JP4032226B2 - 光ファイバプリフォームの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバプリフォームの製造方法に関し、さらに詳しくは、ガラス素材を穿孔治具により穿孔してガラスパイプを形成した後、ガラスパイプの内部にガラスロッドを一体化させる光ファイバプリフォームの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進歩に伴い、光ファイバの利用が高まってきている。光ファイバの主な製造方法としては、ＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：気相軸付法）、ＯＶＤ法（Ｏｕｔｅｒ Ｖａｐｏｒｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：外付け法）、ＭＣＶＤ法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：内付法）がある。
【０００３】
通常はプリフォームと呼ばれる成形体を高速で線引きすることによって所望の口径の光ファイバを得るという方法がとられている。従って、光ファイバの形状は、プリフォームの形状および品質をそのまま引き継いでしまうため、プリフォームの形成に際しては、極めて高精度の形状および品質制御が求められている。
【０００４】
例えばＭＣＶＤ法は、ガラス管からなる内付け用パイプの内壁にガラス微粒子（すす）を堆積する方法であるが、このガラス管はそのまま用いられるため、非円率および偏心率が小さく、肉厚が均一で、特性の優れたものである必要がある。非円率または偏心率の大きなガラス管から作製された光ファイバは偏波分散（ＰＭＤ）が大きな値となってしまう。
【０００５】
従来、加熱したガラスインゴットに炭素ドリルを回転しつつ押し付けることにより、石英パイプを形成する熱間炭素ドリル圧入法が提案されている（特開平７−１０９１３５号）。
【０００６】
また、この他、円柱状の石英ガラスロッドを回転させながら、先端を加熱軟化させ、ロッド先端面の中心部に穿孔用部材の先鋭端を係合させてこの先鋭端の周縁を穿孔用部材に対して回転し、引き抜く方法も提案されている（特許第２７９８４６５号）。
【０００７】
ピアッシングと呼ばれるこれらの方法では、炭素ドリルとガラスインゴットを、その長手方向の軸を中心に、相対的に回転させながらガラスインゴットの孔あけを行うものであるから、形成された孔の断面形状は単一の円対称な形状、すなわち円形となる。この円形の孔に光ファイバのコアとなるべきガラスロッドを挿入し、ロッドインコラプス法によってガラスパイプと一体化させてプリフォームを形成する。このとき、ガラスパイプとガラスロッドとの間隙は、ガラスパイプが内方に収縮することによって完全に埋められる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のピアッシング方法では、偏波保持ファイバに見られるような、応力付与部を設けるための孔をプリフォームに形成する場合、コア用のガラスロッドを挿入する孔とは別に、孔あけを行う必要があった。
さらに、この孔あけはドリルによる冷間切削加工によって行われていたため、ガラスパイプにクラックを生じさせたり、加工した孔の内表面が粗くなってしまうという問題があった。さらに、孔の内表面に切削屑等が付着してしまうため、孔あけ後に洗浄しなければならず、作業工数が多くなってしまうという問題があった。
また、冷間ドリル加工では、切削された部分のガラスはガラスパイプとして利用されないため、製品化による材料の歩留が悪化するという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ピアッシングによってガラス素材に形成した貫通孔の一部を、ガラスパイプのコラプス後に残すことができ、偏波保持ファイバやホーリーファイバの製造に利用可能なプリフォームを得ることができる光ファイバプリフォームの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の請求項１に係る光ファイバプリフォームの製造方法は、ガラス素材を加熱しつつ、ガラス素材に穿孔治具を圧入させて貫通孔を形成してガラスパイプとし、貫通孔にガラスロッドを挿入した状態で、ガラスパイプを加熱してガラスパイプとガラスロッドとを一体化させるとき、貫通孔の断面形状を連続した非円形とし、かつ、ガラスパイプとガラスロッドとの間に、貫通孔の一部を残すことを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、加熱したガラス素材に穿孔治具を圧入することによって形成した非円断面の貫通孔の一部が残った状態でプリフォームが形成される。よって、ピアッシングによる一括穿孔によって、偏波保持ファイバ等のプリフォームに必要な貫通孔を形成することができる。
また、穿孔治具の圧入は、ガラス素材を加熱して軟化させた状態の熱間加工によって行われる。そのため、穿孔した貫通孔の内表面は、冷間のドリル加工のように切削屑が付着するようなことがなく、さらにクラックが発生することもないので、滑らかな表面状態を得ることができる。また、冷間ドリル加工と異なり、孔あけによる切削屑を発生させないので、ガラス素材の材料を有効に製品化することができ、材料の歩留を向上させることができる。
なお、本発明の光ファイバプリフォームの製造方法によって形成されたプリフォームは、ガラスパイプとガラスロッドとの間に、貫通孔の一部を貫通した状態で残すことが好ましいが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば長手方向の１箇所で貫通孔が塞がっているプリフォームを製造した場合も本発明に含まれる。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明の請求項２に係る光ファイバプリフォームの製造方法は、請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法であって、貫通孔を形成する際に、ガラス素材と穿孔治具とを、長手方向の同一軸を中心に回転させるとともに、その回転方向及び回転角速度を一致させることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、貫通孔を形成する際に、ガラス素材と穿孔治具とを同一軸を中心に同期させて回転させるので、穿孔治具の最外輪郭の形状と同じ断面を有する貫通孔を得ることができる。また、ガラス素材の加熱温度を円周方向に均一にすることができるとともに、加熱によって軟化したガラス素材が自重によって変形してしまうことを防止できるので、良好な加工精度を得ることができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明の請求項３に係る光ファイバプリフォームの製造方法は、請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法であって、ガラスパイプの外周を真円状に加工することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、穿孔後のガラスパイプの外周を真円状に加工するので、非円断面の貫通孔を形成したことによる外形の歪みを、例えば円筒研削盤によって研削して除去することができる。したがって、ガラスパイプの外径を所望の値に均一化させることができる。
なお、本発明における真円状とは、楕円率が１％以下であることを指す。楕円率は、
｛（長径−短径）／長径｝×１００（％）
によって定義される。
【００１６】
また、上記目的を達成するための本発明の請求項４に係る光ファイバプリフォームの製造方法は、請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法であって、貫通孔を形成する際に、ガラス素材の外周をダイスによって真円状に加工することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、加熱されたガラス素材の孔あけと同時に、あるいはその直後に、ガラスパイプの外周を例えばダイスによって真円状に加工する。よって、冷間切削加工を行わずに、非円断面の貫通孔を形成したことによる外形の歪みを除去することができ、ガラスパイプの外径を所望の値に均一化させることができる。
また、貫通孔を形成した後のガラスパイプに冷間研削加工を施す必要がないため、作業工程数を減らすことができるとともに、ガラス素材の材料を有効に製品化することができ、材料の歩留をさらに向上させることができる。
【００１８】
また、本発明に用いられる穿孔装置は、ガラス素材を加熱する加熱手段と、加熱手段によって加熱されたガラス素材を穿孔する穿孔治具とを有し、穿孔治具は、穿孔方向から見た最外輪郭が連続した非円形であることが好ましい。
【００１９】
この穿孔装置によれば、穿孔方向から見た穿孔治具の最外輪郭が、連続した非円形であるので、加熱したガラス素材に穿孔する孔の断面を非円形にすることができる。よって、ピアッシングによる一括穿孔によって、偏波保持ファイバ等のプリフォームに必要な貫通孔を形成することができる。
また、加熱して軟化させたガラス素材を熱間加工によって穿孔することができる。そのため、穿孔した貫通孔の内表面は、冷間のドリル加工のように切削屑が付着するようなことがなく、さらにクラックが発生することもないので、滑らかな表面状態を得ることができる。また、冷間ドリル加工と異なり、孔あけによる切削屑を発生させないので、ガラス素材の材料を有効に製品化することができ、材料の歩留を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る光ファイバプリフォームの製造方法の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。第１実施形態では、偏波保持ファイバのプリフォームについて述べる。
図１は、本発明の光ファイバプリフォームの製造に用いられる穿孔装置を示す概要図である。図２は、図１に示した穿孔装置に備えられた穿孔治具を示す斜視図、図３は、図２に示した穿孔治具の側面図、図４は、図２に示した穿孔治具の正面図である。図５は、図２に示した穿孔治具を用いてガラス素材に穿孔する状態を示した模式図、図６は、図２に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【００２１】
まず、第１実施形態に係る光ファイバプリフォームの製造方法に用いられる穿孔装置について説明する。
図１に示すように、本実施形態の穿孔装置１は、ガラスインゴット４０を加熱する加熱手段である加熱炉２と、加熱炉２の上流側に配置された上流側固定台３と、加熱炉２の下流側に配置された下流側固定台４とが設けられている。
【００２２】
上流側固定台３の上には、ガラス素材であるガラスインゴット４０の一端を把持して図中左右方向にスライド移動する第１移動テーブル５が備えられている。第１移動テーブル５は、所望の速度でスライドすることが可能であり、さらに、ガラスインゴット４０をチャッキングにより把持して、ガラスインゴット４０をその長手方向の軸を中心に回転させることが可能である。また、その回転方向や回転角速度を調整することもできる。
さらに、上流側固定台３の上には、ガラスインゴット４０の自重を支えるサポータ１６が備えられている。サポータ１６は、把持されたガラスインゴット４０の高さに合わせてその高さを変更でき、さらに上流側固定台３の上をガラスインゴット４０の軸方向にスライド可能である。また、サポータ１６の支承部分は、ガラスインゴット４０の軸回転を拘束することのないローラである。
【００２３】
また、下流側固定台４の上には、ガラス製ダミーパイプ１５の一端を把持するとともに、第１移動テーブル５の移動に合わせて図中左右方向にスライド移動が可能な第２移動テーブル６が備えられている。第２移動テーブル６は、把持されたダミーパイプ１５をその長手方向の軸を中心に回転させることが可能である。また、その回転方向や回転角速度は、第１移動テーブル５によるガラスインゴット４０の回転に合わせて調整される。
【００２４】
加熱炉２は誘電加熱方式の炉であり、コイル８に交流電流を流すことで発熱体９が発熱する。発熱体９は黒鉛であり、発熱体９の発熱によってガラスインゴット４０を加熱して軟化させる。また、加熱炉２の出口付近にはダイス１０が設けられている。このダイス１０は、ガラスインゴット４０に孔あけが行われるのとほぼ同時に、軟化しているガラスパイプの外径を所望の値に均一化させるものである。
【００２５】
ガラスインゴット４０は、第１移動テーブル５に把持されていない他端が、第２移動テーブル６によって把持されたダミーパイプ１５の他端と融着される。したがって、ガラスインゴット４０とダミーパイプ１５が、軸方向に一体になって加熱炉２の内部に導入された状態で、第１移動テーブル５と第２移動テーブル６とに把持される。
【００２６】
さらに、下流側固定台４の上には支持台７が設けられており、これによってガラスインゴット４０を穿孔するための穿孔治具２０が支持される。支持台７は、チャッキングにより穿孔治具２０を把持して、穿孔治具２０をその長手方向の軸を中心に回転させることが可能である。また、その回転方向や回転角速度を調整することもできる。
穿孔治具２０は、その回転軸が、第１移動テーブル５及び第２移動テーブル６に把持されたガラスインゴット４０の回転軸と一致するように配置される。さらに、下流側固定台４の上に備えられたサポータ１６により、穿孔治具２０の自重が支えられている。
【００２７】
図２及び図３に示すように、穿孔治具２０は、長尺で高剛性の軸棒２１と、軸棒２１の先端に設けられた穿孔部２２からなっている。また、穿孔部２２は、軸棒２１と一致した中心軸を有するロッド用穿孔部２３と、ロッド用穿孔部２３の周囲に配置された、軸棒２１の中心軸と平行な中心軸を有する２つの空間用穿孔部２４とから構成されている。ロッド用穿孔部２３と、空間用穿孔部２４はそれぞれ、前方側が円錐状に形成され、後方側が円柱状に形成されている。また、それぞれの円錐状部分は、頂点が穿孔方向に向かって形成され、さらにその底面から頂点までの長さが等しい。本実施形態におけるロッド用穿孔部２３の円柱部分の直径は８ｍｍであり、空間用穿孔部２４の円柱部分の直径は１８ｍｍである。
【００２８】
また、図４に示すように、穿孔治具２０を穿孔方向の前方から見た輪郭形状は、ロッド用穿孔部２３と、空間用穿孔部２４が連なった、非円形状になっている。そのため、穿孔治具２０によって形成する貫通孔の断面形状は、この輪郭形状と一致する、連続した非円形となる。
なお、穿孔部２２は、例えばカーボン等の、穿孔するガラスロッドの材料であるシリカの軟化温度で使用可能であって、シリカと化学反応することのない材料から形成されている。
【００２９】
次に、第１実施形態の光ファイバプリフォームの製造方法について説明する。
まず、ＶＡＤ法やＯＶＤ法などの方法により、円柱状のガラスインゴットを作製する。例えば、このガラスインゴットはシリカ（ＳｉＯ2）に０．３ｍｏｌ％の塩素（Ｃｌ）を含むガラスインゴットとし、直径を７４ｍｍ、長さを６００ｍｍとする。得られたガラスインゴットは、その外径が均一ではないため、外周部分を研削して均一外径に成形する。ここでは直径を７２ｍｍに研削する。
【００３０】
次に、外径を均一に研削したガラスインゴットを、上述した穿孔装置１を用いて穿孔し、ガラスパイプを形成する。
図１及び図５に示すように、加熱炉２内に導入したガラスインゴット４０を１７００℃程度まで加熱して軟化させながら、穿孔治具２０をガラスインゴット４０の端部から圧入する。このとき、ガラスインゴット４０の軟化した部分が自重により変形するのを防ぐため、前述した第１移動テーブル５及び第２移動テーブル６によってガラスインゴット４０を回転させる。さらに、ガラスインゴット４０の回転に合わせて、前述した支持部７によって穿孔治具２０を回転させる。つまり、穿孔治具２０は、ガラスインゴット４０の回転と回転方向及び回転角速度が一致した状態、すなわち同期した状態で回転する。ガラスインゴット４０と穿孔治具２０は相対的に回転していないので、穿孔部２２の最外輪郭形状と一致した断面形状を有する貫通孔４１を形成することができる。
【００３１】
また、ガラスインゴット４０に非円形断面の貫通孔４１を形成すると、穿孔部２２の形状によってガラスインゴット４０の外周が歪んで真円形状が崩れてしまう。そのため、ガラスパイプの外周を真円化するための加工を行う。
望ましくは、ガラスインゴット４０に貫通孔４１を形成するのとするのとほぼ同時に、ガラスインゴット４０の外形をダイス１０によって所望の外径に真円化させる。これによって、非円形の貫通孔４１を形成することによる外形の歪みを修正することができる。なお、本実施形態では、外径が７２ｍｍとなるように加工する。
また、ダイス１０による真円化を行わない場合には、ガラスインゴット４０の全体に貫通孔４１を形成し終えた後、例えば円筒研削盤によって均一な外径に研削して真円化することも可能である。
【００３２】
外径が均一のガラスパイプを作製した後は、再びこのガラスパイプを加熱して、長手方向に均一に延伸させ、さらに所望の長さに切断して分割する。本実施形態では、伸延後の外径が３６ｍｍとなるよう延伸し、４００ｍｍの長さに切断する。
【００３３】
ガラスパイプを作製する一方で、ガラスパイプと一体化させるコア用のガラスロッドを作製する。本実施形態では、まずＶＡＤ法により、中心部が、シリカ（ＳｉＯ2）に最大１２ｍｏｌ％の酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）を含むガラス体で、その外周が、ガラスパイプと同じ材質となるよう、シリカ（ＳｉＯ2）に０．３ｍｏｌ％の塩素（Ｃｌ）を含むガラス体となるような円柱状の母材を作製する。そして、この母材を外径が４．０ｍｍとなるよう延伸し、さらに長さが４５０ｍｍとなるよう切断して、コア用ガラスロッドとする。
【００３４】
次に、上述した４００ｍｍのガラスパイプの中央部、すなわち上述した穿孔治具２０のロッド用穿孔部２３によって穿孔した部分の中心に、上述した４５０ｍｍのコア用ガラスロッドを挿入する。さらに、ガラスパイプとガラスロッドの中心軸を一致させた状態でガラスパイプを加熱し、ロッドインコラプス法によってそれぞれを一体化させ、これをプリフォームとする。コラプスとは、ガラスパイプを加熱してその表面張力により内方に収縮させることである。ガラスパイプが内方に収縮すると、貫通孔も収縮して、ロッド用穿孔部２３によって穿孔した部分の内周が、ガラスロッドの外周と密着するように融着してそれぞれが一体化する。
なお、一体化する前に、六フッ化イオウ（ＳＦ6）ガス等を用いてガラスパイプの内面にエッチングを施しても良い。エッチングを施すことにより、穿孔加工時に付着する可能性のある不純物を除去可能である。
【００３５】
図６に示すように、以上の製造工程によって得られたプリフォーム４５は、上述した穿孔治具２０の空間用穿孔部２４によって穿孔した部分が、２つの貫通開口部４８として、貫通した状態で残っている。これに対して、ロッド用穿孔部２３によって穿孔した部分は、コラプスによってガラスパイプ４６が内方に収縮し、ガラスロッド４７によって完全に埋まっている。
本実施形態では、プリフォーム４５の外径は３５ｍｍであり、貫通開口部４８の内径は１０ｍｍである。また、ガラスロッド４７のコア（ＧｅＯ2−ＳｉＯ2）部分は直径が１．８ｍｍであり、外周（大部分はガラスパイプ４６と融着）の直径は４．０ｍｍである。
【００３６】
このプリフォーム４５を偏波保持光ファイバとするには、偏波を起こさせる応力付与部として、ボロンを含有した直径９．８ｍｍのガラスロッド（Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2）を貫通開口部４８に挿入してプリフォーム４５とともに加熱し、外径が１２５μｍになるよう線引きする。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る光ファイバプリフォームの製造方法の第２実施形態を図７〜図９に基づいて説明する。第２実施形態では、ホーリーファイバのプリフォームについて述べる。
図７は、図１に示した穿孔装置に備えられた穿孔治具を示す斜視図、図８は、図７に示した穿孔治具の正面図である。図９は、図７に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【００３８】
第２実施形態において用いられる穿孔装置は、第１実施形態の穿孔装置１とほぼ同一のものであり、説明を省略する。但し、穿孔治具として図７及び図８に示す穿孔治具３０が備えられている。
【００３９】
以下に、穿孔治具３０について説明する。
図７に示すように、穿孔治具３０は、長尺で高剛性の軸棒３１と、軸棒３１の先端に設けられた穿孔部３２からなっている。また、穿孔部３２は、軸棒３１と一致した中心軸を有するロッド用穿孔部３３と、ロッド用穿孔部３３の周囲に配置された、軸棒３１の中心軸と平行な中心軸を有する４つの空間用穿孔部３４とから構成されている。ロッド用穿孔部３３と、空間用穿孔部３４はそれぞれ、前方側が円錐状に形成され、後方側が円柱状に形成されている。また、それぞれの円錐状部分は、頂点が穿孔方向に向かって形成され、さらにその底面から頂点までの長さが等しい。本実施形態におけるロッド用穿孔部３３の円柱部分の直径は１１ｍｍであり、空間用穿孔部３４の円柱部分の直径は４ｍｍである。
【００４０】
また、図８に示すように、穿孔治具３０を穿孔方向の前方から見た輪郭形状は、ロッド用穿孔部３３と、空間用穿孔部３４が連なった、非円形状になっている。そのため、穿孔治具３０によって形成する貫通孔の断面形状は、この輪郭形状と一致する、連続した非円形となる。
なお、穿孔部３２は、例えばカーボン等の、穿孔するガラスロッドの材料であるシリカの軟化温度で使用可能であって、シリカと化学反応することのない材料から形成されている。
【００４１】
次に、第２実施形態の光ファイバプリフォームの製造方法について説明する。まず、ＶＡＤ法やＯＶＤ法などの方法により、円柱状のガラスインゴットを作製する。例えば、このガラスインゴットはシリカ（ＳｉＯ2）に１．２ｍｏｌ％のフッ素（Ｆ）を含むガラスインゴットとし、外周部分を均一外径に研削して、直径を７０ｍｍ、長さを５００ｍｍとする。
【００４２】
次に、外径を均一に研削したガラスインゴットを、上述した穿孔装置１を用いて穿孔し、ガラスパイプを形成する。
図１に示すように、加熱炉２内に導入したガラスインゴット５０を１６００℃程度まで加熱して軟化させながら、穿孔治具３０をガラスインゴット５０の端部から圧入する。このとき、第１実施形態と同様に、ガラスインゴット５０と穿孔治具３０とを、同期させて回転させる。したがって、穿孔部３２の最外輪郭形状と一致した断面形状を有する貫通孔を形成することができる。
さらに、第１実施形態と同様に、ガラスパイプの外周を真円化するための加工を行う。望ましくは、ダイス１０によって所望の外径に真円化させる。なお、本実施形態では、外径が７０ｍｍとなるように加工する。
【００４３】
外径が均一のガラスパイプを作製した後は、再びこのガラスパイプを加熱して、長手方向に均一に延伸させ、さらに所望の長さに切断して分割する。本実施形態では、伸延後の外径が３０ｍｍとなるよう延伸し、４００ｍｍの長さに切断する。
【００４４】
ガラスパイプを作製する一方、ガラスパイプと一体化させるコア用のガラスロッドを作製する。本実施形態では、まずＶＡＤ法により、中心部が、シリカ（ＳｉＯ2）に最大６ｍｏｌ％の酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）を含むガラス体である母材を作製する。そして、この母材を外径が４．７ｍｍとなるよう延伸し、さらに長さが４５０ｍｍとなるよう切断して、コア用ガラスロッドとする。
【００４５】
次に、上述した４００ｍｍのガラスパイプの中央部、すなわち上述した穿孔治具３０のロッド用穿孔部３３によって穿孔した部分の中心に、上述した４５０ｍｍのコア用ガラスロッドを挿入する。さらに、ガラスパイプとガラスロッドの中心軸を一致させた状態でガラスパイプを加熱し、ロッドインコラプス法によってそれぞれを一体化させ、これをプリフォームとする。
なお、一体化する前に、六フッ化イオウ（ＳＦ6）ガス等を用いてガラスパイプの内面にエッチングを施しても良い。
【００４６】
図９に示すように、以上の製造工程によって得られたプリフォーム５５は、上述した穿孔治具３０の空間用穿孔部３４によって穿孔した部分が、４つの貫通開口部５８として、貫通した状態で残っている。これに対して、ロッド用穿孔部３３によって穿孔した部分は、コラプスによってガラスパイプ５６が内方に収縮し、ガラスロッド５７によって完全に埋まっている。
本実施形態では、プリフォーム５５の外径は２９ｍｍであり、貫通開口部５８の内径は２ｍｍである。また、ガラスロッド５７は全体がコアであり、直径は４．７ｍｍである。
【００４７】
このプリフォーム５５をホーリーファイバとするには、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ロッドインコラプス法を用いて、プリフォーム５５の周囲に１．２ｍｏｌ％のフッ素（Ｆ）を含むガラスを合成させ、ガラスロッド５７の２１．６倍の外径を有するガラス体とした後、外径が１２５μｍになるよう線引きする。
【００４８】
なお、本発明において使用される穿孔治具は、上記の穿孔治具２０，３０に限定するものではない。例えば、穿孔方向から見た最外輪郭が、正三角形や正方形等の多角形であるなど、一括穿孔によって偏波保持ファイバやホーリーファイバに必要な貫通孔を形成でき得るものであれば良い。
【００４９】
図１０に示す穿孔治具６０は、（Ａ）に示すように穿孔方向から見た最外輪郭が正方形であり、（Ｂ）に示すように穿孔部６２の先端が四角錐の頂点となっている。軸棒６１は、中心軸が穿孔部６２の先端と一致する位置に設けられている。
この穿孔治具６０を用いてガラスロッドを穿孔した後、ロッドインコラプス法によりガラスロッドを一体化させて作成したプリフォームを、図１１に示す。
【００５０】
図１１に示すように、プリフォーム６５は、ホーリーファイバ用のプリフォームであり、上述した穿孔治具６０の穿孔部６２によって穿孔した貫通孔の一部分が、ガラスパイプ６６とガラスロッド６７との間に、４つの貫通開口部６８として、貫通した状態で残っている。
【００５１】
また、図１２に示す穿孔治具７０は、（Ａ）に示すように穿孔方向から見た最外輪郭が正三角形であり、（Ｂ）に示すように穿孔部７２の先端が三角錐の頂点となっている。軸棒７１は、中心軸が穿孔部７２の先端と一致する位置に設けられている。
この穿孔治具７０を用いてガラスロッドを穿孔した後、ロッドインコラプス法によりガラスロッドを一体化させて作成したプリフォームを、図１３に示す。
【００５２】
図１３に示すように、プリフォーム７５は、ホーリーファイバ用のプリフォームであり、上述した穿孔治具７０の穿孔部７２によって穿孔した貫通孔の一部分が、ガラスパイプ７６とガラスロッド７７との間に、３つの貫通開口部７８として、貫通した状態で残っている。
【００５３】
また、図１４に示す穿孔治具８０は、（Ａ）に示すように穿孔方向から見た最外輪郭が５つの頂点を有する星形であり、（Ｂ）に示すように穿孔部８２の先端が１つの頂点に集まった形状となっている。軸棒８１は、中心軸が穿孔部８２の先端と一致する位置に設けられている。
この穿孔治具８０を用いてガラスロッドを穿孔した後、ロッドインコラプス法によりガラスロッドを一体化させて作成したプリフォームを、図１５に示す。
【００５４】
図１５に示すように、プリフォーム８５は、ホーリーファイバ用のプリフォームであり、上述した穿孔治具８０の穿孔部８２によって穿孔した貫通孔の一部分が、ガラスパイプ８６とガラスロッド８７との間に、５つの貫通開口部８８として、貫通した状態で残っている。
【００５５】
また、図１６に示す穿孔治具９０は、（Ａ）に示すように穿孔方向から見た最外輪郭が円の外周に突出した８つの頂点を有する形状であり、（Ｂ）に示すように穿孔部９２の先端が１つの頂点に集まった形状となっている。軸棒９１は、中心軸が穿孔部９２の先端と一致する位置に設けられている。
この穿孔治具９０を用いてガラスロッドを穿孔した後、ロッドインコラプス法によりガラスロッドを一体化させて作成したプリフォームを、図１７に示す。
【００５６】
図１７に示すように、プリフォーム９５は、ホーリーファイバ用のプリフォームであり、上述した穿孔治具９０の穿孔部９２によって穿孔した貫通孔の一部分が、ガラスパイプ９６とガラスロッド９７との間に、８つの貫通開口部９８として、貫通した状態で残っている。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、加熱したガラス素材に穿孔治具を圧入することによって形成した非円断面の貫通孔の一部が残った状態でプリフォームが形成される。よって、ピアッシングによる一括穿孔によって、偏波保持ファイバ等のプリフォームに必要な貫通孔を形成することができる。
また、穿孔治具の圧入は、ガラス素材を加熱して軟化させた状態の熱間加工によって行われる。そのため、穿孔した貫通孔の内表面は、冷間のドリル加工のように切削屑が付着するようなことがなく、さらにクラックが発生することもないので、滑らかな表面状態を得ることができる。また、冷間ドリル加工と異なり、孔あけによる切削屑を発生させないので、ガラス素材の材料を有効に製品化することができ、材料の歩留を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバプリフォームの製造に用いられる穿孔装置を示す概要図である。
【図２】図１に示した穿孔装置に備えられた第１実施形態の穿孔治具を示す斜視図である。
【図３】図２に示した穿孔治具の側面図である。
【図４】図２に示した穿孔治具の正面図である。
【図５】図２に示した穿孔治具を用いてガラス素材に穿孔する状態を示した模式図である。
【図６】図２に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図７】図１に示した穿孔装置に備えられた第２実施形態の穿孔治具を示す斜視図である。
【図８】図７に示した穿孔治具の正面図である。
【図９】図７に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図１０】図１に示した穿孔装置に使用される穿孔治具の第１変形例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１１】図１０に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図１２】図１に示した穿孔装置に使用される穿孔治具の第２変形例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１３】図１２に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図１４】図１に示した穿孔装置に使用される穿孔治具の第３変形例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１５】図１４に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図１６】図１に示した穿孔装置に使用される穿孔治具の第４変形例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１７】図１６に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【符号の説明】
１ 穿孔装置
２ 加熱炉
３ 上流側固定台
４ 下流側固定台
５ 第１移動テーブル
６ 第２移動テーブル
７ 支持台
１０ ダイス
１５ ダミーパイプ
２０ 穿孔治具（第１実施形態）
２１ 軸棒
２２ 穿孔部
２３ ロッド用穿孔部
２４ 空間用穿孔部
３０ 穿孔治具（第２実施形態）
３１ 軸棒
３２ 穿孔部
３３ ロッド用穿孔部
３４ 空間用穿孔部
４０ ガラスインゴット（第１実施形態）
４１ 貫通孔
４５ プリフォーム（第１実施形態）
４６ ガラスパイプ
４７ ガラスロッド
４８ 貫通開口部
５０ ガラスインゴット（第２実施形態）
５５ プリフォーム（第２実施形態）
５６ ガラスパイプ
５７ ガラスロッド
５８ 貫通開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバプリフォームの製造方法に関し、さらに詳しくは、ガラス素材を穿孔治具により穿孔してガラスパイプを形成した後、ガラスパイプの内部にガラスロッドを一体化させる光ファイバプリフォームの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進歩に伴い、光ファイバの利用が高まってきている。光ファイバの主な製造方法としては、ＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：気相軸付法）、ＯＶＤ法（Ｏｕｔｅｒ Ｖａｐｏｒｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：外付け法）、ＭＣＶＤ法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：内付法）がある。
【０００３】
通常はプリフォームと呼ばれる成形体を高速で線引きすることによって所望の口径の光ファイバを得るという方法がとられている。従って、光ファイバの形状は、プリフォームの形状および品質をそのまま引き継いでしまうため、プリフォームの形成に際しては、極めて高精度の形状および品質制御が求められている。
【０００４】
例えばＭＣＶＤ法は、ガラス管からなる内付け用パイプの内壁にガラス微粒子（すす）を堆積する方法であるが、このガラス管はそのまま用いられるため、非円率および偏心率が小さく、肉厚が均一で、特性の優れたものである必要がある。非円率または偏心率の大きなガラス管から作製された光ファイバは偏波分散（ＰＭＤ）が大きな値となってしまう。
【０００５】
従来、加熱したガラスインゴットに炭素ドリルを回転しつつ押し付けることにより、石英パイプを形成する熱間炭素ドリル圧入法が提案されている（特開平７−１０９１３５号）。
【０００６】
また、この他、円柱状の石英ガラスロッドを回転させながら、先端を加熱軟化させ、ロッド先端面の中心部に穿孔用部材の先鋭端を係合させてこの先鋭端の周縁を穿孔用部材に対して回転し、引き抜く方法も提案されている（特許第２７９８４６５号）。
【０００７】
ピアッシングと呼ばれるこれらの方法では、炭素ドリルとガラスインゴットを、その長手方向の軸を中心に、相対的に回転させながらガラスインゴットの孔あけを行うものであるから、形成された孔の断面形状は単一の円対称な形状、すなわち円形となる。この円形の孔に光ファイバのコアとなるべきガラスロッドを挿入し、ロッドインコラプス法によってガラスパイプと一体化させてプリフォームを形成する。このとき、ガラスパイプとガラスロッドとの間隙は、ガラスパイプが内方に収縮することによって完全に埋められる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のピアッシング方法では、偏波保持ファイバに見られるような、応力付与部を設けるための孔をプリフォームに形成する場合、コア用のガラスロッドを挿入する孔とは別に、孔あけを行う必要があった。
さらに、この孔あけはドリルによる冷間切削加工によって行われていたため、ガラスパイプにクラックを生じさせたり、加工した孔の内表面が粗くなってしまうという問題があった。さらに、孔の内表面に切削屑等が付着してしまうため、孔あけ後に洗浄しなければならず、作業工数が多くなってしまうという問題があった。
また、冷間ドリル加工では、切削された部分のガラスはガラスパイプとして利用されないため、製品化による材料の歩留が悪化するという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ピアッシングによってガラス素材に形成した貫通孔の一部を、ガラスパイプのコラプス後に残すことができ、偏波保持ファイバやホーリーファイバの製造に利用可能なプリフォームを得ることができる光ファイバプリフォームの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の請求項１に係る光ファイバプリフォームの製造方法は、ガラス素材を加熱しつつ、ガラス素材に穿孔治具を圧入させて貫通孔を形成してガラスパイプとし、貫通孔にガラスロッドを挿入した状態で、ガラスパイプを加熱してガラスパイプとガラスロッドとを一体化させるとき、貫通孔の断面形状を連続した非円形とし、かつ、ガラスパイプとガラスロッドとの間に、貫通孔の一部を残すことを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、加熱したガラス素材に穿孔治具を圧入することによって形成した非円断面の貫通孔の一部が残った状態でプリフォームが形成される。よって、ピアッシングによる一括穿孔によって、偏波保持ファイバ等のプリフォームに必要な貫通孔を形成することができる。
また、穿孔治具の圧入は、ガラス素材を加熱して軟化させた状態の熱間加工によって行われる。そのため、穿孔した貫通孔の内表面は、冷間のドリル加工のように切削屑が付着するようなことがなく、さらにクラックが発生することもないので、滑らかな表面状態を得ることができる。また、冷間ドリル加工と異なり、孔あけによる切削屑を発生させないので、ガラス素材の材料を有効に製品化することができ、材料の歩留を向上させることができる。
なお、本発明の光ファイバプリフォームの製造方法によって形成されたプリフォームは、ガラスパイプとガラスロッドとの間に、貫通孔の一部を貫通した状態で残すことが好ましいが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば長手方向の１箇所で貫通孔が塞がっているプリフォームを製造した場合も本発明に含まれる。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明の請求項２に係る光ファイバプリフォームの製造方法は、請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法であって、貫通孔を形成する際に、ガラス素材と穿孔治具とを、長手方向の同一軸を中心に回転させるとともに、その回転方向及び回転角速度を一致させることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、貫通孔を形成する際に、ガラス素材と穿孔治具とを同一軸を中心に同期させて回転させるので、穿孔治具の最外輪郭の形状と同じ断面を有する貫通孔を得ることができる。また、ガラス素材の加熱温度を円周方向に均一にすることができるとともに、加熱によって軟化したガラス素材が自重によって変形してしまうことを防止できるので、良好な加工精度を得ることができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明の請求項３に係る光ファイバプリフォームの製造方法は、請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法であって、ガラスパイプの外周を真円状に加工することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、穿孔後のガラスパイプの外周を真円状に加工するので、非円断面の貫通孔を形成したことによる外形の歪みを、例えば円筒研削盤によって研削して除去することができる。したがって、ガラスパイプの外径を所望の値に均一化させることができる。
なお、本発明における真円状とは、楕円率が１％以下であることを指す。楕円率は、
｛（長径−短径）／長径｝×１００（％）
によって定義される。
【００１６】
また、上記目的を達成するための本発明の請求項４に係る光ファイバプリフォームの製造方法は、請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法であって、貫通孔を形成する際に、ガラス素材の外周をダイスによって真円状に加工することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、加熱されたガラス素材の孔あけと同時に、あるいはその直後に、ガラスパイプの外周を例えばダイスによって真円状に加工する。よって、冷間切削加工を行わずに、非円断面の貫通孔を形成したことによる外形の歪みを除去することができ、ガラスパイプの外径を所望の値に均一化させることができる。
また、貫通孔を形成した後のガラスパイプに冷間研削加工を施す必要がないため、作業工程数を減らすことができるとともに、ガラス素材の材料を有効に製品化することができ、材料の歩留をさらに向上させることができる。
【００１８】
また、本発明に用いられる穿孔装置は、ガラス素材を加熱する加熱手段と、加熱手段によって加熱されたガラス素材を穿孔する穿孔治具とを有し、穿孔治具は、穿孔方向から見た最外輪郭が連続した非円形であることが好ましい。
【００１９】
この穿孔装置によれば、穿孔方向から見た穿孔治具の最外輪郭が、連続した非円形であるので、加熱したガラス素材に穿孔する孔の断面を非円形にすることができる。よって、ピアッシングによる一括穿孔によって、偏波保持ファイバ等のプリフォームに必要な貫通孔を形成することができる。
また、加熱して軟化させたガラス素材を熱間加工によって穿孔することができる。そのため、穿孔した貫通孔の内表面は、冷間のドリル加工のように切削屑が付着するようなことがなく、さらにクラックが発生することもないので、滑らかな表面状態を得ることができる。また、冷間ドリル加工と異なり、孔あけによる切削屑を発生させないので、ガラス素材の材料を有効に製品化することができ、材料の歩留を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る光ファイバプリフォームの製造方法の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。第１実施形態では、偏波保持ファイバのプリフォームについて述べる。
図１は、本発明の光ファイバプリフォームの製造に用いられる穿孔装置を示す概要図である。図２は、図１に示した穿孔装置に備えられた穿孔治具を示す斜視図、図３は、図２に示した穿孔治具の側面図、図４は、図２に示した穿孔治具の正面図である。図５は、図２に示した穿孔治具を用いてガラス素材に穿孔する状態を示した模式図、図６は、図２に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【００２１】
まず、第１実施形態に係る光ファイバプリフォームの製造方法に用いられる穿孔装置について説明する。
図１に示すように、本実施形態の穿孔装置１は、ガラスインゴット４０を加熱する加熱手段である加熱炉２と、加熱炉２の上流側に配置された上流側固定台３と、加熱炉２の下流側に配置された下流側固定台４とが設けられている。
【００２２】
上流側固定台３の上には、ガラス素材であるガラスインゴット４０の一端を把持して図中左右方向にスライド移動する第１移動テーブル５が備えられている。第１移動テーブル５は、所望の速度でスライドすることが可能であり、さらに、ガラスインゴット４０をチャッキングにより把持して、ガラスインゴット４０をその長手方向の軸を中心に回転させることが可能である。また、その回転方向や回転角速度を調整することもできる。
さらに、上流側固定台３の上には、ガラスインゴット４０の自重を支えるサポータ１６が備えられている。サポータ１６は、把持されたガラスインゴット４０の高さに合わせてその高さを変更でき、さらに上流側固定台３の上をガラスインゴット４０の軸方向にスライド可能である。また、サポータ１６の支承部分は、ガラスインゴット４０の軸回転を拘束することのないローラである。
【００２３】
また、下流側固定台４の上には、ガラス製ダミーパイプ１５の一端を把持するとともに、第１移動テーブル５の移動に合わせて図中左右方向にスライド移動が可能な第２移動テーブル６が備えられている。第２移動テーブル６は、把持されたダミーパイプ１５をその長手方向の軸を中心に回転させることが可能である。また、その回転方向や回転角速度は、第１移動テーブル５によるガラスインゴット４０の回転に合わせて調整される。
【００２４】
加熱炉２は誘電加熱方式の炉であり、コイル８に交流電流を流すことで発熱体９が発熱する。発熱体９は黒鉛であり、発熱体９の発熱によってガラスインゴット４０を加熱して軟化させる。また、加熱炉２の出口付近にはダイス１０が設けられている。このダイス１０は、ガラスインゴット４０に孔あけが行われるのとほぼ同時に、軟化しているガラスパイプの外径を所望の値に均一化させるものである。
【００２５】
ガラスインゴット４０は、第１移動テーブル５に把持されていない他端が、第２移動テーブル６によって把持されたダミーパイプ１５の他端と融着される。したがって、ガラスインゴット４０とダミーパイプ１５が、軸方向に一体になって加熱炉２の内部に導入された状態で、第１移動テーブル５と第２移動テーブル６とに把持される。
【００２６】
さらに、下流側固定台４の上には支持台７が設けられており、これによってガラスインゴット４０を穿孔するための穿孔治具２０が支持される。支持台７は、チャッキングにより穿孔治具２０を把持して、穿孔治具２０をその長手方向の軸を中心に回転させることが可能である。また、その回転方向や回転角速度を調整することもできる。
穿孔治具２０は、その回転軸が、第１移動テーブル５及び第２移動テーブル６に把持されたガラスインゴット４０の回転軸と一致するように配置される。さらに、下流側固定台４の上に備えられたサポータ１６により、穿孔治具２０の自重が支えられている。
【００２７】
図２及び図３に示すように、穿孔治具２０は、長尺で高剛性の軸棒２１と、軸棒２１の先端に設けられた穿孔部２２からなっている。また、穿孔部２２は、軸棒２１と一致した中心軸を有するロッド用穿孔部２３と、ロッド用穿孔部２３の周囲に配置された、軸棒２１の中心軸と平行な中心軸を有する２つの空間用穿孔部２４とから構成されている。ロッド用穿孔部２３と、空間用穿孔部２４はそれぞれ、前方側が円錐状に形成され、後方側が円柱状に形成されている。また、それぞれの円錐状部分は、頂点が穿孔方向に向かって形成され、さらにその底面から頂点までの長さが等しい。本実施形態におけるロッド用穿孔部２３の円柱部分の直径は８ｍｍであり、空間用穿孔部２４の円柱部分の直径は１８ｍｍである。
【００２８】
また、図４に示すように、穿孔治具２０を穿孔方向の前方から見た輪郭形状は、ロッド用穿孔部２３と、空間用穿孔部２４が連なった、非円形状になっている。そのため、穿孔治具２０によって形成する貫通孔の断面形状は、この輪郭形状と一致する、連続した非円形となる。
なお、穿孔部２２は、例えばカーボン等の、穿孔するガラスロッドの材料であるシリカの軟化温度で使用可能であって、シリカと化学反応することのない材料から形成されている。
【００２９】
次に、第１実施形態の光ファイバプリフォームの製造方法について説明する。
まず、ＶＡＤ法やＯＶＤ法などの方法により、円柱状のガラスインゴットを作製する。例えば、このガラスインゴットはシリカ（ＳｉＯ2）に０．３ｍｏｌ％の塩素（Ｃｌ）を含むガラスインゴットとし、直径を７４ｍｍ、長さを６００ｍｍとする。得られたガラスインゴットは、その外径が均一ではないため、外周部分を研削して均一外径に成形する。ここでは直径を７２ｍｍに研削する。
【００３０】
次に、外径を均一に研削したガラスインゴットを、上述した穿孔装置１を用いて穿孔し、ガラスパイプを形成する。
図１及び図５に示すように、加熱炉２内に導入したガラスインゴット４０を１７００℃程度まで加熱して軟化させながら、穿孔治具２０をガラスインゴット４０の端部から圧入する。このとき、ガラスインゴット４０の軟化した部分が自重により変形するのを防ぐため、前述した第１移動テーブル５及び第２移動テーブル６によってガラスインゴット４０を回転させる。さらに、ガラスインゴット４０の回転に合わせて、前述した支持部７によって穿孔治具２０を回転させる。つまり、穿孔治具２０は、ガラスインゴット４０の回転と回転方向及び回転角速度が一致した状態、すなわち同期した状態で回転する。ガラスインゴット４０と穿孔治具２０は相対的に回転していないので、穿孔部２２の最外輪郭形状と一致した断面形状を有する貫通孔４１を形成することができる。
【００３１】
また、ガラスインゴット４０に非円形断面の貫通孔４１を形成すると、穿孔部２２の形状によってガラスインゴット４０の外周が歪んで真円形状が崩れてしまう。そのため、ガラスパイプの外周を真円化するための加工を行う。
望ましくは、ガラスインゴット４０に貫通孔４１を形成するのとするのとほぼ同時に、ガラスインゴット４０の外形をダイス１０によって所望の外径に真円化させる。これによって、非円形の貫通孔４１を形成することによる外形の歪みを修正することができる。なお、本実施形態では、外径が７２ｍｍとなるように加工する。
また、ダイス１０による真円化を行わない場合には、ガラスインゴット４０の全体に貫通孔４１を形成し終えた後、例えば円筒研削盤によって均一な外径に研削して真円化することも可能である。
【００３２】
外径が均一のガラスパイプを作製した後は、再びこのガラスパイプを加熱して、長手方向に均一に延伸させ、さらに所望の長さに切断して分割する。本実施形態では、伸延後の外径が３６ｍｍとなるよう延伸し、４００ｍｍの長さに切断する。
【００３３】
ガラスパイプを作製する一方で、ガラスパイプと一体化させるコア用のガラスロッドを作製する。本実施形態では、まずＶＡＤ法により、中心部が、シリカ（ＳｉＯ2）に最大１２ｍｏｌ％の酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）を含むガラス体で、その外周が、ガラスパイプと同じ材質となるよう、シリカ（ＳｉＯ2）に０．３ｍｏｌ％の塩素（Ｃｌ）を含むガラス体となるような円柱状の母材を作製する。そして、この母材を外径が４．０ｍｍとなるよう延伸し、さらに長さが４５０ｍｍとなるよう切断して、コア用ガラスロッドとする。
【００３４】
次に、上述した４００ｍｍのガラスパイプの中央部、すなわち上述した穿孔治具２０のロッド用穿孔部２３によって穿孔した部分の中心に、上述した４５０ｍｍのコア用ガラスロッドを挿入する。さらに、ガラスパイプとガラスロッドの中心軸を一致させた状態でガラスパイプを加熱し、ロッドインコラプス法によってそれぞれを一体化させ、これをプリフォームとする。コラプスとは、ガラスパイプを加熱してその表面張力により内方に収縮させることである。ガラスパイプが内方に収縮すると、貫通孔も収縮して、ロッド用穿孔部２３によって穿孔した部分の内周が、ガラスロッドの外周と密着するように融着してそれぞれが一体化する。
なお、一体化する前に、六フッ化イオウ（ＳＦ6）ガス等を用いてガラスパイプの内面にエッチングを施しても良い。エッチングを施すことにより、穿孔加工時に付着する可能性のある不純物を除去可能である。
【００３５】
図６に示すように、以上の製造工程によって得られたプリフォーム４５は、上述した穿孔治具２０の空間用穿孔部２４によって穿孔した部分が、２つの貫通開口部４８として、貫通した状態で残っている。これに対して、ロッド用穿孔部２３によって穿孔した部分は、コラプスによってガラスパイプ４６が内方に収縮し、ガラスロッド４７によって完全に埋まっている。
本実施形態では、プリフォーム４５の外径は３５ｍｍであり、貫通開口部４８の内径は１０ｍｍである。また、ガラスロッド４７のコア（ＧｅＯ2−ＳｉＯ2）部分は直径が１．８ｍｍであり、外周（大部分はガラスパイプ４６と融着）の直径は４．０ｍｍである。
【００３６】
このプリフォーム４５を偏波保持光ファイバとするには、偏波を起こさせる応力付与部として、ボロンを含有した直径９．８ｍｍのガラスロッド（Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2）を貫通開口部４８に挿入してプリフォーム４５とともに加熱し、外径が１２５μｍになるよう線引きする。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る光ファイバプリフォームの製造方法の第２実施形態を図７〜図９に基づいて説明する。第２実施形態では、ホーリーファイバのプリフォームについて述べる。
図７は、図１に示した穿孔装置に備えられた穿孔治具を示す斜視図、図８は、図７に示した穿孔治具の正面図である。図９は、図７に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【００３８】
第２実施形態において用いられる穿孔装置は、第１実施形態の穿孔装置１とほぼ同一のものであり、説明を省略する。但し、穿孔治具として図７及び図８に示す穿孔治具３０が備えられている。
【００３９】
以下に、穿孔治具３０について説明する。
図７に示すように、穿孔治具３０は、長尺で高剛性の軸棒３１と、軸棒３１の先端に設けられた穿孔部３２からなっている。また、穿孔部３２は、軸棒３１と一致した中心軸を有するロッド用穿孔部３３と、ロッド用穿孔部３３の周囲に配置された、軸棒３１の中心軸と平行な中心軸を有する４つの空間用穿孔部３４とから構成されている。ロッド用穿孔部３３と、空間用穿孔部３４はそれぞれ、前方側が円錐状に形成され、後方側が円柱状に形成されている。また、それぞれの円錐状部分は、頂点が穿孔方向に向かって形成され、さらにその底面から頂点までの長さが等しい。本実施形態におけるロッド用穿孔部３３の円柱部分の直径は１１ｍｍであり、空間用穿孔部３４の円柱部分の直径は４ｍｍである。
【００４０】
また、図８に示すように、穿孔治具３０を穿孔方向の前方から見た輪郭形状は、ロッド用穿孔部３３と、空間用穿孔部３４が連なった、非円形状になっている。そのため、穿孔治具３０によって形成する貫通孔の断面形状は、この輪郭形状と一致する、連続した非円形となる。
なお、穿孔部３２は、例えばカーボン等の、穿孔するガラスロッドの材料であるシリカの軟化温度で使用可能であって、シリカと化学反応することのない材料から形成されている。
【００４１】
次に、第２実施形態の光ファイバプリフォームの製造方法について説明する。まず、ＶＡＤ法やＯＶＤ法などの方法により、円柱状のガラスインゴットを作製する。例えば、このガラスインゴットはシリカ（ＳｉＯ2）に１．２ｍｏｌ％のフッ素（Ｆ）を含むガラスインゴットとし、外周部分を均一外径に研削して、直径を７０ｍｍ、長さを５００ｍｍとする。
【００４２】
次に、外径を均一に研削したガラスインゴットを、上述した穿孔装置１を用いて穿孔し、ガラスパイプを形成する。
図１に示すように、加熱炉２内に導入したガラスインゴット５０を１６００℃程度まで加熱して軟化させながら、穿孔治具３０をガラスインゴット５０の端部から圧入する。このとき、第１実施形態と同様に、ガラスインゴット５０と穿孔治具３０とを、同期させて回転させる。したがって、穿孔部３２の最外輪郭形状と一致した断面形状を有する貫通孔を形成することができる。
さらに、第１実施形態と同様に、ガラスパイプの外周を真円化するための加工を行う。望ましくは、ダイス１０によって所望の外径に真円化させる。なお、本実施形態では、外径が７０ｍｍとなるように加工する。
【００４３】
外径が均一のガラスパイプを作製した後は、再びこのガラスパイプを加熱して、長手方向に均一に延伸させ、さらに所望の長さに切断して分割する。本実施形態では、伸延後の外径が３０ｍｍとなるよう延伸し、４００ｍｍの長さに切断する。
【００４４】
ガラスパイプを作製する一方、ガラスパイプと一体化させるコア用のガラスロッドを作製する。本実施形態では、まずＶＡＤ法により、中心部が、シリカ（ＳｉＯ2）に最大６ｍｏｌ％の酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）を含むガラス体である母材を作製する。そして、この母材を外径が４．７ｍｍとなるよう延伸し、さらに長さが４５０ｍｍとなるよう切断して、コア用ガラスロッドとする。
【００４５】
次に、上述した４００ｍｍのガラスパイプの中央部、すなわち上述した穿孔治具３０のロッド用穿孔部３３によって穿孔した部分の中心に、上述した４５０ｍｍのコア用ガラスロッドを挿入する。さらに、ガラスパイプとガラスロッドの中心軸を一致させた状態でガラスパイプを加熱し、ロッドインコラプス法によってそれぞれを一体化させ、これをプリフォームとする。
なお、一体化する前に、六フッ化イオウ（ＳＦ6）ガス等を用いてガラスパイプの内面にエッチングを施しても良い。
【００４６】
図９に示すように、以上の製造工程によって得られたプリフォーム５５は、上述した穿孔治具３０の空間用穿孔部３４によって穿孔した部分が、４つの貫通開口部５８として、貫通した状態で残っている。これに対して、ロッド用穿孔部３３によって穿孔した部分は、コラプスによってガラスパイプ５６が内方に収縮し、ガラスロッド５７によって完全に埋まっている。
本実施形態では、プリフォーム５５の外径は２９ｍｍであり、貫通開口部５８の内径は２ｍｍである。また、ガラスロッド５７は全体がコアであり、直径は４．７ｍｍである。
【００４７】
このプリフォーム５５をホーリーファイバとするには、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ロッドインコラプス法を用いて、プリフォーム５５の周囲に１．２ｍｏｌ％のフッ素（Ｆ）を含むガラスを合成させ、ガラスロッド５７の２１．６倍の外径を有するガラス体とした後、外径が１２５μｍになるよう線引きする。
【００４８】
なお、本発明において使用される穿孔治具は、上記の穿孔治具２０，３０に限定するものではない。例えば、穿孔方向から見た最外輪郭が、正三角形や正方形等の多角形であるなど、一括穿孔によって偏波保持ファイバやホーリーファイバに必要な貫通孔を形成でき得るものであれば良い。
【００４９】
図１０に示す穿孔治具６０は、（Ａ）に示すように穿孔方向から見た最外輪郭が正方形であり、（Ｂ）に示すように穿孔部６２の先端が四角錐の頂点となっている。軸棒６１は、中心軸が穿孔部６２の先端と一致する位置に設けられている。
この穿孔治具６０を用いてガラスロッドを穿孔した後、ロッドインコラプス法によりガラスロッドを一体化させて作成したプリフォームを、図１１に示す。
【００５０】
図１１に示すように、プリフォーム６５は、ホーリーファイバ用のプリフォームであり、上述した穿孔治具６０の穿孔部６２によって穿孔した貫通孔の一部分が、ガラスパイプ６６とガラスロッド６７との間に、４つの貫通開口部６８として、貫通した状態で残っている。
【００５１】
また、図１２に示す穿孔治具７０は、（Ａ）に示すように穿孔方向から見た最外輪郭が正三角形であり、（Ｂ）に示すように穿孔部７２の先端が三角錐の頂点となっている。軸棒７１は、中心軸が穿孔部７２の先端と一致する位置に設けられている。
この穿孔治具７０を用いてガラスロッドを穿孔した後、ロッドインコラプス法によりガラスロッドを一体化させて作成したプリフォームを、図１３に示す。
【００５２】
図１３に示すように、プリフォーム７５は、ホーリーファイバ用のプリフォームであり、上述した穿孔治具７０の穿孔部７２によって穿孔した貫通孔の一部分が、ガラスパイプ７６とガラスロッド７７との間に、３つの貫通開口部７８として、貫通した状態で残っている。
【００５３】
また、図１４に示す穿孔治具８０は、（Ａ）に示すように穿孔方向から見た最外輪郭が５つの頂点を有する星形であり、（Ｂ）に示すように穿孔部８２の先端が１つの頂点に集まった形状となっている。軸棒８１は、中心軸が穿孔部８２の先端と一致する位置に設けられている。
この穿孔治具８０を用いてガラスロッドを穿孔した後、ロッドインコラプス法によりガラスロッドを一体化させて作成したプリフォームを、図１５に示す。
【００５４】
図１５に示すように、プリフォーム８５は、ホーリーファイバ用のプリフォームであり、上述した穿孔治具８０の穿孔部８２によって穿孔した貫通孔の一部分が、ガラスパイプ８６とガラスロッド８７との間に、５つの貫通開口部８８として、貫通した状態で残っている。
【００５５】
また、図１６に示す穿孔治具９０は、（Ａ）に示すように穿孔方向から見た最外輪郭が円の外周に突出した８つの頂点を有する形状であり、（Ｂ）に示すように穿孔部９２の先端が１つの頂点に集まった形状となっている。軸棒９１は、中心軸が穿孔部９２の先端と一致する位置に設けられている。
この穿孔治具９０を用いてガラスロッドを穿孔した後、ロッドインコラプス法によりガラスロッドを一体化させて作成したプリフォームを、図１７に示す。
【００５６】
図１７に示すように、プリフォーム９５は、ホーリーファイバ用のプリフォームであり、上述した穿孔治具９０の穿孔部９２によって穿孔した貫通孔の一部分が、ガラスパイプ９６とガラスロッド９７との間に、８つの貫通開口部９８として、貫通した状態で残っている。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光ファイバプリフォームの製造方法によれば、加熱したガラス素材に穿孔治具を圧入することによって形成した非円断面の貫通孔の一部が残った状態でプリフォームが形成される。よって、ピアッシングによる一括穿孔によって、偏波保持ファイバ等のプリフォームに必要な貫通孔を形成することができる。
また、穿孔治具の圧入は、ガラス素材を加熱して軟化させた状態の熱間加工によって行われる。そのため、穿孔した貫通孔の内表面は、冷間のドリル加工のように切削屑が付着するようなことがなく、さらにクラックが発生することもないので、滑らかな表面状態を得ることができる。また、冷間ドリル加工と異なり、孔あけによる切削屑を発生させないので、ガラス素材の材料を有効に製品化することができ、材料の歩留を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバプリフォームの製造に用いられる穿孔装置を示す概要図である。
【図２】図１に示した穿孔装置に備えられた第１実施形態の穿孔治具を示す斜視図である。
【図３】図２に示した穿孔治具の側面図である。
【図４】図２に示した穿孔治具の正面図である。
【図５】図２に示した穿孔治具を用いてガラス素材に穿孔する状態を示した模式図である。
【図６】図２に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図７】図１に示した穿孔装置に備えられた第２実施形態の穿孔治具を示す斜視図である。
【図８】図７に示した穿孔治具の正面図である。
【図９】図７に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図１０】図１に示した穿孔装置に使用される穿孔治具の第１変形例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１１】図１０に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図１２】図１に示した穿孔装置に使用される穿孔治具の第２変形例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１３】図１２に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図１４】図１に示した穿孔装置に使用される穿孔治具の第３変形例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１５】図１４に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【図１６】図１に示した穿孔装置に使用される穿孔治具の第４変形例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１７】図１６に示した穿孔治具によって穿孔したガラスパイプから形成されたプリフォームの断面図である。
【符号の説明】
１ 穿孔装置
２ 加熱炉
３ 上流側固定台
４ 下流側固定台
５ 第１移動テーブル
６ 第２移動テーブル
７ 支持台
１０ ダイス
１５ ダミーパイプ
２０ 穿孔治具（第１実施形態）
２１ 軸棒
２２ 穿孔部
２３ ロッド用穿孔部
２４ 空間用穿孔部
３０ 穿孔治具（第２実施形態）
３１ 軸棒
３２ 穿孔部
３３ ロッド用穿孔部
３４ 空間用穿孔部
４０ ガラスインゴット（第１実施形態）
４１ 貫通孔
４５ プリフォーム（第１実施形態）
４６ ガラスパイプ
４７ ガラスロッド
４８ 貫通開口部
５０ ガラスインゴット（第２実施形態）
５５ プリフォーム（第２実施形態）
５６ ガラスパイプ
５７ ガラスロッド
５８ 貫通開口部
Claims (4)
- ガラス素材を加熱しつつ、該ガラス素材に穿孔治具を圧入させて貫通孔を形成してガラスパイプとし、
前記貫通孔にガラスロッドを挿入した状態で、前記ガラスパイプを加熱して該ガラスパイプと前記ガラスロッドとを一体化させるとき、
前記貫通孔の断面形状を連続した非円形とし、かつ、
前記ガラスパイプと前記ガラスロッドとの間に、前記貫通孔の一部を残すことを特徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。 - 前記貫通孔を形成する際に、前記ガラス素材と前記穿孔治具とを、長手方向の同一軸を中心に回転させるとともに、その回転方向及び回転角速度を一致させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法。
- 前記ガラスパイプの外周を真円状に加工することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法。
- 前記貫通孔を形成する際に、前記ガラス素材の外周をダイスによって真円状に加工することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法。
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