JP2004083370A - 光ファイバ母材の連続線引き方法およびこれに用いられる光ファイバ母材 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの生産性の向上をはかることを目的とする。また、線引き後の接合部近傍の非有効領域検出が容易な光ファイバ母材を提供する。
【解決手段】少なくとも一端側でコア１ａ，２ａの端面がクラッド１ｂ，２ｂに被覆された複数の光ファイバ母材１，２を長手方向に配列し、接合面３の少なくとも一方の側に、光ファイバ母材１，２中にコア１ａ，２ａが存在しない領域を含むように、複数の光ファイバ母材１，２を接合する工程と、接合する工程で接続された光ファイバ母材１００の一端を把持し、その他端を加熱溶融して線引きし、ガラスファイバ１３０を連続的に形成する工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの線引き方法および光ファイバ母材にかかり、特に、複数の光ファイバ母材を接続したものを線引きするに際し、接合部近傍の非有効領域近傍の非有効領域の検出を容易にし、接合部近傍の非有効領域近傍の非有効領域を有効領域から識別するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの製造に際しては、通常、コアロッドの周りにジャケット（クラッド）をすす付けして焼結することによって形成した光ファイバ母材を線引きし、ガラスファイバを形成しながら、このガラスファイバの外周に被覆材料をコーティングし、この後、紫外線照射によりこの被覆材料を硬化させ、巻き取るという方法がとられている。
【０００３】
この方法では、線引き開始に際して、光ファイバ母材の一端を溶融させながら引っ張り、製造ラインにかけてコーティングまで連続的に形成している。
【０００４】
この場合、線引きを中断するということは、再度、低速での線引きを必要とする口出し作業から、線引き速度の安定化にいたるまでの工程をやり直す必要があり、さらなる時間と材料を要することになり、生産性を低下させる大きな問題となっている。
【０００５】
そこで、近年、上述したように光ファイバを線引きして被覆する線引き被覆工程においては、生産性の向上のために中断なしで連続的に線引きを行なうべく、線引きに先立ち、複数の光ファイバ母材をあらかじめ接合しておくという方法がとられている。
【０００６】
接合に際しては図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、２本の光ファイバ母材１０１および１０２の接合端面側を、バーナ１１４で加熱して溶融せしめ、接合部１０３を形成し、線引き用光ファイバ母材としての接合体を形成するという方法がとられている。通常は、各光ファイバ母材１０１および１０２は、端面までコア１０１ａ、１０２ａが形成されており、接合の仕方では、光ファイバ母材１００全体として構造が均一であり、接合端面が光学的に識別しにくい。しかしながら接合部近傍は、光ファイバ中のコアが不連続であり、品質的には除去する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、この接合部近傍の非有効領域分は、光学特性的、強度的に品質を満たさないため、光ファイバを形成する際には、非有効領域として、除去する必要がある。
そこで、この非有効領域を、有効領域から識別するために、種々の方法が提案されている。
【０００８】
例えば、先行母材の後端と後続母材の前端とを接続部の外径が、母材外径と異なるように接続し、接続部の識別を容易にする方法が提案されている。（特開平８−２８２８６０）
【０００９】
また、図１２に示すように、先行する光ファイバ母材１０１の後端と、後続する光ファイバ母材１０２の前端とを接続部１０３Ｓの外形が母材の外形よりも太くまたは細くなるようにして、加熱炉１２０を通過させ、線引きを行なうことによりガラスファイバ１３０を形成する方法も提案されている。（特開平８−１１９６５９）。
【００１０】
これらの方法においては、特別に接続部１０３Ｓの外径が異なるように、加工を施さなければならず、生産性が低下する上、外径制御は困難であり、また、このような外径制御プロセスが、クラックの原因となりやすいという問題があった。
このように、従来の方法では、接合部近傍の非有効領域を検出するために特別に識別層を形成するなどの加工が必要であった。
【００１１】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、光ファイバの生産性の向上をはかることを目的とする。
【００１２】
また本発明は、線引き後の接合部近傍の非有効領域近傍の非有効領域検出が容易な光ファイバ母材を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の方法は、複数の光ファイバ母材を長手方向に配列し、接合面の少なくとも一方の側に、前記光ファイバ母材中にコアが存在しない領域を含むように、前記複数の光ファイバ母材を接合する工程と、前記接合する工程で接続された光ファイバ母材の一端を把持し、その他端を加熱溶融して線引きし、ガラスファイバを連続的に形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
かかる方法によれば、端面にコアが存在しないように形成した光ファイバ母材を用いることにより、接合部近傍の非有効領域近傍にコアの有無による外径変動又は線速変動を検出することができるため、特別な装置を要することなく、通常の工程を利用して短時間で容易に形成可能である。すなわちこの方法によれば、端面にコアが存在しないように形成した光ファイバ母材を他の光ファイバ母材とそのまま端面同士接合するのみで、特別な工程を経ることなく、接合部近傍の非有効領域近傍の非有効領域の検出が容易に実行し得、信頼性の高い光ファイバを連続的に形成することが可能となる。
【００１５】
望ましくは、前記接合する工程は、前記接合面の両側に、前記母材中にコアが存在しない領域を含むように、両端で、コアの端面がクラッドに被覆された複数の母材を、溶融させて接合する工程であることを特徴とする。
かかる方法によれば、１つの接合部近傍の非有効領域に、コアの不連続点に起因して、コア抜け点およびコア入り点で、少なくとも２つの外径変動または線速変動が検出されるため、確実に接合部近傍の非有効領域近傍の非有効領域の検出を行なうことが可能となる。
【００１６】
また望ましくは、前記線引きする工程は、コアの終端と、コアの先端とを検出する工程を含み、前記検出工程の検出結果に基づいて、ガラスファイバの有効領域を識別するようにしたことを特徴とする。
かかる構成によれば、外径変動の検出などの方法により、容易に非有効領域の検出し、この非有効領域の始端と終端とをメモリに記憶しておくことにより、制御性よく非有効領域を除去することが可能となる。
【００１７】
望ましくは、前記検出する工程は、ガラスファイバの外径または線速に生じる変動を検出することにより、コアの終端と、コアの先端とを検出する工程を含むことを特徴とする。
かかる構成によれば、外径変動あるいは線速に生じる変動の検出により、容易に光ファイバの非有効領域の検出を行なうことが可能となる。
【００１８】
また本発明では、一端を把持するとともに他端を溶融して線引きし、ガラスファイバを形成する方法において用いられる光ファイバ母材であって、複数の母材の接合体からなり、接合体が接合面の少なくとも一方の側で、前記母材中にコアが存在しない領域を含むことを特徴とする。
かかる光ファイバ母材を用いることにより、特別な工程を経ることなく極めて容易に非有効領域の検出を行なうことが可能となり、信頼性の高い光ファイバを提供することが可能となる。
【００１９】
望ましくは、前記接合面の両側に前記母材中にコアが存在しない領域を含むことを特徴とする。
かかる構成によれば、１つの接合部近傍の非有効領域に、コアの不連続点に起因して、コア抜け点およびコア入り点で、少なくとも２つの外径変動または線速変動が検出されるため、確実に接合部近傍の非有効領域近傍の非有効領域の検出を行なうことが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
第１の実施の形態
本発明の実施の形態の製造方法に用いる光ファイバ母材の連続線引き工程に用いられる製造装置の要部拡大図および全体概要図を図１および図２に示す。ここでは、接合端側でコア１ａ，２ａの端面がクラッド１ｂ、２ｂに被覆された複数の光ファイバ母材１，２を長手方向に接合して形成した光ファイバ母材１００を線引き用の母材として形成したことを特徴とするものである。
この方法では、接合面３の両側に、光ファイバ母材中にコア１ａ、２ａが存在しない領域を含むように、前記複数の光ファイバ母材を接合し、この接合された光ファイバ母材の一端を把持し、その他端をヒータ１２０を具備した線引き炉１１０で加熱溶融して線引きし、ガラスファイバ１３０を連続的に形成するとともに、この接合部近傍の非有効領域３近傍におけるコアの有無による外径の変動を検出しコアの始端と終端とを検出する外径測定器１４０を具備し、接合部近傍の非有効領域を識別するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
この装置は、光ファイバ母材１００を装着し、光ファイバ母材の下端を加熱して軟化させ、光ファイバを得るための線引き炉１１０と、この光ファイバを外径を測定するためのレーザ外径測定器１４０と、このレーザ外径測定器１４０の出力に基づいて線引き条件を制御する線引き制御部１５０と、樹脂コーティング部１６０と、ガイドローラ２１０と、キャプスタン２２０、巻き取りドラム２４０とを具備してなり、連続的に線引き、コーティングを行い、光ファイバを形成するための装置である。ここで線引き制御部１５０はメモリＭを具備し、レーザ外径測定器１４０によって検出されたコアの不連続点に起因する外径変動（コアの始端および終端）を記憶しておくことにより、巻取りドラム２４０から取り出す際に、非有効領域を除去するようにすることも可能である。なおここでは線速測定機は図示しないが、外径測定器１４０の近傍など光ファイバ２００に近接して配置されている。
【００２２】
この装置では、コーティング部１６０は、液状樹脂１７１を充填してなる第１の樹脂コーティングダイス１６１と塗布された樹脂を硬化させるための第１の紫外線ランプ１８１と、液状樹脂１７２を充填してなる第１の樹脂コーティングダイス１６２と塗布された樹脂を硬化させるための第２の紫外線ランプ１８２とを具備しており、これら第１および第２の紫外線ランプ１８１、１８２は、それぞれ制御装置１９０により独立してオンオフを制御することができるように構成されている。
【００２３】
ここで線引き炉１１０は、光ファイバ母材１００の下端を加熱・軟化させるためのヒータ１２０を具備し、加熱・軟化させながら線引きを行なうものである。
【００２４】
そして線引きされたガラスファイバ１３０の外径はレーザ外径測定器１４０で測定され、接合部近傍の非有効領域であるコアの不連続点（始端および終端）の存在に起因する外径変動を検出することにより、接合部近傍の非有効領域の通過を検出するようにしている。またこの測定結果は線引き制御部１５０に入力されて外径が通常１２５μｍとなるようにヒータ１２０の加熱温度、母材送り込み速度、キャプスタン２２０による引取り速度や線引き速度が制御される。
またコーティング部１６０において、コーティングのなされた光ファイバ２００をガイドローラ２１０、キャプスタン２２０、巻き取りドラム２４０ヘと導くように構成されている。
【００２５】
次にこの装置を用いた光ファイバの製造工程について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、両端にコア１ａ，２ａのない部分を有する外径７０ｍｍφの光ファイバ母材１，２を、端面を合わせ、バーナ１１４を用いて加熱溶融し接合面３を介して固着された光ファイバ母材１００を形成する（図５（ｂ））。ここでは、水素流量１８０リットル／分、酸素流量８０リットル／分の割合でガスを流しながら酸水素バーナ１１４で２０分間加熱して接続面を全て溶融した後に接合し、更に４０分間加熱して接続肉盛を平坦にならすようにして接合を完了した。
【００２６】
このようにして形成された光ファイバ母材１００は、接合部３近傍の非有効領域近傍でコアの有無により、コアの始端および終端で外径に変動が形成される。
【００２７】
ここでは、光ファイバ母材１００が、線引き炉１１０に装着されると、ヒータ１２０によって光ファイバ母材１００の下端を２０００℃程度に加熱し、加熱軟化させて、線引きを開始し、徐々に線速を上げていく。この線引き開始と同時に、第２の紫外線ランプ１８２をオンし、紫外線照射を開始する。そして、第１および第２のダイス１６１、１６２で液状樹脂１７１，１７２を塗布するとともに第１および第２の紫外線ランプ１８１，１８２で硬化せしめる。なおここでは、第１及び第２のダイス及び第１及び第２の紫外線ランプを用いて、２層の樹脂被覆を行ったが、２種の液状樹脂を同一のダイスから押し出し塗布し、同時に紫外線照射を行うようにしてもよい。
【００２８】
そして、加熱温度、母材送り込み速度、キャプスタン２２０による引取り速度や線引き速度を測定し、ファイバ径を安定化させながら、ガラスファイバ１３０表面に２層の樹脂からなる樹脂被膜１９０をコーティングした光ファイバ素線２００を形成する。
【００２９】
なお、コーティングの開始にあたり、最初にハード層である第２層樹脂である液状樹脂１７２の塗布を開始し、続いてソフト層である第１層樹脂である液状樹脂１７１の塗布を開始するようにダイスのゲートを開くようにすれば、第１層樹脂が粘着性を有しており、ローラなどに絡み付き易い場合にも良好な被覆を行なうことができる。
【００３０】
このとき、光ファイバ素線２００の被覆後の外径は例えば２５０μｍである。次いで光ファイバ素線２００をガイドローラ２１０で順次ガイドし、ドラム２４０に巻き取る。
【００３１】
このようにして、光源の点灯タイミングにより光量の調整を行ない、線引き速度が安定化した後は、速度に対応して光量を調整すべく複数の光源の点灯を線引きを行い、光ファイバを形成する。ここで１本目の光ファイバ母材に相当する領域の終端部５０００ｍと２本目の光ファイバ母材に相当する領域の始端部２０００ｍを非有効領域として、切断除去した。
【００３２】
このようにして形成された有効領域の光ファイバの断面図を図４に示す。この光ファイバはコア層とクラッド層とからなるガラスファイバ１３０に第１層樹脂１９１と第２層樹脂１９２とからなる樹脂被膜１９０が同心円状に形成され、偏肉も生じず、良好な樹脂被覆を行うことができた。
【００３３】
この光ファイバ母材を用いたときの外径変動および線速変動の測定結果を図６（ａ）、（ｂ）および図７（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ａ）はコア抜け点ＣＲ近傍の外径（ガラスファイバの外径）をファイバの進行方向に沿って測定した結果を示す図である。ここで用いた光ファイバ母材は、コアがある部分とない部分でのガラスの溶融粘度が異なりコアがない部分は固い材質となっている。従ってコアがない部分は固いため溶けにくく外径が細くなる。
上述したように、外径は、図６（ａ）に示すように、コア抜け点ＣＲを過ぎると一旦外径Ｄはファイバの進行方向Ｆに沿って小さくなる。そして、ファイバの進行方向に沿って下降したのち急峻に上昇する。これは、外径検出器１４０の測定結果に基づいて線速が制御されるため、直接的には変動しないが、コア抜け点では特異なカーブを描く。従ってこの点を検出することにより、コア抜け点すなわちコアの終端を検出することができる。
【００３４】
また、このときの線速についても図６（ｂ）に示すように、コア抜け点ＣＲを越えると線速ｖはファイバの進行方向Ｆに沿って一旦減少し、のちに上昇する。この上昇は２００ｍ以上にわたり発生し、変動幅は５０ｍ／分以上であった。この場合も、外径検出器１４０の測定結果に基づいて線速が制御されるため、直接的には線速が変動するわけではないが、コア抜け点では特異なカーブを描く。従ってこの点を検出することにより、コア抜け点すなわちコアの終端を検出することができる。
【００３５】
また、外径は、図７（ａ）に示すように、コア入り点Ｃａに入る前に外径Ｄはファイバの進行方向Ｆに沿って一旦上昇し急速に下降する。この下降点がコア入り点に相当する。そして線速の制御による上昇により、除々に元に戻る。これは、外径検出器１４０の測定結果に基づいて線速が制御されるため、直接的には変動しないが、コア入り点では特異なカーブを描く。従ってこの点を検出することにより、コア入り点すなわちコアの始端を検出することができる。
【００３６】
また、このときの線速についても図７（ｂ）に示すように、コア入り点Ｃａの前に線速ｖはファイバの進行方向Ｆに沿って一旦上昇し、のちに下降する。この下降は３００ｍ以上にわたり発生し、変動幅は５０ｍ／分以上であった。この場合も、外径検出器１４０の測定結果に基づいて線速が制御されるため、直接的には線速が変動するわけではないが、コア抜け点では特異なカーブを描く。従ってこの点を検出することにより、コア入り点すなわちコアの始端を検出することができる。
【００３７】
このようにして形成された有効領域の光ファイバの断面図を図４に示す。この光ファイバはコア層とクラッド層とからなるガラスファイバ１３０に第１層樹脂１９１と第２層樹脂１９２とからなる樹脂被膜１９０が同心円状に形成され、偏肉も生じず、良好な樹脂被覆を行うことができた。
【００３８】
この方法によれば、２本の光ファイバ母材を接続して用いており、連続的に光ファイバを生産性良く形成することができた。
また、この方法によれば、特別に接合部近傍の非有効領域を識別するための識別層を形成したり、径大部などを形成したりする必要がなく、通常の接合を行なうのみで、コアの有無を利用して接合面近傍の非有効領域を検出することが可能であるため、光ファイバを容易かつ連続的に形成することができ、しかも線引き後に非有効領域を良好に検出することが可能である。
【００３９】
また、線引き工程において終始接続面が独立しており、コアのある部分とない部分とで混じり合わないように維持することができた。
そして非有効領域を除去した後の光ファイバは、接続部周辺もＭＦＤが変動せず安定であった。
更にまた接続部周辺も遮断波長が変動せず安定していることがわかった。
【００４０】
なお、この例では、紫外線ランプのオンオフのタイミングを順次ずらして光量調整を行なうようにしたが、硬化装置に印加する電圧を変えるなどの方法により照射される紫外線光量を変化させるようにしてもよい。
【００４１】
第２の実施の形態
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
前記本発明の第１の実施の形態では、接合端側にのみコアのない部分を有する光ファイバ母材１，２を接合したが、この例では図８に示すように、光ファイバ母材については両端にコアのない部分を有するもの２０１と、接合端側にのみコアのない部分を有するもの２０２を用い、コアのない部分同士を接合したことを特徴とする。
【００４２】
この光ファイバ母材によっても前記第１の実施の形態と同様に接合部近傍の非有効領域２０３ではコアの不連続性に起因して、外径に微小変動があり、接合部近傍の非有効領域２０３の検出が容易になされ得、連続線引きに際しても信頼性の高い光ファイバを形成することが可能となる。ここでもコアの不連続性に起因する外径変動は、外径変動または線速変動として検出可能である。
【００４３】
第３の実施の形態
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。
この例では図９に示すように、接合部近傍の非有効領域３０３では一方の側の光ファイバ母材３０２側にのみコアのない部分を有するようにして光ファイバ母材３０１，３０２同士を接合したことを特徴とする。
【００４４】
この光ファイバ母材によっても前記第１の実施の形態と同様に接合部近傍の非有効領域の検出が容易になされ、連続線引きに際しても信頼性の高い光ファイバを形成することが可能となる。
この場合、終端部の本来非有効領域である部分を切除すればよいため無駄が少ないという効果も奏効し得る。ここでもコアの不連続性に起因する外径変動は、外径変動または線速変動として検出可能である。
【００４５】
第４の実施の形態
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。
本発明の第３の実施の形態では、接合部近傍の非有効領域３０３では一方の側の光ファイバ母材側３０１にのみコアのない部分を有する光ファイバ母材同士を接合した両端にコアのない部分を有する光ファイバ母材同士を接合したが、この例では図１０に示すように、接合部近傍の非有効領域４０３では一方の側の光ファイバ母材側４０１にのみコアのない部分を有するようにして光ファイバ母材同士４０１，４０２を接合したことを特徴とする。
【００４６】
この光ファイバ母材によっても前記第１の実施の形態と同様に接合部近傍の非有効領域の検出が容易になされ、連続線引きに際しても信頼性の高い光ファイバを形成することが可能となる。ここでもコアの不連続性に起因する外径変動は、外径変動または線速変動として検出可能である。
この場合、終端部の本来非有効領域である部分を切除すればよいため無駄が少ないという効果も奏効し得る。
なお、前記実施の形態では、２本の光ファイバ母材の接合体について説明したが、３本以上でも良いことはいうまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によれば、特別の工程を付加することなく安定して信頼性の高い連続線引きを行なうことが可能となり、長期にわたって安定して線引きを行なうことができるため、生産性が高いものとなる。
また本発明の光ファイバ母材によれば、短時間で加工性よく形成することができ、信頼性の高い光ファイバを生産性よく形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の方法を実現するための光ファイバ製造装置の要部を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の方法を実現するための光ファイバ製造装置のを示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態で用いられる光ファイバ母材を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の方法で形成された光ファイバを示す断面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態で用いられる光ファイバ母材の接合工程を示す断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態で用いられる光ファイバ母材のコア抜け点近傍の外径および線速の測定結果を示す図。
【図７】本発明の第１の実施の形態で用いられる光ファイバ母材のコア入り点近傍の外径および線速の測定結果を示す図。
【図８】本発明の第２の実施の形態における光ファイバ母材を示す断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態における光ファイバ母材を示す断面図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における光ファイバ母材を示す断面図。
【図１１】従来例の光ファイバ母材の接合工程を示す断面図。
【図１２】従来例の光ファイバ母材の線引きを示す説明図。
【符号の説明】
１００　光ファイバ母材
１　　　光ファイバ母材
２　　　光ファイバ母材
３　　　接合部近傍の非有効領域
１６０　樹脂コーティング部
１８１　第１の紫外線ランプ
１８２　第２の紫外線ランプ

Claims (6)

1. 接合面の少なくとも一方の側に、前記光ファイバ母材中にコアが存在しない領域を含むように、複数の光ファイバ母材を長手方向に接合する工程と、
   前記接合する工程で接続された光ファイバ母材の一端を把持し、その他端を加熱溶融して線引きし、ガラスファイバを連続的に形成する工程とを含むことを特徴とする光ファイバ母材の連続線引き方法。
2. 前記接合する工程は、前記接合面の両側に、前記母材中にコアが存在しない領域を含むように、両端で、コアの端面がクラッドに被覆された複数の母材を、溶融させて接合する工程であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の連続線引き方法。
3. 前記線引きする工程は、コアの終端と、コアの先端とを検出する工程を含み、
   前記検出工程の検出結果に基づいて、ガラスファイバの有効領域を識別するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ母材の連続線引き方法。
4. 前記検出する工程は、ガラスファイバの外径または線速に生じる変動を検出することにより、コアの終端と、コアの先端とを検出する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ母材の連続線引き方法。
5. 一端を把持するとともに他端を溶融して線引きし、ガラスファイバを形成する方法において用いられる光ファイバ母材であって、
   複数の母材の接合体からなり、
   前記接合体が接合面の少なくとも一方の側で、前記母材中にコアが存在しない領域を含むことを特徴とする光ファイバ母材。
6. 前記接合面の両側に前記母材中にコアが存在しない領域を含むことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ母材。

Images