JP4667686B2 - 光ファイバ母材の端部加熱・加工方法および光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置 - Google Patents
光ファイバ母材の端部加熱・加工方法および光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コア部とその外周を覆うクラッド部からなるガラス化された光ファイバ母材を線引きして光ファイバを形成する前に行う、光ファイバ母材の加熱・加工方法及びそれに用いる装置に関する。
より特定的には、本発明は、光ファイバの線引きに使用する光ファイバ母材の端部の形状を所定の形状に加工する、光ファイバ母材の端部を加熱・加工する加熱・加工方法、とそれに使用する光ファイバ母材の端部の加熱・加工装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
光ファイバは光通信、光計測などの用途に広く使用されている。
たとえば、単一モードの石英光ファイバは、直径１０μｍのコアと、このコアの外周に形成された直径１２５μｍのクラッドと、このクラッドの外周に被着された樹脂被覆とを有する。コアには屈折率を高めるためのドーパントが導入されており、コアの屈折率はクラッドの屈折率より高い。
【０００３】
そのような光ファイバは、光ファイバ母材を加熱線引きして形成する。光ファイバ母材は、光ファイバのコアに相当する部分であるコア部と、光ファイバのクラッドに相当する部分であるクラッド部とを有する。
コア部とその外周を覆うクラッド部からなる透明ガラス化された光ファイバ母材を加熱し線引して、たとえば、上述したコアとクラッドとを有する光ファイバを製造する場合、加熱はコア部の外周に位置するクラッド部から始まる。ところを加熱する初期は通常、コア部が光ファイバ母材の先端まで入っていない。光ファイバ母材内のコア部が光ファイバ母材の先端から露出し、かつ、線引き時の溶融変形部の形状になっていないと、線引きしてもすぐにはコアとクラッドとからなる正規の光ファイバは形成されない。そのため、光ファイバ母材を加熱して線引きする時は、事前に光ファイバ母材の端部の形状を線引き時の溶融変形部の形状にしておく必要がある。そのように端部を線引き時の溶融変形部の形状にした光ファイバ母材を加熱しながら線引きすると、無駄な線引きなしに、たとえば、直径１０μｍのコアと、このコアの外周に形成された直径１２５μｍのクラッドとを有する正規の単一モードの光ファイバが形成される。
【０００４】
このように、光ファイバの線引きに際しては、その前処理として、光ファイバ母材の端部を線引きのために好ましい形状、たとえば、線引き時の溶融変形部の形状に加工する処理が必要となる。
【０００５】
本明細書において、この作業を光ファイバ母材の端部加熱・加工方法と呼び、その処理に使用する装置を光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置と呼ぶ。
【０００６】
いかに迅速に、効率よく、コア部を光ファイバ母材の先端から露出させるかが、加熱炉などの設備の稼働率向上のためのキーポイントである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ファイバ母材の端部の加熱・加工を高速度で行うと、屈折率を高めるためのドーパントを含有しているコア部の粘度とクラッド部の粘度が異なるため、コア部とクラッド部との外径比率に応じて線引きされず、光ファイバの直径が変動する。光ファイバの直径の乱れが大きくなると、線引きした光ファイバの外周（クラッドの外周）に紫外線硬化樹脂などを被覆したとき被覆の厚さが不均一になり、被覆の不良となり、さらに光ファイバの破断につながる。
【０００８】
このような不具合を防ぐために、これまで、ガラス旋盤で光ファイバ母材の先端部を機械加工してコア部を光ファイバの端部から露出させる方法が試みられている。
しかしながら、この方法では光ファイバ母材の表面に機械加工時の切り屑が光ファイバ母材の端部に付着することがあり、付着した切り屑などが光ファイバの線引き時に影響して光ファイバの外径不良を引き起こすこともある。
【０００９】
一方、光ファイバ母材の全体は、加熱炉において透明ガラス化後に１２００〜１３００℃に温度保持または加熱され、その後に、光ファイバの線引きのために、あるいは、線引きに備えた保管のために、加熱炉から常温の大気中に出される。
しかしながら、光ファイバ母材が加熱炉から大気中に出されて、光ファイバ母材の表面が急激に冷却されると、光ファイバ母材の表面に微少の歪みが残留することがあり、その残留歪みが線引き後の光ファイバの強度を低下させる傾向がある。
【００１０】
本発明の目的は、光ファイバ母材に残留した微少な歪みを除去し、且つ、光ファイバの線引き工程の立ち上げ時間を短縮できる光ファイバ母材の端部を加熱・加工する方法（光ファイバ母材の端部加熱・加工方法）を提供することにある。
本発明の目的はまた、そのような光ファイバ母材の端部加熱・加工方法に使用する光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光ファイバ母材の下端部を加熱溶融して光ファイバとして線引きするための形状に加工する光ファイバ母材の端部加熱・加工方法であって、
前記光ファイバ母材の下端部を前記光ファイバ母材の下端部を加熱させる加熱炉の加熱部の近傍に位置決めする光ファイバ母材位置決め工程と、前記光ファイバ母材の下端部を加熱して当該下端部を前記光ファイバの線引き時の溶融変形部の形状に加工する端部加工工程と、前記端部加工工程で生じた前記下端部の加工部のうち不要部分を除去する不要部分除去工程と、前記不要部分除去工程の後、前記不要部分が除去されて残った前記光ファイバ母材の下端部に不活性ガスを吹きつけて冷却する光ファイバ母材端部冷却工程と、を有する、光ファイバ母材の端部加熱・加工方法が提供される。
【００１２】
好ましくは、前記端部加工工程において、前記光ファイバ母材の平行部の下端から前記不要部分が除去されて残った前記光ファイバ母材の先端部までの長さが、前記光ファイバを線引きする線引き工程の立ち上げ時間が最短時間に近づく長さになるように前記光ファイバ母材の下端部を加工する。
【００１３】
好ましくは、前記光ファイバ母材を前記加熱炉から取り出す前に、前記光ファイバ母材全体を加熱し、その後、大気雰囲気においても熱歪みが生じない温度まで低下させる光ファイバ母材低温加熱工程を有する。
【００１３】
好ましくは、前記光ファイバ母材低温加熱工程において、前記光ファイバ母材の全体を１１００〜１３００°Ｃに加熱し、その後、前記光ファイバ母材の加熱温度を６００〜４００°Ｃに低下させる。
【００１４】
好ましくは、前記端部加工工程において、前記光ファイバ母材の前記下端部の周囲に上部から下部に向けて不活性シールガスを流す。
【００１５】
好ましくは、前記光ファイバ母材位置決め工程の前の前記光ファイバ母材が前記加熱炉に導入される前は、前記加熱炉内に下部から上部に向けて不活性シールガスを流す。
【００１６】
好ましくは、前記不要部除去工程において、前記加熱炉の前記加熱部を外気から遮断し、加熱状態を保持した状態で前記不要部を前記加熱炉の外部へ排出する。
【００１７】
好ましくは、前記加熱部の下部に位置する不要部を切り離す不要部切り離し手段と、前記不要部切り離し手段の下部に位置し、切り離された不要部を収容する不要部収容部と、前記不要部収容部の下に位置し、前記不要部を前記加熱炉の外部に排出する不要部排出手段と、前記加熱炉の加熱部と、前記不要部排出手段との間に、これらの間を開閉自在に仕切る仕切り手段と、前記不要部収容部の内部を不活性ガスでパージするガスパージ手段とを有し、前記不要部収容部は前記仕切り手段と不要部排出手段との間に位置する光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置を用い、
前記不要部除去工程は、前記仕切り手段を閉じて前記加熱部を外気から隔離させ、前記不要部排出手段を開けて前記不要部収容部に収容されている前記不要部を外部に排出し、前記不要部排出手段を閉じて前記不要部収容部を外気から隔離し、前記ガスパージ手段を駆動して前記不要部収容部から外気を排出し、前記仕切り部を開けて前記加熱部と前記不要部収容部とを連通させる。
【００１８】
好ましくは、前記不要部除去工程において、前記光ファイバの線引き開始から目標の線引き速度に到達するまでの間に線引きされる前記光ファイバ母材分を残して不要部を除去する。
【００１９】
好ましくは、光ファイバ母材の下端部を加熱炉内で加熱溶融して光ファイバとして線引きするための形状に加工する光ファイバ母材の端部加熱・加工装置であって、
前記加熱炉の上部に位置し、前記光ファイバ母材を前記加熱炉に導入し、その昇降位置の位置決めを行う吊り下げ手段と、前記加熱炉に導入された前記光ファイバ母材の下端部を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の加熱手段を制御して、前記光ファイバ母材の下端部を線引きするための形状に加工する制御手段と、前記第１の加熱手段の下部に位置し、前記光ファイバ母材の下端部の加工部のうち不要部を切り離す不要部切り離し手段と、前記不要部切り離し手段の下に位置し、前記不要部を前記加熱炉の外部に排出する不要部排出手段と、を有する、光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置が提供される。
【００２０】
好ましくは、前記不要部切り離し手段の下部に位置し、切り離された不要部を収容する不要部収容部をさらに有する。
【００２１】
好ましくは、前記不要部収容部には当該不要部収容部内を冷却する冷却手段が
設けられている。
【００２２】
好ましくは、前記第１の加熱手段の上部に位置し、前記加熱炉内に導入された前記光ファイバ母材の下端部より上の部分を加熱する第２の加熱手段をさらに有する。
【００２３】
好ましくは、前記第１の加熱手段と、前記不要部排出手段との間に、これらの間を開閉自在に仕切る仕切り手段と、前記不要部収容部の内部を不活性ガスでパージするガスパージ手段と、をさらに有し、前記不要部収容部は前記仕切り手段と前記不要部排出手段との間に位置している。
【００２４】
好ましくは、前記第１の加熱手段はカーボン抵抗炉である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
第１実施の形態
図１は本発明の光ファイバ母材の端末部の加熱・加工装置の第１の実施の形態としての加熱炉の主要部を図解した縦断面図である。
【００２６】
図１に図解した加熱炉１は、本発明の第２の加熱手段としての上部加熱炉２と本発明の第１の加熱手段としての下部加熱炉３とを備えた炉体４を備えている。炉体４内には、ガラス化された光ファイバ母材７が支持棒７ａで支持されて収容されている。支持棒７ａはその上部に位置する吊り下げ機構１２によって支持されている。支持棒７ａと吊り下げ機構１２とが本発明の吊り下げ手段を構成している。
【００２７】
下部加熱炉３の下部にはガスノズル８が設けられている。下部チャンバー９が本発明の不要部収容部に該当する。
下部チャンバー９の肉厚内には、冷却水の如き冷却媒体を流す冷却部１１が設けられている。冷却部１１が本発明の冷却手段に該当する。
【００２８】
ガスノズル８の下部には下部チャンバー９が設けられている。複数のガスノズル８は、炉体４の下部に設けられており、後で述べる加工された光ファイバ母材７の下部を冷却する。ガスノズル８が本発明の冷媒排出手段に該当する。
下部チャンバー９の下部はシャッター１０が設けられている。炉体４の下部のガスノズル８の下に連設されて設けられた下部チャンバー９の下端は、シャッター１０で開閉される。シャッター１０が本発明の仕切り手段に該当する。
【００２９】
ガラス化された光ファイバ母材７は、コア部５とその外周を覆うクラッド部６とを有する。
本明細書において述べる処理の後に行われる光ファイバの線引き工程において、光ファイバ母材７が加熱されて線引きが行われると、コア部５が、たとえば、直径１０μｍのコアになり、クラッド部６が直径１２５μｍのクラッドとなる。その後、線引きされた光ファイバに紫外線硬化樹脂などの被覆が施される。
【００３０】
本発明の光ファイバ母材の端部の加熱・加工装置として、加熱炉１の他に制御手段１５が設けられている。制御手段１５は、基本制御動作として、上部加熱炉２および下部加熱炉３の加熱制御を行う。さらに、制御手段１５はガスノズル８の冷媒噴射制御、および、吊り下げ機構１２の昇降および回転制御を行う。制御手段１５は、たとえば、マイクロコンピュータを内蔵しており、マイクロコンピュータが上述した制御処理を行う。
【００３１】
図１に図解した、加熱炉１および制御手段１５は、本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置の１例として、光ファイバ母材７を加熱線引きして光ファイバを形成する前処理として、光ファイバ母材７の端部を所定の形状に形成し、かつ、冷却歪みを防止するために用いる。
【００３２】
図２を参照して加熱炉１および制御手段１５を用いて行う本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法の実施の形態について述べる。
【００３３】
図２は図１に図解した加熱炉１および制御手段１５によって行われる工程を図解したフロー図である。
【００４３】
ステップ１：光ファイバ母材搬入工程
コア部５とクラッド部６とを有するガラス化した光ファイバ母材７を支持棒７ａで支持し、吊り下げ機構１２を駆動して、炉体４の内部に下降させて、光ファイバ母材７を図１に図解のように炉体４に搬入する。特に、光ファイバ母材７の下部が下部加熱炉３の近傍に位置するように光ファイバ母材７を炉体４の内部に配設する。制御手段１５は、吊り下げ機構１２を駆動制御して上記動作を遂行する。
【００３４】
ステップ２：光ファイバ母材下端部加工工程
制御手段１５で下部加熱炉３を駆動し、炉体４内に吊下げ配置した光ファイバ母材７の端部を下部加熱炉３で加熱する。
なお、ステップ２〜ステップ４の工程と同時に、ステップ５として述べる上部ヒータ２による光ファイバ母材７の下端部より上部の光ファイバ母材全体の加熱を行うことが望ましいが、ステップ５の動作は後述する。
【００３５】
ステップ２において、制御手段１５は、光ファイバ母材７の下端部が加熱溶融した形状変化が起こる温度に下部ヒータ３を加熱制御する。その温度は、たとえば、１９００〜２１００°Ｃである。
【００３６】
好ましくは、光ファイバ母材７の下部の溶融加工中は、制御手段１５により支持棒７ａを支持している吊り下げ機構１２を調整して、下部加熱炉３の適当な位置に光ファイバ母材７の下端の加熱溶融部が位置するように該光ファイバ母材７を上下する。
【００３７】
ステップ３：不要部の除去工程
光ファイバ母材７のうち、クラッド部６部分が先端が、図１に図解のように、溶融して垂れ下がる。このように垂れ下がったクラッド部分は、自重により光ファイバ母材７の本体分から破断して、下部チャンバー９内に落下する。
下部チャンバー９に落下した不要部（余剰部分）はチャンバー９の肉厚部に形成された冷却部１１により所定温度以下に冷却された後に、制御手段１５の制御によりシャッター１０を開いて外部に排出する。
【００３８】
ステップ４：加工部の冷却工程
ステップ３における不要部が切り離された光ファイバ母材７の端部の加熱加工部に対して、制御手段１５の制御のもと図１に図解したガスノズル８から高速度で窒素またはアルゴン等の不活性ガスを吹き付けて、加熱溶融部を冷却する。このような冷却を行うと、光ファイバ母材７の端部加熱溶融部の粘度が小さいため変形し易い下端部の形状を固定することができる。
【００３９】
ステップ６：母材下部加工繰り返し工程
図３は光ファイバ母材７の下部を一度溶融加工したときの下部形状を示す。図３に例示した光ファイバ母材７の端部の形状は、クラッド部６が円錐状に長く伸び、コア部５が光ファイバ母材７の端部から露出していない。この形状では、下端部の長さが長くて、線引きなどのための光ファイバ母材７の搬送に不便である。さらにコア部５が端部から露出していないし、線引き時の溶融変形部の形状ではない。そのため、光ファイバに線引きする際にも立ち上げ時に光ファイバの外径が定常状態になるまでに時間がかかる。光ファイバ母材７の平行部を線引きするまでは光ファイバの外径が安定しない。
線引き時の溶融変形部の形状としては、たとえば、そのような形状を言う。
このようなクラッド部の溶融加工部分が上述した不要部（余剰部分）に相当する。
【００４０】
そこで、本実施の形態においては、制御手段１５の制御により、光ファイバ母材７の下部を複数回溶融加工して光ファイバ母材の端部の形状を、線引き時の溶融変形部の形状になるまで加工する。すなわち、制御手段１５により上記「Ｓ１：光ファイバ母材搬入工程」〜「Ｓ４：加工部冷却工程」を複数回繰り返して、図３に図解した鋭角な形状の光ファイバ母材７の端部の不要部を、図４に例示したように、コア部５の先端が露出し、線引き時の溶融変形部の形状に近似した形状に加工する。
【００４１】
そのため、制御手段１５は、吊り下げ機構１２を制御して支持棒７ａに支持されている光ファイバ母材７を、不要部が除去された分だけ、炉体４において所定距離下降させる。その位置において、制御手段１５は、下部加熱炉３とを制御して、光ファイバ母材７の端部の溶融加工を行う。この処理を複数回繰り返す。
通常、光ファイバ母材７を下降させる距離は、処理回数が多くなるにつれて少なくする。その距離は制御手段１５に事前に記憶させておくことができる。あるいは、加熱炉１に下部加熱炉３の内部を監視する撮像装置を設け、撮像装置の検出信号を制御手段１５に入力して制御手段１５が画像処理して図４に図解した形状になったことを確認して自動的に停止させることもできる。
【００４２】
そのような繰り返し処理を行うことにより、図４に示すように光ファイバ母材７の下部先端を短くする。勿論、この形状では、光ファイバ母材７の下部先端から、すなわち、溶融して丸みを帯びたクラッド部６の先端から、コア部５が露出しており、線引き時の溶融変形部の形状に近似した形状をしている。図４に図解した端部形状の光ファイバ母材７を加熱溶融して線引きすると、無駄なく、かつ、品質が均一の、たとえば、直径が１０μｍのコアと、その外周に位置する直径１２５μｍのクラッドからなる光ファイバが形成される。
【００４３】
外径１３０ｍｍ、長さ１．５ｍの光ファイバ母材７を用いた場合、図４に例示した光ファイバ母材７の下端の直径Ｄは、１５〜２５ｍｍ、好ましくは約２０ｍｍ程度位が線引き開始時の光ファイバの引出しに都合がよい。さらに、図４において光ファイバ母材７の平行部の下端から光ファイバ母材７の下端までの長さＬは、次工程である線引き工程の立ち上げ時間が最短時間に近づくように設定される。具体的な例を述べると、長さＬは１５０〜３００ｍｍ程度が好ましい。
【００４４】
光ファイバ母材７の下端が上記の如き形状になると、光ファイバの線引き立ち上げ時（線引き初期）の加熱時間後には、たとえば、線引き立ちあげから数十分程度後には目的とする光ファイバ母材７の平行部での線引きが行われるようになる。すなわち、本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法を実施すると、その後の線引き工程の処理時間が短縮できる。
【００４５】
なお、上述した「母材下部加熱加工繰り返し工程」の処理を、多数回行うと、時間がかかるので、２〜３回で図４に示す形状にするのが効率的である。その制御は制御手段１５で行う。このような形状になるまでの加工時間は、約２時間程度である。
【００４６】
上述した「母材下部加熱加工繰り返し工程」の終了の判定方法としては、上述した回数で判定する方法、撮像装置を用いる方法の他、種々の方法をとることができる。たとえば、そのような方法としては、人間が光ファイバ母材７の下端を目視して判断して制御手段１５に指示して繰り返し処理を停止する方法をとることができる。
【００４７】
ステップ５：光ファイバ母材全体の加熱
制御手段１５は、ステップ２〜ステップ４、ステップ６の動作と平行して上部ヒータ２による光ファイバ母材７の下端部より上部の光ファイバ母材７全体の加熱を行うことが望ましい。その理由としては、光ファイバ母材の上部加熱炉２による光ファイバ母材７の上部の高温加熱によって、この処理の前工程である光ファイバ母材７のガラス化時に光ファイバ母材内部に残留していたヘリウムガスが本加熱中に光ファイバ母材７から排出するので、線引き中に光ファイバの外径変動がなくなる。また、線引きされた光ファイバの強度の低下を抑制することができる。さらに、ヘリウムガスの排出は線引きした光ファイバの損失低下を防止する。
【００４８】
制御手段１５は、下部加熱炉３の加熱温度を上部加熱炉２の加熱温度より高く駆動制御する。たとえば、上部加熱炉２による加熱は１１００〜１３００°Ｃ程度であるが、光ファイバ母材７の下部は下部加熱炉３で１９００〜２１００℃に加熱して溶融加工する。
【００４９】
ステップ７：光ファイバ母材の取り出し工程
光ファイバ母材７を取り出し工程は、下記に述べる、（１）光ファイバ母材全体低温加熱工程と、（２）光ファイバ母材の取り出し工程からなる。
【００５０】
（１）光ファイバ母材全体低温加熱工程
光ファイバ母材７の端部が図４に例示した線引き時の溶融変形部の形状に近似した形状になった後、光ファイバ母材７を加熱炉１から大気中に取り出す前に、（ａ）加熱炉１の内部において光ファイバ母材７全体を加熱し、（ｂ）その後、ゆっくりと冷却する。すなわち、加熱により光ファイバ母材７を加熱した後の光ファイバ母材７の内部応力歪みを解放した後、光ファイバ母材７の温度と大気の温度との差が急冷却に伴う光ファイバ母材７の歪みが再び起きない程度まで光ファイバ母材７の温度を低下させる。この温度制御は、制御手段１５により上部ヒータ２を制御して行う。この工程が母材低温加熱工程である。
【００５１】
そのような低温加熱温度としては、光ファイバ母材７が軟化しない温度である。たとえば、制御手段１５は、初期温度として、上部加熱炉２を制御して温度１１００〜１３００°Ｃ程度で光ファイバ母材７を加熱して、その後、この初期温度より十分低い温度、たとえば、光ファイバ母材７の温度が６００℃以下、好ましくは、６００〜４００°Ｃ程度になるように上部加熱炉２を制御する。このような温度から光ファイバ母材７を大気雰囲気において自然冷却させると、光ファイバ母材７に応力歪みが起きない。
【００５２】
上記加熱加工温度雰囲気から上記低温加熱温度に推移させるには、好ましくは、まず、光ファイバ母材７の端部の溶融加工のための下部加熱炉３の温度１９００〜２１００℃を上部加熱炉２の温度１１００〜１３００°Ｃの近傍まで低下させて、上部加熱炉２および下部加熱炉３の全体の炉体４の内部温度をほぼ同じにして（１１００〜１３００°Ｃ）、その後、上部加熱炉２および下部加熱炉３を制御した低温加熱温度（６００〜４００°Ｃ）まで一定の温度勾配で低下させることが望ましい。制御手段１５は、上部加熱炉２および下部加熱炉３の温度制御を上記の温度になるように制御する。
【００５３】
なお、この低温加熱工程において、制御手段１５は、光ファイバ母材７の加工部も下部加熱部３から離れて上部加熱部２で加熱されるよように、吊り下げ機構１２を駆動して光ファイバ母材７全体を少し上昇させることが望ましい。
そのような低温加熱時間は、たとえば、２〜３時間である。
【００５４】
なお、このような低温加熱工程は、光ファイバ母材７の下部を加工する工程とは独立に行うことができる付加的な工程である。この工程は本願発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法から除くこともできる。
【００５５】
（２）光ファイバ母材の取り出し工程
上述した低温加熱工程の処理が終了したら、光ファイバ母材７を加熱炉１から排出する。この排出方法としては、制御手段１５の制御により、支持棒７ａに支持されている光ファイバ母材７を加熱炉１の上部から排出する。
以上により、本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法の処理は終了する。
【００５６】
上述した工程のうち、本発明の光ファイバ母材加工工程（方法）の基本工程として、ステップ２の光ファイバ母材端部加工工程、ステップ３の不要部除去工程、ステップ４の加工部冷却工程となる。
光ファイバ母材加工工程（方法）として、必要に応じて、ステップ６の繰り返し工程を行う。さらに、ステップ５の光ファイバ母材全体の加熱工程を上記工程と並行して行うことが望ましい。
【００５７】
上述した光ファイバ母材の端部加熱・加工方法によれば、加工された光ファイバ母材７を用いて光ファイバを線引きした場合、光ファイバの線引き当初から光ファイバ母材７（クラッド部）の中央部にコア部が位置しているので、予定通りの線引きが行われ、高速線引き時でも光ファイバの断線が少なくなる。したがって、本発明による形成された光ファイバ母材７を使用すれば、線引き立ち上げ時間も短縮でき、線引きされた光ファイバの破断も少ない。
【００５８】
本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法によれば、光ファイバ母材の下部形状を一定にできるので、光ファイバ母材７の搬送及び線引き条件が安定する。
上述した本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法において、ステップ５として示した、光ファイバ母材全体を加熱する工程を行った場合、光ファイバ母材の上部加熱炉２による光ファイバ母材７の上部全体の加熱によって、この処理の前工程である光ファイバ母材７のガラス化時に光ファイバ母材内部に残留していたヘリウムガスが本加熱中に光ファイバ母材７から排出するので、線引き中に光ファイバの外径変動がなくなる。また、線引きされた光ファイバの強度の低下を抑制することができる。さらに、ヘリウムガスの排出により線引きした光ファイバの損失増加が防止できる。
【００５９】
上述した本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法は、上述した効果を奏する処理、すなわち、図２に図解したステップ１〜ステップ７の処理が同じ加熱炉１を用いて一貫して行えるので、作業効率が高く、熱効率もよい。
【００６０】
本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法によれば、光ファイバ母材７の上部全体を加熱する上部加熱炉２と、光ファイバ母材７の下端部を加熱する下部加熱炉３とを分離しており、光ファイバ母材７の下端部のみを加熱する下部加熱炉３の加熱温度を上部加熱炉２の加熱温度より高くしているので、光ファイバ母材７全体を加熱する場合に比較して加熱時問が短縮される。
【００６１】
本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法の実施に際しては、上述した実施の形態には限定されない。以下、その変形態様を述べる。
【００６２】
母材下部加工工程および母材下部加工繰り返し工程における加熱中に、制御手段１５が吊り下げ機構１２を駆動して、光ファイバ母材７をその軸心の回りに回転させる。そうすると、上部加熱炉２および下部加熱炉３に包囲された光ファイバ母材７の円周方向の加熱が均一化され易いので、光ファイバ母材７の下端の加熱溶融部の形状が安定する。
【００６３】
さらに好ましくは、下部加熱炉３を上下方向に複数個に分割して構成し、制御手段１５はそれぞれの複数個の下部加熱炉に対して垂直方向に温度勾配を持たせるように制御する。このようにすることによって、光ファイバ母材７の下部の加工をさらに効率良く行うことができる。
【００６４】
図１に図解した加熱炉１においては、上部加熱炉２と下部加熱炉３とを併用した場合について述べたが、上述したように、ステップ５として述べた光ファイバ母材７上部全体の加熱工程は付加的な工程であるから、ステップ５の工程を行わないときは、上部加熱炉２を排除して構成にすることができるか、ステップ５において制御手段１５による上部加熱炉２の温度制御をしないでもよい。
【００６５】
上述した図４において光ファイバ母材７の下端の直径Ｄ、および、平行部の下端から光ファイバ母材７の下端までの長さＬは例示であり、光ファイバ母材７の外径が異なれば、これらの値は異なる場合がある。
【００６６】
以上の例示においては、光ファイバ母材７を単一モードの光ファイバの線引きする場合を前提して述べたが、本発明により端部の形状が加工された光ファイバ母材７は、単一モードの光ファイバに限らず、その他の光ファイバ、たとえば、偏波面保存型光ファイバ、分布定数型光ファイバなどにも適用できる。
【００６７】
第２実施の形態
本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法および光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置の第２実施の形態について述べる。
上述したように、本発明の第１実施の形態の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法は、光ファイバ母材を光ファイバに線引きするときに効率のよい光ファイバ母材の端部形状に加工することを目的の１つとしている。本発明の第２実施の形態は、第１実施の形態をさらに改良したものである。
【００６８】
第２実施の形態（第１の形態）
図５は本発明の第２実施の形態の第１の形態としての光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置の部分図である。
【００６９】
図５に図解した光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置２０は、加熱加工炉２１と、切断機２３と、切断部取り出し室２５と、シャッター２７と、図解しないガスノズルとを有する。さらに端部加熱・加工処理装置２０は制御手段３５を有する。
図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０は、図１に図解した加熱炉１とを対比すると、図５の加熱加工炉２１が図１の下部加熱炉３に対応しており本発明の第１の加熱手段に該当する。図１の下部チャンバー９が図５の切断部取り出し室２５に対応しており、本発明の不要部収容部に該当する。図１のシャッター１０が図５のシャッター２７に対応しており、本発明の不要部排出手段に該当する。図１のガスノズル８が図５には図解しないガスノズルに対応しており、本発明の冷媒排出手段に該当する。図５の制御手段３５が図１の制御手段１５に対応している。
【００７０】
図５に図解した制御手段３５も、基本的に、図２に図解した工程の制御処理を行う。すなわち、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０も、図２に図解した諸工程、すなわち、Ｓ１：光ファイバ母材搬入工程、Ｓ２：母材下部加工工程、Ｓ３：不要部除去工程、Ｓ４：加工部冷却工程、および、Ｓ６：繰り返し工程が行われる。もちろん、第２実施の形態においても、必要に応じて、ステップ５の光ファイバ母材上部全体加熱工程をこれらの工程と並行して行うこともできる。さらに、第２実施の形態において、ステップ７の光ファイバ母材の取り出し工程を行うこともできる。
【００７１】
図５の端部加熱・加工処理装置２０には切断機２３が付加されている。図１に図解した光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置においては不要部は自重による自然落下により下部チャンバー９に収容される構造をしていたが、図５に図解した光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置において、切断機２３で不要部を光ファイバ母材７の本体部分から切り離す構造をしている。不要部の切断は、切断機２３を光ファイバ母材７の本体に大きな衝撃を与えない程度の力を不要部に与えて、不要部を光ファイバ母材７の本体から切り離す。
【００７２】
図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０は、図１に図解した加熱炉１における、本発明の第２の加熱手段に該当する上部加熱炉２、炉体４、支持棒７ａ、吊り下げ機構１２が図解されていないが、図５の端部加熱・加工処理装置２０においても、支持棒７ａに該当する支持棒、吊り下げ機構１２に該当する吊り下げ機構が設けられている。また、図５に図解した光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置において、必要に応じて、加熱加工炉２１の上部に図１に図解した上部加熱炉２に該当する本発明の第２の加熱手段を設けることができる。さらに、切断部取り出し室２５の側壁に、下部チャンバー９と同様、冷却部を設けることができる。
【００７３】
したがって、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０においても、不使用部分の除去を切断機２３を付加した他は、第１実施の形態と同様に光ファイバ母材７の端部形状を加工することができる。
なお、第２実施の形態は、特に、光ファイバ母材７の端部形状の加工をいかにするかを重点的に述べる。
【００７４】
本願発明者は、図１に図解した加熱炉１および図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０には下記に列挙する不具合を改善すべき事項を見いだした。
第１の不具合は、図４に図解したように、不使用部を全て廃棄すると、光ファイバの線引き初期段階の加速時に、特性が安定しない期間に線引きした光ファイバが無駄になることである。図６を参照してその詳細を述べる。
【００７５】
図６は光ファイバの線引き工程における時間経過に伴う線速および光ファイバの長さの変化を図解したグラフである。横軸は時間経過を示し、縦軸は線速および光ファイバの長さを示す。曲線ＣＶ１は線速ＳＰＥＥＤを示し、曲線ＣＶ２は光ファイバの長さＬＥＮＧＴＨ（ｋｍ）を示す。縦軸の記号ＶＲは目標線速を示し、記号ＴＡＣＣは加速時間を示している。
【００７６】
本願発明者の調査によれば、光ファイバの線引きの加速時（加速時間ＴＡＣＣ）に消費する光ファイバの長さは一定の値Ｆになることが判明した。この状態の光ファイバは直径が不安定なので、実用に供さない。このように線引き初期段階において無駄になる光ファイバ母材の部分を不使用分として廃棄してしまうと、光ファイバ母材の無駄が起こる。したがって、第１実施の形態において述べたように、不使用分と考えられる光ファイバ母材を全て廃棄する必要はない。
【００７７】
第２の不具合は、加熱加工炉２１と切断部取り出し室２５とが連続しているから、切断機２３が光ファイバ母材７から切り離した不使用部分をシャッター２７を開いて外部に排出したとき、外気が切断部取り出し室２５に混入する。その場合に加熱加工炉２１をカーボン抵抗炉で構成しており、そのカーボン抵抗炉を加熱した状態のとき、カーボン加工炉が損傷し、損傷したカーボンが光ファイバ母材７の表面に付着する。このようなダストが光ファイバ母材７に付着した場合光ファイバが破断し易くなる問題は上述した。そのようなカーボン抵抗炉の損傷を防止するには、カーボン抵抗炉の温度が十分低下するまで待てばよいが、そうすると加工時間が非常に長くなる。
【００７８】
図７を参照して光ファイバ母材の表面に付着する異物を調査した結果について述べる。図７は図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０の加熱加工炉２１周辺の部分拡大図である。図７は加熱加工炉２１周辺のガスの流れＧと温度分布をも示している。
【００７９】
光ファイバ母材７の表面に付着する異物は、光ファイバ母材７が溶解するときに発生するＳｉＯ２の蒸気、およびカーボン抵抗炉からのカーボン微粒子またはカーボンとＳｉＯ２が反応して生成したＳｉＣである。そのような異物が光ファイバ母材７の表面に付着する異物付着領域は、加熱加工炉２１の上下の光ファイバ母材７の温度がある温度θ以下、たとえば、θ＝１１００°Ｃ以下の部分であることが判った。すなわち、異物付着領域としては、図７に図解したように、加熱加工炉２１の下端部（下付着部）ＤＰ１と、加熱加工炉２１の上部（上付着部）ＤＰ２である。下端部ＤＰ１に付着した異物は端部形状加工の後廃棄されるから問題はないが、上付着部ＤＰ２に付着した異物の対策を講ずる必要がある。
【００８０】
図７における記号Ｐ０は線引き開始位置を示している。
【００８１】
図８および図９を参照して光ファイバ母材７の直径ａと、加熱位置と加工後の端部形状との相関関係についての調査結果を述べる。図８は図７と同様、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０の加熱加工炉２１周辺の部分拡大図である。図８は特に、加熱加工炉２１と光ファイバ母材７の端部の位置関係を図解した図である。
図９は加熱加工炉２１に挿入された光ファイバ母材７の位置と光ファイバ母材７の直径との関係を示したグラフである。
【００８２】
図８において、加熱加工炉２１の上端部を加熱基準位置Ａ（座標軸Ｌの原点に相当する位置）とし、熱加工前の光ファイバ母材７の有効部分開始位置をＰ２とし、加熱基準位置Ａと有効部分開始位置Ｐ２との間の長さを挿入長さＬ１とする。
【００８３】
図８において、実線で示した光ファイバ母材７は加工後の光ファイバ母材７を示しており、破線で示した光ファイバ母材７は加工中の光ファイバ母材７を示している。
【００８４】
図９において、横軸は加熱位置Ｌを示し、縦軸は光ファイバ母材７の直径ａを１．０に規格化した値を示す。横軸の記号Ａは加熱基準位置を示し、記号Ｐ０は図７に示した線引き開始位置を示す。
【００８５】
図８および図９に図解したように、加工後の光ファイバ母材７の端部形状は、加熱位置に対して光ファイバ母材７の直径ａが一定になり、光ファイバ母材７の有効部分開始位置Ｐ２が決定される。
【００８６】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、有効部分開始位置Ｐ２と、加速終了後の位置Ｐ１と、線引き開始位置Ｐ０との関係を示すグラフである。図１０Ａは、加速終了後の位置Ｐ１が有効部分開始位置Ｐ２より下に位置している場合を示しており、図１０Ｂは加速終了後の位置Ｐ１と有効部分開始位置Ｐ２とが一致している場合を示しており、図１０Ｃは図１０Ａと逆に加速終了後の位置Ｐ１が有効部分開始位置Ｐ２より上に位置している場合を示している。図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて記号Ｐ０は線引き開始位置を示している。
【００８７】
図１１は光ファイバ母材の直径ａと挿入長さＬ１との関係を示すグラフである。図１１の実線で示した曲線は図１０Ｂに図解した、加速終了後の位置Ｐ１と有効部分開始位置Ｐ２とが一致する、光ファイバ母材７の直径ａと挿入長さＬ１との関係を示している。この曲線の上（横）に位置する状態が図１０Ａに該当しており、曲線の下に位置する状態が図１０Ｃに該当している。
【００８８】
図１１の特性は、線引き後の光ファイバの体積と、光ファイバ母材７の体積との比較から求めた。
【００８９】
図１２は挿入長さＬ１と、加速終了後の位置Ｐ１および有効部分開始位置Ｐ２との関係を示すグラフである。図１２に示す結果は、直径ａ１の光ファイバ母材７について、図１１から求めた最適な挿入長さＬ１（ａ１）前後で光ファイバ母材７の挿入長さを変化させて、加速終了後の位置Ｐ１と有効部分開始位置Ｐ２との相対位置を調べた結果である。有効部分開始位置Ｐ２が加速終了後の位置Ｐ１の上にある場合をプラスにとってある。
この実験によれば、図１１から求めた挿入長さＬ１（ａ１）の時、加速終了後の位置Ｐ１と有効部分開始位置Ｐ２とが一致することが確認できた。
【００９０】
上述したことを整理する。図６を参照して述べたように線引き開始から加速終了までの光ファイバの長さＦ（ｋｍ）が一定になること、および、図８および図９を参照して述べた相関関係を考慮すると、光ファイバ母材７の直径ａが判れば、図１１の特性を参照して挿入長さＬ１を求めることにより、加速終了直後から正規の形状の光ファイバを線引きすることができる、光ファイバ母材の端部加熱・加工条件が判る。
【００９１】
第２実施の形態（第２形態）
第２実施の形態の第２形態は上述した知見を反映させたものである。
【００９２】
図１３は第２実施の形態の第２形態の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置２０Ａの構成図である。
【００９３】
端部加熱・加工処理装置２０Ａは、加熱加工炉２１と、切断機２３と、切断部取り出し室２５と、シャッター２７と、図解しないガスノズルと、炉内ガス排出ポート２４と、真空ゲートバルブ２６と、パージガス供給ポート２８と、パージガス排出ポート２９とを有する。端部加熱・加工処理装置２０Ａは制御手段３５を有する。
【００９４】
端部加熱・加工処理装置２０Ａには、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０における加熱加工炉２１、切断機２３、切断部取り出し室２５、シャッター２７、および、図解しないガスノズルに加えて、炉内ガス排出ポート２４、真空ゲートバルブ２６、パージガス供給ポート２８およびパージガス排出ポート２９が付加されている。
【００９５】
もちろん、図１３の端部加熱・加工処理装置２０Ａにも、図５の端部加熱・加工処理装置２０と同様、図１に図解した上部加熱炉２、炉体４、支持棒７ａ、吊り下げ機構１２などを設けることができる。
【００９６】
端部加熱・加工処理装置２０Ａにおいて、炉内ガス排出ポート２４、真空ゲートバルブ２６、パージガス供給ポート２８およびパージガス排出ポート２９は、加熱加工炉２１がカーボン抵抗炉の場合に、上述した大気の混入によるカーボン抵抗炉の損傷を防止するために設けられたものである。
【００９７】
図１３の制御手段３５は光ファイバ母材７の端部の形状を、光ファイバの線引きに好適な条件に加工制御する。
上記カーボン抵抗炉の損傷を防止つつ、第２実施の形態の第２形態の光ファイバの線引きに好適な光ファイバ母材の端部の形状を加工する方法について述べる。
【００９８】
図１３に図解した制御手段３５は、基本的に図１に図解した制御手段１５と同様、図２に図解した、諸工程を行う。
ただし、第２実施の形態の第２形態においては、後述するように、ステップ２の母材端部加工工程における処理が改良され、ステップ３の不要部除去工程における処理が改良され、ステップ７の光ファイバ母材の取り出し工程内の（ａ）母材低温加熱工程および（ｂ）光ファイバ母材７の取り出し工程が時間短縮のため改良されている。
【００９９】
シールガス制御
光ファイバ母材７に異物が付着することを防止するため、ステップ２の母材下部加工工程内のシールガス制御について述べる。
【０１００】
図１４は、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０における加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した図７と同様、図１３に図解した端部加熱・加工処理装置２０における加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した部分拡大図である。
【０１０１】
図１５は図１３および図１４に図解した加熱加工炉２１の近傍の上部シールガス供給ポートを図解した図である。この上部シールガス供給ポートは幅２ｍｍのスリットを加熱加工炉２１の周方向から配置したものである。
【０１０２】
光ファイバ母材７が炉体の内部に挿入されて光ファイバ母材７の端部が加熱加工されるとき、加熱加工炉２１の上部口の全周から、光ファイバ母材７の直径方向に、図１５に図解した上部シールガス供給ポートを用いて、アルゴンガスなどの不活性ガスを上部シールガスとして吹きつける。それとともに、加熱加工炉２１の下部からポンプなどで強制的に上部シールガスを排気させて、加熱加工炉２１内のシールガスの流れを下降させる。これにより、図７を参照して述べた上付着領域ＤＰ２付近に異物が上昇してくることはなく、加熱加工炉２１内で発生した異物は、加熱加工炉２１の下部に排出される。
【０１０３】
上部シールガスの流量と加熱加工炉２１の下部の排気流量は、光ファイバ母材７と、加熱加工炉２１の上内径とのクリアランス（間隙）シールガスの流速、排気流量によって変化する。
排気流量は排気ガスに含まれるＣＯ２濃度が上昇しはじめる流量よりいくぶん少ない流量とした。上部シールガス流量と排気流量とをバランスさせながら上部シールガスの流量を増加させていった結果、光ファイバ母材７と加熱加工炉２１の内径とのクリアランスが３０ｍｍの場合、上部シールガスの流量が６０ＳＬＭ以上あれば、光ファイバ母材７の表面には異物が付着しないことが確認できた。
【０１０４】
光ファイバ母材７の加熱加工炉２１の内径とのクリアランスＣと上部シールガス流量との関係を考察するため、図１６に図解したように、加熱加工炉２１の上部に円環状（ドーナッツ状）のガラス板４０をおいてクリアランスＣを変化させた。その結果を図１７に示す。クリアランスＣを狭めると上部シールガスの流量を少なくすることができる。
【０１０５】
なお、光ファイバ母材７の端部を加熱加工するとき以外、すなわち、光ファイバ母材７が炉体に挿入されていないときは（図２におけるステップ１の光ファイバ母材搬入工程の前）、上部シールガスのみではシール効果が不十分であり、大気か加熱加工炉２１に流入する。そこで、光ファイバ母材７が炉体に導入される前は、上部シールガスの代わりに、加熱加工炉２１の下部からシールガスを上部に向けて流して炉体内を上昇流にした。
【０１０６】
不要部の除去
図１３に図解したように、切断部取り出し室２５と加熱加工炉２１との間に真空ゲートバルブ２６が設けられている。切断機２３により光ファイバ母材７の端部の不要部（不使用部分）が光ファイバ母材７から切り離されると、図解のごとく、切断部取り出し室２５に落下して留まる。
不要部を切断部取り出し室２５の外部に排出する場合、制御手段３５は真空ゲートバルブ２６を閉じ、シャッター２７を開いたとき外気が加熱加工炉２１に流入しないようにしておく。その後、制御手段３５はシャッター２７を開け、不要部を外部に排出させる。不要部が外部に排出された後、制御手段３５はシャッター２７を閉め、パージガス供給ポート２８から不活性ガスを切断部取り出し室２５に導入し、パージガス排出ポート２９から排出させて切断部取り出し室２５の内部を不活性ガスによって十分パージする。
【０１０７】
このガスパージ処理後、制御手段３５は真空ゲートバルブ２６を開けて、次の不要部が切断部取り出し室２５に落下することを可能にする。
このように、真空ゲートバルブ２６によって加熱加工炉２１と外部とを遮断し、パージガス供給ポート２８およびそ２９を用いた切断部取り出し室２５内の不活性ガスパージを行うことにより、加熱加工炉２１を昇温した状態で光ファイバ母材７の不要部の排出が可能となり、処理時間が短縮できた。
【０１０８】
不要部の切り離し位置
図１８（Ａ）〜（Ｃ）は光ファイバ母材７の端部の不要部の切り離し位置を図解した図である。
図１８Ａは、図２に図解したステップ２：母材下部加工工程における加熱加工状態の光ファイバ母材７の端部形状を示す図である。
図１８Ｂは本発明の第１実施の形態における不要部の切断位置を示す図である。
図１８Ｃは本発明の第２実施の形態における不要部の切断位置を示す図である。
図１８Ａ〜図１８Ｃにおいて、線引き開始位置Ｐ０、加速終了後の位置Ｐ１、有効部分開始位置Ｐ２の位置関係を示している。
光ファイバ母材７はコア部５とクラッド部６とで構成されている。
【０１０９】
図１８Ｂに示した第１実施の形態による光ファイバ母材７の端部形状と、図１８Ｃに示した第２実施の形態の第２形態の光ファイバ母材７の端部形状とを比較すると、図１８Ｃにおいては、図６を参照して述べたように、線引き開始から加速終了段階までに品質が規格に満たない一定の長さの光ファイバが製造されることを考慮して、その部分が該当する光ファイバ母材７の端部を残して切り離している。
【０１１０】
この切り離し位置は、光ファイバ母材７の加熱加工炉２１における加熱位置によって制御できる。したがって、制御手段３５は、図１に図解した吊り下げ機構１２を駆動制御して加熱加工炉２１に対する光ファイバ母材７の端部位置を適切に位置決めして、図１８Ｃに図解した切り離し位置で光ファイバ母材７の端部を切り離す。
【０１１１】
このようにして切り離された光ファイバ母材７を用いて光ファイバに線引きすると、図６に図解したように、線引き開始から加速終了して目標の線引き速度に到達するまでの期間は、不要部の線引きが行われ、目標の線引き速度に到達した時は所定の直径の光ファイバ母材７から線引きされる。その結果、光ファイバ母材７の無駄が無くなる。
【０１１２】
第２実施の形態の第２形態として、第１実施の形態との相違を中心に述べた。
したがって、説明を省略した部分については第１実施の形態が適用できる。
【０１１３】
【発明の効果】
第２実施の形態によれば、第１実施の形態に対して下記の特徴および効果を有する。
（１）光ファイバ母材７の無駄がなくなる。
（２）異物の付着が非常に減少する。その結果、高品質の光ファイバが製造できる。
（３）不要部の排出のために加熱加工炉２１の温度を低下させる必要がなく、光ファイバ母材７の端部加工時間が短縮する。
【０１１４】
【産業上の利用可能性】
本発明により加工された光ファイバ母材は、その後、光ファイバに線引きされ、そのようにして形成された光ファイバは各種の光通信、光計測などに適用される。
【０１１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の光ファイバ母材の端末部の加熱・加工装置の第１実施の形態としての加熱炉の縦断面図である。
【図２】 図２は図１に図解した加熱炉を用いた本発明の第１実施の形態としての光ファイバ母材の端末部の加熱・加工方法を示すフロー図である。
【図３】 図３は光ファイバ母材の下部の溶融加工後の第１の形態を示す縦断面図である。
【図４】 図４は光ファイバ母材の下部の溶融加工後の第２の形態を示す縦断面図である。
【図５】 図５は本発明の光ファイバ母材の端末部の加熱・加工装置の第２実施の形態の第１の形態加熱炉の縦断面図である。
【図６】 図６は光ファイバの線引き工程における時間経過に伴う線速および光ファイバの長さの変化を図解したグラフである。
【図７】 図７は図５に図解した端部加熱・加工処理装置の加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した部分拡大図である。
【図８】 図８は図５に図解した端部加熱・加工処理装置の加熱加工炉と光ファイバ母材の端部の位置関係を図解した図である。
【図９】 図９は加熱加工炉に挿入された光ファイバ母材の位置と光ファイバ母材の直径との関係を示したグラフである。
【図１０】 図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、有効部分開始位置Ｐ２と、加速終了後の位置Ｐ１と、線引き開始位置Ｐ０との関係を示すグラフである。
【図１１】 図１１は光ファイバ母材の直径（ａ）と挿入長さ（Ｌ１）との関係を示すグラフである。
【図１２】 図１２は光ファイバ母材の挿入長さ（Ｌ１）と、加速終了後の位置（Ｐ１）および有効部分開始位置（Ｐ２）との関係を示すグラフである。
【図１３】 図１３は本発明の光ファイバ母材の端末部の加熱・加工装置の第２実施の形態の第２の形態加熱炉の縦断面図である。
【図１４】 図１４は、図５に図解した端部加熱・加工処理装置における加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した図７と同様、図１３に図解した端部加熱・加工処理装置における加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した部分拡大図である。
【図１５】 図１５は図１３および図１４に図解した加熱加工炉の近傍の上部シールガス供給ポートを図解した図である。
【図１６】 図１６はクリアランスと上部シールガス流量との関係を求めるためにガラス基板をクリアランスに装着した図である。
【図１７】 図１７はクリアランスＣと上部シールガス流量との関係を示したグラフである。
【図１８】 図１８（Ａ）〜（Ｃ）は光ファイバ母材の端部の不要部の切り離し位置の図解した図である。
【符号の説明】
１ 加熱炉
２ 上部加熱炉（第２の加熱手段）
３ 下部加熱炉（第１の加熱手段）
４ 炉体
５ コア部
６ クラッド部
７ 光ファイバ母材
７ａ 支持棒
８ ガスノズル
９ 下部チャンバー
１０ シャッター
１１ 冷却部
１２ 吊り下げ機構
１５ 制御手段
２０，２０Ａ 端部加熱・加工処理装置
２１ 加熱加工炉
２３ 切断機
２５ 切断部取り出し室
２６ 真空ゲートバルブ
２７ シャッター
２８ パージガス供給ポート
２９ パージガス排出ポート
３５ 制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、コア部とその外周を覆うクラッド部からなるガラス化された光ファイバ母材を線引きして光ファイバを形成する前に行う、光ファイバ母材の加熱・加工方法及びそれに用いる装置に関する。
より特定的には、本発明は、光ファイバの線引きに使用する光ファイバ母材の端部の形状を所定の形状に加工する、光ファイバ母材の端部を加熱・加工する加熱・加工方法、とそれに使用する光ファイバ母材の端部の加熱・加工装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
光ファイバは光通信、光計測などの用途に広く使用されている。
たとえば、単一モードの石英光ファイバは、直径１０μｍのコアと、このコアの外周に形成された直径１２５μｍのクラッドと、このクラッドの外周に被着された樹脂被覆とを有する。コアには屈折率を高めるためのドーパントが導入されており、コアの屈折率はクラッドの屈折率より高い。
【０００３】
そのような光ファイバは、光ファイバ母材を加熱線引きして形成する。光ファイバ母材は、光ファイバのコアに相当する部分であるコア部と、光ファイバのクラッドに相当する部分であるクラッド部とを有する。
コア部とその外周を覆うクラッド部からなる透明ガラス化された光ファイバ母材を加熱し線引して、たとえば、上述したコアとクラッドとを有する光ファイバを製造する場合、加熱はコア部の外周に位置するクラッド部から始まる。ところを加熱する初期は通常、コア部が光ファイバ母材の先端まで入っていない。光ファイバ母材内のコア部が光ファイバ母材の先端から露出し、かつ、線引き時の溶融変形部の形状になっていないと、線引きしてもすぐにはコアとクラッドとからなる正規の光ファイバは形成されない。そのため、光ファイバ母材を加熱して線引きする時は、事前に光ファイバ母材の端部の形状を線引き時の溶融変形部の形状にしておく必要がある。そのように端部を線引き時の溶融変形部の形状にした光ファイバ母材を加熱しながら線引きすると、無駄な線引きなしに、たとえば、直径１０μｍのコアと、このコアの外周に形成された直径１２５μｍのクラッドとを有する正規の単一モードの光ファイバが形成される。
【０００４】
このように、光ファイバの線引きに際しては、その前処理として、光ファイバ母材の端部を線引きのために好ましい形状、たとえば、線引き時の溶融変形部の形状に加工する処理が必要となる。
【０００５】
本明細書において、この作業を光ファイバ母材の端部加熱・加工方法と呼び、その処理に使用する装置を光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置と呼ぶ。
【０００６】
いかに迅速に、効率よく、コア部を光ファイバ母材の先端から露出させるかが、加熱炉などの設備の稼働率向上のためのキーポイントである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ファイバ母材の端部の加熱・加工を高速度で行うと、屈折率を高めるためのドーパントを含有しているコア部の粘度とクラッド部の粘度が異なるため、コア部とクラッド部との外径比率に応じて線引きされず、光ファイバの直径が変動する。光ファイバの直径の乱れが大きくなると、線引きした光ファイバの外周（クラッドの外周）に紫外線硬化樹脂などを被覆したとき被覆の厚さが不均一になり、被覆の不良となり、さらに光ファイバの破断につながる。
【０００８】
このような不具合を防ぐために、これまで、ガラス旋盤で光ファイバ母材の先端部を機械加工してコア部を光ファイバの端部から露出させる方法が試みられている。
しかしながら、この方法では光ファイバ母材の表面に機械加工時の切り屑が光ファイバ母材の端部に付着することがあり、付着した切り屑などが光ファイバの線引き時に影響して光ファイバの外径不良を引き起こすこともある。
【０００９】
一方、光ファイバ母材の全体は、加熱炉において透明ガラス化後に１２００〜１３００℃に温度保持または加熱され、その後に、光ファイバの線引きのために、あるいは、線引きに備えた保管のために、加熱炉から常温の大気中に出される。
しかしながら、光ファイバ母材が加熱炉から大気中に出されて、光ファイバ母材の表面が急激に冷却されると、光ファイバ母材の表面に微少の歪みが残留することがあり、その残留歪みが線引き後の光ファイバの強度を低下させる傾向がある。
【００１０】
本発明の目的は、光ファイバ母材に残留した微少な歪みを除去し、且つ、光ファイバの線引き工程の立ち上げ時間を短縮できる光ファイバ母材の端部を加熱・加工する方法（光ファイバ母材の端部加熱・加工方法）を提供することにある。
本発明の目的はまた、そのような光ファイバ母材の端部加熱・加工方法に使用する光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光ファイバ母材の下端部を加熱溶融して光ファイバとして線引きするための形状に加工する光ファイバ母材の端部加熱・加工方法であって、
前記光ファイバ母材の下端部を前記光ファイバ母材の下端部を加熱させる加熱炉の加熱部の近傍に位置決めする光ファイバ母材位置決め工程と、前記光ファイバ母材の下端部を加熱して当該下端部を前記光ファイバの線引き時の溶融変形部の形状に加工する端部加工工程と、前記端部加工工程で生じた前記下端部の加工部のうち不要部分を除去する不要部分除去工程と、前記不要部分除去工程の後、前記不要部分が除去されて残った前記光ファイバ母材の下端部に不活性ガスを吹きつけて冷却する光ファイバ母材端部冷却工程と、を有する、光ファイバ母材の端部加熱・加工方法が提供される。
【００１２】
好ましくは、前記端部加工工程において、前記光ファイバ母材の平行部の下端から前記不要部分が除去されて残った前記光ファイバ母材の先端部までの長さが、前記光ファイバを線引きする線引き工程の立ち上げ時間が最短時間に近づく長さになるように前記光ファイバ母材の下端部を加工する。
【００１３】
好ましくは、前記光ファイバ母材を前記加熱炉から取り出す前に、前記光ファイバ母材全体を加熱し、その後、大気雰囲気においても熱歪みが生じない温度まで低下させる光ファイバ母材低温加熱工程を有する。
【００１３】
好ましくは、前記光ファイバ母材低温加熱工程において、前記光ファイバ母材の全体を１１００〜１３００°Ｃに加熱し、その後、前記光ファイバ母材の加熱温度を６００〜４００°Ｃに低下させる。
【００１４】
好ましくは、前記端部加工工程において、前記光ファイバ母材の前記下端部の周囲に上部から下部に向けて不活性シールガスを流す。
【００１５】
好ましくは、前記光ファイバ母材位置決め工程の前の前記光ファイバ母材が前記加熱炉に導入される前は、前記加熱炉内に下部から上部に向けて不活性シールガスを流す。
【００１６】
好ましくは、前記不要部除去工程において、前記加熱炉の前記加熱部を外気から遮断し、加熱状態を保持した状態で前記不要部を前記加熱炉の外部へ排出する。
【００１７】
好ましくは、前記加熱部の下部に位置する不要部を切り離す不要部切り離し手段と、前記不要部切り離し手段の下部に位置し、切り離された不要部を収容する不要部収容部と、前記不要部収容部の下に位置し、前記不要部を前記加熱炉の外部に排出する不要部排出手段と、前記加熱炉の加熱部と、前記不要部排出手段との間に、これらの間を開閉自在に仕切る仕切り手段と、前記不要部収容部の内部を不活性ガスでパージするガスパージ手段とを有し、前記不要部収容部は前記仕切り手段と不要部排出手段との間に位置する光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置を用い、
前記不要部除去工程は、前記仕切り手段を閉じて前記加熱部を外気から隔離させ、前記不要部排出手段を開けて前記不要部収容部に収容されている前記不要部を外部に排出し、前記不要部排出手段を閉じて前記不要部収容部を外気から隔離し、前記ガスパージ手段を駆動して前記不要部収容部から外気を排出し、前記仕切り部を開けて前記加熱部と前記不要部収容部とを連通させる。
【００１８】
好ましくは、前記不要部除去工程において、前記光ファイバの線引き開始から目標の線引き速度に到達するまでの間に線引きされる前記光ファイバ母材分を残して不要部を除去する。
【００１９】
好ましくは、光ファイバ母材の下端部を加熱炉内で加熱溶融して光ファイバとして線引きするための形状に加工する光ファイバ母材の端部加熱・加工装置であって、
前記加熱炉の上部に位置し、前記光ファイバ母材を前記加熱炉に導入し、その昇降位置の位置決めを行う吊り下げ手段と、前記加熱炉に導入された前記光ファイバ母材の下端部を加熱する第１の加熱手段と、前記第１の加熱手段を制御して、前記光ファイバ母材の下端部を線引きするための形状に加工する制御手段と、前記第１の加熱手段の下部に位置し、前記光ファイバ母材の下端部の加工部のうち不要部を切り離す不要部切り離し手段と、前記不要部切り離し手段の下に位置し、前記不要部を前記加熱炉の外部に排出する不要部排出手段と、を有する、光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置が提供される。
【００２０】
好ましくは、前記不要部切り離し手段の下部に位置し、切り離された不要部を収容する不要部収容部をさらに有する。
【００２１】
好ましくは、前記不要部収容部には当該不要部収容部内を冷却する冷却手段が
設けられている。
【００２２】
好ましくは、前記第１の加熱手段の上部に位置し、前記加熱炉内に導入された前記光ファイバ母材の下端部より上の部分を加熱する第２の加熱手段をさらに有する。
【００２３】
好ましくは、前記第１の加熱手段と、前記不要部排出手段との間に、これらの間を開閉自在に仕切る仕切り手段と、前記不要部収容部の内部を不活性ガスでパージするガスパージ手段と、をさらに有し、前記不要部収容部は前記仕切り手段と前記不要部排出手段との間に位置している。
【００２４】
好ましくは、前記第１の加熱手段はカーボン抵抗炉である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
第１実施の形態
図１は本発明の光ファイバ母材の端末部の加熱・加工装置の第１の実施の形態としての加熱炉の主要部を図解した縦断面図である。
【００２６】
図１に図解した加熱炉１は、本発明の第２の加熱手段としての上部加熱炉２と本発明の第１の加熱手段としての下部加熱炉３とを備えた炉体４を備えている。炉体４内には、ガラス化された光ファイバ母材７が支持棒７ａで支持されて収容されている。支持棒７ａはその上部に位置する吊り下げ機構１２によって支持されている。支持棒７ａと吊り下げ機構１２とが本発明の吊り下げ手段を構成している。
【００２７】
下部加熱炉３の下部にはガスノズル８が設けられている。下部チャンバー９が本発明の不要部収容部に該当する。
下部チャンバー９の肉厚内には、冷却水の如き冷却媒体を流す冷却部１１が設けられている。冷却部１１が本発明の冷却手段に該当する。
【００２８】
ガスノズル８の下部には下部チャンバー９が設けられている。複数のガスノズル８は、炉体４の下部に設けられており、後で述べる加工された光ファイバ母材７の下部を冷却する。ガスノズル８が本発明の冷媒排出手段に該当する。
下部チャンバー９の下部はシャッター１０が設けられている。炉体４の下部のガスノズル８の下に連設されて設けられた下部チャンバー９の下端は、シャッター１０で開閉される。シャッター１０が本発明の仕切り手段に該当する。
【００２９】
ガラス化された光ファイバ母材７は、コア部５とその外周を覆うクラッド部６とを有する。
本明細書において述べる処理の後に行われる光ファイバの線引き工程において、光ファイバ母材７が加熱されて線引きが行われると、コア部５が、たとえば、直径１０μｍのコアになり、クラッド部６が直径１２５μｍのクラッドとなる。その後、線引きされた光ファイバに紫外線硬化樹脂などの被覆が施される。
【００３０】
本発明の光ファイバ母材の端部の加熱・加工装置として、加熱炉１の他に制御手段１５が設けられている。制御手段１５は、基本制御動作として、上部加熱炉２および下部加熱炉３の加熱制御を行う。さらに、制御手段１５はガスノズル８の冷媒噴射制御、および、吊り下げ機構１２の昇降および回転制御を行う。制御手段１５は、たとえば、マイクロコンピュータを内蔵しており、マイクロコンピュータが上述した制御処理を行う。
【００３１】
図１に図解した、加熱炉１および制御手段１５は、本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置の１例として、光ファイバ母材７を加熱線引きして光ファイバを形成する前処理として、光ファイバ母材７の端部を所定の形状に形成し、かつ、冷却歪みを防止するために用いる。
【００３２】
図２を参照して加熱炉１および制御手段１５を用いて行う本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法の実施の形態について述べる。
【００３３】
図２は図１に図解した加熱炉１および制御手段１５によって行われる工程を図解したフロー図である。
【００４３】
ステップ１：光ファイバ母材搬入工程
コア部５とクラッド部６とを有するガラス化した光ファイバ母材７を支持棒７ａで支持し、吊り下げ機構１２を駆動して、炉体４の内部に下降させて、光ファイバ母材７を図１に図解のように炉体４に搬入する。特に、光ファイバ母材７の下部が下部加熱炉３の近傍に位置するように光ファイバ母材７を炉体４の内部に配設する。制御手段１５は、吊り下げ機構１２を駆動制御して上記動作を遂行する。
【００３４】
ステップ２：光ファイバ母材下端部加工工程
制御手段１５で下部加熱炉３を駆動し、炉体４内に吊下げ配置した光ファイバ母材７の端部を下部加熱炉３で加熱する。
なお、ステップ２〜ステップ４の工程と同時に、ステップ５として述べる上部ヒータ２による光ファイバ母材７の下端部より上部の光ファイバ母材全体の加熱を行うことが望ましいが、ステップ５の動作は後述する。
【００３５】
ステップ２において、制御手段１５は、光ファイバ母材７の下端部が加熱溶融した形状変化が起こる温度に下部ヒータ３を加熱制御する。その温度は、たとえば、１９００〜２１００°Ｃである。
【００３６】
好ましくは、光ファイバ母材７の下部の溶融加工中は、制御手段１５により支持棒７ａを支持している吊り下げ機構１２を調整して、下部加熱炉３の適当な位置に光ファイバ母材７の下端の加熱溶融部が位置するように該光ファイバ母材７を上下する。
【００３７】
ステップ３：不要部の除去工程
光ファイバ母材７のうち、クラッド部６部分が先端が、図１に図解のように、溶融して垂れ下がる。このように垂れ下がったクラッド部分は、自重により光ファイバ母材７の本体分から破断して、下部チャンバー９内に落下する。
下部チャンバー９に落下した不要部（余剰部分）はチャンバー９の肉厚部に形成された冷却部１１により所定温度以下に冷却された後に、制御手段１５の制御によりシャッター１０を開いて外部に排出する。
【００３８】
ステップ４：加工部の冷却工程
ステップ３における不要部が切り離された光ファイバ母材７の端部の加熱加工部に対して、制御手段１５の制御のもと図１に図解したガスノズル８から高速度で窒素またはアルゴン等の不活性ガスを吹き付けて、加熱溶融部を冷却する。このような冷却を行うと、光ファイバ母材７の端部加熱溶融部の粘度が小さいため変形し易い下端部の形状を固定することができる。
【００３９】
ステップ６：母材下部加工繰り返し工程
図３は光ファイバ母材７の下部を一度溶融加工したときの下部形状を示す。図３に例示した光ファイバ母材７の端部の形状は、クラッド部６が円錐状に長く伸び、コア部５が光ファイバ母材７の端部から露出していない。この形状では、下端部の長さが長くて、線引きなどのための光ファイバ母材７の搬送に不便である。さらにコア部５が端部から露出していないし、線引き時の溶融変形部の形状ではない。そのため、光ファイバに線引きする際にも立ち上げ時に光ファイバの外径が定常状態になるまでに時間がかかる。光ファイバ母材７の平行部を線引きするまでは光ファイバの外径が安定しない。
線引き時の溶融変形部の形状としては、たとえば、そのような形状を言う。
このようなクラッド部の溶融加工部分が上述した不要部（余剰部分）に相当する。
【００４０】
そこで、本実施の形態においては、制御手段１５の制御により、光ファイバ母材７の下部を複数回溶融加工して光ファイバ母材の端部の形状を、線引き時の溶融変形部の形状になるまで加工する。すなわち、制御手段１５により上記「Ｓ１：光ファイバ母材搬入工程」〜「Ｓ４：加工部冷却工程」を複数回繰り返して、図３に図解した鋭角な形状の光ファイバ母材７の端部の不要部を、図４に例示したように、コア部５の先端が露出し、線引き時の溶融変形部の形状に近似した形状に加工する。
【００４１】
そのため、制御手段１５は、吊り下げ機構１２を制御して支持棒７ａに支持されている光ファイバ母材７を、不要部が除去された分だけ、炉体４において所定距離下降させる。その位置において、制御手段１５は、下部加熱炉３とを制御して、光ファイバ母材７の端部の溶融加工を行う。この処理を複数回繰り返す。
通常、光ファイバ母材７を下降させる距離は、処理回数が多くなるにつれて少なくする。その距離は制御手段１５に事前に記憶させておくことができる。あるいは、加熱炉１に下部加熱炉３の内部を監視する撮像装置を設け、撮像装置の検出信号を制御手段１５に入力して制御手段１５が画像処理して図４に図解した形状になったことを確認して自動的に停止させることもできる。
【００４２】
そのような繰り返し処理を行うことにより、図４に示すように光ファイバ母材７の下部先端を短くする。勿論、この形状では、光ファイバ母材７の下部先端から、すなわち、溶融して丸みを帯びたクラッド部６の先端から、コア部５が露出しており、線引き時の溶融変形部の形状に近似した形状をしている。図４に図解した端部形状の光ファイバ母材７を加熱溶融して線引きすると、無駄なく、かつ、品質が均一の、たとえば、直径が１０μｍのコアと、その外周に位置する直径１２５μｍのクラッドからなる光ファイバが形成される。
【００４３】
外径１３０ｍｍ、長さ１．５ｍの光ファイバ母材７を用いた場合、図４に例示した光ファイバ母材７の下端の直径Ｄは、１５〜２５ｍｍ、好ましくは約２０ｍｍ程度位が線引き開始時の光ファイバの引出しに都合がよい。さらに、図４において光ファイバ母材７の平行部の下端から光ファイバ母材７の下端までの長さＬは、次工程である線引き工程の立ち上げ時間が最短時間に近づくように設定される。具体的な例を述べると、長さＬは１５０〜３００ｍｍ程度が好ましい。
【００４４】
光ファイバ母材７の下端が上記の如き形状になると、光ファイバの線引き立ち上げ時（線引き初期）の加熱時間後には、たとえば、線引き立ちあげから数十分程度後には目的とする光ファイバ母材７の平行部での線引きが行われるようになる。すなわち、本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法を実施すると、その後の線引き工程の処理時間が短縮できる。
【００４５】
なお、上述した「母材下部加熱加工繰り返し工程」の処理を、多数回行うと、時間がかかるので、２〜３回で図４に示す形状にするのが効率的である。その制御は制御手段１５で行う。このような形状になるまでの加工時間は、約２時間程度である。
【００４６】
上述した「母材下部加熱加工繰り返し工程」の終了の判定方法としては、上述した回数で判定する方法、撮像装置を用いる方法の他、種々の方法をとることができる。たとえば、そのような方法としては、人間が光ファイバ母材７の下端を目視して判断して制御手段１５に指示して繰り返し処理を停止する方法をとることができる。
【００４７】
ステップ５：光ファイバ母材全体の加熱
制御手段１５は、ステップ２〜ステップ４、ステップ６の動作と平行して上部ヒータ２による光ファイバ母材７の下端部より上部の光ファイバ母材７全体の加熱を行うことが望ましい。その理由としては、光ファイバ母材の上部加熱炉２による光ファイバ母材７の上部の高温加熱によって、この処理の前工程である光ファイバ母材７のガラス化時に光ファイバ母材内部に残留していたヘリウムガスが本加熱中に光ファイバ母材７から排出するので、線引き中に光ファイバの外径変動がなくなる。また、線引きされた光ファイバの強度の低下を抑制することができる。さらに、ヘリウムガスの排出は線引きした光ファイバの損失低下を防止する。
【００４８】
制御手段１５は、下部加熱炉３の加熱温度を上部加熱炉２の加熱温度より高く駆動制御する。たとえば、上部加熱炉２による加熱は１１００〜１３００°Ｃ程度であるが、光ファイバ母材７の下部は下部加熱炉３で１９００〜２１００℃に加熱して溶融加工する。
【００４９】
ステップ７：光ファイバ母材の取り出し工程
光ファイバ母材７を取り出し工程は、下記に述べる、（１）光ファイバ母材全体低温加熱工程と、（２）光ファイバ母材の取り出し工程からなる。
【００５０】
（１）光ファイバ母材全体低温加熱工程
光ファイバ母材７の端部が図４に例示した線引き時の溶融変形部の形状に近似した形状になった後、光ファイバ母材７を加熱炉１から大気中に取り出す前に、（ａ）加熱炉１の内部において光ファイバ母材７全体を加熱し、（ｂ）その後、ゆっくりと冷却する。すなわち、加熱により光ファイバ母材７を加熱した後の光ファイバ母材７の内部応力歪みを解放した後、光ファイバ母材７の温度と大気の温度との差が急冷却に伴う光ファイバ母材７の歪みが再び起きない程度まで光ファイバ母材７の温度を低下させる。この温度制御は、制御手段１５により上部ヒータ２を制御して行う。この工程が母材低温加熱工程である。
【００５１】
そのような低温加熱温度としては、光ファイバ母材７が軟化しない温度である。たとえば、制御手段１５は、初期温度として、上部加熱炉２を制御して温度１１００〜１３００°Ｃ程度で光ファイバ母材７を加熱して、その後、この初期温度より十分低い温度、たとえば、光ファイバ母材７の温度が６００℃以下、好ましくは、６００〜４００°Ｃ程度になるように上部加熱炉２を制御する。このような温度から光ファイバ母材７を大気雰囲気において自然冷却させると、光ファイバ母材７に応力歪みが起きない。
【００５２】
上記加熱加工温度雰囲気から上記低温加熱温度に推移させるには、好ましくは、まず、光ファイバ母材７の端部の溶融加工のための下部加熱炉３の温度１９００〜２１００℃を上部加熱炉２の温度１１００〜１３００°Ｃの近傍まで低下させて、上部加熱炉２および下部加熱炉３の全体の炉体４の内部温度をほぼ同じにして（１１００〜１３００°Ｃ）、その後、上部加熱炉２および下部加熱炉３を制御した低温加熱温度（６００〜４００°Ｃ）まで一定の温度勾配で低下させることが望ましい。制御手段１５は、上部加熱炉２および下部加熱炉３の温度制御を上記の温度になるように制御する。
【００５３】
なお、この低温加熱工程において、制御手段１５は、光ファイバ母材７の加工部も下部加熱部３から離れて上部加熱部２で加熱されるよように、吊り下げ機構１２を駆動して光ファイバ母材７全体を少し上昇させることが望ましい。
そのような低温加熱時間は、たとえば、２〜３時間である。
【００５４】
なお、このような低温加熱工程は、光ファイバ母材７の下部を加工する工程とは独立に行うことができる付加的な工程である。この工程は本願発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法から除くこともできる。
【００５５】
（２）光ファイバ母材の取り出し工程
上述した低温加熱工程の処理が終了したら、光ファイバ母材７を加熱炉１から排出する。この排出方法としては、制御手段１５の制御により、支持棒７ａに支持されている光ファイバ母材７を加熱炉１の上部から排出する。
以上により、本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法の処理は終了する。
【００５６】
上述した工程のうち、本発明の光ファイバ母材加工工程（方法）の基本工程として、ステップ２の光ファイバ母材端部加工工程、ステップ３の不要部除去工程、ステップ４の加工部冷却工程となる。
光ファイバ母材加工工程（方法）として、必要に応じて、ステップ６の繰り返し工程を行う。さらに、ステップ５の光ファイバ母材全体の加熱工程を上記工程と並行して行うことが望ましい。
【００５７】
上述した光ファイバ母材の端部加熱・加工方法によれば、加工された光ファイバ母材７を用いて光ファイバを線引きした場合、光ファイバの線引き当初から光ファイバ母材７（クラッド部）の中央部にコア部が位置しているので、予定通りの線引きが行われ、高速線引き時でも光ファイバの断線が少なくなる。したがって、本発明による形成された光ファイバ母材７を使用すれば、線引き立ち上げ時間も短縮でき、線引きされた光ファイバの破断も少ない。
【００５８】
本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法によれば、光ファイバ母材の下部形状を一定にできるので、光ファイバ母材７の搬送及び線引き条件が安定する。
上述した本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法において、ステップ５として示した、光ファイバ母材全体を加熱する工程を行った場合、光ファイバ母材の上部加熱炉２による光ファイバ母材７の上部全体の加熱によって、この処理の前工程である光ファイバ母材７のガラス化時に光ファイバ母材内部に残留していたヘリウムガスが本加熱中に光ファイバ母材７から排出するので、線引き中に光ファイバの外径変動がなくなる。また、線引きされた光ファイバの強度の低下を抑制することができる。さらに、ヘリウムガスの排出により線引きした光ファイバの損失増加が防止できる。
【００５９】
上述した本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法は、上述した効果を奏する処理、すなわち、図２に図解したステップ１〜ステップ７の処理が同じ加熱炉１を用いて一貫して行えるので、作業効率が高く、熱効率もよい。
【００６０】
本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法によれば、光ファイバ母材７の上部全体を加熱する上部加熱炉２と、光ファイバ母材７の下端部を加熱する下部加熱炉３とを分離しており、光ファイバ母材７の下端部のみを加熱する下部加熱炉３の加熱温度を上部加熱炉２の加熱温度より高くしているので、光ファイバ母材７全体を加熱する場合に比較して加熱時問が短縮される。
【００６１】
本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法の実施に際しては、上述した実施の形態には限定されない。以下、その変形態様を述べる。
【００６２】
母材下部加工工程および母材下部加工繰り返し工程における加熱中に、制御手段１５が吊り下げ機構１２を駆動して、光ファイバ母材７をその軸心の回りに回転させる。そうすると、上部加熱炉２および下部加熱炉３に包囲された光ファイバ母材７の円周方向の加熱が均一化され易いので、光ファイバ母材７の下端の加熱溶融部の形状が安定する。
【００６３】
さらに好ましくは、下部加熱炉３を上下方向に複数個に分割して構成し、制御手段１５はそれぞれの複数個の下部加熱炉に対して垂直方向に温度勾配を持たせるように制御する。このようにすることによって、光ファイバ母材７の下部の加工をさらに効率良く行うことができる。
【００６４】
図１に図解した加熱炉１においては、上部加熱炉２と下部加熱炉３とを併用した場合について述べたが、上述したように、ステップ５として述べた光ファイバ母材７上部全体の加熱工程は付加的な工程であるから、ステップ５の工程を行わないときは、上部加熱炉２を排除して構成にすることができるか、ステップ５において制御手段１５による上部加熱炉２の温度制御をしないでもよい。
【００６５】
上述した図４において光ファイバ母材７の下端の直径Ｄ、および、平行部の下端から光ファイバ母材７の下端までの長さＬは例示であり、光ファイバ母材７の外径が異なれば、これらの値は異なる場合がある。
【００６６】
以上の例示においては、光ファイバ母材７を単一モードの光ファイバの線引きする場合を前提して述べたが、本発明により端部の形状が加工された光ファイバ母材７は、単一モードの光ファイバに限らず、その他の光ファイバ、たとえば、偏波面保存型光ファイバ、分布定数型光ファイバなどにも適用できる。
【００６７】
第２実施の形態
本発明の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法および光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置の第２実施の形態について述べる。
上述したように、本発明の第１実施の形態の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法は、光ファイバ母材を光ファイバに線引きするときに効率のよい光ファイバ母材の端部形状に加工することを目的の１つとしている。本発明の第２実施の形態は、第１実施の形態をさらに改良したものである。
【００６８】
第２実施の形態（第１の形態）
図５は本発明の第２実施の形態の第１の形態としての光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置の部分図である。
【００６９】
図５に図解した光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置２０は、加熱加工炉２１と、切断機２３と、切断部取り出し室２５と、シャッター２７と、図解しないガスノズルとを有する。さらに端部加熱・加工処理装置２０は制御手段３５を有する。
図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０は、図１に図解した加熱炉１とを対比すると、図５の加熱加工炉２１が図１の下部加熱炉３に対応しており本発明の第１の加熱手段に該当する。図１の下部チャンバー９が図５の切断部取り出し室２５に対応しており、本発明の不要部収容部に該当する。図１のシャッター１０が図５のシャッター２７に対応しており、本発明の不要部排出手段に該当する。図１のガスノズル８が図５には図解しないガスノズルに対応しており、本発明の冷媒排出手段に該当する。図５の制御手段３５が図１の制御手段１５に対応している。
【００７０】
図５に図解した制御手段３５も、基本的に、図２に図解した工程の制御処理を行う。すなわち、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０も、図２に図解した諸工程、すなわち、Ｓ１：光ファイバ母材搬入工程、Ｓ２：母材下部加工工程、Ｓ３：不要部除去工程、Ｓ４：加工部冷却工程、および、Ｓ６：繰り返し工程が行われる。もちろん、第２実施の形態においても、必要に応じて、ステップ５の光ファイバ母材上部全体加熱工程をこれらの工程と並行して行うこともできる。さらに、第２実施の形態において、ステップ７の光ファイバ母材の取り出し工程を行うこともできる。
【００７１】
図５の端部加熱・加工処理装置２０には切断機２３が付加されている。図１に図解した光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置においては不要部は自重による自然落下により下部チャンバー９に収容される構造をしていたが、図５に図解した光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置において、切断機２３で不要部を光ファイバ母材７の本体部分から切り離す構造をしている。不要部の切断は、切断機２３を光ファイバ母材７の本体に大きな衝撃を与えない程度の力を不要部に与えて、不要部を光ファイバ母材７の本体から切り離す。
【００７２】
図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０は、図１に図解した加熱炉１における、本発明の第２の加熱手段に該当する上部加熱炉２、炉体４、支持棒７ａ、吊り下げ機構１２が図解されていないが、図５の端部加熱・加工処理装置２０においても、支持棒７ａに該当する支持棒、吊り下げ機構１２に該当する吊り下げ機構が設けられている。また、図５に図解した光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置において、必要に応じて、加熱加工炉２１の上部に図１に図解した上部加熱炉２に該当する本発明の第２の加熱手段を設けることができる。さらに、切断部取り出し室２５の側壁に、下部チャンバー９と同様、冷却部を設けることができる。
【００７３】
したがって、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０においても、不使用部分の除去を切断機２３を付加した他は、第１実施の形態と同様に光ファイバ母材７の端部形状を加工することができる。
なお、第２実施の形態は、特に、光ファイバ母材７の端部形状の加工をいかにするかを重点的に述べる。
【００７４】
本願発明者は、図１に図解した加熱炉１および図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０には下記に列挙する不具合を改善すべき事項を見いだした。
第１の不具合は、図４に図解したように、不使用部を全て廃棄すると、光ファイバの線引き初期段階の加速時に、特性が安定しない期間に線引きした光ファイバが無駄になることである。図６を参照してその詳細を述べる。
【００７５】
図６は光ファイバの線引き工程における時間経過に伴う線速および光ファイバの長さの変化を図解したグラフである。横軸は時間経過を示し、縦軸は線速および光ファイバの長さを示す。曲線ＣＶ１は線速ＳＰＥＥＤを示し、曲線ＣＶ２は光ファイバの長さＬＥＮＧＴＨ（ｋｍ）を示す。縦軸の記号ＶＲは目標線速を示し、記号ＴＡＣＣは加速時間を示している。
【００７６】
本願発明者の調査によれば、光ファイバの線引きの加速時（加速時間ＴＡＣＣ）に消費する光ファイバの長さは一定の値Ｆになることが判明した。この状態の光ファイバは直径が不安定なので、実用に供さない。このように線引き初期段階において無駄になる光ファイバ母材の部分を不使用分として廃棄してしまうと、光ファイバ母材の無駄が起こる。したがって、第１実施の形態において述べたように、不使用分と考えられる光ファイバ母材を全て廃棄する必要はない。
【００７７】
第２の不具合は、加熱加工炉２１と切断部取り出し室２５とが連続しているから、切断機２３が光ファイバ母材７から切り離した不使用部分をシャッター２７を開いて外部に排出したとき、外気が切断部取り出し室２５に混入する。その場合に加熱加工炉２１をカーボン抵抗炉で構成しており、そのカーボン抵抗炉を加熱した状態のとき、カーボン加工炉が損傷し、損傷したカーボンが光ファイバ母材７の表面に付着する。このようなダストが光ファイバ母材７に付着した場合光ファイバが破断し易くなる問題は上述した。そのようなカーボン抵抗炉の損傷を防止するには、カーボン抵抗炉の温度が十分低下するまで待てばよいが、そうすると加工時間が非常に長くなる。
【００７８】
図７を参照して光ファイバ母材の表面に付着する異物を調査した結果について述べる。図７は図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０の加熱加工炉２１周辺の部分拡大図である。図７は加熱加工炉２１周辺のガスの流れＧと温度分布をも示している。
【００７９】
光ファイバ母材７の表面に付着する異物は、光ファイバ母材７が溶解するときに発生するＳｉＯ２の蒸気、およびカーボン抵抗炉からのカーボン微粒子またはカーボンとＳｉＯ２が反応して生成したＳｉＣである。そのような異物が光ファイバ母材７の表面に付着する異物付着領域は、加熱加工炉２１の上下の光ファイバ母材７の温度がある温度θ以下、たとえば、θ＝１１００°Ｃ以下の部分であることが判った。すなわち、異物付着領域としては、図７に図解したように、加熱加工炉２１の下端部（下付着部）ＤＰ１と、加熱加工炉２１の上部（上付着部）ＤＰ２である。下端部ＤＰ１に付着した異物は端部形状加工の後廃棄されるから問題はないが、上付着部ＤＰ２に付着した異物の対策を講ずる必要がある。
【００８０】
図７における記号Ｐ０は線引き開始位置を示している。
【００８１】
図８および図９を参照して光ファイバ母材７の直径ａと、加熱位置と加工後の端部形状との相関関係についての調査結果を述べる。図８は図７と同様、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０の加熱加工炉２１周辺の部分拡大図である。図８は特に、加熱加工炉２１と光ファイバ母材７の端部の位置関係を図解した図である。
図９は加熱加工炉２１に挿入された光ファイバ母材７の位置と光ファイバ母材７の直径との関係を示したグラフである。
【００８２】
図８において、加熱加工炉２１の上端部を加熱基準位置Ａ（座標軸Ｌの原点に相当する位置）とし、熱加工前の光ファイバ母材７の有効部分開始位置をＰ２とし、加熱基準位置Ａと有効部分開始位置Ｐ２との間の長さを挿入長さＬ１とする。
【００８３】
図８において、実線で示した光ファイバ母材７は加工後の光ファイバ母材７を示しており、破線で示した光ファイバ母材７は加工中の光ファイバ母材７を示している。
【００８４】
図９において、横軸は加熱位置Ｌを示し、縦軸は光ファイバ母材７の直径ａを１．０に規格化した値を示す。横軸の記号Ａは加熱基準位置を示し、記号Ｐ０は図７に示した線引き開始位置を示す。
【００８５】
図８および図９に図解したように、加工後の光ファイバ母材７の端部形状は、加熱位置に対して光ファイバ母材７の直径ａが一定になり、光ファイバ母材７の有効部分開始位置Ｐ２が決定される。
【００８６】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、有効部分開始位置Ｐ２と、加速終了後の位置Ｐ１と、線引き開始位置Ｐ０との関係を示すグラフである。図１０Ａは、加速終了後の位置Ｐ１が有効部分開始位置Ｐ２より下に位置している場合を示しており、図１０Ｂは加速終了後の位置Ｐ１と有効部分開始位置Ｐ２とが一致している場合を示しており、図１０Ｃは図１０Ａと逆に加速終了後の位置Ｐ１が有効部分開始位置Ｐ２より上に位置している場合を示している。図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて記号Ｐ０は線引き開始位置を示している。
【００８７】
図１１は光ファイバ母材の直径ａと挿入長さＬ１との関係を示すグラフである。図１１の実線で示した曲線は図１０Ｂに図解した、加速終了後の位置Ｐ１と有効部分開始位置Ｐ２とが一致する、光ファイバ母材７の直径ａと挿入長さＬ１との関係を示している。この曲線の上（横）に位置する状態が図１０Ａに該当しており、曲線の下に位置する状態が図１０Ｃに該当している。
【００８８】
図１１の特性は、線引き後の光ファイバの体積と、光ファイバ母材７の体積との比較から求めた。
【００８９】
図１２は挿入長さＬ１と、加速終了後の位置Ｐ１および有効部分開始位置Ｐ２との関係を示すグラフである。図１２に示す結果は、直径ａ１の光ファイバ母材７について、図１１から求めた最適な挿入長さＬ１（ａ１）前後で光ファイバ母材７の挿入長さを変化させて、加速終了後の位置Ｐ１と有効部分開始位置Ｐ２との相対位置を調べた結果である。有効部分開始位置Ｐ２が加速終了後の位置Ｐ１の上にある場合をプラスにとってある。
この実験によれば、図１１から求めた挿入長さＬ１（ａ１）の時、加速終了後の位置Ｐ１と有効部分開始位置Ｐ２とが一致することが確認できた。
【００９０】
上述したことを整理する。図６を参照して述べたように線引き開始から加速終了までの光ファイバの長さＦ（ｋｍ）が一定になること、および、図８および図９を参照して述べた相関関係を考慮すると、光ファイバ母材７の直径ａが判れば、図１１の特性を参照して挿入長さＬ１を求めることにより、加速終了直後から正規の形状の光ファイバを線引きすることができる、光ファイバ母材の端部加熱・加工条件が判る。
【００９１】
第２実施の形態（第２形態）
第２実施の形態の第２形態は上述した知見を反映させたものである。
【００９２】
図１３は第２実施の形態の第２形態の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置２０Ａの構成図である。
【００９３】
端部加熱・加工処理装置２０Ａは、加熱加工炉２１と、切断機２３と、切断部取り出し室２５と、シャッター２７と、図解しないガスノズルと、炉内ガス排出ポート２４と、真空ゲートバルブ２６と、パージガス供給ポート２８と、パージガス排出ポート２９とを有する。端部加熱・加工処理装置２０Ａは制御手段３５を有する。
【００９４】
端部加熱・加工処理装置２０Ａには、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０における加熱加工炉２１、切断機２３、切断部取り出し室２５、シャッター２７、および、図解しないガスノズルに加えて、炉内ガス排出ポート２４、真空ゲートバルブ２６、パージガス供給ポート２８およびパージガス排出ポート２９が付加されている。
【００９５】
もちろん、図１３の端部加熱・加工処理装置２０Ａにも、図５の端部加熱・加工処理装置２０と同様、図１に図解した上部加熱炉２、炉体４、支持棒７ａ、吊り下げ機構１２などを設けることができる。
【００９６】
端部加熱・加工処理装置２０Ａにおいて、炉内ガス排出ポート２４、真空ゲートバルブ２６、パージガス供給ポート２８およびパージガス排出ポート２９は、加熱加工炉２１がカーボン抵抗炉の場合に、上述した大気の混入によるカーボン抵抗炉の損傷を防止するために設けられたものである。
【００９７】
図１３の制御手段３５は光ファイバ母材７の端部の形状を、光ファイバの線引きに好適な条件に加工制御する。
上記カーボン抵抗炉の損傷を防止つつ、第２実施の形態の第２形態の光ファイバの線引きに好適な光ファイバ母材の端部の形状を加工する方法について述べる。
【００９８】
図１３に図解した制御手段３５は、基本的に図１に図解した制御手段１５と同様、図２に図解した、諸工程を行う。
ただし、第２実施の形態の第２形態においては、後述するように、ステップ２の母材端部加工工程における処理が改良され、ステップ３の不要部除去工程における処理が改良され、ステップ７の光ファイバ母材の取り出し工程内の（ａ）母材低温加熱工程および（ｂ）光ファイバ母材７の取り出し工程が時間短縮のため改良されている。
【００９９】
シールガス制御
光ファイバ母材７に異物が付着することを防止するため、ステップ２の母材下部加工工程内のシールガス制御について述べる。
【０１００】
図１４は、図５に図解した端部加熱・加工処理装置２０における加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した図７と同様、図１３に図解した端部加熱・加工処理装置２０における加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した部分拡大図である。
【０１０１】
図１５は図１３および図１４に図解した加熱加工炉２１の近傍の上部シールガス供給ポートを図解した図である。この上部シールガス供給ポートは幅２ｍｍのスリットを加熱加工炉２１の周方向から配置したものである。
【０１０２】
光ファイバ母材７が炉体の内部に挿入されて光ファイバ母材７の端部が加熱加工されるとき、加熱加工炉２１の上部口の全周から、光ファイバ母材７の直径方向に、図１５に図解した上部シールガス供給ポートを用いて、アルゴンガスなどの不活性ガスを上部シールガスとして吹きつける。それとともに、加熱加工炉２１の下部からポンプなどで強制的に上部シールガスを排気させて、加熱加工炉２１内のシールガスの流れを下降させる。これにより、図７を参照して述べた上付着領域ＤＰ２付近に異物が上昇してくることはなく、加熱加工炉２１内で発生した異物は、加熱加工炉２１の下部に排出される。
【０１０３】
上部シールガスの流量と加熱加工炉２１の下部の排気流量は、光ファイバ母材７と、加熱加工炉２１の上内径とのクリアランス（間隙）シールガスの流速、排気流量によって変化する。
排気流量は排気ガスに含まれるＣＯ２濃度が上昇しはじめる流量よりいくぶん少ない流量とした。上部シールガス流量と排気流量とをバランスさせながら上部シールガスの流量を増加させていった結果、光ファイバ母材７と加熱加工炉２１の内径とのクリアランスが３０ｍｍの場合、上部シールガスの流量が６０ＳＬＭ以上あれば、光ファイバ母材７の表面には異物が付着しないことが確認できた。
【０１０４】
光ファイバ母材７の加熱加工炉２１の内径とのクリアランスＣと上部シールガス流量との関係を考察するため、図１６に図解したように、加熱加工炉２１の上部に円環状（ドーナッツ状）のガラス板４０をおいてクリアランスＣを変化させた。その結果を図１７に示す。クリアランスＣを狭めると上部シールガスの流量を少なくすることができる。
【０１０５】
なお、光ファイバ母材７の端部を加熱加工するとき以外、すなわち、光ファイバ母材７が炉体に挿入されていないときは（図２におけるステップ１の光ファイバ母材搬入工程の前）、上部シールガスのみではシール効果が不十分であり、大気か加熱加工炉２１に流入する。そこで、光ファイバ母材７が炉体に導入される前は、上部シールガスの代わりに、加熱加工炉２１の下部からシールガスを上部に向けて流して炉体内を上昇流にした。
【０１０６】
不要部の除去
図１３に図解したように、切断部取り出し室２５と加熱加工炉２１との間に真空ゲートバルブ２６が設けられている。切断機２３により光ファイバ母材７の端部の不要部（不使用部分）が光ファイバ母材７から切り離されると、図解のごとく、切断部取り出し室２５に落下して留まる。
不要部を切断部取り出し室２５の外部に排出する場合、制御手段３５は真空ゲートバルブ２６を閉じ、シャッター２７を開いたとき外気が加熱加工炉２１に流入しないようにしておく。その後、制御手段３５はシャッター２７を開け、不要部を外部に排出させる。不要部が外部に排出された後、制御手段３５はシャッター２７を閉め、パージガス供給ポート２８から不活性ガスを切断部取り出し室２５に導入し、パージガス排出ポート２９から排出させて切断部取り出し室２５の内部を不活性ガスによって十分パージする。
【０１０７】
このガスパージ処理後、制御手段３５は真空ゲートバルブ２６を開けて、次の不要部が切断部取り出し室２５に落下することを可能にする。
このように、真空ゲートバルブ２６によって加熱加工炉２１と外部とを遮断し、パージガス供給ポート２８およびそ２９を用いた切断部取り出し室２５内の不活性ガスパージを行うことにより、加熱加工炉２１を昇温した状態で光ファイバ母材７の不要部の排出が可能となり、処理時間が短縮できた。
【０１０８】
不要部の切り離し位置
図１８（Ａ）〜（Ｃ）は光ファイバ母材７の端部の不要部の切り離し位置を図解した図である。
図１８Ａは、図２に図解したステップ２：母材下部加工工程における加熱加工状態の光ファイバ母材７の端部形状を示す図である。
図１８Ｂは本発明の第１実施の形態における不要部の切断位置を示す図である。
図１８Ｃは本発明の第２実施の形態における不要部の切断位置を示す図である。
図１８Ａ〜図１８Ｃにおいて、線引き開始位置Ｐ０、加速終了後の位置Ｐ１、有効部分開始位置Ｐ２の位置関係を示している。
光ファイバ母材７はコア部５とクラッド部６とで構成されている。
【０１０９】
図１８Ｂに示した第１実施の形態による光ファイバ母材７の端部形状と、図１８Ｃに示した第２実施の形態の第２形態の光ファイバ母材７の端部形状とを比較すると、図１８Ｃにおいては、図６を参照して述べたように、線引き開始から加速終了段階までに品質が規格に満たない一定の長さの光ファイバが製造されることを考慮して、その部分が該当する光ファイバ母材７の端部を残して切り離している。
【０１１０】
この切り離し位置は、光ファイバ母材７の加熱加工炉２１における加熱位置によって制御できる。したがって、制御手段３５は、図１に図解した吊り下げ機構１２を駆動制御して加熱加工炉２１に対する光ファイバ母材７の端部位置を適切に位置決めして、図１８Ｃに図解した切り離し位置で光ファイバ母材７の端部を切り離す。
【０１１１】
このようにして切り離された光ファイバ母材７を用いて光ファイバに線引きすると、図６に図解したように、線引き開始から加速終了して目標の線引き速度に到達するまでの期間は、不要部の線引きが行われ、目標の線引き速度に到達した時は所定の直径の光ファイバ母材７から線引きされる。その結果、光ファイバ母材７の無駄が無くなる。
【０１１２】
第２実施の形態の第２形態として、第１実施の形態との相違を中心に述べた。
したがって、説明を省略した部分については第１実施の形態が適用できる。
【０１１３】
【発明の効果】
第２実施の形態によれば、第１実施の形態に対して下記の特徴および効果を有する。
（１）光ファイバ母材７の無駄がなくなる。
（２）異物の付着が非常に減少する。その結果、高品質の光ファイバが製造できる。
（３）不要部の排出のために加熱加工炉２１の温度を低下させる必要がなく、光ファイバ母材７の端部加工時間が短縮する。
【０１１４】
【産業上の利用可能性】
本発明により加工された光ファイバ母材は、その後、光ファイバに線引きされ、そのようにして形成された光ファイバは各種の光通信、光計測などに適用される。
【０１１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の光ファイバ母材の端末部の加熱・加工装置の第１実施の形態としての加熱炉の縦断面図である。
【図２】 図２は図１に図解した加熱炉を用いた本発明の第１実施の形態としての光ファイバ母材の端末部の加熱・加工方法を示すフロー図である。
【図３】 図３は光ファイバ母材の下部の溶融加工後の第１の形態を示す縦断面図である。
【図４】 図４は光ファイバ母材の下部の溶融加工後の第２の形態を示す縦断面図である。
【図５】 図５は本発明の光ファイバ母材の端末部の加熱・加工装置の第２実施の形態の第１の形態加熱炉の縦断面図である。
【図６】 図６は光ファイバの線引き工程における時間経過に伴う線速および光ファイバの長さの変化を図解したグラフである。
【図７】 図７は図５に図解した端部加熱・加工処理装置の加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した部分拡大図である。
【図８】 図８は図５に図解した端部加熱・加工処理装置の加熱加工炉と光ファイバ母材の端部の位置関係を図解した図である。
【図９】 図９は加熱加工炉に挿入された光ファイバ母材の位置と光ファイバ母材の直径との関係を示したグラフである。
【図１０】 図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、有効部分開始位置Ｐ２と、加速終了後の位置Ｐ１と、線引き開始位置Ｐ０との関係を示すグラフである。
【図１１】 図１１は光ファイバ母材の直径（ａ）と挿入長さ（Ｌ１）との関係を示すグラフである。
【図１２】 図１２は光ファイバ母材の挿入長さ（Ｌ１）と、加速終了後の位置（Ｐ１）および有効部分開始位置（Ｐ２）との関係を示すグラフである。
【図１３】 図１３は本発明の光ファイバ母材の端末部の加熱・加工装置の第２実施の形態の第２の形態加熱炉の縦断面図である。
【図１４】 図１４は、図５に図解した端部加熱・加工処理装置における加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した図７と同様、図１３に図解した端部加熱・加工処理装置における加熱加工炉周辺のガスの流れと温度分布を示した部分拡大図である。
【図１５】 図１５は図１３および図１４に図解した加熱加工炉の近傍の上部シールガス供給ポートを図解した図である。
【図１６】 図１６はクリアランスと上部シールガス流量との関係を求めるためにガラス基板をクリアランスに装着した図である。
【図１７】 図１７はクリアランスＣと上部シールガス流量との関係を示したグラフである。
【図１８】 図１８（Ａ）〜（Ｃ）は光ファイバ母材の端部の不要部の切り離し位置の図解した図である。
【符号の説明】
１ 加熱炉
２ 上部加熱炉（第２の加熱手段）
３ 下部加熱炉（第１の加熱手段）
４ 炉体
５ コア部
６ クラッド部
７ 光ファイバ母材
７ａ 支持棒
８ ガスノズル
９ 下部チャンバー
１０ シャッター
１１ 冷却部
１２ 吊り下げ機構
１５ 制御手段
２０，２０Ａ 端部加熱・加工処理装置
２１ 加熱加工炉
２３ 切断機
２５ 切断部取り出し室
２６ 真空ゲートバルブ
２７ シャッター
２８ パージガス供給ポート
２９ パージガス排出ポート
３５ 制御手段
Claims (15)
- 光ファイバ母材の下端部を加熱溶融して光ファイバとして線引きするための形状に加工する光ファイバ母材の端部加熱・加工方法であって、
前記光ファイバ母材の下端部を前記光ファイバ母材の下端部を加熱させる加熱炉の加熱部の近傍に位置決めする光ファイバ母材位置決め工程と、
前記光ファイバ母材の下端部を加熱して当該下端部を前記光ファイバの線引き時の溶融変形部の形状に加工する端部加工工程と、
前記端部加工工程で生じた前記下端部の加工部のうち不要部分を除去する不要部分除去工程と、
前記不要部分除去工程の後、前記不要部分が除去されて残った前記光ファイバ母材の下端部に不活性ガスを吹きつけて冷却する光ファイバ母材端部冷却工程と、
を有する、光ファイバ母材の端部加熱・加工方法。 - 前記端部加工工程において、前記光ファイバ母材の平行部の下端から前記不要部分が除去されて残った前記光ファイバ母材の先端部までの長さが、前記光ファイバを線引きする線引き工程の立ち上げ時間が最短時間に近づく長さになるように前記光ファイバ母材の下端部を加工する、
請求項１に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法。 - 前記光ファイバ母材を前記加熱炉から取り出す前に、前記光ファイバ母材全体を加熱し、その後、大気雰囲気においても熱歪みが生じない温度まで低下させる光ファイバ母材低温加熱工程を有する、
請求項１または２に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法。 - 前記光ファイバ母材低温加熱工程において、
前記光ファイバ母材の全体を１１００〜１３００°Ｃに加熱し、
その後、前記光ファイバ母材の加熱温度を６００〜４００°Ｃに低下させる、
請求項３に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法。 - 前記端部加工工程において、前記光ファイバ母材の前記下端部の周囲に上部から下部に向けて不活性シールガスを流す、
請求項１〜４のいずれか１に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法。 - 前記光ファイバ母材位置決め工程の前の前記光ファイバ母材が前記加熱炉に導入される前は、前記加熱炉内に下部から上部に向けて不活性シールガスを流す、
請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法。 - 前記不要部除去工程において、前記加熱炉の前記加熱部を外気から遮断し、加熱状態を保持した状態で前記不要部を前記加熱炉の外部へ排出する、
請求項１〜６のいずれかに記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法。 - 前記加熱部の下部に位置する不要部を切り離す不要部切り離し手段と、前記不要部切り離し手段の下部に位置し、切り離された不要部を収容する不要部収容部と、前記不要部収容部の下に位置し、前記不要部を前記加熱炉の外部に排出する不要部排出手段と、前記加熱炉の加熱部と、前記不要部排出手段との間に、これらの間を開閉自在に仕切る仕切り手段と、前記不要部収容部の内部を不活性ガスでパージするガスパージ手段とを有し、前記不要部収容部は前記仕切り手段と不要部排出手段との間に位置する光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置を用い、
前記不要部除去工程は、前記仕切り手段を閉じて前記加熱部を外気から隔離させ、
前記不要部排出手段を開けて前記不要部収容部に収容されている前記不要部を外部に排出し、
前記不要部排出手段を閉じて前記不要部収容部を外気から隔離し、
前記ガスパージ手段を駆動して前記不要部収容部から外気を排出し、
前記仕切り部を開けて前記加熱部と前記不要部収容部とを連通させる、
請求項７に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理方法。 - 前記不要部除去工程において、前記光ファイバの線引き開始から目標の線引き速度に到達するまでの間に線引きされる前記光ファイバ母材分を残して不要部を除去する、
請求項１〜８のいずれかに記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工方法。 - 光ファイバ母材の下端部を加熱炉内で加熱溶融して光ファイバとして線引きするための形状に加工する光ファイバ母材の端部加熱・加工装置であって、
前記加熱炉の上部に位置し、前記光ファイバ母材を前記加熱炉に導入し、その昇降位置の位置決めを行う吊り下げ手段と、
前記加熱炉に導入された前記光ファイバ母材の下端部を加熱する第１の加熱手段と、
前記第１の加熱手段を制御して、前記光ファイバ母材の下端部を線引きするための形状に加工する制御手段と、
前記第１の加熱手段の下部に位置し、前記光ファイバ母材の下端部の加工部のうち不要部を切り離す不要部切り離し手段と、
前記不要部切り離し手段の下に位置し、前記不要部を前記加熱炉の外部に排出する不要部排出手段と、
を有する、光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置。 - 前記不要部切り離し手段の下部に位置し、切り離された不要部を収容する不要部収容部をさらに有する、
請求項１０に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置。 - 前記不要部収容部には当該不要部収容部内を冷却する冷却手段が設けられている、
請求項１１に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置。 - 前記第１の加熱手段の上部に位置し、前記加熱炉内に導入された前記光ファイバ母材の下端部より上の部分を加熱する第２の加熱手段をさらに有する、
請求項１０〜１２のいずれか１に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置。 - 前記第１の加熱手段と、前記不要部排出手段との間に、これらの間を開閉自在に仕切る仕切り手段と、
前記不要部収容部の内部を不活性ガスでパージするガスパージ手段と、
をさらに有し、
前記不要部収容部は前記仕切り手段と前記不要部排出手段との間に位置している、
請求項１１〜１３のいずれか１に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置。 - 前記第１の加熱手段はカーボン抵抗炉である、
請求項１０〜１４のいずれか１に記載の光ファイバ母材の端部加熱・加工処理装置。
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