(57)【要約】【課題】ピアシングの際にガラス管を高純度化して、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、ガラス素材３を加熱して軟化させ、ガラス素材３の軟化した領域に穿孔治具３０を圧入することで、ガラス素材３を漸次ガラス管６に成形する際に、ガラス管６の内周側に位置する駒３１と外周側に位置する発熱体４１に電圧を印加して、ガラス管６の径方向に電圧勾配を発生させる。好ましくは、ガラス管６の駒３１と発熱体４１の電位が異なる極となるように設定する。また、本発明のガラス管の製造装置は、ガラス管６の内周側と外周側に、電圧を印加することが可能な電極である駒３１と発熱体４１を備えている。【選択図】　　図２
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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て軟化させ、前記ガラス素材の前記軟化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ガラス管に成形するガラス管の製造方法において、
前記穿孔治具を前記ガラス素材に圧入する際に、前記ガラス管の内周側と外周側に電圧を印加して、前記ガラス管の径方向に電圧勾配を発生させる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、前記圧入の後、前記ガラス管の外周部分または内周部分を所望の深さまで除去することを特徴とするガラス管の製造方法。
【請求項３】
円柱状または円筒状のガラス素材の周囲に配置された発熱体と、前記発熱体により加熱された前記ガラス素材に圧入させる穿孔治具とを備え、前記圧入により前記ガラス素材を漸次ガラス管に成形するガラス管の製造装置において、
前記ガラス管の内周側と外周側に、電圧を印加することが可能な電極を備えていることを特徴とするガラス管の製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載のガラス管の製造装置において、前記穿孔治具は、少なくとも前記ガラス素材に接触する部分が、炭化ケイ素、熱分解炭素、金属炭化物のいずれかを含有するように表面処理され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、軟化させたガラス素材に穿孔治具を圧入することで、ガラス素材を漸次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ガラス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、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。また、光ファイバとしたときの伝送特性の観点から、ガラス管の材質を良好にする必要もある。
【０００５】
このようなガラス管の製造方法の例として、特許２７９８４６５号公報や特開平７−１０９１３５号公報にピアシング法が記載されている。
【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、ガラスと化学反応しにくい、例えばカーボン等の材料から形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにして得られたガラス管は、ガラス素材の製造時や、穿孔治具による穿孔時に不純物が混入している場合が多い。特に、穿孔時には穿孔治具がガラス素材に接触するため、穿孔治具に含まれたアルカリ金属等の不純物が、成形したガラス管に混入してしまうことがあった。
【０００８】
このように、従来のピアシング法ではガラス管の材質を高品位に維持することが困難であるため、ピアシングとは別工程でガラス管の高純度化処理を行うことがあった。この高純度化処理を行う場合には、ガラス管を加熱して粘度を低くしなければならないため、ガラス管の変形が起こりやすかった。
【０００９】
本発明の目的は、ピアシングを行う際にガラス管を高純度化して、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。
【００１０】
【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て軟化させ、ガラス素材の軟化した領域に穿孔治具を圧入することで、ガラス素材を漸次ガラス管に成形するガラス管の製造方法において、穿孔治具をガラス素材に圧入する際に、ガラス管の内周側と外周側に電圧を印加して、ガラス管の径方向に電圧勾配を発生させることを特徴とする。
好ましくは、ガラス管の内周側と外周側の電位が異なる極となるように設定する。
【００１１】
なお、ガラス素材として、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円柱状のガラスロッドや円筒状のガラスパイプ等を使用することが挙げられる。また、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。
【００１２】
また、圧入の後、ガラス管の外周部分または内周部分を所望の深さまで除去することが好ましい。
例えば、電圧勾配を、ガラス管の内周側から外周側に向けて負の勾配として、さらに、圧入の後、ガラス管の外周部分を所定の深さまで除去すると良い。または、電圧勾配を、ガラス管の外周側から内周側に向けて負の勾配として、さらに、圧入の後、ガラス管の内周部分を所定の深さまで除去すると良い。
【００１３】
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の周囲に配置された発熱体と、発熱体により加熱されたガラス素材に圧入させる穿孔治具とを備え、圧入によりガラス素材を漸次ガラス管に成形するガラス管の製造装置において、ガラス管の内周側と外周側に、電圧を印加することが可能な電極を備えていることを特徴とする。
好ましくは、電極は、ガラス管の内周側と外周側が異なる電位となるように、電圧を印加できるように構成されていると良い。
【００１４】
また、穿孔治具は、少なくともガラス素材に接触する部分が、炭化ケイ素、熱分解炭素、金属炭化物のいずれかを含有するように表面処理されていると良い。
【００１５】
ここで、発熱体と穿孔治具の材質を、導電性材料である黒鉛とすれば、これら発熱体と穿孔治具を電極として利用することが可能である。また、穿孔治具の黒鉛は、黒鉛以外の不純物イオンの含有量が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
【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。
（第１実施形態）
この第１実施形態では、穿孔治具をガラス素材に圧入する際に、発熱体と穿孔治具とを電極として利用し、ガラス管の内周側及び外周側に電圧を印加して、漸次成形してゆくガラス管の径方向に電圧勾配を発生させる態様について説明する。なお、ガラス管の径方向とは、ガラス管の長手方向の軸に対して垂直な方向を指す。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に用いられる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を加熱する加熱炉４０と、加熱炉４０の入口側に配置された入口側固定台１０と、加熱炉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４が接続されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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４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。
【００２０】
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。
【００２１】
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は黒鉛（グラファイト）によって形成されている。黒鉛は、ガラスが軟化する高温時においても安定性に優れているとともに、高い導電性を有している。
また、一般的な黒鉛に含まれる不純物の含有率は４００ｐｐｍ程度であるが、本実施形態の駒３１には、高純度の黒鉛を用いることが好ましい。より好ましくは、不純物の含有量を１ｐｐｍ以下とする。これにより、駒３１をガラスロッド３に圧入する際に、駒３１からガラスロッド３に対して不純物が混入しにくくなる。
【００２２】
さらに、駒３１は、少なくともガラスに接触する部分が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、熱分解炭素（ＰｙＣ）、金属炭化物のいずれかを含有するように表面処理されていると良い。なお、金属炭化物は、例えばニオブカーバイト（ＮｂＣ）、タンタルカーバイト（ＴａＣ）、チタンカーバイト（ＴｉＣ）、ジルコンカーバイト（ＺｒＣ）を好適な材質として例示できる。
表面処理の方法として、例えば駒３１の表面に上記の炭化ケイ素等の被膜層を形成しておくことで、強度や耐磨耗性を向上させることができ、高温状態における酸化も防止できる。さらに、このような表面処理は駒３１の表面を高純度に維持することができるとともに、駒３１の内部からガラスロッド３への不純物の拡散も防止することができる。
【００２３】
また、本実施形態の加熱炉４０は、高周波誘電加熱方式の炉であり、コイル４２に交流電流を流すことで発熱体４１が発熱する。発熱体４１は、ガラスロッド３と駒３１の当接部周辺を覆う円筒形状の黒鉛である。この発熱体４１がガラスの軟化点以上の温度に発熱することによって、ガラスロッド３を加熱して軟化させる。
なお、ＶＡＤ法等により作成された純度の高いガラス素材の場合、軟化点は１７００℃程度である。
【００２４】
次に、漸次成形するガラス管の内周側及び外周側に電圧を印加するための構成について述べる。
図２に示すように、発熱体４１及び駒３１は、それぞれ正または負に分極した電位の電極となるように構成されている。すなわち、発熱体４１及び駒３１には、直流電源が接続されている。
このような構成により、駒３１は、穿孔したガラス管６との接触によって、ガラス管６の内周側に電圧を印加することができる。また、発熱体４１は、ガラス管６の外周側に電圧を印加することができる。好ましくは、空間４３内に連通したガス供給手段（図示せず）を設けて、空間４３内に導電性ガスを供給すると良い。この導電性ガスにより、非接触状態にある発熱体４１とガラス管６との間の導電性を向上させて、ガラス管６に効率良く電圧を印加することができる。
また、導電性ガスとしては、イオン化したアルゴン等の希ガスや窒素ガスを用いることができる。
【００２５】
本実施形態においてガラス管を製造する際には、図１及び図２に示すように、加熱炉４０の内部に送られたガラスロッド３を、発熱体４１を発熱させることにより加熱して軟化させ、その軟化した領域に穿孔治具３０の駒３１を圧入することで、ガラスロッド３を漸次穿孔し、ガラス管６を成形してゆく。そして、ガラスロッド３に駒３１を圧入する際に、漸次成形されるガラス管６に対して、発熱体４１及び駒３１から電圧を印加する。このとき、発熱体４１と駒３１の電位が異なる極となるように設定する。これにより、ガラス管６の径方向に電圧勾配を発生させることができる。
【００２６】
例えば、図２に示すように、発熱体４１を陰極として、駒３１を陽極とする。この場合に発生する電圧勾配は、ガラス管６の内周側から外周側に向かって、電位がプラスからマイナスに変化する負の勾配となる。
ガラス素材３の製造時に混入した不純物や、駒３１から混入した不純物は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオンや、カルシウムイオン等のアルカリ土類金属イオン、銅イオンなどの陽イオンが主体である。したがって、軟化しているガラス管６の径方向に発生した電圧勾配により、不純物は陰極側に位置するガラス管６の外周部分に移動する。
このように、ガラス管６内に混入していた不純物を外周部分に移動させることにより、外周部分以外の高純度化を図ることができる。
【００２７】
なお、不純物の移動は、ガラスが軟化して粘度が低いほど起こりやすい。本発明においては、ピアシングとほぼ同時に高純度化処理を行うため、穿孔時のガラス管６は、例えば１８００℃程度に加熱されている。そのため、不純物を効率良く移動させることができ、高純度化処理を効果的に行うことができる。
【００２８】
また、ガラス管６内に局在させた不純物は、切削加工等の機械的手段や、フッ酸を使用したエッチング処理等の化学的手段を用いることによって、ガラス管６の外周部分を所望の深さまで除去し、適宜取り除くことができる。
【００２９】
また、ガラス管６に発生させる電圧勾配の大きさにより、ガラス管６の外周部分に局在させた不純物を外周面から外方へ拡散させることも可能である。
【００３０】
なお、本実施形態では、不純物をガラス管の外周側に局在させる態様について述べたが、内周側に局在させることもできる。すなわち、発熱体４１を陽極として、駒３１を陰極とする。この場合に発生する電圧勾配は、ガラス管６の外周側から内周側に向かって、電位がプラスからマイナスに変化する負の勾配となる。
駒３１を陰極とした場合には、陽イオンである不純物が駒３１内に留まりやすくなる。そのため、駒３１からガラス管６に不純物が混入することを防止できる。そして、ガラス素材３内に混入していた不純物を、ガラス管６の内周部分に局在させるとともに、駒３１に吸収させることができる。
【００３１】
このように、内周部分に不純物を局在させた場合も、必要に応じてガラス管６の内周部分を所望の深さまで除去し、ガラス管６から不純物を取り除くことができる。
【００３２】
また、不純物を吸収させた駒３１は、再生化処理を行うことが好ましい。例えば、加熱空間を塩素ガスの雰囲気とした加熱炉を用いて駒３１を加熱して、駒３１内に含まれた陽イオンの不純物を塩素ガス中に拡散させることで、再生化することができる。
【００３３】
以上、発熱体と穿孔治具とを電極として利用する態様について述べたが、本発明においては、電極として他の部材を用いることも可能である。以下にその態様について説明する。
【００３４】
（第２実施形態）
この第２実施形態では、穿孔治具に設けた電極用部材を電極として利用する態様について説明する。
本実施形態で用いられるガラス管の製造装置の構成は、図１に示したガラス管の製造装置１とほぼ同様である。本実施形態の要部について、図３を参照して説明する。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態にて使用する穿孔治具３０ａは、駒３１の後方（図中右方）の近傍位置に、電極となる電極用部材３３が設けられている。この電極用部材３３は、支持ロッド３２に固定された円筒状の形状をなし、その外径は、駒３１とほぼ同等である。また、電極用部材３３の材質は、上述した駒３１と同様であり、好ましくは駒３１と同様の表面処理が施されている。
本実施形態では、駒３１に直流電源を接続する代わりに、この電極用部材３３に直流電源が接続されている。したがって、電極用部材３３は、穿孔したガラス管６との接触によって、ガラス管６の内周側に電圧を印加することができる。
このように構成された電極用部材３３は、電極としての機能を有するとともに、軟化しているガラス管６の内径を維持するように作用する。また、電極用部材３３の表面に、炭化ケイ素等の被膜層を形成しておけば、ガラス管６に不純物を混入させることもない。
【００３６】
ガラスロッド３に駒３１を圧入する際には、漸次成形されるガラス管６に対して、発熱体４１及び電極用部材３３から電圧を印加する。このとき、発熱体４１と電極用部材３３の電位が異なる極となるように設定する。これにより、ガラス管６の径方向に電圧勾配を発生させることができる。
図３に示すように、発熱体４１を陰極として、電極用部材３３を陽極とすると、ガラス管６の内周側から外周側に向かって、電位がプラスからマイナスに変化する負の電圧勾配が発生する。この場合、ガラス管６の外周部分に不純物が局在する。
【００３７】
また、図３とは逆に、発熱体４１を陽極として、電極用部材３３を陰極とすることもできる。この場合、ガラス管６の内周部分に不純物が局在する。
ここで、電極用部材３３を陰極とした際に、駒３１にも電圧が印加されて陰極として作用することがある。その場合、不純物が駒３１に吸収されてしまう。そのため、駒３１を非導電性の材質で構成すると良い。または、電極用部材３３と駒３１との間に位置する支持ロッド３２の一部分を、非導電性の材質で構成しても良い。非導電性の材料は、チッ化ホウ素、ジルコニア、セラミックス等を用いることができる。
【００３８】
これにより、不純物を電極用部材３３のみで吸収させることができるため、駒３１を不純物により汚染させることがない。汚染された電極用部材３３は、支持ロッド３２から外して、新たな部材と交換するか、再生化処理すると良い。これにより、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態においては、電極用部材３３の外径を駒３１より小さくして、ガラス管６の内周面と電極用部材３３とを離反させるように構成することもできる。その場合、上述したような導電性ガスをガラス管６内に供給すると良い。
【００４０】
（第３実施形態）
この第３実施形態では、加熱炉内に設けた炉心管を電極として利用する態様について説明する。
図４に示すように、本実施形態で用いられる加熱炉４０ａは、発熱体４１の内周側の空間に、円筒状の炉心管４４が設けられている。この炉心管４４と成形されるガラス管６との間には、空間４５が設けられている。また、炉心管４４の材質はカーボン等を用いることができる。
【００４１】
本実施形態では、発熱体４１に直流電源を接続する代わりに、この炉心管４４に直流電源が接続されている。したがって、炉心管４４は、ガラス管６の外周側に電圧を印加することができる。また、電圧を印加する際に空間４５内に導電性ガスを供給すると良い。
【００４２】
このような構成により、炉心管４４及び駒３１を電極として利用し、ガラス管６の径方向に電圧勾配を発生させることができる。
したがって、第１実施形態の場合と同じく、成形するガラス管６を高純度化することができる。また、炉心管４４が汚染された場合には、その炉心管４４を交換または再生化処理することによってメンテナンスを行うことが容易である。
【００４３】
（第４実施形態）
この第４実施形態では、加熱炉内に設けたダイスを電極として利用する態様について説明する。
図５に示すように、本実施形態で用いられる加熱炉４０ｂは、発熱体４１の内周に、ダイス４６が設けられている。このダイス４６は、上述した駒３１と同様に、ガラス管６に不純物を混入させないように構成された黒鉛からなっている。本実施形態では、発熱体４１の代わりに、ダイス４６に直流電源が接続されている。したがって、ダイス４６及び駒３１を電極として利用し、ガラス管６の径方向に電圧勾配を発生させることができる。
このとき、ダイス４６と駒３１は、ガラス管６と接触した状態にあるため、上記の実施形態のように導電性ガスを用いなくとも、ガラス管６に対して効率的に電圧を作用させることができる。また、ガス供給手段を設ける必要もない。
また、ダイス４６を設けたことにより、駒３１によってガラスロッド３を穿孔しながら、ガラス管６の外径を所望の大きさに成形することができる。
したがって、ガラス管６を精度良く成形するとともに、効率的に高純度化することができる。
【００４４】
なお、上述した第１〜第４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したが、本発明のガラス管の製造方法は、円筒状のガラス素材であるガラスパイプの孔の内径を拡径する場合についても、同様に採用することができる。
また、加熱炉として、誘導加熱方式の炉を一例として挙げたが、抵抗加熱方式の炉を用いても良い。
【００４５】
【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、ピアシングを行う際にガラス管を高純度化して、高品質のガラス管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス管の製造方法を実施するための製造装置を示す概要図である。
【図２】図１に示した加熱炉近傍の要部模式図である。
【図３】図１に示した製造装置の第２実施形態を示す要部模式図である。
【図４】図１に示した製造装置の第３実施形態を示す要部模式図である。
【図５】図１に示した製造装置の第４実施形態を示す要部模式図である。
【図６】従来のガラス管の製造方法を実施する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　ダミーパイプ
６　ガラス管
１０　入口側固定台
１１　第１送りテーブル
１２　第１チャック
２０　出口側固定台
２１　第２送りテーブル
２２　第２チャック
３０　穿孔治具
３１　駒（電極）
３２　支持ロッド
３３　電極用部材（電極）
３５　固定部材
４０，４０ａ，４０ｂ　加熱炉
４１　発熱体（電極）
４２　コイル
４３，４５　空間
４４　炉心管（電極）
４６　ダイス（電極）
【図１】
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【図２】
2004075412.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004075412.tif 000006
【図５】
2004075412.tif 000007
【図６】
2004075412.tif 000008