切削工具以及光纤母材制造方法与流程

1.本公开涉及切削工具以及光纤母材制造方法。
2.本技术要求基于2019年3月28日提交的日本技术第2019
‑
062449号的优先权，并且引用了所述日本技术中记载的全部记载内容。


背景技术：

3.具有在纵向方向上延伸的芯的光纤母材有时通过套管塌缩法(rod
‑
in collapse)制造。在套管塌缩法中，例如在圆柱形状的玻璃体中形成在纵向方向上延伸的孔从而制作护套材料。然后，在将芯棒插入该孔中之后，通过从护套材料的外部加热来将芯棒和护套材料一体化，从而制造光纤母材。
4.例如，专利文献1公开了一种制造具有沿纵向方向延伸的1根芯的光纤母材(以下，称为单芯光纤母材)的技术。专利文献2公开了一种制造具有多根芯的光纤母材(以下，称为多芯光纤母材)的技术。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开昭63
‑
2826号公报
8.专利文献2：日本特开昭61
‑
201633号公报


技术实现要素：

9.根据本公开的一个方式的切削工具是具备柄部和设置在该柄部的一端的切削部的切削工具，所述切削部具有设置在所述切削工具的一端的第1区域和位于比所述第1区域更靠近所述切削工具的中央的第2区域，所述第1区域和所述第2区域中固定有磨粒，并且所述第2区域的磨粒的平均粒径小于所述第1区域的磨粒的平均粒径。
10.根据本公开的一个方式的光纤母材制造方法是制造具有在纵向方向上延伸的芯的光纤母材的方法，其中，通过使用本公开的切削工具从玻璃体的轴向的一端到另一端形成孔来制造护套材料，将芯棒插入所述孔中，并且加热所述护套材料以使该护套材料和所述芯棒一体化。
附图说明
11.[图1]图1是示出多芯光纤的一个例子的截面图。
[0012]
[图2a]图2a是示出在根据本公开的一个方式的光纤母材制造方法中使用的玻璃体的正视图。
[0013]
[图2b]图2b是示出在根据本公开的一个方式的光纤母材制造方法中使用的玻璃体的截面图。
[0014]
[图3a]图3a是示出根据本公开的一个方式的切削工具的一个例子的侧视图。
[0015]
[图3b]图3b是示出根据本公开的一个方式的切削工具的一个例子的正视图。
[0016]
[图3c]图3c是图3a和图3b的切削工具的固定有磨粒的切削部的放大透视图。
[0017]
[图4]图4是根据本公开的实施方式的制作护套材料的步骤中的包括玻璃体的中心轴的截面图。
[0018]
[图5]图5是根据本公开的实施方式的包括护套材料的中心轴的截面图。
[0019]
[图6]图6是根据本公开的实施方式的插入芯棒的步骤中的包括插入了芯棒后的护套材料的中心轴的截面图。
[0020]
[图7]图7是根据本公开的实施方式的变形例的制作护套材料的步骤中的包括玻璃体的中心轴的截面图。
[0021]
[图8]图8是根据本公开的实施方式的变形例的包括护套材料的中心轴的截面图。
[0022]
[图9]图9是根据本公开的实施方式的变形例的插入芯棒的步骤中的包括插入了芯棒后的护套材料的中心轴的截面图。
[0023]
[图10]图10是示出根据本公开的实施方式的一体化步骤的示意图。
[0024]
[图11]图11是示出护套材料的一个例子的截面图。
[0025]
[图12a]图12a是示出切削工具的另一例子的正视图。
[0026]
[图12b]图12b是示出切削工具的又一例子的正视图。
具体实施方式
[0027]
[本公开要解决的课题]
[0028]
在用于制造单芯光纤母材的套管中，在套管的中心设有孔。当从外部加热套管时，套管在相对于套管的中心轴保持对称状态的同时变形。即，孔的内周向孔的中心轴均匀地缩小，并且孔的内壁接触芯棒。在该孔的内周缩小的同时，孔的内壁变得平滑。然而，假设在孔的内壁的粗糙度充分变小之前孔的内壁与芯棒接触，则气泡可能残留在孔的内壁与芯棒之间的边界部分。当对存在气泡的光纤母材进行拉丝时，光纤的外径变动变大，光纤的机械强度降低。
[0029]
当通过套管塌缩法制造多芯光纤母材时，如果孔的内径与芯棒的外径之间的间隙小，则芯的位置精度变高。但是，如果间隙小，则在孔的内壁的粗糙度充分变小之前，孔的内壁容易与芯棒接触，因此容易残留气泡。
[0030]
在多芯光纤母材中，有时在套管的中心以外处设置孔。当从外部加热套管时，套管的外周附近比套管的中心被更强地加热。因此，在套管的一个截面中，难以使在套管的中心以外处存在的孔的内壁的粗糙度在内壁的整个圆周上保持相等。特别地，对于设置在套管的外周附近的孔，在孔的内壁中靠近套管的中心的部分的内壁的粗糙度充分变小之前，孔的内壁可能与芯棒接触，从而易于残留气泡。
[0031]
[本公开的实施方式的说明]
[0032]
首先，将列举本公开的实施方式的内容并进行说明。
[0033]
(1)一种切削工具，具备柄部和设置在所述柄部的一端的切削部，所述切削部具有设置在所述切削工具的一端的第1区域和位于比所述第1区域更靠近所述切削工具的中央的第2区域，所述第1区域和所述第2区域中固定有磨粒，并且所述第2区域的磨粒的平均粒径小于所述第1区域的磨粒的平均粒径。由于第2区域的磨粒的粒径小于第1区域的磨粒的粒径，因此本公开可以确保第1区域中开孔的生产性、同时减小第2区域中孔的内壁的粗糙
度。因此，本公开可以在不损害开孔的生产性的情况下得到孔的内壁和芯棒的边界部分中难以残留气泡的光纤母材。
[0034]
(2)在本公开的切削工具的一个方式中，所述磨粒是金刚石颗粒。当使用金刚石颗粒时，在玻璃体中容易形成具有平滑内壁的孔。
[0035]
(3)在本公开的切削工具的一个方式中，所述第1区域的所述磨粒的平均粒径为100μm以上，并且所述第2区域的所述磨粒的平均粒径小于100μm。由于第1区域的磨粒的平均粒径为100μm以上，因此本公开可以高速地维持开孔的加工速度。此外，由于第2区域的磨粒的平均粒径小于100μm，因此即使是上述加工速度，本公开也可以获得平滑的内壁。
[0036]
(4)在本公开的切削工具的一个方式中，所述第2区域的外径大于所述第1区域的外径。由于第2区域的外径大于第1区域的外径，因此在第1区域加工孔之后，第2区域可以可靠地加工孔的内壁。因此，本公开可以可靠地获得具有平滑内壁的孔。
[0037]
(5)在本公开的切削工具的一个方式中，所述第2区域的外径与所述第1区域的外径之差在10μm以上300μm以下的范围内。由于第2区域的外径与第1区域的外径之差为10μm以上，因此即使第2区域的磨粒发生磨损，第2区域也能够继续进行孔的内壁的加工。另外，由于第2区域的外径与第1区域的外径之差为300μm以下，因此加工期间对第2区域的负荷不会增大，从而减少了第2区域的磨粒的磨损。
[0038]
(6)根据本公开的一个方式的光纤母材制造方法是一种制造具有在纵向上延伸的芯的光纤母材的方法，该方法中，通过使用本公开的切削工具，从玻璃体的轴向上的一端到另一端来形成孔从而制作护套材料，将芯棒插入所述孔中，并且加热所述护套材料以使该护套材料和所述芯棒一体化。由于第2区域的磨粒的平均粒径小于第1区域的磨粒的平均粒径，因此本公开可以在第1区域中确保开孔的生产性、同时在第2区域中减小孔的内壁的粗糙度。因此，本公开可以在不损害开孔的生产性的情况下，获得在孔的内壁与芯棒之间的边界部分处难以残留气泡的光纤母材。而且，如果对以这种方式制造的光纤母材进行拉丝，本公开可以制造光纤的外径变化少且机械强度没有降低的光纤。
[0039]
[本公开的效果]
[0040]
本公开的目的在于提供一种在不损害开孔的生产性的情况下，在孔的内壁与芯棒之间的边界部分处难以残留气泡的光纤母材制造方法、切削工具。
[0041]
[本公开的实施方式的详细内容]
[0042]
在下文将参考附图来说明根据本公开的光纤母材制造方法和切削工具的优选实施方式。
[0043]
图1是示出多芯光纤1的一个例子的截面图。多芯光纤1在包层10中具有(例如)7个芯11。芯11在多芯光纤1的纵向方向上延伸。芯11包括设置在光纤中心轴上的中心芯和设置在光纤中心轴的周围的六边形顶点上的外周芯。各个芯11包括折射率比包层10的折射率高的区域，并且各个芯被构造为传播光。
[0044]
作为光纤母材制造方法之一，有套管塌缩法。套管塌缩法包括：通过从(例如)圆柱形状的玻璃体的轴向的一端到另一端形成孔来制作护套材料的步骤；将芯棒插入护套材料的孔中的步骤；以及加热护套材料以使护套材料和芯棒一体化的步骤。
[0045]
图2a是从在根据本公开的一个方式的光纤母材制造方法中使用的玻璃体20的一端21观察时的正视图。图2b是沿着图2a的线x
‑
x的截面图。玻璃体20例如是添加有氟的石英
玻璃或纯石英玻璃，并且具有圆柱形状。当为了获得多芯光纤1而通过套管塌缩法来制造光纤母材时，利用钻头形工具在玻璃体20中从轴向上的一端21向着另一端22设置7个孔。
[0046]
图3a至图3c是说明在根据本公开的一个方式的光纤母材制造方法中使用的切削工具40的图。图3a是示出切削工具40的一个例子的侧视图。图3b是示出切削工具40的一个例子的正视图。图3c是切削工具40的固定有磨粒的切削部的放大透视图。切削工具40具备柄部41和切削部42。柄部41例如是由金属制成的中空圆棒，并且被构造成使得在纵向方向上延伸的轴线旋转的旋转力施加到柄部41上。切削部42位于柄部41的前方(切削工具40的一端，在图3a中为右侧)，并被构造为与柄部41一起旋转。
[0047]
切削部42例如是中空圆棒，并且在切削部42的截面上在中心设置有与柄部41同心的排出路径50a。切削部42的外周面具有设置在切削工具40的一端的第1区域51和比第1区域51更靠近切削工具40的中央的第2区域52。具体而言，第2区域52位于第1区域51的后方(图3a的左侧)。第2区域52的前端连接至例如第1区域51的后端。第1区域51的长度l1和第2区域52的长度l2均为(例如)5mm。通过(例如)多层电沉积结构将磨粒(例如，金刚石颗粒)固定到第1区域51(包括前端面50)和第2区域52上。
[0048]
磨粒的平均粒径通过jis_b_4130规定的粒度来进行评价。第1区域51的金刚石颗粒的平均粒径为100μm以上(按jis_b_4130的粒度表示为#140以下)，优选为150μm以上(按jis_b_4130的粒度表示为#100以下)。第2区域52的金刚石颗粒的平均粒径小于第1区域51的金刚石颗粒的平均粒径。详细来说，第2区域52的金刚石颗粒的平均粒径小于100μm，优选50μm以下(按jis_b_4130的粒度表示为#270以上)。通常通过利用例如多种类型的筛子对颗粒进行分选的方法来确定平均粒径。平均粒径105μm相当于粒度表示#140，平均粒径149μm相当于#100，并且平均粒径53μm相当于#270。
[0049]
如此，由于第1区域51的金刚石颗粒的平均粒径为100μm以上，因此，本实施方式可以高速地维持开孔的加工速度。当第1区域51的金刚石颗粒的平均粒径为150μm以上时，本实施方式可以进一步提高开孔的加工速度。此外，由于第2区域52的金刚石颗粒的平均粒径小于100μm，因此本实施方式即使以上述加工速度也能够获得平滑的孔内壁。当第2区域52的金刚石颗粒的平均粒径为50μm以下时，本实施方式可以进一步使孔的内壁平滑。
[0050]
关于固定在切削部42的磨粒，通过修整来调整突出量以形成切削刃。金刚石可以是合成金刚石，也可以是天然金刚石。尽管金刚石适合于玻璃的加工，但是可以将cbn(cubic boron nitride：立方氮化硼)用于本公开的磨粒。
[0051]
在图示的例子中，列举了第1区域51和第2区域52连接起来的例子并进行了说明。然而，也可以在第1区域51和第2区域52之间设置不固定磨粒的区域，从而第1区域51和第2区域52彼此分开配置。本实施方式不限于第1区域51和第2区域52这两个区域，也可以设置三个以上的固定有磨粒的区域。在这种情况下，位于最后方的区域的磨粒的平均粒径最小。
[0052]
在玻璃体20中设有孔的切削部42中，第2区域52的外径和第1区域51的外径可以是相同的尺寸。然而，如图3c所示，优选地，第2区域52的外径d2大于第1区域51的外径d1。这是因为，第1区域51在玻璃体20中设置孔之后，第2区域可以可靠地加工该孔的内壁。由此，本实施方式可以获得具有平滑内壁的孔。
[0053]
具体地，第2区域52的外径d2与第1区域51的外径d1之差(d2
‑
d1)在10μm以上300μm以下的范围内。由于第2区域52的外径d2与第1区域51的外径d1之差为10μm以上，因此即使
由于多次使用切削工具40而使第2区域52的金刚石颗粒发生磨损，第2区域52也可以继续进行孔的内壁加工。另外，由于第2区域52的外径d2与第1区域51的外径d1之差为300μm以下，因此加工期间对第2区域52的负荷不会增大，第2区域52的金刚石颗粒的磨损减少。
[0054]
当在玻璃体20中在与图1所说明的7个芯11相同的位置处形成总计7个孔时，旋转驱动切削工具40，使得配置在前方的切削部42在最前头，从而将切削工具40从玻璃体20的一端21朝向另一端22插入玻璃体20的内部。被切削部42切削后的玻璃材料例如从排出路径50a送到后方而被排出。
[0055]
图4至图6是光纤母材的制造方法中包括玻璃体20和护套材料27的中心轴的截面图。通过中空圆棒状的切削工具40，在玻璃体20中形成总计7个环形孔28。图4示出了在总计7个孔中形成截面上的3个环形孔28的中间步骤。切削残留的棒24残留在每个环形孔28的中心。当环形孔28到达另一端22时，棒24脱落，环形孔28成为贯通孔29(图5)。贯通孔29对应于本公开的孔。用氟类气体等清洁贯通孔29的内表面。
[0056]
接下来，将总计7根芯棒26分别插入到贯通孔29中。图6示出了截面上的3根芯棒26。在这种情况下，例如，位于多芯光纤1的中心的芯棒26与配置在护套材料27的中心轴上的贯通孔29同心地配置。此外，位于多芯光纤1的外周芯的多个芯棒26在各自对应的贯通孔29中配置在靠近护套材料27的中心轴。
[0057]
需注意，本公开的孔也可以不贯通。在这种情况下，在玻璃体20中形成共计7个环形有底孔23。图7示出了截面上的3个环形有底孔23。环形有底孔23对应于本公开的孔。环形有底孔23沿着纵向方向延伸，并且到达距离另一端22残留预定厚度的位置处。在玻璃体20中，残留有由环形有底孔23包围的切削残留棒24。
[0058]
接着，当从外部对玻璃体20进行加热时，棒24的底部软化并熔融，因此，如果切断棒24的底部，则在玻璃体20内形成圆形有底孔25(图8)。接下来，例如，使用摩擦工具或照射二氧化碳激光以去除圆形有底孔25的底部的残留物。之后，用氟类气体等清洁圆形有底孔25的内部，以形成护套材料27。
[0059]
接着，将总计7根芯棒26分别插入圆形有底孔25中。图9示出了截面上的3根芯棒26。在这种情况下，例如，位于多芯光纤1的中心的芯棒26与配置在护套材料27的中心轴上的圆形有底孔25同心地配置。此外，位于多芯光纤1的外周芯的多个芯棒26在各自对应的圆形有底孔25中配置在靠近护套材料27的中心轴。
[0060]
芯棒26是折射率比护套材料27高的玻璃棒，并且通过vad(vapor phase axial deposition，气相轴向沉积)法等气相玻璃合成法来制作。当护套材料27是添加有氟的石英玻璃时，芯棒26使用这样的芯棒，该芯棒包括：包含纯石英玻璃(可以包含氯)的中心芯、以及包围该中心芯的周围且包含添加有氟的石英玻璃的光学包层。另一方面，当护套材料27是纯石英玻璃时，芯棒26使用这样的芯棒，该芯棒包括：包含添加有geo2的石英玻璃的中心芯、以及包围该中心芯的周围且包含未添加geo2的纯石英玻璃的光学包层。
[0061]
图10是示出根据本公开的实施方式的一体化步骤的示意图。接下来，加热护套材料27以使芯棒26和护套材料27一体化。详细来说，使插入有芯棒26的护套材料27例如围绕护套材料27的中心轴旋转，并且加热源沿护套材料27的轴线方向移动(在图10中从右向左移动)。当护套材料27被加热时，贯通孔29或圆形有底孔25的内径由于表面张力而收缩，护套材料27熔接到芯棒26。
[0062]
图10的a
‑
a
′
表示加热源通过之前的位置。芯棒26和护套材料27尚未一体化。图10的b
‑
b
′
表示加热源通过中的位置。位于多芯光纤1的外周芯的芯棒26已经与护套材料27一体化。但是，位于多芯光纤1的中心的芯棒26尚未与护套材料27一体化。图10的c
‑
c
′
表示加热源通过之后的位置。所有的芯棒26和护套材料27一体化。即，在图10的c
‑
c
′
位置处，成为如图11所示的多芯光纤母材3的截面结构，并且包层部30和芯部31成为一体。
[0063]
如此，在套管塌缩法中，由于护套材料27的外周靠近加热源，因此护套材料27的外周比护套材料27的中心更早地被加热并发生变形。因此，如在图10的b
‑
b
′
位置处所说明的那样，设置在护套材料27的外周附近的贯通孔29或圆形有底孔25比设置在护套材料27的中心的贯通孔29或圆形有底孔25先缩小。通常，随着孔的内周收缩，孔的内壁变得平滑，但是，在设置于护套材料27的外周附近的贯通孔29或圆形有底孔25中，在贯通孔29或圆形有底孔25的内壁中靠近护套材料27的中心的部分的内壁的粗糙度充分变小之前，贯通孔29或圆形有底孔25可以与芯棒26接触。此外，当贯通孔29或圆形有底孔25的内径与芯棒26的外径之间的间隙较小时，图11中所说明的芯部31的位置精度变高，但是易于在贯通孔29或圆形有底孔25的内壁的粗糙度充分减小之前与芯棒26接触。
[0064]
然而，如图3a至图3c所说明的那样，切削工具40的第2区域52的金刚石颗粒的粒径小于第1区域51的金刚石颗粒的粒径，因此第1区域51确保了开孔的生产性，并且第2区域52减小了贯通孔29或圆形有底孔25的内壁的粗糙度。因此，在本实施方式中，能够在不损害开孔的生产性的情况下，得到在贯通孔29或圆形有底孔25的内壁与芯棒26的边界部分处难以残留气泡的多芯光纤母材3。而且，在本实施方式中，当对以这种方式制造的多芯光纤母材3拉丝时，可以制造外径变化少且机械强度没有降低的多芯光纤1。
[0065]
在以上实施例中，列举中空圆棒状切削工具40的例子并进行了说明。然而，本公开不限于该例子。例如，也可以是如图12a和图12b所示的实心圆棒状的切削工具40。图12a所示的切削工具40在切削部42的外周面具有(例如)5个排出路径50a。切削部42的前端面50例如为圆锥形。
[0066]
在图12b所示的切削工具40中，切削部42的直径小于贯通孔29或圆形有底孔25。而且，切削部42与切削后的孔不同心，切削部42以相对于孔的中心偏离的位置为中心进行旋转。在这种情况下，由于切削部42的直径小于孔的直径，因此可以不设置玻璃材料的排出路径。切削部42的前端面50可以例如是圆锥形，也可以是十字形。
[0067]
在上述实施例中，对多芯光纤母材3的制造方法进行了说明，但是本公开也可以适用于制造单芯光纤母材的情况。
[0068]
本次公开的实施方式在所有方面都应被认为是示例性的而不是限制性的。本公开的范围由权利要求的范围而不是上述含义表示，并且意图包括与权利要求的范围等同的含义和范围内的所有修改。
[0069]
符号的说明
[0070]
1...多芯光纤，3...多芯光纤母材，10...包层，11...芯，20...玻璃体，21...一端，22...另一端，23...环形有底孔，24...切削残留棒，25...圆形有底孔，26...芯棒，27...护套材料，28...环形孔，29
…
贯通孔，30
…
包层部，31
…
芯部，40
…
切削工具，41
…
柄部，42
…
切削部，50
…
前端面，50a
…
排出路径，51
…
第1区域，52
…
第2区域。