(57)【要約】【課題】合成用バーナの生産性を向上する。【解決手段】多孔質ガラス母材を形成するガラス微粒子を合成する合成用バーナであって、ターゲットに向かって原料ガスを噴射する原料ガス噴射部と、第１の合流点で原料ガスと合流する方向に助燃性ガスを噴射する助燃性ガス噴射部と、第１の合流点よりも助燃性ガス噴射部の近くに位置する第２の合流点で助燃性ガスと合流する方向に可燃性ガスを噴射する可燃性ガス噴射部とを備える。上記合成用バーナにおいて、助燃性ガス噴射部は、一の直線に沿って配置された複数の噴射ポートを有してもよい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質ガラス母材を形成するガラス微粒子を合成する合成用バーナであって、ターゲットに向かって原料ガスを噴射する原料ガス噴射部と、
第１の合流点で前記原料ガスと合流する方向に助燃性ガスを噴射する助燃性ガス噴射部と、
前記第１の合流点よりも前記助燃性ガス噴射部の近くに位置する第２の合流点で前記助燃性ガスと合流する方向に可燃性ガスを噴射する可燃性ガス噴射部と
を備える合成用バーナ。
【請求項２】
前記助燃性ガス噴射部は、一の直線に沿って配置された複数の噴射ポートを有する請求項１に記載の合成用バーナ。
【請求項３】
前記原料ガス噴射部は、前記一の直線と平行な直線に沿って配置された複数の噴射ポートを有する請求項２に記載の合成用バーナ。
【請求項４】
前記原料ガス噴射部は、前記一の直線と平行な直線に沿って形成されたスリット状の開口を有する請求項２に記載の合成用バーナ。
【請求項５】
前記可燃性ガス噴射部は、前記一の直線と平行なスリット状の開口を有する請求項２から４のいずれか一項に記載の合成用バーナ。
【請求項６】
前記原料ガス噴射部を有する第１のバルク材と、前記第１のバルク材に隣接して配され、前記助燃性ガス噴射部を有する第２のバルク材とを備え、
前記第１のバルク材は、前記原料ガス噴射部に連通し、前記原料ガスが流れるガス流路を設けられており、前記第２のバルク材は、前記助燃性ガス噴射部に連通し、前記助燃性ガスが流れるガス流路が設けられている請求項１から５までのいずれか一項に記載の合成用バーナ。
【請求項７】
前記第２のバルク材は、前記可燃性ガス噴射部に連通し、前記可燃性ガスが流れるガス流路を更に設けられている請求項６に記載の合成用バーナ。
【請求項８】
前記ガス流路は、流通するガスの脈動を緩和するバッファ部を有する請求項７に記載の合成用バーナ。
【請求項９】
前記ガス流路は、前記バッファ部の内部および前記バッファ部よりも下流のいずれかに配され、流通するガスの脈動を緩和する圧力損失付与部を更に備える請求項８に記載の合成用バーナ。
【請求項１０】
前記原料ガス噴射部および前記助燃性ガス噴射部の間に、前記原料ガスをシールするシールガスを噴射するシールガス噴射部を更に備える請求項１から９のいずれか一項に記載の合成用バーナ。
【請求項１１】
前記シールガス噴射部は、前記助燃性ガス噴射部の配列方向と平行なスリット状の開口を有する請求項１０に記載の合成用バーナ。
【請求項１２】
前記シールガス噴射部は、一のバルク材および他のバルク材の間に形成される請求項１０または１１に記載の合成用バーナ。
【請求項１３】
前記一のバルク材と前記他のバルク材との間の一部を気密に封止する封止部材を備える請求項１２に記載の合成用バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成用バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質ガラス母材を製造する場合に、複数のスリット状のポートを有する合成用バーナを用いてガラス微粒子の堆積効率を向上する技術がある（特許文献１参照）。
特許文献１  特許第４８１４２０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
複数種類のガス流を平行に噴射する合成用バーナを用いた場合、火炎の噴射方向が安定せず、ガスの混合にむらがあった。このため、熱応力が生じて、ガラス微粒子の付着率が不均一になったり、付着した多孔質ガラス母材の密度が不均一になる場合があった。また、多孔質ガラス母材の割れが生じる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によると、多孔質ガラス母材を形成するガラス微粒子を合成する合成用バーナであって、ターゲットに向かって原料ガスを噴射する原料ガス噴射部と、第１の合流点で前記原料ガスと合流する方向に助燃性ガスを噴射する助燃性ガス噴射部と、前記第１の合流点よりも前記助燃性ガス噴射部の近くに位置する第２の合流点で前記助燃性ガスと合流する方向に可燃性ガスを噴射する可燃性ガス噴射部とを備える合成用バーナが提供される。
【０００５】
上記の発明の概要は、本発明の全ての特徴を列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】合成用バーナ１００の斜視図である。
【図２】合成用バーナ１００の平面図である。
【図３】合成用バーナ１００の分解斜視図である。
【図４】合成用バーナ１００の断面図である。
【図５】合成用バーナ１００におけるガスの噴射方向を説明する図である。
【図６】多孔質ガラス母材３４０を製造する製造装置２００の模式図である。
【図７】比較例に係る合成用バーナ１０１の平面図である。
【図８】比較例に係る合成用バーナ１０１の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
光ファイバ用ガラス母材などの石英ガラス母材の製造方法として、ＶＡＤ法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＯＶＤ法（Ｏｕｔｓｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等がある。例えばＯＶＤ法では、コアおよびクラッドの一部を含むガラス棒をターゲットとして、クラッドとなるガラス材料の微粒子をターゲットの外周に吹き付けて多孔質ガラス母材とする。作成された多孔質ガラス母材は、加熱炉で脱水および透明化してガラス母材となる。
【０００９】
上記のプロセスでターゲットに堆積させるガラス微粒子は、合成用バーナを用いて合成する。合成用バーナは、ガラス原料である四塩化ケイ素、オクタメチルシクロテトラシロキサン等を、酸水素炎等の火炎中に吹き込んでガラス微粒子を合成する。
【００１０】
図１は、多孔質ガラス母材を製造する場合に、ガラス微粒子を合成してターゲットに堆積させる合成用バーナ１００の斜視図である。合成用バーナ１００は、単一のセンターブロック１１と、一対のサイドブロック１２、１３とを備える。
【００１１】
センターブロック１１およびサイドブロック１２、１３の各々は、切削加工等により加工されたバルク材であり、例えば石英により形成される。図示の合成用バーナ１００では、一対のサイドブロック１２、１３がセンターブロック１１を挟んで接合されており、全体として直方体をなす。合成用バーナ１００の図中上面には、原料ガス噴射部２１、助燃性ガス噴射部２２、可燃性ガス噴射部２３、およびシールガス噴射部２４のガス噴射ポート２８、２９が開口する。
【００１２】
合成用バーナ１００において、原料ガス噴射部２１は、多孔質ガラス母材となるガラス微粒子の原料となる四塩化ケイ素ガス等の原料ガスを噴射する。助燃性ガス噴射部２２は、酸素ガス等の助燃性ガスを噴射する。可燃性ガス噴射部２３は、水素ガス等の可燃性ガスを噴射する。
【００１３】
シールガス噴射部２４は、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス、あるいは、空気などを噴射する。これにより、原料ガスがバーナ付近で反応して生成したガラス微粒子が合成用バーナ１００に付着してしまうことを防止できる。
【００１４】
図２は、合成用バーナ１００の平面図である。また、図２は、合成用バーナ１００におけるガス噴射ポート２８、２９の配置を説明する図でもある。
【００１５】
原料ガス噴射部２１は、ひとつの直線Ａに沿って配列された複数のガス噴射ポート２８を有する。ここで、直線Ａは、直線Ａと直交する方向について、合成用バーナ１００の略中央に配されている。換言すれば、ガス噴射ポート２８の各々は、センターブロック１１に、例えば穿孔により設けられている。略円形のガス噴射ポート２８をセンターブロック１１の長手方向に複数配列するために、ガス噴射ポート２８の配列方向について、ガス噴射ポート２８の各々はセンターブロック１１の寸法よりも十分に短い径を有する。
【００１６】
助燃性ガス噴射部２２は、直線Ａと平行な直線Ｂに沿って配列された複数のガス噴射ポート２８を有する。助燃性ガス噴射部２２のガス噴射ポート２８の各々は、サイドブロック１２、１３に、例えば穿孔により設けられた複数のガス噴射ポート２８を有する。略円形のガス噴射ポート２８をサイドブロック１２、１３の長手方向に複数配列するために、ガス噴射ポート２８の配列方向について、ガス噴射ポート２８の各々は、サイドブロック１２、１３の寸法よりも十分に短い径を有する。また、助燃性ガス噴射部２２は、原料ガス噴射部２１を中心線とする対称な位置に、原料ガス噴射部２１を挟んで２列に配列される。
【００１７】
可燃性ガス噴射部２３は、直線ＡおよびＢと平行な直線Ｃに沿って形成されたスリット状のガス噴射ポート２９を有する。可燃性ガス噴射部２３のガス噴射ポート２９は、サイドブロック１２、１３を穿孔して形成され、原料ガス噴射部２１を中心線とする対称な位置であって、助燃性ガス噴射部２２の列の外側に２列に配置される。
【００１８】
シールガス噴射部２４は、直線Ａ、Ｂ、Ｃと平行なスリット状のガス噴射ポート２９を有する。シールガス噴射部２４は、原料ガス噴射部２１を中心線とする対称な位置に２列に配される。また、シールガス噴射部２４の各々は、原料ガス噴射部２１のガス噴射ポート２８の列と助燃性ガス噴射部２２のガス噴射ポート２８の列との間に配され、可燃性ガス噴射部２３よりも細いスリット状の開口を有する。
【００１９】
なお、合成用バーナ１００において、原料ガス噴射部２１は、センターブロック１１の内部に形成されている。また、助燃性ガス噴射部２２および可燃性ガス噴射部２３は、サイドブロック１２、１３の内部に形成されている。これに対して、シールガス噴射部２４は、センターブロック１１およびサイドブロック１２、１３の間に形成される。
【００２０】
図３は、合成用バーナ１００の分解斜視図である。また、図３は、シールガス噴射部２４の構造を説明する図でもある。
【００２１】
サイドブロック１２、１３の各々は、センターブロック１１に対向する側面に凹部２６、２７を有する。サイドブロック１２、１３の図中上面に近い浅い凹部２７は、合成用バーナ１００におけるシールガス噴射部２４のガス噴射ポート２９の一部となる。また、凹部２７の図中下端に位置する深い凹部２６は、シールガス噴射部２４のバッファ部（図４参照）の一部となる。
【００２２】
凹部２６、２７を有するサイドブロック１２、１３の側面と、センターブロック１１の平坦な側面とを、ガスケット４０を挟んで密着させることにより、センターブロック１１およびサイドブロック１２、１３の間には、シールガス噴射部２４の一部が形成される。このように、シールガス噴射部２４のガス噴射ポート２９を、サイドブロック１２、１３の側面からの加工により形成する構造を有する。これにより、噴射量が小さいシールガスを噴射する、他のガス噴射ポート２８の径と比較すると非常に細長い、切削加工等によっては形成することが難しいガス噴射ポート２９を容易且つ確実に形成できる。
【００２３】
なお、センターブロック１１とサイドブロック１２、１３との間を封止する封止部材であるガスケット４０は、サイドブロック１２、１３の側面において凹部２６、２７を包囲する形状を有する。これにより、センターブロック１１およびサイドブロック１２、１３の意図しない凹凸がガスケット４０に吸収され、合成用バーナ１００の上面以外ではセンターブロック１１およびサイドブロック１２、１３が気密に密着する。なお、ガスケット４０は、日本カーボン（株）製ニカフィルムや米国Ｇｒａｆｔｅｃｈ社製グラフォイル（ＧＲＡＦＯＩＬ）などの膨張黒鉛シートを用いて形成できる。
【００２４】
換言すれば、センターブロック１１およびサイドブロック１２、１３において互いに接合される面の平面性が高い場合は、ガスケット４０を省略してもよい。なお、シールガスは、安全性が高いガスが用いられるので、多少は漏洩しても安全上の問題は生じない。
【００２５】
上記のようなセンターブロック１１およびサイドブロック１２、１３は、それぞれ個別に作製した上で、相互に接合して合成用バーナ１００となる。センターブロック１１およびサイドブロック１２、１３は、側面を外側から拘束するホルダにより、互いに押しつけられて一体的に保持される。センターブロック１１およびサイドブロック１２、１３の間は、圧縮されたガスケット４０により気密に封止される。
【００２６】
図４は、合成用バーナ１００の断面図である。図４は、図２に示した直線Ａ、Ｂ、Ｃと直交する面における合成用バーナ１００の断面を示す。
【００２７】
合成用バーナ１００において、センターブロック１１の内部には、ガス流路５１が切削加工により形成され、更に、ガス流路５１の一部には、ガス流路５１よりも内径が大きいバッファ部３１が、やはり切削加工により形成されている。バッファ部３１よりも図中上方の部分で、ガス流路５１は、センターブロック１１の底面および上面に略直交する方向に延在する。
【００２８】
サイドブロック１２、１３の各々の内部には、ガス流路５２、５３、５４が、切削加工により形成されている。更に、ガス流路５２、５３、５４の一部には、ガス流路５２、５３、５４よりも内径が大きいバッファ部３２、３３、３４がそれぞれ切削加工により形成されている。バッファ部３２、３３、３４よりも上流側、すなわち、図中下側において、ガス流路５２、５３、５４は、サイドブロック１２、１３の底面に対して略直交する方向に延在する。
【００２９】
なお、センターブロック１１およびサイドブロック１２、１３の底面におけるガス流路５２、５３、５４の開口、すなわちガス導入口は、原料ガス噴射部２１、助燃性ガス噴射部２２、可燃性ガス噴射部２３、およびシールガス噴射部２４の各々について、それぞれひとつであってもよいし、複数の開口を設けてもよい。また、原料ガス噴射部２１、助燃性ガス噴射部２２、可燃性ガス噴射部２３、およびシールガス噴射部２４の各々のガス導入口は、ガスの流量等に応じて、形状、断面積、数、配置等が互いに異なっていてもよい。  
【００３０】
一方、サイドブロック１２、１３の各々においてガス流路５２は、バッファ部３２よりも下流側、すなわち、図中上側では、ガス噴射ポート２８に近づくほど、原料ガス噴射部２１のガス噴射ポート２８に近づくように傾斜して延在する。よって、助燃性ガス噴射部２２のガス噴射ポート２８から噴射された可燃性ガスは、原料ガス噴射部２１のガス噴射ポート２８から噴射された原料ガスに合流する方向に噴射される。
【００３１】
また、サイドブロック１２、１３の各々においてガス流路５３は、バッファ部３３よりも下流側、すなわち、図中上側において、ガス噴射ポート２９に近づくほど、原料ガス噴射部２１のガス噴射ポート２８に近づくように傾斜して延在する。更に、ガス流路５３の上側部分は、ガス流路５２の上側部分よりも強く傾斜する。よって、助燃性ガス噴射部２２のガス噴射ポート２９から噴射された可燃性ガスは、助燃性ガス噴射部２２のガス噴射ポート２８から噴射された助燃性ガスと、原料ガス噴射部２１のガス噴射ポート２８から噴射された原料ガスとの両方に対して合流する方向に噴射される。
【００３２】
更に、サイドブロック１２、１３の各々において、バッファ部３４よりも下流側、すなわち、図中上側では、センターブロック１１と、サイドブロック１２、１３とによって、ガス噴射ポート２９に続くガス流路５４が形成されている。原料ガス、助燃性ガス、および可燃性ガスのガス噴射ポート２８、２９からの噴射方向については、図５を参照して後述する。
【００３３】
ガス流路５１、５２、５３、５４は、合成用バーナ１００において、外部から供給された各種のガスをガス噴射ポート２８、２９に供給する。ガス流路５１、５２、５３、５４の途中には、バッファ部３１、３２、３３、３４が形成される。なお、バッファ部３１、３２、３３、３４の形状は、図示のように多角形の断面を有する形状であっても、角のない曲面を組み合わせた形状であってもよい。
【００３４】
バッファ部３１、３２、３３、３４においては、ガス流路５１、５２、５３、５４の断面積が急激に大きくなる。よって、ガス流路５１、５２、５３、５４に流入したガスがバッファ部３１、３２、３３、３４における滞留時間を長くして内圧分布が緩和される。
【００３５】
これにより、合成用バーナ１００に対するガスの導入側と噴射側とでガス流路５２、５３、５４の断面形状、数、面積等が異なっている場合であっても、バーナの長手方向（図４において、紙面と直交する方向）について、噴射するガスの流速分布を均一にして、長手方向に均一な多孔質ガラス母材を製造できる。また、バッファ部３１、３２、３３、３４を設けることにより、ガス流路５１、５２、５３、５４を流れるガスの脈動を緩和して、原料ガスの流速を安定させることもできる。
【００３６】
更に、合成用バーナ１００において、可燃性ガス噴射部２３のバッファ部３３には、圧力損失付与部６３が設けられる。圧力損失付与部６３は、バッファ部３３の入り口においてガス流路５３の断面積が拡大した位置よりも下流に配された多孔質体、メッシュ材等により形成され、ガス流路５３の実効的な断面積を減少させ、ガス流路５３におけるガスの内圧を上昇させてガスの滞留時間を長くする。これにより、圧力損失付与部６３は、圧力損失付与部６３よりも下流に流れるガス流量の面内均一性を向上でき、ガス噴射部から噴射するガスの流速分布を均一化できる。また、圧力損失付与部６３を設けることにより、ガガス流路５３を流れるガスの脈動を緩和し、ガスの流速を安定させることもできる。
【００３７】
なお、合成用バーナ１００においては、他のガス流路５１、５２、５４に圧力損失付与部６３を設けていない。しかしながら、他のガス流路５１、５２、５４に連通するガス噴射ポート２８は、複数の小径の開口を有するので、ガス流路５１、５２、５４の実効的な断面積を減少させることと同じ効果が、ガス噴射ポートで得られる。ただし、これらのガス流路５１、５２、５４に、圧力損失付与部６３を更に設けてもよいことはもちろんである。
【００３８】
図５は、合成用バーナ１００がガスを噴射する方向を説明する模式図である。原料ガス噴射部２１から噴射される原料ガスは、図中の下から上に略垂直方向に噴射される。
【００３９】
原料ガス噴射部２１は、既に説明した通り、平行に配置された小径の複数のガス噴射ポート２８により形成されているので、原料ガスの長手方向の噴射方向が安定している。
【００４０】
助燃性ガス噴射部２２は、ガス噴射ポート２８側で傾斜したガス流路５２を有し、且つ、原料ガス噴射部２１のガス噴射ポート２８を中心にして対称に配置されている。これにより、助燃性ガス噴射部２２は、原料ガス噴射部２１が噴射した原料ガスのガス流と合流する方向に、図中左右対称に助燃性ガスを噴射する。
【００４１】
助燃性ガス噴射部２２が噴射した助燃性ガスは、原料ガスのガス流上の焦点Ｆ１に向かって噴射され、焦点Ｆ１付近の合流点Ｊ１で原料ガス流と合流する。よって、合成用バーナ１００においては、原料ガスおよび助燃性ガスが効率よく混合される。なお、合成用バーナ１００の表面から、助燃性ガス流の焦点Ｆ１までの距離を、便宜的に「焦点距離ｆ１」と呼ぶ。
【００４２】
また、可燃性ガス噴射部２３は、ガス噴射ポート２９側で傾斜したガス流路５３を有し、且つ、原料ガス噴射部２１のガス噴射ポート２８を中心にして対称に、助燃性ガス噴射部２２の外側に配置されている。これにより、可燃性ガス噴射部２３は、助燃性ガス噴射部２２のガス噴射ポート２８が噴射する助燃性ガス流と合流する方向であって、更に、原料ガス噴射部２１のガス噴射ポート２８が噴射する原料ガス流と合流する方向に、図中左右対称に可燃性ガスを噴射する。
【００４３】
ただし、可燃性ガス噴射部２３が噴射する可燃性ガスは、原料ガスのガス流上であって、助燃性ガスのガス流の焦点Ｆ１よりも合成用バーナ１００に近い焦点Ｆ２で収束する方向に噴射される。これにより、可燃性ガスは、助燃性ガスのガス流が原料ガスのガス流と合流する合流点Ｊ１よりも合成用バーナ１００の近くに位置する合流点Ｊ２において、助燃性ガスのガス流と合流する。換言すれば、合成用バーナ１００においては、助燃性ガスのガス流が原料ガスのガス流と合流する前に、上流側で助燃性ガスのガス流と可燃性ガスのガス流とが合流する。
【００４４】
例えば、可燃性ガスが水素である場合、助燃性ガスと混合された時点で酸水素炎になるので、合成用バーナ１００においては、助燃性ガスおよび可燃性ガスは、酸水素炎として原料ガスと合流する。なお、合成用バーナ１００の表面から、可燃性ガス流の焦点Ｆ２までの距離を、便宜的に「焦点距離ｆ２」と呼ぶ。
【００４５】
なお、合成用バーナ１００においては、助燃性ガスのガス流が原料ガスのガス流と合流する過程で、助燃性ガスのガス流が可燃性ガスのガス流に押されて、助燃性ガスのガス流の流路が原料ガスのガス流の方に寄っていく場合がある。また、原料ガスのガス流と助燃性ガスのガス流との流速等の相違により、助燃性ガスのガス流が原料ガスのガス流に吸いよせられる場合もある。このため、助燃性ガスのガス流の流路は、図示のように直線状になるとは限らない。
【００４６】
上記のような理由で、原料ガスと助燃性ガスとが、合成用バーナ１００から平行に噴射された場合であっても、原料ガスのガス流と助燃性ガスのガス流とを合流させることができる。同様に、合成用バーナ１００において、可燃性ガスのガス流と助燃性ガスのガス流とが合成用バーナ１００から平行に噴射された場合であっても、助燃性ガスのガス流と可燃性ガスのガス流とを合流させることができる。
【００４７】
また、可燃性ガス噴射部２３のガス噴射ポート２９はスリットの開口を有するので、可燃性ガスの噴射方向は、助燃性ガスほどは安定していない。しかしながら、複数のガス噴射ポート２８から噴射される助燃性ガス流の周囲には負圧が生じるので、可燃性ガスが吸引されて効率的な混合が促進される。これにより、可燃性ガスの燃焼と、ガラス微粒子を合成する場合の反応性とが向上する。
【００４８】
更に、上記のようなガスの噴射方向により、助燃性ガス噴射部２２から噴射された助燃性ガスのガス流は、可燃性ガス噴射部２３から噴射された可燃性ガスのガス流により、原料ガスのガス流に近づく方向に押される。よって、助燃性ガス噴射部２２が、原料ガスのガス流と略平行に助燃性ガスを噴射したとしても、結果的に、原料ガスと合流する上記のような噴射方向になる。
【００４９】
また更に、合成用バーナ１００においては、原料ガスの両側方から、助燃性ガスおよび可燃性ガスが吹き寄せられるので、原料ガス噴射部２１において、直線Ａに沿って形成されたスリット状のガス噴射ポート２９から噴射する構造としてもよい。これにより、センターブロック１１を製造する場合の加工量を減らすことができる。
【００５０】
シールガス噴射部２４は、原料ガス噴射部２１および助燃性ガス噴射部２２の間にシールガスを噴射する。しかしながら、シールガス噴射部２４のシールガス噴射量は少ないので、合成用バーナ１００の直近で原料ガスが反応することを防止する以上の影響は生じない。
【００５１】
また、上記の例では、単一の原料ガス噴射部２１の側方に、それぞれ一対の助燃性ガス噴射部２２および可燃性ガス噴射部２３を対称に配置した。しかしながら、例えば、助燃性ガス噴射部２２および可燃性ガス噴射部２３をそれぞれ単一にし、あるいは、それぞれ３以上に増加して合成用バーナ１００を形成することもできる。
【００５２】
上記のように、合成用バーナ１００においては、可燃性ガス噴射部２３の焦点距離ｆ２を、助燃性ガス噴射部２２の焦点距離ｆ１よりも短くすることにより、ガスの混合性を向上すると共に、合成されたガラス微粒子を含む火炎の方向を安定させている。これにより、ガラス微粒子のターゲットに対する付着効率が向上される。
【００５３】
また、可燃性ガス噴射部２３の焦点距離ｆ２を短くすることにより、拡散性が高い可燃性ガス、例えば水素ガスを用いた場合に、可燃性ガスが、助燃性ガスとは反応せずに散逸して周辺の空気中の酸素と反応することを抑制している。これにより、可燃性ガスの利用効率を向上できる。
【００５４】
［実施例］
図６は、多孔質ガラス母材３４０を製造する製造装置２００の構造を示す模式図である。製造装置２００は、合成用バーナ１００と、一対のチャック２１０とを備える。
【００５５】
合成用バーナ１００は、向かい合った一対のチャック２１０の間に配される。一対のチャック２１０は、長尺の棒材を両端で保持して水平に保つと共に、保持した棒材の中心軸を回転軸として回転させる。合成用バーナ１００は、合成用バーナ１００自体の長手方向と、一対のチャック２１０に保持された棒材の長手方向とが一致するように配置され、図中に矢印で示すように、棒材の長手方向に往復移動する。
【００５６】
多孔質ガラス母材３４０を製造する場合は、まず、ターゲット３１０としてのガラス棒の両端に一対のダミー棒３２０を溶着し、溶着したダミー棒３２０をチャック２１０で把持する。これにより、ターゲット３１０の表面が、チャック２１０の間で全長にわたって露出する。
【００５７】
次いで、チャック２１０によりターゲット３１０を回転させつつ、点火した合成用バーナ１００を、ターゲット３１０の長手方向と平行に往復移動させる。これにより、合成用バーナ１００で合成されたガラス微粒子がターゲット３１０に付着し、多孔質ガラス母材３４０が形成される。
【００５８】
一例としての多孔質ガラス母材３４０の製造においては、合成用バーナ１００に下記のようなガスを噴射させてガラス微粒子を合成した。原料ガス噴射部２１からは、原料ガスとしての四塩化ケイ素ガスを１５Ｌ／分の流量で噴射させた。助燃性ガス噴射部２２からは、助燃性ガスとして酸素ガスを１３０Ｌ／分の流量で噴射させた。可燃性ガス噴射部２３からは、可燃性ガスとして水素ガスを３００Ｌ／分の流量で噴射させた。更に、シールガス噴射部２４からは、シールガスとしての窒素ガスを１０Ｌ／分の流量で噴射させた。
【００５９】
更に、原料ガス噴射部（２１）からは、同伴ガスとしての酸素ガス２０Ｌ／分を、原料ガスと併せて噴射させた。また、助燃性ガス噴射部２２は、助燃性ガス流の焦点距離ｆ１が３０ｍｍとなる方向に助燃性ガスを噴射し、可燃性ガス噴射部２３は、可燃性ガス流の焦点距離ｆ２が６ｍｍとなる方向に可燃性ガスを噴射した。
【００６０】
上記のようにして、直径３００ｍｍの多孔質ガラス母材３４０を製造した。この場合、ガラス微粒子の付着効率は７０％であった。
【００６１】
［比較例１］
図７は、比較例に係る合成用バーナ１０１の平面図である。合成用バーナ１０１は、図中の上部に参照番号で示すように、幅方向中央の原料ガス噴射部２１を中心に、シールガス噴射部２４、可燃性ガス噴射部２３、シールガス噴射部２４、および助燃性ガス噴射部２２が順次配される。これらのガス噴射部はすべて、図中の下部に参照番号で示すように、スリット状の開口を有するガス噴射ポート２９を有する。
【００６２】
更に、合成用バーナ１０１は、可燃性ガス噴射部２３のガス噴射ポート２９の内側に、小径のガス噴射ポート２８を複数有する助燃性ガス噴射部２２が更に設けられる。また、図示は省くが、原料ガス噴射部２１、助燃性ガス噴射部２２、可燃性ガス噴射部２３、およびシールガス噴射部２４の各々には、スリット状のガス噴射ポート２９にガスを均一に供給する均一化構造が設けられている。
【００６３】
図８は、合成用バーナ１０１の構造を模式的に示す図である。図示のように、板材により形成されたガス噴射ポート２９およびバッファ部３１、３２、３３、３４と、管材により形成されたガス噴射ポート２８、ガス流路５１、５２、５３、５４および圧力損失付与部６１、６２、６３、６４とを有する。これにより、合成用バーナ１０１は、安定した火炎によりガラス微粒子を合成し、且つ、合成した微粒子を効率よくターゲットに付着させることができるとされている。
【００６４】
この比較例に係る合成用バーナ１０１は、小径のガス噴射ポート２８となる複数のガラス管と、側面に圧力損失付与部６１、６２、６３、６４としての穴を穿孔したガス導入部となるガラス管と、ガス噴射ポート２９およびバッファ部３１、３２、３３、３４となるガラス板とを材料として作製される。また、これらの種々の材料は、相互に溶接して一体化される。
【００６５】
上記の合成用バーナ１０１を用いて、多孔質ガラス母材を作成した。使用した合成用バーナ１０１においては、原料ガス噴射部２１から原料ガスとしての四塩化ケイ素ガスを１５Ｌ／分、助燃性ガスとして、ガス噴射ポート２８を有する助燃性ガス噴射部２２から酸素ガスを３０Ｌ／分、ガス噴射ポート２９を有する助燃性ガス噴射部２２から酸素ガスを９０Ｌ／分、可燃性ガス噴射部２３から可燃性ガスとしての水素ガスを４００Ｌ／分、シールガス噴射部２４のそれぞれからシールガスとしての窒素ガスを１０Ｌ／分を、それぞれ噴射させた。また、原料ガス噴射部２１からは、同伴ガスとしての酸素ガス３０Ｌ／分を、原料ガスと併せて噴射させた。
【００６６】
ターゲットとしての直径１００ｍｍのガラス棒を用い、当該ガラス棒の周囲に合成用バーナ１０１が合成したガラス微粒子を堆積させたところ、ガラス微粒子の付着効率は６６％であった。
【００６７】
上記の通り、合成用バーナ１０１は、構造および製造過程が複雑なので、それ自体の製造コストが高価にならざるを得ない。また、合成用バーナ１０１自体の製造過程における材料の加工と溶接の状況に応じて合成用バーナ１０１としての特性が変化し、この合成用バーナ１０１を用いて製造した多孔質ガラス母材の密度に大きなバラつきが生じる。このため、合成用バーナ１０１を用いた場合、設備コストが上昇する上、製品の歩留りが低下する。
【００６８】
これに対して、実施例に係る合成用バーナ１００は、石英のバルク材をＮＣ加工機により切削加工して製造できるので、合成用バーナ１００自体の品質が安定する。また、合成用バーナ１００の性能が安定しているので、同等の品質を有する多孔質ガラス母材を歩留りよく製造できる。更に、実施例に係る合成用バーナ１００は、比較例の合成用バーナ１０１を超える付着効率を示している通り、多孔質ガラス母材の生産性が低下することもない。
【００６９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７０】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１１  センターブロック、１２、１３  サイドブロック、２１  原料ガス噴射部、２２  助燃性ガス噴射部、２３  可燃性ガス噴射部、２４  シールガス噴射部、２６、２７  凹部、２８、２９  ガス噴射ポート、３１、３２、３３、３４  バッファ部、４０  ガスケット、５１、５２、５３、５４  ガス流路、６１、６２、６３、６４  圧力損失付与部、１００、１０１  合成用バーナ、２００  製造装置、２１０  チャック、３１０  ターゲット、３２０  ダミー棒、３３０  火炎、３４０  多孔質ガラス母材
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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