JP2010241674A - 多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】高温加熱時に炉心管が自重により座屈変形するのを抑制できる多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉を提供する。
【解決手段】炉体２の中心部を貫通していて内部に多孔質ガラス母材４を収容する炉心管３と、前記炉体２内で前記炉心管３の周囲に配置されて前記炉心管３内の前記多孔質ガラス母材４を加熱する発熱体５とを備えた多孔質ガラス母材４の脱水焼結用加熱炉１において、前記炉心管３の外周には該炉心管３の自重をその長手方向に分割負担する炉心管自重分割負担手段１３が設けられており、前記炉心管自重分割負担手段１３が、前記炉心管３の外周にその長手方向に所定間隔で突設された複数の鍔部１４と、前記炉心管３の外周で前記各鍔部３を支える第１の自重受け手段１１と、前記第１の自重受け手段１１の自重を負担する第２の自重受け手段１２と、で構成されていることを特徴とする多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉１。
【選択図】図１

Description

本発明は、多孔質ガラス母材を脱水および焼結し、透明ガラス化するための多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉に関するものである。

多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉１は、図８に示すように、炉体２の中心部を貫通していて内部に支持棒１０で支持された多孔質ガラス母材４を収容する石英ガラス等よりなる炉心管３と、炉体２内で炉心管３の周囲に配置されて炉心管３内の多孔質ガラス母材４を加熱する発熱体５と、炉心管３と発熱体５との間で炉心管３の外周を包囲するように配置されたマッフル管６と、発熱体５の外側で炉体２の内壁に沿って配置された断熱材７とを主体として構成されている。炉心管３の下部にはガス供給口８が設けられ、ガス供給口８からは不活性ガス等の多孔質ガラス母材４を脱水および焼結するのに必要なガスが供給される。一方、炉心管３の上部にはガス排気管９が設けられ、ガス供給口８から供給されたガスが排出される。炉体２内には、ＡｒやＮ_２ガス等の不活性ガスが供給されるようになっている。

このような脱水焼結用加熱炉を用いた多孔質ガラス母材の脱水および焼結は、発熱体に対して多孔質ガラス母材を上下方向に相対的に動かすことにより行われ、たとえば、固定された発熱体に対して多孔質ガラス母材を上下方向に動かすか、逆に多孔質ガラス母材を固定して、複数個の発熱体の各発熱体への通電を切り換えて各発熱体がそれぞれ作る加熱ゾーンを上下方向に動かすことにより行われる。

近年、光ファイバの需要に伴い、光ファイバ用の多孔質ガラス母材の大型化と長尺化が進み、これを脱水焼結してガラス化するための大型の加熱炉が必要になってきている。しかしながら、加熱炉の大型化に伴い炉心管も大型化され、石英ガラス等よりなる炉心管が加熱により自重で座屈変形してしまう問題が生じた。

そこで、炉心管の外周に鍔部を設け、各鍔部の上下にマッフル管を配置することで、炉心管の自重をその長手方向に分割負担し、炉心管の座屈変形を防止する方法が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０００−２２６２１７号公報

しかしながら、近年、さらなる脱水焼結加熱炉の大型化によって、上記の方法を用いても炉心管の座屈変形を防止できなくなっているという問題がある。

本発明は、前述した課題を解決するためにされたものであって、大型の炉心管を用いた場合においても高温加熱時に炉心管が自重により座屈変形するのを抑制できる多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、炉体の中心部を貫通していて内部の多孔質ガラス母材を収容する炉心管と、前記炉体内で前記炉心管の周囲に配置されて前記炉心管内の前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体とを備えた多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉において、前記炉心管の外周には該炉心管の自重をその長手方向に分割負担する炉心管自重分割負担手段が設けられており、前記炉心管自重分割負担手段が、前記炉心管の外周にその長手方向に所定間隔で突設された複数の鍔部と、前記炉心管の外周で前記各鍔部を支える第１の自重受け手段と、前記第１の自重受け手段の自重を負担する第２の自重受け手段と、で構成されていることを特徴とする。

前記第１の自重受け手段が、上下に隣接する前記各鍔部の間で前記炉心管の外周にそれぞれ介在されて上側の前記鍔部に作用する前記炉心管の自重を負担するマッフル管により構成され、前記第２の自重受け手段が、上下に隣接する前記マッフル管の間で前記炉心管の前記各鍔部の外周にそれぞれ介在されて上側の前記マッフル管に作用する前記マッフル管の自重を負担するマッフル管受けで構成されていることを特徴とする。

前記脱水焼結用加熱炉を昇温する前は、前記第１の自重受け手段により前記炉心管の自重が負担されず、前記脱水焼結用加熱炉を昇温し、前記炉心管が加熱により伸びたときに前記第１の自重受け手段により前記炉心管の自重が負担されるように前記第１の自重受け手段が配置されていることを特徴とする。

本発明に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉では、大型の炉心管を用いた場合においても高温加熱時に炉心管が自重により座屈変形するのを抑制することができる。

実施の形態の第１例に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉の断面図である。 実施の形態の第１例に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉の炉心管自重分割負担手段の構成を示す模式図である。 実施の形態の第１例に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉における短尺マッフル管の断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施の形態の第１例に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉における炉心管が加熱により変形する過程を模式的に表した断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施の形態の第１例に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉における炉心管の一番下に設けられる鍔部近傍において、炉心管が加熱により変形する過程を模式的に表した断面図である。 実施の形態の第２例に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉の断面図である。 実施の形態の第３例における炉心管の一番下以外に設けられる鍔部近傍の断面図である。 従来の多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉の断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉について説明する。

図１および図２は本発明に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉における実施の形態の第１例を示したもので、図１は該脱水焼結用加熱炉の縦断面図、図２は該脱水焼結用加熱炉で用いられる炉心管自重分割負担手段の構成を示す模式図である。

図１に示す多孔質ガラス母材４の脱水焼結用加熱炉１において、石英製の炉心管３の外周に、該炉心管３の自重をその長手方向に分割負担する炉心管自重分割負担手段１３が設けられている。

この炉心管自重分割負担手段１３は、炉心管３の中間部の外周にその長手方向に所定間隔で設けられた石英製の複数の鍔部１４と、炉心管３の各外周で各鍔部１４を支える第１の自重受け手段１１と、第１の自重受け手段１１を支える第２の自重受け手段１２とで構成されている。

第１の自重受け手段１１は、上下に隣接する各鍔部１４の間で炉心管３の外周にそれぞれ介在されて上側の鍔部１４に作用する炉心管３の自重を負担する短尺マッフル管１１により構成されている。

第２の自重受け手段１２は、上下に隣接する短尺マッフル管１１の間で炉心管３の各鍔部１４の外周にそれぞれ介在されて上側の短尺マッフル管１１に作用する短尺マッフル管１１の自重を負担するマッフル管受け１２で構成されている。

図２に示すこれらの短尺マッフル管１１は、その装着を容易にするために長手方向に沿って割り部１５が設けられて２つ割り構造になっている。また、短尺マッフル管１１は図３に示すように上下端に薄肉部１９が設けられており、内径は一定であるが、外径は上下端で小さくなっている。短尺マッフル管１１は、炭素繊維強化炭素等により構成されている。

また、マッフル管受け１２は、リング形状であり、短尺マッフル管１１の薄肉部１９に嵌め込むようにして配置される。このようにすることで、短尺マッフル管１１とマッフル管受け１２が安定して固定され、組み付けが容易となる。マッフル管受け１２は、短尺マッフル管１１と同様に炭素繊維強化炭素等により構成されている。

次に、本発明の実施の形態の第１例に係る脱水焼結用加熱炉が加熱により変形する過程について図４を用いて説明する。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は炉心管３が加熱されることにより変形する様子を示したものである。図４（ａ）は、炉心管３が昇温される前の状態を示し、図４（ｂ）は、昇温後数本の多孔質ガラス母材を脱水焼結した後の炉心管３の状態を示し、図４（ｃ）は、図４（ｂ）から、さらに数本の多孔質ガラス母材を脱水焼結した後の炉心管３の状態を示している。

図４（ａ）に示す状態では、上下に隣接する各鍔部１４の間に介在されている各々の短尺マッフル管１１は鍔部１４の上面に接するか、短尺マッフル管１１と鍔部１４の上面との間に隙間Ｄ１が形成されるように配置され、鍔部１４の下面と短尺マッフル管１１との間には隙間Ｄ２が設けられている。

図４（ｂ）に示す状態では、炉心管３が加熱されることにより炉心管３の自重により伸び、隙間Ｄ１は大きくなり、隙間Ｄ２は小さくなる。

図４（ｃ）に示す状態では、さらに炉心管３が伸び、隙間Ｄ１はさらに大きくなる。一方、隙間Ｄ２はさらに小さくなり、鍔部１４の下面が短尺マッフル管１１に接する。

次に、炉心管３の一番下に設けられる鍔部１４の近傍において、炉心管３が変形する過程について図５を用いて説明する。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は炉心管３が加熱されることにより炉心管３の一番下に設けられる炉心管自重分割負担手段１３が変形する様子を示したものである。図５（ａ）は、炉心管３が昇温される前の状態を示し、図５（ｂ）は、昇温後数本の多孔質ガラス母材を脱水焼結した後の炉心管３の状態を示し、図５（ｃ）は、図５（ｂ）から、さらに数本の多孔質ガラス母材を脱水焼結した後の炉心管３の状態を示している。

図５（ａ）に示す状態では、炉心管３の一番下に設けられた鍔部１４の上に備えられた短尺マッフル管１１は鍔部１４の上面に接するか、短尺マッフル管１１と鍔部１４の上面との間にＤ１が形成されるように配置され、鍔部１４の下面と断熱材７との間に隙間Ｄ２が設けられている。

図５（ｂ）に示す状態では、炉心管３が加熱されることにより炉心管３の自重により伸び、隙間Ｄ１は大きくなり、隙間Ｄ２は小さくなる。

図５（ｃ）に示す状態では、さらに炉心管３が伸び、隙間Ｄ１はさらに大きくなる。一方、隙間Ｄ２はさらに小さくなり、鍔部１４の下面が断熱材７に接する。
これにより、炉心管３の自重の一部は断熱材７を介して強固に固定された炉体２に直接に負担される。

以上のように、炉心管３の自重は短尺マッフル管１１に分割負担される。また、短尺マッフル管１１の自重はマッフル管受け１２および短尺マッフル管１１にて分割負担され炉心管３の鍔部１４には負担されない。なお、炉心管３、短尺マッフル管１１およびマッフル管受け１２の自重は、最終的に断熱材７を介して強固に固定された炉体２に負担される。

このように、炉心管３の外周で各鍔部１４を支える短尺マッフル管１１と、短尺マッフル管１１の自重を負担するマッフル管受け１２を設けることで炉心管３の座屈変形を抑制することができる。

なお、炉心管３が昇温される前の隙間Ｄ２の大きさは、炉心管３が高温加熱することで自重により伸びる量を考慮して設定され、たとえば、２０ｍｍ〜５０ｍｍである。

以上のように炉心管３の外周に、該炉心管３の自重をその長手方向に分割負担する炉心管自重分割負担手段１３を設け、該炉心管自重分割負担手段１３を、炉心管３の外周にその長手方向に所定間隔で設けられた複数の鍔部１４と、炉心管３の外周で各鍔部１４を支える第１の自重受け手段１１と、炉心管３の各鍔部１４の外周で第１の自重受け手段１１を支える第２の自重受け手段１２とで構成することにより、第１の自重受け手段１１の自重を炉心管３で負担することがないため、高温加熱時に炉心管３が自重により座屈変形するのを抑制することができる。

特に、本例のように第１の自重受け手段１１が、上下に隣接する各鍔部１４の間で炉心管３の外周にそれぞれ介在されて上側の鍔部１４に作用する炉心管３の自重を負担する短尺マッフル管１１で構成され、第２の自重受け手段１２が、上下に隣接する短尺マッフル管１１の間で炉心管３の鍔部１４の外周にそれぞれ介在されて短尺マッフル管１１の自重を負担するマッフル管受け１２で構成されていると、複数の短尺マッフル管１１で炉心管３の自重を分割負担し、短尺マッフル管１１が分割負担した自重をさらにマッフル管受け１２で分割負担することにより、炉心管３にかかる負担を小さく抑えられる上、炉心管３の自重をその長手方向の複数箇所で容易に分割させることができる。

図６は本発明に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉における実施の形態の第２例を示したもので、該脱水焼結用加熱炉の縦断面図を示す模式図である。

図６に示す多孔質ガラス母材４の脱水焼結用加熱炉２０においては、炉心管３の一番下に設けられる炉心管自重分割負担手段１７が第１例と異なる形状である以外は、第１例と同様の構成である。なお、上述の脱水焼結用加熱炉と同一の符号を付したものは、上述の脱水焼結用加熱炉と同様の構成を有している。

炉心管３の一番下に設けられる炉心管自重分割負担手段１７は、炉心管３に設けられた鍔部１８と、鍔部１８の上に位置する鍔部１４を支える第１の自重受け手段１１と、第１の自重受け手段１１を支える第２の自重受け手段１６とで構成されている。
鍔部１８は、その断面がＬ字状をしており、炉心管３と鍔部１８により、炉心管３の外周に上向きに凹部が形成されている。

第１の自重受け手段１１は、第１例と同様であり、短尺マッフル管１１により構成されている。

第２の自重受け手段１６は、短尺マッフル管１１に作用する短尺マッフル管１１の自重を負担するマッフル管受け１６で構成される。マッフル管受け１６には、下向きに凹部が形成されており、この下向きの凹部は炉心管３の外周に形成される上向きの凹部に嵌め込むことができる形状を有している。

このようにすることで、最下部においても鍔部１８とマッフル管受け１６とが安定して固定され、組み付けが容易となる。

図７は本発明に係る多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉における実施の形態の第３例を示したもので、炉心管３一番下以外の鍔部近傍の断面図を示す模式図である。

炉心管３の一番下に設けられる炉心管自重分割負担手段２４は、炉心管３に設けられた鍔部２２と、鍔部２２を支える第１の自重受け手段２１と、第１の自重受け手段２１を支える第２の自重受け手段２３とで構成されている。炉心管３の鍔部２２は、その断面がＬ字状をしており、炉心管３の外周に下向きに凹部が形成されている構成となっている。また、短尺マッフル管２１は、上側が鍔部２２に嵌合され、さらに、マッフル管受け２３を嵌合するための薄肉部を有する形状をしており、下側がマッフル管受け２３を嵌合するための薄肉部を有する形状をしている。

なお、図７は、炉心管３が昇温される前の状態を示しており、鍔部２４の下面と短尺マッフル管２１との間には、隙間が形成されているが、図７の構成においても、図４（ａ）〜（ｃ）と同様に、炉心管３が加熱されることにより炉心管３の自重により伸び、鍔部２２の下面が短尺マッフル管２１に接する。
これにより、炉心管３のそれぞれの鍔部２２に短尺マッフル管２１が確実に嵌合されるとともに、炉心管３の自重の一部は短尺マッフル管２１に負担され、炉心管３の座屈変形をより確実に抑制することができる。

なお、鍔部近傍の構成として、炉心管の一番下以外の鍔部近傍の構成を第３例とし、炉心管の一番下の鍔部近傍の構成を第１例として組み合わせてもよく、炉心管の一番下以外の鍔部近傍の構成を第３例とし、炉心管の一番下の鍔部近傍の構成を第２例として組み合わせてもよい。

以上のような炉心管の自重分割負担の方法は、たとえば３５ｋｇ以上の大型の炉心管を用いた場合に特に有効である。また、本発明は、固定された発熱体に対して多孔質ガラス母材を上下方向に動かすことで脱水焼結を行う方法にも、多孔質ガラス母材を固定して、複数個の発熱体により加熱ゾーンを上下方向に動かすことで脱水焼結を行う方法にも適用することが可能であり、もちろん、これらを組み合わせた方法にも適用できる。

１、２０ 脱水焼結用加熱炉
２ 炉体
３ 炉心管
４ 多孔質ガラス母材
５ 発熱体
６ マッフル管
７ 断熱材
８ ガス供給口
９ ガス排気管
１０ 支持棒
１１ 第１の自重受け手段、短尺マッフル管
１２、１６ 第２の自重受け手段、マッフル管受け
１３、１７ 炉心管自重分割負担手段
１４、１８ 鍔部
１５ 割り部

Claims (3)

1. 炉体の中心部を貫通していて内部に多孔質ガラス母材を収容する炉心管と、前記炉体内で前記炉心管の周囲に配置されて前記炉心管内の前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体とを備えた多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉において、
   前記炉心管の外周には該炉心管の自重をその長手方向に分割負担する炉心管自重分割負担手段が設けられており、
   前記炉心管自重分割負担手段が、前記炉心管の外周にその長手方向に所定間隔で突設された複数の鍔部と、前記炉心管の外周で前記各鍔部を支える第１の自重受け手段と、前記第１の自重受け手段の自重を負担する第２の自重受け手段と、で構成されていることを特徴とする多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉。
2. 前記第１の自重受け手段が、上下に隣接する前記各鍔部の間で前記炉心管の外周にそれぞれ介在されて上側の前記鍔部に作用する前記炉心管の自重を負担するマッフル管により構成され、前記第２の自重受け手段が、上下に隣接する前記マッフル管の間で前記炉心管の前記各鍔部の外周にそれぞれ介在されて上側の前記マッフル管に作用する前記マッフル管の自重を負担するマッフル管受けで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉。
3. 前記脱水焼結用加熱炉を昇温する前は、前記第１の自重受け手段により前記炉心管の自重が負担されず、前記脱水焼結用加熱炉を昇温し、前記炉心管が加熱により伸びたときに前記第１の自重受け手段により前記炉心管の自重が負担されるように前記第１の自重受け手段が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多孔質ガラス母材の脱水焼結用加熱炉。
   

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