(57)【要約】【課題】ロッドインチューブ法において大型長尺のロッドを一次母材から延伸して作成する際に、延伸終了間際の延伸済み外径の増大を防いで延伸終了時のテーパ部分を石英管への挿入開始端として利用することができる光ファイバ母材の製造方法を提供する。【解決手段】大型の石英棒材１を加熱延伸して長尺のロッド２とする際に、チューブに挿入して融着一体化するのに必要な長さだけ延伸したら、延伸温度を下げ且つ延伸速度を大きくする。このようにすることにより、ロッド２の下端部分に外径増大部が形成されることを防ぐことができる。従って、ロッド２をチューブに挿入するときに、ロッド２の下端部がチューブの入り口に引っかかって挿入できなかったり、チューブ内面に接触して傷を付けたりすることが生じない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法であって、
コア部分を含む石英棒材を加熱延伸してロッドとする棒材延伸工程と、
上記ロッドを石英のチューブに挿入する挿入工程と、
挿入された上記ロッドを上記チューブと融着一体化させる一体化工程と、を備えており、
上記棒材延伸工程では、加熱延伸により所定量の延伸長となった後に延伸温度を下げ且つ延伸速度を大きくして上記ロッドの延伸終端を先細り状とすることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
ロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法であって、
コア部分を含む石英棒材を加熱延伸してロッドとする棒材延伸工程と、
上記ロッドを石英のチューブに挿入する挿入工程と、
挿入された上記ロッドを上記チューブと融着一体化させる一体化工程と、を備えており、
上記棒材延伸工程では、上記石英棒材の一端を引っ張り、他端を該引っ張り速度よりも小さい速度であって該一端の引っ張りの向きと同じ向きに移動させて延伸を行い、加熱延伸により所定量の延伸長となった後に延伸温度を下げ且つ石英棒材他端の移動の向きを逆向きにして上記ロッドの延伸終端を先細り状とすることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法に関する。
【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工程は、一般には、コア部分とクラッド部分の一部とからなる一次母材を製造する工程と、この一次母材の外側にさらにクラッド部分を形成する工程とからなっている。この一次母材の形成方法には、主なものとしてＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＣＶＤ法の３つがある。一次母材の外側にさらにクラッド部分を形成する方法としては、ＯＶＤ法のような外付け法とロッドインチューブ法とが知られている。
【０００３】
上記ロッドインチューブ法は、クラッドとなる石英ガラス管に一次母材を挿入し、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。このとき一次母材の径は石英ガラス管内径よりも１〜２ｍｍ小さくしておかないと、一次母材が石英ガラス管を傷つけてしまったり引っかかって挿入できなかったり、あるいはコアが光ファイバ母材の中心からずれてしまったりして、不良品となり歩留まりが低下する。また、一次母材の挿入先端は、石英ガラス管へ挿入し始めるときに石英ガラス管内に確実に接触しないように先細り形状であることが好ましい。一般には、上記一次母材を加熱延伸して形成する際の延伸終端が先細り形状となるので、この延伸終端側から石英ガラス管に挿入する。
【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、一次母材をまず大径のものとして、次に加熱延伸して所望の径の一次母材とすることにより長尺化させることが行われている。長尺化させたときには、一次母材の径は石英ガラス管内径よりも３〜５ｍｍ小さくしておく必要がある。
【０００５】
上記大径の一次母材の加熱延伸は、一次母材を鉛直に保持して上部から加熱を始め、上端を上方に引き上げて行きながら加熱部分を下方に移動させていく上方延伸が通常の方法である。このとき、延伸後の長手方向において径を一定にするために、加熱温度と上方への延伸速度とは一定にしている。
【０００６】
ここで、加熱延伸前の上記大径の一次母材の下端部は先細り形状となっていてその先端には、延伸装置にチャッキングするためのより細い作業用の石英棒が接続されている。また、加熱用のヒータは大径の一次母材を溶融させるため、幅広い加熱領域（ヒートゾーン）を有している。従って、この一次母材を上部から加熱延伸していって下端部に近づくと、ヒートゾーンが幅広いため、大径の部分とともにこの先細り形状部分さらに作業用石英棒の部分も加熱されてしまう。これら先細り形状部分および作業用石英棒は、大径の部分より温度が上がりやすく、また単位断面積当たりの延伸張力も大径の部分よりも大きいので、大径の部分よりも先に延伸されてしまう。このため、一次母材の下端近傍部分が延伸される前に作業用の石英棒が延伸されて、一次母材下端近傍の大径部分は充分延伸されないで他の部分よりも延伸後の外径が大きくなる。
【０００７】
このような一次母材下端近傍の大径部分の延伸後の外径を他の部分と同等の外径とするには、第一に延伸速度を他の部分に比べて増減させる方法（例えば、特許文献１参照。）、第二に酸水素炎で成形する方法、第三に機械的に切断除去する方法、第四に一次母材の延伸最終時点で延伸速度を著しく大きくして延伸後の外径が増大する部分を皆無とする方法とが考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３１５１３５８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第一の方法では大径の一次母材を焼結させて作製するときの透明度が各一次母材によって異なるために、延伸速度の増減比率を一次母材毎に調整する必要があり非常に効率が悪く、調整を誤ると外径が増大してしまう。第二の方法では、酸水素炎のバーナーで加熱、切断した分一次母材の長さが不足してしまうとともに、切断部分近傍に昇華した石英がヒュームとなって付着し、これが原因で石英ガラス管との界面に気泡が入ってしまい、不良製品となる。第三の方法では、切断部が直角となり、石英ガラス管内に挿入するときにガラス管を傷つけやすい。第四の方法では、機械的に容易に切断できる約１０ｍｍの径になるまで先細り形状に延伸すると、先細り部分が１ｍぐらい必要となり延伸設備をそれだけ大型にしなければならず設備コストが増大する。
【００１０】
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、ロッドインチューブ法において大型長尺のロッドを一次母材から延伸して作成する際に、延伸終了間際の延伸済み外径の増大を防いで延伸終了時のテーパ部分を石英管への挿入開始端として利用することができる光ファイバ母材の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、一次母材の加熱延伸の終端部分では、既に加熱延伸し終えた部分に比べてヒートゾーンが狭くなるように加熱延伸条件を制御することとした。
【００１２】
具体的には、請求項１に係る発明は、ロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法を対象とする。
【００１３】
そして、コア部分を含む石英棒材を加熱延伸してロッドとする棒材延伸工程と、上記ロッドを石英のチューブに挿入する挿入工程と、挿入された上記ロッドを上記チューブと融着一体化させる一体化工程と、を備えており、上記棒材延伸工程では、加熱延伸により所定量の延伸長となった後に延伸温度を下げ且つ延伸速度を大きくして上記ロッドの延伸終端を先細り状とするものとする。
【００１４】
このような製造方法であれば、ロッドがチューブに挿入されて融着一体化されるのに十分な長さである所定量の延伸長にまでなったときは、延伸温度を下げ且つ延伸速度を増すことにより延伸可能なヒートゾーンを狭くして、延伸終端部に外径の増大部分が形成されることを防止し、チューブに挿入しやすい先細り形状の先端を形成することができる。
【００１５】
ここで、所定量の延伸長とは、チューブの長さから換算された長さであって、先細り状の部分の長さと合わせて光ファイバ母材として高い歩留まりとなる長さである。
【００１６】
次に、請求項２に係る発明は、ロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法を対象とする。
【００１７】
そして、コア部分を含む石英棒材を加熱延伸してロッドとする棒材延伸工程と、上記ロッドを石英のチューブに挿入する挿入工程と、挿入された上記ロッドを上記チューブと融着一体化させる一体化工程と、を備えており、上記棒材延伸工程では、上記石英棒材の一端を引っ張り、他端を該引っ張り速度よりも小さい速度であって該一端の引っ張りの向きと同じ向きに移動させて延伸を行い、加熱延伸により所定量の延伸長となった後に延伸温度を下げ且つ石英棒材他端の移動の向きを逆向きにして上記ロッドの延伸終端を先細り状とするものとする。
【００１８】
請求項２の製造方法であれば、ロッドの延伸終端をチューブへの挿入に適した形状に簡単に形成することができる。また、所定量の延伸長になったときに、加熱によるヒートゾーンに存する石英棒材の断面積が、上記一端側よりも他端側の方が大きいときには、断面積が大きい側の石英棒材を先にヒートゾーンから外に出すことができ先細り状の部分の長さを短くすることができて好ましい。
【００１９】
【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。
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態の製造工程は、図１に示すように、ＶＡＤ法により一次母材を形成し、ロッドインチューブ法によりクラッド形成する光ファイバ母材（プリフォーム）の製造工程である。最初の煤付けとは、スート（石英ガラス粒子）を棒状に積もらせる工程である。次に棒状のスートを焼結して石英棒材（一次母材）とする焼結工程を経て、棒材延伸工程でその石英棒材を加熱延伸してロッドとする。なお、これらの工程のどこかで石英棒材若しくはロッドの構造評価を行って、必要なチューブ（石英管）の厚みを決定する。その次が、該ロッドをチューブの中に挿入する挿入工程である。そして、一体化工程で挿入したロッドとチューブの隙間を真空ポンプで低圧状態にして加熱し、両者を融着一体化させて、同時に加熱延伸して所望の径のプリフォームとする。
【００２１】
なお、上記の工程でロッドとガラス管の融着一体化と延伸とは別の工程にしてもよく、融着一体化と延伸とを同時に行わなくてもよい。また、ＯＶＤ法やＭＣＶＤ法を用いて石英棒材を作製してもよい。
【００２２】
プリフォームは、図には示していないが、次の線引き工程で加熱延伸されて光ファイバとなる。
【００２３】
本発明は、図１における棒材延伸工程に特徴があるので、以下詳しく説明する。
【００２４】
石英棒材を延伸しているところを横から見たのが図２である。石英棒材１を大型にすると生産性が上がるが、チューブ内に挿入するためには、延伸して径を小さくする必要がある。ここでは、１００ｍｍ径で有効長７５０ｍｍの石英棒材１を炉５で加熱して延伸し、５０ｍｍ径で長さ３０００ｍｍのロッド２としている。
【００２５】
具体的には、石英棒材１の下端の径の細い作業棒部分８を下側チャック６で把持して固定する。石英棒材１上端には作業棒３が接続７されており、その作業棒３の上端を上側チャック４で把持する。下側チャック６を上方へ送り出すことにより、石英棒材１を炉５で加熱して柔らかくして、上側チャック４を上方へ引っ張っていくことで延伸していく。ロッド２の径は、下側チャック６の送り出し速度と上側チャック４の引っ張り速度とにより決まる。この時、ロッド２が３ｍを越える長尺であるため、上方へ延伸することが取り扱いの点から好ましいが、設備の配置を上下逆にして下方へ延伸しても構わない。
【００２６】
石英棒材１の延伸を進めていって、下端部分が炉５に入ったら（図６（ａ））、炉５の温度（延伸温度）を下げてヒートゾーン２０を狭くする（図６（ｂ））。その後、延伸速度をそれまでの１．１〜２倍に徐々に大きくしていって（図６（ｃ）、図６（ｄ））、最終的には直径が１０ｍｍ以下になったら、ニッパ等で機械的に切断する。このとき、延伸速度が大きくなって延伸された部分は既に延伸されている部分よりも径が小さくなっているが、既にチューブとの挿入一体化のために必要な所定量の延伸長は、一定の径で延伸が終わっているため融着一体化には影響がない。また、このように延伸の最後に延伸速度を大きくすることにより、ロッド２の下端部に外径増大部が形成されることを防ぎ、逆にロッド２下端部は他の部分よりも細い先細り状部２１となる。この先細り状部２１はチューブとの融着一体化のときに必要なダミー部分となる。石英棒材１の長さは、コア部分が含まれた有効長がちょうど上記必要な所定量の延伸量に相当するように予め形成されている。なお、本工程中には、作業棒３とロッド２との接続状態をそのまま保持しておき、ロッド２上部と作業棒３とのいかなる部分も切断して再接続、または別の作業棒に繋ぎ換えることはしないことが、ロッド２の撓みや偏心を防ぐ点から好ましい。
【００２７】
次に、図３に示すようにロッド２の検査を行う。延伸終了後、ロッド２上部を上側チャック４により把持し、鉛直状態を保ったままロッド２を検査工程に移動させる。あるいはロッド２は移動させずに、測定器１０をロッド２の所に持ってきて検査する。ロッド２の移動は、例えば上側チャック４を天井に敷設したホイストにより、あるいはフォーク等を用いることにより行えばよい。ロッド２は軸方向を水平にすると重力による撓みで割れる虞があるので、その移動方法は、ロッド２の鉛直状態を保持できる方法が好ましい。なお、前工程の終了から本工程が終了する間は、作業棒３とロッド２との接続状態をそのまま保持しておき、ロッド２上部と作業棒３とのいかなる部分も切断して再接続、または別の作業棒に繋ぎ換えることはしないことが、ロッドの撓みや偏心を防ぐ点から好ましい。
【００２８】
検査は、ロッド２を鉛直状態に保ったまま、延伸されたロッド２の中心のコア部が規定の屈折率を有するか等を測定器１０（例えば、ＰＫ社のＰＫ２６００）で計測して行われる。
【００２９】
次にロッド２を図４に示すようにチューブ１１に挿入する。挿入直前に、ロッド２の表面をＨＦエッチングや火焔研磨等で処理し、汚れや傷を除去することが好ましい。なお、検査工程終了から挿入工程終了までの間もロッド２を鉛直状態のまま移動あるいは保持しておくが、挿入ステージでは、上側チャック４を挿入チャック１４に替える。また、検査工程の終了から挿入工程が終了する間は、作業棒３とロッド２との接続状態をそのまま保持しておき、ロッド２上部と作業棒３とのいかなる部分も切断して再接続、または別の作業棒に繋ぎ換えることはしないことが、ロッドの撓みや偏心を防ぐ点から好ましい。
【００３０】
チューブ１１の上部（ロッド２が挿入される開口がある側）には、チューブ１１の支持のためにチューブ１１よりも内径が大きい補助管１２がチューブ１１と同軸で接続され、この補助管１２上部は把持部材９により把持され、鉛直状態が保たれている。具体的には、チューブ１１は、外径１８２ｍｍ、内径５４ｍｍ、長さ２０００ｍｍであり、補助管１２は、外径１８２ｍｍ、内径６２ｍｍ、長さ８００ｍｍである。
【００３１】
ロッド２の中心軸とチューブ１１の中心軸とを一致させてから、ロッド２を下げていって補助管１２の中へ、引き続いてチューブ１１の中へ挿入する。途中で２つの中心軸がずれないように高い精度でチャック１４を下降させていき、ロッド２を挿入する。ロッド２の挿入側の先端は、先細り状部２１であるので、挿入開始そ容易に行うことができる。また、ロッド２の下端近傍に外径増大部分が存しないので、チューブ１１の途中に引っかかったり、擦って傷を付けることはない。
【００３２】
ここで石英棒材の延伸工程以降ずっとロッド２は鉛直な状態を保ったままであり、かつ、作業棒３とロッド２との接続状態をそのまま保持していると、ロッド２の中心軸が偏心していないため、ロッド２がチューブ１１の内壁に接触することは起こらない。
【００３３】
次に、図５に示すように、ロッド２とチューブ１１との全体の融着一体化と延伸とを同時に行う。
【００３４】
融着一体化を行うために、補助管１２上端に予め被せた減圧用キャップ１７を真空ポンプに繋ぎ、チューブ１１とロッド２との隙間を低圧状態とする。その状態で、チューブ１１とロッド２の下端から炉１６で加熱すると、両者の隙間が消失して融着一体化する。それと同時に下方に延伸して所望の径のプリフォーム１５とする。
【００３５】
（実施形態２）
実施形態２は実施形態１とは棒材延伸工程のみが異なり、他の工程は同じであるので、棒材延伸工程のみを説明する。
【００３６】
石英棒材１の延伸を進めていって、下端部分が炉５に入ったら（図７（ａ））、炉５の温度（延伸温度）を下げてヒートゾーン２０を狭くし、下側チャック６の移動の向きを上方向から下方向に変える（図７（ｂ））。この下側チャック７の移動の向きの変更方法は、石英棒材１の下端部分が炉５に入ったら、上下のチャック４，６の動きを止めて、数秒から数十秒後に下側チャック６を下側に移動させ始め、さらにこれまでの延伸速度の約１０倍程度まで下側チャック６の移動速度を大きくする方法である。なお、石英棒材１を十分に細く延伸したら、実施形態１と同様に切断する。
【００３７】
このように延伸することにより、先細り状部２１を比較的短くすることができる。
【００３８】
なお、上記の説明の製造方法は例であって本発明はこれらの方法に限定されない。石英棒材１の延伸の最後に、加熱温度を下げてから延伸速度を大きくしてもよいし順序を逆にしてもよいし、延伸速度を大きくすることと加熱温度を下げることとを同時に行ってもよい。また、途中に別の工程が入ってもよいし、各工程の加工方法も別の方法で行っても構わない。石英棒材１、ロッド２及びチューブ１１のサイズも特に限定されない。
【００３９】
【実施例】
（実施例１）
実施形態１に示した方法で、１００ｍｍ径で有効長７５０ｍｍの石英棒材を加熱して延伸し、５０ｍｍ径で長さ３０００ｍｍのロッドとした。
【００４０】
（実施例２）
実施形態２に示した方法で、１００ｍｍ径で有効長７５０ｍｍの石英棒材を加熱して延伸し、５０ｍｍ径で長さ３０００ｍｍのロッドとした。
【００４１】
（比較例１）
実施形態１に示した方法のうち棒材延伸工程において、予め決められた量（所定量の延伸長プラス約１００ｍｍ）の延伸が終了するまでは延伸温度を一定に保ち且つ延伸速度を一定とし、その後に延伸速度を大きくして１００ｍｍ径で有効長７５０ｍｍの石英棒材を加熱して延伸し、５０ｍｍ径で長さ３０００ｍｍのロッドとした。
【００４２】
（比較例２）
実施形態１に示した方法のうち棒材延伸工程において、予め決められた量（所定量の延伸長プラス約１００ｍｍ）の延伸が終了するまでは延伸速度を一定にし、その後に延伸速度を大きくして１００ｍｍ径で有効長７５０ｍｍの石英棒材を加熱して延伸し、５０ｍｍ径で長さ３０００ｍｍのロッドとした。
【００４３】
これら方法で延伸して得られた各ロッドの外径分布グラフを図８に示す。横軸は、延伸終端（直径が１０ｍｍとなったところ）からの軸方向の距離を示している。比較例１では、ロッド先端からの位置が２００〜２４０ｍｍのところで外径が５３ｍｍを大きく越えて５４ｍｍ以上となり、石英チューブ内径（５４ｍｍ）よりも大きくなってしまって石英チューブに挿入することが不可能となった。比較例２では、最大外径が約５２ｍｍとなり、石英チューブに挿入する際に接触して石英チューブ内面を傷つけてしまった。実施例１，２は外径が５０ｍｍを越えることがなく、石英チューブへの挿入も良好に行われた。特に、実施例２では、先細り形状部の長さが２００ｍｍであって、実施例１の３００ｍｍよりも短く、歩留まりが大幅に向上した。
【００４４】
【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。
【００４５】
石英棒材を延伸してロッドとする際に、所定量まで延伸し終えたら延伸温度を下げて且つ延伸速度を大きくすることによりヒートゾーンを狭くしているので、ロッドの終端部に外径増大部分が形成されることを防ぐことができる。従って、ロッドをチューブに挿入するときの引っかかりや接触を防ぐことができ、高品質の光ファイバ母材を提供できる。また、石英棒材のコア部が含まれた有効部分を無駄なく使うことができ歩留まりを向上させることができ、全体としてコストを下げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ母材の製造工程のフローを示す図である。
【図２】石英棒材を延伸しているところの概略側面図である。
【図３】ロッドを検査しているところの概略側面図である。
【図４】ロッドをチューブに挿入しているところの概略側面図である。
【図５】ロッドとチューブとの融着一体化および延伸しているところの概略側面図である。
【図６】実施形態１の石英棒材の下端部を延伸しているところの概略側面図である。
【図７】実施形態２の石英棒材の下端部を延伸しているところの概略側面図である。
【図８】実施例および比較例におけるロッドの外径分布のグラフである。
【符号の説明】
１　　　石英棒材
２　　　ロッド
７　　　接続部
１１　　チューブ
１５　　プリフォーム（光ファイバ母材）
２１　　先細り状部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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