(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径が均一な中空部を有するガラスジャケット管の前記中空部に、コア及びクラッドを有するガラス母材を挿入し、前記ガラス母材を延伸する延伸母材作製方法において、前記ガラスジャケット管の内圧を所定圧に減圧し、前記ガラス母材とガラスジャケット管を部分的に一体化する工程、前記一体化後、前記ガラスジャケット管内の圧力を前記所定圧より昇圧する工程、前記一体化部分よりガラス母材を延伸する工程を含むことを特徴とする延伸母材作製方法。
【請求項２】
前記所定圧は−５００ｍｍＨｇから−７６０ｍｍＨｇであることを特徴とする請求項１記載の延伸母材作製方法。
【請求項３】
前記ガラス母材のコア径は長さ方向に均一ではないことを特徴とする請求項１または２記載の延伸母材作製方法。
【請求項４】
前記ガラス母材の長さが短いとき、前記中空部に前記短い長さに対応する長さの長さ調整用ガラスを挿入することを特徴とする請求項１から３記載のいずれかの延伸母材作製方法。
【請求項５】
前記コア径が長さ方向に漸減するガラス母材の前記コア径が大きな側より延伸することを特徴とする請求項３又は４記載の延伸母材作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は延伸母材作製方法、さらに詳細にはジャケット延伸法において、揮発性のあるガラス母材およびガラスジャケット管の延伸を可能にする延伸母材の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
延伸母材の製造において、そのコア径が長さ方向に一定となる制御が可能な製造方法として、ガラス母材に、ローテイショナル・キャスティング法（Ｄ．Ｃ．Ｔｒａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１８，ｐ．５９（１９８２））で製造したクラッドと同一組成の中空の管（ガラスジャケット管）を被覆し、線引きを行うロッドイン・チューブ法、あるいはコアとクラッドの二層構造を有するガラス母材にガラスジャケット管を被覆し延伸するジャケット延伸法およびジャケット線引き法などが適用されてきた。
【０００３】
ロッドイン・チューブ法では、ガラス母材の表面あるいはクラッドとなるガラスジャケット管の内面の傷や塵がそのままコアとクラッドとの界面に存在して光の散乱要因となる。また、この傷や塵が結晶核となり延伸、線引き時の熱処理によって結晶成長し、光の透過損失値を増大させる欠点を有している。
【０００４】
一方、ジャケット延伸法あるいはジャケット線引き法ではガラス母材の中心部にあるコアの形状がそのまま光ファイバ化されてしまう。
【０００５】
このようなコアとクラッド二層構造を有するガラス母材の作製法として、サクション・キャスティング法（特開昭６３−１１５３５号公報）が知られている。この作製法によれば、図５に示すように、まず、円筒状の中空部５１を有する鋳型５２の上部開口部５３から前記中空部５１にクラッド融液５４を注入する（図５（ａ）参照）。注入したクラッド融液５４上に、続けてコア融液５５を注ぎ込むと（図５（ｂ）参照）、前記クラッド融液５４の固化による体積収縮によって前記コア融液５５はクラッド融液５４中央部に浸透し（図５（ｃ）参照）、クラッド５５内部にコア５６が形成されガラス母材が製造される。
【０００６】
この方法で製造したガラス母材のコア径はガラス母材の長さ方向でテーパー状に変化している。この母材をジャケット延伸するにあたり、長さ方向においてコア径が均一な光ファイバを製造するため、テーパー延伸法（特開平４−３１３３３号公報）、ガラスジャケット管の製造装置および光ファイバの製造方法（特願平５−２３２７６０号）が開発されている。
【０００７】
前者の方法は、図６に示すように、ガラス母材６１の長さ方向でテーパー状に変化しているコア６２とクラッド６３からなる前記ガラス母材６１をガラスジャケット管６４に挿入して（図６（ａ）参照）、ガラスジャケット管６４内を減圧状態に保ちつつ、外周より加熱装置６５で加熱して、かつ延伸速度を変えながら外径をテーパー状に延伸してコア６２を直線状とした後（図６（ｂ）参照）、ガラス母材６１と一体化したガラスジャケット管６４を長さ方向に研磨する工程を含む方法である。
【０００８】
後者の方法は、図７に示すように径が均一な中空部７１を有する円筒形状で外径がテーパー形状であるガラスジャケット管７２にガラス母材７３を挿入し（図７（ａ）参照）、ガラスジャケット管７２内を減圧しながら外部よりゾーン加熱して、軟化させてガラス母材７３とガラスジャケット管７２を一体化しつつ所定の一定の外径となるように延伸し、コア径７５の一定な延伸母材７４を作製するものである（図７（ｂ）参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
いずれの場合もガラス母材をサクション・キャスティング法で作製したガラス母材をガラスジャケット管内に挿入し、減圧状態で加熱しながらガラス母材とガラスジャケット管を軟化させ一体化する工程が含まれる。
【００１０】
しかしながら、蒸気圧の高い成分を含むガラスでは減圧下での軟化過程でガラス表面から揮発成分が蒸発しガラス組成ずれなどの変化を生じ、ガラス母材／ガラスジャケット管界面が変質し、結晶核等が発生するため、上記の方法で延伸した延伸母材を、その後ジャケット線引きし製造した光ファイバは、ガラス母材／ガラスジャケット管界面が起点となる破断のため引張強度の低下をもたらす欠点を有していた。
【００１１】
また、揮発成分の蒸発を避けるため減圧の程度を低く抑えるとガラスジャケット管内に挿入したガラス母材が軟化にともない下方向に垂れてしまい、結果としてガラス母材が太く短くなり当初のコア、クラッド形状が変化し、その後のジャケット線引きにおけるコア径を一定に制御することができない欠点があった。
【００１２】
本発明は上述の課題を解決することを目的とするものであり、ガラス母材をガラスジャケット管に挿入する際に上部を固定し、低減圧下で加熱、軟化させガラス母材とガラスジャケット管を良好に一体化し、その後昇圧して所定の外径となるように延伸する延伸母材作製方法を提供することを目的とする。そして、その後前記延伸母材をジャケット延伸することによりコア径が長さ方向に均一な光ファイバを得ることができる。
【００１３】
【問題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、本発明による光ファイバ作製方法は、径が均一な中空部を有するガラスジャケット管の前記中空部に、コア及びクラッドを有するガラス母材を挿入し、前記ガラス母材を延伸する延伸母材作製方法において、前記ガラスジャケット管の内圧を所定圧に減圧し、前記ガラス母材とガラスジャケット管を部分的に一体化する工程、前記一体化後、前記ガラスジャケット管内の圧力を前記所定圧より昇圧する工程、前記一体化した部分よりガラス母材を延伸する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、特にサクション・キャスティング法により作製した揮発性のガラス母材をジャケット延伸する際、ガラスジャケット管外部からゾーン加熱によりガラスを軟化させガラス母材とガラスジャケット管を一体化する工程及び延伸する工程で、ジャケット管内圧を制御し、ガラス母材表面、ガラスジャケット管内壁からの揮発成分の蒸発を防ぐことにより、ガラス母材／ガラスジャケット管界面の変質を防ぐことができる。その後この延伸母材をジャケット線引きすることにより引張強度が高く、かつコア径の一定な光ファイバを製造することができる。また、本発明は、サクション・キャスティング法でガラス母材を作製する場合、ガラスの粘性により吸い込み量が少なく、コアの長さが非常に短い揮発性のガラス母材に対しても、ガラスジャケット管に挿入するガラス母材の向きを逆にすることで適用可能である。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明を実施例によって詳細に説明する。
【００１７】
【実施例１】
揮発性の成分を含むガラスの例としてＴｅＯ2−Ｎａ2Ｏを主成分とするテルライトを使用した場合の延伸方法について以下に述べる。
【００１８】
図１に示すように、サクション・キャスティング法により作製したガラス母材１を用意する。このガラス母材１は径が長さ方向に一定でないコア１ａと後述のガラスジャケット管２と一体となるクラッド１ｂとよりなっている。このガラス母材１ならびに均一の内径の中空部２１を有する円筒状ガラスジャケット管２の表面を研磨した後、フッ酸−硝酸混合溶液により化学エッチングし十分に乾燥した。
【００１９】
その後、前記ガラス母材１上部にシール可能なＯ−リング３１を嵌込み、ガラスジャケット管２の中空部２１に挿入し、前記ガラス母材１およびガラスジャケット管２を固定治具３で密閉固定した。なお、３２はガラスジャケット管２内部を密閉するためのＯ−リングである。
【００２０】
この固定治具３は、バルブ４ａを介して真空ポンプ４と、バルブ５ａを介して、不活性ガス供給装置５と接続しており、前記ガラスジャケット管２の内部の圧力を調整可能なようになっている。なお、図中、６はガラスジャケット管内の内圧を調整するための減圧計である。
【００２１】
このような装置を使用して、まず、ガラスジャケット管２の内部の圧力を前記バルブ４ａ及び真空ポンプ４により所定圧まで減圧する（実施例１では−２００〜−７６０ｍｍＨｇ）。その後、外部からゾーン加熱して軟化させ、ガラス母材１とガラスジャケット管２の先端部を一体化させた。
【００２２】
このときガラスジャケット管２の内圧は加熱とともにやや上昇した。一体化を確認後、前記不活性ガス供給装置５よりバルブ５１を介して、Ａｒガスを供給し、ガラスジャケット管２の内圧を−２００ｍｍＨｇ（−２００ｍｍＨｇの場合には内圧上昇分を減圧する）に調整し、一体化部分より所定の延伸速度で延伸し、延伸母材７を作製した。ガラスジャケット管内圧の調整に使用したガスは不活性ガスであれば良く、Ｈｅ、Ｎ２等も使用可能である。図２は延伸途中のガラスの状態を模式的に示したものである。図中、Ａが一体化部分を示している。
【００２３】
表１に初期の減圧圧力（一体化時の圧力）と延伸後の断面顕微鏡観察によるガラス母材／ガラスジャケット管の一体化の度合いおよび目視による界面状態を示す。表より、ジャケット管内部圧が加熱前に−５００ｍｍＨｇから−７６０ｍｍＨｇまで減圧するとガラス母材とジャケット管は延伸したガラスの長さ方向に均一に一体化することが分かる。すなわち、減圧（所定圧は）−５００ｍｍＨｇから−７６０ｍｍＨｇであるのが好ましいことがわかった。また、一体化後の昇圧は、上述の好ましい所定圧の場合、好ましくは、−１００ｍｍＨｇ〜−３００ｍｍＨｇに上昇せしめるのがよい。−１００ｍｍＨｇより高圧であると、所定圧との差が大きすぎて、ガラス母材が太く短くなり当初のコア、クラッド形状が変化し、良好に延伸母材を延伸できない恐れがあり、また、−３００ｍｍＨｇより低圧であると、ガラス表面から揮発成分が蒸発しガラス組成ずれなどの変化を生じ、ガラス母材／ガラスジャケット管界面が変質するおそれがある（表１、連続減圧を参照）。
【００２４】
しかし、−２００ｍｍＨｇまでの減圧では一体化が不十分であった。また、目視による界面観察ではいずれも透明であった。表には、延伸工程の間、真空ポンプで連続減圧した場合の結果も示した。連続減圧の場合はガラス母材／ガラスジャケット管界面は白濁し、明らかに表面が変質していた。
【００２５】
そこで、−７６０ｍｍＨｇまで減圧し、ガラス母材１とジャケット管２が一体化した後、Ａｒガスで−２００ｍｍＨｇまで管内圧を上昇させ、延伸母材７を作製した。この延伸母材７に対してテーパー形状のガラスジャケット管を用いてジャケット線引きを実施したところ、引張強度が８００ＭＰａのテルライトファイバを作製することができた。
【００２６】
表１
管内圧（ｍｍＨｇ）      母材／ジャケット管一体化      界面状態
−２００                          ×                    ○
−５００                          ○                    ○
−７６０                          ○                    ○
連続減圧                          ○                    ×
【００２７】
【実施例２】
揮発性成分を含むガラスで、コアの長さが短いガラス母材の延伸法について以下に述べる。
【００２８】
ＴｅＯ2を主成分とするテルライトガラスでコア１ａ上部から先端までの長さが短いガラス母材１を実施例１と同様に表面処理した後、コア１ａの径の太い方を下にして、均一内径の中空部２１を有する円筒状ガラスジャケット管２の前記中空部２１内に挿入し、固定治具３に固定した後、実施例１と同様の操作で延伸し、延伸母材７を作製した（図３参照）。すなわち、ガラスジャケット管２の内部の圧力をバルブ４１及び真空ポンプ４により−５００ｍｍＨｇから−７６０ｍｍＨｇに減圧する。その後外部からゾーン加熱にして軟化させガラス母材１とガラスジャケット管２を一体化させた。一体化を確認後、前記不活性ガス供給装置５よりバルブ５１を介して、Ａｒガスを供給し、ガラスジャケット管２の内圧を−２００ｍｍＨｇに調整し、所定の延伸速度で延伸し、延伸母材７を作製する。
【００２９】
図３に示したようにガラス母材１の長さがガラスジャケット管２の中空部２１の長さより短い場合は、この長さの違いを補うため、前記ガラス母材１の外径と同じ又は近似した外径を有し、かつ中空部２１の空隙を補足する長さの棒状の長さ調整用ガラス（テルライトガラス）８を先にガラスジャケット管２の中空部２１に挿入後、上記のガラス母材１を挿入する。
【００３０】
図４は延伸途中のガラスの状態を模式的に示したものである。実施例１と異なり、コア１ａは延伸したガラス母材１の下から上に向けたテーパー形状となる。図中、Ａが一体化部分を示している。
【００３１】
得られた延伸母材７の向きをテーパー形状のガラスジャケット管にあわせてジャケット線引きを実施したところ、引張強度が８００ＭＰａのテルライトファイバを作製することができた。
【００３２】
上記実施例においては、コア径が長手方向に均一でないガラス母材について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コア径が均一なガラス母材に対しても適用可能である。また、前記延伸母材を製造する際のガラスジャケット管として、外径が均一なガラスジャケット管を使用したが、テーパ状のガラスジャケット管を使用することも可能である。この場合、延伸母材のコア径を均一に製造することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特にサクション・キャスティング法により作製した揮発性のガラス母材をジャケット延伸する際、ガラスジャケット管外部からゾーン加熱によりガラスを軟化させガラス母材とガラスジャケット管を一体化する工程及び延伸する工程で、ジャケット管内圧を制御し、ガラス母材表面、ガラスジャケット管内壁からの揮発成分の蒸発を防ぐことにより、ガラス母材／ガラスジャケット管界面の変質を防ぐことができる。その後この延伸母材をジャケット線引きすることにより引張強度が高く、かつコア径の一定な光ファイバを製造することができる。また、本発明は、サクション・キャスティング法でガラス母材を作製する場合、ガラスの粘性により吸い込み量が少なく、コアの長さが非常に短い揮発性のガラス母材に対しても、ガラスジャケット管に挿入するガラス母材の向きを逆にすることで適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の延伸方法の実施例１を説明するための模式的断面図。
【図２】上記実施例１の延伸している状態を示す模式断面図。
【図３】本発明の延伸方法の実施例２を説明するための模式的断面図。
【図４】上記実施例２の延伸している状態を示す模式断面図。
【図５】サクション・キャスティング法を説明するための工程図。
【図６】従来の延伸母材作製方法の概略図。
【図７】従来の他の延伸母材作製方法の概略図。
【符号の説明】
１      ガラス母材
１ａ    コア
１ｂ    クラッド
２      ガラスジャケット管
２１    中空部
３      固定治具
３１    Ｏ−リング
３２    Ｏ−リング
４      真空ポンプ
４ｂ    バルブ
５      不活性ガスガス供給装置
５ａ    バルブ
６      減圧計
７      延伸母材
８      長さ調整用ガラス
５１    中空部
５２    鋳型
５３    開口部
５４    クラッド融液
５５    コア融液
５６    コア
６１    ガラス母材
６２    コア
６３    クラッド
６４    ガラスジャケット管
６５    加熱装置
７１    中空部
７２    ガラスジャケット管
７３    ガラス母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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