(57)【要約】シリカガラススートから光学プリフォームを形成する方法および装置が開示される。一実施形態によれば、光学プリフォームを形成する方法は、型本体の型穴内にシリカガラススートを詰める工程を含み得る。型本体は、シリカガラススートを型本体の内壁に向かって押し付けるのに十分な回転速度で回転され得る。その後、型本体が回転された際、シリカガラススートが半径方向内側に圧縮されて、スート固着体層を形成する。
2016538218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学プリフォームを形成する方法であって、
型本体の型穴内にシリカガラススートを詰める工程と、
前記シリカガラススートを前記型本体の内壁に向かって押し付けるのに十分な回転速度で、前記型本体を回転させる工程と、
前記型本体が回転された際、前記シリカガラススートを半径方向内側に圧縮して、スート固着体層を形成する工程と
を有してなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記シリカガラススートを前記型穴内に詰める前に、前記型穴内にガラスコアブランクを配置する工程を更に有し、前記スート固着体層を形成するために、前記シリカガラススートが前記ガラスコアブランクの周囲に半径方向内側に圧縮される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
光学プリフォームを形成する方法であって、
型本体の型穴内に第１の量のシリカガラススートを詰める工程と、
前記第１の量のシリカガラススートを前記型本体の内壁に向かって押し付けるのに十分な回転速度で、前記型本体を回転させる工程と、
前記型本体が回転された際、前記第１の量のシリカガラススートを半径方向内側に圧縮して、第１のスート固着体層を形成する工程と、
前記型本体の前記型穴内の前記第１のスート固着体層の周囲に第２の量のシリカガラススートを詰める工程と、
前記第２の量のシリカガラススートを前記型本体の前記内壁に向かって押し付けるのに十分な回転速度で、前記型本体を回転させる工程と、
前記型本体が回転された際、前記第２の量のシリカガラススートを半径方向内側に圧縮して、前記第１のスート固着体層の周囲に第２のスート固着体層を形成する工程と
を有してなることを特徴とする方法。
【請求項４】
前記第１の量のシリカガラススートを前記型穴内に詰める前に、前記型穴内にガラスコアブランクを配置する工程を更に有し、前記第１のスート固着体層を形成するために、前記第１の量のシリカガラススートが前記ガラスコアブランクの周囲に半径方向内側に圧縮される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
光学プリフォームを形成する装置であって、
型穴と、該型穴内に前記型本体の内壁に隣接して配置され前記型穴にライナーを設ける弾性変形可能なブラダーとを含む型本体、
前記型穴の前記型本体の前記内壁と前記弾性変形可能なブラダーとの間に結合され、前記弾性変形可能なブラダーを半径方向内側に圧縮するために前記型穴に圧縮流体を供給する流体源、および、
前記型本体の第１の端部と前記型本体の第２の端部との少なくとも一方に取り付けられ、前記型本体を該型本体の回転軸周りに回転させる回転装置
を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条に基づき、２０１３年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／９０４，０８５号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、一般的に、光ファイバプリフォーム等の光学プリフォームの製造に関し、より具体的には、ガラススートから光学プリフォームを形成する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、光ファイバプリフォームの外側クラッド部は、例えば、オクタメチルテトラシロキサンの熱分解によって、ガラスコアブランクにシリカガラスを付着させる外面蒸着（ＯＶＤ）法によって形成され得る。ＯＶＤ法は、高度に最適化された、高収率の製造法である。しかし、クラッド層の形成は、光ファイバの生産高を最大化する上で、しばしば律速段階となる。更に、光ファイバプリフォームの外側クラッド部の蒸着中にガラスコアブランクに付着されるのは、オクタメチルテトラシロキサン原料の熱分解生成物の僅か５０%であると推定される。オクタメチルテトラシロキサン原料の残りの熱分解生成物は、シリカガラススートとしてバグハウス内に回収される。回収されたシリカガラススートは比較的高い純度を有するが、依然として汚染物質を含み、光ファイバプリフォームの高品質クラッドを作るために用いることはできない。これらの不純物を除去するために難しい化学的プロセスを採用して、この廃棄シリカを用いたスートプレス処理を用いる試みがなされており、結果は様々である。結果として、スートの特性（粒子分布およびドーパント添加による屈折率）を自在に変えることを可能にする、工業的規模および研究室規模の高純度スート生成プロセスが開発されている。
【０００４】
シリカガラススートから光学プリフォームのクラッド層を形成するための垂直プレス等の従来技術は、単一のクラッド層を形成する場合にのみ適している。従って、これらの技術は、プリフォームの半径方向の断面にわたって複雑な屈折率プロファイルを有するプリフォームの形成には用いることはできない。具体的には、これらの技術は、各層がそれぞれ異なる組成および／または形態を有するシリカガラススートから形成された複数のシリカガラススート層を含む光学プリフォームを確実に構成するために用いることはできない。
【０００５】
従って、シリカガラススートから光ファイバプリフォーム等の光学プリフォームを形成する代替の方法および装置の必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態によれば、光学プリフォームを形成する方法は、型本体の型穴内にシリカガラススートを詰める工程を含み得る。型本体は、シリカガラススートを型本体の内壁に向かって押し付けるのに十分な回転速度で回転され得る。その後、型本体が回転された際、シリカガラススートは半径方向内側に圧縮されて、スート固着体層を形成する。
【０００７】
別の実施形態において、光学プリフォームを形成する方法は、型本体の型穴内に第１の量のシリカガラススートを詰める工程を含み得る。型本体は、第１の量のシリカガラススートを型本体の内壁に向かって押し付けるのに十分な回転速度で回転され得る。型本体が回転された際、第１の量のシリカガラススートは半径方向内側に圧縮されて、第１のスート固着体層を形成し得る。型本体の型穴内の第１のスート固着体層の周囲に第２の量のシリカガラススートが詰められ得る。型本体は、第２の量のシリカガラススートを型本体の内壁に向かって押し付けるのに十分な回転速度で回転され得る。型本体が回転された際、第２の量のシリカガラススートは半径方向内側に圧縮されて、第１のスート固着体層の周囲に第２のスート固着体層を形成し得る。
【０００８】
更に別の実施形態において、光学プリフォームを形成する装置は、型穴と、弾性変形可能なブラダーとを含む型本体を含み得る。弾性変形可能なブラダーは、型穴内に型本体の内壁に隣接して配置され、この型穴にライナーを設け得る。型穴の型本体の内壁と弾性変形可能なブラダーとの間に流体源が結合され得る。流体源は、弾性変形可能なブラダーを半径方向内側に圧縮するために型穴に圧縮流体を供給し得る。型本体の第１の端部と型本体の第２の端部との少なくとも一方に、型本体を型本体の回転軸周りに回転させる回転装置が取り付けられ得る。
【０００９】
本明細書に記載される方法の更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられ、その一部はその説明から当業者に自明であり、または、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識される。
【００１０】
上記の概要説明および以下の詳細説明は様々な実施形態を説明するものであり、特許請求される主題の性質および特徴の理解のための概観または枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は本明細書で説明される様々な実施形態を示しており、明細書と共に、特許請求される主題の原理および動作を説明する役割をするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書に示されると共に記載される１以上の実施形態による、シリカガラススートから光学プリフォームを形成するためのスートプレス装置を模式的に示す
【図２】本明細書に示されると共に記載される１以上の実施形態による、図１のスートプレス装置の型の断面を模式的に示す
【図３】型本体にシリカガラススートが詰められているときの、スートプレス装置の型の断面を模式的に示す
【図４】型が回転されているときの、型穴内にシリカガラススートを有する図１のスートプレス装置の断面を模式的に示す
【図５】型が回転されておりスートが半径方向内側に圧縮されているときの、型穴内にシリカガラススートを有する図１のスートプレス装置の断面を模式的に示す
【図６】プリフォーム固着集成体の周囲に第２の量のシリカガラススートが詰められているときの、図２の型の断面を模式的に示す
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面に例が示されている、シリカガラススートから光学プリフォームを形成する方法および装置の実施形態を詳細に参照する。可能な場合は常に、複数の図面を通して同じまたは類似の部分を参照するために同じ参照番号が用いられる。一実施形態において、光学プリフォームを形成する方法は、型本体の型穴内にシリカガラススートを詰める工程を含み得る。型本体は、シリカガラススートを型本体の内壁に向かって押し付けるのに十分な回転速度で回転され得る。その後、型本体が回転された際、シリカガラススートは半径方向内側に圧縮されて、スート固着体層を形成する。本明細書において、添付の図面を具体的に参照し、シリカガラススートから光学プリフォームを形成する方法および装置の様々な実施形態をより詳細に説明する。
【００１３】
スートプリフォームおよびそれから形成される光ファイバプリフォームを説明するために、本明細書では以下の用語が用いられる。
【００１４】
本明細書で用いる「屈折率プロファイル」という用語は、屈折率と、プリフォーム固着集成体および／または光学プリフォームの半径との関係である。
【００１５】
本明細書で用いる「アップドーパント」という用語は、純粋なドープされていないＳｉＯ２と比較してシリカガラスの屈折率を高めるドーパントを指す。本明細書で用いる「ダウンドーパント」という用語は、純粋なドープされていないＳｉＯ２と比較してシリカガラスの屈折率を低くするドーパントである。
【００１６】
本明細書でシリカガラススートを参照して用いる「実質的に含まない」という用語は、シリカガラススートが、汚染物質または混入成分（即ち、シリカガラススートに意図的に添加されたものではない材料）として、０．１重量％未満の特定の材料を含有することを意味する。
【００１７】
次に図１を参照すると、シリカガラススートから光学プリフォームを形成するためのスートプレス装置１００が模式的に示されている。スートプレス装置１００は型１０２を含み、型１０２は、型１０２を型１０２の長軸１０６（即ち、型１０２の回転軸）周りに回転させる回転装置１０４に回転可能に結合されている。回転装置１０４は、型１０２に回転を与えるための任意の適切な装置であってよい。例えば、図１に示されているスートプレス装置１００の実施形態では、回転装置１０４は旋盤である。別の実施形態（図示せず）では、回転装置は、型と係合して型を型の長軸周りに回転させる１以上の能動的に駆動されるローラを含むローラテーブルであり得る。しかし、専用の装置を含むがそれらに限定されない、型に回転を与えるのに適した他の装置が用いられてもよいことを理解されたい。
【００１８】
次に図１および図２を参照すると、図２は、図１のスートプレス装置１００の型１０２の断面を模式的に示す。型１０２は、一般的に、内部に型穴１１０が形成された型本体１０８を有する。型穴１１０は、半径方向の断面（即ち、図２に示されている座標軸の＋／−ｙ方向または＋／−ｘ方向に型を通る断面）が円形である。従って、型穴は概ね円筒形であることを理解されたい。型本体１０８は、アルミニウム合金、スチール、カーボンファイバ、ポリマー材料、または他の任意の適切な材料から形成され得る。図２に示されている実施形態では、型本体はアルミニウム合金から形成される。
【００１９】
型１０２は、型穴１１０内に型本体１０８の内壁１１４に隣接して配置された弾性変形可能なブラダー１１２を更に含む。弾性変形可能なブラダー１１２は、ラテックスゴム、シリコーン、ネオプレン、成型ウレタン等の弾性変形可能で復元可能な材料から形成される。本明細書に記載される実施形態では、弾性変形可能なブラダー１１２は、約１５０００分の１インチ〜約３００００分の１インチ（約０．３ｍｍ〜約０．８ｍｍ）の厚さを有するラテックスゴムから形成される。しかし、弾性変形可能なブラダー１１２の他の厚さも考えられることを理解されたい。また、弾性変形可能なブラダー１１２の他の材料も考えられることも理解されたい。
【００２０】
弾性変形可能なブラダー１１２は、両端部が開放された概ね円筒形のスリーブの形状を有する。複数の実施形態では、弾性変形可能なブラダー１１２の直径は、型穴１１０の内径ＤＩより小さい。弾性変形可能なブラダー１１２は型穴１１０内に配置されており、ブラダーの両端部は、型本体１０８の両端部にわたって張られて折り返されている。折り返された両端部は、周囲にホースクランプ１２２が配置された伸縮性のバンド１２０によって、型本体１０８の外径の適切な位置に固定されている。図２に示されているように、弾性変形可能なブラダー１１２は、緩んだ状態では、型穴１１０の内壁１１４から少なくとも部分的に離間している。
【００２１】
型１０２は、型本体１０８の長軸１０６方向に互いに対向するよう型本体１０８の両端部（即ち、図２の座標軸の＋／−ｚ方向における型本体１０８の第１の端部および第２の端部）に取り付けられた下端部キャップ１２４および上端部キャップ１２８を更に有する。下端部キャップ１２４および上端部キャップ１２８は、アルミニウム合金、スチール、カーボンファイバ、ポリマー材料、または他の任意の適切な材料から形成され得る。本明細書に記載される複数の実施形態では、下端部キャップ１２４および上端部キャップ１２８は型本体１０８と同じ材料（即ち、アルミニウム合金）から形成される。しかし、他の実施形態では、下端部キャップ１２４および上端部キャップ１２８は、型本体１０８とは異なる材料から形成され得ることを理解されたい。本明細書に記載される複数の実施形態では、下端部キャップ１２４および上端部キャップ１２８は型本体１０８の外径より大きい直径を有し、上端部キャップ１２８および下端部キャップ１２４が共に型本体の外径を越えて延びて＋／−ｙ方向および＋／−ｘ方向にフランジを形成するようになっている。
【００２２】
引き続き図２を参照すると、中心のガラスコアブランクの周囲にプレスされたスート固着体で構成される光ファイバプリフォームを形成するために、スートプレス装置１００が用いられる実施形態では、下端部キャップ１２４および上端部キャップ１２８の少なくとも一方は、ガラスコアブランクが型穴１１０内に配置された際にガラスコアブランクの一端部を受容するブラインドノッチ１２６を含み得る。図２に示されている型１０２の実施形態では、ブラインドノッチ１２６は下端部キャップ１２４に形成されている。この実施形態では、ブラインドノッチ１２６は下端部キャップ１２４に形成されたV字形のノッチである。しかし、ブラインドノッチの他の構成および幾何形状も考えられることを理解されたい。ブラインドノッチ１２６は、ガラスコアブランクがブラインドノッチ１２６と係合したときに、ガラスコアブランクの長軸を型１０２の長軸と位置合わせできるように下端部キャップ１２４に形成される。
【００２３】
同様に、中心のガラスコアブランクの周囲にプレスされたスート固着体で構成される光ファイバプリフォームを形成するために、スートプレス装置１００が用いられる実施形態では、下端部キャップ１２４および上端部キャップ１２８の少なくとも一方は、ガラスコアブランクが型穴１１０内に配置された際にガラスコアブランクの一端部を受容する開口部１４４を含み得る。図２に示されている型１０２の実施形態では、開口部１４４は上端部キャップ１２８に形成されている。開口部１４４は、ガラスコアブランクがブラインドノッチ１２６と係合し開口部１４４内に配置されたときにガラスコアブランクの長軸が型１０２の長軸と略同一線上となるよう上端部キャップ１２８に形成される。
【００２４】
複数の実施形態では、下端部キャップ１２４および上端部キャップ１２８は、端部キャップ１２４、１２８を通って延びロックナット等のねじ山を有する固定具を用いて固定されたねじ山を有するロッド１３６、１３８（図１）によって、型本体１０８に固定され得る。複数の実施形態では、下端部キャップ１２４および上端部キャップ１２８には、型本体１０８上での端部キャップ１２４、１２８の中心合わせを容易にするために型本体１０８の両端部が配置される合わせ溝（図示せず）が形成され得る。
【００２５】
型１０２は、下端部キャップ１２４または上端部キャップ１２８の一方に形成された開口部１４４と位置合わせされたアダプタ１４０（ＱＦアダプタ）を更に有し得る。アダプタ１４０は、アダプタ管１４２（例えばＱＦ４０管等）を開口部１４４に結合するのを容易にする。アダプタ管１４２は、スート圧縮動作中の型穴１１０内におけるガラスコアブランク１７０の中心合わせおよび安定化を補助するために用いられ得る。型穴１１０内におけるガラスコアブランク１７０の中心合わせおよび安定化を更に補助するために、アダプタ管１４２の内部に１以上の圧縮ばね１４３が配置され得る。ばねの上端部は、ＱＦ４０−ｔｏ−Ｓｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）アダプタ等のストップ部材（図示せず）によって適切な位置に保持される。ばねの下端部は、ガラスコアブランク１７０が挿入されるワッシャ（図示せず）上に配置され得る。アダプタ管１４２は、本明細書において更に詳細に説明するように、シリカガラススートが圧縮される際に、必要に応じて、スート圧縮動作中に型穴１１０に真空を引くことによって型穴から空気を抜くために用いられ得る。
【００２６】
引き続き図２を参照すると、型１０２は、型本体１０８の両端部において型穴１１０内に配置された一対のストッパクッション１１６、１１８を更に有し得る。中心のガラスコアブランクの周囲にプレスされたスート固着体層を形成するために、スートプレス装置１００が用いられる実施形態では、ストッパクッション１１６、１１８は、ガラスコアブランクを受容する中心の環を有する環状の形状を有し得る。ストッパクッション１１６、１１８は、ポリウレタンフォームまたは類似の材料等の圧縮可能なオープンセルフォーム材料から形成される。ストッパクッション１１６、１１８は、弾性変形可能なブラダー１１２および型穴１１０内に形成されたプリフォーム固着体層を保護して緩衝するものである。また、ストッパクッションのオープンセル構造は、本明細書において更に詳細に説明するように、弾性変形可能なブラダーが半径方向内側に圧縮された際、受動的または能動的に（例えば型穴１１０に真空が引かれたときに）、型穴１１０の内部から空気が逃げることを可能にする。
【００２７】
型１０２は、空気等の流体が型本体１０８の内壁１１４と弾性変形可能なブラダー１１２との間の型穴に送り込まれ、または抜かれ得るよう型本体１０８を通って結合された、継手１３０を更に含み得る。図２に示されている型１０２の実施形態では、継手１３０は型本体１０８の側壁を通って結合され、下端部キャップ１２４に形成された供給チャネル１３２に流体接続されている。供給チャネル１３２の入口は、下端部キャップ１２４の、型１０２の長軸上にある位置に配置され、回転継手１３４に結合され得る。型１０２の長軸上にある供給チャネル１３２の入口の向き、および回転継手１３４の使用は、型１０２がその長軸１０６周りに回転された際に、流体が型穴１１０に送り込まれる、および／または抜かれるのを可能にする。
【００２８】
本明細書に記載されるスートプレス装置１００の実施形態は、ガラスコアブランクの周囲に１以上のスート固着体層を形成するためにガラスコアブランクを収容するよう構成されているが、別の構成も可能であり、考えられることを理解されたい。例えば、本明細書に記載されるスートプレス装置は、中心のコアブランクがない光学プリフォームを形成するよう構成されてもよい。これらの実施形態（図示せず）では、ブラインドノッチがない下端部キャップ１２４が形成され得る。同様に、中心の環がないストッパクッション１１６、１１８が形成され得る。また、中心のコアブランクがない光学プリフォームを形成する場合には、アダプタ管１４２内の少なくとも１つの圧縮ばね１４３も必要なくなり得る。
【００２９】
次に図３を参照すると、スートプレス装置を用いて光ファイバプリフォームを形成するために、ガラスコアブランク１７０の一端部がブラインドノッチ１２６と係合するように、ガラスコアブランク１７０が型本体１０８の型穴１１０内に配置される。次に、上端部キャップ１２８を通して、第１の量のシリカガラススート１７２が型穴１１０内に詰められる。最終的にガラスコアブランク１７０の周囲に第１のプリフォームクラッド層を形成するこの第１の量のシリカガラススート１７２は、第１の組成および／または第１の形態を有し得る。シリカガラススートの組成に関しては、スートは、アップドーパントまたはダウンドーパント等のいかなるドーパント材料も実質的に含まないシリカガラスからなり得る。或いは、シリカガラススートは、シリカガラスの屈折率を増加および／または減少させる１以上のドーパントを含むシリカガラススートからなり得る。例えば、シリカガラススートの屈折率を増加させるのに適したアップドーパントは、ＧｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｃｌ、および／またはそれらの組合せを含み得るが、それらに限定されない。シリカガラススートの屈折率を減少させるのに適したダウンドーパントは、Ｆ、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＦ４、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、および／またはそれらの組合せを含み得るが、それらに限定されない。適切なドーパントを有する（または含まない）シリカガラススートは、スートプレス装置１００によって形成されるスート固着集成体から得られる光ファイバプリフォームにおける特定の屈折率プロファイルを達成するよう選択され得る。シリカガラススートの形態に関しては、圧縮動作後に、所望の気孔率、屈曲度、密度、表面積等を有するプリフォームクラッド層を達成するために、所望の形態（即ち、個々の粒子の粒径および形状、粒径分布等）を有するシリカガラススートが添加され得る。
【００３０】
型穴１１０内にスートを落ち着かせるのを補助し、シリカガラススート内に閉じ込められたエアポケットをなくすために、型本体１０８に振動エネルギーが加えられ得る。この振動エネルギーは、シリカガラススートが型穴１１０内に詰められる際および／またはシリカガラススートが型穴内に詰められた後に加えられ得る。一実施形態では、振動エネルギーは、図３に示されているように、型本体を振動板２００上に配置することによって型本体１０８に加えられ得る。或いは、振動エネルギーは、２００９年１０月２２日に出願されコーニング・インコーポレイテッド社に譲渡された「Methods for forming Cladding Portions of Optical Fiber Preform Assemblies（光ファイバプリフォーム集成体のクラッド部を形成する方法）」という名称の米国特許出願第１２／６０３，９６０号明細書に記載されている装置を用いて、型本体１０８に接続されてもよい。
【００３１】
シリカガラススート１７２が型穴１１０内に詰められる際、必要に応じて、真空ポンプ２０２を用いて、継手１３０を通して型穴１１０に真空が引かれてもよい。継手１３０を通して型穴１１０に真空を引くと、弾性変形可能なブラダー１１２と型穴１１０の内壁１１４との間の空気が抜け、弾性変形可能なブラダー１１２が弾性変形して型穴１１０の内壁１１４に向かって半径方向外側に拡張する。弾性変形可能なブラダー１１２が外側に拡張することにより、より多くの体積のスートを型穴１１０内に詰めることが可能になる。
【００３２】
次に図４を参照すると、型穴１１０の弾性変形可能なブラダー１１２内にシリカガラススート１７２が詰められたら、型穴１１０内のガラスコアブランク１７０の周囲に、シリカガラススート１７２を覆うように上部ストッパクッション（即ち、ストッパクッション１１６）が配置される。その後、ガラスコアブランク１７０の周囲にアダプタ１４０が配置され、ボルト等のねじ山を有する固定具を用いて上端部キャップ１２８に取り付けられる。次に、少なくとも１つの圧縮ばね１４３が、ガラスコアブランク１７０に形成されたボール部１７１に隣接したガラスコアブランク１７０の周囲に配置される。次に、アダプタ管１４２が、ガラスコアブランク１７０および少なくとも１つの圧縮ばね１４３の周囲に配置され、アダプタ１４０に挿入されて、そこで適切な位置に固定される。アダプタ管１４２がアダプタ１４０に挿入されると、アダプタ管１４２は少なくとも１つの圧縮ばね１４３と係合して、少なくとも１つの圧縮ばね１４３を圧縮し、型本体１０８内においてガラスコアブランク１７０を中心合わせおよび安定化させる。ガラスコアブランク１７０と、少なくとも１つの圧縮ばね１４３と、アダプタ管１４２との間の相互作用により、後で型１０２が回転された際に、ガラスコアブランク１７０が型穴１１０内で揺れることが防止される。
【００３３】
本明細書に記載される一部の実施形態では、型１０２内にシリカガラススートを詰めること、および型１０２内にガラスコアブランク１７０を固定することは、型１０２が略垂直に向いた（即ち、型の長軸が図２に示されている座標軸の＋／−ｚ方向と略平行な）状態で行われる。
【００３４】
型１０２にシリカガラススート１７２が詰められ、ガラスコアブランク１７０が型本体１０８の型穴１１０内において固定され安定化されたら、型１０２は回転装置１０４に結合される。図４に示されているように、回転装置１０４が旋盤である実施形態では、旋盤による回転に備えて型１０２を固定するために、型１０２は旋盤のチャック１５０、１５２内に挟み付けられる。本明細書に記載される複数の実施形態では、型１０２は、型１０２が型１０２の長軸１０６周りに回転可能なように、旋盤の回し金１５４を用いてチャック１５０、１５２内に挟み付けられる。更に、型１０２は、型の長軸１０６が略水平に（即ち、図４に示されている座標軸の＋／−ｙ方向と平行に）なるようチャック１５０、１５２内に挟み付けられる。これにより、シリカガラススートが型１０２の長さ（即ち、＋／−ｙ方向の寸法）に沿って均一に配分されることが可能になる。その後、回転継手１３４が下端部キャップ１２４を通して継手１３０に接続される。次に、回転継手１３４は、この実施形態ではコンプレッサである流体源３００に結合される。或いは、流体源は、圧縮ガスシリンダまたは類似の圧縮された流体の供給源であってもよい。回転装置によって型１０２が回転された際に、型穴１１０の内部、具体的には弾性変形可能なブラダー１１２の内部から空気を抜くための真空ポンプ３０５をアダプタ管に接続するのを容易にするために、必要に応じて第２の回転継手１３５がアダプタ管１４２に結合され得る。
【００３５】
引き続き図４を参照すると、次に、回転装置１０４によって、型１０２が、図４に示されているようにシリカガラススート１７２を型本体の内壁１１４に向かって半径方向外側に押し付けるのに十分な回転速度で、長軸１０６周りに回転される。型１０２の回転によってシリカガラススート１７２に付与されるこの力は、シリカガラススートを弾性変形可能なブラダー１１２の内部にわたって均一に分布させ、それにより、略均一な厚さを有するスートの層を形成する。弾性変形可能なブラダー１１２の内部にわたる、この均一のスートの分布を達成するために、型１０２は、約５０ＲＰＭ以上〜約５００ＲＰＭ以下の速度で回転される。例えば、一実施形態では、型１０２は、約１００ＲＰＭ以上〜約４００ＲＰＭ以下の速度で回転され得る。別の実施形態では、型１０２は、約７５ＲＰＭ以上〜約１１５ＲＰＭ以下の速度で回転され得る。
【００３６】
次に図５を参照すると、回転装置１０４によって型１０２が回転された際、型穴１１０内の型本体の内壁１１４と弾性変形可能なブラダー１１２との間に、空気、圧縮ガス等の圧縮流体が導入される。圧縮流体は、回転継手１３４に結合された流体源から型穴内に向かう。圧縮流体が型穴１１０に入ると、圧縮流体は弾性変形可能なブラダー１１２に作用して、弾性変形可能なブラダー１１２を半径方向内側に変位させ、これにより、同時に、シリカガラススートをガラスコアブランク１７０に向かって半径方向内側に圧縮することにより、ガラスコアブランク１７０の周囲にプリフォームスート固着体層１７４を形成する。
【００３７】
本明細書に記載される一部の実施形態では、圧縮流体は、制御された傾斜率で型穴１１０に導入され得る。例えば、一実施形態では、圧縮流体は、型穴１１０内の内壁１１４と弾性変形可能なブラダー１１２との間の圧力が約１ｐｓｉ／分（約６ｋＰａ／分）〜約１０ｐｓｉ／分（約６０ｋＰａ／分）の率で増加するよう、型穴に導入され得る。複数の実施形態では、圧縮流体は、型穴１１０内の内壁１１４と弾性変形可能なブラダー１１２との間の圧力が約２００ｐｓｉ（約１．５ＭＰａ）以下の最大値に達するまで、型穴１１０に導入され得る。一部の実施形態では、最大圧力は、シリカガラススートを約０．５ｇ／ｃｃ〜約０．９ｇ／ｃｃの密度まで圧縮するのに十分なものである。本明細書に最大圧力および傾斜率の具体的な値を記載したが、他の値も考えられ、具体的な圧力値（即ち、傾斜率および最大圧力）は、ガラスコアブランク１７０の周囲に形成される各プリフォームスート固着体層１７４の具体的な密度を達成するよう選択されることを理解されたい。
【００３８】
シリカガラススート１７２がガラスコアブランク１７０の周囲に圧縮される際、シリカガラススート１７２内に閉じ込められた空気は、ストッパクッション１１６およびアダプタ管１４２を通って型穴から押し出される。一部の実施形態では、上述のように、回転継手１３５を用いて、アダプタ管１４２に真空ポンプ３０５が結合され得る。シリカガラススート１７２が圧縮される際、シリカガラススート１７２からの空気の除去を補助するために、アダプタ管１４２に真空が引かれる。しかし、弾性変形可能なブラダー１１２が弾性変形可能なブラダー１２の内部（およびシリカガラススート１７２）を型本体１０８の内壁１１４から隔てて密閉するので、アダプタ管１４２を通して真空を引いても、シリカガラススートの圧縮には、型本体１０２の内壁１１４と弾性変形可能なブラダー１１２との間への圧縮流体の導入に起因する悪影響は及ぼされない。実際、シリカガラススートが圧縮される際にシリカガラススート１７２から空気を能動的に除去することで、固着プロセスが促進され得る。
【００３９】
内壁１１４と弾性変形可能なブラダー１１２との間の最大圧力に到達したら、シリカガラススートが十分に圧縮されるのを確実にするために、型穴内の圧力および型１０２の回転速度は、所定のドウェル時間にわたって一定に保たれる。その後、全体としてプリフォーム固着集成体１８０を形成するガラスコアブランク１７０の周囲に形成されたプリフォームスート固着体層１７４の一体性を確実にするために、型１０２の回転速度および型穴１１０内の圧力は徐々に減少される。
【００４０】
第１のプリフォームスート固着体層１７４がガラスコアブランク１７０の周囲に形成された後、プリフォーム固着集成体１８０における具体的な屈折率プロファイルを達成するために、第１のプリフォームスート固着体層１７４の周囲に、１以上の更なるプリフォームスート固着体層が形成され得る。例として図６を参照すると、第１のプリフォームスート固着体層１７４が形成された後、型１０２は回転装置１０４から外され、アダプタ管１４２、アダプタ１４０、および少なくとも１つの圧縮ばね１４３がガラスコアブランク１７０の周囲から外される。その後、第２の量のシリカガラススート１７６が、型穴１１０内の弾性変形可能なブラダー１１２内の第１のプリフォームスート固着体層１７４の周囲に詰められる。一部の実施形態では、第２の量のシリカガラススート１７６の組成および／または形態は、第１のプリフォームスート固着体層１７４を形成する第１の量のシリカガラススートと同じであってもよい。他の幾つかの実施形態では、第２の量のシリカガラススート１７６の組成および／または形態は、第１のプリフォームスート固着体層１７４を形成する第１の量のシリカガラススートとは異なっていてもよい。第２の量のシリカガラススート１７６が型穴１１０内に詰められる際に、本明細書で上述したように、型本体１０８に振動エネルギーが加えられ得る。また、第２の量のシリカガラススート１７６が型穴１１０内に詰められる際に、上述したように、必要に応じて、弾性変形可能なブラダー１１２を型穴１１０の内壁に向かって半径方向外側に拡張させるために、継手１３０を介して型穴１１０に真空が引かれ得る。
【００４１】
その後、ストッパクッション１１６、アダプタ１４０、少なくとも１つの圧縮ばね１４３、およびアダプタ管１４２が、上述したようにガラスコアブランク１７０の周囲に再び組み付けられる。次に、型１０２は再び回転装置１０４に挿入され、第１のプリフォームスート固着体層の周囲に第２のプリフォームスート固着体層を形成するために、シリカガラススートが半径方向に圧縮される際に型１０２を回転させる処理が繰り返される。この処理（即ち、シリカガラススートを詰め、型を回転させながらシリカガラススートを同時に圧縮する）は、所望の屈折率プロファイル、スート層厚さ、およびスート層密度を有するプリフォーム固着集成体を達成するために、任意の回数だけ繰り返され得る。
【００４２】
このようにして得られた、ガラスコアブランクの周囲に形成された１以上のプリフォームスート固着体層を有するプリフォーム固着集成体は、次に、プリフォームスート固着体層を焼結するために硬化され、これにより、ガラスコアブランクの周囲に密度の高いシリカガラスクラッド部が形成され、光ファイバプリフォーム等の光学プリフォームが製造される。また、プリフォームスート固着体層を硬化することにより、プリフォームのクラッド部がガラスコアブランク１７０に接合され、これにより、光ファイバプリフォーム等の光学プリフォームが形成される。
【００４３】
一実施形態では、ガラスコアブランクの周囲に形成され１以上のプリフォームスート固着体層を有するプリフォーム固着集成体は、ガラスコアブランクにハンドルを取り付けて、プリフォームスート固着集成体を石英含浸ロッドから硬化炉の上に吊り下げることにより、光ファイバプリフォームに硬化されてもよい。硬化炉は、一般的に、乾燥ゾーンおよび硬化ゾーンを有する石英マッフルを有する管状の炉を有し得る。乾燥ゾーンは約１０００℃の温度に保持され得るが、硬化ゾーンはゾーンにわたって約１０００℃〜約１４５０℃の温度勾配を有する。硬化炉の硬化ゾーンにはヘリウム流が保たれ得る。プリフォーム固着集成体を乾燥させると共に、炭素、水、および遷移金属の不純物を除去するために、プリフォーム固着集成体は、硬化炉の乾燥ゾーン内に保持され、次に、二回の等温保持期間内に、ヘリウムおよび酸素の流れと、ヘリウムおよび塩素の流れとに露出される。乾燥処理後、管状の炉内の大気はヘリウム流に切り替えられ、シリカガラススートの温度を上げて完全に硬化されたガラスを形成するのに十分なガラスのガラス質の流れを生じるために、プリフォーム固着集成体は硬化ゾーンを通して低い位置に配置される。
【００４４】
本明細書には、プリフォーム固着集成体の従来の硬化を記載したが、低圧硬化を含むがそれに限定されない別の硬化処理も考えられることを理解されたい。
【００４５】
硬化後、硬化されたプリフォーム固着集成体（この時点では光ファイバプリフォーム）は硬化炉から引き出され、プリフォームのガス抜きおよびアニールのために、少なくとも６時間にわたって１０００℃を保ったオーブンに入れられる。その後、プリフォームから光ファイバが延伸され得る。
【実施例】
【００４６】
本明細書に記載された実施形態を、以下の例によって更に明確にする。
【００４７】
例１
３つのスート固着体層によって囲まれたガラスコアブランクを有するプリフォーム固着集成体を形成した。図２に示されているように、型装置の弾性変形可能なブラダー内にガラスコアブランクを配置することによって、プリフォーム固着集成体を形成した。ガラスコアブランクは、ガラスコアブランクの総直径が５７ｍｍとなるよう外面蒸着（ＯＶＤ）されたシリカの更なる層を有する直径が１２ｍｍのガラスコアブランクから成るものであった。弾性変形可能なブラダー内のガラスコアブランクの周囲に、約１５０グラムのシリカガラススートを注いだ。
【００４８】
次に、ガラスコアブランクの周囲に第１のスート固着体層を形成するために、型装置を１１５ＲＰＭで回転させ、型装置の内部にわたってシリカガラススートを均一に分布させた。型装置が回転された際、型装置の型穴の内壁と弾性変形可能なブラダーとの間に圧縮空気を供給することにより、弾性変形可能なブラダーはガラスコアブランクの周囲に圧縮され、それにより、シリカガラススートをガラスコアブランクの周囲に圧縮した。弾性変形可能なブラダーに加えられた圧力は、５ｐｓｉ／分（約３０ｋＰａ／分）の傾斜率で０ｐｓｉ（０ｋＰａ）から１５０ｐｓｉ（９００ｋＰａ）まで傾斜させた。１５分間の保持期間にわたって最大圧力を維持した。その後、圧力を−１０ｐｓｉ／分（−６０ｋＰａ／分）の傾斜率で０ｐｓｉ（０ｋＰａ）まで減少させた。
【００４９】
同様のプロセスを用いて、第１のスート固着体層の周囲に第２および第３のスート固着体層を形成した。具体的には、第２および第３のスート固着体層の各々について、弾性変形可能なブラダー内の先に形成されたスート固着体層の周囲に、約１５０グラムのシリカガラススートを注いだ。次に、型装置を約７５ＲＰＭで回転させた。先に形成されたスート固着体層に対する損傷を防止するために、第２および第３のスート固着体層の形成にはより遅い回転速度を用いた。第１のスート固着体層と同様に、型装置の型穴の内壁と弾性変形可能なブラダーとの間に圧縮空気を供給することにより、ガラスコアブランクの周囲にシリカガラススートを圧縮し、それによって、ガラスコアブランクの周囲にシリカガラススートを圧縮することにより、第２および第３のスート固着体層を形成した。弾性変形可能なブラダーに加えられた圧力は、５ｐｓｉ／分（約３０ｋＰａ／分）の傾斜率で０ｐｓｉ（０ｋＰａ）から１５０ｐｓｉ（９００ｋＰａ）まで傾斜させた。１５分間の保持期間にわたって最大圧力を維持した。その後、圧力を−１０ｐｓｉ／分（−６０ｋＰａ／分）の傾斜率で０ｐｓｉ（０ｋＰａ）まで減少させた。
【００５０】
得られたプリフォーム固着集成体は、圧縮されたシリカガラススートから形成された３つの同心のスート固着体層によって囲まれた、直径が５２ｍｍのガラスコアブランクを含んだ。各スート固着体層の半径方向の厚さは約０．２５インチ（約６．３５ミリメートル）であった。
【００５１】
上記に基づき、本明細書に記載された方法および装置は、型が回転された際に型内のシリカガラススートを圧縮することによって、光ファイバプリフォーム等の光学プリフォーム形成するために用いられ得ることを理解されたい。型の回転により、シリカガラススートを型内に均一に配分でき、それにより、得られたプリフォーム固着集成体の均一性が向上し、最終的に、プリフォーム固着集成体から形成された光学プリフォームの均一性が向上する。
【００５２】
本明細書に記載された方法および装置は、一続きの各層がそれぞれ異なる組成および／または形態を有するシリカガラススートで形成された、複数のシリカガラススート層からの光学プリフォームの形成を可能にする。これにより、一続きのスート圧縮動作を用いて、所望の屈折率プロファイルを有する光学プリフォームを構成することが可能になる。
【００５３】
特許請求される主題の趣旨および範囲を逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に対する様々な変形および変更がなされ得ることは、当業者には自明である。従って、そのような変形および変更が添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物に含まれる限り、本明細書は、本明細書に記載された様々な実施形態の変形および変更を網羅することが意図される。
【図１】
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【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６】
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【国際調査報告】
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