JP2013220988A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度低下や断線などの不具合なくガラスファイバを良好に冷却す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】光ファイバ用母材を軟化させて線引きすることにより得られたガラスファイバＧ１を、冷却ガスの流れる冷却装置７の中を通過させて冷却した後、ガラスファイバＧ１の外周に被覆層を形成して光ファイバを製造する方法であって、冷却ガスを流し始める際に、ガラスファイバＧ１に当たる冷却ガスの流速を漸増させる。
【選択図】図２
【解決手段】光ファイバ用母材を軟化させて線引きすることにより得られたガラスファイバＧ１を、冷却ガスの流れる冷却装置７の中を通過させて冷却した後、ガラスファイバＧ１の外周に被覆層を形成して光ファイバを製造する方法であって、冷却ガスを流し始める際に、ガラスファイバＧ１に当たる冷却ガスの流速を漸増させる。
【選択図】図２
Description
本発明は、光ファイバ用母材から線引きされるガラスファイバを冷却した後、ガラスファイバの外周に被覆層を形成して光ファイバを製造する方法に関する。
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用母材の下端側を加熱して軟化させ、この軟化させた部分に張力をかけて引き伸ばすことで細径化されたガラスファイバとし、さらにその周囲に樹脂を被覆することにより得られる。この光ファイバ用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、線引きされた光ファイバは、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てボビン等に巻き取られる。
上記のように光ファイバを製造する際には、光ファイバ用母材から引き伸ばしたガラスファイバを冷却装置内へ通し、この冷却装置で、例えば、ヘリウムガス等の熱伝達率の高い冷却ガスをガラスファイバへ吹き付けることで強制的に冷却している（例えば、特許文献１〜３参照）。また、ガラスファイバを冷却する冷却装置としては、相互に突き合わされることによりガラスファイバが挿通可能な挿通孔を形成する一対の冷却装置本体を備えた半割り構造のものが知られている（例えば、特許文献４参照）。
ガラスファイバを冷却する効率を高めるためには、ガラスファイバが挿通される冷却装置の挿通孔の径を小さくすることが有効である。
但し、線引き開始時には、光ファイバ用母材から溶融させたガラスを自重で下方へ延ばした落とし種と呼ばれる部分をパスラインに掛けていく工程があり、冷却装置の挿通孔の径を単に小さくすると落とし種を通すことができない。また、線引き開始時では線速が低速であり、線振れが大きい。
但し、線引き開始時には、光ファイバ用母材から溶融させたガラスを自重で下方へ延ばした落とし種と呼ばれる部分をパスラインに掛けていく工程があり、冷却装置の挿通孔の径を単に小さくすると落とし種を通すことができない。また、線引き開始時では線速が低速であり、線振れが大きい。
このため、特許文献４に記載の技術のように、冷却装置を半割り構造にして、ガラスファイバの線引き開始からしばらくは冷却装置を開いた状態にして挿通孔を大きい状態にしておき、定常線速となる前に冷却装置を閉じて、冷却を開始する方法が採用されている。
しかしながら、ガラスファイバを冷却するために冷却ガスの噴出を開始すると、噴出された冷却ガスがガラスファイバへ急激に強く吹き付けられ、ガラスファイバに線振れが発生することがある。すると、ガラスファイバが冷却装置に接触して強度低下や断線等の不具合が生じることがある。
本発明の目的は、強度低下や断線などの不具合なくガラスファイバを良好に冷却す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光ファイバの製造方法は、光ファイバ用母材を軟化させて線引きすることにより得られたガラスファイバを、冷却ガスの流れる冷却装置の中を通過させて冷却した後、前記ガラスファイバの外周に被覆層を形成して光ファイバを製造する方法であって、
前記冷却ガスを流し始める際に、前記ガラスファイバに当たる冷却ガスの流速を漸増させることを特徴とする。
前記冷却ガスを流し始める際に、前記ガラスファイバに当たる冷却ガスの流速を漸増させることを特徴とする。
上記の光ファイバの製造方法において、一対の冷却装置本体を有する開閉可能な半割り構造の冷却装置を用い、前記冷却ガスを流し始めてから前記冷却装置を閉じることが好ましい。
上記の光ファイバの製造方法において、前記冷却ガスの流量を漸増させることが好ましい。
上記の光ファイバの製造方法によれば、冷却装置から冷却ガスを流し始める際に、冷却ガスの流速を漸増させるので、ガラスファイバに冷却ガスが急激に強く吹き付けられることがない。したがって、ガラスファイバの線振れの発生を防止することができ、ガラスファイバが冷却装置に接触することによるガラスファイバの強度低下や断線等の不具合を防止し、ガラスファイバを良好に冷却して線引きすることができる。
以下、本発明に係る光ファイバの製造方法の実施の形態の例について説明する。
まず、本発明に係る光ファイバの製造方法が適用される光ファイバの製造装置の例について説明する。
まず、本発明に係る光ファイバの製造方法が適用される光ファイバの製造装置の例について説明する。
図１に示すように、光ファイバの製造装置１は、その最も上流側に、光ファイバ用母材Ｇを加熱する加熱炉２を備えている。加熱炉２は、内側に光ファイバ用母材Ｇが供給される円筒状の炉心管３と、この炉心管３を囲む発熱体４とを備え、発熱体４を発熱させることで炉心管３の内側の空間に光ファイバ用母材Ｇを軟化させる加熱領域が形成される。また、加熱炉２には、加熱領域にヘリウムや窒素等のパージガスを供給するガス供給部５が設けられている。
光ファイバ用母材Ｇは、送り手段６によってその上部が支持されて、炉心管３の内側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内に供給された光ファイバ用母材Ｇは、その下端側が加熱領域内で加熱されて軟化し、下方に引き伸ばされて細径化され、樹脂被覆前のガラスファイバＧ１が形成される。
加熱炉２の下（下流側）には、ヘリウムガス等の冷却ガスを用いた冷却装置７が設けられており、加熱炉２を出た直後のガラスファイバＧ１は、この冷却装置７によって強制的に冷却される。これにより、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。
また、冷却装置７の下流側には、例えばレーザ光式の外径測定器８が設けられており、冷却装置７を出たガラスファイバＧ１は、この外径測定器８によりその外径が測定され、線引き時におけるガラスファイバＧ１の外径が管理される。
外径測定器８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ダイス９及び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１０が順に設けられている。このダイス９及び紫外線照射装置１０を通過したガラスファイバＧ１は、その外周に紫外線硬化型樹脂の被覆層が形成され、被覆付きの光ファイバＧ２とされる。
その後、光ファイバＧ２は、ガイドローラ１１，１２を介してキャプスタン１３に引き込まれ、スクリーニング装置１４及びダンサローラ１５，１６を介して巻き取りボビン１７に送られて巻き取られる。
次に、上記の光ファイバの製造装置１に設けられた冷却装置７の構造を説明する。
図２及び図３に示すように、冷却装置７は、一対の冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂを備えた開閉可能な半割り構造とされている。各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂは、互いに接近する方向および離れる方向へスライド可能である。そして、冷却装置７では、これらの冷却装置本体２１，２１Ｂが互いに離れる方向へ移動されることで隙間が形成された開状態となり、冷却装置本体２１，２１Ｂが互いに接近する方向へ移動されることで隙間なく突き合わされた閉状態となる。なお、ここでは一対（２分割）の例について説明するが、３分割（断面形状が三角形で、３方向で冷却装置が互いに接近したり離れたりする）や、４分割（断面形状が四角形で、４方向で冷却装置が互いに接近したり離れたりする）など、２分割以外の形態であってもよい。
図２及び図３に示すように、冷却装置７は、一対の冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂを備えた開閉可能な半割り構造とされている。各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂは、互いに接近する方向および離れる方向へスライド可能である。そして、冷却装置７では、これらの冷却装置本体２１，２１Ｂが互いに離れる方向へ移動されることで隙間が形成された開状態となり、冷却装置本体２１，２１Ｂが互いに接近する方向へ移動されることで隙間なく突き合わされた閉状態となる。なお、ここでは一対（２分割）の例について説明するが、３分割（断面形状が三角形で、３方向で冷却装置が互いに接近したり離れたりする）や、４分割（断面形状が四角形で、４方向で冷却装置が互いに接近したり離れたりする）など、２分割以外の形態であってもよい。
冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂは、互いの対向面側に、平面視半円弧状の凹部２８が形成されており、冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂ同士が相互に突き合わされることにより、これらの凹部２８によって挿通孔２９が形成される。そして、この挿通孔２９に、光ファイバ用母材Ｇから線引きされたガラスファイバＧ１が挿通される。
冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂには、ガラスファイバＧ１に沿う長手方向の２箇所に、吹出口２５Ａ，２５Ｂが設けられており、これらの吹出口２５Ａ，２５Ｂには、ヘリウムガス等の冷却ガスを供給する冷却ガス供給管２７Ａ，２７Ｂがそれぞれ接続されている。そして、各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂでは、冷却ガス供給管２７Ａ，２７Ｂから冷却ガスが供給されることで、各吹出口２５Ａ，２５Ｂから挿通孔２９の中心へ向かって冷却ガスを吹き出させる。
上記の冷却装置７としては、例えば、次のようなものが用いられる。なお、本発明に係る冷却装置は、上記の形態および下記の形態のものに限定されない。例えば、吹出口は２つより多くてもよく、帯状に開口した形状であってもよい。また、挿通孔や吹出口の形状は四角など他の形状であってもよく、径も変更可能である。
挿通孔２９の径：直径５ｍｍ
ガラスファイバＧ１に沿う長さ寸法：５ｍ
吹出口２５Ａ，２５Ｂの径：直径５ｍｍ
各吹出口２５Ａ，２５Ｂからの冷却ガスの１秒当たりの最大流量：１２５００ｍｍ３
各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂの移動距離：５０ｍｍ
各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂの移動速度：５０ｍｍ／秒
ガラスファイバＧ１に沿う長さ寸法：５ｍ
吹出口２５Ａ，２５Ｂの径：直径５ｍｍ
各吹出口２５Ａ，２５Ｂからの冷却ガスの１秒当たりの最大流量：１２５００ｍｍ３
各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂの移動距離：５０ｍｍ
各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂの移動速度：５０ｍｍ／秒
次に、上記構造の冷却装置７によるガラスファイバＧ１の冷却の仕方について説明する。
まず、冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂが開いた状態（図２参照）で、各吹出口２５Ａ，２５Ｂから一定流量の冷却ガスを流し始める。
そして、このように冷却ガスを流し始めてから冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂを移動させて冷却装置７を閉じる。
このとき、各吹出口２５Ａ，２５ＢがガラスファイバＧ１に近づいてくるため、ガラスファイバＧ１に当たる冷却ガスの流速は、漸増する。
まず、冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂが開いた状態（図２参照）で、各吹出口２５Ａ，２５Ｂから一定流量の冷却ガスを流し始める。
そして、このように冷却ガスを流し始めてから冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂを移動させて冷却装置７を閉じる。
このとき、各吹出口２５Ａ，２５ＢがガラスファイバＧ１に近づいてくるため、ガラスファイバＧ１に当たる冷却ガスの流速は、漸増する。
冷却装置７によるガラスファイバＧ１の冷却開始（冷却ガスの流出開始）後の時間に対するガラスファイバＧ１に当たる冷却ガスの流速の変化を、図４に示す。
本実施形態では、図４中Ａの場合のように、冷却装置７によるガラスファイバＧ１の冷却開始後に最大流速である６３６．６ｍｍ／秒とするまで、冷却ガスの流速を漸増させる。なお、このときの流速の最大変化の割合は、１６０６２ｍｍ／秒２である。
また、冷却開始時に冷却装置７を開いておくことで、図５（ａ）に示すように、冷却ガスが流れる領域である流出面積Ｓは大きくなり、冷却開始後に各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂを移動させて冷却装置７を閉じることで、図５（ｂ）に示すように、流出面積Ｓは小さくなる。したがって、この流出面積Ｓは、冷却開始時から次第に減少することとなり、各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂが突き合わされた状態では、冷却ガスは、挿通孔２９内を上下方向だけに流れることとなる。
図４中Ｂの場合のように、冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂ同士を互いに突き合わせて閉じた後に、吹出口２５Ａ，２５Ｂから冷却ガスを突如として最大流速で噴出させると（流速がゼロから瞬時に最大になると）、ガラスファイバＧ１に冷却ガスが急激に強く吹き付けられることとなる。すると、ガラスファイバＧ１に線振れが生じる。この線振れにより、ガラスファイバＧ１が冷却装置７に接触して強度低下や断線等の不具合が生じることがある。
これに対して、本実施形態によれば、冷却装置７から冷却ガスを流し始める際に、ガラスファイバＧ１に当たる冷却ガスの流速を漸増させるので、ガラスファイバＧ１に冷却ガスが急激に強く吹き付けられることがない。したがって、ガラスファイバＧ１の線振れの発生を防止することができ、ガラスファイバＧ１が冷却装置７に接触することによるガラスファイバＧ１の強度低下や断線等の不具合を防止し、ガラスファイバＧ１を良好に冷却して線引きすることができる。
特に、各冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂを開いた状態で吹出口２５Ａ，２５Ｂから冷却ガスを流し始めてから、冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂを移動させて半割り構造の冷却装置７を閉じることで、冷却ガスの流出面積を次第に小さくすることができる。これにより、ガラスファイバＧ１への冷却ガスの吹き付けの変化を緩やかにすることができる。
なお、上記実施形態では、冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂを閉じる前に各吹出口２５Ａ，２５Ｂから冷却ガスを流し始めて冷却ガスの流速を漸増させたが、冷却装置本体２１Ａ，２１Ｂを閉じた後に各吹出口２５Ａ，２５Ｂから冷却ガスを徐々に流し始めて冷却ガスの流速を漸増させても良い。
この場合も、ガラスファイバＧ１に冷却ガスが急激に強く吹き付けられることがない。したがって、ガラスファイバＧ１の線振れの発生を防止することができ、ガラスファイバＧ１が冷却装置７に接触することによるガラスファイバＧ１の強度低下や断線等の不具合を防止し、ガラスファイバＧ１を良好に冷却して線引きすることができる。
また、冷却ガスを流し始めてから冷却装置７を閉じることによりガラスファイバＧ１に当たる冷却ガスの流速を漸増させる場合、または冷却装置７を閉じてから冷却ガスを流し始めて冷却ガスの流速を漸増させる場合の何れの場合においても、冷却ガスの流量を漸増させることが好ましい。このようにすると、ガラスファイバＧ１への冷却ガスの吹き付けの変化をさらに緩やかにして、ガラスファイバＧ１の線振れの発生を防止することができ、ガラスファイバＧ１が冷却装置７に接触することによるガラスファイバＧ１の強度低下や断線等の不具合を防止し、ガラスファイバＧ１を良好に冷却して線引きすることができる。
１：光ファイバの製造装置、７：冷却装置、２１Ａ，２１Ｂ：冷却装置本体、２５Ａ，２５Ｂ：吹出口、２８：凹部、２９：挿通孔、Ｇ：光ファイバ用母材、Ｇ１：ガラスファイバ、Ｇ２：光ファイバ
Claims (3)
- 光ファイバ用母材を軟化させて線引きすることにより得られたガラスファイバを、冷却ガスの流れる冷却装置の中を通過させて冷却した後、前記ガラスファイバの外周に被覆層を形成して光ファイバを製造する方法であって、
前記冷却ガスを流し始める際に、前記ガラスファイバに当たる冷却ガスの流速を漸増させることを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 請求項１に記載の光ファイバの製造方法であって、
一対の冷却装置本体を有する開閉可能な半割り構造の冷却装置を用い、前記冷却ガスを流し始めてから前記冷却装置を閉じることを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法であって、
前記冷却ガスの流量を漸増させることを特徴とする光ファイバの製造方法。
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