JP2014201494A - 線引き用光ファイバプリフォーム、コネクタ付き線引き用光ファイバプリフォーム、および線引き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線引き時のプリフォーム内圧力調整のため、ダミー管にコネクタを装着する場合において、コネクタの大型化やダミー管の長尺化を招かずに、コネクタに加わる熱を有効に低減し得るプリフォームを提供する。【解決手段】製品の光ファイバ裸線部分となる母材有効部における線引き側に対し反対側の端部に、軸線方向に沿う中空部を有する管状ガラスからなるダミー部の一端が溶着接合され、前記中空部が母材有効部の内部に連通するように構成され、ダミー部における線引き側に対し反対側の端部に、中空部に連通するコネクタが取り付けられるようにした線引き用光ファイバプリフォームにおいて、ダミー部における線引き側の端部とコネクタ取り付け側の端部との間の中途部分に、外径と内径の少なくとも一方が変化する１または２以上の径変化部が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、石英ガラス系光ファイバで代表される光ファイバの製造技術に関するものであり、とりわけ、線引きによって光ファイバ裸線とするための光ファイバプリフォーム（光ファイバ母材）と、コネクタ付き光ファイバプリフォーム、およびそのプリフォームの線引き方法に関するものである。

一般に石英ガラス系光ファイバ素線の製造装置としては、図１１に示すような装置が広く使用されている。この光ファイバ素線製造装置１０は、石英系ガラス等からなるプリフォーム（光ファイバ母材）１２を加熱溶融させるための紡糸用加熱炉１４と、紡糸用加熱炉１４から下方に向けて線引き（線状に引き出し）された光ファイバ裸線１６を冷却するための冷却装置１８と、冷却された光ファイバ裸線１６を保護被覆用の樹脂により被覆するための樹脂被覆装置（コーティング装置）２０と、その樹脂被覆装置２０により被覆された樹脂を硬化させるために必要に応じて設けられる硬化装置２２と、保護被覆用の樹脂が硬化された状態の光ファイバ素線２４を引き取るための引取装置２６とを備えた構成とされている。

このような光ファイバ素線製造装置によって光ファイバ素線を製造するにあたっては、光ファイバ裸線１６の元になるプリフォーム（光ファイバ母材）１２を紡糸用加熱炉１４において２０００℃以上の高温に加熱して溶融させ、その紡糸用加熱炉１４の下部から、高温状態で光ファイバ裸線１６として伸長させながら下方に引き出し、その光ファイバ裸線１６を、樹脂によりコーティング可能となる温度まで冷却装置１８により冷却する。そして所要の温度まで冷却された光ファイバ裸線１６には、樹脂被覆装置２０において保護のための樹脂が未硬化状態で被覆され、さらにその被覆樹脂が、硬化装置２２において加熱硬化あるいは紫外線硬化などの樹脂の種類に応じた適宜の硬化手段により硬化され、保護被覆層を備えた光ファイバ素線２４となって、ターンプーリ２８を経て引取装置２６によって所定速度で引き取られる。

ところで、各種の光ファイバのうちでも、偏波面保存光ファイバ、ホーリーファイバ、マルチコア光ファイバなどの特殊光ファイバは、単純に1つのコアを有するような通常の光ファイバでは得られない特徴を有しており、既に種々開発、製品化が進められている。これらの特殊光ファイバは、複雑な内部構造を有しているため、通常の光ファイバとは異なる製造方法、特に線引きについての異なる方法によって製造されることが多い。

例えば、偏波面保存光ファイバの場合、中心にコアを有するプリフォームの両側に２つの空孔を設け、その空孔に応力付与部と称される棒材を挿入し、真空に引きながら線引きを行うことによって、コアの両側に応力付与部を有する偏波面保存光ファイバを作製する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、ホーリーファイバの場合、プリフォームの所望の位置に空孔を設け、その空孔に圧力を加えながら線引きすることによって、空孔を有するホーリーファイバを作製する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。

さらに、マルチコア光ファイバの場合、石英管内にコアを有する棒材を複数本詰め込み、真空に引きながら線引きを行うことによって、複数のコアを有するマルチコア光ファイバを製造することが知られている（例えば特許文献３参照）。

また一方、上記のような特殊光ファイバ以外の、シングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ、分散シフト光ファイバなどの単純な構造を有する光ファイバにおいても、製造コストの低コスト化、プリフォームの大型化のため、石英管にコア材を挿入し、真空に引きながら線引きする方法を適用することがある（例えば特許文献４参照）。

このように、光ファイバの製造においては、プリフォーム（光ファイバ母材）の線引き中に、プリフォームの内部を加圧若しくは減圧（真空引き）すること、すなわち圧力調整を行なうことが多い。このように圧力調整しながら線引きするための具体的な方法としては、従来は、図１２に示すようなプリフォーム１２を用いて、図１３に示すように線引きすることが行なわれている。
すなわち、図１２に示すように、プリフォーム１２における、光ファイバの製品における光ファイバ裸線となるべき部分（母材有効部）３０における線引き端とは逆端側に、製品部分とはならない（すなわちダミーとなる）中空のガラス管３２を溶着しておき、そのガラス管（以下ダミー管と記す）３２の末端に、コネクタ３４を取り付けて、そのコネクタ３４を、圧力調整配管（ガス配管）３６を介して図示しない加圧装置もしくは真空ポンプなどの圧力調整手段に接続しておく。そして図１３に示すように、紡糸用加熱炉１４内に母材有効部３０を挿入して、紡糸用加熱炉１４のヒータ１５によって母材有効部３０を加熱しながらの線引き中に、コネクタ３４およびダミー管３２の中空部３３を介して母材有効部３０の内部の圧力を調整することが行なわれている。ここで、ダミー管３２の末端に装着されるコネクタ３４の材料としては、ステンレス鋼などの金属や、フッ素系樹脂などの耐熱樹脂を用いるのが一般的である。

ところで線引きでは、プリフォームは２０００℃以上の高温に加熱される。そのため、ダミー管３２に圧力調整配管接続のためのコネクタ３４を取り付けている場合、プリフォームの母材有効部３０に加わる熱が、ダミー管３２を介して伝熱されて、コネクタ３４付近も高温となってしまう。そこで、金属製のコネクタの場合は、コネクタ内部を水循環などにより冷却するのが通常である。しかしながらその場合、コネクタ全体が著しく大型化し、取扱い性やコスト面などにおいて問題が生じる。一方、コネクタが耐熱樹脂製の場合には、母材有効部もしくはダミー管の長さを長くすることにより、熱源からコネクタまでの距離を伸ばすことによって、コネクタに加えられる熱を少なくすることが行なわれている。しかしながらダミー管を長尺化すれば、線引き装置などのスペース的問題により、製品長が制限される可能性がある。

したがって、プリフォームの母材有効部の内部圧力調整のために、ダミー管に圧力調整配管接続用のコネクタを装着する場合においては、線引き中にコネクタにできるだけ熱が加わらないようにすることが強く望まれるが、従来は、コネクタの大型化やダミー管の長尺化を招くことなく、コネクタに加わる熱を有効に低減することは困難であった。

特開平４−２１５３３号公報 特開２０１２−１８４１４２号公報 特表２００１−５１１５３８号公報 特開２０１０−１７３８９５号公報

本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、線引き時においてプリフォームの母材有効部の内部圧力を調整するために、ダミー管に圧力調整配管接続用のコネクタを装着する場合において、コネクタの大型化やダミー管の長尺化、あるいは製品長の制約などの問題を招くことなく、コネクタに加わる熱を有効に低減しうるようにした線引き用光ファイバプリフォーム、およびコネクタ付きプリフォーム、さらにそのプリフォームを用いた線引き方法を提供することを課題としている。

本発明の基本的な態様（第１の態様）による線引き用光ファイバプリフォームは、
光ファイバ製品における光ファイバ裸線部分となるべき光ファイバ母材有効部における線引き側に対して反対側の端部に、軸線方向に沿って延びる中空部を有する管状のガラスからなるダミー部の一端が溶着接合され、かつ前記中空部が前記光ファイバ母材有効部の内部に連通するように構成され、前記ダミー部における線引き側に対し反対側の端部に、前記中空部に連通する圧力調整配管接続用のコネクタが取り付けられるようにした線引き用光ファイバプリフォームにおいて、前記ダミー部における線引き側の端部とコネクタ取り付け側の端部との間の中途部分に、外径と内径の少なくとも一方が変化する１または２以上の径変化部が形成されていることを特長とするものである。

また本発明の第２の態様による線引き用光ファイバプリフォームは、前記第１の態様の光ファイバプリフォームにおいて、前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けてダミー部の断面積が小さくなる部位であることを特徴とするものである。

また本発明の第３の態様による線引き用光ファイバプリフォームは、前記第１もしくは第２の態様の光ファイバプリフォームにおいて、前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けてダミー部の外径および内径が小さくなる部位であることを特徴とするものである。

また本発明の第４の態様による線引き用光ファイバプリフォーム装置は、前記第１もしくは第２の態様の光ファイバプリフォームにおいて、前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けてダミー部の外径が小さくなる部位であることを特徴とするものである。

また本発明の第５の態様による線引き用光ファイバプリフォームは、前記第１もしくは第２の態様の光ファイバプリフォームにおいて、前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けてダミー部の内径が大きくなる部位であることを特徴とするものである。

さらに本発明の第６の態様による線引き用光ファイバプリフォームは、前記第１〜第５のいずれかの態様の光ファイバプリフォームにおいて、前記ダミー部が、外径と内径とのうち少なくとも一方が異なる複数の単位ダミー管を直列状に溶着接合した構成とされ、かつ隣り合う単位ダミー管の溶着接合部分が前記径変化部とされていることを特徴とするものである。

さらに本発明の第７の態様による線引き用光ファイバプリフォームは、前記第１〜第５のいずれかの態様の光ファイバプリフォームにおいて、前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けて、ダミー部の外周面と内周面とのうち少なくとも一方がテーパー状に変化する部位であることを特徴とするものである。

さらに本発明の第８の態様による線引き用光ファイバプリフォームは、前記第１〜第７のいずれかの態様の光ファイバプリフォームにおいて、前記ダミー部における線引き側の端部の外径が、前記光ファイバ母材有効部の外径と同等とされていることを特徴とするものである。

さらに本発明の第９の態様による線引き用光ファイバプリフォームは、前記第１〜第８のいずれかの態様の光ファイバプリフォームにおいて、前記ダミー部の中空部が、コネクタ取り付け側の端部においてその端面に開口しており、その開口部に前記コネクタが取り付けられるように構成したことを特徴とするものである。

さらに本発明の第１０の態様による線引き用光ファイバプリフォームは、前記第１〜第８のいずれかの態様の光ファイバプリフォームにおいて、前記ダミー部の中空部が、コネクタ取り付け側の端部においてその外周面に開口しており、その開口部に連通する前記コネクタが、前記ダミー部の外周面に取り付けられるように構成したことを特徴とするものである。

さらに本発明の第１１の態様によるコネクタ付き線引き用光ファイバプリフォームは、前記第９の態様の線引き用光ファイバプリフォームにおける、前記ダミー部のコネクタ取り付け側の端部に、その端面を覆うように前記コネクタが取り付けられてなることを特徴とするものである。

さらに本発明の第１２の態様によるコネクタ付き線引き用光ファイバプリフォームは、前記第１０の態様の線引き用光ファイバプリフォームにおける、前記ダミー部のコネクタ取り付け側の端部の外周面に前記コネクタが取り付けられてなることを特徴とするものである。

さらに本発明の第１３の態様による線引き方法は、前記第１１、第１２のいずれかの態様のコネクタ付き線引き用光ファイバプリフォームを用いて線引きする方法であって、気体圧力を調整するための圧力調整手段を、圧力調整配管および前記コネクタを介して前記ダミー部に接続し、前記中空部を介して前記光ファイバ母材有効部の内部圧力を調整しながら、紡糸用加熱炉内において前記光ファイバ母材有効部を加熱溶融させて線引きすることを特徴とするものである。

さらに本発明の第１４の態様による線引き方法は、前記第１３の態様の線引き方法において、前記圧力調整手段が、加圧手段であることを特徴とするものである。

さらに本発明の第１５の態様による線引き方法は、前記第１３の態様の線引き方法において、前記圧力調整手段が、減圧手段であることを特徴とするものである。

本発明によれば、プリフォームにおける製品となるべき光ファイバ母材有効部の内部圧力調整のために、母材有効部に溶着接合されたダミー管に圧力調整配管用のコネクタを装着する場合において、コネクタを冷却したりダミー管をいたずらに長尺化させたりすることなく、コネクタに加わる熱を有効に低減して、コネクタの過加熱を防止することができる。したがって本発明によれば、コネクタ冷却のためにコネクタが大型化して取り扱い性やコストの問題が生じずに、しかもダミー管の長尺化によって製品長が制約されるなどの問題も生じずに、コネクタの過加熱を有効に防止することができる。

本発明の一実施形態の線引き用光ファイバプリフォームを、コネクタを取り付けた状態で示す断面図である。 図１の要部を拡大して示す断面図である。 図１に示される光ファイバプリフォームを用いて線引きする状況を示す模式図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第１のパターンを示す断面図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第２のパターンを示す断面である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第３のパターンを示す断面である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第４のパターンを示す断面図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第５のパターンを示す断面図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第６のパターンを示す断面図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第７のパターンを示す断面図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第８のパターンを示す断面図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第９のパターンを示す断面図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部の径変化部の第１０のパターンを示す断面図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部のコネクタ取り付け側端部の別の例を示す断面図である。 本発明の線引き用光ファイバプリフォームにおけるダミー部のコネクタ取り付け側端部のさらに別の例を示す断面図である。 図８Ａに示されるダミー部のコネクタ取り付け側端部にコネクタを取り付けてなるコネクタ付き線引き用光ファイバプリフォームの一例を示す断面図である。 図９に示されるコネクタ付き線引き用光ファイバプリフォームを用いて線引きする状況を示す模式図である。 光ファイバ製造装置の一例の全体構成を示す略解図である。 線引き時に光ファイバ母材内の圧力調整を行なう場合の従来のコネクタ付き線引き用光ファイバプリフォームの一例を示す断面図である。 図１２に示される従来のコネクタ付き光ファイバプリフォームを用いて線引きする状況を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１、図２には、本発明の一実施形態の線引き用光ファイバプリフォーム４１の全体構成（但し圧力調整配管接続用コネクタ５３を取り付けたコネクタ付き光ファイバプリフォームの状態）を示し、図２にはその要部を拡大して示す。なお本実施形態は、ホーリーファイバ（空孔付き光ファイバ）を製造するための線引き用光ファイバプリフォームとして示している。

図１、図２において、最終的な光ファイバ製品における光ファイバ裸線部分となるべき部分、すなわち光ファイバ母材有効部４３は、石英系ガラスによって全体として丸棒状をなすように作られ、かつその軸線方向に沿って貫通する複数の空孔４５が形成されている。これらの空孔４５は最終製品であるホーリーファイバの空孔部分となる部分である。

光ファイバ母材有効部４３の先端部（図１、図２の左方：線引き側の端部）には、テーパー部４７が形成されている。このテーパー部４７は、線引き時の引き出し側ダミー部分を構成するものであり、円錐状のガラス体を光ファイバ母材有効部４３の先端面に溶着して形成したり、あるいは光ファイバ母材有効部４３の先端部を切削したり、引き伸ばしたりすることによって形成されていればよく、そのテーパー部４７の形成方法は従来と同様であれば良い。

光ファイバ母材有効部４３の後端部（図１、図２の右方：線引き側に対して反対側の端部）には、軸線方向に沿って貫通する中空部５１を有して全体として中空管状をなすダミー部４９が、光ファイバ母材有効部４３の軸線の延長線を軸線とするように配設されて、その先端面が光ファイバ母材有効部４３の後端面に溶着により接続されている。ここで、ダミー部４９の中空部５１は、光ファイバ母材有効部４３との溶着接合部分において、光ファイバ母材有効部４３の複数の空孔４５に連通している。

ダミー部４９は、本実施形態では、それぞれ中空なガラス管からなる複数本（図示の例では３本）の単位ダミー管４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃを直列状に配列して、それぞれの端面間を溶着して一体化した構成とされている。そしてダミー部４９の後端部（線引き側に対して反対側の端部）には、圧力調整配管接続用のコネクタ５３が取り付けられており、このコネクタ５３には、ガス配管（圧力調整配管）５５を介して図示しない圧力調整手段が接続されている。この圧力調整手段は、ダミー部４９の中空部５１およびそれに連通する光ファイバ母材有効部４３内部の圧力を調整するためのものであり、ホーリーファイバを対象としている本実施形態では、ダミー部４９の中空部５１およびそれに連通する光ファイバ母材有効部４３の複数の空孔４５内を加圧するための加圧手段（加圧圧力制御手段）によって構成されている。すなわちＮ_２やＡｒガスなどの不活性ガスを加圧して、ガス配管５５およびコネクタ５３を介してダミー部４９の中空部５１にその後端から送り込むようになっている。

さらに本実施形態におけるダミー部４９の各単位ダミー管４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃおよびコネクタ５３の部分について詳細に説明する。

ダミー部４９を構成する各単位ダミー管４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃのうち、最も先端部側に位置する単位ダミー管４９Ａを第１の単位ダミー管４９Ａ、中間の単位ダミー管４９Ｂを第２の単位ダミー管４９Ｂ、最も後端部側に位置する単位ダミー管４９Ｃを第３の単位ダミー管４９Ｃとする。そして光ファイバ母材有効部４３の外径をＤ０、第１の単位ダミー管４９Ａの外径Ｄ１１、内径をＤ１２とし、第２の単位ダミー管４９Ｂの外径をＤ２１、内径をＤ２２、第３の単位ダミー管４９Ｃの外径をＤ３１、内径をＤ３２とする。
図１、図２に示す本実施形態では、これらの各径の関係は、次のように定められている。
Ｄ１１＝Ｄ０ ・・・（１）
Ｄ１１＞Ｄ２１＞Ｄ３１ ・・・（２）
Ｄ１２＞Ｄ２２＞Ｄ３２ ・・・（３）
したがって第１の単位ダミー管４９Ａの外径Ｄ１１は光ファイバ母材有効部４３の外径をＤ０と同じであるが、ダミー部４９内においては、先端部側から後端部側に向かって、外径および内径が順次小さくなるように構成されている。

ここで、ダミー部４９内における外径と内径のうち、少なくとも一方が変化する部分を径変化部と称することとすれば、本実施形態においては、第１の単位ダミー管４９Ａと第２の単位ダミー管４９Ｂとの溶着部分（接合部分）は、第１の単位ダミー管４９Ａから第２の単位ダミー管４９Ｂへ向かって外径および内径が小さくなる第１の径変化部５７Ａとなっている。そして第２の単位ダミー管４９Ｂと第３の単位ダミー管４９Ｃとの溶着部分（接合部分）は、第２の単位ダミー管４９Ｂから第３の単位ダミー管４９Ｃへ向かって外径および内径が小さくなる第２の径変化部５７Ｂとなっている。

さらに、第１の単位ダミー管４９Ａの断面積（中空部分を除いた切断端面の面積）をＳ１、第２の単位ダミー管４９Ｂの断面積（中空部５１を除いた切断端面の面積）をＳ２、第３の単位ダミー管４９Ｃの断面積（中空部５１を除いた切断端面の面積）をＳ３とすれば、
Ｓ１＝π×［｛Ｄ１１／２｝^２−｛Ｄ１２／２｝^２］ ・・・（４）
Ｓ２＝π×［｛Ｄ２１／２｝^２−｛Ｄ２２／２｝^２］ ・・・（５）
Ｓ３＝π×［｛Ｄ３１／２｝^２−｛Ｄ３２／２｝^２］ ・・・（６）
と表されるが、これらの断面積Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、次のように定められている。
Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３ ・・・（７）
すなわちダミー部４９内においては、先端部側から後端部側に向かって、断面積Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が順次小さくなるように構成されている。

コネクタ５３は、ステンレス鋼などの金属、あるいはフッ素樹脂などの耐熱性樹脂によって作られたものであって、図２に示しているように、第３の単位ダミー管４９Ｃの後端面における中空部分５１の開口部５１Ａを覆うカバー形状に作られるとともに、中央に第３の単位ダミー管４９Ｃの中空部５１に連通する貫通孔５３Ａが形成され、さらにその外部側には、ガス配管取り付け部５３Ｂが形成されている。このようなコネクタ５３は、第３の単位ダミー管４９Ｃの後端面をカバーするように第３の単位ダミー管４９Ｃの後端部に取り付けられて、Ｏリング５９によりシールされるとともに、ガス配管取り付け部５３Ｂにガス配管（圧力調整配管）が取り付けられる。

このような線引き用光ファイバプリフォーム４１を用いて実際に線引きを行なうにあたっては、図３に示しているように、紡糸用加熱炉１４内に母材有効部分４３を挿入して、紡糸用加熱炉１４のヒータ１５によって母材有効部分４３を２０００℃程度以上の高温に加熱して軟化・溶融させながら、自重および下方からの光ファイバ素線牽引力によって細く線引きする。この際、ヒータ１５によって高温に加熱された母材有効部分４３からの輻射による熱および熱伝導による熱が、ダミー部４９を経てコネクタ５３に伝達されることになるが、本実施形態の線引き用光ファイバプリフォーム４１では、線引き時において加熱される光ファイバ母材有効部４３からの輻射による熱および熱伝導による熱が、コネクタ５３が取り付けられた後端部位まで伝達されにくくなり、そのためコネクタが過加熱されるような事態が発生することを有効に防止することができる。その理由は次の通りである。

すなわち図１、図２に示される実施形態においては、ダミー部４９における、光ファイバ母材有効部４３からコネクタ５３に至るまでの間、すなわちダミー部４９の先端部から後端部までの間に、各単位ダミー管４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃの接合部位（溶着部位）として、外径および内径が変化する径変化部５７Ａ、５７Ｂが存在している。また各単位ダミー管４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃの接合部位（溶着部位）である径変化部５７Ａ、５７Ｂでは、径のみならず断面積Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３も、先端部から後端部に向かって小さくなっている。そしてこのような構成とすることによって、光ファイバ母材有効部４３からの熱は、コネクタ５３に至るまでの間において大幅に減衰し、その結果、コネクタ５３が過加熱されることが防止される。

より具体的に説明すれば、先ず輻射熱については、光ファイバ母材有効部４３からの輻射熱は、主としてダミー部４９の管壁内（管壁の肉厚内）を、その軸線方向に沿って後端部側に向けて伝熱されるが、径変化部５７Ａ、５７Ｂにおいて、その輻射方向が変化して散乱あるいは反射し、さらにダミー部４９の管壁外に放出され、その結果、ダミー管４９の管壁内を伝わる輻射熱が減衰される。特に本実施形態の場合、径変化部５７Ａ、５７Ｂは、単位ダミー管相互間の溶着部（接合部）となっているため、その部分での散乱、反射、外部放射も大きくなって、管壁内を伝わる輻射熱の減衰度合いが大きくなる。

また熱伝導についても、光ファイバ母材有効部４３からの熱伝導による熱は、主としてダミー部４９の管壁内（管壁の肉厚内）を伝わるが、本実施形態では、径変化部５７Ａ、５７Ｂにおいてダミー管４９の断面積が後端部側に向かって小さくなっており、このことは熱伝導に寄与する有効断面積が後端部側に向かって小さくなっていることを意味し、したがって熱伝導による伝熱も後端部側に向かって小さくなる。

したがってこれらの作用が相俟って、光ファイバ母材有効部４３からの熱は、コネクタ５３に至るまでの間において大幅に減衰し、その結果、コネクタ５３が過加熱されることが防止される。そのため、コネクタ５３に水冷などの冷却構造を組み込むことが不要となり、コネクタ部分の大型化やコスト上昇を回避することができる。また、コネクタの過加熱を防止するために、いたずらにダミー部を長尺化して、ダミー部の長さによって伝熱を減衰させる必要性も少なくなる。

なお本実施形態では、第１の単位ダミー管４９Ａの外径Ｄ１１を、光ファイバ母材有効部４３の外径Ｄ０と等しい径としているが、第１の単位ダミー管４９Ａの外径Ｄ１１を、光ファイバ母材有効部４３の外径Ｄ０よりも小さい径として、光ファイバ母材有効部４３と第１の単位ダミー管４９Ａとの溶着部分（接合部分）をも、径変化部とすることも、場合によっては許容される。しかしながら、第１の単位ダミー管４９Ａの外径Ｄ１１を、光ファイバ母材有効部４３の外径Ｄ０と等しい径としておけば、図３に示しているように、線引き時においてファイバ母材有効部４３の外周面と紡糸用加熱炉１４の内壁面１４Ａとの間の隙間ＳＡの寸法と、ダミー部４９における紡糸用加熱炉１４への挿入部分（本実施形態では第１のダミー管４９Ａ）の外周面と紡糸用加熱炉１４の内壁面１４Ａとの間の隙間ＳＢとが同じ寸法となる。すなわち、隙間ＳＡと隙間ＳＢとの間に段差がない状態となるため、紡糸用加熱炉１４内の隙間に温度分布均一化のために希ガスなどのガスを導入する場合でも、上記の隙間でガスの乱流が生じるおそれが少なくなる。その結果、ガス導入による温度分布均一化の効果を確実に発揮させることが可能となる。したがって、上述のように第１のダミー管４９Ａの外径Ｄ１１は、光ファイバ母材有効部４３の外径Ｄ０と等しい寸法とすることが望ましい。

以上のところにおいて、図１、図２に示す実施形態では、各各単位ダミー管４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃの接合部位（溶着部位）である径変化部５７Ａ、５７Ｂについて、外径と内径との両者がダミー部４９の先端部側から後端部側に向かって小さくなるものとしているが、径変化部は、既に述べたように、ダミー部４９内における外径と内径のうち、少なくとも一方が変化する部分であれば良い。そこで、径変化部において径が変化する代表的な３種のパターンを、図１、図２に示した場合のパターンを含め、図４Ａ〜図４Ｃに示す。
なおここでは第１の径変化部５７Ａ、すなわち第１の単位ダミー管４９Ａと第２の単位ダミー管４９Ｂとの先端面同士の溶着部分についてのみ示しているが、図１、図２に示すように、３本もしくはそれ以上の本数の単位ダミー管を用いて、２以上の径変化部５７Ａ、５７Ｂが存在する場合についての、図示した第１の径変化部５７Ａ以外の径変化部のパターンも、図４Ａ〜図４Ｃと同様に考えれば良い。

図４Ａには、図１、図２に示した実施形態のパターンに相当する径変化パターンを示す。すなわち、ダミー部４９の先端部側から後端部側に向かって、各単位ダミー管の外径および内径が小さくなるパターンであり、次のように表される。
Ｄ１１＞Ｄ２１ ・・・（８）
Ｄ１２＞Ｄ２２ ・・・（９）
Ｓ１＞Ｓ２ ・・・（１０）

次に図４Ｂは、ダミー部４９の先端部側から後端部側に向かって、各単位ダミー管の外径が小さくなる一方、内径は変化しないパターンであり、次のように表される。
Ｄ１１＞Ｄ２１ ・・・（１１）
Ｄ１２＝Ｄ２２ ・・・（１２）
Ｓ１＞Ｓ２ ・・・（１３）
なおこのパターンでは、上記の（１１）式および（１２）式を満たすことによって、（１３）式は必然的に満たされることになる。

さらに図４Ｃは、ダミー部４９の先端部側から後端部側に向かって、各単位ダミー管の内径が大きくなる一方、外径は変化しないパターンであり、次のように表される。
Ｄ１１＝Ｄ２１ ・・・（１４）
Ｄ１２＜Ｄ２２ ・・・（１５）
Ｓ１＞Ｓ２ ・・・（１６）
なおこのパターンでは、上記の（１４）式および（１５）式を満たすことによって、（１６）式は必然的に満たされることになる。

ここで、図４Ａ〜図４Ｃのいずれのパターンでも、ダミー部４９の先端部側から後端部側に向かって、各単位ダミー管の断面積が小さくなることとしている。例えば第１の単位ダミー管４９Ａの断面積Ｓ１よりも第２の単位ダミー管４９Ｂの断面積Ｓ２が小さいこととしている。しかしながら、場合によっては各単位ダミー管の外径および／または内径は小さくなっても、断面積は変わらないようにすることも許容される。すなわちその場合でも、既に述べたような母材有効部分４３からコネクタ５３までの間におけるダミー部４９内での伝達熱の二つの減衰要因（輻射熱の減衰および伝導熱の減衰）のうち、輻射熱の減衰には効果があるからである。但し、実際上は、輻射熱の減衰に加え、伝導熱の減衰の効果も得るために、各単位ダミー管の断面積も、ダミー管４９の先端部側から後端部側に向けて小さくすることが望ましい。

また図４Ａ〜図４Ｃでは、それぞれ一つの径変化部についての径変化パターンを示しているが、ダミー部４９を３本以上の単位ダミー管によって構成する場合（すなわち２以上の径変化部が存在する場合）には、すべての径変化部の径変化パターンを同一のパターンとする必要はなく、異なる２以上のパターンを適用してもよい。

さらに、図１、図２に示した実施形態では、各単位ダミー管の接合部位（溶着部位）において、隣り合う単位ダミー管の端面同士を突き合わせて、その端面同士を溶着した構成としているが、必ずしも端面同士を突き合わせて溶着する必要はなく、隣り合う二つの単位ダミー管のうち、一方の単位ダミー管の端部の内側に、他方の単位ダミー管の端部を挿入して溶着する構成としても良い。その場合の代表的な例を、第１のダミー管４９Ａと第２のダミー管４９Ｂとの接合部位（溶着部位：第１の径変化部５７Ａに相当）に関して、図５Ａ〜図５Ｃに示し、これらについて次に説明する。

図５Ａの場合は、第２のダミー管４９Ｂの外径Ｄ２１が第１のダミー管４９Ａの内径Ｄ１２と実質的に同一に定められ、第１のダミー管４９Ａの端部内側に、第２のダミー管４９Ｂの端部が挿入されて、第１のダミー管４９Ａの端部の内周面と第２のダミー管４９Ｂの端部の外周面とが溶着接合されている。そしてこの溶着接合部分の領域が、前述の径変化部５７Ａを構成している。

また図５Ｂの場合は、第２のダミー管４９Ｂの外径Ｄ２１が第１のダミー管４９Ａの内径Ｄ１２より小さく定められ、第１のダミー管４９Ａの端部内側に、内向きに突出する内向き隆起部６１が形成され、その内向き隆起部６１の内面側に、第２のダミー管４９Ｂの端部が挿入されて、第１のダミー管４９Ａの内向き隆起部６１の内周面と第２のダミー管４９Ｂの端部の外周面とが溶着接合されている。そしてこの溶着接合部分の領域が、前述の径変化部５７Ａを構成している。

さらに図５Ｃの場合は、第１のダミー管４９Ａの後端部近くの部分が、後端に向かって外径および内径がテーパー状に縮小される縮径部６３とされ、一方第２のダミー管４９Ｂの外径２１は、縮径部６３の最小内径と実質的に等しい径とされている。そして、第１のダミー管４９Ａの縮径部６３の内側に、第２のダミー管４９Ｂの端部が挿入されて、第１のダミー管４９Ａの縮径部６３の内周面と第２のダミー管４９Ｂの端部の外周面とが溶着接合されている。そして、その溶着接合部分を含む第１のダミー管４９Ａの縮径部６３が、前述の径変化部５７Ａを構成している。

これらの図５Ａ〜図５Ｃの各例の場合も、既に述べたような径変化部のいずれかの径変化パターン条件を満たすことによって、光ファイバ母材有効部４３からの熱を、コネクタ５３に至るまでの間において大幅に減衰させ、その結果、コネクタ５３の過加熱を防止することができる。
また、ダミー部４９を３本以上の単位ダミー管によって構成する場合（すなわち２以上の径変化部が存在する場合）には、これらの図５Ａ〜図５Ｃの各例のうちのいずれか１以上と、図４Ａ〜図４Ｃに示したような隣り合う単位ダミー管の端面同士を付き合わせる態様とを併用しても良い。

さらに、以上の各例では、ダミー部４９を外径および／または内径が異なる複数の単位ダミー管を直列状に配列して、隣り合う単位ダミー管の端部の溶着接合によってダミー部４９における径変化部を形成しているが、場合によっては、ダミー部４９を単一のダミー管によって構成し、その単一のダミー管の一部、すなわち光ファイバ母材有効部４３の側（先端部側）からコネクタ５３の取り付け位置の側（後端部側）に至るまでの中途の箇所に、径変化部を形成しても良い。その場合の代表的な例を、図６Ａ〜図６Ｃに示し、次にこれらの例を説明する。なお、図６Ａ〜図６Ｃの各図において、単一のダミー管４９０における左側の部分４９０Ａが、光ファイバ母材有効部４３に近い側（先端部側）とし、その先端部側の部分４９０Ａの外径、内径について、便宜状、図２に示した第１の単位ダミー管４９Ａの外径、内径と同じくＤ１１、Ｄ１２と示している。また単一のダミー管４９０における右側の部分４９０Ｂが、光ファイバ母材有効部４３から遠いコネクタ側（後端部側）とし、その後端部側の部分４９０Ｂの外径、内径を、便宜状、図２に示した第２の単位ダミー管４９Ｂの外径、内径と同じくＤ２１、Ｄ２２と示している。

図６Ａに示す例では、単一のダミー管４９０における先端部側の部分４９０Ａと、後端部側の部分４９０Ｂとの間に、先端部側から後端部側に向かって外径および内径が縮小するテーパー状の径変化部５７０が形成されている。この場合、既に図４Ａについて述べた、（８）式、（９）式を満たしている。なおこの場合も、後端部側の部分４９０Ｂの断面積が、先端部側の部分４９０Ａの断面積よりも小さくなるように定めることが望ましい。

図６Ｂに示す例では、単一のダミー管４９０における先端部側の部分４９０Ａと、後端部側の部分４９０Ｂとの間に、先端部側から後端部側に向かって外径が縮小するテーパー状外面を有する径変化部５７０が形成されている。この場合、既に図４Ｂについて述べた、（１１）式、（１２）式を満たしている。なおこの場合、後端部側の部分４９０Ｂの断面積は、先端部側の部分４９０Ａの断面積よりも必然的に小さくなる。

図６Ｃに示す例では、単一のダミー管４９０における先端部側の部分４９０Ａと、後端部側の部分４９０Ｂとの間に、先端部側から後端部側に向かって内径が拡大するテーパー状内面を有する径変化部５７０が形成されている。この場合、既に図４Ｃについて述べた、（１４）式、（１５）式を満たしている。なおこの場合も、後端部側の部分４９０Ｂの断面積は、先端部側の部分４９０Ａの断面積よりも必然的に小さくなる。

さらに、ダミー部４９として単一のダミー管４９０を用いた場合における径変化部５７０の別の例を、図７に示す。この例では、単一のダミー管４９０における先端部側の部分４９０Ａと、後端部側の部分４９０Ｂとの間に、外周方向に向けて凸彎曲状（波状若しくは皺状）に屈曲する屈曲部６５が形成されている。すなわちこの屈曲部６５においては、単一のダミー管４９０における先端部側から後端部側に向けて、外径および内径が、Ｄ１１、Ｄ１２からＤ４１、Ｄ４２に一旦拡大し、引き続いて再びＤ１１、Ｄ１２に戻る径変化部５７０となっている。このような径変化部５７０を有するダミー管４９０を用いて線引きした場合も、母材有効部分４３からの輻射熱が、径変化部５７０において散乱、反射、外部放射されて、前記と同様な輻射熱減衰効果を得ることができる。

図８Ａ、図８Ｂには、ダミー部４９におけるコネクタ取り付け部分についての別の例を示す。
すなわち、図１、図２に示した実施形態の場合は、コネクタ５３を、ダミー部４９の延長方向に位置するように、ダミー部４９の後端面（たとえば第３のダミー管４９Ｃの後端面）に対向して取り付けているが、図８Ａ、図８Ｂの例では、コネクタ５３をダミー部４９の後端部の外周面（たとえば第３のダミー管４９Ｃの後端部の外周面）に取り付けることによって、コネクタ５３の設置位置をダミー部４９の延長位置から外し得るように、ダミー部４９の内部の中空部を構成している。

具体的には、図８Ａの場合、ダミー部４９の最後端のダミー管（第３のダミー管）４９Ｃ内における中空部５１として、その第３のダミー管４９Ｃの前端から軸線方向に連続する軸方向中空部５１０を第３のダミー管４９Ｃの後端面に開口させずに、第３のダミー管４９Ｃの後端を閉塞した構成としておき、軸方向中空部５１０の後部から、その軸方向中空部５１０に連続しかつダミー管４９Ｃの外周面に向かう曲がり中空部５１２を形成し、その曲がり中空部５１２を、第３のダミー管４９Ｃの外周面の一部に開口させた構成としている。

この場合、例えば図９、図１０に示すように、第３のダミー管４９Ｃの後端部の外周面を取り囲むようにコネクタ５３を取り付けて、前記曲がり中空部５１２の開口端をガス配管５５と連通させれば良い。このようなコネクタ取り付け構成によれば、ダミー部４９の管壁内に伝達される輻射熱の進行方向（すなわちダミー部４９の軸線方向に沿った方向）の延長位置から外れるため、輻射熱によってコネクタ５３が加熱されることを防止でき、したがってコネクタ５３の過過熱を抑制する効果が一層向上する。

なお図８Ａの例では、ダミー部４９の径変化部について、単位ダミー管の溶着接合部とし、かつ図２、図４Ａに示したものと同様な径変化パターン、構造を適用しているが、ダミー部４９の径変化部については、図４Ｂ、図４Ｃに示すような径変化パターン、または図５Ａ〜図５Ｃに示すような構造を適用しても構わない。例えば、図５Ｃに示す径変化部構造を適用した場合について、上記と同様にコネクタ５３の設置位置をダミー部４９の延長位置から外した構造を適用した例を図８Ｂに示している。

さらに、ダミー部４９を単一のダミー管によって構成して、その中途に径変化部を形成した場合、例えば図６Ａ〜図６Ｃ、図７に示した各例の場合においても、その単一のダミー管４９０の後端のコネクタ取り付け部分を図８Ａと同様な構成として、コネクタ５３の設置位置をダミー部４９の延長位置から外しても良いことはもちろんである。

なお前述の説明では、光ファイバ母材有効部４３は、ホーリーファイバを製造する場合を想定して、その光ファイバ母材有効部４３内の複数の空孔４５を加圧するものとしたが、本発明の適用対象は、ホーリーファイバを製造する場合に限定されるものではなく、線引き中に光ファイバ母材有効部４３内を加圧する必要がある場合にはすべて適用可能である。

また、偏波面保存光ファイバや、マルチコア光ファイバを製造する場合、逆に光ファイバ母材有効部４３内を真空引き（減圧）しながら線引きすることが行なわれているが、このような場合にも本発明を適用し得ることはもちろんである。

以下に本発明の一実施形態の線引き用光ファイバプリフォームを使用して実際に線引きを行なった実験例（本発明実験例１、本発明実験例２）、および従来の線引き用光ファイバプリフォームを使用して線引きを行なった実験例（比較実験例）を示す。

〔比較実験例〕
図１２に示すように、外径が８０ｍｍの母材有効部３０に、径変化部のない均一な径の石英系ガラス管からなるダミー管３２を溶着し、さらにそのダミー管３２の端部に、圧力調整配管用コネクタ３４を直接装着してなるコネクタ付きプリフォームを用い、図１３に示すように防止用加熱炉１４に挿入して、ダミー管３２内にアルゴンガスによって１ｋＰａの圧力を加えながら、２０００℃以上に加熱しての線引きを行った。なおコネクタ３６の材質はフッ素樹脂とし、このダミー管３２の長さは７００ｍｍ、外径は８０ｍｍ、内径は５０ｍｍとした。
この比較実験例では、コネクタ３６の温度が２００℃を超えてしまい、フッ素樹脂からなるコネクタの耐熱温度を越えたため、線引きを中止せざるを得なかった。

〔本発明実験例１〕
径変化部を有するダミー部を母材有効部に溶着し、かつそのダミー部の端部に圧力調整配管用コネクタを直接装着してなるコネクタ付きプリフォームを用いた。具体的なコネクタ付きプリフォームとしては、それぞれ石英系ガラス管からなりかつ外径および内径が異なる二つの単位ダミー管を直列に溶着接合し、第２のダミー管の端面を覆うように前記と同様なフッ素樹脂からなるコネクタを取り付けたものである。言い換えれば、図１、図２に示されるプリフォームのダミー部４９を構成する単位ダミー管の数を、２本に変更したものである。ここで母材有効部側の第１のダミー管の外径は、母材有効部の外径と同じく８０ｍｍ、内径は４０ｍｍとし、コネクタ側の第２の単位ダミー管の外径は５０ｍｍ、内径は３０ｍｍとした。ダミー部４９の全長は、比較実験例と同じく７００ｍｍとした。
そして比較実験例と同様な条件で、図３に倣って線引きを実施した。
この本発明実験例１では、コネクタの温度は１８０℃以下に抑えることができ、この温度はフッ素樹脂の耐熱温度より低いため、連続して線引きを行なうことができた。

〔本発明実験例２〕
この本発明実験例２は、ダミー部の後端部分を、図８Ａに示すような構成として、図９に示しているようにコネクタをダミー部の後端部の外周面に取り付けたコネクタ付きプリフォームを用いた。なおダミー部の長さ、ダミー部を構成する単位ダミー管の材質、本数、外径、内径は、いずれも本発明実験例１と同一である。
そして比較実験例、本発明実験例１と同様な条件で、図１０に倣って線引きを実施した。
この本発明実験例２では、コネクタ３６の温度は１５０℃以下に抑えることができ、フッ素樹脂の耐熱温度より十分に低いため、連続して線引きを行なうことができた。

以上、本発明の好ましい実施形態、実験例を説明したが、本発明はこれらの実施形態、実験例に限定されないことはもちろんである。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

１４・・・紡糸用加熱炉、４１・・・線引き用光ファイバプリフォーム、４３・・・光ファイバ母材有効部、４９・・・ダミー部、４９Ａ・・・第１のダミー管、４９Ｂ・・・第２のダミー管、４９Ｃ・・・第３のダミー管、４９０ダミー管、５１・・・・・・中空部、５３・・・圧力調整配管接続用コネクタ、５７Ａ・・・第１の径変化部、５７Ｂ・・・第２の径変化部、５７０・・・径変化部。

Claims (15)

1. 光ファイバ製品における光ファイバ裸線部分となるべき光ファイバ母材有効部における線引き側に対して反対側の端部に、軸線方向に沿って延びる中空部を有する管状のガラスからなるダミー部の一端が溶着接合され、かつ前記中空部が前記光ファイバ母材有効部の内部に連通するように構成され、前記ダミー部における線引き側に対し反対側の端部に、前記中空部に連通する圧力調整配管接続用のコネクタが取り付けられるようにした線引き用光ファイバプリフォームにおいて、
   前記ダミー部における線引き側の端部とコネクタ取り付け側の端部との間の中途部分に、外径と内径の少なくとも一方が変化する１または２以上の径変化部が形成されていることを特長とする線引き用光ファイバプリフォーム。
2. 前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けてダミー部の断面積が小さくなる部位であることを特徴とする請求項１に記載の線引き用光ファイバプリフォーム。
3. 前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けてダミー部の外径および内径が小さくなる部位であることを特徴とする請求項１、請求項２のいずれかの請求項に記載の線引き用光ファイバプリフォーム。
4. 前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けてダミー部の外径が小さくなる部位であることを特徴とする請求項１、請求項２のいずれかの請求項に記載の線引き用光ファイバプリフォーム。
5. 前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けてダミー部の内径が大きくなる部位であることを特徴とする請求項１、請求項２のいずれかの請求項に記載の線引き用光ファイバプリフォーム。
6. 前記ダミー部が、外径と内径とのうち少なくとも一方が異なる複数の単位ダミー管を直列状に溶着接合した構成とされ、かつ隣り合う単位ダミー管の溶着接合部分が前記径変化部とされていることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれかの請求項に記載の線引き用光ファイバプリフォーム。
7. 前記径変化部が、線引き側の端部からコネクタ取り付け側の端部に向けて、ダミー部の外周面と内周面とのうち少なくとも一方がテーパー状に変化する部位であることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれかの請求項に記載の線引き用光ファイバプリフォーム。
8. 前記ダミー部における線引き側の端部の外径が、前記光ファイバ母材有効部の外径と同等とされていることを特徴とする請求項１〜請求項７のうちのいずれかの請求項に記載の線引き用光ファイバプリフォーム。
9. 前記ダミー部の中空部が、コネクタ取り付け側の端部においてその端面に開口しており、その開口部に前記コネクタが取り付けられるように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項８のうちのいずれかの請求項に記載の線引き用光ファイバプリフォーム。
10. 前記ダミー部の中空部が、コネクタ取り付け側の端部においてその外周面に開口しており、その開口部に連通する前記コネクタが、前記ダミー部の外周面に取り付けられるように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項８のうちのいずれかの請求項に記載の線引き用光ファイバプリフォーム。
11. 請求項９に記載の線引き用光ファイバプリフォームにおける、前記ダミー部のコネクタ取り付け側の端部に、その端面を覆うように前記コネクタが取り付けられてなることを特徴とするコネクタ付き線引き用光ファイバプリフォーム。
12. 請求項１０に記載の線引き用光ファイバプリフォームにおける、前記ダミー部のコネクタ取り付け側の端部の外周面に前記コネクタが取り付けられてなることを特徴とするコネクタ付き線引き用光ファイバプリフォーム。
13. 請求項１１、請求項１２のいずれかに記載のコネクタ付き線引き用光ファイバプリフォームを用いて線引きする方法であって、
    気体圧力を調整するための圧力調整手段を、圧力調整配管および前記コネクタを介して前記ダミー部に接続し、前記中空部を介して前記光ファイバ母材有効部の内部圧力を調整しながら、紡糸用加熱炉内において前記光ファイバ母材有効部を加熱溶融させて線引きすることを特徴とする光ファイバプリフォームの線引き方法。
14. 前記圧力調整手段が、加圧手段であることを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバプリフォームの線引き方法。
15. 前記圧力調整手段が、減圧手段であることを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバプリフォームの線引き方法。

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