(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス物品を挿入部に相対的に送り込んで、前記挿入部に設けられている発熱体を誘導コイルにより誘導加熱するガラス物品の加熱装置であって、
フェルト状の断熱材を前記発熱体の外周面に沿って複数層巻回し、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直交する方向に電気的絶縁部として表面を切欠いた凹溝が形成されており、前記断熱材の隣接する層において前記電気的絶縁部が巻回方向にずれた位置に配置されることを特徴とするガラス物品の加熱装置。
【請求項２】
前記巻回された断熱材の厚さの合計が、前記発熱体と前記誘導コイルとの間に設けられている隙間の高さの３４％〜５４％であることを特徴とする請求項１に記載のガラス物品の加熱装置。
【請求項３】
前記発熱体の外周面に少なくとも前記誘導コイルの幅で前記断熱材に接触しない非接触部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス物品の加熱装置。
【請求項４】
前記断熱材を貫通する孔を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス物品の加熱装置。
【請求項５】
前記断熱材を貫通する孔に窒化硼素製の筒状のスリーブを嵌め込んだことを特徴とする請求項４に記載のガラス物品の加熱装置。
【請求項６】
前記孔から前記発熱体に向けて不活性ガスを噴出することを特徴とする請求項４または５に記載のガラス物品の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラス物品の加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス物品を製作する技術を開示した一例として、特開２０００−１２８５５８号公報がある。この公報には、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光ファイバ用石英ガラス母材の製造方法が開示されている。しかしながら、前記公報には、加熱装置である誘導炉の具体的構成が示されていない。
一般的には、図７に示すように、誘導炉１０１は、誘導コイル１０３が巻回されており、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物であるサセプター１０７が本体に取り付けられている。サセプター１０７の内側には挿入部１１１が設けられており、サセプター１０７を誘導電流により発熱させ挿入部１１１を昇温させることにより、ガラス物品１１３を作製するものである。
【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。更に、断熱材１０５も高温に耐えるものでなければならないため、同様に、カーボンを含有する材料を用いて一体成形されたものが使用されており、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、先に断熱材１０５が誘導現象を起こして発熱してしまい、誘導加熱の表皮効果ゆえ、サセプター１０７の温度が十分に上昇しないという問題がある。
【０００４】
この発明の目的は、以上のような従来の技術の問題点に着目してなされたものであり、断熱効果を維持しながら誘導現象による断熱材の発熱を防止することのできるガラス物品の加熱装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１による発明のガラス物品の加熱装置は、ガラス物品を挿入部に相対的に送り込んで、前記挿入部に設けられている発熱体を誘導コイルにより誘導加熱するガラス物品の加熱装置であって、フェルト状の断熱材を前記発熱体の外周面に沿って複数層巻回し、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直交する方向に電気的絶縁部として表面を切欠いた凹溝が形成されており、前記断熱材の隣接する層において前記電気的絶縁部が巻回方向にずれた位置に配置されることを特徴とするものである。
【０００６】
発熱体の外周面にフェルト状の断熱材を複数回巻回することにより、一体成形による断熱材と比べ、誘導コイルにより生成される磁界により断熱材の表面に誘起される電流を流れにくくしている。さらに、電気的絶縁部を設けることにより、誘導電流を周方向に流れにくくして、断熱材における誘導加熱を防止することができる。これにより、サセプターの温度が十分に上昇し、断熱材の寿命が長くなる。さらに、電気的絶縁部が隣接する断熱材の層の電気的絶縁部と重ならないようにずらすことにより、サセプターに対する断熱効果を十分とし、放熱や輻射によるコイル焼損の問題をなくしている。
【０００８】
フェルト状断熱材に凹溝を凹設することにより、容易に電気的絶縁部を形成することができる。凹溝が複数あれば、絶縁効果が高まるので好ましい。また、溝がフェルト状の断熱材の厚み以下で深い方が絶縁的である。
【０００９】
請求項２による発明のガラス物品の加熱装置は、請求項１に記載のガラス物品の加熱装置において、前記巻回された断熱材の厚さの合計が、前記発熱体と前記誘導コイルとの間に設けられている隙間の高さの３４％〜５４％であることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、断熱材と誘導コイルとの間の隙間を確保してショートを防止すると共に、断熱材の断熱効果を保持することにより断熱材からの輻射を防止することができる。また、従来よりも断熱材が少なく、その熱容量が小さいので、昇温時間あるいは降温時間を短縮することができる。
【００１１】
請求項３による発明のガラス物品の加熱装置は、請求項１または２に記載のガラス物品の加熱装置において、前記発熱体の外周面に少なくとも前記誘導コイルの幅で前記断熱材に接触しない非接触部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
誘導コイルによる誘導現象により発熱される発熱体のうち、少なくとも誘導コイル幅に対応する部分に断熱材と接触しない非接触部を設けたので、発熱体と断熱材の接触による直接の熱伝導を回避することができ、断熱材の高温熱劣化による寿命を長くすることができる。
【００１３】
請求項４による発明のガラス物品の加熱装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス物品の加熱装置において、前記断熱材を貫通する孔を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
従って、断熱材に遮られることなく孔から発熱体の温度を正確に測定することができるため、ガラス物品の加熱不足、過加熱を防止することができる。
【００１５】
請求項５による発明のガラス物品の加熱装置は、請求項４に記載のガラス物品の加熱装置において、前記断熱材を貫通する孔に窒化硼素製の筒状のスリーブを嵌め込んだことを特徴とするものである。
【００１６】
孔に、高熱に耐える窒化硼素製の筒状のスリーブを嵌め込むと、フェルト状の断熱材に孔をあけた際の毛羽、起毛、ほつれ等による孔の遮りをなくして良好な視界を確保することができる。なお、スリーブの材料としては窒化硼素（Ｓｉ3Ｎ4）の他、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、コージライト系セラミックス（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の材料も用いることができ、これらの材料を単一組成或いは混合して用いてもよい。
【００１７】
請求項６による発明のガラス物品の加熱装置は、請求項４または５に記載のガラス物品の加熱装置において、前記孔から前記発熱体に向けて不活性ガスを噴出することを特徴とするものである。
【００１８】
孔から不活性ガスを注入することにより酸素が流入するのを防止するので、発熱体が酸素と反応するのを防止することができ、発熱体の消耗を防止して寿命を長くすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1には、この発明に係るガラス物品の加熱装置１の断面図が示されている。この加熱装置１では、ケーシング３の中央に、クラッド用ガラスパイプ５にコア用ガラスロッド７が挿入されたガラス物品９を通すための内部空間である挿入部１１が前後方向（図１中左右方向）に設けられており、開口部１３F、１３Rがケーシング３の前後両端面に設けられている。
【００２０】
挿入部１１の中央部内面には、発熱体であるサセプター１５が全周にわたって設けられており、サセプター１５の外側には断熱材１７を挟んで誘導コイル１９が巻回されている。また、サセプター１５の前後両側に隣接して挿入部１１の内周面には、挿入部１１内の酸素を炉体外に効率的に排出するために例えば窒素ガスのような不活性ガスを挿入部１１に噴出するための不活性ガス噴出口２１が所定間隔で設けられている。この不活性ガス噴出口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。なお、この配管２３は、図示省略の不活性ガス噴出手段に接続されている。
【００２１】
挿入部１１における前後両開口部１３F、１３Rの内側には、挿入部１１にある酸素および挿入部１１に侵入してくる酸素を炉内の発熱体（サセプター）１５まで持ち込まないように、酸素消費リング２５が挿入部１１の内周面の全周にわたって設けられている。
さらに、挿入部１１における酸素消費リング２５の外側であるケーシング３の前後両端面３F、３Rには、外部から挿入部１１に酸素が侵入するのを防止するための二重シャッター２７A、２７Bが設けられており、二重シャッター２７Bの内側に低酸素領域となる前室２９が設けられている。
【００２２】
二重シャッター２７A、２７Bは、挿入部１１に送り込まれるガラスパイプ５およびガラスロッド７の形状に合わせて開閉して制御され、ガラス物品９にテーパ−部５Aがあっても酸素の侵入を最低限に抑えることができるようになっている。
【００２３】
次に、この発明に係るガラス物品の加熱装置１の要部についてさらに詳しく説明する。
図２に示すように、サセプター１５の外周面には、断熱材１７とサセプター１５が接触しない非接触部として少なくとも誘導コイル１９の幅を有する凹部３１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。
【００２４】
また、図３および図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、サセプター１５の外側にサセプター１５の幅Ｄよりは広いが狭めの断熱材１７ａが複数回（例えばここでは３回）巻回されており、さらに断熱材１７ａの外側に幅が広めな断熱材１７ｂが複数回（例えばここでは３回）巻回されている。さらに、断熱材１７ｂの外側には、カーボン製の紐状のものであるスライバー３３が巻きつけられて固定されている。
【００２５】
再び図２を参照するに、この断熱材１７の全高ｈは、サセプター１５と誘導コイル１９との間に設けられている隙間の高さＨの４０％〜６０％程度とし、巻回されている断熱材１７の厚さの合計（すなわち巻回されている各層間の空間を除いた厚さ）が隙間の高さの３４％〜５４％となるように設定されている。
断熱材１７と誘導コイル１９との間を所望の隙間でもって確保することにより、断熱材１７と誘導コイル１９との間のショートを防止すると共に、断熱材１７からの輻射を防止することができる。
【００２６】
断熱材１７には、例えばかさ密度が０．４ｇ／ｃｃ以下のフェルト状のカーボンシートが用いられており、電気的絶縁部として断熱材１７の全幅にわたって表面を切欠いた凹溝３５が複数本設けられている。この複数本の凹溝３５は、断熱材１７がサセプター１５の外側に巻回された状態で、図５に示すように、隣接する層において巻回方向にずれた位置に配置されるように予め位置決めして設けられている。また、電気絶縁部３５は、溝状のものでなくてもよく、完全に分離されているものでも構わない。
【００２７】
このようにフェルト状の断熱材１７を複数層巻回することにより、一体成形による断熱材比べ、周方向に流れる誘起電流を流れにくくすると共に、断熱材１７の表面に凹溝３５を複数本設けることにより、誘導コイル１９による誘導電流を流れにくくして、誘導発熱を抑える。なお、凹溝３５が多くなりすぎると断熱効果が低下するおそれがあるので、凹溝３５を適切な本数に設定するが、凹溝３５の本数および配置は図５に示すものに限らず、適宜変化させることができる。
【００２８】
また、図６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。誘導加熱装置に設けられた覗き窓４１には、例えば赤外線を用いてサセプター１５の放射の波長域を計測することにより温度測定を行う放射温度計４２が設けられており、常時サセプター１５の温度測定を行うことが可能になっている。また、覗き窓４１と断熱材１７の孔４０とを管４３でコイル１９と接触させないようにして接続し、更に、管４３を窒素ガス等の不活性ガス供給管４４、４４に接続してある。
【００２９】
不活性ガス供給管４４から管４３を介してサセプター１５に向けて不活性ガスを噴出させることにより、サセプター１５が酸素と接触しないようにしてある。また、断熱材１７に形成された孔４０に窒化硅素等の高耐熱性のスリーブ４５を嵌め込んで、フェルト状の断熱材１７の起毛、毛羽等の発生による孔４０の遮りを防いでいる。よって、放射温度計４２のサセプター１５に対する視界を常に良好に保つことができる。
なお、覗き窓４１は１つとは限らず、２つ以上取り付けて、例えば、サセプター１５の温度分布を測定することも可能である。
【００３０】
上記構成により、ガラス物品９を作製する際には、コア用ガラスロッド７が挿入されたクラッド用ガラスパイプ５を製造装置１の挿入部１１に挿入する。このとき、前後の二重シャッター２７A、２７Bは、ガラス母材９の形状に合わせて開閉して、二重シャッター２７A、２７Bとガラス母材９の間から酸素が挿入部１１に侵入するのを防止する。
【００３１】
そして、サセプター１５の前後両側に設けられている不活性ガス噴出口２１から挿入部１１内へ窒素ガスを噴出して、挿入部１１内部の酸素を前後両開口部１３F、１３Rから窒素ガスと共に排出する。さらに、酸素消費リング（例えば、カーボン製）２５により挿入部１１に残っている酸素あるいは開口部１３F、１３Rから挿入部１１に侵入してくる酸素を消費（燃焼）しながら、誘導コイル１９に電流を流してサセプター１５を発熱させ、ガラスパイプ５内を負圧にして、ガラスパイプ５を押し潰すようにしてガラスロッド７とガラスパイプ５とを一体化してガラス母材を作製する。
【００３２】
なお、本発明のガラス物品の加熱装置は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。すなわち、上述した実施形態では、例えばガラス物品９を固定してケーシング３を前後に移動させるものとすることができるが、これに限らず、ケーシング３を固定してガラス物品９を移動させるようにすることもできる。
上記では、ガラス母材の製造方法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を使用することができる。
【００３３】
なお、本発明ではフェルト状の断熱材の層数は６層のものを用いて説明したが、６層に限定するものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるガラス物品の加熱装置では、誘導コイルにより断熱材に発生する誘導電流を流れにくくして断熱材における誘導加熱を防止し、断熱材が発熱するのを防止して断熱材の寿命を長くすることができる。また、断熱材と誘導コイルとの間の隙間を確保してショートを防止すると共に、断熱材の断熱効果により断熱材からの輻射を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス物品の加熱装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】サセプターの形状を示す断面図である。
【図３】サセプターおよびサセプターに巻回された断熱材を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）はサセプターおよびサセプターに巻回された断熱材を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中Ｂ−Ｂ位置の断面図である。
【図５】フェルト状断熱材に設けられた凹溝の配置の一例を示す断面図である。
【図６】サセプターの温度計測手段と不活性ガス供給管を示す説明図である。
【図７】従来の光ファイバ用ガラス母材の製造装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ガラス物品の加熱装置
５  クラッド用ガラスパイプ
７  コア用ガラスロッド
９  ガラス物品
１１  挿入部
１５  サセプター（発熱体）
１７  断熱材
１９  誘導コイル
３１  凹部（非接触部）
３５  凹溝（電気的絶縁部）
４０  孔
４１  覗き窓
４１  スリーブ
【図１】
0004158011.tif 000002
【図２】
0004158011.tif 000003
【図３】
0004158011.tif 000004
【図４】
0004158011.tif 000005
【図５】
0004158011.tif 000006
【図６】
0004158011.tif 000007
【図７】
0004158011.tif 000008