特許 7404931 ガラス母材の製造装置

(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】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】ガラス母材の製造装置

(51)【国際特許分類】

   C03B 8/04 20060101AFI20231219BHJP

   C03B 37/018 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

C03B8/04 Q

C03B37/018 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020030483

(22)【出願日】2020-02-26

(65)【公開番号】P2021134109

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-10-21

(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】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】撫佐 宜孝

【審査官】酒井 英夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１９３６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４９３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０７８１４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０３Ｂ ８／０４，３７／０１８，

Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

火炎中にガラス原料を供給してガラス微粒子を合成するバーナと、
前記バーナを内部に配置した反応容器と、
前記反応容器の外部に配置した腐食性ガスを検知するガスセンサと、
前記ガスセンサからの出力が第一の設定値を超えた際に、前記反応容器内の圧力を下げる制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ガスセンサからの出力が、前記第一の設定値より大きい第二の設定値を超えた際に、前記バーナへの前記ガラス原料の供給を停止する制御を行う、
ガラス母材の製造装置。

【請求項2】

前記ガスセンサは、前記腐食性ガスが吸引されるガス吸引口を有しており、
前記ガス吸引口は前記反応容器の上端より上に配置された請求項１に記載のガラス母材の製造装置。

【請求項3】

前記ガスセンサは、前記腐食性ガスが吸引されるガス吸引口を有しており、
前記ガス吸引口は前記バーナの高さより低い位置に配置された請求項１に記載のガラス母材の製造装置。

【請求項4】

前記ガスセンサは、前記腐食性ガスが吸引される複数のガス吸引口を有しており、
前記複数のガス吸引口は、
前記反応容器の上端より上に配置されたガス吸引口と、
前記バーナの高さより低い位置に配置されたガス吸引口と、
を含む請求項１に記載のガラス母材の製造装置。

【請求項5】

火炎中にガラス原料を供給してガラス微粒子を合成するバーナと、
前記バーナを内部に配置した反応容器と、
前記反応容器の外部に配置した腐食性ガスを検知するガスセンサと、
前記ガスセンサからの出力が第一の設定値を超えた際に、前記反応容器内の圧力を下げる制御を行う制御部と、
を備え、
前記ガスセンサは、前記腐食性ガスが吸引される複数のガス吸引口を有しており、
前記複数のガス吸引口は、
前記反応容器の上端より上に配置されたガス吸引口と、
前記バーナの高さより低い位置に配置されたガス吸引口と、
を含むガラス母材の製造装置。

【請求項6】

前記ガスセンサは一酸化窒素に不感である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガラス母材の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガラス母材の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ガラス微粒子を堆積する過程で腐食性ガスが反応容器内に発生することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－１０２２０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１には、腐食性ガスが反応容器内から外部へ漏れ出た場合の対処法についての記載がない。

【0005】

本開示は、腐食性ガスが反応容器から漏れた場合に漏れを抑制することができるガラス母材の製造装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係るガラス母材の製造装置は、
火炎中にガラス原料を供給してガラス微粒子を合成するバーナと、
前記バーナを内部に配置した反応容器と、
前記反応容器の外部に配置した腐食性ガスを検知するガスセンサと、
前記ガスセンサからの出力が第一の設定値を超えた際に、前記反応容器内の圧力を下げる制御を行う制御部と、
を備えている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、腐食性ガスが反応容器から漏れた場合に漏れを抑制することができるガラス母材の製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係るガラス母材の製造装置の代表的な構成例を説明するための概略構成図である。

【図2】図２は、ガラス母材の製造装置において反応容器およびその周辺部分を示す概略構成図である。

【図3】図３は、ガラス母材の製造装置の他の構成例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列挙して説明する。
本開示に係るガラス母材の製造装置は、
（１）火炎中にガラス原料を供給してガラス微粒子を合成するバーナと、
前記バーナを内部に配置した反応容器と、
前記反応容器の外部に配置した腐食性ガスを検知するガスセンサと、
前記ガスセンサからの出力が第一の設定値を超えた際に、前記反応容器内の圧力を下げる制御を行う制御部と、
を備えている。
この構成によれば、腐食性ガスが反応容器から漏れた場合に漏れを抑制することができる。

【0010】

（２）前記制御部は、前記ガスセンサからの出力が、前記第一の設定値より大きい第二の設定値を超えた際に、前記バーナへの前記ガラス原料の供給を停止する制御を行ってもよい。
この構成によれば、腐食性ガスの漏れ量が大きい場合に、ガラス原料の供給を停止するため、腐食性ガスの漏洩を停止できる。

【0011】

（３）前記ガスセンサは、前記腐食性ガスが吸引されるガス吸引口を有しており、
前記ガス吸引口は前記反応容器の上端より上に配置されても良い。
この構成によれば、反応容器内のガスは室温より温度が高いため、反応容器の上部から腐食性ガスが漏れやすい。よって、反応容器の上端より上からガスを吸ってガスセンサで検知させることでより確実に腐食性ガスの漏れを検知できる。

【0012】

（４）前記ガスセンサは、前記腐食性ガスが吸引されるガス吸引口を有しており、
前記ガス吸引口は前記バーナの高さより低い位置に配置されても良い。
この構成によれば、ガラス原料用配管とバーナとの接続接手から腐食性ガスが漏れた場合に、確実に腐食性ガスの漏れを検知できる。また、バーナが破損した場合には、破損した箇所からの腐食性ガスの漏れを確実に検知できる。

【0013】

（５） 前記ガスセンサは、前記腐食性ガスが吸引される複数のガス吸引口を有しており、
前記複数のガス吸引口は、
前記反応容器の上端より上に配置されたガス吸引口と、
前記バーナの高さより低い位置に配置されたガス吸引口と、
を含んでもよい。
この構成によれば、反応容器内のガスは室温より温度が高いため、反応容器の上部から腐食性ガスが漏れやすい。よって、反応容器の上端より上からガスを吸ってガスセンサで検知させることでより確実に腐食性ガスの漏れを検知できる。
また、ガラス原料用配管とバーナとの接続接手から腐食性ガスが漏れた場合に、確実に腐食性ガスの漏れを検知できる。また、バーナが破損した場合には、破損した箇所からの腐食性ガスの漏れを確実に検知できる。

【0014】

（６）前記ガスセンサは一酸化窒素に不感でも良い。
この構成によれば、反応容器内で火炎により一酸化窒素が生成された場合でも腐食性ガスの漏れを確実に検知できる。

【0015】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示に係るガラス母材の製造装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示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。

【0016】

図１は、本開示の実施形態に係るガラス母材の製造装置１を示す概略構成図である。図２は、ガラス母材の製造装置１において反応容器２およびその周辺部分を示す概略構成図である。なお、以下では、ガラス母材の製造装置１で行われるガラス母材の製造方法としてＶＡＤ法（気相軸付け法：ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ａｘｉａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を例に説明するが、本開示はこれに限定されない。本開示に係るガラス母材の製造装置１では、ＯＶＤ法（外付け法：ｏｕｔｓｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）などの他のガラス母材の製造方法に対しても適用可能である。

【0017】

図１に示すように、ガラス母材の製造装置１は、反応容器２と、ガスセンサ３と、制御部４とを備えている。反応容器２は、本体部２Ａと、本体部２Ａの上端開口部を覆う上蓋部２Ｂとを有している。反応容器２の側面には、排気管８が取り付けられている。図２に示すように、反応容器２内には、バーナ１１が配置されている。バーナ１１には、ガラス原料ガス、燃焼性ガスおよび助燃性ガスが供給される。例えば、ガラス原料ガスは四塩化ケイ素ガス（ＳｉＣｌ_４）、燃料性ガスは水素ガス（Ｈ_２）、助燃性ガスは酸素ガス（Ｏ_２）である。バーナ１１は、燃焼性ガスおよび助燃性ガスにより火炎を形成し、火炎中でガラス原料ガスを火炎加水分解反応させてガラス微粒子１５を生成する。反応容器２の上蓋部２Ｂには下端に種棒１３が取り付けられた支持棒１２が吊り下げられている。回転されつつ所定の引き上げ速度で引き上げられる種棒１３に向けて、バーナ１１によりガラス微粒子１５を吹き付けることにより、ガラス微粒子堆積体１４が作製される。種棒１３やガラス微粒子堆積体１４に付着しなかった反応容器２内のガラス微粒子１５は排気管８を通じて排気される。また、ガラス微粒子１５の生成中に火炎加水分解反応で発生する腐食性ガス（例えば、塩化水素ガス（ＨＣｌ））も排気管８を通じて排気される。

【0018】

図１に戻り、ガスセンサ３は、反応容器２の外部に配置され、腐食性ガスを検知する。ガラス微粒子堆積体１４を作製中に発生した腐食性ガスは、上述したようにその一部は排気管８を通じて排気されるが、排気されずに反応容器２内に残った腐食性ガスは、反応容器２の隙間から外部へ漏れ出ることがある。ガスセンサ３は、この反応容器２から漏れ出した腐食性ガスを検知して、検知した腐食性ガスのガス濃度に関する信号を制御部４へ出力する。ガスセンサ３は、例えば、吸引式の定電位電解式センサ（Ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｍｅｔｈｏｄ Ｓｅｎｓｏｒ）である。吸引式の定電位電解式センサは、一定の電位に保たれた電極上で検知対象ガスである腐食性ガスを電気分解し、その時に発生する電流をガス濃度として検知する。吸引式の定電位電解式センサは、設定電位を選ぶことにより選択的にガスを検知することができる。なお、種棒１３の芯出しや空焼きの際、バーナ１１で熱せられた空気の窒素成分が反応して一酸化窒素ガス（ＮＯ）が発生する。一酸化窒素ガスが反応容器２から外部に漏れ出した場合、ガスセンサ３が一酸化窒素ガスを検知して検知信号を制御部４へ出力することにより、制御部４はガラス微粒子堆積体の作製時に発生した腐食性ガスが反応容器２から漏れ出たと判断する可能性がある。このため、ガスセンサ３は、一酸化窒素ガスには不感であることが好ましい。これにより、一酸化窒素ガスが反応容器２から外部に漏れ出たとしてもガスセンサ３は一酸化窒素ガスを検知しないため、ガラス微粒子堆積体の作製時に発生した腐食性ガス（例えば、塩化水素ガス）を確実に検知することができる。

【0019】

また、ガスセンサ３は、そのガス吸込口に配管５が接続されている。配管５のガスセンサ３に接続されている先端とは反対側の先端は、反応容器２の周辺近傍に配置されており、ガスセンサ３のガス吸引口として機能する。すなわち、配管５は、その先端開口から反応容器２から外部に漏れ出た腐食性ガスを吸い込み、腐食性ガスをガスセンサ３へ搬送するように構成されている。配管５は、例えば、可撓性のチューブである。チューブは、好ましくは、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のフッ素樹脂（テフロン（登録商標））から形成される。ＰＴＦＥのフッ素樹脂により形成されたチューブは、柔軟性があるために取り扱いが容易であり、また、塩化水素ガスを吸着しない性質を有しているため、ガスセンサ３において腐食性ガスをより正確に検知することができる。また、所定の長さ（例えば、分岐点５Ｃから各配管５Ａ，５Ｂの先端までの長さ１２ｍ）を有するチューブを使用することにより、反応容器２の位置に関係なく、ガスセンサ３を自由な位置に配置することができる。

【0020】

配管５は、分岐点５Ｃで二つの配管５Ａ，５Ｂに分岐し、各配管５Ａ，５Ｂの先端はそれぞれ反応容器２の上部および下部の外側の２か所に配置されている。図２に示すように、配管５Ａの先端は反応容器２の上端より上に配置されている。反応容器２内に発生したガスは、室温より温度が高いために反応容器２の上部に流れやすい。配管５Ａは、その先端が反応容器２の上端よりも上の支持棒１２付近に配置されているため、上蓋部２Ｂの支持棒１２の取付箇所の隙間から漏れ出た腐食性ガスを確実に検知することができる。また、配管５Ｂの先端は、バーナ１１の高さより低い位置に配置されている。ガラス微粒子堆積体１４を作製中に反応容器２内に発生した腐食性ガスである塩化水素ガスは、常温では空気より重いために反応容器２の下部にも流れることがある。例えばバーナ１１が破損した場合には、破損した箇所から塩化水素ガスが反応容器２の外部に漏れ出る可能性がある。また、バーナ１１とガラス原料用配管１６との接続継手から塩化水素ガスが反応容器２の外部に漏れ出る可能性がある。このような場合であっても、配管５Ｂは、バーナ１１とガラス原料用配管１６との接続継手付近に配置されているため、腐食性ガスである塩化水素ガスの漏れを確実に検知することができる。なお、本実施形態のように、二つの配管５Ａ，５Ｂを用いて一台のガスセンサ３で反応容器の２か所を検知する場合には、配管５Ａ，５Ｂの先端開口（吸引口）から吸引される腐食性ガスの流量が等しくなるように配管５Ａ，５Ｂを構成することが好ましい。

【0021】

制御部４は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成されており、ガスセンサ３からの出力に基づいて反応容器２の圧力を制御する。制御部４は、ガスセンサ３から腐食性ガスのガス濃度に関する信号を受信し、腐食性ガスのガス濃度が第一の設定値を超えているか否かを判断する。そして、制御部４は、腐食性ガスのガス濃度が第一の設定値を超えていると判断した場合は、反応容器２内の圧力を下げる制御を行う。反応容器２内の圧力を下げて反応容器２を負圧にすることで反応容器２から外部へ腐食性ガスが漏れ出ることを抑制することができる。例えば制御部４は、排気管８の排気量が多くなるように制御を行う。反応容器２に設けられた排気管８は、ガラス母材の製造装置１が配置された工場内の空気を排気する排気管９と接続されて工場外へ排気されている。工場外へ排気される排気量は予め決められているため、制御部４は、排気管９の排気量が小さくなるように排気管９に設けられた排気バルブ１０の開閉状態を制御する。

【0022】

また、制御部４は、腐食性ガスのガス濃度が、第一の設定値より大きい第二の設定値を超えたと判断した場合は、バーナ１１へのガラス原料の供給を停止する制御を行う。例えば、制御部４は、ガラス原料を気化させてガラス原料用配管１６を介してバーナ１１へ原料ガスを供給するガス供給装置１７に接続されており、ガス供給装置１７を制御して、原料ガスの供給を停止する。なお、第一の設定値および第二の設定値は、適宜所定の値に設定される。例えば、第一の設定値は、１ｐｐｍ、第二の設定値は、２ｐｐｍに設定される。

【0023】

ガラス母材の製造装置１はさらに、ポンプ６と、レシーバ容器７とを備えている。ポンプ６は、配管５を流れる腐食性ガスを吸い上げて、吸い上げた腐食性ガスをレシーバ容器７を経由してガスセンサ３へ送出する。レシーバ容器７は、ポンプ６により圧力変動が生じた腐食性ガスの圧力を安定させることにより、ガスセンサ３の吸引流量を安定させる。レシーバ容器７は、例えば、配管５と同じ材料（ＰＴＦＥのフッ素樹脂）により形成されている。なお、ガスセンサ３自体により腐食性ガスを吸い上げることが可能な場合には、ポンプ６およびレシーバ容器７の設置を省略することができる。

【0024】

以上説明したように、本実施形態のガラス母材の製造装置１は、ガラス微粒子堆積体１４の作製時に発生し反応容器２から漏れ出た腐食性ガスをガスセンサ３により検知し、ガスセンサ３の出力（腐食性ガスのガス濃度）が第一の設定値を超えた場合に、制御部４により、反応容器２内の圧力を下げる制御を行うように構成されている。これにより、ガラス微粒子堆積体の作製時に発生した腐食性ガスが反応容器から漏れた場合に、漏れを抑制することができる。

【0025】

また、制御部４は、ガスセンサ３からの出力が、第一の設定値より大きい第二の設定値を超えた場合に、バーナ１１へガラス原料の供給を停止する制御を行うように構成されている。これにより、腐食性ガスの漏れ量が大きい場合に、ガラス原料の供給を停止するため、腐食性ガスの漏洩を停止できる。

【0026】

また、ガスセンサ３に接続された配管５Ａの先端は、反応容器２の上端より上に配置されている。反応容器２内のガスは室温より温度が高いため、反応容器２の上部から腐食性ガスが漏れやすい。このため、反応容器２の上端より上からガスを吸ってガスセンサ３で検知させることでより確実に腐食性ガスの漏れを検知できる。

【0027】

また、ガスセンサ３に接続された配管５Ｂの先端は、バーナ１１の高さより低い位置に配置されている。これにより、バーナ１１の破損箇所やガラス原料用配管１６とバーナ１１との接続接手から腐食性ガスが漏れた場合に、確実に腐食性ガスの漏れを検知できる。

【0028】

また、ガスセンサ３は、一酸化窒素に不感である。これによれば、反応容器２内で火炎により一酸化窒素が生成された場合でも腐食性ガスの漏れを確実に検知できる。

【0029】

以上、本開示を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本開示の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本開示を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

【0030】

例えば、上記実施形態において、レシーバ容器７およびガスセンサ３には、腐食性ガスを排気するための排気用バッファが接続されていてもよい。

【0031】

また、上記実施形態では、排気管８は排気管９と接続された構造となっており、制御部４は、排気管９の排気量を制御することにより、反応容器２内の圧力を制御しているが、これに限られない。制御部４は、排気管８の排気量を直接制御してもよい。また、排気管８とは別の排気管を設けて、そこから腐食性ガスを排気してもよい。

【0032】

また、上記実施形態では、制御部４は、第一の設定値および第二の設定値の両方に基づいて排気の制御およびガラス原料供給の制御を行っているが、これに限られない。例えば、制御部４は、第一の設定値に基づいて排気の制御のみを行ってもよい。

【0033】

また、上記実施形態では、一台のガスセンサ３に配管５を接続し、二つに分岐された配管５Ａ、５Ｂを反応容器２の上部付近および下部付近に配置しているが、これに限られない。例えば、複数のガスセンサ３を用いて反応容器２の上部付近および下部付近をそれぞれ検知する場合には、配管は分岐せずに複数の配管を用いて、各配管を各ガスセンサに接続してもよい。また、ガスセンサ３は反応容器２から離れて配置されているが、反応容器２に隣接して配置されてもよい。ガスセンサ３から直接腐食性ガスを吸引することが可能な場合には、配管５は省略することができる。

【0034】

また、上記実施形態では、反応容器２の上部付近および下部付近の二か所において腐食性ガスを検知しているが、これに限定されない。反応容器２の上部付近および下部付近のうちいずれか一方の箇所で腐食性ガスを検知してもよい。また、反応容器２から外部に腐食性ガスが漏れ出す可能性がある箇所に配置されるのであれば、反応容器２の上部付近および下部付近以外の場所に配置されてもよい。

【0035】

例えば、図３に示されるように、一台のガスセンサ３に接続された配管５を配管５Ａ、５Ｂに加えて配管５Ｄの三つに分岐して、配管５Ｄの先端を排気管９の付近に配置してもよい。工場外へ排気される排気量が減少して腐食性ガスが逆流し、逆流した腐食性ガスが排気管９から工場内に漏れ出た場合などに腐食性ガスを検知することができる。

【0036】

また、上記実施形態では、反応容器２の上部付近の例として、上蓋部２Ｂの支持棒１２の取付箇所付近において腐食性ガスを検知しているが、これに限定されない。反応容器２の上部付近から外部に腐食性ガスが漏れ出す可能性がある箇所に配置されるのであれば、場所は限定されない。例えば、上蓋部２Ｂと本体部２Ａとの接続付近において腐食性ガスを検知してもよい。また、反応容器２の下部付近の例として、バーナ１１とガラス原料用配管１６との接続継手付近において腐食性ガスを検知しているが、これに限定されない。反応容器２の下部付近から外部に腐食性ガスが漏れ出す可能性がある箇所に配置されるのであれば、場所は限定されない。

【符号の説明】

【0037】

１：ガラス母材の製造装置
２：反応容器
２Ａ：本体部
２Ｂ：上蓋部
３：ガスセンサ
４：制御部
５、５Ａ、５Ｂ：配管
５Ｃ：分岐点
６：ポンプ
７：レシーバ容器
８、９：排気管
１０：排気バルブ
１１：バーナ
１２：支持棒
１３：種棒
１４：ガラス微粒子堆積体
１５：ガラス微粒子
１６：ガラス原料用配管
１７：ガス供給装置

【図1】

【図2】

【図3】