(57)【要約】【課題】ガラス素材を均一に加熱して高精度の成形を行うとともに、不純物の浸入を防いで、高品質のガラス管を得る。【解決手段】本発明のガラス管の製造方法は、円柱状のガラスロッド３に対してマイクロ波を照射して加熱し、ガラスロッド３の加熱した領域に穿孔治具３０を圧入することで、ガラスロッド３を漸次所望形状のガラス管に成形する。また、本発明のガラス管の製造装置１は、ガラスロッド３に対してマイクロ波を照射して加熱するマイクロ波照射部４０を備えている。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状または円筒状のガラス素材を加熱し、前記ガラス素材の前記加熱した領域に穿孔治具を圧入することで、前記ガラス素材を漸次所望形状のガラス管に成形するガラス管の製造方法において、
前記加熱は、前記ガラス素材に対してマイクロ波を照射して行うことを特徴とするガラス管の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス管の製造方法において、前記加熱は、予備加熱された前記ガラス素材に対して行うことを特徴とするガラス管の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のガラス管の製造方法において、前記予備加熱は、プラズマを生成することにより行うことを特徴とするガラス管の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のガラス管の製造方法において、前記プラズマは、前記ガラス素材の近傍に導電性部材を配置し、前記導電性部材に対してプラズマ生成用ガスを供給し、前記導電性部材にマイクロ波を照射することにより生成することを特徴とするガラス管の製造方法。
【請求項５】
円柱状または円筒状のガラス素材を加熱する加熱手段を有し、前記加熱手段により加熱された前記ガラス素材に、穿孔治具を圧入させることで、前記ガラス素材を漸次所望形状のガラス管に成形するガラス管の製造装置において、
前記加熱手段は、前記ガラス素材に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射部を備えていることを特徴とするガラス管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス管の製造方法及び製造装置に関し、さらに詳しくは、ガラス素材を加熱した領域に穿孔治具を圧入することで、ガラス素材を漸次所望形状のガラス管に成形するガラス管の製造方法及び製造装置に関する。
【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。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、高品質の伝送特性を持つ光ファイバが強く望まれている。
【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光ファイバを得るという方法がとられている。したがって、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。
【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】
このようなガラス管の製造方法として、特許２７９８４６５号や特開平７−１０９１３５号に記載されているようなピアシング法が用いられている。
【０００６】
ピアシング法とは、例えば図６に示すように、ガラス素材１０１に穿孔治具１０２を当接し、穿孔治具１０２の当接部周辺を加熱炉１０３により加熱しながら穿孔治具１０２をガラス素材１０１に押圧して圧入させることで、ガラス素材１０１を先端側から漸次円筒状のガラス管１０５に成形する方法である。穿孔治具１０２は、少なくともガラス素材１０１に接触する部分が、ガラスの軟化温度で使用可能であって、ガラスと化学反応することのない、例えばカーボン等の材料から形成されている。
【０００７】
なお、加熱炉１０３は、ガラス素材１０１と穿孔治具１０２の当接部周辺を覆う円筒状の発熱体１０３ａと、この発熱体１０３ａの外周に配置された適宜の巻き数のコイル１０３ｂとを備えた構成である。コイル１０３ｂへ交流電流を流した際の誘導加熱で、発熱体１０３ａをガラス素材１０１の軟化点以上の温度に昇温させて、穿孔治具１０２の当接部周辺のガラス素材１０１を加熱する。すなわち、図６に示す加熱炉１０３は、誘導加熱炉である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ピアシング法の加熱炉として誘導加熱炉を使用した場合は、加熱炉の発熱体だけでなく、穿孔治具までもが誘導加熱されてガラスを軟化させるほどの高温に発熱する。そのため、穿孔治具に含まれた僅かな不純物、例えば亜鉛（Ｚｎ）や鉄（Ｆｅ）等の金属イオンが、穿孔治具とガラス素材との接触箇所からガラス素材へ拡散してしまうことがある。
このような不純物がガラス管に浸入してしまうと、このガラス管を用いて光ファイバを製造したときに、光ファイバの伝送損失量が増加してしまうため、好ましくない。
【０００９】
また、ピアシング法の加熱炉として抵抗加熱炉を使用した場合は、ガラス素材の内部に熱が伝わりにくく、ガラス素材の外周部分と中心部分とで加熱された温度に差が生じてしまうことがある。特に、穿孔する箇所に相当するガラス素材の中心部分は、外周部分に比べて温度が低くなりやすく、穿孔冶具をガラス素材に圧入する際に、ガラス素材に付加される応力が大きくなってしまうことがある。その場合、ガラスにクラックが生じたり、あるいは残留応力によって穿孔後の冷却時にガラス管が割れたりすることがあった。
また、ガラス素材の中心部分が充分に軟化するほど加熱した場合には、外周部分の温度が高くなりすぎてしまうことがあった。その場合、成形したガラス管の外形が歪んでしまったり、あるいは外周部分から不純物が浸入してしまうことがあった。
【００１０】
このように、ピアシング法の加熱炉として誘導加熱炉や抵抗加熱炉を使用した場合、高品質のガラス管が得られにくいという状況にあった。
【００１１】
本発明の目的は、ガラス素材を均一に加熱して高精度の成形を行うとともに、不純物の浸入を防いで、高品質のガラス管を得ることのできるガラス管の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るガラス管の製造方法は、円柱状または円筒状のガラス素材を加熱し、ガラス素材の加熱した領域に穿孔治具を圧入することで、ガラス素材を漸次所望形状のガラス管に成形するガラス管の製造方法において、加熱は、ガラス素材に対してマイクロ波を照射して行うことを特徴とする。
【００１３】
なお、ここでいう穿孔とは、円柱状のガラス素材に孔をあけることのみならず、円筒状のガラス素材の孔の内径を拡げる（拡径する）ことも含まれる。
【００１４】
また、加熱は、予備加熱されたガラス素材に対して行うことが好ましい。
【００１５】
また、予備加熱は、プラズマを生成することにより行うことが好ましい。
【００１６】
また、プラズマは、ガラス素材の近傍に導電性部材を配置し、導電性部材に対してプラズマ生成用ガスを供給し、導電性部材にマイクロ波を照射することにより生成することが好ましい。
【００１７】
また、上記目的を達成するための本発明に係るガラス管の製造装置は、円柱状または円筒状のガラス素材を加熱する加熱手段を有し、加熱手段により加熱されたガラス素材に、穿孔治具を圧入させることで、ガラス素材を漸次所望形状のガラス管に成形するガラス管の製造装置において、加熱手段は、ガラス素材に対してマイクロ波を照射するマイクロ波照射部を備えていることを特徴とする。
【００１８】
なお、上記の製造方法及び製造装置において、ガラス素材は、具体的には、適切な製造法によって所定の寸法に仕上げたガラスロッドやガラスパイプ等を使用することが挙げられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガラス管の製造方法及び製造装置の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るガラス管の製造装置を示す概要図である。図２は、図１に示したマイクロ波照射部を備えたマイクロ波加熱炉を示す模式図である。図３は、図１に示したマイクロ波照射部近傍の模式図である。図４は、図１の製造装置を用いてガラス管の拡径を行う様子を示す概要図である。図５は、図４に示したマイクロ波照射部近傍の模式図である。
【００２０】
（第１実施形態）
この第１実施形態では、円柱状のガラス素材であるガラスロッドに孔あけを行う態様について説明する。
図１に示すように、本実施形態のガラス管の製造装置１は、所謂ピアシング法によってガラス管を製造するものであり、ガラスロッド３を加熱するマイクロ波照射部４０と、マイクロ波照射部４０の入口側に配置された入口側固定台１０と、マイクロ波照射部４０の出口側に配置された出口側固定台２０とが設けられている。
また、孔あけされるガラスロッド３の一端には、ガラス製のダミーパイプ２３が接続されている。
【００２１】
入口側固定台１０の上には、所望の速度で図中左右方向にスライド移動することが可能な第１送りテーブル１１が備えられている。この第１送りテーブル１１は、ガラスロッド３の穿孔終了端側を第１チャック１２により把持して、さらに、ガラスロッド３をその長手方向の軸を中心に回転させることが可能なように構成されている。
【００２２】
また、出口側固定台２０の上には、第１送りテーブル１１と同様に図中左右方向にスライド移動が可能な第２送りテーブル２１が備えられている。第２送りテーブル２１の移動速度は、第１送りテーブル１１の移動速度に対応して適宜制御される。この第２送りテーブル２１は、ガラスロッド３の穿孔開始端側に接続されたダミーパイプ２３の一端を第２チャック２２により把持して、ガラスロッド３をその長手方向の軸を中心に回転させることが可能なように構成されている。また、その回転は、第１送りテーブル１１の回転に同期させるように制御可能である。
また、第２送りテーブル２１は、ガス供給手段（図示せず）に接続されている。このガス供給手段は、第２チャック２２により把持されたダミーパイプ２３の内側に、ポンプ等によりプラズマ生成用ガスを供給することができるように構成されている。供給するプラズマ生成用ガスは、アルゴンガスや窒素ガス等が用いられる。
【００２３】
さらに、出口側固定台２０の上には、穿孔治具３０を固定するための固定部材３５が設けられている。穿孔治具３０は、支持ロッド３２と、支持ロッド３２の先端に設けられた駒３１を備えており、固定部材３５に対して支持ロッド３２が固定されている。また、支持ロッド３２は、駒３１と同一の中心軸を有し、さらにガラスロッド３と中心軸を一致させるように支持される。固定部材３５は、支持ロッド３２を軸周りに回転可能なように構成されていても良い。
駒３１は、ガラスロッド３の軟化温度で使用可能であって、ガラスロッド３と化学反応することのない材料から形成されている。好適には、駒３１はカーボンによって形成されている。カーボンは、耐熱性に優れているとともに、高い導電性を有している。
【００２４】
図１に示したマイクロ波照射部４０について説明する。
図２に示すように、マイクロ波照射部４０は、加熱手段である導波管形のマイクロ波加熱炉５０の一部分を構成するものであり、導波管５６の最下流側に設けられている。マイクロ波照射装置５０は、マイクロ波照射部４０の上流側に、マグネトロン５２を備えたマイクロ波発振器５１と、反射波を吸収するアイソレータ５３と、導波管５６内のマイクロ波を検出するパワーモニタ５５と、整合器５４とを備えている。
【００２５】
アイソレータ５３は、マイクロ波の反射波を吸収してマイクロ波発振器５１を保護するためのものである。この反射波の吸収により発生した熱は、水冷方式で冷却される。
パワーモニタ５５は、マイクロ波照射部４０へのマイクロ波の入射波と反射波とをモニタするためのものである。また、パワーモニタ５５は、モニタされた値を表示するための指示計が設けられている。
整合器５４は、マイクロ波発振器５１と導波管５６内のマッチングを図り、導波管５６内の反射波を最小化してマイクロ波エネルギーを有効に活用するためのものである。
【００２６】
このような構成のマイクロ波加熱炉５０により、マイクロ波照射部４０内にマイクロ波の定在波を伝播させ、ガラスロッド３等のガラス素材にマイクロ波を照射することができる。ここで用いるマイクロ波の周波数は、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚが望ましい。特に、９１５ＭＨｚや２．４５ＧＨｚのマイクロ波は汎用性があり、信頼性が高いため、好適に用いられる。
【００２７】
次に、上述したガラス管の製造装置１を用いたガラス管の製造方法について説明する。
まず、図１に示すように、ガラスロッド３をマイクロ波照射部４０の内部に挿通して、第１送りテーブル１１及び第２送りテーブル２１に固定する。
そして、図３に示すように、穿孔治具３０の駒３１をガラスロッド３の穿孔開始端部３ａに当接させるなどして、ガラスロッド３の近傍に配置する。
【００２８】
次に、上述したガス供給手段により、ダミーパイプ２３の孔２３ａに向けて（矢印Ａ方向）プラズマ生成用ガスを供給する。すなわち、導電性部材である駒３１に対してプラズマ生成用ガスが供給される。
この状態で、マイクロ波加熱炉５０（図２参照）を稼働させ、マイクロ波照射部４０内のガラスロッド３及び駒３１に対してマイクロ波を照射する。すると、駒３１の外周部分で激しく放電が生じ、駒３１の周囲に供給されたプラズマ生成ガスが点火してプラズマが生成される。この生成させたプラズマによりガラスロッド３を８００℃以上に加熱（予備加熱）する。
ここで、プラズマ生成用ガスとしてアルゴンガスを用いると、プラズマの発生効率が良い。さらに、アルゴンガスは不活性であるため、ガラスロッド３の品質を低下させることがない。
【００２９】
このように、ガラスロッド３を８００℃以上（例えば１０００℃）に予備加熱することにより、ガラスロッド３は誘電損失が大きくなるため、マイクロ波を吸収しやすくなる。
したがって、予備加熱されたガラスロッド３に対して、マイクロ波の照射を続けて行うと、ガラスロッド３はマイクロ波を吸収して高温に発熱する。この発熱はガラス自体の発熱であるため、ガラスロッド３の中心部分と外周部分との温度差が殆ど発生しない。
【００３０】
そして、マイクロ波の照射により、ガラスロッド３をガラスの軟化温度である１６００℃程度まで加熱しつつ、この加熱した領域に対して、穿孔治具３０を軸周りに相対回転させながら圧入してゆく。これにより、ガラスロッド３に軸方向の孔が漸次形成され、所望の形状のガラス管が形成される。このとき、ガラスロッド３は均一に加熱されているため、駒３１の圧入に伴って発生する応力を小さくすることができる。したがって、クラックの発生や成形後の割れを防いで、高精度の成形を行うことができる。
また、穿孔治具３０が誘導加熱されないため、駒３１が過熱状態にならず、例えば駒３１からガラスロッド３へ金属イオンが拡散してしまうことがない。したがって、不純物の少ない高品質のガラス管を製造することができる。
【００３１】
さらに、マイクロ波による加熱は、ガラス素材自体を発熱させるものであり、マイクロ波の発振に際しても大きなエネルギーを必要としない。そのため、誘導加熱炉や抵抗加熱炉を用いて全ての加熱を行う場合と比べて、ガラス管を製造する際のエネルギー効率を向上させることができる。例えば、従来と比べ２０％程度のエネルギー効率の向上が可能である。
【００３２】
また、プラズマを生成するための導電性部材として、駒３１を用いたが、本発明においては別構成の導電性部材を用いても良い。例えば、マイクロ波照射部４０の中で、ガラスロッド３の近傍にカーボンやタングステンの部材を配置しても良い。
【００３３】
また、予備加熱を行う手段として、プラズマ以外の方法を用いても良い。例えば、マイクロ波照射部の入口近傍に誘導加熱炉や抵抗加熱炉を設けて、予備加熱を行うこともできる。
【００３４】
（第２実施形態）
この第２実施形態では、円筒状のガラス素材であるガラスパイプに対して、孔の内径を拡げる（拡径する）態様について説明する。
図４に示すように、本実施形態では、図１に示したガラス管の製造装置１に対して、ガラスロッド３の代わりにガラスパイプ４を用いている。
ガラス管の製造装置の構成としては、上述した第１実施形態と同様である。ただし、拡径されるガラスパイプ４の両端部には、ガラス製のダミーパイプ１３，２３が接続されている。そして、ガラスパイプ４の拡径終了端側に接続されたダミーパイプ１３が、第１送りテーブル１１の第１チャック１２により把持され、ガラスパイプ４の拡径開始端側に接続されたダミーパイプ２３が、第２送りテーブル２１の第２チャック２２により把持されている。
【００３５】
第２実施形態における、ガラス管の製造方法について説明する。
まず、図４に示すように、ガラスパイプ４をマイクロ波照射部４０の内部に挿通して、第１送りテーブル１１及び第２送りテーブル２１に固定する。
そして、図５に示すように、穿孔治具３０の駒３１をガラスパイプ４の拡径開始端部４ａに当接させるなどして、ガラスパイプ４の近傍に配置する。好ましくは、ダミーロッド２３の孔２３ａと、ガラスパイプ４の孔４ｂの間を塞がないように配置すると良い。その場合は、ダミーパイプ２３の孔２３ａと、ガラスパイプ４の孔４ｂとにプラズマ生成用ガスを供給することができる。
【００３６】
次に、第１実施形態と同様の方法によりプラズマを生成し、ガラスパイプ４を予備加熱する。その際、プラズマはダミーパイプ２３の孔２３ａとガラスパイプ４の孔４ｂの双方で生成されるため、ガラスパイプ４を予備加熱する効率が非常に良い。
【００３７】
続いて、予備加熱されたガラスパイプ４に対して、マイクロ波による加熱を行い、穿孔治具３０を軸周りに相対回転させながら圧入してゆく。これによりガラスパイプ４の孔４ｂが漸次拡径され、所望の大きさのガラス管が形成される。
【００３８】
このように、ガラスパイプを拡径する場合においても、第１実施形態と同様に、ガラス素材を均一に加熱して高精度の成形を行うとともに、不純物の浸入を防いで、高品質のガラス管を得ることができる。
【００３９】
【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及び製造装置によれば、高品質の伝送特性を持つ光ファイバの製造に必要とされる高品質のガラス管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス管の製造装置を示す概要図である。
【図２】図１に示したマイクロ波照射部を備えたマイクロ波加熱炉を示す模式図である。
【図３】図１に示したマイクロ波照射部近傍の模式図である。
【図４】図１の製造装置を用いてガラス管の拡径を行う様子を示す概要図である。
【図５】図４に示したマイクロ波照射部近傍の模式図である。
【図６】従来のガラス管の製造装置の要部模式図である。
【符号の説明】
１　ガラス管の製造装置
３　ガラスロッド（ガラス素材）
４　ガラスパイプ（ガラス素材）
１０　入口側固定台
１１　第１送りテーブル
１２　第１チャック
１３　ダミーパイプ
２０　出口側固定台
２１　第２送りテーブル
２２　第２チャック
２３　ダミーパイプ
３０　穿孔治具
３１　駒
３２　支持ロッド
３５　固定部材
４０　マイクロ波照射部
５０　マイクロ波加熱炉（加熱手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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