(57)【要約】【課題】ノズルから噴出した火炎の干渉を抑制し、火炎流や原料流の乱れを抑制することにより、シリカガラス粉の堆積率低下や合成シリカガラスの品質にバラツキを抑制した合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置を提供する。【解決手段】複数の支燃性ガス供給ノズル３Ｃが、前記ソースノズルの中心線を中心軸Ｙとする仮想の円錐体Ｘの曲面Ｘ１上に、支燃性ガス供給ノズル３Ｃの後端が仮想の円錐体の底面Ｘ２方向に、先端が仮想の円錐体Ｘの頂点Ｘ３方向に配置され、かつ、前記複数の支燃性ガス供給ノズル３Ｃの先端が、支燃性ガス供給ノズル３Ｃの後端に対して、夫々同一方向に所定角度回転した位置に配置されている。【選択図】図４
2013014467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素化合物とキャリアガスとの混合ガスである原料ガスを供給するソースノズルと、
前記ソースノズルを中心として同心円上に所定の間隔をもって配置された、複数の支燃性ガス供給ノズルと、
前記ソースノズル及び支燃性ガス供給ノズルを囲って収容し、前記ソースノズル及び支燃性ガス供給ノズルの間から可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給ノズルと、を備えた合成シリカガラス製造用バーナにおいて、
前記複数の支燃性ガス供給ノズルが、前記ソースノズルの中心線を中心軸とする仮想の円錐体の曲面上に、支燃性ガス供給ノズルの後端が仮想の円錐体の底面方向に、先端が仮想の円錐体の頂点方向に配置され、かつ、前記複数の支燃性ガス供給ノズルの先端が、支燃性ガス供給ノズルの後端に対して、夫々同一方向に所定角度回転した位置に配置されていることを特徴とする合成シリカガラス製造用バーナ。
【請求項２】
ケイ素化合物とキャリアガスとの混合ガスである原料ガスを供給するソースノズルと、
前記ソースノズルを中心とした同心円上に設けられた、可燃性ガスを噴出するリング状の可燃性ガスノズルあるいは支燃性ガスを噴出する支燃性ガスノズルの少なくともいずれかのノズルと、
前記可燃性ガスノズルあるいは支燃性ガスノズルの外側に、前記ソースノズルを中心として同心円上に所定の間隔をあけて配置された、複数の支燃性ガス供給ノズルと、
前記複数の支燃性ガス供給ノズルを囲って収容し、前記複数の支燃性ガス供給ノズルの間から可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給ノズルを備えた合成シリカガラス製造用バーナにおいて、
前記複数の支燃性ガス供給ノズルが、前記ソースノズルの中心線を中心軸とする仮想の円錐体の曲面上に、支燃性ガス供給ノズルの後端が仮想の円錐体の底面方向に、先端が仮想の円錐体の頂点方向に配置され、かつ、前記複数の支燃性ガス供給ノズルの先端が、支燃性ガス供給ノズルの後端に対して、夫々同一方向に所定角度回転した位置に配置されていることを特徴とする合成シリカガラス製造用バーナ。
【請求項３】
前記請求項１乃至請求項２のいずれかに記載された合成シリカガラス製造用バーナと、 前記合成シリカガラス製造用バーナに対向して回転可能に設置されたインゴット形成用のターゲットとを少なくとも備え、
前記複数の支燃性ガス供給ノズルが配置される仮想の円錐体の頂点は、燃焼ガスの焦点であり、かつ前記複数の支燃性ガス供給ノズルの先端の回転方向が前記インゴット形成用のターゲットの回転方向と同一方向であることを特徴とする合成シリカガラス製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、紫外線透過材料として、２５０ｎｍ以下の波長の光透過性がよく、不純物含有量の極めて少ない合成シリカガラスが用いられている。この合成シリカガラスは、一般的には紫外線（４００ｎｍ以下）領域の波長を吸収してしまう原因となりうる金属不純物の混入を避ける目的で、高純度のケイ素化合物、例えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）などを原料として製造されている。
【０００３】
具体的には、図１０の模式図に示すように、耐火物で組まれた炉体５０の上部にバーナ５１が設けられ、このバーナ５１から下方に向けて原料ガス（例えばＳｉＣｌ４）、可燃性ガスとして水素ガス（Ｈ２）、支燃性ガスとして酸素ガス（Ｏ２）が供給される。バーナ５１のノズル口付近では、水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）との燃焼反応が発生し（図１０のＳ１）、高温の水蒸気（Ｈ２Ｏ）が発生する（図１０のＳ２）。
【０００４】
そして、その水蒸気（Ｈ２Ｏ）と原料ガス（ＳｉＣｌ４）とが加水分解反応（図１０のＳ３）することによりシリカ微粒子（ＳｉＯ２）が生成される（図１０のＳ４）。生成されたシリカ微粒子は、バーナ５１から噴出されるガスの流れにのり、鉛直軸周りに回転するインゴット５３（ターゲット５２）上に堆積・溶融ガラス化され、透明なガラスとして製造される。
【０００５】
ところで、前記火炎加水分解方法で合成した合成シリカガラスは屈折率のばらつきが大きく、また大口径の合成シリカガラスインゴットを製造することが困難であるという課題があり、そのため合成シリカガラスの製造方法や使用する装置に関して、さまざまな提案がなされている。
【０００６】
例えば、特許文献１（特開平７−１８７６８３号公報）にあっては、バーナを反応ガス部分と燃焼ガス部分に分け、反応部分でも充分に温度が上がるように反応部分を多重管構造とし、燃焼ガス部分に設けた複数の燃焼用ノズル部と最外周部の燃焼用リング管をテーパ構造にしてバーナ中心方向に焦点を結ぶ構造にしたものが提案されている。
この特許文献１に記載されたバーナについて、図１１及び図１２に基づいて具体的に説明する。図１１に示すように、特許文献１に記載された石英ガラス製のバーナ６０の反応ガス部分は、充分な反応温度に上がるように、Ｓｉ化合物等の原料ガスを噴出する原料用円状管６１と、原料ガスと反応させ石英ガラス粉を得るための可燃性ガス（水素ガス）、支燃性ガス（酸素ガス）を噴出する複数の燃焼用リング状管６２〜６５とで構成されている。
【０００７】
また、前記石英ガラス製バーナ６０の燃焼ガス部分は、可燃性ガス（水素ガス）を噴出する最外部の燃焼用リング状管６６と、支燃性ガス（酸素ガス）を噴出する燃焼用細管６７とで構成されている。
この石英ガラス製バーナ６０にあっては、原料用円状管６１と燃焼用リング状管６２〜６６とでいわゆる六重管構造とし、燃焼用細管６７を最外部の燃焼用リング状管６６の内部で前記六重管と同心円の円周上に等間隔に配置されている。
【０００８】
この石英ガラス製バーナ６０にあっては上記構成を備えているため、前記燃焼ガス部分（最外部の燃焼用リング状管６６と燃焼用細管６７）は大火力を得ることができ、炉内温度を上げると同時に原料ガスを効率よく反応させることができ、シリカガラス粉の堆積速度を増加させることができる。また、前記燃焼用細管６７を前記六重管と同心円の円周上に等間隔に複数本配置しているため、理想的な温度分布（極値がひとつの中央対称で緩やかな球面状の温度分布）を持った安定な火炎が得られ、脈理が無く入射光軸を含む断面に極値がひとつで中央対称な屈折率分布を持つ合成シリカガラスの合成を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２４７７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載された石英ガラス製バーナ６０にあっては、図１２に示すように、燃焼用リング状管６２〜６５と燃焼用細管６７とをテーパ構造とし、燃焼用リング状管６２〜６５の焦点距離ｆ２において、燃焼用リング状管６２〜６５から噴射されたガスが合流するように構成され、また燃焼用細管６７の焦点距離ｆ１において、燃焼用細管６７から噴射されたガスが合流するように構成されている。
【００１１】
また前記燃焼用リング状管６２〜６５の焦点距離ｆ２は、燃焼用細管６７の焦点距離ｆ１より短くなるように構成され、インゴットの合成面（インゴットの頂部において溶融シリカが付着する面）は、前記燃焼ガス部分の焦点ｆ１と、前記反応ガス部分の焦点ｆ２との間に位置するようになされている。
そのため、インゴットの合成面が前記燃焼ガス部分の焦点ｆ１の近傍に位置している場合には、燃焼ガス部分による火炎が焦点ｆ１で干渉し、火炎流や原料の流れに乱れが生じ、シリカガラス粉の堆積率低下や合成シリカガラスの品質にバラツキが生じるという課題があった。
【００１２】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、ノズルから噴出した火炎の干渉を抑制し、火炎流や原料流の乱れを抑制することにより、シリカガラス粉の堆積率低下や合成シリカガラスの品質にバラツキを抑制した合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成するため、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナは、ケイ素化合物とキャリアガスとの混合ガスである原料ガスを供給するソースノズルと、前記ソースノズルを中心として同心円上に所定の間隔をもって配置された、複数の支燃性ガス供給ノズルと、前記ソースノズル及び支燃性ガス供給ノズルを囲って収容し、前記ソースノズル及び支燃性ガス供給ノズルの間から可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給ノズルと、を備えた合成シリカガラス製造用バーナにおいて、前記複数の支燃性ガス供給ノズルが、前記ソースノズルの中心線を中心軸とする仮想の円錐体の曲面上に、支燃性ガス供給ノズルの後端が仮想の円錐体の底面方向に、先端が仮想の円錐体の頂点方向に配置され、かつ、前記複数の支燃性ガス供給ノズルの先端が、支燃性ガス供給ノズルの後端に対して、夫々同一方向に所定角度回転した位置に配置されていることを特徴としている。
【００１４】
このように、前記複数の支燃性ガス供給ノズルが特定の配置構成を有しているため、支燃性ガス供給ノズルから噴射された支燃性ガスは、仮想の円錐体の曲面に沿って円錐体の頂点方向に螺旋状に流下させることができる。この支燃性ガスの螺旋状の流れによって、バーナの焦点（仮想の円錐体の頂点）での火炎の衝突、干渉が抑制され、火炎流や原料の流れの乱れを抑制することができる。その結果、シリカガラス粉の堆積率低下や合成シリカガラスの品質にバラツキを抑制することができる。
【００１５】
また、上述した目的を達成するため、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナは、ケイ素化合物とキャリアガスとの混合ガスである原料ガスを供給するソースノズルと、前記ソースノズルを中心とした同心円上に設けられた、可燃性ガスを噴出するリング状の可燃性ガスノズルあるいは支燃性ガスを噴出する支燃性ガスノズルの少なくともいずれかのノズルと、前記可燃性ガスノズルあるいは支燃性ガスノズルの外側に、前記ソースノズルを中心として同心円上に所定の間隔をあけて配置された、複数の支燃性ガス供給ノズルと、前記複数の支燃性ガス供給ノズルを囲って収容し、前記複数の支燃性ガス供給ノズルの間から可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給ノズルを備えた合成シリカガラス製造用バーナにおいて、前記複数の支燃性ガス供給ノズルが、前記ソースノズルの中心線を中心軸とする仮想の円錐体の曲面上に、支燃性ガス供給ノズルの後端が仮想の円錐体の底面方向に、先端が仮想の円錐体の頂点方向に配置され、かつ、前記複数の支燃性ガス供給ノズルの先端が、支燃性ガス供給ノズルの後端に対して、夫々同一方向に所定角度回転した位置に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
この合成シリカガラス製造用バーナにおいても、前記したバーナと同様に、複数の支燃性ガス供給ノズルが特定の配置構成を有しているため、支燃性ガス供給ノズルから噴射された支燃性ガスは、仮想の円錐体の曲面に沿って円錐体の頂点方向に螺旋状に流下する。この支燃性ガスの螺旋状の流れによって、バーナの焦点（仮想の円錐体の頂点）での火炎の衝突、干渉が抑制され、火炎流や原料の流れの乱れを抑制することができる。その結果、シリカガラス粉の堆積率低下や合成シリカガラスの品質にバラツキを抑制することができる。
【００１７】
ここで、上記した合成シリカガラス製造用バーナと、前記合成シリカガラス製造用バーナに対向して回転可能に設置されたインゴット形成用のターゲットとを少なくとも備え、前記複数の支燃性ガス供給ノズルが配置される仮想の円錐体の頂点は、燃焼ガスの焦点であり、かつ前記複数の支燃性ガス供給ノズルの先端の回転方向が、前記インゴット形成用のターゲットの回転方向と同一方向であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ノズルから噴出した火炎の干渉を抑制し、火炎流や原料流の乱れを抑制することにより、シリカ粉の堆積率低下や合成シリカガラスの品質にバラツキを抑制した合成シリカガラス製造用バーナ、及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる合成シリカガラス製造装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる合成シリカガラス製造用バーナのノズルを示す平面図である。
【図３】図２に示すＩ−Ｉ断面図である。
【図４】図２における一つのノズル３Ｃの配置状態（側面）を示す模式図である。
【図５】図２における一つのノズル３Ｃの配置状態（正面）を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる合成シリカガラス製造用バーナのノズルを示す平面図である。
【図７】図６に示すＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図８】図６におけるノズル１６Ａの配置状態（側面）を示す模式図である。
【図９】図６におけるノズル１６Ａの配置状態（正面）を示す模式図である。
【図１０】合成シリカガラスの一般的な製造方法を説明するための模式図である。
【図１１】従来の合成シリカガラス製造用バーナのノズルを示す平面図である。
【図１２】図１１に示すＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明にかかる合成シリカガラス製造用バーナ及びそのバーナを用いた合成シリカガラス製造装置の実施形態について、図１乃至図５に基づいて説明する。尚、図１は、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナを用いた合成シリカガラス製造装置の概略断面図、図２は、本発明にかかる合成シリカガラス製造用バーナのノズルを示す平面図、図３は図２に示すＩ−Ｉ断面図、図４は、図２における一つのノズル３Ｃの配置状態（側面）を示す模式図、図５は、図２における一つのノズル３Ｃの配置状態（正面）を示す模式図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の合成シリカガラス製造装置１は、下部が大気に常時開放されている炉体２を備えている。この炉体２は耐火物からなり、その頂部にシリカガラス製造用のバーナ３が設置されている。尚、前記炉体２の水平断面は円形に形成されている。
【００２２】
また、前記炉体２の内部には、前記バーナ３に対向して設けられ、回転可能に設置されたインゴット形成用のターゲット４と、前記ターゲット４を回転及び昇降するインゴット昇降軸５が設けられている。
更に、炉体２の下部には、ターゲット４に堆積されなかったシリカ微粒子を排気する排気口６が設けられている。また、前記排気口６には排気管７が接続され、この排気管７に排気ファン８が設けられている。尚、図１中、符号１０は、ターゲット４上に形成されたインゴットであり、１０ａは、その合成面（溶融シリカが付着する面）である。
【００２３】
次に、本発明にかかる合成シリカガラス製造用バーナ３のノズル構造について説明する。
図２に示すように、このバーナ３は、原料とするケイ素化合物、例えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）と、キャリアガス、例えば酸素（Ｏ２）との混合ガスである原料ガスを供給する円筒管３ａからなるソースノズル３Ａと、このソースノズル３Ａを中心部に収容し、可燃性ガスである水素（Ｈ２）ガスを供給する円筒管３ｂからなるノズル３Ｂ（可燃性ガスノズル）とを有している。尚、前記ノズル３Ｂは、前記円筒管３ａと円筒管３ｂとの間の空間から水素ガスを噴出するノズルとして機能する。
【００２４】
また、ノズル３Ｂの内部には、ソースノズル３Ａを囲うように、同心円上に複数（図では４本）の円筒管３ｃからなるノズル３Ｃ（支燃性ガスノズル）が設けられ、これらのノズル３Ｃから支燃性ガスである酸素（Ｏ２）ガスが供給されるように構成されている。
前記複数のノズル３Ｃは、前記ソースノズル３Ａの周りに形成された仮想同心円Ｃ１上に所定の間隔をあけて配置されている。尚、図２においては、ノズル３Ｃを、前記ソースノズル３Ａの周りに一重の仮想の同心円Ｃ１上に配置した場合を示したが、ノズル３Ｃを数多く設け、複数の仮想の同心円上に配置しても良い。
【００２５】
前記複数のノズル３Ｃは、図４、図５に示すように、前記ソースノズル３Ａの中心線を中心軸Ｙとする仮想の円錐体Ｘの曲面Ｘ１上に、ノズル３Ｃの後端が仮想の円錐体の底面Ｘ２方向に、先端が仮想の円錐体Ｘの頂点Ｘ３方向に配置されている。
即ち、各ノズル３Ｃは、図３、図４に示すように酸素ガスが仮想の円錐体Ｘの頂点Ｘ３（バーナの焦点Ｆ）方向に向けて噴出されるように、前記円錐体Ｘの母線と中心軸Ｙとのなす角が角度θ１に形成された仮想の円錐体Ｘの曲面Ｘ１上に配置されている。
【００２６】
この角度θ１は、４度〜７度が好ましい。この角度θ１が４度未満の場合には、溶融部の温度が上がらないため、好ましくない。一方、この角度θ１が７度を超える場合には乱流が起きるため、好ましくない。
【００２７】
また、各ノズル３Ｃの仮想の円錐体Ｘの頂点Ｘ３（焦点Ｆ）は、バーナ３の中心軸の延長上にあるターゲット４（インゴット１０形成中は溶融シリカが付着する合成面１０ａ）の近傍に位置するように制御される。好ましくは、各ノズル３Ｃの仮想の円錐体Ｘの頂点Ｘ３（焦点Ｆ）がターゲット４（インゴット１０形成中は溶融シリカが付着する合成面１０ａ）に位置するように制御する。
【００２８】
更に、各ノズル３Ｃは、図５に示すようにターゲット４（インゴット１０）の回転方向に角度θ２をもって傾けて配置されている。即ち、各ノズル３Ｃの先端がノズル３Ｃの後端に対して、夫々同一方向に所定角度θ２回転した位置に配置されている。
この角度θ２は、０．５度〜５度が好ましい。この角度θ２が０．５度未満の場合には、旋廻流が生じない。また火炎が干渉するため、好ましくない。一方、この角度θ２が５度を超える場合には火炎が広がり乱流が起きるため、好ましくない。
【００２９】
このように、前記ノズル３Ｃが特定の配置構成を有しているため、ノズル３Ｃから噴射された酸素ガスは、仮想の円錐体Ｘの曲面Ｘ１に沿って円錐体の頂点Ｘ３（焦点Ｆ）方向に螺旋状に流下する。この酸素ガスの螺旋状の流れによって焦点Ｆ（円錐体の頂点Ｘ３）での火炎の衝突、干渉が抑制され、火炎流や原料の流れの乱れを抑制することができる。
その結果、シリカガラス粉の堆積率低下や合成シリカガラスの品質にバラツキを抑制することができる。
【００３０】
また、前記ソースノズル３Ａから供給される原料ガスの流速は、１０〜５０ｍ／ｓｅｃの範囲で所定値に設定され、各ノズル３Ｃから供給される酸素ガスの流速は、３〜２５ｍ／ｓｅｃの範囲で所定値に設定される。また、ノズル３Ｂから供給される水素ガスの流速は、１〜５ｍ／ｓｅｃの範囲で所定値に設定される。また、ターゲット４は、１〜１０ｒｐｍで回転するように設定されている。
【００３１】
前記バーナ３のソースノズル３Ａから供給される原料ガスの流速と、各ノズル３Ｃから供給される酸素ガスの流速と、ノズル３Ｂから供給される水素ガスの流速との設定において、原料ガスの流速が酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速が水素ガスの流速より速くなるよう制御がなされる。
これにより、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカガラス微粒子との対流及び拡散が抑制され、ターゲットへの合成シリカガラス微粒子の捕捉率が向上し、高収率且つ速い合成速度でインゴットを製造することができる。
【００３２】
次に、本発明にかかる第２の実施形態について図６乃至図９に基づいて説明する。
図６に示しように、合成シリカガラス製造用バーナ１０の反応ガス部分は、充分な反応温度に上がるように、Ｓｉ化合物等の原料ガスを噴出する原料用円状管１１と、原料ガスと反応させ石英ガラス粉を得るための可燃性ガス（水素ガス）、支燃性ガス（酸素ガス）を噴出する複数の燃焼用リング状管１２〜１４とで構成された、いわゆる三重管構造になされている。
即ち、原料用円状管１１によってソースノズル１１Ａが構成され、燃焼用リング状管１２によって可燃性ガス（水素ガス）ノズル１２Ａが構成され、燃焼用リング状管１３によって支燃性ガス（酸素ガス）ノズル１３Ａが構成され、燃焼用リング状管１４によって可燃性ガス（水素ガス）ノズル１４Ａが構成されている。尚、特許文献１に記載されたように、燃焼用リング状管を更に設けることによって五重管構造になしても良い。
【００３３】
また、前記石英ガラス製バーナ１０の燃焼ガス部分は、可燃性ガス（水素ガス）を噴出する最外部の燃焼用リング状管１５と、支燃性ガス（酸素ガス）を噴出する燃焼用細管１６とで構成されている。即ち、燃焼用リング状管１５によって可燃性ガス（水素ガス）ノズル１５Ａが構成され、燃焼用細管１６によって支燃性ガス（酸素ガス）ノズル１６Ａが構成されている。
【００３４】
前記複数のノズル１６Ａは、前記ソースノズル１１Ａの周りに形成された仮想同心円Ｃ２上に所定の間隔をあけて配置されている。尚、図６においては、ノズル１６Ａを、前記ソースノズル１１Ａの周りに一重の仮想同心円Ｃ２上に配置した場合を示したが、ノズル１６Ａを数多く設け、複数の仮想同心円上に配置しても良い。
【００３５】
前記複数のノズル１６Ａは、図７乃至図９に示すように、前記ソースノズル１６Ａの中心線を中心軸Ｙとする仮想の円錐体Ｘの曲面Ｘ１上に、ノズル３Ｃの後端が仮想の円錐体の底面Ｘ２方向に、先端が仮想の円錐体Ｘの頂点Ｘ３方向に配置されている。
即ち、各ノズル１６Ａは、図７、図８に示すように酸素ガスが仮想の円錐体Ｘの頂点Ｘ３（バーナの焦点Ｆ）方向に向けて噴出されるように、前記円錐体Ｘの母線と中心軸Ｙとのなす角が角度θ３に形成された仮想の円錐体Ｘの曲面Ｘ１上に配置されている。
【００３６】
この角度θ３は、４度〜７度が好ましい。この角度θ３が４度未満の場合には、溶融部の温度が上がらないため、好ましくない。一方、この角度θ３が７度を超える場合には乱流が起きるため、好ましくない。
【００３７】
また、各ノズル１６Ａの仮想の円錐体Ｘの頂点Ｘ３（焦点Ｆ）は、バーナ３の中心軸の延長上にあるターゲット４（インゴット１０形成中は溶融シリカが付着する合成面１０ａ）の近傍に位置するように制御される。好ましくは、各ノズル１６Ａの仮想の円錐体Ｘの頂点Ｘ３（焦点Ｆ）がターゲット４（インゴット１０形成中は溶融シリカが付着する合成面１０ａ）に位置するように制御する。
【００３８】
更に、各ノズル１６Ａは、図９に示すようにターゲット４（インゴット１０）の回転方向に角度θ４をもって傾けて配置されている。即ち、各ノズル１６Ａの先端がノズル１６Ａの後端に対して、夫々同一方向に所定角度θ４回転した位置に配置されている。
この角度θ４は、０．５度〜５度が好ましい。この角度θ４が０．５度未満の場合には、旋廻流が生じない。また火炎が干渉するため、好ましくない。一方、この角度θ４が５度を超える場合には火炎が広がり乱流が起きるため、好ましくない。
【００３９】
また、このバーナ１０にあっては、図７に示すように、従来のバーナ６０と同様に、ガラス化反応を促進し、合成面の温度を上げ捕捉を補助し、かつ合成面の温度分布がひとつの極値を持つと同時に中央対称にするために、燃焼用リング状管１２〜１５をテーパ構造と磨ると共に、燃焼用細管１６を角度θ３に形成された仮想の円錐体Ｘの曲面Ｘ１上に配置し、更に燃焼用リング状管１２〜１５の焦点距離Ｆ２を燃焼用細管６７の焦点距離Ｆ１より短くすることにより、バーナ６０の反応ガス部分の焦点Ｆ２が合成面１０ａよりも手前になるようにしている。
【００４０】
このように、複数のノズル１６Ａから酸素ガスが螺旋状に噴出されるため、可燃性ガスと支燃性ガスの反応が促進され燃焼効率が向上し、溶融シリカが付着する合成面は高温で均一な温度分布となる。
また、バーナの焦点に向けて噴出する火炎が焦点位置で干渉しないため火炎流の乱れや原料の乱れを防ぐことができる。その結果、脈理などのない屈折率の均一な合成シリカガラスが得られ、さらに原料の分散を防ぐことが可能となることから合成シリカガラス粉の堆積率の向上を図ることができる。
【００４１】
また、前記バーナにあっては燃焼用リング状管１２〜１５を有するため、大火力が得られ、炉内温度を上げると同時に原料ガスを効率よく反応させ、石英ガラス粉の堆積速度を増加させることができる。また、燃焼用リング状管１２〜１５と同心円の円周上に、ノズル１６Ａが等間隔に複数本配置されているので、理想的な温度分布（極値がひとつの中央対称で緩やかな球面状の温度分布）を持った安定な火炎が得られる。
これにより、脈理が無く入射光軸を含む断面に極値がひとつで中央対称な屈折率分布を持つシリカガラスの合成が可能となった。
【００４２】
また、前記した第１の実施の形態と同様に、バーナ１０の反応ガス部分であるソースノズル１１Ａから供給される原料ガスの流速は、１０〜５０ｍ／ｓｅｃの範囲で所定値に設定される。また、ノズル１２Ａから供給される水素ガスの流速は、０．５〜４ｍ／ｓｅｃの範囲で所定値に設定される。また、ノズル１３Ａから供給される酸素ガスの流速は、１〜５ｍ／ｓｅｃの範囲で所定値に設定される。更に、ノズル１４Ａから供給される水素ガスの流速は、０．５〜４ｍ／ｓｅｃの範囲で所定値に設定される。
また、バーナ１０の燃焼ガス部分であるノズル１５Ａから供給される水素ガスの流速は、１〜５ｍ／ｓｅｃの範囲で所定値に設定される。また、ノズル１６Ａから供給される酸素ガスの流速は、３〜２５ｍ／ｓｅｃの範囲で所定値に設定される。
尚、このノズル１５Ａから供給する水素ガスの流速は、ノズル１５Ａ内に収容されたノズル１２Ａ、１４Ａから供給する水素ガスの流速以上（即ち、内径側より外径側の水素ガス流速が速いように）に設定される。
【００４３】
複数のノズル１６Ａから供給する酸素ガスの流速は、ノズル１３Ａから供給する酸素ガスの流速以下（即ち、外径側より内径側の酸素ガス流速が速いように）に設定される。さらに、原料ガスの流速は酸素ガスの流速より速く、酸素ガスの流速は水素ガスの流速より速くなるように設定される。
これにより、原料ガスと、火炎加水分解により生成されたシリカ微粒子との対流及び拡散が、より抑制され、ターゲットへの合成シリカガラス微粒子の捕捉率が向上する。したがって、この第二の実施の形態によれば、高収率且つ速い合成速度でインゴットを製造することができる。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
図１に示すように、バーナ中心に配された原料噴出部と、それを中心とする円周上に等間隔に複数の酸素用ノズルを配し（円周上に２列に配置）、その外周には水素ガスを噴出する円筒状の外管を備えた石英ガラス製バーナにおいて、図４に示すθ１が６度の仮想円錐体の曲面状に配置された酸素用ノズルを、図５に示すように同一円周上で同じ方向に０．５度（θ２）傾けた石英ガラス製バーナを用いて，中心の原料噴出管からは原料ガスとしてＳｉＣｌ４ガスと酸素ガスとの混合ガスを流量５〜２０ｌ／ｍｉｎで噴出させた。バーナ外周の円筒状外管からは流量２００〜３００ｌ／ｍｉｎの水素ガスを、複数の酸素用ノズルは円周上に２列に配置されており、流量１００〜１７０ｌ／ｍｉｎの酸素ガスを供給し、石英ガラスを合成した。
その結果、脈理、泡の混入も無く、口径がφ２５０ｍｍの合成シリカガラスインゴットを得ることができた。また、そのときの合成シリカガラス粉の堆積率は９０％であった。
【００４５】
（実施例２）
図１に示すように、バーナ中心に配された原料噴出部と、それを中心とする円周上に等間隔に複数の酸素用ノズルを配し（円周上に２列に配置）、その外周には水素ガスを噴出する円筒状の外管を備えた石英ガラス製バーナにおいて、図４に示すθ１が６度の仮想円錐体の曲面状に配置された酸素用ノズルを、図５に示すように酸素用ノズルを同一円周上で同じ方向に５度（θ２）傾けた石英ガラス製バーナを用いて，中心の原料噴出管からは原料ガスとしてＳｉＣｌ４ガスと酸素ガスとの混合ガスを流量５〜２０ｌ／ｍｉｎで噴出させた。バーナ外周の円筒状外管からは流量２００〜３００ｌ／ｍｉｎの水素ガスを、複数の酸素用ノズルは円周上に２列に配置されており、流量１００〜１７０ｌ／ｍｉｎの酸素ガスを供給し、石英ガラスを合成した。
その結果、脈理、泡の混入も無く、口径がφ２５０ｍｍの合成シリカガラスインゴットを得ることができた。また、そのときの合成シリカガラス粉の堆積率は８５％であった。
【００４６】
（実施例３）
バーナ中心に配された原料噴出部と、その外側に同心円状に配置された２つのリング状の水素ガス噴出部を備える多重構造の石英ガラス製バーナにおいて、バーナの外周の水素ガス噴出用リング管内に複数の酸素用ノズルを円周上に２列に配置し、また酸素用ノズルを、図４に示すθ１が６度の仮想円錐体の曲面状に配置し、更に図５に示すように酸素用ノズルを同一円周上で同じ方向に５度（θ２）傾けた石英ガラス製バーナを用いた。
そして、石英ガラス製バーナの中心の原料噴出管からは原料ガスとしてＳｉＣｌ４ガスと酸素ガスとの混合ガスを流量５〜２０ｌ／ｍｉｎで噴出させた。バーナ内周の水素ガス噴出用リング管からは流量３０〜８０ｌ／ｍｉｎの水素ガスを、バーナ外周の水素ガス噴出用リング管からは流量１５０〜２４０ｌ／ｍｉｎの水素ガスを、複数の酸素用ノズルは円周上に２列に配置されており、流量１００〜１７０ｌ／ｍｉｎの酸素ガスを供給し、石英ガラスを合成した。
その結果、脈理、泡の混入も無く、口径がφ２５０ｍｍの合成シリカガラスインゴットを得ることができた。また、そのときの合成シリカガラス粉の堆積率は９０％であった。
【００４７】
（比較例１）
バーナ中心に配された原料噴出部と、それを中心とする円周上に等間隔に複数の酸素用ノズルを配し、その外周には水素ガスを噴出する円筒状の外管を備えた石英ガラス製バーナにおいて、前記酸素用ノズルを、図４に示すθ１が６度の仮想円錐体の曲面状に配置し、更に酸素用ノズルの先端を仮想円錐体の先端に向けて配置し（図５に示すθ２は０度）、バーナ中央に焦点を結ぶように配置した。
そして、この石英ガラス製バーナを用いて、その中心の原料噴出管からは原料ガスとしてＳｉＣｌ４ガスと酸素ガスとの混合ガスを流量５〜２０ｌ／ｍｉｎで噴出させた。バーナ外周の円筒状外管からは流量２００〜３００ｌ／ｍｉｎの水素ガスを、複数の酸素用ノズルは円周上に２列に配置されており、流量１００〜１７０ｌ／ｍｉｎの酸素ガスを供給し、石英ガラスを合成した。
その結果、泡の混入も無く、口径がφ２５０ｍｍの合成シリカガラスインゴットを得ることができたが、強い脈理が発生し、そのときの合成シリカガラス粉の堆積率は６５％であった。
【００４８】
（比較例２）
バーナ中心に配された原料噴出部と、その外側に同心円状に配置された２つのリング状の水素ガス噴出部を備える多重構造の石英ガラス製バーナにおいて、バーナの外周の水素ガス噴出用リング管内に複数の酸素用ノズルを円周上に２列に配置し、また酸素用ノズルを、図４に示すθ１が６度の仮想円錐体の曲面状に配置し、更に酸素用ノズルの先端を仮想円錐体の先端に向けて配置し（図５に示すθ２は０度）、バーナ中央に焦点を結ぶように配置した。
そして、石英ガラス製バーナの中心の原料噴出管からは原料ガスとしてＳｉＣｌ４ガスと酸素ガスとの混合ガスを流量５〜２０ｌ／ｍｉｎで噴出させた。バーナ内周の水素ガス噴出用リング管からは流量３０〜８０ｌ／ｍｉｎの水素ガスを、バーナ外周の水素ガス噴出用リング管からは流量１５０〜２４０ｌ／ｍｉｎの水素ガスを、複数の酸素用ノズルは円周上に２列に配置されており、流量１００〜１７０ｌ／ｍｉｎの酸素ガスを供給し、石英ガラスを合成した。
その結果、泡の混入も無く、口径がφ２５０ｍｍ以上の合成シリカガラスインゴットを得ることができたが、弱い脈理が発生し、そのときの合成シリカガラス粉の堆積率は７０％であった。
【００４９】
以上の実施例の結果、本発明に係る合成シリカガラス製造用バーナを用いることにより、原料ガス及び生成したシリカ微粒子の対流及び拡散を抑制することができ、合成速度を大きくしても収率が向上することを確認した。
【符号の説明】
【００５０】
１      合成シリカガラス製造装置
２      炉体
３      合成シリカガラス製造用バーナ
３ａ    円筒管
３Ａ    ソースノズル
３ｂ    円筒管
３Ｂ    （可燃性ガス）ノズル
３ｃ    円筒管
３Ｃ    （支燃性ガス）ノズル
４      ターゲット
５      インゴット昇降軸
６      排気口
７      排気管
８      ファン
１０      合成シリカガラス製造用バーナ
１１      原料用円状管
１１Ａ    ソースノズル
１２      燃焼用リング状管
１２Ａ  （可燃性ガス）ノズル
１３      燃焼用リング状管
１３Ａ  （支燃性ガス）ノズル
１４      燃焼用リング状管
１４Ａ    （可燃性ガス）ノズル
１５      燃焼用リング状管
１６      燃焼用細管
１６Ａ    ノズル
Ｆ        燃焼ガスの焦点
Ｆ１      燃焼ガスの焦点
Ｆ２      反応ガスの焦点
Ｘ        仮想の円錐体
Ｘ１      円錐体の曲面
Ｘ３      円錐体の頂点
Ｙ        中心軸（ソースノズルの中心線）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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