JP6283597B2 - 光ファイバ母材の絞り加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ母材の端部を縮径して絞り形状を形成する光ファイバ母材の絞り加工方法に関する。

光ファイバ母材は、通常、電気炉を備えた延伸装置で、その外形を線引き機に合わせる一次延伸が行われ、次いで、ガラス旋盤を用いて両端もしくは一端を線引きに都合のよい絞り形状に加工した後、その全面を火炎研磨して仕上げられる。光ファイバ母材を線引きする際には、その一端に吊り下げ用のダミーガラス棒を溶着し、絞り形状側から線引きされている。
このとき、光ファイバ母材の表面に傷や不純物があると、線引きの際に光ファイバが破断したり、外径が変動したり、光ファイバの特性に悪影響を及ぼすため、光ファイバ母材の表面は、できる限り平滑且つ不純物が少ないことが望まれる。

光ファイバ母材の端部を絞り形状に加工する一般的な工程を図１に示している。
光ファイバ母材の絞り加工は、ガラス旋盤などの延伸装置に光ファイバ母材を把持して行われる。縮径するには縮径領域が充分に軟化している必要があるため、縮径加工に先立って、縮径したい部分を含む光ファイバ母材の所定領域の予備加熱が行われる。

近年、光ファイバ母材の外径が大きくなり、絞り加工に要するガス量、時間ともに増大している。予備加熱の際に、母材表面の火炎の周縁には大量のシリカクラウド３a，３bと呼ばれるガラス微粒子が付着する（図１(ａ)参照）。付着量は予備加熱のガス量、時間の増大に伴い増加する。

石英ガラスの高温での分解反応は複雑であるが、便宜的には下記の式（１）のようにＳｉＯ_２がＳｉＯとＯ_２に分解し蒸発すると考えられる。蒸発したＳｉＯは、大気中で下記の式（２）のように加水反応して再びＳｉＯ_２となり、加熱部周辺の温度の低い領域にシリカクラウドとして析出する。
２ＳｉＯ_２ → ２ＳｉＯ ＋ Ｏ_２ ・・・・（１）
ＳｉＯ + Ｈ_２Ｏ → ＳｉＯ_２ + Ｈ_２ ・・・・（２）
続いて、バーナーのガス量を調節しながら加熱部分の両側を広げ、この加熱軟化した部分を徐々に縮径していく(図１(b)、(c) 参照)。このとき、母材の表面にさらにシリカクラウド３c，３dが付着する。

絞り形状形成後、縮径部の溶断に先立って、歪や母材表面の傷、さらに不純物を除去するために、母材全体を火炎研磨(図１(d) 参照)して最終仕上げが行われるが、除去しきれずに付着したシリカクラウド３eが残存したり、シリカクラウド起因の凹凸が表面に発生する。
本発明は、表面に凹凸や不純物のない光ファイバ母材の絞り加工方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ガラス旋盤を用いてバーナー火炎を加熱源とする光ファイバ母材の端部絞り加工において、予備加熱終了後、母材を把持しているチャック間距離を広げて母材の縮径加工を開始する前に、予備加熱位置から母材製品側の一部を火炎研磨することにより、ダミー棒接続の際に発生したシリカクラウドや不純物の除去とともに、縮径加工中における母材表面への不純物の付着や凹凸の発生などの表面状態の異常発生が抑制できることを知見し、本発明をなすに至ったものである。

すなわち、本発明の光ファイバ母材の絞り加工方法は、光ファイバ母材の端部に絞り形状を形成する光ファイバ母材の絞り加工方法において、縮径する区間を加熱源により予備加熱した後、該予備加熱位置から所定区間を火炎研磨し、再び加熱源を前記予備加熱位置に戻し、前記縮径する区間を加熱しつつ縮径する区間の両端の間隔を広げて縮径し、絞り形状を形成することを特徴としている。
前記所定区間は、前記予備加熱位置から母材製品側の一部であり、前記所定区間の長さは、光ファイバ母材の外径の1倍乃至３倍とするのが好ましい。
なお、前記所定区間の表面の加熱は、加熱源を予備加熱終了時の加熱源の位置から母材側に向かって所定区間を移動させながら行うが、その際、加熱源を予備加熱位置終了時の加熱源の位置から所定区間の遠端に向かって移動し、所定区間の遠端の位置に達した後、予備加熱位置に戻すのが好ましい。

なお、前記加熱源を前記予備加熱位置から前記所定区間の遠端に向かって移動するときの移動速度よりも、所定区間の遠端から予備加熱位置に戻す際の移動速度の方を大きくするのが好ましい。
本発明において絞り加工は、光ファイバ母材をガラス旋盤にセットし、バーナー火炎を加熱源として行うのが好ましい。なお、予備加熱位置から所定区間の表面の加熱は、バーナー火炎による火炎研磨とするのが好ましい。

本発明の絞り加工方法によれば、光ファイバ母材端部の凹凸や不純物の発生を抑制することができ、高い歩留まりで光ファイバ母材を得ることが可能となる。

図１は従来の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図１（ａ）は予備加熱工程を示している。 図１は従来の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図１（ｂ）は絞り形状形成開始を示している。 図１は従来の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図１（ｃ）は絞り形状形成終了を示している。 図１は従来の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図１（ｄ）は火炎研磨工程を示している。 図１は従来の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図１（ｅ）は溶断工程を示している。 図２は本発明の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図２（ａ）は予備加熱工程を示している。 図２は本発明の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図２（ｂ）は端部火炎研磨工程を示している。 図２は本発明の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図２（ｃ）は予備加熱工程を示している。 図２は本発明の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図２（ｄ）は絞り形状形成開始を示している。 図２は本発明の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図２（ｅ）は絞り形状形成終了を示している。 図２は本発明の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図２（ｆ）は火炎研磨工程を示している。 図２は本発明の絞り形状形成方法を説明する概略模式図で、それぞれ順に絞り加工工程を説明する図であり、図２（ｇ）は溶断工程を示している。

以下、本発明について、図２を用いてさらに詳細に説明する。
光ファイバ母材端部の絞り加工は、先ず、ガラス旋盤のチャックに光ファイバ母材を把持し、該母材の一端に石英ガラス製のダミー棒を接続し、母材側端部のダミー棒との接続部分近くに絞り形状形成位置を設定し、予備加熱を行う（図２(a)参照）。
このとき、予備加熱位置の周縁には、バーナー火炎によって母材表面とダミー棒表面にそれぞれシリカクラウド３a，３bが付着するが、母材方向にバーナー火炎を所定の距離（所定区間）移動し、付着しているシリカクラウドを除去する。除去後、折り返して元の位置にバーナー火炎を戻す（図２(b)，(c)参照）。

このときのバーナーの移動距離は、光ファイバ母材の外径の１倍乃至３倍の距離が好ましく、より好ましくは１．５倍乃至２倍である。１倍より短いと付着したシリカクラウドが残る場合があり、３倍より長い場合は不必要な部分まで加熱することになりエネルギー効率が悪い。この加熱により、ダミー棒接続の際に発生したシリカクラウドや不純物の除去とともに、予備加熱時に発生したシリカクラウドをほぼ除去することができる。
なお、予備加熱位置から所定区間の位置まで移動させるバーナーの移動速度よりも、予備加熱位置に戻る際の移動速度の方を大きくすることが好ましい。これは、バーナーが所定位置まで移動する間に母材は充分に熱せられるため、より速い速度で戻しても母材内に歪を発生することはなく効率がよい。

予備加熱位置に戻した以降は、従来の絞り形状形成行程と同じ手順で加工される（図２(d)，(e)参照）。この工程でも、加熱位置周縁の母材表面にはシリカクラウド３cが発生するが、予備加熱工程での発生分はすでに除去されているので、従来方法に比べその量は非常に少ない。そのため、この工程で発生したシリカクラウド３cは、最終工程の火炎研磨工程（図２(f)参照）において容易に除去することができ、シリカクラウドを起因とする凹凸の発生は抑制される。
なお、３dはこの工程においてダミー棒側に発生したシリカクラウドである。

なお、絞り形状形成位置付近は、先に行われた火炎研磨によって温度が高くなっているため、シリカクラウドの発生量も従来の方法に比べ少ない。これは、ＳｉＯが加水分解されＳｉＯ_２として析出するのは温度が低い部分であり、温度が高くなっている部分では析出せずに排気される割合が高いためである。また、火炎研磨された母材表面は不純物が付着しにくいという特徴もある。理由は明確ではないが、シリカクラウドの析出同様に不純物である金属成分のケイ酸化合物は、高温領域には析出しにくいものと推測される。火炎研磨され表面積が小さくなったことも影響があると考えられる。
絞り形状形成後、母材全体の火炎研磨が行われ、絞り形状形成時に発生したシリカクラウドおよびひずみは除去される。
上記工程を経ることにより、母材表面の凹凸や不純物の付着量を減少させることができ、光ファイバ母材の加工歩留まりを大幅に向上させることができる。

以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
支燃ガスとしての酸素を供給する酸素ノズルを有する水素炎バーナーを具備したガラス旋盤に、平均径がφ85mmの光ファイバ母材をその両端に接続されたダミー棒を介してセットした。
ダミー棒との接続部から母材側20mmの位置を予備加熱開始点とし、母材側へバーナー移動速度30mm/minで火炎研磨し、150mm移動したところでバーナーの進行方向を逆にし、倍の速度である60mm/minで予備加熱開始点まで戻した。
その位置から予備加熱を行い縮径する区間を充分加熱した後、縮径する区間の両端の間隔を広げて縮径し絞り形状の形成を行った。
この光ファイバ母材の反対側の端部にも同様の工程で絞り形状を形成した後、母材全体を火炎研磨し、絞り形状の細径部で溶断しガラス旋盤から取り外した。
同様の加工を100本行い、仕上がり表面を検査したところ、100本のうち２本の端部表面にシリカクラウド起因と思われる凹凸が確認されたが、その発生率は２％で、従来の方法に比べ極めて少なかった。

［実施例２］
平均径がφ120mmの光ファイバ母材を実施例１と同様にして、端部火炎研磨、絞り形状形成、火炎研磨という一連の操作を100本行い、仕上がり表面を検査したところ、100本のうち1本の端部表面にシリカクラウド起因と思われる凹凸が確認されたが、その発生率は1％であった。

［比較例１］
絞り形状形成前に火炎研磨を行わない以外は実施例１と同様にして、100本の光ファイバ母材の絞り加工を行ったところ、端部表面での凹凸発生率は10％で、加工歩留まりが低くかった。

１．光ファイバ母材、
２．ダミー棒、
３a．予備加熱時に発生し、光ファイバ母材に付着したシリカクラウド、
３b．予備加熱時に発生し、ダミー棒に付着したシリカクラウド、
３c．絞り加工時に発生し、光ファイバ母材に付着したシリカクラウド、
３d．絞り加工時に発生し、ダミー棒に付着したシリカクラウド、
３e．火炎研磨で除去しきれずに光ファイバ母材に残存したシリカクラウド、
４．火炎、
５．バーナー、
５’．予備加熱開始時のバーナー位置、
６．予備加熱後の火炎研磨におけるバーナーの移動距離。

Claims (8)

1. 光ファイバ母材の端部に絞り形状を形成する光ファイバ母材の絞り加工方法において、縮径する区間を加熱源により予備加熱した後、該予備加熱位置から所定区間を火炎研磨し、再び加熱源を前記予備加熱位置に戻し、前記縮径する区間を加熱しつつ縮径する区間の両端の間隔を広げて縮径し、絞り形状を形成することを特徴とする光ファイバ母材の絞り加工方法。
2. 前記所定区間が、前記予備加熱位置から母材製品側の一部である請求項１に記載の光ファイバ母材の絞り加工方法。
3. 前記所定区間の長さは、光ファイバ母材の外径の1倍乃至３倍である請求項１又は２に記載の光ファイバ母材の絞り加工方法。
4. 前記所定区間の表面の加熱は、前記加熱源を予備加熱終了時の加熱源の位置から母材側に向かって所定区間を移動させながら行う請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ母材の絞り加工方法。
5. 前記所定区間の表面の加熱は、前記加熱源を予備加熱位置終了時の加熱源の位置から所定区間の遠端に向かって移動し、所定区間の遠端の位置に達した後、予備加熱位置に戻す請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバ母材の絞り加工方法。
6. 前記加熱源を前記予備加熱位置から前記所定区間の遠端に向かって移動するときの移動速度よりも、所定区間の遠端から予備加熱位置に戻す際の移動速度の方が大きい請求項１乃至５のいずれかに記載の光ファイバ母材の絞り加工方法。
7. 前記光ファイバ母材をガラス旋盤にセットし、バーナー火炎を前記加熱源として絞り加工する請求項１乃至６のいずれかに記載の光ファイバ母材の絞り加工方法。
8. 前記予備加熱位置から前記所定区間の表面の加熱が、バーナー火炎による火炎研磨である請求項１乃至７のいずれかに記載の光ファイバ母材の絞り加工方法。

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