(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材のガラス母材の長手方向の外径を測定しておき、この外径データに基づいて、加熱炉本体の入り口および出口に設けられたシャッタの開口径を制御し、加熱炉内に供給するシャッタガスの流量を制御するガラス母材の加熱方法。
【請求項２】
加熱炉本体と、この加熱炉本体の入り口または出口付近に取り付けられ、被加熱材であるガラス母材の長手方向の外径を測定する外径測定器と、加熱炉本体の入り口および出口に取り付けられ、開口径が可変とされたシャッタと、加熱炉本体内部にシャッタガスを供給するシャッタガス供給部と、外径測定器で測定されたガラス母材の長手方向の外径データに基づいて、シャッタの開口径およびシャッタガスの流量を制御する制御部を有することを特徴とするガラス母材の加熱炉。
【請求項３】
加熱炉本体がカーボン抵抗炉であることを特徴とする請求項２記載のガラス母材の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス母材の製造、加工等に用いられる加熱炉及び加熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの製造に際しては、まず種々の方法、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法などによって、ガラスプリフォームを作成し、次いでこれを加熱してガラス母材とし、このガラス母材を紡糸することで光ファイバとしている。この過程においては、ガラス母材を加熱して、延伸したり、先端加工したり、焼結したりすることが行われている。そして、この加熱には、通常、カーボン抵抗炉が用いられている。
図２（ａ）は、従来の技術のカーボン抵抗炉の一例を示すもので、図中番号５１は、加熱炉本体を示す。この加熱炉本体５１は、炉心管５２、発熱体５３、断熱材５４、シャッタガス供給部５５、及び筐体５６から概略構成されている。
【０００３】
炉心管５２は、黒鉛などの炭素材からなる円筒状のもので、その長手方向の中央部よりやや下方には発熱体５３が設けられている。この発熱体５３は、黒鉛などの炭素材からなり、ドーナツ状の形状を有し、炉心管５２を包囲している。この発熱体５３の下方には、シャッタガス供給部５５が設けられている。
シャッタガス供給部５５は、炉心管５２に開口する複数の噴出口５５ａ、５５ａ・・・と、噴出口５５ａにアルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスからなるシャッタガスを供給するパイプ５５ｂと、このパイプ５５ｂにシャッタガスを供給するガス供給装置５５ｃを有し、ガス供給装置５５ｃはシャッタガスの流量を調節する流量調節機能を有するものである。
また、炉心管５２及び発熱体５３の外周部には、カーボン繊維などからなる断熱材５４が配置され、この断熱材５４の外側にはステンレス鋼などの耐熱金属からなる筐体５６が設けられている。更に、加熱炉本体５１の上部及び下部の開口部には、それぞれシャッタ６０、６１が設けられており、これらシャッタ６０、６１の開閉により、各開口部を開閉させることができるようになっている。
【０００４】
このような加熱炉により、ガラス母材７０を加熱するには、図２（ａ）に示すように、加熱炉本体５１の上部及び下部の開口部を開けて、炉心管５２内部にガラス母材７０を配置し、開口部を閉じてシャッタガス供給部５５からシャッタガスを炉心管５２に供給し、炉心管５２内部の雰囲気の酸素濃度を十分低減し、炉心管５２、発熱体５３などが酸化劣化しないようにしてから、図２（ｂ）に示すように、発熱体５３に通電して、ガラス母材７０を加熱する。なお、符号７２は、ガラス母材本体７１に付属するダミー示す。
【０００５】
ところが、このような加熱方法にあっては、ガラス母材７０の出し入れの際に、加熱炉本体５１の上部及び下部のシャッタ６０、６１を開くことになるが、このとき、炉心管５２は高温となっているので、炉心管５２内に存在していたシャッタガスは、上部の開口部から煙突効果により上方に流出し、これに伴って、下部の開口部から大気が炉心管５２内に流入する。すると、高温状態にある炉心管５２、発熱体５３は、流入した大気中の酸素により急激に酸化劣化し、損傷を受ける。その酸化物等は、次回の加熱の際に、炉心管５２等から剥離し、ガラス母材７０に付着し、ガラス母材７０の外観が汚染される他、このガラス母材７０から紡糸して得られる光ファイバの傷の原因にもなる。
このようなことから、被加熱材であるガラス母材７０等を加熱炉本体５１に出し入れするときは、発熱体５３の通電を停止し、加熱炉本体５１が十分に冷めた状態で行う必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、加熱炉本体５１にガラス母材７０を収めた後、炉電力を入れてから加熱炉内の温度が安定するまでの時間を必要とするため、一回の加工に長時間を要し、生産性が低い。また、それだけ大量のシャッタガスを消費しなくてはならず、生産コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
よって、本発明における課題は、加熱炉の連続的な操業ができるようにし、しかもシャッタガスの消費量を低減できるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラス母材の加熱方法は、被加熱材のガラス母材の長手方向の外径を測定しておき、この外径データに基づいて、加熱炉本体の入り口および出口に設けられたシャッタの開口径を制御し、加熱炉内に供給するシャッタガスの流量を制御することを特徴とする。
本発明のガラス母材の加熱炉は、加熱炉本体と、この加熱炉本体の入り口または出口付近に取り付けられ、被加熱材であるガラス母材の長手方向の外径を測定する外径測定器と、加熱炉本体の入り口および出口に取り付けられ、開口径が可変とされたシャッタと、加熱炉本体内部にシャッタガスを供給するシャッタガス供給部と、外径測定器で測定されたガラス母材の長手方向の外径データに基づいて、シャッタの開口径およびシャッタガスの流量を制御する制御部を有することを特徴とする。
また、上記ガラス母材の加熱炉は、加熱炉本体がカーボン抵抗炉であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の加熱炉は、炉電源が入った状態において、ガラス母材を出し入れする開口面積と、シャッタガスの流量を調節することによって、加熱炉内の酸素濃度を十分に低く保つことを可能としたものである。
以下、実施の形態例に基づいて詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
この例の加熱炉は、図１（ａ）に示すように、加熱炉本体１と、この加熱炉本体１の入り口または出口に取り付けられ、被加熱材であるガラス母材２０の長手方向の外径を測定する外径測定器７と、加熱炉本体１の入り口および出口に取り付けられ、開口径が可変とされたシャッタ１０、１１と、加熱炉本体１内部にシャッタガスを供給するシャッタガス供給部５と、外径測定器７で測定されたガラス母材２０の長手方向の外径データに基づいてシャッタ１０、１１の開口径およびシャッタガスの流量を制御する制御部８を有する。
【００１０】
上記加熱炉本体１は、炉心管２、発熱体３、断熱材４及び筐体６から概略構成されている。
炉心管２は、黒鉛などの炭素材料からなる円筒状のもので、その長手方向の中央部よりやや下方には、発熱体３が設けられている。この発熱体３は、黒鉛などの炭素材料からなり、ドーナツ状の形状を有し、炉心管２を包囲している。そして、この発熱体３の外周部には、カーボン繊維などからなる断熱材４が配置され、更に、断熱材４および炉心管２の外周部には、筐体６が配置されている。
【００１１】
上記外径測定器７は、加熱炉本体１の入り口または出口付近に取り付けられ、そこを通過するガラス母材２０の長手方向の外径を測定し、その外径データを制御部８へ送信する。本実施形態例では、外径測定器７を加熱炉本体１の入り口付近に設けている。
上記シャッタ１０、１１は、加熱炉本体１の入り口または出口に取り付けられ、ガラス母材２０の外径に応じて、開口径が可変とされる。また、シャッタ１０、１１の形状や大きさなどは、特に制限されないが、例えば、扇形のものを４枚合わせ、各自が動作することで、開口面積の細かな調節が可能となるものなどが用いられる。
上記シャッタガス供給部５は、炉心管２に開口する複数の噴出口５ａ、５ａ・・・と、これらの噴出口５ａ、５ａ・・・にアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスからなるシャッタガスを供給するパイプ５ｂと、このパイプ５ｂにシャッタガスを供給するガス供給装置５ｃを有し、ガス供給装置５ｃは、シャッタガスの流量を調節する機能を有するものである。
上記制御部８は、外径測定器７から送信された外径データに基づいて、シャッタ１０、１１の開口面積、及びガス供給装置５ｃから供給されるシャッタガスの流量を決定する。そして、制御部８は、決定された開口面積になるように、シャッタ１０、１１を駆動する駆動信号をシャッタ１０、１１へ送信し、一方、決定されたシャッタガスの流量を流量信号として、ガス供給装置５ｃへ送信する。
【００１２】
このような構成により、この例の加熱炉は、炉電源が入った状態で、加熱炉内の酸素濃度を十分に低く保つことが可能なため、加熱炉内のカーボン部品が損傷を受けることなく、加熱炉の連続的な操業を可能とし、かつシャッタガスの消費量を低減することができる。
【００１３】
以下、図１（ａ）、（ｂ）を用い、上記加熱炉を用いたガラス母材２０の焼結工程を例にして、その加熱方法について説明する。
まず、予め加熱炉の炉電力を入れておき、加熱炉内をガラス母材２０を加工するのに適した温度にしておく。そして、例えば、炉心管２の内径が１４５ｍｍの加熱炉を用いる場合、ガラス母材本体２１の外径が９０ｍｍ、ダミー２２の外径が３５ｍｍで、ガラス母材本体２１とダミー２２の間がテーパ状となった全長１６００ｍｍのガラス母材２０を、加熱炉下部のチャック（図示せず）で把持し、加熱炉入り口付近に設けた外径測定器７を通過させ、シャッタ１０から加熱炉本体1内へ送り込む。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、ガラス母材２０を加熱炉本体1内に挿入するときは、ガラス母材２０の外径に応じてシャッタ１０が開き、シャッタ１１は閉じた状態にある。
また、噴出口５ａから加熱炉本体１内に供給されるシャッタガス流量は適宜調節されており、この場合では、ダミー２２がシャッタ１０、１１断面を通過するときは、例えば２００ＳＬＭ、ガラス母材本体２１がシャッタ断面を通過するときは、例えば２６０ＳＬＭのシャッタガスを加熱炉本体１内に供給することで、加熱炉内の酸素濃度を低く保つことができる。
【００１５】
加熱炉本体1内に配置されたガラス母材２０は、発熱体３により加熱、加工される。そして、発熱体３による加熱、加工が進行すると、図１（ｂ）に示すように、加工されたガラス母材２０をシャッタ１１から取り出すことができる。また、このときは、ガラス母材２０の外径に応じてシャッタ１１が開き、シャッタ１０は閉じた状態にある。
【００１６】
このようなガラス母材２０の加熱方法によれば、炉電源が入った状態で、加熱炉内の酸素濃度を十分に低く保つことが可能なため、加熱炉内のカーボン部品が損傷を受けることなく、加熱炉の連続的な操業を可能とし、かつシャッタガスの消費量を低減することができる。
【００１７】
なお、上記ガラス母材２０の加熱方法において、本発明の加熱炉のように、外径測定器７によりガラス母材２０の外径を測定する他、予め、ガラス母材２０の外径を測定しておき、その外径データと、加熱炉へのガラス母材２０の移動量から、シャッタ１０、１１の開口面積を調節することもできる。
【００１８】
（実施例）
図１（ａ）に示した構造の加熱炉を用いて、ガラス母材２０の加熱を行った。この加熱炉の炉心管２の内径は１４５ｍｍであり、使用したガラス母材２０は、ガラス母材本体２１の外径が９０ｍｍ、ダミー２２の外径が３５ｍｍで、ガラス母材本体２１とダミー２２の間がテーパ状となった全長１６００ｍｍのものであった。
まず、加熱炉の炉電力を入れておき、加熱炉内は、ガラス母材２０を加工するのに適した温度である１８００℃程度とした。そして、ガラス母材２０のダミー２２を下部チャック（図示せず）で把持し、加熱炉下部の入り口からガラス母材２０を加熱炉内に挿入した。この際、加熱炉入り口付近に設けられた外径測定器７により、ガラス母材２０の長手方向の外径を測定した。シャッタ１０、１１は、扇形のものを各々４枚合わせ、各自が動作することで、シャッタ１０、１１の開口径を調節した。今回、クリアランスを５ｍｍとして外径データとガラス母材２０の長手方向の移動量からシャッタ１０、１１の開口径を制御して、クリアランスが設定値となるようにした。
また、加熱炉内に供給されたシャッタガスが、ダミー２２がシャッタ１０、１１断面を通過するとき２００ＳＬＭ、ガラス母材本体２１がシャッタ１０、１１断面を通過するとき２６０ＳＬＭであることによって、加熱炉内の酸素濃度を加熱炉内のカーボン部品が損傷を受けない程度まで低く保ったままで、ガラス母材２０の出し入れを行うことができた。
【００１９】
（比較例１）
図２（ａ）に示した構造の加熱炉を用いて、ガラス母材７０の加熱を行った。この加熱炉の炉心管５２の内径は１４５ｍｍであり、使用したガラス母材７０は、ガラス母材本体７１の外径が９０ｍｍ、ダミー２２の外径が３５ｍｍで、ガラス母材本体７１とダミー７２の間がテーパ状となった全長１６００ｍｍのものであった。
まず、加熱炉の炉電力を入れておき、加熱炉内はガラス母材７０が加工されるのに適した温度とした。そして、ガラス母材７０のダミー７２を下部チャック（図示せず）で把持し、加熱炉下部の入り口からガラス母材７０を加熱炉内に挿入したところ、加熱炉内の酸素濃度が急激に上昇しまったため、加工を中止した。その後、加熱炉を分解し、加熱炉内を確認した。
【００２０】
（比較例２）
図２（ａ）に示した構造の加熱炉を用いて、ガラス母材７０の加熱を行った。この加熱炉の炉心管５２の内径は１４５ｍｍであり、使用したガラス母材７０は、ガラス母材本体７１の外径が９０ｍｍ、ダミー２２の外径が３５ｍｍで、ガラス母材本体７１とダミー７２の間がテーパ状となった全長１６００ｍｍのものであった。
ガラス母材７０のダミー７２を下部チャック（図示せず）で把持し、加熱炉下部の入り口からガラス母材７０を加熱炉内に挿入した後に、加熱炉の電源を入れて加工を行った。
また、加工終了後は、加熱炉の電源を落として、加熱炉本体１が十分に冷めてからガラス母材７０を取り出した。
【００２１】
本発明に係るガラス母材７０の加熱方法によれば、加熱炉内のカーボン部品の損傷がほとんどみられず、加工されたガラス母材７０の外観も良好だった。一方、比較例１で使用した加熱炉では、加熱炉内のカーボン部品の損傷が激しく、かつ加熱炉内から剥離したカーボンが、加工したガラス母材７０の表面に付着し、ガラス母材７０の外観が悪くなっていた。
また、比較例２で使用した加熱炉では、加熱炉内のカーボン部品の損傷はほとんど見られず、加工されたガラス母材７０の外観も良好であったが、加熱炉の電源を入れてから加熱炉内の温度が安定するまで約２０分かかり、更に、加熱炉の電源を落としてから加熱炉本体１が十分に冷めるまで約６０分を要した。
したがって、実施例に対し、ガラス母材１本当たりにかかる時間は約８０分長くなり、その分シャッタガスの消費量が増加してしまった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のガラス母材の加熱方法によれば、被加熱材のガラス母材の長手方向の外径を測定しておき、この外径データに基づいて、加熱炉本体の入り口および出口に設けられたシャッタの開口径を制御し、加熱炉内に供給するシャッタガスの流量を制御するので、加熱炉の連続的な操業ができ、生産性が高まるとともに、シャッタガスの消費量を低減でき、生産コストを抑えることができる。
本発明の加熱炉によれば、加熱炉本体と、この加熱炉本体の入り口または出口付近に取り付けられ、被加熱材であるガラス母材の長手方向の外径を測定する外径測定器と、加熱炉本体の入り口および出口に取り付けられ、開口径が可変とされたシャッタと、加熱炉本体内部にシャッタガスを供給するシャッタガス供給部と、上に外径測定器で測定されたガラス母材の長手方向の外径データに基づいて、シャッタの開口径およびシャッタガスの流量を制御する制御部を有するので、加熱炉の連続的な操業ができ、生産性が高まるとともに、シャッタガスの消費量を低減でき、生産コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の加熱炉の第１の例を示す概略構成図である。
【図２】  従来の加熱炉を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・加熱炉本体、７・・・外径測定器、１０、１１・・・シャッタ、５・・・ガス供給部、８・・・制御部
【図１】
0003955464.tif 000002
【図２】
0003955464.tif 000003