JP2002211942A - ガラス母材延伸装置 - Google Patents
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Abstract
間が可能な限り短く、かつ加熱炉筐体に対する熱負荷の
少ない断熱材構造を提供する。 【解決手段】 本発明のガラス母材延伸装置は、ガラス
母材供給機構、ガラス母材収納容器、加熱炉5および引
取り機構を有するガラス母材延伸装置において、該加熱
炉5が、筐体内部に断熱材および発熱体を備え、中心部
にガラス母材1の通過する貫通孔16および該貫通孔1
6を通過するガラス母材1の外径を測定する外径測定孔
12を有し、貫通孔16に面する内壁面が実質的に前記
断熱材の一部および発熱体6により形成され、前記断熱
材の熱容量Q[kJ/K]と前記内壁面の表面積S[m
2]との比Q/Sが70以上350以下であることを特
徴としている。
Description
する加熱炉、特には、光ファイバ用ガラス母材の延伸に
好適な加熱炉を備えたガラス母材延伸装置に関する。
したより細径の光ファイバ用ガラスロッド(プリフォー
ム)を製造するのに使用されるガラス母材延伸装置の一
例を図1に概略縦断面図で示した。図において、ガラス
母材1は、その供給機構2に連結された垂下軸3に取り付
けられて、収納容器4内に垂下され、大気から隔離され
ている。次いで、供給機構2によって加熱炉5内に送り込
まれ、加熱炉5に設置された発熱体6によって加熱軟化さ
れる。加熱軟化されたガラス母材1は、引取り機構7に
よって引張応力が加えられ、延伸されて、より細径のガ
ラスロッド8が形成される。
な構造の加熱炉が使用されていた。図4に示す加熱炉に
おいて、加熱炉筐体9は鋼製の部材で構成され、内部
は、種々の部材からなる断熱材で構成されている。断熱
材には主にカーボンが使用され、これには、高密度・高
強度・低断熱性を有するグラファイト材10と称される
ものや、低密度・低強度・高断熱性を有する多孔質の成
形断熱材11と称されるものがある(特開平11−79
778号公報参照)。加工精度の面では、成形断熱材1
1よりもグラファイト材10の方がはるかに優れてい
る。なお、図中のハッチングの部分がグラファイト材1
0からなる部分である。
0.2mmの加工精度を容易に得ることができるが、成
形断熱材11では150±1mm程度が限界である。通
常、加熱炉に使用される断熱材は、グラファイト材10
と成形断熱材11とを組み合わせて使用されている。加
熱炉内の断熱構造は多数の断熱部材を積層した積層構造
となっているため、加熱炉の下部に位置する断熱材に
は、それよりも上部に位置する全ての断熱材の重量が作
用する。即ち、加熱炉の下部に位置する断熱材ほどこれ
に作用する圧力が大きくなる。
る断熱材の総重量は30kgを超える場合もある。この
ため外径測定孔12周辺に使用する断熱材に、低強度の
成形断熱材11を使用したのでは強度不足となり、最悪
の場合には、この部分の断熱材が破損し、外径測定孔1
2が埋まる場合がある。このため、外径測定孔12周辺
に使用する断熱材としては、成形断熱材11よりもグラ
ファイト材10が多用されていた。
されたレーザ光は、外径測定孔12を通って外径測定器
(受光側)15で受光される。この間、僅かでも発射さ
れたレーザ光の光路が遮られると、ガラスロッド8の外
径測定が不可能となる。このため、光路を遮らないよう
に外径測定孔12を大きくすると、レーザ光の光路は確
保される。しかしながら、外径測定孔12を大きくする
と、ガラスロッド8から外部へ放散される輻射熱の量が
増し、加熱軟化途中にあるガラスロッド8の周方向での
温度分布が一様でなくなり、ガラスロッド8の断面形状
の非円を誘発する。
きず、できるだけ小さい方が望ましい。従って、外径測
定孔12を設ける断熱材には、強度だけでなく加工精度
の高い材質、具体的にはグラファイト材10を使用する
必要もある。このようなガラス母材延伸装置を使用し
た、太径のガラス母材1からより細径のガラスロッド8
への延伸工程は、ガラス母材1本毎にバッチ処理によっ
て行われる。なお、図4において、符号16はガラス母
材1とガラスロッド8が通る貫通孔であり、符号17は
ガラスロッド出口、符号18は外径測定窓、符号19は
断熱材位置決め座、符号20は熱電対である。
材延伸装置を用いて、バッチ間の作業工程を説明する。
図5(a)はガラス母材1の収納容器4が密閉状態にあ
り、同図(b)は収納容器4の前後を左右に開いて大気
解放された状態を示している。あるガラス母材の延伸終
了後、次のガラス母材の延伸工程へ移行するためには、
加熱炉5の上部を大気解放して、収納容器4内から延伸
を終えたガラス母材終了端21を取り出し、次のバッチ
の原料である大型のガラス母材1を加熱炉5内に垂下し
なければならない。
が流入されているが、密閉状態にある収納容器4を大気
解放すると、大気解放された収納容器4内だけでなく加
熱炉5内にも酸素が流入する。このとき、加熱炉5内部
の断熱材あるいは発熱体の温度が酸化温度以上にある
と、酸化によって異常劣化を生じる。例えば、カーボン
の場合、約600℃以上あると急激に酸化され劣化す
る。そのため、次バッチのガラス母材をガラス母材延伸
装置内に垂下させるに先立って、加熱炉5内の断熱材お
よび発熱体の温度が、それぞれの酸化温度以下になるま
で加熱炉5を冷却してから大気解放しなければならな
い。しかし、延伸終了後、収納容器とともに高温かつ密
閉状態にある加熱炉5内の断熱材と発熱体を、それらが
酸化温度以下になるまで自然冷却するには数時間を要し
ていた。
ガラス母材を延伸して製造されるガラスロッドは、基本
的にバッチ方式で製造される。このため、延伸終了母材
と次バッチのガラス母材との入れ替えに要する装置の休
止時間が、加熱炉の自然冷却に長時間を要するため延伸
稼動時間よりも長く、極めて設備生産性の低いものとな
っていた。すなわち、代表的な例では、ガラス母材延伸
装置に、次バッチのガラス母材を垂下するのに要する時
間と延伸時間の和が約2.5時間であるのに対し、加熱
炉の冷却に約3時間を要し、極めて設備生産性が低かっ
た。
断熱材の熱容量を低下させることが有効である。断熱材
の熱容量としては、グラファイト材は高密度なため3.
3×103kJ/m3Kと大きく、他方、成形断熱材は
0.24×103kJ/m3Kである。従って、冷却速度
のアップには、できるだけグラファイト材の使用量を減
らし、成形断熱材の使用量を増やすことが有効となる。
熱材は加工精度や強度が低いという欠点に加えて、熱劣
化による体積減少がグラファイト材に比較して起こり易
いという欠点がある。そのため、断熱材の交換を頻繁に
行わねばならず、断熱材の製作費用・交換費用がかさ
む。さらに、断熱材交換の間生産停止となり、設備生産
性が低下する。その結果、製品のコストアップとなる。
また、鋼製の加熱炉筐体が高温となるため、加熱炉の熱
変形や材質の変質を生じ、加熱炉の寿命が短くなる。加
熱炉の交換には、多大な費用と時間がかかり、これもま
た設備生産性を低下させ、製品のコストアップにつなが
る。
験的なデータにもとづき加熱炉の断熱材寸法、すなわち
断熱材の熱容量を決定していた。そのため、加熱炉の冷
却時間を短縮するための検討は殆どなされていなかっ
た。そこで、本発明の目的は、ガラス母材延伸装置にお
いて加熱炉の冷却時間が可能な限り短く、かつ加熱炉筐
体に対する熱負荷の少ない断熱材構造を決定することを
課題としている。
解決するため鋭意検討を重ね、ガラス母材延伸装置の設
備生産性を向上させるためには、バッチ間の冷却・加熱
に要する時間を短縮させることが、極めて有効であるこ
とを見出し、加熱炉の断熱材の熱容量を規定することで
上記課題を解決し、バッチ間隔を短縮して設備生産性を
向上させたものである。
は、ガラス母材供給機構、ガラス母材収納容器、加熱炉
および引取り機構を有するガラス母材延伸装置におい
て、該加熱炉が、筐体内部に断熱材および発熱体を備
え、中心部にガラス母材の通過する貫通孔および該貫通
孔を通過するガラス母材の外径を測定する外径測定孔を
有し、貫通孔に面する内壁面が実質的に前記断熱材の一
部および発熱体により形成され、前記断熱材の熱容量Q
[kJ/K]と前記内壁面の表面積S[m2]との比Q
/Sが、70以上350以下であることを特徴としてい
る。なお、断熱材はカーボン製とし、グラファイト材お
よび成形断熱材よりなるものとするのが好ましい。貫通
孔に面する内壁面に使用する断熱材および加熱炉の筐体
底面に接する断熱材はグラファイト材とし、また、外径
測定孔に接する断熱材のうち、少なくとも一部をグラフ
ァイト材とするのが好ましい。
熱容量を規定したものであり、具体的には、加熱炉内に
配設される断熱材の熱容量Q[kJ/K]と、ガラス母
材および延伸されたガラスロッドが通る貫通孔の内壁面
の表面積S[m2]との比Q/S(以下、単に熱容量面
積比Q/Sと称する)を70以上350以下としたもの
である。なお、熱容量面積比Q/Sが70未満では、断
熱材中に占める成形断熱材の体積が多くなりすぎて断熱
材の劣化消耗が激しく、断熱材の交換サイクルが短くな
り、断熱材のメンテナンス費用が上昇する。このため、
断熱材すなわち熱容量の過度の削減はかえって製品のコ
ストアップを招く。また、熱容量面積比Q/Sが350
を超えると、熱容量が多過ぎて冷却時間が長くバッチ間
隔が長くなり、設備生産性が低くなる。なお、好ましく
は100以上300以下である。
規定することによって、グラファイト材が占める部分の
体積を従来より小さくすることができ、熱容量を必要最
低限に小さくすることができる。その分、加熱炉の自然
冷却に要する時間も短くなる。なお、加熱炉の自然冷却
に要する時間(以下、単に冷却時間と称する)とは、加
熱炉内に設置された発熱体、グラファイト材、成形断熱
材の温度が、大気から隔離された密閉状態で、延伸終了
直後の温度からそれらが酸化温度以下になり、大気解放
が可能となるまでに要する時間である。
たガラスロッドが通る貫通孔の内周面には、グラファイ
ト材を配置するのが好ましい。グラファイト材は、発熱
体からの輻射熱を成形断熱材に直接あてないための遮熱
板および成形断熱材の保護部材として設けられる。発熱
体からの輻射熱によってグラファイト材は加熱される
が、グラファイト材の温度が発熱体の温度と同一になっ
た平衡状態では、グラファイト材を通って成形断熱材に
伝えられる熱量は、グラファイト材がない場合と比較し
て約2分の1となる。
材が存在すると伝熱抵抗が大きくなり、成形断熱材に伝
えられる熱量が少なくなる。言い換えれば、成形断熱材
を通って加熱炉筐体に作用する熱負荷が小さくなる。こ
れは加熱炉本体の熱変形やクラックなどのトラブルの発
生頻度を低減させ、結果として加熱炉の寿命を延ばすこ
とにつながる。
は、グラファイト材を使用するのが好ましい。このこと
により、重力による断熱材底部の変形を防止することが
できる。さらに、外径測定孔に接する断熱材のうち、少
なくとも一部をグラファイト材とすることが好ましい。
これにより重力による断熱材の破損がなくなり、外径測
定孔が埋まることがなくなる。
伸装置における加熱炉5の構造の一例を実施例1として
示す。この加熱炉5の断熱材構造は、貫通孔16の内壁
が、管状グラファイト材22,23,24および円環状
グラファイト材25,26,27,28を組み合わせて
形成され、これらのグラファイト材と筐体9との間に
は、成形断熱材11が配置されている。外径測定孔12
周辺の断熱材には、従来よりもグラファイト材を減少さ
せた。この装置の断熱材の熱容量Qは167kJ/Kで
あり、貫通孔16に面する内壁面の表面積Sは0.75
4m2であった。
φ、長さ1500mmの光ファイバ用ガラス母材1を6
5mmφの光ファイバ用プリフォーム8に延伸した。な
お、加熱炉筐体9は水冷ジャケットを外壁に備えており
(図示を省略)、常時、水道水で冷却されている。ま
た、各温度の測定は熱電対20により測定した。加熱炉
内の温度は2000℃に設定し、延伸終了後、断熱材の
温度が500℃に低下するまでの時間を測定したとこ
ろ、2.0時間を要した。また、延伸中の筐体9の内壁
温度は24℃であった。これらの結果を表1に示した。
及び成形断熱材の厚さを変更して、断熱材の熱容量を表
1のように変更した以外は、実施例1と同様にして光フ
ァイバ用ガラス母材の延伸を行った。その結果は表1に
示した通りである。
構成に変更した以外は、実施例1と同様にして、光ファ
イバ用ガラス母材の延伸を行った。その結果を表1に示
す。
構成に変更した以外は、実施例1と同様にして、光ファ
イバ用ガラス母材の延伸を行った。その結果を表1に示
す。
〜3においては、加熱炉筐体の内壁温度は適度に低く保
たれ、また、断熱材の冷却時間も増大しすぎることはな
い。これに対して、比較例1においては、断熱材の熱容
量が大きいため熱容量面積比Q/Sが大きくなり、加熱
炉筐体の内壁温度は低く保たれるが、断熱材の冷却時間
が大きくなっている。比較例2においては、断熱材の熱
容量が小さいため熱容量面積比Q/Sが小さくなり、断
熱材の冷却時間は小さくなるが、加熱炉筐体の内壁温度
が高くなっている。
に、上記断熱材構造を採用することで、バッチ間の作業
時間は短縮され、加熱炉の延伸サイクルタイムを短縮す
ることができる。さらに、鋼製の加熱炉筐体に過大な熱
負荷が作用しないため、加熱炉の熱変形などのトラブル
が少なくなる。その結果、装置の設備生産性を向上さ
せ、製品のコストダウンに貢献することができる。
図である。
の一例を示す概略縦断面図である。
概略縦断面図である。
概略縦断面図である。
(a)は、密閉状態にある収納容器4へのガラス母材の
垂下工程を示し、(b)は大気解放された状態にある収
納容器4からのガラス母材終了端の取出し工程を示して
いる。
円環状グラファイト材 30 ガラス母材軟化部
Claims (5)
- 【請求項1】 ガラス母材供給機構、ガラス母材収納容
器、加熱炉および引取り機構を有するガラス母材延伸装
置において、該加熱炉が、筐体内部に断熱材および発熱
体を備え、中心部にガラス母材の通過する貫通孔および
該貫通孔を通過するガラス母材の外径を測定する外径測
定孔を有し、貫通孔に面する内壁面が実質的に前記断熱
材の一部および発熱体により形成され、前記断熱材の熱
容量Q[kJ/K]と前記内壁面の表面積S[m2]と
の比Q/Sが70以上350以下であることを特徴とす
るガラス母材延伸装置。 - 【請求項2】 前記断熱材がカーボン製であり、グラフ
ァイト材および成形断熱材よりなる請求項1に記載のガ
ラス母材延伸装置。 - 【請求項3】 貫通孔に面する内壁面に使用する断熱材
がグラファイト材である請求項1又は2に記載のガラス
母材延伸装置。 - 【請求項4】 加熱炉の筐体底面に接する断熱材がグラ
ファイト材である請求項1乃至3のいずれかに記載のガ
ラス母材延伸装置。 - 【請求項5】 外径測定孔に接する断熱材のうち、少な
くとも一部がグラファイト材である請求項1乃至4のい
ずれかに記載のガラス母材延伸装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001002492A JP4360585B2 (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | ガラス母材延伸装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002211942A true JP2002211942A (ja) | 2002-07-31 |
JP4360585B2 JP4360585B2 (ja) | 2009-11-11 |
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- 2001-01-10 JP JP2001002492A patent/JP4360585B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN114292020B (zh) * | 2021-12-29 | 2023-02-03 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 石英管材加热装置和光纤预制棒制备*** |
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