WO2020196104A1 - 切削工具および光ファイバ母材製造方法 - Google Patents

切削工具および光ファイバ母材製造方法 Download PDF

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WO2020196104A1
WO2020196104A1 PCT/JP2020/011788 JP2020011788W WO2020196104A1 WO 2020196104 A1 WO2020196104 A1 WO 2020196104A1 JP 2020011788 W JP2020011788 W JP 2020011788W WO 2020196104 A1 WO2020196104 A1 WO 2020196104A1
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cutting tool
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optical fiber
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PCT/JP2020/011788
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中西　哲也
拓志 永島
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住友電気工業株式会社
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    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
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    • B24D5/14—Zonally-graded wheels; Composite wheels comprising different abrasives
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    • B24D7/14—Zonally-graded wheels; Composite wheels comprising different abrasives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
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    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres

Definitions

  • the present disclosure relates to a cutting tool and a method for manufacturing an optical fiber base material.
  • This application claims priority based on Japanese Application No. 2019-062449 filed on March 28, 2019, and incorporates all the contents described in the Japanese application.
  • An optical fiber base material having a core extending in the longitudinal direction may be manufactured by the rod-in-collapsing method.
  • a jacket material is produced by forming holes extending in the longitudinal direction in a cylindrical glass body. Next, after inserting the core rod into this hole, the core rod and the jacket material are integrated by heating from the outside of the jacket material to manufacture an optical fiber base material.
  • Patent Document 1 discloses a technique for manufacturing an optical fiber base material having one core extending in the longitudinal direction (hereinafter, referred to as a single core optical fiber base material).
  • Patent Document 2 discloses a technique for manufacturing an optical fiber base material having a plurality of cores (hereinafter, referred to as a multi-core optical fiber base material).
  • the cutting tool is a cutting tool including a shank portion and a cutting portion provided at one end of the shank portion, and the cutting portion is provided at one end of the cutting tool. It has a first region and a second region located closer to the center of the cutting tool than the first region, and abrasive grains are fixed to the first region and the second region, and the second region is used.
  • the average particle size of the abrasive grains in the first region is smaller than the average particle size of the abrasive grains in the first region.
  • the optical fiber base material manufacturing method is a method for manufacturing an optical fiber base material having a core extending in the longitudinal direction, from one end to the other end in the axial direction of the glass body.
  • a jacket material is produced by forming a hole using the cutting tool of the present disclosure, a core rod is inserted into the hole, and the jacket material is heated to integrate the jacket material and the core rod.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a multi-core optical fiber.
  • FIG. 2A is a front view showing a glass body used in the optical fiber base material manufacturing method according to one aspect of the present disclosure.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view showing a glass body used in the optical fiber base material manufacturing method according to one aspect of the present disclosure.
  • FIG. 3A is a side view showing an example of a cutting tool according to one aspect of the present disclosure.
  • FIG. 3B is a front view showing an example of a cutting tool according to one aspect of the present disclosure.
  • FIG. 3C is an enlarged perspective view of the cutting portion of the cutting tools of FIGS. 3A and 3B to which the abrasive grains are fixed.
  • FIG. 3A is a side view showing an example of a cutting tool according to one aspect of the present disclosure.
  • FIG. 3B is a front view showing an example of a cutting tool according to one aspect of the present disclosure.
  • FIG. 3C is
  • FIG. 4 is a cross-sectional view including the central axis of the glass body in the step of producing the jacket material according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view including a central axis of the jacket material according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view including a central axis of the jacket material into which the core rod is inserted in the step of inserting the core rod according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view including the central axis of the glass body in the step of producing the jacket material according to the modified example of the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view including a central axis of the jacket material according to a modified example of the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view including a central axis of the jacket material into which the core rod is inserted in the step of inserting the core rod according to the modified example of the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing an integration process according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the jacket material.
  • FIG. 12A is a front view showing another example of the cutting tool.
  • FIG. 12B is a front view showing still another example of the cutting tool.
  • a hole is provided in the center of the jacket pipe.
  • the jacket pipe is heated from the outside, the jacket pipe deforms while maintaining a symmetrical state with respect to the central axis of the jacket pipe. That is, the inner circumference of the hole shrinks uniformly toward the central axis of the hole, and the inner wall of the hole contacts the core rod. At the same time as the inner circumference of the hole is reduced, the inner wall of the hole becomes smooth.
  • the multi-core optical fiber base material is manufactured by the rod-in-collapse method, if the clearance between the inner diameter of the hole and the outer diameter of the core rod is small, the position accuracy of the core will be high. However, if the clearance is small, the inner wall of the hole is likely to come into contact with the core rod before the roughness of the inner wall of the hole is sufficiently reduced, so that air bubbles are likely to remain.
  • Some multi-core optical fiber base materials have holes other than the center of the jacket pipe.
  • the vicinity of the outer circumference of the jacket pipe is heated more strongly than the center of the jacket pipe. Therefore, in one cross section of the jacket pipe, it is difficult to keep the roughness of the inner wall of the hole other than the center of the jacket pipe equal over the entire circumference of the inner wall.
  • the inner wall of the hole can come into contact with the core rod before the roughness of the inner wall of the portion of the inner wall of the hole near the center of the jacket pipe becomes sufficiently small, so that air bubbles are generated. It becomes easy to remain.
  • a cutting tool including a shank portion and a cutting portion provided at one end of the shank portion.
  • the cutting portion includes a first region provided at one end of the cutting tool and the first portion. It has a second region located closer to the center of the cutting tool than the region, and abrasive grains are fixed to the first region and the second region, and the average particle size of the abrasive grains in the second region is , Smaller than the average particle size of the abrasive grains in the first region.
  • the present disclosure ensures the productivity of drilling in the first region and the inner wall of the hole in the second region. Roughness can be reduced. Therefore, in the present disclosure, it is possible to obtain an optical fiber base material in which air bubbles are less likely to remain at the boundary between the inner wall of the hole and the core rod without impairing the productivity of drilling.
  • the abrasive grains are diamond grains.
  • the abrasive grains are diamond grains.
  • holes having a smooth inner wall are easily formed in the glass body.
  • the average particle size of the abrasive grains in the first region is 100 ⁇ m or more, and the average particle size of the abrasive grains in the second region is less than 100 ⁇ m. Since the average particle size of the abrasive grains in the first region is 100 ⁇ m or more, the present disclosure can maintain a high drilling speed. Further, since the average particle size of the abrasive grains in the second region is less than 100 ⁇ m, the present disclosure can obtain a smooth inner wall even at the above processing speed.
  • the outer diameter of the second region is larger than the outer diameter of the first region. Since the outer diameter of the second region is larger than the outer diameter of the first region, the second region can reliably process the inner wall of the hole after the first region has processed the hole. Therefore, the present disclosure can surely obtain a hole having a smooth inner wall.
  • the difference between the outer diameter of the second region and the outer diameter of the first region is in the range of 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. Since the difference between the outer diameter of the second region and the outer diameter of the first region is 10 ⁇ m or more, even if the abrasive grains of the second region are worn, the processing of the inner wall of the hole can be continued in the second region. .. Further, since the difference between the outer diameter of the second region and the outer diameter of the first region is 300 ⁇ m or less, the load on the second region during machining does not increase, and the wear of the abrasive grains in the second region is reduced. ..
  • the optical fiber base material manufacturing method is a method for manufacturing an optical fiber base material having a core extending in the longitudinal direction, and the method is in the axial direction of the glass body.
  • a jacket material is produced by forming a hole from one end to the other end using the cutting tool of the present disclosure, a core rod is inserted into the hole, and the jacket material is heated to form the jacket material and the core rod.
  • the present disclosure ensures the productivity of drilling in the first region and the holes in the second region. The roughness of the inner wall of the can be reduced.
  • the present disclosure it is possible to obtain an optical fiber base material in which air bubbles are less likely to remain at the boundary between the inner wall of the hole and the core rod without impairing the productivity of drilling. According to the present disclosure, by drawing the optical fiber base material produced in this manner, it is possible to produce an optical fiber having less variation in the outer diameter of the optical fiber and no decrease in mechanical strength.
  • An object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing an optical fiber base material and a cutting tool in which air bubbles are less likely to remain at the boundary between the inner wall of a hole and a core rod without impairing the productivity of drilling.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a multi-core optical fiber 1.
  • the multi-core optical fiber 1 has, for example, seven cores 11 in the clad 10.
  • the core 11 extends in the longitudinal direction of the multi-core optical fiber 1.
  • the core 11 includes a central core arranged on the optical fiber central axis and an outer peripheral core arranged on the hexagonal vertices around the optical fiber central axis.
  • Each core 11 includes a region having a refractive index higher than that of the clad 10 and is configured to propagate light.
  • the rod-in-collapsing method includes, for example, a step of producing a jacket material by forming holes from one end to the other end in the axial direction of a cylindrical glass body, and a step of inserting a core rod into the holes of the jacket material. It has a step of heating the jacket material to integrate the jacket material and the core rod.
  • FIG. 2A is a front view seen from one end 21 of the glass body 20 used in the optical fiber base material manufacturing method according to one aspect of the present disclosure.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 2A.
  • the glass body 20 is, for example, silica glass to which fluorine is added or pure silica glass, and has a cylindrical shape.
  • the glass body 20 has seven holes extending from one end 21 to the other end 22 in the axial direction in a drill shape. Provided with a tool.
  • FIG. 3A to 3C are diagrams illustrating a cutting tool 40 used in the optical fiber base material manufacturing method according to one aspect of the present disclosure.
  • FIG. 3A is a side view showing an example of the cutting tool 40.
  • FIG. 3B is a front view showing an example of the cutting tool 40.
  • FIG. 3C is an enlarged perspective view of a cutting portion of the cutting tool 40 to which the abrasive grains are fixed.
  • the cutting tool 40 includes a shank portion 41 and a cutting portion 42.
  • the shank portion 41 is, for example, a hollow round bar made of metal, and is configured so that a rotational force around an axis extending in the longitudinal direction is applied to the shank portion 41.
  • the cutting portion 42 is located in front of the shank portion 41 (one end of the cutting tool 40, which is the right side in FIG. 3A), and is configured to rotate together with the shank portion 41.
  • the cutting portion 42 is, for example, a hollow round bar, and a discharge path 50a concentric with the shank portion 41 is provided at the center on the cross section of the cutting portion 42.
  • the outer peripheral surface of the cutting portion 42 has a first region 51 provided at one end of the cutting tool 40 and a second region 52 located closer to the center of the cutting tool 40 than the first region 51.
  • the second region 52 is located behind the first region 51 (on the left side in FIG. 3A).
  • the front end of the second region 52 is connected to, for example, the rear end of the first region 51.
  • the length L1 of the first region 51 and the length L2 of the second region 52 are both, for example, 5 mm.
  • Abrasive grains (for example, diamond grains) are fixed to the first region 51 (including the tip surface 50) and the second region 52 by, for example, a multilayer electrodeposition structure.
  • the average particle size of the abrasive grains is evaluated by the particle size specified in JIS_B_4130.
  • the average particle size of the diamond grains in the first region 51 is 100 ⁇ m or more (# 140 or less in the particle size display in JIS_B_4130), preferably 150 ⁇ m or more (# 100 or less in the particle size display in JIS_B_4130).
  • the average particle size of the diamond grains in the second region 52 is smaller than the average particle size of the diamond grains in the first region 51. Specifically, the average particle size of the diamond grains in the second region 52 is less than 100 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m or less (# 270 or more in the particle size indication in JIS_B_4130).
  • the average particle size is generally determined, for example, by a method of sorting particles by a plurality of types of sieves.
  • the average particle size of 105 ⁇ m corresponds to the particle size display # 140
  • the average particle size of 149 ⁇ m corresponds to # 100
  • the average particle size of 53 ⁇ m corresponds to # 270.
  • the present embodiment can maintain a high drilling speed.
  • the present embodiment can further increase the processing speed of drilling.
  • the average particle size of the diamond grains in the second region 52 is less than 100 ⁇ m, in the present embodiment, a smooth inner wall of holes can be obtained even at the above processing speed.
  • the average particle size of the diamond grains in the second region 52 is 50 ⁇ m or less, the present embodiment can further smooth the inner wall of the hole.
  • the amount of abrasive grains fixed to the cutting portion 42 is adjusted by dressing to form a cutting edge.
  • the diamond may be a synthetic diamond or a natural diamond. Although diamond is suitable for processing glass, CBN (Cubic Boron Nitride: cubic boron nitride) may be used for the abrasive grains of the present disclosure.
  • first region 51 and the second region 52 are connected.
  • a region in which the abrasive grains do not adhere may be provided between the first region 51 and the second region 52, and the first region 51 and the second region 52 may be arranged apart from each other.
  • the present embodiment is not limited to the two regions of the first region 51 and the second region 52, and three or more regions to which the abrasive grains are fixed may be provided. In this case, the average particle size of the abrasive grains in the region located at the rearmost position is the smallest.
  • the outer diameter of the second region 52 and the outer diameter of the first region 51 may be the same size.
  • the outer diameter D2 of the second region 52 is larger than the outer diameter D1 of the first region 51. This is because after the first region 51 provides the hole in the glass body 20, the second region can reliably process the inner wall of the hole. Thereby, in this embodiment, a hole having a smooth inner wall can be obtained.
  • the difference (D2-D1) between the outer diameter D2 of the second region 52 and the outer diameter D1 of the first region 51 is in the range of 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. Since the difference between the outer diameter D2 of the second region 52 and the outer diameter D1 of the first region 51 is 10 ⁇ m or more, even if the diamond grains of the second region 52 are worn by using the cutting tool 40 multiple times. , The second region 52 can continue to process the inner wall of the hole. In addition, since the difference between the outer diameter D2 of the second region 52 and the outer diameter D1 of the first region 51 is 300 ⁇ m or less, the load on the second region 52 during machining does not increase, and the load on the second region 52 does not increase. Diamond grain wear is reduced.
  • the cutting tool 40 is rotationally driven, with the cutting portion 42 arranged in front at the head.
  • the cutting tool 40 is inserted into the glass body 20 from one end 21 to the other end 22 of the glass body 20.
  • the glass material cut by the cutting portion 42 is sent backward from, for example, the discharge path 50a and discharged.
  • FIG. 4 to 6 are cross-sectional views including the central axis of the glass body 20 and the jacket material 27 in the method for manufacturing the optical fiber base material.
  • a total of seven ring-shaped holes 28 are formed in the glass body 20 by the hollow round bar-shaped cutting tool 40.
  • FIG. 4 shows an intermediate step in which three ring-shaped holes 28 on the cross section are formed out of a total of seven.
  • An uncut rod 24 remains in the center of each ring-shaped hole 28.
  • the through hole 29 corresponds to the hole of the present disclosure.
  • the inner surface of the through hole 29 is cleaned with a fluorine-based gas or the like.
  • FIG. 6 shows three core rods 26 on the cross section.
  • the core rod 26 located at the center of the multi-core optical fiber 1 is arranged concentrically with the through hole 29 arranged on the central axis of the jacket material 27.
  • the plurality of core rods 26 located on the outer peripheral core of the multi-core optical fiber 1 are arranged near the central axis of the jacket material 27 in the corresponding through holes 29.
  • the hole of the present disclosure does not have to penetrate.
  • a total of seven ring-shaped bottomed holes 23 are formed in the glass body 20.
  • FIG. 7 shows three ring-shaped bottomed holes 23 on the cross section.
  • the ring-shaped bottomed hole 23 corresponds to the hole of the present disclosure.
  • the ring-shaped bottomed hole 23 extends along the longitudinal direction and reaches from the other end 22 to a position where a predetermined thickness is left.
  • an uncut rod 24 surrounded by a ring-shaped bottomed hole 23 remains.
  • FIG. 9 shows three core rods 26 on a cross section.
  • the core rod 26 located at the center of the multi-core optical fiber 1 is arranged concentrically with the circular bottom hole 25 arranged on the central axis of the jacket material 27.
  • the plurality of core rods 26 located in the outer peripheral core of the multi-core optical fiber 1 are arranged near the central axis of the jacket material 27 in the corresponding circular bottomed holes 25.
  • the core rod 26 is a glass rod having a higher refractive index than the jacket material 27, and is manufactured by a vapor phase glass synthesis method such as a VAD (Vapor Phase Axial Deposition) method.
  • a vapor phase glass synthesis method such as a VAD (Vapor Phase Axial Deposition) method.
  • the core rod 26 is surrounded by a central core containing pure silica glass (which may contain chlorine) and the periphery of the central core, and fluorine is added.
  • a core rod containing an optical clad containing silica glass is used.
  • the core rod 26 contains an optical core containing silica glass to which GeO2 is added and pure silica glass that surrounds the center core and does not contain GeO2.
  • a core rod containing a clad is used.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing an integration process according to the embodiment of the present disclosure.
  • the jacket material 27 is heated to integrate the core rod 26 and the jacket material 27.
  • the jacket material 27 into which the core rod 26 is inserted rotates, for example, around the central axis of the jacket material 27, and the heating source moves in the axial direction of the jacket material 27 (moves from right to left in FIG. 10). are doing.
  • the jacket material 27 is heated, the inner diameter of the through hole 29 or the circular bottom hole 25 contracts due to surface tension, and the jacket material 27 is welded to the core rod 26.
  • AA'in FIG. 10 indicates the position before the heating source passes.
  • the core rod 26 and the jacket material 27 are not yet integrated.
  • BB'in FIG. 10 indicates the position of the heating source in transit.
  • the core rod 26 located on the outer peripheral core of the multi-core optical fiber 1 is already integrated with the jacket material 27.
  • the jacket material 27 is not yet integrated with the core rod 26 located at the center of the multi-core optical fiber 1.
  • CC'in FIG. 10 indicates the position after the heating source has passed. All core rods 26 and jacket material 27 are integrated. That is, at the position of CC'in FIG. 10, the cross-sectional structure of the multi-core optical fiber base material 3 as shown in FIG. 11 is formed, and the clad portion 30 and the core portion 31 are integrated.
  • the through hole 29 or the circular bottomed hole 25 provided near the outer periphery of the jacket material 27 is provided in the center of the jacket material 27.
  • the inner wall of the hole becomes smooth as the inner circumference of the hole shrinks, but the through hole 29 or the circular bottomed hole 25 provided near the outer periphery of the jacket material 27 has the through hole 29 or the circular bottom.
  • the through hole 29 or the circular bottomed hole 25 may come into contact with the core rod 26 before the roughness of the inner wall of the inner wall of the hole 25 near the center of the jacket material 27 becomes sufficiently small. Further, when the clearance between the inner diameter of the through hole 29 or the circular bottom hole 25 and the outer diameter of the core rod 26 is small, the position accuracy of the core portion 31 described with reference to FIG. 11 becomes high, but the through hole 29 or the circular bottom hole 29 or the circular bottom hole is present. It becomes easy to contact the core rod 26 before the roughness of the inner wall of the bottom hole 25 becomes sufficiently small.
  • the particle size of the diamond grains in the second region 52 of the cutting tool 40 is smaller than the particle size of the diamond grains in the first region 51, so that the first region 51 is a hole.
  • the second region 52 reduces the roughness of the inner wall of the through hole 29 or the circular bottomed hole 25. Therefore, in the present embodiment, it is possible to obtain the multi-core optical fiber base material 3 in which air bubbles are less likely to remain at the boundary between the inner wall of the through hole 29 or the circular bottom hole 25 and the core rod 26 without impairing the productivity of drilling. it can. Then, in the present embodiment, by drawing the multi-core optical fiber base material 3 manufactured in this way, it is possible to manufacture the multi-core optical fiber 1 having less variation in outer diameter and no decrease in mechanical strength.
  • FIGS. 12A and 12B an example of a hollow round bar-shaped cutting tool 40 has been described.
  • the present disclosure is not limited to this example.
  • a solid round bar-shaped cutting tool 40 as shown in FIGS. 12A and 12B may be used.
  • the cutting tool 40 shown in FIG. 12A has, for example, five discharge paths 50a on the outer peripheral surface of the cutting portion 42.
  • the tip surface 50 of the cutting portion 42 is, for example, conical.
  • the cutting portion 42 has a smaller diameter than the through hole 29 or the circular bottomed hole 25. Then, the cutting portion 42 and the cut hole are not concentric, and the cutting portion 42 rotates about a position eccentric with respect to the center of the hole. In this case, since the cutting portion 42 has a smaller diameter than the hole, it is not necessary to provide a discharge path for the glass material.
  • the tip surface 50 of the cutting portion 42 may be, for example, conical or cross-shaped.
  • the method for manufacturing the multi-core optical fiber base material 3 has been described, but the present disclosure is also applicable to the case of manufacturing a single-core optical fiber base material.
  • multi-core optical fiber 3 ... multi-core optical fiber base material, 10 ... clad, 11 ... core, 20 ... glass body, 21 ... one end, 22 ... other end, 23 ... ring-shaped bottomed hole, 24 ... uncut rod , 25 ... circular bottom hole, 26 ... core rod, 27 ... jacket material, 28 ... ring-shaped hole, 29 ... through hole, 30 ... clad part, 31 ... core part, 40 ... cutting tool, 41 ... shank part, 42 ... cutting portion, 50 ... tip surface, 50a ... discharge path, 51 ... first region, 52 ... second region.

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Abstract

切削工具（４０）は、シャンク部（４１）と、シャンク部（４１）の一端に設けられた切削部（４２）と、を備える。切削部（４２）は、切削工具（４０）の一端に設けられた第１領域（５１）と、第１領域（５１）よりも切削工具（４０）の中央寄りに位置する第２領域（５２）とを有する。第１領域（５１）および第２領域（５２）には、砥粒が固着される。第２領域（５２）における砥粒の平均粒径が、第１領域（５１）における砥粒の平均粒径よりも小さい。

Description

切削工具および光ファイバ母材製造方法
　本開示は、切削工具および光ファイバ母材製造方法に関する。
　本出願は、２０１９年３月２８日出願の日本出願第２０１９－０６２４４９号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　長手方向に延在するコアを有した光ファイバ母材は、ロッドインコラプス法で製造されることがある。ロッドインコラプス法では、例えば円柱形状のガラス体に、長手方向に延在する孔を形成してジャケット材が作製される。次に、この孔にコアロッドを挿入した後、ジャケット材の外部から加熱してコアロッドとジャケット材を一体化して光ファイバ母材が製造される。
　例えば、特許文献１は、長手方向に延在する１本のコアを有する光ファイバ母材（以下、シングルコア光ファイバ母材と称する）を製造する技術を開示している。特許文献２は、複数本のコアを有する光ファイバ母材（以下、マルチコア光ファイバ母材と称する）を製造する技術を開示している。
日本国特開昭６３－２８２６号公報 日本国特開昭６１－２０１６３３号公報
　本開示の一態様に係る切削工具は、シャンク部と、前記シャンク部の一端に設けられた切削部と、を備える切削工具であって、前記切削部は、前記切削工具の一端に設けられた第１領域と、前記第１領域よりも前記切削工具の中央寄りに位置する第２領域とを有し、前記第１領域および前記第２領域には、砥粒が固着され、前記第２領域における砥粒の平均粒径が、前記第１領域における砥粒の平均粒径よりも小さい。
　本開示の一態様に係る光ファイバ母材製造方法は、長手方向に延在するコアを有した光ファイバ母材を製造する方法であって、ガラス体の軸方向の一端から他端へ向かって、本開示の切削工具を使って孔を形成することによりジャケット材を作製し、前記孔にコアロッドを挿入し、前記ジャケット材を加熱して該ジャケット材と前記コアロッドとを一体化する。
図１は、マルチコア光ファイバの一例を示す断面図である。 図２Ａは、本開示の一態様に係る光ファイバ母材製造方法で使用するガラス体を示す正面図である。 図２Ｂは、本開示の一態様に係る光ファイバ母材製造方法で使用するガラス体を示す断面図である。 図３Ａは、本開示の一態様に係る切削工具の一例を示す側面図である。 図３Ｂは、本開示の一態様に係る切削工具の一例を示す正面図である。 図３Ｃは、図３Ａおよび図３Ｂの切削工具の、砥粒が固着している切削部を拡大した斜視図である。 図４は、本開示の実施形態に係るジャケット材を作製する工程における、ガラス体の中心軸を含む断面図である。 図５は、本開示の実施形態に係る、ジャケット材の中心軸を含む断面図である。 図６は、本開示の実施形態に係るコアロッドを挿入する工程における、コアロッドを挿入したジャケット材の中心軸を含む断面図である。 図７は、本開示の実施形態の変形例に係るジャケット材を作製する工程における、ガラス体の中心軸を含む断面図である。 図８は、本開示の実施形態の変形例に係る、ジャケット材の中心軸を含む断面図である。 図９は、本開示の実施形態の変形例に係るコアロッドを挿入する工程における、コアロッドを挿入したジャケット材の中心軸を含む断面図である。 図１０は、本開示の実施形態に係る一体化する工程を示す概念図である。 図１１は、ジャケット材の一例を示す断面図である。 図１２Ａは、切削工具の他の一例を示す正面図である。 図１２Ｂは、切削工具のさらに他の一例を示す正面図である。
[規則91に基づく訂正 27.03.2020]　
［本開示が解決しようとする課題］
　シングルコア光ファイバ母材を製造するためのジャケットパイプでは、孔はジャケットパイプの中心に設けられる。ジャケットパイプが外部から加熱された場合、ジャケットパイプはジャケットパイプの中心軸に対して対称な状態を保ったまま変形する。つまり、孔の内周は孔の中心軸に向かって一様に縮小し、孔の内壁がコアロッドに接触する。この孔の内周の縮小と同時に孔の内壁が平滑になる。しかし、仮に孔の内壁の粗さが十分に小さくなる前に孔の内壁がコアロッドに接触すると、孔の内壁とコアロッドとの境界部分に気泡が残ることがある。気泡が存在する光ファイバ母材を線引きすると、光ファイバの外径変動が大きくなり、光ファイバの機械強度が低下する。
　マルチコア光ファイバ母材がロッドインコラプス法で製造される場合、孔の内径とコアロッドの外径とのクリアランスが小さいと、コアの位置精度が高くなる。しかし、クリアランスが小さいと、孔の内壁の粗さが十分に小さくなる前に孔の内壁がコアロッドに接触しやすくなるので、気泡が残りやすくなる。
　マルチコア光ファイバ母材には、孔を、ジャケットパイプの中心以外に設けたものがある。ジャケットパイプが外部から加熱された場合、ジャケットパイプの中心よりもジャケットパイプの外周近傍が強く加熱される。このため、ジャケットパイプの一断面において、ジャケットパイプの中心以外にある孔の内壁の粗さを内壁全周で等しく保つのは難しい。特に、ジャケットパイプの外周近傍に設けた孔では、孔の内壁のうちジャケットパイプの中心に近い部分の内壁の粗さが十分に小さくなる前に孔の内壁がコアロッドに接触し得るので、気泡が残りやすくなる。
［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
　（１）シャンク部と、前記シャンク部の一端に設けられた切削部と、を備える切削工具であって、前記切削部は、前記切削工具の一端に設けられた第１領域と、前記第１領域よりも前記切削工具の中央寄りに位置する第２領域とを有し、前記第１領域および前記第２領域には、砥粒が固着され、前記第２領域における砥粒の平均粒径が、前記第１領域における砥粒の平均粒径よりも小さい。第２領域における砥粒の粒径が、第１領域における砥粒の粒径よりも小さいので、本開示は、第１領域では孔開けの生産性を確保しつつ、第２領域では孔の内壁の粗さを小さくすることができる。よって本開示は、孔開けの生産性を損なうことなく、孔の内壁とコアロッドとの境界部分に気泡が残りにくい光ファイバ母材を得ることができる。
　（２）本開示の切削工具の一態様では、前記砥粒がダイヤモンド粒である。ダイヤモンド粒を用いれば、平滑な内壁を有した孔がガラス体に容易に形成される。
　（３）本開示の切削工具の一態様では、前記第１領域における前記砥粒の平均粒径が１００μｍ以上であり、前記第２領域における前記砥粒の平均粒径が１００μｍ未満である。第１領域における砥粒の平均粒径が１００μｍ以上であるので、本開示は、孔開けの加工速度を高速に維持できる。さらに、第２領域における砥粒の平均粒径が１００μｍ未満なので、本開示は上記加工速度でも平滑な内壁を得られる。
　（４）本開示の切削工具の一態様では、前記第２領域の外径が、前記第１領域の外径よりも大きい。第２領域の外径が第１領域の外径よりも大きいので、第１領域が孔を加工した後に、第２領域が孔の内壁を確実に加工できる。よって本開示は、平滑な内壁を有した孔を確実に得ることができる。
　（５）本開示の切削工具の一態様では、前記第２領域の外径と前記第１領域の外径との差が、１０μｍ以上３００μｍ以下の範囲である。第２領域の外径と第１領域の外径との差が１０μｍ以上であるので、仮に第２領域の砥粒が摩耗しても、第２領域は孔の内壁の加工を続けることができる。さらに、第２領域の外径と第１領域の外径との差が３００μｍ以下であるので、加工時における第２領域への負荷が大きくならず、第２領域の砥粒の摩耗が低減する。
　（６）本開示の一態様に係る光ファイバ母材製造方法は、長手方向に延在するコアを有した光ファイバ母材を製造する方法であって、当該方法は、ガラス体の軸方向の一端から他端へ向かって、本開示の切削工具を使って孔を形成することによりジャケット材を作製し、前記孔にコアロッドを挿入し、前記ジャケット材を加熱して該ジャケット材と前記コアロッドとを一体化する。第２領域における砥粒の平均粒径が、第１領域における砥粒の平均粒径よりも小さいので、本開示は、第１領域では孔開けの生産性を確保しつつ、第２領域では孔の内壁の粗さを小さくすることができる。よって本開示は、孔開けの生産性を損なうことなく、孔の内壁とコアロッドとの境界部分に気泡が残りにくい光ファイバ母材を得ることができる。そして本開示は、このように製造された光ファイバ母材を線引きすれば、光ファイバの外径変動が少なく、かつ機械強度の低下のない光ファイバを製造することができる。
［本開示の効果］
　本開示は、孔開けの生産性を損なうことなく、孔の内壁とコアロッドとの境界部分に気泡が残りにくい光ファイバ母材製造方法、切削工具を提供することを目的とする。
［本開示の実施形態の詳細］
　以下、添付図面を参照しながら、本開示による光ファイバ母材製造方法、切削工具の好適な実施の形態について説明する。
　図１は、マルチコア光ファイバ１の一例を示す断面図である。マルチコア光ファイバ１は、クラッド１０内に例えば７個のコア１１を有する。コア１１は、マルチコア光ファイバ１の長手方向に延在する。コア１１は、光ファイバ中心軸上に配置された中心コアと、光ファイバ中心軸の周囲の六角形の頂点上に配置された外周コアを含む。各コア１１は、クラッド１０の屈折率よりも高い屈折率を有する領域を含んでおり、光を伝搬するよう構成されている。
　光ファイバ母材製造方法の一つとしてロッドインコラプス法がある。ロッドインコラプス法は、例えば円柱形状のガラス体の軸方向の一端から他端へ向かって、孔を形成することによりジャケット材を作製する工程と、ジャケット材の孔にコアロッドを挿入する工程と、ジャケット材を加熱してジャケット材とコアロッドとを一体化する工程と、を有する。
　図２Ａは、本開示の一態様に係る光ファイバ母材製造方法で使用するガラス体２０の一端２１から見た正面図である。図２Ｂは、図２ＡのＸ－Ｘ線矢視断面図である。ガラス体２０は、例えばフッ素が添加されたシリカガラス、あるいは純シリカガラスであり、円柱形状である。マルチコア光ファイバ１を得るために、ロッドインコラプス法で光ファイバ母材が製造される場合、ガラス体２０には、軸方向の一端２１から他端２２に向かう７個の孔が、ドリル状の工具で設けられる。
　図３Ａから図３Ｃは、本開示の一態様に係る光ファイバ母材製造方法に使用される切削工具４０を説明する図である。図３Ａは、切削工具４０の一例を示す側面図である。図３Ｂは、切削工具４０の一例を示す正面図である。図３Ｃは、切削工具４０の、砥粒が固着している切削部を拡大した斜視図である。切削工具４０は、シャンク部４１と、切削部４２とを備える。シャンク部４１は、例えば金属製の中空丸棒であり、長手方向に延びた軸線回りの回転力がシャンク部４１に付与されるように構成されている。切削部４２は、シャンク部４１の前方（切削工具４０の一端であって、図３Ａにおいては右側）に位置しており、シャンク部４１とともに回転するよう構成されている。
　切削部４２は、例えば中空丸棒であり、切削部４２の断面上において中心に、シャンク部４１と同心の排出路５０ａが設けられている。切削部４２の外周面は、切削工具４０の一端に設けられた第１領域５１と、第１領域５１よりも切削工具４０の中央寄りに位置する第２領域５２とを有する。具体的には、第２領域５２は、第１領域５１よりも後方（図３Ａにおいて左側）に位置する。第２領域５２の前端は、例えば第１領域５１の後端に連結している。第１領域５１の長さＬ１および第２領域５２の長さＬ２はいずれも例えば５ｍｍである。第１領域５１（先端面５０を含む）および第２領域５２には、砥粒（例えばダイヤモンド粒）が例えば多層の電着構造によって固着されている。
　砥粒の平均粒径は、ＪＩＳ＿Ｂ＿４１３０で規定されている粒度により評価される。第１領域５１におけるダイヤモンド粒の平均粒径は１００μｍ以上（ＪＩＳ＿Ｂ＿４１３０における粒度表示で＃１４０以下）、好ましくは、１５０μｍ以上（ＪＩＳ＿Ｂ＿４１３０における粒度表示で＃１００以下）である。第２領域５２におけるダイヤモンド粒の平均粒径は、第１領域５１におけるダイヤモンド粒の平均粒径よりも小さい。詳しくは、第２領域５２におけるダイヤモンド粒の平均粒径は１００μｍ未満、好ましくは、５０μｍ以下（ＪＩＳ＿Ｂ＿４１３０における粒度表示で＃２７０以上）である。平均粒径は、例えば複数種類のふるいによって粒子を選別する方法で一般的に定められる。平均粒径１０５μｍが粒度表示＃１４０に、平均粒径１４９μｍが＃１００に、平均粒径５３μｍが＃２７０にそれぞれ相当する。
　このように、第１領域５１におけるダイヤモンド粒の平均粒径が１００μｍ以上であるので、本実施形態は、孔開けの加工速度を高速に維持できる。第１領域５１におけるダイヤモンド粒の平均粒径が１５０μｍ以上であれば、本実施形態は、孔開けの加工速度をより一層大きくすることができる。さらに、第２領域５２におけるダイヤモンド粒の平均粒径が１００μｍ未満なので、本実施形態は、上記加工速度でも平滑な孔の内壁を得られる。第２領域５２におけるダイヤモンド粒の平均粒径が５０μｍ以下であれば、本実施形態は、孔の内壁をより一層滑らかにすることができる。
　切削部４２に固着された砥粒は、ドレッシングによって突き出し量が調整されて切れ刃が形成される。ダイヤモンドは、合成ダイヤモンドでもよいし天然ダイヤモンドでもよい。ダイヤモンドはガラスの加工に好適であるが、本開示の砥粒には、ＣＢＮ（Cubic Boron Nitride：立方晶窒化ホウ素）を用いてもよい。
　図示の例では、第１領域５１と第２領域５２とが連結した例を挙げて説明した。しかし、砥粒が固着しない領域を第１領域５１と第２領域５２の間に設けて、第１領域５１と第２領域５２とが互いに離して配置されてもよい。本実施形態は第１領域５１と第２領域５２の２つの領域には限定されず、砥粒を固着した領域が３つ以上設けられてもよい。この場合、最も後方に位置する領域における砥粒の平均粒径が最も小さい。
　ガラス体２０に孔を設ける切削部４２において、第２領域５２の外径と第１領域５１の外径は同じ大きさであってもよい。しかし、図３Ｃに示すように好ましくは、第２領域５２の外径Ｄ２が第１領域５１の外径Ｄ１よりも大きい。第１領域５１が孔をガラス体２０に設けた後に、第２領域がこの孔の内壁を確実に加工できるからである。これにより本実施形態は、平滑な内壁を有した孔を得ることができる。
　具体的には、第２領域５２の外径Ｄ２と第１領域５１の外径Ｄ１との差（Ｄ２－Ｄ１）は、１０μｍ以上３００μｍ以下の範囲である。第２領域５２の外径Ｄ２と第１領域５１の外径Ｄ１との差が１０μｍ以上であるので、切削工具４０の複数回の使用によって、仮に第２領域５２のダイヤモンド粒が摩耗しても、第２領域５２は孔の内壁の加工を続けることができる。加えて、第２領域５２の外径Ｄ２と第１領域５１の外径Ｄ１との差が３００μｍ以下であるので、加工時における第２領域５２への負荷が大きくならず、第２領域５２のダイヤモンド粒の摩耗が低減する。
　ガラス体２０に、図１で説明した７個のコア１１と同じ位置に計７個の孔が形成される場合、切削工具４０は回転駆動され、前方に配置された切削部４２を先頭にして、ガラス体２０の一端２１から他端２２へ向かってガラス体２０の内部に切削工具４０が挿入される。切削部４２で切削されたガラス材は例えば排出路５０ａから後方に送られて排出される。
　図４から図６は、光ファイバ母材の製造方法における、ガラス体２０およびジャケット材２７の中心軸を含む断面図である。中空丸棒状の切削工具４０により、ガラス体２０に計７個のリング状孔２８が形成される。図４は、計７個のうち、断面上の３個のリング状孔２８が形成される中間工程を示す。各リング状孔２８の中心には、削り残しの棒２４が残っている。リング状孔２８が他端２２に到達すると、棒２４は脱落し、リング状孔２８は貫通孔２９となる（図５）。貫通孔２９が本開示の孔に相当する。フッ素系のガス等を用いて貫通孔２９の内表面が洗浄される。
　次いで、計７本のコアロッド２６が貫通孔２９にそれぞれ挿入される。図６は断面上の３本のコアロッド２６を示す。この場合、例えば、マルチコア光ファイバ１の中心に位置するコアロッド２６は、ジャケット材２７の中心軸上に配置された貫通孔２９と同心に配置される。また、マルチコア光ファイバ１の外周コアに位置する複数のコアロッド２６は、それぞれ対応する貫通孔２９においてジャケット材２７の中心軸寄りに配置される。
　なお、本開示の孔は貫通していなくてもよい。この場合、ガラス体２０に、計７個のリング状有底孔２３が形成される。図７は、断面上の３個のリング状有底孔２３を示す。リング状有底孔２３が本開示の孔に相当する。リング状有底孔２３は、長手方向に沿って延びており、他端２２から所定厚みを残した位置まで達している。ガラス体２０内には、リング状有底孔２３で囲まれた、削り残しの棒２４が残っている。
　次に、ガラス体２０を外部から加熱すると、棒２４の底部分が軟化・溶融するので、棒２４の底部分を切断すれば、ガラス体２０内には、円状有底孔２５が形成される（図８）。続いて、例えば揉み付けツールが用いられ、あるいは二酸化炭素レーザが照射されて、円状有底孔２５の底部分の残渣が取り除かれる。その後、フッ素系のガス等を用いて円状有底孔２５内が洗浄されてジャケット材２７が形成される。
　次いで、計７本のコアロッド２６が円状有底孔２５にそれぞれ挿入される。図９は、断面上の３本のコアロッド２６を示す。この場合、例えば、マルチコア光ファイバ１の中心に位置するコアロッド２６は、ジャケット材２７の中心軸上に配置された円状有底孔２５と同心に配置される。また、マルチコア光ファイバ１の外周コアに位置する複数のコアロッド２６は、それぞれ対応する円状有底孔２５においてジャケット材２７の中心軸寄りに配置される。
　コアロッド２６は、ジャケット材２７よりも屈折率が高いガラス棒であり、ＶＡＤ（Vapor Phase Axial Deposition）法等の気相ガラス合成法により作製される。ジャケット材２７が、フッ素が添加されたシリカガラスである場合、コアロッド２６には、純シリカガラス（塩素を含んでもよい）を含む中心コアと、この中心コアの周囲を取り囲み、フッ素が添加されたシリカガラスを含む光学クラッドを含むコアロッドが用いられる。一方、ジャケット材２７が純シリカガラスの場合、コアロッド２６には、ＧｅＯ2が添加されたシリカガラスを含む中心コアと、この中心コアの周囲を取り囲み、ＧｅＯ2が添加されていない純シリカガラスを含む光学クラッドを含むコアロッドが用いられる。
　図１０は、本開示の実施形態に係る一体化する工程を示す概念図である。次に、ジャケット材２７が加熱されてコアロッド２６とジャケット材２７が一体化する。詳しくは、コアロッド２６が挿入されたジャケット材２７は、例えばジャケット材２７の中心軸周りに回転しており、加熱源は、ジャケット材２７の軸線方向に移動（図１０では右から左へ移動）している。ジャケット材２７が加熱されると、貫通孔２９または円状有底孔２５の内径は表面張力によって収縮し、ジャケット材２７はコアロッド２６に溶着する。
　図１０のＡ－Ａ’は、加熱源が通過する前の位置を示す。コアロッド２６およびジャケット材２７は未だ一体化していない。図１０のＢ－Ｂ’は、加熱源の通過中の位置を示す。マルチコア光ファイバ１の外周コアに位置するコアロッド２６は、ジャケット材２７と既に一体化している。しかし、マルチコア光ファイバ１の中心に位置するコアロッド２６は、ジャケット材２７は未だ一体化していない。図１０のＣ－Ｃ’は、加熱源が通過した後の位置を示す。すべてのコアロッド２６およびジャケット材２７が一体化している。つまり、図１０のＣ－Ｃ’の位置では、図１１に示すようなマルチコア光ファイバ母材３の断面構造となっており、クラッド部３０とコア部３１が一体になる。
　このように、ロッドインコラプス法では、ジャケット材２７の外周が加熱源に近いので、ジャケット材２７の外周がジャケット材２７の中心よりも早く加熱されて変形が進む。このため、図１０のＢ－Ｂ’の位置で説明したように、ジャケット材２７の外周近傍に設けた貫通孔２９または円状有底孔２５が、ジャケット材２７の中心に設けた貫通孔２９または円状有底孔２５よりも先に縮小する。一般的に、孔の内周の収縮とともに、穴の内壁が平滑になるが、ジャケット材２７の外周近傍に設けた貫通孔２９または円状有底孔２５では、貫通孔２９または円状有底孔２５の内壁のうちジャケット材２７の中心に近い部分の内壁の粗さが十分に小さくなる前に貫通孔２９または円状有底孔２５がコアロッド２６に接触し得る。また、貫通孔２９または円状有底孔２５の内径とコアロッド２６の外径とのクリアランスが小さい場合、図１１で説明したコア部３１の位置精度が高くなるが、貫通孔２９または円状有底孔２５の内壁の粗さが十分に小さくなる前にコアロッド２６に接触しやすくなる。
　しかしながら、図３Ａから図３Ｃで説明したように、切削工具４０の第２領域５２におけるダイヤモンド粒の粒径が、第１領域５１におけるダイヤモンド粒の粒径よりも小さいので、第１領域５１は孔開けの生産性を確保し、第２領域５２は貫通孔２９または円状有底孔２５の内壁の粗さを小さくする。よって本実施形態は、孔開けの生産性を損なうことなく、貫通孔２９または円状有底孔２５の内壁とコアロッド２６との境界部分に気泡が残りにくいマルチコア光ファイバ母材３を得ることができる。そして本実施形態は、このように製造されたマルチコア光ファイバ母材３を線引きすれば、外径変動が少なく、かつ機械強度の低下のないマルチコア光ファイバ１を製造することができる。
　上記実施例では、中空丸棒状の切削工具４０の例を挙げて説明した。しかし、本開示はこの例に限定されない。例えば、図１２Ａ、図１２Ｂに示すような中実丸棒状の切削工具４０であってもよい。図１２Ａに示した切削工具４０は、切削部４２の外周面に例えば５本の排出路５０ａを有している。切削部４２の先端面５０は例えば円錐状である。
　図１２Ｂに示した切削工具４０は、切削部４２が貫通孔２９または円状有底孔２５よりも小径である。そして、切削部４２と切削された孔とが同心ではなく、切削部４２は孔の中心に対して偏心した位置を中心にして回転する。この場合、切削部４２が孔よりも小径であるので、ガラス材の排出路は設けられなくてもよい。切削部４２の先端面５０は例えば円錐状であってもよく十字状にしてもよい。
　上記実施例では、マルチコア光ファイバ母材３の製造方法を説明したが、本開示はシングルコア光ファイバ母材を製造する場合にも適用可能である。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１…マルチコア光ファイバ、３…マルチコア光ファイバ母材、１０…クラッド、１１…コア、２０…ガラス体、２１…一端、２２…他端、２３…リング状有底孔、２４…削り残しの棒、２５…円状有底孔、２６…コアロッド、２７…ジャケット材、２８…リング状孔、２９…貫通孔、３０…クラッド部、３１…コア部、４０…切削工具、４１…シャンク部、４２…切削部、５０…先端面、５０ａ…排出路、５１…第１領域、５２…第２領域。

Claims (6)

  1. 　シャンク部と、
    　前記シャンク部の一端に設けられた切削部と、を備える切削工具であって、
    　前記切削部は、前記切削工具の一端に設けられた第１領域と、前記第１領域よりも前記切削工具の中央寄りに位置する第２領域とを有し、
    　前記第１領域および前記第２領域には、砥粒が固着され、
    　前記第２領域における砥粒の平均粒径が、前記第１領域における砥粒の平均粒径よりも小さい、切削工具。
  2. 　前記砥粒がダイヤモンド粒である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記第１領域における前記砥粒の平均粒径が１００μｍ以上であり、前記第２領域における前記砥粒の平均粒径が１００μｍ未満である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
  4. 　前記第２領域の外径が、前記第１領域の外径よりも大きい、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の切削工具。
  5. 　前記第２領域の外径と前記第１領域の外径との差が、１０μｍ以上３００μｍ以下の範囲である、請求項４に記載の切削工具。
  6. 　長手方向に延在するコアを有した光ファイバ母材を製造する方法であって、
    　ガラス体の軸方向の一端から他端へ向かって、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の切削工具を使って孔を形成することによりジャケット材を作製し、
    　前記孔にコアロッドを挿入し、
    　前記ジャケット材を加熱して該ジャケット材と前記コアロッドとを一体化する、光ファイバ母材製造方法。
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