JP5207571B2 - 光ファイバーを製造するためのロッド形状のプレフォーム及びファイバーの製造方法 - Google Patents

Description

〔発明の属する技術分野〕
本発明は、光ファイバーを製造するためのロッド形状のプレフォーム及び該ロッド形状プレフォームを製造する方法に関する。さらに、本発明は、ロッド形状のプレフォームの一端部を熱処理し、その後該端部から光ファイバーを延伸するために該ロッド形状プレフォームの軟化した端部に引張り力を付与する、光ファイバーの製造方法に関する。

〔従来の技術〕
このようなプレフォームは、特開平１１−７９７７２で知られており、該公報によればプレフォームはプレフォームの軸方向と直角でかつプレフォームの端部に位置する異なった深さの複数の分離した溝として把握することができるとある。炉においてこのような段差の位置でプリフォーム炉からガラスが垂れるという程度に軟化するので、このように段々に直径が減少していることは不利である。円錐状幾何学形状はその周りが炉で加熱されるので、プレフォームの中心以外の領域が軟化するという危険性が大きく、その結果不本意にコアの中心から延伸されないことになり、好ましくはない。

このようなプレフォーム自体は、本出願人の名義で出願したヨーロッパ特許出願Ｎｏ．０５３０９１７からも知られる。該出願から知られるプレフォームは、その全長に渡って均一な直径を有するロッド形状のプレフォームと見なすことができる。光ファイバーを該ロッド形状プレフォームから延伸する場合、該ロッド形状プレフォームの一端部を炉で加熱し、軟化ゾーンを形成する。この加熱の間に、軟化ゾーンに引張り力を付与し、その後可塑上の該軟化ゾーンによって該プレフォームから光ファイバーを延伸することが可能となる。この特許出願公報によれば、加熱ゾーンの方向は、軟化端部に付与される引張り力の方向と逆方向としている。

〔発明が解決しようとする課題〕
ガラスファイバーにおける現在の発展は、ロッド形状プレフォームの容量の増大化の傾向がある。このような容量の増大は、主にロッド形状のプレフォームの直径を大きくすることによって行なっている。しかしながら、ロッド形状のプレフォームの長さを長くすることも可能ではあろうが、このような方法では実施上問題が生じる。というのは、プレフォームが製造されている現在の設備はこのような場合に適していないからである。さらに、長尺のプレフォームは取り扱いが難しい。

発明の開示の本願序文で用いている用語「ロッド形状のプレフォーム」は、中軸ロッド及びチューブの両方、および特に１あるいは２以上の同心円上のチューブによって囲まれたロッドを含むと理解されたい。一般に、このようなロッド形状のプレフォームを延伸塔で延伸して約１２５μｍの直径の光ファイバーを形成している。該延伸工程で、ロッド形状のプレフォームはゆっくりと炉中を移動されて、プレフォームはその一端部で溶融し円錐状となる。加熱によって形成した円錐部から、上記ガラスファイバーを高速で取出す。このように、ロッド形状のプレフォーム、特に大径のプレフォームの電流発生を利用する際には、特に円錐部を形成する場合延伸工程の最初にかなりの時間がかかる。この開始時間は、大径のロッド形状のプレフォームを用いる場合に、実質的により長くなる。大径のロッド形状のプレフォームを加工する際の上記傾向により延伸工程の開始時が好適に影響を受けることによって延伸工程、特にその開始期間を短くなることが好ましい。

従って、本発明の目的は、延伸工程の開始フェーズをかなりの程度で短縮することを可能とする幾何学形状を有するロッド形状のプレフォームを提供することにある。

本発明の他の目的は、特にプレフォームが大径の場合に延伸工程の開始フェーズをかなりの程度で短縮するロッド形状のプレフォームを製造するための方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、光ファイバーを製造するためのロッド形状のプレフォーム及び該光ファイバー製造方法を提供することにあり、ロッド形状のプレフォームの端部の幾何学形状を正確に決定することを可能とする。

〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、発明の記載の導入部分で述べた光ファイバーを製造するためのロッド形状のプレフォームは、ロッド形状のプレフォームの一端部は円錐状の幾何学形状を有し、該円錐状幾何学形状は以下の式を満足することを特徴とする。
Ｄ／ｄ_０＝２−２５、Ｄ／ｄ_１／２＝１．２−５、Ｌｃ／Ｄ＝０．８−３．５、Ｄ＞ｄ_１／２＞ｄ_０、ここにＬは円錐の長さ（ｍｍ）であり、Ｄはロッド形状プレフォームの直径（ｍｍ）であり、ｄ_０は円錐端部のロッド形状プレフォームの直径（ｍｍ）であり、ｄ_１／２は円錐中間におけるロッド形状プレフォームの直径（ｍｍ）である。

ヨーロッパ特許出願Ｎｏ．０９９９１８９（公開公報ではない）には直径を減少したプレフォームが開示されているが、該公報には上記要件の組合わせ、特に延伸工程の開始フェーズをかなりの程度で短縮するためにプレフォームが満たすｄ_１／２とＤの比率に関しては何ら指摘がない。

最終的な延伸工程前に予め円錐状の幾何学形状をロッド形状のプレフォームに与えることによって、延伸工程、特にその開始フェーズに必要とされる時間がかなり短縮される。このように、ロッド形状のプレフォームが円錐状幾何学形状を有する端部を含み、該円錐状幾何学形状がロッド形状のプレフォームから光ファイバーを連続的に延伸する際に自動的に形成される円錐形状に実質的に一致するものであることが特に好ましい。したがって、このような実施態様においては、所望の端部速度を達成するのに必要な時間もかなり短縮することができる。したがって、本プレフォームは光ファイバーがこれから延伸されるプレフォームとみなすことができるが、該ロッド形状のプレフォームを、既に光ファイバーが延伸されていた先行技術で既に知られているロッド形状のプレフォームと混同すべきではない。円錐状幾何学形状はプレフォームの先端部で始まり、直径Ｄは減少し始める。本円錐状幾何学形状は、直径Ｄから直径ｄ_０まで流動し連続的に減少するとみなすことができ、この幾何学形状は特開平１１−０７９７７２の不連続な段差のある幾何学形状とは本質的に異なっている。

上記比率Ｄ／ｄ_０は、所望の効果、特に最終的な延伸工程の開始フェーズを短縮する目的で直径を特異に減少させるために特に重要である。該比率Ｄ／ｄ_０の下限は直径の小さなロッド形状のプレフォーム、特に約３０ｍｍ以上の直径を有するロッド形状のプレフォームの場合に特に適用されると理解されるべきである。比率Ｄ／ｄ_０の上限は、大きい直径のロッド形状のプレフォーム、特に約１５０ｍｍの直径のロッド形状のプレフォームに適用される。しかしながら、本ロッド形状のプレフォームは、いずれの実施態様においても特定の直径に限定されるものではなく、前述の円錐状の幾何学形状とロッド形状のプレフォームとの間の比率のみに限定されることに留意されたい。

上記比率Ｄ／ｄ_１／２は、ロッド形状のプレフォームの軟化端部の特定の幾何学形状、特に円錐に関する。この比率が５より大きいと、円錐端部は加熱ゾーンを急速に出ることになり、このことは過剰量のガラス容量が炉をでていくことになり、好ましくはない。上記比率が下限の１．２未満であると、最終的な延伸工程の開始フェーズを加速するの必要とされる時間は不十分にしか減少せず、所望の目的は十分には達成されない。

上記比率Ｌ_Ｃ／Ｄは、特に光ファイバーを得るための最終的な延伸工程が行われる前に、本ロッド形状のプレフォームの端部に円錐状の幾何学形状を実現するのに用いられる炉における加熱ゾーンの長さに特に依存する。既に述べたように、ロッド形状のプレフォームの端部の円錐状幾何学形状の長さは、ファイバーの最終的な延伸工程の際に形成される円錐形状に実質的に一致することが好ましい。一般的に、それによって、ロッド形状のプレフォームが大径である場合には、加熱ゾーンはより長い必要がある。加熱ゾーンが短すぎると、問題の炉はより高温としなければならず、このことは本ロッド形状のプレフォームからファイバーを最終的に延伸する際に円錐部に対し高いせん断速度となる。このようなより高温となると、主として高いＵＶ負荷及びより高いせん断速度とにより最終的なガラスファイバーに欠陥が生ずるという点で悪影響となる。しかしながら、より長い加熱ゾーンを用いると、必要とされる温度は実際低くなるが加熱ゾーンにおけるロッド形状のプレフォームの端部の滞留時間が長くなり、このことはロッド形状のプレフォームがより長い時間ＵＶ負荷に曝されるという事実によってより多くの欠陥が生ずる。

一端部に円錐状幾何学形状を有する本ロッド形状のプレフォームは、以下の式を満足することことが特に好ましい。
Ｌ_Ｒ／Ｌ_Ｃ＝＞４
ここに、Ｌ_Ｒはロッド形状プレフォームの長さである。
上記Ｌ_Ｒ／Ｌ_Ｃは、高生産力を達成するために特に望ましい。該比が上記範囲外であると、本ロッド形状のプレフォームは取扱いがさらに困難となる。

本発明の特別な実施態様では、本ロッド形状プレフォームは、コアとコアを囲うクラッド部とを含むロッド形状のプレフォームとしてみなすことができ、該クラッド部の回折係数はコアの回折係数よりも小さい。

さらに、本発明は、一端部に円錐状の幾何学形状を有するロッド形状のプレフォーム、特に上記のロッド形状のプレフォームを製造する方法であって、該方法が、
ｉ）ロッド形状プレフォームを回転させながら、加熱ゾーンにおいてロッド形状プレフォームの一端部を加熱し、
ｉｉ）該端部の一部を再成形して円錐状の幾何学形状とするために、工程ｉ）で加熱した端部に引張り力を付与し、
ｉｉｉ）該端部が該円錐状幾何学形状を有するようになるまで該加熱ゾーンをロッド形状プレフォームの該端部の長さに沿って移動させ、
ｉｖ）工程ｉｉｉ）で得られたロッド形状プレフォームを冷却し、一端部に該円錐状の幾何学形状を有するようにすることを特徴とする、ロッド形状プレフォームの製造方法に関する。

プラズマ発生手段を用いてロッド形状プレフォームの外部のプラズマガス中にプラズマを発生させ、ロッド形状プレフォームの一端を対称
的に包むプラズマにロッド形状プレフォームの一端部を接触させることによって、工程ｉ）の加熱を行なうことが特に好ましい。

プラズマガスの流れ方向がロッド形状プレフォームの軸に対して９０°の角度となっており、プラズマは特に酸素プラズマあるいは酸素性（ｏｘｙｇｅｎｕｏｕｓ）プラズマであることが特に好ましい。スラストが小さいと、円錐状幾何学形状は悪影響を受けないという利点がある。本発明の特定の実施態様では、酸素プラズマあるいは外部プラズマを用いており、その結果石英が酸化環境により高温で焼失することを防止する。さらに、それによって、プラズマ炎が不本意に冷却されることはない。

好ましくは、プラズマ炎によって、本ロッド形状のプレフォームの端部に円錐状幾何学形状を与える。プラズマ炎は、直径の大きいロッド形状のプレフォーム、特にロッド形状のプレフォームが１０００ｍｍ^２より大きな横断面を有する場合に特に適合する。プラズマ炎は約１００００Ｋの温度を有することが知られているが、それによりロッド形状のプレフォームに十分な浸透深度が得られ、その結果ロッド形状のプレフォームはその横断面全体に渡って軟化される。それに加えて、該プラズマに要求されるガスは大気圧で供給されるので、プラズマ炎はスラストを与えない。

特別な実施態様においては、ロッド形状プレフォームの端部を水素／酸素炎に接触させることによって工程ｉ）の加熱を行ない、特に過剰量の酸素を前記水素／酸素炎に加えることが更に好ましい。

この特定の実施態様は、特に比較的小さい横断面を有するロッド形状のプレフォームの場合に用いることができる。１０００ｍ^２未満の横断面を有するこのようなロッド形状のプレフォームの場合には、ロッド形状のプレフォームの軟化した端部は多少水素／酸素炎のスラストに影響を受けやすく、特に回転させながら正確に加熱する必要がある。

さらに、本発明は、ロッド形状のプレフォームの一端部を熱処理し、その後該端部から光ファイバーを延伸するために該ロッド形状プレフォームの軟化した端部に引張り力を付与する光ファイバーの製造方法において、本ロッド形状プレフォームを用いることを特徴とする。本発明は、さらに上記方法によって得られた光ファイバーに関する。

〔実施の態様〕
本発明を、添付する図面を参照して説明する。
添付する図面は、本ロッド形状のプレフォームに要求されるパラメータを模式的に示す。図中、ロッド形状のプレフォームの長さをＬ_Ｒで示す。ロッド形状の端部を回転させつつ引っ張力を付与しながら加熱ゾーンで加熱をするので、加熱された端部は円錐状幾何学形状を有する端部に再成形され、円錐部の長さは模式的にＬ_Ｃで示される。ロッド形状のプレフォームの直径は、添付図面ではＤで示す。図中、円錐部中央のロッド形状のプレフォームの直径は、さらにｄ_１／２で示し、円錐部端部でのロッド形状のプレフォームの直径をｄ_０で示す。図に示すロッド形状のプレフォームは光ファイバーを形成するための延伸工程にまだ付していないということが重要なことで、このように円錐状の幾何学形状を付与したプレフォームは、以後ｄ_０で形成される光ファイバーを形成するのに好適である。

本ロッド形状のプレフォームに要求されるパラメータを模式的に示す。

Claims (10)

1. 光ファイバーを製造するためのロッド形状のプレフォームであって、該ロッド形状のプレフォームの一端部は該円錐部の端部に長さ方向に沿い直径が実質的に一定となる円錐端部を有する円錐状幾何学形状を有し、該円錐状幾何学形状は以下の式を満足することを特徴とするロッド形状プレフォーム。
   ２５≧Ｄ／ｄ_０≧２、５≧Ｄ／ｄ_１／２≧１．２、３．５≧Ｌｃ／Ｄ≧０．８、Ｄ＞ｄ_１／２＞ｄ_０、ここにＬｃは円錐の長さ（ｍｍ）であり、Ｄはロッド形状プレフォームの直径（ｍｍ）であり、ｄ_０は前記円錐端部のロッド形状プレフォームの直径（ｍｍ）であり、ｄ_１／２は円錐中間におけるロッド形状プレフォームの直径（ｍｍ）である。
   
2. 前記円錐状幾何学形状が以下の式を満足することを特徴とする、請求項１のロッド形状プレフォーム。
   Ｌ_Ｒ／Ｌ_Ｃ≧４
   ここに、Ｌ_Ｒはロッド形状プレフォームの長さである。
   
3. 前記ロッド形状プレフォームは、コアとコアを囲うクラッド部とを含み、クラッド部の回折係数はコアの回折係数（ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）よりも小さいことを特徴とする、請求項１または２に記載のロッド形状プレフォーム。
   
4. 一端部に前記円錐状幾何学形状を有する請求項１〜３のいずれかのロッド形状のプレフォームを製造する方法であって、該方法が、ｉ）ロッド形状プレフォームを回転させながら、加熱ゾーンにおいて前記ロッド形状プレフォームの一端部を加熱し、ｉｉ）該端部の一部を再成形して前記円錐状幾何学形状とするために、工程ｉ）で加熱した端部に引張り力を付与し、ｉｉｉ）該端部が前記円錐状幾何学形状を有するようになるまで該加熱ゾーンを前記ロッド形状プレフォームの該端部の長さに沿って移動させ、ｉｖ）工程ｉｉｉ）で得られた前記ロッド形状プレフォームを冷却し、一端部に前記円錐状幾何学形状を有するようにすることを特徴とする、ロッド形状プレフォームの製造方法。
   
5. プラズマ発生手段を用いて前記ロッド形状プレフォームの外部のプラズマガス中にプラズマを発生させ、前記ロッド形状プレフォームの一端を対称的に包むプラズマに前記ロッド形状プレフォームの一端部を接触させることによって、工程ｉ）の加熱を行なうことを特徴とする、請求項４の方法。
   
6. プラズマガスの流れ方向が前記ロッド形状プレフォームの軸に対して９０°の角度となっていることを特徴とする、請求項５の方法。
   
7. 前記プラズマとして酸素プラズマあるいは酸素性（ｏｘｙｇｅｎｕｏｕｓ）プラズマを使用することを特徴とする、請求項５または６の方法。
   
8. 前記ロッド形状プレフォームの端部を水素／酸素炎に接触させることによって工程ｉ）の加熱を行なうことを特徴とする、請求項４の方法。
   
9. 過剰量の酸素を前記水素／酸素炎に加えることを特徴とする、請求項８の方法。
   
10. ロッド形状のプレフォームの一端部を熱処理し、その後該端部から光ファイバーを延伸するために該ロッド形状プレフォームの軟化した端部に引張り力を付与する光ファイバーの製造方法において、請求項１〜３の何れかに記載のロッド形状プレフォームを用いることを特徴とする、光ファイバーの製造方法。
    

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