JP4096684B2

JP4096684B2 - 排気フード装置及び排気方法並びにガラス母材の製造方法

Info

Publication number: JP4096684B2
Application number: JP2002294597A
Authority: JP
Inventors: 隆司向後; 知巳守屋
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP2004131303A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス母材等の製造過程で発生する排出すべき浮遊ガラス微粒子やガス気体を排出する排気フード装置及び排気方法並びにガラス母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用のガラス母材は、例えば、反応炉内でガラス原料ガスを火炎加水分解させてガラス微粒子を生成し、これを出発ガラスロッド等に堆積させてガラス微粒子堆積体（多孔質ガラス母材）とし、これを脱水、燒結して透明ガラス化して製造される。また、ガラス微粒子堆積体の製造には、ＶＡＤ法（気相軸付法）、ＯＶＤ法（外付け気相蒸着法）等が知られている。
【０００３】
図５は、ＯＶＤ法を用いたガラス微粒子堆積体の製造例を示す図で、図５（Ａ）は反応炉の概略を示す図、図５（Ｂ）は排気フードの一例を示す図である。図中、１は反応炉、２はバーナ、３はバーナ駆動部、４はガラスロッド駆動部、５は出発ガラスロッド、６はガラス微粒子堆積体、７は排気フード、８は排気管、９はダンパを示す。
【０００４】
ガラス微粒子堆積体６の製造に際して、先ず、出発ガラスロッド５がガラスロッド駆動部４に取付けられ、回転可能とされる。次いで、バーナからＳｉＣｌ₄，ＧｅＣｌ₄等のガラス原料ガス及びＨ₂ガス，Ｏ₂ガス等の燃焼用ガスが出発ガラスロッド５の外周に吹付けられる。ガラス原料ガスの火炎加水分解によりガラス微粒子が生成され、生成されたガラス微粒子は出発ガラスロッド５上に堆積される。バーナ２を出発ガラスロッド５の長手方向に所定の回数往復移動させることにより、所望の外径のガラス微粒子堆積体６が作製される。
【０００５】
上記の製造過程で、ガラス原料ガスの加水分解により塩酸ガスが発生し、反応炉外に排気する必要がある。また、生成された全てのガラス微粒子が堆積されるわけではなく、堆積されなかったガラス微粒子は、反応炉１内で浮遊する。この浮遊状態にあるガラス微粒子が堆積の終えたガラス微粒子堆積体６に再付着するのを防止するために反応炉外に排気する必要がある。
【０００６】
このため、反応炉１には、排気管口から開口側に向けて末広がり形状の排気フード７が設けられる（例えば、特許文献１参照）。排気フード７は、例えば、図５（Ａ）に示すように、ガラス微粒子堆積体６に沿って開口側の面積を大きくし、排気管側にダンパ９を取付けた複数の排気管８を設ける。バーナ２の移動に同期させて順次ダンパ９を開閉することにより、排気フード７を移動させることなく固定状態で排気する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１７２８５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５（Ｂ）に示すように、排気フード７の内側壁面７ａには、吸引により浮遊中のガラス微粒子やガスが当たり、これらが次第にスス状に付着した状態となる。前記特許文献１のように、排気フード７を固定して動かさないようにして使用したとしても、排気フード７に付着したスス状のガラス微粒子が堆積中のガラス微粒子堆積体６上に落下することがある。これにより、ガラス微粒子堆積体６を脱水、透明ガラス化したガラス母材内に、異物あるいは気泡として残り、光ファイバとしたときに光学特性や強度を低下させる原因になるという問題があった。
【０００９】
反応炉１内では、バーナ２の移動やガラス微粒子堆積体６の回転駆動がなされ、排気による気体流も生じており、これらによる振動がガラス微粒子の堆積中に常時生じている。また、排気フード７自体は、加熱、冷却による膨張収縮サイクルを受けており、排気フード７に付着するガラス微粒子等の異物の量が多くなると自然落下もある。したがって、排気フード７にガラス微粒子等の異物が付着する状態下で使用される限り、振動や膨張収縮サイクルにより、ガラス微粒子が剥がれ落ちる恐れがあり、排気フードを固定状態にして使用するだけでは十分な解決にはならない。
【００１０】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、排気フードにスス状のガラス微粒子やその他異物が付着しないようにすることにより、異物落下の生じない排気フード装置及び排気方法並びにガラス母材の製造方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による排気フード装置又は排気方法は、開口面が矩形状であり排気管口から開口側に向けて末広がり形状の排気フード装置であって、開口側から排気管口に向けて排気フード内壁面に沿って気体を吹出す気体供給手段を備え、隣り合う２辺の気体供給手段からの吹出し気体の流速を異ならせるか、又は、開口側の隅部で隣り合う２辺の一方の気体供給手段からの気体吹き出しを停止させるようにしたものである。
【００１２】
また、本発明によるガラス母材の製造方法は、開口面が矩形状であり排気管口から開口側に向けて末広がり形状の排気フードの開口側から排気管口に向けて排気フード内壁面に沿って気体を吹出させ、隣り合う２辺の吹出し気体の流速を異ならせて排気するか、又は、開口側の隅部で隣り合う２辺の一方の気体吹き出しを停止させて排気し、ガラス母材の製造過程で生じる浮遊ガラス微粒子又はガス気体を排出するようにするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１により、本発明による排気フード装置の実施形態の概略を説明する。図１（Ａ）は排気フードを２重壁で形成した例を示す図、図１（Ｂ）は排気フードの外周に管状体を設けた例を示す図である。図中、１０ａ，１０ｂは排気フード、１１はフード本体、１２はフード外側壁、１３は間隙、１３ａは気体吹出し口、１４は気体供給口、１５は排気管、１６は管状体、１６ａは気体吹出し口、Ｆは開口面、Ｇは排気管口、Ｐは吹出し気体、Ｑは排気気体を示す。
【００１４】
排気フード１０ａ，１０ｂは、開口面Ｆが矩形状であり、排気管口Ｇから開口面Ｆ側に向けて末広がり形状のものを対象とする。なお、開口面Ｆは正方形又は長方形の矩形状で形成されるが、角部は丸みを持たせて円弧状に形成されたものであってもよい。排気フード１０ａ，１０ｂは、フード本体１１の内側壁面を吸込み面とし、中央に設けた排気管１５から排気される構成である。本発明においては、フード本体１１の開口面Ｆ側の周縁から内側壁面に沿って吹出し気体が供給されるように、気体供給手段を備えている。供給される吹出し気体としては、単なる空気であってもよく、その他不活性ガスであってもよいが、粉塵等を含まない清浄気体であることが好ましい。
【００１５】
図１（Ａ）に示す排気フード１０ａは、フード本体１１の外側に外側壁１２を設けて、２重壁の構造とした例である。フード本体１１と外側壁１２との間にできる間隙１３を、気体供給手段としたもので、フード本体１１の開口面Ｆ側の周縁に外側壁１２の下部周縁を折り返す形状として、気体吹出し口１３ａを形成する。気体吹出し口１３ａは、スリット状の連続的に開口する形状であってもよいが、適当な間隔で開けられた孔形状であってもよい。ただ、いずれの場合も吹出し気体Ｐがフード本体１１の開口面Ｆ側の周縁から内側壁面に沿って排気管口Ｇに向かうように形成する。
【００１６】
また、フード本体１１と外側壁１２との間にできる間隙１３は、仕切り壁等を用いて複数に分割する構成で合ってもよい。仕切り壁により吹出し気体Ｐの流路を分割することにより、気体流速を吹出し位置によって異ならせることができる。吹出し気体Ｐを供給する気体供給口１４は、外側壁１２の中央寄りの適当な位置に設ける。また、前記のように流路を分割した場合は、それぞれの流路に対して気体供給口１４を設ける。
【００１７】
図１（Ｂ）に示す排気フード１０ｂは、フード本体１１の開口面Ｆ側の周縁に管状体１６を取付ける構造とした例である。管状体１６の断面は図に示すような円形であってもよく、矩形状であってもよい。この例は、管状体１６を気体供給手段としたもので、フード本体１１の開口面Ｆ側の周縁に沿って気体吹出し口１６ａを形成する。気体吹出し口１６ａは、スリット状の連続的に開口する形状であってもよいが、適当な間隔で開けられた孔形状であってもよい。ただ、いずれの場合も吹出される気体がフード本体１１の開口面Ｆ側の周縁から内側壁面に沿って排気管口Ｇに向かうように形成する。
【００１８】
また、管状体１６を複数に分割し、それぞれの管状体１６に別々に吹出し気体を供給し、気体流速を吹出し位置によって異ならせることができる。吹出し気体を供給する気体供給口１４は、それぞれの管状体１６の適当な位置に設ける。
【００１９】
上述の如くに構成された排気フード１０ａあるいは１０ｂを用い、気体供給口１４から吹出し気体を供給し、気体吹出し口１３ａあるいは１６ａから吹出し気体Ｐを吹出させる。吹出し気体Ｐはフードの内側壁面に沿って排気管１５に向かって吸込まれると同時に、浮遊微粒子やガス等の排気気体Ｑも排気管１５に吸込まれる。排出される浮遊微粒子や排気気体Ｑは、吹出し気体Ｐによってフードの内側壁面に直接当たるのを阻止するか又は緩和されて、浮遊微粒子がフードの内側壁面に付着するのを防止する。
【００２０】
図２は、長方形状の開口面を有する排気フードの例を示す図で、図２（Ａ）はフードを下面側から見た図、図２（Ｂ）は長辺側の側面図、図２（Ｃ）は短辺側の側面図を示す。図中、１７はフード開口面の長辺、１８はフード開口面の短辺、Ｐ１は長辺側からの吹出し気体、Ｐ２は短辺側からの吹出し気体、θ１，θ２はフードの傾斜角度を示す。なお、長辺１７側の傾斜角度θ１は、短辺１８側の傾斜角度θ２より大きい角度となる。
【００２１】
図２（Ａ）に示すように、フード開口面の４辺から吹出し気体を、各辺均一な流速で各辺に直交する方向で一様に吹出させると、２辺が交差する隅部の領域Ｓにおいて、吹出し気体が互いにぶつかり合う状態が生じる。吹出し気体が互いにぶつかり合うと、吹出し気体流に乱れを生じ、排気管口方向に向かって吸引されつつある浮遊微粒子を吹飛ばし、スムーズな排出を阻害する恐れがある。また、旋盤を用いてガラス母材を火炎で加熱する装置において、排気フードはガラス母材の真上に配して使用されるが、吹出し気体の乱れは火炎に揺らぎを生じさせる恐れがある。
【００２２】
本発明の第１の実施形態として、隣り合う２辺の吹出し気体Ｐ１とＰ２の流速を異ならせることにより、吹出し気体がぶつかり合う状態の発生を軽減している。例えば、長辺１７側から吹出す気体Ｐ１の流速をＶ１とし、短辺１８側から吹出す気体Ｐ２の流速をＶ２としたとき、Ｖ２＞Ｖ１とする。これにより、吹出し気体Ｐ１とＰ２がぶつかる領域Ｓでは、流速の速い方の吹出し気体Ｐ２が支配的となり、遅い方の吹出し気体Ｐ１がこれに従う形態となって、吹出し気体Ｐ１とＰ２とがぶつかることによる気体流の乱れを軽減することができる。また、異ならせる流速の比Ｖ２／Ｖ１は１.５以上とするのが望ましい。
【００２３】
また、図２のように、開口面が長辺１７と短辺１８で形成される矩形状の末広がり排気フードである場合は、排気管１５から距離の長い短辺１８側（傾斜角度θ２）からの吹出し気体Ｐ２の流速Ｖ２を、排気管１５から距離が短い長辺１７側（傾斜角度θ１）からの吹出し気体Ｐ１の流速Ｖ１よりも速くするのが望ましい。排気管１５から距離が長く傾斜角度も小さくなる短辺１８側からの吹出し気体Ｐ２の流速Ｖ２を、長辺１７側のそれより遅くすると、浮遊微粒子が吹出し気体Ｐ２に混入して付着する確率が大きくなる。
【００２４】
また、短辺１８側のフードの傾斜角度θ２は、４５度以下で形成するのが好ましい。更に、（長辺の長さ／短辺の長さ）が１.５以上とすると、上述した効果は顕著に表れる。また、吹出し気体の温度は、室温より高く、対象とする局所排気の加熱源からの気流温度より低い温度とするのが好ましい。
【００２５】
図３は第２の実施形態を示す図で、フードを下面側から見た図のみを示す。図中の符号は図２と同じ符号を用いることにより説明を省略する。図３の形態は、形状、構造は図２と同じであるが、隣り合う２辺の隅部で、一方の辺の気体吹出しを停止させることにより、気体がぶつかり合う状態の発生を軽減している。例えば、長辺１７側の両端部分の気体吹き出し口を封鎖する。これにより、長辺１７側から吹出す気体Ｐ１と短辺側１８から吹出す気体Ｐ２とがぶつかり合う領域Ｓでは、短辺側１８からの吹出し気体Ｐ２のみとなり、気体流の乱れを軽減することができる。
【００２６】
開口面Ｆが長辺と短辺の長方形で形成されている場合は、長辺１７側の端部分で気体吹き出し口を封鎖するのが好ましく、正方形の場合は長辺１７側、短辺１８側の何れの側であってもよい。また、上述のように、隣り合う２辺の隅部で、一方の辺の気体吹出し停止した場合、隣り合う２辺からの吹出し気体の流速を変える必要はなく、同じとしてもよい。しかし長辺１７側の吹き出し気体Ｐ１と短辺側１８から吹出す気体Ｐ２を、図２の形態と同様に異ならせてもよい。
【００２７】
図４は、本発明による排気フード装置をガラス母材の製造に適用した例を示す図である。図４（Ａ）はガラス微粒子堆積体を製造する例を示す図、図４（Ｂ）は旋盤を用いてガラス母材を加熱加工する例を示す図である。図中の符号は、既に使用した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２８】
図４（Ａ）に示すように、ガラス微粒子堆積体６の製造に際して、図５で説明したのと同様に、先ず、出発ガラスロッド５がガラスロッド駆動部４に取付けられ、回転可能とされる。次いで、バーナからＳｉＣｌ₄等のガラス原料ガス及びＨ₂ガス，Ｏ₂ガス等の燃焼用ガスが吹出され、ガラス原料ガスの火炎加水分解によりガラス微粒子が生成され、生成されたガラス微粒子は出発ガラスロッド５上に堆積される。バーナ２を出発ガラスロッド５の長手方向に所定の回数往復移動させることにより、所望の外径のガラス微粒子堆積体６が作製される。
【００２９】
上記の製造過程で生じるガラス原料ガスの加水分解による塩酸ガス、及び、堆積されなかった浮遊状態にあるガラス微粒子を、排気フード１０ａにより炉外に排出する。排気フード１０ａは、開口面が矩形状であり排気管１５側から開口側に向けて末広がり形状で形成される。図１で説明したように、排気フード１０ａの開口側の気体吹出し口１３ａから排気管１５側に向けて排気フード本体１１の内壁面に沿って気体を吹出させる。気体の吹出しに際して、開口面の隣り合う２辺の吹出し気体の流速を異ならせて排気するか、又は、開口側の隅部で隣り合う２辺の一方の気体吹き出しを停止して排気する。
【００３０】
上述した排気フード装置と排気方法を用いることにより、反応炉１内に浮遊するガラス微粒子が、排気フード１０ａのフード内壁面にスス状になって付着するのを効果的に防止する。このため、排気フードからの異物の落下がなく、異物あるいは気泡が存在しない高品質のガラス母材の作製が可能となる。
【００３１】
また、図４（Ｂ）に示すように、透明ガラス化されたガラス母材の表面を火炎研磨で加工する場合、ガラスロッドをガラス管に入れてバーナ加熱でコラプスし一体化するガラス母材の製造、ガラス母材をバーナで加熱して延伸する場合など、各種の排気を必要とするガラス母材の製造に用いることができる。これらの製造においても、排気フード１０ａのフード内壁面にスス状になってガラス微粒子等の異物が付着するのを効果的に防止し、加工中のガラス母材上への異物の落下付着がなくなり、高品質のガラス母材の作製が可能となる。
【００３２】
上述の排気フード装置の効果を確認するため、図４（B）の旋盤装置を用いた実施形態で、以下に示す実施例と比較例で評価を行なった。評価に用いた旋盤装置の長さMは２.５ｍ、奥行き０.７ｍである。排気フードの本体はステンレスで形成し、排気フードの設置高さＴは旋盤装置の据付面から２.０ｍの位置とし、排気フードの長辺Ｌを３.０ｍ、奥行きを１.０ｍ、排気管内径Ｄを０.２５ｍ、短辺側の傾斜角θ２を３０°〜６０°で選定した。
【００３３】
また、排気管からの排気量を９０ｍ³／分、気体吹出し口からの気体吹出し量を３０ｍ³／分とし、気体吹出し口は１０ｍｍ間隔で吹出し孔を形成し、吹出し孔径（直径）を４ｍｍ〜６ｍｍで選定した。上記の条件で、ガラス管をバーナで加熱し、１ヶ月間稼働させ、排気フード内壁面へのガラス微粒子の付着状態を調べた。
【００３４】
（実施例１）
排気フード開口面の長辺側の吹出し孔径を５.５ｍｍ、短辺側の吹出し孔径を４.５ｍｍとし、図２に示す短辺１８側から吹出る気体の流速Ｖ２を長辺１７側から吹出る気体の流速Ｖ１の１.５倍になるように設定した。また、長辺側の吹出し孔径を６.０ｍｍ、短辺側の吹出し孔径を４.０ｍｍとした。何れの場合も、排気フード内壁面へのガラス微粒子の付着はなかった。
【００３５】
（実施例２）
実施例１と同様に、排気フード開口面の長辺側の吹出し孔径を５.５ｍｍ、短辺１８側の吹出し孔径を４.５ｍｍとし、短辺から吹出る気体の流速Ｖ２を長辺側から吹出る気体の流速Ｖ１の流速の１.５倍になるように設定した。また、排気フードの短辺側傾斜角θ２を変えて行なったところ、傾斜角θ２を４５°以下とすることにより、短辺側からの吹出し気体の流速を長辺側からの吹出し流速より大きくすることによる効果を確認することができた。しかし、４５°超では、吹出し気体の流速比を変えても差が見られなかった。
【００３６】
（実施例３）
図３に示すように、長辺１７側の両端部分を０.５ｍずつ封鎖して、この部分からの気体の吹出しを停止させた。また、長辺側及び短辺側からの吹出し気体の流速は同じとした。この結果、実施例１と同様に排気フード内壁面へのガラス微粒子の付着はなかった。
【００３７】
（実施例４）
短辺側の吹出し孔径を４.６ｍｍ、長辺側の吹出し孔径を５.４ｍｍとし、流速比が約１.４倍となるようにした。この場合も、開口側の４隅部分で０.５ｍｍ程度のガラス微粒子の付着が生じていたが、バーナ火炎に揺らぎはほとんどなかった。
【００３８】
（比較例１）
気体吹出し口からの気体吹出し量３０ｍ³／分を取止め、その他は実施例１と同じ条件で排気を行なった。この結果、排気フード内壁面に２〜３ｍｍのガラス微粒子の付着が生じていた。また、付着の一部が落下していた。
【００３９】
（比較例２）
吹出し孔径を、長辺側及び短辺側のいずれも５.０ｍｍとし、吹出し気体の流速Ｖ１とＶ２を同じとし、その他の条件は、実施例１と同じとした。この結果、開口側の４隅部分で、１.０ｍｍ程度のガラス微粒子の付着が生じていたが、その他の部分にガラス微粒子の付着はなかった。また、フードの長辺側の両端位置で、バーナ火炎に多少の揺らぎが見られた。
【００４０】
以上の結果を総合的に見ると、比較例１及び比較例２から、開口面の周縁から気体を排気管口に向けて吹出させることにより、フード内壁面へのガラス微粒子の付着を防止に有効なことは明らかであった。しかし、開口面が矩形状である場合、開口側４隅の隣り合う２辺からの吹出し気体がぶつかり合う部分で、多少の異物付着が生じ、また、バーナ使用に対しては火炎に揺らぎを生じさせることがあり、完全ではない。これに対し、隣り合う２辺の流速を異ならせ、又は、開口側の４隅部分で隣り合う２辺の一方の辺の気体吹出しを停止させることは、極めて有効であることが判明した。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、フード壁面にスス状のガラス微粒子やその他異物の付着を効果的に防止することができる。この結果、ガラス母材等の製造中にフード壁面からの異物混入をなくすことが可能となり、高品質で信頼性のある製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気フード装置の概略を説明する図である。
【図２】本発明による排気フード装置及び排気方法の第１の実施形態を説明する図である。
【図３】本発明による排気フード装置及び排気方法の第２の実施形態を説明する図である。
【図４】本発明によるガラス母材の製造方法を説明する図である。
【図５】従来の技術を説明する図である。
【符号の説明】
１…反応炉、２…バーナ、３…バーナ駆動部、４…ガラスロッド駆動部、５…出発ガラスロッド、６…ガラス微粒子堆積体、８排気管、９…ダンパ、７，１０ａ，１０ｂ…排気フード、１１…フード本体、１２…フード外側壁、１３…間隙、１３ａ…気体吹出し口、１４…気体供給口、１５…排気管、１６…管状体、１６ａ…気体吹出し口、１７…フード開口面の長辺、１８…フード開口面の短辺、Ｆ…開口面、Ｇ…排気管口、Ｐ…吹出し気体、Ｑ…排気気体、Ｐ１…長辺側の吹出し気体、Ｐ２…短辺側の吹出し気体、θ１，θ２…フードの傾斜角度。

Claims

開口面が矩形状であり排気管口から開口側に向けて末広がり形状の排気フード装置であって、前記開口側から前記排気管口に向けて排気フード内壁面に沿って気体を吹出す気体供給手段を備え、隣り合う２辺の前記気体供給手段からの吹出し気体の流速を異ならせたことを特徴とする排気フード装置。
排気フードの前記開口側が長辺と短辺からなる矩形状で形成され、前記吹出し気体の短辺側の流速を長辺側の流速より速くしたことを特徴とする請求項１に記載の排気フード装置。
排気フードの短辺側傾斜角が４５°以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の排気フード装置。
開口面が矩形状であり排気管口から開口側に向けて末広がり形状の排気フード装置であって、前記開口側から前記排気管口に向けて排気フード内壁面に沿って気体を吹出す気体供給手段を備え、前記開口側の隅部で隣り合う２辺の一方の前記気体供給手段からの気体吹出しを停止させたことを特徴とする排気フード装置。
開口面が矩形状であり排気管口から開口側に向けて末広がり形状の排気フードの前記開口側から前記排気管口に向けて排気フード内壁面に沿って気体を吹出させ、隣り合う２辺の吹出し気体の流速を異ならせて排気することを特徴とする排気方法。
開口面が矩形状であり排気管口から開口側に向けて末広がり形状の排気フードの前記開口側から前記排気管口に向けて排気フード内壁面に沿って気体を吹出させ、前記開口側の隅部で隣り合う２辺の一方の気体吹出しを停止させて排気することを特徴とする排気方法。
開口面が矩形状であり排気管口から開口側に向けて末広がり形状の排気フードの前記開口側から前記排気管口に向けて排気フード内壁面に沿って気体を吹出させ、隣り合う２辺の吹出し気体の流速を異ならせて排気し、ガラス母材の製造過程で生じる浮遊ガラス微粒子ないしガス気体を排出することを特徴とするガラス母材の製造方法。
開口面が矩形状であり排気管口から開口側に向けて末広がり形状の排気フードの前記開口側から前記排気管口に向けて排気フード内壁面に沿って気体を吹出させ、前記開口側の隅部で隣り合う２辺の一方の気体吹き出しを停止させて排気し、ガラス母材の製造過程で生じる浮遊ガラス微粒子ないしガス気体を排出することを特徴とするガラス母材の製造方法。