JP3311415B2 - 加熱炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバを線引きする
のに使用される線引き炉やガラス化するのに使用される
ガラス化炉等の加熱炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の加熱炉として従来は図４（ａ）
に示すものがあった。図４（ａ）はその加熱炉の断面図
である。この加熱炉は外壁Ａの内面に断熱材Ｂが設けら
れた金属製の炉体Ｃの中心部に、カーボン等の耐熱素材
で形成された円筒形状の炉心管Ｄが配置され、同炉心管
Ｄの外周にそれを囲むように円筒状のカーボン製の抵抗
発熱体Ｅが配置されてなる。この抵抗発熱体Ｅはその下
部周縁両外側に径方向に伸びる連結端子Ｆが突設され、
また、図４（ｂ）に示すように抵抗発熱体Ｅの軸線に平
行なスリットＧが円筒の上端縁Ｈと下端縁Ｉに開口する
ように交互に形成されている。

【０００３】そして、前記抵抗発熱体Ｅはその連結端子
Ｆを、炉体Ｃの外側から内側に突出する電極Ｊの先端に
絶縁シール材Ｋを介して固定されている給電端子Ｌの上
に重ねられ、その上から同図（ｂ）に示すようにボルト
Ｍを螺子込んで炉体Ｃ内に固定されている。この場合、
同図（ｃ）に示すようにボルトＭを給電端子Ｌの上方か
ら下方まで貫通させて、そのボルトＭに給電端子Ｌの裏
面でカーボン製ナットＮを螺合して給電端子Ｌに固定す
る方法も行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記抵抗発
熱体Ｅの連結端子Ｆと給電端子Ｌとの連結に使用される
ボルトＭは、通常は等方性カーボンと呼ばれるカーボン
で作製されている。このカーボンはその特性上、破断強
度が圧縮、曲げ、引張、せん断の順に４：２：１：１の
比で弱くなっていくことが知られている。このため図４
の加熱炉には下記のような問題があった。

【０００５】．昇温時に抵抗発熱体Ｅが発生する熱
が、スリットＧの形成されている筒状の発熱部Ｏから、
連結端子Ｆ、給電端子Ｌ、ボルトＭへと順次伝わってい
くため、熱膨張による各部の伸びに時間的ずれが生じ、
特に加熱炉内の温度を２０００℃程度にする場合には、
連結端子ＦとボルトＭとに伸びの時間的ずれが生じて同
連結端子ＦがボルトＭより先に熱膨張し、その厚みが増
して同ボルトＭのネックの部分に大きな引張力がかかる
ようになる。このためボルトＭが損傷し易いという問題
があった。

【０００６】．抵抗発熱体Ｅの連結端子Ｆは炉体Ｃの
給電端子ＬにボルトＭで固定されているため、昇温時に
同抵抗発熱体Ｅは連結端子Ｆの部分が熱膨張しにくく、
この結果、連結端子Ｆに径方向外側に押し出されるよう
な力が作用したまま、抵抗発熱体Ｅは連結端子Ｆの突出
方向と直交する外側方向に膨張するようになる。また、
この炉を停止させると、抵抗発熱体Ｅの温度低下と共に
変形した抵抗発熱体Ｅがそのままの形（相似形）を維持
したまま収縮しようとするため、今度は連結端子Ｆに径
方向内側に引っ張られるような力が作用するようにな
る。このように、加熱炉の抵抗発熱体Ｅの連結端子Ｆに
径方向の力が作用すると、同端子Ｆを給電端子Ｌに固定
しているボルトＭに剪断力が働き、特に、加熱炉の温度
を２０００℃以上にする場合は抵抗発熱体Ｅの熱膨張に
よる剪断力が増大し、ボルトＭが折れることがあった。

【０００７】．抵抗発熱体Ｅの連結端子Ｆは、円筒の
周方向全周に突設されているわけではなく、電源が単相
の場合は周方向２ケ所、３相の場合は周方向３ケ所にし
か突設されていないので、連結端子Ｆが形成されている
箇所と形成されていない箇所とでは抵抗発熱体Ｅの熱に
よる円筒の変形が異なる。特に２０００℃以上の高温の
場合には、その熱変形の差異が大きくなり、塑性変形が
生じてしまい、発熱体Ｅの寿命が短くなるという問題が
あった。

【０００８】．抵抗発熱体Ｅの熱変形が大きいため、
抵抗発熱体Ｅと断熱材Ｂとの間、同発熱体Ｅと炉芯管Ｄ
との間の電気的な絶縁を確実に保つためには、各部間の
隙間を大きめに設定しておく必要がある。しかしそのよ
うにすると加熱炉の熱効率が悪化するとか、炉体Ｃの外
形が大きくなるといった問題があった。

【０００９】本発明の第一の目的は２０００℃前後の高
温でも筒状の抵抗発熱体を取り付けるボルトが損傷しに
くい加熱炉を提供することにあり、また第二の目的は熱
による筒状の抵抗発熱体自体の変形が少なく、同抵抗発
熱体の寿命が長い加熱炉を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１の
加熱炉は、図１に示すように炉体１の内側に突設される
給電端子２に、同炉体１の内側に配置される筒状の抵抗
発熱体３の連結端子４がボルト若しくはネジ５により連
結されてなる加熱炉において、連結したボルト若しくは
ネジ５に熱膨張により生じる力が圧縮側に作用する様に
構成する。

【００１１】本発明のうち請求項２の加熱炉は、図３に
示すように炉体１の内側に突設される給電端子２に、同
炉体１の内側に配置される筒状の抵抗発熱体３の連結端
子４がボルト若しくはネジ５により連結されてなる加熱
炉において、前記給電端子２にそれを筒状の抵抗発熱体
３の径方向に移動させる駆動体７を設けてなるものであ
る。

【００１２】

【作用】本発明のうち請求項１の加熱炉では、熱膨張し
た時に前記給電端子２と連結端子４とを連結するボルト
若しくはネジ５に圧縮力が作用する様に構成してあるの
で、熱膨張による力が発生しても従来の引張力が作用す
る場合に較べておよそ４倍の熱膨張力に耐えることがで
きる。

【００１３】本発明のうち請求項２の加熱炉では、筒状
の抵抗発熱体３の熱膨張による変形でその下部周縁に突
設されている連結端子４が外側に膨張しても、同連結端
子４が取付けられている給電端子２が駆動体７により筒
状の抵抗発熱体３の外側方向にその変形量に合わせて移
動させられるため、筒状の抵抗発熱体３の変形が妨げら
れず、同抵抗発熱体３が破損しにくくなる。なお、給電
端子２を駆動体７で移動する場合、径方向にだけ移動で
きる様に駆動体７を構成しておく必要があることは言う
までもないことである。

【００１４】

【実施例１】本発明の加熱炉の第１の実施例を図１に示
す。同図に示す１は加熱炉の炉体であり、この炉体１は
その枠材内に冷却水を流すための水路１０を備えた水冷
式のものである。この炉体１は金属製の外周壁９の内側
に断熱材１２が取付けられ、同外周壁９に形成されてい
る筒状の開口部１３にリング状の絶縁シール材１４が取
付けられ、同シール材１４はその外側に取付けた押え部
材１６により固定されてなる。

【００１５】前記炉体１のシール材１４の内側には棒状
の電極１５が挿入され、同電極１５が外周壁９と電気的
に絶縁されてなる。

【００１６】前記電極１５の先端にはカーボン製の給電
端子２が取付けられている。この給電端子２の先端部分
は図１（ａ）に示すように略コ字形に形成されて、上側
凸部１７と下側凸部１８の間に空間部６０が形成されて
いる。この空間部６０は後述する筒状の抵抗発熱体３の
連結端子４の厚さ及び外形より少し大きめに形成されて
いる。更に、上側凸部１７にはねじ穴が形成され、同ね
じ穴にカーボン製のボルト（ボルト若しくはネジ）５を
螺合され、このボルト５の頭部を工具で回すと同ボルト
５の下端で連結端子４の上面を押し同連結端子４を下側
凸部１８側に押し付けられるようにしてある。

【００１７】図１の３は抵抗発熱体であり、これはカー
ボン製の円筒体２０の下部周縁２１の外側対向位置に、
同円筒体２０の径方向に板状の連結端子４が突設され、
同円筒体２０にはその下端面２８寄りから上端面２９に
開口する上方開口スリット２２と、円筒体２０の上端面
２９寄りから下端面２８に開口する下方開口スリット２
３とが、円筒体２０の周方向に交互に均等間隔で形成さ
れてなる。

【００１８】この抵抗発熱体３は前記炉体１内の中心部
に配置された円筒状炉心管１１の外周に同心円状に配置
され、同抵抗発熱体３の２本の連結端子４の夫々が給電
端子２の上側凸部１７と下側凸部１８との間の空間部６
０内に差し込まれ、上側凸部１７に螺合されているボル
ト５の先端により同連結端子４が上から押されて、同連
結端子４が下側凸部１８に押圧固定されている。この場
合、連結端子４の上面４ａと上側凸部１７との間に上方
空間３０を、連結端子４の外側端部４ｂと空間部６０の
内周面６０ａとの間に側方空間３１を設けてある。

【００１９】筒状の抵抗発熱体３の昇温により連結端子
４がその肉厚方向に熱膨張する力はボルト５には圧縮力
として作用する。カーボンは圧縮力が最も材料強度が大
きいのでボルト５の破断強度が従来の引張力で受けてい
る場合に較べて約４倍大きくなる。このことにより従来
は破断してしまった発熱体の寸法や温度条件でもボルト
５が破断しなくなり使える様になる。

【００２０】また連結端子４は上方空間３０を介してボ
ルト５で押されているだけであるため、筒状の抵抗発熱
体３の筒体２０が熱膨張による変形して連結端子４が筒
体２０の外側方向に押し出されても、同ボルト５にはそ
の先端部分に同方向への力が働くだけてあり、図４
（ｂ）（ｃ）に示したようなボルト５のネックの部分を
剪断する力はかからないようにしてある。

【００２１】

【実施例２】本発明の加熱炉の第２の実施例を図２に示
す。この実施例では給電端子２及び連結端子４の形状を
図１の実施例の場合と少し変えたものであり、給電端子
２の下側凸部１８の奥の方に一段低い凹部２５が形成さ
れ、連結端子４の先端に同凹部２５内に収容される係止
突起２６が形成されている。その結果、筒状の抵抗発熱
体３の筒体２０が高温から常温に戻った時に抵抗発熱体
３の連結端子４が同発熱体３の径方向内側に変形する力
を給電端子２で受けることにより抵抗発熱体３の変形を
減少できる。

【００２２】

【実施例３】本発明の加熱炉の第３の実施例を図３に示
す。同図に示す１は加熱炉の炉体である。この炉体１は
図１の路体と同様に冷却水を流すための水路１０を備え
た水冷式のものであり、金属製の外周壁９の内側に断熱
材１２が取付けられ、同炉体１の中心部にカーボン製の
円筒状炉心管１１が配置され、その外側に同心円状に筒
状の抵抗発熱体３が配置されている。この筒状の抵抗発
熱体３は図１に示すものと同じ構造のものである。そし
て、この筒状の抵抗発熱体３の連結端子４に給電端子２
がカーボン製のボルト５により連結固定されている。

【００２３】そして、前記炉体１の側面に形成されてい
る筒状の開口部１３に図３（ｂ）に示すように、Ｏリン
グ４０が設けられたリング状の絶縁シール材１４が取付
けられ、このシール材１４はその外側に取付けた押え部
材１６により外側から押えて開口部１３に固定され、更
に、同シール材１４の内周面に前記Ｏリング４０と密着
するように棒状の電極１５が挿入されて、同電極１５が
炉体１と電気的に絶縁されると共にその長手方向（図３
（ｂ）の左右）にスライド自在としてある。

【００２４】前記電極１５の一端にはそれを長手方向
（図３（ｂ）の左右）にスライドさせる駆動体７（図３
（ｂ））が連結されている。この駆動体７はモータ３１
と、モータ３１により回転されるねじ杆３２と、同ねじ
杆３２に螺合されて前記ねじ３２の回転により図３
（ａ）の矢印方向へ移動する移動体３３と、電極１５の
連結軸１５ａに取付けられ且つ移動体３３に連結されて
移動体３３と共に同方向に移動し電気的に絶縁する連動
体３４と、長手方向（発熱体の径方向）にだけ移動する
ためのガイド３５とから構成されている。

【００２５】そして、この駆動体７による電極１５の移
動範囲は次の様にして設定する。即ち、筒状の抵抗発熱
体３が連結端子４に固定されていない自由な状態で加熱
された場合の径方向の熱膨張分を予測し、その熱膨張分
を電極１５の移動量と設定する。これにより、筒状の抵
抗発熱体３の昇温により連結端子４が熱膨張すると、そ
の設定した移動量だけ駆動体７により電極１５が強制的
に移動させられ、この移動に伴って給電端子２も同じ方
向に同じ量だけ移動して、筒状の抵抗発熱体３の熱膨張
による連結端子４の熱膨張が吸収され、高温状態でも同
抵抗発熱体３はほぼ元の形状の相似形を維持できるよう
にしてある。

【００２６】

【比較例】従来の加熱炉（図４）を使用して、内径φ１
５０ｍｍの筒状の抵抗発熱体３により２０００℃の加熱
を行った。この従来の加熱炉では、ボルトが破断し２３
００℃まで昇温できないことがたびたび起こっていた。
なお、実施例１、２ではその様なことは全く起こらなか
った。そこで従来の加熱炉で内径φ１００ｍｍの筒状の
抵抗発熱体３にて２０００℃まで昇温した。この場合、
筒状の抵抗発熱体３の連結端子４の部分の内径はφ９
７．６ｍｍ、同抵抗発熱体３の連結端子４に直交する方
向の内径はφ１０２．４ｍｍであり、同抵抗発熱体３に
顕著な変形が起こった。

【００２７】次に、図３に示す実施例３の加熱炉で前記
実験と同じ実験を行ったところ、筒状の抵抗発熱体３の
連結端子４の部分の内径はφ９９．２ｍｍ、同抵抗発熱
体３の連結端子４に直交する方向の内径はφ１００．８
ｍｍであり、同抵抗発熱体３の変形は小さかった。また
筒状の抵抗発熱体３の寿命は、従来は２〜３ケ月で交換
していたが本発明の筒状の抵抗発熱体３では交換期間が
４〜５ケ月に伸びた。

【００２８】

【発明の効果】 本発明のうち請求項１の加熱炉で
は、筒状の抵抗発熱体３の昇温時の熱膨張が抵抗発熱体
３の連結端子４を押付けるボルト５に圧縮力として作用
する。ボルト５の材料であるカーボンは圧縮力に対して
強いので昇温中に破断しにくくできる。 ．本発明のうち請求項２の加熱炉では、筒状の抵抗発
熱体３の熱膨張による変形が著しく少なくなり、同抵抗
発熱体の３の寿命が伸びる。 ．筒状の抵抗発熱体３の熱膨張による変形が著しく少
ないので、同心円状に配置される抵抗発熱体３と断熱材
１２、同抵抗発熱体３と炉芯管１１との間隔を従来より
も小さくでき、この結果、加熱炉の熱効率が向上し、炉
体１も小型化でき、設備コストが安価になり、ランニン
グコストが低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の加熱炉の第１の実施例
でにおける抵抗発熱体の取付構造を示す断面図、（ｂ）
は加熱炉の全体構造を示す断面図。

【図２】本発明の加熱炉の第２の実施例を示す一部の断
面図。

【図３】（ａ）は本発明の加熱炉の第３の実施例を示す
断面図、（ｂ）は同加熱炉の抵抗発熱体の取付構造を示
す断面図。

【図４】（ａ）は従来の加熱炉の一例を示す断面図、
（ｂ）は同加熱炉における抵抗発熱体の取付構造の一例
を示す断面図、（ｃ）は同抵抗発熱体の取付構造の他の
例を示す断面図。

【符号の説明】

１ 炉体 ２ 給電端子 ３ 抵抗発熱体 ４ 連結端子 ５ ボルト若しくはネジ ７ 駆動体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 3/06 H05B 3/62 - 3/66 F27D 11/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉体１の内側に突設される給電端子２
   に、同炉体１の内側に配置される筒状の抵抗発熱体３の
   連結端子４が連結されてなる加熱炉において、給電端子
   ２と抵抗発熱体３の連結端子４とをボルト若しくはネジ
   ５により連結し、昇温した時に前記ボルト若しくはネジ
   ５に熱膨張により圧縮力がかかるように組み付けること
   を特徴とする加熱炉。
2. 【請求項２】 炉体１の内側に突設される給電端子２
   に、同炉体１の内側に配置される筒状の抵抗発熱体３の
   連結端子４がボルト若しくはネジ５により連結されてな
   る加熱炉において、前記給電端子２にそれを抵抗発熱体
   ３の径方向に移動させる駆動体７を設けてなることを特
   徴とする加熱炉。