(57)【要約】【課題】【解決手段】目標の予成形体に強く衝突するガラス粒子の流れの断面形状を改変することにより、光学予成形体を製造するとき、多孔質ガラス堆積物の堆積量を増す方法及びバーナである。特に、ガラス粒子の上記流れの寸法を円形の断面から上記目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向に向けて長軸及び短軸を有する断面まで増大させることにより、上記ガラス粒子の流れの断面が改変される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス粒子を形成する流れを発生させる工程と、
該粒子の流れを成長する予成形体（ｐｒｅｆｏｒｍ）に向け且つ該粒子の流れが前記予成形体に強く衝突するようにする工程とを備える、光学予成形体を製造する過程の堆積量を増す方法において、
前記気体粒子の流れに対し長軸及び短軸を有する断面形状を付与する工程と、
断面形状の長軸が前記予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向を有するように前記粒子の流れを前記成長する予成形体に向ける工程とを更に備える、光学予成形体を製造する過程の堆積量を増す方法。
【請求項２】
ガラス前駆体材料（ｇｌａｓｓ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の流れを堆積バーナ内に供給し且つ該流れに対しほぼ円形の断面を付与することと、
可燃性気体の流れ及び燃焼支援気体の流れを前記バーナ内に供給し、前記ガラス前駆体材料の流れを均一に加熱する炎を発生させ且つ前記ガラス前駆体材料を反応させ、これにより微細なガラス粒子の流れを形成するようにすることと、
前記微細なガラス粒子の流れ及び前記炎を当初の直径を有する目標の予成形体に向けることと、
前記ガラス粒子の流れを前記目標の予成形体に強く衝突させ、これにより前記予成形体の半径方向寸法を最終直径まで増大させることとを備える、光学予成形体を製造する方法において、
目標の予成形体に強く衝突する前記流れの少なくとも末端部分の断面が修正されて長軸及び短軸を有する断面形状となり、該長軸が目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ直交するようにする、光学予成形体を製造する方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
前記炎が、そのそれぞれの円形の断面部分に対応してガラス前駆体材料の流れを均一に取り囲むほぼ円形の断面を有するようにする、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法において、
前記炎の一部分に対し長軸及び短軸を有する断面形状を付与し、該長軸が目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ直交し、ガラス粒子の流れの対応する改変部分を均一に取り巻くようにすることを更に備える、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
ガラス粒子の流れの改変部分を取り巻く前記炎の部分の断面の前記長軸が、短軸よりも少なくとも１．２倍長いようにする、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、
前記長軸の長さが短軸の長さの約２．５倍以下であるようにする、方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法において、
前記長軸及び前記短軸が、約１．２５：１乃至約１．８：１の範囲の比率にあるようにする、方法。
【請求項８】
請求項４に記載の方法において、
前記長軸が、成長する予成形体の最初の直径に対し少なくとも約１：２以上の比率にあるようにする、方法。
【請求項９】
請求項４に記載の方法において、
前記長軸が、成長する予成形体の最初の直径に対し少なくとも約１：２．５以上の比率にあるようにする、方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の方法において、
予成形体の前記長軸と最終直径との間の比率が、好ましくは、約１：７以下、好ましくは、約１：６以下であるようにする、方法。
【請求項１１】
光学予成形体を製造する堆積バーナにおいて、
ガラス前駆体材料、可燃性気体及び燃焼支援気体の少なくとも１つの流れが通る複数の管路を備え、
前記可燃性気体及び燃焼支援気体の前記流れが、前記ガラス前駆体材料の流れを取り巻く炎を発生させ、
細長い中空要素が、前記炎及び前記ガラス前駆体材料の流れを取り巻き且つ、封じ込め得るように配置され、
前記細長い中空要素が、
前記複数の管路に隣接する最初の部分と、該最初の部分に対向する末端部分とを有し、
少なくとも前記最初の部分内でほぼ円形断面となるように形成され、
その末端部分にて長軸及び短軸を有する断面に形成されるようにした、光学予成形体を製造する堆積バーナ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のバーナにおいて、
前記細長い中空要素が、その長さの大部分に亙ってほぼ円形の断面に形成される、バーナ。
【請求項１３】
請求項１１に記載のバーナにおいて、
前記細長い中空要素が、その末端部分にてほぼ楕円形の断面に形成される、バーナ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のバーナにおいて、
中央管路と、該中央管路の周りに配置された複数の同軸状管路とを備える、バーナ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のバーナにおいて、
ガラス前駆体材料の流れが前記中央管を通って流れる、バーナ。
【請求項１６】
請求項１１に記載のバーナにおいて、
多数炎バーナであり、
該バーナが、
内側炎を発生させる少なくとも１つの内側部分であって、少なくともガラス前駆体材料、可燃性気体及び燃焼支援気体が流れるときに通る第一の複数の管路を有する前記少なくとも１つの内側部分と、
前記内側炎を取り巻く外側炎を発生させる第二の複数の出口を有する少なくとも外側部分であって、少なくとも可燃性気体及び燃焼支援気体が流れるときに通る第二の複数の管路を有する前記少なくとも外側部分とを備え、
前記細長い中空要素が、前記バーナの内側部分と外側部分との間に配置されて前記内側炎を取り巻き且つ該内側炎を封じ込めるようにした、バーナ。
【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形体を製造する方法に関する。特に、本発明は、ガラス粒子が目標の予成形体に強く衝突する前に、ガラス粒子の流れを適宜に再分配することにより過程の堆積量を増大させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ガラス予成形体から引抜いた高純度のケイ素系ガラスファイバにて製造される。
べーパアキュシャル堆積法（ＶＡＤ）及び外側べーパ堆積法（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、ここで、反応剤（すなわち、ガラスの屈折率を適宜に修正する、ＧｅＣｌ４のような、ドーパント材料と選択的に共に、ＳｉＣｌ４のようなケイ素前駆体）は燃焼気体と共に、堆積バーナを通じて供給され、該バーナは、形成する微細なガラス粒子の高温度の流れを回転する目標の成長する予形成体に向ける。
【０００３】
ＶＡＤ堆積技術において、予成形体は軸方向に成長する。このため、堆積バーナは、典型的に、ほぼ固定位置に維持される一方、回転する予成形体はバーナに対して上方（又は下方）にゆっくりと動かし、予成形体を軸方向に成長させる。これと代替的に、回転する予成形体はほぼ一定の位置に維持する一方、堆積バーナは、予成形体に対して下方（又は上方）にゆっくりと移動させてもよい。
【０００４】
ＶＡＤ技術と相違して、ＯＶＤ技術において、予成形体は半径方向に成長する。この場合、回転する目標物（すなわち、石英ガラスロッド）は、全体として、一定の水平方向又は垂直方向位置に配置され、堆積バーナは、成長する予成形体の表面に沿って繰り返して作用し予成形体を半径方向に成長させる。
【０００５】
このように、適用される堆積技術と関係なく、多孔質のガラス予成形体を製造し、次に、そのガラス予成形体を圧密化して、その後に、光ファイバに引抜くことができる固体のガラス予成形体を形成する。
【０００６】
典型的に、光学予成形体は、中央部分（コア）と、外側部分（クラッディング）とを備え、コア及びクラッディングは、そのそれぞれの化学的組成が異なり、従って、異なる屈折率を有するようにする。光ファイバにおけるように、クラッディング部分は、予成形体の大部分を形成する。この予成形体は、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形体を製造し且つ、圧密化することにより製造される。次に、オーバクラッディング層を上記第一の予成形体上に堆積させ、これにより多孔質の予成形体を得て、その後、その予成形体を圧密化して最終的な予成形体にする。
【０００７】
一般に、光学予成形体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、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のようなケイ素前駆体）、燃焼気体（例えば、酸素及び水素又はメタン）、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）を該同軸管を通じて供給する。典型的に、ガラス前駆体材料は、バーナの中央管を通じて供給される一方、その他の気体は、同心状に配置された管によって形成された環状の開口部を通じて供給される。
【０００８】
かかる従来のバーナの例は、例えば、米国特許第４，３４５，９２８号、米国特許第４，４６５，７０８号、米国特許第４，４７４，５９３号、米国特許第４，６６１，１４０号、米国特許第４，８１０，１８９号に開示されている。
【０００９】
互いに同心状に配置された複数の独立的な炎を発生させる「多数炎」バーナも開示されている。例えば、米国特許第４，８０１，３２２号には、ガラス前駆体材料を含む、内側炎が外側炎の後方に配置された多数炎バーナが開示されている。上記の特許に記載されたように、外側炎は、炎の長さを増し、それに伴って、合成されたガラス粒子のサイズを増大させることを許容する。
【００１０】
米国特許第４，８２６，５２０号には、ドープした光学予成形体を製造する改造した多数炎バーナが開示されており、この場合、ドーピング反応剤（ＧｅＣｌ４）が供給されるときに通る中央管は、内側炎を形成するその他の管に対して前方に隔てられており、炎内部におけるドーピング材料の滞在時間を短くする。
【００１１】
光ファイバの需要の増大に伴い、今日、より大きい寸法の光学予成形体をより効果的で且つ、迅速な方法で製造することが必要とされている。
当該出願人が理解したように、予成形体のコア及び内側クラッディングを堆積させるバーナは、全体として、小型の寸法である一方、特に、大型の寸法の予成形体用のオーバクラッディングを堆積するために使用されるバーナは、比較的大きく、堆積される材料の量を増すのに必要なより高流量を発生させることを許容すると同時に、気体の速度を比較的遅く保つことが必要である。
【００１２】
現在、当該出願人は、特に、クラッディング又はオーバクラッディング堆積の場合（ＶＡＤ堆積技術により特定されるとき）、また、特に、大型の光学予成形体を製造するとき、目標の予成形体に強く衝突する微細なガラス粒子の流れを適宜に再分配することにより、過程の堆積量を増すことができることを知った。このことは、堆積バーナの幾何学的形態を適宜に改変することにより行うことができる。特に、目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向に向けて上記流れの寸法を増すことにより、上記目標の予成形体に強く衝突する前に、上記流れの形状をその末端部分にて有利に改変することが可能であることが判明した。
【特許文献１】
米国特許第４，３４５，９２８号
【特許文献２】
米国特許第４，４６５，７０８号
【特許文献３】
米国特許第４，４７４，５９３号
【特許文献４】
米国特許第４，６６１，１４０号
【特許文献５】
米国特許第４，８１０，１８９号
【特許文献６】
米国特許第４，８０１，３２２号
【特許文献７】
米国特許第４，８２６，５２０号
【発明の概要】
【００１３】
このように、本発明の１つの面は、光学予成形体を製造する過程の堆積量を増す方法であって、
形成するガラス粒子の流れを発生させる工程と、
上記粒子の流れを成長する予成形体に向け且つ、上記粒子の流れが上記予成形体に強く衝突するようにする工程と、を備え、
上記気体粒子流れに対し長軸及び短軸を有する断面形状を粒子を付与する工程と、
断面形状の長軸が上記予成形体の長手方向軸に対しほぼ直交する方向を有する上記成長する予成形体に上記粒子の流れが向けられるようにする工程を更に備える、方法に関するものである。
【００１４】
特に、本発明の１つの面は、光学予成形体を製造する方法であって、
ガラス前駆体材料の流れを堆積バーナ内に供給し且つ、上記流れに対しほぼ円形の断面を付与することと、
可燃性気体の流れ及び燃焼支援気体の流れを前記バーナ内に供給し、上記ガラス前駆体材料の流れを均一に加熱する炎を発生させ且つ、上記ガラス前駆体材料を反応させ、これにより微細なガラス粒子の流れを形成することと、
上記微細なガラス粒子の流れ及び上記炎を最初の寸法を有する目標の予成形体に向けることと、
上記ガラス粒子の流れを上記目標の予成形体に強く衝突させ、これにより上記予成形体の半径方向寸法を最終寸法まで増大させることとを備え、
目標の予成形体に強く衝突する上記流れの少なくとも末端部分の断面が長軸及び短軸を有する断面形状となるように改変され、上記長軸が目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ直交するようにする工程と、を備える光学予成形体を製造する方法に関するものである。
【００１５】
好ましくは、上記炎は、そのそれぞれの円形の断面部分に従ってガラス前駆体材料の流れを均一に取り囲むほぼ円形の断面を有するようにする。
好ましくは、上記方法は、上記炎の末端部分に対し長軸及び短軸を有し、該長軸が目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ直交する断面形状を付与し、ガラス粒子の流れの末端部分を均一に取り巻くようにすることを更に備えている。
【００１６】
１つの好ましい実施の形態によれば、ガラス粒子の流れを取り巻く炎の末端部分の断面の上記長軸が短軸よりも少なくとも１．２倍長い。好ましくは、上記長軸の長さは短軸の長さよりも約２．５倍短いようにする。より好ましくは、上記長軸及び短軸が約１．２５：１乃至約１．８：１の比率であるようにする。
【００１７】
好ましくは、上記長軸は、成長する予成形体の当初の直径に対し少なくとも約１：２以上、より好ましくは、少なくとも約１：２．５以上の比率であるようにする。
予成形体の上記長軸と最終直径との比率は、約１：７以下であることが好ましく、また、好ましくは、約１：６以下であるようにする。
【００１８】
本発明の別の面は、光学予成形体を製造する堆積バーナであって、
少なくとも可燃性気体及び燃焼支援気体のガラス前駆体材料の流れが通り、可燃性気体及び燃焼支援気体の上記流れがガラス前駆体材料の上記流れを取り巻く炎を発生させる複数の管路とを備え、
細長い中空の要素が上記炎及び上記ガラス前駆体材料の流れを取り巻き且つ封じ込み得るように配置され、該細長い中空要素が、
上記複数の管路に隣接する最初の部分と、該最初の部分に対し対向するように配置された末端部分とを有し、
少なくとも上記最初の部分にてほぼ円形の断面に形成され、
その末端部分にて長軸及び短軸を有する断面に形成される、堆積バーナに関するものである。
【００１９】
好ましくは、上記細長い中空要素がその長さの大部分に亙ってほぼ円形の断面に形成されるようにする。
好ましくは、上記細長い中空の要素はその末端部分にてほぼ楕円形の断面に形成されるようにする。
【００２０】
好ましくは、上記複数の管路が互いに対し同軸状に配置されるようにする。好ましくは、ガラス前駆体材料の流れが上記管路の最内側のものを通るようにする。
１つの好ましい実施の形態によれば、上記のバーナは多数炎バーナであり、該多数炎バーナは、
内側炎を発生させる少なくとも1つの内側部分であって、少なくともガラス前駆体材料、可燃性気体及び燃焼支援気体が流れるときに通る第一の複数の管路を備える前記少なくとも１つの内側部分と、
上記内側炎を取り巻く外側炎を発生させる第二の複数の出口を備える少なくとも１つの外側部分であって、少なくとも可燃性気体及び燃焼支援気体が流れるときに通る第二の複数の管路を備える前記少なくとも１つの外側部分とを備え、
上記細長い中空要素が上記バーナの内側部分と外側部分との間に配置されて上記内側炎を取り巻き且つ閉じ込み得るようにされる。
【好ましい実施の形態の説明】
【００２１】
本発明によって、当該出願人は、光学予成形体を製造する堆積過程において、形成するガラス粒子の流れが目標の予成形体に強く衝突する前に、該ガラス粒子の流れを適宜に再分配することにより、堆積バーナの堆積量を増すことが可能であることが分かった。
【００２２】
事実上のこととして、当該出願人は、ガラス前駆体材料の流れ及び取り巻く炎に対しほぼ円形の幾何学的形態を付与することにより、反応するガラス前駆体材料を最適に且つ均質に加熱することが可能であるようにすることが好ましい一方、目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向に向けてガラス粒子の流れの寸法を増すことにより、過程の堆積量を増すことが可能であることが分かった。
【００２３】
本発明の目的上、「目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向」という語は、予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な自由面の１つに位置する軸によって画成された方向を意味することを意図するものである。
【００２４】
図１には、その末端部分２０４にて適宜に改変されたガラス石英管２０１と、相対的な目標の予成形体２０５（正確な縮尺ではない）とを備える、本発明を具体化するバーナの長手方向概略断面図が図示されている。
【００２５】
図２は、改変された石英ガラス管２０１及び相対的な目標の予成形体の末端部分２０４の長手方向断面図を示す、図１の面ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
このバーナは、ガラス前駆体材料及び内側炎を発生させる気体が通る複数の同軸管によって形成された、内側部分２０６を備えている。ガラス前駆体材料の流れは、典型的に中央管を通り、従って内側炎によって取り巻かれている。バーナは、同様に外側炎を形成する気体が通る複数の同軸管によって形成され、これにより、上記外側炎が内側炎を取り巻くようにする外側部分２０７を更に備えている。封じ込める石英ガラス管２０８は、バーナの外側部分を取り巻き得るよう配置することができる。
【００２６】
石英ガラス管２０１は、バーナの上記内側部分と上記外側部分との間に配置されて内側炎を封じ込め且つ該内側炎を外側炎から分離させる。上記石英ガラス管は、その最初の部分２０２、すなわち同軸管と接触する部分、また、その中間部分２０３にてほぼ円形の断面を有し、反応するガラス前駆体材料を最適に且つ均質に加熱し得るようにすることが好ましい。本発明の方法を具体化するため、上記石英ガラス管２０１は、このようにその末端部分２０４に従って適宜に改変され、ガラス粒子の流れに対し及び上記管から出て且つ目標の予成形体に強く衝突する取り巻く炎に対しほぼ楕円形の断面を付与し得るようにする。図１及び図２に図示するように、上記楕円形断面は、このように長軸「Ａ」及び短軸「Ｂ」を有する。長軸及び短軸を有するその他の適宜な形態（例えば、矩形）をガラス管の出口に対し付与することができる。
【００２７】
好ましくは、ガラス管の断面の改変は、ガラス管の長さの約４／５、より好ましくは約９／１０に互って行い、ガラス前駆体材料の流れを均質に加熱し且つ反応させ、更に、ガラス粒子の均質な成長を許容するのに十分な長さであるようにする。
【００２８】
当該技術分野の当業者には、「長軸」及び「短軸」という語は、上述した石英ガラス管の内側断面又はガラス粒子の流れ（かかる改変したガラス管によって発生させることができる）を取り巻く炎の断面の何れかを意味することを意図するものであることが理解されよう。
【００２９】
当該出願人が知見したように、成長するケイ素粒子（特に、円形から楕円形の断面に成長する）流れを再分配し且つ予成形体の長手方向軸に対して適宜に方位決めする結果、バーナの堆積量が増大する。特に、当該出願人は、上記ガラス管の長軸「Ａ」が図１及び図２に概略図的に図示するように、目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直となるように上記封じ込める石英ガラス管を配置することにより、バーナの堆積量を増すことが可能であることが分かった。特に、上記長軸「Ａ」は、予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な面に位置する。
【００３０】
好ましくは、石英ガラス管の改変した開口部の断面は、管の下端部分の円形断面の１つにほぼ等しい面を有し、上記管を通って流れる気体の速度が望ましくなく変化するのを回避し得るようにする。
【００３１】
バーナの堆積量を効果的に増すためには、上記の長軸と短軸との間の比率は少なくとも約１．２以上とすることが好ましい。他方、ガラス粒子の流れの幾何学的形態の過剰な改変（これは、バーナの流れ中に望ましくない乱流を生じさせる可能性がある）を回避するためには、上記比率は約２．５以下に保つことが好ましい。好ましくは、上記比率は、約１．２５乃至約１．８の範囲であるようにする。
【００３２】
更に、当該出願人は、上記長軸は成長する予成形体の当初の直径に対し比較的小さく、ケイ素粒子の過剰な分散を回避し得るようにする必要があることが分かった。好ましくは、上記長軸は、このため成長する予成形体の当初の直径に対して少なくとも約１：２以上、より好ましくは少なくとも約１：２．５以上であるようにする。他方、上記長軸は予成形体の最終直径に対して十分に大きく過程の蒸着量を効果的に増し得るようにしなければならない。
【００３３】
特に、予成形体の上記長軸と最終直径との比は、約１：７以下であることが好ましく、好ましくは約１：６以下であるようにする。
例えば、図５に図示した二重バーナオーバクラッディング堆積過程において、上方バーナ７０４は、約９０ｍｍ乃至１００ｍｍ直径の成長する予成形体にて堆積を開始し且つ予成形体の直径を約１８０ｍｍ乃至２００ｍｍまで増大させ、また、分離する石英管の断面寸法は次のようにすることができる。
【００３４】
円形部分：直径約３１ｍｍ
楕円形部分：長軸約３４ｍｍ；短軸約２４．５ｍｍ。
好ましくは、本発明の方法は大径の予成形体のオーバクラッディング堆積に使用するのに特に適しており、この場合、ガラス前駆体材料の流量は、典型的に、約８ｓｌｍ（分当たりの標準リットル）、特に、約１０ｓｍｌ以上に保たれる。
【００３５】
図５には、本発明の方法を実施する典型的なオーバクラッディング堆積過程が概略図的に図示されている。この堆積は、典型的に、予成形体のコアと、従来の技術に従って別個に製造された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上にて開始する。目標の予成形体は、長手方向軸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。下方のオーバクラッディングバーナ７０３がオーバクラッディング層７０２ａの第一の部分を例えば、約９０乃至１００ｍｍの直径にて予成形体に堆積させる。次に、上方バーナ７０４は、例えば、堆積したスートの直径を約１８０乃至２００ｍｍまで増大させて第二のオーバクラッディング層７０２ｂを堆積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、下方バーナに比して増大した寸法を有しており、より多量のケイ素粒子を単位時間内に堆積することを許容する。これらの寸法は、図３乃至図４に図示したバーナに関して説明した寸法にほぼ対応する。
【００３６】
次に、このようにして得られた多孔質の予成形体を加熱炉内で加熱し且つ潰れさせて直径約６０乃至８０ｍｍの最終的な予成形体にし、次に、その予成形体を従来の技術に従って光ファイバに引抜く。
【００３７】
本発明によるバーナは、予成形体のオーバクラッディング層、特に、外側オーバクラッディング部分を堆積する上記の過程にて好ましいように（すなわち、バーナとして）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も使用することができることが理解されよう。
【００３８】
図３には、本発明の堆積方法を実施するのに適したバーナの一例の概略横断面図が図示されている。特に、この実施の形態は、オーバクラッディング堆積に特に適した二重炎バーナが図示されている。
【００３９】
図３のバーナは、７つの開口部１０１ａ乃至１０７ａを備えており、予成形体を形成する気体がこれらの開口部を通る。
開口部１０１ａ乃至１０３ａは、バーナの内側部分を画成する一方、開口部１０４ａ乃至１０７ａは、外側部分を画成する。中央開口部１０１ａは、管１０１の壁によって境が設定される一方、その他の環状開口部は、管１０１乃至１０８のそれぞれの外壁及び内壁によって境が設定されている。バーナの内側及び外側部分を画成する管の長さは、ほぼ等しく、又は、外側部分の開口部を画成する管は、図１及び図２に図示するように、好ましくは、内側部分の開口部を画成する管よりも長くすることができる。
【００４０】
管は、金属材料、特に、工作が容易で且つ耐熱／耐食性のステンレス鋼にて製造することが好ましい。適当な金属材料の例は、約０．０３％Ｃ、約１６乃至１８％Ｃｒ、約１１．５％乃至１４．５％Ｎｉ、約２％Ｍｎ、約２．５％乃至３％Ｍｏから成るステンレス鋼であるＡＩＳＩ（アメリカ鉄鋼協会）３１６Ｌである。
【００４１】
典型的に、内管１０１は、内径約６ｍｍ乃至約８ｍｍ、厚さ約０．５乃至約２ｍｍである。
次に、厚さ約０．５乃至約２．５ｍｍであることが好ましいその他の管を互いに同軸状に配置して、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３．３ｍｍの幅を有する開口部１０２ａ乃至１０７ａを形成するようにする。
【００４２】
特に、開口部の各々の幅は、上記開口部を通って流れる気体の量及び種類並びに上記開口部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堆積用として特に設計されたバーナにおいて、不活性気体が流れるときに通る開口部は、約０．１乃至約２ｍ／ｓの気体の出口速度が得られるような寸法とされる。このようにして、上記の環状開口部は、約１ｍｍ乃至約１．５ｍｍの幅を有することができる。反対側にて、燃焼気体が流れるときに通る開口部は、約２乃至１０ｍ／ｓの気体の出口速度が得られるような寸法とされる。このように、上記の環状開口部は、約２ｍｍ乃至約３．５ｍｍの幅を有することができる。
【００４３】
耐熱性材料で出来た分離管１０９を管１０３、１０４の間にて環状ハウジング内に配置し、該管は、図１及び図２に図示するように、バーナの内側部分の管の先端から更に特定の長さだけ伸びるようにする。上記の管は、図１乃至図２に図示した管５０１と同様に、その上方末端部分にて適宜に改変されている。
【００４４】
このように、管１０９は、内側炎をバーナの外側部分の金属構成要素から物理的に分離すると共に、内側炎をその下方部分及び中間部分内に封じ込めることの双方を許容する一方にて、ガラス粒子の流れをその改変した上方末端部分内にて再分配する。
【００４５】
同様に、耐熱性材料で出来た第二の管１１０は、また、バーナの外側部分の管の先端から更にある長さを伸びて、金属管１０８の外側に配置し、図１及び図２の管５０８と同様に、外側炎を封じ込める。
【００４６】
管１０９、１１０の耐熱性材料は、例えば、石英ガラス又はアルミナ、好ましくは、石英、特に、高純度石英にて出来たものとする。
好ましくは、分離管１０９は、ガラスの未加工材料の加水分解が生ずる反応領域を完全に取り巻くような長さに亙って伸びるようにする。
【００４７】
このように、特に、上述した寸法及び流量を有するオーバクラッディングバーナについて、当該出願人は、分離管１０９はバーナの内側部分の管の先端から少なくとも約８０ｍｍだけ伸びることが好ましいと判断した。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、上記の長さは、約９０乃至約１３０ｍｍの範囲とする。
【００４８】
好ましくは、外管１１０は、外側部分の管の先端から約１５０ｍｍ乃至約２２０ｍｍだけ伸びるようにする。
好ましくは、金属製の同軸管を最初に互いに組み立てて、バーナを形成し、２つの隣接する管の間に適宜な環状の隙間を残し、該隙間が分離石英管１０９を受け入れ易いようにする。このように、分離管１０９をかなり簡単な仕方にて上記環状隙間内に挿入し且つ（必要であるならば）環状隙間から除去することができる。同様に、外側ガラス管１１０は、バーナの金属管を互いに組み立てた後、外側金属管（上記のガラス管を適宜に受け入れ得るようにされた）の外面に装着し（且つ該外面から除去する）ことができる。
【００４９】
典型的に、ガラス前駆体材料は、開口部１０１ａによって画成されたバーナの中央管路を通って流れる。該ガラス前駆体材料は、高熱拡散率気体と混合させ、内側炎からガラス前駆体材料の流れに向けた熱伝導を増し得るようにすることが好ましい。
【００５０】
高熱拡散率気体は、同様にガス前駆体材料の熱拡散率に依存して、好ましくは約０．１乃至約０．４部分の混合体の全容積に対して約０．０５乃至約０．５部分の容積比率にて混合させることが好ましい（例えば、ＳｉＣｌ４の場合、１２６．８５゜Ｃ（４００゜Ｋ）にて２．８４・１０−６ｍ２／ｓ）。適宜な高熱拡散率気体は、例えば約２．０・１０−４ｍ２／ｓ（１２６．８５゜Ｃ（４００゜Ｋ）における値）まで少なくとも３．０・１０−５ｍ２／ｓ以上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、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム及び水素である。好ましくは、酸素が使用されるようにする。
【００５１】
次に、可燃性気体及び燃焼支援気体が選択的に不活性気体と共に、開口部１０２ａ乃至１０７ａによって画成されたバーナの環状管路を通って流れる。適宜な可燃性気体の例は、水素又はメタンのような炭化水素である。燃焼支援気体として通常、酸素が使用される。
【００５２】
所望であるならば、不活性気体を単独で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管路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、可燃性気体の入口に対して専用とされた第一の環状管路と燃焼支援気体の入口に対して専用とされた第二の環状管路との間に配置された環状管路を通って流れるようにすることができる。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可能な過熱を回避することを許容する。同様に、炎は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、金属管の先端から離れるように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。
【００５３】
特に、図３のバーナの設計に対して、例えば、高熱拡散率気体（例えば、酸素）と混合させることが好ましいケイ素テトラクロライドのようなガラス前駆体材料を中央開口部１０１ａを通って流動させ、水素を開口部１０２ａ、酸素をバーナの内側部分の環状開口部１０３ａを通って流動させることができる。環状開口部を通る水素及び酸素の流れは、金属管の先端から十分な距離にて炎を形成するように十分に高流量に維持される。酸素は、水素に対して比較的高化学的理論余剰量に維持されることが好ましく、Ｏ２／Ｈ２のモル比率は、約１．８：１乃至約３：１であることが好ましい。
【００５４】
上記の酸素の余剰量は、収斂する炎を形成し且つ石英管１０９の内面に酸素境界層を形成して石英管に伝達される熱を減少させることを許容する。内側炎内の酸素の余剰量を決定するためには、バーナの外側部分から流れる水素と上記酸素との可能な反応を考慮しなければならない。上記境界層を効果的に形成するため、当該出願人は、上記に規定したようにバーナ内への酸素気体の入口速度は少なくとも３．０ｍ／ｓ以上、例えば、約１０．０ｍ／ｓとすることが好ましいことが分かった。
【００５５】
バーナの外側部分にて、アルゴンは、開口部１０４ａを通り、水素は開口部１０５ａを通り、アルゴンは開口部１０６ａを通り、水素は開口部１０７ａを通って流れる。この場合、酸素は、化学的理論比率にて又は好ましくは、水素に対して僅かに余剰な量にて流れて、Ｏ２／Ｈ２のモル比率が、約１：２乃至約１：１、好ましくは約１：１．９５乃至約１：１．７５の範囲となるようにする。
【００５６】
上述したように、外側部分を通って流れる水素は、バーナの内側部分から流れる酸素の余剰量と部分的に反応することもできる。
図４に図示した１つの代替的な実施の形態によれば、例えば、高熱拡散率気体、好ましくは、酸素と混合したケイ素テトラクロライドのようなガラス前駆体材料が中央開口部４０１ａを通り、アルゴンが開口部４０２ａを通り、水素が開口部４０３ａを通り、アルゴンが開口部４０４ａを通り、酸素がバーナの内側部分の開口部４０５ａを通って流れる。この場合、酸素の流れと水素の流れとの間にアルゴンの流れを介在させることは、炎を金属管の先端から離れるように偏位させることを許容する。図３に図示したバーナに関して、石英ガラス管１０９はバーナの内側部分を外側部分から分離する。図１及び図２に図示したバーナの場合と同様に、上記管１０９は、ガラス粒子の流れを適宜に再分配し得るようその上方末端部分にて改変されている。
【００５７】
上述したように、開口部４０５ａを通って流れる酸素は、水素に対して比較的多量の高化学理論的余剰量に維持されることが好ましい。バーナの外側部分にて、アルゴンは開口部４０６ａを通って流れ、水素及びアルゴンの混合体は、開口部４０７ａを通って流れ、酸素は開口部４０８ａを通って流れる。アルゴンと水素との前混合は、燃焼生成物の流れを目標のスートに向け且つ炎をバーナオリフィスから上昇させるのに役立つように使用することができる。
【００５８】
図３に図示したバーナの場合と同様に、バーナの内側部分及び外側部分を画成する管の長さをほぼ等しくし又は外側部分の開口部を画成する管は、図１及び図２に図示するように、内側部分の開口部を画成する管よりも長くすることが好ましい。
【実施例】
【００５９】
この実験のため、図４に図示する形態のバーナを使用した。図４の管４０１乃至４０９及び管路４０１ａ乃至４０８ａは、当該実施例にてそれぞれ管１乃至９、管路１ａ乃至８ａと称する。
【００６０】
管１乃至９によって形成された管路の寸法（内径、ＩＤ及び外径、ＯＤ）並びに材料の相対的な流れは、それぞれ表１及び表２に記載されている。
表１：バーナの寸法
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表２：反応剤の流れ
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厚さが約１．５ｍｍ及び内径約３０ｍｍの内側分離石英ガラス管１０９を管５、６の間の環状隙内に挿入した。最初の試験の場合、上記管の末端部分の断面は、改変しなかった（すなわち円形とした）。
【００６１】
厚さ約２ｍｍの外側石英ガラス管を外側金属管９の周りに更に配置した。
この実験において、バーナの外側部分を形成する管６乃至９の先端を管１乃至５の先端から約５３ｍｍ前方に隔て、バーナの内側部分を形成した。
【００６２】
内側石英分離管を外側部分の管の先端から約７０ｍｍ引き延ばし、これにより内側部分の管の先端から約１２３ｍｍの全長となるようにした。
目標の予成形体は、直径約９０ｍｍの回転石英管とし、バーナは予成形体から約９０ｍｍの距離に維持し、予成形体の長手方向軸に対し約１２゜の勾配とした。
【００６３】
予成形体は、１６８ｍｍ／時の速度にて上方に平行移動させ且つ約６０ｒ．ｐ．ｍ．にて回転させた。
予成形体が約１４０乃至１５０ｍｍの直径に達したとき、堆積を停止させた。
【００６４】
次に、上述したバーナは、図１及び図２に図示するように、楕円形の断面を分離石英管の末端部分に付与することにより改変した。断面は、管の流体通路面積を実質的に変更しない状態を保つことにより、管の端部から約１０ｍｍにて円形から楕円形に変更した。管の出口における内側楕円形断面の長軸は、約３４ｍｍとする一方、短軸は約２４．６ｍｍとした。
【００６５】
このように、上記バーナはその前の試験と同様に配置（すなわち、予成形体から同一の距離及び予成形体に対して同一の傾斜角度）とし、石英管の楕円形の断面の長軸は、上記予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向に配置し、すなわち、目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な面にあるようにした。過程の条件は上述したようなものにした。
【００６６】
（円形断面のバーナにて得られた値に対して）正規化した堆積速度を約１．０８とすることができた。
比較実験として、上記のバーナはそれ自体の長手方向軸に対し９０゜回転させ、長軸及び短軸の相対的位置を変化させ得るようにした。この場合、堆積速度は約      である。
【００６７】
上記の結果により示すように、目標の予成形体に強く衝突する前に、ガラス粒子の流れを適宜に再分配するため、本発明の方法を適用することにより、堆積過程の堆積量増すことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明によるバーナの１つの好ましい実施の形態の長手方向断面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】本発明の方法を具体化する堆積バーナの横断面概略図である。
【図４】本発明の方法を具体化する代替的なバーナの横断面概略図である。
【図５】本発明によるオーバクラッディング堆積過程を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１乃至１０７    管
１０８    金属管
１０９    分離管、分離石英管
１１０    第二の管、外管、外側ガラス管
１０１ａ乃至１０７ａ    開口部
２０１    石英ガラス管
２０２    最初の部分
２０３    中間部分
２０４    予成形体の末端部分
２０５    予成形体
２０６    内側部分
２０７    外側部分
２０８    石英ガラス管
５０８    管
７０２ａ    オーバクラッディング層
７０２ｂ    第二のオーバクラッディング層
７０３    オーバクラッディングバーナ
７０４    上方バーナ
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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