JP4429926B2 - ガラス母材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス母材の製造方法及び製造装置に関し、特に、棒状のガラス母材を構成する有効領域とその両端をなす非有効領域とを判別し、これらの非有効領域を有効領域から正確かつ容易に切り離すことができ、したがって組成や外径が安定したガラス棒状体の収率を高めることができ、製品歩留まりを向上させることができるガラス母材の製造方法及び製造装置に関するものである。

従来、光ファイバ用母材の製造方法としては、屈折率の高い石英系ガラスからなる棒状のコア用ガラス母材を出発部材とし、このコア用ガラス母材の周囲にＯＶＤ法（Outside Vapor Phase Deposition、外付け法）やＶＡＤ法等のスート法によりクラッド層を形成して光ファイバ用多孔質母材とし、この光ファイバ用多孔質母材を高温処理し、ガラス化する方法が、一般に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
図２は、従来のコア用ガラス母材の延伸・切断方法を示す模式図であり、図２（ａ）に示すように、このコア用ガラス母材１は、棒状の石英系ガラス母材の主要部を構成する形状が安定で光ファイバとして利用できる有効領域２と、その両端部に形成される形状が不安定なために光ファイバとして利用できない非有効領域３、３とにより構成され、有効領域２と非有効領域３、３との境界には、この境界の位置を明確にするためのマーキング４が形成されている。この非有効領域３、３は、工程の開始及び終了の際のガスの供給量や温度が不安定になることから生じるもので、光ファイバとして用いることができない領域であり、外径の大きさにもよるが、概ね３０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度の長さである。

このコア用ガラス母材１を延伸・切断するには、図２（ａ）に示すように、このコア用ガラス母材１の両端部に溶着等によりコア用ガラス母材１より純度の低い石英ダミー棒５、５を同軸的に取付け、次いで、このコア用ガラス母材１を加熱炉内に導入し、このコア用ガラス母材１を加熱しつつ石英ダミー棒５、５を互いに離間する方向に張力ｆで引っ張る。これにより、図２（ｂ）に示すように、中心部である有効領域２はその長手方向に延伸するために細径のガラス母材となり、非有効領域３、３は有効領域２ほど延伸しないために有効領域２より大径の若干こぶ状となる。これにより、有効領域２が細径かつ長尺であり、非有効領域３、３が有効領域２より大径かつ短尺であるコア用ガラス母材１’が得られる。
この延伸されたコア用ガラス母材１’は、図２（ｃ）に示すように、切断後の個々のコア用ガラス母材が一定の長さとなるように切断間隔が設定された切断機を用いて、オンラインで複数箇所にて切断６され、一定の長さのコア用ガラス母材７ａ〜７ｃとなる。この図では、延伸開始側のコア用ガラス母材７ａから順次切断される。
特開２００４−１２３４５３号公報

しかしながら、従来のコア用ガラス母材の延伸・切断方法においては、ガラスが透明であることから、マーキングの位置を自動検出することは困難であり、また、マーキングの位置を自動検出することができたとしても、必ずしもマーキングの位置と切断の位置が一致するとは限らず、マーキング位置で正確に切断することが難しいという問題点があった。
また、手動で切断位置を設定する場合においても、設定値がコア用ガラス母材の外径や形状によって異なるために、マーキング位置で正確に切断するには経験が必要である。
例えば、図２（ｃ）の場合の様に、マーキング４の位置と切断６の位置がずれてしまった場合、切断６の間隔はコア用ガラス母材７ａ〜７ｃが一定の長さとなる様に設定されているので、実際に切断されたコア用ガラス母材７ａ〜７ｃの長さにΔＬだけのバラツキが生じてしまう。また、切断位置がずれた場合、延伸終了側に長さΔＳだけの余尺部分が発生し、コア用ガラス母材の切断歩留まりが低下する要因になる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、棒状のガラス母材を構成する有効領域とその両端をなす非有効領域とを判別し、これらの非有効領域を有効領域から正確かつ容易に切り離すことができ、したがって、ガラス母材の有効領域の収率を高めることができ、製品歩留まりを向上させることができるガラス母材の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は次の様なガラス母材の製造方法及び製造装置を提供した。
すなわち、本発明の請求項１に係るガラス母材の製造方法は、棒状のガラス母材を構成する有効領域とその両端をなす非有効領域とを判別し、この有効領域と非有効領域との境界にて切断処理するガラス母材の製造方法であって、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の外径をその端部から長手方向に沿って測定する工程と、この非有効領域の外径の測定値と、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の長さから、この延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出する工程と、延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域について測定した外径と長さのデータから、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出する工程と、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積と前記延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積とを比較し、これらの値が等しくなった地点を、この棒状のガラス母材の非有効領域と有効領域との境界と判断し、この地点で棒状のガラス母材を切断する工程と、を備えてなることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るガラス母材の製造装置は、棒状のガラス母材を構成する有効領域とその両端をなす非有効領域とを判別し、この有効領域と非有効領域との境界にて切断処理するガラス母材の製造装置であって、延伸前及び延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の外径をその端部から長手方向に沿って測定する測定手段と、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の外径の測定値と、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の長さから、この延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出し、延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域について測定した外径と長さのデータから、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出し、さらに、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積と前記延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積とを比較し、これらの値が等しくなった地点を、この棒状のガラス母材の非有効領域と有効領域との境界と判断する制御手段と、を備えてなることを特徴とする。

本発明のガラス母材の製造方法によれば、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の外径をその端部から長手方向に沿って測定する工程と、この非有効領域の外径の測定値と、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域について測定した外径のデータから、この延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出する工程と、延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域について測定した外径のデータから、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出する工程と、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積と前記延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積とを比較し、これらの値が等しくなった地点を、この棒状のガラス母材の非有効領域と有効領域との境界と判断し、この地点で棒状のガラス母材を切断する工程とを備えたので、これらの非有効領域を有効領域から正確かつ容易に切り離すことができる。
したがって、ガラス母材の有効領域の収率を高めることができ、製品歩留まりを向上させることができる。

本発明のガラス母材の製造装置によれば、延伸前及び延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の外径をその端部から長手方向に沿って測定する測定手段と、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の外径の測定値と、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域について測定した外径のデータから、この延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出し、延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域について測定した外径のデータから、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出し、さらに、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積と前記延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積とを比較し、これらの値が等しくなった地点を、この棒状のガラス母材の非有効領域と有効領域との境界と判断する制御手段と、を備えたので、これらの非有効領域を有効領域から正確かつ容易に切り離すことができ、従来の様にマーキングを施す必要もない。
したがって、ガラス母材の有効領域の収率を容易に高めることができ、製品歩留まりを向上させることができる。

本発明のガラス母材の製造方法及び製造装置の一実施形態について説明する。なお、この実施の形態は、本発明の趣旨をより理解し易いように具体的に説明したものであり、本発明は、この実施の形態に限定されない。

まず、本実施形態のガラス母材の製造装置について図１に基づき説明する。
このガラス母材の製造装置は、棒状の石英系ガラス母材１を構成する形状が安定で光ファイバとして利用できる有効領域２と、その両端をなす形状が不安定なために光ファイバとして利用できない非有効領域３、３とを判別し、この有効領域２と非有効領域３、３との境界にて切断処理する装置であり、外径測定器（測定手段）１１、１２と、制御部（制御手段）１３と、切断機（図示略）により構成されている。

外径測定器１１、１２は、垂直に配置された延伸前（延伸中）の棒状の石英系ガラス母材１を挟む様に、この石英系ガラス母材１の両側にそれぞれ設けられたもので、延伸前の石英系ガラス母材１の非有効領域３、３の外径（Ｄ１）及び延伸中の石英系ガラス母材１の非有効領域３、３の外径（Ｄ２）をその端部１ａから長手方向に沿って測定するものである。

制御部１３は、外径測定器１１、１２及び切断機（図示略）に電気的に接続され、これらを制御するもので、延伸前の石英系ガラス母材１の非有効領域３の外径（Ｄ１）の測定値と、延伸前の石英系ガラス母材１の非有効領域３について測定した外径のデータ（Ｄ１’）から、この延伸前の石英系ガラス母材１の非有効領域３の体積（Ｖ１）を算出し、延伸中の石英系ガラス母材１’の非有効領域３について測定した外径（Ｄ２）のデータから、この延伸中の石英系ガラス母材１’の非有効領域３の体積（Ｖ２）を算出し、さらに、この延伸中の石英系ガラス母材１’の非有効領域３の体積（Ｖ２）と延伸前の石英系ガラス母材１の非有効領域３の体積（Ｖ１）とを比較し、これらの値（Ｖ１、Ｖ２）が等しくなった地点を、この石英系ガラス母材１’の非有効領域３と有効領域２との境界と判断するものである。

本実施形態の棒状のガラス母材の製造方法について図１に基づき説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、有効領域２と非有効領域３、３とを有する石英ガラス系のコア用ガラス母材１を用意し、このコア用ガラス母材１の両端部に溶着等によりコア用ガラス母材１より純度の低い石英ダミー棒５、５を同軸的に取付ける。
ここでは、予め、コア用ガラス母材１の両端部の非有効領域３、３について測定した外径（Ｄ１）のデータを制御部１３のメモリに格納しておく。
次いで、このコア用ガラス母材１を延伸装置の加熱炉（図示略）内に垂直に固定し、このコア用ガラス母材１を挟むように、その両側に外径測定器１１、１２を配置する。

次いで、これら外径測定器１１、１２を用いて延伸前のコア用ガラス母材１の非有効領域３の外径（Ｄ１）をその端部１ａから長手方向に沿って測定する。
次いで、制御部１３により、この非有効領域３の外径（Ｄ１）の測定値と、制御部１３のメモリに格納されている延伸前のコア用ガラス母材１の非有効領域３について測定した外径のデータから、この延伸前のコア用ガラス母材１の非有効領域３の体積（Ｖ１）を算出する。

次いで、このコア用ガラス母材１を加熱しつつ石英ダミー棒５、５を互いに離間する方向（上下方向）に張力ｆで引っ張り、コア用ガラス母材１を延伸すると同時に、このコア用ガラス母材１の非有効領域３の外径（Ｄ２）をその端部１ａから長手方向に沿って所定の長さ（ΔＬ）移動する度毎に測定し、これらの外径（Ｄ２）と長さ（Ｌ＝ｎ×ΔＬ）から延伸中の非有効領域３の体積（Ｖ２_ｎ）を算出し、この体積（Ｖ２_ｎ）を延伸前の非有効領域３の体積（Ｖ１）と比較する。
この様な操作は、算出される体積（Ｖ２_ｎ）が体積Ｖ１に等しくなるまで繰り返し行われる。
これらの体積Ｖ２、Ｖ１が等しくなったならば、このときの端部１ａからの長さＬ＝ｎ×ΔＬの地点がコア用ガラス母材１の非有効領域３と有効領域２との境界と判断される。

例えば、端部１ａから長さＮ×ΔＬ移動したときの外径をＤ２_Ｎとすると、端部１ａから長さＮ×ΔＬまでの体積（Ｖ２_Ｎ）は（π／４）×ΔＬ・（（Ｄ２_１）^２＋（Ｄ２_２）^２＋・・・＋（Ｄ２_Ｎ）^２）と表すことができる。
したがって、ｎを１からＮまで変化させる毎に端部１ａから長さｎ×ΔＬまでの体積（Ｖ２_ｎ）を算出し、算出された体積（Ｖ２_ｎ）と、延伸前のコア用ガラス母材１の非有効領域３の体積（Ｖ１）を比較し、算出された体積（Ｖ２_ｎ）が延伸前の体積（Ｖ１）と等しくなった地点を、このコア用ガラス母材１’の非有効領域３と有効領域２との境界と判断することができる。

この様にして、このコア用ガラス母材１’の非有効領域３と有効領域２との境界が設定されれば、制御部１３より切断機に切断指令の信号を送信し、この境界にて非有効領域３が有効領域２から切断されて切り離される。
以上により、従来の様にマーキングの位置の自動検出が困難等の問題もなく、正確かつ容易に一定の長さのコア用ガラス母材を切断することができる。
また、従来のようにマーキングの位置と切断の位置がずれてしまうという問題点が生じないので、実際に切断されたコア用ガラス母材に長さのバラツキが生じたり、余尺部分が発生したり等の不具合が生じる虞がなくなり、したがって、コア用ガラス母材の収率を高めることができ、コア用ガラス母材の切断歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明のガラス棒状体の製造方法の実施例について説明する。
まず、有効領域２と非有効領域３、３とを有する石英系のコア用ガラス母材１を用意し、このコア用ガラス母材１の両端部に溶着によりコア用ガラス母材１より低純度の石英ダミー棒５、５を同軸的に取付けた。
次いで、このコア用ガラス母材１を延伸装置の加熱炉内に垂直に固定し、このコア用ガラス母材１を挟むように、その両側に外径測定器１１、１２を配置し、これら外径測定器１１、１２を用いて延伸前のコア用ガラス母材１の非有効領域３、３の外径を測定した。
このコア用ガラス母材１は、非有効領域３の外径（Ｄ１）が１００ｍｍ、中心軸に沿う長さ（Ｌ）が１００ｍｍ、この外径（Ｄ１）及び長さ（Ｌ）より求められた非有効領域３の体積が７８５０００ｍｍ^３であった。

次いで、このコア用ガラス母材１を炉内温度が２０００〜２５００℃の加熱炉内に導入し、このコア用ガラス母材１を加熱しつつ石英ダミー棒５、５を互いに離間する方向に１００Ｎ／ｍ〜３００Ｎ／ｍの張力ｆで引っ張ることにより、コア用ガラス母材１をその長手方向に延伸した。

この延伸中のコア用ガラス母材１’の非有効領域３の外径（Ｄ２）をその端部１ａから長手方向に沿って所定の長さ（ΔＬ）移動する度毎に測定し、これらの外径（Ｄ２）と長さ（Ｌ＝ｎ×ΔＬ）から延伸中の非有効領域３の体積（Ｖ２_ｎ）を算出し、この体積（Ｖ２_ｎ）を延伸前の非有効領域３の体積（Ｖ１）と比較するという操作を、体積（Ｖ２_ｎ）が体積（Ｖ１）に等しくなるまで繰り返し行った。
そして、これらの体積Ｖ２、Ｖ１が等しくなった地点を非有効領域３と有効領域２との境界と判断した。

この境界を切断機により切断したところ、切断の位置のずれが殆ど無く、実際に切断されたコア用ガラス母材の長さのバラツキは極めて小さなものであった。また、コア用ガラス母材の切断歩留まりが２％以上向上することが分かった。

本発明のガラス母材の製造方法によれば、棒状のガラス母材の非有効領域を有効領域から正確かつ容易に切り離すことができ、ガラス母材の有効領域の収率を高めることができ、製品歩留まりを向上させることができるものであるから、コア用のガラス棒状体はもちろんのこと、光ファイバ、コリメートレンズ等の光部品に対しても適用可能であり、その効果は非常に大きなものとなる。

本発明の一実施形態の棒状のガラス母材の製造方法及び装置を示す模式図である。 従来のコア用ガラス母材の延伸・切断方法を示す模式図である。

符号の説明

１…コア用ガラス母材、２…有効領域、３…非有効領域、５…石英ダミー棒、１１、１２…外径測定器、１３…制御部。

Claims (2)

1. 棒状のガラス母材を構成する有効領域とその両端をなす非有効領域とを判別し、この有効領域と非有効領域との境界にて切断処理するガラス母材の製造方法であって、
   延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の外径をその端部から長手方向に沿って測定する工程と、
   この非有効領域の外径の測定値と、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の長さから、この延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出する工程と、
   延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域について測定した外径と長さのデータから、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出する工程と、
   この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積と前記延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積とを比較し、これらの値が等しくなった地点を、この棒状のガラス母材の非有効領域と有効領域との境界と判断し、この地点で棒状のガラス母材を切断する工程と、
   を備えてなることを特徴とするガラス母材の製造方法。
2. 棒状のガラス母材を構成する有効領域とその両端をなす非有効領域とを判別し、この有効領域と非有効領域との境界にて切断処理するガラス母材の製造装置であって、
   延伸前及び延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の外径をその端部から長手方向に沿って測定する測定手段と、
   延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の外径の測定値と、延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の長さから、この延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出し、延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域について測定した外径と長さのデータから、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積を算出し、さらに、この延伸中の棒状のガラス母材の非有効領域の体積と前記延伸前の棒状のガラス母材の非有効領域の体積とを比較し、これらの値が等しくなった地点を、この棒状のガラス母材の非有効領域と有効領域との境界と判断する制御手段と、
   を備えてなることを特徴とするガラス母材の製造装置。

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