JP2004170261A

JP2004170261A - 被加熱物品の表面温度測定方法とこれを用いた加熱方法並びに装置

Info

Publication number: JP2004170261A
Application number: JP2002336811A
Authority: JP
Inventors: Taiichiro Yamashita; 泰一郎山下
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】被加熱物品の熱源に晒されている部位の表面温度を正確に測定する方法を提供する。
【解決手段】被加熱物品の熱源に晒されている部位を含む所定の範囲内の熱源に晒されていない複数箇所で被加熱物品の表面温度を測定し、熱源に晒されている部位と温度測定部位との位置関係及び測定された温度から温度分布を求め、熱源に晒されている部位の表面温度を推定することを特徴とする被加熱物品の表面温度測定方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火炎やプラズマ炎などにより加熱されている物品の熱源に晒された部位の表面温度を正確に測定する方法と、これを用いた加熱方法、温度測定装置及び加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス棒やガラス管などを火炎やプラズマ炎などにより加熱している場合、被加熱物品の熱源に晒されている部位の表面温度を直接測定することは困難である。火炎そのものの温度を測定してしまって実際の表面温度がわからなかったり、特にプラズマ火炎の場合は温度が高すぎて実際の加熱部位から離れたところの温度を測定せざるを得なかったりする。しかし、加熱部位の表面温度は被加熱物品のその後の性状を左右するものであるため、正確に把握し、加熱強度を調整することが重要となる。例えばガラス管のＭＣＶＤでは、温度によりガラス微粒子の出来具合が変わり、屈折分布率が変わる。このためＭＣＶＤの温度は製造されるガラス管の性質に影響するので、その温度制御を厳密に行う必要がある。
【０００３】
光ファイバー用ガラス母材の多孔質母材成長時の温度測定方法としては、非接触式温度計をバーナの移動や多孔質の成長にあわせて移動させる方法が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この方法では炎の影響を受けてしまい（火炎の温度を測定してしまい）、火炎接触点での正確な温度測定は困難であった。また、プラズマ炎を使用する場合はプラズマバーナの周りを遮蔽してしまい、さらに非常に高温になるため、この方法を用いることができない。
プラズマＣＶＤ装置としては、プラズマエネルギーで成膜される対象物の温度を非接触式温度計で測定するものが提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１６７８２６号公報
【特許文献２】
特開平５−１９０４６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解消し、被加熱物品の熱源に晒されている部位の表面温度を正確に測定する方法を提供しようとするものである。
さらに本発明は、上記測定方法に基づいて測定した結果によって加熱強度を調整しうる加熱方法、上記測定方法を実行する測定装置、及びこれらを用いた加熱装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、下記の構成を採用することにより前記の課題の解決を可能にした。
（１）被加熱物品の熱源に晒されている部位を含む所定の範囲内の熱源に晒されていない複数箇所で被加熱物品の表面温度を測定し、熱源に晒されている部位と温度測定部位との位置関係及び測定された温度から温度分布を求め、熱源に晒されている部位の表面温度を推定することを特徴とする被加熱物品の表面温度測定方法。
（２）被加熱物品がガラス製品であることを特徴とする（１）項記載の被加熱物品の表面温度測定方法。
（３）（１）又は（２）項記載の測定方法により被加熱物品の表面温度を測定し、被加熱物品の熱源に晒されている部位が所望の温度になるよう加熱強度を調整することを特徴とする加熱方法。
（４）熱源、温度測定部及び温度推定部を有し、熱源を用いて被加熱物品を加熱したときに、温度測定部で被加熱物品の熱源に晒されている部位を含む所定の範囲内の熱源に晒されていない複数箇所で被加熱物品の表面温度を測定し、温度推定部で熱源に晒されている部位と温度測定部位との位置関係及び測定された温度から温度分布を求め、熱源に晒されている部位の表面温度を推定することを特徴とする温度測定装置。
（５）熱源、温度測定部、温度推定部及び制御部を有し、熱源を用いて被加熱物品を加熱したときに、温度測定部で被加熱物品の熱源に晒されている部位を含む所定の範囲内の熱源に晒されていない複数箇所で被加熱物品の表面温度を測定し、温度推定部で熱源に晒されている部位と温度測定部位との位置関係及び測定された温度から温度分布を求め、熱源に晒されている部位の表面温度を推定し、制御部で被加熱物品の熱源に晒されている部位が所望の温度になるよう加熱強度を調整することを特徴とする加熱装置。
（６）被加熱物品がガラス製品であることを特徴とする（４）又は（５）項記載の装置。
なお、上記「所定の範囲」とは、熱源に晒されている部位の表面温度推定に使用する温度分布を作成するに十分な範囲をいう。ガラス管のＭＣＶＤなどの場合、加熱部分が移動する形になるが、例えば加熱済み部分と未加熱部分とにわたって温度測定を行ってもよいし、加熱済み部分のみで温度測定を行ってもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明における熱源は、特に制限はないが、具体的には例えば酸水素火炎、プラズマ火炎をはじめとする火炎がある。本発明はプラズマ火炎を熱源とした場合に特に有効である。プラズマ火炎は他の火炎よりも高温であり、被加熱物品が火炎に接触している部位の表面温度が特に正しく測りにくいためである。また、プラズマを遮蔽するために被加熱部分が筐体内に納められているので、放射温度計などの非接触式温度計を使用しにくい。
被加熱物品も特に制限はないが、棒状または管状の形状の物品を扱う場合に本発明は有効である。被加熱物品として例えばガラス製品があげられる。ガラス管やガラス棒は延伸や火炎研磨を目的として加熱される。また、ガラス管の場合にはコラプス（ロッドインコラプスを含む）やＭＣＶＤのための加熱も行われる。ガラス製品のほかにも金属などを被加熱物品とすることができる。
【０００８】
温度測定は非接触式温度計であればよく、例えば放射温度計、放射温度計の素子を２次元配置したものを使用したサーモトレーサーなどを用いることができる。測定可能な温度範囲は、約５００〜３０００℃である。
本発明において「熱源に晒されていない箇所」とは非接触式温度測定に影響のない箇所をいう。温度分布は２次元のものでも３次元のものでもよいが、被加熱物品がガラス管等のような細長い形状のものの場合は、その長手方向の２次元で行うのが好ましい。本発明において温度分布とは、温度測定位置の基準位置からの変位に対し温度をプロットしたものであり、２次元の温度分布であれば横軸に変位、縦軸に温度がプロットされることになる。
熱源に晒されていない複数箇所の温度を計って２次元の温度分布をとると、温度測定位置と温度との関係を見出すことができ、この関係から熱源に晒されている部分の温度を推定することができる。温度測定位置と温度の関係が正規分布、もしくは正規分布のＡ倍（Ａは正の数）であると仮定して、その関係式から実際には測定していない部分での温度も推定する。
【０００９】
【実施例】
次に本発明を実施例により更に具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例中に記述した材料、組成、及び作成方法に何等限定されるものではない。
以下、非接触式温度計をガラス管と平行に移動させて２次元の温度分布をとる場合について、図面を参照して説明する。
図１にプラズマバーナ３を用いてＭＣＶＤを行っているガラス管１を示した。プラズマバーナ３の周りは遮蔽物４で遮蔽されている。非接触式温度計２はガラス管の中心線と平行に移動しつつ熱源に晒されていない箇所の温度を計る。これをグラフにしたものが図２である。図２には例として正規分布のものを示した。点線のところは被加熱物品が熱源に晒されているために温度が計れない部分であるが、他の部分の温度分布が正規分布の曲線に近似するものであれば、その関係式から点線の部分を補えるので、頂点の温度、すなわち熱源に晒されている部位の表面温度を推定できる。
【００１０】
次に本発明の加熱方法と測定装置、加熱装置について図３を参照して説明する。
図３において、熱源１２が被加熱物品１１を加熱しており、熱源に晒されていない部位の表面温度を温度測定部１３が被加熱物品１１の長手方向と平行に移動しながら測定する。そのデータは温度推定部１４に送られ、作成された温度分布をもとに実際には測定していない熱源に晒された部位の表面温度を上述の方法で推定する。この温度が制御部１５に送られ、適切な温度が保たれるようプラズマを発生させる誘導コイルの電力を調節し、熱源１２の熱量を制御する。温度推定部１４や制御部１５はコンピュータプログラムによる制御などが考えられる。
【００１１】
図４にはガラス棒の延伸に本発明を用いた例を示した。図３と同符号は同じものを示す。図５にはガラス母材の火炎研磨で温度測定する場合を示した。他の例と同様に温度推定部１４と制御部１５を接続した装置として、温度推定部１４で測定した温度から制御部１５が水素の流量を上げ下げし、酸水素バーナの温度調整を行うことができる。図６はガラス管のコラプスに本発明を用いた例の模式図である。他の例と同様に温度測定部１３が測定した表面温度より温度推定部１４が加熱部分の温度を推定し、これをもとに水素流量を制御部１５が制御して温度調節を行う。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被加熱物品の熱源に晒されていない部位の表面温度を測定し、その温度分布から、実際には正確に測定することのできない熱源に晒されている部位の表面温度を推定することができる。これにより、加熱されている部位の正確な表面温度が把握でき、所望の温度になるように加熱強度を調整することもできる。これにより、被加熱物品の加工精度を向上することができる。例えばＭＣＶＤ、コラプスでは屈折率を設計通りにすることができ、火炎研磨では表面状態をきれいにすることができる。
これらの測定方法及び加熱方法を用いた本発明の装置によれば、被加熱物品の加熱部位表面を正確に所望の温度とすることができ、ガラス母材のＭＣＶＤをはじめとする種々の加熱作業に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス管のＭＣＶＤの例において温度測定部である非接触式温度計が熱源に晒されていない箇所の温度を測定する様子を示す説明図である。
【図２】図１に示す例において得られた温度分布を示すグラフである。
【図３】本発明の加熱方法及び加熱装置の一例を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の加熱方法及び加熱装置の他の例を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の加熱方法及び加熱装置の他の例を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の加熱方法及び加熱装置の他の例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１ガラス管
２非接触式温度計
３プラズマバーナ
４遮蔽物
１１非加熱物品
１２熱源
１３温度測定部
１４温度推定部
１５制御部

Claims

被加熱物品の熱源に晒されている部位を含む所定の範囲内の熱源に晒されていない複数箇所で被加熱物品の表面温度を測定し、熱源に晒されている部位と温度測定部位との位置関係及び測定された温度から温度分布を求め、熱源に晒されている部位の表面温度を推定することを特徴とする被加熱物品の表面温度測定方法。
被加熱物品がガラス製品であることを特徴とする請求項１記載の被加熱物品の表面温度測定方法。
請求項１又は２記載の測定方法により被加熱物品の表面温度を測定し、被加熱物品の熱源に晒されている部位が所望の温度になるよう加熱強度を調整することを特徴とする加熱方法。
熱源、温度測定部及び温度推定部を有し、熱源を用いて被加熱物品を加熱したときに、温度測定部で被加熱物品の熱源に晒されている部位を含む所定の範囲内の熱源に晒されていない複数箇所で被加熱物品の表面温度を測定し、温度推定部で熱源に晒されている部位と温度測定部位との位置関係及び測定された温度から温度分布を求め、熱源に晒されている部位の表面温度を推定することを特徴とする温度測定装置。
熱源、温度測定部、温度推定部及び制御部を有し、熱源を用いて被加熱物品を加熱したときに、温度測定部で被加熱物品の熱源に晒されている部位を含む所定の範囲内の熱源に晒されていない複数箇所で被加熱物品の表面温度を測定し、温度推定部で熱源に晒されている部位と温度測定部位との位置関係及び測定された温度から温度分布を求め、熱源に晒されている部位の表面温度を推定し、制御部で被加熱物品の熱源に晒されている部位が所望の温度になるよう加熱強度を調整することを特徴とする加熱装置。