特許 6350140 原料供給装置およびガラス母材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6350140

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】原料供給装置およびガラス母材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 8/04 20060101AFI20180625BHJP

   C03B 37/018 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   C03B8/04 D

   C03B37/018 Z

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-180310(P2014-180310)

(22)【出願日】2014年9月4日

(65)【公開番号】特開2016-52975(P2016-52975A)

(43)【公開日】2016年4月14日

【審査請求日】2017年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】特許業務法人 信栄特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】幅崎 利已

【審査官】 永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−２９５２４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｂ８／００−８／０４

Ｃ０３Ｂ３７／００−３７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体のガラス原料を収容する原料タンクと、前記原料タンク内のガラス原料を補給する補液タンクと、前記補液タンクから前記原料タンクへ前記ガラス原料を液送する補給管と、前記原料タンクを加熱するヒータと、を備え、前記ガラス原料を前記ヒータで加熱することにより、ガラス原料ガスを反応容器内に供給する原料供給装置であって、
前記補給管の原料タンク側端部はその先端部が前記ガラス原料内に差し込まれ、
前記原料タンク側端部が前記ガラス原料内に差し込まれた部分に、前記原料タンク側端部が前記原料タンク内の空間に接触している部分より大きく熱交換を行うことのできる熱交換部を有し、
前記熱交換部は、当該部分を直管にする場合と比較して、前記ガラス原料と接している部分の管の長さが長いまたは表面積が大きい、
原料供給装置。

【請求項2】

前記熱交換部は、螺旋形状の管である、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項3】

前記熱交換部は、内径が変動する形状の管である、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項4】

前記熱交換部は、折り返し形状の管である、請求項１に記載の原料供給装置。

【請求項5】

前記熱交換部の少なくとも一部が、前記ヒータが存在する部分の原料タンク内面に接する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の原料供給装置。

【請求項6】

液体のガラス原料を収容する原料タンクと、前記原料タンク内のガラス原料を補給する補液タンクと、前記補液タンクから前記原料タンクへ前記ガラス原料を液送する補給管と、前記原料タンクを加熱するヒータと、を備え、さらに、前記原料タンク側端部が前記ガラス原料内に差し込まれた部分に、前記原料タンク側端部が前記原料タンク内の空間に接触している部分より大きく熱交換を行うことのできる熱交換部を有し、前記熱交換部は、当該部分を直管にする場合と比較して、前記ガラス原料と接している部分の管の長さが長いまたは表面積が大きい原料供給装置を使用して、
前記ガラス原料を前記ヒータで加熱することにより、ガラス原料ガスを反応容器内に供給し、前記反応容器内でガラス母材を製造する、ガラス母材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原料供給装置およびガラス母材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガラス微粒子堆積体を製造する装置に対し原料を供給する装置の一つとして、ガラス微粒子の生成で消費した分のガラス原料を補液タンクから原料タンクへ補給するようにした原料供給装置が知られている。このような原料供給装置において、補給管の原料タンク側端部は、原料タンク上面から原料液中まで直管で差し込まれている場合もあるが（例えば、特許文献１、３、４参照）、原料液中には差し込まれていない場合もある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６１−２９５２４９号公報

【特許文献2】特開昭６３−８２３２号公報

【特許文献3】実開昭６３−６４７３５号公報

【特許文献4】特開２００３−２１２５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

通常、原料供給装置では、原料タンク内の液体のガラス原料の温度が変化しないように、補液タンクから補給するガラス原料の温度を加温して原料タンクに送っている。ところが、ガラス原料の沸点以上にまで加熱すると、原料タンク直前の配管は密閉空間になっているため、加熱することで圧力が上がり、配管システムの耐圧を超えると原料がリークしてしまう可能性がある。特に、四塩化珪素などの原料は、熱膨張係数の大きい液体なので、配管内の密閉された空間で温度を上げると、圧力が上昇しやすい。このため、補液タンクから補給する液体のガラス原料は、通常ガラス原料の沸点以下の温度に制御している。しかしながら、補給する液体のガラス原料の温度が低すぎると、補給した際に原料タンク内の温度が下がってしまう。このように温度が下がると、原料タンクの内圧が下がるので、反応容器内に供給する原料ガス流量が変動する虞がある。

【0005】

そこで、本発明の目的は、補液タンクからガラス原料を補給する際、補給するガラス原料により原料タンク内の温度が下がることを防ぐことができる原料供給装置およびガラス母材の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る原料供給装置は、液体のガラス原料を収容する原料タンクと、前記原料タンク内のガラス原料を補給する補液タンクと、前記補液タンクから前記原料タンクへ前記ガラス原料を液送する補給管と、前記原料タンクを加熱するヒータと、を備え、前記ガラス原料を前記ヒータで加熱することにより、ガラス原料ガスを反応容器内に供給する原料ガス供給装置であって、
前記補給管の原料タンク側端部はその先端部が前記ガラス原料内に差し込まれ、
前記原料タンク側端部が前記ガラス原料内に差し込まれた部分に、前記原料タンク側端部が前記原料タンク内の空間に接触している部分より大きく熱交換を行うことのできる熱交換部を有する。

【0007】

本発明の一態様に係るガラス母材の製造方法は、液体のガラス原料を収容する原料タンクと、前記原料タンク内のガラス原料を補給する補液タンクと、前記補液タンクから前記原料タンクへ前記ガラス原料を液送する補給管と、前記原料タンクを加熱するヒータと、を備え、さらに、前記原料タンク側端部が前記ガラス原料内に差し込まれた部分に、前記原料タンク側端部が前記原料タンク内の空間に接触している部分より大きく熱交換を行うことのできる熱交換部を有する原料供給装置を使用して、
前記ガラス原料を前記ヒータで加熱することにより、ガラス原料ガスを反応容器内に供給し、前記反応容器内でガラス母材を製造する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、補液タンクからガラス原料を補給する際、補給するガラス原料により原料タンク内の温度が下がることを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る原料供給装置の概略構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る原料供給装置の実施例１の熱交換部を説明する原料タンクの模式的な断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る原料供給装置の実施例２の熱交換部を説明する原料タンクの模式的な断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る原料供給装置の実施例３の熱交換部を説明する原料タンクの模式的な断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る原料供給装置の実施例４の熱交換部を説明する原料タンクの模式的な断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る原料供給装置の実施例５の熱交換部を説明する原料タンクの模式的な断面図である。

【図7】実施例５の熱交換部が原料タンク内面に接する部分の例を示す断面の拡大図であり、（ａ）は熱交換部の断面が円形の例であり、（ｂ）は熱交換部の断面が矩形の例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の実施形態に係る原料供給装置は、
（１） 液体のガラス原料を収容する原料タンクと、前記原料タンク内のガラス原料を補給する補液タンクと、前記補液タンクから前記原料タンクへ前記ガラス原料を液送する補給管と、前記原料タンクを加熱するヒータと、を備え、前記ガラス原料を前記ヒータで加熱することにより、ガラス原料ガスを反応容器内に供給する原料ガス供給装置であって、
前記補給管の原料タンク側端部はその先端部が前記ガラス原料内に差し込まれ、
前記原料タンク側端部が前記ガラス原料内に差し込まれた部分に、前記原料タンク側端部が前記原料タンク内の空間に接触している部分より大きく熱交換を行うことのできる熱交換部を有する。

【0011】

（１）の構成によれば、補給管の原料タンク側端部のガラス原料内に差し込まれた部分に、原料タンク内の空間に接触している部分より大きく熱交換を行うことのできる熱交換部を有する。そのため、補給管で補液するガラス原料の温度を沸点近くまで上げてから原料タンク内に補液することができ、補液タンクからガラス原料を補給する際、補給するガラス原料により原料タンク内の温度が下がるのを防ぐことができる。これにより、ガラス母材を製造する際に、原料タンクの内圧が下がることを防いで反応容器内に供給する原料ガス流量の変動を少なくすることができる。

【0012】

（２） 前記熱交換部は、螺旋形状の管である。
（２）の構成によれば、熱交換部は螺旋形状の管となっているので、原料タンク内の液体のガラス原料と接している管の長さを長くすることができる。これにより、補給管の内外の熱交換の時間を液内で長くすることができ、補液するガラス原料の温度をより原料タンク内の液体原料の温度に近づけることができる。

【0013】

（３） 前記熱交換部は、内径が変動する形状の管である。
（３）の構成によれば、熱交換部は内径が変動する形状の管であり、表面積が直管の場合よりも大きいので、原料タンク内の液体のガラス原料と接する面積を大きくすることができ、補液するガラス原料の温度をより原料タンク内の液体原料の温度に近づけることができる。

【0014】

（４） 前記熱交換部は、折り返し形状の管である。
（４）の構成によれば、熱交換部は折り返し形状の管であるので、原料タンク内の液体のガラス原料と接している管の長さを長くすることができる。これにより、補給管の内外の熱交換の時間を長くすることができ、補液するガラス原料の温度をより原料タンク内の液体原料の温度に近づけることができる。

【0015】

（５） 前記熱交換部の少なくとも一部が、前記ヒータが存在する部分の原料タンク内面に接する。
（５）の構成によれば、熱交換部の少なくとも一部が原料タンクを加熱するヒータが存在する部分の原料タンク内面に接するので、ヒータからの熱を熱交換部に伝えることができ、補液するガラス原料の温度をより原料タンク内の液体原料の温度に近づけることができる。

【0016】

（６） 液体のガラス原料を収容する原料タンクと、前記原料タンク内のガラス原料を補給する補液タンクと、前記補液タンクから前記原料タンクへ前記ガラス原料を液送する補給管と、前記原料タンクを加熱するヒータと、を備え、さらに、前記原料タンク側端部が前記ガラス原料内に差し込まれた部分に、前記原料タンク側端部が前記原料タンク内の空間に接触している部分より大きく熱交換を行うことのできる熱交換部を有する原料供給装置を使用して、
前記ガラス原料を前記ヒータで加熱することにより、ガラス原料ガスを反応容器内に供給し、前記反応容器内でガラス母材を製造する。

【0017】

（６）の製造方法によれば、補給管の原料タンク側端部のガラス原料内に差し込まれた部分に、原料タンク内の空間に接触している部分より大きく熱交換を行うことのできる熱交換部を有する原料供給装置を使用する。そのため、補給管で補液するガラス原料の温度を沸点近くまで上げてから原料タンク内に補液することができ、補液タンクからガラス原料を補給する際、補給するガラス原料により原料タンク内の温度が下がることを防ぐことができる。これにより、ガラス母材を製造する際に、原料タンクの内圧が下がることを防いで反応容器内に供給する原料ガス流量の変動を少なくすることができる。

【0018】

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る原料供給装置およびガラス母材の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0019】

図１は、本発明の実施形態に係る原料供給装置の概略構成図である。
図１に示す原料供給装置１は、液体のガラス原料２１を収容する原料タンク２と、原料タンク２内のガラス原料２１を補給する補液タンク３と、補液タンク３から原料タンク２へガラス原料３１を液送する補給管４と、原料タンク２を加熱するヒータ５と、を備えている。そして、補給管４の原料タンク側端部４１は、その先端部が原料タンク２内の液体のガラス原料２１内に差し込まれている。

【0020】

さらに、本実施形態の原料供給装置１は、補給管４の原料タンク側端部４１において、液体のガラス原料２１内に差し込まれた部分４１ａに、原料タンク２内の空間２２に接触している部分４１ｂより大きく熱交換を行う熱交換部６を有している。

【0021】

図１に示す原料供給装置１の原料タンク２内の液体のガラス原料２１は、原料タンク２の側面に設けられたヒータ５で加熱することにより気化してガラス原料ガスとなる。なお、ヒータ５は、原料タンク２の底面にも設けられていてもよい。そして、発生したガラス原料ガスは、配管７を介して反応容器８に供給される。

【0022】

また、補液タンク３の側面には、補液タンク３を加熱するヒータ９が設けられており、補液タンク３内のガラス原料３１を沸点にならない程度の温度まで加熱している。配管１０は補液タンク３のガラス原料３１を補充するための配管である。なお、各配管（４、７、１０）に設けられた弁１１〜１４は、各配管の流量を調整するためのものである。

【0023】

次に、本実施形態に係るガラス母材の製造方法について図１を参照して説明する。本実施形態のガラス母材の製造方法は、図１の原料供給装置を使用して、以下の（１）〜（３）の手順で製造される。

【0024】

（１）原料タンク２からガラス原料ガスを反応容器内８のバーナー（図示せず）に供給する。
（２）反応容器内８内に挿入されたターゲット（図示せず）に対し、バーナーの酸水素火炎により、ガラス微粒子を生成してターゲットに堆積させてガラス微粒子堆積体（ガラス母材）を製造する。
（３）ガラス微粒子の堆積により原料タンク２の液体のガラス原料２１が減った分、補液タンク３から原料タンク２に補液する。その際に、熱交換部６を通すことにより、補液するガラス原料３１の温度を沸点近くまで上げる。

【0025】

以上のように、本実施形態に係る原料供給装置１は、補給管４の原料タンク側端部４１における液体のガラス原料２１内に差し込まれた部分に、原料タンク２内の空間２２に接触している部分より大きく熱交換を行う熱交換部６を有する。空間２２に接触している部分は直管となっており、この部分でも空間に存在する気体（原料ガス）との熱交換が行われる。一方、熱交換部６は、液体のガラス原料２１内に差し込まれた部分に存在し、ヒータ５によって沸点近くまで加熱されたガラス原料２１との熱交換が行われる。すなわち、熱交換部６は、空間２２に接触している部分より大きく熱交換が行われる。そのため、補給管４で補液するガラス原料の温度を沸点近くまで上げてから原料タンク２内に補液することができ、補液タンク３から補給する液体のガラス原料により原料タンク２内の温度が下がることを防ぐことができる。

【0026】

そして、ガラス微粒子堆積体（ガラス母材）を製造する際に、本実施形態に係る原料供給装置１を使用することにより、原料タンク２の内圧が下がることを防いで反応容器内８に供給する原料ガス流量の変動を少なくすることができる。

【0027】

［実施例］
以下、本実施形態の原料供給装置１における熱交換部６について、具体的な実施例１〜５を挙げて説明する。

【0028】

（実施例１）
図２は、本実施形態の原料供給装置１における実施例１の熱交換部６１を説明する原料タンク２の模式的な断面図である。
図２に示す実施例１の熱交換部６１は、螺旋形状の管である。この熱交換部６１は、原料タンク２の液体のガラス原料２１内に設けられている。図中の破線２１ａおよび実線２１ｂは、ガラス原料２１の液面の変動範囲を示している。破線２１ａは液面が最も上昇した位置を示し、実線２１ｂは最も下降した位置を示している。熱交換部６１は、ガラス原料２１の液面が変動しても常に液内（液体のガラス原料２１内）に位置するように設けるのが好ましい。

【0029】

螺旋形状の管である熱交換部６１は、この部分を直管にする場合と比較して、原料タンク２内の液体のガラス原料２１と接している部分の管の長さを長くすることができる。したがって、液内（ガラス原料２１内）での熱交換の時間が直管の場合よりも長くなる。すなわち、熱交換部６１は、空間２２に接触している部分より大きく熱交換を行うことができる。よって、補液するガラス原料の温度をより原料タンク２内の液体のガラス原料２１の温度に近づけることができる。

【0030】

（実施例２）
図３は、本実施形態の原料供給装置１における実施例２の熱交換部６２を説明する原料タンク２の模式的な断面図である。
図３に示す実施例２の熱交換部６２は、内径が変動する形状の管である。実施例１と同様に、図３においても、熱交換部６２は、ガラス原料２１の液面が変動しても常に液内（液体のガラス原料２１内）に位置するように設けるのが好ましい。

【0031】

内径が変動する形状の管である熱交換部６２は、この部分を直管にする場合と比較して、原料タンク２内の液体のガラス原料２１と接している部分の管の表面積が単純な直管に比べて大きくなる。すなわち、熱交換部６２は、空間２２に接触している部分より大きく熱交換を行うことができる。これにより、補液するガラス原料の温度をより原料タンク２内の液体のガラス原料２１の温度に近づけることができる。

【0032】

（実施例３）
図４は、本実施形態の原料供給装置１における実施例３の熱交換部６３を説明する原料タンク２の模式的な断面図である。
図４に示す実施例３の熱交換部６３は、少なくとも１回以上横方向に折り返す、折り返し形状の管である。実施例１と同様に、図４においても、熱交換部６３は、ガラス原料２１の液面が変動しても常に液内（液体のガラス原料２１内）に位置するように設けるのが好ましい。

【0033】

横方向に折り返す、折り返し形状の管である熱交換部６３は、この部分を折り返さずに直管にする場合と比較して、原料タンク２内の液体のガラス原料２１と接している部分の管の長さを長くすることができる。したがって、液内（ガラス原料２１内）での熱交換の時間が直管の場合よりも長くなる。すなわち、熱交換部６３は、空間２２に接触している部分より大きく熱交換を行うことができる。これによって、補液するガラス原料の温度をより原料タンク２内の液体のガラス原料２１の温度に近づけることができる。

【0034】

（実施例４）
図５は、本実施形態の原料供給装置１における実施例４の熱交換部６４を説明する原料タンク２の模式的な断面図である。
図５に示す実施例４の熱交換部６４は、少なくとも１回以上縦方向に折り返す、折り返し形状の管である。実施例１と同様に、図５においても、熱交換部６４は、ガラス原料２１の液面が変動しても常に液内（液体のガラス原料２１内）に位置するように設けるのが好ましい。

【0035】

縦方向に折り返す、折り返し形状の管である熱交換部６４は、上記の実施例３の場合と同様に、この部分を折り返さずに直管にする場合と比較して、原料タンク２内の液体のガラス原料２１と接している部分の管の長さを長くすることができる。したがって、液内（ガラス原料２１内）での熱交換の時間が直管の場合よりも長くなる。すなわち、熱交換部６４は、空間２２に接触している部分より大きく熱交換を行うことができる。これによって、補液するガラス原料の温度をより原料タンク２内の液体のガラス原料２１の温度に近づけることができる。

【0036】

（実施例５）
図６は、本実施形態の原料供給装置１における実施例５の熱交換部６５ａを説明する原料タンク２の模式的な断面図である。
図６に示す実施例５の熱交換部６５ａは、螺旋形状の管であり、熱交換部６５ａの少なくとも一部が、ヒータ５が存在する部分の原料タンク内面２ａに接している。
原料タンク内面２ａに接する部分は、例えば図７の（ａ）に示すように、溶接個所２ｂで溶接されている。なお、熱交換部６５ａは、断面が円形の管に限定されるものではなく、断面が他の形状であってもよい。例えば図７の（ｂ）に示す熱交換部６５ｂのように、断面が矩形の管であってもよい。

【0037】

熱交換部６５ａ（６５ｂ）は、実施例１と同様に螺旋形状であることにより、この部分を直管にする場合と比較して、原料タンク２内の液体のガラス原料２１と接している部分の管の長さを長くすることができる。したがって、液内（ガラス原料２１内）での熱交換の時間が直管の場合よりも長くなる。すなわち、熱交換部６５ａ（６５ｂ）は、空間２２に接触している部分より大きく熱交換を行うことができる。また、熱交換部６５ａ（６５ｂ）は、少なくとも一部が、ヒータ５が存在する部分の原料タンク内面２ａに接しているので、この部分でヒータ５からの熱を熱交換部６５ａ（６５ｂ）に伝えることができる。
よって、熱交換部６５ａ（６５ｂ）は、補液するガラス原料の温度をより原料タンク内の液体原料の温度に近づけることができる。

【0038】

なお、実施例１〜４においても、熱交換部６１〜６４は、断面が円形の管に限定されるものではなく、断面が他の形状（例えば矩形）であってもよい。

【符号の説明】

【0039】

１ 原料供給装置
２ 原料タンク
２ａ 原料タンク内面
２ｂ 溶接個所
２１ ガラス原料
３ 補液タンク
３１ ガラス原料
４ 補給管
４１ 原料タンク側端部
４１ａ ガラス原料２１内に差し込まれた部分
４１ｂ 原料タンク２内の空間２２に接触している部分
５、９ ヒータ
６、６１、６２、６３、６４、６５ａ、６５ｂ 熱交換部
７、１０ 配管
８ 反応容器
１１〜１４ 弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】