JP2023147919A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線引速度上昇過程に掛かる時間を短縮することにより光ファイバ製造装置の稼働率を向上させる。
【解決手段】光ファイバの製造方法は、加熱炉において加熱された光ファイバ母材を線引きすることにより光ファイバを製造する。光ファイバの製造方法は、光ファイバを光ファイバ製造装置の巻取装置に線掛けして巻き取りを開始してから、光ファイバ母材を線引きする線引速度を上昇させる線速上昇ステップと、加熱炉の温度を、線引きするために光ファイバを光ファイバ製造装置の巻取装置に線掛けする際の加熱炉の温度から製品として使用される光ファイバを製造する際の加熱炉の温度まで上昇させる炉温上昇ステップと、を備えている。炉温上昇ステップの開始タイミングは、線速上昇ステップの開始タイミングより前または同時である。
【選択図】図２

Description

本開示は、光ファイバの製造方法に関する。

特許文献１は、初期線引速度から目標線引速度まで線引速度を上昇させながら光ファイバ母材を線引する線速上昇ステップと、目標線引速度および目標線引張力の条件の下で光ファイバ母材を線引きする定常線引きステップとを有する光ファイバの製造方法を開示している。この光ファイバ製造方法では、線速上昇ステップにおいて、初期線引速度から目標線引速度まで線引速度を上昇させる途中で線引張力を目標線引張力に維持することにより、線引速度上昇途中で所望の特性を有する光ファイバを製造している。

特開２００５－２６３５４５号公報

本開示は、線引速度上昇過程に掛かる時間を短縮することにより光ファイバ製造装置の稼働率を向上させる光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

本開示の光ファイバの製造方法は、加熱炉において加熱された光ファイバ母材を線引きすることにより光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であって、
前記光ファイバを光ファイバ製造装置の巻取装置に線掛けして巻き取りを開始してから、前記光ファイバ母材を線引きする線引速度を上昇させる線速上昇ステップと、
前記加熱炉の温度を、前記線引きするために前記光ファイバを前記光ファイバ製造装置の前記巻取装置に線掛けする際の前記加熱炉の温度から製品として使用される前記光ファイバを製造する際の前記加熱炉の温度まで上昇させる炉温上昇ステップと、
を備えており、
前記炉温上昇ステップの開始タイミングは、前記線速上昇ステップの開始タイミングより前または同時である。

本開示によれば、線引速度上昇過程に掛かる時間を短縮することにより光ファイバ製造装置の稼働率を向上させる光ファイバの製造方法を提供することが可能となる。

図１は、一実施形態に係る光ファイバの製造装置の構成を示す概念図である。 図２は、一実施形態に係る光ファイバの製造方法を説明するための図である。 図３は、加熱炉の温度とヒートゾーンの関係を示す図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
本開示の光ファイバの製造方法は、
（１）加熱炉において加熱された光ファイバ母材を線引きすることにより光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であって、
前記光ファイバを光ファイバ製造装置の巻取装置に線掛けして巻き取りを開始してから、前記光ファイバ母材を線引きする線引速度を上昇させる線速上昇ステップと、
前記加熱炉の温度を、前記線引きするために前記光ファイバを前記光ファイバ製造装置の前記巻取装置に線掛けする際の前記加熱炉の温度から製品として使用される前記光ファイバを製造する際の前記加熱炉の温度まで上昇させる炉温上昇ステップと、
を備えており、
前記炉温上昇ステップの開始タイミングは、前記線速上昇ステップの開始タイミングより前または同時である。

上記構成によれば、加熱炉の温度を上昇させるタイミングは、線引速度を上昇させるタイミングよりも前または同時に行われる。これにより、線速上昇ステップの初期段階で加熱炉内において溶融される光ファイバ母材のガラスの量が増加するので、速やかに線引速度が上昇する。結果として、線引速度上昇過程に掛かる時間を短縮することができ、光ファイバ製造装置の稼働率を向上させることができる。

（２）前記光ファイバ母材を前記加熱炉内に送り込むフィーダを下方へ移動させるフィーダ下降ステップを備えており、
前記フィーダ下降ステップの開始タイミングは、前記炉温上昇ステップの開始タイミングと同時でもよい。

上記構成によれば、加熱炉の温度を上昇させることによって加熱炉内のヒートゾーンが広がり、フィーダを下降させることによって加熱炉内のヒートゾーンに光ファイバ母材が送り込まれる。これにより、加熱炉内におけるガラスの溶融量が増加するので、速やかに線引速度を上昇させることができる。

（３）前記光ファイバ母材を前記加熱炉内に送り込むフィーダを下方へ移動させるフィーダ下降ステップを備えており、
前記フィーダ下降ステップの開始タイミングは、前記炉温上昇ステップの開始タイミングよりも後でもよい。

上記構成によれば、加熱炉の温度を上昇させることによって加熱炉のヒートゾーンが広がるので、既に加熱されていた光ファイバ母材のガラスの温度が上昇すると共に、加熱される光ファイバ母材のガラスの領域も広がる。これにより、速やかにガラスの溶融量が増加するので、フィーダが下降していない状態でも速やかに線引速度を上昇させることができる。

（４）前記フィーダ下降ステップにおける前記フィーダの移動速度は、１５ｍｍ／分以上９０ｍｍ／分以下でもよい。

上記構成によれば、フィーダの移動速度が１５ｍｍ／分以上であるので、加熱炉の温度の上昇によりガラスの溶融量が増加した状態で、光ファイバ母材が加熱炉のヒートゾーン（高温領域）に速やかに送り込まれる。その結果、ガラスの溶融量をより速やかに増加させることができ、線引速度をより速やかに上昇させることができる。他方、フィーダの移動速度が９０ｍｍ／分以下であるので、まだ加熱されていない比較的低温の光ファイバ母材が加熱炉のヒートゾーンに次々と送り込まれることによるガラスの溶融量の急激な減少を抑制し、線引速度の急激な変動が発生することを防ぐことができる。

（５）前記フィーダ下降ステップにおける前記フィーダの移動量は、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下でもよい。

上記構成によれば、フィーダの移動量が５０ｍｍ以上であるので、加熱炉の温度の上昇によりガラスの溶融量が増加した状態において、線引速度上昇中にガラスの溶融量が不足することを抑制できる。他方、フィーダの移動量が２００ｍｍ以下であるので、ガラスの溶融量が急激に増加することにより線引速度の急激な変動が発生することを防ぐことができる。また、製品として使用される光ファイバを製造する際の線引速度で線引きを行う際に、光ファイバ母材を、加熱炉内において光ファイバのガラス径を所望の値に維持するために必要なガラス溶融量となるように制御可能な位置に配置させることができる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光ファイバの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、以下の説明に用いられる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

（光ファイバの製造装置）
図１は、本実施形態に係る光ファイバの製造装置１の構成を示す概略図である。光ファイバの製造装置１は、光ファイバ母材Ｇを線引きしてガラスファイバＧ１を形成し、ガラスファイバＧ１の外周に樹脂を被覆して光ファイバＧ２を製造するように構成されている。光ファイバ母材Ｇは、例えば、石英ガラスを主成分とする光ファイバ母材である。

光ファイバの製造装置１は、フィーダ２と、加熱炉３と、樹脂塗布装置４と、樹脂硬化装置５と、引取装置６と、巻取装置７と、制御装置８と、を備えている。

フィーダ２は、光ファイバ母材Ｇを加熱炉３内に送り込むように構成されている。例えば、フィーダ２は、光ファイバ母材Ｇの上端部を把持する把持部２１を有している。フィーダ２は、把持部２１を下降させることにより、光ファイバ母材Ｇを加熱炉３に送り込む。

加熱炉３は、光ファイバ母材Ｇの下端部を加熱して軟化させるように構成されている。例えば、加熱炉３は、ヒータ３１を備えている。光ファイバ母材Ｇは、加熱炉３内に送り込まれて、その下端側がヒータ３１により加熱される。加熱により軟化した光ファイバ母材Ｇの下端部が下方に細く引き伸ばされることにより、ガラスファイバＧ１が形成される。

樹脂塗布装置４と樹脂硬化装置５は、ガラスファイバＧ１の走行方向（図１の下方）において加熱炉３の下流に配置されている。樹脂塗布装置４によりガラスファイバＧ１の周囲に樹脂が塗布され、樹脂硬化装置５により樹脂が硬化される。これにより、ガラスファイバＧ１の周囲に樹脂が形成された光ファイバＧ２が形成される。

引取装置６は、光ファイバＧ２を引き取って巻取装置７に送りだすように構成されている。例えば、引取装置６は、ベルト６ａとローラ６ｂを有している。ベルト６ａの回転とローラ６ｂの回転により光ファイバＧ２が引き取られる。巻取装置７は、引取装置６から送られてきた光ファイバＧ２を巻き取るように構成されている。例えば、巻取装置７は、回転しながら光ファイバＧ２を巻き取る。

制御装置８は、フィーダ２、加熱炉３、および引取装置６に電気的に接続されている。制御装置８は、外径測定装置や張力測定装置（図示せず）から取得されたガラスファイバＧ１や光ファイバＧ２の外径測定値や張力測定値などに基づいて、フィーダ２、加熱炉３、および引取装置６の動作を制御するように構成されている。具体的には、制御装置８は、フィーダ２（把持部２１）の移動速度または移動量、加熱炉３の温度、光ファイバ母材Ｇの線引速度（すなわち引取装置６による光ファイバＧ２の引取速度）を制御する。

（光ファイバの製造方法）
次に、図２を参照して、光ファイバの製造装置１を用いて製造される光ファイバの製造方法について説明する。
まず、線引きするためにガラスファイバＧ１を光ファイバの製造装置１に線掛けする。具体的には、フィーダ２により加熱炉３内に光ファイバ母材Ｇを挿入し、加熱炉３で光ファイバ母材Ｇの下端部を加熱する。加熱により溶融されたガラスの塊は自重により加熱炉３から落下する（種落とし）。加熱炉３から落下したガラスの塊は、所定のガラス径のガラスファイバＧ１になるように引っ張られて細径化される。細径化されたガラスファイバＧ１は、樹脂塗布装置４および樹脂硬化装置５内に通されて、引取装置６に掛けられて、低い線引速度（例えば１００ｍ／分以下）で引き取りながら巻取装置７に巻き付けられる（線掛け）。

図２の中段および下段のグラフに例示されるように、加熱炉３の温度は、ガラスの塊を生成させるために上昇させられる。次に、ガラスの塊を落下させた後、ガラスファイバＧ１を細径化させるために加熱炉３の温度が減少するように制御される。フィーダ２の位置は、ガラスの塊を生成するために下降させられる。次に、ガラスの塊を落下させた後、ガラスファイバＧ１を細径化させるためにフィーダ２の位置が上昇するように制御される。

次に、光ファイバ母材の線引きが行われる。具体的には、図２の上段のグラフに例示されるように、時刻ｔ０において巻取装置７による光ファイバＧ２の巻き取りが開始され、光ファイバ母材Ｇの線引速度を巻き取りを開始してから所定の線引速度Ｖ１まで上昇させながら光ファイバ母材Ｇの線引きが行われる（線速上昇ステップ）。なお、図２の上段のグラフにおいて時刻ｔ０より前の線掛け中の線引速度は低いため便宜上ゼロとしている。線引速度が所定の線引速度Ｖ１に到達する（時刻ｔ２）と、所定の線引速度Ｖ１（定常線速）を保った状態で光ファイバ母材Ｇの線引きが行われる（定常線引きステップ）。定常線引きステップにおいて製造された所望の特性を有する光ファイバが製品として使用される。例えば、線引速度Ｖ１は２０００ｍ／分である。

加熱炉３の温度は、光ファイバＧ２の線掛けが行われた際の温度Ｔ１から製品として使用される光ファイバＧ２を製造する際の温度Ｔ２まで上昇させられる（炉温上昇ステップ）。ここで、炉温上昇ステップの開始タイミングは線掛けを開始した後で加熱炉３の温度の上昇を開始したタイミングである。本実施形態においては、時刻ｔ０において加熱炉３の温度の上昇が開始される。すなわち、炉温上昇ステップの開始タイミングは、線速上昇ステップの開始タイミングと同時になるように制御される。例えば、温度Ｔ１は２０００℃であり、温度Ｔ２は２２５０℃である。

このように、加熱炉３の温度の上昇を開始するタイミングは、線引速度の上昇を開始するタイミング（巻取装置７により光ファイバＧ２の巻き取りを開始するタイミング）と同時に行われる。これにより、線速上昇ステップの初期段階で加熱炉３内において溶融される光ファイバ母材Ｇのガラスの量が増加するので、速やかに線引速度が上昇する。結果として、線引速度上昇過程に掛かる時間を短縮することができ、光ファイバの製造装置１の稼働率を向上させることができる。

フィーダ２は、光ファイバＧ２の線掛けが行われた際の位置Ｐ１から下方へ移動させられる（フィーダ下降ステップ）。加熱炉３の温度の上昇に加えて、フィーダ２を下降させることによって加熱炉３内に光ファイバ母材Ｇが送り込まれるので、線速上昇ステップの初期段階で加熱炉３内において溶融される光ファイバ母材Ｇのガラスの量を増加させることができる。

フィーダ２の移動速度は、加熱炉３の温度との関係に基づいて適宜設定されうる。例えば、加熱炉３の温度が上昇している間（炉温上昇ステップ中）のフィーダ２の移動速度は、１５ｍｍ／分以上９０ｍｍ／分以下になるように制御される。

一般的に、フィーダ２の移動速度が遅い（例えば、１０ｍｍ／分）と、加熱炉３内のヒートゾーンに速やかに光ファイバ母材Ｇを送り込むことができない。ガラスの溶融量を増加させるために加熱炉３の温度を上昇させると、線速上昇ステップの初期段階においては線引速度が速やかに上昇する。しかしながら、その後、フィーダ２の移動速度が遅い場合にはガラスの溶融量の増加速度に対して加熱炉３内のヒートゾーンに送り込まれる光ファイバ母材Ｇの供給速度が追いつかず、ガラスの溶融量が減少し線引速度を継続して速やかに上昇させることが難しくなる。

これに対して、フィーダ２の移動速度を１５ｍｍ／分以上とすることにより、加熱炉３の温度の上昇によりガラスの溶融量が増加した状態で、光ファイバ母材Ｇが加熱炉３のヒートゾーンに速やかに送り込まれる。その結果、ガラスの溶融量をより速やかに増加させることができ、線引速度をより速やかに上昇させることができる。他方、フィーダ２の移動速度を９０ｍｍ／分以下とすることにより、まだ加熱されていない比較的低温の光ファイバ母材Ｇが加熱炉３のヒートゾーンに次々と送り込まれることによるガラスの溶融量の急激な減少を抑制し、線引速度の急激な変動が発生することを防ぐことができる。これにより、線引速度の急激な変動による光ファイバＧ２の張力の急激な変動を防ぐことができ、光ファイバの製造装置のガイドローラ９などから光ファイバＧ２が外れて断線に至ることを防ぐことができる。

また、加熱炉３の温度が上昇している間（炉温上昇ステップ中）のフィーダ２の移動量（図２において位置Ｐ１から位置Ｐ２までの移動量）は、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下になるように制御されてもよい。フィーダの移動量を５０ｍｍ以上とすることにより、加熱炉３の温度の上昇によりガラスの溶融量が増加した状態において、線引速度上昇中にガラスの溶融量が不足することを抑制できる。他方、フィーダ２の移動量を２００ｍｍ以下とすることにより、ガラスの溶融量が急激に増加することにより線引速度の急激な変動が発生することを防ぐことができる。また、製品として使用される光ファイバを製造する際の線引速度で線引きを行う際に、光ファイバ母材Ｇを加熱炉３内において、光ファイバのガラス径を所望の値（例えばφ１２５μｍ）に維持するために必要なガラス溶融量となるように制御可能な位置に配置させることができる。

なお、本実施形態においては、フィーダ２の下降は、時刻ｔ１において開始されている。すなわち、フィーダ下降ステップの開始タイミングは、炉温上昇ステップの開始タイミングよりも後になるように制御される。しかしながら、フィーダ下降ステップの開始タイミングは、炉温上昇ステップの開始タイミングと同時になるように制御されてもよい。

図３に例示されるように、加熱炉３の内部は、ヒータ３１を中心としてヒートゾーン（高温領域）が広がっている。加熱炉３（ヒータ３１）の温度を上昇させると、温度の上昇に伴い加熱炉３のヒートゾーンが広がる。これにより、既に加熱されていた光ファイバ母材Ｇのガラスの温度が上昇すると共に、加熱される光ファイバ母材Ｇのガラスの領域も広がるので、速やかにガラスの溶融量が増加する。

一方、フィーダ２の下降により加熱炉３のヒートゾーンに光ファイバ母材Ｇを送り込む場合は、最終的なガラス溶融量は増加するものの、比較的低温のガラスを加熱する必要がある。したがって、フィーダ２を下降させる場合は、加熱炉３の温度を上昇させる場合に比べて、ガラスの溶融量が増加するには時間を要する。

したがって、速やかにガラスの溶融量を増加させて、速やかに線引速度を上昇させるためには、加熱炉３の温度上昇の開始タイミングは、フィーダ２の下降の開始タイミングよりも前かまたは同時になるように制御することが好ましい。

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

上記の実施形態では、炉温上昇ステップの開始タイミングは、線速上昇ステップの開始タイミングと同時になるように制御されている。しかしながら、炉温上昇ステップの開始タイミングは、線速上昇ステップの開始タイミングより前になるように制御されてもよい。これにより、線速上昇ステップの初期段階で加熱炉内のヒートゾーンが既に広がっているのでフィーダ２の下降によるガラス溶融量はより速やかに増加し、より速やかに線引速度が上昇する。結果として、線引速度上昇過程に掛かる時間をさらに短縮することができ、より好ましい。この場合、ガラスファイバＧ１の外径の増加によりガラスファイバＧ１が樹脂塗布装置４内に詰まるなどが発生しないように炉温上昇開始のタイミングや炉温の上昇速度などが適宜制御される。

１：光ファイバの製造装置
２：フィーダ
３：加熱炉
４：樹脂塗布装置
５：樹脂硬化装置
６：引取装置
６ａ：ベルト
６ｂ：ローラ
７：巻取装置
８：制御装置
９：ガイドローラ
２１：把持部
３１：ヒータ
Ｇ：光ファイバ母材
Ｇ１：ガラスファイバ
Ｇ２：光ファイバ
Ｐ１：位置
Ｐ２：位置
ｔ０：時刻
ｔ１：時刻
ｔ２：時刻
Ｔ１：温度
Ｔ２：温度
Ｖ１：線引速度

Claims (5)

1. 加熱炉において加熱された光ファイバ母材を線引きすることにより光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であって、
   前記光ファイバを光ファイバ製造装置の巻取装置に線掛けして巻き取りを開始してから、前記光ファイバ母材を線引きする線引速度を上昇させる線速上昇ステップと、
   前記加熱炉の温度を、前記線引きするために前記光ファイバを前記光ファイバ製造装置の前記巻取装置に線掛けする際の前記加熱炉の温度から製品として使用される前記光ファイバを製造する際の前記加熱炉の温度まで上昇させる炉温上昇ステップと、
   を備えており、
   前記炉温上昇ステップの開始タイミングは、前記線速上昇ステップの開始タイミングより前または同時である、光ファイバの製造方法。
2. 前記光ファイバ母材を前記加熱炉内に送り込むフィーダを下方へ移動させるフィーダ下降ステップを備えており、
   前記フィーダ下降ステップの開始タイミングは、前記炉温上昇ステップの開始タイミングと同時である、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記光ファイバ母材を前記加熱炉内に送り込むフィーダを下方へ移動させるフィーダ下降ステップを備えており、
   前記フィーダ下降ステップの開始タイミングは、前記炉温上昇ステップの開始タイミングよりも後である、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記フィーダ下降ステップにおける前記フィーダの移動速度は、１５ｍｍ／分以上９０ｍｍ／分以下である、請求項２または請求項３に記載の光ファイバの製造方法。
5. 前記フィーダ下降ステップにおける前記フィーダの移動量は、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である、請求項２から請求項４の何れか一項に記載の光ファイバの製造方法。

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