(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッドインチューブ法で用いられる大型パイプの上端に取り付けられるハンドリング治具と、前記ハンドリング治具を把持する把持部とを備え、
前記ハンドリング治具は、ロッドインチューブ法で用いられる一次母材を囲むように且つ前記一次母材から離間して形成された、前記一次母材が貫通する筒体からなり、
前記ハンドリング治具の筒体内部には、ガスまたは液体が導入される空洞部が形成されており、前記空洞部に前記ガスまたは前記液体を導入することによって、前記ハンドリング治具は強制冷却される、光ファイバ母材の製造装置。
【請求項２】
前記ハンドリング治具は、第１治具、第２治具および第３治具から構成されており、
前記第１治具、第２治具および第３治具は、それぞれ、ロッドインチューブ法で用いられる一次母材が貫通する上部開口部および下部開口部を有する筒体からなり、
前記第１治具は、当該第１治具を構成する筒体の内部に前記空洞部を有し、前記第２治具は、差動排気の主排気を行うための第２開口部を有し、前記第３治具は、差動排気の粗排気を行うための第１開口部を有しており、
前記第１治具の前記下部開口部が位置する端面は、前記大型パイプの上端に接触し、前記第２治具の前記下部開口部が位置する端面は、前記第１治具の前記上部開口部が位置する端面と接触し、さらに前記第２治具の前記上部開口部が位置する端面は、前記第３治具の前記下部開口部が位置する端面と接触しており、
前記大型パイプと前記一次母材との間隙は、前記第１開口部からの粗排気と前記第２開口部からの主排気との差動排気によって減圧される、請求項１に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項３】
前記大型パイプは、ダミーパイプが同心連結されたダミーパイプ付の大型パイプであり、
前記第１治具の前記下部開口部が位置する前記端面は、前記ダミーパイプの上端に接触される、請求項２に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項４】
前記ダミーパイプの上端近傍の側面上には、前記ダミーパイプ部の中央部分の側面に対してテーパ角３０°〜６０°のテーパ部を有する被保持部が設けられており、
前記第１治具には、前記被保持部を保持するための保持部が設けられている、請求項３に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項５】
前記大型パイプの外径は約１８０ｍｍであり、前記大型パイプと前記一次母材との前記間隙は、約２ｍｍまたはそれ以下である、請求項１から４の何れか一つに記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項６】
ロッドインチューブ法で用いられる大型パイプにダミーパイプが連結されたダミーパイプ付の大型パイプと、ロッドインチューブ法で用いられる一次母材とを用意する第１工程と、
前記ダミーパイプ付きの大型パイプの長手方向を垂直に位置づける第２工程と、
前記一次母材を囲むように且つ前記一次母材から離間して形成された、前記一次母材が貫通する筒体からなり、ガスまたは液体が導入される空洞部が前記筒体内部に形成され、前記大型パイプと前記一次母材との間隙を真空引きするための排気用開口部を有するハンドリング治具を、前記ダミーパイプ付の大型パイプの上端に取り付ける第３工程と、
前記ダミーパイプ付きの大型パイプ内に前記一次母材を挿入する第４工程と、
前記ハンドリング治具の前記排気用開口部から排気を行うことによって、前記大型パイプと前記一次母材との間隙を減圧する第５工程と、
前記ハンドリング治具の前記空洞部にガスまたは液体を導入することによって、前記ハンドリング治具を冷却する第６工程と、
前記第５工程および前記第６工程を行いながら、前記大型パイプおよび前記一次母材のそれぞれを下方に移動して加熱炉内に入れ、それによって前記大型パイプと前記一次部材とを一体化させる第７工程と
を包含する、光ファイバ母材の製造方法。
【請求項７】
前記第１工程において、前記ダミーパイプ付の大型パイプとして、前記ダミーパイプの上端近傍の側面上に、前記ダミーパイプの中央部分の側面に対してテーパ角３０°〜６０°のテーパ部を有する被保持部が設けられたダミーパイプを含むダミーパイプ付の大型パイプを用意し、そして、前記一次母材として、ダミーロッドが連結されたダミーロッド付の一次母材を用意し、
前記第３工程は、
前記一次母材が貫通する上部開口部および下部開口部を有する筒体からなる第１治具、第２治具および第３治具であって、当該筒体の内部に前記空洞部を有し、かつ、前記ダミーパイプの被保持部を保持するための保持部を有する前記第１治具と、差動排気の主排気を行うための第２開口部を有する前記第２治具と、差動排気の粗排気を行うための第１開口部を有する前記第３治具を用意する工程（ａ）と、
前記第１治具の前記下部開口部が位置する端面を前記ダミーパイプの上端に接触させるとともに、前記第１治具の前記保持部と前記ダミーパイプの被保持部とを係合させて前記ダミーパイプ付の大型パイプを保持する工程（ｂ）と、
第１支柱に連結され且つ垂直方向に昇降可能な把持手段によって、前記第１治具を把持する工程（ｃ）と、
前記第１治具の上端に前記第２治具の下端を接触させて、前記第１治具の上端に前記第２治具を取り付ける工程（ｄ）と、
前記第２治具の上端に前記第３治具の下端を接触させて、前記第２治具の上端に前記第３治具を取り付ける工程（ｅ）と
を包含し、
前記第４工程は、第２支柱に連結され且つ垂直方向に昇降可能なロッド用チャックを用いて、前記一次母材の前記ダミーロッドの部分を把持し、次いで、当該ロッド用チャックを下方に移動することによって実行され、
第５工程における前記排気用開口部から排気は、前記第１開口部からの粗排気と前記第２開口部からの主排気との差動排気によって実行される、請求項６に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項８】
前記大型パイプの外径は約１８０ｍｍであり、前記一次母材のｃ／ｃ値（クラッド／コア値）は３．６以上であり、そして、前記第５工程における前記大型パイプと前記一次母材との間隙は、約２ｍｍまたはそれ以下である、請求項６または７に記載の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、光ファイバ母材の製造装置および光ファイバ母材の製造方法に関する。特に、ロッドインチューブ法を用いて光ファイバ母材を製造するための装置、およびその製造装置を用いた光ファイバ母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ母材を製造する方法として、ＯＶＤ（Outside Vapor-phase Deposition）法、ＶＡＤ（Vapor-phase Axial Deposition）法、およびＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法の３つが主に用いられている。ＶＡＤ法やＭＣＶＤ法を用いて光ファイバ母材を製造する場合、生産性を向上させる観点から、光ファイバ母材の大部分を占めるクラッドを別工程によって形成する手法が採用されている。この手法の１つにロッドインチューブ法がある（特公昭５６−４５８６７号公報、特開平１−２３０４４１号公報など参照）。
【０００３】
図１を参照しながら、ロッドインチューブ法の一例を説明する。まず、ＶＡＤ法やＭＣＶＤ法を用いて作製したコア用ガラスロッド（コア及びクラッドの一部となる部分を含むものもある）１２をクラッド用パイプ１１に挿入した後、ガラスロッド１２とクラッドパイプ１１とを電気炉（ヒータ）１３で加熱することによって両者を一体化させ、光ファイバ母材（プリフォーム）１４を得る。クラッドパイプ１１の内外の圧力差を利用して、ガラスロッド１２とクラッドパイプ１１とを一体化する場合、クラッドパイプ１１の内部１５を減圧する。
【０００４】
次に、図２を参照しながら、上記ロッドインチューブ法を実行するために使用される従来の光ファイバ母材の製造装置１０００を説明する。製造装置１０００は、特開昭５３−１３３０４４号公報に開示されている。
【０００５】
製造装置１０００は、クラッドパイプ１１を把持する第１把持部材１５１と、ガラスロッド１２を把持する第２把持部材１５２と、ヒータ１３とを備えている。第１把持部材１５１および第２把持部材１５２は、クラッドパイプ１１およびガラスロッド１２をそれぞれ独立した送り速度にて下方に移動させることができる。このため、クラッドパイプ１１およびガラスロッド１２のそれぞれの送り速度を調整することによって、規定のコア・クラッド比（Ｃ／Ｃ）を有する光ファイバ母材１４を得ることができる。
【０００６】
クラッドパイプ１１の上部には、真空ポンプ（不図示）に接続される抜気部１６がクラッドパイプ１１の枝管として形成されており、クラッドパイプ１１の上端の開口１２１には、リング状の蓋体１７が設けられている。抜気部１６に接続された真空ポンプを用いて、蓋体１７で上面を塞いだクラッドパイプ１１の内部１５を減圧することができる。この状態でロッドインチューブ法を実行すると、ヒータ１３によって加熱されたガラスロッド１２とクラッドパイプ１１とが、クラッドパイプ１１の内外圧力差によって一体化され、光ファイバ母材１４が得られる。その後、光ファイバ母材１４は下方に移動し、線引き工程などを経て光ファイバ心線に加工される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の製造装置１０００には、次のような問題がある。従来の製造装置１０００において、クラッドパイプ１１として大口径のものを用いる場合、そのようなクラッドパイプ１１は非常に肉厚であるため、クラッドパイプ１１に枝管状の抜気部１６を形成することは極めて困難である。例えば外径が約１８０ｍｍまたはそれ以上のクラッドパイプ１１に抜気部１６を形成することは現実的ではない。
【０００８】
また、クラッドパイプ１１に抜気部１６を形成せずに、クラッドパイプ１１の上端の開口を治具を設けて塞ぐ技術が、特開２０００−１８５９２８号公報や特許第３０４８３３８号公報に開示されている。しかし、これらの技術でも、大口径のクラッドパイプ１１を使用する場合には、次のような問題が発生する。すなわち、大口径のクラッドパイプ１１を用いて光ファイバ母材を製造する場合には、大型の電気炉１３を使用するため、電気炉１３から発生する熱量が非常に大きくなり、その結果、クラッドパイプ１１上に設けられた治具を必要以上に加熱してしまう。治具が必要以上に加熱されると、治具の寸法に狂いが生じたりして、クラッドパイプ１１内の気密性を保持できなくなってしまう。また、治具とクラッドパイプ１１との軸ずれも生じる。さらに、治具とクラッドパイプ１１との間にシール材が設けられている場合には、そのシール材がシーリング機能を発揮しなくなってしまい、クラッドパイプ１１内の気密性を保持できなくなることもある。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、大型パイプ内の気密性を良好に保持することができる光ファイバ母材の製造装置、およびその製造装置を用いた光ファイバ母材の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ファイバ母材の製造装置は、ロッドインチューブ法で用いられる大型パイプの上端に取り付けられるハンドリング治具と、前記ハンドリング治具を把持する把持部とを備え、前記ハンドリング治具は、ロッドインチューブ法で用いられる一次母材を囲むように且つ前記一次母材から離間して形成された、前記一次母材が貫通する筒体からなり、前記ハンドリング治具の前記筒体内部には、ガスまたは液体が導入される空洞部が形成されており、前記空洞部に前記ガスまたは前記液体を導入することによって、前記ハンドリング治具は強制冷却される。
【００１１】
ある実施形態において、前記ハンドリング治具は、第１治具、第２治具および第３治具から構成されており、前記第１治具、第２治具および第３治具は、それぞれ、ロッドインチューブ法で用いられる一次母材が貫通する上部開口部および下部開口部を有する筒体からなり、前記第１治具は、当該第１治具を構成する筒体の内部に前記空洞部を有し、前記第２治具は、差動排気の主排気を行うための第２開口部を有し、前記第３治具は、差動排気の粗排気を行うための第１開口部を有しており、前記第１治具の前記下部開口部が位置する端面は、前記大型パイプの上端に接触し、前記第２治具の前記下部開口部が位置する端面は、前記第１治具の前記上部開口部が位置する端面と接触し、さらに前記第２治具の前記上部開口部が位置する端面は、前記第３治具の前記下部開口部が位置する端面と接触しており、前記大型パイプと前記一次母材との間隙は、前記第１開口部からの粗排気と前記第２開口部からの主排気との差動排気によって減圧される。
【００１２】
ある実施形態において、前記大型パイプは、ダミーパイプが同心連結されたダミーパイプ付の大型パイプであり、前記第１治具の前記下部開口部が位置する前記端面は、前記ダミーパイプの上端に接触される。
【００１３】
ある実施形態において、前記ダミーパイプの上端近傍の側面上には、前記ダミーパイプ部の中央部分の側面に対してテーパ角３０°〜６０°のテーパ部を有する被保持部が設けられており、前記第１治具には、前記被保持部を保持するための保持部が設けられている。
【００１４】
ある実施形態において、前記大型パイプの外径は約１８０ｍｍであり、前記大型パイプと前記一次母材との前記間隙は、約２ｍｍまたはそれ以下である。
【００１５】
本発明による光ファイバ母材の製造方法は、ロッドインチューブ法で用いられる大型パイプにダミーパイプが連結されたダミーパイプ付の大型パイプと、ロッドインチューブ法で用いられる一次母材とを用意する第１工程と、前記ダミーパイプ付きの大型パイプの長手方向を垂直に位置づける第２工程と、前記一次母材を囲むように且つ前記一次母材から離間して形成された、前記一次母材が貫通する筒体からなり、ガスまたは液体が導入される空洞部が前記筒体内部に形成され、前記大型パイプと前記一次母材との間隙を真空引きするための排気用開口部を有するハンドリング治具を、前記ダミーパイプ付の大型パイプの上端に取り付ける第３工程と、前記ダミーパイプ付きの大型パイプ内に前記一次母材を挿入する第４工程と、前記ハンドリング治具の前記排気用開口部から排気を行うことによって、前記大型パイプと前記一次母材との間隙を減圧する第５工程と、前記ハンドリング治具の前記空洞部にガスまたは液体を導入することによって、前記ハンドリング治具を冷却する第６工程と、前記第５工程および前記第６工程を行いながら、前記大型パイプおよび前記一次母材のそれぞれを下方に移動して加熱炉内に入れ、それによって前記大型パイプと前記一次部材とを一体化させる第７工程とを包含する。
【００１６】
ある実施形態では、前記第１工程において、前記ダミーパイプ付の大型パイプとして、前記ダミーパイプの上端近傍の側面上に、前記ダミーパイプの中央部分の側面に対してテーパ角３０°〜６０°のテーパ部を有する被保持部が設けられたダミーパイプを含むダミーパイプ付の大型パイプを用意し、そして、前記一次母材として、ダミーロッドが連結されたダミーロッド付の一次母材を用意し、前記第３工程は、前記一次母材が貫通する上部開口部および下部開口部を有する筒体からなる第１治具、第２治具および第３治具であって、当該筒体の内部に前記空洞部を有し、かつ、前記ダミーパイプの被保持部を保持するための保持部を有する前記第１治具と、差動排気の主排気を行うための第２開口部を有する前記第２治具と、差動排気の粗排気を行うための第１開口部を有する前記第３治具を用意する工程（ａ）と、前記第１治具の前記下部開口部が位置する端面を前記ダミーパイプの上端に接触させるとともに、前記第１治具の前記保持部と前記ダミーパイプの被保持部とを係合させて前記ダミーパイプ付の大型パイプを保持する工程（ｂ）と、第１支柱に連結され且つ垂直方向に昇降可能な把持手段によって、前記第１治具を把持する工程（ｃ）と、前記第１治具の上端に前記第２治具の下端を接触させて、前記第１治具の上端に前記第２治具を取り付ける工程（ｄ）と、前記第２治具の上端に前記第３治具の下端を接触させて、前記第２治具の上端に前記第３治具を取り付ける工程（ｅ）とを包含し、前記第４工程は、第２支柱に連結され且つ垂直方向に昇降可能なロッド用チャックを用いて、前記一次母材の前記ダミーロッドの部分を把持し、次いで、当該ロッド用チャックを下方に移動することによって実行され、第５工程における前記排気用開口部から排気は、前記第１開口部からの粗排気と前記第２開口部からの主排気との差動排気によって実行される。
【００１７】
前記大型パイプの外径は約１８０ｍｍであり、前記一次母材のｃ／ｃ値（クラッド／コア値）は３．６以上であり、そして、前記第５工程における前記大型パイプと前記一次母材との間隙は、約２ｍｍまたはそれ以下である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図３を参照しながら、本発明による実施形態にかかる光ファイバ母材の製造装置を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１９】
図３は、本実施形態の製造装置の断面構成を模式的に示している。図３に示した製造装置は、ロッドインチューブ法で用いられる大型パイプ１１１の上端に取り付けられるハンドリング治具１００と、ハンドリング治具１００を把持する把持部２００とを備えている。把持部２００は、治具１００を把持した状態で昇降可能な構成を有しており、タワーフレーム３００に連結されている。ハンドリング治具１００の一部（１０１）の内部には、ガスまたは液体が導入される空洞部１０５が形成されている。空洞部１０５にガスまたは液体（例えば、水）を導入することによって、ハンドリング治具１００を強制冷却することができる。
【００２０】
本実施形態における大型パイプ１１１は、大型パイプ１１１の上部にダミーパイプ１１１ａが同心連結されたものである。すなわち、ダミーパイプ１１１ａ付きの大型パイプ１１１を用いている。ダミーパイプ１１１ａは、大型パイプ１１１の長さを延長する延長パイプとしての役割を有し、ダミーパイプ１１１ａを設けることによって、大型パイプ１１１の末端付近まで、ロッドインチューブ法における光ファイバ母材の材料として大型パイプ１１１を使用することが可能となる。本実施形態では、大型パイプ１１１に含まれるダミーパイプ１１１ａの上端１１１ｃを治具１００の端面１００ｃに接触させるようにしている。
【００２１】
大型パイプ１１１は、例えば、ＯＶＤ法などによって作製されたガラスパイプであり、一方、一次母材１１２は、例えば、コア用ガラスロッド、またはコア及びクラッド用ガラスロッドである。一次母材１１２として、例えばＶＡＤ法でガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体を焼結した後に延伸することによって得たガラスロッドや、ＭＣＶＤ法を用いてクラッドパイプ内面にコアガラスを形成することによって中実化したガラスロッドを用いることができる。また、本実施形態で使用した大型パイプの外径Ｄ１は１８０ｍｍであり、内径Ｄ２は４９ｍｍである。一方、円柱状の一次母材１１２の外径Ｄ３は４５ｍｍであり、一次母材１１２と大型パイプ１１１との間のすき間（間隙）は２ｍｍとなっている。なお、ダミーパイプ１１１ａ上部の外径Ｄ１も、大型パイプの外径Ｄ１と同じく１８０ｍｍである。
【００２２】
以下、ハンドリング治具１００の構造を詳細に説明する。
【００２３】
本実施形態におけるハンドリング治具１００は、３つの部分が積み重ねられた構造を有しており、第１治具１０１、第２治具１０２および第３治具１０３から構成されている。第１治具１０１、第２治具１０２および第３治具１０３は、それぞれ、一次母材１１２が貫通する上部開口部および下部開口部を有する筒体からなり、ステンレス（例えばＳＵＳ３１６）から形成されている。また、筒体の内径Ｄ４は、一次母材１１２の外径Ｄ３（４５ｍｍ）よりも１０ｍｍ大きい、５５ｍｍである。なお、本実施形態では、ハンドリング治具１００を３つの部分から構成したが、第１治具１０１と第２治具１０２とを一体にして、２つの部分から治具１００を構成してもよい。
【００２４】
第１治具１０１は、筒体の内部に空洞部１０５を有しており、空洞部１０５の一部は、ホースジョイント部１６０につながっている。ホースジョイント部１６０に導入されたガスまたは液体が空洞部１０５に供給されることによって、第１治具１０１を強制冷却することができる。本実施形態では、冷却媒体として水を使用し、第１０１治具を水冷するようにしている。外径Ｄ１が１８０ｍｍの超大型タイプの大型パイプ１１１を使用する場合、ロッドインチューブ法にて使用する炉も大型となり、その炉の熱によって第１治具１０１が過度に加熱されてしまうことがあるが、本実施形態では、水冷可能な第１治具１０１を最も大型パイプ１１１寄りに設けて、ハンドリング治具１００のうち最も加熱される部分を水冷して、過度の加熱からハンドリング治具１００を保護し、大型パイプ１１１内の気密性が劣化しないようにしている。
【００２５】
本実施形態において、第１治具１０１の下部開口部１００ｂが位置する端面１００ｃは、大型パイプ１１１（ダミーパイプ１１１ａ）の上端１１１ｃに接触している。第１治具１１０には、大型パイプ１１１を保持するための保持部１９０が設けられており、保持部１９０によりダミーパイプ１１１ａの被保持部１１１ｄを係合することによって、ハンドリング治具１００と大型パイプ１１１とを互いに固定している。ダミーパイプ１１１ａの被保持部１１１ｄは、ダミーパイプ１１１ａの上端近傍の側面に設けられており、保持部１９０による固定を良好にするために、被保持部１１１ｄには、ダミーパイプ１１１の中央部分の側面に対してテーパ角３０°〜６０°のテーパ部が形成されている。すなわち、このテーパ部によって保持部１９０が被保持部１１１ｄを係合することが容易となる。
【００２６】
第１治具１０１には、把持部２００によって把持される被把持部１０１ｄが設けられており、把持部２００が第１治具１０１の被把持部１０１ｄを把持することによって、ハンドリング治具１００および大型パイプ１０１は、把持部２００を介してタワーフレーム３００に連結されている。また、第１治具１０１は、大型パイプ１１１への一次母材１１２の芯出し（軸出し）を良好にする役割も担っている。
【００２７】
なお、図３には示していないが、一次母材１１２も、把持部２００と独立して昇降可能な把持部（不図示）によって把持されている。このような構成の場合、大型パイプ１１１と一次母材１１２とをそれぞれ独立した送り速度で移動させることが可能となる。それゆえ、大型パイプ１１１と一次母材１１２とのそれぞれの送り速度を適宜調整することができ、所望のコア／クラッド比（Ｃ／Ｃ）を有する光ファイバ母材を容易に得ることができる。なお、一次母材（ＶＡＤロッド）１１２として、ダミーロッド（延長ロッド）を同心連結させた一次母材を用いてもよく、ダミーロッド部分をロッド用チャックによって把持するようにしてもよい。
【００２８】
第２治具１０２は、第１治具１０１と第３治具１０３の間に設けられており、第２治具１０２の下部開口部が位置する端面は、第１治具１０１の上部開口部が位置する端面と接触している。さらに、第２治具１０３の上部開口部が位置する端面は、第３治具１０３の下部開口部が位置する端面と接触している。
【００２９】
第３治具１０３は、第２治具１０２上に設けられており、第３治具１０３の側面には、粗排気を行うための第１開口部１１０が形成されている。本実施形態では、第３治具１０３の側面に２つの第１開口部１１０が形成されている。一方、第２治具１０２の側面には、主排気を行うための第２開口部１２０が形成されている。本実施形態では、第２開口部１２０の他に、窒素ガス（またはアルゴンガスもしくはヘリウムガス）を導入するための第３開口部１３０も第２治具１０２の側面に形成されている。なお、第３開口部１３０は、窒素ガスを導入するためだけでなく、主排気のためにも使用することができる。また、第１〜３開口部１１０、１２０、１３０には、減圧排気を行うため又は窒素ガス導入のためのホースジョイント１５０が取り付けられている。
【００３０】
本実施形態における第１治具１０１、第２治具１０２および第３治具１０３のの高さＨ１、Ｈ２およびＨ３は、それぞれ、約２６０ｍｍ、約１１５ｍｍおよび約１００ｍｍである。また、本実施形態においては、治具１００と大型パイプ１１１との間の密閉性および治具１００内の密閉性を良好にするために、ダミーパイプ１１１ａと第１治具１０１との間、第１治具１０１と第２治具１０２との間、および第２治具１０２と第３治具１０３との間には、それぞれ、シール材１８１、１８２、１８３が挿入されており、シール材を介してそれぞれは互いに接触している。これらのシール材のうち少なくともシール材１８３には、半割りのものを使用している。言い換えると、シール材１８３は、一対の半円環状のシール材から構成されている。シール材１８３が半割り構造を有しているので、第２治具１０２上に第３治具１０３を一度設けた後であっても、第２治具１０２と第３治具１０３との接触状態を解除すれば、第２治具１０２と第３治具１０３との間にシール材１８３を容易に挿入することができる。さらに、本実施形態では、第３治具１０３の上部にも、半割り構造のシール材１８４を設けている。第３治具１０３の上部のシール材１８４および第２治具１０２と第３治具１０３との間のシール材１８３は、シェルクランプ１８０によって固定されている。
【００３１】
大型パイプ１１１および一次母材１１２の下方には、ヒータを備えた加熱炉（不図示）が設けられている。このような加熱炉としては、例えば、カーボン抵抗加熱炉や高周波誘導加熱炉を用いることができる。大型パイプ１１１の内部を減圧した状態で、大型パイプ１１１および一次母材１１２をそれぞれ所望の送り速度で加熱炉まで移動させると、ヒータの加熱よって、大型パイプ１１１と一次母材１１２との一体化が順次実行され、光ファイバ母材が得られる。得られた光ファイバ母材は、公知の延伸工程や線引き工程などを経て光ファイバ心線に加工される。
【００３２】
本実施形態の製造装置では、水冷可能な第１治具１０１によって、熱量の多い加熱炉の熱からハンドリング治具１００およびシール材１８１を保護することができるので、大型パイプ１１１内の気密性を保持できる。加えて、ハンドリング治具１００における第１開口部１１０からの粗排気と第２開口部１２０からの主排気とによる差動排気を実行することができるので、大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙の圧力を微調整することが容易となる。その結果、大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙を適切な減圧状態にすることができる。大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙を適切な減圧状態にする必要がある理由を以下に説明する。
【００３３】
ロッドインチューブ法においては、上述したように、大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙を減圧しなければならないが、減圧度が低い場合には、大型パイプ１１１の内周面に吸着した残留ガスの影響によって、製造される光ファイバ母材の内部に気泡が発生してしまう。気泡の発生は、損失不良や接続不良を引き起こすため、気泡が発生した部分は廃棄せざるを得ない。一方、減圧度を高くすれば、気泡の発生は防止することができるが、大型パイプ１１１が急激に縮径しようとすることから、その縮径部分の曲率が大となり、偏肉量の増加を招き、その結果、大型パイプ１１１と一次母材１１２とを一体化した際に、コアが偏心するという不都合が生じる。このようなコアの偏心は、本実施形態で使用した大型のガラスパイプ（大型パイプ１１１）の場合、特に大きくなりやすい。どの程度の減圧度にするかは、使用する大型パイプ１１１や一次母材１１２の寸法等の製造条件に応じて、適切な値を適宜決定すればよい。下記表１に、本願発明者の実験によって得られたパイプ減圧度（ｋＰａ）と、母材内部の泡（個／母材１００ｍｍ）および光ファイバのモードフィールド偏心量（μｍ）との関係を製造条件とともに示す。
【００３４】
【表１】
0004243032.tif 000002
【００３５】
表１中において、サンプルａ〜ｋのそれぞれのＤ０、ｄ０は、延伸前の大型パイプ１１１の外径および内径（ｍｍ）であり、ｄは、延伸前の一次母材（ガラスロッド）１１２の径（ｍｍ）である。また、ここで「減圧度」とは、大気圧を基準にして減圧された圧力の程度を意味している。なお、サンプルａ〜ｇは、比較的小さい大型パイプ１１１を用いた場合の例であり、サンプルｈ〜ｋは、比較的大きい大型パイプ１１１を用いた場合の例である。
【００３６】
サンプルａおよびｈからわかるように、減圧度が高い場合（１００．０ｋＰａ）には、泡の発生は抑制できるが、偏心量は大きくなってしまう。一方、サンプルｇおよびｋからわかるように、減圧度が低い場合（３．３ｋＰａ）には、偏心量は抑制できるが、泡の発生が多くなってしまう。したがって、光ファイバ母材を製造する際には、適切な減圧度を決定して、そのような減圧状態を維持する必要がある。
【００３７】
本実施形態の製造装置では、冷却可能なハンドリング治具１００を有しているので、外径Ｄ１が１８０ｍｍまたはそれ以上のような超大型の大型パイプ１１１を用いた場合でも、加熱炉からの熱の影響を緩和することができ、その結果、大型パイプ１１１内の気密性を良好に保持することができる。また、本実施形態の製造装置は、差動排気可能な構造を有しているので、大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙の圧力を容易に微調整することができる。つまり、粗排気と主排気とを適切に調節することによって、必要以上に高くも低くもない減圧度にすることが容易である。
【００３８】
本実施形態では、粗排気および主排気に使用するための真空ポンプとして、５００リットル／分以上の排気能力、好ましくは１０００リットル／分程度の排気能力を有するポンプを使用している。なお、第３開口部１３０から窒素ガスを導入できるようにしているが、これは、気泡の発生をできるだけ抑制するために、一体化する前の大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙にある空気を窒素置換できるような構成にしたものである。窒素置換した後に、大型パイプ１１１と一次母材１１２との一体化が実行され、一体化の際には、第３開口部１３０からは主排気を実行するようにしている。本実施形態の製造装置では、真空ポンプ（不図示）は、ホースジョイント１５０を介して第１〜３開口部１１０、１２０、１３０に接続されることになる。
【００３９】
本実施形態では、大型パイプ１１１および一次母材１１２のそれぞれの送り速度を調節して、コア・クラッド比（Ｃ／Ｃ）が３．６以上（典型的には、約４）である光ファイバ母材を製造している。これは、ロッドインチューブ法を用いる場合において、コア・クラッド比（Ｃ／Ｃ）が３．６未満であると、大型パイプ１１１と一次母材１１２との間の界面に残っている不純物（例えばＯＨ−）による吸収損失によって、ファイバの損失が著しく大きくなることが経験的に知られているからである。
【００４０】
また、本願発明者は、外径１８０ｍｍの大型パイプ１１１を用いる場合、大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙（クリアランス）を２ｍｍ程度にすると、ファイバ偏心（μｍ）を少なくできることを実験により見出した。その結果を図４に示す。
【００４１】
図４は、クリアランス（ｍｍ）とファイバ偏心（光ファイバのモードフィールド偏心量；μｍ）との関係を表しており、サンプル＃１〜＃１５のうち、＃１５がクリアランスが２ｍｍの例を示している。図４からわかるように、クリアランスが小さいほどファイバ偏心は減少する傾向にあり、クリアランスが２ｍｍのときには、ファイバ偏心は約０．１μｍとなった。なお、一次母材１１２の芯出しが良好になるように、ダミーパイプ１１１ａの長さを調整したり、第１治具１０１や把持部２００を調整したりすることが望ましい。また、クリアランスは２ｍｍ以下にしてもよい。
【００４２】
次に、図３および図５を参照しながら、上述した製造装置による光ファイバ母材の製造方法を説明する。図５は、本実施形態の光ファイバ母材の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００４３】
まず、ダミーパイプ１１１ａ付の大型パイプ１１１と、一次母材１１２とを用意する（工程Ｓ１）。本実施形態で使用する大型パイプ１１１は、外径１８０ｍｍの超大型のガラスパイプである。当該ダミーパイプ１１１ａ付の大型パイプ１１１は購入することが可能である。なお、ダミーパイプ１１１ａの部分は、再利用可能であり、５回程度再び使用することができる。また、一次母材１１２は公知の技術によって製造することが可能である。一次母材１１２として、ダミーロッドが同心連結されたダミーロッド付の一次母材を用意してもよい。
【００４４】
次に、大型パイプ１１１の長手方向を垂直に位置づける（工程Ｓ２）。例えば、大型パイプ搬送装置にて大型パイプ１１１を横から縦に起こせばよい。図３中の大型パイプ１１１の周辺には、大型パイプ搬送装置のカゴ３５０が示してある。
【００４５】
次に、大型パイプ１１１のダミーパイプ１１１ａ上に治具１００を取り付ける（工程Ｓ３）。治具１００の取り付けは、以下のようにして実行すればよい。
【００４６】
まず、第１治具１０１の取り付けを行う。最初に、第１治具１０１の下部端面１００ｃをダミーパイプ１１１ａの上端１１１ｃに接触するように配置し、次いで、第１治具１０１の保持部１９０でダミーパイプ１１１ａの被保持部１１１ｄを係合させる。第１治具１０１の保持部１９０の先端部分は、ダミーパイプ１１１ａの被保持部１１１ｄのテーパー部に良好に引っかかるように構成されているので、第１治具１０１は、確実にダミーパイプ１１１ａ付きの大型パイプ１１１に固定されることになる。なお、第１治具１０１の下部端面１００ｃとダミーパイプ１１１ａの上端１１１ｃとの間には、シール材１８１を配置しておくことが好ましい。
【００４７】
次に、大型パイプ１１１をカゴ３５０ごと電気炉（不図示）の上部へ移動し、電気炉のタワーフレーム３００に連結された把持部（タワーフレームの受台）２００に第１治具１０１の被把持部１０１ｄをセットし、カゴ３５０を外す。これによって、把持部２００で被把持部１０１ｄを把持し、第１治具１０１および大型パイプ１１１をタワーフレーム３００に固定する。その後、第１治具１０１の上に第２治具１０２を設け、次いで、第２治具１０２の上に第３治具１０３を設ける。なお、この時点では、第２治具１０２と第３治具１０３との間にシール材１８３は設けずに、後の工程で当該シール材１８３を挿入する。
【００４８】
次に、治具１００内および大型パイプ１１１内に、一次母材（ガラスロッド）１１２を挿入する（工程Ｓ４）。一次母材１１２の挿入は、次のようにして実行すればよい。
【００４９】
まず、工程Ｓ１で用意した一次母材１１２の一端を、治具１００の上方にあるロッド用チャック（不図示）で把持する。本実施形態では、工程Ｓ１においてダミーロッド付きの一次母材１１２を用意し、一次母材１１２のダミーロッド部分をロッド用チャックに把持して固定する。ロッド用チャックは、把持部２００が連結されたタワーフレーム３００とは異なるタワーフレーム（不図示）に連結されており、把持部２００と独立して昇降可能なように構成されている。
【００５０】
次いで、ロッド用チャック（不図示）を引き下げて、第３治具１０３、第２治具１０２、第１治具１０１、ダミーパイプ１１１ａ、大型パイプ１１１のそれぞれの内部に順次挿入していく。挿入後の段階において、第３治具１０３と第２治具１０２との間には、一次母材１１２のダミーロッド部分が位置しているので、第３治具１０３と第２治具１０２との間を緩めて、その間に半割れのシール材１８３を挿入し、その後、シェルクランプ１８０で締めて、第３治具１０３と第２治具１０２とを固定する。シール材１８３は、その内側が一次母材１１２のダミーロッド部分の表面に接触はしないものの、ダミーロッド部分の表面に近づいた形状となっている。このような形状のシール材１８３は、差動排気時に、圧力隔壁として機能させることができる。
【００５１】
一次母材１１２を挿入する前に、第３治具１０３と第２治具１０２との間にシール材１８３を挿入しなかった理由を次に説明する。すなわち、一次母材１１２の挿入前にシール材１８３が存在していると、治具１００内の開口部が狭くなり、一次母材１１２の挿入の際に、一次母材１１２とシール材１８３とが擦れ、その結果、一次母材１１２に傷が付き、光ファイバ母材中に気泡が発生するおそれが生じるからである。本実施形態のように、一次母材１１２を挿入した後にシール材１８３を挿入すれば、シール材１８３が仮にダミーロッド部分に接触したとしても、一次母材１１２の部分に傷が付くことはない。なお、本実施形態では、第３治具１０３の上部にも、シール材１８３と同様の形状のシール材１８４が設けられており、このシール材１８４によって、差動排気時に、治具１００の上部開口部１００ａから空気やゴミまたは水分ができるだけ入らないようにすることができる。
【００５２】
次に、一次母材１１２の挿入が完了したら、大型パイプ１１１内の減圧を実行する（工程Ｓ５）。本実施形態では、この減圧工程において差動排気を実行することによって、大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙の減圧度を適切な値に制御している。なお、減圧工程の実行前において、第２治具１０２の第３開口部１３０から、パージガスとして窒素ガスを導入し、それによって、大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙に存在する空気を窒素ガスで置換することが好ましい。すなわち、外径１８０ｍｍの非常に大きい大型パイプ１１１を使用する場合、大型パイプ１１１と一次母材１１２とのクリアランスが２ｍｍ程度でも、その間隙の容量は大きく、気泡の発生を防止するためには、大型パイプ１１１と一次母材１１２との間隙に存在する空気を窒素ガスで置換することが好ましい。なお、窒素ガスに代えて、アルゴンガス等の他のガスを用いてもよい。
【００５３】
窒素ガス置換の後、第３開口部１３０からの窒素ガスの導入を停止し、次いで、第３治具１０３の第１開口部１１０からの粗排気と、第２治具１０２の第２開口部１２０および第３開口部１３０からの主排気とによって差動排気を実行する。仮に、主排気だけの一段排気を実行した場合、治具１００の上部開口部１００ａから空気やゴミまたは水分が入るおそれがある。主排気とともに粗排気を行うことによって、大型パイプ１１１の内部に空気やゴミまたは水分が入ることを防止することができ、そして、上部が密閉された状態と同様に容易に圧力の微調整を行うことができる。本実施形態では、治具１００内にシール材１８３および１８４を設けているので、より好適に減圧工程を実行することができる。適切な減圧度は製造条件に依存するので、条件に応じて適時設定すればよい。なお、この差動排気の際に窒素ガスの導入を停止する理由は、窒素ガスを導入しながら、大型パイプ１１１と一次母材１１２との一体化を実行すると、気泡が発生しやすくなるためである。それゆえ、工程Ｓ５においては、窒素ガスの導入を停止して、第３開口部１３０は、主排気するための開口部として機能させている。
【００５４】
次に、第１治具１０１の空洞部１０５に水を導入することによって、第１治具１０１を冷却する（工程Ｓ６）。その後、第１治具１０１を冷却しつつ、工程Ｓ５によって適切な減圧度にした状態で、大型パイプ１１１および一次母材１１２の一体化を実行する（工程Ｓ７）。大型パイプ１１１および一次母材１１２の一体化は、大型パイプ１１１および一次母材１１２を下方に移動して、電気炉内に入れることによって行う。本実施形態では、工程Ｓ６を実行しながら、一体化を行っているので、熱量の多い加熱炉の熱の影響を緩和して、ハンドリング治具１００およびシール材１８１を保護することができる。その結果、気密性が良好な状態で、一体化を行うことができるため、良品の光ファイバ母材を得ることができる。また、治具１００と大型パイプ１１１との軸ずれもないため、偏心の少ない光ファイバ母材を得ることがでいる。なお、光ファイバ母材を最終製品とせずに、工程Ｓ７の後、得られた光ファイバ母材に対して公知の線引き工程などを実行して、光ファイバ心線にまで加工してもよい。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、ハンドリング治具を強制冷却をすることできるので、加熱炉の熱による影響を緩和することができる。したがって、大型パイプ内の気密性を良好に保持することができる。その結果、気泡が少なく、コア偏心量も少ない光ファイバ母材を良好に製造することができる。特に、外径が１８０ｍｍまたはそれ以上の大型パイプを用いるロッドインチューブ法に好適に適用することができる。また、ハンドリング治具における第１開口部からの粗排気と第２開口部からの主排気とによる差動排気を実行する場合には、大型パイプと一次母材との間隙の圧力を微調整することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ロッドインチューブ法を説明するための図である。
【図２】  従来の光ファイバ母材の製造装置を示す断面図である。
【図３】  本発明による実施形態にかかる光ファイバ母材の製造装置を模式的に示す断面図である。
【図４】  クリアランスとファイバ偏心との関係を示すグラフである。
【図５】  本実施形態にかかる光ファイバ母材の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１１  クラッドパイプ
１２  ガラスロッド
１３  ヒータ
１４  光ファイバ母材（プリフォーム）
１５  クラッドパイプの内部
１６  抜気部
１７  蓋体
１００  治具
１０１  第１治具
１０２  第２治具
１０３  第３治具
１０５  空洞部
１１０  第１開口部
１２０  第２開口部
１３０  第３開口部
１１１  大型パイプ
１１１ａ  ダミーパイプ
１１２  一次母材
１５０、１６０  ホースジョイント
１８０  シェルクランプ
１８１、１８２、１８３、１８４  シール材
１９０  保持部
２００  把持部
３００  タワーホルダー
【図１】
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【図２】
0004243032.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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