JP4973440B2 - ガラス物品の加熱方法及び誘導炉 - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス物品の加熱方法、及びその加熱方法を利用した誘導炉に関する。
ガラス物品の加熱処理の一例として、石英ガラス管に石英ガラスロッドを挿入した状態で加熱して、両者が溶着一体化した光ファイバ用石英ガラス母材を得るガラス母材の製造方法が知られている。
このようなガラス母材の製造方法では、加熱手段として、例えば誘導炉を利用したものが知られている。
この場合の誘導炉は、炉内に誘導加熱で発熱するカーボン製サセプタを配置して、サセプタ内に挿入されたガラス物品に所定の加熱を行う。
このようなガラス母材の製造方法では、加熱手段として、例えば誘導炉を利用したものが知られている。
この場合の誘導炉は、炉内に誘導加熱で発熱するカーボン製サセプタを配置して、サセプタ内に挿入されたガラス物品に所定の加熱を行う。
このような誘導炉では、サセプタの高温による酸化を防止するために、サセプタの外周囲及び内周囲を、不活性ガス雰囲気に維持する必要がある。
そこで、図３に示すように、ガラス物品１が挿入されるカーボン製サセプタ３は、両端の開口部に不活性ガス４の噴射口５を配置して、該噴射口５から噴射する不活性ガス４により外気を遮断するエアカーテンを形成する一方、サセプタ３の発熱手段（電磁誘導コイル）６に対向した領域の両側に近接する位置に、炉内に配管された不活性ガス供給管７を接続し、不活性ガス供給管７からサセプタ３内に供給される不活性ガス４ａにより、サセプタ３の内奥の残存ガスを開口端に排出するようにした加熱方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。
ところが、サセプタ３内に不活性ガス４ａを供給する不活性ガス供給管７は、サセプタ３の周方向に等間隔に少なくとも３個以上設けないと、サセプタ３内における不活性ガス４ａの流れを周方向に均等化することができず、部分的に残留酸素が排出できない部分が発生してしまう。
その一方、不活性ガス供給管７の接続箇所を周方向に３箇所以上に設定すると、炉内が不活性ガス供給管７の配管により構造が複雑になり、メンテナンスが困難になったり、加熱装置の構造の複雑化による炉製造のコストアップという問題が生じた。
その一方、不活性ガス供給管７の接続箇所を周方向に３箇所以上に設定すると、炉内が不活性ガス供給管７の配管により構造が複雑になり、メンテナンスが困難になったり、加熱装置の構造の複雑化による炉製造のコストアップという問題が生じた。
本発明の目的は上記課題を解消することに係り、炉内の構造の複雑化を招くことなく、カーボン製サセプタの外周囲及び内周囲のそれぞれを、不活性ガスによる良好なパージ状態に維持して、サセプタの酸化を招くことなく、ガラス物品を加熱することができるガラス物品の加熱方法及び誘導炉を提供することを目的とする。
（１）上記した課題を解決するために、本発明によるガラス物品の加熱方法は、炉内に誘導コイル及び円筒状のカーボン製サセプタを同軸上に配置すると共に該炉内の前記サセプタ外周囲を不活性ガスでパージした状況下で、前記サセプタ内のガラス物品を加熱するガラス物品の加熱方法であって、
前記サセプタには、前記サセプタを発熱させる前記誘導コイルに対向した領域の両側に近接する位置で、且つ該サセプタの周方向に略等間隔に、該サセプタの内外を連通させる少なくとも各々３個以上、合計６個以上の貫通穴を設け、炉内パージ用に供給される前記不活性ガスを前記貫通穴より前記サセプタ内を通して炉外に流して、サセプタ内のガラス物品を加熱することを特徴とする。
前記サセプタには、前記サセプタを発熱させる前記誘導コイルに対向した領域の両側に近接する位置で、且つ該サセプタの周方向に略等間隔に、該サセプタの内外を連通させる少なくとも各々３個以上、合計６個以上の貫通穴を設け、炉内パージ用に供給される前記不活性ガスを前記貫通穴より前記サセプタ内を通して炉外に流して、サセプタ内のガラス物品を加熱することを特徴とする。
（２）また、上記（１）に記載のガラス物品の加熱方法は、前記サセプタの両端の開口部には、該開口部にシール用のエアカーテンを形成する不活性ガスを流すことを特徴としても良い。
（３）上記した課題を解決するために、本発明による誘導炉は、炉内に誘導コイル及び円筒状のカーボン製サセプタを同軸上に配置すると共に、炉内を不活性ガスでパージした状況下で前記サセプタ内のガラス物品を加熱する誘導炉であって、
前記サセプタには、前記サセプタを発熱させる誘導コイルに対向した領域の両側に近接する位置で、且つ該サセプタの周方向に略等間隔に、該サセプタの内外を連通させる少なくとも各々３個以上、合計６個以上の貫通穴を設けて、炉内パージ用に供給される前記不活性ガスを前記貫通穴より前記サセプタ内を通して炉外に流して、サセプタ内のガラス物品を加熱することを特徴とする。
前記サセプタには、前記サセプタを発熱させる誘導コイルに対向した領域の両側に近接する位置で、且つ該サセプタの周方向に略等間隔に、該サセプタの内外を連通させる少なくとも各々３個以上、合計６個以上の貫通穴を設けて、炉内パージ用に供給される前記不活性ガスを前記貫通穴より前記サセプタ内を通して炉外に流して、サセプタ内のガラス物品を加熱することを特徴とする。
本発明によるガラス物品の加熱方法では、炉内に配置されるカーボン製サセプタの外周囲は、炉内に供給される不活性ガスでパージされて、酸素との接触による酸化を防止することができる。
また、カーボン製サセプタの内周囲は、両端が不活性ガスによるエアカーテンにより外気と遮断されると同時に、貫通穴によりサセプタ内に供給される不活性ガスがサセプタ内を通って炉外に排出されるため、サセプタの内奥に残存する酸素も効率良く外部に排出できる。また、サセプタ両端のエアカーテン用の不活性ガスをサセプタ内に向けなくても良いため、サセプタ両端開口部での外気の巻き込みも生じない。
また、カーボン製サセプタの内周囲は、両端が不活性ガスによるエアカーテンにより外気と遮断されると同時に、貫通穴によりサセプタ内に供給される不活性ガスがサセプタ内を通って炉外に排出されるため、サセプタの内奥に残存する酸素も効率良く外部に排出できる。また、サセプタ両端のエアカーテン用の不活性ガスをサセプタ内に向けなくても良いため、サセプタ両端開口部での外気の巻き込みも生じない。
そして、サセプタ内への不活性ガスの供給は、サセプタの内外を連通させる貫通穴により、炉内のパージ用の不活性ガスを直接サセプタ内に導入するため、炉内に専用の不活性ガス供給管を配管する必要がなく、不活性ガス供給管の配管による炉内構造の繁雑化や部品増加を防止できる。更に、専用の不活性ガス供給管を必要としていないため、サセプタ内における不活性ガスの流れを均等化するために、周方向に並ぶ貫通穴の数量を増やすことも容易にできる。
なお、サセプタ内における不活性ガスの流れを均等化するために、サセプタの周方向に略等間隔に少なくとも３個以上の不活性ガス導入用となる貫通穴を設ける必要がある。また、サセプタの発熱領域の両側に貫通穴を設けることにより、炉本体の開口部両端に対し、均等な不活性ガスの流れを作ることができる。
なお、サセプタ内における不活性ガスの流れを均等化するために、サセプタの周方向に略等間隔に少なくとも３個以上の不活性ガス導入用となる貫通穴を設ける必要がある。また、サセプタの発熱領域の両側に貫通穴を設けることにより、炉本体の開口部両端に対し、均等な不活性ガスの流れを作ることができる。
以下、本発明に係るガラス物品の加熱方法及び誘導炉の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るガラス物品の加熱方法を適用する誘導炉の一実施の形態の概略構成図である。
図１は本発明に係るガラス物品の加熱方法を適用する誘導炉の一実施の形態の概略構成図である。
図１に示した誘導炉１１は、炉本体１２と、該炉本体１２の出入り口１２ａ，１２ｂ間を連絡するように該炉本体１２内に配置された円筒状のカーボン製サセプタ１４と、該カーボン製サセプタ１４と同軸上に配置されてサセプタ１４をその外周面側より誘導加熱する誘導コイル１５と、サセプタ１４と誘導コイル１５との間に介在してサセプタ１４からの放熱を抑止する断熱材１７と、炉本体１２の出入り口を開閉可能に覆うシャッター１９と、サセプタ１４の両端の開口部に不活性ガス２０によるエアカーテンを形成するエアカーテン用不活性ガス供給手段２１と、炉内に不活性ガス２２を導入してサセプタ１４の外周囲を不活性ガス２２でパージした状態にするために炉本体１２に開口させたガス供給穴２３と、炉本体１２を冷却する水冷コイル２５とを具備していて、サセプタ１４の外周囲を不活性ガス２２でパージした状況下でサセプタ１４内のガラス物品（不図示）を加熱する。
エアカーテン用不活性ガス供給手段２１は、サセプタ１４の両端開口部の周囲に等間隔で少なくとも３箇所以上に、径方向の内側に向かって不活性ガスを噴射する噴射口を装備したもので、サセプタ１４の両端開口部を外気から遮断するエアカーテンを形成する。
本実施の形態の場合、サセプタ１４には、サセプタ１４を発熱させる誘導コイル１５に対向した領域（誘導コイル１５による誘導加熱で発熱する領域）２７の両側に近接する位置で、且つ該サセプタ１４の周方向に略等間隔に、サセプタ１４の内外を連通させる少なくとも各々３個以上、合計６個以上の貫通穴２９（図２参照）を設けて、炉内パージ用にサセプタ１４の外周囲に供給される不活性ガス２２を貫通穴２９よりサセプタ１４内を通して、サセプタ１４の両端開口部より炉外に流す。
以上の誘導炉１１では、次のようなガラス物品の加熱方法を実現する。
即ち、炉内にカーボン製サセプタ１４を配置すると共に該炉内のサセプタ１４の外周囲を不活性ガス２２でパージした状況下で、サセプタ１４内のガラス物品を加熱する方法において、サセプタ１４の両端の開口部には、エアカーテン用不活性ガス供給手段２１の噴射する不活性ガス２０により、シール用のエアカーテンを形成しておく。
更に、サセプタ１４には、発熱手段としての誘導コイル１５に対向した領域２７の両側に近接する位置で、且つ該サセプタ１４の周方向に略等間隔に、該サセプタ１４の内外を連通させる少なくとも各々３個以上、合計６個以上の貫通穴２９を設け、炉内パージ用にサセプタ１４の外周囲に供給される不活性ガス２２を貫通穴２９よりサセプタ１４内に通して、サセプタ１４の両端の開口部から炉外に流した状況下で、サセプタ１４内のガラス物品を加熱する。
即ち、炉内にカーボン製サセプタ１４を配置すると共に該炉内のサセプタ１４の外周囲を不活性ガス２２でパージした状況下で、サセプタ１４内のガラス物品を加熱する方法において、サセプタ１４の両端の開口部には、エアカーテン用不活性ガス供給手段２１の噴射する不活性ガス２０により、シール用のエアカーテンを形成しておく。
更に、サセプタ１４には、発熱手段としての誘導コイル１５に対向した領域２７の両側に近接する位置で、且つ該サセプタ１４の周方向に略等間隔に、該サセプタ１４の内外を連通させる少なくとも各々３個以上、合計６個以上の貫通穴２９を設け、炉内パージ用にサセプタ１４の外周囲に供給される不活性ガス２２を貫通穴２９よりサセプタ１４内に通して、サセプタ１４の両端の開口部から炉外に流した状況下で、サセプタ１４内のガラス物品を加熱する。
以上に説明した誘導炉１１におけるガラス物品の加熱方法では、炉内に配置されるカーボン製サセプタ１４の外周囲は、炉内に供給される不活性ガス２２でパージされて、酸素との接触による酸化を防止することができる。
また、カーボン製サセプタ１４の内周囲は、両端が不活性ガスによるエアカーテンにより外気と遮断されると同時に、貫通穴２９によりサセプタ１４内に供給される不活性ガス２２がサセプタ１４内を通って炉外に排出されるため、サセプタ１４の内奥部に残存する酸素も効率良く外部に排出できる。また、サセプタ１４の両端のエアカーテン用の不活性ガス２０をサセプタ１４内に向けなくても良いため、サセプタ１４の両端開口部での外気の巻き込みも生じない。従って、サセプタ１４の内周囲も、不活性ガスによって良好なパージ状態に維持して、酸素との接触による酸化を防止することができる。
また、カーボン製サセプタ１４の内周囲は、両端が不活性ガスによるエアカーテンにより外気と遮断されると同時に、貫通穴２９によりサセプタ１４内に供給される不活性ガス２２がサセプタ１４内を通って炉外に排出されるため、サセプタ１４の内奥部に残存する酸素も効率良く外部に排出できる。また、サセプタ１４の両端のエアカーテン用の不活性ガス２０をサセプタ１４内に向けなくても良いため、サセプタ１４の両端開口部での外気の巻き込みも生じない。従って、サセプタ１４の内周囲も、不活性ガスによって良好なパージ状態に維持して、酸素との接触による酸化を防止することができる。
そして、サセプタ１４内への不活性ガス２２の供給は、サセプタ１４の内外を連通させる貫通穴２９により、炉内のパージ用の不活性ガス２２を直接サセプタ１４内に導入するため、炉内に専用の不活性ガス供給管を配管する必要がなく、不活性ガス供給管の配管による炉内構造の繁雑化や部品増加を防止できる。更に、専用の不活性ガス供給管を必要としていないため、サセプタ１４内における不活性ガスの流れを均等化する目的で、周方向に並ぶ貫通穴２９の数量を増やすことも容易にできる。
従って、炉内の構造の複雑化を招くことなく、カーボン製サセプタ１４の外周囲及び内周囲のそれぞれを、不活性ガスによる良好なパージ状態に維持して、サセプタ１４の酸化を招くことなく、ガラス物品を加熱することが可能になる。
従って、炉内の構造の複雑化を招くことなく、カーボン製サセプタ１４の外周囲及び内周囲のそれぞれを、不活性ガスによる良好なパージ状態に維持して、サセプタ１４の酸化を招くことなく、ガラス物品を加熱することが可能になる。
また、本実施の形態の誘導炉１１としては、サセプタ１４内に不活性ガスを流すための専用の不活性ガス供給管を炉内に配管する必要がないため、炉内の構造を簡略化して、装置製造コストの低減や、メンテナンス性の向上を図ることができる。
また、カーボン製サセプタ１４の酸化を防止して、サセプタ１４の寿命を延ばすことができるため、維持コストを低減することもできる。
また、カーボン製サセプタ１４の酸化を防止して、サセプタ１４の寿命を延ばすことができるため、維持コストを低減することもできる。
なお、サセプタ１４の酸化を防止するためには、サセプタ１４の内部の酸素濃度が例えば２５〜３０ＰＰＭ程度となるように、貫通穴２９からサセプタ１４内に流入する不活性ガス２２の流量を調整すると良い。
図２は、上記のサセプタ１４の内部の酸素濃度を２５〜３０ＰＰＭ程度に維持するために、サセプタ１４における貫通穴２９の装備形態や炉体内のバージ流量を調整した実施例の説明図である。
図２に示したサセプタ１４は、内径Ｄが２００ｍｍ程度、全長Ｌが６００ｍｍ程度の円管状で、中央の長さＣ＝３００ｍｍ程度の領域が、誘導コイル１５に対向した領域２７となっている。
貫通穴２９の装備位置としては、両端から１００ｍｍ程度、内奥部側に移動した位置（即ち、誘導コイル１５に対向する領域２７の両側に、約５０ｍｍ程度の離間距離で近接する位置）に装備されている。
貫通穴２９の穴径は、５〜１５ｍｍ程度（更に好ましくは、１０ｍｍ程度）に設定する。また、貫通穴２９の装備数は、領域２７の両側にそれぞれ８個ずつで、いずれも、サセプタ１４の周方向に等間隔で設ける。
図２に示したサセプタ１４は、内径Ｄが２００ｍｍ程度、全長Ｌが６００ｍｍ程度の円管状で、中央の長さＣ＝３００ｍｍ程度の領域が、誘導コイル１５に対向した領域２７となっている。
貫通穴２９の装備位置としては、両端から１００ｍｍ程度、内奥部側に移動した位置（即ち、誘導コイル１５に対向する領域２７の両側に、約５０ｍｍ程度の離間距離で近接する位置）に装備されている。
貫通穴２９の穴径は、５〜１５ｍｍ程度（更に好ましくは、１０ｍｍ程度）に設定する。また、貫通穴２９の装備数は、領域２７の両側にそれぞれ８個ずつで、いずれも、サセプタ１４の周方向に等間隔で設ける。
以上の装置形態において、不活性ガス２０，２２としては、窒素ガスを用いた。そして、サセプタ１４の外周囲のパージのために炉本体１２に開口させたガス供給穴２３から流入させる不活性ガス２２の流量を毎分１５０リットル、サセプタ１４の両端開口部におけるエアカーテン用不活性ガス供給手段２１による不活性ガス２０の流量を毎分１０リットルに設定すると、サセプタ１４の内部の酸素濃度は２５〜３０ＰＰＭに維持でき、サセプタ１４に酸化の発生しない良好なパージ状態を保つことができた。
なお、前述した貫通穴２９は、サセプタ１４内の温度測定あるいはサセプタ内部のガラス物品の溶融状態確認窓を兼ねる構成としても良い。
また、貫通穴２９の形状は、丸穴に限らない。矩形、又は細長いスリット状にすることも可能である。
また、サセプタ１４のサイズが、図２に示したサイズよりも大型化する場合には、貫通穴２９の装備数を更に増やしたり、あるいは貫通穴２９の穴径を大き目に形成したり、不活性ガス２２の流量の増加を行うと良い。
また、サセプタ１４のサイズが、図２に示したサイズよりも大型化する場合には、貫通穴２９の装備数を更に増やしたり、あるいは貫通穴２９の穴径を大き目に形成したり、不活性ガス２２の流量の増加を行うと良い。
１１ 誘導炉
１２ 炉本体
１２ａ，１２ｂ 出入り口
１４ カーボン製サセプタ
１５ 誘導コイル（発熱手段）
１７ 断熱材
１９ シャッター
２０ 不活性ガス
２１ エアカーテン用不活性ガス供給手段
２２ 不活性ガス
２３ ガス供給穴
２５ 水冷コイル
２７ 誘導コイルによる誘導加熱で発熱する領域
２９ 貫通穴
１２ 炉本体
１２ａ，１２ｂ 出入り口
１４ カーボン製サセプタ
１５ 誘導コイル（発熱手段）
１７ 断熱材
１９ シャッター
２０ 不活性ガス
２１ エアカーテン用不活性ガス供給手段
２２ 不活性ガス
２３ ガス供給穴
２５ 水冷コイル
２７ 誘導コイルによる誘導加熱で発熱する領域
２９ 貫通穴
Claims (3)
- 炉内に誘導コイル及び円筒状のカーボン製サセプタを同軸上に配置すると共に該炉内を不活性ガスでパージした状況下で、前記サセプタ内のガラス物品を加熱するガラス物品の加熱方法であって、
前記サセプタには、前記サセプタを発熱させる前記誘導コイルに対向した領域の両側に近接する位置で、且つ該サセプタの周方向に略等間隔に、該サセプタの内外を連通させる少なくとも各々３個以上、合計６個以上の貫通穴を設け、炉内パージ用に供給される前記不活性ガスを前記貫通穴より前記サセプタ内を通して炉外に流して、サセプタ内のガラス物品を加熱することを特徴とするガラス物品の加熱方法。 - 前記サセプタの両端の開口部には、該開口部にシール用のエアカーテンを形成する不活性ガスを流すことを特徴とする請求項１に記載のガラス物品の加熱方法。
- 炉内に誘導コイル及び円筒状のカーボン製サセプタを同軸上に配置すると共に、炉内を不活性ガスでパージした状況下で前記サセプタ内のガラス物品を加熱する誘導炉であって、
前記サセプタには、前記サセプタを発熱させる前記誘導コイルに対向した領域の両側に近接する位置で、且つ該サセプタの周方向に略等間隔に、該サセプタの内外を連通させる少なくとも各々３個以上、合計６個以上の貫通穴を設けて、炉内パージ用に供給される前記不活性ガスを前記貫通穴より前記サセプタ内を通して炉外に流して、サセプタ内のガラス物品を加熱することを特徴とする誘導炉。
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