JP2005239522A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを抑えつつ高品質な光ファイバを製造する。
【解決手段】 窒素ガスが送り込まれた線引き炉１１内に光ファイバ母材１４を投入し、その先端部近傍をヒータ１３による加熱溶融位置に配置させる。コントローラ３３によって流量調整器２３、２４を制御し、窒素ガスが充満していた線引き炉１１内にヘリウムガスを送り込み、窒素ガスに代わってヘリウムガスを充満させる。窒素ガスに代わって充填された熱伝導率に優れたヘリウムガス雰囲気中にて、光ファイバ母材１４の先端部を加熱溶融させ、下方に引き延ばして細径化し、ガラスファイバ１４ａとし、高品質な光ファイバを製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバ母材を加熱溶融させて線引きすることにより、光ファイバを製造する光ファイバの製造方法に関する。

光ファイバは、石英等の材料で製造した光ファイバ母材を線引きして細径化することにより製造されている（例えば、特許文献１参照）。
図３は、光ファイバを製造する製造装置である。図に示すように、この製造装置は、ヒータ１を備えた円筒状の線引き炉２を有しており、この線引き炉２内には、その上部から、光ファイバ母材３が投入される。
線引き炉２内に投入される光ファイバ母材３は、その先端側がヒータ１によって加熱溶融され、下方に引き延ばされて細径化され、ガラスファイバ３ａとされる。
線引き炉２の下方には、ガラスファイバ３ａの外周に紫外線硬化型樹脂を被覆する樹脂塗布用ダイス４と、塗布した紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させる紫外線照射装置５とが設置されている。そして、ガラスファイバ３ａは、樹脂塗布用ダイス４によって外周に樹脂が塗布されて紫外線照射装置５によって樹脂が硬化されることにより、樹脂が被覆された光ファイバ３ｂとされる。
その後、光ファイバ３ｂは、ガイドローラ６を介して図示しないキャプスタンによって引き込まれ、ボビンに巻き取られる。

特開平７−１４４９３０号公報

ところで、線引き炉は、その内部が極めて高温となるため、特に、内周側はカーボンからなる炉心管として耐熱性を確保し、さらに、この炉心管の酸化による損傷を防ぐため、炉心管内に不活性ガスを送り込んでいる。
この不活性ガスとしてよく使われるものは、窒素、ヘリウムなどであるが、特に、廉価な窒素は、光ファイバの製造コストを下げるために多く用いられている。
しかしながら、窒素は、ヘリウムと比較して熱伝導率が小さく、このため、特に、外径の大きな光ファイバ母材から光ファイバを製造する場合、外径変動が大きくなってしまう。
このため、このような大径の光ファイバ母材から光ファイバを製造する場合には、高価なヘリウムを使わざるを得ず、製造コストが高い。

この発明は、製造コストを抑えつつ高品質な光ファイバを製造することが可能な光ファイバの製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の光ファイバの製造方法は、不活性ガスを供給した線引き炉内に光ファイバ母材を送り込みながら該光ファイバ母材を前記線引き炉のヒータによって加熱溶融させて線引きする光ファイバの製造方法であって、前記線引き炉内へ供給する不活性ガスをヘリウムガスとヘリウムガス以外のガスのいずれかに切り替えることを特徴とする。

また、前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記光ファイバ母材からの線引きの開始時に、ヘリウムガス以外のガスからヘリウムガスに切り替えることが好ましい。
さらに、前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記光ファイバ母材の投入時に、ヘリウムガス以外のガスからヘリウムガスに切り替えることが望ましい。

また、前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記線引き炉の下端の開口部をシャッタによって閉鎖した時点にて、ヘリウムガス以外のガスからヘリウムガスに切り替えることが好ましい。
また、前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記光ファイバ母材から線引きしたガラスファイバの外径が、設定外径値より５％大きな値となる以前に、ヘリウムガス以外のガスからヘリウムガスに切り替えることが好ましい。

さらに、前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記光ファイバ母材からの線引き終了時に、ヘリウムガスからヘリウムガス以外のガスに切り替えることが好ましい。
また、ガスの切り替え時に、切り替え前のガスを２ＳＬＭ以下の変化量で減少させつつ切り替え後のガスを２ＳＬＭ以下の変化量で増加させることが好ましい。

本発明の光ファイバの製造方法によれば、線引き炉内に送り込む不活性ガスを、必要に応じて、熱伝導性に優れた線引きに良好なヘリウムガスあるいはヘリウムガス以外の安価なガスのいずれかに切り替えるので、線引き時以外はヘリウムガス以外の安価なガスを用いて線引き炉を保護することにより、製造コストを抑えつつ高品質な光ファイバを製造することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の光ファイバの製造方法を実施するために好適な製造装置を示す概略構成図、図２はガスの切り替えタイミングを説明する製造装置の概略構成図である。
図に示すように、線引き炉１１は、カーボンからなる円筒状の炉心管１２を有しており、この炉心管１２の外周側に、環状のヒータ１３を備えている。炉心管１２の上下には上部収容部１６、下部収容部１７がそれぞれ連結されている。
そして、この線引き炉１１には、その上方側から、光ファイバ母材１４が投入される。この光ファイバ母材１４は、その上端がガラス棒１５に連結され、このガラス棒１５によって線引き炉１１内に吊り下げられる。そして、この光ファイバ母材１４は、その先端部近傍が、ヒータ１３によって加熱溶融され、下方に引き延ばされて細径化され、ガラスファイバ１４ａとされる。ガラス棒１５は、図示しない母材送り装置に支持されており、光ファイバ母材１４の線引き状態に応じて、鉛直下方へ移動され、光ファイバ母材１４の先端位置が常にヒータ１３により加熱溶融される位置に配置される。

線引き炉１１には、その上端部近傍に、ガス供給管２１が接続されており、このガス供給管２１には、分岐管２２が接続されている。そして、これらガス供給管２１及び分岐管２２には、流量調整器２３、２４を介してそれぞれヘリウムガス貯留タンク２５及び窒素ガス貯留タンク２６が接続されている。
線引き炉１１は、その下端部にシャッタ３１を備えており、このシャッタ３１によって線引き炉１１の下端の開口部における開口度が調節可能とされている。

さらに、線引き炉１１の下方には、外径測定器３２が設けられ、この外径測定器３２によって光ファイバ母材１４から線引きされるガラスファイバ１４ａの外径が測定される。
また、この線引き炉１１は、コントローラ３３を有しており、このコントローラ３３には、流量調整器２３、２４、シャッタ３１及び外径測定器３２がそれぞれ接続されている。そして、このコントローラ３３には、外径測定器３２からの検出信号が入力される。また、コントローラ３３は、流量調整器２３、２４及びシャッタ３１へ制御信号を出力し、これら流量調整器２３、２４及びシャッタ３１を制御する。

さらに、この線引き炉１１にも、図示されていないが、ガラスファイバ１４ａの外周に紫外線硬化型樹脂を被覆する樹脂塗布用ダイスと、塗布した紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させる紫外線照射装置とが設置されている。そして、ガラスファイバ１４ａは、樹脂塗布用ダイスによって外周に樹脂が塗布されて紫外線照射装置によって樹脂が硬化されることにより、樹脂が被覆された光ファイバとされる。
その後、光ファイバは、ガイドローラを介してキャプスタンによって引き込まれ、ボビンに巻き取られる。

本発明において、光ファイバの線引き工程は、光ファイバ母材を線引き炉に入れてから、前記光ファイバ母材を線引き炉から出すまでを言う。
光ファイバの線引き工程は、線掛け工程、線速上昇工程、定常線速工程、線速下降工程、残母材回収工程にさらに細かく分けることができる。
線掛け工程は、光ファイバ母材を線引き炉にいれて、前記光ファイバ母材の下端部を加熱して細くして引き出して線引き炉の下流に配置された冷却装置、樹脂塗布装置、樹脂硬化装置などを通してガイドローラや引き取り装置などにかけて巻き取り装置のボビンまで導いてパスラインを形成する工程である。

線速上昇工程は、巻き取り装置のボビンに光ファイバの端が巻き付けられた後、光ファイバの線速を数十ｍ／分から徐々に上昇させて数百ｍ／分以上のあらかじめ定められた定常線速まで上昇させる工程である。
定常線速工程は、定常線速で光ファイバを線引きする工程である。
線速下降工程は、定常線速から数十ｍ／分程度まで線速を徐々に下降させる工程である。光ファイバ母材の残りが少なくなり、良品の光ファイバとなる部分がなくなると、線速を下降させ始める。

残母材回収工程は、線速が数十ｍ／分まで下降したときに光ファイバのパスラインを切断して光ファイバ母材を線引き炉から回収する工程である。
良品となる光ファイバは定常線速工程で線引きされた光ファイバである。線速上昇工程および線速下降工程で線引きされた光ファイバは廃棄される。
本発明では、少なくとも定常線引き工程では線引き炉にヘリウムガスを流す。

次に、光ファイバの製造方法について説明する。
まず、コントローラ３３によって流量調整器２３、２４が制御され、窒素ガス貯留タンク２６から分岐管２２及びガス供給管２１を介して線引き炉１１内に窒素ガスが送り込まれる。
これにより、線引き炉１１内は、ガス供給管２１から送り込まれる窒素ガス雰囲気とされる。
この状態にて、図２に示すように、線引き炉１１の上方から光ファイバ母材１４を投入する。そして、その先端部近傍をヒータ１３により加熱溶融される位置に配置させる。

そして、コントローラ３３は、この時点にて、流量調整器２３、２４に制御信号を出力し、窒素ガス雰囲気であった線引き炉１１内にヘリウムガスを送り込み、窒素ガスに代わってヘリウムガス雰囲気とする。
これにより、光ファイバ母材１４は、熱伝導率に優れたヘリウムガス雰囲気中にて、その先端部が加熱溶融され、下方に引き延ばされて細径化され、ガラスファイバ１４ａとされ、高品質な光ファイバが製造される。

光ファイバの線引き終了により、光ファイバ母材１４を吊り下げていたガラス棒１５が上昇されると、コントローラ３３から流量調整器２３、２４に制御信号が出力される。これにより、ヘリウムガス貯留タンク２５から送り出されるヘリウムガスが止められるとともに、窒素ガス貯留タンク２６から窒素ガスが送り出される。
これにより、ヘリウムガス雰囲気であった線引き炉１１内に窒素ガスが次第に送り込まれ、高価なヘリウムガスに代わって安価な窒素ガス雰囲気となる。

このように、この実施形態に係る光ファイバの製造方法によれば、線引き炉１１内に送り込む不活性ガスを、必要に応じて、熱伝導性に優れた線引きに良好なヘリウムガスあるいは安価な窒素ガスのいずれかに切り替えて用いるので、線引き時以外は安価な窒素ガスを用いて線引き炉１１を保護し、線引き時は線引きに良好なヘリウムガスを用いることにより、製造コストを抑えつつ高品質な光ファイバを製造することができる。

なお、窒素ガスからヘリウムガスへの切り替えのタイミングとしては、光ファイバ母材１４の投入時に限定されない。
ここで、窒素ガスからヘリウムガスへの切り替えのタイミングの他の例を説明する。

（シャッタをせばめる時）
コントローラ３３は、ガラスファイバ１４ａの外径を測定する外径測定器３２からの検出信号に基づいて、シャッタ３１に制御信号を出力する。そして、この制御信号によってシャッタ３１が作動し、線引き炉１１の下端の開口部がせばめられ、所定の開口面積とされ外気の流入が極力抑えられる。
そして、このようにシャッタ３１が所定の開口面積となると、その後しばらくして（約１０分程度して）線引きされるガラスファイバ１４ａの線速、張力が安定して曲がりのない安定した設定外径になり良品となる。

つまり、このシャッタをせばめる時における切り替えでは、シャッタ３１によって線引き炉１１の下方の開口部が所定の開口面積となると、コントローラ３３が、流量調整器２３、２４に制御信号を出力し、窒素ガス雰囲気であった線引き炉１１内にヘリウムガスを送り込み、窒素ガスに代わってヘリウムガス雰囲気とする。

ここで、光ファイバ母材１４の投入時に切り替えを行う場合は、光ファイバ母材１４から線引きする前であり、ガラスファイバ１４ａの断線の恐れがないので、ガスの切り替えを急激に行うことができるが、シャッタ閉鎖時にガスの切り替えを行う場合は、既に線引きを開始しているので、ガスの切り替えを除々に行う必要がある。このため、コントローラ３３は、流量調整器２３、２４へ制御信号を送信し、窒素ガス貯留タンク２６から送り出される窒素ガスの流量を２ＳＬＭ以下の変化量で次第に減少させるとともに、ヘリウムガス貯留タンク２５からヘリウムガスを２ＳＬＭ以下の変化量で次第に送り出す。ガス流量が２ＳＬＭ以上の変化量となると、線引き中のガラスファイバ１４ａの揺れ、外径変動が大きくなる。

これにより、線引きされるガラスファイバ１４ａが安定して良品となるまでの時間にて、ガラスファイバ１４ａの断線を防ぎつつ、ガスの切り替えを行うことができ、ヘリウムガスをさらに節約することができる。

（タイマーによる所定時間経過時）
この切り替えでは、例えば、母材送り装置あるいはシャッタ３１の作動時からタイマーを作動させて所定時間経過時にガスの切り替えを行う。ここで、この所定時間としては、線引きするガラスファイバ１４ａが安定した設定外径の良品となるまでの時間であり、この時間を予め求めておく。
そして、このように所定時間経過時にて、ガスを切り替えることにより、ヘリウムガスを必要最小限に抑えることができ、ヘリウムガスの使用をさらに節約することができる。

（所定外径時）
この所定外径時における切り替えでは、コントローラ３３が、外径測定器３２からの検出信号に基づいて、光ファイバ母材１４から引き延ばされるガラスファイバ１４ａの外径が、線引き開始時から徐々に減少して設定の外径より５％大きな値となったと判断した時点にて、流量調整器２３、２４に制御信号を出力し、窒素ガスが充満していた線引き炉１１内にヘリウムガスを次第に送り込み、窒素ガスに代わってヘリウムガスを充満させる。これよりガス切り替えの時期を遅らせると、ガス切り替え後の光ファイバの線径変動を抑えるための操作が必要となる。あるいは、線径を安定させるまでの時間が余分に必要になり、その間に線引きされる光ファイバが無駄になる。

（所定線速時）
この所定線速時における切り替えでは、ガラスファイバ１４ａの線速が線引き開始時から徐々に上昇して例えば設定値の８０％となった時点にて、コントローラ３３が、流量調整器２３、２４に制御信号を出力し、窒素ガス雰囲気であった線引き炉１１内にヘリウムガスを次第に送り込み、窒素ガスに代わってヘリウムガス雰囲気とする。
つまり、この所定線速時における切り替えでは、ガラスファイバ１４ａの線速が例えば設定値の８０％となり、ガラスファイバ１４ａがほぼ良品となる時点にてガスの切り替えを行うことができる。

（任意による切り替え）
作業者が、ガラスファイバ１４ａの線速や外径値から判断してガスを切り替えることも可能である。

線引終了時に、ヘリウムガスから窒素ガスへの切り替える。このタイミングは、例えば、光ファイバ母材１４を吊り下げていたガラス棒１５を上昇させる直後がある。この時点ではすでに光ファイバの巻き取り速度は十分減速されているか、または巻き取りが完了していて、光ファイバ母材を上昇させても断線は生じない。ガラスファイバ１４ａの線速が設定値の６０％まで下がった時点でヘリウムガスから窒素ガスに切り替えるとさらにヘリウムガスが節約できる。あるいは、作業者が、ガラスファイバ１４ａの線速や外径値から判断した時点にてガスの切り替えを行っても良い。

なお、上記実施形態では、ヘリウムガス以外の不活性ガスとして窒素ガスを用いたが、ヘリウムガス以外の不活性ガスとしては、窒素ガスに限らず、例えば、アルゴンガスなどを用いることもできる。

光ファイバの製造方法を実施するために好適な製造装置を示す概略構成図である。 ガスの切り替えタイミングを説明する製造装置の概略構成図である。 光ファイバの線引きの仕方を説明する製造装置の概略構成図である。

符号の説明

１１ 線引き炉
１３ ヒータ
１４ 光ファイバ母材
３１ シャッタ

Claims (7)

1. 不活性ガスを供給した線引き炉内に光ファイバ母材を送り込みながら該光ファイバ母材を前記線引き炉のヒータによって加熱溶融させて線引きする光ファイバの製造方法であって、
   前記線引き炉内へ供給する不活性ガスをヘリウムガスとヘリウムガス以外のガスのいずれかに切り替えることを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記光ファイバ母材からの線引きの開始時に、ヘリウムガス以外のガスからヘリウムガスに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記光ファイバ母材の投入時に、ヘリウムガス以外のガスからヘリウムガスに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記線引き炉の下端の開口部をシャッタによって閉鎖した時点にて、ヘリウムガス以外のガスからヘリウムガスに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
5. 前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記光ファイバ母材から線引きしたガラスファイバの外径が、設定外径値より５％大きな値となる以前に、ヘリウムガス以外のガスからヘリウムガスに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
6. 前記線引き炉内へ供給する不活性ガスを、前記光ファイバ母材からの線引き終了時に、ヘリウムガスからヘリウムガス以外のガスに切り替えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
7. ガスの切り替え時に、切り替え前のガスを２ＳＬＭ以下の変化量で減少させつつ切り替え後のガスを２ＳＬＭ以下の変化量で増加させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。