(57)【要約】【課題】  接合部の局部的ガラス化学的性質に悪影響を及ぼすことなく２つの光ファイバ管プリフォームを端と端をつないでアセンブルする方法を提供すること。【解決手段】  管壁の外側部分が管壁の内側部分よりもさらに外側に延びるように、一緒に接合すべき２つの管の端部を研磨によって逆テーパにする。そのような端部を有する２つの管を手短に加熱し、一緒にすると、逆テーパが接合すべき管部分の断面積のサイズを最小限に抑える。管を接合する仮付け溶接を行うために、接合部のガラス化学的性質に悪影響を及ぼさない最小量の熱を管の外側に加える。ひとたび仮付け溶接が所定の位置にくると、真空力とともに追加の熱を管に加えることができ、これにより溶接部の封止が完成する。【選択図】  図２
2004224691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部分および第１の端面を備える少なくとも１つの第１の端部を有する第１の本体を設ける工程であって、前記第１の本体が中空部分を画定する連続的な外表面および連続的な内表面を備え、前記中空部分が第１の本体の長さにわたる工程と、
中空部分および第１の端面を備える少なくとも１つの第１の端部を有する第２の本体を設ける工程であって、前記第２の本体が中空部分を画定する連続的な外表面および連続的な内表面を備え、前記中空部分が第２の本体の長さにわたる工程と、
前記本体の外表面が前記本体のそれぞれの内表面よりも遠くに突出するように前記第１の本体の第１の端面および前記第２の本体の第１の端面を整形する工程と、
第１および第２の本体をそれらのそれぞれの整形された第１の端面が互いに対向するように配向する工程と、
前記整形された第１の端面の各々の一部分の粘度が低下するまで整形された第１の端面の一部分を加熱する工程と、
前記粘度の低下した部分が接合されるまで２つの本体の少なくとも一方を他方の本体のほうに移動する工程とを含む、物品を作製する方法。
【請求項２】
前記第１および第２の本体の第１の端面を整形する工程は、形状が前記第１の端面の外縁から約５度ずれた中央端面部分を含むように前記それぞれの第１の端面を整形する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の本体および第２の本体を設ける工程は、第１の耐火性誘電体本体および第２の耐火性誘電体本体を設ける工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
加熱および移動工程中に本体の共通長手方向軸の周りで第１および第２の本体を回転させる工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の本体の第１の端面を整形する工程は、それぞれの凹形の第１の端面を形成するために前記本体の外表面が前記本体のそれぞれの内表面よりも遠くに突出するようにそれぞれの第１の端面を整形する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
粘度の低下した残りの部分が接合されるまで２つの本体の少なくとも一方を他方の本体のほうに移動する工程中に、接合された本体の中空部分に真空を加える工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第１および第２の本体が接合された位置で接合された本体の直径を減少させる工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
加熱する工程は、プラズマ・トーチを使用して前記それぞれの第１の端部を加熱する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
端面の残りの部分の粘度が低下するまで前記第１および第２の本体の第１の端部に追加の熱を加える工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
粘度の低下した残りの部分が接合されるまで２つの本体の少なくとも一方を他方の本体のほうに移動する工程をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
各々が凹んだ中央部分および隆起した外側部分を有する凹形リセスを端部がそれぞれ備えるように第１の中空本体および第２の中空本体のそれぞれの第１の端部を整形する工程と、
端部の粘度が低下するまで前記それぞれの第１の端部の少なくとも一部分を加熱する工程と、
第１の中空本体および第２の中空本体を、それらのそれぞれの凹形リセスの外縁が接合されるまで互いのほうに移動する工程とを含む、２つの中空本体を接合する方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の中空本体の第１の端面を整形する工程は、凹形リセスが凹んだ中央部分および隆起した外側部分を含むように前記それぞれの第１の端面を整形する工程を含み、凹形リセスの凹んだ中央部分が前記隆起した外側部分から約５度ずれている請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
整形する工程は、第１の耐火性誘電体中空本体および第２の耐火性誘電体中空本体を整形する工程を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
加熱および移動工程中に中空本体の共通長手方向軸の周りで第１および第２の中空本体を回転させる工程をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
加熱する工程は、プラズマ・トーチを使用して前記それぞれの第１の端部を加熱する工程を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
加熱する工程は、炉を使用して前記それぞれの第１の端部を加熱する工程を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
２つの中空本体の少なくとも一方を他方の中空本体のほうに移動する工程中にそれぞれ中空本体の中空部分に真空を加える工程をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
第１および第２の中空本体が接合された位置で十分に接合された中空本体の直径を減少させる後続工程をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
端部の粘度が低下するまで第１および第２の中空本体の第１の端部に追加の熱を加える工程をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
第１および第２の本体の端部が十分に接合されるまで２つの中空本体の少なくとも一方を他方の中空本体のほうに移動する工程をさらに含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光ファイバ作製に関し、より詳細には、光ファイバ製造中にガラス管とシリンダを接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報信号を光ファイバ上で光パルスの形態で伝送する通信およびデータ伝送システムが現在では一般的であり、光ファイバは、それらの信号伝送能力が機械的伝導体のそれを大きく上回るので長距離電話およびデータ通信ネットワークにおける好ましい物理的輸送媒体になっている。しかしながら、それらの利点にもかかわらず、長く、高収量で、誤りのない光ファイバを大量に生産するためには、それらの製造の難点を克服しなければならない。１つのそのような製造問題は、適切な光ファイバ特性を維持しながら長い光ファイバを経済的に製造することである。
【０００３】
光ファイバの製造は、光ファイバがそれから生成されるガラス・プリフォームを利用する。ガラス・プリフォームは太いガラス・ロッド中の光ファイバの所望の屈折率プロファイルを再生する。プリフォームを生成した後、それをファイバ線引き塔中に入れる。溶融塊が重力によって落下するまでプリフォームの端部が溶融するように、プリフォームの下端を炉中に引き下げる。プリフォームは落下するにつれて、スレッドになる。スレッドは、落下するにつれて冷たくなり、一連の処理工程（例えば、コーティング層の塗布）を受けて、完成した光ファイバになる。したがって、このプロセスによって生成される光ファイバの組成および長さは、光ファイバがそれから線引きされるプリフォームの特性に依存することが理解されよう。
【０００４】
プリフォームを生成する基本製造工程は当業者によく知られている。プリフォームを生産する３つの基本形態は、材料を管内で成長させる内付け蒸着（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、蒸着を後段で除去されるマンドレル上で行う外付け蒸着（Ｏｕｔｓｉｄｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、および蒸着を直接ガラス・プリフォーム上で軸方向に行う軸付け蒸着（Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を含む。光ファイバ・プリフォーム生産における最も一般的で、広く使用されているプロセスの１つは修正化学気相蒸着（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＭＣＶＤ）である。説明すると、ＭＣＶＤとは、クラッディングおよびコア材料の連続的な層を基体管の内表面に蒸着させる、プリフォームを作製するプロセスのことである。蒸着させる材料の個々の層を管の長さに沿って前後に移動するトーチによってガラス状にする（ガラス化する）。蒸着プロセス中、トーチ・アセンブリは基体管の長さをゆっくりとトラバースし、同時に反応ガスが管中に供給され、管から排出される。コアおよびクラッディング材料の蒸着に続いて、基体管を蒸着中よりも高い温度に加熱することによってつぶして中実コア・ロッドにする。コラプスしたロッドはプリフォームになる。プリフォームを生成した後、オーバクラッディング・プロセス中、シリカなどの材料をプリフォームに添加して、それの直径を所望の値にする。この工程は、酸水素またはプラズマ・トーチを使用してプリフォームをオーバクラッディングすることによって実行することができるが、他の方法も当業者に知られている。オーバクラッディング・プロセスが完了すると、プリフォームは光ファイバに線引きされる準備ができる。
【０００５】
上述の方法による中実コア・ロッド・プリフォームの生成が光ファイバ製造において一般的に利用されるが、ロッドインチューブ（ｒｏｄ−ｉｎ−ｔｕｂｅ）処理など、大きいプリフォームから光ファイバを経済的に生産する他の技法も使用される。上述の方法とは異なり、ロッドインチューブ処理では、コア／クラッディング層とオーバクラッディング層を別々に形成し、後で結合する。このプロセスでは一般により大きい直径のプリフォームの形成が可能である。概して、ロッドインチューブ処理は、コア／クラッド材料の屈折率よりも低い屈折率を有する石英ガラス管などの円筒形オーバクラッディング材料中に、より高い屈折率を有するガラス・ロッドをコア／クラッド材料として挿入する工程を含む。次いで、その２つの材料を加熱し、コラプスさせると、中実溶解ガラス・プリフォームができる。
【０００６】
光ファイバ製造用途の場合、長い光ファイバの生成および光ファイバ生産装置の少ない休止時間（ｄｏｗｎｔｉｍｅ）を含めて、ロッドインチューブプロセスを使用して大きい直径（例えば、≧９０ｍｍ）および長い長さ（＞１ｍ）のプリフォームを製作するための経済的利点がある。より詳細には、ファイバの線引き中にプリフォームが炉中に引き下げられるにつれて、プリフォームが排出されることが理解されよう。新しいプリフォームを所定の位置に入れるためにこのファイバ線引きプロセスを中断する必要があるのでプロセスの効率が低下し、得られるファイバの粘稠性（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）が低下する。詳細には、新しいプリフォームを所定の位置に入れ、線引き位置へのプリフォームの初期落下を実行するときに著しい休止時間が累積する。さらに、各新しいプリフォームからの線引きを再確立する際に著しい浪費が生じる。したがって、単一のプリフォームからより多くのファイバを作製する技法が求められている。
【０００７】
本発明によれば、長い長さのプリフォームを生成するために光ファイバ・プリフォームのロッドインチューブ生産中に２つまたはそれ以上の接合された管を使用することができる。接合された管は連続的な管と同様にしてファイバ線引き操作を通して処理することが好ましい。残念ながら、管接合プロセスは、ガラスの接合表面とバルク領域の両方からの塩素やヒドロキシルなどの代表的なガラス不純物の揮発を通して接合領域の周りで、局部的ガラス化学的性質、したがってガラス特性を変化させることがある。これらの局部組成変化はファイバ線引きプロセスを中断させるのに十分にガラス粘度を変えることがある。接合部付近の粘度変化によりファイバ線引きプロセス中にファイバが破断し、収量および生産性が悪影響を受けることがある。
【０００８】
米国特許第６３０５１９５号には、等温プラズマ・トーチ技法を使用して、シリカ・プリフォームなどの２つの長い本体を端と端をつないで接合する方法が記載されている。その特許によれば、このようにして製作した長いプリフォームは現在のプロセスよりも少ない休止時間および浪費で光ファイバの線引きが可能である。米国特許第６３０５１９５号には、プラズマ・トーチを使用して２つの長いガラス本体を接合する方法が記載されているが、局部的ガラス化学的性質を変えずに中空中央部分を有する２つまたはそれ以上のガラス管を接合する方法が記載または示唆されていない。米国特許第６１７８７７９号には同様に、２つの光ファイバ・プリフォームを一緒に端と端をつないでアセンブルする方法が開示されている。その開示されている方法は、共通長手方向軸に挿入された２つの円筒形プリフォームを整列させて配置する工程と、プリフォームを共通長手方向軸の周りに回転させる工程と、プリフォームの対面端部をヒータによって加熱する工程と、プリフォームを共通軸に対して平行に互いに向けて移動して、冷却後に端部間の密接な接触をなすようにそれらを互いに押し付ける工程と、米国特許第６１７８７７９号によれば、熱を周辺部に、次いでプリフォームのコアに加える。米国特許第６３０５１９５号と同様に、この方法は中実プリフォーム（すなわちコアを有するプリフォーム）に関してのみ記述されている。米国特許第６３０５１９５号には、接合部付近の管のガラス化学的性質に悪影響を及ぼすことなくガラス管を結合する方法が開示されていない。
【０００９】
したがって、接合部付近のガラス化学的性質を変えず、ファイバ線引きプロセスに悪影響を及ぼすことなく長いプリフォームを生成するためにガラス管を結合する方法が必要である。
【特許文献１】米国特許第６３０５１９５号
【特許文献２】米国特許第６１７８７７９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、得られたプリフォームからのファイバの生産に悪影響を及ぼすであろう接合部の局部的ガラス化学的性質に悪影響を及ぼすことなく、光ファイバ・プリフォームを端と端をつないで生成するのに使用する、２つまたはそれ以上の管をアセンブルする方法を提供することによって従来技術の欠点を克服する。本発明によれば、最初に、管壁の外側部分が管壁の内側部分よりもさらに外側に延びるように一緒に接合すべき２つの管の端部を研磨、切断または等価なプロセスによって逆テーパにする。そのような端部を有する２つの管を一緒にすると、逆テーパが接合すべき管部分の熱源に露出される断面積のサイズを最小限に抑える。これにより管を接合する仮付け溶接（ｔａｃｋ  ｗｅｌｄ）を行うために最小量の熱を管の端部に加えることが可能になる。テーパはまた２つの表面をコラプスさせるために使用されるので、テーパは接合部の気泡をなくす。仮付け溶接が所定の位置にきた後、逆テーパによって形成される間隙をなくし、管の接合を行うために、結合された管を仮付け溶接部の周りでさらに加熱することができる。必要な熱の量が最小なので、熱は接合部のガラス化学的性質に大きな影響を及ぼさず、したがって延伸された管は適切な組成特性を維持することが可能であり、長いプリフォームが線引きプロセスに悪影響を及ぼすことがなくなる。さらに、ひとたび仮付け溶接が所定の位置にくると、真空力とともに追加の熱を管に加えることができ、これにより溶接部の封止が完成する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、物品を作製する方法が開示される。本方法は、中空部分および第１の端面を備える少なくとも１つの第１の端部を有する第１の本体を設ける工程であって、第１の本体が中空部分を画定する連続的な外表面および連続的な内表面を備え、中空部分が第１の本体の長さにわたる工程と、中空部分および第１の端面を備える少なくとも１つの第１の端部を有する第２の本体を設ける工程であって、第２の本体が中空部分を画定する連続的な外表面および連続的な内表面を備え、中空部分が第２の本体の長さにわたる工程とを含む。本方法は、本体の外表面が本体のそれぞれの内表面よりも遠くに突出するように第１の本体の第１の端面および第２の本体の第１の端面を整形する工程と、第１および第２の本体をそれらのそれぞれの整形された第１の端面が互いに対向するように配向する工程と、整形された第１の端面の各々の一部分の粘度が低下するまで整形された第１の端面の一部分を加熱する工程と、低下粘度部分が接合されるまで２つの本体の少なくとも一方を他方の本体のほうに移動する工程とをさらに含む。
【００１２】
本発明の一態様によれば、第１および第２の本体の第１の端面を整形する工程は、形状が第１の端面の外縁から約５度ずれた中央端面部分を含むようにそれぞれの第１の端面を整形する工程を含む。本発明の別の態様によれば、第１の本体および第２の本体を設ける工程は、第１の耐火性誘電体本体および第２の耐火性誘電体本体を設ける工程を含む。本発明のまた別の態様によれば、加熱および移動工程中に本体の共通長手方向軸の周りで第１および第２の本体を回転させる工程を含む。
【００１３】
さらに、第１および第２の本体の第１の端面を整形する工程は、それぞれの凹形の第１の端面を形成するために本体の外表面が本体のそれぞれの内表面よりも遠くに突出するようにそれぞれの第１の端面を整形する工程を含む。本方法はまた、粘度の低下した残りの部分が接合されるまで２つの本体の少なくとも一方を他方の本体のほうに移動する工程中に、接合された本体の中空部分に真空を加える工程を含むことができる。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、本方法は、第１および第２の本体が接合された位置で接合された本体の直径を減少させる工程を含むことができる。本方法は、端面の残りの部分の粘度が低下するまで第１および第２の本体の第１の端部に追加の熱を加える工程をさらに含むことができる。さらに、本方法は、粘度の低下した残りの部分が接合されるまで２つの本体の少なくとも一方を他方の本体のほうに移動する工程をさらに含むことができる。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、２つの中空本体を接合する方法が開示される。本方法は、各々が凹んだ中央部分および隆起した外側部分を有する凹形リセスを端部がそれぞれ備えるように第１の中空本体および第２の中空本体のそれぞれの第１の端部を整形する工程と、端部の粘度が低下するまでそれぞれの第１の端部の少なくとも一部分を加熱する工程と、第１の中空本体および第２の中空本体を、それらのそれぞれの凹形リセスの外縁が接合されるまで互いのほうに移動する工程とを含む。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、第１および第２の中空本体の第１の端面を整形する工程は、凹形リセスが凹んだ中央部分および隆起した外側部分を含むようにそれぞれの第１の端面を整形する工程を含み、凹形リセスの凹んだ中央部分が隆起した外側部分から約５度ずれている。本発明の別の態様によれば、整形する工程は、第１の耐火性誘電体中空本体および第２の耐火性誘電体中空本体を整形する工程を含む。本発明の別の態様によれば、本方法は、加熱および移動工程中に中空本体の共通長手方向軸の周りで第１および第２の中空本体を回転させる工程をさらに含む。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、加熱する工程は、プラズマ・トーチを使用してそれぞれの第１の端部を加熱する工程を含む。加熱する工程はまた、炉を使用してそれぞれの第１の端部を加熱する工程を含む。本方法はまた、２つの中空本体の少なくとも一方を他方の中空本体のほうに移動する工程中にそれぞれ中空本体の中空部分に真空を加える追加の工程を含む。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、本方法は、第１および第２の中空本体が接合された位置で十分に接合された中空本体の直径を減少させる後続工程をさらに含む。さらに、本方法は、端部の粘度が低下するまで第１および第２の中空本体の第１の端部に追加の熱を加える工程、および第１および第２の本体の端部が十分に接合されるまで２つの中空本体の少なくとも一方を他方の中空本体のほうに移動する工程を含むことができる。
以上、本発明について一般的な用語で説明したが、次に添付の図面を参照する。図面は必ずしも一定の縮尺で描かれているとは限らない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の全部ではないが一部の添付の図面を参照しながら本発明について以下でより十分に説明する。実際、これらの発明は、多数の異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が適用可能な法的要件を満たすように与えられる。全体にわたって同じ番号は同じ要素を指す。
【００２０】
図１はロッドアンドチューブ（ｒｏｄ−ａｎｄ−ｔｕｂｅ）処理で使用されるアセンブリ８を示す。本出願全体にわたって説明されるアセンブリ８およびロッドアンドチューブ処理はロッドインシリンダ（ｒｏｄ−ｉｎ−ｃｙｌｉｎｄｅｒ）処理に同様に適用可能であることが当業者なら理解されよう。したがって、本出願の残部ではロッドインチューブ処理で使用される管に言及するが、シリンダおよびロッドインシリンダ処理への適用が暗示され、したがって用語は本明細書で交換可能に使用される。再び図１を参照すると、アセンブリ８は、ロッド１０上への管１２のコラプスの前に配置されるコア／クラッド・ロッド１０およびオーバクラッド管１２を含む。図１に示すように、ロッド１０は、実質的にロッド１０を囲む管１２内に配置される。管１２は下端部１４および上端部１６を含む。ロッド１０は、ロッド１０と管１２の間に（わかりやすいように拡大して図示されている）環状空間１８が生じるように管１２中に配置される。ロッドインチューブ処理中、当技術分野においてよく知られているように、環状空間１８は溶解プロセス中になくされる。溶解プロセスは、アセンブリ８の端部２０から、その後矢印２４で示される方向に管１２の長さに沿って炎または別の適切な熱源を用いてアセンブリ８を最初に加熱する工程を含む。加熱は、旋盤（図示せず）または同様の装置を使用して行われるアセンブリ８の回転中に実行される。一般に、環状空間１８を封止し、吸引装置への適切な接続を与える装置を介してアセンブリ８の上端部２２から吸引が環状空間１８に加えられる。このようにして、管１２はロッド１０上にコラプスさせて中実断面プリフォームを形成する。
【００２１】
図２は、まだコア／クラッド・ロッドをその中に挿入しなければならない空の環状空間１８を有するオーバクラッド管１２の端部２４の二等分図を示す。この図に示される管１２は別の同様の管に接合するために調製されている。より詳細には、管１２の端面２６上を通る縁部間線で画定される管１２の端部２６は、管１２の長さを通る中心軸２８で画定される、管の長い軸と直角にならないように研磨または切断によって逆テーパにされている。より詳細には、図２に示すように、管端部２６は、管１２の外側３１がそれの最も遠い端部２７で、それの最も遠い端部２９で管の内側３２よりも遠くに突出するように、中心軸２８に直角な平面３０から角度αで配向される。好ましくは、この逆テーパは、約５度に等しい角度αで管１２の円周の周りで一貫している。以下で詳細に説明するように、管１２の逆テーパは、同様に逆テーパにされた端部を有する管と接合されたときに一様な欠陥のない接合部を促進する。
【００２２】
図３は本発明の一実施形態による、熱源によって熱がそれに加えられるそれぞれの端部を有する２つの管１２、３４の二等分図である。管１２、３４の対向する端部は、図２に関して説明した方法に従ってそれぞれ調製される。したがって、両方の管端部が逆テーパにされる。管１２、３４は端面が互いに直接対向するように配向される。端面間の距離４１（わかりやすいように図３では拡大して図示されている）は最初は、好ましくは約１ｍｍから約３ｍｍにわたる。この配向を行うために、管１２、３４の長さを通る共通中心長手方向軸２８の周りで管１２、３４を回転４８させるように動作可能なガラス製作旋盤（図示せず）上に管１２、３４を取り付ける。旋盤はまた管１２、３４の端部間の距離４１を増大または減少させるように動作可能である。そのような旋盤は、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６１７８７７９号に記載されている。旋盤の構造および動作は当業者によく知られているので、それらについては本明細書でそれ以上説明しない。
【００２３】
再び図３を参照すると、管１２、３４は、プラズマ・ファイアボール４２を生成する等温プラズマ・トーチ４４に隣接して配置される。本発明では様々な等温プラズマを使用することができる。例としては酸素および酸素含有プラズマ、例えば酸素／アルゴンなどがある。プラズマは一般に、得られた物品中のＯＨ不純物が実質的に回避されるように水素がない。
【００２４】
図３に示すように、プラズマ・ファイアボール４２は管１２、３４の端部間の位置を占有する。プラズマ・ファイアボール４２は管端部を加熱し、２つの管１２、３４が旋盤によって一緒にされる際に２つの管端部の粘度を低減する。管端部の粘度は、管端部が一緒に溶解されるほど十分軟らかくすべきである。例えば、高シリカ・ガラスを溶解させるために、ガラス温度を摂氏１９００度以上にすべきである。したがって、端面間の距離４１は、端部がトーチ４４によって加熱される際に減少する。管の外端部２７、３８は管端部の残りの表面よりもプラズマ・ファイアボール４２のほうにさらに突出するので、外端部２７、３８は液化する管端部の第１の部分である。端部は端部が接触するまで一緒に迅速に移動される。本発明の一態様によれば、互いのほうへの管１２、３４の移動は、ひとたび外端部２７、３８が接触すると終わる。しかしながら、ガラスの熱およびテーパ・カットの角度に応じて、端部２７、３８の初期接触後に管は一緒にさらに押されることがある。プラズマ・ファイアボール４２は管１２、３４の端部の実質的な表面部分と直接接触しない。これはガラス化学的性質に組成変化が起こる機会を最小限に抑える。外端部２７、３８の加熱され、液化したガラスの接触は、図４に示される仮付け溶接部４５を生じる。
【００２５】
逆テーパは接合される管部分の断面積のサイズを最小限に抑えることが理解されよう。これにより端部２７、３８を液化させるために最小量の熱を管の外側に加えることができる。したがって、プラズマ・ファイアボール４２は、非常に少ない時間、一般に３０秒またはそれ以下で管端部に加えられる。最小量の熱が比較的短い時間期間中に加えられるので、仮付け溶接部の生成は結合された管のガラス化学的性質に影響を及ぼさない。さらに、仮付け溶接部の存在は、プラズマ・ファイアボール４２と管１２、３４の端部を含む実質的な量の表面との間の直接相互作用を防ぐ。さらに、接触する外端部２７、３８の断面積が小さいので、仮付け溶接部４５に生成される余分の材料が非常に少ない。
【００２６】
仮付け溶接部が形成される際に旋盤が管を回転させるので４８、仮付け溶接部は結合された管（すなわち、仮付け溶接が行われた後の管１２、３４）の円周全体の周りに存在する。管１２、３４はそれらの外表面に沿ってのみ一緒に仮付けされるので、管１２、３４はまだ十分に接合されてない。図４は仮付け溶接部４５で一緒に結合される図３の２つの管１２、３４の二等分図を示す。図４に示すように、仮付け溶接部４５が所定の位置にきた後、逆テーパから生じた間隙４７のために管１２、３４をなおも接合すべき管壁の全厚さに沿って接合すべきである。この間隙４７を閉じ、２つの管１２、３４の接合を完了するために、結合された管の外側に沿って追加の熱をプラズマ・トーチ４４によって供給する。２０〜３０ｍｍの範囲内の壁厚さの場合、および６０〜１００ｍｍの外直径の場合、プラズマ・トーチを約５〜１２分間加えるべきである。追加の熱により間隙４７の周りのガラスは粘性になる。熱が加えられ、旋盤が回転するにつれて４８、間隙４７は消滅する。随意に、環状空間の一貫した半径を維持するために間隙４７が十分な量のガラスで充填されるようにするために、管１２、３４を互いのほうに移動することができる。ただし、このようにすると管１２、３４間の液化した材料の押圧のために得られた接合部に余分の材料が生成されることがある。とはいえ、当技術分野においてよく知られているように、プラズマ・トーチ４４を使用して、このプロセスによって生成される余分の材料を除去することができる。
【００２７】
また、ホース５６およびキャップ５４によって環状空間１８に接続された真空５８が図４に示されている。キャップ５４はホース５６に真空５８への適切な接続を与え、結合された管の第１の端部５２を封止するように動作可能である。ストッパ、キャップまたは同様の装置５０を同様に結合された管の反対側の端部に挿入し、それにより環状空間１８全体を封止する。上述のように、間隙４７をなくすために結合された管を加熱する間、環状空間外に空気を追い出すために真空を加えることができる。この真空は管１２、３４の端部を一緒に移動するのを支援し、したがって管の接合を援助する。真空はまた間隙４７を囲む加熱されたガラスの間隙４７中への分散を支援する。真空は随意であり、太い壁管用の接合プロセスを支援するのに特に有益であることが理解されよう。
【００２８】
図５は本発明の一実施形態による、ガラス管を接合する方法をブロック形態で示す図である。ブロック６０に示すように、図２に関して詳細に説明したように、管壁の外側部分が管壁の内側部分よりもさらに外側に延びるように２つの管の端部を逆テーパにする。次に、図３に関して詳細に説明したように、管を旋盤によって一緒にする際に２つの端部に熱を加える（ブロック６２）。２つの端部を一緒にする際に、図４に示すように、結合された管の外壁の周りに仮付け溶接が形成される（ブロック６４）。最後に、同じく図４に関して説明したように、次いで逆テーパによって形成された間隙をなくし、管の接合を行うために追加の熱を加える（ブロック６６）。さらに、接合部の生成を援助するために環状領域に真空を加える（ブロック６６）。
【００２９】
上述のプロセスを使用すると必要な熱の量が最小なので、熱は接合部のガラス化学的性質に大きな影響を及ぼさず、したがって延伸された管は適切な組成特性を維持することが可能であり、長いプリフォームが線引きプロセスに悪影響を及ぼすことがなくなる。また、上述のプロセスを使用すると３つ以上の管を接合することができることが理解されよう。例えば、線引きプロセス中に光ファイバ収量を高めるために各々がテーパ端部を有する一連の管を端と端をつなげて接合することができることが理解されよう。
【００３０】
図６Ａは本発明の一実施形態による、管接合部に幾何形状修正７０を有する接合管６８、いまはプリフォームの透視図を示す。幾何形状修正は随意であり、そこからファイバを線引きする間に適切な流れ特性を保証するために行うことができる。図示のように、ファイバの線引き中に適切な流れ特性に遭遇することを保証するために、接合された管６８の円周全体の周りで接合部のガラスを切断またはせん断することができる。本発明の一実施形態によれば、接合された管の円周全体に沿って弧または弓ができ、弧が幅２ｃｍおよび深さ２ｍｍを有するように切断を行うことができる。図６Ｂおよび図６ＣはＶ字形７２修正や切欠き７４修正などの幾何形状修正の代替実施形態を示す。これらの幾何形状修正７０、７２、７４の各々は、接合部から生じることがある流れの抵抗を最小限に抑え、適切な流れ特性を保証するのを助ける。
【００３１】
図６Ａ〜図６Ｃに示される随意の幾何形状修正は管を接合する前に行うこともできることが理解されよう。これは、例えば、管端部に管の内表面と管の外表面との間に突端または突出部が生成されるように、管端部の外側を切断またはせん断することによって行うこともできる。これにより管を接合した後でも幾何形状修正は存在することが可能になるであろう。
【００３２】
本明細書に記載の発明の多数の修正および他の実施形態は、以上の説明および関連する図面に提示された教示の特典を有するこれらの発明が関係する当業者なら思い付くであろう。したがって、本発明は、多数の形態で実施することができ、上述の実施形態に限定されるべきではないことが当業者なら理解されよう。一例として、プラズマ・トーチについて上述したが、当業者なら理解されるように、炉などのいくつかの代替熱源を上述の１つまたは複数の工程で使用することができる。さらなる一例として、上述の実施形態では円形管の使用について説明したが、本明細書に記載の方法は異なる断面形状を有する中空部材を企図している。したがって、本発明は開示した特定の実施形態に限定されるべきではなく、修正および他の実施形態は首記の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。本明細書では特定の用語を用いたが、それらは一般的で説明的な意味のみで使用され、限定の目的では使用されない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来技術による、ロッドインチューブ処理で使用されるアセンブリを形成するためのオーバクラッド管内でのコア／クラッド・ロッドの位置決めを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、単一の管端の二等分図である。
【図３】本発明の一実施形態による、熱源によって熱がそれに加えられるそれぞれの端部を有する２つの管の二等分図である。
【図４】本発明の一実施形態による、熱源によって熱がそれに加えられる２つの仮付け溶接管の二等分図である。
【図５】本発明の一実施形態による、ガラス管を接合する方法を示すブロック図フローチャートである。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、管接合部に幾何形状修正を有する接合管の透視図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による、管接合部に幾何形状修正を有する接合管の透視図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態による、管接合部に幾何形状修正を有する接合管の透視図である。
【図１】
2004224691.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2004224691.tif 000009
【図６Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月21日(2004.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を有する出発部材の所定の軸端にスートを堆積させるよう前記出発部材を配置して準備するステップと、
第１の密度を有しかつ前記出発部材とほぼ軸が一致する細長い円筒状のコア・スートを形成するように、前記出発部材の末端に第１のスートを堆積させるステップと、
前記コア・スートを取り囲むクラッド・スートを形成するよう前記コア・スートの周囲にＳｉＯ2を含む第２のスートを堆積させ、所望の軸長の多孔質スート部材を得るステップとからなり、前記コア・スートの周囲の領域におけるクラッド・スートの少なくとも一部は、前記コア・スートの前記第１の密度よりも大きい第２の密度を有しており、さらに、
前記コア・スートと前記クラッド・スートとをコア・ガラスとクラッド・ガラスとに焼結するのに十分な温度で前記スート部材を加熱するステップとからなり、前記コア・ガラスは前記クラッド・ガラスよりもより大きな割合で縮径して前記コア・ガラスを前記クラッド・ガラスから半径方向に分離するものであり、そして、
前記クラッド・ガラスの内部から前記コア・ガラスを取り除くことにより、ガラス管を得ることを特徴とするガラス管の製造方法。
【請求項２】
前記スート部材を焼結して前記コア・ガラスと前記クラッド・ガラスとする前に、前記スート部材を脱水することを特徴とする請求項１に記載のガラス管の製造方法。
【請求項３】
前記クラッド・ガラス中に所望量のＧｅが添加されるように前記コア・スートの上に前記クラッド・スートを堆積させることを特徴とする請求項１に記載のガラス管の製造方法。
【請求項４】
前記クラッド・ガラス中に所望量のフッ素が添加されるように、前記焼結中に前記クラッド・スートに所定濃度のフッ素を加えることを特徴とする請求項１に記載のガラス管の製造方法。
【請求項５】
前記クラッド・ガラスの内部から前記コア・ガラスを除去するために両方の軸端近傍で焼結された前記多孔質スート部材を切断することを特徴とする請求項１に記載のガラス管の製造方法。
【請求項６】
コア・トーチの火炎中でＳｉＣｌ4を前駆ガスとして反応させ、前記コア・トーチの火炎を前記出発部材の端部に向けることにより、前記出発部材の端部に前記コア・スートを堆積させることを特徴とする請求項１に記載のガラス管の製造方法。
【請求項７】
クラッド・トーチの火炎中でＳｉＣｌ4を前駆ガスとして反応させ、前記クラッド・トーチの火炎を前記コア・スートの周囲に向けることにより、前記コア・スートの周囲に前記クラッド・スートを堆積させることを特徴とする請求項１に記載のガラス管の製造方法。
【請求項８】
前記クラッド・ガラス中に所望量のＧｅを添加するために、前記クラッド・トーチの火炎中で前駆ガスとしてＧｅＣｌ4を反応させることを特徴とする請求項７に記載のガラス管の製造方法。
【請求項９】
前記第２のスートを堆積させることには、前記クラッド・スートの密度を、前記第２の密度から減少するように前記コア・スートの周辺から半径方向の外側に向けて傾斜させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のガラス管の製造方法。
【請求項１０】
前記クラッド・スートの平均密度が前記コア・スートの平均密度よりも小さくなるように、前記傾斜させるステップを実行することを特徴とする請求項９に記載のガラス管の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月21日(2004.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部分と第１の端面とを備える少なくとも１つの第１の端部を有する第１の本体を設ける工程を含み、前記第１の本体は中空部分を画定する連続的な外表面と連続的な内表面とを備え、そして前記中空部分は第１の本体の長さにわたっており、さらに、
中空部分と第１の端面とを備える少なくとも１つの第１の端部を有する第２の本体を設ける工程を含み、前記第２の本体が中空部分を画定する連続的な外表面と連続的な内表面とを備え、そして前記中空部分は第２の本体の長さにわたっており、さらに、
前記本体の外表面が前記本体のそれぞれの内表面よりも遠くに突出するように前記第１の本体の第１の端面と前記第２の本体の第１の端面を整形する工程と、
前記第１と第２の本体を、これらのそれぞれの整形された第１の端面が互いに対向するように配向する工程と、
前記整形された第１の端面の各々の一部分の粘度が低下するまで整形された第１の端面の一部分を加熱する工程と、
前記粘度の低下した部分が接合されるまで２つの本体の少なくとも一方を他方の本体のほうに移動する工程とを含むことを特徴とする物品を作製する方法。
【請求項２】
前記第１と第２の本体の第１の端面を整形する工程は、形状が前記第１の端面の外縁から約５度ずれた中央端面部分を含むように前記それぞれの第１の端面を整形する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の本体を設ける工程と前記第２の本体を設ける工程とは、第１の耐火性誘電体本体と第２の耐火性誘電体本体とを設ける工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記加熱する工程と前記移動する工程中に、本体の共通長手方向軸の周りで第１および第２の本体を回転させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１と第２の本体の第１の端面を整形する工程は、それぞれの凹形の第１の端面を形成すべく前記本体の外表面が前記本体のそれぞれの内表面よりも遠くに突出するように、それぞれの第１の端面を整形する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記粘度の低下した残りの部分が接合されるまで２つの本体の少なくとも一方を他方の本体のほうに移動する工程中に、接合された本体の中空部分に真空を加える工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１と第２の本体が接合された位置で、接合された本体の直径を減少させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記加熱する工程は、プラズマ・トーチを使用して前記それぞれの第１の端部を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
端面の残りの部分の粘度が低下するまで前記第１および第２の本体の第１の端部に追加の熱を加える工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
粘度の低下した残りの部分が接合されるまで２つの本体の少なくとも一方を他方の本体のほうに移動する工程をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
凹んだ中央部分と隆起した外側部分とを有する凹形リセスを端部が備えるように第１の中空本体と第２の中空本体のそれぞれの第１の端部を整形する工程と、
端部の粘度が低下するまで前記それぞれの第１の端部の少なくとも一部分を加熱する工程と、
第１の中空本体と第２の中空本体とを、これらのそれぞれの凹形リセスの外縁が接合されるまで互いのほうに移動する工程とを含むことを特徴とする２つの中空本体を接合する方法。
【請求項１２】
前記第１と第２の中空本体の第１の端面を整形する工程は、凹形リセスが凹んだ中央部分と隆起した外側部分とを含むように前記それぞれの第１の端面を整形する工程を含み、凹形リセスの凹んだ中央部分は前記隆起した外側部分から約５度ずれていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記整形する工程は、第１の耐火性誘電体中空本体と第２の耐火性誘電体中空本体とを整形する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記加熱する工程と前記移動する工程中に、中空本体の共通長手方向軸の周りで第１と第２の中空本体を回転させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記加熱する工程は、プラズマ・トーチを使用して前記それぞれの第１の端部を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記加熱する工程は、炉を使用して前記それぞれの第１の端部を加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
２つの中空本体の少なくとも一方を他方の中空本体のほうに移動する工程中に、それぞれ中空本体の中空部分に真空を加える工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
第１と第２の中空本体が接合された位置で十分に接合された中空本体の直径を減少させる後続の工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
端部の粘度が低下するまで第１と第２の中空本体の第１の端部に追加の熱を加える工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
第１と第２の本体の端部が十分に接合されるまで、２つの中空本体の少なくとも一方を他方の中空本体のほうに移動する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。