JP5728375B2 - ダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法、および、ダミー棒の製造方法 - Google Patents
ダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法、および、ダミー棒の製造方法 Download PDFInfo
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Description
ダミー棒と光ファイバ母材を、相対する端部同士を熱により溶融することにより同軸状に接続する工程において、
前記ダミー棒または前記光ファイバ母材のいずれか一方の中心軸に垂直な平面と、前記いずれか一方の端部の切断後の断面とのなす角度θが、0<tanθを満たすように、前記いずれか一方の端部を切断する工程と、
切断した前記断面を含む、前記ダミー棒と前記光ファイバ母材の相対する端部同士を熱により溶融する工程と、
溶融した前記ダミー棒と前記光ファイバ母材の端部同士を互いに突き合わせて融着する工程と、
を含む、ダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法を提供する。
光ファイバ母材の端部を切断すると、コアとクラッドの残留応力の違いにより、切断時にひびが入る場合がある。また、ダミー棒の端部を、切断後の断面が、その中心軸に垂直な平面に対して角度θを有するように切断するとともに、光ファイバ母材における、ダミー棒に相対する端部の断面が、その中心軸に対して略垂直とする方が製造効率上有利である。
tanθが上記の範囲より小さい場合には、光ファイバ母材の加熱によって、その端部の周縁部に生じる盛り上がりの高さとの関係で、光ファイバ母材とダミー棒の接続時に、両者の接続部のへこみに気泡が留まりやすくなり、光ファイバ母材とダミー棒の接続時に気泡の残留を防止する効果が得られ難い。一方、tanθが上記の範囲より大きい場合には、光ファイバ母材とダミー棒の接続後に、光ファイバ母材とダミー棒の接続部の外周部が瘤状になり、外観上問題となる場合があったり、接続部に隙間が生じたりする場合がある。
光ファイバ母材およびダミー棒の直径が35mm未満では、直径の太い大型の光ファイバ母材とダミー棒の接続に不適であるばかりでなく、光ファイバ母材から紡糸できる光ファイバ素線の量が少なくなり、製造効率上不利である。一方、光ファイバ母材およびダミー棒の直径が55mmを超えると、ダミー棒が接続された光ファイバ母材を製造した後の線引き工程等で、既存の製造設備に適合しない場合がある。
2本のダミー棒を、相対する端部同士を熱により溶融することにより同軸に接続する工程において、
前記2本のダミー棒のいずれか一方の中心軸に垂直な平面と、前記いずれか一方の端部の切断後の断面とのなす角度θが、0<tanθを満たすように、前記いずれか一方の端部を切断する工程と、
切断した前記断面を含む、前記2本のダミー棒の相対する端部同士を熱により溶融する工程と、
溶融した前記2本のダミー棒の端部同士を互いに突き合わせて融着する工程と、
を含む、ダミー棒の製造方法を提供する。
一方のダミー棒の端部を、切断後の断面が、その中心軸に垂直な平面に対して角度θを有するように切断するとともに、他方のダミー棒における、一方のダミー棒に相対する端部の断面が、その中心軸に対して略垂直とする方が製造効率上有利である。
tanθが上記の範囲より小さい場合には、一方のダミー棒の端部の加熱によって、その端部の周縁部に生じる盛り上がりの高さとの関係で、2本のダミー棒の接続時に、両者の接続部のへこみに気泡が留まりやすくなり、2本のダミー棒の接続時に気泡の残留を防止する効果が得られ難い。一方、tanθが上記の範囲より大きい場合には、2本のダミー棒の接続後に、2本のダミー棒の接続部の外周部が瘤状になり、外観上問題となる場合があったり、接続部に隙間が生じたりする場合がある。
ダミー棒の直径が35mm未満では、直径の太い大型の光ファイバ母材とダミー棒の接続に不適であるばかりでなく、光ファイバ母材から紡糸できる光ファイバ素線の量が少なくなり、製造効率上不利である。一方、ダミー棒の直径が55mmを超えると、ダミー棒が接続された光ファイバ母材を製造した後の線引き工程等で、既存の製造設備に適合しない場合がある。
さらに、本発明のダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法によれば、光ファイバ母材とダミー棒の接続部において気泡が存在せず、接続部が強固となる。そのため、外部からの力に対して変形、破損のない、同軸接合が可能となる。従って、ダミー棒に接続された光ファイバ母材に、外付け工程において、さらに酸化ケイ素微粒子を堆積させた後、脱水、焼結を行った場合においても、焼結後の線引き前の光ファイバ母材において、コアのクラッドに対する偏芯、および、非円の状態は優れている。
さらに、本発明のダミー棒の製造方法によれば、2本のダミー棒の接続部において気泡が存在せず、接続部が強固となる。そのため、外部からの力に対して変形、破損のない同軸接合が可能となる。従って、2本のダミー棒を一体化して得られたダミー棒に接続された光ファイバ母材に、外付け工程において、さらに酸化ケイ素微粒子を堆積させた後、脱水、焼結を行った場合においても、焼結後の線引き前の光ファイバ母材において、コアのクラッドに対する偏芯、および、非円の状態は優れている。
図1は、本発明のダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法を示す概略図であり、(a)、(b)は側面図、(c)〜(e)は断面図である。
図1(a)は、光ファイバ母材10の端部と、ダミー棒11の端部とが対向する様子を示す側面図である。
光ファイバ母材とは、例えば、四塩化ケイ素の火炎加水分解反応により得られる酸化ケイ素堆積物を、脱水、焼結して得られる石英ガラス体を指す。また、広い意味では、脱水、焼結前の、酸化ケイ素堆積物を光ファイバ母材と呼ぶこともある。光ファイバ母材は、上記の脱水、焼結工程の後、延伸されたものであってもよいし、また、延伸後、さらに酸化ケイ素を堆積する、いわゆる外付け工程の後、脱水、焼結の工程を経たものであってよい。また、光ファイバ母材は、その後、さらに、延伸および/または外付け工程を経たものであってもよい。
光ファイバ母材は、後段の紡糸工程で線引きにより光ファイバ裸線とされ、その後、その光ファイバ裸線が樹脂に被覆されることにより光ファイバ素線となる。
本実施形態では、ダミー棒11において、その中心軸11aに垂直な平面11bと、その端部の切断後の断面11cとのなす角度θが、0<tanθの関係を満たすように、ダミー棒11の端部を切断する工程を行う場合を例示する(図1(b)参照)。
本実施形態では、光ファイバ母材10の端部において、表面張力によって周縁部が環状に盛り上がり(符号10aで示す部分)、中心部にへこみ(符号10bで示す部分)ができる場合を例示する(図1(c)参照)。
ここで、ダミー棒11の端部を斜めに切断することによって生じる切断面の中心軸方向の長さの差の最大値hは、h=ダミー棒11の直径×tanθ(図1(b)参照)で表される。ダミー棒11の直径を50mmとした場合、長さの差の最大値hは、50mm×0.017=0.87mmとなる。ゆえに、ダミー棒11の切断面における、ダミー棒11の中心軸に垂直な平面に対する角度が1°であれば、上記の盛り上がりの高さからすれば、後段の光ファイバ母材10とダミー棒11を融着する工程において、光ファイバ母材10の端部のへこみ10bから、矢印方向に気泡を逃がしながら、光ファイバ母材10とダミー棒11の接合面に、気泡が存在しないように融着することが確実に可能であるといえる(図1(d)参照)。
ここで、ダミー棒11の直径を50mmとした場合、ダミー棒11の端部を斜めに切断することによって生じる切断面の中心軸方向の長さの差の最大値hは、50mm×0.176=8.82mmとなる。後段のダミー棒11と光ファイバ母材10を融着する工程において、光ファイバ母材10とダミー棒11の溶融した端部を互いに突き合わせるにつれて、熱により溶融したダミー棒11の切断面の先端部が、表面張力により、切断面の中心軸方向の長さの差の最大値hに起因して接合部分に生じる隙間(図1(d)における、接合部分に向かって右上半分に相当する部分)に侵入する。そのため、このダミー棒11の切断面における、ダミー棒11の中心軸方向に垂直な面に対する角度が10°の場合、上記の切断面の中心軸方向の長さの差の最大値hに起因して接合部分に生じる隙間は、融着に伴って消失し、接合面に隙間ができず、気泡が存在しない、強度の高い接続が可能となる。
光ファイバ母材10およびダミー棒11の直径が35mm未満では、光ファイバ母材10から紡糸できる光ファイバ素線の量が少なくなり、製造効率上不利である。一方、光ファイバ母材10およびダミー棒11の直径が55mmを超えると、ダミー棒11が接続された光ファイバ母材10を製造した後の線引き工程等で、既存の製造設備に適合しない場合がある。光ファイバ母材10およびダミー棒11の直径は、25mm以上75mm以下の範囲にあってもよい。
このようにして、光ファイバ母材10およびダミー棒11の端部を溶融し、軟化した状態とする。なお、酸水素バーナ13による火炎の温度は、2,000〜3,000℃が好ましく、その火炎によって加熱された光ファイバ母材10およびダミー棒11の表面温度は、約1,500〜2,000℃程度が好ましい。
上記の火力において、光ファイバ母材10およびダミー棒11の端部の溶融には、およそ、3分から10分の時間を要する。
なお、光ファイバ母材10とダミー棒11を押し付ける際の向きは、光ファイバ母材10と、ダミー棒11とが同軸となるように留意する。光ファイバ母材10またはダミー棒11のいずれか一方の端部を加熱した際に、その端部が環状に盛り上がり、中心部にへこみができても、光ファイバ母材10とダミー棒11を押し付ける際に、斜めに切断した先端部から徐々に接触していくために、溶融した端部同士を互いに突き合わせるにつれ、へこみ形状内に残留した空気が、図1(d)の矢印方向に逃げるように、接続作業をすることが可能になる。また、突き合わせの速度は、例えば、毎分5cm〜600cmの範囲で行うことが好ましい。
なお、光ファイバ母材10とダミー棒11を融着する工程は、その端部が、融着するのに十分に溶融した後であれば、溶融する工程を行いながら行ってもよい。
具体的には、外付け工程は、例えば、図2に示すように、光ファイバ母材10の両端にダミー棒11を接続し、そのダミー棒11をチャック12でガラス旋盤に把持して、光ファイバ母材10を回転させながら、また、少なくとも1本の堆積バーナ23を、光ファイバ母材10の中心軸(矢印)方向にトラバース(往復動)させながら、光ファイバ母材10の外周に酸化ケイ素を堆積することにより行われる。
また、ダミー棒11をチャックでガラス旋盤に把持し、光ファイバ母材10に加工が施される場合もある。
さらに、その後、ガラス旋盤を用いて光ファイバ母材10の曲がりを修正したり、所定の外径や長さへの加熱延伸加工、光ファイバ母材10の表面の凹凸や傷、不純物等の除去を行う火炎研磨処理等の加工が行われたりする場合もある。
本発明のダミー棒の製造方法は、上述の本発明のダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法と同様に行われる。すなわち、本発明のダミー棒の製造方法では、2本のダミー棒を、本発明のダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法と同様に接続する。
図1に示す方法により、直径50mmの光ファイバ母材10と、直径50mmのダミー棒11を接続し、ダミー棒11が接続された光ファイバ母材10を製造した。
光ファイバ母材10とダミー棒11としては、その相対する端部の断面が、その中心軸に垂直な平面であるものを用意した(図1(a)参照)。
ダミー棒11における、光ファイバ母材10の端部と相対する端部を切断後の断面と、ダミー棒11の中心軸に垂直な平面とのなす角度θが1°、すなわち、tanθ=0.017となるように、精密切断砥石を備えた高速切断機により、ダミー棒11の端部を切断加工した(図1(b)参照)。
その後、光ファイバ母材10とダミー棒11の相対する端部同士を接触させて、毎分10cmの速度で、互いに突合せながら融着接続し、一端部にダミー棒11が接続された光ファイバ母材10を作製した(図1(d)、(e)参照)。
全てのダミー棒11が接続された光ファイバ母材10の接続部には、気泡が存在しなかった。これは、接合面に気泡が存在する可能性があったとしても、融着接続の際、その気泡が、切断加工した部分から、図1(d)に示した矢印の方向へ逃げたためと考えられる。
この光ファイバ母材10の両端に接続されたダミー棒11をチャックで把持し、光ファイバ母材10に対して、外付け工程を行うことにより、光ファイバ母材10の外周に酸化ケイ素を堆積させた(図2参照)。
その後、酸化ケイ素を堆積させた光ファイバ母材10を脱水、焼結し、ガラス化した光ファイバ母材を得た。
〔非円率〕
下記の定義式に基づき、外径測定器により、光ファイバ母材の非円率を測定した。
(光ファイバ母材の外径aの最大値−光ファイバ母材の外径aの最小値)/(光ファイバ母材の外径aの平均値)×100(%)
〔偏心量〕
プリフォームアナライザを用いて、下記のようにして、光ファイバ母材の偏心量を測定した。
光ファイバ母材の1つの直径上において、コアの両側のクラッドの厚みの差(b−c)の最大値を求めた。
ダミー棒11における、光ファイバ母材10の端部と相対する端部を切断後の断面と、ダミー棒11の中心軸に垂直な平面とのなす角度θが7°、すなわち、tanθ=0.123となるように、精密切断砥石を備えた高速切断機により、ダミー棒11の端部を切断加工した以外は実施例1と同様にして、一端部にダミー棒11が接続された光ファイバ母材10を作製した。
全てのダミー棒11が接続された光ファイバ母材10の接続部には、気泡が存在しなかった。これは、接合面に気泡が存在する可能性があったとしても、融着接続の際、その気泡が、切断加工した部分から、図1(d)に示した矢印の方向へ逃げたためと考えられる。
この光ファイバ母材10の両端に接続されたダミー棒11をチャックで把持し、光ファイバ母材10に対して、外付け工程を行うことにより、光ファイバ母材10の外周に酸化ケイ素を堆積させた(図2参照)。
その後、酸化ケイ素を堆積させた光ファイバ母材10を脱水、焼結し、ガラス化した光ファイバ母材を得た。
ダミー棒11における、光ファイバ母材10の端部と相対する端部を切断後の断面と、ダミー棒11の中心軸に垂直な平面とのなす角度θが10°、すなわち、tanθ=0.176となるように、精密切断砥石を備えた高速切断機により、ダミー棒11の端部を切断加工した以外は実施例1と同様にして、一端部にダミー棒11が接続された光ファイバ母材10を作製した。
全てのダミー棒11が接続された光ファイバ母材10の接続部には、気泡が存在しなかった。これは、接合面に気泡が存在する可能性があったとしても、融着接続の際、その気泡が、切断加工した部分から、図1(d)に示した矢印の方向へ逃げたためと考えられる。
この光ファイバ母材10の両端に接続されたダミー棒11をチャックで把持し、光ファイバ母材10に対して、外付け工程を行うことにより、光ファイバ母材10の外周に酸化ケイ素を堆積させた(図2参照)。
その後、酸化ケイ素を堆積させた光ファイバ母材10を脱水、焼結し、ガラス化した光ファイバ母材を得た。
光ファイバ母材の代わりにダミー棒を用いて、実施例2と同様の接続加工を行ない、ダミー棒同士を接続して、2本のダミー棒が接続されたダミー棒を製造した。
全てのダミー棒の接続部には、気泡が存在しなかった。
図3に示す方法により、直径50mmの光ファイバ母材30と、直径50mmのダミー棒31を接続し、ダミー棒31が接続された光ファイバ母材30を製造した。
光ファイバ母材30とダミー棒31としては、その相対する端部の断面が、その中心軸に垂直な平面であるものを用意した。
その後、光ファイバ母材30とダミー棒31の相対する端部同士を接触させて、互いに突き合わせながら融着接続し、一端部にダミー棒31が接続された光ファイバ母材30を作製した(図3(c)参照)。
全てのダミー棒31が接続された光ファイバ母材30の接続部には、気泡が存在していた。
また、ダミー棒31が接続された光ファイバ母材30の両端を旋盤のチャックで把持し、その光ファイバ母材30に対して、100kgの荷重で張力を加えたところ、ダミー棒31と光ファイバ母材30の接続部に亀裂や割れが発生した。
11,31 ダミー棒
12 チャック
13,33 酸水素バーナ
23 堆積バーナ
Claims (8)
- ダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法であって、
ダミー棒と光ファイバ母材を、相対する端部同士を熱により溶融することにより同軸状に接続する工程において、
前記ダミー棒または前記光ファイバ母材のいずれか一方の中心軸に垂直な平面と、前記いずれか一方の端部の切断後の断面とのなす角度θが、0<tanθを満たすように、前記いずれか一方の端部を切断する工程と、
切断した前記断面を含む、前記ダミー棒と前記光ファイバ母材の相対する端部同士を熱により溶融する工程と、
溶融した前記ダミー棒と前記光ファイバ母材の端部同士を互いに突き合わせて融着する工程と、
を含むことを特徴とするダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法。 - 前記ダミー棒または前記光ファイバ母材のいずれか一方の端部を切断する工程において、前記ダミー棒の端部を切断し、前記光ファイバ母材における、前記ダミー棒の端部の切断後に断面に相対する端部の断面が、前記光ファイバ母材の中心軸に対して略垂直であることを特徴とする請求項1に記載のダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法。
- 前記角度θが、0.017≦tanθ≦0.176を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載のダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法。
- 前記光ファイバ母材および前記ダミー棒の直径が35mm以上55mm以下の範囲にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のダミー棒が接続された光ファイバ母材の製造方法。
- 光ファイバ母材に接続するためのダミー棒の製造方法であって、
2本のダミー棒を、相対する端部同士を熱により溶融することにより同軸に接続する工程において、
前記2本のダミー棒のいずれか一方の中心軸に垂直な平面と、前記いずれか一方の端部の切断後の断面とのなす角度θが、0<tanθを満たすように、前記いずれか一方の端部を切断する工程と、
切断した前記断面を含む、前記2本のダミー棒の相対する端部同士を熱により溶融する工程と、
溶融した前記2本のダミー棒の端部同士を互いに突き合わせて融着する工程と、
を含むことを特徴とする光ファイバ母材に接続するためのダミー棒の製造方法。 - 前記2本のダミー棒のいずれか一方の端部を切断する工程において、その端部が切断される前記2本のダミー棒の一方に相対する、前記2本のダミー棒の他方の端部の断面が、その中心軸に対して略垂直であることを特徴とする請求項5に記載の光ファイバ母材に接続するためのダミー棒の製造方法。
- 前記角度θが、0.017≦tanθ≦0.176を満たすことを特徴とする請求項5または6に記載の光ファイバ母材に接続するためのダミー棒の製造方法。
- 前記ダミー棒の直径が35mm以上55mm以下の範囲にあることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の光ファイバ母材に接続するためのダミー棒の製造方法。
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