(57)【要約】【課題】長手方向に延びる孔を有するガラス母材を、その孔が潰れることを抑制しつつ延伸することができる方法を提供すること。【解決手段】本発明のガラス母材２０の延伸方法は、長手方向に延びる孔２３を有するガラス母材の両端部を第１保持部３２及び第２保持部３３により夫々保持し、加熱手段３４で、ガラス母材をその一方の端部側から順次加熱・溶融しながら第１保持部と第２保持部との間隔をガラス母材の長手方向に広げてガラス母材を延伸する方法であって、ガラス母材の延伸後の外径をＤ［ｍｍ］とし、加熱手段で加熱・溶融されているガラス母材の溶融部２０ｂの温度をＴ［℃］としたときに、溶融部の最高温度Ｔが、「１１［℃／ｍｍ］・Ｄ＋８６０［℃］＜Ｔ＜１７［℃／ｍｍ］・Ｄ＋８８０［℃］」なる関係式を満たすようにガラス母材を加熱手段で加熱・溶融して延伸することを特徴とする。【選択図】  図３
2004244261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる孔を有するガラス母材の両端部を第１保持部及び第２保持部により夫々保持し、前記ガラス母材を加熱手段で前記ガラス母材の一方の端部側から順次加熱・溶融しながら、前記第１保持部と前記第２保持部との間隔を前記ガラス母材の長手方向に広げて前記ガラス母材を延伸する方法であって、
前記ガラス母材の延伸後の外径をＤ［ｍｍ］とし、前記加熱手段で加熱・溶融されている前記ガラス母材の溶融部の最高温度をＴ［℃］としたときに、前記溶融部の最高温度Ｔ［℃］が次式
【数１】
2004244261.tif 000010
で表される関係を満たすように前記ガラス母材を前記加熱手段で加熱・溶融して延伸することを特徴とするガラス母材の延伸方法。
【請求項２】
前記加熱手段を４ｍｍ／ｍｉｎより速く２０ｍｍ／ｍｉｎより遅い速度で前記ガラス母材の一方の端部から他方の端部に向かって前記ガラス母材に対して相対的に移動させながら前記ガラス母材を加熱・溶融することを特徴とする請求項１に記載のガラス母材の延伸方法。
【請求項３】
前記ガラス母材の延伸前の外径をＳ［ｍｍ］としたときに、前記ガラス母材の延伸後の外径Ｄ［ｍｍ］が次式
【数２】
2004244261.tif 000011
で表される関係を満たすように前記ガラス母材を延伸することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラス母材の延伸方法。
【請求項４】
前記ガラス母材における前記孔の内部に気体を流しながら該ガラス母材を延伸することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちの何れか１項に記載のガラス母材の延伸方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバ用のガラス母材を延伸する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバには、ホーリーファイバやフォトニック結晶ファイバと呼ばれるものがある。以下、このようなファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを微細構造光ファイバと称す。この微細構造光ファイバは、ファイバ軸に直交する断面における空孔の大きさや空孔の分布を調整することでコア領域とクラッド領域との平均屈折率差を調整することができるので、空孔を有さない光ファイバよりも優れた特性を得ることが可能である。例えば、微細構造光ファイバは、空孔を有さない光ファイバよりも絶対値の大きな波長分散を得ることができ、分散補償への応用が期待されている。
【０００３】
従来、ガラス母材を延伸する装置としては、ガラス母材の延伸後の外径を一定にするために加熱手段に与える熱量を制御する機能を備えた延伸装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−２４９９６号公報
【特許文献２】
特開平５−９７４５９号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、長手方向に孔を有する微細構造光ファイバガラス母材を延伸するために従来の延伸装置を用いた場合には、その孔が潰れることがあった。
【０００５】
このように孔が潰れると、微細構造光ファイバが空孔を有さなくなるので、微細構造光ファイバで実現すべき絶対値の大きな波長分散などの特性を実現することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、長手方向に延びる孔を有するガラス母材を、その孔が潰れることを抑制しつつ延伸することができる方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
微細構造光ファイバを製造するには、空孔となるべき孔を有するガラス母材を加熱・溶融し延伸する。
【０００８】
このようなガラス母材を加熱して溶融させると孔の界面にはその接線方向に表面張力が働く。表面張力の孔の半径方向への成分は、孔の曲率に比例して大きくなり、孔をつぶすように作用する。従って、孔の直径が小さくなるほど孔は表面張力によりつぶれやすくなる。
【０００９】
従来の延伸装置では、ガラス母材の延伸後の外径を均一にするように加熱手段の熱量を調整しているが、加熱手段により加熱・溶融されている部分の温度条件などは考慮されていない。
【００１０】
従って、従来の延伸装置を用いた場合には、孔の界面に働く表面張力により孔潰れが生じていた。
【００１１】
このような表面張力により孔が潰れることを低減するには、ガラス母材の粘性を上げて変形しないようにする方法が考えられる。ただし、延伸はガラス母材を引き延ばすことが目的であるので、延伸できる程度にガラス母材を溶融させなければならない。そして、ガラス母材が溶融した際にはやはり表面張力が影響する。
【００１２】
本発明者は、上記の知見に基づいて、孔が潰れることを抑制しつつ延伸することが可能な温度条件に関し鋭意研究を重ねて本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明のガラス母材の延伸方法は、長手方向に延びる孔を有するガラス母材の両端部を第１保持部及び第２保持部により夫々保持し、ガラス母材を加熱手段でガラス母材の一方の端部側から順次加熱・溶融しながら、第１保持部と第２保持部との間隔をガラス母材の長手方向に広げてガラス母材を延伸する方法であって、ガラス母材の延伸後の外径をＤ［ｍｍ］とし、加熱手段で加熱・溶融されているガラス母材の溶融部の最高温度をＴ［℃］としたときに、溶融部の最高温度Ｔ［℃］が次式
【数３】
2004244261.tif 000003
で表される関係を満たすようにガラス母材を加熱手段で加熱・溶融して延伸することを特徴とする。
【００１４】
上記延伸方法によれば、第１保持部と第２保持部とで保持されたガラス母材を加熱・溶融しつつ第１保持部と第２保持部との間隔をガラス母材の長手方向に広げるのでガラス母材を延伸することができる。
【００１５】
ガラス母材を延伸する際に、延伸するための温度が高すぎると孔が表面張力により潰れ、温度が低すぎると延伸自体ができなくなるが、上記延伸方法では、延伸時の溶融部の最高温度Ｔが式（３）で表される関係を満たすようにガラス母材を加熱するので、孔が潰れることを抑制しつつガラス母材を延伸することが可能である。
【００１６】
また、本発明に係るガラス母材の延伸方法においては、加熱手段を４ｍｍ／ｍｉｎより速く２０ｍｍ／ｍｉｎより遅い速度でガラス母材の一方の端部から他方の端部に向かってガラス母材に対して相対的に移動させながらガラス母材を加熱・溶融することが好適である。
【００１７】
このように加熱手段を４ｍｍ／ｍｉｎより速く移動させるので、孔が潰れにくい。また、加熱手段を２０ｍｍ／ｍｉｎより遅く移動させるので、ガラス母材を十分加熱・溶融して延伸することが可能である。
【００１８】
更に、本発明に係るガラス母材の延伸方法においては、ガラス母材の延伸前の外径をＳ［ｍｍ］としたときに、ガラス母材の延伸後の外径Ｄ［ｍｍ］が次式
【数４】
2004244261.tif 000004
で表される関係を満たすようにガラス母材を延伸することが望ましい。
【００１９】
ガラス母材の延伸後の外径Ｄが０．６・Ｓより大きく０．９８・Ｓより小さくなるように延伸するので、延伸回数を低減しつつ安定にガラス母材を延伸することが可能である。
【００２０】
なお、安定な延伸をする観点から、Ｄが０．６４・Ｓ［ｍｍ］以上で０．９８・Ｓ［ｍｍ］より小さいことが更に望ましい。
【００２１】
更にまた、本発明に係るガラス母材の延伸方法においては、ガラス母材の孔の内部に気体を流しながら該ガラス母材を延伸することが好適である。
【００２２】
このように孔に気体を流すと孔内部から径外方に向けて押す力が生じるので、孔に気体を流さない場合に比べて孔が潰れることを抑制することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面と共に本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図中の寸法比率は必ずしも説明中のものとは一致していない。
【００２４】
図１は、ファイバ軸方向に空孔を有する光ファイバである微細構造光ファイバの概略構成図である。微細構造光ファイバ１０は、そのファイバ軸に沿って延びるコア領域１１と、そのコア領域１１の外周を取り囲むクラッド領域１２とを備える。
【００２５】
コア領域１１は、Ｇｅが添加されたシリカガラスから形成されている。クラッド領域１２は、純粋シリカガラスで形成されている。クラッド領域１２には、コア領域１１の周囲にファイバ軸方向に延びる複数の空孔１３が形成されている。空孔１３は、ファイバ軸に直交する断面においてコア領域１１の周囲に六方格子状に配置されている。
【００２６】
上記構成の微細構造光ファイバ１０では、クラッド領域１２が空孔１３を有しているので、クラッド領域１２の平均屈折率は、空孔１３を有さない場合よりも小さくなっている。そのため、コア領域１１とクラッド領域１２との屈折率差は、クラッド領域１２に空孔が形成されていない場合に比べて大きくなっている。
【００２７】
この微細構造光ファイバ１０を製造する工程では、図２に示すガラス母材２０が延伸される。
【００２８】
図２は、ガラス母材２０をその長手方向に直交する平面で切断した断面図である。なお、ガラス母材２０の外径をＳ［ｍｍ］とする。ガラス母材２０は、図２に示すように、コア領域１１となるべき第１領域２１、及び、クラッド領域１２となるべき第２領域２２を備えている。また、第２領域２２には空孔１３となるべき貫通孔２３が形成されている。貫通孔２３は、図２に示すようにガラス母材２０の長手方向に直交する断面において第１領域２１の周囲に六方格子状に配置されている。
【００２９】
図３にガラス母材２０を延伸するために好適に使用される延伸装置３０の一実施形態の模式図を示す。延伸装置３０は、支持台３１、第１保持部３２、第２保持部３３、酸水素火炎バーナ（加熱手段）３４及び外径測定器３５を含んで構成されている。
【００３０】
ここで、図３は、ガラス母材２０が延伸されている途中の状態を示している。即ち、延伸前のガラス母材２０に相当する外径Ｓの出発母材部２０ａの右端部が加熱・溶融され溶融部２０ｂが形成されており、その溶融部２０ｂで延伸されて延伸後のガラス母材２０に相当する外径Ｄ［ｍｍ］（ただし、Ｄ＜Ｓ）の延伸部２０ｃが形成されている状態が示されている。
【００３１】
なお、延伸前のガラス母材２０の両端にはガラス棒２０ｄ，２０ｅが取り扱いの便宜のためのダミーロッドとして夫々接続されている。そして、第１保持部３２及び第２保持部３３によりガラス棒２０ｄ，２０ｅを夫々保持することでガラス母材２０を保持して延伸が実施される。延伸が開始されると溶融部２０ｂが形成され、その右側、即ちガラス棒２０ｅ側に延伸部２０ｃが形成される。
【００３２】
図３を参照しつつ延伸装置３０の各構成要素について説明する。
【００３３】
第１保持部３２は、支持台３１の上面に固定されており、ガラス母材２０の一端部に接続されているガラス棒２０ｄを保持する。ガラス棒２０ｄを保持する手法としては、例えばチャックなどにより把持すれば良い。
【００３４】
第２保持部３３は、ガラス母材２０においてガラス棒２０ｄが接続されている端部と反対側の端部に接続されているガラス棒２０ｅを保持する。ガラス棒２０ｅを保持する手法としては、第１保持部３２の場合と同様に例えばチャックなどにより把持すれば良い。第２保持部３３は、支持台３１の長手方向に移動可能に支持台３１の上面に取り付けられている。
【００３５】
第１保持部３２と第２保持部３３との間の支持台３１の上面には、酸水素火炎バーナ３４が、支持台３１の長手方向に移動可能に取り付けられている。酸水素火炎バーナ３４は、ガラス母材２０を加熱・溶融する。
【００３６】
また、第１保持部３２と第２保持部３３との間には、溶融部２０ｂにおける溶融部２０ｂと延伸部２０ｃとの境界近傍の外径を測定する非接触レーザ方式の外径測定器３５が配置されている。外径測定器３５で測定された測定値に基づいて、延伸部２０ｃの外径Ｄが一定になるように第２保持部３３の移動速度が調節される。また、外径測定器３５は、溶融部２０ｂにおける特定の位置の外径を常に測定するために酸水素火炎バーナ３４と同期して移動する。
【００３７】
次に、上記延伸装置３０を用いてガラス母材２０を延伸する方法について説明する。
【００３８】
まず、延伸前のガラス母材２０である出発母材部２０ａの両端部に夫々接続されているガラス棒２０ｄ，２０ｅを第１保持部３２及び第２保持部３３で夫々保持して延伸前のガラス母材２０を保持する。延伸開始時には、酸水素火炎バーナ３４を第２保持部３３側に配置しておく。次に、酸水素火炎バーナ３４を点火する。そして、酸水素火炎バーナ３４で出発母材部２０ａの第２保持部３３側、即ちガラス棒２０ｅ側を加熱・溶融しつつ、第２保持部３３をガラス母材２０の長手方向であって第１保持部３２と反対側（図４の矢印Ａ方向）に移動させて溶融部２０ｂを形成し更に外径Ｄの延伸部２０ｃを形成する。第２保持部３３を移動させる際には、外径Ｄの延伸部２０ｃを安定して得るために、外径測定器３５の測定値に基づいて延伸部２０ｃの外径Ｄが一定になるように第２保持部３３の移動速度を制御する。
【００３９】
本実施形態では、溶融部２０ｂの最高温度をＴ［℃］としたときに、Ｔが次式で表される関係を満たすように酸水素火炎バーナ３４で出発母材部２０ａを加熱する。
【数５】
2004244261.tif 000005
【００４０】
また、上記延伸部２０ｃの外径Ｄは、次式で表される関係を満たすことが好適である。
【数６】
2004244261.tif 000006
【００４１】
延伸率をＤ／Ｓで定義すると、延伸率が０．６より大きく０．９８より小さい範囲になるように延伸することで延伸回数を減らしつつ安定な延伸を行うことができるからである。なお、より安定な延伸を行うには、延伸率Ｄ／Ｓは、０．６４以上であると更に好ましい。
【００４２】
上記のように酸水素火炎バーナ３４を点火した際には、その酸水素火炎バーナ３４を第２保持部３３から第１保持部３２に向かって（図４の矢印Ｂ方向に）移動させる。これにより、ガラス母材２０が第２保持部３３側から加熱・溶融されて延伸部２０ｃが順次形成されていく。
【００４３】
酸水素火炎バーナ３４の移動速度は、ガラス母材２０の外径Ｓの大きさにより異なるが、通常、ガラス母材２０の外径Ｓが大きくなるにつれて酸水素火炎バーナ３４の速度を遅くすれば良い。ただし、酸水素火炎バーナ３４の移動速度は、４ｍｍ／ｍｉｎより速くて２０ｍｍ／ｍｉｎより遅いことが好適である。このような移動速度で酸水素火炎バーナ３４を移動させることで、貫通孔２３が潰れることを抑制しつつガラス母材２０を十分加熱・溶融できるからである。
【００４４】
また、ガラス母材２０を延伸する際には、貫通孔２３内に気体、好ましくは窒素を流して２００Ｐａ以下のわずかな加圧状態にすることが貫通孔２３を潰れにくくする観点から好適である。
【００４５】
図４は、図３の延伸装置３０を用いて、溶融部２０ｂの最高温度Ｔを変化させてガラス母材２０を延伸した場合の貫通孔２３の潰れ状況を調べた結果を示したものである。なお、ガラス母材２０は、延伸後の外径Ｄが５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲になるように延伸した。図４の横軸はガラス母材２０の延伸後の外径Ｄ、縦軸は溶融部２０ｂの最高温度Ｔを示す。
【００４６】
図４において、○印は孔潰れが無かった場合を示し、×印は孔潰れが生じた場合を示し、＋印は延伸が不可能だった場合を示す。ここで、貫通孔２３の直径をＲ１［ｍｍ］、延伸部２０ｃにおける貫通孔２３に相当する孔の直径をＲ２［ｍｍ］として、収縮率Ｋ［％］を次式で定義し、Ｋが３％以下となる場合に孔潰れ無しとした。
【数７】
2004244261.tif 000007
【００４７】
また、図４の実線Ｉ及び実線ＩＩは夫々次の式（８）及び式（９）で表され
る直線である。
【数８】
2004244261.tif 000008
【数９】
2004244261.tif 000009
【００４８】
図４より、溶融部２０ｂの最高温度Ｔが式（８）及び式（９）で表される直線の間にある場合、即ち、最高温度Ｔが式（５）を満たす場合には、孔潰れを生じさせることなくガラス母材２０を延伸することが可能であることが理解される。
【００４９】
本実施形態では、酸水素火炎バーナ３４を上述したような速度で第２保持部３３から第１保持部３２に向かって移動させながら溶融部２０ｂの最高温度Ｔが式（５）で表される関係を満たすようにガラス母材２０を加熱・溶融し、且つ、第２保持部３３を移動させて溶融部２０ｂにガラス母材２０の長手方向に引っ張り力を与えてガラス母材２０を延伸している。そして、図４から理解されるように、溶融部２０ｂの最高温度Ｔが式（５）を満たしているときには、延伸部２０ｃの孔潰れは生じない。
【００５０】
従って、上述した本実施形態におけるガラス母材２０を延伸する方法によれば、貫通孔２３が潰れることを抑制しながらガラス母材２０を延伸することが可能である。
【００５１】
そして、このように貫通孔２３が潰れることを抑制しつつ延伸された延伸後のガラス母材を用いて微細構造光ファイバ１０が製造されるので、微細構造光ファイバ１０の、例えば、絶対値の大きな波長分散などの優れた特性を実現することが可能である。
【００５２】
以上本発明の好適な実施形態について説明したが本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、加熱手段を酸水素火炎バーナ３４としたがこれに限定する必要はない。例えば、加熱手段としてヒータを用いても良い。この場合、ヒータ及びガラス母材２０のうちの少なくとも一方を移動させて、ヒータでガラス母材２０を、その一方の端部側から順次加熱・溶融すれば良い。そして、ヒータでガラス母材２０を加熱・溶融する際に、第１保持部３２と第２保持部３３との間を広げで延伸すれば良い。
【００５３】
また、上記実施形態では、第１保持部３２を固定し第２保持部３３を第１保持部３２から離れるように移動させているが、第１保持部３２と第２保持部３３との間の間隔が広がれば良い。従って、例えば、第１保持部３２及び第２保持部３３のうちの少なくとも何れか一方を移動させて第１保持部と第２保持部との間隔を広げれば良い。
【００５４】
更に、上記実施形態における延伸装置３０は横型としているが特に横型に限定する必要はなく、縦型の延伸装置を用いても良い。
【００５５】
また、上記実施形態は、酸水素火炎バーナ３４を第２保持部３３から第１保持部３２側に一回移動させた場合であるが、例えば、延伸前のガラス母材２０である出発部材部２０ａを延伸して一度延伸部２０ｃを形成し、その延伸部２０ｃを出発母材部２０ａとして更に延伸を実施しても良い。
【００５６】
また、加熱手段を固定して、第１保持部と第２保持部とを移動させても良い。このとき、ガラス母材に対する加熱手段の相対的な移動速度は４ｍｍ／ｍｉｎより速く２０ｍｍ／ｍｉｎより遅くするのが好ましい。
【００５７】
更に、上記実施形態においては、製造すべき微細構造光ファイバとしてコア領域１１にＧｅが添加されたものとしているが、コア領域にはＧｅとは異なる添加材であって屈折率を上昇させる添加材や、屈折率をより小さくする添加材が添加されていても良い。また、コア領域に添加材が添加されていなくても良い。更に、コア領域が中空の孔になっていても良い。そして、それらに対応するガラス母材を延伸すればよい。
【００５８】
更にまた、上記実施形態では、ファイバ軸に直交する断面において空孔１３が六方格子状に配置された微細構造光ファイバに対応するガラス母材を延伸しているが、これに限る必要はない。上述したガラス母材を延伸する方法は、空孔を有する微細構造光ファイバ用のガラス母材を延伸する場合に適用可能である。
【００５９】
なお、上記実施形態では、微細構造光ファイバの空孔となるべき孔を貫通孔としたが、必ずしも貫通孔である必要はなく、ガラス母材の長手方向に延びる孔が形成されていれば良い。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、長手方向に延びる孔を有するガラス母材を、その孔が潰れることを抑制しつつ延伸することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微細構造光ファイバの模式図である。
【図２】ガラス母材をファイバ軸に直交する平面で切断した断面図である。
【図３】図２のガラス母材を延伸するための装置の模式図である。
【図４】ガラス母材の延伸後における貫通孔の孔潰れ状況に関する実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１０…微細構造光ファイバ、１１…コア領域、１２…クラッド領域、１３…空孔、２０…ガラス母材、２０ａ…出発母材部、２０ｂ…溶融部、２０ｃ…延伸部、２０ｄ，２０ｅ…ガラス棒、２１…第１領域、２２…第２領域、２３…貫通孔、３０…延伸装置、３１…支持台、３２…第１保持部、３３…第２保持部、３４…酸水素火炎バーナ（加熱手段）、３５…外径測定器。
【図１】
2004244261.tif 000012
【図２】
2004244261.tif 000013
【図３】
2004244261.tif 000014
【図４】
2004244261.tif 000015