JP5639116B2 - 多孔質ガラス母材の熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質ガラス母材を熱処理してガラス化するための多孔質ガラス母材の熱処理装置に関するものである。

光ファイバ用のガラス母材を製造するためには、例えば、ＯＶＤ法（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）等によって製造された多孔質ガラス母材を熱処理してガラス化する方法がある。

多孔質ガラス母材をガラス化するための熱処理装置としては、例えば図１０に示すような熱処理装置１００が用いられる。熱処理装置１００は、主に、発熱体１０５と、発熱体１０５を保持する炉体１０３と、炉体１０３の内部に設置される均熱管１０７と、均熱管１０７の内部に設置される炉心管１０９等から構成される。

炉心管１０９は、例えば、上部外周に突設された鍔部１０９ａと、下部外周に突設された鍔部１０９ｂとを有する。鍔部１０９ａは、炉体１０３の上面に載せられ、鍔部１０９ｂは炉体１０３の底面に載せられて、炉心管１０９が炉体１０３に支持される。

炉心管１０９の上端は上蓋により塞がれており、この上蓋には孔１１５が形成される。孔１１５は、多孔質ガラス母材１１７を支持する支持部材を貫通する部位である炉心管１０９の下端には処理ガス導入口１１１が設けられ、炉心管１０９内にＨｅガスやＣｌ２ガス等が供給される。また、炉心管１０９の上部には、炉心管１０９内の排気ガスを排出する排気口１１３が設けられる。

均熱管１０７は、発熱体１０５の配置による温度ムラ等を防止して均一に多孔質ガラス母材１１７を加熱するためのものである。炉心管１０９は、耐熱性や、処理ガス等に対する耐食性、内部に配置される多孔質ガラス母材に対する汚染防止等の観点から、通常、石英製のものが使用される。また、均熱管１０７は、耐熱性やその強度から、カーボン製のものが使用される。

石英系の多孔質ガラス母材１１７を熱処理するためには、通常、１４００℃以上に加熱する必要がある。しかしながら、このような高温化で長時間使用すると、石英製の炉心管１０９が変形する恐れがある。すなわち、炉心管１０９が熱によって軟化し、その自重によって変形（座屈など）を生じる恐れがある。

このような使用時における石英製の炉心管１０９の変形を抑える方法としては、例えば、炉心管の自重を長手方向に分割して負担する炉心管自重分割負担手段を備えた加熱炉が提案されている（特許文献１）。また、より大型の加熱炉に対応すべく、上述の炉心管自重分割負担手段が、炉心管長手方向に所定間隔で設けられた鍔部と、鍔部を支える第１の自重受け手段と、第１の自重受け手段を支える第２の自重受け手段とで構成された加熱炉が提案されている（特許文献２）。

特開２０００−２２６２１７号公報 特開２０１０−２４１６７４号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の方法を用いても長期間の使用によって炉心管の変形が進行することがあった。すなわち、従来の方法では、炉心管の変形の抑制が不十分であり、より長期間にわたって安定して使用可能な熱処理装置が要求されている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、従来と比較してより炉心管の変形を抑制することが可能な、多孔質ガラス母材の熱処理装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、多孔質ガラス母材の熱処理装置であって、内部に多孔質ガラス母材を配置可能な石英製の炉心管と、前記炉心管の外周に設けられる均熱管と、前記均熱管の外周に設けられる発熱体と、前記発熱体を覆う炉体と、を具備し、前記炉心管の外面には、径方向に突出する鍔部が長手方向に所定間隔で複数形成され、前記均熱管の内面には、径方向に突出する鍔部が長手方向に所定間隔で複数形成され、前記炉心管の鍔部および前記均熱管の鍔部は、互いに係合するＬ字形状であり、前記炉心管の鍔部を前記均熱管の鍔部で支持することを特徴とする多孔質ガラス母材の熱処理装置である。

第１の発明によれば、炉心管の外面に長手方向に所定間隔で設けられた鍔部を均熱管の内面に設けられた鍔部によって支持しつつ、石英製の炉心管を均熱管と接触しないように保持できる。これにより、炉心管の自重が長手方向に分割負担されるため、変形を抑制できる。また、炉心管と均熱管とが接触する範囲を小さくできるため、炉心管と均熱管との接触界面でのカーボンによる石英の還元反応を抑えることができる。このため、均熱管の消耗を抑制することができる。

前記炉心管の鍔部および前記均熱管の鍔部は、互いに係合するＬ字形状である。これにより、炉心管外面と均熱管内面との間隔を全周で一定となるように固定できる。その結果、消耗の偏りを抑制できる。

前記均熱管は、前記均熱管の鍔部となる鍔部材と、前記均熱管の長手方向に複数に分割された円筒部材とから構成されていることが望ましい。これにより、均熱管の装着が容易となる。また、炉心管との接触部となり消耗しやすい鍔部材を円筒部材から離脱して交換できるため、メンテナンスに好適である。

また、前記鍔部材は前記炉心管の鍔部に嵌合される嵌合部と前記円筒部材を載置する載置部とを有することが望ましい。これにより、長手方向に複数に分割された均熱管の円筒部材を鍔部材に載置しつつ炉心管の鍔部に嵌合でき、均熱管による炉心管の支持を安定させることができる。

また、前記鍔部材は、周方向に分割され、前記円筒部材は周方向に一体で構成されることが望ましい。これにより均熱管の装着および取り外しが容易となる。また、円筒部材は周方向に分割されないため強度を維持できる。

また、前記均熱管はカーボン製であり、前記均熱管の鍔部の前記炉心管との接触部には炭化ケイ素がコーティングされてもよい。これにより、炉心管と均熱管との接触界面でのカーボンによる石英の還元反応を抑えることができる。このため、均熱管の消耗を抑制することができ、これに伴う炉心管の変形を抑制することができる。

本発明によれば、従来と比較してより炉心管の変形を抑制することが可能な、多孔質ガラス母材の熱処理装置を提供することができる。

熱処理装置１を示す概略構成を示す断面図。 図１Ａ部の分解拡大図。 炉心管３、均熱管７の円筒部材７１および鍔部材７２の構成を示す分解斜視図。 コーティングを施した鍔部材７２１、７２２を用いた場合の、図１Ａ部の分解拡大図。 各反応の平衡定数を示す図。 熱処理装置２０を示す概略構成を示す断面図。 図６Ｅ部の分解拡大図。 炉心管２１、均熱管２５の円筒部材２５１および鍔部材２５２の構成を示す分解斜視図。 図１と比較して鍔部が設けられない点が異なる構造の熱処理装置１ａの概略構成図。 従来の熱処理装置１００を示す概略構成図。

以下、本発明の第１の実施の形態にかかる熱処理装置１について説明する。図１は、熱処理装置１の概略構成を示す断面図である。熱処理装置１は主に、炉体３、発熱体５、均熱管７、炉心管９等から構成される。

熱処理装置１は、発熱体５および発熱体５を保持する炉体３を有する。発熱体５は、熱処理対象となる多孔質ガラス母材１７を例えば１４００℃以上に加熱可能である。熱処理装置１はいわゆる減圧炉であり、炉体３の内部には、ＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを供給することが可能であるとともに、図示しないポンプによって、炉体３内部および炉心管９内部を大気と比較して負圧（たとえば１００Ｐａ以下）にすることができる。図１の熱処理装置１は、長手方向に複数の発熱体５を有するため、これらの複数の発熱体５を同時に高温にすることにより多孔質ガラス母材１７の全長を同時に加熱することができる。

また、各発熱体への通電を制御することで発熱体５が作る加熱ゾーンを上下方向に動かすことにより、多孔質ガラス母材１７の片端から順に加熱することも可能である。なお、発熱体５の個数を１つとし、多孔質ガラス母材１７を上下方向に移動したり、或いは、発熱体を上下方向に移動したりすることで、多孔質ガラス母材１７と発熱体５とを相対的に移動させる構成としてもよい。

発熱体５の内面側には、均熱管７が設けられる。均熱管７は、発熱体５からの熱を加熱対象に対して均一に伝えるものである。均熱管７は、高温での使用に対する耐熱性やコスト等を考慮して例えばカーボン製であることが望ましい。均熱管７の構造については後述する。

均熱管７の内面側には、炉心管９が挿入される。炉心管９の下端側には処理ガス導入口１１が設けられる。また、炉心管９の上端近傍には排気口１３が設けられる。処理ガス導入口１１から処理ガス（ＨｅガスやＣｌ２ガス等）が炉心管９の内部に供給される（図中矢印Ｂ方向）。また、排気口１３からは、炉心管９内部のガスが排出される（図中矢印Ｃ方向）。

炉心管９の上端部には上蓋が設けられ、上蓋には孔１５が形成される。孔１５は多孔質ガラス母材１７を支持する支持部材を挿入する部位である。炉心管９内部に配置される多孔質ガラス母材１７は、回転させながら徐々に下方に移動させられる。このようにすることで、多孔質ガラス母材１７が炉心管９の内部において高温領域を通過する際に、処理ガス中で熱処理されて、下部から順次ガラス化することができる。なお、多孔質ガラス母材１７は、上方から炉心管９内に挿入後一定位置で停止させ、回転のみさせて上下方に移動させることなくガラス化することもできる。

炉心管９は石英製であることが望ましい。また、炉心管９には、下部外周に鍔部１０ａが突設されるとともに長手方向に所定間隔で複数の鍔部１０ｂが設けられる。鍔部１０ａは炉体３の底面に載せられて、炉心管９が炉体３に支持される。また、鍔部１０ｂは、炉心管９の外周に突設される。鍔部１０ｂの詳細については後述する。

均熱管７は、円筒部材７１および鍔部材７２から構成される。円筒部材７１は長手方向に複数に分割されて、炉心管９の外周に配置される。円筒部材７１の内径は、炉心管９の外径と鍔部１０ｂの均熱管７の径方向の長さとの和以上の長さに設定されている。また、円筒部材７１の長手方向の長さと鍔部材７２の載置部７２ｂ（図２参照）の上下方向の長さの和は、上下に隣接する鍔部１０ｂの長さに設定されている。

図２は、図１のＡ部拡大図である。図２は説明のために、均熱管７の各部材（円筒部材７１および鍔部材７２）が分解された状態を表している。図２に示すように、鍔部材７２は、内面（炉心管９）側に突出し、断面形状がＬ字をなす嵌合部７２ａと、外面（円筒部材７１側）に突出した載置部７２ｂとを有する。嵌合部７２ａは、炉心管９の鍔部１０ｂと係合される部位であり、炉心管９の自重を負担する。載置部７２ｂは均熱管７の円筒部材７１を載置する部位である。

ここで、均熱管７と炉心管９との保持構造について説明する。炉心管９の鍔部１０ｂは、均熱管７の内面に設けられた鍔部（鍔部材７２）と係合する部位であり、断面形状が均熱管７の鍔部材７２の嵌合部７２ａと係合するＬ字形状となっている。強度の観点から、鍔部１０ｂは炉心管９の円筒部と一体成型されることが望ましい。上述したように、均熱管７の円筒部材７１の半径は、炉心管９の半径と鍔部１０ｂの均熱管７の径方向の長さとの和以上に設定されている。このため、均熱管７の内面と炉心管９の外面とは鍔部（鍔部１０ｂおよび鍔部材７２）以外の部位で接触しないように保持される。

図３は、炉心管９および均熱管７の構成を示す分解斜視図である。均熱管７の円筒部材７１は、周方向には分割されないが、鍔部材７２は割り部７２ｃによって、周方向に複数（図３では２つ）に分割される。

均熱管７の円筒部材７１は、炉心管９の下部から通され、円筒部材７１の下端が炉心管９の鍔部１０ｂの位置になるように配置される。また、周方向に分割された各鍔部材７２は、割り部７２ｃが互いに向き合うように配置され、嵌合部７２ａが炉心管９の鍔部１０ｂに嵌められる。その後、鍔部材７２の載置部７２ｂに円筒部材７１が載置される（図３の矢印Ｄ）。このようにして、炉心管９の上下に隣接する鍔部１０ｂ間に均熱管７の円筒部材７１と鍔部材７２とが嵌め合わされ、均熱管７が炉心管９の外周に配置される。

なお、各円筒部材７１と鍔部材７２とを組み合わせたときの上下方向の長さは、上下に隣接する鍔部１０ｂ間の長さに設定されているため、炉心管９自身の自重が、複数の均熱管７の鍔部（鍔部材７２）によって支持される。すなわち、炉心管９の自重は長手方向に分割されて複数の均熱管７によって支持されることとなり、高温加熱時に炉心管９が自重により座屈変形することが抑制される。また、均熱管７と炉心管９とがＬ字の鍔部によって互いに係合されるため、しっかりと固定され、径方向の変形に耐えるものとなる。なお、本実施形態においては、均熱管７と炉心管９とがＬ字の鍔部によって互いに係合する構成としたが、鍔部はＬ字形状でなくてもよく、互いに長手方向に対して突出し、均熱管７の鍔部が炉心管９の鍔部を支えられる形状であればよい。

また、上述したように、均熱管７の円筒部材７１の内径は炉心管９の外径より大きく設定され、均熱管７の内面側に突設した鍔部（鍔部材７２）と炉心管９の外面側に突設した鍔部１０ｂとが組み合わされて保持されるため、鍔部１０ｂおよび鍔部材７２以外で均熱管７と炉心管９とが接触することがない。石英系の多孔質ガラス母材１７をガラス化するためには、熱処理温度としては１４００℃以上とすることが必要であり、この際、均熱管７と炉心管９との接触部の温度は、例えば１４００〜１４５０℃程度となる。そして、発明者らは、石英製の炉心管９とカーボン製の均熱管７とを接触させると、１４００℃以上の使用温度における界面においては、以下の反応が進行することを見出した。
ＳｉＯ２＋Ｃ→ＳｉＯ＋ＣＯ （１）

すなわち、石英製の炉心管９とカーボン製の均熱管７とを接触させて保持すると、（１）式のように、均熱管７のカーボンや炉心管９の石英が反応によって消耗する。このため、均熱管７等の表面が消耗することで、炉心管９を十分に支持することが困難となるとともに、炉心管９も薄くなり変形が進行する。したがって、炉心管９、均熱管７等の交換を所定期間毎に行う必要がある。一方、本発明の構成によれば、均熱管７は円筒部材７１と鍔部材７２とで構成され、円筒部材７１は、炉心管９の外周に径方向に所定の間隔をあけて設けられるため、石英製の炉心管９は、鍔部１０ｂ以外で均熱管７を構成するカーボンとは直接は接触しない。よって、炉心管９の変形が抑制され、かつ均熱管７の円筒部材７１の消耗が抑制される。

また、均熱管７の鍔部材７２は、炉心管９の鍔部１０ｂと接触するため、（１）式の反応が進行するが、鍔部材７２は、割り部７２ｃによって周方向に分割可能であり、円筒部材７１と容易に離脱できるため、均熱管７等の交換の際には消耗した鍔部材７２のみを交換すればよく、コスト面でも有効である。一方で、円筒部材７１は周方向に分割されずに一体で構成されるため、長期にわたって強度を維持することが可能となる。

以上のように、本発明に係る熱処理装置１の均熱管７と炉心管９の保持構造を用いることにより、炉心管９の座屈変形や均熱管７の消耗を抑制でき、長期にわたって連続して当該炉心管９および均熱管７を用いることができる。このため、光ファイバ母材の生産性を高めることができる。

なお、上述の第１の実施形態において、均熱管７の鍔部材７２と炉心管９との接触部にコーティング１９を設けるようにしてもよい。図４はコーティング１９を施した鍔部材７２１を用いた場合の、図１のＡ部拡大図である。コーティング１９は炭化ケイ素のコーティングである。図４（ａ）は、鍔部材７２と炉心管９の円筒部との接触部にのみコーティング１９を施した例であり、図４（ｂ）は、更に鍔部材７２と鍔部１０ｂとの接触部全域にコーティング１９ｂを施した例を示す図である。

均熱管７の鍔部材７２１、７２２の炉心管９との接触部を炭化ケイ素で構成することで、（１）式の反応が進行せず、以下の反応が進行する。
２ＳｉＯ２＋ＳｉＣ→３ＳｉＯ＋ＣＯ （２）

図５は、それぞれの（１）式、（２）式の反応の各温度における平衡定数を示す図である。図５のＫは（１）式の反応（ＳｉＯ２（ｓ）＋Ｃ（ｓ）＝ＳｉＯ（ｇ）＋ＣＯ（ｇ））に対応するものであり、Ｌは（２）式の反応（２ＳｉＯ２（ｓ）＋ＳｉＣ（ｓ）＝３ＳｉＯ（ｇ）＋ＣＯ（ｇ））に対応するものである。

図５からも明らかなように、１４００℃近傍において、（１）式の反応の平衡定数に対して（２）式の反応の平衡定数は約５桁程度小さい。したがって、（１）式の反応と比較して、（２）式の反応は進行しにくい。すなわち、発明者らは、均熱管７の表面を炭化ケイ素とすることで、炭化ケイ素がカーボンと比較して消耗しにくいため（反応が進行しないため）、上述した反応に伴う炉心管９の変形を抑制可能であることを見出した。

なお、コーティング１９、１９ｂの厚みは、５０μｍ〜２００μｍであることが望ましい。コーティング１９が５０μｍよりも薄いと、本発明の効果を十分に得ることができない。また、コーティング１９、１９ｂを２００μｍよりも厚くしてもそれ以上効果を得ることが困難であり、コストに対する十分な効果を得ることが困難である。したがって、コーティング１９、１９ｂの厚みは上述の範囲で設定される。なお、コーティング１９、１９ｂとしては、緻密なコーティング層を形成することが望ましく、例えばＣＶＤ等により形成することが好ましい。

以上のように、カーボンのみによる均熱管７によって炉心管９を支持する場合と比較して、均熱管７等の消耗を抑制することができる。

特に、本発明においては、カーボンと酸素ガスとの反応を抑制するのではなく、あくまでも炉心管９の鍔部１０ｂと均熱管７の鍔部材７２１、７２２との接触部における石英とカーボンとの接触部における反応を抑制するものである。このため、コーティング１９、１９ｂは炉心管９と接触する部位および炉心管９が変形した場合に接触する可能性のある部位にのみ形成すればよい。カーボン表面の必要な部位にのみコーティングすることで、炭化ケイ素の使用を最小限に抑えることができる。

なお、本発明は、対象となる熱処理炉が炉心管の内部を減圧にしながら熱処理を行う減圧炉である場合に、より高い効果を得ることができる。これは、接触部近傍の酸素分圧が小さくなるため、そもそも上記反応式（（１）式および(２)式）が右側に進行しやすく、また、還元雰囲気となるため、炉心管の還元反応が進行しやすくなるためである。このため、従来の方法では急激に均熱管等の消耗が進行するが、本発明によれば、この消耗を確実に抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は、第２の実施の形態の熱処理装置２０を示す図である。なお、以下の説明において、熱処理装置１と同様の機能を奏する構成については、図１と同様の符号を付し、重複する説明を省略する。熱処理装置２０は熱処理装置１と比較して、炉心管２１および均熱管２５の構成が異なる。

熱処理装置２０は主に、炉体３０、発熱体５０、均熱管２５、炉心管２１等から構成される。

熱処理装置２０は、発熱体５０および発熱体５０を保持する炉体３０を有する。第１の実施の形態の熱処理装置１と同様に、熱処理装置２０の炉体３０の内部には、ＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを供給することが可能である。また、熱処理装置２０では、炉体３０に設けられる発熱体５０の個数を１つとしている。

発熱体５０の内周側には、所定の間隔をあけて均熱管２５が設けられる。均熱管２５は、発熱体５０からの熱を加熱対象に対して均一に伝えるものである。均熱管２５は、高温での使用に対する耐熱性やコスト等を考慮して例えばカーボン製であることが望ましい。

均熱管２５の内面側には、炉心管２１が挿入される。炉心管２１は、上述の第１の実施形態と同様に石英製とする。また、炉心管２１の内部には多孔質ガラス母材１７が配置される。多孔質ガラス母材１７を回転させながら徐々に下方に移動させることで、炉心管２１の内部において多孔質ガラス母材１７が高温領域を通過する際に、処理ガス中で熱処理されて、下部から順次ガラス化される。

第２の実施の形態の熱処理装置２０には、炉心管２１の長手方向に所定間隔で複数の鍔部２３が設けられる。鍔部２３は、炉心管２１の外周に突設される。鍔部２３は、上述の第１の実施形態と異なり、Ｌ字形状ではなく、炉心管２１に対し直角に突出している。なお、本実施形態においては、均熱管７の長手方向に対して直角に突出する鍔部によって炉心管９の長手方向に対して直角に突出する鍔部を支える構成としたが、第１の実施の形態と同様に鍔部はＬ字形状としてもよく、互いに長手方向に対して突出し、均熱管７の鍔部が炉心管９の鍔部を支えられる形状であれば、形状は限定されない。

均熱管２５は、円筒部材２５１および鍔部材２５２から構成される。円筒部材２５１は長手方向に複数に分割されて、炉心管２１の外周に配置される。円筒部材２５１の内径は、炉心管２１の外径と鍔部２３の径方向の長さとの和以上の長さに設定されている。円筒部材２５１の上下方向の長さと鍔部材２５２の上下方向の長さとの和は、上下に隣接する鍔部２３の長さに一致するように設定されている。

鍔部材２５２は、リング状の部材であり、内径が炉心管２１の外径と略一致する（わずかに大きい）ように設定されている。また、鍔部材２５２の径方向の長さは、円筒部材２５１の厚さと鍔部２３の径方向の長さとの和と略一致するように設定されている。なお、鍔部材２５２には、割り部２５２ｃが設けられており、周方向に複数に分割される（図８参照）。

図７は、図６のＥ部拡大図である。図７は説明のために、均熱管２５の各部材（円筒部材２５１および鍔部材２５２）が分解された状態を表している。図７に示すように、鍔部材２５２は、上下の円筒部材２５１の間に、内面（炉心管２１）側に突出するように配置される。すなわち、鍔部材２５２は、円筒部材２５１と組み合わされた状態で炉心管２１の鍔部２３を支持する鍔部として機能する。鍔部材２５２には炉心管２１の鍔部２３が載置されるとともに、円筒部材２５１が載置される。また鍔部材２５２は下に配置される円筒部材２５１に支持される。なお、鍔部材２５２には載置部を設けていないが、図２に示す鍔部材７２と同様に一部の厚さを薄くして円筒部材２５１を載置する部位である載置部を設けてもよい。

上述したように、均熱管２５は、長手方向に複数に分割される。分割された各円筒部材２５１の上下方向の長さと鍔部材２５２の上下方向の長さとの和は、炉心管２１の上下に隣接する鍔部２３の長さと略一致するように設定されている。したがって、炉心管２１自身の自重が、均熱管２５の複数の鍔部材２５２によって長手方向に分割されて負担される。すなわち、炉心管２１は均熱管２５によって支持されることとなり、高温加熱時に炉心管２１が自重により座屈変形することが抑制される。

図８は、炉心管２１および均熱管２５の構成を示す分解斜視図である。均熱管２５の円筒部材２５１は、周方向には分割されず一体で構成されるが、鍔部材２５２は割り部２５２ｃによって、周方向に複数（図８では２つ）に分割される。

均熱管２５の複数の円筒部材２５１は、炉心管２１の下部から通され、各円筒部材２５１の下端が炉心管２１の鍔部２３の位置になるように配置される。また、周方向に分割された各鍔部材２５２は、割り部２５２ｃが互いに向き合うように炉心管２１の側方から装着され、鍔部２３の下部に配置される。このようにして、鍔部材２５２に円筒部材２５１が載置され（図８の矢印Ｆ）、鍔部材２５２は下方の円筒部材２５１によって支持される。このようにして、炉心管２１の上下に隣接する鍔部２３間に均熱管２５の円筒部材２５１と鍔部材２５２とが嵌め合わされ、均熱管２５が炉心管２１の外周に配置される。

また、均熱管２５の円筒部材２５１の内径は炉心管２１の外径より大きく設定され、均熱管２５の内面側に突設した鍔部（鍔部材２５２）と炉心管２１の外面側に突設した鍔部２３とが組み合わされて保持されるため、鍔部２３および鍔部材２５２以外で均熱管２５と炉心管２１とが接触することがない。よって、１４００℃以上の使用温度においても上述の（１）式の反応の進行を抑制することができ、均熱管２５の円筒部材２５１の消耗が抑制される。

また、均熱管２５の鍔部材２５２は、炉心管２１の鍔部２３と接触するため、（１）式の反応が進行するが、鍔部材２５２は、割り部２５２ｃによって周方向に分割可能であり、円筒部材２５１と容易に離脱できるため、メンテナンスの際には消耗した鍔部材２５２のみを交換すればよく、コスト面でも有効である。一方で、円筒部材２５１は周方向に分割されないため、長期にわたって強度を維持することが可能となる。

更に、均熱管２５の鍔部材２５２と炉心管２１の鍔部２３との接触部にコーティングを設けるようにしても良い。第１の実施形態で述べたように、コーティングは炭化ケイ素のコーティングである。炭化ケイ素のコーティングを施すことにより、カーボンのみによる均熱管２５によって炉心管２１を支持する場合と比較して、均熱管２５等の消耗を抑制することができる。また、炭化ケイ素は、カーボン表面の必要な部位にのみコーティングすることで、炭化ケイ素の使用を最小限に抑えることができる。

以上、本実施形態によれば、炉心管２１の自重が、長手方向に複数に分割されて均熱管２５によって支持されるため、炉心管２１の座屈変形を抑制することができる。また、均熱管２５と炉心管２１との接触する部位にコーティングを設けることにより、従来と比較して均熱管２５等の消耗を抑制することができる。このため、炉心管２１の変形や均熱管２５の消耗を抑制することができる。したがって、長期にわたって連続して当該炉心管２１および均熱管２５を用いることができる。

以下、石英製の炉心管およびカーボン製の均熱管を有する各種の熱処理装置を用いて多孔質ガラス母材の脱水・焼結を行い、ガラス化できた本数を調査した。なお、いずれの熱処理装置においても、鍔部以外では均熱管と炉心管とは非接触とした。結果を表１に示す。

熱処理装置Ｎｏ．１は、図６と同様の構造である。すなわち、炉心管と均熱管とを鍔部以外では非接触とし、長手方向に複数の鍔部を設けて均熱管により炉心管を支える構造である。この熱処理装置Ｎｏ．１を用いて多孔質ガラス母材の脱水・焼結を行った結果、ガラス化できた本数は、１０００本であった。

熱処理装置Ｎｏ．２は、図１に示す熱処理装置１と同様に鍔部以外では炉心管と均熱管とを非接触とし、長手方向に複数の鍔部を設けて均熱管により炉心管を支える構造である。また、熱処理装置Ｎｏ．１と比較して、減圧炉を用い、発熱体を炉心管全体に複数設けた点で構造が異なる。この熱処理装置Ｎｏ．２を用いて多孔質ガラス母材の脱水・焼結を行った結果、ガラス化できた本数は５００本であった。減圧下においても、炉心管と均熱管とを非接触とすることにより、炉心管の消耗が抑えられた。なお、この構造の熱処理装置では加熱領域が広いため、熱処理装置Ｎｏ．１と比較して寿命が短く、また、減圧下で使用するため、（３）式の反応により、ＳｉＯ２の単独の飛散があると考えられる。
ＳｉＯ２→ＳｉＯ↑＋１／２Ｏ２ （３）

熱処理装置Ｎｏ．３は、図１０に示す従来の熱処理装置と同様の構造である。均熱管と炉心管とに鍔部は設けられない。ただし、均熱管と炉心管とは非接触とした。この熱処理装置Ｎｏ．３を用いて多孔質ガラス母材の脱水・焼結を行った結果、ガラス化できた本数は１５０本であった。長期使用の結果、炉心管が徐々に変形し、炉心管径が細い部分が生じてしまい１５０本ガラス化したところで使用できなくなった。加熱処理装置を解体して内部を調査したところ、炉心管と均熱管が接触している部分があり、炉心管の消耗が見られた。

熱処理装置Ｎｏ．４は、図９のような減圧炉を用いており、図１と比較して鍔部が設けられない点が異なる構造の熱処理装置である。均熱管と炉心管とは非接触である。この熱処理装置Ｎｏ．４を用いて多孔質ガラス母材の脱水・焼結を行った結果、ガラス化できた本数は、１００本であった。長期使用の結果、炉心管が大きく変形、座屈し、炉心管径が細い部分が生じてしまい１００本ガラス化したところで使用できなくなった。加熱処理装置を解体して内部を調査したところ、炉心管と均熱管が接触している部分があり、炉心管の消耗が見られた。

以上のように、石英製の炉心管と均熱管とを鍔部以外では非接触とし、長手方向の複数の鍔部で炉心管を均熱管により支持することで、通常炉および真空炉のいずれにおいても、炉心管の変形を抑制することが可能となる。また非接触であるため、均熱管の消耗を抑制し、これに伴う炉心管の変形を抑制することができる。このため、炉心管の寿命を長くすることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記説明した各実施例の構成は、互いに組み合わせることが可能であることは言うまでもない。また、均熱管全体を炭化ケイ素で構成しても、当然に同様の効果を得ることができる。また、コーティング等の材質は、炭化ケイ素以外であってもよい。例えば、使用温度（約１４００℃）において、前述した（１）式の平衡定数に対して、炭化ケイ素と同様に石英との反応の平衡定数の小さな物質（例えば５桁以上小さな物質）を用いてもよい。また、第１の実施形態の熱処理装置１及び第２の実施形態の熱処理装置２０のいずれの炉体３、３０に対しても、Ｌ字および直線形状の鍔部が適用可能である。

１、２０………熱処理装置
３、３０………炉体
５、５０………発熱体
７、２５………均熱管
７１、２５１………円筒部材
７２、２５２………鍔部材
７２ａ………嵌合部
７２ｂ………載置部
７２ｃ、２５２ｃ………割り部
９、２１………炉心管
１０ｂ、２３………鍔部
１１………処理ガス導入口
１３………排気口
１５………孔
１７………多孔質ガラス母材
１９、１９ｂ………コーティング

Claims (5)

1. 多孔質ガラス母材の熱処理装置であって、
   内部に多孔質ガラス母材を配置可能な石英製の炉心管と、
   前記炉心管の外周に設けられる均熱管と、
   前記均熱管の外周に設けられる発熱体と、
   前記発熱体を覆う炉体と、
   を具備し、
   前記炉心管の外面には、径方向に突出する鍔部が長手方向に所定間隔で複数形成され、
   前記均熱管の内面には、径方向に突出する鍔部が長手方向に所定間隔で複数形成され、
   前記炉心管の鍔部および前記均熱管の鍔部は、互いに係合するＬ字形状であり、
   前記炉心管の鍔部を前記均熱管の鍔部で支持することを特徴とする多孔質ガラス母材の熱処理装置。
2. 前記均熱管は、前記均熱管の鍔部となる鍔部材と、前記均熱管の長手方向に複数に分割された円筒部材とから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熱処理装置。
3. 前記鍔部材は前記炉心管の鍔部に嵌合される嵌合部と前記円筒部材を載置する載置部とを有することを特徴とする請求項２に記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
4. 前記鍔部材は、周方向に分割され、前記円筒部材は周方向に一体で構成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
5. 前記均熱管はカーボン製であり、前記均熱管の鍔部の前記炉心管との接触部には炭化ケイ素がコーティングされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。

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