(57)【要約】【課題】延伸により得られるガラス延伸体の長手方向の各位置において所望の外径を得ることができるガラス延伸体製造方法を提供する。【解決手段】ガラス体２０に対して第１延伸工程および第２延伸工程を順次に行うことで、目標外径を有するガラス延伸体を製造する。第１延伸工程では、ガラス体２０を加熱源１３により加熱して軟化させ、その軟化部分の外径を外径測定装置１４により測定し、その測定値が目標外径より大きい第１制御径となるようにガラス体２０を延伸して中間延伸体２１を得る。中間延伸体２１の外径Ｄ１（Ｘ）、ガラス延伸体の目標外径Ｄ２（Ｘ）に対し、得られる中間延伸体２１は「Ｄ２−10μｍ＜Ｄ１（Ｘ）＜Ｄ２（Ｘ）＋500μｍ」なる関係式を満たすようにする。第２延伸工程では、第１延伸工程で得られた中間延伸体２１を延伸して、目標外径を有するガラス延伸体を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状または円筒状のガラス体の長手方向に移動する加熱源により前記ガラス体を加熱し軟化させて延伸し、目標外径を有するガラス延伸体を製造する方法であって、
前記ガラス体を加熱して軟化させ、その軟化した部分の外径を測定し、その測定値が目標外径より大きい第１制御径となるように前記ガラス体を延伸して、各位置において「（目標外径−10μｍ）＜（中間延伸体の外径）＜（目標外径＋500μｍ）」なる関係を満たす中間延伸体を得る第１延伸工程と、
前記中間延伸体を加熱して軟化させ、その軟化した部分の外径を第１外径測定装置により測定し、その測定値が目標外径より大きい第２制御径となるように前記中間延伸体を延伸して、目標外径を有するガラス延伸体を得る第２延伸工程と、
を備えることを特徴とするガラス延伸体製造方法。
【請求項２】
前記第一延伸工程は、各位置において「（目標外径）＜（中間延伸体の外径）＜（目標外径＋500μｍ）」なる関係を満たす中間延伸体を得ることを特徴とする請求項１記載のガラス延伸体製造方法。
【請求項３】
前記第２延伸工程において、長手方向における前記中間延伸体の外径減少開始位置と前記第１外径測定装置による外径測定位置との間の距離が、前記中間延伸体の外径の１.５倍以下である、ことを特徴とする請求項２記載のガラス延伸体製造方法。
【請求項４】
前記第２延伸工程において、
前記中間延伸体の長手方向のうち延伸後の範囲において第２外径測定装置により前記中間延伸体の外径を測定し、
この測定された前記中間延伸体の外径に基づいて、前記中間延伸体の長手方向に沿った前記第１外径測定装置による外径測定位置と前記加熱源による加熱位置との間の距離を決定し、
この決定された距離に基づいて前記第１外径測定装置を配置する、
ことを特徴とする請求項１記載のガラス延伸体製造方法。
【請求項５】
前記第２延伸工程において、前記加熱源による前記中間延伸体の加熱の際に前記中間延伸体の温度が１５００℃を越えないように前記中間延伸体を加熱しながら延伸することを特徴とする請求項１記載のガラス延伸体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス延伸体製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ母材を線引きして製造される光ファイバは、径方向の屈折率分布に依存した特性を有することから、所望の特性を有するには所望の屈折率分布を有していることが必要である。また、光ファイバの特性に対する精度要求の高まりに応じて、光ファイバの屈折率分布に対する精度要求も高くなってきている。このような要求に応えるため、所望の屈折率分布を有する光ファイバ母材を高精度に製造することができる方法が求められている。
【０００３】
ところが、光ファイバ母材を製造する過程の１工程である中間母材を延伸する際に、延伸精度が低下すると、軸方向の各位置において所望の屈折率分布を得ることが難しくなるという問題があった。特許文献１には、軸方向に一様の外径を有する光ファイバ母材を得たい場合においてこのような問題を解消することを意図した発明が開示されている。この文献に開示された発明では、延伸中に中間母材の外径を測定して、この測定された外径に基づいて中間母材の延伸速度を制御する。
【特許文献１】特表２００４−０００７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記公報に開示された発明では、延伸後の中間母材の長手方向の外径変動が大きく、軸方向の各位置において所望の屈折率分布を得ることは難しい。また、延伸中の加熱により中間母材の表面付近のＳｉＯ２の一部は、Ｓｉ-ＯＨやＳｉ-Ｈの気体になって蒸発する。加熱温度が高いほど、蒸発量が大きくなり延伸中に外周が削られるので、延伸後の外径の制御精度が劣化するという問題があった。
【０００５】
このような問題は、光ファイバ母材を製造する過程の１工程である中間母材を延伸する際だけでなく、一般に、円柱状または円筒状のガラス体を延伸する際にも存在する。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、延伸により得られるガラス延伸体の長手方向の各位置において所望の外径を得ることができるガラス延伸体製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るガラス延伸体製造方法は、円柱状または円筒状のガラス体の長手方向に移動する加熱源によりガラス体を加熱し軟化させて延伸し、目標外径を有するガラス延伸体を製造する方法である。ここで、目標外径はガラス延伸体全長にわたり一定値の場合もあり、ガラス延伸体の長手方向各位置に対応して変動している場合もある。本発明にかかるガラス延伸体製造方法は、(1) ガラス体を加熱して軟化させ、その軟化した部分の外径を測定し、その測定値が目標外径より大きい第１制御径となるようにガラス体を延伸して、各位置において「（目標外径−10μｍ）＜（中間延伸体の外径）＜（目標外径＋500μｍ）」なる関係を満たす中間延伸体を得る第１延伸工程と、(2) 中間延伸体を加熱して軟化させ、その軟化した部分の外径を第１外径測定装置により測定し、その測定値が目標外径より大きい第２制御径となるように中間延伸体を延伸して、目標外径を有するガラス延伸体を得る第２延伸工程と、を備えることを特徴とする。第一制御径・第二制御径も、目標外径に対応してガラス延伸体全長にわたり一定値の場合もあり、ガラス延伸体の長手方向各位置に対応して変動している場合もある。本発明では、先ず第１延伸工程において、上記関係式を満たすような中間延伸体を得て、続く第２延伸工程において、この中間延伸体を延伸してガラス延伸体を得ることにより、この得られたガラス延伸体の長手方向の各位置において所望の外径を得ることができる。
【０００８】
第一延伸工程は、各位置において「（目標外径）＜（中間延伸体の外径）＜（目標外径＋500μｍ）」なる関係を満たす中間延伸体を得るのが好ましい。
【０００９】
本発明に係るガラス延伸体製造方法では、第２延伸工程において、長手方向における中間延伸体の外径減少開始位置と第１外径測定装置による外径測定位置との間の距離が、中間延伸体の外径の１.５倍以下であるのが好適である。このようにすることにより、制御位置以外の部分の過剰な外径変動を与えることなく、高精度に延伸することが可能となる。
【００１０】
本発明に係るガラス延伸体製造方法では、第２延伸工程において、中間延伸体の長手方向のうち延伸後の範囲において第２外径測定装置により中間延伸体の外径を測定し、この測定された中間延伸体の外径に基づいて、中間延伸体の長手方向に沿った第１外径測定装置による外径測定位置と加熱源による加熱位置との間の距離を決定し、この決定された距離に基づいて第１外径測定装置を配置するのが好適である。
【００１１】
本発明に係るガラス延伸体製造方法では、第２延伸工程において、加熱源による中間延伸体の加熱の際に中間延伸体の温度が１５００℃を越えないように前記中間延伸体を加熱しながら延伸するのが好適である。このようにすることにより、加熱による蒸発量を有為に低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、延伸により得られるガラス延伸体の長手方向の各位置において所望の外径を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、ガラス体２０を延伸する延伸装置１の構成図である。延伸装置１は、保持部１１、保持部１２、加熱源１３、外径測定装置１４および放射温度計１５を備える。延伸されるべきガラス体２０は、円柱状または円筒状のものである。ガラス体２０は、例えば、光ファイバ母材であり、或いは、光ファイバ母材を製造する際の途中段階である中間母材であり、より具体的には、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバのコアとなるべき部分を含む。ただし、ガラス体２０は、これらに限られない。
【００１５】
このガラス体２０は、一方の端部が保持部１１により保持され、他方の端部が保持部１２により保持される。このとき、ガラス体２０の両端それぞれにダミー棒が融着されていて、このダミー棒が保持部１１，１２により保持されていてもよい。保持部１１および保持部１２の双方または何れか一方は、両者を結ぶ直線に沿って移動することが可能であり、したがって、保持部１１と保持部１２との間の距離が可変である。
【００１６】
加熱源１３は、ガラス体２０を加熱して軟化させるものであり、好適には、酸水素バーナ、抵抗炉、誘導炉、プラズマバーナ等である。加熱源１３とガラス体２０との間の距離が可変であり、これにより、加熱源１３によるガラス体２０の加熱の範囲が調整可能となる。外径測定装置１４は、ガラス体２０の長手方向のうち加熱源１３による加熱によってガラス体２０の外径が減少途中にある範囲において外径を測定する。放射温度計１５は、ガラス体２１の被加熱部位の温度を非接触で測定するものである。これら加熱源１３，外径測定装置１４および放射温度計１５それぞれは、ガラス体２０の長手方向に移動することが可能である。
【００１７】
以降では、図１において、保持部１１，１２のうち左にある保持部１１が位置固定され、保持部１２が右方に移動するものとし、また、加熱源１３，外径測定装置１４および放射温度計１５それぞれがガラス体２０の右端から左端に向かって移動するものとして、ガラス体２０を加熱し軟化させて延伸するものとする。
【００１８】
本実施形態に係るガラス延伸体製造方法は、ガラス体２０に対して第１延伸工程および第２延伸工程を順次に行うことで、目標外径を有するガラス延伸体を製造する方法であって、先ず第１延伸工程においてガラス体２０を延伸して中間延伸体２１を得て、続く第２延伸工程において中間延伸体２１を延伸してガラス延伸体を得る。
【００１９】
第１延伸工程では、ガラス体２０を加熱源１３により加熱して軟化させ、その軟化した部分の外径を外径測定装置１４により測定し、その測定値が目標外径より大きい第１制御径となるようにガラス体２０を延伸して中間延伸体２１を得る。中間延伸体２１の長手方向位置Ｘにおける外径をＤ１（Ｘ）とし、ガラス延伸体の長手方向位置Ｘにおける目標外径をＤ２（Ｘ）とすると、このとき得られる中間延伸体２１は下記関係式を満たすようにする。
【００２０】
Ｄ２（Ｘ）−10μｍ＜Ｄ１（Ｘ）＜Ｄ２（Ｘ）＋500μｍ    …（１）
【００２１】
第２延伸工程では、第１延伸工程で得られた中間延伸体２１を加熱源１３により加熱して軟化させ、その軟化した部分の外径を外径測定装置１４により測定し、その測定値が目標外径より大きい第２制御径となるように中間延伸体２１を延伸して、目標外径を有するガラス延伸体を得る。
【００２２】
ガラス体２０の軟化部の範囲のうち、仕上がり径に近い所（被加熱部から遠い位置）で測定した外径に基づいて制御を行えば、制御値と仕上がり径との差が小さいので仕上がり径の精度が向上するが、制御の時間遅れが大きくなるのでゆらぎ（仕上がり径と目標外径の差のうち変動する成分）が大きくなり仕上がり径を安定に制御することが困難となる。また、被測定部位を被加熱部に近い位置（仕上がり径から遠いところ）にすると、制御性は良くなるが、制御径の値と仕上がり径との差が大きいことから仕上がり径と目標外径とを一致させることが難しくなる。したがって、一般には、この制御の応答性と外径精度とのトレードオフとして、ガラス体２０の被加熱部位から一定の距離だけ離れたテーパー状の軟化部の範囲において経験的に発見した最適位置で外径を測定し、引っ張り速度を制御する。
【００２３】
このとき、外径の減少量を或る一定以下に抑えることで、延伸開始位置から延伸終了位置までの距離を短く出来るので、上記の問題を同時に解決することができ、延伸精度を大幅に改善できる。すなわち、延伸前後の外径差（Ｄ１（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ））を５００μｍ以下とすることで、有効部における長手方向の仕上がり径Ｄ２‘（Ｘ）と目標外径Ｄ２（Ｘ）の差分の標準偏差の２倍（２σ_Ｄ２’（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ））を４０μｍ以下と非常に高精度に延伸することが可能となる。また、延伸前後の外径差（Ｄ１（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ））を２５０μｍ以下とすることで、前記、２σ_Ｄ２’（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ）を２０μｍ以下とできるので、更に好ましい。
【００２４】
第２延伸工程において、図２に示されるように、長手方向における中間延伸体２１の外径減少開始位置と外径測定装置１４による外径測定位置との間の距離をＬ（Ｘ）としたとき、下記関係式が成り立つのが好ましい。
【００２５】
Ｌ（Ｘ）＜１.５×Ｄ１（Ｘ）    …（２）
【００２６】
中間延伸体２１の引き伸ばし速度にフィードバックするために、延伸中の中間延伸体２１のテーパー部分で外径を測定する必要があるが、外径を制御する位置において外径を調節するために保持部１２の速度を変更した際に、中間延伸体２１が変形可能な全ての位置における外径が変化する。中間延伸体２１が変形を開始する位置から離れて外径測定位置を設けた場合、本来制御するべき位置以外の位置における変動が大きくなるので、延伸の制御性が悪化する。上記（２）式の範囲になるように外径測定位置を設定することで、制御位置以外の部分の過剰な外径変動を与えることなく、高精度に延伸することが可能となる。
【００２７】
また、第２延伸工程において、図２に示されるように、中間延伸体２１の長手方向のうち延伸後の範囲において第２外径測定装置により中間延伸体２１の外径を測定し、この測定された中間延伸体２１の外径に基づいて、中間延伸体２１の長手方向に沿った第１外径測定装置１４による外径測定位置と加熱源１３による加熱位置との間の距離を決定し、この決定された距離に基づいて第１外径測定装置１３を配置するのが好ましい。延伸工程中に加熱源１３と外径測定位置との距離を変更しながら、外径の単位長さ当たりの変動量をモニタし、最も仕上がり径の変動が小さくなる位置を探すことで、初期形状によらず最適な外径測定位置を見つけることができる。
【００２８】
また、第２延伸工程において、加熱源１３による中間延伸体２１の加熱の際に中間延伸体２１の温度が１５００℃を越えないように中間延伸体２１を加熱しながら延伸するのが好ましい。延伸前後の外径差（Ｄ１（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ））を５００μｍ以下とすることで、延伸中の加熱温度を低くすることができる。これにより、蒸発するガラスの絶対量を低減することができるので、延伸の精度を高くすることができる。中間延伸体２１の外表面温度を１５００℃以下とすることにより、蒸発量を有為に低く抑えることができる。
【００２９】
以上に説明したようなガラス延伸体製造方法を用いてガラス体を延伸すると、有効部における長手方向の仕上がり径Ｄ２’（Ｘ）と目標外径Ｄ２（Ｘ）の差分の標準偏差の２倍（２σ_Ｄ２’（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ））が４０μｍ以下に抑制されたガラス延伸体を得ることができる。
【００３０】
以下では、より具体的な実施例について説明する。図１に示されるような延伸装置１を用い、ガラス２０の両端にダミー棒を融着して、このダミー棒を保持部１１，１２により保持した。延伸すべきガラス体２０は、石英ガラスを主成分とする円柱状のものであって、延伸に供する初期の長さが約６００ｍｍであり、外径が３０ｍｍであった。また、最終的に得るべきガラス延伸体の目標外径Ｄ２（Ｘ）はＸによらず長手方向に一様で１０ｍｍであった。
【００３１】
加熱源１３として酸水素バーナを用い、加熱による火研量（酸水素炎で削り取られるガラス体の外周部分の量）が小さくなるようにガラス体２０からの距離を設定した。外径測定装置１４は、加熱源１３の進行方向に対して加熱源１３の後ろ側に配置された。加熱源１３と外径測定装置１４との間の距離は可変であった。
【００３２】
本実施例では、第１延伸工程を２段階に分けて行った。当初の外径３０ｍｍのガラス体２０に対し、第１段階で外径約１５.０ｍｍまで低下させ、第２段階で外径約１０.３ｍｍまで低下させて、中間延伸体２１を得た。ここで得られた中間延伸体２１の有効部における長手方向の外径の標準偏差の２倍（２σ_Ｄ１）は２４６μｍであった。ここで、「有効部」とは、概ね外径が安定している領域であって製品となるべき部分であり、通常は延伸開始位置から５０〜１００ｍｍ程度を除いた領域である。
【００３３】
第１延伸工程で得られた中間延伸体２１は非常に長いので、この中間延伸体２１を分割して、第２延伸工程では長さ５００ｍｍの中間延伸体２１を延伸した。
【００３４】
第２延伸工程において、加熱源１３の移動速度を５ｍｍ/minとし、外径測定装置１４による外径測定値に基づいて所定の外径となるように保持部１２の移動速度を制御した。加熱源１３による加熱位置と外径測定装置１４による測定位置との間の距離を５ｍｍとした。また、設定した外径測定装置１４における外径の目標値Ｄ２（Ｘ）をＸによらず１０.００ｍｍ一定とした。延伸中の中間延伸体２１の外表面の最高温度が１４２０℃となるように、加熱源１３である酸水素バーナにおける水素流量を制御した。
【００３５】
第２延伸工程で中間延伸体２１が延伸されて得られたガラス延伸体は、有効部における長手方向の仕上がり径Ｄ２’（Ｘ）の分布は図３に示されるようなものであった。ガラス延伸体の有効部における長手方向の仕上がり径Ｄ２’（Ｘ）と目標外径Ｄ２（Ｘ）の差分の標準偏差の２倍（２σ_Ｄ２’（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ））の値は１２μｍ以下であって非常に高精度であり、また、目標値１０.００ｍｍΦに対し有効部における外径の平均値の目標値のズレが５μｍと高精度に制御することができた。
【００３６】
また、第２延伸工程における延伸前後の外径差（Ｄ１（Ｘ）−Ｄ２）の各値に対して、第２延伸工程で得られたガラス延伸体の有効部における長手方向の仕上がり径Ｄ２’（Ｘ）と目標外径Ｄ２（Ｘ）の差分の標準偏差の２倍（２σ_Ｄ２’（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ））を求めたところ、図４に示されるような頻度分布が得られた。この図では、第２延伸工程における延伸前後の外径差（Ｄ１(Ｘ)−Ｄ２）が、２５０μｍ未満である場合、２５０μｍ以上５００μｍ未満である場合、５００μｍ以上７５０μｍ未満である場合、および７５０μｍ以上である場合、それぞれについて、第２延伸工程で得られたガラス延伸体の前記２σ_Ｄ２’（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ）の頻度分布が示されている。
【００３７】
この図に示されるように、第２延伸工程における延伸前後の外径差（Ｄ１（Ｘ）−Ｄ２）を５００μｍ以下とすることにより、第２延伸工程で得られるガラス延伸体の前記２σ_Ｄ２’（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ）を４０μｍ以下に抑制することができ、また、第２延伸工程における延伸前後の外径差（Ｄ１（Ｘ）−Ｄ２）を２５０μｍ以下とすることにより、第２延伸工程で得られるガラス延伸体の前記２σ_Ｄ２’（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ）を２０μｍ以下に抑制することができる。
【００３８】
次に、第二の実施例について説明する。図１に示した延伸装置１を用い、ガラス２０の両端にダミー棒を融着して、このダミー棒を保持部１１，１２により保持した。延伸すべきガラス体２０は、石英ガラスを主成分とする円柱状のものであって、延伸に供する初期の長さが約３５０ｍｍであり、外径が２１ｍｍであった。また、最終的に得るべきガラス延伸体の目標外径Ｄ２（Ｘ）はＸによって図５中（ａ）の様に変化している。
【００３９】
本実施例では、第１延伸工程を３段階に分けて行った。当初の外径２１ｍｍのガラス体２０に対し、第１段階で外径約１０.５ｍｍまで低下させ、図５に示すように第２段階で外径の目標値Ｄ２（Ｘ）＋５００μｍ以下となる様に外径を低下させた中間延伸体を得た。
【００４０】
第２延伸工程において、加熱源１３の移動速度を３.５ｍｍ/minとし、外径測定装置１４による外径測定値に基づいて所定の外径となるように保持部１２の移動速度を制御した。加熱源１３による加熱位置と外径測定装置１４による測定位置との間の距離を４.２ｍｍとした。また、外径測定装置１４における外径の目標値Ｄ２（Ｘ）を設定した。延伸中の中間延伸体２１の外表面の最高温度が１３５０℃となるように、加熱源１３である酸水素バーナにおける水素流量を制御した。
【００４１】
第２延伸工程で中間延伸体が延伸されて得られたガラス延伸体は、長手方向の仕上がり径Ｄ２’（Ｘ）の分布は図６中に示されるようなものであった。ガラス延伸体の有効部における長手方向の仕上がり径Ｄ２’（Ｘ）と目標外径Ｄ２（Ｘ）との差分の標準偏差の２倍（２σ_Ｄ２’（Ｘ）−Ｄ２（Ｘ））の値は８μｍであって、長手方向に一様な目標外径を持たない場合でも非常に高精度に延伸できた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ガラス体２０を延伸する延伸装置１の構成図である。
【図２】中間延伸体２１の長手方向における外径測定位置および加熱位置などを説明する図である。
【図３】第２延伸工程で中間延伸体２１が延伸されて得られたガラス延伸体の長手方向の外径の標準偏差の２倍（２σ_Ｄ２）の分布を示す図である。
【図４】第２延伸工程で得られたガラス延伸体の長手方向の外径の標準偏差の２倍（２σ_Ｄ２）の頻度分布を示す図である。
【図５】ガラス延伸体の長手方向の目標外径Ｄ２の分布を示す図である。
【図６】ガラス延伸体の長手方向の仕上がり外径Ｄ２’の分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…延伸装置、１１，１２…保持部、１３…加熱源、１４…外径測定装置、１５…放射温度計、２０…ガラス体。
【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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【図６】
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