(57)【要約】【課題】  石英ガラス製炉心管を構成する上下段炉心管の下端面と上端面間に形成される隙間を極限的に抑制するとともに、下段炉心管の上に上段炉心管を垂直に積み重ねるとき、上段炉心管の入口部と、その入口部を貫通する被熱処理部材との間に形成される隙間が所定以上に拡大するのを抑制する。【解決手段】  石英ガラス製炉心管２を構成する上下段炉心管２１、２２の下端面２３ａと上端面２４ａとの間に石英ガラスリング３１を介在させる。石英ガラスリングは、その表面３２が仮想球面Ｂの一部分を構成して、その表面に接合する上段炉心管の上部フランジ２３の下端面２３ａも前記表面に摺接可能な球面形状をしている。下段炉心管の上に上段炉心管を垂直に積み重ねて１本の石英ガラス製炉心管にするとき、上段炉心管の下部を変移させて、上段炉心管の軸心と下段炉心管の軸心を一致させる。【選択図】  図５。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスリング（３１）からなる石英ガラス製炉心管の接合部材。
【請求項２】
前記石英ガラスリング（３１）を構成する表裏面（３２、３３）のうち、少なくとも一つの面が仮想球面（Ｂ）の一部分を構成している請求項１記載の石英ガラス製炉心管の接合部材。
【請求項３】
石英ガラス製炉心管（２）を構成する上下段炉心管（２１、２２）の下端面（２３ａ）と上端面（２４ａ）との間に石英ガラスリング（３１）を介在させたことを特徴とする石英ガラス製炉心管の接合構造。
【請求項４】
前記下端面（２３ａ）及び石英ガラスリング（３１）の表面（３２）が仮想球面（Ｂ）の一部分を構成している請求項３記載の石英ガラス製炉心管の接合構造。
【請求項５】
前記下端面（２３ａ）及び上端面（２４ａ）並びに石英ガラスリング（３１）の表裏面（３２、３３）が仮想球面（Ｂ）の一部分を構成している請求項３記載の石英ガラス製炉心管の接合構造。
【請求項６】
石英ガラス製炉心管（２）を構成する上下段炉心管（２１、２２）の下端面（２３ａ）及び上端面（２４ａ）との間に石英ガラスリング（３１）を介在させるに先立って、予め前記下端面（２３ａ）及び上端面（２４ａ）のそれぞれと石英ガラスリングの表裏面（３２、３３）とを擦り合わせをしておく特徴とする石英ガラス製炉心管の接合方法。
【請求項７】
前記石英ガラス製炉心管（２）を構成する上下段炉心管（２１、２２）を回転させ、それらの下端面（２３ａ）及び上端面（２４ａ）に、上下段炉心管の回転速度と異なる速度で相対的に回転する石英ガラスリング（３１）の表裏面（３２、３３）と接触させることを特徴とする請求項６記載の石英ガラス製炉心管の接合方法。
【請求項８】
石英ガラスリング（３１）の回転速度がゼロである請求項７記載の石英ガラス製炉心管の接合方法。
【請求項９】
少なくとも前記下端面（２３ａ）及び石英ガラスリング（３１）の表面（３２）が仮想球面（Ｂ）の一部分を構成している請求項６叉は請求項７のいずれかに記載の石英ガラス製炉心管の接合方法。
【請求項１０】
垂直に設置されている下段炉心管（２２）の上に上段炉心管（２１）を垂直に積み重ねて１本の石英ガラス製炉心管（２）を組み立てる際、次の操作ステップを採用することを特徴とする石英ガラス製炉心管の組立て方法；
（イ）  前記下段炉心管を縦に設置して、その軸心（Ｃ１）を垂直に設置するステップ
（ロ）  石英ガラスリングからなり、その表面（３２）が仮想球面（Ｂ）の一部分を構成する接合部材（３１）を前記下段炉心管に上に設置するステップ
（ハ）  前記接合部材の上に上段炉心管を設置するステップ
（ニ）  前記上段炉心管の軸心（Ｃ２）が垂直であるか否かを把握するステップ
（ホ）  前記軸心が垂直でないとき、上段炉心管の下部を変移させて、その上段フランジ（２３）の下端面（２３ａ）を前記接合部材の表面（３２）上を摺動させて、上段炉心管の軸心を下段炉心管の軸心に一致させるステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光ファイバ用母材の製造方法等に使用される石英ガラス製炉心管、特にそれを構成する上下段炉心管の接合部材、接合構造並びに接合方法及び組立て方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来から、図１０に示すように、光ファイバ用母材１を石英ガラス製炉心管２に入れて、加熱手段３により不活性ガスの雰囲気下で高温熱処理する方法（公知技術１）は公知である（特開２００３−２４６６４０号公報）。そして、この公知技術１においては、前記石英ガラス製炉心管２として、外部から不純物が入り込むのを極力抑制するために、上下２段に分割された上下段炉心管２１、２２を使用するとともに、上段炉心管２１の入口部５を極力小さくすることにより、外気と石英ガラス製炉心管２の内部空間との導通空間を小さくしている。【０００３】  一方、上下炉心管２１、２２を使用すると、必然的にそれらとの間に接続部材である上下部フランジ部２３、２４が存在するので、上部フランジ部２３の下端面と下部フランジ部２４の上端面間の気密性が問題になる。なぜならば、上下段炉心管２１、２２は石英ガラスからできていため、上下段炉心管２１、２２の上下部フランジ部２３、２４にボルトとナットとの組み合わせのような堅締手段を使用できず、そのため前記上部フランジ２３の下端面と下部フランジ２４の上端面間を気密するには限度あるからである。【０００４】  そこで、この問題を解決すために、特開２００２−１３７９３２号公報発明（公知技術２）は、図１１に示すように、前記上下フランジ２３、２４を環状の上下部押圧部材２５、２６で挟み、さらにそれらを上下部堅締部材２７、２８及びボルト２９とナット３０で締め付けることにより、前記上下フランジ２３、２４を前記ボルト２９とナット３０により間接的に堅締するという手段を提案している。【０００５】  しかしながら、この手段を採用しても、前記上部フランジ２３の下端面と下部フランジ２４の上端面間の気密性は十分でないので、前記公知技術２は、前記上下部フランジ２３、２４と上下部押圧部材２５、２６間に所定の空間Ｓを設け、その空間Ｓに石英ガラス製炉心管２内から気体を漏洩させながら、その圧力を所定の圧力を制御することにより、石英ガラス製炉心管２内に外気が侵入しないようにしている。言い換えれば、この公知技術２は、上下部フランジ２３、２４間の気密を完全にできないという事実を容認した上で、前記上部フランジ２３の下端面と下部フランジ２４の上端面間に外気が侵入するのを防止していると言える。
【特許文献１】  特開２００３−２４６６４０号公報
【特許文献２】  特開２００２−１３７９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、前記公知技術２において下部フランジ２３、２４は固体面同士の当接であるため、それらの間の隙間を小さくしない限り、前記隙間からの気体の流出量を所定以下に低くすることができず、そのため、前記流出量を抑制しないと、その流出量に相応して前記空間Ｓの圧力制御には困難性を伴う。【０００７】  そこで、本発明者は、前記上部フランジ２３の下端面と下部フランジ２４の上端面間の隙間を極限的に抑制できる方法を確立すべく、鋭意、検討した結果、特定の接合部材を使用すればよいという事実を見出し、本発明を完成した。【０００８】  しかしながら、前記上下段炉心管２１、２２は、その直径に比較して長さが非常に大きいため、軸心が垂直になるように設置した下段炉心管２２の上に上段炉心管２１を積み上げて１本の石英ガラス製炉心管２として組み立ててみると、上段炉心管２１の軸心を下段炉心管２２の軸心と一致させることは困難で、上段炉心管２１が下段炉心管２２に対して僅かに傾斜して設置されるという事実が判明した。もし、上段炉心管２１が傾斜して設置されると、石英ガラス製炉心管２の中に挿入して垂直に垂下した状態で回転させている光ファイバ用母材１のシード部４と上段炉心管２１の入口部５の気密機構との間の気密性が損なわれる。従って、公知技術１及び公知技術２において、光ファイバ用母材１のシード部４と、上段炉心管２１における入口部５の気密機構との間の気密性も同時に解決する必要がある。【０００９】  そこで、本発明者は、上記接合部材を使用した場合において上段炉心管の入口部における気密性を向上させ得る方法を確立すべく、鋭意、研究した結果、前記接合部材を特定の形状にして、その接合部材を上下段炉心管２１、２２の上下フランジ２３、２４間に介在させてから、上段炉心管２１の下端部を特定の状態に変位させてその設置位置を修正すればよいという事実を見出し、本発明を完成した。【００１０】  従って、本発明の第一の課題は、石英ガラス製炉心管を構成する上下段炉心管の上下部フランジにおいて、それらの下端面と上端面間に形成される隙間を極限的に抑制する手段を提供することにあり、第二の課題は、前記下段炉心管に垂直に積み重ねられる上段炉心管の入口部において、その入口部と光ファイバ用母材のシード部のような被熱処理物との間に形成される隙間が所定以上に拡大するのを抑制する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は前記の第一課題を解決するために、石英ガラス製炉心管を構成する上下段炉心管を接合する部材として、石英ガラス製のリング部材を採用する。そして、その石英ガラスリングを上段炉心管の上部フランジの下端面と下段炉心管の下部フランジの下端面上端面間に介在させて、上下段炉心管の接合構造を形成する。この手段を採用することにより、石英ガラスリングは、上下段炉心管に一体的に固定された上下部フランジよりも変形し易いため、破壊しない限度で上下段炉心管の上下部フランジ間に介在させたとき、それらの下端面及び上端面に密着する。【００１２】  この態様において、石英ガラスリングの表裏面と上下段炉心管の上部フランジの下端面及び下段炉心管の下部フランジの上端面が、面接触乃至は周方向の線接触をするように、予め石英ガラスリングの表裏面とそれらの面と当接する上下部フランジの下端面及び上端面とを擦り合わせるという手段を採用する。この手段として、回転する上下段炉心管の上下フランジ面にそれらの回転速度と異なる回転速度で相対的に回転する石英ガラスリングとを接触させる方法を採用する。この態様において、好ましくは、前記石英ガラスリングの回転速度をゼロにして両者の相対的接触を行なう。【００１３】  上記の手段、特に回転する上下段炉心管と回転しない石英ガラスリングとを接触させて、当接面となる上下段炉心管における上下部フランジ下端面と上端面と石英ガラスリングの表裏面とを予め擦り合わせをすることにより、前記当接面の密着性が増大し、その結果、下段炉心管の上に石英ガラスリングを介して下段炉心管を設置した場合、上下段炉心管間の気密性が向上する。【００１４】  本発明は、前記の第二課題を解決するために、前記石英ガラスリングからなり、その表裏面のうち、少なくとも一つの面が仮想球面の一部分を構成するような形状に加工した接合部材を使用する。この態様においても、石英ガラス製炉心管を構成する上下段炉心管の上部フランジの下端面と下部フランジの上端面間に石英ガラスリングを介在させるに先立って、前記上下段炉心管を回転させ、それらの炉心管の回転速度と異なる速度で相対的に回転する石英ガラスリングの表裏面を接触させる。この態様において、好ましくは、石英ガラスリングの回転速度をゼロにする。【００１５】  そしてこのようにして上下部フランジの下端面及び上端面が擦り合せ加工された上下段炉心管を、同様に擦り合せ加工がなされた接合部材としての石英ガラスリングを介して、接合して、１本の石英ガラス製炉心管を組み立てるとき、前記下段炉心管を縦にしてその軸心が垂直になるように設置するステップと、前記石英ガラスリングをその表面が上になるように下段炉心管の上に設置するステップと、その前記石英ガラスリングの上に上段炉心管を設置するステップと、前記上段炉心管の軸心が垂直であるか否かを把握するステップと、前記軸心が垂直でないとき、上段炉心管の下部を変移させて、その上段フランジの下端面を前記石英ガラスリングの表面に摺動させて、上段炉心管の軸心を下段炉心管の垂直に一致させるステップとを採用する。上段炉心管が下段炉心管の垂直に一致すれば、その入口部に貫通させた光ファイバ用母材のような被熱処理物と��記入口部の気密機構との気密性の維持が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】  上記の手段を採用することにより、石英ガラス製炉心管を構成する上下段炉心管の上下部フランジにおいて、それらの下端面と上端面間に形成される隙間を極限的に抑制することができるとともに、前記下段炉心管に垂直に積み重ねられる上段炉心管の入口部において、その入口部の気密機構と光ファイバ用母材のシード部のような被熱処理物との間に形成される隙間が所定以上に拡大するのを抑制することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  次に、図面を参照しながら、本発明を実施するのに採用される最良の形態を詳述する。図１に示すように、本発明に係る石英ガラス製炉心管２は、前記従来技術１のそれと基本的に同じ形状・構造をなし、下端部が絞られたロート状形状なす下段炉心管２２と、その上に垂直に積み重ねられる上段炉心管２１とから構成される。
【実施例１】
【００１８】  しかしながら、本発明に係る石英ガラス製炉心管２にあっては、上下段炉心管２１、２２において上下部フランジ２３、２４の下端面と上端面との間には、それらの接合部材として石英ガラスリング３１が介装されている。石英ガラスリング３１は、図２に示すように、実質上下段炉心管２１、２２と同一の材質から形成されたＯリング状部材であり、上下部フランジ２３、２４と略同じ直径及び厚みを有し、通常は所定の厚みの石英ガラス板から切り出すことにより得られる。【００１９】  石英ガラス板から切り出されたＯリング状部材の表裏面３１、３２を研磨して精密仕上げ加工することにより、本発明に係る石英ガラスリング３１に仕上げられる。得られた石英ガラスリング３１はそのまま前記上下部フランジ２３、２４間に介在させてもある程度気密機能を発揮するが、本発明においては、さらに前記気密機能をより向上させるために、図３に示すように、上下段炉心管２１、２２を回転・保持手段４０に保持して回転させ、回転している上下部フランジ２３、２４の下端面２３ａ及び上端面２４ａに石英ガラスリング３１の表裏面３２、３３をそれぞれ近づけて、図４に示すように、接触させることにより、前記下端面２３ａ及び上端面２４ａと石英ガラスリング３１の表裏面３２、３３とを擦り合せる。【００２０】  すると、上部フランジ２３の下端面２３ａ及び石英フランジ２３の表面３２に存在する微細な凹凸が相互に研削されて、それらの面が平滑になる。同様に、下部フランジ２４の上端面２４ａ及び石英フランジ２３の裏面３３に存在する微細な凹凸が相互に研削されて、それらの面が平滑になる。このように表面加工された石英ガラスリン３１を前記上下段炉心管２１、２２の上下フランジ２３、２４間に破壊が起こらないように介装すると、石英ガラスリングは、上下段炉心管に一体的に固定された上下部フランジよりも変形し易いため、それらの下端面及び上端面に密着し、ひいては上下フランジ２３、２４間の気密性が可及的に保持される。
【実施例２】
【００２１】  次に、実施例１と同様に、石英ガラス製炉心管２を準備するが、この実施例では、図５、図６及び図７に示すように、上段炉心管２１における上部フランジ２３の少なくとも下端面２３ａ、接合部材としての石英ガラスリング３１の表裏面３２、３３及び下部フランジ２４の少なくとも上端面２４ａ等の当接面は仮想球面の一部分を構成するように湾曲する態様が採用される。【００２２】  湾曲の程度を、図５により示すと、それは、上段炉心管２１の入口部５において光ファイバ用母材１のシード部４を把持する部位と前記シード部４の軸心Ｃ１との仮想上の交点ｐとしたとき、その交点ｐを始点として、上段炉心管２１の内壁面２１ａと端面２３ａとの交点ａまでの長さを終点とする曲率半径Ｒを以って描かれた仮想球面Ｂに基づいて決定される。【００２３】  従って、前記石英ガラスリング３１は、図７から明白なように、所定の厚さのレンズを中抜きしたような形状をなすとともに、その放射方向の断面において、図８に示すように、石英ガラスリング３１の表面３２は、外周面３４の上端Ｑを通る水平面Ｔから凹状に窪んだ仮想球面Ｂの一部分を構成する。石英ガラスリング３１の裏面３３は、前記表面３２と平行な仮想球面をなして、下に向かって凸状に突出している。【００２４】  そして、上段炉心管２１における上部フランジ２３の上端面２３ａは、図６に示すように、前記曲率半径Ｒとする仮想球面Ｂの一部分を構成する表面３２に摺接可能に当接し、下段炉心管２２における下部フランジ２４の上端面２４ａは、図６のように図示されていないが、石英ガラスリング３１の裏面３３と摺接可能に当接する。【００２５】  この実施例においても実施例１と同様に、上部フランジ２３の下端面２３ａと石英ガラスリング３１の表面３２とが当接したとき、その当接面の気密性を向上させるために、上段炉心管２１を回転させ、その上部フランジ２３の下端面２３ａと回転させることなく停止・固定した石英ガラスリング３１の表面３２とを擦り合せて、当接面同士を研削する。下部フランジ２４の上端面２４ａと石英ガラスリング３１の裏面３３とのなす当接面についても同様に研削する。【００２６】  次に、上記のように垂直に設置されている下段炉心管２２の上に上段炉心管２１を積み重ねて石英ガラス製炉心管２を組み立てるとき、次の操作ステップを採用する。すなわち、図５に示すように、まず、下段炉心管２２を縦にしてその軸心Ｃ１を垂直にして設置・固定する。そして前記石英ガラスリング３１を下段炉心管２２の下部フランジ２４の上に設置する。勿論、上段炉心管２１を吊り上げて、それを下段炉心管２２の上に降ろすとき、上下部フランジ２３、２４の間に石英ガラスリング３１を介在させることもできる。【００２７】  かくして上下段炉心管２１、２２を縦にかつ垂直に設置したら、両者の軸心Ｃ１、Ｃ２が垂直に一致しているか否かを慣用的に採用される手段により確認する。もし、そのとき下段炉心管２２の軸心Ｃ１が上段炉心管２１の軸心Ｃ２と垂直と一致していないことが判ったとき、すなわち、上段炉心管２１が下段炉心管２２の軸心Ｃ１から傾斜角βを以って傾いていることが判明したとき、石英ガラス製炉心管２の中に垂直に挿入された状態で回転す��光ファイバ用母材１のシード部４と石英ガラス製炉心管２の入口部５のおける気密機構、例えば、ラビリンスパッキングが前記シード部４の回転により変形して、その気密性が損なわれる。【００２８】  そこで、本発明においては、図９に示すように、上段炉心管２２の下部を矢印Ｄの向きに変移させて、上下段炉心管２１、２２の軸心Ｃ１、Ｃ２を一致させる。このとき上段炉心管２１の上部フランジ２３の下端面２３ａと石英ガラスリング３１の表面３２は、ともに同一の曲率半径Ｒの仮想球面Ｂを構成しているので、両者の当接面は気密性を保持しながら、上部フランジ２３の上端面２３が石英ガラスリング３１の表面３２上を摺接する。よって、前記入口部５は所定の気密性を保持するに至る。【００２９】  本発明は、その根本的技術思想を踏襲し発明の効果を著しく損なわない限度において、前記の実施形態の一部分を、例えば、次のように変更して実施することができる。すなわち、石英ガラスリング３１の表面３２及び上部フランジ２３の下端面２３ａが仮想曲面Ｂの一部分を構成し、石英ガラスリング３１の裏面３３及び下部フランジ２３の上端面２４ａをフラットにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】  本発明は、上下段炉心管を接合して１本の石英ガラス製管を製造する分野に広く利用することができる。特に光ファイバ用母材を熱処理してその性能を向上させる分野に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】  本発明の実施例１に係る石英ガラス製炉心管の部分破断側面図である。
【図２】  本発明に係る接合部材としての石英ガラスリングの斜視図である。
【図３】  前記石英ガラス製炉心管を構成する上下段炉心管の上下部フランジと石英ガラスリングとを擦り合わせをする準備段階を示す側面図である。
【図４】  前記擦り合せをしている状態を示す側面図である。
【図５】  本発明の実施例２に係る石英ガラス製炉心管の側面図である。
【図６】  本発明に係る石英ガラスリングに上段炉心管の上部フランジを接合した状態を示す部分破断斜視図である。
【図７】  本発明に係る石英ガラスリングの斜視図である。
【図８】  図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。
【図９】  本発明に係る上下断炉心管の組立て過程を示す断面図である。
【図１０】  公知技術１に係る石英ガラス製炉心管の部分破断側面図である。
【図１１】  公知技術２に係る上下段炉心管の接合構造を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００３２】  １：光ファイバ用母材、２：石英ガラス製炉心管、２１：上段炉心管、２１ａ：内壁面、２２：下段炉心管、２３：上部フランジ、２３ａ：下端面、２４：下部フランジ、２４ａ：上端面、２５：上部押圧部材、２６：下部押圧部材、２７：上部堅締部材、２８：下部堅締部材、２９：ボルト、３０：ナット、３１：接合部材（石英ガラスリング）、３２：表面、３３：裏面、３４：外周面、４０：回転・保持手段、３：加熱手段、４：シード部、５：入口部、ａ：交点、Ｂ：仮想球面、β：傾斜角、Ｃ１：軸心、Ｃ２：軸心、ｐ：仮想上の交点、Ｑ：上端、Ｒ：曲率半径、Ｓ：空間、Ｔ：水平面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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