(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材又は光ファイバ用プリフォームを回転させながら一方向からの１本のバーナーの火炎で加熱し、前記バーナーの火炎加熱位置を相対的に移動させながら光ファイバ母材又は光ファイバ用プリフォームの表面温度が２０００℃以上になる火炎加工を行うに際し、該火炎加熱位置から長手方向であって、バーナー火炎の相対移動方向とは逆方向に温度が１９００℃から１５００℃に下がる間の温度下降勾配を、−２０．０〜−１．０℃／ｍｍの範囲に入るように前記バーナーを用いて制御することを特徴とする光ファイバ母材及び光ファイバ用プリフォームの加工方法。
【請求項２】
前記温度下降勾配を、光ファイバ母材又は光ファイバ用プリフォームの軸線に対してバーナーを６０°〜 ９０°未満傾斜させることにより得る請求項１に記載の光ファイバ母材及び光ファイバ用プリフォームの加工方法。
【請求項３】
前記温度下降勾配を、バーナーからの噴出ガス流量をバーナーの相対移動方向に分布を持たせることにより得る請求項１に記載の光ファイバ母材及び光ファイバ用プリフォームの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材又は光ファイバ用プリフォームの延伸や火炎研磨等の火炎加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、延伸は、光ファイバ母材をガラス旋盤に保持し、加熱源として鎖状炭化水素または水素を燃焼ガスとするバーナーの火炎で加熱軟化させ、光ファイバ母材を保持する一方の回転チャックを移動させて両回転チャック間距離を広げることにより、軟化部分に引っ張り力を作用させて所定の径に縮径し、加熱源を順次移動させることにより光ファイバ母材のほぼ全長にわたって延伸、縮径を行い、光ファイバ用プリフォームを得ている。
【０００３】
バーナーの火炎により加熱された光ファイバ母材の表面からはＳｉＯが蒸発する。このＳｉＯは雰囲気中の水分等と結合して、再び、微小な二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の粒子、すなわち石英ガラス微粒子となり光ファイバ母材表面に付着する。このため、表面に付着したガラス微粒子や取り扱いの際に生じた表面傷を除去するため、表面処理が欠かせないものとなっている。
光ファイバ母材を延伸して得たプリフォームに対して、上記したように、付着したガラス微粒子や表面傷の除去及び残留応力を低減するため、さらに火炎研磨が行われる。大径のプリフォームは、さらに、ガラス旋盤で所定径に延伸される。
【０００４】
この所定径に延伸されたプリフォームの一端又は両端にダミーガラス棒を溶着後、線引機に装着して加熱、線引することにより光ファイバが得られる。所定径への延伸やダミーガラス棒の溶着などを行うときの温度は、プリフォームの径方向中心部で１６００℃以上に保持されねばならない。プリフォームの中心部で１６００℃以上にするためには、プリフォーム表面の温度を２０００℃以上とし、さらに、十数分もこの状態を維持しなければならない。
【０００５】
石英ガラスがこのような高温の火炎雰囲気に曝されると、一部がＳｉＯとなって蒸発した後、再びガラス微粒子となって火炎加熱位置の周囲に付着する。この現象は蒸発した石英ガラスの成分が、空気中の水分等と反応して微小な二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の粒子となり、急激に冷やされることによって凝縮され、周囲に付着すると考えられる。
表面にガラス微粒子が付着した状態のプリフォームを線引きすると、電気炉内の雰囲気がＳｉＯ2の微粒子で汚染され、さらに、この付着したガラス微粒子により、光ファイバの表面に傷をつけてしまい、機械的強度を低下させるおそれがある。
【０００６】
プリフォームを、表面に傷や異物等が付着した状態で線引きすると、光ファイバの強度は著しく低下し、線引中に断線を生じることが多い。線引中に断線が起こると、再スタートまでに要する時間やオペレーターの作業量は、断線が起こらなかった場合に比べ、約２倍の時間、作業量となり、装置の生産性が低下する。このため従来から、表面に付着した異物や傷を除去する目的で、光ファイバ母材をガラス旋盤で所定径に延伸してプリフォームとした後、さらに火炎研磨が行なわれている。
【０００７】
バーナー火炎により、プリフォームの表面温度が約２０００℃にも達すると、石英ガラスの一部はＳｉＯとなって蒸発する。このＳｉＯの蒸発によりプリフォーム径がわずかに減少し、これに伴って、表面傷や付着した異物は除去される。また、プリフォームの表面温度が約２０００℃以上になると、石英ガラスの粘度は１０4〜１０5ポアズ程度にまで低下し、僅かな力で容易に変形させることができる。プリフォーム表面の傷は、ガラス粘度が低下することにより、表面張力が作用して消失し、表面は滑らかになる。
【０００８】
延伸や火炎研磨により蒸発したＳｉＯが、ＳｉＯ2のガラス微粒子となってプリフォームの表面に付着する場所は、火炎により強く熱せられている部分のすぐ外側であり、帯状の曇りを発生する。この曇りを形成しているガラス微粒子は、線引き時、炉内で飛散して、異物と同様に炉内雰囲気を汚染し、ファイバの表面に傷を付けるおそれがあるため、線引きする前に除去する必要がある。この曇りは、比較的弱い火炎で表面温度を約１９００℃程度に熱することで除去することができる。
【０００９】
この場合、ガス量やバーナーの移動速度によっては、プリフォーム中心部の加熱が不十分で強い歪みが残り、わずかな衝撃でクラックが発生することがある。
逆に、必要以上に加熱してしまうと、残留歪み量は小さくなるが、再び石英ガラスが蒸発し、曇りを生じる。
このため、従来のファイヤーポリッシュ（火炎研磨）の条件は、残留する歪みを歪計等で測定し、残留する歪みが問題とならないレベルになるガス条件、バーナー移動速度条件、さらに外観検査を行い、曇りを生じないガス条件、バーナー移動速度条件等を試行錯誤して見付け出していた。これらの条件はプリフォームの径、個々のバーナーによっても異なる。
【００１０】
例えば、延伸や表面傷および付着したガラス微粒子を除去するため、１回目の火炎加工は、表面温度が約２０００℃以上になる条件で行い、このとき付着したガラス微粒子を除去するために、２回目の火炎加工を表面温度が約１９００℃程度になる条件で行っている。
このような２度にわたる火炎加工で、プリフォームの表面を清浄にする方法は、極めて長時間にわたる加工時間を必要とし、さらに、一度、加熱冷却したものを、再度加熱するため、熱効率の面からも無駄が多かった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題に対して、複数のバーナーを設置して一度の火炎加工で処理する方法が提案されている。例えば、光ファイバ母材を延伸する際に、延伸のための加熱バーナーと、この加熱バーナーにより発生したガラス微粒子を除去するためのサブバーナーを設置して火炎加工する方法である。この方法によれば、光ファイバ母材の延伸については従来の３分の２以下、表面傷、異物除去の目的で行う火炎研磨については２分の１以下の時間での処理が可能である。また、ガラス微粒子の除去を同時に行うため、熱効率も向上する。しかし、複数のバーナーを設置して火炎加工する方法は、バーナーの増設及びこれに付随するガス制御システム、これらに関わる設備の変更など、大きな設備費を必要とする。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、最高温度が２０００℃以上になる光ファイバ母材又はプリフォーム（以下、これらを総称してロッドという）の火炎加工において、１本のバーナーでガラス微粒子が付着しないロッドの加工方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するため、１本のバーナー火炎でガラス微粒子が付着しない火炎加工条件を得るために、鋭意研究を重ねた結果、火炎加工中のロッドの表面温度分布が、約１５００℃以下に低下する領域でガラス微粒子の付着が著しいことを見出し、約１９００℃から約１５００℃ヘ低下する表面温度分布領域における温度下降勾配が、−２０．０℃／ｍｍから−１．０℃／ｍｍの範囲にあるときにガラス微粒子の付着を抑えることができることを発見し、本発明を完成した。
【００１４】
すなわち、本発明のロッドの加工方法は、ロッドを回転させながら一方向からの１本のバーナーの火炎で加熱し、前記バーナーの火炎加熱位置を相対的に移動させながら該ロッドの表面温度が２０００℃以上になる火炎加工を行うに際し、該火炎加熱位置から長手方向であって、バーナー火炎の相対移動方向とは逆方向に温度が１９００℃から１５００℃に下がる間の温度下降勾配を、−２０．０〜−１．０℃／ｍｍの範囲に入るように前記バーナーを用いて制御することにある。この火炎加熱位置から長手方向への温度下降勾配は、ロッドの軸線に対してバーナーを６０°〜９０°未満、より好ましくは６０°〜 ８０°傾斜させて得ることができる。また、前記温度下降勾配は、バーナーからの噴出ガス流量をバーナーの相対移動方向に分布を持たせることによって得ることもできる。
【００１５】
１９００℃から、ロッド表面から蒸発したＳｉＯが凝縮し始める約１５００℃までの温度下降勾配を−２０．０℃／ｍｍから−１．０℃／ｍｍの範囲とすることで、徐々に冷却され、また、蒸発が起こっているところから凝縮してガラス微粒子が発生する点までにある程度距離が保たれるため、発生した蒸気は、そこへ達する前に周囲へ拡散される。また、ロッドは２０００℃以上の高温から徐々に冷却されるため、加工後のロッドには歪みがほとんど残留していない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の加工方法について、図を用いてさらに詳細に説明する。図１（ｂ）は、単一バーナーをバーナー火炎の相対移動方向とは逆方向へ傾斜させて、ロッドの長手方向に、加熱中央よりの１９００℃から１５００℃にいたる温度下降勾配が−１２℃から−５℃／ｍｍの温度分布領域Ａを広げたものである。図１（ａ）は、ロッドの表面温度を示す。バーナーの傾斜角度は、ロッドの軸線に対して６０°≦θ＜９０°である。
【００１７】
図２は、バーナーの火口を長方形とし、長手方向に流出するガス流量を変化させたものであり、（ｃ）に火口を示し、（ｄ）にバーナー火口長手方向に対する、左端を１としたときのガスの流速比を示している。
また、図３に示す態様は、バーナーの火口を長方形とし、バーナーの長手中心の流速を１とするガスの流速比が、バーナーの両端に向かって左右対称に減少するように形成されたバーナーを用いるものである。
なお、図４は、ガラス旋盤を用いて、ロッドの延伸、火炎研磨等の火炎加工を行う様子を示し、火炎加工はロッドを回転させつつ、ロッド又はバーナーのいずれか一方を相対的に移動させることにより行なわれる。
上記１〜３に示したいずれの態様の装置においても、ロッド表面に所望の温度分布を得ることができる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
図１に示したようにバーナーを、バーナー火炎の相対移動方向とは逆の方向へ６０°傾けて配置し、ロッドの火炎加熱表面に図１のような温度分布を与えて、長さ約１０００ｍｍ、直径６５ｍｍφのロッドを直径６０ｍｍφに縮径した。このときの加熱用バーナーへのガス流量は、Ｈ2：３００ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2：１３０ｌ／ｍｉｎで、バーナーの相対移動速度は１０ｍｍ／ｍｉｎであり、１９００℃から１５００℃に下がる間の温度下降勾配が−１２℃／ｍｍから−５℃／ｍｍの間にあるように制御した。延伸に要した処理時間は１００ｍｉｎであった。延伸後のロッド表面に、ガラス微粒子の付着は認められず、また残留歪量も小さいものであった。
【００１９】
（実施例２）
図２に示すような、バーナー火口が長方形をなすバーナーを用い、火口の長手方向に流出するガス流量分布を変化させ、ロッドの火炎加熱表面に図２のような温度分布を与えて、長さ約１０００ｍｍ、直径６５ｍｍφのロッドを直径６０ｍｍφに縮径した。
このときの加熱用バーナーへのガス流量は、Ｈ2：３００ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2：１３０ｌ／ｍｉｎで、バーナーの相対移動速度は１０ｍｍ／ｍｉｎであり、１９００℃から１５００℃に下がる間の温度下降勾配が−８℃／ｍｍから−４℃／ｍｍの間にあるように制御した。延伸に要した処理時間は１００ｍｉｎであった。
延伸後のロッド表面に、ガラス微粒子の付着は認められず、また残留歪量も小さいものであった。
【００２０】
（実施例３）
図３に示すような、バーナー火口が長方形をなすバーナーを用い、火口の長手中心から両端に向かって左右対称にガス流量分布を変化させ、ロッドの火炎加熱表面に図３のような温度分布を与えて、長さ約１０００ｍｍ、直径６５ｍｍφのロッドを直径６０ｍｍφに縮径した。
このときの加熱用バーナーへのガス流量は、Ｈ2：３００ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2：１３０ｌ／ｍｉｎで、バーナーの相対移動速度は１０ｍｍ／ｍｉｎであり、１９００℃から１５００℃に下がる間の温度下降勾配が−１２℃／ｍｍから−８℃／ｍｍの間にあるように制御した。延伸に要した処理時間は１００ｍｉｎであった。延伸後のロッド表面に、ガラス微粒子の付着は認められず、また残留歪量も小さいものであった。
【００２１】
（比較例１）
図５に示したように、バーナーからの火炎の流出方向をロッドに垂直とする従来の方法で、ロッドの火炎加熱表面に図５のような温度分布を与えて、長さ約１０００ｍｍ、直径６５ｍｍφのロッドを直径６０ｍｍφに縮径した。
このときの加熱用バーナーへのガス流量は、Ｈ2：３００ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2：１３０ｌ／ｍｉｎで、バーナーの相対移動速度は１０ｍｍ／ｍｉｎであり、１９００℃から１５００℃に下がる間の温度下降勾配を−３０℃／ｍｍから−２０℃／ｍｍの間とした。延伸に要した処理時間は１００ｍｉｎであった。
延伸後のロッド表面にガラス微粒子が付着していたため、さらに以下の条件で火炎研磨した。加熱用バーナーへのガス流量は、Ｈ2：２５０ｌ／ｍｉｎ、Ｏ2：１２０ｌ／ｍｉｎで、バーナーの相対移動速度２０ｍｍ／ｍｉｎとし、１９００℃から１５００℃に下がる間の温度下降勾配を−１０℃／ｍｍから−５℃／ｍｍの間に制御した。この火炎研磨に要した時間は５０ｍｉｎであった。
直径６０ｍｍφへの延伸・縮径と、ガラス微粒子除去のための火炎研磨に要した時間は全１５０ｍｉｎとなった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、上記構成としたことにより、表面にガラス微粒子の付着がなく、残留応力の少ないロッドが得られる。また、本発明の加工方法は、１本のバーナーでよく、かつ一度の火炎加工で延伸とガラス微粒子の除去を同時に行うことができるため、熱効率及び生産性が向上するとともに、バーナーを傾斜させるか、あるいはバーナーの火口を交換するだけでよく、バーナーの増設及びこれに付随するガス制御システム、これらに関わる設備の変更など、大きな設備費を必要とせず、容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明の実施例１の態様を示し、（ａ）はロッド表面の温度分布を、（ｂ）はバーナーによるロッド表面の火炎加熱の様子を示す説明図である。
【図２】   本発明の実施例２の態様を示し、（ａ）はロッド表面の温度分布を、（ｂ）はバーナーによるロッド表面の火炎加熱の様子、（ｃ）はバーナーの火口、（ｄ）はバーナ火口の長手方向へのガスの流速比の変化、を示す説明図である。
【図３】   本発明の実施例３の態様を示し、（ａ）はロッド表面の温度分布を、（ｂ）はバーナーによるロッド表面の火炎加熱の様子、（ｃ）はバーナーの火口、（ｄ）はバーナ火口の長手方向へのガスの流速比の変化、を示す説明図である。
【図４】   ガラス旋盤によるロッドの延伸、火炎研磨等の火炎加工を説明する図である。
【図５】   従来の方法を示し、（ａ）はロッド表面の温度分布を、（ｂ）はバーナーによるロッド表面の火炎加熱の様子を示す説明図である。
【図１】
0004377483.tif 000002
【図２】
0004377483.tif 000003
【図３】
0004377483.tif 000004
【図４】
0004377483.tif 000005
【図５】
0004377483.tif 000006