(57)【要約】【課題】コア偏芯が生じることを防ぎながら石英棒材と石英管とを融着一体化させることのできる石英棒材又は石英管の把持装置を提供する。【解決手段】石英管２に石英棒材１を挿入後、石英棒材１の上端部を石英棒材把持装置４により把持をして、石英管２と石英棒材１とを炉３で加熱して融着一体化及び延伸を行う。このとき、石英棒材１は球状体部材１０と摺動体１２と椀状支持部材１１とからなる傾斜自在支持部材によって石英管２中心軸に対して自由に傾斜できるように支持されており、また、直交する２方向のレール９，９からなる移動自在支持部材によって軸に垂直な方向に自由に移動できるように支持されている。このように傾斜及び軸に垂直方向への移動が自在にできるため、融着一体化及び延伸時にコア部分が中心軸に一致するように石英棒材１が移動できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英管に挿入された石英棒材を該石英管と融着一体化して光ファイバ母材を製造するロッドインチューブ法に用いる石英棒材把持装置であって、
上記石英棒材の一方の端部を把持し、他方の端部より該石英棒材と上記石英管とが融着一体化する際に該石英棒材を該石英管中心軸に対して傾斜自在となるように支持する傾斜自在支持部材と、
上記傾斜自在支持部材に連結され、上記石英棒材を上記石英管とは独立に又は同速で軸方向に移動させる移動部材と、を備えていることを特徴とする石英棒材把持装置。
【請求項２】
石英管に挿入された石英棒材を該石英管と融着一体化して光ファイバ母材を製造するロッドインチューブ法に用いる石英棒材把持装置であって、
上記石英棒材の一方の端部を把持し、他方の端部より該石英棒材と上記石英管とが融着一体化する際に該石英棒材を該石英棒材の軸に垂直な方向に移動自在に支持する移動自在支持部材と、
上記移動自在支持部材に連結され、上記石英棒材を上記石英管とは独立に又は同速で軸方向に移動させる移動部材と、を備えていることを特徴とする石英棒材把持装置。
【請求項３】
石英管に挿入された石英棒材を該石英管と融着一体化して光ファイバ母材を製造するロッドインチューブ法に用いる石英管把持装置であって、
上記石英管の一方の端部を把持し、他方の端部より該石英管と上記石英棒材とが融着一体化する際に該石英管を該石英棒材中心軸に対して傾斜自在となるように支持する傾斜自在支持部材と、
上記傾斜自在支持部材に連結され、上記石英管を上記石英棒材とは独立に又は同速で軸方向に移動させる移動部材と、を備えていることを特徴とする石英管把持装置。
【請求項４】
石英管に挿入された石英棒材を該石英管と融着一体化して光ファイバ母材を製造するロッドインチューブ法に用いる石英管把持装置であって、
上記石英管の一方の端部を把持し、他方の端部より該石英管と上記石英棒材とが融着一体化する際に該石英管を該石英管の軸に垂直な方向に移動自在に支持する移動自在支持部材と、
上記移動自在支持部材に連結され、上記石英管を上記石英棒材とは独立に又は同速で軸方向に移動させる移動部材と、を備えていることを特徴とする石英管把持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英管に挿入された石英棒材を該石英管と融着一体化して光ファイバ母材を製造するロッドインチューブ法に用いる石英棒材把持装置及び石英管把持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英ガラスを材料とする光ファイバの母材の製造方法は、主なものとしてはＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＣＶＤ法の３つがある。光ファイバ母材の製造では、スート（石英ガラス粒子）を棒状に積もらせて、それを焼結させて透明な焼結体とし、さらに、生産性を上げるために、焼結体の外側に別の工程でクラッドとなる石英ガラスを形成している。
【０００３】
このような焼結体の外側にクラッドとなる別の石英ガラスを形成する方法の一つにロッドインチューブ法があり、この方法は焼結体を別の石英ガラス管に挿入し融着一体化および延伸して光ファイバ母材とする方法である。
【０００４】
このロッドインチューブ法において、近年コストダウンの目的で、焼結体を大径のものとして、加熱延伸して棒材とすることにより長尺化させることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石英管及び石英棒材が大型長尺化すると、長尺化による石英管と石英棒材双方の全体の曲がり度合いや偏心度合いの量が増大することにより、石英管に石英棒材を挿入した後の融着一体化する工程において不具合が生じている。この不具合とは、石英管と石英棒材とでは、曲がり具合や偏心度合いが軸方向の各部分で一致していないため、融着一体化する工程でコア部分が一体化後のプリフォームの中心からずれる、いわゆるコア偏芯が生じることである。つまり、石英管に石英棒材を挿入し終えた時点で双方を固定して、それから融着一体化していくのであるが、融着一体化する部分では、石英管と石英棒材とが長手方向に曲がっていること、双方を固定する装置の撓み量が融着一体化が進むに連れ変化していくこと及びヒータが完全には均一に加熱できないこと等により、石英管と石英棒材との中心軸がずれていることが多く、しかも融着一体化する部分によってずれの大きさとその方向が異なっている。また、融着一体化する際には、石英管に最も近い石英棒材の部分から融着が始まるので、石英棒材中のコア部分も先に融着が始まる側に引っ張られて融着一体化する。このようにして、コア偏芯が生じてしまうのである。コアの偏芯量が大きいと不良品となるので歩留まりが下がり、不良品にならない程度の偏芯量であっても、光ファイバ同士を接続するときにコアがずれて、光損失が大きくなることがある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コア偏芯が生じることを防ぎながら石英棒材と石英管とを融着一体化させることのできる石英棒材把持装置及び石英管把持装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、石英管と石英棒材とを融着一体化する際に石英棒材又は石英管を自在に傾けるように支持したり、軸に垂直な方向に自在に移動できるように支持することとした。
【０００８】
具体的には、請求項１に係る発明は、石英管に挿入された石英棒材を該石英管と融着一体化して光ファイバ母材を製造するロッドインチューブ法に用いる石英棒材把持装置を対象とする。
【０００９】
そして、上記石英棒材の一方の端部を把持し、他方の端部より該石英棒材と上記石英管とが融着一体化する際に該石英棒材を該石英管中心軸に対して傾斜自在となるように支持する傾斜自在支持部材と、上記傾斜自在支持部材に連結され、上記石英棒材を上記石英管とは独立に又は同速で軸方向に移動させる移動部材と、を備えているものとする。
【００１０】
請求項１の構成であれば、石英棒材の把持されているのとは反対側の端部から、石英棒材と石英管とを融着一体化していくときに、石英棒材を把持している部分が、石英管の中心軸に対する石英棒材の傾斜が自在に変わるように石英棒材を支持しているため、石英が融けて一体化している部分において偏芯するのを打ち消す方向へ石英棒材が傾いて一体化することになる。つまり、石英管と石英棒材との間には隙間があり、この隙間を石英管を融かして真空で引くことにより縮径させて石英棒材と一体化させるのであるが、融着一体化する部分は徐々に軸方向に移動するので、石英管が縮径するときに石英棒材を石英管と石英棒材との中心軸が一致する方向に力をかける。このとき、石英棒材にかかる力に従って石英管中心軸に対する石英棒材の傾斜が自然に変わるるように把持端部が支持されているため、上記力によって石英管と石英棒材とが同軸となるように一体化していく。なお、石英棒材が石英管に接触したら、それ以上は傾くことができないので、石英棒材の傾斜は、石英棒材が石英管に接触して傾けなくなるところまでにおいてである。
【００１１】
また、石英管の厚みや石英棒材のコア部分及びクラッド部分の厚みが、石英管や石英棒材によってそれぞれ異なっている場合、製品の光ファイバにおいて常にコア径とクラッド径とを同じ値にするには、融着一体化において、固定された炉に石英棒材を石英管とは異なった速度で送り込むことが必要であり、請求項１の発明では、石英棒材を石英管とは独立に軸方向に移動させる移動部材とすることができるので、石英棒材と石英管とを別個に支持をしてそれぞれ異なった速度で炉に送り込むことができる。また、石英管の厚みや石英棒材のコア部分及びクラッド部分の厚みが、石英管や石英棒材を替えても常にほぼ一定の場合は、石英棒材と石英管とを同速で炉に送り込む。
【００１２】
次に、請求項２に係る発明は、石英管に挿入された石英棒材を該石英管と融着一体化して光ファイバ母材を製造するロッドインチューブ法に用いる石英棒材把持装置を対象とする。
【００１３】
そして、上記石英棒材の一方の端部を把持し、該石英棒材と上記石英管とが融着一体化する際に該石英棒材を該石英棒材の軸に垂直な方向に移動自在に支持する移動自在支持部材と、上記移動自在支持部材に連結され、上記石英棒材を上記石英管とは独立に軸方向に移動させる移動部材と、を備えているものとする。
【００１４】
請求項２の構成であれば、石英棒材と石英管とを融着一体化していくときに、石英が融けて一体化している部分において偏芯するのを打ち消す方向へ石英棒材がその軸に垂直な方向に移動して一体化することになる。石英棒材の動きが、傾きではなく軸に垂直な方向への移動という点が請求項１と異なっているだけで、その他の点は同じである。なお、石英棒材のその軸に垂直な方向への移動は、石英棒材が石英管に接触して移動できなくなるところまでである。
【００１５】
次に、請求項３に係る発明は、石英管に挿入された石英棒材を該石英管と融着一体化して光ファイバ母材を製造するロッドインチューブ法に用いる石英管把持装置を対象とする。
【００１６】
そして、上記石英管の一方の端部を把持し、他方の端部より該石英管と上記石英棒材とが融着一体化する際に該石英管を該石英棒材中心軸に対して傾斜自在となるように支持する傾斜自在支持部材と、上記傾斜自在支持部材に連結され、上記石英管を上記石英棒材とは独立に又は同速で軸方向に移動させる移動部材と、を備えているものとする。
【００１７】
上記の構成は、請求項１において石英管と石英棒材とを逆にしたものであり、石英棒材が固定されていて石英管が偏心を防ぐように、融着の部分で移動することができるため、請求項１と同様に石英棒材と石英管とが同軸になるように一体化していく。
【００１８】
次に、請求項４に係る発明は、石英管に挿入された石英棒材を該石英管と融着一体化して光ファイバ母材を製造するロッドインチューブ法に用いる石英管把持装置を対象とする。
【００１９】
そして、上記石英管の一方の端部を把持し、他方の端部より該石英管と上記石英棒材とが融着一体化する際に該石英管を該石英管の軸に垂直な方向に移動自在に支持する移動自在支持部材と、上記移動自在支持部材に連結され、上記石英管を上記石英棒材とは独立に又は同速で軸方向に移動させる移動部材と、を備えているものとする。
【００２０】
上記の構成は、請求項２において石英管と石英棒材とを逆にしたものであり、石英棒材が固定されていて石英管が偏心を防ぐように、融着の部分で移動することができるため、請求項２と同様に石英棒材と石英管とが同軸になるように一体化していく。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１では、石英管２と石英棒材１とを融着一体化延伸してプリフォーム（光ファイバ母材）１６としているところを、断面により示している。この融着一体化及び延伸の工程の前には、スート焼結体を加熱延伸して石英棒材１とし、この石英棒材１を石英管２の中に挿入する工程がある。
【００２３】
この挿入の工程では、石英棒材１の石英管２への挿入は、石英管２の上端部を第二チャック１３により把持して炉３上方に鉛直に保持し、石英棒材１も鉛直にしてその上端部を第一チャック（傾斜自在支持部材の一部）７で把持して、石英棒材１を石英管２の中に、両方の中心軸を一致させながら行われる。また、後述の石英棒材１の傾斜及び軸に垂直な方向の自在の動きを止めておくために、挿入の工程では、エアシリンダ８により、傾斜自在支持部材及び移動自在支持部材の動きを止めておく。なお、挿入時の中心軸合わせのため、石英棒材１及び石英管２ともに中心軸の傾斜と軸に垂直な方向での移動をモータにより行う調節装置６，２６によりそれぞれできるようになっていて、石英棒材把持装置４及び石英管把持装置２４がこれらチャック７，１３及び調節装置６，２６を備えている。なお、モータを用いた調節装置６，２６による中心軸合わせは、挿入時の調節にのみ行われる。
【００２４】
上記挿入後の融着一体化及び延伸の工程において、石英棒材１の上端は石英管２の上端よりも上方に突き出していて、この石英棒材１の石英管２上端から突き出している部分が上端部であるが、この上端部は石英棒材把持装置４により傾斜及び軸に垂直方向の移動が自在にできるように支持されている。以下、これらの支持について詳しく説明する。
【００２５】
石英棒材１を傾斜自在に支持している傾斜自在支持部材は、球体状部材１０と摺動体（ここでは小球）１２と椀状支持部材１１とからなる。球体状部材１０は、その中心を通り上下方向に貫通する孔２０を備えた球体部１８と、その下部に該孔２０が連続するように取り付けられたパイプ部１９とを備えている。なお、球体部１８とパイプ部１９とは一体である。球体部１８の孔２０とパイプ部１９の孔２１とは孔径と軸とが一致していて、これらの孔２０，２１に石英棒材１が挿入される。また、球体部１８の孔２０の上端側には第一チャック７が取り付けられ連結されている。一方、椀状支持部材１１は、直方体の上面側を半球状にくり抜いてその椀状の凹面２２の底部に上記球体状部材１０のパイプ部１９が挿入される該パイプ部外径よりも径の大きな孔２３があけられている。椀状支持部材１１の凹面２２は、球体状部材１０の球体部１８と略同じ径の略半球状の面である。この椀状支持部材１１の上に球体状部材１０の球体部１８が設置されるのであるが、これらの間に摺動体１２が置かれて、摺動体１２を介して椀状支持部材１１に対して球体状部材１０が動くようになっている。
【００２６】
このように、半球の内面に球体の外面が摺動体を介して載っている構造であるため、球体である球状体部材１０は自由に回転ができ、球状体部材１０に第一チャック７を介して固定されている石英棒材１も球状体部材１０と共に動くことができる。この動きは、石英管２の中心軸に対して石英棒材１が任意の方向に自在に傾くことができる動きである。なお、球状体部材１０の自由回転は、球状体部材１０の下部のパイプ部１９が把持装置４の下部の孔Ａに引っかかって止まるところまでである。
【００２７】
石英棒材１をその軸に垂直な方向に移動自在に支持している移動自在支持部材は、石英棒材１の軸に垂直な平面内における直交する二方向のレール９，９（一方向のみ図示）からなる。このレール９，９は二つの部品が上下に噛み合って、一方向にのみ直線的に自由に移動できるようになっている。レール９，９の上側の部品は、椀状支持部材１１の下面に固定されている。従って、移動自在支持部材は、傾斜自在支持部材を介して第一チャック７に連結されていて、石英棒材１を把持して支持していると言える。このようにして、石英棒材１は軸に垂直な任意の方向に自在に動くようになっている。
【００２８】
次に、融着一体化及び延伸の工程では、石英棒材１が上述のように支持されながら、石英管把持装置２４の駆動部１７が石英管２を鉛直下方に移動させ、石英棒材把持装置４の駆動部（移動部材）５が石英棒材１を鉛直下方に移動させる。なお、石英棒材把持装置４の駆動部５は、移動自在支持部材に連結され、また移動自在支持部材を介して傾斜自在支持部材と連結されていると言える。ここで、石英管２の厚みや石英棒材１のコア部分及びクラッド部分の厚みが、それぞれの石英管２や石英棒材１によって異なっているため、製品の光ファイバにおいて常にコア径とクラッド径とを所定の比率にするには、融着一体化において、固定された炉３に石英棒材１を石英管２とは異なった速度で送り込むことができるようになっていることが必要であり、そのため石英管２の駆動部１７と石英棒材１の駆動部５の下方への駆動速度は個別に設定できるようになっている。厚みの比率によっては、駆動速度が同じになる場合もある。
【００２９】
このように石英管２と石英棒材１とが炉３の内部で加熱され、両者の間の隙間は真空ポンプ（図示省略）により減圧されて、石英管２は潰れ（縮径）、融着一体化する。なお、石英管２の上端部は石英棒材１と石英管２とを一体化するために真空シール１４されている。さらに、融着一体化した石英管２と石英棒材１は下方の引き取りロール１５，１５の間を通って光ファイバ母材であるプリフォーム１６となる。
【００３０】
融着一体化及び延伸の工程では、炉３内が完全に均一な温度分布となっていて石英管２が鉛直方向に向いていれば、溶融した石英管２は同心円状に縮径していく。そして、石英棒材１も溶融して、同心円状に縮径していく石英管２の中心位置に向かって流れようとする。このとき上記傾斜自在支持部材と移動自在支持部材とにより石英棒材１の上端は自由に傾斜及び軸に垂直な方向への移動できるよう支持されているので、炉３内が完全に均一な温度分布となっていなくても又石英管２が鉛直方向に向いていなくても、石英棒材１の中心軸は一体化の中心に自然に向かうようになり、その結果コアとなる部分がプリフォーム１６の中心に位置するようになり、偏芯することが防止される。
【００３１】
融着一体化及び延伸の工程においては、融着一体化部分の観察・測定ができないため、石英棒材１や石英管２をモータ等により外力を加えて調節することは非常に困難である。また、本発明の把持装置の方が装置を小型で単純なものにできる。
【００３２】
これまで説明したように、本実施形態によれば、石英棒材１の一端が石英棒材把持装置４によって石英棒材１が傾斜自在及び軸に垂直な方向へ移動自在に支持されているので、石英棒材１と石英管２との融着一体化及び延伸の工程において、石英棒材１が常に中心に向かうようになり、偏芯を防止できる。石英棒材１を石英管２の軸方向への移動速度を独立して変更できるので、石英棒材１のコア部分とクラッド部分の厚み比や石英管２の厚みが変わったときにも、それぞれの移動速度を変えることにより一つの装置で対応可能である。また、石英棒材把持装置４の構造は簡単なものであるので、小型軽量にすることができ、石英棒材１の上端に取り付けることも容易にできる。また、傾斜自在支持部材が、摺動体１２によって上側の球体状部材１０のみが動くようになっているので、真空シール１４でシールが充分なされて、一体化のときに石英棒材１と石英管２との間に気泡を噛み込むことなく、高品質なプリフォーム１６を得ることができる。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態の把持装置は、図４に示すように、石英管２を把持する装置３４である。本実施形態は、石英棒材１は上端を第一チャック７で固定支持されてだけで、石英管２が傾斜及び軸に垂直な方向の自在な動きができるように石英管把持装置３４により把持されているところが実施形態１とは異なっている。以下、実施形態１と異なっているところを説明する。
【００３４】
石英管把持装置３４は、実施形態１の石英棒材把持装置４の傾斜自在支持部における球体状部材１０が、半球体状部材３０となっていて、球体部１８の代わりに半球体部２８を備えているが、機能は全く同じである。なお、パイプ部２９は石英棒材把持装置４と同じである。そして、半球体部２８の上端部には第二チャック１３が連結されている。他の構造及び形状は石英棒材把持装置４と同じである。また、融着一体化の工程についての作用効果についても実施形態１と同様である。
【００３５】
（他の実施形態）
今まで説明した実施形態は例に過ぎず、本発明はこれらの例に限定されない。傾斜自在支持部材や移動自在支持部材の構造は、石英棒材１を傾斜自在や軸に垂直な方向へ移動自在に支持することができればどのようなものでも構わない。例えば、摺動体１２は、コロなどでも構わない。また、融着一体化と延伸とは別々に行っても構わない。また、融着一体化に際して、石英管２を固定して炉３と石英棒材１とを移動させてもよい。第二チャック７が把持する石英棒材１の部分は、石英棒材把持装置４が石英管２に干渉しない程度の上端部の近辺であればよい。また、石英棒材把持装置４は、傾斜自在支持部材と移動自在支持部材とのいずれか一方を備えているだけでも構わない。また、石英棒材把持装置４と石英管把持装置３４とを一緒に使っても構わない。
【００３６】
【実施例】
−実施例−
径が４６ｍｍの石英棒材と、外径１８０ｍｍ、内径５０ｍｍの石英管とを上記実施形態１の装置により把持して、融着一体化を行った。このとき、炉の温度は２１００℃に設定し、石英棒材と石英管とは同じ速度で炉の中に移動させ、径６０ｍｍのプリフォーム（光ファイバ母材）を得た。
【００３７】
−比較例−
実施例と同じ石英棒材と石英管とを用い、同じ条件で融着一体化及び延伸を行った。但しこのとき、石英棒材の把持装置は、傾斜自在支持部材及び移動自在支持部材を備えていない、単に石英棒材の上端を把持（固定）する機能のみの装置を用いた。
【００３８】
実施例で得られたプリフォームにおけるコアの偏芯量を長さ方向にプロットしたものを図２に示す。また、比較例で得られたプリフォームに関する同様な図を図３に示す。これらの図で、ｘとｙはプリフォーム横断面に設定した直交する二つの軸である。両図を比較すると、どちらも延伸の終わりで偏芯量が増えている傾向があるが、比較例では最終的に偏芯量が０．６ｍｍにもなり、中間位置でも０．２ｍｍあるのに比べ、実施例では最終的に０．３ｍｍ、中間位置では０．１ｍｍと比較例の半分であり、偏芯量の少ない高品質のプリフォームが得られた。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に述べる効果を奏する。
【００４０】
石英管に挿入された石英棒材の上端部を、石英棒材が傾斜自在であるように支持しているので、石英管と石英棒材とを融着一体化する際に石英棒材が常に中心位置になるように傾斜することができ、偏芯を防止することができる。
【００４１】
石英管に挿入された石英棒材の上端部を、石英棒材が軸に垂直な方向に移動自在であるように支持しているので、石英管と石英棒材とを融着一体化する際に石英棒材が常に中心位置になるように移動することができ、偏芯を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る把持装置に把持された石英棒材が、石英管と融着一体化および延伸されている概略断面図である。
【図２】実施例のプリフォームにおけるコアの偏芯量をプロットしたチャートである。
【図３】比較例のプリフォームにおけるコアの偏芯量をプロットしたチャートである。
【図４】実施形態２に係る把持装置に把持された石英棒材が、石英管と融着一体化および延伸されている概略断面図である。
【符号の説明】
１　　　石英棒材
２　　　石英管
４　　　石英棒材把持装置
５　　　駆動部（移動部材）
７　　　第二チャック（傾斜自在支持部材、移動自在支持手段）
９　　　レール（移動自在支持部材）
１０　　球状体部材（傾斜自在支持部材）
１１　　椀状支持部材（傾斜自在支持部材）
１２　　摺動体（傾斜自在支持部材）
１６　　プリフォーム（光ファイバ母材）
３０　　半球状体部材（傾斜自在支持部材）
３４　　石英管把持装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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