JP2014152077A

JP2014152077A - 光ファイバ母材延伸用加熱炉

Info

Publication number: JP2014152077A
Application number: JP2013023610A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Fujii; 秀紀藤井
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-08-25
Also published as: CN103979788A; CN103979788B

Abstract

【課題】ヒーターの劣化を防止し、仕上がり形状の均一なガラスロッドが得られる光ファイバ母材延伸用加熱炉を提供する。
【解決手段】送り機構５及び引取機構７を備えたガラス母材延伸装置を用いて棒状のガラス母材３を延伸してより細径のガラスロッドを製造する工程において、該ガラス母材３を軟化させるための装置であって、抵抗加熱ヒーター１２、断熱材８、水冷ジャケット１３、温度測定窓１０、温度測定手段１１及び温度制御装置からなり、前記温度測定窓１０と前記抵抗加熱ヒーター１２との間に被温度測定部材１４を備え、該被温度測定部材１４の温度に基づき炉内温度を制御することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、光ファイバの原材である光ファイバ母材を加熱軟化させ、引き取ることにより母材を所定の径に延伸する加熱炉に関する。

光ファイバプリフォームに代表される石英ガラスロッドの製造には、予め大型のガラス母材を製造し、それを図1に示すような延伸炉を用いて延伸し、より細径のガラスロッドとする方法が用いられる。
延伸炉の主な構成は、加熱炉１、送り機構５、引取機構７の３つの機構からなっており、送り機構５には、吊り下げ治具２を介してガラス母材３が吊り下げられ、トップチャンバー６に収納されている。ガラス母材３の下部は、引取ダミー４を介して引取機構７に連結されている。送り機構５の下降速度（送り速度）と比べて、引取機構７の下降速度（引取速度）を速くすることで、延伸後のガラスロッドの外径を、延伸前のガラス母材の外径よりも細くすることができる。ガラスロッドの外径を一定に保つために、送り速度と引取速度が適切に調整される。

加熱炉の温度制御は、図２に示すように、加熱炉筐体側面に設置された温度測定手段11により断熱材8に設けられた温度測定孔9、加熱炉筐体の温度測定窓10から見えるヒーター12の表面温度を測定し、フィードバック制御されている。なお、符号13は水冷ジャケットである。
また、図３に示すような方法もあり、ヒーター12に設けられたスリットの隙間からガラス母材３の表面温度を測定して、ヒーター12の温度を調整し制御する方法である。

光ファイバ母材を延伸するには、2000℃以上の高温を必要とするため、ヒーター表面あるいはガラス母材の温度を直接測定するにしても、その測定には放射温度計が使用される。放射温度計でヒーター温度を測定するには、その視野を確保するために、断熱材には測定用孔が開けられ、筐体にも温度測定窓が設けられる。

このような状態で昇降温を繰り返していくと、図４に示すように、温度測定窓10に面した部分のヒーター表面が局所的に浸食されるという現象が生じることが分かった。この現象により、炉内温度分布の不均一が発生し、ガラスロッドの仕上がり形状が不均一となる。さらに、劣化部15を生じ、ヒーター12の劣化が早まるという問題がある。

断熱材８は、温度測定孔９によって局所的に断熱性が低下し、さらに、この部分にだけガスの流路が生じる。さらに、この部分は、温度測定窓１０からの放射によって炉内への光の反射が無くなり、昇降温時に均一部に較べ温度が低くなる。これらが原因となり、図４に示すようなヒーターに局所的な浸食が発生し、劣化部15を生じる。
上記事情に鑑み、本発明の目的は、ヒーターの劣化を防止し、仕上がり形状の均一なガラスロッドが得られる光ファイバ母材延伸用加熱炉を提供することにある。

本発明の光ファイバ母材延伸用加熱炉は、送り機構及び引取機構を備えたガラス母材延伸装置を用いて棒状のガラス母材を延伸してより細径のガラスロッドを製造する工程において、該ガラス母材を軟化させるための装置であって、抵抗加熱ヒーター、断熱材、水冷ジャケット、温度測定窓、温度測定手段及び温度制御装置からなり、前記温度測定窓と前記抵抗加熱ヒーターとの間に被温度測定部材を備え、該被温度測定部材の温度に基づき炉内温度を制御することを特徴とする。

前記被温度測定部材は、その熱伝導率が50〜150W/mKのものが好ましく、材質としては黒鉛がよく、厚み2〜20mmとされる。また、前記温度測定手段としては、放射温度計が好ましい。

本発明によれば、ヒーターの劣化を抑えることができ、ヒーターの断裂までの使用時間を大幅に伸ばすことができ、コストを下げることができる。さらに、ヒーターの局所的な劣化が抑えられることにより、炉内の温度分布の均一化がはかれ、温度分布の不均一による製品特性の低下も抑えることができ、歩留まりを向上することができる。

従来の延伸炉を説明する概略図である。従来の延伸炉の温度制御方法を説明する概略図である。図２とは異なる温度制御方法を説明する概略図である。温度測定窓に面したヒーター表面が、局所的に浸食される環境を説明する概略図である。本発明による、温度測定窓とヒーターとの間に板状の被温度測定部材を配した加熱炉を示す概略図である。本発明による、断熱材とヒーターとの間に円筒状の被温度測定部材を配した加熱炉を示す概略図である。

図５，６を用いて、本発明の光ファイバ母材延伸用加熱炉について、さらに詳しく説明する。
図５に示す加熱炉は、ヒーター１２の外側と温度測定窓１０との間に、被温度測定部材１4が設置されている。炉内の温度制御は、この被温度測定部材14の表面温度を温度測定手段11、例えば、放射温度計により測定することで可能となる。被温度測定部材14の温度は、実際のヒーター温度よりは低くなるが、これについては、温度制御をヒーター温度で行っていた場合のヒーター出力を目安に、予め測定温度に対する出力を設定しておくことで、ほぼ同じ環境を作ることができる。以降は、同条件で運転することにより、常に一定条件で制御することが可能である。

このような被温度測定部材14を設置することにより、断熱材８に設けられた温度測定孔９により生じる気流の影響を小さくすることができると同時に、温度測定窓１０への光の放射を防止することが可能になる。これにより、温度測定孔９近傍の局所的な冷却は抑制され、ヒーター１２の劣化が抑えられる。

図５に示した例は、被温度測定部材１４として、温度測定孔９を塞ぐ板材を立てているだけであるが、より好ましい例として、図６に示すものは、被温度測定部材１４としてヒーター１２と断熱材８との間に円筒状の部材を配している。円筒状であると、被温度測定部材１４を定期的に回転させることで、測定温度の安定化が図れるようになる。

被温度測定部材の材質としては、熱伝導率が50〜150W/mKのものが望ましく、より望ましくは70〜120 W/mKである。熱伝導度が150W/mKより高いと断熱性が低下し効果が小さくなる。50 W/mKより低いと炉内の温度制御が困難になる。ガラス母材の延伸には2000℃以上が必要とされるが、この温度領域では、材質は黒鉛とすることが望ましい。
なお、被温度測定部材の厚みは2〜20mmとするのが望ましく、より望ましくは5mm〜20mmである。2mmより薄いと断熱性が低下し、効果が小さくなる。20mmより厚いと炉内の温度制御が困難になる。
温度測定手段には放射温度計を使用し、放射温度計に接続された温度調整装置により炉内温度を所望の温度に調整可能となる。

実施例１；
図５に示すような板状の被温度測定部材を、ヒーターと断熱材との間に装填した加熱炉を用いて、有効部のサイズ、直径180×長さ1500mmのガラス母材を直径120mmに延伸する工程を繰り返した。制御温度は2100℃とした。50バッチ毎に被温度測定部材を更新した。その際、板状の被温度測定部材は厚みが１割程度薄くなっていた。
100バッチ、200バッチ目にはヒーターを点検したが、局所的な劣化は認められなかった。

実施例２；
図６に示すような円筒型の被温度測定部材を、ヒーターと断熱材との間に装填した加熱炉を用いて、有効部のサイズ、直径180×長さ1500mmのガラス母材を直径120mmに延伸する工程を繰り返した。制御温度は2100℃とした。30バッチ毎に被温度測定部材を45度回転させ、劣化の進んでいない面を温度測定位置とした。
90バッチ、180バッチ目にはヒーターを点検したが、局所的な劣化は認められなかった。

比較例１；
被温度測定部材を用いない以外は実施例１と同様にして、有効部のサイズ、直径180×長さ1500mmのガラス母材を直径120mmに延伸する工程を繰り返したところ、90バッチ目の運転中にヒーターが破断し、運転を中断せざるを得なくなった。ヒーターを観察すると、被温度測定部に消耗が見られ、破断部もその位置であった。

１・・・・・・・加熱炉、
２・・・・・・・吊り下げ治具、
３・・・・・・・ガラス母材、
４・・・・・・・引取部材、
５・・・・・・・送り機構、
６・・・・・・・トップチャンバー、
７・・・・・・・引取り機構、
８・・・・・・・断熱材、
９・・・・・・・温度測定孔、
１０・・・・・・・温度測定窓
１１・・・・・・・温度測定手段、
１２・・・・・・・ヒーター、
１３・・・・・・・水冷ジャケット、
１４・・・・・・・被温度測定部材、
１５・・・・・・・劣化部。

Claims

送り機構及び引取機構を備えたガラス母材延伸装置を用いて棒状のガラス母材を延伸してより細径のガラスロッドを製造する工程において、該ガラス母材を軟化させるための装置であって、抵抗加熱ヒーター、断熱材、水冷ジャケット、温度測定窓、温度測定手段及び温度制御装置からなり、前記温度測定窓と前記抵抗加熱ヒーターとの間に被温度測定部材を備え、該被温度測定部材の温度に基づき炉内温度を制御することを特徴とする光ファイバ母材延伸用加熱炉。
前記被温度測定部材の熱伝導率が50〜150W/mKである請求項１に記載の加熱炉。
前記被温度測定部材の材質が黒鉛である請求項１又は２に記載の光ファイバ母材延伸用加熱炉。
前記被温度測定部材の厚みが2〜20mmである請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ母材延伸用加熱炉。
前記温度測定手段が放射温度計である請求項１に記載の光ファイバ母材延伸用加熱炉。