JP2004035334A

JP2004035334A - 光ファイバーの線引装置及び線引方法

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Publication number: JP2004035334A
Application number: JP2002195399A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kurosawa; 黒沢　芳宣; Kenji Omura; 大村　健二
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】非円断面形状の光ファイバー母材を線引中に矯正して、真円度の高い光ファイバーを形成できること。
【解決手段】光ファイバ母材１０を送り機構の把持部が把持し、線引炉１３が加熱溶融し、線引して光ファイバを形成する光ファイバの線引装置１２において、上記線引炉は、非円断面形状の光ファイバ母材の周囲を均一に加熱溶融する環状ヒータ１７と、この環状ヒータの直上に配置されて、光ファイバ母材の周囲における長径対応部分を加熱溶融する対向ヒータ１８と、を有して構成されたものである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材を線引炉で加熱溶融し、線引して光ファイバを形成する光ファイバの線引装置および線引方向に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボン抵抗ヒータを用いた従来における光ファイバの線引炉の構造を図４に示す。この線引炉１００は、直径φ８０ｍｍの光ファイバ母材用であり、内径φ９５ｍｍ、外径φ１０３ｍｍの炉心管１０２が炉体１０１の中心部に位置し、さらに炉心管１０２を囲むようにして環状ヒータ１０３が配置されている。この環状ヒータ１０３は、内径がφ１２０ｍｍ、発熱部の高さが１５０ｍｍである。線引炉１００は、炉心管１０２によって炉心とその外側に区画して分離される。
【０００３】
炉心管１０２及び環状ヒータ１０３の材質として、高純度カーボンが使用される。また、石英ガラスをベースとした光ファイバ母材を約２０００℃まで加熱する必要があることから、炉心管１０２及び環状ヒータ１０３の酸化消耗を防止するために、炉心内及びその外側にはＨｅ、Ａｒ、Ｎ_２等の不活性ガスがパージされている。
【０００４】
環状ヒータ１０３は、光ファイバ母材の先端を円周方向に均一に加熱することを目的とし、その発熱部は線引炉１０３の中心軸に関して同心円状に設置されている。更に、環状ヒータ１０３が光ファイバ母材を炉心管１０２の中心で溶融することによって、真円断面形状の光ファイバ母材はその真円度を保持したまま紡糸され、線引される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来の線引炉１００では、真円度が良好な光ファイバ母材を線引するにあたっては、何ら問題は生じない。しかしながら、光ファイバ母材の製造工程で何らかの原因によって、光ファイバ母材の外径の真円度が不十分、すなわち光ファイバ母材の断面形状が非円形化することがある。このような光ファイバ母材を線引した場合、次の問題が生ずる。
【０００６】
つまり、線引後の光ファイバの断面形状の非円率は光ファイバ母材の断面形状の非円率とほぼ等しくなり、光ファイバ母材の非円断面形状を矯正することができない。また、非円率の大きい光ファイバは、その断面形状の非対称性から、偏波モード分散（ＰＭＤ）が劣化してしまう。
【０００７】
図５は、非円断面形状の光ファイバ母材を従来の線引炉１００において１２００ｍ／ｍｉｎで線引した場合の、線引前の光ファイバ母材の非円率と線引後の光ファイバの非円率とを示す。光ファイバ母材はＭＣＶＤ方式で製造し、カラプス工程（内面にガラス膜を堆積した管を溶融して充実一体化する光ファイバ母材の製造最終工程）後の外径は約８０ｍｍである。この光ファイバ母材は非円率が約１％であり、その同一断面で長径と短径の差が約０．８ｍｍとなっている。非円化の原因はさまざまであるが、堆積前のガラス管肉厚の不均一、カラプス工程での加熱条件の不均一、ガラス旋盤の精度不足などがあげられる。
【０００８】
図５の結果から、線引後の光ファイバの非円率は光ファイバ母材の非円率に比べてやや小さくなるが、著しく是正されるわけではなく、ほぼ光ファイバ母材の断面形状どおりに線引されていることがわかる。また、この光ファイバの偏波モード分散は０．２１ｐｓ／ｋｍ^１／２と、正常な光ファイバの０．１ｐｓ／ｋｍ^１／２未満に対して大きくなっている。
【０００９】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、非円断面形状の光ファイバー母材を線引中に矯正して、真円度の高い光ファイバーを形成できる光ファイバーの線引装置及び線引方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光ファイバー母材を送り機構の把持部が把持し、線引炉が加熱溶融し、線引して光ファイバーを形成する光ファイバーの線引装置において、上記線引炉は、非円断面形状の上記光ファイバー母材の周囲を、その長径対応部分を他の部分に比べて偏加熱するよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記線引炉は、非円断面形状の光ファイバー母材の周囲を均一に加熱溶融する環状ヒータと、この環状ヒータの近傍に配置されて、上記光ファイバー母材の周囲における長径対応部分を加熱溶融する部分ヒータと、を有して構成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記線引炉は、部分ヒータが環状ヒータの直上に配置されたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、上記送り機構の把持部は、非円断面形状の光ファイバー母材の長径対応部分が部分ヒータの発熱部に対向して位置付けられるように、当該光ファイバー母材を水平面内で回転させ得るよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、光ファイバー母材を線引炉で加熱溶融して線引する光ファイバーの線引方法において、上記線引炉が非円断面形状の光ファイバー母材の周囲を、その長径対応部分を他の部分に比べて偏加熱することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、上記線引炉は、非円断面形状の光ファイバー母材の周囲を、その長径対応部分をまず加熱溶融し、次にその全周囲を均一に加熱溶融して線引することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、非円断面形状の光ファイバー母材の長径対応部分を当該光ファイバ母材の全長に亘って測定し、その測定結果に基づき上記光ファイバー母材を水平面内で回転させて、その長径対応部分を加熱溶融し、その後、当該光ファイバー母材の周囲を均一に加熱溶融することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る光ファイバの線引装置における一実施の形態の線引炉を示す斜視図である。図２は、図１の線引炉を有する光ファイバの線引装置を示す断面図である。
【００１９】
光ファイバ母材１０を線引して光ファイバ１１を形成する光ファイバの線引装置１２は、光ファイバ母材１０を加熱溶融する線引炉１３と、光ファイバ母材１０を把持部１５が把持して線引炉１３へ搬送する送り機構１４と、を有して構成される。
【００２０】
上記線引炉１３は、特に非円断面形状の光ファイバ母材の周囲を、その長径対応部分を他の部分に比べて偏加熱するよう構成されたものであり、炉心管１６、環状ヒータ１７、及び部分ヒータとしての対向ヒータ１８を有して構成される。
【００２１】
炉心管１６は、炉体１９の中心部に位置付けられ、高純度カーボンにて構成される。この炉心管１６は、例えば線引炉１３が直径φ８０ｍｍの光ファイバ母材用の場合、内径φ９５ｍｍ、外径φ１０３ｍｍに設計される。この炉心管１６によって、線引炉１３は、炉心管１６の内側（炉心）と外側に区画されて分離される。
【００２２】
この炉心及び炉心管１６の外側に、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ_２などの不活性ガスがパージされている。これは、石英ガラスをベースとした光ファイバ母材１０を約２０００℃まで加熱する必要があることから、炉心管１６、環状ヒータ１７及び対向ヒータ１８の酸化消耗を防止するためである。
【００２３】
上記環状ヒータ１７は、発熱部が炉心管１６を囲むように配置され、高純度カーボンにて構成されている。更に、この環状ヒータ１７の発熱部は、線引炉１３の中心軸に関して同心円状に設置されて、真円または非円断面形状の光ファイバ母材１０の先端周囲を均一に加熱し溶融する。この環状ヒータ１７により、光ファイバ母材１０が炉心管１６の中心で溶融されて、真円断面形状の光ファイバ母材１０は、その真円度を保持したまま紡糸されて線引される。この環状ヒータ１７は、例えば線引炉１３が直径φ８０ｍｍの光ファイバ母材１０用の場合、内径がφ１２０ｍｍ、発熱部の高さは１５０ｍｍに設計される。
【００２４】
上記対向ヒータ１８は環状ヒータ１７の近傍、本実施の形態では環状ヒータ１７に対し例えば１０ｍｍ直上に配置される。この対向ヒータ１８の発熱部１８Ａは、高純度カーボン製であり、１８０度対向して一対設置される。更に、この対向ヒータ１８の発熱部１８Ａは、例えば線引炉１３が直径φ８０ｍｍの光ファイバ母材１０用の場合、幅６０ｍｍ、高さ８０ｍｍに設計される。
【００２５】
非円断面形状の光ファイバ母材１０は、環状ヒータ１７の直上の上記対向ヒータ１８によって、その長径両端対応部分が偏加熱されて溶融変形が始まり、この光ファイバ母材１０の非円断面形状がほぼ真円断面形状に矯正される。その後、この光ファイバ母材１６は、環状ヒータ１７により光ファイバ母材１０の周囲が均一に加熱溶融され、線引されて、環状ヒータ１７の下端より数１０ｍｍ下の位置で固化して、直径φ１２５μｍの真円断面形状の光ファイバ１１となる。
【００２６】
これらの環状ヒータ１７と対向ヒータ１８へ供給される電力は別系統であり、それぞれ調整可能に設けられる。このうち、対向ヒータ１８へ供給される電力は、光ファイバ母材１０の非円率に応じて調整され、非円率の高い光ファイバ母材１０の場合ほど対向ヒータ１８へより多くの電力が供給される。本実施の形態では、非円率が３％以下の非円断面形状の光ファイバ母材１０を、真円断面形状の光ファイバ１１とすることが可能となる。
【００２７】
前記送り機構１４の把持部１５は、光ファイバ母材１０の基端部（図２の上端部）を把持すると共に、この光ファイバ母材１０を水平面内（光ファイバ母材１０の軸に直交する面内）で回転可能とする。光ファイバ母材１０が把持部１５により水平面内で回転されることによって、非円断面形状の長径対応部分が対向ヒータ１８の発熱部１８Ａに対向して位置づけられる。
【００２８】
次に、線引装置１２の作用を説明する。
【００２９】
送り機構１４の把持部１５に真円断面形状の光ファイバ母材１０を把持させた場合には、把持部１５により光ファイバ母材１０を水平面内で回転させず、且つ対向ヒータ１８へ電力を供給せず、環状ヒータ１７へのみ電力を供給する。この状態で、送り機構１４により光ファイバ母材１０を環状ヒータ１７方向へ搬送し、この環状ヒータ１７により光ファイバ母材１０の先端（下端）周囲を加熱溶融して線引し、真円断面形状の光ファイバ１１を形成する。
【００３０】
送り機構１４の把持部１５に非円断面形状の光ファイバ母材１０を把持させた場合には、この把持部１５により光ファイバ母材１０を水平面内で回転させて、光ファイバ母材１０の長径対応部分を対向ヒータ１８の発熱部１８Ａの方向に位置づける。次に、環状ヒータ１７及び対向ヒータ１８へ電力を供給し、送り機構１４により光ファイバ母材１０を、これらの環状ヒータ１７及び対向ヒータ１８方向へ搬送する。
【００３１】
これにより、光ファイバ母材１０は、まず、その長径対応部分が対向ヒータ１８の発熱部１８Ａに対向され、加熱されて溶融され、ほぼ真円断面形状に矯正される。この対向ヒータ１８を通過した光ファイバ母材１０は、次に環状ヒータ１７にてその先端周囲が均一に加熱されて溶融され、線引されて、断面真円形状の光ファイバ１１となる。
【００３２】
ＭＣＶＤ法によって製造された非円率約１％の光ファイバ母材１０を上記線引装置１２により、線引速度１２００ｍ／ｍｉｎで線引したときの、線引前の光ファイバ母材１０の非円率と、線引後の光ファイバ１１の非円率を図３に示す。この図３に示すように、光ファイバ１１の非円率は、光ファイバ母材１０に対して著しく小さくなり、光ファイバ１１の全長にわたり約０．４％未満に矯正される。これにより、この線引装置１２にて製造された光ファイバ１１の偏波モード分散は、０．０５ｐｓ／ｋｍ^１／２となり、良好な特性が得られた。
【００３３】
このように、上記実施の形態によれば、非円断面形状の光ファイバ母材１０の周囲における長径対応部分を、対向ヒータ１８によりまず偏加熱し、その後、この光ファイバ母材１０の周囲を環状ヒータ１７によって均一に加熱溶融し、線引することから、非円率の高い光ファイバ母材１０であっても、線引装置１２による線引工程においてその非円断面形状を矯正でき、真円度の高い光ファイバ１１を得ることができる。
【００３４】
また、上述のように真円度の高い光ファイバ１１を得ることができるので、この光ファイバ１１の偏波モード分散特性を良好にできる。
【００３５】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３６】
即ち、上記実施の形態では、光ファイバ母材１０の長径方向が光ファイバ母材１０の長手方向に沿って一定の場合を述べたが、この光ファイバ母材１０の長径方向は、光ファイバ母材１０の長手方向において捩れている場合がある。この場合には、光ファイバ母材１０の長径方向を当該光ファイバ母材１０の長手方向全長にわたって予め測定し、この測定結果に基づいて、光ファイバ母材１０の長径対応部分が常に対向ヒータ１８の発熱部１８Ａに対向して位置するように、送り機構１４による光ファイバ母材１０の搬送過程で、この送り機構１４の把持部１５により光ファイバ母材１０を水平面内で回転させる。これにより、光ファイバ母材１０の長径対応部分を対向ヒータ１８の発熱部１８Ａにより確実に偏加熱した後、この光ファイバ母材１０の周囲を加熱溶融できるので、上記実施の形態と同様な効果を奏する。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１乃至４に示す光ファイバの線引装置によれば、非円断面形状の光ファイバー母材を線引中に矯正して、真円度の高い光ファイバーを形成できる。
【００３８】
請求項５乃至７に記載の発明に係る光ファイバの線引方向によれば、非円断面形状の光ファイバー母材を線引中に矯正して、真円度の高い光ファイバーを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る光ファイバの線引装置における一実施の形態の線引炉を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の線引炉を有する光ファイバの線引装置を示す断面図である。
【図３】図１の線引装置によって線引する前の光ファイバ母材と、線引した後の光ファイバとの非円率を測定した結果を示すグラフである。
【図４】従来の光ファイバの線引炉を示す斜視図である。
【図５】図４の線引炉によって線引する前の光ファイバ母材と、線引した後の光ファイバとの非円率を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　光ファイバ母材
１１　光ファイバ
１２　線引装置
１３　線引炉
１４　送り機構
１５　把持部
１６　炉心管
１７　環状ヒータ
１８　対向ヒータ（部分ヒータ）
１８Ａ　発熱部

Claims

光ファイバー母材を送り機構の把持部が把持し、線引炉が加熱溶融し、線引して光ファイバーを形成する光ファイバーの線引装置において、上記線引炉は、非円断面形状の上記光ファイバー母材の周囲を、その長径対応部分を他の部分に比べて偏加熱するよう構成されたことを特徴とする光ファイバーの線引装置。
上記線引炉は、非円断面形状の光ファイバー母材の周囲を均一に加熱溶融する環状ヒータと、この環状ヒータの近傍に配置されて、上記光ファイバー母材の周囲における長径対応部分を加熱溶融する部分ヒータと、を有して構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーの線引装置。
上記線引炉は、部分ヒータが環状ヒータの直上に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバーの線引装置。
上記送り機構の把持部は、非円断面形状の光ファイバー母材の長径対応部分が部分ヒータの発熱部に対向して位置付けられるように、当該光ファイバー母材を水平面内で回転させ得るよう構成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバーの線引装置。
光ファイバー母材を線引炉で加熱溶融して線引する光ファイバーの線引方法において、
上記線引炉が非円断面形状の光ファイバー母材の周囲を、その長径対応部分を他の部分に比べて偏加熱することを特徴とする光ファイバーの線引方法。
上記線引炉は、非円断面形状の光ファイバー母材の周囲を、その長径対応部分をまず加熱溶融し、次にその全周囲を均一に加熱溶融して線引することを特徴とする請求項５に記載の光ファイバーの線引方法。
非円断面形状の光ファイバー母材の長径対応部分を当該光ファイバ母材の全長に亘って測定し、その測定結果に基づき上記光ファイバー母材を水平面内で回転させて、その長径対応部分を加熱溶融し、その後、当該光ファイバー母材の周囲を均一に加熱溶融することを特徴とする請求項５または６に記載の光ファイバーの線引方法。