JP2000319031A - 光ファイバプリフォームの火炎研磨方法 - Google Patents

光ファイバプリフォームの火炎研磨方法

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JP2000319031A
JP2000319031A JP11128821A JP12882199A JP2000319031A JP 2000319031 A JP2000319031 A JP 2000319031A JP 11128821 A JP11128821 A JP 11128821A JP 12882199 A JP12882199 A JP 12882199A JP 2000319031 A JP2000319031 A JP 2000319031A
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flame
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flame polishing
fiber preform
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Shinji Suzuki
真二 鈴木
Kazuichi Yamamura
和市 山村
Tadakatsu Shimada
忠克 島田
Hideo Hirasawa
秀夫 平沢
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01225Means for changing or stabilising the shape, e.g. diameter, of tubes or rods in general, e.g. collapsing
    • C03B37/01228Removal of preform material
    • C03B37/01237Removal of preform material to modify the diameter by heat-polishing, e.g. fire-polishing

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  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】光ファイバプリフォーム表面の傷や不純異物に
よる不均一性、光ファイバプリフォーム内部の残留歪
み、およびプリフォーム表面に付着したガラス微粒子に
よる曇りの除去ができ、平滑な光ファイバプリフォーム
とする火炎研磨方法を提供する。 【解決手段】光ファイバプリフォームの火炎研磨方法
は、軸回転している光ファイバプリフォーム1の側面を
相対的に移動する火炎14により溶融させるプリフォー
ム1の火炎研磨方法であって、プリフォーム1の溶融面
積Sと火炎14の相対移動速度Vとに基づきプリフォー
ム1の軸回転速度を調整しつつ、この側面の全面を溶融
する第1の火炎研磨工程によりプリフォーム1の不均一
性を除去した後に、第1の火炎研磨工程より低い温度で
溶融する第2の火炎研磨工程によりプリフォーム1の表
面の曇りと内部の歪みとを除去するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバの中間
材である光ファイバプリフォームの不均一性、曇りおよ
び歪みを除去するための火炎研磨方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光ファイバは、石英ガラスを主成分とす
る光ファイバプリフォーム母材を原材としている。この
母材を加熱し所定径に延伸した光ファイバプリフォーム
ロッドを線引機で線引きすると光ファイバが得られる。
【0003】光ファイバプリフォーム表面に傷や凹凸が
あると、線引きの途中で切れたり、コア径とクラッド径
との比が不均一になったりする。また表面に不純異物が
付着していると、光ファイバの品質が低下する。さら
に、光ファイバプリフォームは、内部に残留する歪みが
大きいと線引きの際あるいは運搬途中に、わずかな衝撃
でクラックを生じて破損してしまう。
【0004】表面の傷を除去するために、図2に示すよ
うに、軸回転している光ファイバプリフォーム21の側
面を、バーナ27の火炎26により約2000℃に加熱
する火炎研磨が行われている。この温度に加熱すると、
プリフォーム表面のガラスは溶融して粘度が10−4
10−5ポアズに低下するため、表面張力により傷22
が除去できる。また不純異物23は、プリフォーム表面
の一部のガラスSiO が分解したSiOを伴って飛散
することにより除去できる。
【0005】このSiOの飛散は、温度の高い内炎先端
近傍に接触したプリフォーム側面で激しく、温度の低い
外炎近傍に接触したプリフォーム側面で緩やかである。
そのため、プリフォームの回転速度に比べバーナの移動
速度が速いと、プリフォーム側面の内炎先端近傍への接
触の有無により飛散の多少を生じ、新たに螺旋状の凹凸
24を誘発するという問題があった。逆にプリフォーム
の回転速度に比べバーナの移動速度が遅いと過剰に加熱
することとなるうえ、可燃性ガス等の消費量も多く、生
産性が低い。
【0006】さらに、飛散したSiOは、大気中の酸素
や水分と結合し再びガラス微粒子SiOとなってプリ
フォーム側面の火炎加熱部分近傍に付着し、曇り25を
生じさせる。またプリフォーム内部には歪みが残留して
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の課題を
解決するためなされたもので、光ファイバプリフォーム
表面の傷や不純異物による不均一性、プリフォーム内部
の歪み、およびプリフォーム表面に付着したガラス微粒
子による曇りの除去ができ、平滑なプリフォームとする
ための火炎研磨方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明の光ファイバプリフォーム火炎研磨
方法は、実施例に対応する図1を参照して説明すると、
軸回転している光ファイバプリフォーム1の側面を相対
的に移動する火炎14により溶融させるプリフォーム1
の火炎研磨方法であって、プリフォーム1の溶融面積S
と火炎14の相対移動速度Vとに基づきプリフォーム1
の軸回転速度を調整しつつ、この側面の全面を溶融する
第1の火炎研磨工程によりプリフォーム1の不均一性を
除去した後に、第1の火炎研磨工程より低い温度で溶融
する第2の火炎研磨工程によりプリフォーム1の表面の
曇りと内部の歪みとを除去するものである。
【0009】第1の火炎研磨工程では、プリフォーム側
面が全面にわたって、内炎の先端近傍と接触し一様に加
熱されるため、むらなく溶融され、SiOの飛散が均等
となって螺旋状の凹凸を生じない。また第2の火炎研磨
工程では、不十分な加熱による歪の残留や、過剰加熱に
よる曇りの発生がない。
【0010】プリフォーム1の軸回転速度が、100r
pmより小さく、V/(S/π)1/2(式中、Vは火
炎14の相対移動速度、Sは火炎14により溶融されつ
つあるプリフォーム側面の面積)以上に調整されている
ことが好ましい。回転速度がこの範囲より小さいと螺旋
状の凹凸が形成されてしまう。一方、回転速度がこの範
囲より大きいと、プリフォーム表面が遠心力により歪ん
だり、プリフォームが偏芯したりする。回転速度は30
rpm以下であると、加熱効率が良いため、より好まし
い。
【0011】プリフォーム1の側面を、第1の火炎研磨
工程にてピーク温度すなわち側面の最高表面温度で20
00〜2100℃に加熱し、第2の火炎研磨工程にてピ
ーク温度で1800〜1900℃に加熱することにより
好適に実施することができる。
【0012】火炎14により溶融されつつあるプリフォ
ーム側面の面積Sは、例えば赤外線検出器9により測定
されるものであって、2000℃に加熱された面積とし
て求めることができる。
【0013】光ファイバプリフォームの火炎研磨方法に
よれば、表面は傷、凹凸および不純異物がなく、平滑
で、ガラス微粒子による曇りがなく透明であり、内部は
残留歪みがなく高品質な光ファイバプリフォームを得る
ことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を詳細に説
明する。図1には、本発明を適用する光ファイバプリフ
ォームの火炎研磨方法の実施に用いられる装置の概略図
を示す。
【0015】この装置は、光ファイバプリフォーム1を
加熱するバーナ15と、バーナ15を移動させるバーナ
用モータ11と、光ファイバプリフォーム1を回転させ
るプリフォーム用モータ3とを有している。
【0016】バーナ15が搭載された台座16に、バー
ナ用モータ11へ接続されている螺合棒12が螺合して
おり、さらにガイド棒13が貫入している。このバーナ
用モータ11はバーナ移動制御回路10に繋がってい
る。バーナ15には可燃性ガス、支燃性ガスの各供給管
(不図示)が接続している。
【0017】プリフォーム用モータ3は、光ファイバプ
リフォーム1を把持する一方の把持具4に繋がってお
り、軸回転速度調整器2へ接続している。
【0018】バーナ15の先端近傍に赤外線検出器9が
配置され、温度分布表示部8へ繋がっている。
【0019】光ファイバプリフォームは以下のようにし
て火炎研磨される。光ファイバプリフォーム1の両端5
・6を、把持具4・7に把持させる。バーナ15に可燃
性ガスである水素ガスと、支燃性ガスである酸素ガスと
を供給し、その混合ガスに点火して火炎14を生じさせ
る。赤外線検出器9で測定された赤外線エネルギーによ
り温度分布を表示部8に表すことのできる赤外線放射温
度計サーモトレーサー コンパクトサーモ(日本アビオ
社製の商品名)を用い、プリフォーム1の火炎14近傍
の温度分布を観測する。この観測をしながら、火炎14
の中心部でプリフォーム表面温度が約2000℃となる
ように水素ガス量と酸素ガス量とを調整する。表示部8
に表示されている温度分布から2000℃以上に加熱さ
れたプリフォームの面積Sを算出する。この面積Sと、
プリフォームの径とにより、必要十分な熱量をプリフォ
ームに供給するための適切なバーナ15の相対移動速度
Vを設定する。相対移動速度Vと面積Sとから、V/
(S/π) 1/2を算出し、その値と100rpmとの
間の適宜な回転速度でプリフォーム1が回転するよう
に、軸回転速度調整器2を調整し、プリフォーム用モー
タ3を駆動させる。
【0020】まず、第1の火炎研磨工程を開始する。バ
ーナ移動制御回路10の指令によりバーナ用モータ11
を駆動させて螺合棒12を順回転させ、バーナ15を加
熱終了位置Bへ向けてプリフォーム1の軸芯と平行に一
定速度Vで移動させる。加熱開始位置Aから加熱終了位
置Bに到るまでバーナ15が移動すると、プリフォーム
1の側面が隈なく均等に火炎研磨される。この工程によ
り、プリフォーム1の表面の傷や凸凹、不純異物が除去
され、表面は平滑になる。このときプリフォーム1の表
面にはガラス微粒子が付着し曇りが生じており、また内
部には歪みが残留している。
【0021】バーナ15が加熱終了位置Bに到達した
ら、バーナ移動用制御回路10の指令によりバーナ用モ
ータ11を停止し、第1の火炎研磨工程が終了する。
【0022】バーナ移動用制御回路10の指令により、
螺合棒12を逆回転させて迅速にバーナ15を加熱開始
位置Aへ移動させる。赤外線放射温度計9で温度分布を
観測しながら、プリフォーム1の表面温度が1900℃
になるように、バーナ15の水素ガスと酸素ガスとの流
量を調整する。
【0023】次いで第2の火炎研磨工程を開始する。バ
ーナ移動用制御回路10の指令により、プリフォーム1
の加熱終了位置Bに到るまでバーナ15を一定速度Vで
移動させ、プリフォーム1の側面を火炎研磨する。第1
の火炎研磨工程よりも低温で熱処理することにより、プ
リフォーム1の表面に付着したガラス微粒子を除去し表
面を透明化すること、およびプリフォーム1の内部に残
留した歪みを除去することができる。
【0024】平均径60mm、長さ約1000mmの光
ファイバプリフォームであって、布で払拭しても除去で
きない直径約0.1mmの斑点状不純異物と、直径3m
mで深さ0.3mmの傷とを有するものについて、火炎
研磨を行った。
【0025】第1の火炎研磨工程として、水素300L
/分、酸素130L/分による酸水素炎のバーナを20
mm/分の一定速度Vで移動させ、プリフォームをピー
ク温度で2100℃になるように加熱した。このときの
(S/π)1/2は5であった。プリフォームを把持具
に装着し、4rpmで回転させながら火炎研磨を施し
た。傷および不純異物は除去されたが、プリフォーム表
面にはガラス微粒子が付着し白い曇りが確認された。続
いて、第2の火炎研磨工程として、同じバーナにより水
素250L/分、酸素145L/分による酸水素炎のバ
ーナを20mm/分で移動させ、プリフォーム表面を1
900℃に加熱し4rpmで回転させながら火炎研磨を
施した。
【0026】火炎研磨後、プリフォーム表面にハロゲン
ランプまたは蛍光灯の光を照射して観察したところ、表
面に傷、凹凸、不純異物およびガラス微粒子の付着がな
く、透明かつ平滑であった。また、偏光板を用いて歪み
について定性的な試験を行ったところ、プリフォーム内
部の歪みは除去されていることが確認できた。
【0027】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の光
ファイバプリフォームの火炎研磨方法によれば、表面に
傷、凹凸および不純異物がなく平滑で、ガラス微粒子に
よる曇りがなく透明であり、さらに光ファイバプリフォ
ーム内部の残留歪みがない光ファイバプリフォームを得
ることができる。この光ファイバプリフォームから、優
れた品質の光ファイバを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する光ファイバプリフォームの火
炎研磨方法の実施に用いられる装置の例を示す概略図で
ある。
【図2】本発明を適用外の光ファイバプリフォームの火
炎研磨方法の実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
1は光ファイバプリフォーム、2は軸回転調整器、3は
プリフォーム用モータ、4は把持具、5・6は端、7は
把持具、8は温度分布表示部、9は赤外線放射計、10
はバーナ移動制御回路、11はバーナ用モータ、12は
螺合棒、13はガイド棒、14は火炎、15はバーナ、
16は台座、21は光ファイバプリフォーム、22は
傷、23は不純異物、24は螺旋状凹凸、25は曇り、
26は火炎、27はバーナ、Aは開始位置、Bは終了位
置、Sは面積、Vは速度である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 忠克 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 平沢 秀夫 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 Fターム(参考) 4G015 DA00 4G021 BA00

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸回転している光ファイバプリフォー
    ムの側面を相対的に移動する火炎により溶融させる該プ
    リフォームの火炎研磨方法であって、該プリフォームの
    溶融面積と該火炎の相対移動速度とに基づき該プリフォ
    ームの軸回転速度を調整しつつ、該側面の全面を溶融す
    る第1の火炎研磨工程により該プリフォームの不均一性
    を除去した後に、該第1の火炎研磨工程より低い温度で
    溶融する第2の火炎研磨工程により該プリフォームの表
    面の曇りと内部の歪みとを除去する光ファイバプリフォ
    ーム火炎研磨方法。
  2. 【請求項2】 前記プリフォームの軸回転速度が、1
    00rpmより小さく、V/(S/π)1/2(式中、
    Vは前記火炎の相対移動速度、Sは前記火炎により溶融
    されつつあるプリフォーム側面の面積)以上に調整され
    ていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバプ
    リフォーム火炎研磨方法。
  3. 【請求項3】 前記プリフォーム側面を、前記第1の
    火炎研磨工程にてピーク温度で2000〜2100℃に
    加熱し、前記第2の火炎研磨工程にてピーク温度で18
    00〜1900℃に加熱することを特徴とする請求項1
    または2に記載の光ファイバプリフォーム火炎研磨方
    法。
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