JP4300993B2

JP4300993B2 - 光ファイバの製造方法

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Publication number: JP4300993B2
Application number: JP2003419372A
Authority: JP
Inventors: 宏史高見澤; 保早川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: JP2005179095A

Description

本発明は、加熱炉内で加熱した光ファイバ母材を線引きして、光ファイバを製造する光ファイバの製造方法に関する。

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母材を下端側から加熱して軟化させ、光ファイバ母材の軟化した部分に張力をかけて細径化することにより得られる。この光ファイバ母材を細径化して光ファイバとする工程は、線引きと呼ばれている。
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、さらに、強度試験のためのスクリーニング区間を通過した後、ボビン等に巻き取られる。

従来、スクリーニング工程で光ファイバが断線した場合に、その断線を検知して線引き速度を低下させ、線引きを中断せずに、断線した光ファイバの端末をパスラインに復帰させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図２に、従来の光ファイバの製造装置の一例を示す。
図２に示す光ファイバの製造装置５０では、まず光ファイバ母材Ｇは、母材送出機５１により紡糸炉５２に送り出されて加熱され、線引きされて外径測定器５３の線径検出により制御され所定の外径を維持されつつ、ガラス体の光ファイバＧ１が形成される。次に、被覆形成部５４によってガラス体の周囲に樹脂の被覆が施され、被覆層を有する光ファイバＧ２が形成された後、引き取り機（引き取り手段）５５に引き取られる。そして、光ファイバＧ２は、引張強度等の検査のための荷重をかけられながらスクリーニングシーブ５６，５７間を一巡して巻き取り機５９に巻き取られる。

スクリーニングシーブ５６，５７によって光ファイバＧ２が断線した場合には、スクリーニングシーブ５７が下方へ降下し、リミットスイッチ５８と接触する。すると、コンピュータ６０がその接触を感知して母材送出機５１に母材送り停止命令を出し、母材の供給を断つこととなる。その際、線引き速度は所定の光ファイバ径を維持するために低下する。
これにより、引き取り機５５から引き取られる光ファイバＧ２の速度が低下し、線引きを中断させることなく引き取られた光ファイバＧ２をスクリーニングシーブ５６，５７のパスラインに復帰させることができる。

特開昭６３−１１７９２５号公報

ところで、線引きを行っている際には、線引きされた光ファイバが、引き取り手段の手前（上流側）で断線してしまうことがある。
引き取り手段の下流側で断線した場合であれば、引き取り手段によって光ファイバは引き取られ続けるため、例えば上述したような従来の技術を用いることで、光ファイバをパスラインに復帰させて線引きを行うことは容易である。しかしながら、引き取り手段の上流側で断線すると、光ファイバ母材から線引きされた光ファイバは、その下流側の支持を行うことができなくなるため、軟化したガラス体の光ファイバが、パスライン付近の機器に接触して接着されてしまうことがある。例えば、高温となっている加熱炉の出口でガラス体の光ファイバが接着されてしまった場合には、その接着箇所を支点として、加熱炉内の下部に軟化したガラスがとぐろを巻くように溜まってしまう。

このように、光ファイバが引き取り手段の上流側で断線して周囲に付着した場合には、その付着したガラスを除去あるいは機器や部品を交換して再度線引きを行うまでに多くの時間が必要となり、光ファイバの製造効率を低下させる要因となっていた。

本発明は、線引きにより光ファイバを製造している際、引き取り手段の上流側で光ファイバが断線した場合に、ガラスが加熱炉内に溜まってしまうことを防いで、再度線引きを行うまでの復旧作業時間を短くすることができる光ファイバの製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成することができる本発明の光ファイバの製造方法は、加熱炉の加熱領域に配置して加熱した光ファイバ母材を線引きして光ファイバとし、前記光ファイバを引き取り手段で引き取る工程中、前記引き取り手段の上流側で前記光ファイバが断線したときに、その断線の発生を検知して、前記光ファイバ母材を前記加熱領域から外すとともに、前記加熱領域に冷却ガスを供給することで前記加熱領域の温度を下げることを特徴としている。
なお、ここでいう上流側とは、線引きされた光ファイバのパスラインにおける光ファイバ母材と引き取り手段の間を指す。また、加熱領域とは、光ファイバ母材から光ファイバを線引きできる温度となっている領域を指す。

また、本発明の光ファイバの製造方法において、前記断線したときに、前記加熱炉の発熱温度を下げることが好ましい。

また、本発明の光ファイバの製造方法において、前記光ファイバを引き取る工程中、前記引き取り手段の上流側で前記光ファイバの張力を測定し、測定した前記張力が１秒あたり５０ｇ以上減少したときを、前記断線の発生として検知することが好ましい。

また、本発明の光ファイバの製造方法において、前記光ファイバを、前記引き取り手段の下流側でダンサローラを介してさらに下流側に送り、測定した前記張力が１秒あたり５０ｇ以上減少し、かつ前記ダンサローラが遠接点に達したときを、前記断線の発生として検知することが好ましい。

また、本発明の光ファイバの製造方法において、前記光ファイバを引き取る工程中、前記引き取り手段の上流側で前記光ファイバの外径を測定し、測定した前記張力が１秒あたり５０ｇ以上減少し、かつ前記光ファイバが、前記外径を測定可能な領域から消失したときを、前記断線の発生として検知することが好ましい。

また、本発明の光ファイバの製造方法において、測定した前記張力が１秒あたり５０ｇ以上減少し、前記ダンサローラが遠接点に達し、かつ前記光ファイバが、前記外径を測定可能な領域から消失したときを、前記断線の発生として検知することが好ましい。

本発明の光ファイバの製造方法によれば、線引きにより光ファイバを製造している際、引き取り手段の上流側で光ファイバが断線した場合に、ガラスが加熱炉内に溜まってしまうことを防いで、再度線引きを行うまでの復旧作業時間を短くすることができる。

以下、本発明に係る光ファイバの製造方法の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態の光ファイバの製造方法を行うことのできる装置の概略構成図である。
図１に示すように、光ファイバの製造装置１は、光ファイバ母材Ｇを加熱する縦型の線引き炉２と、線引きされた後のガラス体の光ファイバＧ１を冷却する冷却装置６と、光ファイバＧ１の周囲に樹脂の被覆を施す被覆装置（ダイス）８と、被覆された光ファイバＧ２の張力を測定する張力計１２と、被覆された光ファイバＧ２を引き取るキャプスタン（引き取り手段）１３と、ダンサローラ１８，１９と、光ファイバＧ２を巻き取る巻き取りボビン２０とを備えている。

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、内側に光ファイバ母材Ｇが供給される円筒状の炉心管４と、この炉心管を囲むヒータである発熱体３とを備え、発熱体３を発熱させることで炉心管４が昇温して、その内側の空間に加熱領域が形成される。ここでいう加熱領域とは、ガラスが軟化して線引き可能な温度となっている領域であり、例えば１８００℃以上となっている領域である。
また、加熱炉２には、加熱領域にヘリウムや窒素等の冷却ガスを供給できるガス供給部２１が設けられている。

光ファイバ母材Ｇは、送り手段５によってその上部が把持されて、炉心管４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し、ガラス体の光ファイバＧ１が形成される。

加熱炉２の下（下流側）には、例えばヘリウムガス等の冷却溶媒を用いた冷却装置６が設けられており、加熱炉２を出た直後の光ファイバＧ１は、この冷却装置６によって冷却される。これにより、ガラス体の光ファイバ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６の下（下流側）には、例えばレーザ光式の外径測定器７が設けられており、冷却装置６を出た光ファイバＧ１は、この外径測定器７によりその外径が測定される。なお、ここでの外径の測定は、光ファイバＧ１の軸に直交する方向の平面上の直交軸（Ｘ軸とＹ軸）方向のそれぞれにおいて測定することが好ましい。なお、外径測定器７は、パスラインの複数箇所に設けられていても良い。

外径測定器７の下（下流側）には、光ファイバＧ１に紫外線硬化型樹脂を塗布するダイス（被覆装置）８と、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が設けられている。このダイス８と紫外線照射装置１０を通過した光ファイバＧ２には、紫外線硬化型樹脂の被覆層が形成される。
なお、ダイス８には、通常はパスラインから外れた箇所に配置されている受け皿９が設けられている。この受け皿９は、断線時にはダイス８の下側に入り込んで、ダイス８から溢れ出る紫外線硬化型樹脂を受けることができる。

その後、光ファイバＧ２は、ガイドローラ１１を介してキャプスタン１３に引き込まれる。光ファイバＧ２にはキャプスタン１３によって所定の張力が加えられている。キャプスタン１３は、複数のローラ１４に巻回されたキャプスタンベルト１５と、このキャプスタンベルト１５が密着されるキャプスタンローラ１６とを有しており、これらキャプスタンベルト１５とキャプスタンローラ１６との間に、光ファイバＧ２を挟持して引き込む構造とされている。
このキャプスタン１３により、光ファイバＧ２はさらに下流側に引き取られる。

また、ガイドローラ１１とキャプスタン１３との間には、光ファイバＧ２の張力を測定する張力計１２が設けられている。キャプスタン１３の回転速度は、外径測定器７の測定値が予め定められた値になるように制御される。

また、キャプスタン１３の下流側には、光ファイバＧ２の引っ張りや曲げ等の強度試験を行うためのスクリーニング装置１７が設けられている。ここでは、光ファイバＧ２に対して所定の張力を付加して、一定の強度条件を満たしているか否かを試験する。
スクリーニング装置１７による強度試験を経た光ファイバＧ２は、ダンサローラ１８，１９を介して巻き取りボビン２０に送られ、この巻き取りボビン２０に巻き取られる。

次に、光ファイバの製造装置１によって光ファイバＧ２を製造している際に、キャプスタン１３の上流側で光ファイバＧ１あるいはＧ２が断線した場合の制御について説明する。
図１に示すように、光ファイバの製造装置１には、送り手段５の駆動とガス供給部２１の作動と発熱体３の温度を制御する制御部２２が設けられている。この制御部２２は、通常の線引き時における運転状態を制御するものであるが、外径測定器７、張力計１２、ダンサローラ１９から受ける信号によって、光ファイバＧ１またはＧ２の断線を検出して、断線時における作動の指令を出すようにプログラムされている。

キャプスタン１３の上流側で断線が発生した場合には、断線した上流側の光ファイバＧ２がキャプスタン１３による支持を失うため、その光ファイバＧ１，Ｇ２がパスラインから外れる。また、キャプスタン１３によって光ファイバＧ１，Ｇ２に付加されていた張力も失われる。

そのとき、パスラインを走行していた光ファイバＧ１の外径を測定していた外径測定器７では、光ファイバＧ１が測定可能な範囲から消失して、測定を行うことが不可能となり、エラー信号または測定値がゼロであることが制御部２２に伝わる。その場合、制御部２２は断線が発生したと判断する。なお、外径の測定を複数軸方向で行っていた場合、例えば、上記のＸ軸及びＹ軸で測定を行っていた場合には、このうち何れか１つの測定方向において測定可能な範囲を外れた場合を断線の発生と判断できる。また、外径測定器７をパスライン上の複数箇所に設けていた場合には、ダイス８より上流側に設けられた外径測定器７の情報を基に断線の発生を判断すると良い。より好ましくは、加熱炉２に最も近い外径測定器７の情報を用いると良い。

また、断線時、光ファイバＧ２の張力を測定していた張力計１２は、その測定値が急激に低下する。本発明者は、断線時に、１秒で５０ｇ以上の張力低下が発生することを調べた。この結果を用い、制御部２２によって検出されていた張力計１２の測定値が５０ｇ／秒以上減少した場合には、制御部２２は断線が発生したと判断する。または、測定値が５０ｇ／秒以上減少したときに張力計１２が制御部２２にエラー信号を伝えるようにし、それにより断線の発生を判断するようにしても良い。

さらに、断線時、ダンサローラ１８に対して昇降していたダンサローラ１９は急激に下降し、下限の遠接点に達する。予め、ダンサローラ１９の下限位置には、接触式センサあるいは位置センサを設けておき、ダンサローラ１９が下限の遠接点に達したことを制御部２２に伝えて、断線が発生したと判断する。あるいは、ダンサローラ１９の昇降方向の加速度を測定し、ある一定の測定値を超えた場合に断線が発生したと判断しても良い。

以上説明した外径測定器７、張力計１２、ダンサローラ１９の３箇所から受ける信号のうち、少なくとも張力計１２からの信号によって制御部２２は断線の発生を検出することができる。また、断線の判断をより確実に行うためには、１０秒間の内に上記の３箇所全てから断線の発生を判断できる信号を伝えられたときに、断線が発生したと判断しても良い。

断線の発生を検知したときには、制御部２２は、予めプログラムされていた指令を各装置に送る。
まず、キャプスタン１３を停止させ、断線した下流側の光ファイバＧ２の送りを止める。また、ダイス８で光ファイバＧ１に塗布する紫外線硬化型樹脂の供給を停止する。

さらに、本実施形態では、光ファイバ母材Ｇが加熱されて軟化することを防ぐように各装置を作動させる。
送り手段５を急激に上昇させて、把持した光ファイバ母材Ｇを加熱領域から外れるように、例えば１００ｍｍ程度上方に移動させる。
また、発熱体３の発熱温度を低下させて、炉心管４内の温度を低下させる。これにより、加熱領域の温度を下げる。
また、ガス供給部２１から、室温程度の冷却ガス（例えば窒素ガス）を炉心管４内に供給することで、炉心管４内の温度を低下させる。冷却ガスの供給量は、例えば３０リットル／分とする。これにより、加熱領域の温度を下げる。なお、線引き時に予めヘリウムガスが炉心管４内に供給されている場合には、供給するガスを窒素ガスに切り替えて、加熱領域の温度を下げると良い。

このように、断線の発生を検出した直後に、光ファイバ母材Ｇの上昇、発熱体３の温度低下、ガスの供給のうち、少なくとも何れか一つ以上（好ましくは全て）を行うことで、断線の発生以後に光ファイバ母材Ｇを軟化させることを防ぎ、軟化したガラスが加熱炉２内に溜まってしまうことを防止することができる。

本発明に係る光ファイバの製造方法を実施することができる装置を示す概略構成図である。従来の光ファイバの製造装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１光ファイバの製造装置
２加熱炉
３発熱体
４炉心管
５送り手段
６冷却装置
７外径測定器
８ダイス
９受け皿
１０紫外線照射装置
１１ガイドローラ
１２張力計
１３キャプスタン（引き取り手段）
１７スクリーニング装置
１８，１９ダンサローラ
２０巻き取りボビン
２１ガス供給部
２２制御部
Ｇ光ファイバ母材
Ｇ１，Ｇ２光ファイバ

Claims

加熱炉の加熱領域に配置して加熱した光ファイバ母材を線引きして光ファイバとし、前記光ファイバを引き取り手段で引き取る工程中、
前記引き取り手段の上流側で前記光ファイバが断線したときに、その断線の発生を検知して、前記光ファイバ母材を前記加熱領域から外すとともに、前記加熱領域に冷却ガスを供給することで前記加熱領域の温度を下げ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、
前記断線したときに、前記加熱炉の発熱温度を下げ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、
前記光ファイバを引き取る工程中、前記引き取り手段の上流側で前記光ファイバの張力を測定し、
測定した前記張力が１秒あたり５０ｇ以上減少したときを、前記断線の発生として検知することを特徴とする光ファイバの製造方法。
請求項３に記載の光ファイバの製造方法であって、
前記光ファイバを、前記引き取り手段の下流側でダンサローラを介してさらに下流側に送り、
測定した前記張力が１秒あたり５０ｇ以上減少し、かつ前記ダンサローラが遠接点に達したときを、前記断線の発生として検知することを特徴とする光ファイバの製造方法。
請求項３または４に記載の光ファイバの製造方法であって、
前記光ファイバを引き取る工程中、前記引き取り手段の上流側で前記光ファイバの外径を測定し、
測定した前記張力が１秒あたり５０ｇ以上減少し、かつ前記光ファイバが、前記外径を測定可能な領域から消失したときを、前記断線の発生として検知することを特徴とする光ファイバの製造方法。