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課題

シリカスート大形中空筒状体焼結する適切な方法、及び取り付け取り外しが容易でかつ安全で信頼性の高い取り扱いを保証する、中空筒状体の保持装置を提供する。

解決手段

中空筒状体(5)を垂直方向に支持し、焼結するため加熱帯に連続的に送り込む焼結操作の第1段階において、中空筒状体を支持台(3)上に直立させながら、該筒状体上端(12)を焼結する。第2段階では該筒状体を保持リングから吊り下げながら、同筒状体下端(10)を焼結する。即ち、垂直な支持棒(1)を中空筒状体内に通し、該支持棒の下端を支持台(3)で支えて固定する。上記保持リングは中空筒状体の上端の内部に固定する。第1段階の間、上端(12)がガラス化収縮するので、保持リングがジャケット管(2)と係合し、筒状体は長手方向の収縮により下端が支持台から離れ、吊るされた状態になる。

概要

背景

光ファイバー用プリフォームや、半導体技術で使用される炉体構成部品用プリフォームの生産は、シリカスート中空筒状体の形をした中間物を経て進めることが多い。これらのいわゆる“スート体”は機械的に脆弱であり、従って、該スート体が大形で重い時には、取り扱いが難しい。更に、光通信技術や半導体技術の分野で使用するスート体の純度に関しては、厳しい条件が課せられている。これは、熱処理又はガス処理のような種々の加工工程の間のそれらスート体の取り扱いの難しさが、必要な加工助剤として使用できる材料の範囲が限られていることにより、更にひどくなることを意味している。

この種のスート体を焼結炉内のスペースのような処理空間において処理する場合、該スート体はごく僅かな大きさの機械的応力にしか耐えられないので、いかにして該スート体を安全に保持するかが一つの課題である。米国特許第4,251,251号明細書から既知の方法では、ホルダー即ち保持装置白金ワイヤから形成されたブラケットからなり、スートの中空筒状体は白金製ワイヤから吊り下げられている。中空筒状体の壁は、その上端を貫通する2個の水平貫通孔を有し、該貫通孔に白金製ワイヤが通されている。焼結するために、スート体は連続的に給送されて、垂直に方向付けられた焼結炉を通る。炉内では、スート体のある部分が軟化する。この軟化帯域はスート体の下端で始まる。スート体は焼結炉内を次第に下降して行くので、スート体の軟化帯域は、該スート体に沿って連続的に上方に移動する。従って、軟化帯域からぶら下がっているスート体の焼結部分の重量は連続的に増加する。軟化帯域におけるスートの粘度が低いため、スート体自身の重量は、該スート体を引き伸ばすのに十分である。従って、この方法は、大形で重いスート体の焼結には不向きである。

米国特許第4,157,906号明細書には、筒状体収縮させファイバーを引き出す作業の間、垂直姿勢にあるシリカスートの中空筒状体の形をしたブランクを保持する別の装置が記載されている。長さ約50mmの石英ガラス管の一部がブランクを貫通するボアに挿入される。石英ガラス管の外径はブランクの内径とほぼ同じである。ブランク内に挿入される石英ガラス管の端には、こぶ状の突起が設けられている。ボア内に石英ガラス管の一部を係止するため、これらの突起をボア内で約90度回転させる。ブランクを下動して焼結炉に入れるために使用される駆動装置は、ボアから突き出ている石英ガラス管の端に設定された同石英ガラス管の別の一部を把持する。

米国特許第4,362,545号明細書には、石英ガラスのほぼスリーブ状のハンドルがスート体のボアに埋設されている一般的な別種の装置が記載されている。スート体と係合している端に、ハンドルは、自身がボアから滑り抜けるのを防止するためのロック装置として働く、円周方向に延びるリング状突起物を備えている。ボアの端から突き出ているスリーブの端部は円錐形に設計されており、これは、ハンドルをスート体の懸架装置に取り付けるために使用される。スート体を形成する間に、ハンドルを埋設しなければならない。このために、スリーブ状のハンドルは溶着マンドレルの回りに押しつけられる。マンドレルに溶着されているスート粒子は、マンドレルの回りに押し付けつけられたスリーブの端を同時にカバーすることも意図されている。

概要

シリカスートの大形中空筒状体を焼結する適切な方法、及び取り付け取り外しが容易でかつ安全で信頼性の高い取り扱いを保証する、中空筒状体の保持装置を提供する。

中空筒状体(5)を垂直方向に支持し、焼結するため加熱帯に連続的に送り込む焼結操作の第1段階において、中空筒状体を支持台(3)上に直立させながら、該筒状体の上端(12)を焼結する。第2段階では該筒状体を保持リングから吊り下げながら、同筒状体の下端(10)を焼結する。即ち、垂直な支持棒(1)を中空筒状体内に通し、該支持棒の下端を支持台(3)で支えて固定する。上記保持リングは中空筒状体の上端の内部に固定する。第1段階の間、上端(12)がガラス化し収縮するので、保持リングがジャケット管(2)と係合し、筒状体は長手方向の収縮により下端が支持台から離れ、吊るされた状態になる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
4件
牽制数
4件

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請求項1

シリカスート中空筒状体焼結するための方法であって、上端及び下端を有するシリカスートの中空筒状体を用意し、前記中空筒状体を垂直に方向付けるように前記下端を支持し、第1焼結段階の間、前記下端を支持しながら前記上端を焼結し、前記中空筒状体が垂直に吊り下げられるように、焼結した前記上端を保持し、第2焼結段階の間、前記上端を保持しながら前記下端を焼結する、ことからなるシリカスートの中空筒状体を焼結する方法。

請求項2

加熱帯に前記上端をまず導き入れて、前記中空筒状体を前記加熱帯に関して上方に連続的に移動させることにより前記中空筒状体を焼結する請求項1に記載の方法。

請求項3

焼結に先立って、垂直方向に延在する支持部材が固定された支持台により前記下端を支持すると共に、前記上端に懸架部材係合させ、前記第1焼結段階の間、前記懸架部材が、前記中空筒状体の長手方向の収縮の結果として前記支持部材に向かって動くようにしている請求項1に記載の方法。

請求項4

前記懸架部材は前記中空筒状体の中に固定された保持リングであり、前記支持部材も前記中空筒状体の内部にあって前記保持リングに向かって上方に延びており、前記保持リングは、前記第2焼結段階の間、前記支持部材上に止まっている請求項3に記載の方法。

請求項5

焼結に先立って、更に、前記第1焼結段階中に生じると考えられる長手方向の収縮量を求め、前記中空筒状体が前記支持台上に支持される時に、前記懸架部材が、求めた前記長手方向の収縮量の0.3乃至0.8倍の距離だけ前記支持部材から離間するように、前記懸架部材を前記中空筒状体に係合させる、請求項3に記載の方法。

請求項6

シリカスートの中空筒状体を垂直姿勢で保持するための装置であって、該装置は、前記中空筒状体の内側に通っている細長支持体(1)を備え、該支持体(1)の一端(9)が支持台(3)に接続されている、シリカスートの中空筒状体を保持する装置。

請求項7

前記支持台(3)は、前記支持体(1)の長手方向軸線(13)対し垂直な支持面(4)を有する請求項6に記載の装置。

請求項8

前記支持体(1)の長さは、保持すべき前記中空筒状体(5)の長さより長い請求項6に記載の装置。

請求項9

長さ方向の前記支持体(1)の少なくとも一部が透気性ジャケット管(2)により囲まれている請求項6に記載の装置。

請求項10

前記ジャケット管(2)はグラファイト製である請求項9に記載の装置。

請求項11

前記ジャケット管(2)は好ましくは10乃至20容量%の範囲の開放気孔率を有する請求項9に記載の装置。

請求項12

前記ジャケット管(2)は円錐状にテーパが付いた側面を有する請求項9に記載の装置。

請求項13

前記ジャケット管(2,16,17)は段階的にテーパが付いた側面を有する請求項9に記載の装置。

請求項14

前記支持体(1)の外壁と前記ジャケット管(2)の内壁との間に、0.3乃至1mmの範囲、好ましくは0.8mm未満の幅の隙間(8)が設けられている請求項9に記載の装置。

請求項15

前記支持体(1)は炭素繊維強化グラファイトからなる請求項6に記載の装置。

請求項16

前記支持面(4)は中央に開口を有し、該開口の中に前記支持体(1)の前記一端(9)が嵌合している請求項6に記載の装置。

請求項17

前記支持体(1)の長手方向軸線に沿って上向きに前記支持台(3)上に載っている支持部材(2)と、該支持部材(2)より上方で前記中空筒状体(5)に取り付けられた保持部材(15)とを更に備える請求項6に記載の装置。

請求項18

前記保持部材は、前記中空筒状体(5)の内部のボア(7)の壁面に係合する保持リング(15)であり、前記支持部材は、ジャケット管(2)であり、前記保持リング(15)の内径は前記ジャケット管(2)の外径より小さい請求項17に記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、シリカスートからなる中空筒状体保持装置により垂直姿勢で保持し、加熱帯を通して連続的に送り、該加熱帯において焼結する中空筒状体の焼結方法に関するものである。また、本発明は、中空筒状体の外部から延びて内部のボアに入る細長支持体により、シリカスートの中空筒状体を垂直姿勢に保持するための装置に関するものである。

背景技術

0002

光ファイバー用プリフォームや、半導体技術で使用される炉体構成部品用プリフォームの生産は、シリカスートの中空筒状体の形をした中間物を経て進めることが多い。これらのいわゆる“スート体”は機械的に脆弱であり、従って、該スート体が大形で重い時には、取り扱いが難しい。更に、光通信技術や半導体技術の分野で使用するスート体の純度に関しては、厳しい条件が課せられている。これは、熱処理又はガス処理のような種々の加工工程の間のそれらスート体の取り扱いの難しさが、必要な加工助剤として使用できる材料の範囲が限られていることにより、更にひどくなることを意味している。

0003

この種のスート体を焼結炉内のスペースのような処理空間において処理する場合、該スート体はごく僅かな大きさの機械的応力にしか耐えられないので、いかにして該スート体を安全に保持するかが一つの課題である。米国特許第4,251,251号明細書から既知の方法では、ホルダー即ち保持装置は白金ワイヤから形成されたブラケットからなり、スートの中空筒状体は白金製ワイヤから吊り下げられている。中空筒状体の壁は、その上端を貫通する2個の水平貫通孔を有し、該貫通孔に白金製ワイヤが通されている。焼結するために、スート体は連続的に給送されて、垂直に方向付けられた焼結炉を通る。炉内では、スート体のある部分が軟化する。この軟化帯域はスート体の下端で始まる。スート体は焼結炉内を次第に下降して行くので、スート体の軟化帯域は、該スート体に沿って連続的に上方に移動する。従って、軟化帯域からぶら下がっているスート体の焼結部分の重量は連続的に増加する。軟化帯域におけるスートの粘度が低いため、スート体自身の重量は、該スート体を引き伸ばすのに十分である。従って、この方法は、大形で重いスート体の焼結には不向きである。

0004

米国特許第4,157,906号明細書には、筒状体収縮させファイバーを引き出す作業の間、垂直姿勢にあるシリカスートの中空筒状体の形をしたブランクを保持する別の装置が記載されている。長さ約50mmの石英ガラス管の一部がブランクを貫通するボアに挿入される。石英ガラス管の外径はブランクの内径とほぼ同じである。ブランク内に挿入される石英ガラス管の端には、こぶ状の突起が設けられている。ボア内に石英ガラス管の一部を係止するため、これらの突起をボア内で約90度回転させる。ブランクを下動して焼結炉に入れるために使用される駆動装置は、ボアから突き出ている石英ガラス管の端に設定された同石英ガラス管の別の一部を把持する。

0005

米国特許第4,362,545号明細書には、石英ガラスのほぼスリーブ状のハンドルがスート体のボアに埋設されている一般的な別種の装置が記載されている。スート体と係合している端に、ハンドルは、自身がボアから滑り抜けるのを防止するためのロック装置として働く、円周方向に延びるリング状突起物を備えている。ボアの端から突き出ているスリーブの端部は円錐形に設計されており、これは、ハンドルをスート体の懸架装置に取り付けるために使用される。スート体を形成する間に、ハンドルを埋設しなければならない。このために、スリーブ状のハンドルは溶着マンドレルの回りに押しつけられる。マンドレルに溶着されているスート粒子は、マンドレルの回りに押し付けつけられたスリーブの端を同時にカバーすることも意図されている。

0006

既知の保持装置は、シリカスートの中空筒状体を例えば焼結炉において焼結できるように、シリカスートの中空筒状体を吊り下げることを可能にしている。しかし、保持装置を筒状体に取り付けることは非常に複雑な問題であり、また、材料が剥がれてトラブル発生の原因になる。既知の保持装置は、比較的小さなスート体にのみ適している。しかし、スート体が大形で重い時は、中空筒状体の壁の機械的安定性はもはや十分でない。従って、保持装置がスート体から外れる危険性がある。

0007

本発明は、シリカスートの大形中空筒状体を焼結する適切な方法を提供すると共に、取り付けと取り外しが容易でかつ安全で信頼性の高い取り扱いを保証する、この種の中空筒状体の保持装置を利用可能にする研究に基づいている。

課題を解決するための手段

0008

本発明の方法に関しては、焼結作業の第1段階では、中空筒状体の上端を焼結する間、中空筒状体を主として又は専ら支持体の上に置き、一方その後の焼結段階では、中空筒状体を主として又は専ら懸架された態様で保持しながら、中空筒状体の下端を焼結する。

0009

室温では、焼結すべき中空体(以下、“スート体”と呼ぶ)はその寸法については本質的に安定である。これは、そのスート体が自身の重量による塑性変形を受けずに立てたり吊り下げたりできることを意味する。温度が上昇すると、シリカスートは軟化帯域で軟化する。スートの粘度は低下し、その結果スート体は軟化帯域に作用する力により変形する。重力に加え、収縮に関係した変形力もスート体に作用する。スート体の密度固体石英ガラスの密度の30%程度に過ぎない。焼結は連続的に進行するので、軟化帯域はスート体の一端から他端へ向かって移動する。吊るされたスート体の変形に関して特に重要なのは、軟化帯域が上端に達する間の焼結段階である。と言うのは、スート体の下端の重量が軟化帯域を引っ張るからである。しかし、スート体が加熱帯を通り給送される時に該スート体を支持体上に立たせることもできる。この場合、逆も真なりである。即ち、変形に関して特に重要な焼結段階は、軟化帯域がスート体の下端にある焼結段階である。と言うのは、スート体の上部が重量を軟化帯域に作用するからである。生ずる種々の変形は、スート体が加熱帯を通って給送される方向とは関係がない。

0010

本発明による方法の第1の別法では、スート体は、焼結作業の第1段階の間は直立しており、別の段階では懸架されながら、加熱帯を通って給送される。このことは、支持体上に立っているスート体が、変形が始まったり或いは顕著に増大する焼結段階に入る前に、スート体の支持の仕方直立型から懸架型に変え得る結果になる。逆に、支持体に吊るされたスート体が、変形が始まったり或いは顕著に増大する焼結段階に入る前に、スート体の支持の仕方を吊り下げ型から直立型に変えることができる。その結果として、軟化帯域に働く圧縮力引張力を最小限に抑えることができる。これにより、スート体を著しく変形させずにその全長にわたり連続的に焼結することが可能になる。直立型から吊り下げ型への支持方法移行又は逆に吊り下げ型から直立型への支持方法の移行は、連続的に行うことができるので、移行期間中、両方の支持方法のいずれかによる支持が有効である。

0011

本発明による方法の更に別の方法においては、スート体は支持体上に直立しながら、同時に保持部材から吊るされて、加熱帯を通って給送される。支持体はスート体の底端に作用し、保持部材は上端に作用する。焼結中にスート体が長手方向に収縮するので、この別法では、長手方向の収縮を補償するために、支持体と保持部材の間の距離を再調整する必要がある。即ち、支持体と保持部材を互いの方向に向かって動かさねばならない。この動きを適切に制御することにより、スート体の上端を軟化する焼結段階中、該スート体を殆ど直立に支持し、一方、下端を軟化する焼結段階の間は、保持機能の大部分は保持部材により肩代わりされる。

0012

“焼結段階”という表現は、スート体が当該保持方法(直立又は吊り下げ)により保持されている間に、該スート体自身の重量によって生ずるスート体の変形が、許容限界内に入っている、焼結過程全体の一部を指すのに使われる。変形はゆっくり始まり、温度と焼結時間が増大すると、より顕著になるので、個々の焼結段階の開始と終わりを正確に特定することはできない。許容される変形量も、変形の種類や焼結スート体の使用目的によって変わる。例えば、直立支持体を用いた場合のスート体のバックリングは吊り下げ支持体を用いた場合の延びよりもある種の用途にとって有害である。

0013

本発明による方法は、他の方法ではスート体自身の重量により変形をうけるような、特に大きくて重いスート体を焼結することを可能にする。

0014

スート体は、底端を最初に又は上端を最初に加熱帯に通し送給することができる。底端から送給する場合は、スート体を、第1焼結段階は吊り下げ、そして第2焼結段階は直立させながら焼結する。しかし、スート体の上端を最初に加熱帯に送り込む後者の方法の方が好ましい。

0015

この変形方法の基本的な利点は、第1焼結段階から第2焼結段階への移行を、主として又は専ら、スート体の上端が既に焼結を終わり加熱帯を出た後、スート体の吊り下げ保持部材がその役割を果たすような仕方で、遂行できることである。従って、保持部材はスート体の固化した領域を掴むので、保持部材がスート体を放してしまう恐れは殆どなく、この方法の信頼性は非常に高い。

0016

この方法の特に有効な変形例は、懸架部材が焼結すべき中空筒状体をその上端近くで掴んでいる方法、中空筒状体がその下端近くで支持台により支持されている方法、支持部材が支持台に関して静止位置で懸架部材の直下に設置されている方法である。第1の焼結段階の間、懸架部材は、中空筒状体の長手方向の収縮の結果として、支持部材に向かって動き、そして第2焼結段階の開始時に、懸架部材は支持部材により支持される。この変形例により、焼結作業中のスート体の長手方向の収縮に基づいて、直立状態から吊り下げ状態への移行を非常に正確に行うことが可能になる。スート体の長さは焼結中に短くなることが知られている。長手方向の収縮の度合いは、例えば、珪酸スートの密度に依存し、スート体の初期の長さの30%に達することもある。上述の保持装置を用いることにより、スート体が支持台上に垂直に直立している状態から該スート体が保持部材から吊り下げられている状態への移行を実行するために、スート体の長手方向の収縮から利点が得られる。即ち、スート体の収縮により、同スート体に取り付けられている懸架部材を支持部材に接近させてその上に載せ、その後、スート体が更に長手方向に収縮するとスート体の下端が支持台から上昇する。

0017

本発明の方法においては、懸架部材が中空筒状体を貫通するボア内に取り付けられた保持リングであり、支持台に載っている支持部材が中空筒状体の内部のボアに挿入され、この支持部材が懸架部材に面した上端を有し、第2焼結段階の間、懸架部材の端に保持リングが載っていることが好ましい。保持リングの利用により、スート体の内部のボアは外側に向かって開かれた状態に保たれ、これはスート体が通気されることを意味する。支持部材は管の一部又は中実柱体として設計されている。支持部材は、円錐状に、又は先端から底端に向かって段階的に拡大できる。保持リングは、スート体が長手方向に収縮する間に支持部材の上端に向かって動くと共に、第2焼結段階の開始時には該上端に載ることができるので、長手方向の収縮が続くとスート体の下端が支持台から上昇する。これは、スート体自身が保持リングから吊り下がっていることを意味する。収縮しているスート体が支持部材に支えられ、その結果、完全に焼結されたスート体の内径が支持部材の外径で決まるように、支持部材はグラファイト製で滑らかな外表面を持つことが好ましい。

0018

第1から第2焼結段階への移行時間は、主として懸架部材と支持部材の上端との間の距離により決まる。中空筒状体の焼結中に予期される長手方向の収縮量を求めると共に、保持部材と支持部材の上端との間の距離を求められた長手方向の収縮量の0.3から0.8倍の範囲の値に調整することが好ましいことが分かった。これにより、スート体の上端が加熱帯を離脱硬化が完了するまでは支持台から上昇しないことを確実にする。これは、中空筒状体の長手方向軸線の方向における加熱帯の寸法が、保持部材と支持部材の上端との間の選択された距離に等しい長手方向の収縮を生じうるスート体の長さより小さい、という場合に当てはまる

0019

本発明の装置については、支持部材の一端が、支持面を有する支持台に連結される。支持台は、中空筒状体を受け入れ垂直方向に保持するのに役立つ。そのために、支持台は支持面を備えており、該支持面上に中空筒状体の底端が位置している。支持台は、実質的に円筒形の支持部材に接続されており、該支持部材は中空筒状体のボアに延入している。支持部材の外側寸法は中空筒状体の内径に合わせることができるので、同支持部材は安定性を増すことができ、この安定性で中空筒状体が支持台上に保持される。このため、支持部材の長さは保持すべき中空筒状体の長さより短くても十分である。中空筒状体を運んだり保持するのに必要な力はこの場合支持台に作用しうる。支持面は水平方向を向いているのが好ましい。

0020

保持すべき中空筒状体より支持部材の方が長い装置が特に有用であることが分かっている。支持部材は中空筒状体のボアの両端から突出できるので、この場合中空筒状体を運んだり保持したりするのに必要な力は、支持台とは反対の端でボアから突き出る支持部材の部分にも作用できる。

0021

支持部材の全長の少なくとも一部に透気性ジャケット管を設けることは、同支持部材にとって特に好ましいことが分かっている。内径が同じで外径が異なる複数のジャケット管を用いることにより、中空筒状体の中央のボアに延入している保持装置の部分を、支持部材の直径を変えずに、中空筒状体又はそれから製作される石英ガラス管の異なる内径に適応させることができる。ジャケット管は、シリカの中空筒状体にいかなる不純物も放出しない材料から形成することが好ましい。実際に、ジャケット管は、支持部材から放出される不純物に対するバリヤーとして作用する。ジャケット管を用いることにより、支持部材として使用できる材料の種類が増す。ジャケット管自体は筒状体の保持に関して何ら支持機能を果たす必要はないので、比較的低強度の材料で製作することもできる。逆に、支持部材の材料は強度について最高の特性に設計することができる。中空筒状体がジャケット管の表面上に収縮する過程で、ジャケット管の外径によって、収縮したジャケット管の内径が決まる。ジャケット管の透気性は、中空筒状体が収縮する時に発生するガスやシリカスートの気孔中に存在するガスが、収縮した中空筒状体が既にジャケット管の表面上に支えられている時でも、流出することを確実にする。ジャケット管は単一管部品又は相互に脱着が可能な数個の管部品から構成できる。

0022

ジャケット管は、多孔質材料の選択により透気性を有することができる。特に良い結果は、ジャケット管が好ましくは10乃至20容量%の範囲の開放気孔率を有する場合に得られる。

0023

ジャケット管に特に適した材料はグラファイトである。高純度のグラファイトは販用のものを入手できる。グラファイトの気孔率希望に応じて調節することもできる。グラファイトの熱膨張率は石英ガラスより高いので、冷却した場合グラファイト製ジャケット管は、その表面上に収縮した石英ガラス管より収縮の度合いが大きい。従って、石英ガラス管はジャケット管から簡単に離すことができる。この点に関し特に適しているのは、円錐状にテーパの付いた側面を持つようにジャケット管を設計することである。このためガラス化した後の石英ガラス管の離脱もより簡単になる。

0024

ジャケット管が底部から頂部へステップ状に先細りしている側面を有する装置も有効であることが分かっている。従って、ジャケット管は、個々のステップ間肩部を持っている。肩部間の各ステップは円錐状に拡開できる。スート体がジャケット管の表面上に収縮した場合、肩部が保持領域を与え、該保持領域の回りを軟化した石英ガラスが流れ、また、該保持領域と冷却した固体石英ガラスとが確実に係合する。焼結がスート体の上端で始まり、そして連続的に下方へ進行する時に、スート体の下部はその上の重量から部分的に解放される。ジャケット管の離脱を容易にするために、このジャケット管は相互に脱着可能な幾つかの管部品からなるのが有利である。

0025

支持部材の外壁とジャケット管の内壁との間に0.3から1mmの範囲、好ましくは0.8mm未満の幅の隙間を残すことが有利であることが分かった。この隙間により、中空筒状体が収縮する間に発生し逃散するガスが確実に排出され、従って、収縮した石英ガラス管における気泡の形成を防止する。隙間は、支持部材の支持及び保持機能を弱めないように、できるだけ狭く保つのがよい。この隙間は排気したり不活性ガスパージできる。

0026

保持装置の実施形態として好ましいことは、支持部材が炭素繊維強化グラファイト(CFC)からなることである。この材料は、シリカスート及び石英ガラスに関して高レベル化学的不活性と、高い強度及び耐熱性とを合わせ持っている。CFCは高強度であるため、支持部材の断面積を最小にすることができる。しかし、CFCは、その繊維構造に関係した粗い表面のために、ガラスに容易に付着し、支持部材をその表面上に収縮した石英ガラス管から取り外すのが困難になる。本発明によるジャケット管を用いることにより、収縮した石英ガラス管がCFC支持部材に付着するのを防止できる。この場合、CFCの支持部材の熱膨張係数に適当に見合った熱膨張係数を有するグラファイトのジャケット管が、特に有利であることが分かっている。特に、支持部材が支持機能の大部分を担っている保持装置の実施形態では、このスート体は中実の筒状体として設計することが有利である。

0027

支持台の支持表面には、中央に開口を設けることが好ましいことが分かっており、該開口の中に支持部材の一端を嵌合させることができる。これは、保持すべき中空筒状体を支持台上に心出しすることを容易にする。特に、中空筒状体の取り付け取り外しを簡単にする目的で、開口には雌ネジを備え、該開口に嵌合する支持部材の端には雄ネジ具備するのが有利である。

発明を実施するための最良の形態

0028

以下、本発明の代表的な実施の形態即ち実施形態を図で示し更により詳細に説明する。

0029

図1に示す保持装置は、CFC製の支持棒(支持体,支持部材)1と、グラファイト製のジャケット管2と、グラファイト製の支持台3とを有する。支持台3は、炉(図示せず)のような処理空間でアセンブリ全体を保持する作用をしている。支持台3は水平に方向付けられた支持面4を有し、該支持面4上にシリカスート製の中空筒状体(スート体)5の下端即ち底端10が置かれている。支持面4は、内側にネジが切られた孔(開口)6を中央に備えており、その孔6に支持棒1を嵌合する。このため、支持棒1は支持台3に面した端に、外側にネジが切られたピン(支持体の一端)9を備えている。支持棒1はスート体5のボア7を貫通している。スート体5の上端12を越えて突き出ている支持棒1の部分は、保持装置を操作するために使用される。スート体5の重量は支持台3を介して支持棒1に伝えられる。

0030

CFCの支持棒1の引張強度が大きいために、支持棒の直径は、比較的に小さくすることが可能である。代表的な実施形態では、その直径は30mmである。ジャケット管2の内壁と支持棒1との間に約0.8mmの隙間がある。ジャケット管2は、その外径が約40mmであり、そして支持棒1より幾分短い。ジャケット管の気孔率は約15%である。この純グラファイト製のジャケット管は、支持棒1により放出される不純物がスート体5に入るのを防止する。支持台3に載っているスート体5は、内径約60mmで重量約100kgである。スート体は、支持棒1よりやや短く、ジャケット管2より少し長い。スート体5は、前述の保持装置により移動し処理空間内所定場所に保持することができる。この目的で、例えば、工具(図示せず)がスート体5から突き出ている支持棒1の部分を掴むことができる。

0031

次に、本発明による装置を用いることによるスート体5の収縮過程について例示的に説明する。この目的のため、スート体5は保持装置に装着されて炉内に導入され、炉内の所定位置に支持台3により保持される。スート体5は、加熱されるとガラス化し、グラファイトのジャケット管2の表面上に収縮する。生成されるガス或いはスート体5とジャケット管2との間の境界表面に既に存在するガスは、ジャケット管2の気孔を通って隙間8へ案内され、そこから逃がすことができる。その結果、形成中の石英ガラス管に気泡が生成することが防止される。スート体はジャケット管の表面上に収縮するので、得られた石英ガラス管の内径はジャケット管の外径によって決まる。石英ガラスとグラファイト間には熱膨張係数に大きな差があるので、ジャケット管2は冷却すると緩み、容易に取り外すことができる。

0032

図2図5で使用されている参照数字図1で使用されたものと同じで、図1に基づいて既に説明した保持装置と同一か均等の部品又は構成要素を示している。

0033

図2に示す装置では、炭素繊維強化カーボン製の支持棒1が設けられ、この支持棒にはピン9が備え付けられており、該ピンにより支持棒1は支持台3にねじ込まれている。支持台3は、水平に方向付けられた平坦な支持面4を持ち、その上に中空円筒形のスート体5の底端10が載っている。スート体5のボア7内に設けられているのはジャケット管2であり、このジャケット管が支持棒1の全長の一部を囲っている。ジャケット管2と支持棒1の間には、約0.5mmの隙間8がある。ジャケット管2の外径は頂部から底部に向けて約1mmずつ段階的に大きくなる。各段毎に形成された肩部を図2では参照数字11a,11bで表す。図2による例示的な実施形態では、これら肩部11a,11bのうち2つがある。

0034

スート体5は、その上端12を出発点として、焼結炉(図2には図示せず)を通って連続的に給送される。焼結炉で収縮するスート体5は、上端12から出発して、ジャケット管2の外壁に当接して支えられる。スート体5は、収縮が起こると、肩部11a,11bの回りにも流れてくる。冷却後、即ちスート体が加熱帯を離脱した後、部分的にガラス化し硬化したスート体5は肩部11a,11bと確実に係合する。従って、スート体は、自身をまず肩部11aで、続いて肩部11bで支え、スート体5の下部のまだ溶融していない部分は、上方から該下部にかかる重量から解放される。従って、肩部11a,11bを備えたジャケット管2は、従って、収縮中のスート体5の滑り止め装置としての機能を果たす。肩部11a,11b間の距離と数に依存して、収縮動作中に起きる長手方向の収縮によりスート体5を支持面4から上昇させることが可能で、このようにしてスート体が肩部11a,11bから吊り下げられる。スート体の収縮部をできるだけ速く冷却し、肩部11a,11bと確実に係合させるために、焼結炉内の加熱帯の長さは、スート体5の長手方向軸線13の方向において見て比較的短くすべきで、好ましくは、ジャケット管2の上縁14と最初の肩部11aとの間の距離より短くする。

0035

図2による実施形態において、ジャケット管2は単一部品の材料から製作されている。変形実施形態においては、ジャケット管2は、相互に挿入したり積み重ねたりできる3個の部品から構成されている。

0036

図3に示す実施形態では、装置は保持リング15が追加されている点で、図1に関わる装置とは本質的に異なっている。保持リング15は、スート体5のボア内に上端12でねじ込まれている。保持リング15の内径はジャケット管2の内径とほぼ同じである。スート体5の収縮中に保持リング15が機能する態様については、図4及び5図に示す保持装置の実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。

0037

図4は、第1焼結段階直前の焼結過程において本発明による保持装置により保持されたスート体を示しており、図5は、焼結動作の後半の段階における既に部分焼結した同じスート体5を示している。

0038

この場合のジャケット管は2つの部分からなるグラファイト管であり、その下部16の外径は50mmである。外径48mmの上部17は、上側に着脱可能に載っている。従って、下部16から上部17への移行部は深さ1mmの肩部11の形をとっている。グラファイト製保持リング15は、ジャケット管の上部17の上縁14から約20cmのとろでスート体5の内壁にねじ込まれている。

0039

保持装置に保持されたスート体5は、矢印18の方向に焼結炉に送り込まれる。焼結炉の加熱帯は熱伝導体19により概略的に図示されている。長手方向軸線13の方向における加熱帯の長さは、スート体5全長の一部に過ぎない。図4に示した処理段階において、スート体5は、支持台3の支持面4に載っている。スート体5は、その上端12から始まって、加熱帯で加熱される。軟化したスート体5は、ジャケット管の下部及び上部16,17の外側表面に当接して支えられるようになる。図5において、既にガラス化したスート体の部分は符号20で表わされている。

0040

焼結処理の結果、スート体5は直径と長さの両方が収縮する。直径の収縮は、保持リング15をガラス化しつつあるスート体5によってぴったり囲む作用がある。長手方向の収縮のために、保持リング15はジャケット管の上部17の上縁14に向かって相対的に動く。保持リング15がジャケット管の上部17の上縁14に載ると直ちに、スート体5の更なる長手方向の収縮により、下端10を支持面4から持ち上げる作用が生じる。図5に示されているこの焼結動作の段階では、スート体5、即ちスート体のガラス化した部分20は保持リング15によって専ら懸架されている。焼結過程のこの段階では、上端12は、既に加熱帯19を離脱し、従って、もはや変形を心配する必要がない程度まで冷却されている。

0041

スート体は収縮し続けるので、加熱帯19において軟化しているガラス状の材料はジャケット管の肩部11の回りにも流れる。冷却すると、スート体5の既にガラス化した部分20は、ジャケット管の肩部11と確実に係合し、そこで自身を支える。ジャケット管の肩部11との確実な係合により、スート体5の支持が改善され、そして更に下方にシフトされる。従って、ジャケット管の肩部11は収縮しているスート体5の滑り止め装置の機能を果たす。

0042

本発明による方法は、スート体の上端12が軟化する焼結段階の間、スート体5は支持台3上に載って該支持台3により支持され、また、スート体5の下端10が軟化する焼結段階の間、スート体5は、保持リング15及び/又はジャケット管の肩部11から吊り下げられて該保持リング15及び/又はジャケット管の肩部11により支持され、更に、スート体の直立型の支持から吊り下げ型の支持への変更は、スート体の長手方向の収縮の結果として自動的に起きる、ことを確実にする。

0043

本発明による装置の用途は、シリカスートの中空筒状体の保持に限定されるわけではない。該装置は、他の化学組成の中空筒状体の保持や、前述したように、例えば、ガラス管の内径の較正にも適している。

図面の簡単な説明

0044

図1スート体を支持した本発明による保持装置の立断面図である。
図2段付きジャケット管を有する保持装置の1実施形態を示す図である。
図3支持棒とスート体との間に保持リングを有する保持装置の1実施形態を示す図である。
図4焼結炉において第1焼結段階の開始前のスート体を支持した保持装置の実施形態を示す図である。
図5焼結過程の後半段階の間のスート体を支持した図1の保持装置を示す図である。

--

0045

1…支持部材(支持体,支持棒)、2…透気性のジャケット管(支持部材)、3…支持台、4…支持面、5…スート体(中空筒状体)、6…孔(支持面にある開口)、7…中空筒状体のボア、8…隙間、9…ピン(支持体の一端)、10…中空筒状体の底端(下端)、12…中空筒状体の上端(頂端)、13…長手方向の軸線、15…保持リング(懸架部材、保持部材)、16…ジャケット管の下部、17…ジャケット管の上部、19…加熱帯の熱伝導体。

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