JP2004256367A - 光ファイバ素線の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光ファイバ素線の製造において、紡糸後の光ファイバ裸線を小型の徐冷炉を用いて、効率的に徐冷でき、非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥を減少し、水素特性の良好な光ファイバ素線を製造できるようにすることにある。
【解決手段】紡糸炉１からの溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉１１に導入して徐冷したのち、さらに冷却し、これに被覆層を形成して光ファイバ素線とする際に、徐冷炉１１の温度を８００〜１３００℃とし、光ファイバ裸線の入線温度を９００〜１３００℃とする。また、徐冷炉１１の温度を光ファイバ裸線の入線温度と同一として効率的に徐冷する。さらに、徐冷炉１１での徐冷時間を０．１〜０．５秒とする。
【選択図】図１
【解決手段】紡糸炉１からの溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉１１に導入して徐冷したのち、さらに冷却し、これに被覆層を形成して光ファイバ素線とする際に、徐冷炉１１の温度を８００〜１３００℃とし、光ファイバ裸線の入線温度を９００〜１３００℃とする。また、徐冷炉１１の温度を光ファイバ裸線の入線温度と同一として効率的に徐冷する。さらに、徐冷炉１１での徐冷時間を０．１〜０．５秒とする。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ素線の製造方法に関し、紡糸速度を高速化させても水素特性の良好な光ファイバ素線を得られるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ素線の製造は、通常図５に示すように、紡糸炉１内に光ファイバ母材２を収容し、その先端部分を加熱し、溶融紡糸して、径１２５μｍの光ファイバ裸線とし、これを冷却筒３に送り込み、次工程の一次被覆層の形成に好適な温度まで冷却する。
【０００３】
冷却筒３で冷却された光ファイバ裸線は、一次被覆層形成用のコータ４および架橋筒５により一次被覆層が形成され、さらに二次被覆層形成用のコータ６および架橋筒７により二次被覆層が形成されて、径２５０μｍの光ファイバ素線とされる。この光ファイバ素線は、引き取り機８、ダンサーロール９を経て、巻き取りドラム１０に巻き取られる。
【０００４】
近時、光ファイバ素線の生産性を高めるため、紡糸速度を高め、１０００ｍ／分以上の線速とすることが行われている。このような高速紡糸になると、製造設備上の制限から、高温度の光ファイバ裸線が冷却筒３に導入されることになり、冷却筒３において急速に冷却されることになる。
【０００５】
光ファイバ裸線の温度が高温である時点からこれを急速に冷却すると、得られる光ファイバ素線の水素特性が悪化すると言う問題が生じる。ここでの水素特性とは、ＩＥＣ６０７９３−２に準拠した水素試験方法によって測定された波長１３８３ｎｍでの伝送損失増分によって評価されるものである。
【０００６】
この光ファイバ素線の水素特性が悪化する理由は、一般に石英ガラスを高温で溶融すると、溶融石英ガラス中に非架橋酸素ホールセンター（Ｎｏｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｏｘｙｇｅｎ Ｈｏｌｅ Ｃｅｎｔｅｒ、ＮＢＯＨＣ）を含む欠陥が生成し、この溶融石英ガラスを急速に冷却すると、冷却後の石英ガラス内部にそのまま欠陥が存在し、この欠陥が雰囲気中の水素と反応して水酸基が生成し、この水酸基により伝送損失が増大するためである。
【０００７】
このため、かかる水素特性の悪化を防止するためには、溶融石英ガラスを冷却する際に、これをゆっくりと冷却し、すなわち徐冷し、非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥を徐冷中に再結合させ、冷却後の石英ガラス中に残存する非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥を減少させることで可能となる。
【０００８】
したがって、高速紡糸の際に、紡糸炉１の次段に徐冷炉を配置して、光ファイバ裸線をここで徐冷すればよいことになるが、十分な徐冷を行い、かかる欠陥を減少させるには、炉長の長い徐冷炉が必要となる。
しかし、製造設備、例えば建屋の高さの制限などから、大型の徐冷炉を既設の製造ラインに設置することは現実的に不可能である。
【０００９】
光ファイバ裸線の冷却に徐冷炉を用いて徐冷する技術に関する先行技術文献としては、以下のようなものがあるが、水素特性の改善に言及しているものはない。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２９４４５３４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６０９４６号公報
【特許文献３】
特開２００１−１９２２３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、小型の徐冷炉を用いて、効率的に光ファイバ裸線を徐冷でき、非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥を減少し、水素特性の良好な光ファイバ素線を製造できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉に導入して徐冷したのち、さらに冷却し、これに被覆層を形成して光ファイバ素線とする際に、徐冷炉の温度を８００〜１３００℃とし、光ファイバ裸線の入線温度を９００〜１３００℃とすることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法である。
【００１３】
請求項２にかかる発明は、溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉に導入して徐冷したのち、さらに冷却し、これに被覆層を形成して光ファイバ素線とする際に、徐冷炉の温度を光ファイバ裸線の入線温度と同一にすることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法である。
【００１４】
請求項３にかかる発明は、徐冷炉での徐冷時間を０．１〜０．５秒とすることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ素線の製造方法である。
請求項４にかかる発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法で製造され、水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の波長１３８３ｎｍでの損失増加量が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ素線である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光ファイバ素線の製造方法に用いられる製造装置の一例を示すもので、この製造装置は紡糸炉１の次段に徐冷炉１１を設置した以外は図５に示した製造装置と同様である。
【００１６】
この徐冷炉１１は、溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を挿通して徐冷するためのもので、その内部に電気ヒータなどの加熱手段を備え、その内部温度（炉内温度）を８００〜１３００℃の範囲に制御できるようになっている。
また、その炉長は、０．４〜８ｍ程度とされ、光ファイバ裸線の線速が２００〜１５００ｍ／分の範囲においても炉内を通過するのに要する時間（これを徐冷時間と定義する）が０．１〜０．５秒となるようになっている。
さらに、この徐冷炉１１は、これに入口と紡糸炉１の出口との距離が０〜２ｍとなる位置に設置されている。
【００１７】
そして、この製造装置を用いて光ファイバ素線を製造する際は、紡糸炉１からの溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉１１に導入して、これを徐冷したのち、冷却筒３でさらに冷却して被覆層形成工程に送る。
【００１８】
ところで、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主体とする石英ガラスを対象としたとき、その溶融状態から冷却するまでの温度変化の際に、８００〜１３００℃の温度範囲に、できるだけ長時間置くことが、非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥の再結合に好適であることが判明した。
【００１９】
したがって、溶融紡糸直後の高温の光ファイバ裸線を徐冷炉１１に導入して徐冷する際にも、徐冷炉１１内で走行する光ファイバ裸線を８００〜１３００℃の温度範囲（以下、徐冷好適温度域と言うことがある。）に、できる限り長時間保持することが好ましいことになる。
【００２０】
このため、徐冷炉１１内の温度を８００〜１３００℃の範囲に設定し、光ファイバ裸線の徐冷炉１１への入線温度を同じく８００〜１３００℃とすれば、上述の条件が最大限満たされることになり、光ファイバ裸線を長時間徐冷好適温度域で保持することが可能となる。
【００２１】
また、光ファイバ裸線の徐冷炉１１への入線温度を低くすることは、紡糸炉１と徐冷炉１１との間隔を広げることになって、製造ラインの長さが長くなり、製造設備の高さが増すことから、避けるべきである。このため、実用的には入線温度の下限を９００℃とすることが好ましい。
【００２２】
また、光ファイバ裸線を徐冷炉１１内で徐冷好適温度域内に保つ時間、すなわち徐冷時間は、０．１〜０．５秒とされる。徐冷時間が０．１秒未満では水素特性の改善がなされず、０．５秒を越えると徐冷炉１１の炉長が長くなり、大型化して好ましくない。
【００２３】
このような徐冷条件を採用することにより、光ファイバ裸線が冷却される際に、徐冷好適温度域である８００〜１３００℃の範囲に０．１〜０．５秒間存在することになり、溶融紡糸時に発生した非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥が十分に再結合してその大部分が消滅し、この結果得られる光ファイバ素線の水素特性が良好となる。
【００２４】
また、炉長の長い大型の徐冷炉を用いる必要がなく、設備的に無理がなく、既設設備を活用することができ、設備コストが大きく増加することもない。さらに、幅広い紡糸速度にも対応でき、光ファイバ母材の種類、サイズ、形状等に限定されることもない。
【００２５】
なお、本発明における光ファイバ裸線の温度は、以下のようにして推定した。
一般に、光ファイバの温度は、次の（１）式を使用して推定できる。
【数１】
ここで、Ｅ′：輻射率
σＢ ：ステファンボルツマン係数
Ｔ′：光ファイバ周囲の温度
Ｔ ：ファイバ温度
ｈ ：対流熱伝達率
Ｃｐ ：ガラスの比熱
ρ ：ガラスの密度
ｄ ：ファイバ直径
ｔ ：時間である。
【００２６】
この（１）式で問題となるのは、対流熱伝達率ｈである。この対流熱伝達率は紡糸線速に依存するため、一概にファイバ周囲の雰囲気ガスの対流熱伝達率で代表することができない。そこで、（１）式の輻射伝熱の項を無視し、Ｔについて積分を実行すると、次式（２）を得る。
【数２】
ここで、Ｔｓｔａｒｔ、Ｔｅｎｄ：２点のファイバ温度
Ｔａｉｒ：ファイバ周囲雰囲気ガスの温度
Ｃｐ：ガラスの比熱
ｄｆ：ファイバ直径
Ｖ：紡糸速度
ｈ：対流熱伝達率
Ｌ：２点間のファイバ温度測定距離である。
【００２７】
この（２）式を用いて、対流熱伝達率ｈを求めることができる。以上の関係式（１）、（２）を用いて光ファイバ裸線の温度を推定した。
【００２８】
本発明の光ファイバ素線は、上述の製造法、すなわち徐冷操作を行って得られたもので、水素特性が良好であり、水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の波長１３８３ｎｍでの損失増加量が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下のものである。また、光ファイバ素線としては、シングルモードファイバ、分散シフトファイバ、分散補償ファイバ、カットオフファイバなどいかなるものも対象となる。
【００２９】
以下、具体例を示す。
共通条件
光ファイバ裸線：外径１２５μｍ、波長１．３μｍ伝送用シングルモードファイバ
一次および二次被覆材：ウレタン−アクリレート系紫外線硬化型樹脂
被覆径：２５０μｍ
紡糸速度：２００〜１５００ｍｍ／分
【００３０】
実施例１
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１５００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から０．５ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１１５０℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０５２ｄＢ／ｋｍであった。
【００３１】
実施例２
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１３００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から０．８ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１１００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０２０ｄＢ／ｋｍであった。
【００３２】
実施例３
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０１３ｄＢ／ｋｍであった。
【００３３】
実施例４
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度８００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．８ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度９５０℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０２３ｄＢ／ｋｍであった。
【００３４】
実施例５
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度６００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から２．６ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度８５０℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０４８ｄＢ／ｋｍであった。
【００３５】
比較例１
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉なし（自然冷却 紡糸炉出口から０．８ｍでの光ファイバ裸線の温度が１３００℃であり、これからさらに１．７ｍ後の温度は６００℃であった。）の条件で光ファイバ素線を製造した。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０４８ｄＢ／ｋｍであった。
【００３６】
以上の実施例１ないし５および比較例１の結果を、表１、表２および図２、図３に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
図２の結果から、ファイバ入線温度が８００〜１３００℃の範囲であれば、水素特性がある程度改善されることが確認できる。これは、表１より、光ファイバ裸線の出口での出線温度を見ると、入線温度が１５００℃、６００℃の場合は、出線温度がそれぞれ１１５０℃、８５０℃であり、水素特性の改善に効果のある徐冷好適温度域である８００〜１３００℃の範囲で徐冷される時間が短いことが原因と考えられる。
【００４０】
また、図３および表２から、ファイバ入線温度が低い場合、徐冷炉の設置位置を紡糸炉から離さなければならず、限られた建屋の高さを有効に使用することができないことがわかる。このことから、光ファイバ裸線の入線温度の下限を９００℃とすることが好ましい。
【００４１】
実施例６
紡糸速度１２００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．０８５秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０１８ｄＢ／ｋｍであった。
【００４２】
実施例７
紡糸速度１５００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．０６８秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０３３ｄＢ／ｋｍであった。
【００４３】
実施例８
紡糸速度８００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１３秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０１０ｄＢ／ｋｍであった。
【００４４】
実施例９
紡糸速度４００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．２６秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．００７ｄＢ／ｋｍであった。
【００４５】
実施例１０
紡糸速度２００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．５１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．００３ｄＢ／ｋｍであった。
【００４６】
以上の実施例１ないし１０の結果を、表３および図４に示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
表３および図４の結果から、水素特性の改善には、徐冷時間を０．１秒以上とすることが望ましく、０．５秒程度あれば、十分であり、０．５秒を超えて徐冷するとすれば、設備の高さが必要であり、建設コストの面からも現実的ではない。この点から徐冷時間を０．１〜０．５秒とすることが望ましい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ素線の製造方法によれば、溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉に導入して、徐冷好適温度域で長時間にわたって徐冷するようにしているので、溶融時にガラス中に生成した非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥が、この徐冷中に再結合して消滅し、これによって得られる光ファイバ素線の水素特性が良好なものとなる。
【００５０】
また、徐冷炉の炉長をむやみに長くする必要がないので、設備的に無理がなく、既設の設備にも適用することができる。さらに、ガラス母材の種類等に限定されることがなく、広い紡糸速度に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に用いられる装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】具体例の結果を示す図表である。
【図３】具体例の結果を示す図表である。
【図４】具体例の結果を示す図表である。
【図５】従来の製造方法に用いられる装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・紡糸炉、１１・・・徐冷炉。
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ素線の製造方法に関し、紡糸速度を高速化させても水素特性の良好な光ファイバ素線を得られるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ素線の製造は、通常図５に示すように、紡糸炉１内に光ファイバ母材２を収容し、その先端部分を加熱し、溶融紡糸して、径１２５μｍの光ファイバ裸線とし、これを冷却筒３に送り込み、次工程の一次被覆層の形成に好適な温度まで冷却する。
【０００３】
冷却筒３で冷却された光ファイバ裸線は、一次被覆層形成用のコータ４および架橋筒５により一次被覆層が形成され、さらに二次被覆層形成用のコータ６および架橋筒７により二次被覆層が形成されて、径２５０μｍの光ファイバ素線とされる。この光ファイバ素線は、引き取り機８、ダンサーロール９を経て、巻き取りドラム１０に巻き取られる。
【０００４】
近時、光ファイバ素線の生産性を高めるため、紡糸速度を高め、１０００ｍ／分以上の線速とすることが行われている。このような高速紡糸になると、製造設備上の制限から、高温度の光ファイバ裸線が冷却筒３に導入されることになり、冷却筒３において急速に冷却されることになる。
【０００５】
光ファイバ裸線の温度が高温である時点からこれを急速に冷却すると、得られる光ファイバ素線の水素特性が悪化すると言う問題が生じる。ここでの水素特性とは、ＩＥＣ６０７９３−２に準拠した水素試験方法によって測定された波長１３８３ｎｍでの伝送損失増分によって評価されるものである。
【０００６】
この光ファイバ素線の水素特性が悪化する理由は、一般に石英ガラスを高温で溶融すると、溶融石英ガラス中に非架橋酸素ホールセンター（Ｎｏｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｏｘｙｇｅｎ Ｈｏｌｅ Ｃｅｎｔｅｒ、ＮＢＯＨＣ）を含む欠陥が生成し、この溶融石英ガラスを急速に冷却すると、冷却後の石英ガラス内部にそのまま欠陥が存在し、この欠陥が雰囲気中の水素と反応して水酸基が生成し、この水酸基により伝送損失が増大するためである。
【０００７】
このため、かかる水素特性の悪化を防止するためには、溶融石英ガラスを冷却する際に、これをゆっくりと冷却し、すなわち徐冷し、非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥を徐冷中に再結合させ、冷却後の石英ガラス中に残存する非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥を減少させることで可能となる。
【０００８】
したがって、高速紡糸の際に、紡糸炉１の次段に徐冷炉を配置して、光ファイバ裸線をここで徐冷すればよいことになるが、十分な徐冷を行い、かかる欠陥を減少させるには、炉長の長い徐冷炉が必要となる。
しかし、製造設備、例えば建屋の高さの制限などから、大型の徐冷炉を既設の製造ラインに設置することは現実的に不可能である。
【０００９】
光ファイバ裸線の冷却に徐冷炉を用いて徐冷する技術に関する先行技術文献としては、以下のようなものがあるが、水素特性の改善に言及しているものはない。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２９４４５３４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６０９４６号公報
【特許文献３】
特開２００１−１９２２３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、小型の徐冷炉を用いて、効率的に光ファイバ裸線を徐冷でき、非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥を減少し、水素特性の良好な光ファイバ素線を製造できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉に導入して徐冷したのち、さらに冷却し、これに被覆層を形成して光ファイバ素線とする際に、徐冷炉の温度を８００〜１３００℃とし、光ファイバ裸線の入線温度を９００〜１３００℃とすることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法である。
【００１３】
請求項２にかかる発明は、溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉に導入して徐冷したのち、さらに冷却し、これに被覆層を形成して光ファイバ素線とする際に、徐冷炉の温度を光ファイバ裸線の入線温度と同一にすることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法である。
【００１４】
請求項３にかかる発明は、徐冷炉での徐冷時間を０．１〜０．５秒とすることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ素線の製造方法である。
請求項４にかかる発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法で製造され、水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の波長１３８３ｎｍでの損失増加量が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ素線である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光ファイバ素線の製造方法に用いられる製造装置の一例を示すもので、この製造装置は紡糸炉１の次段に徐冷炉１１を設置した以外は図５に示した製造装置と同様である。
【００１６】
この徐冷炉１１は、溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を挿通して徐冷するためのもので、その内部に電気ヒータなどの加熱手段を備え、その内部温度（炉内温度）を８００〜１３００℃の範囲に制御できるようになっている。
また、その炉長は、０．４〜８ｍ程度とされ、光ファイバ裸線の線速が２００〜１５００ｍ／分の範囲においても炉内を通過するのに要する時間（これを徐冷時間と定義する）が０．１〜０．５秒となるようになっている。
さらに、この徐冷炉１１は、これに入口と紡糸炉１の出口との距離が０〜２ｍとなる位置に設置されている。
【００１７】
そして、この製造装置を用いて光ファイバ素線を製造する際は、紡糸炉１からの溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉１１に導入して、これを徐冷したのち、冷却筒３でさらに冷却して被覆層形成工程に送る。
【００１８】
ところで、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主体とする石英ガラスを対象としたとき、その溶融状態から冷却するまでの温度変化の際に、８００〜１３００℃の温度範囲に、できるだけ長時間置くことが、非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥の再結合に好適であることが判明した。
【００１９】
したがって、溶融紡糸直後の高温の光ファイバ裸線を徐冷炉１１に導入して徐冷する際にも、徐冷炉１１内で走行する光ファイバ裸線を８００〜１３００℃の温度範囲（以下、徐冷好適温度域と言うことがある。）に、できる限り長時間保持することが好ましいことになる。
【００２０】
このため、徐冷炉１１内の温度を８００〜１３００℃の範囲に設定し、光ファイバ裸線の徐冷炉１１への入線温度を同じく８００〜１３００℃とすれば、上述の条件が最大限満たされることになり、光ファイバ裸線を長時間徐冷好適温度域で保持することが可能となる。
【００２１】
また、光ファイバ裸線の徐冷炉１１への入線温度を低くすることは、紡糸炉１と徐冷炉１１との間隔を広げることになって、製造ラインの長さが長くなり、製造設備の高さが増すことから、避けるべきである。このため、実用的には入線温度の下限を９００℃とすることが好ましい。
【００２２】
また、光ファイバ裸線を徐冷炉１１内で徐冷好適温度域内に保つ時間、すなわち徐冷時間は、０．１〜０．５秒とされる。徐冷時間が０．１秒未満では水素特性の改善がなされず、０．５秒を越えると徐冷炉１１の炉長が長くなり、大型化して好ましくない。
【００２３】
このような徐冷条件を採用することにより、光ファイバ裸線が冷却される際に、徐冷好適温度域である８００〜１３００℃の範囲に０．１〜０．５秒間存在することになり、溶融紡糸時に発生した非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥が十分に再結合してその大部分が消滅し、この結果得られる光ファイバ素線の水素特性が良好となる。
【００２４】
また、炉長の長い大型の徐冷炉を用いる必要がなく、設備的に無理がなく、既設設備を活用することができ、設備コストが大きく増加することもない。さらに、幅広い紡糸速度にも対応でき、光ファイバ母材の種類、サイズ、形状等に限定されることもない。
【００２５】
なお、本発明における光ファイバ裸線の温度は、以下のようにして推定した。
一般に、光ファイバの温度は、次の（１）式を使用して推定できる。
【数１】
σＢ ：ステファンボルツマン係数
Ｔ′：光ファイバ周囲の温度
Ｔ ：ファイバ温度
ｈ ：対流熱伝達率
Ｃｐ ：ガラスの比熱
ρ ：ガラスの密度
ｄ ：ファイバ直径
ｔ ：時間である。
【００２６】
この（１）式で問題となるのは、対流熱伝達率ｈである。この対流熱伝達率は紡糸線速に依存するため、一概にファイバ周囲の雰囲気ガスの対流熱伝達率で代表することができない。そこで、（１）式の輻射伝熱の項を無視し、Ｔについて積分を実行すると、次式（２）を得る。
【数２】
Ｔａｉｒ：ファイバ周囲雰囲気ガスの温度
Ｃｐ：ガラスの比熱
ｄｆ：ファイバ直径
Ｖ：紡糸速度
ｈ：対流熱伝達率
Ｌ：２点間のファイバ温度測定距離である。
【００２７】
この（２）式を用いて、対流熱伝達率ｈを求めることができる。以上の関係式（１）、（２）を用いて光ファイバ裸線の温度を推定した。
【００２８】
本発明の光ファイバ素線は、上述の製造法、すなわち徐冷操作を行って得られたもので、水素特性が良好であり、水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の波長１３８３ｎｍでの損失増加量が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下のものである。また、光ファイバ素線としては、シングルモードファイバ、分散シフトファイバ、分散補償ファイバ、カットオフファイバなどいかなるものも対象となる。
【００２９】
以下、具体例を示す。
共通条件
光ファイバ裸線：外径１２５μｍ、波長１．３μｍ伝送用シングルモードファイバ
一次および二次被覆材：ウレタン−アクリレート系紫外線硬化型樹脂
被覆径：２５０μｍ
紡糸速度：２００〜１５００ｍｍ／分
【００３０】
実施例１
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１５００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から０．５ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１１５０℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０５２ｄＢ／ｋｍであった。
【００３１】
実施例２
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１３００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から０．８ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１１００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０２０ｄＢ／ｋｍであった。
【００３２】
実施例３
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０１３ｄＢ／ｋｍであった。
【００３３】
実施例４
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度８００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．８ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度９５０℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０２３ｄＢ／ｋｍであった。
【００３４】
実施例５
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度６００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から２．６ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度８５０℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０４８ｄＢ／ｋｍであった。
【００３５】
比較例１
紡糸速度１０００ｍ／分、徐冷炉なし（自然冷却 紡糸炉出口から０．８ｍでの光ファイバ裸線の温度が１３００℃であり、これからさらに１．７ｍ後の温度は６００℃であった。）の条件で光ファイバ素線を製造した。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０４８ｄＢ／ｋｍであった。
【００３６】
以上の実施例１ないし５および比較例１の結果を、表１、表２および図２、図３に示す。
【００３７】
【表１】
【表２】
図２の結果から、ファイバ入線温度が８００〜１３００℃の範囲であれば、水素特性がある程度改善されることが確認できる。これは、表１より、光ファイバ裸線の出口での出線温度を見ると、入線温度が１５００℃、６００℃の場合は、出線温度がそれぞれ１１５０℃、８５０℃であり、水素特性の改善に効果のある徐冷好適温度域である８００〜１３００℃の範囲で徐冷される時間が短いことが原因と考えられる。
【００４０】
また、図３および表２から、ファイバ入線温度が低い場合、徐冷炉の設置位置を紡糸炉から離さなければならず、限られた建屋の高さを有効に使用することができないことがわかる。このことから、光ファイバ裸線の入線温度の下限を９００℃とすることが好ましい。
【００４１】
実施例６
紡糸速度１２００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．０８５秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０１８ｄＢ／ｋｍであった。
【００４２】
実施例７
紡糸速度１５００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．０６８秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０３３ｄＢ／ｋｍであった。
【００４３】
実施例８
紡糸速度８００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．１３秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．０１０ｄＢ／ｋｍであった。
【００４４】
実施例９
紡糸速度４００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．２６秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．００７ｄＢ／ｋｍであった。
【００４５】
実施例１０
紡糸速度２００ｍ／分、徐冷炉温度１０００℃、光ファイバ裸線の徐冷炉への入線温度１０００℃、徐冷炉の位置：紡糸炉出口から１．３ｍ、徐冷炉長１．７ｍ、徐冷時間０．５１秒、徐冷炉出口での光ファイバ裸線の温度１０００℃の条件で徐冷を行った。得られた光ファイバ素線の水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の１３８３ｎｍでの伝送損失増加分は０．００３ｄＢ／ｋｍであった。
【００４６】
以上の実施例１ないし１０の結果を、表３および図４に示す。
【００４７】
【表３】
表３および図４の結果から、水素特性の改善には、徐冷時間を０．１秒以上とすることが望ましく、０．５秒程度あれば、十分であり、０．５秒を超えて徐冷するとすれば、設備の高さが必要であり、建設コストの面からも現実的ではない。この点から徐冷時間を０．１〜０．５秒とすることが望ましい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ素線の製造方法によれば、溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉に導入して、徐冷好適温度域で長時間にわたって徐冷するようにしているので、溶融時にガラス中に生成した非架橋酸素ホールセンターを含む欠陥が、この徐冷中に再結合して消滅し、これによって得られる光ファイバ素線の水素特性が良好なものとなる。
【００５０】
また、徐冷炉の炉長をむやみに長くする必要がないので、設備的に無理がなく、既設の設備にも適用することができる。さらに、ガラス母材の種類等に限定されることがなく、広い紡糸速度に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に用いられる装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】具体例の結果を示す図表である。
【図３】具体例の結果を示す図表である。
【図４】具体例の結果を示す図表である。
【図５】従来の製造方法に用いられる装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・紡糸炉、１１・・・徐冷炉。
Claims (4)
- 溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉に導入して徐冷したのち、さらに冷却し、これに被覆層を形成して光ファイバ素線とする際に、
徐冷炉の温度を８００〜１３００℃とし、光ファイバ裸線の入線温度を９００〜１３００℃とすることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。 - 溶融紡糸直後の光ファイバ裸線を徐冷炉に導入して徐冷したのち、さらに冷却し、これに被覆層を形成して光ファイバ素線とする際に、
徐冷炉の温度と光ファイバ裸線の入線温度を同一とすることを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。 - 徐冷炉での徐冷時間を０．１〜０．５秒とすることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ素線の製造方法。
- 請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法で製造され、水素試験（ＩＥＣ６０７９３−２準拠）後の波長１３８３ｎｍでの損失増加量が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ素線。
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