KR20040077449A - 유리관의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

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KR20040077449A
KR20040077449A KR10-2003-7014404A KR20037014404A KR20040077449A KR 20040077449 A KR20040077449 A KR 20040077449A KR 20037014404 A KR20037014404 A KR 20037014404A KR 20040077449 A KR20040077449 A KR 20040077449A
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모토노리 나카무라
유이치 오가
다다시 에노모토
마사아키 히라노
마사시 오니시
가즈유키 소마
도모미 모리야
에이지 야나다
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 관형의 유리재를 연화점 이상의 온도가 되도록 하면서, 유리재의 구멍에 직경 확대 부재를 삽입하여 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법에 관한 것이다. 관형의 유리재는 다른 것으로부터 구입하여도 좋고, 스스로 제작하여도 좋다. 상기 유리관의 제조 방법에 있어서, 직경 확대 부재를 적어도 그 후단으로 지지하면서 유리재 구멍의 직경을 확대시켜도 좋다. 직경 확대 부재를 그 양단으로 지지하면서 유리재 구멍의 직경을 확대시켜도 좋다. 또한, 본 발명은 관형의 유리재를 주위에서 가열하는 가열 부재, 유리재에 삽입 가능한 직경 확대 부재, 직경 확대 부재의 양단을 지지하는 지지 부재, 직경 확대 부재를 유리재의 구멍에 삽입시키도록 직경 확대 부재와 유리재를 상대적으로 이동시키는 수단을 포함하는 유리관의 제조 장치에 관한 것이다.

Description

유리관의 제조 방법 및 제조 장치{Method and device for manufacturing glass tube}
원주형의 석영 유리 로드의 선단을 가열 연화시켜, 선단면의 중심부에 천공용 부재의 예리한 끝을 결합시켜, 선단의 주변을 천공용 부재에 대하여 회전 인발하는 석영 유리제 실린더를 제조하는 방법이 일본 특허 제 2798465호에 개시되어 있다.
이 방법은 도 25에 도시하는 바와 같이, 석영제의 유리 로드(100)를 준비하여, 출구측을 더미 실린더(dummy cylinder;123)로 지지하여 회전시킨다. 그리고, 유리 로드(100)의 선단 주위를 가열 수단(140)에 설치된 히터(141)로 가열 연화시킴과 동시에, 선단면의 중심부에 비트(bit: 131) 등의 천공 부재(130)를 만든다. 여기서 유리 로드(100)의 양단은 제 1 이송 테이블(111)의 척(112) 및 더미 실린더(123)를 개재하여 제 2 이송 테이블(121)의 척(122)에 설치된다. 또한 이들제 1 및 제 2 이송 테이블(111, 121)은 각각 입구측 기대(110) 및 출구측 기대(120)에 설치된다. 천공 부재(130)의 비트(131)는 지지 로드(133)를 개재하여 고정 부재(135)에 의해서 출구측 기대(120)에 고정되어 있고, 외팔보 방식의 직경 확대 부재로 되어 있다.
별도로, 대형 석영 유리 잉곳(ingot)의 중심을 열간 탄소 드릴 압입법에 의해 천공하고, 외경 50 내지 300mm, 외경/내경 비 1.1 내지 7, 두께 10mm 이상, 두께 오차 2% 이하로 정확하게 외주를 연삭하는 대형 석영 유리관의 제조 방법이 일본 특허공개평7-109135호 공보에 개시되어 있다. 별도로, 미립자형 유리를 출발 재료 상에 퇴적시킨 후 출발 재료를 인발 파이프형 퇴적체로 한 후, 이 파이프형 퇴적체를 가열 처리하여 투명 유리관을 제조하는 방법이 일본 특허공개소61-168544호 공보에 개시되어 있다.
연화시킨 유리재에 직경 확대 부재를 삽입하여 유리관을 성형하는 유리관의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에서 사용되는 유리재의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 2는 유리재의 단면에 위치 결정 오목부를 설치하고, 직경 확대 부재를 접촉시킨 상태를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제 8 실시형태를 설명하는 도면.
도 4는 유리재를 외측으로부터 지지하면서 유리관을 제조하는 방법을 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에서 사용되는 유리재의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에서 사용되는 유리재의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에서 사용되는 유리재를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태를 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태를 설명하는 도면.
도 10은 편심율을 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에서 사용되는 유리재를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태를 설명하는 도면.
도 13은 본 발명의 제 1 실시형태에서 사용되는 유리재의 다른 제조 방법을 설명하는 도면.
도 14a 내지 도 14c는 중실제의 유리 잉곳에 카본 드릴로 구멍을 뚫는 방법을 설명하는 도면이고, 도 14a는 유리 잉곳의 양단에 보유 파이프를 융착한 상태이고, 도 14b는 유리 잉곳의 일단에 카본 드릴을 접촉시킨 상태이고, 도 14c는 유리 잉곳에 카본 드릴을 관통시킨 상태를 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 제 5 실시형태에서 사용되는 유리재의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 16은 천공기에서 사용하는 공구의 일 예를 도시하는 도면.
도 17은 본 발명의 제 8 실시형태에 있어서, 직경 확대 부재가 유리재에 접촉하는 부분을 도시하는 확대도이다.
도 18은 본 발명의 제 8 실시형태를 설명하는 도면.
도 19는 직경 확대 부재와 지지 부재의 일 예를 도시하는 도면.
도 20은 직경 확대 부재와 지지 부재의 다른 일 예를 도시하는 도면.
도 21은 본 발명의 제 8 실시형태에 있어서 사용되는 직경 확대 부재와 선단 지지 부재를 설명하는 도면.
도 22는 본 발명의 제 9 실시형태를 설명하는 도면.
도 23은 본 발명의 제 9 실시형태에 있어서의 고정 부재와 선단 지지 부재가 슬라이딩하는 부분을 도시하는 확대도이다.
도 24는 본 발명의 제 10 실시형태를 설명하는 도면.
도 25는 종래 방법을 설명하는 도면.
본 발명은 관형의 유리재를 연화점 이상의 온도가 되도록 하면서, 유리재의 구멍에 직경 확대 부재를 삽입하여 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법에 관한 것이다. 관형의 유리재는 다른 것으로부터 구입하여도 좋고, 스스로 제작하여도 좋다. 직경 확대 부재를 적어도 그 후단으로 지지하면서 유리재 구멍의 직경을 확대시켜도 좋다. 직경 확대 부재를 그 양단으로 지지하면서 유리재 구멍의 직경을 확대시켜도 좋다.
또한, 본 발명은 관형의 유리재를 주위에서 가열하는 가열 부재, 유리재에삽입 가능한 직경 확대 부재, 직경 확대 부재의 양단을 지지하는 지지 부재, 직경 확대 부재를 유리재의 구멍에 삽입시키도록 직경 확대 부재와 유리재를 상대적으로 이동시키는 수단을 포함하는 유리관의 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명은 이하에 있어서, 도면을 참조하여 상세하게 설명된다. 도면은 설명을 목적으로 하며, 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다.
본 발명의 실시형태가 이하에 있어서, 도면을 참조하여 설명된다. 도면에 있어서, 설명의 중복을 피하기 위해서, 동일한 부호는 동일 부분을 도시한다. 도면 중의 치수의 비율은 반드시 정확하지는 않다.
본 발명은 관형의 유리재를 연화점 이상의 온도가 되도록 하면서, 유리재의 구멍에 직경 확대 부재를 삽입하여 구멍의 직경을 확대하여 유리관을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 구성에 의하면, 직경 확대 부재가 받는 저항은 중실 막대형의 유리재에 천공 부재, 예를 들면 카본 드릴을 삽입하여 유리관을 제조하는 방법과 비교하여, 대폭 저감되고, 직경 확대 부재의 궤도가 유리재의 구멍의 중심으로부터 어긋나는 것이 억제된다. 즉 유리관의 구멍의 편심율을 작게 할 수 있게 된다. 또한, 직경 확대 부재 및 유리재에 지나친 힘이 걸리는 일도 없어, 파손될 우려도 줄어든다.
관형의 유리재는 다른 것으로부터 구입하여도 좋고, 스스로 제작하여도 좋다. 유리 로드를 천공한 것이라도 좋고, 관이 되도록 성형한 것이라도 좋다. 로드의 주위에 유리 미립자를 퇴적시켜 로드를 인발하여 소결하여 관형의 유리재로 하여도 좋고, 비교적 가는 직경의 유리 튜브를 출발재로 하고 그 주위에 유리 미립자를 퇴적시켜 소결하여 관형의 유리재로 하여도 좋다. 유리 미립자의 퇴적은 VAD법, OVD법 모두 적용할 수 있다.
인발 로드의 주위에 유리 미립자를 퇴적하여 유리 미립자 퇴적체를 형성하고, 유리 미립자 퇴적체로부터 인발 로드를 인발하여 중공체를 형성하고, 중공체를 소결하여 관형의 유리재를 얻을 수 있다. 이 때, 불균일한 수축이 발생하여, 유리재의 구멍이 편평하게 되었다고 해도, 그 후에 직경 확대 부재에 의해 구멍을 확대할 때에 원형의 구멍으로서 최종적으로 비원율(noncircle ratio)을 작게 할 수 있다. 인발 로드를 인발할 때에 중공체의 구멍의 내면에 상처가 생겼다고 해도, 그 후에 유리재의 구멍이 확대될 때에 그 상처는 없어진다.
여기서, 인발 로드와 유리 로드로 타겟 로드를 구성하고, 타겟 로드의 주위에 유리 미립자를 퇴적하는 것이 바람직하다. 인발 로드는 유리 로드에 착탈 가능하게 한다. 인발 로드는 로드 상에 퇴적하고자 하는 유리 미립자보다도 열팽창 계수가 큰 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 재료에는 카본을 들 수 있다. 유리 미립자의 퇴적 중은 유리 미립자 퇴적체 및 인발 로드의 온도는 수백℃ 내지 수천℃의 온도가 된다. 이것을 실온 부근까지 냉각하면, 열팽창 계수의 차에 의해 양자간에 틈이 생길 수 있다. 이 상태에서는 인발 로드를 용이하게 인발할 수 있고, 중공체의 내면에 상처가 발생할 우려도 줄어든다. 인발 로드는 테이퍼 (taper) 형상이 바람직하다.
유리 미립자 퇴적체를 소결하는 온도는 1400 내지 1600℃가 바람직하다. 이 온도 범위이면, 양호하게 소결, 투명화된다. 유리재에 불소가 포함되는 경우는 1400 내지 1500℃ 정도의 불활성 가스 분위기 중에서 가열하면 유리 미립자 퇴적체 내의 가스가 양호하게 배출되고 투명도가 높은 유리관을 제조할 수 있다. 유리재에 불소가 포함되지 않은 경우는 1500 내지 1600℃ 정도의 불활성 가스 분위기 중에서 가열하면 좋다.
유리재의 구멍에 직경 확대 부재를 삽입할 때, 유리재와 직경 확대 부재는 상대적으로 회전하여도 좋다. 한쪽 또는 쌍방을 회전하여도 좋다. 쌍방을 회전할 때, 회전 방향은 같은 방향이라도 좋고, 반대 방향이라도 좋다. 쌍방 모두 회전하지 않거나, 혹은 쌍방을 상대적인 회전 속도가 제로가 되도록 회전하여도 좋다.
관형의 유리재의 적어도 일단에 보유 파이프를 융착하여, 보유 파이프를 개재하여 유리재를 지지하여 유리재 구멍의 직경을 확대하여도 좋다. 유리재를 직접 보유하면, 보유 개소의 표면에 상처가 나거나 더러워지거나, 보유 개소의 구멍의 직경을 확대할 수 없고, 보유한 부분은 양품(良品)이 되지 않을 우려가 있다. 보유 파이프를 사용함으로써 이러한 불량을 해소할 수 있다.
일단에만 보유 파이프를 융착하는 것이라도 좋지만, 양단에 융착하면, 보다 안정하게 유리재를 보유할 수 있고, 유리재의 구멍 직경을 확대할 때에 구멍이 편심 또는 편평하게 되는 것을 막을 수 있어 바람직하다. 유리 로드를 일단에 남기고 있는 경우는 타단에 보유 파이프를 융착하여 양단으로 보유하면 좋다. 유리재구멍의 직경을 확대할 때의 유리재의 점도가 103Pa·s 내지 1010.2Pa·s 이기 때문에, 보유 파이프의 점도도 동일한 값이면, 보유 파이프는 자기 변형에 이르지 않고 직경 확대 부재를 압입할 수 있기 때문에 바람직하다.
보유 파이프의 내경을 직경 확대 부재의 외경과 거의 동일하게 하여, 양자가 동심이 되도록 융착하면, 직경 확대 부재를 유리재에 삽입할 때, 보유 파이프가 직경 확대 부재의 가이드로서 작용한다. 이로써, 직경 확대 부재의 중심축과 유리재의 중심축을 일치시키는 것이 용이해지고, 편심율을 작게 하는 것이 용이해진다.
유리 미립자 퇴적체로부터 관형의 유리재를 얻는 방법에 있어서, 불소를 유리 미립자 퇴적체에 첨가하여도 좋다. 유리 미립자 합성 시 또는 소결 전의 가열 시에 불소를 포함하는 화합물을 유리 미립자 퇴적체에 공급하여 유리 미립자 퇴적체에 불소를 첨가하여도 좋다. 유리관에 불소를 첨가함으로써 굴절율 분포가 복잡한 유리관을 제조할 수 있다. 불소를 포함하는 화합물에는 CF4, C2F6, SiF4, SF6를 들 수 있다.
유리 미립자 퇴적체를 소결하기 전 또는 후에 유리 미립자 퇴적체를 염소계 가스 분위기에 노출되고 수산기를 제거하는 것이 바람직하다. 수산기의 제거는 소결전이면, 인발 로드를 인발하는 전후의 어떠한 것에 가하여도 좋다. 염소계 가스에는 염소(Cl2) 또는 사염화규소(SiCl4)를 포함하는 불활성 가스를 들 수 있다. 수산기를 제거함으로써, 수산기에 의한 빛의 흡수가 없는 품질이 양호한 유리관을 제공할 수 있다. 수산기를 제거하기 위해서는 유리 미립자 퇴적체를 1000 내지 1200℃로 가열하면 좋다. 1000℃에 충족되지 않으면 수산기의 제거가 충분하지 않고, 1200℃를 넘으면 유리 미립자 퇴적체가 일부 수축되기 시작할 우려가 있다.
관형의 유리재의 단면에, 직경 확대 부재를 소정의 위치에 안내할 수 있는 위치 결정 오목부를 설치하여도 좋다. 예를 들면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 관형의 유리재(10)의 출구측 단면에 위치 결정 오목부(11)를 설치한다. 유리재(10)는 출구측 단면에서 보유 부재(21)에 융착되어 있다. 직경 확대 부재(6)는 지지 부재(7)에 의해 지지되어 유리재(10)의 오목부(11)에 우선 접촉하여 유리재(10)의 축으로 수직인 방향으로의 슬라이딩이 규제된다. 이로써 유리재(10)의 구멍의 직경이 확대될 때, 구멍이 편심되는 것이 억제된다. 위치 결정 오목부는 직경 확대 부재의 축이 유리재의 축과 일치하도록 직경 확대 부재를 안내할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 위치 결정 오목부는 원주 형상이라도 좋지만, 끝이 가늘어지는 형상인 것이 바람직하고, 원추대, 다각추대, 구면 혹은 편평한 구면의 일부, 곡선이 회전하여 이루어지는 곡면 등을 들 수 있다.
직경 확대 부재를 그 양단으로 지지하면서 유리재 구멍의 직경을 확대하는 것이 바람직하다. 직경 확대 부재를 그 양단으로 지지하는 지지 부재는 유리재의 구멍 직경보다도 가는 외경을 갖고, 유리재의 구멍에 삽입 가능한 것을 사용한다. 직경 확대 부재를 그 양단으로 지지하기 위해서는 도 3에 도시하는 바와 같이 끝이 가는 형상의 직경 확대 부재(6)의 선단과 후단에 각각 막대형의 지지 부재(7a, 7b)를 설치하고, 지지 부재(7a, 7b)를 고정 부재(20a, 20b)로 보유하여도 좋다. 직경 확대 부재와 지지 부재를 일체로 성형하여 막대의 일부가 팽창되어 커진 형상으로하여도 좋다.
유리재(10)의 양단에 보유 파이프(21a, 21b)를 융착하여, 보유 파이프(21a, 21b)를 각각 고정 부재(22a, 22b)로 보유한다. 고정 부재(20a, 20b)와 고정 부재(22a, 22b)의 한쪽 또는 양쪽을 기대(24a) 또는 기대(24b) 상에서 이동시킴으로써, 직경 확대 부재(6)와 유리재(10)를 상대적으로 이동시키고, 직경 확대 부재(6)를 유리재(10)의 구멍(9)에 삽입시킨다.
관형의 유리재의 온도를 연화점 이상으로 하기 위해서는 유리재의 주위에 배치한 가열 수단, 예를 들면, 전기히터로 가열하면 좋다. 이 때, 1300 내지 2700℃의 온도로 하는 것이 바람직하다. 1800 내지 2600℃의 온도로 하는 것이 보다 바람직하고, 1300 내지 1800℃의 온도로 하는 것이 더욱 바람직하다. 특히, 유리재에 불소가 첨가되어 있는 경우는 2500℃을 넘으면 유리재가 지나치게 부드러워져 늘어지기 쉽기 때문에, 2500℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 1800℃에 충족되지 않으면, 직경 확대 부재를 삽입시킬 때의 저항이 크고, 유리관의 구멍이 유리관의 중심에서 어긋나기 쉬워진다.
직경 확대 부재의 형상은 적절하게 변경 가능하다. 직경 확대 부재는 선단이 끝이 가늘어지도록 되어 있어 도중에 일정 외경의 원통부 또는 원주부로 되어 있는 것이 바람직하다. 연화된 유리재가 직경 확대 부재의 원주부와 접하고 있는 동안에 단면 형상을 자기 유지하는 온도, 예를 들면 1500℃ 바람직하게는 1000℃까지 냉각되면, 직경이 확대된 구멍이 없어지거나 편평해지는 일이 없다. 원통부 또는 원주부의 길이는 유리재의 냉각의 정도에 따라서 결정한다.
지지 부재는 직경 확대 부재로부터 이격됨에 따라서 외경이 서서히 작아지는 직경 축소부를 갖는 것이 바람직하다. 지지 부재가 직경 축소부를 가짐으로써 직경 확대 부재에 걸린 저항을 지지 부재 전체에서 흡수하여 힘을 분산시켜, 지지 부재의 중앙부에만 힘이 집중되는 것을 피할 수 있다. 따라서 유리재의 구멍 직경을 확대할 때, 지지 부재가 휘어 구멍이 편심하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
도 19에 도시하는 바와 같이, 직경 축소부(60)는 지지 부재(7)의 축을 지나는 단면에 있어서 측면이 직선형이라도 좋고, 도 20에 도시하는 바와 같이 곡선형이라도 좋다. 지지 부재의 축에 평행한 직선(m)에 대하여 직경 축소부가 이루는 각도(θ)가 0.1도 이상 10도 이하라도 좋다. 도 19와 같이 직경 축소부가 직선으로 나타나는 경우, 이 직선과 직선(m)이 이루는 각도를 상기 범위 내의 값으로 하면 좋다. 도 20과 같이, 직경 축소부가 곡선으로 나타나는 경우는 단면도에 있어서의 직경 축소가 개시되는 점(P)과 직경 축소가 종료하는 점(Q)을 연결하는 직선과 상기 직선(m)이 이루는 각도를 상기 범위 내의 값으로 하면 좋다. 지지 부재는 직경 확대 부재의 양단에 설치하여도 좋다.
유리재의 구멍을 확대할 때, 도 4에 도시하는 바와 같이, 유리재(10)의 주위를 성형 부재(25)에 의해 지지하여도 좋다. 특히 유리 부재의 온도가 1800℃를 넘으면 지지하는 것이 바람직하다. 2000℃를 넘으면 지지하는 것이 더욱 바람직하다. 성형 부재에 의해 유리재의 외형 변화를 억제할 수 있다. 유리관의 외경을 성형 부재의 내경으로 규제할 수도 있다.
성형 부재로서는 소망의 간격을 갖도록 평행하게 배치된 평판, 단면이 원형인 구멍을 갖는 다이스(dice), 유리관의 형상에 맞춘 단면이 원호인 홈이 붙은 판 등이 적용 가능하다. 상기 성형 부재로서 평판을 사용하는 경우에는 유리재를 회전하면서 직경을 확대하는 것이 바람직하다.
직경 확대 부재 또는 성형 부재는 반응성이 낮아 유리관의 오염의 원인이 되기 어려운 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 흑연, 경도가 높은 카본, 탄화실리콘(SiC), 질화붕소(BN), 또는 알루미나를 들 수 있다. 흑연은 유리가 연화하는 고온 시에도 안정성이 우수함과 동시에, 높은 도전성을 갖고 있다. 불순물의 함유량을 1ppm 이하로 한 고순도의 흑연을 사용하는 것이 바람직하다. 고순도카본(열분해 카본), SiC, 금속탄화물 등의 코팅을 한 것이라도 좋다. 금속탄화물로서, 탄화니오븀(NbC), 탄화탄탈륨(TaC), 탄화티타늄(TiC), 탄화지르콘(ZrC)을 적합한 재료로서 들 수 있다. 직경 확대 부재 또는 성형 부재의 직접 유리와 접촉하는 개소는 그 표면을 고순도화 처리한 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
제 1 실시형태
도 1에 도시하는 바와 같이, 외경 20mm의 실리카 유리로 이루어지는 로드(1)에 형성된 슬릿(1s)에, 외경 20mm의 카본으로 이루어지는 인발 로드(2)의 결합편(2t)을 삽입하여, 핀(3)으로 고정하여 타겟 로드를 형성한다. 이 타겟 로드를 퇴적 챔버 내에 장착한다. 수소, 산소, SiCl4가스 및 불활성 가스를 버너(4)로부터 분사하여, 화염을 형성시킨다. 수소 및 산소의 양은 유리 미립자 퇴적체의 퇴적면 온도가 800℃ 이상 1000℃ 이하가 되도록 조정한다. SiCl4가스는 산수소화염 속에서 유리 미립자가 된다. 이 유리 미립자가 고속이고 타겟 로드로 분사되고, 겉보기 밀도 0.3 g/cm3정도, 외경 150mm의 유리 미립자 퇴적체(5)가 형성된다.
유리 미립자 퇴적체(5)를 타겟 로드와 함께 냉각한다. 핀(3)을 빼고, 유리 로드(1)를 남기고, 인발 로드(2)만을 유리 미립자 퇴적체(5)로부터 인발한다. 이렇게 해서 구멍의 직경이 20mm의 중공체(5a)가 형성되고, 그 일단에는 유리 로드(1)가 남아 있다. 중공체(5a)의 반송 시에는 유리 로드(1)를 파지하면 좋다. 중공체를 직접 접촉시키지 않고 보유할 수 있기 때문에 유리 미립자 퇴적체를 상처를 입히거나 또는 더럽힐 우려가 없다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 유리 로드(1)를 반송 부재(41)에 고정하고, 반송 부재(41)를 이동시켜 중공체(5a)를 가열 화로(40)에 도입한다. 화로심관(42)의 내부를 5.0vol.%의 Cl2를 포함하는 헬륨(He) 분위기 중에서, 10mm/분의 속도로 중공체(5a)를 가열 화로(40)의 위에서 아래로 반송하여 1000℃로 가열한 히터(36)를 통과시켜, 중공체(5a)를 탈수시킨다. 중공체(5a)에 포함되는 수산기가 제거된다.
Cl2의 공급을 멈추고, 가열 화로(40)내에 He만을 공급하여 화로심관(42)내를 He 분위기로 하여 중공체(5a)를 끌어올린다. 10mm/분의 속도로 중공체(5a)를 가열 화로(40)의 위에서 아래로 반송하여 1500℃로 가열한 히터(36)를 통과시켜, 중공체(5a)를 가열, 소결한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 중공체(5a)는 1500℃로 가열한 히터(36)를 통과한 후에는 투명화되어 내경 14mm 외경 60mm의 투명한 관형 유리재(10)가 된다. 또, 탈수, 소결은 중공체의 아래로부터 위를 향하여 행하는 것에는 한정되지 않는다. He 대신에 아르곤, 질소 등의 다른 불활성 가스를 사용하여도 좋다. 단, 소결 공정에서는 He를 사용하면 투명한 유리재가 얻어져 바람직하다.
도 7에 도시하는 바와 같이 내경 16mm 정도의 석영 유리제 보유 파이프(21)를 유리재(10)의 일단에 융착한다. 그 후, 유리 로드(1)와 보유 파이프(21)를 척(27a, 27b)으로 각각 보유하고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 외경 16mm의 카본제의 직경 확대 부재(6)를 보유 파이프(21)측으로부터 삽입한다. 직경 확대 부재(6)가 접촉하는 부분의 유리재(10)의 주위에 히터(35)가 오도록 히터(35)와 유리재(10)의 위치를 조정한다. 히터(35)의 온도를 1800 내지 2700℃로 가열하여, 직경 확대 부재(6)가 접촉하는 부분의 유리재의 온도를 연화점 이상으로 한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 직경 확대 부재와 유리재를 상대적으로 이동시켜, 직경 확대 부재를 유리재의 타단으로 직선적으로 이동시켜, 유리재의 구멍을 삽입시킨다. 히터(35) 및 직경 확대 부재(6)를 도 8의 우측으로 이동시키거나, 혹은 유리재(10)를 좌측으로 이동시킨다. 3자를 이동시켜도 좋다. 히터(35)와 직경 확대 부재(6)의 거리는 거의 일정하게 유지된다. 연화된 유리재가 직경 확대 부재에 가압되어 구멍(9)의 직경이 직경 확대 부재(6)의 외경까지 넓어져, 유리관(47)이 제조된다. 유리재가 순실리카 유리제인 경우, 2100℃ 내지 2500℃로 가열하는 것이 바람직하다. 유리재를 2200℃ 이상으로 가열하는 경우는 직경 확대 부재의외측은 다이스(45) 등의 성형 부재로 유리재(10)를 지지하여, 제조된 유리관(47)의 외경이 일정하고, 또한 유리관(47)이 굴곡되지 않도록 하는 것이 특히 바람직하다.
유리재의 구멍의 확대이 종료되면, 유리관(47)의 유효부 길이(L1)를 확보하여 유리관(47)의 단부를 절단하여 보유 파이프(21) 및 유리 로드(1)를 떼어내고, 유리관(47)이 완성된다.
이렇게 하여 형성된 유리관의 편심율과 비원율을 구하였다. 편심율은 도 10에 도시한, 일직경 상에 있는 유리관의 최대 두께(a), 최소 두께(b)를 사용하여, 편심율(%)=(a-b)÷{(a+ b)/2}×100으로 정의한다. 또한, 비원율은 비원율(%)=(장축의 길이-단축의 길이)÷{(장축의 길이+ 단축의 길이)/2}× 100으로 정의한다. 이 방법으로 형성된 유리관은 전체 길이에 걸쳐서, 편심율 1.0%, 비원율 0.10%로 양호하였다. 또한, 구멍 내면에 상처가 형성되어 있는 일도 없었다.
그리고 유효 범위(L1)에서 이 유리관을 절단하여, MCVD 법의 출발재로서 사용한다. SiCl4, 사염화게르마늄 및 산소를 공급하여, 출발재를 1600℃ 내지 1900℃에 가열하여, 유리관의 내면에 겔마니아(GeO2)가 첨가된 유리층을 다수 형성한다. 유리층마다 GeO2의 첨가량을 바꿈으로써 각 층의 굴절율을 적절하게 조겅하여 소망의 굴절율 분포를 갖는 유리관을 얻는다. 이 유리관을 중실화하여 광섬유용의 유리 모재를 형성한다. 이 유리 모재를 가열하면서 소망의 속도로 드로잉하면 광섬유가 얻어진다. 이 방법으로 얻어진 광섬유의 편파분산(PMD)의 값은 0.12ps/km1/2로 양호하였다.
타겟 로드에 유리 미립자를 퇴적시킬 때에 OVD법을 사용하여도 좋다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 유리 로드(1)와 인발 로드(2)로 이루어지는 타겟 로드를 그 축의 주위로 회전시킴과 동시에, 타겟 로드에 대하여 버너(44)를 타겟 로드의 축 방향으로 상대적으로 왕복시켜, 유리 미립자를 타겟 로드에 퇴적시킨다. 예를 들면, 겉보기 밀도(apparent density) 0.5 g/cm3정도, 외경 150mm의 유리 미립자 퇴적체(5)를 형성한다. 버너는 도 13에서는 다수개 도시하였지만, 하나라도 좋다. 다른 공정은 VAD 법으로 유리 미립자 퇴적체를 형성한 경우와 동일하게 행하여, 유리관이 완성된다.
이 방법으로 형성된 유리관의 편심율과 비원율을 구하였다. 그 결과, 이 방법으로 형성된 유리관은 전체 길이에 걸쳐서, 편심율 0.84%, 비원율 0.08%로 양호하였다. 또한, 이 유리관으로부터 MCVD 법에 의해 작성한 유리 모재로부터 얻어진 싱글 모드 광섬유의 PMD는 0.11ps/km1/2로 양호하였다. 또한, 구멍 내면에 상처가 형성되어 있는 일도 없었다.
본 실시형태에서는 인발 로드로서 카본으로 이루어지는 로드를 사용하였지만, 형성하는 유리의 조성에 따라서 변경 가능하다. 로드의 재질은 알루미나, 지르코니아 등이 적용 가능하다.
제 2 실시형태
소결 공정까지는 제 1 실시형태와 동일하다. 관형의 유리재로부터 유리 로드(1)를 인발하고, 도 11에 도시하는 바와 같이 보유 파이프(21a, 21b)를 유리재(10)의 양단에 융착한다. 보유 파이프(21a, 21b)의 내경 및 카본제 직경 확대 부재(6)의 외경은 모두 16mm로 한다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 직경 확대 부재(6)를 한쪽의 보유 파이프(21a)로부터 유리재(10)의 구멍에 넣고, 타단까지 삽입시킨다. 유리재, 직경 확대 부재, 히터의 이동은 제 1 실시형태와 동일하다. 맨 마지막에 유리관의 유효부 길이(L2)를 확보하여 유리관의 양단을 절단하여 보유 파이프를 떼어버린다. 이 방법에서는 제 1 실시형태에서 유리 로드가 유리재의 속에 들어가는 분도 유효부 길이로 할 수 있어, 유리재의 유효 이용이 가능하다.
제 3 실시형태
유리 미립자 합성 시에 CF4를 동시에 공급한 것 외에는 제 1 실시형태의 OVD법의 경우와 동일하게 하고, 겉보기 밀도 0.4 g/cm3, 외경 120mm의 유리 미립자 퇴적체를 형성한다. 그 후는 투명화 처리 후의 온도를 1450℃로 한 것 외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 유리관을 형성한다. 이 방법으로 얻어진 유리관의 편심율과 비원율을 구한 바, 각각 0.75%, 0.31%로 양호하였다. 또한 유리관의 비굴절율은 SiO2에 대하여 0.05% 낮은 것으로 되어 있었다.
CF4를 첨가함으로써, 유리의 굴절율을 낮출 수 있다. 본 실시형태에서는 OVD법에 의해 유리 미립자 퇴적체를 작성하기 때문에, 각 층마다 CF4의 첨가량을 조정하거나, 혹은 첨가하지 않은 것으로, 제 1 실시형태보다도 복잡한 굴절율 분포를 갖는 유리관을 제조할 수 있다.
제 4 실시형태
중공체를 가열 화로에 넣고, 수산기를 제거한 후에 SiF4를 포함하는 He 분위기에서 1300℃로 보유하고, 그 후 1450℃ 중공체를 투명화한다. 그 외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 유리관을 형성한다. 이 방법으로 얻어진 유리관의 편심율, 비원율은 0.9%, 0.06%로 양호하였다. 또한 불소 첨가에 의해, 유리관의 비굴절율은 SiO2에 대하여 0.3% 정도 낮은 굴절율로 되어 있었다. 또한, 이 유리관으로부터 MCVD법에 의해 작성한 유리 모재로부터 얻어진 싱글 모드 섬유의 PMD는 0.08ps/km1/2이었다.
비교예 1
제 1 실시형태와 동일한 방법으로 형성한 중공체의 형상을 측정한 결과, 편심율은 1.1%로 나쁘지는 않지만, 비원율은 3.1% 이었다. 이 중공체를 탈수, 소결하여 관형의 유리재로 하고, 유리재를 그대로 출발재로 하고, MCVD 법에 의해 유리재의 내면에 GeO2등의 도펀트를 포함하는 유리층을 형성하여 중실화하여 광섬유 모재로 하였다. 이 광섬유 모재를 드로잉하여 광섬유로 하였다. 광섬유의 PMD는0.25ps/km1/2로 크고, 이 유리재는 광섬유의 재료로서는 불량이었다. 본 비교예에서는 중공체를 소결하여 관형의 유리재로 한 후, 상기 유리재의 온도를 연화점 이상으로 하여 그 구멍의 직경을 확대하는 것을 하고 있지 않다. 따라서, 상기 유리재의 비원율이 나쁜 상태로 되어 있어, 광섬유의 재료로서는 불량이었다.
비교예 2
외경 60mm의 중실제의 유리 잉곳(105)을 준비하여, 도 14a와 같이, 보유 파이프(107)를 장착하였다. 도 14b와 같이, 외경 16mm의 카본 드릴(108)을 유리 잉곳(105)의 일단에 가압하여, 카본 드릴(108)이 접촉하는 부분의 유리 잉곳(105)을 히터(106)로 가열하여 연화시키고, 유리 잉곳(105)을 회전시키면서 카본 드릴(108)을 유리 잉곳에 압입하였다. 도 14c와 같이, 유리 잉곳(105)의 타단까지 카본 드릴(108)을 관통시켜 유리 잉곳(105)에 구멍을 뚫어 관형의 유리재를 제조하였다. 이 때 얻어진 유리재의 형상을 측정한 결과, 비원율은 0.6%로 나쁘지는 않지만, 편심율은 2.7% 이었다.
비교예 1과 동일하게, 얻어진 유리재를 그대로 출발재로서 MCVD 법 이후의 공정을 행하여 광섬유를 제조하였다. 상기 광섬유의 PMD는 0.29ps/km1/2로 크고, 이 유리재는 광섬유의 재료로서는 불량이었다.
상기 비교예 1 또는 비교예 2에서는 관형의 유리재에 대하여, 본 발명 방법에 의해 구멍의 직경을 확대하는 것을 하고 있지 않다. 따라서, 상기 유리재는 그비원율 또는 편심율이 각각의 경우에 나쁜 상태로 되어 있고, 광섬유의 재료로서는 불량이었다. 이들 실시형태와 비교예의 비교로부터도 본 발명 방법에 따르면, 비원율 및 편심율이 대폭 저감되고, 대단히 고정밀도의 형상을 갖는 유리관을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
제 5 실시형태
유리 튜브의 주위에 유리 미립자를 퇴적하여, 유리 미립자 퇴적체를 형성하여도 좋다. 다른 공정은 제 1 실시형태와 동일하게 하여 유리관을 형성한다. 예를 들면, 도 15에 도시하는 바와 같이, 내경 11mm, 외경 13mm로 금속계 불순물 1 ppm 이하의 합성 석영으로 이루어지는 출발재인 유리 튜브(50)를 준비하여, 3 리터/분의 원료 가스(SiCl4가스), 40 리터/분의 수소 및 60 리터/분의 산소를 버너(4)에 공급하여 VAD 법에 의해 유리 튜브(50)의 주위에 유리 미립자를 퇴적한다. 예를 들면, 겉보기 밀도 0.25g/cm3정도, 외경 150mm의 유리 미립자 퇴적체(5)를 형성한다.
다른 공정에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하게 행하여, 탈수, 소결 공정을 거쳐서, 구멍 직경이 9mm로, 외경이 60mm이 되도록 형성한 유리재(10)를 형성한다. 그리고, 유리 미립자 퇴적체(5)의 양단으로 유리 튜브(50)를 절단하여 보유 파이프를 융착한다.
그리고, 히터(35)의 온도를 2300℃로 하고, 직경 확대 부재(6)의 주위의 유리재(10)를 가열하고, 직경 16mm의 직경 확대 부재(6)를 회전시키면서 유리재(10)에 압입하여 구멍(9)을 눌러 확대한다. 이렇게 하여 구멍의 직경을 9mm에서 16mm로 확대한다. 이 방법으로 얻어진 유리관(47)의 편심율 및 비원율을 구하였다. 그 결과, 전체 길이에 걸쳐서, 편심율 0.75%, 비원율 0.25%로 양호하였다.
또 이 유리관을 MCVD 법의 출발재로서 사용하는 경우는 OH기나 파이프 불순물의 영향을 막기 위해서, 미리 구멍 직경이 17.4mm 정도가 될 때까지 화학적 에칭을 해 두도록 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 유리 튜브에 유리 미립자를 퇴적하는 데 VAD 법에 의한 예를 제시하였지만, OVD법을 적용하는 것도 가능하다.
제 6 실시형태
외경 60mm의 중실제의 유리 잉곳을 준비하여, 히터의 온도를 2400℃로 하여 상기 유리 잉곳을 가열하여, 외경 5mm의 카본 드릴을 상기 유리 잉곳에 압입하여 다른 것은 비교예 2와 동일하게 하여 관형의 유리재를 작성한다. 제 5 실시형태에서 유리재 구멍의 직경을 확대한 것과 동일하게 하고, 외경 16mm의 직경 확대 부재를 사용하여 히터 온도를 2300℃로 하여 상기 유리재의 구멍 직경을 확대하여, 유리관을 제조한다.
이 방법으로 제조한 유리관의 비원율은 0.65%, 편심율은 0.7%이고, 이 유리관으로부터 광섬유를 작성한 바, PMD는 0.09ps/km1/2로 양호하였다. 제 6 실시형태에서는 비교예 2와 동일하게 하여 작성한 관형의 유리재의 구멍을 확대함으로써 편심율이 좋은 유리관을 제조할 수 있고, 상기 유리관을 재료로서 작성된 광섬유의 PMD는 양호하다.
제 7 실시형태
순실리카 로드를 천공기로 천공한다. 천공기로 사용하는 공구는 도 16에 도시된 금속성의 원통으로 그 단부(51a)에 다이아몬드 코팅이 이루어져 회전하면서 로드에 접촉하여 천공하는 공구(51) 또는, 단부에서 초음파를 발진하여 천공하는 것(도시하지 않음)이 사용 가능하다. 외경 60mm의 순실리카 로드에 구멍 직경 5mm의 구멍을 천공기로 형성하여 관형의 유리재를 얻는다. 그 후는 제 6 실시형태와 같이 유리재를 가열하면서, 직경 확대 부재를 회전시켜 구멍에 삽입하여 16mm까지 구멍 직경을 확대한다. 이 방법으로 제조한 유리관의 편심율과 비원율을 측정한 바 각각. 0.87%, 0.35%로 양호하였다.
제 8 실시형태
제 8 실시형태에서는 직경 확대 부재의 양단부를 지지한다. 본 실시형태에 따른 장치는 도 3, 도 17에 도시하는 바와 같이, 유리재(10)를 가열 수단(26)으로 순차 가열한다. 유리재가 연화한 개소에, 직경 확대 부재(6)를 가압함으로써, 유리재(10)의 구멍 직경을 확대한다. 이 직경 확대 부재(6)에는 그 선단 중심을 지지하는 선단 지지 부재(7a)와, 타단측을 지지하는 후단 지지 부재(7b)가 연결될 수있다. 그리고, 유리재(10)를 10rpm으로 회전하여, 직경 확대 부재(6)를 선단 지지 부재(7a) 및 후단 지지 부재(7b)와 동시에, 유리재(10)의 회전 방향에 회전수 5rpm로 회전하면서 구멍을 확대한다.
그리고, 이 장치는 입구측 기대(24a)와 출구측 기대(24b)와, 이들의 중에 위치하여 발열체(30)를 지지하는 히터 지지대(23)를 구비한 가열 수단(26)을 구비하고 있다. 이 선단 지지 부재(7a) 및 후단 지지 부재(7b)의 선단은 각각 회전 가능하게 입구측 고정 부재(20a) 및 출구측 고정 부재(20b)에 고정되어 있다. 또한, 이들 입구측 고정 부재(20a) 및 출구측 고정 부재(20b)는 입구측 기대(24a), 출구측 기대(24b)에 각각 고정되어 있다. 유리재(10)의 양단은 각각 보유 파이프(21a, 21b)를 개재하여, 고정 부재(22a, 22b)에 각각 고정되어 있다.
직경 확대 부재(6)와 유리재(10)를 상대적으로 이동시키는 수단은 기대(24a, 24b)상을 고정 부재(22a, 22b)가 모터 등에 의해 동기하여 이동하도록 하여도 좋다. 기대 상에 볼 나사를 설치하고, 볼 나사에 나사 결합하는 나사구멍을 고정 부재(22a, 22b)에 설치하여, 볼 나사를 모터 등으로 회전시켜 고정 부재(22a, 22b)가 볼 나사를 따라서 이동하도록 하여도 좋다.
직경 확대 종료단측의 보유 파이프(21b)는 척(27)을 개재하여 고정 부재(22b)에 고정되어 있다. 또한 직경 확대 개시단측의 보유 파이프(21a)는 척(27)을 개재하여 고정 부재(22a)에 고정되어 있다. 또한, 척(27a) 및 척(27b)은 모터(도시하지 않음) 접속되어 있고, 동기하여 회전한다. 이 척의 회전에 의해, 보유 파이프를 개재하여 유리재(10)는 상술한 회전 속도로 회전된다. 한편, 입구측 고정 부재(20a) 및 출구측 고정 부재(20b)는 모터(도시하지 않음)를 구비하고 있고, 선단 지지 부재(7a) 및 후단 지지 부재(7b)를 개재하여 직경 확대 부재(6)를 회전시킨다.
도 3, 도 17에 예시한 가열 수단(26)은 유도 가열 방식인 것으로, 유리재(10)를 둘러싸도록 배치한 카본으로 이루어지는 발열체(30)를 갖고 있다. 가열 수단(26)에는 저항 가열 방식을 사용하여도 좋다. 발열체(30)의 주위에 코일(28)이 배치된다. 코일(28)에 전류를 흘림으로써 발열체(30)를 유도 가열한다.
다음에 이 장치를 사용하여 소망의 구멍 직경을 갖는 유리관(실리카유리 파이프)을 제조하는 방법에 관해서 설명한다. 우선, 유리재(10)의 외경에 대한 직경 확대 부재(6)의 외경의 비가 0.5 정도가 되도록, 유리재(10) 및 직경 확대 부재(6)을 선택한다.
그리고 도 18a에 도시하는 바와 같이, 출구측 기대(24b)에 고정된 출구측 고정 부재(20b)에 후단 지지 부재(7b)의 선단을 고정한다. 이 때 입구측 기대(24a)상의 고정 부재(22a) 및 입구측 고정 부재(20a)는 각각 입구측 기대(24a)의 좌단까지 이동되어 있다. 또한 고정 부재(22b)는 출구측 기대(24b)상의 직경 확대 개시 위치에 놓여지고 있지만, 척(27b)은 개방 상태로 유지되고, 그 속을 후단 지지 부재(7b)가 관통하고 있다.
그리고 도 18b에 도시하는 바와 같이, 고정 부재(22a)에 척(27a)을 개재하여 보유 파이프(21a)의 일단을 고착하고, 선단 지지 부재(7a)의 선단측으로부터,화살표(A) 방향으로 고정 부재(22a)를 이동해간다.
그리고, 척(27b)의 위치까지 보유 파이프(21b)의 끝이 도달하면, 유리재(10)가 수평이 되도록 높이 조정을 하고, 보유 파이프(21b)를 고정 부재(22b)의 척(27b)에 고정한다.
이 때 선단 지지 부재(7a)는 유리재의 구멍을 관통해 간다. 그리고 입구측 고정 부재(20a)를 선단 지지 부재(7a)의 선단까지 이동한다. 입구측 고정 부재(20a)는 도 18b에 도시한 X, Y, Z 직교 좌표의 3 방향으로 이동 가능하도록 구성되어 있다. 유리재(10)와, 선단 지지 부재(7a) 및 후단 지지 부재(7b) 의 중심축이 일치하도록 입구측 고정 부재(20a)의 위치를 미세 조정하여, 선단 지지 부재(7a)를 입구측 고정 부재(20a)에 고정한다. 또, 직경 확대 부재(6), 선단 지지 부재(7a) 및 후단 지지 부재(7b)는 중심축이 일치하도록 고정밀도로 위치 결정되어 상호가 고정되어 있는 것으로 한다.
또, 이 예에서는 유리재를 고정하여, 이 유리재의 중심축에 맞추어서 직경 확대 부재의 위치를 조정하였지만, 반대로, 직경 확대 부재를 고정하여, 유리재와 직경 확대 부재가 동축적으로 보유되도록 위치를 조정하여 고정하여도 좋다.
그리고, 가열 수단(26)을 작동시켜, 유리재(10)의 단부에 직경 확대 부재(6)를 접촉시켜, 그 접촉 영역 근방이 2300℃가 되도록 가열한다. 그리고, 모터를 구동하여, 유리재(10) 및 직경 확대 부재(6)를 동축적으로 각각 10rpm, 5rpm에서 회전시킴과 동시에, 고정 부재(22a, 22b)를 각각 소망의 속도로 화살표(A) 방향으로 이동시킨다.
이렇게 하여, 유리재(10)는 회전시키면서, 가열 수단(26)에 의해서 가열됨 과 동시에 연화되어, 도 17에 도시한 바와 같이, 직경 확대 부재(6)에 의해서 그 구멍의 직경이 점차 확대된다. 그리고, 최후에 보유 파이프(21a, 21b)를 떼어내고, 유리관이 완성된다.
이러한 방법에 의하면, 직경 확대 부재(6)가 선단측에서도 지지되어, 소위 양측 가짐 상태로 되어 있기 때문에, 직경 확대 부재의 중심과 출발 재료인 관형의 유리재의 중심을 고정밀도로 위치를 맞출 수 있다. 유리재 구멍의 직경을 확대하고 있는 동안도 지지 부재가 휘는 것이나 진동하는 것으로 인한 직경 확대 부재의 위치 어긋남 등이 거의 없고, 직경 확대 부재는 정밀도 좋게 그 위치를 보유한다. 이와 같이 함으로써, 비원율이 작은 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 편심율이 작은 유리관을 재현성 좋게 얻는 것이 가능해진다.
선단 지지 부재는 유리재의 구멍 직경보다 가늘면 좋고, 후단 지지 부재는 직경 확대 부재의 최대 직경 이하이면 좋고, 한 개가 아니더라도, 다수개로 구성되어 있어도 좋다. 예를 들면 각각의 중심이 정삼각형을 이루는 3개의 선단 지지 부재를 사용하도록 하면, 보다 용이하게 위치 결정이 가능해진다. 또한 이들 지지 부재로서는 중실 부재 뿐만 아니라, 중공의 지지 부재를 사용하여도 좋다.
도 21에 단면 확대도를 도시하는 바와 같이, 직경 확대 부재(6)와 선단 지지 부재(7a)가 착탈 가능하게 형성된 것을 사용하여도 좋다. 예를 들면, 선단 지지 부재(7a)의 선단으로 돌출하여 형성된 나사부(62)에 직경 확대 부재(6)에 형성된 나사 구멍(61)을 나사 결합하도록 구성하여도 좋다. 이 경우는 유리재를척(27)에 장착하여 고정한 후, 선단 지지 부재(7a)를 유리재(10)에 삽입하여, 직경 확대 부재(6)의 선단의 나사 구멍(61)에 나사 결합시킬 수 있고, 유리재에 선단 지지 부재를 통과시키는 것이 용이해진다.
선단 지지 부재는 막대형인 것에 한정되지 않는다. 직경 확대 부재의 선단면에 구멍을 형성해두고, 이 구멍에 실을 설치하여 잡아 당겨, 직경 확대 부재의 선단측의 위치 규제를 하도록 하여도 좋다.
제 9 실시형태
제 8 실시형태에서는 선단 지지 부재(7a)의 선단은 입구측 고정 부재(20a)로 고정되어 있지만, 도 22 및 도 23에 도시하는 바와 같이, 고정 부재(22a)에 설치된 슬라이딩 부재(52)의 가이드 구멍(53)으로 축 방향에만 위치 규제하도록 하여도 좋다. 직경 확대 부재(6)를 회전하는 경우는 출구측 고정 부재(20b)에만 회전력을 부여하도록 한다. 선단 지지 부재(7a)는 출구측 고정 부재(20b)의 회전에 따라, 슬라이딩 부재(52)와 접하면서 회전한다. 이러한 구성에 의하면, 선단 지지 부재(7a)를 지지하기 위한 고정 부재를 별도로 설치할 필요가 없어지기 때문에, 부재가 적어도 되고, 구성이 간략화된다.
제 10 실시형태
제 8 실시형태 또는 제 9 실시형태에서는 내측에서 직경이 확대될 뿐이지만, 도 24에 도시하는 바와 같이 유리관 재료의 외경을 규제하도록 연화 영역의 외측에 성형 부재(25)를 설치하여도 좋다. 본 실시형태에서는 성형 부재(25)는 가열 수단의 발열체(30)의 내측에 설치되어 있다. 또, 연화 영역이란, 반드시 그 온도가 연화점 이상으로 되어 있는 영역에 한정되는 것이 아니라, 유리재가 변형할 수 있는 상태로 연화하고 있으면 좋다. 본 실시형태에 따르면, 특히 외경 제어가 이루어짐으로써, 편심율이 작은 유리관을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명은 유리재의 중심에 있는 구멍의 직경을 확대하는 경우에 한정되지 않으며, 편파 보유 섬유의 응력 부여 부재를 삽입하는 구멍 등, 유리관 재료의 중심 이외의 구멍을 확대하는 경우에도 적용 가능하다. 이 경우, 편심율은 도 10으로 설명한 정의가 아니라, 목적으로 하는 구멍 중심과 실제의 구멍 중심의 어긋남(D)을 바탕으로 정의할 수 있다. 예를 들면, 목적으로 하는 구멍의 직경을 d로 하면 D/d를 편심율로 할 수 있다.
(실시예 1)
VAD 법에 의해 실리카유리 원주를 작성하여, 천공기로 구멍을 뚫어 외경 70mmφ, 내경 15mmφ의 관형의 유리재를 제조하였다. 유리재에 외경 70mm, 내경 45mm의 보유 파이프를 융착 접속하여, 이것을 제 8 실시형태에 제시한 유리관 제조 장치에 세트하였다(도 3 참조). 여기서는 최대 직경이 35mm인 직경 확대 부재(6)를 사용하였다.
그리고, 가열 수단을 작동시켜, 유리재(10)의 한 쪽의 선단면에 직경 확대 부재(6)의 직경 축소부를 접촉시켜, 그 접촉 영역 근방이 2300℃가 되도록 가열하였다. 그리고, 직경 확대 부재(6)를 유리재에 접촉시켜 구멍의 직경을 확대하면서 고정 부재(22a, 22b)를 화살표(A) 방향으로 이동시켜 유리관을 인발하여, 외경 75mm, 내경 35mm의 유리관을 제조하였다.
이 방법에 의해 10개의 유리관을 제조하였다. 이들의 유리관의 두꺼운 두께 분포를 초음파 측정기에 의해 둘레 방향과 길이 방향으로 측정하여, 편심율과 두꺼운 두께 분포의 표준 편차를 산출하여, 10개 제조 시에 있어서의 각각의 평균치를 구하였다. 그 결과, 편심율의 평균치는 0.80%이었다.
두꺼운 두께 분포의 표준 편차의 평균치(σ)는 0.10mm 이었다.
(실시예 2)
도 24에 도시한 바와 같이, 70mm의 간격으로 평행하게 배치한 2장의 탄소판을 성형 부재(25)로서 발열체의 내벽에 장착한 장치를 사용하는 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 10개의 유리관을 제조하였다. 이들의 유리관의 두꺼운 두께 분포를 초음파 측정기에 의해 둘레 방향과 길이 방향에서 측정하여, 편심율과 두꺼운 두께 분포의 표준 편차를 산출하여, 10개 제조 시에 있어서의 각각의 평균치를 구하였다. 그 결과, 편심율의 평균치는 0.73% 이었다. 두꺼운 두께 분포의 표준 편차의 평균치(σ)는 0.08mm이었다.
(실시예 3)
선단 지지 부재(7a)를 사용하지 않고, 외팔보 방식의 직경 확대 부재(6)를사용한 것 외는 실시예 1과 동일하게 하여 외경 75mmφ, 내경 35mmφ의 유리관을 10개 제조하였다. 이들의 유리관의 두꺼운 두께 분포를 초음파 측정기에 의해 둘레 방향과 길이 방향으로 측정하여, 편심율과 두꺼운 두께 분포의 표준 편차를 산출하여, 10개 제조 시에 있어서의 각각의 평균치를 구하였다. 그 결과, 편심율의 평균치는 2.33% 이었다. 두꺼운 두께 분포의 표준 편차의 평균치(σ)는 0.50mm 이었다.
실시예 1과 실시예 3의 비교로부터 양측 가짐 방식으로 직경을 확대한 경우 두께의 격차는 80%도 저감된 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 2와 실시예 3의 비교로부터, 다이스에 의해서 외경을 제어하면서, 양측 가짐 방식으로 직경을 확대한 경우의 두께의 격차는 84%나 저감된 것을 알 수 있다. 실시예 3은 제 1 실시형태에서 제시한 예보다도, 유리재의 외경이 크고, 제조하는 유리관의 구멍의 직경도 크기 때문에, 제 1 실시형태의 예보다는 편심율이 커지고 있다. 그러나, 비교예 2보다 편심율은 작다.
일본특허출원 2002-009231(2002년 1월17일 출원), 2002-22444(2002년 1월30일 출원), 2002-22566(2002년 1월30일 출원), 2002-28779(2002년 2월 5일 출원), 2002-115432(2002년 4월17일 출원), 2002-201174(2002년 7월10일 출원), 2002-201861(2002년 7월10일 출원), 2002-233926(2002년 8월 9일 출원)의 명세서, 클레임, 도면, 요약서를 포함하는 모든 개시는 본 명세서에 통합된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명 방법에 따르면, 유리관의 구멍의 편심은 저감되고, 단면이 동그란 원에 대단히 가까운 고품질의 유리관을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 직경 확대 부재에 과부하가 걸리지 않기 때문에, 직경 확대 부재나 유리관이 파손되는 일도 없다.

Claims (13)

  1. 관형의 유리재를 연화점 이상의 온도가 되도록 하면서, 상기 유리재의 구멍에 직경 확대 부재를 삽입하여 상기 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 타겟 로드의 주위에 유리 미립자를 퇴적하여 유리 미립자 퇴적체를 형성하고, 상기 유리 미립자 퇴적체로부터 상기 타겟 로드를 인발하여 중공체를 형성하고, 상기 중공체를 소결하여 얻어진 관형의 유리 부재의 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 유리 튜브의 주위에 유리 미립자를 퇴적하여 유리 미립자 퇴적체를 형성하고, 상기 유리 미립자 퇴적체를 소결하여 얻어진 관형의 유리 부재의 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 유리 로드를 천공하여 얻어진 관형의 유리 부재의 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 관형의 유리재의 적어도 일단에 파지 파이프를 융착하여, 상기 유리재를 상기 파지 파이프로 지지하여 상기 유리재 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서, 불소를 포함하는 화합물을 유리 미립자 퇴적체에 첨가하는 유리관의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 직경 확대 부재를 적어도 그 후단으로 지지하면서 유리재 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 직경 확대 부재를 그 양단으로 지지하면서 유리재 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 유리재를 외측에서 지지하면서 상기 유리재 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 선단이 끝이 가늘어지는 것으로 되어 있어 도중에서 일정 외경의 원통부 또는 원주부로 되어 있는 직경 확대 부재를 유리재에 삽입하고,
    상기 유리재가 상기 원통부 또는 원주부와 접하고 있는 동안에 상기 유리재의 단면 형상이 자기 유지되는 온도까지 상기 유리재를 냉각하는 유리관의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 직경 확대 부재로부터 이격됨에 따라서 외경이 서서히 작아지는 수축부를 갖는 지지 부재로 지지된 직경 확대 부재로 유리재 구멍의 직경을 확대하는 유리관의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 관형의 유리재의 단면에 직경 확대 부재를 소정의 위치로 안내할 수 있도록 구성된 위치 결정 오목부를 설치하여, 상기 오목부에 직경 확대 부재를 접촉시켜 상기 유리재 구멍의 직경의 확대을 개시하는 유리관의 제조 방법.
  13. 관형의 유리재를 주위에서 가열하는 가열 부재, 상기 유리재에 삽입 가능한 직경 확대 부재, 상기 직경 확대 부재의 양단을 지지하는 지지 부재, 상기 직경 확대 부재를 상기 유리재의 구멍에 삽입시키도록 상기 직경 확대 부재와 상기 유리재를 상대적으로 이동시키는 수단을 포함하는 유리관의 제조 장치.
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