JP6478990B2 - 大型の石英ガラス管の製造法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、大型の石英ガラス管を多段成形によって製造する方法であって、第１の成形工程で、成形工具を使用して、所定の中間円筒体肉厚および所定の中間円筒体外径を有する、石英ガラスからなる中間円筒体を形成させ、引き続き冷却し、さらに第２の変形工程で、冷却された中間円筒体の少なくとも１つの長さ部分を加熱帯域に供給し、その中で帯域ごとに軟化温度に加熱し、当該中間円筒体の長手軸を中心に回転させて最終肉厚および最終外径を有する大型の石英ガラス管に変形させる方法に関する。

２回以上の変形段階で石英ガラス中空円筒体を成形することによって、管外径の拡大または当該石英ガラス中空円筒体の横断面輪郭の変化を生じさせる。数段階における変形により、取り出された管ストランドの所定の半径方向の寸法、例えば外径、内径または肉厚の維持が簡易化される。

技術水準
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０６１６０９号明細書Ａ１から、前提部に記載されている２段階の変形法は公知である。“圧縮”と呼ばれる第１の変形工程で、その長手軸を中心に回転する石英ガラスからなる出発円筒体は、範囲ごとに、電気加熱によって形成された、前方の加熱帯域内で軟化され、その際に、前記円筒体の長手軸内に固定されているマンドレルにより圧縮されると同時に、マンドレルからの所定の距離で配置されている成形部材に対して、当該マンドレルの円筒体外側ジャケットで押圧される。この場合、マンドレルによって確定された内径および成形部材によって確定された外径を有する、軟化された石英ガラスからなる中空の円筒形中間製品が製造される。マンドレルと成形部材との間の間隙は、中空の中間製品の目標肉厚を定義する。

この中間製品は、当該中間製品が或る程度の成形安定性を達成すると直ちに、同じ作業工程で、“膨張”と呼ばれる、第２の変形工程に供される。この場合、中空の中間製品は、同様に電気加熱によって製造された、後方の加熱帯域に連続的に供給され、この加熱帯域内で軟化され、かつ第２の成形部材に対して中空空間内で内圧を印加することによって膨張される。そこから、３０５ｍｍの外径を有する薄肉石英ガラス管が管長手軸の方向に取り出され、その際に、“取り出し”は、石英ガラス管の軸方向の安定化に限定されてよく、この石英ガラス管をさらに伸張する引張力が石英ガラス管に加えられることはない。

前記石英ガラス管の外径は、長手軸（＝引張軸）からの成形工具の半径方向の距離によって定められ、および肉厚は、出発円筒体の供給速度と石英ガラス管の取り出し速度との割合によって定められる。

圧縮と膨張は、１つの作業工程で行なわれるので、かなりの時間的節約およびエネルギーの節約がもたらされる。こうして得られた石英ガラス管の内壁は、工具を用いることなく成形されている。しかし、外部ジャケットは、成形工具と接触し、その結果、軟質の石英ガラスに加えられた高い圧力で、スジ状の縞模様または他の欠陥が形成されうる。そのうえ、石英ガラス管ストランドを最後の成形工具から取り外した後に、なお、直径の変化を生じうる。構造部材の欠陥の不在および寸法安定性に対する要求が高まっており、前記方法は、不十分であることが明らかになる。

この欠点は、特開平０４−２６５２２号公報から公知であるように、非連続的な２段階の変形法により回避される。合成石英ガラスから石英ガラス管を製造するために、第１の変形段階で石英ガラスブロックは、厚肉の中空円筒体に変形される。前記中空円筒体は、第２の変形段階で膨張されて薄肉石英ガラス管が得られる。この場合、厚肉の中空円筒体は、水平配向でガラス旋盤中に圧締めされ、かつ連続的に中空円筒体長手軸に沿って可動される、小型の誘導加熱式グラファイト加熱素子を用いて帯域ごとに軟化される。軟化された範囲は、伸張され、かつ同時にガス内部過圧を印加することによって、成形工具と接触することなしに膨張されて、大きな外径を有する薄肉石英ガラス管が得られる。

最後の変換工程における、非接触式の中空円筒体の膨張によれば、成形工具を使用した際に生じるスジ状の縞模様および類似の欠陥は実際に回避される。他方で、前記方法の場合、取り出された石英ガラス管の所定の寸法安定性の維持は困難であることが判明している。

前記問題の解決策は、最後の変形段階を数回繰り返し、その結果、ゆっくりと拡大させることによって、石英ガラス管の最終的な直径がもたらされる、特開２００４−１４９３２５号公報から公知の変法により提供される。この場合、前記直径は、帯域ごとに軟化された出発管を遠心力の作用下で回転させることによって拡大される。

それによって、個々の各拡大工程で生じる変形度は比較的わずかであり、これに伴う、そのつど得られた中間寸法における目標寸法からの逸脱は僅かである。さらに、全ての拡大工程は、各出発管中に存在する寸法の逸脱を考慮し、かつ補正する可能性を提供する。しかし、他方で、前記方法は、多大な時間およびエネルギーコストを必要とし、このようなコストが、大型の石英ガラス管の場合および寸法安定性に対して極めて高度な要求がなされている場合には、正当化されるべきであることは明らかである。

技術的課題
最終的な管の外径の増大とともに、幾何学的変動は指数関数的に増加する。最終的な管の直径がより大きくなればなるほど、寸法が安定した大型管を製造することは、よりいっそう困難になる。

したがって、本発明の課題は、経済的に妥当であると認められる費用で、５００ｍｍを上回る大きな外径でも高い寸法安定性を有する石英ガラス管の製造を可能にする方法を記載することである。

発明の一般的な記載
前記課題は、冒頭に記載したカテゴリーの方法を出発点として、本発明により、石英ガラスが合成石英ガラスであり、かつ１０質量ｐｐｍ以下の平均ヒドロキシル基含有率を有しており、さらに、中間円筒体を、１ｃｍの長さを有する長さ部分に分割する際に、隣接している長さ部分が、その平均ヒドロキシル基含率において２質量ｐｐｍ未満の差を有していることにより解決される。

本発明による方法の場合、第１の成形工程で成形工具を使用し、その結果、定義された外径を有する中間円筒体が得られる。前記成形工具は、例えば、上記のような型枠ブロックであるか、または石英ガラス管を溶融るつぼから延伸する際に使用されるような延伸ノズルである。後者の場合には、粘性の高い石英ガラス材料が延伸ノズルにより石英ガラスストランドに変形される。第２の変形工程の場合の問題点は、所定の寸法安定性を同時に維持しながら、経済的な観点から容認可能な変形度、すなわち中間円筒体の外径の拡大を達成することである。第２の変形工程は、上記の技術水準から公知である、より僅かな変形度を有する、幾つかの副次的な変形工程に分割されていてもよい。

前記観点において、石英ガラスのヒドロキシル基含有率および中間円筒体の長さにわたる、当該ヒドロキシル基含有率の軸方向の分布は、決定的なパラメーターであることが判明した。石英ガラスのヒドロキシル基含有率は、当該石英ガラスの粘度に対して影響を及ぼす。それに応じて、ヒドロキシル基濃度における勾配は、石英ガラスの軟化の際に中間円筒体の壁中に局所的な粘度差を引き起こし、この局所的な粘度差は、望ましくない、予測不可能な変形をまねきうる。

この効果は、石英ガラスのヒドロキシル基含有率が赤外線の吸収に対する作用も有することによってなお強化される。より高いヒドロキシル基含有率は、赤外波長領域内で強化された吸収量およびより高い放出量を生じる。当該石英ガラスは、より僅かなヒドロキシル基含有率を有する石英ガラスよりも急速に熱くなりかつ急速に冷える。したがって、ヒドロキシル基含有率における変動は、粘度に対する幾つかの観点から影響を及ぼし、かつ変形法において望ましくない、ほぼ制御不可能な変形をまねく。

これに関連して、通常低いヒドロキシル基含有率を有する、天然由来の原料からなる石英ガラスは、望ましくない変形に対してそれほど敏感ではないことが判明している。ただし実際にはこのことが明瞭であることは確認されていない。それどころか、天然の原料からなる石英ガラスを変形して正確な寸法の大型管とすることは、困難であることが判明した。このことは、天然の石英原料中に存在する、他の汚染物質に起因しうる。合成により製造された石英ガラスは確かに通常、高い純度を示すが、しかし、製造に基づいて、しばしば大量のヒドロキシル基を含んでおり、この大量のヒドロキシル基は、上記で説明したように、変形度が大きい場合に予測不可能な、かつ定義できない変形をまねきうる。

ところで、本発明は、狭い拘束条件を維持する場合には、高い変形度が必要とされるとしても、合成により製造された石英ガラスを経済的に加工して寸法安定性の大型管とすることが可能となる方法を提供する。

最も重要な拘束条件は、次のとおりである：
（ａ）少なくとも２段階の変形法の使用、その際に第１の変形段階で、この場合に製造される変形製品の所定の外径をできるだけ正確に維持するために、成形工具が使用される。前記変形段階の変形製品は、第２の変形工程で出発円筒体として利用され、この出発円筒体は、そのまま引き続くことができる。
（ｂ）この場合、中間円筒体の合成石英ガラスが１０質量ｐｐｍ以下、特に２質量ｐｐｍ以下の僅かな平均ヒドロキシル基含有率を有すること、および中間円筒体の長さにわたるヒドロキシル基含有率が、中間円筒体を１ｃｍの長さを有する長さ部分に分割した際に、隣接した長さ部分が２質量ｐｐｍ未満だけ、特に１質量ｐｐｍ未満だけの当該長さ部分の平均ヒドロキシル基含有率の点で互いに区別されるように均一に分布していることは、重要であることが判明した。
（ｃ）前記条件（ａ）および（ｂ）を維持した場合、大型の石英ガラス管のための第２の変形段階で、補正およびその後の制御に対する僅かな要求を有する再現性のある変形挙動がもたらされる。それによって、高い変形度であっても最善の場合には成形工具が不要となりうる。その際に、成形工具を使用する場合には、大型管の外壁に対するごく僅かな作用で十分であり、その結果、前記変形工程の変形製品として、望ましい寸法安定性、平滑で定性的に価値の高い内壁およびそれにもかかわらず、可能な限り欠陥がなくかつスジ状の縞模様がない表面を有する大型の石英ガラス管が得られる。

この種の低いヒドロキシル基含有率を有する合成石英ガラスの製造は、たいてい、製造に基づいて含まれているヒドロキシル基を除去するための乾燥処理が可能な、ＳｉＯ₂粒子からなる多孔質半製品を経て実施される。この場合、多孔質ＳｉＯ₂体の乾燥処理は、純粋に熱的に、低圧で支持されて行なうことができるか、または乾燥試薬、例えば塩素との化学反応によって行なうことができる。この場合、１０質量ｐｐｍ未満の平均ヒドロキシル基含有率の調整は、多孔質ＳｉＯ₂体の容積にわたる均一な濃度プロフィールの発生ほど厄介なものではない。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１５２３２８号明細書Ａ１には、既に石英ガラス管の製造の早期の段階で開始されている、前記問題を解決する方法が記載されている。

合成により製造された石英ガラスが１０質量ｐｐｍを上回る、高い平均ヒドロキシル基含有率を有する場合には、大型管の要求される寸法安定性を全体的に保証することは、ますます困難であることが判明した。軸方向の濃度経過曲線が１ｃｍの長さにわたり２質量ｐｐｍ／ｍｍを上回る変動を示す場合には、第２の変形法の場合に、簡単に、大型管の肉厚の局所的なずれを生じる。

前記石英ガラスのヒドロキシル基含有率は、Ｄ．Ｍ．ＤｏｄｄおよびＤ．Ｂ．Ｆｒａｓｅｒ，Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＯＨ ｉｎ ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３７（１９６６），ｐ．３９１１の方法により、ＩＲ吸収量を測定することによってもたらされる。

この場合、石英ガラスのヒドロキシル基の平均含有率は、中間管の長手軸の方向に管壁を通して測定することによって算出される。各長さ部分の幾何学的中心において中間管の壁を通じて当該中間管の長手軸に対して垂直に測定した際に得られる測定値は、１ｃｍの長さ部分中のヒドロキシル基含有率の平均値とみなされる。

合成により製造された石英ガラスの製造のために、しばしば、ハロゲン含有出発物質、例えばＳｉＣｌ₄、またはハロゲン含有乾燥試薬、例えば塩素、またはハロゲン含有ドーピング物質、例えばフッ素が使用される。そのために、大量のハロゲンが合成石英ガラス中に含有されていてよい。しかし、第２の変形工程で、ヒドロキシル基含有率とともに、ハロゲン含有率、この場合には殊に塩素含有率、も、最終的な石英ガラス管の寸法安定性および気泡含有率に影響を及ぼしうることが判明した。

したがって、３０００質量ｐｐｍ未満の平均塩素濃度を有する石英ガラスが有利に使用される。

塩素濃度は、中間円筒体長さにわたって均等に分割された３つの箇所（開始部、中央部、終端部）で取得される測定試料の平均値として、この測定試料をＨＦ水溶液中に溶解し、かつこうして得られた溶液をＡｇＮＯ₃の添加後にネフェロメトリー法による分析に供することにより算出される。

前記大型管の外径を寸法安定性に調整することに関連して、大型の石英ガラス管を第２の変形工程で伸張しないことは好ましいことが判明し、その際に直径の拡大は、遠心力または吹込み圧に基づく。

この場合、変形すべき石英ガラス円筒体には、前面でホルダーが溶接され、このホルダーは、ガラス旋盤のチャック中に圧締めされ、かつ同期回転される。加熱源は、帯域ごとに石英ガラス円筒体に沿って可動である。前記石英ガラス円筒体の内孔内には、定義された内圧が調節されていてよい。回転に基づいた遠心力および内圧によって駆動されて内孔が拡大するが、このために前記チャックが、離れて可動される必要はない。

むしろ、圧縮後の大型の石英ガラス管の肉厚が圧縮前の大型の石英ガラス管の肉厚の７０％〜最大１００％となるように、大型の石英ガラス管を第２の変形工程で当該大型の石英ガラス管の長手軸に沿って圧縮することは、特に好ましいことが判明した。

この場合、第２の変形工程の目的は、石英ガラス管の肉厚を可能な限り維持しながら石英ガラス管の直径を拡大することである。このことは、石英ガラス管の出発長さを変形工程で短縮させ、すなわち、出発管を圧縮させることにより可能である。圧縮後、前記肉厚は、有利に、出発値の７０％〜最大１００％である。また、肉厚の拡大をもたらす（１００％を上回る）圧縮法は、実際に可能であるが、しかし、望ましくない変形をもたらす。

合成により製造された石英ガラスの組成に対する前記要件を除外して、殊に許容量のヒドロキシル基および当該ヒドロキシル基の局所的分布に関連して、加熱帯域内での温度場の均一性および雰囲気の組成は、制御の必要性が僅かでありながら再現可能な変形法にとって重要なパラメーターであることが判明した。

殊に、前記理由から、加熱帯域が、プラズマバーナー、ガスバーナー、レーザーの群から選択されている、環状に中間円筒体の周りに均等に配置された複数の加熱源によって形成されることも有効であることが実証された。

この種の加熱源を用いると、加熱エネルギーは、炉と比べて、非回転対称であっても、局所的に定義されて調節することができ、急速かつ正確に計量供給することができ、ひいては所定の温度場も調節または補正することができる。前記加熱源は、高エネルギーを正確に提供することができる。少なくとも５つのこの種の加熱源は、円環形で軟化すべき中間円筒体の周りに均等に配置されている。炉と比べて、例えば、第２の変形工程がそのつど、より小さな変形度を有する、副次的な変形工程に分割されている場合でも、前記円環形の直径は、軟化すべき石英ガラス円筒体の直径に簡単に適合させることができ、その際に、変形すべき石英ガラス円筒体の外径は、段階ごとにより大きくなる。ヒドロキシル基の導入を回避する目的のために、水素不含のプラズマバーナーまたはＣＯ₂レーザーは、好ましい。

ヒドロキシル基およびハロゲンとともに、金属酸化物汚染物質は、合成石英ガラスの粘度に影響を及ぼし、その際、殊に酸化アルミニウムを挙げることができる。この汚染物質の考えられうる濃度変動は、当該汚染物質の平均濃度が高くなればなるほど、ますます顕著に効果的になる。

この理由から、とりわけ、１質量ｐｐｍ未満のアルミニウム（Ａｌ）の濃度および４質量ｐｐｍ未満の他の金属汚染物質の全含有率を有する石英ガラスが使用される。

さらに、前記石英ガラスは、０．３質量ｐｐｍ未満のアルカリ金属汚染物質およびアルカリ土類金属汚染物質の濃度を有することは、好ましいことが判明した。

アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンは、既に微少量で石英ガラスの粘度に顕著に影響を及ぼし、およびこれらアルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンは、前記石英ガラスの結晶化傾向を促進させる。

アルミニウムならびにアルカリ金属汚染物質およびアルカリ土類金属汚染物質は、石英ガラス中には確かに酸化物の形で存在するが、しかし、上記の全ての質量の記載は、金属形に対するものである。

特に好ましい変法の場合、第１の変形工程で、石英ガラスからなる出発中空円筒体は、電気加熱炉に供給され、この炉の中で帯域ごとに軟化され、連続的に当該出発中空円筒体の長手軸を中心に回転して当該出発中空円筒体の外側ジャケットで成形工具に対して押圧され、かつ成形工具によって連続的に変形されて中間円筒体となる。

この方法によれば、厚肉であるにもかかわらず、寸法安定性の中間円筒体の製造が可能となる。

電気加熱炉は、一般に、バーナーによる加熱よりも高いエネルギー費を生じる。他方で、電気加熱は、所定の温度場ならびに水貧有雰囲気および水素貧有雰囲気の維持を簡易化する。これに関連して、出発円筒体を中間円筒体に変形するために、とりわけ電気加熱炉が使用される。この場合、前記炉の寸法は、円筒体の長手軸の方向に見て、少なくとも５００ｍｍであり、および中間円筒体の外壁と炉の内壁との距離は、１００ｍｍ未満である。第１の変形法の後に得られた中間円筒体は、事後に加工されうる。

合成石英ガラスから中間管を製造する目的で第１の変形法を実施するための装置を示す側面図。 中間管から大型管を製造する目的で第２の変形法を実施するための装置を示す側面図。

実施例
次に、本発明を実施例および図に基づいて詳説する。詳細は、略図中に示されている。

合成石英ガラスからなる中空円筒体の製造
合成により製造された石英ガラスの純度および粘度に影響を及ぼす成分の均一性に対する高度な要件を満たす、合成石英ガラスからなる中空円筒体１を準備する。

この製造は、ＳｉＯ₂粒子を形成させ、かつ当該ＳｉＯ₂粒子の長手軸を中心に回転するキャリヤーの円筒体ジャケット面上で煤体の形成下に各層ごとに析出される、ＳｉＣｌ₄の火炎加水分解を含む。前記煤体の壁内の特別な半径方向密度勾配を形成させるために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１５２３２８号明細書から公知の方法を使用し、すなわち、第１の煤層の析出の際に、比較的高い表面温度を発生させ、それによって約３０％の比較的高い密度を有する煤範囲を形成させる。ゆえに、煤密度を、さらになお徐々に“移行範囲”である約３２％にまで到達させる。その後の煤層の析出では、形成される煤体の表面温度を連続的に低下させ、ひいては煤密度を減少させる。析出法を終結させ、かつキャリヤーロッドを取り除いた後に、特別な半径方向密度プロフィールを有する煤管を得る。

清浄化のため、および製造に基づいて導入されたヒドロキシル基の除去のために、前記煤管を脱水処理に供し、およびその際に、脱水炉内で垂直に位置合わせして最初に約９００℃の温度で塩素含有雰囲気において処理する。処理時間は、約８時間である。それによって、低いヒドロキシル基含有率に調節される。

この場合、プロセスに関連して変化する、ジャケット表面を介して煤体中に導入される塩素の効率は、予め製造された密度プロフィールによって補正され、その結果、前記壁の厚さにわたって、ヒドロキシル基の実質的に均一な、半径方向の濃度プロフィールが生じる。

その後に、前記煤管を垂直に配向されたガラス化炉内に導入し、かつその中で約１０００℃の温度で塩素を除去する目的で、および予想される酸素欠乏型欠陥を飽和させるために酸素で処理する。引続き、前記煤管を環状の加熱帯域に供給し、かつその中で帯域ごとに加熱することにより、当該煤管を約１３００℃の温度で焼結させる。

こうして製造された中空円筒体（図１参照）は、３００ｃｍの長さ、２００ｍｍの外径および４０ｍｍの内径を有する。前記中空円筒体は、金属酸化物汚染物質の含有率が僅かである合成石英ガラスからなり、前記金属酸化物汚染物質の濃度（質量ｐｐｍ）は、第１表中に記載されている：

石英ガラスは、８．３質量ｐｐｍの平均ヒドロキシル基含有率（管の長手軸にわたり測定した）および１７１０質量ｐｐｍの平均塩素濃度を有する。厚肉の中空円筒体の長さにわたって見て、２９箇所の測定点で１０ｃｍの間隔で算出されたヒドロキシル基含有率は、約＋／−０．９質量ｐｐｍ変動する（標準偏差）。

中間円筒体を製造するための第１の変形工程
第１の変形工程は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０５１８９８号明細書Ａ１中に記載された方法につき行なわれる。

図１は、厚肉石英ガラス中空円筒体１を変形して、３２０ｍｍの外径、１５ｍｍの肉厚および６．２０ｍの長さを有する薄肉中間円筒体２とする装置を略示する。

搬送装置を用いて中空円筒体１を連続的に、かつ当該中空円筒体１の長手軸３を中心に４ｃｍ／分の供給速度で回転させながら、当該中空円筒体１を４００ｍｍの内径で環状に取り囲む抵抗炉４内に送り、かつ当該抵抗炉４内で帯域ごとに約２１００℃の温度へ加熱する。引き伸ばしのために、中間円筒体２を当該中間円筒体２の長手軸３を中心に回転させて約１２ｃｍ／分の引き伸ばし速度で長手軸３の方向に引き伸ばす（図中に示されていない）引張装置を使用する。

石英ガラス中空円筒体１は、当該石英ガラス中空円筒体１の自由な前面で、気密な回転ブッシングにより閉鎖されている。炉４内には、黒鉛製ガイド部材を備えた、水冷却式の２個の型枠ブロック５を有する成形工具が突出している（図１では略図により図示）。前記の回転ブッシングを通じて、回転する石英ガラス中空円筒体１内にガス流が導入され、その結果、約１０ミリバールの制御可能な内部過圧が生じる。それによって、中空円筒体１を型枠ブロック５に対して３４０ｍｍの目標直径に膨張させ、その際に、型枠ブロック５の前方に円周膨らみ部６が形成される。

その後に、中間円筒体２を型枠ブロック５から取り外すことができ、その結果、実際に生じる外径は、型枠ブロックの間隔から僅かにずれていてよい。外径を測定しかつ調整するために、中空円筒体１の長手縁部１０、１１を検出するための２個の高解像度ＣＣＤカメラ７、８および光学的に検出される長手縁部１０、１１の相対的な軸方向の位置を表示するモニター１２を含む、略示された測定・制御装置１３が設けられている。制御装置１３の機能形式をさらなる詳説については、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０５１８９８号明細書Ａ１を参照されたい。

こうして得られた中間円筒体２は、定義された外径および全体的に高い寸法安定性によって傑出している。石英ガラスの品質は、上記に説明したように、そのまま、中空円筒体１の品質に相当する。前記石英ガラスは、定義された出発生成物として大型管の製造に適している。

大型管を製造するための第２の変形工程
図２は、中間円筒体２を変形して９６０ｍｍの外径を有する所望の大型管２２とするための装置を略示する。

中間円筒体２には、左右でホルダー管が溶接されており（図中には、示されていない）、このホルダー管は、ガラス旋盤の双方のチャック中に圧締めされており、かつ同期回転される。

バーナーキャリッジ２１は、方向矢印２３によって示したように、中間円筒体２を右側から左側へ移動させる。バーナーキャリッジ２１上には、中間円筒体２の加熱および軟化に利用されるバーナーリングが取り付けられている。バーナーリング２５は、円環状で均等に円筒体長手軸３の周囲に配置されている、５個のガスバーナーから形成されている。

バーナーキャリッジ２１を４ｃｍ／分の速度で前進移動させることによって、中間円筒体２を、当該中間円筒体２の長手軸３（これは、回転軸に相当する）を中心に６０ｒｐｍの速度で回転させながら連続的にバーナーリングの作用下に加熱し、かつこうして約２１００℃の高温へ加熱する。この場合、内孔２０をガスで洗浄することができ、および定義され、かつ制御される内圧は、内孔２０内で約１００ミリバールになるまで調整されることができる。

石英ガラスは、バーナーリング２５内での加熱によって粘度が低下し、その結果、前記石英ガラスは容易に変形して、管外壁は、遠心力および黒鉛からなる成形部材２７に対する内圧の作用下で７．５ｍｍの肉厚を維持している。そのうえ、さらなる延伸は起こらず、むしろ石英ガラス管は、ブロック矢印２４によって示されているように、膨張された大型管２２が中間管２とほぼ同じ肉厚を有するように圧縮される。

こうして得られた石英ガラス管２２は、中間円筒体２として、図２中に示された方法に基づいて、さらなる変形に利用される。こうして、中間円筒体２は、段階的に大型の石英ガラス管２２へと拡大され、その際に全ての変形段階は、６５ｍｍ以下の直径の拡大を成す。そのうえ、バーナーリング２５の外径は、変形段階のそのつどの外径に簡単に適合させることができる。

膨張された大型管２２は、最初に使用された中間管２とほぼ同じ肉厚を有し（１００％）、および２．９７６ｍの最終長さに圧縮されている。

この方法により、上記に説明された拘束条件を維持すると、経済的な方法で２回の変形工程を用いるのみで、石英ガラスの化学組成および当該石英ガラスの均一性に関連して全体的に高い寸法安定性の、合成石英ガラスからなる大型管２２が得られる。こうして製造された大型の石英ガラス管の肉厚変動は、管の長さ１ｍ当たり０．４２ｍｍ未満である。

１ 厚肉石英ガラス中空円筒体、 ２ 薄肉中間円筒体、 ３ 中空円筒体１の長手軸、 ４ 抵抗炉、 ５ 型枠ブロック、 ６ 円周膨らみ部、 ７、８ 高解像度ＣＣＤカメラ、 １０、１１ 長手縁部、 １２ モニター、 ２０ 内孔、 ２１ バーナーキャリッジ、 ２２ 膨張された大型管、 ２３ 方向矢印、 ２４ ブロック矢印、 ２５ バーナーリング、 ２７ 成形部材

Claims (9)

1. 大型の石英ガラス管（２２）を多段成形によって製造する方法であって、第１の変形工程で成形工具（５）を使用して、所定の中間円筒体肉厚および所定の中間円筒体外径を有する、石英ガラスからなる中間円筒体（２）を形成させ、引き続き冷却し、さらに、第２の変形工程で、冷却された中間円筒体（２）の少なくとも１つの長さ部分を加熱帯域（２５）に供給し、その中で帯域ごとに軟化温度に加熱し、当該中間円筒体の長手軸（３）を中心に回転させて最終肉厚および最終外径を有する大型の石英ガラス管（２２）に変形させる前記方法において、石英ガラスが合成により製造されたものであり、かつ１０質量ｐｐｍ以下の平均ヒドロキシル基含有率を有し、かつ前記石英ガラスは、１質量ｐｐｍ未満のアルミニウム（Ａｌ）の濃度および４質量ｐｐｍ未満の他の金属汚染物質の全含有率を有し、さらに、中間円筒体を１ｃｍの長さを有する長さ部分に分割した場合に、隣接している長さ部分が当該隣接している長さ部分の平均ヒドロキシル基含有率において２質量ｐｐｍ未満の差を有し、前記大型の石英ガラス管（２２）を第２の変形工程で、圧縮後の当該大型の石英ガラス管の肉厚が圧縮前の当該大型の石英ガラス管の肉厚の７０％〜最大１００％となるように、その長手軸（３）の方向に圧縮することを特徴とする、前記方法。
2. 前記石英ガラスは、２質量ｐｐｍ以下の平均ヒドロキシル基含有率を有すること、および前記中間円筒体の隣接した長さ部分は、その平均ヒドロキシル基含有率において１質量ｐｐｍ未満の差を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記石英ガラスは、３０００質量ｐｐｍ未満の平均塩素濃度を有することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 前記大型の石英ガラス管（２２）は第２の変形工程で伸張されないこと、および当該大型の石英ガラス管の直径の拡大は、遠心力または吹込み圧に基づくことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記加熱帯域が、中間円筒体（２）の周囲に環状に均等に配置された複数の加熱源（２５）によって形成され、前記加熱源（２５）が、プラズマバーナー、ガスバーナー、レーザーの群から選択されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記石英ガラスは、０．３質量ｐｐｍ未満のアルカリ金属汚染物質およびアルカリ土類金属汚染物質の濃度を有することを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 第１の変形工程で、石英ガラスからなる出発中空円筒体（１）を、電気加熱炉（４）に供給し、この炉の中で帯域ごとに軟化させ、連続的に、かつ当該出発中空円筒体の長手軸（３）を中心に回転させながら、当該出発中空円筒体の外側ジャケットを成形工具（５）に対して押圧し、かつ成形工具（５）によって連続的に変形させて中間円筒体（２）とすることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記電気加熱炉（４）の寸法は、前記円筒体の長手軸（３）の方向に見て、少なくとも５００ｍｍであり、かつ前記中間円筒体（２）の外壁と炉（４）の内壁との距離は、１００ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項７記載の方法。
9. 管の長さ１ｍ当たり０．５ｍｍ未満の肉厚変動を有する大型管（２２）が得られることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。

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