(57)【要約】【課題】  Ｇｅなど反応時間の遅いドーパントの付着を安定化させて、脈理の無い高品質なガラス微粒子堆積体を効率よく製造できるガラス合成用バーナを得る。【解決手段】  ガラス原料ガス３３を噴射する原料ガス噴射流路３５を中心に、その外側に可燃性ガス噴射流路３９と助燃性ガス噴射流路４７とが多重管構造に配置されるとともに、前記原料ガス噴射流路３５と可燃性ガス噴射流路３９と助燃性ガス噴射流路４７の周囲を前記原料ガス噴射流路３５に対して同心円状に囲う仕切管６１を備え、さらに該仕切管６１の内側に装備される前記多重管構造の各ガス噴射流路の先端は、前記仕切管６１の先端よりも所定距離だけバーナ内奥に引っ込んで設定されている。【選択図】      図１
2007076957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスを噴射する可燃性ガス噴射流路及び助燃性ガスを噴射する助燃性ガス噴射流路とが、屈折率調整用添加物を含むガラス原料ガスを噴射する原料ガス噴射流路に対して同心状に配置された多重管部を有するガラス合成用バーナであって、
前記多重管部の最外層のガス流路の出口である多重管部先端から前記多重管部を囲む可燃ガス流路の出口であるバーナ先端に向かって延長された前記多重管部の外壁延長部である仕切管は、前記ガラス原料ガスの一部がガラス化反応を開始する反応空間を形成し、
前記多重管部の外側に前記多重管部に対して同心円状に小口径助燃性ガスノズルを有した火炎噴射ノズルを複数配置し、
前記多重管部先端の位置を、前記小口径助燃性ガスノズルの先端位置より内奥に引っ込んだ位置に配置したことを特徴とするガラス合成用バーナ。
【請求項２】
可燃性ガスを噴射する可燃性ガス噴射外部流路を前記多重管部の外側に前記多重管部に対して同心状に配置し、前記火炎噴射ノズルを前記可燃性ガス噴射外部流路内に配置したことを特徴とする請求項１に記載のガラス合成用バーナ。
【請求項３】
助燃性ガスを噴射する助燃性ガス噴射外部流路を前記多重管部の外側に前記多重管部に対して同心状に配置し、
前記火炎噴射ノズルは、前記助燃性ガス噴射外部流路と前記多重管部の間にあり、小口径可燃性ガスノズル内に小口径助燃性ガスノズルを配置した構成であることを特徴とする請求項１に記載のガラス合成用バーナ。
【請求項４】
前記小口径可燃性ガスノズルの先端位置を、前記小口径助燃性ガスノズルの先端位置より内奥に引っ込んだ位置に配置したことを特徴とする請求項３に記載のガラス合成用バーナ。
【請求項５】
前記火炎噴射ノズルの中心軸の延長線が、前記原料ガス噴射流路の中心軸の略延長線上に収束することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガラス合成用バーナ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガラス合成用バーナを用い、屈折率調整用添加物を含むガラス原料ガスを前記原料ガス噴射流路から火炎中に供給し、ガラス微粒子を生成し、生成したガラス微粒子を出発材に向けて噴射し、前記バーナを前記出発材に対して軸方向に相対的に移動させることにより、前記出発材上にガラス微粒子を堆積させることを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
【請求項７】
前記原料ガス噴射流路に供給されるガラス原料ガスの単位時間当たりの流量と、前記原料ガス噴射流路の断面積とから流速を求めると共に、前記ガラス原料ガスが火炎中の酸素又は水との反応によって体積膨張する際の反応開始点から出発材上の堆積面までの距離と前記流速とから求められる反応時間が少なくとも１０ｍsec以上となるように、前記原料ガス噴射流路に供給するガラス原料ガスの流量を設定することを特徴とする請求項６に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス微粒子堆積体の製造に使用されるガラス合成用バーナと、該バーナを用いたガラス微粒子堆積体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス微粒子堆積体の製造方法の一つとして、多層付け法が知られている。
この製造方法は、軸回りに回転させた出発材に対して軸方向に往復移動されるガラス合成用バーナによって出発材の外周にガラス微粒子を径方向へ積層させて、多孔質のガラス微粒子堆積体を成長させていくものである。
【０００３】
この多層付け法では、ガラス合成用バーナとして、一般に、マルチノズルバーナが使用されている。
マルチノズルバーナは、中心部に配置されたガラス原料ガスを噴射する噴射流路を有し、その外側に可燃性ガス、及び、助燃性ガスを噴射する噴射流路を有するが、特に助燃性ガス噴射流路の少なくとも１つが複数の小口径ノズル構造で構成され、該原料ガス噴射流路の同心円上に該複数のノズルが配置される構造を有するバーナの総称である。
【０００４】
ところで多層付け法ではガラス微粒子の堆積初期において、ターゲットの外径が小さく、ガラス微粒子の付着効率が悪い。特に、ＶＡＤ法などで一般的に使用されている同心円多重管構造だけからなるバーナではガラス微粒子のターゲットへの直進性が悪く付着効率が良くないため助燃性ガス噴射流路を小口径ノズル構造とすることで助燃性ガスの噴射流速を高め火炎の直進性を向上させることで堆積初期のガラス微粒子の付着効率を向上させたのが該マルチノズルバーナであるが、更にそれぞれの該小口径助燃性ガスノズルが小口径可燃性ガスノズルに包括し、燃焼火炎の直進性を向上させることでガラス微粒子の付着を安定化するとともに堆積面の加熱効率を向上させることが可能な構造のマルチノズルバーナ（図７）が提案されている。
【０００５】
図７に示したガラス合成用バーナ１は、下記特許文献１等に開示されたもので、中心部に配置されてガラス原料ガス３を噴射する原料ガス噴射流路５と、該原料ガス噴射流路５の外側に配置されて可燃性ガス７を噴射する可燃性ガス噴射流路９と、原料ガス噴射流路５と可燃性ガス噴射流路９との間に装備されてガラス原料ガス３と可燃性ガス７との間にシールガス１１を噴射するシールガス噴射流路１３と、可燃性ガス噴射流路９の外側に配置されて助燃性ガス１５をガラス原料ガス３と略同心の環状に噴射する助燃性ガス噴射流路１７とが多重管構造に配置されている。
【０００６】
また、原料ガス噴射流路５やシールガス噴射流路１３の外側で同心円上に、助燃性ガス１５を噴射する小口径の助燃性ガスノズル１９が装備されている。この助燃性ガスノズル１９は、可燃性ガス噴射流路９の先端に装備された小口径可燃性ガスノズル２１内に配置されて、小口径可燃性ガスノズル２１との協働で火炎噴射ノズル２３を形成している。
【０００７】
バーナの最外周部に装備された助燃性ガス噴射流路１７と、その内側に配置された助燃性ガスノズル１９及び小口径可燃性ガスノズル２１からなる火炎噴射ノズル２３は、原料ガス噴射流路５の延長線上に収束点を有するように内側に向かう傾斜を付けて装備されている。
なお、小口径可燃性ガスノズル２１の先端部は、バーナ先端の位置から内奥に所定距離だけ引っ込んだ位置に設定されているが、多重管構造を形成しているその他の流路及びノズルの先端は、バーナ先端の位置Ｈ０に合わせられている。
【０００８】
このように、原料ガス噴射流路５の延長線上に収束点を有するようにバーナ外周部から可燃性ガス７や助燃性ガス１５を噴射させる構成とすることで、原料流の広がりを抑えてターゲット外径が細いガラス微粒子の堆積初期においてもガラス微粒子を良好に堆積することができ、また収束火炎構造として火炎の揺れを起こり難くすることで安定した堆積を行うことができ、さらに、原料流への酸素や水の拡散を効率的にして反応効率を向上することができる。
【０００９】
なお、ガラス原料ガス３の酸化反応や加水分解反応をより活発にして、ガラス微粒子が生成される反応効率を高めるために、下記特許文献２では、可燃性ガス噴射流路や助燃性ガス噴射流路を、原料ガス噴射流路５の外周に複数層に配備することも提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１８７１３５号公報
【特許文献２】特開平５−３２３１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、最近では、ガラス母材の目標となる屈折率を得るために、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率調整用添加物を含有させたガラス原料ガスを使用して、ガラス微粒子を出発材に堆積させることが行われている。
【００１２】
しかし、例えば、屈折率調整用添加物としてのＧｅは、実際には、ＧｅＣｌ４（四塩化ゲルマニウム）の形態でガラス原料ガス中に混合されていて、ガラス微粒子に添加させるには、火炎中の酸素や水と反応させて、ＧｅＯ２（二酸化ゲルマニウム）に変化させる反応工程が必要である。
そして、この四塩化ゲルマニウムを二酸化ゲルマニウムに変化させるのに必要な反応時間は、ガラス原料ガス中のガラス原料であるＳｉＣｌ４（四塩化ケイ素）が火炎中の酸素や水との反応によりガラス微粒子であるＳｉＯ２（二酸化ケイ素）に変化するまでの反応時間よりも多くの時間を必要とする。言い換えれば、反応が遅い。
【００１３】
そのため、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率調整用添加物をガラス微粒子に効率良く付着させるには、ガラス原料ガスから形成されるガラス微粒子のターゲット到達時間を、二酸化ケイ素の生成に必要な反応時間よりも大きく設定することが必要になる。
ここに、バーナ先端面からターゲットの堆積面までの距離をＣ（単位：ｍｍ）、ガラス原料ガス３の流速をＤ（単位：ｍ／sec）とすると、ガラス微粒子がターゲットの堆積面に到達するまでの時間Ｔは、次式で表される。
Ｔ＝Ｃ／Ｄ
【００１４】
従って、二酸化ゲルマニウムの生成に必要な反応時間が十分に確保できるように、ガラス微粒子がターゲットの堆積面に到達するまでの時間Ｔを増大させようとすれば、バーナ先端面からターゲットの堆積面までの距離Ｃを長くするか、原料流速Ｄを小さく（遅く）するかの何れかの対応が必要になる。
【００１５】
ところが、図７に示した従来のガラス合成用バーナ１は、原料流速Ｄやターゲットまでの距離Ｃなどの各種のパラメータを高精度にバランスさせることで、火炎状態の維持、ガラス微粒子の効率的な生成等を実現しており、単純に原料流速Ｄやターゲットまでの距離Ｃを変更すると、火炎状態の悪化等で、ガラス微粒子の生成効率の低下といった問題が生じ、実質的には、ガラス微粒子がターゲットの堆積面に到達するまでの時間Ｔを増大させることができないという問題があった。
【００１６】
一方、ガラス微粒子がターゲットの堆積面に到達するまでの時間Ｔが、従来のままだと、二酸化ゲルマニウムの生成や生成された二酸化ゲルマニウムのガラス微粒子への付着に必要な十分な反応時間を確保することができず、Ｇｅの付着率の変動を招いてしまう。Ｇｅの付着率の変動は、脈理と呼ばれる屈折率分布の変動を引き起こし、品質のばらつき等を招く。
なお、上記した原料流速Ｄは、バーナのノズル断面積と供給ガス総量とをパラメータとする関数でもあるから、原料流速Ｄを遅くするために、ノズル断面積を大きくしたり、供給ガス総量を減らしたりすることも考えられるが、ノズル断面積を大きくすると火炎状態の悪化を招き、供給ガス総量を減らすと生成されるガラス微粒子の総量が減ることになるので必要量のガラス微粒子を堆積するのにかかる時間が長くなり、設備の生産性が悪くなり、いずれの場合も好ましいものではない。
【００１７】
本発明の目的は、原料流速Ｄを遅くしたり、或いはターゲットまでの距離Ｃを延ばしたりしても、収束火炎を良好な状態に維持して、ガラス微粒子の生成効率の低下を防止することができ、従って、反応の遅いＧｅ等の屈折率調整用添加物がガラス微粒子に付着するまでの反応時間を実質的に長く設定して、ドーパントの付着を安定して実現でき、脈理のない高品質なガラス微粒子堆積体を効率よく製造することができるガラス合成用バーナ及び該バーナを用いたガラス微粒子堆積体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載のガラス合成用バーナは、可燃性ガスを噴射する可燃性ガス噴射流路及び助燃性ガスを噴射する助燃性ガス噴射流路とが、屈折率調整用添加物を含むガラス原料ガスを噴射する原料ガス噴射流路に対して同心状に配置された多重管部を有するガラス合成用バーナであって、前記多重管部の最外層のガス流路の出口である多重管部先端から前記多重管部を囲む可燃ガス流路の出口であるバーナ先端に向かって延長された前記多重管部の外壁延長部である仕切管は、前記ガラス原料ガスの一部がガラス化反応を開始する反応空間を形成し、前記多重管部の外側に前記多重管部に対して同心円状に小口径助燃性ガスノズルを有した火炎噴射ノズルを複数配置し、前記多重管部先端の位置を、前記小口径助燃性ガスノズルの先端位置より内奥に引っ込んだ位置に配置したことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る請求項２記載のガラス合成用バーナは、請求項１に記載のガラス合成用バーナにおいて、可燃性ガスを噴射する可燃性ガス噴射外部流路を前記多重管部の外側に前記多重管部に対して同心状に配置し、前記火炎噴射ノズルを前記可燃性ガス噴射外部流路内に配置したことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る請求項３記載のガラス合成用バーナは、請求項１に記載のガラス合成用バーナにおいて、助燃性ガスを噴射する助燃性ガス噴射外部流路を前記多重管部の外側に前記多重管部に対して同心状に配置し、前記火炎噴射ノズルは、前記助燃性ガス噴射外部流路と前記多重管部の間にあり、小口径可燃性ガスノズル内に小口径助燃性ガスノズルを配置した構成であることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る請求項４記載のガラス合成用バーナは、請求項３に記載のガラス合成用バーナにおいて、前記小口径可燃性ガスノズルの先端位置を、前記小口径助燃性ガスノズルの先端位置より内奥に引っ込んだ位置に配置したことを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る請求項５記載のガラス合成用バーナは、請求項１乃至４のいずれかに記載のガラス合成用バーナにおいて、前記火炎噴射ノズルの中心軸の延長線が、前記原料ガス噴射流路の中心軸の略延長線上に収束することを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る請求項６記載のガラス微粒子堆積体の製造方法は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガラス合成用バーナを用い、屈折率調整用添加物を含むガラス原料ガスを前記原料ガス噴射流路から火炎中に供給し、ガラス微粒子を生成し、生成したガラス微粒子を出発材に向けて噴射し、前記バーナを前記出発材に対して軸方向に相対的に移動させることにより、前記出発材上にガラス微粒子を堆積させることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る請求項７記載のガラス微粒子堆積体の製造方法は、請求項６に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法において、前記原料ガス噴射流路に供給されるガラス原料ガスの単位時間当たりの流量と、前記原料ガス噴射流路の断面積とから流速を求めると共に、前記ガラス原料ガスが火炎中の酸素又は水との反応によって体積膨張する際の反応開始点から出発材上の堆積面までの距離と前記流速とから求められる反応時間が少なくとも１０ｍsec以上となるように、前記原料ガス噴射流路に供給するガラス原料ガスの流量を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のガラス合成用バーナによれば、多重管部先端からバーナ先端に向かって延長された多重管部の外壁延長部である仕切管によって反応空間が形成されており、この反応空間内にガラス原料ガスや可燃性ガスや助燃性ガスが流れ、当該反応空間内で、既にガラス原料ガス中のガラス原料であるＳｉＣｌ４をガラス微粒子であるＳｉＯ２に変化させる反応が始まる。
ガラス微粒子を生成する化学反応には、酸化反応の場合と加水分解反応の場合とがあるが、いずれの場合も、反応後にモル数が増える体積膨張反応となる。しかし、体積膨張反応が生じても、反応空間の外周囲が仕切管よって囲われているため、反応ガスが径方向に膨張・拡散することがなく、よって、仕切管により外径が制限された安定火炎としてバーナ先端からターゲットに向けて噴射される。
また、多重管部の外側に小口径助燃性ガスノズルを有した火炎噴射ノズルを複数配置することで、バーナ中心部の火炎は、小口径助燃性ガスノズルの流動エネルギーにより絞られて、外径が徐々に狭まる安定した収束火炎に維持される。
その結果、例えば、原料ガス噴射流路から噴射される原料流速Ｄを遅くしたり、或いはターゲットまでの距離Ｃを延ばしたりしても、収束火炎を良好な状態に維持して、ガラス微粒子の生成効率の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係るガラス合成用バーナの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るガラス合成用バーナの一実施の形態の縦断面図、図２は図１に示したガラス合成用バーナの正面図で、バーナ先端面よりバーナ内奥に引っ込んだ部分を破線で表した図、図３は図１に示したガラス合成用バーナを用いて、多層付け法によりガラス微粒子堆積体を製造する状態の説明図である
【００２７】
この一実施の形態のガラス合成用バーナ３１は、バーナ中心部に配置されて屈折率調整用添加物を含有したガラス原料ガス３３を噴射する原料ガス噴射流路３５と、該原料ガス噴射流路３５の外側に配置されて可燃性ガス３７を噴射する可燃性ガス噴射流路３９と、原料ガス噴射流路３５と可燃性ガス噴射流路３９との間に装備されてガラス原料ガス３３と可燃性ガス３７との間にシールガス４１を噴射するシールガス噴射流路４３と、可燃性ガス噴射流路３９の外側に配置されて助燃性ガス４５を噴射する助燃性ガス噴射流路４７と、可燃性ガス噴射流路３９と助燃性ガス噴射流路４７との間に装備されて可燃性ガス３７と助燃性ガス４５との間にシールガス４１を噴射する第２のシールガス噴射流路４９とが、同心の多重管部５１を形成している。
【００２８】
更に、本実施の形態のガラス合成用バーナ３１は、多重管部５１の最外周部に、噴射する助燃性ガス４５が原料ガス噴射流路３５の延長線上に収束点を有するように、原料ガス噴射流路３５と同心円状に助燃性ガス噴射外部流路５３が装備されている。この助燃性ガス噴射外部流路５３の先端開口は、原料ガス噴射流路３５と同心の環状で原料ガス噴射流路３５の延長線上に収束するテーパ管状に、助燃性ガス４５の流動層を形成する。
【００２９】
また、本実施の形態のガラス合成用バーナ３１は、多重管部５１の外側で助燃性ガス噴射外部流路５３の内側となる領域に、可燃性ガスを噴射する可燃性ガス噴射外部流路５２を多重管部５１に対して同心状に配置している。さらに、この可燃性ガス噴射外部流路５２内で、多重管部５１と同心の略円周上に、小口径可燃性ガスノズル５５内に小口径助燃性ガスノズル５７を配置した火炎噴射ノズル５９を８つ配置している。これら８つの火炎噴射ノズル５９は、図２に示すように、周方向に等間隔で配置されている。
【００３０】
本実施の形態のガラス合成用バーナ３１の場合、多重管部５１の最外周の管体は、原料ガス噴射流路３５と可燃性ガス噴射流路３９と助燃性ガス噴射流路４７の周囲を原料ガス噴射流路３５に対して同心円状に囲って、多重管部先端からバーナ先端Ｈ０となる可燃性ガス噴射外部流路５２及び助燃性ガス噴射外部流路５３の先端まで延びた多重管部５１の外壁延長部となる仕切管６１を備えている。
そして、仕切管６１の内側に装備される各ガス噴射流路３５，４３，３９，４９，４７は、いずれも先端が、仕切管６１の先端よりも所定距離だけバーナ内奥に引っ込んで設定されて、各ガス噴射流路３５，４３，３９，４９，４７の先端から仕切管６１の先端までの空間が、原料ガス噴射流路３５から噴射されるガラス原料ガス３３中のガラス原料（例えば、ＳｉＣｌ４）や屈折率調整用添加物原料（例えば、ＧｅＣｌ４）が火炎中の酸素又は水と反応してガラス微粒子（ＳｉＯ２）や二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）となる反応空間６３として機能する。
【００３１】
ガラス原料ガス３３中のガラス原料であるＳｉＣｌ４（四塩化ケイ素）が火炎中の酸素（Ｏ２）や水（Ｈ２Ｏ）との反応によりガラス微粒子であるＳｉＯ２（二酸化ケイ素）に変化する反応は、酸化反応の場合と、加水分解反応の場合とがあり、次の（１），（２）式によって表される。
酸化反応        ＳｉＣｌ４＋Ｏ２  →  ＳｉＯ２＋２Ｃｌ２           （１）
加水分解反応    ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２Ｏ  →  ＳｉＯ２＋４ＨＣｌ      （２）
何れの反応の場合も、反応後にモル数が増える体積膨張反応である。
屈折率調整用添加物原料であるＧｅが火炎中の酸素（Ｏ２）や水（Ｈ２Ｏ）と反応してＧｅＯ２に変化する反応も、同様の体積膨張反応になる。
【００３２】
以上のガラス合成用バーナ３１は、図３に示すように、軸回りに回転させた出発材６５に対してその軸方向に往復移動させて、バーナから噴射する火炎６７の当たる位置を変えることで、出発材６５の外周に堆積するガラス微粒子を成長させていく。
【００３３】
本実施の形態では、原料ガス噴射流路３５から噴射されるガラス原料ガス３３の単位時間当たりの流量と原料ガス噴射流路３５の断面積とから求められる流速Ｄ（単位：ｍ／sec）と、ガラス原料ガス３３が火炎中の酸素又は水との反応によって体積膨張する際の反応開始点から出発材６５上の堆積面までの距離Ｃ１（単位：ｍｍ）と、から求められる反応時間Ｔ（＝Ｃ１／Ｄ）が少なくとも１０（単位：ｍsec）以上となるように、反応空間６３の内径や長さＬ０を設定している。
なお、本実施の形態の場合、Ｌ０＝４０ｍｍに設定している。
【００３４】
反応空間６３の長さＬ０は、１０ｍｍ以上で、１００ｍｍ以下に設定すると良い。反応空間６３の長さＬ０を１０ｍｍ以下にすると、上述した原料の酸化反応や加水分解反応等の体積膨張反応が反応空間６３内で完了せず、バーナ先端から出た領域まで体積膨張反応が継続する結果、火炎が径方向に膨張・拡散して、火炎が不安定になる虞がある。
また、反応空間６３の長さＬ０を１００ｍｍ以上にすると、酸化反応や加水分解反応で生成されたガラス微粒子が仕切管６１の内周面に付着して、ポート詰まり等の不都合が発生する虞があるからである。
【００３５】
本実施の形態のガラス合成用バーナ３１では、火炎噴射ノズル５９の中心軸の延長線が、多重管部５１の中心に位置する原料ガス噴射流路３５の中心軸の略延長線上に収束するように、火炎噴射ノズル５９が傾斜して装備されている。
【００３６】
また、本実施の形態の場合、火炎噴射ノズル５９における小口径可燃性ガスノズル５５の先端位置は、バーナ先端の位置Ｈ０より適宜距離Ｌ１だけバーナ内奥に引っ込んだ位置に設定し、小口径助燃性ガスノズル５７の先端位置は、略バーナ先端の位置Ｈ０に設定している。小口径可燃性ガスノズル５５の先端の引っ込み量Ｌ１と、反応空間６３の引っ込み量Ｌ０は、Ｌ１＜Ｌ０になっている。
【００３７】
以上のガラス合成用バーナ３１によって、ガラス微粒子堆積体を製造する際には、少なくとも例えばＧｅ等の屈折率調整用添加物を含むガラス原料ガス３３を原料ガス噴射流路３５から火炎中に供給すると共に、火炎噴射ノズル５９に可燃性ガス３７及び助燃性ガス４５を供給し、図３に示したように、ガラス微粒子を含む火炎６７を出発材６５に向けて噴射して、該バーナ３１を出発材６５に対して軸方向に相対的に移動させることにより、出発材６５上にガラス微粒子を堆積させる。
【００３８】
また、好ましくは、原料ガス噴射流路３５に供給されるガラス原料ガス３３の単位時間当たりの流量と、原料ガス噴射流路３５の断面積とから流速Ｄ（単位：ｍ／sec）を求めると共に、ガラス原料ガス３３が火炎中の酸素又は水との反応によって体積膨張する際の反応開始点から出発材６５上の堆積面までの距離Ｃ１（単位：ｍｍ）と流速Ｄとから求められる反応時間Ｔ（＝Ｃ１／Ｄ）が少なくとも１０ｍsec以上となるように、原料ガス噴射流路３５に供給するガラス原料ガス３３の流量を設定する。
【００３９】
以上に説明したガラス合成用バーナ３１では、仕切管６１の先端からバーナ内奥に向かって形成された反応空間６３内にガラス原料ガス３３や可燃性ガス３７や助燃性ガス４５が流れ、当該反応空間６３内で、既にガラス原料ガス３３中のガラス原料であるＳｉＣｌ４をガラス微粒子であるＳｉＯ２に変化させる反応が始まる。
ガラス微粒子を生成する化学反応には、酸化反応の場合と加水分解反応の場合とがあるが、いずれの場合も、反応後にモル数が増える体積膨張反応となる。しかし、体積膨張反応が生じても、反応空間６３の外周囲が仕切管６１によって囲われているため、反応ガスが径方向に膨張・拡散することがなく、仕切管６１の内径により外径が制限された安定火炎としてバーナ先端Ｈ０からターゲットに向けて噴射されることになる。
【００４０】
更に、バーナ先端Ｈ０からターゲットに向けて噴射されるバーナ中心部の火炎は、多重管部５１の外周部に配置された小口径助燃性ガスノズル５７から噴射される助燃性ガス４５の流動エネルギーにより絞られるため、バーナから噴射された火炎は外径が徐々に狭まる安定した収束火炎を維持することができる。
その結果、例えば、原料ガス噴射流路３５から噴射される原料流速Ｄを遅くしたり、或いはバーナ先端面からターゲットの堆積面までの距離Ｃを延ばしたりしても、収束火炎を良好な状態に維持して、ガラス微粒子の生成効率の低下を防止することができる。
【００４１】
従って、原料流速Ｄやターゲットまでの距離Ｃを適宜に変更して、ガラス微粒子がターゲットの堆積面に到達するまでの時間ＴをＧｅ等の反応が遅い屈折率調整用添加物に合わせて長く設定することができる。
すなわち、Ｇｅ等の屈折率調整用添加物を含有させたガラス原料ガス３３を原料ガス噴射流路３５から噴射させて、出発材６５にガラス微粒子を堆積させる動作を実行すれば、Ｇｅなどの反応時間の遅いドーパントの付着を安定して実現でき、脈理の無い高品質なガラス微粒子堆積体を効率よく製造することができる。
【００４２】
更に上記実施の形態の具体的な実施例における作用・効果を、従来例と比較して、以下に示す。
【実施例１】
【００４３】
図７に示した、比較例としての従来のガラス合成用バーナ１では、多重管構造の一番中心に位置する第１ポートとしての原料ガス噴射流路５に供給するガラス原料ガス３は、ガラス原料、ドーパントガス、助燃性ガス又は可燃性ガス等から構成されたもので、ＳｉＣｌ４＝３．５ＳＬＭ、ＧｅＣｌ４＝０．４５ＳＬＭ、ＧｅＣｌ４の送給に使うキャリアガスはＡｒガスでＡｒ＝１．９５ＳＬＭを供給する。
第２ポートであるシールガス噴射流路１３に供給するシールガスはＡｒガスで、Ａｒ＝３．０ＳＬＭを供給する。
火炎噴射ノズル２３を形成する小口径助燃性ガスノズル１９には助燃性ガスであるＯ２を２７ＳＬＭ供給し、小口径可燃性ガスノズル２１には可燃性ガスであるＨ２を７０ＳＬＭ供給する。そして最外周に位置する助燃性ガス噴射外部流路１７には助燃性ガスのＯ２を６０ＳＬＭ供給する。
【００４４】
このようなガス供給状態で、直径１５ｍｍの出発材（ターゲットロッド）に多層付け法によりガラス微粒子の堆積を行い、長さが５００ｍｍで外径１７０ｍｍのガラス微粒子堆積体の製造を行った。その場合の平均堆積速度は、１．３ｇ／minであった。そして製造したガラス微粒子堆積体を焼結透明化し、径方向の屈折率分布を測定したところ、１層内の屈折率変動（脈理）は屈折率差で０．４％であった。また、バーナ先端面とターゲット堆積面との距離は、可能な限り長く取るようにしたが、火炎のばたつきの影響で、１９０ｍｍが最大限であった。
【００４５】
これに対して、図１に示した本実施形態に係るガラス合成用バーナ３１では、多重管部５１の一番中心に位置する第１ポートとしての原料ガス噴射流路３５には図７の原料ガス噴射流路５と同じ条件でガラス原料ガス３３を流し、第２ポートであるシールガス噴射流路４３にはシールガスのＡｒガスを３．０ＳＬＭを供給し、第３ポートである可燃性ガス噴射流路３９には可燃性ガスであるＨ２を７．０ＳＬＭ供給し、第４ポートである第２のシールガス噴射流路４９にはシールガスのＡｒガスを４．０ＳＬＭ供給し、第５ポートである助燃性ガス噴射流路４７には助燃性ガスのＯ２を１５ＳＬＭ供給する。多重管部５１の外側に位置する小口径助燃性ガスノズル５７、小口径可燃性ガスノズル５５、助燃性ガス噴射外部流路５３へのガス供給は、図７に示したガラス合成用バーナ１における小口径助燃性ガスノズル１９、小口径可燃性ガスノズル２１、助燃性ガス噴射外部流路１７と同じ条件で各ガスを供給した。
【００４６】
そして、上記従来例と同様に、直径１５ｍｍの出発材（ターゲットロッド）に多層付け法によりガラス微粒子の堆積を行い、同じサイズの長さが５００ｍｍ、外径１７０ｍｍのガラス微粒子堆積体の製造を行った。その結果、平均堆積速度は、３．５ｇ／minであり、従来の約２．７倍もの高速度での堆積が実現でき、堆積速度の大幅な向上が確認できた。また、製造したガラス微粒子堆積体を透明化して、径方向の屈折率分布を測定したところ、１層内の屈折率変動（脈理）は屈折率差が０．１％以下で、部分的に屈折率変動が検出されない部分（即ち、屈折率が一定）もあり、屈折率差も大きく低減することが確認できた。
更に、ターゲット堆積面とバーナ先端面との間の距離Ｃは、可能な限り長く取るようにしたとき、２７０ｍｍまで安定した火炎状態が得られ、ターゲット堆積面とバーナ先端面との間の距離も大幅に増大できることが確認できた。
【００４７】
なお、図１に示した本実施の形態では、前述したように、反応空間６３の長さＬ０＝４０ｍｍに設定しているため、反応空間６３内の反応開始点からターゲット堆積面までの実質的な距離Ｃ１は、Ｃ１＝２７０＋４０＝３１０ｍｍまで確保されると考えることができる。
【００４８】
以上のような実施例における屈折率差等の好結果は、ターゲット堆積面までの離間距離Ｃ１の増大に伴う反応時間の改善分としてある程度予想していたが、実際には、予想以上の好結果が確認できた。これは、反応空間６３の周囲が仕切管６１によって遮蔽されていて、反応空間６３内では火炎中の酸素や水が径方向外側に拡散できず、原料流のガラス原料ガス３３の中心方向へ効率良く放射・拡散されて、ガラス微粒子である二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）の生成が、活発化、効率化されたためと推定される。
【００４９】
更に、上記実施例で製造した母材にジャケット付けを行った後、線引きしたところ、従来のガラス合成用バーナ１で作った母材の場合はスパイク頻度が１５回／Ｍｍであったのに対して、本実施例の場合はスパイク頻度が４回／Ｍｍとなり、著しい改善が確認できた。
バーナの外周部に助燃性ガスの収束流を装備するマルチノズルバーナの場合は、単純な多重管構造のみのバーナと比較して、スパイク頻度が高いという問題があったが、図１に示すような中心部に多重管部が含まれる構造としたことで、外周部に助燃性ガスの収束流を装備するマルチノズルバーナであっても、スパイク頻度が改善さたれものと推定される。
【００５０】
ところで、原料ガス中のガラス原料（ＳｉＣｌ４）や屈折率調整用添加物の原料（例えば、ＧｅＣｌ４）は、原料ガス流の外側に位置するものほど早期に火炎中のＯ２やＨ２Ｏに接触し、原料ガス流の中心側に位置するものはＯ２やＨ２Ｏとの接触が遅れる。そのため、原料ガス流の外側の原料がＯ２やＨ２Ｏと接触する時期を基準にして、ガラス原料ガス３３が火炎中の酸素又は水との反応によって体積膨張する際の反応開始点から出発材６５上の堆積面に到達するまでの反応時間を設定してしまうと、原料ガス流の中心側に位置する原料については反応時間が不足してしまう。反応時間の不足は、既述のとおり脈理等の発生によって屈折率変動幅の増大を招く。
【００５１】
そこで、反応時間の不足を防止するには、屈折率変動幅と反応時間との相関から適正な反応時間を選定することが望ましい。
図４は上記した本実施の形態のガラス合成用バーナと、図７に示した従来のガラス合成用バーナとで、反応時間と屈折率変動幅との相関を比較した表である。
この図４は、ガラス原料ガス中のＳｉＣｌ４とＧｅＣｌ４の濃度比は同じにしつつ反応時間を変化させた時に発生する屈折率変動の状態を示している。
【００５２】
本実施の形態に示したように、反応時間を１０ｍsec以上に設定すると、屈折率変動幅を０．８％以下に規制でき、プリフォームでの屈折率分布測定が実現できる安定した製造が可能になる。
なお、更に望ましくは、屈折率変動幅を０．３％以内にすると良く、その場合の反応時間は２５ｍsec程度になる。更に、屈折率変動幅が無いことが好ましく、そのためには反応時間は４０ｍsec程度になる。なお、反応時間が４０ｍsecや５０ｍsecでは、屈折率変動が０．０１％となっているが、これは測定誤差である可能性がある。
【００５３】
また、上記ガラス合成用バーナ３１によれば、バーナにより噴射される火炎は、最外周囲に環状に助燃性ガス４５の層が形成されて、該助燃性ガス４５の層が火炎の膨張拡散を防止するため、収束火炎を安定維持することができ、少ない可燃性ガスで、効率良く堆積面温度を良好に維持することが可能になる。
また、最外周囲の環状の助燃性ガス４５層の内側に配置される火炎噴射ノズル５９の装備数を８つに設定したことで、ガラス原料ガス３３からガラス微粒子の生成に必要な火炎からの酸素や水の供給の偏りを軽減することができ、安定したガラス微粒子の生成効率を確保することができ、ターゲットへのガラス微粒子の堆積効率を向上させることができる。
【００５４】
また、上記ガラス合成用バーナ３１によれば、火炎噴射ノズル５９から放射される火炎が、バーナの中心に噴射されるガラス原料ガス３３上に向かうため、火炎中の酸素や水がガラス原料ガス３３中に拡散し易くなり、ガラス微粒子の生成や屈折率調整用添加物の生成に必要な酸素や水を効率良くガラス原料ガス３３中に取り込んで、ガラス微粒子を生成する反応を効率化することができ、また、ガラス微粒子に屈折率調整用添加物を付着させる反応も効率化することができ、Ｇｅなどの屈折率調整用添加物を均質に付着させた高品質なガラス微粒子堆積体を効率よく製造することができる。
【００５５】
また、上記のガラス合成用バーナ３１によれば、火炎噴射ノズル５９から噴射される火炎の始端が、バーナ先端Ｈ０よりも内側になることで、火炎中の酸素や水がガラス原料ガス３３の流れに速やかに拡散するようになり、ガラス原料ガス３３中への酸素や水の拡散を活性化して、ガラス微粒子や屈折率調整用添加物が生成される反応速度を向上させることができる。
【００５６】
なお、火炎噴射ノズル５９の装備数は、８つに限定するものではない。原料ガス噴射流路３５から噴射するガラス原料ガス３３の流量や、それに対して必要となる火炎量などに応じて、２つ以上の適宜数に加減することが可能である。
【００５７】
また、火炎噴射ノズル５９はその構造についても、図１及び図２に示した実施の形態に限定するものではない。
図５は本発明に係るガラス合成用バーナの他の実施の形態の縦断面図、図６は図５に示したガラス合成用バーナの正面図で、バーナ先端面よりバーナ内奥に引っ込んだ部分を破線で表した図である。
この実施の形態では、火炎噴射ノズルの構造が、先の実施の形態と異なるのみで、他の構成は同一である。従って、先の実施の形態と同一箇所および部位には同一符号を付して説明は省略する。
このガラス合成用バーナ３１Ａは、多重管部５１の外側で助燃性ガス噴射外部流路５３の内側に可燃性ガス噴射外部流路１５５を多重管部５１に対して同心状に配置し、この可燃性ガス噴射外部流路１５５内に、火炎噴射ノズルとなる小口径助燃性ガスノズル１５７を、多重管部５１と同心の円周上に配置した構成である。つまり、この実施の形態における火炎噴射ノズルは、先の実施の形態での小口径可燃性ガスノズル（図１の符号５５）を省略した構造である。
このようなガラス合成用バーナ３１Ａでも、先の実施の形態と略同等の効果を得ることができる。しかも、構造が簡素化された分だけ製作を容易にしてコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るガラス合成用バーナの一実施の形態に係る縦断面図である。
【図２】図１に示したガラス合成用バーナの正面図である。
【図３】図１のガラス合成用バーナでガラス微粒子堆積体を製造する説明図である。
【図４】本実施形態のガラス合成用バーナと従来バーナとにおける、反応時間と屈折率変動幅との相関を比較した表である。
【図５】本発明に係るガラス合成用バーナの他の実施の形態に係る縦断面図である。
【図６】図５に示したガラス合成用バーナの正面図である。
【図７】従来のガラス合成用バーナを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
３１、３１Ａ  ガラス合成用バーナ
３３  ガラス原料ガス
３５  原料ガス噴射流路
３７  可燃性ガス
３９  可燃性ガス噴射流路
４１  シールガス
４３  シールガス噴射流路
４５  助燃性ガス
４７  助燃性ガス噴射流路
４９  第２のシールガス噴射流路
５１  多重管部
５２  可燃性ガス噴射外部流路
５３  助燃性ガス噴射外部流路
５５  小口径可燃性ガスノズル
５７、１５７  小口径助燃性ガスノズル
５９  火炎噴射ノズル
６１  仕切管
６３  反応空間
６５  出発材
６７  火炎
１５５  可燃性ガス噴射外部流路
【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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