(57)【要約】      （修正有）【課題】  母材インゴットの表面を高速で円筒研削を行うことができ、かつ次工程で問題となる研削傷の無い光ファイバ用ガラス母材及びその製造方法を提供する。【解決手段】  ＶＡＤ法で作製したコア材上に、外付け法にてガラス微粒子を堆積させた後、加熱・溶融して脱水・透明ガラス化し、得られたガラス母材の表面に生じた凹凸を研削して光ファイバ用ガラス母材を製造する方法において、粗研削後、最後の仕上げ研削を＃３２５〜４００ダイアモンド砥石を使用して円筒研削を行った後、火炎研磨により研削跡を除去する。【選択図】  図１
2005162511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＶＡＤ法で作製したコア材上に、外付け法にてガラス微粒子を堆積させた後、加熱・溶融して脱水・透明ガラス化し、得られたガラス母材の表面に生じた凹凸を研削して光ファイバ用ガラス母材を製造する方法において、粗研削後、最後の仕上げ研削をダイアモンド砥粒３２５〜４００メッシュの砥石を使用して円筒研削を行った後、火炎研磨により研削跡を除去することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
【請求項２】
ガラス母材の内部構造を円筒研削にて修正した後、仕上げ研削を行う請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
【請求項３】
仕上げ研削時の砥石の送り速度を２５mm/min以下とする請求項１又は２に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の製造方法を用いて製造されたものであることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの原材料として使用される光ファイバ用ガラス母材及びその製造方法、特には研削加工による形状修正技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、太径のガラス母材(母材インゴット)から成形したガラスロッド、いわゆる光ファイバプリフォームを線引きして製造される。この母材インゴットは、軸付け法や外付け法と呼ばれる方法で多孔質ガラス母材(以下、スート体と称する)を製造し、それを熱処理し透明ガラス化して得られる。この太径のスート体の製造について、その生産性を上げるために様々な提案がなされている。
【０００３】
その中で、複数のガラス微粒子生成用バーナー(以下、堆積用バーナーと称する)を出発部材であるコア材に沿って部分的に往復移動させ、高速で堆積する方法が提案されている(部分トラバース法)(例えば、特許文献１参照)。この方法は、従来の光ファイバ母材として有効となる部分を超えてバーナーを往復移動させる方法(全域トラバース法)に対して、利用できない不要部を増やすことなくバーナーの本数が増やせ、堆積速度を飛躍的に増大させることができる。
【０００４】
しかしながら、上記部分トラバース法は、堆積速度が飛躍的に増す反面、最終製品である光ファイバの製造に利用可能な有効部分内でバーナーが折り返すために、長手方向の堆積量が不均一になる問題がある。この対策として特許文献１は、折返し位置を順次ずらし、折返し位置の重複による不均一な堆積を解消する方法を採っている。
【０００５】
スート体の外径変動を軽減するために、堆積中、外径変動を計測し、堆積量調整用バーナーを用いて外径を補正する方法（特許文献２参照）や、折り返し位置の分散に関与するバーナーの移動距離を制御する方法（特許文献３参照）、堆積用バーナーに供給されるガスをバーナー個々に制御する方法（特許文献４参照）などが提案されている。他にも、堆積用バーナーの堆積量に起因する外径変動について、圧力溜めを利用する方法(特許文献５参照) や、堆積用バーナ毎の堆積量のばらつきを軽減する方法 (特許文献６参照) など、様々な方法が提案されている。
【０００６】
これらの外径変動を軽減させる方法を用いても、細かい表面の凹凸は完全には除去できず、また焼結・透明ガラス化時に生じるスート体の収縮の仕方により、得られる母材インゴットの内部構造(コア・クラッド比)が設計値からずれてしまうという問題が発生する。
【０００７】
また、線引き装置の大型化やコストダウンの要求などにより、近年、母材インゴットは大型化される傾向にある。大型化のメリットとしては、装置への取り付け、工程間を行き来するワークの減少や設備台数の減少による作業員の少人数化、製品の単位重量当りに対する設備費の圧縮などが挙げられるが、デメリットとして、１ロットの重量が増えることからＮＧが出た場合の損失が大きい。
【０００８】
その他にも、ガラス微粒子堆積時に、堆積層の重量増によって出発部材であるコア材がたわんだり、収縮する堆積層の厚みが増えるため、焼結・透明ガラス化時に周方向で不均一に収縮し、コアが母材インゴットの中心からずれた「偏芯」を起こしやすい。この偏芯は、製品として得られる光ファイバにも残り、光ファイバ同士を接続する際、コア位置がずれ、接続ロスが発生する。
【０００９】
この対策として、母材インゴットの内部構造(コア・クラッド比)をプリフォームアナライザーや偏光板を用いた計測器などを使用して計測し、得られた結果から母材インゴットの長手方向に対する内部構造(コア・クラッド比)の一定化や、母材インゴット表面の凹凸を除去するために、円筒研削が行なわれている。母材インゴットの円筒研削方法については、特許文献７〜９などで提案されている。
これらの特許文献では、主に表面の凹凸除去と偏芯の修正方法について記載されており、その他に内部構造に依存するカットオフ波長の修正についても記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特許第２６１２９４９号
【特許文献２】特許第３１３１１６２号
【特許文献３】特開２００１−３１４３１号公報
【特許文献４】特開２００２−１２１０４６号公報
【特許文献５】特開２００２−２４１１３６号公報
【特許文献６】特開２００２−２４１１３７号公報
【特許文献７】特開平９−３２８３２８号公報
【特許文献８】特開２００２−２０１０３５号公報
【特許文献９】特開２００２−３５６３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
通常、母材インゴットの円筒研削の手順は、先ず、母材の外径、コア及びクラッドの内部構造を計測し、それを修正するための設計を行う。次いで、粗研削、仕上げ研削となる。研削を２段階で行うのは、研削量が多い場合に、荒い砥石で早く目標径に仕上げ、この荒い砥石で発生した深い傷を仕上げ研削で除去し、細かく浅い傷のみにして表面をできるだけ速やかに平滑に仕上げるためである。このため、仕上げ研削は１回ではなく、荒い砥石による研削痕の深さに応じて、複数回仕上げ研削用の砥石で研削している。
【００１２】
仕上げ研削後、母材インゴットは、プリフォームと呼ばれる光ファイバの前駆体に加工される。このとき、母材インゴットが細い場合は、端部加工処理を行った後に表面の火炎研磨が行なわれる。母材インゴットが太い場合には、所定の径と長さに延伸加工後、吊り下げ用ダミー棒の接続と火炎研磨を行い、線引き装置にセットされる。実際の円筒研削による仕上げ研削の状態は、その火炎研磨後に研削痕が残らない程度に仕上げられる。
【００１３】
従来、円筒研削による仕上げ研削は、母材インゴットの外径が小さいときは、６００メッシュ(以下、＃６００と記す)のダイアモンド砥粒が埋め込まれた砥石を使用して行なわれていたが、母材インゴットの外径が大きくなるにつれ、従来条件ではうまく研削できないようになってきた。
【００１４】
具体的には、研削面積が大きくなるため、砥石が目詰まりし易く、そのため切り込み量が浅くなる。また研削送り速度を遅くしないと火花が発生し、母材インゴットの表面に傷が発生するようになった。砥石の目詰まりを防ぐには、母材インゴットの回転数を落とす、砥石の切り込み量を減らす、砥石送り速度（母材の長手方向に沿っての砥石の移動速度）を遅くするなどの方法が挙げられるが、いずれも研削に要する時間が増す方向にある。
【００１５】
母材インゴットの外径が１３０ｍｍ程度の場合は、＃６００のダイアモンド砥石による仕上げ研削で、ワーク回転数１０ｒｐｍ、切り込み量０．０５ｍｍ、砥石送り速度２０ｍｍ/ｍｉnの条件で、良好な表面状態が得られていた。これが母材インゴットの大型化で、外径が１６０ｍｍを超えるものに対しても同じ条件で研削を行うと、周速度の上昇と研削面積の増大により、砥石が目詰まりを起こしやすく、火花の発生などにより研削できなかったり、逆に表面に傷を生じることがあった。そこで目詰まりの起こりにくい条件で研削を行うと、十分な表面仕上げ状態を得るための所要時間が長くなるという、問題があった。
【００１６】
この研削時に生じた傷は、次工程の火炎研磨では消えにくく、より火力の強力な火炎研磨を行なわねばならなかった。火炎研磨の火力を強くする方法には、酸水素炎のガス量を増やす方法と、バーナーの移動速度を遅くして、母材インゴットへの単位長さあたりの供給熱量を増やす方法があるが、これらの方法は、使用ガスの増大と生産性の低下を招く。このため、火炎研磨の負荷を小さくするために、適度に平滑化された表面状態が研削後の母材インゴットに求められる。
【００１７】
本発明は、母材インゴットの表面を高速で円筒研削を行うことができ、かつ次工程で問題となる研削傷の無い光ファイバ用ガラス母材及びその製造方法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】
【００１８】
母材インゴットの表面状態を円筒研削により、次工程で問題の無い程度に表面状態を高速で仕上げる条件を鋭意実験し調査した結果、母材インゴットが大型化した場合でも高速で形状修正できる方法を見出し、上記課題を解決した。具体的には、本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、ＶＡＤ法で作製したコア材上に、外付け法にてガラス微粒子を堆積させた後、加熱・溶融して脱水・透明ガラス化し、得られたガラス母材の表面に生じた凹凸を研削して光ファイバ用ガラス母材を製造する方法において、粗研削後、最後の仕上げ研削を＃３２５〜４００ダイアモンド砥石を使用して円筒研削を行った後、火炎研磨により研削跡を除去することを特徴としている。
【００１９】
なお、ガラス母材の内部構造を円筒研削にて修正した後、仕上げ研削を行うものであり、仕上げ研削時の砥石の送り速度は、２５mm/min以下にするのが好ましく、切込み量は０．０５ｍｍ程度とする。
本発明の光ファイバ用ガラス母材は、上記製造方法を用いて製造されたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、母材インゴットの表面を高速で円筒研削を行うことができ、かつ次工程で問題となる研削傷の無い表面状態が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
母材インゴットは、透明ガラス化時に曲がりを生じていることが多く、研削機にセットしたとき、研削機の回転中心と母材インゴットのコアの中心が異なることがある。そのため、セットされた母材インゴットのコアの中心と回転中心とのずれを長手方向にわたって計測し、コア中心に従って研削するように砥石位置を制御する必要がある。
【００２２】
図１は、使用した円筒研削機の概略を示している。
母材インゴット１は、装置のチャック支持部２ａ，２ｂに把持具３ａ，３ｂにより支持され、回転モーター４により回転可能に取り付けられている。研削は、母材インゴット１の長手方向に沿って、砥石５を回転させながら移動させることにより、所定量の切り込みが行なわれる。目標とする研削量が多いときは、砥石５を複数回往復移動させることになる。なお、符号６は砥石５の回転軸であり、符号７は移動主軸台、符号８は固定主軸台である。
【００２３】
次ぎに、研削方法について、図２を用いて具体的に説明する。
先ず、母材インゴット１の長手方向の複数箇所において、その母材中心Ｏ2とコア中心Ｏ1との偏心量を測定部９で測定し、該偏心量が実質的に０となるようなコア中心Ｏ1を中心とする母材、すなわち目標クラッド１５の目標径Ｔを設計部１０で算出し、制御部１１に記憶させる。
研削時においては、コア中心Ｏ1を中心とする目標クラッド１５が目標径Ｔとなるように、母材インゴット１の長手方向に沿って砥石駆動部１２を制御部１１で制御される。
【００２４】
(従来例)
ＶＡＤ法により作製され透明ガラス化されたコア材を、所定の外径に延伸して出発部材とし、これにスート付けを行った後、さらに透明ガラス化して、両端がテーパー形状をした、有効部の平均外径が１３０ｍｍで有効部長約１５００ｍｍの母材インゴットを作製した。
【００２５】
研削は、外径７８ｍｍ、内径６８ｍｍのメタルボンドのカップ型ダイアモンド砥石（以下、単に砥石と称する）を使用し、回転数５０００ｒｐｍで行なった。先ず、＃８０の砥石を用いて切込み量０．９ｍｍの研削を１回、次に、＃２００の砥石で切込み量０．２ｍｍの研削を１回、最後に＃６００の砥石で切込み量０．０５ｍｍの研削を４回行った。
【００２６】
なお、母材インゴットの回転数は８ｒｐｍで、母材インゴットの長手方向に沿っての砥石の送り速度は、＃８０と＃２００の砥石による研削時は４０ｍｍ／ｍｉｎとし、＃６００の砥石による研削時は２０ｍｍ／ｍｉｎとした。このようにして、径方向へ最大研削量２.５ｍｍに達する研削を行った。研削に要した時間は６．５時間であった。
研削の結果は、目詰まりも無く表面状態も良好であった。
【００２７】
(比較例１)
従来例のものより太い、外径１６０ｍｍの母材インゴットを従来例と同様にして作製し、従来例と同じ条件で研削を実施した。最後に行なった＃６００の砥石による研削の１回目で、研削範囲のほぼ１/３を終えた頃から負荷増により送り速度が低下し、さらに研削範囲の半分を超えたところで火花が発生し、研削続行が不可能となった。母材の表面には、通常の研削痕とは異なる傷が発生しており、修正が必要な状態であった。
【００２８】
(比較例２)
外径１６０ｍｍの母材インゴットを従来例と同様にして作製し、従来例と同じ研削機を使用したが、研削条件を変えて研削した。
研削は、まず＃８０の砥石で切込み量０．９ｍｍの研削を１回、次に＃２００の砥石で切込み量０．２ｍｍの研削を１回、最後に＃６００の砥石で切込み量０．０３ｍｍの研削を６回行った。母材インゴットの回転数は８ｒｐｍで、砥石の送り速度はそれぞれ、＃８０と＃２００の砥石による研削時４０ｍｍ／ｍｉｎ、＃６００の砥石による研削時１６ｍｍ／ｍｉｎとした。その他は従来例と同じ条件で研削した。
研削の結果は、目詰まりも無く表面状態も良好であったが、研削に従来例の倍近い１１時間を要した。
【００２９】
同様に外径１６０ｍｍの母材インゴットを使用し、＃６００の砥石を使用した最後の仕上げ研削の条件をいろいろ試した結果（Ａ，Ｂ）を、先の従来例、比較例１，２の結果とともに表１に示した(表には変えた条件のみ示す)。
表１より、母材インゴットの外径が１６０ｍｍになると、従来例の外径１３０ｍｍの母材インゴットで行えていた研削条件では、うまく研削を行えないことがわかり、比較例２のように極端に研削速度が落ち、研削に長時間を要する。
【００３０】
【表１】
2005162511.tif 000003
【実施例１】
【００３１】
外径１６０ｍｍの母材インゴットを比較例と同様にして作製し、同じ研削機で本発明による研削方法を実施した。研削は、先ず＃８０の砥石で切込み量０.９ｍｍを１回、次に＃２００の砥石で切込み量０.２ｍｍを１回、最後に＃４００の砥石で切込み量０.０５ｍｍを４回実施した。母材インゴットの回転数は８ｒｐｍで、砥石の送り速度はそれぞれ、＃８０と＃２００時４０ｍｍ／ｍｉｎ、＃４００時２４ｍｍ／ｍｉｎとした。砥石は、外径７８ｍｍ、内径６８ｍｍのメタルボンドのカップ型砥石を使用し、砥石の回転数を５０００ｒｐｍとした。
【００３２】
研削の結果、目詰まりも無く表面状態も良好であり、次工程の火炎研磨で今まで通りの表面状態が得られた。研削に要した時間は、測定や砥石交換の時間などを除き６時間であり、従来より５時間以上(約１/２)の短縮となった。
同様に外径１６０ｍｍの母材インゴットを使用し、最後の仕上げ研削条件をいろいろ変えた結果（Ａ〜Ｆ）を表２に示した(表には変えた条件のみ示す)。
【００３３】
【表２】
2005162511.tif 000004
【００３４】
表２より、従来の＃６００ダイアモンド砥石による仕上げ研削後、火炎研磨して得られる表面状態と同程度の表面状態が、＃４００でも得られ、さらに、表面状態が若干悪くなるため、あまり高速化は期待できないが、＃３２５でも仕上げ研削が可能であることがわかる。
以上のことから、研削後の母材インゴットで表面状態を＃６００などの細かい砥石を使用しなくても、＃３２５〜４００の砥石で十分仕上げ研削が行え、さらに研削速度の高速化が可能であることがわかった。
以上、本発明はこれらに限定されず、様々な態様が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、光ファイバの原材料として、研削傷の無い光ファイバ用ガラス母材を短時間で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明で使用した円筒研削機の概略を示す図である。
【図２】研削方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…母材インゴット、
２ａ，２ｂ…チャック支持部、
３ａ，３ｂ…把持具、
４…回転モーター、
５…砥石、
６…回転軸、
７…移動主軸台、
８…固定主軸台、
９…測定部、
１０…設計部、
１１…制御部、
１２…砥石駆動部、
１３…コア、
１４…クラッド、
１５…目標クラッド、
Ｘ…偏心量、
Ｔ…目標径、
Ｏ1…コア中心、
Ｏ2…母材中心。
【図１】
2005162511.tif 000005
【図２】
2005162511.tif 000006