JP5242209B2

JP5242209B2 - 光ファイバの製造方法

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Publication number: JP5242209B2
Application number: JP2008075910A
Authority: JP
Inventors: 敏碩宋
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: US20090241603A1; CN101544465A; JP2009227522A; CN101544465B

Description

本発明は、ガラス母材の一端を加熱溶融して該ガラス母材からガラス光ファイバを線引きし、該線引きしたガラス光ファイバの外周に少なくとも１層の樹脂を被覆する光ファイバの製造方法に関するものである。

特許文献１には、ガラス母材から線引きした光ファイバを被覆する際に、被覆装置において被覆する樹脂が逆流して溢れるという問題を解決するために、圧縮気体を供給して逆流した樹脂を吹き飛ばすとともに吹き飛ばした樹脂を吸引する技術が開示されている。

特開２００１−２４７３４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術を用いた場合、圧縮空気の供給と樹脂の吸引のための装置を備えるため、装置構成が複雑になるという問題があった。また、圧縮空気の供給と樹脂の吸引によって、樹脂の供給に外乱が与えられて被覆量が変動し、光ファイバの特性も変動するおそれがあるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な装置構成で安定した特性を有する光ファイバを製造できる光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバの製造方法は、ガラス母材の一端を加熱溶融して該ガラス母材からガラス光ファイバを線引きし、該線引きしたガラス光ファイバの外周に少なくとも１層の樹脂を被覆する光ファイバの製造方法であって、前記ガラス光ファイバの線引き速度を初期速度から増加させる立ち上げ工程と、前記線引き速度を前記初期速度より速い定常速度に維持する定常工程とを含み、前記立ち上げ工程においては、該立ち上げ工程開始時は前記樹脂の粘度を前記定常工程における所望の定常粘度よりも高くするとともに、前記線引き速度の増加に従って前記樹脂の粘度を前記定常粘度に近づけるように低下させながら前記樹脂を被覆することを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記の発明において、前記立ち上げ工程の開始時から前記立ち上げ工程中の所定期間においては、前記樹脂の粘度を一定に維持し、前記所定期間経過後に前記樹脂の粘度を前記定常粘度に近づけるように低下させることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記の発明において、前記立ち上げ工程の開始時においては、前記樹脂の粘度を１．４Ｐａ・ｓ以上にすることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記の発明において、前記樹脂の粘度を該樹脂の温度調整によって変化させることを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記の発明において、前記立ち上げ工程開始時の前記樹脂の温度を２５〜３５℃にすることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な装置構成で安定した特性を有する光ファイバを製造できる光ファイバの製造方法を実現できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバの被覆方法および光ファイバの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態において用いる光ファイバの製造装置の全体構成の模式図である。図１に示すように、光ファイバの製造装置１００は、ヒータ２ａを有し、光ファイバ製造用のガラス母材１の一端を加熱溶融するための線引き加熱炉２と、ガラス光ファイバ３の外周に紫外線硬化性の樹脂を被覆する樹脂被覆装置５、７と、被覆した樹脂を硬化させる樹脂硬化装置６、８と、被覆した光ファイバ９を引き取る引き取り機構としてのキャプスタンローラ１０と、巻き取り機構１１とを備える。樹脂硬化装置６、８は、たとえば紫外線照射装置である。また、キャプスタンローラ１０には、線速測定器４が備えられており、線速測定器４はキャプスタンローラ１０の回転速度からガラス母材１から線引きした光ファイバ９の線引き速度（以下、線速と呼ぶ）を測定する。

図２は、本実施の形態において製造する被覆した光ファイバ９の模式的な断面図である。図２に示すように、光ファイバ９は、たとえば直径１０μｍ程度のコア３ａと、コア３ａの外周に形成された外径１２５μｍ程度のクラッド３ｂとを備える石英系ガラスからなるガラス光ファイバ３の外周に、第１被覆９ａ、第２被覆９ｂを順次被覆したものである。なお、光ファイバ９の外径はたとえば２５０μｍ程度である。また、第１被覆９ａ、第２被覆９ｂをそれぞれ構成する第１樹脂、第２樹脂は、ガラス光ファイバ３の光学特性を維持しつつ光ファイバ９の耐久性や外観を高めるように適宜選択されたものである。

つぎに、本実施の形態に係る光ファイバの製造方法について説明する。はじめに、光ファイバの製造装置１００において、石英系ガラスからなるガラス母材１を線引き加熱炉２にセットし、ヒータ２ａによってガラス母材１の下端を加熱溶融し、ガラス光ファイバ３を線引きする。なお、この製造工程においては、線引き開始時はガラス光ファイバ３の初期線速をたとえば７０ｍ／分という低い線速とし、その後線速を増加させ、線速を定常速度、たとえば１７００ｍ／分に維持して線引きを行なう。以下、この製造工程において、線引き開始時から線速を増加させる工程を立ち上げ工程、線速を一定に維持して線引きを行なう工程を定常工程と呼ぶ。なお、線速は、ヒータ２ａの温度やキャプスタンローラ１０の引き取り速度等の制御によって制御される。

つぎに、樹脂被覆装置５が線引きしたガラス光ファイバ３の外周に第１樹脂を被覆し、樹脂硬化装置６が被覆した第１樹脂を硬化して第１被覆９ａを形成する。

ここで、樹脂被覆装置５の構成とその被覆方法について具体的に説明する。図３は、図１に示す樹脂被覆装置５の概略的な構成およびその被覆方法を説明する説明図である。図３に示すように、この樹脂被覆装置５は、円柱形状を有するニップル部５１と、円柱形状を有し、ニップル部５１の下方に連接するダイス部５２と、ダイス部５２を下方から保持するダイスホルダ５３と、ダイス部５２に樹脂を供給する樹脂供給器５４と、ニップル部５１にガスを吹き付けるガス吹き付け器５５と、制御器Ｃとを備える。

ニップル部５１は、その中心軸近傍に設けられ、内径が下方に向かって縮径する円孔である光ファイバ導入部５１ａと、光ファイバ導入部５１ａに連結した内径が一定の円孔であるランド部５１ｂとを有する。ダイス部５２は、ランド部５１ｂと同軸上に設けられ、内径が下方に向かって縮径する円孔である縮径部５２ａと、縮径部５２ａと同軸上に連結した内径が一定の円孔である樹脂成形部５２ｂと、縮径部５２ａを囲うように形成された空間である樹脂貯留部５２ｃと、縮径部５２ａと樹脂貯留部５２ｃとを連結する空間である連結部５２ｄと、外壁に設けられ、樹脂貯留部５２ｃに連結する樹脂供給路５２ｅとを備える。

ダイスホルダ５３は、樹脂成形部５２ｂと同軸上に連結した内径が一定の円孔である開口部５３ａと、ヒータ５３ｂとを備える。樹脂供給器５４は、樹脂Ｒを貯留する樹脂タンク５４ａと、樹脂タンク５４ａに貯留された第１樹脂Ｒを送り出すポンプ５４ｂと、ダイス部５２の樹脂供給路５２ｅに接続し、ポンプ５４ｂが送り出す第１樹脂Ｒをダイス部５２に供給する供給管５４ｃとを備える。ガス吹き付け器５５は、ニップル部５１の上方に配置され、ニップル部５１の光ファイバ導入部５１ａにＣＯ_２ガスを吹き付けるように構成されている。制御器Ｃは、光ファイバの線速の情報を受付け、これにもとづいてダイスホルダ５３のヒータ５３ｂを制御する。

樹脂被覆装置５は、以下のようにガラス光ファイバ３に第１樹脂Ｒを塗布する。はじめに、図３に示すように、樹脂供給器５４のポンプ５４ｂが樹脂タンク５４ａに貯留された第１樹脂Ｒを送り出し、供給管５４ｃを介してダイス部５２に供給する。すると、第１樹脂Ｒはダイス部５２の樹脂貯留部５２ｃ、連結部５２ｄ、縮径部５２ａ、樹脂成形部５２ｂに順次充填される。なお、樹脂貯留部５２ｃは、第１樹脂Ｒの圧力の変化を緩和する役割を果たしている。また、第１樹脂Ｒの界面は、ニップル部５１のランド部５１ｂ内に位置することとなる。一方で、ガラス光ファイバ３は、ニップル部５１の光ファイバ導入部５１ａから導入され、ランド部５１ｂと、ダイス部５２の縮径部５２ａと樹脂成形部５２ｂとを通過し、ダイスホルダ５３の開口部５３ａから送り出される。その結果、ガラス光ファイバ３の外周には、縮径部５２ａ、樹脂成形部５２ｂに充填された第１樹脂Ｒが被覆される。なお、第１樹脂Ｒは樹脂成形部５２ｂによりその外径が所望の値になるように成形される。

ここで、制御器Ｃは、光ファイバの線速の情報を受付け、製造工程における立ち上げ工程開始時は、ダイスホルダ５３のヒータ５３ｂの出力をゼロとし、ガラス光ファイバ３に被覆される第１樹脂Ｒがたとえば２５℃〜３５℃程度である常温になるようにする。その後、制御器Ｃは、立ち上げ工程における線速の増加に従って第１樹脂Ｒの温度を上昇させ、定常工程においては第１樹脂Ｒの温度が一定の定常温度になるようにヒータ５３ｂを制御する。

本実施の形態においては、制御器Ｃが上記のようにヒータ５３ｂを制御することによって、定常工程においてはガラス光ファイバ３に第１樹脂Ｒを所望の定常粘度で被覆できるとともに、線速が変化する立ち上げ工程では、定常粘度よりも高い粘度を有する状態で第１樹脂Ｒを被覆することができる。その結果、樹脂溢れが防止され、ガラス光ファイバ３に安定して第１樹脂Ｒを被覆することができる。

以下、具体的に説明する。図４は、図３におけるランド部５１ｂ内の第１樹脂Ｒの界面Ｒａ近傍を拡大して示した図である。図４に示すように、樹脂被覆装置５がガラス光ファイバ３に第１樹脂Ｒを塗布している状態においては、ランド部５１ｂ内の第１樹脂Ｒの界面Ｒａは、ガラス光ファイバ３が下方に走行することによって、凸状のメニスカス形状を有している。定常工程においては光ファイバの線速はほぼ一定であるため、界面Ｒａの高さも安定しているが、立ち上げ工程においては線速が変化するために界面Ｒａの高さも変動しやすくなる。

ここで、第１樹脂Ｒの上方への流量をＱ、樹脂被覆装置５内の圧力をｐ、粘度をμとし、ガラス光ファイバ３とランド部５１ｂとのクリアランスをｗとし、ガラス光ファイバ３の走行方向を負の方向として座標ｚをとると、ナビエ−ストークス方程式より下記式（１）が成り立つ。

Ｑ＝πｗ^４／８μ（−ｄｐ／ｄｚ）・・・（１）

式（１）に示すように、第１樹脂Ｒの上方への流量Ｑは第１樹脂Ｒの粘度に反比例する。そこで、本実施の形態においては、線速が変化する立ち上げ工程においては、第１樹脂Ｒの粘度を定常工程における粘度よりも高くしている。これによって、線速の増加による第１樹脂Ｒの上方への流量の増加が抑制され、界面Ｒａの高さの変動が抑制される。その結果、ランド部５１ｂから樹脂溢れが防止され、ガラス光ファイバ３に安定して樹脂を塗布することができる。また、このように立ち上げ工程において界面Ｒａの変動を抑制することによって、その後の定常工程においても樹脂溢れが発生しにくくなる。

なお、立ち上げ工程の開始時から立ち上げ工程中の所定期間においては、樹脂の粘度を一定に維持し、所定期間経過後に樹脂の粘度を定常工程の粘度に近づけるように低下させると、制御が複雑になることなく樹脂溢れの発生を抑制できる。さらに、立ち上げ工程開始時の樹脂の温度を常温である２５〜３５℃とすると、より制御が単純化できる。

また、樹脂被覆装置５に連続的に送られる樹脂の粘度を調整する手段としては、樹脂の温度調整によって粘度を変化させる方法が最も容易である。このとき、使用する樹脂の温度変化に対する粘度特性をあらかじめ把握した上で、それに基づいて樹脂温度を制御をすることが好ましい。たとえば、立ち上げ工程の開始時における、樹脂の粘度が１．４Ｐａ・ｓ以上となるように温度制御することで樹脂溢れの発生を効果的に抑制できる。

また、上述したように、ガス吹き付け器５５は、ニップル部５１の光ファイバ導入部５１ａにＣＯ_２ガスを吹き付けている。その理由は、空気よりも動粘性係数が小さいＣＯ_２ガスを界面Ｒａ近傍に充満させ、第１樹脂Ｒに気泡が混入することを防止するためである。ここで、仮に樹脂溢れが起こったとすると、第１樹脂Ｒの界面Ｒａが空気に触れやすくなるため、第１樹脂Ｒさらには第１被覆９ａに空気による気泡が混入し、被覆した光ファイバ９の信頼性を損ねる場合がある。これに対して、本実施の形態によれば、樹脂溢れが防止されるため、第１樹脂Ｒへの気泡の混入も防止できる。

つぎに、以上のようにして第１被覆９ａが形成されたガラス光ファイバ３の外周に、樹脂被覆装置７が第２樹脂を被覆し、樹脂硬化装置８が被覆した第２樹脂を硬化して第２被覆９ｂを形成する。樹脂被覆装置７も樹脂被覆装置５と同様の構成を有し、同様の制御をしているため、樹脂被覆装置７においても樹脂溢れが防止され、ガラス光ファイバ３に安定して第２樹脂を被覆することができる。

図５は、本実施の形態において、各工程における光ファイバの線速の変化と第１樹脂Ｒの粘性の変化との関係を示す図である。なお、図５において、立ち上げ工程開始時を時刻ゼロとして、時刻ｔ１までを立ち上げ工程期間Ｔ１とし、時刻ｔ１以降を定常工程期間Ｔ２としている。図５に示すように、本実施の形態においては、立ち上げ工程開始時には線速を初期速度であるＶ１とし、その後立ち上げ工程期間Ｔ１において線速を増加させ、定常工程期間Ｔ２においては線速を定常速度であるＶｃに維持する。これに対して、制御器Ｃは、ヒータ５３ｂの出力をゼロとし、立ち上げ工程開始時における第１樹脂Ｒの粘度を、定常工程期間Ｔ２において必要とされる第１樹脂Ｒの所望の定常粘度μｃよりも高い粘度μ１になるようにする。そして、その後制御器Ｃは、立ち上げ工程期間Ｔ１において線速の増加に応じて定常粘度μｃに近づけるように粘度を低下させ、定常工程期間Ｔ２においては粘度がμｃになるように制御を行なう。なお、光ファイバの線速の変化と第２樹脂の粘性の変化との関係についても、図５と同様なものとできる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、簡易な装置構成で安定して樹脂を被覆できる、安定した特性を有する光ファイバを製造できる。

なお、光ファイバの線速の変化と第１樹脂Ｒの粘性の変化との関係については、図５に示すものに限定されない。図６、７は、各工程における光ファイバの線速の変化と第１樹脂Ｒの粘性の変化との関係の別の例を示す図である。図６に示す場合は、光ファイバの線速の変化は図５に示す場合と同様であるが、第１樹脂Ｒの粘性については、立ち上げ工程期間Ｔ１における所定の時刻ｔ２までは一定の値μ２とし、その後μｃに近づくように低下する制御をしている。このような粘性の制御は、たとえば立ち上げ工程開始時から時刻ｔ２まではヒータ５３ｂをオフにする制御し、時刻ｔ２からヒータ５３ｂ出力を所定値に設定する制御をすることで簡易に実現できる。

一方、図７に示す場合は、光ファイバの線速の変化は図５、６に示す場合と同様であるが、第１樹脂Ｒの粘性については、立ち上げ工程期間Ｔ１における所定の時刻ｔ３までは一定の値μ３とし、その後μｃに近づくように低下するように制御している。ここで、時刻ｔ３は、立ち上げ工程期間Ｔ１において光ファイバの線速の変化が最も急激な時刻ｔ４の経過後にする。このように、第１樹脂Ｒの粘性の低下を開始する時刻を光ファイバの線速の変化が最も急激な時刻ｔ４の経過後にすることで、時刻ｔ４における粘性を高くできるので、より確実に樹脂溢れを防止できる制御を実現できる。なお、光ファイバの線速の変化と第２樹脂の粘性の変化との関係についても、図６、７と同様なものとできる。

また、樹脂の粘性を変化させる方法としては、樹脂の温度調整に限られず、樹脂の組成や濃度の調整によって変化させてもよい。

（実施例１、２、比較例１）
つぎに、本発明の実施例１、２、比較例１として、上記実施の形態のものと同様の製造装置を用いて光ファイバを製造した。なお、実施例１、２、比較例１のいずれも、立ち上げ工程における線速の初期速度を７０ｍ／分とし、線速を徐々に増加させ、定常工程においては線速の定常速度を１７００ｍ／分とし、樹脂被覆装置においては、第１被覆については定常工程における所望の温度に樹脂を維持して被覆を行なった。なお、線速は６００〜７００ｍ／分となる時刻において最も急激に変化していた。

一方、実施例１においては、第２被覆について、立ち上げ工程開始時から線速が１０００ｍ／分になるまでは樹脂の温度を３０℃の常温とし、その後徐々に樹脂の温度を上げ、定常工程においては樹脂の温度を５０℃とした。なお、この第２被覆の樹脂は、温度３０℃における粘度が３．０Ｐａ・ｓであり、温度５０℃における粘度が０．６５Ｐａ・ｓとなるものを用いた。このような制御を行なって光ファイバを１，０００，０００ｋｍ製造したところ、その立ち上げ工程における樹脂溢れの発生頻度は１０００ｋｍあたり０．００５回以下であった。また、定常工程においては、樹脂溢れは発生しなかった。

また、実施例２においては、第２被覆について立ち上げ工程開始時から線速が１０００ｍ／分になるまでは樹脂の温度を４０℃とし、その後徐々に樹脂の温度を上げ、定常工程においては樹脂の温度を５０℃とした。なお、この第２被覆の樹脂は、温度４０℃における粘度が１．４５Ｐａ・ｓであり、温度５０℃における粘度が０．６５Ｐａ・ｓとなるものを用いた。このような制御を行なって光ファイバを１，０００，０００ｋｍ製造したところ、その立ち上げ工程における樹脂溢れの発生頻度は１０００ｋｍあたり０．０１回であった。また、定常工程においては、樹脂溢れは発生しなかった。

また、比較例１においては、第２被覆について、線引き開始から樹脂の温度を５０℃とし、定常工程においても５０℃とした。このような制御を行なって光ファイバを１，０００，０００ｋｍ製造したところ、その立ち上げ工程における樹脂溢れの発生頻度は１０００ｋｍあたり０．０５回であった。また、定常工程においても樹脂溢れが発生することがあった。

本発明の実施の形態において用いる光ファイバの製造装置の全体構成の模式図である。本発明の実施の形態において製造する被覆した光ファイバの模式的な断面図である。図１に示す樹脂被覆装置の概略的な構成およびその被覆方法を説明する説明図である。図３におけるランド部内の第１樹脂の界面近傍を拡大して示した図である。本実施の形態において、各工程における光ファイバの線速の変化と第１樹脂の粘性の変化との関係を示す図である。各工程における光ファイバの線速の変化と樹脂の粘性の変化との関係の別の例を示す図である。各工程における光ファイバの線速の変化と樹脂の粘性の変化との関係の別の例を示す図である。

符号の説明

１ガラス母材
２加熱炉
２ａヒータ
３ガラス光ファイバ
３ａコア
３ｂクラッド
４線速測定器
５、７樹脂被覆装置
６、８樹脂硬化装置
９光ファイバ
９ａ第１被覆
９ｂ第２被覆
１０キャプスタンローラ
１１巻き取り機構
５１ニップル部
５１ａ光ファイバ導入部
５１ｂランド部
５２ダイス部
５２ａ縮径部
５２ｂ樹脂成形部
５２ｃ樹脂貯留部
５２ｄ連結部
５２ｅ樹脂供給路
５３ダイスホルダ
５３ａ開口部
５３ｂヒータ
５４樹脂供給器
５４ａ樹脂タンク
５４ｂポンプ
５４ｃ供給管
５５ガス吹き付け器
１００製造装置
Ｃ制御器
Ｒ樹脂
Ｒａ界面
Ｔ１立ち上げ工程期間
Ｔ２定常工程期間

Claims

ガラス母材の一端を加熱溶融して該ガラス母材からガラス光ファイバを線引きし、該線引きしたガラス光ファイバの外周に少なくとも１層の樹脂を被覆する光ファイバの製造方法であって、
前記ガラス光ファイバの線引き速度を初期速度から増加させる立ち上げ工程と、前記線引き速度を前記初期速度より速い定常速度に維持する定常工程とを含み、
前記立ち上げ工程においては、該立ち上げ工程開始時は前記樹脂の粘度を前記定常工程における所望の定常粘度よりも高く、かつ１．４Ｐａ・ｓ以上にするとともに、前記線引き速度の増加に従って前記樹脂の粘度を前記定常粘度に近づけるように低下させながら前記樹脂を被覆することを特徴とする光ファイバの製造方法。
前記立ち上げ工程の開始時から前記立ち上げ工程中の所定期間においては、前記樹脂の粘度を一定に維持し、前記所定期間経過後に前記樹脂の粘度を前記定常粘度に近づけるように低下させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
前記樹脂の粘度を該樹脂の温度調整によって変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法。
前記立ち上げ工程開始時の前記樹脂の温度を２５〜３５℃にすることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバの製造方法。