JP2020083725A - 石英ガラス成型体の製造方法および石英ガラス成型体の製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<1>石英ガラスの原料粉を酸水素火炎で溶融させて、溶融したガラスを溶融部内に堆積させる溶融過程(但し、溶融部内に堆積させた溶融ガラスの一部は溶融部内の側壁と接触し、側壁近傍の溶融ガラスは流動性が低いか、または流動性を有さない)と、
溶融部内の側壁近傍以外の溶融ガラスを予備成型部内で流下させて、予備成型部の下流の成型部での流出に適した粘度の溶融ガラスを得る粘度調整過程(但し、予備成型部での溶融ガラスの流下は外気と遮断した状態で、かつ加熱下で自重により行う)と、
粘度調整された溶融ガラスを成型部内で流下させ、かつ成型口から流出させる成型過程と、次いで、
流出した石英ガラスの成型部材を冷却部で冷却する冷却過程と、
冷却された石英ガラスの成型部材を切断部で切断して成型体を得る切断過程とを有する、石英ガラス成型体の製造方法。
<2>溶融部内の側壁は、外部から加熱されない、<1>に記載の製造方法。
<3>予備成型部入口近傍の溶融部内の溶融ガラスは、自重により予備成型部に流下する、<1>または<2>に記載の製造方法。
<4>予備成型部における溶融ガラスの滞留時間は、溶融ガラスの気泡が消滅するに十分な時間とする、<1>〜<3>のいずれか1つに記載の製造方法。
<5>酸水素火炎用の酸素ガス及び水素ガスは高純度品を用いる、<1>〜<4>のいずれか1つに記載の製造方法。
<6>石英ガラス成型体は管状であり、
予備成型部の溶融ガラスが流下する部分は円筒形であり、成型部の水平断面形状はリング状であり、
予備成型部の溶融ガラスの流下する円筒形部分の水平断面形状はリング状であり、
予備成型部のリング状水平断面の内径は、成型部のリング状水平断面の内径より小さく、
予備成型部のリング状水平断面の外径は、成型部のリング状水平断面の外径より大きい、<1>〜<5>のいずれか1つに記載の製造方法。
<7>石英ガラス成型体は棒状であり、
予備成型部の溶融ガラスが流下する部分は円筒形であり、成型部の溶融ガラスが流下する部分も円筒形であり、
予備成型部の溶融ガラスが流下する部分の水平断面の径は成型部の水平断面の径より大きい、<1>〜<5>のいずれか1つに記載の製造方法。
<8>成型部から流出させた、成型された石英ガラスは、成型形状を維持できる粘度を有する<1>〜<7>のいずれか1つに記載の製造方法。
<9>冷却して得た成型体は、冷却部の下流で所定長さ毎に切断して、成型体を得る、<1>〜<8>のいずれか1つに記載の製造方法。
<10>上部に石英ガラスの原料粉の供給口及び酸水素火炎用バーナーを有し、酸水素火炎で溶融した石英ガラスを堆積させる溶融部と、
縦方向に溶融ガラスを流下させるための空洞を有し、加熱機能を有する予備成型部と、
溶融ガラスを流下させ、成型するための成型口を有する成型部と、
成型した溶融ガラスを冷却するための冷却部を具備し、
溶融部内の側壁は耐火レンガ製であり、
溶融部底部と予備成型部頂部とに溶融ガラスを流下させるための連結口を有し、
予備成型部底部と成型部頂部とに溶融ガラスを流下させるための連結口を有する、石英ガラス成型体の製造装置。
<11>前記冷却部の下流に冷却した溶融ガラスを切断するための切断部をさらに具備する、<10>に記載の製造装置。
<12>前記溶融部の酸水素火炎と接触し得る面に耐火レンガを敷設した、<10>または<11>に記載の製造装置。
<13>前記成型部にヒーターを配設し、成型過程における石英ガラスの温度を調節して成型体の形状を制御する、<10>〜<12>のいずれか1つに記載の製造装置。
本発明の好ましい実施形態に係る石英ガラスの成型体の製造装置を図1に示す。
本実施形態の製造装置においては、溶融部で溶融された溶融ガラスを成型体とする前に、均質化し粘度を調整する目的で予備成型部20を設け流動処理を行っている。予備成型部20で溶融ガラス52を導く部材および機構としては任意のものを用いることができる。例えば一般的な電気炉の構造および材料を適用することができる。
図2−1は、図1に示した製造装置における成型部の周辺を拡大して模式的に示した側断面図である。図2−2が図2−1のI−I線の矢視断面図であり、図2−3が図2−1のII―II線の矢視断面図である。本実施形態においては、同図に示されたように、予備成型部20と成型部30とが、外側を構成する外壁22,32と内壁23,33とで区画されている。その間には空間21,31が形成され、溶融した石英ガラスが流通する空洞を形成している。予備成型部20の空間21を上記で溶融した石英ガラス52が流通する。その後、溶融された石英ガラス52はその下部にある成型部30の空間31を経由して成型口3に到達し、その形にそって賦形される。これは、換言すると、予備成型部底部と成型部頂部とに溶融ガラスを流下させるための連結口を有する構造といえる。ただし、図示した態様においては特に連結口を符号を付して示してはいないが、予備成型部と成型部とが連続した構造として示している。
本実施形態においては、成形部30を通過した石英ガラスは冷却部40に送られ、そこで冷却される。成型部から流出した石英ガラスの部材は、ここで成型形状を維持できる粘度を有することが好ましい。このようにすることで、安定な生産性を維持しながら所望の形状にした良好な品質の石英ガラス成型部材54を得ることができる。
本実施形態においては、冷却して得た成型部材54が冷却部40の下流の切断部で所定長さ毎に切断され、成型体(製品)を得ることができる。成型部材の切断は公知の方法で実施できる。
図4は従来の製造装置90を模式的に示した断面図である。この従来の装置90では加熱ヒーター92をるつぼ91の周囲に配置し、るつぼ91のほぼ全体が石英ガラスの軟化温度まで上昇するようにされている。そのため、るつぼ91は耐火金属で構成されており、雰囲気ガスとして水素が供給され続けている。石英ガラスの原料粉50はヒーターによる加熱で融解し溶融ガラス52がるつぼ内に満たされている。るつぼの下部にモールド93とマンドレル94の空隙があり、そこを介して管状の溶融ガラス54が自重により引き出されている。これが徐冷され管材となり、切断されてガラス管となる。この方法では水素ガスを供給し続けなければならない。それでも耐火金属の腐食や損傷は避けられず製造コストを上昇させる要因となる。また、成型部(モールド)と溶融部(るつぼ)は分離が容易ではなく、製造設備のメンテナンスは難しくなる。
10A 溶融部本体
1 バーナー
1a 火炎吹き出し口兼原料供給口
11 内壁(耐火レンガ)
12 基部・外壁
14 溶融部側連結口
15 バーナーステージ
20 予備成型部
21 予備成型部流動部(空洞)
22 予備成型部の流動部外壁
23 予備成型部の流動部内壁
24 予備成型部側連結口
30 成型部
3 成型口
31 成型部流動部(空洞)
32 成型部の流動部外壁
33 成型部の流動部内壁
40 冷却部
50 石英ガラスの原料粉
51 堆積した石英ガラス
52 溶融して流動する石英ガラス(溶融ガラス)
54 冷却過程における石英ガラス
59 石英ガラスの成型体
70 原料供給装置
71 原料粉ライン
8 シリンダー材
90 従来の装置
91 るつぼ
92 ヒーター
93 モールド
94 マンドレル
Claims (13)
- 石英ガラスの原料粉を酸水素火炎で溶融させて、溶融したガラスを溶融部内に堆積させる溶融過程(但し、溶融部内に堆積させた溶融ガラスの一部は溶融部内の側壁と接触し、側壁近傍の溶融ガラスは流動性が低いか、または流動性を有さない)と、
溶融部内の側壁近傍以外の溶融ガラスを予備成型部内で流下させて、予備成型部の下流の成型部での流出に適した粘度の溶融ガラスを得る粘度調整過程(但し、予備成型部での溶融ガラスの流下は外気と遮断した状態で、かつ加熱下で自重により行う)と、
粘度調整された溶融ガラスを成型部内で流下させ、かつ成型口から流出させる成型過程と、次いで、
流出した石英ガラスの成型部材を冷却部で冷却する冷却過程と、
冷却された石英ガラスの成型部材を切断部で切断して成型体を得る切断過程とを有する、石英ガラス成型体の製造方法。 - 溶融部内の側壁は、外部から加熱されない、請求項1に記載の製造方法。
- 予備成型部入口近傍の溶融部内の溶融ガラスは、自重により予備成型部に流下する、請求項1または2に記載の製造方法。
- 予備成型部における溶融ガラスの滞留時間は、溶融ガラスの気泡が消滅するに十分な時間とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 酸水素火炎用の酸素ガス及び水素ガスは高純度品を用いる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 石英ガラス成型体は管状であり、
予備成型部の溶融ガラスが流下する部分は円筒形であり、成型部の水平断面形状はリング状であり、
予備成型部の溶融ガラスの流下する円筒形部分の水平断面形状はリング状であり、
予備成型部のリング状水平断面の内径は、成型部のリング状水平断面の内径より小さく、
予備成型部のリング状水平断面の外径は、成型部のリング状水平断面の外径より大きい、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。 - 石英ガラス成型体は棒状であり、
予備成型部の溶融ガラスが流下する部分は円筒形であり、成型部の溶融ガラスが流下する部分も円筒形であり、
予備成型部の溶融ガラスが流下する部分の水平断面の径は成型部の水平断面の径より大きい、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。 - 成型部から流出させた、成型された石英ガラスは、成型形状を維持できる粘度を有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。
- 冷却して得た成型体は、冷却部の下流で所定長さ毎に切断して、成型体製品を得る、請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 上部に石英ガラスの原料粉の供給口及び酸水素火炎用バーナーを有し、酸水素火炎で溶融した石英ガラスを堆積させる溶融部内と、
縦方向に溶融ガラスを流下させるための空洞を有し、加熱機能を有する予備成型部と、
溶融ガラスを流下させ、成型するための成型口を有する成型部と、
成型した溶融ガラスを冷却するための冷却部を具備し、
溶融部内の側壁は耐火レンガ製であり、
溶融部内底部と予備成型部頂部とに溶融ガラスを流下させるための連結口を有し、
予備成型部底部と成型部頂部とに溶融ガラスを流下させるための連結口を有する、石英ガラス成型体の製造装置。 - 前記冷却部の下流に冷却した溶融ガラスを切断するための切断部をさらに具備する、請求項10に記載の製造装置。
- 前記溶融部の酸水素火炎と接触し得る面に耐火レンガを敷設した、請求項10または11に記載の製造装置。
- 前記成型部にヒーターを配設し、成型過程における石英ガラスの温度を調節して成型体の形状を制御する、請求項10〜12のいずれか1項に記載の製造装置。
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