(57)【要約】【課題】ロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法において、製造条件の最適化を行って、寸法の種類の少ない材料であっても、母材化の条件を極力一定にする。【解決手段】与えられた仕様に基づいて、コアの直径に対するクラッドの外径の比率の目標値（目標Ｃ／Ｃ値）を得るために選択されたクラッドパイプ及びガラスロッドの組み合わせによって得られる光ファイバ母材の製造方法において、予想Ｃ／Ｃ値又は予想カットオフ波長の少なくとも一方が所定の範囲外にあるときに、ガラスロッドとクラッドパイプとの炉への挿入速度の比率である送り比を変更した後、予想Ｃ／Ｃ値又は予想カットオフ波長を再計算する工程を包含する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッドインチューブ法を用いた光ファイバ母材の製造方法において、
コア用の複数のガラスロッドから１つのガラスロッドを選択する工程と、
与えられた仕様に基づいて、製造する光ファイバ母材におけるコアの直径に対するクラッドの外径の比率の目標値である目標Ｃ／Ｃ値を決定する工程と、
上記選択された１つのガラスロッドの比屈折率差及び断面積に基づいて、上記目標Ｃ／Ｃ値を得るために必要なクラッドパイプの断面積の目標値である目標断面積Ｓを算出する工程と、
複数のクラッドパイプの中から上記目標断面積Ｓに最も近い断面積を有するクラッドパイプを選択するパイプ選択工程と、
上記選択されたクラッドパイプ及びガラスロッドの組み合わせによって得られる光ファイバ母材について、コアの直径に対するクラッドの外径の比率の予想値である予想Ｃ／Ｃ値又は予想カットオフ波長の少なくとも一方を算出する工程と、
上記算出された予想Ｃ／Ｃ値と上記目標Ｃ／Ｃ値との差、又は上記算出された予想カットオフ波長と上記与えられた仕様のカットオフ波長との差の少なくとも一方が所定の範囲内にあるか否かを判定する第１判定工程と、
上記第１判定工程において、Ｃ／Ｃ値の差又はカットオフ波長の差の少なくとも一方が所定の範囲外にあるときに、上記ガラスロッドとクラッドパイプとの炉への挿入速度の比率である送り比を変更した後、上記予想Ｃ／Ｃ値又は予想カットオフ波長を再計算する工程と、
上記送り比が所定の範囲内にあるか否かを判定する第２判定工程と、
上記送り比が所定の範囲内にあれば、上記新たに算出された予想Ｃ／Ｃ値と上記目標Ｃ／Ｃ値との差、又は上記新たに算出された予想カットオフ波長と上記与えられた仕様のカットオフ波長との差との少なくとも一方が所定の範囲内にあるか否かを判定する第３判定工程と、
上記第１及び第３判定工程において、Ｃ／Ｃ値の差又はカットオフ波長の差の少なくとも一方が所定の範囲内にあるときに、母材化を実行する工程と、
上記送り比が所定の範囲内になければ、母材化を中止する工程とを包含することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
請求項１の光ファイバ母材の製造方法において、
パイプ選択工程で選択される複数のクラッドパイプは、公称断面積が最小値から最大値まで最小値の１５〜３０％間隔で変化するものであることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロッドインチューブ法を用いる光ファイバ母材の製造方法に関し、特に、その製造条件を最適にするための対策に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の光ファイバ母材の製造方法として、ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ　Ａｘｉａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の３つが主に用いられている。このＶＡＤ法やＭＣＶＤ法を用いて光ファイバ母材を製造する場合、生産性を向上させる観点から、光ファイバ母材の大部分を占めるクラッドを別工程によって形成する手法が採用されている。この手法の１つにロッドインチューブ法がある（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
このようなロッドインチューブ法において、例えば図２に示すように、ＶＡＤ法やＭＣＶＤ法を用いて製造したコア用のガラスロッド（又はコア及びクラッドの一部となる部分を含むものもある）１１をクラッドパイプ１２に挿入した後、ガラスロッド１１とクラッドパイプ１２とを電気炉（ヒータ）１３でガラスの融点以上に加熱することによって両者を一体化させ、場合によっては同時に延伸を行い、光ファイバ母材（プリフォーム）１４を得る（以下、この工程を母材化という）。このときクラッドパイプ１２の内部空間１５を減圧することによるクラッドパイプ１２の内外の圧力差を利用して、ガラスロッド１１とクラッドパイプ１２とを一体化することが知られている。
【０００４】
上記方法により得られる光ファイバ母材１４は、与えられた仕様の光ファイバ特性（カットオフ波長λｃ）を有している必要がある。このカットオフ波長λｃは、コアとクラッドとの比屈折率差ΔＮ、及びコアの直径に対するクラッドの外径の比率（コアクラッド比Ｃ／Ｃ）から計算することができる。従って、与えられた仕様のカットオフ波長λｃ及び比屈折率差ΔＮに基づいて、製造する光ファイバ母材におけるコアクラッド比Ｃ／Ｃの目標値（目標Ｃ／Ｃ値）を決定することができる。この目標Ｃ／Ｃ値を決定すれば、目標Ｃ／Ｃ値を得るために必要なガラスロッド１１の断面積ＳＲ及び目標Ｃ／Ｃ値を得るために必要なクラッドパイプ１２の断面積Ｓｐを算出することができる。このため、理論的には、上記断面積ＳＲを有するガラスロッド１１及び上記断面積Ｓｐを有するクラッドパイプ１２をそれぞれ用意しておき、両者を組み合わせて母材化を行えば、与えられた仕様のカットオフ波長λｃを有する光ファイバ母材１４を得ることが可能となる。
【０００５】
しかしながら、実際には、用意するクラッドパイプ１２の断面積Ｓｐは一般に各パイプごとに±５％程度の製造誤差を有するため、用意したクラッドパイプ１２のうちの任意の１つと、用意したガラスロッド１１のうちの任意の１つとを組み合わせて母材化を行っても、目標Ｃ／Ｃ値から所定の範囲内のＣ／Ｃ値を有する光ファイバ母材が得られないことがある。
【０００６】
また、その製法の特徴からガラスロッドとクラッドパイプとを一体化させる際に、空隙、異物の混入等による輝点及びコア偏心が発生しやすく、これらを抑制するには母材化条件を極力一定にすることが望ましい。
【０００７】
上記母材化条件とは、例えば炉内の温度、ガラスロッドとクラッドパイプとの送り速度及びその比率（送り比）、母材の引取り速度、ガラスロッド及びクラッドパイプ間のすきま（クリアランス）、ガラスロッド及びクラッドパイプ間の減圧度、炉内の不活性ガスの流量等をいう。
【０００８】
そこで、本出願人は、目標Ｃ／Ｃ値から所定の範囲内のＣ／Ｃ値を有する光ファイバ母材を簡便なプロセスで効率よく製造する方法として、与えられた仕様に基づいて、製造する光ファイバ母材における目標Ｃ／Ｃ値を決定する工程と、複数のガラスロッドから１つのガラスロッドを選択する工程と、複数のクラッドパイプを用意する工程と、上記選択された１つのガラスロッドの比屈折率差及び断面積に基づいて、上記目標Ｃ／Ｃ値を得るために必要なクラッドパイプの目標断面積Ｓを算出する工程と、上記複数のクラッドパイプの中から上記目標断面積Ｓに最も近い断面積を有するクラッドパイプを選択する工程とを包含するものを提案している（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１０５８０号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７８０３９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１３９３３８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献３のものであっても、クラッドパイプの種類の最適化が十分とはいえず、また近年クラッドパイプの大型化が進んで高価になっており、この高価なクラッドパイプの在庫費用がかさむこととなるため、改良の余地がある。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法において、炉内で同時に加熱させるガラスロッドとクラッドパイプとの供給量の比を操作することにより、寸法の種類の少ない材料であっても、母材化の条件を極力一定にし、製造条件の最適化を行おうとすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、ロッドインチューブ法を用いた光ファイバ母材の製造方法において、コア用の複数のガラスロッドから１つのガラスロッドを選択する工程と、与えられた仕様に基づいて、製造する光ファイバ母材におけるコアの直径に対するクラッドの外径の比率の目標値である目標Ｃ／Ｃ値を決定する工程と、選択された１つのガラスロッドの比屈折率差及び断面積に基づいて、目標Ｃ／Ｃ値を得るために必要なクラッドパイプの断面積の目標値である目標断面積Ｓを算出する工程と、複数のクラッドパイプの中から目標断面積Ｓに最も近い断面積を有するクラッドパイプを選択するパイプ選択工程と、選択されたクラッドパイプ及びガラスロッドの組み合わせによって得られる光ファイバ母材について、コアの直径に対するクラッドの外径の比率の予想値である予想Ｃ／Ｃ値又は予想カットオフ波長の少なくとも一方を算出する工程と、算出された予想Ｃ／Ｃ値と上記目標Ｃ／Ｃ値との差、又は上記算出された予想カットオフ波長と上記与えられた仕様のカットオフ波長との差の少なくとも一方が所定の範囲内にあるか否かを判定する第１判定工程と、この第１判定工程において、Ｃ／Ｃ値の差又はカットオフ波長の差の少なくとも一方が所定の範囲外にあるときに、ガラスロッドとクラッドパイプとの炉への挿入速度の比率である送り比を変更した後、予想Ｃ／Ｃ値又は予想カットオフ波長を再計算する工程と、送り比が所定の範囲内にあるか否かを判定する第２判定工程と、送り比が所定の範囲内にあれば、新たに算出された予想Ｃ／Ｃ値と上記目標Ｃ／Ｃ値との差、又は新たに算出された予想カットオフ波長と与えられた仕様のカットオフ波長との差との少なくとも一方が所定の範囲内にあるか否かを判定する第３判定工程と、上記第１及び第３判定工程において、Ｃ／Ｃ値の差又はカットオフ波長の差の少なくとも一方が所定の範囲内にあるときに、母材化を実行する工程と、送り比が所定の範囲内になければ、母材化を中止する工程とを包含する。
【００１３】
上記の構成によると、ガラスロッド及びクラッドパイプの送り比が１である場合には母材化が実行不能であるような場合であっても、送り比を変更することで寸法の種類が少ないクラッドパイプから広範囲のコアクラッド比Ｃ／Ｃの光ファイバ母材を製造することができる。従って、最小限のクラッドパイプの在庫から多くの仕様を満たした光ファイバ母材が製造される。
【００１４】
また、送り比を所定の範囲内で変更することで、母材化の条件を極力一定にし、製造条件の最適化を行うことができるため、光ファイバ母材の輝点及びコア偏心の発生を抑制することができる。
【００１５】
請求項２の発明では、パイプ選択工程で選択される複数のクラッドパイプは、公称断面積が最小値から最大値まで最小値の１５〜３０％間隔で変化するものとする。
【００１６】
上記の構成によると、１５〜３０％間隔の公称断面積を有する複数のクラッドパイプを在庫として保有しておけば、ガラスロッド及びクラッドパイプの送り比を調整することで、広範囲の仕様の光ファイバ母材を製造することができるため、最小限の種類による好適なクラッドパイプの在庫が実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る光ファイバ母材の製造方法の各工程を示す工程図である。
【００１８】
まず、コア用の複数のガラスロッドから１つのガラスロッドを選択する（工程Ｓ１１）。ガラスロッドは、例えばＶＡＤ法やＭＣＶＤ法を用いて別工程で形成されたガラスロッド（又はコア及びクラッドの一部となる部分を含むものもある）を用いる。上記１つのガラスロッドは、予め用意した複数のガラスロッドから任意に選択すればよく、例えばコア及びクラッドの一部となる部分を含むＶＡＤロッドからなる。
【００１９】
次に、与えられた仕様に基づいて、製造する光ファイバ母材における、コアの直径に対するクラッドの外径（母材の外径）の比率であるコアクラッド比Ｃ／Ｃの目標値（目標Ｃ／Ｃ値）を決定する（工程Ｓ１２）。このコアクラッド比Ｃ／Ｃは光ファイバ母材の屈折率が大きいものほど大きくなる。ここで、与えられた仕様のカットオフ波長λｃは例えば１．２８であり、これを目標カットオフ波長λｃとしている。この目標カットオフ波長λｃを得るための目標Ｃ／Ｃ値は、下記式（Ｉ）によって決定することができる。
【００２０】
目標Ｃ／Ｃ値＝１４．５×（ΔＮ／０．３５０）０．５×Ｋ　　　　　…（Ｉ）
【００２１】
すなわち、上記目標Ｃ／Ｃ値は理想状態の１４．５に（ΔＮ／０．３５０）０．５及びＫの補正項を掛けたものである。ここで、（ΔＮ／０．３５０）０．５の項は比屈折率差の補正項であり、ΔＮはコア・クラッド間の比屈折率差を意味する。ΔＮの標準値は０．３５０であり、このΔＮを０．３５０で割った値の平方根の項を目標Ｃ／Ｃの値に乗じることによって、比屈折率差の補正を行う。一方、上記Ｋの項は形状の補正項であり、その標準値は１．００であるが、コアガラスの製造に用いるすす付けバーナの器差などによってＫが１．００以外の値をとる。このため、目標Ｃ／Ｃの値にＫを乗じて補正を行う。例えば、ΔＮが０．３３０〜０．３７０であり、またＫが０．９５〜１．００である場合、目標Ｃ／Ｃ値は１３．３８〜１４．９１となる。
【００２２】
次に、選択された１つのガラスロッドの比屈折率差ΔＮ及び断面積に基づいて、目標Ｃ／Ｃ値を得るために必要なクラッドパイプの断面積の目標値（目標断面積Ｓ）を算出する（工程Ｓ１３）。目標断面積Ｓは下記式（ＩＩ）から算出することができる。
【００２３】
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【００２４】
上記ＤｖはＶＡＤロッドの外径を表し、またｄはＶＡＤロッドに含まれるコアの直径を表している（図２参照）。さらに、Ｖはガラスロッドとクラッドパイプとの炉への挿入速度の比率である送り比を表している。上記｛Ｓ＋（π／４）×（Ｄｖ×Ｖ０．５）２］の項は、一体化後の母材の面積を表し、［｛Ｓ＋（π／４）×（Ｄｖ×Ｖ０．５）２］・（４／π）］０．５の項は、一体化した母材の外径を表している。そして、Ｄｖ及びｄにＶ０．５の項が掛けられることで、送り比Ｖの平方根を掛けたものが見かけ上のＶＡＤロッド外径及びコアの直径となっている。
【００２５】
上記工程Ｓ１３で目標断面積Ｓを算出した後、在庫にある複数のクラッドパイプのうちから目標断面積Ｓに最も近い断面積を有するクラッドパイプを選択する（パイプ選択工程Ｓ１４）。クラッドパイプは、例えばＯＶＤ法などで形成したガラス微粒堆積体の軸心に孔を設けた後、脱水・焼結を行って透明ガラス化することによって製造される。ここで、上記複数のクラッドパイプは、公称断面積が最小値から最大値まで最小値の１５〜３０％間隔で変化するものであるとし、例えば、内径が同じで２種類以上の外径のものを用意する。尚、各クラッドパイプの断面積についてのデータベースが作成されているときには、工程Ｓ１３〜Ｓ１４をソフトウェアを用いて実行することも可能である。
【００２６】
上記工程Ｓ１４を実行した後、選択されたクラッドパイプ及びガラスロッドの組み合わせによって得られる光ファイバ母材について、コアの直径に対するクラッドの外径の比率の予想値（予想Ｃ／Ｃ値）又は予想カットオフ波長の少なくとも一方を算出する（工程Ｓ１５）。このとき、予想Ｃ／Ｃ値及び予想カットオフ波長のどちらを算出するかは適宜判断すればよく、両方を算出してもよい。
【００２７】
次に、上記算出された予想Ｃ／Ｃ値と上記目標Ｃ／Ｃ値との差、又は上記算出された予想カットオフ波長と上記与えられた仕様のカットオフ波長との差の少なくとも一方が所定の範囲内にあるか否かを判定する（第１判定工程Ｓ１６）。尚、送り比Ｖの初期値は１とし、ガラスロッドとクラッドパイプとの炉への挿入速度は等しいものとする。
【００２８】
上記第１判定工程Ｓ１６の判定がＹＥＳの場合には、上記組合せを用いて母材化を実行し、光ファイバ母材を製造する。母材化は公知の技術を用いて行えばよい。尚、母材化の前にガラスロッドとクラッドパイプとのクリアランスｃ（図２に示す）、すなわち、ガラスロッドの外径とクラッドパイプの内径との差を１／２した値が所定の範囲内にあるか否かを判定するのが望ましい。例えば、クリアランスｃが１ｍｍ〜３ｍｍにあれば、母材化を実行する一方、クリアランスｃが１ｍｍより小さいか、又は３ｍｍよりも大きいときには、母材化を中止すればよい。
【００２９】
一方、上記第１判定工程Ｓ１６の判定がＮＯの場合には、上記送り比Ｖの値を変更し、予想Ｃ／Ｃ又は予想セットオフ波長の少なくとも一方を再計算する（工程Ｓ１７）。このように送り比Ｖを変更することで、同じ寸法のクラッドパイプであっても広範囲のコアクラッド比Ｃ／Ｃを有する母材を製造することができる。
【００３０】
次に、送り比Ｖが所定の範囲内にあるかを判定する（第２判定工程Ｓ１８）。この送り比Ｖの所定の範囲は例えば０．８５〜１．０とする。この送り比Ｖの変化は母材化条件に大きな影響を及ぼすことから、一定の範囲にとどめることが必要である。従って、判定がＮＯのときには、母材化を中止する。この場合、別のクラッドパイプを新たに用意することや、ガラスロッドを延伸加工することなどによって、母材化を実行することが可能になる。
【００３１】
一方、上記第２判定工程Ｓ１８の判定がＹＥＳのときには、新たに算出された予想Ｃ／Ｃ値と上記目標Ｃ／Ｃ値との差、又は上記新たに算出された予想カットオフ波長と上記与えられた仕様のカットオフ波長との差との少なくとも一方が所定の範囲内にあるか否かを判定する（第３判定工程Ｓ１９）。そして、判定がＹＥＳの場合には、上記と同様に母材化を実行する。一方、判定がＮＯの場合には、上記工程Ｓ１７を実行し、送り比Ｖをさらに変更して再計算を行う。これにより、最適な送り比Ｖが得られる。尚、この繰返し計算はソフトウェアによって行われるのが望ましい。また、必ずしも、この繰返し計算を設けなくてもよく、上記判定がＮＯの場合には、母材化を中止してもよい。
【００３２】
従って、本発明の実施形態に係る光ファイバ母材の製造方法によると、従来の光ファイバ母材の製造方法では母材化が実行不能であるようなガラスロッド及びクラッドパイプの組み合わせであっても、送り比Ｖを変更することで母材化が可能となり、寸法の種類が少ないクラッドパイプから広範囲のクラッド比Ｃ／Ｃの光ファイバ母材を製造することができる。よって、最小限のクラッドパイプの在庫から広範囲の仕様を満たした光ファイバ母材が製造される。
【００３３】
また、送り比を所定の範囲内で変更することで、母材化の条件を極力一定にして製造条件の最適化を行うことができる。よって、光ファイバ母材の輝点及びコア偏心の発生を抑制することができる。
【００３４】
さらに、送り比Ｖを変更することで寸法の種類が少ないクラッドパイプから広範囲のクラッド比Ｃ／Ｃの光ファイバ母材を製造することができるため、公称断面積が最小値から最大値まで最小値の１５〜３０％間隔で変化する複数のクラッドパイプを在庫として保有しておけば、広範囲のコアクラッド比Ｃ／Ｃを有する光ファイバ母材の製造をカバーすることが可能となる。従って、上記実施形態の作用効果により、寸法の種類が少ない好適なクラッドパイプの在庫が実現できる。
【００３５】
【実施例】
次に、具体的に実施した実施例について説明する。ＶＡＤロッド外径Ｄｖが５０ｍｍのガラスロッドを６本と、外径が２００ｍｍで内径が５４ｍｍのクラッドパイプ３本及び外径が１８０ｍｍで内径が５４ｍｍのクラッドパイプ３本とを用意して、各々のガラスロッドとクラッドパイプとの組み合わせで上記実施形態に係る光ファイバ母材の製造方法を実施した結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
この表１の結果から、内径が同じで外径の異なる２種類の公称値のクラッドパイプを用意すれば、ＶＡＤの器差やすす付け条件による製造時のばらつきを相当な広範囲でカバーすることが可能であることが判った。
【００３８】
すなわち、外径の大きいパイプと外径の小さいパイプとの公称断面積の比率が１．２６のときに、これらの２種類のクラッドパイプのみを用いても、送り比Ｖを１．００又は０．８５に適切に調整することで、コアクラッド比Ｃ／Ｃが３．６〜４．３という広範囲に亘り母材化条件を一定にできることが判明した。
【００３９】
従って、本発明の光ファイバ母材の製造方法によって、最小限のクラッドパイプの在庫から広範囲の仕様を満たした光ファイバ母材を製造できることが判った。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明の光ファイバ母材の製造方法によると、与えられた仕様に基づく目標Ｃ／Ｃ値を得るために選択されたクラッドパイプ及びガラスロッドの組み合わせによって得られる光ファイバ母材について、予想Ｃ／Ｃ値又は予想カットオフ波長の少なくとも一方が所定の範囲外にあるときに、ガラスロッドとクラッドパイプとの送り比を変更した後、予想Ｃ／Ｃ値又は予想カットオフ波長を再計算する工程を包含させたことにより、最小限のクラッドパイプの在庫により、多くの仕様を満たした光ファイバ母材が製造されると共に、光ファイバ母材の輝点及びコア偏心の発生を抑制することができる。
【００４１】
請求項２の発明によると、パイプ選択工程で選択される複数のクラッドパイプは、公称断面積が最小値から最大値まで最小値の１５〜３０％間隔で変化するものとしたことにより、好適なクラッドパイプの在庫が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバ母材の製造方法の工程を示す工程図である。
【図２】ロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１１　ガラスロッド
１２　クラッドパイプ
１３　電気炉
１４　光ファイバ母材
λｃ　カットオフ波長
Ｓ　目標断面積
Ｃ／Ｃ　コアクラッド比
Ｖ　送り比
【図１】
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【図２】
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