(57)【要約】【課題】被加熱物を収容する容器の局所的な冷却むらの発生を少なくして、容器の寿命の低下や、被加熱物に対する品質低下などの悪影響の発生を防ぐ。また、ガラス微粒子堆積体に対する異物の付着や混入を防止する。【解決手段】本発明の容器１は、ガラス微粒子堆積体３５を収容する容器であり、容器１の側壁２を構成する外壁３と内壁４の間隙が、冷却流体の流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃとして形成されている。また、容器１は、流路１６の下方から上方へ冷却流体が流れるように構成されている。本発明のガラス微粒子堆積体の製造装置２０は、容器１の側壁２に、バーナ２２と排気ダクト２１とが対向して配置されており、バーナ２２により生成されたガラス微粒子がガラスロッド３６に堆積されてガラス微粒子堆積体３５を形成することができる。【選択図】      図２
2004307223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を収容する容器であって、
前記容器の側壁の中に冷却流体の流路が形成されており、
前記流路の下端に前記流路へ前記冷却流体を供給する供給部が設けられ、
前記流路の上端に前記流路から前記冷却流体を排出する排出部が設けられていることを特徴とする容器。
【請求項２】
被加熱物を収容する容器であって、
前記容器の側壁の中に冷却流体の流路が形成されており、
前記流路の上端に前記流路へ前記冷却流体を供給する供給部が設けられ、
前記流路の下端に前記流路から前記冷却流体を排出する排出部が設けられており、
前記排出部は、前記冷却流体を前記流路の上端より上方へ導くように構成されていることを特徴とする容器。
【請求項３】
被加熱物を収容する容器であって、
前記容器の側壁を構成する複数層の壁の間隙が冷却流体の流路として形成されており、
前記流路の横断面形状が、前記被加熱物を収容する空間を部分的に囲うように形成されていることを特徴とする容器。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の容器において、前記流路は、流れの異なる複数の区画に分割されていることを特徴とする容器。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の容器を備え、
前記側壁にバーナと排気口とが対向して配置されており、
前記バーナにより生成された前記被加熱物であるガラス微粒子が、前記容器内に配置された基盤に堆積されてガラス微粒子堆積体が形成されるように構成されていることを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載のガラス微粒子堆積体の製造装置を用いて、ガラス微粒子堆積体を製造することを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱物を収容する容器に関する。また、本発明は、被加熱物であるガラス微粒子堆積体を製造する際に用いられる容器を備えたガラス微粒子堆積体の製造装置、及びその容器を用いたガラス微粒子堆積体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被加熱物を収容する容器は、容器内が高温になるために容器の劣化が起こりやすいことから、容器を構成する壁を積極的に冷却するように構成されたものが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６に、気相合成法によりガラス微粒子堆積体を製造する際に用いられる従来の容器１００を示す。この容器１００の内側には、バーナ１０１と排気フード１０２とが、互いに対向して配置されている。バーナ１０１は、酸水素火炎によりガラス微粒子を生成させるものである。生成したガラス微粒子の大部分は、バーナ１０１と排気フード１０２との間の位置に配置されたガラス棒１０３に堆積され、ガラス微粒子堆積体１０４が形成される。一方、ガラス棒１０３に堆積しなかったガラス微粒子は、容器１００の内側の空間を浮遊して、排気フード１０２から排気されていく。
【０００４】
このように、容器１００は、内側で酸水素火炎を発生させ、さらに熱被加熱物であるガラス微粒子を収容するものである。そのため、器壁１０５には、複数本の冷却用パイプ１０６が内蔵されており、この冷却用パイプ１０６に冷却用の液体を流すことで、容器１００を冷却している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３４４５３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来の容器は、冷却用パイプによる冷却箇所が局所的に複数設けられている構成である。そのため、容器内の発熱量が大きくなった際には、局所的な冷却むらが発生しやすい。そのとき、容器の内面に発生する局所的な温度差が大きくなり、熱膨張の差から、容器の内面を構成する壁に熱疲労が生じる。この熱疲労により、容器の寿命は低下してしまう。
【０００７】
また、熱疲労が徐々に蓄積されていくと、壁に劣化が生じて微小な剥離が生じてしまうことがある。剥離した断片は、容器内の空間を浮遊する異物となり、容器内に収容する被加熱物に対して悪影響を与えてしまうことがある。例えば、図６に示したようにガラス微粒子を堆積させる場合には、剥離した断片がガラス微粒子堆積体に付着したり、中に混入してしまうことがあり、ガラス微粒子堆積体の品質を低下させてしまう。
【０００８】
本発明は、被加熱物を収容する容器の局所的な冷却むらの発生を少なくして、容器の寿命の低下や、被加熱物に対する品質低下などの悪影響の発生を防ぐことを目的としている。また、本発明は、ガラス微粒子堆積体に対する異物の付着や混入を防止することができるガラス微粒子堆積体の製造装置及び製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る容器は、被加熱物を収容する容器であって、容器の側壁の中に冷却流体の流路が形成されており、流路の下端に流路へ冷却流体を供給する供給部が設けられ、流路の上端に流路から冷却流体を排出する排出部が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明に係る容器は、被加熱物を収容する容器であって、容器の側壁の中に冷却流体の流路が形成されており、流路の上端に流路へ冷却流体を供給する供給部が設けられ、流路の下端に流路から冷却流体を排出する排出部が設けられており、排出部は、冷却流体を流路の上端より上方へ導くように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明に係る容器は、被加熱物を収容する容器であって、容器の側壁を構成する複数層の壁の間隙が冷却流体の流路として形成されており、流路の横断面形状が、被加熱物を収容する空間を部分的に囲うように形成されていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る容器において、流路は、流れの異なる複数の区画に分割されていることが好ましい。
【００１３】
また、上記目的を達成するための本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造装置は、上記の本発明に係る容器を備え、側壁にバーナと排気口とが対向して配置されており、バーナにより生成された被加熱物であるガラス微粒子が、容器内に配置された基盤に堆積されてガラス微粒子堆積体が形成されるように構成されていることを特徴としている。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、上記の本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造装置を用いて、ガラス微粒子堆積体を製造することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る容器、ガラス微粒子堆積体の製造装置及び製造方法の実施の形態の例を、図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の容器は、被加熱物であるガラス微粒子を収容する容器であり、容器の側壁を構成する複数層の壁の間隙が、冷却流体の流路として形成されていることを特徴としている。また、本実施形態の容器は、流路へ冷却流体を供給する供給部が流路の下端に設けられ、流路の上端に流路から冷却流体を排出する排出部が設けられており、流路の下方から上方へ冷却流体が流れるように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
図１は、本実施形態の容器１を示す斜視図である。
図１に示すように、容器１は、主に複数の板状の部材から構成された、ほぼ直方体の箱型形状をなしている。板状の部材とは、容器１の３つの側面を構成する側壁２と、１つの側面を構成する扉９と、容器１の上面を構成する２枚の上蓋６と、容器１の下面を構成する底壁８である。
これら板状の部材は、例えばガラス微粒子堆積体を製造する際のような、高温かつ塩素ガス雰囲気の環境で腐食しにくい、インコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）等のニッケル合金を用いて形成されている。また、容器１内で腐食性のガスを用いない場合には、ステンレスやスチールを使用しても良い。
【００１７】
側壁２のうち、対向する面の一方には、容器１内でガラス微粒子を生成するバーナ２２（図２参照）を挿入して設置するためのバーナ用開口部１３が形成されている。また、側壁２の対向する面の他方には、容器１内の気体を排気する排気ダクト２１（図２参照）を挿入して設置するための排気用開口部１１が形成されている。
扉９は、蝶番等で側壁２に対して開閉自在（図２参照）に取り付けられており、容器１の内側を外から観察するための窓１２が設けられている。窓１２には、耐熱ガラス等を用いると良い。
【００１８】
２つの上蓋６は、それぞれ容器１の上面が二分割された大きさであり、蝶番等により側壁２の上端に対して開閉自在に取り付けられている。各上蓋６は、側壁２に取り付けられている側とは反対側の端部に、双方の上蓋６を閉じた状態でその中央部分に円形の孔が形成されるように、凹部７が設けられている。
底壁８は、容器１の下面の全体を覆うように、側壁２の下端に取り付けられている。また、この底壁８に貫通孔が設けられ、その下部に矩形もしくは円筒状の容器が接続される場合もある。
【００１９】
図２に、上述した容器１、及び容器１を備えたガラス微粒子堆積体の製造装置２０の横断面図を示す。
図２に示すように、容器１の側壁２は、外壁３と内壁４との２層の壁を備えており、これら外壁３と内壁４との間隙が、冷却流体を流すための流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃとして形成されている。これらの流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、仕切り部材５によってそれぞれが区画分けされているが、全体として側壁２の内部のほぼ全域にわたって冷却流体が流れるように構成されている。すなわち、流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、容器１の内側の空間に対して、側壁２が構成する３面を囲うように形成されている。
【００２０】
なお、側壁２が３層以上の壁により構成されている場合には、それらの複数層の壁の何れかの間隙が流路として形成されていれば良い。
また、流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、仕切り部材５により完全に区画分けされていると良いが、部分的に仕切るようにしても良い。
【００２１】
また、側壁２の外壁３には、流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃの上端または下端に相当する位置に、流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃと外部の空間とを繋ぐ複数の通路口１５が設けられている。この通路口１５は、流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃに対して冷却流体を供給または排出する際の供給部または排出部の一部を構成するものである。
【００２２】
この容器１を用いてガラス微粒子堆積体を製造する際には、図２に示すように、バーナ用開口部１３にバーナ２２を設置して、排気用開口部１１に排気口である排気ダクト２１を設置する。バーナ２２は、気相合成法の種類によって複数用いる場合があり、その場合にはバーナ用開口部１３に縦に並ぶように複数設置することもできる。また、用いるバーナ２２の本数に応じて、排気ダクト２１も複数設ける場合もある。さらに、排気用開口部１１と排気ダクト２１との間は、適宜隙間が無いように埋めておく。
【００２３】
さらに、上蓋６の凹部７（図１参照）により形成される孔には、ガラス微粒子を堆積させる基盤となるガラスロッド３６が通されて、ガラスロッド３６が容器１内のほぼ中央部分に配置される。また、凹部７とガラスロッド３６との隙間からは、容器１の内側に向けて、塵埃が除去された窒素等の不活性ガスが供給される。
さらに、底壁８に貫通孔が設けられている場合には、その貫通孔にガラスロッド３６を挿通して配置させることもできる。
【００２４】
バーナ２２は、酸素、水素、及びガラスの原料ガスが導入されて、ガラスロッド３６に向けて酸水素火炎を発生させるものである。この酸水素火炎中で、加水分解反応によってガラス微粒子が生成される。そして、このガラス微粒子は、ガラスロッド３６の周囲に堆積されて、ガラス微粒子堆積体３５が形成されていく。
また、ガラスロッド３６に堆積されずに容器１内を浮遊するガラス微粒子は、バーナ２２と対向して配置された排気ダクト２１により、容器１内の気体とともに排気される。
【００２５】
このように、図２に示したガラス微粒子堆積体の製造装置２０は、容器１の側壁２に、バーナ２２と排気ダクト２１とが対向して配置されており、バーナ２２により生成されたガラス微粒子がガラスロッド３６に堆積されてガラス微粒子堆積体３５を形成することができる。
なお、本実施形態の容器１を用いてガラス微粒子を堆積させる気相合成法としては、その形態を問わない。また、容器１は、ガラス微粒子堆積体を焼結して透明化処理する際や、透明化したガラス体を延伸する際等にも用いることができる。その場合には、バーナ用開口部１３は不要である。
【００２６】
ガラス微粒子堆積体３５を製造する際には、バーナ２２の温度が２０００℃から２７００℃程度となり、ガラス微粒子堆積体３５の温度は８００℃から９００℃程度になる。そのため、容器１の内側で発生した熱による容器１への負担を軽減させるため、側壁２の中に設けられた流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃに冷却流体を流し、容器１の冷却を行う。冷却流体の流れの様子を示す模式図を、図３に示す。
【００２７】
図３に示すように、流路１６の下端に設けられた通路口１５には、管路２７とポンプ２６が取り付けられる。これらの通路口１５、管路２７、ポンプ２６は、冷却流体を流路１６に供給する供給部２８を構成している。
一方、流路１６の上端に設けられた通路口１５には、管路２９が取り付けられる。これらの通路口１５、管路２９は、冷却流体を流路１６から排出する排出部３０を構成している。
供給部２８に設けられたポンプ２６によって、冷却流体は流路１６へ供給される。そして、供給された冷却流体は、流路１６内を下方から上方へ向かって流れ、排出部３０から排出される。
【００２８】
また、図３に示した形態では、供給用のポンプ２６が供給部２８に設けられているが、ポンプは供給部と排出部のどちらか一方に設けられていれば良い。また、供給用と排出用の両方のポンプを設けても良い。
さらに、供給部２８と排出部３０の管路２７，２９を繋いで、冷却流体を循環させるように構成することもできる。その場合には、循環経路の途中で、冷却流体から熱を奪う手段があると好ましい。例えば、チラーを設ける等して、管路２９の周囲に冷媒を流す手段が挙げられる。
冷却流体を循環させる場合には、流路１６内の冷却流体の圧力を高くすることが容易であるため、冷却効率を高めやすい。
【００２９】
また、ポンプに流量の調節機能が備わっていれば、流路１６内を流れる冷却流体の流れの量や速度を調整することができ、容器１の内部の温度に合わせて冷却の強さを調整することができる。
さらに、供給部２８から供給する冷却流体の温度を予め所望の温度に設定しておくことによっても、冷却の強さを調整することができる。
【００３０】
本実施形態では、冷却流体として、ヘリウムガス等の気体を用いると良い。ヘリウムは、熱伝導率が高く、冷却流体としての用途に優れている。また、液体の冷却流体を用いることもできる。
冷却流体は、上記のヘリウムガスの他、窒素ガス、空気、フロン、水、鉱物油等を用いることができる。さらに、流路１６や供給部２８及び排出部３０の詰まりを防止するために、冷却流体に詰まり防止剤を添加しておくと良い。詰まり防止剤としては、例えばスケール防止剤、防錆剤、殺菌・殺藻剤等が挙げられる。気体の冷却流体を用いる場合には、流路１６内での流れの向きを安定させるために、流路１６内に整流板１４を設けておくと良い。これにより、流路１６内の全域で安定した冷却効果が得られやすくなる。
【００３１】
なお、図３では、流路１６における冷却流体の流れについて説明したが、他の流路１６ａ，１６ｂ，１６ｃにおいても、同様の供給部及び排出部を設けて、冷却流体を流す。
また、図２に示した本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造装置２０の場合には、バーナ２２から発生する酸水素火炎により、バーナ２２と対向する箇所が、特に高温となりやすい。すなわち、容器１の側壁２のうち、バーナ２２と対向する排気ダクト２１の周囲の温度が高温となりやすい。そのため、排気ダクト２１の周囲の領域を、流路１６とは別流路として区画された流路１６ａ，１６ｃに対して、特に積極的に冷却効率を向上させるように冷却流体を流すと良い。
【００３２】
以上述べたように、本実施形態の容器１は、側壁２の中のほぼ全体に、容器１の空間を少なくとも部分的に囲うように流路１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃが形成されているため、側壁２に発生する冷却むらを極力小さく抑えることができる。したがって、容器１の熱疲労による寿命の低下を抑えることができる。
また、内壁４に局所的な温度差が生じることを抑制できるため、熱疲労の蓄積により発生する内壁４の劣化を防止して、内壁４から微小な剥離を生じさせることも防がれる。そのため、ガラス微粒子の製造装置２０を用いたガラス微粒子の製造方法によれば、異物の付着や混入が防がれた高品質のガラス微粒子堆積体３５を製造することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、流路１６の下端に供給部３０が設けられ、流路１６の上端に排出部２８が設けられており、冷却流体が流路１６内を下方から上方へ向かって流れるように構成されているが、この流れの向きを逆にしても良い。
図４に示すように、第２実施形態における流路１６の上端に設けられた通路口１５には、管路２７とポンプ２６が取り付けられ、供給部２８が構成されている。また、流路１６の下端に設けられた通路口１５には、管路２９ａが取り付けられ、排出部３１が構成されている。
供給部２８に設けられたポンプ２６によって、冷却流体は流路１６へ供給される。そして、供給された冷却流体は、流路１６内を上方から下方へ向かって流れ、排出部３１から排出される。
【００３４】
排気部３１の管路２９ａは、排出する冷却流体を一旦流路１６の上端より上方へ導くために、上方管路部２９ｂが設けられている。これにより、液体の冷却流体を用いた場合でも、流路１６に供給された冷却流体は、排出部３１の外へ排出されるよりも前に流路１６内の全域に充満するようになる。したがって、冷却流体が液体であっても、側壁２の全体を確実に冷却することができる。
なお、冷却流体が気体である場合には、上方管路部２９ｂを設けて冷却流体を流路１６の上端より上方へ導く必要はない。
【００３５】
以上述べた第２実施形態では、上述した第１実施形態と同様の冷却効果を得ることができる。
【００３６】
（第３実施形態）
バーナ２２やガラス微粒子堆積体３５の熱は、容器１内の上方に伝わりやすい。そのため、図２において、流路１６、１６ｂは下から上へ冷却流体を流すこととし、一方、流路１６ａ，１６ｃはその上方の領域を積極的に冷却するように、冷却流体を上方から下方へ流すようにしても良い。これにより、流路１６ａ，１６ｃに供給された冷却流体ができるだけ低温となっている状態で、側壁２における最も高温となりやすい箇所の冷却を行うことができる。また、液体の冷却流体を用いるときには、流路１６ａ，１６ｃの排出部は、図４に示すように、各流路１６ａ，１６ｃの上端より上方へ冷却流体を導くようにすることが好ましい。
このように、ガラス微粒子の製造装置２０を用いた本実施形態のガラス微粒子の製造方法では、側壁２内に設けられた複数の流路に対して、効果的に冷却流体の流れの状態を設定して、高温となりやすい箇所に対して効率的に冷却を行っている。
【００３７】
また、図１及び図２に示した容器１は、ほぼ直方体の箱型形状であるが、容器の形状は特に限定されない。
例えば、図５に示すガラス微粒子堆積体の製造装置２０ａのように、容器１ａに対してバーナ２２を横方向に複数設置するような場合には、バーナ２２の酸水素火炎が容器１ａの中央方向を向くように配置しやすいように、容器１ａの横断面形状を変更すると良い。そして、外壁３ａと内壁４ａとの間の流路１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃにより構成される流路の全体形状が、容器１ａ内の空間を部分的に覆うように形成されていると良い。これにより、容器１ａに局所的な冷却むらを発生させることが防がれる。
【００３８】
なお、本発明においては、冷却流体を流す流路を側壁の中に設けるのみならず、容器の壁を構成する板状の部材のそれぞれに流路を設けても良い。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る容器によれば、被加熱物を収容する容器の局所的な冷却むらの発生を少なくして、容器の寿命の低下や、被加熱物に対する品質低下などの悪影響の発生を防ぐことができる。また、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造装置及び製造方法によれば、ガラス微粒子堆積体に対する異物の付着や混入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る容器の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】冷却流体が下方から上方への流れる様子を示す模式図である。
【図４】冷却流体が上方から下方への流れる様子を示す模式図である。
【図５】本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造装置の実施の形態の別例を示す断面図である。
【図６】従来の容器を示す断面図である。
【符号の説明】
１  容器
２  側壁
３  外壁
４  内壁
６  上蓋
８  底壁
９  扉
１５  通路口
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  流路
２０，２０ａ  ガラス微粒子堆積体の製造装置
２１  排気ダクト（排気口）
２２  バーナ
２８  供給部
３０，３１  排出部
３５  ガラス微粒子堆積体
３６  ガラスロッド（基盤）
【図１】
2004307223.tif 000003
【図２】
2004307223.tif 000004
【図３】
2004307223.tif 000005
【図４】
2004307223.tif 000006
【図５】
2004307223.tif 000007
【図６】
2004307223.tif 000008