(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するガラス母材表面を該ガラス母材と相対的に移動する酸水素炎にて火炎研磨する方法において、前記ガラス母材表面の火炎研磨温度を検知し、該火炎研磨温度がほぼ一定となるように酸水素ガス流量または相対的移動速度を制御しながら火炎研磨することを特徴とするガラス母材の火炎研磨方法。
【請求項２】
上記ガラス母材表面の火炎研磨温度が１４００℃以上となるように酸水素ガス流量または相対的移動速度を制御することを特徴とする請求項１記載のガラス母材の火炎研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はガラス母材表面の凹凸をなくし、表面を平滑にするための火炎研磨方法に関し、特にガラス母材の長手方向全長にわたって均一な研削、研磨量を得るための火炎研磨方法に関する。本発明の方法は例えば光ファイバ用ガラス母材等の高い表面平滑度を求められるガラス母材等に好適に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高純度石英母材を作製する方法として、ＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。この方法は、図４に示すように回転する石英ロッド６または出発棒の外周または先端に酸水素バーナーの火炎８中にて合成したＳｉＯ2 ガラス微粒子を堆積させ、軸方向に多孔質ガラス母材７を形成した後、該多孔質ガラス母材７を加熱透明化処理するものである。
得られた透明ガラス体の表面は数μｍ程度の凹凸が存在するため、図３に示すように酸水素バーナ４にて透明ガラス母材５の表面を火炎研磨し、平滑な表面を得ていた。この火炎研磨の際の旋盤１は横型であり、透明ガラス母材５を支持棒９に取り付け、該支持棒９をチャック２により旋盤１に固定して酸水素バーナ４を移動させながら火炎研磨する方法が主流であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光ファイバの低コスト化の観点から、母材を太径あるいは長尺にすることによる大型化が進んでいる。ガラス母材が大型化すると熱容量が大きくなり、母材表面を火炎研磨したとき、開始端と終了端では母材表面温度に差が生じて終了端ほど温度が高くなる結果、火炎研磨による研削量に差が生じる。すなわち、ガラス母材長手方向で外径が一定でなくなり、終了端側で研磨量が多くなるのでその分細くなるため、光ファイバプリフオームの特性が長手方向で変化するという課題があった。具体的には、図８に示すクラツド径／コア径の比率Ｄ／ｄが長手方向で変化するため、カットオフ波長が変動する問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決する手段として、１）回転するガラス母材表面を該ガラス母材と相対的に移動する酸水素炎にて火炎研磨する方法において、前記ガラス母材表面の火炎研磨温度を検知し、該火炎研磨温度がほぼ一定となるように酸水素ガス流量または相対的移動速度を制御しながら火炎研磨することを特徴とするガラス母材の火炎研磨方法、及び２）上記ガラス母材表面の火炎研磨温度が１４００℃以上となるように酸水素ガス流量または相対的移動速度を制御することを特徴とする上記ガラス母材の火炎研磨方法を提供する。
【０００５】
【作用】
図１は本発明の一具体例を説明するための概略図であり、図３との共通符号は図３と同様を意味し、「火炎研磨中のガラス母材５の表面温度（本発明においてこの温度を火炎研磨温度という）」を温度検知器３により検知して、該火炎研磨温度が一定となるように酸水素バーナ４に供給する酸水素ガス流量を制御するか、あるいは該酸水素バーナ４の移動速度を制御する。９は支持棒、１０はバーナ移動台である。
【０００６】
図２は本発明の他の具体例を説明するための概略図であり、図１と共通符号は同じ意味を表す。透明ガラス母材５は垂直にチャック２により把持され旋盤１に固定され、温度検知器３によりガラス母材表面の火炎研磨温度を測定し、該火炎研磨温度が一定となるようにコントローラ１１によりガラス母材５の移動速度を調整している。図中１２はチャック支持用フレームである。
【０００７】
本発明のように火炎研磨すると、火炎研磨温度をガラス母材長手方向に渡ってほぼ一定に保ことができるので、研磨量（研削量）を一定に保つことができる。これにより、クラツド径／コア径の比率（Ｄ／ｄ）は母材長手方向全長に渡ってほぼ一定となり、カットオフ波長のバラツキを低減するのに非常に有効である。
【０００８】
つまり、カットオフ波長λｃは、下記数１の式 (1)で表される。
【数１】
0003678294.tif 000002
ここで、λｃ：カットオフ波長（μｍ），２ａ：コア径（μｍ），ｎ：石英の屈折率（１．４５），△：コア／クラツドの比屈折率差  である。
【０００９】
上記式 (1)は、図８に示す「クラツド径／コア径（Ｄ／ｄ）」を用いて、下記数２の式 (2)に書換えられる。
【数２】
0003678294.tif 000003
式 (2)において１２５は光ファイバの外径（μｍ）である。
式 (2)より、カットオフ波長λｃと（Ｄ／ｄ）との間に反比例の関係があることがわかる。従って、（Ｄ／ｄ）を一定に保つことがカットオフ波長を一定値に保つうえで重要となる。
【００１０】
火炎研磨温度を一定に保つ手段としては、酸水素ガス流量を増減するか、母材または酸水素バーナの移動速度を変化させればよく、また凹凸の少ない平滑表面を得るためには、火炎研磨温度が１４００℃以上で一定となるように制御することが好ましい形態である。１４００℃未満では冷却時にクラックを生じたり、表面を十分平滑化できない。また火炎研磨温度の上限値としては１９００度であり、これを越えるとガラス表面が変形してしまう。
【００１１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるところはない。
〔実施例１〕
直径２０ｍｍφの石英ロッド上にＶＡＤ法によりＳｉＣｌ4 を原料として加水分解させることにより、外径１６０ｍｍφ、長さ８００ｍｍのＳｉＯ2 ガラス微粒子を堆積させた。次に該多孔質母材を焼結炉に挿入し、１０００℃から５℃／分の昇温速度で１６００℃まで昇温して透明ガラス化した。該ガラス母材の直径は７０ｍｍφ、長さは６５０ｍｍであった。このガラス表面の凹凸を触針式の表面粗さ計で測定したところ凹凸は３〜５μｍであった。
【００１２】
上記で得られた焼結された透明ガラス母材５の両端に長径４０ｍｍφの支持棒を接続し、旋盤１のチャック２で把持することにより図１に示すように水平方向に該ガラス母材を固定した。酸水素バーナ４は水平方向に移動できる構造になっており、図示は省略したがガラス母材を中心とする同心円の円周上に９本のバーナが配置されている。
該ガラス母材の火炎研磨を以下に示す条件にて実施した。酸水素バーナ４はガラス母材５の左端部を始点とし、１０ｍｍ／分の移動速度にて終点である右端部まで移動させた。酸水素バーナには最初水素２３０リットル／分、酸素８０リットル／分を供給してトラバースを開始した。水素流量を減量し、温度一定となるように制御した。本実施例における流量制御状態と火炎研磨温度との関係を図５のグラフ図に示す。最終的には水素流量を１９０リットル／分まで下げた。
ここで火炎研磨温度とは、火炎研磨中に温度検知器３によって検出されたガラス母材表面の温度をいうが、例えば放射温度計が使用できる。
【００１３】
本実施例では、例示してはいないが、温度検知器による温度情報を外部コントローラに入力し、予め設定しておいた水素流量と火炎研磨温度の相関関係から、得られた温度情報を基に水素流量を自動制御して、ガラス母材長手方向の温度を均一にすることも可能である。
【００１４】
〔比較例１〕
実施例１の実施態様にて、酸水素バーナの移動速度を５０ｍｍ／分とし、火炎研磨温度が１３００℃となるように流量条件を制御して表面研磨した。ところが、冷却中に表面クラックが発生し、良好な母材が得られなかった。
【００１５】
〔比較例２〕
実施例１と同様にガラス母材を作成し、このガラス母材について、火炎研磨温度測定のための温度検知器を設置を除いた以外は実施例１と同様の構成（すなわち図３の構成）で火炎研磨を実施した。その際、酸水素バーナに供給する水素流量は２３０リットル／分、酸素流量は８０リットル／分に固定し、１０ｍｍ／分の移動速度でトラバースさせた。火炎研磨開始時には１６００℃であった火炎研磨温度は、終了端に達する頃には１６８０°まで上昇していた。その結果、母材長手方向のガラス研磨量は開始端で０．３ｍｍであったものが終了端では０．８ｍｍまで研削され、均一な研磨ができなかった。
【００１６】
〔実施例２〕
実施例１と同様に、ＶＡＤ法により直径９０ｍｍφ、長さ８００ｍｍのガラス焼結体を得た。該焼結された透明ガラス母材は図２に示すように支持棒９を介して上部をチャック２に垂直保持させた。このとき、酸水素バーナ４は固定され、ガラス母材の垂直断面内に１２本のバーナを配置させた。また、酸水素バーナ４には、水素３００リットル／分、酸素１２０リットル／分を供給し、該ガラス母材５は下部を始点として、１５ｍｍ／分の移動速度で下降させることにより、火炎研磨を開始した。火炎研磨温度は温度検知器３により計測され、その温度情報を外部のコントローラ（コンピュータを含む制御部）１１に入力し、予めコントローラに設定しておいた図６に示す移動速度と火炎研磨温度との相関関係から温度一定となるように、ガラス母材の移動速度を制御した。
【００１７】
本実施例における制御状態を図７のグラフ図に示す。最終移動速度は２５ｍｍ／分であった。火炎研磨温度は１６５０℃一定となるように制御した。
火炎研磨後のガラス母材表面の凹凸を実施例１と同様に調査したところ、Ｒ  が０．５μｍと十分平滑になっており、母材長手方向の研磨量も全長０．４ｍｍと均一に研磨できていることを確認した。
【００１８】
以上の説明から明らかなように、本発明のガラス母材の研磨方法によれば、火炎研磨温度を検知し、温度が長手方向全長に渡ってほぼ一定となるように酸水素ガス流量または移動速度を制御するので、長手方向全長のガラス表面研削量を一定に保つことができる。その結果、クラツド径／コア径の比率（Ｄ／ｄ）を母材全長で均一化できるので、特にカットオフ波長のバラツキを小さくするのに有効となる。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の実施の態様を説明する概略図である。
【図２】は本発明の他の実施の態様を説明する概略図である。
【図３】は従来法の概略説明図である。
【図４】はガラス微粒子の堆積工程を示す概略図である。
【図５】は本発明の実施例１における水素流量制御状態と火炎研磨温度を示すグラフ図である。
【図６】は火炎研磨温度と移動速度との完成を示すグラフ図である。
【図７】は本発明の実施例２におけるガラス母材の移動速度の制御状態を示すグラフ図である。
【図８】はクラツド径／コア径（Ｄ／ｄ）を説明する図である。
【符号の説明】
１  旋盤
２  チャック
３  温度検知器
４  酸水素バーナ
５  ガラス母材
６  石英ロッド
７  多孔質ガラス母材
８  火炎
９  支持棒
１０  バーナ移動台
１１  コントローラ
１２  チャック支持フレーム
【図１】
0003678294.tif 000004
【図２】
0003678294.tif 000005
【図３】
0003678294.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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