JP2005298242A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 線引きにより光ファイバを製造している際、地震等の要因により線引きタワーが振動した場合に、線引きされた光ファイバが冷却装置等の機器に接触することを防ぐ。
【解決手段】 本発明の光ファイバ製造方法は、線引きタワー６に設けられた加熱炉２内に光ファイバ母材Ｇを挿入し、加熱炉２により加熱溶融させた光ファイバ母材Ｇを線引きして光ファイバＧ１を形成し、光ファイバＧ１を冷却装置１１で冷却する工程中に、線引きタワー６に設けられた速度センサまたは加速度センサ、光ファイバＧの位置を検出する外径測定器１０が、線引きタワー６または光ファイバＧ１の振動が所定の値以上となったことを検知した振動検知時に、冷却装置１１の上部シャッタ１２、下部シャッタ１３及び冷却装置１１の本体の、少なくとも何れか１つを開くものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱炉内で加熱した光ファイバ母材を線引きして、光ファイバを製造する光ファイバの製造方法に関する。

一般に、光ファイバは、石英等の材料で製造された光ファイバ母材を下端側から加熱溶融させ、細径化することにより得られる。この光ファイバ母材を細径化して光ファイバとする工程は、線引きと呼ばれている。

線引きされた光ファイバは、冷却装置により冷却された後に樹脂の被覆が施され、次いでキャプスタンローラ等の引き取り手段によりそのパスラインの下流側に引き取られ、ボビン等に巻き取られる。

この線引き工程において、安定した光ファイバの外径及び被覆外径を得るためには、光ファイバ母材を把持するとともに加熱炉及び被覆装置を固定する線引きタワーの振動を抑制することが重要である。そこで、線引きタワー本体の振動を抑制し、光ファイバの品質低下や断線などを防止することができる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図２に、特許文献１に開示された光ファイバの製造装置の概略図を示す。
線引きタワー本体５０は略鉛直方向に建てられており、線引きタワー本体５０の上部には加熱炉５２が設けられている。この加熱炉５２により光ファイバ母材５３が加熱されるとともに、光ファイバ５４が下方に引き出される。光ファイバ５４は、被覆装置５５において被覆が形成された後、プーリ５６で方向を変えられキャプスタン（図示せず）により引き取られた後、巻き取り機（図示せず）に巻き取られる。また、この光ファイバ製造装置には、線引きタワー本体５０の最上部にアクティブに振動を防止する制振装置５１が搭載されている。制振装置５１により線引きタワー本体５０の振動を抑えることにより、把持している光ファイバ母材５３および光ファイバ５４の振動が抑えられ、光ファイバ５４の外径の変動などを防止することができる。

特開平１０−１３２４号公報

ところで、線引き工程時には、光ファイバ母材は通常その上端部が把持された状態で加熱炉内に挿入されている。そのため、地震等の不規則で広い振動周波数帯域を有する振動に対しては、光ファイバ母材の振動を完全に抑制することは困難である。光ファイバ母材が振動することによって、線引きされた光ファイバも振動してしまい、加熱炉の出口や冷却装置等に光ファイバが接触してしまうことがある。特に、光ファイバ母材と光ファイバに被覆を施す装置との間に位置している冷却装置に接触しやすい状況にあった。

被覆前の光ファイバが加熱炉や冷却装置等の機器に接触すると、外傷が発生してしまう他、場合によっては断線してしまうこともある。断線した場合には、パスライン上に光ファイバを掛け直して再度線引きを行うまでに多くの時間が必要となるため、製造の歩留が低下したり、作業時間が増加したりするなど、光ファイバの製造効率を低下させる要因となっていた。

本発明は、線引きにより光ファイバを製造している際、地震等の要因により線引きタワーが振動した場合に、線引きされた光ファイバが冷却装置等の機器に接触することを防ぐことができる光ファイバの製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成することができる本発明の光ファイバの製造方法は、線引きタワーに設けられた加熱炉内に光ファイバ母材を挿入し、前記光ファイバ母材を加熱溶融させ、線引きして光ファイバを形成し、前記光ファイバを冷却装置内に通過させて冷却する工程中に、前記線引きタワーの振動または前記光ファイバの振動が所定の値以上となったことを検知した振動検知時に、前記冷却装置の上部シャッタ、下部シャッタ及び前記冷却装置の、少なくとも何れか１つを開くことを特徴としている。
また、前記振動検知時に、前記加熱炉の下端に設けられた加熱炉シャッタを開くことが好ましい。

また、本発明の光ファイバの製造方法において、前記冷却装置の上部シャッタ、下部シャッタ及び前記冷却装置の、少なくとも何れか１つを、前記振動検知時の後、前記所定の値以上となった振動が前記所定の値未満となったことを検知した時から、所定の時間開き続けることが好ましい。
また、前記所定の時間は、２秒から６０秒の範囲内であることが好ましい。

また、本発明の光ファイバの製造方法において、前記振動は、前記線引きタワーに設けられた速度センサまたは加速度センサ、もしくは前記光ファイバの位置を検出する位置センサのうち、少なくとも何れか１つにより検出されることが好ましい。

また、本発明の光ファイバの製造方法において、前記冷却装置の上部シャッタ、下部シャッタ及び前記冷却装置の、少なくとも何れか１つを開いたときに、前記冷却装置を通過した前記光ファイバの長手方向の位置を記憶することが好ましい。

本発明の光ファイバの製造方法によれば、地震等の要因により線引きタワーが振動した場合でも、線引きされた光ファイバが加熱炉出口や冷却装置等の機器に接触することを防ぎ、光ファイバの断線を防止することができる。そのため、振動に起因する線引きの中断を引き起こすこと無く光ファイバを製造することができるため、光ファイバの製造効率を良好に保つことができる。

以下、本発明に係る光ファイバの製造方法の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態の光ファイバの製造方法を行うことのできる装置の概略構成図である。
図１に示すように、光ファイバの製造装置１は、ほぼ鉛直方向に立設された線引きタワー６と、線引きタワー６の上部に設けられ光ファイバ母材Ｇを加熱する縦型の加熱炉２と、線引きされた光ファイバＧ１の外径を測定する外径測定器１０と、光ファイバＧ１を冷却する冷却装置１１と、光ファイバＧ１の周囲に樹脂の被覆を施す被覆塗布装置１４及び紫外線照射装置１５と、被覆された光ファイバＧ２を引き取るキャプスタン１９と、光ファイバＧ２を巻き取る巻き取りボビン２６とを備えている。

線引きタワー６は、加熱炉２、外径測定器１０、冷却装置１１、被覆塗布装置１４、紫外線照射装置１５等の各種機器を、線引きのパスラインに沿った鉛直方向に配列させた状態で固定している。なお、線引きタワー６は、これを取り囲む建物等に連結されることなく、独立して基礎の上に建てられていることが望ましい。

光ファイバ母材Ｇは、把持部５によってその上部が把持される。把持部５は、線引きタワー６における加熱炉２の上方に設けられた駆動部７に連結されており、鉛直方向に移動可能である。光ファイバ母材Ｇは、駆動部７の駆動により加熱炉２内に送られる。このように、加熱炉２内に供給された光ファイバ母材Ｇは、その下端側が加熱溶融し、下方に引き伸ばされて細径化し、ガラス体の光ファイバＧ１が形成される。

加熱炉２の下端に位置する出口には、開閉可能な加熱炉シャッタ９が設けられている。この加熱炉シャッタ９は、線引き時には閉じられることで加熱炉２内に外気が侵入することを防ぐものである。また、加熱炉シャッタ９は、閉じた状態でその中央に細径の孔が形成されるようになっている。その細径の孔は、線引きされた光ファイバＧ１より若干大きい直径を有している。光ファイバＧ１は、加熱炉シャッタ９と僅かなクリアランスを維持して細径の孔を通過する。

加熱炉２の下方には、例えばレーザ光式の外径測定器１０が設けられており、加熱炉２を出た光ファイバＧ１は、この外径測定器１０によりその外径が測定される。なお、ここでの外径の測定は、光ファイバＧ１の軸に直交する方向の平面上の直交軸（Ｘ軸とＹ軸）方向のそれぞれにおいて測定することが好ましい。線引き時には、外径測定器１０により測定された外径値が所定の範囲内に収まるようにキャプスタン１９の駆動が制御され、光ファイバＧ１の線速が制御される。

また、外径測定器１０は、光ファイバＧ１を測定可能な測定検出範囲が、例えば光ファイバＧ１の軸に直交する方向で２ｍｍ程度である。光ファイバＧ１の位置がこの測定検出範囲から外れると、測定を行うことが不可能となり、エラー信号が検出されるかまたは測定値が０μｍと検出される。そのときには光ファイバＧ１が通常のパスラインから外れていると判断できるため、外径測定器１０は、線引きされた光ファイバＧ１がそのパスライン上に存在するか否かを判断できる位置センサとしても機能する。この位置センサ機能を活用すると、地震等の振動により光ファイバＧ１が揺れて外径測定器１０の測定検出範囲から外れたことを、光ファイバＧ１の振動が所定の値以上になったこととして検知することができる。

また、外径の測定を複数軸方向で行っていた場合、例えば、上記のＸ軸及びＹ軸で測定を行っていた場合には、このうち何れか１つの測定方向において測定検出範囲を外れた場合を振動の発生と判断できる。

外径測定器１０の下方には、冷却装置１１が設けられている。冷却装置１１の本体は、光ファイバＧ１のパスラインから離反する方向に２分割して開閉できる構成となっており、線引き時には通常互いに接合されて一体化された状態で使用される。冷却装置１１は、本体を構成する２つの部材を閉じた中央の位置に、長手方向にわたって光ファイバＧ１が通される挿通孔が形成されている。この挿通孔には冷却ガスが送り込まれ、挿通孔に挿通された光ファイバＧ１が冷却される。また、冷却装置１１の本体は、その内部に、長手方向に沿って冷却流路が形成されておりその内部は冷却流体が循環するようになっている。この冷却流体によって挿通孔内の冷却ガスが冷却され、その冷却ガス雰囲気中を光ファイバＧ１が通ることで、線引き後の光ファイバＧ１を適切な温度に冷却できる。これにより、光ファイバＧ１の形状が安定する。

また、冷却装置１１の上端には、挿通孔の入口を開閉可能な上部シャッタ１２が設けられている。また、冷却装置１１の下端には、挿通孔の出口を開閉可能な下部シャッタ１３が設けられている。これらの上部シャッタ１２及び下部シャッタ１３は、線引き時には閉じられて冷却装置１１の冷却効率を高めるものである。また、上部シャッタ１２及び下部シャッタ１３は、閉じた状態でその中央に細径の孔が形成されるようになっている。その細径の孔は、線引きされた光ファイバＧ１より若干大きい直径を有している。光ファイバＧ１は、上部シャッタ１２及び下部シャッタ１３とそれぞれ僅かなクリアランスを維持して細径の孔を通過する。
なお、冷却装置１１はパスライン上に複数台設けられていても良い。

冷却装置１１の下方には、光ファイバＧ１に紫外線硬化型樹脂を塗布する被覆塗布装置１４と、塗布された紫外線硬化型樹脂を硬化させるための紫外線照射装置１５が設けられている。紫外線照射装置１５は、例えば多灯のＵＶランプによって樹脂を塗布した光ファイバＧ２に紫外線を照射して、紫外線硬化型樹脂を硬化させるものである。光ファイバＧ１は、被覆塗布装置１４によって外周に紫外線硬化型樹脂が塗布されて、その後、紫外線照射装置１５によって紫外線硬化型樹脂が硬化反応することにより、紫外線硬化型樹脂の被覆層が形成された光ファイバＧ２となる。

紫外線照射装置１５の下方には、外径測定器１６が設けられており、被覆層が形成された光ファイバＧ２の外径が測定される。
この外径測定器１６は、上記の外径測定器１０と同様のものを用いることができる。なお、ここで測定される光ファイバＧ２の外径が所定の値となるように、被覆塗布装置１４で紫外線硬化型樹脂が塗布される。

外径測定器１６を通過した光ファイバＧ２は、ガイドローラ１７，１８を介してキャプスタン１９に引き込まれ、キャプスタン１９によって所定の張力が加えられる。キャプスタン１９は、複数のローラ２０に巻回されたキャプスタンベルト２１と、このキャプスタンベルト２１が密着されるキャプスタンローラ２２とを有しており、これらキャプスタンベルト２１とキャプスタンローラ２２との間に、光ファイバＧ２を挟持して引き込む構造とされている。このキャプスタン１９により、光ファイバＧ２はさらに下流側に引き取られる。

また、キャプスタン１９の下流側では、光ファイバＧ２は、ダンサローラ２４，２５を介して巻き取りボビン２６に送られ、この巻き取りボビン２６に巻き取られる。
以上示した構成により、光ファイバ母材Ｇを線引きして製品となる光ファイバＧ２を製造することができる。

また、線引きタワー６の最上部には、制振装置８が搭載されており、この制振装置８内には水平方向の振動を検知するためのＸ方向センサ及びＹ方向センサが載置され、水平面内のＸ方向及びＹ方向の振動を検知することができる。センサとしては、速度センサ、加速度センサを用いることができる。速度センサあるいは加速度センサは、線引きタワー６の任意の位置に設けることができる。例えば、線引きタワー６の最下部にＸ方向センサ及びＹ方向センサとして載置してもよく、あるいは、最上部と最下部にそれぞれセンサを設けて、各センサ出力を組み合わせて振動を検知しても良い。センサは、線引きタワー６の上にあるほど振幅が大きくなりやすいので振動を検知しやすいが、タワーの下にあるほど振動伝搬のタイムラグがなく、振動の発生を素早く検知することができる。

制振装置８は、線引きタワー６の振動をアクティブに抑制するものである。制振装置８は、水平の２方向別に振動を抑制する２台の質量駆動部を有するモータで、それぞれ所定の値に設定された負荷質量を駆動するものである。振動を検出するセンサによって線引きタワー６または光ファイバＧ１の振動が所定の値以上となったことが検知された場合には、制振装置８によって線引きタワー６の振動を抑えることにより、把持している光ファイバ母材Ｇ及び光ファイバＧ１の振動が抑えられ、光ファイバＧ１の外径の変動などを防止することができる。
また、制振装置８は、必ずしも最上部に設ける必要はないが、線引きタワー６の上部側にある方が効率良く制御することができる。

本発明の光ファイバの製造方法では、図１に示したような装置で線引きを行っている際に地震等の振動が線引きタワー６に加わった場合に、被覆前の光ファイバＧ１が加熱炉２や冷却装置１１等の機器に接触しないように図られる。そのため、光ファイバの製造装置１には、冷却装置１１の上部シャッタ１２、下部シャッタ１３、冷却装置１１の本体及び加熱炉２下端の加熱炉シャッタ９の開閉動作をそれぞれ制御することができる制御部２７が設けられている。この制御部２７は、上記の速度センサまたは加速度センサ、外径測定器１０のうち何れか１つ以上の出力値をモニタして、線引きタワー６または光ファイバＧ１の振動が所定の値以上となったことを検知した振動検知時に、冷却装置１１の上部シャッタ１２、下部シャッタ１３及び冷却装置１１の本体の、少なくとも何れか１つを開くように設定されている。このように、振動検知時には、光ファイバＧ１が接近している冷却装置１１等の機器を光ファイバＧ１から遠ざけることで、光ファイバＧ１が冷却装置１１等の機器へ接触することを防止できる。
また、好ましくは、冷却装置１１の上部シャッタ１２、下部シャッタ１３及び本体の全てを開くように設定されていると良い。

さらに、振動検知時に加熱炉シャッタ９も開くように設定されていると良く、その場合には線引き直後の光ファイバＧ１が加熱炉２の出口に接触することが防がれる。

冷却装置等を開く際の閾値として設定される振動の所定の値は、線引きタワー６の大きさや設置床面の状態に応じて適切な値を設定されるが、例えば震度１の地震に相当する振動として設定することができる。例えば、震度１に相当する加速度センサの値は０．８ｃｍ／ｓ²である。また、震度１の場合には光ファイバＧ１が通常のパスラインから１ｍｍ以上の振幅で揺れるため、外径測定器１０では、測定値が０μｍとなったときを振動が所定の値以上であるとすれば良い。また、外径測定器１０の測定検出範囲から光ファイバ１が外れた場合には、外径による線速の制御が不能となってしまうため、予め設定された線速基準値に線速を維持すれば良い。

また、振動が所定の値以上となったことを制御部２７が検知して、冷却装置１１の上部シャッタ１２、下部シャッタ１３及び冷却装置１１の本体のうち、少なくとも何れか１つを開いた後には、振動が抑制されたことを確認した後、所定の時間が経過するのを待ってから、開いた機器は再び閉じられる。すなわち、前記所定の値以上となった振動が再びその所定の値未満となったことを検知した時から、振動検知時に開いた機器を所定の時間だけ開き続ける。この所定の時間は、２秒から６０秒の範囲内とすることが好ましい。

外径測定器１０の測定検出範囲に光ファイバＧ１が戻って２秒以上経過すれば、あるいは速度センサまたは加速度センサの測定値が所定の値以下となって２秒以上経過すれば、光ファイバＧ１は再び正常なパスライン上に復帰する。また、振動が所定の値以下となってから６０秒以内で光ファイバ母材Ｇの振動は十分に減衰して、所定の径となるように線引きが行えるようになる。

また、冷却装置１１の本体やシャッタを開いたままとしておくと、光ファイバＧ１の冷却を十分に行うことができない。光ファイバＧ１が高温のまま樹脂が塗布されると被覆が薄くなり、所望の外径が得られなくなってしまう。例えば、振動検出前に被覆された光ファイバＧ２の外径が２４５μｍの場合、冷却装置１１の本体及びシャッタ１２，１３が開いていると、外径が２３０μｍ程度まで小さくなってしまい、冷却装置１１の本体、上部及び下部シャッタ１２，１３を閉じると、光ファイバＧ２の外径は再び所定の値に戻る。このように外径が小さくなった箇所は、製品としては不良である。そのため、冷却装置１１の本体やシャッタはできるだけ早く閉じることが好ましく、例えば震度１の地震が発生した場合には、所定の時間を３０秒程度とすると良い。

また、冷却装置１１の上部シャッタ１２、下部シャッタ１３及び冷却装置１１の本体の、少なくとも何れか１つを開いているときに冷却装置１１を通過した光ファイバＧ１は、製品として不良となる。そのため、冷却装置１１の上部シャッタ１２、下部シャッタ１３及び冷却装置１１の本体の何れかを開いているときに冷却装置１１を通過した異常部の光ファイバＧ１の長手方向の位置情報を制御部２７等で記憶しておき、後に巻き取りボビン２６に巻かれた光ファイバＧ２からその位置にあたる異常部を他の正常に線引きした良品部と区別して認識し、除去することができる。したがって、線引きされた光ファイバＧ２において、良品部と異常部とが混在することを防止することができる。

本発明に係る光ファイバの製造方法を実施することができる装置を示す概略構成図である。 従来の光ファイバの製造装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 光ファイバの製造装置
２ 加熱炉
５ 把持部
６ 線引きタワー
７ 駆動部
１０，１６ 外径測定器
１１ 冷却装置
１２ 上部シャッタ
１３ 下部シャッタ
１４ 被覆塗布装置
１５ 紫外線照射装置
１９ キャプスタン
２６ 巻き取りボビン
２７ 制御部
Ｇ 光ファイバ母材
Ｇ１，Ｇ２ 光ファイバ

Claims (6)

1. 線引きタワーに設けられた加熱炉内に光ファイバ母材を挿入し、前記光ファイバ母材を加熱溶融させ、線引きして光ファイバを形成し、前記光ファイバを冷却装置内に通過させて冷却する工程中に、
   前記線引きタワーの振動または前記光ファイバの振動が所定の値以上となったことを検知した振動検知時に、前記冷却装置の上部シャッタ、下部シャッタ及び前記冷却装置の、少なくとも何れか１つを開くことを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 前記振動検知時に、前記加熱炉の下端に設けられた加熱炉シャッタを開くことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記冷却装置の上部シャッタ、下部シャッタ及び前記冷却装置の、少なくとも何れか１つを、前記振動検知時の後、前記所定の値以上となった振動が前記所定の値未満となったことを検知した時から、所定の時間開き続けることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記所定の時間は、２秒から６０秒の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバの製造方法。
5. 前記振動は、前記線引きタワーに設けられた速度センサまたは加速度センサ、もしくは前記光ファイバの位置を検出する位置センサのうち、少なくとも何れか１つにより検出されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光ファイバの製造方法。
6. 前記冷却装置の上部シャッタ、下部シャッタ及び前記冷却装置の、少なくとも何れか１つを開いたときに、前記冷却装置を通過した前記光ファイバの長手方向の位置を記憶することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光ファイバの製造方法。

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