JP2016094305A - シール部材およびシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で被シール部の径変化に柔軟に対応できる光ファイバ用線引炉用シール部材およびシール構造を提供する。
【解決手段】所定の繊維により筒状のリングに形成され、被シール部と少なくとも一部が接触する外装材４１と、外装材４１の内部に充填され、外装材４１と被シール部との接触具合に応じて変形する充填材４２とを備え、高温雰囲気で使用するには、外装材４１はカーボン繊維であり、充填材４２はカーボンチョップ材である、シール部材４０およびシール構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、シール部材およびシール構造に関し、詳細には、リング状に形成された表面で被シール部をシールするシール部材およびシール構造に関する。

一般に装置内外で気密状態を維持する場合、シール構造が用いられる。例えば、光ファイバは、石英を主成分とする光ファイバ用ガラス母材（以下、ガラス母材という）を光ファイバ用線引炉（以下、線引炉という）の上端開口部から炉心管内に下降させながらその先端を加熱溶融し、このガラス母材の先端を細径化して下方から線引きすることにより製造される。このときの線引炉内の温度は、約２０００℃と非常に高温となるので、線引炉内の部品には、耐熱性に優れたカーボンが用いられている。

このカーボンは、高温の酸素含有雰囲気中で酸化して消耗する性質を有する。このため、線引炉内は、アルゴンガスやヘリウムガス等の希ガス、窒素ガス（以下、不活性ガス等という）の雰囲気に保つ必要がある。
この場合、線引炉内を陽圧にし、外気（酸素）が線引炉内に入り込むことを防いでいるが、例えば線引炉の上端開口部とガラス母材との隙間でうまく気密が取れていないと（シールされていないと）、外気を線引炉内に巻き込んで線引炉の寿命に影響を与え、また、不活性ガス等の使用量が多くなって光ファイバの製造コストを減らせなくなる。例えば、特許文献１には、線引炉の上端開口部とガラス母材との隙間を塞ぐためのシール構造が開示されている。

特開２０１１−２３０９７８号公報

ところで、ガラス母材（被シール部）が均一な外径であれば問題はないが、この母材径は大きく変動する場合がある。上記特許文献１に記載のシール構造では、線引炉の上端開口部とガラス母材との隙間が大きく変動した場合、線引炉内の不活性ガス等の流れが変わって光ファイバの外径変動を招く他、この隙間から外気を線引炉内に巻き込むという問題がある。
また、上記特許文献１のような複数のシール材などを用いずに、簡易な構造で被シール部の径変化に柔軟に対応できることが好ましい。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、簡易な構造で被シール部の径変化に柔軟に対応できるシール部材およびシール構造の提供を目的とする。

本発明の一態様に係るシール部材は、被シール部をシールするシール部材であって、所定の繊維により筒状のリングに形成され、前記被シール部と少なくとも一部が接触する外装材と、該外装材の内部に充填され、該外装材と前記被シール部との接触具合に応じて変形する充填材とを備える。

上記によれば、被シール部の径変化に柔軟に対応することができる。

本発明の一態様に係るシール部材を説明する図である。 本発明の第１実施形態によるシール装置の概略を説明する図である。 本発明の第２実施形態によるシール装置の概略を説明する図である。 本発明の第１，２実施形態に適用される光ファイバの製造装置の概略を説明する図である。 本発明の第３実施形態によるシール装置の概略を説明する図である。 本発明の第３実施形態に適用される光ファイバの製造装置の概略を説明する図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本発明の一態様に係るシール部材は、（１）被シール部をシールするシール部材であって、所定の繊維により筒状のリングに形成され、前記被シール部と少なくとも一部が接触する外装材と、該外装材の内部に充填され、該外装材と前記被シール部との接触具合に応じて変形する充填材とを備える。充填材が外装材と被シール部との接触具合に応じて変形するので、簡易な構造で被シール部の径変化に柔軟に対応することができる。
（２）前記外装材はカーボン繊維であり、前記充填材はカーボンチョップ材である。カーボンは耐熱性に優れるため、シール部材を高温雰囲気でも使用可能になる。

（３）前記シール部材を、光ファイバ用線引炉と光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐために用いる。外気を線引炉内に巻き込むことを抑制できるので、線引炉の長寿命化を図ることができる。また、線引炉に供給する不活性ガス等を増やさなくても、外気の巻き込みを抑制することができるので、不活性ガス等の使用量を抑えることができ、光ファイバの製造コストの低廉化を図ることができる。さらに、外気を巻き込まず、線引炉内の不活性ガス等の流れが変わらないので、光ファイバの外径変動を招かない。
（４）上記シール部材を前記筒状のリングの中心軸方向上下から押圧して保持する上部材および下部材を有したシール構造である。シール部材は内側および外側に拡がり、シール部材の内側あるいは外側に位置する被シール部の径変化に容易に対応できる。

（５）前記シール部材の外周に当接する外側部材を有したシール構造である。シール部材には常に内側に押し付ける力が作用し、シール部材の内側に位置する被シール部の径変化により細やかに追従できる。また、シール部材の軸心が被シール部の軸心に一致しやすくなる。
（６）前記シール部材の内周に当接する内側部材を有したシール構造である。シール部材には常に外側に押し付ける力が作用し、シール部材の外側に位置する被シール部の径変化により細やかに追従できる。また、シール部材の軸心が被シール部の軸心に一致しやすくなる。

［本発明の実施形態の詳細］
図により本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一態様に係るシール部材を説明する図であり、図１（Ａ）はシール部材の斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
図１（Ａ）に示すように、シール部材４０は、リング状に形成され、このリング状の内周面４０ａあるいは外周面４０ｂで後述の被シール部を封止（シール）可能に構成されている。なお、リング状の内周面や外周面の他、上面や下面でシールしてもよい。

シール部材４０は、チューブリング４１および充填材４２で形成されている。
チューブリング４１は、筒状体の両端をつないで環状に形成したものである。詳しくは、例えばカーボン繊維を編んで筒状（ホース状ともいう）に形成し、次いで、その内部に充填材４２を充填した後、筒状の両端を例えばカーボン糸で縫い合わせることにより、リング状に形成されている。なお、チューブリング４１が本発明の外装材に相当する。

充填材４２は、例えばカーボンチョップ材であり、長さ５ｍｍ程度以上、太さ１０μｍ程度以上の繊維で構成され、図１（Ｂ）に示すように、チューブリング４１の内部に充填されている。チューブリング４１内における充填材４２の繊維方向はランダムである。また、充填材４２は、例えば、０．０６ｇ／ｃｍ³から０．４４ｇ／ｃｍ³程度の密度とすることが好ましく、チューブリング４１の織り目が広がり過ぎない程度に充填される。

チューブリング４１の少なくとも一部と後述の被シール部とが接触した場合、充填材４２が変形するので、簡易な構造で被シール部の径変化に柔軟に対応することができる。

また、上記のようにチューブリング４１および充填材４２をカーボン製にすれば、耐熱性に優れるため、シール部材を高温雰囲気でも使用可能になる。
なお、後述の被シール部をシールできるのであれば、充填材は、カーボン製のビーズ、若しくはガラスウールなどであってもよい。また、チューブリングを構成するカーボン繊維は、充填材４２が外部にはみ出ない限り、編目の大きさも任意に設定できる。

図２は、本発明の第１実施形態によるシール装置の概略を説明する図である。
図２に示すように、シール装置１９は、シール部材４０を筒状のリングの中心軸方向上下から押圧して保持する上部材３１および下部材３２を有し、例えば上部材３１が下部材３２に対して上下方向に移動可能に構成されている。
上部材３１や下部材３２はいずれも中央部分に貫通孔３１ａ，３２ａを有しており、後述の被シール部は、上部材３１の上方から貫通孔３１ａに挿入され、貫通孔３２ａから表出して下部材３２の下方に向けて進む。

上部材３１や下部材３２でシール部材４０を押圧すると、シール部材４０は内側および外側に拡がり、シール部材４０の内周面４０ａが被シール部の外面と接触する。
詳しくは、被シール部の径変化がある場合、充填材４２が被シール部の径変化に応じて変形し、内周面４０ａと被シール部の外面とは、被シール部の径変化箇所の周辺でも擦れ合う。

図３は、本発明の第２実施形態によるシール装置の概略を説明する図である。
図３に示すシール装置１９は、上部材３１および下部材３２の他、外側部材３３を有し、外側部材３３がシール部材４０の外周面４０ｂに当接し、シール部材４０の外側方向への移動を規制している。
よって、上部材３１や下部材３２でシール部材４０を押圧すると、シール部材４０は内側にだけ拡がり、シール部材４０の内周面４０ａが被シール部の外面と接触する。そして、被シール部の径変化がある場合、図１（Ｂ）で説明した充填材４２が被シール部の径変化に応じて変形する。

また、外側部材３３を有したシール装置１９によれば、外側部材３３の軸心と被シール部の軸心とが一致することにより、シール部材４０の軸心が被シール部の軸心に一致しやすくなる。
なお、図３に示すように、シール装置１９には、上部材３１の上方に不活性ガス等のガス導入口３５やガス通路３５ａを設けてもよい。ガス導入口３５からの不活性ガス等は上部材３１よりも上方で放出されており、外気をシール装置１９の下方に巻き込むのを防止できる。

図４は、本発明の第１，２実施形態が適用される光ファイバの製造装置の概略を説明する図である。なお、以下はヒータにより炉心管を加熱する抵抗炉を用いた光ファイバの線引炉を例に説明するが、本発明は、延伸炉などの加熱炉にも適用可能であり、抵抗炉以外の、例えば誘導炉などの加熱方法にも適用可能である。
線引炉１０は炉筐体１８を備え、円筒状の炉心管１５が炉筐体１８の中央部に設けられている。炉心管１５はカーボン製で、この炉心管１５内には、ガラス母材１１が、上端開口部２０ａから、シール装置１９により炉内気密を確保するシール位置でシールされつつ、挿入されている。なお、ガラス母材１１は本発明の被シール部に相当する。

炉筐体１８内には、ヒータ１６が炉心管１５を囲むように配され、断熱材１７がヒータ１６の外側を覆うように収納される。ヒータ１６は、炉心管１５の内部に挿入されたガラス母材１１を加熱溶融し、溶融した光ファイバ１２を炉筐体１８の下方から垂下させる。また、線引炉１０には、図示しない不活性ガス等の供給機構を設けており、不活性ガス等を線引炉内に供給する。
ガラス母材１１は、ダミー棒１３に連結する連結部分１４にて溶着、若しくは、連結部材を介して接続一体化される。ガラス母材１１は、移動機構（図示省略）により線引方向（図４の上下方向）に移動可能である。

そして、図２，３で説明したシール装置１９を線引炉１０の上端開口部２０ａの近傍に設ければ、シール部材４０がガラス母材１１に対して摺動し、シール部材４０がガラス母材１１の外径に追従して変形することから、上端開口部２０ａとガラス母材１１の外面との間の隙間を塞ぐことができる。これにより、外気を線引炉１０内に巻き込むことを抑制できるので、線引炉の長寿命化を図ることができる。また、線引炉に供給する不活性ガス等を増やさなくても、外気の巻き込みを抑制することができるので、不活性ガス等の使用量を抑えることができ、光ファイバの製造コストの低廉化を図ることができる。さらに、外気を巻き込まず、線引炉内の不活性ガス等の流れが変わらないので、光ファイバの外径変動を招かない。

特に、図３で説明したシール装置１９を上端開口部２０ａの近傍に設ければ、シール部材４０には常に内側に押し付ける力が作用する。よって、外径変動のあるガラス母材がシール装置１９内を通過してもシール性は劣化しない。

図５は、本発明の第３実施形態によるシール装置の概略を説明する図である。
図５に示すシール装置１９は、上部材３１および下部材３２の他、内側部材３４を有し、内側部材３４がシール部材４０の内周面４０ａに当接し、シール部材４０の内側への移動を規制している。
このシール装置１９では、上部材３１や下部材３２でシール部材４０を押圧すると、シール部材４０は外側にだけ拡がり、シール部材４０の外周面４０ｂが被シール部の内面と接触する。そして、被シール部の径変化がある場合、図１（Ｂ）で説明した充填材４２が被シール部の径変化に応じて変形する。

また、内側部材３４を有したシール装置１９によれば、内側部材３４の軸心と被シール部の軸心とが一致することにより、シール部材４０の軸心が被シール部の軸心に一致しやすくなる。

図６は、本発明の第３実施形態が適用される光ファイバの製造装置の概略を説明する図である。線引炉１０は炉筐体１８や上部チャンバ２０などを備え、円筒状の炉心管１５が炉筐体１８の中央部に設けられている。炉心管１５はカーボン製で、この炉心管１５内には、ガラス母材１１が上端開口部２０ａから上部チャンバ２０を介して挿入される。なお、上部チャンバ２０は本発明の被シール部に相当する。

炉筐体１８内には、ヒータ１６が炉心管１５を囲むように配され、断熱材１７がヒータ１６の外側を覆うように収納される。ヒータ１６は、炉心管１５の内部に挿入されたガラス母材１１を加熱溶融し、溶融した光ファイバ１２を炉筐体１８の下方から垂下させる。なお、上部チャンバ２０には、ガス導入路２２が設けられており、ガス供給部２３で調整された不活性ガス等が線引炉内に送り込まれている。

ガラス母材１１は、直胴部１１ａの上端部分に縮径部１１ｂを有しており、この縮径部１１ｂの上端に位置する連結部分１４でダミー棒１３が連結されている。ガラス母材１１は、移動機構（図示省略）により線引方向（図６の上下方向）に移動可能である。
そして、図５で説明したシール装置１９を縮径部１１ｂに設ければ、炉内気密を確保するシール位置でシール部材４０が上部チャンバ２０に対して摺動し、シール部材４０が上部チャンバ２０の内径に追従して変形することから、ガラス母材１１と上部チャンバ２０の内面との間の隙間を塞ぐことができる。これにより、外気を線引炉１０内に巻き込むことを抑制できるので、線引炉の長寿命化を図ることができる。また、不活性ガス等の使用量を抑えることができ、光ファイバの製造コストの低廉化を図ることができる。さらに、外気を巻き込まず、線引炉内の不活性ガス等の流れが変わらないので、光ファイバの外径変動を招かない。

また、シール部材４０には常に外側に押し付ける力が作用する。よって、シール装置１９が内径変動のある上部チャンバ２０内を通過しても、シール性は劣化しない。
なお、図５，６に示したシール部材４０は、上部チャンバ２０の内面に接触するように、図１で説明したシール部材よりも小さく形成されている。
なお、図６に示すように、シール装置１９には、図５で説明した上部材３１の上方に不活性ガス等のガス通路３５ａを設けてもよい。このガス通路３５ａにはガス導入路２２ａが設けられ、ガス供給部２３ａで調整された不活性ガス等が送り込まれている。ガス通路３５ａ内の不活性ガス等は上部材３１よりも上方で放出されており、外気をシール装置１９の下方に巻き込むのを防止できる。

次に、実施例について説明する。
図１で説明したシール部材４０を図４で示した線引炉１０の上端開口部２０ａに設置し、シール部材４０を上方から押圧して陽圧とした線引炉１０内の圧力を測定し、シール性能を評価した。
断面の短軸の長さが初期状態（４０ｍｍ程度）の場合、線引炉１０内の圧力は２０Ｐａであったのに対し、短軸の長さを１９ｍｍ程度になるまでつぶしたところ、シール部材４０の密度は初期状態の４倍程度（０．２４ｇ／ｃｍ³）になって、線引炉１０内の圧力が２３．１Ｐａまで上昇した。この圧力値は、線引炉１０の開口に蓋（図示省略）を設置して完全気密を実施した場合の圧力（２３．６Ｐａ）とほぼ同等であり、外気が線引炉内に入り込むのを防げる程度に、線引炉内を陽圧にできる値であった。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…線引炉、１１…光ファイバ用ガラス母材、１１ａ…直胴部、１１ｂ…縮径部、１２…光ファイバ、１３…ダミー棒、１４…連結部分、１５…炉心管、１６…ヒータ、１７…断熱材、１８…炉筐体、１９…シール装置、２０…上部チャンバ、２０ａ…上端開口部、２２，２２ａ…ガス導入路、２３，２３ａ…ガス供給部、３１…上部材、３２…下部材、３１ａ，３２ａ…貫通孔、３３…外側部材、３４…内側部材、３５…ガス導入口、３５ａ…ガス通路、４０…シール部材、４０ａ…内周面、４０ｂ…外周面、４１…チューブリング、４２…充填材。

Claims (6)

1. 被シール部をシールするシール部材であって、
   所定の繊維により筒状のリングに形成され、前記被シール部と少なくとも一部が接触する外装材と、
   該外装材の内部に充填され、該外装材と前記被シール部との接触具合に応じて変形する充填材とを備える、シール部材。
2. 前記外装材はカーボン繊維であり、前記充填材はカーボンチョップ材である、請求項１に記載のシール部材。
3. 前記シール部材を、光ファイバ用線引炉と光ファイバ用ガラス母材との間の隙間を塞ぐために用いる、請求項１または２に記載のシール部材。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール部材を前記筒状のリングの中心軸方向上下から押圧して保持する上部材および下部材を有した、シール構造。
5. 前記シール部材の外周に当接する外側部材を有した、請求項４に記載のシール構造。
6. 前記シール部材の内周に当接する内側部材を有した、請求項４に記載のシール構造。
   

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