专利名称：玻璃母材及其制造方法以及光纤的制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种用以制造光纤的玻璃母材及其制造方法以及光纤的制造方法，特别是有关于一种具有适合于光纤的拉线的端部形状的玻璃母材的制造方法，与藉此得到的玻璃母材，以及使用此玻璃母材的光纤的制造方法。
又，针对依据参照的文献认定编入的指定国，藉由参照揭示于下述的申请案的内容加入本申请案，作为本申请案的揭示的一部份。
日本专利特愿2004-159822号(申请日2004年5月28日)日本专利特愿2004-159848号(申请日2004年5月28日)背景技术大型的玻璃母材是以电气炉等的加热炉加热之后，延伸于轴方向，特别是在垂直方向延伸，并藉以特定的长度分割，而加工成具有适宜拉线的直径。图1是绘示以电气炉延伸大型的玻璃母材并制造的玻璃母材的概略图。所延伸的玻璃母材1具有在其两端与中心轴垂直面切断的机械的切断面2。
在所制造的玻璃母材1的一端，如图2的概略图所示，熔接用以将玻璃母材1安装于拉线装置的虚拟棒3(dummy bar)，而以该部分把持。在另外一端，设置为了容易开始拉线加工而呈锥形状(taper)的锥形部4。
朝玻璃母材1的一端熔接虚拟棒3以及另外一端的锥形部4的形成，较多情况是使用玻璃车床来进行。在使用玻璃车床对锥形状进行加工的方法，可举出者有例如介绍于日本专利文献1、2的方法。
在两端具有机械切断面的玻璃母材1，在其一端连接虚拟棒3，在另外一端形成锥形部4。该形成锥形部4的玻璃母材(以下，称为“拉线用玻璃母材”)，是如图3所示，藉以蜗形夹头6(scroll chuck)使虚拟棒3把持于拉线装置的进料器5(feeder)，而可以安装于拉线装置上。
接着，将拉线用玻璃母材的锥形部4安置于加热炉7的特定位置并开始加热。等待拉线用玻璃母材的前端软化垂下来。当前端垂落下来时，抓住该前端而通过外径测定器8。之后，在到达所希望的线径并稳定时，光纤9会依序通过第1模具10(die)、第1紫外线硬化装置11、第2模具12及第2紫外线硬化装置13，而可以对光纤9进行涂层(coating)及硬化。之后，经过导引滑轮14(guide pulley)并藉主动轮(capstan)(未图示)卷绕至线圈架(bobbin)。
之后，慢慢提升进料器5的传送速度及拉线速度，提升两者至规定速度，而使拉线工程处在正常状态。正常状态的辨别是依据是否满足以下全部的指标来进行。也就是，指标1传送速度及拉线速度是否达到规定速度；指标2光纤的外径是否安定；指标3；光纤的外径安定之后是否脱离规定的过长(excess length)。在正常状态所拉线的正常部的光纤是作为制品而利用，而之前在非正常状态所拉线的非正常部的光纤是作为不良品而废弃。
在此，设置上述指标3是为了缩小所拉线的光纤的偏心。所拉线的光纤，在开始拉线初期的非正常部中，其偏心较大，而随着拉线的进行，使偏心慢慢的变小，而在正常部中有一稳定值。为此在非正常部中，即使外径满足规格，但是亦存在较大部分的偏心。该外径即使位于规格范围内，为了由制品去除偏心较大的光纤部分，而设置了指标3的过长(过剩长度)。
在图4中，(a)是显示光纤外径对于拉线距离的变化，(b)是显示光纤的偏心的变化。将光纤的外径进入规格范围内的点作为外径安定点16，将偏心进入规格范围内的点作为偏心安定点17。外径安定点16与偏心安定点17之间形成应去除的过长18。光纤的偏心利用以下公式定义的偏心率表示。
在偏心率的计算中，必须使光纤在轴方向旋转，在0°及90°的2个位置测定其外形。公式中，E0是0°的偏心量，E90是90°的偏心量，D0是0°的光纤的外径，D90是90°的外径。
日本专利文献1特开2000-143268号公报日本专利文献2特开2000-203864号公报开始拉线初期的非正常部的光纤，由于偏心等关系所以无法作为制品使用而成为废弃处分。所废弃的光纤若增大，则随着良率的降低使制造成本增加。从而，为了使良率提升，必须缩短开始拉线初期的非正常部的时间，尽可能作成正常状态使品质安定。
近年来，玻璃母材大型化，伴随此种趋势，在开始拉线初期的非正常部范围变长，所废弃的光纤的量也增大起来。废弃非正常部的光纤的理由，是加上上述偏心，外径变动、包覆材的不均一而脱离光纤的规格等。在此，藉缩小上述3个指标的值的全部或任一个，则可以缩短非正常部范围，进而可以提升良率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃母材及其制造方法以及光纤的制造方法，其可以迅速地缩小开始拉线初期的光纤的偏心，并具有适合于可以缩短非正常部范围的拉线的端部形状。
为了解决上述的课题，提供一种玻璃母材的制造方法作为本发明的第1形态，其是熔断圆柱状的玻璃母材，制造具有形成于直径约略一定的直胴部与在直胴部的一端，形成愈离开直胴部直径愈变细的锥形部的拉线用玻璃母材；其特征在于包括对玻璃母材的直胴有效部的中心线，将熔断处所的中心线变位量修正为小于等于特定数值，形成修正处所之后，在修正处所中熔断玻璃母材形成锥形部的步骤。藉此，形成于拉线用玻璃母材的锥形部的倾斜量变成比当初小，所以可以缩短由开始拉线至正常状态为止的过剩长度。
另外，作为一实施形态，是在上述玻璃母材的制造方法中，上述修正包含使用玻璃车床使玻璃母材旋转，且以燃烧器火焰加热的操作。藉此，可以作精密的修正作业。
另外，作为其他实施形态，是在上述玻璃母材的制造方法中，特定的数值为2.6mm。藉此，修正玻璃母材的效果变显著，可以形成倾斜量较少的锥形部。
另外，作为其他实施形态，是在上述玻璃母材的制造方法中，熔断包括藉燃烧器火焰加热的操作。藉此，可以连续进行修正与熔断的各作业。
另外，作为其他实施形态，是在上述玻璃母材的制造方法中，将修正后的玻璃母材安装于拉线装置，在拉线前进行熔断。藉此，可以连续进行修正、熔断及拉线的各作业。另外，由于可以在短时间内实施一连贯的作业，所以修正的效果不会劣化。
另外，提供一种玻璃母材作为本发明的第2形态，其是作为拉线用的玻璃母材，其具有圆柱状的直胴部与形成于直胴部的一端的锥形部，使其愈离开直胴部的直径变成愈细小；其特征在于熔断所修正的修正处所，形成使锥形部对于圆柱状的玻璃母材全体中心线的中心线变位量变成小于等于特定的数值。该玻璃母材，由于由开始拉线至正常状态为止产生的过剩长度较短，所以原料的利用率较高，而可用低成本制造光纤。
进一步，提供一种玻璃母材作为本发明的第3形态，其是作为拉线用的玻璃母材，其包括具有形成于平均外径D的直胴有效部，以及形成于直胴有效部的一部份即直胴部的一端，愈离开直胴部直径愈变细的锥形部；其特征在于当将拉线用的玻璃母材朝拉线装置安置时，对于直胴部的锥形部侧的端部的中心，将锥形部的中心的变位量的最大值作为锥形部倾斜量δ时，其平均外径D与锥形部倾斜量δ的比δ/D为δ/D≤0.03。藉此，可以缩短由开始拉线至正常状态为止产生的过剩长度。
另外，作为实施形态的一种，是在上述玻璃母材中，直胴部的端部具有在平均外径D乘上位于0.90-1.00(无因次)范围的系数β值的外径的部位。藉此，可以规定当计测锥形部的倾斜量时的基准。
另外，作为其他实施形态，是在上述玻璃母材中，锥形部的长度LD为玻璃母材的全长的30～60％的范围，且其为由玻璃母材的长度方向的中央附近随机抽出3～10处所的外径的平均值DM的1倍以上。藉此，由锥形部的开始拉线变成容易。
另外，作为其他实施形态，是在上述玻璃母材中，锥形部是由熔断或研削所形成。藉此，可以调制拉线用玻璃母材，用以制造光纤的拉线变容易。
另外，更进一步，提供一种光纤的制造方法作为本发明的第4形态，其是制造包括具有形成于平均外径D的直胴部，以及在直胴部的一端形成愈离开直胴部直径变愈细的锥形部的拉线用玻璃母材；此光纤的制造方法包括当朝拉线装置安装拉线用玻璃母材时，对于直胴部的锥形部侧的端部的中心，将锥形部的中心变位量的最大值作为锥形部倾斜量δ时，由平均外径D与锥形部倾斜量δ的比δ/D为δ/D≤0.03的拉线用玻璃母材作拉线的步骤。藉此，可以用低成本制造光学特性优良的光纤。
若依据本发明，可以迅速地缩小开始拉线初期的光纤的偏心并使其安定，所以可以缩短制品不良部的非正常部范围。藉此可以使光纤生产的良率提升，有助于节省资源及降低制造成本。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1是绘示以电气炉延伸所制造的玻璃母材的概略图。
图2是绘示在一端焊接虚拟棒的拉线用玻璃母材的概略图。
图3是绘示拉线装置的概略说明图。
图4(a)是绘示对拉线距离的光纤的外径变化，图4(b)是绘示对拉线距离的偏心的变化的模式图。
图5是说明倾斜量δ的概略图。
图6是绘示以倾斜测定使用玻璃母材的概略图。
图7(a)是绘示对拉线用玻璃母材的长条方向的外径的变化，图7(b)是绘示对拉线用玻璃母材的长条方向的中心线的变位量的变化的模式图。
图8(a)是绘示锥状形成前的玻璃母材的外径与中心线变位量，图8(b)是绘示形成锥形部的玻璃母材的中心线变位量。
图9是绘示熔断位置的中心线变位量与熔断形成的锥形部的倾斜量的相关性的图。
图10是绘示倾斜与过剩长度的关系的图。
图11是绘示藉研削的研削锥形部的形成方法的模式图。
图12是绘示藉研削的锥形部的修正方法的模式图。
1玻璃母材 2、19机械的切断面3虚拟棒 4锥形部5进料器 6蜗形夹头7加热炉 8外径测定器9光纤 10第1模具11第1紫外线硬化装置 12第2模具13第2紫外线硬化装置 14导引滑轮16外径安定点17偏心安定点18过长 20熔断锥形部21端部 22直胴部倾斜评估端23倾斜评估区24、25近似直线26旋转砂轮 27研削锥形部具体实施方式
如图2所示，在对拉线装置安装拉线用母材的一端连接虚拟棒3，在另外一端形成锥形部4。本发明者们细心研究的结果，看出藉由该锥形部4的形状，大大地左右开始拉线初期的光纤的偏心，锥形部4对拉线用玻璃母材的中心线若具有非对称性，也就是在锥形部4若具有倾斜，则对应于倾斜的程度开始拉线初期的光纤的偏心变大，如图4所示过长18有变长的倾向，其结果是良率降低。
但是，即使以熔断或机械研削精密加工的玻璃母材的端部，有时亦无法得到没有倾斜的锥形部。在此细心检讨的结果，在形成锥形部之前，对玻璃母材的直胴有效部的中心线的锥形部形成处所(以熔断形成时为熔断处所)的中心线变位量进行测定(以下，称为中心线变位量)，并在修正中心线变位量为小于等于特定的数值之后，再熔断而形成锥形部以解决课题。藉此，可以使开始拉线初期的光纤的偏心尽速的缩小，而可以缩短过长。
本发明的玻璃母材的制造方法，是在对玻璃母材的中心线的熔断处所，将中心线变位量修正为小于等于特定数值之后，由其修正处所熔断而形成锥形部，在熔断前将熔断处所的中心线变位量修正为小于等于特定数值，特别是小于等于2.6mm之后，再熔断并形成锥形部。藉此，可以使开始拉线初期的光纤的偏心尽速的安定并缩小，而可以缩短过长。又，熔断处所有时也成为锥形部形成的开端的处所。
另外，若依据本发明，藉由将锥形部4的形状倾斜量限制于特定的数值范围内，也就是将倾斜量δ与平均外径D的比δ/D设于δ/D≤0.03。藉此，可以安定并缩小开始拉线初期的光纤的偏心，而可以缩短过长。
又，使形成锥形部的起点位置的拉线用玻璃母材的直胴部的端部，是定义为具有在平均外径D乘上系数β的外径的部位。系数β是设于0.9～1.00(无因次)的范围。例如，若设定β＝0.98、平均外径D＝80mm，则在锥形部的附近，将达到外径＝0.98×80＝78.4mm的位置作为直胴部的端部。
具有锥形部的拉线用玻璃母材，是藉由测定求得倾斜量δ及与平均外径D的比δ/D，对倾斜量δ超过1.00mm者与δ/D超过0.03者，再度熔断或研削加工使其限制于特定的数值。锥形部的长度LD是加工成形成外径的平均值DM的1倍以上。当LD不足1倍，则在开始拉线时，由于不会成为纤维(fiber)的软化降低量变多，所以会有不佳的结果。
又，如图11所示，拉线用玻璃母材的锥形部亦可以藉研削加工而形成。亦即，如同一图所示，边使玻璃母材1于长度方向的轴周围旋转，边对其机械的切断面19以旋转的旋转砂轮26进行研削加工。藉此，在机械的断面19具有的端部，可以形成如图12所示的研削锥形部27。又，以该方法形成研削锥形部27时，玻璃母材1的旋转轴也形成锥形部的轴。
另外，以如图12所示的方法，进一步，也可以利用研削加工修正既存的锥形部。亦即，如同一图所示，对于已经形成的研削锥形部27，藉由旋转的旋转砂轮26进一步进行研削加工，而可以修正研削锥形部27的形状。又，也可以研削加工修正藉熔断形成的熔断锥形部等，亦可以组合其他种的加工方法来实施。
倾斜量δ是如图5所示，表示通过直胴有效部两端的中心的直线A与玻璃母材的中心线B的变位量，也就是中心变位量。曲线C是沿着玻璃母材的长度方向显示中心线变位量的曲线。一方面，锥形部的倾斜量δ是表示在直胴部的端部与锥形部的倾斜评估端之间的中心线变位量的最大值。在另一方面，锥形部侧的直胴部的端部与倾斜评估端之间的范围为倾斜评估区23。
又，拉线用玻璃母材的直胴部的端部也成为锥形部的起点的位置，定义为具有在平均外径D乘上系数β的外径的部位。另外，系数β是设于0.9～1.00(无因次)的范围。
另外，锥形部的倾斜量测定，虽使用介绍于日本专利第3222777号的光纤用预制(preform)形状测定器，但若具备同样功能的装置则不限制于此。如此，测定、筛选的拉线用玻璃母材供给至拉线加工。
图6是显示将熔断处所的中心线变位量修正为小于等于2.6mm之后，具有熔断形成的熔断锥形部20的拉线用玻璃母材。该拉线用玻璃母材的平均外径为φ62mm、直胴部的长度为1040mm，且在一端具有机械的切断面19，在另外一端具有熔断所形成的长度LD77mm的熔断锥形部20。加上该拉线用玻璃母材1的外径及中心线变位量，使用形状测定器测定熔断锥形部20的倾斜量δ。
测定结果如图7所示。又，该拉线用玻璃母材即使锥形部是以研削加工所形成者亦可。图7(a)是显示对拉线用玻璃母材的长度方向(横轴)的外径的变化，图7(b)是显示对玻璃母材的长度方向(横轴)的中心线的变位量的变化。
熔断锥形部的倾斜量δ的测定顺序是如以下所述。首先，决定玻璃母材的直胴部的端部21与熔断锥形部的倾斜评估端22。在外径比较安定的中央附近的5处所测定外径，求出外径的平均值DM。直胴部的端部21的系数β＝0.98的部分，也就是外径是作成0.98×DM的位置。
倾斜评估端22是将拉线用玻璃母材安装于拉线装置时，相当于加热炉发热体的中心的位置，在图7(a)中，锥形部的外径为形成φ20mm的位置，且拉线用玻璃母材的外径是在φ20mm的位置藉拉线装置开始加热。图7(b)的情形，锥形部的倾斜量δ极小，δ＝0.119mm。
以熔断进行锥形部的形成时，锥形部的倾斜量大大地承受锥形部形成前的玻璃母材的中心线变位量，特别是锥形形成处所(熔断处所)的中心线变位量的影响。因此，藉由熔断缩小锥形部的倾斜量，必须预先缩小熔断处所的中心线变位量。在本发明中，针对熔断处所的中心线变位量与锥形部的倾斜量的关系重复细心检讨的结果，了解到为了将倾斜量设定为小于等于规定值的熔断处所的中心线变位量。
图8是显示锥形部形成前的玻璃母材的中心线变位量与针对所形成的锥形部的倾斜量的一例。图8(a)是显示锥形部形成前的玻璃母材的外径与中心线变位量。在该例，在玻璃母材的约略中央熔断形成锥形部。比熔断处所左侧是形成拉线用玻璃母材的部分，右侧是形成加工用虚拟棒。接着，测定形成锥形部的拉线用玻璃母材的中心线变位量，将其结果显示于图8(b)。此时的锥形部的倾斜量δ是依照上述的定义形成δ＝0.45mm，锥形部的倾斜量δ与拉线用玻璃母材的直胴部的平均外径D的比δ/D形成0.007mm。
对于平均直径D的倾斜量δ/D与光纤的偏心为相关函数，倾斜量δ/D若超过0.03，则光纤的偏心变大，过长变长。因此，δ/D超过0.03者，会再度熔断加工成限制于特定的数值内。
另外，图9是显示熔断位置的中心线变位量与熔断形成的锥形部的倾斜量的相关性。图中的直线是由各轴点以近似最小2次方计算而得的近似直线24。由图9中，满足δ/D≤0.03的范围的中心线变位量e成为e≤2.6mm。修正加工玻璃母材至中心线变位量e成为e≤2.6mm的状态为止之后，若以熔断进行锥形部的形成，则可以充分的缩小锥形部的倾斜量。
实施例1如图1所示，将在两端具有机械的切断面2的平均外径φ62mm、长度1100mm的玻璃母材，安装于具有形状测定器的玻璃车床，测定玻璃母材的中心线变位量，在形成锥形部的熔断处所的中心线变位量若超过2.6mm时，使玻璃母材旋转且以燃烧器火焰使其加热、软化，使中心线变位量修正成小于等于2.6mm。接着，在上述熔断处所熔断，形成如图6所示的熔断锥形部作为拉线用玻璃母材。
在该拉线用玻璃母材中，外径为0.98×DM＝60.8mm的直胴部的端部与锥形部的外径成为φ20mm的倾斜评估端间的中心线变位量，也就是锥形部的倾斜量为极小的δ＝0.119mm、δ/D＝0.002mm。如此藉拉线充分的缩小锥形部的倾斜量的拉线用玻璃母材，可以提升制造光纤时的良率，可以降低光纤的制造成本。
实施例2准备数种类外径不同的玻璃母材，分别藉熔断形成锥形部进行拉线。此时的锥形部的倾斜量δ与玻璃母材外径D的比δ/D以及拉线的光纤的过长的关系如图10所示。图中的近似直线25是针对位于δ/D≥0.035的范围的轴点，藉由最小2次方近似计算而求得。由图10可以确认在δ/D≤0.03的范围内，过长几乎没有变化，其变成极小。
使用本发明的制造方法所得的玻璃母材，可以极为有效地降低光纤的制造成本。
权利要求
1.一种玻璃母材的制造方法，其是熔断圆柱状的玻璃母材，制造具有形成于直径约略一定的直胴部与在前述直胴部的一端，形成愈离开前述直胴部直径愈变细的锥形部的拉线用玻璃母材；其特征在于包括对前述玻璃母材的直胴有效部的中心线，将熔断处所的中心线变位量修正为小于等于特定的数值，形成修正处所之后，在前述修正处所中熔断前述玻璃母材形成锥形部的步骤。
2.根据权利要求1所述的玻璃母材的制造方法，其特征在于其中前述修正包括使用玻璃车床使玻璃母材旋转，且以燃烧器火焰加热的操作。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃母材的制造方法，其特征在于其中前述特定的数值为2.6mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的玻璃母材的制造方法，其特征在于其中前述熔断包括藉燃烧器火焰加热的操作。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的玻璃母材的制造方法，其特征在于其中在前述修正之后，将前述玻璃母材安装于拉线装置，并在拉线前进行前述熔断。
6.一种玻璃母材，其是作为拉线用的玻璃母材，其具有圆柱状的直胴部与形成于前述直胴部的一端的锥形部，使其愈离开前述直胴部的直径变成愈细小；其特征在于熔断所修正的修正处所，形成使前述锥形部对于圆柱状的玻璃母材全体中心线的中心线变位量变成小于等于特定的数值。
7.一种玻璃母材，是作为拉线用的玻璃母材，其包括具有平均外径D的直胴有效部，以及形成于前述直胴有效部的一部份即直胴部的一端，愈离开前述直胴部直径愈变细的锥形部；其特征在于当将前述拉线用的玻璃母材朝拉线装置安置时，对于前述直胴部的前述锥形部侧的端部的中心，将前述锥形部的中心的变位量的最大值作为锥形部倾斜量δ时，其前述平均外径D与锥形部倾斜量δ的比δ/D为δ/D≤0.03。
8.根据权利要求7所述的玻璃母材，其特征在于其中前述直胴部的端部是具有在前述平均外径D乘上位于0.90～1.00(无因次)的范围的系数β值的外径的部位。
9.根据权利要求7或8所述的玻璃母材，其特征在于其中前述锥形部的长度LD为前述玻璃母材的全长的30～60％的范围，且其为由前述玻璃母材的长度方向的中央附近随机抽出3～10处所的外径的平均值DM的1倍以上。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的玻璃母材，其特征在于其中前述锥形部是由熔断或研削所形成。
11.一种光纤的制造方法，其是制造包括形成于具有平均外径D的直胴部，以及在前述直胴部的一端形成愈离开前述直胴部直径变愈细的锥形部的拉线用玻璃母材，其特征在于该光纤的制造方法包括当朝拉线装置安装前述拉线用玻璃母材时，对于前述直胴部的前述锥形部侧的端部的中心，将前述锥形部的中心变位量的最大值作为锥形部倾斜量δ时，由前述平均外径D与锥形部倾斜量δ的比δ/D为δ/D≤0.03的拉线用玻璃母材作拉线的步骤。
全文摘要
一种玻璃母材及其制造方法以及光纤的制造方法，是当在光纤制造用的玻璃母材的端部形成锥形部时，将对玻璃母材的中心线的熔断处所的中心线变位量修正为小于等于特定的数值之后，再由修正处所熔断并形成锥形部。另外，在平均外径D的直胴有效部与前述直胴有效部的一端具有锥形部的拉线用玻璃母材中，当将前述玻璃母材朝拉线装置安装时，在以前述锥形部的直胴有效部端与锥形部的倾斜评估端之间的玻璃母材的中心线变位量的最大值表示的锥形部倾斜量δ与前述平均外径D的比δ/D成为δ/D≤0.03。藉此，可以迅速缩小开始拉线初期的光纤的偏心，使过剩长度减低。
文档编号C03B37/027GK1960951SQ20058001740
公开日2007年5月9日 申请日期2005年5月10日 优先权日2004年5月28日
发明者坂下光邦 申请人:信越化学工业株式会社