WO2010116439A1

WO2010116439A1 - Ｇｒｉｎレンズ・ファイバの線引き方法

Info

Publication number: WO2010116439A1
Application number: PCT/JP2009/056439
Authority: WO
Inventors: 敏明福田
Original assignee: 東洋ガラス株式会社
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-14
Also published as: KR20110121644A; JPWO2010116439A1; US20120017644A1; CN102365244A; US9422186B2; EP2415720B1; EP2415720A4; KR101290088B1; EP2415720A1; JP5229827B2

Abstract

　ＧＲＩＮレンズをプリフォームから線引きを開始する際に、プリフォームの無駄を少なくすると共に、リフォームの延伸開始から巻き取り開始までの時間を短縮する。　下端に錘を融着したプリフォームを加熱炉内にセットし、前記プリフォームと錘の融着部を加熱することでプリフォームの線引きを開始することで、プリフォームの無駄を少なくでき、錘の重量によってプリフォームの延伸速度が速くなるので、プリフォームの延伸開始から巻き取り開始までの時間を短縮できる。

Description

ＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き方法

　本発明は、ＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き方法におけるプリフォームからＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引きを開始する方法に関し、特に、線引きを開始するときの時間短縮及びプリフォームの無駄を少なくする方法に関する。

　いわゆるＧＲＩＮレンズ・ファイバは、円柱状の屈折率分布型レンズ（GRaded INdexレンズ）で、ガラスの内部に屈折率分布を持たせることで光の進行方向を曲げてレンズ作用を発揮させるもので、通常１ｍｍ弱程度に切断したものを光ファイバの先端に溶着し、光通信用光学系の様々な用途に使用される。近年、高いＮＡ（開口数）のＧＲＩＮレンズが求められており、このようなＧＲＩＮレンズのプリフォームは、下記特許文献１等に開示されるように、ゾルゲル法で製造される。ゾルゲル法で製造したプリフォーム７は、最小のもので直径５ｍｍ程度、長さが３０～５０ｍｍ程度の円柱形で、通常の光ファイバの石英ガラスプリフォームに較べてきわめて小さいものとなる。

　ＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引きを開始する場合の従来例を図５に示す。同図において、左側の図はプリフォーム７を加熱炉中のヒータ２の内部にセットしたところである。このとき、加熱炉の最高温度部（ヒータ２の加熱部の中心）がプリフォーム７の下端から１２～１８ｍｍ程度になるようにする。中央及び右側の図は、プリフォーム７が加熱されて軟化を始めたところで、プリフォーム下端部７ａ（ヒータの最高温度部よりも下側のプリフォーム部分）がその自重により降下を始めたところである。

　通常の光ファイバプリフォームの線引きを開始する際の技術としては、下記特許文献２，３などに示されている。

特開２００５－１１５０９７号公報特開２００５－４７７５４号公報特開２００８－１２０６４３号公報

　従来のＧＲＩＮレンズプリフォームの線引きを開始する方法では、プリフォームの下から１２～１８ｍｍの部分を軟化延伸させるものであるから、少なくともプリフォームの１５～２１ｍｍ程度（プリフォーム長さの１／３～１／２程度）が線引きされずに無駄となってしまう。ＧＲＩＮレンズのプリフォームは高価で貴重なものであるから、このロスはコスト的に非常に大きい。
　また、プリフォームの１２～１８ｍｍの長さの重さは０．５～０．８ｇ程度であるので、軟化部分の降下速度は非常に遅く、巻き取りを開始するまで非常に長い時間が必要となる。巻き取り開始までの時間を短縮する方策として、加熱温度を上げて、プリフォームの粘度を下げる方法が考えられるが、ＧＲＩＮレンズは石英ガラスにドーパント（屈折率分布を付与するチタン、タンタルなど）が含まれるために、温度変化に対する粘度の変化が比較的大きく、加熱中に溶融延伸部分が細くなり過ぎて巻き取りができなかったり、溶融延伸部分が切れてしまい、余計にプリフォームが無駄になってしまう可能性が大きい。

　また、前記の特許文献２，３に示される技術は、通常の光ファイバの線引きを開始するときの技術であり、光ファイバのプリフォームの大きさに較べて非常に小さなＧＲＩＮレンズのプリフォームを線引きする場合には何ら役立つものではない。

　本発明は、ＧＲＩＮレンズをプリフォームから線引きを開始する際に、プリフォームの無駄を少なくすると共に、プリフォームが延伸し始めてからの延伸速度を速くして延伸開始から巻き取り開始までの時間を短縮し、ＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引きを効率的に行えるようにすることを課題とするものである。

　本発明は、下端に錘を融着したプリフォームを加熱炉内にセットし、前記プリフォームと錘の融着部を加熱することでプリフォームの線引きを開始することを特徴とするＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き方法である。（請求項１）

　プリフォームの下端に錘を融着し、プリフォームと錘の融着部を加熱するので、従来の、錘のないプリフォームの下から１２～１８ｍｍの部分を中心にして加熱する場合に較べて、プリフォームの無駄を１２～１５ｍｍ減少させることができる。また、錘の重量によってプリフォームの延伸速度が速くなるので、プリフォームの延伸開始から巻き取り開始までの時間を短縮できる。
　錘の材質には、石英ガラス、またはプリフォームより軟化点が高く、熱膨張率が小さいガラスを使用することができ、プリフォームに融着することが可能であり、線引き開始の際に加熱炉で過熱しても錘が先に延伸してしまうことがない。

　錘の形状は、具体的には、円形断面の棒状であることが好ましい。（請求項２）
　プリフォームの断面形状は円形であるので、錘の断面形状を同じ円形とすることで容易に融着できる。錘の形状を棒状とすることで、加熱炉のヒータの内部に容易に挿通できる。

　錘の重さは、具体的には、５ｇ～１５ｇが適当である。（請求項３）
　錘が軽すぎると、プリフォームの延伸開始から巻き取り開始までの時間の短縮効果が減少し、重すぎるとプリフォームの延伸部分が切れてしまう可能性がある。

　プリフォームを加熱炉内にセットする際に、プリフォームと錘の融着部と加熱炉の最高温度部の高さの差ｔは－５～５ｍｍが適当であるが、さらに好ましくは、プリフォームと錘の融着部が加熱炉の最高温度部よりも上方となるように前記プリフォームを配置することができる。（請求項４）
　このようにすることで、プリフォームの無駄をさらに少なくすることができる。

　この場合、具体的には、プリフォームと錘の融着部と加熱炉の最高温度部の高さの差ｔは１～３ｍｍが最も適当である。（請求項５）

　本発明によれば、ＧＲＩＮレンズ・ファイバをプリフォームから線引きを開始する際に、プリフォームの無駄が少なくなると共に、プリフォームが延伸し始めてからの延伸速度が速くなり、延伸開始から巻き取り開始までの時間が短縮できるので、ＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引きを効率的に行えるようになり、大きなコストダウンが実現される。

ＧＲＩＮレンズ・ファイバ線引き装置の説明図である。（プリフォームセット時）プリフォームが延伸を開始する状態の説明図である。加熱炉の最高温度部ｍと、プリフォーム７と錘９の融着部１１の位置関係の説明図である。ＧＲＩＮレンズ・ファイバ線引き装置の説明図である。（装置概略図）従来のＧＲＩＮレンズプリフォームの線引きを開始する方法の説明図である。

符号の説明

　１　加熱炉
　２　ヒータ
　３　昇降装置
　４　巻取ドラム
　５　線径測定器
　６　自動制御装置
　７　プリフォーム
　８　ＧＲＩＮレンズ・ファイバ
　９　錘
　１０　石英棒
　１１　融着部

〔実施例〕
　図１，４に示すのはＧＲＩＮレンズ・ファイバ線引き装置である。この線引き装置は、加熱炉１、ヒータ２、昇降装置３、巻取ドラム４、線径測定器５、自動制御装置６を有する。

　加熱炉１は２１００℃まで昇温可能な超高温縦型管状炉である。
巻取ドラム４は、ファイバが重なるのを防止するために水平移動機構を有している。本実施例の場合、線引きしたＧＲＩＮレンズ・ファイバを巻取ドラム４で直接巻き取っており、この回転速度を制御することで、線引き速度の制御を行う。巻取ドラムの手前にキャプスタンローラを設け、キャプスタンローラの回転速度を制御することで、線引き速度の制御を行うことも可能である。

　加熱炉１の上方には、プリフォーム７を保持し、昇降させるための昇降装置３が設けられている。
　プリフォーム７の一端（上端）には石英棒１０が、他端（下端）には錘９が溶着されている。石英棒１０はプリフォームとほぼ同径の石英ガラス製の棒状材で、小さいプリフォームがヒータ２の内部に位置できるように長さ調整するためのものである。錘９は、プリフォームとほぼ同径の石英ガラス製の棒状材で、プリフォーム下端部を加熱して線引きを開始するときに、速やかに線引き部分が下降するための錘であり、重さは５～１５ｇ程度が適当である。

　線径測定器５の測定位置は、なるべく加熱炉出口近くが好ましい。
　線径測定器５からの線径ａを自動制御装置６に出力する。自動制御装置６は、線径ａが指定された目標値に近づくように巻取ドラムの回転速度(線引き速度)を制御する。

　次に、本発明のＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き方法の実施例を、順をおって説明する。　ゾルゲル法で製造した直径５ｍｍ、長さ３５ｍｍのＧＲＩＮレンズプリフォーム７の一端に長さ５５０ｍｍの石英棒１０を、他端に長さ２３０ｍｍ、重さ約１０ｇの錘９を酸水素バーナで融着したものを予め用意した。線引きするＧＲＩＮレンズ・ファイバの目標線径は１２４．５μｍとし、この目標線径は既に自動制御装置６に入力してある。

　昇降装置３の下端に石英棒１０の端部を固定して、プリフォーム７を昇降装置３に鉛直に取り付けた。

　加熱炉を所定の温度まで昇温、炉内温度を安定させる。
　昇降装置３の降下を開始し、プリフォーム７と錘９の境目（融着部１１）がヒータ２の発熱部中心付近になる所定の位置でセンサ（図示せず）が昇降装置３の一部を検知し、降下が停止した。この状態を図１，３に示す。
　図３に示されるように、プリフォーム７と錘９の融着部１１の高さは、加熱炉の最高温度部ｍ（すなわち、ヒータ２の発熱部の中心高さ）よりもｔだけ上方に位置している。本実施例の場合、ｔ＝２ｍｍとした。

　プリフォームが加熱され、プリフォーム７と錘９の融着部１１付近が軟化し、延伸が始まる。この様子を図２に示す。同図の左側は延伸が始まる前、中央は延伸が始まった当初、右側は更に延伸した状態である。延伸は、ヒータ２の中央部、すなわち、融着部１１の２ｍｍ下方を中心とする位置から始まり、この部分は錘９の石英であり、プリフォーム７の延伸がされるのはその後である。しかし、延伸が始まってから線引きが所定の線径で安定するには時間がかかるので、安定した時点でプリフォームが線引きされていればよい。それまで、錘の石英が線引きされることでプリフォームが無駄に線引きされるのを防ぐことができる。

　延伸がある程度進んだところで昇降装置３を一定速度で降下させ始める。この降下速度は、ＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き速度に見合う一定速度であり、本実施例の場合は４ｍｍ／分である。

　錘９が巻取ドラム４の近くまで降下してきたとき、錘９を切り離し、延伸された部分の下端部を巻取ドラム４に粘着テープで貼り付け、巻き取り及び線引きが開始された。

　本実施例において、図１の状態から延伸された部分の端部を巻取ドラム４に粘着テープで貼り付けるまでの時間は平均で３０～６０秒で、錘を溶着しない従来方法に較べて１／１０程度に短縮された。
　また、線引き開始の際のプリフォームのロスは、プリフォームの長さにして３～５ｍｍ程度となり、従来方法の１２～１８ｍｍに較べて大幅に少なくなった。

Claims

下端に石英製の錘を融着したプリフォームを加熱炉内にセットし、前記プリフォームと錘の融着部を加熱することでプリフォームの線引きを開始することを特徴とするＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き方法。
前記錘が円形断面の棒状である請求項１に記載のＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き方法。
前記錘の重さが５ｇ～１５ｇである請求項１又は２に記載のＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き方法。
前記プリフォームを加熱炉内にセットする際に、前記プリフォームと前記錘の融着部が加熱炉の最高温度部よりも上方となるように前記プリフォームを配置する請求項１～３のいずれかに記載のＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き方法。
前記プリフォームを加熱炉内にセットする際に、前記プリフォームと前記錘の融着部が加熱炉の最高温度部よりも１～３ｍｍ上方となるように前記プリフォームを配置する請求項４に記載のＧＲＩＮレンズ・ファイバの線引き方法。