JP2003207675A - 石英系光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents
石英系光ファイバ及びその製造方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
- C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
- C03B37/0253—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
- C03B2205/40—Monitoring or regulating the draw tension or draw rate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
- C03B2205/44—Monotoring or regulating the preform feed rate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
- C03B2205/60—Optical fibre draw furnaces
- C03B2205/72—Controlling or measuring the draw furnace temperature
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光ファイバの破断に対する高い信頼性を有す
る、疲労特性に優れた石英系光ファイバを提供する。 【解決手段】 陸上用光ファイバケーブルに用いられる
石英系光ファイバの光ファイバ断面内における軸方向の
残留応力の最大値（Ｐ）が―４×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ
≦４×１０-1（ＧＰａ）である。海底用光ファイバケー
ブルに用いられる石英系光ファイバの光ファイバ断面内
における軸方向の残留応力の最大値（Ｐ）が―２×１０
-1（ＧＰａ）≦Ｐ≦２×１０-1（ＧＰａ）である。光フ
ァイバのガラス最外層の軸方向の残留応力の最大値
（Ｐ）が―２．５×１０-3（ＧＰａ）≦Ｐ≦１．３×１
０-2（ＧＰａ）である。
る、疲労特性に優れた石英系光ファイバを提供する。 【解決手段】 陸上用光ファイバケーブルに用いられる
石英系光ファイバの光ファイバ断面内における軸方向の
残留応力の最大値（Ｐ）が―４×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ
≦４×１０-1（ＧＰａ）である。海底用光ファイバケー
ブルに用いられる石英系光ファイバの光ファイバ断面内
における軸方向の残留応力の最大値（Ｐ）が―２×１０
-1（ＧＰａ）≦Ｐ≦２×１０-1（ＧＰａ）である。光フ
ァイバのガラス最外層の軸方向の残留応力の最大値
（Ｐ）が―２．５×１０-3（ＧＰａ）≦Ｐ≦１．３×１
０-2（ＧＰａ）である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る石英系光ファイバに関し、特に、疲労特性に優れた高
信頼性を有する石英系光ファイバに関する。
る石英系光ファイバに関し、特に、疲労特性に優れた高
信頼性を有する石英系光ファイバに関する。
【０００２】
【従来技術】近年のインターネットやイントラネット等
の急速な普及によって、通信需要が増大した結果、光フ
ァイバという、高速かつ大容量の通信可能な伝送媒体の
敷設が飛躍的に増加している。光ファイバは、ガラスと
いう脆性材料であるため、大きな外力が加わると破断し
易いという問題がある。特に、敷設された光ファイバケ
ーブル内の光ファイバには、繰り返し応力や応力変動が
発生するため、光ファイバの破断に対する疲労保証（信
頼性）が高く求められてきている。そのため、疲労特性
に優れた光ファイバの研究・開発が盛んに行われてい
る。
の急速な普及によって、通信需要が増大した結果、光フ
ァイバという、高速かつ大容量の通信可能な伝送媒体の
敷設が飛躍的に増加している。光ファイバは、ガラスと
いう脆性材料であるため、大きな外力が加わると破断し
易いという問題がある。特に、敷設された光ファイバケ
ーブル内の光ファイバには、繰り返し応力や応力変動が
発生するため、光ファイバの破断に対する疲労保証（信
頼性）が高く求められてきている。そのため、疲労特性
に優れた光ファイバの研究・開発が盛んに行われてい
る。
【０００３】疲労特性を改善した光ファイバの一例とし
て、従来技術である、特開平４−２５１８０９号公報に
開示されたものがある。この光ファイバは、コア層と、
クラッド層と、Ｔｉ又はＺｒドープ石英ガラス外層との
３層構造であり、石英ガラス外層がＴｉ又はＺｒのドー
プ量を内側（クラッド層側）から外側に向かって次第に
大きくしたものである。ドーパントによる熱膨張係数の
違いから石英ガラス外層に圧縮応力を残留させることに
より、光ファイバの疲労特性が改善できるとしたもので
ある。
て、従来技術である、特開平４−２５１８０９号公報に
開示されたものがある。この光ファイバは、コア層と、
クラッド層と、Ｔｉ又はＺｒドープ石英ガラス外層との
３層構造であり、石英ガラス外層がＴｉ又はＺｒのドー
プ量を内側（クラッド層側）から外側に向かって次第に
大きくしたものである。ドーパントによる熱膨張係数の
違いから石英ガラス外層に圧縮応力を残留させることに
より、光ファイバの疲労特性が改善できるとしたもので
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバの疲労特性
を示す指標の一つとして、疲労係数（Ｎ値）がある。疲
労係数は光ファイバ表面におけるクラックの成長速度に
関するパラメータの１つであり、光ファイバに繰り返し
応力や応力変動が加えられた時に、光ファイバの破断に
対する信頼保証を示す指標として用いられる数値であ
る。一般的な条件として、陸上用光ファイバケーブルに
用いられる光ファイバの疲労係数は２０以上、海底用光
ファイバケーブルに用いられる光ファイバの疲労係数は
２３以上が好ましいとされている。
を示す指標の一つとして、疲労係数（Ｎ値）がある。疲
労係数は光ファイバ表面におけるクラックの成長速度に
関するパラメータの１つであり、光ファイバに繰り返し
応力や応力変動が加えられた時に、光ファイバの破断に
対する信頼保証を示す指標として用いられる数値であ
る。一般的な条件として、陸上用光ファイバケーブルに
用いられる光ファイバの疲労係数は２０以上、海底用光
ファイバケーブルに用いられる光ファイバの疲労係数は
２３以上が好ましいとされている。
【０００５】上述した従来技術では、コア−クラッド−
ガラス外層との３層がそれぞれ異なる熱膨張係数をもっ
ており、これらの熱膨張係数の差によってガラス外層に
残留圧縮応力を発生させている。しかしながら、ガラス
外層に残留圧縮応力を発生させても疲労特性が向上しな
い場合が生じた。
ガラス外層との３層がそれぞれ異なる熱膨張係数をもっ
ており、これらの熱膨張係数の差によってガラス外層に
残留圧縮応力を発生させている。しかしながら、ガラス
外層に残留圧縮応力を発生させても疲労特性が向上しな
い場合が生じた。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
繰り返し応力や応力変動が光ファイバに加えられた際
に、光ファイバの破断に対する信頼性を向上させるため
に疲労特性に優れた石英系光ファイバを提供することを
目的とする。
繰り返し応力や応力変動が光ファイバに加えられた際
に、光ファイバの破断に対する信頼性を向上させるため
に疲労特性に優れた石英系光ファイバを提供することを
目的とする。
【０００７】本出願人は、石英系光ファイバに発生する
残留応力と疲労係数について、鋭意研究した結果、光フ
ァイバの軸方向（長さ方向）に発生する引張り残留応力
及び圧縮残留応力と光ファイバの疲労係数の関係を新た
に導き出した。
残留応力と疲労係数について、鋭意研究した結果、光フ
ァイバの軸方向（長さ方向）に発生する引張り残留応力
及び圧縮残留応力と光ファイバの疲労係数の関係を新た
に導き出した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の請求項１に係る石英系光ファイバは、陸上用
光ファイバケーブルに用いられる光ファイバにおいて、
光ファイバ断面内における軸方向の残留応力の最大値
（Ｐ）が、―４×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ≦４×１０
-1（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸方向での残
留引張り応力であり、最大値が負の値の場合は軸方向で
の残留圧縮応力である）であることを特徴とするもので
ある。
の本発明の請求項１に係る石英系光ファイバは、陸上用
光ファイバケーブルに用いられる光ファイバにおいて、
光ファイバ断面内における軸方向の残留応力の最大値
（Ｐ）が、―４×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ≦４×１０
-1（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸方向での残
留引張り応力であり、最大値が負の値の場合は軸方向で
の残留圧縮応力である）であることを特徴とするもので
ある。
【０００９】この構成によれば、光ファイバの疲労係数
（Ｎ値）が確実に２０以上とすることができる。尚、Ｐ
が負の値の場合は、光ファイバの軸方向の残留応力が圧
縮応力であることを示しており、Ｐが正の値の場合は、
残留応力が引っ張り応力であることを示している。
（Ｎ値）が確実に２０以上とすることができる。尚、Ｐ
が負の値の場合は、光ファイバの軸方向の残留応力が圧
縮応力であることを示しており、Ｐが正の値の場合は、
残留応力が引っ張り応力であることを示している。
【００１０】また、本発明の請求項２に係る石英系光フ
ァイバは、海底用光ファイバケーブルに用いられる光フ
ァイバにおいて、光ファイバ断面内における軸方向の残
留応力の最大値（Ｐ）が、―２×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ
≦２×１０-1（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸
方向での残留引張り応力であり、最大値が負の値の場合
は軸方向での残留圧縮応力である）であることを特徴と
するものである。
ァイバは、海底用光ファイバケーブルに用いられる光フ
ァイバにおいて、光ファイバ断面内における軸方向の残
留応力の最大値（Ｐ）が、―２×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ
≦２×１０-1（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸
方向での残留引張り応力であり、最大値が負の値の場合
は軸方向での残留圧縮応力である）であることを特徴と
するものである。
【００１１】この構成によれば、光ファイバの疲労係数
（Ｎ値）を確実に２３以上とすることができる。
（Ｎ値）を確実に２３以上とすることができる。
【００１２】また、本発明の請求項３に係る石英系光フ
ァイバは、光ファイバのガラス最外層の軸方向の残留応
力の最大値（Ｐ）が、―２．５×１０-3（ＧＰａ）≦Ｐ
≦１．３×１０-2（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合
は軸方向での残留引張り応力であり、最大値が負の値の
場合は軸方向での残留圧縮応力である）であることを特
徴とするものである。
ァイバは、光ファイバのガラス最外層の軸方向の残留応
力の最大値（Ｐ）が、―２．５×１０-3（ＧＰａ）≦Ｐ
≦１．３×１０-2（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合
は軸方向での残留引張り応力であり、最大値が負の値の
場合は軸方向での残留圧縮応力である）であることを特
徴とするものである。
【００１３】この構成によれば、光ファイバの疲労係数
（Ｎ値）を確実に２０以上とすることができる。
（Ｎ値）を確実に２０以上とすることができる。
【００１４】更に、本発明の請求項４に係る石英系光フ
ァイバは、請求項１〜３において、光ファイバの屈折率
の調整が、フッ素又はフッ素と塩素の添加により行われ
ることを特徴とするものである。
ァイバは、請求項１〜３において、光ファイバの屈折率
の調整が、フッ素又はフッ素と塩素の添加により行われ
ることを特徴とするものである。
【００１５】更に、本発明の請求項５に係る石英系光フ
ァイバは、請求項１〜３において、光ファイバの屈折率
の調整が、ゲルマニウム又はゲルマニウムと塩素の添加
により行われることを特徴とするものである。
ァイバは、請求項１〜３において、光ファイバの屈折率
の調整が、ゲルマニウム又はゲルマニウムと塩素の添加
により行われることを特徴とするものである。
【００１６】更に、本発明の請求項６に係る石英系光フ
ァイバは、請求項１〜３において、光ファイバの屈折率
の調整が、ゲルマニウムとフッ素又はゲルマニウムとフ
ッ素と塩素の添加により行われることを特徴とするもの
である。
ァイバは、請求項１〜３において、光ファイバの屈折率
の調整が、ゲルマニウムとフッ素又はゲルマニウムとフ
ッ素と塩素の添加により行われることを特徴とするもの
である。
【００１７】更に、本発明の請求項７に係る光ファイバ
の製造方法は、陸上用光ファイバケーブルに用いられる
光ファイバの製造方法において、線引張力を制御するこ
とにより光ファイバ断面内における軸方向の残留応力の
最大値（Ｐ）が、―４×１０ -1（ＧＰａ）≦Ｐ≦４×１
０-1（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸方向での
残留引張り応力であり、最大値が負の値の場合は軸方向
での残留圧縮応力である）であるように制御することを
特徴とするものである。
の製造方法は、陸上用光ファイバケーブルに用いられる
光ファイバの製造方法において、線引張力を制御するこ
とにより光ファイバ断面内における軸方向の残留応力の
最大値（Ｐ）が、―４×１０ -1（ＧＰａ）≦Ｐ≦４×１
０-1（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸方向での
残留引張り応力であり、最大値が負の値の場合は軸方向
での残留圧縮応力である）であるように制御することを
特徴とするものである。
【００１８】この製造方法によれば、光ファイバの疲労
係数（Ｎ値）が確実に２０以上となる光ファイバを製造
することができる。
係数（Ｎ値）が確実に２０以上となる光ファイバを製造
することができる。
【００１９】更に、本発明の請求項８に係る光ファイバ
の製造方法は、海底用光ファイバケーブルに用いられる
光ファイバの製造方法において、線引張力を制御するこ
とにより光ファイバ断面内における軸方向の残留応力の
最大値（Ｐ）が、―２×１０ -1（ＧＰａ）≦Ｐ≦２×１
０-1（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸方向での
残留引張り応力であり、最大値が負の値の場合は軸方向
での残留圧縮応力である）であるように制御することを
特徴とするものである。
の製造方法は、海底用光ファイバケーブルに用いられる
光ファイバの製造方法において、線引張力を制御するこ
とにより光ファイバ断面内における軸方向の残留応力の
最大値（Ｐ）が、―２×１０ -1（ＧＰａ）≦Ｐ≦２×１
０-1（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸方向での
残留引張り応力であり、最大値が負の値の場合は軸方向
での残留圧縮応力である）であるように制御することを
特徴とするものである。
【００２０】この製造方法によれば、光ファイバの疲労
係数（Ｎ値）が確実に２３以上となる光ファイバを製造
することができる。
係数（Ｎ値）が確実に２３以上となる光ファイバを製造
することができる。
【００２１】更に、本発明の請求項９に係る光ファイバ
の製造方法は、光ファイバケーブルに用いられる光ファ
イバの製造方法において、線引張力を制御することによ
り光ファイバのガラス最外層の軸方向の残留応力の最大
値が、―２．５×１０-3（ＧＰａ）≦Ｐ≦１．３×１０
-2（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸方向での残
留引張り応力であり、最大値が負の値の場合は軸方向で
の残留圧縮応力である）であるように制御することを特
徴とするものである。
の製造方法は、光ファイバケーブルに用いられる光ファ
イバの製造方法において、線引張力を制御することによ
り光ファイバのガラス最外層の軸方向の残留応力の最大
値が、―２．５×１０-3（ＧＰａ）≦Ｐ≦１．３×１０
-2（ＧＰａ）、（最大値が正の値の場合は軸方向での残
留引張り応力であり、最大値が負の値の場合は軸方向で
の残留圧縮応力である）であるように制御することを特
徴とするものである。
【００２２】この製造方法によれば、光ファイバの疲労
係数（Ｎ値）が確実に２０以上となる光ファイバを製造
することができる。
係数（Ｎ値）が確実に２０以上となる光ファイバを製造
することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る石英系光ファ
イバおよびその製造方法の好適な実施の形態を図面に基
づいて説明する。
イバおよびその製造方法の好適な実施の形態を図面に基
づいて説明する。
【００２４】図１は、本発明に係る石英系光ファイバの
製造装置の概略を示す模式図である。石英系光ファイバ
製造装置１は、コアとクラッドとを所定の屈折率分布を
もつガラス棒状の母材（プリフォーム）２を予め作成し
ておく。母材２は、ガラス微粒子を棒状に体積させたも
のを脱水した後、１６００℃程度に加熱することで、透
明化することで作成される。光ファイバの構成によって
は、母材作成時に塩素を添加させることで、塩素を添加
した光ファイバを作成することもできる。このようにし
て作成された母材２を製造装置の上部に配置された母材
送り機構３に支持させる。母材送り機構３は、母材２を
上下方向に移動可能に母材２の上方部分を握持してい
る。
製造装置の概略を示す模式図である。石英系光ファイバ
製造装置１は、コアとクラッドとを所定の屈折率分布を
もつガラス棒状の母材（プリフォーム）２を予め作成し
ておく。母材２は、ガラス微粒子を棒状に体積させたも
のを脱水した後、１６００℃程度に加熱することで、透
明化することで作成される。光ファイバの構成によって
は、母材作成時に塩素を添加させることで、塩素を添加
した光ファイバを作成することもできる。このようにし
て作成された母材２を製造装置の上部に配置された母材
送り機構３に支持させる。母材送り機構３は、母材２を
上下方向に移動可能に母材２の上方部分を握持してい
る。
【００２５】母材２の下端部２ｂの周囲には、加熱炉４
が配置され、母材２の下端部２ｂを溶融させることで、
母材２の線引きが行われて、細径の光ファイバ５とな
る。光ファイバ５は、線径測定器６により光ファイバ５
の線径（外径）が測定された後、被覆装置７に送られ
る。被覆装置７では、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂
等の樹脂材料により光ファイバ５の外周が樹脂被覆され
る。
が配置され、母材２の下端部２ｂを溶融させることで、
母材２の線引きが行われて、細径の光ファイバ５とな
る。光ファイバ５は、線径測定器６により光ファイバ５
の線径（外径）が測定された後、被覆装置７に送られ
る。被覆装置７では、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂
等の樹脂材料により光ファイバ５の外周が樹脂被覆され
る。
【００２６】樹脂被覆された光ファイバ５は、硬化装置
８に送られて、樹脂の硬化が行われる。硬化装置８は、
樹脂材料により異なり、例えば、熱硬化性樹脂に対して
は加熱炉であり、紫外線硬化性樹脂に対しては紫外線照
射炉である。樹脂被覆層が硬化された光ファイバ５は、
ガイドローラ９、キャプスタン１０を経由して、光ファ
イバ巻き取り装置１１に巻き取られていく。
８に送られて、樹脂の硬化が行われる。硬化装置８は、
樹脂材料により異なり、例えば、熱硬化性樹脂に対して
は加熱炉であり、紫外線硬化性樹脂に対しては紫外線照
射炉である。樹脂被覆層が硬化された光ファイバ５は、
ガイドローラ９、キャプスタン１０を経由して、光ファ
イバ巻き取り装置１１に巻き取られていく。
【００２７】また、この製造装置１には、加熱炉４の温
度を制御するための温度制御器１２と、光ファイバ５の
外径を制御するための線径制御器１３と、キャプスタン
１０と光ファイバ巻き取り装置１１の速度を制御するた
めの速度制御器１４と、光ファイバ５の線引き速度を制
御するための線引制御器１５とが備えられている。
度を制御するための温度制御器１２と、光ファイバ５の
外径を制御するための線径制御器１３と、キャプスタン
１０と光ファイバ巻き取り装置１１の速度を制御するた
めの速度制御器１４と、光ファイバ５の線引き速度を制
御するための線引制御器１５とが備えられている。
【００２８】光ファイバ５の線径の制御方法は、まず、
線引制御器１５により設定線速（Ｖ F）と、母材径
（φP）と、光ファイバ径（φg）とが設定される。ここ
において、母材送り速度は、（φg／φP）2×ＶFで算出
される。加熱炉４から出た光ファイバ５は、線径測定器
６により光ファイバ５の線径が測定され、その測定結果
が線径制御器１３に入力される。
線引制御器１５により設定線速（Ｖ F）と、母材径
（φP）と、光ファイバ径（φg）とが設定される。ここ
において、母材送り速度は、（φg／φP）2×ＶFで算出
される。加熱炉４から出た光ファイバ５は、線径測定器
６により光ファイバ５の線径が測定され、その測定結果
が線径制御器１３に入力される。
【００２９】続いて、線径制御器１３から光ファイバ５
の外径に関する情報が速度制御器１４に入力されること
で、光ファイバ５の外径が所望外径となるように速度制
御器１４により線速が制御される。この線速情報は線引
制御器１５に送られていき、線引制御器１５では設定線
速と現在の実際の線速とを比較し、設定線速値と実線速
値との差を調整するために母材送り速度が母材送り機構
３により調整される。
の外径に関する情報が速度制御器１４に入力されること
で、光ファイバ５の外径が所望外径となるように速度制
御器１４により線速が制御される。この線速情報は線引
制御器１５に送られていき、線引制御器１５では設定線
速と現在の実際の線速とを比較し、設定線速値と実線速
値との差を調整するために母材送り速度が母材送り機構
３により調整される。
【００３０】本発明に係る石英系光ファイバは、上述し
た光ファイバ製造装置１を用いて、母材２から細径の光
ファイバ５に線引きする際に、所望の線引張力となるよ
うに予め加熱炉４の温度を温度制御器１２により制御し
ておくことで、線引きされた光ファイバ５の軸方向に発
生する残留応力を調整するものである。
た光ファイバ製造装置１を用いて、母材２から細径の光
ファイバ５に線引きする際に、所望の線引張力となるよ
うに予め加熱炉４の温度を温度制御器１２により制御し
ておくことで、線引きされた光ファイバ５の軸方向に発
生する残留応力を調整するものである。
【００３１】上述した光ファイバ製造装置を用いて、純
シリカとフッ素をドープしたシリカとからなる光ファイ
バ（ＳｉＯ2＋Ｆ−ＳｉＯ2系光ファイバ）、及び、ゲル
マニウムをドープしたシリカとフッ素をドープしたシリ
カと純シリカとからなる光ファイバ（Ｇｅ−ＳｉＯ2＋
Ｆ−ＳｉＯ2＋ＳｉＯ2系光ファイバ）、及び、ゲルマニ
ウムをドープしたシリカとシリカと純シリカとからなる
光ファイバ（Ｇｅ−ＳｉＯ2＋ＳｉＯ2系光ファイバ）、
の製造を行った。この時得られた光ファイバのそれぞれ
の屈折率分布を図２〜図５に示す。
シリカとフッ素をドープしたシリカとからなる光ファイ
バ（ＳｉＯ2＋Ｆ−ＳｉＯ2系光ファイバ）、及び、ゲル
マニウムをドープしたシリカとフッ素をドープしたシリ
カと純シリカとからなる光ファイバ（Ｇｅ−ＳｉＯ2＋
Ｆ−ＳｉＯ2＋ＳｉＯ2系光ファイバ）、及び、ゲルマニ
ウムをドープしたシリカとシリカと純シリカとからなる
光ファイバ（Ｇｅ−ＳｉＯ2＋ＳｉＯ2系光ファイバ）、
の製造を行った。この時得られた光ファイバのそれぞれ
の屈折率分布を図２〜図５に示す。
【００３２】図２は、コアが純シリカ（直径：１０μ
ｍ）で、クラッドがフッ素をドープしたシリカ（外径：
１２５μｍ）で形成された光ファイバの屈折率分布を示
しており、コアに対するクラッドの比屈折率差は、−
０．４０％であった。
ｍ）で、クラッドがフッ素をドープしたシリカ（外径：
１２５μｍ）で形成された光ファイバの屈折率分布を示
しており、コアに対するクラッドの比屈折率差は、−
０．４０％であった。
【００３３】図３は、コアが純シリカ（直径：１０μ
ｍ）であり、第一クラッドがフッ素をドープしたシリカ
（外径：５５μｍ）で、第二クラッドもフッ素をドープ
したシリカ（外径：１２５μｍ）で形成された光ファイ
バの屈折率分布を示しており、コアに対する比屈折率差
は、第一クラッドが−０．３５％、第二クラッドが−
０．２５％である。
ｍ）であり、第一クラッドがフッ素をドープしたシリカ
（外径：５５μｍ）で、第二クラッドもフッ素をドープ
したシリカ（外径：１２５μｍ）で形成された光ファイ
バの屈折率分布を示しており、コアに対する比屈折率差
は、第一クラッドが−０．３５％、第二クラッドが−
０．２５％である。
【００３４】図４は、コアがゲルマニウムをドープした
シリカ（直径：４μｍ）、第一クラッドがフッ素をドー
プしたシリカ（外径：８μｍ）、第二クラッドが純シリ
カ（外径：１２５μｍ）で形成された光ファイバの屈折
率分布を示しており、第二クラッドに対する比屈折率差
は、コアが１．５０％であり、第一クラッドが−０．４
０％である。
シリカ（直径：４μｍ）、第一クラッドがフッ素をドー
プしたシリカ（外径：８μｍ）、第二クラッドが純シリ
カ（外径：１２５μｍ）で形成された光ファイバの屈折
率分布を示しており、第二クラッドに対する比屈折率差
は、コアが１．５０％であり、第一クラッドが−０．４
０％である。
【００３５】図５は、コアがゲルマニウムをドーパント
したシリカ（直径１０μｍ）であり、クラッドが純シリ
カ（外径：１２５μｍ）で形成された光ファイバの屈折
率分布を示しており、クラッドに対するコアの比屈折率
差は、０．３５％である。
したシリカ（直径１０μｍ）であり、クラッドが純シリ
カ（外径：１２５μｍ）で形成された光ファイバの屈折
率分布を示しており、クラッドに対するコアの比屈折率
差は、０．３５％である。
【００３６】これら図２〜図５に示す構成の光ファイバ
のそれぞれについて、異なる線引張力において線引を行
い、得られた光ファイバの軸方向の残留応力（ＧＰａ）
の最大値、ガラス最外層の軸方向の残留応力（ＧＰａ）
および静疲労試験による疲労係数（Ｎ値）について解析
した。尚、「軸方向の残留応力の最大値」と「ガラス最
外層の軸方向の残留応力」の数値の算出には、下記の手
法を利用した。
のそれぞれについて、異なる線引張力において線引を行
い、得られた光ファイバの軸方向の残留応力（ＧＰａ）
の最大値、ガラス最外層の軸方向の残留応力（ＧＰａ）
および静疲労試験による疲労係数（Ｎ値）について解析
した。尚、「軸方向の残留応力の最大値」と「ガラス最
外層の軸方向の残留応力」の数値の算出には、下記の手
法を利用した。
【００３７】図６に示すように、ｎ層の異なる材質から
なるファイバの熱応力を考える。各層は円筒で軸ずれが
無く、荷重も軸対称とする。この時、周方向に変位は起
こらず、また長手方向の歪みは場所によらず一定とな
り、半径方向の変位の一次元問題となる。歪みが小さく
物性値が一定の線形問題とすると、第ｉ層での基礎方程
式は以下の式（１）〜式（７）で表される。
なるファイバの熱応力を考える。各層は円筒で軸ずれが
無く、荷重も軸対称とする。この時、周方向に変位は起
こらず、また長手方向の歪みは場所によらず一定とな
り、半径方向の変位の一次元問題となる。歪みが小さく
物性値が一定の線形問題とすると、第ｉ層での基礎方程
式は以下の式（１）〜式（７）で表される。
【００３８】変位と歪みの関係式
【数１】
【数２】
【００３９】歪みと応力の関係式
【数３】
【数４】
【数５】
【００４０】応力のつりあいの式
【数６】
【００４１】変位の連続性の式
【数７】
【００４２】長手方向の歪み量εZが既知の場合の構成
方程式は以上であるが、εZが未知で長手方向のファイ
バの張力ｆZが既知の場合は、以下の長手方向の釣り合
いの式が加わる。
方程式は以上であるが、εZが未知で長手方向のファイ
バの張力ｆZが既知の場合は、以下の長手方向の釣り合
いの式が加わる。
【数８】
【００４３】式（１），（２），（３），（４）を式
（６）に代入し整理すると、ｕ（ｒ）に関するナビアの
方程式が得られる。
（６）に代入し整理すると、ｕ（ｒ）に関するナビアの
方程式が得られる。
【数９】
【００４４】第ｉ層の内圧をＰi-1，外圧をＰiとして式
（９）を解くと、
（９）を解くと、
【数１０】
となる。
【００４５】式（１０）を式（１），（２），（３），
（４），（５）に代入し整理すると、
（４），（５）に代入し整理すると、
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【数１５】
となる。
【００４６】ここで、第１層については、ｒ0＝０とす
ればよく、第１層の内圧Ｐ0の項は消える。また、最外
層の外圧Ｐnは既知とする。εZが既知の場合、式（７）
に式（１０）を代入し整理すると、
ればよく、第１層の内圧Ｐ0の項は消える。また、最外
層の外圧Ｐnは既知とする。εZが既知の場合、式（７）
に式（１０）を代入し整理すると、
【数１６】
【００４７】未知変数Ｐ1〜Ｐn-1に関するｎ―１個の連
立一次方程式が得られる。これを解くことで、式（１
０）〜式（１５）から変位量・歪み・応力の値が求めら
れる。また、長手方向について、張力が既知で歪みが未
知の場合は、式（８）に式（１５）を代入し整理した以
下の式（１７）を、式（１６）と連立させればよい。
立一次方程式が得られる。これを解くことで、式（１
０）〜式（１５）から変位量・歪み・応力の値が求めら
れる。また、長手方向について、張力が既知で歪みが未
知の場合は、式（８）に式（１５）を代入し整理した以
下の式（１７）を、式（１６）と連立させればよい。
【数１７】
【００４８】下記に示した表１は、図２〜図５に示す構
成の光ファイバの線引張力を変化させて製造した場合に
おいて、光ファイバの軸方向の残留応力の最大値と疲労
係数（Ｎ値）を解析した結果である。図７は、表１の軸
方向の残留応力の最大値とＮ値との関係をグラフに表し
たものである。
成の光ファイバの線引張力を変化させて製造した場合に
おいて、光ファイバの軸方向の残留応力の最大値と疲労
係数（Ｎ値）を解析した結果である。図７は、表１の軸
方向の残留応力の最大値とＮ値との関係をグラフに表し
たものである。
【００４９】
【表１】
【００５０】この結果より、図２〜図５に示す構成の光
ファイバのいずれにおいても、軸方向の残留応力の最大
値が０．４２（ＧＰａ）より小さければ、陸上用の光フ
ァイバとして好ましいＮ値が２０以上を確保することが
できる。更に、いずれの光ファイバにおいても、軸方向
の残留応力の最大値が０．２２（ＧＰａ）より小さけれ
ば、Ｎ値が２３以上を確保でき、信頼性の高い海底用光
ファイバとして好ましい疲労特性を実現することができ
る。この場合において、軸方向の残留応力の最大値がプ
ラスの場合は引っ張りの残留応力が作用しており、マイ
ナスの場合は圧縮の残留応力が作用している。
ファイバのいずれにおいても、軸方向の残留応力の最大
値が０．４２（ＧＰａ）より小さければ、陸上用の光フ
ァイバとして好ましいＮ値が２０以上を確保することが
できる。更に、いずれの光ファイバにおいても、軸方向
の残留応力の最大値が０．２２（ＧＰａ）より小さけれ
ば、Ｎ値が２３以上を確保でき、信頼性の高い海底用光
ファイバとして好ましい疲労特性を実現することができ
る。この場合において、軸方向の残留応力の最大値がプ
ラスの場合は引っ張りの残留応力が作用しており、マイ
ナスの場合は圧縮の残留応力が作用している。
【００５１】表２は、図２〜図５に示す構成の光ファイ
バの線引張力を変化させて製造した場合において、光フ
ァイバのガラス最外層の軸方向の残留応力の最大値と疲
労係数（Ｎ値）を解析した結果である。図７は、表２の
ガラス最外層の軸方向の残留応力の最大値とＮ値との関
係をグラフに表したものである。
バの線引張力を変化させて製造した場合において、光フ
ァイバのガラス最外層の軸方向の残留応力の最大値と疲
労係数（Ｎ値）を解析した結果である。図７は、表２の
ガラス最外層の軸方向の残留応力の最大値とＮ値との関
係をグラフに表したものである。
【００５２】
【表２】
【００５３】この結果より、図２〜図５に示す構成の光
ファイバのいずれにおいても、ガラス最外層の軸方向の
残留応力の最大値が−０．００２７（ＧＰａ）〜＋０．
０１３（ＧＰａ）の範囲内であれば、Ｎ値が２０以上を
確保した信頼性の高い光ファイバとして使用できる。こ
の場合において、ガラス最外層の軸方向の残留応力の最
大値がプラスの場合は引っ張りの残留応力が作用してお
り、マイナスの場合は圧縮の残留応力が作用している。
ファイバのいずれにおいても、ガラス最外層の軸方向の
残留応力の最大値が−０．００２７（ＧＰａ）〜＋０．
０１３（ＧＰａ）の範囲内であれば、Ｎ値が２０以上を
確保した信頼性の高い光ファイバとして使用できる。こ
の場合において、ガラス最外層の軸方向の残留応力の最
大値がプラスの場合は引っ張りの残留応力が作用してお
り、マイナスの場合は圧縮の残留応力が作用している。
【００５４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
請求項１に係る石英系光ファイバの構成にすることで、
疲労係数が確実に２０以上とすることができ、破断に対
する信頼性の高い陸上用石英系光ファイバを提供するこ
とができる。
請求項１に係る石英系光ファイバの構成にすることで、
疲労係数が確実に２０以上とすることができ、破断に対
する信頼性の高い陸上用石英系光ファイバを提供するこ
とができる。
【００５５】また、本発明の請求項２に係る石英系光フ
ァイバの構成にすることで、疲労係数が確実に２３以上
とすることができ、破断に対する信頼性の高い海底用石
英系光ファイバを提供することができる。
ァイバの構成にすることで、疲労係数が確実に２３以上
とすることができ、破断に対する信頼性の高い海底用石
英系光ファイバを提供することができる。
【００５６】更に、本発明の請求項３に係る石英系光フ
ァイバの構成にすることで、疲労係数が確実に２０以上
とすることができ、破断に対する信頼性の高い石英系光
ファイバを提供することができる。
ァイバの構成にすることで、疲労係数が確実に２０以上
とすることができ、破断に対する信頼性の高い石英系光
ファイバを提供することができる。
【００５７】更に、本発明の請求項４に係る石英系光フ
ァイバの構成とすることで、光ファイバの屈折率の調整
がフッ素又はフッ素と塩素との添加により達成されると
共に疲労係数が確実に高くできた石英系光ファバを供す
ることができる。
ァイバの構成とすることで、光ファイバの屈折率の調整
がフッ素又はフッ素と塩素との添加により達成されると
共に疲労係数が確実に高くできた石英系光ファバを供す
ることができる。
【００５８】更に、本発明の請求項５に係る石英系光フ
ァイバの構成とすることで、光ファイバの屈折率の調整
がゲルマニウム又はゲルマニウムと塩素との添加により
達成されると共に疲労係数が確実に高くできた石英系光
ファイバを提供することができる。
ァイバの構成とすることで、光ファイバの屈折率の調整
がゲルマニウム又はゲルマニウムと塩素との添加により
達成されると共に疲労係数が確実に高くできた石英系光
ファイバを提供することができる。
【００５９】更に、本発明の請求項６に係る石英系光フ
ァイバの構成とすることで、光ファイバの屈折率の調整
がゲルマニウムとフッ素又はゲルマニウムとフッ素と塩
素との添加により達成されると共に疲労係数が確実に高
くできた石英系光ファイバを提供することができる。
ァイバの構成とすることで、光ファイバの屈折率の調整
がゲルマニウムとフッ素又はゲルマニウムとフッ素と塩
素との添加により達成されると共に疲労係数が確実に高
くできた石英系光ファイバを提供することができる。
【００６０】更に、本発明の請求項７に係る製造方法を
用いることで、疲労係数が確実に２０以上とすることが
でき、破断に対する信頼性の高い陸上用石英系光ファイ
バを製造することができる。
用いることで、疲労係数が確実に２０以上とすることが
でき、破断に対する信頼性の高い陸上用石英系光ファイ
バを製造することができる。
【００６１】更に、本発明の請求項８に係る製造方法を
用いることで、疲労係数が確実に２３以上とすることが
でき、破断に対する信頼性の高い海底用石英系光ファイ
バを製造することができる。
用いることで、疲労係数が確実に２３以上とすることが
でき、破断に対する信頼性の高い海底用石英系光ファイ
バを製造することができる。
【００６２】更に、本発明の請求項９に係る製造方法を
用いることで、疲労係数が確実に２０以上とすることが
でき、破断に対する信頼性の高い石英系光ファイバを製
造することができる。
用いることで、疲労係数が確実に２０以上とすることが
でき、破断に対する信頼性の高い石英系光ファイバを製
造することができる。
【図１】図１は、本発明に係る石英系光ファイバの製造
装置の概略を示す模式図である。
装置の概略を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明に係るＳｉＯ2＋Ｆ−ＳｉＯ2か
らなる石英系光ファイバの屈折率の分布図である。
らなる石英系光ファイバの屈折率の分布図である。
【図３】図３は、本発明に係るＳｉＯ2＋Ｆ−ＳｉＯ2＋
Ｆ−ＳｉＯ2からなる石英系光ファイバの屈折率の分布
図である。
Ｆ−ＳｉＯ2からなる石英系光ファイバの屈折率の分布
図である。
【図４】図４は、本発明に係るＧｅ−ＳｉＯ2＋Ｆ−Ｓ
ｉＯ2＋ＳｉＯ2からなる石英系光ファイバの屈折率の分
布図である。
ｉＯ2＋ＳｉＯ2からなる石英系光ファイバの屈折率の分
布図である。
【図５】図５は、本発明に係るＧｅ−ＳｉＯ2＋ＳｉＯ2
からなる石英系光ファイバの屈折率の分布図である。
からなる石英系光ファイバの屈折率の分布図である。
【図６】図６は、ｎ層の異なる材質からなるファイバの
熱応力の模式図である。
熱応力の模式図である。
【図７】図７は、本発明に係る石英系光ファイバの軸方
向の残留応力の最大値と疲労係数との関係を示す図であ
る。
向の残留応力の最大値と疲労係数との関係を示す図であ
る。
【図８】図８は、本発明に係る石英系光ファイバのガラ
ス最外層の軸方向の残留応力と疲労係数との関係を示す
図である。
ス最外層の軸方向の残留応力と疲労係数との関係を示す
図である。
１ 石英系光ファイバ製造装置
２ 母材（プリフォーム）
３ 母材送り機構
４ 加熱炉
５ 光ファイバ
６ 線径測定器
７ 被覆装置
８ 硬化装置
９ ガイドローラ
１０ キャプスタン
１１ 光ファイバ巻き取り装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2H050 AA01 AB05X AC13 AC38
AC71
4G021 HA05
4G062 AA06 LA03 LA08 LA10 LB08
LB10 NN33 NN40
Claims (9)
- 【請求項１】 陸上用光ファイバケーブルに用いられる
光ファイバにおいて、光ファイバ断面内における軸方向
の残留応力の最大値が、 ―４×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ≦４×１０-1（ＧＰａ） （最大値が正の値の場合は軸方向での残留引張り応力で
あり、最大値が負の値の場合は軸方向での残留圧縮応力
である）であることを特徴とする石英系光ファイバ。 - 【請求項２】 海底用光ファイバケーブルに用いられる
光ファイバにおいて、光ファイバ断面内における軸方向
の残留応力の最大値が、 ―２×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ≦２×１０-1（ＧＰａ） （最大値が正の値の場合は軸方向での残留引張り応力で
あり、最大値が負の値の場合は軸方向での残留圧縮応力
である）であることを特徴とする石英系光ファイバ。 - 【請求項３】 光ファイバのガラス最外層の軸方向の残
留応力の最大値が、 ―２．５×１０-3（ＧＰａ）≦Ｐ≦１．３×１０-2（Ｇ
Ｐａ） （最大値が正の値の場合は軸方向での残留引張り応力で
あり、最大値が負の値の場合は軸方向での残留圧縮応力
である）であることを特徴とする石英系光ファイバ。 - 【請求項４】 光ファイバの屈折率の調整が、フッ素又
はフッ素と塩素の添加により行われることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の石英系光ファイ
バ。 - 【請求項５】 光ファイバの屈折率の調整が、ゲルマニ
ウム又はゲルマニウムと塩素の添加により行われること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の石英
系光ファイバ。 - 【請求項６】 光ファイバの屈折率の調整が、ゲルマニ
ウムとフッ素又はゲルマニウムとフッ素と塩素の添加に
より行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
１項に記載の石英系光ファイバ。 - 【請求項７】 陸上用光ファイバケーブルに用いられる
光ファイバの製造方法において、線引張力を制御するこ
とにより光ファイバ断面内における軸方向の残留応力の
最大値が、 ―４×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ≦４×１０-1（ＧＰａ） （最大値が正の値の場合は軸方向での残留引張り応力で
あり、最大値が負の値の場合は軸方向での残留圧縮応力
である）であるように制御することを特徴とする光ファ
イバの製造方法。 - 【請求項８】 海底用光ファイバケーブルに用いられる
光ファイバの製造方法において、線引張力を制御するこ
とにより光ファイバ断面内における軸方向の残留応力の
最大値が、 ―２×１０-1（ＧＰａ）≦Ｐ≦２×１０-1（ＧＰａ） （最大値が正の値の場合は軸方向での残留引張り応力で
あり、最大値が負の値の場合は軸方向での残留圧縮応力
である）であるように制御することを特徴とする光ファ
イバの製造方法。 - 【請求項９】 光ファイバケーブルに用いられる光ファ
イバの製造方法において、線引張力を制御することによ
り光ファイバのガラス最外層の軸方向の残留応力の最大
値が、 ―２．５×１０-3（ＧＰａ）≦Ｐ≦１．３×１０-2（Ｇ
Ｐａ） （最大値が正の値の場合は軸方向での残留引張り応力で
あり、最大値が負の値の場合は軸方向での残留圧縮応力
である）であるように制御することを特徴とする光ファ
イバの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002004974A JP2003207675A (ja) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | 石英系光ファイバ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002004974A JP2003207675A (ja) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | 石英系光ファイバ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003207675A true JP2003207675A (ja) | 2003-07-25 |
Family
ID=27644149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002004974A Pending JP2003207675A (ja) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | 石英系光ファイバ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003207675A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011102964A (ja) * | 2009-10-14 | 2011-05-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光ファイバおよび光ファイバ製造方法 |
| CN103308979A (zh) * | 2012-03-14 | 2013-09-18 | 住友电气工业株式会社 | 多模光纤 |
| JP2020204727A (ja) * | 2019-06-18 | 2020-12-24 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバ |
| WO2023085134A1 (ja) * | 2021-11-10 | 2023-05-19 | 古河電気工業株式会社 | 光ファイバ |
-
2002
- 2002-01-11 JP JP2002004974A patent/JP2003207675A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011102964A (ja) * | 2009-10-14 | 2011-05-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光ファイバおよび光ファイバ製造方法 |
| CN103308979A (zh) * | 2012-03-14 | 2013-09-18 | 住友电气工业株式会社 | 多模光纤 |
| JP2013190790A (ja) * | 2012-03-14 | 2013-09-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マルチモード光ファイバ |
| JP2020204727A (ja) * | 2019-06-18 | 2020-12-24 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバ |
| JP7326906B2 (ja) | 2019-06-18 | 2023-08-16 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバ |
| WO2023085134A1 (ja) * | 2021-11-10 | 2023-05-19 | 古河電気工業株式会社 | 光ファイバ |
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