JP2008120643A - 光ファイバの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大径の光ファイバ母材のネックダウン加工を行うことなく製造効率よく、かつ安全な光ファイバの製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】 光ファイバ母材１１から光ファイバを線引きする際に、加熱された光ファイバ母材１１の線引き開始端が溶融して塊１１ａとなって降下し始めたら、この塊１１ａを受け具２０で受けて光ファイバ母材の溶融部１１ｂにかかる荷重を塊１１ａの重量未満に軽減しながら塊１１ａを受け具２０と共に少しずつ落としていき、ネックダウン形状を成形する。すなわち、種落としとネックダウン部の成形を同時に行う。ネックダウン形状を成形したら、引き続いて線引き作業を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は光ファイバの製造方法および製造装置に係り、光ファイバ母材を加熱・溶融してガラスファイバを線引きし、光ファイバを製造する光ファイバの製造方法および製造装置に関するものである。

従来より、光ファイバの製造においては、光ファイバ母材を加熱・溶融してガラスファイバを線引きする前に、光ファイバ母材の下部を線引き定常状態のネックダウン形状に近い形状に予め加工することが行われている（例えば特許文献１、２参照）。
これは、光ファイバ母材の製造工程で形成された母材端部形状のまま、例えば直径１２５μｍの光ファイバの線引きを開始すると、母材溶融部の形状が線引きの定常状態におけるネックダウン形状となり線引きが安定するまでに大量の光ファイバを線引きしなければならず、材料と時間の無駄であるからである。

図６に示すように、特許文献１に記載の技術では、電気炉１０１の中に、線引き工程前の光ファイバ母材１０２をピン型保持具１０３を介して、架台上部フレーム１０４に保持する。光ファイバ母材１０１の下端は、チャック１０５を介して架台下部フレーム１０６に固定する。そして、電気炉１０１により光ファイバ母材１０２の下端付近を加熱し、光ファイバ母材１０２が軟化した時点で光ファイバ母材１０２を引き上げて、先端をテーパ状に加工する。

また、図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、特許文献２に記載の技術では、良好なガラスファイバの線引きをしているときの光ファイバ母材の先端形状を、中心軸ｚに対する半径分布関数ｒ（ｚ）として求めておき、線引き直前の光ファイバ母材の先端形状をＲ（ｚ）が所定の式を満足するように機械により加工する。
なお、図７（Ａ）は、母材有効定常部の半径をｒ_０とした場合に、母材の先端半径が０．３ｒ_０以下の場合を示し、図７（Ｂ）は０．３ｒ_０以上の場合を示している。

前述のようにして光ファイバ母材の下部を線引き定常状態の「ネックダウン形状」に近い形状に加工した後、ネックダウン部を加熱して、ネックダウン部の先端の小さいガラスの塊を落とし(通称、「種落とし」と呼んでいる。)、この種落としをきっかけとして、引き続き、低速にて線引きが開始される。そして、ネックダウン部を加熱していきながら、線引きの速度を上げていき、線引き定常状態とする。
特開２００２−８０２３８号公報（図１） 特開平８−３１０８２５号公報（図１）

ところで、近年、光ファイバの製造効率の向上策の一つとして、光ファイバ母材当たりの定常線引時間を増やすために大きな光ファイバ母材を線引きすることが求められている。
光ファイバ母材が作成された後、特許文献１に示されるような装置で光ファイバ母材の下部の形状を整えてから、光ファイバ母材を線引装置に移して線引するのでは、光ファイバ母材を各装置に取り付けて取り外すという手間が１回多くかかってしまう。光ファイバ母材が大きくなるほど取り回しにくくなり、取り付けおよび取り外しに要する時間が長くかかる。また、取り付けまたは取り外し時に光ファイバ母材を損傷する危険も増える。製造効率を上げるためには、別の装置で光ファイバ母材の下部の形状を整えるという工程を省略すべきである。
大きな光ファイバ母材をその先端形状を加工しないで線引きすると、種落とし時に落ちてくる１０００℃以上のガラス塊は、その重さが５００ｇ〜１０００ｇにも達し、取り扱いが困難である。

本発明の目的は、大径の光ファイバ母材のネックダウン加工を別途行うことなく、安全かつ効率のよい光ファイバの製造方法および製造装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明にかかる光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱、線引きして光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であって、前記光ファイバ母材の下端を加熱して、降下した光ファイバ母材の線引き開始端を受け具で受けて、光ファイバ母材の溶融部にかかる荷重を前記開始端の重量未満に軽減させながら前記受け具を降下させて前記光ファイバ母材の溶融部を形成した後、前記光ファイバを線引きすることにある。

このように構成された光ファイバの製造方法においては、光ファイバ母材から線引きする際に、加熱された光ファイバ母材の線引き開始端が溶融して塊（以後、「線引き開始端」が塊となっている場合には、開始端を「塊」とも表示する。）となって降下し始めた際に、この塊を受け具で受けて母材溶融部にかかる荷重を塊の自重より小さい状態としてこの塊を引き出すので、母材溶融部に過大な荷重がかからず、実際の線引き時に近いネックダウン形状を形成することができる。また、塊を落としながらネックダウン形状を形成し、引き続いて線引き作業を行うことができるため、予め光ファイバ母材のネックダウン加工を行うことなく先端をネックダウン形状とすることができる。すなわち、ネックダウン形状の成形を別の装置で行う必要がなく製造効率がよく、かつ安全に種落としができる。

また、本発明にかかる光ファイバの製造方法は、前記受け具を下降させつつ前記光ファイバ母材を上昇させて前記溶融部を成形することにある。

このように構成された光ファイバの製造方法においては、溶融した塊を受けた受け具を下降させると同時に光ファイバ母材を上昇させることにより、塊の落下が始まった後に母材先端に加えられる熱量を減らすことが可能であり、結果として過度のガラスが溶融降下するのを未然に防止することができる。

また、本発明にかかる光ファイバの製造方法は、前記受け具で前記線引き開始端を受けた後、前記光ファイバ母材を加熱する温度を下げることにある。

このように構成された光ファイバの製造方法においては、受け具が線引き開始端を受けた後の作業性を向上できる。なぜなら大径の光ファイバ母材の線引開始端を下に落とすまでは線引炉の温度設定は線引き定常状態の温度よりも高めとされているのが一般的であり、このまま高温で線引きし、ガラスファイバが細くなったときにガラスの粘性が低すぎて作業が困難になる問題を未然に防止できるためである。

また、本発明にかかる光ファイバの製造装置は、光ファイバ母材を加熱、線引きして光ファイバを製造する光ファイバの製造装置であって、前記光ファイバ母材の線引き開始端を受ける受け具と、前記受け具を上下移動させる移動手段とを有することにある。

このように構成された光ファイバの製造装置においては、光ファイバ母材から線引きする際に、加熱された光ファイバ母材の線引き開始端が溶融して塊となって降下し始めたら、この塊を受け具で受けて、移動手段により受け具を下降させることにより光ファイバ母材の溶融部にかかる荷重を前記塊の重量未満に軽減しながら受け具を効果させ、ネックダウン形状を形成する。このため、別の装置で光ファイバ母材のネックダウン加工を行う必要がない。また、高温の開始端を受け具で受けるため、安全に種落としができる。

また、本発明にかかる光ファイバの製造装置は、前記受け具に重量検知手段が備えられ、前記重量検知手段により検知された重量に基づいて前記受け具の移動速度を調整する調整手段をさらに有することにある。

このように構成された光ファイバの製造装置においては、受け具に取り付けられている重量検知手段により検知された重量に基づいて、調整手段が移動手段を制御して受け具の下降速度を調整するので、線引き時のネックダウンの形状に近い形状を得ることができる。

本発明によれば、光ファイバ母材のネックダウン加工を線引きに先立って別の装置で行うことなく先端をネックダウン形状とすることができ、製造効率が向上する。また、安全に種落としができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態にかかる光ファイバの製造方法における一工程および製造装置を示す構成図、図２は本発明の実施形態にかかる光ファイバの製造方法における次の工程および製造装置を示す構成図、図３は本発明の実施形態にかかる光ファイバの製造方法におけるさらに次の工程および製造装置を示す構成図、図４は光ファイバの製造装置の全体の構成図である。

図４には、光ファイバの製造装置１０の全体構成が示されている。この光ファイバの製造装置１０は、光ファイバ母材１１の下端部を線引炉１３のヒータ１３ａ（図１参照）によって加熱・溶融し、溶融部分から線引きしてガラスファイバ１４を所定の径まで細径化する。そして、細径化された高温のガラスファイバ１４を冷却装置１５によって常温付近まで冷却した後、ダイス１６によって樹脂を被覆し、硬化装置１７により前記樹脂を硬化させて光ファイバ１２を形成する。その後、光ファイバ１２は、ガイドローラ１８ａで方向を変えられ、図示しない引き取り装置により引き取られ、図示しないいくつかのガイドローラを通過して巻取ローラ１８ｂに巻き取られる。
なお、光ファイバ母材１１の上端は支持棒１９に接続支持されており（図１参照）、支持棒１９は昇降手段（図示省略）によって昇降可能に支持されている。

さらに、本発明にかかる光ファイバの製造装置１０では、図１に示すように、光ファイバ母材１１の線引き開始端１１ａを受ける受け具２０と、受け具２０を上下移動させる移動手段３０とを有している。
また、受け具２０には重量検知手段であるロードセル２１が設けられており、検知された重量に基づいて移動手段３０を制御して受け具２０の移動速度を調整する調整手段としての制御装置３１が設けられている。

受け具２０は、先端（上面）には耐熱材料を用いられており、全体漏斗形状となっている。受け具２０は、ロードセル２１を介して支持ポスト２２の上端部に取り付けられており、ロードセル２１によって検知された重量は制御装置３１に伝達されるようになっている。支持ポスト２２は移動手段３０によって上下移動可能に支持されており、ロードセル２１からの検知信号に基づいて制御装置３１が移動手段３０を制御することにより、支持ポスト２２および受け具２０の移動速度を調整することができるようになっている。また、受け具２０は線引炉１３の内部まで上昇可能であり、受け具２０が線引炉１３の内部にあるときには、線引炉１３の下端面に設けられているシャッター１３ｂは受け具２０の面積よりも小さくなるように閉じられている（図１参照）。これにより、万が一、受け具２０が塊１１ａを受け損ねても、飛散しないようにして入る。そして、線引き開始端である塊１１ａが線引き炉から出る際には、シャッター１３ｂを開けるようになっている（図２参照）。

なお、図４中二点鎖線で示すように、受け具２０および移動手段３０等は、線引き開始時にはガラスファイバ１４のパスライン上に配置されており、後述するようにして口出しが完了して塊１１ａを切り取った後は、パスライン上から退避可能となっている（図４中実線で表示）。

次に、図１〜図３に基づいて、本発明にかかる光ファイバの製造方法について説明する。
この光ファイバの製造方法では、線引き開始時にまず、線引炉１３により光ファイバ母材１１の線引き開始端を加熱して（図１参照）、加熱される部分より下方に降下した光ファイバ母材開始端を受け具２０で受ける（図２参照）。そして、光ファイバ母材１１の溶融部１１ｂにかかる荷重を塊１１ａの重量未満に軽減させながら受け具２０を降下させて光ファイバ母材１１の溶融部１１ｂのネックダウン形状を成形した後、ガラスファイバ１４を線引きする（図３参照）。

すなわち、受け具２０によって受けとめた溶融ガラスの塊（開始端）である光ファイバ母材開始端１１ａの重量をロードセル２１により検知して、検知信号を制御装置３１に伝達する。制御装置３１は、検知された開始端１１ａの重量に基づいて移動手段３０を制御して、理想的なネックダウン形状を形成するように受け具２０の下降速度を決定する。なお、理想的なネックダウン形状を形成するための、開始端１１ａの重量と受け具２０の下降速度（すなわち開始端１１ａの下降速度）との関係は、予め実際の線引きや実験等により求めておく。

また、受け具２０を下降させつつ光ファイバ母材１１を上昇させながら溶融部１１ｂのネックダウン形状を成形するのが望ましい。これにより、受け具２０の下降量を少なくしてネックダウン形状を効率よく形成することができる。ガラスファイバのパスラインには、冷却装置等が配置されるが、受け部の下降範囲を小さくしてそれらと干渉させないと装置構成が複雑にならず好ましい。この場合には、光ファイバ母材１１の上昇速度を考慮して受け具２０の下降速度を制御することは言うまでもない。

受け具２０で光ファイバ母材１１の開始端を受けた後、光ファイバ母材１１を加熱する温度を下げるのが望ましい。すなわち、大径の光ファイバ母材１１に線引き開始端となる塊１１ａを形成するために、線引炉１３の温度設定は高めとされているのが一般的である。従って、このまま高温で線引きすると、光ファイバ母材１１の溶融部１１ｂから線引きされるガラスファイバ１４が細くなったときに、ガラスの粘性が低すぎて溶け出す量が多すぎて作業が困難かつ安全性が損なわれる。そこで、受け具２０が光ファイバ母材１１の開始端１１ａを受けた後に、線引炉１３の温度を下げて安全かつ十分な作業性を確保する。

以上のようにしてネックダウン形状が形成されたら、受け具２０や移動手段３０等をパスラインから退避させ、線引き開始端となる塊１１ａを切断して、以後は従来の線引きと同様にして線引きを開始する。

以上、前述した光ファイバの製造方法および製造装置においては、光ファイバ母材１１から線引きする際に、加熱された光ファイバ母材１１の線引き開始端が溶融して塊１１ａとなって降下し始めたら、この塊１１ａを受け具２０で受けて溶融部１１ｂにかかる荷重を塊１１ａの重量未満に軽減させながら、受け具２０と塊１１ａを少しずつ降下させ、ネックダウン形状を形成する。このため、線引き装置に光ファイバ母材１１を取り付ける前に別の装置でネックダウンを成形することがなく、製造効率が向上する。また、高温の塊を受け具で受けるため、安全に種落としができる。

なお、本発明の光ファイバの製造方法および製造装置は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。

次に、具体的な実施例について説明する。
まず、コア部およびクラッド部を有する光ファイバ母材の上端部に支持棒を取り付け、線引き開始端となる下端部は機械的に切断しておく（ステップＳＳ）。図１に示すようにして線引きを開始して、線引炉１３の設定温度を２３００℃とし、線引き開始端を加熱溶融し、約２ｋｇの塊１１ａを落下させた（ステップＳ１）。

図２に示すように、受け具２０に塊１１ａが接触したのをロードセル２１が検知したら、線引炉１３の設定温度を２３００℃から２２００℃に下げた（ステップＳ２）。制御装置３１は、受け具２０が受ける荷重が１．８ｋｇになるように移動手段３０を制御して受け具２０を下降させ、ネックダウン形状を成形した（ステップＳ３）。このように制御することで、母材溶融部にかかる荷重は２００ｇ程度に軽減される。このときに、光ファイバ母材１１を上昇させるようにしてもよい。塊及びそれに続くガラス細径部が炉外まで降下した所で塊（落とし種）１１ａをガラス細径部において切断した（ステップＳ４）。このときの切断部の径はφ１０ｍｍ程度である。以後、従来の線引き工程と同様にして、パスラインへ線掛けし、光ファイバ１２を製造した。

なお、ステップＳ３、Ｓ４において、塊１１ａを受け具２０で受けて、溶融部にかかる荷重を塊１１ａの重量未満に軽減させながら受け具２０を下降させる工程を実施しない場合には、図５に示したように、母材溶融部が過度の荷重で引っ張られ、高粘性の部分１１ｃから変形することになる。このため、理想的なネックダウン形状が形成されず、光ファイバ母材１１の良好部分を大量に消費するとともに、線引炉１３の下方に塊１１ａが現れてきても、塊に続くガラス細径部１４が十分に細径化しないので塊１１ａの切断が困難になる。
本実施例では、このような不都合を回避すると共に、種落としを安全に行うことができた。

以上のように、本発明に係る光ファイバの製造方法および製造装置は、光ファイバ母材のネックダウン加工を別途行うことなく製造効率が向上され、かつ安全に種落としができるという効果を有し、光ファイバの製造方法および製造装置等として有用である。

本発明の実施形態にかかる光ファイバの製造方法における一工程および製造装置を示す構成図である。 本発明の実施形態にかかる光ファイバの製造方法における次の工程および製造装置を示す構成図である。 本発明の実施形態にかかる光ファイバの製造方法におけるさらに次の工程および製造装置を示す構成図である。 光ファイバの製造装置の全体の構成図である。 うまくネックダウン形状の形成が行われなかった場合の例を示す断面図である。 従来の光ファイバ母材の加工装置を示す構成図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、従来の光ファイバ母材の加工形状を示すグラフである。

符号の説明

１０ 光ファイバの製造装置
１１ 光ファイバ母材
１１ａ 塊
１１ｂ 溶融部
１２ 光ファイバ
２０ 受け具
２１ ロードセル（重量検知手段）
３０ 移動手段
３１ 制御装置（調整手段）

Claims (5)

1. 光ファイバ母材を加熱、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であって、
   前記光ファイバ母材の下端を加熱して、降下した光ファイバ母材の線引き開始端を受け具で受けて、光ファイバ母材の溶融部にかかる荷重を前記開始端の重量未満に軽減させながら前記受け具を降下させて前記光ファイバ母材の溶融部を形成した後、前記光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法。
2. 前記受け具を下降させつつ前記光ファイバ母材を上昇させて前記溶融部を成形する請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記受け具で前記開始端を受けた後、前記光ファイバ母材を加熱する温度を下げる請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法。
4. 光ファイバ母材を加熱、線引きして光ファイバを製造する光ファイバの製造装置であって、
   前記光ファイバ母材の線引き開始端を受ける受け具と、前記受け具を上下移動させる移動手段とを有する光ファイバの製造装置。
5. 前記受け具に重量検知手段が備えられ、前記重量検知手段により検知された重量に基づいて前記受け具の移動速度を調整する調整手段をさらに有する請求項４に記載の光ファイバの製造装置。

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