(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスを主成分とし、外形が円形のガラス素材を加熱手段により加熱して軟化させ、前記外形の直径よりも小さな外径を有する穿孔用治具を前記ガラス素材の端部から軸方向に相対的に貫入させて開孔する光ファイバ用ガラスパイプの製造方法であって、
前記穿孔用治具を前記ガラス素材に一定速度で貫入させる際の貫入圧力を検出し、この検出信号をフィードバックして前記貫入圧力が一定となるように前記加熱手段を制御することを特徴とする光ファイバ用ガラスパイプの製造方法。
【請求項２】
石英ガラスを主成分とし、外形が円形のガラス素材を加熱手段により加熱して軟化させ、前記外形の直径よりも小さな外径を有する穿孔用治具を移動手段により前記加熱手段内において前記ガラス素材の端部から軸方向に相対的に貫入させて開孔する光ファイバ用ガラスパイプの製造装置であって、
前記穿孔用治具を前記ガラス素材に一定速度で貫入させる際の貫入圧力を検出する貫入圧力検出手段と、フィードバックされる前記貫入圧力検出手段からの検出信号に基づいて前記貫入圧力が一定となるように前記加熱手段を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする光ファイバ用ガラスパイプの製造装置。
【請求項３】
前記貫入圧力検出手段が、前記穿孔用治具を先端に取付けた固定軸の後端に設けられたロードセルであること、を特徴とする請求項２に記載した光ファイバ用ガラスパイプの製造装置。
【請求項４】
前記貫入圧力検出手段が、前記移動手段が消費する電力を検出する電力検出手段であること、を特徴とする請求項２に記載した光ファイバ用ガラスパイプの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ用ガラスパイプの製造方法および製造装置に係り、ピアッシング法により光ファイバ用ガラスパイプを製造する光ファイバ用ガラスパイプの製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでの光ファイバ用ガラスパイプの製造においては、ドリルを用いた冷間加工方法、ドリルの先端に超音波を付与する方法、さらに材料であるガラスロッドを加熱・軟化させた状態で例えば高温に耐えるカーボン製の治具を嵌入させるピアッシング法などがある。
【０００３】
このピアッシング法としては、例えば特許−２７９８４６５号公報に示されているようなものがある。図５には、ピアッシング法により光ファイバ用ガラスパイプ等のガラスシリンダを製造する製造装置３０が示されている。
すなわち、加熱手段としての例えば高周波誘導炉である加熱炉３１を挟んで図５において左側には入口側ベッド３２が設けられ、右側には出口側ベッド３３が設けられている。
【０００４】
入口側ベッド３２の上には、搬入方向（左右方向）に移動自在な移動手段としての第１の主軸送りテーブル３４が設けられている。この第１の主軸送りテーブル３４の両側にはチャック３５、３６が設けられており、加熱炉３１側（図５において右側）のチャック３６により被加工物である長尺のガラスロッド３７を把持して、回転駆動機構により回転させる。
【０００５】
第１の主軸送りテーブル３４により支持されたガラスロッド３７の先端は、加熱炉３１の内部に位置決めされ、コイル３８に所定の交流が通電されることで黒鉛のような発熱体３９が発熱して、ガラスロッド３７を軟化点まで加熱する。
なお、長尺のガラスロッド３７の姿勢を安定させるために、途中位置にサポートローラ４０が設けられている。このサポートローラ４０は、上下方向および図５において左右方向に位置調整自在となっている。
【０００６】
一方、出口側ベッド３３の上には、図５において左右方向に移動自在な移動手段としての第２の主軸送りテーブル４１が設けられている。この第２の主軸送りテーブル４１の両側にはチャック４２、４３が設けられており、加熱炉３１側のチャック４２により石英ガラス製のダミーシリンダ４４が回転自在に把持されている。
また、ダミーシリンダ４４の先端部は、加熱炉３１の発熱体３９と一体に設けられている引抜き用のダイス４５に外周嵌合すると共に、ダミーシリンダ４４の先端面は被加工物である長尺のガラスロッド３７の先端面に融着するようになっている。
【０００７】
また、出口側ベッド３３の図５において右端には、固定台４６が固定的に設けられており、固定軸４７の一端（右側端）が支持されている。この固定軸４７の他端（左側端）は、ダミーシリンダ４４の筒内を通って加熱炉３１の中央まで達しており、先端にはガラスロッド３７の外径よりも小さく、カーボン製のような高温に耐える穿孔用治具４８が取付けられている。
【０００８】
従って、ガラスロッド３７を穿孔するときには、まず第１の主軸送りテーブル３４および第２の主軸送りテーブル４１を搬入方向の移動を拘束したまま、ガラスロッド３７の端部とダミーシリンダ４４の端部とを同心的に突合わせ、回転させながら加熱炉３１でガラスロッド３７を軟化点まで加熱して融着させる。
この際、穿孔用治具４８が取付けられた固定軸４７は、予めダミーシリンダ４４の内部に嵌装しておき、穿孔用治具４８の先端をガラスロッド３７の先端中心に係合させる。
【０００９】
次に、ガラスロッド３７が引抜き成形可能な加熱状態となっていることを確認して、ガラスロッド３７およびダミーシリンダ４４を回転させながら、第１の主軸送りテーブル３４および第２の主軸送りテーブル４１を所定の送り速度で搬入方向へ移動させる。
以上のようにして、ピアッシング法によりガラスロッド３７から光ファイバ用ガラスパイプが成形される。
【００１０】
このようなピアッシング法によると、穿孔用治具４８により加工された開孔部内面が平滑であることや、大型・長尺母材についても高歩留で開孔可能であるという点で優れている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ピアッシング法による加工においては、貫入部のガラスロッド３７の粘度が常に一定であり、加工後の残留応力や製品の外径、内径等の寸法にばらつきがないのが理想である。
しかしながら、前述したような従来のピアッシング法においては、加工中にガラスロッドの形状がわずかに変化している部分では加工粘度が異なるために、冷却後の残留応力に分布が生じて再加熱時にクラックが発生しやすくなったり、加工後の寸法精度が劣化するためにファイバ化後の長手方向の特性が変動する等の問題がある。
【００１２】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、同一粘度下で穿孔することにより、残留応力や寸法のばらつきを防止することのできる光ファイバ用ガラスパイプの製造方法および製造装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造方法は、請求項１に記載したように、石英ガラスを主成分とし、外形が円形のガラス素材を加熱手段により加熱して軟化させ、前記外形の直径よりも小さな外径を有する穿孔用治具を前記ガラス素材の端部から軸方向に相対的に貫入させて開孔する光ファイバ用ガラスパイプの製造方法であって、
前記穿孔用治具を前記ガラス素材に一定速度で貫入させる際の貫入圧力を検出し、この検出信号をフィードバックして前記貫入圧力が一定となるように前記加熱手段を制御することを特徴としている。
【００１４】
ここで、材料となるガラス素材としては、中実状のガラスロッドや、あるいは中心に小さな穴があいている中空状のガラスパイプを使用することができる。また、加熱手段としては、高周波誘導炉や電気抵抗炉等を使用することができるが、昇温・降温速度が速い高周波誘導炉の方が好ましい。また、穿孔用治具をガラス素材に貫入させる際の貫入圧力の検出は、ロードセル等の荷重センサを用いて検出することができる。あるいは、移動手段を駆動するための消費電力から検出することも可能である。
なお、穿孔用治具を相対的にガラス素材に貫入させる際には、穿孔用治具を加熱手段内において固定させ、ガラス素材を回転させながら穿孔用治具の方へ押し込んで貫入させるのが好ましい。
【００１５】
このように構成された光ファイバ用ガラスパイプの製造方法においては、穿孔用治具をガラス素材に一定速度で貫入させる際の圧力からガラス素材の軟化の状態を判断することができるので、貫入圧力が小さい場合には加熱手段による加熱を少なくして温度を低下させて軟化を少なくすることができる。あるいは貫入圧力が大きい場合には加熱手段による加熱を強くして温度を上げ、軟化をさらに強くすることができる。
従って、この光ファイバ用ガラスパイプの製造方法においては、穿孔するガラス素材を適正な軟化状態とすることができるので、同一粘度下で穿孔することができることになる。
これにより、従来のような加工粘度が異なるために、冷却後の残留応力に分布が生じて再加熱時にクラックが発生しやすくなったり、加工後の寸法精度が劣化するためにファイバ化後の特性の長手変動を劣化させる等の問題を解消できることになる。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置は、請求項２に記載したように、石英ガラスを主成分とし、外形が円形のガラス素材を加熱手段により加熱して軟化させ、前記外形の直径よりも小さな外径を有する穿孔用治具を移動手段により前記加熱手段内において前記ガラス素材の端部から軸方向に相対的に貫入させて開孔する光ファイバ用ガラスパイプの製造装置であって、
前記穿孔用治具を前記ガラス素材に一定速度で貫入させる際の貫入圧力を検出する貫入圧力検出手段と、フィードバックされる前記貫入圧力検出手段からの検出信号に基づいて前記貫入圧力が一定となるように前記加熱手段を制御する制御装置とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
ここで、材料となるガラス素材としては、中実状のガラスロッドや、あるいは中心に小さな穴があいている中空状のガラスパイプを使用することができる。また、加熱手段としては、高周波誘導炉や電気抵抗炉等を使用することができるが、昇温・降温速度が速い高周波誘導炉の方が好ましい。また、穿孔用治具をガラス素材に貫入させる際の貫入圧力の検出は、ロードセル等の荷重センサやモータ等の移動手段の消費電力（電流、電圧等）を電力検出手段により検出することができ、検出信号は制御装置にフィードバックされる。
なお、穿孔用治具を相対的にガラス素材に貫入させる際には、穿孔用治具を加熱手段内において固定させ、ガラス素材を回転させながら穿孔用治具の方へ押し込んで貫入させるのが好ましい。
【００１８】
このように構成された光ファイバ用ガラスパイプの製造装置においては、穿孔用治具をガラス素材に一定速度で貫入させる際の圧力を貫入圧力検出手段により検出し、この検出信号を制御装置にフィードバックすることによりガラス素材の軟化の状態を判断することができるので、貫入圧力が小さい場合には制御装置により加熱手段による加熱を少なくして温度を低下させて軟化を少なくすることができる。あるいは貫入圧力が大きい場合には、制御装置が加熱手段による加熱を促進して温度を上げ、軟化を促進することができる。
従って、この光ファイバ用ガラスパイプの製造装置においては、穿孔するガラス素材を適正な軟化状態とすることができるので、同一粘度下で穿孔することができることになる。
これにより、従来のような加工粘度が異なるために、冷却後の残留応力に分布が生じて再加熱時にクラックが発生しやすくなったり、加工後の寸法精度が劣化するためにファイバ化後の特性の長手変動を劣化させる等の問題を解消できることになる。
【００１９】
また、本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置は、請求項３に記載したように、請求項２に記載した光ファイバ用ガラスパイプの製造装置において、前記貫入圧力検出手段が、前記穿孔用治具を先端に取付けた固定軸の後端に設けられたロードセルであることを特徴としている。
【００２０】
このように構成された光ファイバ用ガラスパイプの製造装置においては、穿孔用治具をガラス素材に貫入させる際の圧力を、穿孔用治具が取付けられている固定軸を介してロードセルにより検出することができる。
【００２１】
また、本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置は、請求項４に記載したように、請求項２に記載した光ファイバ用ガラスパイプの製造装置において、前記貫入圧力検出手段が、前記移動手段が消費する電力を検出する電力検出手段であることを特徴としている。
【００２２】
このように構成された光ファイバ用ガラスパイプの製造装置においては、穿孔用治具をガラス素材に貫入させる際の圧力を、治具をガラス素材に対して相対的に移動させる移動手段の消費電力を電力検出手段により検出することにより検出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、既に図５において説明した部材等については、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
【００２４】
図１〜図４には、本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置の実施形態が示されている。この光ファイバ用ガラスパイプの製造装置１０では、ガラス素材を軟化及び加工させるための加熱手段である加熱炉３１としては、高周波誘導炉が用いられており、この加熱炉３１は制御装置１１に接続されている。また、高周波誘導炉の他の加熱手段としては、カーボンヒータを用いた電気抵抗炉を用いて石英ガラスを軟化及び加工させることが可能となる２０００℃付近まで昇温できるものを用いることもできるが、高周波誘導炉の方が昇温・降温を迅速に制御できるので高精度制御が可能になるため好ましい。
【００２５】
また、図２に示すように、穿孔用治具４８が先端に取付けられた固定軸４７の後端部で、固定台４６との間には貫入圧力検出手段としてのロードセル１２が取付けられており、このロードセル１２は制御装置１１に接続されている。
なお、ガラス素材としてのガラスロッド３７を把持した移動手段としての第１の主軸送りテーブル３４は、図示省略の移動手段により移動されて、加熱炉３１に一定速度で移動して供給されている。
【００２６】
次に、前述した光ファイバ用ガラスパイプの製造装置１０を用いた光ファイバ用ガラスパイプの製造方法について説明する。
ガラスロッド３７の先端が加熱炉３１により軟化したら、第１の主軸送りテーブル３４を加熱炉３１側へ移動させて、ガラスロッド３７を一定速度で送る。このとき、ガラスロッド３７の先端は穿孔用治具４８により外側（外周側）へ押し広げられて、内部空間１４が設けられる。
なお、ガラスロッド３７の搬入に伴って、Ｎ2やＡｒ等の不活性ガス１３が搬入方向へ供給されている。
【００２７】
ガラスロッド３７を搬入して穿孔用治具４８に押し付けたときの貫入圧力を、固定軸４７を介してロードセル１２により検出して、制御装置１１にフィードバックする。
制御装置１１では、フィードバックされた貫入圧力が所定の圧力よりも小さい場合には、ガラスロッド３７が軟化しすぎていると判断して、加熱炉３１を降温させる。一方、貫入圧力が所定の圧力よりも大きい場合には、ガラスロッド３７の軟化が不足していると判断して、加熱炉３１を昇温させる。
【００２８】
図３は、本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置の別な実施形態が示されている。この製造装置は、第１の主軸送りテーブル３４がモータ５０により加熱炉３１側へ駆動されるものであり、モータ５０に供給される電流、電圧等の数値が制御装置５１で検出されている。制御装置５１では、検出された電流値や電圧値が所定値よりも小さくなっている場合は、ガラスロッド３７が軟化しすぎていると判断して、加熱炉３１を降温させる。
【００２９】
一方、検出された電流値や電圧値が所定値よりも大きくなっている場合には、ガラスロッド３７の軟化が不足していると判断して、加熱炉３１を昇温させる。このように、第１の主軸送りテーブル３４の駆動モータ５０の電流値や電圧値を検出することで、ガラスロッド３７の軟化の状態を検出することができ、検出された電流値や電圧値から制御装置５１により加熱炉３１に対し、昇温、降温のフィードバック制御を行い、加熱炉３１内に配置されたガラスロッド３７の軟化が常に一定に保つことができる。
【００３０】
図４は、本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置であって、流量制御装置を備えたものである。この製造装置の加熱炉３１の内部には炉芯管５５が配置されており、この炉芯管５５内で、ガラスパイプの製造が行われる。炉芯管５５の内部には、不活性ガス１３が流量制御装置５６を介して導入されている。炉芯管５５内に配置されたガラスロッド３７の軟化の状態は、上述した固定軸４７に接続されたロードセル１２や第１の主軸送りのテーブル３４の駆動モータ５０の電流値や電圧値等により判断される。ガラスロッド３７の軟化の状態を所望の一定に維持すべく、炉芯管５５の加熱炉３１近傍において、僅かな昇温や降温が必要である場合には、炉芯管５５内に導入される不活性ガスの流量を制御することで温度制御が可能となる。
【００３１】
即ち、ガラスロッド３７が所望状態より僅かに軟化しすぎている場合には、流量制御装置５６を制御して、不活性ガスの流量を増加させることで、炉芯管５５内の雰囲気温度を僅かに下げることが可能となる。また、僅かの昇温が必要な場合は、流量制御装置５６により、不活性ガスの流量を減少させることで、雰囲気温度を若干上昇させることが可能となる。
【００３２】
以上のような光ファイバ用ガラスパイプの製造方法および製造装置１０によれば、ガラスロッド３７を常に一定の粘度でピアッシングすることができるので、残留応力や寸法のばらつきを防止することができ、冷却後の残留応力に分布が生じて再加熱時にクラックが発生しやすくなったり、加工後の寸法精度が劣化するためにファイバ化後の長手方向の特性が変動する等の問題を回避することができる。
また、ガラスロッド３７を加熱炉３１に搬入する際に、加熱炉３１とガラスロッド３７との間に供給する不活性ガス１３の量も同時に制御することにより、制御の即応性と高精度化を図ることができる。
【００３３】
なお、本発明の光ファイバ用ガラスパイプの製造方法および製造装置は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
すなわち、前述した実施形態では、貫入圧力検出手段として固定軸４７にロードセル１２を設けたが、その他、第１の主軸送りテーブル３４を移動させるためにモータおよびボールナット・ボールネジ等を設けた場合には、モータが消費する電力を検出する電力検出手段を設け、この消費電力から貫入圧力を判断するようにしても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造方法および製造装置によれば、穿孔するガラス素材を適正な軟化状態とすることができるので同一粘度下で穿孔することができ、冷却後の残留応力に分布が生じて再加熱時にクラックが発生しやすくなったり、加工後の寸法精度が劣化するためにファイバ化後の特性の長手変動を劣化させる等の問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置の実施形態を示す全体図である。
【図２】本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置の要部を示す断面図である。
【図３】本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置の別な実施形態を示す全体図である。
【図４】本発明に係る光ファイバ用ガラスパイプの製造装置であって、流量制御装置を備えた要部の模式図である。
【図５】従来より一般的なピアッシング法による光ファイバ用ガラスパイプの製造装置を示す全体図である。
【符号の説明】
１０  製造装置
１１  制御装置
１２  ロードセル（貫入圧力検出手段）
３１  加熱炉（加熱手段）
３４  第１の主軸送りテーブル（移動手段）
３７  ガラスロッド（ガラス素材）
４７  固定軸
４８  穿孔用治具
【図１】
0004062410.tif 000002
【図２】
0004062410.tif 000003
【図３】
0004062410.tif 000004
【図４】
0004062410.tif 000005
【図５】
0004062410.tif 000006