(57)【要約】 【課題】  可燃性ガス及び助燃性ガスの使用量を増やすことなく、火炎流を乱さず、ガスの混合効率を高め、堆積効率を向上させるとともに、装置にかかる熱負荷を低減させることのできる多孔質ガラス母材製造用バーナを提供する。【解決手段】  中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、該ガラス原料ガス噴出ポートに対し同心円状に１列または複数列に配置され、同一列の噴出ポートは同一の焦点距離を有する小口径助燃性ガス噴出ポートを内包する、可燃性ガス噴出ポートを備えたガラス微粒子合成用バーナにおいて、該小口径助燃性ガス噴出ポート先端から所定の位置で、同一列の小口径助燃性ガス噴出ポートの焦点が合うように、該小口径助燃性ガス噴出ポートをバーナ中心軸に向けて屈曲させ、前記複数列に配置された小口径助燃性ガス噴出ポート列のうち、中心のガラス原料ガス噴出ポートに最も近接している小口径助燃性ガス噴出ポート列の屈曲角が、バーナ中心軸に対して５度以下であることを特徴としている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、該ガラス原料ガス噴出ポートに対し同心円状に１列または複数列に配置され、同一列の噴出ポートは同一の焦点距離を有する小口径助燃性ガス噴出ポートを内包する、可燃性ガス噴出ポートを備えたガラス微粒子合成用バーナにおいて、該小口径助燃性ガス噴出ポート先端から所定の位置で、同一列の小口径助燃性ガス噴出ポートの焦点が合うように、該小口径助燃性ガス噴出ポートをバーナ中心軸に向けて屈曲させ、前記複数列に配置された小口径助燃性ガス噴出ポート列のうち、中心のガラス原料ガス噴出ポートに最も近接している小口径助燃性ガス噴出ポート列の屈曲角が、バーナ中心軸に対して５度以下であることを特徴とする多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項２】
前記屈曲角が4度以上5度以下である請求項１に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項３】
請求項1又は２に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナを用いて製造することを特徴とする多孔質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、火炎の乱れを大きくすることなく、ガスの混合効率を向上させ、堆積効率を向上させることのできる多孔質ガラス母材製造用バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ母材を製造するために、各種方法が提案されている。
図１は、外付け法（OVD法）による光ファイバ母材の製造装置の一例を示したものであり、出発部材１は、ダミーロッド２を介してチャック機構４に把持されている。回転する出発部材１にバーナ３の火炎中で生成したガラス微粒子をバーナ３もしくは出発部材１を相対往復運動させ、付着堆積させてガラス微粒子堆積体（以下、スートと称する）を合成し、これを電気炉内で脱水、焼結させ、さらに透明ガラス化することにより光ファイバ母材を得ている。なお、符号５は排気フードである。OVD法は、比較的任意の屈折率分布のものが得られ、しかも、大口径の光ファイバ母材を量産できることから汎用されている。
【０００３】
スートを合成するバーナには、同芯多重管バーナが用いられてきたが、このような構造のバーナは、ガラス原料ガス、可燃性ガス及び助燃性ガスの混合が充分に行われないため、ガラス微粒子の生成が充分に行われなかった。その結果、堆積効率が上がらず、高速での合成は困難であった。
この問題を解決するために、特許文献１は、図２に示すような、可燃性ガス噴出ポート８内に、中心のガラス原料ガス噴出ポート６に対して同心円状に１列に小口径助燃性ガス噴出ポート７を配置したマルチノズル型バーナを提案している。なお、符号９はシールガス噴出ポートである。
【０００４】
さらに特許文献２は、小口径助燃性ガス噴出ポートの焦点距離をＬ１、小口径助燃性ガス噴出ポート先端から母材堆積面までの距離をＬ２とするとき、Ｌ１をＬ２よりも大きくすることで、原料ガス流の乱れを防ぐ方法を提案している。逆に、特許文献３は、Ｌ１をＬ２よりも小さくして、ガス混合の効率を高めることによって、堆積効率を向上させる方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第1773359号
【特許文献２】特許第3543537号
【特許文献３】特開2003−226544号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記提案において、同心円状に１列に配列された、焦点を有する小口径ガス噴出ポートから助燃性ガスを供給するマルチノズル型バーナは、可燃性ガス、助燃性ガス及びガラス原料ガスの混合効率を向上させ、堆積効率を向上させるという特徴がある。
そのため、さらに混合効率を向上させる手法として、小口径助燃性ガス噴出ポートの焦点距離の最適化が検討されてきた。
一般的に、小口径助燃性ガス噴出ポートの焦点距離は、バーナ長手方向において、バーナ先端からのある位置で、バーナ中心軸に向けて小口径ガス噴出ポートを屈曲させることで、小口径ガス噴出ポートの焦点を調整している。
鋭意検討した結果、堆積効率を向上させるには、噴出ガスの混合効率を高めることに加えて、必要以上に火炎を乱さないことが、重要であることが判明した。
【０００７】
具体的には、図３に示したように、同心円状に配列された複数の小口径ガス噴出ポートをバーナ中心軸に向けて屈曲させて、バーナ先端における中心軸を挟んで対向する小口径ガス噴出ポート間の距離（以下、PCDと称する）Ｄ１が絞られている。しかしながら、小口径ガス噴出ポートの屈曲角θが大きくなると、小口径ガス噴出ポート列から噴出されたガス流が、中心のガラス原料ガス噴出ポートから噴出されたガラス原料ガス流に鋭角的に衝突することになるため、ガスの混合は促進されるものの、火炎の乱れが大きくなり、堆積効率の向上を阻害する。
【０００８】
また、焦点距離が同じであれば、小口径ガス噴出ポートの屈曲角が大きいほど、バーナ先端における小口径ガス噴出ポートのPCDが大きくなり、小口径ガス噴出ポート列を内包する可燃性ガス噴出ポートを大口径化せざるをえなくなる。これは、必要以上にバーナを巨大化させるばかりか、可燃性ガスの流路面積が必要以上に広がり、供給する可燃性ガスが同量では、多孔質ガラス母材の密度が低下する。
その結果、スートの密度を適正な範囲に調整するために、可燃性ガス及び助燃性ガスの使用量を増やさざるを得ず、製造コストが上昇する。さらに、装置にかかる熱応力が増大し、装置内壁面に亀裂を生じさせる、といった問題が発生する。
【０００９】
本発明の目的は、可燃性ガス及び助燃性ガスの使用量を増やすことなく、火炎流を乱さず、ガスの混合効率を高め、堆積効率を向上させるとともに、装置にかかる熱負荷を低減させることのできる多孔質ガラス母材製造用バーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナは、中心のガラス原料ガス噴出ポートの外側に、該ガラス原料ガス噴出ポートに対し同心円状に１列または複数列に配置され、同一列の噴出ポートは同一の焦点距離を有する小口径助燃性ガス噴出ポートを内包する、可燃性ガス噴出ポートを備えたガラス微粒子合成用バーナにおいて、該小口径助燃性ガス噴出ポート先端から所定の位置で、同一列の小口径助燃性ガス噴出ポートの焦点が合うように、該小口径助燃性ガス噴出ポートをバーナ中心軸に向けて屈曲させ、前記複数列に配置された小口径助燃性ガス噴出ポート列のうち、中心のガラス原料ガス噴出ポートに最も近接している小口径助燃性ガス噴出ポート列の屈曲角が、バーナ中心軸に対して５度以下であることを特徴としている。なお、前記屈曲角は、4度以上5度以下とするのが好ましい。
本発明の多孔質ガラス母材の製造方法は、前記多孔質ガラス母材製造用バーナを用いて製造することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナによれば、必要以上に火炎が乱れることなく、かつ、高い混合効率が維持され、堆積効率が向上する。さらに、バーナのコンパクト化が可能となり、装置にかかる熱負荷が低減されるばかりでなく、可燃性ガス及び助燃性ガスの供給量を減らすことができ、多孔質ガラス母材の製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】光ファイバ母材の製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】小口径ガス噴出ポートを有するガラス微粒子合成用バーナの横断面図である。
【図３】屈曲角が大きい小口径ガス噴出ポートを有するバーナの一例を示す概略縦断面図である。
【図４】屈曲角が小さい小口径ガス噴出ポートを有するバーナの一例を示す概略縦断面図である。
【図５】２列の小口径ガス噴出ポートを有するバーナの一例を示す概略縦断面図である。
【図６】焦点距離と堆積効率との関係を示すグラフである。
【図７】小口径助燃性ガス噴出ポートの屈折角と堆積効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明で使用した製造装置の一例を示したものである。出発部材には、コアロッド１の両端部にダミーロッド２が溶着され、チャック機構４に軸回りに回転自在に支持されている。この出発部材に向かって、左右に移動自在とされたバーナ３が配置されている。ここで、出発部材１に対してバーナ３から光ファイバ用原料、例えばSiCl4 等の蒸気と燃焼ガス（水素ガス及び酸素ガス）とを吹き付け、酸水素火炎中での加水分解で生成したガラス微粒子（スート）を出発部材上に堆積させる。そして、出発部材の長手方向に沿って、バーナ３を不図示のバーナガイド機構によって往復移動させることにより堆積層を形成し、光ファイバ用多孔質母材が形成される。なお、図示していないが、バーナ３の移動に代えて、出発部材を長手方向に移動させる機構としてもよい。
さらに、光ファイバ用多孔質ガラス母材は、加熱炉で脱水処理後、透明ガラス化され光ファイバ用ガラス母材とされる。
【００１４】
使用されるバーナ３は、中心のガラス原料ガス噴出ポート６の外方に配設された可燃性ガス噴出ポート８内に、同一の焦点距離を有する小口径助燃性ガス噴出ポート７を１列または複数列内包し、同一列に配設された小口径助燃性ガス噴出ポート７は、それらの焦点が合うように先端から所定の位置でバーナ中心軸に向けて屈曲している。これらの小口径助燃性ガス噴出ポート列のうち、少なくとも中心のガラス原料ガス噴出ポート６に最も近接しているポート列の屈曲角をバーナ中心軸に対して５度以下、より好ましくは4度以上5度以下の範囲とすることで、小口径助燃性ガス噴出ポートから噴射されたガス流がガラス原料ガス火炎流に鋭角的に衝突して火炎を乱すようなことはなく、ガス流は緩やかに接近し混合される。
【００１５】
この結果、必要以上に火炎が乱れることなく、かつ、高い混合効率が維持され、堆積効率が向上する。なお、屈曲角が５度以下であれば、火炎の乱れに対する影響が小さいため、角度による堆積効率の差は小さい。ただし、小口径ガス噴出ポートの屈曲角が小さいほど、小口径ガス噴出ポートとその内側に位置するガス噴出ポート先端が接近することになるので、接触しない範囲で屈曲角を設定する必要がある。また、４度以下ではバーナの製作が困難な場合があるため、屈曲角は4度以上5度以下の範囲とするのが好ましい。
さらに、屈曲角が小さいと小口径ガス噴出ポート先端のPCDも小さくなるため、これを内包する可燃性ガス噴出ポートの内径も小さくすることができる。これによって、バーナのコンパクト化が可能となるばかりでなく、ガスの流路面積が小さくなり、火炎中心に集中してガスを供給することができるため、同一密度の多孔質ガラス母材を得ようとした場合、可燃性ガス及び助燃性ガスの供給量を減らすことができ、製造コストを低減することができる。
【実施例】
【００１６】
ここで、図１に示すような装置を用いて外付け法により、光ファイバ用多孔質ガラス母材を製造した。
使用したバーナは、図２に示すように中心のガラス原料ガス噴出ポート６の外側に可燃性ガス噴出ポート８を備えたガラス微粒子合成用バーナを用いた。なお、可燃性ガス噴出ポート８は、ガラス原料ガス噴出ポートに対し同心円状に１列に配置され、同一列の噴出ポートは長さＬの焦点距離を持つ助燃性ガス噴出ポート７を内包している。
焦点距離以外のバーナ構造は同一とし、助燃性ガス噴出ポート列の焦点距離Ｌを100、125、150、175、200mmとした５種類のバーナを用意し、外径55mm、長さ1500mmのコアロッドの両端部に外径55mmのダミーロッドを溶着した出発部材上に、多孔質ガラス微粒子を100kg堆積させた。
供給したガスはバーナの第１管に、ガラス原料ガスとしてSiCl4
及び助燃性ガスとしてO２、第２管にシールガスとしてＮ２、第３管に可燃性ガスとしてＨ２、さらに第３管に内包された小口径ガス噴出ポートに助燃性ガスとしてＯ２を供給した。ガス量は、５種類のバーナともに同量とした。
その結果、図６に示すように、焦点距離を175mmとしたバーナの堆積効率が最大となった。  
【００１７】
［実施例１］
表１に示すように、上記結果を受けてバーナの焦点距離Ｌ＝175mmに固定し、小口径ガス噴出ポートの屈曲角を4.0、4.5、5.0、5.5、6.0°として、小口径ガス噴出ポートの屈曲角以外は同一とした５種類のバーナを用意し、外径55mm、長さ1500mmのコアロッドの両端部に外径55mmのダミーロッドを溶着した出発部材上に、多孔質ガラス微粒子を100kg堆積させた。なお、小口径ガス噴出ポートを内包する可燃性ガス噴出ポートの内径は、屈曲角6.0°のバーナに合わせて42mmとした。
【表１】
2011230936.tif 000003
その結果、５°以上では、屈曲角が大きくなるほど焦点距離付近の火炎の乱れが大きくなり、図７に示すように堆積効率が低下した。逆に、５°以下では、火炎の乱れの差は見受けられず、堆積効率もほぼ同等であった。屈曲角が4度以下の場合は、小口径助燃性ガス噴出ポートとその内側のガス噴出ポートのクリアランスが小さくなりすぎて、精度良いバーナの製作が不可であった。そのため、5度以下での製造が好ましく、さらに好ましくは、4度以上5度以下の範囲での製造となる。スート密度は、いずれも0.7g/cm３であった。
【００１８】
［実施例２］
次に、屈曲角５°は同じで、小口径助燃性ガス噴出ポートを内包する可燃性ガス噴出ポートの内径を、実施例１では42mmであったものを36mmに縮小させて、スート密度が実施例１と同じ0.7g/cm３となるようにガス量を調整したところ、表２のようなガス量となり、可燃性ガスのガス流量を20％低減することができた。
【表２】
2011230936.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によれば、バーナの小型化及び品質の向上に寄与する。
【符号の説明】
【００２０】
１．出発部材（コアロッド）、
２．ダミーロッド、
３．バーナ、
４．チャック機構、
５．排気フード、
６．ガラス原料ガス噴出ポート、
７．小口径助燃性ガス噴出ポート、
８．可燃性ガス噴出ポート、
９．シールガス噴出ポート、  
Ｌ：焦点距離、
Ｄ１：小口径ガス噴出ポートのＰＣＤ、
Ｄ２：可燃性ガス噴出ポートの内径。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011230936.tif 000009
【図６】
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【図７】
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