(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス原料粉から異物を、吸引ポンプに接続されたノズルが吸引することによって除去する石英ガラス原料粉異物除去装置において、
石英ガラス原料粉が重なり合わないように搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送された石英ガラス原料粉を撮影する撮像装置と、前記撮像装置によって得られた画像データを画像処理し、異物を検出する画像処理動作制御部と、画像処理動作制御部からの異物検出信号に基づいて、吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放するバルブ動作手段とを備えたことを特徴とする石英ガラス原料粉異物除去装置。
【請求項２】
石英ガラス原料粉から異物をノズルによって吸引する吸引部の上方から、撮像装置によって石英ガラス原料粉を撮影することを特徴とする請求項１に記載された石英ガラス原料粉異物除去装置。
【請求項３】
撮像装置によって石英ガラス原料粉を撮影する撮影部に、石英ガラス原料粉を搬送する圧電フィーダを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された石英ガラス原料粉異物除去装置。
【請求項４】
石英ガラス原料粉から異物を、吸引ポンプに接続されたノズルが吸引することによって除去する石英ガラス原料粉異物除去装置において、
石英ガラス原料粉が重なり合わないように搬送する搬送手段と、前記搬送手段の端部から落下する石英ガラス原料粉を撮影する撮像装置と、前記撮像装置によって得られた画像デ−タを画像処理し、異物を検出する画像処理動作制御部と、画像処理動作制御部からの異物検出信号に基づいて、吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放するバルブ動作手段とを備えたことを特徴とする石英ガラス原料粉異物除去装置。
【請求項５】
前記石英ガラス原料粉を搬送する圧電フィーダの端部近傍に撮像装置を備え、前記圧電フィーダの端部から落下した石英ガラス原料粉を撮影することを特徴とする請求項４に記載された石英ガラス原料粉異物除去装置。
【請求項６】
前記圧電フィーダの後段に設けられ、圧電フィーダの端部から落下した石英ガラス原料粉をその外周面で搬送する回転ドラムと、前記回転ドラムの外周面に位置する石英ガラス原料粉から異物を吸引するノズルとを備えていることを特徴とする請求項５に記載された石英ガラス原料粉異物除去装置。
【請求項７】
石英ガラス原料粉の背景を白色とし、その上方から前記撮像装置によって、石英ガラス原料粉を撮影することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された石英ガラス原料粉異物除去装置。
【請求項８】
石英ガラス原料粉から異物をノズルによって吸引する吸引部には吸引空間が設けられ、前記吸引空間に臨んで前記ノズルが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された石英ガラス原料粉異物除去装置。
【請求項９】
画像処理動作制御部は、少なくとも入力インターフェイス部と、入力インターフェイス部からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路からの信号を２値化する２値化処理回路と、２値化処理回路からのデータによって、白色粒子以外の粒子を異物と識別する異物検出回路と、異物検出回路からの信号に基づいてバルブ動作手段に開放信号を送出するバルブ動作制御回路とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項４に記載された石英ガラス原料粉異物除去装置。
【請求項１０】
吸引ポンプに接続されたノズルが、石英ガラス原料粉から異物を吸引することによって除去する石英ガラス原料粉異物除去方法において、
重なり合わないように搬送された石英ガラス原料粉を撮像装置で撮影し、前記撮像装置によって得られた画像データを画像処理し、その画像処理の結果に基づいて異物か否かを検出し、異物の場合には吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放し、前記ノズルに負圧を作用させ、石英ガラス原料粉から異物を除去することを特徴とする石英ガラス原料粉異物除去方法。
【請求項１１】
吸引ポンプに接続されたノズルが、石英ガラス原料粉から異物を吸引することによって除去する石英ガラス原料粉異物除去方法において、
重なり合わないように搬送された後、落下する石英ガラス原料粉を撮像装置で撮影し、前記撮像装置によって得られた画像データを画像処理し、その画像処理の結果に基づいて異物か否かを検出し、異物の場合には吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放し、前記ノズルに負圧を作用させ、石英ガラス原料粉から異物を除去することを特徴とする石英ガラス原料粉異物除去方法。
【請求項１２】
合成石英粉、天然石英粉、あるいはこれらを精製処理を行ったいずれかの石英粉を石英ガラス原料粉として、この石英ガラス原料粉から異物を除去することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載された石英ガラス原料粉異物除去方法。
【請求項１３】
合成石英粉、天然石英粉、あるいはこれらを精製処理を行ったいずれかの石英粉を石英ガラス原料粉として、重なり合わない石英ガラス原料粉を撮像装置で撮影し、前記撮像装置によって得られた画像データを画像処理し、その画像処理の結果に基づいて異物か否かを検出し、異物の場合には吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放し、前記ノズルに負圧を作用させ、前記石英ガラス原料粉から異物を吸引除去し、異物の除去された前記石英ガラス原料粉を溶融、固化したことを特徴とする石英ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラス原料粉異物除去装置及びこれを用いた石英ガラス原料粉異物除去方法、並びに石英ガラスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石英ガラス、例えば、光学分野や半導体分野で使用される石英ガラスの製造に使われる石英ガラス原料粉には、不純物等の異物を除くために浮遊選鉱、磁力選鉱、酸処理などが行われていた。
具体的に例示すれば、特公平５−６３４１６号公報に示されているように、石英ガラス原料を磁気選鉱機に通して、大粒の鉄分を除去した後、石英ガラス原料粉に付着している微粉状の鉄分を除去するため塩酸水溶液で酸処理し、次いで酸性のまま浮遊選鉱槽に移してパイン油を入れ、泡沫浮遊選鉱を行ってルツボ成形時の泡の発生原因となるゴムと他の有機物を除去した後に脱水し、所定の温度で仮焼してパイン油を分解、酸化除去してからフッ酸水溶液で洗浄して粒子表面の汚れを除去すると共にその純度を上げ、乾燥してから、最後に再度磁力選鉱を通す方法がある。
また、特公昭５５−４０５４５号公報に示されているように、珪石または珪砂の石英ガラス原料粉を粉砕、分級して磁力選鉱法、浮遊選鉱法により精鉱を行った後、この原料粒子を仮焼し、つづいてフッ化水素酸に浸漬せしめた原料粉を溶融して石英ガラスを製造する石英ガラスの製造方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように不純物を除くために石英ガラス原料粉に対して、浮遊選鉱、磁力選鉱、酸処理、熱処理あるいはこれら処理を組合わせて不純物を取り除いていたが、石英ガラス原料粉に付着した金属や、石英ガラス原料粉内に閉じ込められている金属は取り除き難く、石英ガラス製品において、それら金属が茶色、黒色の点（以下、黒点という）となって発現する原因となっていた。
【０００４】
また、各処理工程で使用される装置や搬送治具、梱包には金属汚染を防ぐため、また酸処理での錆の発生を考慮し、樹脂部品が多く使われている。
しかし、樹脂は金属やセラミックスに比べて耐摩耗性が劣り、処理に伴う石英ガラス原料粉の振動や摩耗によって剥離し、また機械自体の摩耗によって、石英ガラス原料粉中に樹脂片が混入することがあった。このような樹脂は、一旦混入すると篩や磁力選鉱では除去できず、酸処理によっても除くことができない。
一方、前記樹脂は酸化雰囲気において溶融（燃焼）するとガスが発生するため、前記樹脂が混入した石英ガラス原料粉を用いると、石英ガラス中に直径が３ｍｍ以上の巨大な気泡の発生の原因になっていた。また、その樹脂の灰分がアルカリ金属や重金属として石英ガラス中に残るため、純度の高い石英ガラスを得ることができなった。
なお、前記樹脂が混入した石英ガラス原料粉を非酸化雰囲気で溶融を行った場合、ガラス中にカ−ボンが残留し黒点の原因となるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記技術的課題を解決するために鑑み成されたものであり、金属等の不純物である異物が混入した石英ガラス原料粉から異物を容易に除去することができる石英ガラス原料粉異物除去装置を提供することを目的とする。また、この石英ガラス原料粉異物除去装置を用い、容易に異物を除去できる石英ガラス原料粉異物除去方法を提供することを目的とする。更に石英ガラス原料粉異物除去方法を用いて、高純度の石英ガラスが得ることのできる石英ガラスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる石英ガラス原料粉異物除去装置は、石英ガラス原料粉から異物を、吸引ポンプに接続されたノズルが吸引することによって除去する石英ガラス原料粉異物除去装置において、石英ガラス原料粉が重なり合わないように搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送された石英ガラス原料粉を撮影する撮像装置と、前記撮像装置によって得られた画像データを画像処理し、異物を検出する画像処理動作制御部と、画像処理動作制御部からの異物検出信号に基づいて、吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放するバルブ動作手段とを備えたことを特徴としている。
このように石英ガラス原料粉を画像処理することによって、異物を検出するようになしているため、高精度で異物の検出ができる。しかも、検出された異物は、バルブを開放することによってノズルから吸引し、除去することができる。よって、従来の方法によって、除去することができなかった異物も除去することができる。
【０００７】
ここで、石英ガラス原料粉から異物をノズルによって吸引する吸引部の上方から、撮像装置によって石英ガラス原料粉を撮影することが望ましい。このように吸引部の上方から石英ガラス原料粉を撮影するように構成されているため、装置の長さを短くすることができ、その結果小型化することができる。
また、異物を検出後、直ちに吸引するため、異物を的確に除去することができる。
また、撮像装置によって石英ガラス原料粉を撮影する撮影部に、石英ガラス原料粉を搬送する圧電フィ−ダを備えていることが望ましい。
このように圧電フィ−ダの振動により、石英ガラス原料粉を薄層、好ましくは１層になして搬送することができ、撮像装置により的確な画像を得ることができる。
【０００８】
また、本発明にかかる石英ガラス原料粉異物除去装置は、石英ガラス原料粉から異物を、吸引ポンプに接続されたノズルが吸引することによって除去する石英ガラス原料粉異物除去装置において、石英ガラス原料粉が重なり合わないように搬送する搬送手段と、前記搬送手段の端部から落下する石英ガラス原料粉を撮影する撮像装置と、前記撮像装置によって得られた画像データを画像処理し、異物を検出する画像処理動作制御部と、画像処理動作制御部からの異物検出信号に基づいて、吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放するバルブ動作手段とを備えたことを特徴としている。
特に、前記石英ガラス原料粉を搬送する圧電フィーダの端部近傍に撮像装置を備え、前記圧電フィ−ダの端部から落下した石英ガラス原料粉を撮影することが望ましい。
このように、圧電フィーダの端部から落下した石英ガラス原料粉を撮影するようになされているため、搬送手段（圧電フィーダ）による上下方向の移動が少ない石英ガラス原料粉を撮影することができる。その結果、撮像装置によって、石英ガラス原料粉に含まれる異物を確実に認識、識別することができ、前記異物を略完全に除去することができる。
【０００９】
更に、前記圧電フィ−ダの後段に設けられ、圧電フィ−ダの端部から落下した石英ガラス原料粉をその外周面で搬送する回転ドラムと、前記回転ドラムの外周面に位置する石英ガラス原料粉から異物を吸引するノズルとを備えていることが望ましい。
このように、回転ドラムの外周面に位置する石英ガラス原料粉から異物をノズルによって吸引する構成としたので、回転ドラム上では石英ガラス原料粉は静止状態となり、より正確に対象物を吸引することができる。
【００１０】
更に、石英ガラス原料粉の背景を白色とし、その上方から前記撮像装置によって、石英ガラス原料粉を撮影することが望ましい。
このように石英ガラス原料粉の背景を白色としているため、石英ガラス原料粉と背景とをほぼ同等の明度とすることができ、背景を異物と誤認することがなく、撮像装置により的確な画像を得ることができる。
また、石英ガラス原料粉から異物をノズルによって吸引する吸引部には吸引空間が設けられ、前記吸引空間に臨んで前記ノズルが設けられていることが望ましい。
このように、吸引空間に臨んで前記ノズルが設けられているため、搬送手段上を移動する異物をより完全に吸引することができる。
【００１１】
また、前記画像処理動作制御部は、少なくとも入力インタ−フェイス部と、入力インタ−フェイス部からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路からの信号を２値化する２値化処理回路と、２値化処理回路からのデ−タによって、白色粒子以外の粒子を異物と識別する異物検出回路と、異物検出回路からの信号に基づいてバルブ動作手段に開放信号を送出するバルブ動作制御回路とを備えていることが好ましい。
なお、石英ガラス原料粉としては、合成石英粉、天然石英粉、あるいはこれらを酸処理、熱処理、磁力選鉱、浮遊選鉱等の精製処理を行ったいずれかの石英粉を用いることができる。
【００１２】
また本発明にかかる石英ガラス原料粉異物除去方法は、吸引ポンプに接続されたノズルが、石英ガラス原料粉から異物を吸引することによって除去する石英ガラス原料粉異物除去方法において、重なり合わないように搬送された石英ガラス原料粉を撮像装置で撮影し、前記撮像装置によって得られた画像データを画像処理し、その画像処理の結果に基づいて異物か否かを検出し、異物の場合には吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放し、前記ノズルに負圧を作用させ、石英ガラス原料粉から異物を除去することを特徴としている。
また、本発明にかかる石英ガラス原料粉異物除去方法は、吸引ポンプに接続されたノズルが、石英ガラス原料粉から異物を吸引することによって除去する石英ガラス原料粉異物除去方法において、重なり合わないように搬送された後、落下する石英ガラス原料粉を撮像装置で撮影し、前記撮像装置によって得られた画像データを画像処理し、その画像処理の結果に基づいて異物か否かを検出し、異物の場合には吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放し、前記ノズルに負圧を作用させ、石英ガラス原料粉から異物を除去することを特徴としている。
このように、石英ガラス原料粉の画像の処理の結果に基づいて異物か否かを検出し、異物の場合には吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放し、前記ノズルに負圧を作用させ、石英ガラス原料粉から異物を除去するため、迅速に、しかも的確に異物を除去することができる。
【００１３】
なお、前記石英ガラス原料粉異物除去方法に、合成石英粉、天然石英粉、あるいはこれらを酸処理、熱処理、磁力選鉱、浮遊選鉱等の精製処理を行ったいずれかの石英粉を石英ガラス原料粉として用いることができる。
【００１４】
更に、本発明にかかる石英ガラスの製造方法は、合成石英粉、天然石英粉、あるいはこれらを精製処理を行ったいずれかの石英粉を石英ガラス原料粉として、重なり合わない石英ガラス原料粉を撮像装置で撮影し、前記撮像装置によって得られた画像データを画像処理し、その画像処理の結果に基づいて異物か否かを検出し、異物の場合には吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放し、前記ノズルに負圧を作用させ、前記石英ガラス原料粉から異物を吸引除去し、異物の除去された前記石英ガラス原料粉を溶融、固化したことを特徴としている。
このように、吸引ポンプとノズルの間に配されたバルブを開放し、前記ノズルに負圧を作用させ、石英ガラス原料粉から異物を除去するため、的確に異物を除去することができ、その石英ガラス原料粉を溶融、固化した石英ガラスは、黒点や巨大気泡の少ない高純度の石英ガラスとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１乃び図２に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態にかかる石英ガラス原料粉異物除去装置を示す概略図であり、図２は、図１における画像処理動作制御部の回路構成を示すブロック図である。
図中、符号１は、石英ガラス原料粉を収容し、供給管２を介して圧電フィ−ダのような搬送手段３に前記石英ガラス原料粉を供給するホッパ−である。この搬送手段３の上には、後述する溝を形成する目的や、石英ガラス原料粉の汚染を防止する目的で、石英ガラスやアルミナ、炭化珪素などの高純度材料製やポリテトラフルオロエチレン製の板材３ａを載置することが好ましい。この実施の形態においては、石英ガラス板３ａが載置されている。
【００１６】
石英ガラス原料粉の平均粒径と供給管２の先端径、及び石英ガラス原料粉の平均粒径と供給管２の先端と搬送手段３、この実施形態においては圧電フィ−ダ３の上に置かれたガラス板３ａとの距離をほぼ一致させることにより、石英ガラス原料粉が重なり合わないように搬送手段３の上に供給されるように設定されている。
この前記圧電フィ−ダ３の上のガラス板３ａには溝（図示せず）が形成され、前記石英ガラス原料粉は前記溝に供給される。この溝は石英ガラス製の板材に、例えば幅４ｍｍ、深さ２ｍｍの断面形状を有して形成されている。
また、圧電フィ−ダは電気を機械振動に変換し、機械的振動により、原料粉を移動、供給するものである。
【００１７】
また、前記搬送手段３の後段には、前記搬送手段３と同様なもう１つの搬送手段、この実施形態では圧電フィ−ダ４が配され、石英ガラス原料粉の粒子がほぼ１層に隙間なく広がり、重なり合わないように搬送手段３、４の搬送速度が調整される。
この圧電フィ−ダ４にも圧電フィ−ダ３と同様に板材としてガラス板４ａが載置され、そのガラス板４ａにも溝が形成されている。すなわち、この溝は、前記したガラス板３ａの溝と同様、石英ガラス製、あるいはポリテトラフルオロエチレン製等の板材に、例えば幅４ｍｍ、深さ２ｍｍの断面形状を有して形成されている。
【００１８】
搬送手段４の搬送速度は、搬送手段３の搬送速度より速い速度に調整されることにより、搬送手段３の上において原料粉が重なりあって搬送されても、搬送手段４では原料粉の粒子は重なり合わず、薄層、好ましくは１層とすることができる。
このように搬送手段を２つ以上に分割し、後述する撮像手段によって石英ガラス原料粉を撮影する撮影部における搬送手段の搬送速度を、それよりも前段の搬送装置の搬送速度より速めることにより、前記撮影部において原料粉を薄層、好ましくは１層とすることができる。
前記撮影部における搬送手段として圧電フィーダを用いることが好ましい。圧電フィーダの振動により石英ガラス原料粉を薄層、好ましくは１層になして搬送することができる。
【００１９】
前記圧電フィ−ダ４の撮影部よりも下流側には、前記溝を覆う覆板５ａが溝の上方に設けられている。そして、この覆板５ａによって、高さ２ｍｍ、幅４ｍｍの隙間が吸引空間として形成され、吸引部５が構成されている。
前記吸引部５に形成された吸引空間は溝が形成されていない平らな搬送手段３、或いは板材３ａを上方から断面形状がコの字形状や半円形状の覆板５ａによって覆うことにより形成してもよい。
また前記溝は板材３ａに形成せずに、搬送手段３に直接設けてもよく、形状も特に限定されるものではなく、断面形状が矩形形状や半円形状等の溝とすることができる。
覆板５ａは、例えば汚染の問題のない石英ガラスやアルミナ等の高純度材料やポリテトラフルオロエチレン等によって形成されている。
【００２０】
この吸引部５の吸引空間を構成する覆板５ａは、後述するように吸引部５の吸引空間を構成する覆板５ａの上方から撮影することを可能になすため透明であること、及び石英ガラス原料粉の撮影の際、吸引部５を構成する覆板５ａの稜線部分が影となって異物と誤認することを避けるため、撮像面積よりやや大きく構成するのが良い。
なお、上記吸引部５の吸引空間を構成する覆板５ａの条件は、覆板５ａの上方から撮影することを可能になすために必要な条件であって、吸引部５の上方から撮影しない場合には、後述するノズル６の吸引に適した所定の空間（間隙）が形成されていれば良い。
この吸引空間の幅は、撮像面積の幅に一致させるか、撮像面積の幅より小さめに設定される。吸引空間の高さは石英原料粉が通過できればよいため、石英ガラス原料粉の粒径の数倍に設定される。
【００２１】
前記吸引部５の吸引空間（間隙）にはノズル６が臨んで形成され、前記ノズル６によって圧電フィ−ダ４上を移動する異物を吸引できるように構成されている。
前記ノズル６の先端形状は、前記空間の断面形状と同じ形状に形成され、漏れなく異物を吸引できるようになされている。その断面形状は特に限定されるものではなく、例えば矩形形状、楕円形状等の形状になすことができる。
なお、後述する吸引ポンプの吸引能力が高い場合などは、前記したような吸引空間を設けずに、ノズルを搬送手段４や板材４ａの吸引部（吸引位置）５に設けてもよい。吸引能力が低い場合や、漏れなく異物を除去するためには吸引空間を設ける方が好ましい。
【００２２】
前記ノズル６はその先端部から徐々に太径になるように形成され、接続パイプ６ａを介して、トラップ７に接続されている。
このトラップ７にはフィルタ−７ａが装着され、フィルタ−７ａが装着された接続パイプ８はバルブ１０を介して吸引ホンプ９に接続されている。
前記フィルタ−７ａは、石英ガラス原料粉から除去（吸引）した異物を吸引ポンプ９に流れるのを阻止するために設けられたものである。このフィルタ−７ａの材質は特に限定されるものではないが、セラミックス、石英ガラス等の多孔質体をフィルタ−として用いることができる。
このように、フィルタ−７ａが設けられているため、原料粉から除去（吸引）した異物はトラップ７によって捕捉され、吸引ポンプ側に流れることはない。
【００２３】
また、前記したように、接続パイプ８の管路中に電磁バルブのようなバルブ１０が設けられ、前記吸引ポンプ９とトラップ７との間の管路の開閉が行われるように形成されている。なお、前記バルブ１０は、例えば電磁バルブの場合には電磁石、エアーバルブの場合にはプランジャ等のバルブ動作手段１０ａによって開閉動作がなされる。
【００２４】
次に、異物を検出し、異物が検出された際、バルブを開放して前記異物を除去する撮像装置及び画像処理動作制御部について説明する。
吸引部５を構成する覆板５ａの上方には、ＣＣＤカメラのような撮像装置１１が設けられている。そして、前記撮像装置１１からの画像デ−タに基づいて異物を検出しバルブ動作手段１０ａに対して、動作信号を送出する画像処理動作制御部１２が設けられている。なお、この実施形態にあっては、撮像装置１１によって撮影する撮影部と、ノズルによって吸引する吸引部５とを同一の位置に形成し、吸引部５の上方から撮像装置１１で観察するように構成されている。
【００２５】
前記撮像装置１１としては、ＣＣＤカメラを例にとって説明するが、特にこれに限定されるものではなく、石英ガラス原料粉像を画像デ−タに変換できるものであれば良く、例えば、ラインセンサーカメラ、遠赤外線検出素子等を用いることもできる。
【００２６】
画像処理動作制御部１２は、図２に示すように、撮像装置１１からの映像アナログ信号が入力される入力インタ−フェイス部１２ａと、入力インタ−フェイス部１２ａからのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１２ｂと、前記Ａ／Ｄ変換回路１２ｂからの信号を２値化する２値化処理回路１２ｃと、２値化処理回路１２ｃからの信号に基づいて、異物を検出する異物検出回路１２ｄと、前記異物検出回路１２ｄからの信号に基づいて、バルブ動作手段１０ａを制御するバルブ動作制御回路１２ｅと、前記２値化処理回路１２ｃ、異物検出回路１２ｄ、バルブ動作制御回路１２ｅの動作を制御管理するコンピュ−タ１２ｆとから構成されている。
【００２７】
前記２値化処理回路１２ｃは、Ａ／Ｄ変換回路からのデジタル信号が一定の値（しきい値）より大きいかあるいは小さいかによって、すなわち明度によって白色の場合は「０」、黒色の場合は「１」として「０、１」の画像デ−タに変換するものである。
ここで、しきい値は、石英の白色だけが「０」、少しでも石英の色と異なる色、例えば茶色、クリ−ム色等のものは黒色「１」と判断されるように、あらかじめ設定する。
【００２８】
また、異物検出回路１２ｄは、前記２値化処理回路１２ｃからの「１」のデ−タをカウントすることによって、異物を検出するものである。
ここで、例えば、径が３０μｍ以上の黒色の異物（白色の石英ガラス原料粉以外のもの）を除去する場合において、撮像装置における撮像素子の分解能が８μｍ（１画素の大きさ）の場合、４×４画素（１６画素、１辺３２μｍの大きさ）を基準として、１６個の画素におけるデ−タが「１」である場合に、径が３０μｍ以上の黒色の異物が存在していると認識される。
【００２９】
なお、図中のコンピュ−タ１２ｆは、２値化処理回路１２ｃのしきい値を変えたり、異物検出回路１２ｄにおける異物として除去する対象物の大きさ（径）を変えたり、あるいはまたバルブ動作制御回路１２ｅからのバルブ動作手段１０ａへの信号の送出タイミング等の管理調整のために用いられる。
【００３０】
また、図１における符号１３は照明手段であって、具体的には、ハロゲンランプ、キセノンランプ、蛍光灯、白熱灯、赤外線ＬＥＤ等が用いられる。
この照明手段による照明は、石英ガラス原料粉の粒子の画像処理では粒子間にできる影と実際の異物とが黒として判定されるため、極力影を作らないように照明位置が重要であると共に、石英ガラス原料粉の背景と粒子の明度を同等にする必要がある。
【００３１】
この照明の形状は棒状、面状のものを用いることができるが、極力影を作らないようにするためリング形状が好ましい。
またこの照明方向は、極力影を作らないように照明するのが好ましく、影を作らないのであれば、撮影範囲の上下方向から、あるいは真横方向から、もしくは上下及び真横方向から照明してもよい。
照明手段の配置、照明方向を検討するために、図３（ａ）の仮想線に示すように、リング形状の照明手段１３をＣＣＤカメラ１１と同軸に配し、真上から照明を当てた。その結果、粒子間の影が強く出で、異物の判別が困難であることが判明した。
また、図３（ａ）の実線に示すように、照明手段１３は圧電フィ−ダ４の下流端部に置き、撮影部５を横方向から照明するのが好ましいことが判明した。なお、図３（ａ）は撮像部の側面該略図であり、図３（ｂ）は圧電フィ−ダ４の上流端部側から撮像部を見た図である。
【００３２】
また、石英ガラス原料粉の背景を白色とすると、石英ガラス原料粉と背景の明度をほぼ同等とすることができるため好ましい。搬送手段４や板材４ａを白色としてもよく、板材４ａが透明である場合には板材４ａの下方向に白色の部材１５を置いてもよい。
図３（ｂ）に示すように、ガラス板４ａは石英ガラス原料粉に対して背景になるが、このガラス板４ａは砂ずりガラス面とし、ガラス板４ａの下方向に白色の部材１５、例えば白色の紙を置くと、もっとも影が出にくく、石英ガラス原料粒子を背景と同等の明度にすることができた。
【００３３】
以上の構成において、石英ガラス原料粉異物除去装置の動作を説明する。
原料ホッパ−１に投入された石英ガラス原料粉は、ガラスオリフィス２を通って圧電フィ−ダ３の上に置かれたガラス板３ａの溝に落とされる。ここで石英ガラス原料粉の供給量は調整されながら、石英ガラス原料粉は圧電フィ−ダ３上に落とされる。
そして、前記圧電フィ−ダ３に供給された石英ガラス原料粉は、圧電フィ−ダ３、４によって、撮像装置１１が配された撮影部、及び異物を吸引する吸引部５に搬送される。
なお、圧電フィ−ダ３、４の搬送速度の調整は、石英ガラス原料粉の粒子がほぼ１層に隙間なく広がり、重なり合わないように調整される。
【００３４】
そして、吸引部５の上方から撮像装置１１で観察し、撮像装置１１によって撮影された一定の範囲の画像のアナログ信号は、入力インタ−フェ−ス１２ａに入力され、Ａ／Ｄ変換回路１２ｂに供給される。
このＡ／Ｄ変換回路にあっては、前記アナログ信号をデジタル信号に変換し、２値化処理回路１２ｃに前記デジタル信号を供給する。
【００３５】
また、２値化処理回路１２ｃにおいて、石英ガラス原料粉に含まれる粒子の明度に基づいて２値化処理される。すなわち、粒子の色が白色の場合は「０」、黒色の場合は「１」として「０、１」デ−タに変換される。このとき所定のしきい値が設定されているため、白色粒子以外の粒子、例えば薄茶、茶色の粒子は黒色の粒子の場合と同様に、「１」としてデ−タ変換される。
【００３６】
この２値化処理回路１２ｃからの２値化信号は、異物検出回路１２ｄに供給され、「０、１」デ−タがカウントされ、その「１」のデ−タが所定の数（画素数）になる場合には、異物として検出する。
そして、この異物検出回路１２ｄからの検出信号は、バルブ動作制御回路１２ｅに入力され、バルブ動作制御回路１２ｅからバルブ１０を開くプランジャ−等のバルブ動作手段１０ａに対して、動作信号を送出する。
【００３７】
一方、吸引ポンプ９は常時動作状態におかれ、前記動作信号によって、バルブ１０の開放と同時に、ノズル６の先端には負圧が作用する。
このように、吸引ポンプ９が常時動作しているため、直ちにノズル６の先端に負圧が作用し、迅速かつ的確に異物を吸引除去することができる。
ここで、バルブ動作制御回路１２ｅからの電磁バルブ１０を開く動作信号の送出は、撮影部１１とノズル６との距離、石英ガラス原料粉の流れる速度（搬送速度）、ノズル６に生ずる負圧の応答時間等を考慮して、コンピュ−タ１２ｆを介して設定する。また、ノズル６の負圧時間、すなわち、電磁バルブ１０が開いている時間が長過ぎると、異物を含まない石英ガラス原料粉を多量に吸引してまう。また短いと異物が逆戻りするする虞がある。したがって、ノズル６の負圧時間は、吸引ポンプ９の吸引能力や吸引空間（溝と覆板によって構成される空間）の大きさ等によって適宜決定される。
【００３８】
前記ノズル６によって吸引された異物は接続パイプ６ａを通り、トラップ７に捕捉される。なお、トラップ７にはフィルタ−７ａが設けられているため、吸引ポンプ９側に前記異物が侵入することはない。
また、異物が除去された石英ガラス原料粉は貯蔵部１４に搬送され、石英ガラスの原料に供される。
【００３９】
次に、前記石英ガラス原料粉異物除去装置における搬送速度について検討すると、シャッタスピ−ドが１／６０秒であるＣＣＤカメラを用い、撮像面積が４ｍｍ×４ｍｍの場合、撮影部における石英ガラス原料粉の搬送速度が４ｍｍ／（１／６０）、すなわち、２４０ｍｍ／ｓｅｃ以上になると、理論上異物が検出されない。
そこで、図１に示す石英ガラス原料粉異物除去装置を用いて、石英ガラス原料粉の搬送速度と前記ＣＣＤカメラの判別能力の検証を行った。その結果を図４に示す。なお、図４中、エラ−発生率は、（貯蔵側に流れた異物数／全異物数）×１００として算出したものであり、また搬送速度は撮影部を通過する原料粉の速度である。
【００４０】
図４に示すように、搬送速度が略２０ｍｍ／秒を越えると略直線的にエラ−率が増加することが判明した。
これは前記した理論値の１／１０である。このように理論値よりかなり小さな値になったのは、用いたＣＣＤカメラの判別能力では圧電フィ−ダによる振動が粒子を細かく動かし、異物の濃淡が不鮮明になる影響が出ているものと考えられる。
したがって、上記条件下では石英ガラス原料粉の搬送速度は２０ｍｍ／秒が好ましい。なお、この時の処理速度はおよそ１００ｇ／時間であった。
また、実際の撮影部における搬送速度は、撮像装置のシャッタースピード、撮像面積、撮像手段の判別能力、更には撮影部の搬送手段に供給される原料の供給速度等を考慮して設定される。
【００４１】
次に、実際に本発明にかかる異物除去装置を用いて、石英ガラス原料粉からの異物の除去の検証を行った。
そのときの、石英ガラス原料粉異物除去装置のスペック及び運転条件は以下の通りである。
ＣＣＤカメラとして、画素数２４万画素（縦５００画素、横４８０画素），シャッタ−スピ−ド１／６０秒のものを用い、撮像範囲４×４ｍｍ（溝幅４．０ｍｍ）とし、石英ガラス原料粉の撮影部における搬送速度（圧電フィーダ４における搬送速度）２０ｍｍ／秒、処理速度（圧電フィーダ３に供給される原料の供給速度）１００ｇ／時間とした。
【００４２】
このときの除去対象とした異物はその大きさが３０μｍ以上であり、ＣＣＤカメラの１画素の大きさが８．３μｍであったため画素数が１６（４×４画素）以上において「黒」と判別された場合に除去することとした。なお、石英ガラス原料粉の白色以外の着色された粒子は異物と判断し、２値化処理において「黒（１）」に変換することとした。
【００４３】
この装置によって除去されたいくつかの異物を選び、その大きさ、色及びＥＰＭＡの定性分析した。その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
0003647682.tif 000002
【００４５】
また、異物が除去された石英ガラス原料粉を用いて、ア−ク炉を用い回転ア−ク溶融法によって、前記石英ガラス原料粉を溶融、固化して石英ルツボを作成すると共に（実施例）、異物を除去する前の石英ガラス原料粉を用いて、実施例と同様な方法により石英ルツボを作成し（比較例）、これら石英ルツボに存在する黒点を計測した。その結果は表２に示す。
【００４６】
【表２】
0003647682.tif 000003
【００４７】
以上のように、０．５ｍｍ以上の黒点については、略完全に除去できることが認められた。
また、３ｍｍ以上の巨大気泡の数を計測したところ、比較例では３つ気泡が存在したのに対して、実施例では気泡は０であった。
【００４８】
次に、他の実施形態について図５に基づいて説明する。なお、図５において、図１に示した部材と同一あるいは相当する部材は、同一符号を付することによって、その説明を省略する。
この実施形態にあっては、前記石英ガラス原料粉を搬送する圧電フィ−ダ３の端部近傍に撮像装置１１を配置し、前記圧電フィ−ダ３の端部から落下した石英ガラス原料粉を撮影するようになした点に特徴がある。
すなわち、圧電フィ−ダ３の振動によって、石英ガラス原料粉の粒子は、細かく運動する。その結果、撮像装置１１は、石英ガラス原料粉に含まれる異物を確実に認識、識別することができない。
前記したように、撮像装置１１を圧電フィ−ダ３の端部近傍に配置し、圧電フィ−ダ３の端部から落下した石英ガラス原料粉を撮影するこによって、圧電フィ−ダ３による上下方向の移動が少ない石英ガラス原料粉を撮影することができる。なお、石英ガラス原料粉の撮影は、石英ガラス原料粉が後述する回転ドラム２０の外周面２０ａ上にあれば良く、圧電フィ−ダ３の端部近傍から石英ガラス原料粉が前記外周面２０ａから落下する間を撮影すれば良い。
その結果、撮像装置１１によって、石英ガラス原料粉に含まれる異物を確実に認識、識別することができ、前記異物を略完全に除去することができる。
【００４９】
また、図５に示すように、前記圧電フィ−ダ３の後段には、圧電フィ−ダ３の端部から落下した石英ガラス原料粉をその外周面２０ａで搬送する回転ドラム２０が配置されている。また、前記回転ドラム２０の上部外周面２０ａの近傍には、異物を吸引するノズル６が配置されている。
このように、回転ドラム２０が設けられているため、石英ガラス原料粉は上下に振動せず回転ドラム２０上では静止状態となるので、ノズル６によって、正確に対象物を吸引することができる。
【００５０】
なお、本発明が適用することができる石英ガラスの原料粉としては、合成石英粉、天然石英粉、あるいはこれらを酸処理、熱処理、磁力選鉱、浮遊選鉱等の精製処理を行ったいずれの原料粉に適用することができる。
また、上記第１の実施形態においては、圧電フィ−ダを２台用いているが、特にこれに限定されるものではなく、石英ガラス原料粉を均一に分散し、１層にできるものであれば、１台でも２台以上でもよく、またベルトコンベアのような他の搬送手段を用いることもできる。特に、初段の搬送手段は原料がある程度重なっても構わないため、初段の圧電フィ−ダの代わりにベルトコンベアを用いることができる。
【００５１】
更に、上記実施形態においては、吸引部に１つのノズルを形成したが、一度に多くの石英ガラス原料を処理するため、ノズルを複数本形成しても良い。このとき、各ノズルに対応して吸引空間や撮像装置や画像処理動作制御部を設けても良い。
また、幅の大きな吸引空間を１つ形成し、その部分に隙間なくノズルを設けたり、１つの撮像装置からの映像に基づいて、それぞれのノズルに対する動作制御信号を送出するように構成しても良い。
すなわち、図６に示すように、幅方向に複数のノズル６を配置し、１つの撮像装置１１からの映像に基づいて、バルブ１０の動作をバルブ動作制御手段１０ａによって制御し、該当するノズル６のみを動作するように構成してもよい。
また、上記第１の実施形態では、撮影部と吸引部とを同一の位置に形成したが、第２の実施形態のように撮影部の後段に吸引部が位置するように構成しても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかる石英ガラス原料粉異物除去装置、及び石英ガラス原料粉異物除去方法によれば、不純物等の異物が混入した石英ガラス原料粉から異物を容易に除去することができ、不純物等の異物の混入の少ない石英ガラス原料粉を得ることができる。
また、異物が除去された石英ガラス原料を用いて石英ガラス製品を製造することによって、黒点や巨大気泡の少ない製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態（第１の実施形態）にかかる石英ガラス原料粉異物除去装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した画像処理動作制御部のブロック図である。
【図３】図３は、図１に示した撮影部近傍の構成を示す図である。
【図４】図４は、原料粉の搬送速度とエラ−率との関係を示す図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態（第２の実施形態）にかかる石英ガラス原料粉異物除去装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、ノズルの変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
１      ホッパー
２      供給管（オリフィス）
３      搬送手段（圧電フィ−ダ）
３ａ    板材（ガラス板）
４      搬送手段（圧電フィ−ダ）
４ａ    板材（ガラス板）
５      吸引部
５ａ    覆板
６      ノズル
６ａ    接続パイプ
７      トラップ
７ａ    フィルター
９      吸引ポンプ
１０    バルブ（電磁バルブ）
１１    撮像装置（ＣＣＤカメラ）
１２    画像処理動作制御部
１２ａ  入力インタ−フェイス部
１２ｂ  Ａ／Ｄ変換回路
１２ｃ  ２値化処理回路
１２ｄ  異物検出回路
１２ｅ  バルブ動作制御回路
１２ｆ  コンピュ−タ
１５    白色部材（白色の紙）
２０    回転ドラム
【図１】
0003647682.tif 000004
【図２】
0003647682.tif 000005
【図３】
0003647682.tif 000006
【図４】
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【図５】
0003647682.tif 000008
【図６】
0003647682.tif 000009