(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するガラス物品を加工装置の挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱する工程を含むガラス物品の加工方法であって、
前記挿入部の前後両端部それぞれに設けられた二重シャッターのうち内側のシャッターのシャッター幅を前記ガラス物品の端部に形成されるテーパ部の幅よりも大きく設定し、前記挿入部に相対的に送り込まれる前記ガラス物品の形状に合わせて前記二重シャッターを別個に開閉制御して、前記内側のシャッターの開放時に前記テーパ部付近から前記挿入部の内部への酸素の侵入を抑制すると共に、前記発熱体の前後両側から前記挿入部の前後両開口部に向かって不活性ガスを噴出して、前記発熱体により前記ガラス物品を加熱することを特徴とするガラス物品の加工方法。
【請求項２】
不活性ガスにより挿入部内の酸素を排出し、かつ不活性ガスの噴出口と前記開口部との間において前記挿入部に残っているあるいは前記開口部から進入してくる酸素をカーボンと反応させて消費し、二重シャッター内側を低酸素領域とすることを特徴とする請求項１に記載のガラス物品の加工方法。
【請求項３】
前記ガラス物品がコア用ガラスロッドとクラッド用ガラスパイプからなり、前記ガラスロッドが挿入された前記ガラスパイプを加工装置の挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱し、前記ガラスパイプと前記ガラスロッドとを順次一体化してガラス母材を製造することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス物品の加工方法。
【請求項４】
前記ガラス物品がガラスロッドであって、前記ガラスロッドを加工装置の挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱し、延伸することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス物品の加工方法。
【請求項５】
回転するガラス物品を挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱するガラス物品の加熱装置であって、前記挿入部の前後両端部に、前記挿入部に送り込まれる前記ガラス物品の形状に合わせて開閉するように制御される二重シャッターを設けると共に、前記二重シャッターのうち内側のシャッターはシャッター幅が前記ガラス物品の端部に形成されるテーパ部の幅よりも大きく設定されて開放時に前記テーパ部付近から前記挿入部の内部への酸素の侵入を抑制し、不活性ガスの噴出口と前記開口部との間において前記挿入部に残っているあるいは前記開口部から進入してくる酸素を消費する酸素消費手段を備え、前記挿入部における前記二重シャッターの内側に低酸素領域である前室を設けたことを特徴とするガラス物品の加熱装置。
【請求項６】
前記挿入部の内部の酸素を排出するために前記発熱体の前後両側に設けられた不活性ガス噴出口から前記挿入部の前後両開口部に向かって不活性ガスを噴出する不活性ガス噴出手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載のガラス物品の加熱装置。
【請求項７】
コア用ガラスロッドが挿入されたクラッド用ガラスパイプを挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱し、前記ガラスパイプと前記ガラスロッドとを順次一体化してガラス母材を製造するガラス母材の製造装置であって、
請求項５又は６に記載のガラス物品の加熱装置を含むことを特徴とするガラス母材の製造装置。
【請求項８】
ガラスロッドを挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱し、前記ガラスロッドを延伸するガラス母材の延伸装置であって、
請求項５又は６に記載のガラス物品の加熱装置を含むことを特徴とするガラス母材の延伸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラス物品の加工方法およびガラス物品の加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス物品を製作する技術を開示した一例として、特開２０００―１２８５５８号公報がある。この公報には、光ファイバ母材用石英ガラス管に光ファイバ母材用コアガラスロッドを挿入し、抵抗炉や誘導炉等の加熱炉内で加熱し溶着一体化する光ファイバ用石英ガラス母材の製造方法が開示されている。しかしながら、前記公報には、加熱装置である誘導炉の具体的構成が示されていない。一般的には、誘導炉１０１は、図４に示すように、誘導コイル１０３が巻回されており、この誘導コイル１０３の内側に導電性発熱物であるサセプタ−１０５が断熱材１０７を介して本体１０９に取り付けられている。サセプタ−１０５の内側には挿入部１１１が設けられており、サセプタ−１０５が誘導電流により発熱して挿入部１１１を昇温させることによりガラス母材１１３を作製するものである。
【０００３】
このような誘導炉１０１においては、サセプタ−１０５にカーボンを使用することがある。ガラス母材１１３がテーパ部１１４を備えている場合において、このテーパ部１１４が挿入部１１１の端部の開口部１１０にさしかかると、開口部１１０から挿入部１１１に外気が入り込む。サセプター１０５に大気中の酸素が触れるとカーボンが酸化・劣化してしまう。このため、図５に示す誘導炉１１５では、サセプタ−１０５の内側に炉心管１１７を設けることによりサセプタ−１０５が酸素と接触しないようにしてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸素を除去するために設けた炉心管１１７も高温に耐えるものでなければならないため、カーボンを含んだものが使用されており、炉心管１１７のカーボンが酸素と反応して燃焼し、炉心管１１７が消耗するという問題がある。
また、良好なガラス物品を作製するためには、製造装置のサセプタ−１０５近傍の温度勾配が急峻なほど好ましい。上述したように炉心管１１７を設けた場合には、炉心管１１７も加熱されて全体的に昇温するため急峻な温度勾配を得ることが困難であるという問題がある。温度勾配が緩やかであると、ガラス物品の一例である、ガラスロッドとガラスパイプとがうまく一体化しないことがあり、歩留まりが悪くなる。
【０００５】
この発明の目的は、以上のような従来の技術の問題点に着目してなされたものであり、発熱体と酸素の反応を防止して寿命を延ばすと共に急峻な温度勾配を安定して得ることのできるガラス物品の加工方法および加熱装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の請求項１に係るガラス物品の加工方法は、回転するガラス物品を加工装置の挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱する工程を含むガラス物品の加工方法であって、前記挿入部の前後両端部それぞれに設けられた二重シャッターのうち内側のシャッターのシャッター幅を前記ガラス物品の端部に形成されるテーパ部の幅よりも大きく設定し、前記挿入部に相対的に送り込まれる前記ガラス物品の形状に合わせて前記二重シャッターを別個に開閉制御して、前記内側のシャッターの開放時に前記テーパ部付近から前記挿入部の内部への酸素の侵入を抑制すると共に、前記発熱体の前後両側から前記挿入部の前後両開口部に向かって不活性ガスを噴出して、前記発熱体により前記ガラス物品を加熱することを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係るガラス物品の加工方法は、請求項１において、不活性ガスにより挿入部内の酸素を排出し、かつ不活性ガスの噴出口と前記開口部との間において前記挿入部に残っているあるいは前記開口部から進入してくる酸素をカーボンと反応させて消費し、二重シャッター内側を低酸素領域とすることを特徴とするものである。
【０００８】
このような加工方法を用いることで、ガラス物品を挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱する際に、ガラス物品が複雑な形状であっても、挿入部の前後両開口部に設けられている二重シャッターのそれぞれをガラス物品の形状に対応させて閉じることができるため、両開口部からの酸素の流入を確実に抑制することができる。また、ガラス物品の端部に形成されるテーパ部が二重シャッターにかかった場合でも内側のシャッターはテーパ部を跨いでガラス物品との間を閉じることができるので、挿入部への酸素の侵入を効果的に抑制することができる。そして、挿入部の中央部付近にある発熱体の前後両側の不活性ガス噴出口から不活性ガスを挿入部に噴出して前後両開口部の方向へ流すことで、挿入部に含まれている酸素を開口部から外部に排出することができる。また、二重シャッターの内側に大気中よりも酸素濃度が少ない領域となる低酸素領域を設けると、挿入部を外部と遮断して酸素の流入を低減でるため、発熱体の酸素との接触が抑制され、よって、発熱体の消耗が低減され、発熱体の寿命を延ばすと共に安定した発熱を行うことができる。さらに、酸素を消費して発熱体と反応する酸素を低減させるので、発熱体が酸素に触れることを防止し、発熱体の消耗を低減して寿命を延ばすことができる。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係るガラス物品の加工方法は、請求項１または請求項２において、ガラス物品がコア用ガラスロッドとクラッド用ガラスパイプからなり、前記ガラスロッドが挿入された前記ガラスパイプを加工装置の挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱し、前記ガラスパイプと前記ガラスロッドとを順次一体化してガラス母材を製造することを特徴とするものである。
【００１０】
また、発明の請求項４に係るガラス物品の加工方法は、請求項１または請求項２において、ガラス物品がガラスロッドであって、前記ガラスロッドを加工装置の挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱し、延伸することを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明の請求項５に係るガラス物品の加熱装置は、回転するガラス物品を挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱するガラス物品の加熱装置であって、前記挿入部の前後両端部に、前記挿入部に送り込まれる前記ガラス物品の形状に合わせて開閉するように制御される二重シャッターを設けると共に、前記二重シャッターのうち内側のシャッターはシャッター幅が前記ガラス物品の端部に形成されるテーパ部の幅よりも大きく設定されて開放時に前記テーパ部付近から前記挿入部の内部への酸素の侵入を抑制し、不活性ガスの噴出口と前記開口部との間において前記挿入部に残っているあるいは前記開口部から進入してくる酸素を消費する酸素消費手段を備え、前記挿入部における前記二重シャッターの内側に低酸素領域である前室を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
このような加工装置を用いることで、ガラス物品を挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱する際に、ガラス物品が複雑な形状であっても、挿入部の前後両開口部に設けられている二重シャッターのそれぞれをガラス物品の形状に対応させて制御して閉じることができるため、両開口部からの酸素の流入を確実に抑制することができる。また、テーパ部が二重シャッターにかかった場合でも内側のシャッターはテーパ部を跨いでガラス物品との間を閉じることができるので、挿入部への酸素の侵入を効果的に抑えて発熱体が酸素と反応するのを低減することができる。また、二重シャッターの内側に低酸素領域を設けているので、挿入部を外部と遮断して酸素の流入を低減でるため、発熱体の酸素との接触が抑制され、よって、発熱体の消耗が低減され、発熱体の寿命を延ばすと共に安定した発熱を行うことができる。さらに、酸素消費手段が酸素を消費して発熱体と反応する酸素を低減させるので、発熱体が酸素に触れることを防止し、発熱体の消耗を低減して寿命を延ばすことができる。
【００１５】
更に、本発明の請求項６に係るガラス物品の加熱装置は、請求項５において、前記挿入部の内部の酸素を排出するために前記発熱体の前後両側に設けられた不活性ガス噴出口から前記挿入部の前後両開口部に向かって不活性ガスを噴出する不活性ガス噴出手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明の請求項７に係るガラス母材の製造装置は、コア用ガラスロッドが挿入されたクラッド用ガラスパイプを挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱し、前記ガラスパイプと前記ガラスロッドとを順次一体化してガラス母材を製造するガラス母材の製造装置であって、請求項５又は６に記載のガラス物品の加熱装置を含むことを特徴とするものである。
【００１９】
更に、本発明の請求項８に係るガラス母材の延伸装置は、ガラスロッドを挿入部に相対的に送り込んで発熱体により加熱し、前記ガラスロッドを延伸するガラス母材の延伸装置であって、請求項５又は６に記載のガラス物品の加熱装置を含むことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
まず、ガラス物品の一例であるコア用ガラスロッドをクラッド用ガラスパイプに挿入し、両者を加熱して一体化するガラス母材の製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
図1には、ガラス母材の製造装置１の断面図が示されている。この製造装置１では、ケーシング３の中央に、コア用ガラスロッド７が挿入されたクラッド用ガラスパイプ５を通すための内部空間である挿入部１１が前後方向（図１中左右方向）に設けられており、開口部１３F、１３Rがケーシング３の前後両端面に設けられている。
把持部材６は縮径部６Ａでガラスロッド７と接続されている。把持部材６、６は、また、ガラスパイプ５の端部とも接続されている。ガラスパイプ５の端部５Ａはテーパ形状となっている。
【００２１】
挿入部１１の中央部内面には、発熱体であるサセプタ−１５が全周にわたって設けられており、サセプタ−１５の外側には断熱材１７を挟んで誘導コイル１９が巻回されている。また、サセプタ−１５の前後両側に隣接して挿入部１１の内周面には、挿入部１１内の酸素を排出するために例えば窒素ガスのような不活性ガスを母材挿入部１１に噴出するための不活性ガス噴出口２１が所定間隔で設けられている。この不活性ガス噴出口２１には、不活性ガスを供給する配管２３が断熱材１７を貫通して設けられている。なお、この配管２３は、図示省略の不活性ガス噴出手段に接続されている。
【００２２】
挿入部１１における前後両開口部１３F、１３Rの内側には、挿入部１１にある酸素および挿入部１１に侵入してくる酸素と反応して酸素の侵入を抑制するための酸素消費手段（酸素消費リング）２５が備えられている。酸素消費手段２５は、例えば、カーボン製のリング状のものを用いて、酸素と酸化反応を起こさせることで、酸素を消費させる。
さらに、挿入部１１における酸素消費リング２５の外側であるケーシング３の前後両端面３F、３Rには、外部から挿入部１１に酸素が侵入するのを防止するための二重シャッター２７A、２７Bが設けられており、シャッター２７Bの内側に低酸素領域となる前室２９が設けられている。シャッター２７Bの内側にも不活性ガス噴出口２１Ａおよび不活性ガスを供給する配管２３Ａが設けられている。
【００２３】
次に、ガラス母材の製造方法について説明する。ガラスパイプ５とガラスロッド７とを順次一体化してガラス母材を作製する際には、コア用ガラスロッド７が挿入されたクラッド用ガラスパイプ５および把持部材６を製造装置１の挿入部１１の図１中左側から相対的に挿入する。ガラスパイプ５とガラスロッド７は、周方向に熱が均一にかかるように回転させられる。このとき、前後の二重シャッター２７A、２７Bは、ガラスパイプ５、ガラスロッド７、把持部材６の形状に合わせて開閉して、酸素が挿入部１１に侵入するのを防止する。すなわち、内外の二重シャッター２７A、２７Bを別個に制御して、ガラスパイプ５、ガラスパイプ５のテーパ部５A、把持部材６と二重シャッター２７A、２７Bとの間の隙間が小さくなるように開閉する。
【００２４】
例えば、二重シャッター２７A、２７Bを図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように開閉制御することで酸素の侵入を最低限に抑えることができる。図２は、図１に示す製造装置１の挿入部１１内を把持部材６とガラスロッド７とガラスパイプ５とが、左から右方向に移動した場合の二重シャッターの開閉状態を示している。ガラスパイプ５が挿入部１１内にあるときは、図２（ａ）に示すように、二重シャッター２７A、２７Bがともに把持部材６の近傍で閉じており、これにより挿入部１１へ酸素が侵入することが抑制されている。
【００２５】
ガラスパイプ５が相対的に右に移動し、テーパ部５Aがシャッター２７Bにさしかかると、図２（ｂ）に示すように、シャッター２７Bが開き、シャッター２７Aが閉じている。シャッター２７Bの幅Ｄはガラスパイプ５のテーパ部５Aの幅ｄよりも大きく設定しているために、テーパ部５A付近からの挿入部１１の内部への酸素の侵入が抑制される。ガラスパイプ５が相対的に右へ移動し、テーパ部５Aがシャッター２７Aにさしかかると、図２（ｃ）に示すように、シャッター２７Aが開く。この状態ではシャッター２７Bは、開閉動作はしないがガラスパイプ５の外周の近傍で閉じた状態となって、ガラスパイプ付近からの酸素の侵入が抑制される。このようにして、把持部材６、テーパ部５A、ガラスパイプ５に対し、二重シャッター２７A、２７Bが開閉制御されることで、それらの隙間を最小限とすることができる。ここでは、出口側のシャッターの制御について説明したが、入口側では、逆の制御をすればよい。
【００２６】
対比例として、シャッターが一枚の場合を図３を用いて説明する。挿入部１１内のガラスパイプは、通常、回転させられているため、ガラスパイプ５の振り回り現象（ガラスパイプが径方向外側に向かう力が作用すること）が起こるため、シャッター２７とテーパ部５Aとの間隔は安全をみて大きく設定しておかなければならない。このため、テーパ部５Aとシャッター２７との間隔が大きく開いたところから挿入部１１に酸素（大気）が大量に流入することとなる。しかも、シャッターの１つの角部分でしか挿入部内と外部とが遮断されてないので、外部から酸素が流入し易くなる。
【００２７】
ガラス母材の製造時に、サセプタ−１５の前後両側に設けられている不活性ガス噴出口２１から挿入部１１内へ窒素ガスを噴出して、挿入部１１内部の酸素を前後両開口部１３F、１３Rから窒素ガスと共に排出する。さらに、酸素消費リング２５を挿入部１１に残っている酸素あるいは開口部１３F、１３Rから挿入部１１に侵入してくる酸素と反応させて酸素を消費して酸素濃度を更に下げる。この状態で、電磁誘導コイル１９に電流を流してサセプタ−１５を発熱させ、ガラスロッド７とガラスパイプ５とを順次加熱する。ガラスパイプ５内を負圧にしてガラスパイプ５を押し潰すようにして、ガラスロッド７とガラスパイプ５とを一体化してガラス母材を作製する。
【００２８】
以上の結果から、挿入部１１の前後両開口部１３F、１３Rに設けられている二重シャッター２７A、２７Bを、挿入部１１に送り込まれるコア用ガラスロッド７、クラッド用ガラスパイプ５、把持部材６の形状に合わせて閉じるように制御するので、両開口部１３F、１３Rからの酸素の流入を最小限に抑えることができる。また、挿入部１１の中央付近にあるサセプタ−１５の前後両側の不活性ガス噴出口２１から窒素ガスを噴出して、前後両開口部１３F、１３Rの方向へ流すことにより、挿入部１１に含まれている酸素を窒素ガスと共に外部に排出することができる。さらに、挿入部１１に残っている酸素を消費することにより、サセプタ−１５が酸素に触れて反応するのを防止し、サセプタ−１５の消耗を低減して寿命を延ばすと共に、安定した発熱を行うようにすることができる。また、従来のように炉心管を用いていないので、母材挿入部１１内のサセプタ−１５の近傍において急峻な温度勾配を得ることができ、良質なガラス母材を製造することができる。
【００２９】
なお、本発明のガラス物品の製造方法およびガラス物品の加熱装置は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。すなわち、上述した実施形態では、例えばガラスパイプ５、把持部材６を固定してケーシング３を前後に移動させるものとすることができるが、これに限らず、ガラスパイプ５、把持部材６を移動させるようにすることもできる。
【００３０】
上記では、ガラス母材の製造方法について説明したが、ガラスロッドを延伸する場合にも本発明の加熱装置を使用することができる。ガラスロッドを延伸する前に、該ガラスロッドの両端に把持部材を接続する。通常、把持部材は、ガラスロッドよりも径が細く、その接続部分はテーパ状となる。延伸装置には、把持部分（径の細い部分）、接続部（テーパ部）、ガラスロッド（径の太い部分）の順に挿入され、その順で延伸装置から把持部材およびガラスロッドがでてくる。従って、二重シャッターの開閉は、上記のガラス母材の製造方法の場合と同様に制御される。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるガラス物品の製造方法およびガラス物品の製造装置では、挿入部への酸素の侵入を防止すると共に挿入部に残っている酸素を消費することにより、発熱体が酸素に触れて反応するのを防止し、発熱体の消耗を低減して寿命を延ばすと共に、安定した発熱を行うことができる。また、従来のように炉心管を用いていないので、挿入部１１内のサセプタ−１５の近傍において急峻な温度勾配を得ることができ、良質なガラス物品を効率よく製造することができる。
【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母材の製造装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】二重シャッターとガラスパイプのテーパ部との関係を示す断面図であり、（ａ）は二重シャッターが把持部材近傍で閉じており、（ｂ）は二重シャッターが把持部材とガラスパイプとの近傍で閉じており、（ｃ）は二重シャッターがガラスパイプ近傍で閉じている状態を示している。
【図３】本発明の対比例であり、１つのシャッターガラス物品との関係を示す断面図である。
【図４】従来の誘導炉の例を示す説明図である。
【図５】従来の誘導炉の別の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ガラス母材の製造装置
５  クラッド用ガラスパイプ
５Ａ  テーパ部
７  コア用ガラスロッド
１１  母材挿入部
１３  開口部
１５  サセプタ−（発熱体）
２１  不活性ガス噴出口
２５  酸素消費手段
２７Ａ  シャッター
２７Ｂ  シャッター
２９  前室
【図１】
0004296744.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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