JPH11510778A - ハロゲン化物を含有しないケイ素含有化合物を酸化させる精密バーナー - Google Patents

ハロゲン化物を含有しないケイ素含有化合物を酸化させる精密バーナー

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JPH11510778A JP8521096A JP52109696A JPH11510778A JP H11510778 A JPH11510778 A JP H11510778A JP 8521096 A JP8521096 A JP 8521096A JP 52109696 A JP52109696 A JP 52109696A JP H11510778 A JPH11510778 A JP H11510778A
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Abstract

(57)【要約】 オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）のようなハロゲン化物を含有しないケイ素含有化合物を酸化させる精密バーナーを提供する。このバーナーは、アライメントスタッド(158)、バーナー取付ブロック(107)上の隆起面(162)およびサブアセンブリ(13)の背面にある対応凹部(160)を使用することにより、バーナー取付ブロック(107)上に正確に取り付けることのできるサブアセンブリ(13)を備えている。バーナー面には、４つの同心ガス放出領域：ＯＭＣＴＳおよびＯ2の混合物を流出させる第１の中央領域(36,90)、Ｎ2を流出させる第２の内側シールド領域(38,92)、Ｏ2を流出させる第３の外側シールド領域(40,42,94,96)、およびＣＨ4およびＯ2の混合物を流出させる第４のプレミックス領域(44,98)がある。このバーナーにより、従来技術バーナーよりも効率的にハロゲン化物を含有しないケイ素含有原料を使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ハロゲン化物を含有しないケイ素含有化合物を 酸化させる精密バーナー 発明の属する技術分野 本発明は、光導波路ファイバがそれから引き延ばされるプレフォームを製造す る際に使用するバーナーに関するものである。発明の背景 歴史的に、ＳｉＣｌ4または様々なドープ剤を有するＳｉＣｌ4の混合物のよう なハロゲン化物含有原料が、ＶＡＤ（軸蒸着）、およびＯＶＤ（外側蒸着）技術 のような気相付着技術によるプレフォームの製造に用いられてきた。 これらの方法において、ハロゲン化物含有原料が揮発して、バーナー内で加水 分解され、ＶＡＤの場合には回転始動軸（ベイト管）上にまたはＯＶＤの場合に は回転マンドレル上に集積されるスート粒子を生成している。いくつかのＯＶＤ システムにおいて、プレフォームのクラッド部分が、マンドレルではなくむしろ 予め形成されたコアプレフォーム上に付着している。 このような工程に使用する多くのバーナー設計が開発されている。それらの例 が、モルツァン等の米国特許第3,642,521号、パワーズの米国特許第4,165,223号 、モルツァンの米国特許第3,565,345号およびモルツァンの米国特許第3,698,936 号に記載されている。 特に、スーダ等の米国特許第4,801,322号では、バーナーのオリフィスに付着 するスート粒子の問題が論じられており（12段、55-66行参照のこと）；カワチ 等の米国特許第4,406,684号およびワタナベ等の米国特許第4,915,717号には、原 料の出口が不活性ガスの出口により囲まれているバーナーが開示されており；ア ンドレコ等の米国特許第4,474,593号には、同心管を用い、そのうちのいくつか が外面にスプラインが機械加工されているバーナーが開示されている。 ハロゲン化物含有原料を使用することにより、多量のハロゲン化物含有副生物 、例えば、塩酸が生成されてしまう。環境汚染を避けるために、これらの副生物 を 採集しなければならない。このことにより、プレフォーム製造工程の全体のコス トが増大してしまう。したがって、ハロゲン化物を含有しない材料、特に、ハロ ゲン化物を含有しないケイ素含有材料が光導波路プレフォームの製造に望ましい 出発材料である。ドビン等の米国特許第5,043,002号参照のこと。 ドビン等の特許に説明されているように、光導波路プレフォームを製造するの に使用する特に好ましい、ハロゲン化物を含有しないケイ素含有材料はポリメチ ルシロキサンであり、ポリメチルシクロシロキサンが特に好ましく、オクタメチ ルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）が特に好ましい。この特許の関連部分 をここに引用する。これらの同様のハロゲン化物を含有しないケイ素含有原料は 、本発明に使用するのに好ましい。 従来のバーナーを使用してハロゲン化物を含有しないケイ素含有材料を酸化さ せても差し支えないが、ハロゲン化物を含有する原料に使用するのに設計された バーナーは、ハロゲン化物を含有しない材料には特に効率的に使用できるもので はない。これらの欠点は、バーナーの構造および酸化工程で使用される様々なガ スのバーナー面での流出位置の両方を原因とするものである。以下詳細に論じる ように、本発明により、これらの欠陥が解消したガス流パターンおよびバーナー の形状を開発した。 ＯＶＤ工程において、プレフォームの全長に沿って単一のバーナーを横断させ ることにより、または振動マニホールド上に取り付けられた一連のバーナーを使 用して、各々のバーナーをプレフォームの一部のみに横断させることにより、プ レフォームを製造することができる。後者の場合には、互いに対するバーナーの 均一性がプレフォームの縦の均一性を決定する。 従来技術のバーナーではしばしば、特性が相当変動することがあった。このこ とは、振動マニホールド内でそのようなバーナーを使用することにより製造され たプレフォーム内の変動が望ましくないレベルとなってしまった。以下詳細に記 載するように、本発明のある形態において、このバーナーの変動を最小にするバ ーナー形状を開発する。発明の概要 前述した点から、本発明の目的は、ＯＭＣＴＳのような、ハロゲン化物を含有 しないケイ素含有原料を効果的で効率的に酸化させるバーナーを提供することに ある。 本発明のさらなる目的は、バーナーを構成部材から組み立て、変動性の程度の 小さい状態でマニホールドに取り付けられるバーナー構成物を提供すること、す なわち、高精度のバーナーを提供することにある。 上述した目的および他の目的を達成するために、本発明は、プレフォームを形 成する方法であって： (a) 細長い円柱状の出発部材、例えば、回転マンドレルまたはコアプレフォ ームを提供し、 (b) 第１(36,90)、第２(38,92)、第３(40,42,94,96)、および第４(44,98)の ガス放出領域を備え、第２の領域が第１の領域を囲い、第３の領域が第２の領域 を囲い、第４の領域が第３の領域を囲んでいるバーナー面(34,88)を有するスー ト生成バーナー(10,100)を提供し； (c) 酸素と、ハロゲン化物を含有しないケイ素含有材料、例えば、ＯＭＣＴ Ｓとからなる混合物を第１の領域に供給し； (d) バーナーのスート流がバーナー面に接しないような十分な量で第２の領 域に不活性ガス、例えば、Ｎ2を供給し； (e) 酸素を第３の領域に供給し； (f) 酸素と、可燃性ガス、例えば、ＣＨ4とからなる混合物を第４の領域に供 給し； (g) スート生成バーナーと出発部材との間に相対的な振動動作を生じること により、出発部材上にガラススートを付着させて、プレフォームを形成する各工 程からなる方法を提供する。 別の形態によると、本発明は、スート製造バーナーであって、 (a) バーナーサブアセンブリ(13)であって、 複数のガス運搬通路(112,114,116,126,128,130)を有するバックブロッ ク(106)と、 中央ガス運搬通路(184)および中央ガス運搬通路を囲む複数のガス運搬 通路(186,188)を有するフェースブロック（バーナー面から見たときに、中央通 路は 内腔90であるが、この内腔はフェースブロック102内ではなくむしろヒューム管1 08内に形成される）と、 バックブロック(106)とフェースブロック(102)との間にある、フェース ブロック(102)の中央ガス運搬通路(184)を囲む複数のガス運搬通路(186,188)を 通って流動するガスの圧力を周囲に等化させる複数のオリフィス(170,172)を備 えたマニホールドプレート(104)と、 フェースブロック(102)、バックブロック(106)、およびマニホールドプ レート(104)のアセンブリ(13)を形成する手段(105,150,152,154,156)とからなる バーナーサブアセンブリ(13)； (b) ガス供給マニホールドに取り付けるためのバーナーサブアセンブリ取付 ブロック(107)；および (c) バーナーサブアセンブリ取付ブロック(107)上にバーナーサブアセンブリ (13)を正確に取り付ける手段(140,142,144,158,160,162)からなるスート生成バ ーナーを提供する。 ある好ましい実施の形態において、バーナーは、フェースブロック(102)の中 央ガス運搬通路(184)を通って流動するガスの圧力を周囲に等化させる複数のオ リフィス(168)を備えた一体マニホールド(110)を有するヒューム管(108)を備え ている。他の好ましい実施の形態において、マニホールドプレート(104)は、組 み立てられたバーナー内のフェースブロック(102)、バックブロック(106)、およ びマニホールドプレート(104)の間を精密に整合させるフランジ(105)を備えてい る。図面の簡単な説明 第１図は、従来技術のバーナーの分解図である。 第２図は、本発明を実施するのに用いられるガス供給系の概略図である。 第３図は、第１図のバーナーのバーナー面の平面図である。この図面に示され たガスの流動が本発明のものである。 第４図は、本発明により構成されたバーナー面の平面図である。第３図に示し たように、図示したガスの流動は、本発明のものである。 第５図は、本発明により構成された精密バーナーの分解図である。 第６図は、第５図の線６−６に沿った本発明の精密バーナーの断面図である。 第７図は、本発明の精密バーナーのバックブロック部材の第５図の線７−７に 沿った断面図である。 本明細書に含まれ、本明細書の一部を構成する上述した図面は、本発明の好ま しい実施の形態を示すものであり、記載と共に、本発明の原理を説明する機能を 果たす。もちろん、図面および記載の両方は、説明のためのみであり、本発明を 限定するものではない。好ましい実施の形態の説明 上述したように、本発明の形態の１つは、バーナー面での様々なガス流動の配 置にある。このようなガス流動は、従来技術のバーナーを用いて、または好まし くは、ここに開示されている改良されたバーナー構造物を用いて実施しても差し 支えない。 第１図は、プレフォームを製造するのにＯＶＤ工程で以前に用いられた種類の 従来技術のバーナーを示している。バーナー10は、フェースブロック12、マニホ ールドプレート14、バックブロック16、ヒューム管18、および内側シールドマニ ホールド20を備えている。マニホールドプレート14は、バーナー面34で均一なガ ス流動を提供する、環状に配列されたオリフィス46を備えている。オーリング50 が、マニホールドプレート14の溝48内に収容されて、バーナーの様々な通路の間 のガス漏れを妨げるように機能している。後端で通されるヒューム管18が、バッ クブロック16を通って延在し、前端で内側シールドマニホールド20を担持してい る。特に、組み立てられたバーナーにおいて、内側シールドマニホールド20は、 ヒューム管18の肩部52に隣接している。 バーナー10は、バックブロック16の中央開口部22の後部にヒューム管18をねじ 込み、この開口部の後部はこの目的のために通っており、マニホールドプレート 14の溝48内にオーリング50を挿入し、ヒューム管の後端にマニホールドプレート を通過させてバックブロック内のボルト孔24にプレート内のボルト孔26を整合さ せ、内側シールドマニホールド20をヒューム管上に摺動させ、ボルト孔28をボル ト孔26に整合させることにより組み立てる。第１図に一方のみが示されているボ ルト30が、整合されたボルト孔24、26、および28を通して挿入されて、締め付け られて互いにバーナー10を保持する。次いで、組み立てられたバーナーが、ガス 供給マニホールド、例えば、多数のバーナーを有する振動マニホールドに、バッ クブロック16上の取付フランジ32により取り付けられる。ガス供給マニホールド は、ガス供給線およびバックブロック16の背面にあるガス受容開口部（図示せず ）と係合するガス気密取付部品により、バーナーに使用される様々なガスを供給 する。 実際に、内側シールドマニホールド20のヒューム管18への位置決め、およびフ ェースブロック12、マニホールドプレート14、バックブロック16およびヒューム 管18の整合は、バーナーにより変わることが分かった。また、フランジ32を使用 して、一連のバーナーを多数のバーナーを有するガス供給マニホールドに取り付 けることにより、製造されたプレフォームの軸に対してバーナーの位置が変動す ることになる。これらの変動の両方は、第５図から第７図に示し、以下に論じら れる精密バーナー100により対処される。 第３図は、バーナー10の面34の平面図である。この図面から分かるように、バ ーナー面には、スート粒子を製造するのに使用される様々なガスおよびガス混合 物が通過する一連の環状領域36から44がある。領域36はヒューム管18の内腔から なるが、領域38は、フェースブロック12の中央内腔52とヒューム管との間の空間 からなる。残りの領域40、42、および44の各々は多数のオリフィスからなるが、 所望であれば、本発明を実施するこれらの領域に関して、領域38のような、連続 開放リングを使用しても差し支えない。ヒューム管18は、例えば、約２ミリメー トルだけフェースブロック12の面34よりも後ろに凹んでいても差し支えない。 ハロゲン化物含有原料を用いた従来技術の工程に使用する場合には、領域36か ら44は、以下のガスを運搬した： 本発明によると、ＯＭＣＴＳのようなハロゲン化物を含有しないケイ素含有材 料を酸化させる場合、領域は以下のガスを運搬すべきであることが分かった： このガス流動の配列が、ハロゲン化物を含有しないケイ素含有原料がＯＭＣＴ Ｓであり、不活性ガスが窒素であり、可燃性ガスがメタン（ＣＨ4）である装置 に関して第３図に示されている。 第２図は、調整されたガス供給源54から62、バーナー供給線64から70、ガスミ キサ72および74、計量ポンプ76、流量計78、予熱器80、調整器82、気化器84、お よびＯＭＣＴＳを気化させ分配する弁86からなる、これらのガスの供給装置を示 している。当業者に知られている様々な器具を第２図の供給装置の構成に用いて も差し支えない。例えば、ケイン等の米国特許第5,356,451号には、ＯＭＣＴＳ を気化させ分配するのに使用する適切な器具が開示されている。もちろん、本発 明を実施するのに、他の器具および供給装置を用いても差し支えない。 第２図および第３図、並びに第４図において、「ヒューム」は領域36に供給さ れる酸素を示し、「内側シールド」は領域38に供給される窒素を示し、「外側シ ールド」は領域40および42に供給される酸素を示し、「プレミックス」は領域44 に供給されるメタン／酸素混合物を示す。領域40および42は、同一のガスを運搬 するので、単一領域のサブ領域であると考えても差し支えない。 第３図に示し、表２に列記したガス流動パターンにより、表１の従来技術のパ ターンにより達成されるよりも、ＯＭＣＴＳのようなハロゲン化物を含有しない ケイ素含有原料をより効率的に使用することができる。特に、本発明によると、 化合物が組成中に多量の燃料を含有しているので、ＯＭＣＴＳのような化合物に は、完全に反応させるのに多量の酸素を使用する必要があり、ほとんど外側熱を 必要としないことが分かった。 表１のガス流動パターンのように、領域40および42を使用して、可燃性ガス／ 酸素混合物ではなくむしろ酸素を供給することにより、ＯＭＣＴＳおよび類似の 化合物を完全に反応させるのに十分な、ヒューム管に近い位置で多量の酸素を供 給する。さらに、可燃性ガス／酸素混合物を領域44に制限することにより、酸化 工程に十分な外側熱を供給するが、同時にプレフォームの製造に必要とされる可 燃性ガスの量を減少させられることが分かった。 ＯＭＣＴＳのようなハロゲン化物を含有しない化合物を酸化させる場合、酸素 を領域38、すなわち、内側シールドから除去する必要があることが分かった。こ の領域内に酸素を使用する場合には、スート流には、バーナー面と接触し、ヒュ ーム管18の周りにシリカを付着させる傾向がある。窒素のような不活性ガスを内 側シールドに通過させることにより、ハロゲン化物を含有しない化合物と酸素と の間の反応を、バーナー面から十分に遠い位置に移動させて、ヒューム管上にス ートが付着するのを防ぐ。 第１図のバーナー構成物および第３図のバーナー面構成物に関して、表２の様 々な材料／ガスの好ましい供給／流速は以下のとおりである：ＯＭＣＴＳ−１３ グラム／分；ヒュームＯ2−５ｓｌｐｍ（分あたりの標準リットル）；ヒューム Ｎ2（必要に応じて）−0.4ｓｌｐｍ；内側シールドＮ2−3.8ｓｌｐｍ；外側シー ルドＯ2−７ｓｌｐｍ；プレミックスＣＨ4−3.5ｓｌｐｍ；およびプレミックス Ｏ2−2.8ｓｌｐｍ。 実際に、付着速度および採集効率は、ＯＭＣＴＳ供給速度、ヒュームＯ2流速 、および標的の直径に最も依存するが、スートプレフォームの密度は、全酸素含 有量（ヒュームＯ2流速および外側シールドＯ2流速）、標的の直径、およびバー ナーから標的までの距離に最も依存する。このように、当業者に知られている工 程制御方法を用いて、これらのパラメータを変更して、付着速度、採集効率、お よびプレフォームの密度を最適化しても差し支えない。 スート密度がＯＭＣＴＳ供給速度にそれほど依存していないことは、スート密 度を付着速度とは独立して制御できることを意味するものである。特に、スート 密度を最適化して、一定の半径密度分布を達成することができ、次いで、この一 定の半径密度分布を乱すことなく、ＯＭＣＴＳ供給速度を用いて付着速度を最適 化することができる。商業的製造の点から、このことは、本発明のガス流動パタ ーンの重要な利点である。 第４図は、ハロゲン化物を含有しないケイ素含有原料を酸化させるのに使用す る改良バーナー面の構成物を示している。第３図と第４図を比較すると、第４図 のバーナー面88と第３図のバーナー面34との間には以下の差があることが明らか である： (1) バーナー面88の領域98内のオリフィスの数がバーナー面34の領域44の 数の半分である。このことにより、ＣＨ4＋Ｏ2プレミックス炎をバーナー面から さらに離して延長させ、したがって、より安定で、逆火しにくくなる。このこと はまた、バーナーの運転温度が著しく減少し（例えば、約350-400℃から約200-2 50℃に）、次いで、バーナーのオーリングシールの寿命が著しく長くなる。 (2) バーナー面88の領域94および96は、外側シールド領域94および96から ヒューム管領域90へ酸素が拡散する距離を減少させるように、面34の対応領域よ りも領域92に近い。領域94、96、および98の好ましい直径は、それぞれ7.9、11. 9、および17.0ｍｍであり、一方、領域40、42、および44の好ましい直径は、そ れぞれ8.4、13.5、および18.0ｍｍである。領域94、96、および98の直径をそれ ぞれＤi、Ｄo、およびＤ4と称する場合、第４図において、Ｄ4−Ｄoは、Ｄo−Ｄi よりも大きい。 上述した変化に加えて、焦点角度、すなわち、オリフィスの中心線がバーナー の面に対する垂線となる角度が、バーナー面34のオリフィスに関する13°から面 88のオリフィスに関する16°に増加した。また、バーナー面34の領域40、42、お よび44のオリフィスは全て同一のサイズ（例えば、0.09ｍｍ）であるが、バーナ ー面88の領域94および96のオリフィスは、領域98のオリフィスよりも約1/3大き い（例えば、領域98の0.09ｍｍに対して、領域94および96の0.12ｍｍ）。このよ うに直径が増加することにより、これらの領域から流出する酸素の速度が減少し 、したがって、酸素の流動が炎を分割しない。さらに、領域92の直径は、内側シ ールド窒素の流動をある程度減少させるように、領域38の直径よりもいくぶん小 さい（例えば、領域38の直径4.6ｍｍに対して、領域92の直径4.1ｍｍ）。 表２の様々な材料／ガスの好ましい供給／流速が、第１図のバーナーの構成物 および第４図のバーナー面の形状に関して以下に記載されている：ＯＭＣＴＳ− 12.5グラム／分（領域90）；ヒュームＯ2−5.5ｓｌｐｍ（領域90）；ヒュームＮ2 （必要に応じて）−0.0ｓｌｐｍ（領域90）；内側シールドＮ2−3.2ｓｌｐｍ（ 領域92）；プレミックスＣＨ4−3.5ｓｌｐｍ（領域98）；およびプレミックスＯ2 −2.8ｓｌｐｍ（領域98）。 付着速度、採集効率、およびスートプレフォーム密度は、バーナー面34に関し て上述したものと同一のパラメータに依存することが分かったが、バーナー面88 に関するＯＭＣＴＳ供給速度への付着速度および採集効率の依存性はバーナー面 34のものの約半分であり、バーナーから標的までの距離は、バーナー面88に関す る付着速度および採集効率により重要な役割を果たすことが分かった。バーナー 面34に関して、スート密度は、バーナー面88に関するＯＭＣＴＳ供給速度への著 しい依存性を示さず、したがって、スート密度を付着速度とは独立して制御する ことができる。 バーナー面88の試験により、バーナー面34に関して達成された速度と比較して 小さい標的サイズに関する付着速度が著しく増加した、すなわち、７ｍｍの標的 サイズで70％増加した（直径）ことが示された。増加量は、標的サイズが増加す るにつれて小さくなったが、まだ著しく、すなわち、54ｍｍの標的サイズ、増加 は、約35％であると評価された。全体的に、平均付着速度の増加は、長さが0.7 ｍであり、最初の直径が７ｍｍである標的に関して約25％、すなわち、0.6グラ ム／ｃｍ3の所定の密度に関して、バーナー面88の7.41グラム／分に対して、バ ーナー面34の5.94グラム／分であった。特に、付着速度の増加は、プレフォーム の密度が損失することなく達成された。 第５図から第７図は、多数のバーナーを備えたガス供給マニホールドに使用す る好ましいバーナー構成物を示している。特に、これらの図面に示したバーナー 100を組み立てて、高精度でガス供給マニホールドに取り付けることができる。 このように、バーナーは、多数のバーナーがプレフォームの製造に用いられ、各 々のバーナーがプレフォームの一部のみにスートを付着させるＯＶＤ装置に使用 するのに特に適している。 精密バーナー100は、特にそのような多数のバーナーの用途に有利であるが、 所 望であれば、１つのバーナーの用途に使用しても差し支えない。同様に、バーナ ーの好ましい用途は、ハロゲン化物を含有しないケイ素含有原料の酸化における ものであるが、このバーナーをハロゲン化物含有材料に使用しても差し支えない 。このような場合には、表１のもののようなガス流動パターンおよび第３図のも ののようなバーナー面形状を通常用いる。以下に論じる目的のために、バーナー は、ハロゲン化物を含有しないケイ素含有原料に使用し、第４図のガス流動パタ ーンおよびバーナー面形状を有するものとする。 精密バーナー100には５つの主要部材がある：フェースブロック102、マニホー ルドプレート104、バックブロック106、ヒューム管108、およびバーナー取付ブ ロック107。 使用の際に、フェースブロック102、マニホールドプレート104、バックブロッ ク106、およびヒューム管108が組み立てられてサブアセンブリ13が形成され、バ ーナー取付ブロック107が、バーナー取付ブロック107内のネジが切られていない ボルト孔146を貫通し、ガス供給マニホールド内の対応するネジが切られたボル ト孔に係合するボルト148によりガス供給マニホールド（図示せず）上に取り付 けられ、次いで、サブアセンブリ13が、バックブロック106内のネジが切られて いないボルト孔140を貫通し、バーナー取付ブロック107内のネジが切られたボル ト孔と係合するボルト144によりバーナー取付ブロック107上に取り付けられる。 従来技術のバーナー10のフランジ32に対立するものとして、ボルト148を用いて バーナーブロック107をガス供給マニホールドに取り付けることにより、個々の バーナーの取付における繰返し精度が改良され、一連のバーナーの取付における バーナー間の変動性が減少する。 サブアセンブリ13のバーナー取付ブロック107への精密な取付は、(1)バーナー 取付ブロック107により担持され、バックブロック106の背面にある開口部（図示 せず）に係合するアライメントスタッド158、および(2)バックブロック106の凹 部160内に収容されるバーナー取付ブロック107の隆起面162（第７図参照のこと ）により行われる。隆起面162および凹部160は好ましくは、それぞれのブロック 中に機械加工され、確実に精密に適合させる、例えば、これらの特徴は、ブロッ クの回転により形成される。これらのブロック、並びにフェースブロック102お よびマ ニホールドプレート104は好ましくは、アルミニウムから作成する。アルミニウ ムは容易に機械加工することができる。ヒューム管108は好ましくは、ステンレ ス鋼、例えば、303ステンレス鋼から作成する。もちろん、所望であれば、他の 材料をこれらの部材に用いても差し支えない。 第５図にそのうちの１つのみが示されているオーリング166を用いて、バック ブロック106内の対応するガス通路へのバーナー取付ブロック107内のガス受容開 口部118から124をシールする。後端で、ガス受容開口部118から124は、ガス供給 マニホールドにより提供されるガス気密取付部材（図示せず）およびガス供給線 とかみ合っている。第４図のガス流動パターンに関して、ガス受容開口部118は 、ＣＨ4＋Ｏ2プレミックスを受容し、ガス受容開口部120はＯＭＣＴＳ＋ヒュー ムＯ2を受容し、ガス受容開口部122は内側シールドＮ2を受容し、ガス受容開口 部124は、外側シールドＯ2を受容する。 バーナーを通過するガス流動が矢印132から138により示されている。ここで、 矢印132はＯＭＣＴＳ＋ヒュームＯ2の流動を示し、矢印134は内側シールドＮ2の 流動を示し、矢印136は外側シールドＯ2の流動を示し、矢印138はＣＨ4＋Ｏ2プ レミックスの流動を示す。図面から分かるように、大きいガス通路をバーナー面 までのバーナーの全ての部分に用いて、バーナー間の圧力降下の差を減少させて いる。 矢印132により示したように、ＯＭＣＴＳ＋ヒュームＯ2がガス受容開口部120 を通ってバーナー取付ブロック107に進入し、ヒューム管107を通過して、最終的 に領域90を通ってバーナー面から流出する。ヒューム管108は、均一な圧力降下 のための単一直径内腔90を有し、肩部176に達するまで、バックブロック106中に 圧入される。このようにして、精密アライメントがヒューム管とバックブロック との間で行われる。バーナーフェースブロック102には、これらの部材を整合さ せ、容易に分解するヒューム管108上のすべりばめがある。ヒューム管108の内腔 90は好ましくは、例えば、2.2ｍｍの直径を有している。 内側シールドガスの圧力を等しくするように機能するオリフィス168は、ヒュ ーム管108の一体部として形成されている。このように、オリフィスは、一体内 側シールドマニホールド110を形成する（第５図参照）。このことは、従来技術 のバー ナー10の実質的なバーナー間の変動性の源であった、取り外し可能な内側シール ドマニホールド20を省けるので、精密バーナー100の重要な特性である。 内側シールドＮ2がガス受容開口部122を通ってバーナー取付ブロック107に進 入し（第５図）、バックブロック106内のガス通路126を通って、このブロックの 中央開口部112中に進入し（第７図の矢印134参照）、一体内側シールドマニホー ルド110を通過して、最終的に領域92を通ってバーナーの面から流出する。第７ 図に示したように、通路180は、バックブロック106を放射状に通り、通路126を 中央開口部112に接続するように機能する。通路180は、リープラグにより外側の 端部でシールされている。 外側シールドＯ2がガス受容開口部124を通ってバーナー取付ブロック107に進 入し（第５図）、バックブロック106内のガス通路128を通って、このブロックの 内側環114中に進入し（第７図の矢印136参照）、マニホールドプレート104の圧 力等化オリフィス170を通過して、最終的に領域94および96を通ってバーナーの 面から流出する。第７図に示したように、通路182は、バックブロック106を放射 状に通り、通路128を内側環114に接続するように機能する。通路182は、リープ ラグにより外側の端部でシールされている。 ＣＨ4＋Ｏ2プレミックスがガス受容開口部118を通ってバーナー取付ブロック1 07に進入し（第６図）、バックブロック106内のガス通路130を通って、このブロ ックの外側環116に進入し（第６図の矢印138参照）、マニホールドプレート104 の圧力等化オリフィス172を通過して、最終的に領域98を通ってバーナーの面か ら流出する。 サブアセンブリ13は、ヒューム管108をバックブロック106の中央開口部112中 に圧入し、オーリング164をマニホールドプレート104の溝174中に挿入し、この マニホールドプレートをヒューム管の前端を横切らせて、バックブロック内のボ ルト孔150にプレート内のボルト孔152を整合させ、フェースブロック102をヒュ ーム管の前端を横切らせて、そのボルト孔154をボルト孔152に整合させることに より組み立てられる。第５図に一方のみが示されている、ボルト156が整合され たボルト孔150、152、および154を通して挿入され、締め付けられて互いにバー ナーサブアセンブリ13を保持する。ボルト156を締め付けることにより、マニホ ールドプレー ト104のオーリング164をバックブロック106およびフェースブロック102とかみ合 わせて、バーナーの様々な通路の間のガス漏れを防ぐ。所望であれば、フェース ブロック102内の内腔178内に熱電対を取り付けてもよい。 ヒューム管108のバックブロック106中への圧入により、従来技術のバーナー10 に用いられるヒューム管を取り付けるためのねじ込み手法に見られるよりも、実 質的にバーナー間の変動性が少なくなることが分かった。また、ヒューム管108 の後部は、平らな表面に接する中央内腔からなる。一方で、従来技術のバーナー 10のヒューム管18の後部には、ヒュームガスをバーナーの面に運搬するより小さ な内腔にテーパー状となっているガス取付部品を受容する大きな内腔がある。実 際に、テーパー状となった区域は一片ごとに変化して、バーナー間の変動性が全 体的に増大することが分かった。 マニホールドプレート104は、フェースプレート102およびバックブロック106 を互いに、マニホールドプレートと正確に整合させる重要な機能を果たすフラン ジ105を備えている。従来技術のバーナー10に見られるバーナー間の変動性は、 このフランジの付いたプレートを使用することにより、実質的に減少する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キーファー，ウィリアム ジェイ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14845 ホースヘッズ カユガ ドライヴ 41 (72)発明者 パワーズ，デイル アール アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14870 ペインテッド ポスト ウエスト レー ン 112

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．二酸化ケイ素含有プレフォームを形成する方法であって、 (a) 出発部材を提供し、 (b) 第１、第２、第３、および第４のガス放出領域からなるバーナー面を有し 、該第２の領域が該第１の領域を囲み、該第３の領域が該第２の領域を囲み、該 第４の領域が該第３の領域を囲むスート製造バーナーを提供し、 (c) 酸素とハロゲン化物を含有しないケイ素含有材料とからなる混合物を前記 第１の領域に供給し、 (d) 不活性ガスを、スートをバーナーの面に接触させない十分な量で前記第２ の領域に供給し、 (e) 酸素を前記第３の領域に供給し、 (f) 酸素と可燃性ガスとの混合物を前記第４の領域に供給し、 (g) 二酸化ケイ素含有スートを前記出発部材上に付着させて、前記スート製造 バーナーと該出発部材との間の相対的動作を生じさせることにより前記プレフォ ームを形成する各工程からなることを特徴とする方法。 ２．前記第３のガス放出領域が、前記第１の領域に供給される酸素とハロゲン化 物を含有しないケイ素含有材料との混合物中に、そこからの酸素の拡散を促進さ せるように形成されていることを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 ３．前記第３のガス放出領域が複数のオリフィスを備え、該オリフィスの各々の 軸が、(i)前記第１の領域に供給される酸素とハロゲン化物を含有しないケイ素 含有材料との混合物に向けられ、(ii)バーナー面の垂線に関して少なくとも約14 °の角度に方向付けられていることを特徴とする請求の範囲２記載の方法。 ４．前記第３のガス放出領域が内側ガス放出小領域および外側ガス放出小領域か らなり、該第３のガス放出領域の外側ガス放出小領域が該第３のガス放出領域の 内側ガス放出小領域を囲み、前記工程(e)において、該第３のガス放出領域の内 側と外側のガス放出領域の各々に酸素が供給されることを特徴とする請求の範囲 １記載の方法。 ５．(i)前記内側ガス放出小領域、(ii)前記外側ガス放出小領域、および(iii)前 記第４のガス放出領域の各々がオリフィスの環からなり、該環が、それぞれ、直 径Ｄi、Ｄo、およびＤ4を有し、Ｄ4とＤoとの差が、Ｄ0とＤiとの差よりも大き いことを特徴とする請求の範囲４記載の方法。 ６．(i)前記内側ガス放出小領域、(ii)前記外側ガス放出小領域、および(iii)前 記第４のガス放出領域の各々がオリフィスの環からなり、前記第４のガス放出領 域のオリフィスの数が、前記内側と外側のガス放出小領域の各々のオリフィスの 数よりも少ないことを特徴とする請求の範囲４記載の方法。 ７．(i)前記内側ガス放出小領域、(ii)前記外側ガス放出小領域、および(iii)前 記第４のガス放出領域の各々が直径を有するオリフィスの環からなり、該内側ガ ス放出小領域のオリフィスの直径が、(a)前記外側ガス放出小領域のオリフィス の直径と実質的に等しく、(b)前記第４のガス放出領域のオリフィスの直径より も大きいことを特徴とする請求の範囲４記載の方法。 ８．(i)前記内側ガス放出小領域、(ii)前記外側ガス放出小領域、および(iii)前 記第４のガス放出領域の各々が直径を有するオリフィスの環からなり、該環が、 それぞれ、直径Ｄi、Ｄo、およびＤ4を有し、 (a) Ｄ4とＤoとの差が、Ｄ0とＤiとの差よりも大きく、 (b) 前記第４のガス放出領域のオリフィスの数が、前記内側と外側のガス放出 小領域の各々のオリフィスの数よりも少なく、 (c) 前記内側ガス放出小領域のオリフィスの直径が、前記外側ガス放出小領域 のオリフィスの直径と実質的に等しく、前記第４のガス放出領域のオリフィスの 直径よりも大きいことを特徴とする請求の範囲４記載の方法。 ９．前記出発部材上に付着した前記二酸化ケイ素含有スートの密度を最適化し、 前記ハロゲン化物を含有しないケイ素含有材料が前記第１のガス放出領域に供給 される速度を変更することにより、前記スートの付着速度を別々に最適化する追 加の工程を含み、前記スートの密度が、該ハロゲン化物を含有しないケイ素含有 材料が該第１のガス放出領域に供給される速度の変動とは実質的に独立している ことを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 10．前記ハロゲン化物を含有しないケイ素含有材料がオクタメチルシクロテトラ シロキサンであることを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 11．スート製造バーナーを提供する工程が、複数のスート製造バーナーを提供す ることからなり、各々のバーナーが、前記出発部材の一部のみにスートを付着さ せることを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 12．前記プレフォームが、光導波路ファイバに成形されることを特徴とする請求 の範囲１記載の方法。 13．前記スート製造バーナーが、 (a) バーナーサブアセンブリであって、 複数のガス運搬通路を有するバックブロックと、 中央ガス運搬通路および該中央ガス運搬通路を囲む複数のガス運搬通路を 有するフェースブロックと、 前記バックブロックおよび前記フェースブロックの間にあり、該フェース ブロックの中央ガス運搬通路を囲む複数のガス運搬通路を通って流動するガスの 圧力を周囲に等化する複数のオリフィスを備えるマニホールドプレートと、 前記フェースブロック、バックブロック、およびマニホールドプレートの アセンブリを形成する手段とからなるバーナーサブアセンブリ、 (b) ガス供給マニホールドに取り付けるためのバーナーサブアセンブリ取付ブ ロック、および (c) 該バーナーサブアセンブリ取付ブロックに前記バーナーサブアセンブリを 取り付ける手段からなることを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 14．前記マニホールドプレートの上流のガス運搬通路が断面積を有し、該マニホ ールドプレートのオリフィスが断面積を有し、該マニホールドプレートの上流の ガス運搬通路の断面積が、該マニホールドプレートのオリフィスの断面積よりも 大きいことを特徴とする請求の範囲13記載の方法。 15．(a) バーナーサブアセンブリであって、 複数のガス運搬通路を有するバックブロックと、 中央ガス運搬通路および該中央ガス運搬通路を囲む複数のガス運搬通路 を有するフェースブロックと、 前記バックブロックおよび前記フェースブロックの間にあり、該フェー スブロックの中央ガス運搬通路を囲む複数のガス運搬通路を通って流動するガス の圧力を周囲に等化する複数のオリフィスを備えるマニホールドプレートと、 前記フェースブロック、バックブロック、およびマニホールドプレート のアセンブリを形成する手段とからなるバーナーサブアセンブリ、 (b) ガス供給マニホールドに取り付けるためのバーナーサブアセンブリ取付 ブロック、および (c) 該バーナーサブアセンブリ取付ブロックに前記バーナーサブアセンブリ を取り付ける手段からなることを特徴とするスート製造バーナー。 16．前記バックブロック中に圧入され、前記マニホールドプレートを通って延在 し、前記フェースプレートの中央ガス運搬通路内に収容されるヒューム管を備え ていることを特徴とする請求の範囲15記載のスート製造バーナー。 17．前記中央ガス運搬通路内に収容されるヒューム管の一部が、該中央ガス運搬 通路を通って流動するガスの圧力を周囲に等化させる複数のオリフィスが設けら れた一体マニホールドを備えていることを特徴とする請求の範囲16記載のスート 製造バーナー。 18．前記ヒューム管が均一な直径の中央内腔を有することを特徴とする請求の範 囲16記載のスート製造バーナー。 19．前記アセンブリを形成する手段が、前記フェースブロック、バックブロック 、およびマニホールドプレートを整合させる手段を備えていることを特徴とする 請求の範囲15記載のスート製造バーナー。 20．前記整合させる手段が前記マニホールドプレートの外側周囲にあるフランジ からなり、該フランジが、前記フェースブロックおよび前記バックブロックの両 方とかみ合うことを特徴とする請求の範囲19記載のスート製造バーナー。 21．前記マニホールドプレートの上流にあるガス運搬通路が、圧力降下における 差を減少させるのに十分に大きい断面積を有することを特徴とする請求の範囲15 記載のスート製造バーナー。 22．それから製造される前記二酸化ケイ素含有スートが光導波路ファイバに成形 されることを特徴とする請求の範囲15記載のスート製造バーナー。 23．前記フェースブロックが、第１、第２、および第３のガス放出領域を有する バーナー面を備え、該第２の領域が該第１の領域を囲み、該第３の領域が該第２ の領域を囲み、該第３のガス放出領域が複数のオリフィスを備え、該オリフィス の各々の軸が、(i)前記第１の領域に向けられ、(ii)前記バーナー面の垂線に関 して少なくとも約14°の角度に方向付けられていることを特徴とする請求の範囲 15記載のスート製造バーナー。 24．前記フェースブロックが、第１、第２、第３、および第４のガス放出領域を 有するバーナー面を備え、該第２の領域が該第１の領域を囲み、該第３の領域が 該第２の領域を囲み、該第４の領域が該第３の領域を囲み、該第３のガス放出領 域が内側ガス放出小領域および外側ガス放出小領域からなり、該第３のガス放出 領域の外側ガス放出小領域が該第３のガス放出領域の内側ガス放出小領域を囲み 、(i)前記内側ガス放出小領域、(ii)前記外側ガス放出小領域、および(iii)前記 第４のガス放出領域の各々がオリフィスの環からなり、該環が、それぞれ、直径 Ｄi、Ｄo、およびＤ4を有し、Ｄ4とＤoとの差が、Ｄ0とＤiとの差よりも大きい ことを特徴とする請求の範囲15記載のスート製造バーナー。 25．前記フェースブロックが、第１、第２、第３、および第４のガス放出領域を 有するバーナー面を備え、該第２の領域が該第１の領域を囲み、該第３の領域が 該第２の領域を囲み、該第４の領域が該第３の領域を囲み、該第３のガス放出領 域が内側ガス放出小領域および外側ガス放出小領域からなり、該第３のガス放出 領域の外側ガス放出小領域が該第３のガス放出領域の内側ガス放出小領域を囲み 、(i)前記内側ガス放出小領域、(ii)前記外側ガス放出小領域、および(iii)前記 第４のガス放出領域の各々がオリフィスの環からなり、前記第４のガス放出領域 のオリフィスの数が、前記内側と外側のガス放出小領域の各々のオリフィスの数 よりも少ないことを特徴とする請求の範囲15記載のスート製造バーナー。 26．前記フェースブロックが、第１、第２、第３、および第４のガス放出領域を 有するバーナー面を備え、該第２の領域が該第１の領域を囲み、該第３の領域が 該第２の領域を囲み、該第４の領域が該第３の領域を囲み、該第３のガス放出領 域が内側ガス放出小領域および外側ガス放出小領域からなり、該第３のガ ス放出領域の外側ガス放出小領域が該第３のガス放出領域の内側ガス放出小領域 を囲み、(i)前記内側ガス放出小領域、(ii)前記外側ガス放出小領域、および(ii i)前記第４のガス放出領域の各々が直径を有するオリフィスの環からなり、該内 側ガス放出小領域のオリフィスの直径が、(a)前記外側ガス放出小領域のオリフ ィスの直径と実質的に等しく、(b)前記第４のガス放出領域のオリフィスの直径 よりも大きいことを特徴とする請求の範囲15記載のスート製造バーナー。 27．前記マニホールドプレートの上流のガス運搬通路が断面積を有し、該マニホ ールドプレートのオリフィスが断面積を有し、該マニホールドプレートの上流の ガス運搬通路の断面積が、該マニホールドプレートのオリフィスの断面積よりも 大きいことを特徴とする請求の範囲15記載のスート製造バーナー。 28．前記スート製造バーナーを用いて二酸化ケイ素含有プレフォームを形成する ことを特徴とする請求の範囲15記載のスート製造バーナー。
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