(57)【要約】【課題】断熱効果を維持しながら発熱体の中空部でガラス物品の加熱を十分に行うことのできるガラス物品の加熱装置を提供する【解決手段】本発明の加熱装置は、中空の発熱体の外周に成型断熱材を配置し、前記断熱材の周囲にさらに誘導コイルを配置し、前記発熱体を前記誘導コイルにより誘導加熱して前記発熱体の中空部でガラス物品を加熱する加熱装置である。ここで、前記誘導コイルにより生成される磁界により前記断熱材の表面に誘起される電流の方向と交差する方向に電気的絶縁部が前記断熱材に形成されていることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の発熱体の外周に成型断熱材を配置し、前記断熱材の周囲に誘導コイルを配置し、前記発熱体を前記誘導コイルにより誘導加熱して前記発熱体の中空部でガラス物品を加熱する加熱装置であって、前記誘導コイルにより生成される磁界により前記断熱材の表面に誘起される電流の方向と交差する方向に電気的絶縁部が前記断熱材に形成されている加熱装置。
【請求項２】
周囲に誘導コイルが巻かれている断熱材の一部分に複数の電気的絶縁部が形成されている請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
電気的絶縁部が空隙である請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
空隙が断熱材の外面と内面の間をほぼ貫通している請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
空隙が断熱材の外面と内面の間を貫通していて、前記空隙が前記外面側に向かっている方向が前記断熱材の外面の法線方向以外である請求項３に記載の加熱装置。
【請求項６】
中空の発熱体の外周に成型断熱材を配置し、前記断熱材の周囲に誘導コイルを配置し、前記断熱材には、前記誘導コイルにより生成される磁界により前記断熱材の表面に誘起される電流の方向と交差する方向に電気的絶縁部が形成されている断熱材を使用し、前記誘導コイルに可聴周波数以上の交流電流を流して前記発熱体を誘導加熱して前記発熱体の中空部でガラス物品を加熱する加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス物品の加熱装置および加熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス物品の加熱に関する一例として特開２０００−１２８５５８号公報がある。該公報には、ガラス管にコアロッドを挿入し、抵抗炉や誘導炉等の加熱炉内で加熱し溶着一体化する方法が示されている。しかしながら、該公報には加熱装置である誘導炉の具体的構成は示されていない。
図９に示すように、一般的には、誘導炉１０１は誘導コイル１０３が巻き回されていて、この誘導コイル１０３の内側に断熱材１０５を介してカーボン製の導電性発熱体であるサセプター１０７が本体に取り付けられている。サセプター１０７を誘導電流により発熱させてサセプター１０７の内側の加熱部１１１を昇温させることにより、ガラス物品１１３を加熱する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような誘導炉１０１においては、高温用途のため、カーボンを含有するサセプター１０７が使用される。断熱材１０５も高温に耐えるものでなければならないため、カーボンを含有する材料を用いたものが使用されている。サセプターと断熱材とは、ともにカーボンを含有するため、両者の比抵抗はほぼ同じ値となる。このような構成の誘導炉において、誘導コイル１０３に電流を流してサセプター１０７を発熱させようとすると、断熱材１０５が先に誘導現象を起こしてしまい断熱材として機能しないばかりでなく、誘導加熱の表皮効果ゆえにサセプター１０７の温度が充分に上昇せず、加熱部１１１でガラス物品を所望の温度にまで加熱して軟化させて加工することが難しいことがある。
本発明は、断熱効果を維持しながら発熱体の中空部でガラス物品の加熱を十分に行うことのできるガラス物品の加熱装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の加熱装置は、中空の発熱体の外周に成型断熱材を配置し、前記断熱材の周囲に誘導コイルを配置し、前記発熱体を前記誘導コイルにより誘導加熱して前記発熱体の中空部でガラス物品を加熱する加熱装置である。ここで、前記誘導コイルにより生成される磁界により前記断熱材の表面に誘起される電流の方向と交差する方向に電気的絶縁部が前記断熱材に形成されていることを特徴とする。
【０００５】
本発明の加熱方法は、中空の発熱体の外周に成型断熱材を配置し、前記断熱材の周囲に誘導コイルを配置し、前記誘導コイルに可聴周波数以上の交流電流を流して前記発熱体を誘導加熱して前記発熱体の中空部でガラス物品を加熱する方法である。ここで、前記誘導コイルにより生成される磁界により前記断熱材の表面に誘起される電流の方向と交差する方向に電気的絶縁部が形成されている断熱材を使用する。
【０００６】
本発明の加熱装置または加熱方法において、誘導コイルに電流を流すと、発熱体だけではなく、成型断熱材の表面でも電流が誘起される。その誘起電流の流れる方向は成型断熱材の周方向である。成型断熱材に、前記周方向と交差する方向に電気的絶縁部を形成すると、該電気的絶縁部で成型断熱材の表面に誘起される電流が止まるので、前記成型断熱材の表面を前記誘起電流が周回して流れない。そして、前記断熱材の内側に位置する発熱体に誘起電流が流れ、発熱体を十分に発熱させることができる。
電気的絶縁部が複数形成されていれば、成型断熱材の表面に誘起される電流が流れる範囲が細かく分断されるので、前記成型断熱材の表面に電流がさらに流れにくくなる。これにより発熱体に誘起電流がさらに流れやすくなり、十分発熱させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、成型断熱材に電気的絶縁部を形成するには、成型断熱材に切り込みを入れる等して、空隙を形成すればよい。前記空隙は、断熱材の外面から内面に向けて入れられた切り込み、または内面から外面に入れられた切り込みのいずれでもよい。ここで、切り込みとは、成型後に除去された部分だけを指すのではなく、当該部分が空隙となるように成型された部分をも指す。成型断熱材はカーボンを一体成型したものが挙げられる。
図１に示すように、成型断熱材１７の周方向（図で矢印で示す方向）に誘起電流が流れようとするとき、前記周方向と交差する方向に切り込み２をいれる。図１では断熱材１７の長さ方向にそって切り込み２を入れた例を示す。こうして、断熱材１７には誘起電流が流れず、発熱体６に誘起電流が流れるようにする。つまり、発熱体に誘起電流を集中させる。これにより発熱体が十分発熱し、その中空部４でガラス物品を軟化するまで加熱して、延伸したり溶着したり等加工することができる。
【０００８】
断熱材に流れようとする誘起電流を遮断する効果を大きくするためには、切り込みが断熱材に深く入れられるほどよい。したがって電気絶縁部である空隙が断熱材の外面と内面との間をほぼ貫通しているものが好ましく、完全に貫通しているものがより好ましい。
【０００９】
図２に示すように複数の切り込み２を成型断熱材１７に入れると、誘起電流が流れる区間がより細分化され、断熱材全体として誘起電流がさらに流れにくくなり、発熱しにくくなる。したがって、断熱材としての本来の機能を発揮するとともに発熱体６をさらに効果的に発熱させることができる。
断熱材表面において、周囲に誘導コイルが巻かれている部分（以下、コイル投影長部分ともいう）で誘起電流が多く生じる。したがって、図２では斜線を付して示すコイル投影長部分１０の断熱材１７に複数の電気的絶縁部を形成すると、前記断熱材１７に誘起される電流を効果的に遮断し、発熱体６を発熱させることができる。
断熱材１７のコイル投影長部分１０に切り込みを入れる結果、断熱材１７の端から端まで切り込み２が入らないことがある。この場合は、前記切り込み２を断熱材１７の外面から内面まで貫通させても、切り込みのない部分で成型断熱材１７が解体することなく一体となっている。
図２では、誘導コイル１９の幅とコイル投影長部分１０の幅はいずれもＷである。なお、図２では、誘導コイル１９の手前側を省略して示したが、実際には、誘導コイル１９はコイル投影長部分１０の断熱材１７の周囲を取り巻いている。
【００１０】
図３に示すように、空隙である切り込み２が断熱材１７の外面と内面との間を貫通している場合、前記断熱材１７の内側の発熱体６から発射される輻射光が前記切り込み２を通って断熱材１７の外部に漏れ、断熱効果が減ぜられる。この場合は、図４に示すように、空隙（切り込み２）がその開口部近傍で断熱材外面に向かっている方向（以下、空隙の方向ともいう）を断熱材外面の法線方向以外の方向とすることで前記切り込みから前記輻射光が漏れる量を少なくすることができる。図４では空隙の方向を矢印Ｄで示し、断熱材外面の法線方向を矢印Ｎで示す。図４に示すように空隙の方向Ｄを断熱材外面の法線方向Ｎに対して単に傾けるのでもよい。図５に示すように断熱材１７の長さ方向に垂直な断面で曲線となる形状の空隙（図５では切り込み２）であれば、さらに断熱効果が大きい。
【００１１】
成型断熱材に電気的絶縁部を形成しない場合は、誘導コイルに流す交流電流の周波数を１０ｋＨｚ以下の可聴周波数としないと、前記断熱材が発熱してしまい、発熱体に誘起電流を集中することが困難であった。誘導コイルに可聴周波数の交流電流を流す加熱装置は、当該加熱装置を操作する作業者の聴覚に与える悪影響を考慮すると現実には使用できないものであった。しかしながら、本発明では、成型断熱材に誘起電流が流れる方向と交差する方向に電気的絶縁部を形成したので、誘導コイルに流す交流電流の周波数を可聴周波数以上としても、断熱材が発熱せず、発熱体に誘起電流が集中する。本発明では２０ｋＨｚ以上の交流電流を誘導コイルに流しても成型断熱材を使用できる。本発明によれば、作業者の聴覚に悪影響を与えずに成型断熱材を使用できる。成型断熱材は、当該断熱材の交換や、加熱装置内に設けられる炉心管等の消耗品の交換時の取扱いが容易であり、装置の維持作業性がよく、生産コストを抑えることができる。
【００１２】
図６に示すガラス物品の加熱装置１では、ケーシング３の中央に、ガラス物品９を通すため内部空間１２が前後方向（図６中左右方向）に設れている。ケーシング３の前後両端面に開口部１３Ｆ、１３Ｒが設けられている。なお、図１では、ガラス物品としてガラスパイプ５にガラスロッド７が挿入されたものを示す
【００１３】
加熱装置１の中央部には、中空の発熱体であるカーボン製のサセプター１５が設けられている。サセタプター１５の外側には断熱材１７が設けられている。サセプター１５の内部の空間（中空部）が加熱部１１である。加熱部１１は前記内部空間１２の中央部でもある。サセプター１５の外側には断熱材１７が、断熱材１７の外周には誘導コイル１９が巻き回されている。サセプター１５の前後両側には不活性ガスを加熱部１１内に噴出するための噴出口２１が設けられている。噴出口２１には不活性ガスを供給する配管２３が断熱材１７を貫通して設けられている。配管２３は図示しない不活性ガス供給手段に接続されている。不活性ガスが配管２３を経由して噴出口２１から内部空間１２内に噴出される。内部空間１２内の酸素を含むガスは開口部１３Ｆ、１３Ｒから外部へ前記不活性ガスに押し出されて排出される。
【００１４】
開口部１３Ｆ、１３Ｒの内側には、酸素消費リング２５が設けられている。酸素消費リングがカーボン製の場合、炉体外から加熱部１１内に入ってきた酸素は酸素消費リング２５で反応して一酸化炭素または二酸化炭素となって消費され、サセプター１５まで到達しない。
【００１５】
開口部１３Ｆ、１３Ｒには二重シャッター２７Ａ、２７Ｂが設けられている。二重シャッター２７Ａ、２７Ｂは、加熱部１１に送り込まれるガラス物品９の形状に合わせて開閉され、ガラス物品９にテーパ部５Ａがあっても、加熱部１１内に炉体外からの酸素の侵入を最小限に抑えることができる。
【００１６】
図７に示すように、サセプター１５の外周面には、少なくとも誘導コイル１９の幅を有する凹部３３が設けられている。これにより、サセプター１５と断熱材１７とが接触して断熱材１７が劣化することを防止している。
【００１７】
断熱材１７はカーボン製の一体形成されたもので、図２に示すように切れ込み２を有している。断熱材１７の両端は支持部材３１により酸素消費リング２５に連続され、酸素消費リング２５はケーシング３に連続されている。
【００１８】
図８に示すように、断熱材１７に孔４０をあけ、サセプター１５の温度を測定できるようにしている。ケーシング３に設けられた覗き窓４１の外には放射温度計４２が設けられていて、サセプター１５の温度測定を常時行うことができるようになっている。覗き窓４１と孔４０とは管４３で接続されている。このとき、管４３は誘導コイル１９と接触しない位置に設けられる。不活性ガス供給管４４が管４３に接続されている。不活性ガス供給管４４から管４３を介してサセプターに向けて、また管４３から覗き窓４１に向けて不活性ガスを噴出することにより、覗き窓４１から酸素が炉体内へ侵入しないようにしている。覗き窓４１は複数設けてもよい。断熱材１７に設けた切り込み２からサセプター１５の表面を観察することができる場合は、孔４０を設けずに切り込み２を温度測定にも利用し、切り込み２と覗き窓４１とを管４３で接続してもよい。
【００１９】
前述した構成の装置によりガラス物品を加熱する例を、ガラスパイプ５とガラスロッド７との一体化を例として説明する。
【００２０】
ガラスロッド７をガラスパイプ５に挿入する。ガラスパイプ５の両端はテーパ部５Ａとなっている。把持パイプ８がガラスパイプ５の両端に溶着され、縮径部８Ａでガラスロッド７と把持パイプ８とが溶着されている。
【００２１】
誘導コイル１９に電流を流してサセプター１５を発熱させる。ガラスパイプ５、ガラスロッド７および把持パイプ８とからなるガラス物品９を開口部１３Ｆから加熱部１１に挿入し、開口部１３Ｒから引き出す。ガラス物品９を挿入する速度と引き出す速度とは同じとする。この間、二重シャッター２７Ａ、２７Ｂは、ガラス物品と二重シャッターとの間隔が最小限となるようにテーパ部５Ａの太さおよび把持パイプ８の径に合わせて開閉する。具体的には、ガラスパイプ５または把持パイプ８が差し掛かったときはほぼ当該パイプの外径と同じ開口径だけ開き、テーパ部５Ａが差し掛かったときはほぼガラスパイプ５の外径と同じ開口径だけ開く。噴出口２１からは窒素ガスを内部空間１２内に噴出し、開口１３Ｆ、１３Ｒから該窒素ガスを排気する。カーボン製の酸素消費リング２５では加熱部内に微量存在する酸素が消費される。ガラスパイプ５内を負圧にすると、サセプター１５により加熱部１１で加熱されて軟化したガラスパイプ５が潰れ、同じく軟化したガラスロッド７と溶着し、両者は一体化して一本のガラスロッドとなる。
【００２２】
ガラスパイプ５が光ファイバ母材のクラッドとなるパイプであり、ガラスロッド７が光ファイバ母材のコアとなるロッドであれば、両者が一体化して得られるガラスロッドは光ファイバ母材である。当該光ファイバ母材を加熱して線引きすると光ファイバが得られる。
【００２３】
前記では、ガラスロッドとガラスパイプの一体化について説明したが、ガラスロッドを延伸する場合にも、本発明の加熱装置および加熱方法は使用可能である。ガラスロッドを延伸する場合は、開口部１３Ｆからガラスロッドを挿入する速度Ｖａと、開口部１３Ｒからガラスロッドを引き出す速度ＶｂとをＶａ＜Ｖｂとすれば、加熱部で加熱され軟化したガラスロッドを延伸加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る断熱材及び発熱体の斜視図である。
【図２】本発明に係る断熱材、発熱体及び誘導コイルの斜視図である。
【図３】本発明に係る断熱材及び発熱体を断熱材の長さ方向に垂直な方向で切った断面図である。
【図４】本発明に係る断熱材及び発熱体を断熱材の長さ方向に垂直な方向で切った断面図である。
【図５】本発明に係る断熱材及び発熱体を断熱材の長さ方向に垂直な方向で切った断面図である。
【図６】本発明の加熱装置の一例を示す断面図である。
【図７】サセプターの形状を示す図である。
【図８】サセプターの温度計測手段を示す図である。
【図９】従来の加熱装置を占めず断面図である。
【符号の説明】
１：加熱装置
２：切り込み（空隙）
３：ケーシング
４：中空部
５：ガラスパイプ
６：発熱体
７：ガラスロッド
８：把持パイプ
８Ａ：縮径部
９：ガラス物品
１０：コイル投影長部分
１１：加熱部
１２：内部空間
１３Ｆ、１３Ｒ：開口部
１５：サセプター
１７：成型断熱材
１９：誘導コイル
２１：噴出口
２３：配管
２５：酸素消費リング
２７Ａ、２７Ｂ：シャッター
３１：支持部材
３３：凹部
４０：孔
４１：覗き窓
４２：放射温度計
４３：管
４４：不活性ガス供給管
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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