持棒の振動を抑制し、支持棒が破損しないようにする。
【解決手段】光ファイバ多孔質母材を焼結して透明化する加熱炉と、光ファイバ多孔質母材を吊り下げて支持する支持棒５と、この支持棒の基端部を回転可能に把持するチャック４と、このチャックを上下方向に往復移動可能とするトラバーサ２を有する光ファイバ多孔質母材の焼結装置において、
焼結終了後の光ファイバ母材が加熱炉の上方に引き上げられた際に、前記支持棒の中間部分を把持する支持棒把持部２０を備えた光ファイバ多孔質母材焼結装置である。
【選択図】図１

Description

この発明は、光ファイバ多孔質母材を焼結して透明化し、光ファイバ母材とするための焼結装置に関する。

光ファイバ母材の製造は、まずＶＡＤ法などによってガラス微粒子（スート）が堆積してなる光ファイバ多孔質母材（以下、プリフォームと言う）を作成し、ついでこれを焼結装置において焼結して透明ガラス化する方法によって行われている。

図４は、このようなプリフォームを焼結するための焼結装置の要部を示したもので、焼結前および焼結後の状態を描いている。
図中符号１は鉛直方向に立設された高さ約１０〜２０ｍの支柱を示す。この支柱１にはこの支柱１に沿って上下方向に往復移動するトラバーサ２が取り付けられている。このトラバーサ２には水平方向に延びるアーム３の基端部が固定されている。アーム３の先端部にはチャック４が取り付けられている。このチャック４には支持棒５が取り付けられており、チャック４内に内蔵された回転駆動機構により、支持棒５をその軸廻りに回転させるようになっている。

支持棒５は、石英からなる外径約５０〜６０ｍｍ程度、長さ約２．５〜３ｍ程度の丸棒状のもので、その上部でチャック４に取り付けられている。支持棒５の下端部は、接続チャック６を介してプリフォーム７の出発母材８に接続されている。
プリフォーム７は、前述のようにＶＡＤ法など化学気相堆積法によって出発母材８上にガラス微粒子を堆積してなるもので、近時光ファイバ母材の大型化によりプリフォーム７自体も大型となり、外径約２００〜３００ｍｍ、長さ約２〜３ｍ、重さ約１００ｋｇ程度となっている。
符号９は、加熱炉の炉心管を示し、この炉心管９の外側にはこれを包囲するようにヒータ１０が配され、炉心管９内を加熱するようになっている。

プリフォーム７の焼結は、初めにプリフォーム７の出発母材８を接続チャック６を介して支持棒５に接続してプリフォーム７を焼結装置に取り付ける。ついで、チャック４の回転駆動機構を動作させて支持棒５をその軸廻りに回転させつつトラバーサ２を下方に徐々に移動させ、プリフォーム７を徐々に炉心管９内に送り込み、ヒータ１０により加熱することによって行われる。

プリフォーム７全体の焼結が終了しその体積が収縮して、透明ガラス化された光ファイバ母材１１となったならば、トラバーサ２を上方に移動させて焼結後の光ファイバ母材１１を炉心管９から取り出し、チャック４に吊した状態で固定し、そのまま放置して光ファイバ母材１１を冷却する。

ところで、このような焼結作業終了後の状態において、何らかの原因で焼結装置の支柱１に振動が加わると、この振動はトラバーサ２およびアームを介してチャック４に伝播される。チャック４が振動すると、これに吊り下げられている支持棒５の上部に曲げモーメントが作用する。支持棒５は石英製であるので脆く、曲げモーメントが大きくなると、支持棒５が破損するおそれがある。

一方、焼結された光ファイバ母材１１が何らかの原因で振動すると、重い光ファイバ母材１１が振動することになって、支持棒５の上端部に同様に大きな曲げモーメントが作用し、支持棒５が破損するおそれがある。

特開２０００−２８１３７７号公報には、プリフォームを焼結、透明化する工程で、支持棒の振動を抑制するために、一対のガイドローラで支持棒を挟み込む方法が開示されている。
しかし、このものは回転中の支持棒を挟み込むために、把持力が必然的低く十分な振動抑制効果が得られない。
特開２００３−３４２０３５号公報には、プリフォームの支持棒をその上部の固定端でシリコーンゴムなどの弾性部材を介してチャックに固定支持することで、プリフォームの振動を抑えることが開示されている。
しかし、このものでは支持棒の固定端での固定であるので、やはり振動抑制効果は十分ではない。

特開２０００−２８１３７７号公報 特開２００３−３４２０３５号公報

よって、本発明における課題は、プリフォームを焼結、透明化したのちに、加熱炉から焼結された光ファイバ母材を引き上げて静止状態でこれを冷却する途中において、支持棒に振動が伝わっても、支持棒の振動を抑制し、支持棒が破損しないようにすることにある。

かかる課題を解決するために、
請求項１にかかる発明は、光ファイバ多孔質母材を焼結して透明化する加熱炉と、光ファイバ多孔質母材を吊り下げて支持する支持棒と、この支持棒の基端部を回転可能に把持するチャックと、このチャックを上下方向に往復移動可能とするトラバーサを有する光ファイバ多孔質母材の焼結装置において、
焼結終了後の光ファイバ母材が加熱炉の上方に引き上げられた際に、前記支持棒の中間部分を把持する支持棒把持部を備えたことを特徴とする光ファイバ多孔質母材焼結装置である。

請求項２にかかる発明は、前記支持棒把持部が、前記支持棒の両側方からこれを把持する固定部を有し、この固定部は、支持棒に接触する一対の把持パッドと、これら把持パッドを前進後退させて開閉する開閉駆動部を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ多孔質母材焼結装置である。
請求項３にかかる発明は、さらに、焼結終了後に加熱炉から引き上げられた状態の支持棒を冷却する冷却部を有することを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ多孔質母材焼結装置である。

この発明によれば、焼結終了後に加熱炉から引き上げられた静止状態の支持棒の中間部分を支持棒把持部によって把持することができ、支持棒に振動が加わっても、支持棒が振動して破損することがない。
また、加熱炉から引き上げられた支持棒を冷却部によって積極的に冷却すれば、支持棒の温度を急速に降下させることができ、支持棒把持部の把持パッドを構成する材料として耐熱性は低いものの支持棒に対して密着性が高い合成ゴム、合成樹脂を用いることができ、把持効果を高めることができる。

本発明の焼結装置の一例の要部を示す概略構成図である。 本発明の焼結装置における固定部の一例を示す概略構成図である。 本発明の焼結装置における固定部の他の例を示す概略構成図である。 従来の焼結装置の要部を示す概略構成図である。

図１は、この発明の焼結装置の一例の要部を示すもので、図４に示した装置と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
この例では、支持棒把持部２０が支柱１に取り付けられている。支持棒把持部２０の取付位置は、前記トラバーサ２の取付位置よりも下側に取り付けられ、支持棒５のほぼ中間部分を把持できるようになっている。この支持把持部２０は、支柱１に貫通して取り付けられ、必要に応じて支柱１の上下方向に移動可能とされた円柱状の基部２１と、この基部２１から水平方向に延びる支持アーム２２と、この支持アーム２２の先端に取り付けられた固定部２３とから概略構成されている。

前記固定部２３は、図２に示すように、一対の開閉板２４、２４と、これら開閉板２４、２４を互いに接近もしくは離間させて開閉する開閉駆動部２５と、一対の開閉板２４、２４の互いに対峙する側面に貼着された一対の把持パッド２６、２６とから構成されている。前記開閉駆動部２５は前記支持アーム２２の先端に取り付けられている。把持パッド２６の表面は前記支持棒５の外周形状に添うように円弧状に凹んでいる。開閉駆動部２５には、油圧シリンダ、空気圧シリンダまたはラック・ピニオン機構などの機械的手段によって開閉する手段を用いることができる。

固定部２３は、このような構成により、開閉駆動部２５を動作させることで、一対の開閉板２４、２４および一対の把持パッド２６、２６が開閉動作を行い、一対の把持パッド２６、２６によって支持棒５を把持あるいは開放するようになっている。
また、支持棒固定部２０は、必要に応じて支柱１に沿って上下動することができる。

次に、この例の焼結装置の動作について説明する。
焼結作業開始にあたって、支持棒把持部２０の一対の把持パッド２６、２６を離間させて開いた状態とし、図２に示すように一対の把持パッド２６、２６の間に支持棒５が位置するように、支持棒把持部２０の位置を定める。支持棒把持部２０の上下方向の位置は、一対の把持パッド２６、２６が支持棒５の長さ方向のほぼ中間位置になるように決められるが、適宜その位置を変えてもよい。
焼結作業中は一対の把持パッド２６、２６が支持棒５から離れた状態とする。

焼結終了後に支持棒５の回転を停止し、トラバーサ２を上方向に移動させてガラス母材１１が炉心管９の上部に位置したところでトラバーサ２を停止させ、この状態で支持棒５を外気によって冷却する。
支持棒５の温度が３００℃以下まで冷却された後に、支持棒把持部２０の開閉駆動部２５を動作させ、一対の把持パッド２６、２６を接近させ、一対の把持パッド２６、２６で支持棒５は把持し、固定する。

この時は焼結が終了しているので、支持棒５の回転および上下動がなく支持棒５の回転および上下動を考慮する必要が無いため、把持パッド２６、２６の押圧力を自由に設定でき、支持棒５が破損しない程度の押圧力で支持棒５を把持できる。
このため、ガラス母材１１の冷却中に大きな振動が加えられても支持棒５の振れを防止することができる。把持パッド２６、２６の押圧力の調整は、支持棒５にかかる押圧力を測定しながら制御してもよく、またはあらかじめ決まった値の押圧力を設定する方法でもよい。

また、トラバーサ２と同一の支柱１に支持棒把持部２０が取り付けられているので、振動が起こった場合でも装置自体とガラス母材１１が同期して振動するため、支持棒把持部２０と支持棒５を吊り下げているチャック４との振動の差によって支持棒５が破損することを防止できる。
さらに、把持パッド２６、２６の形状としては、図２に示すように、支持棒５の外周の半分以上を覆うような円弧状の凹状となっているので、支持棒５と把持パッド２６、２６とが十分な接触面積で接し、支持棒５を強力に把持することが可能となる。

図３は、把持パッド２６、２６の支持棒５に接する表面の形状の他の例を示すものである。この例では、その形状がＶ字状の凹部となっている。このものでは、支持棒５との接触面積が先の例のものよりも小さくなるが、支持棒５の外径が一定しないような場合でも把持できる点で有効である。
また、支持棒５との接触面積を大きくするには把持パッド２６、２６が緩衝作用を持っていることが望ましい。把持パッド２６、２６の材質にステンレス鋼などの金属を用いると、耐熱性には優れるが緩衝作用は小さく、支持棒５の外径が多少変化しただけでも支持棒５と把持パッド２６、２６の接触面積が小さくなってしまい、さらには支持棒５側面に接触している一点に応力が集中し、支持棒５が破損してしまう原因となる。
把持パッド２６、２６に金属を用いて緩衝作用を持たせるためには開閉板２４、２４と金属製の把持パッド２６、２６の間にバネを入れることにより緩衝作用を持たせることができるが、固定部２３の構造が複雑となりその重量が重くなる欠点がある。

また、把持パッド２６、２６に合成ゴムや合成樹脂を用いることで容易に緩衝作用を持たせることができるが、合成ゴムや合成樹脂は融点が低いため、支持棒５が高温状態であると把持パッド２６、２６が融解して、把持パッド２６、２６の成分が支持棒５に付着し、光ファイバの特性に悪影響を及ぼす。このため、焼結後に炉心管９外部に出ている支持棒５を外気によって冷却する必要がある。
また、支持棒５を冷却し、把持パッド２６、２６を構成する材質の融点以下まで冷却することで、支持棒５が高温のときは使用できなかった合成ゴムや合成樹脂等を把持パッド２６、２６に用いることができるようになる。このため、支持棒５に空気などの気体を吹き付けて積極的に冷却する送風ファンなどの冷却部（図示略）を設けておくことが好ましい。

このように、炉心管９から引き上げられた支持棒５を積極的に冷却することで、支持棒５の温度は速やかに２００℃以下となり、把持パッド２６、２６を構成する材料として摩擦力の大きい合成ゴムや合成樹脂を選択することが可能となる。
例えば、クロロプレンゴム、熱可塑性エラストマーなどの耐熱性は低いが摩擦力の大きい合成ゴムや合成樹脂を用いることで、支持棒５と把持パッド２６、２６との間の摩擦力が上昇し、支持棒５を把持する効果がより高まり好適である。さらに把持パッド２６、２６の材料に高熱伝導性シリコーンゴムを用いると把持パッド２６、２６からの放熱が高くなり、支持棒５の冷却時間を短縮することができる。

２・・トラバーサ、４・・チャック、５・・支持棒、７・・プリフォーム、９・・炉心管、１１・・光ファイバ母材、２０・・支持棒把持部、２３・・固定部、２５・・開閉駆動部、２６・・把持パッド

Claims (3)

1. 光ファイバ多孔質母材を焼結して透明化する加熱炉と、光ファイバ多孔質母材を吊り下げて支持する支持棒と、この支持棒の基端部を回転可能に把持するチャックと、このチャックを上下方向に往復移動可能とするトラバーサを有する光ファイバ多孔質母材の焼結装置において、
   焼結終了後の光ファイバ母材が加熱炉の上方に引き上げられた際に、前記支持棒の中間部分を把持する支持棒把持部を備えたことを特徴とする光ファイバ多孔質母材焼結装置。
2. 前記支持棒把持部が、前記支持棒の両側方からこれを把持する固定部を有し、この固定部は、支持棒に接触する一対の把持パッドと、これら把持パッドを前進後退させて開閉する開閉駆動部を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ多孔質母材焼結装置。
3. さらに、焼結終了後に加熱炉から引き上げられた状態の支持棒を冷却する冷却部を有することを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ多孔質母材焼結装置。

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