(57)【要約】【課題】光ファイバ素線の外径変動を抑制し、伝送損失特性の良好な光ファイバ素線の製造方法を提供する。【解決手段】紡糸炉１の炉心管１１内に光ファイバ母材２を収容し、この光ファイバ母材２を加熱して溶融紡糸する際、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１を２５ｍｍ以下、又は前記クリアランスの断面積を８０００ｍｍ２以下とする。より好ましくは、前記クリアランスの距離Ｌ１が２５ｍｍ以下、且つ前記クリアランスの断面積が８０００ｍｍ２以下である。前記クリアランスの距離Ｌ１は、３ｍｍ以上にすることが好ましい。本発明は、炉心管内径Ｌ２が１００ｍｍ以上の場合に有効である。【選択図】    図１
2004352549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紡糸炉の炉心管内に光ファイバ母材を収容し、この光ファイバ母材を加熱して溶融紡糸する際、炉心管の内径が１００ｍｍ以上であって、炉心管と光ファイバ母材のクリアランスの距離を２５ｍｍ以下とすることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
【請求項２】
炉心管の内径が１００ｍｍ以上であって、炉心管と光ファイバ母材のクリアランスの断面積を８０００ｍｍ２以下とすることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
【請求項３】
炉心管と光ファイバ母材のクリアランスの距離を３ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ素線の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの製造方法によって製造され、外径変動が０．２μｍ以下であることを特徴とする光ファイバ素線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ素線の製造方法に関するものである。特に、紡糸炉の炉心管内に光ファイバ母材を収容し、この光ファイバ母材を加熱して溶融紡糸する際の炉心管と光ファイバ母材のクリアランスを調整し、得られる光ファイバ素線の外径変動を抑制できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の光ファイバ素線の製造装置の一例を示す概略構成図である。図４において、符号１は紡糸炉を示す。この紡糸炉１は、その内部に光ファイバ母材２を回転可能にかつ軸方向に移動可能に取り付け、不活性ガス雰囲気中で光ファイバ母材２の下端部を溶融紡糸するものである。
【０００３】
紡糸炉１内に石英ガラス系を主成分とする光ファイバ母材２を収容し、その先端部分を約２０００℃で高温加熱し、溶融紡糸して、径１２５μｍの光ファイバ裸線３とする。次に、光ファイバ裸線３を冷却筒４に送り込む。冷却筒４は、ヘリウムや窒素ガスなどの冷却用ガスが供給されていて、紡糸炉１において溶融紡糸された高温の光ファイバ裸線３を次工程の一次被覆層の形成に好適な約５０〜１００℃まで冷却する。
【０００４】
冷却筒４で冷却された光ファイ裸線３は、一次被覆層形成用のコータ５およびＵＶランプ６において紫外線硬化型樹脂などからなる一次被覆層で被覆され、さらに二次被覆層形成用のコータ７およびＵＶランプ８により紫外線硬化型樹脂などからなる二次被覆層で被覆され、径２５０μｍの光ファイバ素線９となる。
【０００５】
最後に、一次及び二次被覆を終えた光ファイバ素線９は、ターンプーリ１０において別方向に向きを変え、引き取り機１１、ダンサーロール１２を経て、巻き取りドラム１３に巻き取られる。
近時、光ファイバ素線の生産性を高めるために紡糸速度を高める傾向にあり、１０００ｍ／分以上の線速で上記の紡糸過程が行われている。
【０００６】
ところで、光ファイバの伝送損失には光ファイバの材料固有の要因と外的要因によるものがある。後者である外的要因のひとつに、光ファイバの外径変動がある。光ファイバの外径が均一でないと、ファイバ相互間の溶融接続やコネクタによる接続などの際に伝送損失特性が悪化するという問題が生じる。
【０００７】
光ファイバを溶融紡糸した際の外径変動を改善することを試みた従来の技術のうち、紡糸炉と冷却装置との間に光ファイバ裸線を囲う囲い筒を設けたものがある（例えば、特許文献１参照。）。また、紡糸炉上部の固定密閉板に隙間を設けたものなどもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−０７５１４６号公報
【特許文献２】
特開平１１−０７９７７７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年、通信技術の発展に伴い多種多様の光ファイバが製造されるようになってきている。また、光ファイバ母材の外径にも様々なものがある。同一の紡糸炉によりこれら異なる外径の光ファイバ母材を溶融紡糸すると、時として得られた光ファイバ素線の外径変動率が大きく、安定した品質の光ファイバ素線を製造できないことがある。
【００１０】
したがって、本発明における課題は、紡糸炉の炉心管内に光ファイバ母材を収容し、この光ファイバ母材を加熱して溶融紡糸する際、光ファイバ素線の外径変動を抑制し、伝送損失特性の良好な光ファイバ素線を製造できるようにすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、請求項１の発明は、紡糸炉の炉心管内に光ファイバ母材を収容し、この光ファイバ母材を加熱して溶融紡糸する際、炉心管の内径が１００ｍｍ以上であって、炉心管と光ファイバ母材のクリアランスの距離を２５ｍｍ以下とする光ファイバ素線の製造方法を提供する。
請求項２の発明は、炉心管の内径が１００ｍｍ以上であって、炉心管と光ファイバ母材のクリアランスの断面積を８０００ｍｍ２以下とする光ファイバ素線の製造方法を提供する。
【００１２】
請求項３の発明は、炉心管と光ファイバ母材のクリアランスの距離を３ｍｍ以上とする請求項１又は２記載の光ファイバ素線の製造方法を提供する。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの製造方法によって製造され、外径変動が０．２μｍ以下である光ファイバ素線を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光ファイバ素線の製造方法に使用される紡糸炉の一例を示す概略図である。
図１において、符号１は紡糸炉を示す。紡糸炉１はヒータ１２を有し、このヒータ１２は、炉心管１１に収容した光ファイバ母材２を約２０００℃で溶融紡糸する際の加熱源となるものである。
【００１４】
炉心管１１は、内径Ｌ２約１００〜１５０ｍｍ、厚さ約２〜４ｍｍ、長さ約７００〜１１００ｍｍの筒状体であり、カーボンからできている。この炉心管１１内部は、丸棒状の光ファイバ母材２を回転可能にかつ軸方向に移動可能であるように収容するようになっている。
また、炉心管１１にはガス導入部１３が設けられていて、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスがガス導入部１３から炉心管１１内へ供給される。
【００１５】
これらの不活性ガスには、光ファイバ母材２を溶融紡糸する際、光ファイバ母材２の溶融部の温度変動を抑制したり、炉心管１１に発生する不純物を排出したりするなどの役割がある。
炉心管１１に供給されたガスは、紡糸炉上部の開口部１４から炉心管内で発生した不純物とともに外部へ排出されるようになっている。
【００１６】
本発明者らは、上記の光ファイバ母材２を溶融紡糸する際の紡糸炉１において、炉心管１１内面と光ファイバ母材２の表面の間隙（クリアランス）に着目し、研究した結果、クリアランスの距離Ｌ１が小さければ小さいほど、又は、クリアランスの断面積が小さければ小さいほど、溶融紡糸された光ファイバ素線の外径変動が減少するということを知見した。
【００１７】
クリアランスの断面積は、図１において斜線部で示され、以下の式で表す。
【００１８】
π（Ｌ２２−Ｌ３２）
Ｌ２：炉心管内径
Ｌ３：光ファイバ母材の外径
【００１９】
光ファイバ素線の外径変動については、小さければ小さいほど良いが、ファイバ相互間の溶融接続やコネクタによる接続などの際の伝送損失特性の観点から、０．２μｍ以下であることが好ましい。
光ファイバ素線の外径変動を０．２μｍ以下に抑えるためには、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１を２５ｍｍ以下に調整することが好ましく、１５ｍｍ以下がより好ましい。
【００２０】
また、光ファイバ素線の外径変動を０．２μｍ以下に抑えるためには、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）を８０００ｍｍ２以下に調整することが好ましく、４０００ｍｍ２以下がより好ましい。さらには、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１を２５ｍｍ以下にし、かつ前記クリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）を８０００ｍｍ２以下に調整することで外径変動を極めて小さくすることができるので最も好ましい。
【００２１】
炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスが小さければ小さいほど、得られる光ファイバ素線の外径変動は減少する。しかし、クリアランスが小さすぎると、光ファイバ母材２を炉心管１１に取り付ける際にこれらが接触したり、光ファイバ母材２の曲がり具合などによって光ファイバ母材２が部分的に炉心管１１に接触したりするなどの不具合が生じやすくなるため、前記クリアランスの距離Ｌ１は３ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２２】
なお、本発明は、炉心管内径Ｌ２が１００ｍｍ以上の場合に限り有効であり、炉心管内径Ｌ２が１００ｍｍ未満の場合はその限りでない。炉心管内径Ｌ２が１００ｍｍ未満であると、後述する実施例にあるようなクリアランスの距離Ｌ１と光ファイバ径Ｌ３、あるいはクリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）と光ファイバ径Ｌ３の関係は成り立たないためである。
【００２３】
【実施例】
以下、具体的な実施例を用いて本発明の効果を明らかにする。
【００２４】
実施例１
図１に示したような紡糸炉１を使用し、光ファイバ素線を製造した。
まず、ＶＡＤ法により石英ガラス系を主成分とする光ファイバ母材２を形成した。この光ファイバ母材２は、長さ約１０００〜２０００ｍｍ、径Ｌ３約６０〜１３５ｍｍの丸棒状のものである。この光ファイバ母材２を炉心管１１内部に回転可能にかつ軸方向に移動可能なように取り付けた。
【００２５】
次に、炉心管１１にガス導入部１３からヘリウムガスを供給し、ヒータ１２により炉心管１１内部の温度が約２０００℃となるように調整した。光ファイバ母材２を焼く１８００℃に加熱し、１０００ｍ／分の速度で径約１２５μｍ、波長１．５５μｍ伝送用シングルモードファイバを溶融紡糸した。
【００２６】
次いで、溶融紡糸された光ファイバ裸線３を図示しない冷却筒に送り、冷却した。冷却筒は、ヘリウムや窒素などの不活性ガスが供給されていて、内部温度は約３０℃に保たれている。この冷却筒において、光ファイバ裸線３を約０．５秒間、約７０℃まで冷却した。
さらに、冷却した光ファイバ裸線３を図示しないコータ及びＵＶランプに送り、ウレタンアクリルート紫外線硬化型樹脂で一次及び二次被覆を行い、外径約２５０μｍの光ファイバ素線とした。
【００２７】
光ファイバ母材の外径Ｌ３、炉心管の内径Ｌ２、クリアランスの距離Ｌ１、及びクリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）を変え、各条件において得られた光ファイバ素線の外径変動について調べた結果を表１に示す。なお、光ファイバ素線の外径は、図示しない外径測定器が紡糸炉１の出口付近に備えられていて、これにより測定される。
【００２８】
【表１】
2004352549.tif 000003
【００２９】
クリアランスの距離Ｌ１と光ファイバ素線の外径変動の関係を示すグラフを図２に示す。
クリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）と光ファイバ素線の外径変動の関係を示すグラフを図３に示す。
【００３０】
図２より、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１が２５ｍｍ以下のとき、外径変動が約０．２μｍ以下の光ファイバ素線が得られることが分かる。より好ましくは、前記クリアランスの距離が１５ｍｍ以下のとき、外径変動が約０．１μｍ以下の光ファイバ素線が得られることが分かる。
【００３１】
また、図３より、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）が８０００ｍｍ２以下のとき、外径変動が約０．２μｍ以下の光ファイバ素線が得られることが分かる。より好ましくは、前記クリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）が４０００ｍｍ２以下のとき、外径変動が約０．１μｍ以下の光ファイバ素線が得られることが分かる。
【００３２】
さらに、表１より、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１が２５ｍｍ以下であって、かつ前記クリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）が８０００ｍｍ２以下のとき、外径変動が約０．２μｍ以下の光ファイバ素線が得られることが分かる。
【００３３】
上記のように、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１又は断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）を縮小させると、得られる光ファイバ素線の外径変動が抑制されることがわかった。すなわち、使用する光ファイバ母材２の径に合わせて、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１が２５ｍｍ以下、又は、前記クリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）が８０００ｍｍ２以下、より好ましくは、前記クリアランスの距離Ｌ１が２５ｍｍ以下であって、且つ前記クリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）が８０００ｍｍ２以下であるような炉心管１１を選択することによって、外径変動が０．２μｍ以下である光ファイバ素線が製造できることがわかった。
【００３４】
炉心管１１と光ファイバ母材２の間にはガス導入部１３より供給されたヘリウムガスが上方向に向かって流れていて、前記クリアランスの距離Ｌ１又は断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）を縮小することによって、前記ガスの対流速度が安定する。前記クリアランスの距離Ｌ１又は断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）を縮小することによって得られる光ファイバ素線の外径変動が抑制されるのは、光ファイバ母材２が溶融紡糸される際、前記ガスによる光ファイバ母材２の溶融部の温度変動の抑制や、炉心管１１内に発生する不純物の排出などの効率が良くなることが原因と考えられる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明による光ファイバ素線の製造方法は、紡糸炉の炉心管内に光ファイバ母材を収容し、この光ファイバ母材を加熱して溶融紡糸する際、炉心管１１の内径Ｌ２が１００ｍｍ以上であって、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１を２５ｍｍ以下とするものであるので、外径変動の小さい光ファイバ素線が製造できる。
請求項２の発明による光ファイバ素線の製造方法は、炉心管１１の内径Ｌ２が１００ｍｍ以上であって、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）を８０００ｍｍ２以下とするものであるので、外径変動の小さい光ファイバ素線が製造できる。
【００３６】
請求項３の発明による光ファイバ素線の製造方法は、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１が３ｍｍ以上２５ｍｍ以下、又は、前記クリアランスの距離Ｌ１が３ｍｍ以上であってクリアランスの断面積π（Ｌ２２−Ｌ３２）が８０００ｍｍ２以下とするものであるので、光ファイバ母材２と炉心管１１が接触することなく、外径変動の小さい光ファイバ素線が製造できる。
請求項４の発明による光ファイバ素線は、請求項１ないし３のいずれかの製造方法によって製造され、外形変動が０．２μｍ以下であるので、これの接続時の伝送損失特性は良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ素線の製造方法に使用される光ファイバ素線の製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】光ファイバ母材と炉心管のクリアランスの距離と光ファイバ素線の外径変動の関係を示すグラフである。
【図３】光ファイバ母材と炉心管のクリアランスの断面積と光ファイバ素線の外径変動の関係を示すグラフである。
【図４】従来の光ファイバ素線の製造装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・紡糸炉、２・・・光ファイバ母材、３・・・光ファイバ裸線、１１・・・炉心管、１２・・・ヒータ、１３・・・ガス導入部、１４・・・ガス排出部、Ｌ１・・・クリアランスの距離、Ｌ２・・・炉心管内径、Ｌ３・・・光ファイバ母材。
【図１】
2004352549.tif 000004
【図２】
2004352549.tif 000005
【図３】
2004352549.tif 000006
【図４】
2004352549.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月9日(2003.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
π（Ｌ２２−Ｌ３２）／４
Ｌ２：炉心管内径
Ｌ３：光ファイバ母材の外径


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、光ファイバ素線の外径変動を０．２μｍ以下に抑えるためには、炉心管１１と光ファイバ母材２の上記クリアランスの断面積を８０００ｍｍ２以下に調整することが好ましく、４０００ｍｍ２以下がより好ましい。
さらには、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１を２５ｍｍ以下にし、かつ前記クリアランスの断面積を８０００ｍｍ２以下に調整することで外径変動を極めて小さくすることができるので最も好ましい。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
なお、本発明は、炉心管内径Ｌ２が１００ｍｍ以上の場合に限り有効であり、炉心管内径Ｌ２が１００ｍｍ未満の場合はその限りでない。炉心管内径Ｌ２が１００ｍｍ未満であると、後述する実施例にあるようなクリアランスの距離Ｌ１と光ファイバ径Ｌ３、あるいはクリアランスの断面積と光ファイバ径Ｌ３の関係は成り立たないためである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
次に、炉心管１１にガス導入部１３からヘリウムガスを供給し、ヒータ１２により炉心管１１内部の温度が約２０００℃となるように調整した。光ファイバ母材２を約１８００℃に加熱し、１０００ｍ／分の速度で径約１２５μｍ、波長１．５５μｍ伝送用シングルモードファイバを溶融紡糸した。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
光ファイバ母材の外径Ｌ３、炉心管の内径Ｌ２、クリアランスの距離Ｌ１、及びクリアランスの断面積を変え、各条件において得られた光ファイバ素線の外径変動について調べた結果を表１に示す。なお、光ファイバ素線の外径は、図示しない外径測定器が紡糸炉１の出口付近に備えられていて、これにより測定される。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
クリアランスの距離Ｌ１と光ファイバ素線の外径変動の関係を示すグラフを図２に示す。
クリアランスの断面積と光ファイバ素線の外径変動の関係を示すグラフを図３に示す。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
また、図３より、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの断面積が８０００ｍｍ２以下のとき、外径変動が約０．２μｍ以下の光ファイバ素線が得られることが分かる。より好ましくは、前記クリアランスの断面積が４０００ｍｍ２以下のとき、外径変動が約０．１μｍ以下の光ファイバ素線が得られることが分かる。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
さらに、表１より、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１が２５ｍｍ以下であって、かつ前記クリアランスの断面積が８０００ｍｍ２以下のとき、外径変動が約０．２μｍ以下の光ファイバ素線が得られることが分かる。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
上記のように、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１又は断面積を縮小させると、得られる光ファイバ素線の外径変動が抑制されることがわかった。すなわち、使用する光ファイバ母材２の径に合わせて、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１が２５ｍｍ以下、又は、前記クリアランスの断面積が８０００ｍｍ２以下、より好ましくは、前記クリアランスの距離Ｌ１が２５ｍｍ以下であって、且つ前記クリアランスの断面積が８０００ｍｍ２以下であるような炉心管１１を選択することによって、外径変動が０．２μｍ以下である光ファイバ素線が製造できることがわかった。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
炉心管１１と光ファイバ母材２の間にはガス導入部１３より供給されたヘリウムガスが上方向に向かって流れていて、前記クリアランスの距離Ｌ１又は断面積を縮小することによって、前記ガスの対流速度が安定する。前記クリアランスの距離Ｌ１又は断面積を縮小することによって得られる光ファイバ素線の外径変動が抑制されるのは、光ファイバ母材２が溶融紡糸される際、前記ガスによる光ファイバ母材２の溶融部の温度変動の抑制や、炉心管１１内に発生する不純物の排出などの効率が良くなることが原因と考えられる。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明による光ファイバ素線の製造方法は、紡糸炉の炉心管内に光ファイバ母材を収容し、この光ファイバ母材を加熱して溶融紡糸する際、炉心管１１の内径Ｌ２が１００ｍｍ以上であって、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１を２５ｍｍ以下とするものであるので、外径変動の小さい光ファイバ素線が製造できる。
請求項２の発明による光ファイバ素線の製造方法は、炉心管１１の内径Ｌ２が１００ｍｍ以上であって、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの断面積を８０００ｍｍ２以下とするものであるので、外径変動の小さい光ファイバ素線が製造できる。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
請求項３の発明による光ファイバ素線の製造方法は、炉心管１１と光ファイバ母材２のクリアランスの距離Ｌ１が３ｍｍ以上２５ｍｍ以下、又は、前記クリアランスの距離Ｌ１が３ｍｍ以上であってクリアランスの断面積が８０００ｍｍ２以下とするものであるので、光ファイバ母材２と炉心管１１が接触することなく、外径変動の小さい光ファイバ素線が製造できる。
請求項４の発明による光ファイバ素線は、請求項１ないし３のいずれかの製造方法によって製造され、外形変動が０．２μｍ以下であるので、これの接続時の伝送損失特性は良好である。