DE10232714A1

DE10232714A1 - Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages

Info

Publication number: DE10232714A1
Application number: DE10232714A
Authority: DE
Inventors: Motonori Nakamura; Takashi Yamazaki; Toshihiro Ooishi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2003034540A; US20030015004A1; CN1238284C; DE10232714B4; CN1397507A

Abstract

In einer Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages gemäß der vorliegenden Erfindung sind mehrere Gleisteilchen-Synthesebrenner auf einer vorderen Oberfläche eines Reaktionsgefäßes angeordnet und ist zumindest eine Auslassöffnung auf einer hinteren Oberfläche des Reaktionsgefäßes vorgesehen. Zwei Wandoberflächen, die von beiden Seiten der Auslassöffnung ausgehen und in Berührung mit zwei Seitenoberflächen des Reaktionsgefäßes stehen, sind so ausgebildet, dass ihr eingeschlossener Winkel 90 DEG oder weniger beträgt. Wird die kürzere Entfernung unter der kürzesten Entfernung von einer Drehachse einer Zielstange zur Seitenoberfläche des Reaktionsgefäßes und der kürzesten Entfernung von der Zielstange zur Wandoberfläche mit L bezeichnet und der Außendurchmesser des Glasteilchenniederschlages, der auf der Zielstange abgelagert wird, mit d, so ist L größer als d.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlags durch Ablagern von Glasteilchen auf einer Außenumfangsoberfläche einer Zielstange, während eine Relativbewegung der Zielstange in Bezug auf einen Glasteilchen-Synthesebrenner in einem Reaktionsgefäß erfolgt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlags, bei welcher die Glasteilchen, die sich nicht auf der Außenumfangsoberfläche der Zielstange abgelagert haben, sondern innerhalb des Reaktionsgefäßes schweben, wirksam aus dem Reaktionsgefäß entfernt werden können.
Die Fig. 8A und 8B zeigen ein Beispiel für eine Einrichtung nach dem Stand der Technik zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlags, der zur Herstellung von Glasgegenständen wie beispielsweise Lichtleitern verwendet wird.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlags 5 durch Ablagern von Glasteilchen auf einer Außenumfangsoberfläche einer Zielstange 1 unter Verwendung dieser Herstellungseinrichtung beschrieben.
Innerhalb eines Reaktionsgefäßes 4 werden Glasteilchen (hier bezeichnet als "Ruß") auf die Außenumfangsoberfläche der Zielstange 1 durch Brenner 2 aufgebracht (dieser Vorgang wird als "Rußablagerung" bezeichnet). Die Zielstange wird um ihre Zentrumsachse zusammen mit einer Haltestange 3 durch einen Drehmechanismus 7 gedreht, so dass die Glasteilchen auf dem gesamten Umfang der Zielstange 1 abgelagert werden. Wenn die Zielstange 1 mit Hilfe einer Hebevorrichtung 8 nach oben und unten bewegt werden kann, können die Glasteilchen über der gesamten Länge der Zielstange 1 abgelagert werden. Da die Hebevorrichtung 8 und der Drehmechanismus ständig arbeiten, wird die Zielstange 1 in Richtung nach oben oder unten bewegt, während sie gedreht wird, so dass die Glasteilchen auf der Außenumfangsoberfläche der Zielstange 1 abgelagert werden. Auf diese Weise wird der Glasteilchenniederschlag (bezeichnet als "Rußkörper") hergestellt. Gas, beispielsweise saubere Luft, wird aus einer Gasöffnung 18 während der Herstellung des Glasteilchenniederschlages 5 ausgeblasen. Das ausgeblasene Gas wird um den herzustellenden Glasteilchenniederschlag herumgeleitet, und fließt dann in Richtung zu einer Auslaßöffnung 17.
Bei der Herstellung des Glasteilchenniederschlags unter Verwendung dieser Herstellungseinrichtung bleiben Glasteilchen, die nicht auf der Außenumfangsoberfläche der Zielstange oder dem Glasteilchenniederschlag abgelagert wurden, innerhalb des Reaktionsgefäßes kleben. Da sich das Reaktionsgefäß auf hoher Temperatur befindet, tritt ein Strom nach oben auf. Glasteilchen werden durch diesen Aufwärtsstrom nach oben geblasen, so dass sie zu einem oberen Teil des Reaktionsgefäßes fließen, und an dem oberen Teil des Reaktionsgefäßes anhaften. Wird über lange Zeit ein Glasteilchenniederschlag hergestellt, haftet eine Anzahl an Glasteilchen an dem Reaktionsgefäß an, und schält sich als Klumpen von dem Reaktionsgefäß ab. Teilweise tritt ein Wirbel infolge eines Flusses des Fluids innerhalb des Reaktionsgefäßes auf, so dass Glasteilchen, die einmal zur Seite der Auslaßöffnung hin geflossen sind, nicht glatt ausgestoßen werden können, und innerhalb des Reaktionsgefäßes verbleiben. Der abgeschälte Klumpen aus Glasteilchen oder jene Glasteilchen, die innerhalb des Reaktionsgefäßes bleiben, lagern sich auf dem Glasteilchenniederschlag ab. Daher weist ein Abschnitt, an dem sich zu stark der Klumpen oder die Glasteilchen abgelagert haben, einen größeren Durchmesser auf als die anderen Abschnitte, wodurch die äußere Form des hergestellten Glasteilchenniederschlags ungleichförmig wird. Wenn dieser Glasteilchenniederschlag verglast wird, um einen Vorformling zu erhalten, weist der Vorformling Unregelmäßigkeiten oder Luftblasen auf, die Unregelmäßigkeiten des Glasteilchenniederschlags entsprechen.

Im US-Patent 5,116,400 wird beschrieben, dass dann, wenn ein Feld aus Brennern, bei dem mehrere Brenner parallel zu einer Zielstange angeordnet sind, in Bezug auf die Zielstange bewegt wird, Glasteilchen, die aus den Brennern herausgeblasen werden, auf der Zielstange abgelagert werden, um den Glasteilchenniederschlag herzustellen. Um einen gleichmäßigen Glasteilchenniederschlag auszubilden, wird ein Luftfluß in dem Bereich zwischen dem Brennerfeld und dem Glasteilchenniederschlag so gesteuert, dass er relativ gleichförmig über die Gesamtlänge des Glasteilchenniederschlages ist, und im wesentlichen senkrecht zur Zentrumsachse des Glasteilchenniederschlages.

Bei der Erfindung gemäß dem voranstehend erwähnten Patent sind Luftöffnungen zum Hervorrufen des Luftflusses an beiden Außenseiten der Brenner angeordnet. Der Luftfluß von den Luftöffnungen wird zum Glasteilchenniederschlag hin geblasen. Allerdings verteilt sich die Luft, die gegen den Glasteilchenniederschlag geblasen wird, über viele Richtungen, und fließt nicht glatt zu einer Auslaßöffnung. Die Luft, die sich verteilt hat, kann einen Wirbel bilden. Infolge dieses Wirbels des Luftflusses werden Glasteilchen, die nicht auf dem Glasteilchenniederschlag abgelagert werden, nicht schnell ausgestoßen. Bei dem voranstehend erwähnten Patent finden sich keine Überlegungen in der Hinsicht, dass bei dieser Herstellungseinrichtung Glasteilchen an einer Innenoberfläche des Reaktionsgefäßes anhaften.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages, welche den Fluß eines Fluids innerhalb des Reaktionsgefäßes steuern kann, und schnell schwebende Stäube wie beispielsweise Glasteilchen ausstoßen kann, die nicht abgelagert wurden.

Bei der Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlags gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zielstange innerhalb eines Reaktionsgefäßes durch eine Haltevorrichtung gehaltert. Mehrere Glasteilchen- Synthesebrenner werden an einer Vorderoberfläche des Reaktionsgefäßes angeordnet, und auf eine Außenumfangsoberfläche der Zielstange gerichtet. Die Zielstange oder die Brenner können relativ parallel zu einer Drehachse der Zielstange bewegt werden, und von den Brennern synthetisierte Glasteilchen werden schichtweise auf der Außenumfangsoberfläche der Zielstange abgelagert, die gedreht wird. Zumindest eine Auslaßöffnung ist an einer hinteren Oberfläche des Reaktionsgefäßes vorgesehen. Eine Fluideinstellvorrichtung weist zwei Wandoberflächen auf, die von beiden Seiten der Auslaßöffnung ausgehen, und in Berührung mit zwei Seitenoberflächen mit Ausnahme der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Reaktionsgefäßes stehen, mit einem eingeschlossenen Winkel von 90 Grad oder weniger. Wird angenommen, dass eine kürzere Entfernung zwischen einer ersten kürzesten Entfernung von der Drehachse der Zielstange zur Seitenoberfläche des Reaktionsgefäßes und einer zweiten kürzesten Entfernung von der Drehachse der Zielstange zur Wandoberfläche mit L bezeichnet ist, und der Außendurchmesser des Glasteilchenniederschlages, der auf der Zielstange abgelagert wurde, mit d bezeichnet wird, so ist L größer als d. Mehrere erste Gasöffnungen sind an Positionen symmetrisch in Bezug auf eine Ebene angeordnet, welche die Zentrumsachsen der Brenner und die Drehachse der Zielstange enthält, wobei die Positionen näher an der Seite der vorderen Oberfläche des Reaktionsgefäßes liegen als Positionen, an welchen die Seitenoberflächen des Reaktionsgefäßes in Berührung mit den Wandoberflächen stehen. Die ersten Gasöffnungen sind zur Wandoberfläche an derselben Seite hin gerichtet.

Bei der Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages ist es wünschenswert, dass die mehreren Auslaßöffnungen vorhanden sind, und eine Saugvermögeneinstelleinheit zum Einstellen eines Saugvermögens durch jede Auslaßöffnung vorgesehen ist.

Weiterhin ist bei der Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages wünschenswert, dass eine zweite Gasöffnung zum Ausblasen eines Gasflusses oberhalb der Haltevorrichtung der Zielstange innerhalb des Reaktionsgefäßes und parallel zu einer oberen Oberfläche des Reaktionsgefäßes vorgesehen ist.

Weiterhin ist es bei der Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages wünschenswert, dass zumindest eine der Auslaßöffnungen oberhalb von Positionen angebracht ist, an denen die Glasteilchen-Synthesebrenner angeordnet sind.

Weiterhin ist es bei der Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages wünschenswert, dass die obere Oberfläche des Reaktionsgefäßes mit einer Schrägoberfläche versehen ist, deren Höhe mit konstanter Rate von der vorderen Oberfläche des Reaktionsgefäßes zur hinteren Oberfläche des Reaktionsgefäßes zunimmt, und zumindest eine der Auslaßöffnungen auf einem oberen Endabschnitt der hinteren Oberfläche des Reaktionsgefäßes vorgesehen ist.

Weiterhin ist es bei der Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages wünschenswert, dass eine Gasheizeinheit zum Erwärmen des Gases vorgesehen ist, das der Gasöffnung zugeführt werden soll.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Herstellungseinrichtung für einen Glasteilchenniederschlag gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gesehen von der Seite aus;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungseinrichtung für einen Glasteilchenniederschlag gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, gesehen von oben aus;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer Herstellungseinrichtung für einen Glasteilchenniederschlag gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, gesehen von oben aus;
Fig. 4A und 4B schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung einer Montageposition einer Fluideinstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine erläuternde Darstellung, die einen Fluß von Glasteilchen zeigt, die durch den Brenner innerhalb des Reaktionsgefäßes synthetisiert werden;
Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht einer Herstellungseinrichtung für einen Glasteilchenniederschlag gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, gesehen von der Seite aus;
Fig. 7A bis 7D erläuternde Ansichten zur Verdeutlichung der Montageposition der Fluideinstellvorrichtung innerhalb des Reaktionsgefäßes und eines Zustands des Fluidflusses, wenn das Reaktionsgefäß 4 von oben betrachtet wird;
Fig. 8A eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für die Herstellungseinrichtung für einen Glasteilchenniederschlag nach dem Stand der Technik, gesehen von der Seite aus; und
Fig. 8B eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für die Herstellungseinrichtung für einen Glasteilchenniederschlag nach dem Stand der Technik, gesehen von oben aus.
In den Fig. 1 bis 3 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in den Fig. 8A und 8B bezeichnet, und wird auf eine Beschreibung dieser selben Teile verzichtet. Der Pfeil in den Fig. 1 bis 3 gibt die Gasausblasrichtung an.
Eine Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlags gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist Glasteilchen-Synthesebrenner 2 auf, eine Halterungsstange 3, ein Reaktionsgefäß 4, eine Haltevorrichtung 6, einen Drehmechanismus 7, eine Hebevorrichtung 8, und Auslaßöffnungen 10 und 11, und wird dazu eingesetzt, Glasteilchen auf einer Außenumfangsoberfläche einer Zielstange 1 abzulagern. Das Reaktionsgefäß 4 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Innerhalb des Reaktionsgefäßes 4 wird die Zielstange 1 durch die Haltevorrichtung 6 gehaltert, die mit einem Endabschnitt der Halterungsstange 3 verbunden ist. Die Halterungsstange 3 erstreckt sich nach außerhalb des Reaktionsgefäßes 4. Der andere Endabschnitt der Halterungsstange ist mit dem Drehmechanismus 7 verbunden. Der Drehmechanismus 7 ist ebenfalls mit der Hebevorrichtung 8 zum Anheben der Zielstange 1 verbunden. Die mehreren Glasteilchen- Synthesebrenner 2 sind in regelmäßigen Abständen zur Zielstange 1 hin auf einer Seitenoberfläche 18 (nachstehend als die vordere Oberfläche bezeichnet) des Reaktionsgefäßes 4angeordnet. Die mehreren Auslaßöffnungen 10 und 11 sind auf der anderen Seitenoberfläche 15 (nachstehend als eine hintere Oberfläche) gegenüberliegend der vorderen Oberfläche 18 des Reaktionsgefäßes 4 angeordnet, und gegenüberliegend den Brennern 2, mit der Zielstange 1 dazwischen. Die Zielstange 1 wird um ihre Zentrumsachse durch den Drehmechanismus 7 zusammen mit der Halterungsstange 3 gedreht. Durch den kontinuierlichen Betrieb der Hebevorrichtung 8 und des Drehmechanismus 7 wird die Zielstange 1, während sie gedreht wird, nach oben oder unten bewegt, so dass Glasteilchen auf der Außenumfangsoberfläche der Zielstange 1 abgelagert werden.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung weist eine Fluideinstellvorrichtung 16 zur Einstellung des Flusses eines Fluids innerhalb des Reaktionsgefäßes 4 auf. Die Fluideinstellvorrichtung ist annähernd vertikal zu einer unteren Oberfläche 14 des Reaktionsgefäßes 4 angeordnet. Diese Fluideinstellvorrichtung 16 weist ein Paar von Wandoberflächen 16a und 16b zum Unterteilen der beiden Seitenoberflächen 19, 19 und der hinteren Oberfläche auf, die kontinuierlich mit beiden Seitenoberflächen 19, 19 des Reaktionsgefäßes 4 verläuft. Dieses Paar von Wandoberflächen 16a und 16b besteht aus einem Paar plattenförmiger Teile, die von der unteren Oberfläche 14 zu einer oberen Oberfläche 17 innerhalb des Reaktionsgefäßes 4 verlaufen. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform verlaufen die Wandoberflächen 16a und 16b der Fluideinstellvorrichtung 16 von beiden Seitenoberflächen 19, 19 des Reaktionsgefäßes 4 zu Endabschnitten der Auslaßöffnungen 10 und 11. Die Positionen A, A, an denen zwei Wandoberflächen 16a und 16b die Seitenoberflächen 19, 19 berühren, sind Montagepositionen auf den Seitenoberflächen 19, 19 der Fluideinstellvorrichtung 16. Wenn die Linien α' und β', welche diese beiden Montagepositionen und beide Endabschnitte der Auslaßöffnungen 10 und 11 verbinden, in Richtung nach außerhalb der Auslaßöffnungen verlängert werden, schneiden sich diese beiden Linien α' und β'. Der Winkel, der am Schnitt dieser beiden Linien α' und β' auftritt, ist als eingeschlossener Winkel θ zwischen zwei Wandoberflächen definiert. Durch Änderung der Montagepositionen A, A kann die Fluideinstellvorrichtung 16 auf einen frei wählbaren, eingeschlossenen Winkel θ eingestellt werden. Der eingeschlossene Winkel θ zwischen zwei Wandoberflächen 16a und 16b der Fluideinstellvorrichtung wird auf 90° oder weniger eingestellt, bevorzugt auf 30° bis 90°. In Fig. 1 sind eine Auslaßöffnung 11 und drei Auslaßöffnungen 10 dargestellt. Allerdings kann auch die Auslaßöffnung 11 nicht vorgesehen sein, abhängig von den Herstellungsbedingungen und der Konstruktion des Reaktionsgefäßes 4. Der Aufbau der Auslaßöffnungen 10 kann frei wählbar sein, auf solche Weise, dass mehrere Auslaßöffnungen in Richtung der Länge der Zielstange 1 vorgesehen sind, oder durchgehende Schlitze in Richtung der Länge der Zielstange 1 vorhanden sind. Es ist wünschenswert, mehrere Auslaßöffnungen vorzusehen, in einer Anzahl, die größer oder gleich der Anzahl an Brennern ist.
Die Montagepositionen A, A der Fluideinstellvorrichtung 16 werden folgendermaßen eingestellt. Die kürzere Entfernung zwischen der kürzesten Entfernung vom Zentrum (Drehachse) der Zielstange 1 zur Seitenoberfläche 19 des Reaktionsgefäßes 14 hin und der kürzesten Entfernung vom Zentrum (Drehachse der Zielstange) zur Wandoberfläche der Fluideinstellvorrichtung 16 wird mit L bezeichnet. Weiterhin wird der Außendurchmesser des Glasteilchenniederschlages 5 mit d bezeichnet. Die Fluideinstellvorrichtung 16 wird so eingestellt, dass L größer als d (L > d). Fig. 4A zeigt einen Fall, in welchem L die kürzeste Entfernung von der Drehachse der Zielstange 1 zur Wandoberfläche der Fluideinstellvorrichtung 16 ist. Fig. 4B zeigt einen Fall, in welchem L die kürzeste Entfernung von der Drehachse der Zielstange 1 zur Seitenoberfläche 19 des Reaktionsgefäßes 4 ist. Durch diese Fluideinstellvorrichtung 16 wird der Raum innerhalb des Reaktionsgefäßes 4 so ausgebildet, dass die Entfernung zwischen den Wandoberflächen der Fluideinstellvorrichtung 16 kleiner wird von der Montageposition der Seitenoberfläche 19 aus bis zur Auslaßöffnung.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Beispiel besteht die Fluideinstellvorrichtung 16 aus einem Paar plattenförmiger Teile zum Unterteilen des Reaktionsgefäßes 4 von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche. Allerdings ist es nicht erforderlich, dass diese Fluideinstellvorrichtung 16 das Reaktionsgefäß 4 vollständig von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche hin unterteilt. Insbesondere im Bodenabschnitt des Reaktionsgefäßes 4, in welchem der Fluß des Fluids ruhig ist, muß die Fluideinstellvorrichtung 16 nicht vorhanden sein. Weiterhin kann, anstatt getrennt die Fluideinstellvorrichtung 16 innerhalb des Reaktionsgefäßes 4 anzuordnen, das Reaktionsgefäß 4 eine solche Form aufweisen, dass es aus beiden Seitenoberflächen 19, 19 und zwei hinteren Seitenoberflächen 20, 20 besteht, die zwischen den Seitenoberflächen 19, 19 und der hinteren Oberfläche vorgesehen sind, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall werden die hinteren Seitenoberflächen 20 als die Wandoberflächen der Fluideinstellvorrichtung 16 verwendet.
Weiterhin weist die Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages gemäß der vorliegenden Erfindung Gasöffnungen 13 an Positionen auf, die näher an jener Oberfläche liegen, an welcher die Brenner angeordnet sind, als an der Montageposition in Berührung mit der Fluideinstellvorrichtung 16 auf der Seitenoberfläche 19, wie dies in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Die Gasöffnungen 13 sind symmetrisch in Bezug auf die Ebene angeordnet, welche die Zentrumsachsen der Brenner 2 und die Drehachse der Zielstange 1 enthält. Die Gasöffnungen 13 sind zur Fluideinstellvorrichtung 16 auf derselben Seite hin gerichtet, und blasen auf diese Art und Weise die saubere Luft oder ein Inertgas wie beispielsweise N₂ zur Gaseinstellvorrichtung 16 hin aus. Durch diesen Fluidfluß werden Glasteilchen, die sich nicht auf dem Glasteilchenniederschlag abgelagert haben, glatt durch die Auslaßöffnungen 10 und 11 ausgestoßen. Versuchsergebnisse ergaben, dass die Gasöffnungen 13 so nahe wie möglich an der Fluideinstellvorrichtung 16 angeordnet werden müssen, um den Ausstoßwirkungsgrad zu erhöhen.
Innerhalb des Reaktionsgefäßes 4 ist es erforderlich, einen gleichmäßigen Fluidfluß in Richtung von den Brennern 2 zu den Auslaßöffnungen 10 über die Gesamtlänge der Zielstange 1 auszubilden. Daher ist es wünschenswert, dass die Gasöffnung 13 das Gas zumindest über die Gesamtlänge der Zielstange 1 gleichmäßig ausstößt. Die Gasöffnung 13 kann eine frei wählbare Form aufweisen, bei welcher mehrere Gasausblaslöcher oder lange Schlitze parallel in Richtung der Achse der Zielstange 1 angeordnet sind. Es ist wünschenswert, dass eine Gasausblasdüse, die eine Anzahl an Gasausblaslöchern zum Ausblasen des Gases in derselben Richtung aufweist, parallel zur Drehachse der Zielstange 1 angeordnet ist, so dass die Gasausblaslöcher zur Fluideinstellvorrichtung 16 auf derselben Seite hin gerichtet sind. Unabhängig von der Form beträgt vorzugsweise die Flußgeschwindigkeit des Gases, das aus jeder Gasöffnung 13 ausgeblasen wird, 30 m pro Minute oder mehr.
Wenn keine Störungen vorhanden sind, steigt die Temperatur innerhalb des Reaktionsgefäßes 4 an, infolge der Wärme, die beim Synthetisieren der Glasteilchen erzeugt wird. Das Gas innerhalb des Reaktionsgefäßes 4 wird erwärmt, und fließt nach oben. Die Glasteilchen werden in diesem nach oben gerichteten Fluidfluß mitgerissen, und neigen zur Bewegung nach oben im Reaktionsgefäß 4, wie durch die Schraffur in Fig. 5 angedeutet ist. Es ist daher wünschenswert, dass zumindest eine der Auslaßöffnungen oberhalb der Anbringungspositionen der Brenner angeordnet ist.
Zusätzlich dass die Gasöffnung 13 nahe an der Seitenoberfläche 19 des Reaktionsgefäßes 4 angeordnet ist, ist vorzugsweise eine Gasöffnung 9 im oberen Teil des Reaktionsgefäßes 4 angeordnet. Die Gasöffnung 9 ist oberhalb der Haltevorrichtung 6 der Zielstange 1 angeordnet, und parallel zur oberen Oberfläche des Reaktionsgefäßes 4, wie dies in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Die Konstruktion und die Gasausblasmenge der Gasöffnung 9 können ebenso sein wie bei der Gasöffnung 13.
Die Gasöffnung 19, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist parallel zur oberen Oberfläche 17 des Reaktionsgefäßes 4 angeordnet, und parallel zur vorderen Oberfläche 18. Die Gasöffnung 19 ist eine Gasausblasdüse mit mehreren Gasausblaslöchern, die in Richtung parallel zur Seitenoberfläche 19 gerichtet sind. Ein Gasfluß, der eben ist, gesehen von oberhalb des Reaktionsgefäßes 4 aus, wird aus der Gasöffnung 9 ausgestoßen.
Es ist wünschenswert, dass die obere Struktur des Reaktionsgefäßes die obere Oberfläche 21 des Reaktionsgefäßes 4 aufweist, die mit einer Schrägoberfläche versehen ist, deren Höhe mit konstanter Rate zur hinteren Oberfläche 15 des Reaktionsgefäßes 4 hin zunimmt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Weiterhin ist zumindest eine der Auslaßöffnungen vorzugsweise in einem oberen Endabschnitt der hinteren Oberfläche 15 vorgesehen, wie die Auslaßöffnung 11 von Fig. 6. Da die obere Oberfläche 21 des Reaktionsgefäßes 4 zur Auslaßöffnung 11 hin allmählich ansteigt, bleiben Glasteilchen nicht in dem oberen Abschnitt des Reaktionsgefäßes 4, und werden aus der Auslaßöffnung 11 ausgestoßen. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, dass das Reaktionsgefäß 4 sauber gehalten werden kann. Der Neigungswinkel α der oberen Oberfläche 21 des Reaktionsgefäßes 4 in Bezug auf die Oberfläche senkrecht zur Drehachse der Zielstange 1 beträgt vorzugsweise 10° bis 30°, und bevorzugter 15° bis 25°.
Die Herstellungseinrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 weist eine Gasöffnung 12 zur Druckeinstellung in jeder der Gasauslaßöffnungen 10, 11 auf. Die Gasöffnung 12 für die Druckeinstellung kann das Saugvermögen jeder Auslaßöffnung einstellen. Durch die Gasöffnung 12 wird der Gasfluß gleichförmig über die Gesamtlänge der Zielstange 1, wodurch ein Glasteilchenniederschlag mit gleichmäßiger Form zur Verfügung gestellt wird.
Weiterhin ist wünschenswert, dass eine Gasheizeinheit wie beispielsweise eine Heizschlange (nicht dargestellt) zum Erwärmen des Gases vorgesehen ist, das den Gasöffnungen 9 und 13 zugeführt werden soll, und erwärmtes Gas in das Reaktionsgefäß eingelassen wird. Hierdurch ist es möglich, einen Bruch oder ein Abschälen bei der Glasteilchenniederschlagschicht zu verhindern, was dann auftreten könnte, wenn Gas auf niedriger Temperatur in das Reaktionsgefäß eingelassen wird, so dass sich die Temperaturverteilung des Glasteilchenniederschlages ändert.
Bei der Herstellungseinrichtung von Fig. 1 besteht das Gas, das aus der Gasöffnung ausgestoßen wird, vorzugsweise aus einem Gasfluß in Querrichtung und einem Gasfluß nach unten. Die Glasteilchen, die durch die Brenner synthetisiert werden, bewegen sich nach oben, zusammen mit dem Fluß des Fluids innerhalb des Reaktionsgefäßes 4. Der abwärts gerichtete Gasfluß aus der Gasöffnung 9 verringert den Anstieg von Glasteilchen. Der Gasfluß in Querrichtung der Gasöffnung 9 bläst ansteigende Glasteilchen weg. Auf diese Weise werden, mit Hilfe des Gasflusses aus der Gasöffnung 9, die Glasteilchen verringert, die am oberen Abschnitt des Reaktionsgefäßes anhaften. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Glasteilchen am oberen Abschnitt des Reaktionsgefäßes anhaften, und einen Klumpen bilden, der sich lösen kann, und auf die Oberfläche des Glasteilchenniederschlages fallen kann, der hergestellt wird. Auf diese Weise wird die Qualität des Glasteilchenniederschlages ohne Beeinträchtigung aufrechterhalten.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 7A bis 7D werden nachstehend Versuchsergebnisse beschrieben, welche die Montageposition der Fluideinstellvorrichtung 16 und den Flußzustand des Fluids in der Herstellungseinrichtung gemäß der Erfindung betreffen. In den Fig. 7A bis 7D weist das Reaktionsgefäß 4 einen rechteckigen Querschnitt auf, und sind die Auslaßöffnungen 10 auf der hinteren Oberfläche 15 des Reaktionsgefäßes 4 angeordnet. Die Wandoberflächen 16a und 16b der Fluideinstellvorrichtung 16 bestehen aus einem Paar plattenförmiger Teile zum Unterteilen des Reaktionsgefäßes 4, und gehen von beiden Seiten der Auslaßöffnungen 10 so aus, dass sie in Berührung mit der Seitenoberfläche 19 des Reaktionsgefäßes 4 stehen. An den Positionen symmetrisch in Bezug auf die Ebene P, welche die Zentrumsachsen der Brenner 2 und die Drehachse der Zielstange 1 aufweist, ist ein Paar von Gasöffnungen 13 in der Nähe der Seitenoberfläche 19 angeordnet. Die Gasöffnungen 19 sind in Richtung der Länge der Zielstange 1 angeordnet.
Fig. 7 ist ein Beispiel dafür, dass L größer als d, jedoch der eingeschlossene Winkel θ der Fluideinstellvorrichtung 16 größer als 90° ist. Bei diesem Beispiel für die voranstehend geschilderte Konstruktion bildet dann, wenn das Gas von einer Gasöffnung 19 zur Wandoberfläche auf derselben Seite ausgestoßen wird (beispielsweise von der Gasöffnung 13a zur Wandoberfläche 16a), ein Teil des Gases Wirbel. Durch diese Gaswirbel tritt der Effekt auf, dass schwebende Glasteilchen zum Glasteilchenniederschlag zurückkehren, was ein glattes Ausstoßen schwierig macht.
Fig. 7D ist ein Beispiel, bei welchem der eingeschlossene Winkel θ der Fluideinstellvorrichtung 16 90° oder weniger beträgt, und L größer ist als d. Bei dem Beispiel mit diesem Aufbau wird kein Wirbel hervorgerufen, wenn das aus einer Gasöffnung 19 zur Wandoberfläche auf derselben Seite ausgestoßene Gas gleichmäßig in Richtung zu den Auslaßöffnungen 10 fließt. Daher wurden schwebende Glasteilchen glatt ausgestoßen.
Fig. 7B ist ein Beispiel, bei welchem die Wandoberflächen 16a' und 16b' der Fluideinstellvorrichtung 16 auf der Seite der Gasöffnung 13 nach außen gebogen sind, der eingeschlossene Winkel θ der Wandoberflächen 16a und 16b der Fluideinstellvorrichtung 16 an der Seite der Auslaßöffnungen 10 90° oder weniger beträgt, und L größer ist als d. Bei dem Beispiel mit diesem Aufbau weist die Fluideinstellvorrichtung 16 vier Wandoberflächen auf. Es trat ein Wirbelfluß auf der Seitenoberfläche 19 in der Nähe der Wandoberflächen 16a' und 16b' auf, was das glatte Ausstoßen des Gases verhinderte. Weiterhin ist Fig. 7C ein Beispiel, bei welchem der eingeschlossene Winkel θ der Fluideinstellvorrichtung 16 90° oder weniger beträgt, L größer ist als d, und das Gas von einer Gasöffnung 13 zur Wandoberfläche auf jener Seite ausgestoßen wird, an welcher die andere Gasöffnung 13 angeordnet ist (beispielsweise von der Gasöffnung 13a zur Wandoberfläche 16b hin). Bei dem Beispiel mit diesem Aufbau trat ein Wirbelfluß in der Nähe des Zentrumsabschnitts des Reaktionsgefäßes 4 auf, wodurch das glatte Ausstoßen schwebender Glasteilchen schwierig wurde.
Die Erfindung wurde voranstehend hauptsächlich in Bezug auf eine Herstellungseinrichtung des Längstyps beschrieben, bei welcher der Glasteilchen-Synthesebrenner und die Zielstange in Vertikalrichtung relativ zueinander bewegt werden, kann jedoch bei einer Herstellungseinrichtung des Quertyps eingesetzt werden.

Beispiel 1

Der Glasteilchenniederschlag wurde unter Verwendung des rechteckigen Reaktionsgefäßes 4 hergestellt, das in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Das Reaktionsgefäß 4 wies eine Länge von 1000 mm und eine Breite von 700 mm im Querschnitt auf. Drei Brenner 2 waren in einem Abstand von 200 mm angeordnet. Drei Auslaßöffnungen 10 waren in demselben Abstand wie die Brenner angeordnet. Die niedrigste Auslaßöffnung wurde ebenso hoch wie der mittlere Brenner angebracht, und die Auslaßöffnung 11 war am oberen Ende des Reaktionsgefäßes vorgesehen. Als Fluideinstellvorrichtung 16 wurde ein Paar plattenförmiger Teile in Längsrichtung des Reaktionsgefäßes angeordnet. Der eingeschlossene Winkel θ der Fluideinstellvorrichtung 16 betrug 80°. Der Wert für L als kürzeste Entfernung zwischen der Zielstange 1 und der Seitenoberfläche 19 des Reaktionsgefäßes betrugt in diesem Fall 350 mm.
Zwei Gasausblasdüsen wären direkt in der Nähe der Montageposition an der Seitenoberfläche 19 angebracht, an welcher die Fluideinstellvorrichtung in Berührung mit der Seitenoberfläche 19 steht. Die Gasausblasdüsen wiesen 300 Gasausblaslöcher mit einem Durchmesser von 1 mm und einem Abstand von 5 mm auf. Die Gasausblasdüse war so angebracht, dass die Gasausblaslöcher auf die Mitte der Wandoberfläche an derselben Seite gerichtet waren. Der Bereich, in welchem sich der Glasteilchenniederschlag 5, der hergestellt wurde, hin- und herbewegen konnte, lag in jenem Bereich, in welchem Gasausblaslöcher vorhanden waren. Die Gasausblasdüse als Gasöffnung 9 war oberhalb der Haltevorrichtung 6 der Zielstange 1 für das Reaktionsgefäß 4 angeordnet, und parallel zur oberen Oberfläche des Reaktionsgefäßes 4. Die Gasausblasdüse wies 140 Gasausblaslöcher mit einem Durchmesser von 1 mm in einem Abstand von 5 mm auf. Die Gasausblaslöcher waren so gerichtet, dass ein ebener Gasfluß parallel zur oberen Oberfläche des Reaktionsgefäßes 4 ausgestoßen wurde.
In Bezug auf die Synthesebedingungen für die Glasteilchen wurde ein Glasrohmaterialgas, Wasserstoffgas, Sauerstoffgas und Argongas mit einer Rate von 12 l pro Minute insgesamt von den Brennern geliefert, und wurde saubere Luft auf Zimmertemperatur in die Gasöffnungen 9 und 13 mit einer Flußrate von 1 l pro Minute für jedes Gasausblasloch eingelassen. Das Volumen des Reaktionsgefäßes 4 betrug 3000 l, und das gesamte Gassaugvermögen betrug 3000 l pro Minute.
Unter diesen Bedingungen wurde der Glasteilchenniederschlag mit einer Länge von 600 mm und einem Durchmesser von 200 mm hergestellt. Kein Klumpen aus Glasteilchen haftete an der Innenseite des Reaktionsgefäßes an, und fiel herunter. Obwohl bei einem von zehn hergestellten Glasteilchenniederschlägen ein Bruch beobachtet wurde, von dem angenommen wurde, dass er infolge der eingelassenen Luft auf Zimmertemperatur auftrat, wurden Glasteilchenniederschläge mit hervorragender Form und glatter Oberfläche erhalten. Die Glasteilchenniederschläge ohne Bruch wurden in einem Ofen verglast, der auf hoher Temperatur gehalten wurde, beispielsweise 1500°C, so dass ein hervorragender Vorformling ohne Unregelmäßigkeiten und Blasen erhalten werden konnte.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde ein Glasteilchenniederschlag auf dieselbe Weise wie beim Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme der Tatsache, dass das Reaktionsgefäß mit dem in den Fig. 7A, 7B und 7C dargestellten Querschnitt eingesetzt wurde. Es stellte sich heraus, dass Glasteilchen innerhalb des Reaktionsgefäßes anhafteten, und ein Klumpen aus Glasteilchen herunterfiel, während der Glasteilchenniederschlag erzeugt wurde. Die Oberfläche des erhaltenen Glasteilchenniederschlages wies eine außen unregelmäßige Form auf. Dieser Glasteilchenniederschlag wurde innerhalb des auf hoher Temperatur gehaltenen Ofens verglast. Es stellt sich heraus, dass die hergestellten Vorformlinge Unregelmäßigkeiten oder Blasen aufwiesen, welche den Unregelmäßigkeiten des Glasteilchenniederschlages entsprachen, und dass alle zehn erzeugten Vorformlinge defekt waren.

Beispiel 2

Der Glasteilchenniederschlag wurde auf dieselbe Art und Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme der Tatsache, dass der obere Abschnitt des Reaktionsgefäßes einen Aufbau wie in Fig. 6 gezeigt aufwies (Neigungswinkel α = 20° für die obere Oberfläche des Reaktionsgefäßes). In diesem Fall wurde ein Glasteilchenniederschlag mit hervorragender Form und hervorragendem Erscheinungsbild erhalten, ohne ein Herunterfallen eines Klumpens aus Glasteilchen, die innerhalb des Reaktionsgefäßes anhafteten. Dieser Glasteilchenniederschlag wurde innerhalb des auf hoher Temperatur gehaltenen Ofens verglast, wodurch hervorragende Vorformlinge ohne Unregelmäßigkeiten und Blasen erhalten werden konnten.

Beispiel 3

Der Glasteilchenniederschlag wurde auf dieselbe Art und Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme der Tatsache, dass die saubere Luft, die in das Reaktionsgefäß eingelassen wurde, auf 200°C erwärmt wurde. Es wurde kein Bruch in einem von zehn hergestellten Glasteilchenniederschlägen festgestellt. Diese Glasteilchenniederschläge wurden innerhalb des auf hohe Temperatur gehaltenen Ofens verglast, wodurch hervorragende Vorformlinge ohne Unregelmäßigkeiten erhalten werden konnten.

Beispiel 4

Der Glasteilchenniederschlag wurde unter Verwendung des Reaktionsgefäßes hergestellt, welches eine unterschiedliche Form der inneren Oberfläche aufwies, durch Änderung des eingeschlossenen Winkels θ von Fig. 2. Der eingeschlossene Winkel θ wurde von 20° bis 110° geändert, und die anderen Bedingungen waren ebenso wie beim Beispiel 1. Da es schwierig ist, die Entfernung zwischen dem Glasteilchenniederschlag und der Wandoberfläche im Bereich von θ < 30° zu erhöhen, konnte nur ein Glasteilchenniederschlag mit einem kleinen Durchmesser erhalten werden, was ineffizient war. Weiterhin war im Bereich von θ > 90° der Ausstoßwirkungsgrad niedrig, und zeigten sich Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Glasteilchenniederschlages. Im Bereich von 30° ≤ θ ≤ 90° wiesen der hergestellte Glasteilchenniederschlag und der Vorformling, der durch Verglasung des Glasteilchenniederschlages erhalten wurde, keine Unregelmäßigkeiten auf, und waren hervorragend.
Bei der Einrichtung zur Herstellung des Glasteilchenniederschlages gemäß der Erfindung ist der Fluß des Fluids innerhalb des Reaktionsgefäßes glatt, und wurden schwebende Stäube, die überschüssige Glasteilchen enthielten, die nicht auf dem Glasteilchenniederschlag abgelagert wurden, wirksam und schnell ausgestoßen, wodurch ein hervorragender Glasteilchenniederschlag ohne Unregelmäßigkeiten erhalten werden konnte. Wenn das erwärmte Gas ausgestoßen wurde, war es möglich, das Auftreten von Brüchen in dem Glasteilchenniederschlag infolge auf niedriger Temperatur eingelassenen Gases zu verhindern.

Claims

1. Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages, welche aufweist:
ein Reaktionsgefäß;
eine Haltevorrichtung zum Haltern einer Zielstange innerhalb des Reaktionsgefäßes;
mehrere Glasteilchen-Synthesebrenner, die auf einer vorderen Oberfläche des Reaktionsgefäßes angeordnet sind, und auf eine Außenumfangsoberfläche der Zielstange gerichtet sind, wobei die Brenner oder die Zielstange eine Relativbewegung parallel zur Drehachse der Zielstange durchführen können, die Brenner Glasteilchen synthetisieren, und diese auf die Außenumfangsoberfläche der Zielstange ausstoßen;
zumindest eine Auslaßöffnung, die auf hinteren Oberfläche des Reaktionsgefäßes vorgesehen ist;
eine Fluideinstellvorrichtung, die zwei Wandoberflächen aufweist, die von beiden Seiten der Auslaßöffnung ausgehen, und in Berührung mit zwei Seitenoberflächen des Reaktionsgefäßes stehen, mit einem eingeschlossenen Winkel der beiden Wandoberflächen von 90° oder weniger; und
mehrere erste Gasöffnungen, die an Positionen symmetrisch in Bezug auf eine Ebene angeordnet sind, welche die zentralen Achsen der Brenner und die Drehachse der Zielstange aufweist, wobei diese Positionen näher an der Seite der vorderen Oberfläche des Reaktionsgefäßes liegen als Positionen, an welchen die Seitenoberflächen des Reaktionsgefäßes in Berührung mit den Wandoberflächen stehen, und die Öffnungen auf die Wandoberfläche an derselben Seite hin gerichtet sind;
wobei dann, wenn eine kürzere Entfernung zwischen einer ersten kürzesten Entfernung von der Drehachse der Zielstange zur Seitenoberfläche des Reaktionsgefäßes und einer zweiten kürzesten Entfernung von der Drehachse der Zielstange zur Wandoberfläche mit L bezeichnet ist, und ein Außendurchmesser des Glasteilchenniederschlages, der auf der Zielstange abgelagert wird, mit d bezeichnet wird, die folgende Beziehung L > d erfüllt ist.

2. Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugvermögeneinstelleinheit vorgesehen ist, um das Saugvermögen der Auslaßöffnung einzustellen, wobei die Saugvermögeneinstelleinheit das Saugvermögen jeder Auslaßöffnung einstellt, wenn mehrere Auslaßöffnungen vorgesehen sind.

3. Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Gasöffnung an einer Position oberhalb der Haltevorrichtung auf der vorderen Oberfläche des Reaktionsgefäßes und parallel zu einer oberen Oberfläche des Reaktionsgefäßes vorgesehen ist.

4. Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Auslaßöffnungen oberhalb von Positionen angeordnet ist, an denen die Brenner vorgesehen sind.

5. Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgefäß eine obere Oberfläche mit einer Schrägoberfläche aufweist, deren Höhe mit konstanter Rate von der vorderen Oberfläche des Reaktionsgefäßes zur hinteren Oberfläche ansteigt, und zumindest eine der Auslaßöffnungen auf einem oberen Endabschnitt der hinteren Oberfläche des Reaktionsgefäßes angeordnet ist.

6. Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasheizeinheit zum Erwärmen des Gases vorgesehen ist, das den ersten oder zweiten Gasöffnungen zugeführt werden soll.

7. Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeschlossene Winkel der beiden Wandoberflächen 30° oder größer ist.

8. Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wandoberflächen ein Paar plattenförmiger Teile aufweisen, die in Längsrichtung des Reaktionsgefäßes verlaufen.

9. Einrichtung zur Herstellung eines Glasteilchenniederschlages nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen der Schrägoberfläche und einer Fläche senkrecht zur Drehachse der Zielstange nicht kleiner als 10° ist, jedoch nicht größer als 30°.