JP4482954B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造方法として、例えば特開平１０−２５１２７号公報に記載されたものが知られている。この製造方法は、光ファイバ母材を加熱線引きして中間光ファイバを作製し、この中間光ファイバを再加熱することにより熱処理を施すものであり、再加熱によりガラスの構造緩和（原子再配列）により仮想温度（ガラス内の原子の配列状態の乱雑さが対応する温度）を下げて、レイリー散乱強度の低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱線引きされた光ファイバを保護するため、線引き直後の光ファイバの表面にＵＶ樹脂等を被覆しており、上述した特開平１０−２５１２７号公報に記載された光ファイバの製造方法では、再加熱時の熱により光ファイバの表面に被覆された樹脂が燃えてしまうため、光ファイバ素線の量産に適したものではない。表面に樹脂を被覆しない状態での光ファイバを再加熱することも考えられるが、光ファイバ取り扱い時の傷付き等の問題から、量産の製造方法として適用できるものではない。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造するに際して、表面に樹脂が被覆された光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造装置及び製造方法について鋭意研究を行った結果、レイリー散乱強度と線引き後の光ファイバの冷却速度との関係について、以下のような事実を新たに見出した。
【０００６】
高温のガラス内では熱エネルギーにより原子は激しく振動しており、低温のガラスに比べて原子配列は乱雑な状態となっている。高温のガラスをゆっくり冷却した場合には、原子の再配列が許される温度範囲では、原子は各温度に対応した乱雑さに配列しながら冷却されるので、ガラス内の原子の乱雑さは構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）に対応した状態となる。しかし、高温のガラスを急激に冷却した場合には、原子配列が各温度に対応した平衡状態に達する前に冷却固定されるために、徐冷した場合に比べて原子配列は乱雑な状態となる。レイリー散乱強度は同一の物質でも原子配列が乱雑な方が大きくなり、通常、線引き後に５０００〜３００００℃／秒の冷却速度で冷却される光ファイバでは、バルクガラスに比べて原子配列が乱雑で、仮想温度が高い状態になっており、これが原因でレイリー散乱強度が大きくなっていると考えられる。
【０００７】
一方、構造緩和に要する時間は温度が低くなるほど長くなるため、例えば１２００℃程度ではその温度に数十時間維持しておかないと構造緩和が起こらない。線引き後の光ファイバは、通常０．数秒で約２０００℃から４００℃程度にまで冷却されるため、線引き工程中の光ファイバが冷却される短時間の間に仮想温度を低くして、 １２００℃に近づけるためには、１２００℃よりも高温の状態で徐冷する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明者らは線引き後の光ファイバ温度及び冷却速度に着目して、純石英コアファイバの温度が、上述した構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）よりも高温且つ構造緩和が極めて短時間で進行する１７００℃以下の１２００〜１７００℃になっている部分での冷却速度とレイリー散乱係数との関係を調査した。その結果、純石英コアファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分での冷却速度とレイリー散乱係数との間には、図５に示されるような関係が存在していることが確認された。なお、レイリー散乱強度（Ｉ）は下記（１）式に示すように波長（λ）の４乗に反比例する性質を有しており、この時の係数Ａをレイリー散乱係数としている。
Ｉ＝Ａ／λ4 …………… （１）
【０００９】
これらの結果から、加熱線引きされ、樹脂が被覆される前の光ファイバ、特に光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度を遅くすることにより、光ファイバのレイリー散乱強度を低減して、伝送損失を低くすることができるということが判明した。
【００１０】
かかる研究結果を踏まえ、請求項１に記載の本発明による光ファイバの製造装置は、光ファイバ母材を加熱線引きし、線引きされた光ファイバを樹脂により被覆する光ファイバの製造装置であって、光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と線引きされた光ファイバを樹脂により被覆する樹脂被覆部との間に、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱する加熱炉が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
上述の請求項１に記載の光ファイバの製造装置によれば、線引き炉と樹脂被覆部との間に、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱する加熱炉が設けられているので、加熱線引きされ、樹脂が被覆される前の光ファイバのうち、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなり、徐冷される。このため、光ファイバの仮想温度が低くなり、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。また、線引き後の樹脂を被覆する前の光ファイバの冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、表面に樹脂が被覆された光ファイバ素線の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００１２】
また、加熱炉は、線引きされた光ファイバを１３００〜１６００℃の範囲内の温度にて加熱することが好ましい。このように、加熱炉が、線引きされた光ファイバを１３００〜１６００℃の範囲内の温度にて加熱することで、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での光ファイバの冷却速度が遅くなり、光ファイバの構造緩和が促進され、レイリー散乱強度をより低減することが可能となる。ここで、加熱炉の温度は、炉中心近傍の温度であり、例えば炉中心近傍の温度を１６００℃程度にするには、ヒータの温度を１７００℃程度にする。
【００１３】
また、加熱炉は、線引きされた光ファイバが通る炉心管を有し、炉心管は、
Ｌ１≦０．２×Ｖ
Ｌ１：線引き炉のヒータ下端から炉心管上端までの距離（ｍ）
Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満たす位置に配設されていることが好ましい。線引き速度が速い場合、線引き速度が遅い場合に比して、線引きされた光ファイバの温度が同じとなる位置が樹脂被覆部寄りの位置となる。従って、加熱炉の炉心管の位置を、
Ｌ１≦０．２×Ｖ
が満たされる位置とすることにより、加熱炉の炉心管を線引き速度の大きさに対応した適切な位置に配設することができ、光ファイバの冷却速度を適切に遅らせることができる。
【００１４】
また、加熱炉は、線引きされた光ファイバが通る炉心管を有し、炉心管は、線引きされた光ファイバの炉心管への入線温度が１４００〜１８００℃の範囲となる位置に配設されることが好ましい。この場合には、加熱炉の炉心管が、線引き速度の大きさに対応した適切な位置に配設され、光ファイバの冷却速度を適切に遅らせることができる。
【００１５】
また、加熱炉は、線引きされた光ファイバが通る炉心管を有し、炉心管は、
Ｌ２≧Ｖ／８
Ｌ２：炉心管の全長（ｍ）
Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満たすように形成されていることが好ましい。この場合には、加熱炉の炉心管の長さを、線引き速度の大きさに対応した適切な長さに設定することができ、光ファイバの冷却速度を適切に遅らせることができる。
【００１６】
また、加熱炉は、線引き炉側を高温に、樹脂被覆部側を低温とする温度勾配が与えられていることが好ましい。加熱線引きされた光ファイバの温度は、線引き炉側から樹脂被覆部側に向かって低下する温度分布を有する。従って、加熱炉に、線引き炉側を高温に、樹脂被覆部側を低温とする温度勾配を与えることにより、加熱炉が上述した温度分布を有する光ファイバに対応した温度分布を有することとなり、光ファイバを更に適切な冷却速度にて冷却することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の本発明による光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱線引きし、線引きされた光ファイバを樹脂により被覆する光ファイバの製造方法であって、光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と線引きされた光ファイバを樹脂により被覆する樹脂被覆部との間に設けられる加熱炉にて、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱することを特徴としている。
【００１８】
上述の請求項７に記載の光ファイバの製造方法によれば、線引き炉と樹脂被覆部との間に設けられる加熱炉にて、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱するので、加熱線引きされ、樹脂が被覆される前の光ファイバのうち、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなり、徐冷される。このため、光ファイバの構造緩和が短時間の内に進行し、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。また、線引き後の樹脂を被覆する前の光ファイバの冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、表面に樹脂が被覆された光ファイバ素線の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００２０】
まず、図１を参照しながら、本発明による光ファイバの製造方法及びこの製造方法に用いられる線引き装置の実施形態を説明する。
【００２１】
線引き装置１は石英系光ファイバの線引き装置であって、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１及び樹脂硬化部３１を有し、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１及び樹脂硬化部３１は光ファイバ母材２を線引きする方向（図１において、上から下）に、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１、樹脂硬化部３１の順で配設されている。母材供給装置（図示せず）に保持された光ファイバ母材２を線引き炉１１に供給し、線引き炉１１内のヒータ１２で光ファイバ母材２の下端を加熱・軟化させ、光ファイバ３を線引きする。線引き炉１１の炉心管１３には、不活性ガス供給部１４からの不活性ガス供給通路１５が接続されており、線引き炉１１の炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されている。加熱線引きされた光ファイバ３は炉心管１３内にて、１７００℃程度にまで不活性ガスにより急激に冷却される。その後、光ファイバ３は、炉心管１３の下部から線引き炉１１外に出され、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間にて空冷される。不活性ガスとしては、例えばＮ2ガスを用いることができ、このＮ2ガスの熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。空気の熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。
【００２２】
空冷された光ファイバ３を徐冷用加熱炉２１に送り、光ファイバ３の所定区間を加熱し、所定の冷却速度にて徐冷する。徐冷用加熱炉２１はその中を光ファイバ３が通る炉心管２３を有し、この炉心管２３は、光ファイバ母材２の線引き方向（図１において、上下方向）での全長Ｌ２（ｍ）が、
Ｌ２≧Ｖ／８ ………………… （２）
ここで、Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満足するように設定されている。また、徐冷用加熱炉２１は、炉心管２３の位置が、炉心管２３に入る直前の光ファイバ３の温度（入線温度）が１４００〜１８００℃の範囲となる位置に設定されており、線引き炉１１に対して、
Ｌ１≦０．２×Ｖ ………………… （３）
ここで、Ｌ１：線引き炉１１のヒータ１２の下端から
炉心管２３の上端までの距離（ｍ）
Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満足するように、設けられている。徐冷用加熱炉２１のヒータ２２の温度は、炉中心（光ファイバ３が通る部分）の温度が１３００〜１６００℃の範囲内の温度、特に、１３００〜１５００℃の範囲内の温度に設定されている。
【００２３】
上述した徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）の位置及び長さの設定により、徐冷用加熱炉２１において、加熱線引きされた光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間、例えば、光ファイバ３の温度が１４００〜１６００℃となる部分（温度差が２００℃となる区間）が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。なお、炉中心の温度を１３００〜１６００℃の範囲内の温度に設定することにより、加熱線引きされた光ファイバ３において温度が１４００〜１６００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。
【００２４】
徐冷用加熱炉２１の炉心管２３には、Ｎ2ガス供給部２４からのＮ2ガス供給通路２５が接続されており、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内がＮ2ガス雰囲気となるように構成されている。Ｎ2ガスを用いる代わりに、空気あるいはＡｒといったの分子量の比較的大きいガス等を用いることも可能である。もちろんカーボンヒータを用いる場合には、不活性ガスを用いる必要がある。
【００２５】
徐冷用加熱炉２１を出た光ファイバ３は、外径測定手段としての外径測定器４１により外径がオンライン測定され、その測定値がドラム４２を回転駆動する駆動モータ４３にフィードバックされて外径が一定となるように制御される。外径測定器４１からの出力信号は、制御手段としての制御ユニット４４に送られ、光ファイバ３の外径が予め設定された所定値となるように、ドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を演算により求める。制御ユニット４４からは、演算により求めたドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を示す出力信号が駆動モータ用ドライバ（図示せず）に出力され、この駆動モータ用ドライバは制御ユニット４４からの出力信号に基づいて、駆動モータ４３の回転速度を制御する。
【００２６】
その後、光ファイバ３に、コーティングダイス５１によりＵＶ樹脂５２を塗布し、樹脂硬化部３１のＵＶランプ３２によりＵＶ樹脂５２が硬化され、光ファイバ素線４となる。そして、光ファイバ素線４は、ガイドローラ６１を経て、ドラム４２により巻き取られる。ドラム４２は、回転駆動軸４５に支持されており、この回転駆動軸４５の端部は駆動モータ４３に接続されている。ここで、コーティングダイス５１及び樹脂硬化部３１は、各請求項における樹脂被覆部を構成している。樹脂被覆部としては、熱硬化樹脂を塗布し、加熱炉により硬化させるように構成してもよい。
【００２７】
なお、線引き炉１１の炉心管１３には、不活性ガス供給部１４からの不活性ガス供給通路１５が接続されており、線引き炉１１の炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されているが、不活性ガス供給部１４としてＮ2ガス供給部を設け、炉心管１３内にＮ2ガスを供給してＮ2ガス雰囲気となるように構成してもよい。炉心管１３内にＮ2ガスを供給する理由は、線引き速度が低速、例えば１００ｍ／ｍｉｎの場合には、光ファイバ３がＨｅガス雰囲気では線引き炉１１（炉心管１３）内で１０００℃程度まで冷却されてしまうことがあり、線引き速度が低速の場合に炉心管１３内をＮ2ガス雰囲気として、線引き炉１１（炉心管１３）出口での光ファイバ３の温度を１７００℃程度とするためである。もちろん、Ｈｅガス供給部とＮ2ガス供給部とを設け、線引き速度に対応して、炉心管１３内にＨｅガス及び／又はＮ2ガスを供給するように構成してもよい。
【００２８】
次に、図２に基づいて、上述した線引き装置１を用いて行った実験の結果について説明する。これらの実験において共通の条件は、以下のとおりである。光ファイバ母材２として、外径３５ｍｍのものを用い、この光ファイバ母材２から外径１２５μｍの光ファイバ３を線引きした。線引き炉の温度は、炉心管内周面の表面温度で２０００℃程度としている。なお、以下の実施例１〜実施例８及び比較例１〜比較例４においては、光ファイバ３の温度を、光ファイバ３の表面温度としている。光ファイバ３の表面温度と光ファイバ３内部との温度差は２０〜１００℃程度である。線引き炉１１及び徐冷用加熱炉２１の温度は、各炉心管１３，２３の内周面（光ファイバ母材２あるいは光ファイバ３の表面と対向する面）の表面温度としている。実施例１〜実施例８及び比較例１〜比較例４とも、全て不活性ガスにはＮ2ガスを使用した。
【００２９】
実施例１〜実施例３は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例であり、比較例１及び比較例２は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例との対比のために行った比較例である。
【００３０】
（実施例１）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝０．５ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１３５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１３５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である０．５ｍの区間において平均約２０００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３１】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、０．５＝０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであった。
【００３２】
（実施例２）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１３５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１３５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約１０００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３３】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６５ｄＢ／ｋｍであった。
【００３４】
（実施例３）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝２．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１３００℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１３００℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である２．０ｍの区間において平均約６００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３５】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、２．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６４ｄＢ／ｋｍであった。
【００３６】
（参考例）
Ｌ１＝０．６ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１４００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１３００℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１４００〜１３００℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約２５０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３７】
炉心管の位置に関しては、０．８＝０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであった。
【００３８】
（比較例１）
徐冷用加熱炉を取り外した状態で光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は２〜１０ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆとした。この時、光ファイバの温度が１３００〜１７００℃となる部分は、約５０００℃／秒の徐冷速度にて冷却された。
【００３９】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、線引き速度に対する依存性はなかった。
【００４０】
（比較例２）
Ｌ１＝１．０ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１０００℃であった。
【００４１】
炉心管の位置に関しては、１．２＞０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足していない。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、徐冷用加熱炉を取り外した比較例１における伝送損失と同値となっている。
【００４２】
以上のように、実施例１〜実施例３においては、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６４〜０．１６７ｄＢ／ｋｍとなり、比較例１及び比較例２における波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６８ｄＢ／ｋｍと比べて、伝送損失を０．００１〜０．００４ｄＢ／ｋｍの範囲で低減できることが確認された。線引き速度が４ｍ／ｓの場合、徐冷用加熱炉の炉心管の位置としてＬ１を０．８ｍより大きく（線引き炉から離れる）することは、線引き後の光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となる部分を加熱することが難しくなり、この部分の冷却速度を遅くすることができず、伝送損失を増加させることになる。また、徐冷用加熱炉の炉心管を（３）式を満足する位置に配設した場合においても、炉心管の全長を０．５ｍより短くすることは、線引き後の光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となる部分を加熱することが難しくなり、この部分の冷却速度を遅くすることができず、伝送損失を増加させることになる。
【００４３】
次に、徐冷用加熱炉（炉心管内周面の表面温度）の温度条件を変更して、実験を行った。実施例５及び実施例６は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例であり、比較例３は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例との対比のために行った比較例である。
【００４４】
（実施例５）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１５００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１５３０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１５３０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約２８０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００４５】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６２ｄＢ／ｋｍであった。
【００４６】
（実施例６）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１２００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１２５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１２５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約３５０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００４７】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであった。
【００４８】
（比較例３）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１０００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１０５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１０５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約２２００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００４９】
比較例３は、炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。しかし、徐冷用加熱炉の部分で光ファイバの温度を１２００℃以上にできていない。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、徐冷用加熱炉を取り外した比較例１における伝送損失と同値となっている。
【００５０】
以上のように、実施例５及び実施例６においては、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６２〜０．１６７ｄＢ／ｋｍとなり、比較例３における波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６８ｄＢ／ｋｍと比べて、伝送損失を０．００１〜０．００６ｄＢ／ｋｍの範囲で低減できることが確認された。実験結果から明らかなように、徐冷用加熱炉（炉心管内周面の表面温度）の温度を１２００℃以上とすることで、線引き後の光ファイバの温度が１３００〜１７００℃となる部分を加熱し、この部分の冷却速度を遅くらせることになり、伝送損失を低減することができる。実施例２及び実施例５から分かるように、特に、徐冷用加熱炉（炉心管内周面の表面温度）の温度を１３００〜１５００℃とすることで、伝送損失を更に低減することができる。
【００５１】
次に、線引き速度条件を変更して、実験を行った。実施例７及び実施例８は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例であり、比較例４は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例との対比のために行った比較例である。
【００５２】
（実施例７）
Ｌ１＝０．８ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は８ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１７００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１５５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１７００〜１５５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約１２００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００５３】
炉心管の位置に関しては、０．８＜１．６（＝８×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＝１．０（＝８／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであった。
【００５４】
（実施例８）
Ｌ１＝０．８ｍ、Ｌ２＝２．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は８ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１７００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１４５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１７００〜１４５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である２．０ｍの区間において平均約１０００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００５５】
炉心管の位置に関しては、０．８＜１．６（＝８×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、２．０＞１．０（＝８／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６５ｄＢ／ｋｍであった。
【００５６】
（比較例４）
Ｌ１＝２．０ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は８ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１０００℃であった。
【００５７】
炉心管の位置に関しては、２．０＞１．６（＝８×０．２）となり上述した（３）式を満足していない。炉心管の全長に関しては、１．０＝１．０（＝８／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、徐冷用加熱炉を取り外した比較例１における伝送損失と同値となっている。
【００５８】
以上のように、実施例７及び実施例８においては、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６５〜０．１６７ｄＢ／ｋｍとなり、比較例４における波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６８ｄＢ／ｋｍと比べて、伝送損失を０．００１〜０．００３ｄＢ／ｋｍの範囲で低減できることが確認された。線引き速度が８ｍ／ｓの場合、徐冷用加熱炉の炉心管の位置としてＬ１を２．０ｍとすることは、線引き後の光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となる部分を加熱することが難しくなり、この部分の冷却速度を遅くすることができず、伝送損失を増加させることになる。また、徐冷用加熱炉の炉心管を上述した（３）式を満足する位置に配設した場合においても、炉心管の全長を１．０ｍより短くすることは、線引き後の光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となる部分を加熱することが難しくなり、この部分の冷却速度を遅くすることができず、伝送損失を増加させることになる。
【００５９】
このように、上述した実験結果からも明らかなように、本実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法においては、線引き炉１１と樹脂硬化部３１（コーティングダイス５１）との間に、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３を１２００〜１７００℃の範囲内の温度にて加熱する徐冷用加熱炉２１が設けられているので、上述した光ファイバ３のうち、その温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間における冷却速度が遅くなることにより、原子配列の乱雑さが低減されるので、加熱線引きからＵＶ樹脂５２の被覆までの間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバ３を製造することが可能となる。また、線引き後のＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３の冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、表面にＵＶ樹脂５２が硬化、被覆された光ファイバ素線４の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００６０】
また、徐冷用加熱炉２１にて、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３を１３００〜１６００℃の範囲内の温度にて加熱することで、光ファイバ３の温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での光ファイバ３の冷却速度が遅くなり、光ファイバ３の構造緩和が促進され、レイリー散乱強度をより低減することが可能となる。
【００６１】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３の位置を、上述した（３）式を満足する位置とすることにより、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間を、確実に加熱し、この部分における冷却速度を適切に遅くすることができる。
【００６２】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３の位置を、炉心管２３に入る直前の光ファイバ温度（入線温度）が１４００〜１８００℃の範囲となる位置とすることにより、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間を、確実に加熱し、この部分における冷却速度を適切に遅くすることができる。
【００６３】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３の全長を、上述した（３）式を満足する長さとすることにより、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間を、確実に加熱し、この部分における冷却速度を適切に遅くすることができる。
【００６４】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内をＮ2ガス雰囲気としているため、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内における冷却速度を低減することができ、光ファイバ３の更なる低伝送損失化が可能となる。また、線引き炉１１の炉心管１３内をＨｅガス雰囲気とすると、線引き炉１１（炉心管１３）内における光ファイバ３の冷却速度が３００００℃／秒程度となり、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間で空冷としているために光ファイバ３の冷却速度が４０００〜５０００℃／秒となり、光ファイバ母材２を加熱軟化させて一定径に漸近させるまで速やかに冷却され、光ファイバ３の外径の変動を抑制することが可能となる。また、線引き炉１１の炉心管１３内をＨｅガス雰囲気とし、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間で空冷とすると、徐冷用加熱炉２１に入る前の、光ファイバ３の温度が１７００℃より高くなる部分を４０００℃／秒以上の冷却速度にて冷却することになるので、光ファイバ３の冷却のために必要となる設備高さを低減することが可能となる。なお、１７００℃より高温では、例えば３００００℃／秒程度で急激に冷却しても、仮想温度が１７００℃より低くなるので、レイリー散乱には影響しない。
【００６５】
また、徐冷用加熱炉２１から出た光ファイバ３の外径を測定するための外径測定器４１と、外径測定器４１からの出力信号に応じて光ファイバ３の外径が所定値となるようにドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を制御する制御ユニット４４とを備えているので、徐冷用加熱炉２１から出て、外径長さが安定した状態にある光ファイバ３の外径を測定して、この安定した外径に基づいてドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を制御され、光ファイバ３の線引き速度を適切に制御することが可能となる。
【００６６】
次に、図３及び図４に基づいて、本実施形態の変形例を説明する。図３に示されるように、石英系光ファイバの線引き装置１０１においては、徐冷用加熱炉２１のヒータ２２が、第１ヒータ７１、第２ヒータ７２及び第３ヒータ７３を含んでいる。各ヒータ７１，７２，７３は光ファイバ母材２を線引きする方向（図２において、上から下）に、第１ヒータ７１、第２ヒータ７２、第３ヒータ７３の順で配設されている。各ヒータ７１，７２，７３は、
Ｔ１＝Ｔ２＋２５℃ …………………… （４）
Ｔ３＝Ｔ２−２５℃ …………………… （５）
ここで、Ｔ１：炉心管２３の第１ヒータ７１に対応する位置の内周面の表面温度
Ｔ２：炉心管２３の第２ヒータ７２に対応する位置の内周面の表面温度
Ｔ３：炉心管２３の第３ヒータ７３に対応する位置の内周面の表面温度
を満たすように、その温度が調節されている。なお、Ｔ１とＴ２との温度差、あるいは、Ｔ２とＴ３との温度差は、上述した２５℃に限られるものではなく、例えば３０℃程度の温度差を付けるようにしてもよい。
【００６７】
このように、第１ヒータ７１、第２ヒータ７２、第３ヒータ７３を設けることにより、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内において、線引き炉１１側を高温に、樹脂硬化部３１（コーティングダイス５１）側を低温とする温度勾配が与えられる。線引き炉１１にて加熱線引きされた光ファイバ３の温度は、線引き炉１１側から樹脂硬化部３１（コーティングダイス５１）側に向かって低下する温度分布を有する。従って、上述したように各々の温度が調節された第１ヒータ７１、第２ヒータ７２、第３ヒータ７３を設けることによって、徐冷用加熱炉２１に、線引き炉１１側を高温に、樹脂硬化部３１（コーティングダイス５１）側を低温とする温度勾配が与えられ、炉心管２３内が光ファイバ３の温度に対応した温度分布を有することとなり、光ファイバ３との温度差を適切に保ち、光ファイバ３を更に適切な冷却速度にて冷却することができる。
【００６８】
更なる変形例として、図４に示された線引き装置２０１のように、徐冷用加熱炉２１を線引き炉１１に連続して一体的に設けるように構成してもよい。このように、徐冷用加熱炉２１を線引き炉１１に連続して一体的に設けた場合においても、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３のうち、その温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間における冷却速度が遅くなることにより、構造緩和が短時間の内に進行し、原子配列の乱雑さが低減されるので、加熱線引きからＵＶ樹脂５２の被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバ３を製造することが可能となる。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造するに際して、表面に樹脂が被覆された光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバの製造装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明による光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例と比較例を示す図表である。
【図３】本発明による光ファイバの製造装置の実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図４】本発明による光ファイバの製造装置の実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図５】レイリー散乱係数と光ファイバの冷却速度との関係を示す図表である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１…線引き装置、２…光ファイバ母材、３…光ファイバ、４…光ファイバ素線、１１…線引き炉、１２…ヒータ、１３…炉心管、１４…不活性ガス供給部、１５…不活性ガス供給通路、２１…徐冷用加熱炉、２２…ヒータ、２３…炉心管、２４…Ｎ2ガス供給部、２５…Ｎ2ガス供給通路、３１…樹脂硬化部、３２…ＵＶランプ、４１…外径測定器、４２…ドラム、４３…駆動モータ、４４…制御ユニット、４５…回転駆動軸、５１…コーティングダイス、５２…ＵＶ樹脂液、６１…ガイドローラ、７１…第１ヒータ、７２…第２ヒータ、７３…第３ヒータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバの製造方法として、例えば特開平１０−２５１２７号公報に記載されたものが知られている。この製造方法は、光ファイバ母材を加熱線引きして中間光ファイバを作製し、この中間光ファイバを再加熱することにより熱処理を施すものであり、再加熱によりガラスの構造緩和（原子再配列）により仮想温度（ガラス内の原子の配列状態の乱雑さが対応する温度）を下げて、レイリー散乱強度の低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱線引きされた光ファイバを保護するため、線引き直後の光ファイバの表面にＵＶ樹脂等を被覆しており、上述した特開平１０−２５１２７号公報に記載された光ファイバの製造方法では、再加熱時の熱により光ファイバの表面に被覆された樹脂が燃えてしまうため、光ファイバ素線の量産に適したものではない。表面に樹脂を被覆しない状態での光ファイバを再加熱することも考えられるが、光ファイバ取り扱い時の傷付き等の問題から、量産の製造方法として適用できるものではない。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造するに際して、表面に樹脂が被覆された光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造装置及び製造方法について鋭意研究を行った結果、レイリー散乱強度と線引き後の光ファイバの冷却速度との関係について、以下のような事実を新たに見出した。
【０００６】
高温のガラス内では熱エネルギーにより原子は激しく振動しており、低温のガラスに比べて原子配列は乱雑な状態となっている。高温のガラスをゆっくり冷却した場合には、原子の再配列が許される温度範囲では、原子は各温度に対応した乱雑さに配列しながら冷却されるので、ガラス内の原子の乱雑さは構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）に対応した状態となる。しかし、高温のガラスを急激に冷却した場合には、原子配列が各温度に対応した平衡状態に達する前に冷却固定されるために、徐冷した場合に比べて原子配列は乱雑な状態となる。レイリー散乱強度は同一の物質でも原子配列が乱雑な方が大きくなり、通常、線引き後に５０００〜３００００℃／秒の冷却速度で冷却される光ファイバでは、バルクガラスに比べて原子配列が乱雑で、仮想温度が高い状態になっており、これが原因でレイリー散乱強度が大きくなっていると考えられる。
【０００７】
一方、構造緩和に要する時間は温度が低くなるほど長くなるため、例えば１２００℃程度ではその温度に数十時間維持しておかないと構造緩和が起こらない。線引き後の光ファイバは、通常０．数秒で約２０００℃から４００℃程度にまで冷却されるため、線引き工程中の光ファイバが冷却される短時間の間に仮想温度を低くして、 １２００℃に近づけるためには、１２００℃よりも高温の状態で徐冷する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明者らは線引き後の光ファイバ温度及び冷却速度に着目して、純石英コアファイバの温度が、上述した構造緩和が進行する最低温度（１２００℃程度）よりも高温且つ構造緩和が極めて短時間で進行する１７００℃以下の１２００〜１７００℃になっている部分での冷却速度とレイリー散乱係数との関係を調査した。その結果、純石英コアファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分での冷却速度とレイリー散乱係数との間には、図５に示されるような関係が存在していることが確認された。なお、レイリー散乱強度（Ｉ）は下記（１）式に示すように波長（λ）の４乗に反比例する性質を有しており、この時の係数Ａをレイリー散乱係数としている。
Ｉ＝Ａ／λ4 …………… （１）
【０００９】
これらの結果から、加熱線引きされ、樹脂が被覆される前の光ファイバ、特に光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度を遅くすることにより、光ファイバのレイリー散乱強度を低減して、伝送損失を低くすることができるということが判明した。
【００１０】
かかる研究結果を踏まえ、請求項１に記載の本発明による光ファイバの製造装置は、光ファイバ母材を加熱線引きし、線引きされた光ファイバを樹脂により被覆する光ファイバの製造装置であって、光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と線引きされた光ファイバを樹脂により被覆する樹脂被覆部との間に、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱する加熱炉が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
上述の請求項１に記載の光ファイバの製造装置によれば、線引き炉と樹脂被覆部との間に、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱する加熱炉が設けられているので、加熱線引きされ、樹脂が被覆される前の光ファイバのうち、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなり、徐冷される。このため、光ファイバの仮想温度が低くなり、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。また、線引き後の樹脂を被覆する前の光ファイバの冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、表面に樹脂が被覆された光ファイバ素線の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００１２】
また、加熱炉は、線引きされた光ファイバを１３００〜１６００℃の範囲内の温度にて加熱することが好ましい。このように、加熱炉が、線引きされた光ファイバを１３００〜１６００℃の範囲内の温度にて加熱することで、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での光ファイバの冷却速度が遅くなり、光ファイバの構造緩和が促進され、レイリー散乱強度をより低減することが可能となる。ここで、加熱炉の温度は、炉中心近傍の温度であり、例えば炉中心近傍の温度を１６００℃程度にするには、ヒータの温度を１７００℃程度にする。
【００１３】
また、加熱炉は、線引きされた光ファイバが通る炉心管を有し、炉心管は、
Ｌ１≦０．２×Ｖ
Ｌ１：線引き炉のヒータ下端から炉心管上端までの距離（ｍ）
Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満たす位置に配設されていることが好ましい。線引き速度が速い場合、線引き速度が遅い場合に比して、線引きされた光ファイバの温度が同じとなる位置が樹脂被覆部寄りの位置となる。従って、加熱炉の炉心管の位置を、
Ｌ１≦０．２×Ｖ
が満たされる位置とすることにより、加熱炉の炉心管を線引き速度の大きさに対応した適切な位置に配設することができ、光ファイバの冷却速度を適切に遅らせることができる。
【００１４】
また、加熱炉は、線引きされた光ファイバが通る炉心管を有し、炉心管は、線引きされた光ファイバの炉心管への入線温度が１４００〜１８００℃の範囲となる位置に配設されることが好ましい。この場合には、加熱炉の炉心管が、線引き速度の大きさに対応した適切な位置に配設され、光ファイバの冷却速度を適切に遅らせることができる。
【００１５】
また、加熱炉は、線引きされた光ファイバが通る炉心管を有し、炉心管は、
Ｌ２≧Ｖ／８
Ｌ２：炉心管の全長（ｍ）
Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満たすように形成されていることが好ましい。この場合には、加熱炉の炉心管の長さを、線引き速度の大きさに対応した適切な長さに設定することができ、光ファイバの冷却速度を適切に遅らせることができる。
【００１６】
また、加熱炉は、線引き炉側を高温に、樹脂被覆部側を低温とする温度勾配が与えられていることが好ましい。加熱線引きされた光ファイバの温度は、線引き炉側から樹脂被覆部側に向かって低下する温度分布を有する。従って、加熱炉に、線引き炉側を高温に、樹脂被覆部側を低温とする温度勾配を与えることにより、加熱炉が上述した温度分布を有する光ファイバに対応した温度分布を有することとなり、光ファイバを更に適切な冷却速度にて冷却することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の本発明による光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱線引きし、線引きされた光ファイバを樹脂により被覆する光ファイバの製造方法であって、光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と線引きされた光ファイバを樹脂により被覆する樹脂被覆部との間に設けられる加熱炉にて、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱することを特徴としている。
【００１８】
上述の請求項７に記載の光ファイバの製造方法によれば、線引き炉と樹脂被覆部との間に設けられる加熱炉にて、線引きされた光ファイバを光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように加熱するので、加熱線引きされ、樹脂が被覆される前の光ファイバのうち、光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での冷却速度が遅くなり、徐冷される。このため、光ファイバの構造緩和が短時間の内に進行し、原子配列の乱雑さが低減されることになり、加熱線引きから樹脂被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバの製造が可能となる。また、線引き後の樹脂を被覆する前の光ファイバの冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、表面に樹脂が被覆された光ファイバ素線の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００２０】
まず、図１を参照しながら、本発明による光ファイバの製造方法及びこの製造方法に用いられる線引き装置の実施形態を説明する。
【００２１】
線引き装置１は石英系光ファイバの線引き装置であって、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１及び樹脂硬化部３１を有し、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１及び樹脂硬化部３１は光ファイバ母材２を線引きする方向（図１において、上から下）に、線引き炉１１、徐冷用加熱炉２１、樹脂硬化部３１の順で配設されている。母材供給装置（図示せず）に保持された光ファイバ母材２を線引き炉１１に供給し、線引き炉１１内のヒータ１２で光ファイバ母材２の下端を加熱・軟化させ、光ファイバ３を線引きする。線引き炉１１の炉心管１３には、不活性ガス供給部１４からの不活性ガス供給通路１５が接続されており、線引き炉１１の炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されている。加熱線引きされた光ファイバ３は炉心管１３内にて、１７００℃程度にまで不活性ガスにより急激に冷却される。その後、光ファイバ３は、炉心管１３の下部から線引き炉１１外に出され、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間にて空冷される。不活性ガスとしては、例えばＮ2ガスを用いることができ、このＮ2ガスの熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。空気の熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。
【００２２】
空冷された光ファイバ３を徐冷用加熱炉２１に送り、光ファイバ３の所定区間を加熱し、所定の冷却速度にて徐冷する。徐冷用加熱炉２１はその中を光ファイバ３が通る炉心管２３を有し、この炉心管２３は、光ファイバ母材２の線引き方向（図１において、上下方向）での全長Ｌ２（ｍ）が、
Ｌ２≧Ｖ／８ ………………… （２）
ここで、Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満足するように設定されている。また、徐冷用加熱炉２１は、炉心管２３の位置が、炉心管２３に入る直前の光ファイバ３の温度（入線温度）が１４００〜１８００℃の範囲となる位置に設定されており、線引き炉１１に対して、
Ｌ１≦０．２×Ｖ ………………… （３）
ここで、Ｌ１：線引き炉１１のヒータ１２の下端から
炉心管２３の上端までの距離（ｍ）
Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満足するように、設けられている。徐冷用加熱炉２１のヒータ２２の温度は、炉中心（光ファイバ３が通る部分）の温度が１３００〜１６００℃の範囲内の温度、特に、１３００〜１５００℃の範囲内の温度に設定されている。
【００２３】
上述した徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）の位置及び長さの設定により、徐冷用加熱炉２１において、加熱線引きされた光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間、例えば、光ファイバ３の温度が１４００〜１６００℃となる部分（温度差が２００℃となる区間）が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。なお、炉中心の温度を１３００〜１６００℃の範囲内の温度に設定することにより、加熱線引きされた光ファイバ３において温度が１４００〜１６００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。
【００２４】
徐冷用加熱炉２１の炉心管２３には、Ｎ2ガス供給部２４からのＮ2ガス供給通路２５が接続されており、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内がＮ2ガス雰囲気となるように構成されている。Ｎ2ガスを用いる代わりに、空気あるいはＡｒといったの分子量の比較的大きいガス等を用いることも可能である。もちろんカーボンヒータを用いる場合には、不活性ガスを用いる必要がある。
【００２５】
徐冷用加熱炉２１を出た光ファイバ３は、外径測定手段としての外径測定器４１により外径がオンライン測定され、その測定値がドラム４２を回転駆動する駆動モータ４３にフィードバックされて外径が一定となるように制御される。外径測定器４１からの出力信号は、制御手段としての制御ユニット４４に送られ、光ファイバ３の外径が予め設定された所定値となるように、ドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を演算により求める。制御ユニット４４からは、演算により求めたドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を示す出力信号が駆動モータ用ドライバ（図示せず）に出力され、この駆動モータ用ドライバは制御ユニット４４からの出力信号に基づいて、駆動モータ４３の回転速度を制御する。
【００２６】
その後、光ファイバ３に、コーティングダイス５１によりＵＶ樹脂５２を塗布し、樹脂硬化部３１のＵＶランプ３２によりＵＶ樹脂５２が硬化され、光ファイバ素線４となる。そして、光ファイバ素線４は、ガイドローラ６１を経て、ドラム４２により巻き取られる。ドラム４２は、回転駆動軸４５に支持されており、この回転駆動軸４５の端部は駆動モータ４３に接続されている。ここで、コーティングダイス５１及び樹脂硬化部３１は、各請求項における樹脂被覆部を構成している。樹脂被覆部としては、熱硬化樹脂を塗布し、加熱炉により硬化させるように構成してもよい。
【００２７】
なお、線引き炉１１の炉心管１３には、不活性ガス供給部１４からの不活性ガス供給通路１５が接続されており、線引き炉１１の炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されているが、不活性ガス供給部１４としてＮ2ガス供給部を設け、炉心管１３内にＮ2ガスを供給してＮ2ガス雰囲気となるように構成してもよい。炉心管１３内にＮ2ガスを供給する理由は、線引き速度が低速、例えば１００ｍ／ｍｉｎの場合には、光ファイバ３がＨｅガス雰囲気では線引き炉１１（炉心管１３）内で１０００℃程度まで冷却されてしまうことがあり、線引き速度が低速の場合に炉心管１３内をＮ2ガス雰囲気として、線引き炉１１（炉心管１３）出口での光ファイバ３の温度を１７００℃程度とするためである。もちろん、Ｈｅガス供給部とＮ2ガス供給部とを設け、線引き速度に対応して、炉心管１３内にＨｅガス及び／又はＮ2ガスを供給するように構成してもよい。
【００２８】
次に、図２に基づいて、上述した線引き装置１を用いて行った実験の結果について説明する。これらの実験において共通の条件は、以下のとおりである。光ファイバ母材２として、外径３５ｍｍのものを用い、この光ファイバ母材２から外径１２５μｍの光ファイバ３を線引きした。線引き炉の温度は、炉心管内周面の表面温度で２０００℃程度としている。なお、以下の実施例１〜実施例８及び比較例１〜比較例４においては、光ファイバ３の温度を、光ファイバ３の表面温度としている。光ファイバ３の表面温度と光ファイバ３内部との温度差は２０〜１００℃程度である。線引き炉１１及び徐冷用加熱炉２１の温度は、各炉心管１３，２３の内周面（光ファイバ母材２あるいは光ファイバ３の表面と対向する面）の表面温度としている。実施例１〜実施例８及び比較例１〜比較例４とも、全て不活性ガスにはＮ2ガスを使用した。
【００２９】
実施例１〜実施例３は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例であり、比較例１及び比較例２は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例との対比のために行った比較例である。
【００３０】
（実施例１）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝０．５ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１３５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１３５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である０．５ｍの区間において平均約２０００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３１】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、０．５＝０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであった。
【００３２】
（実施例２）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１３５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１３５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約１０００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３３】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６５ｄＢ／ｋｍであった。
【００３４】
（実施例３）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝２．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１３００℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１３００℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である２．０ｍの区間において平均約６００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３５】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、２．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６４ｄＢ／ｋｍであった。
【００３６】
（参考例）
Ｌ１＝０．６ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１４００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１３００℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１４００〜１３００℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約２５０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００３７】
炉心管の位置に関しては、０．８＝０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであった。
【００３８】
（比較例１）
徐冷用加熱炉を取り外した状態で光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は２〜１０ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆとした。この時、光ファイバの温度が１３００〜１７００℃となる部分は、約５０００℃／秒の徐冷速度にて冷却された。
【００３９】
線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、線引き速度に対する依存性はなかった。
【００４０】
（比較例２）
Ｌ１＝１．０ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１０００℃であった。
【００４１】
炉心管の位置に関しては、１．２＞０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足していない。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、徐冷用加熱炉を取り外した比較例１における伝送損失と同値となっている。
【００４２】
以上のように、実施例１〜実施例３においては、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６４〜０．１６７ｄＢ／ｋｍとなり、比較例１及び比較例２における波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６８ｄＢ／ｋｍと比べて、伝送損失を０．００１〜０．００４ｄＢ／ｋｍの範囲で低減できることが確認された。線引き速度が４ｍ／ｓの場合、徐冷用加熱炉の炉心管の位置としてＬ１を０．８ｍより大きく（線引き炉から離れる）することは、線引き後の光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となる部分を加熱することが難しくなり、この部分の冷却速度を遅くすることができず、伝送損失を増加させることになる。また、徐冷用加熱炉の炉心管を（３）式を満足する位置に配設した場合においても、炉心管の全長を０．５ｍより短くすることは、線引き後の光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となる部分を加熱することが難しくなり、この部分の冷却速度を遅くすることができず、伝送損失を増加させることになる。
【００４３】
次に、徐冷用加熱炉（炉心管内周面の表面温度）の温度条件を変更して、実験を行った。実施例５及び実施例６は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例であり、比較例３は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例との対比のために行った比較例である。
【００４４】
（実施例５）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１５００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１５３０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１５３０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約２８０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００４５】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６２ｄＢ／ｋｍであった。
【００４６】
（実施例６）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１２００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１２５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１２５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約３５０℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００４７】
炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであった。
【００４８】
（比較例３）
Ｌ１＝０．４ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は４ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１０００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１６００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１０５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１６００〜１０５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約２２００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００４９】
比較例３は、炉心管の位置に関しては、０．４＜０．８（＝４×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＞０．５（＝４／８）となり上述した（２）式を満足している。しかし、徐冷用加熱炉の部分で光ファイバの温度を１２００℃以上にできていない。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、徐冷用加熱炉を取り外した比較例１における伝送損失と同値となっている。
【００５０】
以上のように、実施例５及び実施例６においては、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６２〜０．１６７ｄＢ／ｋｍとなり、比較例３における波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６８ｄＢ／ｋｍと比べて、伝送損失を０．００１〜０．００６ｄＢ／ｋｍの範囲で低減できることが確認された。実験結果から明らかなように、徐冷用加熱炉（炉心管内周面の表面温度）の温度を１２００℃以上とすることで、線引き後の光ファイバの温度が１３００〜１７００℃となる部分を加熱し、この部分の冷却速度を遅くらせることになり、伝送損失を低減することができる。実施例２及び実施例５から分かるように、特に、徐冷用加熱炉（炉心管内周面の表面温度）の温度を１３００〜１５００℃とすることで、伝送損失を更に低減することができる。
【００５１】
次に、線引き速度条件を変更して、実験を行った。実施例７及び実施例８は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例であり、比較例４は、上述した実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例との対比のために行った比較例である。
【００５２】
（実施例７）
Ｌ１＝０．８ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は８ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１７００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１５５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１７００〜１５５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である１．０ｍの区間において平均約１２００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００５３】
炉心管の位置に関しては、０．８＜１．６（＝８×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、１．０＝１．０（＝８／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６７ｄＢ／ｋｍであった。
【００５４】
（実施例８）
Ｌ１＝０．８ｍ、Ｌ２＝２．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は８ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１７００℃であり、徐冷用加熱炉から出た直後の光ファイバの温度は、光ファイバの表面温度で１４５０℃であった。従って、徐冷用加熱炉において、線引きされた光ファイバのうち温度が１７００〜１４５０℃となる部分が、徐冷用加熱炉の全長である２．０ｍの区間において平均約１０００℃／秒の徐冷速度にて冷却されたことになる。
【００５５】
炉心管の位置に関しては、０．８＜１．６（＝８×０．２）となり上述した（３）式を満足している。炉心管の全長に関しては、２．０＞１．０（＝８／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６５ｄＢ／ｋｍであった。
【００５６】
（比較例４）
Ｌ１＝２．０ｍ、Ｌ２＝１．０ｍとなる炉心管（内周直径が略３０ｍｍ）を有する徐冷用加熱炉を用いて、光ファイバの線引きを行った。線引きする光ファイバ母材は、コア部が純石英ガラスからなり、クラッド部がフッ素添加ガラスからなる。線引き速度は８ｍ／ｓ、線引き張力は２０ｇｆ、徐冷用加熱炉（炉中心の温度）の温度は１３００℃とした。この時、徐冷用加熱炉に入る直前の光ファイバの温度（入線温度）は、光ファイバの表面温度で１０００℃であった。
【００５７】
炉心管の位置に関しては、２．０＞１．６（＝８×０．２）となり上述した（３）式を満足していない。炉心管の全長に関しては、１．０＝１．０（＝８／８）となり上述した（２）式を満足している。線引きされた光ファイバの伝送損失（波長１．５５μｍの光に対する伝送損失）を測定したところ、０．１６８ｄＢ／ｋｍであり、徐冷用加熱炉を取り外した比較例１における伝送損失と同値となっている。
【００５８】
以上のように、実施例７及び実施例８においては、波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６５〜０．１６７ｄＢ／ｋｍとなり、比較例４における波長１．５５μｍの光に対する伝送損失が０．１６８ｄＢ／ｋｍと比べて、伝送損失を０．００１〜０．００３ｄＢ／ｋｍの範囲で低減できることが確認された。線引き速度が８ｍ／ｓの場合、徐冷用加熱炉の炉心管の位置としてＬ１を２．０ｍとすることは、線引き後の光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となる部分を加熱することが難しくなり、この部分の冷却速度を遅くすることができず、伝送損失を増加させることになる。また、徐冷用加熱炉の炉心管を上述した（３）式を満足する位置に配設した場合においても、炉心管の全長を１．０ｍより短くすることは、線引き後の光ファイバの温度が１２００〜１７００℃となる部分を加熱することが難しくなり、この部分の冷却速度を遅くすることができず、伝送損失を増加させることになる。
【００５９】
このように、上述した実験結果からも明らかなように、本実施形態に係る光ファイバの製造装置及び製造方法においては、線引き炉１１と樹脂硬化部３１（コーティングダイス５１）との間に、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３を１２００〜１７００℃の範囲内の温度にて加熱する徐冷用加熱炉２１が設けられているので、上述した光ファイバ３のうち、その温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間における冷却速度が遅くなることにより、原子配列の乱雑さが低減されるので、加熱線引きからＵＶ樹脂５２の被覆までの間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバ３を製造することが可能となる。また、線引き後のＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３の冷却速度を制御することによりレイリー散乱強度の低減を図っているので、上述した先行技術のような再加熱のための熱処理が不要となり、表面にＵＶ樹脂５２が硬化、被覆された光ファイバ素線４の量産に極めて容易に適用することが可能となる。
【００６０】
また、徐冷用加熱炉２１にて、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３を１３００〜１６００℃の範囲内の温度にて加熱することで、光ファイバ３の温度が１２００〜１７００℃となっている部分のうちの所定区間での光ファイバ３の冷却速度が遅くなり、光ファイバ３の構造緩和が促進され、レイリー散乱強度をより低減することが可能となる。
【００６１】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３の位置を、上述した（３）式を満足する位置とすることにより、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間を、確実に加熱し、この部分における冷却速度を適切に遅くすることができる。
【００６２】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３の位置を、炉心管２３に入る直前の光ファイバ温度（入線温度）が１４００〜１８００℃の範囲となる位置とすることにより、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間を、確実に加熱し、この部分における冷却速度を適切に遅くすることができる。
【００６３】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３の全長を、上述した（３）式を満足する長さとすることにより、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３において温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間を、確実に加熱し、この部分における冷却速度を適切に遅くすることができる。
【００６４】
また、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内をＮ2ガス雰囲気としているため、徐冷用加熱炉２１（炉心管２３）内における冷却速度を低減することができ、光ファイバ３の更なる低伝送損失化が可能となる。また、線引き炉１１の炉心管１３内をＨｅガス雰囲気とすると、線引き炉１１（炉心管１３）内における光ファイバ３の冷却速度が３００００℃／秒程度となり、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間で空冷としているために光ファイバ３の冷却速度が４０００〜５０００℃／秒となり、光ファイバ母材２を加熱軟化させて一定径に漸近させるまで速やかに冷却され、光ファイバ３の外径の変動を抑制することが可能となる。また、線引き炉１１の炉心管１３内をＨｅガス雰囲気とし、線引き炉１１と徐冷用加熱炉２１との間で空冷とすると、徐冷用加熱炉２１に入る前の、光ファイバ３の温度が１７００℃より高くなる部分を４０００℃／秒以上の冷却速度にて冷却することになるので、光ファイバ３の冷却のために必要となる設備高さを低減することが可能となる。なお、１７００℃より高温では、例えば３００００℃／秒程度で急激に冷却しても、仮想温度が１７００℃より低くなるので、レイリー散乱には影響しない。
【００６５】
また、徐冷用加熱炉２１から出た光ファイバ３の外径を測定するための外径測定器４１と、外径測定器４１からの出力信号に応じて光ファイバ３の外径が所定値となるようにドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を制御する制御ユニット４４とを備えているので、徐冷用加熱炉２１から出て、外径長さが安定した状態にある光ファイバ３の外径を測定して、この安定した外径に基づいてドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を制御され、光ファイバ３の線引き速度を適切に制御することが可能となる。
【００６６】
次に、図３及び図４に基づいて、本実施形態の変形例を説明する。図３に示されるように、石英系光ファイバの線引き装置１０１においては、徐冷用加熱炉２１のヒータ２２が、第１ヒータ７１、第２ヒータ７２及び第３ヒータ７３を含んでいる。各ヒータ７１，７２，７３は光ファイバ母材２を線引きする方向（図２において、上から下）に、第１ヒータ７１、第２ヒータ７２、第３ヒータ７３の順で配設されている。各ヒータ７１，７２，７３は、
Ｔ１＝Ｔ２＋２５℃ …………………… （４）
Ｔ３＝Ｔ２−２５℃ …………………… （５）
ここで、Ｔ１：炉心管２３の第１ヒータ７１に対応する位置の内周面の表面温度
Ｔ２：炉心管２３の第２ヒータ７２に対応する位置の内周面の表面温度
Ｔ３：炉心管２３の第３ヒータ７３に対応する位置の内周面の表面温度
を満たすように、その温度が調節されている。なお、Ｔ１とＴ２との温度差、あるいは、Ｔ２とＴ３との温度差は、上述した２５℃に限られるものではなく、例えば３０℃程度の温度差を付けるようにしてもよい。
【００６７】
このように、第１ヒータ７１、第２ヒータ７２、第３ヒータ７３を設けることにより、徐冷用加熱炉２１の炉心管２３内において、線引き炉１１側を高温に、樹脂硬化部３１（コーティングダイス５１）側を低温とする温度勾配が与えられる。線引き炉１１にて加熱線引きされた光ファイバ３の温度は、線引き炉１１側から樹脂硬化部３１（コーティングダイス５１）側に向かって低下する温度分布を有する。従って、上述したように各々の温度が調節された第１ヒータ７１、第２ヒータ７２、第３ヒータ７３を設けることによって、徐冷用加熱炉２１に、線引き炉１１側を高温に、樹脂硬化部３１（コーティングダイス５１）側を低温とする温度勾配が与えられ、炉心管２３内が光ファイバ３の温度に対応した温度分布を有することとなり、光ファイバ３との温度差を適切に保ち、光ファイバ３を更に適切な冷却速度にて冷却することができる。
【００６８】
更なる変形例として、図４に示された線引き装置２０１のように、徐冷用加熱炉２１を線引き炉１１に連続して一体的に設けるように構成してもよい。このように、徐冷用加熱炉２１を線引き炉１１に連続して一体的に設けた場合においても、線引き炉１１にて加熱線引きされた後ＵＶ樹脂５２を被覆する前の光ファイバ３のうち、その温度が１２００〜１７００℃となる部分の所定区間における冷却速度が遅くなることにより、構造緩和が短時間の内に進行し、原子配列の乱雑さが低減されるので、加熱線引きからＵＶ樹脂５２の被覆までの極めて短い間で、レイリー散乱強度を低減して伝送損失が低くされた光ファイバ３を製造することが可能となる。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、レイリー散乱強度の低減により、伝送損失が低くされた光ファイバを製造するに際して、表面に樹脂が被覆された光ファイバ素線の量産に適用することが可能な光ファイバの製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバの製造装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明による光ファイバの製造装置及び製造方法による実施例と比較例を示す図表である。
【図３】本発明による光ファイバの製造装置の実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図４】本発明による光ファイバの製造装置の実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図５】レイリー散乱係数と光ファイバの冷却速度との関係を示す図表である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１…線引き装置、２…光ファイバ母材、３…光ファイバ、４…光ファイバ素線、１１…線引き炉、１２…ヒータ、１３…炉心管、１４…不活性ガス供給部、１５…不活性ガス供給通路、２１…徐冷用加熱炉、２２…ヒータ、２３…炉心管、２４…Ｎ2ガス供給部、２５…Ｎ2ガス供給通路、３１…樹脂硬化部、３２…ＵＶランプ、４１…外径測定器、４２…ドラム、４３…駆動モータ、４４…制御ユニット、４５…回転駆動軸、５１…コーティングダイス、５２…ＵＶ樹脂液、６１…ガイドローラ、７１…第１ヒータ、７２…第２ヒータ、７３…第３ヒータ。
Claims (1)
- 光ファイバ母材を加熱線引きし、線引きされた光ファイバを樹脂により被覆する光ファイバの製造方法であって、
前記線引きされた光ファイバが通ると共に
Ｌ１≦０．２×Ｖ
Ｌ１：線引き炉のヒータ下端から前記炉心管上端までの距離（ｍ）
Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満たす位置に配設され且つ
Ｌ２≧Ｖ／８
Ｌ２：前記炉心管の全長（ｍ）
Ｖ：線引き速度（ｍ／ｓ）
を満たすように形成されている炉心管を有し、前記光ファイバ母材を加熱線引きする線引き炉と前記線引きされた光ファイバを前記樹脂により被覆する樹脂被覆部との間に設けられる加熱炉を用い、前記加熱炉に入る直前の前記線引きされた光ファイバの温度を１６００℃以上とし、前記線引きされた光ファイバを前記光ファイバの温度が１２００〜１７００℃の範囲内の温度であるように前記加熱炉にて加熱することを特徴とする光ファイバの製造方法。
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