JPH07121820B2 - 光ファイバの製造方法及び装置 - Google Patents

光ファイバの製造方法及び装置

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JPH07121820B2
JPH07121820B2 JP63181783A JP18178388A JPH07121820B2 JP H07121820 B2 JPH07121820 B2 JP H07121820B2 JP 63181783 A JP63181783 A JP 63181783A JP 18178388 A JP18178388 A JP 18178388A JP H07121820 B2 JPH07121820 B2 JP H07121820B2
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fiber
cooling gas
optical fiber
cooling
conical surface
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弘明 滝本
勝司 坂本
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025Manufacture 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
    • C03B37/027Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • C03B37/02718Thermal treatment of the fibre during the drawing process, e.g. cooling

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は光ファイバの製造方法及び装置に関し、更に
詳述すれば光ファイバ用母材(以下、単に「母材」とい
う)を加熱溶融して、母材先端から一定の張力で線引き
して得られたファイバ(以下、「線引きファイバ」とい
う)の表面に樹脂被覆して光ファイバに仕上げる光ファ
イバの製造方法及び装置の改良に関する。
[従来の技術] 通常、光ファイバの製造は次のようにして行っている。
すなわち、第8図に示すように予め別途作製の母材1
を、加熱炉2内の炉心管3内に送り出し、加熱溶融した
母材1先端から一定の張力で線引きし、得られた線引き
ファイバ4を、線引き過程中の自然放熱で冷却させなが
ら、樹脂液を入れたコーティングダイス5中を通過さ
せ、線引きファイバ4の表面に樹脂液を被覆させた後、
炉9で焼き固め、得られた光ファイバ7をドラム8に巻
き取るようにしていた。
このように、光ファイバ7を製造するときに線引きファ
イバ4の表面に樹脂被覆する理由は次の通りである。
すなわち、線引きのファイバ4の径は100〜150μm程度
のガラス繊維であるから極めて弱く、100g前後の引張荷
重で容易に破断する。
また、材質がガラスであるから金属とは異なりぜい性破
壊をおこし、ファイバ表面についた小さな傷でも成長し
て破壊の原因となる。
それ故に、線引きファイバ表面を樹脂被覆して、引張り
強度や曲げ強度を向上させる方法が採用されている。
一方、光ファイバ製造の生産性を高めるためには、ファ
イバの線引き速度を早くする必要がある。ところが、線
引きファイバの表面に過外線硬化性樹脂等の合成樹脂を
被覆するときには、その線引きファイバは加熱溶融した
母材から線引きしたものであるから、線引き過程におい
て熱放散して冷却されるといっても、未だ十分冷却され
ない場合があり、そのような状態でコーティングダイス
5中を通すと、コーティング層は線引きファイバの熱的
影響を受け、線引きファイバ周囲の樹脂粘度が低下しす
ぎてコーティング層の寸法が安定しない問題が生じる。
このような不具合を解消するため、従来は特公昭54−39
496号公報に示されるように加熱溶融した母材から線引
きした直後のファイバ表面にガスを吹き付け、ファイバ
を冷却するようにしていた。これを第9図に示すが、同
図中の6は冷却ガスをあらわし、その他の第8図と共通
する符号は第8図と同じを意味する。
[発明が解決しょうとする課題] 生産性向上のためにファイバの線引き速度を大にすれば
する程、ファイバより奪う熱量を大きくする必要がある
が、上記公報記載の方法のようにファイバと平行にガス
を流す方式ではファイバ近傍のガスは入れ替わり難く、
熱は伝導によってファイバ近傍のガスからその外側のガ
スへと移っていくのみであって、冷却効果としてみると
あまり多くを期待できない。この熱伝導を大きくするた
めにHeやH2を用いる方法もあるが、前者は価格、後者は
安全性の面で問題がある。
本発明は光ファイバの線引工程において、加熱した母材
から線引きしたファイバに樹脂被覆を施す以前に冷却し
ておく方法に於て、従来法よりも大幅に冷却効果を向上
し、高品質で安定した樹脂被覆を可能とする光ファイバ
用母材の製造方法及び装置を提供することを目的とする
ものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は第9図のようにファイバの軸方向に平行に冷却
ガスを流す従来法にかえて、ファイバの幅方向に対し平
行ではない方向から冷却ガスを流して冷却効果を大幅に
向上すると共に、この冷却ガスによるファイバの振れが
起こらないような冷却方法及び装置を提供するものであ
る。
本発明は加熱源により加熱溶融された光ファイバ母材先
端から一定の張力でファイバを線引きすると共に線引き
されたファイバの表面に樹脂被覆を施して光ファイバを
形成させる方法において、上記加熱源から樹脂被覆装置
に致る区間における樹脂被覆前のファイバに、該ファイ
バの中心軸に垂直なある断面上及び/又は該ファイバ上
の1点を円錐の頂点とする円錐面上においてはファイバ
に向かって一方向に冷却ガスを流し、上記断面及び/又
は円錐面とは少なくともある間隔を持って離れた別の断
面及び/又は円錐面上では上記とは違う向きでかつファ
イバに向かって冷却ガスを流し、これらのファイバに向
かった冷却ガスはファイバの反対側では開放されてお
り、これらの冷却ガスの流速をベクトルの長さ、冷却ガ
スの流れる方向をベクトルの方向としたとき、ファイバ
をz軸とする空間において該ベクトルの総和のx,y成分
が実質的に零となるように冷却ガスを流して該ファイバ
を冷却することを特徴とする光ファイバの製造方法であ
る。
また、本発明は上記方法を実現できる装置として、加熱
源により加熱溶融された光ファイバ母材先端から一定の
張力でファイバを線引きすると共に線引きされたファイ
バの表面に樹脂被覆を施して光ファイバを形成させる装
置においては、上記加熱源から樹脂被覆装置に致る区間
における樹脂被覆前のファイバを取り囲んで、該ファイ
バの中心軸に垂直なある断面上及び/又は該ファイバ上
の一転を円錐の頂点とする円錐面上においてはファイバ
に向かって一方向に冷却ガスを流し、上記断面及び/又
は円錐面とは少なくともある間隔を持って離れた別の断
面及び/又は円錐面上では上記とは違う向きでかつファ
イバに向かって冷却ガスを流し、これらのファイバに向
かった冷却ガスはファイバの反対側では開放されてお
り、これらの冷却ガスの流速をベクトルの長さ、冷却ガ
スの流れる方向をベクトルの方向としたとき、ファイバ
をz軸とする空間において該ベクトルの総和のx,y成分
が実質的に零となるように冷却ガス吹出部分を設けた冷
却ガス用パイプを有してなる光ファイバの製造装置を提
供する。冷却ガス吹出部分がファイバを中心としてらせ
ん状に配意された冷却ガス用パイプに設けられてなる上
記装置及び冷却ガス吹出部分がファイバを中心として点
対称の位置が空間となるようにファイバを取り囲んでフ
ァイバと平行に複数本配置した冷却ガス用パイプに設け
られてなる上記装置は本発明の特に好ましい実施態様で
ある。
以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。ファ
イバより奪う熱量を大きくするために、ファイバに横か
ら、すなわちファイバの軸方向(線引き方向)に対して
平行ではなく冷却ガスを流すと、ファイバ近傍のガスを
常に低く保つ事により、ガスによる冷却としては最大の
能力が期待できる。ここでファイバをz軸とする空間で
考えて、x,y方向において常に同じ方向にガスを流した
り、又ある方向に流すガスが多いと、その力のz軸方向
における蓄積によりファイバがその方向に振られてしま
い、ネックダウンの形状に影響を与えるので好ましくな
い。そこで本発明は流すガスの流速を長さ、流れる方向
をその方向としてベクトルを、ファイバをz軸とした空
間においてx,y平面に投影したとき、そのベクトルの総
和がほぼ零となるようにガスを流すことによりファイバ
の位置がガスを流さないときの位置と変わらないように
したものである。
第6図(a)及び(b)はファイバの中心軸に垂直な方
向から冷却ガスを本発明に従って吹き付ける場合を概念
的に示した平面図及び断面図であり、第7図(a)及び
(b)はファイバ上の1点を円錐の頂点とする円錐面上
の方向から冷却ガスを吹き付ける場合を概念的に示す平
面図及び断面図である。第6図(a)及び(b)、第7
図(a)及び(b)のいずれにおいても、矢印はガスの
吹き付け方向を示し、ファイバ中心軸方向から見るとガ
スは中心のファイバに向かって吹き付けられており、ま
た、冷却ガスのファイバに当たる点(位置)は該ファイ
バ中心軸上でずれており、重ならない。なお、第6図
(a)及び(b)の方法と第7図(a)及び(b)の方
向を併用することもできる。
第1図は本発明の実施態様を示す概略図であり、符号1
〜9の意味するところは第9図と同じであるが、冷却ガ
ス6はらせん状パイプ10の上端部及び下端部の両方のガ
ス入口から同時に該パイプ内に導入される。該らせん状
パイプ10は第2図に説明図を示すように、その内側に細
かな穴11が多数開けられており、加熱炉2とコーティン
グダイス5の間に図示のように中心にファイバが通るよ
うに設置してあるので、冷却ガス6は第2図、第3図に
示されるようにファイバに向かって吹き出す。このとき
に穴11は、第3図に示す水平方向断面図においてはガス
6が中心のファイバに向かって吹き出すように、又垂直
方向断面において、同じ高さに2つの穴が存在しないよ
う高さを異として配置しておき、これらのファイバに向
かった冷却ガスはファイバの反対側では開放される。こ
のようにすることで、各冷却ガスの速さをベクトルの長
さ、各冷却ガスの方向をベクトルの方向としたとき、フ
ァイバをz軸とした空間において、それらのベクトルの
総和のx,y成分がほぼ零になるように構成されている。
また、第4図及び第5図に水平方向断面図及び鉛直方向
断面図を示すように、ファイバの中心軸に平行に、かつ
ファイバを取り囲んで複数本の冷却ガス用パイプ12を配
置し、これに第4図及び第5図のようにファイバに向か
って、また、中心のファイバに対し一つの吹出口の点対
称の位置は空間となっているように、しかもすべての穴
の高さが異なるように冷却ガスの吹出口を設けること
も、本発明の好ましい実施態様である。
なお、本発明に用いる冷却ガスとしては例えば空気、
O2,N2,He,A等の不活性ガス及びこれ等の混合ガスが挙げ
られ、冷却ガスの温度はその目的を達成しうる温度であ
れば特に限定されるところはないが、例えば室温又は室
温以下等であり、低い程冷却が速やかであることは、言
うまでもない。
[作用] 本発明では、第3図及び第4図のように線引きファイバ
4に対し常に平行ではなく、線引きファイバ4の温度よ
り低温の冷却ガス6を流すことにより、線引きファイバ
4の周囲は常に吹き出す冷却ガス6の温度に保たれるこ
とにより、線引きファイバ4とファイバ近傍の冷却ガス
6との間の熱交換が行なわれ、線引きファイバ4は急速
に冷やされる。ファイバの長手方向に沿って、ずっと円
周上の一方向からガスを流す方法では長手方向の力が蓄
積して線引きファイバ4は横に振られてしまう。しかし
ながら本発明のように様々な方向からガスを流せば、一
方向へ大きな力は働かず線引きファイバ4が振られる事
はない。
[実施例] 実施例 第1図に示した本発明の製造装置を用いて、線引きファ
イバ4が直径125μmの石英ガラスである場合におい
て、加熱炉2の下端より下へ1.0mから3.5mの位置に冷却
装置部分を配置し、冷却ガス6としては空気を180/mi
n流した。このとき、冷却装置部分下端でのファイバ温
度は線速500m/minにおいて、冷却なしでは330℃であっ
たものが、冷却すると140℃まで下げることができた。
またこの際にファイバの線振れはなかった。尚、冷却ガ
ス6の温度は約20℃であった。さらに冷却ガスの吹き出
し方向を上方45゜にとったところ、上記と同条件でファ
イバ温度は100℃迄下げることができた。
[発明の効果] 以上説明したように本発明の光ファイバの製造方法及び
装置は、加熱した母材から線引きしたファイバを従来方
法による場合よりも冷却効果を大幅に向上し、しかもフ
ァイバに振れを起こすことなく冷却できる。さらに吹き
出すガスを清浄に保持しておく事により、ファイバ周囲
の雰囲気を清浄に、例えば第1図に示す実施例ではクラ
ス10程度に保持することができるという優れた効果を奏
するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第7図(a)及び(b)は本発明の実施態様
を説明する図であって、第1図は本発明の方法及び装置
の概略説明図、第2図は冷却ガス用らせん状パイプの説
明図、第3図は第2図のパイプの水平方向断面図であ
る。第4図及び第5図は本発明の別の実施態様を説明す
る図であって、夫々冷却ガス用パイプ部分の水平方向断
面図及び鉛直方向断面図である。第6図(a)及び
(b)並びに第7図(a)及び(b)は本発明におい
て、ファイバ中心軸に対し垂直な断面上又はファイバ上
の1点を頂点とする円錐面上に沿って冷却ガスを吹き付
ける場合を概念的に説明するための平面図及び断面図で
ある。第8図及び第9図は従来法の説明図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱源により加熱溶融された光ファイバ母
    材先端から一定の張力でファイバ線引きすると共に線引
    きされたファイバの表面に樹脂被覆を施して光ファイバ
    を形成させる方法において、上記加熱源から樹脂被覆装
    置に致る区間における樹脂被覆前のファイバに、該ファ
    イバの中心軸に垂直なある断面上及び/又は該ファイバ
    上の1点を円錐の頂点とする円錐面上においてはファイ
    バに向かって一方向に冷却ガスを流し、上面断面及び/
    又は円錐面とは少なくともある間隔を持って離れた別の
    断面及び/又は円錐面上では上記とは違う向きでかつフ
    ァイバに向かって冷却ガスを流し、これらのファイバに
    向かった冷却ガスはファイバの反対側では開放されてお
    り、これらの冷却ガスの流速をベクトルの長さ、冷却ガ
    スの流れる方向をベクトルの方向としたとき、ファイバ
    をz軸とする空間において該ベクトルの総和のx,y成分
    が実質的に零となるように冷却ガスを流して該ファイバ
    を冷却することを特徴とする光ファイバの製造方法。
  2. 【請求項2】加熱源により加熱溶融された光ファイバ母
    材先端から一定の張力でファイバを線引きすると共に線
    引きされたファイバの表面に樹脂被覆を施して光ファイ
    バを形成させる装置において、上記加熱源から樹脂被覆
    装置に致る区間における樹脂被覆前のファイバを取り囲
    んで、該ファイバの中心軸に垂直なある断面上及び/又
    は該ファイバ上の1点を円錐の頂点とする円錐面上にお
    いてはファイバに向かって一方向に冷却ガスを流し、上
    記断面及び/又は円錐面とは少なくともある間隔を持っ
    て離れた別の断面及び/又は円錐面上では上記とは違う
    向きでかつファィバに向かって冷却ガスを流し、これら
    のファイバに向かった冷却ガスはファイバの反対側では
    開放されており、これらの冷却ガスの流速をベクトルの
    長さ、冷却ガスの流れる方向をベクトルの方向としたと
    き、ファイバをz軸とする空間において該ベクトルの総
    和のx,y成分が実質的に零となるように冷却ガス吹出部
    分を設けた冷却ガス用パイプを有してなる光ファィバの
    製造装置。
  3. 【請求項3】冷却ガス吹出部分がファイバを中心として
    らせん状に配置された冷却ガス用パイプに設けられてな
    る特許請求の範囲(2)項記載の光ファイバの製造装
    置。
  4. 【請求項4】冷却ガス吹出部分がファイバを中心として
    点対称の位置が空間となるようにファイバを取り囲んで
    ファイバと平行に複数本配置した冷却ガス用パイプに設
    けられてなる特許請求の範囲(2)項記載の光ファイバ
    の製造装置。
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JP2633034B2 (ja) * 1989-09-19 1997-07-23 三菱電線工業株式会社 金属被覆光ファイバの製造法
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