(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材を挿入するための炉心管と、前記炉心管を包囲する炉体と、前記炉体内において前記炉心管の外周に配置されたヒータとを備える線引き炉を用い、前記炉心管の入口から前記光ファイバ母材を挿入して、所定のガス雰囲気下、前記ヒータにより前記光ファイバ母材を加熱軟化させて、前記炉心管の出口に向かって所定の引張張力で線引きする方法であって、
前記光ファイバ母材及び前記線引き炉として、それぞれ下記式（１）：
Ｌ／Ｄ≧８  （１）
（式（１）中、Ｌは炉体の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表し、Ｄは光ファイバ母材の直径［ｍｍ］を表す）
で表される条件を満たすものを用い、
前記光ファイバ母材として、ゲルマニウム化合物を含有し、クラッドに対する中心コアの比屈折率差が１％を超えるものを用い、
前記線引き炉中心の温度が１９５０〜２３００℃であることを特徴とする光ファイバの線引き方法。
【請求項２】
前記ガスがヘリウムであり、前記光ファイバ母材及び前記線引き炉としてそれぞれ下記式（２）：
Ｌ／Ｄ≧９  （２）
［式（２）中、Ｌは炉体の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表し、Ｄは光ファイバ母材の直径［ｍｍ］を表す］
で表される条件を満たすものを用いることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバの線引き方法。
【請求項３】
前記引張張力が８０ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光ファイバの線引き方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの線引き方法に関するものであり、詳しくは、線引き炉内で光ファイバ母材を加熱軟化させながら線引きして光ファイバを得る方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、銅線ケーブルに比べて小型、軽量、低伝送損失、高帯域伝送等の利点を有していることから、次第に通信路線に取り入れられてきている。
【０００３】
従来の光ファイバの製造工程においては、通常、図４に示すような線引き炉が用いられる。すなわち、光ファイバ母材（プリフォーム）１を線引き炉３の炉心管４内に挿入し、炉体５内において炉心管４の外周に配置されたヒータ６により光ファイバ母材１の先端を加熱軟化させて、キャプスタン（図示せず）等により所定の張力を加えながら線引きすることによって、所望の線径を有する光ファイバ２が得られる。
【０００４】
光ファイバを製造するに際して、様々な製造方法及び製造装置が提案されている。例えば、特開平４−１９８０３６号公報には上部にアニール用ヒータを備える加熱炉、実開昭６１−１４７２３３号公報にはコイル状のヒータを備える加熱炉がそれぞれ開示されている。また、特公平６−２６０３号公報には、線引き炉とコーティングユニットとの間に熱処理炉を備える光ファイバ製造装置及びそれを用いる製造方法が開示されており、熱処理炉の温度分布を光ファイバ母材側ほど高温とすることによって光ファイバ中の欠陥を減少できることが記載されている。さらに、特公平８−９４９０号公報には、光ファイバ母材の長さと線速との関係が所定の条件を満たすように線引きする方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、分散補償ファイバ等の、クラッドに対する中心コアの比屈折率差（Δ＋）が１％を超える光ファイバの需要が高まってきている。光ファイバの比屈折率差を高める手段としては、コア部に酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）等のゲルマニウム化合物を添加する方法が挙げられ、このようにして得られる光ファイバのコア部にはケイ素原子（Ｓｉ）とゲルマニウム原子とが酸素原子を介して結合した骨格が形成される。
【０００６】
しかしながら、コア部にゲルマニウム化合物を高濃度で含有する光ファイバを上記従来の方法により製造すると、その線引き工程においてＳｉ−Ｏ−Ｇｅ結合の熱解離により非架橋酸素ホールセンター等の欠陥が発現し、その結果、水素雰囲気下で光ファイバの１．３８μｍの波長を有する光の伝送損失が増加しないという特性（以下、「水素特性」という）が不十分となる。この非架橋酸素ホールセンターの発現は光ファイバ母材を大型化したり高線速化した場合に顕著に見られるものであり、中心コアの比屈折率差が大きい光ファイバを効率よく且つ確実に量産することは非常に困難であった。
【０００７】
例えば、上記の特開平４−１９８０３６号公報、実開昭６１−１４７２３３号公報、特公平８−９４９０号公報等に記載されている加熱炉を用いた場合であっても、線引きされた光ファイバ内におけるＳｉ−Ｏ−Ｇｅ結合の熱解離を防止することはできず、得られる光ファイバは水素特性の点で実用に供し得るものではなかった。また、特公平６−２６０３号公報に記載されている方法によれば、光ファイバ内に残留する欠陥は減少するが、十分に高い水素特性を有する光ファイバを得るためには、熱処理炉内における光ファイバの滞在時間や熱処理炉の線引き方向の長さを非常に長くする必要があり、生産効率の点で未だ十分なものではなかった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、クラッドに対する中心コアの比屈折率差が大きい光ファイバを線引きする場合であっても、水素分子に対して反応活性を示す種の格子欠陥の残留量が十分に低減されており、水素雰囲気下での特性劣化が十分に抑制された光ファイバを効率よく且つ安価に得ることを可能とする光ファイバの線引き方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、線引き炉内で光ファイバ母材を加熱軟化させて光ファイバを線引きするに際し、線引き炉及び光ファイバ母材としてそれぞれ特定の条件を満たすものを用いた場合に上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の光ファイバの線引き方法は、光ファイバ母材を挿入するための炉心管と、前記炉心管を包囲する炉体と、前記炉体内において前記炉心管の外周に配置されたヒータとを備える線引き炉を用い、前記炉心管の入口から前記光ファイバ母材を挿入して、所定のガス雰囲気下、前記ヒータにより前記光ファイバ母材を加熱軟化させて、前記炉心管の出口に向かって所定の引張張力で線引きする方法であって、
前記光ファイバ母材及び前記線引き炉として、それぞれ下記式（１）：
Ｌ／Ｄ≧８  （１）
（式（１）中、Ｌは炉体の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表し、Ｄは光ファイバ母材の直径［ｍｍ］を表す）
で表される条件を満たすものを用い、
前記光ファイバ母材として、ゲルマニウム化合物を含有し、クラッドに対する中心コアの比屈折率差が１％を超えるものを用い、
前記線引き炉中心の温度が１９５０〜２３００℃であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の線引き炉は、光ファイバ母材を挿入するための炉心管と、前記炉心管を包囲する炉体と、前記炉体内において前記炉心管の外周に配置されたヒータとを備える線引き炉であって、
前記炉心管の内径と前記炉体の線引き方向の長さとが下記式（３）：
Ｌ／Ｄ’≧４      （３）
（式（３）中、Ｌは炉体の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表し、Ｄ’は炉心管の内径［ｍｍ］を表す）
で表される条件を満たし、下記式（１）：
Ｌ／Ｄ≧８    （１）
（式（１）中、Ｌは炉体の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表し、Ｄは光ファイバ母材の直径［ｍｍ］を表す）
で表される条件を満たす光ファイバ母材の線引きが可能であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の光ファイバの線引き方法においては、光ファイバ母材及び線引き炉としてそれぞれ上記式（１）で表される条件を満たすものを用いることによって、光ファイバ母材のネックダウンの最高温度が十分に低下するのでＳｉ−Ｏ−Ｇｅ結合等の熱解離を十分に抑制することができ、さらには、Ｓｉ−Ｏ−Ｇｅの熱解離が生じた場合であっても、ネックダウン下部（通常、１６００〜１９００℃）におけるガラス冷却速度が十分に低減されるので熱解離したＳｉ−Ｏ−Ｇｅ結合等の再結合を十分に促進することができる。したがって、本発明の線引き方法によって、水素分子に対して反応活性を示す種の欠陥の残留量を十分に低減することができ、水素雰囲気下での特性劣化が十分に抑制された光ファイバを効率よく且つ確実に得ることが可能となる。
【００１３】
本発明において、前記ガスがヘリウムである場合、前記光ファイバ母材及び前記線引き炉としてそれぞれ下記式（２）：
Ｌ／Ｄ≧９    （２）
［式（２）中、Ｌは炉体の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表し、Ｄは光ファイバ母材の直径［ｍｍ］を表す］
で表される条件を満たすものを用いることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、前記光ファイバ母材として、ゲルマニウム化合物を含有し、クラッドに対する中心コアの比屈折率差が１％を超えるものを用いる場合に特に優れた効果を発揮するものである。
【００１５】
さらに、本発明においては、前記引張張力が８ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとする。
【００１７】
図１は本発明の線引き炉の好適な一実施形態を示す概略構成図である。図１において、線引き炉３は、光ファイバ母材１を挿入するための炉心管４、炉心管４を包囲する炉体５、並びに炉体５内において炉心管４の外周に配置した１個のヒータ６を備えている。ヒータ６は制御手段（図示せず）と電気的に接続されており、ヒータ６の発熱量を制御することが可能となっている。また、炉心管４と炉体５との間の空隙には断熱材８が充填されている。
【００１８】
また、線引き炉３内は、窒素（Ｎ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス雰囲気に保たれており、これらの不活性ガスは線引き炉３の入口から出口に向かって流される。
【００１９】
上記の構成を有する線引き炉３を用いた光ファイバの線引き工程においては、炉心管４に挿入された光ファイバ母材１をヒータ６によって加熱軟化させて、引張張力を加えながら線引きすることによって、所望の線径を有する光ファイバ２が得られる。このようにして得られる光ファイバ２は、通常、その外周面に樹脂が被覆されて光ファイバ素線として巻き取られる。
【００２０】
本発明において用いられる光ファイバ母材１及び線引き炉３は、それぞれ下記式（１）：
Ｌ／Ｄ≧８    （１）
（式（１）中、Ｌは炉体の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表し、Ｄは光ファイバ母材の直径［ｍｍ］を表す）
で表される条件を満たすものである。上記式（１）中のＬ／Ｄが８未満であると、ネックダウン７においてＳｉ−Ｏ−Ｇｅ結合等の熱解離が起こりやすく、さらには、熱解離したＳ−Ｏ−Ｇｅ結合等をネックダウン７の下部（通常１６００〜１９００℃）において再結合させることが困難となり、得られる光ファイバの水素特性が不十分となる。また、Ｌ／Ｄの増加に伴い得られる光ファイバの水素特性は向上する傾向にあるが、Ｌ／Ｄは２０以下であることが好ましい。例えばＬが過剰に大きくＬ／Ｄが前記上限値を超える場合には、線引き炉の大型化のためにコストが過剰に高くなる傾向にあり、また、Ｄが過剰に小さくＬ／Ｄが前記上限値を超える場合には光ファイバ母材が小さくなって生産効率が低下する傾向にある。
【００２１】
ヘリウム雰囲気中で光ファイバの線引きを行う場合には、光ファイバ母材１及び線引き炉３としてそれぞれ下記式（２）：
Ｌ／Ｄ≧９    （２）
［式（２）中、Ｌは炉体の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表し、Ｄは光ファイバ母材の直径［ｍｍ］を表す］
で表される条件を満たすものを用いることが好ましい。例えば窒素雰囲気中で光ファイバの線引きを行う場合に比べてガラス冷却速度が大きくなるため、Ｌ／Ｄが９未満の場合り、光ファイバ内に欠陥が残留して水素特性が低下する傾向にある。
【００２２】
線引き炉３が備える炉心管４には、上記式（１）で表される条件を満たす光ファイバ母材１が挿入される。ここで、炉心管４は、下記式（３）：
Ｌ／Ｄ’≧４    （３）
（式（３）中、Ｌは炉体の線引き方向の長さを表し、Ｄ’は炉心管の内径を表す）
で表される条件を満たすことが必要であり、Ｌ／Ｄ’≧７．５であることが好ましい。Ｌ／Ｄ’が前記下限値未満であると母材径に対して必要以上に太い炉体が必要となり、他方、水素雰囲気下での特性劣化を抑制する上でＬ／Ｄ’の上限値は特に制限されないが、Ｌ／Ｄ’が過剰に大きくなると必要以上に長い炉体が必要となり、いずれの場合も設備費等の増加につながり好ましくない。実用上、Ｌ／Ｄ’は１０程度であることが好ましい。
【００２３】
また、線引き炉３が備えるヒータ６は、光ファイバ母材１を加熱軟化させることが可能な限り特に制限されないが、ヒータ６は下記式（４）：
０．２≦Ｈ／Ｌ≦０．８    （４）
（式（４）中、Ｈはヒータ発熱長の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表し、Ｌは炉体の線引き方向の長さ［ｍｍ］を表す）
で表される条件を満たすものであることが好ましい。Ｈ／Ｌが前記下限値未満であると、線引き方向における加熱領域（ヒートゾーン）が過剰に短くなり、安定的に線引きすることが困難となる傾向にある。他方、Ｈ／Ｌが前記上限値を超えると、ネックダウン下部における線引き方向の温度変化が大きくなってＳｉ−Ｏ−Ｇｅ結合の熱解離により生じた欠陥が再結合しにくくなり、得られる光ファイバの水素特性が低下する傾向にある。
【００２４】
本発明の製造方法において、線引き炉３内の温度は、光ファイバ母材１を加熱軟化させて線引きすることが可能であり、炉中心において１９５０〜２３００℃である。線引き炉内の温度が前記下限値未満であると光ファイバ母材を軟化させることが困難となり、他方、当該温度が前記上限値を超えると光ファイバ母材が過剰に軟化してしまい、いずれの場合も所望の線径を有する光ファイバを効率よく且つ確実に得ることが困難となる傾向にある。
【００２５】
また、光ファイバを線引きする際に光ファイバに加えられる引張張力は、中心コア部のゲルマニウム添加量等の母材構造、光ファイバ母材の直径、目的とする光ファイバの線径や線引き速度（線速）等に応じて適宜選択されるものであるが、好ましくは８０ＭＰａであり、より好ましくは９０〜４００ＭＰａである。引張張力が前記下限値未満であると、得られる光ファイバの水素特性が低下する傾向にあり、他方、前記上限値を超えるとネックダウン下部においてガラス溶融状態が不安定となり、安定に線引きすることが困難となる傾向にある。
【００２６】
さらに、光ファイバの線引き速度（線速）は、光ファイバ母材１の直径や、目的とする光ファイバの線径に応じて適宜選択されるが、好ましくは２００〜８００ｍ／ｍｉｎである。
【００２７】
本発明の光ファイバの線引き方法は、シングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバのいずれにも適用することができる。中でも、コア部にゲルマニウム化合物を含有する光ファイバのように、クラッドに対する中心コアの比屈折率差が１％を越える石英系光ファイバを製造する際には、従来の方法では達成が非常に困難であった。十分に高い生産性と十分に高い水素特性とを両立することが可能となる点で、本発明の光ファイバの製造方法は非常に有用である。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００２９】
なお、以下の実施例及び比較例で用いた光ファイバ母材は、いずれもコアに酸化ゲルマニウム、第一クラッドにフッ素が添加されており且つコア、第一クラッド及び第二クラッドにおける屈折率が図２に示す分布を有するものである。
【００３０】
実施例１
図１に示す構成を有しており、炉心管の内径（Ｄ’）が４５ｍｍ、炉体の線引き方向の長さ（Ｌ）が３５０ｍｍ、ヒータの線引き方向の長さ（Ｈ）が１５０ｍｍである線引き炉の炉心管に、直径３５ｍｍの光ファイバ母材を挿入し、窒素雰囲気下、ヒータの温度を１９５０℃に設定して光ファイバ母材を加熱軟化させながら、線速３００ｍ／ｍｉｎ、引張張力２００ｇで線引きして線径１２５μｍの光ファイバを得た。
【００３１】
実施例２〜１１及び比較例１〜７
実施例２〜１１及び比較例１〜７においては、それぞれ表１に示す直径を有する光ファイバ母材を用いたこと、図１に示す構成を有しており且つ炉心管の内径（Ｄ’）、炉体の線引き方向の長さ（Ｌ）、ヒータ発熱長の線引き方向の長さ（Ｈ）が表１に示す寸法である線引き炉を用いたこと、並びに線引きの際の炉内雰囲気を表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にして、線径１２５μｍの光ファイバを得た。
【００３２】
（水素特性評価試験）
実施例１〜３及び比較例１において得られた光ファイバを、１容量％の水素と９９容量％の窒素との混合ガス雰囲気中、２０℃で４日間放置した前後における、波長１．３８μｍの伝送損失の変化量（Δ１．３８[ｄＢ／ｋｍ]）を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００３３】
また、Ｈ／Ｌが異なる線引き炉を用いた実施例３、４、５、６の結果に基づく、水素処理前後におる波長１．３８μｍの伝送損失の変化量とＨ／Ｌとの相関を図３に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１に示す結果からも明らかなように、実施例１〜１１において得られた光ファイバはいずれも水素雰囲気下での伝送損失の増大が十分に抑制されており、本発明にかかる実施例１〜１１の方法により十分に高い水素特性を有する光ファイバが得られることが確認された。また、図３に示す通り、Ｈ／Ｄの異なる線引き炉を用いた実施例３、４、５、６の光ファイバにおいては、水素特性に大きな違いは見られず、いずれも十分に高い水素特性を示した。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の光ファイバの線引き方法によれば、水素分子に対して反応活性を示す種の格子欠陥の残留量が十分に低減されており、水素雰囲気下での特性劣化が十分に抑制された光ファイバを効率よく且つ安価に得ることが可能となる。従って、中心コアの比屈折率差が大きい光ファイバを線引きする上で、本発明は特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバの線引き炉の好適な一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】実施例で用いた光ファイバ母材の屈折率分布を示す説明図である。
【図３】実施例で得られた、波長１．３８μｍの光の損失量とＨ／Ｌとの相関を示すグラフである。
【図４】従来の光ファイバの線引き炉の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…光ファイバ母材、２…光ファイバ、３…線引き炉、４…炉心管、５…炉体、６…ヒータ、７…ネックダウン、８…断熱材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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