JPH02275727A - 光ファイバーの線引方法 - Google Patents
光ファイバーの線引方法Info
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- JPH02275727A JPH02275727A JP1093217A JP9321789A JPH02275727A JP H02275727 A JPH02275727 A JP H02275727A JP 1093217 A JP1093217 A JP 1093217A JP 9321789 A JP9321789 A JP 9321789A JP H02275727 A JPH02275727 A JP H02275727A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
- C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
- C03B37/0253—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2205/00—Fibre drawing or extruding details
- C03B2205/40—Monitoring or regulating the draw tension or draw rate
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- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
ガラス１１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・溶融し巻取袋Ｖ！１６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アイバ−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
、ａｔ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環ファイバーの外径を
外径測定器３で測定して設計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
。
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・溶融し巻取袋Ｖ！１６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アイバ−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
、ａｔ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環ファイバーの外径を
外径測定器３で測定して設計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６１−２９５２
６０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。
に注目されることはなく、例えば特開昭６１−２９５２
６０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。
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。
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。
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６３−３０２３
２２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。
２２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 １０
０ｍ／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
要求がまず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。
０ｍ／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
要求がまず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１２５ｕ±１／７１１が一般的となりつつある。
は１２５ｕ±１／７１１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。
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吉を目的とするものである。
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吉を目的とするものである。
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。
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線が０．５％以下
と・なる位置で測定し、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。
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線が０．５％以下
と・なる位置で測定し、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。
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。
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。
第を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ｌ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２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
。
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ｌ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２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
。
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）の長平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。
て粘度）の長平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がら距離Ｚの位置にある光
ファイバー温度Ｔ （”Ｃ）は、概ね次式１１＋で表さ
れることが知られている。
ファイバー温度Ｔ （”Ｃ）は、概ね次式１１＋で表さ
れることが知られている。
Ｔ＝Ｔｏ ＋ （Ｔｓ −Ｔｏ ） ｅｘｐ（−ａ −
Ｚ／ＶＦ ）・・・ｉｌｌ ：室温（’Ｃ）、 ：線引炉を出た直後のファイバー温度（’Ｃ）：線引炉
出口から測定位置迄の距離（ｍ）、二線速（ｍ／分）、 ：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。
Ｚ／ＶＦ ）・・・ｉｌｌ ：室温（’Ｃ）、 ：線引炉を出た直後のファイバー温度（’Ｃ）：線引炉
出口から測定位置迄の距離（ｍ）、二線速（ｍ／分）、 ：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（１）式からも判る通り、線引炉がら一定距離２の
位置で考えると高線速即ちＶ２が大きくなる程ファイバ
ー温度は高くなる。
位置で考えると高線速即ちＶ２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／ｍ
ｉｎまで安定製造の可能な装置を用いてファイバー母材
ｌ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。
ｉｎまで安定製造の可能な装置を用いてファイバー母材
ｌ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ｆｌＪ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。
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。
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ｌ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ｎｖＩ！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／＋ｉｎ 、室温（Ｔｏ）２５℃、
線引炉を出た直後のファイバー温度（Ｔｓ）１６００℃
。
装置を用いて光ファイバー母材ｌ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ｎｖＩ！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／＋ｉｎ 、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． Ｑ７ｍに対し、実際に製造された
ファイバー外径は１２３．７ｔｎｎであった。
イバー外径１２５． Ｑ７ｍに対し、実際に製造された
ファイバー外径は１２３．７ｔｎｎであった。
距ＭＺが０，８ｍの場合、両者の測定値はそれぞれ１２
５．０．ｃａ 、 １２４．９＃Ｑｍとなっていた。
５．０．ｃａ 、 １２４．９＃Ｑｍ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、上式ヨ
リ約９００℃と予想された。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。
リ約９００℃と予想された。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１２５４とする為に第１図の
外径測定器位置で例えば１２６．３７５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。
外径測定器位置で例えば１２６．３７５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。３００ ｍ／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。
果を表１に示す。３００ ｍ／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。
表１
以上のような実験を繰り返し行った結果、線速が３００
ｍ／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。
ｍ／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。
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［ｆｆｌに示す例では線速か上昇途中
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。
３図に示す。第１［ｆｆｌに示す例では線速か上昇途中
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Ｒｈしてもよい。
に従って下げるような装Ｒｈ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。
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。
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。
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。
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は先ファイバー、３１及び３２は外径測定
器を表す。
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は先ファイバー、３１及び３２は外径測定
器を表す。
Claims (3)
- （１）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％以下となる位置で
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。 - （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で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）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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