多孔質ガラス母材の熱処理装置
【課題】 従来と比較してより長期間にわたって炉心管の変形を防止することが可能な、多孔質ガラス母材の熱処理装置を提供する。
【解決手段】 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の内面側には、炉心管９が挿入される。炉心管９の外周面は均熱管７の内周面に接触する。したがって、少なくとも発熱体５による加熱領域においては、炉心管９の外周面側が均熱管７の内周面によって支持される。炉心管９と均熱管７との接触部にはコーティング７ａが設けられる。コーティング７は炭化ケイ素のコーティングである。
【解決手段】 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の内面側には、炉心管９が挿入される。炉心管９の外周面は均熱管７の内周面に接触する。したがって、少なくとも発熱体５による加熱領域においては、炉心管９の外周面側が均熱管７の内周面によって支持される。炉心管９と均熱管７との接触部にはコーティング７ａが設けられる。コーティング７は炭化ケイ素のコーティングである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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１１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。
【０００４】
炉心管１０９は、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。
【０００５】
炉心管１０３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。
【０００６】
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。
【０００７】
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、このような高温下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が熱により軟化し、その自重によって変形（座屈など）を生じる恐れがある。
【０００８】
このような使用時における石英製の炉心管１０９の変形を押さえる方法としては、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２２６２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、カーボン製の均熱管と石英製の炉心管とを接触させた状態で前述のような高温で使用すると、炉心管を均熱管で支持しているにも関わらず、長期間の使用によって炉心管の変形が進行する。すなわち、従来の方法では、炉心管の変形を確実に防止することが困難であり、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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するため、本発明は、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、前記均熱管は、前記発熱体によって加熱される領域の少なくとも一部が前記炉心管と接触し、前記均熱管の少なくとも前記炉心管との接触部は炭化ケイ素で構成され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。
【００１３】
前記均熱管はカーボン製であり、前記均熱管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く、前記均熱管は、前記炉心管との接触部に配置される炭化ケイ素製のスペーサを具備してもよい。
【００１４】
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、前記均熱管は、長手方向に複数に分割されるとともに、周方向に複数に分割され、前記鍔部は、分割されたそれぞれの前記均熱管によって支持され、分割された前記均熱管の上下端面および内面が炭化ケイ素で構成されてもよい。
【００１５】
前記炉心管の外面には、径方向に突出する鉤型の第１の鍔部が、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、前記第１の鍔部と嵌合可能な鉤型の第２の鍔部が形成され、前記第１の鍔部と前記第２の鍔部とが嵌合し、前記炉心管が前記均熱管によって支持され、前記１の鍔部および前記炉心管と接触する前記第２の鍔部の表面が炭化ケイ素で構成されてもよい。
【００１６】
本発明によれば、石英製の炉心管を均熱管と接触させることで、炉心管を均熱管によって支持することができるとともに、炉心管と接触する部位が炭化ケイ素で構成されるため、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、これに伴う炉心管の変形を抑制することができる。
【００１７】
なお、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。また、コーティングではなく、均熱管の一部に、炭化ケイ素製のスペーサを設けて、石英製の均熱管とカーボンとが直接接触することを防止することもできる。
【００１８】
また、均熱管の外面に、径方向に突出する鍔部を複数形成し、長手方向に複数に分割されるとともに、周方向に複数に分割された均熱管によって炉心管（鍔部）を支持することで、炉心管の変形を抑制可能であるとともに、炉心管と接触する部位および炉心管の多少の変形によって接触する可能性がある部位を炭化ケイ素で構成することで、効率良く、均熱管等の消耗を抑え、炉心管のそれ以上の変形の進行を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】熱処理装置１を示す図で（ａ）は概略構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図。
【図２】各反応の平衡定数を示す図。
【図３】熱処理装置２０を示す概略構成図。
【図４】炉心管２３および均熱管２１の構成を示す分解斜視図。
【図５】炉心管２３および均熱管２１の構成を示す組み立て斜視図。
【図６】鍔部２３ｂ近傍の断面拡大図であり、図５のＧ部におけるＨ−Ｈ線断面図。
【図７】スペーサ３１を用いた場合の、炉心管２３および均熱管２１の構成を示す分解斜視図。
【図８】図７に対する鍔部２３ｂ近傍の断面拡大図。
【図９】熱処理装置４０を示す概略構成図。
【図１０】鍔部２３ｂの他の形態を示す図。
【図１１】従来の熱処理装置１００を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明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（ａ）は、熱処理装置１の概略構成図である。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。
【００２２】
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を例えば１４００℃以上に加熱可能である。なお、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。
【００２３】
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。
【００２４】
均熱管７の内面側には、炉心管９が挿入される。炉心管９の外周面は均熱管７の内周面に接触する。したがって、少なくとも発熱体５による加熱領域においては、炉心管９の外周面側が均熱管７の内周面によって支持される。
【００２５】
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）。
【００２６】
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、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℃以上とすることが望ましい。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。
【００２７】
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大図であり、炉心管９と均熱管７との接触部近傍を示す断面拡大図である。前述の通り、均熱管７はカーボン製である。均熱管７の表面であって炉心管９との接触部にはコーティング７ａが設けられる。コーティング７ａは炭化ケイ素のコーティングである。
【００２８】
コーティング７ａの厚みは、５０μｍ〜２００μｍであることが望ましい。コーティング７ａ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７ａ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７ａの厚みは上述の範囲で設定される。なお、コーティング７ａ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。
【００２９】
また、均熱管７を構成する母材としては、コーティング７ａを構成する炭化ケイ素に対して略同等の線膨張係数を有するカーボン製であることが望ましい。以上のように構成される熱処理装置１を用いれば、高温領域において、石英製の炉心管９は外周側を均熱管７によって支持されるため、その変形が抑制される。
【００３０】
ここで、発明者らは、コーティング７ａを施さずに、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）
【００３１】
すなわち、（１）式のように、均熱管のカーボンや炉心管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の変形等に伴い、炉心管９等の交換を所定期間毎に行う必要がある。
【００３２】
一方、本発明の構成によれば、石英製の炉心管９は、均熱管７を構成するカーボンとは直接は接触しない。すなわち、均熱管７の表面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）
【００３３】
図２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２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。
【００３４】
図２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。
【００３５】
以上のように、本発明によれば、従来のようなカーボンのみによる均熱管によって炉心管を支持する場合と比較して、均熱管等の消耗を抑制することができる。このため、炉心管の変形を抑制することができる。したがって、炉心管の寿命を延ばし、長期にわたって連続して当該炉心管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。
【００３６】
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７ａは炉心管と接触する部位にのみ形成すればよい。
【００３７】
なお、本発明は、対象となる熱処理炉が炉体全体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、減圧することで還元雰囲気となり、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。
【００３８】
次に、他の実施形態について説明する。図３は、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、炉心管および均熱管の構成が異なる。
【００３９】
石英製の炉心管２３は、上部外周に突設された鍔部２３ａと、下部外周に突設された鍔部２３ｃとを有する。鍔部２３ａは、炉体３の上面に載せられ、鍔部２３ｃは炉体３の底面に載せられて、炉心管２３が炉体３に支持される。また、炉心管２３の鍔部２３ａ、２３ｃの中間であって、長手方向に所定間隔で複数の鍔部２３ｂが設けられる。鍔部２３ｂは、炉心管２３の外周に突設される。
【００４０】
炉心管２３内部に配置される多孔質ガラス母材１７は、回転させながら複数の発熱体５で加熱される。このようにすることで、多孔質ガラス母材１７を、炉心管９の内部においてガラス化させることができる。
なお、熱処理装置２０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。
このように長手方向に複数の発熱体５を有する熱処理装置２０は、図１に示す発熱体５が１つである熱処理装置１と比較して、炉心管の変形が起き易い。したがって、長手方向に複数の発熱体５を有する熱処理装置２０に本発明を適用するとより大きな効果が得られる。
【００４１】
炉心管２３の外周には、均熱管２１が所定の間隔をあけて設けられる。図４は、炉心管２３および均熱管２１の構成を示す分解斜視図であり、図５は組み立て斜視図である。均熱管２１は長手方向に複数に分割される。また、均熱管２１は、割り部２５によって、周方向に複数（図では２つ）に分割される。
【００４２】
分割された均熱管２１は、隣り合う鍔部２３ｂ間（鍔部２３ｂと鍔部２３ａまたは２３ｃとの間）に配置される（図中矢印Ｆ方向）。すなわち、周方向に分割された均熱管２１が互いに向き合うように炉心管２３の外周に嵌められる。また、長手方向に分割されたそれぞれの均熱管２１は、上下に隣接する各鍔部２３ｂ間の長さに設定される。したがって、炉心管２３自身の自重が、複数の均熱管２１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２３は均熱管２１によって支持され、高温加熱時に炉心管２３が自重により座屈変形することが抑制される。
【００４３】
図６は、鍔部２３ｂ近傍の断面拡大図であり、図５のＧ部におけるＨ−Ｈ線断面図である。均熱管２１の内面２７（炉心管２３との対向面）と、上下の端面２９にはコーティング２１ａが形成される。コーティング２１ａは、前述のコーティング７ａと同様の構成であり、炭化ケイ素で構成される。
【００４４】
すなわち、炉心管２３（各鍔部）と接触する端面２９にコーティング２１ａが形成されるため、石英製の炉心管２３が均熱管２１の母材であるカーボンと直接接触することがない。したがって、炉心管２３と均熱管２１との接触界面において、前述した（１）式の反応が進行せず、均熱管２１等の消耗を抑制し、これによる炉心管２３の変形を抑制することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、均熱管２１の内面２７にもコーティング２１ａが形成される。これは、炉心管２３外周面と均熱管２１の内周面との隙間が小さいため、炉心管２３がわずかに変形した際に、炉心管２３が均熱管２１の内面と接触し、この接触部において、前述した（１）式の反応が進行することを防止するためである。
【００４６】
以上、本実施形態によれば、炉心管２３の自重が、長手方向に複数に分割されて均熱管２１によって支持されるため、炉心管２３の座屈変形を抑制することができる。また、均熱管２１は、炉心管２３と接触する部位にコーティング２１ａが設けられるため、従来のようなカーボンと炉心管とが接触する場合と比較して、均熱管等の消耗を抑制することができる。このため、炉心管の変形を抑制することができる。したがって、炉心管の寿命を延ばし、長期にわたって連続して当該炉心管を用いることができる。
【００４７】
図７は、熱処理装置２０に対して、さらにスペーサ３１を用いた場合の、炉心管２３および均熱管２１の構成を示す分解斜視図であり、図８は、スペーサ３１を用いた場合における図６に対応する断面図である。
【００４８】
スペーサ３１は、炭化ケイ素からなる部材である。図７に示すように、スペーサ３１は均熱管２１とともに、隣り合う鍔部２３ｂ間（鍔部２３ｂと鍔部２３ａまたは２３ｃとの間）に配置される（図中矢印Ｉ方向）。また、長手方向に分割されたそれぞれの均熱管２１と、上下に設けられるスペーサ３１の厚みとを足した長さが、上下に隣接する各鍔部２３ｂ間の長さに設定される。したがって、炉心管２３自身の自重が、複数の均熱管２１およびスペーサ３１によって長手方向に分割されて負担される。
【００４９】
なお、本発明においては、スペーサ３１は均熱管２１を構成する一部として扱うものとする。また、スペーサ３１は、均熱管２１と同一の断面形状である必要はなく、少なくとも、均熱管２１の上下の端面２９の一部に形成されれば良い。
【００５０】
図８に示すように、スペーサ３１を用いることで、均熱管２１の母材（カーボン）と炉心管２３（鍔部２３ｂ）とが直接接触せず、スペーサ３１を介して炉心管２３が均熱管２１に支持される。したがって、均熱管等の消耗を抑制することができる。このため、炉心管の変形を抑制することができる。
【００５１】
次に、さらに他の実施形態について説明する。図９は、熱処理装置４０を示す図である。熱処理装置４０はいわゆる減圧炉である。なお、以下の説明において、熱処理装置１または熱処理装置２０と同様の機能を奏する構成については、図１および図３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４０は熱処理装置１、２０と比較して、炉心管２３、炉体３および均熱管２１の構成が異なる。
【００５２】
石英製の炉心管２３は、下部外周に突設された鍔部２３ｃを有する。鍔部２３ｃは炉体３の底面に載せられて、炉心管２３が炉体３に支持される。また、炉心管２３の鍔部２３ａ、２３ｃの中間であって、長手方向に所定間隔で複数の鍔部２３ｂが設けられる。鍔部２３ｂは、炉心管２３の外周に突設される。
【００５３】
炉心管２３内部に配置される多孔質ガラス母材１７は、回転させながら複数の発熱体５で加熱される。このようにすることで、多孔質ガラス母材１７を、炉心管２３の内部においてガラス化させることができる。
【００５４】
また、熱処理装置４０には、真空ポンプ４７が接続される。処理ガス導入口１１から炉心管２３の内部に導入されたガスは、処理ガス排出口４３から真空ポンプ４７によって排気される。また、炉体ガス導入口４１から炉体３内部に導入されたガスは、炉体ガス排出口４５より真空ポンプ４７により排気され減圧することができる。
【００５５】
なお、熱処理装置４０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。
【００５６】
このように長手方向に複数の発熱体５を有する熱処理装置４０は、図１に示す発熱体５が１つである熱処理装置１と比較して、炉心管２３の変形が起き易い。したがって、長手方向に複数の発熱体５を有する熱処理装置４０に本発明を適用するとより大きな効果が得られる。
【００５７】
熱処理装置２０と同様に、炉心管２３の外周には、均熱管２１が所定の間隔をあけて設けられる。均熱管２１は長手方向に複数に分割される。また、均熱管２１は、周方向に複数に分割される。分割された均熱管２１は、隣り合う鍔部２３ｂ間（鍔部２３ｂと鍔部２３ａまたは２３ｃとの間）に配置される。また、長手方向に分割されたそれぞれの均熱管２１は、上下に隣接する各鍔部２３ｂ間の長さに設定される。したがって、炉心管２３自身の自重が、複数の均熱管２１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２３は均熱管２１によって支持され、高温加熱時に炉心管２３が自重により座屈変形することが抑制される。
【００５８】
以上、熱処理装置４０によれば、熱処理装置２０と同様の効果を得ることができる。特に、減圧炉では、前述の（１）式が右に進行しやすいため、より大きな効果を得ることができる。
【００５９】
なお、鍔部２３ｂ近傍の構成としては前述したような図６に示すように構成してもよく、図８のように構成してもよい。また、図１０に示すように、鍔部２３ｂを鉤型としてもよい。
【００６０】
図１０に示す例では、炉心管２３の外周には鉤型の鍔部２３ｂが設けられる。鍔部２３ｂは、炉心管２３の外周に突出し先端において下方に屈曲して形成される。一方、均熱管２１には、鍔部２３ｄが設けられる。鍔部２３ｄは、炉心管２３の内面側に突出し、先端が上方に屈曲して形成される。鍔部２３ｂと鍔部２３ｄとは互いに嵌合することができる。均熱管２１は、図４、図７に示すように、半割形状である。なお、均熱管２１の長手方向については、一体であってもよく、図４、図７と同様に、複数に分割してもよい。
【００６１】
均熱管２１の内径は、炉心管２３の外周に形成された鍔部２３ｂを含む外径よりも大きい。また、鍔部２３ｄの位置での均熱管２１の内径は、炉心管２３の鍔部２３ｂ以外の部位における外径よりも大きい。なお、鍔部２３ｄの内面側と炉心管２３の外面との隙間は、鍔部２３ｂの外面と均熱管２１の内面との隙間よりも小さい。したがって、鍔部２３ｂと鍔部２３ｄとを嵌合させた際に、炉心管２３（鍔部２３ｂ）は、鍔部２３ｄ以外において均熱管２１とは接触しない。
【００６２】
鍔部２３ｄは、均熱管２１（鍔部２３ｂ）と接触する可能性のある部位に、前述したコーティング２１ａが形成される。したがって、石英製の炉心管２３が均熱管２１の母材であるカーボンと直接接触することがない。したがって、炉心管２３と均熱管２１との接触界面において、前述した（１）式の反応が進行せず、均熱管２１等の消耗を抑制し、これによる炉心管２３の変形を抑制することができる。なお、炉心管２３が変形した際に、均熱管２１と接触することを防止するため、鍔に２３ｄ以外における均熱管２１の内面にコーティング２１ａを形成してもよい。
【実施例】
【００６３】
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長期使用を行い、その際の炉心管の寿命を調査した。なお、いずれの熱処理装置においても、炉心管と均熱管との接触部の最高温度が１４５０℃程度となる条件で使用された。結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
熱処理装置Ｎｏ．１は、図１に示す熱処理装置１と略同様の構造である。図１におけるコーティング７ａとしては、炭化ケイ素をＣＶＤによって５０μｍ形成した。
【００６６】
熱処理装置Ｎｏ．２は、図３に示す熱処理装置２０と略同様の構造である。図図６におけるコーティング２１ａとしては、炭化ケイ素をＣＶＤによって１００μｍ形成した。
【００６７】
熱処理装置Ｎｏ．３は、図１に示す熱処理装置１と略同様の構造であるが、均熱管にはコーティングを施さず、カーボンと炉心管とが直接接触するものである。
【００６８】
熱処理装置Ｎｏ．４は、図３に示す熱処理装置２０と略同様の構造であるが、均熱管にはコーティングを施さず、カーボンと炉心管とが直接接触するものである。
【００６９】
表１に示すように、本発明の実施形態であるコーティングを施した熱処理装置Ｎｏ．１、Ｎｏ．２は、長期にわたって炉心管が破損等することなく、継続して使用することができた。
【００７０】
これに対し、コーティングを施していない熱処理装置Ｎｏ．３は、約１年の使用で、炉心管が座屈変形した。内部を確認すると、均熱管が消耗して薄くなっている部分が見られた。
【００７１】
また、同様にコーティングを施していない熱処理装置Ｎｏ．４は、約７カ月の使用で、炉心管が座屈変形して、割れが生じた。内部を確認すると、均熱管が消耗し、炉心管を支持することができない部位が見られた。
【００７２】
以上のように、石英製の炉心管を均熱管で支持することで、炉心管の変形を抑制するとともに、この接触部に炭化ケイ素のコーティングを施すことで、接触部における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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。例えば、図１０に示した鍔部２３ｂ、２３ｄの構成を、熱処理装置１、２０に適用してもよい。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。
【符号の説明】
【００７５】
１、２０、４０………熱処理装置
３………炉体
５………発熱体
７、２１………均熱管
７ａ、２１ａ………コーティング
９、２３………炉心管
１１………処理ガス導入口
１３………排気口
１５………孔
１７………多孔質ガラス母材
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ………鍔部
２５………割り部
２７………内面
２９………端面
３１………スペーサ
４１………炉体ガス導入口
４３………処理ガス排出口
４５………炉体ガス排出口
４７………真空ポンプ
１００………熱処理装置
１０３………炉体
１０５………発熱体
１０７………均熱管
１０９………炉心管
１０９ａ、１０９ｂ………鍔部
１１１………処理ガス導入口
１１３………排気口
１１５………孔
１１７………多孔質ガラス母材
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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１１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。
【０００４】
炉心管１０９は、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。
【０００５】
炉心管１０３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。
【０００６】
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。
【０００７】
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、このような高温下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が熱により軟化し、その自重によって変形（座屈など）を生じる恐れがある。
【０００８】
このような使用時における石英製の炉心管１０９の変形を押さえる方法としては、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２２６２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、カーボン製の均熱管と石英製の炉心管とを接触させた状態で前述のような高温で使用すると、炉心管を均熱管で支持しているにも関わらず、長期間の使用によって炉心管の変形が進行する。すなわち、従来の方法では、炉心管の変形を確実に防止することが困難であり、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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するため、本発明は、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、前記均熱管は、前記発熱体によって加熱される領域の少なくとも一部が前記炉心管と接触し、前記均熱管の少なくとも前記炉心管との接触部は炭化ケイ素で構成され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。
【００１３】
前記均熱管はカーボン製であり、前記均熱管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く、前記均熱管は、前記炉心管との接触部に配置される炭化ケイ素製のスペーサを具備してもよい。
【００１４】
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、前記均熱管は、長手方向に複数に分割されるとともに、周方向に複数に分割され、前記鍔部は、分割されたそれぞれの前記均熱管によって支持され、分割された前記均熱管の上下端面および内面が炭化ケイ素で構成されてもよい。
【００１５】
前記炉心管の外面には、径方向に突出する鉤型の第１の鍔部が、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、前記第１の鍔部と嵌合可能な鉤型の第２の鍔部が形成され、前記第１の鍔部と前記第２の鍔部とが嵌合し、前記炉心管が前記均熱管によって支持され、前記１の鍔部および前記炉心管と接触する前記第２の鍔部の表面が炭化ケイ素で構成されてもよい。
【００１６】
本発明によれば、石英製の炉心管を均熱管と接触させることで、炉心管を均熱管によって支持することができるとともに、炉心管と接触する部位が炭化ケイ素で構成されるため、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、これに伴う炉心管の変形を抑制することができる。
【００１７】
なお、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。また、コーティングではなく、均熱管の一部に、炭化ケイ素製のスペーサを設けて、石英製の均熱管とカーボンとが直接接触することを防止することもできる。
【００１８】
また、均熱管の外面に、径方向に突出する鍔部を複数形成し、長手方向に複数に分割されるとともに、周方向に複数に分割された均熱管によって炉心管（鍔部）を支持することで、炉心管の変形を抑制可能であるとともに、炉心管と接触する部位および炉心管の多少の変形によって接触する可能性がある部位を炭化ケイ素で構成することで、効率良く、均熱管等の消耗を抑え、炉心管のそれ以上の変形の進行を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】熱処理装置１を示す図で（ａ）は概略構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図。
【図２】各反応の平衡定数を示す図。
【図３】熱処理装置２０を示す概略構成図。
【図４】炉心管２３および均熱管２１の構成を示す分解斜視図。
【図５】炉心管２３および均熱管２１の構成を示す組み立て斜視図。
【図６】鍔部２３ｂ近傍の断面拡大図であり、図５のＧ部におけるＨ−Ｈ線断面図。
【図７】スペーサ３１を用いた場合の、炉心管２３および均熱管２１の構成を示す分解斜視図。
【図８】図７に対する鍔部２３ｂ近傍の断面拡大図。
【図９】熱処理装置４０を示す概略構成図。
【図１０】鍔部２３ｂの他の形態を示す図。
【図１１】従来の熱処理装置１００を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明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（ａ）は、熱処理装置１の概略構成図である。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。
【００２２】
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を例えば１４００℃以上に加熱可能である。なお、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。
【００２３】
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。
【００２４】
均熱管７の内面側には、炉心管９が挿入される。炉心管９の外周面は均熱管７の内周面に接触する。したがって、少なくとも発熱体５による加熱領域においては、炉心管９の外周面側が均熱管７の内周面によって支持される。
【００２５】
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）。
【００２６】
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、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℃以上とすることが望ましい。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。
【００２７】
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大図であり、炉心管９と均熱管７との接触部近傍を示す断面拡大図である。前述の通り、均熱管７はカーボン製である。均熱管７の表面であって炉心管９との接触部にはコーティング７ａが設けられる。コーティング７ａは炭化ケイ素のコーティングである。
【００２８】
コーティング７ａの厚みは、５０μｍ〜２００μｍであることが望ましい。コーティング７ａ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７ａ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７ａの厚みは上述の範囲で設定される。なお、コーティング７ａ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。
【００２９】
また、均熱管７を構成する母材としては、コーティング７ａを構成する炭化ケイ素に対して略同等の線膨張係数を有するカーボン製であることが望ましい。以上のように構成される熱処理装置１を用いれば、高温領域において、石英製の炉心管９は外周側を均熱管７によって支持されるため、その変形が抑制される。
【００３０】
ここで、発明者らは、コーティング７ａを施さずに、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）
【００３１】
すなわち、（１）式のように、均熱管のカーボンや炉心管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の変形等に伴い、炉心管９等の交換を所定期間毎に行う必要がある。
【００３２】
一方、本発明の構成によれば、石英製の炉心管９は、均熱管７を構成するカーボンとは直接は接触しない。すなわち、均熱管７の表面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）
【００３３】
図２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２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。
【００３４】
図２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。
【００３５】
以上のように、本発明によれば、従来のようなカーボンのみによる均熱管によって炉心管を支持する場合と比較して、均熱管等の消耗を抑制することができる。このため、炉心管の変形を抑制することができる。したがって、炉心管の寿命を延ばし、長期にわたって連続して当該炉心管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。
【００３６】
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７ａは炉心管と接触する部位にのみ形成すればよい。
【００３７】
なお、本発明は、対象となる熱処理炉が炉体全体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、減圧することで還元雰囲気となり、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。
【００３８】
次に、他の実施形態について説明する。図３は、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、炉心管および均熱管の構成が異なる。
【００３９】
石英製の炉心管２３は、上部外周に突設された鍔部２３ａと、下部外周に突設された鍔部２３ｃとを有する。鍔部２３ａは、炉体３の上面に載せられ、鍔部２３ｃは炉体３の底面に載せられて、炉心管２３が炉体３に支持される。また、炉心管２３の鍔部２３ａ、２３ｃの中間であって、長手方向に所定間隔で複数の鍔部２３ｂが設けられる。鍔部２３ｂは、炉心管２３の外周に突設される。
【００４０】
炉心管２３内部に配置される多孔質ガラス母材１７は、回転させながら複数の発熱体５で加熱される。このようにすることで、多孔質ガラス母材１７を、炉心管９の内部においてガラス化させることができる。
なお、熱処理装置２０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。
このように長手方向に複数の発熱体５を有する熱処理装置２０は、図１に示す発熱体５が１つである熱処理装置１と比較して、炉心管の変形が起き易い。したがって、長手方向に複数の発熱体５を有する熱処理装置２０に本発明を適用するとより大きな効果が得られる。
【００４１】
炉心管２３の外周には、均熱管２１が所定の間隔をあけて設けられる。図４は、炉心管２３および均熱管２１の構成を示す分解斜視図であり、図５は組み立て斜視図である。均熱管２１は長手方向に複数に分割される。また、均熱管２１は、割り部２５によって、周方向に複数（図では２つ）に分割される。
【００４２】
分割された均熱管２１は、隣り合う鍔部２３ｂ間（鍔部２３ｂと鍔部２３ａまたは２３ｃとの間）に配置される（図中矢印Ｆ方向）。すなわち、周方向に分割された均熱管２１が互いに向き合うように炉心管２３の外周に嵌められる。また、長手方向に分割されたそれぞれの均熱管２１は、上下に隣接する各鍔部２３ｂ間の長さに設定される。したがって、炉心管２３自身の自重が、複数の均熱管２１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２３は均熱管２１によって支持され、高温加熱時に炉心管２３が自重により座屈変形することが抑制される。
【００４３】
図６は、鍔部２３ｂ近傍の断面拡大図であり、図５のＧ部におけるＨ−Ｈ線断面図である。均熱管２１の内面２７（炉心管２３との対向面）と、上下の端面２９にはコーティング２１ａが形成される。コーティング２１ａは、前述のコーティング７ａと同様の構成であり、炭化ケイ素で構成される。
【００４４】
すなわち、炉心管２３（各鍔部）と接触する端面２９にコーティング２１ａが形成されるため、石英製の炉心管２３が均熱管２１の母材であるカーボンと直接接触することがない。したがって、炉心管２３と均熱管２１との接触界面において、前述した（１）式の反応が進行せず、均熱管２１等の消耗を抑制し、これによる炉心管２３の変形を抑制することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、均熱管２１の内面２７にもコーティング２１ａが形成される。これは、炉心管２３外周面と均熱管２１の内周面との隙間が小さいため、炉心管２３がわずかに変形した際に、炉心管２３が均熱管２１の内面と接触し、この接触部において、前述した（１）式の反応が進行することを防止するためである。
【００４６】
以上、本実施形態によれば、炉心管２３の自重が、長手方向に複数に分割されて均熱管２１によって支持されるため、炉心管２３の座屈変形を抑制することができる。また、均熱管２１は、炉心管２３と接触する部位にコーティング２１ａが設けられるため、従来のようなカーボンと炉心管とが接触する場合と比較して、均熱管等の消耗を抑制することができる。このため、炉心管の変形を抑制することができる。したがって、炉心管の寿命を延ばし、長期にわたって連続して当該炉心管を用いることができる。
【００４７】
図７は、熱処理装置２０に対して、さらにスペーサ３１を用いた場合の、炉心管２３および均熱管２１の構成を示す分解斜視図であり、図８は、スペーサ３１を用いた場合における図６に対応する断面図である。
【００４８】
スペーサ３１は、炭化ケイ素からなる部材である。図７に示すように、スペーサ３１は均熱管２１とともに、隣り合う鍔部２３ｂ間（鍔部２３ｂと鍔部２３ａまたは２３ｃとの間）に配置される（図中矢印Ｉ方向）。また、長手方向に分割されたそれぞれの均熱管２１と、上下に設けられるスペーサ３１の厚みとを足した長さが、上下に隣接する各鍔部２３ｂ間の長さに設定される。したがって、炉心管２３自身の自重が、複数の均熱管２１およびスペーサ３１によって長手方向に分割されて負担される。
【００４９】
なお、本発明においては、スペーサ３１は均熱管２１を構成する一部として扱うものとする。また、スペーサ３１は、均熱管２１と同一の断面形状である必要はなく、少なくとも、均熱管２１の上下の端面２９の一部に形成されれば良い。
【００５０】
図８に示すように、スペーサ３１を用いることで、均熱管２１の母材（カーボン）と炉心管２３（鍔部２３ｂ）とが直接接触せず、スペーサ３１を介して炉心管２３が均熱管２１に支持される。したがって、均熱管等の消耗を抑制することができる。このため、炉心管の変形を抑制することができる。
【００５１】
次に、さらに他の実施形態について説明する。図９は、熱処理装置４０を示す図である。熱処理装置４０はいわゆる減圧炉である。なお、以下の説明において、熱処理装置１または熱処理装置２０と同様の機能を奏する構成については、図１および図３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４０は熱処理装置１、２０と比較して、炉心管２３、炉体３および均熱管２１の構成が異なる。
【００５２】
石英製の炉心管２３は、下部外周に突設された鍔部２３ｃを有する。鍔部２３ｃは炉体３の底面に載せられて、炉心管２３が炉体３に支持される。また、炉心管２３の鍔部２３ａ、２３ｃの中間であって、長手方向に所定間隔で複数の鍔部２３ｂが設けられる。鍔部２３ｂは、炉心管２３の外周に突設される。
【００５３】
炉心管２３内部に配置される多孔質ガラス母材１７は、回転させながら複数の発熱体５で加熱される。このようにすることで、多孔質ガラス母材１７を、炉心管２３の内部においてガラス化させることができる。
【００５４】
また、熱処理装置４０には、真空ポンプ４７が接続される。処理ガス導入口１１から炉心管２３の内部に導入されたガスは、処理ガス排出口４３から真空ポンプ４７によって排気される。また、炉体ガス導入口４１から炉体３内部に導入されたガスは、炉体ガス排出口４５より真空ポンプ４７により排気され減圧することができる。
【００５５】
なお、熱処理装置４０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。
【００５６】
このように長手方向に複数の発熱体５を有する熱処理装置４０は、図１に示す発熱体５が１つである熱処理装置１と比較して、炉心管２３の変形が起き易い。したがって、長手方向に複数の発熱体５を有する熱処理装置４０に本発明を適用するとより大きな効果が得られる。
【００５７】
熱処理装置２０と同様に、炉心管２３の外周には、均熱管２１が所定の間隔をあけて設けられる。均熱管２１は長手方向に複数に分割される。また、均熱管２１は、周方向に複数に分割される。分割された均熱管２１は、隣り合う鍔部２３ｂ間（鍔部２３ｂと鍔部２３ａまたは２３ｃとの間）に配置される。また、長手方向に分割されたそれぞれの均熱管２１は、上下に隣接する各鍔部２３ｂ間の長さに設定される。したがって、炉心管２３自身の自重が、複数の均熱管２１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２３は均熱管２１によって支持され、高温加熱時に炉心管２３が自重により座屈変形することが抑制される。
【００５８】
以上、熱処理装置４０によれば、熱処理装置２０と同様の効果を得ることができる。特に、減圧炉では、前述の（１）式が右に進行しやすいため、より大きな効果を得ることができる。
【００５９】
なお、鍔部２３ｂ近傍の構成としては前述したような図６に示すように構成してもよく、図８のように構成してもよい。また、図１０に示すように、鍔部２３ｂを鉤型としてもよい。
【００６０】
図１０に示す例では、炉心管２３の外周には鉤型の鍔部２３ｂが設けられる。鍔部２３ｂは、炉心管２３の外周に突出し先端において下方に屈曲して形成される。一方、均熱管２１には、鍔部２３ｄが設けられる。鍔部２３ｄは、炉心管２３の内面側に突出し、先端が上方に屈曲して形成される。鍔部２３ｂと鍔部２３ｄとは互いに嵌合することができる。均熱管２１は、図４、図７に示すように、半割形状である。なお、均熱管２１の長手方向については、一体であってもよく、図４、図７と同様に、複数に分割してもよい。
【００６１】
均熱管２１の内径は、炉心管２３の外周に形成された鍔部２３ｂを含む外径よりも大きい。また、鍔部２３ｄの位置での均熱管２１の内径は、炉心管２３の鍔部２３ｂ以外の部位における外径よりも大きい。なお、鍔部２３ｄの内面側と炉心管２３の外面との隙間は、鍔部２３ｂの外面と均熱管２１の内面との隙間よりも小さい。したがって、鍔部２３ｂと鍔部２３ｄとを嵌合させた際に、炉心管２３（鍔部２３ｂ）は、鍔部２３ｄ以外において均熱管２１とは接触しない。
【００６２】
鍔部２３ｄは、均熱管２１（鍔部２３ｂ）と接触する可能性のある部位に、前述したコーティング２１ａが形成される。したがって、石英製の炉心管２３が均熱管２１の母材であるカーボンと直接接触することがない。したがって、炉心管２３と均熱管２１との接触界面において、前述した（１）式の反応が進行せず、均熱管２１等の消耗を抑制し、これによる炉心管２３の変形を抑制することができる。なお、炉心管２３が変形した際に、均熱管２１と接触することを防止するため、鍔に２３ｄ以外における均熱管２１の内面にコーティング２１ａを形成してもよい。
【実施例】
【００６３】
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長期使用を行い、その際の炉心管の寿命を調査した。なお、いずれの熱処理装置においても、炉心管と均熱管との接触部の最高温度が１４５０℃程度となる条件で使用された。結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
熱処理装置Ｎｏ．１は、図１に示す熱処理装置１と略同様の構造である。図１におけるコーティング７ａとしては、炭化ケイ素をＣＶＤによって５０μｍ形成した。
【００６６】
熱処理装置Ｎｏ．２は、図３に示す熱処理装置２０と略同様の構造である。図図６におけるコーティング２１ａとしては、炭化ケイ素をＣＶＤによって１００μｍ形成した。
【００６７】
熱処理装置Ｎｏ．３は、図１に示す熱処理装置１と略同様の構造であるが、均熱管にはコーティングを施さず、カーボンと炉心管とが直接接触するものである。
【００６８】
熱処理装置Ｎｏ．４は、図３に示す熱処理装置２０と略同様の構造であるが、均熱管にはコーティングを施さず、カーボンと炉心管とが直接接触するものである。
【００６９】
表１に示すように、本発明の実施形態であるコーティングを施した熱処理装置Ｎｏ．１、Ｎｏ．２は、長期にわたって炉心管が破損等することなく、継続して使用することができた。
【００７０】
これに対し、コーティングを施していない熱処理装置Ｎｏ．３は、約１年の使用で、炉心管が座屈変形した。内部を確認すると、均熱管が消耗して薄くなっている部分が見られた。
【００７１】
また、同様にコーティングを施していない熱処理装置Ｎｏ．４は、約７カ月の使用で、炉心管が座屈変形して、割れが生じた。内部を確認すると、均熱管が消耗し、炉心管を支持することができない部位が見られた。
【００７２】
以上のように、石英製の炉心管を均熱管で支持することで、炉心管の変形を抑制するとともに、この接触部に炭化ケイ素のコーティングを施すことで、接触部における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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。例えば、図１０に示した鍔部２３ｂ、２３ｄの構成を、熱処理装置１、２０に適用してもよい。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。
【符号の説明】
【００７５】
１、２０、４０………熱処理装置
３………炉体
５………発熱体
７、２１………均熱管
７ａ、２１ａ………コーティング
９、２３………炉心管
１１………処理ガス導入口
１３………排気口
１５………孔
１７………多孔質ガラス母材
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ………鍔部
２５………割り部
２７………内面
２９………端面
３１………スペーサ
４１………炉体ガス導入口
４３………処理ガス排出口
４５………炉体ガス排出口
４７………真空ポンプ
１００………熱処理装置
１０３………炉体
１０５………発熱体
１０７………均熱管
１０９………炉心管
１０９ａ、１０９ｂ………鍔部
１１１………処理ガス導入口
１１３………排気口
１１５………孔
１１７………多孔質ガラス母材
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記均熱管は、前記発熱体によって加熱される領域の少なくとも一部が前記炉心管と接触し、前記均熱管の少なくとも前記炉心管との接触部は炭化ケイ素で構成されることを特徴とする多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【請求項２】
前記均熱管はカーボン製であり、前記均熱管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記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【請求項３】
前記均熱管はカーボン製であり、
前記均熱管は、前記炉心管との接触部に配置される炭化ケイ素製のスペーサを具備することを特徴とする請求項１記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【請求項４】
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、
前記均熱管は、長手方向に複数に分割されるとともに、周方向に複数に分割され、
前記鍔部は、分割されたそれぞれの前記均熱管によって支持され、
分割された前記均熱管の上下端面および内面が炭化ケイ素で構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【請求項５】
前記炉心管の外面には、径方向に突出する鉤型の第１の鍔部が、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、前記第１の鍔部と嵌合可能な鉤型の第２の鍔部が形成され、
前記第１の鍔部と前記第２の鍔部とが嵌合し、前記炉心管が前記均熱管によって支持され、
前記１の鍔部および前記炉心管と接触する前記第２の鍔部の表面が炭化ケイ素で構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【請求項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、
前記均熱管は、前記発熱体によって加熱される領域の少なくとも一部が前記炉心管と接触し、前記均熱管の少なくとも前記炉心管との接触部は炭化ケイ素で構成されることを特徴とする多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【請求項２】
前記均熱管はカーボン製であり、前記均熱管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記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【請求項３】
前記均熱管はカーボン製であり、
前記均熱管は、前記炉心管との接触部に配置される炭化ケイ素製のスペーサを具備することを特徴とする請求項１記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【請求項４】
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、
前記均熱管は、長手方向に複数に分割されるとともに、周方向に複数に分割され、
前記鍔部は、分割されたそれぞれの前記均熱管によって支持され、
分割された前記均熱管の上下端面および内面が炭化ケイ素で構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【請求項５】
前記炉心管の外面には、径方向に突出する鉤型の第１の鍔部が、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、前記第１の鍔部と嵌合可能な鉤型の第２の鍔部が形成され、
前記第１の鍔部と前記第２の鍔部とが嵌合し、前記炉心管が前記均熱管によって支持され、
前記１の鍔部および前記炉心管と接触する前記第２の鍔部の表面が炭化ケイ素で構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多孔質ガラス母材の熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−３２２６６（Ｐ２０１３−３２２６６Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２５７４７（Ｐ２０１２−１２５７４７）
【出願日】平成２４年６月１日（２０１２．６．１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１日（２０１２．６．１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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