JP4809348B2 - 石英ガラスから成る光学的なコンポーネントを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気可能な内孔を有する石英ガラスジャケットチューブにより包囲されているコアロッドを有する同軸的な配置構造を、鉛直方向で加熱ゾーンに供給し、加熱ゾーン内で部分的に軟化し、かつ引出し部の形成下で引き伸ばして石英ガラスコンポーネントにする、石英ガラスから成る光学的なコンポーネントを製造する方法に関する。

石英ガラスコアロッドと、石英ガラスコアロッドを被覆する、石英ガラスから成る外側のジャケットチューブとから成る同軸的な配置構造をつぶして引き伸ばすことにより、光学的なコンポーネントが、光学繊維のための中間生産物（プリフォームまたは単純な中実円柱）の形で製作されるか、または直接的に光学繊維の形の最終生産物の形で製造される。

ＵＳ６４６０３７８Ｂ１号明細書から、冒頭で述べた類の方法が公知である。その際、コアロッドは同時に内側のジャケットチューブと外側のジャケットチューブとにより鉛直方向の配置で延伸プロセスの枠内で被せられる。コアロッドはその上側の端部で、石英ガラスから成るホルダに溶着されている。外側のジャケットチューブの内孔内でコアロッドを固定するために、ジャケットチューブにはその下側の端部の領域に挿通部が設けられている。挿通部は保持リングのための台架として役立つ。保持リングは、鉛直に方向付けられた外側のジャケットチューブにおいて、上からジャケットチューブの内孔に導入される。保持リングは、外側のジャケットチューブの内径よりも小さく、ただし挿通部の内径よりも若干大きな外径を有している。その結果、保持リングは上から挿通部の領域に載置される。保持リングの中心孔を通して、コアロッドの、円錐形に形成された下側の端部の一部が延在している。その結果、保持リングはコアロッドをセンタリングするための固定手段および軸方向のストッパを形成する。さらに、第１の内側のジャケットチューブは端面側で保持リングに載置されている。

保持リングにより互いに固定される石英ガラス構成部分は引き続いてその上側の端部で互いに溶着される。その際、外側のジャケットチューブの内孔内には真空が形成され、維持される。このために、内側のジャケットチューブと外側のジャケットチューブとの間のギャップをシールするために、石英ガラスリングが必要である。石英ガラスリングはさらに配置構造の上側の領域で構成部分を互いに固定するために貢献する。上側の構成部分端部の溶着のために、付加的な加熱プロセスが必要である。その際に発生する、目標ジオメトリからのずれは以後修正されることができない。

高品質の光学的なコンポーネントの再現可能な製造は、この方法では、延伸プロセス前のコアロッドおよびジャケットチューブ相互の正確な同軸的な配置および固定を保証するために、大きな製造手間および時間を必要とする。

さらに、延伸プロセス中の上側のコアロッド端部の固定的な案内および保持が、引き出したいコンポーネントの目標ジオメトリの遵守を困難にすることが判っている。上側のコアロッド端部に所定の可動性を許可する保持は、延伸プロセス中の、製造したいコンポーネントのより良好な寸法精度に至る自動調心を可能にする。ただし、この方法における欠点は、ルーズに内孔内に配置されたコアロッドが延伸プロセス時にその重量のために下方に押され、オニオンと呼ばれる引出し部（Ｚｉｅｈｚｗｉｅｂｅｌ）の、軟化された石英ガラス材料を変形させ、それどころか石英ガラス材料を突き破ることにある。さらに、下方に押されるコアロッドの結果として、クラッド材料に対するコアロッド材料の相対的なリッチ化が発生する。このことはいわゆる「ｂ／ａ比（クラッド直径とコア直径との比）」の変化に至る。ｂ／ａ比は光学繊維およびプリフォームの特に重要な特性値であり、一般に、目標値からの極めて僅かなずれしか許容されることができない。

確かに、ジャケットチューブの内孔内に負圧を印加することにより、コアロッドの下降を防止することはできるものの、外側で大気圧が引出し部にかかるとき、内孔内の圧力に対して１バールの最大の圧力差が生じる。コアロッド材料の比重および引出し部の具体的な形状に依存して、１バールの最大の圧力差により、約３ｍよりも長い長さを有するコアロッドはもはや確実に保持され得ない。ただし、製造法の経済性を改善するために、より長いコアロッドの使用が望まれる。

本発明はそれゆえ、コアロッドとジャケットチューブとから成る同軸的な配置構造の延伸による高価値の光学的なコンポーネントの製造を、高い経済性を伴って可能にする最も簡単かつ安価な方法を提供することである。

この課題は、冒頭で述べた方法から出発して、本発明により、内孔内にルーズに上下に配置された少なくとも２つのコアロッド片から成り、上側のコアロッド片の重量が、ジャケットチューブの、引出し部の上側に設けられた保持または支持領域で除去されるようになっているコアロッドを使用することにより解決される。

本発明による方法は以下の観点で特徴付けられる：
１）引出し部の言及に値するほどの変形および「ｂ／ａ比」の変化が生じることなく、できるだけ長いコアロッドを使用することができるようにするために、２つの手段が不可欠である。１つの手段は、長手方向で分割されたコアロッドを使用することである。長手方向で分割されたコアロッドは、内孔内にルーズに上下に配置され、その間にギャップが残されていることができる少なくとも２つの部分片（コアロッド片）から成っている。それにより、少なくとも１つの上側のコアロッド片の重量を引出し部とは別の箇所、つまりジャケットチューブに除去することが可能である。このために、ジャケットチューブは引出し部の上側に保持または支持領域を有している。上側のコアロッド片は支持領域に直接的または間接的に支持されるか、または保持領域に直接的または間接的に懸装された状態で保持される。

コアロッドは長手方向片に分割されている。下側のコアロッド片はそれゆえ、延伸プロセスの開始からジャケットチューブの内孔からの脱落を阻止するために、独自の固定手段を必要とする。

個々のコアロッド片の長さは、その都度の保持または支持領域が延伸プロセスの経過中に溶融されているとき、その重量がなお、内孔内に形成される負圧の結果として確実に保持され得るように設計されている。コアロッドのセグメント化により付加的な利点が生じる。１つには、短いコアロッドセグメントが、長いものよりも簡単かつ経済的に製作されることができ、選択された残片が使用されることができ、かつ理想的な円柱ジオメトリからの不可避のずれおよび寸法公差の考慮の下、ジャケットチューブ内への短いコアロッド片の導入がより簡単であり、それゆえより狭いギャップの遵守を許可する。

コアロッド重量の一部をジャケットチューブに除去した結果、本発明による方法では、コアロッドとジャケットチューブとから成る配置構造が概して、背景技術において最大で実現可能な長さの数倍の長さを有することができる。
２）さらに、コアロッドはジャケットチューブの内孔内にルーズに配置されている。すなわち、コアロッド片は傾倒または旋回運動または側方への運動のための所定の自由度を有しており、延伸プロセス中の自動調心を可能にする。

同軸的な配置構造において、コアロッドは単数または複数のジャケットチューブにより包囲されている。「ジャケットチューブ（Ｈｕｅｌｌｒｏｈｒ）」とは、上側のコアロッド片の重量が最終的に除去される、つまり本発明の意味での保持または支持領域を有するクラッドチューブ（Ｍａｎｔｅｌｒｏｈｒ）のことである。ジャケットチューブはコアロッドを直接包囲するか、またはジャケットチューブとコアロッドとの間に、単数または複数の別のクラッドチューブが存在する。重要なのは、ジャケットチューブがその重量でもって引出し部を負荷しないことである。

コアロッドはジャケットチューブの内孔内に配置されている。内孔は排気可能である。その際、真空装置のための接続箇所は本発明の思想の実施にとって重要でなく、それによりジャケットチューブの内孔の外に位置していてもよい。

本発明の意味での上側のコアロッド片は、その重量がジャケットチューブの保持または支持領域で除去されるようになっており、別の下側のコアロッド片の上側に存在するコアロッド片である。上側のコアロッド片は、コアロッドの最上位のコアロッド片であるか、または最上位のコアロッド片の下側に配置されたコアロッド片である。

本発明による方法は、寸法安定の光学的なコンポーネント（ロッド、プリフォーム、繊維）の、比較的高い歩留まりを伴った再現可能な製造を、大きな長さのコアロッドおよびジャケットチューブの使用により可能にする。

方法の第１の有利なバリエーションでは、上側のコアロッド片が保持または支持領域に懸装された状態で保持される。

懸装された状態での保持は、内孔内での上側のコアロッド片の所定の位置の遵守を簡単化する。保持または支持領域はこの場合一般に、上側のコアロッド片の上側の端部に配置されており、その結果、保持または支持領域は、同軸的な配置構造の部分的な溶融時、その保持機能を長く維持する。

有利には、上側のコアロッド片がその上側の端部に外向きフランジを有しており、外向きフランジがジャケットチューブの上側の端面に載置されている。

保持または支持領域はジャケットチューブの上側の端面により形成され、その際、上側のコアロッド片は間接的に別の構成部分を介してまたは直接的にジャケットチューブの上側の端面に支持される。上側のコアロッド片にはその際外向きフランジが設けられており、外向きフランジはジャケットチューブの上側の端面上に係合する。内孔内、特にコアロッドとジャケットチューブとの間のリングギャップ内での負圧の印加および維持を保証するために、外向きフランジは有利にはガスを通す開口を有している。

これに対して択一的にかつ同様に有利には、上側のコアロッド片の上側の端部に保持体が係合し、保持体がジャケットチューブの壁に支承されている。

保持体は上側のコアロッド片の上側の端部に溶着されているか、この中に埋設されているか、またはコアロッド片の孔を通して延在している。重要なのは、保持体がジャケットチューブに支持されていることである。最も簡単な事例では、保持体が、ジャケットチューブの壁およびコアロッドを通して延在する石英ガラスピンである。

方法の両バリエーションは、上側のコアロッド片またはジャケットチューブを加熱変形する手段なしに済むか、または仮に必要であっても僅かで済む。石英ガラスピンを通すための孔の形成は冷間の状態で（加熱変形なしに）実施されることができる。上側のコアロッド片はその際、延伸時の自動調心を可能にする所定の運動自由度を維持することもできる。

懸装された状態での支承に対して択一的にまたは補足的に、上側のコアロッド片が保持または支持領域に支持されても有利であることが判っている。

懸装された状態での支承における弱点は、保持したいコアロッド片における上側の端部の機械的な強度である。支持された状態での支承の場合、上側のコアロッド片の破損の可能性は排除される。

この場合、保持または支持領域がジャケットチューブの内孔の狭窄部の形で形成されており、上側のコアロッド片が間接的または直接的に内孔の狭窄部に載置されていると有利である。

ジャケットチューブはワンピースで製作されているか、または２つ以上のジャケットチューブ片から構成されている。重要なのは、ジャケットチューブの内孔の少なくとも１つの狭窄部が設けられていることである。狭窄部は本発明の意味での保持または支持領域として役立つ。狭窄部は、その上に上側のコアロッド片が直接的に、または間接的に、ジャケットチューブの内孔内に配置された別の構成部分を介して載置されているように構成されている。それゆえ、上側のコアロッド片の重量は狭窄部を介してジャケットチューブで除去される。その結果、この重量は、延伸時に形成される引出し部に作用しない。狭窄部は例えば内孔の段階状または円錐形のテーパ部により生ぜしめられるか、またはジャケットチューブの壁を通して内孔内に突入する支持体により生ぜしめられる。狭窄部の下側には、下側のコアロッド片またはその一部が延在している。

狭窄部の領域で、コアロッドは上側のコアロッド片と下側のコアロッド片とに分割されている。上側のコアロッド片が狭窄部に支持されている一方、狭窄部は同時に下側のコアロッド片のために、浮動に抗する受けとして役立つことができる。このことについては後でより詳細に説明する。

特に、狭窄部がジャケットチューブの環状のインナビードとして形成されている方法バリエーションが有利である。

環状のインナビードは機械的に特に安定であり、その上に間接的または直接的に載置されるコアロッド片の滑動を阻止する。内孔のシール性に関する問題はその際存在しない。

さらに、インナビードは特に、有利な方法バリエーションのように、ジャケットチューブが管片の突合せ溶接により形成され、その際同時に、狭窄部が（有利にはインナビードとして）溶接時に突合せ箇所の領域に形成されると、特に簡単に製作されることができる。

特に有利な方法バリエーションでは、上側のコアロッド片が下側のコアロッド片に間接的または直接的に載置され、下側のコアロッド片の重量が保持または支持領域で除去される。

この事例で、保持および支持領域は同時に下側のコアロッド片および上側のコアロッド片の支承または保持のために役立ち、このことは製作手間を減じる。上側のコアロッド片は下側のコアロッド片上に間接的または直接的に立っており、そのために特別な加工を必要としない。

その際、下側のコアロッド片が保持または支持領域に懸装された状態で保持されると特に有利である。

保持または支持領域が例えばジャケットチューブの上側の端面の形で形成されており、この端面が下側のコアロッド片の外向きフランジにより係合されるか、または下側のコアロッド片が、ジャケットチューブの壁を通して延在し、下側のコアロッド片の上側の端部に係合する支持体に懸装される。延伸プロセス中の配置構造の部分的な軟化時、この領域は、下側のコアロッド片が短くなり、下側のコアロッド片の残された重量がそれゆえ僅かとなる時点で初めて軟化する。重要なのは、上側のコアロッド片が下側のコアロッド片に支持され、それにより両コアロッド片の完全な重量が引出し部を負荷しないようになっていることである。

ルーズにジャケットチューブの内孔内に配置された上側のコアロッド片において、延伸プロセス時、「浮動（Ａｕｆｓｃｈｗｉｍｍｅｎ）」が発生し得る。浮動とはこの場合、引張り方向とは逆向きの、個々のコアロッド片の上昇運動と解される。浮動は、軟化したばかりのコアロッド片が僅かな重量と上方への遊びとを有しているときに発生し得る。この効果は引出し部内のコアロッド材料の相対的な欠乏、ひいてはそれに由来する、引き出されるコンポーネントのｂ／ａ比の変化に至る。このことを回避するために、本発明による方法では、有利には、延伸時のコアロッド片の浮動に抗する少なくとも１つの手段が設けられている。

その際、浮動に抗する手段が内孔の狭窄部により形成されると特に有利である。

この事例で、ジャケットチューブの内孔の狭窄部は同時に上側のコアロッド片のための支持部として、かつ狭窄部の下側に配置され、その際完全に狭窄部の下側に存在する別のコアロッド片の浮動に抗する受けとして役立つ。

本発明による方法の特に有利なバリエーションでは、同軸的な配置構造が、コアロッドを包囲し、保持または支持領域を備えたジャケットチューブを形成する内側円筒と、内側円筒を包囲する外側円筒とを有している。

内側円筒はこの事例では上側のコアロッド片のための保持または支持領域を有しており、独自の支承手段を有している。一般に、内側円筒は外側円筒よりも小さな壁厚さを有している。このことは、保持または支持領域の、例えばガラス吹き作業による形成を簡単化する。

この関連において、内側円筒が狭窄部を有していると特に有利であることが判っている。

少なくとも１つの狭窄部、例えばインナビードの形の狭窄部は、比較的壁の薄い内側円筒において、一般に壁の厚い中空円筒として存在する外側円筒よりも簡単かつ安価に製作される。

さらに、上側のコアロッド片が内側円筒の保持または支持領域に懸装された状態で保持されると有利である。

さらに上で既述したように、このために上側のコアロッド片が例えば外向きフランジを有しており、外向きフランジが内側円筒の上側の端面上に係合する。また、少なくとも１つの保持装置が設けられており、保持装置が上側のコアロッド片を保持し、内側円筒に支持される。この保持装置は、最も簡単な事例では、内側円筒の壁およびコアロッドを通して延在する石英ガラスピンの形の保持体である。

同軸的な配置構造が、コアロッドを包囲する内側円筒と、内側円筒を包囲する外側円筒とを有する別の方法では、外側円筒が、保持または支持領域を備えたジャケットチューブを形成する。

外側円筒にはこの場合、上側のコアロッド片の重量だけでなく、内側円筒またはその一部の重量が除去される。

コアロッドは製造したい光学的なコンポーネントのコア領域のための石英ガラスを成し、その製作は特に時間、材料ひいてはコストのかかるものである。コアロッドの製作後、それゆえ、光学的な特性の変化またはそれどころかコアロッドの損失に至り得る後処理、特に加熱処理はできるだけ回避されなければならない。有利な方法バリエーションでは、内側円筒が、少なくとも１つの下側の長手方向セグメントおよび１つの上側の長手方向セグメントから形成されており、上側の長手方向セグメントがその下側の端部に、狭窄した内孔を有しており、狭窄した内孔に上側のコアロッド片が載置されていることにより、上側のコアロッドは手間のかかる加工手段なしに内側円筒内に固定されることができる。

この方法では、コアロッドと同様に、ルーズに上下に配置された長手方向セグメントから成る内側円筒が設けられている。これらの長手方向セグメントのうちの少なくとも１つは、その内孔が、狭窄部上に載置されるコアロッド片の外径よりも小さいか、中間片を介した狭窄部へのコアロッドの間接的な載置の事例では、この中間片の外径よりも小さい内径を有する狭窄部を有していることにより、コアロッド片の保持および固定のためにも役立つ。内孔の狭窄部は、一般に壁の薄い内側円筒において簡単に製作されることができる。内孔のこの種の狭窄部は例えば最下位のコアロッド片の当初の固定のためにも適している。

当該の長手方向セグメントはジャケットチューブ（外側円筒）の保持または支持領域に支持されるか、またはそこに懸装された状態で保持される。

有利には、保持または支持領域が外側円筒の内孔の狭窄部の形で形成されており、狭窄部に内側円筒の上側の長手方向セグメントがその下側の端部でもって載置されている。

この関連において、ジャケットチューブのその一般的な形状についての相応の構成に関する上記説明を参照されたい。上記説明は外側円筒における狭窄部の形成のためにもやはり当てはまる。特に外側円筒における狭窄部の形成は、最も簡単な事例でコアロッドも内側円筒も機械的な作業またはガラス吹き作業を必要としないという利点を有している。

特に適したバリエーションでは、上側のコアロッド片が内側円筒内に固定されており、内側円筒がその上側の端部に外向きフランジを有しており、外向きフランジが保持または支持領域上に係合する。

内側円筒は一体的に形成されているか、複数の長手方向セグメントから成っている。いずれにせよ、内側円筒の、上側のコアロッド片を包囲する部分は、外向きフランジを備えた上側の端部を有しており、外向きフランジは、外側円筒に形成された保持または支持領域、例えば外側円筒の上側の端面の形の保持または支持領域上に係合する。内側円筒内で上側のコアロッド片が保持される。上側のコアロッド片の重量はそれにより間接的に内側円筒を介して外側円筒に伝達される。内側円筒内での上側のコアロッド片の固定は例えば上記手段（内側円筒の内孔の狭窄部、内孔を通して延在する支持体における保持または懸装された状態での保持、内側円筒上に係合する外向きフランジを備えた上側のコアロッド片端部の形成）により実施される。内側円筒の外向きフランジは有利には、内側円筒と外側円筒との間のリングギャップ内での負圧の印加および維持を妨げないように形成されている。

当初、下側のコアロッド片はジャケットチューブの内孔から脱落しないようになっていなければならない。相応の保持機能が延伸プロセス時の軟化により失われるとすぐに、同軸的な配置構造の下側のコアロッド片（または残りの部分）の重量は引出し部を負荷する。

有利には、下側のコアロッド片の重量が保持または支持領域とは別の箇所で除去される。

この方法バリエーションは、下側のコアロッド片および上側のコアロッド片の重量がそれぞれ異なる箇所で除去され、その結果、相応の保持エレメントがコンパクトに形成されていることができ、高い重量力に基づく破損の危険が減じられているという利点を有している。

これに対して択一的にかつ同様に有利には、下側のコアロッド片の重量が保持または支持領域で除去される。

この方法バリエーションは、保持エレメントの個数、ひいては同軸的な配置構造のための製作手間が僅かであるという利点を有している。

さらに、上で詳細に説明したすべての方法バリエーションに対して補足的にも、ジャケットチューブの保持または支持領域内に、石英ガラスから成る中間片が配置されており、中間片に上側のコアロッド片が載置されていると特に有利である。

保持または支持領域の周りの領域で、同軸的な配置構造のジオメトリは不連続性を軸方向で有していることができ、付加的に、理想的な円筒対称からのずれも発生し得る。その結果として、この領域は高価値の光学的なコンポーネントの製造のために不適であり、一般に廃棄される。特にコアロッドは高価値の石英ガラスから成っているので、当該のコアロッド区分はこの領域で中間片の形のそれほど高価でない石英ガラスにより置き換えられる。このことは同様に、保持または支持領域が外側円筒に設けられている本発明の別の実施形態における内側円筒のために当てはまる。中間片はさらに、上側のコアロッド片および場合によっては内側円筒のための補足的な保持または支持機能を請け負うことができ、それにより、保持または支持領域の形成を簡単化することができる。例として、外側円筒の狭窄部に載置される中間片が挙げられ、中間片には上側のコアロッド片および内側円筒が支持される。

内孔内での負圧の印加および維持を保証するために、中間片に有利には、ガスを通す開口が設けられている。

本発明による方法は確かに、ジャケットチューブにおける適当な保持または支持領域の形成または上側のコアロッド片の適当な構成のためにある程度の手間を必要とする。この追加手間はただし、ジャケットチューブが４ｍよりも長い長さを有しているとき、高められた歩留まりにより補償される。コアロッドは相応に大きな長さを有している。

以下に本発明による方法について実施例および図面を参照しながら詳細に説明する。図面は概略的にそれぞれ、
図１：本発明による方法を実施するための、コアロッドと、内側のクラッドチューブと、外側のクラッドチューブとから成る同軸的な配置構造の一実施形態の全体図を示し、
図２：上側のコアロッド片を外側のクラッドチューブのインナビード上で支承するようにした図１の実施形態の細部を拡大して示し、
図３：図２に示した支承の別の変化形を示し、
図４：図２に示した支承のさらに別の変化形を示し、
図５：上側のコアロッド片を、別個に保持された内側のクラッドチューブに固定されている下側のコアロッド片上で支持された状態で支承するようにした実施形態を示し、
図６：上側のコアロッド片を、別個に保持された内側のクラッドチューブ内で支承するようにした別の実施形態を示し、
図７：上側のコアロッド片を、別個に保持された内側のクラッドチューブ内で支承するようにした別の実施形態を示し、
図８：上側のコアロッド片を、外向きフランジを備えた内側のクラッドチューブ内で保持するようにした実施形態を示している。

図１は、それぞれ石英ガラスから成るコアロッド１と、内側のクラッドチューブ２と、外側のクラッドチューブ３とから成る配置構造を示している。これらの構成部分の長手方向軸線はそれぞれ、配置構造全体の、鉛直に方向付けられた中心軸線４に対して同軸的に延びている。

コアロッド１は高純度の合成石英ガラスから成っており、上側のコアロッド片１ａと、上側のコアロッド片１ａから分割された下側のコアロッド片１ｂとを有している。コアロッド片１ａ，１ｂはＳｉＯ_２粒子の析出によりいわゆるＯＶＤ法にしたがって製作されており、その都度コア−クラッド構造を有している。すなわち、コアロッド片１ａ，１ｂは半径方向で見て一様でない屈折率経過を示す。コアロッド片１ａ，１ｂは内側のクラッドチューブ２の内孔内で互いに間隔を置いてルーズに積み上げられている。コアロッド片１ａ，１ｂの長さはそれぞれ約３ｍであり、外径は３８ｍｍである。その結果、クラッドチューブ２とコアロッド１との間には、約１ｍｍのギャップ幅を有する内側のリングギャップ５が生じる。

コアロッド１を直接包囲する内側のクラッドチューブ２は、外部析出（Ａｕｓｓｅｎａｂｓｃｈｅｉｄｕｎｇ）によりいわゆるＯＶＤ法にしたがって得られた高純度の石英ガラスから成っている。内側のクラッドチューブ２は上側の部分片２ａと下側の部分片２ｂとを有している。部分片は軸方向（中心軸線４の方向）で外側のクラッドチューブ３の内孔内に互いに別々に、かつルーズに積み上げられている。個々のクラッドチューブ部分片２ａもしくは２ｂの長さは、その中に挿入されるコアロッド片１ａもしくは１ｂの長さに一致し、本実施例ではそれによりやはりそれぞれ３ｍである。クラッドチューブ部分片２ａ，２ｂの内径は４０ｍｍであり、外径は５２ｍｍである。

外側のリングギャップ７を残しつつ内側のクラッドチューブ２を包囲する外側のクラッドチューブ３は、人工的に形成された石英ガラスから成っている。外側のクラッドチューブ３は２つの円筒部分３ａ，３ｂから構成されており、２つの円筒部分３ａ，３ｂは突き合わされて互いに溶接されている。突合せ箇所には環状のビード６（以下「インナビード６」と呼ぶ）が形成されている。インナビード６は約３ｍｍの分だけ外側のリングギャップ７内に突入している。インナビード６は円筒部分３ａ，３ｂの溶接時に、両円筒部分３ａ，３ｂの、突合せ箇所側の領域が軟化され、円筒部分３ａ，３ｂの圧着の直前に、円筒部分３ａ，３ｂのうちの一方で、内側の縁部がグラファイト工具を用いて内側に曲げられることにより形成される。外側のクラッドチューブの外径は１９５ｍｍである。内径はインナビード６の領域で約４８ｍｍであり、その他の領域で５４ｍｍである。

インナビード６には直接的に、石英ガラスから成り、貫通孔１０を備えた上側のスペーサディスク９が載置されている。上側のスペーサディスク９は５２ｍｍの外径と２０ｍｍの厚さとを有している。貫通孔１０は、中心軸線４を中心とした、内側のリングギャップ５の半径方向の間隔のほぼ中間に相当する半径内を延びている。上側のスペーサディスク９上には、上側のコアロッド片１ａおよび上側のクラッドチューブ部分片２ａが立っている。その重量はそれにより上側のスペーサディスク９を介してインナビード９、ひいては外側のクラッドチューブ３に伝達される。

インナビード６の下側には、石英ガラスから成る下側のスペーサディスク１１が延びている。下側のスペーサディスク１１のジオメトリは上側のスペーサディスク９のジオメトリに相当する。下側のスペーサディスク１１は下側のコアロッド片１ｂおよび下側のクラッドチューブ部分片２ｂの上側の端面に載置されている。これらの構成部分の、外側のクラッドチューブ３の内孔からの脱落は、内孔を閉鎖する石英ガラスプレート１２により阻止される。石英ガラスプレート１２自体はピン１３により固定されている。ピン１３はプレート１２を貫通し、両側で外側のクラッドチューブ３の壁を貫通して延在している。

外側のクラッドチューブ３の上側の端面側の端部には、低価の石英ガラスから成る保持円筒１４が溶着されている。保持円筒１４には環状の方形溝１５が設けられており、方形溝１５はグリッパ（図示せず）のための受容部として役立つ。グリッパにより外側のクラッドチューブ３は保持され、動かされる。グリッパはカルダン式に支承されている。その結果、引張り方向（方向矢印１６）に対して横方向での、カルダン式の懸装手段を中心とした外側のクラッドチューブ３の旋回可能性が生じる。この旋回可能性は延伸プロセス中の自動調心に貢献する。

保持円筒１４の上側の端部はキャップ１７により閉鎖されている。キャップ１７を通してガス管路１８が案内されている。ガス管路１８を介して、外側のクラッドチューブ３の内孔、ひいては内側のクラッドチューブ２の内孔が排気可能であり、かつパージガスが導入されることができる。

さらに別の石英ガラスプレート１９が、上側のコアロッド片１ａおよび上側のクラッドチューブ部分片２ａの上側の端面に載置されている。石英ガラスプレート１９も、真空を内側のクラッドチューブ２の内孔に通すための孔を有している。石英ガラスプレート１９とキャップ１７との間には支持ロッド２０が延在しており、支持ロッド２０は延伸プロセス中の上側のコアロッド片１ａの浮動を阻止する。

図２〜図８において、図１と同じ符号が使用されている限り、その符号は、上で配置構造の説明の中で例示的に述べたのと構造的に同一または等価の構成部分を指している。

図２は図１の領域Ａの拡大図を示している。スペーサディスク９，１１の外径は内側のクラッドチューブ２の外径にほぼ相当する。その結果、内側のクラッドチューブ２の上下の部分片はそれぞれのスペーサディスク９，１１に支持されることができる。その一方で、スペーサディスク９，１１の直径は、内孔の、インナビード６の領域の内径よりも大きい。その結果、スペーサディスク９，１１は上もしくは下からインナビードに当て付けられている。

図３および図４には、領域Ａにおける、外側のクラッドチューブ３のインナビード６上での載置による上側のコアロッド片１ａの固定のための択一的な実施形態が示されている。

図３に示した実施形態では、内側のクラッドチューブ２の上側の部分片２ａに、下方に向かって円錐形に閉じる下側の端部３０が設けられている。その結果、約２５ｍｍの開口幅を有する、内側のクラッドチューブ２の内孔の狭窄部が生じる。この狭窄部には上側のコアロッド片１ａが載置される。一方のスペーサディスクはここでは省略されることができる。このことは図２の実施形態に比べてコアロッド片１ａ，１ｂ間の小さな間隔を可能にする。ただしこの場合、内側のクラッドチューブ２ａの円錐形の下側の端部３０は、インナビード６の下まで突入することができるため、スペーサリング３１が、スペーサディスク１１との接触を阻止するために有意義であり得る。

図４に示した実施形態では、両スペーサディスクが省略されることができる。ここでも、内側のクラッドチューブ２の上側の部分片２ａに、下方に向かって円錐形に閉じる下側の端部４０が設けられており、その結果、約２５ｍｍの開口幅を有する、内側のクラッドチューブ２の内孔５の狭窄部４０が生じる。この狭窄部４０には上側のコアロッド片１ａが載置される。内側のクラッドチューブ２の下側の部分片２ｂは、外方に向かって延びるフランジ４１を備えた上側の端部を有している。フランジ４１はインナビード６上に係合する。

本発明のすべての上記実施形態では、上側のコアロッド片１ａおよび内側のクラッドチューブ２の上側の部分片２ａの重量が直接的または間接的にインナビード６を介して外側のクラッドチューブ３に除去される。

延伸プロセス中のコアロッド１ａ，１ｂおよび内側のクラッドチューブ５０の浮動を阻止するために、図１に示した実施形態と類似の装置が設けられている。この装置は、固く保持円筒１４に結合されているキャップ１７を有している。キャップ１７と、上側のコアロッド片１ａに載置された支持ディスク１９との間に、支持ロッド２０が延在している。キャップ１７を通して案内されたガス管路を介して、少なくともリングギャップ５が排気可能である。

本発明による方法の類似の、ただし上側のコアロッド片１ａの重量が内側のクラッドチューブ２に除去される実施形態は、図５に示されている。

内側のクラッドチューブ５２および外側のクラッドチューブ５３はそれぞれ６ｍの長さであり、可視のシームなしに３ｍの長さの部分片から溶接により継ぎ合わされている。下側のコアロッド片１ｂの上側の端部には貫通孔が設けられており、貫通孔を通して石英ガラスピン５４が延在している。石英ガラスピン５４により、このコアロッド片１ｂは、内側のクラッドチューブ５２の壁に、所定の範囲内で旋回かつ移動可能に懸装された状態で保持される。コアロッド片１ｂの孔は冷間の状態で（加熱変形なしに）形成されることができる。

下側のコアロッド片１ｂの上側の端面には直接的に、上側のコアロッド片１ａが載置されている。接触箇所は図５に符号５５で示した。スペーサディスクはこの場合省略されることができる。内側のクラッドチューブ５２は別個のホルダ（図５には図示せず）により保持される。延伸プロセス中の上側のコアロッド片１ａの浮動を阻止するために、図１に示した実施形態と類似の装置が設けられており、上側のコアロッド片１ａは支持ディスクおよび支持ロッドを介して閉鎖キャップに当て付けられている。

図６および図７は概略的に、上側のコアロッド片１ａの重量が内側のクラッドチューブ２に除去される、本発明の別の実施形態を示している。

図６に示した実施形態では、それぞれ２つの３ｍの長さの部分片から成る内側のクラッドチューブ６０と外側のクラッドチューブ３とが、認識可能なシームなしに突き合わされて接合されている。内側のクラッドチューブ６０にはそのほぼ中央にテーパ部６１が設けられており、テーパ部６１には上側のコアロッド片１ａが載置されている。テーパ部６１はクラッドチューブ部分片の接合時に形成される。テーパ部６１の下には、下側のコアロッド片１ｂが延在している。その際、コアロッド片１ａ，１ｂ間には狭いギャップ６３が残されている。内側のクラッドチューブ６０は、石英ガラスから成るホルダ６２（およびこのホルダ６２に係合し、カルダン式の支承手段を備えたグリッパ）により、外側のクラッドチューブ３とは別個に保持される。石英ガラスホルダ６２はこのために内側のクラッドチューブ６０の上側の端部に溶着されている。

図６とは異なり、図７に示した実施形態は、上側のコアロッド片１ａの、内側のクラッドチューブ７０における懸装された状態での支承を示している。内側のクラッドチューブ７０はやはり一体的に、可視のシームなしに、接合された３ｍの長さの２つの部分片から形成されており、その上側の端面に溶着され、石英ガラスから成るホルダ７１（およびこのホルダ７１に係合するグリッパ）により保持される。上側のコアロッド片１ａの懸装された状態での支承は、石英ガラスピン７２により実施される。石英ガラスピン７２は内側のクラッドチューブ７０の上側の端部で、その壁を貫通して、さらにコアロッド片１ａの上側の端部を貫通して延在している。このために、上側のコアロッド片１ａには冷間の状態で適当な孔が設けられている。この孔はピン軸線を中心とした所定の旋回可能性を保証する。下側のコアロッド片１ｂは別の石英ガラスピン７４に載置されている。石英ガラスピン７４は内側のクラッドチューブ７０の下側の端部で、その壁を貫通して延在している。コアロッド片１ａ，１ｂ間には狭いギャップ７３が残されている。内側のクラッドチューブ７０の内孔の真空シール性は、外側のクラッドチューブ３により保証される。

図８に示した本発明の実施形態では、内側のクラッドチューブの上側の部分片２ａが、外向きフランジ８０を備えた上側の端部を有している。外向きフランジ８０は外側のクラッドチューブ８３の上側の端面８６に載置されている。さらに、内側のクラッドチューブの上側の部分片２ａの下側の端部にはテーパ部８１が設けられている。テーパ部８１には上側のコアロッド片１ａが載置されている。上側のコアロッド片１ａの重量はそれにより内側のクラッドチューブ２を介して外側のクラッドチューブ８３の上側の端面８６に除去される。上側のコアロッド片１ａの下には、下側のコアロッド片１ｂが配置されている。下側のコアロッド片１ｂは下側のクラッドチューブ部分片２ｂの狭窄部８５に載置されている。外側のクラッドチューブ８３の下側の端部は下方に向かって円錐形にテーパを成している。このテーパ部８４には、下側のクラッドチューブ部分片２ｂが、その中に固定された下側のコアロッド片１ｂと共に載置されている。

延伸プロセス中のコアロッド１ａ，１ｂおよび内側のクラッドチューブ２ａ，２ｂの浮動を阻止するために、図１に示した実施形態と類似の装置が設けられている。この装置は、固く保持円筒１４ならびに支持ロッド２０に溶着されているキャップ１７を有している。支持ロッド２０は、貫通孔を備えた支持プレート１９に支持されている。支持プレート１９は上側のコアロッド片１ａならびに外向きフランジ８０に載置されている。キャップ１７を通して案内されたガス管路を介して、外側のクラッドチューブ８３の内孔は排気可能である。

以下に、光学繊維を製造するための、本発明による方法にとって典型的な方法形態について、図１を参照しながら詳説する。

まずコアロッド片１ａ，１ｂをＯＶＤ法にしたがって製作する。このために、回転する支持体上に、ＧｅＯ_２がドープされた中心のコア層と、コア層を包囲する、ドープされないＳｉＯ_２層とを軸方向で析出することにより、スート体が形成される。スート体を引き続いて、塩素を含む雰囲気中で脱水処理に曝し、ガラス化炉内で１３５０℃の領域の温度でガラス化する。その結果、３８ｍｍの外径および所望の屈折率プロフィルを有するコアロッド２が得られる。製造したい１２５μｍの外径を有する光学繊維において、コアロッド１のコアは、約８．５μｍの直径を有するコア領域を形成する。

ＯＶＤ法にしたがったコアロッドの上記製作法に対して択一的に、同じものが、公知のＭＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＰＣＶＤ法またはＦＣＶＤ（Ｆｕｒｎａｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法にしたがって製作されてもよい。

繊維の外側のクラッドガラス層を形成するための別のクラッド材料は、直接線引き時にコアロッド１上にコラプスされる、つまりつぶされるクラッドチューブ２，３の形で提供される。クラッドチューブ部分片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの製作はドーパントの添加なしに一般的なＯＶＤ法で実施される。

外側のクラッドチューブの部分片３ａ，３ｂは互いに溶着される。その際、型を用いてインナビード６が形成される。さらに、外側のクラッドチューブ３の上側の端部にホルダ１４が溶着される。

インナビード６を備えた外側のクラッドチューブ３の内孔には上から、上側のスペーサディスク９、上側のクラッドチューブ部分片２ａおよび上側のコアロッド片１ａが充填される。引き続いて、インナビード６の下側の内孔には、相応の構成部分（１１，２ｂ、１ｂおよび１２）が下から充填され、これらの構成部分はピン１３により脱落防止される。

外側のクラッドチューブ３は、周方向溝１１に係入するグリッパにより把持され、コアロッド１と、内側のクラッドチューブ２と、外側のクラッドチューブ３とから成る同軸的な配置構造全体は、引き続いて鉛直方向で、下側の端部からまずリング状の炉に供給され、炉内で部分的に２０５０℃の温度に軟化され、その際、光学繊維は軟化された領域から引き出される。配置構造の下側の端部がまだ軟化されて、つぶされていない間、ガス管路１８を介して窒素パージガス流が導入される。窒素パージガス流は外側のクラッドチューブ３の内孔内への不純物の侵入を回避する。

配置構造の下側の領域がつぶされるとすぐに、クラッドチューブ２，３の内孔内に、ガス管路１８を介して、約１０００ｍｂａｒの負圧が形成され、維持される。軟化された領域からのガラス材料の引出しの結果として、オニオンと呼ばれる引出し部が同軸的な配置構造の下側の端部に形成される。引出し法の開始時、上側のクラッドチューブ部分片２ａおよび上側のコアロッド片１ａは、スペーサディスク９を介してインナビード６に載置されており、引出し部をそれにより負荷しない。３ｍの長さを有する下側のコアロッド片２ｂの重量はクラッドチューブ２，３の内孔内の真空により保持されることができる。

配置構造の、軟化されつぶされた領域から、１２５μｍの外径を有する光学繊維が引き出される。類似の形式で、光学繊維のためのプリフォームも形成されることができる。

本発明による方法を実施するための、コアロッドと、内側のクラッドチューブと、外側のクラッドチューブとから成る同軸的な配置構造の一実施形態の全体図である。 上側のコアロッド片を外側のクラッドチューブのインナビード上で支承するようにした図１の実施形態の細部を拡大して示す図である。 図２に示した支承の別の変化形を示す図である。 図２に示した支承のさらに別の変化形を示す図である。 上側のコアロッド片を、別個に保持された内側のクラッドチューブに固定されている下側のコアロッド片上で支持された状態で支承するようにした実施形態を示す図である。 上側のコアロッド片を、別個に保持された内側のクラッドチューブ内で支承するようにした別の実施形態を示す図である。 上側のコアロッド片を、別個に保持された内側のクラッドチューブ内で支承するようにした別の実施形態を示す図である。 上側のコアロッド片を、外向きフランジを備えた内側のクラッドチューブ内で保持するようにした実施形態を示す図である。

Claims (24)

1. 排気可能な内孔を有する石英ガラスジャケットチューブ（２）により包囲されているコアロッド（１）を有する同軸的な配置構造を、鉛直方向で加熱ゾーンに供給し、加熱ゾーン内で部分的に軟化し、かつ引出し部の形成下で引き伸ばして石英ガラスコンポーネントにする、石英ガラスから成る光学的なコンポーネントを製造する方法において、内孔（５，７）内にルーズに上下に配置された少なくとも２つのコアロッド片（１ａ，１ｂ）から成り、上側のコアロッド片（１ａ）の重量が、ジャケットチューブ（２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ）の、引出し部の上側に設けられた保持または支持領域（６，５４，６１，７２，８６）で除去されるようになっているコアロッド（１，１ａ，１ｂ）を使用することを特徴とする、石英ガラスから成る光学的なコンポーネントを製造する方法。
2. 上側のコアロッド片（１ａ）が保持または支持領域（７２）に懸装された状態で保持されるようにする、請求項１記載の方法。
3. 上側のコアロッド片がその上側の端部に外向きフランジを有しており、外向きフランジがジャケットチューブの上側の端面に載置されているようにする、請求項２記載の方法。
4. 上側のコアロッド片（１ａ）の上側の端部に保持体（７２）が係合し、保持体（７２）がジャケットチューブ（２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ）の壁に支承されているようにする、請求項２記載の方法。
5. 上側のコアロッド片（１ａ）が保持または支持領域（６，５４，６１，８６）に支持されるようにする、請求項１記載の方法。
6. 保持または支持領域がジャケットチューブの内孔（５，７）の狭窄部（６，６１）の形で形成されており、上側のコアロッド片（１ａ）が間接的または直接的に内孔（５，７）の狭窄部（６，６１）に載置されているようにする、請求項５記載の方法。
7. 狭窄部がジャケットチューブ（２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ）の環状のインナビード（６）として形成されているようにする、請求項６記載の方法。
8. ジャケットチューブ（２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ）が管片の突合せ溶接により形成され、溶接時に同時に狭窄部（６，６１）が突合せ箇所の領域に形成されるようにする、請求項６または７記載の方法。
9. 上側のコアロッド片（１ａ）が下側のコアロッド片（１ｂ）に間接的または直接的に載置され、下側のコアロッド片（１ｂ）の重量が保持または支持領域（５４）で除去されるようにする、請求項５記載の方法。
10. 下側のコアロッド片（１ｂ）が保持または支持領域（５４）に懸装された状態で保持されるようにする、請求項９記載の方法。
11. 延伸時のコアロッド片（１ａ，１ｂ）の浮動に抗する手段（６，６１，７２，１９，２０，１７）が設けられているようにする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 浮動に抗する手段が内孔（５，７）の狭窄部（６，６１）により形成されるようにする、請求項１１または請求項６から８までのいずれか１項記載の方法。
13. 同軸的な配置構造が、コアロッド（１，１ａ，１ｂ）を包囲し、保持または支持領域（５４，６１，７２）を備えたジャケットチューブを形成する内側円筒（２，２ａ，２ｂ）と、内側円筒（２，２ａ，２ｂ）を包囲する外側円筒（３，３ａ，３ｂ）とを有しているようにする、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 保持または支持領域（６１）が内側円筒の孔の狭窄部として形成されているようにする、請求項１３記載の方法。
15. 上側のコアロッド片（１ａ）が内側円筒の保持または支持領域（５４，７２）に懸装された状態で保持されるようにする、請求項１２または１３または請求項２から４までのいずれか１項記載の方法。
16. 同軸的な配置構造が、コアロッド（１，１ａ，１ｂ）を包囲する内側円筒（２，２ａ，２ｂ）と、内側円筒（２，２ａ，２ｂ）を包囲し、保持または支持領域（６，８６）を備えたジャケットチューブを形成する外側円筒（３，３ａ，３ｂ）とを有しているようにする、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
17. 内側円筒（２，２ａ，２ｂ）が、少なくとも１つの下側の長手方向セグメント（２ｂ）および１つの上側の長手方向セグメント（２ａ）から成っており、上側の長手方向セグメント（２ａ）がその下側の端部に、狭窄した内孔（７）を有しており、狭窄した内孔（７）に上側のコアロッド片（１ａ）が載置されているようにする、請求項１６記載の方法。
18. 保持または支持領域が外側円筒（３，３ａ，３ｂ）の内孔（７）の狭窄部（６，７２）の形で形成されており、狭窄部（６，７２）に上側の長手方向セグメント（２ａ）がその下側の端部でもって載置されているようにする、請求項１７記載の方法。
19. 上側のコアロッド片（１ａ）が内側円筒（２，２ａ，２ｂ）内に固定されており、内側円筒（２，２ａ，２ｂ）がその上側の端部に外向きフランジ（８０）を有しており、外向きフランジ（８０）が保持または支持領域（８６）上に係合するようにする、請求項１６または１７記載の方法。
20. 下側のコアロッド片（１ｂ）の重量が保持または支持領域（６，５４，６１，７２，８６）とは別の箇所で除去されるようにする、請求項１から８までのいずれか１項または請求項１１から１９までのいずれか１項記載の方法。
21. 下側のコアロッド片（１ｂ）の重量が保持または支持領域（６，５４，６１，７２，８６）で除去されるようにする、請求項１または請求項５から１４までのいずれか１項または請求項１６から１９までのいずれか１項記載の方法。
22. 保持または支持領域（６）の領域で、石英ガラスから成る中間片（９，１１）がジャケットチューブ（２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ）内に配置されているようにする、請求項１から２１までのいずれか１項記載の方法。
23. 中間片（９，１１）に、ガスを通す開口（１０）が設けられているようにする、請求項２２記載の方法。
24. ジャケットチューブ（２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ）が４ｍよりも長い長さを有しているようにする、請求項１から２３までのいずれか１項記載の方法。

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