(57)【要約】【課題】  大口径の光ファイバ母材とダミー部材の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する際に、接続部に割れや亀裂等を生じることなく、短時間で簡単に接続できる、光ファイバ母材及びその接続加工方法並びに装置を提供する。【解決手段】  光ファイバ母材１とダミー部材２、あるいは２本の光ファイバ母材１またはダミー部材２同士の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する光ファイバ母材１の接続加工方法において、少なくとも一方の被溶着体の端部を把持機構で把持して両者を対向させ、両被溶着体の間隔を１〜２０ｍｍの範囲内で選択し、両被溶着体の端部を加熱溶融して両者を溶着接続することを特徴としている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材とダミー部材、あるいは２本の光ファイバ母材またはダミー部材同士の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する光ファイバ母材の接続加工方法において、少なくとも一方の被溶着体の端部を把持機構で把持して両者を対向させ、両被溶着体の間隔を１〜２０ｍｍの範囲内で選択し、両被溶着体の端部を加熱溶融して両者を溶着接続することを特徴とする光ファイバ母材の接続加工方法。
【請求項２】
少なくとも一方の被溶着体の端部を加工して凸形状とする請求項１に記載の光ファイバ母材の接続加工方法。
【請求項３】
被溶着体の端部を加熱溶融する手段がバーナーであり、端部の凸形状の高さが、該バーナーの加熱領域内に納まる高さとする請求項２に記載の光ファイバ母材の接続加工方法。
【請求項４】
両被溶着体の端部の間隔を検出器で検出し、加熱による端部の変形に応じて、把持機構位置制御装置により把持機構を制御して、両者の間隔を一定に保ち、その後当接させて溶着接続する請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ母材の接続加工方法。
【請求項５】
光ファイバ母材とダミー部材、あるいは２本の光ファイバ母材またはダミー部材同士の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する光ファイバ母材の接続加工装置において、被溶着体の端部を把持する把持機構、両被溶着体間の距離を検出する距離検出器、両被溶着体間の距離を把持機構を制御して一定に保つ把持機構位置制御装置を備えていることを特徴とする光ファイバ母材の接続加工装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバ母材の接続加工方法を用いて溶着接続してなることを特徴とする光ファイバ母材。
【請求項７】
請求項５に記載の光ファイバ母材の接続加工装置を用いて溶着接続してなることを特徴とする光ファイバ母材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ母材やダミー部材等の被溶着体の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する光ファイバ母材の接続加工方法及び装置並びに得られる光ファイバ母材に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ母材は、その前駆体である多孔質母材を脱水・焼結し、透明ガラス化して製造される。その後必要に応じて、ガラス旋盤を用いて曲がりを修正したり、所定の外径や長さへの加熱延伸加工、表面の凹凸や傷、不純物等の除去を行う火炎研磨処理等の加工が行われる。
【０００３】
ガラス旋盤を用いて光ファイバ母材を加工するには、先ず、光ファイバ母材の両端にダミー部材を接続し、該ダミー部材をチャックで把持してガラス旋盤にセットし、光ファイバ母材に所望の加工が施される。従来、このような光ファイバ母材とダミー部材とを接続するには、両者の端部をバーナー火炎等で加熱溶融してから、両端部を当接させ接続していた（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、このようにして接続したもののなかには、光ファイバ母材とダミー部材との接続部で、ごくまれに割れることがあり、最悪の場合、光ファイバ母材が落下し、破損することがあった。光ファイバ母材の加工には、光ファイバ母材が１，５００〜２，２００℃の高温に加熱されるため、光ファイバ母材の落下は、作業者にとっても危険であった。
【０００５】
近年、光ファイバ母材の大口径化が進んでいるため、このような割れによって光ファイバ母材が破損すると、より大きなコストアップにつながる。また、割れずに亀裂が生じたのみの場合でも、亀裂部を溶断切除して再び接続しなければ、後の加工ができず、作業時間が長くなるという不都合があった。
【０００６】
接続部に割れや亀裂が生じる原因としては、光ファイバ母材とダミー部材とを溶着接続する際に、接続部に微小な気泡等が閉じ込められ、冷却時にこのような気泡を中心として残留歪みが生じ、これらが接続部での割れや亀裂発生の起点になると考えられる。
【０００７】
従来、光ファイバ母材にダミー部材を溶着接続するには、図４に示すような方法が採られていた。すなわち、光ファイバ母材１と加工用ダミー棒２とを距離ａ離して、バーナー３の火炎４で加熱し、溶融軟化させて溶着接続する方法である。
この方法は、作業者が勘と経験により、接続部の間隔及びバーナーの火炎量を変えていたため、接続部の溶融軟化時間が作業者によって、あるいは作業の都度異なり、作業効率が悪く、良好な品質の光ファイバ接続母材１０が常に安定して得られるとは限らなかった。
【０００８】
さらに、光ファイバ母材の大口径化にともない、強力なバーナー火炎が使用され、接続部端面の中心部より周縁部がより加熱されるため、周縁部が早く軟化し、表面張力により周縁部が環状に盛り上がり、中央部に凹みができ、接続時に一部のガスが閉じ込められ、泡となって残留する頻度が増してきた。
【０００９】
また、特許文献１では、光ファイバ母材とダミー部材を溶着接続する際に、端部を凸形状に機械加工後、両方の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する方法を開示している。この方法によれば、接続部端面の中心部と周縁部が同様に加熱されるため、周縁部が環状に盛り上がることがない。従って、溶着時に接続部に生じていた気泡の発生を無くすことができ、接続部に生じる残留歪みを抑制できる。
【特許文献１】特開２０００−３２７３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、光ファイバ母材の大口径化のため、接続端部を凸形状とする機械加工に時間を要するようになった。凸形状の高さ（軸方向）を低くすると、機械加工の時間を短くできるが、加熱溶融時の周縁部の盛り上がりを抑制することができない。他方、凸形状の高さを高くすると、機械加工の時間が長くなりコスト高となる上、テーパ裾部が火炎からはみだし、加熱が不十分で軟化しないという問題が生じた。そのため接続部の端面には、加工時間ができるだけ短く、高さのできるだけ高い、かつテーパ裾部まで十分に軟化させることのできる高さの凸形状が求められた。
【００１１】
そこで本発明は、大口径の光ファイバ母材とダミー部材の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する際に、接続部に割れや亀裂等を生じることなく、短時間で簡単に接続できる、光ファイバ母材及びその接続加工方法並びに装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光ファイバ母材の接続加工方法は、光ファイバ母材とダミー部材、あるいは２本の光ファイバ母材またはダミー部材同士の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する光ファイバ母材の接続加工方法において、少なくとも一方の被溶着体の端部を把持機構で把持して両者を対向させ、両被溶着体の間隔を１〜２０ｍｍの範囲内で選択し、両被溶着体の端部を加熱溶融して両者を溶着接続することを特徴としている。
【００１３】
なお、被溶着体の端部は、少なくとも一方の被溶着体の端部を加工して凸形状とし、この凸形状の高さを、被溶着体の端部の加熱溶融に使用するバーナーの加熱領域内に納まる高さとするのが好ましい。
加熱中、両被溶着体の端部の間隔を検出器で検出し、加熱による端部の変形に応じて、把持機構位置制御装置により把持機構を制御して、両者の間隔を一定に保ち、その後当接させて溶着接続する。
【００１４】
本発明の光ファイバ母材の接続加工装置は、光ファイバ母材とダミー部材、あるいは２本の光ファイバ母材またはダミー部材同士の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する光ファイバ母材の接続加工装置において、被溶着体の端部を把持する把持機構、両被溶着体間の距離を検出する距離検出器、両被溶着体間の距離を把持機構を制御して一定に保つ把持機構位置制御装置を備えていることを特徴としている。
本発明の光ファイバ母材は、上記光ファイバ母材の接続加工方法を用いて、もしくは上記光ファイバ母材の接続加工装置を用いて溶着接続してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光ファイバ母材及びその接続加工方法並びに装置によれば、両者の接続面が近接しているため、この面からの放射冷却が起こりにくくなり、効率良く端部を加熱することができ、均一な品質を有する光ファイバ接続母材を製作することができる。さらに、接続部端面の中央部は放射冷却が起こりにくいため、周縁部との温度差が小さくなり、周縁部のみが特に溶融され表面張力で環状に盛り上がるのを抑制でき、接続部に割れ等の原因となる気泡が封入されることなく、大口径の光ファイバ母材とダミー部材、あるいは光ファイバ母材同士を容易に溶着接続することができる。
また、作業者による接続部の溶着前の接触を防ぐための監視が不要となり、作業者を高熱環境から解放することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について添付した図面に基づき詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の光ファイバ母材の接続加工装置の構成の一例を示す概略説明図である。図に示すように、光ファイバ母材1とダミー部材２の対向する両端部を、バーナー３の火炎４で加熱溶融する。加熱溶融が進むにつれ、両端部は表面張力により変形し、両者の端部間の距離が変化する。このとき両者が接触すると、軸対称に溶着接続し難く、泡が生じ易い。そのため両端部を当接させるまで、その間隔を１ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは２ｍｍ〜１０ｍｍに保持する必要がある。このためカメラ等の距離検出器６を用いて光ファイバ母材1とダミー部材２との間隔を監視し、加熱溶融が進むにつれて変化する両者の間隔を一定に保つように、光ファイバ母材把持機構７又はダミー部材把持機構８を把持機構位置制御装置９により自動制御される。
なお、上記ダミー部材としては、石英ガラスからなるダミー棒又はダミーチューブ等が挙げられる。
【００１７】
図２は、接続加工を施される光ファイバ母材とダミー部材が同じ外径を有している場合を示している。加熱溶融される前の光ファイバ母材１とダミー部材２とは、端部の間隔ａが１ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは２ｍｍ〜１０ｍｍとなるように配置する(図２(１)参照)。この場合、例えば、ガラス旋盤の一方のチャックで光ファイバ母材１を把持し、同時にもう一方のチャックでダミー部材２を把持し、両者を等速回転させながらバーナー３等により加熱する。両端部が十分に軟化したところで当接させ、溶着接続すれば良い（図２（２）参照）。こうして、接続部に割れ等の原因となる気泡が封入されることなく、光ファイバ母材1とダミー部材２とを溶着接続した光ファイバ接続母材１０が得られる（図２（３）参照）。
【００１８】
図３は、本発明による接続加工方法の別の態様を示している。
光ファイバ母材１とダミー部材２の対向する両端部を凸形状に機械加工後、間隔ａが１ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは２ｍｍ〜１０ｍｍとなるように配置する。各端部に形成された凸形状の軸方向の高さは、バーナー３の火炎４で覆われる範囲内とする（図３（１））。この凸形状は、端部を面取り加工した面取り５で形成している。両端部を加熱溶融し充分に軟化させる（図３（２））。その後、両端部を当接させることにより、接続部に割れ等の原因となる気泡が封入されることなく、光ファイバ母材1とダミー部材２とを溶着接続した光ファイバ接続母材10が得られる（図３（３））。
【００１９】
図３に示す態様は、両端部がいずれも凸形状に加工されているが、これは、少なくとも対向する一方の端部が凸形状に加工されていれば良く、その効果、すなわち、少なくとも凸形状を有する側の周縁部の盛り上がりが抑制され、従来、溶着時に接続部に生じていた微細な気泡の巻き込みを無くすことができ、接続部に生じる残留歪みを抑制する効果が得られる。
なお、本発明においては、加熱手段としてバーナーを用いた場合、端部の凸形状のテーパ裾部が火炎により加熱される範囲内にあれば、接続端部の中央部と周縁部が同時に加熱され、接続端部全体を軟化させることができる。
次に本発明の実施例１，２、及び比較例１，２について説明する。
【実施例１】
【００２０】
直径７０ｍｍの光ファイバ母材1と同径のダミー部材２とを、図２に示したような本発明の方法で接続加工を施した。光ファイバ母材１とダミー部材２との端部の間隔ａは２ｍｍとした（図２（１））。両方の端部を酸水素バーナー３で３００Ｌ／ｍｍの水素量で６分間加熱したところ、充分に溶融軟化し（図２（２））、溶着接続できた（図２（３））。同様にして、接続加工を繰り返して行い、上記光ファイバ母材とダミー部材とを溶着接続した光ファイバ接続母材１０を１０本作製した。
いずれも接続部に微細な気泡や亀裂も無く、完全に溶着接続されていた。これらの光ファイバ接続母材１０に、通常のガラス旋盤で、延伸加工時に懸かる引張り張力の４倍の張力をかけたが、割れや亀裂が生じることはなかった。
【実施例２】
【００２１】
直径８５ｍｍの光ファイバ母材1と同径のダミー部材２とを、図３に示したような本発明の方法で接続加工を施した。光ファイバ母材1とダミー部材２の両方の端部にそれぞれ端面方向２５ｍｍ、軸方向１４ｍｍの面取り５を施した。両者の端面間の間隔ａは２ｍｍとした。このときテーパ裾部外縁での間隔は３８ｍｍとなった。両方の端部を酸水素バーナー３で５００Ｌ／ｍｍの水素量で加熱したところ、テーパの裾までバーナー火炎４が覆った（図３（１））。９分間加熱したところ、充分に溶融軟化し図３（２））、溶着接続できた図３（３））。同様にして、１０本の光ファイバ接続母材１０を作製した。
いずれも接続部に微細な気泡や亀裂も無く、完全に溶着接続されていた。これらの光ファイバ接続母材１０に、通常のガラス旋盤で、延伸加工時に懸かる引張り張力の４倍の張力をかけたが、割れや亀裂が生じることはなかった。
[比較例１]
【００２２】
直径７０ｍｍの光ファイバ母材１と同径のダミー部材２とを、図４に示したような方法で接続加工を施した。両者の端部の間隔ａを３０ｍｍとした（図４（１））。両方の端部を酸水素バーナー３で３００Ｌ／ｍｉｎの水素量で６分間加熱したところ、溶融軟化が不十分で（図４（２））、溶着接続はできたが（図４（３））、冷却後、接続部に亀裂が入った。同様にして、１０本の光ファイバ接続母材１０を作製した。
作製した光ファイバ接続母材１０に、通常のガラス旋盤で、延伸加工時に懸かる引張り張力の４倍の張力をかけたところ、１０本中４本に割れや亀裂が生じた。
[比較例２]
【００２３】
直径８５ｍｍの光ファイバ母材1と同径のダミー部材２とを、図５に示したような方法で接続加工を施した。光ファイバ母材1とダミー部材２の両方の端部にそれぞれ端面方向２５ｍｍ、軸方向３０ｍｍの面取り５を施した。両者の端面間の間隔ａは２ｍｍとした。このときテーパ裾部外縁での間隔は７０ｍｍとなった。両方の端部を酸水素バーナー３で５００Ｌ／ｍｍの水素量で加熱したところ、テーパ裾部の一部はバーナー火炎４からはみ出した（図５（１））。９分間加熱したところ、中央部は溶融軟化し（図５（２））、溶着接続できたが（図５（３））、テーパ裾部の軟化が不十分で、更に１０分間加熱しつつ、徐々に溶着しなければならなかった（図５（４））。同様にして、１０本の光ファイバ接続母材１０を作製した。
接続部は微細な気泡も無く仕上がったが、実施例２の方法に比べて倍以上の作業時間となった。作製した光ファイバ接続母材１０に、通常のガラス旋盤で、延伸加工時に懸かる引張り張力の４倍の張力をかけたが、割れや亀裂が生じることはなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想と実質的に同一な構成を有し、同様の作用効果を奏するものは、すべて本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の接続加工装置の構成を示す概略説明図である。
【図２】（１）〜（３）は、本発明の接続加工方法の一例を説明する概略説明図である。
【図３】（１）〜（３）は、本発明の接続加工方法の他の例を説明する概略説明図である。
【図４】（１）〜（３）は、比較例１の接続加工方法を説明する概略説明図である。
【図５】（１）〜（４）は、比較例２の接続加工方法を説明する概略説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１……光ファイバ母材、
２……ダミー部材（ダミー棒）、
３……バーナー、
４……火炎、
５……面取り、
６……距離検出器、
７……光ファイバ母材把持機構、
８……ダミー部材把持機構、
９……把持機構位置制御装置、
１０……光ファイバ接続母材。
【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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