JPH02275723A - 石英棒の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は石英棒の製造方法、特には石英棒を溶融延伸し
て高度に外径がコントロールされた、したがって光フア
イバ母材用として好適とされる石英棒の製造方法に関す
るものである。

［従来の技術と解決されるべき課題］ 光ファイバはその性能上、外径が正確に制御されたもの
であることが極めて重要なこととされており、これに要
求される寸法精度はプリフォームとして用いられる棒状
または管状の石英棒の寸法精度に大きく依存している。

このため、寸法精度の高い石英棒の製造方法については
数多くの提案がなされているが、近年は直径の大きい大
型のプリフォームへの要望が多くなってきていることか
ら、大型の石英ロッドが必要とされている。

しかし、この種の石英ロッドの直径制御は、今までノギ
スなどで計測する目視で行なわれ、手動で修正されてい
たし、この加熱もバーナーで行なうものであるためにそ
の温度調製が難しく、変動も大きいという問題点があっ
た。

このため、この石英棒の延伸加工を自動化するという方
法も検討されているが、これには延伸、伸張の際に位置
ずれが起り易く、寸法精度が低下するという不利があり
、さらに大型の石英ロッドになると修正部の火炎による
加熱時間が長くなるためにロッド表面から部分的にシリ
カ（ＳｉＯ□）が蒸発してファイバーの構造、寸法精度
が低下する原因となり、またバーナーの炎が大きくなる
ためにその輻射熱による環境悪化も生ずるという問題点
もある。

［課題を解決するための手段］ 本発明はこのような不利を解決した石英棒の製造方法に
関するものであり、これは石英棒の加熱装置として一般
に行なわれるガスバーナーによる火炎加熱を止め、電気
ヒーター加熱方式を用いて延伸加工する方法で、■該石
英棒の外径と位置を全長にわたって予め計測してコンピ
ューターなど記憶させたのち、一定速度で加熱溶融し延
伸しながら各位置における外径を制御するか、■石英棒
を加工時に外径を計測しながら、この信号を延伸速度コ
ントローラーにフィードバックして外径の制御を行なう
ことを特徴とするものであり、さらには横型ガラス旋盤
をタテ型とすることで長尺の棒の延伸をバラ（棒の大き
な曲がり）の発生なしに上下方向に繰り返し６勤しなが
ら加工することを特徴とするものである。

すなわち、本発明者らは石英棒を溶融延伸して高度に外
径がコントロールされた、したがって光フアイバ母材用
として好適とされる石英棒の製造方法について種々検討
した結果、これについてはまず電気炉による加熱手段を
用い、正確な温度コントロールを行なったうえで、始発
材とされる石英棒の位置と外径を全長にわたって予め計
測してこれを延伸速度コントローラーに記憶させておき
、ついで石英棒を回転させ、電気炉を一定速度で６勤さ
せながら加熱溶融して延伸し、すでに記憶している始発
棒の各位置における外径と目標外径とから延伸量を計算
し、この量に比例してテールストックで移動した石英棒
を延伸するようにすれば目的とする石英棒の最終外径を
高度にコントロールすること、さらに電気炉のほぼ中央
部にスリット型の計測用開口部を設け、加熱延伸中の石
英棒の外径（第２図Ａ、Ｂ、Ｃのいずれか１点以上）を
計測し、これを目標外径と比較して延伸速度にフィード
バックさせながら定速度で延伸すれば精度の高い加工が
できることを見出して本発明を完成させた。

［作用］ 以下、これを添付の図面にもとづいて説明する。第１図
、第２図は本発明の方法による石英棒延伸装置の縦断面
図、第３図は大型長尺用に適用したタテ型延伸装置の縦
断面図、第４図は従来法による石英棒延伸装置の縦断面
図を示したものである。

すなわち、従来法では第４図に示したように延伸すべき
石英棒１１を延伸装置１２の中に横に保持し、これを回
転させながらこれに火炎１３を左右方向に６勤させなが
ら当てて石英棒１１を加熱軟化しテールストック１４を
作動させて延伸し、この延伸したものの直径をノギスで
測り、目的とする直径のものを得るまでこの動作を何回
か繰返すという方法で行われていたが、これでは滑らか
な直径制御が難しく、作業も大変難しいという不利があ
った。

本発明の方法は第１図に示したように始発材としての石
英棒１を可動性加熱装置としての電気炉２を有する延伸
装置３の中に保持し、これを回転させながらこの電気炉
２を左右どちらか一方に一定速度で移動させながら石英
棒１を加熱溶融して延伸する。これには電気炉２によっ
て石英棒１を加熱する前にまず石英棒１の全長にわたる
外径とその位置を予め計測し、これを延伸速度コントロ
ーラー４に記憶させておくことが必要とされる。

この延伸速度コントローラー４に目標径を指定させたの
ち、電気炉２を一定速度で移動させて石英棒】を加熱溶
融し、各位置での径に応じテールストック５を移動して
延伸する。さらに延伸中の石英棒１については第２図に
示した延伸しつつある石英棒の各部位、例えば図中にお
けるＡ、Ｂ、Ｃのいずれか１点以上における外径を測定
してこの変動を延伸速度コントローラー４にフィードバ
ックさせ、外径と比較してこのＡ、Ｂ、Ｃの位置のもの
がＤ点に到ったときの延伸速度を算出し、Ａ、Ｂ、Ｃ部
位のものがＤ点に到ったときに目標径であるように延伸
指示を与えるので、これによれば目的とする石英棒の延
伸が予備測定なしに高度にコントロールされたものにな
るという有利性が与えられる。

なお、この方法によれば始発材として石英棒が外径４０
〜１００　ｍｍφのような大型のものにも適用できるの
で、これを精度高く加工することができるし、長尺の棒
に加工する場合はタテ型にすることによって製造時に発
生するバラも除去することができる。また、石英棒の加
熱が電気炉で一定速度で行われるので加熱の調節が容易
となり、石英棒が部分的に過熱されることもなくなるの
で、材料の劣化および５ｉ０２の揮散を防止することが
でき、したがって光ファイバの寸法精度を上げることも
でき、さらには作業環境の悪化も防止されるという有利
性が与えられる。

［実施例コ つぎに本発明方法の実施例をあげる。

実施例１ 第１図に示した横型ガラス旋盤（***アーノルド社製型
式Ｎｏ３０８０型）のバーナー移動台に割型環状電気炉
（ｍａｘ　１５にＷ）を横向きに取りつけた。

一方外径４６±３ｍ＋ｎ、長さ６２０ｍｍ　Ｌの石英丸
棒の両端に石英棒ダミーを溶着し、全長が真直ぐになる
よう芯出した。石英棒を本ガラス旋盤に装着し、回転さ
せながら火炎により歪を一部取り除いたのち、外径測定
機（ツインマー社Ｖ　００Ｍ２０００）で全長をスキャ
ンさせ、外径とりニヤスケール上での測定位置をコンピ
ューターに記憶させた。外径の測定位置と電気炉の中心
位置はほぼ合致して移動し計測時は環状炉の半分を開い
てオーブンで行なった。環状炉を閉じ、石英丸棒の右側
に移動し石英棒を回転したまま昇温しな。炉ののぞき孔
からパイロメーターで１，６２０℃を示した時点から、
電気炉は左方向へ２５ｍｍ／分の定速で移動させガラス
旋盤のテールストック（右側チャック部）を右方向に平
均速度５０＋ｎｍ／分で移動し、外径３０．６±０．３
ｍｍの石英棒を得た。この工程を再度行うため、全長を
計測し直して加工をくり返した。２回目は変動部のみの
修正が目的なのでテールストックの移動は少なく、電気
炉のみ３０ｍｍ／分で左に定速で移動した。修正後のロ
ンドは、スタート部、および末端部に一部イレギュラ一
部を生じたが、目標部の外径測定結果では３０．２ｍｍ
±０．１５ｍ＋ｎであった・この間、作業者はセツティ
ングを行うのみで作業は監視作業であり、炎による顔へ
の熱は全く無く、室内温度にも影響しなかった。

実施例２ 第３図に示したタテ型ガラス旋盤（アーノルド社、型式
２０８０型）のバーナー移動台に実施例１に示した環状
炉をとりつけた。外径３６ｍｍφ±２　、２ｍｍφの手
動粗加工済み石英棒を用いタテに取りつけた。上部をチ
ャックで挟み、下部を開放したまま、１６００℃の電気
炉を上部から下部に向けて５０１ＤＯ１／ｍｉｎで移動
させ芯出を行った。その結果横型よりも中心軸が良く合
った石英棒が得られた。そこで下部もチャックで止め、
電気炉中央のスリット孔を通して外径測定機（レーザー
外径測定機、型式アンリツＭ５５３Ａ型）を設置し、電
気炉と同じ速度で移動するように設置した。つぎに上部
から電気炉を一定速度で下降させ、外径を計測し、径変
動を移動速度にフィードバックさせながらテールストッ
クを上方向に移動させて２０ｍｍφの石英棒に加工した
。

終了後外径測定機で調べた結果２０．４０ｍｍ±０．２
２ｍｍφであった。再度、計測をやり直して繰り返し加
工を行った結果２０．１ｍ＋ｎφ±０．０７６ｍｍと高
い精度が得られた。

また、木ロンドはバラが小さく、長さ８００＋ｎ＋ｎ棒
で中心部の最大面がりは０．２■以下と優れていた。

バラに関しては長尺化、または細径石英棒の場合特に優
れていた。

比較例 第４図に示す横型ガラス旋盤（***アーノルド社Ｎｏ３
０８０型）にブルーバーナーを取りつけ、酸素９０１／
分、水素１５０１７分を流して酸水素炎による石英棒の
加工を行った。

実施例１と同様の４７ｍｍφ石英インゴットでは酸水素
ガスを多くしても石英が軟化せず、延伸がむずかしかっ
た。また、バーナーに接続している耐圧ガスホースが煙
を出し、バーナーが過熱して素手で触れることができず
、さらに作業者の衣服からも異臭を発したので中止した
。

つぎに３８ｍｎ＋φの石英棒を用い手動で３０ｍｍφに
延伸加工を行った。計測は目視でノギスを用いた。

最初に３３ｍｍφ、ついで３０．５ｍｍφ、３回目に３
０．０ｍｍφを目脂した。条件はＨ２１００Ｊｌ／分、
０２６０（ｌｆｌ／分、バーナー送り３０ｍｍ／分で修
正加工を行ったがレーザー外径測定機で調べた結果は３
０．３ｍｍφ±０．３５ｍｍφで火炎による手動延伸で
はこれが限界であった。また、この間にシリカの蒸発が
部分的に発生しており、３０ｍｍ外径に対し、最大０．
３ｍｍの厚さ不足をきたしていることがプリフォームア
ナライザーの測定結果から明らかになった。

なお、時間的には約２．５時間と電気炉の場合に比較し
て３〜５倍もかかり、細い石英棒ＩＱｍｍφ〜３０ｍｍ
φでは０．５ｍｍ〜３ｍｍのバラが発生した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法による石英棒延伸装置の縦断面図
、第２図は延伸しつつある石英棒の斜視図、第３図は大
型長尺用に通用したタテ型延伸装首の縦断面図、第４図
は従来法による石英棒延伸装置の縦断面図を示したもの
である。 １．１１・・・石英棒、　　　２・・・電気炉、３．１
２・・・延伸装置、 ４・・・延伸速度コントローラー ５．１４・・・テールストック、１３・・・火炎バーナ
ー第２図 第３図 ノー 荒　　井　　鐘　　司

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、横型ガラス旋盤を用いて石英棒を加熱延伸加工する
   方法において、加熱源として電気炉を用い、電気炉を一
   定速度で移動して全長を加工することを特徴とする石英
   棒の製造方法。 ２、電気炉がヒーターまたはイメージ炉である請求項１
   に記載の石英棒の製造方法。 ３、石英棒の位置と外径を全長にわたって予め計測して
   記憶させたのち、加熱延伸しながら各位置における外径
   を延伸速度コントローラーにフィードバックして外径の
   制御を行なうことを特徴とする石英棒の製造方法。 ４、石英棒を加熱延伸中に延伸変形部を計測し、これを
   延伸速度にフィードバックして外径の制御を行なう請求
   項３に記載した石英棒の製造方法。 ５、石英棒のセットがタテ方向で行なわれる請求項１ま
   たは３に記載の石英棒の製造方法。