合成シリカガラス製造装置
【課題】シリカガラス合成用バーナからの火炎と別の火炎を形成することにより、浮遊シリカ微粒子のインゴット合成面（溶融シリカ付着面）への付着を抑制し、脈理及び内部欠陥が抑制された合成シリカガラスを製造する合成シリカガラス製造装置を提供する。
【解決手段】シリカガラス合成用のバーナ４は、少なくとも原料ガスを導出するバーナ内筒管４ａと、少なくとも可燃性あるいは支燃性ガスを導出するバーナ外筒管４ｂを備え、前記バーナ外筒管４ｂからのガスの導出によって、バーナ内筒管の外周面に沿って下方向に向かう第１の火炎流Ｆ１が形成され、炉は、耐火物製の円筒状の側壁部１０と、前記側壁部の上部を閉塞する耐火物製の天井部１１とから構成され、前記天井部１１には複数のガス導出孔１２が設けられると共に、前記ガス導出孔１２からのガスの導出によって、ガス導出孔１２から垂直下方向に向かう第２の火炎流Ｆ２が形成される。
【解決手段】シリカガラス合成用のバーナ４は、少なくとも原料ガスを導出するバーナ内筒管４ａと、少なくとも可燃性あるいは支燃性ガスを導出するバーナ外筒管４ｂを備え、前記バーナ外筒管４ｂからのガスの導出によって、バーナ内筒管の外周面に沿って下方向に向かう第１の火炎流Ｆ１が形成され、炉は、耐火物製の円筒状の側壁部１０と、前記側壁部の上部を閉塞する耐火物製の天井部１１とから構成され、前記天井部１１には複数のガス導出孔１２が設けられると共に、前記ガス導出孔１２からのガスの導出によって、ガス導出孔１２から垂直下方向に向かう第２の火炎流Ｆ２が形成される。
【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装置に関し、特にシリカガラス合成用バーナからの火炎流と別の火炎流を形成することにより、浮遊シリカ微粒子のインゴット合成面への付着を抑制する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６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＋Ｏ2）、水素ガス（Ｈ2）、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６のＳ１）、高温の水蒸気（Ｈ2Ｏ）が発生する（図６のＳ２）。
【０００４】
そして、その水蒸気（Ｈ2Ｏ）と原料ガス（ＳｉＣｌ4＋Ｏ2）とが加水分解反応（図６のＳ３）することによりシリカ微粒子（ＳｉＯ2）が生成される（図６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、このような火炎加水合成法によるシリカガラス製造方法においては、インゴット５３（ターゲット５２）上に堆積せず浮遊するシリカ微粒子や反応生成ガス等を排気するために、排気口を有した炉が用いられる。
しかしながら、炉の構造によっては炉内のガス流れが引き起こす気流に従い、浮遊シリカ微粒子をインゴット合成面（溶融シリカ付着面）へ飛来させ、欠陥（気泡、インクルージョン）を招く原因となっていた。
【０００６】
この問題を解決する装置として、壁面に沿って常温の不活性ガスを流す石英ガラス製造装置が特開平７−１０９１３４号（特許文献１）において提案されている。この装置について図７に基づいて説明する。
図７に示すように、この石英ガラスの製造装置６０は、炉６１と、該炉内部に設置されたインゴット形成用のターゲット６２と、該ターゲット６２に先端を向けて設置された石英ガラス合成用のバーナ６３と、前記ターゲット６２上に堆積されなかった石英ガラス粉を排気する排気手段６４とを備えている。また、炉６１の内壁に不活性ガスを導出するガス管からなるガス流出手段６５が設けられている。
【０００７】
この石英ガラスの製造装置６０にあっては、前記したようにガス流出手段６５が設けられ、炉６１の内壁に不活性ガスを導出するように構成されているため、インゴットに堆積されなかった浮遊シリカ微粒子は排気口６４に導かれ、炉６１の内壁への付着が抑制される。
【０００８】
しかし、常温の不活性ガスを流した場合には炉６１の内部温度が低下するため、石英ガラスの合成条件が変化し、脈理等の欠陥が生じやすいという欠点があった。また、常温の不活性ガスを炉内へ導出するノズルの温度は低く、そのため前記ノズルの周囲にはシリカ微粒子が付着しやすく、ノズルを詰まらせるおそれがあった。更に、ノズルの周囲に付着したシリカ微粒子がインゴット合成面に飛来し、依然として、欠陥（気泡、インクルージョン）を招く虞があった。
【０００９】
更に、特開２０００−２６１２６号（特許文献２）に記載されているように、炉の内壁面に沿った火炎流を形成する装置が提案されている。
この特許文献２に記載されている石英ガラス製造装置７０は、インゴット形成用ターゲット７１と、内部にターゲット７１が配設され、排気口７２を有する炉７３と、ターゲット７１に先端を向けて配設された石英ガラス合成用バーナ７４と、排気口７２から炉７３内のガスを排気する排気管７５を備えている。また、この石英ガラス製造装置７０には、可燃性の水素ガスおよび支燃性の酸素ガスをそれぞれ炉７３内に導出して、炉７３の内壁面に沿った火炎流を形成するノズル７６が設けられている。
【００１０】
この石英ガラス製造装置７０にあっては、石英ガラス合成用バーナ７４からの火炎と前記ノズル７６からの火炎とが干渉し、石英ガラスの合成条件が変化する虞があり、このため、合成シリカガラスに脈理等の欠陥が生じやすいという欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−１０９１３４号公報
【特許文献２】特開２０００−２６１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者らは、特許文献１に記載されたような、炉の内壁に不活性ガスを導出させることは、前記したように炉の内部温度が低下し、石英ガラスの合成条件に変化を来たし、脈理等の欠陥が生じやすいため、石英ガラスの合成条件の変化が少ない特許文献２に記載されたような、シリカガラス合成用バーナからの火炎と別の火炎を形成する装置を前提に、鋭意研究し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明は、シリカガラス合成用バーナからの火炎と別の火炎を形成することにより、浮遊シリカ微粒子のインゴット合成面（溶融シリカ付着面）への付着を抑制すると共に、脈理及び内部欠陥が抑制された合成シリカガラスを製造できる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】
【００１４】
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装置は、耐火物製の炉と、該炉内部に設置されたインゴット形成用のターゲットと、前記炉内に原料ガスと支燃性ガスと可燃性ガスを導出して火炎流を形成するシリカガラス合成用のバーナと、前記ターゲット上に堆積されなかった浮遊シリカ微粒子を排気する炉の下部に設けられた排気ポートとを備えた合成シリカガラスの製造装置であって、前記シリカガラス合成用のバーナは、少なくとも原料ガスを導出するバーナ内筒管と、少なくとも可燃性あるいは支燃性ガスを導出するバーナ外筒管を備え、前記バーナ外筒管からのガスの導出によって、バーナ内筒管の外周面に沿って下方向に向かう第１の火炎流が形成され、前記炉は、耐火物製の円筒状の側壁部と、前記側壁部の上部を閉塞する耐火物製の天井部とから構成され、前記天井部には複数のガス導出孔が設けられると共に、前記ガス導出孔からのガスの導出によって、ガス導出孔から垂直下方向に向かう第２の火炎流が形成されることを特徴としている。
【００１５】
このように、シリカガラス合成用のバーナによって炉の下方向に向かう第１の火炎流が形成されると共に、天井部の複数のガス導出孔によって炉の垂直下方向に向かう第２の火炎流が形成されるため、炉の側壁、天井部、シリカガラス合成用のバーナ等へのシリカ微粒子の付着が抑制される。その結果、浮遊シリカ微粒子のインゴット合成面（溶融シリカ付着面）への付着が抑制され、脈理及び内部欠陥が抑制された合成シリカガラスを製造できる。
【００１６】
ここで、前記バーナ外筒管のガス導出方向は、垂直下方向からインゴット形成用のターゲットの方向に、所定角度傾斜していることが望ましい。
このように、前記バーナ外筒管のガス導出方向が傾斜しているため、第１の火炎流と第２の火炎流の干渉を抑制でき、合成シリカガラスの合成条件を一定に保つことができ、脈理等の欠陥の発性を抑制できる。
【００１７】
また、前記バーナ外筒管から導出されるガス種及び前記天井部のガス導出孔から導出されるガス種がＯ2ガスあるいはＨ2ガスであることが望ましい。
このように、支燃性ガスであるＯ2ガスあるいは可燃性ガスであるＨ2ガスを導出することにより、下方向に向かう第１、第２の火炎流を容易に形成することができ、炉の側壁、天井部、シリカガラス合成用のバーナ等へのシリカ微粒子の付着をより抑制することができる。
【００１８】
また、前記バーナ外筒管の下端部は、バーナ内筒管の下端部よりも上方に位置するように配置されると共に、天井部の下面も上方に位置するように形成され、バーナ内筒管の下端部は、天井部の下面と同一面に形成されていることが望ましい。
このように、バーナ内筒管とバーナ外筒管とが特定の配置構成を備えているため、バーナ内筒管の外周面、及び天井部におけるバーナ外筒管の設置個所近傍等の部位へのシリカ微粒子の付着を抑制することができる。
【００１９】
また、前記バーナ内筒管を、原料ガスとキャリア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部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズルと、前記可燃性ガスノズル内に前記ソースガスノズルを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズルとで構成し、前記バーナ内筒管から原料ガス、可燃性ガス、支燃性ガスを供給することが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シリカガラス合成用バーナからの火炎と別の火炎を形成することにより、浮遊シリカ微粒子のインゴット合成面（溶融シリカ付着面）への付着を抑制すると共に、脈理及び内部欠陥が抑制された合成シリカガラスを製造できる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】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る合成シリカガラス製造装置の概略構成図であって、炉については断面で示した図である。
【図２】図１の合成シリカガラス製造装置の要部拡大断面図である。
【図３】図１の合成シリカガラス製造装置における天井部の底面図である。
【図４】図２におけるＩ−Ｉ断面図である。
【図５】図１の合成シリカガラス製造装置における天井部の変形例を示す底面図である。
【図６】合成シリカガラスの製造の原理を説明するための概念図である。
【図７】従来の合成シリカガラス製造装置を示す概略構成図である。
【図８】従来の他の合成シリカガラス製造装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明にかかる合成シリカガラス製造装置の一実施形態について、図１に基づいて説明する。
本発明の合成シリカガラス製造装置１は、耐火物製の炉２と、該炉内部に設置されたインゴットＸを形成するためのターゲット３と、該ターゲット３に先端を向けて設置され、前記炉２内に原料ガスと支燃性ガスと可燃性ガスを噴射して火炎を形成するシリカガラス合成用のバーナ４と、前記ターゲット３上に堆積されなかった浮遊シリカ微粒子を排気する炉の下部に設けられた排気ポート５とを備えている。尚、図示しないが、前記ターゲット３を回転および昇降するインゴット昇降手段が設けられている。
【００２３】
前記炉２は、耐火物製の円筒状の側壁部１０と、前記側壁部１０の上部を閉塞する耐火物製の天井部１１とから構成され、この天井部１１には、図２、３に示すように、複数のガス導出孔１２が同心円状に等間隔に設けられている。例えば、図３に示すように、４８個のガス導出孔１２が同心円状に等間隔に設けられている。尚、これら複数のガス導出孔１２は、インゴット形成用のターゲット３の軸線Ｌと平行に、即ち垂直方向に穿孔されている。
また、この天井部１１の上面には、ガス導出孔１２からガスを導出するための石英ガラス製のガス流通部１３が設けられている。このガス流通部１３は、図２，図４に示すように、有底円筒状に形成され、側壁１３ａの開口周縁部１３ｂが前記天井部１１の上面と密接して取付けられ、天井部１１の上面とガス流通部１３によって、ガスが流通する空間Ａが形成されている。尚、このガス流通部１３には、ガスを導入するためのガス導入口１３ｃが設けられている。
【００２４】
そして、前記天井部１１の上面に設けられたガス流通部１３に供給された可燃性ガス（例えば水素ガス（Ｈ2））、または（及び）支燃性ガス（例えば酸素ガス（Ｏ2））は、前記ガス導出孔１２を通過して炉２内に流入するように構成されている。この天井部１１のガス導出孔１２によって、第２の火炎流を形成するシリカ付着防止用バーナが構成される。
この第２の火炎流Ｆ２は垂直下方向に流れるため、炉２の内部のガスの流れを垂直下方向の流れになし、炉内、特に炉２の側壁及び天井部１１へのシリカ微粒子の付着を抑制する。尚、前記ガス導出孔１２をシリカガラス合成用のバーナ４側の内周側よりも炉の側壁側の外周側に数多く配置し、シリカガラス合成用のバーナ４側の内周側よりも炉の側壁側の外周側から多くのガスを導入するように構成するのが好ましい。またはシリカガラス合成用のバーナ４側の内周側に位置するガス導出孔１２の径よりも、炉の側壁側の外周側に位置するガス導出孔１２の径を大きく形成し、シリカガラス合成用のバーナ４側の内周側よりも炉の側壁側の外周側から多くのガスを導入するように構成するのが好ましい。
このように構成するのは、シリカガラス合成用のバーナ４からのガス流れが、インゴット形成用のターゲット３の方向に流れた後、炉の側壁側に沿って上昇する流れが生じる虞があり、その炉の側壁側に沿って上昇するガスの流れを抑制するためである。
【００２５】
また、前記天井部１１の中央部には、シリカガラス合成用のバーナ４を取り付けるために貫通孔１１ａが形成され、前記シリカガラス合成用のバーナ４が貫通孔１１ａに嵌合することによって、天井部１１に取付けられる。尚、前記ガス流通部１３にも貫通孔１３ｄが形成され、前記シリカガラス合成用のバーナ４が貫通孔１３ｄに嵌合することによって、ガスが流通する空間Ａが密閉空間として形成される。
更に、天井部１１の中央部の貫通孔１１ａの外周部には、天井部１１の中心方向に行くに従って、天井部１１の厚さ寸法が小さくなるように傾斜した傾斜面部１１ｂが形成されている。
【００２６】
前記シリカガラス合成用のバーナ４は、バーナ内筒管４ａとバーナ外筒管４ｂを備える、いわゆる二重管構造を有している。前記バーナ内筒管４ａには、少なくとも原料ガス（例えばＳｉＣｌ4＋Ｏ2）を導入するガス導入口４ｃが設けられ、バーナ外筒管４ｂには、可燃性ガス及び支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）及び酸素ガス（Ｏ2））を導入するガス導入口４ｄが設けられている。
尚、前記バーナ内筒管４ａから原料ガスとキャリアガス（例えばＳｉＣｌ4＋Ｏ2）の他、可燃性ガス、支燃性ガスを導入しても良く、バーナ外筒管４ｂから可燃性ガスまたは支燃性ガスのいずれか一方のガスを導入しても良い。
【００２７】
更に、このバーナ内筒管４ａとバーナ外筒管４ｂについて詳述すると、前記バーナ外筒管４ｂの下端部は、バーナ内筒管４ａの下端部よりも上方に位置するように配置されると共に、天井部１１の下面も上方に位置するように形成されている。具体的には、バーナ外筒管４ｂの下端部は、前記天井部１１の傾斜部１１ｂの最上部（天井部厚さの最薄部）に位置するように配置されている。尚、バーナ内筒管４ａの下端部は、天井部１１の下面と同一面（同一高さ）に形成されている。
また、バーナ外筒管４ｂのガス導出方向は、垂直下方向からインゴット形成用のターゲット３の方向に、所定角度θ傾斜している。したがって、バーナ外筒管４ｂから導出されたガスは、バーナ内筒管４ａの外周面に沿って、インゴット形成用のターゲット３の方向に流れる。
【００２８】
このように、前記シリカガラス合成用のバーナ４が二重管構造を有し、バーナ内筒管４ａとバーナ外筒管４ｂとが特定の配置構成を備えているため、生成されたシリカ微粒子は、バーナ４から噴出される第１の火炎流Ｆ１にのり、鉛直軸周りに回転するインゴットＸ（ターゲット３）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。
特に、バーナ外筒管４ｂから導出されるガスが、バーナ内筒管４ａの外周面及び天井部１１におけるバーナ外筒管４ｂの設置個所近傍（天井部１１の傾斜面１１ｂ）を流れるため、これら部位への浮遊シリカ微粒子の付着を抑制することができる。
【００２９】
このように、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａから、少なくとも原料ガスとキャリアガス（例えばＳｉＣｌ4＋Ｏ2）を導入し、バーナ外筒管４ｂから可燃性ガスまたは（及び）支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）または（及び）酸素ガス（Ｏ2））を導入し、第１の火炎流Ｆ１を形成する。
また、天井部１１のガス導出孔１２から可燃性ガスまたは（及び）支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）または（及び）酸素ガス（Ｏ2））を導入し、第２の火炎流Ｆ２を形成する。
【００３０】
前記第１の火炎流Ｆ１は、バーナ外筒管４ｂからインゴット形成用のターゲット３の方向に、所定角度θをもって斜め下方向に向かう流れであり、一方、第２の火炎Ｆ２はガス導出孔１２から垂直下方向に向かう流れである。
したがって、前記第１の火炎流Ｆ１と第２の火炎流Ｆ２は干渉することがなく、しかも、炉２の内部のガスの流れは上部（天井部）から炉下部に向かう下方向の流れとなり、前記ガスは炉２の上部に上昇することなく、排気ポート５から排出される。即ち、浮遊シリカ微粒子は排気ポート５に円滑に導かれ、炉２の側壁１０、天井部１１、シリカガラス合成用のバーナ４への付着が抑制される。
【００３１】
次に、本発明に係る合成シリカガラス製造装置を用いた合成シリカガラスの製造方法について説明する。
図１、２に示すように、約１４００℃の炉内に、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａを用いて原料ガス（例えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）などの気体＋酸素（Ｏ2））と、水素ガス（Ｈ2）、酸素ガス（Ｏ2）ガスを導入する。併せて、バーナ外筒管４ｂから可燃性ガスまたは（及び）支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）または（及び）酸素ガス（Ｏ2））を導入する。
また、天井部１１のガス導出孔１２から可燃性ガスまたは（及び）支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）または（及び）酸素ガス（Ｏ2））を導入する。
そして、原料ガスは酸水素炎により、火炎加水分解させてシリカガラス微粒子を回転するターゲット３上に堆積、溶融ガラス化させる。尚、合成シリカガラスの堆積速度に合わせてバーナ４からインゴットＸの溶融シリカ付着面までの距離を一定に保つように引き下げながら合成シリカガラスの製造が行われる。
【００３２】
ここで、バーナ外筒管４ｂから導出されるガスの流速及び天井部１１のガス導出孔１２から導出されるガスの流速は０．５ｍ／ｓｅｃ以上であることが望ましい。
流速が０．５ｍ／ｓｅｃ未満の場合、炉上部（天井部１１）から炉下部に向かう下方向の流れが、炉２の側壁１０の内面に沿った上昇気流に負け、炉内の気流が乱れ、浮遊シリカ微粒子が炉内部付着して、欠陥（気泡・インクルージョン）を招く虞があるためである。また天井部１１のガス導出孔１２から導出されるガスの流速は、上記したようにガスの流速は０．５ｍ／ｓｅｃ以上であって、シリカガラス合成用のバーナ４側の内周側に位置するガス導出孔１２の流速よりも、炉の側壁側の外周側に位置するガス導出孔１２の流速を大きくするのが望ましい。シリカガラス合成用のバーナ４からのガス流れが、インゴット形成用のターゲット３の方向に流れた後、炉の側壁側に沿って上昇する流れが生じる虞があり、その炉の側壁側に沿って上昇するガスの流れを抑制するためである。
【００３３】
尚、上記実施形態にあっては、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａから原料ガス（例えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）などの気体＋酸素（Ｏ2））、水素ガス（Ｈ2）、酸素ガス（Ｏ2）ガスを炉内に導入するように構成されている。しかしながら、図５に示すように、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａ内に、原料ガスを供給するソースノズル４ｅと、前記ソースノズル４ｅを中心部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズル４ｆと、前記可燃性ガスノズル４ｆ内に前記ソースガスノズル４ｅを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズル４ｇを形成し、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａから原料ガス、可燃性ガス、支燃性ガスを供給するようになしても良い。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の好ましい実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
［実施例１］
図１に示す合成シリカガラス製造装置を用いて、合成シリカガラスのインゴットを製造した。尚、排気ポート５として、対称に２ヵ所設置した。また、天井部１１のガス導出孔１２として、φ１．０ｍｍの穴を３０ｍｍ間隔に４８個開け、その上面にガス流通部１３を設置し、シリカ付着防止用バーナとした。
そして、本装置を用い、シリカガラス合成用のバーナ４のガス導入口４ｃから原料ガスとしてＳｉＣｌ4を６０ｇ／ｍｉｎとＯ2を１０リットル／ｍｉｎ導入し、バーナ内筒管４ａから前記原料ガスと、支燃性ガスとしてＯ2ガスを２５０リットル／ｍｉｎ、可燃性ガスとしてＨ2ガスを５００リットル／ｍｉｎを炉内に導入した。またＯ2ガス／Ｈ2ガス比は０．５とした。
シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ外筒管４ｂからＯ2ガスを１０リットル／ｍｉｎと、天井部ガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）からＯ2ガスを６０リットル／ｍｉｎを炉内に供給しながら、外径φ５００ｍｍ、１０００ｋｇの合成シリカガラスインゴットを製造した。この結果、合成されたインゴット内部に気泡、インクルージョンは１点も検出されなかった。
【００３５】
［実施例２］
実施例１と同様の装置を用いて、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ外筒管４ｂからＨ2ガスを１０リットル／ｍｉｎ、天井部ガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）からＨ2ガスを６０リットル／ｍｉｎを炉内に供給しながら、その他の条件は実施例１と同条件で合成を行った。この結果、合成されたインゴット内部に気泡、インクルージョンは１点も検出されなかった。
【００３６】
［比較例１］
図１に示した装置の天井部にガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）を設けず、その他は実施例１と同条件として、外径φ５００ｍｍ、１０００ｋｇの合成シリカガラスインゴットを製造した。この結果、合成されたインゴット内部に気泡５点、インクルージョンは１０点検出された。
【００３７】
［比較例２］
実施例１と同様の装置を用いて、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ外筒管４ｂからＮ2ガスを１０リットル／ｍｉｎ、天井部ガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）からＮ2ガスを６０リットル／ｍｉｎ炉内に供給しながら、その他の条件は実施例１と同条件で合成を行った。この結果、合成されたインゴット内部に気泡３点、インクルージョンは５点検出された。
【符号の説明】
【００３８】
１ 合成シリカガラス製造装置
２ 炉
３ ターゲット
４ インゴット合成用のバーナ
４ａ バーナ内筒管
４ｂ バーナ外筒管
５ 排気ポート
１０ 炉の側壁部
１１ 天井部
１２ ガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）
Ｆ１ 第１の火炎流
Ｆ２ 第２の火炎流
【技術分野】
【０００１】
本発明は合成シリカガラス製造装置に関し、特にシリカガラス合成用バーナからの火炎流と別の火炎流を形成することにより、浮遊シリカ微粒子のインゴット合成面への付着を抑制する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６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＋Ｏ2）、水素ガス（Ｈ2）、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６のＳ１）、高温の水蒸気（Ｈ2Ｏ）が発生する（図６のＳ２）。
【０００４】
そして、その水蒸気（Ｈ2Ｏ）と原料ガス（ＳｉＣｌ4＋Ｏ2）とが加水分解反応（図６のＳ３）することによりシリカ微粒子（ＳｉＯ2）が生成される（図６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、このような火炎加水合成法によるシリカガラス製造方法においては、インゴット５３（ターゲット５２）上に堆積せず浮遊するシリカ微粒子や反応生成ガス等を排気するために、排気口を有した炉が用いられる。
しかしながら、炉の構造によっては炉内のガス流れが引き起こす気流に従い、浮遊シリカ微粒子をインゴット合成面（溶融シリカ付着面）へ飛来させ、欠陥（気泡、インクルージョン）を招く原因となっていた。
【０００６】
この問題を解決する装置として、壁面に沿って常温の不活性ガスを流す石英ガラス製造装置が特開平７−１０９１３４号（特許文献１）において提案されている。この装置について図７に基づいて説明する。
図７に示すように、この石英ガラスの製造装置６０は、炉６１と、該炉内部に設置されたインゴット形成用のターゲット６２と、該ターゲット６２に先端を向けて設置された石英ガラス合成用のバーナ６３と、前記ターゲット６２上に堆積されなかった石英ガラス粉を排気する排気手段６４とを備えている。また、炉６１の内壁に不活性ガスを導出するガス管からなるガス流出手段６５が設けられている。
【０００７】
この石英ガラスの製造装置６０にあっては、前記したようにガス流出手段６５が設けられ、炉６１の内壁に不活性ガスを導出するように構成されているため、インゴットに堆積されなかった浮遊シリカ微粒子は排気口６４に導かれ、炉６１の内壁への付着が抑制される。
【０００８】
しかし、常温の不活性ガスを流した場合には炉６１の内部温度が低下するため、石英ガラスの合成条件が変化し、脈理等の欠陥が生じやすいという欠点があった。また、常温の不活性ガスを炉内へ導出するノズルの温度は低く、そのため前記ノズルの周囲にはシリカ微粒子が付着しやすく、ノズルを詰まらせるおそれがあった。更に、ノズルの周囲に付着したシリカ微粒子がインゴット合成面に飛来し、依然として、欠陥（気泡、インクルージョン）を招く虞があった。
【０００９】
更に、特開２０００−２６１２６号（特許文献２）に記載されているように、炉の内壁面に沿った火炎流を形成する装置が提案されている。
この特許文献２に記載されている石英ガラス製造装置７０は、インゴット形成用ターゲット７１と、内部にターゲット７１が配設され、排気口７２を有する炉７３と、ターゲット７１に先端を向けて配設された石英ガラス合成用バーナ７４と、排気口７２から炉７３内のガスを排気する排気管７５を備えている。また、この石英ガラス製造装置７０には、可燃性の水素ガスおよび支燃性の酸素ガスをそれぞれ炉７３内に導出して、炉７３の内壁面に沿った火炎流を形成するノズル７６が設けられている。
【００１０】
この石英ガラス製造装置７０にあっては、石英ガラス合成用バーナ７４からの火炎と前記ノズル７６からの火炎とが干渉し、石英ガラスの合成条件が変化する虞があり、このため、合成シリカガラスに脈理等の欠陥が生じやすいという欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−１０９１３４号公報
【特許文献２】特開２０００−２６１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者らは、特許文献１に記載されたような、炉の内壁に不活性ガスを導出させることは、前記したように炉の内部温度が低下し、石英ガラスの合成条件に変化を来たし、脈理等の欠陥が生じやすいため、石英ガラスの合成条件の変化が少ない特許文献２に記載されたような、シリカガラス合成用バーナからの火炎と別の火炎を形成する装置を前提に、鋭意研究し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明は、シリカガラス合成用バーナからの火炎と別の火炎を形成することにより、浮遊シリカ微粒子のインゴット合成面（溶融シリカ付着面）への付着を抑制すると共に、脈理及び内部欠陥が抑制された合成シリカガラスを製造できる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】
【００１４】
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装置は、耐火物製の炉と、該炉内部に設置されたインゴット形成用のターゲットと、前記炉内に原料ガスと支燃性ガスと可燃性ガスを導出して火炎流を形成するシリカガラス合成用のバーナと、前記ターゲット上に堆積されなかった浮遊シリカ微粒子を排気する炉の下部に設けられた排気ポートとを備えた合成シリカガラスの製造装置であって、前記シリカガラス合成用のバーナは、少なくとも原料ガスを導出するバーナ内筒管と、少なくとも可燃性あるいは支燃性ガスを導出するバーナ外筒管を備え、前記バーナ外筒管からのガスの導出によって、バーナ内筒管の外周面に沿って下方向に向かう第１の火炎流が形成され、前記炉は、耐火物製の円筒状の側壁部と、前記側壁部の上部を閉塞する耐火物製の天井部とから構成され、前記天井部には複数のガス導出孔が設けられると共に、前記ガス導出孔からのガスの導出によって、ガス導出孔から垂直下方向に向かう第２の火炎流が形成されることを特徴としている。
【００１５】
このように、シリカガラス合成用のバーナによって炉の下方向に向かう第１の火炎流が形成されると共に、天井部の複数のガス導出孔によって炉の垂直下方向に向かう第２の火炎流が形成されるため、炉の側壁、天井部、シリカガラス合成用のバーナ等へのシリカ微粒子の付着が抑制される。その結果、浮遊シリカ微粒子のインゴット合成面（溶融シリカ付着面）への付着が抑制され、脈理及び内部欠陥が抑制された合成シリカガラスを製造できる。
【００１６】
ここで、前記バーナ外筒管のガス導出方向は、垂直下方向からインゴット形成用のターゲットの方向に、所定角度傾斜していることが望ましい。
このように、前記バーナ外筒管のガス導出方向が傾斜しているため、第１の火炎流と第２の火炎流の干渉を抑制でき、合成シリカガラスの合成条件を一定に保つことができ、脈理等の欠陥の発性を抑制できる。
【００１７】
また、前記バーナ外筒管から導出されるガス種及び前記天井部のガス導出孔から導出されるガス種がＯ2ガスあるいはＨ2ガスであることが望ましい。
このように、支燃性ガスであるＯ2ガスあるいは可燃性ガスであるＨ2ガスを導出することにより、下方向に向かう第１、第２の火炎流を容易に形成することができ、炉の側壁、天井部、シリカガラス合成用のバーナ等へのシリカ微粒子の付着をより抑制することができる。
【００１８】
また、前記バーナ外筒管の下端部は、バーナ内筒管の下端部よりも上方に位置するように配置されると共に、天井部の下面も上方に位置するように形成され、バーナ内筒管の下端部は、天井部の下面と同一面に形成されていることが望ましい。
このように、バーナ内筒管とバーナ外筒管とが特定の配置構成を備えているため、バーナ内筒管の外周面、及び天井部におけるバーナ外筒管の設置個所近傍等の部位へのシリカ微粒子の付着を抑制することができる。
【００１９】
また、前記バーナ内筒管を、原料ガスとキャリア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部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズルと、前記可燃性ガスノズル内に前記ソースガスノズルを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズルとで構成し、前記バーナ内筒管から原料ガス、可燃性ガス、支燃性ガスを供給することが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シリカガラス合成用バーナからの火炎と別の火炎を形成することにより、浮遊シリカ微粒子のインゴット合成面（溶融シリカ付着面）への付着を抑制すると共に、脈理及び内部欠陥が抑制された合成シリカガラスを製造できる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】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る合成シリカガラス製造装置の概略構成図であって、炉については断面で示した図である。
【図２】図１の合成シリカガラス製造装置の要部拡大断面図である。
【図３】図１の合成シリカガラス製造装置における天井部の底面図である。
【図４】図２におけるＩ−Ｉ断面図である。
【図５】図１の合成シリカガラス製造装置における天井部の変形例を示す底面図である。
【図６】合成シリカガラスの製造の原理を説明するための概念図である。
【図７】従来の合成シリカガラス製造装置を示す概略構成図である。
【図８】従来の他の合成シリカガラス製造装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明にかかる合成シリカガラス製造装置の一実施形態について、図１に基づいて説明する。
本発明の合成シリカガラス製造装置１は、耐火物製の炉２と、該炉内部に設置されたインゴットＸを形成するためのターゲット３と、該ターゲット３に先端を向けて設置され、前記炉２内に原料ガスと支燃性ガスと可燃性ガスを噴射して火炎を形成するシリカガラス合成用のバーナ４と、前記ターゲット３上に堆積されなかった浮遊シリカ微粒子を排気する炉の下部に設けられた排気ポート５とを備えている。尚、図示しないが、前記ターゲット３を回転および昇降するインゴット昇降手段が設けられている。
【００２３】
前記炉２は、耐火物製の円筒状の側壁部１０と、前記側壁部１０の上部を閉塞する耐火物製の天井部１１とから構成され、この天井部１１には、図２、３に示すように、複数のガス導出孔１２が同心円状に等間隔に設けられている。例えば、図３に示すように、４８個のガス導出孔１２が同心円状に等間隔に設けられている。尚、これら複数のガス導出孔１２は、インゴット形成用のターゲット３の軸線Ｌと平行に、即ち垂直方向に穿孔されている。
また、この天井部１１の上面には、ガス導出孔１２からガスを導出するための石英ガラス製のガス流通部１３が設けられている。このガス流通部１３は、図２，図４に示すように、有底円筒状に形成され、側壁１３ａの開口周縁部１３ｂが前記天井部１１の上面と密接して取付けられ、天井部１１の上面とガス流通部１３によって、ガスが流通する空間Ａが形成されている。尚、このガス流通部１３には、ガスを導入するためのガス導入口１３ｃが設けられている。
【００２４】
そして、前記天井部１１の上面に設けられたガス流通部１３に供給された可燃性ガス（例えば水素ガス（Ｈ2））、または（及び）支燃性ガス（例えば酸素ガス（Ｏ2））は、前記ガス導出孔１２を通過して炉２内に流入するように構成されている。この天井部１１のガス導出孔１２によって、第２の火炎流を形成するシリカ付着防止用バーナが構成される。
この第２の火炎流Ｆ２は垂直下方向に流れるため、炉２の内部のガスの流れを垂直下方向の流れになし、炉内、特に炉２の側壁及び天井部１１へのシリカ微粒子の付着を抑制する。尚、前記ガス導出孔１２をシリカガラス合成用のバーナ４側の内周側よりも炉の側壁側の外周側に数多く配置し、シリカガラス合成用のバーナ４側の内周側よりも炉の側壁側の外周側から多くのガスを導入するように構成するのが好ましい。またはシリカガラス合成用のバーナ４側の内周側に位置するガス導出孔１２の径よりも、炉の側壁側の外周側に位置するガス導出孔１２の径を大きく形成し、シリカガラス合成用のバーナ４側の内周側よりも炉の側壁側の外周側から多くのガスを導入するように構成するのが好ましい。
このように構成するのは、シリカガラス合成用のバーナ４からのガス流れが、インゴット形成用のターゲット３の方向に流れた後、炉の側壁側に沿って上昇する流れが生じる虞があり、その炉の側壁側に沿って上昇するガスの流れを抑制するためである。
【００２５】
また、前記天井部１１の中央部には、シリカガラス合成用のバーナ４を取り付けるために貫通孔１１ａが形成され、前記シリカガラス合成用のバーナ４が貫通孔１１ａに嵌合することによって、天井部１１に取付けられる。尚、前記ガス流通部１３にも貫通孔１３ｄが形成され、前記シリカガラス合成用のバーナ４が貫通孔１３ｄに嵌合することによって、ガスが流通する空間Ａが密閉空間として形成される。
更に、天井部１１の中央部の貫通孔１１ａの外周部には、天井部１１の中心方向に行くに従って、天井部１１の厚さ寸法が小さくなるように傾斜した傾斜面部１１ｂが形成されている。
【００２６】
前記シリカガラス合成用のバーナ４は、バーナ内筒管４ａとバーナ外筒管４ｂを備える、いわゆる二重管構造を有している。前記バーナ内筒管４ａには、少なくとも原料ガス（例えばＳｉＣｌ4＋Ｏ2）を導入するガス導入口４ｃが設けられ、バーナ外筒管４ｂには、可燃性ガス及び支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）及び酸素ガス（Ｏ2））を導入するガス導入口４ｄが設けられている。
尚、前記バーナ内筒管４ａから原料ガスとキャリアガス（例えばＳｉＣｌ4＋Ｏ2）の他、可燃性ガス、支燃性ガスを導入しても良く、バーナ外筒管４ｂから可燃性ガスまたは支燃性ガスのいずれか一方のガスを導入しても良い。
【００２７】
更に、このバーナ内筒管４ａとバーナ外筒管４ｂについて詳述すると、前記バーナ外筒管４ｂの下端部は、バーナ内筒管４ａの下端部よりも上方に位置するように配置されると共に、天井部１１の下面も上方に位置するように形成されている。具体的には、バーナ外筒管４ｂの下端部は、前記天井部１１の傾斜部１１ｂの最上部（天井部厚さの最薄部）に位置するように配置されている。尚、バーナ内筒管４ａの下端部は、天井部１１の下面と同一面（同一高さ）に形成されている。
また、バーナ外筒管４ｂのガス導出方向は、垂直下方向からインゴット形成用のターゲット３の方向に、所定角度θ傾斜している。したがって、バーナ外筒管４ｂから導出されたガスは、バーナ内筒管４ａの外周面に沿って、インゴット形成用のターゲット３の方向に流れる。
【００２８】
このように、前記シリカガラス合成用のバーナ４が二重管構造を有し、バーナ内筒管４ａとバーナ外筒管４ｂとが特定の配置構成を備えているため、生成されたシリカ微粒子は、バーナ４から噴出される第１の火炎流Ｆ１にのり、鉛直軸周りに回転するインゴットＸ（ターゲット３）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。
特に、バーナ外筒管４ｂから導出されるガスが、バーナ内筒管４ａの外周面及び天井部１１におけるバーナ外筒管４ｂの設置個所近傍（天井部１１の傾斜面１１ｂ）を流れるため、これら部位への浮遊シリカ微粒子の付着を抑制することができる。
【００２９】
このように、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａから、少なくとも原料ガスとキャリアガス（例えばＳｉＣｌ4＋Ｏ2）を導入し、バーナ外筒管４ｂから可燃性ガスまたは（及び）支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）または（及び）酸素ガス（Ｏ2））を導入し、第１の火炎流Ｆ１を形成する。
また、天井部１１のガス導出孔１２から可燃性ガスまたは（及び）支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）または（及び）酸素ガス（Ｏ2））を導入し、第２の火炎流Ｆ２を形成する。
【００３０】
前記第１の火炎流Ｆ１は、バーナ外筒管４ｂからインゴット形成用のターゲット３の方向に、所定角度θをもって斜め下方向に向かう流れであり、一方、第２の火炎Ｆ２はガス導出孔１２から垂直下方向に向かう流れである。
したがって、前記第１の火炎流Ｆ１と第２の火炎流Ｆ２は干渉することがなく、しかも、炉２の内部のガスの流れは上部（天井部）から炉下部に向かう下方向の流れとなり、前記ガスは炉２の上部に上昇することなく、排気ポート５から排出される。即ち、浮遊シリカ微粒子は排気ポート５に円滑に導かれ、炉２の側壁１０、天井部１１、シリカガラス合成用のバーナ４への付着が抑制される。
【００３１】
次に、本発明に係る合成シリカガラス製造装置を用いた合成シリカガラスの製造方法について説明する。
図１、２に示すように、約１４００℃の炉内に、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａを用いて原料ガス（例えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）などの気体＋酸素（Ｏ2））と、水素ガス（Ｈ2）、酸素ガス（Ｏ2）ガスを導入する。併せて、バーナ外筒管４ｂから可燃性ガスまたは（及び）支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）または（及び）酸素ガス（Ｏ2））を導入する。
また、天井部１１のガス導出孔１２から可燃性ガスまたは（及び）支燃性ガス（水素ガス（Ｈ2）または（及び）酸素ガス（Ｏ2））を導入する。
そして、原料ガスは酸水素炎により、火炎加水分解させてシリカガラス微粒子を回転するターゲット３上に堆積、溶融ガラス化させる。尚、合成シリカガラスの堆積速度に合わせてバーナ４からインゴットＸの溶融シリカ付着面までの距離を一定に保つように引き下げながら合成シリカガラスの製造が行われる。
【００３２】
ここで、バーナ外筒管４ｂから導出されるガスの流速及び天井部１１のガス導出孔１２から導出されるガスの流速は０．５ｍ／ｓｅｃ以上であることが望ましい。
流速が０．５ｍ／ｓｅｃ未満の場合、炉上部（天井部１１）から炉下部に向かう下方向の流れが、炉２の側壁１０の内面に沿った上昇気流に負け、炉内の気流が乱れ、浮遊シリカ微粒子が炉内部付着して、欠陥（気泡・インクルージョン）を招く虞があるためである。また天井部１１のガス導出孔１２から導出されるガスの流速は、上記したようにガスの流速は０．５ｍ／ｓｅｃ以上であって、シリカガラス合成用のバーナ４側の内周側に位置するガス導出孔１２の流速よりも、炉の側壁側の外周側に位置するガス導出孔１２の流速を大きくするのが望ましい。シリカガラス合成用のバーナ４からのガス流れが、インゴット形成用のターゲット３の方向に流れた後、炉の側壁側に沿って上昇する流れが生じる虞があり、その炉の側壁側に沿って上昇するガスの流れを抑制するためである。
【００３３】
尚、上記実施形態にあっては、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａから原料ガス（例えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）などの気体＋酸素（Ｏ2））、水素ガス（Ｈ2）、酸素ガス（Ｏ2）ガスを炉内に導入するように構成されている。しかしながら、図５に示すように、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａ内に、原料ガスを供給するソースノズル４ｅと、前記ソースノズル４ｅを中心部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズル４ｆと、前記可燃性ガスノズル４ｆ内に前記ソースガスノズル４ｅを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズル４ｇを形成し、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ内筒管４ａから原料ガス、可燃性ガス、支燃性ガスを供給するようになしても良い。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の好ましい実施形態を実施例に基づき説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
［実施例１］
図１に示す合成シリカガラス製造装置を用いて、合成シリカガラスのインゴットを製造した。尚、排気ポート５として、対称に２ヵ所設置した。また、天井部１１のガス導出孔１２として、φ１．０ｍｍの穴を３０ｍｍ間隔に４８個開け、その上面にガス流通部１３を設置し、シリカ付着防止用バーナとした。
そして、本装置を用い、シリカガラス合成用のバーナ４のガス導入口４ｃから原料ガスとしてＳｉＣｌ4を６０ｇ／ｍｉｎとＯ2を１０リットル／ｍｉｎ導入し、バーナ内筒管４ａから前記原料ガスと、支燃性ガスとしてＯ2ガスを２５０リットル／ｍｉｎ、可燃性ガスとしてＨ2ガスを５００リットル／ｍｉｎを炉内に導入した。またＯ2ガス／Ｈ2ガス比は０．５とした。
シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ外筒管４ｂからＯ2ガスを１０リットル／ｍｉｎと、天井部ガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）からＯ2ガスを６０リットル／ｍｉｎを炉内に供給しながら、外径φ５００ｍｍ、１０００ｋｇの合成シリカガラスインゴットを製造した。この結果、合成されたインゴット内部に気泡、インクルージョンは１点も検出されなかった。
【００３５】
［実施例２］
実施例１と同様の装置を用いて、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ外筒管４ｂからＨ2ガスを１０リットル／ｍｉｎ、天井部ガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）からＨ2ガスを６０リットル／ｍｉｎを炉内に供給しながら、その他の条件は実施例１と同条件で合成を行った。この結果、合成されたインゴット内部に気泡、インクルージョンは１点も検出されなかった。
【００３６】
［比較例１］
図１に示した装置の天井部にガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）を設けず、その他は実施例１と同条件として、外径φ５００ｍｍ、１０００ｋｇの合成シリカガラスインゴットを製造した。この結果、合成されたインゴット内部に気泡５点、インクルージョンは１０点検出された。
【００３７】
［比較例２］
実施例１と同様の装置を用いて、シリカガラス合成用のバーナ４のバーナ外筒管４ｂからＮ2ガスを１０リットル／ｍｉｎ、天井部ガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）からＮ2ガスを６０リットル／ｍｉｎ炉内に供給しながら、その他の条件は実施例１と同条件で合成を行った。この結果、合成されたインゴット内部に気泡３点、インクルージョンは５点検出された。
【符号の説明】
【００３８】
１ 合成シリカガラス製造装置
２ 炉
３ ターゲット
４ インゴット合成用のバーナ
４ａ バーナ内筒管
４ｂ バーナ外筒管
５ 排気ポート
１０ 炉の側壁部
１１ 天井部
１２ ガス導出孔（シリカ付着防止用バーナ）
Ｆ１ 第１の火炎流
Ｆ２ 第２の火炎流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火物製の炉と、該炉内部に設置されたインゴット形成用のターゲットと、前記炉内に原料ガスと支燃性ガスと可燃性ガスを導出して火炎流を形成するシリカガラス合成用のバーナと、前記ターゲット上に堆積されなかった浮遊シリカ微粒子を排気する炉の下部に設けられた排気ポートとを備えた合成シリカガラスの製造装置であって、
前記シリカガラス合成用のバーナは、少なくとも原料ガスを導出するバーナ内筒管と、少なくとも可燃性あるいは支燃性ガスを導出するバーナ外筒管を備え、前記バーナ外筒管からのガスの導出によって、バーナ内筒管の外周面に沿って下方向に向かう第１の火炎流が形成され、
前記炉は、耐火物製の円筒状の側壁部と、前記側壁部の上部を閉塞する耐火物製の天井部とから構成され、前記天井部には複数のガス導出孔が設けられると共に、前記ガス導出孔からのガスの導出によって、ガス導出孔から垂直下方向に向かう第２の火炎流が形成されることを特徴とする合成シリカガラスの製造装置。
【請求項２】
前記バーナ外筒管のガス導出方向は、垂直下方向からインゴット形成用のターゲットの方向に、所定角度傾斜していることを特徴とする請求項１記載の合成シリカガラスの製造装置。
【請求項３】
前記バーナ外筒管から導出されるガス種及び前記天井部のガス導出孔から導出されるガス種がＯ2ガスあるいはＨ2ガスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された合成シリカガラス製造装置。
【請求項４】
前記バーナ外筒管の下端部は、バーナ内筒管の下端部よりも上方に位置するように配置されると共に、天井部の下面も上方に位置するように形成され、バーナ内筒管の下端部は、天井部の下面と同一面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された合成シリカガラス製造装置。
【請求項５】
前記バーナ内筒管を、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部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズルと、前記可燃性ガスノズル内に前記ソースガスノズルを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズルとで構成し、前記バーナ内筒管から原料ガス、可燃性ガス、支燃性ガスを供給することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された合成シリカガラス製造装置。
【請求項１】
耐火物製の炉と、該炉内部に設置されたインゴット形成用のターゲットと、前記炉内に原料ガスと支燃性ガスと可燃性ガスを導出して火炎流を形成するシリカガラス合成用のバーナと、前記ターゲット上に堆積されなかった浮遊シリカ微粒子を排気する炉の下部に設けられた排気ポートとを備えた合成シリカガラスの製造装置であって、
前記シリカガラス合成用のバーナは、少なくとも原料ガスを導出するバーナ内筒管と、少なくとも可燃性あるいは支燃性ガスを導出するバーナ外筒管を備え、前記バーナ外筒管からのガスの導出によって、バーナ内筒管の外周面に沿って下方向に向かう第１の火炎流が形成され、
前記炉は、耐火物製の円筒状の側壁部と、前記側壁部の上部を閉塞する耐火物製の天井部とから構成され、前記天井部には複数のガス導出孔が設けられると共に、前記ガス導出孔からのガスの導出によって、ガス導出孔から垂直下方向に向かう第２の火炎流が形成されることを特徴とする合成シリカガラスの製造装置。
【請求項２】
前記バーナ外筒管のガス導出方向は、垂直下方向からインゴット形成用のターゲットの方向に、所定角度傾斜していることを特徴とする請求項１記載の合成シリカガラスの製造装置。
【請求項３】
前記バーナ外筒管から導出されるガス種及び前記天井部のガス導出孔から導出されるガス種がＯ2ガスあるいはＨ2ガスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された合成シリカガラス製造装置。
【請求項４】
前記バーナ外筒管の下端部は、バーナ内筒管の下端部よりも上方に位置するように配置されると共に、天井部の下面も上方に位置するように形成され、バーナ内筒管の下端部は、天井部の下面と同一面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された合成シリカガラス製造装置。
【請求項５】
前記バーナ内筒管を、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部に収容し、可燃性ガスを供給する可燃性ガスノズルと、前記可燃性ガスノズル内に前記ソースガスノズルを囲うように配置され、支燃性ガスを供給する複数の支燃性ガスノズルとで構成し、前記バーナ内筒管から原料ガス、可燃性ガス、支燃性ガスを供給することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された合成シリカガラス製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−４１２３１（Ｐ２０１２−４１２３１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８３８５１（Ｐ２０１０−１８３８５１）
【出願日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５９２１０４９４４）コバレントマテリアル徳山株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５９２１０４９４４）コバレントマテリアル徳山株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
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