特許 7464429 ガラス母材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(54)【発明の名称】ガラス母材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 37/012 20060101AFI20240402BHJP

【ＦＩ】

C03B37/012 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020067517

(22)【出願日】2020-04-03

(65)【公開番号】P2021161011

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-12-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】小川 清治

【審査官】若土 雅之

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１４４８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１０９１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４６６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３１９８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０１２３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－２２３６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０２０２３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０３Ｂ ３７／００－３７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナを、長手方向においてガラス母材の曲がりの起点から離れた位置に配置し、
回転する前記ガラス母材に向けて前記バーナから火炎を放出して前記ガラス母材を加熱し、かつ修正ユニットの当接部を前記ガラス母材に当接させた状態で、前記ガラス母材が軟化する温度にて前記バーナを前記起点に向けて移動させる、ガラス母材の製造方法であって、
前記当接部を前記ガラス母材に向けて付勢する付勢力を測定しながら、前記当接部を前記長手方向に沿って移動させる工程を含む、ガラス母材の製造方法。

【請求項2】

前記ガラス母材の１つの曲がりを修正する間は、前記バーナを前記長手方向における一方側に向けてのみ移動させる、請求項１に記載のガラス母材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス母材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、回転するガラス母材（光ファイバ母材）をバーナで加熱し、ガラス母材の曲がり部を把持して修正する方法が開示されている。バーナはガラス母材の長手方向に沿って移動可能に構成されているため、ガラス母材の全長にわたって曲がりを修正することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平４－３３１７３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、火炎を放出した状態でバーナを長手方向に移動させることは記載されていない。すなわち、ガラス母材を加熱している間は、バーナはガラス母材に対して固定されていると考えられる。本願発明者らが鋭意検討したところ、バーナを固定してガラス母材を加熱すると、長時間にわたってガラス母材の表面温度が高くなり、ガラス母材の表面が削れてしまうことが判った。

【0005】

本発明はこのような事情を考慮してなされ、ガラス母材の曲がりを修正する際におけるガラス母材の表面の削れを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るガラス母材の製造方法は、バーナを、長手方向においてガラス母材の曲がりの起点から離れた位置に配置し、回転する前記ガラス母材に向けて前記バーナから火炎を放出し、かつ修正ユニットの当接部を前記ガラス母材に当接させた状態で、前記バーナを前記起点に向けて移動させる。

【発明の効果】

【0007】

本発明の上記態様によれば、ガラス母材の曲がりを修正する際におけるガラス母材の表面の削れを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る修正装置を用いて、ガラス母材の曲がりを修正する様子を説明する図である。

【図2】図１に続く工程を説明する図である。

【図3】比較例１の条件でガラス母材の曲がりを修正した後の、ガラス母材の外径を示す図である。

【図4】実施例１の条件でガラス母材の曲がりを修正した後の、ガラス母材の外径を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本実施形態のガラス母材の製造方法について図面に基づいて説明する。
本実施形態において、「ガラス母材」には、出発部材および光ファイバ母材が含まれる。
出発部材とは、光ファイバ母材の中心部となるガラスの棒である。例えばＶＡＤ法(Vapor-phase Axial Deposition method)やＯＶＤ(Outside Vapor Deposition method)法などのスート法では、出発母材の周囲にガラス微粒子のスートを堆積させることで、光ファイバ母材が得られる。また、光ファイバ母材に焼結処理や脱水処理等を施した後で、光ファイバ母材を線引きすることで、光ファイバが得られる。

【0010】

光ファイバの品質を安定させるためには、光ファイバ母材の曲がりがなるべく少ないことが好ましい。また、光ファイバ母材の曲がりを少なくするためには、出発部材の曲がりがなるべく少ないことが好ましい。つまり、光ファイバの品質を安定させるために、出発母材または光ファイバ母材に曲がりが少なく、長手方向における外径変動も少ないことが求められる。そこで本実施形態では、外径変動を抑制しながら、出発部材または光ファイバ母材の曲がりを修正する方法を提供する。以下では、出発母材および光ファイバ母材を包括して「ガラス母材Ｍ」という。

【0011】

図１に示すように、本実施形態では、ガラス母材Ｍの曲がりを修正するための修正装置１を用いる。修正装置１は、回転チャック２と、バーナ３と、レール４と、修正ユニット５と、制御部６と、を備える。

【0012】

（方向定義）
本実施形態では、ガラス母材Ｍの長手方向を単に長手方向といい、図１ではＸ軸によって表す。Ｘ軸における回転チャック２側を－Ｘ側といい、その反対側を＋Ｘ側という。バーナ３は回転チャック２よりも＋Ｘ側に位置し、修正ユニット５はバーナ３よりも＋Ｘ側に位置している。
長手方向（Ｘ軸）は水平方向であってもよいし、鉛直方向であってもよい。また、長手方向は水平方向および鉛直方向に対して傾いていてもよい。

【0013】

回転チャック２は、ガラス母材Ｍの端部を把持して回転させることができるように構成されている。
バーナ３は、ガラス母材Ｍに向けて火炎を放出するとともに、ガラス母材Ｍに対して長手方向に移動可能に構成されている。バーナ３の数は、１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。２つ以上のバーナ３を用いる場合、各バーナ３は長手方向において互いに同じ位置に配置され、ガラス母材Ｍの長手方向における同じ部位を加熱することが好ましい。

【0014】

修正ユニット５は、ガラス母材Ｍに対して長手方向に移動可能に構成されている。修正ユニット５は、当接部５ａと、付勢部材５ｂと、支持部５ｃと、荷重計５ｄと、を有している。支持部５ｃは付勢部材５ｂおよび当接部５ａを支持している。付勢部材５ｂは、当接部５ａと支持部５ｃとの間に位置し、当接部５ａをガラス母材Ｍに向けて付勢している。付勢部材５ｂとしては、コイルばね等を用いることができる。当接部５ａは、付勢部材５ｂによって付勢された状態で、ガラス母材Ｍに当接する。

【0015】

荷重計５ｄは、付勢部材５ｂによる当接部５ａのガラス母材Ｍに向けた付勢力の大きさを測定するように構成されている。荷重計５ｄとしては、例えばロードセル等を採用できる。荷重計５ｄは、図１のように付勢部材５ｂと支持部５ｃとの間に挟まれてもよいし、当接部５ａと付勢部材５ｂとの間に挟まれてもよい。なお、荷重計５ｄは、付勢力を測定できれば、具体的構成や配置を適宜変更してもよい。

【0016】

ガラス母材Ｍに曲がりがある場合、ガラス母材Ｍに当接部５ａを当接させながら、修正ユニット５をガラス母材Ｍに対して長手方向に移動させると、曲がりの大きさに応じて荷重計５ｄによる測定結果が変化する。したがって、長手方向における修正ユニット５の位置および荷重計５ｄによる測定結果を参照すれば、ガラス母材Ｍの曲がりの位置および大きさを把握することができる。

【0017】

レール４は、長手方向に沿って延びており、バーナ３がガラス母材Ｍに対して長手方向に移動する際にバーナ３をガイドする。また、レール４は修正ユニット５がガラス母材Ｍに対して長手方向に移動する際に、修正ユニット５をガイドしてもよい。あるいは、レール４とは異なる部材により修正ユニット５をガイドしてもよい。

【0018】

制御部６は、修正ユニット５に電気的に接続されており、長手方向における修正ユニット５の位置に対応付けて、荷重計５ｄによる付勢力の測定結果を収集するように構成されている。また、制御部６は、長手方向における修正ユニット５およびバーナ３の位置などを制御してもよい。制御部６としては、例えばマイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路を用いることができる。

【0019】

次に、修正装置１を用いたガラス母材Ｍの曲がりの修正方法、および当該修正方法を含むガラス母材Ｍの製造方法について説明する。

【0020】

まず、曲がりを有するガラス母材Ｍを用意する（用意工程）。
次に、ガラス母材Ｍの曲がりの位置および大きさを測定する（測定工程）。具体的には、回転チャック２にガラス母材Ｍを取り付け、ガラス母材Ｍを回転させ、当接部５ａをガラス母材Ｍに当接させながら、修正ユニット５を長手方向に移動させる。制御部６は、長手方向における修正ユニット５の位置に対応付けられた付勢力の測定結果に基づいて、曲がりの大きさおよび曲がりの起点の位置を算出する。図１では、符号Ｘａによって、ガラス母材Ｍの曲がりの－Ｘ側の起点の長手方向における位置を示している。以下、曲がりの－Ｘ側の起点を単に「起点Ｘａ」という。１つのガラス母材Ｍに、複数の曲がり（すなわち複数の起点Ｘａ）が存在していてもよい。

【0021】

測定工程において、回転チャック２によってガラス母材Ｍを回転させることで、ガラス母材Ｍの振れ（runout）を測定してもよい。
なお、測定工程では、加熱されて軟化する前のガラス母材Ｍの曲がりを測定するため、バーナ３は消火した状態あるいは弱い火力で点火した状態とし、ガラス母材Ｍの積極的な加熱を行わない。

【0022】

次に、バーナ３および修正ユニット５を、長手方向において起点Ｘａを間に挟むように配置する（配置工程）。図１では、バーナ３を起点Ｘａよりも－Ｘ側の点Ｘｂに位置させ、修正ユニット５を起点Ｘａよりも＋Ｘ側に位置させている。以下、配置工程においてバーナ３を配置する長手方向における位置を、開始点Ｘｂという。

【0023】

次に、バーナ３が開始点Ｘｂに位置する状態で、ガラス母材Ｍの積極的な加熱を開始する（加熱開始工程）。具体的には、測定工程においてバーナ３が消火していた場合にはバーナ３を点火する。あるいは、測定工程においてバーナ３の火力が弱められていた場合には、ガラス母材Ｍを積極的に加熱するように火力を強める。バーナ３が開始点Ｘｂにおいてガラス母材Ｍを加熱することで、ガラス母材Ｍの内部の熱伝導により、起点Ｘａにおけるガラス母材Ｍの温度が徐々に上昇する。加熱開始工程の後、バーナ３の移動をすぐには開始せず、開始点Ｘｂにおいて所定の時間だけガラス母材Ｍの加熱を行ってもよい（余熱工程）。

【0024】

次に、ガラス母材Ｍが加熱され、当接部５ａがガラス母材Ｍに当接し、かつガラス母材Ｍが回転した状態で、バーナ３を開始点Ｘｂから起点Ｘａに移動させる（修正工程）。バーナ３が開始点Ｘｂと起点Ｘａとの間においてガラス母材Ｍを加熱する間も、熱伝導によって、起点Ｘａにおけるガラス母材Ｍの温度が上昇する。温度の上昇によって、起点Ｘａにおいてガラス母材Ｍが軟化するため、当接部５ａにより付勢されたガラス母材Ｍは起点Ｘａを中心に変形する。この変形は、ガラス母材Ｍの形状を直線状に戻す方向の変形である。したがって、ガラス母材Ｍの曲がりが修正される。

【0025】

ガラス母材Ｍが複数の曲がりを有している場合には、各曲がりに対して、上記した修正工程を行う。なお、１つの修正工程（１つの曲がりを修正するための工程）を行っている間は、バーナ３を長手方向における一方側に向けてのみ移動させることが好ましい。例えば、図１および図２では、バーナ３がガラス母材Ｍを加熱している間は開始点Ｘｂから＋Ｘ側に向けてのみバーナ３を移動させる。つまり、バーナ３が起点Ｘａに到達した後、ガラス母材Ｍを加熱したまま－Ｘ側にバーナ３を移動させない。このように、ガラス母材Ｍを加熱しながらバーナ３を往復運動させないことで、ガラス母材Ｍの表面温度が過度に上昇することを抑制できる。

【0026】

ガラス母材Ｍの曲がりを修正した後、必要に応じて、外径や直線性に関する検査を行ってもよい。この検査は、先述の測定工程と同様に、修正装置１を用いて行ってもよい。あるいは、三次元測定機による測定、レーザー外径測定器による測定、画像による測定等により、ガラス母材Ｍの曲がりを修正した後の検査を行ってもよい。

【0027】

以上説明したように、本実施形態のガラス母材Ｍの製造方法は、バーナ３を、長手方向においてガラス母材Ｍの曲がりの起点Ｘａから離れた位置（開始点Ｘｂ）に配置し、回転するガラス母材Ｍに向けてバーナ３から火炎を放出し、かつ修正ユニット５の当接部５ａをガラス母材Ｍに当接させた状態で、バーナ３を起点Ｘａに向けて移動させる。このように、長手方向において起点Ｘａとは離れた位置からガラス母材Ｍの加熱を開始し、熱伝導によって起点Ｘａの温度を上昇させている。これにより、ガラス母材Ｍの曲がりの起点Ｘａだけを加熱する場合と比較して、起点Ｘａにおいてガラス母材Ｍの表面温度が過度に上昇することでガラス母材Ｍの削れが生じることを抑制することができる。

【0028】

また、本実施形態の製造方法は、当接部５ａをガラス母材Ｍに向けて付勢する付勢力を測定しながら、当接部５ａを長手方向に沿って移動させる測定工程を含んでいる。これにより、修正装置１を用いて、ガラス母材Ｍの曲がりの起点Ｘａの位置や曲がりの大きさを把握することが可能となる。

【0029】

また、ガラス母材Ｍの１つの曲がりを修正する間は、バーナ３を長手方向における一方側に向けてのみ移動させることが好ましい。これにより、例えばガラス母材Ｍを加熱しながらバーナ３を長手方向に往復移動させる場合と比較して、ガラス母材Ｍの表面温度の上昇をより抑制することができる。

【実施例】

【0030】

以下、具体的な実施例を用いて、上記実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

【0031】

同様の曲がりを有する２本のガラス母材Ｍを用意し、下記表１に示す比較例１および実施例１の条件で、曲がりの修正を行った。なお、各ガラス母材Ｍの外径は８０ｍｍとし、長手方向に間隔を空けて４箇所に曲がりがあるものを用いた。

【0032】

【表1】

【0033】

比較例１では、４つの曲がりの各起点Ｘａにおいて、バーナ３を固定した状態でガラス母材Ｍを８分間加熱した。また、起点Ｘａとは離れた位置で修正ユニット５の当接部５ａを当接させて、曲がりの修正を行った。

【0034】

実施例１では、４つの曲がりの起点Ｘａに対して、長手方向に９１ｍｍ離れた位置に、それぞれ開始点Ｘｂを設定した。つまり、４つの開始点Ｘｂを設定した。開始点Ｘｂにおいて、バーナ３を静止させたまま点火して３分間の余熱を行った後、バーナ３を当該開始点Ｘｂに対応する起点Ｘａに向けて移動させながら、修正ユニット５の当接部５ａを当接させて曲がりの修正を行った。バーナ３の移動速度は１３ｍｍ／ｍｉｎとし、移動時間は７分間とした。すなわち、合計の加熱時間は１０分間である。４箇所の曲がりについて、同様の作業を行った。

【0035】

曲がりの修正を行った後のガラス母材Ｍの外径を、図３（比較例１）および図４（実施例１）に示す。
図３に示すように、比較例１では、長手方向における点Ｘａ１、Ｘａ２、Ｘａ３、Ｘａ４の４箇所を中心として、ガラス母材Ｍの表面の削れが生じた。各点Ｘａ１～Ｘａ４は、４つの曲がりの各起点の位置であり、バーナ３によって加熱した位置である。これらの４箇所におけるガラス母材Ｍの削れ量は０．３～０．５ｍｍの範囲内となった。
図４に示すように、実施例１では、ガラス母材Ｍの削れを、比較例１よりも大幅に低減することができた。削れ量は、４箇所の全てにおいて０．０５ｍｍ以下となった。

【0036】

比較例１と実施例１との相違について考察する。比較例１では、バーナ３を固定しているため、曲がりを修正可能な温度までガラス母材Ｍの内部を加熱するためには、ガラス母材Ｍの表面の同一の点を加熱し続ける必要がある。このため、ガラス母材Ｍの表面温度が高い状態が維持され、その結果、削れ量が大きくなった。これに対して実施例１では、バーナ３が起点Ｘａから離れた状態から加熱を開始しており、バーナ３を移動させながら、熱伝導によって起点Ｘａにおけるガラス母材Ｍの内部を加熱している。これにより、起点Ｘａにおけるガラス母材Ｍの表面の温度が高い状態が維持されることが抑制され、削れ量を低減することが可能となる。

【0037】

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0038】

例えば、前記実施形態では、修正装置１を用いた測定工程によりガラス母材Ｍの曲がりの起点Ｘａの位置や曲がりの大きさを把握した。しかしながら、例えば事前に三次元測定機による測定、レーザー外径測定器による測定、画像による測定等を行うことで、ガラス母材Ｍの曲がりの起点Ｘａの位置や曲がりの大きさを把握することは可能である。このため、前記実施形態の製造方法において、修正装置１を用いた測定工程は必須ではない。

【0039】

また、前記実施形態では、配置工程において、バーナ３および修正ユニット５を、長手方向においてガラス母材Ｍの起点Ｘａを間に挟むように配置した。しかしながら、例えば図１においてバーナ３を起点Ｘａよりも＋Ｘ側に配置し、修正工程では、バーナ３を－Ｘ側に向けて移動させてもよい。つまり、起点Ｘａ、開始点Ｘｂ、および修正ユニット５が長手方向においてこの順に並んでいてもよい。この場合も、前記実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0040】

また、前記実施形態では、ガラス母材Ｍの１つの曲がりを修正する間は、バーナ３を長手方向における一方側に向けてのみ移動させた。しかしながら、例えばバーナ３を、起点Ｘａを中心として長手方向に往復移動させてもよい。この場合も、バーナ３を起点Ｘａから移動させずに加熱する構成と比較して、ガラス母材Ｍの表面温度の上昇を抑制して削れを低減できる。

【0041】

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１…修正装置 ３…バーナ ５…修正ユニット ５ａ…当接部 Ｍ…ガラス母材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】