(57)【要約】【課題】石英棒材にクラックが生じないように表面を火炎研磨で清浄にする光ファイバ母材の製造方法を提供する。【解決手段】一次母材１を炉５において加熱し、延伸して棒材２とする。炉５の上方にガスバーナー２２を設置して、延伸直後の棒材２を火炎２１を吹き付けて、棒材２表面の汚れや傷を除く。火炎２１吹きつけを棒材２が冷える前に行うので、棒材２に火炎２１吹きつけによる歪みが発生しない。【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、
一次母材を加熱延伸して棒材とする一次母材延伸工程と、
上記棒材の表面に火炎を吹き付けて汚れ及び傷除去を行う火炎研磨工程と、
汚れ及び傷除去された上記棒材を石英管に挿入する挿入工程と、
挿入された上記棒材を上記石英管と融着一体化させる一体化工程と、を備えており、
上記火炎研磨工程は、上記一次母材延伸工程の直後であって上記棒材が所定の火炎研磨時温度よりも高い状態で行う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、
一次母材を加熱延伸して棒材とする一次母材延伸工程と、
上記棒材の表面に火炎を吹き付けて汚れ及び傷除去を行う火炎研磨工程と、
汚れ及び傷除去された上記棒材を石英管に挿入する挿入工程と、
挿入された上記棒材を上記石英管と融着一体化させる一体化工程と、を備えており、
上記挿入工程は、上記火炎研磨工程の直後であって上記棒材が所定の挿入時温度よりも高い状態で行うとともに、該挿入と融着一体化とを時間的に連続して行う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、石英棒材を石英管に挿入する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方法は、中心部のコアとなる部分とその外側のクラッドとなる部分とを有する一次母材を製造する工程と、一次母材の外側にクラッドとなる石英ガラスを設ける工程とからなる。後者の工程は、一次母材だけでクラッド部分を必要な厚みにするには非常に時間がかかり、生産性が甚だしく低下するため、生産性向上のために設けられている。一次母材を製造する工程に用いられる方法には、一般的にはＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＣＶＤ法の３つがある。一方、一次母材の外側にクラッドを形成する方法には、ＯＶＤ法のような外付け方法とロッドインチューブ法が知られている。
【０００３】
ロッドインチューブ法は、一次母材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で、一次母材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、一次母材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】
また、品質を保証することも重要であるので、一次母材を延伸した棒材そのままの、あるいは棒材の上下端を切断して、一次母材の加熱延伸後の屈折率プロファイル検査をしている。その後、ガラス旋盤にて該棒材の片端か両端にハンドリングのための作業棒を接続して、それから棒材の表面の汚れや傷を除去するために、ＨＦエッチングを行ったり棒材表面に火炎を吹き付ける火炎研磨を行う。棒材の表面に汚れや傷がついていると、石英ガラス管に挿入し一体化したときに母材に気泡が入り、製品の光ファイバとしたときに光学特性が劣る不良品となるからである。このようにして表面清浄となった棒材を石英管の中に挿入して融着一体化させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＨＦエッチングを行うと、その後の水洗・乾燥によって棒材表面にシミが残って、その部分が母材において気泡の原因となっていた。
【０００７】
火炎研磨により棒材表面を清浄にするときには、火炎による高温が問題となる。即ち、一次母材を加熱延伸して棒材とした後に、この棒材はガラス旋盤まで運ばれ固定されてから火炎研磨されるため、通常は、棒材が加熱による高温から冷えてから再度火炎を吹き付けて高温とすることになる。このようにすると、母材中に歪みが残留してしまう。さらに、火炎研磨後に、ガラス旋盤から棒材を取り外して挿入工程に運び、石英管に挿入して加熱することにより融着一体化するのであるが、このときも火炎研磨により高温になった棒材が、一旦冷えてさらに融着一体化の工程で高温となるため、上記歪みがクラックの原因となって、棒材にクラックが多発していた。
【０００８】
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、石英棒材にクラックが生じないように表面を火炎研磨で清浄にする光ファイバ母材の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【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、棒材が冷えてから再度高温する工程を多くても一つとすることとした。
【００１０】
具体的には、請求項１にかかる発明は、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。
【００１１】
そして、一次母材を加熱延伸して棒材とする一次母材延伸工程と、上記棒材の表面に火炎を吹き付けて汚れ及び傷除去を行う火炎研磨工程と、汚れ及び傷除去された上記棒材を石英管に挿入する挿入工程と、挿入された上記棒材を上記石英管と融着一体化させる一体化工程と、を備えており、上記火炎研磨工程は、上記一次母材延伸工程の直後であって上記棒材が所定の火炎研磨時温度よりも高い状態で行うものとする。
【００１２】
請求項１の製造方法であれば、棒材が一次母材延伸工程から冷える前の所定の火炎研磨時温度よりも高い状態で火炎研磨を行うので、棒材がその後の融着一体化工程で高温に加熱されてもクラックはほとんど発生せず、光学特性が良好な光ファイバを得ることができる。即ち一次母材延伸工程終了後に、棒材が冷却されないうちに次工程の火炎研磨を行うため、温度の下がりやすい表面と温度の下がりにくい中心部との温度差が小さい条件で火炎研磨して再度表面温度を上げることになり、従って火炎研磨工程後に棒材内部に残留する歪みを小さく抑えられて、クラックが発生しない。ここで、所定の火炎研磨時温度とは、棒材に火炎研磨をして、冷却後の再加熱でクラックが生じるほどの歪みが発生し始める火炎研磨開始時の棒材温度である。この火炎研磨時温度は、棒材の径や長さ、火炎研磨の処理速度、火炎研磨の温度等によって異なるが、棒材表面温度にして２００℃が好ましく、３００℃であればクラック防止がより確実になるのでより好ましい。なお、このときの棒材中心部の温度は表面温度よりも数百℃高いと推定される。
【００１３】
次に、請求項２にかかる発明は、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。
【００１４】
そして、一次母材を加熱延伸して棒材とする一次母材延伸工程と、上記棒材の表面に火炎を吹き付けて汚れ及び傷除去を行う火炎研磨工程と、汚れ及び傷除去された上記棒材を石英管に挿入する挿入工程と、挿入された上記棒材を上記石英管と融着一体化させる一体化工程と、を備えており、上記挿入工程は、上記火炎研磨工程の直後であって上記棒材が所定の挿入時温度よりも高い状態で行うとともに、該挿入と融着一体化とを時間的に連続して行うものとする。
【００１５】
請求項２の製造方法であれば、棒材が火炎研磨工程が終了して冷却してしまう前であって、所定の挿入時温度よりも高い温度のときに石英管に挿入されそのまま連続して融着一体化されるので、棒材にクラックが生じることを防止できる。即ち棒材が冷却されてから再び高温になる過程を多くとも１回にしたので、クラックが発生しない。ここで、所定の挿入時温度とは、火炎研磨により高温になった棒材が冷えていく途中に、石英管に挿入されて融着一体化のために再度加熱されたときにクラックが発生し始める棒材の石英管への挿入開始時の温度である。この挿入時温度は、棒材の径や長さ、火炎研磨の処理速度や温度、挿入開始から執着一体化開始までの時間等により異なるが、表面温度として２００℃が好ましい。また、挿入と融着一体化とを時間的に連続して行うとは、挿入から融着一体化の間での棒材の冷却によるクラック発生を防ぐように、棒材を挿入直後に融着一体化を開始することであり、例えば、挿入工程と一体化工程とを同じ場所で行って工程間で移動を行わないようにして２工程を連続して行うこと等が挙げられる。
【００１６】
【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。
【００１７】
例として、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部を形成する光ファイバ母材（プリフォーム）の製造工程を図１に示す。最初の煤付けとは、スート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スートの一次母材とする焼結工程を経て、一次母材延伸工程でその一次母材を加熱延伸して棒材とする。それから火炎研磨工程にて該棒材を火炎研磨（火炎研磨による汚れ及び傷除去）する。次は、石英棒材を石英管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棒材と石英管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。
【００１８】
なお、上記の工程で棒材と石英管と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法を用いて一次母材を作製してもよい。
【００１９】
プリフォームは、図には示していないが、次工程である線引き工程で加熱延伸されて光ファイバとなる。
【００２０】
本発明は、図１における一次母材延伸工程から火炎研磨工程、石英管への挿入の工程に特徴があるので、該工程を中心に以下詳しく説明する。
【００２１】
−実施形態１−
一次母材を延伸し、延伸が終了して棒材となった部分から火炎研磨をしているところを横から見たのが図２である。即ち、ここでは一次母材延伸工程と火炎研磨工程とが行われている。一次母材１を大型にすると生産性が上がるが、石英ガラス管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の一次母材１を炉５で加熱して延伸し、５０ｍｍ径で長さ３０００ｍｍの棒材２としている。
【００２２】
具体的には、一次母材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。一次母材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、一次母材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。棒材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、棒材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。
【００２３】
上記炉５の上方には、ガスのバーナー２２が設置されていて、炉５から出たばかりの延伸された棒材２の表面に火炎２１を吹き付けて、汚れや傷を焼却あるいは気化させて清浄にしている。火炎２１を吹き付けている棒材２の中心部分は、炉５中での加熱延伸温度から数百℃下がっているが１０００℃以上である。火炎２１を吹き付けられているときに棒材２の表面は１５００℃以上になるが、中心部分との温度差が数百℃であるため、この温度では火炎研磨がされても棒材２には歪み増加がほとんどない。すなわち、棒材２の上記温度は所定の火炎研磨時温度よりも高い温度である。棒材２の表面をむらなく火炎研磨するために、バーナー２２を棒材２の周りに複数本設置して火炎研磨してもよい。また、同様の理由で、棒材２を中心軸周りに回転させながら、火炎研磨をしてもよい。
【００２４】
なお、本工程中には、作業棒３と棒材２との接続状態をそのまま保持しておき、棒材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、棒材の撓みや偏心を防ぐ点から好ましい。
【００２５】
火炎研磨が終了した後は、図３に示すように、棒材２を石英管１１に挿入する。なお、前工程終了からこの挿入工程終了までの間も棒材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と棒材２との接続状態をそのまま保持しておき、棒材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、棒材２の撓みや偏心を防ぐ点から好ましい。
【００２６】
石英管１１の上部（棒材２が挿入される開口がある側）には、石英管１１の支持のために、石英管１１よりも内径が若干大きい補助管１２が石英管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、石英管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。
【００２７】
棒材２の中心軸と石英管１１の中心軸とを一致させてから、棒材２を下げていって補助管１２の中へ、引き続いて石英管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、棒材２を挿入する。
【００２８】
ここで一次母材の延伸工程以降ずっと棒材２は鉛直な状態を保ったままであり、かつ、作業棒３と棒材２との接続状態をそのまま保持していると、棒材２の中心軸が偏心していないため、棒材２が石英管１１の内壁に接触することは起こらない。
【００２９】
次に、図４に示すように、棒材２と石英管１１との全体の融着一体化と延伸とを同時に行う。
【００３０】
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、石英管１１と棒材２との隙間を低圧状態とする。その状態で、石英管１１と棒材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。なお、火炎研磨を一次母材延伸工程の直後に行っているため、この工程で棒材２にクラックが生じることはない。
【００３１】
本実施形態では、一次母材延伸工程の直後であって棒材２が一次母材延伸工程の熱により所定の火炎研磨時温度よりも高い状態で火炎研磨を行っているので、火炎研磨による歪みが生じることがなく、一体化工程で棒材２にクラックが発生しないため、高品質のプリフォーム１５が得られる。また、棒材２は一次母材延伸工程以降鉛直に保たれたまま加工されているので、棒材２が石英管１１の内壁に接触することは起こらなく、石英管１１内部に傷がつくことはない。
【００３２】
−実施形態２−
実施形態２は、図５に示すように一次母材１延伸直後に棒材２への火炎研磨は行っていない。また、図６に示すように、石英管１１への挿入直前に棒材２へ火炎研磨を行っている。これら２点が実施形態１と異なっているが、他の工程は実施形態１と同じであるので、同じ点は説明を省略する。
【００３３】
一次母材延伸工程は、図５に示すように火炎研磨を行っていないだけで、他の点は実施形態１と同じである。
【００３４】
挿入工程では、図６に示すように、実施形態１の状態に加えて、棒材２が補助管１２に挿入される直前のところで火炎研磨が行われるように、バーナー２２が設置されている。火炎研磨の条件は、実施形態１とほぼ同じである。棒材２の石英管１１への挿入が完了すると、即時に図４に示す融着一体化とそれに続く延伸が行われる。なお、棒材２が石英管１１に挿入された時点での棒材２の温度は、所定の挿入時温度よりも高く、棒材２が冷えてクラックの原因となる歪みが発生する前に融着一体化が行われるため、棒材２にクラックが発生することなしにプリフォーム１５を製造することができる。
【００３５】
実施形態２の作用効果は、実施形態１と同様である。
【００３６】
−他の実施形態−
これまで説明した実施形態における製造方法は、例であって本発明はこの方法に限定されない。途中に検査工程等の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。また、一次母材１、棒材２及び石英管１１のサイズも特に限定されない。
【００３７】
【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。
【００３８】
棒材への火炎研磨を、一次母材延伸の直後又は石英管挿入の直前に行っているので、棒材にクラックが発生することが防止され、高品質の光ファイバ母材を製造することができる。
【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】実施形態１の一次母材延伸及び火炎研磨の概略族面図である。
【図３】実施形態１の棒材の挿入をしているところの概略側面図である。
【図４】実施形態１の融着一体化及び延伸をしているところの概略側面図である。
【図５】実施形態２の一次母材を延伸しているところの概略側面図である。
【図６】実施形態２の棒材の火炎研磨及び挿入をしているところの概略側面図である。
【符号の説明】
１　　一次母材
２　　棒材
１１　石英管
１５　プリフォーム（光ファイバ母材）
２１　火炎
【図１】
2004035369.tif 000003
【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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