JP4400119B2 - ガラス管の製造方法およびこれに用いられるガラス管の製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス管の製造方法およびこれに用いられるガラス管の製造装置に関する。
【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。光ファイバの主な製造方法としては、ＶＡＤ法（Vapor phase Axial Deposition:気相軸付法）、ＯＶＤ法（Outer Vapor phase Deposition：外付け法）、ＭＣＶＤ法（Modified Chemical Vapor phase Deposition:内付法）がある。
【０００３】
光ファイバの製造に際しては、通常はプリフォーム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制御が求められている。
特に、高ビットレート化、波長多重度の高度化により、情報伝達容量の高密度化が高まっており、光ファイバの偏波分散の低減が強く望まれている。
【０００４】
例えばＭＣＶＤ法は、ガラス管からなる肉付け用パイプの内壁にガラス微粒子（すす）を堆積する方法であるが、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。非円率または偏肉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】
そこで、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部材の先鋭端を係合させてこの先鋭端の周縁を穿孔部材に対して回転し、引き抜く方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この穿孔部材を用いた穿孔方法は、例えば図１２に示すように、石英製のガラスロッド１０１を用意し、出口側をダミーシリンダー１２３で支持し回転しながら、ガラスロッド１０１の先端面の中心部に駒１３１等を備えた穿孔部材１３０をあて、駒１３１の先端の周囲のガラスロッド１０１を加熱手段１４０のヒータ支持台１４２にとりつけられたヒータ（発熱体）１４１で加熱軟化させる。
【０００６】
ここで、ガラスロッド１０１の両端は、第１の送りテーブル１１１のチャック１１２および、ダミーシリンダー１２３を介して第２の送りテーブル１２１のチャック１２２に取付けられる。また、これら第１および第２の送りテーブル１１１，１２１は、それぞれ入口側基台１１０および出口側基台１２０にとりつけられる。また、この穿孔部材１３０の駒１３１は、支持ロッド１３３を介して固定部材１３５によって出口側基台１２０に片持ち支持されている。
【０００７】
また、この他、加熱したガラスインゴットに炭素ドリルなどの穿孔部材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（例えば、特許文献２参照）。
また、中空円柱状の石英ガラスを回転しながら、その内部に圧力を加えて外径決めを行う装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２７９８４６５号公報
【特許文献２】
特開平７−１０９１３５号公報
【特許文献３】
実公昭５５−３５２９７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の開孔方法では、偏心がなく、特性に優れた均一な品質のガラス管を安定して得ることは困難であるという問題があった。
例えば、穿孔部材を用いた穿孔方法は、ガラスロッドの先端面に、片持ち支持された穿孔部材の駒を押し付ける方法であるため、ガラスロッドの抵抗により、駒の先端すなわち、自由端側は、中心をはずれたりするため、中心が必ずしも一定位置になっていない場合がある。また、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。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、偏心率が小さく、肉厚が均一なガラス管を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラス管の製造方法では、出発材料であるガラス管材料を加熱し、前記ガラス管材料に軟化領域を形成し、前記軟化領域に含まれる前記ガラス管材料の孔に成形部材を当接せしめるとともに、前記成形部材が移動していく側の前記成形部材の端を前記成形部材の先端としたときに、前記成形部材の先端に設けられる先端支持部材が前記軟化領域から外れた位置まで存在することを特徴とする。
【００１２】
望ましくは、前記軟化領域のガラス管材料を外側から規制しつつ、前記ガラス管材料の内径を所望のサイズに成形することを特徴とする。
【００１３】
望ましくは、前記成形部材または前記ガラス管材料を回転しながら前記ガラス管材料の内径を所望のサイズに成形することを特徴とする。
【００１４】
又、参考のガラス管の製造方法では、出発材料であるガラス管材料の孔に成形部材を当接せしめるとともに、前記成形部材の両端を支持しつつ、前記ガラス管材料を加熱し、前記ガラス管材料と前記成形部材とを相対的に移動させて前記ガラス管材料の孔に成形部材を挿通させることにより、前記ガラス管材料の内径を所望のサイズに成形することを特徴とする。
【００１５】
望ましくは、前記成形部材の前記孔との当接部の中心軸が、形成しようとする目的の孔の中心軸とほぼ同軸上に位置するように、前記ガラス管材料に対する前記成形部材の前記中心軸に垂直な方向の位置を決定することを特徴とする。
【００１６】
本発明のガラス管の製造装置では、出発材料としてのガラス管材料を加熱し、前記ガラス管材料の一部に軟化領域を形成する加熱手段と、前記ガラス管材料の孔に挿通して前記軟化領域に位置する前記孔を所望のサイズに成形する成形部材と、前記成形部材の両端を支持した状態で、前記ガラス管材料と前記成形部材とを相対的に移動させる駆動手段と、を含み、前記成形部材が前記ガラス管材料に対して相対的に移動する方向の前記成形部材の端を前記成形部材の先端としたときに、前記ガラス管材料の孔の径よりも径が細い先端支持部材が前記成形部材の先端に設けられると共に、前記成形部材の前記先端支持部材が設けられる側と反対側の端に後端支持部材が設けられ、さらに、前記ガラス管材料の外側から当該ガラス管材料の外径を規制する成型冶具を備えたことを特徴とする。
【００１８】
望ましくは、前記駆動手段は、前記ガラス管材料が前記先端支持部材に対してほぼ同軸上に位置するように前記ガラス管材料の両端を回転自在に支持するガラス管支持部と、前記成形部材に対して所定の速度で前記ガラス管材料をその軸方向に搬送する搬送手段と、を具備したことを特徴とする。
【００２０】
望ましくは、前記成型冶具は、前記ガラス管材料の周囲を前記成形部材とほぼ同軸的に規制しつつ、前記孔の径を所望のサイズに成形するように、前記加熱手段の内壁に固定された筒状体である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るガラス管の製造方法を実施するためのガラス管の製造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】
本発明の第１の実施の形態に係るガラス管の製造方法は、出発材料としてのガラス管材料１の孔に成形部材３１を挿通して、この成形部材３１の両端を支持した両持ち状態で、このガラス管材料１を加熱し、前記孔の内径を拡大しながら、このガラス管材料１と成形部材３１とを相対的に移動させることにより、所望の孔径のガラス管を形成するものである。
【００２３】
この出発材料としてのガラス管材料１は、引き抜きロッドのまわりにＶＡＤ法によりガラス微粒子を堆積し、微粒子堆積体を形成し、この微粒子堆積体を冷却して引き抜きロッドを引き抜き、中空体を形成し、この中空体を焼結して得たものである。
【００２４】
第１の実施の形態に係るガラス管の製造装置では、図２に要部拡大図を示すように、ガラス管材料１を加熱手段４０で順次加熱し、軟化された領域に、成形部材３１を押し当てることによって、ガラス管材料１の内径を拡大、成形するものである。
この成形部材３１は、ガラス管材料１の開口縁に当接して孔を拡大する円錐台状の当接部３１ａを備えており、成形部材３１がガラス管材料１に対して相対的に移動する方向の成形部材３１の端（図２中、左端）を成形部材３１の先端としたときに、ガラス管材料１の孔の径よりも径が若干細い先端支持部材３２が成形部材３１の先端に設けられると共に、成形部材３１の先端支持部材３２が設けられる側と反対側の端（図２中、右端）に後端支持部材３３が設けられることにより、両端が支持されている。そして、ガラス管材料１を１０ｒｐｍで回転するとともに、成形部材３１を先端支持部材３２および後端支持部材３３とともに、これと同じ方向に回転数７ｒｐｍで回転しつつ孔の拡径を行う。
【００２５】
そして、この製造装置では、入口側基台１０と、出口側基台２０と、これらの間に位置して発熱体４１を支持するヒータ支持台４２を具備した加熱手段４０と、入口側基台１０及び出口側基台２０上に配置された搬送手段及びガラス管支持部を具備した駆動手段と、を備えている。後端支持部材３３の先端は、回転可能に出口側固定部材３５に固定されている。また、出口側固定部材３５は、回転可能に出口側基台２０に固定されている。
【００２６】
一方、ガラス管材料１の両端は、それぞれダミーパイプ１３および２３を介して、搬送手段である第１の送りテーブル１１および第２の送りテーブル２１に固定され、前記成形部材３１と同軸上を、軸方向に所望の速度で矢印Ａ方向に移動されるようになっている。ここで、第１の送りテーブル１１および第２の送りテーブル２１は、モータ（図示せず）を備えており、同期して（但し、等速度とは限らない）移動されるようになっている。
【００２７】
ここで、拡径終了端側のダミーパイプ１３は、第１のチャック１２を介して第１の送りテーブル１１に固定されている。また拡径開始端側のダミーパイプ２３は、第２のチャック２２を介して第２の送りテーブル２１に固定されている。また、ガラス管支持部としてのこれら第１のチャック１２および第２のチャック２２は、モータに接続されており、同期して（等速度であってもなくても良い）回転せしめられる。この第１および第２のチャックの回転により、それぞれダミーパイプ１３および２３を介してガラス管材料１は所定の回転速度で回転される。
【００２８】
出口側固定部材３５は、モータ（図示せず）を備えており、該モータによって後端支持部材３３を介して成形部材３１を回転させる。
加熱手段４０は、ガラス管材料１を誘導加熱によって部分的に加熱するもので、ガラス管材料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発熱体４１を有している。この発熱体４１はヒータ支持台４２に固定されている。
【００２９】
次に、このガラス管の製造装置を用いて、所望の孔径を有するガラス管（石英パイプ）を製造する方法について説明する。
まず、ガラス管材料１の外径に対する成形部材３１の外径比が０．０５〜０．８程度となるように、ガラス管材料１および成形部材３１を選択する。
【００３０】
そして、図３（ａ）に示すように、出口側基台２０に固定された出口側固定部材３５に後端支持部材３３の先端を固定する。このとき、入口側基台１０上の第１の送りテーブル１１は、入口側基台１０の左端まで移動されている。また、第２の送りテーブル２１は、出口側基台２０の拡径開始位置に固定されているが、チャック２２は開放状態に維持され、チャック２２内を後端支持部材３３が貫通している。
【００３１】
そして、図３（ｂ）に示すように、第１の送りテーブル１１に第１のチャック１２を介して出発材料としてのガラス管材料１の一端を固定し、先端支持部材３２の先端側から、矢印Ａ方向に第１の送りテーブル１１を移動していく。そして、第２のチャック２２の位置までガラス管材料１の他端が到達すると、ガラス管材料１が水平となるように高さ調整を行い、ダミーパイプ２３を介して第２の送りテーブル２１上の第２のチャック２２に固定する。
このとき、先端支持部材３２はガラス管材料１内に挿通される。
【００３２】
出口側固定部材３５は、後端支持部材３３を介して成形部材３１の支持方向を３次元的に調整可能なように構成されており、このとき、出口側固定部材３５を微調整しながら、ガラス管材料１の中心軸と、先端支持部材３２、成形部材３１および後端支持部材３３の中心軸とが一致するように、支持位置を決定する。
なお、先端支持部材３２および後端支持部材３３は、中心軸が一致するようにされているものとする。
【００３３】
この例では、ガラス管材料１を固定し、このガラス管材料１の中心軸に合わせて成形部材３１の位置を調整したが、成形部材３１の位置を調整して水平となるように固定し、この後さらにガラス管材料１の拡径開始側端部をダミーパイプ２３を介して第２の送りテーブル２１のチャック２２に装着し、成形部材３１とガラス管材料１とが同軸的に保持されるようにガラス管材料１の位置を調整して固定してもよい。
【００３４】
そして、加熱手段４０をオンにし、ガラス管材料１の先端面中心に成形部材３１の当接部３１ａを当接させ、その当接領域近傍が１６００℃となるように加熱する。
そして、モータを駆動し、ガラス管材料１および成形部材３１を同軸的にそれぞれ１０ｒｐｍ、７ｒｐｍで回転させるとともに、第１および第２の送りテーブル１１，２１をそれぞれ所望の速度で矢印Ａ方向へ移動させる。その際、ガラス管材料１および成形部材３１は同一方向に、それぞれ所定の速度で回転される。
【００３５】
このようにして、ガラス管材料１は、第１および第２のチャック１２，２２を介して回転せしめられつつ、加熱手段４０によって加熱されるとともに軟化される。
図２に示したように、ガラス管材料１が変形しうる状態に軟化している部分を軟化領域Ｓとする。この軟化領域Ｓ内で、成形部材３１はガラス管材料１の孔に当接する。ガラス管材料１が図２中左から右へ移動するときに、軟化されたガラスが成形部材３１によって押し広げられる。こうして、ガラス管材料１の孔は漸次拡径される。
そして、最後にダミーパイプ１３，２３を取り外し、ガラス管が完成する。
【００３６】
軟化領域Ｓ内のガラスは、表面張力により縮径し、その一部は先端支持部材３２に付着する。軟化領域Ｓ外では（図２中では、軟化領域Ｓの左側）、ガラス管材料１の孔の径は元のままである。軟化領域Ｓ内では、成形部材３１は上下左右に移動することができる。しかし、軟化領域Ｓ外では、先端支持部３２はガラス管材料１の孔に規制されてほとんど上下左右には動けない。言いかえると、先端支持部材３２は、軟化領域Ｓ外で支持されている。つまり、図１において後端支持部材３３は出口側固定部材３５により支持され、先端支持部材３２はガラス管材料１の孔により支持される両持ち構造になっている。
【００３７】
かかる方法によれば、成形部材３１の先端側は、ガラス管材料１の軟化領域から外れたガラスが軟化していない位置まで存在する先端支持部材３２によって、ガラス管材料１の中心軸に垂直な方向にずれないように支持された状態となっているため、成形部材３１の中心と出発材料としてのガラス管材料１の中心を高精度に位置合わせすることができる。
【００３８】
また拡径中も、先端支持部材３２と後端支持部材３３とによって両端を実質的に支持された成形部材３１は、後端支持部材３３の撓みや振動による位置ずれなどもほとんどなく、精度よく位置を保持される。また、成形部材３１とガラス管材料１が高精度に位置決めされ同軸的に保持される。このようにして、偏肉のないガラス管を再現性よく得ることが可能となる。また、成形部材３１とガラス管材料１を同軸上に保持することにより、孔の形成方向に対して成形部材３１の当接位置が高精度に制御されるため、非円率の小さい孔を形成することができる。また偏心率も低減される。
【００３９】
なお、前記第１の実施の形態では、成形部材もガラス管材料も両方が回転するようにしたが、いずれか一方でもよいし、また回転しなくてもよい。
また、成形部材の形状についても適宜変更可能である。
【００４０】
さらにまた、先端支持部材はガラス管材料の孔の径よりも径が細ければよい。但し、先端支持部材の径とガラス管材料の孔の径との差が小さいほど、成形部材が軸に垂直な方向に動く距離が小さく好ましい。
後端支持部材は成形部材の最大径よりも細ければよい。また、これら先端支持部材及び後端支持部材は、それぞれ１本でなくても、中心がガラス管材料と同軸となるように複数本で構成されていてもよい。その場合は複数本で位置決めすることができ、位置決めが容易となる。
例えば夫々の中心が正三角形をなすように位置せしめられた３本の先端支持部材を用いるようにすれば、より容易に位置決めが可能となる。またこれら支持部材としては中実部材のみならず、中空部材を用いても良い。
【００４１】
なお、ダミーパイプの内径を目的とするガラス管の孔径にほぼ等しくすれば、ガラス管材料とダミーパイプとが同心になるようにすることで、成形部材を挿通するときに、成形部材の中心軸とガラス管材料の中心軸とを一致させることが容易となり、偏心率を小さくすることがさらに容易となる。
加えて、出発材料であるガラス管材料は、上記方法以外の方法で形成されたものであってもよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
また、前記第１の実施の形態では、成形部材３１の両側に後端支持部材３３と先端支持部材３２とが一体的に成形されたものを用いたが、本第２の実施の形態では、図４に断面拡大図を示すように、成形部材３１と先端支持部材３２Ｓとが着脱可能に形成されたものを用いてもよい。すなわち、成形部材３１の当接部３１ａに形成された螺子穴３７に先端支持部材３２Ｓの先端に突出して形成された螺子部３８を螺合するように構成してもよい。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態に係るガラス管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６はその要部拡大図である。尚、上記第１の実施の形態に係るガラス管の製造装置と略同様の構成部材については、同符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
本発明の第３の実施の形態の方法は、出発材料としてのガラス管材料１の孔に先端支持部材５２を挿通して、この先端支持部材５２の左端を入口側固定部材３６で支持した状態すなわち両持ち状態で、このガラス管材料１を加熱し、孔の径を拡大しながら、このガラス管材料１と成形部材５１とを相対的に移動させることにより、所望の孔径のガラス管を形成するものである。
【００４５】
第３の実施の形態に係るガラス管の製造装置では、図６に要部拡大図を示すように、ガラス管材料１を加熱手段４０で順次加熱し、軟化された領域に、成形部材５１を押し当てることによって、ガラス管材料１の内径を拡大するものである。
この成形部材５１は、ガラス管材料１の開口縁に当接して孔を拡大する円錐台状の当接部５１ａを備えており、この成形部材５１の先端中心を支持し、出発部材としてのガラス管材料１の孔径よりも径が細く形成された先端支持部材５２と、他端側を支持する後端支持部材５３とを具備している。そして、ガラス管材料１を１０ｒｐｍで回転するとともに、成形部材５１を先端支持部材５２および後端支持部材５３とともに、これと同じ方向に回転数７ｒｐｍで回転しつつ孔の拡径を行う。
【００４６】
そして、この製造装置では、入口側基台１０と、出口側基台２０と、これらの間に位置して発熱体４１を支持するヒータ支持台４２を具備した加熱手段４０と、入口側基台１０及び出口側基台２０上に配置された搬送手段及びガラス管支持部を具備した駆動手段と、を備えている。この先端支持部材５２および後端支持部材５３の先端は、それぞれ回転可能に入口側固定部材３６および出口側固定部材３５に固定されている。また、これら入口側固定部材３６および出口側固定部材３５は、回転可能に入口側基台１０および出口側基台２０に固定されている。
【００４７】
これら入口側固定部材３６および出口側固定部材３５は、モータ（図示せず）を備えており、該モータによって先端支持部材５２および後端支持部材５３を介して成形部材３１を回転させる。
【００４８】
次に、このガラス管の製造装置を用いて、所望の孔径を有するガラス管を製造する方法について説明する。
まず、ガラス管材料１の外径に対する成形部材５１の外径比が０．０５〜０．８程度となるように、ガラス管材料１および成形部材５１を選択する。
【００４９】
そして図７（ａ）に示すように、出口側基台２０に固定された出口側固定部材３５に後端支持部材５３の先端を固定する。このとき、入口側基台１０上の第１の送りテーブル１１および入口側固定部材３６は、入口側基台１０の端まで移動されている。また、第２の送りテーブル２１は、出口側基台２０の拡径開始位置に固定されているが、チャック２２は開放状態に維持され、チャック２２内を後端支持部材５３が貫通している。
【００５０】
そして図７（ｂ）に示すように、第１の送りテーブル１１に第１のチャック１２を介して出発材料としてのガラス管材料１の一端を固定し、先端支持部材５２の先端側から、矢印Ａ方向に第１の送りテーブル１１を移動していく。そして、第２のチャック２２の位置までガラス管材料１の他端２２が到達すると、ガラス管材料１が水平となるように高さ調整を行い、ダミーパイプ２３を介して第２の送りテーブル２１上の第２のチャック２２に固定する。
【００５１】
このとき、先端支持部材５２はガラス管材料１内を貫通していく。そして、入口側固定部材３６を先端支持部材５２の先端まで移動して、ガラス管材料１の中心軸と先端支持部材５２および後端支持部材５３の中心軸とが一致するように、先端支持部材５２の先端位置を調整し、入口側固定部材３６で固定する。
【００５２】
入口側固定部材３６は、先端支持部材５２を介して成形部材５１の支持方向を３次元的に調整可能なように構成されており、このとき、入口側固定部材３６を微調整しながら、ガラス管材料１と、先端支持部材５２および後端支持部材５３の中心軸とが一致するように、位置を決定する。
なお、成形部材５１、先端支持部材５２および後端支持部材５３は、中心軸が一致するように高精度に位置決めされて相互が固定されているものとする。
【００５３】
この例では、ガラス管材料１を固定し、このガラス管材料１の中心軸に合わせて成形部材５１の位置を調整したが、成形部材５１の位置を調整して水平となるように固定し、この後さらにガラス管材料１の拡径開始側端部をダミーパイプ２３を介して第２の送りテーブル２１のチャック２２に装着し、成形部材５１とガラス管材料１とが同軸的に保持されるようにガラス管材料１の位置を調整して固定してもよい。
【００５４】
そして、加熱手段４０をオンにし、ガラス管材料１の先端面中心に成形部材５１の当接部５１ａを当接させ、その当接領域近傍が１６００℃となるように加熱する。
【００５５】
そして、モータを駆動し、ガラス管材料１および成形部材５１を同軸的にそれぞれ１０ｒｐｍ、７ｒｐｍで回転させるとともに、第１および第２の送りテーブル１１，２１をそれぞれ所望の速度で矢印Ａ方向へ移動させる。その際、ガラス管材料１および成形部材５１は同一方向に、それぞれ所定の速度で回転される。
【００５６】
このようにして、ガラス管材料１は、第１および第２のチャック１２，２２を介
して回転せしめられつつ、加熱手段４０によって加熱されるとともに軟化され、図６に示したように、成形部材５１の当接部５１ａによって漸次拡径される。
そして、最後にダミーパイプ１３，２３を取り外し、ガラス管が完成する。
【００５７】
かかる方法によれば、成形部材５１の先端側でも、先端支持部材５２を介して入口側固定部材３６によって支持されたいわゆる両持ち状態となっているため、成形部材５１がガラス管材料１の中心軸に垂直な方向にずれないように支持されるので、成形部材５１の中心と出発材料としてのガラス管材料１の中心を高精度に位置合わせすることができる。
【００５８】
また拡径中も、先端支持部材５２と後端支持部材５３とによって両端を直接支持された成形部材５１は、先端支持部材５２及び後端支持部材５３の撓みや振動による位置ずれなどもほとんどなく、精度よく位置を保持される。また、成形部材５１とガラス管材料１が高精度に位置決めされ同軸的に保持される。このようにして、偏肉のないガラス管を再現性よく得ることが可能となる。また、成形部材５１とガラス管材料１を同軸上に保持することにより、孔の形成方向に対して成形部材５１の当接位置が高精度に制御されるため、非円率の小さい孔を形成することができる。また偏心率も低減される。
【００５９】
なお、前記第３の実施の形態では、成形部材もガラス管材料も両方が回転するようにしたが、いずれか一方でもよいし、また回転しなくてもよい。
また、成形部材の形状についても適宜変更可能である。
【００６０】
さらにまた、先端支持部材はガラス管材料の孔の径よりも径が細ければよく、後端支持部材は成形部材の最大径よりも細ければよい。また、これら先端支持部材及び後端支持部材は、それぞれ１本でなくても、中心がガラス管材料と同軸となるように複数本で構成されていてもよい。その場合は複数本で位置決めすることができ、位置決めが容易となる。
例えば夫々の中心が正三角形をなすように位置せしめられた３本の先端支持部材を用いるようにすれば、より容易に位置決めが可能となる。またこれら支持部材としてはロッド状の中実部材のみならず、パイプ状の中空部材を用いても良い。
【００６１】
さらにまた、前記第３の実施の形態では、成形部材の先端側をロッド状の先端支持部材で支持したが、成形部材の先端面に穴を形成しておき、この穴に糸状の引張支持具を取付け、成形部材の先端側の位置規制をおこなうようにしてもよい。
【００６２】
なお、ダミーパイプの内径を目的とするガラス管の孔径にほぼ等しくすれば、ガラス管材料とダミーパイプとが同心になるようにすることで、成形部材を挿通するときに、成形部材の中心軸とガラス管材料の中心軸とを一致させることが容易となり、偏心率を小さくすることがさらに容易となる。
加えて、出発材料であるガラス管材料は、上記方法以外の方法で形成されたものであってもよい。
【００６３】
（第４の実施の形態）
また、前記第３の実施の形態では、成形部材５１の両側に後端支持部材５３と先端支持部材５２とが一体的に成形されたものを用いたが、本第４の実施の形態では、図８に断面拡大図を示すように、成形部材５１と先端支持部材５２Ｓとが着脱可能に形成されたものを用いてもよい。すなわち、成形部材５１の当接部５１ａに形成された螺子穴５７に先端支持部材５２Ｓの先端に突出して形成された螺子部５８を螺合するように構成してもよい。
【００６４】
この場合は、ガラス管材料１を第１のチャック１２および第２のチャック２２に装着後、先端支持部材５２Ｓの螺子部５８をガラス管材料１の孔に挿通し、成形部材５１の螺子穴５７に螺合させることができ、駆動手段へのガラス管材料１の装着が容易となる。
【００６５】
（第５の実施の形態）
前記第３の実施の形態では、成形部材５１の先端側を支持する先端支持部材５２の先端は入口側固定部材３６で固定されているが、図９および図１０に示すように、ガラス管材料１を支持する第１の送りテーブル１１に設けられた摺動部材１４を備えたガイド穴１５で軸方向に垂直な方向にのみ位置規制するようにしてもよい。成形部材５１を回転する場合は、出口側固定部材３５のみに回転力を付与するようにする。先端支持部材５２は出口側固定部材３５の回転に伴い、摺動部材１４と接しつつ回転する。
かかる構成によれば、先端支持部材５２を支持するための固定部材を別に設ける必要がなくなるため、部材が少なくてすみ、構成が簡略化される。
【００６６】
（第６の実施の形態）
前記第１乃至５の実施の形態では、ガラス管材料１の内側から拡径するのみであるが、図１１に示すようにガラス管材料１の外径を規制するように軟化領域内に成型冶具４３を設けても良い。本第６の実施の形態では、成型冶具４３は加熱手段の発熱体４１の内側に取付けられている。成型冶具としては、所望の間隔を持つように平行に配設された平板、断面円形の穴を有するダイス、ガラス管の形状に合わせた断面円弧の溝が付された板などが適用可能である。
【００６７】
本第６の実施の形態によれば、特にガラス管材料１の外径寸法の制御がなされることにより、偏肉がなくかつ偏心のない孔をもつガラス管を形成することが可能となる。
特に、加熱温度が１８００℃を越える場合には、ガラス管が柔らかくなり孔径拡大時に外径寸法が変動し易いため、上述したように成形冶具を用いることによって、外径を規制しながら拡径を行うことにより、より確実にガラス管の形状を維持することができる。１８００℃を越えない場合は、必ずしも成型冶具を用いる必要はない。
【００６８】
なお、上記した各実施の形態における製造装置は、本発明に係るガラス管の製造方法を実施するための製造装置の一例であって、ガラス管の製造装置としては、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。
【００６９】
さらにまた、ガラス管材料の中心に孔を拡径して形成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拡径する場合など、ガラス管材料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、ガラス管内に形成しようとする目的の孔の中心軸と成形部材の中心軸とが一致するように位置決めを行い、成形部材を両端で保持し、形成すべき孔の中心を回転軸として、ガラス管材料または成形部材を回転するようにすればよい。
【００７０】
又、上述した各成形部材には、カーボンを用いるのが望ましい。あるいは、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、アルミナで構成されたものあるいは表面がこれらの材料で被覆されたものでもよい。また、成形部材の当接部は直接ガラスと接触するため、その表面を高純度化処理した材料を用いるのが望ましい。
【００７１】
ここで、ガラス管材料を拡径する成形工程においては、ガラス管を回転してもよいし、成形部材を回転してもよいし、また両方を回転してもよい。また、回転方向は相対的に同じ向きでもよいし、逆向きでもよい。上記成型冶具として平板を用いる場合には、ガラス管材料を回転しながら成形を行うのが好ましい。
【００７２】
更に、本発明における軟化領域とは、必ずしもガラスの軟化点以下となっている領域に限定されるものではなく、成形に際してガラス管材料が、変形しうる状態に軟化していればよい。
【００７３】
（実施例１）
ＶＡＤ法により得られた円柱状のシリカガラス母材に穴開加工を行って得た外径７０ｍｍφ、内径１５ｍｍφのガラス管の両端に把持用のダミーパイプ（外径７０ｍｍφ、内径４５ｍｍφ）１３，２３を溶融接続したものを用意し、これを前記第３の実施の形態に示したガラス管製造装置にセットした（図５参照）。
ここでは、開孔部径が３５ｍｍφの成形部材５１を使用した。
【００７４】
そして、加熱手段４０をオンにし、ガラス管材料１の片方の先端面中心に成形部材５１の当接部５１ａを当接させ、その当接領域近傍が１６００℃となるように加熱する。
そして、片端から成形部材５１を挿入し、逆端から順次形成されたガラス管材料を引き抜きながら、孔の拡径を行い、外径７５ｍｍφ、内径３５ｍｍφのガラス管を形成した。
【００７５】
この方法により１０本のガラス管を作成した。このガラス管の肉厚分布を超音波測定器により周方向と長手方向とで測定し、その標準偏差を算出し、１０本製造時における平均値を求めた。
その結果、標準偏差の平均値σは０．１０ｍｍであった。
【００７６】
（実施例２）
この例では図１１に示したように、前記第６の実施の形態に示した７０ｍｍの間隔で平行に配置した２枚の炭素板からなる成型冶具４３を、外径寸法の制御用として用いたことを特徴とするものである。即ち、成型冶具４３を加熱手段４０の発熱体４１の内壁に装着した装置を用いるほかは、前記実施例１と同様である。
【００７７】
孔の拡径を行い１０本のガラス管を作成した。このガラス管の肉厚分布を超音波測定器により周方向と長手方向とで測定し、その標準偏差を算出し、１０本製造時における平均値を求めた。
その結果、標準偏差の平均値σは０．０８ｍｍであった。
【００７８】
（比較例）
比較のために図１２に示した、片持ち方式の従来例の穿孔部材１３０を用いた装置を用いて、同様に孔の拡径を行い、外径７５ｍｍφ、内径３５ｍｍφのガラス管を形成した。
【００７９】
このガラス管の肉厚分布を超音波測定器により周方向と長手方向とで測定し、その標準偏差を算出し、１０本製造時における平均値を求めた。
その結果、標準偏差の平均値σは０．５０ｍｍであった。
【００８０】
この実施例１と比較例との比較から、両持ち状態で拡径した場合の肉厚のばらつきは８０％も低減されたことがわかる。
また実施例２と比較例との比較から、成型冶具４３によって外径寸法を制御しながら、両持ち方式で拡径した場合の肉厚のばらつきは８４％も低減されたことがわかる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガラス管の製造方法およびこれに用いられるガラス管の製造装置によれば、孔の偏心は低減され、高品質のガラス管を安定して得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態のガラス管の製造装置の要部拡大図を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の成形部材を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図６】本発明の第３の実施の形態のガラス管の製造装置の要部拡大図を示す図。
【図７】本発明の第３の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図８】本発明の第４の実施の形態の拡径部材を示す図。
【図９】本発明の第５の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態のガラス管の製造装置の左側面を示す図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態のガラス管の製造装置の要部を示す図。
【図１２】従来例のガラス管の製造装置を示す図。
【符号の説明】
１ ガラス管材料
１０ 入口側基台
１１ 第１の送りテーブル
１２ チャック
１３ ダミーパイプ
２０ 出口側基台
２１ 第２の送りテーブル
２２ チャック
２３ ダミーパイプ
３１ 成形部材
３２ 先端支持部材
３３ 後端支持部材
３５ 出口側固定部材
３６ 入口側固定部材
４０ 加熱手段
４１ 発熱体
４２ ヒータ支持台
４３ 成型冶具
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス管の製造方法およびこれに用いられるガラス管の製造装置に関する。
【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。光ファイバの主な製造方法としては、ＶＡＤ法（Vapor phase Axial Deposition:気相軸付法）、ＯＶＤ法（Outer Vapor phase Deposition：外付け法）、ＭＣＶＤ法（Modified Chemical Vapor phase Deposition:内付法）がある。
【０００３】
光ファイバの製造に際しては、通常はプリフォーム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制御が求められている。
特に、高ビットレート化、波長多重度の高度化により、情報伝達容量の高密度化が高まっており、光ファイバの偏波分散の低減が強く望まれている。
【０００４】
例えばＭＣＶＤ法は、ガラス管からなる肉付け用パイプの内壁にガラス微粒子（すす）を堆積する方法であるが、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。非円率または偏肉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】
そこで、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部材の先鋭端を係合させてこの先鋭端の周縁を穿孔部材に対して回転し、引き抜く方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この穿孔部材を用いた穿孔方法は、例えば図１２に示すように、石英製のガラスロッド１０１を用意し、出口側をダミーシリンダー１２３で支持し回転しながら、ガラスロッド１０１の先端面の中心部に駒１３１等を備えた穿孔部材１３０をあて、駒１３１の先端の周囲のガラスロッド１０１を加熱手段１４０のヒータ支持台１４２にとりつけられたヒータ（発熱体）１４１で加熱軟化させる。
【０００６】
ここで、ガラスロッド１０１の両端は、第１の送りテーブル１１１のチャック１１２および、ダミーシリンダー１２３を介して第２の送りテーブル１２１のチャック１２２に取付けられる。また、これら第１および第２の送りテーブル１１１，１２１は、それぞれ入口側基台１１０および出口側基台１２０にとりつけられる。また、この穿孔部材１３０の駒１３１は、支持ロッド１３３を介して固定部材１３５によって出口側基台１２０に片持ち支持されている。
【０００７】
また、この他、加熱したガラスインゴットに炭素ドリルなどの穿孔部材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（例えば、特許文献２参照）。
また、中空円柱状の石英ガラスを回転しながら、その内部に圧力を加えて外径決めを行う装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２７９８４６５号公報
【特許文献２】
特開平７−１０９１３５号公報
【特許文献３】
実公昭５５−３５２９７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の開孔方法では、偏心がなく、特性に優れた均一な品質のガラス管を安定して得ることは困難であるという問題があった。
例えば、穿孔部材を用いた穿孔方法は、ガラスロッドの先端面に、片持ち支持された穿孔部材の駒を押し付ける方法であるため、ガラスロッドの抵抗により、駒の先端すなわち、自由端側は、中心をはずれたりするため、中心が必ずしも一定位置になっていない場合がある。また、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。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、偏心率が小さく、肉厚が均一なガラス管を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラス管の製造方法では、出発材料であるガラス管材料を加熱し、前記ガラス管材料に軟化領域を形成し、前記軟化領域に含まれる前記ガラス管材料の孔に成形部材を当接せしめるとともに、前記成形部材が移動していく側の前記成形部材の端を前記成形部材の先端としたときに、前記成形部材の先端に設けられる先端支持部材が前記軟化領域から外れた位置まで存在することを特徴とする。
【００１２】
望ましくは、前記軟化領域のガラス管材料を外側から規制しつつ、前記ガラス管材料の内径を所望のサイズに成形することを特徴とする。
【００１３】
望ましくは、前記成形部材または前記ガラス管材料を回転しながら前記ガラス管材料の内径を所望のサイズに成形することを特徴とする。
【００１４】
又、参考のガラス管の製造方法では、出発材料であるガラス管材料の孔に成形部材を当接せしめるとともに、前記成形部材の両端を支持しつつ、前記ガラス管材料を加熱し、前記ガラス管材料と前記成形部材とを相対的に移動させて前記ガラス管材料の孔に成形部材を挿通させることにより、前記ガラス管材料の内径を所望のサイズに成形することを特徴とする。
【００１５】
望ましくは、前記成形部材の前記孔との当接部の中心軸が、形成しようとする目的の孔の中心軸とほぼ同軸上に位置するように、前記ガラス管材料に対する前記成形部材の前記中心軸に垂直な方向の位置を決定することを特徴とする。
【００１６】
本発明のガラス管の製造装置では、出発材料としてのガラス管材料を加熱し、前記ガラス管材料の一部に軟化領域を形成する加熱手段と、前記ガラス管材料の孔に挿通して前記軟化領域に位置する前記孔を所望のサイズに成形する成形部材と、前記成形部材の両端を支持した状態で、前記ガラス管材料と前記成形部材とを相対的に移動させる駆動手段と、を含み、前記成形部材が前記ガラス管材料に対して相対的に移動する方向の前記成形部材の端を前記成形部材の先端としたときに、前記ガラス管材料の孔の径よりも径が細い先端支持部材が前記成形部材の先端に設けられると共に、前記成形部材の前記先端支持部材が設けられる側と反対側の端に後端支持部材が設けられ、さらに、前記ガラス管材料の外側から当該ガラス管材料の外径を規制する成型冶具を備えたことを特徴とする。
【００１８】
望ましくは、前記駆動手段は、前記ガラス管材料が前記先端支持部材に対してほぼ同軸上に位置するように前記ガラス管材料の両端を回転自在に支持するガラス管支持部と、前記成形部材に対して所定の速度で前記ガラス管材料をその軸方向に搬送する搬送手段と、を具備したことを特徴とする。
【００２０】
望ましくは、前記成型冶具は、前記ガラス管材料の周囲を前記成形部材とほぼ同軸的に規制しつつ、前記孔の径を所望のサイズに成形するように、前記加熱手段の内壁に固定された筒状体である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るガラス管の製造方法を実施するためのガラス管の製造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】
本発明の第１の実施の形態に係るガラス管の製造方法は、出発材料としてのガラス管材料１の孔に成形部材３１を挿通して、この成形部材３１の両端を支持した両持ち状態で、このガラス管材料１を加熱し、前記孔の内径を拡大しながら、このガラス管材料１と成形部材３１とを相対的に移動させることにより、所望の孔径のガラス管を形成するものである。
【００２３】
この出発材料としてのガラス管材料１は、引き抜きロッドのまわりにＶＡＤ法によりガラス微粒子を堆積し、微粒子堆積体を形成し、この微粒子堆積体を冷却して引き抜きロッドを引き抜き、中空体を形成し、この中空体を焼結して得たものである。
【００２４】
第１の実施の形態に係るガラス管の製造装置では、図２に要部拡大図を示すように、ガラス管材料１を加熱手段４０で順次加熱し、軟化された領域に、成形部材３１を押し当てることによって、ガラス管材料１の内径を拡大、成形するものである。
この成形部材３１は、ガラス管材料１の開口縁に当接して孔を拡大する円錐台状の当接部３１ａを備えており、成形部材３１がガラス管材料１に対して相対的に移動する方向の成形部材３１の端（図２中、左端）を成形部材３１の先端としたときに、ガラス管材料１の孔の径よりも径が若干細い先端支持部材３２が成形部材３１の先端に設けられると共に、成形部材３１の先端支持部材３２が設けられる側と反対側の端（図２中、右端）に後端支持部材３３が設けられることにより、両端が支持されている。そして、ガラス管材料１を１０ｒｐｍで回転するとともに、成形部材３１を先端支持部材３２および後端支持部材３３とともに、これと同じ方向に回転数７ｒｐｍで回転しつつ孔の拡径を行う。
【００２５】
そして、この製造装置では、入口側基台１０と、出口側基台２０と、これらの間に位置して発熱体４１を支持するヒータ支持台４２を具備した加熱手段４０と、入口側基台１０及び出口側基台２０上に配置された搬送手段及びガラス管支持部を具備した駆動手段と、を備えている。後端支持部材３３の先端は、回転可能に出口側固定部材３５に固定されている。また、出口側固定部材３５は、回転可能に出口側基台２０に固定されている。
【００２６】
一方、ガラス管材料１の両端は、それぞれダミーパイプ１３および２３を介して、搬送手段である第１の送りテーブル１１および第２の送りテーブル２１に固定され、前記成形部材３１と同軸上を、軸方向に所望の速度で矢印Ａ方向に移動されるようになっている。ここで、第１の送りテーブル１１および第２の送りテーブル２１は、モータ（図示せず）を備えており、同期して（但し、等速度とは限らない）移動されるようになっている。
【００２７】
ここで、拡径終了端側のダミーパイプ１３は、第１のチャック１２を介して第１の送りテーブル１１に固定されている。また拡径開始端側のダミーパイプ２３は、第２のチャック２２を介して第２の送りテーブル２１に固定されている。また、ガラス管支持部としてのこれら第１のチャック１２および第２のチャック２２は、モータに接続されており、同期して（等速度であってもなくても良い）回転せしめられる。この第１および第２のチャックの回転により、それぞれダミーパイプ１３および２３を介してガラス管材料１は所定の回転速度で回転される。
【００２８】
出口側固定部材３５は、モータ（図示せず）を備えており、該モータによって後端支持部材３３を介して成形部材３１を回転させる。
加熱手段４０は、ガラス管材料１を誘導加熱によって部分的に加熱するもので、ガラス管材料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発熱体４１を有している。この発熱体４１はヒータ支持台４２に固定されている。
【００２９】
次に、このガラス管の製造装置を用いて、所望の孔径を有するガラス管（石英パイプ）を製造する方法について説明する。
まず、ガラス管材料１の外径に対する成形部材３１の外径比が０．０５〜０．８程度となるように、ガラス管材料１および成形部材３１を選択する。
【００３０】
そして、図３（ａ）に示すように、出口側基台２０に固定された出口側固定部材３５に後端支持部材３３の先端を固定する。このとき、入口側基台１０上の第１の送りテーブル１１は、入口側基台１０の左端まで移動されている。また、第２の送りテーブル２１は、出口側基台２０の拡径開始位置に固定されているが、チャック２２は開放状態に維持され、チャック２２内を後端支持部材３３が貫通している。
【００３１】
そして、図３（ｂ）に示すように、第１の送りテーブル１１に第１のチャック１２を介して出発材料としてのガラス管材料１の一端を固定し、先端支持部材３２の先端側から、矢印Ａ方向に第１の送りテーブル１１を移動していく。そして、第２のチャック２２の位置までガラス管材料１の他端が到達すると、ガラス管材料１が水平となるように高さ調整を行い、ダミーパイプ２３を介して第２の送りテーブル２１上の第２のチャック２２に固定する。
このとき、先端支持部材３２はガラス管材料１内に挿通される。
【００３２】
出口側固定部材３５は、後端支持部材３３を介して成形部材３１の支持方向を３次元的に調整可能なように構成されており、このとき、出口側固定部材３５を微調整しながら、ガラス管材料１の中心軸と、先端支持部材３２、成形部材３１および後端支持部材３３の中心軸とが一致するように、支持位置を決定する。
なお、先端支持部材３２および後端支持部材３３は、中心軸が一致するようにされているものとする。
【００３３】
この例では、ガラス管材料１を固定し、このガラス管材料１の中心軸に合わせて成形部材３１の位置を調整したが、成形部材３１の位置を調整して水平となるように固定し、この後さらにガラス管材料１の拡径開始側端部をダミーパイプ２３を介して第２の送りテーブル２１のチャック２２に装着し、成形部材３１とガラス管材料１とが同軸的に保持されるようにガラス管材料１の位置を調整して固定してもよい。
【００３４】
そして、加熱手段４０をオンにし、ガラス管材料１の先端面中心に成形部材３１の当接部３１ａを当接させ、その当接領域近傍が１６００℃となるように加熱する。
そして、モータを駆動し、ガラス管材料１および成形部材３１を同軸的にそれぞれ１０ｒｐｍ、７ｒｐｍで回転させるとともに、第１および第２の送りテーブル１１，２１をそれぞれ所望の速度で矢印Ａ方向へ移動させる。その際、ガラス管材料１および成形部材３１は同一方向に、それぞれ所定の速度で回転される。
【００３５】
このようにして、ガラス管材料１は、第１および第２のチャック１２，２２を介して回転せしめられつつ、加熱手段４０によって加熱されるとともに軟化される。
図２に示したように、ガラス管材料１が変形しうる状態に軟化している部分を軟化領域Ｓとする。この軟化領域Ｓ内で、成形部材３１はガラス管材料１の孔に当接する。ガラス管材料１が図２中左から右へ移動するときに、軟化されたガラスが成形部材３１によって押し広げられる。こうして、ガラス管材料１の孔は漸次拡径される。
そして、最後にダミーパイプ１３，２３を取り外し、ガラス管が完成する。
【００３６】
軟化領域Ｓ内のガラスは、表面張力により縮径し、その一部は先端支持部材３２に付着する。軟化領域Ｓ外では（図２中では、軟化領域Ｓの左側）、ガラス管材料１の孔の径は元のままである。軟化領域Ｓ内では、成形部材３１は上下左右に移動することができる。しかし、軟化領域Ｓ外では、先端支持部３２はガラス管材料１の孔に規制されてほとんど上下左右には動けない。言いかえると、先端支持部材３２は、軟化領域Ｓ外で支持されている。つまり、図１において後端支持部材３３は出口側固定部材３５により支持され、先端支持部材３２はガラス管材料１の孔により支持される両持ち構造になっている。
【００３７】
かかる方法によれば、成形部材３１の先端側は、ガラス管材料１の軟化領域から外れたガラスが軟化していない位置まで存在する先端支持部材３２によって、ガラス管材料１の中心軸に垂直な方向にずれないように支持された状態となっているため、成形部材３１の中心と出発材料としてのガラス管材料１の中心を高精度に位置合わせすることができる。
【００３８】
また拡径中も、先端支持部材３２と後端支持部材３３とによって両端を実質的に支持された成形部材３１は、後端支持部材３３の撓みや振動による位置ずれなどもほとんどなく、精度よく位置を保持される。また、成形部材３１とガラス管材料１が高精度に位置決めされ同軸的に保持される。このようにして、偏肉のないガラス管を再現性よく得ることが可能となる。また、成形部材３１とガラス管材料１を同軸上に保持することにより、孔の形成方向に対して成形部材３１の当接位置が高精度に制御されるため、非円率の小さい孔を形成することができる。また偏心率も低減される。
【００３９】
なお、前記第１の実施の形態では、成形部材もガラス管材料も両方が回転するようにしたが、いずれか一方でもよいし、また回転しなくてもよい。
また、成形部材の形状についても適宜変更可能である。
【００４０】
さらにまた、先端支持部材はガラス管材料の孔の径よりも径が細ければよい。但し、先端支持部材の径とガラス管材料の孔の径との差が小さいほど、成形部材が軸に垂直な方向に動く距離が小さく好ましい。
後端支持部材は成形部材の最大径よりも細ければよい。また、これら先端支持部材及び後端支持部材は、それぞれ１本でなくても、中心がガラス管材料と同軸となるように複数本で構成されていてもよい。その場合は複数本で位置決めすることができ、位置決めが容易となる。
例えば夫々の中心が正三角形をなすように位置せしめられた３本の先端支持部材を用いるようにすれば、より容易に位置決めが可能となる。またこれら支持部材としては中実部材のみならず、中空部材を用いても良い。
【００４１】
なお、ダミーパイプの内径を目的とするガラス管の孔径にほぼ等しくすれば、ガラス管材料とダミーパイプとが同心になるようにすることで、成形部材を挿通するときに、成形部材の中心軸とガラス管材料の中心軸とを一致させることが容易となり、偏心率を小さくすることがさらに容易となる。
加えて、出発材料であるガラス管材料は、上記方法以外の方法で形成されたものであってもよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
また、前記第１の実施の形態では、成形部材３１の両側に後端支持部材３３と先端支持部材３２とが一体的に成形されたものを用いたが、本第２の実施の形態では、図４に断面拡大図を示すように、成形部材３１と先端支持部材３２Ｓとが着脱可能に形成されたものを用いてもよい。すなわち、成形部材３１の当接部３１ａに形成された螺子穴３７に先端支持部材３２Ｓの先端に突出して形成された螺子部３８を螺合するように構成してもよい。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態に係るガラス管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６はその要部拡大図である。尚、上記第１の実施の形態に係るガラス管の製造装置と略同様の構成部材については、同符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
本発明の第３の実施の形態の方法は、出発材料としてのガラス管材料１の孔に先端支持部材５２を挿通して、この先端支持部材５２の左端を入口側固定部材３６で支持した状態すなわち両持ち状態で、このガラス管材料１を加熱し、孔の径を拡大しながら、このガラス管材料１と成形部材５１とを相対的に移動させることにより、所望の孔径のガラス管を形成するものである。
【００４５】
第３の実施の形態に係るガラス管の製造装置では、図６に要部拡大図を示すように、ガラス管材料１を加熱手段４０で順次加熱し、軟化された領域に、成形部材５１を押し当てることによって、ガラス管材料１の内径を拡大するものである。
この成形部材５１は、ガラス管材料１の開口縁に当接して孔を拡大する円錐台状の当接部５１ａを備えており、この成形部材５１の先端中心を支持し、出発部材としてのガラス管材料１の孔径よりも径が細く形成された先端支持部材５２と、他端側を支持する後端支持部材５３とを具備している。そして、ガラス管材料１を１０ｒｐｍで回転するとともに、成形部材５１を先端支持部材５２および後端支持部材５３とともに、これと同じ方向に回転数７ｒｐｍで回転しつつ孔の拡径を行う。
【００４６】
そして、この製造装置では、入口側基台１０と、出口側基台２０と、これらの間に位置して発熱体４１を支持するヒータ支持台４２を具備した加熱手段４０と、入口側基台１０及び出口側基台２０上に配置された搬送手段及びガラス管支持部を具備した駆動手段と、を備えている。この先端支持部材５２および後端支持部材５３の先端は、それぞれ回転可能に入口側固定部材３６および出口側固定部材３５に固定されている。また、これら入口側固定部材３６および出口側固定部材３５は、回転可能に入口側基台１０および出口側基台２０に固定されている。
【００４７】
これら入口側固定部材３６および出口側固定部材３５は、モータ（図示せず）を備えており、該モータによって先端支持部材５２および後端支持部材５３を介して成形部材３１を回転させる。
【００４８】
次に、このガラス管の製造装置を用いて、所望の孔径を有するガラス管を製造する方法について説明する。
まず、ガラス管材料１の外径に対する成形部材５１の外径比が０．０５〜０．８程度となるように、ガラス管材料１および成形部材５１を選択する。
【００４９】
そして図７（ａ）に示すように、出口側基台２０に固定された出口側固定部材３５に後端支持部材５３の先端を固定する。このとき、入口側基台１０上の第１の送りテーブル１１および入口側固定部材３６は、入口側基台１０の端まで移動されている。また、第２の送りテーブル２１は、出口側基台２０の拡径開始位置に固定されているが、チャック２２は開放状態に維持され、チャック２２内を後端支持部材５３が貫通している。
【００５０】
そして図７（ｂ）に示すように、第１の送りテーブル１１に第１のチャック１２を介して出発材料としてのガラス管材料１の一端を固定し、先端支持部材５２の先端側から、矢印Ａ方向に第１の送りテーブル１１を移動していく。そして、第２のチャック２２の位置までガラス管材料１の他端２２が到達すると、ガラス管材料１が水平となるように高さ調整を行い、ダミーパイプ２３を介して第２の送りテーブル２１上の第２のチャック２２に固定する。
【００５１】
このとき、先端支持部材５２はガラス管材料１内を貫通していく。そして、入口側固定部材３６を先端支持部材５２の先端まで移動して、ガラス管材料１の中心軸と先端支持部材５２および後端支持部材５３の中心軸とが一致するように、先端支持部材５２の先端位置を調整し、入口側固定部材３６で固定する。
【００５２】
入口側固定部材３６は、先端支持部材５２を介して成形部材５１の支持方向を３次元的に調整可能なように構成されており、このとき、入口側固定部材３６を微調整しながら、ガラス管材料１と、先端支持部材５２および後端支持部材５３の中心軸とが一致するように、位置を決定する。
なお、成形部材５１、先端支持部材５２および後端支持部材５３は、中心軸が一致するように高精度に位置決めされて相互が固定されているものとする。
【００５３】
この例では、ガラス管材料１を固定し、このガラス管材料１の中心軸に合わせて成形部材５１の位置を調整したが、成形部材５１の位置を調整して水平となるように固定し、この後さらにガラス管材料１の拡径開始側端部をダミーパイプ２３を介して第２の送りテーブル２１のチャック２２に装着し、成形部材５１とガラス管材料１とが同軸的に保持されるようにガラス管材料１の位置を調整して固定してもよい。
【００５４】
そして、加熱手段４０をオンにし、ガラス管材料１の先端面中心に成形部材５１の当接部５１ａを当接させ、その当接領域近傍が１６００℃となるように加熱する。
【００５５】
そして、モータを駆動し、ガラス管材料１および成形部材５１を同軸的にそれぞれ１０ｒｐｍ、７ｒｐｍで回転させるとともに、第１および第２の送りテーブル１１，２１をそれぞれ所望の速度で矢印Ａ方向へ移動させる。その際、ガラス管材料１および成形部材５１は同一方向に、それぞれ所定の速度で回転される。
【００５６】
このようにして、ガラス管材料１は、第１および第２のチャック１２，２２を介
して回転せしめられつつ、加熱手段４０によって加熱されるとともに軟化され、図６に示したように、成形部材５１の当接部５１ａによって漸次拡径される。
そして、最後にダミーパイプ１３，２３を取り外し、ガラス管が完成する。
【００５７】
かかる方法によれば、成形部材５１の先端側でも、先端支持部材５２を介して入口側固定部材３６によって支持されたいわゆる両持ち状態となっているため、成形部材５１がガラス管材料１の中心軸に垂直な方向にずれないように支持されるので、成形部材５１の中心と出発材料としてのガラス管材料１の中心を高精度に位置合わせすることができる。
【００５８】
また拡径中も、先端支持部材５２と後端支持部材５３とによって両端を直接支持された成形部材５１は、先端支持部材５２及び後端支持部材５３の撓みや振動による位置ずれなどもほとんどなく、精度よく位置を保持される。また、成形部材５１とガラス管材料１が高精度に位置決めされ同軸的に保持される。このようにして、偏肉のないガラス管を再現性よく得ることが可能となる。また、成形部材５１とガラス管材料１を同軸上に保持することにより、孔の形成方向に対して成形部材５１の当接位置が高精度に制御されるため、非円率の小さい孔を形成することができる。また偏心率も低減される。
【００５９】
なお、前記第３の実施の形態では、成形部材もガラス管材料も両方が回転するようにしたが、いずれか一方でもよいし、また回転しなくてもよい。
また、成形部材の形状についても適宜変更可能である。
【００６０】
さらにまた、先端支持部材はガラス管材料の孔の径よりも径が細ければよく、後端支持部材は成形部材の最大径よりも細ければよい。また、これら先端支持部材及び後端支持部材は、それぞれ１本でなくても、中心がガラス管材料と同軸となるように複数本で構成されていてもよい。その場合は複数本で位置決めすることができ、位置決めが容易となる。
例えば夫々の中心が正三角形をなすように位置せしめられた３本の先端支持部材を用いるようにすれば、より容易に位置決めが可能となる。またこれら支持部材としてはロッド状の中実部材のみならず、パイプ状の中空部材を用いても良い。
【００６１】
さらにまた、前記第３の実施の形態では、成形部材の先端側をロッド状の先端支持部材で支持したが、成形部材の先端面に穴を形成しておき、この穴に糸状の引張支持具を取付け、成形部材の先端側の位置規制をおこなうようにしてもよい。
【００６２】
なお、ダミーパイプの内径を目的とするガラス管の孔径にほぼ等しくすれば、ガラス管材料とダミーパイプとが同心になるようにすることで、成形部材を挿通するときに、成形部材の中心軸とガラス管材料の中心軸とを一致させることが容易となり、偏心率を小さくすることがさらに容易となる。
加えて、出発材料であるガラス管材料は、上記方法以外の方法で形成されたものであってもよい。
【００６３】
（第４の実施の形態）
また、前記第３の実施の形態では、成形部材５１の両側に後端支持部材５３と先端支持部材５２とが一体的に成形されたものを用いたが、本第４の実施の形態では、図８に断面拡大図を示すように、成形部材５１と先端支持部材５２Ｓとが着脱可能に形成されたものを用いてもよい。すなわち、成形部材５１の当接部５１ａに形成された螺子穴５７に先端支持部材５２Ｓの先端に突出して形成された螺子部５８を螺合するように構成してもよい。
【００６４】
この場合は、ガラス管材料１を第１のチャック１２および第２のチャック２２に装着後、先端支持部材５２Ｓの螺子部５８をガラス管材料１の孔に挿通し、成形部材５１の螺子穴５７に螺合させることができ、駆動手段へのガラス管材料１の装着が容易となる。
【００６５】
（第５の実施の形態）
前記第３の実施の形態では、成形部材５１の先端側を支持する先端支持部材５２の先端は入口側固定部材３６で固定されているが、図９および図１０に示すように、ガラス管材料１を支持する第１の送りテーブル１１に設けられた摺動部材１４を備えたガイド穴１５で軸方向に垂直な方向にのみ位置規制するようにしてもよい。成形部材５１を回転する場合は、出口側固定部材３５のみに回転力を付与するようにする。先端支持部材５２は出口側固定部材３５の回転に伴い、摺動部材１４と接しつつ回転する。
かかる構成によれば、先端支持部材５２を支持するための固定部材を別に設ける必要がなくなるため、部材が少なくてすみ、構成が簡略化される。
【００６６】
（第６の実施の形態）
前記第１乃至５の実施の形態では、ガラス管材料１の内側から拡径するのみであるが、図１１に示すようにガラス管材料１の外径を規制するように軟化領域内に成型冶具４３を設けても良い。本第６の実施の形態では、成型冶具４３は加熱手段の発熱体４１の内側に取付けられている。成型冶具としては、所望の間隔を持つように平行に配設された平板、断面円形の穴を有するダイス、ガラス管の形状に合わせた断面円弧の溝が付された板などが適用可能である。
【００６７】
本第６の実施の形態によれば、特にガラス管材料１の外径寸法の制御がなされることにより、偏肉がなくかつ偏心のない孔をもつガラス管を形成することが可能となる。
特に、加熱温度が１８００℃を越える場合には、ガラス管が柔らかくなり孔径拡大時に外径寸法が変動し易いため、上述したように成形冶具を用いることによって、外径を規制しながら拡径を行うことにより、より確実にガラス管の形状を維持することができる。１８００℃を越えない場合は、必ずしも成型冶具を用いる必要はない。
【００６８】
なお、上記した各実施の形態における製造装置は、本発明に係るガラス管の製造方法を実施するための製造装置の一例であって、ガラス管の製造装置としては、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。
【００６９】
さらにまた、ガラス管材料の中心に孔を拡径して形成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拡径する場合など、ガラス管材料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、ガラス管内に形成しようとする目的の孔の中心軸と成形部材の中心軸とが一致するように位置決めを行い、成形部材を両端で保持し、形成すべき孔の中心を回転軸として、ガラス管材料または成形部材を回転するようにすればよい。
【００７０】
又、上述した各成形部材には、カーボンを用いるのが望ましい。あるいは、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、アルミナで構成されたものあるいは表面がこれらの材料で被覆されたものでもよい。また、成形部材の当接部は直接ガラスと接触するため、その表面を高純度化処理した材料を用いるのが望ましい。
【００７１】
ここで、ガラス管材料を拡径する成形工程においては、ガラス管を回転してもよいし、成形部材を回転してもよいし、また両方を回転してもよい。また、回転方向は相対的に同じ向きでもよいし、逆向きでもよい。上記成型冶具として平板を用いる場合には、ガラス管材料を回転しながら成形を行うのが好ましい。
【００７２】
更に、本発明における軟化領域とは、必ずしもガラスの軟化点以下となっている領域に限定されるものではなく、成形に際してガラス管材料が、変形しうる状態に軟化していればよい。
【００７３】
（実施例１）
ＶＡＤ法により得られた円柱状のシリカガラス母材に穴開加工を行って得た外径７０ｍｍφ、内径１５ｍｍφのガラス管の両端に把持用のダミーパイプ（外径７０ｍｍφ、内径４５ｍｍφ）１３，２３を溶融接続したものを用意し、これを前記第３の実施の形態に示したガラス管製造装置にセットした（図５参照）。
ここでは、開孔部径が３５ｍｍφの成形部材５１を使用した。
【００７４】
そして、加熱手段４０をオンにし、ガラス管材料１の片方の先端面中心に成形部材５１の当接部５１ａを当接させ、その当接領域近傍が１６００℃となるように加熱する。
そして、片端から成形部材５１を挿入し、逆端から順次形成されたガラス管材料を引き抜きながら、孔の拡径を行い、外径７５ｍｍφ、内径３５ｍｍφのガラス管を形成した。
【００７５】
この方法により１０本のガラス管を作成した。このガラス管の肉厚分布を超音波測定器により周方向と長手方向とで測定し、その標準偏差を算出し、１０本製造時における平均値を求めた。
その結果、標準偏差の平均値σは０．１０ｍｍであった。
【００７６】
（実施例２）
この例では図１１に示したように、前記第６の実施の形態に示した７０ｍｍの間隔で平行に配置した２枚の炭素板からなる成型冶具４３を、外径寸法の制御用として用いたことを特徴とするものである。即ち、成型冶具４３を加熱手段４０の発熱体４１の内壁に装着した装置を用いるほかは、前記実施例１と同様である。
【００７７】
孔の拡径を行い１０本のガラス管を作成した。このガラス管の肉厚分布を超音波測定器により周方向と長手方向とで測定し、その標準偏差を算出し、１０本製造時における平均値を求めた。
その結果、標準偏差の平均値σは０．０８ｍｍであった。
【００７８】
（比較例）
比較のために図１２に示した、片持ち方式の従来例の穿孔部材１３０を用いた装置を用いて、同様に孔の拡径を行い、外径７５ｍｍφ、内径３５ｍｍφのガラス管を形成した。
【００７９】
このガラス管の肉厚分布を超音波測定器により周方向と長手方向とで測定し、その標準偏差を算出し、１０本製造時における平均値を求めた。
その結果、標準偏差の平均値σは０．５０ｍｍであった。
【００８０】
この実施例１と比較例との比較から、両持ち状態で拡径した場合の肉厚のばらつきは８０％も低減されたことがわかる。
また実施例２と比較例との比較から、成型冶具４３によって外径寸法を制御しながら、両持ち方式で拡径した場合の肉厚のばらつきは８４％も低減されたことがわかる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガラス管の製造方法およびこれに用いられるガラス管の製造装置によれば、孔の偏心は低減され、高品質のガラス管を安定して得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態のガラス管の製造装置の要部拡大図を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の成形部材を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図６】本発明の第３の実施の形態のガラス管の製造装置の要部拡大図を示す図。
【図７】本発明の第３の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図８】本発明の第４の実施の形態の拡径部材を示す図。
【図９】本発明の第５の実施の形態のガラス管の製造装置を示す図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態のガラス管の製造装置の左側面を示す図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態のガラス管の製造装置の要部を示す図。
【図１２】従来例のガラス管の製造装置を示す図。
【符号の説明】
１ ガラス管材料
１０ 入口側基台
１１ 第１の送りテーブル
１２ チャック
１３ ダミーパイプ
２０ 出口側基台
２１ 第２の送りテーブル
２２ チャック
２３ ダミーパイプ
３１ 成形部材
３２ 先端支持部材
３３ 後端支持部材
３５ 出口側固定部材
３６ 入口側固定部材
４０ 加熱手段
４１ 発熱体
４２ ヒータ支持台
４３ 成型冶具
Claims (6)
- 出発材料であるガラス管材料を加熱し、前記ガラス管材料に軟化領域を形成し、前記軟化領域に含まれる前記ガラス管材料の孔に成形部材を当接せしめるとともに、前記成形部材が移動していく側の前記成形部材の端を前記成形部材の先端としたときに、前記成形部材の先端に設けられる先端支持部材が前記軟化領域から外れた位置まで存在することを特徴とするガラス管の製造方法。
- 前記軟化領域のガラス管材料を外側から規制しつつ、前記ガラス管材料の内径を所望のサイズに成形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。
- 前記成形部材または前記ガラス管材料を回転しながら前記ガラス管材料の内径を所望のサイズに成形することを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス管の製造方法。
- 前記成形部材の前記孔との当接部の中心軸が、形成しようとする目的の孔の中心軸とほぼ同軸上に位置するように、前記ガラス管材料に対する前記成形部材の前記中心軸に垂直な方向の位置を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガラス管の製造方法。
- 出発材料としてのガラス管材料を加熱し、前記ガラス管材料の一部に軟化領域を形成する加熱手段と、
前記ガラス管材料の孔に挿通して前記軟化領域に位置する前記孔を所望のサイズに成形する成形部材と、
前記成形部材の両端を支持した状態で、前記ガラス管材料と前記成形部材とを相対的に移動させる駆動手段と、
前記ガラス管材料の外側から当該ガラス管材料の外径を規制する成型冶具と、を含み、
前記成形部材が前記ガラス管材料に対して相対的に移動する方向の前記成形部材の端を前記成形部材の先端としたときに、前記ガラス管材料の孔の径よりも径が細い先端支持部材が前記成形部材の先端に設けられると共に、前記成形部材の前記先端支持部材が設けられる側と反対側の端に後端支持部材が設けられることを特徴とするガラス管の製造装置。 - 前記駆動手段は、前記ガラス管材料が前記先端支持部材に対してほぼ同軸上に位置するように前記ガラス管材料の両端を回転自在に支持するガラス管支持部と、前記成形部材に対して所定の速度で前記ガラス管材料をその軸方向に搬送する搬送手段と、を具備したことを特徴とする請求項５に記載のガラス管の製造装置。
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