JPH11139836A - 石英ガラス製物体の製法 - Google Patents
石英ガラス製物体の製法Info
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Abstract
体が楔形に変形する危険性なしに加熱帯域中でゾ−ン焼
結処理でき、素体の焼結中素体の膨径変形または伸長化
変形も簡単にできる石英ガラス製物体の製法を提供す
る。 【解決手段】 長軸の周りに回転する円筒状芯材表面上
にSiO2粒子を堆積させて上部支持部材に接合した円
筒状SiO2粒子製素体を造り、次いで、得られた素体
の上端部を上部支持部材で保持しながら素体長軸を垂直
に配置して加熱帯域中に該長軸の周りに回転しながら供
給して素体のゾ−ン焼結を行い、同時に素体の下端部を
同じ軸周りに回転する下部支持部材に保持することから
なる石英ガラス製物体の製法。
Description
に関する。更に詳しくは、本発明は長軸の周りに回転す
る円筒状芯材の円筒状表面上にSiO2粒子を堆積させ
て上端部が円筒状芯材の上部支持部材に連接した実質上
円筒状多孔質素体を造り、次いで、上端部が前記上部支
持部材に連接した素体を加熱帯域に所定の速度で供給
し、該円筒状素体の長軸を垂直に維持したまま該加熱帯
域中でゾ−ン焼結を行なうことを包含する石英ガラス製
物体の製法に関する。
学産業における多くの部材の中間体として使用されてい
る。それらの石英ガラス製中空円筒は上述の石英ガラス
製物体の製法と類似の製法により、長い担体棒上にSi
O2粒子を堆積させて多孔質中空円筒素体すなわち多孔
質中空円筒半加工品を形成し、得られた多孔質中空円筒
素体を処理し焼結することにより造られている。この製
法の場合には、棒状担体を多孔質中空円筒素体の焼結前
或いは後に多孔質中空円筒素体の中空孔から取り除いて
いる。
ら、光ファイバ−用予備成形体(プリホ−ム)の製法は
既知であり、この製法においては一般に知られた方法に
より、旋盤に両端を把持されて、長軸の周りに回転す
る、僅かに円錐状を呈する芯材の表面区域に火炎加水分
解バ−ナ−によりSiO2粒子を幾層にも堆積させる。
この操作中に芯材の長軸に沿つてバ−ナ−が往復運動す
ることによりSiO2粒子の楕円形の多孔質予備成形体
が形成される。
−パ−が付いていて且つ円周方向への突出部を備えた端
部をもつブツシュ形態の支持部材中を通つて延びる。こ
の芯材は、芯材と前記支持部材との間隙に圧入されたス
ペ−サ−により支持部材に対して幾何学的に固定され
る。この支持部材と芯材とは例えば酸化アルミニウム、
黒鉛、または石英ガラスからなる。SiO2粒子の堆積
中、芯材並び支持部材の一部をその突出部と一緒に、形
成されつつある予備成形体中に埋設させる。SiO2粒
子の堆積終了後、芯材を除く。完成した予備成形体を、
予備成形体に埋設した支持部材から、垂直に懸吊するこ
とにより予備成形体を更に処理することができ、その
際、支持部材の突出部は惹起することがある予備成形体
の支持部材からの脱落を防止する。
8年、4月27日発行の日本英文抄録C−491中の特許要
約(特開昭62−256733号記載の発明の要約)に
記載されている。ここでは、上述の方法と同様に、芯材
上にSiO2粒子の堆積中、支持部材は形成されつつあ
る多孔質楕円形予備成形体の上端部で該予備成形体中に
埋設され、次いで、得られた予備成形体を、その長軸を
垂直に配置してゾ−ン焼結する。このためには、支持部
材から予備成形体を懸吊して予備成形体の下端部を先頭
にして回転しながら火炉中に導入し下降させる。
な外径をもつ軽量の予備成形体を製造するのに適した支
持部材が使用されている。重い予備成形体の場合には支
持部材が多孔質予備成形体を脱落させる危険がある。そ
の上、完成焼結円筒は、予備成形体を垂直に配置するた
めに、著しい楔形の形状をもつものとなる。この理由は
加熱帯域下側に位置する予備成形体集塊の重量が加熱帯
域中にある軟化した予備成形体集塊部分に作用するから
である。加熱帯域が移動するから、加熱帯域中に作用す
る重量は常に変化して焼結円筒を楔形にする。焼結円筒
の意図する用途に応じてこの楔形は機械的仕上げ加工に
より非常な費用をかけて除かねばならない。すなわち、
楔型焼結円筒は例えば光ファイバ−の製造に適用する場
合には通常許容できない。
粉粒凝着体)即ち多孔質素体を焼結する際の変形を避け
るために、ス−ト体をその上端部から垂直に懸吊してあ
る期間焼結処理し、また他の焼結期間ス−ト体をその下
端部から支持して焼結する方法が欧州特許願第7019
75号明細書に提唱されている。この方法では、前記あ
る焼結期間から次の他の焼結期間への移行のバランスは
注意深く調整しなければならない。
素体さえも安全に保持でき、且つ垂直方向に配置した長
軸に沿つて楔形にならないでゾ−ン焼結できる、特に簡
略化された方法を提供する研究に基づくものである。
の処理は、素体をその下端部で下部支持部材に結合し、
焼結中素体を上部支持部材及び下部支持部材で支持する
ようにして、本発明の要求を叶えるものである。
部材に結合するだけでなく、両端部で支持部材に支持さ
れる。この両方の支持部材により素体は焼結操作中垂直
方向に保たれる。ゾ−ン焼結を行うために、加熱帯域を
素体の一端から出発して素体上を導くか、あるいはフイ
ルムを巻き戻すように素体を加熱帯域中を通過させても
よい。この操作において、支持部材と素体との間の結合
は支持部材による安全な素体の保持を保証するものであ
る。
れることが肝要である。すなわち、焼結中に支持部材間
の間隔を予め定めることができ、この間隔を一定に保つ
か、或いは焼結中に変化させることができる。素体を上
部支持部材から懸吊し、同時に素体を下部支持部材で支
持することが重要である。このやり方によれば、加熱帯
域の下側における素体の質量は下部支持部材により支え
られ、また、加熱帯域の上側の質量は上部支持部材によ
り受け止められるから、加熱帯域中の軟化した素体区域
には小さい重量の作用がかかるのに過ぎない。焼結操作
中、両方の支持部材には重量がかかる。加熱帯域の位置
に応じてより強い加重が上部支持部材または下部支持部
材上に作用するが、いずれの場合にも全加重量は同じで
あるから、楔形の形成は回避される。
れた素体のガラス化部分に接合する実施態様が特に有利
である。この態様では、素体は素体の両端部の表面部分
に形成されたガラス化部分により支持部材に接合する。
ガラス化部分の平均相対密度は石英ガラスの理論密度の
最小40%、好適には最小80%の値に調節される。こ
のやり方により、比較的高い機械的安定性が達成され、
重量のある素体も支持部材から外れる危険なしに支持部
材に保持できる。“ス−ト体”(すなわち微細粉粒凝着
体)製造用のSiO2粒子の堆積に際しては通常、(石
英ガラス密度の2.2g/cm3に関して)10%〜35
%の範囲の素体平均相対密度が達成される。表面温度が
高く調整されるほど素体の密度は高くなる。
域の温度を高く保ち続けることによつて形成されつつあ
るガラス化部分中に支持部材を埋設する方法が特に有利
であることが判明した。この方法ではSiO2粒子の堆
積中、ガラス化部分に相対的に高い温度が、例えば付加
的なバ−ナ−を用いて、維持される。ガラス化部分中に
埋設された支持部材は例えばブツシュ、リング、または
シエルの形態を取ることができる。中空支持部材を用い
れば、それら支持部材の内側でも素体を緊締できるか
ら、それら支持部材を部分的にガラス化部分から突出さ
せる必要はない。
は、支持部材の少なくとも一方を堆積中の素体材料で形
成する。この支持部材の形成は工具を使用して機械的に
行うことができるが、しかし、適当な支持部材、例えば
ノブ形態の支持部材の作成は、単にSiO2粒子を素体
のガラス化部分に堆積させ、かつ適当に軟化させること
により行うこともできる。例えば局部的過熱によりガラ
ス化部分の緻密化を行うこともできる。
成される支持部材を堆積工程中に完全な形に造る必要は
ない。更にまた、堆積中または堆積後にだけガラス化部
分上に石英ガラス支持部材を融着することが有利である
ことが判明した。上部支持部材と下部支持部材との間の
間隔を焼結中一定に保つ実施態様は特に簡単である。
間の間隔を素体の加熱帯域への導入速度に応じて焼結操
作中変化させる実施態様もまた有利であることが判明し
た。上記間隔は減少することも、増大することもでき
る。例えば、焼結操作中に前記間隔を徐々に減少するこ
とにより焼結操作中の多孔質素体の収縮を相殺すること
ができる。 更にまた、素体の形状は前記間隔を変える
ことによつて加熱帯域中で意識的に変えることができ
る。例えば、素体の膨径化変形は前記間隔を徐々に減少
することにより達成でき、或いは素体の伸長化変形は前
記間隔を連続的に増大することにより達成できる。管状
素体の場合には、外径或いは内径と壁厚との関係はこの
実施態様における個々の態様より左右される。素体の全
長に亙り均一に変形することは素体の加熱帯域中への導
入速度に基づいて前記間隔を一次従属的に変化すること
により達成される。
細に説明する。図1は多孔質SiO2素体の製法を説明
する。図2は本発明による多孔質SiO2製円筒素体か
ら石英ガラス製円筒の製法を説明する。
の石英ガラス製芯材を示す。この芯材1上には一連のバ
−ナ−2によりSiO2粒子が幾層もなして堆積されて
多孔質中空円筒素体3を形成する。この素体3の長さは
約2mである。
カラ−(支持部材)4の間に延び、これらカラ−も芯材
1と同様に石英ガラスからなる。これらカラ−の長さは
30cmで、内径は約30mm、最大外径は100mm
である。カラ−4は一部が素体3中に埋設されている。
把持爪により旋盤に固定され、該旋盤の把持爪5は素体
3から突き出ているカラ−4の部分でカラ−4を把持す
る。また、カラ−4は芯材1とは摩擦により連結して互
いに同じ回転速度で回転する。
を埋設した素体3の製法を更に詳細に記載する。
の表面に沿つて移動することにより、長軸に沿つて回転
する芯材1の上と、同じ軸に沿つて回転するカラ−4の
上とにSiO2粒子を幾層にも堆積させた。SiO2堆
積の開始時には形成されつつある素体3の重量の大部分
を芯材1が支えている。素体3の厚さが増すにつれて、
SiO2粒子の粉塵が芯材1とそれぞれのカラ−4との
境界部上に徐々に堆積する。カラ−4が素体3に埋設さ
れると直ぐにカラ−4と芯材1とが多孔質素体3の重量
を支えることになる。
度は約1200℃(堆積用バ−ナ−の火炎が素体の表面
に当たつたところで測定して)に調節され、これによ
り、素体3の平均相対密度は約20%となつた。この密
度のために、素体3はその端部区域8だけでカラ−4に
よる連接により素体3の重量を支えるのに充分な機械的
安定性をもつ。付加的なバ−ナ−(図には示してない)
により素体3の両方の端部区域8を更に圧密化して約9
0%の密度とすることができる。
安定な状態に埋設されているから、芯材1は素体3から
引抜かれる。その直後にできた素体3の内孔の直径は3
0mmである。こうして造られた素体3の重量は100k
g以上であつた。
素体3中に埋設されたカラ−4により素体3を保持し、
以下に、図2を参照して、こうして造られた素体3のガ
ラス化、(すなわち焼結処理)を一層詳細に記載する。
13により素体11を、素体11の全長の一部にだけ亙
つて延びる高周波炉14内に垂直に保持したので、素体
11をゾ−ン焼結(区域的に焼結)できる。この実施態
様では素体11の上端部15を先頭にして高周波炉14
中に素体11を導入した。
を素体11の長軸の周りに回転する(垂直方向に配置さ
れた旋盤と類似の)保持装置(旋盤とは別の、しかし図
示せず)の3つ爪チヤック16,17に固定する。カラ
−12,13は2個の3つ爪チャツク16,17により
保持され、それらの相互の位置は固定され、上部カラ−
12と下部カラ−13との間の距離は焼結処理中一定に
保たれる。
ら加熱帯域14を通過する時、軟化区域18で軟化す
る。この実施態様においては、軟化区域18は素体11
の上部区域15から始まつて下方に移動する。素体11
内の軟化区域18の位置次第で、より大きい重量が上部
カラ−12または下部カラ−13に作用するが、しか
し、それらにかかる合計重量は同じである。上部カラ−
12は固定されているから軟化区域18の上側に位置す
る素体11の上部区域15の重量は、方向矢印20で示
すように、上方に向けて引っ張られる。また、下部カラ
−13も固定されているから、軟化区域18の下側に位
置する素体11の下部区域19の重量は、方向矢印21
で示すように、下方に向けて引っ張られる。従って、軟
化区域18には如何なる変形力も作用しないから、ガラ
ス化素体の楔形への変形は回避される。
11の上端部を焼結処理中上部カラ−12により固定
し、高周波炉14を素体11の頂部から底部にわたり所
定の速度で下降させる。同時に、下部カラ−の(3つ爪
チヤツク17による)素体11の支えを高周波炉14の
下降速度の1/10に相当する一定の速度で上昇させ
る。上部カラ−12と下部カラ−13との間隔の連続的
減少により素体11の軟化区域18中だけで変形を生ず
る。このようにして、素体11の均一な膨径が達成され
る。この素体の膨径量は素体のゾ−ン焼結後に素体の元
の長さの1/10以下に過ぎない量である。焼結操作
中、上部支持部材(上部カラ−)と下部支持部材(下部
カラ−)との間隔を一定に保つ実施態様は特に容易であ
る。
量のある素体を支持部材から脱落する危険性なしに支持
部材に保持でき、楔形楕円形の焼結物体を生ずることが
なく、また焼結中素体の形態の膨径または伸長化を簡単
に達成できる簡単な石英ガラス物体の製法が提供され
る。
ある。
ラス製円筒の製法を示した説明図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 長軸の周りに回転する円筒状芯材(1)
の円筒状表面上にSiO2粒子を堆積させて、上端部
(15)が円筒状芯材(1)の上部支持部材(12)に
連接してなる実質上円筒状多孔質素体(3;11)を造
り、次いで、得られた素体を上部支持部材(12)で支
持して加熱帯域(14)に所定の速度で供給し、該円筒
状素体の長軸を垂直に維持したまま該加熱帯域中で該素
体のゾ−ン焼結を行なうことを包含する石英ガラス製物
体の製法において、素体(3,11)をその下端部(1
9)で下部支持部材(13)に連接し、且つ焼結操作中
上部支持部材(12)及び下端部支持部材(13)をそ
れぞれ保持装置(16;17)により支持することを特
徴とする、石英ガラス製物体の製法。 - 【請求項2】 支持部材(4;12;13)が素体
(3;11)の上端部と下端部(12;13)の区域に
形成されたガラス化部分(8)に連接されることを特徴
とする、請求項1記載の製法。 - 【請求項3】 支持部材(4;12;13)が、素体
(3;11)の表面区域を高温に維持することによりS
iO2粒子の堆積中に形成された素体のガラス化部分
(8)中に埋設されることを特徴とする、請求項2記載
の製法。 - 【請求項4】 断面が円筒状芯材(1)を包囲する中空
形態の支持部材(4)を使用することを特徴とする、請
求項3記載の製法。 - 【請求項5】 少なくとも一方の支持部材が堆積中の素
体物質から造られることを特徴とする、請求項1ないし
4のいずれか1項記載の製法。 - 【請求項6】 石英ガラスからなる支持部材が素体形成
粒子の堆積中または堆積後に素体のガラス化部分上に融
着することを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか
1項記載の製法。 - 【請求項7】 上部支持部材(12)と下部支持部材
(13)との間の間隔を焼結中一定に保つことを特徴と
する、請求項1ないし6のいずれか1項記載の製法。 - 【請求項8】 上部支持部材(12)と下部支持部材
(13)との間の間隔を素体の加熱帯域(14)への導
入速度に応じて焼結操作中に変化させることを特徴とす
る、請求項1ないし6のいずれか1項記載の製法。
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