JP5986540B2 - 光ファイバ素線の製造装置および製造方法 - Google Patents
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Description
そしてこれらの加熱炉のシール性の安定化や調芯の適切な制御は、線引き速度の増大に伴って、そのますます難しくなっている。
この特許文献1の提案では、加熱炉14のシール性が、シールドパイプ30とシールドパイプ内のシール部材34との間で確保されるため、光ファイバ母材径に依存せず、安定したシール性が維持でき、良好な線引きが可能となるとされている。
特許文献1:線引用加熱炉のシール性の安定化のために、加熱炉の上部にシールドパイプを連接して、シールドパイプの内面と、送出ロッドの周囲のシール部材の外面との間でシールする。
特許文献2:光ファイバ母材を支持するホルダー部と線引用加熱炉の上部気密板を、ともに調芯する。
特許文献3:光ファイバ裸線位置を調芯するために、線引用加熱炉と母材ホルダーを同一テーブルに載せて、テーブルごと調芯する。
すなわち特許文献1の場合は、調芯機構がなく、そのため光ファイバ母材が大型の場合の撓みや曲がりに対応することができない。
また特許文献2の場合は、シールドパイプがないため、光ファイバ母材の長さ方向に外径変動がある母材を使用したときのシール性の確保が難しく、また母材毎にその母材の外径に合わせた気密板を使用する必要があり、種々の径の光ファイバ母材を対象とする場合には、気密板の交換が煩雑となる。
さらに特許文献3の場合は、紡糸用加熱炉と光ファイバ母材との間の芯ずれは解消しない。そのため、母材が曲がっている場合や母材セット位置が紡糸用加熱炉の中心からずれている場合には、母材に加えられる熱の分布が周方向に不均一になり、光ファイバ裸線断面の真円性が悪くなったり、線引用加熱炉内でのガスの流れが不均一となり、光ファイバ裸線の外径変動が大きくなる。
したがって従来の各提案の技術では、光ファイバ母材の曲がりや撓み、長さ方向の光ファイバ母材外径の変動、あるいはロット毎の母材外径のバラツキに対して、常に安定して有効にシール性を確保することは困難であった。
たとえば特許文献1の技術と特許文献2の技術とを組合わせた場合、シールドパイプそのものを調芯する必要があり、そのためには線引用加熱炉の上部とシールドパイプの連接部(接触部)のシール方法と可動構造に課題が生じることに加え、調芯装置も大型化、複雑化してしまう。
また特許文献1の技術と特許文献3の技術とを組合わせた場合、線引用加熱炉、送出ロッド、およびシールドパイプの全てを同一の可動テーブルに載せて移動させることは可能ではあるが,上述したように、線引用加熱炉と光ファイバ母材間の心ずれは解消しない問題が残る。
紡糸用加熱炉の上部にシールドパイプを設けておき、また石英系光ファイバ母材の上端に送出ロッドを取り付けて、その送出ロッドによって光ファイバ母材を前記シールドパイプの上端からシールドパイプ内及びそれに連続する紡糸用加熱炉内に鉛直に挿入し、紡糸用加熱炉内にガスを導入しながら光ファイバ母材を加熱して、軟化した光ファイバ母材を紡糸用加熱炉から下方に線状に引き出して光ファイバ裸線とし、その光ファイバ裸線を冷却固化させた後、光ファイバ裸線の外周上に樹脂被覆層を形成して光ファイバ素線に仕上げる光ファイバ素線の製造装置において、
前記送出ロッドを水平面内で移動調整するための調芯機構を設け、
さらに前記シールドパイプ内における前記送出ロッドの下部に、送出ロッドの水平面内移動に伴って水平方向に移動し得る内側シール体と、その内側シール体に対して相対的に水平面内で移動可能でかつ送出ロッドから離間されしかもシールドパイプの内周面に対して相対的に鉛直方向に移動可能な外側シール体とからなるシール部材を取り付けておき、
前記外側シール体の外周面と前記シールドパイプの内周面との間、および内側シール体と外側シール体との間において、紡糸用加熱炉内及びシールドパイプ下部内の空間を、シールドパイプ上方の外部空間に対してシールすることを特徴とするものである。
前記紡糸用加熱炉の上端における加熱炉内のガス圧力を、5Pa〜500Paの範囲内に調整しながら光ファイバ母材を加熱することを特徴とするものである。
前記送出ロッドの水平面内での調芯可能な範囲が、水平面内での送出ロッドの撓みの最大範囲よりも大きくなるように前記調芯機構を設定しておくことを特徴とするものである。
図1には本発明の第1の実施形態の光ファイバ素線の製造装置の要部、特に図5に示される紡糸用加熱炉14の付近を示し、さらに図2には、図1の要部(シール部材30付近)の構造を拡大して示す。
紡糸用加熱炉14の上端には、中空円筒状のシールドパイプ30が設けられている。このシールドパイプ30は、その中心軸線が紡糸用加熱炉14の中心軸線と一致するように、かつ紡糸用加熱炉14に対して隙間なく連続するように紡糸用加熱炉14に連接されており、その内側が、紡糸用加熱炉14内の加熱空間15に連続する空間(以下シール空間と記す)31となっている。
なお内側シール体56の外径D1は、内側シール体56の外周面56Bとシールドパイプ30の内周面30Aとの間に所定の幅、例えば5mm程度以上の幅のスペースS1が保持されるように、シールドパイプ30の内径D2よりも所定寸法(スペースS1の2倍)だけ小径に設定されている。言い換えれば、内側シール体56は、スペースS1によってシールドパイプ30の内周面30Aから十分に離間されている。ここで、内側シール体56についての十分に離間とは、後述するように調芯のために送出ロッド32を水平面内で最大限移動させた場合においても、その送出ロッド32に伴う内側シール体56の水平面内移動によって、内側シール体56の外周面56Bがシールドパイプ30の内周面30Aに当接しない程度の離間を意味する。
なお外側シール体58の貫通孔58Aの内径D3は、貫通孔58Aの内周面58Bと送出ロッド32の外周面32Bとの間に、所定の幅、例えば5mm程度以上の幅のスペースS2が保たれるように、送出ロッド32の外径D4よりも所定の寸法(スペースS2の2倍)だけ大径に定められている。言い換えれば、外側シール体58は、スペースS2によって送出ロッド32から十分に離間されている。ここで、外側シール体58についての十分に離間とは、後述するように調芯のために送出ロッド32を水平面内で最大限移動させた場合においても、その送出ロッド32が外側シール体58の内周面58Bに当接しない程度の離間を意味する。
なお、外側シール体58の外周面58Cとシールドパイプ30の内周面30Aとの間には、シールドパイプ30に対する外側シール体58の下降を許容しかつ極く小流量でのガスの通過を許容する程度(すなわちシール性を確保し得る程度)の極くわずかの隙間G1が存在するだけであるから、外側シール体58は、実質的に水平方向には移動しない。
この実施例1は、図5に示した光ファイバ製造装置に、図1、図2に示した構造を適用して、実際に光ファイバ素線を製造した実施例である。
すなわち、紡糸用加熱炉の直下に、光ファイバ位置検出センサを2軸(X軸―Y軸)で設置しておいた(図示は1軸のみ)。この2軸の位置検出センサは互いに直行し、それぞれ光源と検出器で構成したものである。使用した光ファイバ母材は、外径φ140〜φ160mmの長手方向外径変動があった。シールドパイプ内径はφ200mmであり、光ファイバ母材がシールドパイプの中心に取り付けられた場合、最少で母材とシールドパイプの隙間が20mmとなる組合せである。シール部材の内側シール体は,2軸(X軸、Y軸)方向にそれぞれ±10mm移動できる構造とした。したがって、光ファイバ母材とシールドパイプとは絶対に接触しないようにした。内側シール体と外側シール体との間の隙間G2は、ボールトランスファの調整軸を調整することによって0.1mmとし、外側シール体とシールドパイプとの間の隙間G1は0.1mmとした。その結果、紡糸用加熱炉内上端の圧力は、後述するように100Paとなった。外側シール体の外周面には、低摩擦フッ素樹脂系コーティングを施して、シールドパイプと接触しても円滑に滑るようにした。シール部材の内側シール体と外側シール体としては、SUS440Cを使用し、焼入れしておいた。なお紡糸用加熱炉からの輻射熱を防ぐために、内側シール体の下面にカーボン部品を取り付けておいた。送出ロッドを動かした場合の最大撓み量は10μmであった。送出ロッドは、図示しないステッピングモータ、直線ガイド、およびボールネジなどからなる調芯機構によって、水平面内のX方向、Y方向に移動させることができる構造とした。
また製造時の光ファイバ裸線位置を位置検出センサで検出し、紡糸炉中心位置を0点として、XY軸共に±100μmの範囲内に入るように、調芯プログラムを設定した。すなわち、±100μmを超えた場合に送出ロッドを水平方向に移動させて、±100μmの調整範囲内に入るように制御した。その結果、全長にわたり良好な線引きが可能であった。
この実施例2は、図5に示した光ファイバ製造装置に、図3に示した構造を適用して、実際に光ファイバ素線を製造した例である。
装置構成としては、実施例1におけるシール部材を、図3に示すシール部材に変更した。その他は基本的に実施例1と同じとしたが、以下の点を変更した.外側シール体と内側シール体との間の隙間G2は、ボールトランスファの調整軸を調整することによって、0.01mmとした.また同様に、外側シール部材とシールドパイプとの間の隙間G1は0.01mmのものに交換した。その結果、紡糸炉内上端の圧力は500Paとなった。シール部材の内側シール体および外側シール体としては、真鍮を使用した。また紡糸用加熱炉からの輻射熱を防ぐために、内側シール部材の下面にカーボン部品を取り付けておいた。送出ロッドを動かした場合の最大撓み量は20μmであった。そこで、光ファイバ裸線位置をXY軸共に±20μmの範囲内に入るように調芯プログラムを設定した。結果は実施例1と同様に、ファイバ径、偏心量、クラッド非円がいずれも良好であり、強度不良も生じなかった。
この実施例3は、図5に示した光ファイバ製造装置に、図4に示した構造を適用して、実際に光ファイバ素線を製造した実施例である。
装置構成としては、実施例1におけるシール部材を、図4に示すシール部材、すなわちボールトランスファを使用しないもの(接触部材64を使用)に変更した。また、接触部材64の先端面、及び内側シール体の上面、外側シール体の下面には、フッ素樹系コーティングを施しておいた。内側シール体と外側シール体との間の隙間G2は1mmとし、外側シール体とシールドパイプとの間の隙間G1は1mmとした。その結果、紡糸用炉内上端の圧力は5Paとなった。シール部材の内側シール体および外側シール体としては、アルミニウムを使用した。また紡糸用加熱炉からの輻射熱を防ぐために、内側シール部材の下面にカーボン部品を取り付けておいた。送出ロッドを動かした場合の最大撓み量は100μmであった。そこで、光ファイバ裸線位置をXY軸共に±150μmの範囲内に入るように調芯プログラムを設定した。結果は実施例1と同様に、ファイバ径、偏心量、クラッド非円がいずれも良好であり、強度不良も生じなかった。
この比較例1は、隙間G1、G2が大きく、シール性が悪い例である。
すなわち、実施例1において、隙間調整を次のように実施した。外側シール体と内側シール体との間の隙間(水平面内の隙間)G2を2mm、外側シール体とシールドパイプとの間の隙間G1を2mmとした。その結果、紡糸用加熱炉内上部の圧力は3Paとなった。
その他の条件は実施例1と同様にして線引きしたところ、線引き中にファイバ径(ファイバ裸線径)が安定せず、良品の光ファイバ素線が得られなかった。
この比較例2は、隙間G1、G2が小さすぎて、シール性が高過ぎた例である。
すなわち、実施例2において、隙間調整を次のように実施した。外側シール体と内側シール体との間の隙間(水平面内の隙間)G2を0.005mm、外側シール体とシールドパイプとの間の隙間G1を0.005mmとした。その結果、紡糸用加熱炉内上部の圧力は600Paとなった。
その他の条件は実施例2と同様にして線引きしたところ、線引き中にファイバ径(ファイバ裸線径)が安定せず、良品の光ファイバ素線が得られなかった。また、そのまま製造した光ファイバ素線を調べたところ、強度不良が発生していた。
この比較例3は、内側シール体と外側シール体との間の摩擦抵抗が大きく、送出ロッドに大きな撓みが発生した例である。
すなわち、実施例3において、図4に示すシール部材における接触部材64の先端面、及び内側シール体の上面、外側シール体の下面に、フッ素樹系コーティングを施さなかった。その結果、送出ロッドを動かした場合の最大撓み量は500μmに達した。その他の条件は実施例3と同様にして線引きしたところ、線引き中の調芯動作が安定せずに、±1mm程度の振動を繰返した。その結果、製造した光ファイバ素線を測定したところ、偏心量およびクラッド非円が長手方向に変動しており、製品品質の低下が認められた。
Claims (9)
- 紡糸用加熱炉の上部にシールドパイプを設けておき、また石英系光ファイバ母材の上端に送出ロッドを取り付けて、その送出ロッドによって光ファイバ母材を前記シールドパイプの上端からシールドパイプ内及びそれに連続する紡糸用加熱炉内に鉛直に挿入し、紡糸用加熱炉内にガスを導入しながら光ファイバ母材を加熱して、軟化した光ファイバ母材を紡糸用加熱炉から下方に線状に引き出して光ファイバ裸線とし、その光ファイバ裸線を冷却固化させた後、光ファイバ裸線の外周上に樹脂被覆層を形成して光ファイバ素線に仕上げる光ファイバ素線の製造装置において、
前記送出ロッドを水平面内で移動調整するための調芯機構を設け、
さらに前記シールドパイプ内における前記送出ロッドの下部に、送出ロッドの水平面内移動に伴って水平方向に移動し得る内側シール体と、その内側シール体に対して相対的に水平面内で移動可能でかつ送出ロッドから離間されしかもシールドパイプの内周面に対して相対的に鉛直方向に移動可能な外側シール体とからなるシール部材を取り付けておき、
前記外側シール体の外周面と前記シールドパイプの内周面との間、および内側シール体と外側シール体との間において、紡糸用加熱炉内及びシールドパイプ下部内の空間を、シールドパイプ上方の外部空間に対してシールすることを特徴とする光ファイバ素線の製造装置。 - 前記内側シール体と外側シール体との間の隙間が調整可能とされていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ素線の製造装置。
- 前記内側シール体と外側シール体との間の隙間が0.01〜1.0mmの範囲内で調整可能とされていることを特徴とする請求項2に記載の光ファイバ素線の製造装置。
- 前記内側シール体と外側シール体との間に、外側シール体を内側シール体に対して水平面内で移動自在に保持するためのボールトランスファが介在されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかの請求項に記載の光ファイバ素線の製造装置。
- 前記内側シール体と外側シール体との間の隙間が0.01〜1.0mmとされていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ素線の製造装置。
- 前記外側シール体の外周面と前記シールドパイプの内周面との間の隙間が0.01〜1.0mmとされていることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ素線の製造装置。
- 前記紡糸用加熱炉の直下に、紡糸用加熱炉から下方に引き出される光ファイバ裸線の水平面内での位置を検出するための位置検出器を配設しておき、その検出位置に応じて前記調芯機構によって送出ロッドの水平面内の位置を調整するように構成したことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかの請求項に記載の光ファイバ素線の製造装置。
- 請求項1〜請求項7のいずれかの請求項に記載の光ファイバ素線の製造装置を用いて光ファイバ素線を製造するにあたり、
前記紡糸用加熱炉の上端における加熱炉内のガス圧力を、5Pa〜500Paの範囲内に調整しながら光ファイバ母材を加熱することを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。 - 請求項1〜請求項7のいずれかの請求項に記載の光ファイバ素線の製造装置を用いて光ファイバ素線を製造するにあたり、
前記送出ロッドの水平面内での調芯可能な範囲が、水平面内での送出ロッドの撓みの最大範囲よりも大きくなるように前記調芯機構を設定しておくことを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
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