JP2585286B2 - 光フアイバの製造方法及び光フアイバ用プリフオーム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石英系ガラス光フアイバの製造方法及び石英
系ガラス光フアイバ用プリフオームの構造に関するもの
である。

〔従来の技術〕

石英系ガラス光フアイバ用母材から光フアイバを製造
するには、第６図に示すように、通常、光フアイバ用母
材１とダミーロツド５からなる線引用母材（以下プリフ
オームともいう）11を、一定速度で、ヒータ６を備えた
加熱炉の炉心管７の中に降下させ、加熱炉７の内部で軟
化したプリフオーム11を、フアイバ10としてある速度で
引き出し巻き取る。このとき、炉心管７内には、Arガス
等の不活性ガスを、図中に矢印で示す方向に流してい
る。このときの引き出し速度、すなわち線引速度は、光
フアイバ10の外径を一定に保つ速度が選ばれる。このよ
うにする理由の第一として、フアイバの径がフアイバの
長手方向に変動すると、フアイバのコア径もこれに応じ
て変化し、例えば伝送周波数帯域や伝送ロスなどの伝送
特性に影響を与えてしまうことが挙げられる。

また、フアイバ間の融着接続は、被覆を除去した光フ
アイバをＶ溝上に固定して、対向させて融着する方法等
によつているが、コア径に変動があつてコア軸にズレが
あると、接続ロスが大きくなり、やはり伝送特性上問題
となる。特にシングルモードフアイバ等のコア径が10μ
程度と小さいフアイバの接続では、外径が１μ異なる
と、コアの中心は0.5μといつた大きさでズレてしま
い、接続ロスの面で大きな問題となる。

光フアイバの線引工程において光フアイバ径に変動を
与える原因としては、プリフオームの供給速度や光フア
イバの引出し速度の変動も考えられるが、大きな原因の
一つとして、第６図に９として示されるネツクダウン先
端部（プリフオームがだんだん細径となつて、光フアイ
バが引き出される部分）における上記加熱炉内のガス流
の変動である。例えば特開昭52-12952号公報には、ネツ
クダウン部のガス流を制御することにより、光フアイバ
径を自在に制御することが記載されている。

あるいはまた、線引工程においては、光フアイバ用母
材上端のフイーダによつて固定された部分は、線引炉の
上面までしか降下できず、光フアイバ用母材の引き残し
が必ず生じてしまうので、高価な光フアイバ用母材を有
効にフアイバ化する目的で、第４図ないし第６図に示す
ように光フアイバ用母材１の上端に安価な石英系ガラス
のダミーロツド５を接続してプリフオーム11としてお
き、該ロツド５をフイーダに固定することが従来行われ
ている。この際に、光フアイバ用母材１とダミーロツド
５の径に差があると、線引炉内でこの接続部付近でガス
流が乱れ、光フアイバの外径に乱れを生じるという問題
もあつた。これに対しては、従来、光フアイバ用母材と
ほゞ同径のダミーロツドを滑らかに溶融接続して線引き
を行うという方法で問題解決をはかつていた。

他の従来から知られている方法として、特開昭54-883
25号公報に示されている、円筒状管を使う方法がある。
この方法は第７図に示すようにプリフオーム10が支持棒
42に取り付けられたハンドル50に把持されており、この
ハンドル50に接し、支持棒42の外側に10cm以上の長さの
円筒状部材56を接触させたものである。この方法ではガ
ス導入口34から供給されたガスがマッフル26と円筒状部
材56の狭い領域を通って加熱されるので、フアイバ10が
短くなってもガスは均一に加熱されるので光フアイバガ
ラス外径が安定するというものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、近年光フアイバの量産技術の開発が進み、
非常に径の太い大型プリフオームが製造されるようにな
つてきた（文献:Optical Fiber Communication Confere
nce and 6th International Conference on Integrated
Optics and Optical Fiber Communication、予稿集198
7年１月19日午後の７頁目、発表番号MC2の報告）。太径
光フアイバ用母材では、１本の母材当りの引き残しによ
る損失は、細径の場合よりはるかに大きく、ダミーロツ
ドを接続して線引きすることは必須と考えられる。

しかしながら、直径が50mmを越える太径のガラスロツ
ドどうしの溶融接続は極めて困難であり、接続しても、
この接続部の冷却による歪みが径が太くなる程大きくな
るので、強度的な問題がでてくる。

さらにまた、太径の光フアイバ用母材とダミーロツド
とを両者が溶融した状態で突合せる際に、接続部の外面
を滑かに仕上げることは難かしく、滑かでないと前述し
た炉中での気流の乱れへとつながつていく問題があつ
た。第５図に太径母材と太径ダミーロツドの滑らかでな
い接続部分を破線で囲つて示す。

前記第７図のような方法を用いても、プリフオーム1
0、ハンドル50、円筒状部材56の径に差があり、この部
分が複雑な形状になってガスの乱れが生じてしまい、光
フアイバガラス外径の安定度も十分なものとならない。
特に太い径の大型プリフオームの場合、プリフオームの
上端はテーパ状になり、この部分の気流の乱れは大き
い。

このような事情から、せつかく太径大型光フアイバ用
母材が得られても、依然、これを延伸細径化してから線
引き用プリフオームに加工して用いているのが現状であ
り、引き残し部分等の無駄を少なくし、しかも高品質の
光フアイバに線引きできる方法の早急な開発が待たれて
いた。

本発明は、以上のような諸問題を解消した新規な光フ
アイバの製造方法及び新規な構造の溶融紡糸用の光フア
イバ用プリフオームを目的としてなされたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は直径50mmを越える石英系ガラス光フアイバ用
母材の外周面の一端に該石英系ガラス光フアイバ用母材
の外径と等しい均一な外径を有する石英系ガラスパイプ
が互いに外周面を一致して接してなる光フアイバ用プリ
フオームを溶融紡糸することを特徴とする光フアイバの
製造方法に関する。

また本発明は直径50mmを超える石英系ガラス光フアイ
バ用母材の外周面の一端に該石英系ガラス光フアイバ用
母材の外径と等しい均一な外径を有する石英系ガラスパ
イプが互いに外周面を一致して接してなる溶融紡糸用の
光フアイバ用プリフオームに関する。

上記本発明において、光フアイバ用プリフオームは、
石英系ガラスパイプが石英系ガラス光フアイバ用母材の
外径と等しい外径を有し、両者は互に外周面が一致して
接しており、両者は融着接続されているか単に接してい
るだけのものであることが特に好ましい実施態様であ
る。

本発明は、光フアイバ用母材のフイーダ側に接続して
いた従来のダミーロツドすなわちガラス棒にかえて、ガ
ラス管をダミーパイプとして接続し、これにより従来法
の問題点を解決できたものである。

以下図面を参照して説明する。

第１図（ａ）は本発明の実施態様を示し、太径光フア
イバ用母材１に、該母材１とその外径が同一の石英系ガ
ラスパイプであるダミーパイプ２を溶融接続してなるプ
リフオームを示す。このダミーパイプ２を従来のダミー
ロツドと同様にフイーダに固定して線引工程を行なうの
である。

第１図（ｂ）は本発明の別の実施態様を示し、太径光
フアイバ用母材１には細径のダミーロツド３を溶融接続
し、さらにこの外周に該母材外径と同一径の石英系ガラ
スのダミーパイプ２を溶融接続してなるプリフオームを
示す。この場合は、線引時のプリフオーム支持にはダミ
ーロツド３を用い、一方のダミーパイプ２は、ガス流へ
の影響等の緩和に用いる。

第１図（ｃ）は本発明のさらなる実施態様を示し、太
径光フアイバ用母材１に細径の石英系ガラスのダミーロ
ツド３を溶融接続し、該ダミーロツド３の上部に取り付
けたパイプ支持具４を介して、プリフオーム外径と同一
径の石英系ガラス製ダミーパイプ２を細径ダミーロツド
３にかぶせるように取り付け、該ダミーパイプ２の下端
面は光フアイバ用母材１に密着させてなるプリフオーム
である。

本発明のプリフオームを線引きする方法は、第５図に
示した従来の装置を用いればよく、固定法は上記したよ
うに種々の方法をとれる。

〔作用〕

本発明のプリフオームは、直径50mmを超える太径の光
フアイバ用母材に石英系ガラスパイプを接続した、母材
部からダミー部まで均一径のプリフオームであり、光フ
アイバ母材をプリフオームに加工する工程は、薄肉のガ
ラスパイプと太径母材、又はこれに加えて細径ダミーロ
ツドと太径母材との溶融接続のみによつているので、太
径の母材とロツドを溶融接続する場合に比べ、ガラス内
部に残る歪みは、はるかに小さく、加工も非常に容易で
あり、しかも充分な融着が可能であるため接続部の強度
も十分に保持できる。

また、加工が容易であることから、プリフオームとパ
イプの接続部におけるプリフオーム径の変動も小さいの
で、線引炉内のガス流の乱れが生じないことから、本発
明のプリフオームから光フアイバを製造する方法による
と、外径が安定し、従つてコア径の変動の小さい高品質
の光フアイバを得ることができる。

さらに、従来の石英系ガラスダミーロツドを接続した
プリフオームが非常に重かつたのに対し、本発明のダミ
ーパイプを接続したプリフオームは軽く、作業上の取扱
いが容易である。またダミー部分の石英系ガラスの量を
減らすことができるので、この部分の材料費を大きく低
減できる効果もある。

第１図（ａ）及び（ｂ）に示した石英系ガラスパイプ
を光フアイバ母材に接続した本発明のプリフオームは、
接続部の気密性が良く、線引炉内のガスが接続部から該
ガラスパイプ内部へ流れて炉内のガス流を乱すといつた
問題がない。

第１図（ｃ）に示した太径光フアイバ用母材に細径の
石英系ガラスロツドを接続して、該ロツドを光フアイバ
用母材の支持部とし、該光フアイバ用母材と同じ外径の
石英系ガラスパイプを別箇所で固定して、該光フアイバ
用母材に密着させた本発明のプリフオームは、パイプと
光フアイバ母材の間は熱加工による接続を行つていない
ので、プリフオームの接続部の外径は変動せず安定性は
非常に優れている。また、熱加工をしないので形状変化
が小さく、該石英系ガラスパイプの再使用が問題なく可
能である。この第１図（ｃ）のタイプにおける石英ガラ
ス系パイプの固定方法としては、図示のようにパイプ支
持具４により固定する方法の他に、線引炉又はフイーダ
から支持し、プリフオームの降下に応じて該石英系ガラ
スパイプを降下する方法も可能である。

そして以下に示す実施例からも明らかなように、第１
図（ｂ）及び（ｃ）に示すような本発明のプリフオーム
を用いて線引きすると、光フアイバ用母材の重量を支持
する細径ダミーロツドとの接続部に残る歪みが小さく、
この接続部の破壊による光フアイバ用母材の落下等の事
故が生じないので、安定して効率の良いフアイバ製造が
可能である。

太径光フアイバ用母材の場合を例に本発明の作用・効
果を説明したが、より細いサイズの光フアイバ用母材に
ついても本発明を適用して同様の効果を得ることができ
るのは勿論である。

〔実施例〕

実施例 １ 第１図（ａ）〜（ｃ）に示す３種の本発明に係わるプ
リフオームを作製して本発品名A,B,Cとし、また従来法
に用いる第５図のプリフオームを作製し、これを従来品
Ｄとして、これらの加工物Ａ〜Ｄの強度について比較し
た。

光フアイバ用母材としては、いずれも直径75mの純石
英系ガラスロツドを用い、第１図（ａ）〜（ｃ）のダミ
ーパイプとしては外径75mm、肉厚4mmの石英パイプを用
い、第１図（ｂ），（ｃ）の細径ロツドとしては直径25
mmの石英ガラスロツドを用いた。第５図の従来法のもの
には直径75mmの石英ガラスロツドを用いた。

Ａ〜Ｄの４種の線引用プリフオームについて、加工時
の歪みによる接続部の強度を比較するために、それぞれ
の支持部を支持して、1400℃に加熱した炉中と室温状態
の空気中に出し入れするヒートサイクルにより、破壊の
生ずる出入り回数を計測した。その結果は次のとおりで
あつた。

A:16回で破壊 B:22回でパイプ融着部の破壊が生じたが、内側の細径ガ
ラスロツドと光フアイバ用母材の接続部の破壊は生じ
ず、光フアイバ母材の落下はなかつた。

C:30回以上でも接続部の破壊は生じず、加工物の強度は
非常に大きかつた。

D:4回で接続部の破壊と光フアイバ母材の落下が生じ
た。

以上の結果から本発明品A,B及びＣが従来品Ｄに比較
して非常に強度が大きいことがわかる。

実施例 ２ 実施例１で作製した本発明品プリフオームＢを外径12
5μｍの光フアイバに線引きして、ガラス外径の変動巾
を評価した。細径のダミーロツド及び石英系ガラスパイ
プと光フアイバ母材の接続部の様子を第２図（ａ）に示
す。数値は外径（mm）を示し、ダミーロツド、接続部、
光フアイバ用母材はすべて同じ径となつている。

線引は、第６図の線引炉を用いて炉芯管温度2150℃,A
rガス流量10l/分で行なつた。プリフオームと炉体上部
は耐熱性エラストマーからなるシール材８により、線引
炉内ガスが上方向へ逃げないように気密化されており、
供給されたArガスは線引炉上部からプリフオーム側面と
炉芯管の空隙を通過して、線引炉下部から放出される。
ガラス光フアイバ10の外径は線引炉下50cmの位置に設置
した外径モニタにより計測した。

第３図にダミーロツド、又はダミーパイプの接続部と
ネツクダウンの先端の距離に対するガラス外径の変動巾
を○印実線で示した。

一方、実施例１で作製した従来品Ｄについても上記と
同様に線引きし、ガラスフアイバの外径の変動巾を調
べ、その結果も第３図に×印破線で示した。なお、従来
品Ｄのダミーロツド接続部付近の形状は第２図（ｂ）に
示す様に接続面付近でややくびれ、その上下部分がやや
太めの形状となつていた。

第３図から明らかなように従来品Ｄの場合は、接続部
がネツクダウン先端に近づくにつれ、すなわち、プリフ
オームの残長が短かくなるにつれ、ガラス外径の変動巾
が大きくなりフアイバ品質が低下している。一方、本発
明品Ｂの場合には、パイプ接続部がネツクダウン先端に
近づくことによるガラス外径変動巾ははるかに小さく、
従来品Ｄに比してはるかに特性良好なフアイバが得られ
た。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のプリフオームは、軽量
のダミーガラスパイプを用いることにより、太径の光フ
アイバ母材であつても容易に加工してプリフオームとし
ての使用を可能にするに加え、光フアイバ母材とダミー
パイプの接続部の外径変動の小さいプリフオームであ
る。またダミーガラスパイプを用いることで、軽量であ
り、作業上の取扱いが容易であり、プリフオーム製造コ
ストが低減である。それに加えてプリフオームとしての
強度も従来のダミーロツドを用いたものに非してはるか
に大きいという優れたプリフオームである。

さらに第１図（ｃ）に示した本発明プリフオームはダ
ミーロツドを繰り返して使用できるという利点を有す
る。

本発明のプリフオームを線引きして光フアイバを製造
する方法は、上記のように軽量で、高強度でしかも外径
変動のないプリフオームを用いるので、外径変動が小さ
く、伝送損失の小さい高品質な光フアイバを安定して製
造できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は本発明のプリフオー
ムの各種の実施態様を示す概略断面図である。第２図
（ａ）は本発明のプリフオームの各部分の外径を示す
図、第２図（ｂ）は従来品の各部分の外径を示す図であ
る。第３図は、プリフオームの線引工程における、ネツ
クダウン先端部とダミーパイプ又はダミーロツドとの接
続部間の距離（cm）と光フアイバガラス外径の変動巾
（μｍ）との関係を示す図表であつて、○印実線は本発
明、×印破線は従来法による場合である。第４図及び第
５図は、従来の細径及び太径プリフオームを夫々示す概
略断面図、第６図はプリフオームを線引きして光フアイ
バガラスを製造する線引工程を説明する概略断面図であ
る。第７図は従来法を示す概略断面図である。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直径50mmを超える石英系ガラス光フアイバ
   用母材の外周面の一端に該石英系ガラス光フアイバ用母
   材の外径と等しい均一な外径を有する石英系ガラスパイ
   プが互いに外周面を一致して接してなる光フアイバ用プ
   リフオームを溶融紡糸することを特徴とする光フアイバ
   の製造方法。
2. 【請求項２】光フアイバ用プリフオームは石英系ガラス
   パイプが石英系ガラス光フアイバ用母材を融着接続され
   ている特許請求の範囲第１項に記載の光フアイバの製造
   方法。
3. 【請求項３】光フアイバ用プリフオームは石英系ガラス
   パイプの中空部分を石英系ガラス光フアイバ用母材に接
   続された石英系ガラスロツドが貫通しているものであっ
   て、該ロツドによりプリフオームを支持して溶融紡糸す
   る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の光フアイバ
   の製造方法。
4. 【請求項４】該ロツドにより、石英系ガラス光フアイバ
   用母材に接しかつ融着接続されていない石英系ガラスパ
   イプを支持して溶融紡糸する特許請求の範囲第３項に記
   載の光フアイバの製造方法。
5. 【請求項５】直径50mmを超える石英系ガラス光フアイバ
   用母材の外周面の一端に該石英系ガラス光フアイバ用母
   材の外径と等しい均一な外径を有する石英系ガラスパイ
   プが互いに外周面を一致して接してなる溶融紡糸用の光
   フアイバ用プリフオーム。
6. 【請求項６】石英系ガラスパイプが石英系ガラス光フア
   イバ用母材に融着接続されている特許請求の範囲第５項
   に記載の溶融紡糸用の光フアイバ用プリフオーム。
7. 【請求項７】石英系ガラスパイプの中空部分を石英系ガ
   ラス光フアイバ用母材に接続された石英系ガラスロツド
   が貫通している特許請求の範囲第５項又は第６項に記載
   の溶融紡糸用の光フアイバ用プリフオーム。
8. 【請求項８】石英系ガラスパイプは石英系ガラス光フア
   イバ用母材に接しかつ融着接続されておらず、該母材側
   とは別の端部で石英系ガラスロツドと接続されている特
   許請求の範囲第７項に記載の溶融紡糸用の光フアイバ用
   プリフオーム。