JP2008179517A - Apparatus and method for producing glass preform - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、縦型の炉心管を用いたガラス母材の製造装置及び製造方法に関する。 The present invention relates to a glass base material manufacturing apparatus and method using a vertical furnace core tube.
光ファイバの製造などに使用されるガラス母材は、VAD法やOVD法などによりガラス微粒子堆積体(多孔質ガラス母材)を生成し、その後、このガラス微粒子堆積体を加熱処理して脱水及び透明ガラス化を行い製造されている。更に必要に応じて、透明ガラス化後にアニール等の加熱処理を行う場合もある。これら加熱処理の工程では、脱水、透明ガラス化などの処理内容に応じて雰囲気ガスを選択して使用している。例えば、第1加熱処理では、Heと脱水ガス(塩素系ガスなど)を用いてガラス微粒子堆積体を脱水し、続く第2加熱処理では、Heのみの雰囲気で、脱水後のガラス微粒子堆積体を透明ガラス化している。 A glass base material used for optical fiber production or the like generates a glass fine particle deposit (porous glass base material) by a VAD method, an OVD method or the like. It is manufactured by transparent vitrification. Furthermore, if necessary, a heat treatment such as annealing may be performed after forming the transparent glass. In these heat treatment steps, an atmospheric gas is selected and used according to the content of treatment such as dehydration and transparent vitrification. For example, in the first heat treatment, the glass fine particle deposit is dehydrated using He and a dehydrating gas (such as a chlorine-based gas), and in the subsequent second heat treatment, the dehydrated glass fine particle deposit is obtained in an atmosphere containing only He. Transparent glass.
ガラス母材の製造装置を用いた加熱処理の具体的な方法としては、
(1)支持棒で支持されたガラス微粒子堆積体を炉心管内につり下げ、ガラス微粒子堆積体を塩素系ガス雰囲気下で脱水し、さらに不活性ガス雰囲気下もしくは不活性ガスと塩素系ガスの混合雰囲気下で透明ガラス化するか、あるいは、
(2)塩素系ガスで同じように脱水後、プロファイル(屈折率)調整のためSiF4などのガスを用いてF添加を行い、その後、不活性ガス雰囲気下、もしくは不活性ガスとハロゲン系ガスの混合雰囲気下で透明ガラス化する、
などが知られている。
As a specific method of heat treatment using a glass base material manufacturing apparatus,
(1) The glass particulate deposit supported by the support rod is suspended in the core tube, the glass particulate deposit is dehydrated in a chlorine-based gas atmosphere, and further mixed in an inert gas atmosphere or an inert gas and a chlorine-based gas. Or transparent vitrification in the atmosphere, or
(2) After dehydration in the same manner with a chlorine-based gas, F is added using a gas such as SiF 4 to adjust the profile (refractive index), and then in an inert gas atmosphere or an inert gas and a halogen-based gas. Transparent vitrification in a mixed atmosphere of
Etc. are known.
ところで、このような方法の場合、ガラス母材の製造装置から腐食性ガス(塩素系ガス、フッ素系ガスなどのハロゲン系ガス)が漏れると、製造装置が設置された室内の各装置の金属部品を腐食させ、室内雰囲気中の金属系ダスト量が増加する場合がある。通常、この種の製造装置はガラス微粒子堆積体を製造するガラス微粒子堆積装置などと同じ室内に設置されている場合が多いが、室内の金属系ダスト量が増加すると、ガラス微粒子(スート)の堆積中に室内雰囲気中の金属系ダストがガラス微粒子堆積装置内に混入し、最終的に得られるガラス母材中に金属不純物が混入することとなる。また、脱水或いはFを添加してプロファイル(屈折率)調整を行う場合、炉外の空気中の水分を巻き込むと、脱水不良を生じるなどの不都合ももたらすことがある。 By the way, in the case of such a method, if corrosive gas (halogen-based gas such as chlorine-based gas or fluorine-based gas) leaks from the glass base material manufacturing device, the metal parts of each device in the room where the manufacturing device is installed The amount of metal dust in the indoor atmosphere may increase. Normally, this type of production equipment is often installed in the same room as the glass fine particle deposition equipment that produces glass fine particle deposits. However, as the amount of metallic dust in the room increases, glass fine particles (soot) accumulate. Metal dust in the room atmosphere is mixed in the glass fine particle deposition apparatus, and metal impurities are mixed in the glass base material finally obtained. In addition, when adjusting the profile (refractive index) by adding dehydration or F, if moisture in the air outside the furnace is involved, dehydration failure may occur.
通常、ガラス母材の製造装置からこの装置を設置している室内へ流出する腐食性ガスの大部分は、炉心管の上蓋の、支持棒が挿入されている部分などから流出することが多い。そこで、炉外からの金属系ダスト及び水分などの混入を防止するのと同時に、腐食性ガスの炉外への流出を防止する手段として、支持棒の外周を覆う形で炉心管の上蓋を多層構造の円筒管で構成したものなどが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Usually, most of the corrosive gas flowing out from the glass base material manufacturing apparatus into the room in which the apparatus is installed often flows out from the portion of the upper cover of the core tube where the support rod is inserted. Therefore, as a means to prevent the entry of metallic dust and moisture from the outside of the furnace and at the same time to prevent the corrosive gas from flowing out of the furnace, the upper cover of the core tube is covered with a multilayer covering the outer periphery of the support rod. The thing etc. which comprised the cylindrical tube of a structure are proposed (for example, refer patent document 1).
これについて、以下に図面を参照しながら説明する。
図5は、ガラス微粒子堆積体焼結用の炉心管の上蓋構造の一例を示すものであり、この上蓋は、炉心管100の上端に取り付けた略円筒形を有するシール構造を有するものであって、3つの小室110,120,130を設けており、天面をなすつば140と最下面をなすつば150には支持棒160が貫通するための孔を有している。
This will be described below with reference to the drawings.
FIG. 5 shows an example of an upper cover structure of a core tube for sintering a glass particle deposit, and this upper cover has a seal structure having a substantially cylindrical shape attached to the upper end of the
各小室110,120,130には、支持棒160に遊嵌する気密リング111,121,131が移動自在に挿入される。この気密リング111,121,131は、小室110,120,130内において、各々一定範囲内で移動可能に挿入されている。このため、支持棒160は、自由に上下動し、回転でき、支持棒160が振動や炉心管中心軸とのズレにより水平方向に動いたとしても、その動きに伴って気密リング111,121,131も移動できる。
In each of the
また、排気ガスポート112を有する小室110に挿入される気密リング111のみが、その下面に中心部から周方向に向かう溝状のガス通路111Aを設けている。更に、シールガス導入ポート122を有する小室120の上段に設ける小室130は、シールガスを導入又は排出するポート(ガスポート)を持たず、小室130内に挿入された気密リング131にも周方向の溝状のガス通路を設けない。これにより、気密性を向上して外気の巻き込みを遮断する。また、排気ガスポート112を有する小室110とシールガス導入ポート122を有する小室120の間のコンダクタンスを小さくすることにより、各室の間の圧力差を確保すると同時に、小室110の排気ガスポート112からのワークガスの排出は気密リング111下面の周方向の溝111Aにより十分に行なうことができる。
Further, only the
このように、上記の上蓋では、排気ガスポート112を有する小室110と、シールガス導入ポート122を有する小室120とを有するので、小室120にてシールガス導入ポート122からシールガスを導入し、小室110にて、シールガス導入ポート122からのシールガスとともに炉心管100内からの腐食性ガスなどを排気ガスポート112から図示外のスクラバヘ排出できる。また、小室130は、シールガスを導入又は排出するポート(ガスポート)を持たないので、小室110,120への外気の巻き込みを遮断して、気密性を高めることができる。
As described above, the upper lid has the
近年、ガラス母材の大型化及びこれに伴う炉心管の内径拡大、それによる容積増大により、炉心管の高温部から上蓋に達する輻射光が増大するため、通常使用するものに比べて内径が拡大した炉心管を使用する場合には、多量の輻射熱が上蓋へ伝わり、上蓋の温度が上昇してしまう。その結果、上蓋から外部へ排気するときのガスの排気温度が過度に上昇しやすい。また、炉心管内のガスが上昇して上蓋へ流れる際に、炉心管の内径拡大のために炉心管内壁に接触して冷却される度合いも減少するので、温度が高いまま上昇し上蓋の方へ移動する傾向が強まる。このため、上蓋内部の温度がますます上昇してしまう。
このような上蓋内部のガス温度上昇は、上蓋の排気下流側に設けた排気管などの設備での温度増大につながる。その結果、その排気管などに使用する材質については、ニッケル合金などの耐熱性の高いものに制約され、コストアップを招いてしまう。
In recent years, due to the increase in the size of the glass base material and the accompanying increase in the inner diameter of the core tube and the increase in the volume, the amount of radiant light reaching the upper lid from the high temperature part of the core tube has increased. When the core tube is used, a large amount of radiant heat is transmitted to the upper lid, and the temperature of the upper lid is increased. As a result, the exhaust temperature of the gas when exhausting from the upper lid to the outside tends to rise excessively. In addition, when the gas in the core tube rises and flows to the top cover, the degree of cooling by contacting the inner wall of the core tube to reduce the inner diameter of the core tube decreases, so the temperature rises and moves toward the top cover. The tendency to move increases. For this reason, the temperature inside the upper lid increases more and more.
Such a rise in the gas temperature inside the upper lid leads to an increase in temperature in equipment such as an exhaust pipe provided on the exhaust downstream side of the upper lid. As a result, the material used for the exhaust pipe or the like is restricted by a highly heat-resistant material such as a nickel alloy, resulting in an increase in cost.
また、ガラス母材の大型化及びこれに伴う設備の大型化などにより、炉内ガスの給排気量が増加している。その結果、上蓋のガス給排気口近傍でのガス流速の増大が、上蓋内の周方向などでの局所的な圧力変動をもたらし、炉内のさらなる圧力変動につながっている。このように、炉内の圧力変動が増大すると、例えばガラス母材の製造装置から腐食性ガスが室内に漏出したり、外気の巻き込みに起因する残存水分量の増加等のガラス母材の特性悪化が顕在化するなど、各種の不都合をもたらす。 In addition, the amount of gas supplied to and exhausted from the furnace is increasing due to the increase in the size of the glass base material and the accompanying increase in the size of the equipment. As a result, an increase in the gas flow velocity in the vicinity of the gas supply / exhaust port of the upper lid causes local pressure fluctuations in the circumferential direction and the like in the upper lid, leading to further pressure fluctuations in the furnace. In this way, when the pressure fluctuation in the furnace increases, for example, corrosive gas leaks from the glass base material manufacturing apparatus into the room or the residual water content increases due to the entrainment of outside air, resulting in deterioration of the characteristics of the glass base material. Causes various inconveniences such as the manifestation of.
本発明は、上蓋から外部へ排気するガスの温度上昇を回避することができるとともに、上蓋の内圧変動を抑えて炉心管内の圧力を安定化させることができるガラス母材の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a glass base material manufacturing apparatus and manufacturing method capable of avoiding a rise in the temperature of gas exhausted from the upper lid to the outside and stabilizing the pressure in the furnace core tube while suppressing fluctuations in the internal pressure of the upper lid. The purpose is to provide.
上記課題を解決することのできる本発明に係るガラス母材の製造装置は、被加熱物を縦型の炉心管内で加熱するガラス母材の製造装置であって、前記被加熱物を支持する支持棒が貫通する挿通口が設けられ前記炉心管の上部に取り付けられる上蓋は、前記支持棒に沿った上下方向に3層以上の複数の部屋を備え、前記部屋の各々は、外周部にガスポートを有するとともに、前記ガスポートと前記挿通口との間に前記挿通口と同心状の隔壁を有することを特徴とする。ここで、被加熱物としてはガラス微粒子堆積体、既に透明ガラス化されたガラス母材中間体の双方の場合を含む。 An apparatus for producing a glass base material according to the present invention capable of solving the above problems is a glass base material production apparatus for heating an object to be heated in a vertical furnace core tube, and supports the object to be heated. An upper lid that is provided with an insertion port through which a rod passes and is attached to the upper portion of the core tube includes a plurality of rooms of three or more layers in the vertical direction along the support rod, and each of the chambers has a gas port on the outer periphery. And having a partition wall concentric with the insertion port between the gas port and the insertion port. Here, examples of the object to be heated include a case of both a glass fine particle deposit and a glass base material intermediate that has already been made into a transparent glass.
また、前記隔壁は、前記挿通口と同心状の周方向に連続し、かつ前記部屋内の上下方向を部分的に覆うように形成されていることが好ましい。
もしくは、前記隔壁は、前記挿通口と同心状の周方向に断続的に形成されていることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the said partition is formed so that it may continue in the circumferential direction concentric with the said insertion port, and may partially cover the up-down direction in the said room.
Or it is preferable that the said partition is intermittently formed in the circumferential direction concentric with the said insertion port.
上記課題を解決することのできる本発明に係るガラス母材の製造方法は、被加熱物を縦型の炉心管内で加熱するガラス母材の製造方法であって、前記被加熱物を支持する支持棒が貫通する挿通口が設けられ前記炉心管の上部に取り付けられる上蓋は、前記支持棒に沿った上下方向に3層以上の複数の部屋を備え、前記部屋の各々は、外周部にガスポートを有するとともに、前記ガスポートと前記挿通口との間に前記挿通口と同心状の隔壁を有しており、各層の前記部屋に対して、各々の前記ガスポートを介して、最下層から上層に向かって順に不活性ガスの導入とガスの排気とを交互に行うことを特徴とする。 A method for producing a glass base material according to the present invention that can solve the above-described problem is a method for producing a glass base material that heats an object to be heated in a vertical furnace core tube, and supports the object to be heated. An upper lid that is provided with an insertion port through which a rod passes and is attached to the upper portion of the core tube includes a plurality of rooms of three or more layers in the vertical direction along the support rod, and each of the chambers has a gas port on the outer periphery. And having a partition wall concentric with the insertion port between the gas port and the insertion port, with respect to the room of each layer, through the gas port, from the lowermost layer to the upper layer In this case, the introduction of the inert gas and the exhaust of the gas are alternately performed in this order.
また、最下層の前記部屋に導入する不活性ガスには、Heガスを用いることが好ましい。 Moreover, it is preferable to use He gas for the inert gas introduced into the lowermost layer.
本発明によれば、炉心管の上部に取り付けられる上蓋には上下方向に3層以上に仕切られた複数の部屋を備えており、これらの部屋には、外周部のガスポートと支持棒の貫通する挿通口との間に、挿通口と同心状の隔壁が設けられているため、ガスポートと挿通口との間のガスの流れが各部屋内で周方向に拡散する。そのため、上蓋内の温度が均一化されやすくなり、温度上昇が抑制される。また、上蓋内でのガス流速も抑制される。したがって、上蓋から外部へ排気するガスの温度上昇を回避できるとともに、内圧変動を抑えて炉心管内の圧力を安定化させることができる。 According to the present invention, the upper lid attached to the upper part of the core tube is provided with a plurality of chambers partitioned into three or more layers in the vertical direction, and these chambers are penetrated by gas ports and support rods in the outer peripheral portion. Since the partition wall concentric with the insertion port is provided between the insertion port and the insertion port, the gas flow between the gas port and the insertion port diffuses in the circumferential direction in each room. Therefore, the temperature in the upper lid is easily made uniform, and the temperature rise is suppressed. Further, the gas flow rate in the upper lid is also suppressed. Therefore, an increase in the temperature of the gas exhausted from the upper lid to the outside can be avoided, and the internal pressure fluctuation can be suppressed and the pressure in the core tube can be stabilized.
以下、本発明に係るガラス母材の製造装置及び製造方法の実施形態の例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態のガラス母材の製造方法を実施可能なガラス母材の製造装置を示すものである。このガラス母材の製造装置1は、ガラス微粒子堆積体10を加熱処理する加熱炉であり、縦型に配置された円筒形状の炉心管2と、炉心管2の外周側に配置された加熱源である円筒形状のヒータ3とを備えている。
Hereinafter, an example of an embodiment of a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a glass base material concerning the present invention is explained in detail, referring to drawings.
FIG. 1 shows a glass base material manufacturing apparatus capable of performing the glass base material manufacturing method of the present embodiment. The glass base
炉心管2は、石英により形成されており、ヒータ3の発熱により昇温させられる。これにより、炉心管2の内側の炉内空間Sに収容したガラス微粒子堆積体10を加熱することができる。
The
ガラス微粒子堆積体10は、支持棒10Aに吊り下げられる形で支持棒10Aと一体的に形成されており、支持棒10Aは把持装置8に把持される。また、把持装置8は、駆動手段(図示省略)により、支持棒10Aとともにガラス微粒子堆積体10をその軸回りに回転させるとともに、把持装置8を昇降させる昇降手段(図示省略)で上下方向にガラス微粒子堆積体10を移動させることが可能となっている。
また、炉心管2の上端には、ガラス微粒子堆積体10の導入時や取り出し時にその開口部を開閉するため、上蓋4が着脱可能に取り付けてある。一方、炉心管2の下端には、適宜着脱可能な下蓋5が取り付けてある。
The
An upper lid 4 is detachably attached to the upper end of the
ヒータ3は、カーボンにより形成されており、また、ヒータ3の周囲には断熱材31が配設されている。さらに、炉心管2と断熱材31は、炉の外殻をなす炉体21によって覆われている。
The
また、本実施形態のガラス母材の製造装置1には、ガラス微粒子堆積体10を加熱処理する際に使用するガスを炉内に供給するとともにその供給量を制御するガス供給制御装置6を備えている。このガス供給制御装置6は、炉心管2の下端近傍に設けられた雰囲気ガス導入部2Aから、炉心管2内に雰囲気ガスを供給する。雰囲気ガスとしては例えば、脱水処理時にはHe等の不活性ガスと脱水ガス(塩素系ガスなど)が用いられ、透明ガラス化の際には不活性ガスのみが用いられる。また、ガラス母材の屈折率調整のためにSiF4などの屈折率調整ガスを使用したり、格子欠陥の制御やガラス母材の特性改善のためにH2やO2、COなどのガスを雰囲気ガスとして使用する場合もある。
In addition, the glass base
また、炉心管2の上端近傍には、炉心管内圧モニタ6Aが設けられており、炉内空間Sの圧力Pを適時モニタすることができる。この炉心管内圧モニタ6Aにて測定されたデータは、ガス供給制御装置6に送られて、雰囲気ガス導入部2Aへの雰囲気ガスの供給量を調節するのに利用される。例えば、炉内空間Sの圧力を大気圧以上に維持することで、炉内空間Sへの外気の侵入を防ぐことができ、製造するガラス母材の品質を良好に維持できる。
Further, a reactor
炉内空間Sの雰囲気ガスは、上蓋4の後述するガス排気部42Dを通してスクラバへと通じるメイン排気管(図示省略)へ排気される。メイン排気管には、他の加熱炉の排気部からも排気ガスが流入し、まとめてスクラバへと排気される。スクラバでは、排気されてきたガスが清浄化処理される。
The atmospheric gas in the furnace space S is exhausted to a main exhaust pipe (not shown) that leads to the scrubber through a
次に、このガラス母材の製造装置1に取り付けられる上蓋4について、図2を参照しながら詳細に説明する。また、図3に、第1室41の水平方向の断面図(図2におけるIII-III線断面図)を示す。
本実施形態の上蓋4は、炉内空間Sに面した蓋部40の上面に、蓋部40の略中央に形成された支持棒挿通口40Aが形成され、さらに貫通する支持棒10Aに沿った上下方向に3層に仕切られた部屋(第1室41,第2室42,第3室43)が形成されている。第1室41〜第3室43は、それぞれ短円筒状の形状であり、その外周部には、上蓋4からガスを排気または導入するためのガスポート(ガス導入部41B,ガス排気部42D,ガス導入部43D)が設けられている。また、第1室41〜第3室43の内側には、中央の支持棒挿通口40A,42B,43Bと各ガスポートとの間に、支持棒挿通口40A,42B,43Bとほぼ同心円状の隔壁41C,42E,43Eが設けられている。
Next, the upper lid 4 attached to the glass base
In the upper lid 4 of the present embodiment, a support
図2及び図3に示すように、第1室41は、円筒状の外周面41Aで囲まれた略円柱状の空間で構成されており、ガス投入層として機能する。この第1室41は、下方の中央部にガラス微粒子堆積体10を支持する支持棒10Aが貫通する支持棒挿通口40Aが開口しているとともに、この支持棒挿通口40Aを取り囲む状態で支持棒10Aの軸方向に沿って上方に高さAだけ延出するシールエッジ40Bを設けてシール性を高めている。また、上方の中央部には支持棒10Aが貫通する支持棒挿通口42Bが開口している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
また、第1室41の外周面41Aの周方向の2箇所には、不活性ガスを導入するためのガスポートとして、ガス導入部41Bが設けられており、ガス供給制御装置(図示省略)から不活性ガスがこのガス導入部41Bを通して第1室41に導入される。この第1室41に投入する不活性ガスとしては、ヘリウム(He)ガスを用いることが好ましく、これにより支持棒挿通口40Aを通って流入してきた炉心管2内の雰囲気ガスから受け取る熱量を低く抑制することが可能となり、第2室42への熱伝導量を小さくすることができる。
In addition,
さらに、この第1室41には、支持棒挿通口40Aとほぼ同心円状の隔壁41Cが天井面から下方へ垂設されている。この隔壁41Cは、360度全周に亙って連続した略円筒形状に形成されており、第1室41内の上下方向を部分的に覆っている。隔壁41Cの上下方向の長さは、その下端の位置が、ガス導入部41B及びシールエッジ40Bの上端の位置よりも低くなるように長さBに形成されている。また、この隔壁41Cは、第1室41において、半径方向の中心寄りに設置することで、ガス導入部41Bに臨む外側寄りの室内(外側室R1)の方を広く形成している。このように、外側室R1の方を広くすることで外側室R1において乱流を発生させずに層流状態を形成し、ガス導入部41Bから導入する不活性ガスがこの外側室R1内で周方向に流れて拡散する。一方、外側室R1と隔壁41Cで区切られた外側室R1よりも内側の室内(内側室R2)では、不活性ガスが外側室R1から径方向内側へ向けて周方向で略均一に流入し、支持棒挿通口40Aから流入してきた炉心管2内の雰囲気ガスに対して周方向で略均一に接触する。そして、ガス導入部41Bから第1室41に導入された不活性ガスと、炉心管2内の雰囲気ガスとが、この内側室R2で混ざって、その一部が支持棒挿通口42Bから第2室42へ周方向に略均一な圧力で流れる。また、内側室R2に流入するガスは周方向で略均一な流れとなっているため、内側室R2内の温度分布は略均一となる。
Furthermore, in the
第2室42は、第1室41と同様に、円筒状の外周面42Aで囲まれた略円柱状の空間で構成されており、ガス排気層として機能する。この第2室42にも、第1室41と同様に、下方の中央部に支持棒10Aが貫通する支持棒挿通口42Bが開口されているとともに、この支持棒挿通口42Bを取り囲む状態で支持棒10Aの軸方向に沿って上方にシールエッジ40Bと同様に延出するシールエッジ42Cを設けている。また、上方の中央部には支持棒10Aが貫通する支持棒挿通口43Bが開口している。
Similar to the
また、第2室42の外周面42Aの周方向の2箇所には、支持棒挿通口42B及び支持棒挿通口43Bから第2室42へ流入してきたガスを排気するためのガスポートとして、ガス排気部42Dが設けられている。すなわち、ガス排気部42Dからは、炉心管2内の腐食性ガスなどの雰囲気ガス、第1室41に導入された不活性ガス、及び第3室43に導入された不活性ガスを排気する。このガス排気部42Dから排気されたガスは、前記メイン排気管を通してスクラバへ送られ、清浄化処理される。
Further, gas is provided at two locations in the circumferential direction of the outer
また、この第2室42には、支持棒挿通口40Aとほぼ同心円状の隔壁42Eが天井面から下方へ垂設されている。この隔壁42Eも、第1室41の隔壁41Cと同様に、360度全周に亙って連続した略円筒形状に形成されており、第2室42内の上下方向を部分的に覆っている。その上下方向の長さも、隔壁41Cと同様に、その下端の位置がガス排気部42D及びシールエッジ42Cの上端の位置よりも低くなるように形成されている。また、この隔壁42Eは、第2室42において、半径方向の外周寄りに設置することで、支持棒挿通口42B及び支持棒挿通口43Bに臨む内側室R4の方を外側室R3よりも広く形成している。このように、内側室R4の方を広くして十分な容積を確保することで、支持棒挿通口42B及び支持棒挿通口43Bを通り流入するガスが内側室R4内で乱流を発生させずに周方向に流れて拡散する。したがって、内側室R4内の温度分布を略均一にすることができ、ガス排気部42Dから排気される温度を低く抑えることができる。
In the
第3室43は、円筒状の外周面43Aで囲まれた略円柱状の空間で構成されており、ガス投入層として機能する。この第3室43には、第1室41及び第2室42と同様に、下方の中央部に支持棒10Aが貫通する支持棒挿通口43Cが開口されているとともに、この支持棒挿通口43Cを取り囲む状態で支持棒10Aの軸方向に沿って上方にシールエッジ40B,42Cと同様に延出するシールエッジ43Cを設けている。また、外周面43Aとともに第3室43の空間部分を形成する上蓋4の上面側の蓋部44には、中央部に支持棒挿通口44Aが開口されているとともに、支持棒挿通口44Aの周縁部にはシールエッジ43Cと同様のシールエッジ44Bが形成されている。
The
また、外周面43Aの周方向の2箇所には、シール用の不活性ガスを導入するためのガスポートとして、ガス導入部43Dが設けられており、ガス供給制御装置(図示省略)から不活性ガスがこのガス導入部43Dを通して第3室43に導入される。この第3室43に投入する不活性ガスとしては、窒素(N2)ガスを使用すると安価である。
Further,
さらに、この第3室43にも、支持棒挿通口40Aとほぼ同心円状の隔壁43Eが天井面から下方へ垂設されている。この隔壁43Eも、前記隔壁41C,42Eと同様に、360度全周に亙って連続した略円筒形状に形成されており、第3室43内の上下方向を部分的に覆っている。その上下方向の長さも、前記隔壁41C,42Eと同様に、その下端の位置が、ガス導入部43D及びシールエッジ43Cの上端位置よりも低くなるように形成されている。また、この隔壁43Eは、第3室43内の半径方向のほぼ中間部に形成しているが、第1室41の隔壁41Cと同様に中心部寄りに形成してもよい。何れにしても、ガス導入部43Dから導入するシール用のガスが外側室R5において乱流を発生させずに周方向に拡散して、周方向に略均一な状態で内側室R6に流れ込む。そして、第3室43から支持棒挿通口43C及び支持棒挿通口44Aへ流れるガスの圧力は周方向に略均一となる。
Further, in the
このように構成されたガラス母材の製造装置1を用いてガラス微粒子堆積体10を加熱し、透明ガラス化する際には、炉心管2内に供給された雰囲気ガスが上蓋4の支持棒挿通口40Aを通って、上蓋4内の第1室41に流れ込む。第1室41では、外周側のガス導入部41Bから外側室R1にHeガスが導入され、隔壁41Cにより周方向に拡散されて、周方向に略均一な流れで内側室R2に流入する。第1室41の内側室R2では、同心円状に仕切られた空間となっているので、Heガスの流入による周方向の局所的な圧力変動を抑制できる。内側室R2ではそのHeガスと炉心管2内からの雰囲気ガスが混ざって、その一部が第2室42に流れ込む。その際、内側室R2では周方向に略均一な温度分布となり、局所的な圧力変動が抑制されるため、炉心管2内の圧力変動を引き起こすことがない。
When the glass
また、第1室41から第2室42に流入するガスは、第1室41に導入したHeガスにより温度が低く抑えられているため、ガス排気部42Dから排気されるガスの温度を150℃以下とすることができる。その結果、この排気ガスをまとめて集中的に排気するメイン排気管での温度の上昇も抑えることができ、メイン排気管に使用する材質を高価な高耐熱性のもの(ニッケル合金など)とする必要がない。例えば、排気温度が200℃以下であればフッ素樹脂材料、150℃以下であればFRP等の工業用プラスチックを用いたメイン排気管とすることができ、設備コストを低く抑えることができる。
Further, since the temperature of the gas flowing from the
さらに、第3室43にはシール用のN2ガスが導入され、第2室42から第3室43へガスが流入することを防ぐとともに、支持棒挿通口44Aから第3室43へ外気が流入することも防ぐことができる。このシール効果は、第1室41において圧力変動が抑制されていることや、第2室42及び第3室43においても隔壁42E,43Eにより周方向でガスの流れが均一化されて圧力変動が抑えられていることにより、さらに安定した状態で発揮されることとなる。
Furthermore, N 2 gas for sealing is introduced into the
また、第2室42のガス排気部42Dの下流側に設置してあるメイン排気管で排気圧の変動があっても、第2室42の隔壁42Eによって圧力変動が周方向に拡散されるため、炉心管2の内部まで伝わり難い。その結果、炉内圧力を従来以上に、均一に保持することができる。
Further, even if the exhaust pressure varies in the main exhaust pipe installed on the downstream side of the
なお、この第1室41,第2室42,第3室43に形成した隔壁41C,42E,43Eは、全周に亙って連続した状態で形成されている構成のほかに、隔壁が周方向に断続的に形成されていても良い。例えば、図4に示すように、周方向に4箇所の隙間41Eを設けた隔壁41Dでは、それぞれの隙間41Eから周方向に略均一に内側室R2へガスが流入するようになっている。但し、ガス導入部41Bと支持棒挿通口40Aとを直線的に結ぶ箇所には隙間41Eを配置しないようにして、ガス導入部41Bから導入したガスの流れが隔壁41Dに当たって周方向に拡散させることが重要である。また、このように隔壁を周方向で断続的な構造とする場合には、隙間以外の壁が部屋の上下方向の全体を塞いでいても良い。
The
また、上記実施形態では、炉心管2内のガラス微粒子堆積体10が回転しながら降下する構成であるが、ガラス微粒子堆積体10を降下させずにそのまま回転させながら加熱処理するタイプのものであっても適用可能である。
In the above embodiment, the
さらに、上記実施形態では、炉内空間Sの上端開口部を塞ぐ蓋部40の直上に第1室41〜第3室43の3層の部屋からなる上蓋4を設けた構成であるが、この第3室43の上にガス排気層を構成する第4室及びこの上にガス投入層を構成する第5室の部屋を設けた5層構造としたり、さらにこの第5室の上に、同様に、ガス排気層を構成する第6室及びこの上にガス投入層を構成する第7室の部屋を設けた7層構造とするなど、ガス排気層及びガス投入層を一組として2層単位でその上側に部屋を追加することも可能である。すなわち、最下層から上層に向かって順に、ガスポートを介する不活性ガスの導入とガスポートを介するガスの排気とを交互に行うようにすればよい。
Furthermore, in the said embodiment, although it is the structure which provided the upper cover 4 which consists of a three-layer room | chamber of the 1st chamber 41-the
また、上記実施形態では、各室内での隔壁を径方向の1重に形成してあるが、2重以上に形成させるようにしてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the partition in each chamber | room is formed in single in the radial direction, you may make it form in double or more.
本発明に係る実施例について説明する。なお、この実施例において、前述の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
本実施例では、ガラス母材を製造する際に、上記のガラス母材の製造装置1として、炉心管2は石英で形成された内径350mmのものを用いており、この炉心管2を用いてガラス微粒子堆積体10を加熱処理する。なお、ガラス微粒子堆積体10は、VADで作成されたものであって、外径が300mm、長さが1000mmである。
Embodiments according to the present invention will be described. In this example, the same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals to avoid redundant description.
In this embodiment, when the glass base material is manufactured, as the glass base
一方、上蓋4は、図1〜図3に示した構成をなし、石英を用いて第1室41〜第3室43の3層に形成されており、最下層の第1室41がガス投入層、中央層の第2室42はガス排気層、最上層の第3室43はガス投入層である。
On the other hand, the upper lid 4 has the configuration shown in FIGS. 1 to 3 and is formed of three layers of the
このような構成の上蓋4を有するガラス母材の製造装置1を用いて、ガラス微粒子堆積体10を設置した炉内において、初めに1000℃で、塩素含有雰囲気下で加熱処理を行い、次いで1200℃で、フッ素ガス含有雰囲気下で加熱処理を行い、その後に1400℃に昇温させて透明ガラス化させる。これにより、F添加の石英ガラス体を得た。なお、ガス導入部41Bを介して第1室41へ導入させる不活性ガスにはHeを使用している。
Using the glass base
次に、このような構成を有する上蓋4を設けた本実施例のガラス母材の製造装置1と、比較例とについて、同じガラス微粒子堆積体10を加熱処理することにより、F添加の石英ガラス体を得る際のガス流入量及びガス排気量と、排気温度、内圧変動を調べる比較実験を行った。但し、比較例のガラス母材の製造装置には、本実施例のガラス母材の製造装置1において上蓋4に第1室41がなく第2室42及び第3室43のみを有する構成であって、かつ、その第2室42及び第3室43に隔壁を持たない構造のものを使用した。
この比較実験により、下記の表1に示す結果が得られた。但し、排気温度及び内圧変動は、透明ガラス化工程の設定温度1400℃における値である。
また、炉内圧は、ガラス母材の製造装置を設置する室内との差圧で表記してある。実施例,比較例ともに、腐食性ガスの室内への拡散を防止するために、−500[Pa]に設定してある。
Next, for the glass base
By this comparative experiment, the results shown in Table 1 below were obtained. However, the exhaust gas temperature and the internal pressure fluctuation are values at a set temperature of 1400 ° C. in the transparent vitrification process.
Further, the furnace pressure is expressed as a differential pressure from the room where the glass base material manufacturing apparatus is installed. Both Example and Comparative Example are set to −500 [Pa] in order to prevent the diffusion of corrosive gas into the room.
この比較実験によれば、実施例では、支持棒挿通口40A,42B,43Bと同心円状の隔壁41C,42E,43Eを設けているので、ガス投入層、ガス排気層の何れも、周方向における気流の均一化が図れ、局所的な圧力変動を低減できることが確認できた。
According to this comparative experiment, in the embodiment, the support
さらに、この比較実験とは別に、本実施例と同じ構成の上蓋4を設けたガラス母材の製造装置1において、炉心管2の外径が350mmのもの以外に、外径が350mmより大きなもの及び外径が350mmより小さなものについて、排気温度を調べた。
これによると、上蓋4から排気される排気ガスの温度上昇は炉心管2の内径が300mmを越えると顕著になるとの知見も得られた。これは、内径が300mmを超える場合、発熱部の炉中心から上蓋4を見込む立体角が増加しやすく、輻射伝熱量が増大することが一因として考えられる。
Further, apart from this comparative experiment, in the glass base
According to this, it was also found that the temperature rise of the exhaust gas exhausted from the upper lid 4 becomes significant when the inner diameter of the
ところで、排気温度が200℃を超えると、上蓋4から排気される排気ガスのその後の処理に関係する排気系の各種装置あるいは設備において、熱対策についての取扱いが難しくなってくる。例えば、排気系の各種装置あるいは設備に用いる配管材料については、150℃以下であればFRP(強化プラスチック)等の工業用プラスチックの使用が可能であるが、これ以上に温度が高い場合には、耐腐食性も考慮すると200℃まではテフロン(登録商標)樹脂等、それ以上の温度では高価なニッケル等の材質の配管を使用しなければならない。
このような事情から、前述の比較実験の結果からも分かるように、本実施例では、表1に示すように排気温度が150℃であるので、排気系の装置や設備で使用する配管材料についても、高価な材料の使用を回避できる。
By the way, when the exhaust temperature exceeds 200 ° C., it becomes difficult to handle heat countermeasures in various apparatuses or facilities in the exhaust system related to the subsequent processing of the exhaust gas exhausted from the upper lid 4. For example, for piping materials used for various exhaust systems or equipment, industrial plastics such as FRP (reinforced plastic) can be used if it is 150 ° C. or lower, but if the temperature is higher than this, Considering the corrosion resistance, pipes made of materials such as Teflon (registered trademark) resin up to 200 ° C., such as expensive nickel, must be used at higher temperatures.
Under these circumstances, as can be seen from the results of the comparative experiments described above, in this embodiment, the exhaust temperature is 150 ° C. as shown in Table 1, and therefore the piping material used in the exhaust system apparatus and equipment However, the use of expensive materials can be avoided.
また、炉内の雰囲気ガスに腐食性ガスを用いることが多いので、炉内圧は内圧変動を含めて負圧に管理することが多いが、陽圧管理することもある。その場合、負圧管理する場合に比べて、蓋4の第1室4及び第3室43での室内圧と外気圧との差圧の絶対値は小さく設定する。つまり、内圧変動が大きいと、炉内圧の管理値を負圧側に対して大きく設定しなければならないが、このような条件では外気の巻き込みが生じやすく、前述したように、ガラス母材に金属不純物が混入したり、外気に含有する水分の影響でガラス母材に残存する水分量が増大しやすい。また、外気を巻き込む部分の近傍でガラス微粒子堆積体の温度が低下し、屈折率の制御物質の添加量がばらついたり、ガラス微粒子堆積体に割れを生じたりする確率も増大する。
Further, since corrosive gas is often used as the atmospheric gas in the furnace, the furnace pressure is often managed at a negative pressure including fluctuations in the internal pressure, but may be managed at a positive pressure. In that case, the absolute value of the differential pressure between the indoor pressure and the external pressure in the first chamber 4 and the
特に、炉外に対する炉内の設定圧が−500Paを下回るとこのような問題が顕著に発生しやすい。一方、陽圧の場合についても、+500Paを超えると炉内ガスが室内への漏れ、石英炉心管の膨張などといった問題を生じやすい。大きな炉心管になると、例えば1kPa〜1.5kPaの状態でガラス微粒子堆積体の透明ガラス化を定常的に行うと、確実に炉心管が変形する。そこで、本実施例では、このような圧力変動を大幅に下回る、より好適な炉内圧条件を確保している。即ち、前述した比較実験での結果を示す表1から分かるように、本実施例では、炉内圧変動幅を±150Paに抑制しているので、ガラス微粒子堆積体を安定して熱処理することができる。 In particular, when the set pressure inside the furnace with respect to the outside of the furnace falls below −500 Pa, such a problem is likely to occur remarkably. On the other hand, also in the case of positive pressure, if +500 Pa is exceeded, problems such as leakage of the gas in the furnace into the room and expansion of the quartz furnace tube tend to occur. In the case of a large furnace core tube, for example, if the glass fine particle deposit is regularly vitrified in a state of 1 kPa to 1.5 kPa, the core tube is surely deformed. Therefore, in this embodiment, a more preferable furnace pressure condition is ensured that is significantly lower than such pressure fluctuation. That is, as can be seen from Table 1 showing the results of the comparative experiment described above, in this example, the fluctuation range in the furnace pressure is suppressed to ± 150 Pa, so that the glass particulate deposit can be stably heat-treated. .
1 ガラス母材の製造装置
2 炉心管
3 ヒータ
4 上蓋
6 ガス供給制御装置
10 ガラス微粒子堆積体(被加熱物)
10A 支持棒
40 蓋部
40A,42B,43B 支持棒挿通口(挿通口)
40B,42C,43C シールエッジ
41〜43 第1室〜第3室(部屋)
41A〜43A 外周面
41B,43D ガス導入部(ガスポート)
41C,42E,43E,41D 隔壁
42D ガス排気部(ガスポート)
R1,R3,R5 外側室
R2,R4,R6 内側室
S 炉内空間
DESCRIPTION OF
40B, 42C, 43C Seal edge 41-43 1st chamber-3rd chamber (room)
41A-43A Outer
41C, 42E, 43E,
R1, R3, R5 Outer chamber R2, R4, R6 Inner chamber S Furnace space
Claims (5)
前記被加熱物を支持する支持棒が貫通する挿通口が設けられ前記炉心管の上部に取り付けられる上蓋は、前記支持棒に沿った上下方向に3層以上の複数の部屋を備え、
前記部屋の各々は、外周部にガスポートを有するとともに、前記部屋内に前記挿通口と同心状の隔壁を有することを特徴とするガラス母材の製造装置。 A glass base material manufacturing apparatus for heating an object to be heated in a vertical furnace core tube,
An upper lid that is provided with an insertion port through which a support rod that supports the object to be heated passes and is attached to an upper portion of the core tube includes a plurality of rooms of three or more layers in the vertical direction along the support rod,
Each of the rooms has a gas port on the outer periphery, and has a partition wall concentric with the insertion port in the room.
前記隔壁は、前記挿通口と同心状の周方向に連続し、かつ前記部屋内の上下方向を部分的に覆うように形成されていることを特徴とするガラス母材の製造装置。 It is a manufacturing apparatus of the glass base material of Claim 1, Comprising:
The apparatus for producing a glass base material, wherein the partition wall is formed so as to be continuous in a circumferential direction concentric with the insertion opening and to partially cover the vertical direction in the room.
前記隔壁は、前記挿通口と同心状の周方向に断続的に形成されていることを特徴とするガラス母材の製造装置。 It is a manufacturing apparatus of the glass base material of Claim 1, Comprising:
The said partition is intermittently formed in the circumferential direction concentric with the said insertion port, The manufacturing apparatus of the glass base material characterized by the above-mentioned.
前記被加熱物を支持する支持棒が貫通する挿通口が設けられ前記炉心管の上部に取り付けられる上蓋は、前記支持棒に沿った上下方向に3層以上の複数の部屋を備え、前記部屋の各々は、外周部にガスポートを有するとともに、前記部屋内に前記挿通口と同心状の隔壁を有しており、
各層の前記部屋に対して、各々の前記ガスポートを介して、最下層から上層に向かって順に不活性ガスの導入とガスの排気とを交互に行うことを特徴とするガラス母材の製造方法。 A method for producing a glass base material for heating an object to be heated in a vertical furnace core tube,
An upper lid that is provided with an insertion port through which a support rod that supports the object to be heated passes and is attached to the upper portion of the core tube includes a plurality of rooms of three or more layers in the vertical direction along the support rod. Each has a gas port on the outer periphery, and a partition concentric with the insertion port in the room,
A method for producing a glass base material, wherein the introduction of the inert gas and the exhaust of the gas are alternately performed in order from the lowermost layer to the upper layer through the gas ports for the rooms of the respective layers. .
最下層の前記部屋に導入する不活性ガスには、Heガスを用いることを特徴とするガラス母材の製造方法。 It is a manufacturing method of the glass base material of Claim 4,
A method for producing a glass base material, wherein He gas is used as an inert gas introduced into the lowermost room.
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