JP2010269971A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易にかつ短時間で定常線引きに移行し、歩留りを向上させることが可能な光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ母材Ｇを加熱して軟化させて線引きしたガラスファイバＧ１に樹脂を被覆して引き取る光ファイバＧ２の製造方法であって、製品取りできる定常線引き時における目標張力Ｆａを設定し、前記定常線引きに至るまでの間、式「Ｆａ＝Ｖａ／Ｖｂ（Ｆｂ＋ｋ（Ｄａ−Ｄｂ））」（但し、Ｖａ：目標線速、Ｖｂ：実測線速、Ｆｂ：実測張力、ｋ：係数、Ｄａ：目標被覆径、Ｄｂ：実測被覆径）を満たすように、光ファイバ母材Ｇの加熱温度Ｔを調整することにより実測張力Ｆｂを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、光ファイバを製造する場合、まず、石英等の材料で製造した光ファイバ母材を送り装置によって加熱炉に供給し、加熱炉において先端部を加熱して軟化させ、下方に引き出して細径化することによりガラスファイバとする。
次いで、この細径化したガラスファイバを、紫外線硬化型樹脂を被覆する樹脂塗布用ダイス及び塗布した紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させる紫外線照射装置に通すことにより、外周に樹脂が被覆された光ファイバとする。
このようにして製造された光ファイバは、光ファイバ母材に対して鉛直下方向の位置に設けられた直下ローラ、及び複数の導入ローラにより案内された後、キャプスタンによって下流側に引き取られ、巻き取りボビンに巻き取られる。

線引きされたガラスファイバの特性を安定させるために、線引き張力と線速との比が一定となるように加熱炉の電力を制御して光ファイバ母材の加熱温度を調整することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１３９７７１号公報

しかしながら、前記先行技術を用いても、定常線引きに移行するまでに線速が急上昇して目標の定常線速を越えてしまったり、逆に線速の上昇が遅れてしまうことがあった。何れの場合も、結果として定常線速に到達するまでに時間がかかり、不良部分が増加して歩留りの悪化を招いてしまうこととなる。

本発明の目的は、容易にかつ短時間で定常線引きに移行し、歩留りを向上させることが可能な光ファイバの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱して軟化させて線引きしたガラスファイバに樹脂を被覆して引き取る光ファイバの製造方法であって、
製品取りできる定常線引き時における目標張力Ｆａを設定し、前記定常線引きに至るまでの間、下記式
Ｆａ＝Ｖａ／Ｖｂ（Ｆｂ＋ｋ（Ｄａ−Ｄｂ））
（但し、Ｖａ：目標線速、Ｖｂ：実測線速、Ｆｂ：実測張力、ｋ：係数、Ｄａ：目標被覆径、Ｄｂ：実測被覆径）
を満たすように、前記光ファイバ母材の加熱温度Ｔを調整することにより前記実測張力Ｆｂを調整することを特徴とする。

本発明の光ファイバの製造方法によれば、定常線引きに至るまでの線速上昇中に、予め設定された定常線引き時における目標張力Ｆａが、定常線引き時における目標線速Ｖａと、実測線速Ｖｂ及び実測張力Ｆｂと、目標被覆径Ｄａ及び実測被覆径Ｄｂとを用いて求められる関係式を満たすように、光ファイバ母材の加熱温度Ｔを調整して実測張力Ｆｂを調整する。そのため、線速上昇中でも適切な加熱温度調整を行い、線引き開始から極力短い時間で目標張力Ｆａ及び目標線速Ｖａに基づく定常線引き状態へ移行させることができる。

本発明に係る光ファイバの製造方法が適応可能な製造装置の概略構成図である。 従来例の方法により初期線引きした場合と本実施形態の製造方法により初期線引きした場合の時間と線速との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る光ファイバの製造方法の実施形態の例について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態の光ファイバの製造方法が適応可能な製造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、光ファイバの走行ラインにおける上流側に、光ファイバ母材Ｇを加熱する加熱炉２を備えている。この加熱炉２は、ヒータである発熱体３を備えており、この発熱体３を発熱させることで加熱炉２の内側の空間に加熱領域が形成される。ここでいう加熱領域とは、ガラスが軟化して線引き可能な温度となっている領域であり、例えば、１８００℃以上となっている領域である。なお、加熱炉２の加熱領域には、ヘリウムや窒素等のガスが供給される。

光ファイバ母材Ｇは、送り装置によってその上部が把持されて、加熱炉２の加熱領域にその下端部分が位置するように加熱炉２内に送られる。このように、加熱炉２内に供給される光ファイバ母材Ｇは、その下端側が加熱領域内で加熱されて軟化し、下方に引き延ばされて細径化し、ガラスファイバＧ１とされる。

加熱炉２の下流側には、例えば、レーザ光式の外径測定器６が設けられており、加熱炉２から線引きされたガラスファイバＧ１は、この外径測定器６によりその外径が測定される。
また、外径測定器６の下流側には、例えば、ヘリウムガス等の冷却溶媒を用いた冷却装置７が設けられており、ガラスファイバＧ１が数百℃から室温近くまで急速に冷却される。

冷却装置７の下流側には、ガラスファイバＧ１に紫外線硬化型樹脂を塗布するためのダイス８及び紫外線照射装置９が順に設けられている。ガラスファイバＧ１は、ダイス８と紫外線照射装置９を通過することにより、その外周側に樹脂が塗布されて被覆層が形成された光ファイバＧ２となる。また、紫外線照射装置９の下では被覆層が設けられた光ファイバＧ２の外径を測定するための外径測定器１０が設けられている。外径測定器１０で測定された値は、制御装置１９に送信される。

その後、光ファイバＧ２は、紫外線照射装置９の下流側に設けられた直下ローラ１１により、走行ラインの方向が変更されてキャプスタン１２によって引き取られ、所定の張力が加えられる。キャプスタン１２は、複数のローラ１３に巻かれたキャプスタンベルト１４と、このキャプスタンベルト１４が密着されるキャプスタンローラ１５とを有しており、これらキャプスタンベルト１４とキャプスタンローラ１５との間に光ファイバＧ２を挟持して引き取る構造となっている。

キャプスタン１２によって引き取られた光ファイバＧ２は、巻き取りボビン１６に送られ、この巻き取りボビン１６に巻き取られる。
直下ローラ１１には、張力計１７が設けられ、この張力計１７は、光ファイバＧ２の線引き張力を測定する。また、キャプスタン１２には、速度計１８が設けられており、この速度計１８は、キャプスタンローラ１５の回転数から光ファイバＧ２の線速を測定する。

これら張力計１７及び速度計１８は、制御装置１９に接続されており、測定した実測張力Ｆｂ及び実測線速Ｖｂの測定データが制御装置１９に送信される。
制御装置１９には、加熱炉２の発熱体３へ電力を供給する給電器２０が接続されており、制御装置１９は、この給電器２０を制御し、加熱炉２の発熱体３への供給電力を調節する。

次に、上記の光ファイバの製造装置１を用いて光ファイバＧ２を製造する方法について説明する。
まず、加熱炉２に光ファイバ母材Ｇを導入し、発熱体３によって加熱して下方に引き延ばし、細径化されたガラスファイバＧ１とする。

次いで、ガラスファイバＧ１の外周に、ダイス８によって紫外線硬化型樹脂を被覆し、さらに、紫外線照射装置９によって紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させ、樹脂の被覆層が形成された光ファイバＧ２とする。

その後、光ファイバＧ２を、直下ローラ１１を介してキャプスタン１２によって引き込んで所定の張力を加え、巻き取りボビン１６へ送り込み、巻き取りボビン１６に巻き取らせる。

ここで、上記のように光ファイバＧ２を製造する際に、定常線引き時では、制御装置１９は、外径測定器１０、張力計１７及び速度計１８からの測定データに基づいて、光ファイバＧ２の実測張力Ｆｂ及び実測線速Ｖｂがそれぞれ目標張力Ｆａ及び目標線速Ｖａとなるように、かつ、実測張力Ｆｂと実測線速Ｖｂとの比（Ｆｂ／Ｖｂ）が一定となるように、さらに、光ファイバＧ２の実測被覆径Ｄｂが目標被覆径Ｄａとなるように、給電器２０を制御して加熱炉２の発熱体３への供給電力を調節したり、樹脂圧力を調整したりする。

次に、ガラスファイバＧ１の外径が安定して製品取りできるまでの初期線引き時における制御について説明する。
初期線引き時では、キャプスタン１２により光ファイバＧ２を引き取る速度を定常線引き時の目標線速Ｖａに向けて上昇させていく。制御装置１９には、予め定常線引き時の目標張力Ｆａが設定されている。そして、制御装置１９は、定常線引き時の目標線速Ｖａ、実測線速Ｖｂ、実測張力Ｆｂ、目標被覆径Ｄａ、及び実測被覆径Ｄｂから、式「Ｆａ＝Ｖａ／Ｖｂ（Ｆｂ＋ｋ（Ｄａ−Ｄｂ））」を満たすように光ファイバＧ２の線引き張力（実測張力Ｆｂ）を調整するために、給電器２０を制御して加熱炉２の発熱体３への供給電力を調節する。

線引き張力をガラスの部分で測定すると、ガラスに張力測定部が直接接触してガラスの強度が弱くなるため、通常は樹脂被覆後の光ファイバＧ２の張力を代用して測定している。そのため、張力の測定値には、樹脂分の抵抗も加わることになり、結果として樹脂被覆径の影響も見逃せないものとなる。本願発明では、式「Ｆａ＝Ｖａ／Ｖｂ（Ｆｂ＋ｋ（Ｄａ−Ｄｂ））」を満たすように制御しており、樹脂被覆径の変動にも対応しているため、樹脂被覆径の影響を受けない。なお、式中の定数ｋは、例えば１程度の値となる（１μｍの樹脂被覆径の変動に対して約１ｇの張力変動がある）。

このような制御により、初期線引き時の線速上昇中において適切な加熱温度調整を行うことができ、線引き開始から極力短い時間で目標張力Ｆａ及び目標線速Ｖａに基づく定常線引き状態への移行が可能となる。

そして、実測線速Ｖｂが上昇して目標線速Ｖａとなることにより、実測張力Ｆｂが目標張力Ｆａとなったら、その後は、前述の定常線引き状態での制御を行う。つまり、光ファイバＧ２の実測張力Ｆｂ、実測線速Ｖｂ及び実測被覆径Ｄｂが、それぞれ目標張力Ｆａ、目標線速Ｖａ及び目標被覆径Ｄａとなるように、給電器２０を制御して加熱炉２の発熱体３への供給電力を調節し、光ファイバ母材Ｇの加熱温度Ｔを調節したり、樹脂圧力を調整したりする。

図２は、従来例の方法により初期線引きした場合と、本実施形態の製造方法により初期線引きした場合の、時間と線速との関係を示すグラフである。
従来方法にて初期線引きを行う場合、図２中Ａで示すように、被覆張力の影響などにより線速の急上昇や線速の上昇遅れが生じ、何れも、安定した線速での良品となる目標線速Ｖａに到達して安定するまでに時間がかかり、歩留りが悪化する場合がある。

これに対して、本実施形態の製造方法により初期線引きした場合、実測張力Ｆｂが、式「Ｆａ＝Ｖａ／Ｖｂ（Ｆｂ＋ｋ（Ｄａ−Ｄｂ））」を満たすように光ファイバ母材Ｇの加熱温度Ｔが調整される。したがって、図２中Ｂで示すように、線引き開始から極力短い時間で目標張力Ｆａ及び目標線速Ｖａに基づく定常線引き状態へ移行させることができる。本実施形態の製造方法によれば、従来法による場合と比較し、良品となる目標線速に到達するまでにかかる時間を１／２程度に短縮させることができる。

Ｄａ：目標被覆径、Ｄｂ：実測被覆径、Ｇ：光ファイバ母材、Ｇ１：ガラスファイバ、Ｇ２：光ファイバ、Ｆａ：目標張力、Ｆｂ：実測張力、Ｔ：加熱温度、Ｖａ：目標線速、Ｖｂ：実測線速、ｋ：係数、

Claims (1)

1. 光ファイバ母材を加熱して軟化させて線引きしたガラスファイバに樹脂を被覆して引き取る光ファイバの製造方法であって、
   製品取りできる定常線引き時における目標張力Ｆａを設定し、前記定常線引きに至るまでの間、下記式
   Ｆａ＝Ｖａ／Ｖｂ（Ｆｂ＋ｋ（Ｄａ−Ｄｂ））
   （但し、Ｖａ：目標線速、Ｖｂ：実測線速、Ｆｂ：実測張力、ｋ：係数、Ｄａ：目標被覆径、Ｄｂ：実測被覆径）
   を満たすように、前記光ファイバ母材の加熱温度Ｔを調整することにより前記実測張力Ｆｂを調整することを特徴とする光ファイバの製造方法。

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