JP3489630B2 - ハーメチックコートファイバの製造方法及び装置 - Google Patents
ハーメチックコートファイバの製造方法及び装置Info
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- JP3489630B2 JP3489630B2 JP04829892A JP4829892A JP3489630B2 JP 3489630 B2 JP3489630 B2 JP 3489630B2 JP 04829892 A JP04829892 A JP 04829892A JP 4829892 A JP4829892 A JP 4829892A JP 3489630 B2 JP3489630 B2 JP 3489630B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はハーメチックコートファ
イバの製造方法及び装置に関する。
イバの製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】線引炉で紡糸直後の高温のファイバ表面
に炭化水素系原料を分解したカーボン等を成膜するハー
メチックコートファイバの製法は既に種々報告されてい
る。一般にこの種技術において、この成膜反応の熱源と
してファイバ自体を利用するため、ファイバの反応容器
への入線温度は原料により異なるが、１２００〜１５０
０℃が必要とされる。従って、反応容器を線引炉に接近
させた方が有利であり、極端な場合には、線引炉と反応
容器を直結した例もある。一方、一般の線引きでは、炉
内のパージガスは窒素ガス，ヘリウム等の不活性ガスが
用いられるが、窒素ガスの方が安価でコスト上有利であ
る。しかし、長尺のファイバを得るために母材径を例え
ば３０ｍｍφ以上に太くすると、ネックダウン周辺の空
間が大きくなってしまい、不均一な温度分布からの流れ
乱れが生じ、線径変動が大きくなる。それを防ぐため
に、太径の母材の線引きには熱伝達効率の良いＨe を用
いることが望ましい。また、外気の流れの乱れによる線
径変動を防ぐため、図２に示すように線引炉に下煙突と
呼称される部分を設けて、ファイバを大気から隔離する
技術も知られている。図２においては、窒素ガスをパー
ジガスに用いて細径の母材を線引きし、ハーメチックコ
ートする例が示されている。
に炭化水素系原料を分解したカーボン等を成膜するハー
メチックコートファイバの製法は既に種々報告されてい
る。一般にこの種技術において、この成膜反応の熱源と
してファイバ自体を利用するため、ファイバの反応容器
への入線温度は原料により異なるが、１２００〜１５０
０℃が必要とされる。従って、反応容器を線引炉に接近
させた方が有利であり、極端な場合には、線引炉と反応
容器を直結した例もある。一方、一般の線引きでは、炉
内のパージガスは窒素ガス，ヘリウム等の不活性ガスが
用いられるが、窒素ガスの方が安価でコスト上有利であ
る。しかし、長尺のファイバを得るために母材径を例え
ば３０ｍｍφ以上に太くすると、ネックダウン周辺の空
間が大きくなってしまい、不均一な温度分布からの流れ
乱れが生じ、線径変動が大きくなる。それを防ぐため
に、太径の母材の線引きには熱伝達効率の良いＨe を用
いることが望ましい。また、外気の流れの乱れによる線
径変動を防ぐため、図２に示すように線引炉に下煙突と
呼称される部分を設けて、ファイバを大気から隔離する
技術も知られている。図２においては、窒素ガスをパー
ジガスに用いて細径の母材を線引きし、ハーメチックコ
ートする例が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、７０ｍｍφ
といった太径母材に対応して下煙突を長くすると、線引
炉下煙突出口でファイバ温度は１５００℃から１１００
℃へと４００℃も低下し（線引き速度５００ｍ／ｍｉ
ｎ，下煙突長３５０ｍｍ、測定は放射温度計による）、
続くハーメチックコートのコーティング条件を満たせな
い。これは熱伝達率の高いヘリウムでファイバが線引炉
やその下煙突内で冷やされているためである。温度を上
げるために、線引炉パージガスを窒素ガスに戻すと、ロ
ッド内の流れの乱れにより線速変動が大きくなる。また
更に下煙突を短くする方法では、ファイバが下煙突出口
と反応容器入口との間で流れの不安定な外気に触れ、線
触れ、線形変動が大きくなる。さらに、外気に触れぬよ
う、線引炉と反応容器を一体化すると、線引炉のヘリウ
ムが反応容器に流れ込んでしまい、反応容器内でもファ
イバ温度を下げ、ファイバの水素特性が劣るなど、良好
な特性の膜を得られないでいた。このように従来法では
ファイバ特性とコーティング特性を両立させることがで
きない。本発明の課題は以上のような問題点の解決にあ
る。
といった太径母材に対応して下煙突を長くすると、線引
炉下煙突出口でファイバ温度は１５００℃から１１００
℃へと４００℃も低下し（線引き速度５００ｍ／ｍｉ
ｎ，下煙突長３５０ｍｍ、測定は放射温度計による）、
続くハーメチックコートのコーティング条件を満たせな
い。これは熱伝達率の高いヘリウムでファイバが線引炉
やその下煙突内で冷やされているためである。温度を上
げるために、線引炉パージガスを窒素ガスに戻すと、ロ
ッド内の流れの乱れにより線速変動が大きくなる。また
更に下煙突を短くする方法では、ファイバが下煙突出口
と反応容器入口との間で流れの不安定な外気に触れ、線
触れ、線形変動が大きくなる。さらに、外気に触れぬよ
う、線引炉と反応容器を一体化すると、線引炉のヘリウ
ムが反応容器に流れ込んでしまい、反応容器内でもファ
イバ温度を下げ、ファイバの水素特性が劣るなど、良好
な特性の膜を得られないでいた。このように従来法では
ファイバ特性とコーティング特性を両立させることがで
きない。本発明の課題は以上のような問題点の解決にあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、ガラス母材を線引炉において加熱軟化、ファイバ
化し、その後線引炉下部に設けられた反応管内におい
て、原料ガスを分解しファイバ表面にハーメチックコー
ティングするハーメチックコートファイバの製造方法に
おいて、太径のガラス母材を少なくとも炉出口がヘリウ
ムを含む雰囲気で満たされた線引炉でファイバ化し、こ
の際の該ガラス母材のネックダウン部分から反応管入口
に至る距離（ｍ）を 〔距離（ｍ）／線引速度（ｍ／ｓｅｃ）〕＜０．０８ とし、反応管入口でのファイバ温度を１２００℃以上と
し、且つ該線引炉下部と反応管入口との間で上記ヘリウ
ムを含む雰囲気を外部に排出することを特徴とする。ま
た、本発明は、前記ハーメチックコートファイバの製造
方法において、線引炉下部と反応管入口との間に緩衝室
を設け、該緩衝室からヘリウムを含む雰囲気を外部に排
出することを特徴とする。
明は、ガラス母材を線引炉において加熱軟化、ファイバ
化し、その後線引炉下部に設けられた反応管内におい
て、原料ガスを分解しファイバ表面にハーメチックコー
ティングするハーメチックコートファイバの製造方法に
おいて、太径のガラス母材を少なくとも炉出口がヘリウ
ムを含む雰囲気で満たされた線引炉でファイバ化し、こ
の際の該ガラス母材のネックダウン部分から反応管入口
に至る距離（ｍ）を 〔距離（ｍ）／線引速度（ｍ／ｓｅｃ）〕＜０．０８ とし、反応管入口でのファイバ温度を１２００℃以上と
し、且つ該線引炉下部と反応管入口との間で上記ヘリウ
ムを含む雰囲気を外部に排出することを特徴とする。ま
た、本発明は、前記ハーメチックコートファイバの製造
方法において、線引炉下部と反応管入口との間に緩衝室
を設け、該緩衝室からヘリウムを含む雰囲気を外部に排
出することを特徴とする。
【０００５】図を参照して本発明を具体的に説明する。
図１は本発明の一具体例であり、母材は太径母材、下煙
突は図２に示した従来法（下煙突の長さ３００ｍｍ程
度、ヒータ中心すなわち母材のネックダウン部分から反
応管入口までの距離約６００ｍｍを用いて線速５００ｍ
／ｍｉｎで線引き）にくらべ短尺であり、反応容器と下
煙突の間にはガスの緩衝室が配置され、また線引炉のパ
ージガスを逃がす機構を有している。本発明における線
引炉内パージガスとしてはヘリウムを用いる。
図１は本発明の一具体例であり、母材は太径母材、下煙
突は図２に示した従来法（下煙突の長さ３００ｍｍ程
度、ヒータ中心すなわち母材のネックダウン部分から反
応管入口までの距離約６００ｍｍを用いて線速５００ｍ
／ｍｉｎで線引き）にくらべ短尺であり、反応容器と下
煙突の間にはガスの緩衝室が配置され、また線引炉のパ
ージガスを逃がす機構を有している。本発明における線
引炉内パージガスとしてはヘリウムを用いる。
【０００６】
【作用】線引炉でファイバ化した母材を続いて反応管内
でハーメチックコートする場合の反応管入口でのファイ
バ温度Ｔ（℃）は数１の式で求められる。
でハーメチックコートする場合の反応管入口でのファイ
バ温度Ｔ（℃）は数１の式で求められる。
【数１】
ただし上記式において、
Ｔ ： 反応管入口でのファイバ温度（℃）
Ｔ0 ： 雰囲気ガス温度（℃）
Ｔ1 ： ファイバ初期温度（℃）
ｈ ： ガスとガラスの間の熱伝達率（ｃａｌ／ｓ・ｍ
2 ・Ｋ） Ｚ ： ネックダウン部又は炉のヒータ中心から反応管
入口距離（ｍ） ρ ： ガラスの密度（ｋｇ／ｍ3 ） ｃp ： ガラスの比熱（ｃａｌ／ｋｇ・Ｋ） ｄ ： ガラス径（ｍ） ＶF ： ファイバの線引速度（ｍ／ｓ） 上記式から、特定組成で特定の径のガラス母材を線引き
すると、反応管入口でのファイバ温度は（ｈＺ／ＶF ）
に指数関数の逆数に比例して低下する。本発明者らが種
々検討、実験の結果、太い径の母材をヘリウムガス雰囲
気で線引きする際には、（Ｚ／ＶF ）＜０．０８であれ
ば、反応管入口温度を１２００℃以上に保持できて、良
好なハーメチックコートが可能になることを見い出し
た。線引炉のヒータ中心から下煙突にいたる部分にはあ
る長さ、通常２５０ｍｍ程度以上が構造上必要であるの
で、（Ｚ／ＶF ）の下限値が必然的に存在する。
2 ・Ｋ） Ｚ ： ネックダウン部又は炉のヒータ中心から反応管
入口距離（ｍ） ρ ： ガラスの密度（ｋｇ／ｍ3 ） ｃp ： ガラスの比熱（ｃａｌ／ｋｇ・Ｋ） ｄ ： ガラス径（ｍ） ＶF ： ファイバの線引速度（ｍ／ｓ） 上記式から、特定組成で特定の径のガラス母材を線引き
すると、反応管入口でのファイバ温度は（ｈＺ／ＶF ）
に指数関数の逆数に比例して低下する。本発明者らが種
々検討、実験の結果、太い径の母材をヘリウムガス雰囲
気で線引きする際には、（Ｚ／ＶF ）＜０．０８であれ
ば、反応管入口温度を１２００℃以上に保持できて、良
好なハーメチックコートが可能になることを見い出し
た。線引炉のヒータ中心から下煙突にいたる部分にはあ
る長さ、通常２５０ｍｍ程度以上が構造上必要であるの
で、（Ｚ／ＶF ）の下限値が必然的に存在する。
【０００７】このように反応部を従来法より上流側に近
づけることにより、ファイバ温度は上昇し、反応温度範
囲に入る。この場合、線引炉が短くなるか、あるいは下
煙突が短くなり、線形変動が大きくなることが懸念され
るが、この点については、反応管を線引炉に連続的に設
けることにより、線形変動を抑えることができることも
見い出し、解決できた。
づけることにより、ファイバ温度は上昇し、反応温度範
囲に入る。この場合、線引炉が短くなるか、あるいは下
煙突が短くなり、線形変動が大きくなることが懸念され
るが、この点については、反応管を線引炉に連続的に設
けることにより、線形変動を抑えることができることも
見い出し、解決できた。
【０００８】また、炉内ヘリウムが反応管内に入ると、
原料雰囲気が変化し、コーティング条件が変わってしま
うことが予測される。すなわち、反応管内原料の雰囲気
が窒素ガスとヘリウムの場合とでは、その物性値の差か
ら、形成されるカーボンの膜質が変化し、カーボンコー
トファイバ特有の特性、例えば耐疲労特性、耐水素特性
を変化させる。そこで、反応管内雰囲気は比較的精度良
く制御する必要があるが、炉内からの吹き込みは、量も
多く、制御することは困難である。本発明では、反応管
と線引炉又は線引炉下部に設けられた下煙突との間に緩
衝室を設け、ここから炉内ガスを逃がせば、炉内ガスの
反応管内への進入を防止することができる。さらに反応
管上部にシール室を設ければ、炉内雰囲気と反応管内と
を完全に分離することが可能である。緩衝室は、線引
炉、又は反応室と別個のもの、または一体のものであっ
ても、効果は全く変わらない。その材質は耐熱性のある
もの、及び不純物の混入がないか、少ないものが好まし
く、種々の材質が適用できるが石英ガラスが最も好まし
い。
原料雰囲気が変化し、コーティング条件が変わってしま
うことが予測される。すなわち、反応管内原料の雰囲気
が窒素ガスとヘリウムの場合とでは、その物性値の差か
ら、形成されるカーボンの膜質が変化し、カーボンコー
トファイバ特有の特性、例えば耐疲労特性、耐水素特性
を変化させる。そこで、反応管内雰囲気は比較的精度良
く制御する必要があるが、炉内からの吹き込みは、量も
多く、制御することは困難である。本発明では、反応管
と線引炉又は線引炉下部に設けられた下煙突との間に緩
衝室を設け、ここから炉内ガスを逃がせば、炉内ガスの
反応管内への進入を防止することができる。さらに反応
管上部にシール室を設ければ、炉内雰囲気と反応管内と
を完全に分離することが可能である。緩衝室は、線引
炉、又は反応室と別個のもの、または一体のものであっ
ても、効果は全く変わらない。その材質は耐熱性のある
もの、及び不純物の混入がないか、少ないものが好まし
く、種々の材質が適用できるが石英ガラスが最も好まし
い。
【０００９】本発明において、ハーメチックコートの原
料ガスとして用いる炭化水素としては、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ
4 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ6 などが挙げられ、ハロゲンとし
てはＣｌ2 、ハロゲンを含む炭化水素としてはＣＨＣｌ
3 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、ＣＣｌ4、ＣＨ3 Ｃｌ、Ｃ2 Ｈ5 Ｃ
ｌ、Ｃ2 ＨＣｌ3 などが好ましい。線引炉パージガスと
しては、窒素ガスでは炉内に温度不均衡が生じ、対流や
流れきの乱れにより外径変動を引き起こすことがあり、
本発明ではヘリウムを用いる。本発明は、窒素ガスを炉
内雰囲気に使用した場合外径変動が大きくなる太径母材
に適用して特に有利であり、具体的には母材外径が３０
ｍｍφ以上線速２００ｍ／ｍｉｎ以上の場合、更には外
径４０ｍｍφ以上の場合、特には外径６０ｍｍφ以上の
場合極めて効果的である。
料ガスとして用いる炭化水素としては、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ
4 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ6 などが挙げられ、ハロゲンとし
てはＣｌ2 、ハロゲンを含む炭化水素としてはＣＨＣｌ
3 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、ＣＣｌ4、ＣＨ3 Ｃｌ、Ｃ2 Ｈ5 Ｃ
ｌ、Ｃ2 ＨＣｌ3 などが好ましい。線引炉パージガスと
しては、窒素ガスでは炉内に温度不均衡が生じ、対流や
流れきの乱れにより外径変動を引き起こすことがあり、
本発明ではヘリウムを用いる。本発明は、窒素ガスを炉
内雰囲気に使用した場合外径変動が大きくなる太径母材
に適用して特に有利であり、具体的には母材外径が３０
ｍｍφ以上線速２００ｍ／ｍｉｎ以上の場合、更には外
径４０ｍｍφ以上の場合、特には外径６０ｍｍφ以上の
場合極めて効果的である。
【００１０】
実施例１
外径７０ｍｍφの母材を用い線速５００ｍ／ｍｉｎの条
件にて、パージガスは表１に示すようにＮ2 又はＨe を
用い、下煙突長は０．１ｍと０．３ｍ、更に表１のよう
に条件を変えてファイバにハーメチックコートした。フ
ァイバ温度測定結果は図３に示すとおりである。また、
得られたハーメチックコートファイバの特性値を表１に
合わせて示す。
件にて、パージガスは表１に示すようにＮ2 又はＨe を
用い、下煙突長は０．１ｍと０．３ｍ、更に表１のよう
に条件を変えてファイバにハーメチックコートした。フ
ァイバ温度測定結果は図３に示すとおりである。また、
得られたハーメチックコートファイバの特性値を表１に
合わせて示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１の結果から、（ａ）のパージガスがＮ
2 の場合、Ｚ／ＶF が０．０８４（下煙突長０．３ｍ）
であり反応管入口温度は１５５０℃あるが、炉内流れの
乱れによる外径変動が大きい。（ｃ）のパージガスヘリ
ウム、Ｚ／ＶF が０．０８４（下煙突長０．３ｍ）で
は、入口温度が１１００℃と低く、膜特性も悪い。本発
明による（ｂ）のパージガスヘリウム、Ｚ／ＶF が０．
０６（下煙突長０．１ｍ）の条件において入口温度が１
３５０℃あり、膜特性も良いことがわかる。
2 の場合、Ｚ／ＶF が０．０８４（下煙突長０．３ｍ）
であり反応管入口温度は１５５０℃あるが、炉内流れの
乱れによる外径変動が大きい。（ｃ）のパージガスヘリ
ウム、Ｚ／ＶF が０．０８４（下煙突長０．３ｍ）で
は、入口温度が１１００℃と低く、膜特性も悪い。本発
明による（ｂ）のパージガスヘリウム、Ｚ／ＶF が０．
０６（下煙突長０．１ｍ）の条件において入口温度が１
３５０℃あり、膜特性も良いことがわかる。
【００１３】実施例２
また上記（ｂ）のＨe パージ、Ｚ／ＶF が０．０６（下
煙突０．１ｍ）の条件で、反応容器や緩衝室の有無によ
る外径変動を測定した。
煙突０．１ｍ）の条件で、反応容器や緩衝室の有無によ
る外径変動を測定した。
【００１４】
【表２】
【００１５】表２の結果から、本発明によれば反応容器
と緩衝帯が外気の乱れの影響を遮断し、外径変動低減に
有効であることがわかる。
と緩衝帯が外気の乱れの影響を遮断し、外径変動低減に
有効であることがわかる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では太径母
材でも、炉内パージガスとしてＨｅを使用し、反応容器
が下煙突も兼ねるため、外径変動を抑えることができ、
しかもファイバ温度が高い状態で良好なカーボンコーテ
ィングができる。つまり、カーボンコーティングを太径
母材でも良好に行えるので、生産性が向上し、コストダ
ウンが可能である。
材でも、炉内パージガスとしてＨｅを使用し、反応容器
が下煙突も兼ねるため、外径変動を抑えることができ、
しかもファイバ温度が高い状態で良好なカーボンコーテ
ィングができる。つまり、カーボンコーティングを太径
母材でも良好に行えるので、生産性が向上し、コストダ
ウンが可能である。
【図１】本発明の一具体例に使用した装置の概略説明図
である。
である。
【図２】従来の細径母材でのカーボンコーティング装置
の概略説明図である。
の概略説明図である。
【図３】線引炉中心からの距離とファイバ温度の関係を
示す図表である。
示す図表である。
【図４】ファイバ線速と外径変動の関係を示す図表であ
る。
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 相川 晴彦
神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友
電気工業株式会社 横浜製作所内
(72)発明者 彈塚 俊雄
神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友
電気工業株式会社 横浜製作所内
(56)参考文献 特開 平２−167843（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−42841（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−237037（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−21547（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−275736（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−40740（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−237031（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−183434（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 ガラス母材を線引炉において加熱軟化、
ファイバ化し、その後線引炉下部に設けられた反応管内
において、原料ガスを分解しファイバ表面にハーメチッ
クコーティングするハーメチックコートファイバの製造
方法において、太径のガラス母材を少なくとも炉出口が
ヘリウムを含む雰囲気で満たされた線引炉でファイバ化
し、この際の該ガラス母材のネックダウン部分から反応
管入口に至る距離（ｍ）を 〔距離（ｍ）／線引速度（ｍ／ｓｅｃ）〕＜０．０８ とし、反応管入口でのファイバ温度を１２００℃以上と
し、且つ該線引炉下部と反応管入口との間で上記ヘリウ
ムを含む雰囲気を外部に排出することを特徴とする上記
製造方法。 - 【請求項２】 線引炉下部と反応管入口との間に緩衝室
を設け、該緩衝室からヘリウムを含む雰囲気を外部に排
出することを特徴とする請求項１に記載のハーメチック
コートファイバの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04829892A JP3489630B2 (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | ハーメチックコートファイバの製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04829892A JP3489630B2 (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | ハーメチックコートファイバの製造方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0648780A JPH0648780A (ja) | 1994-02-22 |
| JP3489630B2 true JP3489630B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=12799538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04829892A Expired - Lifetime JP3489630B2 (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | ハーメチックコートファイバの製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3489630B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4356155B2 (ja) | 1999-10-12 | 2009-11-04 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバの製造方法 |
-
1992
- 1992-03-05 JP JP04829892A patent/JP3489630B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0648780A (ja) | 1994-02-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071107 Year of fee payment: 4 |
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