JP2000327358A - 光ファイバ母材の接続加工方法 - Google Patents

光ファイバ母材の接続加工方法

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fiber preform
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chamfering
dummy rod
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Kazuichi Yamamura
和市 山村
Shinji Suzuki
真二 鈴木
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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバ母材の接続加工方法において、接
続部の割れや、亀裂等が生じることなく、外径が異なる
光ファイバ母材とダミー棒であっても短時間で簡単に光
ファイバ母材を接続できる方法を提供する。 【解決手段】 光ファイバ母材とダミー棒またはダミー
チューブ、あるいは2本の光ファイバ母材の端部を加熱
溶融して両者を溶着接続する光ファイバ母材の接続加工
方法において、少なくとも一方の端部を凸形状に機械加
工後、両方の端部を加熱溶融して両者を溶着接続するこ
とを特徴とする光ファイバ母材の接続加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ母材と
ダミー棒またはダミーチューブ、あるいは2本の光ファ
イバ母材の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する光フ
ァイバ母材の接続加工方法において、接続部が加工中や
搬送中に割れ等の不具合の発生を抑制する光ファイバ母
材の接続加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ母材の製造方法の最終工程と
して、曲がりの修正、任意の外径、長さへの加熱延伸、
さらには表面の凹凸、傷及び不純物等の除去のために火
炎研磨等の処理がガラス旋盤により行われている。
【0003】このガラス旋盤で光ファイバ母材を加工す
る際には、ガラス旋盤のチャックにより直接光ファイバ
母材を把持すると光ファイバ母材に傷が付くため、まず
光ファイバ母材の両端に棒状のダミー棒または管状のダ
ミーチューブを接続し、そのダミー棒等をチャックで把
持して光ファイバ母材に所望の加工を施すことが行われ
ている。従来、このような光ファイバ母材とダミー棒等
とを接続する際には、両方の端部をバーナ等で加熱溶融
してから、両者を溶着接続することが行われていた。
【0004】しかし、この光ファイバ母材とダミー棒等
との接続部が延伸加工中にしばしば割れてしまうことが
あった。接続部が割れてしまうと最悪の場合、光ファイ
バ母材が落下して全破損してしまう。また、光ファイバ
母材の加工温度は1500〜2000℃もの高温で行わ
れているため、作業者にとって非常に危険である。さら
に、光ファイバ母材の加工には、水素のような非常に爆
発範囲の広い危険なガスが使用され、ガラス旋盤の周辺
にはこれらの配管が並んでいるため、母材が落下する
と、これらの配管を破損し、水素等が急激に放出されて
大事故になる危険性もある。近年、光ファイバの低コス
ト化の要請から、光ファイバ母材の大口径化が進んでい
るため、この危険性はさらに大きくなりつつある。ま
た、亀裂が生じたのみで母材が割れず、母材の落下を生
じなかったとしても、亀裂部を再び溶断し再接続しなけ
れば後の加工をすることはできず、この分だけ作業時間
が長くなってしまう。
【0005】このように接続部に割れや亀裂が生じる原
因としては、光ファイバ母材とダミー棒等とを溶着接続
する場合には、その接続部に小さな気泡等が閉じ込めら
れることが多いことが考えられた。このような微小な気
泡等が接続部に存在すると、冷却後の気泡の内圧低下に
より、気泡を中心とする残留歪みが生じ、接続部の割れ
や亀裂の原因となると考えられた。
【0006】また、光ファイバ母材から光ファイバを線
引するために線引用のダミー棒を接続する場合や、大口
径の光ファイバ母材を延伸する場合には、母材と外径が
異なる、より小口径のダミー棒を接続する必要がある。
このような場合、通常の方法で溶着接続しようとする
と、通常の場合よりさらに割れや亀裂が生じ易かった。
【0007】そのため、従来、外径の異なる光ファイバ
母材とダミー棒を溶着接続する場合には以下に示すよう
な方法が行われていた。すなわち、図6に示すように、
一度光ファイバ母材1と同じ外径の加工用ダミー棒3を
用意し(図6(1))、加熱溶融して溶着接続した後
(図6(2))、接続部を火炎で加熱して溶融軟化させ
て切断することによってテーパ状の形状を作製しておく
(図6(3))。このテーパ状の部分に、外径が細い線
引用ダミー棒2を溶着接続する(図6(4))。こうし
て、外径の異なる光ファイバ母材1と線引用ダミー棒2
が接続される(図6(5))。
【0008】このような方法では、外径の異なる光ファ
イバ母材とダミー棒を接続するにもかかわらず、外径の
等しい光ファイバ母材とダミー棒とを接続した場合と同
程度の接続強度を得ることができる。しかし、この方法
では加熱、溶着接続加工を2度行い、さらに、その間に
加熱、溶融切断加工を行わなければならないため、接続
加工に手間と時間がかかってしまう上に、使用できる母
材長さも短くなることが問題であった。
【0009】このように、光ファイバ母材とダミー棒等
をバーナ等により加熱し、溶着接続加工する場合には加
工に伴う歪みが原因となる割れが発生しやすかった。ま
た、外径が異なる光ファイバ母材を接続しようとする
と、上記のように接続加工に手間と時間がかかってコス
ト高となってしまう問題があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、光フ
ァイバ母材とダミー棒またはダミーチューブ、あるいは
光ファイバ母材どうしの端部を加熱溶融して両者を溶着
接続する光ファイバ母材の接続加工方法において、接続
部の割れや、亀裂等が生じることなく、外径が異なる光
ファイバ母材とダミー棒であっても短時間で簡単に光フ
ァイバ母材を接続できる方法を提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の請求項1に記載した発明は、光ファイバ母材と
ダミー棒またはダミーチューブ、あるいは2本の光ファ
イバ母材の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する光フ
ァイバ母材の接続加工方法において、少なくとも一方の
端部を凸形状に機械加工後、両方の端部を加熱溶融して
両者を溶着接続することを特徴とする光ファイバ母材の
接続加工方法である。
【0012】このように、光ファイバ母材とダミー棒等
の端部を加熱溶融して両者を溶着接続する光ファイバ母
材の接続加工方法において、少なくとも一方の端部を凸
形状に機械加工後、両方の端部を加熱溶融して両者を溶
着接続するようにすれば、従来は溶着時に接続部に生じ
ていた微細な気泡の巻き込みを無くすことができ、接続
部に生じる残留歪みを抑制することが可能となる。な
お、ここで凸形状とは、全面が平面である場合と凹面を
持つ場合とを排除した形状という意味であり、これらを
含まない形状であれば、その細部の形状は問わないもの
である。
【0013】この場合、請求項2に記載したように、前
記端部を凸形状に機械加工するのは、光ファイバ母材ま
たはダミー棒の半径をrとすると、r/5以上のR面取
りを施すことにより行うことが好ましい。このように前
記端部を凸形状に機械加工するのは、光ファイバ母材ま
たはダミー棒の半径をrとすると、r/5以上のR面取
りを施すことにより行えば、溶着接続時に生じる微細な
気泡の巻き込み等を確実に防ぐことができる。しかも、
このようなR面取りは極めて簡単に行うことができるた
め、外径の異なる光ファイバ母材とダミー棒を接続する
場合であっても、短時間で簡単に接続加工を行うことが
できる。
【0014】また、請求項3に記載したように、前記端
部を凸形状に機械加工するのは、光ファイバ母材または
ダミー棒の半径をrとすると、r/5以上のC面取りを
施すことにより行うことも好ましい。このように前記端
部を凸形状に機械加工するのは、光ファイバ母材または
ダミー棒の半径をrとすると、r/5以上のC面取りを
施すことにより行っても、溶着接続時に生じる微細な気
泡の巻き込み等を確実に防ぐことができる。しかも、こ
のようなC面取りも極めて簡単に行うことができるた
め、外径の異なる光ファイバ母材とダミー棒を接続する
場合であっても、短時間で簡単に接続加工を行うことが
できる。
【0015】さらに、請求項4に記載したように、前記
端部を凸形状に機械加工するのは、ダミーチューブの肉
厚をtとすると、t以上のC面取りを光ファイバ母材端
部に施すことにより、および/または、ダミーチューブ
の端部の外周あるいは内周の少なくとも一方にt/5以
上のR面取り若しくはC面取りを施すことにより行うこ
とが好ましい。
【0016】このように、前記端部を凸形状に機械加工
するのは、ダミーチューブの肉厚をtとすると、t以上
のC面取りを光ファイバ母材端部に施すことにより、お
よび/または、ダミーチューブの端部の外周あるいは内
周の少なくとも一方にt/5以上のR面取り若しくはC
面取りを施すことにより行えば、光ファイバ母材とダミ
ーチューブとを加熱、溶着接続を行う際にも、より確実
かつ強固な接続を簡単に行うことができる。
【0017】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明は、光ファイバ母材をバーナ等で加熱して光ファイ
バ母材の接続加工を行う方法において、加熱、溶着接続
を行う前に、その接続部の端部を凸形状に機械加工する
ことで、加熱溶融時に生じる微細な気泡の発生を防止し
て、接続部の割れ等を防ぐことができ、また外径の異な
る光ファイバ母材とダミー棒を接続する場合であって
も、短時間で容易に接続が可能であるとの知見に基づ
き、諸条件を精査して完成に至ったものである。
【0018】本発明者らが、従来の光ファイバ母材の接
続方法において接続部に微細な気泡が発生し易い原因を
調査したところ、以下のことが原因であると考えられ
た。すなわち図5に示すように、従来方法では、接続さ
れる光ファイバ母材1とダミー棒2の端部は、面取り加
工等をされておらず、先の工程で切断された切断面のま
ま、端部の外周に角がある形状となっている(図5A
(1))。このような端部形状をもつ光ファイバ母材1
とダミー棒2の端部を加熱溶融すると、端部の外周の角
が先に軟化し、端部の中心部は後から軟化する。そのた
め、端部の中心部の表面張力により軟化した角が引き寄
せられ、端部に環状の山ができてしまう(図5A
(2))。そして、このような端部形状となった光ファ
イバ母材1とダミー棒2とを接続すると(図5A
(3))、端部の環状の山により、接続部に気泡が残り
易くなる。図5Bは、このような方法で溶着接続された
接続部に気泡が残留した様子を示した断面図である。こ
の接続部には環状に気泡4が残留してしまい、割れや亀
裂の原因となる。これは、光ファイバ母材とダミーチュ
ーブとの接続においても同様であると考えられた。
【0019】そこで、本発明者らは光ファイバ母材とダ
ミー棒等を加熱溶着する前に、少なくとも一方の端部を
凸形状に機械加工した後、両方の端部を加熱溶融して両
者を溶着接続する方法を着想した。
【0020】この方法では、例えば図3に示すように、
端部に面取り加工を施していない光ファイバ母材1と、
端部に凸形状となるように面取り加工5を施したダミー
棒2を用意する(図3(1))。そして両者を加熱溶融
するが、端部を凸形状となるように加工したダミー棒
は、面取り5により削り落とした角が溶融軟化して丸く
なるだけで、端部に環状の山形状が生じることがない
(図3(2)(3))。そのため、両者を溶着接続して
も、接続部に気泡等が残留することが著しく少なくな
る。
【0021】この方法は、溶着接続前に簡単な機械加工
を行うだけでよく、手間と時間がかかる加熱溶融による
加工を何回も行わなくても済むため、外径の異なる光フ
ァイバ母材1とダミー棒2とを加熱溶融して両者を溶着
接続する場合において、特に有効な方法である。この場
合、残留気泡を確実に防止するためには図3(1)に示
したように、少なくとも径の細い方の端部が凸形状とな
るように機械加工を施すことが好ましい。
【0022】また、この方法は光ファイバ母材と棒状の
ダミー棒とを溶着接続する場合だけではなく、光ファイ
バ母材と管状のダミーチューブとを溶着接続する場合に
おいても有効な方法である
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付した図面に基づき説明するが、本発明はこれらに
限定されるものではない。図1は、接続加工を施される
光ファイバ母材とダミー棒が同じ外径を有している場合
を示している。加熱溶融される前の光ファイバ母材1と
ダミー棒2の端部は、光ファイバ母材1またはダミー棒
2の半径をrとすると、r/5以上のC面取り7が施さ
れている(図1(1))。このようなC面取りは、例え
ば光ファイバ母材あるいはダミー棒2を旋盤のチャック
に把持させて、回転砥石や研磨ヤスリ等により接続する
端部を研削あるいは研磨等することによって簡単に行う
ことができる。被接続加工物の半径rに対して、r/5
以上のC面取りを施せば、本発明の接続加工方法を行う
には十分であるが、その加工精度は特に高精度とする必
要なく、全体として端部が凸形状となれば良い。
【0024】この場合、上記のようにC面取りは光ファ
イバ母材1とダミー棒2のいずれにも施せば確実である
が、いずれか一方に施すようにしても良い。なお、面取
り加工後の端面は研磨材等により汚染されているので、
洗浄あるいはエッチング等を施してから溶着するように
するのが望ましい。
【0025】こうして、端部を凸形状に機械加工後、両
方の端部を加熱溶融して両者を接続する(図1
(2))。この場合、例えばガラス旋盤の一方のチャッ
クで光ファイバ母材1を掴むと同時に、もう一方のチャ
ックでダミー棒2を掴み、両者を回転させながらバーナ
等により加熱する。そして、両者の端部が十分に軟化し
たら両者を溶着接続すれば良い。こうして、接続部に割
れ等の原因となる気泡が封入されることなく、光ファイ
バ母材1とダミー棒2を接続することができる(図1
(3))。
【0026】図2は、外径の異なる光ファイバ母材とダ
ミー棒とを接続する場合を示している。加熱溶融される
前の光ファイバ母材1とダミー棒2の端部は、光ファイ
バ母材1またはダミー棒2の半径をrとすると、r/5
以上のR面取り6が施されている(図2(1))。この
ようなR面取りも前記C面取りと同様、例えば光ファイ
バ母材1あるいはダミー棒2を旋盤のチャックに把持さ
せて、接続する端部を研削あるいは研磨することによっ
て簡単に行うことができる。被接続加工物の半径rに対
して、r/5以上のR面取りを施せば、本発明の接続加
工方法を行うには十分であるが、その加工精度は特に高
精度とする必要はなく、正確な曲面としなくとも全体と
して端部が凸形状となれば良いこともC面取りと同様で
ある。
【0027】そして、この場合も両者の端部を加熱溶融
して接続し(図2(2))、外径の異なる光ファイバ母
材1とダミー棒2を、接続部に割れ等の原因となる気泡
が残留することなく接続することができる(図1
(3))。このように本発明の方法によれば、溶着加工
前に簡単な機械加工を施すだけで良いので、従来何度も
加熱溶融加工を施していた労力と時間を省き、簡便な方
法で外径の異なる光ファイバ母材1とダミー棒2とを接
続することができる。
【0028】図4は、光ファイバ母材とダミーチューブ
とを接続する場合を示している。この場合、端部を凸形
状に加工するには種々の方法があるが、例えば図4
(1)に示したように、ダミーチューブ8の肉厚をtと
すると、t以上のC面取り7を光ファイバ母材1に施す
ようにすれば、確実に接続をすることができる。あるい
は、図4(2)に示したように、ダミーチューブ8の端
部にt/5以上のC面取り7を施すようにしても良い
し、図4(3)に示したように、ダミーチューブ8の端
部にt/5以上のR面取り6を施すようにしても良い。
さらに、図4(4)に示したように、光ファイバ母材1
にt以上のC面取り7を施し、ダミーチューブ8の端部
にt/5以上のR面取り6を施すようにしても良い。こ
の場合には、外径の異なる光ファイバ母材とダミーチュ
ーブとを接続する場合でも、確実に強固な接続を得るこ
とができる利点がある。
【0029】
【実施例】次に本発明の実施例と比較例について説明す
る。 (実施例1)直径60mmの光ファイバ母材と、同じ直
径60mmのダミー棒に、図1に示したような本発明の
方法で接続加工を施した。光ファイバ母材1とダミー棒
2の両方の端部には、C6となるC面取り7を施した。
そして、両方の端部を加熱溶融して両者を溶着接続し
た。接続部は微細な気泡も無く仕上がった。これと同様
の接続加工を繰り返して行い、同様の光ファイバ母材と
ダミー棒とを接続した部材を10本作製した。そして、
これらの接続された光ファイバ母材とダミー棒に、通常
のガラス旋盤での延伸加工で懸かる引張り張力の4倍の
張力をかけたが、全て割れ、亀裂が生じることがなかっ
た。
【0030】(実施例2)直径60mmの光ファイバ母
材と、直径50mmのダミー棒に、図2に示したような
本発明の方法で接続加工を施した。光ファイバ母材1と
ダミー棒2の両方の端部には、R6となるR面取り6を
施した。そして、両方の端部を加熱溶融して両者を溶着
接続した。接続部は微細な気泡も無く仕上がった。これ
と同様の接続加工を繰り返して行い、同様の光ファイバ
母材とダミー棒とを接続した部材を10本作製した。そ
して、これらの接続された光ファイバ母材とダミー棒
に、通常のガラス旋盤での延伸加工で懸かる引張り張力
の4倍の張力をかけたが、全て割れ、亀裂が生じること
がなかった。
【0031】(実施例3)直径60mmの光ファイバ母
材と、直径50mmのダミー棒に、図3に示したような
本発明の方法で接続加工を施した。ダミー棒2の端部の
みに、端面方向4mm、軸方向6mmの面取り5を施し
た。そして、両方の端部を加熱溶融して両者を溶着接続
した。接続部は微細な気泡も無く仕上がった。これと同
様の接続加工を繰り返して行い、同様の光ファイバ母材
とダミー棒とを接続した部材を10本作製した。そし
て、これらの接続された光ファイバ母材とダミー棒に、
通常のガラス旋盤での延伸加工で懸かる引張り張力の4
倍の張力をかけたが、全て割れ、亀裂が生じることがな
かった。
【0032】(比較例1)直径60mmの光ファイバ母
材と、直径50mmのダミー棒に、図5に示したような
従来の方法で接続加工を施した。光ファイバ母材とダミ
ー棒の端部は、面取り加工等をされておらず、先の工程
で切断された切断面のまま、端部の外周に角がある形状
となっていた。そして、両方の端部を加熱溶融して両者
を溶着接続した。接続部にはリング状の微細な気泡が封
入しているのが見られた。これと同様の接続加工を繰り
返して行い、同様の光ファイバ母材とダミー棒とを接続
した部材を10本作製した。そして、これらの接続され
た光ファイバ母材とダミー棒に、通常のガラス旋盤での
延伸加工で懸かる引張り張力の4倍の張力をかけたとこ
ろ、その内の3本に割れ、あるいは亀裂が生じた。
【0033】(比較例2)直径60mmの光ファイバ母
材と、直径50mmのダミー棒に、図6に示したような
従来の方法で接続加工を施した。まず、同じ直径60m
mのダミー棒をまず加熱溶着させた後、接続部を火炎で
加熱して溶融軟化させて切断することによってテーパ状
の形状を作製しておき、新たに直径50mmのダミー棒
に取り替えた後、両方の端部を加熱溶融して両者を溶着
接続した。接続部は微細な気泡も無く仕上がった。これ
と同様の接続加工を繰り返して行い、同様の光ファイバ
母材とダミー棒とを接続した部材を10本作製した。そ
して、これらの接続された光ファイバ母材とダミー棒
に、通常のガラス旋盤での延伸加工で懸かる引張り張力
の4倍の張力をかけたが、全て割れ、亀裂が生じること
がなかった。しかし、加熱溶着、加熱溶断を何度も行っ
たため、実施例2および実施例3の方法に比べて倍以上
の作業時間となった。
【0034】尚、本発明は、上記実施形態に限定される
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0035】例えば、上記実施形態では溶着接続する光
ファイバ母材とダミー棒等の端部にR面取りやC面取り
を施すことにより、端部を凸形状に加工する方法を中心
に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、
溶着接続前に少なくとも一方の端部を凸形状に機械加工
し、その後接続する方法であれば、本発明の技術的範囲
に包含される。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、光フ
ァイバ母材とダミー棒またはダミーチューブ、あるいは
2本の光ファイバ母材の端部を加熱溶融して両者を溶着
接続する光ファイバ母材の接続加工方法において、少な
くとも一方の端部を凸形状に機械加工後、両方の端部を
加熱溶融して両者を溶着接続することにより、接続部の
割れや、亀裂等を生じることなく、外径が異なる光ファ
イバ母材とダミー棒等であっても短時間で簡単に接続す
ることが可能となる。
【0037】さらには、光ファイバ母材とダミー棒等と
の接続部が割れることによる光ファイバ母材の落下が原
因となる光ファイバ母材加工時の歩留り低下の抑制が可
能となるとともに、安全に操業することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(1)〜(3)は、本発明の方法により同じ外
径の光ファイバ母材とダミー棒を溶着接続する様子を示
した図である。
【図2】(1)〜(3)は、本発明の方法により異なる
外径の光ファイバ母材とダミー棒を溶着接続する様子を
示した図である。
【図3】(1)〜(3)は、本発明の方法により異なる
外径の光ファイバ母材とダミー棒を溶着接続する様子を
示した図である。
【図4】(1)〜(4)は、本発明の方法により光ファ
イバ母材とダミーチューブを溶着接続する様子を示した
図である。
【図5】A(1)〜A(3)は、従来の方法により光フ
ァイバ母材とダミー棒を溶着接続する様子を示した図で
あり、Bは溶着接続された接続部に気泡が残留した様子
を示した断面図である。
【図6】(1)〜(5)は、従来の方法により異なる外
径の光ファイバ母材とダミー棒を溶着接続する様子を示
した図である。
【符号の説明】
1…光ファイバ母材、 2…ダミー棒、 3…加工用ダ
ミー棒、 4…気泡、5…面取り、 6…R面取り、
7…C面取り、 8…ダミーチューブ。
───────────────────────────────────────────────────── 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) 4G021 BA00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバ母材とダミー棒またはダミー
    チューブ、あるいは2本の光ファイバ母材の端部を加熱
    溶融して両者を溶着接続する光ファイバ母材の接続加工
    方法において、少なくとも一方の端部を凸形状に機械加
    工後、両方の端部を加熱溶融して両者を溶着接続するこ
    とを特徴とする光ファイバ母材の接続加工方法。
  2. 【請求項2】 前記端部を凸形状に機械加工するのは、
    光ファイバ母材またはダミー棒の半径をrとすると、r
    /5以上のR面取りを施すことにより行うことを特徴と
    する請求項1に記載の光ファイバ母材の接続加工方法。
  3. 【請求項3】 前記端部を凸形状に機械加工するのは、
    光ファイバ母材またはダミー棒の半径をrとすると、r
    /5以上のC面取りを施すことにより行うことを特徴と
    する請求項1に記載の光ファイバ母材の接続加工方法。
  4. 【請求項4】 前記端部を凸形状に機械加工するのは、
    ダミーチューブの肉厚をtとすると、t以上のC面取り
    を光ファイバ母材端部に施すことにより、および/また
    は、ダミーチューブの端部の外周あるいは内周の少なく
    とも一方にt/5以上のR面取り若しくはC面取りを施
    すことにより行うことを特徴とする請求項1に記載の光
    ファイバ母材の接続加工方法。
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