JP4220809B2 - ガラス微粒子合成用バーナ及び光ファイバ用多孔質母材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガラス微粒子合成用バーナ及び光ファイバ用多孔質母材の製造方法に関するもので、特にガラス微粒子を効率的に合成させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ファイバ用多孔質母材の製造方法としては、ＶＡＤ法、外付け法などが知られている。この場合に用いられるガラス微粒子合成用バーナとしては、各ノズルが同心円状に構成された多重管バーナやマルチノズル型バーナが用いられている。マルチノズル型バーナというのは概ね中心の原料ガス流出口の外周に環状の可燃性ガス流出口があって、さらに、この可燃性ガス流出口内に複数の小口径支燃性ガス流出口が内包して配置されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−１８７１３５号 １〜８頁、第４図
【０００４】
マルチノズル型バーナは、可燃性ガス流出口内に複数の小口径支燃性ガス流出口が内包されているため、多重管バーナに比較して、可燃性ガスである水素ガスと支燃性ガスである酸素ガスが混ざり易く、良好な火炎反応が得られる利点があり、その一例を図示すれば、例えば図４の如くである。
【０００５】
図示のマルチノズル型バーナ１００では、一般に、ＳｉＣｌ4 などの原料ガスを、キャリアガス（添加ガス）などと共に、中心の原料ガス流出口１１０から流出させ、この直ぐ外周の不活性ガス流出口１２０からは、窒素ガスなどの不活性ガスを流出させる。この不活性ガス流出口１２０の外周には、大きな口径の可燃性ガス流出口１３０があって、ここからは、水素ガスなどの可燃性ガスを流出させる一方、この可燃性ガス流出口１３０の内部に内包された複数の小口径支燃性ガス流出口１４０から、酸素ガスなどの支燃性ガスを流出させ、さらに、可燃性ガス流出口１３０の最外側のもう一つの不活性ガス流出口１５０からも、窒素ガスなどの不活性ガスを流出させている。
【０００６】
このようなマルチノズル型バーナ１００を用いることで、ターゲットである光ファイバ用多孔質母材に対して、良好にガラス微粒子（スート）を堆積させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなマルチノズル型バーナ１００を用いる場合であっても、本発明者等の研究によると、以下のような改善すべき点があることが判った。
【０００８】
先ず、近年、光通信の需要の増大に伴い、光ファイバの需要も年々増加してきており、これに対応して、光ファイバ製造に対するコスト低減の要請も強く、母材の大型化（太径化）や紡糸速度の高速化などが押し進められている。
【０００９】
特に、母材の大型化にあたっては、ガラス微粒子をいかに速く堆積させ得るか（堆積速度の向上）、或いは、使用した原料ガスが火炎反応によりすべてガラス微粒子となったと仮定して、いかに効率よく付着、堆積させ得るか（堆積効率の向上）が、重要なホイントとなる。
【００１０】
このため、単純には、上記マルチノズル型バーナ１００において、原料ガスの供給量を増やすことが考えられるが、原料ガスの流量を増やすと、当然原料ガス流出口１１０からの原料ガスの流速が速くなる。そうすると、火炎により生成されたガラス微粒子が、光ファイバ用多孔質母材と接する範囲内を短時間で通り過ぎてしまったり、原料ガスが未反応のうちに母材側に達してしまうなどの問題があって、かえって堆積効率や堆積速度が低下してしまうことが判った。
【００１１】
そこで、次に、中心の原料ガス流出口１１０を広げたところ、原料ガスの供給量自体は増えるものの、結果的に堆積効率や堆積速度が必ずしも改善されないことが判った。その理由としては、以下のことが推論される。
【００１２】
先ず、原料ガス流出口１１０を広げると、バーナ構造として、可燃性ガス流出口１３０内で、原料ガス流出口１１０の外周に環状に配置されている複数の小口径支燃性ガス流出口１４０が、火炎の中心より離れて位置するようになる。また、原料ガスの増量に対応して、当然可燃性ガスや支燃性ガスも増量されるが、可燃性ガスの流速は、その流出口の口径が大きいことから、あまり変化せず、相対的に流出口が小口である支燃性ガスの流速が速くなる。なお、原料ガス自体の流速は流出口を広げたことで、相対的に低下する傾向となる。
【００１３】
従って、この状況下で、上記のように、原料ガス流出口１１０が広げられると、可燃性ガスは流速の速い支燃性ガス側に引き込まれる形で、大きく影響されるため、火炎中における可燃性ガスの分布は、支燃性ガスの周りに多く、その内側、即ち原料ガスの近傍（火炎の中心）には、少ないというような、一種のドーナツ型の分布となるものと考えられる。
【００１４】
このようなドーナツ型の分布現象が起こると、火炎の中心部分でのガラス微粒子の生成が不十分となって、上記したように、原料ガスの流出量を増やしても、結果的に堆積効率や堆積速度が期待したほど向上しないことが判った。この可燃性ガスのドーナツ型の分布現象は、原料ガス流出口１１０の口径を広げれば広げるほど、相対的に原料ガスの流速が低下し、かつ、複数の小口径支燃性ガス流出口１４０がバーナ中心から離れるため、より顕著に現れることも判った。
【００１５】
特に、このような可燃性ガスにおけるドーナツ型の分布現象を持ったバーナでは、ターゲットがある程度成長してその外径が大きいときには、ガラス微粒子の堆積があまり支障なく行われるものの、ターゲットが未成長の段階で、ターゲット径が細いときには、火炎のガラス微粒子の生成があまり行われない部分が、ターゲットと重なるため、火炎のガラス微粒子が存在する部分が、ターゲットに当たらないという状態が生じて、堆積効率や堆積速度が大きく低下するという懸念があった。
【００１６】
このため、原料ガス流出口１１０を広げた場合であっても、可燃性ガスの流速を速くして、支燃性ガスの流速による影響をあまり受けないようにすることも可能であるが、この場合、多量の可燃性ガスが必要となり、また、この多量の可燃性ガスにより、火炎の温度が高くなり過ぎたりするため、トータル的には製造コストが上昇することが判った。
【００１７】
このような状況下で、本発明者等がさらに鋭意研究したところ、マルチノズル型バーナにおいて、中心の原料ガス流出口と可燃性ガス流出口（第１の可燃性ガス流出口）との間に、第２の可燃性ガス流出口を設け、ここから、可燃性ガスを流出させた場合、良好な結果が得られることを見い出した。
本発明は、このような新たな着想による結果に基づきなされたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、ガラス微粒子合成用バーナであって、中心に原料ガス流出口を設けると共に、その外周に、複数の小口径支燃性ガス流出口が内包された第１の可燃性ガス流出口を設け、前記中心の原料ガス流出口と前記第１の可燃性ガス流出口との間に、第２の可燃性ガス流出口を設け、前記第２の可燃性ガス流出口のノズル先端が、前記第１の可燃性ガス流出口のノズル先端より短く、バーナ基部方向の内側にあることを特徴とするガラス微粒子合成用バーナにある。
【００１９】
請求項２記載の本発明は、前記請求項１記載のバーナであって、前記第１の可燃性ガス流出口のノズル長さをＬ、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さをＬ2 、第２の可燃性ガスの流速をｖ2H、原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速をｖS としたとき、関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、０．４≦ａ≦１．８を満たすことを特徴とするガラス微粒子合成用バーナにある。
【００２０】
請求項３記載の本発明は、前記請求項１又は２記載のガラス微粒子合成用バーナを用いた光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、可燃性ガスを、前記第１の可燃性ガス流出口と前記第２の可燃性ガス流出口から流出させることを特徴とする光ファイバ用多孔質母材の製造方法にある。
【００２１】
請求項４記載の本発明は、前記請求項１又は２記載のガラス微粒子合成用バーナを用いた光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、可燃性ガスを、前記第２の可燃性ガス流出口からのみ流出させることを特徴とする光ファイバ用多孔質母材の製造方法にある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜図２は、本発明に係るガラス微粒子合成用バーナの一例を示したものである。このガラス微粒子合成用バーナ２００において、２１０は中心の原料ガス流出口、２２０は不活性ガス流出口、２３０は第１の可燃性ガス流出口、２４０は第１の可燃性ガス流出口２３０の内部に内包された複数の小口径支燃性ガス流出口、２５０は最外側のもう一つの不活性ガス流出口、２６０は中心の原料ガス流出口２１０と第１の可燃性ガス流出口２３０との間に設けられた、第２の可燃性ガス流出口である。
【００２４】
原料ガス流出口２１０のノズル２１１は、バーナの中心にあって、直線状のノズル管からなり、そのガス供給接続口には、ＳｉＣｌ4 などの原料ガスが供給される。なお、このとき、原料ガスには、キャリアガス（添加ガス）として、通常酸素ガスが混合される。内側の不活性ガス流出口２２０は、原料ガス流出口２１０のノズル２１１の直ぐ外周に同心円状に設置され、そのノズル２２１の先端は、原料ガス流出口２１０のノズル２１１の先端まで延びている。そして、そのガス供給接続口には、窒素ガスなどの不活性ガスが供給される。
【００２５】
第２の可燃性ガス流出口２６０は、不活性ガス流出口２２０の直ぐ外周に同心円状に設置され、そのノズル２６１の先端は、各流出口と揃えた長さとすることも可能であるが、好ましい態様としては、図示のように、第１の可燃性ガス流出口２３０のノズル２３１内に開口させてある。そして、そのガス供給接続口には、水素ガスである可燃性ガスが供給される。また、このノズル２６１の先端とバーナ基部（Ａ点）側との長さ、即ち、ノズル長さＬ2 は、第１の可燃性ガス流出口２３０のノズル長さ（バーナ長さ）Ｌとの関係において、後述するような、特定の関係式を満たすようにしてある。
【００２６】
第１の可燃性ガス流出口２３０は、その内側に、上記第２の可燃性ガス流出口２６０が開口される一方、その大きな口径内には、複数の小口径支燃性ガス流出口２４０が内包される形で配置されている。この第１の可燃性ガス流出口２３０の外周には、最外側をなすもう一つの不活性ガス流出口２５０が配置されている。また、これらの各ノズル２３１、２４１、２５１の先端は、原料ガス流出口２１０のノズル２１１の先端と揃えた長さとしてある。さらにまた、これらの各ノズル２３１、２４１、２５１の先端寄りの部分（全長に対して１／４〜１／５程度の部分）は、ガスの流出方向が内側に向くように絞ったり、或いは、曲げたりすることも可能である。そして、第１の可燃性ガス流出口２３０、小口径支燃性ガス流出口２４０、及び不活性ガス流出口２５０の各ガス供給接続口には、それぞれ水素ガスなどの可燃性ガス、酸素ガスなどの支燃性ガス、窒素ガスなどの不活性ガスが供給される。
【００２７】
このように構成された本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００を用いて、本発明に係る光ファイバ用多孔質母材の製造方法を実施するには、次のようにすればよい。例えば、図３に示すように、本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００を、外付け装置３００の側方に２本設置する。そして、これを、外付け装置３００の保持部（チャック）３１０、３１０に把持された光ファイバ用多孔質母材４００の長手方向に移動させて、その火炎２００ａを母材に吹き付ければ、火炎２００ａで生成されたガラス微粒子が母材側に堆積される。なお、母材自体は、外付け装置３００により回転される。
【００２８】
この際、上記ガラス微粒子合成用バーナ２００では、上記図４に示した、従来のバーナと異なり、第２の可燃性ガス流出口２６０を有するため、原料ガス流出口２１０の口径が広げられていても、このノズル先端の周囲に十分な量の可燃性ガスが供給される。しかも、この第２の可燃性ガス流出口２６０のノズル先端は、狭い環状の隙間からなるため、少ないガス量であっても、速い流速で流出させることができる。
【００２９】
このため、仮に、第１の可燃性ガス流出口２３０からの可燃性ガスが、速い流速の小口径支燃性ガス流出口２４０からの支燃性ガスにより、引っ張られる形で影響を受けるようなことがあっても、原料ガス側に最も近い部分から、速い流速で、十分な量の可燃性ガスがスムーズに供給さることとなる。
【００３０】
これにより、従来型のバーナのような、火炎中における可燃性ガスの分布が、支燃性ガスの周りに多く、その内側の原料ガスの近傍では少ないというような、ドーナツ型の分布が発生するのを有効に抑制することができる。また、第２の可燃性ガス流出口２６０のノズル先端は、上記したように狭く、ガス量もそれほど多くないため、大幅な火炎温度の上昇も招くこともない。
【００３１】
従って、本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００の場合、ターゲットがある程度成長してその外径が大きいときには、勿論のこと、ターゲットが未成長の段階で、ターゲット径が細いときでも、火炎においてガラス微粒子の生成が満遍なく行われるため、良好な堆積効率や堆積速度が得られる。
【００３２】
また、本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００では、上記したように、第２の可燃性ガス流出口２６０のノズル２６１の先端を、第１の可燃性ガス流出口２３０のノズル２３１の内側に開口させことが好ましく、この内側に開口させことで、可燃性ガスの分布を、火炎の全体にスムーズに広げることができる。
【００３３】
このとき、さらに好ましくは第２の可燃性ガス流出口２６０のノズル長さをＬ2 、第１の可燃性ガス流出口のノズル長さをＬ、第２の可燃性ガスの流速をｖ2H、原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速をｖS としたとき、関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、０．４≦ａ≦１．８を満たすようにするとよい。
【００３４】
つまり、ａ≧０．４を満たさないときには、第２の可燃性ガスの流速が速くなり過ぎて、原料ガスの流を乱すようになり、生成されたガラス微粒子が火炎全体にスムーズに広がらず、結局堆積効率や堆積速度が低下するようになるかと考えられる。また、ａ≦１．８を満たさないときには、第２の可燃性ガスの流速が遅くなり過ぎて、支燃性ガスに引っ張られる形で影響を受け、可燃性ガス分布がドーナツ型となってしまうからと考えられる。
【００３５】
また、本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００を用いて、本発明に係る光ファイバ用多孔質母材の製造方法を実施する場合、必要量の可燃性ガスを、第２の可燃性ガス流出口２６０のみから流出させることもできる。この場合、例えば、流出口の隙間を広げるなどして、可燃性ガスの流速が速くなり過ぎないようにする必要があるものの、この方法によると、可燃性ガスの供給系統を少なくすることができるため、さらなるコストダウンが可能となる。
【００３６】
〈実施例１〉
上記図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００３７】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は１００ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整し、第２の可燃性ガス流出口からはガス流速ｖ2Hが４．８ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００３８】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝１．７であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８６％を示す結果が得られ、最終的な平均堆積効率は６８％で、平均堆積速度は２８．０ｇ／ｍｉｎであった。
【００３９】
〈実施例２〉
上記実施例１の場合と同様、図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００４０】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は８０ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整し、第２の可燃性ガス流出口からはガス流速ｖ2Hが１０．５ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００４１】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝０．６２であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８３％を示す結果が得られ、最終的な平均堆積効率は６５％で、平均堆積速度は２６．０ｇ／ｍｉｎであった。
【００４２】
〈実施例３〉
上記実施例１の場合と同様、図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００４３】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は５０ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からは可燃性ガスを流さず、第２の可燃性ガス流出口のみからの流出により、ガス流速ｖ2Hが９．８ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は７．０ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００４４】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝０．４２であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８０％を示す結果が得られ、最終的な平均堆積効率は６３％で、平均堆積速度は２５．４ｇ／ｍｉｎであった。
【００４５】
〈比較例１〉
上記実施例１の場合と同様、図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００４６】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は１１０ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整し、第２の可燃性ガス流出口からはガス流速ｖ2Hが４．８ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００４７】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝１．８７であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８０％を示す結果が得られるものの、開始直後の堆積効率が１０．２％と低く、この結果が影響し、最終的な平均堆積効率は５５％で、平均堆積速度は２２．８ｇ／ｍｉｎであった。
【００４８】
〈比較例２〉
上記実施例１の場合と同様、図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００４９】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は４０ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整し、第２の可燃性ガス流出口からはガス流速ｖ2Hが１０．５ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００５０】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝０．３１であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、第２の可燃性ガス流出口から流れる可燃性ガスが原料ガスの広がりを阻害するため、最高堆積効率でも６５．７％と低く、この結果が影響し、最終的な平均堆積効率は５０％で、平均堆積速度は２０．３ｇ／ｍｉｎであった。
【００５１】
〈比較例３〉
図４のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００５２】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、バーナ長さは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００５３】
この際、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８１％を示す結果が得られるものの、開始直後の堆積効率が１０．５％と低く、この結果が影響し、最終的な平均堆積効率は５６％で、平均堆積速度は２３．２ｇ／ｍｉｎであった。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るガラス微粒子合成用バーナによると、中心の原料ガス流出口と第１の可燃性ガス流出口との間に、第２の可燃性ガス流出口を設けてあるため、仮に、原料ガスの増量を図るべく、原料ガス流出口を広げても、可燃性ガスの供給が原料ガス側に過不足なく行われ、ガラス微粒子の効率的な合成が可能となる。つまり、従来型のバーナのように、可燃性ガスの分布がドーナツ型となり難く、ターゲットがある程度成長してその外径が大きいときには、勿論のこと、ターゲットが未成長の段階でターゲット径が細いときでも、良好な堆積効率や堆積速度が得られる。
【００５５】
また、第２の可燃性ガス流出口のノズル先端は、第１の可燃性ガス流出口に比べて、狭く、少ない量のガス量でも、流速を容易に調整することができ、さらにまた、ガス量の少ないことによって、大幅な火炎温度の上昇も招くこともないため、制御が容易となり、大きな自由度があるという利点も得られる。
【００５６】
勿論、このような本発明のガラス微粒子合成用バーナを用いた本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法によれば、光ファイバ用多孔質母材を効率的に製造することができる。特に、第１の可燃性ガス流出口からの可燃性ガスの流出を止め、第２の可燃性ガス流出口からのみの流出とする場合、可燃性ガスの系統を少なくすることができ、この面からのコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るガラス微粒子合成用バーナの一例を示した縦断側面図である。
【図２】 図１のバーナの流出口側の端面図である。
【図３】 本発明に係るガラス微粒子合成用バーナを用いた外付け装置による本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法を示した概略説明図である。
【図４】 従来のガラス微粒子合成用バーナの一例を示した流出口側の端面図である。
【符号の説明】
２００ ガラス微粒子合成用バーナ
２１０ 中心の原料ガス流出口
２２０ 不活性ガス流出口
２３０ 第１の可燃性ガス流出口
２４０ 複数の小口径支燃性ガス流出口
２５０ 不活性ガス流出口
２６０ 第２の可燃性ガス流出口
３００ 外付け装置
４００ 光ファイバ用多孔質母材
Ｌ 第１の可燃性ガス流出口のノズル長さ
Ｌ2 第２の可燃性ガス流出口のノズル長さ
【産業上の利用分野】
本発明は、ガラス微粒子合成用バーナ及び光ファイバ用多孔質母材の製造方法に関するもので、特にガラス微粒子を効率的に合成させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ファイバ用多孔質母材の製造方法としては、ＶＡＤ法、外付け法などが知られている。この場合に用いられるガラス微粒子合成用バーナとしては、各ノズルが同心円状に構成された多重管バーナやマルチノズル型バーナが用いられている。マルチノズル型バーナというのは概ね中心の原料ガス流出口の外周に環状の可燃性ガス流出口があって、さらに、この可燃性ガス流出口内に複数の小口径支燃性ガス流出口が内包して配置されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−１８７１３５号 １〜８頁、第４図
【０００４】
マルチノズル型バーナは、可燃性ガス流出口内に複数の小口径支燃性ガス流出口が内包されているため、多重管バーナに比較して、可燃性ガスである水素ガスと支燃性ガスである酸素ガスが混ざり易く、良好な火炎反応が得られる利点があり、その一例を図示すれば、例えば図４の如くである。
【０００５】
図示のマルチノズル型バーナ１００では、一般に、ＳｉＣｌ4 などの原料ガスを、キャリアガス（添加ガス）などと共に、中心の原料ガス流出口１１０から流出させ、この直ぐ外周の不活性ガス流出口１２０からは、窒素ガスなどの不活性ガスを流出させる。この不活性ガス流出口１２０の外周には、大きな口径の可燃性ガス流出口１３０があって、ここからは、水素ガスなどの可燃性ガスを流出させる一方、この可燃性ガス流出口１３０の内部に内包された複数の小口径支燃性ガス流出口１４０から、酸素ガスなどの支燃性ガスを流出させ、さらに、可燃性ガス流出口１３０の最外側のもう一つの不活性ガス流出口１５０からも、窒素ガスなどの不活性ガスを流出させている。
【０００６】
このようなマルチノズル型バーナ１００を用いることで、ターゲットである光ファイバ用多孔質母材に対して、良好にガラス微粒子（スート）を堆積させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなマルチノズル型バーナ１００を用いる場合であっても、本発明者等の研究によると、以下のような改善すべき点があることが判った。
【０００８】
先ず、近年、光通信の需要の増大に伴い、光ファイバの需要も年々増加してきており、これに対応して、光ファイバ製造に対するコスト低減の要請も強く、母材の大型化（太径化）や紡糸速度の高速化などが押し進められている。
【０００９】
特に、母材の大型化にあたっては、ガラス微粒子をいかに速く堆積させ得るか（堆積速度の向上）、或いは、使用した原料ガスが火炎反応によりすべてガラス微粒子となったと仮定して、いかに効率よく付着、堆積させ得るか（堆積効率の向上）が、重要なホイントとなる。
【００１０】
このため、単純には、上記マルチノズル型バーナ１００において、原料ガスの供給量を増やすことが考えられるが、原料ガスの流量を増やすと、当然原料ガス流出口１１０からの原料ガスの流速が速くなる。そうすると、火炎により生成されたガラス微粒子が、光ファイバ用多孔質母材と接する範囲内を短時間で通り過ぎてしまったり、原料ガスが未反応のうちに母材側に達してしまうなどの問題があって、かえって堆積効率や堆積速度が低下してしまうことが判った。
【００１１】
そこで、次に、中心の原料ガス流出口１１０を広げたところ、原料ガスの供給量自体は増えるものの、結果的に堆積効率や堆積速度が必ずしも改善されないことが判った。その理由としては、以下のことが推論される。
【００１２】
先ず、原料ガス流出口１１０を広げると、バーナ構造として、可燃性ガス流出口１３０内で、原料ガス流出口１１０の外周に環状に配置されている複数の小口径支燃性ガス流出口１４０が、火炎の中心より離れて位置するようになる。また、原料ガスの増量に対応して、当然可燃性ガスや支燃性ガスも増量されるが、可燃性ガスの流速は、その流出口の口径が大きいことから、あまり変化せず、相対的に流出口が小口である支燃性ガスの流速が速くなる。なお、原料ガス自体の流速は流出口を広げたことで、相対的に低下する傾向となる。
【００１３】
従って、この状況下で、上記のように、原料ガス流出口１１０が広げられると、可燃性ガスは流速の速い支燃性ガス側に引き込まれる形で、大きく影響されるため、火炎中における可燃性ガスの分布は、支燃性ガスの周りに多く、その内側、即ち原料ガスの近傍（火炎の中心）には、少ないというような、一種のドーナツ型の分布となるものと考えられる。
【００１４】
このようなドーナツ型の分布現象が起こると、火炎の中心部分でのガラス微粒子の生成が不十分となって、上記したように、原料ガスの流出量を増やしても、結果的に堆積効率や堆積速度が期待したほど向上しないことが判った。この可燃性ガスのドーナツ型の分布現象は、原料ガス流出口１１０の口径を広げれば広げるほど、相対的に原料ガスの流速が低下し、かつ、複数の小口径支燃性ガス流出口１４０がバーナ中心から離れるため、より顕著に現れることも判った。
【００１５】
特に、このような可燃性ガスにおけるドーナツ型の分布現象を持ったバーナでは、ターゲットがある程度成長してその外径が大きいときには、ガラス微粒子の堆積があまり支障なく行われるものの、ターゲットが未成長の段階で、ターゲット径が細いときには、火炎のガラス微粒子の生成があまり行われない部分が、ターゲットと重なるため、火炎のガラス微粒子が存在する部分が、ターゲットに当たらないという状態が生じて、堆積効率や堆積速度が大きく低下するという懸念があった。
【００１６】
このため、原料ガス流出口１１０を広げた場合であっても、可燃性ガスの流速を速くして、支燃性ガスの流速による影響をあまり受けないようにすることも可能であるが、この場合、多量の可燃性ガスが必要となり、また、この多量の可燃性ガスにより、火炎の温度が高くなり過ぎたりするため、トータル的には製造コストが上昇することが判った。
【００１７】
このような状況下で、本発明者等がさらに鋭意研究したところ、マルチノズル型バーナにおいて、中心の原料ガス流出口と可燃性ガス流出口（第１の可燃性ガス流出口）との間に、第２の可燃性ガス流出口を設け、ここから、可燃性ガスを流出させた場合、良好な結果が得られることを見い出した。
本発明は、このような新たな着想による結果に基づきなされたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、ガラス微粒子合成用バーナであって、中心に原料ガス流出口を設けると共に、その外周に、複数の小口径支燃性ガス流出口が内包された第１の可燃性ガス流出口を設け、前記中心の原料ガス流出口と前記第１の可燃性ガス流出口との間に、第２の可燃性ガス流出口を設け、前記第２の可燃性ガス流出口のノズル先端が、前記第１の可燃性ガス流出口のノズル先端より短く、バーナ基部方向の内側にあることを特徴とするガラス微粒子合成用バーナにある。
【００１９】
請求項２記載の本発明は、前記請求項１記載のバーナであって、前記第１の可燃性ガス流出口のノズル長さをＬ、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さをＬ2 、第２の可燃性ガスの流速をｖ2H、原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速をｖS としたとき、関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、０．４≦ａ≦１．８を満たすことを特徴とするガラス微粒子合成用バーナにある。
【００２０】
請求項３記載の本発明は、前記請求項１又は２記載のガラス微粒子合成用バーナを用いた光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、可燃性ガスを、前記第１の可燃性ガス流出口と前記第２の可燃性ガス流出口から流出させることを特徴とする光ファイバ用多孔質母材の製造方法にある。
【００２１】
請求項４記載の本発明は、前記請求項１又は２記載のガラス微粒子合成用バーナを用いた光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、可燃性ガスを、前記第２の可燃性ガス流出口からのみ流出させることを特徴とする光ファイバ用多孔質母材の製造方法にある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜図２は、本発明に係るガラス微粒子合成用バーナの一例を示したものである。このガラス微粒子合成用バーナ２００において、２１０は中心の原料ガス流出口、２２０は不活性ガス流出口、２３０は第１の可燃性ガス流出口、２４０は第１の可燃性ガス流出口２３０の内部に内包された複数の小口径支燃性ガス流出口、２５０は最外側のもう一つの不活性ガス流出口、２６０は中心の原料ガス流出口２１０と第１の可燃性ガス流出口２３０との間に設けられた、第２の可燃性ガス流出口である。
【００２４】
原料ガス流出口２１０のノズル２１１は、バーナの中心にあって、直線状のノズル管からなり、そのガス供給接続口には、ＳｉＣｌ4 などの原料ガスが供給される。なお、このとき、原料ガスには、キャリアガス（添加ガス）として、通常酸素ガスが混合される。内側の不活性ガス流出口２２０は、原料ガス流出口２１０のノズル２１１の直ぐ外周に同心円状に設置され、そのノズル２２１の先端は、原料ガス流出口２１０のノズル２１１の先端まで延びている。そして、そのガス供給接続口には、窒素ガスなどの不活性ガスが供給される。
【００２５】
第２の可燃性ガス流出口２６０は、不活性ガス流出口２２０の直ぐ外周に同心円状に設置され、そのノズル２６１の先端は、各流出口と揃えた長さとすることも可能であるが、好ましい態様としては、図示のように、第１の可燃性ガス流出口２３０のノズル２３１内に開口させてある。そして、そのガス供給接続口には、水素ガスである可燃性ガスが供給される。また、このノズル２６１の先端とバーナ基部（Ａ点）側との長さ、即ち、ノズル長さＬ2 は、第１の可燃性ガス流出口２３０のノズル長さ（バーナ長さ）Ｌとの関係において、後述するような、特定の関係式を満たすようにしてある。
【００２６】
第１の可燃性ガス流出口２３０は、その内側に、上記第２の可燃性ガス流出口２６０が開口される一方、その大きな口径内には、複数の小口径支燃性ガス流出口２４０が内包される形で配置されている。この第１の可燃性ガス流出口２３０の外周には、最外側をなすもう一つの不活性ガス流出口２５０が配置されている。また、これらの各ノズル２３１、２４１、２５１の先端は、原料ガス流出口２１０のノズル２１１の先端と揃えた長さとしてある。さらにまた、これらの各ノズル２３１、２４１、２５１の先端寄りの部分（全長に対して１／４〜１／５程度の部分）は、ガスの流出方向が内側に向くように絞ったり、或いは、曲げたりすることも可能である。そして、第１の可燃性ガス流出口２３０、小口径支燃性ガス流出口２４０、及び不活性ガス流出口２５０の各ガス供給接続口には、それぞれ水素ガスなどの可燃性ガス、酸素ガスなどの支燃性ガス、窒素ガスなどの不活性ガスが供給される。
【００２７】
このように構成された本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００を用いて、本発明に係る光ファイバ用多孔質母材の製造方法を実施するには、次のようにすればよい。例えば、図３に示すように、本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００を、外付け装置３００の側方に２本設置する。そして、これを、外付け装置３００の保持部（チャック）３１０、３１０に把持された光ファイバ用多孔質母材４００の長手方向に移動させて、その火炎２００ａを母材に吹き付ければ、火炎２００ａで生成されたガラス微粒子が母材側に堆積される。なお、母材自体は、外付け装置３００により回転される。
【００２８】
この際、上記ガラス微粒子合成用バーナ２００では、上記図４に示した、従来のバーナと異なり、第２の可燃性ガス流出口２６０を有するため、原料ガス流出口２１０の口径が広げられていても、このノズル先端の周囲に十分な量の可燃性ガスが供給される。しかも、この第２の可燃性ガス流出口２６０のノズル先端は、狭い環状の隙間からなるため、少ないガス量であっても、速い流速で流出させることができる。
【００２９】
このため、仮に、第１の可燃性ガス流出口２３０からの可燃性ガスが、速い流速の小口径支燃性ガス流出口２４０からの支燃性ガスにより、引っ張られる形で影響を受けるようなことがあっても、原料ガス側に最も近い部分から、速い流速で、十分な量の可燃性ガスがスムーズに供給さることとなる。
【００３０】
これにより、従来型のバーナのような、火炎中における可燃性ガスの分布が、支燃性ガスの周りに多く、その内側の原料ガスの近傍では少ないというような、ドーナツ型の分布が発生するのを有効に抑制することができる。また、第２の可燃性ガス流出口２６０のノズル先端は、上記したように狭く、ガス量もそれほど多くないため、大幅な火炎温度の上昇も招くこともない。
【００３１】
従って、本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００の場合、ターゲットがある程度成長してその外径が大きいときには、勿論のこと、ターゲットが未成長の段階で、ターゲット径が細いときでも、火炎においてガラス微粒子の生成が満遍なく行われるため、良好な堆積効率や堆積速度が得られる。
【００３２】
また、本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００では、上記したように、第２の可燃性ガス流出口２６０のノズル２６１の先端を、第１の可燃性ガス流出口２３０のノズル２３１の内側に開口させことが好ましく、この内側に開口させことで、可燃性ガスの分布を、火炎の全体にスムーズに広げることができる。
【００３３】
このとき、さらに好ましくは第２の可燃性ガス流出口２６０のノズル長さをＬ2 、第１の可燃性ガス流出口のノズル長さをＬ、第２の可燃性ガスの流速をｖ2H、原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速をｖS としたとき、関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、０．４≦ａ≦１．８を満たすようにするとよい。
【００３４】
つまり、ａ≧０．４を満たさないときには、第２の可燃性ガスの流速が速くなり過ぎて、原料ガスの流を乱すようになり、生成されたガラス微粒子が火炎全体にスムーズに広がらず、結局堆積効率や堆積速度が低下するようになるかと考えられる。また、ａ≦１．８を満たさないときには、第２の可燃性ガスの流速が遅くなり過ぎて、支燃性ガスに引っ張られる形で影響を受け、可燃性ガス分布がドーナツ型となってしまうからと考えられる。
【００３５】
また、本発明のガラス微粒子合成用バーナ２００を用いて、本発明に係る光ファイバ用多孔質母材の製造方法を実施する場合、必要量の可燃性ガスを、第２の可燃性ガス流出口２６０のみから流出させることもできる。この場合、例えば、流出口の隙間を広げるなどして、可燃性ガスの流速が速くなり過ぎないようにする必要があるものの、この方法によると、可燃性ガスの供給系統を少なくすることができるため、さらなるコストダウンが可能となる。
【００３６】
〈実施例１〉
上記図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００３７】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は１００ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整し、第２の可燃性ガス流出口からはガス流速ｖ2Hが４．８ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００３８】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝１．７であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８６％を示す結果が得られ、最終的な平均堆積効率は６８％で、平均堆積速度は２８．０ｇ／ｍｉｎであった。
【００３９】
〈実施例２〉
上記実施例１の場合と同様、図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００４０】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は８０ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整し、第２の可燃性ガス流出口からはガス流速ｖ2Hが１０．５ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００４１】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝０．６２であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８３％を示す結果が得られ、最終的な平均堆積効率は６５％で、平均堆積速度は２６．０ｇ／ｍｉｎであった。
【００４２】
〈実施例３〉
上記実施例１の場合と同様、図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００４３】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は５０ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からは可燃性ガスを流さず、第２の可燃性ガス流出口のみからの流出により、ガス流速ｖ2Hが９．８ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は７．０ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００４４】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝０．４２であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８０％を示す結果が得られ、最終的な平均堆積効率は６３％で、平均堆積速度は２５．４ｇ／ｍｉｎであった。
【００４５】
〈比較例１〉
上記実施例１の場合と同様、図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００４６】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は１１０ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整し、第２の可燃性ガス流出口からはガス流速ｖ2Hが４．８ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００４７】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝１．８７であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８０％を示す結果が得られるものの、開始直後の堆積効率が１０．２％と低く、この結果が影響し、最終的な平均堆積効率は５５％で、平均堆積速度は２２．８ｇ／ｍｉｎであった。
【００４８】
〈比較例２〉
上記実施例１の場合と同様、図１〜図２のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００４９】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さＬ2 は４０ｍｍ、バーナ長さＬは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速ｖS を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、第１の可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整し、第２の可燃性ガス流出口からはガス流速ｖ2Hが１０．５ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００５０】
この際、上記関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、ａ＝０．３１であった。この場合、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、第２の可燃性ガス流出口から流れる可燃性ガスが原料ガスの広がりを阻害するため、最高堆積効率でも６５．７％と低く、この結果が影響し、最終的な平均堆積効率は５０％で、平均堆積速度は２０．３ｇ／ｍｉｎであった。
【００５１】
〈比較例３〉
図４のガラス微粒子合成用バーナを用い、図３に示す方法により、外径（直径）が３０ｍｍφのターゲットの外周にＳｉＯ2 のガラス微粒子を１５Ｋｇ堆積させて、光ファイバ用多孔質母材を得た。
【００５２】
このとき、原料ガスはＳｉＣｌ4 、キャリアガスは酸素ガス、可燃性ガスは水素ガス、支燃性ガスは酸素ガス、両不活性ガスは窒素ガスである。また、バーナ長さは１２０ｍｍとした。ここで、中心の原料ガス流出口から流す原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速を、９．８ｍ／ｓｅｃに調整した。可燃性ガスの流量調整では、可燃性ガス流出口からの流出により、光ファイバ用多孔質母材の外径の増加に合わせて、ガス流速が１．０〜１．８ｍ／ｓｅｃになるように調整した。支燃性ガスの流速は１３．１ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、内側の不活性ガスの流速は１．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整し、また、最外側の不活性ガスの流速は０．７ｍ／ｓｅｃとなるように調整した。
【００５３】
この際、光ファイバ用多孔質母材の外径の大きさ毎の堆積効率は、最高堆積効率が８１％を示す結果が得られるものの、開始直後の堆積効率が１０．５％と低く、この結果が影響し、最終的な平均堆積効率は５６％で、平均堆積速度は２３．２ｇ／ｍｉｎであった。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るガラス微粒子合成用バーナによると、中心の原料ガス流出口と第１の可燃性ガス流出口との間に、第２の可燃性ガス流出口を設けてあるため、仮に、原料ガスの増量を図るべく、原料ガス流出口を広げても、可燃性ガスの供給が原料ガス側に過不足なく行われ、ガラス微粒子の効率的な合成が可能となる。つまり、従来型のバーナのように、可燃性ガスの分布がドーナツ型となり難く、ターゲットがある程度成長してその外径が大きいときには、勿論のこと、ターゲットが未成長の段階でターゲット径が細いときでも、良好な堆積効率や堆積速度が得られる。
【００５５】
また、第２の可燃性ガス流出口のノズル先端は、第１の可燃性ガス流出口に比べて、狭く、少ない量のガス量でも、流速を容易に調整することができ、さらにまた、ガス量の少ないことによって、大幅な火炎温度の上昇も招くこともないため、制御が容易となり、大きな自由度があるという利点も得られる。
【００５６】
勿論、このような本発明のガラス微粒子合成用バーナを用いた本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法によれば、光ファイバ用多孔質母材を効率的に製造することができる。特に、第１の可燃性ガス流出口からの可燃性ガスの流出を止め、第２の可燃性ガス流出口からのみの流出とする場合、可燃性ガスの系統を少なくすることができ、この面からのコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るガラス微粒子合成用バーナの一例を示した縦断側面図である。
【図２】 図１のバーナの流出口側の端面図である。
【図３】 本発明に係るガラス微粒子合成用バーナを用いた外付け装置による本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法を示した概略説明図である。
【図４】 従来のガラス微粒子合成用バーナの一例を示した流出口側の端面図である。
【符号の説明】
２００ ガラス微粒子合成用バーナ
２１０ 中心の原料ガス流出口
２２０ 不活性ガス流出口
２３０ 第１の可燃性ガス流出口
２４０ 複数の小口径支燃性ガス流出口
２５０ 不活性ガス流出口
２６０ 第２の可燃性ガス流出口
３００ 外付け装置
４００ 光ファイバ用多孔質母材
Ｌ 第１の可燃性ガス流出口のノズル長さ
Ｌ2 第２の可燃性ガス流出口のノズル長さ
Claims (4)
- ガラス微粒子合成用バーナであって、中心に原料ガス流出口を設けると共に、その外周に、複数の小口径支燃性ガス流出口が内包された第１の可燃性ガス流出口を設け、前記中心の原料ガス流出口と前記第１の可燃性ガス流出口との間に、第２の可燃性ガス流出口を設け、前記第２の可燃性ガス流出口のノズル先端が、前記第１の可燃性ガス流出口のノズル先端より短く、バーナ基部方向の内側にあることを特徴とするガラス微粒子合成用バーナ。
- 前記請求項１記載のバーナであって、前記第１の可燃性ガス流出口のノズル長さをＬ、第２の可燃性ガス流出口のノズル長さをＬ2 、第２の可燃性ガスの流速をｖ2H、原料ガスと添加ガスの混合ガスの流速をｖS としたとき、関係式Ｌ2 ＝ａ×（ｖ2H／ｖS ）×Ｌにおいて、０．４≦ａ≦１．８を満たすことを特徴とするガラス微粒子合成用バーナ。
- 前記請求項１又は２記載のガラス微粒子合成用バーナを用いた光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、可燃性ガスを、前記第１の可燃性ガス流出口と前記第２の可燃性ガス流出口から流出させることを特徴とする光ファイバ用多孔質母材の製造方法。
- 前記請求項１又は２記載のガラス微粒子合成用バーナを用いた光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、可燃性ガスを、前記第２の可燃性ガス流出口からのみ流出させることを特徴とする光ファイバ用多孔質母材の製造方法。
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