WO2023120595A1 - 反応容器およびそれを備えるガラス微粒子堆積体の製造装置 - Google Patents

反応容器およびそれを備えるガラス微粒子堆積体の製造装置 Download PDF

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glass
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reaction
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知巳 守屋
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住友電気工業株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/10—Forming beads
    • C03B19/1005—Forming solid beads
    • C03B19/106—Forming solid beads by chemical vapour deposition; by liquid phase reaction

Definitions

  • the present disclosure relates to a reaction vessel and a manufacturing apparatus for a glass particle deposit including the same.
  • This application claims priority based on Japanese Application No. 2021-208161 filed on December 22, 2021, and incorporates all the descriptions described in the Japanese Application.
  • Patent Document 1 describes a method for manufacturing a glass particle deposit body in which glass particles are deposited on a starting material.
  • a reaction vessel includes: A reaction vessel for producing a glass particle deposit by depositing glass particles generated from a glass raw material,
  • the reaction vessel includes two or more portions that are not fixed to each other in the vertical direction, which is the axial direction of the glass particle deposit,
  • the two or more parts include a first part and a second part that are independently configured, and when the first part is deformed due to thermal expansion, the first part and the second part It has a structure in which the parts do not interfere with each other.
  • An apparatus for manufacturing a glass particulate deposit according to one aspect of the present disclosure includes: Equipped with a reaction vessel as described in the previous paragraph.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an apparatus for manufacturing a glass particle deposit according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the reaction vessel shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the positional relationship between the middle part of the reaction vessel, the exhaust pipe, and the outer vessel.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining thermal expansion in the reaction vessel.
  • the present disclosure aims to suppress damage to the reaction vessel due to thermal expansion.
  • a reaction vessel for producing a glass particle deposit by depositing glass particles generated from a glass raw material
  • the reaction vessel includes two or more portions that are not fixed to each other in the vertical direction, which is the axial direction of the glass particle deposit,
  • the two or more parts include a first part and a second part that are independently configured, and when the first part is deformed due to thermal expansion, the first part and the second part It has a structure in which the parts do not interfere with each other.
  • the two or more parts include an upper part of the reaction vessel, a middle part of the reaction vessel located below the upper part of the reaction vessel, and a lower part of the reaction vessel located below the middle part of the reaction vessel,
  • the middle part of the reaction vessel is the first part and has an upper end opening and a lower end opening in the vertical direction
  • the upper part of the reaction vessel is the second part and covers the upper end opening of the middle part of the reaction vessel so as to have a gap with the upper end of the middle part of the reaction vessel in the vertical direction
  • the lower part of the reaction vessel is configured to cover the lower end opening of the middle part of the reaction vessel and support the middle part of the reaction vessel.
  • the middle part of the reaction vessel is not fixed to the upper part of the reaction vessel and the lower part of the reaction vessel, but is supported by the lower part of the reaction vessel in a movable state. and the middle part of the reaction vessel do not interfere with each other.
  • the gap between the upper portion of the reaction vessel and the upper end of the central portion of the reaction vessel allows for deformation due to thermal expansion. .
  • damage to the reaction vessel due to thermal expansion can be suppressed.
  • the gap is preferably 3 mm or more.
  • a gap is provided between the upper end of the reaction vessel and the upper end of the middle part of the reaction vessel, which is equal to or larger than the amount of displacement estimated to be caused by thermal expansion, thereby further suppressing damage to the reaction vessel due to thermal expansion. can do.
  • the sealing performance of the entire reaction vessel can be improved.
  • the raw material for glass is silicon tetrachloride
  • corrosive gas such as chlorine generated as a by-product of fine glass particles can be prevented from leaking out of the reaction vessel.
  • the glass raw material may be silicon tetrachloride.
  • the silicon tetrachloride undergoes an oxidation reaction within the flame ejected from the burner, so the temperature inside the reaction vessel rises.
  • the reaction vessel of the present disclosure is less likely to be damaged due to thermal expansion even if the temperature of the reaction vessel rises, so it can also be applied when silicon tetrachloride is used as a glass raw material.
  • An apparatus for manufacturing a glass particulate deposit according to one aspect of the present disclosure includes: A reaction vessel according to any one of (1) to (5) is provided.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an apparatus 101 for manufacturing a glass particle deposit M according to this embodiment.
  • the manufacturing apparatus 101 includes an elevation/rotation device 2 , a support device 7 , a raw material container 11 , a vaporization section 14 , a burner 16 , a reaction vessel 120 , an outer vessel 30 and a control section 40 .
  • the reaction vessel 120 is a vessel in which the glass particle deposit M is formed.
  • the reaction vessel 120 includes three portions that are not fixed to each other in the vertical direction, which is the axial direction of the glass particle deposit M.
  • the reaction vessel 120 has a structure divided into a reaction vessel upper part 21, a reaction vessel middle part 22 positioned below the reaction vessel upper part 21, and a reaction vessel lower part 23 positioned below the reaction vessel middle part 22.
  • the upper part 21 of the reaction vessel corresponds to the second part
  • the middle part 22 of the reaction vessel corresponds to the first part.
  • the reaction container upper portion 21 and the reaction container lower portion 23 can be fixed to the outer container 30, for example.
  • the reaction vessel middle part 22 is supported by the reaction vessel lower part 23 by being placed on the reaction vessel lower part 23 or the like, but is not fixed to either the reaction vessel upper part 21 or the reaction vessel lower part 23 . That is, the reaction vessel middle part 22 is in a movable state between the reaction vessel upper part 21 and the reaction vessel lower part 23 .
  • a burner hole (not shown) into which the burner 16 is inserted is provided on the side surface of the middle part 22 of the reaction vessel.
  • the middle part 22 of the reaction vessel has an exhaust part 22d extending in a direction facing the burner 16 with the glass particle deposit M interposed therebetween. Further, an exhaust opening 22e (see FIG. 2) is provided in the exhaust portion 22d.
  • One end of the exhaust pipe 8b is configured to cover the exhaust opening 22e. Excess soot and the like are discharged together with the gas inside the reaction vessel middle part 22 from the exhaust part 22d in the direction indicated by the arrow.
  • the exhaust part 22d also exhausts the heat in the middle part 22 of the reaction vessel. From the standpoint of increasing the efficiency of discharging excess soot and the like and exhausting heat, the vertical length of the exhaust portion 22d is preferably equal to or greater than the distance between the burner 16 on the uppermost stage and the burner 16 on the lowermost stage.
  • the elevating and rotating device 2 is a device that elevates and rotates the glass particulate deposit M via the support rod 3 and the starting rod 5 .
  • the lifting/rotating device 2 controls the operation of the support rod 3 based on the control signal transmitted from the controller 40 .
  • the lifting and rotating device 2 lifts and lowers the glass fine particle deposit M while rotating it.
  • the support rod 3 is arranged to pass through a through-hole formed in the upper wall of the upper part 21 of the reaction vessel.
  • a partition plate 4 and a starting rod 5 are attached to one end (lower end in FIG. 1) of the support rod 3 arranged in the reaction vessel 120 .
  • the partition plate 4 has, for example, approximately the same size as the horizontal cross section of the upper wall of the upper part 21 of the reaction vessel.
  • the other end (upper end in FIG. 1) of the support rod 3 is gripped by the lifting/rotating device 2 .
  • the starting rod 5 is the rod on which the glass particles are deposited.
  • the exhaust pipe 8b discharges the glass particles (excess soot) that have not adhered to the starting rod 5 and the glass particle deposit M together with the gas in the reaction vessel 120 in the direction of the arrow in the drawing, that is, to the outside of the reaction vessel 120. It is a tube that
  • the support device 7 is a device that supports the starting rod 5 via the contact portion 6 and suppresses whirling.
  • the abutment 6 abuts the starting rod 5 .
  • the support device 7 controls the contact portion 6 to follow the movement of the starting rod 5 and move up and down based on the control signal transmitted from the control portion 40 .
  • a liquid glass raw material 12 is stored in the raw material container 11 .
  • Silicon tetrachloride for example, can be used as the glass raw material 12 .
  • the frit 12 is silicon tetrachloride, corrosive gas is generated as a by-product. Therefore, from the viewpoint of corrosion resistance, it is preferable to use, for example, heat-resistant glass, nickel, or a nickel alloy as the material of the reaction vessel 120 .
  • the glass raw material 12 is not limited to the above examples, and siloxane may be used, for example.
  • siloxane is used as the frit 12
  • no corrosive gas is generated. Therefore, it is not necessary to consider corrosion resistance as the material of the reaction vessel 120, and inexpensive stainless steel, iron, aluminum, or the like, for example, may be used.
  • the frit 12 in the raw material container 11 is supplied to the vaporizing section 14 through the supply pipe 13 .
  • the vaporization unit 14 vaporizes the frit 12 into a frit gas based on a control signal transmitted from the control unit 40 .
  • bubbling may be used as the vaporizer.
  • the frit gas is supplied to the burner 16 through the temperature control pipe 15 .
  • the temperature control pipe 15 keeps the temperature inside the pipe high so that the frit gas does not liquefy.
  • the temperature control pipe 15 is, for example, a pipe wrapped with a tape heater that is a heating element.
  • the number of burners 16 is not particularly limited, and may be one or two or more. In the example of FIG. 1, the number of burners 16 is three.
  • the burner 16 is supplied with the frit gas vaporized in the vaporization section 14 and the flame forming gas. Flame-forming gases are, for example, hydrogen gas and oxygen gas. Inert gas such as nitrogen gas or argon gas can also be supplied to the burner 16 as a sealing gas.
  • a supply device for supplying the flame forming gas to the burner 16 and a supply device for supplying the seal gas to the burner 16 are omitted.
  • the burner 16 for example, generates glass microparticles by oxidizing glass raw material gas in a flame, and sprays and deposits the generated glass microparticles on the starting rod 5 .
  • the outer container 30 is a container that surrounds the reaction container 120 .
  • a clean air supply device 31 is provided in the outer container 30 .
  • the clean air supply device 31 supplies clean air into the outer container 30 as indicated by arrows in the drawing.
  • the upper part of the reaction container 21 and the lower part of the reaction container lower part 23 are covered with an outer container 30 filled with clean air.
  • the outer container 30 is also preferably made of a corrosion-resistant metal.
  • the material of the outer container 30 does not need to be corrosion resistant, and inexpensive stainless steel, iron, aluminum, or the like, for example, may be used.
  • the control unit 40 controls each operation of the lifting and rotating device 2 .
  • the control unit 40 transmits a control signal for controlling the lifting speed and rotation speed of the glass particulate deposit M to the lifting/rotating device 2 . Further, the control unit 40 controls the amount of frit gas supplied to the burner 16 by controlling the operation of the vaporization unit 14 . Also, the control unit 40 controls each operation of the support device 7 .
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the reaction container 120 shown in FIG.
  • the vertical direction shown in FIG. 2 is the axial direction of the glass particle deposit M when the glass particle deposit M is manufactured.
  • the horizontal direction shown in FIG. 2 is a direction orthogonal to the vertical direction, and is the direction in which the exhaust section 22d and the burner 16 (not shown in FIG. 2) face each other.
  • the front-rear direction shown in FIG. 2 is a direction perpendicular to the up-down direction and the left-right direction. These directions are set to facilitate understanding of the present disclosure, and do not limit the present disclosure.
  • the directions shown in FIGS. 3 and 4 are also as described above.
  • the reaction container middle part 22 has a door part 22a that opens and closes in the front-rear direction. By opening the door portion 22a, the work inside the reaction container middle portion 22 becomes possible.
  • the reaction container upper portion 21 and the reaction container lower portion 23 are configured to be openable and closable from side to side.
  • the exhaust portion 22d is provided to extend leftward.
  • An exhaust opening 22e for exhausting air and exhausting heat is provided at the left end of the exhaust part 22d.
  • An upper end opening 22c is provided at the upper end 22b of the middle part 22 of the reaction vessel.
  • the reaction container upper part 21 covers the upper end opening 22c so as to have a gap with the upper end 22b in the vertical direction.
  • a lower end opening is provided at the lower end of the middle part 22 of the reaction vessel.
  • a reaction container lower portion 23 covers the lower end opening. That is, the middle part 22 of the reaction vessel has a cylindrical shape with both ends opened in the vertical direction, and the upper part 21 and the lower part 23 of the reaction vessel serve as lids for closing the openings at both ends.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the positional relationship between the reaction container middle part 22, the exhaust pipe 8b, and the outer container 30.
  • the middle reaction vessel 22 is located inside the outer vessel 30 . Clean air is supplied from the clean air supply device 31 to the outer container 30 as indicated by an arrow. Therefore, the space between the reaction container middle part 22 and the outer container 30 is filled with clean air.
  • a clean air supply hole (not shown) is provided in the middle part 22 of the reaction vessel, and clean air is also supplied to the middle part 22 of the reaction vessel as indicated by an arrow.
  • the distance in the front-rear direction of the exhaust part 22d becomes narrower toward the left.
  • the exhaust pipe 8b is provided so as to cover the exhaust portion 22d and the exhaust opening 22e, and prevents excess soot and the like from the reaction container middle portion 22 from entering the space between the reaction container middle portion 22 and the outer container 30. is suppressed.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining thermal expansion in the reaction vessel 120.
  • Radiant heat is emitted from the glass particle deposit M during manufacturing of the glass particle deposit M.
  • the temperature at point A can be 1200° C. or higher
  • the temperature at point B can be about 400° C.
  • the temperatures at points C and D can be 200° C. or lower.
  • point A is the surface of the glass particle deposit M.
  • Point B is a position within the region Z1 on the right side surface of the middle part 22 of the reaction vessel. The upper and lower ends of the region Z1 are located at positions corresponding to the upper and lower ends of the glass particle deposit M at the end of manufacturing.
  • Point C is a position within the region Z2 on the right side surface of the middle part 22 of the reaction vessel.
  • the area Z2 is an area above the area Z1 on the right side surface of the middle part 22 of the reaction vessel.
  • Point D is a position near the exhaust opening 22e in the exhaust portion 22d.
  • the container at point B thermally expands.
  • the middle part 22 of the reaction vessel is deformed so as to extend upward.
  • the reaction container middle part 22 is fixed to the reaction container upper part 21, the reaction container upper part 21 and the reaction container middle part 22 interfere with each other, leading to breakage.
  • a gap having a distance d2 in the vertical direction is provided between the intermediate portion 22 and the upper end 22b. Therefore, even if the reaction container middle part 22 is deformed so as to extend upward, the reaction container upper part 21 and the reaction container middle part 22 do not interfere with each other.
  • the distance d2 is not particularly limited, it is preferably equal to or greater than the amount of vertical displacement of the middle portion 22 of the reaction vessel due to assumed thermal expansion. Specifically, the distance d2 is preferably 3 mm or more.
  • the temperature is about 200°C as in the area Z2.
  • a region Z3 is a region below the region Z1 on the right side surface of the middle part 22 of the reaction vessel. Therefore, thermal expansion also occurs due to the temperature difference between the regions Z1 and Z3.
  • the middle part 22 of the reaction vessel is deformed so as to extend downward.
  • the reaction container middle part 22 is not fixed to the reaction container lower part 23, even if the reaction container middle part 22 is deformed so as to extend downward, the deformation is allowed. Even if the reaction container middle part 22 is deformed so as to extend downward, the displacement is eventually allowed by the gap between the reaction container upper part 21 and the upper end 22b of the reaction container middle part 22.
  • a gap having a distance d1 in the horizontal direction is provided between the reaction container upper portion 21 and the reaction container middle portion 22 .
  • the distance d1 is not particularly limited, it is preferably equal to or greater than the lateral displacement amount of the reaction vessel middle section 22 due to assumed thermal expansion.
  • the distance d1 is preferably about 1 mm. It should be noted that the distance d1 may be set to 1 mm or less or 0 mm, since it is considered that the upper end of the reaction vessel central portion 22 is less likely to be displaced in the left-right direction due to thermal expansion. By reducing the distance d1, the airtightness can be improved.
  • the distance d1 can also be expressed as the distance between the parts of the reaction container upper part 21 and the reaction container middle part 22 facing each other in the left-right direction.
  • a gap having a predetermined distance in the left-right direction between the middle part 22 of the reaction vessel and the lower part 23 of the reaction vessel is preferable to provide a gap having a predetermined distance in the left-right direction between the middle part 22 of the reaction vessel and the lower part 23 of the reaction vessel.
  • the predetermined distance the description of the distance d1 is used.
  • the exhaust part 22d is deformed so as to extend leftward. Therefore, between the left end of the exhaust portion 22d and the exhaust pipe 8b shown in FIG. 1, it is preferable to provide a gap having a distance equal to or greater than the lateral displacement amount of the exhaust portion 22d due to assumed thermal expansion.
  • the reaction vessel 120 may include two or more parts that are not fixed to each other in the vertical direction. Also, the two or more parts include a first part and a second part that are independently configured, and when the first part is deformed due to thermal expansion, the first part and the second part have a structure that does not interfere with each other.
  • a structure in which the reaction vessel 120 is divided into an upper part 21 of the reaction vessel and a part in which the middle part 22 of the reaction vessel and the lower part 23 of the reaction vessel are integrated may be adopted. Further, a structure in which the reaction vessel 120 is divided into a part in which the reaction vessel upper part 21 and the reaction vessel middle part 22 are integrated and the reaction vessel lower part 23 may be employed.
  • the production apparatus 101 can be used without particular limitation in a method for producing a glass particle deposit in which glass particles are generated from a glass raw material gas and deposited.
  • Vapor Phase Axial Deposition) method or MMD (Multiburner Multilayer Deposition) method can be used in a conventionally known production method.

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Abstract

本開示は、ガラス原料から生成されるガラス微粒子を堆積してガラス微粒子堆積体を製造するための反応容器であって、前記反応容器は、前記ガラス微粒子堆積体の軸方向である上下方向において、互いに固定されていない２以上の部位を含み、前記２以上の部位は、それぞれ独立して構成された第１の部位と第２の部位とを含み、前記第１の部位が熱膨張により変形したときに前記第１の部位と前記第２の部位とが互いに干渉しない構造を有する、反応容器に関する。

Description

反応容器およびそれを備えるガラス微粒子堆積体の製造装置
　本開示は、反応容器およびそれを備えるガラス微粒子堆積体の製造装置に関する。本出願は、２０２１年１２月２２日出願の日本出願第２０２１－２０８１６１号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　特許文献１には、ガラス微粒子を出発材の上に堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法が記載されている。
日本国特開２００４－９９３５３号公報
　本開示の一態様に係る反応容器は、
　ガラス原料から生成されるガラス微粒子を堆積してガラス微粒子堆積体を製造するための反応容器であって、
　前記反応容器は、前記ガラス微粒子堆積体の軸方向である上下方向において、互いに固定されていない２以上の部位を含み、
　前記２以上の部位は、それぞれ独立して構成された第１の部位と第２の部位とを含み、前記第１の部位が熱膨張により変形したときに前記第１の部位と前記第２の部位とが互いに干渉しない構造を有する。
　本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造装置は、
　前段落に記載の反応容器を備える。
図１は、本開示の一実施形態に係るガラス微粒子堆積体の製造装置を概略的に示した図である。 図２は、図１に示す反応容器を模式的に表した斜視図である。 図３は、反応容器中部と排気管と外側容器との位置関係を示す模式図である。 図４は、反応容器における熱膨張を説明するための模式図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　ガラス原料からガラス微粒子を生成して堆積させる工程において、ガラス微粒子堆積体から発せられる輻射熱等によって反応容器内の温度は高くなる。その結果、反応容器が熱膨張し、破損してしまうおそれがある。しかし、特許文献１は、反応容器の熱膨張による破損に関して言及しておらず、その対策についても何ら開示していない。
　本開示は、熱膨張による反応容器の破損を抑制することを目的とする。
　［本開示の効果］
　本開示によれば、熱膨張による反応容器の破損を抑制することができる。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）　本開示の一態様に係る反応容器は、
　ガラス原料から生成されるガラス微粒子を堆積してガラス微粒子堆積体を製造するための反応容器であって、
　前記反応容器は、前記ガラス微粒子堆積体の軸方向である上下方向において、互いに固定されていない２以上の部位を含み、
　前記２以上の部位は、それぞれ独立して構成された第１の部位と第２の部位とを含み、前記第１の部位が熱膨張により変形したときに前記第１の部位と前記第２の部位とが互いに干渉しない構造を有する。
　この構成によれば、ガラス微粒子堆積体等から発せられる輻射熱等によって反応容器が熱膨張したとしても、熱膨張による反応容器の破損を抑制できる。
（２）　前記（１）に記載の反応容器は、
　前記２以上の部位として、反応容器上部と、前記反応容器上部の下方に位置する反応容器中部と、前記反応容器中部の下方に位置する反応容器下部と、を含み、
　前記反応容器中部は、前記第１の部位であり、前記上下方向において上端開口と下端開口とを有し、
　前記反応容器上部は、前記第２の部位であり、前記上下方向において前記反応容器中部の上端との間に隙間を有するように前記反応容器中部の前記上端開口を覆い、
　前記反応容器下部は、前記反応容器中部の前記下端開口を覆い、前記反応容器中部を支持するように構成されることが好ましい。
　この構成によれば、反応容器中部は反応容器上部および反応容器下部に固定されておらず、可動な状態で反応容器下部に支持されているため、反応容器中部が熱膨張したときに反応容器上部と反応容器中部とが互いに干渉しない。例えば、ガラス微粒子堆積体等から発せられる輻射熱等によって反応容器中部が上下方向に熱膨張したとしても、反応容器上部と反応容器中部の上端との間の隙間によって熱膨張による変形を許容可能である。結果として、熱膨張による反応容器の破損を抑制できる。
（３）　前記（２）に記載の反応容器において、
　前記隙間は、３ｍｍ以上であることが好ましい。
　この構成によれば、反応容器上部と反応容器中部の上端との間に、熱膨張によって生じると推定される変位量以上の隙間を設けているので、熱膨張による反応容器の破損をより一層抑制することができる。
（４）　前記（２）または前記（３）に記載の反応容器は、
　前記上下方向と垂直な左右方向において、前記反応容器上部および前記反応容器中部の互いに向かい合う部分間の距離が１ｍｍ以下であることが好ましい。
　この構成によれば、反応容器全体の密閉性を高めることができる。その結果として、例えば、ガラス原料が四塩化ケイ素である場合にガラス微粒子の副生成物として発生する塩素のような腐食性ガス等が反応容器の外部に漏れ出ることを抑制できる。
（５）　前記（１）から前記（４）のいずれかに記載の反応容器において、
　前記ガラス原料は、四塩化ケイ素であってもよい。
　光ファイバ用として一般的に用いられる四塩化ケイ素からガラス微粒子を生成する場合、バーナから噴射される火炎内で四塩化ケイ素を酸化反応させることになるため、反応容器内の温度が上昇する。本開示の反応容器は、反応容器の温度が上昇しても熱膨張による破損が生じにくいので、ガラス原料として四塩化ケイ素を用いる場合にも適用できる。
（６）　本開示の一態様に係るガラス微粒子堆積体の製造装置は、
　前記（１）から前記（５）のいずれかに記載の反応容器を備える。
　この構成によれば、ガラス微粒子堆積体の製造装置において、ガラス微粒子堆積体等から発せられる輻射熱等によって反応容器が熱膨張したとしても、熱膨張による反応容器の破損を抑制できる。
　［本開示の実施形態の詳細］
　以下、本開示に係る反応容器およびそれを備えるガラス微粒子堆積体の製造装置の実施の形態の例を、図面を参照しつつ説明する。各図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。また、各図面に示される同一または同等の構成要素や部材には、同一の符号を付するものとし、重複した説明は適宜省略する。
（ガラス微粒子堆積体の製造装置）
　まず、図１を用いて、本開示の一実施形態に係るガラス微粒子堆積体Ｍの製造装置１０１について説明する。図１は、本実施形態に係るガラス微粒子堆積体Ｍの製造装置１０１を概略的に示した図である。製造装置１０１は、昇降回転装置２と、支持装置７と、原料容器１１と、気化部１４と、バーナ１６と、反応容器１２０と、外側容器３０と、制御部４０と、を備えている。
　反応容器１２０は、ガラス微粒子堆積体Ｍが形成される容器である。反応容器１２０は、ガラス微粒子堆積体Ｍの軸方向である上下方向において互いに固定されていない３つの部位を含む。すなわち、反応容器１２０は、反応容器上部２１と、反応容器上部２１の下方に位置する反応容器中部２２と、反応容器中部２２の下方に位置する反応容器下部２３と、に分割された構造を有する。なお、この場合、反応容器上部２１が第２の部位、反応容器中部２２が第１の部位に相当する。
　反応容器上部２１と反応容器下部２３とは、例えば、外側容器３０に固定可能である。反応容器中部２２は、反応容器下部２３上に戴置されるなどして反応容器下部２３に支持されているが、反応容器上部２１にも反応容器下部２３にも固定されていない。すなわち、反応容器中部２２は、反応容器上部２１と反応容器下部２３との間で可動な状態にある。
　反応容器中部２２の側面には、バーナ１６を挿入するバーナ孔（図示せず）が設けられている。反応容器中部２２は、ガラス微粒子堆積体Ｍを挟んでバーナ１６と対向する方向に向かって延びる排気部２２ｄを有している。また、排気部２２ｄには、排気用開口２２ｅ（図２参照）が設けられている。排気管８ｂの一端は、排気用開口２２ｅを覆うように構成されている。排気部２２ｄから矢印で示す方向へ、余剰スス等が反応容器中部２２内のガスとともに排出される。また、排気部２２ｄは、反応容器中部２２内の排熱もおこなう。余剰スス等の排出や排熱の効率を上げるという観点から、排気部２２ｄの上下方向における長さは、最上段にあるバーナ１６と最下段にあるバーナ１６との距離以上であることが好ましい。
　昇降回転装置２は、支持棒３および出発ロッド５を介してガラス微粒子堆積体Ｍを昇降動作、および回転動作させる装置である。昇降回転装置２は、制御部４０から送信される制御信号に基づいて支持棒３の動作を制御している。昇降回転装置２は、ガラス微粒子堆積体Ｍを回転させながら昇降させる。
　支持棒３は、反応容器上部２１の上壁に形成された貫通穴を挿通して配置されている。反応容器１２０内に配置される支持棒３の一方の端部（図１において下端部）には、仕切板４と出発ロッド５が取り付けられている。仕切板４は、例えば、反応容器上部２１の上壁の水平方向断面と同程度の大きさである。支持棒３の他方の端部（図１において上端部）は昇降回転装置２により把持されている。出発ロッド５は、ガラス微粒子が堆積されるロッドである。排気管８ｂは、出発ロッド５およびガラス微粒子堆積体Ｍに付着しなかったガラス微粒子（余剰スス）などを反応容器１２０内のガスとともに図中の矢印の方向、すなわち、反応容器１２０の外部に排出する管である。
　支持装置７は、当接部６を介して出発ロッド５を支持して、振れ回りを抑制する装置である。当接部６は、出発ロッド５に当接している。支持装置７は、制御部４０から送信される制御信号に基づいて、当接部６が出発ロッド５の動きに追随して昇降動作をするよう制御する。
　原料容器１１内には、例えば、液体状のガラス原料１２が貯蔵されている。ガラス原料１２としては、例えば、四塩化ケイ素を用いることができる。ガラス原料１２が四塩化ケイ素である場合、副生成物として腐食性ガスが発生する。よって、耐腐食性を有するという観点から、反応容器１２０の材料は、例えば、耐熱ガラス、ニッケル、又はニッケル合金を用いることが好ましい。
　なお、ガラス原料１２としては、上記の例に限定されるわけではなく、例えば、シロキサンを用いてもよい。ガラス原料１２としてシロキサンを用いる場合、腐食性ガスは発生しない。よって、反応容器１２０の材料として耐腐食性を考慮する必要はなく、例えば、安価なステンレス、鉄、またはアルミニウム等を用いてもよい。
　原料容器１１内のガラス原料１２は、供給配管１３を介して気化部１４に供給される。気化部１４は、制御部４０から送信される制御信号に基づいて、ガラス原料１２を気化させてガラス原料ガスとする。なお、ガラス原料が四塩化ケイ素の場合は、気化部としてバブリングを用いても良い。ガラス原料ガスは、温調配管１５を介してバーナ１６に供給される。温調配管１５は、ガラス原料ガスが液化しないように配管内の温度を高温に保つものである。温調配管１５は、例えば、発熱体であるテープヒータを巻かれた配管である。
　バーナ１６の本数は、特に制限されず、１本であってもよいし、２本以上であってもよい。図１の例では、バーナ１６の本数は３本である。バーナ１６には、気化部１４において気化されたガラス原料ガスと、火炎形成用ガスが供給される。火炎形成用ガスは、例えば、水素ガスおよび酸素ガスである。また、バーナ１６には、シールガスとして窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスも供給されうる。なお、図１において、火炎形成用ガスをバーナ１６に供給する供給装置およびシールガスをバーナ１６に供給する供給装置は図示を省略している。バーナ１６は、例えば、ガラス原料ガスを火炎中において酸化反応させることでガラス微粒子を生成し、生成したガラス微粒子を出発ロッド５に噴きつけて堆積させる。
　外側容器３０は、反応容器１２０の周囲を覆う容器である。外側容器３０には、クリーンエア供給装置３１が設けられている。クリーンエア供給装置３１は、図中に矢印で示すように、外側容器３０内にクリーンエアを供給する。図１の例においては、反応容器上部２１の上方と反応容器下部２３の下方を除いた部分は、クリーンエアで満たされた外側容器３０によって覆われている。ガラス原料１２が四塩化ケイ素である場合、外側容器３０も耐腐食性を有する金属で構成することが好ましい。一方、ガラス原料１２がシロキサンである場合、外側容器３０の材料も耐腐食性を考慮する必要はなく、例えば、安価なステンレス、鉄、またはアルミニウム等を用いてもよい。
　制御部４０は、昇降回転装置２の各動作を制御する。制御部４０は、昇降回転装置２に対して、ガラス微粒子堆積体Ｍの昇降速度および回転速度を制御する制御信号を送信する。また、制御部４０は、気化部１４の動作を制御することで、バーナ１６へのガラス原料ガスの供給量を制御する。また、制御部４０は、支持装置７の各動作を制御する。
　次に、図２から図４を用いて、反応容器１２０についてさらに詳述する。
　図２は、図１に示す反応容器１２０を模式的に表した斜視図である。図２に示す上下方向は、ガラス微粒子堆積体Ｍを製造する際のガラス微粒子堆積体Ｍの軸方向である。図２に示す左右方向は、上下方向に直交する方向であって、排気部２２ｄとバーナ１６（図２では不図示）とが対向する方向である。図２に示す前後方向は、上下方向および左右方向に直交する方向である。これらの各方向は、本開示の理解を容易にするために設定したものであり、本開示を限定するものではない。なお、図３および図４に示す各方向も上述のとおりである。
　図２に示すように、反応容器中部２２は、前後方向に開閉する扉部２２ａを有する。扉部２２ａを開けることで、反応容器中部２２内での作業が可能になる。また、取付を容易にするため、反応容器上部２１および反応容器下部２３は、左右に開閉可能に構成されている。排気部２２ｄは、左方向に延びるように設けられている。また、排気部２２ｄの左端には、排気および排熱のための排気用開口２２ｅが設けられている。
　反応容器中部２２の上端２２ｂには、上端開口２２ｃが設けられている。反応容器上部２１は、上下方向において上端２２ｂとの間に隙間を有するように上端開口２２ｃを覆っている。また、図示はしないが、反応容器中部２２の下端には、下端開口が設けられている。反応容器下部２３は、下端開口を覆っている。すなわち、反応容器中部２２は、上下方向において両端が開口した筒状の形状を有しており、反応容器上部２１および反応容器下部２３がそれぞれ両端の開口を塞ぐ蓋の役割を果たしている。
　図３は、反応容器中部２２と排気管８ｂと外側容器３０との位置関係を示す模式図である。図３に示すように、反応容器中部２２は、外側容器３０の内部に位置する。クリーンエア供給装置３１から外側容器３０へと、矢印で示すようにクリーンエアが供給される。よって、反応容器中部２２と外側容器３０との間の空間は、クリーンエアで満たされる。また、反応容器中部２２には、クリーンエア供給孔（不図示）が設けられており、矢印で示すように、反応容器中部２２にもクリーンエアが供給される。
　排気部２２ｄは、左方向に向かうにつれて前後方向の距離が狭くなっている。排気管８ｂは、排気部２２ｄおよび排気用開口２２ｅを覆うように設けられており、反応容器中部２２からの余剰スス等が、反応容器中部２２と外側容器３０との間の空間に侵入することを抑制している。
　図４は、反応容器１２０における熱膨張を説明するための模式図である。ガラス微粒子堆積体Ｍの製造時において、ガラス微粒子堆積体Ｍから輻射熱が発せられる。この輻射熱等によって、例えば、Ａ点の温度は１２００℃以上、Ｂ点の温度は４００℃程度、Ｃ点およびＤ点の温度は２００℃以下になりうる。なお、Ａ点はガラス微粒子堆積体Ｍの表面である。Ｂ点は、反応容器中部２２の右側面における領域Ｚ１内の位置である。領域Ｚ１の上端および下端は、製造終了時におけるガラス微粒子堆積体Ｍの上端と下端に対応する位置にある。Ｃ点は、反応容器中部２２の右側面における領域Ｚ２内の位置である。領域Ｚ２は、反応容器中部２２の右側面における領域Ｚ１よりも上方の領域である。Ｄ点は、排気部２２ｄにおける排気用開口２２ｅの近傍の位置である。
　Ｂ点とＣ点との間に温度差があると、Ｂ点の容器は熱膨張する。Ｂ点で熱膨張が起こると、例えば、反応容器中部２２が上方向に延びるように変形する。ここで、反応容器中部２２が反応容器上部２１に固定されていると、反応容器上部２１と反応容器中部２２とが互いに干渉し、破損につながってしまう。しかし、図４の左上の領域Ｘ（上下方向および左右方向を含む平面で、反応容器上部２１および反応容器中部２２を切断した場合の拡大断面図）に示すように、反応容器上部２１と反応容器中部２２の上端２２ｂとの間には、上下方向において距離ｄ２を有する隙間が設けられている。よって、反応容器中部２２が上方向に延びるように変形したとしても反応容器上部２１と反応容器中部２２は互いに干渉しない。言い換えると、反応容器上部２１および反応容器中部２２を破損するような力は生じない。距離ｄ２は、特に制限されないが、想定される熱膨張による反応容器中部２２の上下方向の変位量以上であることが好ましい。距離ｄ２は、具体的には、３ｍｍ以上であることが好ましい。
　領域Ｚ３内においても、領域Ｚ２内と同様に温度が２００℃程度になる。領域Ｚ３は、反応容器中部２２の右側面における領域Ｚ１よりも下方の領域である。よって、領域Ｚ１と領域Ｚ３の間の温度差によっても熱膨張が起こる。この場合、熱膨張が起こると、例えば、反応容器中部２２が下方向に延びるように変形する。ここで、反応容器中部２２が反応容器下部２３に固定されていると、熱膨張による変形を許容できず、破損につながってしまう。しかし、反応容器中部２２は、反応容器下部２３に固定されていないため、反応容器中部２２が下方向に延びるように変形したとしてもその変形は許容される。なお、反応容器中部２２が下方向に延びるように変形した場合でも、結果的に、その変位は反応容器上部２１と反応容器中部２２の上端２２ｂとの間の隙間によって許容されることになる。
　また、図４の左上の領域Ｘに示すように、反応容器上部２１と反応容器中部２２の間には、左右方向において距離ｄ１を有する隙間が設けられている。距離ｄ１は、特に制限されないが、想定される熱膨張による反応容器中部２２の左右方向の変位量以上であることが好ましい。距離ｄ１は、具体的には、１ｍｍ程度であることが好ましい。なお、反応容器中部２２の上端では、熱膨張による左右方向への変位は少ないと考えられることから、距離ｄ１は１ｍｍ以下にしてもよいし、０ｍｍにしてもよい。距離ｄ１を小さくすることによって、密閉性を高めることができる。なお、距離ｄ１は、左右方向における反応容器上部２１および反応容器中部２２の互いに向かい合う部分間の距離と表現することもできる。
　また、図示はしないが、反応容器中部２２と反応容器下部２３の間においても、左右方向において所定の距離を有する隙間を設けることが好ましい。上記所定の距離については、距離ｄ１について述べた内容を援用する。
　Ｄ点では、Ｄ点の右方向側の領域との温度差によって、例えば、排気部２２ｄが左方向に延びるように変形する。よって、排気部２２ｄの左端と図１に示す排気管８ｂとの間においても、想定される熱膨張による排気部２２ｄの左右方向の変位量以上の距離を有する隙間を設けることが好ましい。
　なお、本実施形態では、反応容器１２０が３つの部位に分割されている例を説明したが、これに限定されない。反応容器１２０は、上下方向において、互いに固定されていない２以上の部位を含んでいればよい。また、２以上の部位は、それぞれ独立して構成された第１の部位と第２の部位とを含み、第１の部位が熱膨張により変形したときに第１の部位と第２の部位とが互いに干渉しない構造を有していればよい。例えば、反応容器１２０が、反応容器上部２１と、反応容器中部２２および反応容器下部２３を一体的にした部位と、に分割された構造を採用してもよい。また、反応容器１２０が、反応容器上部２１および反応容器中部２２を一体的にした部位と、反応容器下部２３と、に分割された構造を採用してもよい。
　本実施形態に係る製造装置１０１は、ガラス原料ガスからガラス微粒子を生成して堆積させるガラス微粒子堆積体の製造方法において特に制限なく用いることができ、例えば、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法、ＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法、またはＭＭＤ（Multiburner Multilayer Deposition）法等の従来公知の製造方法において用いることが可能である。
　以上、本実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態はあくまでも一例であって、請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解される。このように、本発明の技術的範囲は請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。
　１０１：（ガラス微粒子堆積体の）製造装置
　２：昇降回転装置
　３：支持棒
　４：仕切板
　５：出発ロッド
　６：当接部
　７：支持装置
　８ｂ：排気管
　１１：原料容器
　１２：液体シロキサン
　１３：供給配管
　１４：気化部
　１５：温調配管
　１６：バーナ
　１２０：反応容器
　２１：反応容器上部
　２２：反応容器中部
　２２ａ：扉部
　２２ｂ：上端
　２２ｃ：上端開口
　２２ｄ：排気部
　２２ｅ：排気用開口
　２３：反応容器下部
　３０：外側容器
　３１：クリーンエア供給装置
　４０：制御部
　ｄ１，ｄ２：距離
　Ｍ：ガラス微粒子堆積体

Claims (6)

  1. 　ガラス原料から生成されるガラス微粒子を堆積してガラス微粒子堆積体を製造するための反応容器であって、
    　前記反応容器は、前記ガラス微粒子堆積体の軸方向である上下方向において、互いに固定されていない２以上の部位を含み、
    　前記２以上の部位は、それぞれ独立して構成された第１の部位と第２の部位とを含み、前記第１の部位が熱膨張により変形したときに前記第１の部位と前記第２の部位とが互いに干渉しない構造を有する、
    　反応容器。
  2. 　前記２以上の部位として、反応容器上部と、前記反応容器上部の下方に位置する反応容器中部と、前記反応容器中部の下方に位置する反応容器下部と、を含み、
    　前記反応容器中部は、前記第１の部位であり、前記上下方向において上端開口と下端開口とを有し、
    　前記反応容器上部は、前記第２の部位であり、前記上下方向において前記反応容器中部の上端との間に隙間を有するように前記反応容器中部の前記上端開口を覆い、
    　前記反応容器下部は、前記反応容器中部の前記下端開口を覆い、前記反応容器中部を支持する、
    　請求項１に記載の反応容器。
  3. 　前記隙間は、３ｍｍ以上である、
    　請求項２に記載の反応容器。
  4. 　前記上下方向と垂直な左右方向において、前記反応容器上部および前記反応容器中部の互いに向かい合う部分間の距離は１ｍｍ以下である、
    　請求項２または請求項３に記載の反応容器。
  5. 　前記ガラス原料は、四塩化ケイ素である、
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の反応容器。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の反応容器を備える、ガラス微粒子堆積体の製造装置。
     
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