CN1518525A - 玻璃管的制造方法和制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一边将管状的玻璃毛坯的加热到软化点以上的温度，一边用扩径构件插通玻璃毛坯的孔来扩大孔径的玻璃管的制造方法，管状的玻璃毛坯可以从别处购入，也可以自己制作。在前述玻璃管的制造方法中，可以一边至少在其后端上支承扩径构件一边扩大玻璃毛坯的孔径。也可以一边在其两端上支承扩径构件一边扩大玻璃毛坯的孔径。另外本发明还涉及含有：从周围加热管状的玻璃毛坯的加热构件、能插通玻璃毛坯的扩径构件、支承扩径构件的两端的支承构件、相对移动扩径构件和玻璃毛坯使扩径构件插通前述玻璃毛坯的孔的器件的玻璃管的制造装置。

Description

玻璃管的制造方法和制造装置
技术领域
本发明涉及一种用扩径构件插通软化了的玻璃毛坯来形成玻璃管的玻璃管的制造方法。
技术背景
加热软化圆柱状的石英玻璃棒的前端，使穿孔用构件的尖端与前端面的中心部卡合，相对于穿孔用构件回转并拉拔前端的周缘来制造石英玻璃制圆筒的方法在日本专利第2798465号公报中已被公开。
该方法，如图25所示，准备石英制的玻璃棒100，用虚设圆筒123支承出口侧并使其回转。然后，用安装在加热器件140上的加热器141加热玻璃棒100的前端的周围并使其软化，同时，使钻头131等穿孔构件130处于玻璃棒100前端面的中心部。在此，玻璃棒100的两端分别安装在第1进给台111的夹头112上和经虚设圆筒123安装在第2进给台121的夹头122上。而这些第1或第2进给台111、121又分别安装在入口侧基台110和出口侧基台120上。穿孔构件130的钻头131经支承棒133并通过固定构件135固定在出口侧基台120上，成为悬臂方式的扩径构件。
另外，由热碳钻头压入法在大型石英玻璃坯料的中心开孔，精确的进行外径50～300mm、外径/内径比1.1～7、厚度10mm或以上、厚度误差2％或以下的外周研磨的大型石英玻璃管的制造方法在日本专利公开平7-109135号公报中已被公开。另外，在把微粒子状玻璃堆积在原始材料上后拔出原始材料而做成管状堆积体之后，加热处理该管状堆积体来制造透明玻璃管的方法在日本专利公开昭61-168544号公报中已被公开。
发明内容
本发明涉及一边将管状的玻璃毛坯加热到软化点或以上的温度，一边将扩径构件插通玻璃毛坯的孔来扩大孔径的玻璃管的制造方法，管状的玻璃毛坯可以从别处购入，也可以自己制作。在前述玻璃管的制造方法中，可以一边至少在其后端上支承扩径构件一边扩大玻璃毛坯的孔径。也可以一边在其两端上支承扩径构件一边扩大玻璃毛坯的孔径。
另外本发明还涉及含有：从周围加热管状的玻璃毛坯的加热构件、能插通玻璃毛坯的扩径构件、支承扩径构件的两端的支承构件、相对移动扩径构件和玻璃毛坯使扩径构件插通玻璃毛坯的孔的器件的玻璃管的制造装置。
下面参照附图详细地说明本发明。附图以说明为目的，不限定发明的范围。
附图说明
图1是说明在本发明的第1实施例中使用的玻璃毛坯的制造方法的图。
图2是表示把定位凹部设置在玻璃毛坯的端面上，与扩径构件接触的状态的图。
图3是说明本发明的第8实施例的图。
图4是说明一边从外侧支承玻璃毛坯一边制造玻璃管的方法的图。
图5是说明在本发明的第1实施例中使用的玻璃毛坯的制造方法的图。
图6是说明在本发明的第1实施例中使用的玻璃毛坯的制造方法的图。
图7是表示在本发明的第1实施例中使用的玻璃毛坯的图。
图8是说明本发明的第1实施例的图。
图9是说明本发明的第1实施例的图。
图10是说明偏心率的图。
图11是表示在本发明的第2实施例中使用的玻璃毛坯的图。
图12是说明本发明的第2实施例的图。
图13是说明在本发明的第1实施例中使用的玻璃毛坯的另一种制造方法的图。
图14(a)～(c)是说明用碳钻头在实心的玻璃坯料上开孔的方法的图，图14(a)是表示把保持管融接在玻璃坯料的两端的状态的图，图14(b)是表示使碳钻头接触玻璃坯料的一端的状态的图，图14(c)是表示碳钻头贯通玻璃坯料的状态的图。
图15是说明在本发明的第5实施例中使用的玻璃毛坯的制造方法的图。
图16是表示在开孔机中使用的工具的一个例子的图。
图17是表示本发明的第8实施例中的扩径构件与玻璃毛坯接触的部分的放大图。
图18是说明本发明的第8实施例的图。
图19是表示扩径构件和支承构件的一个例子的图。
图20是表示扩径构件和支承构件的另一个例子的图。
图21是说明在本发明的第8实施例中使用的扩径构件和前端支承构件的图。
图22是说明本发明的第9实施例的图。
图23是表示本发明的第9实施例中的固定构件和前端支承构件进行滑动的部分的放大图。
图24是说明本发明的第10实施例的图。
图25是说明现有的方法的图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施例。在附图中，为了避免说明的重复，相同的符号表示同一部分。附图中的尺寸的比例不一定都正确。
本发明涉及把管状的玻璃毛坯加热到软化点以上的温度，同时使扩径构件插通玻璃毛坯的孔并扩大孔的直径来制造玻璃管的方法。根据该构成，扩径构件受到的阻力与把穿孔构件例如碳钻头插通实心的棒状的玻璃毛坯来制造玻璃管的方法相比，大幅度地减小，能抑制扩径构件的轨道偏离玻璃毛坯的孔的中心，即，可以减小玻璃管的孔的偏心率。另外，不在扩径构件和玻璃毛坯上施加过剩的力，减少了它们破损的危险。
管状的玻璃毛坯可以从别处购入，也可以自己制作。可以是穿孔的玻璃棒，也可以是成形的管。可以在棒的周围堆积玻璃微粒子后拔出棒并进行烧结，做成管状的玻璃毛坯，也可以用直径比较小的玻璃管作原始坯件，在其周围堆积玻璃微粒子后进行烧结，做成管状的玻璃毛坯。玻璃微粒子的堆积，可以使用VAD法和OVD法的任何一种。
在拉拔棒的周围堆积玻璃微粒子来形成玻璃微粒子堆积体，从玻璃微粒子堆积体中拔出拉拔棒后形成中空体，烧结中空体后可以得到管状的玻璃毛坯。这时，即使引起不均匀的收缩，使玻璃毛坯的孔成为扁平，但在此后由扩径构件扩大孔时，也可以做成圆形的孔并最终减小椭圆率。即使在拔出拉拔棒时中空体的孔的内面带伤，在此后扩大玻璃毛坯的孔时，该伤也会消失。
在此，由拉拔棒和玻璃棒构成标杆，最好在标杆的周围堆积玻璃微粒子。拉拔棒做成能装卸于玻璃棒。拉拔棒最好用比堆积在棒上的玻璃微粒子的热膨胀系数大的材料构成。在该材料中，可以举出碳。在玻璃微粒子的堆积中，玻璃微粒子堆积体和拉拔棒的温度成为数百℃～一千数百℃的温度。若把他们冷却到室温附近，由于热膨胀系数的差别，在两者之间会产生间隙。在该状态下可以容易地拔出拉拔棒，也能减少中空体的内面上产生伤痕的危险。拉拔棒最好是圆锥形状。
烧结玻璃微粒子堆积体的温度最好是1400～1600℃。如果是在该温度范围内，就能进行良好地烧结、透明化。在玻璃毛坯上含有氟的场合，当在1400～1500℃左右的惰性气体环境中进行加热时，玻璃微粒子堆积体中的气体能被较好地排出并可以制造透明度高的玻璃管。在玻璃毛坯中不含有氟的场合，可以在1500～1600℃左右的惰性气体环境中进行加热。
在用扩径构件插通玻璃毛坯的孔时，玻璃毛坯和扩径构件可以相对回转，也可以使一方或者双方回转。当使双方回转时，回转方向可以是相同方向，也可以是相反的方向。也可以双方都不回转，或者双方进行相对回转速度为零的回转。
也可以把保持管融接在管状的玻璃毛坯的至少一端上，由保持管支承玻璃毛坯并扩大玻璃毛坯的孔。如果直接保持玻璃毛坯，会存在保持处的表面上破损或者被污染，不能扩大保持处的孔的直径、保持的部分不能成为优质品的危险。通过使用保持管，可以消除这些缺点。
也可以把保持管只融接在一端上，但是如果融接在两端上可以更稳定地保持玻璃毛坯，在扩大玻璃毛坯的孔径时，最好可以防止孔偏心或变成扁平的。在把玻璃棒残留在一端的场合，可以把保持管融接在另一端并用两端保持。由于扩大玻璃毛坯的孔径时的玻璃毛坯的粘度是103Pa·s至1010.2Pa·s，如果保持管的粘度也是同样的值，最好保持管在未到自己变形时就能压入扩径构件。
如果使保持管的内径与扩径构件的外径大致相等，两者同心融接，在把扩径构件插通玻璃毛坯时，保持管起到扩径构件的导向作用。由此，容易使扩径构件的中心轴与玻璃毛坯的中心轴一致，容易减小偏心率。
在从玻璃微粒子堆积体得到管状的玻璃毛坯的方法中，也可以把氟添加到玻璃微粒子堆积体中。也可以在玻璃微粒子合成时或者烧结前的加热时把含氟的化合物供给玻璃微粒子堆积体来把氟添加到玻璃微粒子堆积体中。通过在玻璃管内添加氟，可以制造折射率分布复杂的玻璃管。含氟的化合物，例如有CF4、C2F6、SiF4、SF6等。
在烧结玻璃微粒子堆积体之前或者之后，最好把玻璃微粒子堆积体在氯系气体环境下进行漂白来去除羟基。羟基的去除，如果是在烧结前，可以在拔出拉拔棒前后的任何时候进行。对于氯系气体，可以举出含有氯(Cl2)或者四氯化硅(SiC4)的惰性气体。通过去除羟基，可以提供不由羟基吸收光的品质良好的玻璃管。为了去除羟基，可以在1000～1200℃下加热玻璃微粒子堆积体。不到1000℃时羟基的去除不充分，超过1200℃时玻璃微粒子堆积体有开始局部收缩的危险。
在管状的玻璃毛坯的端面上，可以设置能把扩径构件导向到规定位置的定位凹部。例如，如图2所示，在管状的玻璃毛坯10的出口侧端面上设置定位凹部11。玻璃毛坯10通过出口侧端面融接在保持构件21上。扩径构件6由支承构件7支承并首先接触玻璃毛坯10的凹部11，被限制向垂直于玻璃毛坯10的轴的方向滑动。由此，在扩大玻璃毛坯10的孔径时，能抑制孔偏心。定位凹部最好做成可以导向扩径构件，使扩径构件的轴与玻璃毛坯的轴一致。定位凹部也可以是圆柱形状，但最好是前端细的形状，例如，可以是圆锥台、多角锥台、球面或者扁平球面的局部、曲线回转形成的曲面等。
最好一边从两端支承扩径构件一边扩大玻璃毛坯的孔径。在两端支承扩径构件的支承构件，具有比玻璃毛坯的孔径还小的外径，能插通玻璃毛坯的孔。为了在两端支承扩径构件，如图3所示，可以在尖细形状的扩径构件6的前端和后端上分别安装棒状的支承构件7a、7b，用固定构件20a、20b保持支承构件7a、7b。也可以把扩径构件和支承构件一体成形并做成棒的局部鼓出来的形状。
在玻璃毛坯10的两端上融接保持管21a、21b，保持管21a、21b分别用固定构件22a、22b保持。通过使固定构件20a、20b和固定构件22a、22b的一方或者双方在基台24a或24b上移动，使扩径构件6和玻璃毛坯10相对移动，使扩径构件6插通玻璃毛坯10的孔9。
为了使管状的玻璃毛坯的温度上升到软化点以上，可以使用配置在玻璃毛坯周围的加热器件，例如电加热器进行加热。这时，最好加热到1300～2700℃的温度。更好的是加热到1800～2600℃的温度，再更好就是加热到1300～1800℃的温度。特别在玻璃毛坯中添加了氟的场合，当超过2500℃时，由于玻璃毛坯过分柔软而容易下垂，所以最好加热到2500℃以下。再有，当不到1800℃时，扩径构件插通时的阻力大，玻璃管孔容易偏离玻璃管的中心。
扩径构件的形状是可以适当变更的。扩径构件最好顶端尖细并从中途开始成为规定外径的圆筒部或者圆柱部。在被软化的玻璃毛坯与扩径构件的圆柱部接触期间，如果冷却到自维持截面形状的温度，例如1500℃，更好的是1000℃，则扩径的孔不会被毁坏或者成为扁平。圆筒部或者圆柱部的长度由玻璃毛坯的冷却的程度决定。
支承构件最好具有随着离开扩径构件而外径逐渐变小的缩径部。由于支承构件具有缩径部，用支承构件全体吸收加在扩径构件上的阻力并使力分散，可以避免力只集中在支承构件的中央部。因此在扩大玻璃毛坯的孔径时，可以抑制支承构件弯曲和孔偏心。
如图19所示，缩径部60在通过支承构件7的轴的截面上，侧面可以是直线状，也可以是如图20所示的曲线状。缩径部相对于与支承构件的轴平行的直线m所成的角度θ可以是0.1度以上10度以下。在图19那样用直线表示缩径部的场合，可以把该直线与直线m所成角度设定为是上述范围内的值。如图20所示，在用曲线表示缩径部的场合，可以把连结截面图中的缩径开始的点P和缩径结束的点Q的直线与前述直线m所成的角度设定为前述范围内的值。支承构件也可以附着在扩径构件的两端上。
当扩大玻璃毛坯的孔时，如图4所示，也可以由成形构件25支承玻璃毛坯10的周围。特别是最好在玻璃构件的温度超过1800℃时进行支承。更好是在超过2000℃时支承。可以由成形构件抑制玻璃毛坯外形的变化。也可以把玻璃管的外径限制在成形构件的内径内。
作为成形构件，可以使用平行配置并保持所希望的间隔的平板、具有截面为圆形的孔的拉模、带有断面与玻璃管的形状相符合的圆弧的槽的板等。在上述成形构件使用平板的场合，最好边回转玻璃毛坯边进行扩径。
扩径构件或者成形构件，最好由反应性低且难以成为玻璃管的污染的原因的材质构成。例如石墨、硬度高的碳、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)或铝等。石墨，在玻璃软化的高温时也具有优良的稳定性，同时具有强导电性。最好使用杂质的含有量在1ppm以下的高纯度的石墨。也可以做成高纯度碳(热分解碳)、SiC、金属碳化物等的涂层。作为金属碳化物，可以把碳化铌(NbC)、碳化钽(TaC)、碳化钛(TiC)、碳化锆(ZrC)作为合适的材料。扩径构件或者成形构件直接与玻璃接触的地方，最好使用其表面进行了高纯度处理的材料。
第1实施方式
如图1所示，在形成于外径20mm的由石英玻璃构成的棒1上的狭缝1s内插通外径20mm的由碳构成的拉拔棒2的嵌合片2t，用销3固定而形成标杆。把该标杆安放在堆积室内。从喷烧器4喷射氢、氧、SiCl4气和惰性气体，形成火焰。调整氢和氧的量，使玻璃微粒子堆积体的堆积面温度成为800℃以上1000℃以下。SiCl4气体在氢氧焰中成为玻璃微粒子。该玻璃微粒子以高速吹附到标杆上，形成体密度0.3g/cm3左右、外径150mm的玻璃微粒子堆积体5。
玻璃微粒子堆积体5与标杆一起冷却。拔掉销3，留下玻璃棒1，从玻璃微粒子堆积体5中只拔出拉拔棒2。这样一来，形成孔径为20mm的中空体5a，在其一端上残留玻璃棒1。在搬运中空体5a时，可以把持玻璃棒1。由于可以不直接接触地保持中空体，所以没有损伤和污染玻璃微粒子堆积体的危险。
如图5所示，把玻璃棒1固定在搬运构件41上，移动搬运构件41并把中空体5a导入加热炉40内。把炉心管42的内部做成含有50vol.％的Cl2的氦(He)的环境，以10mm/分的速度把中空体5a从加热炉40的上面向下输送并使其通过加热到1000℃的加热器36，使中空体5a进行脱水，除去含在中空体5a内的羟基。
停止供应Cl2，向加热炉40内只供给He并把炉心管42内做成He环境再上拉中空体5a。以10mm/分的速度把中空体5a从加热炉40的上面向下输送，使其通过加热到1500℃的加热器36，加热和烧结中空体5a。如图6所示，中空体5a在通过加热到1500℃的加热器36之后，成为透明化的、内径14mm外径60mm的透明的管状的玻璃毛坯10。再有，脱水和烧结不仅限于从中空体的下面向上面那样进行。也可以使用氩、氮等惰性气体代替氦。但是最好在烧结工序中使用氦时，能得到透明的玻璃毛坯。
如图7所示，在玻璃毛坯10的一端上融接内径16mm左右的石英玻璃制的保持管21，然后，分别用夹头27a、27b保持玻璃棒1和保持管21，如图8所示，从保持管21侧插入外径16mm的碳制的扩径构件6。调整加热器35和玻璃毛坯10的位置，使加热器35来到扩径构件6接触部分的玻璃毛坯10的周围。把加热器35的温度加热到1800℃～2700℃，使扩径构件6接触部分的玻璃毛坯的温度达到软化点以上。
如图9所示，使扩径构件和玻璃毛坯相对移动，使扩径构件向玻璃毛坯的另一端直线地移动来插通玻璃毛坯的孔。使加热器35和扩径构件6向图8的右侧移动，或者使玻璃毛坯10向左移动。也可以使三者移动。加热器35和扩径构件6的距离大致保持一定。软化了的玻璃毛坯被扩径构件推压，使孔9的直径扩大到扩径构件的外径大小，制成玻璃管47。在玻璃毛坯是纯石英玻璃制的场合，最好加热到2100℃～2500℃。在把玻璃毛坯加热到2200℃以上的场合，扩径构件的外侧最好用拉模45等成形构件支承玻璃毛坯10，使制造的玻璃管47的外径成为一定，同时使玻璃管47不弯曲。
如果玻璃毛坯的孔的扩大结束，为确保玻璃管47的有效长度L1，切断玻璃管47的端部，并切离保持管21和玻璃棒1，完成玻璃管47。
求出这样形成的玻璃管的偏心率和椭圆率。偏心率如图10所示，使用在同一直径上的玻璃管的最大壁厚a和最小壁厚b，由下式定义偏心率：
偏心率(％)＝(a-b)÷{(a+b)/2}×100
而椭圆率由下式定义：
椭圆率(％)＝(长轴的长度-短轴的长度)÷{(长轴的长度+短轴的长度)/2}×100
用该方法形成的玻璃管，全长偏心率为1.0％、椭圆率为0.10％，是良好的。另外，在孔的内面上也没有形成伤痕。
然后，在有效范围L1内切断该玻璃管，用作MCVD法的原始材料。供给SiCl4、四氯化锗和氧，把原始材料加热到1600℃～1900℃，在玻璃管的内面上形成多层添加了二氧化锗(GeO2)的玻璃层。通过改变每个玻璃层内的GeO2的添加量，适当地调整各层的折射率，得到具有所希望的折射率分布的玻璃管。把该玻璃管实心化来形成光导纤维用的玻璃母材。当一边加热该玻璃母材一边以所希望的速度进行拉丝时，能得到光导纤维。用该方法得到的光导纤维的偏振模色散(PMD)的值为0.12ps/km1/2，是良好的。
把玻璃微粒子堆积在标杆上时也可以使用OVD法。如图13所示，使由玻璃棒1和拉拔棒2构成的标杆绕其轴回转，同时，相对于标杆使喷烧器44在标杆的轴向上相对地往复移动，使玻璃微粒子堆积在标杆上。例如，形成体密度为0.5g/cm3左右，外径为150mm的玻璃微粒子堆积体5。喷烧器在图13中表示了多个，也可以是一个。其他工序与用VAD法形成玻璃微粒子堆积体的场合同样地进行，完成玻璃管。
求出了用该方法形成的玻璃管的偏心率和椭圆率。其结果，用该方法形成的玻璃管，在全长上偏心率为0.84％，椭圆率为0.08％，是良好的。另外，从该玻璃管由MCVD法制成了玻璃母材，从该玻璃母材得到的单模光导纤维的PMD为0.11ps/km1/2，是良好的。另外，在孔的内面上也没有形成伤痕。
在本实施例中，作为拉拔棒，使用了由碳构成的棒，但根据形成的玻璃的组成是可以变更的，棒的材质可以使用氧化铝、氧化锆等。
第2实施方式
直到烧结工序都与第1实施例相同。从管状的玻璃毛坯拔出玻璃棒1之后，如图11所示，把保持管21a、21b融接在玻璃毛坯10的两端上。保持管21a、21b的内径和碳制的扩径构件6的外径都做成16mm。如图12所示，把扩径构件6从一方保持管21a插入玻璃毛坯10的孔内，插通到另一端。玻璃毛坯、扩径构件、加热器的移动与第1实施例一样。最后确保玻璃管的有效长度L2，切断玻璃管的两端并切离保持管。在该方法中，也可以把第1实施例中的玻璃棒进入玻璃毛坯中的部分做成有效长度部分，可以有效地利用玻璃毛坯。
第3实施方式
除了在玻璃微粒子合成的同时供给CF4之外，其他与第1实施例的OVD法的情况相同，形成体密度为0.4g/cm3，外径为120mm的玻璃微粒子堆积体。然后，除了把透明化处理后的温度加热到1450℃之外，其余与第1实施例相同地进行，形成玻璃管。求出用该方法得到的玻璃管的偏心率和椭圆率，分别为0.75％、0.31％，是良好的。而玻璃管的折射率系数比SiO2低0.05％。
通过添加CF4，可以降低玻璃的折射率。在本实施例中，由于用OVD法做成玻璃微粒子堆积体，通过调整各层的CF4的添加量或者不添加，可以制造具有比第1实施例复杂的折射率分布的玻璃管。
第4实施方式
把中空体放入加热炉内，去除羟基之后，在含SiF4的He环境中保持在1300℃，然后加热到1450℃使中空体透明化，其余与第1实施例相同地进行，形成玻璃管。用该方法得到的玻璃管的偏心率、椭圆率为0.9％、0.06％，是良好的。由于添加氟，玻璃管的折射率系数成为比SiO2低0.3％左右的折射率。而从该玻璃管由MCVD法做成玻璃母材，由玻璃母材得到的单模光导纤维的PMD是0.08ps/km1/2。
比较例1
测定用与第1实施例相同的方法形成的中空体的形状，其结果，偏心率为尚可的1.1％，但椭圆率是3.1％。脱水烧结该中空体来做成管状的玻璃毛坯，把玻璃毛坯原封不动地作为原始材料，由MCVD法在玻璃毛坯的内面上形成含有GeO2等搀杂物的玻璃层，并做成实心化的光导纤维母材。拉丝该光导纤维母材做成光导纤维。光导纤维的PMD为较大的0.25ps/km1/2，该玻璃毛坯作为光导纤维的材料不是良好的。在本比较例中，烧结中空体并做成管状的玻璃毛坯之后，把该玻璃毛坯的温度加热到软化点以上但不扩大其孔径。因此前述玻璃毛坯的椭圆率仍旧很差，作为光导纤维的材料不是良好的。
比较例2
准备外径为60mm的实心的玻璃坯料105，如图14(a)所示，安装了保持管107。如图14(b)所示，使外径16mm的碳钻头108压接玻璃坯料105的一端，用加热器106加热碳钻头108接触部分的玻璃坯料105并使其软化，一边回转玻璃坯料105一边把碳钻头108压入玻璃坯料。如图14(c)所示，使碳钻头108贯通玻璃坯料105，直到其另一端，在玻璃坯料105上开孔来制造管状的玻璃毛坯。测定这时得到的玻璃毛坯的形状，其结果，椭圆率为尚可的0.6％，但偏心率是2.7％。
与比较例1同样，把得到的玻璃毛坯原封不动作为原始材料进行MCVD法以后的工序来制造光导纤维。该光导纤维的PMD是较大的0.29ps/km1/2，该玻璃毛坯作为光导纤维的材料不是良好的。
在前述比较例1或者比较例2中，对于管状的玻璃毛坯不用本发明的方法扩大孔径。因此，前述玻璃毛坯，其椭圆率或者偏心率在各自的场合下照旧很差，作为光导纤维的材料是不良的。从这些实施例和比较例的比较中可知，根据本发明的方法，能大幅度地降低椭圆率和偏心率，能得到具有很高精度的形状的玻璃管。
第5实施方式
把玻璃微粒子堆积在玻璃管的周围，也可以形成玻璃微粒子堆积体。其他的工序与第1实施例同样地进行来形成玻璃管。例如，如图15所示，准备内径11mm、外径13mm的由金属系杂质1ppm以下的合成石英构成的作为原始材料的玻璃管50，把3升/分的原料气体(SiCl4气)、40升/分的氢和60升/分的氧供给到喷烧器4，由VAD法在玻璃管50的周围堆积玻璃微粒子。例如，形成体密度0.25g/cm3左右、外径150mm的玻璃微粒子堆积体5。
对于其他工序，与第1实施例同样地进行。经脱水、烧结工序，形成孔径9mm、外径60mm的玻璃毛坯10。然后，在玻璃微粒子堆积体5的两端上切断玻璃管50并融接保持管。
然后，使加热器35的温度上升到2300℃，加热扩径构件6周围的玻璃毛坯10，一边回转直径16mm的扩径构件6一边将其压入玻璃毛坯10内并压扩孔9。这样做之后，把孔径从9mm扩张到16mm。求出用该方法得到的玻璃管47的偏心率和椭圆率。其结果，在全长上，偏心率0.75％、椭圆率0.25％，都是良好的。
再有，在把该玻璃作为MCVD法的原始材料使用的场合，为了防止OH基和管杂质的影响，最好预先进行化学腐蚀，使孔径达到17.4mm左右。在本实施例中，表示了由VAD法把玻璃微粒子堆积在玻璃管上的例子，但也可以使用OVD法。
第6实施方式
准备外径60mm的实心的玻璃坯料，使加热器的温度达到2400℃来加热前述玻璃坯料，把外径5mm的碳钻头压入该玻璃坯料内，其他工序与比较例2同样地进行来做成管状的玻璃毛坯。与第5实施例同样地扩大玻璃毛坯的孔径，使用外径16mm的扩径构件并使加热器的温度为2300℃来扩张前述玻璃毛坯的孔径，制造玻璃管。
用该方法制造的玻璃管的椭圆率是0.65％、偏心率是0.7％，由该玻璃管做成光导纤维，其PMD为0.09ps/km1/2，是良好的。在第6实施例中，通过扩大与比较例2同样做成的管状的玻璃毛坯的孔，可以制造偏心率好的玻璃管，把该玻璃管作为材料做成的光导纤维的PMD是良好的。
第7实施方式
用开孔机对纯硅石棒穿孔。在开孔机上使用的工具，可以使用在图16所示的金属圆筒的端部51a上涂敷了金刚石敷层且边回转边接触棒地进行穿孔的工具51或者从端部产生超声波来进行穿孔的工具(未图示)。用开孔机在外径60mm的纯硅石棒上形成孔径5mm的孔来得到管状的玻璃毛坯。此后，与第6实施例一样，在加热玻璃毛坯的同时，使扩径构件回转并插通孔，把孔径扩大到16mm。测定了用该方法制造的玻璃管的偏心率和椭圆率，分别为0.87％和0.35％，是良好的。
第8实施方式
在第8实施例中，支承扩径构件的两端部。与本实施例有关的装置，如图3、17所示，用加热器件26顺序加热玻璃毛坯10。通过在玻璃毛坯软化的地方推压扩径构件6来扩大玻璃毛坯10的孔径。在该扩径构件6上，连接着支承其前端中心的前端支承构件7a和支承另一端的后端支承构件7b。然后，以10rpm的转速回转玻璃毛坯10，一边使扩径构件6与前端支承构件7a和后端支承构件7b一起以5rpm的转速向玻璃毛坯10的回转方向回转一边进行孔的扩径。
而且，该装置备有：入口侧基台24a、出口侧基台24b、位于它们之间且具备支承发热体30的加热器支承台23的加热器件26。该前端支承构件7a和后端支承构件7b的前端分别可回转地固定在入口侧固定构件20a和出口侧固定构件20b上。而这些入口侧固定构件20a和出口侧固定构件20b又分别固定在入口侧基台24a、出口侧基台24b上。玻璃毛坯10的两端分别经保持管21a、21b分别固定在固定构件22a、22b上。
使扩径构件6和玻璃毛坯10相对移动的器件的固定构件22a、22b，也可以由马达等驱动在基台24a、24b上同步自动行走。也可以做成在基台上设置滚珠丝杠，把与滚珠丝杠旋合的螺纹孔设置在固定构件22a、22b上，用马达等使滚珠丝杠回转而使固定构件22a、22b沿着滚珠丝杠移动。
扩径结束端侧的保持管21b，经夹头27固定在固定构件22b上。而扩径开始端侧的保持管21a，经夹头27固定在固定构件22a上。而且夹头27a和夹头27b与马达(未图示)连接，进行同步回转。通过该夹头的回转，经保持管，使玻璃毛坯10以前述的回转速度回转。另外，入口侧固定构件20a和出口侧固定构件20b，备有马达(未图示)，经前端支承构件7a和后端支承构件7b使扩径构件6回转。
图3、图17所示的加热器件26是感应加热方式的器件，具有由围绕玻璃毛坯10配置的碳构成的发热体30。对于加热器件26，也可以使用电阻加热方式。在发热体30的周围配置线圈28。通过在线圈28中流通电流来感应加热该发热体30。
下面，对用该装置制造具有所希望的孔径的玻璃管(石英玻璃管)的方法进行说明，首先，选择玻璃毛坯10和扩径构件6，使扩径构件6的外径与玻璃毛坯10的外径之比为0.5左右。
然后，如图18(a)所示，把出口侧固定构件20b固定在出口侧基台24b上，把后端支承构件7b的前端固定在出口侧固定构件20b上。这时，入口侧基台24a上的固定构件22a和入口侧固定构件20a，分别被移动到入口侧基台24a的左端。而固定构件22b被放置在出口侧基台24b上的扩径开始位置，夹头27b被维持在开放状态，后端支承构件7b贯通其中。
然后，如图18(b)所示，经夹头27a把保持管21a的一端固定在固定构件22a上，从前端支承构件7a的前端侧向箭头A方向移动固定构件22a。然后，当保持管21b的端部到达夹头27b的位置时，进行高度调整，使玻璃毛坯10成为水平，把保持管21b固定在固定构件22b的夹头27b上。
这时，前端支承构件7a贯通玻璃毛坯的孔。然后把入口侧固定构件20a移动到前端支承构件7a的前端。入口侧固定构件20a，被做成能向图18(b)所示的X、Y、Z直角坐标的3个方向移动。微调入口侧固定构件20a的位置，使玻璃毛坯10与前端支承构件7a和后端支承构件7b的中心轴一致，把前端支承构件7a固定在入口侧固定构件20a上。再有，扩径构件6、前端支承构件7a和后端支承构件7b被高精度地定位，使它们的中心轴一致，然后被相互固定。
在该例中，固定了玻璃毛坯，调整了扩径构件的位置，使之符合该玻璃毛坯的中心轴，相反地，也可以固定扩径构件，调整并固定位置使玻璃毛坯和扩径构件保持同轴。
然后，使加热器件26动作，使扩径构件6接触玻璃毛坯10的端部，进行加热，使该接触区域附近成为2300℃。然后驱动马达，使玻璃毛坯10和扩径构件6同轴地分别以10rpm、5rpm的转速回转，同时，使固定构件22a、22b分别以所希望的速度向箭头A方向移动。
这样一来，玻璃毛坯10在被回转的同时被加热器件26加热并被软化，如图17所示，由扩径构件6逐渐扩大其孔径。最后取下保持管21a、21b，完成玻璃管。
根据这样的方法，由于扩径构件6的前端侧也被支承，成为所谓双支承状态，所以扩径构件的中心和作为原始材料的管状的玻璃毛坯的中心高精度的重合。在扩大玻璃毛坯的孔径期间，几乎没有支承构件弯曲和由振动引起的扩径构件的位置偏移等，扩径构件被高精度地保持在其位置上。这样一来，可以形成椭圆率小的孔。可以再现性好地得到偏心率小的玻璃管。
前端支承构件可以比玻璃毛坯的孔径小，后端支承构件可以是扩径构件的最大直径或以下，如果不是一根，也可以用多根构成。例如，若采用各自的中心呈正三角形的三根前端支承构件，可更容易定位。另外，这些支承构件不仅能用实心构件，也可使用中空的支承构件。
如图21的截面放大图所示，也可以使用扩径构件6和前端支承构件7a能装卸的结构，例如，可以做成，使在前端支承构件7a的前端上突出形成的螺纹部62与在扩径构件6上形成的螺纹孔61旋合。在这种场合下，可以把玻璃毛坯安装在夹头27上固定之后，把前端支承构件7a插通玻璃毛坯10，与扩径构件6的前端的螺纹孔61旋合，使前端支承构件通过玻璃毛坯变得容易。
前端支承构件不限于棒状的构件，也可以在扩径构件的前端面上形成孔，把线安装在该孔内并牵引，进行扩径构件的前端侧的位置限制。
第9实施方式
在第8实施例中，前端支承构件7a的前端被入口侧固定构件20a固定，但是也可以如图22和图23所示那样，用设置在固定构件22a上的滑动构件52的导向孔53只在轴向上限定位置。在回转扩径构件6的场合，只向出口侧固定构件20b赋予回转力。前端支承构件7a，伴随着出口侧固定构件20b的回转，一边与滑动构件52接触一边进行回转。根据这样的构成，由于不需要另外设置用于支承前端支承构件7a的固定构件，所以构件少也能解决问题，使构成简单化。
第10实施方式
在第8或者第9实施例中，只是从内侧进行扩径，但也可以如图24所示那样，在软化区域的外侧设置成形构件25来限制玻璃管材料的外径。在本实施例中，成形构件25安装在加热器件的发热体30的内侧。所谓的软化区域，不局限于其温度在软化点或以上的区域，也可以为把玻璃毛坯软化成能变形的状态的温度区域。若根据本实施例，特别是通过外径控制，可以形成偏心率小的玻璃管。
本发明，不局限于扩大处于玻璃毛坯的中心的孔的孔径的场合，也能用于对插入偏振波保持纤维的应力赋予部件的孔等玻璃管材料的中心以外的孔进行扩径的场合。在这种场合下，偏心率不是用图10说明的定义，可以根据目的孔中心和实际孔中心的偏差D进行定义，例如，当目的孔的直径为d时，可以把D/d作为偏心率。
(实施例1)
由VAD法做成石英玻璃圆柱，用开孔机开孔，制造外径φ70mm、内径φ15mm的管状的玻璃毛坯。在玻璃毛坯上融接外径70mm、内径45mm的保持管，将其安装在第8实施方式所示的玻璃管制造装置上(参照图3)。在此，使用了最大直径为35mm的扩径构件6。
然后，使加热器件工作，使扩径构件6的缩径部接触玻璃毛坯10的一侧的前端面，进行加热使其接触区域附近成为2300℃。然后，一边使扩径构件6接触玻璃毛坯并扩大孔径，一边使固定构件22a、22b向箭头A方向移动并拉拔玻璃管，制造外径75mm、内径35mm的玻璃管。
由该方法制造10根玻璃管。用超声波测量仪在圆周方向和长度方向上测量这些玻璃管的壁厚分布，算出偏心率和壁厚分布的标准偏差，求出制造10根时各自的平均值。其结果，偏心率的平均值是0.80％。壁厚分布的标准偏差的平均值σ是0.10mm。
(实施例2)
如图24所示，除了使用把以70mm的间隔平行配置的2块碳板作为成形构件25安装在发热体的内壁上的装置以外，与实施例1相同地制造10根玻璃管。用超声波测量仪在圆周方向和长度方向上测量这些玻璃管的壁厚分布，算出偏心率和壁厚分布的标准偏差，求出制造10根时各自的平均值。其结果，偏心率的平均值是0.73％。壁厚分布的标准偏差的平均值σ是0.08mm。
(实施例3)
除了不使用前端支承构件7a而使用悬臂方式的扩径构件6以外，其他与实施例1相同地制造10根外径φ70mm、内径φ35mm的玻璃管。用超声波测量仪在圆周方向和长度方向上测量这些玻璃管的壁厚分布，算出偏心率和壁厚分布的标准偏差，求出制造10根时各自的平均值。其结果，偏心率的平均值是2.33％，壁厚分布的标准偏差的平均值σ是0.50mm。
从实施例1和实施例3的比较可知，用双支承方式扩径时，壁厚的偏差能降低80％。另外，从实施例2和实施例3的比较中可知，由拉模控制外径同时用双支承方式扩径时的壁厚的偏差能降低84％。实施例3与第1实施例所示的例子相比，由于玻璃管的外径大，制造的玻璃管的孔径也大，所以与第1实施例的例子相比，偏心率变大。但是，与比较例2相比，偏心率小。
包含日本专利申请2002-009231(2002年1月17日申请)、2002-22444(2002年1月30日申请)、2002-22566(2002年1月30日申请)、2002-28779(2002年2月5日申请)、2002-115432(2002年4月17日申请)、2002-201174(2002年7月10日申请)、2002-201861(2002年7月10日申请)、2002-233926(2002年8月9日申请)的说明书、权利要求书、附图、说明书摘要的全部内容，都综合在本说明书中。
如以上说明的那样，根据本发明的方法，能降低玻璃管的孔的偏心，能得到截面非常接近正圆的高品质的玻璃管。另外，由于在扩径构件上不施加超负荷，所以扩径构件和玻璃管也不会破裂。

Claims (13)

1.一种玻璃管的制造方法，其特征在于，一边把管状的玻璃毛坯加热到软化点以上的温度，一边由扩径构件插通前述玻璃毛坯的孔来扩大前述孔的孔径。
2.如权利要求1所述的玻璃管的制造方法，其特征在于，在标杆的周围堆积玻璃微粒子来形成玻璃微粒子堆积体，从前述玻璃微粒子堆积体中拔出前述标杆形成中空体，扩大烧结前述中空体后得到的管状的玻璃构件的孔的孔径。
3.如权利要求1所述的玻璃管制造方法，其特征在于，在玻璃管的周围堆积玻璃微粒子来形成玻璃微粒子堆积体，扩大烧结前述玻璃微粒子堆积体得到的管状的玻璃构件的孔的孔径。
4.如权利要求1所述的玻璃管制造方法，其特征在于，扩大对玻璃棒穿孔得到的管状的玻璃毛坯的孔的孔径。
5.如权利要求1至4的任一项所述的玻璃管的制造方法，其特征在于，在管状的玻璃毛坯的至少一端上融接支承管，用前述支承管支承前述玻璃毛坯并扩大前述玻璃毛坯的孔的孔径。
6.如权利要求2、3或5的任一项所述的玻璃管的制造方法，其特征在于，把含氟的化合物添加在玻璃微粒子堆积体中。
7.如权利要求1所述的玻璃管制造方法，其特征在于，至少在扩径构件的后端支承扩径构件，同时扩大玻璃毛坯的孔的孔径。
8.如权利要求7所述的玻璃管制造方法，其特征在于，在扩径构件的两端支承扩径构件，同时扩大玻璃毛坯的孔的孔径。
9.如权利要求1至8的任一项所述的玻璃管的制造方法，其特征在于，从外侧支承玻璃毛坯，同时扩大前述玻璃毛坯的孔的孔径。
10.如权利要求1至9的任一项所述的玻璃管的制造方法，其特征在于，将前端做成尖细并从中途开始成为规定外径的圆筒部或者圆柱部的扩径构件插通玻璃毛坯，在前述玻璃毛坯与前述圆筒部或圆柱部接触期间，把前述玻璃毛坯冷却到前述玻璃毛坯的截面形状能自维持的温度。
11.如权利要求1至10的任一项所述的玻璃管的制造方法，其特征在于，用具有随着离开扩径构件外径逐渐变小的收缩部的支承构件支承扩径构件，用该扩径构件扩大玻璃毛坯的孔的孔径。
12.如权利要求1所述的玻璃管的制造方法，其特征在于，在管状的玻璃毛坯的端面上，设置能把扩径构件导向到规定位置的定位凹部，使扩径构件接触前述凹部后开始前述玻璃毛坯的孔的孔径的扩大。
13.一种玻璃管的制造装置，其特征在于，具有：从周围加热管状的玻璃毛坯的加热构件、可插通前述玻璃毛坯的扩径构件、支承前述扩径构件的两端的支承构件、相对移动前述扩径构件和前述玻璃毛坯使前述扩径构件插通前述玻璃毛坯的孔的器件。
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