JP2004522678A - 多重炎堆積バーナ及び光ファイバ予成形体の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】耐熱性材料、特に石英ガラス又はセラミック材料で出来た少なくとも１つの分離管により炎の各々が隣接する炎に対して分離される、多重炎バーナである。該バーナは、金属材料で出来たものであることが好ましい複数の同軸管を更に備えている。分離管の上端の断面は、バーナの堆積量を増し得るように改変することができる。多重炎堆積バーナを使用して蒸気堆積法により光ファイバ予成形体を作製する方法も特許請求の範囲に記載されている。
【解決手段】耐熱性材料、特に石英ガラス又はセラミック材料で出来た少なくとも１つの分離管により炎の各々が隣接する炎に対して分離される、多重炎バーナである。該バーナは、金属材料で出来たものであることが好ましい複数の同軸管を更に備えている。分離管の上端の断面は、バーナの堆積量を増し得るように改変することができる。多重炎堆積バーナを使用して蒸気堆積法により光ファイバ予成形体を作製する方法も特許請求の範囲に記載されている。
Description
【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（ｐｒｅｆｏｒｍ）を作製するバーナ、及び上記の光予成形体を作製する方法に関する。
特に、本発明は、高作製量にて光予成形体を効率的に且つ安定的な方法で作製するのに適した多炎堆積バーナ及び該バーナを使用して光予成形体を作製する方法に関する。
【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作製されたガラス予成形体から引抜いた高純度の二酸化ケイ素系のガラスファイバにて製造される。
アキシャル気相成長法（ＶＡＤ）及び外部気相成長法（ＯＶＤ）を含む、これら堆積技術の幾つかは、炎の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ため、ＧｅＣｌ４のような、ドーパント材料と選択的に共に、ＳｉＣｌ４のような、二酸化ケイ素前駆体）を燃焼気体と共に、堆積バーナを通じて供給し、該堆積バーナは、微細なガラス粒子を形成する高温度の流れを回転して成長するターゲットの予成形体に向ける。
【０００３】
ＶＡＤ堆積技術によれば、予成形体の成長は、軸方向に生ずる。このように、堆積バーナは、典型的に、回転する予成形体がバーナに対してゆっくりと上方（又は下方）に動く間、実質的に固定の位置に保たれ、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、堆積バーナが予成形体に対してゆっくりと下方（又は上方）に動く間、実質的に固定の位置に保たれるようにしてもよい。
【０００４】
ＶＡＤ技術の場合と相違して、ＯＶＤ技術において、予成形体の成長は、半径方向に生ずる。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、全体として固定された水平方向又は垂直方向位置に配置され、堆積バーナを成長する予成形体の表面に沿って反復的に作用させ、予成形体を半径方向に成長させる。
【０００５】
このようにして、適用された堆積技術と独立的に、多孔質のガラス予成形体が作製され、次に、その予成形体を圧密化し、その後に、引抜いて光ファイバにし得るようにされた中実なガラス予成形体を形成する。
【０００６】
典型的に、光予成形体は、そのそれぞれの化学的組成が相違し、従って、異なる屈折率を有する、中央部分（コア）及び外側部分（クラッディング）を備えている。光ファイバの場合と同様に、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作製し且つ圧密化することにより作製される。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、次に、その多孔質の予成形体を圧密化して最終予成形体にする。
【０００７】
一般に、光予成形体を作製する従来のバーナは、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、二酸化ケイ素前駆体）、燃焼気体（例えば、酸素及び水素若しくはメタン）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）が供給されるときに通る複数の同軸状管から成っている。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「多重炎」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、ガラス前駆体を含む、内側炎が外側炎の後方に配置される、多重炎バーナが開示されている。上記特許にて説明されているように、外側炎は、炎の長さを増し、それに伴い、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、ドーピング反応剤（ＧｅＣｌ４）が供給されるときに通る中央管が内側炎を形成するその他の管に対して前方に隔てられ、炎内でのドーピング材料の滞在時間を短くし得るようにした、ドープした光予成形体を作製する改変した多重炎バーナが開示されている。
【００１１】
耐熱性の金属製の円筒状材料から出来た管を有するバーナを開示する従来技術の文献が幾つかあるが（例えば、米国特許第４，６６１，１４０号）、従来技術の管は、例えば、米国特許第４，３４５，９２８号（コラム８、５２−５５行）、米国特許第４，４７４，５９３号（コラム２、１６−１９行）、米国特許第４，４６５，７０８号（コラム１、５８−６１行）、米国特許第４，８０１，３２２号（コラム２６、３２−４０行）及び米国特許第４，８１０，１８９号（コラム４、６６−６８行）に開示されているように、全体として且つ、より望ましくは、石英ガラス又はセラミック材料で出来ている。
【００１２】
実際に、石英又はセラミック材料は、高温度に対して金属材料よりも耐熱性があり、このため、バーナ内で炎により発生された典型的な温度により容易に耐えることができる。何れの場合でも、従来の堆積バーナにおける耐熱性の金属性管の可能な用途は、必然的に、単一炎型バーナ（米国特許第４，６６１，１４０号に開示されたもののようなもの）に制限される。これらのバーナにおいて、反応剤／不活性気体が流れるときに通る同軸管の全ては、事実上、ほぼ等しい長さであり、このため、上記管の過熱は、炎を管の先端から十分に隔てた状態に保つことにより回避される。
【００１３】
しかし、当該出願人が知見したように、米国特許第４，８０１，３２２号に開示されたもののような、従来技術の多重炎バーナにおいて、バーナの管を作製するため金属材料を使用するとき、問題が生ずる可能性がある。実際には、上記に引用した特許に開示されたように、外側炎を発生させる管は、内側管を発生させる管よりも長く、内側炎を外側炎に対し後方に隔て得るようにする。このように、外側炎を形成する管の内面は、内側炎により発生された熱に曝される。炎の典型的な温度は、約２５００乃至３０００゜Ｃであるが、炎に露呈される管の表面は、数百度、典型的に、約６００乃至８００゜Ｃの温度に達することがある。金属材料で出来た管は、かかる炎によって発生された熱に耐えることができないことは明らかであるから、上記に引用した特許に開示されたように、石英ガラス管を有するバーナを使用することが必要である。この問題点は、より大きい炎を発生させ、従って、より多量の熱を発生させる、特に、外側クラッディング堆積用に設計されたバーナの場合、特に一層、顕著である。
【００１４】
しかし、当該出願人は、バーナを作製するため石英ガラス又はセラミック材料を使用する結果、多数の欠点が生ずることが分かった。特に、ガラス管の同心性は実現がかなり煩雑であり、同軸管の相対的整合に対し特別な注意を払わなければならない。更に、複数のガラス管を保持するバーナは、管の損傷を回避し得るように慎重に取り扱わなければならない。
【００１５】
ここで、当該出願人は、内側炎を発生させる第一の複数の管路を有する少なくとも内側部分と、該内側炎を取り巻く外側炎を発生させる第二の複数の管路を有する少なくとも外側部分とを備える多重炎バーナにおいて、耐熱材料、特に、石英ガラス又はセラミック材料（例えば、アルミナ）で出来た分離管を、上記内側部分と外側部分との間に配置することにより、上記内側炎と、好ましいように封じ込め且つ、外側炎から分離することができることを知見した。
【００１６】
このように、かかるバーナの設計によれば、多重炎バーナの管路を形成する管は、例えば、ステンレス鋼のような、金属材料にて好ましいように製造することができる。
更に、当該出願人が知見したように、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が、特に、大型の予成形体に対するオーバクラッディングを堆積させるために使用されるバーナは、相対的に大きく、堆積材料の量を増すのに必要な高流量を発生させるのを許容すると同時に、気体の速度を比較的遅く保つものでなければならない。
【００１７】
このように、本出願人は、オーバクラッディングを堆積させるため、特に、大型の光予成形体を作製するとき、堆積バーナの幾何学的形態を適宜に改変し、ターゲットの予成形体に強く衝突する微細なガラス粒子の流れを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見した。特に、上記ターゲット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大させることにより、ターゲットの予成形体に強く衝突する前に、上記流れの形状をその端末部分にて好ましいように改変することができることを知見した。
【００１８】
ガラス粒子の流れの幾何学的形状を改変することは、本発明による単一炎の分離管を有する多重炎バーナに適用したとき、特に容易で且つ効果的である。
【特許文献１】
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、米国特許第４，８０１，３２２号
【非特許文献１】
ニューヨーク、１９８６、ウィリーアンドサンズ（Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）出版のケーケークオ（Ｋ．Ｋ．Ｋｕｏ）の「燃焼の原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）」の３７０頁 ニューヨーク、１９６０のウィリーアンドサンズからの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からのＦ．Ｐ．インクロペラ（Ｉｎｃｒｏｐｅｒａ）、Ｄ．Ｐ．ウィビット（ＤｅＷｉｔｔ）による「熱及び容積伝導の基本（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）」第３版
【発明の概要】
【００１９】
このように、本発明の１つの面は、光ファイバ予成形体を作製する多重炎バーナであって、
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１つのガラス前駆体材料、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上記少なくとも１つの内側部分と、
該内側炎を取り巻く外側炎を発生させる少なくとも１つの外側部分であって、少なくとも１つの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上記少なくとも１つの外側部分とを備え、
耐熱性材料で出来た細長い中空の分離要素が上記内側部分を取り巻き得るように配置され且つ外側部分を形成する管路の端部から更に遠方に伸びて上記内側炎を封込め且つ該内側炎を上記外側炎から分離するようにされた多重炎バーナに関するものである。
【００２０】
好ましくは、バーナの内側部分内に配置された上記第一の複数の管路は、金属材料で出来たものとする。好ましくは、バーナの外側部分内に配置された第二の複数の管路も金属材料で出来たものとする。
【００２１】
１つの好ましい実施の形態によれば、耐熱性材料で出来た第二の細長い中空の要素が外側炎を封込めるべくバーナの外側部分を取り巻くように配置されている。
好ましくは、バーナの上記内側及び上記外側部分は、実質的に円形の形態であるようにする。好ましくは、バーナの上記内側及び上記外側部分が金属材料で出来た複数の同軸管で形成されたものとする。
【００２２】
１つの好ましい実施の形態によれば、分離要素は耐熱性材料、好ましくは石英ガラス又はアルミナのようなセラミック材料で出来た細長い管である。
好ましくは、上記細長い分離中空要素は、ガラス前駆体材料の反応領域の長さの大部分を取り巻くような長さだけ伸びるようにする。
【００２３】
好ましくは、上記細長い分離中空要素は、管路の先端から少なくとも約８０ｍｍの長さに亙って伸びてバーナの内側部分を形成するようにする。好ましくは、上記細長い分離中空要素は、管路の先端から約１５０ｍｍ以下の長さだけ伸びて、バーナの内側部分を形成するようにする。
【００２４】
１つの実施の形態によれば、バーナの内側及び外側部分を形成する管路の長さは、実質的に等しい。
好ましくは、バーナの内側部分は、外側部分から後方に隔てられるようにする。好ましくは、外側部分を形成する管は、バーナの内側部分を形成する管よりも約３０ｍｍ乃至約８０ｍｍ、より好ましくは、約４０ｍｍ乃至約６５ｍｍだけ長いようにする。
【００２５】
１つの好ましい実施の形態によれば、バーナの２つの部分を分離する細長い中空要素は、楕円形の断面に形成される上方端末部分を有している。
本発明の更なる面は、堆積バーナから微細なガラス粒子の流れを回転する細長いターゲットの予成形体に向けることにより光予成形体を作製する方法であって、
上記バーナに対しガラス前駆体材料の流れを供給し且つ該ガラス前駆体材料の流れを上記ターゲットの予成形体に向ける工程と、
上記バーナに対し可燃性気体の第一の流れ及び燃焼支援気体の第一の流れを供給し、上記ガラス前駆体材料の流れを取り巻く内側炎を発生させる工程と、
上記バーナに対し第二の可燃性気体の流れ及び第二の燃焼支援気体の流れを供給し、上記内側炎を取り巻く外側炎を発生させる工程と、
上記ガラス前駆体材料が上記炎の存在下にて反応し、これにより上記ターゲットの予成形体に向けて方向決めされた微細なガラス粒子の流れを形成する工程とを備え、
上記第一の炎が上記内側炎を取り巻くように配置された細長い中空体によって封込められ且つ上記第二の炎から分離される、光予成形体を作製する方法に関する。
【００２６】
本発明の更なる面は、上述したような多重炎堆積バーナを使用することにより複数の管路を有する多重炎堆積バーナから微細なガラス粒子の流れを回転する細長いターゲットの予成形体に向けることにより、光予成形体を作製する方法に関する。
【好ましい実施の形態の説明】
【００２７】
図１には、本発明の１つの実施の形態によるバーナの一例の概略横断面図が図示されている。具体的には、この実施の形態にて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示してある。
【００２８】
図１のバーナは、予成形体を形成する気体が通る７つの開口部１０１ａ乃至１０７ａを備えている。
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４ａ乃至７ａは、外側部分を画成する。中央開口部１０１ａは、金属管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金属管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。金属管の長さは、図２に詳細に図示するように、ほぼ等しくし又は外側部分の開口部を画成する管は、図３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。しかし、外側部分を形成する管の過度の過熱を回避するため、上記管の長さは内側部分の管の長さを約８０ｍｍ以上、より好ましくは約６０ｍｍ以上上廻らないことが好ましい。
【００２９】
金属管は、容易に加工でき且つ耐熱性／耐食性のステンレス鋼で出来たものであることが好ましい。適当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。
【００３０】
典型的に、内側管１０１は、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。
次に約０．５ｍｍ乃至約２．５ｍｍの範囲の厚さを有することが好ましい外側金属管を互いに同軸状に配置し、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の幅を有する開口部１０２ａ乃至１０７ａを形成する。
【００３１】
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、特に外側クラッディング堆積用として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ている。このように、上記環状開口部は、約１ｍｍ乃至約１．５ｍｍの幅を有することができる。他方、燃焼気体が流れるときに通る開口部は、約２乃至約１０ｍ／ｓの気体の出口速度が得られるような寸法とされている。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。
【００３２】
耐熱性材料で出来た分離管１０９は、管１０３、１０４の間にて環状ハウジング内に配置され、上記管は、図２及び図３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ている。
【００３３】
管１０９は、内側炎を特定の長さだけ封込めることと、該内側炎を外側炎から物理的に分離することとの双方を許容する。更に、バーナの外側部分を形成する管が、内側部分を形成する管よりも長いとき、上記の管１０９は内側炎が外側部分の最内側の金属管の表面と直接接触するのを回避する。
【００３４】
同様に耐熱性材料で出来た第二の管１１０は、金属管１０８の外側に配置し、外側炎を封込め得るように、図２及び図３に図示するように、バーナの外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ことができる。
【００３５】
本発明の目的上、「耐熱性材料」という語は、典型的に、物理的又は化学的損傷を受けずに、予成形体を作製する過程の間、堆積バーナ内に存在する温度に抵抗可能な材料を意味するものとする。
【００３６】
管１０９、１１０の耐熱性材料は、例えば、石英ガラス又はアルミナのようなセラミック材料である。好ましくは、石英、特に高純度石英が採用されるようにする。
好ましくは、分離管１０９は、ガラス前駆体材料が反応してガラス粒子を形成する反応領域の長さの大部分を取り巻くような長さだけ伸びるようにする。
【００３７】
反応領域の伸びる距離をおおよそ計算する方法は、周知であり且つニューヨーク、１９８６、ウィリーアンドサンズ（Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）出版のケーケークオ（Ｋ．Ｋ．Ｋｕｏ）の「燃焼の原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）」の３７０頁のような幾つかの参考書に詳細に論じられている。
【００３８】
かかる計算の一例は、特に次の形態を有するバーナに関して以下に記載する：
ガラス前駆体材料としてのＳｉＣｌ４が流れるときに通る中央管路と、
水素が流れるときに通る第一の環状管路（上記中央管路を取り巻く）と、
酸素が（水素に対して化学理論的余剰量にて）流れるときに通る、上記第一の環状管路を取り巻く、第二の環状管路とである。
【００３９】
近似値として、全ての水素が管路の出口にて酸素と瞬間的に反応するものと想定する。このようにして、四塩化ケイ素の中央の流れを取り巻く水及び酸素の流れが形成される。ガラス前駆体材料は、形成された水と反応して次の反応式に従って二酸化ケイ素を形成する。
【００４０】
ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２＋４ＨＣｌ
このようにして、反応領域の長さは次の関係を適用することにより計算することができる。
【００４１】
【数１】
ここで、ｒ０は中央管の出口の直径；
ｕ０は四塩化ケイ素の流動速度；
ν０は反応する混合体の粘度；
【００４２】
【数２】
ここで、Ｆ／Ｏは化学理論的反応状態下にて四塩化ケイ素と水との容積比率；
ＹＯ，Ａは酸素＋水の流れ中の水の容積比率である。
【００４３】
このように、分離管は反応領域の計算長さにほぼ等しい長さを有することが好ましい。上記管は、上記の計算長さよりも約５０乃至６０％だけ長くすることができる。反応領域の計算長さに対し、例えば６０％以上（特に、約７０％以上）のより長い長さの管は、バーナの堆積量を実質的に増大させずに、堆積過程に悪影響を与える可能性がある。例えば、分離管が過度に長く、バーナがターゲットの予成形体に極めて近く保持されるならば、堆積したスートは望ましくない局部的過熱を受け、その結果、スートに亀裂が生ずる可能性がある。他方、バーナが上記の過熱の欠点を回避し得るよう予成形体から過度に隔てられるならば、二酸化ケイ素のガラス粒子の成長は不規則的となり、その結果、堆積量は減少する。
【００４４】
このように、管路の寸法及び該管路を通って流れる気体の流量及び速度に依存するオーバクラッディング用バーナの場合、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ものと判断した。しかし、管路長さは約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乃至約１３０ｍｍの範囲とする。バーナの内側部分を形成する管が外側部分の管に対し後方に隔てられたとき、分離管は外側部分の管の先端から少なくとも約４０ｍｍ、より好ましくは少なくとも５０ｍｍ、例えば、約１００ｍｍ、好ましくは８５ｍｍだけ伸びることが好ましい。
【００４５】
外管１１０は、外側部分の管の先端から約１５０ｍｍ乃至約２２０ｍｍだけ伸びることが好ましい。
好ましくは、金属製同軸管は、最初にバーナを形成し得るように互いに組み立て、２つの隣接する管の間に適宜な環状隙間を残し、該隙間が分離石英管１０９を受け入れ得るようにする。分離管１０９は、このようにかなり簡単な操作にて上記環状隙間に挿入し且つ（必要であるならば）該環状隙間から除去することができる。同様に、バーナの金属管を互いに組み立てた後、外側ガラス管１１０を外側金属管の外面（上記ガラス管を適宜に受け入れ得るようにされている）に装着し（且つ除去する）ことができる。
【００４６】
上記の構造により、バーナを形成する金属同軸管のサイズ及び同心度を同軸管が石英ガラスで作製される従来の多重炎バーナの場合よりも遥かに容易に制御することができる。更に、かかるバーナの製造、取り扱い及びメンテナンスは、管を破断させる虞れを伴わずにかなり簡単に行うことができる。内側炎を封込め且つ該炎を外側炎から分離するため単一のガラス管のみが使用され、該管は、バーナの全体を組み立てた後、バーナ内に容易に装着し、また、例えばバーナが偶発的に破損した場合、バーナから除去することができる（必要であれば）。
【００４７】
管１０９、１１０を製造する耐熱性材料は、バーナの炎によって発生された典型的な温度にかなり容易に抵抗することが可能であるが、炎から耐熱性管の表面に向けて伝導される熱を減少させることが望ましい。
【００４８】
このように、炎から耐熱性管１０９、１１０の表面に向けて伝導される熱を減少させるため、気体が管１０９の内壁及び（又は）外壁に沿って流れ、好ましくはまた管１１０の内壁に沿って流れ管のそれぞれの表面に境界層を形成し得るようにすることが好ましい。かかる境界層の存在は、実際上、炎によって発生された熱を放散させ、これにより、管の可能な過熱を回避することに寄与する。好ましくは、上記境界層は気体の層状流れによって形成されるようにする。この目的のため、堆積工程中に与えられる関連する流量にて上記境界層を形成することのできる任意の気体を採用することができる。好ましくは、酸素又はアルゴン、ヘリウム又は窒素のような不活性気体が採用されるようにする。
【００４９】
典型的に、本発明による多重炎バーナの中央管路１０１には、選択的に高熱拡散率気体と混合させた、ガラス前駆体材料の流れが供給される。本明細書において、ガラス前駆体材料という語は、酸化性炎の存在下にて反応しガラス（純粋二酸化ケイ素）又はドープしたガラス粒子を形成することのできる任意の適宜な材料を意味することを意図するものとする。好ましくは、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を使用することができる。これと代替的に、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ又はＳｉＨ４のようなその他のケイ素を含む反応剤を使用してもよい。更に、塩化物無しのケイ素を含む反応剤、例えば、オクタメチルシクロテト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、ヘキサメチルジシレンのような、欧州特許出願公開第１，０１６，６３５号に開示されたような有機質シリコーン化合物のような塩化物無しのケイ素を含む反応剤を使用することができる。
【００５０】
本発明による炎バーナの反応状態下にてドープ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、ＧｅＣｌ４ 四塩化ゲルマニウムである。代替的なドーパント材料は、ＰＯＣｌ３又はＢＢｒ３である。
【００５１】
上記のガラス前駆体材料（例えばＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４）の混合体を可変の比率にて使用して、作製された予成形体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から、これら前駆体材料はバーナの金属管に液体として供給し又はこれら前駆体材料を事前に蒸発させて高温度のガラス前駆体材料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できる。
【００５２】
上述したように、特に相対的に大型のバーナ（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追加し、炎から上記流れの内側コアに向けた熱伝導量を増すことが好ましい。
【００５３】
気体の熱拡散率とは、熱導電率と熱容量との比率として規定される。熱拡散率は、材料が熱エネルギを貯蔵する能力に対する材料が熱エネルギを伝導する能力を表す。気体の熱拡散率の典型的な値は、ニューヨーク、１９６０のウィリーアンドサンズからの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からのＦ．Ｐ．インクロペラ（Ｉｎｃｒｏｐｅｒａ）、Ｄ．Ｐ．ウィビット（ＤｅＷｉｔｔ）による「熱及び容積伝導の基本（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）」第３版のような多数の参考文献に見ることができる。
【００５４】
本発明の目的のため、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（１２６．８５゜Ｃ（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、１２６．８５゜Ｃ（４００゜Ｋ）にてそれぞれ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の熱拡散率を有する酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム又は水素である。
【００５５】
気体の熱拡散率は、その比熱拡散率係数、また、添加した気体の体容積率に更に依存するため、添加された気体の体積比率を少なくし得るよう高分子量を有する気体を使用することが好ましい（又は、これと代替的に、同一の気体の体積比率を使用して、その容積率を増す）。このように、分子量が大きく且つその熱拡散率係数が相対的に大きい点で酸素を使用することが好ましい。
【００５６】
上記の高熱拡散率気体は、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％だけ大きいような量にてガラス前駆体材料の流れに添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１２６．８５゜Ｃ（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、１２６．８５゜Ｃ（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。
【００５７】
高熱拡散率気体は、ガラス前駆体材料の熱拡散率（例えば、ＳｉＣｌ４の場合、１２６．８５゜Ｃ（４００゜Ｋ）にて２．８４・１０−６ｍ２／ｓ）に依存して、混合体の全容積に対して約０．０５乃至約０．５部分、好ましくは約０．１乃至０．４部分の体積率にて混合されることが好ましい。次に、可燃性気体及び燃焼支援気体は、選択的に、不活性気体と共に、同軸状の金属管により形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典型的に酸素が使用される。
【００５８】
所望であるならば、不活性気体が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し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、可燃性気体の入口専用とされた第一の環状管路と燃焼支援気体の入口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もできる。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させ、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可能にする。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離れる方向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。
【００５９】
図１を特に参照すると、酸素と混合されることが好ましい、例えば、四塩化ケイ素のようなガラス前駆体材料が中央開口部１０１ａを通って流れ、水素は開口部１０２ａを通り、酸素はバーナの内側部分の開口部１０３ａを通って流れる。これら水素及び酸素の流れは、炎を金属管の先端から離れる方向に僅かに動かし得るように十分に高流量に保たれる。酸素は水素に対して比較的大きい化学理論余剰量に保たれることが好ましく、Ｏ２／Ｈ２のモル比は約１．８：１乃至３：１の範囲にあることが好ましい。
【００６０】
上記の余剰な酸素は、収斂する炎を得ることを許容し且つ石英管１０９の内面に酸素境界層を形成し、石英管に伝導される熱を減少させることを可能にする。内側炎内の酸素の余剰量を決定するため、上記酸素とバーナの外側部分から流動する水素との可能な反応を考慮に入れなければならない。上記の境界層を効果的に形成するため、当該出願人は、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であることが好ましいことを知見した。
【００６１】
バーナの外側部分内にて、アルゴンは開口部１０４ａを通って流れ、水素は開口部１０５ａを通り、アルゴンは開口部１０６ａを通り、酸素は開口部１０７ａを通って流れる。この場合、酸素は化学理論的比率又は好ましくは水素に対する僅かに余剰量にて流れ、Ｏ２／Ｈ２のモル比は約１：２乃至約１：１、好ましくは約１：１．９５乃至約１：１．７５の範囲にあるようにする。
【００６２】
上述したように、外側部分を通って流れる水素はまた、バーナの内側部分から流れる酸素の余剰分と部分的に反応することができる。
図４に図示した１つの代替的な形態によれば、酸素と混合されることが好ましい、例えば、四塩化ケイ素のようなガラス前駆体材料は、中央開口部４０１ａを通って流れ、アルゴンは開口部４０２ａを通り、水素は開口部４０３ａを通り、アルゴンは開口部４０４ａを通り、酸素は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、炎が金属管の先端から離れる方向に偏位することを許容する。上述したように、開口部４０５ａを通って流れる酸素は、水素に対し比較的大きい化学理論的余剰量に保たれることが好ましい。バーナの外側部分内において、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を通り、酸素は開口部４０８ａを通って流れる。アルゴンを水素と予め混合させることは、可燃性気体を保持する混合体のモーメントを増大させることになる。このことは、燃焼生成物の流れをターゲット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も有益である。
【００６３】
当該出願人は、ガラス粒子を形成する流れがターゲットの予成形体に強く衝突する前に、その流れを適宜に再分配することにより、バーナの堆積量を更に増すことが可能であることを更に知見した。この目的のためには、上記に開示したような多重炎バーナが特に適している。特に、石英分離管の出口は、バーナの堆積量を増し得るように適宜に改変されている。この改変は、石英分離管の出口に対し長軸及び短軸を有する断面を与え得るようなものである。
【００６４】
実際上、当該出願人は、反応するガラス前駆体材料を最適に且つ均一に加熱するためには、ガラス前駆体材料及び取り巻く内側炎の流れの双方が実質的に円形の幾何学的形態を有することが好ましいことを知見した。他方、ターゲット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、堆積量を増大させることができることを知見した。
【００６５】
図５には、本発明による改変したガラス石英管５０１を有するバーナ及び相対的なターゲットの予成形体５０５（正確な縮尺ではない）の概略図的な長手方向断面図が図示されている。
【００６６】
図６は、改変した石英ガラス管５０１の端末部分及び相対的なターゲットの予成形体の長手方向断面図を示す、図５の面ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
図５に図示するように、内側炎を封込める石英ガラス管５０１は、その最初の部分５０２、すなわち金属製同軸管に近接する部分、好ましくは、その中間部分５０３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一に加熱し得るようにすることが好ましい。封込め石英ガラス管５０１は、その後、その端末部分５０４に従って適宜に改変し、ガラス粒子の流れ及び取り巻く炎に対して長軸「Ａ」（図６参照）及び短軸「Ｂ」を有するほぼ楕円形の断面を付与し得るようにする。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付与することができる。当該出願人が知見したように、楕円形の流動層の長軸「Ａ」が予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な平面上にあるように上記の封込め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大させることができる。
【００６７】
このように成長する二酸化ケイ素の粒子の流れを再分配する結果、バーナの堆積量が増大する。
バーナの堆積量を効果的に増大させるためには、長軸と短軸との比率は少なくとも約１．２以上であることが好ましい。他方、ガラス粒子の流れの幾何学的形態の過度の改変（バーナの流れ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であるようにする。
【００６８】
更に、上記の長軸は、成長する予成形体の最初の直径に対して比較的短く二酸化ケイ素の粒子の過度の分散を回避する必要がある。好ましくは、上記長軸は、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、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。他方、上記の長軸は、予成形体の最終直径に対して十分に大きく、過程の堆積量を効果的に増し得るようにする必要がある。
【００６９】
特に、予成形体の上記長軸と最終直径との比率は、約１：７以下、好ましくは、約１：６以下であるようにする。
例えば、上側バーナ７０４が直径約９０乃至１００ｍｍに成長する予成形体にて堆積を開始し、上記予成形体の直径を約１８０乃至２００ｍｍまで増大させる、図７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、分離石英管の断面寸法は次のようにすることができる。
【００７０】
円形断面：直径約３１ｍｍ
楕円形断面：長軸約３４ｍｍ、短軸約２４．５ｍｍ
本発明のバーナは、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とき、特に、ガラス前駆体材料の流量が、約８ｓｌｍ（分当たりの標準リットル）、特に、１０ｓｌｍ以上に保たれるときに適している。
【００７１】
図７には、本発明の方法を具体化する典型的なオーバクラッディング堆積法が概略図的に図示されている。この堆積は、典型的に、従来の技術に従って別個に作製された予成形体のコアと、クラッディング層の第一の部分とを備え、直径約２０ｍｍのガラスロッド７０１の上に開始する。ターゲットの予成形体は、その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。下側オーバクラッディングバーナ７０３は、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の直径まで予成形体上に堆積させる。次に、上側バーナ７０４は、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し、例えば、堆積したスートの直径を約１８０乃至２００ｍｍに増大させる。典型的に、上側バーナ７０４は、下側バーナに比して増大した寸法を有し、単位時間当たりより多量の二酸化ケイ素粒子を堆積することを可能にする。これらの寸法は、図１乃至図４に図示したバーナに関して説明した寸法に実質的に相応する。
【００７２】
次に、このようにして得られた予成形体を加熱炉内で加熱し且つコラップさせて直径約６０乃至８０ｍｍの最終的な予成形体を得、次に、その最終的な予成形体を従来の技術に従って引抜いて光ファイバにする。
【００７３】
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させるため上記の過程にて好ましいように使用することができるが（すなわち、バーナ７０４として）、かかるバーナは、適宜な寸法とするならば、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可能であることが理解されよう。
【実施例１】
【００７４】
炎を封込める石英管の効果
この実験の場合、図１及び図２に図示したような８つの同軸状金属管を備えるバーナを使用した。金属管に使用した材料は、ＡＩＳＩ３１６Ｌステンレス鋼とした。図１の管１０１乃至１０８及び管路１０１ａ乃至１０７ａは、当該実施例にて、管１乃至８及び管路１ａ乃至７ａとそれぞれ称する。
【００７５】
炎を封込め得るように第三及び第四の金属管の間に石英ガラス管を挿入した。次の表１には、金属管により決定される環状管路の相対的な内径（ＩＤ）及び外径（ＯＤ）が示してある。円形の断面を有する最内側管路１ａの場合、ＯＤのみが示してある。バーナの内側部分は、管１乃至３（及び相応する管路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（及び相応する管路４ａ乃至７ａ）により形成される。
【００７６】
〔表１〕管路の寸法
管路No. 内径（ｍｍ） 外径（ｍｍ）
１ａ − ７
２ａ １１ １７．６
３ａ ２１．３４ ２４．４
４ａ ３７．６ ４０．２
５ａ ４４．２ ５０．５
６ａ ５５．８ ５８．３
７ａ ６１．１ ６７．５５
厚さ約１．５ｍｍ、内径２８．４ｍｍ及び外径３１．４の内側封込め石英ガラス管を管３、４（内径２７．４ｍｍ、外径３３．６ｍｍ）の間の環状隙間に挿入した。ガラス管の下側部分を隙間の外径までテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標名）テープにて巻き、該ガラス管を一定の位置に保ち得るようにした。
【００７７】
厚さ約２ｍｍの外側石英ガラス管を外側金属管８の周りに更に配置した。
図２に図示するように、金属管の全ては、ほぼ等しい長さとした。外側石英管は、金属管の先端から約１６５ｍｍ突き出す一方、内側石英管の長さは、表３に示すように、変更した。
【００７８】
採用した反応剤、その相対的な流量及び入口速度は次の表２に掲げてあり、この場合、バーナの最内側開口部は、Ｎｏ．１ａで表示してある。四塩化二酸化ケイ素は、液体材料を蒸発させ且つ該液体材料を酸素と共に中央管を通じて約８０゜Ｃの温度にて送り込むことにより供給した。
【００７９】
〔表２〕反応剤及び流量
これらの条件下にて、上述した関係に従い、反応領域の理論的長さを約１００乃至１２０ｍｍとして計算した。
【００８０】
ターゲットの予成形体は、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）を予成形体から約５０ｍｍの距離に保ち、また、予成形体の長手方向軸に対する傾斜角度を約１２゜とした。
【００８１】
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。
【００８２】
金属管の先端から内側封込め石英管が突き出す長さを増すことにより、以下の表３に掲げたように、堆積量の増大が観察された。表３に掲げた堆積量は、分離石英管無し（長さ０ｍｍ）のバーナの堆積量に対し正規化したものである。
【００８３】
〔表３〕堆積量
管の突出し長さ（ｍｍ） 正規化した堆積量
０ １
１０ １．２４
２７ １．４７
４７ １．５６
６７ １．７０
８７ １．７４
１０７ １．７７
１２７ １．７９
上記の表３に掲げた結果から、長さ８７乃至１０７ｍｍの管は、堆積量を顕著に増大させることを理解することができる。より長い長さの管（１２７ｍｍ）を使用する場合、依然として堆積量の僅かな増加が観察されたが、得られる予成形体は堆積したスートに亀裂を示し、このことは、密度値が適正でないことを示す。このことは多分、分離管の出口がターゲットの予成形体に過度に近接して配置され、これにより内側炎を予成形体の過小の表面に集中させるためであると考えられる。
【００８４】
このように、バーナをターゲットのスートから更に４０ｍｍ離して配置することにより、幾つかのその他の実験を行い、表２に記載したような特性値が維持された。長さ１０７、１３３、１５３ｍｍの３つの異なる分離管に相応して、得られた正規化した堆積量はそれぞれ１．８１、１．８９及び１．８３であった。
【００８５】
堆積過程の終了時、バーナの外側炎を形成する金属管に損傷又は変形は何も観察されなかった。
【実施例２】
【００８６】
分離石英管の断面の改変
この実験のため、図４による形態を有するバーナを使用した。図４の管４０１乃至４０９及び管路４０１ａ乃至４０８ａは、当該実施例おいて、管１乃至９及び管路１ａ乃至８ａとそれぞれ称する。
【００８７】
管１乃至９により形成された管路の寸法及び材料の相対的流量は、表４及び表５にそれぞれ掲げてある。
〔表４〕バーナの寸法
管路No. 内径（ｍｍ） 外径（ｍｍ）
１ａ ０ ７
２ａ ８ ９
３ａ １０ １７
４ａ １８ １９
５ａ ２０ ２７
６ａ ３２．４ ３７
７ａ ３９ ４８
８ａ ５０ ５５
〔表５〕反応剤の流量
管路No. 反応剤 流量（ｓｌｍ）
１ａ ＳｉＣｌ４＋Ｏ２ １１＋３
２ａ Ａｒ ０．８
３ａ Ｈ２ ２２
４ａ Ａｒ １．６
５ａ Ｏ２ ５０
６ａ Ａｒ １０
７ａ Ｈ２＋Ａｒ １１８＋２１
８ａ Ｏ２ ６０
厚さ約１．５ｍｍの内側分離石英管を管５、６の間の環状隙間内に挿入した。
【００８８】
厚さ約２ｍｍの外側石英ガラス管を管、すなわち外側金属管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の先端は、管１乃至５の先端から約５３ｍｍだけ前方に隔てバーナの内側部分を形成した。
【００８９】
内側石英分離管を外側部分の管の先端から約７０ｍｍだけ伸長させ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。
ターゲットの予成形体は、直径約９０ｍｍの回転する石英管とし、バーナは予成形体から約９０ｍｍの距離に保ち、予成形体の長手方向軸に対する傾斜角度は約１２゜とした。
【００９０】
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。
【００９１】
次に、図５及び図６に図示するように、分離石英管の端末部分に対し楕円形の断面を付与することにより上記のバーナを改変した。断面は、管の流体通路面積をほぼ不変に保つことにより、管の先端から約１０ｍｍにて円形から楕円形に変化させた。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。
【００９２】
次に、それ以前の試験の場合と同様にバーナを配置し、石英管の楕円形断面の長軸がターゲットの予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な平面上にあるようにした。過程の条件は、上記に説明する通りとした。
【００９３】
正規化した約１．０８の堆積量（円形断面のバーナにて得られた値に対する）が得られた。
１つの比較実験として、上記のバーナをそれ自体の長手方向軸に対し９０゜にて回転させ、長軸及び短軸の相対的位置を変更した。この場合、堆積量は約０．７６であった。
【００９４】
上記の結果により示すように、このようにして、分離石英管の出口の断面を適宜に改変することにより本発明によるバーナの堆積量を増すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明によるバーナの１つの実施の形態の概略横断面図である。
【図２】図１によるバーナの１つの実施の形態の概略長手方向断面図である。
【図３】図１によるバーナの代替的な実施の形態の概略横断面図である。
【図４】本発明によるバーナの代替的な実施の形態の概略横断面図である。
【図５】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６】図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】本発明によるオーバクラッディング堆積過程の概略図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０１ａ 中央開口部
１０１ 金属管
１０２ａ 開口部
１０３ａ 開口部
１０４ａ 開口部
１０５ａ 開口部
１０６ａ 開口部
１０７ａ 開口部
１０８ 金属管
１０９ 分離管
１１０ 第二の管
【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（ｐｒｅｆｏｒｍ）を作製するバーナ、及び上記の光予成形体を作製する方法に関する。
特に、本発明は、高作製量にて光予成形体を効率的に且つ安定的な方法で作製するのに適した多炎堆積バーナ及び該バーナを使用して光予成形体を作製する方法に関する。
【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作製されたガラス予成形体から引抜いた高純度の二酸化ケイ素系のガラスファイバにて製造される。
アキシャル気相成長法（ＶＡＤ）及び外部気相成長法（ＯＶＤ）を含む、これら堆積技術の幾つかは、炎の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ため、ＧｅＣｌ４のような、ドーパント材料と選択的に共に、ＳｉＣｌ４のような、二酸化ケイ素前駆体）を燃焼気体と共に、堆積バーナを通じて供給し、該堆積バーナは、微細なガラス粒子を形成する高温度の流れを回転して成長するターゲットの予成形体に向ける。
【０００３】
ＶＡＤ堆積技術によれば、予成形体の成長は、軸方向に生ずる。このように、堆積バーナは、典型的に、回転する予成形体がバーナに対してゆっくりと上方（又は下方）に動く間、実質的に固定の位置に保たれ、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、堆積バーナが予成形体に対してゆっくりと下方（又は上方）に動く間、実質的に固定の位置に保たれるようにしてもよい。
【０００４】
ＶＡＤ技術の場合と相違して、ＯＶＤ技術において、予成形体の成長は、半径方向に生ずる。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、全体として固定された水平方向又は垂直方向位置に配置され、堆積バーナを成長する予成形体の表面に沿って反復的に作用させ、予成形体を半径方向に成長させる。
【０００５】
このようにして、適用された堆積技術と独立的に、多孔質のガラス予成形体が作製され、次に、その予成形体を圧密化し、その後に、引抜いて光ファイバにし得るようにされた中実なガラス予成形体を形成する。
【０００６】
典型的に、光予成形体は、そのそれぞれの化学的組成が相違し、従って、異なる屈折率を有する、中央部分（コア）及び外側部分（クラッディング）を備えている。光ファイバの場合と同様に、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作製し且つ圧密化することにより作製される。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、次に、その多孔質の予成形体を圧密化して最終予成形体にする。
【０００７】
一般に、光予成形体を作製する従来のバーナは、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、二酸化ケイ素前駆体）、燃焼気体（例えば、酸素及び水素若しくはメタン）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）が供給されるときに通る複数の同軸状管から成っている。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「多重炎」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、ガラス前駆体を含む、内側炎が外側炎の後方に配置される、多重炎バーナが開示されている。上記特許にて説明されているように、外側炎は、炎の長さを増し、それに伴い、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、ドーピング反応剤（ＧｅＣｌ４）が供給されるときに通る中央管が内側炎を形成するその他の管に対して前方に隔てられ、炎内でのドーピング材料の滞在時間を短くし得るようにした、ドープした光予成形体を作製する改変した多重炎バーナが開示されている。
【００１１】
耐熱性の金属製の円筒状材料から出来た管を有するバーナを開示する従来技術の文献が幾つかあるが（例えば、米国特許第４，６６１，１４０号）、従来技術の管は、例えば、米国特許第４，３４５，９２８号（コラム８、５２−５５行）、米国特許第４，４７４，５９３号（コラム２、１６−１９行）、米国特許第４，４６５，７０８号（コラム１、５８−６１行）、米国特許第４，８０１，３２２号（コラム２６、３２−４０行）及び米国特許第４，８１０，１８９号（コラム４、６６−６８行）に開示されているように、全体として且つ、より望ましくは、石英ガラス又はセラミック材料で出来ている。
【００１２】
実際に、石英又はセラミック材料は、高温度に対して金属材料よりも耐熱性があり、このため、バーナ内で炎により発生された典型的な温度により容易に耐えることができる。何れの場合でも、従来の堆積バーナにおける耐熱性の金属性管の可能な用途は、必然的に、単一炎型バーナ（米国特許第４，６６１，１４０号に開示されたもののようなもの）に制限される。これらのバーナにおいて、反応剤／不活性気体が流れるときに通る同軸管の全ては、事実上、ほぼ等しい長さであり、このため、上記管の過熱は、炎を管の先端から十分に隔てた状態に保つことにより回避される。
【００１３】
しかし、当該出願人が知見したように、米国特許第４，８０１，３２２号に開示されたもののような、従来技術の多重炎バーナにおいて、バーナの管を作製するため金属材料を使用するとき、問題が生ずる可能性がある。実際には、上記に引用した特許に開示されたように、外側炎を発生させる管は、内側管を発生させる管よりも長く、内側炎を外側炎に対し後方に隔て得るようにする。このように、外側炎を形成する管の内面は、内側炎により発生された熱に曝される。炎の典型的な温度は、約２５００乃至３０００゜Ｃであるが、炎に露呈される管の表面は、数百度、典型的に、約６００乃至８００゜Ｃの温度に達することがある。金属材料で出来た管は、かかる炎によって発生された熱に耐えることができないことは明らかであるから、上記に引用した特許に開示されたように、石英ガラス管を有するバーナを使用することが必要である。この問題点は、より大きい炎を発生させ、従って、より多量の熱を発生させる、特に、外側クラッディング堆積用に設計されたバーナの場合、特に一層、顕著である。
【００１４】
しかし、当該出願人は、バーナを作製するため石英ガラス又はセラミック材料を使用する結果、多数の欠点が生ずることが分かった。特に、ガラス管の同心性は実現がかなり煩雑であり、同軸管の相対的整合に対し特別な注意を払わなければならない。更に、複数のガラス管を保持するバーナは、管の損傷を回避し得るように慎重に取り扱わなければならない。
【００１５】
ここで、当該出願人は、内側炎を発生させる第一の複数の管路を有する少なくとも内側部分と、該内側炎を取り巻く外側炎を発生させる第二の複数の管路を有する少なくとも外側部分とを備える多重炎バーナにおいて、耐熱材料、特に、石英ガラス又はセラミック材料（例えば、アルミナ）で出来た分離管を、上記内側部分と外側部分との間に配置することにより、上記内側炎と、好ましいように封じ込め且つ、外側炎から分離することができることを知見した。
【００１６】
このように、かかるバーナの設計によれば、多重炎バーナの管路を形成する管は、例えば、ステンレス鋼のような、金属材料にて好ましいように製造することができる。
更に、当該出願人が知見したように、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が、特に、大型の予成形体に対するオーバクラッディングを堆積させるために使用されるバーナは、相対的に大きく、堆積材料の量を増すのに必要な高流量を発生させるのを許容すると同時に、気体の速度を比較的遅く保つものでなければならない。
【００１７】
このように、本出願人は、オーバクラッディングを堆積させるため、特に、大型の光予成形体を作製するとき、堆積バーナの幾何学的形態を適宜に改変し、ターゲットの予成形体に強く衝突する微細なガラス粒子の流れを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見した。特に、上記ターゲット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大させることにより、ターゲットの予成形体に強く衝突する前に、上記流れの形状をその端末部分にて好ましいように改変することができることを知見した。
【００１８】
ガラス粒子の流れの幾何学的形状を改変することは、本発明による単一炎の分離管を有する多重炎バーナに適用したとき、特に容易で且つ効果的である。
【特許文献１】
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、米国特許第４，８０１，３２２号
【非特許文献１】
ニューヨーク、１９８６、ウィリーアンドサンズ（Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）出版のケーケークオ（Ｋ．Ｋ．Ｋｕｏ）の「燃焼の原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）」の３７０頁 ニューヨーク、１９６０のウィリーアンドサンズからの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からのＦ．Ｐ．インクロペラ（Ｉｎｃｒｏｐｅｒａ）、Ｄ．Ｐ．ウィビット（ＤｅＷｉｔｔ）による「熱及び容積伝導の基本（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）」第３版
【発明の概要】
【００１９】
このように、本発明の１つの面は、光ファイバ予成形体を作製する多重炎バーナであって、
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１つのガラス前駆体材料、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上記少なくとも１つの内側部分と、
該内側炎を取り巻く外側炎を発生させる少なくとも１つの外側部分であって、少なくとも１つの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上記少なくとも１つの外側部分とを備え、
耐熱性材料で出来た細長い中空の分離要素が上記内側部分を取り巻き得るように配置され且つ外側部分を形成する管路の端部から更に遠方に伸びて上記内側炎を封込め且つ該内側炎を上記外側炎から分離するようにされた多重炎バーナに関するものである。
【００２０】
好ましくは、バーナの内側部分内に配置された上記第一の複数の管路は、金属材料で出来たものとする。好ましくは、バーナの外側部分内に配置された第二の複数の管路も金属材料で出来たものとする。
【００２１】
１つの好ましい実施の形態によれば、耐熱性材料で出来た第二の細長い中空の要素が外側炎を封込めるべくバーナの外側部分を取り巻くように配置されている。
好ましくは、バーナの上記内側及び上記外側部分は、実質的に円形の形態であるようにする。好ましくは、バーナの上記内側及び上記外側部分が金属材料で出来た複数の同軸管で形成されたものとする。
【００２２】
１つの好ましい実施の形態によれば、分離要素は耐熱性材料、好ましくは石英ガラス又はアルミナのようなセラミック材料で出来た細長い管である。
好ましくは、上記細長い分離中空要素は、ガラス前駆体材料の反応領域の長さの大部分を取り巻くような長さだけ伸びるようにする。
【００２３】
好ましくは、上記細長い分離中空要素は、管路の先端から少なくとも約８０ｍｍの長さに亙って伸びてバーナの内側部分を形成するようにする。好ましくは、上記細長い分離中空要素は、管路の先端から約１５０ｍｍ以下の長さだけ伸びて、バーナの内側部分を形成するようにする。
【００２４】
１つの実施の形態によれば、バーナの内側及び外側部分を形成する管路の長さは、実質的に等しい。
好ましくは、バーナの内側部分は、外側部分から後方に隔てられるようにする。好ましくは、外側部分を形成する管は、バーナの内側部分を形成する管よりも約３０ｍｍ乃至約８０ｍｍ、より好ましくは、約４０ｍｍ乃至約６５ｍｍだけ長いようにする。
【００２５】
１つの好ましい実施の形態によれば、バーナの２つの部分を分離する細長い中空要素は、楕円形の断面に形成される上方端末部分を有している。
本発明の更なる面は、堆積バーナから微細なガラス粒子の流れを回転する細長いターゲットの予成形体に向けることにより光予成形体を作製する方法であって、
上記バーナに対しガラス前駆体材料の流れを供給し且つ該ガラス前駆体材料の流れを上記ターゲットの予成形体に向ける工程と、
上記バーナに対し可燃性気体の第一の流れ及び燃焼支援気体の第一の流れを供給し、上記ガラス前駆体材料の流れを取り巻く内側炎を発生させる工程と、
上記バーナに対し第二の可燃性気体の流れ及び第二の燃焼支援気体の流れを供給し、上記内側炎を取り巻く外側炎を発生させる工程と、
上記ガラス前駆体材料が上記炎の存在下にて反応し、これにより上記ターゲットの予成形体に向けて方向決めされた微細なガラス粒子の流れを形成する工程とを備え、
上記第一の炎が上記内側炎を取り巻くように配置された細長い中空体によって封込められ且つ上記第二の炎から分離される、光予成形体を作製する方法に関する。
【００２６】
本発明の更なる面は、上述したような多重炎堆積バーナを使用することにより複数の管路を有する多重炎堆積バーナから微細なガラス粒子の流れを回転する細長いターゲットの予成形体に向けることにより、光予成形体を作製する方法に関する。
【好ましい実施の形態の説明】
【００２７】
図１には、本発明の１つの実施の形態によるバーナの一例の概略横断面図が図示されている。具体的には、この実施の形態にて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示してある。
【００２８】
図１のバーナは、予成形体を形成する気体が通る７つの開口部１０１ａ乃至１０７ａを備えている。
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４ａ乃至７ａは、外側部分を画成する。中央開口部１０１ａは、金属管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金属管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。金属管の長さは、図２に詳細に図示するように、ほぼ等しくし又は外側部分の開口部を画成する管は、図３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。しかし、外側部分を形成する管の過度の過熱を回避するため、上記管の長さは内側部分の管の長さを約８０ｍｍ以上、より好ましくは約６０ｍｍ以上上廻らないことが好ましい。
【００２９】
金属管は、容易に加工でき且つ耐熱性／耐食性のステンレス鋼で出来たものであることが好ましい。適当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。
【００３０】
典型的に、内側管１０１は、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。
次に約０．５ｍｍ乃至約２．５ｍｍの範囲の厚さを有することが好ましい外側金属管を互いに同軸状に配置し、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の幅を有する開口部１０２ａ乃至１０７ａを形成する。
【００３１】
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、特に外側クラッディング堆積用として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ている。このように、上記環状開口部は、約１ｍｍ乃至約１．５ｍｍの幅を有することができる。他方、燃焼気体が流れるときに通る開口部は、約２乃至約１０ｍ／ｓの気体の出口速度が得られるような寸法とされている。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。
【００３２】
耐熱性材料で出来た分離管１０９は、管１０３、１０４の間にて環状ハウジング内に配置され、上記管は、図２及び図３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ている。
【００３３】
管１０９は、内側炎を特定の長さだけ封込めることと、該内側炎を外側炎から物理的に分離することとの双方を許容する。更に、バーナの外側部分を形成する管が、内側部分を形成する管よりも長いとき、上記の管１０９は内側炎が外側部分の最内側の金属管の表面と直接接触するのを回避する。
【００３４】
同様に耐熱性材料で出来た第二の管１１０は、金属管１０８の外側に配置し、外側炎を封込め得るように、図２及び図３に図示するように、バーナの外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ことができる。
【００３５】
本発明の目的上、「耐熱性材料」という語は、典型的に、物理的又は化学的損傷を受けずに、予成形体を作製する過程の間、堆積バーナ内に存在する温度に抵抗可能な材料を意味するものとする。
【００３６】
管１０９、１１０の耐熱性材料は、例えば、石英ガラス又はアルミナのようなセラミック材料である。好ましくは、石英、特に高純度石英が採用されるようにする。
好ましくは、分離管１０９は、ガラス前駆体材料が反応してガラス粒子を形成する反応領域の長さの大部分を取り巻くような長さだけ伸びるようにする。
【００３７】
反応領域の伸びる距離をおおよそ計算する方法は、周知であり且つニューヨーク、１９８６、ウィリーアンドサンズ（Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）出版のケーケークオ（Ｋ．Ｋ．Ｋｕｏ）の「燃焼の原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）」の３７０頁のような幾つかの参考書に詳細に論じられている。
【００３８】
かかる計算の一例は、特に次の形態を有するバーナに関して以下に記載する：
ガラス前駆体材料としてのＳｉＣｌ４が流れるときに通る中央管路と、
水素が流れるときに通る第一の環状管路（上記中央管路を取り巻く）と、
酸素が（水素に対して化学理論的余剰量にて）流れるときに通る、上記第一の環状管路を取り巻く、第二の環状管路とである。
【００３９】
近似値として、全ての水素が管路の出口にて酸素と瞬間的に反応するものと想定する。このようにして、四塩化ケイ素の中央の流れを取り巻く水及び酸素の流れが形成される。ガラス前駆体材料は、形成された水と反応して次の反応式に従って二酸化ケイ素を形成する。
【００４０】
ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２＋４ＨＣｌ
このようにして、反応領域の長さは次の関係を適用することにより計算することができる。
【００４１】
【数１】
ｕ０は四塩化ケイ素の流動速度；
ν０は反応する混合体の粘度；
【００４２】
【数２】
ＹＯ，Ａは酸素＋水の流れ中の水の容積比率である。
【００４３】
このように、分離管は反応領域の計算長さにほぼ等しい長さを有することが好ましい。上記管は、上記の計算長さよりも約５０乃至６０％だけ長くすることができる。反応領域の計算長さに対し、例えば６０％以上（特に、約７０％以上）のより長い長さの管は、バーナの堆積量を実質的に増大させずに、堆積過程に悪影響を与える可能性がある。例えば、分離管が過度に長く、バーナがターゲットの予成形体に極めて近く保持されるならば、堆積したスートは望ましくない局部的過熱を受け、その結果、スートに亀裂が生ずる可能性がある。他方、バーナが上記の過熱の欠点を回避し得るよう予成形体から過度に隔てられるならば、二酸化ケイ素のガラス粒子の成長は不規則的となり、その結果、堆積量は減少する。
【００４４】
このように、管路の寸法及び該管路を通って流れる気体の流量及び速度に依存するオーバクラッディング用バーナの場合、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ものと判断した。しかし、管路長さは約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乃至約１３０ｍｍの範囲とする。バーナの内側部分を形成する管が外側部分の管に対し後方に隔てられたとき、分離管は外側部分の管の先端から少なくとも約４０ｍｍ、より好ましくは少なくとも５０ｍｍ、例えば、約１００ｍｍ、好ましくは８５ｍｍだけ伸びることが好ましい。
【００４５】
外管１１０は、外側部分の管の先端から約１５０ｍｍ乃至約２２０ｍｍだけ伸びることが好ましい。
好ましくは、金属製同軸管は、最初にバーナを形成し得るように互いに組み立て、２つの隣接する管の間に適宜な環状隙間を残し、該隙間が分離石英管１０９を受け入れ得るようにする。分離管１０９は、このようにかなり簡単な操作にて上記環状隙間に挿入し且つ（必要であるならば）該環状隙間から除去することができる。同様に、バーナの金属管を互いに組み立てた後、外側ガラス管１１０を外側金属管の外面（上記ガラス管を適宜に受け入れ得るようにされている）に装着し（且つ除去する）ことができる。
【００４６】
上記の構造により、バーナを形成する金属同軸管のサイズ及び同心度を同軸管が石英ガラスで作製される従来の多重炎バーナの場合よりも遥かに容易に制御することができる。更に、かかるバーナの製造、取り扱い及びメンテナンスは、管を破断させる虞れを伴わずにかなり簡単に行うことができる。内側炎を封込め且つ該炎を外側炎から分離するため単一のガラス管のみが使用され、該管は、バーナの全体を組み立てた後、バーナ内に容易に装着し、また、例えばバーナが偶発的に破損した場合、バーナから除去することができる（必要であれば）。
【００４７】
管１０９、１１０を製造する耐熱性材料は、バーナの炎によって発生された典型的な温度にかなり容易に抵抗することが可能であるが、炎から耐熱性管の表面に向けて伝導される熱を減少させることが望ましい。
【００４８】
このように、炎から耐熱性管１０９、１１０の表面に向けて伝導される熱を減少させるため、気体が管１０９の内壁及び（又は）外壁に沿って流れ、好ましくはまた管１１０の内壁に沿って流れ管のそれぞれの表面に境界層を形成し得るようにすることが好ましい。かかる境界層の存在は、実際上、炎によって発生された熱を放散させ、これにより、管の可能な過熱を回避することに寄与する。好ましくは、上記境界層は気体の層状流れによって形成されるようにする。この目的のため、堆積工程中に与えられる関連する流量にて上記境界層を形成することのできる任意の気体を採用することができる。好ましくは、酸素又はアルゴン、ヘリウム又は窒素のような不活性気体が採用されるようにする。
【００４９】
典型的に、本発明による多重炎バーナの中央管路１０１には、選択的に高熱拡散率気体と混合させた、ガラス前駆体材料の流れが供給される。本明細書において、ガラス前駆体材料という語は、酸化性炎の存在下にて反応しガラス（純粋二酸化ケイ素）又はドープしたガラス粒子を形成することのできる任意の適宜な材料を意味することを意図するものとする。好ましくは、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を使用することができる。これと代替的に、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ又はＳｉＨ４のようなその他のケイ素を含む反応剤を使用してもよい。更に、塩化物無しのケイ素を含む反応剤、例えば、オクタメチルシクロテト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、ヘキサメチルジシレンのような、欧州特許出願公開第１，０１６，６３５号に開示されたような有機質シリコーン化合物のような塩化物無しのケイ素を含む反応剤を使用することができる。
【００５０】
本発明による炎バーナの反応状態下にてドープ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、ＧｅＣｌ４ 四塩化ゲルマニウムである。代替的なドーパント材料は、ＰＯＣｌ３又はＢＢｒ３である。
【００５１】
上記のガラス前駆体材料（例えばＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４）の混合体を可変の比率にて使用して、作製された予成形体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から、これら前駆体材料はバーナの金属管に液体として供給し又はこれら前駆体材料を事前に蒸発させて高温度のガラス前駆体材料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できる。
【００５２】
上述したように、特に相対的に大型のバーナ（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追加し、炎から上記流れの内側コアに向けた熱伝導量を増すことが好ましい。
【００５３】
気体の熱拡散率とは、熱導電率と熱容量との比率として規定される。熱拡散率は、材料が熱エネルギを貯蔵する能力に対する材料が熱エネルギを伝導する能力を表す。気体の熱拡散率の典型的な値は、ニューヨーク、１９６０のウィリーアンドサンズからの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からのＦ．Ｐ．インクロペラ（Ｉｎｃｒｏｐｅｒａ）、Ｄ．Ｐ．ウィビット（ＤｅＷｉｔｔ）による「熱及び容積伝導の基本（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）」第３版のような多数の参考文献に見ることができる。
【００５４】
本発明の目的のため、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（１２６．８５゜Ｃ（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、１２６．８５゜Ｃ（４００゜Ｋ）にてそれぞれ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の熱拡散率を有する酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム又は水素である。
【００５５】
気体の熱拡散率は、その比熱拡散率係数、また、添加した気体の体容積率に更に依存するため、添加された気体の体積比率を少なくし得るよう高分子量を有する気体を使用することが好ましい（又は、これと代替的に、同一の気体の体積比率を使用して、その容積率を増す）。このように、分子量が大きく且つその熱拡散率係数が相対的に大きい点で酸素を使用することが好ましい。
【００５６】
上記の高熱拡散率気体は、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％だけ大きいような量にてガラス前駆体材料の流れに添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１２６．８５゜Ｃ（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、１２６．８５゜Ｃ（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。
【００５７】
高熱拡散率気体は、ガラス前駆体材料の熱拡散率（例えば、ＳｉＣｌ４の場合、１２６．８５゜Ｃ（４００゜Ｋ）にて２．８４・１０−６ｍ２／ｓ）に依存して、混合体の全容積に対して約０．０５乃至約０．５部分、好ましくは約０．１乃至０．４部分の体積率にて混合されることが好ましい。次に、可燃性気体及び燃焼支援気体は、選択的に、不活性気体と共に、同軸状の金属管により形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典型的に酸素が使用される。
【００５８】
所望であるならば、不活性気体が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し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、可燃性気体の入口専用とされた第一の環状管路と燃焼支援気体の入口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もできる。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させ、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可能にする。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離れる方向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。
【００５９】
図１を特に参照すると、酸素と混合されることが好ましい、例えば、四塩化ケイ素のようなガラス前駆体材料が中央開口部１０１ａを通って流れ、水素は開口部１０２ａを通り、酸素はバーナの内側部分の開口部１０３ａを通って流れる。これら水素及び酸素の流れは、炎を金属管の先端から離れる方向に僅かに動かし得るように十分に高流量に保たれる。酸素は水素に対して比較的大きい化学理論余剰量に保たれることが好ましく、Ｏ２／Ｈ２のモル比は約１．８：１乃至３：１の範囲にあることが好ましい。
【００６０】
上記の余剰な酸素は、収斂する炎を得ることを許容し且つ石英管１０９の内面に酸素境界層を形成し、石英管に伝導される熱を減少させることを可能にする。内側炎内の酸素の余剰量を決定するため、上記酸素とバーナの外側部分から流動する水素との可能な反応を考慮に入れなければならない。上記の境界層を効果的に形成するため、当該出願人は、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であることが好ましいことを知見した。
【００６１】
バーナの外側部分内にて、アルゴンは開口部１０４ａを通って流れ、水素は開口部１０５ａを通り、アルゴンは開口部１０６ａを通り、酸素は開口部１０７ａを通って流れる。この場合、酸素は化学理論的比率又は好ましくは水素に対する僅かに余剰量にて流れ、Ｏ２／Ｈ２のモル比は約１：２乃至約１：１、好ましくは約１：１．９５乃至約１：１．７５の範囲にあるようにする。
【００６２】
上述したように、外側部分を通って流れる水素はまた、バーナの内側部分から流れる酸素の余剰分と部分的に反応することができる。
図４に図示した１つの代替的な形態によれば、酸素と混合されることが好ましい、例えば、四塩化ケイ素のようなガラス前駆体材料は、中央開口部４０１ａを通って流れ、アルゴンは開口部４０２ａを通り、水素は開口部４０３ａを通り、アルゴンは開口部４０４ａを通り、酸素は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、炎が金属管の先端から離れる方向に偏位することを許容する。上述したように、開口部４０５ａを通って流れる酸素は、水素に対し比較的大きい化学理論的余剰量に保たれることが好ましい。バーナの外側部分内において、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を通り、酸素は開口部４０８ａを通って流れる。アルゴンを水素と予め混合させることは、可燃性気体を保持する混合体のモーメントを増大させることになる。このことは、燃焼生成物の流れをターゲット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も有益である。
【００６３】
当該出願人は、ガラス粒子を形成する流れがターゲットの予成形体に強く衝突する前に、その流れを適宜に再分配することにより、バーナの堆積量を更に増すことが可能であることを更に知見した。この目的のためには、上記に開示したような多重炎バーナが特に適している。特に、石英分離管の出口は、バーナの堆積量を増し得るように適宜に改変されている。この改変は、石英分離管の出口に対し長軸及び短軸を有する断面を与え得るようなものである。
【００６４】
実際上、当該出願人は、反応するガラス前駆体材料を最適に且つ均一に加熱するためには、ガラス前駆体材料及び取り巻く内側炎の流れの双方が実質的に円形の幾何学的形態を有することが好ましいことを知見した。他方、ターゲット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、堆積量を増大させることができることを知見した。
【００６５】
図５には、本発明による改変したガラス石英管５０１を有するバーナ及び相対的なターゲットの予成形体５０５（正確な縮尺ではない）の概略図的な長手方向断面図が図示されている。
【００６６】
図６は、改変した石英ガラス管５０１の端末部分及び相対的なターゲットの予成形体の長手方向断面図を示す、図５の面ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
図５に図示するように、内側炎を封込める石英ガラス管５０１は、その最初の部分５０２、すなわち金属製同軸管に近接する部分、好ましくは、その中間部分５０３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一に加熱し得るようにすることが好ましい。封込め石英ガラス管５０１は、その後、その端末部分５０４に従って適宜に改変し、ガラス粒子の流れ及び取り巻く炎に対して長軸「Ａ」（図６参照）及び短軸「Ｂ」を有するほぼ楕円形の断面を付与し得るようにする。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付与することができる。当該出願人が知見したように、楕円形の流動層の長軸「Ａ」が予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な平面上にあるように上記の封込め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大させることができる。
【００６７】
このように成長する二酸化ケイ素の粒子の流れを再分配する結果、バーナの堆積量が増大する。
バーナの堆積量を効果的に増大させるためには、長軸と短軸との比率は少なくとも約１．２以上であることが好ましい。他方、ガラス粒子の流れの幾何学的形態の過度の改変（バーナの流れ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であるようにする。
【００６８】
更に、上記の長軸は、成長する予成形体の最初の直径に対して比較的短く二酸化ケイ素の粒子の過度の分散を回避する必要がある。好ましくは、上記長軸は、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、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。他方、上記の長軸は、予成形体の最終直径に対して十分に大きく、過程の堆積量を効果的に増し得るようにする必要がある。
【００６９】
特に、予成形体の上記長軸と最終直径との比率は、約１：７以下、好ましくは、約１：６以下であるようにする。
例えば、上側バーナ７０４が直径約９０乃至１００ｍｍに成長する予成形体にて堆積を開始し、上記予成形体の直径を約１８０乃至２００ｍｍまで増大させる、図７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、分離石英管の断面寸法は次のようにすることができる。
【００７０】
円形断面：直径約３１ｍｍ
楕円形断面：長軸約３４ｍｍ、短軸約２４．５ｍｍ
本発明のバーナは、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とき、特に、ガラス前駆体材料の流量が、約８ｓｌｍ（分当たりの標準リットル）、特に、１０ｓｌｍ以上に保たれるときに適している。
【００７１】
図７には、本発明の方法を具体化する典型的なオーバクラッディング堆積法が概略図的に図示されている。この堆積は、典型的に、従来の技術に従って別個に作製された予成形体のコアと、クラッディング層の第一の部分とを備え、直径約２０ｍｍのガラスロッド７０１の上に開始する。ターゲットの予成形体は、その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。下側オーバクラッディングバーナ７０３は、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の直径まで予成形体上に堆積させる。次に、上側バーナ７０４は、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し、例えば、堆積したスートの直径を約１８０乃至２００ｍｍに増大させる。典型的に、上側バーナ７０４は、下側バーナに比して増大した寸法を有し、単位時間当たりより多量の二酸化ケイ素粒子を堆積することを可能にする。これらの寸法は、図１乃至図４に図示したバーナに関して説明した寸法に実質的に相応する。
【００７２】
次に、このようにして得られた予成形体を加熱炉内で加熱し且つコラップさせて直径約６０乃至８０ｍｍの最終的な予成形体を得、次に、その最終的な予成形体を従来の技術に従って引抜いて光ファイバにする。
【００７３】
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させるため上記の過程にて好ましいように使用することができるが（すなわち、バーナ７０４として）、かかるバーナは、適宜な寸法とするならば、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可能であることが理解されよう。
【実施例１】
【００７４】
炎を封込める石英管の効果
この実験の場合、図１及び図２に図示したような８つの同軸状金属管を備えるバーナを使用した。金属管に使用した材料は、ＡＩＳＩ３１６Ｌステンレス鋼とした。図１の管１０１乃至１０８及び管路１０１ａ乃至１０７ａは、当該実施例にて、管１乃至８及び管路１ａ乃至７ａとそれぞれ称する。
【００７５】
炎を封込め得るように第三及び第四の金属管の間に石英ガラス管を挿入した。次の表１には、金属管により決定される環状管路の相対的な内径（ＩＤ）及び外径（ＯＤ）が示してある。円形の断面を有する最内側管路１ａの場合、ＯＤのみが示してある。バーナの内側部分は、管１乃至３（及び相応する管路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（及び相応する管路４ａ乃至７ａ）により形成される。
【００７６】
〔表１〕管路の寸法
管路No. 内径（ｍｍ） 外径（ｍｍ）
１ａ − ７
２ａ １１ １７．６
３ａ ２１．３４ ２４．４
４ａ ３７．６ ４０．２
５ａ ４４．２ ５０．５
６ａ ５５．８ ５８．３
７ａ ６１．１ ６７．５５
厚さ約１．５ｍｍ、内径２８．４ｍｍ及び外径３１．４の内側封込め石英ガラス管を管３、４（内径２７．４ｍｍ、外径３３．６ｍｍ）の間の環状隙間に挿入した。ガラス管の下側部分を隙間の外径までテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標名）テープにて巻き、該ガラス管を一定の位置に保ち得るようにした。
【００７７】
厚さ約２ｍｍの外側石英ガラス管を外側金属管８の周りに更に配置した。
図２に図示するように、金属管の全ては、ほぼ等しい長さとした。外側石英管は、金属管の先端から約１６５ｍｍ突き出す一方、内側石英管の長さは、表３に示すように、変更した。
【００７８】
採用した反応剤、その相対的な流量及び入口速度は次の表２に掲げてあり、この場合、バーナの最内側開口部は、Ｎｏ．１ａで表示してある。四塩化二酸化ケイ素は、液体材料を蒸発させ且つ該液体材料を酸素と共に中央管を通じて約８０゜Ｃの温度にて送り込むことにより供給した。
【００７９】
〔表２〕反応剤及び流量
【００８０】
ターゲットの予成形体は、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）を予成形体から約５０ｍｍの距離に保ち、また、予成形体の長手方向軸に対する傾斜角度を約１２゜とした。
【００８１】
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。
【００８２】
金属管の先端から内側封込め石英管が突き出す長さを増すことにより、以下の表３に掲げたように、堆積量の増大が観察された。表３に掲げた堆積量は、分離石英管無し（長さ０ｍｍ）のバーナの堆積量に対し正規化したものである。
【００８３】
〔表３〕堆積量
管の突出し長さ（ｍｍ） 正規化した堆積量
０ １
１０ １．２４
２７ １．４７
４７ １．５６
６７ １．７０
８７ １．７４
１０７ １．７７
１２７ １．７９
上記の表３に掲げた結果から、長さ８７乃至１０７ｍｍの管は、堆積量を顕著に増大させることを理解することができる。より長い長さの管（１２７ｍｍ）を使用する場合、依然として堆積量の僅かな増加が観察されたが、得られる予成形体は堆積したスートに亀裂を示し、このことは、密度値が適正でないことを示す。このことは多分、分離管の出口がターゲットの予成形体に過度に近接して配置され、これにより内側炎を予成形体の過小の表面に集中させるためであると考えられる。
【００８４】
このように、バーナをターゲットのスートから更に４０ｍｍ離して配置することにより、幾つかのその他の実験を行い、表２に記載したような特性値が維持された。長さ１０７、１３３、１５３ｍｍの３つの異なる分離管に相応して、得られた正規化した堆積量はそれぞれ１．８１、１．８９及び１．８３であった。
【００８５】
堆積過程の終了時、バーナの外側炎を形成する金属管に損傷又は変形は何も観察されなかった。
【実施例２】
【００８６】
分離石英管の断面の改変
この実験のため、図４による形態を有するバーナを使用した。図４の管４０１乃至４０９及び管路４０１ａ乃至４０８ａは、当該実施例おいて、管１乃至９及び管路１ａ乃至８ａとそれぞれ称する。
【００８７】
管１乃至９により形成された管路の寸法及び材料の相対的流量は、表４及び表５にそれぞれ掲げてある。
〔表４〕バーナの寸法
管路No. 内径（ｍｍ） 外径（ｍｍ）
１ａ ０ ７
２ａ ８ ９
３ａ １０ １７
４ａ １８ １９
５ａ ２０ ２７
６ａ ３２．４ ３７
７ａ ３９ ４８
８ａ ５０ ５５
〔表５〕反応剤の流量
管路No. 反応剤 流量（ｓｌｍ）
１ａ ＳｉＣｌ４＋Ｏ２ １１＋３
２ａ Ａｒ ０．８
３ａ Ｈ２ ２２
４ａ Ａｒ １．６
５ａ Ｏ２ ５０
６ａ Ａｒ １０
７ａ Ｈ２＋Ａｒ １１８＋２１
８ａ Ｏ２ ６０
厚さ約１．５ｍｍの内側分離石英管を管５、６の間の環状隙間内に挿入した。
【００８８】
厚さ約２ｍｍの外側石英ガラス管を管、すなわち外側金属管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の先端は、管１乃至５の先端から約５３ｍｍだけ前方に隔てバーナの内側部分を形成した。
【００８９】
内側石英分離管を外側部分の管の先端から約７０ｍｍだけ伸長させ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。
ターゲットの予成形体は、直径約９０ｍｍの回転する石英管とし、バーナは予成形体から約９０ｍｍの距離に保ち、予成形体の長手方向軸に対する傾斜角度は約１２゜とした。
【００９０】
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。
【００９１】
次に、図５及び図６に図示するように、分離石英管の端末部分に対し楕円形の断面を付与することにより上記のバーナを改変した。断面は、管の流体通路面積をほぼ不変に保つことにより、管の先端から約１０ｍｍにて円形から楕円形に変化させた。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。
【００９２】
次に、それ以前の試験の場合と同様にバーナを配置し、石英管の楕円形断面の長軸がターゲットの予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な平面上にあるようにした。過程の条件は、上記に説明する通りとした。
【００９３】
正規化した約１．０８の堆積量（円形断面のバーナにて得られた値に対する）が得られた。
１つの比較実験として、上記のバーナをそれ自体の長手方向軸に対し９０゜にて回転させ、長軸及び短軸の相対的位置を変更した。この場合、堆積量は約０．７６であった。
【００９４】
上記の結果により示すように、このようにして、分離石英管の出口の断面を適宜に改変することにより本発明によるバーナの堆積量を増すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明によるバーナの１つの実施の形態の概略横断面図である。
【図２】図１によるバーナの１つの実施の形態の概略長手方向断面図である。
【図３】図１によるバーナの代替的な実施の形態の概略横断面図である。
【図４】本発明によるバーナの代替的な実施の形態の概略横断面図である。
【図５】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６】図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】本発明によるオーバクラッディング堆積過程の概略図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０１ａ 中央開口部
１０１ 金属管
１０２ａ 開口部
１０３ａ 開口部
１０４ａ 開口部
１０５ａ 開口部
１０６ａ 開口部
１０７ａ 開口部
１０８ 金属管
１０９ 分離管
１１０ 第二の管
Claims (21)
- 光ファイバ予成形体（ｐｒｅｆｏｒｍ）を作製するための多重炎バーナにおいて、
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、
該内側炎を取り巻く外側炎を発生させる少なくとも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有する前記少なくとも１つの外側部分と、
耐熱性材料で出来た細長い中空の分離要素であって、前記内側部分を取り巻くように配置され且つ外側部分を形成する管路の端部から更に伸長し前記内側炎を封じ込め且つ該内側炎を前記外側炎から分離し得るようにした前記細長い中空の分離要素とを備える、光ファイバ予成形体を作製するための多重炎バーナ。 - 請求項１に記載の多重炎バーナにおいて、
該バーナの内側部分内に配置された前記第一の複数の管路が金属材料で出来ている、多重炎バーナ。 - 請求項２に記載の多重炎バーナにおいて、
該バーナの外側部分内に配置された前記第二の複数の管路が金属材料で出来ている、多重炎バーナ。 - 請求項１に記載の多重炎バーナにおいて、
耐熱性材料で出来た第二の細長い中空要素が外側炎を保持し得るようバーナの外側部分を取り巻くように配置される、多重炎バーナ。 - 請求項１に記載の多重炎バーナにおいて、
該バーナの前記内側及び前記外側部分がほぼ円形の形態である、多重炎バーナ。 - 請求項１に記載の多重炎バーナにおいて、
該バーナの前記内側及び前記外側部分が金属材料で出来た複数の同軸管にて形成される、多重炎バーナ。 - 請求項１に記載の多重炎バーナにおいて、
分離要素が耐熱性材料の細長い管である、多重炎バーナ。 - 請求項７に記載の多重炎バーナにおいて、
前記耐熱性材料が石英又はセラミック材料である、多重炎バーナ。 - 請求項１に記載の多重炎バーナにおいて、
該バーナの内側及び外側部分を形成する管路の長さがほぼ同一である、多重炎バーナ。 - 請求項１に記載の多重炎バーナにおいて、
該バーナの内側部分が外側部分の後方に隔てられる、多重炎バーナ。 - 請求項１０に記載の多重炎バーナにおいて、
内側部分を形成する管路が、約３０ｍｍ乃至約８０ｍｍだけ外側部分の管路の後方に隔てられる、多重炎バーナ。 - 請求項１に記載の多重炎バーナにおいて、
前記細長い分離中空要素が、ガラス前駆体材料の反応領域の長さの大部分を取り巻き得るような長さだけ伸びる、多重炎バーナ。 - 請求項１２に記載の多重炎バーナにおいて、
前記細長い分離中空要素が、バーナの内側部分を形成する管路の先端から少なくとも約８０ｍｍの長さだけ伸びる、多重炎バーナ。 - 請求項１２に記載の多重炎バーナにおいて、
前記細長い分離中空要素が、該バーナの内側部分を形成する管路の先端から約１５０ｍｍ以下の長さだけ伸びる、多重炎バーナ。 - 請求項１に記載の多重炎バーナにおいて、
該バーナの２つの部分を分離する細長い中空要素が、長軸及び短軸を有する断面の端末部分を備える、多重炎バーナ。 - 請求項１５に記載の多重炎バーナにおいて、
前記端末部分がほぼ楕円形の断面を有する、多重炎バーナ。 - 請求項１５又は１６に記載の多重炎バーナにおいて、
長軸と短軸との比率が少なくとも約１．２以上である、多重炎バーナ。 - 請求項１５又は１６に記載の多重炎バーナにおいて、
長軸と短軸との比率が約２．５以下である、多重炎バーナ。 - 請求項１５又は１６に記載の多重炎バーナにおいて、
長軸と短軸との比率が約１．２５乃至約１．８である、多重炎バーナ。 - 微細なガラス粒子の流れを堆積バーナから回転する細長いターゲットの予成形体に向けることにより光予成形体を作製する方法において、
前記バーナに対しガラス前駆体材料の流れを供給し且つ前記ガラス前駆体材料の流れを前記ターゲットの予成形体に向ける工程と、
前記バーナに対し第一の可燃性気体の流れ及び第一の燃焼支援気体の流れを供給し、前記ガラス前駆体材料の流れを取り巻く内側炎を発生させる工程と、
前記バーナに対し第二の可燃性気体の流れ及び第二の燃焼支援気体の流れを供給し、前記内側炎を取り巻く外側炎を発生させる工程と、
前記ガラス前駆体材料が前記炎の存在下にて反応し、これにより前記ターゲットの予成形体に向けた微細なガラス粒子の流れを形成する工程とを備え、
前記第一の炎が前記内側炎を取り巻き得るように配置された細長い中空体によって封じ込められ且つ前記第二の炎から分離されるようにした、光予成形体を作製する方法。 - 複数の管路を備える多重炎堆積バーナから微細なガラス粒子の流れを回転する細長いターゲットの予成形体に向けることにより光予成形体を作製する方法において、前記多重炎バーナが請求項１乃至１６の何れかに記載のバーナである、光予成形体を作製する方法。
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