JP7456328B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、ガイドローラ、光ファイバの製造方法に関する。

一般的な光ファイバの製造（線引き）方法では、光ファイバ用のガラス母材（以下、光ファイバ母材と称する）の先端部分を加熱して軟化し、この軟化した部分に張力をかけて引き伸ばすことにより、細径のガラスファイバとする。次いで、冷却工程、樹脂の被覆工程などを経て、ガラスファイバが被覆に覆われた光ファイバとし、ガイドローラによって案内された後、引き取り装置によりそのパスラインの下流側（光ファイバの走行方向を考慮した際の後方側）に引き取られてボビン等に巻き取る。

ガイドローラは、ベアリングの劣化等によってローラの回転抵抗が増加することがある。ガイドローラの数が多い場合、各ローラの回転抵抗が積み重なることになるため、劣化等によりローラの回転抵抗が高くなれば、引き取り装置に入る前の、光ファイバに生ずる張力も高くなる。張力が高くなると、仮に光ファイバに低強度の部分が存在したときには、引き取り装置の上流側で断線する確率が高くなるため、張力が高くなりすぎないようにすることが好ましい。張力を低く抑える技術として、例えば、特許文献１には、ローラの回転抵抗を低くするために、鋼球とグリースに替えてセラミック球とオイル潤滑を用いるガイドローラの技術が開示されている。

特開２０００－１１８８６７号公報

しかしながら、通常のベアリングに用いられる鋼球やグリースを用いた場合であっても、光ファイバの製造工程中における光ファイバの断線頻度を減らすためには、ローラの回転抵抗を低くすることが望まれる。
本開示は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、光ファイバの製造工程中における光ファイバの断線頻度を減らせるガイドローラ、光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る光ファイバの製造方法は、加熱して軟化させた光ファイバ母材を線引きした光ファイバを引き取り装置で引き取って巻き取る光ファイバの製造方法であって、前記光ファイバの走行速度が、１０００ｍ／ｍｉｎ以上であり、前記引き取り装置よりも上流側に設けられた１０個以下の複数のガイドローラで前記光ファイバを案内し、前記ガイドローラが、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間の軸受内空間に配置されて転動する転動体と、を備えたベアリングを中央部に有して構成され、前記軸受内空間に封入されるグリースの基油動粘度を４０℃において２６ｍｍ^２／ｓ以下とする。

上記によれば、光ファイバの製造工程中における光ファイバの断線頻度を減らすことができる。

本開示の一態様に係る光ファイバの製造装置の概略図である。 ベアリングの一例を説明する図である。 各試料の諸元と評価結果を説明する表である。

本開示に係る光ファイバの製造方法は、（１）加熱して軟化させた光ファイバ母材を線引きした光ファイバを引き取り装置で引き取って巻き取る光ファイバの製造方法であって、前記光ファイバの走行速度が、１０００ｍ／ｍｉｎ以上であり、前記引き取り装置よりも上流側に設けられた１０個以下の複数のガイドローラで前記光ファイバを案内し、前記ガイドローラが、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間の軸受内空間に配置されて転動する転動体と、を備えたベアリングを中央部に有して構成され、前記軸受内空間に封入されるグリースの基油動粘度を４０℃において２６ｍｍ^２／ｓ以下とする。
ベアリングに使用されているグリースの基油動粘度を４０℃において２６ｍｍ^２／ｓ以下とするので、鋼球やグリースを使用した場合でも、通常のベアリングに用いられる程度の基油動粘度のグリースを使用したガイドローラに比べ、ローラの回転抵抗を低くすることができる。よって、光ファイバの製造工程中における光ファイバの断線頻度を減らすことができる。
また、線速が速い程、ガイドローラの回転抵抗は高くなるが、回転抵抗が低くなるベアリングのガイドローラを使用しているので、光ファイバの線速が１０００ｍ／ｍｉｎ以上になっても、光ファイバの断線頻度を減らすことができる。

（２）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記グリースの封入量を前記軸受内空間の容積の３５％以下にする。
グリースの封入量を軸受内空間の容積の３５％以下にすれば、通常用いられる程度の封入量のベアリングを用いたガイドローラに比べ、ローラの回転抵抗がより低くなる。
（３）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記ベアリングの内径を８ｍｍ以下とする。
ベアリングに使用している軸径を小さくし、ベアリングの内径を８ｍｍ以下とすれば、通常用いられる程度の内径のベアリングを用いたガイドローラに比べ、ローラの回転抵抗がより低くなる。
（４）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記グリースの基油動粘度を４０℃において１６ｍｍ^２／ｓ以下とする。
グリースの基油動粘度を４０℃において１６ｍｍ^２／ｓ以下とすれば、ローラの回転抵抗がより一層低くなる。
（５）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記グリースの封入量を前記軸受内空間の容積の２５％以下にする。
グリースの封入量を軸受内空間の容積の２５％以下にすれば、ローラの回転抵抗がより一層低くなる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら、本開示に係るガイドローラ、光ファイバの製造方法の具体例について説明する。図１は、本開示の一態様に係る光ファイバの製造装置の概略図である。
図１に示すように、光ファイバ製造装置１０は、最上流位置に、光ファイバ母材Ｇを加熱して軟化させる線引き炉１１を備える。

線引き炉１１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１２と、この炉心管１２を取り囲む発熱体１３と、炉心管１２内に例えばアルゴンガスを供給するガス供給部１４とを有している。これにより、炉内雰囲気を、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２、若しくはこれらの混合ガス雰囲気に設定する。なお、線引き炉１１は、抵抗ヒータ加熱炉でもよいし、誘導加熱炉でもよい。

光ファイバ母材Ｇの上部は母材送りユニットＦに把持されており、光ファイバ母材Ｇは母材送りユニットＦにより炉心管１２内に送られる。光ファイバ母材Ｇの下端部分が発熱体１３によって加熱されて下方に線引きされると、光ファイバＧ２の構成部材であるガラスファイバＧ１が形成される。
光ファイバ製造装置１０は、線引き炉１１の下流側に冷却ユニット１５を備える。冷却ユニット１５には、例えば冷却用のガスが供給されており、光ファイバ母材Ｇから線引きされたガラスファイバＧ１は、冷却ユニット１５で冷却される。

光ファイバ製造装置１０は、冷却ユニット１５の下流側に外径測定ユニット１６を備える。外径測定ユニット１６は、例えばレーザ光を用いてガラスファイバＧ１の外径を測定可能に構成されており、冷却ユニット１５で冷却されたガラスファイバＧ１は、外径測定ユニット１６で外径が測定されて下方に送られる。なお、外径測定ユニット１６は、ガラスファイバＧ１の外径を非接触で測定できれば、レーザ光以外の測定方式であってもよい。

光ファイバ製造装置１０は、外径測定ユニット１６の下流側に紫外線硬化樹脂（以下、ＵＶ（ultraviolet）硬化樹脂と称する）の樹脂塗布装置１７ａ、ＵＶ硬化炉１７ｂを備える。
樹脂塗布装置１７ａには、例えばガラスファイバ保護用のＵＶ硬化樹脂が供給されている。外径が測定されたガラスファイバＧ１には、例えば、ウレタンアクリレート樹脂が樹脂塗布装置１７ａで塗布され、このウレタンアクリレート樹脂はＵＶ硬化炉１７ｂで紫外線が照射されて硬化する。これにより、ガラスファイバＧ１の周囲に樹脂層を形成した光ファイバ（光ファイバ素線とも呼ばれる）Ｇ２となる。

なお、ガラスファイバ保護用のＵＶ硬化樹脂は、プライマリ（一次）樹脂とセカンダリ（二次）樹脂で構成してもよい。この場合、一次被覆用の樹脂塗布装置、第１のＵＶ硬化炉を設け、この第１のＵＶ硬化炉の下流に、二次被覆用の樹脂塗布装置、第２のＵＶ硬化炉を設けてもよいし、一次被覆と二次被覆とを同時に塗布する装置と、同時に硬化する硬化炉を設けてもよい。

光ファイバ製造装置１０は、ＵＶ硬化炉１７ｂの下流側に、直下ローラ１８、および、例えば９個のガイドローラ１９ａ～１９ｉを備える。直下ローラ１８は、線引き炉１１の直下に配置され、光ファイバＧ２の走行方向が垂直方向から例えば水平方向へと変更される。
直下ローラ１８によって走行方向が変更された光ファイバＧ２は、ガイドローラ１９ａ～１９ｉにそれぞれ案内され、最下流に位置するガイドローラ１９ｉによって走行方向が例えば斜め上方へと変更される。

光ファイバ製造装置１０は、ガイドローラ１９ｉの下流側に、さらに、引き取り装置２０、ガイドローラ２１、ダンサローラ２２、および巻き取り装置２３を備えている。光ファイバＧ２は、引き取り装置２０のキャプスタンで所定の速度で引き取られ、ダンサローラ２２を介して巻き取り装置２３のボビンＢに巻き取られる。
引き取り装置２０の手前に位置するガイドローラ１９ａ～１９ｉは、それぞれ円盤状に形成され、その外周面には所定形状の溝が設けられている。この溝の内壁面に光ファイバＧ２が接触することにより、光ファイバＧ２が案内される。ガイドローラ１９ａ～１９ｉは、その中央位置にベアリング（図２）をそれぞれ有する。

図２に示すように、ベアリング３０は、内輪３１および外輪３２を有している。内輪３１の外周には軌道溝３１ａが、外輪３２の内周には軌道溝３２ａがそれぞれ設けられている。転動体３４は、内輪３１と外輪３２との間で保持器３５によって転動自在に保持されており、外輪３２が内輪３１に対して回転可能に構成されている。図２では、転動体３４の一例として玉（例えば鋼製）で説明するが、円柱形状（コロ）であってもよい。

ベアリング３０の内径（軸受内径ともいう。図２にｄで示す）は、例えば８ｍｍに設定されている。光ファイバＧ２の線速が１０００ｍ／ｍｉｎ以上になった場合、ローラ径が４０ｍｍであれば、ベアリング３０の回転数は７５００回／ｍｉｎ以上になるが、φ８ｍｍのように細径の場合には、通常用いられる程度の内径のベアリングを用いたガイドローラに比べ、ローラの回転抵抗が低くなる。このローラの回転抵抗をさらに低くするためには、φ６ｍｍや、φ５ｍｍ以下のように細くすることが好ましい。

軸受内空間３３は、内輪３１と外輪３２との間に設けられた空間であり、例えば、シール部材３６を用いて密封される。この軸受内空間３３内には、グリースが封入されている。
グリースの基油動粘度としては、例えば４０℃において２６ｍｍ^２／ｓに設定される。２６ｍｍ^２／ｓに設定することで、通常のベアリングに用いられる程度の基油動粘度のグリースを使用したガイドローラに比べ、回転抵抗を小さくできるが、ローラの回転抵抗をより一層低くするためには、グリースの基油動粘度を、４０℃において１６ｍｍ^２／ｓ以下とすることが望ましい。

また、グリースの封入量は、軸受内空間３３の容積の３５％以下に設定することが好ましい。また、ローラの回転抵抗をさらに低くするためには、軸受内空間３３の容積の２５％以下や、軸受内空間３３の容積の１５％以下にまでグリースの封入量を減らすことが好ましい。

図３は、各試料の諸元と評価結果を説明する表である。
引き取り装置２０のキャプスタンの手前に１０個のガイドローラを設置し、各ガイドローラのベアリングには、内径ｄ＝３～１０ｍｍのベアリング３０を用いた。
各ベアリング３０について、グリースの基油動粘度、グリースの封入量をそれぞれ変更して、引き取り装置２０に最も近いガイドローラのガイドローラ軸に加わる力（光ファイバ張力と称する）を測定し、光ファイバＧ２の断線頻度との関係を求めた。そして、各々の条件のものがガイドローラのベアリングに適するか否か（適する場合をＡ、適しない場合をＢ）を評価した。なお、断線頻度は、光ファイバＧ２が線引き長１０００ｋｍ当たりで断線する回数と定義した。

グリースの基油動粘度を５４ｍｍ^２／ｓ、グリースの封入量を上記容積の３５％とした場合（試料１と称する）、光ファイバ張力の測定値は５６０ｇとなった。試料１の場合、断線頻度は０．９回となり、１回に近い頻度で生じていたので、ガイドローラのベアリングには適さない（評価Ｂ）と判定した。
これに対し、試料２のように、グリースの基油動粘度を試料１よりも小さく（２６ｍｍ^２／ｓ）した場合、グリースの封入量は４０％であっても、光ファイバ張力の測定値は４９０ｇ、断線頻度は０．４３回であった。０．５回未満の頻度で済んでいたため、ガイドローラのベアリングに適する（評価Ａ）と判定した。

そして、グリースの基油動粘度は試料２と同じだが、グリースの封入量を３５％にした試料３では、光ファイバ張力の測定値は４６０ｇ、断線頻度は０．３２回であった。また、グリースの基油動粘度、封入量を試料３よりさらに小さくした試料４（グリースの基油動粘度２４．１ｍｍ^２／ｓ、グリースの封入量３０％）では、光ファイバ張力の測定値は４５０ｇ、断線頻度は０．３回であった。このように、試料３および試料４は、いずれも断線頻度がさらに低くなったので、ガイドローラのベアリングに適する（評価Ａ）と判定した。

また、試料５（グリースの基油動粘度１６ｍｍ^２／ｓ、グリースの封入量は試料４と同じ）では、光ファイバ張力の測定値は４１０ｇであり、ローラの回転抵抗がより一層低くなっていた。断線頻度は０．２２回であった。
次に、試料６（グリースの基油動粘度１５．３ｍｍ^２／ｓ、グリースの封入量は試料４と同じ）では、光ファイバ張力の測定値は４００ｇ、断線頻度は０．２回であった。

さらに、試料７（グリースの基油動粘度１２ｍｍ^２／ｓ、グリースの封入量２５％）では、光ファイバ張力の測定値は３７０ｇであり、ローラの回転抵抗がより一層低くなっていた。また、試料８（グリースの基油動粘度は試料７と同じ、グリースの封入量１５％）では、光ファイバ張力の測定値は３５０ｇであり、ローラの回転抵抗がより一層低くなっていた。試料７の断線頻度は０．１回、試料８の断線頻度は０．０５回であった。

これら試料５から試料８のいずれも断線頻度が低いので、ガイドローラのベアリングに適する（評価Ａ）と判定した。そのうち、試料７および試料８は、断線頻度が特に低くなった。
このように、ベアリング３０の内径を８ｍｍとした場合、グリースの基油動粘度を４０℃において２６ｍｍ^２／ｓ以下、グリースの封入量を軸受内空間３３の容積の３５％以下にすれば、鋼球やグリースを使用した場合でも、ローラの回転抵抗を低くすることができる。よって、光ファイバの製造工程中における光ファイバの断線頻度を減らすことができる。

また、グリースの基油動粘度、封入量は試料４と同じだが、ベアリング３０の内径を１０ｍｍとした試料１１では、光ファイバ張力の測定値は５４０ｇ、断線頻度は０．８回であったので、ガイドローラのベアリングには適さない（評価Ｂ）と判定した。一方、ベアリング３０の内径を５ｍｍとした試料９では、光ファイバ張力の測定値は３５０ｇ、断線頻度は０．０８回であり、ベアリング３０の内径を３ｍｍとした試料１０では、光ファイバ張力の測定値は３１０ｇ、断線頻度は０．０５回であった。これら試料９および試料１０では断線頻度が低いので、ガイドローラのベアリングに適する（評価Ａ）と判定した。よって、ベアリング３０の内径が８ｍｍ以下であって、グリースの基油動粘度を４０℃において２６ｍｍ^２／ｓ以下、グリースの封入量を軸受内空間３３の容積の３５％以下にすれば、ローラの回転抵抗を低くすることができる。

ところで、図１では、線引き工程の例を挙げて説明したが、本開示はこの例に限定されない。例えば、着色工程において着色用のＵＶ硬化樹脂を供給する樹脂塗布装置を設けて着色し、光ファイバ素線に着色用のＵＶ硬化樹脂で被覆した光ファイバ心線を走行させるガイドローラであってもよい。このように、本開示の光ファイバには、光ファイバ素線の他、光ファイバ心線も該当する。また、着色工程に用いるガイドローラのほか、線引き後に巻き取った光ファイバ素線や光ファイバ心線を所望の長さに分割する場合に用いるガイドローラにも適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…光ファイバ製造装置、１１…線引き炉、１２…炉心管、１３…発熱体、１４…ガス供給部、１５…冷却ユニット、１６…外径測定ユニット、１７ａ…ＵＶ樹脂塗布装置、１７ｂ…ＵＶ硬化炉、１８…直下ローラ、１９ａ～１９ｉ…ガイドローラ、２０…引き取り装置、２１…ガイドローラ、２２…ダンサローラ、２３…巻き取り装置、３０…ベアリング、３１…内輪、３１ａ…軌道溝、３２…外輪、３２ａ…軌道溝、３３…軸受内空間、３４…転動体、３５…保持器、３６…シール部材、ｄ…軸受内径、Ｆ…母材送りユニット、Ｇ…光ファイバ母材、Ｇ１…ガラスファイバ、Ｇ２…光ファイバ、Ｂ…ボビン。

Claims (5)

1. 加熱して軟化させた光ファイバ母材を線引きした光ファイバを引き取り装置で引き取って巻き取る光ファイバの製造方法であって、
   前記光ファイバの走行速度が、１０００ｍ／ｍｉｎ以上であり、
   前記引き取り装置よりも上流側に設けられた１０個以下の複数のガイドローラで前記光ファイバを案内し、
   前記ガイドローラが、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間の軸受内空間に配置されて転動する転動体と、を備えたベアリングを中央部に有して構成され、
   前記軸受内空間に封入されるグリースの基油動粘度を４０℃において２６ｍｍ^２／ｓ以下とする、光ファイバの製造方法。
2. 前記グリースの封入量を前記軸受内空間の容積の３５％以下にする、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記ベアリングの内径を８ｍｍ以下とする、請求項１または請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記グリースの基油動粘度を４０℃において１６ｍｍ^２／ｓ以下とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。
5. 前記グリースの封入量を前記軸受内空間の容積の２５％以下にする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。