JP4603541B2 - 石英ガラスから光学的な構成部分を製造するための方法ならびにこの方法を実行するための石英ガラスから成る中空円筒体 - Google Patents

Description

本発明は、規定された長さの互いに同軸的に配置されたコアロッドと中空円筒体とのアッセンブリを引き延ばすことにより、石英ガラスから光学的な構成部品を製造するための方法であって、前記アッセンブリを鉛直方向の向きで加熱区域に供給し、該加熱区域で前記アッセンブリの下端部を起点として区域ごとに軟化させ、軟化された領域から前記光学的な構成部品を下方へ向かって引き出し、この場合、中空円筒体は内孔を有していて、該内孔の下端部の領域には狭隘部を施与し、該狭隘部上にコアロッドを載置する形式の方法に関する。

さらに本発明は、上記方法を実行するための石英ガラスから成る中空円筒体であって、内孔を有しており、該内孔の端部の領域に狭隘部が設けられている形式のものに関する。

コアロッドと、このコアロッドを取り囲む少なくとも１つの中空円筒体とが同軸的に配置されたものをコラップスして引き延ばすことにより、光学的なファイバのための簡単な中実円筒体または中間製品（プリフォーム）が製造される。ファイバを引く間に、コアロッド上に中空円筒体をコラップスすることも公知である。この場合、この方法はＯＤＤ法（Overclad-During-Drawing）と言われる。全ての方法実施例においては、中空円筒体においてコアロッドを正確に同軸的にガイドし固定する必要がある。

このことを保証するために、ひいてはジャケット管にコアロッドを損傷なく導入することを保証するために、米国特許第４８１２１５４号特許明細書において提案されたプリフォームの製造法では、ジャケット管の下方領域においてくびれ部を形成し、その内径が、コアロッドの外径よりも小さくなっている。ジャケット管は鉛直方向に向けられて、下方側から窒素流がジャケット管内に通される。同時に、コアロッドがその下端部を先頭にして、ガス流に対向してジャケット管内に導入される。この場合、ガス流によりジャケット管内でコアロッドはセンタリングされ、内壁との接触が防止される。外方に向かって円錐状に減径するコアロッドの下端部が、ジャケット管のくびれ部に載置されるとすぐに、コアロッドとジャケット管とは互いに融着されて１つのプリフォームを形成する。

欧州特許出願公開第１１２９９９９号特許明細書に記載の別の方法では、コアロッドを内側のジャケットガラス管と外側のジャケットガラス管とによって同時に被覆することが提案されている。内側ジャケットガラス管と外側ジャケットガラス管の内部で同軸的にコアロッドを位置固定するために、外側ジャケットガラス管の下端部領域に加熱によりくびれ部を設ける。外側ジャケットガラス管が鉛直方向に向けられている状態で、上方から保持リングが、ジャケット管の内孔へと導入される。この保持リングはくびれ部の直径よりも僅かに大きい外径を有しているので、保持リングが上方からくびれ部の領域上に載置される。正確に水平に向けられた状態では、保持リングの中心孔によって、円錐状の下端部が設けられたコアロッドのための当接部が形成され、第１の内側ジャケット管が保持リング上に載置される。次いで両ジャケット管およびコアロッドが互いに溶着され、この場合、外側ジャケット管の内孔に真空が生ぜしめられ、維持される。

本発明の課題は、中空円筒体とコアロッドとが同軸的に配置されたアッセンブリを引き延ばすことにより高価な光学的な構成部品を製造するさらに別の方法を提供することであって、この中空円筒体には、コアロッドの位置固定のために安価に形成でき、できるだけ僅かな手間で中空円筒体におけるコアロッドの再生可能な位置固定を可能にする狭隘部が設けられている。

さらに本発明の課題は、所定の僅かな手間で製造可能な内孔の狭隘部を有している中空円筒体を提供することである。

冒頭で述べた形式の方法から出発して、方法に関する課題を解決するために本発明によれば、内孔を最終寸法となるように機械的に加工し、中空円筒体の下方の端面側の端部を軟化させ、工具に押し付け、この際、環状の突起リングを形成しながら内方に折り返すことで内孔の狭隘部を形成するようにした。

本発明の意味では、最終寸法となるように機械的に加工された中空円筒体とは、内表面が最終寸法となるように機械的に加工されて、次いでエッチングにより洗浄された円筒体とも解される。均等なエッチングプロセスにより、中空円筒体のジオメトリックな最終形状の主要な変更（例えば横断面の湾曲または楕円性）は生じない。

本発明によれば、中空円筒体の下端部の可塑変形により内孔の狭隘部が生じる。このために、中空円筒体の端面側の下端部は軟化され、環状の突起リングを形成しながら工具によって押圧され、この場合、内側に折り返される。狭隘部は、石英ガラスの粘性、工具の形状、押圧力に応じて調節される。このようなパラメータを維持することにより、内孔の狭隘部は大きな手間なく再現可能に形成することができる。

工具が、内孔内に突入する型部分を有しており、折り返された石英ガラスが前記型部分に、環状の突起リングを形成しながら当接するならば、狭隘部の形状及び大きさの再生可能な調節に関して特に有利である。

内側に折り返された軟化された石英ガラスは型部分に密着するので、内孔内に突入する型部分の外輪郭が、形成される狭隘部の内輪郭を規定する。

最も簡単な例では、型部分が、中空円筒体の内孔内に突入する円錐面を有している工具を使用する。この場合、狭隘部の内径は、円錐面のジオメトリ、内孔への円錐面の進入深さ、軟化した石英ガラスの円錐面への当接により規定される。円錐面は例えば尖端部または切頭円錐として形成されている。

これに対して選択的に、型部分が中空円筒体の内孔内に突入するピンとして形成されていて、該ピンの外径が、成形すべき突起リングの内径に相当するような工具を使用する。

この場合、狭隘部の内径は、円筒状のピンの外径によって生じ、即ちピンの進入深さとは無関係であるので、前述した方法実施例と比べて、高い再現可能性を得るために僅かな手間しか必要としない。

前記工具がリング溝を有していて、該リング溝の外径が中空円筒体の外径に相当し、内径が突起リングの内径に相当するならば、再生可能性に関してさらに改善される。

工具のリング溝の幅は、端部側で折り返された中空円筒体の壁厚さよりも大きい。リング溝の外側の制限部は、中空円筒体の外径にほぼ相当する。リング溝の内側の制限部は、内孔に突入するピンの外周によって形成される。リング溝は、狭隘部を形成するための変形プロセスの際に可塑的に変形する石英ガラスのための片側で開かれた型を成している。従って簡単に、このような変形過程の所定の結果が保証される。

中空円筒体と工具は、プロパンバーナ、酸水素ガスバーナ、プラズマバーナによって、石英ガラスが軟化する温度にまで加熱される。バーナによる上記石英ガラス部分の加熱は、エネルギ入力を迅速かつフレキシブルに変更することができ、狭い領域に制限できるという利点を有している。

しかしながら有利には、中空円筒体と工具とは１つの炉で石英ガラスが軟化する温度にまで加熱される。

１つの炉では、規定された温度および均一な温度分布を比較的簡単に調節することができる。従って、１つの炉における中空円筒体と工具の加熱は、狭隘部を形成するための方法の再現可能性を改善する。

工具がグラファイトまたは炭素繊維強化炭素から成っていることも記載されている。これらの材料は、高い耐熱性と、石英ガラスとの接触における僅かな濡れ性を特徴としており、この材料製の工具は変形過程後に石英ガラス中空円筒体から容易に分離することができる。工具と、中空円筒体の軟化された端面側の端部が中空円筒体の長手方向軸線を中心として互いに相対的に回転することによりさらに改善される。

これにより半径方向で均一な温度分布が得られ、このことは半径方向対称的な狭隘部の形成を容易にする。このことはさらに、本発明による方法の再現可能性に良好に作用する。

さらに、中空円筒体の軟化された端面側の端部に工具によって、外方に向かって減径する外側コーンを成形することが記載されている。

このように予め成形された中空円筒体の下端部は、第１の近似で玉ネギ形状を有しており、このように成形された端部はリング状の加熱区域からの導出し易く、また締め付け部材の形成が容易にされるので、管引きプロセスが簡単になる。

特に、高い純度が重要である使用のためには、有利には、石英ガラス管の形の工具を使用し、石英ガラス管を、中空円筒体の端面側の端部に、突き合わせ部として溶着する。

中空円筒体と石英ガラス管が溶融する際の圧力により、中空円筒体の内壁に環状に突起リングが形成される。

さらに上記課題を解決するために、冒頭で述べた方法を起点として本発明によれば、内孔を最終寸法となるように機械的に加工し、下端部の領域における機械的な加工の際に、内孔の長手方向軸線を中心とする環状の、内方へと突出するカラーを形成することで内孔の狭隘部を形成する。このような方法では、中空円筒体の内孔が最終寸法となるように機械的に加工される。特に穴開け加工および旋削、付加的にはホーニングといった機械的な加工により、公知の旋削法と、そのために適した市販の装置とを使用して、１００ｍｍよりも大きな外径と２ｍよりも大きな長さを有した石英ガラス素材を、正確に円形の横断面を有し１／１０の範囲の僅かな寸法誤差を有しているまっすぐな中空円筒体内に製造することができる。

このような方法でも、中空円筒体の内孔は最終寸法となるように機械的に加工される。内孔の定義、内孔への貫通案内、機械的な加工により生じる利点については上記説明を参照されたい。これはこの方法のためにも同様に当てはまる。

本発明によれば、中空円筒体内孔の下端部の領域における機械的な加工際に、内部に突出し内孔を取り囲む環状のカラーが形成される。これは最も簡単には、内孔の端部の手前で機械的な加工を停止させることにより行われる。これにより、もともとの内孔の領域は、段部の形状で残される。カラーは通常、環状の方形段部として形成されている。カラーの内壁の機械的な加工により、所定の高さと形状をもったカラーが形成される。

この方法は一方では、中空円筒体の機械的な加工を行う１つの作業工程で狭隘部を形成し、従って時間とコストのかかる加熱変形ステップはこのために必要ないことを特徴としている。機械的な加工により僅かな手間で、高い寸法精度のカラーが得られ、ひいては、石英ガラスから成る品質的に高価な光学的な構成部分を成形するために必要であるように、カラー上にコアロッドを規定通りに支承することができる。

この場合、内孔の内径の０．０５倍〜０．３２倍、有利には、内孔の内径の０．１〜０．２倍の最大の高さを有する環状のカラーを形成すると有利であることがわかった。

上記の下限以上の最大の高さを有するカラーにより、コアロッドの滑脱または傾きが防止される。この場合、その外径が、中空円筒体内径の０．９倍程度のコアロッドを前提としている。他方では、高い純度を得るために、コアロッドと中空円筒体との間のリングギャップにコラップス直前までガスを注入することが所望される。ガスの注入は、できるだけ大きな自由な貫流横断面により容易にされる。カラーの最大の高さは、カラーの外側の内孔の半径と内孔の最小の半径との差に相当する。段形状におけるカラーでは最大の高さは段高さに相当する。

長手方向軸線の方向で見て、１５〜４０ｍｍの延在、有利には３０ｍｍ以下の延在を有する環状のカラーを形成すると有利であることがわかった。

中空円筒体の、カラーが設けられた端部は、石英ガラス構成部分の製造後に捨てられる。中空円筒体の長手方向軸線の方向でのカラーの延在のために規定された領域は、カラー上に位置するコアロッドの重量に関してカラーの十分な耐荷重性と、できるだけ僅かな材料損失との間で適当な妥協点を成している。

有利には、下端部に向かって減径する内側コーンを有するカラーを形成する。

内側コーンは、内孔におけるコアロッドのセンタリングのために利用され、引っ張りプロセスを安定化させる。

特に有利な本発明による方法では、その内孔が、機械的な最終寸法加工の前に下端部の領域において段状の狭隘部を有している中空円筒体を使用する。

段状の狭隘部はこの場合、多孔質の中空円筒体の素材を形成しながら、ＳｉＯ２粒子を、長手方向軸線を中心として回転する縦長の支持体上に堆積させ、次いでこの素材をガラス化することにより中空円筒体を製造することにより完全にまたは部分的に形成される。この場合、段状の狭隘部はＳｉＯ_２粒子の堆積の際に内孔を成形することにより形成される。このために２つの手段がある。１つには、支持体が、素材端部の領域において、対応する段状の狭隘部を有している。他方では石英ガラスから成るスリーブが支持体上に被せ嵌められていて、このスリーブは、形成された素材の端部領域に堆積する際に埋め込まれ、ガラス化後に中空円筒体の組み込まれた構成部分を形成し、中空円筒体の段状の狭隘部を形成する。

段状の狭隘部は、内側に向かって突出するカラーまたはその一部を形成している。中空円筒体の段状の狭隘部をいわゆる「スート法」による製造プロセス中に予め形成することにより、カラーの最小高さの形成のためには、内孔の長さにわたって僅かな「材料」を削り取れば良いという利点が得られる。

更に有利には、段状の狭隘部が少なくとも部分的に既に多孔質の素材（スート体）内に存在しており、これにより素材は、洗浄、ドーピング、ガラス化のためのさらなる加工のためにこの段部で保持される。

さらに上記課題を解決するために、冒頭で述べた方法を起点として本発明によれば、その長さが中空円筒体の長さの数倍に相当する粗円筒体を準備し、その孔を最終寸法となるように機械的に加工し、粗円筒体の孔を、粗円筒体の端面側の端部に対して、少なくとも前記中空円筒体の長さに相当する間隔を有しているコラップス区域で加熱し、この場合部分的にコラップスし、次いで粗円筒体をコラップス区域の領域で分離するようにした。

このような方法では、粗円筒体の内孔が機械的な加工により最終寸法にされる。内孔の規定と、貫通案内と、機械的な加工により生じる利点に関しては、この方法にも同様に当てはまる中空円筒体の機械的な加工についての上記記載を参照されたい。

本発明によれば、中空円筒体の内孔の狭隘部は、中空円筒体の長さの数倍の長さを有する粗円筒体に、可塑的に変形する区域を、内孔を部分的にコラップスすることにより形成することにより形成される。可塑的に変形するこのような区域は、粗円筒体の端面側の端部から、少なくとも中空円筒体の所定の長さに相当する間隔をおいた個所に設けられている。最も簡単な例では、コラップス区域は、中空円筒体の２倍の長さを有している粗円筒体の真ん中に設けられている。１つの中空円筒体の４倍の長さを有する粗円筒体では、狭隘部は下から１／３のところと上から１／３のところとに設けられていて、これにより４つの中空円筒体が得られる。コラップスにより狭隘部を形成した後、粗円筒体は、コラップス区域の領域で又はコラップス区域で分離される。これにより、このように得られた円筒部材は分離箇所の両側に狭隘部を有していて、本発明の意味での中空円筒体として使用される。

この方法実施例はいくつかの利点を有している。１つには、１つの作業工程（コラップスと分離）により、内孔の適当な狭隘部を備えた２つの中空円筒体が得られる。また１つには、このように形成された中空円筒体の、狭隘部が設けられた下端部が、コラップスステップにより玉ネギ状に形成されていて、このことは中空円筒体を規定通り使用する際に引き締め過程を容易にする。さらに、コラップスにより狭隘部が得られるので、工具による汚れが回避される。

有利な方法形式では、粗円筒体が、端面側で互いに結合された少なくとも２つの出発円筒体から成っていて、当接区域の領域で突き合わせ部の形で接合されており、粗円筒体の加熱および部分的なコラップスを前記当接区域の領域で行う。

取付区域の領域における粗円筒体の加熱および部分的なコラップスにより内孔の狭隘部が形成され、この狭隘部は分離過程後に、中空円筒体のそれぞれ１つの端面側の端部に位置する。

有利にはこの場合、少なくとも１つの出発円筒体が当接区域の領域で減じられた壁厚さを有している。

少なくとも１つの出発円筒体における壁厚さが減じられていることにより、一方ではコラップス区域の位置を正確に規定することができ、他方では玉ネギ形状を有した下端部の構成が強化される。

特にこれに関して、減じられた壁厚さの領域が円錐状の減径部として形成されているならば、本発明による方法はさらに改善される。

粗円筒体の内孔の狭隘部は、粗円筒体を鉛直方向で環状の加熱エレメント内に懸架した状態でコラップス区域の領域で軟化させ、固有重力の影響下で引き延ばすことにより得られる。

このような方法により、相応に長い粗円筒体における継続的な狭隘部の形成が可能である。

これに対して選択的にまたは補完的に、円筒体外周面を有しており、該外周面に、コラップス区域の領域における加熱とコラップスの前に、半径方向環状の切り込みが設けられた粗円筒体を使用する。

半径方向環状の切り込みによる規定により、狭隘部の正確な位置決めが行われ、より良好な再生可能性に貢献する。

コラップスの際に孔内に、円筒周面の外側にかけられる圧力よりも低い圧力を生ぜしめると有利である。

粗円筒体の孔における負圧はコラップス過程を加速し、コラップス過程の際に内部に作用する付加的な力を生ぜしめる。これにより、狭隘部の規定されていない形状と位置をもたらす恐れのある、他の方法パラメータの偶然的な変動が相殺される。その限りでは、粗円筒体の孔における負圧も、本発明による方法の良好な再現可能性に寄与する。

本発明による方法の前述した全ての実施例では、石英ガラス構成部分の製造が、コアロッドを中空円筒体の内孔に取付け、この場合、鉛直方向に方向付けて、内孔に形成された狭隘部に当接させることにより行われる。コアロッドと中空円筒体とが同軸的に配置されたアッセンブリは所定の区域ごとに軟化され、この場合、中実ロッド、プリフォーム、ファイバを形成するように引き延ばされる。

コアロッドは、半径方向で均一な、または半径方向で不均一な屈折率分布を有した石英ガラスロッドである。通常はコアロッドは、比較的高い屈折率を有したコアガラスから成っていて、このコアガラスは比較的低い屈折率を有したジャケットガラスによって取り囲まれている。コアロッドは一体に形成されているかまたは、中空円筒体の内孔内に互いに重ねられて配置されている複数の短いコアロッド部材から成っていて良い。ジャケットガラスはコアロッドと一体の構成部分であるか、又は完全にまたは部分的に、石英ガラスロッドを取り囲む単数又は複数のジャケットガラス管として形成される。このような場合、コアロッドは石英ガラスロッドと単数又は複数のジャケットガラス管とが同軸的に配置されたものから成っている。コアロッドの外径とは、この場合、外側のジャケットガラス管の外径と解される。

コアロッドは中空円筒体の内孔の内側に導入され、その内部に形成された狭隘部によって軸方向で位置固定されている。内孔の内側には、コアロッドのみ、または、場合によっては内孔の狭隘部によって軸方向で位置固定することができる単数又は複数のジャケットガラス管によって取り囲まれたコアロッドが位置している。

光学的な構成部分は、光学的なファイバのための中実ロッドまたはプリフォームまたは光学的なファイバである。

内孔の機械的な加工は、通常、内孔の狭隘部を形成する方法ステップの前に行われる。

本発明による方法を実施するための石英ガラスから成る中空円筒体に関して、上記課題は、本発明によれば冒頭で述べた形式の中空円筒体から出発して、内孔が、最終寸法となるように機械的に加工された表面を有しており、狭隘部が、機械加工の際に形成される、内孔内に突入するカラーとして形成されているようにした。

本発明による中空円筒体は、１つには最終寸法となるように機械的に加工されていることを特徴とする。特に穿孔、旋削および付加的にホーニングを行う機械的な加工は、中空円筒体の全長にわたって高い寸法精度を可能にする。市販の装置によって、正確な円形横断面を有した、１００ｍｍよりも大きな外側直径を有していて、２ｍよりも長い長さを有している石英ガラス中空円筒体が製造される。この場合、１／１０ｍｍ以下の範囲の寸法誤差は生じることがある。

最終寸法となるように機械的に加工された中空円筒体とは本願では、内表面が最終寸法に機械的に加工され、次いでエッチングにより洗浄された円筒体とも理解される。均等なエッチングプロセスは、中空円筒体のジオメトリックな最終形状を損なわず、特に横断面において屈曲または楕円性を生ぜしめることはない。

本発明によれば、最終寸法となるように機械的に加工された中空円筒体は、内側に突出する環状のカラーを特徴とする。このカラーは、中空円筒体の一方の端部に形成されていて、中空円筒体のこの端部の手前で機械的な加工を停止することにより得られる。最も簡単な例では、カラーの内径は、内孔の機械的加工前の石英ガラス素材のもともとの内径に相当する。カラーの内側に向けられた制限面は加工工具の輪郭により生じる。しかしながら、例えば内径を拡大する、縁部を丸くする、縁部を削る等のためにカラーを付加的に機械的に加工することも可能である。これにより所定の高さと形状を有したカラーが得られる。

カラーは、光学的な構成部分を製造するために中空円筒体を使用する際に、中空円筒体の内孔の狭隘部として働く。この場合、中空円筒体の内孔にはコアロッドが挿入されていて、このコアロッドの下端部はカラーに載置される。

本発明による中空円筒体は、機械的加工の作業工程で狭隘部を形成することを特徴としている。これにより、時間とコストのかかる加熱変形ステップは不要になり、さらにカラーの高い寸法精度、ひいてはコアロッドの所定の支承が得られる。

この場合、環状のカラーが、内孔の内径の０．０５倍〜０．３２倍、有利には、内孔の内径の０．１〜０．２倍の最大の高さを有しているならば有利である。

上記の下限以上の高さを有するカラーにより、コアロッドの滑脱や傾動を防止することができる。この場合、中空円筒体内径の０．９倍程度の外径を有するコアロッドを前提としている。他方では、高い純度を得るために、コアロッドと中空円筒体との間のリングギャップにコラップス直前までガスを注入することが所望される。このようなガスの注入は、できるだけ大きな自由流れ横断面により容易にされる。カラーの最大の高さは、カラーの外側の内孔の半径と、内孔の最小の内径との差に相当する。段状のカラーの場合は、最大の高さは段の高さに相当する。

環状のカラーが、長手方向軸線の方向で見て、１５〜４０ｍｍの延在、有利には３０ｍｍ以下の延在を有しているならば、さらに有利であることがわかった。

中空円筒体の、カラーが設けられた端部は、石英ガラス構成部分の製造後に捨てられる。中空円筒体の長手方向軸線の方向でのカラーの延在のために規定された領域は、カラー上に位置するコアロッドの重量に関してカラーの十分な耐荷重性と、できるだけ僅かな材料損失との間で適当な妥協点を成している。

本発明の中空円筒体の特に有利な構成では、中空円筒体の狭隘部が設けられた端部が、外側コーンとして形成されている。

予め成形された中空円筒体の下端部は、第１の近似で玉ネギ形状を有しており、このように成形された端部が環状の加熱区域から出たりすることや、引き締め部材の形成が簡単であることにより管引き過程を簡単にする。

有利には、カラーが、内孔の端部に向かって減径する内側コーンを有している。

簡単な形式で円錐状の加工工具によって形成することができる内側コーンは、内孔におけるコアロッドのセンタリングに利用され、引きプロセスを安定化させる。次に本発明による方法を実施例と図面につき詳しく説明する。

以下に詳しく説明する中空円筒体は光学的なファイバを製造するために使用される。この中空円筒体はそれぞれコア領域を有しており、このコア領域は内側のジャケットガラス層と外側のジャケットガラス層とによって取り囲まれている。コア領域は５重量％の二酸化ゲルマニウムによって均一にドープされた石英ガラスから成っている。前記両ジャケットガラス層はドープされていない石英ガラスから成っており、外側のジャケットガラス層のための石英ガラスはそれぞれ中空円筒体によって形成される。

まず最初にいわゆるコアロッドがＯＶＤ法によって製造される。そのために、長手方向軸線を中心として回転する支持体上に、堆積バーナを往復運動することにより層状にスート粒子を堆積させる。この場合、堆積バーナにはＳｉＣｌ_４およびＧｅＣｌ_４が供給され、これはバーナ火炎において、酸素の存在のもとでＳｉＯ_２およびＧｅＯ_２へと加水分解される。ＳｉＣｌ_４とＧｅＣｌ_４の比は、内側層の堆積の際に、スート管の壁厚さのこの部分にわたって、所定の均一な５モル％のＧｅＯ_２濃度が生じるように調節される。コアロッドのコア領域を形成するスート層が堆積されると、堆積バーナへのＧｅＣｌ_４の供給は停止され、ドープされていないＳｉＯ_２から成る内側のジャケットガラス層が堆積される。

堆積法の終了後、支持体を取り除くとスート管が得られる。スート管には、製造に基づきもたらされたヒドロキシル基を取り除くために脱水処理を施す。このためにスート管を鉛直方向で脱水炉にもたらし、まず８００〜約１０００℃の範囲の温度で塩素雰囲気において処理する。この処理は約８時間行う。これによりヒドロキシル基濃度は１００重量ｐｐｂよりも小さくなる。このように処理したスート管を１３５０℃の範囲の温度でガラス化炉においてガラス化し、この際、内孔をコラップスする。これにより外径３０ｍｍの、所望の屈折率プロフィールを有したコアロッドが得られる。コアロッドの重量は長さに応じて１０ｋｇまでである。製造すべき１２５μｍの外径を備えた光学的なファイバではコアロッドは約８．５μｍの直径を有するコア領域を形成する。

上述したＯＶＤ法によるコアロッドの製造法とは選択的に、コアロッドはＭＣＶＤ法またはＶＡＤ法またはＰＣＶＤ法で製造される。

いずれにせよ、中空円筒体の形の外側のジャケットガラス層を形成するために別のジャケット材料が準備される。この材料はＯＤＤ法でファイバを引く際にコアロッド上にコラップスされる。中空円筒体の製造は、上述したコアロッドの製造と同様に、通常のＯＶＤ法によって行われるが、ドープ材料の付与は必要ない。支持体を取り除いたあと、スート管が得られ、スート管は記載した脱水処理が施され次いでガラス化される。

こうして得られた石英ガラス管の外壁は、周面プランジ研削もしくは周面長手方向研削によって複数の作業工程で、徐々により微細な粒度のものを使用しながら所望の外径に研削される。同様に内孔を穴あけ加工によって形成し、形状と表面特性に関して極めて精密な最終処理を得るためにホーニングによって後処理する。これにより長手方向軸線方向で延びる、正確な円形の横断面を有するまっすぐな孔が得られる。表面張力を減じ、表面処理による損傷をなくすために、石英ガラス管を、ＨＦ濃度が５〜３０％のフッ酸浴で短時間エッチングする。

このように得られた石英ガラス管は１２０ｍｍの外径と、３２．４ｍｍの内径と、２５００ｍｍの長さとを有している。壁厚さの寸法誤差（ｔ_ｍａｘ−ｔ_ｍｉｎ）は０．５ｍｍである。

石英ガラス管は適当な部分長さにされ、本発明の意味での中空円筒体として、ＯＤＤ法で光学的なファイバを製造するために使用される。このために、コアロッドと中空円筒体とが同軸的に配置されたものが鉛直方向で加熱区域へと供給され、ここで下端部が最初に、リング状の炉で区域ごとに２０５０℃の温度にまでされて軟化され、この場合、光学的なファイバが軟化された領域から引き延ばされる。引き延ばし法の開始時に、コアロッドは中空円筒体の狭隘部上に載置される。適当な狭隘部の製造については以下に図１〜図５に基づき説明する。

図１には中空円筒体１の下端部が示されている。この下端部は軟化後に、全体を符号２で示したグラファイトフレームによって可塑的に変形される。このために中空円筒体１とグラファイトフレーム２とは炉９内で１７００℃の温度にまで加熱される。次いでグラファイトフレーム２を中空円筒体１の下端部へと押し付ける。グラファイトフレーム２には環状のＶ溝３が設けられている。Ｖ溝３の最大の外径は中空円筒体１の外径よりも数ｍｍだけ大きく、内径は、中空円筒体１の内孔５へと突入するピン４によって形成される。グラファイトフレーム２は、長手方向軸線１０を中心として回転する中空円筒体１の下端部へと押し付けられる。このことは回転矢印８と方向矢印「Ｆ」（力方向）で示されている。押し付け過程の際に、軟化された石英ガラス管が内側に向かって折り返され、ピン４の円筒周面に当て付けられる。これにより、内側に向けられたカラー６が形成され、このカラー６は本発明によれば内孔５の狭隘部として働く。Ｖ溝３の傾斜した外面により、中空円筒体１の下端部は、外側円錐体７として成形される。

図２には、中空円筒体１１の下端部における内孔１５の狭隘部を製造するための選択的な方法が示されている。このために、内孔１５内へと突入する先端１８を備えたグラファイトロッド１７と中空円筒体１１とが炉９内にもたらされ、この炉９内で１７００℃の軟化温度まで軟化される。グラファイトロッド１７の先端１８を、中空円筒体の長手方向軸線１０を中心として回転する中空円筒体１１の下端面に押し付けることにより石英ガラス質量体が内方に向かって折り返され、これは内方に突出する突起１６の形状で、グラファイトロッド１７の先端１８の円錐面の周りに形成される。

図３には石英ガラス中空円筒体２１の内孔２５の適当な狭隘部の製造のための別の方法が示されている。中空円筒体２１の下方の端面側の端部には円錐状の石英ガラス管２２が当て付けられており、これは中空円筒体２１との接触個所で、中空円筒体２１とほぼ同じ外径および内径を有している。接触個所はバーナ２４によって軟化され、方向矢印「Ｆ」で示したように端面を互いに押し付けることにより、石英ガラスは圧縮され、内壁と外壁に環状の突起２３が形成される。円錐状の石英ガラス管２２はこの場合、中空円筒体２１の下端部に溶着され、その外側の形状は実際の引っ張り法の際に適当な締付補助部を形成する。

内孔３５の狭隘部を製造するための図４に示した方法では、まず２つの中空円筒体３１の各端部３２を円錐状に減径し、次いで円錐状に減径された端部３２を、このように２倍の長さの粗円筒体３３を形成しながら当接部として接合する。両中空円筒体３１の接合の際に、粗円筒体３３の内孔内に外部の圧力よりも１００ｍｂａｒ低い圧力が形成され、これにより円錐状に減径された両端部３２の領域に、ここで壁厚さが減じられていることに基づき環状の内側突出部３４が形成される。次いで両中空円筒体３１が、内側突出部３４の領域で線３６で示したように分離され、これによりこのように形成された中空円筒体３１のそれぞれに内側突出部３４の一部が残り、本発明の意味での内孔３５の狭隘部が形成される。

図５には中空円筒体４１の内孔４５の狭隘部を製造するための別の方法実施例が示されている。この場合、管ストランド４３が鉛直方向でリング炉４９に供給され、リング炉４９の内部で、管ストランド４３の約３０ｃｍの長さの部分が石英ガラスの軟化温度よりも高い温度まで加熱される。管ストランド４３の固有重量により、くびれ部４８が、ひいては内孔４５の狭隘部が形成される。くびれ部４８の領域はこの場合、くびれ部４８の下方の管ストランド４３の長さが少なくとも、中空円筒体４１の製造のために必要な長さに相当するように選択されている。くびれ部４８の領域では次いで管ストランド４３が、点線４２で示したように分離される。これによりくびれ部４８により、本発明による内孔４５の狭隘部を有している中空円筒体４１が得られる。

このように形成されたくびれ部４８の上方の管ストランド４３の部分長さも、十分な長さを有しているならば、同様に本発明の中空円筒体４１として適している。従ってこのようにして、１つの変形工程において、内孔の狭隘部を備えた２つの中空円筒体が得られる。

図６には、本発明の中空円筒体５１の構成の概略的な図が示されている。この中空円筒体５１は、その下端部に狭隘部を備えた内孔５５を有している。この狭隘部は段状に、内部に向かって突出する円錐状のカラー５２によって形成される。このカラー５２は、中空円筒体の長手方向軸線１０の方向で見て約２０ｍｍの長さを有していて、カラー４２の最大の高さ（＝１／２×（Ｄ１−Ｄ２）は約４ｍｍである。これは、内孔５５の直径Ｄ１の約０．１倍以上に相当する。この場合、その外径が内孔の０．９倍に相当するコアロッドが使用される。

環状の円錐状のカラー４２は中空円筒体５１の機械的加工の経過で得られる。この場合、円錐状の加工工具が使用され、機械的加工は、中空円筒体５１の下端部の貫通前に終了され、カラー５２を形成する領域が石英ガラスに残される。

第１の方法実施例において、グラファイト工具を使用して可塑変形により石英ガラス中空円筒体の端部に狭隘部を形成する方法ステップを示す図である。 第２の方法実施例において、グラファイト工具を使用して可塑変形により石英ガラス中空円筒体の端部に狭隘部を形成する方法ステップを示す図である。 石英ガラス工具を使用して可塑変形により石英ガラス中空円筒体の端部に狭隘部を形成する方法ステップを示す図である。 変形させながら２つの中空円筒体の端面を接合することにより狭隘部を形成する方法ステップを示す図である。 自重の作用下で内孔をコラップスすることにより石英ガラス粗円筒体の真ん中に狭隘部を形成する方法ステップを示す図である。 機械的に加工された内孔を備えた本発明による中空円筒体の一部を示す縦断面図である。

Claims (11)

1. 規定された長さの互いに同軸的に配置されたコアロッドと中空円筒体とのアッセンブリを引き延ばすことにより、石英ガラスから光学的な構成部品を製造するための方法であって、前記アッセンブリを鉛直方向の向きで加熱区域に供給し、該加熱区域で前記アッセンブリの下端部を起点として区域ごとに軟化させ、軟化された領域から前記光学的な構成部品を下方へ向かって引き出し、この場合、中空円筒体は内孔を有していて、該内孔の下端部の領域には狭隘部を施与し、該狭隘部上にコアロッドを載置する形式の方法において、
   内孔（５）を最終寸法となるように機械的に加工し、中空円筒体の下方の端面側の端部を軟化させ、工具（２，１７，２２）に押し付け、この際、環状の突起リング（６，１６）を形成しながら内方に折り返すことで内孔（５）の狭隘部を形成することを特徴とする、石英ガラスから光学的な構成部品を製造するための方法。
2. 工具（２，１７）が、内孔（１５）内に突入する型部分（４，１８）を有しており、折り返された石英ガラスが前記型部分（４，１８）に、環状の突起リング（６，１６）を形成しながら当接する、請求項１記載の方法。
3. 中空円筒体（１）と工具（２，１７，２２）とを１つの炉（９）において、石英ガラスが軟化する温度にまで加熱する、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記型部分（１８）が、中空円筒体（１１）の内孔（１５）内に突入する円錐面を有している工具（１７）を使用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記型部分（４）が中空円筒体（１）の内孔（５）内に突入するピンとして形成されていて、該ピンの外径が、成形すべき突起リング（６）の内径に相当するような工具（２）を使用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記工具（２）がリング溝（３）を有していて、該リング溝の外径が中空円筒体（１）の外径に相当し、内径が突起リング（６）の内径に相当する、請求項５記載の方法。
7. 工具（２，１７）がグラファイトまたは炭素繊維強化炭素から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 工具（２，１７）と、中空円筒体（１，１１）の軟化された端面側の端部とを中空円筒体長手方向軸線（１０）を中心として互いに相対的に回転させる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 中空円筒体（１）の軟化された端面側の端部に工具（２）によって外側円錐体（７）を成形する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 石英ガラス管（２２）の形の工具を使用し、石英ガラス管を、中空円筒体（２１）の端面側の端部に、突き合わせ部として溶着する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 光学的なファイバのための中実ロッドまたはプリフォームまたは光学的なファイバを製造する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。

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