JP2014221691A - ダミー棒一体型光ファイバ母材およびその製法 - Google Patents

Abstract

【課題】 延伸加工や線引き加工等の際に、光ファイバ母材製品部とダミー棒との界面で剥がれたり、クラックを生じたりせず、また、輸送中に破断することのないダミー棒一体型光ファイバ母材の製造方法を提供する。
【解決手段】 光ファイバ線引き装置に装着するための線引き用ダミー棒を具備した光ファイバ母材であって、接続部が存在することなく、ダミー棒と線引き有効部とが一体的に連続した構造を有することを特徴とし、前記光ファイバ母材の長手方向において、前記ダミー棒と線引き有効部との間に段差部が存在することなく、滑らかに連続した構造を有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、多孔質ガラス母材を透明ガラス化して得られる光ファイバ母材に係り、特には、延伸加工や線引き加工時に必要とされるダミー棒の後付け加工を必要としないダミー棒一体型光ファイバ母材の製造方法に関する。

光ファイバの製造に供される光ファイバ母材は、軸付け法（VAD法） 、外付け法（OVD法） 等によりガラス微粒子を堆積して形成した多孔質ガラス母材を脱水焼結し、透明ガラス化して得た母材インゴットをさらに電気炉で延伸し、線引きに好適な径に縮径して得られる。

図１は、光ファイバの線引き装置を示したものであるが、光ファイバ母材１は、上部ダミー棒２を介して線引き装置の最上部に設置された把持部４に吊下げられ、加熱炉３に送り込まれて加熱軟化され、炉の下部から細径化された光ファイバが引き出される。
光ファイバの径は、外径測定器５で管理、制御される。その後、光ファイバは、その表面を保護するために、コーティングダイ６ａ，６ｂ でU V樹脂による２層の保護コートが施され、U Vランプ７で硬化され、キャプスタン８で引きとられた後、巻き取り機９のリールに巻き取られる。

光ファイバ母材の線引き装置への取付け時に必要なダミー棒は、特許文献１に記載されているように、延伸炉を用いて光ファイバ母材の端部に熔融接続される。また、図２に示すようなガラス旋盤を用いて光ファイバ母材に接続する方法もある。具体的には、光ファイバ母材１を固定チャック10で把持し、他方の移動式チャック11はダミー棒２を把持し、光ファイバ母材１とダミー棒２の界面を、バーナー23の酸水素火炎等で充分に軟化させた後に接続される。

ダミー棒２の溶着がいかにきれいになされようと、その接続部は、図３に示すような形状となり、接続部には段差12が生じ、そこに集中する応力により接続部で破断することがある。光ファイバ母材とダミー棒の外径が近い場合は、鏝を使用して、段差なく仕上げることも可能ではあるが、母材の外径に合わせたダミー棒を用意するのは困難であり、それにはコストの上昇を伴う。
また、局所的に加熱された接続部の両側には強い歪みが残留し、歪み部からクラックが入ることがある。

一般的に使用されるダミー棒は天然石英製であるため、光ファイバ母材である合成石英とは物性が異なり、熱膨張率の差により、接続部が剥がれてしまうという問題もある。
ダミー棒の接続は、母材を購入した線引きメーカーが行うこともあるが、ダミー棒を接続した状態で出荷されることもある。前述した影響で、ダミー棒と母材の接続部が輸送中に破断するという問題がある。特に母材外径が大きくなった近年、この問題が大きくなりつつある。

特開平06-040737号公報

本発明は、延伸加工や線引き加工等の際に、光ファイバ母材製品部とダミー棒との界面で剥がれたり、クラックを生じたりせず、また、輸送中に破断することのないダミー棒一体型光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のダミー棒一体型光ファイバ母材は、光ファイバ線引き装置に装着するための線引き用ダミー棒を具備した光ファイバ母材であって、接続部が存在することなく、ダミー棒と線引き有効部とが一体的に連続した構造を有することを特徴とし、前記光ファイバ母材の長手方向において、前記ダミー棒と線引き有効部との間に段差部が存在することなく、滑らかに連続した構造を有している。
また、前記光ファイバ母材の長手方向において、熱膨張率の変化部が存在することなく、前記ダミー棒と線引き有効部が一体的に連続した構造を有している。さらに、前記光ファイバ母材の長手方向において、熱膨張率の変化部が存在することなく、前記ダミー棒と線引き有効部が同一材質からなっている。

本発明のダミー棒一体型光ファイバ母材を製造する請求項５に記載の方法は、 延伸装置に光ファイバ母材を引取り用ダミーを介してセットし、線引き用ダミー棒を形成後、線引き有効部を加熱延伸して所定の径を有する製品部とする製品部形成工程を有することを特徴としている。
請求項６に記載の方法は、延伸装置に光ファイバ母材を引取り用ダミーを介してセットし、線引き有効部を加熱延伸して所定の径を有する製品部とする製品部形成工程後、加熱延伸してダミー棒を形成するダミー棒形成工程を設けるようにしてもよい。

さらに、請求項７に記載の方法は、ガラス旋盤を用いて製造することもできる。すなわち、ガラス旋盤に光ファイバ母材を移動チャックを介してセットし、把持用ダミーを固定チャックを介してセットし、移動チャック側の端部から加熱源を移動させつつチャック間隔を広げることにより、所定の径に延伸する工程、次いで把持用ダミー側の非有効部からダミー棒を形成するダミー棒形成工程、次いでチャックの移動を停止し、加熱源のみを移動させることにより火炎研磨する火炎研磨工程を有することを特徴としている。
なお、前記加熱源は、抵抗加熱ヒーター及び断熱材を具備した加熱炉である。

本発明によれば、ダミー棒と母材製品部との間に接続部が存在しないため、従来、接続部で生じていた剥がれやクラックがなくなり、延伸加工や線引き加工中の破損等の損害を大幅に低減することが可能となった。さらに、つなぎ目に存在した歪み、凹凸が無くなり衝撃にも強くなり、輸送中の破損事故を大幅に低減することができた、等の優れた効果を奏する。

線引き装置を説明する概略図である。 従来の、ダミー棒の接続方法を説明する概略図である。 従来の、母材とダミー棒との接続部を示す概略図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、順に、延伸装置を使用する、本発明によるダミー棒一体型光ファイバ母材の第１の製造方法を説明する概略図である。 （Ａ），（Ｂ）は、順に、本発明によるダミー棒一体型光ファイバ母材の第２の製造方法を説明する概略図である。 本発明のダミー棒一体型光ファイバ母材を示す。 （Ａ）〜（Ｄ）は、順に、ガラス旋盤を使用する、本発明のダミー棒一体型光ファイバ母材の第３の製造方法を説明する概略図である。

本発明の光ファイバ母材は、火炎研磨加工、延伸加工、線引き加工等の加工装置に装着するためのダミー棒を備えており、ダミー棒と母材製品部との間には、接続部が存在せず一体的に連続した構造を有し、段差部がなく、ダミー棒と線引き有効部が同一材質で形成されていることにより、熱膨張率の変化部も存在しないため、従来、接続部で生じていた剥がれやクラックがなくなり、延伸加工や線引き加工中の破損等の損害を大幅に低減することが可能となった。

本発明の製造方法は、延伸機能を有する装置に母材インゴットをセットし、線引き用ダミー棒を形成後、線引き有効部を所定の径に加熱延伸して製品部とする。なお、線引き有効部を加熱延伸して製品部を形成した後に、線引き用ダミー棒を形成してもよい。
ガラス旋盤による方法は、ガラス旋盤に光ファイバ母材を固定チャックを介してセットし、把持用ダミーを移動チャックを介してセットし、母材の非有効部に溶着する。移動チャック側の端部から加熱源を移動させつつチャック間隔を広げることにより、把持用ダミー側の非有効部を加熱延伸してダミー棒を形成する。その後、チャックの移動を停止し、加熱源のみを移動させて火炎研磨を行う。
なお、線引き用ダミー棒の形成に際し、一方の端部を加熱して紡錘形状とし、さらに加熱延伸して第１のダミー棒を形成後、さらに、もう一方の端部を加熱して紡錘形状とし、加熱延伸して第２のダミー棒を形成するようにしてもよい。

図４（Ａ）〜（Ｄ）に、延伸装置を用いて本発明のダミー棒一体型光ファイバ母材を製造する第１の製造方法を示した。
先ず、光ファイバガラス母材インゴット15は、有効部13とその両端部に非有効部14を有する。母材インゴット15には、両端の非有効部にそれぞれ吊下げダミー16、引取りダミー21が取付けられ、吊下げダミー16を介して送り機構1７に吊下げられる。母材インゴット15の周囲はトップチャンバー18で覆われ、加熱炉１9の下部には引取機構20が設置され、引取りダミー21を介して延伸される。

第1の工程では、母材インゴットの非有効部14が所定の径に延伸され、ダミー棒２が形成される（図４（Ａ），（Ｂ）参照）。ダミー棒２の形成が終了した後、第２の工程では、有効部13を所望の径に延伸するための条件に切り替え、有効部13を延伸する（図４（Ｃ），（Ｄ）参照）。有効部13の延伸終了後、延伸装置から取り外し、上部の非有効部14を除くことにより、図６に示すようなダミー棒一体型の光ファイバ母材が完成する。

得られたダミー棒一体型の光ファイバ母材は、ダミー棒と製品部とのつなぎ目が存在せず、かつ同一部材からなるため物性も同じとなり、歪みもなく衝撃によるクラックのおそれが無くなる。
なお、第１の工程と第２の工程を逆にし、先に有効部13の延伸を行った後、ダミー棒を形成する延伸を行ってもよい。母材インゴットの形状、目標とする形状、両端部の非有効部の形状等を考慮し、どちらを選らんでも差し支えない。

図５（Ａ），（Ｂ）に、延伸装置を用いて本発明のダミー棒一体型光ファイバ母材を製造する第２の製造方法を示した。
母材インゴット両端の非有効部に、それぞれ吊下げダミー、引取りダミーを取付け、（１）母材インゴット下部の非有効部を加熱延伸して下部ダミー棒を形成し、次いで、（２）有効部を延伸して製品部とし、さらに、（３）母材インゴット上部の非有効部を加熱延伸して上部ダミー棒を形成した後、（４）製品部の中央を絞り、該中央部で分断することにより、一度の延伸で２本のダミー棒一体型光ファイバ母材が得られる。

本発明のダミー棒一体型光ファイバ母材は、延伸装置を用いて母材インゴットから直接形成するほかに、ガラス旋盤を用いての延伸で形成することも可能である。
この場合、少なくとも一方の端部が紡錘形に加工された母材インゴットを、少なくとも一方のチャックが移動可能でチャック間隔を広げることのできるガラス旋盤に、母材インゴットを把持用ダミー棒を介してセットし、紡錘形状部を加熱源を移動させつつチャック間隔を広げることにより、所定の径に延伸し、ダミー棒を形成する第１の工程、次いでチャックの移動を停止し、加熱源のみを移動させることにより、有効部を火炎研磨する第２の工程により可能となる。

次に、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示す装置を用いて、旋盤加工によりダミー棒一体型光ファイバ母材を製造する第３の製造方法について説明する。旋盤加工に供する部材は、予め母材インゴット延伸装置で粗延伸した後、少なくとも一方の有効部端が紡錘形状（非有効部）14に仕上げられている。
粗延伸された母材インゴットを固定チャック10にセットし、把持用ダミー22を移動チャック11にセットし、紡錘形状部の端面と把持用ダミー端面を融着させる（図７（Ａ）参照）。固定チャック10側にも把持用ダミー22を取り付け、母材インゴットの端面に溶着させる（図７（Ｂ）参照）。

次いで、バーナー23を左方に移動させながら移動チャック11を右に移動させる。このようにして、非有効部14を所望の径に延伸し、ダミー棒２を形成する。ダミー棒形成後、移動チャック11を停止させ、延伸を終了させる（図7（Ｃ）参照）。
なお、ダミー棒２を形成した時点で加熱を停止すると、停止位置の両側には歪みが残るため、バーナーの火炎を火炎研磨に適した火力に調整して左へ移動させ、母材左端部と固定チャック10に把持された把持用ダミー22との界面付近まで加熱を継続し、そこで停止することにより（図７（Ｄ）参照）、歪みの存在しないダミー棒一体型光ファイバ母材が得られる。

このようにガラス旋盤を用いて得られるダミー棒一体型光ファイバ母材は、一連の工程中で火炎研磨が行われるため、母材インゴット延伸装置で得られるダミー棒一体型光ファイバ母材よりも、表面に傷や汚れの少ないものが得られる。
さらに、有効部の径変動を小さくしたい場合は、火炎研磨工程に代えて延伸工程を行うことにより、径変動を小さくすることができる。延伸を行った場合、有効部にはシリカクラウドが残る場合があるため、延伸終了後、必要に応じて火炎研磨行う。その際、形成されたダミー棒の右端部近傍から火炎研磨を開始すればよい。

本発明のダミー棒一体型光ファイバ母材は、ダミー棒が有効部（製品部）と一体で形成されるため、従来、ダミー棒と有効部との界面に存在する接続部をなくすことができ、これにより、接続部の組成及び物性がまったく同じとなり、ダミー棒と有効部との間の段差部への応力集中が無くなり、歪みも発生せず、段差部で破損することもない。

以下、本発明の実施の形態について、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されず、様々な態様が可能である。
（実施例1）
図４に示した装置に、有効部長さ約1700mm, 外径約φ175mmの母材インゴットをセットし、はじめに一方の非有効部を延伸してダミー棒φ50×800mmを形成した。次いで、有効部を延伸して製品部φ135×2200mm とした後、延伸終了点を最細径φ50mm程度まで絞り、紡錘形状とした。このようにしてダミー棒がφ50×800mm、製品部がφ135×2200mmのダミー棒一体型光ファイバ母材を作成した。
出来上がった母材の歪みを平行ニコル法で確認したところ、母材全体にわたって歪みは確認されなかった。

（実施例２）
実施例１で使用したものとほぼ同じ形状の母材インゴットを使用した。この母材インゴットの両端にダミー棒を取り付け、図５に示した延伸装置にセットして、（１）非有効部を延伸して下部ダミー棒φ50×800mmを形成後、（２）有効部を延伸して製品部φ135mmとし、さらに（３）上部の非有効部を延伸して上部ダミー棒φ50×800mmを形成した後、（４）製品部の中央を外径φ50mmに絞り、中央の絞り部で分断して、それぞれφ50×800mmのダミー棒を有する２本のダミー棒一体型光ファイバ母材（製品部φ135×1000mm）を作成した。
出来上がった母材の歪みを平行ニコル法で確認したところ、延伸後に絞った紡錘形状部にわずかな歪みが確認されたものの、製品有効部、ダミー棒には歪みは確認されなかった。

（実施例３）
実施例１で使用したものとほぼ同じ形状の母材インゴットを使用し、図５に示した延伸装置を用いて、両端にダミー棒を形成しない以外は実施例２と同様にして、２本の光ファイバ母材（製品部φ135×1000mm）を作成した。この光ファイバ母材に把持用ダミーを取り付け、該把持用ダミーを介して図7に示すガラス旋盤にセットした。該光ファイバ母材の非有効部を酸水素火炎で加熱しながら延伸してダミー棒φ50×600mmを形成し、引き続き製品部の火炎研磨を行った。
出来上がった母材の歪みを平行ニコル法で確認したところ、母材全体にわたって歪みは確認されなかった。
なお、ダミー棒一体型光ファイバ母材を実施例１〜３で各50本作成し、輸送したが、１本もクラックが入ることはなかった。

（比較例１）
実施例３と同じ方法で光ファイバ母材を延伸し、非有効部をカットして図２に示すようなガラス旋盤にセットし、該カット面にφ50×600mmのダミー棒を溶着して光ファイバ母材を作製した。これを計100本製造して輸送したところ、ダミー棒の接続部でクラックが発生したものが５本あった。

１・・・・・・・光ファイバ母材、
２・・・・・・・ダミー棒、
３・・・・・・・加熱炉、
４・・・・・・・把持部、
５・・・・・・・外径測定器
６a,６b・・・・・コーティングダイ、
７・・・・・・・UVランプ、
８・・・・・・・キャプスタン、
９・・・・・・・巻き取り器、
10・・・・・・・固定チャック、
11・・・・・・・移動チャック、
12・・・・・・・段差、
13・・・・・・・有効部、
14・・・・・・・非有効部（紡錘形状）、
15・・・・・・・母材インゴット、
16・・・・・・・吊下げダミー、
17・・・・・・・送り機構、
18・・・・・・・トップチャンバー、
19・・・・・・・加熱炉、
20・・・・・・・引取り機構、
21・・・・・・・引取りダミー、
22・・・・・・・把持用ダミー、
23・・・・・・・バーナー。

Claims (8)

1. 光ファイバ線引き装置に装着するための線引き用ダミー棒を具備した光ファイバ母材であって、接続部が存在することなく、ダミー棒と線引き有効部とが一体的に連続した構造を有することを特徴とする線引き用ダミー棒一体型光ファイバ母材。
2. 前記光ファイバ母材の長手方向において、前記ダミー棒と線引き有効部との間に段差部が存在することなく、滑らかに連続した構造を有する請求項１に記載の線引き用ダミー棒一体型光ファイバ母材。
3. 前記光ファイバ母材の長手方向において、熱膨張率の変化部が存在することなく、前記ダミー棒と線引き有効部が一体的に連続した構造を有する請求項１又は２に記載の線引き用ダミー棒一体型光ファイバ母材。
4. 前記光ファイバ母材の長手方向において、熱膨張率の変化部が存在することなく、前記ダミー棒と線引き有効部が同一材質である請求項１乃至３のいずれかに記載の線引き用ダミー棒一体型光ファイバ母材。
5. 延伸装置に光ファイバ母材を引取り用ダミーを介してセットし、線引き用ダミー棒を形成後、線引き有効部を加熱延伸して所定の径を有する製品部とする製品部形成工程を有することを特徴とする線引き用ダミー棒一体型光ファイバ母材を製造する方法。
6. 延伸装置に光ファイバ母材を引取り用ダミーを介してセットし、
   線引き有効部を加熱延伸して所定の径を有する製品部とする製品部形成工程後、加熱延伸してダミー棒を形成するダミー棒形成工程を有することを特徴とする線引き用ダミー棒一体型光ファイバ母材を製造する方法。
7. ガラス旋盤に光ファイバ母材を移動チャックを介してセットし、把持用ダミーを固定チャックを介してセットし、前記移動チャック側の端部から加熱源を移動させつつチャック間隔を広げることにより、所定の径に延伸する工程、次いで把持用ダミー側の非有効部からダミー棒を形成するダミー棒形成工程、次いでチャックの移動を停止し、加熱源のみを移動させることにより火炎研磨する火炎研磨工程を有することを特徴とする線引き用ダミー棒一体型光ファイバ母材を製造する方法。
8. 前記加熱源が抵抗加熱ヒーター及び断熱材を具備した加熱炉である請求項７に記載の線引き用ダミー棒一体型光ファイバ母材を製造する方法。

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