JP2017065979A - ガラス母材の昇降装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス母材の製造装置に備わる昇降装置の内部にシリカ微粒子や腐食性ガスが侵入し、昇降装置の駆動機構部の構成部品が腐食することによる昇降装置の故障を防止する。【解決手段】ガラス母材６を昇降させる昇降装置１０は、ガラス母材６を昇降する昇降機構部２０と、昇降機構部２０を動作させるための駆動機構部１２と、少なくとも駆動機構部１２を含む昇降装置１０の内部空間Ｓを外部と仕切る仕切機構２７と、内部空間Ｓの圧力を外部より高い圧力に維持する圧力維持機構３０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス母材の昇降装置に関する。

ガラス母材の製造工程においては、腐食性ガスが漏れると製造装置の金属部品を腐食させ、室内雰囲気の金属系ダストが増加して、ガラス母材中に多数の金属不純物が混入してしまう場合がある。そこで、特許文献１には、ガラス母材の焼結工程において塩素系ガスやフッ素系ガスなどの腐食性ガスが漏れることを防ぐための上蓋構造が開示されている。

また、ガラス母材の製造装置が異常停止したような場合や、異常停止後の復帰等に伴う非定常作業時、あるいは保守管理のメンテナンス時にはガラス母材の昇降装置ならびにガス供給装置はそれぞれ個別に独立して操作可能となるため、操作が不適切に行われた場合には、炉心管内の有害なガスが外部に漏れるおそれがある。そこで、特許文献２には、焼結炉で上蓋が閉じたことを昇降装置のエンコーダカウント数で検知し、メンテナンス時でも誤操作による腐食性ガスの漏えいを防止する方法が開示されている。

特開２００８−１０５９０４号公報 特開２０１２−１２１７３７号公報

特許文献１に記載の光ファイバ母材製造装置は、炉心管からのガス漏えい防止を開示するものであるが、仮にガスが漏えいした場合には昇降装置内部の駆動部が腐食する可能性があった。また、特許文献２には、非定常時の操作方法を誤った場合でも腐食性ガスが漏れない工夫が開示されているものの、定常的に微量に漏れる腐食性ガス等で昇降装置内の駆動部が劣化する可能性があった。

本発明は、ガラス母材の製造装置に備わる昇降装置の内部にシリカ微粒子や腐食性ガスが侵入することを防止し、昇降装置の駆動機構部や昇降機構部が腐食することによる昇降装置の故障を防ぐことを目的とする。

本発明のガラス母材の昇降装置は、
前記ガラス母材を昇降する昇降機構部と、
前記昇降機構部を動作させるための駆動機構部と、
少なくとも前記駆動機構部を含む前記昇降装置の内部空間を外部と仕切る仕切機構と、
前記内部空間の圧力を外部より高い圧力に維持する圧力維持機構と、を備えている。

また、本発明のガラス母材の昇降装置は、
前記ガラス母材を昇降する昇降機構部と、
前記昇降機構部を動作させるための駆動機構部と、
前記昇降部の摺動部と、前記駆動機構部とを含む前記昇降装置の内部空間を外部と仕切る仕切機構と、を備えている。

本発明によれば、ガラス母材の製造装置に備わる昇降装置の内部にシリカ微粒子や腐食性ガスが侵入することを防止し、少なくとも駆動機構部の構成部品が腐食することによる昇降装置の故障を防ぐことができる。

本発明に係るガラス母材の昇降装置を含むガラス母材製造装置の概略図である。 図１に示すガラス母材の昇降装置のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係るガラス母材の昇降装置の変形例を示す概略図である。

＜本発明の実施形態の概要＞
最初に本発明の実施形態の概要を説明する。
本実施形態にかかるガラス母材の昇降装置は、
（１）前記ガラス母材を昇降する昇降機構部と、
前記昇降機構部を動作させるための駆動機構部と、
少なくとも前記駆動機構部を含む前記昇降装置の内部空間を外部と仕切る仕切機構と、
前記内部空間の圧力を外部より高い圧力に維持する圧力維持機構と、を備えている。
この構成によれば、ガラス母材の製造装置に備わる昇降装置の内部にシリカ微粒子や腐食性ガスが侵入することを防止し、駆動機構部の構成部品が腐食することによる昇降装置の故障を防ぐことができる。

（２）前記内部空間に、前記昇降機構部の摺動部が収容されていることが好ましい。
この構成によれば、昇降機構部の摺動部の劣化や故障も防止することができる。

（３）前記仕切機構はロールカーテンであることが好ましい。
この構成によれば、簡便な構成でガス等の侵入を確実に防ぐことができる。

（４）前記圧力維持機構は、前記内部空間に空気を送り込むためのファンであることが好ましい。
この構成によれば、昇降装置外部の空気を連続的にファンで内部空間に送り込むことで、内部空間の圧力を外部に対して高くしてガス等の侵入をより確実に防ぐことができる。

（５）前記圧力維持機構は、前記内部空間に圧縮ガスを導入する機構であることが好ましい。
この構成によれば、内部空間内に圧縮ガスを導入することで、内部空間の圧力を外部に対して高くしてガス等の侵入をより確実に防ぐことができる。

本実施形態の別の例に係るガラス母材の昇降装置は、
（６）前記ガラス母材を昇降する昇降機構部と、
前記昇降機構部を動作させるための駆動機構部と、
前記昇降部の摺動部と、前記駆動機構部とを含む前記昇降装置の内部空間を外部と仕切る仕切機構と、を備えている。
この構成によれば、ガラス母材の製造装置に備わる昇降装置の内部にシリカ微粒子や腐食性ガスが侵入することを防止し、昇降装置の駆動機構部や昇降機構部の構成部品が腐食することによる昇降装置の故障を防ぐことができる。
なお、（６）に記載の前記仕切機構はロールカーテンであることが好ましい。これにより、簡便な構成でガス等の侵入を確実に防ぐことができる。

＜本発明の実施形態の詳細＞
以下、本発明に係るガラス母材の昇降装置の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。以下の説明に用いる各図面では、説明の便宜のために縮尺を適宜変更している。

ガラス母材の製造方法としては、最初に四塩化ケイ素等のガラス原料ガスを酸水素バーナーに供給してシリカ微粒子を生成し、反応容器内のガラスロッドに吹き付けてガラス微粒子堆積体を製造する方法（ＶＡＤ法やＯＶＤ法）が知られている。ガラス微粒子堆積体が製造された後に、脱水および焼結工程においてガラス微粒子堆積体を炉心管内に挿入し、炉心管内を塩素ガス等の脱水ガス雰囲気で満たして昇温しガラス微粒子堆積体を脱水した後、さらに温度を上げて焼結する。

図１は、ガラス母材の昇降装置を含むガラス母材製造装置の概略図であり、図２は、図１に示すガラス母材の昇降装置のＡ−Ａ線断面図である。なお、図２においては後述の反応容器やクラッド用バーナーの図示は省略している。
図１および図２に示すように、本実施形態に係るガラス母材製造装置１は、例えばＯＶＤ法によりガラスロッド５の周囲にシリカ微粒子の堆積を行いガラス母材６を作製するものである。ガラス母材製造装置１は、反応容器２を備えており、反応容器２の上方から内部にガラスロッド５が吊り下げられている。

反応容器２には、ガラス微粒子生成用バーナーであるクラッド用バーナー３が配置されている。クラッド用バーナー３には、不図示のガス供給装置により原料ガスおよび火炎形成用ガスが供給される。クラッド用バーナー３には、原料ガスとしてＳｉＣｌ_４、火炎形成ガスとしてＨ_２やＯ_２、バーナーシールガスとしてＮ_２などを投入する。このクラッド用バーナー３により形成される酸水素火炎内で、火炎加水分解反応によりシリカ微粒子が生成される。生成されたシリカ微粒子がガラスロッド５の周囲に堆積されてガラス微粒子堆積体が形成されることで、所定の外径のガラス母材６が作製される。ガラス母材６の製造工程において、副生成物であるＨＣｌガス等の腐食性ガスやガラスロッド５の周囲に堆積しなかったシリカ微粒子は、反応容器２から除害装置（図示省略）に送られて処理される。

反応容器２の上方にはガラス母材６（ガラスロッド５）の昇降装置１０が配置されている。昇降装置１０は、筐体１１と、駆動機構部１２と、昇降機構部２０とを備えている。
駆動機構部１２は、昇降装置１０の内部空間Ｓ内に配置されており、モータ１３と、不図示の減速機やクラッチが収容されたギヤボックス１４とを備えている。モータ１３の出力軸にはプーリ１５が固定されている。また、ギヤボックス１４にもプーリ１６が固定されている。モータ１３に固定されたプーリ１５と、ギヤボックス１４に固定されたプーリ１６との間には、タイミングベルト１７が巻き回されている。

昇降機構部２０は、昇降装置１０から側方に向けて突出された昇降チャック２１を備えている。昇降チャック２１によりガラスロッド５の上端部が把持されている。また、昇降機構部２０は、昇降装置１０の内部空間Ｓ内において駆動機構部１２と昇降機構部２０とを区画するベース板２２を備えている。このベース板２２には、一対のスライドレール２３が設けられている。昇降チャック２１は、一対のスライドレール２３によって上下方向へ移動可能に支持されている。また、図２の上面視において、昇降チャック２１の中央部には、上下方向に延びるボールねじ２４が設けられている。ボールねじ２４の下部には、プーリ２５が配置されている。当該プーリ２５には、タイミングベルト１８が巻回された回転軸１９を介して、ギヤボックス１４から動力が伝達される。また、ボールねじ２４の下端部にはブレーキ２６が設けられている。ボールねじ２４が駆動機構部１２のモータ１３の駆動によって正逆回転されることにより、スライドレール２３に支持された昇降チャック２１が昇降される。昇降チャック２１によりその上端部を把持されたガラスロッド５は、昇降装置１０によって昇降および回転する。なお、スライドレール２３、ボールねじ２４、昇降チャック２１のスライドレール２３に支持された部分およびボールねじ２４に貫通された部分を、「摺動部」と規定する。

図１に示すように、昇降チャック２１に設けられたボールねじ２４の外側には、ロールカーテン２７（仕切機構の一例）が設けられている。ロールカーテン２７は、昇降チャック２１の上下にそれぞれ配置されており、昇降チャック２１に対して密閉性を保つようにボルト等で固定されている。また、筐体１１の上面および下面にローラ２８がそれぞれ設けられており、昇降チャック２１の昇降に伴ってローラ２８が回転することでロールカーテン２７の巻取りや解放が行われる。

また、図２に示すように、筐体１１の前面部１１Ａには開口部１１Ｂが設けられており、当該開口部１１Ｂから外側に向けて昇降チャック２１が突出するとともに、当該開口部１１Ｂの昇降チャック２１以外の領域を塞ぐようにロールカーテン２７が設けられている。このような構成にすることで駆動機構部１２および昇降機構部２０が配置された筐体１１の内部空間Ｓが筐体１１の外部に解放されないように仕切ることができる。なお、ロールカーテン２７と筐体１１の前面部１１Ａとの間は完全に密閉されているわけではなくロールカーテン２７の巻取りおよび解放時に多少の隙間が生じてもよい。

筐体１１において、昇降チャック２１とは反対側の背面部には、ファン３０（圧力維持機構の一例）が設置されている。本例においては、筐体１１の背面部に上下２つのファン３０が配置されているが、ファン３０の数や配置はこれに限られない。ファン３０により筐体１１の内部空間Ｓに外部から空気が送り込まれる。ファン３０により内部空間Ｓ内に送り込まれた空気は、ロールカーテン２７と筐体１１の前面部１１Ａとの間に生じる隙間から外部へ放出される。これにより、筐体１１の内部空間Ｓは外部よりも圧力が高い状態が維持されるとともに、ロールカーテン２７と筐体１１の前面部１１Ａとの間に生じる隙間から腐食性ガスやシリカ微粒子が内部空間Ｓに侵入することを防ぐことができる。
なお、反応容器２やガラス微粒子堆積体（ガラス母材６）から発生する腐食性ガスやシリカ微粒子をファン３０により昇降装置１０内部に取り込んでしまわないようにするために、ファン３０は反応容器２から離れた筐体１１の背面部または側面部に取り付けることが好ましい。

上述の通り、ガラス母材の製造工程においては、シリカ微粒子の生成およびガラスロッドへの堆積は反応容器内で行われ、ＨＣｌガス等の腐食性ガスや堆積しなかったシリカ微粒子は反応容器から除害装置に送られて処理されるようになっているが、反応容器内の圧力変動などが原因で反応容器の上部などから腐食性ガスやシリカ微粒子が微量に漏れる場合がある。

そこで、本実施形態の昇降装置１０においては、ガラス母材６を昇降する昇降機構部２０と昇降機構部２０を動作させるための駆動機構部１２が収容された筐体１１の内部空間Ｓを外部と仕切るロールカーテン２７と、内部空間Ｓの圧力を外部よりも高い圧力に維持するためのファン３０と、を備え、反応容器２から漏れた腐食性ガスやシリカ微粒子が昇降装置１０の筐体１１内に侵入することを防止している。これにより、腐食性ガスやシリカ微粒子が駆動機構部１２のモータ１３やプーリ１５，１６、昇降機構部２０のスライドレール２３やボールねじ２４等に接することを防止することができる。その結果、昇降装置１０の腐食や故障を回避することができ、長期にわたって安定したガラス母材６の製造を行うことが可能となる。

特に、昇降機構部２０のスライドレール２３やボールねじ２４には昇降チャック２１を上下動させるための摺動部があり、この摺動部の表面が錆びたり、シリカ微粒子が付着したりすると、摺動部が劣化または摩耗して精度低下や故障につながる。
これに対して、本実施形態においては、ロールカーテン２７により外部と仕切られた内部空間Ｓ内に昇降機構部２０の摺動部（スライドレール２３、ボールねじ２４、昇降チャック２１のスライドレール２３に支持された部分およびボールねじ２４に貫通された部分）が配置されている。そのため、摺動部の劣化を防止して、ガラスロッド５の昇降動作の精度を維持することができる。

なお、ガラス微粒子堆積工程におけるガラス母材製造装置１の昇降装置１０を例に本実施形態の構成を説明したが、例えば、ガラス母材の脱水焼結工程におけるガラス母材の昇降装置に本実施形態の構成を適用することができる。脱水焼結構成においても炉心管内の脱水ガスが炉心管上部から微量に漏れる場合があり、こうした場合でも本実施形態の構成を適用することでガラス母材の昇降装置の腐食や故障を防止することができる。

さらに、本実施形態の昇降装置に係る構成は、ガラス母材の表面を火炎研磨する工程で用いられる縦型火炎研磨機等にも適用することができる。火炎研磨工程とは、酸水素バーナでガラス母材を加熱することによりガラス母材の表面のＳｉＯ_２をＳｉＯ（ガス）化して、ガラス母材表面の凹凸を滑らかにし、清浄・平滑化する工程である。火炎研磨工程において、ガラス母材表面のＳｉＯ_２を気化させる際にシリカ微粒子が発生して外部に放出される。そのため、縦型火炎研磨機において用いられるガラス母材の昇降装置に本実施形態の構成を採用して昇降装置内へのシリカ微粒子の侵入を防ぐことが非常に有用である。

（実施例）
ガラス母材の火炎研磨工程で用いられる縦型火炎研磨機において、ガラス母材の昇降装置の駆動機構部および昇降機構部をロールカーテンで仕切り、仕切られた内部に外気を吹き込むファンを設置した。このような縦型火炎研磨機において、定期的に駆動機構部の回転部や摺動部のグリスアップを行いつつ、ガラス母材表面の火炎研磨を連続して行った。その結果、１００本のガラス母材を連続して火炎研磨しても駆動機構部等に故障が発生することはなかった。

（比較例）
一方、駆動機構部や昇降機構部が外気と仕切られていない縦型火炎研磨機を用い、上記実施例と同様に、定期的に駆動機構部の回転部や昇降機構部の摺動部のグリスアップを行いつつ、ガラス母材表面の火炎研磨を連続して行った。その結果、３０本のガラス母材を連続して火炎研磨した段階で、ガラス母材の振動が大きくなり所望の厚さで研磨することができなくなった。原因としては、駆動機構部や昇降機構部へのシリカ微粒子の侵入によるスライドレールおよびボールねじの錆びやシリカ微粒子の付着により、振動が大きくなったことが考えられる。

上記実施例および比較例により、ガラス母材の昇降装置にロールカーテンやファンを設置することで、昇降装置の内部にシリカ微粒子や腐食性ガスが侵入することを防止でき、駆動機構部の回転部や昇降機構部の摺動部等が腐食あるいは劣化することによる昇降装置の故障を防止できることが確認できた。

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

上記の実施形態においては筐体１１の内部空間Ｓの圧力を筐体１１の外部の圧力よりも高い状態に維持する圧力維持機構として、ファン３０を設置しているが、この例に限られない。
図３に示す昇降装置１１０のように、ファン３０の代わりに筐体１１１へ配管４０を連結し、圧縮空気などの圧縮ガスを筐体１１１の外部から配管４０により内部空間Ｓに導入する構成としても良い。配管４０を通じて筐体１１１内に導入された圧縮ガスは、筐体１１１から（例えば、ロールカーテン２７と筐体１１１との間に生じる隙間から）外部に放出されることで、昇降装置１１０の内部空間Ｓの圧力を外部より高く維持することができる。なお、配管４０の内部等にエアフィルターを設け、配管４０を通る圧縮ガスから塵埃などを取り除き、清浄空気にすることが好ましい。

また、ロールカーテン２７の代わりに、例えば蛇腹式のカバーを昇降チャック２１の上下に設置して、この蛇腹式カバーを外部との仕切機構として用いても良い。

なお、上記の実施形態においては、ロールカーテン２７は、駆動機構部１２および昇降機構部２０を外部と仕切るようにボールねじ２４の外側において昇降チャック２１の上下に設けられているが、この例に限られない。駆動機構部１２と昇降機構部２０との間を区切るベース板２２を外部との仕切機構として用いて、少なくとも駆動機構部１２への腐食性ガスやシリカ微粒子の侵入を防ぐ構成としても良い。

さらに、上記実施形態においては、昇降装置１０の筐体１１にファン３０を設置して昇降装置１０の内部空間Ｓの圧力を外部よりも高くしているが、この例に限られない。ファン３０を設けずに、ロールカーテン２７のみを設置して腐食性ガスやシリカ微粒子の侵入を防ぐ構成としても良い。

１：ガラス母材製造装置
２：反応容器
３：クラッド用バーナー
５：ガラスロッド
６：ガラス母材
１０，１１０：昇降装置
１１，１１１：筐体
１２：駆動機構部
１３：モータ
１４：ギヤボックス
２０：昇降機構部
２１：昇降チャック
２２：ベース板
２３：スライドレール
２４：ボールねじ
２７：ロールカーテン
３０：ファン
４０：配管

Claims (7)

1. ガラス母材を昇降させる昇降装置であって、
   前記ガラス母材を昇降する昇降機構部と、
   前記昇降機構部を動作させるための駆動機構部と、
   少なくとも前記駆動機構部を含む前記昇降装置の内部空間を外部と仕切る仕切機構と、
   前記内部空間の圧力を外部より高い圧力に維持する圧力維持機構と、
   を備えている、ガラス母材の昇降装置。
2. 前記内部空間に、前記昇降機構部の摺動部が収容されている、請求項１に記載のガラス母材の昇降装置。
3. 前記仕切機構はロールカーテンである、請求項１または請求項２に記載のガラス母材の昇降装置。
4. 前記圧力維持機構は、前記内部空間に空気を送り込むためのファンである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガラス母材の昇降装置。
5. 前記圧力維持機構は、前記内部空間に圧縮ガスを導入する機構である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガラス母材の昇降装置。
6. ガラス母材を昇降させる昇降装置であって、
   前記ガラス母材を昇降する昇降機構部と、
   前記昇降機構部を動作させるための駆動機構部と、
   前記昇降部の摺動部と、前記駆動機構部とを含む前記昇降装置の内部空間を外部と仕切る仕切機構と、
   を備えている、ガラス母材の昇降装置。
7. 前記仕切機構はロールカーテンである、請求項６に記載のガラス母材の昇降装置。

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