-
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 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:
-
1 eine
schematische Querschnittsansicht einer Herstellungseinrichtung für einen
Glasteilchenniederschlag gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, gesehen von der Seite aus;
-
2 eine
schematische Querschnittsansicht der Herstellungseinrichtung für einen Glasteilchenniederschlag
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, gesehen von oben aus;
-
3 eine
schematische Querschnittsansicht einer Herstellungseinrichtung für einen
Glasteilchenniederschlag gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung, gesehen von oben aus;
-
4A und 4B schematische
Querschnittsansichten zur Erläuterung
einer Montageposition einer Fluideinstellvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
5 eine
erläuternde
Darstellung, die einen Fluß von
Glasteilchen zeigt, die durch den Brenner innerhalb des Reaktionsgefäßes synthetisiert werden;
-
6 eine
schematische Querschnittsansicht einer Herstellungseinrichtung für einen
Glasteilchenniederschlag gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung, gesehen von der Seite aus;
-
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;
-
8A eine
schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für die Herstellungseinrichtung für einen Glasteilchenniederschlag
nach dem Stand der Technik, gesehen von der Seite aus; und
-
8B eine
schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für die Herstellungseinrichtung für einen
Glasteilchenniederschlag nach dem Stand der Technik, gesehen von
oben aus.
-
In
den 1 bis 3 sind gleiche Teile mit denselben
Bezugszeichen wie in den 8A und 8B bezeichnet,
und wird auf eine Beschreibung dieser selben Teile verzichtet. Der
Pfeil in den 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 4 angeordnet. 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 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 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 Auslaßöf-fnungen
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). 4A zeigt
einen Fall, in welchem L die kürzeste
Entfernung von der Drehachse der Zielstange 1 zur Wandoberfläche der
Fluideinstellvorrichtung 16 ist. 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 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 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 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 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 1 und 2 gezeigt
ist. Die Konstruktion und die Gasausblasmenge der Gasöffnung 9 können ebenso sein
wie bei der Gasöffnung 13.
-
Die
Gasöffnung 9,
die in den 1 und 2 gezeigt
ist, ist parallel zur oberen Oberfläche 17 des Reaktionsgefäßes 4 angeordnet,
und parallel zur vorderen Oberfläche 18.
Die Gasöffnung 9 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 6 gezeigt ist. Weiterhin ist
zumindest eine der Auslaßöffnungen vorzugsweise
in einem oberen Endabschnitt der hinteren Oberfläche 15 vorgesehen,
wie die Auslaßöffnung 11 von 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 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 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 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 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 13 sind
in Richtung der Länge
der Zielstange 1 angeordnet.
-
7A 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 13 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.
-
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 13 zur
Wandoberfläche
auf derselben Seite ausgestoßene
Gas gleichmäßig in Richtung
zu den Auslaßöffnungen 10 fließt. Daher
wurden schwebende Glasteilchen glatt ausgestoßen.
-
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 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 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
waren 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 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 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 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.