(57)【要約】【課題】縦型の炉心管にガラス体を挿入するときに、外気の侵入を確実に防止することにより、高品質のガラス物品を得る。【解決手段】本発明に係るガラス体の加熱方法は、縦型の炉心管２の上方に位置した上筒８（挿入部）の上方から、炉心管２の内側に向けてガラス体３０を挿入する際に、上筒８の上端に位置する開口部９から炉心管２の内径Ｄ以上の距離Ｌが離れた下方の吹き出し口１１から、挿入空間１０に向けてシールガスを吹き出して、加熱空間５に挿入したガラス体３０を加熱する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型の炉心管の上方に位置した挿入部の上方から、前記炉心管の内側に向けてガラス体を挿入する際に、
前記挿入部の上端に位置する開口部から前記炉心管の内径以上の距離が離れた下方の位置から、前記挿入部の内側に向けてシールガスを吹き出して前記炉心管の内側に前記ガラス体を挿入し、
前記炉心管内で前記ガラス体を加熱することを特徴とするガラス体の加熱方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス体の加熱方法において、前記挿入部の上下方向の長さを伸縮可能として、前記ガラス体を前記挿入部の上方から挿入する際に、
前記開口部から前記シールガスを吹き出す位置までの距離を前記炉心管の内径以上にすることを特徴とするガラス体の加熱方法。
【請求項３】
縦型の炉心管と、前記炉心管の上方に位置した挿入部とを備え、
前記挿入部の上端に位置する開口部から前記炉心管の内径以上の距離が離れた下方の位置に、前記挿入部の内側に向けてシールガスを吹き出すことが可能な吹き出し口が設けられていることを特徴とするガラス体の加熱装置。
【請求項４】
請求項３に記載のガラス体の加熱装置において、前記挿入部は、上下方向の長さを伸縮させ得るように構成されていることを特徴とするガラス体の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス体の加熱方法及び加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス体を延伸したり、線引きして光ファイバを製造したりする際には、一般に筒状の炉心管を備えた加熱装置によってガラス体を加熱して、軟化させる。
ガラス体を加熱する際には、加熱したガラス体に品質を低下させるような不純物が混入したりあるいは付着したりすることを防ぐために、炉心管の内側を清浄な雰囲気に維持することが望まれている。また、カーボンにより形成された炉心管を使用する場合は、酸素が存在する雰囲気中で加熱を行うと、炉心管が徐々に酸化して劣化してしまう。炉心管が劣化した場合には、炉心管の内表面から塵埃が発生して、炉心管の内側の雰囲気を汚染してしまうため、炉心管の内側に酸素を侵入させないための種々の対策が行われている。
【０００３】
線引きする際の対策としては、図５に示すように、縦型の炉心管５０の上端部に連結して配置された内筒管５１のガス吹込み口５２から、内筒管５１及び炉心管５０の内部にヘリウム、窒素等の不活性ガスを流し込む方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、この方法では、内筒管５１の上部を、ガラス体である光ファイバ母材５３を支持するダミー棒５４が貫通して移動し得る孔を設けた上蓋５５によって蓋をすることで、内部の不活性ガスが流出することを防いでいる。
なお、光ファイバ母材５３の線引きは、炉心管５０の外部からヒータ５６で光ファイバ母材５３の下端付近を加熱して軟化させ、光ファイバ母材５３の下端から光ファイバ５７を引き出すようにして行われる。
【０００４】
また、延伸する際の対策としては、図６に示すように、ダミー棒６０が貫通したフランジ６１を有する蛇腹状円筒６２を縦型の炉心管６３の上方に設け、延伸加工中に、ガラス体である光ファイバ母材６４の下降と同期させてフランジ６１を下降させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、フランジ６１とダミー棒６０との相対的な位置を変えることなく、貫通したダミー棒６０とフランジ６１との間のクリアランスを保って気密性を維持している。
なお、光ファイバ母材６４の延伸は、炉心管６３の周囲のヒータ６５により光ファイバ母材６４を加熱し、上部チャック６６と下部チャック６７の移動速度を制御して光ファイバ母材６４に張力を与えることにより行われる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２９６５０３１号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平６−２５６０３４号公報（第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような縦型の炉心管を用いてガラス体を加熱するにあたって、ガラス体を炉心管に挿入する際には、炉心管の上方を開口する必要がある。その際には炉心管の内側の気密性が失われやすい。
【０００７】
本発明の目的は、縦型の炉心管にガラス体を挿入するときに、外気の侵入を確実に防止することにより、高品質のガラス物品を得ることのできるガラス体の加熱方法及び加熱装置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の本発明に係るガラス体の加熱方法は、縦型の炉心管の上方に位置した挿入部の上方から、炉心管の内側に向けてガラス体を挿入する際に、挿入部の上端に位置する開口部から炉心管の内径以上の距離が離れた下方の位置から、挿入部の内側に向けてシールガスを吹き出して炉心管の内側にガラス体を挿入し、炉心管内でガラス体を加熱することを特徴としている。
なお、シールガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを用いると良い。
【０００９】
また、上記のガラス体の加熱方法において、前記開口部からシールガスを吹き出す位置までの距離を、炉心管の内径の２倍以上にすることが好ましい。
【００１０】
また、上記のガラス体の加熱方法において、挿入部の上下方向の長さを伸縮可能として、ガラス体を挿入部の上方から挿入する際に、前記開口部からシールガスを吹き出す位置までの距離を炉心管の内径以上にすることが好ましい。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明に係るガラス体の加熱装置は、縦型の炉心管と、炉心管の上方に位置した挿入部とを備え、挿入部の上端に位置する開口部から炉心管の内径以上の距離が離れた下方の位置に、挿入部の内側に向けてシールガスを吹き出すことが可能な吹き出し口が設けられていることを特徴としている。
【００１２】
また、上記のガラス体の加熱装置において、挿入部は、上下方向の長さを伸縮させ得るように構成されていることが好ましい。例えば、挿入部が蛇腹状に形成されていることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガラス体の加熱方法及び加熱装置の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
（第１実施形態）
この第１実施形態は、縦型の炉心管に上方からガラス体を挿入するときに、挿入を行う開口部から炉心管の内径以上の距離が離れた下方の位置からシールガスを吹き出して、外気の侵入を効果的に防ぎ、挿入したガラス体を加熱することを特徴としている。
【００１４】
図１に、本実施形態において用いるガラス体の加熱装置の概要図を示す。
図１に示すように、ガラス体の加熱装置１は、縦型に配置された筒状の炉心管２と、この炉心管２を発熱させるためのヒータ３を備えている。ヒータ３の周囲は断熱材４にて覆われている。炉心管２の材質はカーボンであり、ヒータ３は２０００℃程度まで発熱させることができる。炉心管２の内側の加熱空間５にガラス体３０を挿入すると、ガラス体３０を所望の温度に加熱することができる。
【００１５】
炉心管２の下方には、加熱空間５と連続した下部空間１３を形成している下筒６が設けられている。さらに、この下筒の下端には、着脱可能な下蓋７が装着されている。
【００１６】
炉心管２の上方には、加熱空間５と連続した挿入空間１０を形成している上筒８が設けられている。この上筒８は、上端の開口部９から炉心管２の加熱空間５に向けて、ガラス体３０を挿入する際の挿入部である。なお、上筒８の上端には、開口部９を開閉するための上蓋１４を装着することができる。
また、上筒８には、複数の吹き出し口１１が円周方向に１列に配列されて形成されている。さらに、上筒８の周囲には、吹き出し口１１に連通するように形成されたガス導入部１２が設けられている。このガス導入部１２は、シールガスを供給するガスコントロールパネル（図示せず）等に接続されており、ガスコントロールパネルから供給されたシールガスを、吹き出し口１１を通して、挿入空間１０に向けて吹き出すことができるように構成されている。
なお、吹き出し口１１は、上筒８の円周方向においてシールガスをほぼ均等に吹き出すように設けられていることが望ましい。吹き出し口１１は１列以上に配列されて設けられていても良く、円周方向に連続するスリット状に形成されていても良い。
【００１７】
さらに、吹き出し口１１は、上筒８の開口部９からの距離Ｌが、炉心管２の内径Ｄと比較して、等しいかまたはそれ以上の距離となる位置に設けられている。好ましくは、距離Ｌが内径Ｄに対して２倍以上であると良い。また、上筒８の内径が炉心管２の内径Ｄと同等であることが好ましい。なお、上筒８の材質は、カーボンや金属、セラミックス等が使用可能である。
以上述べたように、本実施形態のガラス体の加熱装置１は、シールガスを吹き出す吹き出し口１１が、開口部９から充分な距離を隔てて設けられているので、開口部９から下方に向かって外気が侵入してくることがあっても、シールガスによって外気が加熱空間５まで侵入することを効果的に防ぐことができる。
【００１８】
次に、上述したガラス体の加熱装置１を用いたガラス体の加熱方法について説明する。
まず、下筒６に下蓋７を装着し、上筒８に上蓋１４を装着した状態で、縦型の炉心管２をヒータ３により加熱する。そして、加熱空間５の温度を、ガラス体３０を加熱する温度まで上昇させる。その際、パージガスを吹き出し口１１から挿入空間１０と加熱空間５と下部空間１３とに流しておく。なお、パージガスは、炉心管を加熱する前や、あるいは加熱すると同時に流し始めても良い。
【００１９】
炉心管２の加熱と、パージガスの吹き出しとをそれぞれ継続して行って、加熱空間５の温度が所望の値となったら、吹き出し口１１からシールガスを吹き出し、上蓋１４を外して、ガラス体３０を開口部９の上方から挿入空間１０に向けて下降させていく。また、パージガスが各空間１０，５，１３に充満するまでの間、開口部９に上蓋１４を装着していても良い。
なお、シールガス及びパージガスは、アルゴン、窒素、ヘリウム等の塵埃を除去した不活性ガスを用いる。パージガスとシールガスは、同じガスを用いることができる。また、パージガスの流量は、シールガスの流量よりも少なくて良い。
【００２０】
挿入空間１０は、上部になるほど加熱空間５に比べて温度が低くなっている。この温度差により、吹き出し口１１から吹き出されたシールガスは挿入空間１０を上昇する上昇気流となり、かつ、開口しているのは開口部９のみであるため、開口部９から外部へ流出していく。この状態で、ガラス体３０を開口部９から挿入空間１０に挿入する。
そのとき、仮にガラス体３０とシールガスの上昇気流とが干渉して、開口部９から外気が侵入したとしても、上昇気流の発生源である吹き出し口１１は、開口部９から炉心管２の内径Ｄ以上の距離Ｌが離れた下方の位置にあるため、巻き込まれて挿入空間１０に侵入した外気が加熱空間５まで達することは防がれる。
【００２１】
したがって、開口部９を開口した状態でガラス体３０を加熱空間５まで挿入しても、少なくとも加熱空間５と下部空間１３の中に外気に含まれる酸素や塵埃が侵入してくることを防止することができる。
また、吹き出し口１１は、上筒８の円周方向においてパージガスやシールガスをほぼ均等に吹き出すことができるため、上昇気流の偏りが起こりにくく、外気を巻き込みにくい。
また、パージガスの吹き出し量を適宜調節して、各空間１０，５，１３を陽圧にしておくことにより、さらに効果的に外気の侵入を防止することができる。
【００２２】
このように、加熱空間５をパージガスの雰囲気に維持したまま、ガラス体３０を加熱して、高品質のガラス物品を得ることができる。
なお、本実施形態において、ガラス体３０は、光ファイバ用のガラス母材であり、加熱することによって延伸加工や線引き等を行うことができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るガラス体の加熱方法及び加熱装置の第２実施形態について説明する。
この第２実施形態は、上述した第１実施形態の特徴に加えて、挿入部の上下方向の長さを伸縮可能として、縦型の炉心管に上方からガラス体を挿入する際に、開口部からシールガスを吹き出す位置までの距離を炉心管の内径以上に設定することを特徴としている。
【００２４】
図２に、本実施形態において用いるガラス体の加熱装置の概要図を示す。なお、上述した第１実施形態と同様の部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
図２に示すように、ガラス体の加熱装置２０は、上述した第１実施形態における挿入部（上筒８）の構成が異なっており、他の部位は第１実施形態と同様の構成である。
【００２５】
本実施形態における挿入部２１は、上筒８ａと、上筒８ａの上端に接続された蛇腹状円筒２２とを備えている。上筒８ａには、上述した吹き出し口１１が設けられており、さらにその周囲には、吹き出し口１１に連通するように形成されたガス導入部１２が設けられている。
【００２６】
蛇腹状円筒２２は、上端がワイヤ（図示せず）等に吊るされており、このワイヤの巻き取りにより上下方向の長さを伸縮させることが可能である。すなわち、蛇腹状円筒２２を伸縮させることによって、上端の開口部９から吹き出し口１１までの距離Ｌを変動させることが可能である。
また、蛇腹状円筒２２の材質は、柔軟性と気密性、さらには耐熱性を考慮して選定することが好ましい。例えば、アルミコーティングを施したカーボン繊維と、シリコーン樹脂とを張り合わせた複合材料を用いることができる。
【００２７】
上述したガラス体の加熱装置２０を用いたガラス体３０の加熱方法について説明する。
まず、ガラス体３０を炉心管２の加熱空間５に挿入する前に、蛇腹状円筒２２の長さを調節して、開口部９から吹き出し口１１までの距離Ｌを、炉心管２の内径Ｄ以上となるように設定する。
その後、上述した第１実施形態と同様にして、炉心管２の加熱とシールガスの吹き出しとを行い、ガラス体３０を加熱空間５に挿入する。そして、加熱空間５をパージガスの雰囲気に維持したまま、ガラス体３０を加熱して、所望のガラス物品を得ることができる。
【００２８】
また、図３に示すように、ガラス体３０を加熱する際には、ガラス体３０の上端に接続されたダミー棒３２を上部チャック３３により把持して、上部チャック３３を徐々に下降させていく。これにより、ガラス体３０は下端側から上端側に至るまで徐々に加熱される。
例えば、図３に示すように、ガラス体３０を加熱して線引きを行う場合には、上部チャック３３の下降速度と、ガラス体３０から線引きされる光ファイバ３１の線引き張力とを適宜制御して、所望の径の光ファイバ３１を製造する。また、開口部９における気密性を確保するために、開口部９には、ダミー棒３２とのクリアランスが微小となるような孔が形成された上蓋２３が装着される。
【００２９】
線引きが進行するにつれて、上部チャック３３は徐々に下降していくが、この上部チャック３３の下降に合わせて蛇腹状円筒２２の長さを縮めていくことにより、ダミー棒３２と上蓋２３との相対的位置が一定に保たれて気密性を維持しやすくなる。また、第１実施形態に比べて、線引き終了時に要求される、上部チャック３３とガラス体３０の上端との距離を短くすることができるので、短いダミー棒３２を用いることができる。
なお、ガラス体３０を延伸する際にも同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また、本実施形態においては、挿入部の長さを伸縮可能とする構成として、蛇腹状の挿入部を用いたが、他の構成によって挿入部の長さを伸縮させても良い。例えば、径の異なる複数の筒を組み合わせることで、いわゆるスライドパイプ型の挿入部を用いて、スライドするパイプ間を磁性流体でシールしても良い。
【００３１】
また、本発明において用いるガラス体として、高い品質が要求される光ファイバ用のガラス母材等を好適に使用することができる。
【００３２】
ところで、本発明とは別の方法として、ガラス体を挿入する開口部で、ガラス体に向かってシールガスを吹き付けることで外気の侵入を防ぐという方法も考えられる。
【００３３】
しかしながら、炉心管の内側は外気に比べて高温に加熱されているために、炉心管の上方が開口していると、開口部の下方から上方に向かう上昇気流が発生してしまう。そのため、上昇気流によってシールガスが上方へ流されやすくなるとともに、ガラス体との干渉によって開口部の付近で対流が発生し、炉心管の内側に外気を巻き込んでしまい、シール効果が充分に得られないことがある。その場合、挿入したガラス体を加熱して所望のガラス物品を得る際に、ガラス物品の品質を低下させてしまうおそれがある。
また、炉心管内の温度を下げてガラス体を挿入することもできるが、その際の降温や、加熱の際の昇温には時間がかかり、効率的ではない。
【００３４】
（実施例）
次に、本発明に係るガラス体の加熱方法及び加熱装置の実施例について説明する。
上述した第２実施形態において説明したガラス体の加熱装置２０（図２参照）を用いて、炉心管２の内径Ｄに対する、開口部９と吹き出し口１１との距離Ｌの比Ｌ／Ｄが４となるようにした。そして、Ｌ／Ｄ＝０．５〜３．０の位置における空間中心での酸素濃度（％）を測定した。
なお、シールガスは窒素（Ｎ２）を用い、吹き出し量は５０リットル／分とした。
その測定結果を、次の表１及び図４に示す。
【００３５】
【表１】
2004142988.tif 000003
【００３６】
表１及び図４から判るように、距離Ｌが内径Ｄと等しい場合（Ｌ／Ｄ＝１．０）を境として、酸素濃度とＬ／Ｄの関係は急激に変化した。Ｌ／Ｄ＜１．０ではＬ／Ｄの値が大きくなればなるほど酸素濃度は急激に低下し、Ｌ／Ｄ≧１．０ではＬ／Ｄが増加しても酸素濃度はあまり低下せず、Ｌ／Ｄ≧２では酸素濃度はほぼ一定となった。
すなわち、Ｌ／Ｄ＝１．０の点は、Ｌ／Ｄと酸素濃度との関係において臨界的意義を有する点であることが判った。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガラス体の加熱方法及び加熱装置によれば、縦型の炉心管にガラス体を挿入するときに、外気の侵入を確実に防止することにより、高品質のガラス物品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス体の加熱方法を実施するための加熱装置を示す概要図である。
【図２】図１に示した加熱装置の第２実施形態を示す概要図である。
【図３】図２に示した加熱装置を用いた線引きの状態を示す概要図である。
【図４】本発明に係る実施例の測定結果を示すグラフである。
【図５】従来の加熱装置を用いた線引きの状態を示す概要図である。
【図６】従来の加熱装置を用いた延伸の状態を示す概要図である。
【符号の説明】
１　ガラス体の加熱装置（第１実施形態）
２　炉心管
３　ヒータ
４　断熱材
５　加熱空間
６　下筒
７　下蓋
８　上筒（挿入部）
９　開口部
１０　挿入空間
１１　吹き出し口
１２　ガス導入部
１３　下部空間
１４　上蓋
２０　ガラス体の加熱装置（第２実施形態）
２１　挿入部
２２　蛇腹状円筒
３０　ガラス体
Ｄ　炉心管の内径
Ｌ　開口部と吹き出し口との距離
【図１】
2004142988.tif 000004
【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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