JP3387137B2 - ガラス母材の火炎研磨方法 - Google Patents
ガラス母材の火炎研磨方法Info
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Description
磨方法に関するものであり、特に母材重量の重いガラス
母材を鉛直方向に保持して火炎研磨する際の非有効部の
ガラス部分の火炎研磨方法及び多孔質母材焼結工程の熱
処理で透明化できなかった未焼結部分を透明ガラス化す
る方法に関するものである。
ラス母材と略称する)を作成する方法としてVAD(Va
por Phase Axial Deposition:気相軸付け)法,OVD
(Outside Vapor Deposition:外付け)法等が知られて
いる。この方法は、回転する石英ロッド又は出発棒の外
周にSiCl4 を原料として酸水素火炎との加水分解反
応とにより生成した石英(SiO2 )ガラス微粒子を堆
積させ、軸方向に多孔質母材を形成した後、該多孔質母
材を透明ガラス化させ、光ファイバプリフォームとする
ものである。得られた透明ガラス体であるガラス母材表
面に数μm程度の凹凸が存在するため、酸水素バーナに
てガラス母材表面を火炎研磨し、平滑な表面を得た後、
線引、紡糸されていた。この火炎研磨の際の旋盤は横型
であり、ガラス母材の両端に支持棒を取り付け、該支持
棒をチャックにより旋盤に固定して酸水素バーナを移動
させながら火炎研磨する方法が主流であった。
コスト化の観点から、母材を太径あるいは長尺にする大
型化が進んでいる。従来この種の横型旋盤では母材重量
が重くなるにつれ支持棒のみの支持では支持棒の負担が
大きくなり破断する危険性があり、これに対しガラス母
材を鉛直に保持する方法が提案されている(特開平3−
228844号公報)。一方、母材重量の増加により母
材の有効利用率を高めるため、透明ガラス化の熱処理工
程(焼結)において、母材の非有効部分まで透明ガラス
化しようとこの部分に十分熱を加えると、母材の自重で
支持棒が伸び落下するという問題が生じた。即ち、焼結
工程で非有効部分を完全に透明化することができず、ガ
ラス母材の先端及び支持棒には未焼結スス(ガラス微粒
子)が残っていた。この未焼結部は線引工程で炉内を浮
遊しガラス母材に付着して、紡糸されたファイバの強度
低下を引き起こすため、透明ガラス化する必要があっ
た。ところが、火炎研磨工程で支持棒に付着した未焼結
ススを透明ガラス化しようと十分に熱をかけると、母材
自重が重いため支持棒が引き延びてしまい、良好な火炎
研磨母材を得ることができなかった。この引き伸びを防
ぐために下端支持棒を支えることを検討したが、母材に
触れ回りが生じるため母材先端の回転中心は必ずしもチ
ャックの中心とは一致せず、逆に無理に把持しようとす
ると支持棒が折れるという危険があった。
する手段として、回転するガラス母材表面を該ガラス母
材と相対的に鉛直方向に移動する酸水素炎にて火炎研磨
する方法において、上記ガラス母材の外径に合わせて、
該母材外径より細い部分では移動速度を速くし、母材先
端及び支持棒に付着している未焼結ススは移動速度10
〜100m/分の範囲として透明化することを特徴とす
るガラス母材の火炎研磨方法を提供する。 さらに本発明
は、回転するガラス母材表面を該ガラス母材と相対的に
鉛直方向に移動する酸水素炎にて火炎研磨する方法にお
いて、移動速度及び酸水素炎の酸水素流量を同時に変化
させ、上記ガラス母材の外径に合わせて、該母材外径よ
り細い部分では移動速度を速くし、母材先端及び支持棒
に付着している未焼結ススは移動速度10〜100m/
分の範囲として透明化することを特徴とするガラス母材
の火炎研磨方法を提供する。さらにまた本発明は、回転
するガラス母材表面を該ガラス母材と相対的に鉛直方向
に移動する酸水素炎にて火炎研磨する方法において、火
炎研磨用酸水素バーナがガラス母材中心軸に垂直な平面
にガラス母材表面に向けて火炎が噴出するよう配置した
複数本の酸水素バーナからなる第1のバーナ群と、ガラ
ス母材中心軸に垂直な平面に配置させた複数本の酸水素
バーナからなる第2のバーナ群とを用い、第1のバーナ
群及び第2のバーナ群を連動して、又は両者を独立に移
動させて火炎研磨処理することを特徴とするガラス母材
の火炎研磨方法を提供する。本発明の特に好ましい実施
態様として、回転するガラス母材表面を該ガラス母材と
相対的に移動する酸水素火炎にて火炎研磨する方法にお
いて、該ガラス母材を鉛直方向に保持し、該保持はガラ
ス母材の上端に予め接続してある支持棒のみをピンを介
してその下端が嵌合構造をなす主棒に接続支持するもの
であることが挙げられる。
の際の酸水素火炎の移動速度および/または酸水素流量
を変化させる点に特徴があり、具体的には、ガラス母材
の外径に合わせて該母材外径より細い部分では速度が速
くなるように移動速度を調整又は制御する、ガラス母材
の外径に合わせて該母材外径より細い部分では酸水素流
量が少なくなるように酸水素流量を調整又は制御する、
さらにはこの両方を併用する。本発明によれば、大型ガ
ラス母材を鉛直方向で支持するので、母材の自重による
支持棒の破断の危険性を避けることができる。更に、支
持棒はピンを介して嵌合接続され、上端のみで支持され
るので、支持棒に曲げ応力は加わらず、この点からも破
断の危険性が回避される。また、嵌合部はその上方を回
転するチャックで支持されている。この理由は、大型母
材を火炎研磨する際に、相当量の酸水素量が必要であ
り、かつ上昇流により高温の熱流が上方のチャックにか
かるため、その温度は100℃を越える。そのため、チ
ャックの熱対策か必要となり、母材とチャックの距離を
離すことでチャックの温度上昇を抑えることか可能とな
る。従来、支持棒をチャックに直接固定する方法では、
該支持棒を1m以上とする必要があり、母材の運搬、設
備の大型化等の弊害をもたらす。ピンを介して、接続す
る構造としておけば、母材先端に付ける支持棒の長さを
短くでき、運搬作業が容易になると共に、母材とチャッ
クの距離も十分にとれるので有効となる。
効部よりその直径は細い。非有効部の火炎研磨を有効部
(外径定常部)と同じ酸水素流で行うと、母材表面温度
が上昇し、表面のSiO2 ガラス気化量が多くなり、こ
れが母材表面に再付着し、白色粉末として残るという問
題が生じる。テーパ形状をなす非有効部では酸水素火炎
流がこのテーパに沿って流れるため、特にSiO2 白色
粉末が残りやすかった。本発明は、この非有効部での酸
水素火炎流量を調整し、定常部とほぼ同じガラス表面温
度にすることにより、白色粉末の付着を抑制することが
できる。非有効部を火炎研磨する再の酸水素流量は、有
効部定常流量の40%以上であり、特に好ましくは60
〜80%である。40%未満の低流量にしたバーナには
十分な火炎研磨を行うことができず、平滑表面が得られ
ない。
ている未焼結ススは、酸水素バーナもしくは母材の移動
速度を速くすることで表面近傍温度を上昇させ、支持棒
の中心まで熱がかかるのを抑制でき、支持棒を引き伸び
させることなく、未焼結ススを透明ガラス化することが
できる。移動速度の範囲は、10mm/分から100mm/
分間であり、特に好ましくは10mm/分から50mm/分
の速度範囲である。移動速度が100mm/分を越えると
酸水素バーナによる熱がごく表面にした伝わらず、未焼
結ススの透明化が十分出来なくなるとともに、表面熱歪
によるクラックが生じやすくなるので、必要以上の高速
化は好ましくない。
l4 を加水分解反応させ、厚さ250mm、長さ1000
mmの純石英ガラス微粒子を堆積させた。次に、該多孔質
母材を1600℃に昇温させた真空炉にて加熱、透明ガ
ラス化し、直径120mm、長さ900mmの光ファイバ用
ガラス母材(プリフォーム)を得た。該母材重量は30
kgであった。該ガラス母材の上端に予め接続されている
直径40mm、長さ500mmの支持棒は、図1に示す形態
にてピンを介して、上下方向に移動可能な回転チャック
に固定されている嵌合を有する主棒に接続し、該ガラス
母材を鉛直方向に固定した。このとき、酸水素バーナは
固定した。酸水素バーナの配置は、円周方向に12本配
置させ、かつその下方80mmの位置に6本の酸水素バー
ナを補助加熱用バーナとして配列する構成とした。火炎
研磨用の12本のバーナには、水素300リットル/
分、酸素100リットル/分を供給し、かつ補助加熱用
の6本のバーナには,水素100リットル/分、酸素5
0エットル/分を供給し、ガラス母材下部(a部)を火
炎研磨用酸水素バーナの始点とし、10mm/分の移動速
度にて母材を下方へ移動させた。火炎研磨用酸水素バー
ナが母材定常下端部(b部)の位置にきたとき、水素を
300リットル/分から400リットル/分に、酸素を
100リットル/分から160リットル/分に上げ、1
0mm/分の移動速度で、定常終点(c部)まで母材表面
を火炎研磨処理した。加熱用補助バーナの主目的は、母
材を高温で火炎研磨したときに、ガラスが気化して母材
表面に付着したSiO2 と白色粉末を除去することにあ
る。(c部)で、再び酸水素流量を水素300リットル
/分、酸素100リットル/分に戻した。非有効部上端
(d部)までの火炎研磨処理は移動速度と酸水素流量を
同時に制御しつつ、以下の条件にて火炎研磨を行った。
火炎研磨用バーナが(d部)に達する位置まで、火炎研
磨用酸水素バーナの水素,酸素流量は、各々100リッ
トル/分(水素)、50リットル/分(酸素)に徐々に
減量し、移動速度を10mm/分から20mm/分に徐々に
速くした。火炎研磨用バーナが(d部)に到達し、(e
部)までの支持棒に付着している未焼結ススを透明ガラ
ス化する際には、酸水素バーナの流量はそのままで、移
動速度を20mm/分から40mm/分に上げて、ガラス化
処理した。上記の酸水素流量の原料及び移動速度の高速
化は、支持棒が加熱されて引き伸びるのを未然に防止す
る効果がある。以上、火炎研磨用バーナが未焼結ススの
先端(e部)に達した時点で酸水素を失火し、火炎研磨
処理を終了させた。火炎研磨後のガラス母材の凹凸を調
べたところ、0.5μmと十分平滑化されていることを
確認できた。得られた光ファイバ用プリフォーム母材を
直径125μmの光ファイバに紡糸したところ、該光フ
ァイバの破断強度は全長に渡って7kgという良好な強度
を有していた。
00mm、直径120mmφのガラス母材について、実施例
1と同様にピンを介して支持棒を主棒に接続し、ガラス
母材を鉛直方向に固定した。酸水素バーナの配置は実施
例1と同じ配置とし、流量条件として、火炎研磨用酸水
素バーナ12本には水素400リットル/分、酸素16
0リットル/分を供給し、また補助加熱用酸水素バーナ
6本には水素100リットル/分、酸素50リットル/
分を供給し、ガラス母材下部(a部)からガラス母材上
部(d部)まで10mm/分の移動速度でチャックを回転
させつつ、下方にトラバースさせた。火炎研磨用酸水素
バーナが(d部)に到達した時点で、水素を400リッ
トル/分から100リットル/分に、酸素を160リッ
トル/分から50リットル/分に減量し、移動速度は1
0mm/分のままで、未焼結スス部(d部)〜(e部)ま
でトラバースさせたところ、未焼結ススはガラス化でき
たが、支持棒の(d部)付近で引き伸びが生じ、40mm
の太さだったものが20mmまで減径した。更にガラス母
材表面を観察したところ、(a部)〜(b部)の光ファ
イバ非有効部表面にガラス表面の蒸発物が堆積した白色
粉末が付着していた。
00mm、直径120mmのガラス母材について、支持棒を
直接、回転チャックに取り付けた。ガラス母材とチャッ
クまでの距離は500mmである。実施例1と同様の酸水
素バーナの配置及び酸水素流量で、火炎研磨用酸水素バ
ーナが(c部)の位置に到達したときのチャック部の温
度測定をした。結果を表1に示す。チャック部が酸水素
バーナに接近したことで、チャック部の温度が上昇し、
ギア部の潤滑材として充填されているグリースが噴出し
てしまった。
合成をVAD法によった例を示したが、本発明はOVD
法等で合成した母材にも同様に適用できる。また、出発
ロッドの石英ガラスはコアはあるいはコア/クラッド複
合体でもよく、パイプを使用して外付けした母材に応用
することもできる。本発明では、酸水素炎での火炎研磨
方法を示したが、水素、酸素に限らず、可燃性ガス、助
燃性ガスを使用する火炎研磨法でも、本発明の効果が損
なわれるものではない。
ガラス母材の火炎研磨が、該母材上端支持棒をピンを介
して回転するチャックに固定された主棒(ガラス棒)と
接続した状態で処理されるので、支持棒の破断の危険性
がなくなり、該大型母材表面を効率的に火炎研磨して、
平滑な表面を得ることができる。また、母材非有効部部
(テーパ部)での酸水素流量を調整することにより、表
面温度を一定に保ちつつ火炎研磨できるので、ガラス
(SiO2 )蒸発量をほぼ一定に保つことができ、母材
表面に付着するSiO2 白色粉末量を抑制することがで
きる。また、未焼結ススの透明化に再しては、酸水素バ
ーナーもしくは母材の移動速度を速くすることにより、
支持棒内部まで熱がかかるのを抑制できるので、支持棒
が母材自重により軟化、引き伸びることを防止すること
ができる。その結果、線引工程での未焼結ススの飛散が
なくなり、強度劣化しないファイバを紡糸することが可
能となる。即ち、本発明によれば大型重量ガラス母材を
全長にわたって火炎研磨することで平滑かつ清浄な表面
が得られ、更に未焼結部を透明ガラス化できるので、線
引前の火炎研磨方法として非常に効果的な方法である。
ある。
明図である。
素バーナー、 4 補助加熱用酸水素バーナー、 5
出発石英ロッド、 6 回転チャック、 7主棒、 8
ピン、 9 スート合成用酸水素バーナー、 10
多孔質母材(スート)。
Claims (7)
- 【請求項1】 回転するガラス母材表面を該ガラス母材
と相対的に鉛直方向に移動する酸水素炎にて火炎研磨す
る方法において、上記ガラス母材の外径に合わせて、該
母材外径より細い部分では移動速度を速くし、母材先端
及び支持棒に付着している未焼結ススは移動速度10〜
100m/分の範囲として透明化することを特徴とする
ガラス母材の火炎研磨方法。 - 【請求項2】 回転するガラス母材表面を該ガラス母材
と相対的に鉛直方向に移動する酸水素炎にて火炎研磨す
る方法において、移動速度及び酸水素炎の酸水素流量を
同時に変化させ、上記ガラス母材の外径に合わせて、該
母材外径より細い部分では移動速度を速くし、母材先端
及び支持棒に付着している未焼結ススは移動速度10〜
100m/分の範囲として透明化することを特徴とする
ガラス母材の火炎研磨方法。 - 【請求項3】 回転するガラス母材表面を該ガラス母材
と相対的に鉛直方向に移動する酸水素炎にて火炎研磨す
る方法において、火炎研磨用酸水素バーナがガラス母材
中心軸に垂直な平面にガラス母材表面に向けて火炎が噴
出するよう配置した複数本の酸水素バーナからなる第1
のバーナ群と、ガラス母材中心軸に垂直な平面に配置さ
せた複数本の酸水素バーナからなる第2のバーナ群とを
用い、第1のバーナ群及び第2のバーナ群を連動して、
又は両者を独立に移動させて火炎研磨処理することを特
徴とするガラス母材の火炎研磨方法。 - 【請求項4】 上記移動の速度を変化させて火炎研磨処
理することを特徴とする請求項3に記載のガラス母材の
火炎研磨方法。 - 【請求項5】 上記酸水素炎の酸水素流量を変化させて
火炎研磨処理することを特徴とする請求項3記載のガラ
ス母材の火炎研磨方法。 - 【請求項6】 上記移動の速度及び酸水素炎の酸水素流
量を同時に変化させて火炎研磨処理することを特徴とす
る請求項3に記載のガラス母材の火炎研磨方法。 - 【請求項7】 回転するガラス母材表面を該ガラス母材
と相対的に移動する酸水素火炎にて火炎研磨する方法に
おいて、該ガラス母材を鉛直方向に保持し、該保持はガ
ラス母材の上端に予め接続してある支持棒のみをピンを
介してその下 端が嵌合構造をなす主棒に接続支持するも
のであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のい
ずれかに記載のガラス母材の火炎研磨方法。
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