CN112456786B - 光纤的制造方法及光纤冷却装置 - Google Patents
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Abstract
能够将被入线的玻璃纤维牵引而向冷却筒内混入的外部气体切断，以少的冷却气体高效地冷却玻璃纤维。使从玻璃母材刚刚拉丝出的玻璃纤维(G1)经过冷却装置(20)，由冷却气体进行冷却。冷却装置(20)具有：冷却筒(21、21’)，其通过冷却气体冷却玻璃纤维(G1)；腔室(25)，其将冷却筒(21、21’)覆盖；吹气室(27)，其设置于腔室(25)上部。使小于或等于规定温度的冷媒经过设置于冷却筒(21、21’)的冷媒通路，从腔室(25)的框体气体导入口导入露点小于或等于冷媒的温度的气体，从吹气室(27)的吹气室气体导入口导入露点小于或等于冷媒的温度的气体，并使吹气室(27)的压力高于腔室(25)内的压力。
Description
技术领域
本发明涉及光纤的制造方法及光纤冷却装置。
背景技术
通常从玻璃母材拉丝光纤后，在与其他固形物接触前对该光纤实施树脂包覆。刚刚拉丝出的玻璃纤维由于是高温，因此无法立即实施树脂包覆。因此，通常对刚刚拉丝出的光纤进行冷却，冷却至适于树脂涂敷的温度。通过高效地进行该冷却，从而能够提高光纤的制造线速。
例如，在专利文献1中公开了光纤冷却装置。在该冷却装置中，向供玻璃纤维经过的光纤通路(冷却通路)供给导热效率高的He(氦)气，为了对形成光纤通路的冷却筒进行冷却，作为冷媒，例如将在从－70℃至至少室温左右为止的范围成为液相的全氟聚醚等冷却至－20℃而进行供给。因此，考虑为通过将冷却装置的壳体和包围冷却筒的隔热材料之间的空间由具有比冷媒的温度低的露点的干燥气氛保持，由此在光纤通路中不会发生结露。
专利文献1：日本特开平10－259036号公报
在专利文献1所公开的光纤冷却装置中，为了使－20℃的冷媒循环而防止冷却的光纤通路的结霜，在由干燥空气充满的壳体中配置有冷却筒，但如果光纤的拉丝的线速提高，则外部气体被玻璃纤维牵引而混入冷却筒中。由此，外部气体所包含的水蒸汽在光纤通路内结露，在小于或等于零度时结冰，因此有可能发生玻璃纤维的断线。为了防止该情况，如果将冷媒温度设定为常温附近的温度，则结露、结霜的问题得到解决，但冷却效率降低。并且，需要加长冷却筒的长度、增加向冷却筒内供给的氦气流量，存在拉丝装置的高度变高、或制造成本增加这样的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供能够将被入线的玻璃纤维牵引而向冷却筒内混入的外部气体切断，以少的冷却气体高效地对玻璃纤维进行冷却的光纤的制造方法及光纤冷却装置。
本发明的光纤的制造方法，使从玻璃母材刚刚拉丝出的玻璃纤维经过冷却装置，通过冷却气体进行冷却，所述冷却装置具有：冷却筒，其通过所述冷却气体对所述玻璃纤维进行冷却；框体，其将所述冷却筒覆盖；以及吹气室，其设置于该框体的上部，使小于或等于规定温度的冷媒经过设置于所述冷却筒的冷媒通路，向所述框体内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第1气体，向所述吹气室内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第2气体，并且使所述吹气室内的压力高于所述框体内的压力。
另外，本发明的光纤制造装置通过冷却气体对从玻璃母材刚刚拉丝出的玻璃纤维进行冷却，该光纤冷却装置由通过所述冷却气体对所述玻璃纤维进行冷却的冷却筒、将该冷却筒覆盖的框体和设置于该框体的上部的吹气室构成，所述冷却筒具有供小于或等于规定温度的冷媒经过的冷媒通路，所述框体具有框体气体导入口，该框体气体导入口向该框体内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第1气体，所述吹气室具有吹气室气体导入口，该吹气室气体导入口向该吹气室内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第2气体，使所述吹气室内的压力高于所述框体内的压力。
发明的效果
根据本发明，能够将被入线的玻璃纤维牵引而向冷却筒内混入的外部气体切断，防止由结露引起的玻璃纤维的断线。另外，能够以少的冷却气体高效地对玻璃纤维进行冷却。
附图说明
图1是用于对本发明所涉及的光纤的制造装置的概略进行说明的图。
图2是表示本发明所涉及的光纤冷却装置的一个例子的图。
图3是图2的III－III线的矢向剖视图。
标号的说明
1…光纤制造装置，10…拉丝炉，11…炉心管，12…发热体，13…气体供给部，20…冷却装置，20a…装置入口，20b…腔室入口，20c…装置出口，21、21’…冷却筒，22、22’…光纤通路，22a、22a’…光纤通路入口，22b、22b’…光纤通路出口，23、23’…冷媒通路，24、24’…隔热材料，25…腔室，26…空间，27…吹气室，28…空间，31、31’…冷却气体导入路，32、32’…冷媒导入路，33、33’…冷媒导出路，34…腔室气体导入路，35…吹气室气体导入路，40…外径测定装置，50…包覆装置，60A…正下辊，60B…引导辊，70…检查装置，80…绞盘，90…筛选装置，100…松紧调节辊，B…线轴，F…母材进给装置，G…玻璃母材，G1…玻璃纤维，G2…光纤。
具体实施方式
[本发明的实施方式的说明]
首先，列举本发明的实施方式而进行说明。
本发明所涉及的光纤的制造装置，(1)使从玻璃母材刚刚拉丝出的玻璃纤维经过冷却装置，通过冷却气体进行冷却，所述冷却装置具有：冷却筒，其通过所述冷却气体对所述玻璃纤维进行冷却；框体，其将所述冷却筒覆盖；以及吹气室，其设置于该框体的上部，使小于或等于规定温度的冷媒经过设置于所述冷却筒的冷媒通路，向所述框体内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第1气体，向所述吹气室内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第2气体，并且使所述吹气室内的压力高于所述框体内的压力。
通过该结构，在由露点小于或等于所述冷媒的温度的气体充满的框体的玻璃纤维的入口，将露点小于或等于所述冷媒的温度的气体进行吹气，由此能够防止外部气体向框体内的卷入。由此，能够将被入线的玻璃纤维牵引而向冷却筒内混入的外部气体进行切断，能够防止由结露引起的玻璃纤维的断线。另外，能够以少的冷却气体高效地对玻璃纤维进行冷却。
(2)可以使所述玻璃纤维的拉丝速度大于或等于1000m/分钟。在拉丝速度大的情况下，大气更容易从光纤入线口混入，但在本发明中，即使在拉丝速度为大于或等于1000m/分钟的高速的情况下，也能够将被入线的玻璃纤维牵引而向冷却筒内混入的外部气体进行切断，能够以少的冷却气体高效地对玻璃纤维进行冷却。
(3)优选使所述冷却筒内的所述冷却气体的压力高于所述框体内的所述第1气体的压力。由此，能够更可靠地防止外部气体向冷却筒内的卷入。
(4)优选所述冷却筒下部的冷媒温度低于所述冷却筒上部的冷媒温度。假设在大气混入框体内的情况下，冷却筒上部侧的大气浓度升高，下部侧的大气浓度降低。与该分布相对应地，降低冷却筒下部的冷媒温度，从而能够高效地冷却玻璃纤维，并且能够抑制结霜的发生。
(5)可以是所述冷却气体为氦气，所述冷却筒整体的氦气流量小于或等于5升/分钟。在本发明中，能够以少的冷却气体高效地对玻璃纤维进行冷却，因此能够削减冷却气体的流量。
本发明所涉及的光纤冷却装置，(6)通过冷却气体对从玻璃母材刚刚拉丝出的玻璃纤维进行冷却，该光纤冷却装置由通过所述冷却气体对所述玻璃纤维进行冷却的冷却筒、将该冷却筒覆盖的框体以及设置于该框体的上部的吹气室构成，所述冷却筒具有供小于或等于规定温度的冷媒经过的冷媒通路，所述框体具有框体气体导入口，该框体气体导入口向该框体内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第1气体，所述吹气室具有吹气室气体导入口，该吹气室气体导入口向该吹气室内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第2气体，使所述吹气室内的压力高于所述框体内的压力。
通过该结构，在由露点小于或等于冷媒的温度的气体充满的框体的玻璃纤维的入口，将露点小于或等于冷媒的温度的气体进行吹气，由此能够防止外部气体向框体内的卷入。能够将被入线的玻璃纤维牵引而向冷却筒内混入的外部气体进行切断，能够防止由结露引起的玻璃纤维的断线。另外，能够以少的冷却气体高效地对玻璃纤维进行冷却。
(7)可以是所述玻璃纤维向所述吹气室入线的入线口的内径，大于所述玻璃纤维从所述吹气室出线的出线口的内径。由此，入线部的吹气气体的流动朝上，能够防止大气向吹气室的混入。因此，能够防止外部气体向框体内的混入。
[本发明的实施方式的详细内容]
下面，一边参照附图，一边对本发明的光纤的制造方法及光纤冷却装置所涉及的优选的实施方式进行说明。在下面的说明中，在不同的附图中也标注相同标号的结构是同样的结构，有时省略其说明。此外，本发明并不限定于这些实施方式中的例示，包含在权利要求书中记载的特征的范围内及等同的范围内的全部变更。另外，只要能够对多个实施方式进行组合，则本发明包含将任意的实施方式组合的方式。
(光纤拉丝装置的概要)
首先，使用图1对本发明的实施方式所涉及的光纤制造装置1的概要进行说明。图1是用于对本发明所涉及的光纤的制造装置的概略进行说明的图。
如图1所示，光纤制造装置1在最上游具有拉丝炉10，该拉丝炉10对光纤用的玻璃母材G进行加热而使其软化。拉丝炉10具有：圆筒状的炉心管11，在该炉心管11的内侧供给玻璃母材G；发热体12，其将该炉心管11包围；以及气体供给部13，其向炉心管11内供给吹气气体。对于玻璃母材G通过母材进给装置F抓持其上部。该母材进给装置F能够将玻璃母材G的下端部分输送至拉丝炉10的炉心管11。
光纤制造装置1在拉丝炉10的下方(下游侧)具有对玻璃纤维G1进行冷却的冷却装置20。冷却装置20用于将刚刚拉丝出的高温的玻璃纤维G1冷却至适于树脂涂敷的温度。关于冷却装置20的详细内容在后面记述。在冷却装置20的下方(下游侧)设置有对玻璃纤维G1的外径进行测定的外径测定装置40。作为外径测定装置40，例如使用光学地对玻璃纤维G1的外径进行测定的装置，在玻璃纤维G1的与长度方向垂直的平面中，对相正交的2轴的直径进行测量。作为外径测定装置40，只要是能够非接触地对玻璃纤维G1的外径进行测定的装置，可以是除了光学式以外的外径测定装置。玻璃纤维G1的外径被控制为大致125μm。
光纤制造装置1在外径测定装置40的下方(下游侧)具有包覆装置50，该包覆装置50在玻璃纤维G1包覆树脂层而形成光纤G2。在本实施方式中，包覆装置50在测定出外径的玻璃纤维G1涂敷紫外线硬化型树脂即聚氨酯丙烯酸酯树脂，通过对该聚氨酯丙烯酸酯树脂照射紫外线而使聚氨酯丙烯酸酯树脂硬化。此外，作为紫外线硬化性树脂，也可以是除了聚氨酯丙烯酸酯树脂以外的树脂。玻璃纤维G1被树脂层包覆，成为外径大致250μm的光纤G2。
光纤制造装置1在包覆装置50的下方(下游侧)且拉丝炉10的正下方，具有对光纤G2的行进方向进行变更的正下辊60A。在本实施方式中，正下辊60A将光纤G2的行进方向从铅垂方向向水平方向变更。在正下辊60A的下游侧，设置有对树脂层的状态进行检查的检查装置70。检查装置70是气泡检测器、外径测定器或者鼓包(凹凸)检测器等检测装置，光学地(例如以激光式)对树脂层有无气泡、树脂层的外径或者树脂层有无鼓包进行检测，对光纤G2发生的不良进行监视。
光纤制造装置1在检查装置70下游侧具有对光纤G2行进方向进行变更的引导辊60B。引导辊60B将光纤G2的行进方向从水平方向向斜上方变更。
光纤制造装置1还具有以规定的张力对光纤G2进行拾取的绞盘80、向光纤G2赋予张力的筛选装置90及松紧调节辊100。光纤G2经由绞盘80、筛选装置90及松紧调节辊100而卷绕于线轴B。
(冷却装置)
接下来，对本发明所涉及的光纤冷却装置进行说明。图2是表示本发明所涉及的光纤冷却装置的一个例子的图，图3是图2的III－III线的矢向剖视图。在本实施方式中，冷却装置20在腔室25内具有上下2段的冷却筒21、21’和在腔室25的上部设置的吹气室27。冷却装置20构成为将在装置入口20a处例如以1200℃左右的高温经过的玻璃纤维G1，在装置出口20c处例如冷却至50℃左右为止。腔室25相当于本发明的框体。
冷却筒21、21’由金属构成，各自在中央部分以沿上下方向将冷却筒21、21’贯通的方式形成有光纤通路22、22’。分别是光纤通路入口22a与腔室入口20b相对，光纤通路出口22b与光纤通路入口22a’相对，并且光纤通路出口22b’与腔室25的装置出口20c相对。
冷却筒21和冷却筒21’具有相同的结构，因此在下面的说明中，对冷却筒21进行说明。冷却筒21的光纤通路22在光纤通路入口22a和光纤通路出口22b之间使玻璃纤维G1经过。光纤通路22在其长度方向中央位置处与冷却气体导入路31连通。向冷却气体导入路31中导入氦气，该氦气起到将该冷媒的温度向玻璃纤维G1传递的冷却气体的作用。如图3所示，冷却气体导入路31例如设置于隔着光纤通路22而相对的位置。此外，冷却气体导入路31也可以沿光纤通路22的周向放射状地设置。导入至冷却气体导入路31的氦气向光纤通路22内供给，作为将来自玻璃纤维G1的热向冷却的冷却筒21、21’传递的介质起作用。
冷却筒21具有冷媒通路23。冷媒通路23如图3所示，在冷却筒21的光纤通路22的周围设置例如共计4根，与光纤通路22同样地，沿上下方向将冷却筒21贯通而形成。冷媒通路23在其长度方向下端位置处与冷媒导入路32连通，在其长度方向上端位置处与冷媒导出路33连通。此外，除了冷媒通路23以外，与该冷媒通路23连通的冷媒导入路32、冷媒导出路33也是构成本发明的冷却筒21的部件。
向冷媒导入路32例如供给冷却至－40℃的全氟聚醚等介质。全氟聚醚作为通过经由光纤通路22中的冷却气体的热交换而对玻璃纤维G1进行冷却的冷媒起作用。全氟聚醚在将冷媒通路23内例如降低至－40℃为止后，例如使用泵进行排出，经由冷媒导出路33返回至未图示的储存槽。如果形成为介质能够在冷媒通路23内进行循环，则能够将光纤通路22始终以相同的状态进行冷却。此外，作为介质也可以使用液氮。另外，冷却筒21由隔热材料24覆盖，防止冷却筒21的温度上升。
关于冷却筒21’的结构，也设为与冷却筒21相同的结构，具有冷却气体导入路31’、冷媒通路23’、冷媒导入路32’、冷媒导出路33’及隔热材料24’。在形成于对冷却筒21、21’进行收容的腔室25的内壁和冷却筒21、21’的隔热材料24、24’之间的空间26中，充满与冷却筒21、21’中的较低的温度相比相同程度或者低的露点的例如干燥空气(干燥气氛)。空间26与腔室气体导入路34连通，从腔室气体导入路34的腔室气体导入口供给干燥空气。供给至空间26的干燥空气从腔室25的装置出口20c向外部排出。腔室气体导入口相当于本发明的框体气体导入口。
在本实施方式中，作为充满空间26的气体而使用了干燥空气，但只要是具有小于或等于冷却筒21、21’中的较低的温度的露点的气体，则也可以不是干燥空气，例如也可以使用氮气。由此，即使将用于对冷却筒21、21’进行冷却的温度低的冷媒供给至冷媒通路23，在冷媒导入路32、冷媒导出路33等的表面也不会使空间26的干燥空气中的水分凝结。另外，设为使冷却筒21、21’内的冷却气体的压力高于腔室25内的空间26压力。由此，充满空间26的干燥空气不会被玻璃纤维G1牵引而进入光纤通路22、22’内，在光纤通路22、22’内干燥空气中的水分不会凝结。向腔室25内的空间26供给的干燥气体相当于本发明的第1气体。
此外，在本实施方式中，具有2段冷却筒21、21’，但也可以由1段冷却筒21构成，或者也可以由大于或等于3段冷却筒构成。2段冷却筒21、21’设为下段的冷却筒21’与上段的冷却筒21相比冷媒的温度更低。例如，能够将上段的冷却筒21的冷媒的温度设为小于或等于―20℃，将下段的冷却筒21’的温度设为－40℃。此外，在由1段冷却筒构成的情况下，冷媒从下方向上方流动而温度上升，因此冷却筒下部的冷媒温度会低于冷却筒上部的冷媒温度。而且，进行调整以使得随着玻璃纤维G1的制造速度设定为高速而冷却筒21、21’成为更低的温度，将装置出口20c处的玻璃纤维G1始终冷却至适于树脂涂敷的温度，例如50℃左右。
在腔室25的上部设置有吹气室27。在吹气室27的空间28连通有吹气室气体导入路35，从吹气室气体导入路35的吹气室气体导入口将干燥空气供给至空间28内而作为吹气气体。供给干燥空气以使得吹气室27内的空间28的压力高于腔室25内的空间26的压力。而且，设为使成为玻璃纤维G1的入线口的吹气室27的装置入口20a的内径，大于成为玻璃纤维G1的出线口的吹气室27的腔室入口20b的内径。由此，从吹气室气体导入路35供给的干燥空气，其大部分从装置入口20a排出至外部，因此装置入口20a处的干燥空气的流动朝上。向吹气室27的空间28供给的干气体相当于本发明的第2气体。
因此，即使玻璃纤维G1的线速变大，被玻璃纤维G1牵引而牵引至吹气室27内的外部气体的量也少。由此，能够切断被玻璃纤维G1牵引而混入冷却筒21、21’内的外部气体。如上所述，通过设置吹气室27、在玻璃纤维G1的入线口处使干燥空气朝上流动，从而即使玻璃纤维G1的拉丝速度大于或等于1000m/分钟，也不会在冷却筒21、21’的光纤通路22、22’内产生结露、霜。另外，作为用于将玻璃纤维G1冷却至50℃所需的冷却气体的氦气，在冷却筒21、21’整体为每分钟小于或等于5升。
Claims (5)
1.一种光纤的制造方法，其使从玻璃母材刚刚拉丝出的玻璃纤维经过冷却装置，通过冷却气体进行冷却，
所述冷却装置具有：冷却筒，其通过所述冷却气体对所述玻璃纤维进行冷却；框体，其将所述冷却筒覆盖；以及吹气室，其设置于该框体的上部，
使小于或等于规定温度的冷媒经过设置于所述冷却筒的冷媒通路，
向所述框体内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第1气体，
向所述吹气室内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第2气体，并且使所述吹气室内的压力高于所述框体内的压力，
使所述冷却筒内的所述冷却气体的压力高于所述框体内的所述第1气体的压力。
2.根据权利要求1所述的光纤的制造方法，其中，
所述玻璃纤维的拉丝速度大于或等于1000m/分钟。
3.根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法，其中，
所述冷却筒下部的冷媒温度低于所述冷却筒上部的冷媒温度。
4.根据权利要求1或2所述的光纤的制造方法，其中，
所述冷却气体为氦气，所述冷却筒整体的氦气流量小于或等于5升/分钟。
5.一种光纤冷却装置，其通过冷却气体对从玻璃母材刚刚拉丝出的玻璃纤维进行冷却，
该光纤冷却装置由通过所述冷却气体对所述玻璃纤维进行冷却的冷却筒、将该冷却筒覆盖的框体以及设置于该框体的上部的吹气室构成，
所述冷却筒具有供小于或等于规定温度的冷媒经过的冷媒通路，
所述框体具有框体气体导入口，该框体气体导入口向该框体内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第1气体，
所述吹气室具有吹气室气体导入口，该吹气室气体导入口向该吹气室内导入露点小于或等于所述冷媒的温度的第2气体，
使所述吹气室内的压力高于所述框体内的压力，
所述玻璃纤维向所述吹气室入线的入线口的内径，大于所述玻璃纤维从所述吹气室出线的出线口的内径。
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