JP6447279B2 - 光ファイバ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ製造方法に関するものである。

共通クラッド中に複数のコアが軸方向に延在するマルチコア光ファイバ（以下「ＭＣＦ」という。）を製造する方法として、特許文献１〜３に記載された方法が知られている。この製造方法では、石英ガラス製の母材管の軸方向に形成された複数の空孔それぞれに石英ガラス製のコアロッドを挿入し、これら母材管とコアロッドとを一体化し線引してＭＣＦを製造する。母材管はＭＣＦの共通クラッドとなり、コアロッドはＭＣＦのコアおよび一部クラッドとなる。

特開２００６−１６０５２８号公報 特開２０１０−１１１５５４号公報 特開２０１１−１６８４６４号公報

本発明は、母材管とコアロッドとを一体化する際に長手方向の両者の位置関係を固定した状態で母材管の空孔内を減圧してマルチコア光ファイバを製造することができる新たな光ファイバ製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光ファイバ製造方法は、石英ガラス製の母材管の軸方向に形成された複数の空孔それぞれに石英ガラス製のコアロッドを挿入する挿入工程と、前記挿入工程の前に、前記挿入工程以降の各工程において前記コアロッドが前記母材管から突出するのを防止するとともに前記空孔内を減圧する為の空孔窓を有する突出防止部を前記母材管の第１端側に形成する突出防止部形成工程と、前記挿入工程の後に、前記母材管の前記第１端に接続された支持管を介して前記母材管の前記空孔内を減圧する減圧工程と、前記減圧工程下で前記母材管の第２端側を加熱軟化させ前記母材管および前記コアロッドを一体化する一体化工程と、前記母材管および前記コアロッドを線引して光ファイバを製造する線引工程とを備える。

本発明によれば、母材管とコアロッドとを一体化する際に長手方向の両者の位置関係を固定した状態で母材管の空孔内を減圧してマルチコア光ファイバを製造することができる。

第１比較例の光ファイバ製造方法を説明する図である。 第１実施形態の光ファイバ製造方法を説明する図である。 第１実施形態の光ファイバ製造方法を説明する図である。 第２比較例の光ファイバ製造方法を説明する図である。 第２比較例の光ファイバ製造方法の一部変形例を説明する図である。 第２実施形態の光ファイバ製造方法を説明する図である。 第２実施形態の光ファイバ製造方法を説明する図である。 第３実施形態の光ファイバ製造方法を説明する図である。

本発明の光ファイバ製造方法は、石英ガラス製の母材管の軸方向に形成された複数の空孔それぞれに石英ガラス製のコアロッドを挿入する挿入工程と、前記挿入工程の前に、前記挿入工程以降の各工程において前記コアロッドが前記母材管から突出するのを防止するとともに前記空孔内を減圧する為の空孔窓を有する突出防止部を前記母材管の第１端側に形成する突出防止部形成工程と、前記挿入工程の後に、前記母材管の前記第１端に接続された支持管を介して前記母材管の前記空孔内を減圧する減圧工程と、前記減圧工程下で前記母材管の第２端側を加熱軟化させ前記母材管および前記コアロッドを一体化する一体化工程と、前記母材管および前記コアロッドを線引して光ファイバを製造する線引工程とを備える。

前記母材管の前記第２端側において前記空孔を封止する封止部を形成する封止部形成工程を備えるのが好適である。前記一体化工程は、前記線引工程の前に、前記コアロッドの全体を前記母材管と一体化するコラプス工程であってもよい。また、前記一体化工程は、前記線引工程の開始時に前記母材管の前記第２端側で前記コアロッドと前記母材管とを一体化する工程であり、前記減圧工程下で前記線引工程を行うこととしてもよい。

前記突出防止部は、前記母材管の前記空孔が前記第１端側で前記コアロッドが突出できない形状又は大きさである第１条件、前記母材管の前記空孔が前記支持管により一部塞がれることにより前記コアロッドが突出できない第２条件、および、前記母材管と前記支持管との間に設けられたプレートにより前記コアロッドが突出できない第３条件、のうち何れか一つ又はこれら二以上の組合せにより形成されるのが好適である。

前記封止部は、前記母材管の前記第２端側において全ての前記空孔を封止する支持棒であってもよいし、前記母材管の前記第２端側において全ての前記空孔を封止するキャップであってもよい。前記キャップは、前記母材管の前記第２端側において前記空孔の一部または全部の開口を連通させた状態であるのが好適である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

（第１比較例）
図１は、第１比較例の光ファイバ製造方法を説明する図である。第１比較例の光ファイバ製造方法は、ロッドインコラプス（rod in collapse、以下「ＲＩＣ法」という。）法を用いる。

母材管１０、コアロッド２１〜２３および支持管３１，３２を準備する（同図（ａ））。母材管１０は、石英ガラス製であり、軸方向に貫通して形成された複数の空孔を有する。母材管１０はＭＣＦの共通クラッドとなる。コアロッド２１〜２３は、石英ガラス製であり、ＭＣＦのコアおよび一部クラッドとなる。支持管３１，３２は、母材管１０の外径と同程度の外径を有し、母材管１０の空孔を塞がない程度の内径を有する。

母材管１０の第１端１１に支持管３１を接続するとともに、母材管１０の第２端１２に支持管３２を接続して、母材管１０の各空孔の内壁面を気相エッチングし、母材管１０の各空孔内に浄化ガス（塩素や酸素）を流しながらバーナ４０で母材管１０を加熱することによる浄化処理によって空孔内を清浄にする（浄化工程、同図（ｂ））。

母材管１０の複数の空孔それぞれにコアロッド２１〜２３を挿入する（挿入工程、同図（ｃ））。母材管１０の空孔にコアロッド２１〜２３が挿入された状態で、支持管３２の側から母材管１０の空孔内を減圧し、母材管１０を軸周りに回転させ、母材管１０の第１端１１側をバーナ４０で加熱し、支持管３１と支持管３２とを互いに引っ張ることで、母材管１０とコアロッド２１〜２３とを一体化する（減圧工程、一体化工程、同図（ｄ））。これにより、母材管１０の加熱部が延伸し、母材管１０とコアロッド２１〜２３とが一体化するための起点部分を形成する。

起点部分は、母材管１０の空孔を大気圧に対し減圧した状態で母材管１０をコラプスする上での封止部としても機能する。封止部が形成されることにより、以後は延伸をせずに、加熱および減圧状態化のみで母材管１０とコアロッド２１〜２３とを一体化することが可能となる。

この第１比較例では、挿入工程以降の工程において、母材管１０の回転の際の振動によりコアロッド２１〜２３が移動したり、加熱により軟化したコアロッド２１〜２３が延伸したりすることにより、母材管１０の空孔に挿入されていたコアロッド２１〜２３は母材管１０の空孔から突出する可能性がある。

（第１実施形態）
図２および図３は、第１実施形態の光ファイバ製造方法を説明する図である。図３は、母材管１０と支持管３１との接続部分を拡大して示す。第１実施形態の光ファイバ製造方法はＲＩＣ法を用いる。

母材管１０、コアロッド２１〜２３、支持管３１および支持棒３３を準備する（図２（ａ））。母材管１０は、石英ガラス製であり、軸方向に貫通して形成された複数の空孔を有する。母材管１０はＭＣＦの共通クラッドとなる。コアロッド２１〜２３は、石英ガラス製であり、ＭＣＦのコアおよび一部クラッドとなる。母材管１０の空孔は、第１端１１側でコアロッド２１〜２３が突出できない形状または大きさを有する突出防止部とされている（突出防止部形成工程、図３）。

母材管１０の第１端１１に支持管３１を接続して、母材管１０の各空孔の内壁面を気相エッチングし、母材管１０の各空孔内に浄化ガス（塩素や酸素）を流しながらバーナで母材管１０を加熱することによる浄化処理によって空孔内を清浄にする（浄化工程）。

母材管１０の複数の空孔それぞれに第２端１２側からコアロッド２１〜２３を挿入する（挿入工程、図２（ｂ）、図３）。挿入されたコアロッド２１〜２３は、母材管１０の第１端１１側に形成された突出防止部に突き当てられる。

母材管１０の第２端１２に支持棒３３を接続し、母材管１０の第２端１２側において空孔を封止して、第２端１２側でコアロッド２１〜２３の突出を防止する突出防止部とするとともに、母材管１０の空孔内を減圧する際の封止部とする（封止部形成工程、図２（ｃ））。

支持管３１の側から母材管１０の空孔内を減圧し、母材管１０を軸周りに回転させ、母材管１０の第２端１２側をバーナで加熱し、支持管３１と支持棒３３とを互いに引っ張ることで、母材管１０とコアロッド２１〜２３とを一体化する（減圧工程、一体化工程、図２（ｄ））。これにより、母材管１０の加熱部が延伸し、母材管１０とコアロッド２１〜２３とが一体化するための起点部分を形成する。その後、線引工程により、母材管１０およびコアロッド２１〜２３を線引してＭＣＦを製造する。

本実施形態では、母材管１０の第１端１１側に突出防止部を形成するとともに、母材管１０の第２端１２側に封止部を形成する。封止部形成工程前にコアロッド２１〜２３が母材管１０の空孔から突出しないようにする。封止部は、減圧のための補助だけでなく、突出防止部としての機能をも有する。

コアロッド２１〜２３が突出しないように封止部（突出防止部）を形成できる場合は、支持棒３３に替えて第１比較例と同様に支持管３２を用いてもよい。支持管３２の内径を小さくして肉厚にし、この支持管３２により母材管１０の空孔の一部または全部を塞ぐようにしてもよい。また、母材管１０の中心に空孔がある場合は、支持管３２の内部に何等かの突出防止部を設けてもよい。

第１比較例のように、母材管１０の空孔の径が長手方向に一定であると、そのままでは母材管１０の空孔からコアロッド２１〜２３が突出することを防止することはできない。そこで、母材管１０と支持管３１とを互いに接続する際に母材管１０の第１端１１側において空孔の形状または大きさを限定することで、コアロッド２１〜２３の突出を防止するようにしてもよい。この場合、母材管１０の中心にある空孔は限定することができないので、何らかの手段で空孔の径を調節する。例えば、空孔にコアロッドを挿入した後に、空孔に開口を狭くする栓をすることで調整可能である。

母材管１０の部分的に封止すべき空孔の端面と支持管３１との間に突出防止用のプレートを配し、これを突出防止部としてもよい。この場合、プレートは空孔窓を有し、その空孔窓は、コアロッド２１〜２３が挿入される各空孔の空間を小さくし、コアロッド２１〜２３が通過できない形状とする。プレートに空孔窓があることで、浄化工程や一体化工程の際に空孔の減圧処理に寄与する。支持管３１へのプレートの接続に際しては、断面がプレートと同じ形状のガラスロッドを用意し、このガラスロッドを支持管３１に加熱溶着し、ガラスロッドを所定の厚さを残して切断することで、プレートを形成することが可能となる。また、プレートの各空孔窓に対応して、各空孔窓から支持管３１の中心の空間に向かって連通する溝を支持管３１の端面に施しておけば、支持管３１を厚肉としても、各空孔内を減圧することが可能である。

（第２比較例）
図４は、第２比較例の光ファイバ製造方法を説明する図である。第２比較例の光ファイバ製造方法は、ロッドイン線引（rod in drawing、以下「ＲＩＤ法」という。）法を用いる。

母材管１０、コアロッド２１〜２３、支持管３１およびキャップ３４を準備する（同図（ａ））。母材管１０は、石英ガラス製であり、軸方向に貫通して形成された複数の空孔を有する。母材管１０はＭＣＦの共通クラッドとなる。コアロッド２１〜２３は、石英ガラス製であり、ＭＣＦのコアおよび一部クラッドとなる。支持管３１は、母材管１０の外径と同程度の外径を有し、母材管１０の空孔を塞がない程度の内径を有する。キャップ３４は、概略円錐形状を有し、底面が母材管１０の空孔を塞ぐことができる大きさを有する。

母材管１０の第１端１１に支持管３１を接続するとともに、母材管１０の第２端１２にキャップ３４を接続する（封止部形成工程、同図（ｂ））。母材管１０の各空孔の内壁面を気相エッチングし、母材管１０の各空孔内に浄化ガス（塩素や酸素）を流しながら母材管１０を加熱することによる浄化処理によって空孔内を清浄にしてもよい（浄化工程）。

母材管１０の複数の空孔それぞれに第１端１１側からコアロッド２１〜２３を挿入する（挿入工程、同図（ｃ））。母材管１０の第２端１２側が下になるように母材管１０，コアロッド２１〜２３，支持管３１およびキャップ３４を鉛直方向に配置して、支持管３１の側から母材管１０の空孔内を減圧しながら、キャップ３４および母材管１０の第２端１２側を加熱軟化し紡糸して、ＭＣＦを製造する（減圧工程、線引工程、同図（ｄ））。

線引端（第２端１２側）は、母材管１０とコアロッド２１〜２３とが一体化され、キャップ３４の脱落後も封止された状態となる。逆の端（第１端１１側）は、非封止である。線引工程中、コアロッド２１〜２３は、引き伸ばされる状態で母材管１０と一体化され、逆の端（上端）から一部が突出することがある。

図５は、第２比較例の光ファイバ製造方法の一部変形例を説明する図である。この変形例では、母材管１０の第１端１１側に接続される支持管３１が、母材管１０の周辺孔の一部を塞ぐことで、周辺孔の開口からのコアロッドの突出を防止することができる。しかし、母材管１０の中心孔からのコアロッドの突出を防止するには別の対策が必要である。

（第２実施形態）
図６および図７は、第２実施形態の光ファイバ製造方法を説明する図である。図７は、母材管１０の第１端１１側の部分を拡大して示す。第２実施形態の光ファイバ製造方法はＲＩＤ法を用いる。

母材管１０、コアロッド２１〜２３、支持管３１およびキャップ３４を準備し、母材管１０の空孔にコアロッド２１〜２３を挿入する（図６（ａ））。母材管１０は、石英ガラス製であり、軸方向に貫通して形成された複数の空孔を有する。母材管１０はＭＣＦの共通クラッドとなる。コアロッド２１〜２３は、石英ガラス製であり、ＭＣＦのコアおよび一部クラッドとなる。母材管１０の空孔は、第１端１１側でコアロッド２１〜２３が突出できない形状または大きさを有する突出防止部とされている（突出防止部形成工程、図７）。母材管１０の複数の空孔それぞれに第２端１２側からコアロッド２１〜２３を挿入する（挿入工程）。

支持管３１は、母材管１０の外径と同程度の外径を有し、母材管１０の空孔を塞がない程度の内径を有する。キャップ３４は、概略円錐形状を有し、底面が母材管１０の空孔を塞ぐことができる大きさを有する。母材管１０の第２端１２にキャップ３４を接続するとともに（封止部形成工程、図６（ｂ））。母材管１０の第１端１１に支持管３１を接続する（図６（ｃ））。母材管１０の各空孔の内壁面を気相エッチングし、母材管１０の各空孔内に浄化ガス（塩素や酸素）を流しながら母材管１０を加熱することによる浄化処理によって空孔内を清浄にしてもよい（浄化工程）。

母材管１０の第２端１２側が下になるように母材管１０，コアロッド２１〜２３，支持管３１およびキャップ３４を鉛直方向に配置して、支持管３１の側から母材管１０の空孔内を減圧しながら、キャップ３４および母材管１０の第２端１２側を加熱軟化し紡糸して、ＭＣＦを製造する（減圧工程、線引工程、図６（ｄ））。

線引端（第２端１２側）は、母材管１０とコアロッド２１〜２３とが一体化され、キャップ３４の脱落後も封止された状態となる。逆の端（第１端１１側）は突出防止部となっている。線引工程中、コアロッド２１〜２３は、引き伸びが起き第１端１１側の突出防止部へ向かって進展するが、突出防止部により母材管１０の空孔から突出することはない。

なお、母材管１０が中心孔を有しない場合は、図５に示されるように母材管１０の第１端１１側に接続される支持管３１が母材管１０の周辺孔の一部を塞ぐ構成としてもよい。また、母材管１０の第１端１１側において、上記のように全ての空孔に突出防止部を設ける必要はなく、中心孔のみ突出防止部を設けてもよく、この場合、図５に示されるように周辺孔に対しては開口部の一部を塞ぐ厚さを有する支持管３１を接続することにより、コアロッドの突出を防止してもよい。また、中心孔にプレートを突出防止部として使用してもよい。

支持管３１と母材管１０との接続部の断面積は、母材管１０および全コアロッドの総重量に対する単位断面積あたりの引っ張り応力が０.１５ＭＰａ以下となるように設計されているのが好適である。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態の光ファイバ製造方法を説明する図である。第３実施形態の光ファイバ製造方法はＲＩＤ法を用いる。

第２実施形態に対し、第３実施形態では、母材管１０の第２端１２側において複数の空孔を連通する空間部１３が設けられている点で相違し、支持管３１が厚肉で母材管１０の第１端１１側において周辺孔を支持管３１が塞ぐ点で相違する。

本実施形態では、線引開始端（第２端１２）側において母材管１０とコアロッド２１〜２３とが一体化されると母材管１０の周辺孔が密閉状態になるので、一体化前に母材管１０の周辺孔内の空間を十分減圧状態としておく。

本実施形態では、母材管１０の線引開始端（第２端１２）側で複数の空孔が互いにつながることにより、一部の空孔が第２端１２側で開放されていれば、コアロッドと母材管１０とが一体化される線引き開始までの間に、母材管１０に形成した全ての空孔の内部を減圧状態とすることが可能となる。唯一残っている中心孔の空間のみを継続して減圧すればよい。

本実施形態では、支持管３１を厚肉とすることが容易となる。それにより、光ファイバ内にコアを高密度に配置する場合、母材管１０の外周付近まで空孔を形成することが可能となり、また、より大きな母材の線引きも可能となる。

なお、連通させる空間は、必ずしも全ての空孔でなくてもよく、支持管３１により塞がれた空間と塞がれていない何れか一つの空孔とが連通されていればよい。また、連通する空間部は、母材管１０内だけでなく、キャップ３４内に設けられてもよい。

また、接続強度に問題がなければ、図６に示されるように周辺孔を支持管３１で完全に塞がない構成としてもよい。支持管３１の厚さは、中心孔の開口を一部塞ぎ、中心孔のコアロッドが突出しない状態であれば、中心孔の開口を事前に狭くしておかなくてもよい。

１０…母材管、１１…第１端、１２…第２端、１３…空間部、２１〜２３…コアロッド、３１，３２…支持管、３３…支持棒、３４…キャップ、４０…バーナ。

Claims (8)

1. 石英ガラス製の母材管の軸方向に形成された複数の空孔それぞれに石英ガラス製のコアロッドを挿入する挿入工程と、
   前記挿入工程の前に、前記挿入工程以降の各工程において前記コアロッドが前記母材管から突出するのを防止するとともに前記空孔内を減圧する為の空孔窓を有する突出防止部を前記母材管の第１端側に形成する突出防止部形成工程と、
   前記挿入工程の後に、前記母材管の前記第１端に接続された支持管を介して前記母材管の前記空孔内を減圧する減圧工程と、
   前記減圧工程下で前記母材管の第２端側を加熱軟化させ前記母材管および前記コアロッドを一体化する一体化工程と、
   前記母材管および前記コアロッドを線引して光ファイバを製造する線引工程と、
   を備え、
   前記突出防止部は、前記母材管の前記空孔が前記第１端側で前記コアロッドが突出できない形状または大きさである第１条件、および、前記母材管の前記空孔が前記支持管により一部塞がれることにより前記コアロッドが突出できない第２条件、のうち何れか一つまたはこれらの組合せである、
   光ファイバ製造方法。
2. 前記母材管の前記第２端側において前記空孔を封止する封止部を形成する封止部形成工程を備える、
   請求項１に記載の光ファイバ製造方法。
3. 前記一体化工程は、前記線引工程の前に、前記コアロッドの全体を前記母材管と一体化するコラプス工程である、
   請求項１または２に記載の光ファイバ製造方法。
4. 前記一体化工程は、前記線引工程の開始時に前記母材管の前記第２端側で前記コアロッドと前記母材管とを一体化する工程であり、
   前記減圧工程下で前記線引工程を行う、
   請求項１または２に記載の光ファイバ製造方法。
5. 前記封止部は、前記母材管の前記第２端側において全ての前記空孔を封止する支持棒である、
   請求項２に記載の光ファイバ製造方法。
6. 石英ガラス製の母材管の軸方向に形成された複数の空孔それぞれに石英ガラス製のコアロッドを挿入する挿入工程と、
   前記挿入工程の前に、前記挿入工程以降の各工程において前記コアロッドが前記母材管から突出するのを防止するとともに前記空孔内を減圧する為の空孔窓を有する突出防止部を前記母材管の第１端側に形成する突出防止部形成工程と、
   前記母材管の第２端側において前記空孔を封止する封止部を形成する封止部形成工程と、
   前記母材管の前記第１端に接続された支持管を介して前記母材管の前記空孔内を減圧する減圧工程と、
   前記減圧工程下で前記母材管の前記第２端側を加熱軟化させ前記母材管および前記コアロッドを一体化する一体化工程と、
   前記母材管および前記コアロッドを線引して光ファイバを製造する線引工程と、
   を備え、
   前記封止部は、前記母材管の前記第２端側において前記空孔の一部または全部の開口を連通させた状態で全ての前記空孔を封止するキャップである、
   光ファイバ製造方法。
7. 前記一体化工程は、前記線引工程の前に、前記コアロッドの全体を前記母材管と一体化するコラプス工程である、
   請求項６に記載の光ファイバ製造方法。
8. 前記一体化工程は、前記線引工程の開始時に前記母材管の前記第２端側で前記コアロッドと前記母材管とを一体化する工程であり、
   前記減圧工程下で前記線引工程を行う、
   請求項６に記載の光ファイバ製造方法。

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