(57)【要約】【課題】不活性ガスのガスパージによって加熱炉本体内への外気の流入防止を安定して維持できるガラスロッドの延伸方法を得る。【解決手段】ガラスロッド延伸用加熱炉１の炉本体８の上下の各開口部３，４付近に、炉本体８内へ不活性ガスを導入するパージガス導入ライン３１，３２を接続すると共に、各パージガス導入ライン３１，３２に不活性ガスの導入流量を互いに独立に調整可能な流量調整機３３、３４を装備して、延伸処理中、各パージガス導入ライン３１，３２から炉本体８内への不活性ガスの供給流量を、炉本体８の下端開口部４の断面積対比で、０．２リットル／ｃｍ２／分以上に保持する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスロッドを加熱軟化するカーボン炉心管と、前記カーボン炉心管を加熱するカーボンヒータと、前記カーボン炉心管及び前記カーボンヒータを取囲む炉体と、前記炉体の上部に設置され、前記ガラスロッドを挿通する上端開口部及びこの上端開口部からのガスの流れを制限する上蓋を有した上煙突と、前記炉体の下部に設置され、前記ガラスロッドが延伸されて通過する下端開口部を有した下煙突と、を有する延伸加熱炉を使用し、ガラスロッドを延伸する方法であって、
延伸処理中、前記下端開口部の断面積対比で０．２（ｌ／ｃｍ２／分）以上となる量の不活性ガスを前記上煙突及び前記下煙突から供給することを特徴とするガラスロッドの延伸方法。
【請求項２】
前記延伸処理中であって、前記不活性ガスの前記下煙突側からの供給量を前記上煙突側からの供給量の１０〜８０％とすることを特徴とする請求項１記載のガラスロッドの延伸方法。
【請求項３】
前記下端開口部近傍及び前記上端開口部近傍から前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１記載のガラスロッドの延伸方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ用ガラス母材などのガラスロッドを所望径に縮径・延伸するためのガラスロッドの延伸方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用ガラス母材などのガラスロッドを所望径に縮径・延伸する方法として、ガラスロッドを加熱炉に挿通させ、加熱によって軟化したガラスロッドの部位に張力をかけて延伸する方法が普及している。
【０００３】
このようなガラスロッドの延伸に使用される加熱炉では、通常、炉芯管やヒータがカーボン材料で形成されているが、カーボン材料で形成されている部品は、その周囲に酸素が存在すると、炉本体内の高温環境のために酸素との化学反応である酸化が進み、燃焼・劣化が起こる。
【０００４】
カーボン材料部品の酸化による燃焼・劣化が進むと、微細な燃焼かすの粉末が加熱炉本体内に飛散して成形中のガラスロッド表面に付着し、その結果、異物付着による局部異常を起こして、製品歩留まりの低下を招く虞がある。
また、燃焼や劣化が進んだカーボン材料部品は交換する必要があり、そのために、部品代や部品交換に要する作業時間を確保するなどの直接的な負担ばかりだけでなく、部品交換後から安定稼動までの条件調整時間の確保、更には、その間に消費する試作母材等も必要となり、製造コストの増大を招く。
【０００５】
そこで、このようなカーボン材料部品の酸化による燃焼・劣化を防ぐために、延伸処理中、加熱炉本体内に一定圧の不活性ガスを充満させるガスパージを実施することが、例えば、特開平１１−２０９１３７号公報等で提案されている。
加熱炉本体内に供給された不活性ガスは、酸素を含む外気が、ガラスロッドの出し入れのために加熱炉の上下両端に装備されている開口部から加熱炉本体内に侵入することを阻止して、加熱炉本体内のカーボン材料部品が酸化することを防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際上では、不活性ガスによるガスパージで、加熱炉本体内への外気の侵入を完璧に阻止することは、極めて難しい。
それは、例えば、加熱炉本体内に一定圧の不活性ガスが充満するように、不活性ガスの供給量を調整したとしても、加熱炉本体内へのガラスロッドの挿入のために加熱炉の上端開口部を開放した場合等に、上記した特開平１１−２０９１３７号公報に開示の技術では、不活性ガスが上端開口部から一気に外部に流出し、それに伴う巻き込み現象で、加熱炉の下端開口部から酸素を含んだ外気が侵入して、加熱炉本体内雰囲気が損なわれることによる。
従って、ガスパージによる外気の侵入防止効果を徹底するために、加熱炉本体内における不活性ガスの残存状態を安定維持する新規技術の開発が熱望されていた。
【０００７】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、不活性ガスのガスパージによって加熱炉本体内への外気の侵入阻止を常時維持し続け、加熱炉本体内のカーボン材料部品の酸化による劣化の進行を抑えて、各種の問題の発生を解消できるガラスロッドの延伸方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るガラスロッドの延伸方法は、請求項１に記載したように、ガラスロッドを加熱軟化するカーボン炉心管と、前記カーボン炉心管を加熱するカーボンヒータと、前記カーボン炉心管及び前記カーボンヒータを取囲む炉体と、前記炉体の上部に設置され、前記ガラスロッドを挿通する上端開口部及びこの上端開口部からのガスの流れを制限する上蓋を有した上煙突と、前記炉体の下部に設置され、前記ガラスロッドが延伸されて通過する下端開口部を有した下煙突と、を有する延伸加熱炉を使用し、ガラスロッドを延伸する方法であって、
延伸処理中、前記下端開口部の断面積対比で０．２（ｌ／ｃｍ２／分）以上となる量の不活性ガスを前記上煙突及び前記下煙突から供給することを特徴とする。
【０００９】
例えば、加熱炉本体内へのガラスロッドの挿入のために加熱炉の上端開口部を開放した場合等に、加熱炉の下端開口部から加熱炉本体内へ外気が侵入する巻き込み現象は、加熱炉の開口部における単位断面積当たりのパージガスの流量が少なく、開口部の開放によって加熱炉本体内のパージガスの残存状態が一気に不安定状態になることで発生する。
しかし、上記のように構成されたガラスロッドの延伸方法によれば、延伸処理中、パージガスの供給量は、予め、加熱炉の下端開口部の断面積対比で一定以上になるように設定して、パージガスを上煙突側及び下煙突側から供給していて、ガラスロッドの挿入のために加熱炉の上端開口部を開放した場合等でも、加熱炉本体内のパージガスの残存状態が一気に不安定状態になることを解消して、加熱炉の下端開口部からの外気の巻き込みの発生を防止することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載のガラスロッドの延伸方法は、上記目的を達成するために、請求項１に記載のガラスロッドの延伸方法において、更に、前記延伸処理中であって、前記不活性ガスの前記下煙突側からの供給量を前記上煙突側からの供給量の１０〜８０％とすることを特徴とするものである。
【００１１】
このように構成されたガラスロッドの延伸方法においては、加熱炉本体内でのパージガスの流れを、上端の開口部側から下端の開口部側に流れるように整流することができ、下端の開口部からの外気の巻き込み防止を、より徹底することができる。
また、下端開口部近傍でのパージガスの供給量を、上端開口部側でのパージガスの供給量の１０％以上に設定したことで、ガラスロッドの挿入作業時などに下端開口部からの外気巻き込みを、より確実に防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の好適な実施の形態に係るガラスロッドの延伸方法を詳細に説明する。
図１、図２は、本発明の一実施の形態に係るガラスロッドの延伸方法に適用される加熱炉を示したもので、図１はガラスロッド延伸用加熱炉の要部斜視図、図２は図１のガラスロッド延伸用加熱炉の縦断面図である。
【００１３】
このガラスロッド延伸用加熱炉１は、ガラスロッド（ガラス母材）６を加熱軟化するカーボン炉心管１１と、カーボン炉心管１１を加熱するカーボンヒータ１３と、カーボン炉心管１１及びカーボンヒータ１３を取囲む炉体２１と、炉体２１の上部に設置され、ガラスロッド６を挿通する上端開口部３及びこの上端開口部３からのガスの流れを制限する上蓋２６を有した上煙突２３と、炉体２１の下部に設置され、ガラスロッド６が延伸されて通過する下端開口部４を有した下煙突２４とを有する。
炉体２１、上煙突２３及び下煙突２４は、炉本体８を形成する。なお、ガラスロッド６は把持部７が図示略の引き取り機によって把持されて、下端開口部４に向かって延伸する。
【００１４】
そして、炉本体８の上下の端部付近には、上下開口部３，４から炉本体８内への外気の侵入を阻止するために、炉本体８内へ不活性ガスを導入するパージガス導入ライン３１，３２が接続されると共に、各パージガス導入ライン３１，３２には不活性ガスの導入流量を互いに独立に調整可能にした流量調整機３３、３４が装備されている。
【００１５】
本発明にかかるガラスロッドの延伸方法は、上記のガラスロッド延伸用加熱炉１に挿入されたガラスロッド６の加熱軟化部に作用する引き取り張力を図示せぬ引き取り機によって調節することで、ガラスロッド６を所望の外径に縮径・延伸させる。
但し、延伸処理中、各パージガス導入ライン３１，３２から炉本体８内への不活性ガスの供給流量は、下端開口部４の断面積対比で、０．２リットル／ｃｍ２／分以上に保持される。あるいは、上下両端の開口部３，４の総断面積に対する比で、０．１リットル／ｃｍ２／分以上に保持される。
【００１６】
また、延伸処理中、不活性ガスの下煙突２４側からの供給量は上煙突２３側からの供給量の１０〜８０％に調整される。
【００１７】
パージガスとして使用する不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなど、各種の不活性ガスが該当する。
【００１８】
加熱炉本体内へのガラスロッドの挿入のために加熱炉の上端開口部を開放した場合等に、加熱炉の下端開口部から加熱炉本体内へ外気が侵入する巻き込み現象は、加熱炉の開口部における単位断面積当たりのパージガスの流量が少なくて、開口部の開放によって加熱炉本体内のパージガスの残存状態が一気に不安定状態になることで発生する。
しかし、上記のように構成されたガラスロッド延伸用加熱炉１及びガラスロッドの延伸方法によれば、パージガスの供給量は、予め、加熱炉１の下端開口部４の断面積対比で一定以上になるように設定して、パージガスを上煙突２３側及び下煙突２４側から供給していて、ガラスロッド６の挿入のために加熱炉の上端開口部３を開放した場合等でも、加熱炉本体内のパージガスの残存状態が一気に不安定状態になることがなくなり、加熱炉１の下端開口部４からの外気の巻き込みの発生を防止することができる。
【００１９】
従って、加熱炉本体内のカーボン材料部品が、加熱炉本体内に巻き込んだ外気に含まれる酸素によって酸化されることを防止し、加熱炉１内のカーボン材料部品の酸化による燃焼・劣化の進行を遅らせることができる。
従って、カーボン材料部材の酸化によって発生した異物が成形中のガラスロッド６の表面に付着することを低減し、異物付着による製品品質の低下や製品歩留まりの低下という問題を防止することができる。
また、カーボン材料部品の交換頻度を低減し、カーボン材料部品の交換に起因した各種の問題の発生を抑制することができる。
【００２０】
また、上記実施の形態では、延伸処理中、不活性ガスの下煙突２４側からの供給量を、上煙突２３側からの供給量の１０〜８０％に調整していて、このように構成されたガラスロッド延伸用加熱炉１においては、加熱炉本体内でのパージガスの流れを、上端の開口部３側から下端の開口部４側に流れるように整流することができ、下端の開口部４からの外気の巻き込みを、より徹底して防止することができる。
また、下端開口部４近傍でのパージガスの供給量を、上端開口部３近傍でのパージガスの供給量の１０％以上に設定したことで、ガラスロッド６の挿入作業時などに下端開口部４からの外気の巻き込みを、より確実に防止することができる。
【００２１】
本願発明者等は、上記した実施の形態の作用効果を確認するため、パージガスの供給流量を変えて、外気の巻き込みの有無等を調べた。
〈実施例〉
本発明の実施例として、下端開口部４の断面積８０ｃｍ２に対し、上部のパージガス導入ライン３１による上端開口部３付近への不活性ガスの供給量を３０リットル／分、パージガス導入ライン３２による下端開口部４付近への不活性ガスの供給量を１０リットル／分とした。カーボンヒータ１３の加熱温度を１８５０℃に設定して、多数のガラスロッドについて、延伸成形作業を繰り返した。
その結果、カーボン材料部材の酸化・劣化等による炉体交換までのロッド処理回数は、１００〜１２０回であった。また、成形後のガラスロッド表面に付着する黒色異物数も、平均０．５個／回と問題のないレベルであり、ガラスロッドを無駄にすること無く、ガラスロッドの成形作業を継続することができた。
【００２２】
これに対して、上記の実施の形態の条件に該当しない条件で、延伸した比較例１〜４を、以下に説明する。
〈比較例１〉
ガラスロッド延伸用加熱炉は上端開口部側のパージガス導入ライン３１のみを装備した構造に変更して、パージガスの供給を、上端開口部３付近に、１５リットル／分で行った。カーボンヒータ１３の加熱温度を１８５０℃に設定して、多数のガラスロッドについて、延伸成形作業を繰り返した。
この場合、ガラスロッドの延伸過程で、炉体内下部に位置するカーボン炉芯管１１の下端部付近に燃焼が発生していることを確認した。
また、カーボン材料部材の酸化・劣化等による炉体交換までのロッド処理回数は、約２０回であった。また、成形後のガラスロッド表面に付着する黒色異物数は、平均２５個／回で、異物付着過多の為、製品として出荷できないものも出現した。
【００２３】
〈比較例２〉
ガラスロッド延伸用加熱炉は上端開口部側のパージガス導入ライン３１のみを装備した構造に変更して、パージガスの供給を、上端開口部３付近に、４０リットル／分で行った。カーボンヒータ１３の加熱温度を１８５０℃に設定して、多数のガラスロッドについて、延伸成形作業を繰り返した。
この場合、ガラスロッドを加熱炉本体内に挿入するために、煙突上部の蓋を開いた際、炉体内下部に位置するカーボン炉芯管１１の下端部付近に燃焼が発生していることを確認した。
また、カーボン材料部材の酸化・劣化等による炉体交換までのロッド処理回数は、約６０回であった。また、成形後のガラスロッド表面に付着する黒色異物数は、平均１０個／回で、異物付着過多の為、製品として出荷できないものも出現した。
【００２４】
〈比較例３〉
上記の実施例と同様に上下の開口部近傍のそれぞれにパージガス導入ライン３１，３２を装備した加熱炉を用いて、パージガスの供給を、それぞれのパージガス導入ライン３１，３２から、何れも２０リットル／分で行った。カーボンヒータ１３の加熱温度を１８５０℃に設定して、多数のガラスロッドについて、延伸成形作業を繰り返した。
この場合、ガラスロッドの延伸過程で、炉体内下部に位置するカーボン炉芯管１１の下端部付近に燃焼が発生していることを確認した。
また、カーボン材料部材の酸化・劣化等による炉体交換までのロッド処理回数は、約８０回であった。また、成形後のガラスロッド表面に付着する黒色異物数は、平均８個／回で、異物付着過多の為、製品として出荷できないものも出現した。
【００２５】
〈比較例４〉
上記の実施例と同様に上下の開口部近傍のそれぞれにパージガス導入ライン３１，３２を装備した加熱炉を用いて、パージガスの供給を、上端開口部３付近に、３７リットル／分、下端開口部４付近には３リットル／分（上端開口部側の流量の約８％）で行った。カーボンヒータ１３の加熱温度を１８５０℃に設定して、多数のガラスロッドについて、延伸成形作業を繰り返した。
この場合、ガラスロッドを加熱炉本体内に挿入するために、煙突上部の蓋を開いた際、炉体内下部に位置するカーボン炉芯管１１の下端部付近に燃焼が発生していることを確認した。
また、カーボン材料部材の酸化・劣化等による炉体交換までのロッド処理回数は、約９０回であった。また、成形後のガラスロッド表面に付着する黒色異物数は、平均７個／回で、異物付着過多の為、製品として出荷できないものも出現した。
【００２６】
以上の比較例１〜４と実施例との比較でも、パージガスを上記の実施の形態のように設定することが、外気の巻き込みに起因した酸化の発生を抑制する上で、極めて有用であることが確認される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のガラスロッドの延伸方法によれば、パージガスの供給量は、予め、加熱炉１の下端開口部４の断面積対比で一定以上になるように設定していて、加熱炉本体内へのガラスロッドの挿入のために加熱炉の上端開口部を開放した場合などでも、加熱炉本体内のパージガスの残存状態が一気に不安定状態になることを防いで、加熱炉の下端開口部からの外気の巻き込みの発生を防止することができる。
従って、加熱炉本体内のカーボン材料部品が、巻き込んだ外気に含まれる酸素によって酸化されることを抑えて、加熱炉本体内のカーボン材料部品の酸化による燃焼・劣化を遅らせることができる。
また、カーボン材料部材の酸化によって発生した異物が成形中のガラスロッドの表面に付着することを低減し、異物付着による製品品質の低下や製品歩留まりの低下という問題を防止することができる。
また、カーボン材料部品の交換頻度を低減し、カーボン材料部品の交換に起因した各種の問題の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラスロッド延伸用加熱炉の一実施の形態の要部斜視図である。
【図２】図１に示したガラスロッド延伸用加熱炉の縦断面図である。
【符号の説明】
１　ガラスロッド延伸用加熱炉
３　上端開口部
４　下端開口部
６　ガラスロッド（ガラス母材）
７　把持部
８　炉本体
１１　カーボン炉芯管
１３　カーボンヒータ
２１　炉体
２３　上煙突
２４　下煙突
３１，３２　パージガス導入ライン
３３，３４　流量調整機
【図１】
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【図２】
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