CN113227000B - 玻璃微粒沉积体的制造装置以及制造方法 - Google Patents

玻璃微粒沉积体的制造装置以及制造方法 Download PDF

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Abstract

一种在配置于反应容器内的起始棒上沉积玻璃微粒以制作玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造装置，具备：燃烧器，其喷射原料气体以合成玻璃微粒；移动机构，其配置有燃烧器，并使燃烧器随着玻璃微粒沉积体的直径增大而后退；气化器，其以与燃烧器一体地同时后退的方式配置在移动机构中，并使液体的硅氧烷气化以成为原料气体；配管，其将原料气体从气化器供给到燃烧器；以及加热机构，其在230℃以上的加热温度下加热配管。

Description

玻璃微粒沉积体的制造装置以及制造方法
技术领域
本发明涉及玻璃微粒沉积体的制造装置以及制造方法。
本专利申请要求基于2018年12月4日提出的日本专利申请第2018-227115号的优先权，并且援引该专利申请中记载的全部记载内容。
背景技术
专利文献1中记载了使用硅氧烷作为原料以形成玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造用燃烧器和玻璃微粒沉积体的制造方法。
专利文献2中记载了随着玻璃微粒沉积体生长且其内径增大，使燃烧器后退。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-224007号公报
专利文献2：日本特开2012-62203号公报
发明内容
本发明的一个方式涉及的玻璃微粒沉积体的制造装置，
是在配置于反应容器内的起始棒上沉积玻璃微粒以制作玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造装置，具备：
燃烧器，其喷射原料气体以合成所述玻璃微粒；
移动机构，其配置有所述燃烧器，并使所述燃烧器随着所述玻璃微粒沉积体的直径增大而后退；
气化器，其以与所述燃烧器一体地同时后退的方式配置在所述移动机构中，并使液体的硅氧烷气化以成为所述原料气体；
配管，其将所述原料气体从所述气化器供给到所述燃烧器；以及
加热机构，其在230℃以上的加热温度下加热所述配管。
另外，本发明的一个方式涉及的玻璃微粒沉积体的制造方法，
是在配置于反应容器内的起始棒上沉积玻璃微粒以制作玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造方法，具有：
气化工序，其中，通过气化器使液体的硅氧烷气化以成为原料气体；
加热工序，其中，在230℃以上的加热温度下对将气化后的所述原料气体从所述气化器供给到燃烧器的配管进行加热；以及
沉积工序，其中，将所述燃烧器和所述气化器配置在移动机构内，并且随着所述玻璃微粒沉积体的直径增大，通过所述移动机构使所述燃烧器和所述气化器一体地后退，并使由所述燃烧器喷射出的所述原料气体所合成的所述玻璃微粒沉积在所述起始棒上。
附图说明
[图1]图1是本发明实施方式涉及的玻璃微粒沉积体的制造装置的示意性构成图。
具体实施方式
(本发明要解决的课题)
在使用硅氧烷以形成玻璃微粒沉积体时，将硅氧烷气化后供给到燃烧器，但是硅氧烷的沸点高于现有的用作原料的四氯化硅，因此原料气体容易在燃烧器内或向燃烧器供给原料的配管内冷却、液化。因此，例如在专利文献1中，在加热燃烧器的同时，也对供给气化后的原料气体的配管进行加热以防止液化。
然而，由于供给原料气体的配管的配管长度较长，因此难以保持温度不变以使得整个配管长度都处于硅氧烷的沸点以上的温度。另外，当配管的温度过高时，硅氧烷会发生聚合反应而粒子化，成为配管堵塞的原因。
另外，随着玻璃微粒沉积体的生长，其直径增大，燃烧器与沉积面之间的距离发生变化，从而沉积面的温度和沉积效率发生变化。因此，例如，如专利文献2所示，随着玻璃微粒沉积体的直径增大，需要使燃烧器后退，但是在使燃烧器后退的机构中的供给原料气体的配管中，也需要防止液化和配管堵塞。
因此，本发明的目的在于提供可以抑制在供给至燃烧器的配管内的原料的液化和配管堵塞的玻璃微粒沉积体的制造装置以及制造方法。
(本发明的效果)
根据本发明涉及的玻璃微粒沉积体的制造装置以及制造方法，可以抑制在供给至燃烧器的配管内的原料的液化和配管堵塞。
(本发明实施方式的说明)
首先，列举本发明的实施方式并进行说明。
本发明的一个方式涉及的玻璃微粒沉积体的制造装置是，
(1)在配置于反应容器内的起始棒上沉积玻璃微粒以制作玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造装置，具备：
燃烧器，其喷射原料气体以合成所述玻璃微粒；
移动机构，其配置有所述燃烧器，并使所述燃烧器随着所述玻璃微粒沉积体的直径增大而后退；
气化器，其以与所述燃烧器一体地同时后退的方式配置在所述移动机构中，并使液体的硅氧烷气化以成为所述原料气体；
配管，其将所述原料气体从所述气化器供给到所述燃烧器；以及
加热机构，其在230℃以上的加热温度下加热所述配管。
根据上述构成，燃烧器与气化器以一体地后退的方式配置在移动机构中，因此可以缩短将气化后的原料气体从气化器供给到燃烧器的配管的长度。由此，可以缩小利用加热机构在230℃以上的加热温度下进行加热的区域，因此可以容易地使向燃烧器供给气化后的原料的配管保持在适当的温度下，从而能够抑制在供给至燃烧器的配管内的原料液化和配管堵塞。
根据上述(1)中所述的玻璃微粒沉积体的制造装置，
(2)所述配管内可以具备测定所述原料气体的压力的压力传感器。
根据上述构成，通过利用压力传感器来测定配管内的原料气体的压力，判断原料气体是否会因该压力的变化而发生液化，从而能够控制加热温度。
另外，本发明的一个方式涉及的玻璃微粒沉积体的制造方法是，
(3)在配置于反应容器内的起始棒上沉积玻璃微粒以制作玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造方法，具有：
气化工序，其中通过气化器使液体的硅氧烷气化以成为原料气体；
加热工序，其中，在230℃以上的加热温度下对将气化后的所述原料气体从所述气化器供给到燃烧器的配管进行加热；以及
沉积工序，其中，将所述燃烧器和所述气化器配置在移动机构内，并且随着所述玻璃微粒沉积体的直径增大，通过所述移动机构使所述燃烧器和所述气化器一体地后退，使由所述燃烧器喷射出的所述原料气体所合成的所述玻璃微粒沉积在所述起始棒上。
根据上述方法，通过移动机构使燃烧器与气化器一体地后退，因此可以缩短将气化后的原料气体从气化器供给到燃烧器的配管的长度。由此，可以缩小利用加热机构在230℃以上的加热温度下进行加热的区域，可以容易地使向燃烧器供给气化后的原料的配管保持在适当的温度下，从而能够抑制在供给至燃烧器的配管内的原料液化和配管堵塞。
根据(3)中所述的玻璃微粒沉积体的制造方法：
(4)可以通过利用压力传感器测定气化后的所述原料气体的压力变化来判断所述原料气体是否液化，并基于所述判断结果来控制所述加热温度。
根据上述方法，通过利用压力传感器来测定气化后的原料气体的压力变化，可以判断原料气体是否液化，并且能够基于判断结果来控制加热温度。
(本发明实施方式的详细说明)
参照附图对本发明实施方式涉及的玻璃微粒沉积体的制造装置以及制造方法的具体例子进行说明。
需要说明的是，本发明不限于这些示例，而是由权利要求书表示，并且意图包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变化。
图1是表示本发明实施方式涉及的玻璃微粒沉积体的制造装置的一个例子的示意性构成图。
如图1所示，制造装置1具备：燃烧器2、气化器3、配管4、压力传感器5、加热机构6、移动机构7以及控制部8。制造装置1是在配置于反应容器100内的起始棒111上沉积玻璃微粒21以制作玻璃微粒沉积体M的装置。
燃烧器2喷射原料气体以合成玻璃微粒21。例如，在燃烧器2中，在由助燃性气体(氧气)和可燃性气体(氢气)产生的氢氧火焰中，喷出气化后的原料气体并使其发生氧化反应，从而合成玻璃微粒21。燃烧器2将所合成的玻璃微粒21喷附到起始棒111上。燃烧器2由金属材料构成，例如耐腐蚀性优异的不锈钢等。
原料气体使用使液体的硅氧烷气化后的物质。作为硅氧烷，可以使用熔点为17.5℃且沸点为175℃的八甲基环四硅氧烷(OMCTS)、熔点为-38℃且沸点为210℃的十甲基环五硅氧烷(DMCPS)、熔点为64℃且沸点为134℃的六甲基环三硅氧烷、熔点为-68℃且沸点为100℃的六甲基二硅氧烷等，但是OMCTS是最理想的。
需要说明的是，在图1中，省略了向燃烧器2供给火焰形成用气体的气体供给装置。
气化器3是使液体的硅氧烷气化以生成气体的硅氧烷(原料气体)的装置。MFC(Mass Flow Controller：质量流量控制器)33、34经由管31、32而与气化器3连接。MFC33是用于控制液体的硅氧烷的流量的液体用控制器。MFC34是用于控制输送原料气体的载气(本例中为氮气)的流量的控制器。MFC33经由管31而向气化器3供给液体的硅氧烷。MFC34经由管32而向气化器3供给氮气。管31、32由即使在MFC33、34与气化器3之间的距离发生变化的情况下也能够应对的、(例如)柔软的“テフロン”(注册商标)管形成。存储有液体的硅氧烷的原料罐35经由配管36而与MFC33连接。另外，供给载气的配管37与MFC34连接。MFC33、34与控制部8电连接。
配管4是用于将气化器3中已气化了的原料气体导入到燃烧器2中的配管。配管4连接在气化器3与燃烧器2之间。
压力传感器5是用于测定配管4内的原料气体的压力的传感器。压力传感器5为耐热性高的传感器，并且设置在配管4内。压力传感器5与控制部8电连接。
加热机构6是用于加热配管4的机构。加热机构6例如由带式加热器构成，该带式加热器是通过用保护材料覆盖金属发热体或碳制纤维状面发热体的极细绞线而成的。带式加热器例如卷绕在配管4的外周。通过给该带式加热器通电，加热机构6可以在例如230℃以上的加热温度下加热配管4。通过对配管4加热，可以使作为原料气体的硅氧烷被加热至沸点温度以上。因此，可以保持原料气体的温度不变，使得配管4内的硅氧烷不会液化，并且不会因聚合反应而粒子化。加热机构6与控制部8电连接。
移动机构7是可以相对于反应容器100内的起始棒111而沿箭头A、B所示的方向移动的机构。例如，可以使用能够直线移动的线性电机或步进电机作为移动机构7。移动机构7与控制部8电连接。
在移动机构7内配置燃烧器2、气化器3以及配管4。燃烧器2、气化器3以及配管4以与移动机构7一体地同时相对于反应容器100内的起始棒111后退(箭头A方向)或前进(箭头B方向)的方式构成。
在反应容器100中，在与燃烧器2相对的侧壁上设有排气管101。排气管101是进行预定量的气体的排气的管，将没有沉积在玻璃微粒沉积体M上而漂浮在反应容器100内的玻璃微粒21排出。旋转往复装置110经由支持棒112而与起始棒111连接。旋转往复装置110通过支持棒112把持起始棒111的上部，并且在反应容器100内使起始棒111旋转的同时沿其轴向往返移动。旋转往复装置110与控制器8电连接。
控制部8控制加热机构6、移动机构7、MFC33、34以及旋转往复装置110等的各种动作。例如，基于利用压力传感器5所测定的原料气体的压力，控制部8可以控制加热机构6和MFC33、34，使得原料气体的压力成为预定的压力。另外，控制部8可以控制移动机构7，使得玻璃微粒沉积体M的沉积面与燃烧器2的前端之间的间隔成为预定的距离。另外，控制部8可以控制旋转往复装置110，使得在使起始棒111旋转的同时沿其轴向往返移动，从而使得玻璃微粒均匀地沉积在玻璃微粒沉积体M的沉积面上。
接下来，对使用了制造装置1的玻璃微粒沉积体的制造方法进行说明。需要说明的是，在下述玻璃微粒沉积体的制造方法中，使用OMCTS作为原料的硅氧烷。
(气化工序)
通过MFC33将储存在原料罐35中的液体OMCTS经由管31而供给到气化器3中。另外，通过MFC34将作为载气的氮气经由管32而供给到气化器3中，并且通过将OMCTS滴入到以高速喷射的载气中，从而使液体的OMCTS在气化器3中气化以生成原料气体。
(加热工序)
将所生成的原料气体从气化器3经由配管4而供给到燃烧器2中。通过加热机构6，在230℃以上的加热温度下加热原料气体流经的配管4。通过压力传感器5测定配管内的原料气体的压力，并将所测得的压力值发送给控制部8。控制部8通过将所测得的压力值与预先确定的预定压力值进行对比来判断原料气体是否液化。控制部8基于判断结果来控制加热机构6的加热温度。加热机构6基于从控制部8传送来的加热控制信号来改变加热配管4的加热温度。
基于所测得的压力值，控制部8也可以通过改变由MFC33供给的液体OMCTS的流量来控制原料气体的压力值。例如，在所测得的压力值低于上述预定的压力值的情况下，可以增加OMCTS的流量。
(沉积工序)
通过旋转往复装置110，在使起始棒111旋转的同时沿其轴向往返移动。使由燃烧器2喷射出的原料气体所合成的玻璃微粒21相对于该起始棒111进行沉积。由此，玻璃微粒21沉积在起始棒111的外周上，从而玻璃微粒沉积体M沿径向生长。另一方面，在制造装置1的移动机构7内配置燃烧器2、气化器3以及配管4。如上所述，随着玻璃微粒沉积体M的直径增大，通过移动机构7使燃烧器2、气化器3以及配管4一体地沿箭头A方向后退，从而使燃烧器2与玻璃微粒沉积体M之间的距离保持为预定的距离(例如，大致恒定的距离)。具体的方法例如如下所述。利用距离传感器等(省略图示)测定燃烧器2的前端与玻璃微粒沉积体M的沉积面之间的距离。控制部8控制移动机构7，使得燃烧器2的前端与玻璃微粒沉积体M的沉积面之间的距离保持为预定的距离。基于从控制部8发送来的移动控制信号，移动机构7使配置于移动机构7内的燃烧器2、气化器3以及配管4相对于玻璃微粒沉积体M一体地移动。
根据如上所述的玻璃微粒沉积体的制造装置1以及制造方法，由于燃烧器2和气化器3配置在一个移动机构7内，因此以下述方式构成：当移动机构7移动(后退)时，燃烧器2和气化器3一体地移动(后退)。由此，气化器3与燃烧器2之间的距离不会发生变化，因此连接气化器3与燃烧器2的配管4不需要(例如)由柔软的配管(管)构成，并且可以缩短该配管4的长度。因此，可以缩小利用加热机构6在230℃以上的加热温度下进行加热的区域，从而可以容易地使向燃烧器2供给气化后的原料气体的配管4保持在适当的温度下。因此，能够抑制从气化器3到燃烧器2之间的配管4内的原料气体的液化和因原料气体的粒子化而导致的配管堵塞。
另外，由于可以利用压力传感器5测定配管4内的原料气体的压力，因此可以根据所测得的压力的变化来判断原料气体是否液化。由此，可以基于压力的变化来控制加热机构6的加热温度和由MFC33所供给的硅氧烷的流量，从而能够抑制配管4内的原料气体的液化和因原料气体的粒子化而导致的配管堵塞。
以上，虽然参照特定的实施方式详细地说明了本发明，但是对于本领域技术人员而言已知的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变化和修改。另外，上述所说明的构成部件的数量、位置、形状等不限于上述实施方式，也可以变化为适用于实施本发明的数量、位置、形状等。
符号的说明
1：制造装置
2：燃烧器
3：气化器
4：配管
5：压力传感器
6：加热机构
7：移动机构
8：控制部
21：玻璃微粒
31、32：管
33、34：MFC
35：原料罐
36、37：配管
100：反应容器
111：起始棒
M：玻璃微粒沉积体

Claims (5)

1.一种玻璃微粒沉积体的制造装置，其是在配置于反应容器内的起始棒上沉积玻璃微粒以制作玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造装置，具备：
燃烧器，其喷射原料气体以合成所述玻璃微粒；
移动机构，其配置有所述燃烧器，并使所述燃烧器随着所述玻璃微粒沉积体的直径增大而后退；
气化器，其以与所述燃烧器一体地同时后退的方式配置在所述移动机构中，并使液体的硅氧烷气化以成为所述原料气体；
配管，其将所述原料气体从所述气化器供给到所述燃烧器；以及
加热机构，其在230℃以上的加热温度下加热所述配管。
2.根据权利要求1所述的玻璃微粒沉积体的制造装置，其中，
所述配管内具备测定所述原料气体的压力的压力传感器。
3.一种玻璃微粒沉积体的制造方法，其是在配置于反应容器内的起始棒上沉积玻璃微粒以制作玻璃微粒沉积体的玻璃微粒沉积体制造方法，具有：
气化工序，其中，通过气化器使液体的硅氧烷气化以成为原料气体；
加热工序，其中，在230℃以上的加热温度下对将气化后的所述原料气体从所述气化器供给到燃烧器的配管进行加热；以及
沉积工序，其中，将所述燃烧器和所述气化器配置在移动机构内，并且随着所述玻璃微粒沉积体的直径增大，通过所述移动机构使所述燃烧器和所述气化器一体地后退，并且使由所述燃烧器喷射出的所述原料气体所合成的所述玻璃微粒沉积在所述起始棒上。
4.根据权利要求3所述的玻璃微粒沉积体的制造方法，其中，
通过利用压力传感器测定气化后的所述原料气体的压力变化来判断所述原料气体是否液化，并基于所述判断结果来控制所述加热温度。
5.一种玻璃微粒沉积体的制造方法，其是使用燃烧器、气化器、连接所述燃烧器与所述气化器的配管、反应容器、以及配置于所述反应容器内的起始棒以制造玻璃微粒沉积体的方法，
通过气化器使液体的硅氧烷气化以生成原料气体；
在230℃以上的加热温度下加热所述配管；
使由所述燃烧器喷射出的所述原料气体所合成的所述玻璃微粒沉积在所述起始棒上；以及
随着所述玻璃微粒沉积体的直径增大，使所述燃烧器和所述气化器一体地后退。
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