JP3637834B2 - 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
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散補償ファイバ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。
【０００２】
【従来の技術】
分散補償ファイバ用等の光ファイバ母材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ＶＡＤ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。
【０００３】
この製造工程のうち、クラッド用パイプを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〜４０ｍｍ程度となる。
【０００４】
この延伸工程では、クラッド用パイプを加熱するので、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。
【０００５】
また、クラッド用パイプの延伸のための加熱は、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。
【０００６】
ダミーパイプ又はダミーロッドはガラス旋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６５ｍｍ、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。
【０００７】
また、クラッド用パイプの両端へのダミー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〜２０ｍｍ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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、接合箇所で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。
【０００９】
本発明は、上述した問題点を解消し、ガラ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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラスパイプの接合方法は、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。
【００１１】
また、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もある。
【００１２】
また、本発明にかかる光ファイバ母材用ガ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〜２０ｍｍ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。
【００１３】
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。
【００１４】
その後、該クラッド用パイプの両端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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のガラスパイプの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。
【００１６】
まず、図１（Ａ）の場合のガラスパイプの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。
【００１７】
そして、第一ガラスパイプ１の他方の端面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。
【００１８】
次いで、ガラス旋盤のチャックを軸周りに回転させて、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。
【００１９】
また図１（Ｂ）に示すように、酸水素火炎バーナ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４ｂ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。
【００２０】
クラッド用パイプ等の第一ガラスパイプ１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。
【００２１】
次いで、ガラス旋盤のチャックを軸周りに回転させて、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。
【００２２】
第一ガラスパイプ１及びガラスロッド５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、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。
【００２３】
また、第一ガラスパイプ１とガラスロッド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。
【００２４】
以上のようにして、ダミーパイプ等の第二ガラスパイプ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。
【００２５】
そして、軸周りに回転する第一ガラスパイプ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３０ｍｍ〜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。
【００２６】
以上、図１（Ｃ）及び図２では、クラッド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。
【００２７】
【実施例】
ＶＡＤ法にて製造したガラス微粒子堆積体を脱水・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１２００ｍｍ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。
【００２８】
そして、チャックを回転させてクラッド用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、８０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。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のガラスパイプの接合方法は、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。
【００３０】
また、第一ガラスパイプとガラスロッドとの接合時には、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラスパイプの接合方法を説明する図であって、（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。
【図２】クラッド用パイプの延伸工程を説明する正面図である。
【符号の説明】
１：第一ガラスパイプ
１ａ：孔
２：第二ガラスパイプ
２ａ：孔
３：ガス配管
３ａ、３ｂ：ガス供給キャップ
３ｃ：キャップ結合部
４：酸水素火炎バーナ
４ａ：火炎
４ｂ：ガス噴出口
５：ガラスロッド
６：チャック
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散補償ファイバ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。
【０００２】
【従来の技術】
分散補償ファイバ用等の光ファイバ母材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ＶＡＤ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。
【０００３】
この製造工程のうち、クラッド用パイプを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〜４０ｍｍ程度となる。
【０００４】
この延伸工程では、クラッド用パイプを加熱するので、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。
【０００５】
また、クラッド用パイプの延伸のための加熱は、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。
【０００６】
ダミーパイプ又はダミーロッドはガラス旋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６５ｍｍ、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。
【０００７】
また、クラッド用パイプの両端へのダミー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〜２０ｍｍ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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、接合箇所で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。
【０００９】
本発明は、上述した問題点を解消し、ガラ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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラスパイプの接合方法は、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。
【００１１】
また、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もある。
【００１２】
また、本発明にかかる光ファイバ母材用ガ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〜２０ｍｍ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。
【００１３】
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。
【００１４】
その後、該クラッド用パイプの両端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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のガラスパイプの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。
【００１６】
まず、図１（Ａ）の場合のガラスパイプの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。
【００１７】
そして、第一ガラスパイプ１の他方の端面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。
【００１８】
次いで、ガラス旋盤のチャックを軸周りに回転させて、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。
【００１９】
また図１（Ｂ）に示すように、酸水素火炎バーナ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４ｂ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。
【００２０】
クラッド用パイプ等の第一ガラスパイプ１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。
【００２１】
次いで、ガラス旋盤のチャックを軸周りに回転させて、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。
【００２２】
第一ガラスパイプ１及びガラスロッド５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、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。
【００２３】
また、第一ガラスパイプ１とガラスロッド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。
【００２４】
以上のようにして、ダミーパイプ等の第二ガラスパイプ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。
【００２５】
そして、軸周りに回転する第一ガラスパイプ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３０ｍｍ〜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。
【００２６】
以上、図１（Ｃ）及び図２では、クラッド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。
【００２７】
【実施例】
ＶＡＤ法にて製造したガラス微粒子堆積体を脱水・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１２００ｍｍ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。
【００２８】
そして、チャックを回転させてクラッド用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、８０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。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のガラスパイプの接合方法は、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。
【００３０】
また、第一ガラスパイプとガラスロッドとの接合時には、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラスパイプの接合方法を説明する図であって、（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。
【図２】クラッド用パイプの延伸工程を説明する正面図である。
【符号の説明】
１：第一ガラスパイプ
１ａ：孔
２：第二ガラスパイプ
２ａ：孔
３：ガス配管
３ａ、３ｂ：ガス供給キャップ
３ｃ：キャップ結合部
４：酸水素火炎バーナ
４ａ：火炎
４ｂ：ガス噴出口
５：ガラスロッド
６：チャック
Claims (7)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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〜２０ｍｍ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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