JP2537678Y2

JP2537678Y2 - バーナ操作器

Info

Publication number: JP2537678Y2
Application number: JP1990120350U
Authority: JP
Inventors: 栄川口; 久雄丸山; 鋭一池垣; 泰正古川
Original assignee: 信越化学工業株式会社
Priority date: 1990-11-19
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1997-06-04
Anticipated expiration: 2005-11-19
Also published as: JPH0478226U

Description

【考案の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本考案は合成石英製造時のバーナ操作器に関するもの
である。

【従来の技術】

合成石英は、塩素化シランを原料として酸水素炎中に
てシリカ生成と溶融を同時に行なうことにより製造され
る。合成石英の製造には炉体の内部に基体とシリカ発生
器を配置した製造装置が使用される。シリカ発生器は、
シリカ噴射バーナとその噴射方向を調整するバーナ操作
器とで構成される。バーナには、流量制御弁により夫々
一定流量に制御された水素ガス、酸素ガスおよび原料シ
ラン蒸気が定常的に供給されるようになっている。バーナにて形成される酸水素炎の中で塩素化シランは
加水分解され、シリカヒューム流れを生成する。このシ
リカヒューム流れを基体近傍に噴射すると、加熱された
基体の表面に生成シリカが付着、堆積、溶融して石英ガ
ラスが製造される。このような装置を用いた石英ガラスの製造において
は、基体表面のシリカ堆積成長面の幾何形状を最適状態
に維持することが重要である。この形状はシリカ堆積成
長面とバーナとの相対的な位置関係およびシリカ堆積速
度分布により決定される。石英ガラスは、例えば、シリ
カヒューム供給流量、原料ガス供給流量およびシリカ堆
積成長面とバーナとの相対位置関係のような製造条件が
変化しない限り安定に製造出来る。シリカ堆積成長面とバーナとの相対位置関係は、バー
ナ距離（基体の回転軸とバーナの中心軸との交点からバ
ーナの先端部までの距離）、バーナ角度（基体の回転軸
とバーナの中心軸とがなす角）、火炎照射深さ（基体表
面のシリカ堆積層の厚さ）、火炎偏芯度（基体の回転軸
とバーナの中心軸との距離）の４つの因子で決定され
る。これらの組合わせでシリカの堆積速度やガラス層屈
折率分布等の製品物性が左右される。中でもバーナ距離
は火炎中のシリカ粒子滞留時間を直接決定するため、石
英ガラスの成長に大きな影響を与える。合成石英の製造時に石英ガラスの外径が細くなったり
成長形状が崩れる等の不具合が発生した場合には、バー
ナ操作器を用いてバーナを動かし、上記の因子を変える
ことにより石英ガラスの成長条件を調整する。この操作
によりシリカの堆積分布が微妙に変化し、付着面積の増
減や成長面の形状変化が可能である。第５図にバーナ操作器70の一例を示す。このバーナ操作器70は、アーム60を介してバーナ３が
取付けられたセンターシャフト71を、その軸方向に変位
可能な昇降手段72と、回転可能な旋回手段73とをギアボ
ックス74に納めたものである。ギアボックス74は水平シ
ャフト75を介して、一対の台座76に揺動可能に支持され
ている。水平シャフト75の一端は炉体７外部に突き出て
おり、その端部にはハンドル90が取付けてある。昇降手段72は、炉体７外部のハンドル81に自在継手82
を介して連結した傘歯車83およびセンターシャフト71と
回転中心が共通な傘歯車84で構成される。センターシャ
フト71の下側はウォームギヤになっており、傘歯車84の
軸穴に形成された雌ねじと噛み合っている。ハンドル81
と自在継手82とを連結する鋼管は、ゴムブッシュのグラ
ンドシール構造により炉体７を貫通している。旋回手段73は、炉体７外部のハンドル85に自在継手86
を介して連結した傘歯車87と傘歯車88とで構成される。
傘歯車88には回転中心が共通なセンターシャフト71が貫
通しており、その表面に軸方向に沿って設けた突起89
と、傘歯車88の軸穴の壁面に形成した溝とが係合してい
る。センターシャフト71は傘歯車88の回転により従回転
可能であるとともに軸方向に変位可能になっている。ハ
ンドル85と自在継手86を連結する鋼管は上記と同様にゴ
ムブッシュのグランドシール構造により炉体７を貫通し
ている。このバーナ操作器70は以下のようにしてバーナ３と基
体表面のシリカの成長面との相対位置関係を調節してい
る。バーナ距離はハンドル81を回して調節する。傘歯車83
および傘歯車84が回転し、センターシャフト71が軸方向
に変位してバーナ３が昇降する。火炎偏芯度はハンドル85を回して調節する。傘歯車87
の回転によって傘歯車88およびセンターシャフト71が従
回転し、バーナ３が旋回する。バーナ距離を調節するた
めにセンターシャフト71が軸方向に変位した場合でも、
傘歯車88はセンターシャフト71と摺動するためにバーナ
３の向きが変わることはない。バーナ角度はハンドル90を回して調節する。ギアボッ
クス74全体が水平シャフト75を中心に回転し、バーナ３
の仰角が変更される。火炎照射深さはこのバーナ操作器70では調節できない
ので、基体を軸方向に変位させて調節している。しかし、このバーナ操作器70には、バーナ距離や火炎
偏芯度を変えると他の因子も変化してしまうという不都
合がある。他の因子を固定したままで独立して調節出来
るのは火炎偏芯度のみである。例えばバーナ距離を調節
した場合、センターシャフト71の昇降とともに火炎照射
深さも変わってしまう。そのため、バーナ距離の調節後
に、基体を変位して火炎照射深さを修正する必要があ
る。また、バーナ角度を調節すると、バーナ３の仰角の
みならずバーナ距離と火炎照射深さも変ってしまう。そ
のため、バーナ角度の調節後には、バーナ距離と火炎照
射深さの修正が必要である。この火炎照射深さの修正に
も基体の移動を伴うため、結局、バーナ距離、バーナ角
度および火炎照射深さの調節はバーナ操作器70のみの操
作では行なえないことになる。基体を移動するときは基
体の位置をその都度チェックする必要があり、甚だ不便
である。このようなバーナ距離やバーナ角度の変更に伴
う他の因子の修正量は幾何計算により算出されるが、そ
れらを素早く正確に調整することは難しい。また、このバーナ操作器70は炉体７外部からのハンド
ル操作で調節されるため、高精度な調節は困難である。
例えば自在継手82・86の使用は精度低下の原因であり、
炉体７を貫通するグランドブッシュ構造部分の摩擦抵抗
も微調整を困難にしている。火炎偏芯度は1mm単位でガ
ラスの成長に影響するが、傘歯車のあそびが0.2mm程度
でもセンターシャフト71と火炎照射点との距離は約600m
mあるため、遊びによる誤差は2mmにも拡大され、位置決
め精度が得られない。さらに、バーナ角度の調節はハン
ドル90の操作による水平シャフト75の回転角がそのまま
調整角となるため、１°程度の微調整はかなり難しい。上記のように、基体とバーナ３との相対位置調整に手
間取ったり、その精度が低い場合、燃焼温度の変化やシ
リカ粒子の気相滞留時間の相違によるOH含有量の変動が
段階的に引き起こされ、この部分を境に、石英ガラスの
熱履歴やガラス中のOH含有量が全く異なってしまい、脈
理と呼ばれる屈折率が大きく変化した不均質部が発生す
ることがある。また、同様な調整はバーナを交換して再度取付けた時
にも必要である。第５図に示すようにアーム60先端部の
バーナ３の取付け金具に汎用のクランプ61を用いている
ため、バーナ３の掴み位置が取付け毎に異なり、その都
度バーナ３と基体との相対位置を設定し直す必要があっ
た。この調整にはかなりの時間を要し、生産性低下の原
因になっている。

【考案が解決しようとする課題】

本考案は上記の課題を解決するためなされたもので、
基体とバーナとの相対位置を、素早く、精度良く調節可
能な、合成石英製造時のバーナ操作器を提供することを
目とする。

【課題を解決するための手段】

前記の課題を解決するための本考案を適用するバーナ
操作器を実施例に対応する第１図により説明する。本考案のバーナ操作器10は、炉体７の内部に回転可能
に支持された基体100の先端部に向けてシラン類ガス、
水素ガスおよび酸素ガスを噴出し、基体100の先端部近
傍表面に合成石英を形成するバーナ３の位置を操作する
装置であって、基体100の回転軸Ｃの軸方向と平行方向
Ｙおよび直交方向Ｘに、変位可能なクロステーブル４が
炉体７の外部に配置され、クロステーブル４には基体10
0の回転軸Ｃと平行な面を方向Ｒに揺動可能にアーム５
が取付けられ、アーム５はその軸方向Ｚに伸縮可能にか
つ揺動端が炉体７の内部に達するように設定され、その
揺動端にはバーナ３がアーム５の軸方向Ｚに平行となる
よう保持具６を介して取付られている。

【作用】

アーム５をその軸方向Ｚに伸縮すると、基体100の回
転軸Ｃとバーナ３の中心軸との交点からバーナ３の先端
部までの距離（バーナ距離）が調節される。火炎照射深
さは変わらないため、基体100を移動する必要はない。クロステーブル４を基体100の回転軸Ｃの軸方向と平
行方向Ｙに変位すると、基体100の回転軸Ｃとバーナ３
の中心軸との交点から基体100の先端部までの距離（火
炎照射深さ）が調節される。クロステーブル４を基体１の回転軸と直交方向Ｘに変
位すると、基体100の回転軸Ｃとバーナ３の中心軸との
距離（火炎偏芯度）が調節される。アーム５を基体100の回転軸Ｃと平行な面内を揺動方
向Ｒに揺動させると、基体100の回転軸Ｃとバーナ３の
中心軸とがなす角度（バーナ角度）が調節される。

【実施例】

以下、本考案の実施例を説明する。第１図に本考案のバーナ操作器10の側面図、第２図に
その平面図を示す。このバーナ操作器10の主要部は、基体100の回転軸Ｃ
の軸方向と直交方向Ｘに変位可能な可動台4bおよび同じ
く回転軸Ｃの軸方向と平行方向Ｙに変位4aを有するクロ
ステーブル４と、その軸方向Ｚに伸縮可能なアーム５と
で構成される。第２図に示すように、クロステーブル４は、台座11上
に敷設されたレール12a・12b上を移動可能な可動台4a
と、可動台4a上にレール12a・12bと直交して敷設されし
たレール13a・13b上を移動可能な可動台4bとで構成され
る。可動台4aは送りねじ14に連結され、そのハンドル14
aを回転することによって精密に移動することが出来
る。可動台4bは送りねじ15に連結され、そのハンドル15
aを回転することによって精密な移動が可能である。ク
ロステーブル４は炉体７外部の下方に、基体100の回転
軸Ｃ方向と可動台4aの移動方向が平行になるように配置
されている。可動台4bの上面には、レール13a・13bと平行なシャフ
ト17が一対のピロブロック16で回転可能に支持されてい
る。シャフト17にはアーム５の端部が取付けられる。シ
ャフト17の一端にはギア列18を介してハンドル17aが接
続しており、ハンドル17aを回転することによりアーム
５がシャフト17を中心にＲ方向に揺動可能になってい
る。アーム５の揺動面は基体100の回転軸Ｃと平行であ
る。アーム５は炉体７を貫通して配置され、貫通部は蛇腹
ダクト19により気密性が保たれている。貫通部の内側に
は遮熱板９が配置される。炉体７とシャフト17の間に
は、一組の傘歯車21・22と送りねじ23とからなる。アー
ム伸縮手段20が設けられている。炉体７内にあるアーム
５の先端にはバーナ３を保持する保持具６が取付けられ
ている。バーナ３は多重管構造のため、形成される火炎
の中心線はバーナ３の中心軸と一致する。第３図に示すように、保持具６は筒体の側壁の一部を
切り欠いた形状であり、先端部にはバーナ３を固定する
ためのリング状の掴み部分８が形成されている。掴み部
分８は本体部と着脱可能な半切リング8aとに二分割され
た簡単な構造であり、バーナ３を掴んでねじ8bで留める
ようになっている。バーナ３の掴み部分の外径は統一さ
れているため、バーナ３の中心軸と保持具６の中心軸と
は常に一致する。バーナ３の中心軸とアーム５の軸も一
致または平行な関係になる。バーナ距離を調節する場合、アーム５の途中に設けら
れたアーム伸縮手段20を操作する（第１図参照）。ハン
ドル21aを回すと傘歯車21が回転し、傘歯車22および送
りねじ23が従動回転する。送りねじ23の回転によりアー
ム５のバーナ３側がその軸方向Ｚに変位すると、アーム
５の連結棒5aが伸縮してバーナ距離が調節される。アー
ム５の伸縮長さはハンドル21aの回転数に比例するの
で、精密な調節が可能である。調節精度は±0.5mmであ
る。またアーム５を伸縮しても火炎照射深さは変わらな
いため、基体を移動する必要はなく、調節は速やかに行
なわれる。火炎照射深さを調節する場合には、ハンドル14aを回
し、クロステーブル４の稼動台4aを基体の回転軸方向に
移動するだけで良い。バーナ２は基体の軸方向に移動
し、基体の回転軸とバーナ３の中心軸との交点から基体
の先端部までの距離（火炎照射深さ）が調節される。バ
ーナ２の移動距離はハンドル14aの回転数に比例するの
で、精密な調節が可能である。調節精度は±0.5mmであ
る。もちろん基体を動かす必要はない。火炎偏芯度を調節する場合はハンドル15aを回してク
ロステーブル４の稼動台4bを基体の回転軸Ｃとに直交方
向Ｘ移動する（第２図参照）。バーナ２は基体の回転軸
と直交方向に移動し、基体の回転軸とバーナ３の中心軸
との距離が調節される。バーナ３の移動距離はハンドル
15aの回転数に比例するので、ガラスの成長に大きく影
響する火炎偏芯度を高精度で調節することが出来る。調
節精度は±0.5mmである。バーナ角度の調節はハンドル17aを回して行なう。ハ
ンドル17aの回転はギヤ列18を介してシャフト17に伝え
られ、アーム５がＲ方向に揺動して仰角が変化する。調
節精度は0.25°（ハンドル４回転で１°）である。アー
ム５の揺動角もハンドル17aの回転数に比例しているた
め、精密な調節が可能である。このときバーナ距離と火
炎照射深さも変化するが、それらはハンドル21aと14aの
回転操作のみで容易に修正出来る。基体を動かす必要は
ない。本考案のバーナ操作器10を用い、実際に石英ガラスを
製造した。・操作の容易性および操作の高精度化バーナ距離は、通常100〜400mmの範囲で操作される
が、例えば、200mmを20mm増加して220mmに変更する場
合、第５図に示した従来のバーナ操作器70ではセンター
シャフト71を16mm上昇させる動作と、基体を12mm後退さ
せる動作とが必要であった。それに対し、この実施例の
バーナ操作器10ではハンドル21aを回してバーナ３を基
体に20mm接近するのみで全ての操作が完了する。このよ
うにした夫々20件の操作例について、運転停止時にバー
ナ距離を実測したところ、従来のバーナ操作器70では平
均5mmの誤差が生じていたのに対し、実施例のバーナ操
作器10では誤差の平均は1mmであった。バーナ角度は、通常100〜150°の範囲で操作される
が、例えば125°に設定された条件を１°増加して126°
とする場合、ハンドル17aを回してアーム５の仰角を１
°変えるとともに、アーム５を伸ばしてバーナ３を基体
に15mm接近させてバーナ距離を修正し、可動台4aを22mm
後退して火炎照射深さを修正する。これらの操作は全て
バーナ操作器10により行なうことが出来る。しかし、従
来のバーナ操作器70ではハンドル90を回してギアボック
ス74を１°回転し、センターシャフト71を12mm上昇させ
る操作が必要であった。夫々20件の操作例について、運
転を停止した時にバーナ角度を実測したところ、従来の
バーナ操作器70では平均１°の誤差が生じていたのに対
し、実施例のバーナ操作器10では誤差は殆どなく、測定
器制度の±0.25°以内であった。上記のようにこのバーナ操作器は、バーナ距離、バー
ナ角度、火炎偏芯度および火炎照射深さの全ての因子に
ついて、その絶対角度、絶対距離および絶対位置がハン
ドル回転数等と対応しており、高精度な条件設定が容易
で確実に行なうことが出来る。・合成石英の生産性および品質の安定化効果従来、バーナを着脱した後の運転では、おおむね５時
間程度のバーナ位置調整が必要であったが、本考案のバ
ーナ操作器によれば、取付け後の調整が全く不要になっ
た。バーナの位置調整も確実になり、その結果、ガラス
成長中のバーナ調節頻度が大幅に減少した。外径２〜８インチの合成石英インゴットの製造におい
て、定尺成長毎に全時間平均のガラス成長速度を調べた
ところ、測定数10についてその最大値と最小値との差は
通常２％程度である。バーナ３の交換後には平均５％減
になっていた。これに対し、本考案のバーナ操作器を用
いた場合にはバーナ３の交換後も２％以内に抑えること
が出来た。また、通常のガラス成長時のバーナ位置調節
頻度が大幅に減少したことを受けて、ガラス中の脈理発
生頻度も大幅に減少した。なお、前述した実施例のバーナ操作器は、バーナ角度
のみを変更することができなかったが、第４図に示すよ
うにクロステーブル４を持ち上げてアーム５の回転中心
であるシャフト17の中心軸を基体の回転軸の高さに一致
させれば良い。コの字形のアーム５を回転してもバーナ
距離および火炎照射深さは一定に保たれ、バーナ角度の
みを単独に変更することが可能になる。

【考案の効果】

以上、詳細に説明したように本考案のバーナ操作器
は、基体に対するバーナの相対位置を、素早く、精度良
く調節することが出来る。また、本考案のバーナ操作器
は、脈理の発生が少なく高品質な石英ガラスを造る上で
有利な設備である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を適用するバーナ操作器の一実施例を示
す側面図、第２図はその平面図、第３図は本考案のバー
ナ操作器のバーナ保持具の側面図、第４図は別な実施例
の概略図、第５図は従来のバーナ操作器の要部拡大図で
ある。３……バーナ、４……クロステーブル、５……アーム６……保持具、10……バーナ操作器、20……アーム伸縮
手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者池垣鋭一新潟県中頚城郡頚城村大字西福島28番地の１信越機工株式会社内 (72)考案者古川泰正新潟県中頚城郡頚城村大字西福島28番地の１信越化学工業株式会社直江津工場内 (56)参考文献特開昭60−161346（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−186241（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−285123（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】炉体（７）の内部に回転可能に支持された
基体（100）の先端部に向けてシラン類ガス、水素ガス
および酸素ガスを噴出し、前記基体（100）の先端部近
傍表面に合成石英を形成するバーナ（３）の位置を操作
する装置であって、前記基体（100）の回転軸（Ｃ）の軸方向と平行方向
（Ｙ）および直交方向（Ｘ）に、変位可能なクロステー
ブル（４）が炉体（７）の外部に配置され、前記クロステーブル（４）には基体（100）の回転軸
（Ｃ）と平行な面を揺動可能にアーム（５）が取付けら
れ、該アーム（５）はその軸方向（Ｚ）に伸縮可能にか
つ揺動端が炉体（７）の内部に達するように設定され、
その揺動端にはバーナ（３）がアーム（５）の軸方向
（Ｚ）に平行となるよう保持具（６）を介して取付られ
ていることを特徴とするバーナ操作器。
【請求項２】前記バーナ（３）の中心線と保持具（６）
の中心線とが一致していることを特徴とする実用新案登
録請求の範囲第１項記載のバーナ操作器。