CN103189322B - 光纤素线的制造方法和制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤素线的制造方法和制造装置，所述光纤素线的制造方法如下：用纺丝用加热炉将石英系光纤母材加热并熔融；将上述熔融的母材从上述纺丝用加热炉呈线状地引出，使其连续冷却、凝固而形成光纤裸线；将上述光纤裸线用树脂被覆而形成光纤素线；利用牵引机一边对上述光纤素线赋予张力一边连续牵引；经上述冷却、凝固的光纤裸线的表面温度成为100℃以下时，在赋予上述张力的状态下将光纤裸线的表面再加热，仅使上述光纤裸线的表面层再熔融，使上述再熔融的光纤裸线的表面层再凝固后，用树脂被覆上述光纤裸线，其后释放上述张力，由此得到对光纤裸线部分的表面层赋予了残留压缩应力的光纤素线。

Description

光纤素线的制造方法和制造装置

技术领域

本发明涉及一种制造石英玻璃系光纤素线的方法和装置，特别涉及一种制造对光纤裸线的表面层赋予残留压缩应力来提高耐弯曲性的石英系光纤素线的方法和装置。

本申请基于2011年8月12日在日本申请的特愿2011-176740号主张优先权，将其内容援引于此。

背景技术

一般而言，在石英玻璃系光纤素线的制造方法中，通常使由石英系玻璃构成的光纤母材在纺丝用加热炉中加热、熔融，并从该纺丝用加热炉呈线状地引出，使其冷却、凝固，从而制成光纤裸线，进而，利用保护被覆用树脂进行被覆，利用牵引机牵引，进而卷绕于线轴。作为适用于制造这种石英玻璃系光纤素线的制造装置，通常因纺丝速度不同而异，纺丝速度慢时使用如图6所示的装置，纺丝速度快时使用如图7所示的装置。

图6所示的制造装置具备：纺丝用加热炉14，用于使由石英系玻璃构成的光纤母材12加热熔融；冷却区域18，用于将从纺丝用加热炉14呈线状地引出的光纤裸线16在大气中冷却、凝固；涂覆装置20，用于利用保护被覆用树脂被覆经冷却、凝固的光纤裸线16；固化装置22，用于使利用该涂覆装置而进行了被覆的树脂固化；绞盘等牵引装置26，用于牵引保护被覆用树脂被固化的状态下的光纤素线24；以及未图示的卷绕机，用于最终卷绕光纤素线24。

另一方面，在图7所示的制造装置中，在纺丝用加热炉14与涂覆装置20之间的冷却区域18配设有强制冷却装置18A。从纺丝用加热炉14呈线状地引出的光纤裸线16通过强制冷却装置18A而被强制冷却。强制冷却装置18A通常具有双重壁结构（套管结构）。在强制冷却装置18A中，利用冷却水等冷却介质来冷却壁部，并且向内侧的光纤裸线16通过的空间（冷却空间）内导入导热性良好且不对光纤裸线16的材质带来不良影响的气体，例如He气等冷却气体来强制冷却光纤裸线16。

利用这样的光纤素线制造装置如下制造光纤素线。将作为光纤裸线原料的光纤母材（石英系玻璃母材）12在纺丝用加热炉14中加热至2000℃以上的高温，使其熔融。从该纺丝用加热炉14的下部一边使光纤母材12作为光纤裸线16直接在高温下伸长一边向下方引出。使该光纤裸线16的玻璃材料凝固，并且在冷却区域18冷却（利用大气中冷却或强制冷却装置18A的冷却）至能够利用树脂进行涂覆的温度。然后，为了进行保护，将冷却至所需温度的光纤裸线16在涂覆装置20中用未固化状态的树脂被覆。进而，使该被覆树脂在固化装置22中固化，形成具备保护被覆层的光纤素线24。对于树脂的固化，根据树脂的种类，可使用加热固化或紫外线固化等适宜的方式。光纤素线24经由转向轮28，利用牵引装置26以规定速度牵引。进而，光纤素线16通常经由未图示的浮动辊等，利用线轴等卷绕装置卷绕。

然而，最近一直在进行弯曲损耗特性优异的光纤，即，即使被赋予弯曲直径小的弯曲弯曲损耗也小的光纤的开发。在使用了光纤的装置中也有暂时赋予5mmφ以下的小的弯曲直径的情况。另一方面，将光纤弯曲成环状或线圈状、其它弯曲形状时，在其弯曲部的外侧（弯曲外侧）会产生拉伸应力。如果弯曲直径变小，则伴随于此，作用于光纤弯曲部外侧的拉伸应力变大。

如果光纤弯曲部的拉伸应力超过其材料的断裂极限强度，则光纤在其弯曲部发生断裂。另外，即使在弯曲部的拉伸应力未超过其材料的断裂极限强度的情况下，如果以维持施加弯曲的状态经过长时间、或反复给予弯曲等，则因疲劳破坏而导致在弯曲部发生断裂。因此，假设在将光纤在赋予弯曲直径小的弯曲的状态下使用时，需要该光纤的耐弯曲性优异。如上所述，弯曲部的断裂主要因作用于弯曲外侧的拉伸应力引起，因此作为用于提高耐弯曲性的一个对策，可考虑缓和使光纤弯曲时产生的弯曲部外侧的拉伸应力。

立足于上述这种观点的提高耐弯曲性的方法已经在专利文献1中提出。在该专利文献1中公开了在使玻璃母材软化、熔融并连续拉丝（光纤化）的途中，在光纤裸线凝固后，在保持对该光纤给予拉丝所需的拉伸力（张力）的状态下，将该光纤裸线的表面再加热，仅使表面层软化、熔融（因此，中心部保持凝固），接着在保持赋予张力的状态下使表面层再凝固。在该方法中，通过暂时仅使完全凝固的光纤裸线的表面层再熔融，从而能够使表面的微小龟裂消失。进而，由于用于拉丝的张力而导致光纤裸线所产生的形变（拉伸形变）在裸线的表面层被缓和，若其后解除张力，则在表面层残留压缩应力。这样，使在表面残留压缩应力的光纤弯曲时，在弯曲部外侧的表面层产生的拉伸应力被残留压缩应力缓和或抵消。因此，即使在弯曲直径小的情况下，作用于弯曲部外侧的拉伸应力实质上也变小，其结果不易产生由弯曲引起的龟裂、断裂。

然而，本发明人等对专利文献1中示出的方法进行了实验，结果明确了存在如下问题。

即，专利文献1只不过提出了如下方案：将从纺丝用加热炉引出的光纤裸线冷却，使其完全凝固后，在张力的存在下将光纤裸线的表面再加热，使表面层再熔融。并且，对于将光纤裸线的表面再加热而使表面层再熔融时的光纤裸线的温度，仅作为一个例子记载了在冷却至约200℃的状态下进行再加热。在本发明人等根据专利文献1所示的方法在光纤裸线完全凝固的阶段将表面层再加热而使其再凝固时，明确了大多无法稳定地对张力释放后的光纤素线的裸线部分的表面层赋予残留压缩应力。特别是，在将光纤裸线冷却至专利文献1中作为一个例子而记载的那样的温度，即冷却至200℃左右的阶段将表面层再加热而使其再凝固时，明确了张力释放后的光纤素线的裸线部分的表面层未被赋予残留压缩应力、或未在光纤的长度方向上的整体范围内均匀地被赋予残留压缩应力，因此无法可靠且稳定地提高耐弯曲性。

专利文献1：日本特开平1-301531号公报

发明内容

本发明是鉴于以上情况而作出的，其课题在于提供一种制造对光纤裸线部分的表面层可靠且稳定地赋予残留压缩应力的光纤素线、因而耐弯曲性可靠且稳定地制造优异的光纤素线的方法及装置。

本发明人等为了解决上述课题反复进行了各种实验、研究，结果发现为了最终可靠且稳定地赋予残留压缩应力，使光纤裸线的表面层再熔融时的光纤裸线表面的温度条件是重要的因素。即，进行了对使光纤裸线的表面层再熔融时的光纤裸线表面温度进行各种改变而使表面加热、再熔融的实验。其结果重新认识到在表面温度超过100℃的阶段使之加热、再熔融时，在张力释放后未稳定地赋予残留压缩应力，另一方面，如果在表面温度成为100℃以下的阶段使之加热、再熔融，则能够使残留压缩应力在张力释放后可靠且稳定地存在，从而完成了本发明。

具体而言，本发明的第1方式涉及的光纤素线的制造方法如下：用纺丝用加热炉将石英系光纤母材加热、熔融；将上述熔融的母材从上述纺丝用加热炉呈线状地引出，使其连续冷却、凝固而形成光纤裸线；用树脂被覆上述光纤裸线而形成光纤素线；利用牵引机一边对上述光纤素线赋予张力一边连续牵引。其中，经上述冷却、凝固的光纤裸线的表面温度成为100℃以下时，在赋予上述张力的状态下将光纤裸线的表面再加热，仅使上述光纤裸线的表面层再熔融，使上述再熔融的光纤裸线的表面层再凝固后，用树脂被覆上述光纤裸线，其后释放上述张力，从而得到在光纤裸线部分的表面层赋予残留压缩应力的光纤素线。

在上述第1方式的光纤素线的制造方法中，可以利用大气中冷却，使从上述纺丝用加热炉引出的线状的母材冷却、凝固，且可以使从上述纺丝用加热炉引出至开始上述再加热为止的时间为2秒以上。

在上述第1方式涉及的光纤素线的制造方法中，可以通过使从上述纺丝用加热炉引出的线状的母材连续通过强制冷却装置来进行冷却、凝固，且可以在从上述强制冷却装置引出的上述光纤裸线的表面温度成为100℃以下的时刻开始上述再加热。

本发明的第2方式涉及的光纤素线的制造装置，具备：纺丝用加热炉，用于使光纤母材加热熔融；冷却区域，用于将从上述纺丝用加热炉呈线状地引出的光纤裸线强制冷却，使其凝固；再加热装置，用于将经上述冷却、凝固的光纤裸线的表面在其表面温度成为100℃以下的阶段再加热，仅使表面层再熔融；再冷却区域，用于将利用上述再加热装置而进行了再熔融的上述光纤裸线的表面层冷却，使其再凝固；涂覆装置，用于用树脂被覆上述再冷却区域中冷却了的上述光纤裸线；以及牵引装置，用于对在利用上述涂覆装置进行了被覆的上述树脂被固化的状态下的光纤素线一边负载张力一边牵引。

在上述第2方式涉及的光纤素线的制造装置中，上述冷却区域可以以在大气中将光纤裸线冷却的方式构成。

在上述第2方式涉及的光纤素线的制造装置中，可以在上述冷却区域设置用于将光纤裸线强制冷却的强制冷却装置。

根据上述本发明的方式涉及的光纤素线的制造方法，能够可靠且稳定地对张力释放后的光纤素线中的裸线的表面层赋予压缩残留应力。因此，即使在对光纤素线反复施加小的弯曲直径的弯曲的情况下，也能够可靠且稳定地制造不太可能从弯曲部的外侧产生龟裂、断裂的光纤素线，即耐弯曲性优异的光纤素线。另外，根据上述本发明的方式涉及的光纤素线的制造装置，能够以批量生产的规模制造如上所述耐弯曲性优异的光纤素线。

附图说明

图1是表示用于实施本发明的第1实施方式涉及的光纤素线制造方法的装置的一个例子的简图。

图2是用于说明应用本发明的第1实施方式涉及的光纤素线制造方法制造光纤素线的途中的光纤裸线的情况的示意图。

图3是表示用于实施本发明的第2实施方式涉及的光纤素线制造方法的装置的一个例子的简图。

图4是表示基于本发明的实施例1和比较例1的残留压缩应力赋予情况的图表。

图5是表示基于本发明的实施例2和比较例2的残留压缩应力赋予情况的图表。

图6是表示用于实施以往的光纤素线制造方法的装置的一个例子的简图。

图7是表示用于实施以往的光纤素线制造方法的装置的其它例子的简图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的各实施方式进行详细说明。

图1是表示用于实施本发明的第1实施方式涉及的光纤素线制造方法的光纤素线制造装置10的整体构成的图。应予说明，图1所示的光纤素线制造装置10适合应用于线速慢的情况。

在图1中，光纤素线制造装置10例如具备：纺丝用加热炉14，用于将由石英系玻璃等构成的光纤母材12加热熔融；冷却区域18，用于将从纺丝用加热炉14向下方呈线状地引出的光纤裸线16冷却，使其凝固；再加热装置30，用于将经冷却、凝固的光纤裸线16的表面再加热，仅使其表面层再熔融；再冷却区域32，用于使经再熔融的表面层再凝固；涂覆装置20，用于利用保护被覆用树脂被覆表面层再凝固了的光纤裸线；根据需要设置的固化装置22，用于使利用该涂覆装置20而进行了被覆的树脂固化；以及牵引装置26，用于为了牵引保护被覆用树脂被固化的状态下的光纤素线24而对光纤素线24负载拉伸力（张力）。应予说明，此处，“将光纤裸线16的表面再加热，仅使其表面层再熔融”是指仅将构成光纤裸线6的石英系玻璃的表面层加热至其表面层软化并显示流动性的温度以上。换言之，是指将表面层加热至除去其表面层中的形变的温度以上，另一方面，与表面层相比，对于内侧的部分而言，保持在固化的状态，即保持未除去形变的状态。另外，“使其再凝固”是指通过冷却而使软化的表面层再次固化而回到没有流动性的状态。

在第1实施方式中，上述冷却区域18是通过使光纤裸线16通过大气中来进行空气冷却的区域。另外，再冷却区域32也是通过使光纤裸线16通过大气中来进行空气冷却的区域。

上述冷却区域18的长度以能够确保使出自纺丝用加热炉14的光纤裸线16到达再加热装置30的入口的时间为2秒以上的方式，被设定成与光纤裸线16的线速相应的适宜的长度。换言之，以在冷却区域18利用大气对光纤裸线16进行2秒以上空气冷却的方式进行设定。这种设定适于拉丝速度（线速）慢的情况，例如线速为5～100m/min左右的情况。这样，通过本发明人等的实验确认了通过从纺丝用加热炉14出来至到达再加热装置30的入口为止对光纤素线16进行2秒以上空气冷却，从而使进入再加热装置30时的光纤裸线16的表面温度成为100℃以下。即，线速慢时，能够利用大气中冷却使从纺丝用加热炉14呈线状地引出的光纤裸线16冷却、凝固。此时，作为光纤裸线16的表面温度的指标，可以使用从纺丝用加热炉14引出的时刻开始的经过时间，如果该经过时间为2秒以上，则可以推断光纤裸线16的表面温度成为100℃以下。

应予说明，总之，上述再加热装置30只要能够将光纤裸线16迅速短时间加热至熔融其表面层的温度，即加热至通过软化并显示流动性来除去形变的温度（例如1600℃以上）即可。再加热装置30的具体构成没有特别限定，代表性的为CO₂激光装置，除此之外，还可以使用电炉、氢氧燃烧器等。

图1中分别各配设1台涂覆装置20和固化装置22，但根据情况，可以将第1涂覆装置和第1固化装置、以及第2涂覆装置和第2固化装置以串联形式进行配设，形成双层被覆。另外，如图1所示，即使分别各配设1台涂覆装置和固化装置时，也可以使用能够进行双层一起被覆的装置作为涂覆装置来进行双层被覆。该方面在后述说明的图2的制造装置（第2实施方式）中也相同。

以下，参照图2对使用图1的光纤素线制造装置的本发明的第1实施方式涉及的光纤素线制造方法进行说明。应予说明，在图2中，带点的部分表示光纤母材12、光纤裸线16中的熔融的部分。

在图1、图2中，用纺丝用加热炉14加热至2000℃以上的高温而熔融的光纤母材12通过来自牵引装置26的牵引力（张力）T而从纺丝用加热炉14的下端以例如5～100m/min左右的低速作为光纤裸线16被引出。该光纤裸线16立即通过冷却区域18。在通过冷却区域18期间，光纤裸线16被室温程度的大气冷却，温度降低。在该途中，光纤裸线16凝固至其中心部，进一步进行冷却。并且，在从纺丝用加热炉14出来后经过了2秒以上的时刻，即，在光纤裸线16的表面温度成为100℃以下的阶段，利用再加热装置30将光纤裸线16的表面加热，仅使表面层16A熔融。即，在光纤裸线16的中心部分16B保持凝固状态，仅使从表面到规定深度的表面层16A熔融。

此处，来自牵引装置26的张力T作用于在冷却区域18凝固至中心部分16B的光纤裸线16的整体，因拉伸应力而产生拉伸形变。并且，利用再加热装置30而进行了再熔融的表面层16A发生软化而成为具有流动性的状态，因此拉伸形变被暂时释放，来自牵引装置26的张力T成为仅未再熔融的中心部分16B负担的状态。接着，光纤裸线16通过再冷却区域32，通过室温的大气而从表面开始冷却，表面层16A再凝固。其后，光纤裸线16经由涂覆装置20和固化装置22，由保护被覆用的树脂被覆，得到实施了保护被覆的光纤素线24。光纤素线24一边由牵引装置26负载张力T一边被牵引，并被卷绕于线轴等未图示的卷绕装置。

在从纺丝用加热炉14引出并在冷却区域18的途中凝固至利用牵引装置26牵引为止的期间，对光纤裸线16、光纤素线24施加张力T。特别是对于光纤裸线16的中心部分（未再熔融的部分）16B，由于从凝固至被牵引期间因该张力T而持续产生拉伸应力，所以蓄积形变（拉伸形变）。另一方面，光纤裸线16的表面层（再熔融的部分）16A因其再熔融而导致拉伸形变被暂时释放，其后再凝固后仅残留少许拉伸形变。因此，在利用牵引装置26进行牵引的阶段，光纤裸线部分的中心部分16B残存有大的拉伸形变，在表面层16A仅残存有比16B小的拉伸形变。并且，牵引后释放张力T时，光纤裸线部分在释放上述拉伸形变（特别是中心部的大的拉伸形变）的方向上，即在压缩方向上发生弹性变形。此时，由于中心部分16B与表面层16A中残存的拉伸形变有较大差异，所以中心部分16B的拉伸形变消失（或变小）。同时，在表面层16A产生压缩应力，该压缩应力在张力释放后也残留。即成为在表面层16A赋予有残留压缩应力的状态。这样，对在光纤裸线部分的表面层16A赋予有残留压缩应力的光纤素线给予弯曲时，在弯曲部外侧的表面层产生拉伸应力，但在表面层预先存在残留压缩应力。因此，作用于弯曲外侧的表面层的拉伸应力与残留压缩应力抵消、或至少被残留压缩应力缓和。其结果，可有效地防止因施加于弯曲外侧的拉伸应力而导致在弯曲外侧的表面产生龟裂，或从弯曲外侧产生断裂。因此，在小弯曲半径的情况下也显示优异的耐弯曲性。

由于冷却区域18中的冷却时间短至2秒以下，所以冷却不充分，在将光纤裸线16的表面层再加热时的表面温度为高温（100℃以上，例如专利文献1所示的200℃）的情况下，该时刻的光纤裸线16的中心部也为相当的高温。因此，通过再加热，从而中心部进一步成为高温，因此，即使不达到熔融，也进行软化，中心部的拉伸形变也被缓和。其结果，难以在表面层与中心部之间赋予充分的拉伸形变之差，即使在张力释放后的状态下，也难以对表面层赋予充分的压缩残留应力。另外，在进行用于表面层再熔融的再加热时，光纤裸线未被充分冷却至表面温度成为100℃以下时，再加热时的中心部的温度的不均也大。因此，即使在中心部的拉伸形变的缓和的有无、缓和的程度方面，不均也变大。例如，在光纤裸线的长度方向的某位置中心部的拉伸形变未被缓和，与此相对，在长度方向的其它位置中心部的拉伸形变被大幅缓和。其结果，在最终释放张力后，对表面层赋予残留压缩应力的地方和未赋予残留压缩应力的地方在长度方向上混合存在，耐弯曲性可能在长度方向上存在不均。

如果确保出自纺丝用加热炉14的光纤裸线16通过利用大气中空气冷却的冷却区域18至到达再加热装置30的入口的时间为2秒以上，并在就要利用再加热装置30进行再加热之前将表面充分冷却至100℃以下的低温，则此时中心部的温度也已经充分降低。因此，即使进行再加热，也能够充分确保中心部与表面的温度差。进而，也能够使中心部的温度的不均比较小。因此，能够防止中心部的拉伸形变被缓和、或中心部的拉伸形变产生不均。因此，能够大幅确保张力负载状态下的中心部与表面层之间的拉伸形变之差，并且也能够减小该拉伸形变之差的不均，能够在最终释放张力的状态下对表面层充分赋予残留压缩应力。进而，也能够减小该表面层的残留压缩应力的不均。

图3中示出用于实施本发明的第2实施方式涉及的光纤素线制造方法的光纤素线制造装置的整体的构成。图3所示的光纤素线制造装置适于线速快的情况，例如100～1000m/min左右的情况。应予说明，在图3中，对与图1所示的要素相同的要素，标记与图1相同的符号，并省略其说明。

在为该第2实施方式涉及的装置时，在用于使从纺丝用加热炉14引出的光纤裸线16冷却、凝固的冷却区域18设有强制冷却装置18A。即，线速快时，优选利用强制冷却装置18A将从纺丝用加热炉14呈线状地引出的光纤裸线16强制冷却。此时，在从强制冷却装置18A引出的光纤裸线16的表面温度成为100℃以下的时刻开始再加热，仅使光纤裸线16的表面层再熔融，进而使其再凝固，从而能够可靠且稳定地对张力释放后的光纤素线16的裸线部分赋予压缩残留应力。该强制冷却装置18A利用冷却控制装置36来控制冷却能力，其具体构成没有特别限定，总之只要是能够调节冷却能力的冷却装置即可。例如可以使用具有包围光纤裸线16的通过区域的双重壁结构（套管结构）的冷却装置。在具有双重壁结构的冷却装置中，例如，利用冷却水等冷却介质来冷却壁部，并且在内侧的光纤裸线16的通过区域（冷却空间）内导入导热性良好且不对光纤裸线16的材质带来不良影响的冷却用气体，例如He气等来冷却光纤裸线16。进而，通过利用冷却控制装置36来控制该冷却气体的导入流量，从而能够控制对光纤裸线16的冷却能力。进而，在强制冷却装置18A的下方且在再加热装置30的正上方的位置（再加热装置30的入口附近）配设有用于测定光纤裸线16的表面温度的表面温度检测装置34，例如放射温度计。以由该表面温度检测装置34得到的表面温度信号被发送至冷却控制装置36、并利用冷却控制装置36来控制强制冷却装置18A的冷却能力的方式构成。另外，在用于对利用再加热装置30仅将表面层再熔融的光纤裸线16进行再冷却的再冷却区域32设有再冷却用的强制冷却装置32A。该再冷却用的强制冷却装置32A的具体构成没有特别限定。例如与上述强制冷却装置18A同样地，可以使用具有包围光纤裸线16的通过区域的双重壁结构（套管结构）的冷却装置。在具有双重壁结构的冷却装置中，例如，利用冷却水等冷却介质来冷却壁部，并且向内侧的光纤裸线16的通过区域（冷却空间）内导入导热性良好且不对光纤裸线16的材质带来不良影响的He气等冷却气体来冷却光纤裸线16。

对使用如上所述的图3所示的光纤素线制造装置的本发明的第2实施方式涉及的光纤素线制造方法进行说明。

在图3中，将用纺丝用加热炉14加热至2000℃以上的高温而熔融的光纤母材12，利用来自牵引装置26的牵引力（张力）T从纺丝用加热炉14的下端，例如以100～1000m/min左右的高速作为光纤裸线16呈线状地引出。该光纤裸线16通过冷却区域18的强制冷却装置18A。在通过强制冷却装置18A期间，光纤裸线16被强制冷却，温度迅速降低。在该途中，光纤裸线16凝固至其中心部，冷却进一步进行。另一方面，利用配设于再加热装置30的入口附近的表面温度检测装置34来测定进入再加热装置30时的光纤裸线16的表面温度。以该温度成为100℃以下的方式，利用冷却控制装置36来反馈控制强制冷却装置18A的冷却能力。例如根据上述检测出的表面温度来控制流入冷却控制装置36的冷却气体的流量。通过这种控制，从而光纤裸线16以其表面温度成为100℃以下的方式被冷却。在光纤裸线16的表面温度成为100℃以下的阶段，利用再加热装置30将光纤裸线16的表面再加热，仅使表面层熔融。即，光纤裸线16的中心部分保持着凝固状态，仅使表面层的部分熔融。

此处，与图1所示的第1实施方式的情况同样地，来自牵引装置26的张力T作用于强制冷却装置18A中凝固至中心部分的光纤裸线16的整体而产生拉伸形变。并且，利用再加热装置30而进行了再熔融的光纤裸线16的表面层软化而具有流动性，因此在表面层，拉伸形变暂时被释放，来自牵引装置26的张力T仅负担未再熔融的中心部分。

接着，光纤裸线16通过再冷却区域32的强制冷却装置32A。在强制冷却装置32A中，光纤裸线16从其表面起被强制冷却，表面层再凝固。其后，光纤裸线16经由涂覆装置20和固化装置22，由保护被覆用的树脂被覆，得到实施了保护被覆的光纤素线24。利用牵引装置26，一边对光纤素线24负载张力T一边牵引，并卷绕于线轴等未图示的卷绕装置。

这样，在使用图3所示的光纤素线制造装置的第2实施方式涉及的制造方法中，用于仅将光纤裸线16的表面层熔融的再加热也在充分冷却至表面温度成为100℃以下的阶段进行。与第1实施方式的情况同样地，在开始再加热时中心部温度也充分降低。因此，能够使为了使表面层再熔融而进行再加热时的中心部的温度并不变得那么高，而且也能够使中心部的温度的不均比较小。因此，能够防止中心部的拉伸形变被缓和，或中心部的拉伸形变产生不均等。因此，能够大幅确保张力负载状态下的中心部与表面层之间的拉伸形变之差，并且也能够减小该拉伸形变之差的不均，能够在最终释放张力的状态下对表面层充分赋予残留压缩应力。而且也能够减小该表面层的残留压缩应力的不均。

以上，对于光纤裸线，从其表面开始进行再加热而使其再熔融的表面层的厚度（再熔融深度）没有特别限定，但为惯用的通信用光纤中的光纤裸线直径（通常在80～150μm左右的范围内，通常大多为125μm）时，优选以对从表面至2～10μm左右的深度的部分赋予压缩形变的方式进行再熔融。如果仅对从表面至小于2μm的深度的部分赋予压缩形变，则可能难以赋予充分的残留压缩应力以提高耐弯曲性。另一方面，如果对从表面至超过10μm的部分赋予压缩形变，则可能对光纤素线的光学特性带来影响。

以下，将本发明的实施例与比较例一同进行说明。应予说明，以下的实施例用于使本发明的作用效果明确化，并且实施例中记载的条件不限定本发明的技术范围。

实施例

〔实施例1〕

实施例1是使用图1所示的装置实施本发明的第1实施方式涉及的光纤制造方法的例子。

即，如下制造通常的具有单模光纤的特性的双层被覆结构的石英玻璃系光纤素线（裸线直径125μm，成品素线外径250μm）。在冷却区域18中利用大气将从纺丝用加热炉14引出的光纤裸线16空气冷却后，利用再加热装置30仅使光纤裸线的表面层熔融。接着，在再冷却区域32中使表面层再凝固。其后，形成由紫外线固化树脂构成的保护被覆层，利用牵引装置26，以100gf左右的张力进行牵引。此处，使从纺丝用加热炉14的下端出来至到达再加热装置30的时间、即利用冷却区域18的冷却时间在2秒～5秒的范围内以0.5秒间隔进行改变。另外，在5～100m/min的范围内，使牵引速度（线速）进行各种改变。

对得到的各光纤素线，调查张力释放后的裸线部分表面层的残留应力，结果确认在任意线速、任意冷却时间下，在光纤素线的长度方向上的全长范围内，大致均匀地对裸线表面层赋予了残留压缩应力。代表性地确认了在线速为20m/min且冷却时间为2秒的情况下，对张力释放后的裸线部分表面层在长度方向伤大致均匀地赋予了50MPa左右的残留压缩应力。另外，对这些被赋予了残留压缩应力的光纤素线实际赋予弯曲时，即使在弯曲直径2.0mmφ下也不产生因施加弯曲而引起的断裂。

在有无残留压缩应力的判定中，将使用FOSE公司制FSA（光纤应力分析仪）测定而得的表面的残留压缩应力的测定值为5MPa以上的情况判定为残留压缩应力“有”，将表面的残留压缩应力小于5MPa的情况判定为残留压缩应力“无”。

应予说明，在该实施例1中确认了冷却时间为2秒以上时，再加热装置30的入口处的光纤裸线表面温度为100℃以下。

〔比较例1〕

与实施例1同样地，如下制造通常的具有单模光纤的特性的双层被覆结构的石英玻璃系光纤素线（裸线直径125μm，素线成品外径250μm）。在冷却区域18中利用大气将从纺丝用加热炉14引出的光纤裸线16空气冷却后，利用再加热装置30仅使光纤裸线的表面层熔融。接着，在再冷却区域32使表面层再凝固。其后，形成由紫外线固化树脂构成的保护被覆层，利用牵引装置26，以100gf左右的张力进行牵引。此处，使从纺丝用加热炉14的下端出来至到达再加热装置30的时间，即利用冷却区域18的冷却时间小于2秒，即在1.5～0.5秒的范围内以0.5秒的间隔进行改变。另外，与实施例1同样地，在5～100m/min的范围内，使牵引速度（线速）进行各种改变。

对得到的各光纤素线，调查张力释放后的裸线部分表面层的残留压缩应力，结果明确了在冷却时间为1.5秒的情况下，在任意线速下，在光纤素线的长度方向上被赋予残留压缩应力的部分与未被赋予残留压缩应力的部分均混合存在。即，明确了残留压缩应力的赋予情况存在不均。另外，确认了冷却时间为1.0秒、0.5秒时，在任意线速下在裸线部分表面层均没有被赋予残留压缩应力。

另外，确认了如果对上述没有被赋予残留压缩应力或残留压缩应力的有无情况在长度方向上存在不均的光纤素线实际赋予弯曲时，如果弯曲至弯曲直径为2.0mmφ，则在任意光纤素线中，在弯曲部外侧均产生龟裂或断裂。

在该比较例1中，确认了冷却时间为1.5～0.5秒以上，再加热装置30的入口处的光纤裸线表面温度超过100℃。

对于以上实施例1和比较例1中的各线速、各冷却时间下的张力释放后的残留压缩的有无情况，集中示于图4。从图4可知使用如图1所示的装置时，如果使冷却区域18中的大气中冷却时间为2秒以上，则即使以5～100m/min的范围内的任意线速进行制造时，也能够在张力释放后稳定地赋予残留压缩应力。

〔实施例2〕

实施例2是使用图3所示的装置，根据第2实施方式实施本发明的光纤制造方法的例子。

即，如下制造通常的具有单模光纤的特性的双层被覆结构的石英玻璃系光纤素线（裸线直径125μm，素线成品外径250μm）。在使用He气作为冷却气体的强制冷却装置18A中将从纺丝用加热炉14引出的光纤裸线16强制冷却后，仅使光纤裸线的表面层熔融。接着，在再冷却装置32A中进行强制冷却，使表面层再凝固。然后，形成由紫外线固化树脂构成的保护被覆层，利用牵引装置26，以100gf左右的张力进行牵引。此处，利用表面温度检测装置34检测再加热装置30的入口处的光纤裸线16的表面温度，以该位置的光纤裸线16的表面温度成为100℃或50℃的方式控制强制冷却装置32A的冷却气体（He气）流量。在100～600m/min的范围内，使牵引速度（线速）进行各种改变。

对得到的各光纤素线，调查张力释放后的裸线部分表面层的压缩残留应力，结果确认了在任意线速、任意温度（再加热装置30的入口处的表面温度）下，在光纤素线的长度方向上的全长范围内，大致均匀地赋予了残留压缩应力。代表性地确认了在线速为600m/min且再加热之前的表面温度为100℃时，对张力释放后的裸线部分表面层在长度方向大致均匀地赋予了55MPa左右的残留压缩应力。

另外，确认了对上述被赋予残留压缩应力的光纤素线实际赋予弯曲时，如果至弯曲直径为2.0mmφ左右，则在任意光纤素线中，在弯曲部外侧均不产生龟裂、断裂。

〔比较例2〕

与实施例2同样地，如下制造通常的具有单模光纤的特性的双层被覆结构的石英玻璃系光纤素线（裸线直径125μm，素线成品外径250μm）。在强制冷却装置18A中将从纺丝用加热炉14引出的光纤裸线16强制冷却后，仅使光纤裸线的表面层熔融。接着，在再冷却装置32A中进行强制冷却，使表面层再凝固。进而，形成由紫外线固化树脂构成的保护被覆层，利用牵引装置26以100gf左右的张力进行牵引。此处，利用表面温度检测装置34检测再加热装置30的入口处的光纤裸线16的表面温度，以该位置的光纤裸线16的表面温度成为150℃～5000℃的方式控制强制冷却装置32A的冷却气体（He气）流量。另外，在100～1000m/min的范围内对牵引速度（线速）进行各种改变。

对得到的各光纤素线，调查张力释放后的裸线部分表面层的残留压缩应力，结果明确了再加热装置30的入口处的光纤裸线16的表面温度为150℃时，在任意线速下，在光纤素线的长度方向被赋予残留压缩应力的部分和未被赋予残留压缩应力的部分均混合存在。即，明确了残留压缩应力的赋予情况存在不均。另外，确认了在再加热装置30的入口处的光纤裸线16的表面温度为200～500℃时，在任意线速下，均未对光纤素线赋予残留压缩应力。

另外，对上述未被赋予残留压缩应力或残留压缩应力的有无情况在长度方向上存在不均的光纤素线实际赋予弯曲时，如果弯曲至弯曲直径为2.0mmφ，则在任意光纤素线中，在弯曲部外侧均产生龟裂或断裂。

对于以上的实施例2和比较例2中的各线速、各冷却时间下的张力释放后的残留压缩的有无情况，集中示于图5。由图5可知使用如图3所示的装置时，通过将就要再加热之前的表面温度控制在100℃以下，从而以100～600m/min的范围内的任意线速进行制造时，均能够在张力释放后稳定地赋予残留压缩应力。

产业上的可利用性

根据本发明的方式，能够提供一种制造可靠且稳定地对光纤裸线部分的表面层赋予了残留压缩应力的光纤素线，因而耐弯曲性可靠且稳定地制造优异的光纤素线的方法和装置。

符号说明

10   光纤素线制造装置

12   光纤母材

14   纺丝用加热炉

16   光纤裸线

16A  表面层

16B  中心部分

18   冷却区域

18A  强制冷却装置

20   涂覆装置

24   光纤素线

26   牵引装置

30   再加热装置

32   再冷却区域

32A  强制冷却装置

34   表面温度检测装置

T    张力

Claims (3)

1.一种光纤素线的制造方法，其特征在于，是如下制造方法：

用纺丝用加热炉将石英系光纤母材加热、熔融，

将所述熔融的母材从所述纺丝用加热炉呈线状地引出，使其连续冷却、凝固而形成光纤裸线，

用树脂被覆所述光纤裸线而形成光纤素线，

利用牵引机，一边对所述光纤素线赋予张力，一边连续牵引；

其中，经所述冷却、凝固的光纤裸线的表面温度成为100℃以下时，在赋予了所述张力的状态下将光纤裸线的表面再加热，仅使所述光纤裸线的表面层再熔融，

使所述再熔融的光纤裸线的表面层再凝固后，用树脂被覆所述光纤裸线，其后释放所述张力，从而得到对光纤裸线部分的表面层赋予残留压缩应力的光纤素线。

2.根据权利要求1所述的光纤素线的制造方法，其中，利用大气中冷却，使从所述纺丝用加热炉引出的线状的母材冷却·凝固，且使从所述纺丝用加热炉引出到开始所述再加热的时间为2秒以上。

3.根据权利要求1所述的光纤素线的制造方法，其中，通过使从所述纺丝用加热炉引出的线状的母材连续地通过强制冷却装置，使其冷却·凝固，且在从所述强制冷却装置引出的所述光纤裸线的表面温度成为100℃以下的时刻开始所述再加热。