JP2002531366A - ガラス質物質製の、特に石英ガラス製のチューブの製造方法 - Google Patents
ガラス質物質製の、特に石英ガラス製のチューブの製造方法Info
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Abstract
Description
る。この方法では、ガラス質物質製の中空円筒形の半製品が加熱帯に実質的に垂
直に送られて、それが加熱され、半製品からチューブへの転移領域を形成するこ
とにより、成形用具を使用せずに、チューブの直径および厚みが連続的に測定さ
れながら、下方へ引き抜かれてチューブとなり、そしてチューブの測定された幾
何学データが、半製品、転移領域およびチューブの内部スペースの圧力P1と、
少なくとも半製品からチューブへの転移領域およびその隣接チューブ領域におけ
る加熱帯で調節される加熱室内の圧力P2との間の圧力差が調節されることの助
けによって、制御信号を発生するために用いられる方法である。
の製造のためには、半製品としての中空円筒の形態の石英ガラスまたは高珪酸ガ
ラスが垂直法でチューブ状に引抜かれ、この場合、チューブ内側スペースの圧力
は外側の圧力、即ち加熱帯で半製品およびチューブの外側に作用している圧力よ
り高い。この方法を用いた場合、チューブ外径対その内径の比が、高度に円筒形
の半製品の外径対内径の比にせいぜい等しいそのようなチューブのみが製造され
るが、しかしながら、チューブは一般に、チューブの外径対内径の比が半製品の
外径対内径の比より小さい既知の方法で得られる。
願第1 259 877号から既知である。さらに、これらの細管の外径は、典型的には
内径の5倍以内である。このような細管の製造は、異なる直径のいくつかのガラ
ス管を互いに配置することにより実施され、これらのガラス管の個々の内径と外
径は互いに合わされる。これらのガラス管が互いに合わされた後、その配置が加
熱され、縦軸方向の引抜により、個々の管が互いに溶融される。しかしながら、
この手法は、内径および外径を変化させたガラス管の精巧な加工素材管理(stock
keeping)を必要とする。さらに、同軸配置は、引抜および熔融の間、高精度でチ
ューブの両端を支持する必要がある。さらに、互いに合わされる個々の予備組立
加工ガラス管は、特に個々の管の均一な組合せを確実にするために、その幾何学
寸法が非常に精巧に製造されねばならない。
を所望の内径および外径を有するチューブへ加工することを可能にするために、
初めに特記した方法を開発するという課題に基づく。
製品の外径(DHa)対内径(DHi)の比より大きいチューブの製造のために、半
製品、転移領域およびチューブの内側スペースの圧力P1が加熱室内の圧力P2の
値より小さい値に保持され、圧力P1が吸引ポンプにより保持されるということ
によって、前記の課題は解決される。
の外側の圧力P2の規定された設定値、ならびに公称値/実測値制御によるそれ
らの調節によって、製造されるチューブの外径対内径の比を、広い範囲に亘って
調節することができる。特に、本発明の方法は、壁厚対外径の比が半製品のもの
より大きいチューブの製造も可能にする。チューブ製造のための半製品の利用の
可能性はかなり広くなり、従って、それにより既存のチューブ引抜設備の融通性
および効率を増加することができる。
末端を閉じたままにしておくのが好ましい。次に、チューブの内側の圧力P1が
調節され、吸引ポンプの手段により、そして半製品、転移領域およびチューブの
内側に通される気体流を供給することにより、予め計算された値に保持される。
したがって、規定された負圧がチューブ内で保持され、調節に際して設定される
。
圧力変化により大いに影響され得る、ということがわかった。このような圧力変
化を計数するために、本発明の方法の別の実施態様では、気体の流れを、半製品
の中への導入前に、まづ第一に吸引ポンプとチューブの内側スペースとの間に挿
入されている緩衝装置として役立つ容器へ導入する。
とが有益であることがわかった。不活性気体は、加熱部分、おそらくは加熱炉部
分と接触する場合に酸化が回避されるという利点を与える。
値より5mbar〜200mbar小さい値に保持される場合には、半製品の外径(DHa )対半製品の内径(DHi)の比が1.5〜4.5の範囲内で、したがって非常に
広範囲で半製品を製造することができる。
計される。
偏差が存在する場合、制御信号が発生し、それにより公称値が再び達成されるま
で吸引ポンプの上流のバルブが制御され、閉じるようにすることによって、製造
するチューブの内径および外径に影響を及ぼすことができる。公称値に達成した
後、バルブは再び開けられる。この制御作用は絶えず反復されて、チューブがそ
の内径および外径に関して規定された公称値の限界内で製造されるようにする。
ここで、転移領域の後で、まだ加熱室の中にある場合でも、チューブの引抜方向
で観察される、チューブの直径(外径および内径)が直接測定されるという利点
があり、これらの幾何学データは、圧力差を調節するための制御信号を発生する
ために用いられる。
より大きいチューブの製造に特に適している、ということがわかった。さらにこ
の比(DRa/DRi)は、好ましくは1.8〜5.0の範囲内であるべきである。
さらに本発明の方法は、半製品の外径DHa対半製品の内径DHiの比が1.5〜4
.5の範囲内である半製品が用いられる場合、DRa対DRiの比が1.5より大き
いチューブに対して最適化することができる。
ことができるので、小さい内径および高い破断強さを有する細管の製造に特に適
している。
純度石英ガラスの、特に合成ガラスの半製品がこのために用いられる。このよう
にして製造されるチューブは、ここでは例えば既知のロッド−イン−チューブ技
術による光導波路の製造におけるケーシングチューブとして、または既知のMC
VDまたはPCVD法における支持体として用いられる。
を実現するための対応する装置の設計に基づいて、望ましい方法パラメーターを
以下に説明する。
び底部炉出口3を有する垂直に設置された炉1を包含する。炉1の内部加熱室4
は、2300℃以上までの温度に加熱可能である。
な案内装置によって、上部端面から炉入口2を介して炉内側室4に半製品として
導入される。石英ガラス中空円筒5は、キャリヤー6により閉鎖されたその上端
で、供給ライン7を介してプロセス容器8に連結され、その容器は、一方では遮
断バルブ9を介して不活性ガス供給源10と、そして他方で調節バルブ11およ
び真空ポンプ12と連結される。
れはそこで、炉内側室4のほぼ中央に点線円で暗示されている変形域13の領域
内で軟化され、したがって、矢印14の方向の引抜きにより、そして石英ガラス
中空円筒5の壁横断面を小さくすることにより、括れ部(drawing bulb)15が
形成される。ガイドロール17を有する引抜装置16は、炉1の出口側に設けら
れる。
はそれぞれ、石英ガラス中空円筒5の内側スペースは、シリコーンプラグのよう
なプラグ20によって閉鎖される。
または石英ガラス中空円筒5の内側スペース内の圧力条件を、それぞれ設定し、
調節し、そして変更することができる。このために、内側スペース19内の圧力
をモニタリングするための圧力ゲージ21、ならびに炉1の内側室4内の圧力を
測定するための別の圧力ゲージ22が用意される。さらに、図面に示したように
、調節バルブ11を制御する圧力調整器23;炉の温度を調節するための温度調
整器24;炉の設定温度を測定し、モニタリングするための高温計(パイロメー
ター)25;括れ部15の領域の温度を測定するための別の高温計;括れ部15
直後の、即ち炉の内側室4内の引抜管18の直径を測定するための直径ゲージ2
7;炉1の外側の引抜管18の直径を測定するための別の直径ゲージ28;炉1
の外側の引抜管18の壁厚を測定するための壁厚ゲージ29;矢印14の方向の
チューブ18の引抜速度を測定するための速度ゲージ30;ならびに引抜装置1
6を制御し、したがってガイドロール17の回転速度を設定する速度調整器31
が提供される。上記のような調節器、ゲージおよびその他の装置はすべて、中央
プロセス調節制御システム32に接続される。入力矢印33で示したように、公
称値は中央プロセス調節制御システムを介して入れられるべきであり、例えば石
英ガラス中空円筒5のだけでなく、製造される所望のチューブ18のチューブ寸
法;必要な質量処理量(mass throughput)等である。直径ゲージ27により実
施される括れ部15の真下の最初の直径測定の測定点は、矢印34により再び別
途示されているが、一方、炉1の外側の引抜管18に関する第二の測定点は、直
径ゲージ28に関して矢印35で表示されている。
なように、石英ガラス中空円筒5から出発する所望の寸法を有するチューブ18
の製造は、絶えずモニタリングされ、新たに設定することができ、またはそれぞ
れ、その条件に調節され得る。
チューブは、50mmのチューブ外径、12mmのチューブ内径、即ち4.17の直
径比DRa/DRiを有し、そのためには半製品としての外径DHa対内径DHiの比が
3.17の値を有する石英ガラス中空円筒5を用いた。処理量は、この場合34
kg/時間であった。引抜きは、2300℃の加熱室温度(炉1の内部室4の温度
)で実施した。炉1の操作中、加熱室4中のP2は約1120mbarであった。4
.17という前記のチューブ比を生じるためには、1070mbarの圧力P1がチ
ューブ内側室19の中で調節されねばならない。このために、チューブ18の内
側室19を、シリコーンプラグのような封止部材20により、チューブ18の末
端で閉鎖した。石英ガラス中空円筒5の上部端で、連結片−図のキャリヤー6−
を介して真空ポンプ12によって、内側圧力を生成させた。考え得る圧力変化を
減衰するために、真空ポンプ12と石英ガラス中空円筒5との間に緩衝器として
プロセス容器8を挿入する。
の圧力は、一時的に弱まる。次にチューブ末端が封止部材20で再び閉鎖された
後、圧力損失は、圧力制御システムに基づいて<2秒の時間内に平衡を保つこと
ができる。
ず、したがって、一貫した壁厚、ならびに内径および外径でチューブ18を引抜
き得る、ということが示された。
れるチューブ18の2つの例を以下に示す。
は1090mbarである。
は1090mbarである。
Claims (13)
- 【請求項1】 ガラス質物質製の、特に石英ガラス製のチューブの製造方法
であって、ガラス質物質製の中空円筒形の半製品が加熱帯に実質的に垂直に送ら
れて、それが加熱され、半製品からチューブへの転移領域を形成することにより
、成形用具を使用せずに、チューブの直径および厚みが絶えず測定されながら、
下方へ引き抜かれてチューブとなり、そしてチューブの測定された幾何学データ
が、半製品、転移領域およびチューブの内部スペースの圧力P1と、少なくとも
半製品からチューブへの転移領域およびその隣接チューブ領域における加熱帯で
調節される加熱室内の圧力P2との間で、その圧力差が調節されることの助けに
よって制御信号を発生するために用いられる方法であって、チューブ製造のため
に、その外径(DRa)対その内径(DRi)の比が半製品の外径(DHa)対内径(
DHi)の比より大きく、かつ半製品、転移領域およびチューブの内部スペースで
の圧力P1が加熱室内の圧力P2の値より小さい値に保持され、圧力P1が吸引ポ
ンプによって保持されることを特徴とする前記方法。 - 【請求項2】 半製品から離れて面するチューブ末端がその製造中は閉じら
れたままであり、そして圧力P1が吸引ポンプによって、そして半製品、転移領
域およびチューブの内部スペース中に導入される気体流の調節された供給量のた
めに、予め計算された値に保持されることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 気体流が、半製品、転移領域およびチューブの内側スペース
へのその導入の前に、緩衝装置として役立ち、吸引ポンプに連結される容器に導
入されることを特徴とする請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 不活性気体が、半製品、転移領域およびチューブの内側スペ
ースを通ることを特徴とする請求項2記載の方法。 - 【請求項5】 圧力P1が、圧力P2の値より5mbar〜200mbar小さい値に
保持されることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 圧力P1が、圧力P2の値より10mbar〜60mbar小さい値に
保持されることを特徴とする請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 圧力P2が、少なくとも1,000mbarの値に保持されるこ
とを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 チューブ外径対チューブ内径の比(DRa/DRi)の規定され
た公称値からの偏差に応じて、吸引ポンプの上流のバルブが公称値が再び達成さ
れるまで制御信号により閉止され、次いでバルブが開放されることを特徴とする
請求項1記載の方法。 - 【請求項9】 チューブが、そのチューブ外径(DRa)対チューブ内径(D Ri )の比が>1.5である半製品から製造されることを特徴とする請求項1記載
の方法。 - 【請求項10】 チューブが、そのチューブ外径(D〜)対チューブ内径(
DRi)の比が1.8〜5.0の範囲内である半製品から製造されることを特徴と
する請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 半製品の外径(DHa)対半製品の内径(DHi)の比が、1
.5〜4.5の範囲内である半製品が用いられることを特徴とする請求項1また
は9記載の方法。 - 【請求項12】 細管が半製品から引抜かれることを特徴とする請求項1記
載の方法。 - 【請求項13】 高純度石英ガラス、特に合成石英ガラスの半製品が、光導
波路の形成のためのチューブの製造に用いられることを特徴とする請求項1記載
の方法。
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