JP4356154B2 - 光ファイバの製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造方法として、例えば特開平１０−２５１２７号公報に記載されたものが知られている。この製造方法は、光ファイバ母材を加熱線引きして中間光ファイバを作製し、この中間光ファイバを再加熱することにより熱処理を施すものであり、再加熱によりガラスの構造緩和（原子再配列）により仮想温度（ガラス内の原子の配列状態の乱雑さが対応する温度）を下げて、レイリー散乱強度の低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱線引きされた光ファイバを保護するため、線引き直後の光ファイバの表面にＵＶ樹脂等を被覆しており、上述した特開平１０−２５１２７号公報に記載された光ファイバの製造方法では、再加熱時の熱により光ファイバの表面に被覆された樹脂が燃えてしまうため、光ファイバ素線の量産に適したものではない。表面に樹脂を被覆しない状態での光ファイバを再加熱することも考えられるが、光ファイバ取り扱い時の傷付き等の問題から、量産の製造方法として適用できるものではない。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造するに際して、光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造方法及び製造装置について鋭意研究を行った結果、レイリー散乱強度と線引き後の光ファイバの冷却速度との関係について、以下のような事実を新たに見出した。
【０００６】
高温のガラス内では熱エネルギーにより原子は激しく振動しており、低温のガラスに比べて原子配列は乱雑な状態となっている。高温のガラスをゆっくり冷却した場合には、原子の再配列が許される温度範囲では、原子は各温度に対応した乱雑さに配列しながら冷却されるので、ガラス内の原子の乱雑さは構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）に対応した状態となる。しかし、高温のガラスを急激に冷却した場合には、原子配列が各温度に対応した平衡状態に達する前に冷却固定されるために、徐冷した場合に比べて原子配列は乱雑な状態となる。レイリー散乱強度は同一の物質でも原子配列が乱雑な方が大きくなり、通常、線引き後に５０００〜３００００℃／秒の冷却速度で冷却される光ファイバでは、バルクガラスに比べて原子配列が乱雑で、仮想温度が高い状態になっており、これが原因でレイリー散乱強度が大きくなっていると考えられる。
【０００７】
一方、構造緩和に要する時間は温度が低くなるほど長くなるため、例えば１２００℃程度ではその温度に数十時間維持しておかないと構造緩和が起こらない。線引き後の光ファイバは、通常０．数秒で約２０００℃から４００℃程度にまで冷却されるため、線引き工程中の光ファイバが冷却される短時間の間に仮想温度を低くして、１２００℃に近づけるためには、１２００℃よりも高温の状態で徐冷する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明者らは線引き後の光ファイバ温度及び冷却速度に着目して、純石英コアファイバの温度が、上述した構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）よりも高温且つ構造緩和が極めて短時間で進行する１７００℃以下の１２００〜１７００℃になっている部分での冷却速度とレイリー散乱率との関係を調査した。その結果、純石英コアファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分での冷却速度とレイリー散乱率との間には、図５に示されるような関係が存在していることが確認された。なお、レイリー散乱強度（Ｉ）は下記（１）式に示すように波長（λ）の４乗に反比例する性質を有しており、この時の率Ａをレイリー散乱率としている。
Ｉ＝Ａ／λ4 …………… （１）
【０００９】
これらの結果から、加熱線引きされた光ファイバ、特に光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度を遅くすることにより、光ファイバのレイリー散乱強度を低減して、伝送損失を低くすることができるということが判明した。
【００１０】
また、発明者らは、以下の事実についても新たに見出した。光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度を遅くする目的で、線引き炉にて線引きされた光ファイバを加熱して徐冷する加熱炉を設けることが考えられる。しかしながら、この加熱炉を線引き炉に直結させて設けた場合には、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入り、加熱炉内の光ファイバに付着して、光ファイバのガラス径が一時的に変化する「スパイク」が発生する、あるいは、光ファイバの強度が低下するといった問題が生じる虞がある。線引き炉内に発生するダストは、▲１▼線引き炉の炉心管の消耗劣化が原因で生じるもの、▲２▼光ファイバ母材の揮発成分が再結晶して生じるもの、▲３▼光ファイバ母材の揮発成分と炉心管の構成成分との反応により生じるもの、▲４▼さらにこれらと線引き炉の炉心管内に流すガスとの反応によって生じるもの、等がある。
【００１１】
一方、加熱炉を、線引き炉に直結させることなく、線引き炉との間に所定の間隔を有して設けた場合には、線引き炉を出た光ファイバが加熱炉に入るまでの間で外気の流れの乱れの影響を受けて、線引き炉と加熱炉との間にて光ファイバの冷却が不均一となり、光ファイバのガラス径が周期的に変化する「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化といった問題が生じる虞がある。
【００１２】
かかる研究結果を踏まえ、本発明に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱線引きする光ファイバの製造方法であって、第１ガスからなる雰囲気にて光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と、線引き炉との間に所定の間隙を有して設けられ、線引き炉にて線引きされた光ファイバを第２ガスからなる雰囲気にて加熱して徐冷する加熱炉と、を用い、線引き炉と加熱炉との間の間隙を、第１ガス及び第２ガスが混在するガス混在層とし、線引き炉にて線引きされた光ファイバを、ガス混在層を介して加熱炉に送り、加熱炉において、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱することを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る光ファイバの製造方法では、加熱炉にて、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱するので、加熱線引きされた光ファイバのうち、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなり、徐冷される。このため、光ファイバの仮想温度が低くなり、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。線引き後の樹脂を被覆する前の光ファイバの冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、光ファイバ素線の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００１４】
そして、加熱炉を線引き炉との間に所定の間隔を有して設け、更に、この加熱炉と線引き炉との間の間隔を、第１ガス及び第２ガスが混在するガス混在層としているため、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入ることが抑えられることになり、上述したような「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバの強度の低下を抑制することができる。また、ガス混在層の存在により、線引き炉と加熱炉との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなるために、上述したような「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化も抑制することができる。
【００１５】
また、ガス混在層を外気と区画するための隔壁を設け、隔壁に、少なくとも第１ガスを排出するためのガス排出部を形成することが好ましい。このように隔壁を設けることで、外気の流れの乱れの影響が更に受け難くなり、「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化をより一層抑制することができる。また、少なくとも第１ガスを排出するためのガス排出部を形成することで、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入ることが更に抑えられることになり、上述したような「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバの強度の低下もより一層抑制することができる。
【００１６】
また、第２ガスとして、第１ガスの熱伝導率と同等若しくは第１ガスの熱伝導率より低い熱伝導率を有するガスを用いることが好ましい。このように第２ガスとして、第１ガスの熱伝導率と同等若しくは第１ガスの熱伝導率より低い熱伝導率を有するガスを用いることにより、特に、比較的太径の光ファイバ母材を用いて線引きする場合において、安定して線引きが行えると共に、伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。
【００１７】
また、線引きされた光ファイバのガス混在層への入線温度を、１４００〜１９００℃の範囲内の温度とすることが好ましい。このように線引きされた光ファイバのガス混在層への入線温度を１４００〜１９００℃の範囲内の温度とすることにより、加熱炉にて、線引きされた高温の光ファイバが徐冷されることになり、光ファイバの伝送損失を低くすることができる。
【００１８】
本発明に係る光ファイバの製造装置は、光ファイバ母材を加熱線引きする光ファイバの製造装置であって、第１ガスからなる雰囲気にて光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と、線引き炉との間に所定の間隙を有して設けられ、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように、第２ガスからなる雰囲気にて加熱する加熱炉とを有し、線引き炉と加熱炉との間の間隙が、第１ガス及び第２ガスが混在するガス混在層とされていることを特徴としている。
【００１９】
本発明に係る光ファイバの製造装置では、加熱炉にて、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱するので、加熱線引きされた光ファイバのうち、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなり、徐冷される。このため、光ファイバの仮想温度が低くなり、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。線引き後の樹脂を被覆する前の光ファイバの冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、光ファイバ素線の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００２０】
そして、加熱炉を線引き炉との間に所定の間隔を有して設け、更に、この加熱炉と線引き炉との間の間隔を、第１ガス及び第２ガスが混在するガス混在層としているため、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入ることが抑えられることになり、上述したような「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバの強度の低下を抑制することができる。また、ガス混在層の存在により、線引き炉と加熱炉との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなるために、上述したような「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化も抑制することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００２２】
まず、図１を参照しながら、本発明による光ファイバの製造方法及びこの製造方法に用いられる線引き装置の実施形態を説明する。
【００２３】
線引き装置１は石英系光ファイバの線引き装置であって、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１及び樹脂硬化部３１を有し、これら線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１及び樹脂硬化部３１は光ファイバ母材２を線引きする方向（図１において、上から下）に、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１、樹脂硬化部３１の順で配設されている。母材供給装置（図示せず）に保持された光ファイバ母材２を線引き炉１１に供給し、線引き炉１１内のヒータ１２で光ファイバ母材２の下端を加熱・軟化させ、光ファイバ３を線引きする。線引き炉１１の炉心管１３には、第１ガス供給部１４からのガス供給通路１５が接続されており、線引き炉１１の炉心管１３内が第１ガスからなる雰囲気となるように構成されている。加熱線引きされた光ファイバ３は炉心管１３内にて、１９００℃程度にまで第１ガスにより冷却される。その後、光ファイバ３は、炉心管延長部１６から出る。第１ガスとしては、例えばＮ2ガスあるいはＨｅガス等の不活性ガスを用いることができ、Ｎ2ガスの熱伝導率λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）であり、Ｈｅガスの熱伝導率λ（Ｔ＝３００Ｋ）は１５０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。
【００２４】
徐冷用加熱炉２１は、線引き炉１１との間に所定の間隔Ｌ１を有して設けられており、ヒータ２２及び炉心管２３を有している。徐冷用加熱炉２１では、炉心管２３内の光ファイバ３をヒータ２２により加熱することで、光ファイバ３の所定箇所を、所定の冷却速度にて徐冷している。徐冷用加熱炉２１における徐冷は、加熱線引きされた光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間、例えば、光ファイバ３の温度が１４００〜１６００℃となる部分（温度差が２００℃となる区間）が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷することにより行われる。なお、炉中心の温度を１３００〜１６００℃の範囲内の温度に設定することにより、加熱線引きされた光ファイバ３において温度が１４００〜１６００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。
【００２５】
徐冷用加熱炉２１のヒータ２２及び炉心管２３の設置位置及び光ファイバ母材２の線引き方向（図１において、上下方向）での全長は、上述した光ファイバ３の温度が１２００〜１７００℃となる部分のうち光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内に位置してヒータ２２により加熱されながら、徐冷されるように、線引き速度を考慮して設定されている。ここで、線引き速度を考慮する必要があるのは、線引き速度が速くなることにより、光ファイバ３の同じ温度となる位置が下方に下がるためである。また、徐冷用加熱炉２１のヒータ２２の温度は、炉心管２３内に位置する光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間を１０００℃／秒以下の冷却速度で冷却するように設定される。
【００２６】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３は外気と通じており、炉心管２３内が空気（第２ガス）からなる雰囲気となるように構成されている。空気の熱伝導率λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。なお、空気を用いる代わりに、Ｎ2あるいはＡｒ等の分子量の比較的大きいガスを用いることが可能である。第２ガスとしてＮ2あるいはＡｒ等のガスを用いる場合には、第２ガスの供給源としてのガス供給部をガス供給通路を介して炉心管２３に接続するように構成することになる。
【００２７】
ヒータ２２は、第１ヒータ２２ａ、第２ヒータ２２ｂ及び第３ヒータ２２ｃからなる３つのヒータを含んでいる。各ヒータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは光ファイバ母材２を線引きする方向（図２において、上から下）に、第１ヒータ２２ａ、第２ヒータ２２ｂ、第３ヒータ２２ｃの順で配設されている。各ヒータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、
Ｔ１＝Ｔ２＋２５℃ …………………… （２）
Ｔ３＝Ｔ２−２５℃ …………………… （３）
ここで、Ｔ１：炉心管２３の第１ヒータ２２ａに対応する位置の内周面の表面温度
Ｔ２：炉心管２３の第２ヒータ２２ｂに対応する位置の内周面の表面温度
Ｔ３：炉心管２３の第３ヒータ２２ｃに対応する位置の内周面の表面温度
を満たすように、その温度が調節されている。なお、Ｔ１とＴ２との温度差、あるいは、Ｔ２とＴ３との温度差は、上述した２５℃に限られるものではなく、例えば３０℃程度の温度差を付けるようにしてもよい。また、全てのヒータの温度を同一に設定するようにしてもよい。
【００２８】
上述したように、各ヒータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃに温度差を付けた場合には、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内において、線引き炉１１側となる第１ヒータ２２ａを高温に、樹脂硬化部３１側となる第３ヒータ２２ｃを低温とする温度勾配が与えられることになる。したがって、炉心管２３内が、線引き炉１１側から樹脂硬化部３１側に向かって低下する温度分布を有する光ファイバ３の温度に対応した温度分布を有することとなり、光ファイバ３との温度差を適切に保ち、光ファイバ３を更に適切な冷却速度にて冷却することができる。
【００２９】
炉心管延長部１６と徐冷用加熱炉２１との間には、緩衝室４１が設けられており、この緩衝室４１の光ファイバ３の線引き方向における長さは、図１に示されるように、ほぼＬ１とされている。なお、炉心管延長部１６と緩衝室４１との間には若干の間隙が存在しており、炉心管延長部１６と緩衝室４１とは直結されてはいない。緩衝室４１は、第１緩衝室４２と第２緩衝室４５とで構成されている。緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）の内部空間は、線引き炉１１（炉心管１３）内の雰囲気ガスである第１ガスと、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内の雰囲気ガスである空気とが混在している。ここで、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）は、各請求項におけるガス混在層を構成している。
【００３０】
第１緩衝室４２は、光ファイバ３が通る内部空間を外気と区画するための隔壁４３を有しており、この隔壁４３には、線引き炉１１内から流れてくる第１ガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するための複数の排出穴４４が形成されている。第２緩衝室４５は、光ファイバ３が通る内部空間を外気と区画するための隔壁４６を有しており、この隔壁４６には、線引き炉１１内から流れてくる第１ガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するための複数の排出管４７が形成されている。また、第１緩衝室４２と第２緩衝室４５とは、仕切り壁４８により仕切られている。仕切り壁４８には、光ファイバ３が通る光ファイバ通過穴４９が形成されている。なお、Ｎ2ガス等を供給する供給管を第２緩衝室４５に接続して該供給管からＮ2ガス等を供給して、積極的に線引き炉１１内から流れてくる第１ガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するように構成してもよい。ここで、排出穴４４及び排出管４７は、各請求項におけるガス排出部を構成している。
【００３１】
炉心管延長部１６から線引き炉１１外に出た光ファイバ３は、続いて緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）に入り、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）により外気と接触が抑制された状態で、徐冷用加熱炉２１に入り、徐冷されることになる。また、徐冷用加熱炉２１における、光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分のうちの光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間の徐冷を妨げないように、光ファイバ３の緩衝室４１（第１緩衝室４２）への入線温度は、１４００〜１９００℃の範囲内の温度とされている。
【００３２】
徐冷用加熱炉２１を出た光ファイバ３は、外径測定器５１により外径がオンライン測定され、その測定値が光ファイバを引き取る装置（図示せず）を回転駆動する駆動モータ（図示せず）にフィードバックされて外径が一定となるように制御される。このように、外径測定器５１は徐冷用加熱炉２１の下流に設置することが好ましい。線引き炉１１の直下に外径測定器５１を設置した場合には、そこで光ファイバ３の温度が下がりすぎて徐冷による効果がなくなってしまうからである。
【００３３】
その後、光ファイバ３は強制冷却装置５２により数十℃程度まで冷却される。この強制冷却装置５２は、光ファイバ３が通る細長い管に室温以下のガス（たとえばＨｅガス）を流すように構成されている。強制冷却装置５２により冷却それた光ファイバ３に、コーティングダイス５３によりＵＶ樹脂５４を塗布し、樹脂硬化部３１のＵＶランプ３２によりＵＶ樹脂５４が硬化され、光ファイバ素線４となる。そして、光ファイバ素線４は、ガイドローラ６１を経て、ドラムにより巻き取られる。なお、ＵＶ樹脂５４の代わりに熱硬化樹脂を用い、この熱硬化樹脂を加熱炉により硬化させるように構成してもよい。
【００３４】
次に、図２に基づいて、上述した線引き装置１を用いて行った実験の結果について説明する。これらの実験において共通の条件は、以下のとおりである。光ファイバ母材２から外径１２５μｍの光ファイバ３を線引きした。線引き炉の温度は、炉心管内周面（光ファイバ母材２あるいは光ファイバ３の表面と対向する面）の表面温度で２０００℃程度とし、線引き速度は、４００ｍ／分とした。
【００３５】
実施例１〜実施例３は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造方法及び製造装置による実施例であり、比較例１〜比較例３は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造方法及び製造装置による実施例との対比のために行った比較例である。
【００３６】
（実施例１）
内周直径が２０ｍｍ、全長が１５００ｍｍとなる炉心管を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。第１ガスとしては、Ｎ2ガスを用いた。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなり、外径が４０ｍｍのものを用いた。緩衝室４１の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ１は１００ｍｍとし、炉心管延長部１６の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ２は５０ｍｍとした。徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は、約１５００℃とした。なお、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１８００℃と推定される。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１８００〜１６００℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１５００ｍｍの区間において平均約８９０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３７】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８３５ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は０回であり、「曲がり異常率」は０％であった。ここで、「曲がり異常率」とは、光ファイバの異なる箇所にて曲率半径を測定して、所定の曲率半径（本実施例では、４．２ｍ）以上の部分を不良として、測定箇所の数ｎ（本実施例では、ｎ＝１０）に対する不良が検出された箇所の数の比率を百分率にて表したものである。
【００３８】
（実施例２）
実施例１と同様に、内周直径が２０ｍｍ、全長が１５００ｍｍとなる炉心管を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。第１ガスとしては、Ｈｅガスを用いた。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなり、外径が８０ｍｍのものを用いた。緩衝室４１の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ１は１００ｍｍとし、炉心管延長部１６の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ２は５０ｍｍとした。徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は、約１５００℃とした。なお、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１７２０℃と推定される。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１７２０〜１５２０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１５００ｍｍの区間において平均約８９０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３９】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８４ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は０回であり、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４０】
（比較例１）
図３に示されるように、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）を取り外した構成にて光ファイバの線引きを行った。これ以外の実験条件は、実施例１と同じである。
【００４１】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８４ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．８μｍであり、「ガラス径変動」は±０．８μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は０回であり、「曲がり異常率」は２０％であった。
【００４２】
（比較例２）
図４に示されるように、徐冷用加熱炉２１を炉心管延長部１６に気密に直結させた構成にて光ファイバの線引きを行った。これ以外の実験条件は、実施例１と同じである。ただし、徐冷用加熱炉２１が線引き炉１１に直結して設けられているので、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）には線引き炉１１からＮ2ガスが流れ込み、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内はＮ2ガスからなる雰囲気となっている。
【００４３】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８３５ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は１２回であり、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４４】
（比較例３）
比較例２の構成において、徐冷用加熱炉２１（ヒータ２２）による加熱（徐冷）を行わない状態で光ファイバの線引きを行った。これ以外の実験条件は、実施例１と同じであるが、比較例２と同様に、徐冷用加熱炉２１が線引き炉１１に直結して設けられているので、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）には線引き炉１１からＮ2ガスが流れ込み、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内はＮ2ガスからなる雰囲気となっている。
【００４５】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１７１ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８５５ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は１回であり、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４６】
（実施例３）
実施例２の構成において、第２ガスとして空気の代わりにＨｅガスを用いて、光ファイバの線引きを行った。これ以外の実験条件は、実施例２と同じである。
【００４７】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６９ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８４５ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は０回であり、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４８】
以上のように、実施例１及び実施例２においては、レイリー散乱率が０．８３５〜０．８４ｄＢμｍ4／ｋｍ、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６７〜０．１６８ｄＢ／ｋｍとなり、徐冷を行わない比較例３のレイリー散乱率が０．８５５ｄＢμｍ4／ｋｍ、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１７１ｄＢ／ｋｍと比べて、レイリー散乱率を低減して、伝送損失を低減することができた。
【００４９】
また、実施例１〜実施例３においては、「ガラス径変動」が±０．１５μｍ、「曲がり異常率」が０％となり、緩衝室４１を取り外して線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間に間隔Ｌ１を有した状態で線引きを行った比較例１の「ガラス径変動」が±０．８μｍ、「曲がり異常率」が２０％と比べて、「ガラス径変動」の発生、及び、光ファイバの曲がりの悪化を抑制することができた。
【００５０】
また、実施例１〜実施例３においては、光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数が０回となり、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１とを直結した状態で線引きを行った比較例２の光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数が１２回と比べて、「スパイク」の発生を抑制することができた。
【００５１】
また、線引きする光ファイバ母材の太径（外径８０ｍｍ）とした実施例２及び実施例３においては、第１ガスとしてＨｅガスを用いて、「ガラス径変動」の発生を抑制することができた。これは、熱伝導率の高いＨｅガスの方が、線引き炉内の自然対流を抑制する効果が高いためと予想される。
【００５２】
また、実施例３が実施例２よりも伝送損失が大きくなったのは、徐冷用加熱炉内にＨｅガスを流すと、炉の上下端において、Ｈｅガスが設定温度に達しておらず、光ファイバが急に冷却されたためと考えられる。
【００５３】
また、図４に示されるように、徐冷用加熱炉２１を線引き炉１１（炉心管延長部１６）に気密に直結させる構成とした場合には、以下のような問題が生じる。
▲１▼線引き炉に徐冷用加熱炉を直結するため、徐冷用加熱炉は線引き炉と同様の構造としなければならず、装置が大掛かりなものとなってしまう（たとえば、カーボンヒータを採用して炉を水冷しなければならなくなる）。それに伴って、ヒータや炉心管等のメンテナンスが難しくなる。
▲２▼太径の光ファイバ母材を線引きする場合には、線引き炉にはガラス径安定化のためＨｅガスを用い、徐冷用加熱炉にはファイバ冷却を抑制するためにＮ2ガスあるいは空気を用いることが好ましい。しかしながら、線引き炉と徐冷用加熱炉とを直結した場合には、使用できるガスは１種類に限定されるため、上述したように２種類のガスを用いることはできない。
【００５４】
このように、上述した実験結果からも明らかなように、本実施形態に係る光ファイバの製造方法及び製造装置においては、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５３を被覆する前の光ファイバ３を１２００〜１７００℃の範囲内の温度にて加熱する徐冷用加熱炉２１が設けられているので、上述した光ファイバ３のうち、その温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間における冷却速度が遅くなることにより、原子配列の乱雑さが低減されるので、加熱線引きからＵＶ樹脂５３の被覆までの間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバ３を製造することが可能となる。また、線引き後のＵＶ樹脂５３を被覆する前の光ファイバ３の冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、表面にＵＶ樹脂５３が硬化、被覆された光ファイバ素線４の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００５５】
また、徐冷用加熱炉２１を線引き炉１１との間に所定の間隔Ｌ１を有して設け、更に、この徐冷用加熱炉２１と線引き炉１１との間を、線引き炉１１（炉心管１３）内の雰囲気ガスとなる第１ガス及び徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内の雰囲気ガスとなる第２ガスが混在する緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）としているため、線引き炉１１内にて発生するダストが徐冷用加熱炉２１内に入ることが抑えられることになり、「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバ３の強度の低下を抑制することができる。
【００５６】
また、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）の存在により、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなるために、「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバ３の曲がりの悪化も抑制することができる。
【００５７】
また、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）は、複数の排出穴４４が形成された隔壁４３及び複数の排出管４７が形成された隔壁４６とを有しているので、外気の流れの乱れの影響をより確実に抑え、「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバ３の曲がりの悪化をより一層抑制することができる。また、排出穴４４及び排出管４７により線引き炉１１（炉心管１３）側から流れ込む第１ガスを排出することで、線引き炉１１内にて発生するダストが徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内に入ることが更に抑えられることになり、「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバ３の強度の低下もより一層抑制することができる。
【００５８】
また、第２ガスとして、第１ガスの熱伝導率と同等若しくは第１ガスの熱伝導率より低い熱伝導率を有するガスを用いることにより、特に、第１ガスとしてＨｅガスを用い、第２ガスとしてＮ2ガスあるいは空気を用いることにより、比較的太径の光ファイバ母材２を用いて線引きする場合において、安定して線引きが行えると共に、伝送損失が低くされた光ファイバ３の製造が可能となる。
【００５９】
また、線引きされた光ファイバ３の緩衝室４１（第１緩衝室４２）への入線温度を、１４００〜１９００℃の範囲内の温度とすることが好ましい。このように線引きされた光ファイバ３の緩衝室４１への入線温度を１４００〜１９００℃の範囲内の温度とすることにより、線引きされた光ファイバ３が高温の状態で徐冷用加熱炉２１に入り、この徐冷用加熱炉２１にて線引きされた光ファイバ３が比較的高温の状態から徐冷されることになり、光ファイバ３の伝送損失を低くすることができる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、緩衝室４１を第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５にて構成しているが、これに限られることなく、１つの緩衝室を設けるように構成してもよく、また、３つ以上の緩衝室を設けるように構成してもよい。
【００６１】
また、炉心管延長部１６と保護管２１との間にガス混在層がある限り、緩衝室４１自体も、必ずしも設ける必要はない。この場合には、線引き炉１１（炉心管延長部１６）と徐冷用加熱炉２１とを近接して設ける、たとえば線引き炉１１（炉心管延長部１６）と徐冷用加熱炉２１との間隔Ｌ１を１０ｍｍ程度とすることにより、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間の空間が、線引き炉１１（炉心管１３）内の雰囲気ガスとなる第１ガス及び徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内の雰囲気ガスとなる第２ガスが混在してガス混在層が形成されて、実質的に外気から区画された状態となり、緩衝室４１を設けた場合と同様の作用効果を奏することになる。なお、緩衝室４１を設けない構成において、第１ガスとしてＨｅガスを用いた場合には、Ｈｅガスの下方に侵入すると光ファイバ３が冷却されるので、Ｈｅガスの下方への侵入を防止するための隔壁等を設けるのが好ましい。但し、緩衝室４１内の圧力を外気圧よりも高くして、外気の流れの乱れを受け難くすることを確実に行うことができるという点で、緩衝室４１を設けた構成を採用する方が好ましい。
【００６２】
また、本実施形態においては、徐冷用加熱炉２１のヒータ２２を第１ヒータ２２ａ、第２ヒータ２２ｂ及び第３ヒータ２２ｃにて構成しているが、ヒータの数はこれに限られることなく、１体のヒータにより構成するようにしてもよく、また、４体以上のヒータにより構成するようにしてもよい。
【００６３】
また、本発明は、上述した実施例において用いた、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる光ファイバ母材以外に、たとえばコア部にＧｅが添加されたＧｅ添加光ファイバ母材の線引きに対しても適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造するに際して、光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造方法及び製造装置を実現することができる。
【００６５】
また、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入ることが抑えられることになり、「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバの強度の低下を抑制することができる。また、ガス混在層の存在により、線引き炉と加熱炉との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなるために、「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバの製造方法及び製造装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明による光ファイバの製造方法及び製造装置による実施例と比較例を示す図表である。
【図３】比較例による光ファイバの製造方法及び製造装置を示す概略構成図である。
【図４】比較例による光ファイバの製造方法及び製造装置を示す概略構成図である。
【図５】レイリー散乱率と光ファイバの冷却速度との関係を示す図表である。
【符号の説明】
１…線引き装置、２…光ファイバ母材、３…光ファイバ、４…光ファイバ素線、１１…線引き炉、１２…ヒータ、１３…炉心管、１４…第１ガス供給部、１５…ガス供給通路、１６…炉心管延長部、２１…徐冷用加熱炉、２２…ヒータ、２３…炉心管、３１…樹脂硬化部、４１…緩衝室、４２…第１緩衝室、４３…隔壁、４４…排出穴、４５…第２緩衝室、４６…隔壁、４７…排出管、４８…仕切り壁、４９…光ファイバ通過穴、５１…外径測定器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造方法として、例えば特開平１０−２５１２７号公報に記載されたものが知られている。この製造方法は、光ファイバ母材を加熱線引きして中間光ファイバを作製し、この中間光ファイバを再加熱することにより熱処理を施すものであり、再加熱によりガラスの構造緩和（原子再配列）により仮想温度（ガラス内の原子の配列状態の乱雑さが対応する温度）を下げて、レイリー散乱強度の低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱線引きされた光ファイバを保護するため、線引き直後の光ファイバの表面にＵＶ樹脂等を被覆しており、上述した特開平１０−２５１２７号公報に記載された光ファイバの製造方法では、再加熱時の熱により光ファイバの表面に被覆された樹脂が燃えてしまうため、光ファイバ素線の量産に適したものではない。表面に樹脂を被覆しない状態での光ファイバを再加熱することも考えられるが、光ファイバ取り扱い時の傷付き等の問題から、量産の製造方法として適用できるものではない。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造するに際して、光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造方法及び製造装置について鋭意研究を行った結果、レイリー散乱強度と線引き後の光ファイバの冷却速度との関係について、以下のような事実を新たに見出した。
【０００６】
高温のガラス内では熱エネルギーにより原子は激しく振動しており、低温のガラスに比べて原子配列は乱雑な状態となっている。高温のガラスをゆっくり冷却した場合には、原子の再配列が許される温度範囲では、原子は各温度に対応した乱雑さに配列しながら冷却されるので、ガラス内の原子の乱雑さは構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）に対応した状態となる。しかし、高温のガラスを急激に冷却した場合には、原子配列が各温度に対応した平衡状態に達する前に冷却固定されるために、徐冷した場合に比べて原子配列は乱雑な状態となる。レイリー散乱強度は同一の物質でも原子配列が乱雑な方が大きくなり、通常、線引き後に５０００〜３００００℃／秒の冷却速度で冷却される光ファイバでは、バルクガラスに比べて原子配列が乱雑で、仮想温度が高い状態になっており、これが原因でレイリー散乱強度が大きくなっていると考えられる。
【０００７】
一方、構造緩和に要する時間は温度が低くなるほど長くなるため、例えば１２００℃程度ではその温度に数十時間維持しておかないと構造緩和が起こらない。線引き後の光ファイバは、通常０．数秒で約２０００℃から４００℃程度にまで冷却されるため、線引き工程中の光ファイバが冷却される短時間の間に仮想温度を低くして、１２００℃に近づけるためには、１２００℃よりも高温の状態で徐冷する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明者らは線引き後の光ファイバ温度及び冷却速度に着目して、純石英コアファイバの温度が、上述した構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）よりも高温且つ構造緩和が極めて短時間で進行する１７００℃以下の１２００〜１７００℃になっている部分での冷却速度とレイリー散乱率との関係を調査した。その結果、純石英コアファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分での冷却速度とレイリー散乱率との間には、図５に示されるような関係が存在していることが確認された。なお、レイリー散乱強度（Ｉ）は下記（１）式に示すように波長（λ）の４乗に反比例する性質を有しており、この時の率Ａをレイリー散乱率としている。
Ｉ＝Ａ／λ4 …………… （１）
【０００９】
これらの結果から、加熱線引きされた光ファイバ、特に光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度を遅くすることにより、光ファイバのレイリー散乱強度を低減して、伝送損失を低くすることができるということが判明した。
【００１０】
また、発明者らは、以下の事実についても新たに見出した。光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度を遅くする目的で、線引き炉にて線引きされた光ファイバを加熱して徐冷する加熱炉を設けることが考えられる。しかしながら、この加熱炉を線引き炉に直結させて設けた場合には、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入り、加熱炉内の光ファイバに付着して、光ファイバのガラス径が一時的に変化する「スパイク」が発生する、あるいは、光ファイバの強度が低下するといった問題が生じる虞がある。線引き炉内に発生するダストは、▲１▼線引き炉の炉心管の消耗劣化が原因で生じるもの、▲２▼光ファイバ母材の揮発成分が再結晶して生じるもの、▲３▼光ファイバ母材の揮発成分と炉心管の構成成分との反応により生じるもの、▲４▼さらにこれらと線引き炉の炉心管内に流すガスとの反応によって生じるもの、等がある。
【００１１】
一方、加熱炉を、線引き炉に直結させることなく、線引き炉との間に所定の間隔を有して設けた場合には、線引き炉を出た光ファイバが加熱炉に入るまでの間で外気の流れの乱れの影響を受けて、線引き炉と加熱炉との間にて光ファイバの冷却が不均一となり、光ファイバのガラス径が周期的に変化する「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化といった問題が生じる虞がある。
【００１２】
かかる研究結果を踏まえ、本発明に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱線引きする光ファイバの製造方法であって、第１ガスからなる雰囲気にて光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と、線引き炉との間に所定の間隙を有して設けられ、線引き炉にて線引きされた光ファイバを第２ガスからなる雰囲気にて加熱して徐冷する加熱炉と、を用い、線引き炉と加熱炉との間の間隙を、第１ガス及び第２ガスが混在するガス混在層とし、線引き炉にて線引きされた光ファイバを、ガス混在層を介して加熱炉に送り、加熱炉において、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱することを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る光ファイバの製造方法では、加熱炉にて、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱するので、加熱線引きされた光ファイバのうち、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなり、徐冷される。このため、光ファイバの仮想温度が低くなり、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。線引き後の樹脂を被覆する前の光ファイバの冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、光ファイバ素線の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００１４】
そして、加熱炉を線引き炉との間に所定の間隔を有して設け、更に、この加熱炉と線引き炉との間の間隔を、第１ガス及び第２ガスが混在するガス混在層としているため、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入ることが抑えられることになり、上述したような「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバの強度の低下を抑制することができる。また、ガス混在層の存在により、線引き炉と加熱炉との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなるために、上述したような「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化も抑制することができる。
【００１５】
また、ガス混在層を外気と区画するための隔壁を設け、隔壁に、少なくとも第１ガスを排出するためのガス排出部を形成することが好ましい。このように隔壁を設けることで、外気の流れの乱れの影響が更に受け難くなり、「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化をより一層抑制することができる。また、少なくとも第１ガスを排出するためのガス排出部を形成することで、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入ることが更に抑えられることになり、上述したような「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバの強度の低下もより一層抑制することができる。
【００１６】
また、第２ガスとして、第１ガスの熱伝導率と同等若しくは第１ガスの熱伝導率より低い熱伝導率を有するガスを用いることが好ましい。このように第２ガスとして、第１ガスの熱伝導率と同等若しくは第１ガスの熱伝導率より低い熱伝導率を有するガスを用いることにより、特に、比較的太径の光ファイバ母材を用いて線引きする場合において、安定して線引きが行えると共に、伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。
【００１７】
また、線引きされた光ファイバのガス混在層への入線温度を、１４００〜１９００℃の範囲内の温度とすることが好ましい。このように線引きされた光ファイバのガス混在層への入線温度を１４００〜１９００℃の範囲内の温度とすることにより、加熱炉にて、線引きされた高温の光ファイバが徐冷されることになり、光ファイバの伝送損失を低くすることができる。
【００１８】
本発明に係る光ファイバの製造装置は、光ファイバ母材を加熱線引きする光ファイバの製造装置であって、第１ガスからなる雰囲気にて光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と、線引き炉との間に所定の間隙を有して設けられ、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように、第２ガスからなる雰囲気にて加熱する加熱炉とを有し、線引き炉と加熱炉との間の間隙が、第１ガス及び第２ガスが混在するガス混在層とされていることを特徴としている。
【００１９】
本発明に係る光ファイバの製造装置では、加熱炉にて、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱するので、加熱線引きされた光ファイバのうち、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなり、徐冷される。このため、光ファイバの仮想温度が低くなり、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。線引き後の樹脂を被覆する前の光ファイバの冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、光ファイバ素線の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００２０】
そして、加熱炉を線引き炉との間に所定の間隔を有して設け、更に、この加熱炉と線引き炉との間の間隔を、第１ガス及び第２ガスが混在するガス混在層としているため、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入ることが抑えられることになり、上述したような「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバの強度の低下を抑制することができる。また、ガス混在層の存在により、線引き炉と加熱炉との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなるために、上述したような「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化も抑制することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００２２】
まず、図１を参照しながら、本発明による光ファイバの製造方法及びこの製造方法に用いられる線引き装置の実施形態を説明する。
【００２３】
線引き装置１は石英系光ファイバの線引き装置であって、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１及び樹脂硬化部３１を有し、これら線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１及び樹脂硬化部３１は光ファイバ母材２を線引きする方向（図１において、上から下）に、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１、樹脂硬化部３１の順で配設されている。母材供給装置（図示せず）に保持された光ファイバ母材２を線引き炉１１に供給し、線引き炉１１内のヒータ１２で光ファイバ母材２の下端を加熱・軟化させ、光ファイバ３を線引きする。線引き炉１１の炉心管１３には、第１ガス供給部１４からのガス供給通路１５が接続されており、線引き炉１１の炉心管１３内が第１ガスからなる雰囲気となるように構成されている。加熱線引きされた光ファイバ３は炉心管１３内にて、１９００℃程度にまで第１ガスにより冷却される。その後、光ファイバ３は、炉心管延長部１６から出る。第１ガスとしては、例えばＮ2ガスあるいはＨｅガス等の不活性ガスを用いることができ、Ｎ2ガスの熱伝導率λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）であり、Ｈｅガスの熱伝導率λ（Ｔ＝３００Ｋ）は１５０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。
【００２４】
徐冷用加熱炉２１は、線引き炉１１との間に所定の間隔Ｌ１を有して設けられており、ヒータ２２及び炉心管２３を有している。徐冷用加熱炉２１では、炉心管２３内の光ファイバ３をヒータ２２により加熱することで、光ファイバ３の所定箇所を、所定の冷却速度にて徐冷している。徐冷用加熱炉２１における徐冷は、加熱線引きされた光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間、例えば、光ファイバ３の温度が１４００〜１６００℃となる部分（温度差が２００℃となる区間）が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷することにより行われる。なお、炉中心の温度を１３００〜１６００℃の範囲内の温度に設定することにより、加熱線引きされた光ファイバ３において温度が１４００〜１６００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。
【００２５】
徐冷用加熱炉２１のヒータ２２及び炉心管２３の設置位置及び光ファイバ母材２の線引き方向（図１において、上下方向）での全長は、上述した光ファイバ３の温度が１２００〜１７００℃となる部分のうち光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内に位置してヒータ２２により加熱されながら、徐冷されるように、線引き速度を考慮して設定されている。ここで、線引き速度を考慮する必要があるのは、線引き速度が速くなることにより、光ファイバ３の同じ温度となる位置が下方に下がるためである。また、徐冷用加熱炉２１のヒータ２２の温度は、炉心管２３内に位置する光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間を１０００℃／秒以下の冷却速度で冷却するように設定される。
【００２６】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３は外気と通じており、炉心管２３内が空気（第２ガス）からなる雰囲気となるように構成されている。空気の熱伝導率λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。なお、空気を用いる代わりに、Ｎ2あるいはＡｒ等の分子量の比較的大きいガスを用いることが可能である。第２ガスとしてＮ2あるいはＡｒ等のガスを用いる場合には、第２ガスの供給源としてのガス供給部をガス供給通路を介して炉心管２３に接続するように構成することになる。
【００２７】
ヒータ２２は、第１ヒータ２２ａ、第２ヒータ２２ｂ及び第３ヒータ２２ｃからなる３つのヒータを含んでいる。各ヒータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは光ファイバ母材２を線引きする方向（図２において、上から下）に、第１ヒータ２２ａ、第２ヒータ２２ｂ、第３ヒータ２２ｃの順で配設されている。各ヒータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、
Ｔ１＝Ｔ２＋２５℃ …………………… （２）
Ｔ３＝Ｔ２−２５℃ …………………… （３）
ここで、Ｔ１：炉心管２３の第１ヒータ２２ａに対応する位置の内周面の表面温度
Ｔ２：炉心管２３の第２ヒータ２２ｂに対応する位置の内周面の表面温度
Ｔ３：炉心管２３の第３ヒータ２２ｃに対応する位置の内周面の表面温度
を満たすように、その温度が調節されている。なお、Ｔ１とＴ２との温度差、あるいは、Ｔ２とＴ３との温度差は、上述した２５℃に限られるものではなく、例えば３０℃程度の温度差を付けるようにしてもよい。また、全てのヒータの温度を同一に設定するようにしてもよい。
【００２８】
上述したように、各ヒータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃに温度差を付けた場合には、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内において、線引き炉１１側となる第１ヒータ２２ａを高温に、樹脂硬化部３１側となる第３ヒータ２２ｃを低温とする温度勾配が与えられることになる。したがって、炉心管２３内が、線引き炉１１側から樹脂硬化部３１側に向かって低下する温度分布を有する光ファイバ３の温度に対応した温度分布を有することとなり、光ファイバ３との温度差を適切に保ち、光ファイバ３を更に適切な冷却速度にて冷却することができる。
【００２９】
炉心管延長部１６と徐冷用加熱炉２１との間には、緩衝室４１が設けられており、この緩衝室４１の光ファイバ３の線引き方向における長さは、図１に示されるように、ほぼＬ１とされている。なお、炉心管延長部１６と緩衝室４１との間には若干の間隙が存在しており、炉心管延長部１６と緩衝室４１とは直結されてはいない。緩衝室４１は、第１緩衝室４２と第２緩衝室４５とで構成されている。緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）の内部空間は、線引き炉１１（炉心管１３）内の雰囲気ガスである第１ガスと、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内の雰囲気ガスである空気とが混在している。ここで、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）は、各請求項におけるガス混在層を構成している。
【００３０】
第１緩衝室４２は、光ファイバ３が通る内部空間を外気と区画するための隔壁４３を有しており、この隔壁４３には、線引き炉１１内から流れてくる第１ガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するための複数の排出穴４４が形成されている。第２緩衝室４５は、光ファイバ３が通る内部空間を外気と区画するための隔壁４６を有しており、この隔壁４６には、線引き炉１１内から流れてくる第１ガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するための複数の排出管４７が形成されている。また、第１緩衝室４２と第２緩衝室４５とは、仕切り壁４８により仕切られている。仕切り壁４８には、光ファイバ３が通る光ファイバ通過穴４９が形成されている。なお、Ｎ2ガス等を供給する供給管を第２緩衝室４５に接続して該供給管からＮ2ガス等を供給して、積極的に線引き炉１１内から流れてくる第１ガス及び線引き炉１１内にて発生するダストを排出するように構成してもよい。ここで、排出穴４４及び排出管４７は、各請求項におけるガス排出部を構成している。
【００３１】
炉心管延長部１６から線引き炉１１外に出た光ファイバ３は、続いて緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）に入り、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）により外気と接触が抑制された状態で、徐冷用加熱炉２１に入り、徐冷されることになる。また、徐冷用加熱炉２１における、光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分のうちの光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間の徐冷を妨げないように、光ファイバ３の緩衝室４１（第１緩衝室４２）への入線温度は、１４００〜１９００℃の範囲内の温度とされている。
【００３２】
徐冷用加熱炉２１を出た光ファイバ３は、外径測定器５１により外径がオンライン測定され、その測定値が光ファイバを引き取る装置（図示せず）を回転駆動する駆動モータ（図示せず）にフィードバックされて外径が一定となるように制御される。このように、外径測定器５１は徐冷用加熱炉２１の下流に設置することが好ましい。線引き炉１１の直下に外径測定器５１を設置した場合には、そこで光ファイバ３の温度が下がりすぎて徐冷による効果がなくなってしまうからである。
【００３３】
その後、光ファイバ３は強制冷却装置５２により数十℃程度まで冷却される。この強制冷却装置５２は、光ファイバ３が通る細長い管に室温以下のガス（たとえばＨｅガス）を流すように構成されている。強制冷却装置５２により冷却それた光ファイバ３に、コーティングダイス５３によりＵＶ樹脂５４を塗布し、樹脂硬化部３１のＵＶランプ３２によりＵＶ樹脂５４が硬化され、光ファイバ素線４となる。そして、光ファイバ素線４は、ガイドローラ６１を経て、ドラムにより巻き取られる。なお、ＵＶ樹脂５４の代わりに熱硬化樹脂を用い、この熱硬化樹脂を加熱炉により硬化させるように構成してもよい。
【００３４】
次に、図２に基づいて、上述した線引き装置１を用いて行った実験の結果について説明する。これらの実験において共通の条件は、以下のとおりである。光ファイバ母材２から外径１２５μｍの光ファイバ３を線引きした。線引き炉の温度は、炉心管内周面（光ファイバ母材２あるいは光ファイバ３の表面と対向する面）の表面温度で２０００℃程度とし、線引き速度は、４００ｍ／分とした。
【００３５】
実施例１〜実施例３は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造方法及び製造装置による実施例であり、比較例１〜比較例３は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造方法及び製造装置による実施例との対比のために行った比較例である。
【００３６】
（実施例１）
内周直径が２０ｍｍ、全長が１５００ｍｍとなる炉心管を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。第１ガスとしては、Ｎ2ガスを用いた。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなり、外径が４０ｍｍのものを用いた。緩衝室４１の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ１は１００ｍｍとし、炉心管延長部１６の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ２は５０ｍｍとした。徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は、約１５００℃とした。なお、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１８００℃と推定される。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１８００〜１６００℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１５００ｍｍの区間において平均約８９０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３７】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８３５ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は０回であり、「曲がり異常率」は０％であった。ここで、「曲がり異常率」とは、光ファイバの異なる箇所にて曲率半径を測定して、所定の曲率半径（本実施例では、４．２ｍ）以上の部分を不良として、測定箇所の数ｎ（本実施例では、ｎ＝１０）に対する不良が検出された箇所の数の比率を百分率にて表したものである。
【００３８】
（実施例２）
実施例１と同様に、内周直径が２０ｍｍ、全長が１５００ｍｍとなる炉心管を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。第１ガスとしては、Ｈｅガスを用いた。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなり、外径が８０ｍｍのものを用いた。緩衝室４１の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ１は１００ｍｍとし、炉心管延長部１６の光ファイバ３の線引き方向における長さＬ２は５０ｍｍとした。徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は、約１５００℃とした。なお、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１７２０℃と推定される。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１７２０〜１５２０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１５００ｍｍの区間において平均約８９０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３９】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８４ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は０回であり、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４０】
（比較例１）
図３に示されるように、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）を取り外した構成にて光ファイバの線引きを行った。これ以外の実験条件は、実施例１と同じである。
【００４１】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８４ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．８μｍであり、「ガラス径変動」は±０．８μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は０回であり、「曲がり異常率」は２０％であった。
【００４２】
（比較例２）
図４に示されるように、徐冷用加熱炉２１を炉心管延長部１６に気密に直結させた構成にて光ファイバの線引きを行った。これ以外の実験条件は、実施例１と同じである。ただし、徐冷用加熱炉２１が線引き炉１１に直結して設けられているので、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）には線引き炉１１からＮ2ガスが流れ込み、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内はＮ2ガスからなる雰囲気となっている。
【００４３】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８３５ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は１２回であり、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４４】
（比較例３）
比較例２の構成において、徐冷用加熱炉２１（ヒータ２２）による加熱（徐冷）を行わない状態で光ファイバの線引きを行った。これ以外の実験条件は、実施例１と同じであるが、比較例２と同様に、徐冷用加熱炉２１が線引き炉１１に直結して設けられているので、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）には線引き炉１１からＮ2ガスが流れ込み、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内はＮ2ガスからなる雰囲気となっている。
【００４５】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１７１ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８５５ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は１回であり、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４６】
（実施例３）
実施例２の構成において、第２ガスとして空気の代わりにＨｅガスを用いて、光ファイバの線引きを行った。これ以外の実験条件は、実施例２と同じである。
【００４７】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６９ｄＢ／ｋｍであり、この伝送損失の波長特性を測定したデータから求めたレイリー散乱率は、０．８４５ｄＢμｍ4／ｋｍであった。線引きされた光ファイバの外径を測定したところ、１２５±０．１５μｍであり、「ガラス径変動」は±０．１５μｍであった。また、線引きされた光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数は０回であり、「曲がり異常率」は０％であった。
【００４８】
以上のように、実施例１及び実施例２においては、レイリー散乱率が０．８３５〜０．８４ｄＢμｍ4／ｋｍ、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６７〜０．１６８ｄＢ／ｋｍとなり、徐冷を行わない比較例３のレイリー散乱率が０．８５５ｄＢμｍ4／ｋｍ、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１７１ｄＢ／ｋｍと比べて、レイリー散乱率を低減して、伝送損失を低減することができた。
【００４９】
また、実施例１〜実施例３においては、「ガラス径変動」が±０．１５μｍ、「曲がり異常率」が０％となり、緩衝室４１を取り外して線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間に間隔Ｌ１を有した状態で線引きを行った比較例１の「ガラス径変動」が±０．８μｍ、「曲がり異常率」が２０％と比べて、「ガラス径変動」の発生、及び、光ファイバの曲がりの悪化を抑制することができた。
【００５０】
また、実施例１〜実施例３においては、光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数が０回となり、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１とを直結した状態で線引きを行った比較例２の光ファイバ１０００ｋｍ当りの「スパイク」の発生回数が１２回と比べて、「スパイク」の発生を抑制することができた。
【００５１】
また、線引きする光ファイバ母材の太径（外径８０ｍｍ）とした実施例２及び実施例３においては、第１ガスとしてＨｅガスを用いて、「ガラス径変動」の発生を抑制することができた。これは、熱伝導率の高いＨｅガスの方が、線引き炉内の自然対流を抑制する効果が高いためと予想される。
【００５２】
また、実施例３が実施例２よりも伝送損失が大きくなったのは、徐冷用加熱炉内にＨｅガスを流すと、炉の上下端において、Ｈｅガスが設定温度に達しておらず、光ファイバが急に冷却されたためと考えられる。
【００５３】
また、図４に示されるように、徐冷用加熱炉２１を線引き炉１１（炉心管延長部１６）に気密に直結させる構成とした場合には、以下のような問題が生じる。
▲１▼線引き炉に徐冷用加熱炉を直結するため、徐冷用加熱炉は線引き炉と同様の構造としなければならず、装置が大掛かりなものとなってしまう（たとえば、カーボンヒータを採用して炉を水冷しなければならなくなる）。それに伴って、ヒータや炉心管等のメンテナンスが難しくなる。
▲２▼太径の光ファイバ母材を線引きする場合には、線引き炉にはガラス径安定化のためＨｅガスを用い、徐冷用加熱炉にはファイバ冷却を抑制するためにＮ2ガスあるいは空気を用いることが好ましい。しかしながら、線引き炉と徐冷用加熱炉とを直結した場合には、使用できるガスは１種類に限定されるため、上述したように２種類のガスを用いることはできない。
【００５４】
このように、上述した実験結果からも明らかなように、本実施形態に係る光ファイバの製造方法及び製造装置においては、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５３を被覆する前の光ファイバ３を１２００〜１７００℃の範囲内の温度にて加熱する徐冷用加熱炉２１が設けられているので、上述した光ファイバ３のうち、その温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間における冷却速度が遅くなることにより、原子配列の乱雑さが低減されるので、加熱線引きからＵＶ樹脂５３の被覆までの間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバ３を製造することが可能となる。また、線引き後のＵＶ樹脂５３を被覆する前の光ファイバ３の冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、表面にＵＶ樹脂５３が硬化、被覆された光ファイバ素線４の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００５５】
また、徐冷用加熱炉２１を線引き炉１１との間に所定の間隔Ｌ１を有して設け、更に、この徐冷用加熱炉２１と線引き炉１１との間を、線引き炉１１（炉心管１３）内の雰囲気ガスとなる第１ガス及び徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内の雰囲気ガスとなる第２ガスが混在する緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）としているため、線引き炉１１内にて発生するダストが徐冷用加熱炉２１内に入ることが抑えられることになり、「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバ３の強度の低下を抑制することができる。
【００５６】
また、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）の存在により、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなるために、「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバ３の曲がりの悪化も抑制することができる。
【００５７】
また、緩衝室４１（第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５）は、複数の排出穴４４が形成された隔壁４３及び複数の排出管４７が形成された隔壁４６とを有しているので、外気の流れの乱れの影響をより確実に抑え、「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバ３の曲がりの悪化をより一層抑制することができる。また、排出穴４４及び排出管４７により線引き炉１１（炉心管１３）側から流れ込む第１ガスを排出することで、線引き炉１１内にて発生するダストが徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内に入ることが更に抑えられることになり、「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバ３の強度の低下もより一層抑制することができる。
【００５８】
また、第２ガスとして、第１ガスの熱伝導率と同等若しくは第１ガスの熱伝導率より低い熱伝導率を有するガスを用いることにより、特に、第１ガスとしてＨｅガスを用い、第２ガスとしてＮ2ガスあるいは空気を用いることにより、比較的太径の光ファイバ母材２を用いて線引きする場合において、安定して線引きが行えると共に、伝送損失が低くされた光ファイバ３の製造が可能となる。
【００５９】
また、線引きされた光ファイバ３の緩衝室４１（第１緩衝室４２）への入線温度を、１４００〜１９００℃の範囲内の温度とすることが好ましい。このように線引きされた光ファイバ３の緩衝室４１への入線温度を１４００〜１９００℃の範囲内の温度とすることにより、線引きされた光ファイバ３が高温の状態で徐冷用加熱炉２１に入り、この徐冷用加熱炉２１にて線引きされた光ファイバ３が比較的高温の状態から徐冷されることになり、光ファイバ３の伝送損失を低くすることができる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、緩衝室４１を第１緩衝室４２及び第２緩衝室４５にて構成しているが、これに限られることなく、１つの緩衝室を設けるように構成してもよく、また、３つ以上の緩衝室を設けるように構成してもよい。
【００６１】
また、炉心管延長部１６と保護管２１との間にガス混在層がある限り、緩衝室４１自体も、必ずしも設ける必要はない。この場合には、線引き炉１１（炉心管延長部１６）と徐冷用加熱炉２１とを近接して設ける、たとえば線引き炉１１（炉心管延長部１６）と徐冷用加熱炉２１との間隔Ｌ１を１０ｍｍ程度とすることにより、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間の空間が、線引き炉１１（炉心管１３）内の雰囲気ガスとなる第１ガス及び徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内の雰囲気ガスとなる第２ガスが混在してガス混在層が形成されて、実質的に外気から区画された状態となり、緩衝室４１を設けた場合と同様の作用効果を奏することになる。なお、緩衝室４１を設けない構成において、第１ガスとしてＨｅガスを用いた場合には、Ｈｅガスの下方に侵入すると光ファイバ３が冷却されるので、Ｈｅガスの下方への侵入を防止するための隔壁等を設けるのが好ましい。但し、緩衝室４１内の圧力を外気圧よりも高くして、外気の流れの乱れを受け難くすることを確実に行うことができるという点で、緩衝室４１を設けた構成を採用する方が好ましい。
【００６２】
また、本実施形態においては、徐冷用加熱炉２１のヒータ２２を第１ヒータ２２ａ、第２ヒータ２２ｂ及び第３ヒータ２２ｃにて構成しているが、ヒータの数はこれに限られることなく、１体のヒータにより構成するようにしてもよく、また、４体以上のヒータにより構成するようにしてもよい。
【００６３】
また、本発明は、上述した実施例において用いた、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる光ファイバ母材以外に、たとえばコア部にＧｅが添加されたＧｅ添加光ファイバ母材の線引きに対しても適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造するに際して、光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造方法及び製造装置を実現することができる。
【００６５】
また、線引き炉内にて発生するダストが加熱炉内に入ることが抑えられることになり、「スパイク」の発生、あるいは、光ファイバの強度の低下を抑制することができる。また、ガス混在層の存在により、線引き炉と加熱炉との間での外気の流れの乱れの影響が受け難くなるために、「ガラス径変動」の発生、あるいは、光ファイバの曲がりの悪化も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバの製造方法及び製造装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明による光ファイバの製造方法及び製造装置による実施例と比較例を示す図表である。
【図３】比較例による光ファイバの製造方法及び製造装置を示す概略構成図である。
【図４】比較例による光ファイバの製造方法及び製造装置を示す概略構成図である。
【図５】レイリー散乱率と光ファイバの冷却速度との関係を示す図表である。
【符号の説明】
１…線引き装置、２…光ファイバ母材、３…光ファイバ、４…光ファイバ素線、１１…線引き炉、１２…ヒータ、１３…炉心管、１４…第１ガス供給部、１５…ガス供給通路、１６…炉心管延長部、２１…徐冷用加熱炉、２２…ヒータ、２３…炉心管、３１…樹脂硬化部、４１…緩衝室、４２…第１緩衝室、４３…隔壁、４４…排出穴、４５…第２緩衝室、４６…隔壁、４７…排出管、４８…仕切り壁、４９…光ファイバ通過穴、５１…外径測定器。
Claims (5)
- 光ファイバ母材を加熱線引きする光ファイバの製造方法であって、
第１ガスからなる雰囲気にて前記光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と、前記線引き炉との間に所定の間隙を有して設けられ、前記線引き炉にて前記線引きされた光ファイバを第２ガスからなる雰囲気にて加熱して徐冷する加熱炉と、を用い、
前記線引き炉と前記加熱炉との間の前記間隙を、前記第１ガス及び前記第２ガスが混在するガス混在層とし、
前記線引き炉にて前記線引きされた光ファイバを、前記ガス混在層を介して前記加熱炉に送り、
前記加熱炉において、前記線引きされた光ファイバを前記光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 前記ガス混在層を外気と区画するための隔壁を設け、
前記隔壁に、少なくとも前記第１ガスを排出するためのガス排出部を形成することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記第２ガスとして、前記第１ガスの熱伝導率と同等若しくは前記第１ガスの熱伝導率より低い熱伝導率を有するガスを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
- 前記線引きされた光ファイバの前記ガス混在層への入線温度を、１４００〜１９００℃の範囲内の温度とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。
- 光ファイバ母材を加熱線引きする光ファイバの製造装置であって、
第１ガスからなる雰囲気にて前記光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と、
前記線引き炉との間に所定の間隙を有して設けられ、前記線引きされた光ファイバを前記光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように、第２ガスからなる雰囲気にて加熱する加熱炉と、有し、
前記線引き炉と前記加熱炉との間の前記間隙が、前記第１ガス及び前記第２ガスが混在するガス混在層とされていることを特徴とする光ファイバの製造装置。
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