(57)【要約】【課題】結晶粒子の発生数を低減して寸法精度を向上し、延伸成形により作られるガラス製品の表面に取り付ける他の部材が傷つけられるのを抑制でき、また、ガラス製品の透過率の低下を抑制できるガラス部材の延伸加工方法を提供すること。【解決手段】所定の外径および内径を有するガラス管１１を加熱して延伸成形することによりガラス製キャピラリを製造するガラス部材の延伸加工方法において、延伸成形前に、ガラス管１１の内周面１１ａおよび外周面１１ｂをそれぞれ、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する。この研磨によって、延伸成形により作られるガラス製キャピラリの内周面および外周面における失透による結晶粒子（突起）の発生数が低減されることが判明した。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス部材を加熱して延伸成形するガラス部材の延伸加工方法であって、
前記延伸成形前に、前記ガラス部材の表面を算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨することを特徴とするガラス部材の延伸加工方法。
【請求項２】
前記ガラス部材は前記延伸成形により毛細管を作るためのガラス管であり、前記延伸成形前に、前記ガラス管の内周面および外周面をそれぞれ、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨することを特徴とする請求項１に記載のガラス部材の延伸加工方法。
【請求項３】
前記ガラス管は、円柱状のガラス素材の外周面を残りの削り代が２０μｍ程度になるまで砥石で研削する工程と、この研削後に前記ガラス素材の外周面を、研磨剤を用いたバフ研磨により算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する工程と、前記ガラス素材にドリル或いは真空成形法により孔を加工する工程と、該孔加工で作られた孔の内周面を、研磨剤を用いたブラシにより算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する工程とで作製されることを特徴とする請求項２に記載のガラス部材の延伸加工方法。
【請求項４】
前記ブラシは金属ワイヤに合成繊維を植え付けたもので、このブラシを前記ガラス管の孔に挿入し、研磨剤をかけながら前記ブラシを回転させることにより前記ガラス管の内周面を研磨することを特徴とする請求項２又は３に記載のガラス部材の延伸加工方法。
【請求項５】
前記毛細管はその内周面に光ファイバが接着固定されるガラス製キャピラリであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のガラス部材の延伸加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス部材を加熱して延伸成形するガラス部材の延伸加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの先端を他の光部品に結合する際、光ファイバ先端部の補強のために円筒形のキャピラリが用いられる。キャピラリの材質としては、金属やセラミックスも用いられるが、光ファイバと熱膨張係数が近いなどの利点を有するガラスが用いられる。このようなガラス製キャピラリは次のような工程で製造される。
【０００３】
まず、ホウケイ酸ガラスを砥石により円柱状に切削加工し、そのガラスに、光ファイバが挿入されて接着剤で固定される取付孔をドリルや真空成型法により加工する。こうして所定の外径および内径を有する円筒状に作られたガラス管１１（図４参照）を加熱装置１２により７５０℃〜１０００℃に加熱して延伸成形することにより、細い円筒状のガラス管１３（図４参照）が得られる。このガラス管１３を所定の長さに切断することにより、高精度なガラス製キャピラリが完成する。
【０００４】
真空成型法としては、所定の外径をもつ心棒を中心にガラス管を多重に重ね、この多重管を真空中で加熱して融着一体化させ、最後に心棒を抜き取って所望の内径をもつガラス管を得る方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、失透を起こし易い性質を有する結晶性ガラスからなる予備成形体を得るための延伸成形方法が知られている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭６０−３３７７１号公報
【特許文献２】
特開平９−８６９４４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のガラス製キャピラリの製造方法では、ホウケイ酸ガラスは上記加熱によりガラス管の内周面および外周面に結晶化（失透）が起こり易く、その外周面および内周面に失透による結晶粒子（突起）が多数発生してしまう。このように結晶粒子が多数発生している様子が、図１上欄の外径写真で示されている。この写真は、上述した従来のガラス製キャピラリの製造方法により作製したガラス製キャピラリ（従来例）の外周面を走査電子顕微鏡により撮影したもので、その写真サイズは横が０．２１ｍｍ、縦が０．１６ｍｍである。また、その撮影に使ったガラス製キャピラリは、上記加熱時の温度である延伸温度が８５０℃で、ガラス供給速度が約１ｍｍ／ｍｉｎで、延伸速度が約２５００ｍｍ／ｍｉｎの条件で延伸成形して作製されたものである。
【０００８】
また、図１では、失透による結晶粒子（突起）の発生数を定量的に示すために、「失透面積率」なる量を用いている。この「失透面積率」は、図１上欄の写真の全面積に対する結晶粒子（黒色部分）１５の全面積を比率で求めたものである。つまり、その写真をメッシュ状に細分し、細分化された各区分を結晶粒子のある「黒」か同粒子のない「白」のいずれかで分類して集計するなどの方法で結晶粒子１５を計数して得たものである。こうして求めた上記従来例の「失透面積率」は５．０％である。なお、その写真で示す従来例の外周面の算術平均粗さＲａは０．３８μｍである。また、上記従来例の内周面の写真は示していないが、その内周面の表面粗さは外周面とほぼ同じであり、その内周面には外周面とほぼ同様の「失透面積率」で結晶粒子１５が発生している。
【０００９】
このように上述した従来のガラス製キャピラリの製造方法により作製したガラス製キャピラリでは、外周面および内周面に失透による結晶粒子（突起）１５が多数発生しているために、以下の問題が生じる。
【００１０】
（１）キャピラリの内径および外径の寸法精度が低下する。
（２）内周面に発生する多数の結晶粒子１５が光ファイバを傷つけてしまう。（３）多数の結晶粒子１５によりキャピラリの透過率が低下してしまい、内部を透視できるという特徴が失われてしまう。
【００１１】
このような問題は、上述した従来のガラス製キャピラリの製造方法に、上記特許文献１や特許文献２の技術を適用したとしても十分には解決されない。
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は結晶粒子の発生数を低減して寸法精度を向上し、延伸成形により作られるガラス製品の表面に取り付ける他の部材が傷つけられるのを抑制でき、また、ガラス製品の透過率の低下を抑制できるガラス部材の延伸加工方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ガラス部材を加熱して延伸成形するガラス部材の延伸加工方法であって、前記延伸成形前に、前記ガラス部材の表面を算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨することを要旨とする。
【００１３】
この構成によれば、延伸成形前に、ガラス部材の表面を算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する。この研磨によって、延伸成形により作られるガラス製品の表面における失透による結晶粒子（突起）の発生数が、上記従来例よりもはるかに低減されることが判明した。このように失透による結晶粒子（突起）の発生数が低減されるので、ガラス製品の寸法精度が向上する。また、ガラス製品の表面の結晶粒子で他の部材が傷つけられるのを抑制できるとともに、ガラス製品の透過率の低下を抑制できる。
【００１４】
なお、ここにいう「ガラス部材」とは、断面が円形のガラス管に限らず、断面が任意形状のガラス管或いはガラス製の中実の棒などを含む意味で用いる。また、ここにいう「表面」とは、ガラス部材が管の場合には、その内周面および外周面を意味し、ガラス部材が中実の棒である場合には、その外周面を意味する。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のガラス部材の延伸加工方法において、前記ガラス部材は前記延伸成形により毛細管を作るためのガラス管であり、前記延伸成形前に、前記ガラス管の内周面および外周面をそれぞれ、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨することを要旨とする。
【００１６】
この構成によれば、延伸成形前にガラス管の内周面および外周面をそれぞれ、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨することで、失透による結晶粒子（突起）の発生数が低減されるので、延伸成形により製造される毛細管の寸法精度が向上する。また、毛細管の内周に光ファイバ等の他の部材を挿入して固定する際に、他の部材が結晶粒子で傷つけられるのを抑制できるとともに、毛細管の透過率の低下を抑制できる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のガラス部材の延伸加工方法において、前記ガラス管は、円柱状のガラス素材の外周面を残りの削り代が２０μｍ程度になるまで砥石で研削する工程と、この研削後に前記ガラス素材の外周面を、研磨剤を用いたバフ研磨により算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する工程と、前記ガラス素材にドリル或いは真空成形法により孔を加工する工程と、該孔加工で作られた孔の内周面を、研磨剤を用いたブラシにより算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する工程とで作製されることを要旨とする。
【００１８】
この構成によれば、円柱状のガラス素材の外周面を残りの削り代が２０μｍ程度になるまで砥石で研削してから、その外周面を研磨剤を用いたバフ研磨により算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨するので、ガラス素材の外周面を短時間で所定の算術平均粗さに加工することができる。また、ガラス素材にドリル或いは真空成形法により孔加工をして作られたガラス管の孔の内周面を、研磨剤を用いたブラシにより算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨するので、ガラス管の内周面も短時間で所定の算術平均粗さに加工することができる。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載のガラス部材の延伸加工方法において、前記ブラシは金属ワイヤに合成繊維を植え付けたもので、このブラシを前記ガラス管の孔に挿入し、研磨剤をかけながら前記ブラシを回転させることにより前記ガラス管の内周面を研磨することを要旨とする。
【００２０】
この構成によれば、金属ワイヤに合成繊維を植え付けたブラシをガラス管の孔に挿入し、研磨剤をかけながらブラシを回転させることによりガラス管の内周面を研磨するので、その内周面を容易にかつ短時間で所定の算術平均粗さに加工することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載のガラス部材の延伸加工方法において、前記毛細管はその内周面に光ファイバが接着固定されるガラス製キャピラリであることを要旨とする。
【００２２】
この構成によれば、内周面に光ファイバが接着固定されるガラス製キャピラリの内周面および外周面における失透による結晶粒子（突起）の発生数が、低減される。このように失透による結晶粒子の発生数が低減されるので、延伸成形により作られるガラス製キャピラリの内周に光ファイバを挿入して固定する際に、光ファイバが結晶粒子で傷つけられるのを抑制できるとともに、ガラス製キャピラリの透過率の低下を抑制できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガラス部材の延伸加工方法を具体化したガラス製キャピラリの製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図２および図３は、本実施形態の製造方法により作製される毛細管としてのガラス製キャピラリ２１を示している。このガラス製キャピラリ２１の中心部には、図示を省略した外径が０．１２５ｍｍ（１２５μｍ）の光ファイバが挿入され、接着剤で固定される光ファイバ用の取付孔２２が形成されている。その取付孔２２の内径Ａは、０．１２６ｍｍ程度であり、その外径Ｂは０．２５〜３ｍｍ程度である。
【００２５】
次に、図２および図３に示すガラス製キャピラリ２１の製造方法を説明する。この製造方法は以下の工程からなる。
（工程１）円柱状のガラス素材（図示省略）の外周面を所定の外径になるまで研削する工程。ここでは、円柱状のガラス素材の外周面を残りの削り代が２０μｍ程度になるまで砥石で研削する。このように研削された状態では、ガラス素材の外周面の算術平均粗さＲａは０．５μｍ程度である。
【００２６】
（工程２）ガラス素材に所定の内径の孔を加工して図４に示すガラス部材としてのガラス管１１を作製する工程。ここでは、ドリル或いは真空成形法により孔を加工する。このように加工された孔の内周面の算術平均粗さＲａは１．０μｍ程度である。
【００２７】
（工程３）ガラス管１１の内周面１１ａを、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるまで研磨する工程。ここでは、酸化セリウムなどの研磨剤を用いたブラシによりその内周面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する。
【００２８】
（工程４）ガラス管１１の外周面１１ｂを、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるまで研磨する工程。ここでは、酸化セリウムなどの研磨剤を用いたバフ研磨により算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する。なお、工程３と工程４はどちらを先に行ってもよい。
【００２９】
（工程５）ガラス管１１を加熱装置１２により所定の温度で加熱して延伸成形して細い円筒状のガラス管１３を作製する。
（工程６）上記工程５で作製される細い円筒状のガラス管１３を所定の長さに切断する工程。これにより、図２および図３に示す高精度なガラス製キャピラリ２１が完成する。
【００３０】
上記工程５では、例えば、外径が５０ｍｍのガラス管１１を用い、延伸率５０倍で延伸成形すると、外径が１ｍｍのガラス管１３が得られる。また、光ファイバ保持用のガラス製キャピラリ２１を作製する場合には、その取付孔２２の仕上がり径が０．１２６ｍｍになるようにするためには、延伸前のガラス管１１の内径をおよそ６．３ｍｍとなるように加工しておく必要がある。ガラス製キャピラリ２１は外径が１２５μｍ（０．１２５ｍｍ）の光ファイバを保持するためのものであるため、延伸後の内径は０．１２６ｍｍに規定される。しかし、ガラス製キャピラリ２１の外径の仕上がり寸法は１ｍｍに限らない。原材料であるガラス素材の外径と仕上がり外径の比で延伸率を決定し、ついで原材料の内径を所定値になるように加工する。その所定値は、決定された延伸率で延伸成形した後の内径が０．１２６ｍｍになるような値である。上述した延伸率５０倍の場合にはおよそ６．３ｍｍである。
【００３１】
また、工程３で用いるブラシは、金属ワイヤに合成繊維を植え付けたものである。このブラシを延伸前のガラス管１１の孔（内周面１１ａ）に挿入し、酸化セリウムなどの研磨剤をかけながら回転させることによってガラス管１１の内周面１１ａを研磨する。
【００３２】
以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
・延伸成形前に、ガラス管１１の内周面１１ａおよび外周面１１ｂをそれぞれ、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する。これにより、延伸成形により作製されるガラス製キャピラリ２１の内周面および外周面における失透による結晶粒子（突起）の発生数が、上記従来例よりもはるかに低減されることが判明した。その発生数がきわめて少ない様子が、図１下欄の外径写真で示されている。この写真は、ガラス製キャピラリ２１の外周面を、走査電子顕微鏡により上記従来例と同じ写真サイズで撮影したものである。また、その撮影に使ったガラス製キャピラリ２１は、延伸温度が８５０℃で、ガラス供給速度が約１ｍｍ／ｍｉｎで、延伸速度が約２５００ｍｍ／ｍｉｎの条件で延伸成形して作製されたものである。
【００３３】
また、図１では、失透による結晶粒子（突起）の発生数を定量的に示すために、上述した「失透面積率」なる量を用いている。この「失透面積率」は、図１下欄の写真の全面積に対する結晶粒子（黒色部分）２５の全面積を比率で求めたものである。つまり、その写真をメッシュ状に細分し、細分化された各区分を結晶粒子のある「黒」か同粒子のない「白」のいずれかで分類して集計するなどの方法で結晶粒子２５を計数して得たものである。こうして求めたガラス製キャピラリ２１の外周面の「失透面積率」は０．１％であり、上記従来例の５．０％よりもはるかに小さい値である。
【００３４】
なお、その写真で示すガラス製キャピラリ２１の外周面の算術平均粗さＲａは０．０４μｍである。また、ガラス製キャピラリ２１の内周面の写真は示していないが、その内周面の表面粗さは外周面とほぼ同じであり、その内周面には外周面とほぼ同様の「失透面積率」で結晶粒子２５が発生している。
【００３５】
このように本実施形態によれば、ガラス製キャピラリ２１の外周面および内周面における失透による結晶粒子（突起）２５の発生数を低減することができる。これにより、ガラス製キャピラリ２１の内径および外径の寸法精度を向上することができる。また、ガラス製キャピラリ２１の取付孔２２に挿入されて接着剤で固定される光ファイバが結晶粒子で傷つけられるのを抑制でき、また、キャピラリ２１の透過率の低下を抑制できる。
【００３６】
・上記工程１で円柱状のガラス素材（図示省略）の外周面を残りの削り代が２０μｍ程度になるまで砥石で研削してから、上記工程４でその外周面（ガラス管１１の外周面１１ａ）を酸化セリウムなどの研磨剤を用いたバフ研磨により算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する。このため、その外周面を短時間で所定の算術平均粗さに加工することができる。
【００３７】
・上記工程２でガラス素材にドリル或いは真空成形法により孔加工をして作られたガラス管１１の孔の内周面１１ａを、上記工程３で、研磨剤を用いたブラシにより算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する。このため、その内周面１１ａを容易にかつ短時間で所定の算術平均粗さに加工することができる。
【００３８】
・上記工程３において、ガラス管１１の内周面１１ａを、酸化セリウムなどの研磨剤を用いたブラシによりその内周面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する。その研磨を、金属ワイヤに合成繊維を植え付けたブラシをガラス管１１の孔に挿入し、研磨剤をかけながらブラシを回転させることによりガラス管１１の内周面１１ａを研磨するので、その内周面を容易にかつ短時間で所定の算術平均粗さに加工することができる。
【００３９】
［　変形例］
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記一実施形態では、ガラス部材としてのガラス管１１を延伸成形して毛細管としてのガラス製キャピラリ２１を作る方法について説明したが、本発明は加熱して延伸加工するガラス素材全般に適用が可能である。例えば、断面が円形以外の任意形状のガラス管や、ガラス製の中実の棒などのガラス部材を加熱して延伸成形する際に、延伸成形前に、ガラス部材の表面を算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨する場合にも、本発明は適用可能である。この場合にも、上記一実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００４０】
・上記一実施形態では、光ファイバを保持するための毛細管で、孔径が０．１２６ｍｍ程度であるガラス製キャピラリの製造方法に本発明を適用した例を示したが、キャピラリよりも孔径の大きいガラスチューブの製造に本発明を適用することもできる。
【００４１】
・上記一実施形態の工程１では、円柱状のガラス素材の外周面を残りの削り代が２０μｍ程度になるまで砥石で研削するようにしているが、その残りの削り代は２０μｍに限らず、適宜な値に変更可能である。
【００４２】
・上記一実施形態の工程３では、ガラス管１１の内周面１１ａを、酸化セリウムなどの研磨剤を用いたブラシにより算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下になるように研磨しているが、このとき用いる研磨剤は酸化セリウムに限らない。同様に、工程４で用いる研磨剤も酸化セリウムに限らない。
【００４３】
・上記一実施形態の工程３および工程４で行う研磨を、ケミカル研磨或いは熱研磨で行うようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、失透による結晶粒子（突起）の発生数が低減されるので、延伸成形により製造されるガラス製品の寸法精度が向上する。また、ガラス製品の表面の結晶粒子で他の部材が傷つけられるのを抑制できるとともに、ガラス製品の透過率の低下を抑制できる。
【００４５】
請求項２に係る発明によれば、延伸成形により製造される毛細管の寸法精度が向上する。また、毛細管の内周に光ファイバ等の他の部材を挿入して固定する際に、他の部材が結晶粒子で傷つけられるのを抑制できるとともに、毛細管の透過率の低下を抑制できる。
【００４６】
請求項３に係る発明によれば、ガラス管の外周面を短時間で所定の算術平均粗さに加工することができるとともに、ガラス管の内周面も短時間で所定の算術平均粗さに加工することができる。
【００４７】
請求項４に係る発明によれば、ガラス管の内周面を容易にかつ短時間で所定の算術平均粗さに加工することができる。
請求項５に係る発明によれば、延伸成形により作られるガラス製キャピラリの内周に光ファイバを挿入して固定する際に、光ファイバが結晶粒子で傷つけられるのを抑制できるとともに、ガラス製キャピラリの透過率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態により製造されるキャピラリと従来例により製造されるキャピラリとを比較するための電子顕微鏡写真などの各種データを示す説明図。
【図２】一実施形態により製造されるキャピラリを示す側面図。
【図３】図２のキャピラリを示す正面図。
【図４】キャピラリの製造方法を示す概略説明図。
【符号の説明】
１１，１３…ガラス管、１１ａ…内周面、１１ｂ…外周面、２１…毛細管としてのガラス製キャピラリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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