JP2011144087A - 光ファイバの線引き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適切に線速の制御を行なうことができる光ファイバの線引き方法を提供する。
【解決手段】ガラスからなる光ファイバ母材１の一端を加熱溶融し、該一端からガラス光ファイバ３を線引きする方法であって、線引きしたガラス光ファイバの総体積を測定し、該測定した総体積をもとに、ガラス光ファイバ３の線速を変更する制御を行なう。好ましくは、前記ガラス光ファイバ３を第一線速にて線引きする第一線引き工程と、前記測定した総体積が所定値に達したときに、前記ガラス光ファイバ３の線速を、前記第一線速から第二線速まで加速する第二線引き工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラスからなる光ファイバ母材の一端を加熱溶融し、この一端からガラス光ファイバを線引きする方法に関するものである。

光ファイバは、ガラスからなる光ファイバ母材の一端を線引加熱炉にて加熱溶融し、この一端からガラス光ファイバを線引きし、線引きしたガラス光ファイバの外周に樹脂などからなる被覆を形成することによって製造される。

光ファイバ母材の先端部は、コア部の外径とクラッド部の外径との比が規格から外れている等の不良部が含まれている場合がある。このような先端部から線引きしたガラス光ファイバは、コア径やクラッド径が規格から外れたものになるので、製品として用いることができない。したがって、この不良部から線引きされたガラス光ファイバは、廃棄されるべきものである。なお、この不良部は、光ファイバの製造工程の立ち上げ時において、線引きの諸条件を調整するための試験的な線引きに有効活用されており、これによって、光ファイバ母材の良品部が試験的な線引きに用いられて廃棄されてしまうことを抑制している。

また、光ファイバの製造工程の立ち上げ時においては、ガラス光ファイバの線引きの速度（線速）は、当初は低い線速に設定され、ある時点で加速されて所定の高い線速にされる。その後線速はこの所定の線速で一定に制御され、製品となるガラス光ファイバが製造される。従来、かかる線速の制御について、光ファイバ母材の送り速度と線速とを関連付けて制御を行なうという方法が開示されている（たとえば特許文献１参照）。

特開２００３−４８７３８号公報

しかしながら、ガラス光ファイバの線引き工程には、光ファイバ母材が溶融し縮径する過程が含まれている。そのため、光ファイバ母材の送り速度と、線引きされてガラス光ファイバになったガラスの量との関係が、光ファイバ母材の外径や線引きしたガラス光ファイバの外径等の条件によって変動する。その結果、光ファイバの製造工程の立ち上げ時において光ファイバ母材の送り速度と線速とを関連付けて制御を行なった場合に、所定の線速に到達する前に良品部が消費されたりする場合があり、ガラス材料の浪費等が発生するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガラス材料の浪費等を防止し、適切に線速の制御を行なうことができる光ファイバの線引き方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバの線引き方法は、ガラスからなる光ファイバ母材の一端を加熱溶融し、該一端からガラス光ファイバを線引きする方法であって、線引きしたガラス光ファイバの総体積を測定し、該測定した総体積をもとに、ガラス光ファイバの線速を変更する制御を行なうことを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの線引き方法は、上記の発明において、前記ガラス光ファイバを第一線速にて線引きする第一線引き工程と、前記測定した総体積が所定値に達したときに、前記ガラス光ファイバの線速を、前記第一線速から第二線速まで加速する第二線引き工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの線引き方法は、上記の発明において、前記所定値を、前記光ファイバ母材の一端における廃棄すべき不良部の体積と、前記第二線引き工程において線引きできるガラス光ファイバの総体積とをもと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の線引き方法は、上記の発明において、前記ガラス光ファイバの線速と外径とをもとに前記総体積を測定することを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの線引き方法は、上記の発明において、前記光ファイバ母材の質量の減少量をもとに前記総体積を測定することを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの線引き方法は、上記の発明において、前記第二線引き工程後に、前記第二線速にて製品となるガラス光ファイバを線引きする第三線引き工程をさらに含むことを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの線引き方法は、上記の発明において、前記第一線引き工程において、前記光ファイバ母材の送り長を一旦増加させた後に、前記送り長を減少させることを特徴とする。

本発明によれば、線引きしたガラス光ファイバの総体積をもとにガラス光ファイバの線速を変更する制御を行なうので、ガラス材料の浪費等を防止し、適切に線速の制御を行なうことができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態において用いる光ファイバの製造装置の全体構成を示す模式図である。 図２は、図１に示す光ファイバ母材の模式的な断面図である。 図３は、実施の形態におけるガラス光ファイバの線引速度（線速）、光ファイバの外径、および光ファイバ母材の送り長（母材送り長）の制御の一例のタイミングチャートを示した図である。 図４は、光ファイバ母材の先端部の状態の変化を示した図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバの線引き方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態において用いる光ファイバの製造装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、この光ファイバの製造装置１００は、光ファイバ母材１の上端に溶着したガラス製の支持棒２を把持し、光ファイバ母材１を昇降させる昇降機構１１と、ヒータ１２ａを有し、光ファイバ母材１の一端を加熱溶融するための線引加熱炉１２と、光ファイバ母材１から線引きしたガラス光ファイバ３の外径を測定する外径測定器１３と、ガラス光ファイバ３にＨｅガス等を吹き付けて冷却することができる冷却塔１４と、ガラス光ファイバ３の通路に配置された、プライマリ被覆用の樹脂１６ａを被覆するプライマリダイス１５ａ、ＵＶランプ照射室１７ａ、セカンダリ被覆用の樹脂１６ｂを被覆するセカンダリダイス１５ｂ、およびＵＶランプ照射室１７ｂと、引き取り機構としてのゴムからなるキャプスタンローラ１８と、ガイドロール１９とを備える。また、製造装置１００は、さらに、外径測定器１３が測定したガラス光ファイバ３の外径のデータと、キャプスタンローラ１８の回転速度から得られたガラス光ファイバの線速のデータとを取り込むとともに、この外径および線速のデータ等に基づいて、昇降機構１１、線引加熱炉１２、冷却塔１４、キャプスタンローラ１８を制御する制御器Ｃを備える。

つぎに、本実施の形態において用いる光ファイバ母材１について説明する。光ファイバ母材１は、石英系ガラスからなり、その直径がたとえば１００ｍｍ、長さがたとえば２０００ｍｍであり、不良部と良品部とを有する。図２は、図１に示す光ファイバ母材１の模式的な断面図である。図２に示すように、光ファイバ母材１は、不良部１ａと良品部１ｂとを有する。良品部１ｂはコア部１ｂａとクラッド部１ｂｂとからなる。コア部１ｂａとクラッド部１ｂｂとの外径比は所望の規格を満たしている。したがって、良品部１ｂから線引きしたガラス光ファイバは、コア径やクラッド径が規格を満たすものとなり、製品となる光ファイバに用いることができる。一方、不良部１ａは光ファイバ母材１の先端部に位置し、コア部１ａａとクラッド部１ａｂを有するが、最も先端においては、コア部１ａａの代わりに、光ファイバ母材１の製造の際に用いたダミー棒１ａｃが存在している。また、コア部１ａａとクラッド部１ａｂとの外径比は所望の規格からはずれている。そのため、不良部１ａから線引きしたガラス光ファイバは、コア径やクラッド径が規格からはずれたものとなるか、あるいはコアのないガラス光ファイバとなるので、廃棄処理すべきものとなる。

以下、図１を用いて、本実施の形態に係る光ファイバの線引き方法について説明する。はじめに、光ファイバ母材１の不良部１ａの体積Ｗ０を予め測定しておく。体積Ｗ０は、たとえばダミー棒１ａｃとコア部１ａａの境界を目視で確認したり、光ファイバ母材１の外径を測定したりして、コア部１ｂａとクラッド部１ｂｂとの外径比が規格を満たさないような部分を特定し、その部分の体積を測定することによって求めることができる。

つぎに、支持棒２を上端に溶着した光ファイバ母材１を線引加熱炉１２にセットし、支持棒２を昇降機構１１により把持する。つぎに、昇降機構１１により光ファイバ母材１を下方に送りながら、ヒータ１２ａによって光ファイバ母材１の先端の不良部１ａを加熱溶融し、ガラス光ファイバを線引きする。つぎに、外径測定器１３は、線引きしたガラス光ファイバ３の外径を測定し、そのデータを制御器Ｃへ送信する。つぎに、必要に応じて冷却塔１４によりガラス光ファイバ３を冷却する。つぎに、所定のタイミングでプライマリダイス１５ａによりガラス光ファイバ３に樹脂１６ａを塗布し、ＵＶランプ照射室１７ａにて樹脂１６ａを硬化してプライマリ被覆を形成する。さらに、セカンダリダイス１５ｂによりプライマリ被覆の外周に樹脂１６ｂを塗布し、ＵＶランプ照射室１７ｂにて樹脂１６ｂを硬化してセカンダリ被覆を形成する。このとき、光ファイバ母材１の先端の不良部１ａを加熱溶融し、線引きしている間は、ガラス光ファイバ３に樹脂１６ａおよび１６ｂを被覆せずに、キャプスタンローラ１８によって引き取り、専用の処理装置で処理しても良い。この場合は、その後所定のタイミングで、ガラス光ファイバ３への樹脂１６ａ及び１６ｂの塗布を開始し、被覆を形成する。その結果、被覆が形成された光ファイバ４が製造される。この光ファイバ４は、キャプスタンローラ１８によって引き取られ、ガイドロール１９によってガイドされ、不図示の巻き取り機構によってドラムに巻き取られる。

上述した線引き工程は、第一、第二、第三の線引き工程からなる。第一線引き工程は、線引き工程の立ち上げ時の初期に行なわれるものであり、不良部１ａから、比較的低い第一線速にてガラス光ファイバ３を線引きしながら、線引き諸条件の調整を行う。第二線引き工程では、線速を第一線速から第二線速まで加速を行う。第三線引工程では、製品となる光ファイバ４の製造をする際の高速の線速である第二線速にて、ガラス光ファイバ３の線引きを行なう。

本実施の形態では、第一線引き工程においては第一線速にてガラス光ファイバを線引きするとともに、該線引きしたガラス光ファイバの総体積を測定し、測定したガラス光ファイバの総体積が所定値に達したときに、該ガラス光ファイバの線速を第一線速から第二線速まで加速する。このように、線引きしたガラス光ファイバの総体積を、直接的に線速の制御に用いることによって、実際に線引きされてガラス光ファイバになったガラスの量にもとづいた線速の制御が実現され、その結果適切に線速の制御を行なうことができる。

以下、図３を用いて、本実施の形態における線引きの制御についてより具体的に説明する。図３は、本実施の形態におけるガラス光ファイバの線引速度（線速）、ガラス光ファイバの外径、光ファイバ母材の送り長（母材送り長）の制御の一例のタイミングチャートを示した図である。図３のタイミングチャートは一例であり、これに限定されるものではない。

なお、上記各制御は制御器Ｃにより行われる。具体的には、線速は、制御器Ｃがキャプスタンローラ１８の回転速度を制御することにより制御され、母材送り長は、制御器Ｃが昇降機構１１の昇降量を制御することにより制御され、ガラス光ファイバ３の外径は、制御器Ｃが、外径測定器１３からのデータに基づいて、昇降機構１１とキャプスタンローラ１８とを制御することにより制御される。また、母材送り長とは、所定の高さ位置を基準として、そこから下方への光ファイバ母材の送り長を意味する。

はじめに、第一線引き工程として、線速を時刻０における線掛速度から加速し、時刻ｔ２において第二線速Ｖ２よりも遅い第一線速Ｖ１とする。なお、線速はガラス光ファイバ３の外径がＤ２に増加するまでは線掛速度で一定としている。一方、母材送り長を時刻０においてゼロから増加させる。他方、ガラス光ファイバ３の外径を初期の外径Ｄ１から時刻ｔ１において外径Ｄ２に増加させる。このようにガラス光ファイバ３の外径を増加させるのは、不良部１ａを早く消費するためである。なお、本実施の形態では、外径を外径Ｄ１から外径Ｄ２に増加させているが、増加させずに、外径Ｄ１と外径Ｄ２とを等しくしてもよい。この場合は、線速は時刻０から加速させ、線速Ｖ１に達したら線速Ｖ１を維持するようにする。また、好ましい値としては、たとえば線速Ｖ１は３００〜１０００ｍ／分、外径Ｄ２は１００〜５００μｍである。また、外径Ｄ１は、外径Ｄ２と等しいかそれ以下の値である。

つぎに、ガラス光ファイバ３の外径が外径Ｄ２に到達後、ガラス光ファイバ３の外径を外径Ｄ２に維持するとともに、線速を線速Ｖ１に維持する。また、母材送り長は、ガラス光ファイバ３の外径が外径Ｄ２に維持されるように制御するが、本実施の形態では送り長Ｌ１を１５０ｍｍまで増加させた後に送り長Ｌ２を３５ｍｍまで減少させ、その後送り長Ｌ２から徐々に増加させている。このように、ガラス光ファイバ３の外径を増加させ、その後一定に維持する際に、送り長を一旦増大させて光ファイバ母材１の不良部１ａの溶融する量を多くし、その後適正な送り長に減少させるようにすると、不良部１ａを短時間で迅速に線引きして消費でき、かつ光ファイバ母材１の線引加熱炉１２への供給量が適正化されるので好ましい。

ここで、本実施の形態においては、制御器Ｃにおいて、線引きしたガラス光ファイバ３の線速と外径とをもとに、線引きしたガラス光ファイバ３の総体積を測定する。具体的には、ある時刻におけるガラス光ファイバ３の線速をＶ［ｍ／分］、外径をＤ［μｍ］とし、その時刻における１秒当たりの線引きしたガラス光ファイバ３の体積をδＷとすると、δＷは下記の式（１）により求められる。
δＷ＝πＤ^２／４×Ｖ／６０×１０^６［μｍ^３/s］ ・・・ （１）
したがって、式（１）におけるδＷを線引き開始時から積算することによって、線引きしたガラス光ファイバ３の総体積を測定することができる。

つぎに、時刻ｔ３において、線引きしたガラス光ファイバ３の総体積が所定の体積Ｗ１に達したら、第二線引き工程として、制御器Ｃは線速を線速Ｖ１から線速Ｖ２に加速するとともに、母材送り長を送り長Ｌ３に増加させる。一方、ガラス光ファイバ３の外径を外径Ｄ２から外径Ｄ３に減少させる。なお、外径Ｄ２と外径Ｄ３とが等しい場合は外径を減少させないようにする。

その後、時刻ｔ４において、線速が線速Ｖ２に到達したら、第三線引き工程として、制御器Ｃは線速を線速Ｖ２に維持し、母材送り長を送り長Ｌ３から徐々に増加させ、ガラス光ファイバ３の外径を外径Ｄ３に維持して、ガラス光ファイバ３を線引きし、製品となる光ファイバ４を製造する。なお、線速Ｖ２はたとえば１０００〜２０００ｍ／分であり、外径Ｄ３はたとえば８０〜１３０μｍ（ただし、外径Ｄ２と等しいかそれ以下の値）であり、送り長Ｌ３はたとえば２００ｍｍである。

ここで、図４は、光ファイバ母材１の先端部の状態の変化を示した図である。図４に示すように、時刻ｔ３における光ファイバ母材１の先端部は、不良部１ａのうち、体積Ｗ１の部分１ａｄが線引きされてガラス光ファイバ３となり、部分１ａｅが残存している状態となっている。この状態から、第二線引き工程において、線速を加速しながら線引きを行う間に、残存する部分１ａｅが線引きされる。その結果、線速が線速Ｖ２に到達した時刻ｔ４においては、不良部１ａがすべて消費されるので、良品部１ｂから所望の線速Ｖ２において、ガラス材料が浪費されること無く所望の規格を満たすガラス光ファイバ３が線引きされ、製品となる光ファイバ４が製造される。

なお、線速の加速を開始する際の、線引きしたガラス光ファイバ３の総体積Ｗ１は、たとえば光ファイバ母材１の不良部１ａの体積Ｗ０と、第二線引き工程において線引きできるガラス光ファイバ３の総体積Ｗ２とをもとに、Ｗ１＝Ｗ０−Ｗ２として設定することができる。この第二線引き工程において線引きできるガラス光ファイバ３の総体積Ｗ２［μｍ^３］は、線速Ｖ１、Ｖ２［ｍ／分］、線速を加速させる時間（ｔ４−ｔ３）［ｓ］、ガラス光ファイバ３の外径Ｄ２、Ｄ３［μｍ］を用いて、下記式（２）により求めることができる。なお、線速の加速は等加速度で行い、Ｄ２＝Ｄ３とする。
Ｗ２＝π×（Ｄ２）^２／４×（Ｖ２＋Ｖ１）／２×１０⁶×（ｔ４−ｔ３）［μｍ³］ ・・・ （２）
たとえば、Ｖ１＝７０ｍ／分、Ｖ２＝１２００ｍ／分、Ｄ２＝１２５μｍ、（ｔ４−ｔ３）＝６０分とすると、Ｗ２は４６７．６×１０¹²μｍ³である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ガラス光ファイバ３の線引きにおいて、ガラス材料の浪費等が防止されるように、適切に線速の制御を行なうことができる。

なお、上記実施の形態では、ガラス光ファイバの線速と外径とをもとに、線引きしたガラス光ファイバの総体積を測定しているが、本発明の他の実施の形態として、光ファイバ母材の質量の減少量をもとに線引きしたガラス光ファイバの総体積を測定してもよい。すなわち、光ファイバ母材の質量の減少量が線引きしたガラス光ファイバの質量に相当するとして、これをもとにガラス光ファイバの総体積を測定してもよい。かかる他の実施の形態を実施するには、たとえば光ファイバ母材の昇降機構に光ファイバ母材の質量を測定するためのロードセルを設ければよい。

また、上記実施の形態において、光ファイバ母材の不良部から線引きしたガラス光ファイバに対して被覆を形成しない場合には、ガラス光ファイバは非常に折れやすく、特に外径が太くなる程、少し曲げただけで折れてしまうようになる。そのため、ガラス光ファイバの外径を３００μｍ以下とすることが好ましい。また、ガラス光ファイバは太くなる程その有する熱量が大きくなる。したがって、ガラス光ファイバが直接、キャプスタンローラやガイドロール等のゴム製の部材に接触する場合には、ガラス光ファイバの温度が１００℃以下、好ましくは５０℃以下になるように冷却し、ガラス光ファイバの熱によるゴム製部材の破損を防止するようにすることが好ましい。

また、上記実施の形態では、第一線速が一定値であるが、一定でなくてもよい。たとえば、ガラス光ファイバの外径Ｄ２を外径Ｄ３に減少させる工程を、第一線引き工程において行なう場合、この外径の変化に応じて線速を変更してもよい。なお、この際の線速の変更の制御も、線引きしたガラス光ファイバの総体積をもとに行なうことが好ましい。

また、上記実施の形態では、光ファイバ母材の先端部に不良部がある場合を示したが、先端部以外の位置に不良部などの処理すべき部分がある場合に、その一端からガラス光ファイバを線引きする際にも、本発明を適用できる。

また、上記実施の形態では、線引きしたガラス光ファイバの総体積が所定値に達したときに線速を加速するようにしているが、本発明はこれに限られない。すなわち、線引きしたガラス光ファイバの総体積をもとに線速を変更する制御を行なうものであれば、従来よりも適切に線速の制御を行なうことができる。

１ 光ファイバ母材
１ａ 不良部
１ｂ 良品部
１ａａ、１ｂａ コア部
１ａｂ、１ｂｂ クラッド部
１ａｃ ダミー棒
１ａｄ、１ａｅ 部分
２ 支持棒
３ ガラス光ファイバ
４ 光ファイバ
１１ 昇降機構
１２ 線引加熱炉
１２ａ ヒータ
１３ 外径測定器
１４ 冷却塔
１５ａ プライマリダイス
１５ｂ セカンダリダイス
１６ａ、１６ｂ 樹脂
１７ａ、１７ｂ ＵＶランプ照射室
１８ キャプスタンローラ
１９ ガイドロール
１００ 製造装置
Ｃ 制御器

Claims (7)

1. ガラスからなる光ファイバ母材の一端を加熱溶融し、該一端からガラス光ファイバを線引きする方法であって、
   線引きしたガラス光ファイバの総体積を測定し、該測定した総体積をもとに、ガラス光ファイバの線速を変更する制御を行なうことを特徴とする光ファイバの線引き方法。
2. 前記ガラス光ファイバを第一線速にて線引きする第一線引き工程と、
   前記測定した総体積が所定値に達したときに、前記ガラス光ファイバの線速を、前記第一線速から第二線速まで加速する第二線引き工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの線引き方法。
3. 前記所定値を、前記光ファイバ母材の一端における廃棄すべき不良部の体積と、前記第二線引き工程において線引きできるガラス光ファイバの総体積とをもとに設定することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの線引き方法。
4. 前記ガラス光ファイバの線速と外径とをもとに前記総体積を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバの線引き方法。
5. 前記光ファイバ母材の質量の減少量をもとに前記総体積を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバの線引き方法。
6. 前記第二線引き工程後に、前記第二線速にて製品となるガラス光ファイバを線引きする第三線引き工程をさらに含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の光ファイバの線引き方法。
7. 前記第一線引き工程において、前記光ファイバ母材の送り長を一旦増加させた後に、前記送り長を減少させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の光ファイバの線引き方法。

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