JPS6385025A - 光フアイバの線引方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光ファイバの線引方法に関するものである。

より詳述するならば、本発明は、高強度で外径が均一な
高品質光ファイバを製造し得る新規な光ファイバの線引
方法に関するものである。

従来の技術 いわゆる光ファイバの伝送特性は、近年著しく向上し、
種々の分野でその実用化が進められている。

しかしながら、光ファイバについて依然として向上すべ
き課題に、光ファイバの機械強度の向上と外径の均一性
とが挙げられる。即ち、前者は海底敷設用光フアイバケ
ーブル等の分野のように長尺高強度ファイバの需要の増
大に呼応するものであり、後者は接続損失を低減するた
めに求められる光ファイバの均一性に呼応するものであ
る。

上述のような光ファイバの各特性の優劣は、加熱した光
ファイバプリフォームから光ファイバを線引する方法に
主に依存することが知られている。

高品質光ファイバの線引は、一般に円筒状炉心管を有す
る線引炉によって行われている。

第１図（ａ）並びにｂ）は、カーボン抵抗炉及びカーボ
ン炉心管を使用した一般的な光フアイバ線引装置の炉心
管部分の構成を概略的に示す断面図である。

同図に示すように、光フアイバ線引装置は、カーボン製
の円筒状炉心管４と、その周囲に配置されて炉心管４内
の光ファイバプリフォームを加熱するカーボン抵抗炉す
なわちヒータ２を備えている。

線引操作において、光ファイバのプリフォーム１は、そ
の先端がヒータ２の間に位置するように炉心管４と略同
軸に位置付けられ、ヒータ２により所定の温度まで加熱
され、特にプリフォーム先端の材料温度が一定に維持さ
れるように制御されながら、光ファイバ３が引き出され
る。

ところで、炉心管４がカーボン製の場合、プリフォーム
１が軟化するような高温度下では、カーボン製炉心管は
、大気に触れると容易に酸化されて消耗する。この炉心
管の酸化消耗は、光フアイバ強度の低下を誘起し、また
、当然に線引炉自体の寿命をも縮めることになる。

そこで、カーボン製炉心管の消耗を防止するために、第
１図（ａ）に示すように炉心管４の一端に、あるいは第
１図（ｂ）に示すようにその両端に不活性ガス送給口５
を設け、不活性ガスを炉心管内に送給し、炉心管内を不
活性雰囲気としていた。

発明が解決しようとする問題点 このような炉心管内部に不活性ガスを供給すると、その
流量などに応じてプリフォームを冷却する。従って、プ
リフォーム先端部の温度は、そのガス流量に大きく影響
される。

第１図かられかるように、不活性ガス送給口５から供給
される不活性ガスは、炉心管内を上昇するすなわちプリ
フォームの基部の方へ流れる部分と、プリフォームの先
端の方へ流れる部分とがある。一方、炉心管に供給され
るプリフォームの直径は必ずしも一定ではない。プリフ
ォームの直径が変化すると、炉心管とプリフォームとの
間隔も当然に変化し、両者の間に形成される不活性ガス
流路の断面積が変化するので不活性ガスの平均密度ある
いは流速も変化する。その結果として、炉心管内を上昇
するすなわちプリフォームの基部の方へ流れるガス流量
が変化し、それに伴い、不活性ガス送給口５からの不活
性ガス供給量が一定とすれば、プリフォームの先端の方
へ流れるガス流量も変化する。このように、プリフォー
ムの先端の方へ流れるガス流量が変化すれば、プリフォ
ーム先端部の温度が大きく変化する。

例えば、プリフォーム先端部を流通する不活性ガスの流
量が増加すると、この不活性ガスに奪われて炉心管外へ
流出する熱量が増加し、プリフォーム、殊にその体積に
比して表面積が大きいプリフォーム先端部の温度が低下
する。その結果、ガラスの軟化状態が変動して線引条件
が変化し、そのため、光ファイバの外径が変化する。

従って、外径の変動が小さい高品質光ファイバを線引す
るためには、炉心管内部に送給するガス流量を調整する
ことが線引における極めて重要な制御要素である。

上述のような光ファイバの外径を均一化するためのガス
流量、すなわちプリフォーム先端部での不活性ガス流量
が一定になるような不活性ガスの供給量を算出すること
（大容易である。

しかし、光ファイバの外径の均一化のみ注目してガス流
量を制御した場合、炉心管内への大気の混入を防止する
には不活性ガスの供給量が不十分になることがある。炉
心管内へ大気が混入すると、カーボン製炉心管が消耗し
、光ファイバの強度が低下する。反面、炉心管内への大
気の混入のみ注目してガス流量を制御した場合、ガス供
給量が増大する傾向になり、ガス流に乱れが生じ、光フ
アイバ外径が変動する。

即ち、従来の線引方法では、プリフォームの温度制御と
炉心管に対する大気の遮断とが両立せず、均一な外径で
十分な強度を有する光ファイバを線引できない場合があ
った。

そこで、本発明の目的は、光ファイバプリフォームの温
度制御と炉心管の消耗防止とを両立し得る新規な光フア
イバ線引方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記従来技術の問題点について種々検討を
重ねた結果、プリフォーム寸法の変化に対する従来の不
活性ガスの制御が、単に流量にのみ拠るものであったた
めに炉心管内での平均ガス密度の変化に対応することが
できていなかったとの知見を得、本発明を完成した。

即ち、本発明に従い、炉心管内に光ファイバプリフォー
ムを位置付けて該光ファイバプリフォームを加熱する一
方、前記炉心管内に不活性ガスを供給して、前記炉心管
内面並びに前記光ファイバプリフォーム表面を大気から
遮断しつつ、前記光ファイバプリフォームから光ファイ
バを線引する方法であって、分子量の異なる少なくとも
２種類の不活性ガスを、線引すべき光ファイバプリフォ
ームの外径に応じてその混合比並びに総量を調整しなが
ら前記炉心管に供給することを特徴とする光ファイバの
線引方法が提供される。

一般に、炉心管とプリフォーム外周との隙間が大きいか
、あるいは線引温度が高いとき、ガスの上昇流が大きく
なる。この場合は、炉心管内に送給する不活性ガスの平
均比重を上げることにより、上記ガスの上昇流の変化を
打ち消す。

この場合、光ファイバの品質保持と炉の酸化消耗防止と
を総合的に考慮し、不活性ガスの総流量と共にガス混合
比を調整するのが最も望ましい。

また、二系統以上のガス送給口を備えた炉心管を用いる
場合は、各送給口毎に不活性ガス混合比の調整を行って
、プリフォームの温度分布を精密に管理することが望ま
しい。

炉心管に、カーボン製炉心管を使用する場合に本発明を
実施する際に使用可能なガス成分の代表的な例を、その
分子量と共に次表に示す（空気は参考値）。

従って、上記の表に示したような不活性ガスを用意して
適宜混合すれば、少なくとも分子１４．０乃至４４．０
に対応するガス密度の不活性ガスを任意に使用すること
ができる。

罫月 本発明の光ファイバの線引方法では、二種類以上の不活
性ガスを用い、プリフォーム外径に応じてその混合比を
変化させるので、不活性混合ガスの平均比重を変化させ
ることにより、ガスの上昇流を制御し、プリフォーム先
端におけるガスの流れ状態の変化を小さくすることがで
きる。従って、プリフォーム先端の温度を一定に制御す
ると同時に、炉心管を大気から確実に遮断することがで
き、均一な外径で十分な強度を有する光ファイバを線引
することができる。

実施例 以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述するが
、以下に示すものは本発明の一実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲を何ら制限するものではない。

第１図（ａ）に示した構成のカーボン抵抗線引炉を用い
て実際に本発明に従う光ファイバの線引方法を実施した
。炉心管４のプリフォーム入口内径は２６ｍｍφであり
、加熱温度２１００℃、引出す光ファイバの線速は５０
ｍ／分の条件で、外径２３ｍｍ乃至２５ｍｍφのプリフ
ォームを１２５μｍφの光ファイバに線引きした。

まず、比較のために従来の線引方法、即ち不活性ガスと
してＮ２のみを用いて線引を実施した。

従来公知の方法に従えば、前記した内径２６ｍｍφの炉
心管において外径２４ｍｍ乃至２５＋ｙ＋ｍφのプリフ
ォームを線引きし、得られた光ファイバの外径変動を±
０．３μｍ以下に押さえるためのＮ２ガスの流量は約３
〜１５β／分である。こうして得られる光ファイバの強
度は、１ｋｇの張力に対する平均破断長が約２０ｋｍと
満足のいくものであった。

同様の装置によって、ファイバの機械強度を低下させず
に外径が２３ｍｍ乃至２４ｍｍφのプリフォームを線引
する場合、炉心管が酸化消耗しないために必要なＮ２ガ
ス流量設定範囲は約１５〜３０１／分である。しかしな
がら、この場合はファイバの外径変動が±０．５μｍ以
上と極めて大きかった。

そこで、光フアイバ外径変動が±０．３μｍ以下となる
ようにＮ２ガス流量範囲を１５１／分以下とすると、光
フアイバ強度が低下して１ｋｇの張力に対する平均破断
長が５ｋｍ以下となる上に、炉心管内面のカーボンの酸
化消耗も激しかった。

また、同様の方法で、不活性ガスとしてＡｒガスのみ使
用して、外径が２３ｍｍ乃至２５ｍｍφのプリフォーム
を線引きしたが、ファイバの外径変動、ファイバ強度並
びに炉心管の酸化消耗の総ての点について所望の条件を
満足し得る流量は設定できなかった。

次に、本発明の光ファイバの線引方法に従い、不活性ガ
スとしてＡｒとＮ２の混合ガスを用い、第２図に示すよ
うに、炉心管に供給する外径２３ｍｍ乃至２４ｍｍφの
プリフォーム外径に応じて混合ガスの流量及び混合比を
調整しながら線引を実施した。

得られた光ファイバは、プリフォーム外径変動±０．３
μｍφ以下、光フアイバ強度は１ｋｇの張力に対して平
均破断長駒２５ｋｍと極めて高品質であった上、炉心管
の酸化消耗は殆どなかった。

上記した実施例では、２種類のガスを使用したが、３種
類以上のガスを使用しても同様に実施できる。また、２
種類以上のガスを予め混合してから炉心管内に供給しで
も、それぞれ独立した供給口から炉心管内に供給しても
よい。

また、ガスの供給手段を、第１図（ｂ）に示したように
複数設け、各供給手段毎に不活性ガスの混合比あるいは
゛供給ガスの総量を調整して、より精密な制御を行うこ
とも本発明の範囲内にある。

更に、上記実施例は炉心管がカーボン製であるが、上記
した本発明の方法は、大気が混入すると消耗する材料で
作られた炉心管を使用する線引炉を使用する光フアイバ
線引きに同様に適用できる。

発明の効果 以上詳述の如く、本発明の光ファイバの線引方法は、炉
心管内の不活性雰囲気として分子量の異なる２種以上の
不活性ガスを所定の割合で混合した不活性混合ガスを用
い、不活性混合ガス自体の比重を変化することによって
不活性混合ガス流を制御する。従って、従来は達成する
ことのできなかったプリフォーム外径範囲でも、炉心管
内の大気遮断とガス流量調節とを両立することができる
。

その結果、炉心管内の大気遮断を適切に実施でき、また
、ガス流量が適正に調整できるので、不活性ガスの流通
によるプリフォームの線引温度の変化並びにそれに起因
する外径の変化、更には、炉心管の消耗とそれに伴う光
フアイバ製品の強度の低下を最小に止めることが可能に
なる。

また、不活性ガスは混合して用いるので、高価なガスに
廉価なガスを混合することによって、高価なガスの消費
を抑制することもできる。

・かくして、本発明により、より高品質な光ファイバを
製造し得る線引方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）並びに（ｂ）は、光フアイバ線引装置の炉
心管の構成を概略的に示す断面図であり、第１図（ａ）
は単一の不活性ガス送給口を備える炉心管を、第１図ら
）は１対の不活性ガス送給口を備える炉心管をそれぞれ
示しており、 第２図は、本発明の光ファイバの線引方法の一実施例に
おいて、プリフォーム外径に対する総ガス流量並びにこ
のガス流量に対するＮ２体積濃度の最適条件を示すグラ
フである。 （主な参照番号） １・・光ファイバプリフォーム、 ２・・ヒータ、 ３・・光ファイバ、 ４・・カーボン炉心管、 ５・・不活性ガス送給口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉心管内に光ファイバプリフォームを位置付けて
   該光ファイバプリフォームを加熱する一方、前記炉心管
   内に不活性ガスを供給して、前記炉心管内面並びに前記
   光ファイバプリフォーム表面を大気から遮断しつつ、前
   記光ファイバプリフォームから光ファイバを線引する方
   法であって、分子量の異なる少なくとも２種類の不活性
   ガスを、線引すべき光ファイバプリフォームの外径に応
   じてその混合比並びに総量を調整しながら前記炉心管に
   供給することを特徴とする光ファイバの線引方法。
2. （２）前記炉心管に、カーボン製炉心管を使用し、前記
   不活性ガスは、Ｎ＿２、Ｈｅ、Ａｒ及びＣＯ＿２から選
   択することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   光ファイバの線引方法。
3. （３）前記少なくとも２種類の不活性ガスを予め混合し
   てから前記炉心管内に供給することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の光ファイバの線引
   方法。
4. （４）前記少なくとも２種類の不活性ガスを、それぞれ
   独立した供給口から前記炉心管内に供給することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の光フ
   ァイバの線引方法。
5. （５）前記炉心管に少なくとも２基以上の不活性ガス供
   給手段を設け、各不活性ガス供給手段毎に前記少なくと
   も２種の不活性ガスの混合比並びに供給ガスの総量を調
   整することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の光ファイバの線引方法。