JP2004123400A

JP2004123400A - 光ファイバ母材の調製方法

Info

Publication number: JP2004123400A
Application number: JP2002285686A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Inoue; 井上　克徳; Yoshihisa Ihara; 伊原　由久; Hisashi Koaizawa; 小相澤　久
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】作業者のスキルや偶然による延伸のばらつきを防ぎ、ばらつきがある各種外径、形状の光ファイバ母材を所定の外径に精度良く延伸し、外径不良部（耳ロス）の生成を少なくする光ファイバ母材の調製方法を提供する。
【解決手段】予めレーザー外形測定器を用いて測定した元母材３の形状に基づき延伸開始時の加熱位置１３ａを設定し、延伸を開始する。延伸開始時の加熱位置１３ａと元母材肩部１２ａとの距離Ｘを定常延伸時の母材肩部１２ｂと定常延伸時の加熱位置１３ｂの距離Ｙと同じか、又は元母材径をＤとすると０〜Ｄの範囲の距離だけ元母材側に延伸開始時の加熱位置をずらす。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ用ガラス母材の延伸による調製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシングルモードファイバの製法としてＯＶＤ法やＶＡＤ法等で得られたコア部やクラッドの一部を含む多孔質母材は、脱水焼結（ガラス化）等の処理を施されて中間母材とし、残りのクラッド部を合成石英管を用いるか、ＯＶＤ法でスートを堆積させ、脱水焼結し線引き用の最終母材とするのが一般的である。残りのクラッド部をジャケット法で形成する場合は、ジャケット管の内径に対してできるだけ少ないクリアランスとするために、中間母材を延伸して外径の調整を行う必要がある。またＯＶＤ法で残りのクラッドを堆積する場合も、芯になる中間母材を適当な長さと太さに調整するために延伸が行われている。また線引炉に入るように最終母材を延伸することも行われている。
均質で優良な光ファイバを得るためには、これらの延伸工程において精度よく、かつ歩留まりよく光ファイバ母材の外径を調整する必要がある。
【０００３】
光ファイバ母材を所定の外径に延伸し、調製する方法としては、バーナ火炎やプラズマ火炎あるいは電気炉を用い加熱溶融して延伸縮径する方法がある。延伸後の光ファイバ母材の外径精度を出すために、図６に示すように、延伸中の外径変化部９ｂ（加熱により粘度が落ちて引き伸ばされているテーパ部分）の外径をレーザー外径測定器７等で測定しチャック１ａの引き取りやあるいは母材の送り速度を制御する方法が用いられている。
通常、図６に示すように、延伸前の光ファイバ母材（以下、元母材という）３の両端部に適当な径のガラス支持棒（以下、支持棒という）２ａ，２ｂを融着してチャック１ａ，１ｂ等のガラス旋盤に固定し、元母材３の片端部付近をバーナ火炎５で加熱しながらチャック１ａによる引き延ばしを開始する。このチャック１ａの引き伸ばし開始を延伸開始とし、延伸開始の瞬間を延伸開始時と呼ぶ。
【０００４】
チャック１ａによる延伸が開始されると、バーナ火炎５により加熱位置近傍が引き伸ばされて、延伸前の元母材３の外径（以下、元径という）から延伸後母材４の仕上り外径（以下、仕上り径という）に縮径する。
延伸開始から延伸を継続し一定時間経過すると、図１に示されるように延伸前の外径変化部９ａが、形状の安定した定常延伸状態の外径変化部９ｂに変形して行く。しかし、その過渡状態においては、外径変化部９ａの外径と長さが経時的に変化するために、定常延伸状態での外径変化部９ｂの外径に基づいた延伸制御は困難であり、そのため別途立ち上げ工程が設けられているのが一般的である。立ち上げ工程では延伸前の外径変化部９ａの形状を作業者が目視で観察し、過去の経験から最適であろうと思われる製造条件を判断し手動操作で製造していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の延伸方法による延伸前の元母材と延伸後の母材の概略形状をそれぞれ図７（ａ）、（ｂ）に示す。
立ち上げ工程で作業者の目視や経験に頼って立ち上げ工程を行うため、作業者のスキルや偶然によって大きく製造条件がばらついてしまう。また、元母材３の外径や、端部に融着された支持棒２ａの融着部１１の形状や、延伸前の外径変化部の形状９ａは各母材ごとにばらつきを持っている。これらのばらつきの影響で、立ち上げ工程において仕上り径が安定せず、ハンチングを起こして目標としている径に収束するまでに長い時間がかかったり、滑らかに変化しても目標径に収束するまでに長い時間を必要としてしまう。その間延伸は進行しているので延伸後母材の端部に図７（ｂ）に示すような長い外径不良部（以下、耳ロスという）１０が生じてしまっていた。
そこで本発明は、作業者のスキルや偶然による延伸のばらつきを防ぎ、ばらつきがある各種外径、形状の光ファイバ母材を所定の外径に精度良く延伸し、外径不良部（耳ロス）の生成を少なくする光ファイバ母材の調製方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
光ファイバ母材の火炎延伸開始時の立ち上げ工程においては、延伸開始時にバーナ火炎が元母材の何処を加熱しているかが重要であり、これを延伸開始時の加熱位置と呼ぶ。延伸開始時の加熱位置が適切であれば、延伸開始から滑らかに外径が変化し、耳ロスが少なく、かつ仕上り径もハンチングが少なく高精度に延伸ができることを発明者等はつきとめた。そこで、この知見に基づいて本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）予め測定した元母材の形状に基づき延伸開始時の加熱位置を設定し、延伸を開始することを特徴とする光ファイバ母材の調製方法、
（２）前記延伸開始時において加熱位置付近の元母材形状を延伸開始前に定常延伸時の外径変化部形状と同様の形状に形成しておき、延伸を開始することを特徴とする（１）に記載の光ファイバ母材の調製方法、
（３）前記延伸前の元母材の形状測定に外径測定器を用いることを特徴とする（１）又は（２）に記載の光ファイバ母材の調製方法、
（４）延伸前の元母材肩部の位置を基準とした延伸開始時の加熱位置を、定常延伸時の母材肩部の位置を基準とした定常延伸時の加熱位置と同じか、又は元母材径をＤとすると０〜Ｄの範囲の距離だけ元母材側に延伸開始時の加熱位置をずらすことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の調製方法、
（５）光ファイバ母材径のテーパ部先端と支持棒の融着部外径を仕上り外径より大きな径にしておき、延伸を行うことを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の調製方法、及び、
（６）初期の延伸仕上り径が目標の仕上り径より大きな径で延伸を行うことを特徴とする（５）に記載の光ファイバ母材の調製方法、
を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の光ファイバ母材の調製方法について図面を参照してさらに詳細に説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
図１（ａ）に延伸開始時の、及び同（ｂ）に定常延伸時のファイバ母材の形状とバーナの位置関係を示す。図１（ａ）において、１３ａが延伸開始時の加熱位置である。
適切な延伸開始時の加熱位置１３ａを決定する方法は、元母材３とそれに融着された支持棒２ａの形状に基づいて判断して適切な延伸開始時の加熱位置１３ａを決定する。
【０００９】
本発明では、予め元母材とそれに融着された支持棒の形状は、例えばレーザー外径測定器を用いて測定されている。
各種の光ファイバ母材において、元母材３の延伸前の外径変化部９ａと定常延伸時の外径変化部９ｂはある程度近い形状をしているが、まったく同じ形状ではない。立ち上げ工程は延伸前の外径変化部９ａの形状から定常延伸時の外径変化部９ｂの形状を作る工程といえる。本発明では、延伸前の外径変化部９ａの途中で元径の１％外径が細い場所から元径の５０％外径が細い場所までのある一つの場所を延伸前の元母材の肩部１２ａと定義すると、再現性よく肩部を検出することができる。定常延伸時の母材肩部も同様の方法で定義する。
【００１０】
このように定義した延伸前の元母材肩部１２ａを基準として延伸開始時の加熱位置１３ａを規定することで、外径変化部９ａや融着部１１に対して再現性良く延伸開始時の加熱位置１３ａを決定することができる。そして、延伸開始時の加熱位置１３ａと元母材肩部１２ａとの距離Ｘを定常延伸時の母材肩部１２ｂと定常延伸時の加熱位置１３ｂの距離Ｙと同じか、又は元母材径をＤとすると０〜Ｄの範囲の距離（例：元母材径がφ４０ｍｍなら０から４０ｍｍの距離）だけ元母材側に延伸開始時の加熱位置をずらしたものとする。また、延伸開始時の加熱位置１３ａは延伸速度が速いほど大きく元母材側にずらす必要がある。
延伸前の元母材肩部１２ａは、外径変化部９ａ内であっても各種の母材間で比較的ばらつきの少ない安定した場所にあるため、延伸前の外径変化部９ａの形状がばらついても再現性がよく、延伸開始時の加熱位置１３ａの基準とすることができる。
【００１１】
このように決定した延伸開始時の加熱位置１３ａにバーナを移動させる方法のひとつとして以下の方法がある。図３（ａ）、（ｂ）に示すように外径測定器とバーナを同じ移動台に乗せて外径測定器７とバーナ６との距離Ｘを予め設定しておく。この移動台を融着部１１近傍から元母材方向に外径を測定しながら移動させて、外径測定器の計測値が予め決めておいた延伸前の元母材肩部の径に達したところを延伸前の元母材肩部１２ａとして検出し、その時のバーナの位置を延伸開始時の加熱位置１３ａに決定するものである。外径測定器７とバーナ６との距離Ｘをあらかじめ設定しておくことで、延伸前の元母材肩部を基準とした任意の位置に延伸開始時の加熱位置１３ａを設定することが可能となる。適切なＸの値は、定常延伸時の母材肩部の位置１２ｂと定常延伸時の加熱位置１３ｂとの距離Ｙと同じか、又は元母材径をＤとすると０〜Ｄの範囲の距離（例：元母材径がφ４０ｍｍなら４０ｍｍの長さ）だけ元母材側に延伸開始時の加熱位置をずらしたした範囲に設定するのが良い。
これは延伸開始時と定常延伸時それぞれの外径変化部形状と加熱位置の相対的な位置関係をなるべく同じにすることでスムーズに延伸開始時から定常延伸時へ移行して行くからである。
【００１２】
また、延伸開始時の加熱位置１３ａを元母材側にずらした設定の場合は、図２に示すように初期の延伸仕上り径φｅが仕上り径φｄに比べて少し太くなる場合があるが、太い径からより細い目標仕上り径に収束する際はハンチングが起こりにくく、逆に細い径からより太い仕上り径へ制御をもちいて収束させようとすると非常に仕上り径がハンチングしやすく耳ロスが大きくなりやすい。同様の理由で、支持棒２の支持棒径φｃは仕上り径φｄよりも０〜５０％外径が大きなものを用いることで延伸初期の外径を太くすることができ、ハンチングしにくく耳ロスを少なくすることができる。
【００１３】
延伸開始時の加熱位置を定常延伸時のバーナ位置とどれだけずらすかは延伸速度、母材粘度、加熱温度、加熱範囲等の条件によって異なる。実際の元母材径や支持棒との融着部１１の周囲の形状にはばらつきが大きく、延伸初期に太くなったり細くなったりする。したがって、予め最終的な仕上り径より若干太い径で延伸を始めたほうが、元母材形状のばらつきがあってもハンチングし難く安定して少ない耳ロスでの延伸ができる。
また、予め延伸開始時の加熱位置付近の形状を定常延伸時のバーナ位置付近の形状に近くなるように加工しておくことで、より耳ロスが小さく延伸を開始することができる。加工方法としては、例えば、バーナ火炎で加熱しカーボン治具を用いて変形させる方法がある。チャック１ａの引き取り開始から急激に引き取り速度が増加すると、元母材の形状が急激に変化し、ハンチングし易くなる。そのため、引き取り開始直後は徐々にチャックスピードを上げて行き設定速度まで加速する工程を設けて耳ロスを少なくする。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を実施例により順をおって更に具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
元径φ４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの延伸前の光ファイバ母材（元母材）を、加熱源には石英バーナによる酸水素火炎を用いて、目標仕上り径φ２０ｍｍに延伸した。またバーナ速度（図５に示すＶ_Ｂ１）は３０ｍｍ／分を用いた。図３、図４に沿って、工程順に調製方法を説明して行く。
【００１５】
図３（ａ）のように元母材３の両端に支持棒２ａ、２ｂを溶接し、二つのチャック１ａ、１ｂ間にセットする。その際、延伸前の外径変化部９ａは定常延伸時の外径変化部９ｂと同様の形状になるように予め整形しておいてもよい。この際、支持棒の太さは仕上り径より大きなφ２５ｍｍの石英棒を用いることで仕上り径を目標よりやや太い径から目標仕上り径に滑らかに収束させることができるようにした。
最初に、図３（ａ）のように、移動台８に乗った外径測定器７を移動させて、元母材３、外径変化部９ａ、融着部１１、の形状と位置を制御装置に自動で記録する。これらの情報を、バーナー速度Ｖ_Ｂ１、Ｖ_Ｂ２値、延伸前の元母材肩部径の値を決定する際のデータとして利用し、制御装置が自動的にこれらの製造条件を決定する。
外径測定器７はバーナ６と同じ移動台８の上に乗っており同時に移動するが、バーナと外径測定器は任意の長手方向の位置に設定でき、かつ延伸中にも遠隔操作で変化させることができる。
【００１６】
次に、バーナ位置を図３（ｂ）に示すように延伸を開始する側の支持棒２ａと元母材３との境目の融着部１１の真下に移動した後、バーナ６と外径測定器７は図３（ｂ）に示すようにＸだけ離れた状態で図５に示す速度Ｖ_Ｂ１で元母材側に移動を開始し、同時にバーナ火炎も種火状態から定常延伸時のガス流量で燃焼を開始し、ファイバ母材の外径変化部９ａを予熱しながら移動する。
【００１７】
外径測定器７がバーナ６と一体で移動し、外径変化部９の外径を測定しながらバーナも移動して行き、図３（ｃ）で示すように、外径測定器７の計測値があらかじめ設定しておいた元母材肩部径になっている場所、すなわち延伸前の元母材肩部１２ａにまで達したらチャック１ａで引き取りを開始する。元径φ４０ｍｍの場合は、φ３８ｍｍの位置を母材肩部と設定した。この延伸開始時の加熱位置１３ａの基準となる元母材肩部は、外径変化部でも母材間で比較的ばらつきの少ない安定した場所にあるため延伸前の外径変化部がばらついても再現性よく延伸開始時の加熱位置の基準とすることができる。
図３（ｃ）の元母材肩部１２ａの位置に外径測定器７があるときのバーナの位置が延伸開始時の加熱位置１３ａである。この位置はあらかじめ同様の元母材を用いて定常延伸時の母材肩部の位置１２ｂとバーナの位置１３ｂの距離Ｙを測定しておき、その値を延伸開始時の加熱位置１２ａと外径測定器の距離Ｘに設定する。これにより延伸前の外径変化部９ａと加熱位置の相対的な位置関係は、定常延伸時とほぼ同じ位置関係で延伸を始めることができるため、延伸による耳ロスを少なくすることができる。
【００１８】
チャック１ａが引き取りを開始した後のチャックの移動速度は、図５に示すように徐々に加速して行き最後にＶ_Ｃ１に達する。チャック１ａを滑らかに加速させることで外径変化部の急激な変形を防ぐことで、耳ロスを少なく延伸を開始することができる。
また、延伸開始時の加熱位置１３ａを定常延伸時より元母材径をＤとすると０からＤの距離（例：元母材径がφ４０ｍｍなら４０ｍｍの長さ）の範囲でバーナを元母材側にずれた位置に設定することで、延伸開始時の仕上り径を目標仕上り径より太い径で延伸を開始することができ、元母材形状がばらついても安定して耳ロスが少なく延伸することができる。この実施例ではＸの値は定常延伸時の値より１７ｍｍずらした値を用いた。
【００１９】
チャックの引き取りが進んで行くと図４（ａ）に示すように加熱部が縮径されて外径変化部の形状が定常延伸時の形状に近づいていく、このとき外径測定器はバーナに対して移動し、定常延伸時の外径測定位置まで移動する。
定常延伸時は図４（ｂ）に示すように外径測定器で外径変化部の径を測定しその外径データを用いてチャック速度Ｖ_Ｃ２やバーナ速度Ｖ_Ｂ２を制御し目標仕上り径になるように延伸を進めて行く。
【００２０】
このような方法を用いて延伸を行った結果、従来の外径精度が±０．２ｍｍであったところが、外径精度±０．０５ｍｍ以下、延伸開始から外径が目標の２０ｍｍ±０．０５ｍｍに収束するまでの仕上り母材の不良部長を耳ロスと定義したが、従来方法による耳ロスが２００ｍｍ〜１５００ｍｍであったところが、７０ｍｍ以下で延伸を行うことができ、光ファイバ母材を良好に調製することができた。
また、形状にばらつきがある元母材２０本を同様に延伸し、調製した結果、安定して同様の延伸精度及び耳ロスで光ファイバ母材の調製を行うことができた。
【００２１】
同様の方法を用いて元径φ２０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの元母材を用いてバーナ速度Ｖ_Ｂ１が２５ｍｍ／分、目標仕上り径φ１０ｍｍで延伸を行った結果、外径精度±０．０５ｍｍ以下、従来の耳ロスが１００ｍｍ〜５００ｍｍであったところが、耳ロスが５０ｍｍ以下で延伸を行うことができ、光ファイバ母材を調製することができた。
【００２２】
更に、同様の方法を用いて元径φ４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの元母材を用いてバーナ速度Ｖ_Ｂ１が５ｍｍ／分、目標仕上り径φ１０ｍｍで延伸を行った結果、外径精度±０．０５ｍｍ以下、従来の耳ロスが２００ｍｍ〜１０００ｍｍであったところが、耳ロスが５０ｍｍ以下で延伸を行うことができ、優れた光ファイバ母材を調製することができた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の調製方法では、ばらつきがある各種外径、形状の光ファイバ母材であっても、容易に且つ確実に延伸開始時の加熱位置が設定でき、極めて精度良く所定の外径に延伸することができる。そして、外径不良部分が少なく優れた光ファイバ母材を調製することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、ファイバ母材の形状とバーナ位置との関係を示す概略図であり、（ａ）は延伸開始時で、（ｂ）は定常延伸時である。
【図２】本発明に係る、バーナ位置を母材側にずらした場合の延伸初期段階の延伸後母材の形状の一例を示す概略図である。
【図３】本発明を適用した場合の、母材延伸工程の延伸開始時までの手順を示す概略図である。
【図４】本発明を適用した場合の、母材延伸工程の延伸開始後から定常延伸時の手順を示す概略図である。
【図５】本発明を適用した場合の、バーナ移動速度とチャック引き取り速度の変化の様子を示す概略図である。
【図６】従来の延伸による光ファイバ母材の調製方法の一例を示す概略図である。
【図７】従来の延伸による調製方法を適用した場合の、延伸前後でのファイバ母材の形状の一例を示す概略図で、（ａ）は延伸前、（ｂ）は延伸後の例である。
【符号の説明】
１　　チャック
２　　支持棒
３　　元母材
４　　延伸後母材
５　　バーナ火炎
６　　バーナ
７　　外径測定器
８　　移動台
９ａ　延伸前の外径変化部
９ｂ　定常延伸時の外径変化部
１０　耳ロス部
１１　融着部
１２ａ　延伸前の元母材肩部
１２ｂ　定常延伸時の母材肩部
１３ａ　延伸開始時の加熱位置
１３ｂ　定常延伸時の加熱位置

Claims

予め測定した元母材の形状に基づき延伸開始時の加熱位置を設定し、延伸を開始することを特徴とする光ファイバ母材の調製方法。
前記延伸開始時において加熱位置付近の元母材形状を延伸開始前に定常延伸時の外径変化部形状と同様の形状に形成しておき、延伸を開始す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調製方法。
前記延伸前の元母材の形状測定に外径測定器を用い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母材の調製方法。
延伸前の元母材肩部の位置を基準とした延伸開始時の加熱位置を、定常延伸時の母材肩部の位置を基準とした定常延伸時の加熱位置と同じか、又は元母材径をＤとすると０〜Ｄの範囲の距離だけ元母材側に延伸開始時の加熱位置をずらすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の調製方法。
光ファイバ母材径のテーパ部先端と支持棒の融着部外径を仕上り外径より大きな径にしておき、延伸を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の調製方法。
初期の延伸仕上り径が目標の仕上り径より大きな径で延伸を行うことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ母材の調製方法。