(57)【要約】【課題】ガラス微粒子を効率よく堆積させることができ、得られるガラス微粒子堆積体の外層に割れが生じることを防止することができる。【解決手段】径がそれぞれ異なる複数の管１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８が同心状に配され、複数の管によって複数のポートＰ１０、Ｐ２０、Ｐ３０、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ７０、Ｐ８０が区画されたバーナ１０は、ガラス原料を噴出する中心の管１１とこの中心の管１１と隣り合う管１２との間に、燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出する第１のポートＰ２０が区画され、第１のポートＰ２０が仕切壁１２ａによって仕切られている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径がそれぞれ異なる３本以上の管が同心状に配され、前記複数の管によって複数のポートが区画されたバーナであって、
燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出するポートを有し、該ポートが仕切壁によって仕切られていることを特徴とするバーナ。
【請求項２】
径がそれぞれ異なる３本以上の管が同心状に配され、前記複数の管によって複数のポートが区画されたバーナであって、
燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出するポートを有し、該ポートの周方向に偏在するように複数のノズルが設けられていることを特徴とするバーナ。
【請求項３】
前記ポートは、前記管の軸方向視で、上側ポートと下側ポートとに仕切られ、前記上側ポートが、前記下側ポートに比して、噴出する前記燃焼性ガス又は前記助燃性ガスの流量が多くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
【請求項４】
バーナを用いて出発材にガラス微粒子を堆積させるガラス母材の製造方法であって、
燃焼性ガス又は助燃性ガスを、その流量が前記燃焼性ガス又は前記助燃性ガスを噴出する方向に対して直行する断面内で非対称になるように制御することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項５】
前記バーナは、径がそれぞれ異なる複数の管が同心状に配され、前記複数の管によって複数のポートが区画されており、前記複数のポートのうちの少なくとも１つのポートに配された複数のノズルによって前記燃焼性ガス又は前記助燃性ガスの流量を制御することを特徴とする請求項４に記載のガラス母材の製造方法。
【請求項６】
前記複数のノズルをポート毎に制御することを特徴とする請求項５に記載のガラス母材の製造方法。
【請求項７】
前記燃焼性ガス又は前記助燃性ガスを、少なくともガラス原料を噴出するポートに最も近い第１のポートと、該第１のポートの径方向外側に設けられた第２のポートとから噴出することを特徴とする請求項５に記載のガラス母材の製造方法。
【請求項８】
前記出発材に前記ガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体の表面温度の最高値と、前記ガラス微粒子堆積体における前記最高値を示す部位より下方で、且つ、前記ガラス微粒子堆積体の径の５０％以下の径となる部位における前記ガラス微粒子堆積体の表面温度の最大値との差が６０℃以上で且つ１２０℃以下となるように、前記燃焼性ガス又は前記助燃性ガスの流量を制御することを特徴とする請求項４又は５に記載のガラス母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子堆積体を形成するバーナ及びガラス母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバの多孔質母材を製造する方法として、ＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；気相軸付法）が用いられている。
ＶＡＤ法によって光ファイバのガラス母材を製造する際には、それぞれ径の異なる複数の管が軸に対して同心状に配された、いわゆる多重管バーナ（以下、バーナという。）が用いられている。
【０００３】
バーナは、一般的に石英ガラスや金属で構成されており、特に石英ガラスの場合は溶接により互いの石英ガラス製パイプを溶接した構造とされている。
ＶＡＤ法によってガラス母材を製造する際のバーナは、中心の管からＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４等のガラス原料を噴出し、また、複数の管同士によって区画された複数のポートのそれぞれからＨ２等の燃焼性ガスや、Ｏ２等の助燃性ガスや、Ａｒ等のシールガスをガラス母材の出発材に噴出する。そして、燃焼性ガスを燃焼させることで加水分解反応によりガラス微粒子となるＳｉＯ２、ＧｅＯ２が生成され、ガラス微粒子が出発材に堆積することでガラス微粒子堆積体が形成される。
【０００４】
ここで、ガラス微粒子の堆積効率を向上させるため、ガラス微粒子が高温側から低温側へと向かっていく力を受けるというサーモホレシス（熱泳動）効果が利用されている。このサーモホレシス効果を向上させるために、ガラス微粒子堆積体表面の、バーナからガラス原料及び燃焼性ガス等が吹き付けられる領域において、ガラス微粒子堆積体の内径側（出発材側）と外径側との表面温度の差を調整するといった工程が行われていた。
【０００５】
ガラス微粒子堆積体の表面温度の差を調整するため、従来、最外層のガス供給部が分割された構造のバーナがある。このバーナは、分割部にそれぞれ供給量のことなるＡｒなどの不活性ガスからなるシールガスを流しながら生成されたＧｅＯ２＋ＳｉＯ２スートをコアとなるロッドの周りに付着堆積させる（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、バーナを用いたガラス母材の製造方法としては、余剰空気を導入するとともに、ガラス微粒子体の表面温度が所定の範囲になるようにバーナの火炎状態を制御するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３０５７６２号公報
【特許文献２】
特開平９−７１４３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の最外層のガス供給部が分割された構造のバーナは、シールガスの流量を多くしてガラス微粒子の付着量を減少させることでスートの付着量を制御するものであるが、ガラス微粒子の堆積効率を向上させる点では更なる改善の余地があった。
【０００８】
また、上記特許文献２のようなガラス母材の製造方法では、余剰空気量を制御することにより、ガラス微粒子体の表面温度を制御することを行っているが、余剰空気量の制御では温度を変化させることは困難であった。さらに、余剰空気の流れの影響を受けることで堆積効率が低減することが懸念されていた。
さらに、この製造方法では、バーナを構成する複数の管が偏心させた構造とすることでガラス微粒子体の表面温度を制御することを行っているが、バーナの製造上のばらつきに起因する個体差が大きいため、ガラス微粒子体の表面温度を所定の範囲内に制御することは極めて困難であった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ガラス微粒子を効率よく堆積させることができ、得られるガラス微粒子堆積体の外層に割れが生じることを防止することができるバーナ及びガラス母材の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のバーナは、径がそれぞれ異なる３本以上の管が同心状に配され、複数の管によって複数のポートが区画されたバーナであって、燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出するポートを有し、このポートが仕切壁によって仕切られていることを特徴とする。
また、本発明のバーナは、径がそれぞれ異なる３本以上の管が同心状に配され、複数の管によって複数のポートが区画されたバーナであって、燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出するポートを有し、このポートの周方向に偏在するように複数のノズルが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
上記バーナは、仕切壁又は複数のノズルによって噴出する燃焼性ガス又は助燃性ガスの量を変化させることができる。こうすれば、上記バーナから出発材にガラス原料とこのガラス原料を加水分解反応させるための酸水素火炎を発生させる燃焼性ガス及び助燃性ガスを吹き付ける際に、噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を調整することができる。このとき、ガラス微粒子堆積体表面において、ガラス微粒子堆積体の内径側に比して外径側に吹き付けられる燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を多くすることができる。すると、ガラス微粒子堆積体表面の外径側において、燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が多くなるため酸水素火炎の燃焼効率が向上し、内径側に比して表面温度が高くなる。こうして、ガラス微粒子堆積体表面における内径側と外径側とで表面温度の差が生じ、サーモホレシス効果を向上させることができる。
したがって、本発明のバーナは、加水分解反応によって生成されたガラス微粒子がガラス微粒子堆積体に堆積される速度が早くすることができる。また、生成されたガラス微粒子がガラス微粒子堆積体に堆積される効率（原料収率）をより一層向上させることができる。また、ガラス微粒子堆積体表面における外径側の表面温度が高くなるように燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を調整することで、外径側においてガラス微粒子をより一層高い密度で堆積させることができる。このため、上記バーナで得られたガラス微粒子堆積体を製造する工程において、表面に割れが発生することを抑制することができる。
また、上記バーナは、酸水素火炎を発生させる燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を調整することが可能であるため、従来のように不活性ガスを調整するものに比して、ガラス微粒子堆積体表面における内径側と外径側とで表面温度差を、より一層顕著に生じせしめることができる。
【００１２】
ここで、燃焼性ガスとしては、例えば、燃焼性が高い水素である。また、助燃性ガスとしては、例えば、助燃性が高い酸素である。また、不活性ガスとしては、例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）である。
【００１３】
上記バーナにおいて、ポートは、管の軸方向視で、上側ポートと下側ポートとに仕切られ、上側ポートが、下側ポートに比して、噴出する燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が多くなるように構成されていることが好ましい。
上側ポートから噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスが、ガラス微粒子堆積体表面における外径側に吹き付けられ、かつ、下側ポートから噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスが、ガラス微粒子堆積体表面における内径側に吹き付けられるようにすることができる。すると、ガラス微粒子堆積体表面の外径側において、燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が多くなるため酸水素火炎の燃焼効率が向上し、内径側に比して表面温度が高くなる。こうして、ガラス微粒子堆積体表面における内径側と外径側とで表面温度の差が生じ、サーモホレシス効果を向上させることができる。
【００１４】
上記目的を達成するために、バーナを用いて出発材にガラス微粒子を堆積させるガラス母材の製造方法であって、燃焼性ガス又は助燃性ガスを、その流量がこの燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出する方向に対して直行する断面内で非対称になるように制御することを特徴とする。
こうすれば、出発材に、バーナからガラス原料と、このガラス原料を加水分解反応させるための酸水素火炎を発生させる燃焼性ガス又は助燃性ガスとを吹き付ける際に、噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの量を調整することができる。このとき、ガラス微粒子堆積体表面の外径側に燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を内径側に比して多くすることで、ガラス微粒子堆積体表面における内径側と外径側とで表面温度の差が生じせしめ、サーモホレシス効果を向上させることができる。
したがって、本発明のガラス母材の製造方法は、加水分解反応によって生成されたガラス微粒子がガラス微粒子堆積体に堆積される速度を早くすることができる。また、原料収率をより一層向上させることができる。また、ガラス微粒子堆積体を製造する工程において、表面に割れが発生することを抑制することができる。
また、上記ガラス母材の製造方法は、酸水素火炎を発生させる燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を調整することが可能であるため、従来のように不活性ガスを調整するものに比して、ガラス微粒子堆積体表面における内径側と外径側とで表面温度差を、より一層顕著に生じせしめることができる。
【００１５】
上記ガラス母材の製造方法において、バーナは、径がそれぞれ異なる複数の管が同心状に配され、これら複数の管によって複数のポートが区画されており、これら複数のポートのうちの少なくとも１つのポートに配された複数のノズルによって燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を制御することが好ましい。
上記ガラス母材の製造方法において、複数のノズルをポート毎に制御することが好ましい。
【００１６】
燃焼性ガス又は助燃性ガスを、少なくともガラス原料を噴出するポートに最も近い第１のポートと、第１のポートの径方向外側に設けられた第２のポートとから噴出することが好ましい。
こうすれば、第２のポートから燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出することで、ガラス微粒子堆積体表面の外径側により広い範囲で、且つ、より多くの量のガラス微粒子を堆積させることができ、ガラス微粒子堆積体の外径部分の密度をより高くすることができる。このため、ガラス微粒子堆積体製造中にガラス微粒子堆積体の外周面に割れなどが生じることをより一層確実に抑制することができる。
【００１７】
上記ガラス母材の製造方法において、出発材にガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体の表面温度の最高値と、この最高値を示す部位より下方で、且つ、ガラス微粒子堆積体の径の５０％以下の径となる部位におけるガラス微粒子堆積体の表面温度の最大値との差が６０℃以上で且つ１２０℃以下となるように、燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を制御することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるバーナ及びガラス母材の製造方法の実施の形態を図面によって説明する。
図１は、本発明にかかるバーナ及びそのバーナを用いてガラス母材を製造する製造方法を説明するための図である。
図１に示すように、バーナ１０は、出発材であるコアロッド１の斜め下方に配される。そして、バーナ１０は、その中心軸Ｏ（以下、軸Ｏとする。）の軸方向におけるコアロッド１側に向かってガラス原料等を噴出可能に設置されている。
【００１９】
コアロッド１は、図中矢印で示すように回転軸Ｃを中心として回転できるように図示しない支持部材に支持されている。コアロッド１は、図１中矢印Ｘ方向に昇降可能に構成され、バーナ１０を駆動してガラス微粒子堆積体２を製造する際には、時間経過とともに矢印Ｘ方向に所定の速度で引き上げられる。
【００２０】
こうすることで、バーナ１０によって生成されるガラス微粒子がコアロッド１の外周面上に次第に堆積されるとともに、ガラス微粒子堆積体２の引き上げとともに、コアロッド１の外周面上にガラス微粒子が矢印Ｘの反対方向にも堆積される。こうして、バーナ１０を駆動してコアロッド１を所定の時間だけ引き上げることで、引き上げの方向に対して外径Ｒが一定である、略円柱状のガラス微粒子堆積体２を得ることができる。その後、図示しない脱水焼結炉で上記ガラス微粒子堆積体２に脱水焼結工程を施すことで、光ファイバなどを製造するために使用するガラス母材を得ることができる。
なお、図１の左側は、ガラス微粒子堆積体２を製造する工程の途中の状態を示しており、図１の右側は、この状態におけるガラス微粒子堆積体２の表面温度と、ガラス微粒子堆積体２におけるコアロッド１の引き上げ方向位置との関係を表すグラフを示している。
【００２１】
図１のグラフに示すように、ガラス微粒子堆積体２の、バーナ１０から噴出されるガラス原料及び各種ガスが吹き付けられる表面領域において、コアロッド１からの距離に応じて温度が異なるようにガラス微粒子堆積体２を製造する。
具体的には、ガラス微粒子堆積体２の、ガラス原料及び各種ガスが吹き付けられる表面領域において、ガラス微粒子堆積体２の外径側、つまり、コアロッド１における図１上方側の表面温度が、ガラス微粒子堆積体２の内径側、つまり、コアロッド１における図１下方側の表面温度よりも高くなるようする。言い換えれば、コアロッド１の引き上げ方向位置に応じて、バーナ１０から噴出されるガラス原料及び各種ガスが吹き付けられる表面領域の表面温度が異なるようにガラス微粒子堆積体２を製造する。
【００２２】
また、ガラス原料及び各種ガスが吹き付けられる表面領域において、ガラス微粒子堆積体２の外径側の表面温度が最高値Ｔ１を示し、また、ガラス微粒子堆積体２の内径側の表面温度が上記最高値Ｔ１より低く、かつ、ガラス微粒子堆積体２の他の部位よりも表面温度が高いといった最大値Ｔ２を示す。
さらに、ガラス微粒子堆積体２において、表面温度が最高値Ｔ１を示す部位と表面温度が最大値Ｔ２を示す部位との間には、表面温度が最低値を示す部位が存在する。この最低値を示す部位は、ガラス微粒子堆積体２において、バーナ１０の軸Ｏの延長線上に位置する部位に相当する。また、この最低値を示す部位は、バーナ１０からガラス原料が軸Ｏ方向に直接吹き付けられることに起因して酸水素火炎を発生させる燃焼性ガス等が吹き付けられにくい位置であり、酸水素火炎の燃焼量がその周囲に比して少ない部位に相当する。
【００２３】
図１に示すように、ガラス微粒子堆積体２の表面温度の最高値Ｔ１と最大値Ｔ２との表面温度差△Ｔを大きくすることで、サーモホレシス効果が向上する。
以下、このサーモホレシス効果を向上させることができる、本発明にかかるバーナの実施形態を図２から図５を適宜参照して説明する。
【００２４】
図２は、バーナ１０における図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視図で、本発明にかかるバーナの第１の実施形態を示している。
図２に示すように、本実施形態のバーナ１０は、径がそれぞれ異なる円筒状の複数（本実施形態においては８個）の管１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８（以下、複数の管１１〜１８とする。）が軸Ｏを中心として同心状に配された、いわゆる多重管構造のバーナである。なお、本実施形態のバーナ１０は８重管構造のバーナである。
【００２５】
ここで、複数の管１１〜１８のうち、最も径が小さい管１１が中心に配され、残りの管１２〜１８が、管１１の径方向内側から１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８といった順番で配されている。
【００２６】
複数の管１１〜１８によって複数のポートＰ１０、Ｐ２０、Ｐ３０、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ７０、Ｐ８０が区画されている。具体的には、中心の管１１の内径面によって中心のポートＰ１０が区画され、管１１の外径面と管１２の内径面に第２層のポートＰ２０が区画され、管１２の外径面と管１３の内径面に第３層のポートＰ３０が区画され、管１３の外径面と管１４の内径面に第４層のポートＰ４０が区画され、管１４の外径面と管１５の内径面に第５層のポートＰ５０が区画され、管１５の外径面と管１６の内径面に第６層のポートＰ６０が区画され、管１６の外径面と管１７の内径面に第７層のポートＰ７０が区画され、管１７の外径面と管１８の内径面に第８層のポートＰ８０が区画されている。
【００２７】
ポートＰ１０からは、ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４などのガラス原料あるいは、Ｈ２などの燃焼性ガスとガラス原料の混合ガスがガラス微粒子堆積体２（図１参照）に向かって噴出される。ガラス原料は、図示しない供給源からガラス原料導入管を介してポート１０に供給される。
【００２８】
本実施形態において、第２層のポートＰ２０は、軸Ｏ方向におけるガラス微粒子堆積体２（図１参照）側に向かって燃焼性ガスとして燃焼性を有する水素（Ｈ２）を噴出する機能を有する。第２層のポートＰ２０には燃焼性ガスを該ポートＰ２０に導入可能な第１の導入管Ｇ２１と第２の導入管Ｇ２２がそれぞれ接続されている。
また、第３層のポートＰ３０は、シールガスとして不活性であるアルゴン（Ａｒ）又は窒素（Ｎ２）を噴出する機能を有する。第３層のポートＰ３０にはシールガスを該ポートＰ３０に導入する導入管Ｇ３０が接続されている。
さらに、第４層のポートＰ４０は、助燃性ガスとして助燃性を有する酸素（Ｏ２）を噴出する機能を有する。第４層のポートＰ４０には助燃性ガスを該ポートＰ４０に導入可能な導入管Ｇ４０が接続されている。
【００２９】
上記と同様に、第５層のポートＰ５０は、上記シールガスを、第６層のポートＰ６０は燃焼性ガスを、第７層のポートＰ７０はシールガスを、第８層のポートＰ８０は助燃性ガスを噴出する機能を有する。ポートＰ５０には導入管Ｇ５０が、ポートＰ６０には導入管Ｇ６０が、ポートＰ７０には導入管Ｇ７０が、ポートＰ８０には導入管Ｇ８０が、それぞれ接続されている。各ポートＰ５０〜Ｐ８０には導入管Ｇ５０〜Ｇ８０を介して燃焼性ガス又は助燃性ガス又はシールガスが導入可能である。
【００３０】
本実施形態において、中心の管１１と中心の管１１と隣り合う管１２との間に区画された、燃焼性ガスを噴出する第２層のポート（第１のポート）Ｐ２０が一対の仕切壁１２ａによって仕切られている。
図２に示すように、一対の仕切壁１２ａは、軸Ｏに対して対象に設けられている。一対の仕切壁１２ａは、第２層のポートＰ２０を上側ポートＰ２１と下側ポートＰ２２との２つに分割している。
【００３１】
上側ポートＰ２１には導入管Ｇ２１が接続され、下側ポートＰ２２には導入管Ｇ２２が接続されている。このため、本実施形態のバーナ１０は、導入管Ｇ２１から上側ポートＰ２１に導入する燃焼性ガスの量と、導入管Ｇ２２から下側ポートＰ２２に導入する燃焼性ガスの量とを、互いに異なるように調整することができる。
【００３２】
導入管Ｇ２１、Ｇ２２には、上側ポートＰ２１、Ｐ２２に導入するガスの量を調整することができる図示しないガス導入量調整手段が設けられていることが好ましい。また、ガス導入量調整手段は導入管Ｇ２１、Ｇ２２の外部に設けられていてもよい。
ここで、導入管Ｇ２１、Ｇ２２は、特に図示しないが、それぞれ別のガス供給源に接続されていてもよいし、単一のガス供給源に接続されていてもよい。
【００３３】
バーナ１０は、第２層のポートＰ２０に助燃性ガス（例えば、Ｏ２）を導入し、この第２層のポートＰ２０を上記仕切壁１２ａによって仕切る構造としてもよい。このとき、仕切られた空間（上側ポートＰ２１と下側ポートＰ２２）に導入する助燃性ガスの量をそれぞれ異なるように調整してもよい。
【００３４】
本発明にかかる上記実施形態のバーナ１０は、径がそれぞれ異なる複数の管１１〜１８が同心状に配され、複数の管１１〜１８によって複数のポートＰ１０〜Ｐ８０が区画されたバーナであって、ガラス原料を噴出する中心の管１１と該中心の管と隣り合う管１２との間に、燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出する第２層のポート（第１のポート）Ｐ２０が区画され、第２層のポートＰ２０が仕切壁１２ａによって仕切られていることを特徴とする。
【００３５】
バーナ１０において、第２層のポートＰ２０内を仕切壁１２ａによって仕切り、仕切られたそれぞれの空間（上側ポートＰ２１及び下側ポートＰ２２）に異なる量の燃焼性ガスを流すことができる。
そして、バーナ１０によってガラス微粒子堆積体２を製造するときには、上側ポート２１と下側ポート２２から噴出される燃焼性ガスの流量を調整することで、ポート２０から吹き出されるガスの周方向（図２正面視のおけるポート２０の周方向位置）における流量を調整することができる。
【００３６】
上記バーナ１０によって、上側ポート２１から噴出される燃焼性ガスの流量を下側ポート２２から噴出される燃焼性ガスの流量より多くなるように調整し、且つ、上側ポート２１の燃焼性ガスをガラス微粒子堆積体２の外径側に、また、下側ポート２２の燃焼性ガスをガラス微粒子堆積体２の内径側に吹き付けるようにする。こうすることで、ガラス微粒子堆積体表面において、ガラス微粒子堆積体２の外径側に比して内径側に吹き付けられる燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を多くすることが可能になる。
【００３７】
すると、ガラス微粒子堆積体表面の外径側において、燃焼性ガスの流量が多くなるため酸水素火炎の燃焼効率が向上し、内径側に比して表面温度が高くなる。こうして、ガラス微粒子堆積体表面における内径側と外径側とで表面温度の差が生じ、サーモホレシス効果を向上させることができる。
【００３８】
したがって、本実施形態のバーナ１０は、加水分解反応によって生成されたガラス微粒子がガラス微粒子堆積体２に堆積される速度が早くすることができる。また、生成されたガラス微粒子がガラス微粒子堆積体２に堆積される効率（原料収率）をより一層向上させることができる。また、ガラス微粒子堆積体表面における外径側の表面温度が高くなるように燃焼性ガスの流量を調整することで、外径側においてガラス微粒子をより一層高い密度で堆積させることができる。このため、上記バーナで得られたガラス微粒子堆積体２を製造する工程において、表面に割れが発生することを抑制することができる。
【００３９】
また、本実施形態のバーナ１０は、酸水素火炎を発生させる燃焼性ガスの流量を調整することで、加水分解反応によって生成されるガラス微粒子の量を調整する構造である。このため、従来のように加水分解反応に使用されない不活性ガスを調整するものに比して、ガラス微粒子堆積体表面における内径側と外径側とで表面温度差を、より一層顕著に生じせしめることができる。
さらに、ガラス原料を噴出するポートに最も近いポートの燃焼性ガスの流量を調整するため、噴出されたガラス原料が噴出された燃焼性ガスによる酸水素火炎中に混合しやすい。このため、燃焼性ガスの流量を調整した際に、生成されるガラス微粒子の量の変化が生じ易くなる。
【００４０】
また、上記バーナ１０は、第２層のポート（第１のポート）Ｐ２０が、管の軸方向視（図２の正面視）で、上側ポートＰ２１と下側ポートＰ２２とに仕切られ、上側ポートＰ２１が、下側ポートＰ２２に比して、噴出する燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が多くなるように構成されていることを特徴とする。
こうすれば、バーナ１０を所定位置に配することで、ガラス微粒子堆積体１２のサーモホレシス効果を向上することができる。このとき、バーナ１０を上側ポートＰ２１から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスがガラス微粒子堆積体表面の外径側に吹き付けられ、かつ、下側ポートＰ２２から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスがガラス微粒子堆積体表面の内径側に吹き付けられるように配することが好ましい。こうすれば、ガラス微粒子堆積体表面の外径側において、燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が多くなるため酸水素火炎の燃焼効率が向上し、内径側に比して表面温度が高くなる。こうして、ガラス微粒子堆積体表面における内径側と外径側とで表面温度の差が生じ、サーモホレシス効果を向上させることができる。
【００４１】
次に、本発明にかかるバーナの他の実施形態を図面を参照して説明する。図３は、以下に説明する他の実施形態のバーナを用いた場合のガラス微粒子堆積体の表面温度と、ガラス微粒子堆積体におけるコアロッドの引き上げ方向位置との関係を表すグラフを示している。図４は、本発明にかかる第２の実施形態のバーナを示す、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図５は、本発明にかかる第３の実施形態のバーナを示す、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視図である。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００４２】
第２の実施形態及び第３の実施形態のバーナ２０，３０は、第２層のポート（第１のポート）Ｐ２０の径方向外側に燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出する第２のポートを有し、第２のポートには、燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を管の周方向の位置に応じて異なるように調整可能なガス流量調整手段が設けられていることを特徴とする。
その他の構成は、図２に示す第１の実施形態のバーナと同じである。
【００４３】
まず、図４に示す第２の実施形態のバーナ２０を説明する。
図４に示すように、本実施形態のバーナ２０において、第２のポートとして機能する第６層のポートＰ６０が一対の仕切壁１６ａによって仕切られている。一対の仕切壁１６ａは、軸Ｏに対して対象に設けられている。一対の仕切壁１６ａは、第６層のポートＰ６０を上側ポートＰ６１と下側ポートＰ６２との２つに分割している。
【００４４】
上側ポートＰ６１には導入管Ｇ６１が接続され、下側ポートＰ６２には導入管Ｇ６２が接続されている。このため、本実施形態のバーナ２０は、導入管Ｇ６１から上側ポートＰ６１に導入する燃焼性ガスの量と、導入管Ｇ６２から下側ポートＰ６２に導入する燃焼性ガスの量とを、互いに異なるように調整することができる。このため、上記第２層のポートＰ２０と同様に、第６層のポート（第２のポート）Ｐ６０から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの管の周方向（図４の正面視におけるポート６０の周方向）の位置に応じて異なるように調整することができる。
つまり、本実施形態において、仕切壁１６ａがガス流量調整手段として機能する。
【００４５】
なお、導入管Ｇ６１、Ｇ６２には、上側ポートＰ６１、Ｐ６２に導入するガスの量を調整することができる図示しないガス導入量調整手段が設けられていることが好ましい。また、ガス導入量調整手段は導入管Ｇ６１、Ｇ６２の外部に設けられていてもよい。
ここで、導入管Ｇ６１、Ｇ６２は、特に図示しないが、それぞれ別のガス供給源に接続されていてもよいし、単一のガス供給源に接続されていてもよい。
【００４６】
本実施形態のバーナ２０は、第２のポート（第２のポート）Ｐ６０から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスを、第２層のポート（第１のポート）Ｐ２０から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスに比して、バーナ２０の径方向に対してより一層広くガラス微粒子堆積体２に吹き付けることができる。
【００４７】
また、第２のポートＰ６０から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量をガス流量調整手段である仕切壁１６ａによって調整すれば、ガラス微粒子堆積体表面の外径側に燃焼性ガス又は助燃性ガスをより多く吹き付けることができる。こうすることで、図１及び図３に示すように、ガラス微粒子堆積体２の燃焼性ガス又は助燃性ガスが吹き付けられる領域において外径側の表面温度の高い部分をコアロッド１の引上げ方向に拡大することができる。
すると、ガラス微粒子堆積体表面の外径側において、加水分解反応が促進され、これによって生成されるガラス微粒子をより多くすることができ、ガラス微粒子堆積体表面の外径側にガラス微粒子をより多く堆積させることができる。
【００４８】
こうして、ガラス微粒子堆積体表面の外径側により広い範囲で、且つ、より多くの量のガラス微粒子を堆積させることができるので、得られるガラス微粒子堆積体の外径側に堆積されたガラス微粒子堆積体２の外径部分の密度をより高くすることができる。このため、ガラス微粒子堆積体２を脱水焼結させてガラス母材とする工程において、外周面に割れなどが生じることをより一層確実に抑制することができる。
【００４９】
次に、図５に示す第３の実施形態のバーナ３０を説明する。
図５に示すように、本実施形態のバーナ３０において、第６層のポートＰ６０には複数のノズル１６ｎが設けられている。本実施形態においては、一例としてノズル１６ｎの数を８個とした。複数のノズル１６ｎは、図５の正面視においてポートＰ６０の周方向に等間隔に設けられている。
【００５０】
複数のノズル１６ｎには、それぞれ図示しない導入管が接続され、この導入管を介して図示しない供給源に接続されている。本実施形態のバーナ３０は、複数のノズル１６ｎのそれぞれに導入する燃焼性ガス又は助燃性ガスの量を互いに異なるように調整することができる。このため、上記第２層のポートＰ２０と同様に、第６層のポート（第２のポート）Ｐ６０から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が、管の周方向（図５の正面視におけるポート６０の周方向）の位置に応じて異なるように調整することができる。
つまり、本実施形態において、複数のノズル１６ｎがガス流量調整手段として機能する。
【００５１】
こうすれば、第２のポートＰ６０から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量をガス流量調整手段である複数のノズル１６ｎによって調整することで、図１及び図３に示すように、ガラス微粒子堆積体２の燃焼性ガス又は助燃性ガスが吹き付けられる領域において外径側の表面温度の高い部分をコアロッド１の引上げ方向に拡大することができる。
このため、ガラス微粒子堆積体表面の外径側において、加水分解反応が促進され、これによって生成されるガラス微粒子をより多くすることができ、ガラス微粒子堆積体表面の外径側にガラス微粒子をより多く堆積させることができる。
【００５２】
次に、本発明にかかるガラス母材の製造方法を説明する。
本発明にかかるガラス母材の製造方法は、バーナを用いて出発材にガラス微粒子を堆積させるガラス母材の製造方法であって、燃焼性ガス又は助燃性ガスを、その流量が燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出する方向に対して直行する断面内で非対称になるように制御することを特徴とする。
本発明にかかるガラス母材の製造方法は、上述した本発明にかかるバーナを用いることで好適に実施することができる。以下の説明において、一例として、図１〜図５に示すバーナ１０、２０、３０を用いて説明する。
【００５３】
まず、図１示すように、出発材であるコアロッド１を軸Ｃを中心に回転させつつ、矢印Ｘ方向に所定の速度で引上げる。
また、バーナ１０を駆動し、ガラス原料、燃焼性ガス、助燃性ガス、シールガスを噴射する。そして、燃焼性ガスと助燃性ガスとを燃焼することで酸水素火炎を発生させ、この酸水素火炎によってガラス原料からガラス微粒子を生成し、このガラス微粒子をコアロッド１上に堆積させることでガラス微粒子堆積体２を形成する。このとき、図１に示すように、ガラス微粒子堆積体２の引上げ方向とは反対側の端部は、図１の下方に向かって径が小さくなる形状であり、この端部（図１において下方側端部）には、バーナ１０から噴出されたガラス原料や燃焼性ガス又は助燃性ガスなどのガスが吹き付けられている。
【００５４】
このとき、バーナ１０の第２層のポートＰ２０を仕切壁１２ａによって、上側ポートＰ２１と下側ポートＰ２２とに仕切る。そして、上側ポートＰ２１と下側ポートＰ２２とのそれぞれに導入管Ｇ２１及びＧ２２を介して異なる量の燃焼性ガス又は助燃性ガスを導入する。
【００５５】
そして、上側ポート２１から噴出される燃焼性ガスの流量を下側ポート２２から噴出される燃焼性ガスの流量より多くなるように調整し、且つ、上側ポート２１の燃焼性ガスをガラス微粒子堆積体２の外径側に、また、下側ポート２２の燃焼性ガスをガラス微粒子堆積体２の内径側に吹き付けるようにする。こうすることで、ガラス微粒子堆積体表面において、ガラス微粒子堆積体の外径側に比して内径側に吹き付けられる燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を多くすることが可能になる。
【００５６】
すると、ガラス微粒子堆積体表面の外径側において、燃焼性ガスの流量が多くなるため酸水素火炎の燃焼効率が向上し、内径側に比して表面温度が高くなる。つまり、図１において、ガラス微粒子堆積体２の表面温度の最高値Ｔ１と最大値Ｔ２との差△Ｔが大きくなる。こうすることで、ガラス微粒子堆積体表面における内径側と外径側とで表面温度の差が生じ、サーモホレシス効果を向上させることができる。
また、外径側における温度のピーク値を高くすることにより、形成したガラス微粒子堆積体２の外周側の密度を高めることができ、割れや剥離を抑えることができる。
【００５７】
ここで、第２層のポートＰ２０ではなく、その他の燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出するポートを仕切壁で仕切ることで、燃焼性ガス又は助燃性ガスを、その流量が燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出する方向に対して直行する断面内で非対称になるように制御してもよい。しかし、上述したように、ガラス原料を噴出するポートＰ２０に最も近い位置に配された、燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出するポートの流量を調整することが好ましい。
上記ガラス母材の製造方法において、複数のポートＰ１０〜Ｐ８０のうち少なくとも１つのポートに配された複数のノズルによって燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を制御してもよい。
【００５８】
また、上記ガラス母材の製造方法において、燃焼性ガス又は助燃性ガスを、少なくともガラス原料を噴出するポートに最も近い第１のポートと、第１のポートの径方向外側に設けられた第２のポートとから噴出することが好ましい。
【００５９】
図４及び図５を参照すると、ガラス原料を噴出するポートＰ１０に最も近い第２層ポート（第１のポート）Ｐ２０と、第２層のポートＰ２０の径方向外側に設けられた第６層のポート（第２のポート）Ｐ６０とから燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出する。
【００６０】
このとき、上述のように、第２層のポートＰ２０を仕切壁１２ａによって仕切り、仕切られた上側ポートＰ２１と下側ポートＰ２２とに導入する燃焼性ガス又は助燃性ガスの量をそれぞれ調整する。こうして、第２層のポートＰ２０から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が、第２層のポートＰ２０の周方向の位置に応じて異なるように調整する。
【００６１】
また、図４に示すように、第６層のポートＰ６０を仕切壁１６ａによって仕切り、仕切られた各ポートＰ６１とＰ６２とに導入する燃焼性ガス又は助燃性ガスの量をそれぞれ調整する。こうして、第６層のポートＰ６０から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が、第６層のポートＰ６０の周方向の位置に応じて異なるように調整する。
一方、図５に示すように、第６層のポートＰ６０に複数のノズル１６ｎを設け、複数のノズル１６ｎのそれぞれに導入する燃焼性ガス又は助燃性ガスの量をそれぞれ調整し、噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が、第６層のポートＰ６０の周方向の位置に応じて異なるように調整してもよい。
【００６２】
こうすれば、第１のポートより径方向外側に位置する第２のポートから燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出することで、図３に示すように、ガラス微粒子堆積体２において外径側の表面温度が高温になる領域が矢印で示すように拡大する。すると、ガラス微粒子堆積体表面の外径側により広い範囲で、且つ、より多くの量のガラス微粒子を堆積させることができ、ガラス微粒子堆積体２の外径部分の密度をより高くすることができる。このため、脱水焼結の工程後にガラス母材の外周面に割れなどが生じることをより一層確実に抑制することができる。
【００６３】
さらに、上記ガラス母材の製造方法において、出発材１にガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体２の表面温度の最高値Ｔ１と、この最高値Ｔ１を示す部位より下方で、且つ、ガラス微粒子堆積体２の径の５０％以下の径となる部位におけるガラス微粒子堆積体２の表面温度の最大値Ｔ２との差△Ｔが６０℃以上で且つ１２０℃以下となるように、燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を制御することが好ましい。
ガラス微粒子堆積体２における表面温度の最高値Ｔ１と最大値Ｔ２との差△Ｔを上記のように調整することで、サーモホレシス効果を向上させ、ガラス微粒子の堆積効率を上げることができる。
【００６４】
次に、本発明にかかるバーナの第４の実施形態について説明する。本実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。図６は、本発明にかかるバーナの第４の実施形態を示す断面図である。
図６に示すように、バーナ４０は、第２層のポートＰ４２に複数のノズル４２ｎが設けられている。また、第６のポートＰ４６には一対の仕切壁４６ａが設けられている。
【００６５】
バーナ４０は、複数のノズル４２ｎを調整することによって、第２層のポートＰ４２から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量を、燃焼性ガス又は助燃性ガスを噴出する方向に対して直交する断面内で非対称になるように制御することができる。
【００６６】
また、バーナ４０は、第６層のポートＰ４６を仕切壁４６ａによって仕切り、仕切られた各ポートに導入する燃焼性ガス又は助燃性ガスの量をそれぞれ調整することができる。こうして、第６層のポートＰ４６から噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量が、第６層のポートＰ４６の周方向の位置に応じて異なるように調整することができる。
本実施形態のバーナによれば、ガラス微粒子を効率よく堆積させることができ、得られるガラス微粒子堆積体の外層に割れが生じることを防止することができる。
【００６７】
図７は、本実施形態のバーナ４０の変形例を示す拡大図である。図７に示すように、複数のノズル４２ｎは、第２層のポートＰ４２の周方向に偏在するように設けられていてもよい。こうすれば、第２層のポートＰ４２において、複数のノズル４２ｎ同士の間隔が小さい部分において噴出される燃焼性ガス又は助燃性ガスの量が多くなる。つまり、複数のノズル４２ｎを偏在させることで、燃焼性ガス又は助燃性ガスの流量がその噴出する方向に対して直交する断面内で非対称になるように制御することができる。なお、図５に示すバーナ３０における複数のノズル１６ｎを偏在させてもよい。
【００６８】
【実施例】
ます、第１実施例として、図１及び図２に示す本発明にかかるバーナ１０を用いて下記の試験を行った。本試験において、実施例１〜５として、第２層のポート（第１のポート）Ｐ２０の上側ポートＰ２１と下側ポートＰ２２から噴出される燃焼性ガスの上下流量比を調整したバーナを用いた。そして、実施例１〜５のバーナについて、図１に示すガラス微粒子堆積体２における表面温度の最高値Ｔ１と最大値Ｔ２との差△Ｔ（℃）と、引上げ速度（ｍｍ／Ｈｒ）及び原料収率（％）を測定した。なお、比較例１は、上側ポートＰ２１と下側ポートＰ２２とから噴出させる燃焼性ガスの流量を同じ（つまり、上下流量比が１）であり、実質的に、仕切壁１２ａを設けていない従来のバーナの構造と同じとした。
本試験の結果を図８及び表１に示す。
【００６９】
【表１】
2004307290.tif 000003
【００７０】
図８及び表１に示すように、上側ポートＰ２１と下側ポートＰ２２とから噴出させる燃焼性ガスの流量を、表１に示す上下流量比に基づいてガラス微粒子堆積体２の外径側が多くなるように調整した場合、ガラス微粒子堆積体２における表面温度の最高値と最大値の温度差ΔＴを大きくすることができた。また、出発材の引き上げ速度を比較例１に比して高くすることができるため、ガラス微粒子堆積体２の製造効率を向上させることができた。さらに、原料収率を向上させることができた。
【００７１】
次に、第２実施例を説明する。本実施例において、上記第１の実施形態のバーナ１０を実施例６とし、上記第２の実施形態のバーナ２０を実施例７とし、上記第３の実施形態のバーナ３０を実施例８とした。そして、バーナ１０、２０、３０について、燃焼性ガスの流量を調整しつつガラス微粒子堆積体２を製造した。
このとき、燃焼性ガスを調整しない構成の従来のバーナを比較例２とし、それぞれの出発材の引上げ方向の位置におけるガラス微粒子堆積体の表面温度を測定する試験を行った。本試験の結果を図９に示す。
【００７２】
図９に示すように、実施例６では、第２層のポートＰ２０の燃焼性ガスの流量を調整することで、ガラス微粒子堆積体２における表面温度の最高値と最大値との差△Ｔ１を、比較例２の差△ｔと比べて、より一層大きくすることができた。
また、実施例７及び実施例８では、第２層のポートＰ２０に加えて、第６層のポートＰ６０を分割して燃焼性ガスを調整すると、ガラス微粒子堆積体２における表面温度の分布がほぼ同じになり、ガラス微粒子堆積体２における表面温度の最高値と最大値との差△Ｔ２を、比較例２の差△ｔと比べて、より一層大きくすることができた。また、実施例７及び実施例８は、ガラス微粒子堆積体２の外径側（ガラス微粒子堆積体の径に対する外径側１０％の領域）の温度を選択的に上昇させることができた。さらに、実施例７及び実施例８のバーナを用いることで、比較例２のバーナを使用した場合と比べて、得られたガラス微粒子堆積体２を脱水焼結加工した際に外周面に割れが生じる確率を２％から０．５％に低減させることができた。
【００７３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のガラス母材の製造方法及びバーナによれば、ガラス微粒子を効率よく堆積させることができ、得られるガラス微粒子堆積体の外層に割れが生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるバーナの第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】本発明にかかるバーナの第２の実施形態又は第３の実施形態を用いた場合における、出発材の引上げ方向の位置に対するガラス微粒子堆積体の表面温度を表すグラフである。
【図４】本発明にかかるバーナの第２の実施形態を示す図である。
【図５】本発明にかかるバーナの第３の実施形態を示す図である。
【図６】本発明にかかるバーナの第４の実施形態を示す図である。
【図７】図６のバーナの変形例を示す拡大図である。
【図８】本発明にかかるバーナを用いた試験の結果を示すグラフ図である。
【図９】本発明にかかるバーナを用いた別の試験の結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１  出発材（コアロッド）
２  ガラス微粒子堆積体
１０、２０、３０  バーナ
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８  管
Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ７０、Ｐ８０  ポート
【図１】
2004307290.tif 000004
【図２】
2004307290.tif 000005
【図３】
2004307290.tif 000006
【図４】
2004307290.tif 000007
【図５】
2004307290.tif 000008
【図６】
2004307290.tif 000009
【図７】
2004307290.tif 000010
【図８】
2004307290.tif 000011
【図９】
2004307290.tif 000012