(57)【要約】【課題】ガラスファイバのカットオフ波長を所定の値にしつつその長手方向変動を抑制することができる線引方法及び線引装置を提供すること。【解決手段】  線引炉１２において加熱・溶融された光ファイバ母材２を線引きしてガラスファイバ３を形成する線引方法であって、光ファイバ母材の径方向の屈折率分布の長手方向変動を予め測定し、線引きの際に、ガラスファイバに生じている線引張力を測定し、その測定結果と光ファイバ母材の屈折率分布の長手方向変動の測定結果とに基づいて、ガラスファイバの径方向の屈折率分布の長手方向変動を抑制しつつガラスファイバのカットオフ波長が所定の値になるようにガラスファイバの線引張力を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線引炉において加熱・溶融された光ファイバ母材を線引きしてガラスファイバを形成する線引方法であって、  
前記光ファイバ母材の径方向の屈折率分布の長手方向変動を予め測定し、
線引きの際に、前記ガラスファイバに生じている線引張力を測定し、
前記線引張力の測定結果と前記光ファイバ母材の前記屈折率分布の前記長手方向変動の測定結果とに基づいて、前記ガラスファイバの径方向の屈折率分布の長手方向変動を抑制しつつ前記ガラスファイバのカットオフ波長が所定の値になるように前記ガラスファイバの線引張力を制御することを特徴とする線引方法。
【請求項２】
前記ガラスファイバの前記線引張力を測定する方法が非接触式であることを特徴とする請求項１に記載の線引方法。
【請求項３】
光を用いて前記ガラスファイバの前記線引張力を測定することを特徴とする請求項２に記載の線引方法。
【請求項４】
前記線引炉の炉温又は前記ガラスファイバの線速を制御することによって前記ガラスファイバの前記線引張力を調整することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の線引方法。
【請求項５】
線引炉において加熱・溶融された光ファイバ母材を線引きしてガラスファイバを形成する線引装置であって、
前記ガラスファイバに生じている線引張力を測定する張力測定装置と、
前記光ファイバ母材の径方向の屈折率分布の長手方向変動の測定結果と前記張力測定装置によって測定された前記線引張力とに基づいて、前記ガラスファイバの径方向の屈折率分布の長手方向変動を抑制しつつ前記ガラスファイバのカットオフ波長が所定の値になるように前記線引炉の炉温又は前記ガラスファイバの線速を制御する制御装置とを備えることを特徴とする線引装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ母材を線引きしてガラスファイバを形成する線引方法及び線引装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの特性の一つとしてカットオフ波長がある。このカットオフ波長が光ファイバの長手方向において略均一になるように光ファイバを製造する方法として、例えば、特許文献１記載の光ファイバの線引方法がある。
【０００３】
特許文献１に記載の方法では、光ファイバのカットオフ波長が線引き時の線引張力に依存すること、及び、カットオフ波長が光ファイバ母材の上記屈折率分布から推定可能であること、を利用している。より具体的に説明する。
【０００４】
まず、予め光ファイバ母材の長手方向の複数箇所において、光ファイバのカットオフ波長推定値を求める。その推定値と所望のカットオフ波長とから、所望のカットオフ波長になる目標線引張力を算出する。そして、光ファイバ母材を線引きする際に、ガラスファイバを樹脂で被覆した光ファイバに生じている線引張力を測定し、その測定結果が目標線引張力になるように線引張力を制御する。
【０００５】
上記特許文献１に記載の方法では、光ファイバが掛かっているターンプーリの軸に取り付けられた荷重計で光ファイバの線引張力を測定している。これに対して、ガラスファイバに生じている張力を測定する方法として、光を用いた方法が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献２に記載の方法では、ガラスファイバの側方から光を照射し、ガラスファイバを通過した光を検出する。ガラスファイバに張力が生じていると、ガラスファイバを通過する光に、その張力に応じた複屈折が生じる。これにより、通過した光の偏光状態は、ガラスファイバに照射された光の偏光状態から変化する。特許文献２に記載の方法では、ガラスファイバを通過することによって光に生じた偏光状態の変化から、ガラスファイバに生じている張力を測定する。
【特許文献１】特開平８−２１７４８１号公報
【特許文献２】国際公開第０３／０５６２８８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１に記載の方法のように、カットオフ波長推定値に応じて線引張力を制御しながら光ファイバ母材を線引きしても、光ファイバのカットオフ波長が長手方向において変動する場合がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ガラスファイバのカットオフ波長を所定の値にしつつその長手方向変動を抑制することができる線引方法及び線引装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、ガラスファイバの長手方向におけるカットオフ波長変動を抑制することに関して鋭意検討した。そして、上記特許文献１に記載の技術では、ガラスファイバが樹脂で被覆された光ファイバに生じている線引張力（以下、被覆後張力という）を測定しているのでカットオフ波長の変動が残ることを見出した。
【００１０】
すなわち、ガラスファイバのカットオフ波長に影響を与えるのは、光ファイバ母材から線引きされたガラスファイバに生じている線引張力である。被覆後張力は、ガラスファイバ自体に生じている線引張力（以下、ガラス張力という）と被覆層自体に作用する線引張力の和である。本発明者らが検討したところガラス張力と被覆後張力は一対一の対応関係にないことが判明した。そのため、被覆後張力をその測定結果に基づいて制御してもガラス張力を一定に保つことにはならずカットオフ波長の変動が残る。
【００１１】
そこで、本発明に係る線引方法は、線引炉において加熱・溶融された光ファイバ母材を線引きしてガラスファイバを形成する線引方法であって、光ファイバ母材の径方向の屈折率分布の長手方向変動を予め測定し、線引きの際に、ガラスファイバに生じている線引張力を測定し、線引張力の測定結果と光ファイバ母材の屈折率分布の長手方向変動の測定結果とに基づいて、ガラスファイバの径方向の屈折率分布の長手方向変動を抑制しつつガラスファイバのカットオフ波長が所定の値になるようにガラスファイバの線引張力を制御することを特徴とする。
【００１２】
この方法では、光ファイバ母材における上記屈折率分布の長手方向変動の測定結果と、線引きの際にガラスファイバに生じている線引張力の測定結果とに基づいて、上記のようにガラスファイバの線引張力が制御される。そのため、樹脂からなる被覆層を有する光ファイバに生じている線引張力に基づいて制御する場合よりも、ガラスファイバの上記屈折率分布の長手方向変動が正確に抑えられる。そして、カットオフ波長は、ガラスファイバの径方向の屈折率分布に依存しているので、カットオフ波長を所定の値にしつつカットオフ波長がガラスファイバの長手方向において変動することを抑制できる。
【００１３】
また、本発明に係る線引方法においては、ガラスファイバの線引張力を測定する方法が非接触式であることが好ましい。この場合には、ガラスファイバが破損しにくく、また、ガラスファイバに傷が生じにくい。
【００１４】
更に、本発明に係る線引方法においては、光を用いてガラスファイバの線引張力を測定することが好ましい。ガラスファイバの側方から光を照射し、ガラスファイバに生じている線引張力によって光に生じた変化を検出することで、ガラスファイバの線引張力を測定できる。
【００１５】
更にまた、本発明に係る線引方法では、線引炉の炉温又はガラスファイバの線速を制御することによってガラスファイバの線引張力を調整することが好適である。炉温を制御することによって、光ファイバ母材の粘度が変化し線引張力が変化する。また、線速を制御することによって、ガラスファイバを引っ張る力が変化し、線引張力が変化する。
【００１６】
また、本発明に係る線引装置は、線引炉において加熱・溶融された光ファイバ母材を線引きしてガラスファイバを形成する線引装置であって、ガラスファイバに生じている線引張力を測定する張力測定装置と、光ファイバ母材の径方向の屈折率分布の長手方向変動の測定結果と張力測定装置によって測定された線引張力とに基づいて、ガラスファイバの径方向の屈折率分布の長手方向変動を抑制しつつガラスファイバのカットオフ波長が所定の値になるように線引炉の炉温又はガラスファイバの線速を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１７】
この線引装置では、光ファイバ母材の線引時にガラスファイバに生じている線引張力が張力測定装置によって測定される。そして、その測定結果と光ファイバ母材の上記屈折率分布の長手方向変動とに基づいて、制御装置が、線引炉の炉温又はガラスファイバの線速を上記のように制御する。炉温又はガラスファイバの線速は、ガラスファイバの上記屈折率分布の長手方向変動を抑制しつつカットオフ波長が所定の値になるように制御されるので、ガラスファイバのカットオフ波長を所定の値とすることができ、その長手方向変動を抑制できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ガラスファイバのカットオフ波長を所定の値にしつつその長手方向変動を抑制することができる線引方法及び線引装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して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。
【００２０】
図１は、本実施形態の線引装置１の構成を示す模式図である。線引装置１は、光ファイバ母材２を線引きしてガラスファイバ３を形成するとともに、そのガラスファイバ３の外周に樹脂を被覆して光ファイバ４を製造する装置である。
【００２１】
線引装置１は、母材送り出し装置１１、線引炉１２、塗布器１３，１４、紫外線照射装置１５，１６、ガイドローラ１７、キャプスタン１８及び巻取りドラム１９を有する。
【００２２】
母材送り出し装置１１は、光ファイバ母材２を保持し、光ファイバ母材２を線引炉１２内に配置する。線引炉１２は、光ファイバ母材２の一端部を加熱・溶融し、線引きしてガラスファイバ３を形成するための装置である。
【００２３】
塗布器１３及び紫外線照射装置１５は、ガラスファイバ３の線引方向において線引炉１２の下流に配置されている。塗布器１３は、ガラスファイバ３の外周に紫外線硬化型の樹脂を塗布する。紫外線照射装置１５は、塗布器１３によって塗布された樹脂に紫外線を照射して硬化させて第１の被覆層を形成する。
【００２４】
また、塗布器１４及び紫外線照射装置１６は、紫外線照射装置１５の下流に配置されている。塗布器１４は、第１の被覆層の外周に紫外線硬化型の樹脂を塗布する。紫外線照射装置１６は、塗布器１４によって塗布された樹脂に紫外線を照射して硬化させて第２の被覆層を形成し、第１及び第２の被覆層を有する光ファイバ４を形成する。
【００２５】
キャプスタン１８は、ベルト１８ａとローラ１８ｂとを含んで構成されており、ベルト１８ａの回転とローラ１８ｂの回転とにより光ファイバ４を引き取って巻取りドラム１９に送りだす。キャプスタン１８に引き取られる光ファイバ４はガイドローラ１７により走行方向が変えられる。巻取りドラム１９は、光ファイバ４を巻き取る。
【００２６】
線引装置１は、外径測定装置２１、張力測定装置２２、外径測定装置２３及び荷重計２４を更に有する。外径測定装置２１は、線引炉１２と塗布器１３との間に配置されており、ガラスファイバ３の外径を測定する。外径測定装置２３は、紫外線照射装置１６とガイドローラ１７との間に配置されており、被覆後の光ファイバ４の外径を測定する。外径測定装置２１，２３は、例えば、レーザを用いた非接触式の測定装置である。
【００２７】
張力測定装置２２は、外径測定装置２１と塗布器１３との間に配置されている。張力測定装置２２は、線引きの際にガラスファイバ３に生じている線引張力を測定する。
【００２８】
張力測定装置２２は、光を用いて線引張力を測定する。より具体的には、張力測定装置２２は、ガラスファイバ３の側方から円偏光の光を照射し、ガラスファイバ３を通過した光を検出する。ガラスファイバ３には線引張力によって作用する複屈折が生じているため、通過した光は楕円偏光に変化する。この偏光状態の変化はガラスファイバ３に生じている線引張力の大きさに依存する。
【００２９】
張力測定装置２２は、ガラスファイバ３を通過した光に生じた偏光状態の変化に基づいて線引張力を算出する。なお、張力測定装置２２で測定されたガラスファイバ３に生じている線引張力をガラス張力とも称す。
【００３０】
また、荷重計２４は、ガイドローラ１７の中心軸に取り付けられており、光ファイバ４に生じている張力によってガイドローラ１７に加えられる力を測定する。この力は、光ファイバ４に生じている線引張力に応じて変化するので、荷重計２４で測定される力を光ファイバ４に生じている線引張力とみなせる。荷重計２４で測定される線引張力を被覆後張力とも称す。
【００３１】
線引装置１は、制御装置２５を更に有する。制御装置２５は、コンピュータであって、線引炉１２、張力測定装置２２、荷重計２４及びキャプスタン１８に電気的に接続されている。制御装置２５には、張力測定装置２２の測定結果及び荷重計２４の測定結果が入力される。
【００３２】
制御装置２５は、光ファイバ母材２の径方向の屈折率分布の長手方向変動の測定結果及び張力測定装置２２の測定結果に基づいて、ガラスファイバ３の径方向の屈折率分布の長手方向変動を抑制しつつガラスファイバ３のカットオフ波長が所定の値になるようにガラスファイバ３の線引張力を制御する。上記所定の値とは、形成されるガラスファイバ３が有すべきカットオフ波長である。
【００３３】
制御装置２５による線引張力の制御についてより具体的に説明する。光ファイバ母材２の上記屈折率分布からガラスファイバ３のカットオフ波長の推定値を算出する。更に、そのカットオフ波長の推定値に基づいて、上記所定のカットオフ波長とするための目標線引張力を算出する。そして、張力測定装置２２で測定されたガラス張力がその目標線引張力になるように線引炉１２の炉温又はキャプスタン１８を制御する。線引炉１２の炉温を調整すれば、光ファイバ母材２の粘性が変化するので、ガラス張力を制御できるようになっている。また、キャプスタン１８によって、光ファイバ４の引き取り速度を変化させれば、ガラスファイバ３の線速が変わる。この場合、ガラスファイバ３が引っ張られる力が変化するためガラス張力を制御できるようになっている。
【００３４】
次に、ガラスファイバ３の線引方法について説明する。
【００３５】
まず、線引き開始前に、光ファイバ母材２の長手方向の複数箇所において径方向の屈折率分布をプリフォームアナライザで予め測定しておく。光ファイバ母材２の上記屈折率分布は長手方向においてわずかに変化している。そのため、上記測定は、光ファイバ母材２の上記屈折率分布の長手方向変動の測定に相当する。この測定の結果を制御装置２５に入力する。
【００３６】
次に、光ファイバ母材２を母材送り出し装置１１に設置し、線引炉１２内に配置する。線引炉１２によって光ファイバ母材２の一端が加熱・溶融され、引っ張られてガラスファイバ３が形成される。そのガラスファイバ３の外径が外径測定装置２１で測定される。続いて、ガラスファイバ３に生じている線引張力（ガラス張力）が張力測定装置２２によって測定される。張力測定装置２２で測定されたガラス張力は、制御装置２５に入力される。
【００３７】
張力測定装置２２を通過したガラスファイバ３は、塗布器１３及び紫外線照射装置１５を順に通過する。これにより、ガラスファイバ３上に第１の被覆層が形成される。
【００３８】
紫外線照射装置１５を通過したガラスファイバ３は、塗布器１４及び紫外線照射装置１６を通過して、第１の被覆層の外周に第２の被覆層が形成される。これによって、ガラスファイバ３上に２層の被覆層を有する光ファイバ４が得られる。この光ファイバ４の外径が外径測定装置２３で測定される。外径測定装置２３を通過した光ファイバ４は、ガイドローラ１７及びキャプスタン１８を経て巻取りドラム１９に巻き取られる。
【００３９】
この線引方法においては、光ファイバ母材２を線引きする際の線引張力を、予め測定されていた光ファイバ母材２の径方向の屈折率分布の長手方向変動の測定結果及び線引き時に張力測定装置２２で測定されたガラス張力に基づいて、制御装置２５によって次のように制御する。
【００４０】
すなわち、光ファイバ母材２の径方向の屈折率分布の長手方向変動を相殺しガラスファイバ３の径方向の屈折率分布の長手方向変動を抑制するように線引張力を制御するとともに、ガラスファイバ３のカットオフ波長が所定の値になるように線引張力を制御する。なお、線引張力の調整は、線引炉１２の炉温又はキャプスタン１８の引き取り速度を調整して制御する。
【００４１】
次に、図２〜図５を参照して、上記線引方法によって、ガラスファイバ３のカットオフ波長を所定の値にしつつ、ガラスファイバ３におけるカットオフ波長の長手方向変動を抑制可能なことを説明する。
【００４２】
図２は、ガラス張力とカットオフ波長との関係を示すグラフである。図２に示すカットオフ波長は、次のようにして形成したガラスファイバ３のカットオフ波長である。すなわち、１つの光ファイバ母材２を線引きする際に、ガラスファイバ３の線速を３段階に変化させた。そして、各線速においてガラス張力を変化させながら光ファイバ母材２を線引きした。そして、ガラスファイバ３において、各ガラス張力において線引きされた領域でのカットオフ波長を求めた。図２中の、菱形、四角形、三角形の各印は、３段階に変化させた各線速における測定結果に対応する。
【００４３】
図２に示すように、ガラス張力とカットオフ波長とは相関関係がある。カットオフ波長は、線引き中には測定できないが、上記のようにガラス張力とカットオフ波長とに相関があるので、上記線引方法で示したように、ガラス張力を制御することによって確かにカットオフ波長を制御できる。
【００４４】
また、図３は、ガラス張力とカットオフ波長誤差Δλｃとの関係を示すグラフである。カットオフ波長誤差Δλｃとは、光ファイバ母材２の径方向の屈折率分布から得られるカットオフ波長の予測値と、ガラスファイバ３のカットオフ波長の実測値との差である。実測値は、光ファイバ母材２を線引きする際に、ガラス張力（ガラスファイバ３の線引張力）を段階的に変化させ、各ガラス張力において線引き条件が安定したときに得られたガラスファイバ３のカットオフ波長である。
【００４５】
図３に示すように、ガラス張力を制御することによって、ΔλＣを小さくすることができる、すなわち、実際に形成されたガラスファイバ３のカットオフ波長と、光ファイバ母材２の径方向の屈折率分布から予測されるカットオフ波長とをほぼ一致させることができる。
【００４６】
図４は、被覆後張力とΔλｃとの関係を示すグラフである。ここでは、３本の光ファイバ母材２からガラスファイバ３を形成する際に、被覆後張力が１．８６Ｎ（１９０ｇ）になるように光ファイバ母材２を線引きして得られた各光ファイバ４のカットオフ波長を測定した。そして、実測値と予測値との差を算出した。
【００４７】
図４に示すように、被覆後張力が一定になるように（被覆後張力が変動しないように）線速又は炉温を制御しながらガラスファイバ３を形成しても、光ファイバ母材２から予測されたカットオフ波長を得ることはできない。
【００４８】
また、図５は、ガラス張力と被覆後張力との関係を示すグラフである。ここでは、４つの光ファイバ母材２の線引きにおいて、ガラス張力を段階的に変化させた際に荷重計２４で測定された結果をプロットしている。図５に示すように、ガラス張力が約１．１７Ｎ（１２０ｇ）と、約１．１９Ｎ（１２２ｇ）になるように光ファイバ母材２を線引した際に、被覆後張力にはバラツキが生じている。例えば、ガラス張力が約１．１７Ｎ（１２０ｇ）で２つの光ファイバ母材２それぞれを線引きしたとき、測定された各ガラス張力は一致しているにも関わらず、荷重計２４の結果は相違している。これは、ガラス張力を約１．１９Ｎ（１２２ｇ）として線引きした場合も同様である。そのため、張力測定装置２２の測定結果に対する荷重計２４の測定結果のバラツキは、樹脂からなる被覆層によって生じたものと考えられる。
【００４９】
ところで、図２に示すようにガラス張力とカットオフ波長とには相関があるので、ガラス張力に対してバラツキが生じる被覆後張力に基づいて従来のように光ファイバ母材２を線引きしてもガラスファイバ３のカットオフ波長を所定の値にすることができない。
【００５０】
これに対して、本実施形態に示した線引方法のように、ガラス張力に基づいてガラスファイバ３を形成すれば、ガラスファイバ３のカットオフ波長を所定の値にすることができる。これは、ガラス張力とカットオフ波長とは良い相関を有している（図２参照）ことからも明らかである。
【００５１】
また、カットオフ波長は、ガラスファイバ３の径方向の屈折率分布によって決まるので、カットオフ波長の長手方向変動を抑制するには、ガラスファイバ３の上記屈折率分布の変動を抑制すればよい。更に、そのガラスファイバ３の上記屈折率分布の長手方向変動は、光ファイバ母材２の上記屈折率分布の長手方向変動とガラス張力とに依存する。したがって、上記線引方法によって、ガラスファイバ３のカットオフ波長の長手方向における変動を抑制しつつ所定のカットオフ波長を有するガラスファイバ３を形成することが可能である。
【００５２】
上記ガラス張力の測定方法としては、例えば、接触式も考えられる。しかしながら、接触式では、高速線引中では断線させずに接触させることが難しい。この場合、線速が低速の際に測定した結果を比例倍して高速の時の線引張力を見積もらなければならない。また、断線させずに接触させたとしても、ガラスに傷を与えるため、線引きにおいて、良品の光ファイバを生産している間にガラス張力を測定できない。
【００５３】
これに対して、本実施形態では、張力測定装置２２の測定方法が非接触式であるので、良品の光ファイバ４を生産している場合（すなわち、線速が高速である場合）であっても、張力測定装置２２でガラスファイバ３に生じている線引張力を測定できる。そして、その測定結果に基づいて線引張力を制御できる。また、張力測定装置２２における線引張力の測定方法が、非接触式であるので、ガラスファイバ３に生じている線引張力を測定してもガラスファイバ３を傷つけにくい。
【００５４】
なお、非接触式としては、例えば、音波を用いる方式も考えられるが、音波を用いると、ガラスファイバ３を強制的に振動させる必要がある。このように、ガラスファイバ３を強制的に振動させると、ガラスファイバ３の外径制御が困難になる場合がある。
【００５５】
これに対して、張力測定装置２２では、光を用いて張力を測定しているので、ガラスファイバ３の外径制御への影響は無い。
【００５６】
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。例えば、張力測定装置２２は、外径測定装置２１と線引炉１２との間に配置されていても良い。また、線引装置１では、荷重計２４を設けているが、荷重計２４の位置は被覆後の光ファイバ４に作用する張力が測定できる位置であればよく、図１に示す線引装置１においては紫外線照射装置１６とキャプスタン１８の間にあればよい。あるいは、必ずしも荷重計２４で光ファイバ４に生じている線引張力を測定しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施形態の線引装置の構成を示す模式図である。
【図２】ガラス張力とカットオフ波長との関係を示すグラフである。
【図３】ガラス張力とカットオフ波長誤差Δλｃとの関係を示すグラフである。
【図４】被覆後張力とΔλｃとの関係を示すグラフである。
【図５】ガラス張力と被覆後張力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１…線引装置、２…光ファイバ母材、３…ガラスファイバ、４…光ファイバ、１２…線引炉、２２…張力測定装置、２５…制御装置。
【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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