JP4051535B2

JP4051535B2 - 石英パイプの製造方法

Info

Publication number: JP4051535B2
Application number: JP2002024607A
Authority: JP
Inventors: 一之相馬; 正志大西
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: JP2003226533A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英パイプの製造方法に係り、特に、石英を主成分とするガラスロッド又はガラスパイプを加熱軟化させ、貫入治具を貫入させることによって貫通孔を形成し石英パイプを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進歩に伴い、光ファイバの利用が高まってきている。
【０００３】
通常はプリフォーム（光ファイバ母材）と呼ばれる成形体を高速で線引きすることによって所望の口径の光ファイバを得るという方法がとられている。従って、光ファイバの形状は、プリフォームの形状および品質をそのまま引き継いでしまうため、プリフォームの形成に際しては、極めて高精度の形状および品質の制御が求められている。
【０００４】
例えばＭＣＶＤ法は、ガラス管からなる内付け用パイプの内壁にガラス微粒子（すす）を堆積し透明化する方法であるが、このガラス管はそのまま用いられるため、非円率および偏心率が小さく、肉厚が均一で、特性の優れたものである必要がある。非円率または偏心率の大きなガラス管から作製された光ファイバは偏波分散（ＰＭＤ）が大きな値となってしまう。
【０００５】
従来、加熱したガラスインゴットに、貫入治具である炭素ドリルを回転しつつ押し付けることにより、石英パイプを形成する熱間炭素ドリル圧入法が提案されている（特開平７−１０９１３５号）。
【０００６】
また、この他、円柱状の石英ガラスロッドを回転させながら、先端を加熱軟化させ、ロッド先端面の中心部に穿孔用部材の先鋭端を係合させてこの先鋭端の周縁を穿孔用部材に対して回転し、引き抜く方法も提案されている（特許第２７９８４６５号）。
【０００７】
例えば、外径６０ｍｍの中実のガラスインゴット（石英ガラスロッド）を用意し、両端を把持パイプで支持し回転しながら、ロッド先端面の中心部にカーボンドリルをあて、カーボンドリルの先鋭端の周囲のインゴットをヒータで加熱軟化させ、孔開けを行うものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方法は、固定したドリルにインゴットを回転させながら押し付ける方法であるため、ドリルの芯が出ていない場合や、ガラスインゴットを軟化点以上に加熱して自重で曲がったとき、芯ずれや孔径の分布、表面粗さの悪化などを引き起こすことがある。
【０００９】
またガラスインゴットの曲がりや抵抗により、中心が必ずしも直線状となっていない場合もある。
さらにまた、炭素ドリルの剛性が低いと開孔が進むにつれて中心が外れてくることになり、孔が偏心し易いという問題もある。さらにはドリルに過負荷がかかり、ドリルが破損し易いという問題もある。
【００１０】
これらは、例えばこのようにして孔を形成したガラス素材を用いて光ファイバ母材を形成し、これを延伸してファイバ化したとき、ＰＭＤ（偏波モード分散）の劣化、モード変換によるロス・分散値ずれによる歩留まり低下の原因となる。
【００１１】
このように、従来の方法では、断面が真円となり、かつ偏心していない、特性に優れ均一な品質の石英パイプを得ることは極めて困難であるという問題があった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、非円率および偏心率が小さく、肉厚が均一で、特性の優れた石英パイプを提供することを目的とする。
また、孔径の分布を小さくすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の石英パイプの製造方法では、石英を主成分とするガラス素材を加熱軟化させ、このガラス素材の長手方向に貫入治具を貫入させることによって開孔を形成する石英パイプの製造方法において、開孔時に前記ガラス素材と前記貫入治具とを同一方向に、かつ速度差をもたせてそれぞれ回転させることを特徴としている。
【００１３】
加熱装置は、その断面内でわずかな熱分布がある。ガラス素材に貫入治具を貫入する作業を熱分布のある状況下で実施すると、ガラス素材がもともと真円であっても、ガラス素材断面での粘度の不均一性により、楕円化して、ファイバ化した後に、ＰＭＤの劣化が生じてしまう。
【００１４】
そこでこの発明によれば、貫入治具も回転されるので、ガラス素材に対し、貫入治具から軸芯方向に過剰な力がかかるのを防止することができ、ガラス素材および貫入治具の撓みおよび形状の変形を有効に回避することができる。
【００１５】
また、本発明の石英パイプの製造方法において、ガラス素材の回転速度と前記プラグの回転速度との差は５〜３０ｒｐｍであることが好ましい。
回転速度差が５ｒｐｍよりも小さいと、融解したガラス素材の自重による撓みが貫入治具の相対的回転によって平均化できなくなり、径分布が大きくなる。また、回転速度差が３０ｒｐｍを超えると、開孔後のパイプの内面に螺旋状の形跡ができ、表面粗さが０．５ｍｍ以上となってファイバ化後のロスが増大する。
【００１６】
さらに、また、ガラス素材および貫入治具の回転速度は１０〜１００ｒｐｍであることが好ましい。
ここで、ガラス素材の回転数が１００ｒｐｍを超えると、加工中の僅かな芯ずれにより、ガラス素材、貫入治具が大きく振れ回り、孔の径が許容範囲を逸脱してしまう。
さらに望ましくは、回転速度差は４０ｒｐｍ以上とする。
【００１７】
さらに、開孔部の加熱温度は１５００〜２２００℃であることが好ましい。
加工温度が１５００℃（石英ガラスの軟化点）よりも低いと、粘度が大きすぎて、ガラス素材と貫入治具との回転差によって生じる内面粗さの劣化を引き起こす。また、加工温度が２２００℃よりも高いと、粘度が小さすぎて加工中にガラス素材が変形してしまう。
【００１８】
さらに、本発明の石英パイプの製造方法において、前記ガラス素材に対する前記貫入治具の外径比が０．９以下であることが好ましい。
ガラス素材の径Ｄに対する貫入治具の径ｄの比ｄ／Ｄが０．９を超えると、ガラス素材の径と貫入治具の径が殆ど同じになってしまうため、軟化したガラス素材の僅かな垂れや貫入治具の撓みで大きな径分布を引き起こす。なお、ｄ／Ｄが０．１よりも小さいと、貫入治具の柄の部分の剛性が低くなって、開孔中に貫入治具をガラス素材の軸芯に維持することが困難になる。
【００１９】
ここで、ガラス素材としては中実のガラスロッド、内部に孔を有するガラス管の両方に適用可能であり、本明細書中、ガラス素材とは、ガラスロッド、およびガラス管の両方を含むものとする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る石英パイプの製造方法を説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る石英パイプの製造方法を実施するための装置を概念的に示しており、図２はその要部拡大図である。
【００２２】
この方法では、ガラスロッドを８０ｒｐｍで回転するとともに、貫入治具であるプラグ3をこれと同じ方向に回転数６５ｒｐｍで回転しつつ穿孔を行うようにしたことを特徴とする。
この方法を実現するための装置は、図１に示すように、ガラスロッド１の基端を保持するガラスロッド保持手段２と、プラグ３を先端に備えた軸４の基端を保持するプラグ保持手段５と、ガラスロッド保持手段２とプラグ保持手段５の中間に設置される加熱手段６と、ガラスロッド１の先端を保持し、この開孔後のガラスロッド１を引っ張るとともに、プラグ３の軸４を案内するガイド手段７等によって構成されている。
【００２３】
ガラスロッド保持手段２は、ロッド基台８に対して矢印方向へ移動可能に設置され、図示しない駆動手段によって移動せしめられる。このガラスロッド保持手段２は、モータ（図示せず）を備えており、該モータによってガラスロッド１が回転される。
【００２４】
プラグ保持手段５は、基台１０に装着されモータ（図示せず）を備えており、該モータによって軸４を介してプラグ３を回転させる。
【００２５】
加熱手段６は、ガラスロッド１を誘導加熱によって部分的に加熱するもので、ガラスロッド１を囲繞するように配置したカーボンチューブからなる熱媒体１１を有している。
【００２６】
ガイド手段７は、基台１０に対して矢印方向へ移動可能に設置され、図示しない駆動手段によって移動せしめられる。そして、このガイド手段７は、直接または間接的にガイドロッド１の先端を回転自在に保持するチャック１２と、軸４を回転自在に挿嵌させるガイド部１３とを有している。
【００２７】
次にこの装置を用いて石英パイプを製造する方法について説明する。
まず、ガラスロッド１に対するプラグ３の外径比が０．６程度となるように、ガラスロッド１およびプラグ３を選択する。こののち、ガラスロッド保持手段２によって石英を主成分とするガラスロッド１の基端を保持し、プラグ保持手段５によって軸４の基端を保持し、さらにガイド手段７によってガラスロッド１の先端を保持する。そして、ガラスロッド１の先端面中心にプラグ３の先端を当接させ、その会合部を１６００℃に設定された加熱手段６内に位置させる。
【００２８】
そして、モータを駆動し、ガラスロッド１およびプラグ３をそれぞれ８０ｒｐｍ、６５ｒｐｍで回転させるとともに、加熱手段６によってガラスロッド１を１６００℃に加熱しながらガラスロッド保持手段２およびガイド手段７を矢印方向へ移動させる。その際、ガラスロッド１およびプラグ３は同一方向に、それぞれ所定の速度で回転される。
【００２９】
このようにして、ガラスロッド１は加熱手段６によって加熱されるとともにガラスロッド保持手段を介して回転せしめられつつ軟化され、図２に示したように、ガラスロッドと同一方向に６５ｒｐｍで回転するプラグ３によって漸次開孔される。
【００３０】
その結果、芯ずれ５パーセント以下、内面粗さ０．５ｍｍ以下のパイプを得ることができた。
【００３１】
なお、上記した装置は、本発明に係る石英パイプの製造方法を実施するための装置の一例であって、装置としては、他の構造のものを使用してもよいことはいうまでもない。
【００３２】
また、上記実施の形態では、中実のガラスロッド１を開孔させているが、本発明の石英パイプの製造方法は、ガラスパイプの孔を拡開させる場合にも適用可能である。
【００３３】
さらにまた、ガラスロッドの中心に穿孔する場合に限定されることなく、応力保持部材を挿入して偏波保持ファイバを形成するための孔を形成する場合など、ガラスロッドの中心以外の位置に孔を形成する場合にも適用可能である。この場合は形成すべき孔の中心を回転軸として、ガラスロッドを回転するようにすればよい。
【００３４】
なお、前記実施の形態に限定されることなく、適宜変形可能である。また、上記した装置を使用し、ガラスロッド１に対するプラグ３の外径比が０．９以下で０．１以上となるガラスロッド１およびプラグ３を選択することにより高精度の開孔を形成することが可能である。また、ガラスロッド１とプラグ３とを同一方向へ回転させるとともに、ガラスロッド１の回転速度を４０〜１００ｒｐｍに設定し、かつガラスロッド１の回転速度に対して、プラグ３の回転速度を５〜３０ｒｐｍ程度遅くすることにより高精度の開孔を形成することが可能である。さらに、開孔部の加熱温度が１５００〜２２００℃になるように加熱手段６を設定することにより、偏心のない、内面粗さの小さい石英パイプを製造することができた。
【００３５】
また、前記実施の形態では加熱手段として誘導加熱炉を用いた例について説明したが、これに限定されることなく、抵抗加熱法を用いる場合あるいは他の加熱方法を用いる場合にも適用可能であることはいうまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る石英パイプの製造方法によれば、芯ずれがより少なく、肉厚が均一で、かつ内面の表面粗さのより小さな石英パイプをえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る石英パイプの製造方法を実施するための装置を示す概念的図である。
【図２】図１の要部拡大概念図である。
【符号の説明】
１ガラスロッド
２ガラスロッド保持手段
３プラグ
４軸
５プラグ保持手段
６加熱手段
７ガイド手段
８基台
１０基貴台
１１熱媒体
１２チャック
１３ガイド部

Claims

石英を主成分とするガラス素材を加熱軟化させ、前記ガラス素材と貫入治具とを、回転速度差をもつように、互いに同一方向に回転させながら、前記ガラス素材の長手方向に貫入治具を貫入させることによって前記ガラス素材に開孔を形成する開孔工程を含むことを特徴とする石英パイプの製造方法。
前記開孔工程における前記速度差は、５〜３０ｒｐｍであることを特徴とする請求項１に記載の石英パイプの製造方法。
前記開孔工程における前記ガラス素材の回転速度は１０〜１００ｒｐｍであることを特徴とする請求項２に記載の石英パイプの製造方法。
前記開孔工程における開孔部の加熱温度が１５００〜２２００℃であることを特徴とする請求項３に記載の石英パイプの製造方法。
前記ガラス素材の外径に対する前記貫入治具の外径比が０．９以下であることを特徴とする請求項４に記載の石英パイプの製造方法。