光ファイバ製造方法
【課題】低線速であっても小型で効率よくガラスファイバの外周面上にカーボンコートを形成することができる光ファイバ製造方法を提供する。
【解決手段】線引炉１０において、光ファイバ母材Ｐの下端部が加熱され軟化されて、該下端部が下方に引かれることでガラスファイバが作製される。このガラスファイバは、ガスシールチャンバ２０を経て、カーボンガス供給チャンバ４０に導入される。カーボンガス供給チャンバ４０内において、ガラスファイバはレーザ光Ｌの照射により加熱されて、該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成される。レーザ光Ｌの照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定される。カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定される。
【解決手段】線引炉１０において、光ファイバ母材Ｐの下端部が加熱され軟化されて、該下端部が下方に引かれることでガラスファイバが作製される。このガラスファイバは、ガスシールチャンバ２０を経て、カーボンガス供給チャンバ４０に導入される。カーボンガス供給チャンバ４０内において、ガラスファイバはレーザ光Ｌの照射により加熱されて、該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成される。レーザ光Ｌの照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定される。カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成された光ファイバが知られている。カーボンコートは、不飽和結合を多く含み、ガラスとの密着性が良く、非常に緻密なコーティングである。カーボンコートは、非常に緻密であることから、水や水素の浸透性が低く、ガラスファイバの機械特性や耐水素特性を向上させることができる。カーボンコートの厚みは通常１μｍ以下と非常に薄く、その外側に更に樹脂被覆が施される。
【０００３】
また、カーボンコートの外側に樹脂被覆として熱硬化性樹脂被覆（例えばポリイミド）が施された光ファイバは、主に耐熱用途として用いられ、例えば油井探索用の光ファイバ温度分布測定等に利用される。このような高温環境下で用いられる場合、機械特性等の光ファイバ特性を悪化させ得るガス（Ｈ２ＯやＨ２など）をカーボンコートにより遮断することができる。
【０００４】
耐熱用途の熱硬化性樹脂被覆が施された光ファイバは、光ファイバ母材を線引きして作製されたガラスファイバに液状の樹脂を塗布し、この樹脂をオーブンで加熱し硬化させることで作製される。熱硬化性樹脂を硬化するには、高温で一定時間に亘って保持する必要があるが、線速が速くなると硬化が不十分となり、線引機のローラー等に未硬化樹脂が付着し、膜質が悪化する可能性がある。通常の光ファイバの線引速度は１５００ｍ／分以上であるのに対して、熱硬化性樹脂被覆が施された光ファイバの場合の線速は５〜１０ｍ/分と非常に遅い。
【０００５】
一方で、カーボンコートは、線引炉直下の高温のガラスファイバの外周面でカーボンガス（炭化水素系またはハロゲン化炭化水素系のガス）を熱分解させて設ける手法が一般的である。このとき、線速を速くしないと光ファイバ外周面温度が下がって熱分解反応が起こらない。線速が遅いと、急激に表面温度が低下し、熱分解を行うカーボンガス供給チャンバに導入されたときには既に反応が起こりうる下限温度より低い温度になる。
【０００６】
このように、カーボンコートの形成と熱硬化性樹脂被覆の形成とでは、光ファイバの線速に関して相反する要求が存在する。それ故、カーボンコートおよび熱硬化性樹脂被覆の双方が形成された光ファイバを製造することは困難であった。
【０００７】
特許文献１には、ランプから出力された赤外光を照射することでガラスファイバの温度を高めてカーボンコートの形成を促進する発明が開示されている。この発明を用いれば、熱硬化性樹脂被覆の形成に合わせて遅い線速に設定された場合であっても、ガラスファイバの外周面にカーボンコートを形成することができると考えられる。
【特許文献１】特公昭６１−３２２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された発明では、ランプから出力されてガラスファイバに照射される赤外光のパワー密度が低いので、加熱の効率が低く、カーボンコート形成の効率が低い。ランプから発散して出力される赤外光をガラスファイバに効率よく照射するために、特別の形状を有する反射鏡を用いればよいが、その反射鏡の形状が複雑で大型となる。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、低線速であっても小型で効率よくガラスファイバの外周面上にカーボンコートを形成することができる光ファイバ製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光ファイバ製造方法は、ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成された光ファイバを製造する方法であって、(1) 光ファイバ母材を線引きしてガラスファイバを作製する線引工程と、(2) この線引工程で作製されたガラスファイバにレーザ光を照射して該ガラスファイバを加熱し、カーボンガス供給チャンバ内において該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートを形成するカーボンコート形成工程と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る光ファイバ製造方法は、カーボンコート形成工程において、レーザ光照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度を、カーボンガス供給チャンバ内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定し、カーボンガス供給チャンバ内の温度を、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定することを特徴とする。また、本発明に係る光ファイバ製造方法は、カーボンコート形成工程の後にカーボンコートの外側にポリイミド樹脂被覆を形成する樹脂被覆形成工程を更に備えるのが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低線速であっても小型で効率よくガラスファイバの外周面上にカーボンコートを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。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、重複する説明を省略する。
【００１３】
（第１実施形態）
【００１４】
図１は、第１実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。第１実施形態に係る光ファイバ製造方法で用いられる光ファイバ製造装置１は、光ファイバ母材Ｐを線引して、外周面上にカーボンコードが形成された光ファイバＦを製造するものである。光ファイバ製造装置１は、線引炉１０，ガスシールチャンバ２０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０を備える。
【００１５】
線引炉１０は、光ファイバ母材Ｐの下端部を加熱し軟化させて、その下端部が下方に引かれることでガラスファイバを作製する。そのガラスファイバの進行経路に沿って順にガスシールチャンバ２０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０が設けられている。
【００１６】
ガスシールチャンバ２０は、線引炉１０の下方に設けられ、線引炉１０で作製されたガラスファイバが上から下へ通過することが可能である。ガスシールチャンバ２０の側面にガス供給管２１が接続されていて、このガス供給管２１からガスシールチャンバ２０の内部へ不活性ガスＧ１が供給される。この不活性ガスＧ１の供給によりガスシールチャンバ２０の内部が陽圧とされて、ガスシールチャンバ２０におけるガラスファイバの入口から外気がガスシールチャンバ２０の内部に入り込まないようにされる。
【００１７】
ガス排気管２２は、ガスシールチャンバ２０とカーボンガス供給チャンバ４０との間に設けられている。このガス排気管２２は、ガスシールチャンバ２０におけるガラスファイバの出口から出た排気ガスＧ３を外部へ排気する。
【００１８】
カーボンガス供給チャンバ４０は、ガスシールチャンバ２０の下方に設けられ、ガスシールチャンバ２０を経たガラスファイバが上から下へ通過することが可能である。カーボンガス供給チャンバ４０の側面の上部にガス供給管４１が接続されていて、このガス供給管４１からカーボンガス供給チャンバ４０の内部へカーボンガスＧ０が供給される。内部へ供給されたカーボンガスＧ０は、ファイバ長軸に対して直角の方向へ環状流（環状オリフィス）または反応管周りの複数のジェット流（沢山の孔を通す）となって、カーボンコートとなるべき原料を供給する。
【００１９】
カーボンガスＧ０は、炭化水素系またはハロゲン化炭化水素系のガスである。炭化水素系ガスは、炭素数がなるべく少なく、不飽和結合が多い方が好ましく、具体例としては、アセチレン、メチルアセチレン、プロパジエン、エチレン、プロピレン、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどである。ハロゲン化炭化水素系ガスは、ガラス表面のシラノール基を減じることができる点で好ましく、具体例としては、三塩化炭素、四塩化炭素、塩化エタン、塩化プロパンなどである。炭化水素系ガスとハロゲン化炭化水素ガスとを組み合わせてもよい。
【００２０】
カーボンガス供給チャンバ４０の側面にはレーザ光導入窓が設けられていて、このレーザ光導入窓を経て外部からレーザ光Ｌが内部へ入射される。その内部へ入射されたレーザ光Ｌがガラスファイバに照射されて、ガラスファイバが加熱される。特に、この第１実施形態では、カーボンガス供給チャンバ４０の側面の上部にレーザ光導入窓が設けられている。
【００２１】
レーザ光Ｌは、ガラスを加熱し易い波長であるのが好ましく、例えば、炭酸ガスレーザ光源から出力される波長１０.６μｍのレーザ光が好適である。この場合、レーザ光導入窓の材料としては透過率が高いＺｎＳｅ等が望ましい。
【００２２】
ガラスファイバへのレーザ光Ｌの照射は、複数方向から同時に行われるのが好適であり、このようにすることにより、ガラスファイバの外周面を均等に且つ高速に加熱することができる。また、ガラスファイバへのレーザ光の照射は、長手方向に沿った複数の位置で同時に行われるのが好適であり、このようにすることにより、ガラスファイバの外周面を反応に充分な温度まで高速に加熱することができる。加熱温度の調整は、レーザのエネルギを大きくする（光束当たりのレーザのエネルギを大きくするおよびまたは照射するレーザの光束の数を増やす（照射箇所を増やす））、光束毎にレンズの焦点位置を調整するなどがある。
【００２３】
カーボンガス供給チャンバ４０は、加熱炉を有していてもよい。この場合、加熱炉による加熱により、カーボンガス供給チャンバ４０の内部の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度（例えば２００℃〜７００℃）に設定される。
【００２４】
カーボンガス供給チャンバ４０の側面の下部にガス排気管４２が接続されていて、このガス排気管４２から排気ガスＧ４が外部へ排気される。
【００２５】
このカーボンガス供給チャンバ４０においてガラスファイバの外周面にカーボンコートが形成された光ファイバＦとされて、この光ファイバＦがカーボンガス供給チャンバ４０の下方へ出される。
【００２６】
ガスシールチャンバ５０は、カーボンガス供給チャンバ４０の下方に設けられ、カーボンガス供給チャンバ４０を経たファイバＦが上から下へ通過することが可能である。ガスシールチャンバ５０の側面にガス供給管５１が接続されていて、このガス供給管５１からガスシールチャンバ５０の内部へ不活性ガスＧ２が供給される。この不活性ガスＧ２の供給によりガスシールチャンバ５０の内部が陽圧とされて、ガスシールチャンバ５０におけるファイバＦの出口から外気がガスシールチャンバ５０の内部に入り込まないようにされる。
【００２７】
第１実施形態に係る光ファイバ製造方法では、上記の光ファイバ製造装置１が用いられて、以下のようにして光ファイバＦが製造される。線引炉１０において、光ファイバ母材Ｐの下端部が加熱され軟化されて、その下端部が下方に引かれることでガラスファイバが作製される（線引工程）。この線引工程で作製されたガラスファイバは、ガスシールチャンバ２０を経て、カーボンガス供給チャンバ４０に導入される。
【００２８】
カーボンガス供給チャンバ４０内において、ガラスファイバはレーザ光Ｌの照射により加熱される。このとき、レーザ光Ｌの照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度（使用するカーボンガスによって異なる）に設定される。また、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定される。アセチレンガスをカーボンガスに使用する場合は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面の温度が７００℃以上９００℃以下となるように照射するレーザ光Ｌのエネルギを調整する。例えば、レーザー光のパワーを調整する、レンズ位置、つまり焦点位置を変えてパワーを調整するなどする。この時、温度をモニターしつつ温度管理を行う。また、アセチレンを使用する場合は、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は７００℃未満とする。
【００２９】
このようにして、カーボンガス供給チャンバ４０において、該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成される（カーボンコート形成工程）。このカーボンコート形成工程でカーボンコートが形成された光ファイバＦは、ガスシールチャンバ５０を経た後、更にポリイミド樹脂が形成される（樹脂被覆形成工程）。
【００３０】
このように、本実施形態では、ガラスファイバがレーザ光Ｌの照射により加熱されるので、赤外線照射により加熱する特許文献１記載の発明と比較して、以下のような効果がある。すなわち、レーザ光のパワー密度が高いのでガラスファイバが高速に加熱され、照射強度が調整されることで加熱速度が調整され得るので、広範囲のガラスファイバの線速に対応することが可能である。低線速であってもガラスファイバの外周面にカーボンコートの形成が可能であるので、カーボンコート形成工程に続いて樹脂被覆形成工程が行われ得る。
【００３１】
また、レーザ光をガラスファイバへ集光照射するための光学系の設計が容易であり、例えば、レーザ光源からの光路上にミラーおよびレンズが設けられればよい。さらに、加熱速度が速い上に光学系が簡易であるので、ガラスファイバの長手方向に沿った複数の位置で同時にレーザ光照射が行われるとしても、その照射位置の数は少なくてよいので、装置の小型化が可能である。
【００３２】
特に、この第１実施形態では、ガラスファイバは、カーボンガス供給チャンバ４０内においてレーザ光Ｌの照射により加熱されるので、所要の温度に達すると熱分解反応によりカーボンコードが形成される。したがって、カーボンコートの形成の制御が容易である。この第１実施形態では、レーザ光はカーボンガス供給チャンバ内であって加熱源４３の直上でガラスファイバに照射される。レーザ光が照射される箇所ではガラスファイバの周囲にカーボンガスが供給されている。
【００３３】
なお、ガラスファイバの外周面の温度をなるべく下げないように加熱源４３で加熱しても良いが、温度によってカーボンコートの膜質が変わり、温度を上げすぎると気相反応により高分子量のカーボンができて品質が劣化する。カーボンガスがアセチレンであるの場合は、ガラスファイバの外周面の温度は７００℃〜９００℃であるのが好ましい。また、カーボンガスがエチレンである場合は、ガラスファイバの外周面の温度は１２００℃〜１４００℃であるのが好ましい。
【００３４】
良質のカーボンコートは、アモルファスカーボンにグラファイト構造を多く含むものであり、不飽和結合が多く含まれ、ガラスとの密着性が良く、緻密である。また、低分子量のカーボンが蒸着したものも良質のカーボンコートである。これに対して、不適切なカーボンコートは、不飽和結合が少なく脆く、それ故、機械強度が劣る。高分子量のカーボン（スス）が蒸着したものも不適切なカーボンコートである。このススは、高温ガスの気相反応性で発生するものや、高温管壁での反応で付着したものである。本実施形態では、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度を下げて、ガラスファイバ外周面以外ではカーボンができないようにしている。
【００３５】
（第２実施形態）
【００３６】
図２は、第２実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。第２実施形態に係る光ファイバ製造方法で用いられる光ファイバ製造装置２は、光ファイバ母材Ｐを線引して、外周面上にカーボンコードが形成された光ファイバＦを製造するものである。光ファイバ製造装置２は、線引炉１０，ガスシールチャンバ２０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０を備える。
【００３７】
図１に示された光ファイバ製造装置１の構成と比較すると、この図２に示される光ファイバ製造装置２は、カーボンガス供給チャンバ４０内でガラスファイバに対してレーザ光Ｌを照射する点では同じであるが、カーボンガス供給チャンバ４０の側面の中央部付近であって加熱源４３のある箇所にレーザ光導入窓が設けられている点で相違する。すなわち、カーボンガス供給チャンバ４０が加熱源４３を有する場合に、その加熱源４３にレーザ光導入孔が設けられる。レーザ光Ｌは、レーザ光導入孔およびレーザ光導入窓を経て、カーボンガス供給チャンバ４０の内部へ入射される。その内部へ入射されたレーザ光Ｌがガラスファイバに照射されて、ガラスファイバが加熱される。
【００３８】
第２実施形態に係る光ファイバ製造方法は、第１実施形態に係る光ファイバ製造方法と同様の効果を奏することができる。特に、この第２実施形態では、ガラスファイバは、カーボンガス供給チャンバ４０内においてレーザ光Ｌの照射により加熱されるので、所要の温度に達すると直ちに熱分解反応によりカーボンコードが形成される。したがって、カーボンコートの形成の制御が容易である。
【００３９】
（第３実施形態）
【００４０】
図３は、第３実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。第３実施形態に係る光ファイバ製造方法で用いられる光ファイバ製造装置３は、光ファイバ母材Ｐを線引して、外周面上にカーボンコードが形成された光ファイバＦを製造するものである。光ファイバ製造装置３は、線引炉１０，ガスシールチャンバ２０，レーザ光照射チャンバ３０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０を備える。
【００４１】
図１に示された光ファイバ製造装置１の構成と比較すると、この図３に示される光ファイバ製造装置３は、ガスシールチャンバ２０とカーボンガス供給チャンバ４０との間にレーザ光照射チャンバ３０が設けられる点で相違する。レーザ光照射チャンバ３０は、ガスシールチャンバ２０を経たガラスファイバが上から下へ通過することが可能である。このレーザ光照射チャンバ３０の側面にはレーザ光導入窓が設けられていて、このレーザ光導入窓を経て外部からレーザ光Ｌが内部へ入射される。その内部へ入射されたレーザ光Ｌがガラスファイバに照射されて、ガラスファイバが加熱される。
【００４２】
第３実施形態に係る光ファイバ製造方法では、上記の光ファイバ製造装置３が用いられて、以下のようにして光ファイバＦが製造される。線引炉１０において、光ファイバ母材Ｐの下端部が加熱され軟化されて、その下端部が下方に引かれることでガラスファイバが作製される（線引工程）。この線引工程で作製されたガラスファイバは、ガスシールチャンバ２０を経て、レーザ光照射チャンバ３０内を通過する際にレーザ光Ｌの照射により加熱され、さらに、カーボンガス供給チャンバ４０に導入される。
【００４３】
このとき、レーザ光Ｌの照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定される。また、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定される。
【００４４】
このようにして、カーボンガス供給チャンバ４０において、該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成される（カーボンコート形成工程）。このカーボンコート形成工程でカーボンコートが形成された光ファイバＦは、ガスシールチャンバ５０を経た後、更にポリイミド樹脂が形成される（樹脂被覆形成工程）。
【００４５】
（第４実施形態）
【００４６】
図４は、第４実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。第４実施形態に係る光ファイバ製造方法で用いられる光ファイバ製造装置４は、光ファイバ母材Ｐを線引して、外周面上にカーボンコードが形成された光ファイバＦを製造するものである。光ファイバ製造装置４は、線引炉１０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０を備える。
【００４７】
図１に示された光ファイバ製造装置１の構成と比較すると、この図４に示される光ファイバ製造装置４は、線引炉１０とガスシールチャンバ２０との間でガラスファイバに対してレーザ光Ｌを照射する点で相違する。
【００４８】
第４実施形態に係る光ファイバ製造方法では、上記の光ファイバ製造装置４が用いられて、以下のようにして光ファイバＦが製造される。線引炉１０において、光ファイバ母材Ｐの下端部が加熱され軟化されて、その下端部が下方に引かれることでガラスファイバが作製される（線引工程）。この線引工程で作製されたガラスファイバは、レーザ光Ｌの照射により加熱され、ガスシールチャンバ２０を経て、カーボンガス供給チャンバ４０に導入される。
【００４９】
このとき、レーザ光Ｌの照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定される。また、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定される。
【００５０】
このようにして、カーボンガス供給チャンバ４０において、該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成される（カーボンコート形成工程）。このカーボンコート形成工程でカーボンコートが形成された光ファイバＦは、ガスシールチャンバ５０を経た後、更にポリイミド樹脂が形成される（樹脂被覆形成工程）。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図２】第２実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図３】第３実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図４】第４実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１〜４…光ファイバ製造装置、１０…線引炉、２０…ガスシールチャンバ、２１…ガス供給管、２２…ガス排気管、３０…レーザ光照射チャンバ、４０…カーボンガス供給チャンバ、４１…ガス供給管、４２…ガス排気管、４３…加熱源、５０…ガスシールチャンバ、５１…ガス供給管、Ｐ…光ファイバ母材、Ｆ…光ファイバ、Ｇ０…カーボンガス、Ｇ１，Ｇ２…不活性ガス、Ｇ３，Ｇ４…排気ガス、Ｌ…レーザ光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成された光ファイバが知られている。カーボンコートは、不飽和結合を多く含み、ガラスとの密着性が良く、非常に緻密なコーティングである。カーボンコートは、非常に緻密であることから、水や水素の浸透性が低く、ガラスファイバの機械特性や耐水素特性を向上させることができる。カーボンコートの厚みは通常１μｍ以下と非常に薄く、その外側に更に樹脂被覆が施される。
【０００３】
また、カーボンコートの外側に樹脂被覆として熱硬化性樹脂被覆（例えばポリイミド）が施された光ファイバは、主に耐熱用途として用いられ、例えば油井探索用の光ファイバ温度分布測定等に利用される。このような高温環境下で用いられる場合、機械特性等の光ファイバ特性を悪化させ得るガス（Ｈ２ＯやＨ２など）をカーボンコートにより遮断することができる。
【０００４】
耐熱用途の熱硬化性樹脂被覆が施された光ファイバは、光ファイバ母材を線引きして作製されたガラスファイバに液状の樹脂を塗布し、この樹脂をオーブンで加熱し硬化させることで作製される。熱硬化性樹脂を硬化するには、高温で一定時間に亘って保持する必要があるが、線速が速くなると硬化が不十分となり、線引機のローラー等に未硬化樹脂が付着し、膜質が悪化する可能性がある。通常の光ファイバの線引速度は１５００ｍ／分以上であるのに対して、熱硬化性樹脂被覆が施された光ファイバの場合の線速は５〜１０ｍ/分と非常に遅い。
【０００５】
一方で、カーボンコートは、線引炉直下の高温のガラスファイバの外周面でカーボンガス（炭化水素系またはハロゲン化炭化水素系のガス）を熱分解させて設ける手法が一般的である。このとき、線速を速くしないと光ファイバ外周面温度が下がって熱分解反応が起こらない。線速が遅いと、急激に表面温度が低下し、熱分解を行うカーボンガス供給チャンバに導入されたときには既に反応が起こりうる下限温度より低い温度になる。
【０００６】
このように、カーボンコートの形成と熱硬化性樹脂被覆の形成とでは、光ファイバの線速に関して相反する要求が存在する。それ故、カーボンコートおよび熱硬化性樹脂被覆の双方が形成された光ファイバを製造することは困難であった。
【０００７】
特許文献１には、ランプから出力された赤外光を照射することでガラスファイバの温度を高めてカーボンコートの形成を促進する発明が開示されている。この発明を用いれば、熱硬化性樹脂被覆の形成に合わせて遅い線速に設定された場合であっても、ガラスファイバの外周面にカーボンコートを形成することができると考えられる。
【特許文献１】特公昭６１−３２２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された発明では、ランプから出力されてガラスファイバに照射される赤外光のパワー密度が低いので、加熱の効率が低く、カーボンコート形成の効率が低い。ランプから発散して出力される赤外光をガラスファイバに効率よく照射するために、特別の形状を有する反射鏡を用いればよいが、その反射鏡の形状が複雑で大型となる。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、低線速であっても小型で効率よくガラスファイバの外周面上にカーボンコートを形成することができる光ファイバ製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光ファイバ製造方法は、ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成された光ファイバを製造する方法であって、(1) 光ファイバ母材を線引きしてガラスファイバを作製する線引工程と、(2) この線引工程で作製されたガラスファイバにレーザ光を照射して該ガラスファイバを加熱し、カーボンガス供給チャンバ内において該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートを形成するカーボンコート形成工程と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る光ファイバ製造方法は、カーボンコート形成工程において、レーザ光照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度を、カーボンガス供給チャンバ内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定し、カーボンガス供給チャンバ内の温度を、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定することを特徴とする。また、本発明に係る光ファイバ製造方法は、カーボンコート形成工程の後にカーボンコートの外側にポリイミド樹脂被覆を形成する樹脂被覆形成工程を更に備えるのが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低線速であっても小型で効率よくガラスファイバの外周面上にカーボンコートを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。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、重複する説明を省略する。
【００１３】
（第１実施形態）
【００１４】
図１は、第１実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。第１実施形態に係る光ファイバ製造方法で用いられる光ファイバ製造装置１は、光ファイバ母材Ｐを線引して、外周面上にカーボンコードが形成された光ファイバＦを製造するものである。光ファイバ製造装置１は、線引炉１０，ガスシールチャンバ２０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０を備える。
【００１５】
線引炉１０は、光ファイバ母材Ｐの下端部を加熱し軟化させて、その下端部が下方に引かれることでガラスファイバを作製する。そのガラスファイバの進行経路に沿って順にガスシールチャンバ２０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０が設けられている。
【００１６】
ガスシールチャンバ２０は、線引炉１０の下方に設けられ、線引炉１０で作製されたガラスファイバが上から下へ通過することが可能である。ガスシールチャンバ２０の側面にガス供給管２１が接続されていて、このガス供給管２１からガスシールチャンバ２０の内部へ不活性ガスＧ１が供給される。この不活性ガスＧ１の供給によりガスシールチャンバ２０の内部が陽圧とされて、ガスシールチャンバ２０におけるガラスファイバの入口から外気がガスシールチャンバ２０の内部に入り込まないようにされる。
【００１７】
ガス排気管２２は、ガスシールチャンバ２０とカーボンガス供給チャンバ４０との間に設けられている。このガス排気管２２は、ガスシールチャンバ２０におけるガラスファイバの出口から出た排気ガスＧ３を外部へ排気する。
【００１８】
カーボンガス供給チャンバ４０は、ガスシールチャンバ２０の下方に設けられ、ガスシールチャンバ２０を経たガラスファイバが上から下へ通過することが可能である。カーボンガス供給チャンバ４０の側面の上部にガス供給管４１が接続されていて、このガス供給管４１からカーボンガス供給チャンバ４０の内部へカーボンガスＧ０が供給される。内部へ供給されたカーボンガスＧ０は、ファイバ長軸に対して直角の方向へ環状流（環状オリフィス）または反応管周りの複数のジェット流（沢山の孔を通す）となって、カーボンコートとなるべき原料を供給する。
【００１９】
カーボンガスＧ０は、炭化水素系またはハロゲン化炭化水素系のガスである。炭化水素系ガスは、炭素数がなるべく少なく、不飽和結合が多い方が好ましく、具体例としては、アセチレン、メチルアセチレン、プロパジエン、エチレン、プロピレン、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどである。ハロゲン化炭化水素系ガスは、ガラス表面のシラノール基を減じることができる点で好ましく、具体例としては、三塩化炭素、四塩化炭素、塩化エタン、塩化プロパンなどである。炭化水素系ガスとハロゲン化炭化水素ガスとを組み合わせてもよい。
【００２０】
カーボンガス供給チャンバ４０の側面にはレーザ光導入窓が設けられていて、このレーザ光導入窓を経て外部からレーザ光Ｌが内部へ入射される。その内部へ入射されたレーザ光Ｌがガラスファイバに照射されて、ガラスファイバが加熱される。特に、この第１実施形態では、カーボンガス供給チャンバ４０の側面の上部にレーザ光導入窓が設けられている。
【００２１】
レーザ光Ｌは、ガラスを加熱し易い波長であるのが好ましく、例えば、炭酸ガスレーザ光源から出力される波長１０.６μｍのレーザ光が好適である。この場合、レーザ光導入窓の材料としては透過率が高いＺｎＳｅ等が望ましい。
【００２２】
ガラスファイバへのレーザ光Ｌの照射は、複数方向から同時に行われるのが好適であり、このようにすることにより、ガラスファイバの外周面を均等に且つ高速に加熱することができる。また、ガラスファイバへのレーザ光の照射は、長手方向に沿った複数の位置で同時に行われるのが好適であり、このようにすることにより、ガラスファイバの外周面を反応に充分な温度まで高速に加熱することができる。加熱温度の調整は、レーザのエネルギを大きくする（光束当たりのレーザのエネルギを大きくするおよびまたは照射するレーザの光束の数を増やす（照射箇所を増やす））、光束毎にレンズの焦点位置を調整するなどがある。
【００２３】
カーボンガス供給チャンバ４０は、加熱炉を有していてもよい。この場合、加熱炉による加熱により、カーボンガス供給チャンバ４０の内部の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度（例えば２００℃〜７００℃）に設定される。
【００２４】
カーボンガス供給チャンバ４０の側面の下部にガス排気管４２が接続されていて、このガス排気管４２から排気ガスＧ４が外部へ排気される。
【００２５】
このカーボンガス供給チャンバ４０においてガラスファイバの外周面にカーボンコートが形成された光ファイバＦとされて、この光ファイバＦがカーボンガス供給チャンバ４０の下方へ出される。
【００２６】
ガスシールチャンバ５０は、カーボンガス供給チャンバ４０の下方に設けられ、カーボンガス供給チャンバ４０を経たファイバＦが上から下へ通過することが可能である。ガスシールチャンバ５０の側面にガス供給管５１が接続されていて、このガス供給管５１からガスシールチャンバ５０の内部へ不活性ガスＧ２が供給される。この不活性ガスＧ２の供給によりガスシールチャンバ５０の内部が陽圧とされて、ガスシールチャンバ５０におけるファイバＦの出口から外気がガスシールチャンバ５０の内部に入り込まないようにされる。
【００２７】
第１実施形態に係る光ファイバ製造方法では、上記の光ファイバ製造装置１が用いられて、以下のようにして光ファイバＦが製造される。線引炉１０において、光ファイバ母材Ｐの下端部が加熱され軟化されて、その下端部が下方に引かれることでガラスファイバが作製される（線引工程）。この線引工程で作製されたガラスファイバは、ガスシールチャンバ２０を経て、カーボンガス供給チャンバ４０に導入される。
【００２８】
カーボンガス供給チャンバ４０内において、ガラスファイバはレーザ光Ｌの照射により加熱される。このとき、レーザ光Ｌの照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度（使用するカーボンガスによって異なる）に設定される。また、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定される。アセチレンガスをカーボンガスに使用する場合は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面の温度が７００℃以上９００℃以下となるように照射するレーザ光Ｌのエネルギを調整する。例えば、レーザー光のパワーを調整する、レンズ位置、つまり焦点位置を変えてパワーを調整するなどする。この時、温度をモニターしつつ温度管理を行う。また、アセチレンを使用する場合は、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は７００℃未満とする。
【００２９】
このようにして、カーボンガス供給チャンバ４０において、該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成される（カーボンコート形成工程）。このカーボンコート形成工程でカーボンコートが形成された光ファイバＦは、ガスシールチャンバ５０を経た後、更にポリイミド樹脂が形成される（樹脂被覆形成工程）。
【００３０】
このように、本実施形態では、ガラスファイバがレーザ光Ｌの照射により加熱されるので、赤外線照射により加熱する特許文献１記載の発明と比較して、以下のような効果がある。すなわち、レーザ光のパワー密度が高いのでガラスファイバが高速に加熱され、照射強度が調整されることで加熱速度が調整され得るので、広範囲のガラスファイバの線速に対応することが可能である。低線速であってもガラスファイバの外周面にカーボンコートの形成が可能であるので、カーボンコート形成工程に続いて樹脂被覆形成工程が行われ得る。
【００３１】
また、レーザ光をガラスファイバへ集光照射するための光学系の設計が容易であり、例えば、レーザ光源からの光路上にミラーおよびレンズが設けられればよい。さらに、加熱速度が速い上に光学系が簡易であるので、ガラスファイバの長手方向に沿った複数の位置で同時にレーザ光照射が行われるとしても、その照射位置の数は少なくてよいので、装置の小型化が可能である。
【００３２】
特に、この第１実施形態では、ガラスファイバは、カーボンガス供給チャンバ４０内においてレーザ光Ｌの照射により加熱されるので、所要の温度に達すると熱分解反応によりカーボンコードが形成される。したがって、カーボンコートの形成の制御が容易である。この第１実施形態では、レーザ光はカーボンガス供給チャンバ内であって加熱源４３の直上でガラスファイバに照射される。レーザ光が照射される箇所ではガラスファイバの周囲にカーボンガスが供給されている。
【００３３】
なお、ガラスファイバの外周面の温度をなるべく下げないように加熱源４３で加熱しても良いが、温度によってカーボンコートの膜質が変わり、温度を上げすぎると気相反応により高分子量のカーボンができて品質が劣化する。カーボンガスがアセチレンであるの場合は、ガラスファイバの外周面の温度は７００℃〜９００℃であるのが好ましい。また、カーボンガスがエチレンである場合は、ガラスファイバの外周面の温度は１２００℃〜１４００℃であるのが好ましい。
【００３４】
良質のカーボンコートは、アモルファスカーボンにグラファイト構造を多く含むものであり、不飽和結合が多く含まれ、ガラスとの密着性が良く、緻密である。また、低分子量のカーボンが蒸着したものも良質のカーボンコートである。これに対して、不適切なカーボンコートは、不飽和結合が少なく脆く、それ故、機械強度が劣る。高分子量のカーボン（スス）が蒸着したものも不適切なカーボンコートである。このススは、高温ガスの気相反応性で発生するものや、高温管壁での反応で付着したものである。本実施形態では、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度を下げて、ガラスファイバ外周面以外ではカーボンができないようにしている。
【００３５】
（第２実施形態）
【００３６】
図２は、第２実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。第２実施形態に係る光ファイバ製造方法で用いられる光ファイバ製造装置２は、光ファイバ母材Ｐを線引して、外周面上にカーボンコードが形成された光ファイバＦを製造するものである。光ファイバ製造装置２は、線引炉１０，ガスシールチャンバ２０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０を備える。
【００３７】
図１に示された光ファイバ製造装置１の構成と比較すると、この図２に示される光ファイバ製造装置２は、カーボンガス供給チャンバ４０内でガラスファイバに対してレーザ光Ｌを照射する点では同じであるが、カーボンガス供給チャンバ４０の側面の中央部付近であって加熱源４３のある箇所にレーザ光導入窓が設けられている点で相違する。すなわち、カーボンガス供給チャンバ４０が加熱源４３を有する場合に、その加熱源４３にレーザ光導入孔が設けられる。レーザ光Ｌは、レーザ光導入孔およびレーザ光導入窓を経て、カーボンガス供給チャンバ４０の内部へ入射される。その内部へ入射されたレーザ光Ｌがガラスファイバに照射されて、ガラスファイバが加熱される。
【００３８】
第２実施形態に係る光ファイバ製造方法は、第１実施形態に係る光ファイバ製造方法と同様の効果を奏することができる。特に、この第２実施形態では、ガラスファイバは、カーボンガス供給チャンバ４０内においてレーザ光Ｌの照射により加熱されるので、所要の温度に達すると直ちに熱分解反応によりカーボンコードが形成される。したがって、カーボンコートの形成の制御が容易である。
【００３９】
（第３実施形態）
【００４０】
図３は、第３実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。第３実施形態に係る光ファイバ製造方法で用いられる光ファイバ製造装置３は、光ファイバ母材Ｐを線引して、外周面上にカーボンコードが形成された光ファイバＦを製造するものである。光ファイバ製造装置３は、線引炉１０，ガスシールチャンバ２０，レーザ光照射チャンバ３０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０を備える。
【００４１】
図１に示された光ファイバ製造装置１の構成と比較すると、この図３に示される光ファイバ製造装置３は、ガスシールチャンバ２０とカーボンガス供給チャンバ４０との間にレーザ光照射チャンバ３０が設けられる点で相違する。レーザ光照射チャンバ３０は、ガスシールチャンバ２０を経たガラスファイバが上から下へ通過することが可能である。このレーザ光照射チャンバ３０の側面にはレーザ光導入窓が設けられていて、このレーザ光導入窓を経て外部からレーザ光Ｌが内部へ入射される。その内部へ入射されたレーザ光Ｌがガラスファイバに照射されて、ガラスファイバが加熱される。
【００４２】
第３実施形態に係る光ファイバ製造方法では、上記の光ファイバ製造装置３が用いられて、以下のようにして光ファイバＦが製造される。線引炉１０において、光ファイバ母材Ｐの下端部が加熱され軟化されて、その下端部が下方に引かれることでガラスファイバが作製される（線引工程）。この線引工程で作製されたガラスファイバは、ガスシールチャンバ２０を経て、レーザ光照射チャンバ３０内を通過する際にレーザ光Ｌの照射により加熱され、さらに、カーボンガス供給チャンバ４０に導入される。
【００４３】
このとき、レーザ光Ｌの照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定される。また、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定される。
【００４４】
このようにして、カーボンガス供給チャンバ４０において、該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成される（カーボンコート形成工程）。このカーボンコート形成工程でカーボンコートが形成された光ファイバＦは、ガスシールチャンバ５０を経た後、更にポリイミド樹脂が形成される（樹脂被覆形成工程）。
【００４５】
（第４実施形態）
【００４６】
図４は、第４実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。第４実施形態に係る光ファイバ製造方法で用いられる光ファイバ製造装置４は、光ファイバ母材Ｐを線引して、外周面上にカーボンコードが形成された光ファイバＦを製造するものである。光ファイバ製造装置４は、線引炉１０，カーボンガス供給チャンバ４０およびガスシールチャンバ５０を備える。
【００４７】
図１に示された光ファイバ製造装置１の構成と比較すると、この図４に示される光ファイバ製造装置４は、線引炉１０とガスシールチャンバ２０との間でガラスファイバに対してレーザ光Ｌを照射する点で相違する。
【００４８】
第４実施形態に係る光ファイバ製造方法では、上記の光ファイバ製造装置４が用いられて、以下のようにして光ファイバＦが製造される。線引炉１０において、光ファイバ母材Ｐの下端部が加熱され軟化されて、その下端部が下方に引かれることでガラスファイバが作製される（線引工程）。この線引工程で作製されたガラスファイバは、レーザ光Ｌの照射により加熱され、ガスシールチャンバ２０を経て、カーボンガス供給チャンバ４０に導入される。
【００４９】
このとき、レーザ光Ｌの照射によるガラスファイバの外周面の加熱温度は、カーボンガス供給チャンバ４０内においてガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定される。また、カーボンガス供給チャンバ４０内の温度は、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定される。
【００５０】
このようにして、カーボンガス供給チャンバ４０において、該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成される（カーボンコート形成工程）。このカーボンコート形成工程でカーボンコートが形成された光ファイバＦは、ガスシールチャンバ５０を経た後、更にポリイミド樹脂が形成される（樹脂被覆形成工程）。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図２】第２実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図３】第３実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。
【図４】第４実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１〜４…光ファイバ製造装置、１０…線引炉、２０…ガスシールチャンバ、２１…ガス供給管、２２…ガス排気管、３０…レーザ光照射チャンバ、４０…カーボンガス供給チャンバ、４１…ガス供給管、４２…ガス排気管、４３…加熱源、５０…ガスシールチャンバ、５１…ガス供給管、Ｐ…光ファイバ母材、Ｆ…光ファイバ、Ｇ０…カーボンガス、Ｇ１，Ｇ２…不活性ガス、Ｇ３，Ｇ４…排気ガス、Ｌ…レーザ光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成された光ファイバを製造する方法であって、
光ファイバ母材を線引きしてガラスファイバを作製する線引工程と、
この線引工程で作製されたガラスファイバにレーザ光を照射して該ガラスファイバを加熱し、カーボンガス供給チャンバ内において該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートを形成するカーボンコート形成工程と、
を備え、
前記カーボンコート形成工程において、
レーザ光照射による前記ガラスファイバの外周面の加熱温度を、前記カーボンガス供給チャンバ内において前記ガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定し、
前記カーボンガス供給チャンバ内の温度を、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定する、
ことを特徴とする光ファイバ製造方法。
【請求項２】
前記カーボンコート形成工程の後に前記カーボンコートの外側にポリイミド樹脂被覆を形成する樹脂被覆形成工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ製造方法。
【請求項１】
ガラスファイバの外周面上にカーボンコートが形成された光ファイバを製造する方法であって、
光ファイバ母材を線引きしてガラスファイバを作製する線引工程と、
この線引工程で作製されたガラスファイバにレーザ光を照射して該ガラスファイバを加熱し、カーボンガス供給チャンバ内において該ガラスファイバの外周面上にカーボンコートを形成するカーボンコート形成工程と、
を備え、
前記カーボンコート形成工程において、
レーザ光照射による前記ガラスファイバの外周面の加熱温度を、前記カーボンガス供給チャンバ内において前記ガラスファイバの外周面上にカーボン膜を生成し得る温度に設定し、
前記カーボンガス供給チャンバ内の温度を、カーボン膜を生成し得る温度より低い温度に設定する、
ことを特徴とする光ファイバ製造方法。
【請求項２】
前記カーボンコート形成工程の後に前記カーボンコートの外側にポリイミド樹脂被覆を形成する樹脂被覆形成工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−３７１２７（Ｐ２０１０−３７１２７Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２００８１７（Ｐ２００８−２００８１７）
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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