(57)【要約】【課題】【解決手段】光ファイバ予成型品を製造するバーナであって、複数の同軸管であって、２つの隣接する同軸管の各々がその間に環状通路を画成する上記複数の同軸管と、該環状通路の末端部にあり且つ、該環状通路と流体的に連通した環状の気体分配チャンバであって、内面及び外面により半径方向に境が設定された上記環状の気体分配チャンバとを備えるバーナに対し気体の流れを送り込む方法であって、その半径方向最外側部分の方向が分配チャンバの半径方向外面に対し接線方向となるように気体の流れを分配チャンバ内に導入することを備える方法が開示されている。この方法は、上記環状通路内にてより優れた気体の速度を得ることを可能にする。上記方法を実施するバーナも開示されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ予成型品（ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｐｒｅｆｏｒｍ）を製造するためのバーナ内へ気体の流れを送り込む方法において、該バーナは、
複数の同軸管であって、２つの隣接する同軸管の各々がその間に環状通路を画成する前記複数の同軸管と、
前記環状通路の少なくとも１つの末端部にあり且つ、該環状通路と流体的に連通した環状の気体分配チャンバであって、内面及び外面により半径方向に境が設定された前記環状の気体分配チャンバと、
気体の流れを前記分配チャンバ内に送り込む送り込み管路とを備える前記バーナ内に気体の流れを送り込む方法において、
前記同軸管の軸線と交差せず且つ、前記軸線を横断する平面上に位置する方向に向けて気体を前記分配チャンバ内に導入するステップを備える、バーナ内に気体の流れを送り込む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記分配チャンバ内に導入される気体の方向が、前記同軸管の軸線に対して垂直な平面上に位置するようにした、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
前記分配チャンバ内に導入される気体の方向が、前記分配チャンバの内面と交差しないようにした、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記分配チャンバ内に導入される前記気体の流れの半径方向最外側部分の方向が、前記分配チャンバの外面に対し実質的に接線方向であるようにした、方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の方法において、
前記気体の流れに対して前記環状通路に沿った前記同軸管の軸線に対し実質的に平行な方向を付与する更なるステップを備える、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
前記方向が、前記気体を多孔質材料の層を通じて流動させることにより、付与されるようにした、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
多孔質材料の層が前記分配チャンバと前記環状通路との間に配置されるようにした、方法。
【請求項８】
光ファイバ予成型品を製造するためのバーナにおいて、
複数の同軸管であって、２つの隣接する同軸管の各々がその間に環状通路を画成する前記複数の同軸管と、
前記環状通路の少なくとも１つの末端部における気体分配チャンバと、
気体を前記分配チャンバ内に送り込む装置とを備え、
前記装置が、分配チャンバに入る前記気体の流れに対し前記同軸管の軸線と交差せず且つ、該同軸管を横断する平面上に位置する方向を付与するようにした、光ファイバ予成型品を製造するためのバーナ。
【請求項９】
請求項８に記載のバーナにおいて、
前記装置が、前記分配チャンバに接続された送り込み管路であって、
該送り込み管路の最外側部分が分配チャンバの半径方向外面に対し実質的に接線方向となるような方向に向けて該送り込み管路が配置されるようにした、バーナ。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のバーナにおいて、
多孔質材料の層が前記環状通路の入口部分に配置されるようにした、バーナ。
【請求項１１】
請求項８に記載のバーナにおいて、
少なくとも１対の隣接する同軸管における各管の末端部が、異なる平面上に位置するようにした、バーナ。
【請求項１２】
請求項８乃至１１の何れか１つに記載の堆積バーナを使用することにより、微細なガラス粒子の流れを複数の通路を備える堆積バーナから回転する細長いターゲット予成型品まで導くことによって光ファイバ予成型品を製造する方法
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、光ガラスファイバを製造するために使用される光ファイバ予成型品（ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｐｒｅｆｏｒｍ）を製造すべくバーナにガスの流れを送り込む方法及び上記光ファイバ予成型品を製造するためのバーナに関する。
【０００２】
特に、本発明は、光ファイバ予成型品を製造するためのバーナであって、複数の同軸状の通路を有するバーナに対し、上記通路内でより良い気体速度の分配状態を実現することを許容する仕方にて気体の流れを送り込む方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光通信用のガラスファイバは、色々なガラス堆積技術に従って製造されたガラス予成型品から引抜いた高純度のシリカ系ガラスファイバから製造されている。
蒸気アキシャル堆積法（ＶＡＤ）及び外部蒸気アキシャル堆積法（ＯＶＤ）を含む、これら堆積技術の幾つかは、炎燃焼に基づくものであり、この場合、反応剤（すなわち、ガラスの屈折率を適宜に改変するため、選択的に、ＧｅＣｌ４のような、ドーパント材料と共に、ＳｉＣｌ４のようなシリカ前駆体）が燃焼気体と共に、堆積バーナを通じて送り込まれ、該堆積バーナは、生成する細かいガラス粒子の高温の流れを回転する成長ターゲット予成型品に導く。
【０００４】
ＶＡＤ堆積技術によれば、予成型品の成長は軸方向に行われる。このため、堆積バーナは、典型的に、予成型品を軸方向に成長させるべく回転する予成型品がバーナに対しゆっくりと上方に（又は下方に）動く間、実質的に固定した位置に維持される。これと代替的に、堆積バーナが予成型品に対しゆっくりと下方に（又は上方に）動く間、回転する予成型品を実質的に固定した位置に維持してもよい。
【０００５】
ＶＡＤ技術と相違して、ＯＶＤ技術において、予成型品の成長は、半径方向に行われる。この場合、回転するターゲット（例えば、石英ガラスロッド）は、全体として、一定の水平位置又は垂直位置に配置され、堆積バーナは、成長する予成型品の表面に沿って反復的に動かし、予成型品を半径方向に成長させる。
【０００６】
このように、使用される堆積技術と独立的に、多孔質のガラス予成型品が製造され、次に、そのガラス予成型品は、圧密化して、その後に、光ファイバに引抜き易い中実なガラス予成型品を形成する。
【０００７】
典型的に、光ファイバ予成型品は、中央部分（コア）と、外部部分（クラッディング）とを備えており、該コア及び該クラッディングは、そのそれぞれの化学的組成が相違し、このため、異なる屈折率を有する。光ファイバにおけるように、クラッディング部分は予成型品の大部分を形成する。予成型品は、典型的に、コアと、クラッディングの第一の部分とを備える第一の予成型品を製造し且つ圧密化することによって製造される。次に、オーバクラッディング層を上記第一の予成型品に堆積させ、これにより、多孔質の予成型品を得、次に、該多孔質の予成型品を圧密化して最終的な予成型品にする。
【０００８】
一般に、光ファイバ部材を製造するための従来のバーナは、複数の同軸管から成っており、該同軸管を通って、ガラス前駆体材料（すなわち、選択的にＧｅＣｌ４のようなドーパント材料と共に、ＳｉＣｌ４のようなシリカ前駆体）、燃焼気体（例えば、酸素及び水素又はメタン）及び選択的に、幾つかの不活性気体（例えば、アルゴン又はヘリウム）が送り込まれる。典型的に、ガラス前駆体材料は、バーナの中央管を通じて送り込まれる一方、その他の気体は、同軸状に配置された管によって画成された環状通路を通じて送り込まれる。
【０００９】
全体として、ガラスは、環状通路の各々の１つの末端部から導入される。
米国特許第４，４１７，６９２号には、各対の隣接する管の間に複数の環状通路を画成し且つ環状通路の各々の末端部に環状チャンバを有する複数の同軸管を備える光ファイバ予成型品を製造するためのバーナが記載されている。これらのチャンバは、２つの円筒状の同心状面によって半径方向に境が設定されている。送り込み管路が気体を該管路内に供給し得るようにチャンバの各々に接続されている。送り込み管路は、同軸管の軸線に対し垂直に配置されている。このため、その方向は環状チャンバの境を設定する内面と交差する。
【００１０】
米国特許第４，６６１，１４０号には、隣接する対の管の間に複数の環状通路を画成する複数の同軸管を備える光ファイバ予成型品を製造するためのバーナが記載されている。気体は、同軸管の軸線に対し垂直に配置された配管によって直接、環状通路内に送り込まれる。この場合にも、上記配管の方向は、上記環状通路の境を設定する内面と交差する。
【００１１】
しかし、当出願人は、上記送り込み管路又は配管を配置することは、バーナの環状通路を通って流れる気体を完全に満足し得るように均一に分配することを許容しないことが分かった。上記通路の周縁に沿った気体の分配状態を最適化するため、当該出願人は、今や、上記環状通路に接続された分配チャンバ内に気体を送り込む新規な方法、及び該方法を実施するバーナを開発した。実際、分配チャンバに送り込まれる気体の流れに対し、同軸管の軸線と一致しない方向、特に、分配チャンバの内面に対し実質的に接線方向の方向を付与することにより、問題点が解決できることが分かった。
【００１２】
好ましいことに、本発明に従って気体の分配を最適化することは、より短い長さの堆積バーナを使用することを許容する。実際上、先行技術のバーナにおいて、気体の流れが上記環状通路から出る前に、実質的な均一さに達することを許容するため、環状通路を形成する管はかなりの長さを必要とする。本発明によれば、環状通路内への上記気体の入口から比較的短い距離にて実質的に均一な気体の流れが得られる。その結果、環状通路を形成する管の長さは、所望であるならば、好ましいように短くすることができる。
【発明の概要】
【００１３】
当該出願人は、今や、光ファイバ予成型品を製造するバーナであって、
複数の同軸管であって、２つの隣接する同軸管の各々がその間に環状通路を画成する上記複数の同軸管と、
上記環状通路の少なくとも１つの末端部において且つ、該環状通路と流体的に連通した環状の気体分配チャンバであって、内面及び外面により半径方向に境が設定された上記環状の気体分配チャンバと、
気体の流れを上記分配チャンバ内に送り込む送り込み管路とを備える上記バーナ内に気体の流れを供給する方法であって、
上記同軸管の軸線と交差せず且つ、上記軸線と交差する平面に位置する方向にて気体を上記分配チャンバ内に導入するステップを備える方法を開発した。
【００１４】
１つの好ましい実施の形態によれば、上記気体は上記同軸管の軸線に対し垂直な平面上に位置する方向を有する。
分配チャンバに入る上記気体の流れは、分配チャンバの内面と交差しない方向を有することが好ましい。より好ましくは、上記分配チャンバに入る気体の流れの半径方向最外側部分は、その半径方向外面に対し実質的に接線方向であるようにする。「半径方向」という語は、常に、同軸管の軸線から測定した半径方向距離を意味する。
【００１５】
分配チャンバに送り込まれた後、気体は上記分配チャンバから去り且つ、分配チャンバが流体的に連通した環状通路内に導入される。同軸管の軸線に対し実質的に平行な方向が上記環状通路に沿って流れる気体に与えられることが好ましい。１つの好ましい実施の形態によれば、このことは、気体を多孔質材料の層に通すことで実現できる。上記層は、上記通路内にて又は好ましくは通路の入口にて気体の流れに対し横断方向に配置されることが好ましい。より好ましくは、該層は分配チャンバと環状通路との間に配置されるようにする。
【００１６】
別の側面によれば、本発明は、光ファイバ予成型品を製造するためのバーナであって、
複数の同軸管であって、２つの隣接する同軸管の各々がその間に環状通路を画成する上記複数の同軸管と、
上記環状通路の少なくとも１つの末端部における気体分配チャンバと、
気体を上記分配チャンバ内に送り込む装置とを備え、
上記装置が分配チャンバに入る上記気体の流れに対し上記同軸管の軸線と交差せず且つ、該同軸管を横断する平面上に位置する方向を与える、上記バーナに関する。
【００１７】
１つの好ましい実施の形態によれば、該装置は、上記分配チャンバに接続された送り込み管路であって、上記のように画成される分配チャンバの内面に対し実質的に接線方向の方向に向けて配置される上記送り込み管路を備えている。
【００１８】
多孔質材料層が環状通路の入口部分に配置されることが好ましい。
好ましくは、同軸管は円形の断面を有するようにする。しかし、これら同軸管は、楕円形断面のようなその他の形状の断面とすることも可能である。同軸管の軸線に対し垂直な平面上における分配チャンバの部分は、上記環状通路の断面と同一の形状であることが好ましい。
【００１９】
本発明の１つの実施の形態によれば、環状通路を画成する２つの隣接する同軸管の下末端部は、特に異なる平面上に位置し、２つの管の最内側のものは最外側管の下方を伸びる部分を有する。このように、環状通路の外側にある内管の外面は、分配チャンバの内面を構成することができる。
【００２０】
本発明の更なる側面は、上記に記載したような堆積バーナを使用することにより、微細なガラス粒子の流れを複数の通路を備える堆積バーナから回転する細長いターゲット予成型品まで導くことによって光ファイバ予成型品を製造する方法に関する。
【００２１】
同軸管は、金属材料又は石英ガラスのような任意の適宜な材料で製造することができる。好ましい材料は金属材料であり、ステンレス鋼がより好ましい。
多孔質材料の層は多孔質金属材料で製造することができる。
【好ましい実施の形態の説明】
【００２２】
図１には、本発明の１つの実施の形態によるバーナの長手方向断面図が概略図的に図示されている。
バーナは、参照番号１０１乃至１０８で示した８つの同軸管の下末端部を保持する金属体２００と、分配チャンバ２０４（該チャンバの１つのみが参照番号で図示されている）とを備えている。管１０１乃至１０８は、バーナ自体の端部分を構成し、金属体２００内に保持されたものと反対側のその端部に配置された８つの円形のオリフィスにて終わっている。これら末端部から、プロセス気体は排気され次に、炎内で反応するようにされる。
【００２３】
その２つのみ（４０２、４０３）を図面に示した８つの管はプロセス気体をバーナに送り込むために使用される。
更なる実施の形態によれば、バーナの金属体２００は、重ね合わせた９つの金属製円筒状部材２０１乃至２０９を備えている。
【００２４】
管１０１乃至１０８の各々は、相応する座部内にて円筒状部材２０１乃至２０９の１つに強固に接続されている。環状通路が各対の上記管の間に画成され、環状通路は参照番号１０２ａ乃至１０８ａで示してある。
【００２５】
図２及び図３には、図１に参照番号２０４で示した円筒状部材の拡大長手方向断面図及び頂面図が示されている。円筒状部材２０４、具体的には、バーナの金属体２００の下端から４番目の部材がバーナから取り外した状態で示してあり、上記部材２０４と接続された管１０３の末端部も図示されている。
【００２６】
部材２０４は、部材２０４と同軸状に該部材を部品毎に貫通する中央穴３０６を有している。部材２０４と接続された管１０３の末端部を受け入れ得るようにされた座部３０４も部材と同軸状である。穴３０６及び座部３０４は、例えば穿孔によって形成することができる。
【００２７】
円筒状部材には、環状分配チャンバ３０１も形成される。図２から、チャンバ３０１は、例えば、穿孔により円筒状部材２０４に形成された面によって半径方向外方に且つ下方に境が設定されていることが理解できる。半径方向内方に向けて、管１０３が座部３０４内に挿入されたとき、チャンバ３０１は管１０３の外壁によって境が設定される。該チャンバは、上方に、円筒状部材２０４に明白に形成された座部内に挿入した多孔質材料の層３０２により境が設定される。多孔質材料の層は、管１０３を外部から装着するため中央穴を支持する円板の形態を有することが適している。
【００２８】
適宜な多孔質材料は、ステンレス鋼で製造された多層の焼結金属ファイバを含み、６８％乃至８３％の範囲の多孔率にて商業的に入手可能である。好ましいように使用することのできる多孔質材料層の一例は、金属ファイバから成り且つ７８．４％の多孔率を有する、メムテック（ＭＥＭＴＥＣ）による多孔質フィルタ、ファイバメット・エーオー（ＦＩＢＥＲＭＥＴ  ＡＯ）シリーズのものである。
【００２９】
座部３０３は、例えば、Ｏリング又はガスケットのような封止手段を受け入れるため、円筒状部材２０４に形成されている。
気体送り込み配管４０２を分配チャンバ３０１に接続するため、管路４０１が設けられている。上記管路の端部分は、図３から理解し得るようにチャンバの内面に対し接線方向にチャンバ３０１に入る。配管４０２の末端部は円筒状部材２０４に形成された座部に入り、該管は該座部と溶接又はその他の方法で気体密に接続されている。
【００３０】
図１を再度参照すると、配管４０２が通る開口をバーナの本体２００に提供し得るよう、円筒状部材２０２、２０３、２０１は孔が形成されている。
これと代替的に、金属体２００に重ね合わせた開口自体が管路４０１と接続する気体に対する通路を画成し、その場合、上記通路が貫通する２つの隣接する円筒状部材の各々の間に、気体密にするため封止手段が設けられる。
【００３１】
分配チャンバ３０１は、多孔質材料層３０２を通じて、管１０３、１０４の間に画成された環状通路１０４ａと接続している。
円筒状部材２０１乃至２０９の全ては、最上方部材２０１及び最下方部材２０９を除いて、上述した部材２０４と同様の構造体を有している。これら部材の全ては、分配チャンバを気体の送り込み配管（配管４０２と同様）と接続する分配チャンバ、管路（部材２０４の管路４０１と同様）を提供する。これら構造体は、図面を見易い状態に保ち得るよう図１には図示されていない。
【００３２】
図４には、本発明によるバーナの本体２００の底面図が図示されており、この場合、同軸管、多孔質材料層及び環状ガスケットを保持する座部は図示されていない。より正確には、この図において、より見易くするため、不必要な細部は省略されている。この図面から、分配チャンバを上記気体の送り込み配管（全体として参照番号５００で図示）と接続する上記管路（全体として参照番号４００で図示）の適宜な分配状態を見ることができ、また、分配チャンバ内への上記管路４００の入口も図示されている（上記チャンバの半径方向外面３００のみがこの図に図示されている）。分配チャンバの入口における管路４００の外側部分４０５が１つの好ましい実施の形態に従い、上記チャンバの外面３０５に対し接線方向にある状態を理解することができる。管路及び配管の任意のその他の適宜な配置状態を適用することができる。
【００３３】
部材２０１乃至２０９は、例えば、適宜に形成された穴（図１乃至図３には図死せず）を通じて本体２００の全体を貫通するねじ（図１乃至図３には図示せず）によって、図１に示すように互いに組み立てられる。当該技術分野の当業者の知識に従って、ピン又はその他の適宜な手段（図１乃至図３に図示せず）を採用して、上記部材２０１乃至２０９が組み立てられたとき、該部材の正確な相対的な位置決め状態を保証することが好ましい。
【００３４】
頂部円板２０９を除く全ての円板は、部材２０４の座部３０３と類似の座部内に配置された環状ガスケットを有し、隣接する円板との気体密の接続部を形成する。
１つの好ましい実施の形態によれば、配管４０２と類似した気体送り込み配管の全ては、その分配チャンバに気体送り込み配管が接続された部材の下方に配置された部材を貫通する。気体を部材２０４の上方の部材に送り込む配管及び気体が部材２０４を通るのを許容する穴は、図１乃至図３には図示されていない。
【００３５】
最下側部材２０１は、中央管１０１の開口である、気体送り込み配管４０３を通路１０１ａに接続する穴４０４を有している。多孔質材料の円板３０２を該接続部を渡るように配置することもできる。
【００３６】
本発明の１つの実施の形態によれば、耐熱材料で出来た管１０９は、炎を封じ込め得るように上記管１０８の先端から更なる所定の長さだけ伸びる外管１０８の外側に配置することができる。好ましくは、管１０９は、外側金属管１０８の先端から約１５０ｍｍ乃至約２２０ｍｍだけ伸びるようにする。適宜な形状とされた部分１１０は、上記管１０９に対する座部を提供する。該部分１１０は、図１に図示するように、管のフランジ付部分の形状とすることが好ましい。
【００３７】
管１０９の耐熱材料は、例えば、石英ガラスとし又は、アルミナのようなセラミック材料とする。好ましくは、特に、高純度石英が採用されるようにする。
本発明が関係する方法により且つ、図１を参照すると、気体は配管４０２及び管路４０１を通じて、矢印Ｄ、Ｄ´で示した経路に沿って部材２０４の分配チャンバ３０１に供給される。図３から理解し得るように、気体は、分配チャンバ３０１に入り、その最外側部分は、上記チャンバ３０１の境を設定する半径方向外面１０５に対し実質的に接線方向を有する。次に、気体は、矢印Ｄ″で示すように、層３０２を通って環状通路１０４ａまで流れ、その方向は、バーナの長手方向軸線に対し実質的に平行である。外側の環状通路を通って流れるべき気体は、同様の仕方にて送り込まれる。中央通路１０１ａに対する気体は、軸方向配管４０３を通じて送り込まれることが好ましい。
【００３８】
当該出願人が知見したように、気体の分配を上述したように最適化する結果、環状通路の比較的短い長さにて実質的に均一な軸方向への気体の流れを実現し、これにより、所望であるとき、バーナを形成する管の長さを短くすることを可能にする。
【００３９】
同軸管は、金属材料、より好ましくは、容易に機械加工可能で且つ耐熱／耐食性のステンレス鋼にて製造されることが好ましい。適宜な金属材料の一例は、約０．０３％のＣ、約１６乃至１８％のＣｒ、約１１．５％乃至１４．５％のＮｉ、約２％のＭｎ及び約２．５％乃至３％のＭｏを含むステンレス鋼である、ＡＩＳＩ（アメリカ鉄鋼協会）３１６Ｌである。
【００４０】
本発明の１つの実施の形態によるバーナ内の同軸管の断面を示す図５を参照すると、参照番号１０１乃至１０８は上記管の断面、１０１ａ乃至１０８ａは上記管により画成された通路、１０９は上述したように炎を封じ込める設計とされた、耐熱材料の管の断面であり、内管１０１は、典型的に、約６ｍｍ乃至約８ｍｍの内径及び約０．５ｍｍ乃至約２ｍｍの厚さを有する。
【００４１】
次に、約０．５ｍｍ乃至約２．５ｍｍの厚さを有することが好ましいその他の管は、管の相対的直径及び開口を通る気体の流量に依存して、約１ｍｍ乃至約３．５ｍｍの幅を有する通路１０２ａ乃至１０８ａを形成し得るように互いに同心状に配置する。
【００４２】
特に、通路の各々の幅は、上記通路を通って流れる気体の量及び種類並びに上記通路の相対的な半径方向位置に従って選ばれる。例えば、外側クラッディングの堆積のために特に設計されたバーナにおいて、不活性気体が流れる通路は、約０．１乃至２ｍ／ｓの気体の出口速度となるような寸法とされている。このように、上記の環状通路は、約１ｍｍ乃至約１．５ｍｍの幅を有することができる。他方、燃焼気体が流れる通路は、約２乃至約１０ｍ／ｓの気体の出口速度となるような寸法とされている。このように、上記の環状通路は、約２ｍｍ乃至約３．５ｍｍの幅を有する。
【００４３】
図１乃至図４に関して上述した好ましい実施の形態によれば、分配チャンバの同軸管の軸線に対し垂直な断面は、円形のコロナの形状を有しており、内径は、上述したように、分配チャンバが接続される環状通路を画成する内管の直径である。上記円形のコロナ断面の外径と内径との差の半分部分は、分配チャンバの「幅」と称される。分配チャンバの「高さ」は、分配チャンバの軸方向境を設定する２つの平面の間の距離であり、その平面の一方は、図１乃至図３に示した実施の形態に従い、連通した環状通路への入口からチャンバを分離する多孔質の材料層の表面である。気体を分配チャンバ内に送り込む管路の部分は、円形であることが好ましい。本発明の１つの実施の形態によれば、分配チャンバの高さは、その幅の１／２乃至２倍である。チャンバの高さ及び幅は、同様の値を有することが適当である。好ましくは、気体を分配チャンバ内に送り込む管路の直径は、チャンバの高さよりも大きくないようにする。好ましくは、チャンバの幅は、上記管路の直径の１乃至３倍の範囲とする。分配チャンバの幅は、チャンバと接続とた環状通路の少なくとも幅であることが好ましい。１つの好ましい実施の形態によれば、この幅は、上記環状通路の幅の１乃至１０倍の範囲とし、好ましくは、１乃至５倍の範囲とする。好ましくは、バーナの全ての分配チャンバが同一の値の高さ及び幅を有するものとする。気体を分配チャンバ内に送り込む管路は、同様に同一の値を有することが適当である。
【００４４】
全体として、中央通路１０１ａを通ってガラス前駆体材料が流れる。
ガラス前駆体の流れは、燃焼気体及び上記バーナの更なる通路を通って流れる燃焼支援気体によって発生された炎によって取り巻かれている。
【００４５】
本明細書において、ガラス前駆体という語は、炎の存在下にて反応し、ガラス（純粋シリカ）又は被覆したガラス粒子を形成することのできる任意の適宜な原材料を意味することを意図するものである。好ましくは、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が使用できるものとする。これと代替的に、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ又はＳｉＨ４のような、その他のシリコンを含む反応剤を使用することができる。更に、例えば、オクタメチルシクロテラシロキサンのような、米国特許第５，０４３，００２号に開示されたシロキサン化合物又は、例えば、ヘキサメチルジシランのような、欧州特許第１，０１６，６３５号に開示されたオルガノシリコーン化合物の如き、塩化物無しのシリコンを含む反応剤を使用することができる。
【００４６】
本発明による炎バーナの反応状態下にて被覆したガラス粒子を形成することのできる１つの好ましいガラス前駆体材料は、ゲルマニウム四塩化物である。代替的なドーパント材料はＰＯＣｌ３又はＢＢｒ３である。
【００４７】
上述したガラス前駆体材料（例えば、Ｓｉｃｌ４及びＧｅｃｌ４）の混合体は、可変の比率にて使用し、製造された予成型品の屈折率を適宜に改変することができる。
上記のガラス前駆体材料は、全体として周囲温度にて液体であるため、これらガラス前駆体材料は、事前に蒸発器内に加熱し、ガラス前駆体材料の高温の蒸気がバーナの中央管を通って流れるようにすることが好ましい。例えば、約５７℃（１０１．３３０Ｐａのとき）の沸点を有するケイ素四塩化物をバーナ内に送り込まれる前に、蒸発器内で約１００℃にて加熱する。
【００４８】
特に比較的大きい寸法のバーナ（例えば、クラッディングバーナ）の場合、ガラス前駆体材料の流れに対し所定の量の高熱拡散率気体を添加して、上記流れの内側コアに向けた炎からの熱伝導を増すようにすることが好ましい。
【００４９】
気体の熱拡散率は、熱伝導率と熱容量の比であると定義されている。この熱拡散率は、材料がその熱エネルギを蓄える能力に対する熱エネルギを伝導する能力を表わす。気体の熱拡散率の典型的な値は、ニューヨーク１９６０、ウィリー・アンド・サンズ（Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ）のＲ．Ｂ．バード（Ｂｉｒｄ）による「輸送現象（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）」又は、ニューヨーク１９９６、ウィリー・アンド・サンズのＦ．Ｐ．インクロペラ（Ｉｎｃｒｏｐｅｒａ）、Ｄ．Ｐ．デウィット（ＤｅＷｉｔｔ）による「熱及び質量の伝達の基本（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  ｈｅａｔ  ａｎｄ  ｍａｓｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ）」第３版のような多数の参考書にて見ることができる。
【００５０】
本明細書の目的のため、高熱拡散率気体は、少なくとも３．０・１０−５ｍ２／ｓ以上、例えば、約２．０・１０−４ｍ２／ｓ（４００°Ｋにおける値）の熱拡散率を有する気体である。適宜な高熱拡散率気体の例は、４００°Ｋにて３．６・１０−５ｍ２／ｓ、３．７・１０−５ｍ２／ｓ、３．８・１０−５ｍ２／ｓ、３．０・１０−４ｍ２／ｓ及び２．３・１０−４ｍ２／ｓの熱拡散率をそれぞれ有する酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム又は水素である。
【００５１】
気体の熱拡散率は、その比熱拡散係数、及び追加された気体の質量分に更に依存するから、追加された気体の体積分を減少するため（又は、これと代替的に、気体の同一体積分を使用してその質量分を増すため）、より大きい分子量の気体を使用することが好ましい。このように、酸素は、そのより高分子量及びその熱拡散率の係数が比較的大きいため、好ましい。
【００５２】
上記の高熱拡散率の気体は、このようにして得られた混合体の全体的な熱拡散率がガラス前駆体材料の熱拡散率よりも約５０％大きくなるような量にてガラス前駆体材料の流れに追加されることが好ましい。特に、四塩化ケイ素が使用されるとき、混合体の熱拡散率は、４００°Ｋにて約４．０・１０−６ｍ２／ｓ以上であることが好ましい。好ましくは、混合体の熱拡散率は、４００°Ｋにて４．０・１０−６ｍ２／ｓ乃至５．５・１０−６ｍ２／ｓの範囲にあるようにする。
【００５３】
高熱拡散率の気体は、ガラス前駆体材料の熱拡散率（例えば、ＳｉＣｌ４の場合、４００°Ｋにて２．８４・１０−６ｍ２／ｓ）に依存して、好ましくは、混合体の全体量に対して約０．０５乃至約０．５部分、好ましくは、約０．１乃至約０．４部分の体積分にて混合されることが好ましい。光ファイバ予成型品を製造するためバーナに供給すべきガラス前駆体材料に対し高熱拡散率の気体を追加することは、出願係属中の欧州特許出願第００１２７８５０．６号に記載されている。
【００５４】
本発明の更なる実施の形態である、光ファイバ予成型品を製造する方法によれば、可燃性気体及び燃焼支援気体は、画成された環状通路１０２ａ乃至１０８ａの少なくとも２つを通って流れる。適宜な可燃性気体の例は、水素とし又はメタンのような炭化水素とする。典型的に、燃焼気体として酸素が使用される。
【００５５】
所望であるならば、不活性気体を単独にて、又は上記の可燃性気体又は燃焼支援気体と混合させて環状通路１０２ａ乃至１０８ａの幾つかを通って流れるようにすることができる。例えば、不活性気体は、可燃性気体の入口専用とされた第一の環状通路と、燃焼支援気体の入口専用とされた第二の環状通路との間に配置された環状通路を通って流れることができる。このことは、可燃性気体及び燃焼支援気体の２つの流れを物理的に分離し、これにより炎を金属管の先端から偏位させ且つ金属管の過熱を回避することを許容する。同様に、可燃性気体及び燃焼支援気体の入口速度を適宜に増すことにより炎を金属管の先端から偏位させることができる。適宜な不活性気体の例は、アルゴン、ヘリウム、窒素である。
【００５６】
図６には、本発明の方法を具体化する、ＶＡＤ技術による典型的なオーバクラディング堆積法が図示されている。この堆積は、典型的に、従来の技術に従って別個に製造された、予成型品のコアと、クラッディング層の第一の部分とを備える、直径約２０ｍｍのガラスロッド７０１に対して開始する。ターゲット予成型品は、その長手方向軸線の周りで回転させ且つ、ゆっくりと上方に平行移動させる。下方オーバクラディングバーナ７０３は、オーバクラディング層７０２ａの第一の部分を例えば、約９０乃至１００ｍｍの直径まで予成型品に堆積させる。次に、上方バーナ７０４は、第二のオーバクラディング層７０２ｂを堆積させ、例えば、堆積したスートの直径を約１８０乃至約２００ｍｍに増大させることにより堆積を完了する。典型的に、上方バーナ７０４は、単位時間内でより多量のシリカ粒子を堆積させることを許容し得るように、下方バーナに比して大きい寸法を有している。
【００５７】
次に、このようにして得られた予成型品を加熱炉内に加熱し且つ圧縮して直径約６０乃至８０ｍｍの最終的な予成型品が得られるようにし、次に、その予成型品は、従来の技術に従って引抜き、光ファイバとなるようにする。
【００５８】
本発明によるバーナは、予成型品のオーバクラディング層、特に、外側オーバクラディング部分を堆積させるため（すなわち、バーナ７０４として）、上記の方法にて好ましいように使用することができるが、かかるバーナは、適宜な寸法とされたとき、コア、及びクラッディングの内側部分を堆積させるために使用することもできることが理解されよう。
【００５９】
ＶＡＤ堆積法において、炎を同心状に配置させた内側炎及び外側炎に分離することが好ましい。このことは、耐熱材料で出来た管を２つの炎の間に介在させることにより実現することができる。上記管は、２つの同軸管の間で環状ハウジング内に配置することができ、該耐熱材料で出来た上記の管は、バーナの内側部分のパイプの先端から更に所定の長さだけ伸びている。この耐熱材料は、上述したように、図１の管１０９に対して採用することのできるものから適宜に選ぶことができる。
【００６０】
耐熱材料の管を使用することは、バーナの同軸管がバーナの外側のその端部にて同一平面にて曲がっていない場合、特に示される。このことは、バーナの内側部分の管よりもバーナの外側に突き出す外側部分の管から内側炎を物理的に分離し且つ内側炎を封込めることの双方を許容する。このことは、外側部分の管を保護し、このため、該管は金属で出来たものとすることができる。好ましくは、管を分離する炎は、ガラス前駆体材料が反応してガラス粒子を形成する場所である反応領域を完全に取り巻くような長さだけ伸びるようにする。特に、オーバクラディングバーナの場合、炎を分離する管は、バーナの内側部分のパイプの先端から少なくとも約８０ｍｍだけ伸びることが好ましい。しかし、管の長さは、約１５０ｍｍを超えないことが好ましい。好ましくは、上記長さは約９０乃至１３０ｍｍである。上述したように、光ファイバ予成型品を製造する多層炎バーナ内で炎を分離する管を使用することは、出願係属中の欧州特許出願第００１２７８５１．４号に記載されている。
【００６１】
形成されるガラス粒子の流れがターゲットの予成型品に衝突する前に、その流れを適宜に再分配することも好ましい。この目的のため、上記に論じたように炎分離管を有する多数炎バーナが特に適している。特に、炎分離管の出口はバーナの堆積量を増し得るように適宜に改変することができる。この改変は、石英分離管の出口に対し、長軸線及び短軸線を有する断面を付与し得るようなものとする。堆積量は、ターゲット予成型品の長手方向軸線に対し実質的に垂直な方向に向けてガラス粒子の流れ寸法を増すことにより、増大させることが可能であることが分かった。これを実現するため、炎分離管の端末部分は短軸線及び長軸線を有する部分を備える必要がある。楕円形部分が特に適している。光ファイバ予成型品を製造するＶＡＤ法において、炎分離管の端末部分の部分の長軸線は、成長する光ファイバ予成型品の長手方向軸線に対し実質的に垂直な平面上に位置する必要がある。光ファイバ予成型品を製造する多数炎バーナ内にて上述したように形成されるガラス粒子の流れを再分配する技術は、出願係属中の欧州特許出願第００１２７８４９．８号に記載されている。
【実施例】
【００６２】
この実験のため、図１及び図５に図示するように、８つの同軸金属パイプを備えるバーナを使用した。金属パイプに対し使用した材料はＡＩＳＩ３１６Ｌステンレス鋼とした。図５の管１０１乃至１０８、通路１０１ａ乃至１０３ａ及び１０５ａ乃至１０８ａは、本実施例において、それぞれ管１乃至８及び１ａ乃至７ａとして説明する。石英ガラス管を第三及び第四の金属管の間で図５の通路１０４ａ内に挿入して、炎を封じ込める。以下の表１には、金属管により決定された管状通路の相対的な内径（ＩＤ）及び外径（ＯＤ）が示してある。円形断面を有する最内側通路１ａの場合、ＯＤのみが記載されている。バーナの内側部分は、管１乃至３（及び相応する通路１ａ乃至３ａ）により形成される一方、バーナの外側部分は管４乃至８（及び相応する通路４ａ乃至７ａ）により形成されている。
【００６３】
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約１．５ｍｍの厚さ、２８．４ｍｍの内径及び３１．４ｍｍの外径を有する内側の封じ込め石英ガラス管を図５の環状通路１０４ａ（内径２７．４ｍｍ、外径３３．６ｍｍ）内に挿入した。上記通路は、その結果、何れの送り込み気体にも接続しなかった。ガラス管の下方部分は、該ガラス管を固定位置に保ち得るように隙間の外径までテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標名）を巻いた。
【００６４】
約２ｍｍの厚さを有する外側石英ガラス管（図１及び図５の参照番号１０９）を外側金属管８の周りに更に配置した。
全ての金属管は、同一の長さ（２０１ｍｍ）だけ、バーナの本体の外側に突き出すようにした。外側石英管は、金属管の先端から約１６５ｍｍだけ突き出す一方、内側石英管は金属管の先端から約１３３ｍｍだけ突き出すようにした。
【００６５】
全ての分配チャンバは幅６ｍｍ及び高さ７．５ｍｍとした。
気体を分配チャンバ内に送り込むための管路の全ての直径は４ｍｍとした。
採用した反応剤及びその相対的流量及び入口速度は以下の表２に掲げられており、ここでバーナの最内側開口は、番号１ａで識別されている。液体材料を蒸発させ且つ液体材料を酸素と共に、中央管を通じて約８０℃の温度にて送り込むことにより、四塩化ケイ素を供給した。
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ターゲット予成型品は、直径約９０ｍｍの回転する石英管とし、バーナ（すなわちバーナの外側ガラス管の上端）は、予成型品から約９０ｍｍの距離に保ち且つ、予成型品の長手方向軸線に対し約１２°の勾配とした。
【００６６】
予成型品は、１６８ｍｍ／時の速度にて上方に平行移動させ且つ１６８ｒ．ｐ．ｍ．にて回転させた。
予成型品が約１４０乃至１５０ｍｍの直径に達したとき、堆積を停止させた。
【００６７】
上述した方法に従うことにより、亀裂又は外部欠陥を生ずることなく、規則的なスート堆積が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明によるバーナの一部分の概略長手方向断面図である。
【図２】以下に説明するように、分配チャンバを支持するバーナの一部を構成する円筒状部材の横方向断面図である。
【図３】以下に説明するように、分配チャンバを支持するバーナの一部を構成する円筒状部材の頂面図である。
【図４】本発明によるバーナの一部の底面図である。
【図５】本発明によるバーナの１つの実施の形態を示す概略横断面図である。
【図６】本発明により光ファイバ予成型品を製造する方法のオーバクラッディング堆積ステップを示す概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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