JP2633034B2 - 金属被覆光ファイバの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はガラス光ファイバの外周に金属、例えばアル
ミを被覆した金属被覆光ファイバの製造法に関するもの
である。

（従来の技術と解決しようとする課題） コアおよびクラッド層が共に石英ガラス等のガラスよ
り成るガラス光ファイバの直上にアルミを被覆したアル
ミ被覆ファイバは、耐熱性に優れていること、水素がガ
ラス光ファイバの内部に拡散するのを防止し透光性の劣
化がないこと、静疲労特性が優れていることから、これ
らの特徴を生かした用途における需要が増大している。

アルミ被覆光ファイバの製造は、ガラス光ファイバの
線引きとアルミ被覆の被覆とが同一工程中で連続して行
われ、プリフォーム母材を電気炉等の加熱源により高温
に加熱し、母材の先端からガラス光ファイバを引き出す
ことにより線引きし、この線引きされたガラス光ファイ
バを直ちに溶融アルミ中に導き、光ガラスファイバの周
囲に溶融アルミを凝固付着させてアルミ被覆を形成さ
せ、これを引取装置により引き取るという方法で行われ
ている。

アルミ被覆光ファイバの需要が拡がり、その適用分野
が拡大するにつれアルミ被覆光ファイバのコア径、クラ
ッド層厚さおよび屈折率分布、並びにアルミ被覆層の厚
さについても多様な要求が生じ、これらの要求に応じた
アルミ被覆光ファイバの構造設計および製造が必要にな
ってきた。例えば、ガラス光ファイバの外径にしても90
〜1200μｍの広範囲なサイズが要望されたり、この上に
被覆するアルミ被覆も10〜60μｍの範囲の種々の厚さが
要望されたりする情況にある。

ガラス光ファイバ自体の製造について言えば、ガラス
光ファイバはこれと相似の断面構造と屈折率分布を有す
るプリフォーム母材から母材の断面をそのまま縮少した
ファイバとして線引きされるものであるから、母材の製
造がキイポイントになるが、これ迄にも種々の構造の母
材が製作されてきた実績であり、アルミ被覆光ファイバ
に対する多様な要求を満たすようにガラス光ファイバ自
体を製造することについては技術的にさしたる問題はな
い。

一方、アルミ被覆光ファイバのアルミの厚さを多様な
要求に応え得るように変化させることについては、これ
迄あまり検討されておらず、適当な手段がなかった。尤
も、アルミ被覆光ファイバの引取速度を変化させること
によりアルミ被覆の厚さを或る程度は変化させることが
できるが、変化させ得る厚さの範囲が狭いだけでなく、
引取速度を速くするとアルミ被覆の表面に波打ちが生じ
外観を損うことになったり、引取速度を遅くするとアル
ミとガラスが化学的に反応する時間が長くなる結果、機
械強度が著しく低下することがあり、更にそれだけ生産
性を低下させることになる等、アルミ被覆の厚さの調整
のために引取速度を変えることは別な面において不都合
をもたらすことが多い。また、ガラス光ファイバに凝固
付着させられる溶融アルミの温度が変化すれば、アルミ
被覆の厚さも或る程度変化するが、溶融アルミの温度を
アルミ被覆の厚さの調整手段とすることは、アルミ被覆
の品質に対する影響等から適切ではない。

以上はガラス光ファイバ上にアルミを被覆する場合に
ついて説明したが、ガラス光ファイバ上にアルミ以外の
金属、例えば錫、半田合金、ニッケルクロム合金等を被
覆する場合においても全く同様である。

本発明は、上述の点に鑑み、金属被覆光ファイバの金
属被覆の厚さを広範囲にかつ容易に調整することができ
る金属被覆光ファイバの製造法を提供することを目的と
する。

（発明の構成） 本発明は、ガラス光ファイバを線引きした直後に溶融
金属中に導き、ガラス光ファイバの周囲に金属を被覆す
る金属被覆光ファイバの製造法において、ガラス光ファ
イバを溶融金属中に導く前に、ガラス光ファイバがその
引取方向に延長する冷却管の内部を通過させられると共
に、該冷却管内に室温もしくはそれ以下の温度の気体を
流し、該気体の流量を調節することにより金属被覆の厚
さを所望値に設定することを特徴とする。

ガラス光ファイバ上に被覆する金属としては、アルミ
が最も普通であるが、錫、鉛、亜鉛、半田合金、ニッケ
ルクロム合金、銅、鉄、ステンレス等の種々の金属を用
い得る。本発明の製造法はこれらの種々の金属をガラス
光ファイバ上に被覆する場合に対して均しく適用できる
ものである。

以下、図面に基づき本発明の構成の具体例および冷却
装置の好ましい例等について詳細説明する。

第１図は本発明の方法によりアルミ被覆光ファイバを
製造する場合の説明図である。１は例えば石英系ガラス
より成るプリフォーム母材であり、２はプリフォーム母
材を加熱する加熱源である電気炉である。電気炉により
約2200℃に加熱された母材の先端からガラス光ファイバ
３が下方に引き出され、線引きされる。線引きされたガ
ラス光ファイバ３は、非接触型の外径測定器10により外
径が測られのち、電気炉２の下方に電気炉２と溶融アル
ミ被覆装置５との間にガラス光ファイバ３の引き出し路
に沿って延長するように設けられた冷却管４の内部を通
過し、管４の下方に設けられた溶融アルミ被覆装置５の
入口ダイ51を通じて溶融アルミ53中に導かれる。

冷却管４の下部にある気体入口42には導管44を介して
流量計45、流量調整弁46、開閉弁47および気体供給源48
たとえばヘリウムガスボンベが接続されている。気体入
口42から冷却管４内に入った気体は管４内を上方に、す
なわちガラス光ファイバ３の引き出し方向と逆方向に、
ガラス光ファイバを冷却しながら流れ、冷却管４の上端
43から排出される。冷却管４内を流れる気体の流量は流
量調整弁46により調節される。冷却管内に流す気体とし
ては室温又はそれ以下の温度のヘリウムガス、窒素ガ
ス、空気等を用いることができるが、ヘリウムガスは熱
伝導率が良く、冷却能力が優れているので、冷却管４内
に流す気体として好ましいものである。冷却管４は一定
の長さを有する固定長の管であっても差支えはないか、
例えば望遠鏡式に長さを可変にできるる構造にするのが
好ましい。このような構造にすることにより、線引きさ
れたガラス光ファイバ３の引取速度が同一の場合でも、
該ガラス光ファイバ３が冷却管４内を流れる気体に接
し、冷却される時間を調整できるので、冷却管４の長さ
をガラス光ファイバ３が管４内を流れる気体により冷却
される度合を調整する補助手段として利用できる。冷却
管４の気体入口42は管４の中央部に設け管内に流入した
気体が管内を上下に分流するようにしてもよい。或は気
体入口42を冷却管４の上部に設け気体を下方に流すよう
にしてもよいが、管内を流す気体として空気より比重が
小さいヘリウムガスを用いる場合には、第１図に示すよ
うに気体入口42を冷却管４の下部に設け気体を上方に流
すようにするのがよく、これはまたガラス光ファイバの
冷却効率の点からも望ましい。また冷却管４の気体入口
42は、流入する気体の流れによりガラス光ファイバを流
れの方向に偏位させ、振動させることがないように、例
えば第２図の縦断面図に示すように管本体41を囲む円環
状のダム部420を設け、該ダム部420の内側環状面421に
円周方向に均等に設けた多数の通口422を通じて、導管4
4からダム部420に流入した気体を管本体41内に流入させ
るようにするのが望ましい。また、冷却管４の上端およ
び下端は、例えば写真機の絞りと同様な構成の、ガラス
光ファイバの出入口の口径を自由に調整できる構造とす
るのが好ましい。これにより冷却管４の上下端からの気
体の流出を適宜に調節できる。冷却管４内を流れた気体
の管外への排出については、冷却管の上端又は下端から
冷却管の長さ方向に排出されるようにしてもよい。或は
冷却管の上端又は下端近くの側面に排出口を設け、これ
から排出されるようにしてもよい。

冷却管４を通過したガラス光ファイバは溶融アルミ被
覆装置５の溶融るつぼ54で溶融されたアルミ53中に入口
ダイ51を通じて導入され、ガラス光ファイバの周囲に溶
融アルミが凝固付着してアルミ被覆が形成され、出口ダ
イ52からアルミ被覆光ファイバ６が引き出される。引き
出されたアルミ被覆光ファイバ６は外径測定器11を通
り、引取装置７により引き取られ、ダンサーロール８を
介して巻取ロール９に巻き取られる。

ガラス光ファイバの外径は前記の通り線引き直後に非
接触型の外径測定器10により測られ、この出力信号によ
り引取装置７の引取速度変えて線径を制御することがで
きる。アルミ被覆光ファイバの外径は外径測定器11によ
り測定される。アルミ被覆の厚さをオンラインで測定す
ることは容易ではないので、アルミ被覆の厚さを測定
し、これを調整するよりも、アルミ被覆光ファイバの外
径を測定し、外径を厚さ設定の調整対象とし、間接的に
アルミ被覆厚さを調整するのが便利である。その調整は
冷却管４内を流す気体の流量を調節することにより行い
うる。すなわち、測定されたアルミ被覆光ファイバの外
径が所定径より大きければ、流量調節弁46を調節し、冷
却管４内を流す気体の流量を減少させることにより、ア
ルミ被覆の厚さを薄くして所定径に設定することができ
る。逆に測定されたアルミ被覆光ファイバの外径が小さ
ければ、流量調節弁46を調節して気体の流量を増加させ
ることによりアルミ被覆厚を厚くして所定径に設定する
ことができる。これらの操作は外径測定器11で得られた
測定値を流量調節装置にフィードバックして自動的に行
うこともできる。

（作用） 線引きされたガラス光ファイバは下方に引き出される
と共に急速に冷却し、従来のように自然冷却に委ねた場
合においても、溶融金属中に導入される直前のガラス光
ファイバの温度は、引取速度の大小により異るが、70〜
140℃程度に迄降下する。従って、高温の溶融金属中に
ガラス光ファイバが導入されると、まず、ガラス光ファ
イバに接した溶融金属が冷却されてガラス光ファイバの
周囲に凝固付着する過程が進行する。この凝固付着が飽
和状態に達すると同時に周囲の高温の溶融金属の熱によ
り再溶融する過程が始まり、この再溶融はガラス光ファ
イバが溶融金属中を移動し、溶融金属中から導出される
前の間継続する。この凝固付着する金属層の厚さは、溶
融金属中に導入されるガラス光ファイバの温度が低いほ
ど大きい。一方再溶融する金属の量は溶融金属中をガラ
ス光ファイバが通過する時間に依存し、引取速度が小さ
い場合には再溶融量が大きくなる。ガラス光ファイバの
外周に被覆される金属被覆の厚さは、この凝固付着と再
溶融とのバランスにより定まる。

本発明においては、線引きされたガラス光ファイバは
その引取方向に延長する冷却管の内部を通過させられ、
該冷却管内に室温もしくはそれ以下の温度の気体を流す
ことにより冷却され、しかもその冷却は流す気体の流量
を調節することにより調整される。このような調整によ
ってガラス光ファイバが溶融金属中に導入されたときガ
ラス光ファイバ外周に凝固付着する金属層の厚さが変
り、一方、再溶融量は引取速度が一定であれば余り変ら
ないので、結局、金属被覆層の厚さを、冷却装置に流す
気体の流量を調節することにより変えることができる。

実際に、線引き温度、溶融アルミの温度、冷却管の長
さを一定にして、引取速度v₁およびv₂をパラメータとし
て、アルミ被覆の厚さと管４内に流す気体（ヘリウム）
の流量との関係を求めた所、第４図に示すような関係を
得た。

また、冷却管４に流す気体の流量の調節と併せて、冷
却管４の長さを調節することによってガラス光ファイバ
が気体に接し冷却される時間を調整し、アルミ被覆の厚
さを所望値に設定することもできる。

従来のようにガラス光ファイバが自然冷却されている
場合には、引取速度を小さくすれば、溶融金属に導入さ
れるガラス光ファイバの温度は低くなり、金属の凝固付
着量は大きくなるが、溶融金属中を移動する時間が長く
なり再溶融量が大きくなるので、結局、金属被覆層の厚
さは薄くなり、ガラス光ファイバの周面の一部に金属被
覆が形成されていない、いわゆる片面コートを生じるこ
ともある。逆に、引取速度を大きくすれば、再溶融量は
小さいが、溶融金属中に導入されるガラス光ファイバの
温度が高くなり、元々の凝固付着量が小さいので、金属
被覆の厚さはそれ程厚くならない。これ迄の金属被覆光
ファイバの製造法において引取速度を大きく変えても金
属被覆の厚さは狭い範囲でしか変らない所以である。

なお、ガラス光ファイバの初期強度を維持させるため
にガラス光ファイバの線引き直後にシリコン樹脂等のポ
リマーのプリコートを被覆する場合に、本発明と同じよ
うに、線引き直後のガラス光ファイバが清浄な気体が流
されている冷却管内を通過させられ、冷却されることが
特開昭52−120840号公報に記載されているが、これはガ
ラス光ファイバにプリコートが施されるまでの間を清浄
な雰囲気に保ち、また厚さむら、ぬれむらのない均一な
プリコートを形成させ、ガラス光ファイバの機械的強度
を向上させることを目的とするものである。上記特開記
載の場合にはプリコートの厚さはポリマー塗装装置の絞
りダイの孔径によって定まり、ガラス光ファイバの温度
には関係しないし、一方、本発明の場合においては溶融
金属から金属被覆光ファイバを導出する出口ダイの孔径
は金属被覆の厚さには本質的に関係しない。すなわち上
記特開記載の技術と本発明とは似て非なるもので、目
的、作用、効果を異にする。

（実施例） （実施例１〜３および比較例） 中心層が純石英ガラス、中央層がBF₃をドープしたド
ープド石英ガラス、外側層が石英ガラスより成る三層構
成の外径20mm、長さ500mmのプリフォーム母材を電気炉
により2270〜2280℃に加熱し、母材の先端からコア径20
0μｍ、外径250μｍのガラス光ファイバを70m/分の速度
で線引きした。線引きされたガラス光ファイバは、電気
炉の下端から530mm離れて上端が位置させられた内径50m
m、長さ820mmの冷却管の内部を通過させられ、次に、該
冷却管の下端から1500mm下方に位置させられた入口ダイ
を通じて溶融アルミ被覆装置内の溶融アルミ中に導かれ
た。溶融アルミの炉設定温度は750℃とした。該アルミ
被覆装置の出口ダイから引き出されたアルミ被覆光ファ
イバは、出口ダイ下方の引取装置により引き取られ、ダ
ンサーロールを介して巻取リールに巻き取られた。この
際冷却管の下端部に設けた気体入口から、ヘリウムガス
ボンベから常圧近くに、降圧されて供給されるヘリウム
ガスを夫々5l/分、10l/分、15l/分の流量で管内を流し
た所、第１表に示すようなアルミ被覆が得られた。

比較例としてヘリウムガスを管内に流さなかった場合
のアルミ被覆についても第１表に示している。

（実施例４） 冷却管の長さを420mmとし、ヘリウムガスの流量を3l/
分とした以外は実施例１〜３と全く同じくしてアルミ被
覆光ファイバを製作し、厚さ15μｍの外観良好なアルミ
被覆を得た。

（実施例５〜６） 実施例１〜３の母材と同じく三層構成であるが、各層
の寸法構成を実施例１〜３の母材とは異にする外径30m
m、長さ500mmの母材を電気炉により2270〜2280℃に加
熱、母材の先端からコア径400μｍ、外径500μｍのガラ
ス光ファイバを30m/分の速度で線引きした。線引きされ
たガラス光ファイバは直ちに実施例１〜３の場合と同じ
く設置された冷却管、アルミ被覆装置、引取装置等を通
され、アルミ被覆を施され、巻取リールに巻き取られ
た。冷却管の内部には夫々10l/分、15l/分の流量でヘリ
ウムガスを流した所、第２表に示すようなアルミ被覆が
得られた。

（発明の効果） 上記した通り、本発明によれば、線引き直後のガラス
光ファイバをその引取方向に延長する冷却管内に通し、
冷却管内に室温もしくはそれ以下の温度の気体を流し、
流す気体の流量を調節することにより、金属被覆光ファ
イバの金属被覆の厚さを広範囲に変えることができ、金
属被覆の厚さを所望値に設定することができる。従っ
て、金属被覆光ファイバの金属被覆の厚さに対する多様
な要望に応えることが可能である。また、本発明におい
ては、金属被覆の厚さを所望値に設定するための制御操
作としては冷却管内に流す気体の流量を調節すればよい
ので、製造工程の制御性、操作性が優れている利点があ
る。更に、これ迄の線引きされたガラス光ファイバを自
然冷却させている場合に較べて厚さ、表面状態がより安
定した金属被覆を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造法を説明する工程説明図であり、
第２図は本発明における冷却管の気体入口の一例を示す
縦断面図である。第３図は、本発明に従い冷却管内に流
す気体の流量を調節したときに得られたアルミ被覆の厚
さと気体の流量との関係をガラス光ファイバの引取速度
をパラメータとして示した図である。 （符号の説明） １…プリフォーム母材、２…電気炉、３…線引きされた
ガラス光ファイバ、４…冷却管、41…管本体、42…入
口、43…冷却管の上端、44…導管、45…流量計、46…流
量調節弁、47…減圧開閉弁、48…気体供給源、420…気
体入口の円環状のダム部、421…ダム部の内側環状面、4
22…通口、５…溶融アルミ被覆装置、51…入口ダイ、52
…出口ダイ、53…溶融アルミ、54…溶融るつぼ、６…ア
ルミ被覆光ファイバ、７…引取装置、８…ダンサーロー
ル、９…巻取リール、10および11…外径測定器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 紘幸 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電 線工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭57−106542（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−65048（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−208345（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス光ファイバを線引きした直後に溶融
   金属中に導き、ガラス光ファイバの周囲に金属を被覆す
   る金属被覆光ファイバの製造法において、ガラス光ファ
   イバを溶融金属中に導く前に、ガラス光ファイバがその
   引取方向に延長する冷却管の内部を通過させられると共
   に、該冷却管内に室温もしくはそれ以下の温度の気体を
   流し、該気体の流量を調節することにより金属被覆の厚
   さを所望値に設定することを特徴とする金属被覆光ファ
   イバの製造法。
2. 【請求項２】ガラス光ファイバを線引きした直後に溶融
   金属中に導き、ガラス光ファイバの周囲に金属を被覆す
   る金属被覆光ファイバの製造法において、ガラス光ファ
   イバを溶融金属中に導く前に、ガラス光ファイバがその
   引取方向に延長する可変長の冷却管の内部を通過させら
   れると共に、該冷却管内に室温もしくはそれ以下の温度
   の気体を流し、該気体の流量と可変長の冷却管の長さと
   を調節することにより金属被覆の厚さを所望値に設定す
   ることを特徴とする金属被覆光ファイバの製造法。