JP2011051825A

JP2011051825A - 石英バーナ及びその製作方法

Info

Publication number: JP2011051825A
Application number: JP2009201714A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Sato; 善和佐藤; 秀昭 ▲柳▼沼; Hideaki Yaginuma; Suguru Shiraiwa; 卓白岩
Original assignee: Maruwa Co Ltd
Current assignee: Maruwa Co Ltd
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-03-17

Abstract

【課題】多重管構造を構成する複数本の石英管相互の間隙を、所定の間隔に、高精度に且つ簡単に調整することが出来る石英バーナを提供すること、また、そのような特徴を有する石英バーナを有利に製作し得る方法を提供すること。
【解決手段】互いに径の異なる複数本の石英管が、径方向において相互に所定の間隙を介して外挿配置せしめられて、一体的に組み付けられてなる多重管構造のバーナ本体を備えた石英バーナにおいて、前記多重管構造の隣接する石英管のうち、径方向内側に位置する内側管の外周面に、管周方向に、複数の突起部を一体的に固設せしめ、該複数の突起部にて、該内側管の径方向外側に位置する外側管との間の間隙を規定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、石英バーナ及びその製作方法に係り、特に、互いに径の異なる複数本の石英管にて構成される多重管構造のバーナ本体を備えた石英バーナの改良された構造と、そのような石英バーナを有利に製造し得る方法に関するものである。

従来から、光ファイバや合成石英等の製造に際して、水素ガスや酸素ガス、アルゴンや窒素等の不活性ガス、ＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄等の各種の原料ガスを供給して、燃焼せしめ、また火炎の加水分解反応を惹起せしめるべく、互いに径の異なる複数本の石英管が、径方向において相互に所定の間隙を介して外挿配置せしめられて、一体的に組み付けられてなる多重管構造のバーナ本体を備えた石英バーナが、用いられてきている。また、そのような石英バーナにおいては、バーナ本体を構成する複数本の石英管の隣接するものの相互間の間隙や、最内側のものの内部空間が、それぞれ、原料ガスを導くガス導入路とされて、バーナ本体の先端部から、それぞれ、原料ガスを噴出させて燃焼せしめ、また火炎の加水分解反応を惹起せしめることにより、ガラス微粒子を生じさせて、それを、ターゲット材に向けて噴出・堆積させるようになっている（特許文献１参照）。

そして、かかる石英バーナを用いて、火炎の加水分解反応により生じたガラス微粒子をターゲット材に堆積させるとき、ガラス微粒子の収率を向上させるには、各ガス導入路に流される各種の原料ガスの微調整が必要とされており、また、原料ガスの流量の微調整で火炎の正確な制御を実現するには、バーナ本体が高精度に製造されていること、換言すれば、ガス導入路を形成する各石英管相互間に、許容範囲を超える軸心のずれや傾きが生じていないことが、前提とされている。特に、高品質乃至は高精度の製品を製造する上において、各種の原料ガスを円周方向において均一に噴出させる必要があり、そのために、石英管の重ね組立加工において、高精度の同軸度が要求されているのである。

そこで、従来からの石英バーナの製作方法においては、多重管構造の実現のために、内側の石英管と、その径方向外側に、所定の間隙を介して外挿配置されて、重ね合わされる外側の石英管との間隙の大きさを、バーナ本体の先端部となる原料ガスの噴出し部側の端面において、３次元測定器等を用いて測定し、それら２本の石英管の重ね合わせ管の間の間隙を調整する一方、石英バーナの基部側に位置せしめられる外側の石英管の管端部を、溶接加工して、内側の石英管の外周面に固着して、封止することにより、それら２本の石英管を組み付ける管溶接加工を実施し、その後、必要な多重管構造を実現するために、径の大きな石英管を順次外挿配置せしめて、同様な管溶接加工を行なうという手法が、採用されてきている。

しかしながら、かくの如き石英バーナの製作方法にあっては、内側石英管と外側石英管との溶接加工に際して、その溶接部付近の隙間の測定が困難であるところから、溶接加工誤差が大きく、製品要求精度、例えば、間隙１ｍｍに対してバラツキ±０．１ｍｍの要求間隙精度を、充分に満たすことは困難であったのであり、そして、その間隙精度が悪い場合においては、原料ガスの流れに偏りが生じる懸念がある。更に、そのような石英管の重ね組立加工の後、多重管構造のバーナ本体の外表面に対しては、一般に、バーナの火炎により、最終焼仕上げが施されることとなるのであるが、また、それによって、溶接部位が軟化して変形する場合があり、その場合においても、間隙精度乃至は同軸精度を乱してしまう恐れがあった。

また、特許文献２においては、バーナ本体の多重管構造における、隣接する石英管相互の間隙を、隙間チェック治具を用いてチェックして、各石英管の軸心の位置の調整を行なうことからなる調心方法が、従来より採用されていることが明らかにされている。しかし、この隙間チェック治具を用いた調心方法にあっても、そのような隙間チェック治具の挿入状態に応じた石英管の調心操作は、それら石英管の相互の溶接部を加熱により軟化せしめるものであるところから、隙間チェック治具の抜差し作業や加熱作業の繰返しが面倒となることに加えて、隙間チェック治具の抜差しの際の判断基準に作業者の主観が入るために、高精度な軸心調整が難しい等という問題も内在するものであった。

このため、特許文献２においては、石英バーナの調心用治具として、石英管の先端に押圧することで、かかる石英管の先端位置の心出しを行なう管端位置決め部を、多重管構造を構成している複数本の石英管相互の間隔に応じた多重管構造に一体形成してなる治具を用い、これを、石英バーナの各石英管の先端の内周を面取りして形成したテーパ面に押し当てて、バーナ本体の石英管相互を接合している溶接部を加熱により軟化させ、各石英管相互の先端の間隔を、かかる調心用治具の管端位置決め部相互の間隔に一致させるようにした石英バーナの調心方法が、明らかにされている。しかし、このような調心用治具を用いた石英バーナの調心方法にあっても、各石英管の調心のためには、石英管相互を接合している溶接部を、バーナ等にて加熱して軟化せしめる必要があるところから、これによって、石英管に変形が惹起される問題が依然として内在しているのであり、また溶接部付近では、間隙の測定が出来ないために、当該部分での間隙の調整は困難である等の問題も、依然として内在している。

特開２００３−２４６６２７号公報特開２００４−５１３７８号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、多重管構造を構成する複数本の石英管相互の間隙を、所定の間隔に、高精度に且つ簡単に調整することが出来る石英バーナを提供することにあり、また、石英管相互の間隙の精度を保持しつつ、熱加工を施した際にも、変形を効果的に抑制することが出来る石英バーナを提供することにあり、更には、そのような特徴を有する石英バーナを有利に製作し得る方法を提供することにある。

そして、本発明は、上記した課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また以下に記載の各態様は、任意の組合せにて、採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載及び図面に記載の発明思想に基づいて、認識され得るものであることが、理解されるべきである。

（１）互いに径の異なる複数本の石英管が、径方向において相互に所定の間隙を介して外挿配置せしめられて、一体的に組み付けられてなる多重管構造のバーナ本体を備えた石英バーナであって、
前記多重管構造の隣接する石英管のうち、径方向内側に位置する内側管の外周面に、管周方向に、複数の突起部が一体的に固設されて、該複数の突起部にて、該内側管の径方向外側に位置する外側管との間の間隙が規定されていることを特徴とする石英バーナ。

（２）前記突起部が、前記内側管の外周面に固設される一方、前記外側管の内周面に対しては固設されることなく、内挿配置せしめられている上記態様（１）に記載の石英バーナ。

（３）前記突起部が、前記内側管の管軸方向の複数の位置に配設されている上記態様（１）又は（２）に記載の石英バーナ。

（４）前記複数本の石英管が、同心的に又は偏心して配置されている上記態様（１）乃至（３）の何れか一つに記載の石英バーナ。

（５）互いに径の異なる複数本の石英管が、径方向において相互に所定の間隙を介して外挿配置せしめられて、一体的に組み付けられてなる多重管構造のバーナ本体を備えた石英バーナの製作方法にして、
前記多重管構造の隣接する石英管のうち、径方向内側に位置する内側管を与える第一の石英管の外周面に、管周方向に、複数の突起部を一体的に固設する突起部形成工程と、
該第一の石英管の外周面に固設された該複数の突起部を研削して、その高さにて、前記内側管の径方向外側に位置する外側管を与える第二の石英管の内周面との間の間隙が調整されるようにする突起部研削工程と、
該第一の石英管に対して該第二の石英管を外挿して、該第一の石英管の外周面に設けられた前記複数の突起部にて該第二の石英管との間の間隙を調整しつつ、前記石英バーナの基部側に位置せしめられる該第二の石英管の管端部を溶接加工して、該第一の石英管の外周面に固着して封止することにより、それら第一及び第二の石英管を組み付ける管溶接加工工程と、
を含むことを特徴とする石英バーナの製作方法。

（６）前記多重管構造を形成する複数本の石英管のうち、径方向の最外側管を除く残余のものに対して、予め、前記突起部形成工程と前記突起部研削工程とが実施され、そしてそれら突起部の設けられた各石英管が、前記管溶接加工工程に従って、順次組み付けられて、一体化せしめられる上記態様（５）に記載の石英バーナの製作方法。

（７）前記突起部の設けられた各石英管が、径の小さなものから順次組み付けられて、一体化せしめられる上記態様（６）に記載の石英バーナの製作方法。

（８）前記突起部が、前記石英管の管軸方向の複数位置において、管周方向に設けられる上記態様（５）乃至（７）の何れか一つに記載の石英バーナの製作方法。

（９）前記突起部が、前記石英管に対して同心的に又は偏心して研削せしめられる上記態様（５）乃至（８）の何れか一つに記載の石英バーナの製作方法。

このように、本発明に従う石英バーナにあっては、そのバーナ本体の多重管構造における隣接する石英管のうち、径方向内側に位置する内側管の外周面に、管周方向に所定の間隙を隔てて、複数の突起部が独立して一体的に固設されて、それら複数の突起部の高さにより、内側管の径方向外側に位置する外側管との間の間隙が規定されるようになっているところから、それら内側管と外側管との間が、それら複数の突起部にて、所定の間隙に、確実に且つ正確に維持され得ることとなるのであり、しかも、そのような間隙は、石英バーナの製作工程で採用される、管溶接加工やバーナ焼仕上げ等の熱加工が施された場合にあっても、石英管の変形を効果的に抑制して、それら複数の突起部にて規定される間隙の精度を、有利に保持することが出来るのである。

また、本発明に従う石英バーナにあっては、隣接する石英管のうちの径方向内側に位置する内側管の外周面に、複数の突起部を設けて、その高さを調整乃至は制御するだけで、内側管と外側管との間の間隙が簡単に且つ正確に規制され得るところから、従来の如き、原料ガス噴出し部側の端面における寸法測定操作に基づく調心作業や、隙間チェック治具或いは端面をテーパ面とした石英バーナ調心用治具を用いて、石英管の調心を行なう作業を、全く必要とすることなく、単に、従来と同様な管溶接加工手法に従って、内側管と外側管の溶接加工を実施することにより、内側管と外側管との間の間隙が精度良く規定された多重管構造のバーナ本体、ひいては石英バーナを簡単に製作することが出来ることとなったのである。

本発明に従う石英バーナの一例を示す縦断面説明図である。図１におけるＡ−Ａ断面説明図である。本発明に従う石英バーナの製作方法における工程の一部を縦断面形態において示すものであって、（ａ）は、突起部形成工程の一例を示す説明図、（ｂ）は、突起部研削工程の一例を示す説明図である。図３に示される工程に続いて採用される工程の一部を示すものであって、（ａ）は、径方向内側に位置する内側管を与える石英管に対して、径方向外側に位置する外側管を与える石英管を外挿して、重ね合わせる工程の一例を示し、また（ｂ）は、そのように重ね合わせた２本の石英管を管溶接加工する工程の一例を示す断面説明図である。図４に示される工程に続いて採用される工程の一部を示す断面説明図であって、（ａ）は、３本目以降の石英管を径方向外側に外挿して重ね合わせ、溶接加工する工程の一例を示す説明図であり、（ｂ）は、最終的に得られた多重管構造の石英バーナに対してバーナ焼仕上げを行なう工程の一例を示す説明図である。本発明に従う石英バーナの他の一例を示す縦断面説明図である。図６におけるＣ−Ｃ断面説明図である図６に示される石英バーナの製作方法の工程の一部を示す縦断面説明図であって、（ａ）は、図３（ａ）に対応する説明図、（ｂ）は、図３（ｂ）に対応する説明図である。

以下、本発明に係る石英バーナ及びその製作方法を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１には、本発明に従う石英バーナの一例が、その軸方向の断面である縦断面形態において概略的に示され、また図２には、そのような石英バーナの横断面形態である、図１におけるＡ−Ａ断面が、概略的に示されている。それらの図において、石英バーナ１０は、各種の原料ガス用として複数のガス導入路１２ａ〜１２ｅを備えたバーナ本体１４と、このバーナ本体１４の各ガス導入路１２ａ〜１２ｅにそれぞれ接続される、複数のガス供給用枝管（入口管）１６ａ〜１６ｅとを備えている。

そして、かかる石英バーナ１０におけるバーナ本体１４は、石英ガラスを素材とする、相互に径の異なる複数本の石英管１８ａ〜１８ｅを用い、それらを順次同心状に外挿配置して、重ね合わせると共に、隣接する石英管（例えば、１８ａと１８ｂ）同士は、内側の石英管（１８ａ）の外周面に、外側の石英管（１８ｂ）の基端部（バーナ基部側の端部）を、バーナにて溶接加工して固着せしめ、封止することにより、それら隣り合う石英管（１８ａ，１８ｂ）同士を組み付けることによって、同心状多重管構造において、構成されている。また、このバーナ本体１４において、その多重管構造における最内側の石英管１８ａの内部空間と、隣接する石英管同士となる１８ａと１８ｂ；１８ｂと１８ｃ；１８ｃと１８ｄ；１８ｄと１８ｅの間の間隙が、それぞれ、ガス導入路１２ａ〜１２ｅとなっている。

また、かかる石英バーナ１０における各ガス供給用枝管１６ａ〜１６ｅは、石英ガラス製の管体にて構成され、所定のガス供給装置（図示せず）から供給される各種の原料ガスを、それぞれ、バーナ本体１４における所定のガス導入路１２ａ〜１２ｅ内に導入するために、各石英管１８ａ〜１８ｅのバーナ基部側端部寄りの位置に溶接せしめられて、それぞれのガス導入路１２ａ〜１２ｅに連通せしめられている。そして、それら各ガス供給用枝管１６ａ〜１６ｅを通じて各ガス導入路１２ａ〜１２ｅに導入された各種の原料ガスは、同心状多重管構造を呈するバーナ本体１４の先端（図１における右側端部）から噴き出されて、複数種の原料ガスによる火炎を形成するようになっているのである。

そして、そのようなバーナ本体１４における、隣接する石英管１８ａ〜１８ｅの相互間の隙間にて形成されるガス導入路１２ｂ〜１２ｅの間隙が、石英管１８ａ〜１８ｄの外周面で、管軸方向の２箇所の位置に、それぞれ独立して一体的に固設せしめてなる複数の突起部２０ａ〜２０ｄ；２２ａ〜２２ｄにて、規定されるようになっている。即ち、それら複数の突起部２０ａ〜２０ｄ；２２ａ〜２２ｄは、何れも、石英ガラスを素材とする円柱形状を呈するものであって、図２に示される如く、それぞれ、周方向に９０°の位相差をもって、一定間隔を介して、径方向外方に向かって立設せしめられていると共に、隣接する石英管同士のうちの外側の石英管の内周面に対しては、ここでは、固設されることなく、単なる当接形態において、配設されている。

具体的には、それら複数の突起部２０ａ〜２０ｄ；２２ａ〜２２ｄのうち、バーナ本体１４の先端部から少し入り込んだ位置に設けられている先端側の突起部２０ａ〜２０ｄは、図１及び図２から明らかな如く、石英管１８ａ〜１８ｄのそれぞれの外周面に、且つ管軸方向で先端部側からの距離が同じ位置に、９０°の位相差をもって、溶接によって一体的に固設せしめられている。また、バーナ本体１４の基部側の複数の突起部２２ａ〜２２ｄは、図１に示される如く、隣接する石英管のうち、外側管となる石英管１８ｂ〜１８ｅの基部側（内側管への溶接側）に設けられるガス供給用枝管１６ｂ〜１６ｅの位置よりも、それぞれ、バーナ本体１４の先端部側に、所定距離を隔てて、それぞれ、内側管となる石英管１８ａ〜１８ｄの外周面に、９０°の位相差をもって、それぞれ、溶接されて固着されている。なお、それら基部側の各突起部２２ａ〜２２ｄの石英管外周方向の配設位置は、周方向において、先端側の突起部２０ａ〜２０ｄと同一とされており、そのため、図１におけるＢ−Ｂ断面は、図２に示される断面と同様なものとなるのである。

従って、かくの如き構成の石英バーナ１０にあっては、そのバーナ本体１４を構成する各石英管１８ａ〜１８ｅの間に形成される各ガス導入路１２ｂ〜１２ｅの間隙が、それぞれ、内側管となる石英管１８ａ〜１８ｄの外周面に固設された突起部２０ａ〜２０ｄ；２２ａ〜２２ｄによって、管軸方向において一定に保持され得ることとなるのであり、以て、それぞれのガス導入路１２ｂ〜１２ｅを通じて、原料ガスを均一に流すことが可能となるのである。

しかも、それら複数の突起部２０ａ〜２０ｄ；２２ａ〜２２ｄの存在によって、隣接する石英管１８ａ〜１８ｅ同士の間隙が効果的に保持されて、バーナ本体１４の多重管構造の同軸精度が維持されることにより、石英バーナ１０の製作に際して採用される、バーナを用いた溶接加工やバーナ焼仕上げ加工等の熱加工が施された場合にあっても、バーナ本体１４（各石英管）の変形を効果的に抑制することが出来、これにより、高精度な同軸多重管構造の石英バーナ１０が実現され得ることとなったのである。

なお、かかる石英バーナ１０にあっては、そのバーナ本体１４を構成する石英管１８ａ〜１８ｅの間隙（１２ａ〜１２ｅ）を規定する複数の突起部として、バーナ本体１４先端部側の突起部２０ａ〜２０ｄと、バーナ本体１４基部側の突起部２２ａ〜２２ｄとが、管軸方向の２箇所において設けられ、これによって、バーナ本体１４の多重管構造の同軸精度がより一層効果的に高められ得ているのであるが、そのような突起部の配設位置としては、適宜に選定されることとなる。尤も、ここでは、バーナ本体１４先端側の突起部２０ａ〜２０ｄは、原料ガスの噴出し口付近となると、それら突起部が障害となって、風速分布が乱れるようになるために、何れのガス導入路１２ｂ〜１２ｅにあっても、先端側端部から少し入り込んだ位置、例えば、５０ｍｍ程度奥の位置に配置され、また、バーナ本体１４の基部側に設けられる突起部２２ａ〜２２ｄは、外側管となる石英管１８ｂ〜１８ｅに対するガス供給用枝管１６ｂ〜１６ｅの溶接加工等の影響を考慮して、それら各ガス供給用枝管１６ｂ〜１６ｅから、バーナ本体１４の先端部側にある程度離れた位置、例えば、ここでは、２０ｍｍ程度離れた位置に、配設されている。

また、そのような各ガス導入路１２ｂ〜１２ｅの間隙を規定する複数の突起部の管軸方向における配設数としては、例示の如き２箇所の他、１箇所としたり、或いは３箇所以上としたりすることも可能であるが、管軸方向における配設位置をあまりにも多くすると、それぞれの位置における突起部の高さの調節乃至は補正作業が面倒となるところから、外側管となる各石英管１８ｂ〜１８ｅの軸方向長さに応じて、同軸精度が維持され得るに充分な管軸方向位置や配設数が、適宜に選定されることとなる。そして、それら突起部の管軸方向における各石英管１８ａ〜１８ｄに対する配設位置にあっても、突起部２０ａ〜２０ｄの如く、各石英管の管軸方向の対応位置に設けられる他、突起部２２ａ〜２２ｄの如く、管軸方向において各石英管の異なる位置に設けることも可能である。

さらに、隣接する石英管のうちの内側管となる石英管１８ａ〜１８ｄの外周面に、それぞれ設けられる突起部２０ａ〜２０ｄ又は２２ａ〜２２ｄは、ここでは、図２に示される如く、９０°の位相差をもって、等間隔にそれぞれ四つ配設されている。そして、その周方向の配設個数としては、複数個、特に、例示の４個の他、３個が、有利に採用されることとなるが、その他の個数であっても、何等差し支えない。尤も、そのような周方向の配設個数を多くすると、ガス導入路１２ｂ〜１２ｅを流される原料ガスの流れを阻害し、また、風速分布にも乱れが惹起されるようになるところから、そのような周方向に設けられる複数の突起部を、軸方向に一致させることなく（同一円周上に位置せしめることなく）、千鳥状や螺旋状等の如く、軸方向に所定の距離を隔てて設けるようにすることも可能である。

ところで、このような構成の石英バーナ１０を製作するに際しては、図３〜図５に示される如き工程が、本発明においては、有利に採用されることとなる。

すなわち、先ず、図３（ａ）に示される如く、前記したバーナ本体１４の多重管構造の径方向最内側管を与える第一の石英管となる石英管１８ａが、その一端部において、旋盤チャック２４ａに保持せしめられる一方、かかる石英管１８ａの外周面の軸方向に離れた所定の２箇所において、それぞれ、石英ガラス材質の円柱状の突起部２０ａ，２２ａの４つが、９０°の位相差をもって、周方向に一定距離を隔てて、径方向外方に突設するように溶接固定せしめられる。なお、この突起部２０ａ，２２ａの石英管１８ａに対する溶接には、一般に、水素ガスと酸素ガスを用いたバーナによる公知の溶接操作が、採用されることとなる。そして、このように、各突起部２０ａ，２２ａの４つが外周面に一体的に固設されてなる石英管１８ａが、旋盤チャック２４ａに保持された形態において、その軸心周りに回転せしめられ、円筒研削機（ダイヤモンド工具）２６等を用いて、各突起部２０ａ，２２ａの先端部が研削されることにより、目的とするガス導入路１２ｂの間隙を規定する高さとなるように、各突起部２０ａ，２２ａが、それぞれ高さ調節乃至は補正される。この際、それら突起部２０ａ，２２ａの外径（石英管１８の軸心周りの回転によって、突起部２０ａ，２２ａの先端部が描く円の直径）が、かかる石英管１８ａの径方向外側に外挿位置せしめられる外側管となる石英管１８ｂ（第二の石英管）の内径より、０．１ｍｍ以上小さくならないように調整される。換言すれば、ここでは、突起部２０ａ，２２ａの存在により、石英管１８ａと石英管１８ｂとの同軸精度が、０．１ｍｍ以下となるように設定されるのである。

次いで、かかる突起部２０ａ，２２ａの高さ調整（補正）が施されてなる石英管１８ａには、図４（ａ）に示される如く、隣接する石英管の径方向外側の外側管を与える石英管１８ｂが、他方の旋盤チャック２４ｂに保持されて、同軸的に外挿配置せしめられた後、図４（ｂ）に示される如く、かかる外挿された石英管１８ｂの外挿方向先端側の端部、換言すればバーナ本体１４の基部側となる端部が、水素と酸素を用いたバーナ等により溶接加工されて、石英管１８ａの外周面に固着せしめて、封止することにより、それら２本の石英管１８ａ，１８ｂが組み付けられる。従って、このような管溶接加工に際しては、管軸方向の２箇所に設けた突起部２０ａ，２２ａにて、それら石英管１８ａ，１８ｂの間の隙間が効果的に保持され得ることにより、溶接加工が施されても変化することがなく、それ故に、それら石英管１８ａ，１８ｂの間の間隙を高精度に維持しつつ、組立てが可能となるのである。また、二つの突起部２０ａ，２２ａの先端部は、外挿配置せしめられる石英管１８ｂの内周面には、溶接等によって固定されていないために、破損リスクが有利に回避され、更に、将来の石英バーナの修理時において、破壊の必要なく、簡易に解体せしめられ得るという特徴も有している。

かくして、隣接する２本の石英管１８ａ，１８ｂの一体的な組付けが終了することとなるが、更に、その径方向外側に、図１や図２に示される石英バーナ１０（バーナ本体１４）の如く、複数本の石英管１８ｃ〜１８ｅが外挿配置されて、一体的に組み付けられる場合においては、上記した図３及び図４に示される工程が、順次、繰り返されることとなるのである。即ち、３本目の石英管１８ｃを、２本目の石英管１８ｂの径方向外側に外挿せしめるに際しては、２本目の石英管１８ｂの外周面に、図３（ａ）に示される如く、突起部２０ｂ，２２ｂが溶接固定せしめられ、更に図３（ｂ）に示される如く、それら突起部２０ｂ，２２ｂに対して、円筒研削機２６等により研削加工が施されて、その高さが調整乃至は補正されて、目的とする外径を与える突起部２０ｂ，２２ｂとされる。その後、図４（ａ）及び（ｂ）と同様にして、かかる突起部２０ｂ，２２ｂの設けられた石英管１８ｂの径方向外側に、３本目の石英管１８ｃが外挿されて、その外挿側の管端部が、溶接加工により、径方向内側の２本目の石英管１８ｂの外周面に固着封止されることにより、かかる３本目の石英管１８ｃの一体的な組付けが終了し、図５（ａ）に示される構造が実現される。その後、更に、４本目の石英管１８ｄや５本目の石英管１８ｅの外挿組付け操作が同様にして行なわれ、目的とする多重管構造のバーナ本体１４が形成されるのである。

そして、かくして得られた多重管構造のバーナ本体１４には、それぞれ、外挿された石英管１８ｂ〜１８ｅに対して、それぞれの溶接加工側の管端部寄りの位置に、それぞれ、石英ガラス材質のガス供給用枝管１６ｂ〜１６ｅが、従来と同様にして溶接加工により取り付けられた後、図５（ｂ）に示される如く、バーナ２８を用いた焼仕上げ加工が、従来の如く施されて、目的とする石英バーナ１０に仕上げられることとなるのである。なお、このバーナを用いた焼仕上げ加工は、溶接加工時に石英が気化して付着した白いヒュームを除去し、また、工程途中で入った石英管外表面の傷を溶融して除去し、更には、溶接時の残留歪みの除去等の、従来と同様な目的をもって実施されるものであるが、このようなバーナ焼仕上げ加工の如き熱加工を実施しても、隣接する石英管１８ｂ〜１８ｅの間に形成されるガス導入路１２ｂ〜１２ｅの間隙が、各突起部２０ａ〜２０ｄ；２２ａ〜２２ｄによって有利に保持されて、バーナ本体１４を構成する各石英管の変形が効果的に抑制され得ているために、バーナ本体１４の多重管構造の同軸精度が、効果的に維持され得ることとなるのである。

なお、上記した石英バーナの製作方法においては、３本目以降の石英管１８ｃ〜１８ｅを外挿するに先立って、その径方向内側管となる石英管１８ｂ〜１８ｄの外周面に、突起部２０ｂ〜２０ｄ；２２ｂ〜２２ｄが、それぞれ、溶接加工され、更にその研削加工が施された後、外側管となる石英管の外挿組付けが行なわれているが、これに代えて、外挿配置せしめられる石英管１８ｂ〜１８ｄの外周面に、それぞれ、その外挿配置操作に先立って、予め、突起部２０ｂ〜２０ｄ；２２ｂ〜２２ｄを設けておき、そして、３本目以降の石英管１８ｃ〜１８ｅを順次外挿して組み付けるようにすることも可能である。

このように、バーナ本体１４の多重管構造を形成する複数本の石英管（１８ａ〜１８ｅ）のうち、径方向の最外側管（１８ｅ）を除く残余のもの（１８ａ〜１８ｄ）に対して、予め、突起部２０ａ〜２０ｄ；２２ａ〜２２ｄの形成工程と研削工程とを実施し、そしてそれら突起部２０ａ〜２０ｄ；２２ａ〜２２ｄの設けられた各石英管１８ａ〜１８ｄを用いて、それらが、管溶接加工工程に従って順次組み付けられて、一体化せしめられ、更にその後、径方向の最外側管となる石英管１８ｅが、管溶接加工工程に従って、一体的に組み付けられるようにすることによって、目的とする石英バーナ１０の製作が、より容易に且つ迅速に行ない得ることとなる。

ところで、本発明は、上述の如き同軸多重管構造の石英バーナ１０、具体的には、バーナ本体１４における各石英管１８ａ〜１８ｅの同軸精度の向上に、極めて有利に採用されるものであるが、また、バーナ本体を構成する複数の石英管を、敢えて偏心配置せしめて構成される特殊設計の石英バーナにも、同様に適用され得るものであって、その一例が、図６乃至図８に示されている。

すなわち、図６及び図７に示される偏心多重管構造の石英バーナ３０においては、そのバーナ本体３４が、複数本の石英管３８ａ〜３８ｅの偏心配置によって、図示の如き偏心多重管構造とされている。具体的には、径方向における最内側の石英管３８ａに対して、それよりも順次径の大きな各石英管３８ｂ〜３８ｅが、それぞれ、偏心して組み付けられているのであるが、それら各石英管３８ａ〜３８ｅの間隙が、本発明に従う突起部４０ａ〜４０ｄ；４２ａ〜４２ｄを、前例と同様に、軸方向の２箇所に設けることによって、偏心された間隙、換言すれば各ガス導入路３２ｂ〜３２ｅが、高精度に保持されているのである。なお、このバーナ本体３４にも、その基部側には、前例と同様なガス供給用枝管３６ａ〜３６ｅが設けられていると共に、各石英管３８ａ〜３８ｅの基部側に溶接固定された各突起部４２ａ〜４２ｄは、何れも、隣接する石英管のうちの外側管に設けられるガス供給用枝管３６ｂ〜３６ｅの配設位置よりも、ここでは、バーナ本体３４の基部側に偏倚して設けられている。

そして、このような偏心多重管構造のバーナ本体３４を有する石英バーナ３０を製作するに際しては、前例の石英バーナ１０におけるバーナ本体１４と同様な工程が採用されることとなるが、その場合において、各石英管３８ａ〜３８ｄの外周面に図８（ａ）の如く溶接固定された突起部４０ａ〜４０ｄ；４２ａ〜４２ｄの研削に際しては、図８（ｂ）に示される如く、石英管３８ａ（３８ｂ〜３８ｄ）を旋盤チャック２４ａに固定保持させると共に、この旋盤チャック２４ａの回転軸心を石英管３８ａの軸心から偏倚させることにより、目的とする偏心構造を規定する、高さの異なる複数の突起部４０ａ，４２ａが周方向に形成されるのである。なお、このような突起部４０ａ，４２ａの偏心した研削に際しても、一般に、それら突起部４０ａ，４２ａにて形成される外径の寸法は、その外側に外挿せしめられる外側管となる石英管３８ｂの内径との差が、０．１ｍｍ以内となるようにされる。

その後、このように偏心切削された突起部４０ａ，４２ａを有する石英管３８ａに対して、前例と同様に、その径方向外側管となる石英管３８ｂが外挿されて、その基部側の端部が溶接加工せしめられることにより、それら石英管３８ａと３８ｂとの間には、目的とする偏心したガス導入路３２ｂが形成され、更にその後、同様にして、突起部４０ｂ〜４０ｄ；４２ｂ〜４２ｄの固設、偏心研削、そして外挿組付操作を行なうことにより、それぞれ、偏心したガス導入路３２ｃ〜３２ｅが形成されて、目的とする、図６及び図７に示される如き偏心多重管構造のバーナ本体３４を有する石英バーナ３０を得ることが出来るのである。

従って、このような構造の石英バーナ３０にあっても、突起部４０ａ〜４０ｄ；４２ａ〜４２ｄの存在により、各石英管３８ａ〜３８ｅ間の偏心間隙が正確に規定され得ることとなり、以て、高精度な偏心組立加工が、容易に且つ有利に実現され得ることとなったのである。

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも、例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等、限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。

例えば、石英バーナにおけるバーナ本体の多重管構造を与える石英管の本数としては、石英バーナの用途に応じて公知の複数本の本数が適宜に採用され、具体的には、２本から４本、５本、更には、１６本もの多数本にて構成される石英バーナが知られており、本発明は、それら公知の本数のものに、何れも、適用することが可能である。

また、例示の石英バーナ１０，３０においては、そのバーナ本体１４，３４の原料ガス噴出し口側の端部において、各石英管１８ａ〜１８ｅ；３８ａ〜３８ｅの管端が揃えられて、軸方向において同じ位置で開口せしめられる構造とされているが、そのようなバーナ本体１４，３４の先端部の配置形態にあっても、本発明にあっては、何等制約を受けるものではなく、径方向内側に位置する石英管を、その先端部が外側に位置する石英管よりも内方に入り込んだ形態において配設する等の構造も、適宜に採用される。

さらに、例示の石英バーナ１０，３０の製作に際しては、径の最も小さな石英管１８ａ，３８ａから、順次、径の大きな石英管１８ｂ〜１８ｅ；３８ｂ〜３８ｅが外挿されて、組み付けられているが、複数の石英管を複数のブロックに分けて、それぞれのブロックにおいて石英管を組み付け、一体化した後、それらブロックの一体化したもの同士を、任意の順番にて外挿、組付けを行ない、一体化することにより、目的とする石英バーナ１０，３０を完成させることも可能である。

加えて、本発明に従う石英バーナは、光ファイバや合成石英等の製造工程において、好適に用いられ得るものであるが、また、これに限られることなく、複数のガス導入路を利用して、複数種の原料ガスによる火炎を形成する、各種の加熱処理作業に使用することが可能である。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において、実施され得るものであり、そして、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

１０，３０石英バーナ
１２ａ〜１２ｅ，３２ａ〜３２ｅガス導入路
１４，３４バーナ本体
１６ａ〜１６ｅ，３６ａ〜３６ｅガス供給用枝管
１８ａ〜１８ｅ，３８ａ〜３８ｅ石英管
２０ａ〜２０ｄ，４０ａ〜４０ｄ先端側突起部
２２ａ〜２２ｄ，４２ａ〜４２ｄ基部側突起部
２４ａ，２４ｂ旋盤チャック
２６円筒研削機
２８バーナ

Claims

互いに径の異なる複数本の石英管が、径方向において相互に所定の間隙を介して外挿配置せしめられて、一体的に組み付けられてなる多重管構造のバーナ本体を備えた石英バーナであって、
前記多重管構造の隣接する石英管のうち、径方向内側に位置する内側管の外周面に、管周方向に、複数の突起部が一体的に固設されて、該複数の突起部にて、該内側管の径方向外側に位置する外側管との間の間隙が規定されていることを特徴とする石英バーナ。
前記突起部が、前記内側管の外周面に固設される一方、前記外側管の内周面に対しては固設されることなく、内挿配置せしめられている請求項１に記載の石英バーナ。
前記突起部が、前記内側管の管軸方向の複数の位置に配設されている請求項１又は請求項２に記載の石英バーナ。
前記複数本の石英管が、同心的に又は偏心して配置されている請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の石英バーナ。
互いに径の異なる複数本の石英管が、径方向において相互に所定の間隙を介して外挿配置せしめられて、一体的に組み付けられてなる多重管構造のバーナ本体を備えた石英バーナの製作方法にして、
前記多重管構造の隣接する石英管のうち、径方向内側に位置する内側管を与える第一の石英管の外周面に、管周方向に、複数の突起部を一体的に固設する突起部形成工程と、
該第一の石英管の外周面に固設された該複数の突起部を研削して、その高さにて、前記内側管の径方向外側に位置する外側管を与える第二の石英管の内周面との間の間隙が調整されるようにする突起部研削工程と、
該第一の石英管に対して該第二の石英管を外挿して、該第一の石英管の外周面に設けられた前記複数の突起部にて該第二の石英管との間の間隙を調整しつつ、前記石英バーナの基部側に位置せしめられる該第二の石英管の管端部を溶接加工して、該第一の石英管の外周面に固着して封止することにより、それら第一及び第二の石英管を組み付ける管溶接加工工程と、
を含むことを特徴とする石英バーナの製作方法。
前記多重管構造を形成する複数本の石英管のうち、径方向の最外側管を除く残余のものに対して、予め、前記突起部形成工程と前記突起部研削工程とが実施され、そしてそれら突起部の設けられた各石英管が、前記管溶接加工工程に従って、順次組み付けられて、一体化せしめられる請求項５に記載の石英バーナの製作方法。
前記突起部の設けられた各石英管が、径の小さなものから順次組み付けられて、一体化せしめられる請求項６に記載の石英バーナの製作方法。
前記突起部が、前記石英管の管軸方向の複数位置において、管周方向に設けられる請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の石英バーナの製作方法。
前記突起部が、前記石英管に対して同心的に又は偏心して研削せしめられる請求項５乃至請求項８の何れか１項に記載の石英バーナの製作方法。