JPS5843338B2 - 光フアイバ−の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ファイバーを製造する際において。

線径精度の優秀なファイバーが不良事故なく、安いコス
トで製造できる方法を提供せんとするものである。

従来における光フアイバー製造方法の一例を第１図によ
り説明すると、この製造例では中心部の屈折率がその外
周部の屈折率より大きい値を有するように、予め特殊な
方法（図示せず）で製造され、しかも断面における屈折
率の分布状態が光ファイバーと同一に製造された棒状素
材（直径１０〜１５朋程度の石英製）Ａが用いられてお
り、この棒状素材Ａは、素材供給装置Ｂにとりつけられ
ているクランプＣにより把持された後、電線りより給電
されている加熱炉Ｅの炉心管Ｎ中に徐々に送り込まれ、
そして該加熱炉Ｅで加熱溶融された同素材Ａの溶融端部
Ｍが引取装置Ｆにより、素材供給の速度よりも速い速度
で引取られて１００〜１５０ミクロン程度の細い光ファ
イバーｉとなり。

その後この光ファイバーｉは、張力制御機構Ｇを経て巻
取装置Ｈに装着された巻取ボビンＪに一定張力で巻きと
られるようになっている。

このような装置によって製造される光ファイバーｉの直
径ｄｆは、原理的には棒状素材Ａの直径旧、素材Ａの送
り込み速度Ｖｌ及びファイバーｉの引取速度ｖｆとによ
り、はぼ となって定まるが、この種の光ファイバーは、その特性
上きわめて高い寸法精度が要求されており。

例えば１条長が１．ｍ以上の長尺ファイバーを製造する
にあたってはその全長にわたる直径寸法精度が少なくと
し±１％の誤差範囲内にとどまるように製造しなければ
ならない。

このような場合、素材の直径寸法精度が例えば±０．０
１ｍｍ程度になるように素材を加工して、これを線引き
するというような手段も考え得るが、実際にはそのよう
な素材を製作することは歩留りが悪く、経済性までも考
慮に入れた場合、実施は困難である。

そこで現実には、前記第１図の場合でも次の如き手段が
取られているのであって１例えばレーザー光線等を応用
した精度の高い線径測定装置（例えば安立電気（麹製）
Ｋを図示するように装備し。

これの電気出力をＰＩＤ制御回路等の適当な電気回路り
を介して引取装置の引取速度にフィードバックし、これ
により光ファイバーの直径ｄｆをできるだけ一定に保つ
ようにせんとしている。

つまり、この線径制御方式では１例えば素材の直径旧が
微少量△旧だけ増大したとき、引取速度Ｖｆを微少量△
Ｖｆだけ増大せしめるよう電気回路りが設計されていた
とすると、光フアイバー直径ｄｆはおおよそ となるから、第（３）式の右辺のカッコ内が常に１とな
るように電気回路りを設定しておくことにより素材の直
径が微少量変化してもファイバー直径をほぼ一定に保て
るというのである。

しかし、この従来製造方式には次の如き欠点があった。

すなわち、従来の炉心管Ｎ内の温度を適正作業温度に保
つべく、電源りから加熱炉Ｅに一定電圧の電力を供給す
るように努力はしているが。

どうしても多少の電圧変動はまぬがれず、この電圧変動
により、炉心管Ｎ内の温度０変動をひき起こし、これに
伴う炉心管Ｎ内の微妙な温度変動がファイバー直径変動
の一因になっていた。

従って、ファイバー直径の変動を少なくシ、精度を向上
させるためには電源電圧の変動を出来るだけ小さく抑止
することが必要であるが、この間項を定醒圧電源等の設
備により解決しようとすると、大きな設備費を要するこ
とになり、好しい解決策となり得ない。

また、従来方式には次の如き欠点もあった。

すなわち、炉心管Ｎ内の温度を一定に保つために、電源
りから加熱炉Ｅに供給される電力を一定に保つのである
が、一般に加熱炉Ｅには炉心管Ｎやヒーター等消耗部品
が使用されているので、毎日、通電使用した場合、その
使用回数が増すに従い。

それら消耗部品の消耗に伴う漸増的な誤差により。

供給電圧を同一にしておいても、炉心管Ｎ内の温度が次
第に適正作業温度からずれてしまう傾向があり、これを
看過してしまうと極端な場合には断線事故を起すことに
なる。

このような事故を防ぐ一手段として、熱電対を常時炉心
管Ｎ中に挿入しておくことも考えられるが、前記消耗部
品の消耗が激しいので、毎日、作業開始前にその都度炉
心管Ｎ中の温度を熱電対等により測定して、その温度が
適正作業温度になるように供給電力を手動調正してから
作業開始するとか、消耗部品をその消耗程度の多少にか
かわらず、定期的に新品と取りかえる等の作業が必要で
あり、連続生産を考える場合、装置稼働率の向上に大い
なる障害となっていた。

本発明は、上記の問題点に対処すべく、電源電圧の変動
等にともなうファイバー直径の変動を従来よりも更に小
さく、抑止すると共に断線事故等を自動的に防止し、且
つ、稼働率を向上せしめ、製品のコスト・ダウンという
点に関しても有益な光フアイバー製造方法を提供せんと
するもので。

以下図表、図面等により実施例を説明する。

本発明の要点は、線引時の炉心管内温度を消耗部品の消
耗度やファイバー引取線速に無関係に常にほぼ一定の適
正作業温度に維持する点にあるが。

第２図は、その適正値を棒状素材Ａの溶融端部Ｍから引
出される光ファイバー（詳しくは裸ファイバーであるが
、以下単にファイバーと称す。

）の張力により間接的に検知しうろことを説明するため
に示した実験データーである。

すなわち、第２図イは、炉心管内の温度と直径１２５μ
ｍのファイバーの引出し張力との関係を調べたデーター
の一例であるが、図中の３本のグラフは、ファイバーの
引取線速を３種類かえてデーターをとったことを示して
おり、これによりいずれの線速でも１片対数方眼紙上で
ほぼ右下りの直線、つまり、炉心管内温度を上昇せしめ
ると張力はほぼ指数関係的に減少するという事実を見出
した。

一方、第２図口は同様にして炉心管内温度をバロメータ
ーとして３種類選び、ファイバーの線速とファイバー引
出し張力との関係を調べたデークーの一例であり、これ
により、張力はファイバー引取線速の増大と共にほぼ指
数関数的に増大することを見出した。

第３図は、その他の実験結果の一例を示すもので、供給
電力の微少な変動がファイバー直径の変動に与える影響
の程度は、炉心管内温度を成る範囲内の値にしたとき最
も小さくなり、それより低温すぎても高温すぎても影響
を大きくするという現象を見出した時のきわめて興味深
いデーターである。

これを具体的に説明する。予め、供給電力量と炉心管内
温度上昇との関係を測定しである炉心管を使用し、直径
１０．７５ｍｍの石英棒をファイバー引取線速３０ｍ／
分で直径約１２５μｍのファイバーに線引きしつつ、第
３図イに示すごとく、供給電力を５秒間かけて炉心管内
温度が３℃上昇する分だけ増大させ、その後５秒間はそ
の電力を維持し、再び次の５秒間で供給電力を炉心管内
温度上昇３℃に相当するだけ増大せしめるという操作を
繰り返し、つまり１階段上に供給電力を変化せしめたと
きのファイバー直径の変動状態を２ペンのレコーダーに
より２種類の感度で同時に記録したのが第３図口である
。

この記録紙上の位置と炉心管内温度と、ファイバー引取
張力との関係は概路次の通りである。

第３図口により、 ＸＸ’ 、 ＹＹ’間の範囲では、
温度変動が線匝変動に与える影響が、それ以外の範囲に
於ける影響よりも小さいことが示されている。

言いかえると直径１２５μｍ程度のファイバーは。

約８０〜７ｇｒの範囲内の一定張力で引取れるように供
給電力を常に調整しておくことが望ましい、ということ
が見出された。

第３図は、ファイバー引取線速３０ｍ／分の場合に関す
るものであるが１発明者等の各種実験によると、その他
の引取線速でも同様の張力で引取れるように供給電力を
調整することが望ましいことが判明した。

以上、第２図イ１ロ、第３図イ、口で説明したごとき実
験の結果にもとづいて本発明はなされたものである。

第４図は本発明を実施するための装置の一例を示すもの
である。

すなわち、光フアイバー用となる石英製の棒状素材１は
、素材供給装置２にとりつけられているクランプ３によ
り把持された後。

電源４により供電されている加熱炉５の炉心管６の中に
徐々に送り込まれて、該素材１の溶融端部７から引取装
置８により引取られ、光ファイバー９となる。

この光ファイバー９は張力制御機構１０を経て、巻取装
置１１に装着されている巻取ボビン１２に一定張力で巻
きとられ、同時に線径測定装置１３の電気出力がＰＩＤ
制御回路等の電気回路１４を介して引取装置８の引取り
速度にフィードバックする点は従来通りであるが１本発
明装置では前記した如き各種実験にもとづき、張力検出
装置１５を設置し、ファイバー張力に対応する電気出力
をＰＩＤ制御回路等の適当な電気回路１６を介して、電
源４にフィードバックし、これによりファイバー張力が
常に一定になるように加熱炉５に対する供給電力を自動
制御するようにせしめた。

前記した実験結果より、明らかなごとく。ファイバー引
取速度が変化するとファイバー張力が変化するが、その
場合でも本発明装置においては、供給電力が自動的に調
整され、予め設定された適正なファイバー張力が保持さ
れるのである。

しかし、ファイバー線速が予め設定した値よりも、運転
開始後大きく変移することは、製造ラインとしてあまり
使いやすいものではないので第４図の実施例においては
、引取装置８の引取速度が設定値からある限度以上はな
れたときには、その偏位を適当な電気回路１７を介して
、素材供給装置２の素材送りこみ速度にフィードバック
せしめるようにした。

素材送りこみ速度によりファイバー直径を変化せしめう
ろことは、前述の第（１）式により明らかではあるが１
発明者等の実験によればその応答性はきわめて緩慢であ
るので、ファイバー直径均一化の自動制御系においては
、応答性のきわめて速い、ファイバー引取速度による自
動制靜とあわせて使用することにより、ファイバー線速
が予め設定した値からあまり大きく変移せず。

しかも、直径均一性のよいファイバーを製造できる装置
とすることが可能となった。

本発明を実施するに際しては、ファイバー引取時の張力
を検出する装置が必要であるが、この装置としては１例
えばエイコー測器■製のテンション・ピックアップを流
用することもできる。

この装置の原理は、第５図の如く３ケの回転自在に設け
られたローラー１８，１９，２０に矢印２６の如く走行
しつつある線状物体２１を図示のように通し、その線状
物体２１の張力２２，２２の合力２３によるローラー１
９の偏位を電気出力に変換して、張力を測定するもので
あるが、これを本発明に採用する場合、本発明では線状
物体が石英製の光ファイバーのごとく、もろい材質でで
きているので、直接ローラー１８．１９．２０に接触す
ると、その強度が劣化したり、極端な場合破断してしま
う虞がある。

そこで第４図に示した如く、張力検出装置１５の直上で
、樹脂塗布装置２４により光ファイバー（裸フアイバ−
）９に樹脂を塗布し、これを焼付炉２５により焼付けて
、第６図の如く石英製の裸フアイバ−２８に樹脂膜２７
が被覆された状態にし、該ファイバー表面が直接張力検
出装置のローラー１Ｂ、１９．２１に接触しないように
せしめた。

本発明に於ては、ファイバーの引取張力を検出し、これ
を加熱炉への供給電力にフィードバックし、ファイバー
張力を常に適正値にして線引きすることにその主眼があ
る。

従って、ここで用いる加熱装置としては電気抵抗炉や高
周波誘導加熱炉であってもよいし、また、ＣＯ２レーザ
ー等であってもよい。

その発生熱量を供給電力により調整可能なものであれば
本発明はすべて適用できるものである。

本発明の光ファイバーの製造方法に関する説明は上記の
通りであるので次のような特徴効果が得られる。

（イ）ファイバー線引き時の張力を検出し、これを線引
きのための加熱装置にフィードバックして。

常に熱源の微少温度変化が線径変動にあまり影響を与え
ない範囲（張力で０．５〜６．５ｋｇ／ｍＡ）のある一
定張力で線引きするようにしているから、電源電圧等の
変動によるファイバー線径変動が少なく、線径精度のよ
いファイバーを容易に製造できるという効果があり１品
質の向上に対して、きわめて有効である。

（ロ）上記加熱装置の消耗部品等が消耗して、熱効率が
悪くなっても、ファイバー線引き張力が常にほぼ一定と
なるように自動制御化できるから。

自動的に加熱装置に対する供給電力が増大（または減少
）せしめられる。

従って１作業開始前に炉心管内温度をチェックするよう
な作業を省略しても、炉心管内は常に適正作業温度に保
たれるから、断線事故等が未然に防がれ、装置の稼働率
の向上に大いに有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の製造方法を示す説明図、第２図イは光フ
ァイバーの溶融温度とその引出し張力との関係を示す本
発明の実験データーグラフ、同図口は光ファイバーの引
出し張力とその引取線速との関係を示す本発明の実験デ
ーターグラフ、第３図イは一定時間ごとに加熱装置の温
度を上昇変化させた本発明の加熱温度変化グラフ、同図
口は同上の温度変化により変動する光フアイバー直径を
示した本発明の実験データーグラフ、第４図第５図。 第６図は本発明方法の実施例を示す説明図である。 １・・・・・・棒状素材、５・・・・・・加熱炉、６・
・・・・・炉心管。 Ｉ・・・・・・溶融端部、８・・・・・・引取装置、９
・・・・・・光ファイバー １５・・・・・・張力検出
装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光フアイバー用の棒状素材を加熱装置内に送りこん
   で該素材をその先端から順次η０装溶融すると共に同溶
   融端部を引取装置により引出して光ファイバーを製造す
   る方法において、該光ファイバーの引取張力を約０．５
   即／Ｉ！１ｉ〜６．５ ｋｇ／寵内の所望値に設定する
   と共に同光ファイバー〇）引取張力を張力検出装置によ
   り検出するようにし、該検出出力により加熱装置の温度
   を制御して光ファイバーの引取張力を上記設定値に保持
   するようにしたことを特徴とする光ファイバーの製造方
   法。