JP2001247322A - ガラスパイプの接合方法及び光ファイバ母材用ガラスパイプの製造方法 - Google Patents
ガラスパイプの接合方法及び光ファイバ母材用ガラスパイプの製造方法Info
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Abstract
ドとの接合において、接合時の加熱によって生じるガラ
ス微粉末がガラスパイプの孔の内壁に付着しないように
する。 【解決手段】 第一ガラスパイプ1の端面と第二ガラス
パイプ2又はガラスロッド5の端面とを5mm〜20m
mの間隙を有する状態で向合わせて、第一ガラスパイプ
1の他方の端からその孔1a内へ窒素ガス等の不燃性ガ
スを導入して第一ガラスパイプ1内の圧力を大気圧より
も高く保ちながら、第一ガラスパイプ1と第二ガラスパ
イプ2又はガラスロッド5とをそれぞれ軸周りに回転さ
せつつ、向合わせ端面付近を酸水素火炎バーナ4の火炎
4にて加熱して、加熱部から生じるガラス微粉末を向合
わせ間隙から吹出す不燃性ガスによってガラスパイプの
外に吹き飛ばし、両端面付近が加熱されたところで端面
同士を突合わせて接合する。
Description
用等の光ファイバ母材製造において用いられるガラスパ
イプ等に適用されるガラスパイプ同士の接合方法又はガ
ラスパイプとガラスロッドとの接合方法並びにガラスパ
イプの製造方法に関する。
の製造に当たっては、VAD法等で製造された石英ガラ
スからなるガラスロッドの中心軸に沿って超音波開孔機
等によって孔を開けてガラスパイプとなし、そのガラス
パイプを長手方向に延伸してガラスパイプの外径、内径
等の形状を整え、その後ガラスパイプの孔内に別途VA
D法等で製造したコアとなるガラスロッドを挿入して、
そのガラスパイプの周囲から加熱しコラプスしてガラス
パイプと内部のガラスロッドを一体化させ、光ファイバ
母材となすことが行われている。本発明では、このガラ
スパイプをクラッド用パイプと呼ぶ。
長手方向に延伸してガラスパイプの形状を整える工程即
ち延伸工程では、まず延伸前のクラッド用パイプの両端
にそれぞれダミーパイプ又はダミーロッドを接合して、
接合体とする。その接合体の両端のダミー部分をガラス
旋盤のチャックでそれぞれ把持して、その間が互いに離
間するようにチャックを移動させてクラッド用パイプに
張力を加えながらクラッド用パイプを長手方向に順次加
熱して延伸させる。延伸前のクラッド用パイプの外径は
60mm〜70mm程度あるが、延伸によって伸ばされ
て、延伸後クラッド用パイプの外径は30mm〜40m
m程度となる。
熱するので、クラッド用パイプ内の空気は加熱によって
膨張する。また、同時にクラッド用パイプは加熱によっ
て部分的に溶融するが、この時クラッド用パイプ内の空
気に逃げ場がないと、クラッド用パイプの溶融した部分
が膨張して破れるという事故が起こる。従って、クラッ
ド用パイプの両端のダミーのうち少なくとも片方はダミ
ーパイプとしてクラッド用パイプ内の空気がダミーパイ
プを通って流出、流入出来るようにしている。
熱は、酸水素火炎バーナを使って、その火炎をクラッド
用パイプの表面に吹付け、その火炎をクラッド用パイプ
の一方の端側から他方の端側に向かって相対的に移動さ
せながら、長手方向に順次加熱し延伸を行なう。また、
ガラス旋盤のチャックを回転させることによって、クラ
ッド用パイプをその軸周りに回転させて、クラッド用パ
イプが円周方向に均一に加熱されるようにする。またこ
の時、加熱を開始する側の端部近傍では、室温状態から
ガラスが溶融するまで加熱する必要があるので、酸水素
火炎バーナは加熱温度が上昇するまで停止させる必要が
ある。従って、加熱を開始する側のダミーパイプ又はダ
ミーロッドは、加熱の終了する側のダミーパイプ又はダ
ミーロッドに比べて、温度が高くなる。
盤のチャックで把持する都合等の理由で、通常クラッド
用パイプよりも外径が小さいものが使われる。一例をあ
げると、延伸前のクラッド用パイプの外径は約65m
m、内径は約8mmであるのに対し、ダミーパイプ及び
ダミーロッドの外径はそれぞれ約36mmである。ま
た、ダミーパイプの内径は約26mmである。従って、
ダミーパイプの場合、高温に加熱されるとそのサイズに
よっては延伸時の張力に耐えない場合もある。そのた
め、通常は、クラッド用パイプの比較的加熱温度が高く
なる延伸開始端側にはダミーロッドを接合し、比較的加
熱温度が低い延伸終了端側にはダミーパイプを接合する
という方法を採用することが多い。
ロッド又はダミーパイプの接合は、次のようにして行な
っている。接合するクラッド用パイプとダミーロッド又
はダミーパイプをそれぞれガラス旋盤のチャックにて把
持し、チャックを回転させてクラッド用パイプとダミー
ロッド又はダミーパイプをそれぞれの軸周りに回転させ
ながら、接合する側のそれぞれの端面を5mm〜20m
mの間隙を有する状態で向合わせて、向合わせ端周辺を
酸水素火炎バーナで加熱し溶融させる。両端面が十分加
熱されたところで、両端面を突合わせて接合する。
のガラスパイプの加熱には、酸水素火炎バーナを使用す
るため、加熱箇所では微細なガラス粉が発生する。そし
て、そのガラス微粉末は酸水素火炎のガス流によって飛
散し、ガラスパイプの内面にも付着する。ガラスパイプ
の内面にガラス粉が付着するとガラスパイプの内面の平
滑度が低下し、その後このガラスパイプをクラッド用パ
イプとして内部にコアとなるガラスロッドを挿入してコ
ラプスし加熱一体化したとき、クラッド用パイプとガラ
スロッドの界面に不整な状態、即ち凹凸が生じる。この
界面の不整が生じた光ファイバ母材から線引きして得た
光ファイバでは、界面の微細な凹凸によって伝送光が散
乱され、伝送損失の悪化をもたらすことがある。
スパイプの接合時のガラスパイプの内面へのガラス微粉
末の付着を少なくしたガラスパイプの接合方法及び光フ
ァイバ母材用ガラスパイプの製造方法を提供するもので
ある。
接合方法は、第一ガラスパイプの一方の端面と第二ガラ
スパイプの一方の端面とを5mm〜20mmの間隙を有
する状態で向合わせて、前記2つのガラスパイプの一方
の前記向合わせ端側と反対側の端側からガラスパイプ内
にガスを導入しガス導入側のガラスパイプ内の圧力を大
気圧よりも高く保ちながら、前記向合わせ箇所周辺のガ
ラスを加熱溶融させて両ガラスパイプを突合わせて接合
するものである。
ラスロッドの一方の端面とを5mm〜20mmの間隙を
有する状態で向合わせて、前記第一ガラスパイプの前記
向合わせ端側と反対側の端側からガラスパイプ内にガス
を導入し第一ガラスパイプ内の圧力を大気圧よりも高く
保ちながら、前記向合わせ箇所周辺のガラスを加熱溶融
させて両者の端面を突合わせて接合することもある。
ラスパイプの製造方法では、まずクラッドを形成するた
めのガラスからなるクラッド用パイプの片方の端面とガ
ラスからなるダミーパイプの片方の端面とを5mm〜2
0mmの間隙を有する状態で向合わせて、前記クラッド
用パイプの前記向合わせ端と反対側の端側からクラッド
用パイプの内部にガスを導入してクラッド用パイプの内
部を大気圧よりも高い圧力に保ちながら前記向合わせ箇
所を加熱溶融させて両者を突合わせて前記クラッド用パ
イプとダミーパイプとを接合する。
端面とガラスからなるダミーロッド又はガラスからなる
別のダミーパイプの片方の端面とを5mm〜20mmの
間隙を有する状態で向合わせて、前記先に接合されたダ
ミーパイプの他端側からダミーパイプの孔を通してクラ
ッド用パイプ内にガスを導入してクラッド用パイプの内
部を大気圧よりも高い圧力に保ちながら、前記向合わせ
箇所を加熱溶融させて両者を突合わせて前記クラッド用
パイプとダミーロッド又は別のダミーパイプとを接合し
て、ダミーパイプ、クラッド用パイプ、ダミーロッド又
は別のダミーパイプをその順に接合した接合体を形成す
る。
されたダミーロッド又はダミーパイプをガラス旋盤のチ
ャックでそれぞれ把持して、前記チャック間が互いに離
間するようにクラッド用パイプを引張りながら該クラッ
ド用パイプの部分を長手方向に順次加熱して延伸させ
る。
接合方法を説明する図であって、図1(A)はガラスパ
イプとガラスパイプの接合の例を示す正面図、図1
(B)は加熱箇所を示す側面図、図1(C)はガラスパ
イプとガラスロッドの接合の例を示す正面図である。図
1において、1は第一ガラスパイプ、1aは孔、2は第
二ガラスパイプ、2aは孔、3はガス配管、3a、3b
はガス供給キャップ、3cはキャップ結合部、4は酸水
素火炎バーナ、4aは火炎、4bがガス噴出口、5はガ
ラスロッドである。
接合方法を説明する。第一ガラスパイプ1及び第二ガラ
スパイプ2をそれぞれ図示しないガラス旋盤のチャック
にて把持し、第一ガラスパイプ1の片方の端面と第二ガ
ラスパイプ2の片方の端面とを5mm〜20mmの間隙
を有する状態で向合わせて対向させる。光ファイバ母材
用ガラスパイプの接合の一例では、第一ガラスパイプ1
はクラッド用パイプで、第二ガラスパイプはダミーパイ
プである。クラッド用パイプは外径が63mm程度と比
較的大きく、ダミーパイプは外径が35mm程度と比較
的小さい。但し、互いの端面を突合わせた時、一方が他
方に孔に入ってしまう程の外径差はなく、端面同士の突
合わせが可能な寸法である。
にガス供給キャップ3aを取付け、ガス配管3から、第
一ガラスパイプ1の孔1a内に窒素ガス等の不燃性ガス
を流し込み、孔1a内の圧力を大気圧よりも高く保つ。
不燃性ガスは第一ガラスパイプ1と第二ガラスパイプ2
の向合わせた端面の隙間から外部に一部流出するが、ガ
スの一部は第二ガラスパイプ2の孔2a内に流れ込む。
また、ガス配管3から流し込むガスとしては、空気を用
いることも可能である。また、不燃性ガスの流し込み口
は、第一ガラスパイプの他端側又は第二ガラスパイプの
他端側のいずれの端とすることもできるが、第一ガラス
パイプがクラッド用パイプである場合は、ガラス微粉末
の第一ガラスパイプ1の孔1a内面への付着をより少な
くするため、第一ガラスパイプの他端側から第一ガラス
パイプを通り第二ガラスパイプの方に向かって窒素ガス
等の不燃性ガスを流すことが望ましい。
回転させて、第一ガラスパイプ1及び第二ガラスパイプ
2をそれぞれ軸周りに同じ回転数で回転させ、併せて酸
水素火炎バーナ4の火炎4aにて第一ガラスパイプ1及
び第二ガラスパイプ2の向合わせた端面付近を加熱す
る。この時、第一ガラスパイプ1の端面と第二ガラスパ
イプ2の端面とは、5mm〜20mmの間隙を有して互
いに向合っており、かつ、ガラスパイプの孔1a内の圧
力は大気圧よりも高く保たれているので、常に両ガラス
パイプの端面の隙間からは不燃性ガスが吹出している。
従って、加熱によって加熱箇所から生じるガラスの微粉
末は、端面の隙間から吹出す不燃性ガスによってガラス
パイプの外側に流され、ガラスの微粉末がガラスパイプ
の孔内に吸い込まれて孔の内壁に付着するということは
殆ど起こらない。
バーナ4は、通常ガラスパイプの円周部の下部側約1/
3程度を取り囲むように配置された複数のガス噴出口4
bを有するもので、ガス噴出口4bそれぞれから噴出し
た酸水素の火炎4aをガラスパイプの向合わせた端面の
付近の表面に吹付ける。ガラスパイプが軸周りに回転し
ているので、ガラスパイプは円周方向に対して均一に加
熱される。そして、第一ガラスパイプ1及び第二ガラス
パイプ2の端面が十分に加熱され溶融したところで、チ
ャックを移動させて両端面間を互いに突合わせて押付
け、端面が溶融したガラスパイプ同士を接合させる。
とダミーパイプ等の第二ガラスパイプ2との接合が終わ
れば、図示しないガラス旋盤のチャックに第一ガラスパ
イプと別に用意したダミーロッド等のガラスロッドをそ
れぞれ把持して、図1(C)に示すようにして、第一ガ
ラスパイプ1の他端の端面とガラスロッド5の片方の端
面とを5mm〜20mmの間隙を有する状態で向合わせ
る。そしてこの場合は、先に接合したダミーパイプ等の
第二ガラスパイプ2の他端側にガス供給キャップ3bを
取付け、ガス配管3から第二ガラスパイプ2の孔2a内
を通して第一ガラスパイプ1の孔1a内に窒素ガス等の
不燃性ガスを流し込み、孔2a内及び孔1a内の圧力を
大気圧よりも高く維持する。
回転させて、第一ガラスパイプ1及びガラスロッド5を
それぞれ軸周りに同じ回転数で回転させ、併せて酸水素
火炎バーナ4の火炎4aにて第一ガラスパイプ1及びガ
ラスロッド5の向合わせた端面付近を加熱する。酸水素
火炎バーナ4は、図1(B)に示すものと同様のものを
用いて、酸水素の火炎4aを回転するガラスパイプ及び
ガラスロッドの端面近傍に吹付ける。
端面が十分に加熱され溶融したところで、チャックを移
動させて両端面間を互いに突合わせて押付け、第一ガラ
スパイプ1とガラスロッド5の端面同士を接合させる。
この加熱接合の間、第一ガラスパイプの孔1a内の圧力
は大気圧よりも高く保たれているので、突合わせる前の
5mm〜20mmの間隙を有して向合わせた端面の隙間
からは不燃性ガスが吹出している。従って、加熱によっ
て加熱箇所から生じるガラス微粉末は、端面の隙間から
吹出す不燃性ガスによって第一ガラスパイプの外側に流
され、ガラスの微粉末が第一ガラスパイプの孔内に吸い
込まれて第一ガラスパイプの内面に付着することはな
い。
5とが接合された時点で、第二ガラスパイプ2の他端か
ら不燃性ガスを供給し続けると、第一ガラスパイプ1の
孔1a内の圧力が増大して、加熱によって柔らかくなっ
た第一ガラスパイプ1の溶融部分が膨張して破れること
がある。そこで、第二ガラスパイプ2とガス供給キャッ
プ3bとの間のキャップ結合部3cには適当な隙間を設
けて、そこから不燃性ガスの一部を外部に放出して、第
二ガラスパイプ2の孔2a内及び第一ガラスパイプ1の
孔1a内の不燃性ガスの圧力が第一ガラスパイプ1の加
熱溶融部分を変形させる程度の過大な圧力にならないよ
うにする。
ガラスパイプ2、クラッド用パイプ等の第一ガラスパイ
プ1、ダミーロッド等のガラスロッド5が、これらの順
に接合された接合体が出来る。この接合体を使って次に
クラッド用パイプの延伸を行なう。図2は、延伸工程を
説明する正面図であって、図1と同じ符号は同じものを
示す。また、図2において、6はガラス旋盤のチャック
である。接合体の両側のダミーロッド等のガラスロッド
5と、ダミーパイプ等の第二ガラスパイプ2をチャック
6にてそれぞれ把持して、チャックを軸周りに回転させ
ることによって接合体をその軸周りに回転させる。
プ1を酸水素火炎バーナ4の火炎4aにて第一ガラスパ
イプ1の円周方向に対して均一に加熱しながら、第一ガ
ラスパイプ1又は酸水素火炎バーナ4を軸方向に相対的
に移動させて、第一ガラスパイプ1の長手方向に順次加
熱を行なう。またそれに併せて、両側のチャックをその
間が離間する方向に移動させることによって、第一ガラ
スパイプ1の加熱によって溶融した箇所を引き伸ばす。
この延伸作業によって、第一ガラスパイプ1は引き伸ば
されて、外径が約60mm〜70mm程度から約30m
m〜40mm程度へと細くなる。その後、こうして製造
されたクラッド用パイプの孔内に、別の工程で製造した
コアとなるガラスロッドを挿入して、クラッド用パイプ
を加熱縮径させてガラスロッドとクラッド用パイプを密
着一体化させ、光ファイバ母材とする。
用パイプである第一ガラスパイプ1の一方の端には第二
ガラスパイプ2を他方の端にはガラスロッド5を接合す
る例を示したが、第一ガラスパイプ1の両側の端にそれ
ぞれダミーとなるガラスパイプを接合する場合もある。
この場合、一方の端のダミーパイプは、図1(A)の通
り接合し、他端のダミーパイプは図1(C)のダミーロ
ッドをダミーパイプに替えて接合する。この他端のダミ
ーパイプの接合に当たっては、先に接合したダミーパイ
プの接合端でない側の端からガスを導入し、加熱箇所で
のガスが第一ガラスパイプであるクラッド用パイプ内に
流れないようにすることが望ましい。
脱水・焼結して、外径65mm、長さ350mmの円柱
状の透明ガラス体とし、その中心軸に沿って超音波開孔
機を用いて内径8mmの孔を空けてクラッド用パイプと
した。そのクラッド用パイプと外径35mm、長さ12
00mmのダミーパイプをそれぞれガラス旋盤のチャッ
クにて把持し、クラッド用パイプの一方の端面とダミー
パイプの一方の端面とを10mmの間隙を保って向合わ
せ、クラッド用パイプの他方の端からクラッド用パイプ
の孔内へ窒素ガスを2リットル/分の流量で導入した。
パイプとダミーパイプをそれぞれ同じ回転数にて軸周り
に回転させながら、向合わせた端面付近を酸水素火炎バ
ーナの火炎にて加熱した。なお、酸水素火炎バーナへの
水素、酸素の流量はそれぞれ、200リットル/分、8
0リットル/分とした。端面付近が十分加熱されたとこ
ろで両端面を突合わせて接合した。その後、クラッド用
パイプの他方の端にも同じサイズのダミーパイプを同様
にして接合した。なお、この時は先に接合したダミーパ
イプの他方の端側から、窒素ガスを導入した。こうして
出来た接合体について、クラッド用パイプの内面を目視
にて観察したが、ガラス微粉末の付着は見られなかっ
た。
一ガラスパイプの一方の端面と第二ガラスパイプ又はガ
ラスロッドの一方の端面とを5mm〜20mmの間隙を
有する状態で向合わせて、前記第一ガラスパイプの前記
向合わせ端側と反対側の端側からガラスパイプ内にガス
を導入し第一ガラスパイプ内の圧力を大気圧よりも高く
保ちながら、前記向合わせ箇所周辺のガラスを加熱溶融
させて両者の端面を突合わせて接合するものであるの
で、向合わせた端面の隙間からは、導入したガスが内側
から外側に向かって流れており、加熱箇所で生じるガラ
ス微粉末が外側に向かって流される。従って、加熱箇所
で生じるガラス微粉末がガラスパイプの孔の内壁に付着
するのを防止することが出来る。
の接合時には、第一ガラスパイプのガス導入端面とガス
供給キャップとの間のキャップ結合部に適当な間隙を設
け、そこから供給ガスの一部を逃がして、ガラスパイプ
内の圧力がガラスパイプの加熱溶融部分を変形させる程
度の過大な圧力にならないようにすることによって、ガ
ラスパイプの溶融した部分での内圧によるガラスパイプ
の膨張あるいは破裂を防止することが出来る。また、ガ
ス導入端面とガス供給キャップとの間の隙間を設けるこ
とは、ガラスパイプ同士の接合の場合でも可能である。
であって、(A)はガラスパイプとガラスパイプの接合
の例を示す正面図、(B)は加熱箇所を示す側面図、
(C)はガラスパイプとガラスロッドの接合の例を示す
正面図である。
である。
Claims (7)
- 【請求項1】 第一ガラスパイプの一方の端面と第二ガ
ラスパイプの一方の端面とを5mm〜20mmの間隙を
有する状態で向合わせて、前記2つのガラスパイプの一
方の前記向合わせ端側と反対側の端側からガラスパイプ
内にガスを導入しガス導入側のガラスパイプ内の圧力を
大気圧よりも高く保ちながら、前記向合わせ箇所周辺の
ガラスを加熱溶融させて、次いで両ガラスパイプの端面
を突合わせて接合することを特徴とするガラスパイプの
接合方法。 - 【請求項2】 前記第一ガラスパイプは光ファイバ母材
のクラッドを形成するためのクラッド用パイプであり、
前記第二ガラスパイプは該クラッド用パイプを支持する
ためのダミーパイプであって、前記クラッド用パイプの
接合端側と反対側の端側から前記ガスの導入を行なうこ
とを特徴とする請求項1に記載のガラスパイプの接合方
法。 - 【請求項3】 第一ガラスパイプの一方の端面とガラス
ロッドの一方の端面とを5mm〜20mmの間隙を有す
る状態で向合わせて、前記第一ガラスパイプの前記向合
わせ端側と反対側の端側からガラスパイプ内にガスを導
入し第一ガラスパイプ内の圧力を大気圧よりも高く保ち
ながら、前記向合わせ箇所周辺のガラスを加熱溶融させ
て両者の端面を突合わせて接合することを特徴とするガ
ラスパイプの接合方法。 - 【請求項4】 前記第一ガラスパイプは光ファイバ母材
のクラッドを形成するためのクラッド用パイプであり、
前記ガラスロッドは該クラッド用パイプを支持するため
のダミーロッドであることを特徴とする請求項3に記載
のガラスパイプの接合方法。 - 【請求項5】 前記ガスを導入する第一ガラスパイプの
ガス導入端部において、ガス供給管と第一ガラスパイプ
の間にガスを外部に放出する隙間を設け、第一ガラスパ
イプ内のガスの内圧が該第一ガラスパイプの加熱溶融部
分を変形させる程度の過大な内圧にならないようにしな
がら、前記ガスの導入を行なうことを特徴とする請求項
3に記載のガラスパイプの接合方法。 - 【請求項6】 前記ガスは不燃性ガスであることを特徴
とする請求項1又は請求項3に記載のガラスパイプの接
合方法。 - 【請求項7】 光ファイバ母材のクラッドを形成するた
めのガラスからなるクラッド用パイプの片方の端面とガ
ラスからなるダミーパイプの片方の端面とを5mm〜2
0mmの間隙を有する状態で向合わせて、前記クラッド
用パイプの前記向合わせ端と反対側の端側からクラッド
用パイプの内部にガスを導入して前記クラッド用パイプ
の内部を大気圧よりも高い圧力に保ちながら前記向合わ
せ箇所を加熱溶融させて両者を突合わせて前記クラッド
用パイプとダミーパイプとを接合し、続いて前記クラッ
ド用パイプの他端側の端面とガラスからなるダミーロッ
ド又はガラスからなる別のダミーパイプの片方の端面と
を5mm〜20mmの間隙を有する状態で向合わせて、
前記先に接合されたダミーパイプの接合端側でない他端
側からダミーパイプの孔を通してクラッド用パイプ内に
ガスを導入してクラッド用パイプの内部を大気圧よりも
高い圧力に保ちながら、前記向合わせ箇所を加熱溶融さ
せて両者を突合わせて前記クラッド用パイプと前記ダミ
ーロッド又は別のダミーパイプとを接合して、ダミーパ
イプ、クラッド用パイプ、ダミーロッド又は別のダミー
パイプをその順に接合した接合体を形成し、その後該ク
ラッド用パイプの両側に接合されたダミーロッド又はダ
ミーパイプをガラス旋盤のチャックでそれぞれ把持し
て、前記チャック間が互いに離間するように前記クラッ
ド用パイプを引張りながら該クラッド用パイプの部分を
長手方向に順次加熱し延伸させることを特徴とする光フ
ァイバ母材用ガラスパイプの製造方法。
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