(57)【要約】所定の形状のガラス製品を製造する方法および装置。この方法では、プリフォームが炉に導入され、ガラスの軟化点より高い温度まで加熱される。加熱された部分は張力が加えられ、出口開口部を介して線引きされる。処理中、不活性ガスが炉に導入される。本発明によると、炉内のガス状不純物の濃度は、オーブン中に供給された不活性ガスと同じレベルに維持される。周囲空気からの望ましくないガス状成分の流入を阻止するために、導入口または出口の開口部に不活性ガス流を生成することにより拡散障壁を形成する。この障壁流は拡散方向に対して反対の流れ方向を有する。本発明は、保護ガスの消費量を最適化しながら炉とプリフォームとの間での非接触封止を可能にする。本発明はまたプリフォームの同時回転も可能にする。
2006508884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス・プリフォームに炉内で張力処理を適用して所定の形状を有するガラス製品を製造する方法であって、この方法により
前記ガラス・プリフォームの少なくとも一部分が導入口開口部を介して前記炉に導入され、
炉に導入されたガラス・プリフォームの一部分がガラスの軟化点より高い温度まで加熱され、
前記ガラス・プリフォームの加熱された部分に線引き方向の張力が加えられて、前記プリフォームを所定の形状に加工し、
所定の形状に加工された前記プリフォームの前記部分が出口開口部を介して前記炉から線引きされ、
前記プリフォームの前記加熱された部分および前記プリフォームの前記処理された部分の少なくとも一部分が炉内で、前記炉に供給された不活性ガスでフラッシングされる
方法において、
炉内のガス状不純物濃度を基本的に、前記オーブンに供給される不活性ガス中の同じ不純物の濃度と同じレベルに維持することと、
前記炉の前記導入口開口部および前記出口開口部から選択された少なくとも１つの開口部に不活性ガスの障壁流を生成することにより、拡散力による周囲空気からの望ましくないガス状成分の流入に対する拡散障壁を形成する工程であって、前記障壁流は拡散の方向と略反対の流れ方向を有することと
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記炉は垂直の中心軸を有する細長の炉室を備え、前記拡散障壁は前記導入口開口部に形成され、前記導入口開口部は前記細長の炉室の上端部に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
拡散障壁が、ガラス・プリフォームの導入口開口部、不活性ガスの導入口開口部、および処理されたプリフォームの出口開口部に形成される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ガラス・プリフォームの導入口開口部を介するガス流が下記の式（２）に対応し、
Ｆ１＝Ｆ＊Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）      （２）
式中、
Ｆ１は前記導入内開口部を介するガス流を表し、
Ｆは総合ガス流を表し、
Ｃ１は前記導入口開口部のコンダクタンスを表し、
Ｃ２は前記出口開口部のコンダクタンスを表す、
請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記コンダクタンスＣ１およびＣ２のそれぞれが下記の式（３）で計算され、
Ｃ＝Ｋ  Ｗ＊Ｈ３／Ｌ      （３）
式中、
Ｃはコンダクタンスを表し、
Ｋは低い圧力差での定数であり、
Ｗは前記開口部の幅であり、
Ｈは前記開口部の高さであり、
Ｌは前記開口部の長さである、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記開口部を介する不活性ガスの流れは少なくとも、前記導入口開口部を介する煙突効果によって生じるガス流れに等しい、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記加熱オーブン中への前記流れまたは不活性ガスは、式（２）によるガス配分に基づいて、前記処理されたプリフォームの前記出口開口部で拡散障壁を形成するように十分静的である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記出口開口部は、前記不活性ガス流れの大部分を前記オーブン中に向かわせて前記出口開口部を通るように、前記導入口開口部よりも自由な流れを可能にする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記出口開口部のコンダクタンスは前記導入口開口部のコンダクタンスより大きい、請求項３乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記加熱オーブンに供給される不活性ガスは、煙突効果で生じるガス流＋１ＳＬＭ以上、特に煙突効果で生じるガス流＋５ＳＬＭ以上である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガラス・プリフォームは張力線引きが適用され、プリフォームを延伸して光ファイバの線引きなどの事後処理に適した形状にされる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガラス・プリフォームが光ファイバの線引きに適用される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガラス・プリフォームの外径と前記導入口開口部の直径との間の空隙が、８０ｍｍのプリフォームに対して０．１〜１０ｍｍである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
０．５〜１００ｍｍの障壁距離に沿って障壁流が存在する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記炉がグラファイト誘導炉である、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記炉での熱処理中に前記ガラス・プリフォームをその中心軸に沿って回転することを含む、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
張力で処理されて所定の形状のガラス製品にされるガラス・プリフォームを加熱する装置であって、
細長の炉室を画定するジャケットを有し、該炉室の中心軸に直交する少なくとも基本的に円形の横断面を有する炉本体と、
処理されるガラス・プリフォームの一端を収容する、前記炉室の一端にある第１開口部と、
処理されたガラス製品を引き出すための、前記炉室の反対の端部にある第２開口部と、
前記炉室で前記ガラス・プリフォームの誘導加熱を行う、前記炉室に取り付けられたグラファイト加熱抵抗体と、
保護ガスを前記炉室に導入するための、少なくとも前記炉室の前記第１開口部に接続された供給ノズルと
を備えた装置において、
前記ガラス・プリフォームの加熱中、拡散力による周囲空気からの望ましくないガス状成分の前記炉室への流入を阻止するための、前記第１開口部にある第１拡散障壁領域
を有することを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記炉室の前記第２開口部に第２拡散障壁領域を有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
保護ガスの供給用ノズルが前記第１開口部と第２開口部の両方に接続され、場合により、前記第１開口部と前記第２開口部との間の箇所の前記炉室の前記ジャケットに形成された開口部にも接続されている、請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２０】
光ファイバの線引きに適用するガラス・プリフォームの加熱用に構成された、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記ガラス・プリフォームの外径と前記導入口開口部の直径との間の空隙が、８０ｍｍのプリフォームに対して０．１〜１０ｍｍである、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
各障壁領域が０．５〜１００ｍｍ程度の炉室の長さを構成し、それに沿って保護ガスの障壁流を形成できる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記障壁領域は基本的にガス層流からなる領域を含む、請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記障壁領域は、前記保護ガスの前記供給ノズルの上方に形成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記障壁領域はガラス・プリフォームと前記炉の開口部との間の空隙により画定される、請求項１７乃至２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記ガラス・プリフォームの外径と前記開口部の内径との差が０．５〜１５ｍｍの範囲にある、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記障壁領域は、約１０〜１０００ｍｍ、好ましくは１５〜１５０ｍｍ程度となる、前記炉管の中心軸に平行な長さを有する、請求項２３乃至２６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
ガラス・サブストレートを熱処理する方法であって、前記ガラス・サブストレートは、第２の周囲ガス空間に包囲された、熱処理領域の第１ガス空間内に配置され、前記熱処理領域は前記第１ガス空間と前記第２ガス空間を相互接続する少なくとも１つのガス導通路を備える方法において、熱処理装置内部のガス空間を周囲雰囲気と相互接続する前記少なくとも１つのガス導通路に拡散障壁を形成して、前記導通路を介する少なくとも１つの方向のガス流に対して前記導通路を封止することを特徴とする方法。
【請求項２９】
前記炉の前記導入口開口部および前記出口開口部から選択された少なくとも１つのガス導通路に不活性ガスの障壁流を生成することにより、拡散力による前記周囲空気からの望ましくないガス状成分の流入または前記周囲空気への望ましくないガス状成分の流出に対する拡散障壁を形成することを含む、前記障壁流は拡散の方向と略反対の流れ方向を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１ガス空間と前記第２ガス空間を相互接続するガス導通路のそれぞれに拡散障壁を形成することを含む、請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記熱処理は、ＭＣＶＤレース内での改良化学気相成長によるプリフォーム処理を含む、請求項２８乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記熱処理は焼結炉内でのプリフォーム処理を含む、請求項２８乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記拡散障壁は、回転継手を備えたガス導通路に形成される、請求項２８乃至３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記回転継手は非接触継手である、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバの製造に関する。本発明は特に、ガラス・プリフォームに対して加熱炉で張力処理を加えることにより光ファイバを作製する、またはガラス・プリフォームを延伸してファイバ製造に適した形態にする、請求項１のプリアンブルに記載の方法に関する。
【０００２】
本発明は、請求項２８のプリアンブルに定義されたように、ＭＣＶＤレース（旋盤、ｌａｔｈｅ）および焼結炉のような他のプリフォーム作製方法およびその装置にも使用できる。
【０００３】
概して本発明は、第２の周囲ガス空間に包囲された熱処理領域の第１ガス空間にガラス・サブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）が配置され、前記熱処理領域には上記第１ガス空間と第２ガス空間の間にあり好ましくはこれらを連結するガス導通路が設置されるような、多種多様なガラス・サブストレートの熱処理工程で使用できる。典型的には、熱処理工程で、ガス導通路は回転継手を備える。処理は中程度の温度から高温までの温度（３００℃超、たいていの場合１０００℃超、しばしば１５００℃超）で行われる。ガス導通路の両側でのガス雰囲気（すなわちガス空間の組成）は互いに異なる。しばしば、プリフォームを処理するために使用される装置内に存在する雰囲気とその外部に存在する雰囲気との間には圧力差（１０００ｍｂａｒまで、好ましくは１００ｍｂａｒまで）が存在する。
【０００４】
本発明はまた、ガラス・プリフォームを処理する、請求項１７に記載のプリアンブルに記載の装置に関する。
【背景技術】
【０００５】
光ファイバの製造では、例えば層状ガラス構造を備えるガラス・プリフォームが、垂直または水平に指向された中心軸を有する、細長の加熱室を画定するジャケットを有する炉を通して線引きされ、加熱室ではガラスを軟化するためにプリフォームが約１８００〜２２００℃の範囲の温度まで加熱される。実際は、ＺｒＯまたはグラファイト抵抗体（抵抗加熱または誘導加熱）を有する炉が使用される。どの場合でも、導入口開口部（これを介して例えば垂直に懸架されたガラス・プリフォームが加熱炉まで延びている）には封止材が設けられる。封止材は機械的絞り構造などの機械的リングを有してよく、これにより導入口オリフィスと外部プリフォーム壁の間の清掃が減らされる。
【０００６】
ＺｒＯ抵抗体を用いて、処理を周囲雰囲気中で行うことが可能であり、導入口オリフィスの封止効率は重要ではない。ガラス・プリフォームと導入口開口部の内表面との間の清掃を最低限に抑える特別な必要もない。しかし、これらの炉は、運転中に冷却させた場合構造が破壊されるという重大な欠点がある。そのため、電力障害や同様な機能不全の際に特に困難な事態が生じる可能性がある。
【０００７】
第２の加熱炉、すなわちグラファイト炉はより広く使用されている。グラファイトの燃焼を回避するために、炉のグラファイト部分を５００℃超の温度で保護雰囲気中に保つ必要がある。燃焼したグラファイトを新品に変えることが高コストであるだけでなく、グラファイトが白熱し煙を出すことでファイバの特性を低下させる粒子が生成されることにも留意されたい。したがって、グラファイト炉の場合、保護雰囲気の制御で重要な部分は、１）炉に供給されるガラス・プリフォームと炉との間、２）炉の内部と、３）線引きされたファイバ／プリフォームと炉本体の出口との間にそれぞれ効率的な封止を行うことである。これまでは、これらの封止を制御する適切な方法がなかった。
【０００８】
他の種類のプリフォーム処理法は、ＭＣＶＤ（改良化学気相成長：Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）であり、この方法では、光ファイバ作製に用いるガラス・プリフォームの石英部分を生成するのに用いるサブストレート管（石英管）に対して回転継手を介して反応ガスが供給される。ガスは昇温されてＭＣＶＤレースに供給され、凝縮の問題を回避するため、回転継手は３００℃以上に加熱される必要がある。回転継手の目的は、処理用ガスが屋内大気まで広がることを防ぐことにある。この種の処理用ガスの一例は塩素である。さらに、周囲空気（屋内空気）は常に多少の水分や他の不純物を含んでおり、これらは処理中にＭＣＶＤレース内部でサブストレート管または反応ガスに接触させられると、製品の欠陥の原因となり得る。この種類の効果の典型的な例は、光ファイバの石英コアのウォーター・ピークにより起こる周知の減衰である。
【０００９】
既存のＭＣＶＤ技術では、Ｏリングや磁性流体（ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄ）を用いて回転継手を封止して、ガスがレース内部から周囲空気に流れるのを阻止する。この公知の解決法に関する問題がいくつかある。すなわち、処理時の過酷な条件では、Ｏリングは１〜５回の処理行程まで耐えられず、漏れがある場合は製品が損傷する。磁性流体は大変高価な材料であり、昇温での使用は能力に限りがある。
【００１０】
本発明の範囲にある典型的なプリフォーム処理方法の第３の例は焼結処理である。この処理は例えば、煤煙を焼結（高密度化）して固体材料にするためにＯＶＤまたはＯＶＤ処理の後に行われる。この処理では、プリフォームは炉の加熱領域を通って供給され、そこで焼結が行われる。より均一な結果を得るために、プリフォームは回転され、回転継手が装置のパーツ間に形成され、互いに対して相対的な運動を受ける。焼結中、炉の雰囲気は制御され、これは塩素等の有害ガスを含有する場合がある。また、周囲雰囲気から生じた水分は阻止する必要がある。回転継手は軸方向の運動と回転運動の両方に対して同時に作用する必要がある。これは従来、グラファイトまたは他の材料からなる板を使用し、さらにＣｌ２分子を捕獲するために継手の周囲にフードを取り付けることにより対処されてきた。これらの構造は信頼性に欠け、水分を十分に阻止せず、塩素が大気に入り込み、また炉内に有害粒子の形成をもたらす恐れがある。
【００１１】
日本国特開昭５５−０２０２６０、米国特許第４４７７２７４号、ドイツ特許第３９０３４６６号および第４００６８３９号では各種機械的封止材が開示されており、微動（ｄｒａｇｇｉｎｇ）エラストマーまたはグラファイト封止材が記載されている。これらの封止材はファイバを引く抜く際にプリフォームに対してぴったりと付けられる。
【００１２】
また、上述の種類の典型的な機械的封止材を添付の図２に示す。図中、参照符合１．１は絞りの支持ブロックを示し、１．２は封止フェルト（参照符号１．３）の把持リングを示し、参照符号３はガラス・プリフォ−ムを示し、４は炉本体を示す。
【００１３】
別の機械的封止構造は、供給開口部を封止するために用いる懸架された石英板を備えている。
【００１４】
ファイバの線引き中にプリフォームを中心軸の周りに回転することが提案されている。この回転により、処理の制御性、加熱の均一性、厚さ測定に関して利点がもたらされる。しかし、プリフォームの楕円化は封止材の微動とあいまってプリフォームの回転運動に悪影響を及ぼし、したがってファイバの線引きならびにプリフォームの延伸にも悪影響をもたらす。さらに、ポリマーやグラファイト材料から放出された粒子がファイバを汚染する可能性がある。
【００１５】
上述のように、プリフォームに対する機械的接触に基づく封止は、プリフォームの表面に対して汚染ならびにスクラッチおよび他の欠陥を生じさせる。エラストマー封止材（化学的には耐性のある材料であるが）ではなく、高温に耐える封止材料を使用する必要がある。通常用いる封止材はグラファイト製フェルト（上記参照）や石英ウールに基づいているが、これも酸素の炉内への侵入をもたらし、また重大な磨耗を受ける。このことを説明し得る事実としては、起こされる拡散作用に抵抗する封止材を介する加熱室内部から外部への帰還流がないこと、または少なくとも多孔性すなわち緊密さが不完全な封止材ではそのような流れを形成することが極めて困難であるということがある。分子の自由行程と同程度の高さ（ｈｅｉｇｈｔ）を有する狭いスロットを真空という観点から検証できる。それは、分子の自由行程が壁間の距離より高い（ｈｉｇｈｅｒ）空間を真空と定義できるからである。真空では接近する分子とぶつかることなく分子が壁間で直線移動を続ける。したがって、例えば酸素分子（スロットに進入する）は、スロットに行くと、スロット中を進む。この現象はまた、分子がより高い圧力の方向にも多孔性壁を介して拡散するという公知の事実も説明する。この点に照らすと、封止を完全に緊密するか、さもないと拡散流が侵入できることになり、これは過圧力や他の方法で防止することが困難であることが容易に理解されよう。この問題を解決するためには他の手段を導入する必要がある。
【００１６】
当技術分野では、保護ガスの流れを変えることが上述の問題に対する解決法であると考えられてきた。そこで、例えば米国特許第４１７４８４２号、第５９７００８３号および第５８９７６８１号ならびに日本国特開昭６０−０８１０３９がガス流を増やすことを提案している。この手法により、炉内の酸素の拡散を低減できるが、この解決法の特有の問題は不活性ガスの消費量と費用がかなり増大することである。実際、非接触の解決法を試験する場合、極めて高い封止流（毎分１００標準リットル超：後述の省略形を用いると１００ＳＬＭ超）が使用される。装置全体の構造部品の僅かな変更によって封止の予期しない故障が起こる。ある場合には、グラファイト抵抗体がゆっくりと破壊され、それらは数週間の間隔で替えられる。これは少なくともプリフォームの延伸に用いられ、次いで汚染されたプリフォームは別々に洗浄する必要がある。
【００１７】
関連技術の上記説明から明らかなように、加熱処理全体に対する適切な理解や、ガラス・プリフォームに対する誘導炉の内部の流れの適切な配分を実現することの重要性に対する適切な理解が現在までなされていない。さらに、そのような炉に対する封止解決法は各種部品の個別の試験に基づいて別個に開発されてきた。したがって、例えばプリフォームの直径を僅かに変更すると、炉の運転が可能となる前にまったく新規の一連の試験が必要となる。
【００１８】
基本的な型式の制御性は、プリフォーム、ハンドラ、サブストレート管の形状の変更、例えば厚さの変更、楕円または湾曲形状および撓みにより悪化する。
【００１９】
ある場合には、１つの雰囲気を封止／回転継手の他方の側の雰囲気の影響から保護することで十分である。しかし、多くの場合、各雰囲気を互いに分けることが強く必要になり、その目的はやはり封止によって実現されなくてはならない。
上述したように、プリフォームが処理中に回転する場合、上述の問題は深刻になる。
【００２０】
【特許文献１】日本国特開昭５５−０２０２６０
【特許文献２】米国特許第４４７７２７４号
【特許文献３】ドイツ特許第３９０３４６６号
【特許文献４】ドイツ特許第４００６８３９号
【特許文献５】米国特許第４１７４８４２号
【特許文献６】米国特許第５９７００８３号
【特許文献７】米国特許第５８９７６８１号
【特許文献８】日本国特開昭６０−０８１０３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、公知の技術の欠点をなくし、光ファイバの線引きおよびガラス・プリフォームの延伸ならびに光ファイバの製造に関する同様な作業で用いる炉を封止する新規な解決法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、加熱オーブン中のガス状不純物の濃度を該オーブンに供給する不活性ガス中の同一不純物の濃度と基本的に同じレベルに維持するという概念に基づいている。さらに次いで、加熱オーブンの導入口開口部で不活性ガスの障壁流を生成することにより、拡散力によって推進される周囲空気からの望ましくないガス状成分の流入に対する拡散障壁が形成される。この障壁流は、拡散方向に対して略反対の流れ方向を有している。したがって、本発明による装置では、少なくとも１つの、好ましくは炉室の開口部と同数の拡散障壁領域が形成されている。拡散障壁は不純物を一定量侵入させるだけであり、基本的に炉内の不純物濃度を増大させることはない。そのような増大は、炉中に供給される保護ガス内に不純物が存在するために、好ましくは濃度の１０％未満であり、特に５％未満である。
【００２３】
上述の基本概念に基づく２方向構成を作製することが可能である。そこで、光ファイバ用プリフォームの製造および処理に用いる熱処理装置では、処理用ガスが炉から流出する（拡散する）ことを阻止する１つの障壁流と、周囲雰囲気ガスが炉中に拡散するのを阻止する別の障壁流とを設けることができる。
【００２４】
本発明を用いてこの技術的解決法を具体的に実施する方法は、ガラス・プリフォーム（被加工物）に炉内で張力処理を適用して所定の形状を有するガラス製品を製造する方法であって、前記ガラス・プリフォームの少なくとも一部分が導入口開口部を介して前記加熱オーブンに導入され、炉に導入されたガラス・プリフォームの一部分がガラスの軟化点より高い温度まで加熱され、前記ガラス・プリフォームの加熱された部分に線引き方向の張力が加えられて、前記プリフォームを所定の形状に加工し、所定の形状を有する、前記プリフォームの加工された前記部分が出口開口部を介して前記炉から線引きされ、前記プリフォームの軟化した部分および前記プリフォームの前記処理された部分の少なくとも一部分が炉内で、供給点を介して前記炉に供給された不活性ガスでフラッシングされる方法である。
【００２５】
概して、この方法は、熱処理装置内のガス空間を周囲雰囲気と相互接続する少なくとも１つのガス導通路内に拡散障壁を形成して、導通路を通る少なくとも１つの方向のガス流に対して導通路を封止することにより、ガラス・サブストレートの任意の熱処理工程に適用できる。
【００２６】
先に詳述した実施形態に加え、一般的方法は、ＭＣＶＤプリフォームを生産するのに使用する回転サブストレート管に処理ガスを供給することと合わせて実施可能である。この技術的解決方法はまた、煤煙処理プリフォームを焼結する場合に処理ガスおよび周囲空気を封止する形で実施できる。
【００２７】
より具体的には、本発明による方法は主として請求項１および２８の特徴部分に記載された内容により特徴付けられる。
本発明による装置は請求項１７の特徴部分に記載された内容により特徴付けられる。
【００２８】
本発明は多くの利点をもたらす。すなわち、本発明による解決法は、ガラス・ブランク（以下「プリフォーム」とも称す）のＭＣＶＤ、ＰＶＤ、延伸、圧壊（ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ）、焼結、スリーブ付けなど光ファイバの製造において、上記各種処理ならびにそれらの組合せ処理に必要な炉およびファイバ線引き炉で使用できる。本発明を用いて非接触封止を行うことが可能になり、保護ガスの消費量は最適化でき、本発明に示す方法により精密部品の個数を最小限に抑えられ、さらにプリフォームの同時回転が可能になる。本発明は１方向でも２方向の種類でもよく、すべての温度ならびにすべてのガスで使用可能である。保護ガスは不活性でも活性でもよいが、具体的な事例に合わせる必要はある。本発明は、ガス供給システム、炉の洗浄またはフラッシング流、煙突効果、上部開口部（「上部絞り」とも称す）、下部開口部（「下部絞り」とも称す）、およびそれらの物理的寸法設定を組み合わせて統合している。
【００２９】
したがって、全体のうち一部分の変更の効果が得られ、それに伴いシステムの他の部分で、または装置の操作または流れ配分またはガス供給点を変更することにより補償できる。その結果、実際の必要なトレーニング周期も大きく短縮される。
【００３０】
本発明による解決法は少なくとも以下の利点をもたらす：すなわち、組合せとして、非接触封止および特にグラファイト炉でのプリフォームの回転の利用である。本発明は特に炉またはグラファイト抵抗体の寿命を延ばし、炉の定期保守作業の必要性を低減する。グラファイト抵抗体の酸化によって形成されるダストおよびパウダー（粒子）が少なくなるという事実に照らすと、清浄度が向上するであろう。重要なことであるが、保護ガスの消費量が現行の技術的解決法よりも軽減される。必要に応じて流れ方向を変更でき、装置の構成部品を簡単化でき、緩い取付けは大きな寸法ばらつきを許容する。
【００３１】
さらに、本発明は不純物の輸送を可能にするものであり、これは、煙突効果、コンダクタンスにより行われる流れ配分、および最終製品にとってより有利な場所への保護ガスの供給点を選択することにより得られる。流れに関する数値を計算し、煙突効果を計算し、ならびに構成物品（ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ）での流量および流れ方向を計算する各種方法を以下に開示する。これらは、延伸中とファイバ線引き中の両方でプリフォームを処理するための新規の装置に関する設計に効果的に使用できる。この方法はガス供給ノズルの寸法設定を可能にする。
【００３２】
本発明は、清浄度および封止距離の各レベルで拡散に対して必要となる封止流の速度を決定する方法、ならびに上述の方法を用いて構成部品および流れを設定する方法を開示する。
【００３３】
本発明を用いて、静的なシステムだけでなく、（重要だが）関連する回転運動、軸方向運動および径方向運動がある場合にも、２つのガス量を互いから分離するようにガス流を構成できる。
以下、本発明を詳細な記述により、また添付の図面を参照して詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
上述のように本発明の解決法によると、不活性ガス流を用いて拡散封止部を形成することにより不要なガス状分子成分を所定領域（例えば炉）の外に留めることが可能になる。本発明によると、残留物成分は例えば基本的に保護ガスの不純物レベルに対応する（例えばそれを僅かに超える程度になる）ようになされ、拡散に対して反対方向の封止流が封止流により形成され、使用されている封止区間により十分な封止部を形成する。不純物の目標濃度は典型的には１００ｐｐｍ未満、特に１〜９０ｐｐｍであり、これは保護ガス中の不純物濃度の１０％、好ましくは５％以下の余剰分に対応できる。
【００３５】
本発明で使用する保護ガスは、空気より軽いまたは重い任意の不活性ガスであってよい。典型的には窒素を用いる。アルゴンはより高価である。ただし、アルゴン・ガスの消費量は窒素と比べて少ないことが分かっており、このことはガスに関する追加コストをある程度相殺する。アルゴンは空気より高い密度を有しており、したがって以下に述べるようにより効率的に煙突流に戻ることができる。
【００３６】
脱酸素処理された各種工業用ガスまたは混合ガス（空気など）を使用できる。封止ガス（または混合ガス）が保護ガス領域を害さないことが重要である（ＭＣＶＤではガスはＯ２でよい）。
【００３７】
本発明は、複数の構成部品（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）を有する炉組立体である。該構成部品が用いる流れおよび構造物の構成では、コンダクタンス、拡散障壁による非接触封止（封止条件）、可能な流量、煙突効果により生じる構成部品のコンダクタンスに対する流れ方向、ならびに必要な封止距離を定義する上述の流れを合わせた調和においてガスの配分が考慮される。また実際の供給点を選択することにより、炉中の拡散障壁の形成を制御すること可能である。
【００３８】
以下に詳細に説明するように、開口導入口（特に上部開口部）が基本的に炉管（グラファイト管）の直径に対応する直径を有するように装置を構成すると特に有利である。
【００３９】
実用上、また以下に詳細に説明するように、縦型炉で下部絞り（下部導入口開口部）は上部絞り（高位コンダクタンス）より幅広いことが好ましい。この場合、下部絞りは主としてダクト流（ハッチ）の領域を規定し、下部絞りの封止流は設定寸法で十分な封止を形成するように決定される。上部絞りの封止条件を適正にする必要がある。しかし、保護ガス流の上方成分に加えられるダクト流はかなり強いので、この封止条件は十分に抑制的な構成に対しては適正となっている。例えば、煙突効果が適正になるために上部絞りのスロットが０．１〜１０ｍｍのプリフォーム上に備わるべきである。合理的な流量レベルを有する０．５〜１００ｍｍの封止距離が下部絞りに対しては十分であろう。
【００４０】
本発明の第１の好ましい実施形態を図１に示す。この図では以下の参照符号が使用される。
１  上部絞り
２  下部絞り
３  全体として先端（上方または下方に位置する）に向かってテーパ形状であるプリフォーム
４  オーブン室
５ａ  保護ガスのガス導入口
５ｂ  保護ガスのガス導入管
５ｃ  保護ガスの供給管
６ａ  オーブンのガス・フラッシュ流の出口
６ｂ  オーブン管内の供給ガスに対するフラッシュ・ガス用ノズル
７  オーブン管
【００４１】
この図に従う構成（他の方向、例えば水平に配置されてもよい）で、参照符号１、２、５および７が記された炉（または「加熱オーブン」）の各ノズルは、十分な純度を保証すべく拡散障壁流が各々に形成されるように寸法設定されている。この拡散障壁流の流量と障壁区間の必要な長さの計算を以下に説明する。
【００４２】
実際の炉空間は炉加熱管７の内部により形成されており、加熱されるプリフォームの部分が配置されている。オーブン加熱管７は典型的にはグラファイトから製造され、電流により加熱される。この電流は誘導作用または流電結合（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）のいずれかで生成される電流を含んでいる。オーブン加熱管７とオーブン室４の間の中間空間は絶縁のために確保されており、誘導型オーブンの場合、誘導コイル用にも確保される。オーブン室４は典型的には水冷される。
【００４３】
保護ガスはノズル５ａを介して供給され、そこからさらにノズル５ｂを介してオーブン内の所望の箇所に導かれる。ガスはまた、絞り構成を介して供給してよく、または複数の位置（５ｂ、５ｃなど）で供給されてよく、このガス流は１つまたは複数の供給ノズル５ａを介して所定の比率で分割される。精製された保護ガスが直接オーブン管７まで導かれて、それにより絶縁部から放出されたダストが損傷し易いプリフォーム（または光ファイバ）３から離れるようにすることが重要である。保護ガスの供給点（１つまたは複数）を適切に選択することにより、オーブン管内およびオーブン管の各種部品中のガス流の方向および流量を調整することが可能になる。発明者は、ガスの流量を適切に調整することにより、必要に応じてオーブン管の中央部（高温領域）での流れを最小限にまたはゼロ付近に抑えられることを見出した。後述する簡略化流れモデルでは、導入口供給部の位置は考慮していないが、容易に加えることが可能である。
【００４４】
炉内のガス流を適正に配分させることにより、ガス消費量を変更することが可能である。ガスの質量流の少なくとも５％、特に少なくとも５０％が下方に向いていることが好ましい。
【００４５】
ガス流は、例えば各種マス・フロー・レギュレータを用いて、炉の外側の異なる副流で分割できる。
【００４６】
オーブンからのガス流出は典型的には、ガスの一部を各炉管７内または各炉管７間にある継手を介して（または炉管に形成された開口部を介して）中間空間に漏出させることで実現される。この流れはノズル６ａを介して中間空間を部分的に排気することにより強化できる。この手法は特に、加熱してオーブンから酸素と水分を除去する前に中間領域をフラッシングする際に使用される。処理中、中間空間はフラッシングされない。フラッシングは、異なった流路を形成することにより、例えばノズル６ｂをオーブン管内に形成する、またフラッシングの困難なポケットがない位置にガス出口ノズル６ａを設けることにより、さらに効果的に行うことが可能である。この種類の構成を用いると、オーブン内のガス流の流量および配分は操作変数に依存しない。同時に、様々なコンダクタンスが明確に定義されるとガス流の適正な流量を見出すことが容易になる。必要に応じて、マス・フロー・レギュレータを用いて所望レベルに調節できる流量を有する吸引部を出口に設けることが可能であり、ガス流路は当該構成物に形成されたバイアにより定まる。パージは、間隙空間に直接連結した別の供給ノズルを用いることでも実行可能である。
【００４７】
この構成により、一方で中間空間の効率的なフラッシングを実現し、他方でプリフォームからすべての粒子を遠ざけることが可能になる。ガスは炉室を冷却することはない。
【００４８】
上述のバイアとノズルを例外として、上記のバイアとノズルを除いて炉はガス密であり、酸素を炉室に侵入させないようになっていることは特に重要である。マス・フロー・レギュレータでオーブンに供給される保護ガスの流量、ならびにオーブンの中間空間から引き出されるフラッシング・ガスの流量はマス・フロー・レギュレータで調節され、次いで上部および下部絞りの流れ配分はそれによって形成される障壁流と同様に正確に知られる。
【００４９】
適切に作用する拡散障壁を設けた炉では、炉のグラファイト部分を劣化させる酸素は主としてキャリア・ガスから生じる。したがって、炉に供給されるガス量を最低限に抑え、清浄で純粋なガスを炉室経由の供給に用いることが重要である。
【００５０】
加工される製品は光ファイバまたは延伸プリフォームを備えることが好ましい。加工される製品は、典型的には延伸の際に様々な線引き速度で炉から連続的に線引きされることが好ましい。
【００５１】
好ましい実施形態の以下の説明から明らかなように、上部開口部はグラファイト管または石英製の管で形成される。後者の利点は不活性であることであり、前者は炉に入る前に酸素と反応する犠牲サブストレートとして作製可能である。グラファイト管はまたプリフォームの表面に対する多少の微動接触を許容する。
【００５２】
封止部とはガスの層流条件を基本的に示す障壁領域である。したがって、封止部は保護ガスの供給ノズルの上方に形成される。ノズルが上部開口部に取り付けられた場合、約１０ｍｍ以上の上方に向かう自由流経路が好ましい。約１５〜１０００ｍｍの長さが可能である。長さとは、炉管の中心軸の方向での長さを意味する。障壁領域はガラス・プリフォームと炉の開口部の間の空隙により画定される。ガラス・プリフォームの外径と開口部の内径との差は典型的には０．５〜１５ｍｍの範囲にある。
【００５３】
第２の実施例が図１５に示されており、ＭＣＶＤ／ＰＶＤレース用の回転継手構造を示している。この図では、以下の参照符号が用いられる。
５１  回転ガラス管
５２  チャック・ジョー
５３  チャック
５４  ベアリング（チャックとリアクタ本体の間）
５５  リアクタ本体の部分
５６  障壁領域
５７  処理ガスの供給管
５８  障壁ガスの供給管
５９  ガス配分リング
Ｄｒ  反応空間から来るガスに対する拡散障壁
Ｄｙ  周囲ガスに対する拡散障壁
【００５４】
この実施例による技術的解決法では、ガラス管５１がジョー５２を介して給送される。（これは障壁領域５６の底部で開口されている。）ジョーが閉じられ、管は、同心スリットおよびガス配分リング５９が管と障壁領域との間に形成されるように中心合わせされる。障壁領域の端部では、ガラス管が矢印方向のガス流を妨げないような状態でガス流チャネルが形成される。Ｄｙを流れるガスは、例えばジョーを通過して放出される。管が回転用に構成されている場合、唯一の接触点はチャック５３の潤滑ベアリング５４にある。部品５１と５６の間の回転継手は非接触である。部品５６は回転しないので、処理ガス供給ノズル５７は通常の管備品を備えていてよい。したがって、このように実現した回転継手の温度は、継手の構成部品上に通常課せられた制限事項によってのみ制限される。したがって、部品５６が石英から作製されている場合は、継手の動作温度は１７００℃程度にできる。
【００５５】
拡散障壁は、供給管５８を介して障壁を形成するために必要なガスを供給することによって実現される。このガスは、反応に関して不活性である、または濃度の僅かな変動が基本的に処理に影響しない種類のガスであってよい。ガス供給リング（ＤｙおよびＤｒの追加コンダクタンスに比べて伝導性が弱い）に到達すると、ガスは全体としてリングの周縁に沿って配分される。この一体の周縁からガスが同軸のスリットＤｙとＤｒとにその比率に従って分割される。両スリットのコンダクタンスは、（ｐｐｍ程度でもｐｐｂ程度でもよいが、それらに対して選択された不純物レベルに従って）それらに障壁が形成されるように設定される。障壁状態は、流れチャネルの寸法に応じて障壁の「下方流れ」のｐｐｍ程度の分子濃度だけをガス配分リングに到達させる流れから構成される。
【００５６】
拡散障壁の動作を検討する際、異なる方向に（好ましくは反対に）作用する相互に連結された２つの拡散障壁から緊密な封止部が形成されていることに留意されたい。これら障壁の一方は装置を対外的に封止し、他方は対内的に封止する。障壁に対する純度について異なる要件を割り当てること、したがって流れの臨界方向に関してガス消費量を最適化することが可能である。「安全マージン」を増やし、または供給圧力を一定にすることにより、所定範囲内の任意の直径を有する管を用いる適切な動作について障壁を設計することが可能である。許容可能なばらつきが小さいほど、必要なスリットも小さくされ、障壁を形成するために消費されるガスも少なくなる。あるいは、スリットのサイズを縮小し、または流れを強めて障壁を介するガス供給圧力を高めて、それにより障壁の動作が圧力に依存しないようにすることが可能である。管の外部と管の内部の圧力差はスリットのコンダクタンス比を制御することにより補償される。この調節は、スリットの寸法（高さ、幅および長さ）を変えることにより行うことができる。
【００５７】
さらに、コネクタ部、例えばエラストマー封止材を介してガラスに取り付けられる金属管を使用することが可能であり、この金属管は部品５６、この事例ではガラス管の内部に取り付けられる。これにより、ガス消費量は少なくなり（５１と５６との空隙は狭くなり）、同じ構成での管サイズの可変度は向上する。
【００５８】
第３の実施例を図１６に示す。これは、焼結炉の一部を示しており、炉管６１、加熱用炉６２および処理ガス用導入口６３を備えている。プリフォーム６９が上方から炉管内部に導入され、焼結領域６４で焼結が行われる。プリフォームが回転している場合、回転継手がネック部で形成される。ノズル６５を介して供給された障壁ガスは２つの流れ６７と６８に分割される。１つは障壁ガス配分リング６６から屋内大気に向かうもので、２番目は障壁ガス配分リングから処理ガス領域に向かうものである。双方の流れは調節されて保護障壁流を形成し、空気が障壁ガス配分リングに達するのを阻止し、他方では処理ガスが配分リング６６に達するのを阻止する。この種の構成は、様々な形で構成してよく、障壁ガス配分リングに対してガスを供給する代わりに吸引作用を使用することによっても同様に機能する。１つの目的は、本発明で以下にさらに詳細に述べるように保護拡散障壁を形成するように調節される２つの対向流が存在する状況を実現することである。
【００５９】
本発明による構成物の寸法設定
拡散障壁
図３では、絞りでの流れパターンを示している。本発明により、同様な障壁流が他の外部および内部の導入口および出口で使用可能である。本発明は、導入口を介する（例えばオーブンに入る）望ましくないガス分子の流れを阻止することにある。寸法設定の前提条件は、不純物の許容レベルを有する流入物を許容することである。完全な純度は求めない。このような許容可能なレベルは、（障壁流を生成するために用いる）不活性保護ガスの不純物濃度であり、またはその一部（例えば十分の一）である。他方、障壁の有効性は可能な障壁距離によっても影響を受ける。障壁流は、開口部の断面および障壁流の体積流から計算される。
【００６０】
拡散障壁条件は以下のように計算できる。
ガス絞り設計のための式
１）静止媒体
濃度Ｃ（ｘ，ｔ）に対する１次元のＦｉｃｋの拡散法則：
【数１】
2006508884.tif 000003
は、濃度の時間微分は濃度の空間的２次微分に定数Ｄを乗じた積に等しいことを示している。定数Ｄは材料の拡散定数として定義され、［Ｄ］＝［ｍ２／ｓ］である。
【００６１】
ｘ＝０での境界について考える（ただし負のｘ値は左側、正のｘ値は右側）。左側での定数濃度Ｃｓとし、右側で初期（ｔ＝０）にゼロ濃度であったとすると、Ｆｉｃｋの拡散方程式の解は、
【数２】
2006508884.tif 000004
となる。これは、観測時間ｔが無限になると（ｅｒｆ（０）＝０）、濃度は空間を通してＣｓに達することを意味する。
【００６２】
２）運動媒体
ガス絞りでは拡散流は、媒体の対向流によって抑えられる。上記の例を続けると、媒体は拡散流と平衡するために右から左に流れる。
【００６３】
運動媒体に対するＦｉｃｋの法則は式の右辺に１つの項が追加されて、
【数３】
2006508884.tif 000005
となり、ここでｖは右から左へ流れる媒体の速度（の大きさ）である。追加項の効果により、速度ｖが大きいほど濃度が減少する。濃度は右側に向かって減少し、Ｃ（ｘ，ｔ）の空間的微分の符号は負であることに留意されたい。
【００６４】
以下の形の試験関数：
【数４】
2006508884.tif 000006
は、移動媒体に対するＦｉｃｋの方程式を満足する。
【００６５】
さらに、以下の形の時間独立な試験関数：
【数５】
2006508884.tif 000007
もＦｉｃｋの方程式を満足する。
【００６６】
不思議なことに、さらに別の解も存在する、すなわち：
【数６】
2006508884.tif 000008
である。ただし、これは時間ｔが進むにつれ無限になるので、この解は物理的でないとして排除される。
【００６７】
一般的な試験関数は上記の試験関数を合わせることにより下記のようになる：
【数７】
2006508884.tif 000009
ただし、
Ｃ１（ｔ）＋Ｃ２（ｔ）＝Ｃｓ
である。
【００６８】
解の時間依存性は誤差関数の変数によって変わる。
【数８】
2006508884.tif 000010
【００６９】
変数の時間微分は、
【数９】
2006508884.tif 000011
であり、これは時間ｔが以下の条件を満足するとゼロになる。
【数１０】
2006508884.tif 000012
【００７０】
したがって、速度ｖが一定であるならば、任意の点ｘで誤差関数の変数が最大値となる瞬間ｔ＝ｔ０がある。時間が進むと、無限時間で最終的にゼロになるまで変数は減少する。
【００７１】
したがって、無限のｔに対しては、解は時間に依存しない項になる。
【数１１】
2006508884.tif 000013
【００７２】
長さＬのガス絞りについて考察すると、満足する条件はガス絞りの後方の濃度が次式になることを示す。
【数１２】
2006508884.tif 000014
【００７３】
したがって、絞りの封止効率Ｅは、
【数１３】
2006508884.tif 000015
となる。
【００７４】
上記から、媒体の速度ｖまたは絞り長Ｌの増加に伴って封止効率が指数関数的に高まることが分かる。
【００７５】
絞り長Ｌは上記の指数関数の式から得られる：
【数１４】
2006508884.tif 000016
【００７６】
６．２．２保護ガス流の配分
図５ａで、上部絞りのコンダクタンス（Ｃ１）、下部絞りのコンダクタンス（Ｃ２）および中間空間のパージ流のコンダクタンス（Ｃ３）内のガス流（Ｆ）の配分が示されている。ガス流が同一の空間に流れる場合、図５ｂの流れシステムに示すのと同じ特徴を示すことができる。この種のシステムでは、流れはコンダクタンス比で直接配分され、これは例えば上部絞りの流れ（Ｆ１）が次式となることを意味する。
Ｆ１＝Ｆ＊Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）      （２）
【００７７】
他の流れも同様な方法で計算できる。
コンダクタンスは、それらの部品に関しては、次式から計算できる。
Ｃ＝ＫＷ＊Ｈ＾３／Ｌ      （３）
ただし、
Ｃはコンダクタンス、
Ｋは係数、
Ｗはスリットの幅、
Ｈはスリットの高さ、
Ｌはスリットの長さ
を表す。
【００７８】
導入口および出口の形状寸法を考察することにより、各導入口での流れ速度は容易に計算でき、パラグラフ６．２．１で導出した式（１）に挿入できる。物理的な実例の障壁長を式で与えられる障壁長と比較することにより、障壁流が十分であるか変更するべきかが容易に判定できる。
【００７９】
式（１）から、障壁スリットの長さを増やすことにより、コンダクタンスが増大することが式（３）から明らかになった場合でも必要な障壁流の低減が可能であることも分かる。スリットの高さを減らすことにより流量を増やすことが可能であり、それにより必要な障壁ガスの流量は低くなる。このことは第３の可能性に対するコンダクタンス、式（３）に影響する。
【００８０】
ガス流配分の式（２）を検証する際、ノズル（例えば絞り）の寸法の変更はまたそのコンダクタンスにも影響し、したがって種々のコンダクタンスに対する流れの配分に影響するため、計算は反復して行われたものであることに留意されたい。他方、これはスリットを介して供給されたガスの流れ速度を変更し、したがって障壁路の必要な長さにも影響する。反復計算を行う１つの簡便な方法は表計算を利用することである。
【００８１】
煙突効果
炉を縦に配置し、それが温かくなっている場合、浮力に基づく煙突効果が炉管内に生成される。この効果は以下のように計算できる（また図１０が参照される）。
【００８２】
高さｈの管が温度Ｔ２に保たれる。包囲する空気は温度Ｔ１である。管出口のレベル（基準レベル）での空気圧力はｐ０である。基準レベルの下方で深さｈでの圧力は深さｈおよびガス密度ρに線形的に依存する（管の外で深さｈのように）。
ｐｏｕｔ＝ｐ０＋ρ１・ｇ・ｈ
ただし、ｇ＝９．８１ｍ／ｓ２は重力加速度定数である。管の内部でレベルｈで、
ｐｉｎ＝ｐ０＋ρ２・ｇ・ｈ
となる。したがって、レベルｈでの圧力差Δｐｈは、
Δｐｈ＝ｇ・ｈ・（ρ１−ρ２）
となる。
【００８３】
密度ρ、温度Ｔおよび圧力ｐは理想気体について次式で関係付けられる。
【数１５】
2006508884.tif 000017
アルゴン・ガス（Ａｒ）については、モル重量がＭｍｏｌ（Ａｒ）＝４０ｇ／ｍｏｌ、窒素についてはＭｍｏｌ（Ｎ２）＝２８ｇ／ｍｏｌである。空気については、
Ｍｍｏｌ（空気）＝２９ｇ／ｍｏｌである。Ｍは気体分子の重量である。
【００８４】
Ｒはモル気体定数で、Ｒ＝８．３１４５１０Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１（＝０．０８３１４５１０ｂａｒ・ｄｍ３・ｍｏｌ−１・Ｋ−１）である。
【００８５】
ｋはボルツマン定数で、ｋ＝１．３８０６５８・１０−２３Ｊ／Ｋである。Ｒとｋは次式によって互いに関係付けられている。
【数１６】
2006508884.tif 000018
【００８６】
アボガドロ定数Ｎａは、
Ｎａ＝６．０２２１３６７・１０２３／ｍｏｌ
である。
【００８７】
したがって、理想気体の密度［ｋｇ／ｍ３］は、
【数１７】
2006508884.tif 000019
となる。
【００８８】
ガスが温度Ｔ１から温度Ｔ２まで加熱され、圧力ｐが一定に保たれた場合、それにより密度が減少する：
【数１８】
2006508884.tif 000020
【００８９】
煙突の底部レベルで加熱冷却サイクルにより誘導された全体的な圧力差は、密度差の式を上記の圧力差の式に代入することにより求まる。
【数１９】
2006508884.tif 000021
【００９０】
圧力差は炉の温度およびその寸法を式４に挿入することにより計算できる。
式４から、空気より密度が高いガスが使用された場合、保護ガス流の方向は下方を向くことに留意されたい。その結果、ガスは、煙突流が上向きになる温度である約４００Ｋより高い温度まで加熱する必要がある。同時にこのことは、上記の温度で煙突流を戻すのに必要な保護ガスの質量流が減少することを意味する。
【００９１】
このことを図６による説明に基づいて考察する際、圧力差が上部絞りのコンダクタンス（Ｃ１）および下部絞りのコンダクタンス（Ｃ２）を介する流れを実現するように働くことに留意されたい。この例では、炉管のコンダクタンスは、開口部の拡散障壁の形成に影響を与えない大きさであると推定されるので、考慮には入れていない。ただし、それを考慮に入れることは難しいことではない。煙突流は以下の式を用いて計算できる。直列コンダクタンスの累積効果については、
１／Ｃｔｏｔ＝１／Ｃ１＋１／Ｃ２      （５）
であり、煙突流については、
Ｆｈ＝Ｃｔｏｔ（Ｐ１＾−Ｐｏ＾２）      （６）
となる。ただし、
Ｃｔｏｔは総コンダクタンス、
Ｆｈは煙突流、
Ｐｏは空気圧、であり、
Ｐ１は空気圧と煙突効果の総和に関する。
【００９２】
煙突効果は上向きであるので、煙突流は上部絞りを介する方向の流れに対して加えられるはずである。それに対応して、煙突効果は下部絞りを介する方向の流れを弱めるので、その流れから差し引かれる。この様子を図７に示す。
【００９３】
煙突流の流量は通常は障壁流に比較してかなり大きく、このことは上部絞りに拡散障壁が形成された状況を容易に実現できることを意味する。したがって、むしろ解決すべき課題は、下部絞りにも拡散障壁を生じるよう流量の十分高い状況をいかにして実現するかということである。
【００９４】
この状況をより一般的に見ると、保護ガスの必要な体積流は、上部絞りを介する煙突流を覆うのに十分なものであるということが考えられる。この量に加えて、保護ガスのさらなる流れは、下部絞りにも拡散障壁を形成するためにも（流れが式２に従って分割される場合）十分であるべきである（上部絞りを介する流れは式２に示すようにやはり増加する）。この場合、プリフォーム（または光ファイバ）と開口部の内側との間の空隙を広くした状態で下部絞りを構築して、より強い保護ガス流が追加流れの大部分を（好ましくは少なくとも６０体積％、特に少なくとも７０体積％を）下方に向けさせることが好ましい。同様に、障壁長および流れスリットを縮小する（流量が増加する）と必要な障壁流の大きさは減少することが式１から推定できる。下部絞りでのコンダクタンスが小さすぎる（流れのより大きな部分が上部絞りに向けられる）と限界に達する。また、プリフォームと炉管７との間のスリットは１つのコンダクタンスとなり、したがって流量と体積を設定する際はそのことを考慮する必要がある。供給点を上部開口部から下部開口部へ移動することにより、それぞれ上向きのコンダクタンスと下向きのコンダクタンスの比は、それにより煙突流を無効にするための供給速度は低減する。そのためガス消費量は低減される。
【００９５】
特に、下部絞りのコンダクタンスは上部絞りのコンダクタンスより大きくなくてはならないと言える。一方、拡散障壁を生成するために必要な流れは、１〜５ｃｍ程度の障壁長が下部絞りで設定されている場合、煙突流と比較してむしろ小さくなる（数ＳＬＭである）。このとき、下部絞りの空隙は広くとれ、これにより装置の操作が容易になる。この構成は、線引きが上向きに行われる場合特に有利である。というのも、形状が不完全な（例えば表面に湾曲や隆起がある）プリフォームに十分な空間を与えることが可能になり、またより精密に形成された形状を持つ線引きまたは延伸された細長の製品が上部絞り（適切な拡散障壁を与えるべく空隙が狭くなっている）の炉開口部を通過するからである。
【００９６】
経験則として、＋５ＳＬＭの煙突流からなる流量について言及できる。必要に応じて、中間空間のフラッシングに十分な量を実現する程度に供給を増やすことが可能である。下方開口部が内径８０ｍｍ、長さ１００ｍｍである場合、上記の程度の流れで十分である。この流れの量が煙突流に付加され、これはガスの密度、温度、総コンダクタンス、および炉の長さに応じて約５〜１００ＳＭＬ程度である。
【００９７】
好ましくは、プリフォームの外径と上部開口部の内径との差は約１〜１５ｍｍであり、保護ガス用供給ノズルの上方に形成された領域（ガス層流領域を形成する）の長さは約１０ｍｍ〜１０００ｍｍであり、好ましくは約１５〜１５０ｍｍである。
【００９８】
上記の状況で、上部絞りはスロットルとして作用し、それを通る流れは拡散障壁条件を満足する程度に強い。同様に、下部絞りで炉の端部では、拡散障壁条件が満足するか分かるように十分注意するべきである。
【００９９】
例えば表計算により煙突流を不活性ガスの配分方程式に容易に加えることが可能である。絞りの寸法の変更は煙突流の大きさも左右することに留意されたい。したがって、１つの部品の変更が流れシステム全体に影響する。これら相対する効果を理解するのは簡単ではないが、システムで何らかの変更が行われる場合はそれらの効果を計算する必要がある。
【０１００】
最後に、水平に配置される炉では、煙突効果は考慮に入れる必要はない。縦型炉の場合は温度５００℃で既に無視できなくなる。
本発明による装置は、以下の方法でプリフォームを延伸するのに使用される。
【０１０１】
図１２は処理の中間段を示し、図１３はプリフォーム２１のハンドラ２２が炉２３の内部を移動する段階を示し、図１４はハンドラ２２とカラー２４との間で封止が行われる処理の最終段階を示している。以下の参照符号が用いられる：プリフォーム２１、ハンドラ２２、炉壁２３、カラー２４、グラファイト管２５、上部拡散障壁領域２６、下部拡散障壁領域２７（図１４では多孔性グラファイト・ブロック２８、加熱コイル２９）。
【０１０２】
装置は、封止部がプリフォームと導入口開口部の内壁との間のスリットにより形成されるように構成される。プリフォームは炉と接触しないので、必要に応じて回転可能である。
【０１０３】
処理の終りに近づくにつれて、ハンドラは封止領域に向かって移動し、この段階で、プリフォームの外周部と導入口開口部の内側表面との間ならびにカラーと導入口開口部の内側表面との間のスリットで封止部が形成される。導入口開口部の直径とカラーの外周部の寸法は、炉の上部での封止長およびスロットル効果がこの段階で大きく変わることがないように設定される。プリフォームの回転はやはり可能である。
【０１０４】
処理の終了では、カラーは導入口開口部に対する封止を行い、封止開口部はカラーとハンドラとの間のスリットにより形成される。好ましくは、このスロットは、処理の様々な段階で導入口開口部のスロットル効果が一定に保たれるような形状である。プリフォームを回転することはやはり可能である。カラーと導入口開口部が互いに封止材で必ずしも封止されていない場合、それらの間にスリットを残してもよく、これにより封止流が形成される。ここで、上部封止領域のスロットル効果は２つの並列コンダクタンス、すなわちカラーとハンドラとの間のスリットおよびカラーと導入口開口部との間のスリットにより定まる。ここで検討した事例では、煙突効果ははるかに強まり、同時に、拡散障壁を形成する封止流は炉の両端で十分な強さを持つことに留意するべきである。
【０１０５】
図１４による線引きを検討する際、炉が連続する５つのコンダクタンス（ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４およびｃ５）で形成できるとみなされ、この総合的な効果により煙突効果がスロットルされることに留意されたい（この総合的効果を計算するために式５を使用できる）。したがって、例えば、炉管とプリフォームとの間のスリットが極めて狭い場合、システムでの支配的なコンダクタンスはこの箇所に形成され（残りのコンダクタンスはそれらを総合しても、上記コンダクタンスより小さい）、構成全体のなかで最も支配的なコンダクタンスはこの箇所となる。このような場合、導入口開口部のスリットの変動は、導入口開口部のコンダクタンスを検討するだけで予測されるほど劇的に炉流れの大きさに影響することはない。好ましくは、導入口開口部／管の内径および炉の内径は基本的に同じであるべきであり、これにより各導入口開口部の炉効果を最小にできる。実際には、プリフォームのサイズの変動がある場合、このことが常に標準生産から外れて実現可能であるというわけではない。
【０１０６】
上記に基づいて、ガスの導入／供給点を選択することにより必要なガス量を変更可能であることは容易に理解される。図７によると、ガスは上向き流と下向き流に分割され、それぞれの大きさは経路の総コンダクタンス同士の比で決定される。上向き流は供給点の上方のコンダクタンスの累積コンダクタンスにより規定され、下向き流は供給点の下方のコンダクタンスの累積コンダクタンスで規定される。総コンダクタンスは式５で計算できる。これらの総コンダクタンスにより、式２の「ｃ１」および「ｃ２」で示したコンダクタンスを置き換えることが可能であり（出口２つの場合、ｃ３は省略可能）、それにより上向き流および下向き流をそれぞれ計算できる。供給点の位置が支配的制限箇所（ｄｏｍｉｎａｔｉｎｇ  ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）の上方からその下方へ変更される場合、ｃ１は減少し、ｃ２は増加する。換言すると、下向きの流れの部分が強まり、上向きの大きさは減少する。したがって、より小さい流量を用いることにより、下向き流を得ることが可能である（これは下向き流と打ち消しあう）。この特徴は、プリフォームが炉の下方から供給され、処理済みの製品が上方開口部を介して炉から引き出されるよう処理が行われる場合に特に重要になる。
本発明による解決法では、緩めの（ｌｏｏｓｅ）下部開口部が使用された。
【実施例】
【０１０７】
当実施例では流れを以下の寸法設定を用いて計算している。
プリフォームの直径  ８０ｍｍ
プリフォームの長さ  １０００ｍｍ
延伸プリフォームの直径  ４２．５ｍｍ
ハンドラの直径  ４５ｍｍ
上部開口部の直径  ８３ｍｍ
上部開口部の長さ  １００ｍｍ
下部開口部の直径  ８３ｍｍ
下部開口部の長さ  １５０ｍｍ
カラーの内径  ５３ｍｍ
カラーの内部長さ  ８０ｍｍ
カラーの外径  ８０ｍｍ
カラーの外部長さ  ５０ｍｍ
炉管の内径  ９３ｍｍ
炉管の長さ  ４００ｍｍ
使用した実施変数
不活性ガス  アルゴン（Ａｒ）
温度  １９５０℃
流れの値は式１〜６を用いて安全な範囲で計算された。
【０１０８】
最も簡便な方法は、まず炉を介する煙突効果を計算し、次いで使用される供給点へのガス配分を計算することである。下部絞り流に対する拡散障壁流がその流れに加えられた。次いで合計の流れが不活性ガス流れ値として用いられた。
【０１０９】
計算された値を用いて、
上部開口部の下でのガス供給  ３０ＳＬＭ
中心線より１５０ｍｍの下でのガス供給  １５ＳＬＭ
概ね、炉管の中心線（炉中で温度が最も高い箇所）で、またはそれより下方でガスの相当の部分、例えば約５〜１００％、特に５０〜１００％（供給質量流から計算した）を供給することが、本発明の方法をおよび装置では有利である。
この構成は良好に機能し、酸素による損傷は見られなかった。
【０１１０】
コンダクタンスを計算する際は、どの種類（例えば密度）のガスを実際に用いるかを検討すること、および上記の式で温度の効果を補正するための係数を適用することが重要である。
【０１１１】
本発明の範囲では、代替の実施形態も可能である。すなわち、図８に示すように炉の上方または内部に障壁管を取り付ける、または炉管を障壁管として機能させてもよい。これらの代替実施形態を組み合わせてもよい。さらに、内部で互いに嵌まり合う複数の障壁管を用いて厚さを変化させた装置を用いることも可能である。ガス供給は、上部導入口または下部導入口から行ってもよく、炉の中間のノズルを介して行ってもよく、それら複数の供給点のうち２つまたは３つの供給点に対する組合せ供給として行ってもよい。上述のように、炉の内部に障壁空間を配置し、プリフォームの厚さとその厚さ変動に応じて流量および体積を調整することが可能になる。
【０１１２】
上記の説明は張力処理に関するものであるが、同じ原理がガラス・プリフォームの圧力処理にも適用できる。張力処理を用いない処理も本発明に包含される。
【０１１３】
複数の保護流が、ガスを供給することにより、または吸引作用を用いることにより実現可能であり、これらの流れは２つの部分を互いに分離するように対向して配置してよい。流れシステムに複数の障壁流を設けてもよい。この方法は管、棒、空の管の処理にも適用できる。
【０１１４】
特に興味深い実施形態は、ＭＣＶＤレースでの本件の拡散障壁の原理により実現可能な回転継手の使用を含んでいる。この封止法により現行の回転継手の漏れおよび磨耗に関する問題の多くを軽減または解消することも可能である。特に本発明は、処理工程の堆積／成長の段階で高温かつ／または侵食的なガスをレースに供給する場合に、非接触封止について技術的に有利な解決法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】プリフォームを有する処理炉およびその重要部分の概略側面図である。
【図２】炉を封止する現行の典型的解決法の横断面の同様の側面図である。
【図３】本発明により実施される封止状況を示した横断面図である。
【図４】拡散障壁の進行を示す側面図である。
【図５】低温炉内または水平炉内の保護ガス流を示す図である（供給点が１つの単純な事例であり、ｃ１、ｃ２およびｃ３はいくつかのサブコンダクタンスを構成する）。
【図６】煙突効果で生じるガス流を示す図である。
【図７】組み合わせたダクト流および保護ガス流である。
【図８】本発明によるいくつかの絞り解決法を示す図である。
【図９】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図１０】先の図面の実施形態の水平断面図である。
【図１１】煙突効果に伴う基本流の概略図である。
【図１２】プリフォームを延伸する処理の中間段の概略図である。
【図１３】炉内部でプリフォームのハンドラが押し込まれる段階を示す図である。
【図１４】ハンドラとカラーの間で封止が行われる処理の最終段階を示す図である。
【図１５】ＭＣＶＤ／ＰＶＤサブストレート管の回転継手構成の横断面の概略側面図である。
【図１６】焼結炉の継手に関する同様の図である。
【図１】
2006508884.tif 000022
【図２】
2006508884.tif 000023
【図３】
2006508884.tif 000024
【図４】
2006508884.tif 000025
【図５】
2006508884.tif 000026
【図６】
2006508884.tif 000027
【図７】
2006508884.tif 000028
【図８】
2006508884.tif 000029
【図９】
2006508884.tif 000030
【図１０】
2006508884.tif 000031
【図１１】
2006508884.tif 000032
【図１２】
2006508884.tif 000033
【図１３】
2006508884.tif 000034
【図１４】
2006508884.tif 000035
【図１５】
2006508884.tif 000036
【図１６】
2006508884.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月3日(2005.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス・プリフォームに炉内で張力処理を適用して所定の形状を有するガラス製品を製造する方法であって、この方法により
前記ガラス・プリフォームの少なくとも一部分が導入口開口部を介して前記炉に導入され、
炉に導入されたガラス・プリフォームの一部分がガラスの軟化点より高い温度まで加熱され、
前記ガラス・プリフォームの加熱された部分に線引き方向の張力が加えられて、前記プリフォームを所定の形状に加工し、
所定の形状に加工された前記プリフォームの前記部分が出口開口部を介して前記炉から線引きされ、
前記プリフォームの前記加熱された部分および前記プリフォームの前記処理された部分の少なくとも一部分が炉内で、前記炉に供給された不活性ガスでフラッシングされる
方法において、
炉内のガス状不純物濃度を基本的に、前記炉に供給される不活性ガス中の同じ不純物の濃度と同じレベルに維持することと、
前記炉の前記導入口開口部および前記出口開口部から選択された少なくとも１つの開口部に不活性ガスの障壁流を生成することにより、拡散力による周囲空気からの望ましくないガス状成分の流入に対する拡散障壁を形成する工程であって、前記障壁流は拡散の方向と略反対の流れ方向を有することと
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記炉は垂直の中心軸を有する細長の炉室を備え、前記拡散障壁は前記導入口開口部に形成され、前記導入口開口部は前記細長の炉室の上端部に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
拡散障壁が、ガラス・プリフォームの導入口開口部、不活性ガスの導入口開口部、および処理されたプリフォームの出口開口部に形成される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ガラス・プリフォームの導入口開口部を介するガス流が下記の式（２）に対応し、
Ｆ１＝Ｆ＊Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）      （２）
式中、
Ｆ１は前記導入内開口部を介するガス流を表し、
Ｆは総合ガス流を表し、
Ｃ１は前記導入口開口部のコンダクタンスを表し、
Ｃ２は前記出口開口部のコンダクタンスを表す、
請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記コンダクタンスＣ１およびＣ２のそれぞれが下記の式（３）で計算され、
Ｃ＝Ｋ  Ｗ＊Ｈ３／Ｌ      （３）
式中、
Ｃはコンダクタンスを表し、
Ｋは低い圧力差での定数であり、
Ｗは前記開口部の幅であり、
Ｈは前記開口部の高さであり、
Ｌは前記開口部の長さである、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記出口開口部を介する不活性ガス流は少なくとも、前記導入口開口部を介する煙突効果によって生じるガス流に等しい、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記炉中への前記不活性ガス流は、式（２）によるガス配分に基づいて、前記処理されたプリフォームの前記出口開口部で拡散障壁を形成するように十分静的である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記出口開口部は、前記不活性ガス流の大部分を前記炉中に向かわせて前記出口開口部を通るように、前記導入口開口部よりも自由な流れを可能にする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記出口開口部のコンダクタンスは前記導入口開口部のコンダクタンスより大きい、請求項３乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記炉に供給される不活性ガスは、煙突効果で生じるガス流＋１ＳＬＭ以上、特に煙突効果で生じるガス流＋５ＳＬＭ以上である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガラス・プリフォームは張力線引きが適用され、プリフォームを延伸して光ファイバの線引きなどの事後処理に適した形状にされる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガラス・プリフォームが光ファイバの線引きに適用される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガラス・プリフォームの外径と前記導入口開口部の直径との間の空隙が、８０ｍｍのプリフォームに対して０．１〜１０ｍｍである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
０．５〜１００ｍｍの障壁距離に沿って障壁流が存在する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記炉がグラファイト誘導炉である、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記炉での熱処理中に前記ガラス・プリフォームをその中心軸に沿って回転することを含む、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
張力で処理されて所定の形状のガラス製品にされるガラス・プリフォームを加熱する装置であって、
細長の炉室を画定するジャケットを有し、該炉室の中心軸に直交する少なくとも基本的に円形の横断面を有する炉本体と、
処理されるガラス・プリフォームの一端を収容する、前記炉室の一端にある第１開口部と、
処理されたガラス製品を引き出すための、前記炉室の反対の端部にある第２開口部と、
前記炉室で前記ガラス・プリフォームの誘導加熱を行う、前記炉室に取り付けられたグラファイト加熱抵抗体と、
保護ガスを前記炉室に導入するための、少なくとも前記炉室の前記第１開口部に接続された供給ノズルと
を備えた装置において、
前記ガラス・プリフォームの加熱中、拡散力による周囲空気からの望ましくないガス状成分の前記炉室への流入を阻止するための、前記第１開口部にある第１拡散障壁領域
を有することを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記炉室の前記第２開口部に第２拡散障壁領域を有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
保護ガスの供給用ノズルが前記第１開口部と第２開口部の両方に接続され、場合により、前記第１開口部と前記第２開口部との間の箇所の前記炉室の前記ジャケットに形成された開口部にも接続されている、請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２０】
光ファイバの線引きに適用するガラス・プリフォームの加熱用に構成された、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記ガラス・プリフォームの外径と前記第１開口部の直径との間の空隙が、８０ｍｍのプリフォームに対して０．１〜１０ｍｍである、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
各障壁領域が０．５〜１００ｍｍ程度の炉室の長さを構成し、それに沿って保護ガスの障壁流を形成できる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記障壁領域は基本的にガス層流からなる領域を含む、請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記障壁領域は、前記保護ガスの前記供給ノズルの上方に形成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記障壁領域はガラス・プリフォームと前記炉の開口部との間の空隙により画定される、請求項１７乃至２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記ガラス・プリフォームの外径と前記開口部の内径との差が０．５〜１５ｍｍの範囲にある、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記障壁領域は、約１０〜１０００ｍｍ、好ましくは１５〜１５０ｍｍ程度となる、前記炉管の中心軸に平行な長さを有する、請求項２３乃至２６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
ガラス・サブストレートを熱処理する方法であって、前記ガラス・サブストレートは、第２の周囲ガス空間に包囲された、熱処理領域の第１ガス空間内に配置され、前記熱処理領域は前記第１ガス空間と前記第２ガス空間を相互接続する少なくとも１つのガス導通路を備える方法において、熱処理装置内部のガス空間を周囲雰囲気と相互接続する前記少なくとも１つのガス導通路に拡散障壁を形成して、前記導通路を介する少なくとも１つの方向のガス流に対して前記導通路を封止することを特徴とする方法。
【請求項２９】
少なくとも１つのガス導通路に不活性ガスの障壁流を生成することにより、拡散力による前記周囲空気からの望ましくないガス状成分の流入または前記周囲空気への望ましくないガス状成分の流出に対する拡散障壁を形成することを含み、前記障壁流は拡散の方向と略反対の流れ方向を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１ガス空間と前記第２ガス空間を相互接続するガス導通路のそれぞれに拡散障壁を形成することを含む、請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記熱処理は、ＭＣＶＤレース内での改良化学気相成長によるプリフォーム処理を含む、請求項２８乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記熱処理は焼結炉内でのプリフォーム処理を含む、請求項２８乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記拡散障壁は、回転継手を備えたガス導通路に形成される、請求項２８乃至３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記回転継手は非接触継手である、請求項３３に記載の方法。
【国際調査報告】
2006508884.tif 000038
2006508884.tif 000039
2006508884.tif 000040