多孔質ガラス母材製造用バーナ及び多孔質ガラス母材の製造方法
【課題】本発明の目的は、最外側のガス噴出開口部の断面積を変更して、所望の助燃性ガスの流量及び線速に調整し、助燃性ガス及び可燃性ガスの拡散を抑えるとともに、堆積効率を向上させることが可能な多孔質ガラス母材製造用バーナ及びその多孔質ガラス母材製造用バーナを用いた多孔質ガラス母材の製造方法を提供することにある。
【解決手段】本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナ１０によれば、複数のガス噴出開口部１５，１６，１７のうち最外側の第３のガス噴出開口部１７が、塞ぎ部材１９によって塞がれており、塞ぎ部材１９には、一列又は複数列のガス噴出孔２０がガラス原料ガス噴出ポート１１の中心軸に対して同心円状に設けられている。
【解決手段】本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナ１０によれば、複数のガス噴出開口部１５，１６，１７のうち最外側の第３のガス噴出開口部１７が、塞ぎ部材１９によって塞がれており、塞ぎ部材１９には、一列又は複数列のガス噴出孔２０がガラス原料ガス噴出ポート１１の中心軸に対して同心円状に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質ガラス母材製造用バーナ、及びそのバーナを用いる多孔質ガラス母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ母材を製造するために、各種方法が提案されている。それらの方法の中でも、特に、外付け（ＯＶＤ：Outside Vapor Phase Deposition）法が汎用されている。
【０００３】
この外付け法は、比較的任意の屈折率分布の光ファイバ母材が得られ、しかも、大口径の光ファイバ母材を量産することができる方法として知られている。
この外付け法の一例としては、最初の段階として、出発母材とガラス母材製造用バーナとを相対的に往復移動させながら、ガラス母材製造用バーナからガラス微粒子を含む火炎を出発母材に噴射し、出発母材上にガラス微粒子（スート）を付着堆積させる。そして、次の段階として、スート堆積体を電気炉内で脱水及び焼結させることによって透明ガラス化し、これにより光ファイバ母材を生成する。
【０００４】
従来、ガラス微粒子の堆積体を合成するバーナとしては、石英ガラス製の同芯多重管バーナが用いられてきた。このような多重管バーナは、ガラス原料ガス、可燃性ガス、及び助燃性ガスの混合が十分に行われないため、ガラス微粒子の生成が不十分となる傾向にあった。その結果、収率が伸びずに、ガラス微粒子の高速な合成が困難であった。
【０００５】
この問題を解決するために、特許文献１では、マルチノズル型の多重管バーナが提案されている。特許文献１の多重管バーナでは、原料ガス噴出ポートの周囲に円環状の可燃性ガス噴出開口部が配置され、この可燃性ガス噴出開口部内に、複数の小口径助燃性ガス噴出ポートが原料ガス噴出ポートの中心軸に対して同心円状に配置されている。
【０００６】
また、このタイプの多重管バーナについて、更に堆積効率を向上させるために多くの構成が提案されている。例えば、小口径助燃性ガス噴出ポートの構成としては、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び特許文献５が提案されている。また、小口径助燃性ガス噴出ポートの焦点距離の適正化としては、特許文献６、特許文献７、及び特許文献８が提案されている。さらに、多重管バーナにおけるガス流量及びガス線速の適正化としては、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、及び特許文献１２が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第１７７３３５９号
【特許文献２】特開２００３−２０６１５４号公報
【特許文献３】特開２００４−３３１４４０号公報
【特許文献４】特開２００６−１８２６２４号公報
【特許文献５】特許第３７４４３５０号
【特許文献６】特開平５−３２３１３０号公報
【特許文献７】特許第３５４３５３７号
【特許文献８】特開２００３−２２６５４４号公報
【特許文献９】特許第３５９１３３０号
【特許文献１０】特開２００３−１６５７３７号公報
【特許文献１１】特開２００３−２１２５５５号公報
【特許文献１２】特許第３６５３９０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図６及び図７は、従来の多重管バーナの一例を示している。
図６及び図７に示すように、従来の多孔質ガラス母材製造用バーナ３０は、五重管構造になっている。多孔質ガラス母材製造用バーナ３０は、中心軸Ｃ（図８参照）を有する第１の管３１と、第１の管３１の周囲に配置された第２の管３２と、第２の管３２の周囲に配置された第３の管３３と、第３の管３３の周囲に配置された第４の管３４と、第４の管３４の周囲に配置された第５の管３５とを備えている。
【０００９】
図６に示すように、第２の管３２と第３の管３３との間には、８本の小口径助燃性ガス噴出ポート３６が第１の管３１の中心軸Ｃに対して同心円状に配置されている。図８に示すように、小口径助燃性ガス噴出ポート３６の軸線は、第１の管３１の中心軸Ｃの延長線上において交点ｆ１を有し（すなわち、焦点を有する）、多孔質ガラス母材製造用バーナ３０の先端から交点ｆ１までの距離（焦点距離）Ｌ１は、１５０ｍｍに設定されている。
【００１０】
この従来例では、第１の管３１に、ガラス原料ガスとしてＳｉＣｌ４を１０Ｌ／ｍｉｎで供給するとともに、助燃性ガスとしてＯ２を１２Ｌ／ｍｉｎで供給する。また、第２の管３２に、シールガスとしてＡｉｒを４Ｌ／ｍｉｎで供給し、第３の管３３には、可燃性ガスとしてＨ２を１７０Ｌ／ｍｉｎで供給する。また、第４の管３４には、シールガスとしてＮ２を５Ｌ／ｍｉｎで供給し、小口径助燃性ガス噴出ポート３６には、助燃性ガスとしてＯ２を２５Ｌ／ｍｉｎで供給する。
【００１１】
この従来例に対して、以下の表１のような実験を行った。この実験では、第５の管３５に供給する助燃性ガスの流量を変化させて、助燃性ガスの線速やガラス微粒子の堆積効率を測った。なお、この実験では、４本の多孔質ガラス母材製造用バーナ３１を１５０ｍｍ間隔で並べ、出発母材に多孔質ガラス微粒子を１３０ｋｇ堆積させた。なお、実験で使用した出発母材は、外径５５ｍｍ、長さ２０００ｍｍのコアロッドの両端部に外径５０ｍｍのダミーロッドを溶着したものである。
【００１２】
【表１】
【００１３】
実験では、上記の従来例Ａ、Ｂ、Ｃの全てにおいて第５の管３５から排出される助燃性ガスの線速が小さく、図８のようにガスの拡散や火炎の乱れが大きくなった。また、従来例Ｃでは、第５の管３５からの助燃性ガスの流量が大きくなりすぎて、堆積面の温度が低下し、その結果、堆積効果も大きく低下した。
【００１４】
ところで、多孔質ガラス母材製造用バーナの製作において、各管の厚みを薄くすることや、各管同士のクリアランスを狭めて製作することは、非常に困難である。したがって、各管の間のガス噴出開口部の断面積を任意に調節することが難しく、外側のガス噴出開口部ほど断面積が大きくなる傾向にある。
このようなバーナにおいて、最外側の助燃性ガスの線速を大きくしようとすると、必要以上にガス流量を大きくしなければならない。しかしながら、上記の従来例Ｃの実験結果からもわかるように、助燃性ガスの流量を必要以上に大きくすると、堆積面の温度が低下し、その結果、堆積効果も大きく低下してしまうという問題がある。
【００１５】
一方、助燃性ガスの流量を小さすると、線速が小さくなってしまう。助燃性ガスの線速が小さくなると、図８に示すように、ガスの拡散や火炎の乱れが大きくなる。その結果、堆積効果が伸びない。
また、助燃性ガスの線速が小さい場合には、可燃性ガスと助燃性ガスとが隣接して噴出される構成にすると、管の先端部分が焼けてしまう。したがって、図６及び図７の従来の構成のように、可燃性ガスを噴出する第３の管３３と助燃性ガスを噴出する第５の管３５との間に第４の管３４を配置し、第４の管３４に不活性ガスを流す必要がある。しかしながら、不活性ガスがガス微粒子の堆積面に当たると、堆積面の温度が低下し、その結果、堆積効果が低下してしまうという問題がある。
【００１６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、最外側のガス噴出開口部の断面積を変更して、所望の助燃性ガスの流量及び線速に調整し、助燃性ガス及び可燃性ガスの拡散を抑えるとともに、堆積効率を向上させることが可能な多孔質ガラス母材製造用バーナ及びその多孔質ガラス母材製造用バーナを用いた多孔質ガラス母材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】
【００１７】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナにおいて、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられている。
【００１８】
また、本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナによれば、同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜している。
【００１９】
また、本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナによれば、前記最外側のガス噴出ポートには、助燃性ガスが供給され、前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートには、可燃性ガスが供給されるように構成されている。
【００２０】
また、本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナによれば、前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上である。
【００２１】
また、本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナによれば、前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下である。
【００２２】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いる多孔質ガラス母材の製造方法において、前記多孔質ガラス母材製造用バーナに可燃性ガス及び助燃性ガスを供給するステップと、前記多孔質ガラス母材の出発母材と前記多孔質ガラス母材製造用バーナとを相対的に往復移動させながら、前記多孔質ガラス母材製造用バーナからガラス微粒子を含む火炎を前記出発母材に噴射させることにより、前記出発母材上に前記ガラス微粒子を堆積するステップとを含み、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられている。
【００２３】
また、本発明の多孔質ガラス母材の製造方法によれば、同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜している。
【００２４】
また、本発明の多孔質ガラス母材の製造方法によれば、前記可燃性ガス及び助燃性ガスを供給するステップは、前記最外側のガス噴出ポートに助燃性ガスを供給することと、前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートに可燃性ガスを供給することとを含む。
【００２５】
また、本発明の多孔質ガラス母材の製造方法によれば、前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上である。
【００２６】
また、本発明の多孔質ガラス母材の製造方法によれば、前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナにおいて、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられているので、最外側のガス噴出開口部の断面積が従来に比べて小さくなり、従来と同様のガス流量でガスを流した場合でも、ガスの線速が大きくなる。これにより、最外側のガス噴出開口部から噴出されるガス、及び、このガスに隣接して噴出されるガスの拡散が抑えられ、ガラス微粒子の堆積効率を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明によれば、同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜しているので、最外側のガス噴出開口部を通過するガスが中心軸の延長線上に向かって収束するように噴射され、最外側のガス噴出開口部から噴出されるガスの拡散をより効果的に抑えることができる。
さらに、最外側のガス噴出開口部を通過するガスが中心軸の延長線上に向かって収束するように噴射されるので、最外側のガス噴出開口部の内側を流れる別のガスに対して閉じ込め効果を発揮し、内側のガスの拡散もより効果的に抑えることができる。したがって、ガラス微粒子の堆積効率をより一層向上させることができる。
【００２９】
また、本発明の別の態様によれば、前記最外側のガス噴出ポートには、助燃性ガスが供給され、前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートには、可燃性ガスが供給されるように構成されている。
従来では、バーナの先端部分が焼けるのを防ぐために可燃性ガスと助燃性ガスとの間に不活性ガスを流す必要があったが、本発明の構成によれば、最外側のガス噴出開口部を通過するガスの線速が従来に比べて大きくなるので、不活性ガスを流さなくても、バーナの先端部分が焼けにくくなる。したがって、不活性ガスを流す管を配置することなく、可燃性ガスと助燃性ガスとを隣接して噴出する構成にすることができる。その結果、従来のように不活性ガスが堆積面の温度を低下させるという問題も生じなくなり、堆積効果がより向上する。
【００３０】
また、本発明の別の態様によれば、前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上であるので、塞ぎ部材が、最外側のガス噴出開口部を通過するガスに対して適度な抵抗を持ち、通過するガスの影響を受けずガス噴出開口部内で確実に保持される。これにより、ガス噴出孔毎での線速のばらつきが小さくなり、ガス噴出孔毎の線速分布が均一になる。その結果、堆積効果がより向上する。
【００３１】
また、本発明の別の態様によれば、前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下であるので、最外側のガス噴出開口部のガスの内側を流れる別のガスに対して、より大きな閉じ込め効果を与えることができ、これにより、ガスの拡散をより効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る多孔質ガラス母材の製造装置の概略図である。
【図２】第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図であり、小口径助燃性ガス噴出ポート及びガス噴出孔の焦点を示した図である。
【図５】第２実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図である。
【図６】従来の多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】従来の多孔質ガラス母材製造用バーナでガスを噴射した際のガスの拡散を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、本発明の実施形態に係る多孔質ガラス母材の製造装置、及び多孔質ガラス母材製造用バーナを、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態に係る多孔質ガラス母材の製造装置１の概略図である。
【００３５】
図１の多孔質ガラス母材の製造装置１は、ＯＶＤ法を用いた装置である。図１に示すように、出発母材２は、コアロッド３を備え、コアロッド３の両端部には、ダミーロッド４が溶着されている。ダミーロッド４の端部４ａは、基材支持部材５により回転自在に支持されている。図１に示すように、基材支持部材５には、回転モータ６が取付けられており、回転モータ６が駆動することにより、出発母材２がその軸周りに回転するようになっている。
【００３６】
図１に示すように、出発母材２の下方には、バーナ装置７が図示しない移動機構により出発母材２の長手方向に沿って往復自在に配設されている。バーナ装置７には、通常、以下で説明する多孔質ガラス母材製造用バーナ１０（図２及び図３参照）が複数取付けられている。一方、図１に示すように、出発母材２の上方には排気フード８が配設されている。
【００３７】
次に、ＯＶＤ法による多孔質ガラス母材の製造方法を、図１を参照しながら説明する。
【００３８】
まず、基材支持部材５で支持された出発母材２を回転モータ６によって軸周り回転させる。
次に、ファイバ用ガラス原料としてＳｉＣｌ４等の蒸気と燃焼ガス（水素ガス及び酸素ガス）とをバーナ装置７に供給する。ここで、バーナ装置７は、出発母材２の長手方向に沿って往復しながら、ファイバ用ガラス原料を含む蒸気と火炎とを出発母材２に噴射する。この際、酸水素火炎中においてＳｉＣｌ４等の加水分解反応によりガラス微粒子（スート）が生成され、軸周りに回転する出発母材２上にガラス微粒子が付着することになる。
上記のステップから、バーナ装置７の往復範囲においてガラス微粒子が出発母材２上に付着堆積し、スート堆積体、すなわち、光ファイバ用多孔質ガラス母材が形成される。
最終的に、ガラス微粒子を電気炉（図示せず）内で脱水及び焼結させることによって透明ガラス化し、これにより光ファイバ母材を生成する。
【００３９】
［第１実施形態］
次に、図１のバーナ装置に用いられる多孔質ガラス母材製造用バーナについて説明する。図２は、第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００４０】
図２及び図３に示すように、第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０は、４つの管からなる多重管構造になっており、主に石英ガラスで構成されている。ここで、多重管構造とは、中心の第１の管１１の周りに第１の管１１より径の大きな複数の管が順次配置されている構造であって、中心の第１の管１１及び各管の間からガス等を噴射できるものをいう。
【００４１】
図２及び図３に示すように、多孔質ガラス母材製造用バーナ１０は、中心軸Ｃ（図４参照）を有する第１の管（ガラス原料ガス噴出ポート）１１と、第１の管１１の周囲に配置された第２の管１２と、第２の管１２の周囲に配置された第３の管１３と、第３の管１３の周囲に配置された第４の管１４とを備えている。
【００４２】
第１の管１１は、ガラス原料ガスを噴出するようになっている。第１の管１１に供給されるガラス原料としては、ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４等の火炎加水分解反応又は酸化反応によってガラスを生成する化合物、ガラス微粒子等を用いることができる。すなわち、本実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０では、予め合成されたガラス微粒子、及び火炎中でガラス微粒子を生成する原料のいずれか一方又は両者をガラス原料として用いることができる。
【００４３】
図２及び図３に示すように、第１の管１１と第２の管１２との間には、円環状の第１のガス噴出開口部１５が設けられており、第１のガス噴出開口部１５は、シールガスを噴出するようになっている。シールガスとしては、Ｎ２等の不活性ガス等を用いることができる。
【００４４】
また、図２及び図３に示すように、第２の管１２と第３の管１３との間には、円環状の第２のガス噴出開口部１６が設けられており、第２のガス噴出開口部１６は、可燃性ガスを噴出するようになっている。可燃性ガスとしては、水素又は炭化水素化合物、例えば、メタン、プロパン等を用いることができる。
【００４５】
また、図２及び図３に示すように、第３の管１３と第４の管１４との間には、円環状の第３のガス噴出開口部１７が設けられており、第３のガス噴出開口部１７は、助燃性ガスを噴出するようになっている。助燃性ガスとしては、酸素又は空気等を用いることができる。
【００４６】
図２に示すように、第２の管１２と第３の管１３との間の第２のガス噴出開口部１６には、８本の小口径助燃性ガス噴出ポート１８が第１の管１１の中心軸Ｃ（図４参照）に対して同心円状に配置されている。図４に示すように、これら小口径助燃性ガス噴出ポート１８の軸線は、第１の管１１の中心軸Ｃの延長線上の点ｆ１において交差する。この交差する点を以下では、「焦点」という。なお、この焦点は、第１の管１１の中心軸Ｃの延長線上の厳密な一点である必要はなく、小口径助燃性ガス噴出ポート１８の軸線の延長線がおおよそ一点に集まっていれば足りる。本実施形態では、多孔質ガラス母材製造用バーナ１０の先端から交点ｆ１までの距離、すなわち、焦点距離Ｌ１は、約１５０ｍｍに設定されている。
【００４７】
本実施形態では、図２及び図３に示すように、多孔質ガラス母材製造用バーナ１０の中で最外側に位置する第３のガス噴出開口部１７が、塞ぎ部材１９によって塞がれている。図３に示すように、塞ぎ部材１９は、第４の管１４の先端部１４ａ及び第３の管１３の先端部に溶着されている。塞ぎ部材１９の材料としては、バーナ本体と同じ材料であればよく、例えば石英ガラスが挙げられる。
【００４８】
図２及び図３に示すように、塞ぎ部材１９には、複数の円形状のガス噴出孔２０が中心軸Ｃ（図４参照）に対して同心円状に設けられている。ガス噴出孔２０の形状は、円形状にするのが好ましいが、これに限定されない。なお、ガス噴出孔２０を円形状にすると、ドリル等を用いて容易に空けることが可能となる。さらに、ガス噴出孔２０を円形状にすると、孔の数や内径の大きさなどを変更し易く、助燃性ガスの流路の断面積を調節する際の自由度が高くなるという利点がある。また、図４に示すように、塞ぎ部材１９に設けられた一列のガス噴出孔２０は、同一の焦点ｆ２を有するように、ガス噴出孔２０の軸心が第１の管１１の中心軸Ｃに対して傾斜している。
【００４９】
なお、塞ぎ部材１９の厚みｔは、１ｍｍ以上にするのが好ましい。これにより、通過する助燃性ガスに対して適度な抵抗を持たせることができる。したがって、ガス噴出孔２０毎の線速分布も均一になり、ガス噴出孔２０を通った助燃性ガスが焦点ｆ２に集まる収束性が向上する。
【００５０】
本発明の第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ２０によれば、多孔質ガラス母材製造用バーナ１０の中で最外側に位置する第３のガス噴出開口部１７が、塞ぎ部材１９によって塞がれ、塞ぎ部材１９には、複数の円形状のガス噴出孔２０が中心軸Ｃに対して同心円状に設けられている。
したがって、最外側の第３のガス噴出開口部１７の断面積が従来に比べて小さくなり、従来と同様のガス流量でガスを流した場合でも、助燃性ガスの線速が大きくなる。これにより、最外側の第３のガス噴出開口部１７から噴出される助燃性ガス、及び、第３のガス噴出開口部１７に隣接する第２のガス噴出開口部１６から噴出される可燃性ガスの拡散が抑えられ、ガラス微粒子の堆積効率を向上させることができる。
【００５１】
本発明の第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０によれば、塞ぎ部材１９に設けられた一列のガス噴出孔２０の軸心が第１の管１１の中心軸Ｃの延長線上において交点を有するように、ガス噴出孔２０を通る軸心が、中心軸Ｃに対して傾斜している。
したがって、最外側の第３のガス噴出開口部１７から噴出される助燃性ガスの拡散をより効果的に抑えることができる。さらに、第３のガス噴出開口部１７を通過する助燃性ガスが中心軸Ｃの延長線上に向かって収束するように噴射されるので、第３のガス噴出開口部１７の内側にある第２のガス噴出開口部１６を流れる可燃性ガスに対して閉じ込め効果を発揮し、ガスの拡散をより効果的に抑えることができる。
【００５２】
本発明の第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０によれば、第２のガス噴出開口部１６は、可燃性ガスを噴出するようになっており、第３のガス噴出開口部１７は、助燃性ガスを噴出するようになっている。
従来では、バーナの先端部分が焼けるのを防ぐために可燃性ガスと助燃性ガスとの間に不活性ガスを流す必要があったが、本実施形態の構成によれば、最外側の第３のガス噴出開口部１７を通過する助燃性ガスの線速が従来に比べて大きくなるので、不活性ガスを流さなくても、バーナの先端部分が焼けにくくなる。したがって、不活性ガスを流す管を配置することなく、可燃性ガスと助燃性ガスとを隣接して噴出する構成にすることができる。その結果、従来のように不活性ガスが堆積面の温度を低下させるという問題も生じなくなり、堆積効果がより向上する。
【００５３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０を説明する。図５は、第２実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の部分については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５４】
図５に示すように、本実施形態では、塞ぎ部材１９に設けられた円形状のガス噴出孔２０は、２列で構成されており、２列のガス噴出孔２０は、中心軸Ｃに対して同心円状に配置されている。ここで、同一円周上にあるガス噴出孔２０は、同じ焦点を有する。すなわち、同一円周上にあるガス噴出孔２０を通る軸心は、中心軸Ｃ（図４参照）の延長線上において交点を有するようになっている。
【００５５】
次に、本実施形態において、第４の管１４に供給する助燃性ガスの流量（すなわち、第３のガス噴出開口部１７を通過する助燃性ガスの流量）を変化させて、助燃性ガスの線速やガラス微粒子の堆積効率を測った。第４の管１４に供給する助燃性ガスはＯ２とする。ガス噴出孔２０の構成は、図５に示すような２列で配置し、個数は４０個とした。ガス噴出孔２０の内径は、０．８ｍｍとし、バーナの先端から焦点ｆ２までの焦点距離Ｌ２（図４参照）は、３００ｍｍに設定した。また、この実験では、第１の管１１ないし第３の管１３に供給されるガスの種類及びガスの流量は、上述の従来例（表１）の実験の場合と同じにした。そして、この実験においても、４本の多孔質ガラス母材製造用バーナ１０を１５０ｍｍ間隔で並べ、出発母材２に多孔質ガラス微粒子を１３０ｋｇ堆積させた。出発母材２は、外径５５ｍｍ、長さ２０００ｍｍのコアロッド３の両端部に外径５０ｍｍのダミーロッド４を溶着したものである。
【００５６】
【表２】
【００５７】
表２からわかるように、第４の管１４に供給する助燃性ガスの流量が少ないにも関わらず、助燃性ガスの線速は大幅に増加している。特に、ガス流量を１０Ｌ／ｍｉｎにまで減らしても、助燃性ガスの線速は、従来の表１と比べても大きくなり、ガスの拡散及び火炎の拡散が抑えられる。また、ガス流量を２０Ｌ／ｍｉｎに設定した場合では、堆積効率が７０％まで向上している。
【００５８】
次に、別の実験も行った。この実験では、第４の管１４に供給する助燃性ガスの流量（２０Ｌ／ｍｉｎ）と助燃性ガスの線速（約１６ｍ／ｓ）が一定になるようにして、ガス噴出孔２０の径と数を変化させて、ガラス微粒子の堆積効率を測った。その他の構成は、表２の実験と同じである。
【００５９】
【表３】
【００６０】
表３の実験からは、助燃性ガスの線速が約１６ｍ／ｓの場合、ガス噴出孔２０の内径が１．０ｍｍ以下であると、より堆積効率が向上し、好ましいことがわかる。
一方、実施例Ｆでは、堆積効率が６６％と他の実施例に比べて低い結果となった。これは、ガス噴出孔２０の個数が１８個と少なく、孔間隔が広がってしまい、その隙間から可燃性ガスが若干拡散したことが原因である。表３における実施例Ｆの孔間隔は、４．５ｍｍであった。一方、堆積効率が６８％の実施例Ｅは、孔間隔は、３．５ｍｍであり、堆積効率が７０％の実施例Ｂの孔間隔は、２．０ｍｍであった。したがって、助燃性ガスの線速が約１６ｍ／ｓの場合、径が１ｍｍ以下で且つ孔の間隔が２．０ｍｍ以下となるような孔の配置がよい。
【００６１】
以上の実験から、助燃性ガスの線速が同じであるという条件ならば、ガス噴出孔２０の径を小さくし且つより多くの数の孔を空けて孔間の間隔を小さくした方が、助燃性ガスの内側を流れる可燃性ガスの閉じ込め効果が大きくなり、可燃性ガスの拡散を抑えることができる。その結果、堆積効率がより向上する。
【００６２】
本発明の第２実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０によれば、助燃性ガスの線速が約１６ｍ／ｓの場合、ガス噴出孔２０の内径を１．０ｍｍ以下に設定することによって、第３のガス噴出開口部１７の内側にある第２のガス噴出開口部１６を流れる可燃性ガスに対する閉じ込め効果がより大きくなり、ガスの拡散をより効果的に抑えることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【００６４】
上述の実施形態では、ガス噴出孔２０が１列や２列の場合を記載しているが、これに限定されず、ガス噴出孔２０を３列以上で配置してもよい。
【００６５】
上述の実施形態では、移動機構によってバーナ装置７を出発母材２の長手方向に往復させているが、出発母材２とバーナ装置７とが相対的に往復移動すればよい。したがって、出発母材２を移動機構に取付け、出発母材２をバーナ装置７に対して移動させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 多孔質ガラス母材の製造装置１
２ 出発母材
３ コアロッド
４ ダミーロッド
５ 基材支持部材
６ 回転モータ
７ バーナ装置
１０ 多孔質ガラス母材製造用バーナ
１１ 第１の管（ガラス原料ガス噴出ポート）
１２ 第２の管
１３ 第３の管
１４ 第４の管
１５ 第１のガス噴出開口部
１６ 第２のガス噴出開口部
１７ 第３のガス噴出開口部
１８ 小口径助燃性ガス噴出ポート
１９ 塞ぎ部材
２０ ガス噴出孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質ガラス母材製造用バーナ、及びそのバーナを用いる多孔質ガラス母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ母材を製造するために、各種方法が提案されている。それらの方法の中でも、特に、外付け（ＯＶＤ：Outside Vapor Phase Deposition）法が汎用されている。
【０００３】
この外付け法は、比較的任意の屈折率分布の光ファイバ母材が得られ、しかも、大口径の光ファイバ母材を量産することができる方法として知られている。
この外付け法の一例としては、最初の段階として、出発母材とガラス母材製造用バーナとを相対的に往復移動させながら、ガラス母材製造用バーナからガラス微粒子を含む火炎を出発母材に噴射し、出発母材上にガラス微粒子（スート）を付着堆積させる。そして、次の段階として、スート堆積体を電気炉内で脱水及び焼結させることによって透明ガラス化し、これにより光ファイバ母材を生成する。
【０００４】
従来、ガラス微粒子の堆積体を合成するバーナとしては、石英ガラス製の同芯多重管バーナが用いられてきた。このような多重管バーナは、ガラス原料ガス、可燃性ガス、及び助燃性ガスの混合が十分に行われないため、ガラス微粒子の生成が不十分となる傾向にあった。その結果、収率が伸びずに、ガラス微粒子の高速な合成が困難であった。
【０００５】
この問題を解決するために、特許文献１では、マルチノズル型の多重管バーナが提案されている。特許文献１の多重管バーナでは、原料ガス噴出ポートの周囲に円環状の可燃性ガス噴出開口部が配置され、この可燃性ガス噴出開口部内に、複数の小口径助燃性ガス噴出ポートが原料ガス噴出ポートの中心軸に対して同心円状に配置されている。
【０００６】
また、このタイプの多重管バーナについて、更に堆積効率を向上させるために多くの構成が提案されている。例えば、小口径助燃性ガス噴出ポートの構成としては、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び特許文献５が提案されている。また、小口径助燃性ガス噴出ポートの焦点距離の適正化としては、特許文献６、特許文献７、及び特許文献８が提案されている。さらに、多重管バーナにおけるガス流量及びガス線速の適正化としては、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、及び特許文献１２が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第１７７３３５９号
【特許文献２】特開２００３−２０６１５４号公報
【特許文献３】特開２００４−３３１４４０号公報
【特許文献４】特開２００６−１８２６２４号公報
【特許文献５】特許第３７４４３５０号
【特許文献６】特開平５−３２３１３０号公報
【特許文献７】特許第３５４３５３７号
【特許文献８】特開２００３−２２６５４４号公報
【特許文献９】特許第３５９１３３０号
【特許文献１０】特開２００３−１６５７３７号公報
【特許文献１１】特開２００３−２１２５５５号公報
【特許文献１２】特許第３６５３９０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図６及び図７は、従来の多重管バーナの一例を示している。
図６及び図７に示すように、従来の多孔質ガラス母材製造用バーナ３０は、五重管構造になっている。多孔質ガラス母材製造用バーナ３０は、中心軸Ｃ（図８参照）を有する第１の管３１と、第１の管３１の周囲に配置された第２の管３２と、第２の管３２の周囲に配置された第３の管３３と、第３の管３３の周囲に配置された第４の管３４と、第４の管３４の周囲に配置された第５の管３５とを備えている。
【０００９】
図６に示すように、第２の管３２と第３の管３３との間には、８本の小口径助燃性ガス噴出ポート３６が第１の管３１の中心軸Ｃに対して同心円状に配置されている。図８に示すように、小口径助燃性ガス噴出ポート３６の軸線は、第１の管３１の中心軸Ｃの延長線上において交点ｆ１を有し（すなわち、焦点を有する）、多孔質ガラス母材製造用バーナ３０の先端から交点ｆ１までの距離（焦点距離）Ｌ１は、１５０ｍｍに設定されている。
【００１０】
この従来例では、第１の管３１に、ガラス原料ガスとしてＳｉＣｌ４を１０Ｌ／ｍｉｎで供給するとともに、助燃性ガスとしてＯ２を１２Ｌ／ｍｉｎで供給する。また、第２の管３２に、シールガスとしてＡｉｒを４Ｌ／ｍｉｎで供給し、第３の管３３には、可燃性ガスとしてＨ２を１７０Ｌ／ｍｉｎで供給する。また、第４の管３４には、シールガスとしてＮ２を５Ｌ／ｍｉｎで供給し、小口径助燃性ガス噴出ポート３６には、助燃性ガスとしてＯ２を２５Ｌ／ｍｉｎで供給する。
【００１１】
この従来例に対して、以下の表１のような実験を行った。この実験では、第５の管３５に供給する助燃性ガスの流量を変化させて、助燃性ガスの線速やガラス微粒子の堆積効率を測った。なお、この実験では、４本の多孔質ガラス母材製造用バーナ３１を１５０ｍｍ間隔で並べ、出発母材に多孔質ガラス微粒子を１３０ｋｇ堆積させた。なお、実験で使用した出発母材は、外径５５ｍｍ、長さ２０００ｍｍのコアロッドの両端部に外径５０ｍｍのダミーロッドを溶着したものである。
【００１２】
【表１】
【００１３】
実験では、上記の従来例Ａ、Ｂ、Ｃの全てにおいて第５の管３５から排出される助燃性ガスの線速が小さく、図８のようにガスの拡散や火炎の乱れが大きくなった。また、従来例Ｃでは、第５の管３５からの助燃性ガスの流量が大きくなりすぎて、堆積面の温度が低下し、その結果、堆積効果も大きく低下した。
【００１４】
ところで、多孔質ガラス母材製造用バーナの製作において、各管の厚みを薄くすることや、各管同士のクリアランスを狭めて製作することは、非常に困難である。したがって、各管の間のガス噴出開口部の断面積を任意に調節することが難しく、外側のガス噴出開口部ほど断面積が大きくなる傾向にある。
このようなバーナにおいて、最外側の助燃性ガスの線速を大きくしようとすると、必要以上にガス流量を大きくしなければならない。しかしながら、上記の従来例Ｃの実験結果からもわかるように、助燃性ガスの流量を必要以上に大きくすると、堆積面の温度が低下し、その結果、堆積効果も大きく低下してしまうという問題がある。
【００１５】
一方、助燃性ガスの流量を小さすると、線速が小さくなってしまう。助燃性ガスの線速が小さくなると、図８に示すように、ガスの拡散や火炎の乱れが大きくなる。その結果、堆積効果が伸びない。
また、助燃性ガスの線速が小さい場合には、可燃性ガスと助燃性ガスとが隣接して噴出される構成にすると、管の先端部分が焼けてしまう。したがって、図６及び図７の従来の構成のように、可燃性ガスを噴出する第３の管３３と助燃性ガスを噴出する第５の管３５との間に第４の管３４を配置し、第４の管３４に不活性ガスを流す必要がある。しかしながら、不活性ガスがガス微粒子の堆積面に当たると、堆積面の温度が低下し、その結果、堆積効果が低下してしまうという問題がある。
【００１６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、最外側のガス噴出開口部の断面積を変更して、所望の助燃性ガスの流量及び線速に調整し、助燃性ガス及び可燃性ガスの拡散を抑えるとともに、堆積効率を向上させることが可能な多孔質ガラス母材製造用バーナ及びその多孔質ガラス母材製造用バーナを用いた多孔質ガラス母材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】
【００１７】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナにおいて、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられている。
【００１８】
また、本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナによれば、同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜している。
【００１９】
また、本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナによれば、前記最外側のガス噴出ポートには、助燃性ガスが供給され、前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートには、可燃性ガスが供給されるように構成されている。
【００２０】
また、本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナによれば、前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上である。
【００２１】
また、本発明の多孔質ガラス母材製造用バーナによれば、前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下である。
【００２２】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いる多孔質ガラス母材の製造方法において、前記多孔質ガラス母材製造用バーナに可燃性ガス及び助燃性ガスを供給するステップと、前記多孔質ガラス母材の出発母材と前記多孔質ガラス母材製造用バーナとを相対的に往復移動させながら、前記多孔質ガラス母材製造用バーナからガラス微粒子を含む火炎を前記出発母材に噴射させることにより、前記出発母材上に前記ガラス微粒子を堆積するステップとを含み、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられている。
【００２３】
また、本発明の多孔質ガラス母材の製造方法によれば、同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜している。
【００２４】
また、本発明の多孔質ガラス母材の製造方法によれば、前記可燃性ガス及び助燃性ガスを供給するステップは、前記最外側のガス噴出ポートに助燃性ガスを供給することと、前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートに可燃性ガスを供給することとを含む。
【００２５】
また、本発明の多孔質ガラス母材の製造方法によれば、前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上である。
【００２６】
また、本発明の多孔質ガラス母材の製造方法によれば、前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナにおいて、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられているので、最外側のガス噴出開口部の断面積が従来に比べて小さくなり、従来と同様のガス流量でガスを流した場合でも、ガスの線速が大きくなる。これにより、最外側のガス噴出開口部から噴出されるガス、及び、このガスに隣接して噴出されるガスの拡散が抑えられ、ガラス微粒子の堆積効率を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明によれば、同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜しているので、最外側のガス噴出開口部を通過するガスが中心軸の延長線上に向かって収束するように噴射され、最外側のガス噴出開口部から噴出されるガスの拡散をより効果的に抑えることができる。
さらに、最外側のガス噴出開口部を通過するガスが中心軸の延長線上に向かって収束するように噴射されるので、最外側のガス噴出開口部の内側を流れる別のガスに対して閉じ込め効果を発揮し、内側のガスの拡散もより効果的に抑えることができる。したがって、ガラス微粒子の堆積効率をより一層向上させることができる。
【００２９】
また、本発明の別の態様によれば、前記最外側のガス噴出ポートには、助燃性ガスが供給され、前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートには、可燃性ガスが供給されるように構成されている。
従来では、バーナの先端部分が焼けるのを防ぐために可燃性ガスと助燃性ガスとの間に不活性ガスを流す必要があったが、本発明の構成によれば、最外側のガス噴出開口部を通過するガスの線速が従来に比べて大きくなるので、不活性ガスを流さなくても、バーナの先端部分が焼けにくくなる。したがって、不活性ガスを流す管を配置することなく、可燃性ガスと助燃性ガスとを隣接して噴出する構成にすることができる。その結果、従来のように不活性ガスが堆積面の温度を低下させるという問題も生じなくなり、堆積効果がより向上する。
【００３０】
また、本発明の別の態様によれば、前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上であるので、塞ぎ部材が、最外側のガス噴出開口部を通過するガスに対して適度な抵抗を持ち、通過するガスの影響を受けずガス噴出開口部内で確実に保持される。これにより、ガス噴出孔毎での線速のばらつきが小さくなり、ガス噴出孔毎の線速分布が均一になる。その結果、堆積効果がより向上する。
【００３１】
また、本発明の別の態様によれば、前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下であるので、最外側のガス噴出開口部のガスの内側を流れる別のガスに対して、より大きな閉じ込め効果を与えることができ、これにより、ガスの拡散をより効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る多孔質ガラス母材の製造装置の概略図である。
【図２】第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図であり、小口径助燃性ガス噴出ポート及びガス噴出孔の焦点を示した図である。
【図５】第２実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図である。
【図６】従来の多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】従来の多孔質ガラス母材製造用バーナでガスを噴射した際のガスの拡散を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、本発明の実施形態に係る多孔質ガラス母材の製造装置、及び多孔質ガラス母材製造用バーナを、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態に係る多孔質ガラス母材の製造装置１の概略図である。
【００３５】
図１の多孔質ガラス母材の製造装置１は、ＯＶＤ法を用いた装置である。図１に示すように、出発母材２は、コアロッド３を備え、コアロッド３の両端部には、ダミーロッド４が溶着されている。ダミーロッド４の端部４ａは、基材支持部材５により回転自在に支持されている。図１に示すように、基材支持部材５には、回転モータ６が取付けられており、回転モータ６が駆動することにより、出発母材２がその軸周りに回転するようになっている。
【００３６】
図１に示すように、出発母材２の下方には、バーナ装置７が図示しない移動機構により出発母材２の長手方向に沿って往復自在に配設されている。バーナ装置７には、通常、以下で説明する多孔質ガラス母材製造用バーナ１０（図２及び図３参照）が複数取付けられている。一方、図１に示すように、出発母材２の上方には排気フード８が配設されている。
【００３７】
次に、ＯＶＤ法による多孔質ガラス母材の製造方法を、図１を参照しながら説明する。
【００３８】
まず、基材支持部材５で支持された出発母材２を回転モータ６によって軸周り回転させる。
次に、ファイバ用ガラス原料としてＳｉＣｌ４等の蒸気と燃焼ガス（水素ガス及び酸素ガス）とをバーナ装置７に供給する。ここで、バーナ装置７は、出発母材２の長手方向に沿って往復しながら、ファイバ用ガラス原料を含む蒸気と火炎とを出発母材２に噴射する。この際、酸水素火炎中においてＳｉＣｌ４等の加水分解反応によりガラス微粒子（スート）が生成され、軸周りに回転する出発母材２上にガラス微粒子が付着することになる。
上記のステップから、バーナ装置７の往復範囲においてガラス微粒子が出発母材２上に付着堆積し、スート堆積体、すなわち、光ファイバ用多孔質ガラス母材が形成される。
最終的に、ガラス微粒子を電気炉（図示せず）内で脱水及び焼結させることによって透明ガラス化し、これにより光ファイバ母材を生成する。
【００３９】
［第１実施形態］
次に、図１のバーナ装置に用いられる多孔質ガラス母材製造用バーナについて説明する。図２は、第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００４０】
図２及び図３に示すように、第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０は、４つの管からなる多重管構造になっており、主に石英ガラスで構成されている。ここで、多重管構造とは、中心の第１の管１１の周りに第１の管１１より径の大きな複数の管が順次配置されている構造であって、中心の第１の管１１及び各管の間からガス等を噴射できるものをいう。
【００４１】
図２及び図３に示すように、多孔質ガラス母材製造用バーナ１０は、中心軸Ｃ（図４参照）を有する第１の管（ガラス原料ガス噴出ポート）１１と、第１の管１１の周囲に配置された第２の管１２と、第２の管１２の周囲に配置された第３の管１３と、第３の管１３の周囲に配置された第４の管１４とを備えている。
【００４２】
第１の管１１は、ガラス原料ガスを噴出するようになっている。第１の管１１に供給されるガラス原料としては、ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４等の火炎加水分解反応又は酸化反応によってガラスを生成する化合物、ガラス微粒子等を用いることができる。すなわち、本実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０では、予め合成されたガラス微粒子、及び火炎中でガラス微粒子を生成する原料のいずれか一方又は両者をガラス原料として用いることができる。
【００４３】
図２及び図３に示すように、第１の管１１と第２の管１２との間には、円環状の第１のガス噴出開口部１５が設けられており、第１のガス噴出開口部１５は、シールガスを噴出するようになっている。シールガスとしては、Ｎ２等の不活性ガス等を用いることができる。
【００４４】
また、図２及び図３に示すように、第２の管１２と第３の管１３との間には、円環状の第２のガス噴出開口部１６が設けられており、第２のガス噴出開口部１６は、可燃性ガスを噴出するようになっている。可燃性ガスとしては、水素又は炭化水素化合物、例えば、メタン、プロパン等を用いることができる。
【００４５】
また、図２及び図３に示すように、第３の管１３と第４の管１４との間には、円環状の第３のガス噴出開口部１７が設けられており、第３のガス噴出開口部１７は、助燃性ガスを噴出するようになっている。助燃性ガスとしては、酸素又は空気等を用いることができる。
【００４６】
図２に示すように、第２の管１２と第３の管１３との間の第２のガス噴出開口部１６には、８本の小口径助燃性ガス噴出ポート１８が第１の管１１の中心軸Ｃ（図４参照）に対して同心円状に配置されている。図４に示すように、これら小口径助燃性ガス噴出ポート１８の軸線は、第１の管１１の中心軸Ｃの延長線上の点ｆ１において交差する。この交差する点を以下では、「焦点」という。なお、この焦点は、第１の管１１の中心軸Ｃの延長線上の厳密な一点である必要はなく、小口径助燃性ガス噴出ポート１８の軸線の延長線がおおよそ一点に集まっていれば足りる。本実施形態では、多孔質ガラス母材製造用バーナ１０の先端から交点ｆ１までの距離、すなわち、焦点距離Ｌ１は、約１５０ｍｍに設定されている。
【００４７】
本実施形態では、図２及び図３に示すように、多孔質ガラス母材製造用バーナ１０の中で最外側に位置する第３のガス噴出開口部１７が、塞ぎ部材１９によって塞がれている。図３に示すように、塞ぎ部材１９は、第４の管１４の先端部１４ａ及び第３の管１３の先端部に溶着されている。塞ぎ部材１９の材料としては、バーナ本体と同じ材料であればよく、例えば石英ガラスが挙げられる。
【００４８】
図２及び図３に示すように、塞ぎ部材１９には、複数の円形状のガス噴出孔２０が中心軸Ｃ（図４参照）に対して同心円状に設けられている。ガス噴出孔２０の形状は、円形状にするのが好ましいが、これに限定されない。なお、ガス噴出孔２０を円形状にすると、ドリル等を用いて容易に空けることが可能となる。さらに、ガス噴出孔２０を円形状にすると、孔の数や内径の大きさなどを変更し易く、助燃性ガスの流路の断面積を調節する際の自由度が高くなるという利点がある。また、図４に示すように、塞ぎ部材１９に設けられた一列のガス噴出孔２０は、同一の焦点ｆ２を有するように、ガス噴出孔２０の軸心が第１の管１１の中心軸Ｃに対して傾斜している。
【００４９】
なお、塞ぎ部材１９の厚みｔは、１ｍｍ以上にするのが好ましい。これにより、通過する助燃性ガスに対して適度な抵抗を持たせることができる。したがって、ガス噴出孔２０毎の線速分布も均一になり、ガス噴出孔２０を通った助燃性ガスが焦点ｆ２に集まる収束性が向上する。
【００５０】
本発明の第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ２０によれば、多孔質ガラス母材製造用バーナ１０の中で最外側に位置する第３のガス噴出開口部１７が、塞ぎ部材１９によって塞がれ、塞ぎ部材１９には、複数の円形状のガス噴出孔２０が中心軸Ｃに対して同心円状に設けられている。
したがって、最外側の第３のガス噴出開口部１７の断面積が従来に比べて小さくなり、従来と同様のガス流量でガスを流した場合でも、助燃性ガスの線速が大きくなる。これにより、最外側の第３のガス噴出開口部１７から噴出される助燃性ガス、及び、第３のガス噴出開口部１７に隣接する第２のガス噴出開口部１６から噴出される可燃性ガスの拡散が抑えられ、ガラス微粒子の堆積効率を向上させることができる。
【００５１】
本発明の第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０によれば、塞ぎ部材１９に設けられた一列のガス噴出孔２０の軸心が第１の管１１の中心軸Ｃの延長線上において交点を有するように、ガス噴出孔２０を通る軸心が、中心軸Ｃに対して傾斜している。
したがって、最外側の第３のガス噴出開口部１７から噴出される助燃性ガスの拡散をより効果的に抑えることができる。さらに、第３のガス噴出開口部１７を通過する助燃性ガスが中心軸Ｃの延長線上に向かって収束するように噴射されるので、第３のガス噴出開口部１７の内側にある第２のガス噴出開口部１６を流れる可燃性ガスに対して閉じ込め効果を発揮し、ガスの拡散をより効果的に抑えることができる。
【００５２】
本発明の第１実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０によれば、第２のガス噴出開口部１６は、可燃性ガスを噴出するようになっており、第３のガス噴出開口部１７は、助燃性ガスを噴出するようになっている。
従来では、バーナの先端部分が焼けるのを防ぐために可燃性ガスと助燃性ガスとの間に不活性ガスを流す必要があったが、本実施形態の構成によれば、最外側の第３のガス噴出開口部１７を通過する助燃性ガスの線速が従来に比べて大きくなるので、不活性ガスを流さなくても、バーナの先端部分が焼けにくくなる。したがって、不活性ガスを流す管を配置することなく、可燃性ガスと助燃性ガスとを隣接して噴出する構成にすることができる。その結果、従来のように不活性ガスが堆積面の温度を低下させるという問題も生じなくなり、堆積効果がより向上する。
【００５３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０を説明する。図５は、第２実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナをガスの噴出口側から見た平面図である。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の部分については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５４】
図５に示すように、本実施形態では、塞ぎ部材１９に設けられた円形状のガス噴出孔２０は、２列で構成されており、２列のガス噴出孔２０は、中心軸Ｃに対して同心円状に配置されている。ここで、同一円周上にあるガス噴出孔２０は、同じ焦点を有する。すなわち、同一円周上にあるガス噴出孔２０を通る軸心は、中心軸Ｃ（図４参照）の延長線上において交点を有するようになっている。
【００５５】
次に、本実施形態において、第４の管１４に供給する助燃性ガスの流量（すなわち、第３のガス噴出開口部１７を通過する助燃性ガスの流量）を変化させて、助燃性ガスの線速やガラス微粒子の堆積効率を測った。第４の管１４に供給する助燃性ガスはＯ２とする。ガス噴出孔２０の構成は、図５に示すような２列で配置し、個数は４０個とした。ガス噴出孔２０の内径は、０．８ｍｍとし、バーナの先端から焦点ｆ２までの焦点距離Ｌ２（図４参照）は、３００ｍｍに設定した。また、この実験では、第１の管１１ないし第３の管１３に供給されるガスの種類及びガスの流量は、上述の従来例（表１）の実験の場合と同じにした。そして、この実験においても、４本の多孔質ガラス母材製造用バーナ１０を１５０ｍｍ間隔で並べ、出発母材２に多孔質ガラス微粒子を１３０ｋｇ堆積させた。出発母材２は、外径５５ｍｍ、長さ２０００ｍｍのコアロッド３の両端部に外径５０ｍｍのダミーロッド４を溶着したものである。
【００５６】
【表２】
【００５７】
表２からわかるように、第４の管１４に供給する助燃性ガスの流量が少ないにも関わらず、助燃性ガスの線速は大幅に増加している。特に、ガス流量を１０Ｌ／ｍｉｎにまで減らしても、助燃性ガスの線速は、従来の表１と比べても大きくなり、ガスの拡散及び火炎の拡散が抑えられる。また、ガス流量を２０Ｌ／ｍｉｎに設定した場合では、堆積効率が７０％まで向上している。
【００５８】
次に、別の実験も行った。この実験では、第４の管１４に供給する助燃性ガスの流量（２０Ｌ／ｍｉｎ）と助燃性ガスの線速（約１６ｍ／ｓ）が一定になるようにして、ガス噴出孔２０の径と数を変化させて、ガラス微粒子の堆積効率を測った。その他の構成は、表２の実験と同じである。
【００５９】
【表３】
【００６０】
表３の実験からは、助燃性ガスの線速が約１６ｍ／ｓの場合、ガス噴出孔２０の内径が１．０ｍｍ以下であると、より堆積効率が向上し、好ましいことがわかる。
一方、実施例Ｆでは、堆積効率が６６％と他の実施例に比べて低い結果となった。これは、ガス噴出孔２０の個数が１８個と少なく、孔間隔が広がってしまい、その隙間から可燃性ガスが若干拡散したことが原因である。表３における実施例Ｆの孔間隔は、４．５ｍｍであった。一方、堆積効率が６８％の実施例Ｅは、孔間隔は、３．５ｍｍであり、堆積効率が７０％の実施例Ｂの孔間隔は、２．０ｍｍであった。したがって、助燃性ガスの線速が約１６ｍ／ｓの場合、径が１ｍｍ以下で且つ孔の間隔が２．０ｍｍ以下となるような孔の配置がよい。
【００６１】
以上の実験から、助燃性ガスの線速が同じであるという条件ならば、ガス噴出孔２０の径を小さくし且つより多くの数の孔を空けて孔間の間隔を小さくした方が、助燃性ガスの内側を流れる可燃性ガスの閉じ込め効果が大きくなり、可燃性ガスの拡散を抑えることができる。その結果、堆積効率がより向上する。
【００６２】
本発明の第２実施形態に係る多孔質ガラス母材製造用バーナ１０によれば、助燃性ガスの線速が約１６ｍ／ｓの場合、ガス噴出孔２０の内径を１．０ｍｍ以下に設定することによって、第３のガス噴出開口部１７の内側にある第２のガス噴出開口部１６を流れる可燃性ガスに対する閉じ込め効果がより大きくなり、ガスの拡散をより効果的に抑えることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【００６４】
上述の実施形態では、ガス噴出孔２０が１列や２列の場合を記載しているが、これに限定されず、ガス噴出孔２０を３列以上で配置してもよい。
【００６５】
上述の実施形態では、移動機構によってバーナ装置７を出発母材２の長手方向に往復させているが、出発母材２とバーナ装置７とが相対的に往復移動すればよい。したがって、出発母材２を移動機構に取付け、出発母材２をバーナ装置７に対して移動させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 多孔質ガラス母材の製造装置１
２ 出発母材
３ コアロッド
４ ダミーロッド
５ 基材支持部材
６ 回転モータ
７ バーナ装置
１０ 多孔質ガラス母材製造用バーナ
１１ 第１の管（ガラス原料ガス噴出ポート）
１２ 第２の管
１３ 第３の管
１４ 第４の管
１５ 第１のガス噴出開口部
１６ 第２のガス噴出開口部
１７ 第３のガス噴出開口部
１８ 小口径助燃性ガス噴出ポート
１９ 塞ぎ部材
２０ ガス噴出孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナにおいて、
前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられていることを特徴とする多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項２】
同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項３】
前記最外側のガス噴出ポートには、助燃性ガスが供給され、前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートには、可燃性ガスが供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項４】
前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項５】
前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項６】
中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いる多孔質ガラス母材の製造方法において、
前記多孔質ガラス母材製造用バーナに可燃性ガス及び助燃性ガスを供給するステップと、
前記多孔質ガラス母材の出発母材と前記多孔質ガラス母材製造用バーナとを相対的に往復移動させながら、前記多孔質ガラス母材製造用バーナからガラス微粒子を含む火炎を前記出発母材に噴射させることにより、前記出発母材上に前記ガラス微粒子を堆積するステップとを含み、
前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられていることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項７】
同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項６に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項８】
前記可燃性ガス及び助燃性ガスを供給するステップは、
前記最外側のガス噴出ポートに助燃性ガスを供給することと、
前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートに可燃性ガスを供給することと
を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項９】
前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一項に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項１０】
前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一項に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項１】
中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナにおいて、
前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられていることを特徴とする多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項２】
同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項３】
前記最外側のガス噴出ポートには、助燃性ガスが供給され、前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートには、可燃性ガスが供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項４】
前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項５】
前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の多孔質ガラス母材製造用バーナ。
【請求項６】
中心軸を有するガラス原料ガス噴出ポートの外側に、複数の円環状のガス噴出開口部が同心円状に配置され、前記複数のガス噴出開口部のうち最外側以外のいずれかのガス噴出開口部に、一列又は複数列の小口径ガス噴出ポートが前記中心軸に対して同心円状に配置され、前記小口径ガス噴出ポートのうち同一円周上にある前記小口径ガス噴出ポートの軸線が、前記中心軸の延長線上において交点を有する多孔質ガラス母材製造用バーナを用いる多孔質ガラス母材の製造方法において、
前記多孔質ガラス母材製造用バーナに可燃性ガス及び助燃性ガスを供給するステップと、
前記多孔質ガラス母材の出発母材と前記多孔質ガラス母材製造用バーナとを相対的に往復移動させながら、前記多孔質ガラス母材製造用バーナからガラス微粒子を含む火炎を前記出発母材に噴射させることにより、前記出発母材上に前記ガラス微粒子を堆積するステップとを含み、
前記複数のガス噴出開口部のうち最外側のガス噴出開口部が、塞ぎ部材によって塞がれており、前記塞ぎ部材には、一列又は複数列のガス噴出孔が前記中心軸に対して同心円状に設けられていることを特徴とする多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項７】
同一円周上にある前記ガス噴出孔を通る軸心が前記中心軸の延長線上において交点を有するように、前記ガス噴出孔を通る軸心が、前記中心軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項６に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項８】
前記可燃性ガス及び助燃性ガスを供給するステップは、
前記最外側のガス噴出ポートに助燃性ガスを供給することと、
前記最外側のガス噴出ポートに隣接するガス噴出ポートに可燃性ガスを供給することと
を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項９】
前記塞ぎ部材の厚みが、１．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一項に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【請求項１０】
前記ガス噴出孔を通過するガスの線速が、約１６ｍ／ｓであり、前記ガス噴出孔が、円形状であり、前記ガス噴出孔の内径が、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一項に記載の多孔質ガラス母材の製造方法。
【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２０１３−８７０２０（Ｐ２０１３−８７０２０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９１６６（Ｐ２０１１−２２９１６６）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
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