JP2017171549A - 光ファイバプリフォームの絞り加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームを加熱しつつ、被加熱部を牽引離間させて絞り形状を形成し、非円率の小さな絞り部を形成することのできる光ファイバプリフォームの絞り加工方法及び加工装置を提供する。
【解決手段】 光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの所定の位置を加熱し牽引して絞り形状を形成し口出し部を形成する絞り加工方法において、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの周辺に導入する雰囲気ガスを、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの軸を中心として回転するように導入することを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームを加熱しつつ牽引離間させて、被加熱部に絞り形状を形成する光ファイバプリフォームの絞り加工方法及び加工装置に関する。

ＯＶＤ法やＶＡＤ法など、焼結工程を経て得られる石英ガラス製の光ファイバ母材は、重力の影響により長手方向で外径が変動している。このため、光ファイバ母材をそのまま線引きする場合は、加熱炉と光ファイバ母材との間のガスシールが複雑になる。
線引き装置のガスシール部を簡略化するため、線引きに先立ち延伸炉にて、光ファイバ母材を加熱しつつ引き延ばして外径を一定に調整することにより、母材より外径の小さい光ファイバプリフォームとすることが行われている。さらに、線引きに供される光ファイバ母材や光ファイバプリフォームの先端は、線引き工程がスムースに行われるように形状が整えられる。

先端の形状を整える工程は「絞り」あるいは「口出し」工程と呼ばれ、特許文献１には自動口出し装置が開示されている。それには、吊り下げられた光ファイバプリフォームの下端に、下部チャックに把持されたダミー棒が自動的に溶着された後、加熱装置であるバーナーによって口出し位置付近を加熱し、予め設定された時間が経過した後、下部チャックをゆっくりと引き下げることにより口出し部が形成される旨記載されている。

特許文献１では、加熱装置としてバーナーが用い、光ファイバプリフォームを回転させながら絞り加工を行っている。しかしながら、直径100mmを超えるような大型の光ファイバプリフォームにあっては、バーナーによる絞り加工は困難であるため、電気炉による加熱加工を行うのが一般的である。

近年、光ファイバプリフォームの大口径化が進んでおり、直径200mm程度の光ファイバ母材を直径150mm前後の大口径光ファイバプリフォームに延伸し、中央で絞って２分割すると同時に口出し部を形成するような加工や、延伸後に分割せずに端部に口出し部を形成するような加工が行われている。

次に、電気炉での延伸後行われる絞り加工について、図１乃至図４を用いて説明する。
加工装置は、大きく分けて送り装置１、加熱装置２、引取装置３の３つの部分から構成されている。

送り装置１は、光ファイバ母材４を上下動させるための装置であり、コラム１０１、モーター駆動（図示を省略）のボールネジ１０２、ボールネジにより昇降する昇降装置１０３、吊り下げシャフト１０４により構成される。

加熱装置２は、光ファイバ母材４を加熱して軟化させるための装置であり、コラム１０１に装着された炉体２０１、カーボン製のヒーター２０２、断熱材２０３、カーボン製のマッフルチューブ２０４、雰囲気ガス導入口２０５、伸縮式トップチャンバ２０６、さらに開口径を調整可能な炉下シャッター２０７により構成される。
雰囲気ガス導入口２０５からは、マッフルチューブの酸化を防ぐために、窒素、アルゴンなどの不活性ガスが導入される。また、炉体２０１内部にも不活性ガスが供給され、ヒーターおよび断熱材の酸化を防止している。

引取装置３は、光ファイバ母材の下端を引き下げるための装置であり、開閉可能なガイドローラー３０１、開閉および駆動可能な上下２組の引取ローラー３０２により構成される。
加工される光ファイバ母材４は、吊り下げシャフト１０４に垂下され、光ファイバ母材の下端には引取ダミー５が接続されている。

延伸工程においては、図１に示すように、光ファイバ母材４が昇降装置１０３により引き下げられつつヒーター２０２によって加熱され、引取ダミー５もしくは延伸された光ファイバプリフォームをガイドローラー３０１及び引取ローラー３０２を用いて引き下げることで、図２に示すように、光ファイバ母材４より細径の光ファイバプリフォーム６が得られる。

次に、ヒーター２０２の温度をガラスが固化する程度の温度、例えば１２００℃まで降温し、ガラスが実質的に変形しない状態になったところで、ガイドローラー３０１および引取ローラー３０２を解放し昇降装置１０３を上昇させて、図３に示すように、絞り加工を予定した部分がヒーター２０２の中心に来るように光ファイバプリフォーム６の位置を合わせる。

この後、図４に示すように、ヒーター２０２を再昇温し、ガイドローラー３０１および引取ローラー３０２を閉じる。光ファイバプリフォームの絞り加工を予定した部分が軟化したところで、昇降装置１０３を上昇させることで光ファイバプリフォームの上側部分６ａを引上げつつ、引取ローラー３０２を下方に駆動させて光ファイバプリフォームの下側部分６ｂを引下げ、絞り部７ａ、７ｂを形成する。このようにして、絞り加工して分離した両端部に光ファイバの線引きに好適な口出し部が形成される。

特開平５ー２４８７７号公報

このようにして絞り加工された光ファイバプリフォームの絞り部は、光ファイバプリフォームの直胴部に比べて非円率が大きくなる傾向にある。非円率は、その外径を多数の角度方向から測定し、最大径をD_MAX, 最小径をD_MIN, 平均径をD_AVEとしたときに、下記数１式により求められる値である。

例えば、光ファイバプリフォームの直胴部の非円率が0.2%未満の場合でも、絞り部では非円率が0.6〜1.0%に達することがあった。絞り部は、光ファイバ母材の中央部で形成しているため、特性が安定している部分であり、本来であれば、線引き初期から良品の光ファイバを得ることができるはずであるが、非円率が悪化してしまった絞り部からは、非円率が悪い光ファイバが線引きされるため、廃棄部分が多くなり、歩留まりが悪化するという問題があった。

本発明は、光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームを加熱しつつ牽引離間させて、被加熱部に非円率の小さな絞り形状を形成することのできる光ファイバプリフォームの絞り加工方法及び加工装置を提供することを課題とする。

本発明の光ファイバプリフォームの絞り加工方法は、光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの所定の位置を加熱し牽引して絞り形状を形成し口出し部を形成する絞り加工方法において、光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの周辺に導入する雰囲気ガスを、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの軸を中心として回転するように導入することを特徴としている。
なお、前記雰囲気ガスの導入口の吹出し方向が、光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの径方向断面の接線方向成分を有するようにするのが好ましい。

本発明の光ファイバプリフォームの絞り加工装置は、光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの所定の位置を加熱し牽引して絞り形状を形成し口出し部を形成する絞り加工装置において、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの周辺に導入する雰囲気ガスの導入口が、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの径方向断面の接線方向に雰囲気ガスが吹き出されるように設けられていることを特徴としている。
なお、前記雰囲気ガスの導入口を複数設けるのが好ましい。

本発明によれば、絞り加工して得られる光ファイバプリフォームの絞り部の非円率の増大を防ぐことができ、光ファイバを歩留まり良く製造することができる等の優れた効果を奏する。

絞り加工を工程順に説明する概略図である。 絞り加工を工程順に説明する概略図である。 絞り加工を工程順に説明する概略図である。 絞り加工を工程順に説明する概略図である。 従来の絞り加工装置おける雰囲気ガス導入口の一例を示す横断面図および縦断面図である。 本発明の絞り加工装置おける雰囲気ガス導入口の一例を示す横断面図および縦断面図である。 本発明の装置を用いて形成した絞り部近傍の外径の変化と非円率を示すグラフである。 従来の装置を用いて形成した絞り部近傍の外径の変化と非円率を示すグラフである。

従来、光ファイバプリフォームを線引きして得られる光ファイバの非円率が、線引きに供した光ファイバプリフォームの非円率よりも増大していることがあった。
この原因について鋭意究明の結果、本発明者はその原因を明らかにした。以下、図５を用いて説明する。図５は、従来の雰囲気ガス導入口の一例を示す横断面図および縦断面図である。
雰囲気ガス導入ノズル８から導入された雰囲気ガスは、光ファイバプリフォーム６およびマッフルチューブ２０４の間を通って下方部に向けて進み、炉外へ排出される。
本発明者は、このとき生じる下降流が周方向に分布を持っており、この周方向への流量の偏差により、絞り部の温度に偏差が生じ、ひいては非円率の増大につながっていることを突き止めた。

本発明者は、非円率の増大を防止すべく鋭意究明の結果、光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの周辺に導入する雰囲気ガスを、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの軸を中心としてその周囲を回転するように導入することで、非円率の増大を防止することができることを見出し、本発明を達成した。
以下、図６を用いて説明する。図６は、本発明の雰囲気ガス導入口の一例を示す横断面図および縦断面図である。
雰囲気ガス導入ノズル８は、吹き出された雰囲気ガスが光ファイバプリフォーム６の周囲を回転するように、吹き出し方向が接線方向成分を持つような配置となっている。雰囲気ガス導入ノズル８の本数は１本でも良いが、複数あるとより均一な回転流が生じるため、効果的である。この雰囲気ガスの回転流により、光ファイバプリフォームの周方向の温度偏差が劇的に改善され、絞り工程における非円率の増大が抑制された。

なお、ここで示した絞り加工装置の構成は一例に過ぎない。例えば、ノズルの数を３本以上としても良く、ノズルをヒーターの上方だけでなく下方にも設けても良く、延伸しない光ファイバ母材に適用しても良く、また、光ファイバプリフォームの中央で絞らずに上端または下端で絞っても良い。

実施例１；
図１乃至図４に示すような加工装置を用いて、光ファイバプリフォームに絞り加工を施し、口出し部を形成した。
具体的には、最太部外径２００ｍｍの光ファイバ母材を外径１５０ｍｍの光ファイバプリフォームに延伸した後、その中央部分に絞り加工を施し、口出し部を形成した。これにより、一端に紡錘形状をした口出し部を有する２本の光ファイバプリフォームを得た。
このとき、絞り加工装置の雰囲気ガスの導入口は、図６に示すように、導入ノズル数は２本で、吹出し方向が光ファイバプリフォームの径方向断面の接線方向成分を持つように配置した。導入ノズルの断面積は４０ｍｍ^２とし、導入ノズルには窒素ガスをノズル１本あたり７５Ｌ／ｍｉｎで流した。形成した口出し部の形状および非円率は図７のグラフに示す通りであり、非円率は最大で０．２４％であった。

比較例１；
図１乃至図４に示すような加工装置を用いて、最太部外径２００ｍｍの光ファイバ母材を外径１５０ｍｍの光ファイバプリフォームに延伸した後に、光ファイバプリフォームの中央部分に絞り加工を施し、口出し部を形成した。
このとき、雰囲気ガスのガス導入口は、図７に示すように、導入ノズル数は２本で、吹出し方向が光ファイバプリフォームの径方向断面の接線方向成分を持たないように配置した。ノズル断面積は４０ｍｍ^２とし、導入ノズルには窒素ガスをノズル１本あたり７５Ｌ／ｍｉｎで流した。形成した口出し部の形状および非円率は図８のグラフに示す通りであり、非円率は最大で１．０５％であった。

１．送り装置、
２．加熱装置、
３．引取装置、
４．光ファイバ母材、
５．回転チャック、
６．光ファイバプリフォーム、
６ａ．光ファイバプリフォームの上側部分、
６ｂ．光ファイバプリフォームの下側部分、
７ａ，７ｂ．口出し部
８．雰囲気ガス導入ノズル、
１０１．コラム、
１０２．ボールネジ、
１０３．昇降装置、
１０４．吊り下げシャフト、
２０１．炉体、
２０２．ヒーター、
２０３．断熱材、
２０４．マッフルチューブ、
２０５．雰囲気ガス導入口、
２０６．伸縮式トップチャンバ、
２０７．炉下シャッター、
３０１．ガイドローラー、
３０２．引取ローラー。

Claims (4)

1. 光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの所定の位置を加熱し牽引して絞り形状を形成し口出し部を形成する絞り加工方法において、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの周辺に導入する雰囲気ガスを、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの軸を中心として回転するように導入することを特徴とする光ファイバプリフォームの絞り加工方法。
2. 前記雰囲気ガスの導入口の吹出し方向が、光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの径方向断面の接線方向成分を有する請求項１に記載の光ファイバプリフォームの絞り加工方法。
3. 光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの所定の位置を加熱し牽引して絞り形状を形成し口出し部を形成する絞り加工装置において、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの周辺に導入する雰囲気ガスの導入口が、該光ファイバ母材もしくは光ファイバプリフォームの径方向断面の接線方向に雰囲気ガスが吹き出されるように設けられていることを特徴とする光ファイバプリフォームの絞り加工装置。
4. 前記雰囲気ガスの導入口を複数備えている請求項３に記載の光ファイバプリフォームの絞り加工装置。
   
   

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