JPS6346013B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は線径変動を最小限に抑えたガラス製光
導波路フアイバを引抜く（紡糸する）ための改良
された装置に関するものである。 光導波路フアイバは光通信方式に使用するため
に最近開発された有望な伝送媒体である。材料の
純度や例えばコアとクラツドとの境界面における
欠陥のような光散乱機構が存在しないこと等のよ
うな光学的特性により、長距離にわたる低損失光
伝播が可能となつた。光通信方式に使用するのに
適した光導波路は米国特許再発行第28029号明細
書および米国特許第3823995号明細書に記載され
ているような方法によつて形成されうる。 ある種の光導波路フアイバの引抜工程時に、線
径監視および制御装置を用いたとしても、引抜素
材の一部分が引抜かれた後に線径変動が増大する
ことがわかつた。約４キロメートルの光フアイバ
を得ることのできる素材から光フアイバを引抜く
場合、光フアイバの線径変動は、その素材から光
フアイバの最初の部分を引抜いているときには約
±1μｍであつたものがその光フアイバの最後の
１キロメートル部分を引抜く時点までに約±3μ
ｍまで増大するのが通常であつた。素材の残りが
約10センチメートルとなるまでは線径変動はほと
んど増大しなかつた。その後、素材の寸法が約10
センチメートル以下に減少すると、直径変化は約
±3μｍの最大値まで増加し続ける。 種々の理由から、光導波路フアイバの線径を予
め定められた値にできるだけ近い値に維持するこ
とが望ましい。「アプライド・オプテイツクス」
（Apllied Optics）Vol.15、1976年４月号、第
1045〜1047号におけるアール・オルシヤンスキ
（R.Olshansky）他による「光フアイバーのモー
ド依存減衰：過剰損失」（Mode−Dependent
Attenuation of Optical Fibers：Excess Loss）
という文献で論述されているように、線径変動が
光導波路に損失を生ずることが認められている。
さらに、２つの光導波路の端部が互いに結合され
る場合には、それら両光導波路間の光結合を最大
にするためにそれらの導波路の直径が実質的に同
一でなければならない。 また、特開昭52−65458号公報および特開昭52
−119949号公報にはあらかじめ加熱したガスを用
いて光フアイバを線引きする装置が開示されてい
るが、それらの装置では、均一なフアイバ径を得
るために高い予備加熱温度（600℃）と大きいガ
ス流量（4.5／分）を必要とするため厄介であ
り、かつ不経済であつた。 従つて、本発明は線径変動を最小限に抑えた光
導波路フアイバを形成するための装置を提供する
ことを目的とするものである。 本発明の他の目的は光フアイバを引抜くための
改良された装置を提供することである。 （発明の構成） 簡単に述べれば、本発明は熱可塑性材料よりな
る円筒状素材を引抜いて光フアイバとする装置に
関するものであつて、この装置は、第１および第
２の端部を有する細長い、円筒状のマツフル
（muffle）を具備しており、そのマツフル内には
それの第１の端部から光フアイバが引抜かれるよ
うな方向に素材をマツフル内で支持するための支
持手段が設けられる。素材がそれの引抜温度に加
熱されるようにその素材の近傍においてマツフル
を加熱するための手段が設けられる。マツフルの
第２の端部は封止されるが、そのマツフルの上端
部にガスを導入するための手段が設けられ、その
ガスはマツフルを貫流せしめられてそのマツフル
の下端部から排出される。そのような装置におい
て本発明は、１個の円筒状部材が、マツフルの第
２の端部に面した側の素材の端部の近傍において
このマツフル内に配置されており、上記円筒状部
材は、ガスの流れをマツフルの内壁に近接した狭
い円筒状流路に規制することにより、ガスの流れ
が素材を通り過ぎる時点に先立つて、ガスを均一
に加熱することを特徴とする。 以下図面を参照して本発明の実施例につき説明
するが、これらの図面は本発明を概略的に例示す
るにすぎないものであつて各要素の寸法や相対的
な配分を正確に示すものでないこと勿論である。
また、本明細書および図面に記載されている実施
例はガラス製の光導波路フアイバを引抜く場合に
適用される装置であるが、本発明の装置は他の熱
可塑性材料よりなるフアイバを引抜く場合にも適
用できるものであることは容易に理解されるであ
ろう。 前記米国特許再発行第28029号明細書に開示さ
れた方法に従つて火炎加水分解によつて形成され
た素材から光導波路フアイバを形成する場合につ
いて本発明を説明するが、本発明はそのような方
法で形成された素材に限定されるものでないこと
勿論である。上記米国特許明細書によれば、予め
定められた屈折率を有する第１のガラス被覆が実
質的に円筒状のマンドレルの外周面上に形成され
る。この第１の被覆の屈折率は全体にわたつて均
一であつてもよく、あるいは技術的に公知の態様
で半径方向に変化していてもよい。然る後、第１
の被覆の外周面に第２のガラス被覆が添着される
が、この第２の被覆は第１の被覆よりも小さい予
め選択された屈折率を有している。第１または第
２の被覆が添着されて後にマンドレルが構造物か
ら除去される。その結果得られた実質的に円筒状
の中空構造物または引抜素材１０が第１図に示さ
れている。第２図に示されているように、素材１
０の両端部は、一端部１２が引抜の開始を助長す
るためにテーパーを附されかつ他端部１４にはハ
ンドルに適合する首部が設けられるように、炎加
工されうる。 典型的な引抜用炉２０が第３図に示されてい
る。 抵抗加熱素子２２が外体２４内に図示されてい
ない手段によつて支持されている。炉内にはそれ
の中央にアルミナ・マツフル２６が上下方向に延
長して配置されていて、それの上端部および下端
部は手段２８および３０によつてそれぞれ外体２
４に封着されている。窒素のような不活性ガスを
供給するための管３２は外体２４を貫通してい
る。マツフル２６にガスを供給する管３４は、そ
のマツフル２６の頂部に配置された環状部材３６
を貫通している。部材３６に封着されたキヤツプ
３８はスリーブ４０を有しており、そのスリーブ
４０内を素材支持ロツド４２が貫通している。金
属箔よりなる封止部材４４が、スリーブ４０とそ
の近傍のロツド４２の部分とを包囲しており、こ
の封止部材４４はＯリング４６によつてロツド４
２に封着されている。 第３図に示されているようなスロツト付ガラ
ス・ハンドル５０を含む公知の手段によつて引抜
素材１０をロツド４２に固着することは従来から
行なわれている。光導波路フアイバ５２の引抜工
程時に、ロツド４２が、、光フアイバ５２の根元
部分と素材１０のテーパー部分とを引抜きのため
の適当な温度に維持するためにマツフル２６内を
ゆつくりと下降する。 光フアイバが引抜かれているあいだ、酸素と窒
素が管３４と部材３６を通つてマツフル２６の上
端部に導入される。マツフル２６の上端部は部材
３６，３８，４０および４４によつて封止されて
いるから、それらのガスはマツフル２６内で素材
１０の周囲を通つて下方に流れそしてマツフル２
６の下端部から排出される。これらのガスは、光
フアイバ５２における汚染物を確実に酸化させ、
加熱されたマツフル２６内を上方に流動する傾向
のある上昇気流を規制または除去し、かつ加熱さ
れた素材１０およびマツフル２６から発生する物
質を流し去るために用いられるものである。 従来、マツフル２６の内径は、素材１０がいか
なる部分においてもマツフル２６に接触しえない
ように、素材１０の外径に比較して十分に大きく
されていた。部材３６に供給される酸素と窒素
は、マツフル２６と素材１０との間の環状の通路
を通つて下方に流動しながら加熱される。従来に
おいては、これらのガスを熱いマツフルに接した
狭い通路に流入せしめてガスが加熱されるように
作用するのは引抜かれていない素材１０だけであ
つた。その素材１０の長さが約10センチメートル
以上であるあいだは、それらのガスは均一に加熱
されるので、引抜かれつつある光フアイバ５２の
線径に大きな影響を及ぼすことはなかつた。しか
しながら、素材１０が引抜かれるにつれて短かく
なると、ガスが均一に加熱されえなくなり、熱勾
配およびそれに基因して素材１０の先端に生ずる
乱流により光フアイバ５２の線径変動が増大せし
められていた。 本発明によれば、マツフル・ガスが光フアイバ
５２の根元に到達する以前に通過しなければなら
ない通路の長さを長くすることによつて上述の問
題点が解決される。第３図の実施例においては、
ハンドル５０の頂部に当接するガラスチユーブ５
６で素材支持ロツド４２を包囲することによつて
このことが達成される。チユーブ５６のハンドル
５０側とは反対側の端部は内方にテーパーを附さ
れていて、その端部における開孔が前記チユーブ
５６をしてロツド４２上を滑動せしめうるのに十
分な大きさを有するようになされている。チユー
ブ５６が存在することにより、素材１０のほとん
どが引抜かれた後でさえ、酸素と窒素を、それら
のガスが均一に加熱されるのに十分な距離だけ、
マツフル２６の内表面の近傍における狭い通路内
を流動せしめることができる。チユーブ５６を附
設したことにより、そのチユーブ５６とハンドル
５０とを合せた長さが少なくとも約10cmあれば、
素材全体の引抜き時に光フアイバ５２の線径には
実質的に変動が生じない。 本発明の他の実施例が第４図および第５図に示
されている。この実施例では、素材支持ロツド６
２に装着されたハンドル６０は最低約10cmの長さ
まで引延ばされていて、前述の実施例におけるハ
ンドル５０とチユーブ５６との組合せと同じ機能
を発揮する。第５図の断面図は第４図の線５−５
に沿つてみたものとして示されているが、それは
第３図のハンドル５０の横断面と同一である。半
円形の壁６４はスロツト６８を有する環状の円板
６６を支持している。引抜素材１０は首部１４を
スロツト６８に挿入することによつてこのハンド
ルから懸下される。 実施例 ５個の光導波路引抜素材Ａ〜Ｅが前記米国特許
再発行第28029号明細書の教示するところに従つ
て形成された。ゲルマニア（germania）とホウ
素酸化物を添加（ドープ）されたシリカよりなる
第１のガラスすす被覆がマンドレルの外周面に添
着された。その第１の被覆の外周面にホウ素酸化
物を添加（ドープ）されたシリカよりなる第２の
ガラスすす被覆が添着された。素材Ａ、Ｃおよび
Ｅの第１被覆は、別個で一連の複数のすす層を添
着することによつて形成されたが、それらの別個
の層のそれぞれは全体にわたつて実質的に均一な
組成を有するが先行する層とは漸次異なる組成を
有していて、段階状に半径方向に異なる組成を有
する構造物を形成し、かつ各一連の層は先行する
層よりも低い屈折率を有している。素材Ｂおよび
Ｄの第１の添着被覆は実質的に均質であつた。す
すプレフオームからマンドレルを除去して後に、
それらのプレフオームが、約1400℃のヘリウム雰
囲気を有する抵抗炉内で焼結（consolidate）さ
れた。その結果得られた引抜素材Ａ〜Ｅのそれぞ
れは約28mmの直径を有していた。 これらの素材が第３図に示されている型式の炉
内で引抜かれて光導波路フアイバとなされた。ア
ルミナ・マツフル２６は長さ90cm、内径45mm、外
径51mmであつた。酸素と窒素はそれぞれ毎時1.0
立方フイート（約28リツトル）の速度で管３４内
に流入しそしてマツフル２６内を下方に流動し
た。約1800℃の最高温度に加熱された引抜素材１
０のテーパー部分から光フアイバ５２が引抜かれ
た。線径制御システムは125μｍの外径を有する
光フアイバが得られるように較正された。素材Ａ
〜Ｅから光導波路フアイバを引抜く場合における
線径変動およびハンドルの型式が下記の表、
に示されているが、表は従来の引抜装置に同様
に標準型ハンドルを用いた場合、表は第３図お
よび第４図に示すようにチユーブ５６または一体
型ハンドル６０を用いた場合である。

【表】

【表】 ド ユーブ
素材Ａは、直径14mmのガラスロツドから懸下さ
れた石英ハンドル５０よりなる第１図に示された
型式の従来型標準ハンドルから懸下された。ハン
ドル５０は長さ38mm、外径35mmであつた。素材Ａ
から光フアイバを完全に引抜くあいだ線径制御シ
ステムが働いていたが、線径変動は引抜き開始時
点では1.5μｍであつたものが引抜き終了時点には
約3.5μｍまで増大した。第６図は従来の装置によ
つて素材から光フアイバが引抜かれる場合の線径
増大量を示している。線径増大量は、５キロメー
トルの光フアイバが引抜かれるべく残つている時
点で大きく増えはじめ、光フアイバの最後の７〜
８キロメートルの部分が引抜かれるまで増大し続
けたことがわかる。最初の４キロメートルを引抜
いているあいだに0.5μｍの線径増大が生じたが、
最後の４キロメートルを引抜いているあいだにさ
らに2μｍの増大が生じた。長くて比較的直径の
大きい素材の場合にはマツフル・ガスが熱いマツ
フル壁に接した長い距離だけ強制的に流動せしめ
られて、そのガスが素材の先端を通つて流動する
につれてそのガス流の熱勾配が減少したが、素材
が引抜かれるにつれて、ガスは均一に加熱されな
くなり、素材の先端における熱勾配が線径を増大
せしめるようにみえた。 ステツプ・インデツクス型の素材Ｂおよびグレ
ーデツド・インデツクス型の素材Ｃは従来型のハ
ンドルから懸下されているあいだに部分的に引抜
かれた。これらの状況下において、素材Ｂからは
６キロメートルの光フアイバが引抜かれ、素材Ｃ
からは１キロメートルが引抜かれた。表に示さ
れているように、実施例ＢおよびＣの双方におい
て、引抜開始時点における線径増大量は1.0μｍで
あつたが、５〜６キロメートルの部分の終りにお
いて、素材Ｂの場合の線径増大量は1.5μｍとなつ
た。然る後、素材を懸下するために第４図に示さ
れている型式の細長い一体型ハンドル６０が使用
された点を除けば前述したのと同じ条件のもとで
素材ＢおよびＣから光フアイバがさらに引抜かれ
た。その細長いハンドルの直径は標準ハンドルと
同じく35mmであつたが、長さは10.2cmに増大し
た。素材Ｂから引抜かれた光フアイバの残りの４
キロメートルは、その素材から６〜７キロメート
ル部分を引抜いているあいだ125μｍ±0.8μｍの線
径を有し、線径増大量は光フアイバの９〜10キロ
メートルの部分を引抜いているあいだに1.5μｍま
で増大したことを表は示している。また、表
に示されているように、素材Ｃから引抜かれた光
フアイバの線径増大量は、その素材から残りの９
キロメートルを引抜いているあいだ一定で1.0μｍ
であつた。 また、従来の標準的な素材支持体および引抜装
置を用いて素材Ｄから４キロメートルの光フアイ
バが引抜かれた。線径増大量は、光フアイバの最
初の１キロメートルの部分を引抜いているあいだ
2.0μｍであつたものが、３〜４キロメートルの部
分を引抜いているときには3.5μｍに増大した。素
材Ｄから１キロメートルの光フアイバが引抜かれ
るべく残つている状態で、その素材は再びハンド
ル５０から懸下されたが、この引抜作業時には、
第３図に示すように、長さ17.8cm、外径38mm、壁
厚２mmの低膨張ガラスチユーブ５６が素材支持ロ
ツド４２に挿通され、そこにハンドル５０によつ
て支持された。素材Ｄから引抜かれた光フアイバ
の最後の１キロメートルではわずかに1.0μｍの線
径変動しか生じなかつた。素材Ｅから光フアイバ
を引抜く際には、初めから同じ17.8cm長の管が用
いらた。素材Ｅから６キロメートルの光フアイバ
を引抜いているあいだ、線径増大量は一定で1.0μ
ｍであつた。 以上の結果を総括すると、従来の装置によれ
ば、光フアイバの最後の５キロメートルを引抜い
ているあいだに、光フアイバの線径変動は一般的
に約1.0〜1.5μｍから約3.5μｍまで増大することが
表１に関して上述したところからわかる。しかし
ながら、本発明のように素材支持ハンドルの有効
長を少なくとも10cmまで増大することによつて、
このような線径変動増大が防止されることが表
から明らかである。長さ10cmのハンドルの場合に
は、そのハンドルとマツフルとの間におけるガス
通路の深さは３mmと４mmとの間であることが好ま
しい。その通路が４mmよりも深い場合には、ハン
ドルは10cmよりも長くなければならない。第３図
に示されているように素材支持体（ロツド４２）
上で摺動する管状のアダプタ（チユーブ５６）は
第４図に示されている型式の細長い一体型ハンド
ルと同じ作用を有することが明らかである。いず
れの場合においても、光フアイバが引抜かれる端
部とは反対側の引抜素材の端部すなわち引抜素材
の上端側において、マツフル・ガスの流れを、長
さが少なくとも10cmの狭い円筒状の通路に流れる
ように規制するための手段が引抜素材に隣接して
設けられる。 第４図に示された一体のハンドル６０と第３図
に示されたチユーブ５６とは双方とも、従来型の
ハンドルを用いた場合よりも終端線径変動が少な
くとも50％小さい光導波路フアイバの引抜きを常
に可能にした。ほとんどの場合において、光フア
イバの引抜き時に光フアイバの線径変動の増大を
ともなうことなしに引抜素材全部が引抜かれて光
導波路フアイバとなされるものである。 なお、上述の実施例では、円筒状マツフル２６
が上下方向に延長して配置されており、したがつ
て本願の特許請求の範囲を上述の実施例と対比し
てみた場合、特許請求の範囲に記載された第１お
よび第２の端部が実施例の下端部および上端部に
それぞれ対応することは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は光導波路フアイバ引抜き用素材の断面
図、第２図は引抜用炉に挿入するために火炎加工
された引抜素材の断面図、第３図は光導波路フア
イバを引抜くのに適した引抜用炉であつて本発明
に従つて改良された素材支持用ハンドルを含んだ
引抜用炉の断面図、第４図は本発明の他の実施例
を示す図、第５図は第４図の線５−５に沿つてみ
た断面図、第６図は光フアイバを引抜くための従
来型装置を用いた場合に生ずる線径増大量を示す
グラフである。 １０……引抜素材、１２……素材の一端部、１
４……素材の他端部、２０……引抜用炉、２２…
…抵抗加熱素子、２４……外体、２６……マツフ
ル、３２……不活性ガス供給管、３４……ガス供
給管、３６……環状部材、３８……キヤツプ、４
０……スリーブ、４２……素材支持ロツド、４４
……封止部材、４６……Ｏリング、５０……ハン
ドル、５２……光導波路フアイバ、５６……ガラ
スチユーブ、６０……ハンドル、６２……素材支
持ロツド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性材料よりなる円筒状素材から光フア
   イバを引抜く装置であつて、第１および第２の端
   部を有する細長い円筒状マツフルと、前記光フア
   イバが前記マツフルの前記第１の端部から引抜か
   れるような配向をもつて前記素材を前記マツフル
   内に支持する支持手段と、前記素材がそれの引抜
   温度に加熱されるようにこの素材の近傍において
   前記マツフルを加熱する手段と、前記マツフル内
   を貫流しかつこのマツフルの前記第１の端部から
   排出されるガスを前記マツフルの前記第２の端部
   内に導入する手段とを備えた光導波路フアイバ引
   抜装置において、 前記マツフルの前記第２の端部を封止する封止
   手段と、前記マツフルの前記第２の端部に面した
   側の前記素材の端部の近傍において、前記マツフ
   ル内に配置された１個の円筒状部材を具備してお
   り、 前記封止手段は前記第２の端部からのガスの流
   出を防止し、かつ前記円筒状部材は、前記ガスの
   流れを前記マツフルの内壁に近接した狭い円筒状
   流路に規制して、前記ガスの流れが前記素材を通
   り過ぎる時点に先立つて、前記ガスを均一に加熱
   することを特徴とする光導波路フアイバ引抜装
   置。 ２ 前記円筒状部材が、少なくとも10cmの長さを
   有する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記支持手段が、前記マツフル内に配置され
   て前記素材の一端を支持するハンドルを備えた支
   持ロツドよりなり、この支持ロツドは前記封止手
   段を貫通して延長しており、前記円筒状部材が、
   前記支持ロツドを包囲しかつ前記ハンドルに接触
   して配置され、前記円筒状部材と前記ハンドルと
   を合せた長さが少なくとも10cmである特許請求の
   範囲第２項記載の装置。 ４ 前記支持手段が、前記封止手段を貫通して突
   出しかつ前記素材の一端を確保するためのハンド
   ルで終端する細長いロツドよりなり、前記規制さ
   れたガス流路の長さを少なくとも10cmにするため
   に、前記ハンドルの直径が少なくとも前記素材の
   直径よりも大きくされている特許請求の範囲第２
   項記載の装置。 ５ 前記ガスが窒素と酸素との混合物である特許
   請求の範囲第２項記載の装置。 ６ 前記マツフルと前記円筒状部材との間に形成
   されるガス流路の深さが３mmと４mmとの間である
   特許請求の範囲第２項記載の装置。