(57)【要約】【課題】切断後の端面の平坦性が良好で、クラックのない光ファイバ母材の切断を可能にする。【解決手段】中心部から順に、Ｇｅ（ゲルマニウム）が添加された石英ガラス層と、Ｆ（フッ素）が添加された石英ガラス層と、純粋石英ガラス層とを備えて構成され、切断後に孔開するロッド状の光ファイバ母材を、９５０℃から１１００℃に加熱して一定時間保持した後に割断する。光ファイバ母材を割断する際は、加熱前に前記光ファイバ母材の周面を一周する傷を付けることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率調整用の元素を添加したコア層と、該コア層の外周に設けられ、屈折率調整用の元素を添加した内側クラッド層と、該内側クラッド層の外周に設けられた外側クラッド層とを少なくとも備えて構成され、切断後に孔開するロッド状の光ファイバ母材の切断方法であって、
前記光ファイバ母材を９５０℃から１１００℃に加熱して一定時間保持した後に割断することを特徴とする光ファイバ母材の切断方法。
【請求項２】
前記コア層はＧｅ（ゲルマニウム）が添加された石英ガラス層であり、前記内側クラッド層はＦ（フッ素）が添加された石英ガラス層であり、前記外側クラッド層は純粋石英ガラス層であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の切断方法。
【請求項３】
前記光ファイバ母材を割断するにあたり、加熱前に前記光ファイバ母材の外側クラッド層の周面を一周する傷を付けることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の切断方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光ファイバ母材の切断方法を用いて作成された母材に孔開加工を実施し、該孔開加工を実施した光ファイバ母材から紡糸して作成されたホーリーファイバもしくは空孔アシスト型ファイバなどの光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、孔開加工を実施する光ファイバ母材の切断方法およびその光ファイバ母材から作成されたホーリーファイバもしくは空孔アシスト型ファイバと称される光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、孔開加工を実施した光ファイバ母材によって作成された光ファイバは、ホーリーファイバや空孔アシスト型ファイバと呼ばれ、光伝送用途等に利用されることが知られている。
光ファイバ母材を切断して、その端部から孔を開ける場合、端面の平坦性が重要であるとされている。その理由は次の通りである。一般に、切断された光ファイバ母材の端面から孔を開ける場合には、市販のドリル加工機を使用して実施されることが知られており、原理的に光ファイバ母材の端面に対して垂直に孔を開けることになる。従って、光ファイバ母材の端面は、平坦で、かつドリルの進行方向に対して垂直になる位置に設置されなければならない。仮に、光ファイバ母材の端面の平坦性が優れない場合には、ドリル加工の際、ドリルが光ファイバ母材の長手方向に対して斜めにずれて進行することになり、所望の孔開寸法ではなくなってしまう。このような光ファイバ母材から光ファイバを製造すると、所望の光学特性が損なわれるという問題が発生する。従って、光ファイバ母材の端面の平坦性は非常に重要である。
【０００３】
近年、光ファイバ用母材及び光ファイバ素線の需要拡大に伴い、様々な母材切断手法が検討されている。
例えば、特許文献１には、光ファイバ母材を加熱して溶断する手法が開示されている。この手法では、母材を溶断するにあたり、切断刃を備えたシャー装置などの切断部材を用い、まず母材の所定の部分に切断部材を所定の荷重で押圧する。次に局部加熱手段により母材の先端の所望部を加熱しながら母材先端部の粘度状態を切断部材を介して検出し、母材先端部の粘度状態が所定レベルになった時点で切断部材を駆動してガラス棒の先端部を切断している。
【０００４】
特許文献２には、非加熱の手法でカッター刃を用いて光ファイバ母材の外周に切り込みを入れてから押し棒で押圧し、光ファイバ母材を切断する手法が開示されている。この手法は光ファイバ母材内に存在する残留応力が比較的小さい場合には有効である。
【０００５】
非特許文献１〜３には、Ｇｅ（ゲルマニウム）が添加された石英ガラス層と、Ｆ（フッ素）が添加された石英ガラス層の徐冷点および軟化点を算出するための経験式などが記載されている。
【特許文献１】特開平５−２２１６５７号公報
【特許文献２】特開２００５−１１９９３３号公報
【非特許文献１】K. Tajima et al., “Viscosity of GeO2-Doped Silica Glasses”, Journal of Lightwave Technology, 12, 411 (1994)
【非特許文献２】田嶋克介  他、ＧｅＯ２，Ｆドープ石英ガラスの粘度特性、１９９３年電子情報通信学会春季大会、４−３６３（１９９３）
【非特許文献３】K. Shiraki, M. Ohashi, “Scattering Property of Fluorine-Doped Silica Glasses”, Electron. Lett., 28, 17, 1565 (1992)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の従来技術には、次のような問題がある。まず、特許文献１の手法では、溶断後の光ファイバ母材の端面の平坦性が良好ではないという問題が発生する。また、特許文献２の手法では、光ファイバ母材内の残留応力が大きい場合には、切断後に残留応力が開放され、光ファイバ母材にクラックが伸展してしまうという問題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明方法は、屈折率調整用の元素を添加したコア層と、該コア層の外周に設けられ、屈折率調整用の元素を添加した内側クラッド層と、該内側クラッド層の外周に設けられた外側クラッド層とを少なくとも備えて構成され、切断後に孔開するロッド状の光ファイバ母材の切断方法であって、前記光ファイバ母材を９５０℃から１１００℃に加熱して一定時間保持した後に割断することを特徴とする光ファイバ母材の切断方法である。
【０００８】
前記コア層はＧｅ（ゲルマニウム）が添加された石英ガラス層であり、前記内側クラッド層はＦ（フッ素）が添加された石英ガラス層であり、前記外側クラッド層は純粋石英ガラス層であることが好ましい。
【０００９】
前記光ファイバ母材を割断するにあたり、加熱前に前記光ファイバ母材の外側クラッド層の周面を一周する傷を付けることが好ましい。
【００１０】
さらに本発明は、前記光ファイバ母材の切断方法を用いて作成された母材に孔開加工を実施し、該孔開加工を実施した光ファイバ母材から紡糸して作成されたホーリーファイバもしくは空孔アシスト型ファイバなどの光ファイバを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、屈折率調整用の元素を添加したコア層と、屈折率調整用の元素を添加した内側クラッド層と、外側クラッド層とを備えて構成され、切断後に孔開するロッド状の光ファイバ母材を９５０℃から１１００℃に加熱して一定時間保持した後に割断することによって、光ファイバ母材内の歪（残留応力）が除去され、母材内にクラックが発生せず、切断後の端面の平坦性に優れた光ファイバ母材の切断が可能となる。
本発明によれば、前記コア層をＧｅ（ゲルマニウム）が添加された石英ガラス層とし、前記内側クラッド層をＦ（フッ素）が添加された石英ガラス層とし、前記外側クラッド層を純粋石英ガラス層とし、各層の粘性が異なる場合でも、切断後の端面の平坦性に優れた光ファイバ母材の切断が可能となる。
本発明によれば、前記光ファイバ母材を割断するにあたり、加熱前に前記光ファイバ母材の周面を一周する傷を付けることにより、より安定した割断が可能となる。
本発明の光ファイバ母材の切断方法を用いて作成された母材は、端面の平坦性が優れているため、孔開加工を実施し、該孔開加工を実施した光ファイバ母材から紡糸して作成されたホーリーファイバもしくは空孔アシスト型ファイバなどの光ファイバは、より孔開寸法が正確となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明方法により切断される光ファイバ母材の一例を示すもので、ロッド状の光ファイバ母材（ガラスロッド）５の断面を示している。この例の光ファイバ母材５は、コア層１と、内側クラッド層２と、外側クラッド層３との３層から構成されている。本実施形態において、コア層１は、内側クラッド層２との等価比屈折率差が０．７４％のＧｅ添加石英ガラス層であり、内側クラッド層２は、外側クラッド層３との等価比屈折率差が−０．７５％のＦ添加石英ガラス層であり、外側クラッド層３は、純粋石英ガラス層である。コア層１および内側クラッド層２は、屈折率調整のためにコア層１にＧｅを、内側クラッド層にＦを添加することによって、互いに粘性が異なっている。
図２は、回転刃４ａを備えたカッター４で光ファイバ母材５の周面を一周する傷を付けている状態を示す模式図である。
図３は、切断工程の模式図であって、光ファイバ母材５は、挟み固定によりチャック６で噛まれ、光ファイバ母材５に加えられた傷７を中心に、光ファイバ母材５を加熱するための酸水素バーナー８で加熱する状態を示す模式図である。
【００１３】
次に、本発明の光ファイバ母材の切断方法の手順を説明する。
まず、図１で示す光ファイバ母材５を用意する。
次に図２で示す様に、回転刃４ａを備えたカッター４でロッド状の光ファイバ母材５の最外層である純粋石英ガラス層３に、その周面を一周するように傷７を入れる。その後、図３で示す様に、光ファイバ母材５の両端をチャック６で噛み、傷７を入れた部分を中心に酸水素バーナー８によりある温度範囲まで加熱する。その状態で一定時間保持した後、傷７を付けた部位を支点としてチャック６，６により剪断力を作用させて光ファイバ母材５を割断する。
【００１４】
本発明は、純粋石英ガラス層である外側クラッド層３に傷７を入れた後、傷７を入れた部分を中心に光ファイバ母材５をある温度範囲まで加熱し、その温度を一定時間保持することを１つの特徴としている。上述の温度範囲を決定するために、望ましいと想定される温度範囲を含むような広範囲の温度範囲において試験を行った。以下、その温度範囲を決定した過程について説明する。
【００１５】
まず、光ファイバ母材５を加熱する温度範囲を決定するために、Ｇｅ添加石英ガラスであるコア層１及びＦ添加石英ガラスである内側クラッド層２の徐冷点及び軟化点を算出する。
一般に、等価屈折率は、非特許文献１に次式（１）のように定義されている。
【００１６】
【数１】
2010116273.tif 000003
【００１７】
ここで、△ｅは等価比屈折率差、△（ｒ）は光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差、ｒは光ファイバ母材断面における中心からの距離である。
各層の熱特性温度について、Ｇｅ添加石英ガラス層であるコア層１は非特許文献２に記載されている経験式より、また、Ｆ添加石英ガラス層である内側クラッド層２は非特許文献３の経験式に従って推測した値を使用した。Ｆ添加によって、Ｆ添加石英ガラス層である内側クラッド層２と純粋石英ガラス層である外側クラッド層３との等価比屈折率差が−０．７５％となった場合、次式（２）が経験的に成立する。η，Ｔはそれぞれ材料の粘度、および温度である。また、同様にＧｅ添加により、Ｇｅ添加石英ガラス層であるコア層１と、Ｆ添加石英ガラス層である内側クラッド層２との等価比屈折率差が０．７４％となった場合、次式（３）が経験的に成立する。
【００１８】
【数２】
2010116273.tif 000004
【００１９】
【数３】
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【００２０】
徐冷点をη＝１０１３．０ポアズ（ｌｏｇη＝１３．０）となる温度、軟化点をη＝１０７．６ポアズ（ｌｏｇη＝７．６）となる温度とすると、式（２）および式（３）によって計算した徐冷点および軟化点は以下の表１の通りである。
【００２１】
【表１】
2010116273.tif 000006
【００２２】
本発明の光ファイバ母材５のコア層、および内側クラッド層は、屈折率調整用の元素が添加されているため、粘性が異なっている。一般に、粘性の異なる複数の層で構成された光ファイバ母材５に歪が生じる場合、歪は層界面近傍に生じ、その粘性の差が大きければ歪も大きくなることが知られている。
３層から構成されている本実施形態の光ファイバ母材５の歪を歪検査器（新東科学株式会社製ＨＥＩＤＯＮ−１３型）を使用して観察すると、Ｇｅ添加石英ガラス層であるコア層１およびＦ添加石英ガラス層である内側クラッド層２の界面近傍に光ファイバ母材５中では特に大きい歪が観測された。
【００２３】
そこで、最も歪が大きい部位であるこの界面近傍の領域について注目し、その界面を構成する２層（Ｇｅ添加石英ガラス層であるコア層１およびＦ添加石英ガラス層である内側クラッド層２）の徐冷点、および軟化点により、温度範囲を決定することとした。この界面を構成する２層のうち、いずれか１層の徐冷点を下回った場合、効果的な歪除去は不可能となると考えられるため、下限温度はこの界面を構成する２層のうち最も徐冷点が高い層の徐冷点とした。また、両方の層の軟化点を上回った場合は、光ファイバ母材の構造を維持したまま効果的な歪除去は不可能となると考えられるため、上限温度は２層のうち最も軟化点が高い層の軟化点とした。
【００２４】
よって、光ファイバ母材５を加熱する上で、効果的な温度範囲は、Ｆ添加石英ガラス層である内側クラッド層２の徐冷点（９８０℃）より高い温度で、かつＦ添加石英ガラス層である内側クラッド層２の軟化点（２０００℃）より低い温度の範囲とし、この範囲内に最も効果的な温度範囲が存在すると推定した。
【００２５】
しかしながら、上述の経験式を実施形態に適用したとしても、その温度範囲には、ある程度のばらつきが存在することが予想される。そこで、光ファイバ母材５を加熱する温度範囲を８００℃〜２２００℃と定め、この温度範囲で光ファイバ母材５を保持し、界面近傍の歪除去を行う試験を行った。
【００２６】
この試験には、外径４２ｍｍ、コア径１２ｍｍ、内側クラッド厚さ８ｍｍ、外側クラッド厚さ７ｍｍの光ファイバ母材５を用いた。コア層１にはＧｅを７．２ｍｏｌ％添加し、内側クラッド層２にはＦを８．６ｍｏｌ％添加した。
【００２７】
加熱した際の光ファイバ母材５の温度は次のようにして測定した。まず、光ファイバ母材表面温度を赤外線放射温度計（日本電気三栄社製サーモトレーサ）にて計測した。次に、光ファイバ母材５の切傷部近辺を酸水素バーナー８で溶断することで露出した断面の中心温度をサーモトレーサで計測した。光ファイバ母材５の表面温度と断面の温度分布から測定箇所の平均温度を算出し、光ファイバ母材５の温度を決定した。
【００２８】
光ファイバ母材５を切断する際は、まず、円柱形の光ファイバ母材５の周面を一周するようにカッター４で傷を入れる。傷の深さは、母材半径の約２０％以上であって、かつ、歪の少ない外側クラッド層３を貫通しない深さが好適である。この試験においては、母材半径２１ｍｍ、外側クラッド厚さ７ｍｍに対して、傷の深さは４ｍｍ〜６ｍｍが好適である。
次に光ファイバ母材５をカーボン製のスペーサーの上に乗せる。そして、８００℃〜２２００℃の温度範囲内の所定の温度まで光ファイバ母材５を加熱し、その温度を２０分間保持した後、傷７を付けた部位を支点として光ファイバ母材５を割断した。
【００２９】
光ファイバ母材５の試験本数は各温度に対して１０本とした。そして、その１０本の光ファイバ母材５のうち、割断後に光ファイバ母材５全体のうち一部（全長に対して２０％〜７０％）にクラックが発生した本数をカウントした。さらに、光ファイバ母材５を冷却した後の、光ファイバ母材５の切断端面の表面粗さを表面粗さ測定機（株式会社ミツトヨ製サーフテストエクストリームＳＶ−３０００ＣＮＣ）にて測定し、平均表面粗さ（Ｒａ）を算出した。その結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】
2010116273.tif 000007
【００３１】
この表２において、クラック発生頻度とは、割断後に光ファイバ母材５全体にクラックが発生した、試験本数１０本中の本数である。また、光ファイバ母材端面の平坦度は、平均表面粗さ（Ｒａ）を使用した。
【００３２】
表２より、加熱する温度が９５０℃を下回る場合には、光ファイバ母材５の切断後に、光ファイバ母材５にクラックが発生してしまうという問題が発生することが判明した。加熱する温度が９５０℃である場合を境にして、急激に光ファイバ母材５にクラックが発生する頻度が上昇していることがわかる。従って、本試験に用いた光ファイバ母材５を加熱する温度は、９５０℃に臨界的意義があるものであると想到される。
【００３３】
また、表２より、加熱する温度が１２００℃を上回る場合には、光ファイバ母材５切断後に、光ファイバ母材５の端面の平坦性が急激に悪くなってしまうという問題が発生することが判明した。加熱する温度が、１１００℃以下の場合には、光ファイバ母材５の平坦性の変化は相対的に小さいことがわかる。従って、加熱する温度は、１１００℃に臨界的意義があるものと想到される。
なお、本実施例では、光ファイバ母材５の昇温後に、その温度を２０分間保持したが、保持時間は適宜設定すればよいものであり、特に制限するものではない。
【００３４】
以上の結果より、光ファイバ母材５内にクラックが発生せず、光ファイバ母材５の端面の平坦性に優れた割断を可能とするためには、光ファイバ母材５を９５０℃から１１００℃に加熱して一定時間保持することが有効であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る実施形態のコア層、内側クラッド層、および外側クラッド層からなるロッド状光ファイバ母材の断面図である。
【図２】図１の光ファイバ母材にカッターで傷を付ける方法の一例を示す図である。
【図３】図２の方法で傷を入れた図１の光ファイバ母材を加熱する方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…コア層、２…内側クラッド層、３…外側クラッド層、４…カッター、４ａ…回転刃、５…光ファイバ母材、６…チャック、７…光ファイバ母材に加えられた傷、８…酸水素バーナー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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