JP2765033B2 - 光ファイバーの線引方法 - Google Patents

光ファイバーの線引方法

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    • C03B2205/00Fibre drawing or extruding details
    • C03B2205/40Monitoring or regulating the draw tension or draw rate

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイバーの線引方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
ガラス母材を線引きして光ファイバーを製造する従来
技術としては、例えば第2図に示すように、光ファイバ
ー用母材1を線引炉2で加熱・溶融し巻取装置6により
ある線速で巻き取ることによりファイバー化するが、線
引炉から線引されたままの所謂裸ファイバー11では非常
に傷つきやすく、また水分等の影響をうけるので、通常
ダイス等の樹脂コーティング装置4で紫外線硬化型樹脂
や熱硬化型樹脂等を塗布し、続いて樹脂硬化装置5で該
樹脂を硬化させて被覆光ファイバーとして巻き取る。ま
た、この際に線引された裸ファイバーの外径を外径測定
器3で測定して設定値の外径のファイバーとなるように
条件を制御しつつ線引することも行われている。
従来このファイバー外径測定器の設置位置については
特に注目されることはなく、例えば特開昭61−295260号
公報に図示されているように、線引炉直下に設置する場
合が殆どであった。
あえて設置位置を限定する要因を挙げるとすれば、線
引炉下部よりの強烈な輻射光が外径測定器に直接当た
り、異常な高温とならないことが重要であった。
また、外径測定器からの信号を用いて線速を変えファ
イバー径変動を抑える制御機能を持たせる場合、制御の
時間遅れを短くし、制御ゲインを上げる為には、外径測
定器は線引炉に近い方が良いと考えられていた。
従って従来ファイバーの製造では良好な樹脂コーティ
ングを行うため、外径測定器3とコーティングダイ4の
間は線引炉2と外径測定器3の間よりも距離が長いか、
あるいは外径測定器3とコーティングダイ4の間に強制
冷却装置が設置されるのが通常であった。
上記の例外としては本発明者等が特願昭63−302322号
明細書において提案したような、いわゆるハーメチック
コートを施す場合に外径測定器と線引炉の間の距離をと
ることが開示されているが、その位置についてまで厳密
に限定するものではない。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来、この種の線引方法においては、線速は高々100m
/min程度であったが、近年その速度向上には目覚ましい
ものがあり、実験レベルでは 〜1000m/minと従来より
1オーダー高い速度が実現した報告もある。ところが、
このような高速線引を第2図のように線引炉直下に外径
測定器を設置した構成で行うと、ファイバー外径の仕上
がり径は外径測定器で測定された値より極端に小さいも
のとなることがわかり問題となっていた。一方ではファ
イバーとファイバーの接続の為、ファイバー外径の絶対
値の保証精度及び外径の変動に対する要求がますます厳
しくなってゆくなか、外径測定精度の向上が開発の急務
となっている現状である。
要求される外径精度としては、例えば石英ファイバー
では125μm±1μmが一般的となりつつある。外径測
定器自体の精度,製造時の外径変動等を考慮すると、前
述の線引装置に設置された外径測定器による測定結果と
仕上がり径の差は少なくとも外径の0.5%以下とする必
要がある。従って、高速線引でも外径測定器の測定結果
と仕上がり径の差を0.5%以下とできる技術の開発が新
しい課題として注目され始めた。
本発明はこのような事情からなされたものであって、
高速線引においてもファイバー外径の絶対値の保証精度
が高い線引方法、特に外径測定器での測定結果と実際の
仕上がり径の誤差を従来より小さくできる光ファイバー
の線引方法を提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は上記の目的を達成すべく研究努力の結
果、高速線引では従来注目されることのなかった外径測
定器の設置位置がその測定結果に大いに影響し、これを
適正にすることで誤差を小さくできるという新しい知見
を得、これにより本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は光ファイバー用母材を加熱溶融し
つつ張力をかけて光ファイバーに線引する方法におい
て、線引炉からその出口でのファイバー径に対して該張
力をかけた状態での光ファイバー外径の収縮が大きくな
るような高線速で線引し、線引された光ファイバーでか
つその表面に被覆を形成される以前の光ファイバーの外
径を、該張力をかけた状態での光ファイバー外径の収縮
が0.5%以下でかつ尚収縮が完了していない位置で測定
し、得られた測定値と設定値の偏差信号により線引条件
を制御しつつ線引きすることを特徴とする光ファイバー
の線引方法である。
本発明の特に好ましい方法としては外径測定位置での
光ファイバー温度が光ファイバー素材のガラス軟化点以
下であることを特徴とする上記線引方法が挙げられる。
また上記偏差信号により線速を変化させることにより
光ファイバー外径を制御しながら線引することを特徴と
する上記方法も特に好ましい本発明の実施態様である。
第1図は本発明の一具体例であって、1は光ファイバ
ー母材、2は線引炉、3は外径測定器、4は樹脂コーテ
ィングダイ、5は硬化装置、6は引取装置であり、線引
炉22で加熱溶融された光ファイバー母材1は張力をかけ
て線引されることで光ファイバー11となり、図示されて
いない巻取装置により巻取ドラムに光ファイバー11が巻
き取られる。またZは線引炉出口から外径測定器3まで
の距離を表す。通常は硬化装置5と巻取装置6の間にさ
らに1組のコーティングダイ、硬化装置が設けられる。
本発明では張力をかけた状態での光ファイバー外径の収
縮が0.5%以下となる位置に外径測定器3を設ける点に
特徴があり、結果的には従来通常であった外径測定器の
設置位置より下方にずらして設置することになる。
〔作用〕
一般に線引炉内では光ファイバー母材はその温度(従
って粘度)の長手方向の変化に従って下方に漸次縮径し
てゆく。また、この縮径部の形状は線速により変化し、
高線速となるに従って、線引炉出口での外径は太く、線
引炉出口での温度は高くなる。もちろんこの形状は母材
外径,線引炉構造要因として加熱長、炉出口の形状ある
いはガス流速,ガス種により様々となる。従って本発明
は単に線引炉出口あるいは中心と外径測定器の距離を規
定するものではなく、より総括的なものである。
線引炉を出た後の線引炉出口から距離Zの位置にある
光ファイバー温度T(℃)は、概ね次式(I)で表され
ることが知られている。
T=TO+(TS−TO)exp(−a・Z/VF) …(I) ここで、 TO:室温(℃)、 TS:線引炉を出た直後のファイバー温度(℃)、 Z :線引炉出口から測定位置迄の距離(m)、 VF:線速(m/分)、 a :ファイバー径、比熱、及びファイバーと雰囲気との
熱伝達率による定数 である。
上記(I)式からも判る通り、線引炉から一定距離Z
の位置で考えると高線速即ちVFが大きくなる程ファイバ
ー温度は高くなる。
この点につき本発明者等は第1図の構成で300m/minま
で安定製造の可能な装置を用いてファイバー母材1の縮
径部より外径測定器までの距離Zを種々に変化させて線
引を行い外径測定器での測定値と実際に製造されたファ
イバーの外径を樹脂被覆を除去して測定してみるという
実験を繰り返し行った結果、線速が300m/min以上のとき
に外径測定器3の位置で製造時の線引張力がかけられた
際の光ファイバーの外径収縮が0.5%であるような温度
以下にファイバーが冷却されていれば、測定値と実際に
製造されるファイバー径の間の誤差が0.5%以下にでき
ることが判った。
従って、上記(I)式からの推定及び数回の実験を行
なうこと、例えば上記実験のように外径測定器の位置を
変え実際に製造されたファイバーの外径と比較すること
により外径収縮が0.5%以下となる位置を求めておい
て、ここに外径測定器を設置して製造すればよいわけで
ある。
なお、外径測定器の位置については、ある温度でのフ
ァイバー温度を求め、製造時の張力及びその温度でのフ
ァイバーの弾性に関する物性値或いは粘度から目安を付
けることもできる。
〔実施例〕
実施例1 第1図の構成で300m/minまで安定製造の可能な装置を
用いて光ファイバー母材1の縮径部より外径測定器まで
の距離Zを0.4mから0.8mに変化させて線引を行い、外径
測定器での測定値と実際に製造されたファイバーの外径
を樹脂被覆を除去して測定してみた。その他の条件は以
下の通りである。母材外径25mm、線引速度300m/min、室
温(TO)25℃、線引炉を出た直後のファイバー温度
(TS)1600℃。
距離Zが0.4mの場合、外径測定器で測定されたファイ
バー外径125.0μmに対し、実際に製造されたファイバ
ー外径は123.7μmであった。
距離Zが0.8mの場合、両者の測定値はそれぞれ125.0
μm、124.9μmとなっていた。この時の外径測定器位
置でのファイバー温度は、上式より約900℃と予測され
た。距離Zが0.4mの従来例の外径測定器設置位置ではフ
ァイバーはまだ縮径中であることがわかる。
製造されたファイバー径を125μmとする為に第1図
の外径測定器位置で例えば126.3μmとなるように製造
することも考えられるが、これは本質的改善とはならな
い。
上記以外の位置において外径測定器によって測定した
結果を表1に示す。300m/min以上の線速で線引する時に
本発明が有効であることがわかる。
以上のような実験を繰り返し行った結果、線速が300m
/min以上のときに外径測定器3の位置で製造時の線引張
力がかけられた際の光ファイバーの外径収縮が0.5%で
あるような温度以下にファイバーが冷却されていること
が必要であると判明した。
本発明の他の実施例として外径測定器の外径出力信号
と設定外径の偏差に対し、演算処理(例えばPIDコント
ローラ等による)を行い、線速を増減させる方法を第2
図に示す。
本発明のさらなる実施例として第1図の例の改良例を
第3図に示す。第1図に示す例では線速が上昇途中の低
線速状態ファイバーが線引炉を出た直後からファイバー
外径の検出までに時間がかかり、制御に時間遅れを生じ
る。第3図では低速では外径測定器31で制御を行い、線
速が上昇してきたら外径測定器32で制御を行なうことが
できる。1個の可動な外径測定器を用いて、その位置を
線速上昇に従って下げるような装置としてもよい。
さらに第1図の例において、線引炉2と外径測定器3
の間にファイバーを強制的に冷却する装置を設け、線引
炉と外径測定器の間の距離を短くすることもできる。こ
の場合も外径測定器の位置は外径収縮が0.5%以下とな
位置とする。特に300m/minをはるかに超える線速で製造
する際にこの構成とすることが、装置構成が大型化せず
しかも応答が速い点で好ましい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によると高線速で光ファ
イバーを線引きする際に、縮径を終わった光ファイバー
の外径の絶対値を正しく測定することができるので、寸
法精度の向上した光ファイバーを製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施態様を説明する概略図、第2図は
本発明の他の実施例の概略説明図で低速時測定用と定常
時測定用の2台の外径測定器を使用する例を表す。第3
図は本発明のさらなる実施例の概略説明図であって、外
径測定器の外径出力信号と設定外径の偏差を演算処理し
てオンラインで線速を制御しながら線引する例を表す。 図中1は光ファイバー母材、2は線引炉、3は外径測定
器、4は樹脂コーティングダイ、5は硬化装置、6は引
取装置、11は光ファイバー、31及び32は外径測定器を表
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C03B 37/027

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバー用母材を加熱溶融しつつ張力
    を掛けて光ファイバーに線引する方法において、線引炉
    からその出口でのファイバー径に対して該張力をかけた
    状態での光ファイバー外径の収縮が大きくなるような高
    線速で線引し、線引された光ファイバーでかつその表面
    に被覆を形成される以前の光ファイバーの外径を、該張
    力をかけた状態での光ファイバー外径の収縮が0.5%以
    下でかつ尚収縮が完了していない位置で測定し、得られ
    た測定値と設定値の偏差信号により線引条件を制御しつ
    つ線引することを特徴とする光ファイバーの線引方法。
  2. 【請求項2】外径測定位置での光ファイバー温度が光フ
    ァイバー素材のガラス軟化点以下あることを特徴とする
    請求項(1)に記載の光ファイバーの線引方法。
  3. 【請求項3】上記偏差信号により線速を変化させること
    により光ファイバー外径を制御しながら線引することを
    特徴とする請求項(1)に記載の光ファイバーの線引方
    法。
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