KR20140036268A

KR20140036268A - 유리 모재용 가열로

Info

Publication number: KR20140036268A
Application number: KR20137034707A
Authority: KR
Inventors: 다다시 에노모토; 이와오 오카자키; 다카시 야마자키; 마사토시 하야카와
Original assignee: 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-03-25
Also published as: CN103648995B; US20140196505A1; CN107032597B; JP2013010660A; US9120694B2; CN107032597A; EP2727888B1; RU2014102736A; CN103648995A; EP2727888A4; JP5828232B2; KR101974671B1; WO2013002028A1; EP2727888A1

Abstract

노내의 아크 방전의 발생이 억제된 유리 모재용 가열로를 제공한다. 유리 모재가 공급되는 노심관과, 상기 노심관을 둘러싸는 원통형의 상하단으로부터 교호로 슬릿(7)을 넣은 슬릿 히터(4)와, 상기 슬릿 히터의 외측을 둘러싸는 단열재와, 전체를 둘러싸는 노 하우징을 구비한 유리 모재용 가열로로서, 슬릿 히터(4)와 노심관(3), 또는 슬릿 히터(4)와 슬릿 히터에 가장 가까운 도전성 부재의 간격을 D, 이 간격의 전계의 최대치를 E1, 슬릿 히터의 슬릿수를 N, 슬릿 히터의 슬릿 폭을 S, 슬릿 사이의 전계의 최대치를 E2라고 했을 때, E1≥E2가 되도록 상기 D, N, S의 값을 설정한다.

Description

유리 모재용 가열로{FURNACE FOR GLASS BASE MATERIAL}

본 발명은 유리 모재를 연신, 인발 등을 실행하기 위해 가열하는 유리 모재용 가열로에 관한 것이다.

유리 모재용 가열로에 대해서 광섬유의 인발로를 예로 설명한다. 특허문헌 1에 도시하는 바와 같이(도 1 참조), 광섬유 인발로에서는, 매달림 지지되는 광섬유 모재(2)의 하부를 가열하고, 가열 용융에 의해 세경(細徑)이 된 하단으로부터 광섬유(2a)를 용융 수하(溶融垂下)시켜서 소정의 외경이 되도록 인발된다. 이를 위한 인발로(1)는, 광섬유 모재(2)가 공급되는 노심관(3)을 둘러싸도록 하여, 가열용의 원통형 히터(4)를 배치하고, 이 원통형 히터(4)의 열이 외부로 방산되지 않도록 단열재(5)로 둘러싸고, 그 외측 전체를 노 하우징(6)으로 둘러싸서 구성된다.

노 하우징(6)은, 스테인리스 등의 내식성이 뛰어난 금속으로 형성되고, 단열재(5)에 의해 원통형 히터(4)의 열로 온도 상승하지 않게 하는 것 이외에, 냉각수로 등을 마련하여 냉각할 수 있다. 이것에 의해, 노 하우징(6)은 가동시에 있어서도, 열팽창에 의한 치수의 변동은 실질적으로 없는 상태로 할 수 있다. 또한, 원통형 히터(4) 및 단열재(5) 등의 카본 부품이 산화에 의한 열화를 일으키지 않도록, 노 하우징(6) 내에는, 헬륨(He) 가스나 아르곤(Ar) 가스, 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스 등이 공급된다.

원통형 히터(4)는 예를 들면, 카본의 전기 저항체로 이루어지는 원통체에 상하단측으로부터 교호로 슬릿(7)을 넣어서 상하 방향으로 사행(蛇行)하는 발열부(8)를 갖는 슬릿 히터로 형성되고, 일방의 단부에 전력 공급용의 적어도 한 쌍의 단자부(9a, 9b)를 갖고 있다. 한 쌍의 단자부(9a 및 9b)는 180° 떨어진 대항 위치에 마련되고, 노 하우징(6)에 지지 고정되어 있는 급전부(10)에 전기적, 기계적으로 접속하여 설치된다.

일본 특허 제 3377131 호 공보

상술한 인발로에서, 원통형 히터(이하, 슬릿 히터라고 함)(4)의 통전 전력(전압)을 올려서 소정의 가열 온도로 할 때, 노심관(3)과 슬릿 히터(4), 또는 슬릿 히터(4)와 슬릿 히터에 가장 가까운 도전성 부재 사이에서 아크 방전을 발생하는 일이 있다. 이 아크 방전은, 특히 노 하우징(6) 내에 공급하는 불활성 가스 등에 Ar 가스를 사용하고 있는 경우에 생기기 쉽다는 것을 알고 있지만, He 가스를 사용하는 경우에도, 통전 전력(전압)을 크게 하면 동일한 아크 발생을 일으킨다. 일단, 아크 방전이 생기면, 방전 경로로 전기가 흘러버리기 때문에, 슬릿 히터에 전기가 적절히 흐를 수 없어지고, 가열 승온이 방해되어 광섬유의 인발을 할 수 없게 된다. 또한, 방전에 의한 과전류에 의해 설비가 손상을 받는 일이 있다.

본 발명은, 상술한 실상에 비추어 이루어진 것으로서, 노심관과 슬릿 히터 사이에 있어서의 아크 방전의 발생이 억제된 유리 모재용 가열로의 제공을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 유리 모재용 가열로는, 유리 모재가 공급되는 노심관과, 상기 노심관을 둘러싸는 원통형의 상하단으로부터 교호로 슬릿을 넣은 슬릿 히터와, 슬릿 히터의 외측을 둘러싸는 단열재와, 전체를 둘러싸는 노 하우징을 구비한 유리 모재용 가열로로서, 슬릿 히터와 노심관, 또는 슬릿 히터와 슬릿 히터에 가장 가까운 도전성 부재의 간격을 D, 이 간격의 전계의 최대값을 E1, 슬릿 히터의 슬릿수를 N, 슬릿 히터의 슬릿 폭을 S, 슬릿 사이의 전계의 최대값을 E2라고 했을 때, E1≥E2가 되도록, 상기 D, N, S의 값을 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기의 슬릿 히터가 단상용 슬릿 히터인 경우는, 슬릿 히터의 슬릿 폭(S)을 8×(D/N) 이상으로 하고, 슬릿 히터가 3상용 슬릿 히터인 경우는, 슬릿 히터의 슬릿 폭(S)을 9×(D/N) 이상, 바람직하게는 슬릿 폭(S)을 12×(D/N) 이상으로 한다.

또한, 슬릿 히터의 슬릿 폭(S)은 적어도 슬릿 히터의 단자부 근방의 슬릿에서 만족되어 있으면 좋다. 또한, 상기의 유리 모재용 가열로는 노 하우징 내에 아르곤 가스, 또는 질소 가스가 유입되고 있는 경우에는 보다 효과적이다.

본 발명에 의하면, 유리 모재의 크기 등으로 슬릿 히터의 크기나 노심관과 슬릿 히터의 간격 등이 미리 설정되어 있을 때, 슬릿 히터의 슬릿 폭을 단지 크게 하는 간단한 구성 변경에 의해, 슬릿 히터와 노심관, 또는 슬릿 히터와 슬릿 히터에 가장 가까운 도전성 부재 사이에서의 아크 방전의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 대상으로 하는 하나의 예인 광섬유 인발로의 개략을 설명하는 도면,
도 2는 본 발명에 의한 슬릿 히터에 대해서 설명하는 도면,
도 3은 도 2의 단자 부분의 확대도,
도 4는 슬릿 히터의 급전시의 전계 강도에 대해서 설명하는 도면,
도 5는 단상용 슬릿 히터의 슬릿 폭과 방전 전압 및 방전 전력의 관계를 설명하는 도면,
도 6은 3상용 슬릿 히터의 슬릿 폭과 방전 전압의 관계를 설명하는 도면,
도 7은 슬릿 히터에 대한 인가 전압의 상태를 설명하는 모의 회로도.

도면에 의해 본 발명의 실시의 형태를 설명한다. 또한, 이하에서는 주로 단상용 슬릿 히터를 예로 설명하지만, 3상용 슬릿 히터도 전극부의 배치 위치 이외에는 단상 슬릿 히터와 동일한 구조이며, 히터 자체는 가열로의 동일한 위치에 배치하게 된다. 도 1의 (A)는 본 발명에서 사용되는 광섬유 인발로의 일례를 설명하는 도면이고, 도 1의 (B)는 슬릿 히터의 일례를 도시하는 도면이다. 도면에 있어서, 1은 인발로, 2는 광섬유 모재, 2a는 광섬유, 3은 노심관, 4는 슬릿 히터, 5는 단열재, 6은 노 하우징, 7은 슬릿, 8은 발열부, 9a, 9b는 단자부, 10은 급전부를 나타낸다.

광섬유의 인발은 도 1의 (A)에 도시하는 바와 같이, 매달림 지지되는 광섬유 모재(2)의 하부를 가열하고, 가열 용융에 의해 세경이 된 하단으로부터 광섬유(2a)를 용융 수하시켜서 소정의 외경이 되도록 인발하여 실행된다. 이를 위한 인발로(1)는, 광섬유 모재(2)가 공급되는 노심관(3)을 둘러싸도록 하여, 가열용의 카본 저항체로 형성된 원통형의 슬릿 히터(4)를 배치하고, 이 슬릿 히터(4)의 열이 외부로 방산되지 않도록 단열재(5)로 둘러싸고, 그 외측 전체를 노 하우징(6)으로 둘러싸서 구성된다.

광섬유 모재(2)는, 모재 공급 기구(도시 생략)에 의해 매달림 지지되어 광섬유의 인발의 진행에 따라서 하방으로 순차 이동 제어된다. 노 하우징(6)은 스테인리스 등의 내식성이 뛰어난 금속으로 형성되고, 중심부에 예를 들면, 고순도의 카본으로 형성된 원통형의 노심관(3)이 배치된다. 노 하우징(6)은, 단열재(5)에 의해 슬릿 히터(4)의 열로 온도 상승하지 않도록 하는 것 이외에, 도면에서는 생략하고 있지만, 냉각수로 등을 마련하여 냉각할 수 있다. 이것에 의해, 노 하우징(6)은 열팽창에 의한 치수의 변동은 실질적으로 없는 상태로 할 수 있다. 또한, 노 하우징(6) 내에 슬릿 히터(4) 및 단열재(5)가 산화에 의한 열화를 일으키지 않게 Ar, N₂ 가스나 He 가스 등의 불활성 가스 등이 공급된다.

슬릿 히터(4)는, 상세에 대해서는 후술하지만 도 1의 (B)에 도시하는 바와 같이, 카본의 전기 저항체로 이루어지는 원통체에 상하단측으로부터 교호로 슬릿(7)을 넣어서, 상하 방향으로 사행하는 발열부(8)를 갖는 원통 형상으로 형성된다. 단상용의 경우는, 이 슬릿 히터(4)의 일방의 단부(본 예에서는 하단부)에 전력 공급을 위한 적어도 한 쌍의 단자부(9a 및 9b)가 180° 떨어진 대항 위치에 마련되고, 노 하우징(6)에 절연체를 거쳐서 마련된 급전부(10)에 접속 고정된다. 즉, 급전부(10)는 슬릿 히터(4)에 전력을 공급하는 것 이외에, 슬릿 히터(4)를 고정 지지하는 기능을 구비한다. 또한, 3상용의 경우는, 상기 단자부가 서로 120° 떨어진 위치에 3개소 마련되게(3상 델타 결선) 된다.

본 발명은 상술한 광섬유의 인발로(1)의 슬릿 히터(4)의 부분에 특징을 갖는 것으로, 그 상세한 내용을 도 2 이하에 의해 설명한다. 도 2의 (A)는 단상용이고, 도 2의 (B)의 X-X에서 파단한 상태의 사시도, 도 2의 (B)는 상면에서 본 도면, 도 2의 (C)는 3상용의 예를 도시하는 도면이다. 도 3은 도 2의 (B), (C)의 단자 부분의 확대도이다.

슬릿 히터(4)의 개략은 도 1의 (B)에서 설명한 대로지만, 본 발명에서는, 슬릿 히터(4)와 노심관(3), 또는 슬릿 히터(4)와 슬릿 히터에 가장 가까운 도전성 부재의 간격을 D로 하고, 이 간격의 전계 최대치를 E1, 슬릿 히터의 슬릿수를 N, 슬릿 히터의 슬릿 폭을 S, 슬릿 사이의 전계 최대치를 E2라고 했을 때, E1≥E2가 되도록, 상기의 D, N, S의 값을 설정하는 것을 특징으로 한다. 단상용 슬릿 히터의 경우는, 후술하는 바와 같이, 슬릿(7)의 폭(S)을 8×(D/N) 이상으로 하고, 3상 슬릿 히터의 경우는, 슬릿(7)의 폭(S)을 9×(D/N) 이상, 바람직하게는 12×(D/N) 이상으로 한다.

또한, 통상은 노심관이 슬릿 히터에 가장 가까운 도전성 부재이며, D는 노심관과 슬릿 히터 사이의 거리가 되기 때문에, 이하에서는, 노심관과의 거리를 D로서 설명한다. 또한, 여기서 말하는 슬릿수(N)는, 슬릿 히터(4)에 교호로 넣어진 슬릿의 총 수로 한다.

또한, 슬릿 히터(4)와 노심관(3), 또는 슬릿 히터(4)와 슬릿 히터에 가장 가까운 도전성 부재 사이에 생기는 아크 방전은, 단자부(9a 내지 9c) 근방의 M으로 나타나는 영역에 많이 발생하므로 이 단자부 근방의 슬릿, 예를 들면, 단자부(9a 내지 9c)의 양측의 하방으로부터 넣어진 슬릿(7b)이 상기의 조건을 충족하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

먼저 처음에, 도 2의 (A), (B)에 도시하는 단상용 슬릿 히터의 경우에 대해 설명한다. 슬릿(7)은, 발열부(8)의 상방으로부터 넣어지는 슬릿(7a)과 하방으로부터 넣어지는 슬릿(7b)을 교호로 넣어서, 상하 방향으로 사행시켜서 소정의 저항 길이를 얻을 수 있다. 단자부(9a, 9b)는, 예를 들면, 상방으로부터 넣어진 슬릿(7a)의 하단측에 형성되고, 양측의 단자부에 단상 3선식 전원이 접지되어 있지 않은 양단의 전위선이 접속된다. 또한, 노심관(3)은 통상 제로 전위가 주어지므로, 노심관(3)과 슬릿 히터(4) 사이에는 전위차에 의한 전계가 생긴다. 슬릿 히터(4)에서는, 단자부(9a, 9b)의 일방에서 가장 전위가 높고, 타방에서 가장 낮아지기 때문에, 노심관(3)과의 전위차는 이 단자부(9a, 9b)에 대해서 가장 커진다.

또한, 슬릿 히터(4)는 저항체이며, 사행하는 길이 방향으로 전압 강하가 생기기 때문에, 슬릿이 마주하는 사이(슬릿 사이)에도 전계가 발생한다. 이러한 슬릿 사이, 및 슬릿 히터와 노심관 사이의 전계의 발생 상태를 조사하면, 도 2의 (A)에 도시하는 슬릿 히터(4)의 하부 위치(L)(예를 들면, 히터 높이의 ¼ 위치)와 상부 위치(H)(예를 들면, 히터 높이의 ¾ 위치)에서 상이한 모양이 된다.

도 4는, 최대 전위가 가해졌을 때의 고전위측의 단자부에 인접하는 슬릿(7b) 부분의 전계의 등전위선을 도시하는 것으로, 도 4의 (A)가 슬릿 히터(4)의 하부 위치(L)의 전계의 상태를 도시하고, 도 4의 (B)가 슬릿 히터(4)의 상부 위치(H)의 전계의 상태를 도시하고 있다.

이러한 등전위선에 도시하는 바와 같이, 슬릿 히터(4)의 하부 위치(L)에서의 슬릿(7b)의 전계 강도쪽이 상부 위치(H)에서의 슬릿(7b)의 전계 강도보다 크고(등전위선이 조밀), 상부 위치(H)에서의 슬릿(7b)의 전계 강도는 작게(등전위선이 성김)되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 하부 위치(L)에서 전계 강도가 커지는 것은, 슬릿이 마주하는 사이의 슬릿 히터의 전위차가 이러한 하방으로부터 넣어진 슬릿의 경우에는, 하부 위치(단자부의 근방)에서 가장 커지기 때문이다.

상술한 것처럼, 단자부(9a, 9b) 근방에서 슬릿 히터와 노심관의 전위차가 가장 커지므로, 슬릿 히터의 원주 방향으로 생각하면, 단자부(9a, 9b) 근방에서 전계 강도는 가장 커진다. 이와 같이, 슬릿 사이, 및 슬릿과 노심관 사이의 전계 강도가 단자부(9a, 9b)의 근방에서 가장 커지기 때문에, 단자부(9a, 9b) 근방에서의 아크 방전이 쉽게 생긴다고 말할 수 있다. 이 때문에, 특히 단자 근방의 슬릿(7)의 슬릿 폭(S)을 크게 함으로써(넓힘으로써) 것으로, 슬릿 사이의 전계 강도를 약하게 하여 방전이 일어나기 어렵게 하고, 노심관으로의 아크 방전의 발생을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 슬릿(7)의 각부(角部)의 전계 강도가 가장 높아지기 때문에, 이 전계 강도를 완화하기 위해서는, 슬릿(7)의 각부에 둥근 부분 R(도 3 참조)을 추가하는 것도 유효하고 바람직하다.

또한, 노심관(3)과 슬릿 히터(4) 사이의 전계 강도는 단자부(9a, 9b)로부터 멀어짐에 따라 약해지기 때문에, 단자부(9a, 9b) 이외의 개소에서는 아크 방전은 발생하기 어렵다(단자부 근방에서 방전하지 않으면, 다른 개소에서 방전하는 일은 없음). 이 때문에, 단자부(9a, 9b)의 근방만의 슬릿 폭(S)을 넓힘으로써, 아크 방전의 발생을 저감시킬 수 있다. 그러나, 일부의 슬릿 폭만을 넓히면, 원통형의 슬릿 히터에 의한 저항 가열의 균일성이 손상되는 경우가 있다. 이 때문에, 슬릿 폭은 모든 슬릿에서 동일하게 한 폭으로 하는 것이 가열 특성적으로는 바람직하다.

또한, 슬릿 사이의 전계 강도는 슬릿의 개구단측이 가장 커지므로, 개구단측의 슬릿 폭을 넓힌 형상의 슬릿, 즉 테이퍼 형상(V자 형상)의 슬릿이어도 좋다.

도 5는 외경 120㎜ 광섬유 모재의 인발시, 노심관과 단상용 슬릿 히터의 간격(D)을 10㎜로 하고, 슬릿 히터의 슬릿수(N)를 20으로 한 인발로를 사용하여, 슬릿 폭(S)을 바꾸었을 때의 아크 방전 발생의 시험을 실행한 결과를 나타내는 도면이며, 노심관과 단상용 슬릿 히터 사이에서 아크 방전이 생길 때의 단자부에 급전한 전압 및 전력을 측정한 것이다. 또한, 노 하우징 내에 흐르는 가스로서는 Ar 가스를 사용하고 있다.

도 5의 (A)는 슬릿 폭과 방전을 일으키는 방전 전압의 관계를 나타내고, 슬릿 폭이 4㎜ 미만에서는 1차 함수(점선 부분)로 나타나서, 방전 전압은 슬릿 폭에 비례하는 것을 알 수 있다. 도 5의 (B)는 슬릿 폭과 방전을 일으키는 방전 전력의 관계를 나타나서, 슬릿 폭이 4㎜ 미만에서는 2차 함수(점선 부분)로 나타내어 방전 전력은 슬릿 폭에 대해서 2차 함수로 증대하는 것을 알 수 있다. 어느 경우도, 슬릿 폭이 4㎜ 이상에서는 슬릿 폭을 크게 해도, 방전 전압, 방전 전력은 거의 증가하지 않는다. 이 슬릿 폭의 임계값(이 경우 4㎜)은 노심관과 슬릿 히터의 간격(D)이나 슬릿수(N) 이외에, 가스의 종류 등에 의해 변동하고, 단상용 슬릿 히터에서, 노내 가스가 Ar 가스인 경우, 임계값이 되는 슬릿 폭(S)은 8×(D/N)이 된다. 슬릿 폭을 이러한 임계값 이상으로 함으로써, 안정된 인발을 실시하는 것이 가능해진다.

또한, 임계값이 상기한 값이 되는 이유는 이하와 같이 설명할 수 있다.

도 7의 (A)는 단상용 슬릿 히터의 저항 회로를 모의적으로 나타낸 도면이다. 2개의 단자부(9a 및 9b) 사이는, 슬릿수 N으로 분할되는 저항 소자 r로 하면, r×(N/2)로 되는 직렬 저항을 2개 병렬 접속한 형태가 된다. 단자 사이(9a와 9b 사이)에 가해지는 전압이, 대지 전압을 V로 하는 단상 3선식 전원의 양단측의 +전위와 -전위라고 하면, 「2V」가 된다. 따라서, 인접하는 2개의 저항 소자 사이의 슬릿 사이 전압(전위차)은, 저항 소자 2개분의 분압값이므로 「2V×[2r÷r(N/2)]」=8V/N 이 된다. 슬릿 폭이 S라고 하면, 이러한 슬릿 사이에 있어서의 전계(E2)는 (8V/N)/S가 된다.

한편, 슬릿 히터와 바로 근방의 도전성 부재(노심관을 포함함)는, 제로 전위이므로, 슬릿 히터와 바로 근방의 도전성 부재 사이(간격 D)에는, V/D의 전계(E1)가 생긴다.

슬릿 히터와 바로 근방의 도전성 부재 사이의 방전이 슬릿 구조의 영향을 받지 않기 위해서는, E1≥E2가 되면 좋고, 즉, V/D≥(8V/N)/S, →「S≥8D/N」이 된다.

도 5의 측정 결과로부터, 노심관과 단상용 슬릿 히터의 간격(D)을 10㎜, 슬릿 히터의 슬릿수(N)를 20으로 하고, 노내 가스를 Ar 가스로 했을 경우의 인발로에서, 예를 들면 슬릿 히터의 슬릿 폭(S)을 3㎜로 하면, 방전 전압 45V 정도 또는 방전 전력 40㎾ 정도로 아크 방전이 발생하여, 광섬유 인발이 가능한 온도로 가열할 수 없게 된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 예를 들면, 슬릿 히터의 슬릿 폭(S)을 5㎜로 하면, 방전 전압 50V 또는 방전 전력 60㎾에서도 아크 방전은 발생하지 않아, 광섬유 인발이 가능한 온도로 가열할 수 있어, 양호하게 광섬유 인발을 실행하는 것이 가능해진다.

다음에, 3상용 슬릿 히터의 경우에 대해서 설명한다. 3상용 슬릿 히터는, 단상용 슬릿 히터와 마찬가지로, 단자부에서 노심관과의 전위차가 최대가 되는 점, 슬릿의 개구단측에서 슬릿 사이의 전계가 가장 높아지는 점, 등도 동일하기 때문에, 단상용 슬릿 히터와 중복하는 설명은 생략한다.

3상용 슬릿 히터는 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 3개의 단자부(9a, 9b, 9c)가 120°의 간격으로 마련하는 것 이외에는, 단상용 슬릿 히터와 마찬가지로, 상방으로부터 넣어진 슬릿(7a)과 하방으로부터 넣어진 슬릿(7b)을 교호로 넣어서, 상하 방향으로 사행시켜 소정의 저항 길이를 얻는다. 또한, 노심관(3)에 대해서, 제로 전위가 주어진다고 하면, 노심관(3)과 슬릿 히터(4) 사이에는 전위차에 의한 전계가 생긴다. 3상용의 슬릿 히터(4)에서는, 단자부(9a, 9b, 9c)중 하나가 가장 전위가 높고, 노심관(3)과의 전위차가 가장 커진다.

도 6은 외경 120㎜의 광섬유 모재의 인발시, 노심관과 3상용 슬릿 히터의 간격(D)을 10㎜로 하고, 슬릿 히터의 슬릿수(N)를 18로 한 인발로를 사용하여, 슬릿 폭(S)을 바꾸었을 때의 아크 방전 발생의 시험을 실행한 결과를 나타내는 도면이며, 노심관과 3상용 슬릿 히터 사이에서 아크 방전이 생길 때의 단자부에 급전한 상전압(相電壓)을 측정한 것이다. 또한, 노 하우징 내에 흐르는 가스로서는 Ar 가스를 사용하고 있다.

슬릿 폭과 방전을 일으키는 방전 전압의 관계는, 슬릿 폭이 5㎜ 미만에서는 1차 함수(점선 부분)로 나타나서, 방전 전압은 슬릿 폭에 비례하는 것을 알 수 있다. 슬릿 폭이 5㎜ 이상이 되면, 비례로부터는 약간 벗어나고, 슬릿 폭 6.7㎜ 이상에서는 슬릿 폭을 크게 해도, 방전 전압은 거의 증가하지 않는다. 이 슬릿 폭의 2개의 임계값(이 경우, 5㎜와 6.7㎜)은, 노심관과 슬릿 히터의 간격(D)이나 슬릿수(N) 이외에, 가스의 종류 등에 의해 변동하고, 3상용 슬릿 히터에서, 노내 가스가 Ar 가스인 경우, 임계값이 되는 슬릿 폭(S)은 각각 9×(D/N) 및 12×(D/N)에 상당한다. 슬릿 폭을 이 임계값 이상으로 함으로써, 안정된 인발을 실시하는 것이 가능해진다.

도 7의 (B)는 3상용 슬릿 히터의 저항 회로를 모의적으로 나타낸 도면이다. 3개의 단자부(9a와 9c 사이, 9b와 9c 사이, 9c와 9a 사이)는, 슬릿수 N으로 분할되는 저항 소자 r로 하면, r×(N/3)의 직렬 저항을 3상 △결선한 형태가 된다. 각각의 단자 사이에 가해지는 전압은, 대지 전압을 V로 하면, √3V가 된다. 따라서, 인접하는 2개의 저항 소자 사이의 슬릿 사이 전압(전위차)은, 저항 소자 2개분의 분압값이므로 「√3V×[2r÷r(N/3)]」=6√3V/N이 된다. 슬릿 폭이 S라고 하면, 이 슬릿 사이에 있어서의 전계(E2)는 (6√3 V /N)/S가 된다.

한편, 슬릿 히터와 바로 근방의 도전성 부재(노심관을 포함)는, 제로 전위이므로, 슬릿 히터와 바로 근방의 도전성 부재 사이(간격 D)에는 V/D의 전계(E1)가 생긴다.

슬릿 히터와 바로 근방의 도전성 부재 사이의 방전이 슬릿 구조의 영향을 받지 않기 위해서는, E1≥E2가 되면 좋고, 즉, V/D ≥(6√3V/N)/S, →「S≥6√3D/N」가 된다.

그러나, 3상 교류에 의한 급전이라는 것으로부터, 슬릿 히터와 도전성 부재 사이의 전계(E1)와 슬릿 사이의 전계(E2)는, 위상에서 π/3의 차이가 있다. 따라서, 어떤 위상 상태에 있어서도, 슬릿 사이의 전계가 슬릿 히터와 도전성 부재에 생기는 전계보다 작게 하기 위해서는, √3/2×El≥E2로 생각하면 좋다. 즉, 「S≥12D/N」이 된다.

또한, 슬릿 사이에 생기는 전계(E2)가 일부의 기간에서 슬릿 히터와 도전성 부재에 생기는 전계(E1)보다 작아지도록 하면, 어느 정도의 효과는 있다. 슬릿 사이의 전계(E2)는 √3/2이 되는 기간이 있으므로, E1≥√3/2≥E2로 생각한다고 하면, 「S≥9D/N」이라고 할 수 있다.

일반적으로, 인발하는 광섬유 모재의 종류, 인발로 등의 사양 등에 의해, 슬릿 히터의 슬릿수(N)나 노심관과의 간격(D)이 소정 설계값으로서 결정될 수 있다. 본 발명에 있어서는, 단상용 슬릿 히터의 경우, 슬릿 폭(S)을 8×(D/N) 이상으로 설정하는 것에 의해, 또한, 3상 슬릿 히터의 경우는 슬릿 폭(S)을 9×(D/N) 이상, 바람직하게는 12×(D/N) 이상으로 설정하는 것에 의해, 아크 방전의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 것이 판명되었다.

또한, 노 하우징 내의 가스에 He 가스를 사용하면, 아크 방전 발생의 전압 임계값를 높일 수 있다. 이것은, 일단 아크 방전이 발생하면, Ar 가스나 N₂ 가스는 열전도성이 작으므로 방전이 계속되기 쉬운 상태가 되는 것에 대해, He 가스는 열전도성이 크고 방전이 계속되기 어렵기 때문이라고 생각된다. 또, He은 Ar나 N₂ 가스에 비해 고온에서의 전이도가 작은 것도 영향을 주고 있는 것이라고 생각된다. 그러나, Ar 가스나 N2 가스는 He 가스에 비해 상당히 저가이기 때문에, 가능한 한 Ar 가스나 N2 가스를 사용하여 인발하는 것이 비용면에서는 유리하다.

1 : 인발로 2 : 광섬유 모재
2a : 광섬유 3 : 노심관
4 : 슬릿 히터 5 : 단열재
6 : 노 하우징 7, 7a, 7b : 슬릿
8 : 발열부 9a 내지 9c : 단자부
10 : 급전부

Claims

유리 모재가 공급되는 노심관과, 상기 노심관을 둘러싸는 원통형의 상하단으로부터 교호로 슬릿을 넣은 슬릿 히터와, 상기 슬릿 히터의 외측을 둘러싸는 단열재와, 전체를 둘러싸는 노 하우징을 구비한 유리 모재용 가열로에 있어서,
상기 슬릿 히터와 상기 노심관, 또는 상기 슬릿 히터와 상기 슬릿 히터에 가장 가까운 도전성 부재의 간격을 D, 이 간격의 전계의 최대치를 E1, 상기 슬릿 히터의 슬릿수를 N, 상기 슬릿 히터의 슬릿 폭을 S, 슬릿 사이의 전계의 최대치를 E2라고 했을 때, E1≥E2가 되도록 상기 D, N, S의 값을 설정하는 것을 특징으로 하는
유리 모재용 가열로.
제 1 항에 있어서,
상기 슬릿 히터는 단상용 슬릿 히터이며, 상기 단상용 슬릿 히터의 슬릿 폭(S)을 8×(D/N) 이상으로 한 것을 특징으로 하는
유리 모재용 가열로.
제 1 항에 있어서,
상기 슬릿 히터는 3상용 슬릿 히터이며, 상기 3상용 슬릿 히터의 슬릿 폭(S)을 9×(D/N) 이상으로 한 것을 특징으로 하는
유리 모재용 가열로.
제 3 항에 있어서,
상기 3상용 슬릿 히터의 슬릿 폭(S)을 12×(D/N) 이상으로 한 것을 특징으로 하는
유리 모재용 가열로.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬릿 히터의 슬릿 폭(S)은 적어도 상기 슬릿 히터의 단자부 근방의 슬릿에서 만족되고 있는 것을 특징으로 하는
유리 모재용 가열로.
제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
상기 노 하우징 내에 아르곤 가스 또는 질소 가스가 유입되고 있는 것을 특징으로 하는
유리 모재용 가열로.