JP3830122B2 - 光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法 - Google Patents
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- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ用プリフォーム（以下、単にプリフォームという）の端部を光ファイバの線引きに都合のよい形状に絞り加工する端部絞り方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用石英ガラス母材は、ＶＡＤ法等によりガラス微粒子を堆積したスート体を塩素系ガス雰囲気中で脱水し、さらに不活性ガス雰囲気中で焼結して透明ガラス化することにより製造される。この石英ガラス母材の直径は、通常φ１１０〜２００ｍｍであるが、実際に光ファイバの線引きに好ましく用いられるプリフォームの直径は、φ３０〜８０ｍｍである。
このため大径の石英ガラス母材は、一次延伸して線引きに都合のよい製品直径（φ３０〜８０ｍｍ）より３〜５ｍｍ太い径まで縮径し、さらに二次延伸して所定の製品直径に縮径しプリフォームとされる。
【０００３】
外径がφ１００ｍｍを超える大径の石英ガラス母材の一次延伸は、火炎バーナーでは熱量が不足するため、通常、電気炉を備えた延伸装置で行われる。延伸は、例えば図４に示すように、電気炉１の上部から石英ガラス母材２を約２０００℃に加熱された炉内に垂下し、延伸チャック３またはローラーで挟持して、延伸、縮径しつつ炉の下方からプリフォーム４を連続的に引き取ることにより行われる。この一次延伸加工品の直径は、製品直径より５〜１０％太く設定される。
縮径されたプリフォームは、さらにガラス旋盤を用いて二次延伸加工され、精密に製品直径に整えられる。
【０００４】
図５にガラス旋盤の構造を示す。ガラス旋盤は、プロパンや水素の燃焼ガス、酸素を助燃ガスとする燃焼火炎によりプリフォーム４を軟化させ、牽引して所定の直径に加工するものである。プリフォームを挟持する一方のチャックは固定され、他方のチャック５は可動で牽引力が作用する。チャックに挟持されたプリフォームは、バーナー６で加熱しながらテールストック７を徐々に引っ張り方向に移動することで延伸され、目標の外径に加工される。
【０００５】
プリフォームは、光ファイバへの線引きに先立ち、両端もしくは一端が線引きに都合のよい形状に加工される。端部を図６に示すような絞り形状に予め加工しておくことで、線引きの開始に要する時間が短縮され、かつ材料ロスの低減が達成される。
絞り形状は、線引き工程での使い易さという観点からは、先端が緩やかに細くなっていることが望ましいが、材料ロスの低減という観点からは、絞り部分が短い方がよく、通常、絞り部分の長さ（絞り長さ）はプリフォームの外径とほぼ同じ長さとされる。
【０００６】
プリフォーム端部の絞り形状の加工は、バーナーのガス量を調節しながら、テールストックを移動してプリフォームの一部を徐々に細くしていき、最後に火炎を細く絞って火炎温度を上げ溶断している。この作業は、個々のバーナーに火力差（個体差）があったり、プリフォームの軟化時間にバラツキがあるため、作業員がガラス旋盤につきっきりで、個々のバーナーのガス量やテールストックの移動速度を調節したりして操作していた。このため、絞り加工工程の省力化が困難であるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、作業員がガラス旋盤につきっきりで、バーナーのガス量やテールストックの移動速度を調節する必要のない絞り加工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ガラス旋盤に取り付けられたプリフォームをバーナーで加熱して絞り形状に溶断するに際し、加工処理の各工程における経過時間を基準にして、バーナーの位置やテールストックの移動速度を制御することにより、プリフォーム端部の絞り形状をガラス旋盤で自動制御できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
本発明のプリフォームの端部絞り方法は、ガラス旋盤を用いてのプリフォームの端部絞り加工において、各工程は予備加熱工程、一次延伸工程、二次加熱工程、二次延伸工程および溶断工程からなり、二次加熱工程は、延伸された細径部の中心よりやや内側にバーナーを移動し、火炎を細くして加熱することにより行われる。
プリフォームの端部絞り加工は、予備加熱工程、一次延伸工程、二次加熱工程、二次延伸工程および溶断工程の各工程における経過時間に基づいて、バーナーに供給するガス量、バーナーの位置、可動チャックもしくはテールストックの移動速度が制御される。
溶断工程においては、所定の形状に絞り加工後、捻りを加えながら溶断してもよい。また、バーナー火炎に代えてレーザー光を用いて溶断してもよい。なお、本明細書において、プリフォームの端部絞りには、プリフォームに加え、直径が１００ｍｍ以下の石英ガラス母材も含まれる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の端部絞り方法についてプリフォームを例に説明するが、石英ガラス母材を端部絞り加工する場合も同様である。
図１は、本発明のプリフォームの端部絞り加工に用いられるガラス旋盤の一例である。プリフォーム４は可動チャック５と固定チャック８との間に取り付けられ、これを加熱するバーナー６は、両チャックを結ぶ軸線と平行に配設されたすべりねじ９に沿って移動自在に組み付けられ、プリフォーム４に沿って、エンコーダー１０付き駆動モーター１１でチェーン１２やギヤ等を介して駆動される。バーナー６に供給されるガス量は、マスフローコントローラー１３で調整される。テールストック７も同様に、モーターでチェーンやギヤ等を介して駆動される。これらの移動距離や速度、バーナーのガス量はコンピューターで制御される。
【００１１】
本発明の端部絞り方法は、バーナーに供給されるガス量やバーナーの位置およびテールストックの移動速度が、各工程における経過時間に基づいて設定されている。プリフォームは、時間の経過とともに順次設定された条件にしたがって自動制御され、端部の絞り形状加工がなされる。
【００１２】
端部絞りの工程は、図２に示すように、バーナーの火炎でプリフォームを軟化温度近くまで加熱する予備加熱の工程１と、バーナーで加熱しながらテールストックを移動することで、プリフォームの加熱部を細く一次延伸する工程２と、延伸された細径部の中心よりやや内側（図における左方）にバーナーを移動し、火炎を細くして二次加熱する工程３と、さらにテールストックを移動することでプリフォームの加熱部を細く二次延伸する工程４と、最後に、細く絞った火炎で細径部を吹き飛ばして溶断する工程５からなっている。図３は、図２の溶断工程５において、バーナー火炎に代えてレーザー光を用いて溶断する例を示したものであり、１〜４の工程を経て所定の形状に絞り加工されたプリフォームの端部は、プリフォームの軸線に対して垂直にレーザー光を走査させることで溶断される。なお、プリフォームの端部を溶断する際、ガラス旋盤の可動チャックと固定チャックを同方向に等速回転させつつ、あるいは回転速度を変えてもしくは一方の回転を停止してプリフォームの溶断部に捻りを加えつつ溶断することもできる。
【００１３】
これらの工程は、経過時間に基づいて、テールストックやバーナーを移動させる駆動モーターの速度、およびバーナーの位置やガス量を連続的に変化させることもできるが、条件設定が難しいため、それぞれ別個に条件設定し、これらの条件を組み合わせて制御する方が容易である。
各工程は、検出されたテールストックの移動量によって次の工程に移行する。また、それぞれの工程で設定される条件は、プリフォームの外径によって最適化される。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
外径６０ｍｍのプリフォームをガラス旋盤の両チャック間にセットし、燃焼ガスに水素、助燃ガスに酸素を用い、先混合方式のバーナーで、絞り形状加工を行った。バーナーは酸素の出口を、同芯に設けられた内側と外側の二系統に分けたものを用いた。テールストックの駆動には２００ＷのＡＣサーボモーターを使用し、モーターの移動速度は常時フィードバックして制御し、設定された速度に精密に調節される。バーナーに供給されるガス量は、マスフローコントローラーを介して制御されている。経過時間のカウント、次工程への移行のタイミング、テールストック駆動用のモーター速度、バーナーの位置、ガス量はコンピューターで制御される。各工程の経過時間に従い、あらかじめ設定された値に合わせるように制御される。表１に設定した条件を示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】
加工されたプリフォームの絞り形状は、外径６０ｍｍに対して絞り部の長さが６１ｍｍで円錐形をなし、良好な形状とすることができた。
絞り加工は、作業者がガラス旋盤を操作することなく、絞り加工に要した時間も僅か１２分で完全に自動で行うことができた。
【００１７】
（比較例１）
実施例１と同様に、外径６０ｍｍのプリフォームをガラス旋盤にセットし、作業者がガラスの軟化状態とプリフォームの絞り形状を目視しながら、バーナーのガス量をバルブの絞り具合で調節しながら、バーナーの位置やテールストックを動かして、絞り形状加工を行った。
予備加熱から溶断までに要した作業時間は１３．５分であり、絞り部の長さも６３ｍｍで良好な形状が得られたが、この間、熟練した作業者が、旋盤につきっきりで操作しなければならなかった。
【００１８】
【発明の効果】
上記したように本発明は、ガラス旋盤によるプリフォーム端部の絞り加工を、バーナーやガラス旋盤の個体差に影響されず、安定して自動で行うことができ、良好な絞り形状を再現性良く作ることができた。さらに、ガラス旋盤加工工程の省人化が達成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明で用いるガラス旋盤の一例を示す概略正面図である。
【図２】 プリフォーム端部の絞り加工の一例を工程順に示す概略説明図である。
【図３】 プリフォーム端部の絞り加工の他の例を工程順に示す概略説明図である。
【図４】 母材を延伸してプリフォームとする延伸装置の正面図である。
【図５】 従来のガラス旋盤の正面図である。
【図６】 プリフォーム端部の絞り形状を示す正面図である。
【符号の説明】
１・・・電気炉
２・・・石英ガラス母材
３・・・延伸チャック
４・・・プリフォーム
５・・・可動チャック
６・・・バーナー
７・・・テールストック
８・・・固定チャック
９・・・すべりねじ
１０・・・エンコーダー
１１・・・駆動モーター
１２・・・チェーン
１３・・・マスフローコントローラ
１４・・・ダミー棒
１５・・・レーザーノズル
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ用プリフォーム（以下、単にプリフォームという）の端部を光ファイバの線引きに都合のよい形状に絞り加工する端部絞り方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ用石英ガラス母材は、ＶＡＤ法等によりガラス微粒子を堆積したスート体を塩素系ガス雰囲気中で脱水し、さらに不活性ガス雰囲気中で焼結して透明ガラス化することにより製造される。この石英ガラス母材の直径は、通常φ１１０〜２００ｍｍであるが、実際に光ファイバの線引きに好ましく用いられるプリフォームの直径は、φ３０〜８０ｍｍである。
このため大径の石英ガラス母材は、一次延伸して線引きに都合のよい製品直径（φ３０〜８０ｍｍ）より３〜５ｍｍ太い径まで縮径し、さらに二次延伸して所定の製品直径に縮径しプリフォームとされる。
【０００３】
外径がφ１００ｍｍを超える大径の石英ガラス母材の一次延伸は、火炎バーナーでは熱量が不足するため、通常、電気炉を備えた延伸装置で行われる。延伸は、例えば図４に示すように、電気炉１の上部から石英ガラス母材２を約２０００℃に加熱された炉内に垂下し、延伸チャック３またはローラーで挟持して、延伸、縮径しつつ炉の下方からプリフォーム４を連続的に引き取ることにより行われる。この一次延伸加工品の直径は、製品直径より５〜１０％太く設定される。
縮径されたプリフォームは、さらにガラス旋盤を用いて二次延伸加工され、精密に製品直径に整えられる。
【０００４】
図５にガラス旋盤の構造を示す。ガラス旋盤は、プロパンや水素の燃焼ガス、酸素を助燃ガスとする燃焼火炎によりプリフォーム４を軟化させ、牽引して所定の直径に加工するものである。プリフォームを挟持する一方のチャックは固定され、他方のチャック５は可動で牽引力が作用する。チャックに挟持されたプリフォームは、バーナー６で加熱しながらテールストック７を徐々に引っ張り方向に移動することで延伸され、目標の外径に加工される。
【０００５】
プリフォームは、光ファイバへの線引きに先立ち、両端もしくは一端が線引きに都合のよい形状に加工される。端部を図６に示すような絞り形状に予め加工しておくことで、線引きの開始に要する時間が短縮され、かつ材料ロスの低減が達成される。
絞り形状は、線引き工程での使い易さという観点からは、先端が緩やかに細くなっていることが望ましいが、材料ロスの低減という観点からは、絞り部分が短い方がよく、通常、絞り部分の長さ（絞り長さ）はプリフォームの外径とほぼ同じ長さとされる。
【０００６】
プリフォーム端部の絞り形状の加工は、バーナーのガス量を調節しながら、テールストックを移動してプリフォームの一部を徐々に細くしていき、最後に火炎を細く絞って火炎温度を上げ溶断している。この作業は、個々のバーナーに火力差（個体差）があったり、プリフォームの軟化時間にバラツキがあるため、作業員がガラス旋盤につきっきりで、個々のバーナーのガス量やテールストックの移動速度を調節したりして操作していた。このため、絞り加工工程の省力化が困難であるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、作業員がガラス旋盤につきっきりで、バーナーのガス量やテールストックの移動速度を調節する必要のない絞り加工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ガラス旋盤に取り付けられたプリフォームをバーナーで加熱して絞り形状に溶断するに際し、加工処理の各工程における経過時間を基準にして、バーナーの位置やテールストックの移動速度を制御することにより、プリフォーム端部の絞り形状をガラス旋盤で自動制御できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
本発明のプリフォームの端部絞り方法は、ガラス旋盤を用いてのプリフォームの端部絞り加工において、各工程は予備加熱工程、一次延伸工程、二次加熱工程、二次延伸工程および溶断工程からなり、二次加熱工程は、延伸された細径部の中心よりやや内側にバーナーを移動し、火炎を細くして加熱することにより行われる。
プリフォームの端部絞り加工は、予備加熱工程、一次延伸工程、二次加熱工程、二次延伸工程および溶断工程の各工程における経過時間に基づいて、バーナーに供給するガス量、バーナーの位置、可動チャックもしくはテールストックの移動速度が制御される。
溶断工程においては、所定の形状に絞り加工後、捻りを加えながら溶断してもよい。また、バーナー火炎に代えてレーザー光を用いて溶断してもよい。なお、本明細書において、プリフォームの端部絞りには、プリフォームに加え、直径が１００ｍｍ以下の石英ガラス母材も含まれる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の端部絞り方法についてプリフォームを例に説明するが、石英ガラス母材を端部絞り加工する場合も同様である。
図１は、本発明のプリフォームの端部絞り加工に用いられるガラス旋盤の一例である。プリフォーム４は可動チャック５と固定チャック８との間に取り付けられ、これを加熱するバーナー６は、両チャックを結ぶ軸線と平行に配設されたすべりねじ９に沿って移動自在に組み付けられ、プリフォーム４に沿って、エンコーダー１０付き駆動モーター１１でチェーン１２やギヤ等を介して駆動される。バーナー６に供給されるガス量は、マスフローコントローラー１３で調整される。テールストック７も同様に、モーターでチェーンやギヤ等を介して駆動される。これらの移動距離や速度、バーナーのガス量はコンピューターで制御される。
【００１１】
本発明の端部絞り方法は、バーナーに供給されるガス量やバーナーの位置およびテールストックの移動速度が、各工程における経過時間に基づいて設定されている。プリフォームは、時間の経過とともに順次設定された条件にしたがって自動制御され、端部の絞り形状加工がなされる。
【００１２】
端部絞りの工程は、図２に示すように、バーナーの火炎でプリフォームを軟化温度近くまで加熱する予備加熱の工程１と、バーナーで加熱しながらテールストックを移動することで、プリフォームの加熱部を細く一次延伸する工程２と、延伸された細径部の中心よりやや内側（図における左方）にバーナーを移動し、火炎を細くして二次加熱する工程３と、さらにテールストックを移動することでプリフォームの加熱部を細く二次延伸する工程４と、最後に、細く絞った火炎で細径部を吹き飛ばして溶断する工程５からなっている。図３は、図２の溶断工程５において、バーナー火炎に代えてレーザー光を用いて溶断する例を示したものであり、１〜４の工程を経て所定の形状に絞り加工されたプリフォームの端部は、プリフォームの軸線に対して垂直にレーザー光を走査させることで溶断される。なお、プリフォームの端部を溶断する際、ガラス旋盤の可動チャックと固定チャックを同方向に等速回転させつつ、あるいは回転速度を変えてもしくは一方の回転を停止してプリフォームの溶断部に捻りを加えつつ溶断することもできる。
【００１３】
これらの工程は、経過時間に基づいて、テールストックやバーナーを移動させる駆動モーターの速度、およびバーナーの位置やガス量を連続的に変化させることもできるが、条件設定が難しいため、それぞれ別個に条件設定し、これらの条件を組み合わせて制御する方が容易である。
各工程は、検出されたテールストックの移動量によって次の工程に移行する。また、それぞれの工程で設定される条件は、プリフォームの外径によって最適化される。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
外径６０ｍｍのプリフォームをガラス旋盤の両チャック間にセットし、燃焼ガスに水素、助燃ガスに酸素を用い、先混合方式のバーナーで、絞り形状加工を行った。バーナーは酸素の出口を、同芯に設けられた内側と外側の二系統に分けたものを用いた。テールストックの駆動には２００ＷのＡＣサーボモーターを使用し、モーターの移動速度は常時フィードバックして制御し、設定された速度に精密に調節される。バーナーに供給されるガス量は、マスフローコントローラーを介して制御されている。経過時間のカウント、次工程への移行のタイミング、テールストック駆動用のモーター速度、バーナーの位置、ガス量はコンピューターで制御される。各工程の経過時間に従い、あらかじめ設定された値に合わせるように制御される。表１に設定した条件を示す。
【００１５】
【表１】
加工されたプリフォームの絞り形状は、外径６０ｍｍに対して絞り部の長さが６１ｍｍで円錐形をなし、良好な形状とすることができた。
絞り加工は、作業者がガラス旋盤を操作することなく、絞り加工に要した時間も僅か１２分で完全に自動で行うことができた。
【００１７】
（比較例１）
実施例１と同様に、外径６０ｍｍのプリフォームをガラス旋盤にセットし、作業者がガラスの軟化状態とプリフォームの絞り形状を目視しながら、バーナーのガス量をバルブの絞り具合で調節しながら、バーナーの位置やテールストックを動かして、絞り形状加工を行った。
予備加熱から溶断までに要した作業時間は１３．５分であり、絞り部の長さも６３ｍｍで良好な形状が得られたが、この間、熟練した作業者が、旋盤につきっきりで操作しなければならなかった。
【００１８】
【発明の効果】
上記したように本発明は、ガラス旋盤によるプリフォーム端部の絞り加工を、バーナーやガラス旋盤の個体差に影響されず、安定して自動で行うことができ、良好な絞り形状を再現性良く作ることができた。さらに、ガラス旋盤加工工程の省人化が達成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明で用いるガラス旋盤の一例を示す概略正面図である。
【図２】 プリフォーム端部の絞り加工の一例を工程順に示す概略説明図である。
【図３】 プリフォーム端部の絞り加工の他の例を工程順に示す概略説明図である。
【図４】 母材を延伸してプリフォームとする延伸装置の正面図である。
【図５】 従来のガラス旋盤の正面図である。
【図６】 プリフォーム端部の絞り形状を示す正面図である。
【符号の説明】
１・・・電気炉
２・・・石英ガラス母材
３・・・延伸チャック
４・・・プリフォーム
５・・・可動チャック
６・・・バーナー
７・・・テールストック
８・・・固定チャック
９・・・すべりねじ
１０・・・エンコーダー
１１・・・駆動モーター
１２・・・チェーン
１３・・・マスフローコントローラ
１４・・・ダミー棒
１５・・・レーザーノズル
Claims (8)
- ガラス旋盤を用いての光ファイバ用プリフォームの端部絞り加工において、各工程が予備加熱工程、一次延伸工程、二次加熱工程、二次延伸工程および溶断工程からなり、前記二次加熱工程が延伸された細径部の中心よりやや内側（プリフォーム本体側）にバーナーを移動し、火炎を細くして加熱することを特徴とする光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法。
- 前記端部絞り加工において、各工程における経過時間に基づいて、バーナーに供給するガス量、バーナーの位置及び可動チャックもしくはテールストックの移動速度を制御する請求項１に記載の光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法。
- 前記予備加熱工程において、該工程での経過時間に基づいて、バーナーに供給するガス量を制御する請求項１に記載の光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法。
- 前記延伸工程において、該工程での経過時間に基づいて、バーナーに供給するガス量、バーナーの位置及び可動チャックもしくはテールストックの移動速度を制御する請求項１に記載の光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法。
- 前記二次加熱工程において、該工程での経過時間に基づいて、バーナーに供給するガス量及びバーナーの位置を制御する請求項１に記載の光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法。
- 前記溶断工程において、該工程での経過時間に基づいて、バーナーに供給するガス量、バーナーの位置及び可動チャックもしくはテールストックの移動速度を制御する請求項１に記載の光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法。
- 前記溶断工程において、所定の形状に絞り加工後、捻りを加えながら溶断する請求項１又は６に記載の光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法。
- 前記溶断工程において、所定の形状に絞り加工後、レーザー光を用いて溶断する請求項１、６又は７のいずれかに記載の光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25591499A JP3830122B2 (ja) | 1998-11-05 | 1999-09-09 | 光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-314564 | 1998-11-05 | ||
| JP31456498 | 1998-11-05 | ||
| JP25591499A JP3830122B2 (ja) | 1998-11-05 | 1999-09-09 | 光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000203864A JP2000203864A (ja) | 2000-07-25 |
| JP3830122B2 true JP3830122B2 (ja) | 2006-10-04 |
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ID=26542468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25591499A Expired - Fee Related JP3830122B2 (ja) | 1998-11-05 | 1999-09-09 | 光ファイバ用プリフォームの端部絞り方法 |
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| JP6911331B2 (ja) * | 2016-11-14 | 2021-07-28 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス管の製造方法 |
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1999
- 1999-09-09 JP JP25591499A patent/JP3830122B2/ja not_active Expired - Fee Related
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