特許 7141935 合成シリカガラス製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-14

(45)【発行日】2022-09-26

(54)【発明の名称】合成シリカガラス製造装置

(51)【国際特許分類】

   C03B 8/04 20060101AFI20220915BHJP

   C01B 33/12 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

C03B8/04 H

C03B8/04 G

C03B8/04 Z

C01B33/12 Z

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2018227131

(22)【出願日】2018-12-04

(65)【公開番号】P2020090405

(43)【公開日】2020-06-11

【審査請求日】2021-06-07

(73)【特許権者】

【識別番号】507182807

【氏名又は名称】クアーズテック株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】592104944

【氏名又は名称】クアーズテック徳山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101878

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100187506

【弁理士】

【氏名又は名称】澤田 優子

(72)【発明者】

【氏名】足立 定弘

(72)【発明者】

【氏名】千々松 孝

(72)【発明者】

【氏名】生野 浩人

【審査官】山本 佳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０４１２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３２８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２３６８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０６７６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０７３１３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０３Ｂ ８／０４

Ｃ０１Ｂ ３３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

耐火物製の炉体と、前記炉体内部に設置されたインゴット形成用のターゲットと、前記炉体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、を備えた合成シリカガラス製造装置であって、
前記バーナは、少なくとも原料ガスを導出する内筒管と、前記可燃性ガスと前記支燃性ガスの少なくとも、いずれか１つのガスを導出する外筒管を備え、
前記炉体は、筒状の側壁部と、前記側壁部の上部を閉塞する天井部とから構成され、前記天井部には前記外筒管が挿入される貫通孔が設けられており、
前記貫通孔の内周側壁に、前記外筒管の先端の端面部と当接して前記バーナを保持する段差部が設けられており、
前記貫通孔が、天井部の炉内側に形成された直径の小さい小貫通穴と、天井部の炉外側に形成された、前記小貫通穴よりも直径が大きい大貫通穴を備え、
前記段差部は、小貫通穴と大貫通穴の直径の差に形成され、
前記小貫通穴と前記大貫通穴の半径の長さ寸法差によって生じる、大貫通穴の壁から径方向に向う前記段差部の先端までの長さは、前記外筒管端面部における管肉厚の８０～１００％であり、
前記段差部を形成する小貫通穴の軸方向における長さ寸法が、０．５ｍｍを超える寸法である 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装置に関し、特に、バーナの特定の取り付け構造を備えた合成シリカガラス製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光学用途に好適な合成シリカガラスを製造する方法として、四塩化ケイ素等のシリカ原料をバーナから噴出し、これらを加水分解反応させて生成したシリカガラス微粒子をターゲット上に堆積することで合成シリカガラスのインゴットを形成し、これを成型、切削、研磨することにより所望の形状とする方法が、一般的に知られている。

【0003】

上記の方法における合成シリカガラス製造装置として、特許文献１に、図１に示すような炉体構造を有する合成シリカガラス製造装置が示されている。
図１に示す合成シリカガラス製造装置１は、炉体２を炉の側壁部３と天井部４を備え、前記天井部４にはインゴット合成用のバーナ５が設置されている。また、炉体２の内部にはターゲット６が設置されている。
そして、合成シリカガラスインゴット製造装置１はバーナ５によって生成されるシリカガラス微粒子をターゲット６に堆積させることにより、インゴットＸを形成する。尚、炉体２の下部には、排気ポート７が設けられている。

【0004】

上記合成シリカガラス製造装置１では、ターゲット６上に堆積されなかった浮遊シリカガラス微粒子は、炉体２の下部に設けられた排気ポート７から排気処理装置（スクラバー等）へと排気される。
しかしながら、浮遊シリカガラス微粒子の一部が、シリカガラス合成用バーナ５の先端の外周部に付着し、その付着したシリカガラス微粒子が合成中のインゴットＸに落下、混入し、その結果、異物や泡となってインゴットＸの品質の低下を生じせることがあった。即ち、インゴットＸに脈理、内部欠陥が生じ、高品質な合成シリカガラスを得ることができないという課題があった。

【0005】

この課題の解決方法として、特許文献１には、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、更に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合成シリカガラスの製造装置についても提案されている。

【0006】

この合成シリカガラスの製造装置にあっては、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ガラス微粒子の付着が抑制される。
その結果、浮遊シリカガラス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、脈理や内部欠陥が抑制された、高品質な合成シリカガラスを製造できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１２－４１２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、特許文献１記載の合成シリカガラスの製造装置では、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の火炎流と、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の火炎流とを形成している。
その際、炉内で発生する上昇流を抑え、炉下部に向けたガス流れを形成するために、炉内における可燃性あるいは支燃性ガスのガス流速を速くすること、言い換えれば、大量の可燃性あるいは支燃性ガスを必要するという課題があった。

【0009】

一方、炉内における可燃性あるいは支燃性ガスのガス流速が速い場合には、炉内における原料ガスの流れに乱れが生じ、ターゲット上に堆積するシリカガラスの堆積率が悪化するという課題があった。
また、多量の可燃性あるいは支燃性ガスを使用することから、コストアップにつながるという課題があった。更に、第１の火炎流及び第２の火炎流を生じさせるために、シリカガラス合成用のバーナや天井部の構成が複雑になり、合成シリカガラスの製造装置が高価になるという課題があった。

【0010】

一方、この合成シリカガラスの製造装置において、可燃性あるいは支燃性ガスのガス流速を遅くした場合には、図１に示す合成シリカガラス製造装置と同様に、バーナの先端に浮遊シリカガラス微粒子が付着することを回避できず、脈理や内部欠陥が抑制された高品質な合成シリカガラスを製造できない、という課題があった。
またバーナが石英ガラス製である場合には、バーナ先端に付着したシリカガラス微粒子がガラス化して冷却過程で、熱伝導性の不均一化によって、バーナ先端部に細かなクラックが発生し、更にバーナ先端に多量のシリカガラス微粒子が付着した場合には、バーナを取り外す際にバーナが貫通孔から抜けなくなって破損する、という課題があった。

【0011】

本発明者らは、上記技術的課題を解決するために、簡易な構造の合成シリカガラス製造装置であって、炉内における可燃性あるいは支燃性ガスのガス流速によることなく、原料ガス、可燃性あるいは支燃性ガスを導入するバーナの先端に、前記シリカガラス微粒子が付着し難い、合成シリカガラスの製造装置を鋭意研究した。
その結果、バーナの先端を炉内に露出させないという全く新たな発想に基づき、本発明を完成するに至った。

【0012】

本発明は、上記したように、簡易な構造で、高品質のシリカガラスインゴットの製造を可能とする合成シリカガラス製造装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するためになされた本発明にかかる合成シリカガラス製造装置は、耐火物製の炉体と、前記炉体内部に設置されたインゴット形成用のターゲットと、前記炉体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、を備えた合成シリカガラス製造装置であって、前記バーナは、少なくとも原料ガスを導出する内筒管と、前記可燃性ガスと前記支燃性ガスの少なくとも、いずれか１つのガスを導出する外筒管を備え、前記炉体は、筒状の側壁部と、前記側壁部の上部を閉塞する天井部とから構成され、前記天井部には前記外筒管が挿入される貫通孔が設けられており、前記貫通孔の内周側壁に、前記外筒管の先端の端面部と当接して前記バーナを保持する段差部が設けられており、前記貫通孔が、天井部の炉内側に形成された直径の小さい小貫通穴と、天井部の炉外側に形成された、前記小貫通穴よりも直径が大きい大貫通穴を備え、前記段差部は、小貫通穴と大貫通穴の直径の差に形成され、前記小貫通穴と前記大貫通穴の半径の長さ寸法差によって生じる、大貫通穴の壁から径方向に向う前記段差部の先端までの長さは、前記外筒管端面部における管肉厚の８０～１００％であり、前記段差部を形成する小貫通穴の軸方向における長さ寸法が、０．５ｍｍを超える寸法であることを特徴としている。

【0014】

このように本発明にかかる合成シリカガラス製造装置は、炉体の天井部には前記外筒管が挿入される貫通孔が設けられており、前記貫通孔の内周側壁に、前記外筒管の先端の端面部と当接して前記外筒管を保持する段差部が設けられ、外筒管の先端が炉内に露出していないため、外筒管の先端に浮遊シリカガラス微粒子が付着し難く、高品質な合成シリカガラスを製造することができる。

【0015】

ここで、前記貫通孔が、天井部の炉内側に形成された直径の小さい小貫通穴と、天井部の炉外側に形成された、前記小貫通穴よりも直径が大きい大貫通穴を備え、前記段差部は、小貫通穴と大貫通穴の直径の差に形成される。
このように、前記段差部を小貫通穴と大貫通穴の直径の差によって形成でき、簡易な構造で、外筒管の先端に浮遊シリカガラス微粒子が付着し難い合成シリカガラス製造装置を得ることができる。

【0016】

また、前記段差部を形成する小貫通穴の軸方向における長さ寸法が、０．５ｍｍを超える寸法である。
更に、前記小貫通穴と前記大貫通穴の半径の長さ寸法差によって生じる、大貫通穴の側壁から径方向に向う前記段差部の先端までの長さは、前記外筒管端面部における管肉厚の８０～１００％である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、簡易な構造で、高品質のシリカガラスインゴットの製造を可能とす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】

【0018】

【図1】従来技術に係る合成シリカガラス製造装置の概略構成を示す模式図。

【図2】本発明にかかる一実施形態の概略構成を示す模式図。

【図3】図２に示すバーナの概略構成を示す模式図。

【図4】本発明にかかる一実施形態の第１の態様に係る段差部の模式図。

【図5】本発明にかかる一実施形態の第２の態様に係る段差部の模式図。

【図6】本発明にかかる一実施形態の第３の態様に係る段差部の模式図。

【図7】本発明にかかる一実施形態の第４の態様に係る段差部の模式図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明にかかる一実施形態を、図２乃至図８に基づいて説明する。尚、図２乃至図８は、説明のために形状を模式的に表したものであり、本発明は、図示した形状、寸法等に限定されるものではない。また、本発明の説明に不要な、その他の装置や部材の説明、図示は省略している。

【0020】

図２は、本発明に係る合成シリカガラス製造装置の概略構成を示す模式図である。
図２に示すように、合成シリカガラス製造装置１０は、耐火物製の炉体１１と、炉体１１内部に設置されたインゴット形成用のターゲット１２と、炉体１１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（インゴット）合成用のバーナ１３と、を備えている。尚、図２のバーナ１３の詳細は、図３に示す。

【0021】

また、炉体１１は、筒状の側壁部１４と、側壁部１４の上部を閉塞する天井部１５とから構成され、天井部１５には、シリカガラス合成用のバーナ１３の外筒管１３Ａが挿入される貫通孔１６が設けられている。
この貫通穴１６の直径は、天井部１５の炉内側が小さく、天井部１５の炉外側が大きく形成されている。
即ち、天井部１４の炉内側に小貫通穴１６ａが形成され、また天井部１４の炉外側に大貫通穴１６ｂが形成されることにより、天井部１４の内部に小貫通穴１６ａと大貫通穴１６ｂの直径の差による、段差部Ａが形成される。
そして、外筒管１３の先端部は大貫通穴１６ｂの内周側壁によって保持されると共に、外筒管１３の先端の端面部が前記段差部Ａに当接し、外筒管１３の先端が炉内部に露出しないようになされる。

【0022】

このように、外筒管１３Ａの先端の端面部と当接する段差部Ａが設けられ、外筒管１３Ａの先端が炉内に露出しない構造となっているので、炉内に存在するシリカガラス微粒子が外筒管１３Ａの先端に付着しない。
しかも、シリカガラス合成用のバーナ１３が天井部１５の下面から炉の内部に突出しないため、前記バーナ１３からのガス流に、好ましくない気流の乱れが発生するのを抑制できる。

【0023】

尚、この段差部Ａの炉内側の面は、天井部１５の下面（炉側内面）と面一に形成され、天井部１５の下面から下方（炉内）に突出しないように形成されている。段差部Ａの炉内側の面が、天井部１５の下面から突出する場合には、バーナ１３からのガス流に、好ましくない気流の乱れが発生するため、望ましいものとはいえない。
但し、設計上の誤差の範囲で僅かに下方に突出する程度であれば、問題にならない。この場合の誤差は、外筒管１３Ａの直径によるが、例えば、図４に示す小貫通穴１６ａの長さ寸法Ｄ１の２％以内であることが望ましい。

【0024】

また、段差部Ａは天井部１５に貫通穴１６を形成することによって形成されるため、天井部１５と同一材料であるが、本発明はこれに限定されるものではない、例えば、貫通穴１６を形成した部材を天井部１５と異なる材料で形成し、貫通穴１６を形成した部材を天井部１５に組み付けても良い。

【0025】

次に、本発明にかかる合成シリカガラス製造装置に用いられるシリカガラス合成用のバーナの一例を、図３に基づいて説明する。
シリカガラス合成用のバーナ１３は、バーナ内筒管１３Ｂ内に、原料ガスを供給するソースノズル１３ａと、前記ソースノズル１３ａ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１３ｂと、前記可燃性ガスノズル１３ｂ内に前記ソースガスノズル１３ａ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１３ｃを形成し、シリカガラス合成用のバーナ１３のバーナ内筒管１３Ｂから原料ガス、可燃性ガス、支燃性ガスを供給するように形成されている。

【0026】

また、バーナ内筒管１３Ｂの外側には、少なくとも可燃性ガス、支燃性ガスのいずれかを供給するバーナ外筒管１３Ａが設けられている。
尚、本発明にかかる合成シリカガラス製造装置に用いられるシリカガラス合成用のバーナは、図３に示したバーナの限定されるものではなく、例えば、バーナを二重管とし、バーナ内筒管１３Ｂから原料ガスを供給し，バーナ外筒管１３Ａから可燃性ガス、支燃性ガスを供給する、シリカガラス合成用のバーナであっても良い。

【0027】

更に、本発明のより好ましい態様について、図４乃至図８に基づいて説明する。
図４は、本発明の第１の態様に係る段差部Ａの模式図である。
図４に示すように、大貫通孔１６ｂの側壁から径方向に向って段差部Ａの先端までの長さ寸法Ｄ３が、外筒管１３Ａの端面部１３Ａ１における管の肉厚寸法Ｄ２の１００％に形成されており、また、前記小貫通孔１６ａは、その軸方向における長さ寸法Ｄ１が０．５ｍｍを超え、３ｍｍ以下となるように形成されている。
前記小貫通孔１６ａの長さ寸法Ｄ１が０．５ｍｍ以下では、バーナ１３の外筒管１３Ａを保持するのに必要な強度が十分確保できなくなり、段差部Ａに欠けの発生が懸念される。
一方、前記小貫通孔１６ａの長さ寸法Ｄ１が３ｍｍを超えると、バーナ１３の火炎流が段差部Ａと接触することがあり、段差部Ａがバーナ１３の火炎流により溶出する虞があるため、好ましくない。

【0028】

図５は、本発明の第２の態様に係る段差部Ａの模式図である。
大貫通孔１６ｂの側壁から径方向に向って段差部Ａの先端までの長さ寸法Ｄ３が、外筒管１３Ａの端面部１３Ａ１における管の肉厚寸法Ｄ２の８０％以上に形成されている。
大貫通孔１６ｂの側壁から径方向に向って段差部Ａの先端までの長さ寸法Ｄ３が、外筒管１３Ａの端面部１３Ａ１の管の肉厚寸法Ｄ２を超えて径方向に突出すると、この段差部Ａの突出部Ａ１がバーナ１３のガス流れに干渉し、当該ガス流れに乱れが生じ、インゴット１７の品質に影響を与えるため、好ましくない。

【0029】

そのため、図４に示す本発明の第１の態様では、大貫通孔１６ｂの側壁から径方向に向って段差部Ａの先端までの長さ寸法Ｄ３と、外筒管１３Ａの肉厚寸法厚さＤ２とを同一寸法としている。
しかしながら、段差部Ａにおける、バーナ１３の火炎流に直接晒される小貫通孔１６ａの側壁面に、わずかながらシリカガラス微粒子が付着する。また、小貫通孔１６ａの側壁面の熱的負荷が他の箇所より大きく、小貫通孔１６ａの側壁面の劣化が速く進行する、という懸念がある。

【0030】

そのため、段差部Ａにおける、大貫通孔１６ｂの側壁から径方向に向って段差部Ａの先端までの長さ寸法Ｄ３を、外筒管１３Ａの端面部１３Ａ１の管の肉厚寸法Ｄ２の８０～９９％とすることが好ましく、上記したバーナ１３の火炎流による影響を効果的に回避することができ、上記弊害を抑制できる。

【0031】

上記段差部Ａにおける、大貫通孔１６ｂの側壁から径方向に向って段差部Ａの先端までの長さ寸法Ｄ３が、外筒管１３Ａの端面部１３Ａ１における管の肉厚寸法Ｄ２の８０％を未満である場合には、外筒管１３Ａ先端部の端面部１３Ａ１が炉内に露出する割合が大きくなり、シリカガラス微粒子が、前記外筒管１３Ａの先端部の端面部１３Ａ１に付着する懸念があり、好ましくない。
一方、上記段差部Ａにおける、大貫通孔１６ｂの側壁から径方向に向って段差部Ａの先端までの長さ寸法Ｄ３が、外筒管１３Ａの端面部１３Ａ１における管の肉厚寸法Ｄ２の９９％を超える場合には、バーナ１３の火炎流と段差部Ａが干渉して、段差部Ａが溶出し、外筒管１３Ａと段差部分が溶着する、あるいは、溶けた部分にシリカが付着して氷柱状のガラスが形成され、これがインゴット１７上に落下する等の不具合が懸念されるため、好ましくない。

【0032】

図６は、本発明の第３の態様に係る段差部Ａの模式図である。
この第３の態様にあっては、段差部Ａの小貫通孔１６ａの上部が、外筒管１３Ａの内径（厚さ）と同じ径を有し、外筒管１３Ａと当接するように形成され、更に小貫通孔１６ａの上部から下部が、炉の内部に向かうにつれて（バーナ１３の下方に向かうにつれて）、拡径するような形状（直径が徐々に大きくなる形状）に形成されている。

【0033】

このように、小貫通孔１６ａが炉の内部に向かうにつれて拡径する形状に形成されている合には、本発明の第１の態様の形状と比べると、バーナ１３の火炎流が早い段階で、炉内雰囲気に拡散して流速が低下する。そのため、小貫通孔１６ａの側壁に対する、バーナ１３の火炎流による熱的負荷が軽減され、段差部Ａの耐久性が向上する。

【0034】

図７は、本発明の第４の態様に係る段差部Ａの模式図である。
この第４の態様に係る段差部Ａは、第２の態様と第３の態様を組み合わせた段差部である。即ち、この第４の態様の段差部Ａは、大貫通孔１６ｂの側壁から径方向に向って段差部Ａの先端までの距離Ｄ３を、外筒管１３Ａの端面部１３Ａ１の肉厚寸法Ｄ２の８０～９９％とし、更に小貫通孔１６ａを、炉の内部に向かうにつれて（バーナ１３の下方に向かうにつれて）、拡径するような形状（直径が徐々に大きくなる形状）にしたものである。
このように、図７に示す第４の態様に係る段差部Ａにあっては、段差部Ａの形状がより最適化されるので、耐久性のさらなる向上が図れる。

【0035】

以上の通り、本発明に係る合成シリカガラス製造装置は、バーナ外筒管先端が炉内に露出しない構造であるため、バーナ先端部に浮遊シリカ微粒子が付着することを防止できる。
これにより、付着したシリカガラス微粒子が剥離してインゴット上に落下することによって生じる、インゴット中に異物や泡が混入することを抑制でき、高品質のシリカガラスインゴットを製造できる。

【実施例】

【0036】

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制
限されるものではない。

【0037】

（共通条件）
図２に示すように、アルミナ材料からなる天板に、貫通穴１６を形成することにより、以下に示す各種形状の段差部Ａを形成した、合成シリカガラス製造装置を用いて実験した。
このとき貫通穴１６の大貫通穴１６ｂは、外筒管１３Ａの外径に合わせてφ８０ｍｍとした。
また、バーナとして、図３に示すバーナを用いた。このバーナ１３の外筒管１３Ａからは可燃性ガスを供給し、内筒管１３Ｂ内のソースノズル１３ａから原料ガスと支燃性ガスを供給し、内筒管１３Ｂ内の支燃性ガスノズル１３ｃから支燃性ガスを供給した。
尚、内筒管１３Ｂ内の可燃性ガスノズル１３ｂは、外筒管１３Ａから可燃性ガスを供給することとし、可燃性ガスノズル１３ｂは使用しなかった。

【0038】

この外筒管１３Ａの外径はφ８０ｍｍ、外筒管１３Ａの内径はφ７４ｍｍ、外筒管１３Ａの先端端面部の肉厚寸法は、３ｍｍとした。
またソースノズル１３ａの外径はφ７ｍｍ、内径はφ３ｍｍ、支燃性ガスノズル１３ｃの外径はφ６ｍｍ、内径はφ２ｍｍとした。

【0039】

具体的には、インゴット形成時の温度は、１４００℃前後となるように調整した。
また、ガス条件は、ソースノズル１３ａからＳｉＣｌ₄を５０ｇ／ｍｉｎ＋Ｏ₂ガスを１０リットル／ｍｉｎを、支燃性ガスノズル１３ｃからＯ₂ガスを１５０リットル／ｍｉｎを、外筒管１３ＡからＨ₂ガスを３００リットル／ｍｉｎを、それぞれ炉内に導入した。Ｏ₂ガス／Ｈ₂ガス比は０．５とした。
そして、外径φ５００ｍｍ、重量１０００ｋｇの合成シリカガラスからなるインゴットを製造した。

【0040】

（実施例１）
段差部Ａの小貫通孔１６ａの軸方向における長さ寸法Ｄ１を３ｍｍ、小貫通孔１６ａと大貫通穴１６ｂの半径の差であるＤ２を、外筒管１３Ａの端面部の厚さ（肉厚）に対して１００％とした。
実験の結果、外筒管１３Ａの先端部にシリカガラス微粒子の付着は確認できず、合成されたインゴットにも、異物や泡の混入は無かった。

【0041】

（実施例２）
段差部Ａの小貫通孔１６ａの軸方向における長さ寸法Ｄ１を３ｍｍ、小貫通孔１６ａと大貫通穴１６ｂの半径の差であるＤ２を、外筒管１３Ａの端面部の厚さ（肉厚）に対して９９％とした。
実験の結果、外筒管１３Ａの先端部にシリカガラス微粒子の付着は確認できず、合成されたインゴットにも、異物や泡の混入は無かった。

【0042】

（実施例３）
段差部Ａの小貫通孔１６ａの軸方向における長さ寸法Ｄ１を３ｍｍ、小貫通孔１６ａと大貫通穴１６ｂの半径の差であるＤ２を、外筒管１３Ａの端面部の厚さ（肉厚）に対して９０％とした。
実験の結果、実施例１と同様に、外筒管１３Ａの先端部にシリカガラス微粒子の付着は確認できず、合成されたインゴットにも、異物や泡の混入は無かった。

【0043】

（実施例４）
段差部Ａの小貫通孔１６ａの軸方向における長さ寸法Ｄ１を３ｍｍ、小貫通孔１６ａと大貫通穴１６ｂの半径の差であるＤ２を、外筒管１３Ａの端面部の厚さ（肉厚）に対して８０％とした。
実験の結果、実施例１と同様に、外筒管１３Ａの先端部にシリカガラス微粒子の付着は確認できず、合成されたインゴットにも、異物や泡の混入は無かった。

【0045】

尚、上記実施例１～５において、実施例１では、インゴットへの品質に影響を及ぼすことは無かったが、ごくわずかながら、外筒管１３Ａと段差部Ａの一部が溶着した箇所があった。一方、実施例２～４には、外筒管１３Ａと段差部Ａの一部が溶着した箇所がなく、実施例２～４は、この点において、実施例１より優れていることが確認された。

【0046】

（比較例１）
図１に示すような、外筒管１３Ａの先端部が炉内に露出している、従来の炉体構造にて、インゴットの合成を行った。
その結果、外筒管１３Ａの先端部にシリカガラス微粒子が大量に付着し、これが落下して、合成されたインゴットに異物と泡が多量に混入した。

【0047】

（比較例２）
段差部Ａの小貫通孔１６ａの軸方向における長さ寸法Ｄ１を３ｍｍ、小貫通孔１６ａと大貫通穴１６ｂの半径の差であるＤ２を、外筒管１３Ａの端面部の厚さ（肉厚）に対して７５％とした。
実験の結果、比較例１ほどではないものの、外筒管１３Ａの先端部にシリカガラス微粒子の付着がみられ、これが落下して、合成されたインゴットに異物が混入した。

【0048】

（比較例３）
段差部Ａの小貫通孔１６ａの軸方向における長さ寸法Ｄ１を３ｍｍ、小貫通孔１６ａと大貫通穴１６ｂの半径の差であるＤ２を、外筒管１３Ａの端面部の厚さ（肉厚）に対して１１０％とした。
実験の結果、バーナ１３の火炎流により段差部Ａが溶け出し、外筒管１３Ａと段差部Ａが大きく溶着した個所が見られた。この溶着は、実施例１の場合より顕著なもので、かつ、実施例１と異なり、バーナ１３の再利用が不可であった。

【0049】

（比較例４）
段差部Ａの小貫通孔１６ａの軸方向における長さ寸法Ｄ１を０．５ｍｍ、小貫通孔１６ａと大貫通穴１６ｂの半径の差であるＤ２を、外筒管１３Ａの端面部の厚さ（肉厚）に対して１００％とした。
実験の結果、実施例１と同様に、外筒管１３Ａの先端部にシリカガラス微粒子の付着は無かったが、１００時間操業後、段差部Ａの一部が大きく欠損していた。これは、段差部Ａの強度不足により、熱負荷に長時間耐えられなかったものとみられる。

【符号の説明】

【0050】

１０ 合成シリカガラス製造装置
１１ 炉体
１２ ターゲット
１３ シリカガラス合成用のバーナ
１３Ａ 外筒管
１３Ｂ 内筒管
１４ 側壁部
１５ 天井部
１６ 貫通穴
１６ａ 小貫通穴
１６ｂ 大貫通穴
１７ インゴット
Ａ 段差部
Ｄ１ 小貫通穴の軸方向の長さ寸法
Ｄ２ 外筒管の端面部における管の肉厚寸法
Ｄ３ 段差部における先端部までの長さ寸法

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】