JP6457580B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバの製造方法に関する。
従来から、光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸工程と、光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる未硬化の被覆層（以下、単に未硬化被覆層という）を設けるコーティング工程と、未硬化被覆層を硬化させる硬化工程と、を有する光ファイバの製造方法が知られている。
このような製造方法において、光ファイバの生産能力を高めるためには、線引き線速を高速化させることが必要である。しかしながら、線引き線速を高速化させると、光ファイバが一つの冷却装置若しくは被覆硬化装置などを通過する時間が短くなるため、これらの装置の設置数を増やす必要が生じる。
このような製造方法において、光ファイバの生産能力を高めるためには、線引き線速を高速化させることが必要である。しかしながら、線引き線速を高速化させると、光ファイバが一つの冷却装置若しくは被覆硬化装置などを通過する時間が短くなるため、これらの装置の設置数を増やす必要が生じる。
さらに、光ファイバ素線の重要な特性の一つである伝送損失は、溶融炉から引き出された高温の光ファイバ裸線を、除冷炉によってゆっくりと冷却することで低減できる。このため、伝送損失が増大するのを抑えつつ線引き速度を高速化させるためには、徐冷炉の数も増やす必要がある。
ここで、徐冷炉には、被覆層が設けられる前の傷つきやすい光ファイバ裸線が通されている。また、被覆硬化装置には、液状の未硬化被覆層を有する光ファイバ素線が通されている。これらの状態の光ファイバを、方向変換のためのプーリ等に接触させると、光ファイバの強度の低下や被覆層の変形の要因となるため、各装置は光ファイバ母材の溶融炉から下方に向けて直線上に配置する必要があった。
ここで、徐冷炉には、被覆層が設けられる前の傷つきやすい光ファイバ裸線が通されている。また、被覆硬化装置には、液状の未硬化被覆層を有する光ファイバ素線が通されている。これらの状態の光ファイバを、方向変換のためのプーリ等に接触させると、光ファイバの強度の低下や被覆層の変形の要因となるため、各装置は光ファイバ母材の溶融炉から下方に向けて直線上に配置する必要があった。
以上のように、光ファイバの生産能力を高めるためは、溶融炉から下方に向けて直線上に配置される各装置を増やす必要があるが、高さ方向のスペースが限られる既存の工場建屋内では、このように各装置を増やすことが困難であり、線引き速度の制限をもたらしていた。
この制限を打破する技術として、下記特許文献１では、非接触式方向変換器を開示している。非接触式方向変換器は、その構成部材を光ファイバに接触させることなく、光ファイバの進行方向を変換させることが可能である。非接触式方向変換器を用いることで、未硬化被覆層が形成される前や未硬化被覆層が完全に硬化する前であっても光ファイバの進行方向を変換できるため、各装置を自由に配置することが可能となり、高さ方向のスペースの制限がある場所でも線引き速度の高速化を図ることができる。
この制限を打破する技術として、下記特許文献１では、非接触式方向変換器を開示している。非接触式方向変換器は、その構成部材を光ファイバに接触させることなく、光ファイバの進行方向を変換させることが可能である。非接触式方向変換器を用いることで、未硬化被覆層が形成される前や未硬化被覆層が完全に硬化する前であっても光ファイバの進行方向を変換できるため、各装置を自由に配置することが可能となり、高さ方向のスペースの制限がある場所でも線引き速度の高速化を図ることができる。
ところで、非接触式方向変換器を用いて光ファイバの進行方向を変換する場合、光ファイバ裸線が所定の位置となるように、吹き付けられるガスの流量が適宜変化する。このようにガスの流量が変化すると、非接触式方向変換器を通過後の光ファイバ裸線の温度がばらつく。また、上記コーティング工程で光ファイバ裸線の外周に塗布される樹脂の量は、光ファイバ裸線の温度に応じて増減するため、光ファイバ裸線の温度のばらつきに伴い、被覆層の厚みのばらつきが生じてしまう。さらに、コーティング部に進入する光ファイバ裸線の温度が適正な範囲内でない場合、被覆層となる樹脂材料が正常にコーティングされなかったり、硬化後の被覆層と光ファイバ裸線との密着性が低下したりする。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、非接触式方向変換器を用いながら、所望の状態の被覆層を形成可能な光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸工程と、非接触式方向変換器によって前記光ファイバ裸線を冷却する冷却工程と、前記非接触式方向変換器の下流側かつコーティング部の上流側に配置された温度調整部によって、前記光ファイバ裸線の温度を調整する温度調整工程と、前記コーティング部によって、前記光ファイバ裸線の外周に樹脂前駆体を含む未硬化被覆層を設けるコーティング工程と、硬化部によって前記未硬化被覆層を硬化させる硬化工程と、を有する。
上記態様に係る光ファイバの製造方法によれば、非接触式方向変換器とコーティング部との間に配置された温度調整部によって、光ファイバ裸線の温度を調整する温度調整工程を有している。これにより、非接触式方向変換器を用いながら、コーティング部に進入する光ファイバ裸線の温度がばらつくのを抑えて、光ファイバ裸線の外周に所望の状態の被覆層を形成することができる。
ここで、前記温度調整部は、前記非接触式方向変換器の下流側かつ前記コーティング部の上流側に配置された温度測定部による前記光ファイバ裸線の温度の測定結果に基づいて、前記光ファイバ裸線の温度を調整してもよい。
この場合、コーティング部に進入する光ファイバ裸線の温度を、より高精度に調整することができる。
また、前記温度調整部は、前記硬化部の下流側に配置された被覆径測定部による被覆層の外径の測定結果に基づいて、前記光ファイバ裸線の温度を調整してもよい。
この場合、被覆層の外径が変動するのを、より直接的に抑えることが可能となる。
また、前記温度調整部と前記コーティング部との間における前記光ファイバ裸線の温度が３０℃以上１００℃以下の範囲内であってもよい。
この場合、硬化後の被覆層と光ファイバ裸線との密着性が不充分となったり、被覆層となる樹脂材料が光ファイバ裸線に適切に塗布されなかったりするのを抑えることができる。
また、前記温度調整部は、前記光ファイバ裸線を冷却する機能若しくは加熱する機能を有してもよい。
本発明の上記態様によれば、非接触式方向変換器を用いながら、所望の状態の被覆層を形成可能な光ファイバの製造方法を提供することができる。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係る光ファイバの製造装置の構成を、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部を認識可能な大きさとするため縮尺を適宜変更している。
図１に示すように、光ファイバの製造装置１Ａは、紡糸部１０と、除冷炉１１と、冷却器１２と、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃと、コーティング部３０と、硬化部４０と、被覆径測定部５０と、方向変換器２０Ｄと、引き取り部７０と、巻き取り部９０と、を備えており、各部が上からこの順に配置されている。
以下、第１実施形態に係る光ファイバの製造装置の構成を、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部を認識可能な大きさとするため縮尺を適宜変更している。
図１に示すように、光ファイバの製造装置１Ａは、紡糸部１０と、除冷炉１１と、冷却器１２と、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃと、コーティング部３０と、硬化部４０と、被覆径測定部５０と、方向変換器２０Ｄと、引き取り部７０と、巻き取り部９０と、を備えており、各部が上からこの順に配置されている。
紡糸部１０は、光ファイバ母材を溶融させる溶融炉などから構成されている。紡糸部１０は、光ファイバ裸線３を形成する。
除冷炉１１は、紡糸部１０の溶融炉から引き出された高温の光ファイバ裸線３を、徐々に冷却するための装置である。除冷炉１１によって光ファイバ裸線３をゆっくりと冷却することで、光ファイバの伝送損失を低減することができる。
冷却器１２は、光ファイバ裸線３を冷却する。冷却器１２としては、後述する冷却筒などを採用することができる。なお、冷却器１２の下流側に配置されている非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃでも光ファイバ裸線３は充分に冷却されるため、光ファイバの製造装置１Ａは、冷却器１２を備えていなくてもよい。
冷却器１２は、光ファイバ裸線３を冷却する。冷却器１２としては、後述する冷却筒などを採用することができる。なお、冷却器１２の下流側に配置されている非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃでも光ファイバ裸線３は充分に冷却されるため、光ファイバの製造装置１Ａは、冷却器１２を備えていなくてもよい。
非接触式方向変換器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、冷却器１２の下流側に、この順に配置されている。各非接触式方向変換器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、光ファイバ裸線３の進行方向をそれぞれ９０°、１８０°、９０°変換する。例えば非接触式方向変換器２０Ａは、光ファイバ裸線３の進行方向を、下方向から水平方向へと約９０°変換している。なお、これら非接触式方向変換器の設置数、設置位置、方向変換の角度などは適宜変更してもよい。
非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃは、光ファイバ裸線３を案内するガイド溝を有し、このガイド溝内には、ガイド溝に沿って配線された光ファイバ裸線を浮揚させる流体（ガス）の吹き出し口が形成されている。非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃは、吹き出し口から空気やヘリウム等のガスを光ファイバ裸線３に吹き付けることで、その構成部材を光ファイバ裸線３に接触させることなく、光ファイバ裸線３を浮上させることが可能である。なお、本実施形態における非接触式方向変換器の構成は、特許第５８５１６３６号公報に記載されているものと同様であるため、詳細な説明を省略する。
光ファイバ裸線３に吹き付けるガスとして空気を用いる場合、光ファイバ裸線３を浮上させるのに必要となるガス流量は、例えば１００〜２００Ｌ／ｍｉｎ程度である。なお、このガス流量は、ガスの吹き出し口の幅などによって適宜変更される。このガス流量を調整することで、光ファイバ裸線３の浮上量、すなわち光ファイバ裸線３の各構成部材に対する通過位置を調整することができる。
光ファイバ裸線３の通過位置が大きく変わると、この光ファイバ裸線３が各構成部材に接触してしまい、光ファイバの強度を低下させる要因となる。また、被覆層として紫外線硬化型樹脂が用いられ、硬化部４０として用いられる硬化装置がＵＶ−ＬＥＤである場合、ＵＶ−ＬＥＤの照射光には指向性があるため、紫外線を照射できる範囲が比較的小さい。従って、未硬化被覆層に紫外線を確実に照射するために、光ファイバ素線の通過位置をより厳しく管理する必要が生じる。そこで、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃの下流側には不図示の位置センサが配置されており、この位置センサが光ファイバ素線の位置を計測する。この計測結果に基づいて、光ファイバ素線の位置が適切な位置となるように、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃが光ファイバ素線に吹き付けるガス流量が調整される。
非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃを通過した光ファイバ裸線３は、後述する温度調整部１３および温度測定部１４を通過後、コーティング部３０に進入する。
コーティング部３０は、ダイコーティングなどによって、光ファイバ裸線３の外周に、樹脂前駆体を含む流動性のある材料（以下、単に樹脂材料という）を塗布（コーティング）して未硬化被覆層を形成する。樹脂材料のコーティングは、例えば２層コーティングであり、内側にヤング率の低い一次被覆層用の樹脂材料を塗布し、外側にヤング率の高い二次被覆層用の樹脂材料が塗布される。被覆層としては、例えばウレタンアクリレート系の樹脂などの紫外線硬化型樹脂を用いることができる。なお、コーティング部３０は、一次被覆層と二次被覆層とを別々に塗布する構成であってもよいし、一次被覆層と二次被覆層とを同時に塗布する構成であってもよい。なお、本実施形態では、光ファイバ裸線３の外周に被覆層が設けられた状態のものを光ファイバ素線という。
なお、安定したコーティングを実現するために、コーティング部３０で光ファイバ裸線３に塗布される樹脂材料の粘度は、ある程度低い必要があり、樹脂材料の粘度はその温度を上げることで低下させることができる。従って、コーティング部３０で塗布される樹脂材料の温度は予め上げられている。特に、常温時の樹脂材料の粘度が高いほど、コーティング部３０で塗布される際の樹脂材料の温度を高くする必要がある。
コーティング部３０を通過した光ファイバ素線は、未硬化被覆層を硬化させる硬化部４０に進入する。被覆層が紫外線硬化型樹脂からなる場合、硬化部４０としては、紫外線照射ランプまたはＵＶ−ＬＥＤなど、およびこれらを組み合わせた硬化装置を用いることができる。硬化部４０として配置する硬化装置の数は、これらの硬化装置を通過した被覆層の硬化度を指標として定めるのがよい。
硬化部４０を通過した光ファイバ素線は、被覆径測定部５０によって被覆層の外径を測定された後、方向変換器２０Ｄによって、下方向から略水平方向へと進行方向を変えられる。そして、引き取り部７０により引き取られ、巻取り部９０により巻き取られる。なお、硬化部４０を通過した光ファイバ素線の被覆層は既に硬化しているため、方向変換器２０Ｄとしては接触式のプーリなどの方向変換器を用いることができる。
引き取り部７０は、例えば引取りキャプスタンであり、引き取り部７０によって線引き速度が決定される。線引き速度は例えば２５ｍ／ｓｅｃ以上である。
巻取り部９０は、光ファイバ素線５を巻き取る巻取りボビンなどである。
引き取り部７０は、例えば引取りキャプスタンであり、引き取り部７０によって線引き速度が決定される。線引き速度は例えば２５ｍ／ｓｅｃ以上である。
巻取り部９０は、光ファイバ素線５を巻き取る巻取りボビンなどである。
ところで、上述の通り、本実施形態の光ファイバの製造装置１Ａでは、コーティング部３０の上流側に、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃが配置されている。非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃは、ガスを光ファイバ裸線３に吹き付けるため、光ファイバ裸線３を冷却する能力が高いが、ガスの流量や線引き速度などのばらつきによって、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃを通過後の光ファイバ裸線３の温度がばらつく。例えばガスの流量が増大したり線引き速度が減少したりすると、光ファイバ裸線３の温度は低くなり、ガスの流量が減少したり線引き速度が増大したりすると、光ファイバ裸線３の温度は高くなる。このように光ファイバ裸線３の温度がばらつくと、コーティング部３０が光ファイバ裸線３の外周に樹脂材料を塗布する際に、塗布される樹脂材料の量が変動する。
例えば、光ファイバ裸線３の温度が高すぎると、その表面の濡れ性が低下し、光ファイバ裸線３と樹脂材料との接触角が増大し、光ファイバ裸線３の表面に塗布される樹脂材料の量が小さくなってしまう。また、樹脂材料が一般的な紫外線硬化型樹脂である場合には、光ファイバ裸線３の温度が高すぎると、樹脂材料が硬化する際の樹脂材料の温度も高くなってしまい、硬化不良が生じるおそれもある。
一方、光ファイバ裸線３の温度が低すぎると、光ファイバ裸線３と樹脂材料との接触角が減少しすぎて、光ファイバ裸線３の表面上で樹脂材料がスリップする。これにより、被覆層の厚みが不安定となったり、硬化後の被覆層と光ファイバ裸線３との密着性が低下したりするおそれがある。
以上のことから、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃを通過後の光ファイバ裸線３の温度は、コーティング部３０に進入する前に、所定の範囲内（例えば３０℃〜１００℃）で安定するように管理されることが望ましい。
以上のことから、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃを通過後の光ファイバ裸線３の温度は、コーティング部３０に進入する前に、所定の範囲内（例えば３０℃〜１００℃）で安定するように管理されることが望ましい。
そこで本実施形態の製造装置１Ａは、光ファイバ裸線３の温度を調整する温度調整部１３と、光ファイバ裸線３の温度を測定する温度測定部１４と、温度調整部１３を制御する制御部１５Ａと、を備えている。温度調整部１３および温度測定部１４は、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃとコーティング部３０との間に配置されている。
温度調整部１３としては、光ファイバ裸線３を冷却する冷却筒、光ファイバ裸線３を加熱するヒータ、あるいはこれら冷却筒およびヒータなどを組み合わせたものを用いることができる。冷却筒とは、水冷した筒の空洞部にガスを導入し、その空洞部に光ファイバ裸線３を通過させることで、この光ファイバ裸線３を冷却するものである。空洞部に導入するガスとしては、ヘリウム、窒素、二酸化炭素、もしくはこれらの混合ガスが挙げられる。例えば、ヘリウムおよび窒素の混合ガスを空洞部に導入する場合、ヘリウムと窒素との熱伝導率の違いから、これらの混合比を変えることで、冷却筒を出た光ファイバ裸線３の温度を調整することが可能である。ここで、ガスの混合比を変える制御は、例えば冷却筒の温度を変える制御よりも、極めて短時間で行うことが可能であり、応答性がよい。すなわち、ガスの混合比を変えることで光ファイバ裸線３の温度を調整する方式では、温度測定部１４による温度測定結果を、温度調整部１３の制御へと素早く反映させることができる。
なお、温度調整部１３としては、冷却機能若しくは加熱機能を有するものであれば、冷却筒若しくはヒータなど以外の装置を用いてもよい。温度調整部１３としてどのような装置を用いるかについては、コーティング部３０の上流側に配置される非接触式方向変換器の数量、これらのガスの流量、除冷炉１１若しくは冷却器１２の有無などを考慮して定めるとよい。例えば光ファイバ裸線３の温度が所望の温度より高くなる傾向があれば、温度調整部１３として冷却筒などの冷却装置を用い、その逆の傾向があれば、温度調整部１３としてヒータなどの加熱装置を用いるとよい。
温度測定部１４は、温度調整部１３の下流側に位置しており、温度調整部１３を通過後の光ファイバ裸線３の温度を測定する。温度測定部１４としては、赤外線センサを用いた非接触式温度測定器などを用いることができる。温度測定部１４は、制御部１５Ａに有線通信または無線通信によって接続されており、光ファイバ裸線３の温度の測定結果を制御部１５Ａに入力する。
制御部１５Ａは、ＰＣなどであり、温度測定部１４による光ファイバ裸線３の温度の測定結果に基づいて、温度調整部１３を制御する。制御部１５Ａは、ＰＩＤ制御によって温度調整部１３を制御することが望ましい。制御部１５Ａは、不図示のメモリ（ＲＯＭなど）を備えており、このメモリには光ファイバ裸線３の目標温度ｔが記憶されている。目標温度ｔは、被覆層となる樹脂材料が光ファイバ裸線３に適切に塗布される温度であり、予め設定されている。
図２は、制御部１５Ａによる制御フローの例を説明する図である。図２に示すように、温度測定部１４は、温度調整部１３を通過後の光ファイバ裸線３の実温度ｔｍを測定し、これを制御部１５Ａに入力する。制御部１５Ａは、実温度ｔｍと目標温度ｔとを比較し、これらの大小関係に応じた制御信号Ｑ１を温度調整部１３に出力する。
例えばｔｍ＞ｔである場合、光ファイバ裸線３の温度をより低下させるように温度調整部１３を動作させる信号が、制御信号Ｑ１として出力される。温度調整部１３が冷却筒である場合、この制御信号Ｑ１を受け取った温度調整部１３は、冷却筒の空洞内に導入されるガスの熱伝導率が大きくなるように、ガスの混合比を変更する。
逆に、ｔｍ＜ｔである場合には、光ファイバ裸線３の温度をより上昇させるように温度調整部１３を動作させる信号が、制御信号Ｑ１として出力される。温度調整部１３が冷却筒である場合、この制御信号Ｑ１を受け取った温度調整部１３は、冷却筒の空洞内に導入されるガスの熱伝導率が小さくなるように、ガスの混合比を変更する。
逆に、ｔｍ＜ｔである場合には、光ファイバ裸線３の温度をより上昇させるように温度調整部１３を動作させる信号が、制御信号Ｑ１として出力される。温度調整部１３が冷却筒である場合、この制御信号Ｑ１を受け取った温度調整部１３は、冷却筒の空洞内に導入されるガスの熱伝導率が小さくなるように、ガスの混合比を変更する。
また、温度調整部１３がヒータなどである場合には、制御信号Ｑ１に応じて、ヒータに通電する電流値などが変更される。
このようにして、温度調整部１３は、温度測定部１４による光ファイバ裸線３の温度の測定結果に基づいて、実温度ｔｍが目標温度ｔに近づくように、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度を調整する。
このようにして、温度調整部１３は、温度測定部１４による光ファイバ裸線３の温度の測定結果に基づいて、実温度ｔｍが目標温度ｔに近づくように、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度を調整する。
次に、上記のように構成された製造装置１Ａを用いた光ファイバの製造方法について説明する。
まず、紡糸部１０において、光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線３を形成する（紡糸工程）。
次に、光ファイバの伝送損失を小さく抑えるために除冷炉１１において光ファイバ裸線３を徐々に冷却した上で、冷却器１２によって、所定の温度まで光ファイバ裸線３を冷却する（第１冷却工程）。
次に、光ファイバの伝送損失を小さく抑えるために除冷炉１１において光ファイバ裸線３を徐々に冷却した上で、冷却器１２によって、所定の温度まで光ファイバ裸線３を冷却する（第１冷却工程）。
次に、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃによって、光ファイバ裸線３の進行方向を変換しつつ、光ファイバ裸線３を冷却する（第２冷却工程）。非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃを通過した光ファイバ裸線３の温度は、上述の通りばらつく。
次に、光ファイバ裸線３の温度を、温度調整部１３によって調整する（温度調整工程）。このとき、制御部１５Ａは、温度測定部１４が測定した光ファイバ裸線３の実温度ｔｍが目標温度ｔに近づくように、温度調整部１３を制御する。
次に、光ファイバ裸線３の温度を、温度調整部１３によって調整する（温度調整工程）。このとき、制御部１５Ａは、温度測定部１４が測定した光ファイバ裸線３の実温度ｔｍが目標温度ｔに近づくように、温度調整部１３を制御する。
次に、コーティング部３０において、光ファイバ裸線３の外周に樹脂前駆体を含む未硬化被覆層を設けて、光ファイバ素線とする（コーティング工程）。
次に、硬化部４０において、未硬化被覆層を硬化させる（硬化工程）。
次に、被覆径測定部５０において、光ファイバ素線の外径を測定する。
そして、方向変換器２０Ｄによって光ファイバ素線の進行方向を略水平方向に変換させ、引き取り部７０によって光ファイバ素線を引き取りながら、巻き取り部９０によってこの光ファイバ素線を巻き取る。
次に、硬化部４０において、未硬化被覆層を硬化させる（硬化工程）。
次に、被覆径測定部５０において、光ファイバ素線の外径を測定する。
そして、方向変換器２０Ｄによって光ファイバ素線の進行方向を略水平方向に変換させ、引き取り部７０によって光ファイバ素線を引き取りながら、巻き取り部９０によってこの光ファイバ素線を巻き取る。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態では、被覆径測定部５０の測定結果に基づいて、温度調整部１３を制御する点が第１実施形態と異なる。
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態では、被覆径測定部５０の測定結果に基づいて、温度調整部１３を制御する点が第１実施形態と異なる。
図３に示すように、本実施形態の光ファイバの製造装置１Ｂは、有線通信若しくは無線通信によって温度調整部１３および被覆径測定部５０に接続された制御部１５Ｂを備えている。制御部１５Ｂのメモリには、光ファイバ素線の目標被覆径ｄｃが記憶されている。
なお、図３の例では、温度調整部１３の下流側に温度測定部が設けられていないが、第１実施形態と同様に温度測定部を設けてもよい。
なお、図３の例では、温度調整部１３の下流側に温度測定部が設けられていないが、第１実施形態と同様に温度測定部を設けてもよい。
図４は、制御部１５Ｂによる制御フローの例を説明する図である。図４に示すように、被覆径測定部５０は、硬化部４０を通過後の光ファイバ素線の実被覆径ｄｃｍを測定し、これを制御部１５Ｂに入力する。制御部１５Ｂは、実被覆径ｄｃｍと目標被覆径ｄｃとを比較し、これらの大小関係に応じた制御信号Ｑ２を温度調整部１３に出力する。
先述の通り、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が高い場合、未硬化被覆層としての樹脂材料が光ファイバ裸線３に塗布されにくくなり、被覆径が小さくなる。逆に、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が高い場合には、被覆径が大きくなる。
そこで、例えばｄｃｍ＞ｄｃである場合には、光ファイバ裸線３の温度をより上昇させるように温度調整部１３を動作させる信号が、制御信号Ｑ２として出力される。逆に、ｄｃｍ＜ｄｃである場合には、光ファイバ裸線３の温度をより低下させるように温度調整部１３を動作させる信号が、制御信号Ｑ２として出力される。これら制御信号Ｑ２に応じて、温度調整部１３は、冷却筒に導入するガスの混合比などを変更する。
このようにして、温度調整部１３は、被覆径測定部５０による被覆層の外径の測定結果に基づいて、実被覆径ｄｃｍが目標被覆径ｄｃに近づくように、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度を調整する。
そこで、例えばｄｃｍ＞ｄｃである場合には、光ファイバ裸線３の温度をより上昇させるように温度調整部１３を動作させる信号が、制御信号Ｑ２として出力される。逆に、ｄｃｍ＜ｄｃである場合には、光ファイバ裸線３の温度をより低下させるように温度調整部１３を動作させる信号が、制御信号Ｑ２として出力される。これら制御信号Ｑ２に応じて、温度調整部１３は、冷却筒に導入するガスの混合比などを変更する。
このようにして、温度調整部１３は、被覆径測定部５０による被覆層の外径の測定結果に基づいて、実被覆径ｄｃｍが目標被覆径ｄｃに近づくように、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度を調整する。
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態では、線引き速度および非接触式方向変換器のガス流量が、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度に影響を与えることに着目し、線引き速度および前記ガス流量に基づいて温度調整部１３を制御する点が、第１実施形態と異なる。
次に、本発明に係る第３実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態では、線引き速度および非接触式方向変換器のガス流量が、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度に影響を与えることに着目し、線引き速度および前記ガス流量に基づいて温度調整部１３を制御する点が、第１実施形態と異なる。
図５に示すように、本実施形態の光ファイバの製造装置１Ｃは、紡糸部１０と、裸線径測定部１６と、冷却器１２と、非接触式方向変換器２０Ａ〜２０Ｃと、位置検出部１８と、温度調整部１３と、コーティング部３０と、硬化部４０と、被覆径測定部５０と、方向変換器２０Ｄと、引き取り部７０と、巻き取り部９０と、を備えており、各部が上からこの順に配置されている。
さらに、光ファイバの製造装置１Ｃは、非接触式方向変換器２０Ｃのガス流量を調整するガス流量調整部１７と、制御部１５Ｃと、を備えている。制御部１５Ｃは、裸線径測定部１６、ガス流量調整部１７、位置検出部１８、温度調整部１３、および引き取り部７０に、有線通信または無線通信によって接続されている。
なお、本実施形態の引き取り部７０は、線引き速度Ｖを検出し、これを制御部１５Ｃに入力するように構成されている。
なお、本実施形態の引き取り部７０は、線引き速度Ｖを検出し、これを制御部１５Ｃに入力するように構成されている。
図６は、制御部１５Ｃによる制御フローの例を説明する図である。図６に示すように、裸線径測定部１６は、紡糸部１０から引き出された光ファイバ裸線３の外径（以下、裸線外径ｄｆという）を測定し、これを制御部１５Ｃに入力する。制御部１５Ｃは、裸線外径ｄｆと光ファイバ裸線３の目標外径とを比較し、この比較結果に基づいて、線引き速度設定値Ｖｓを引き取り部７０に出力する。例えば裸線外径ｄｆが目標外径より大きい場合には、線引き速度Ｖを増加させるように線引き速度設定値Ｖｓが設定される。また、裸線外径ｄｆが目標外径より小さい場合には、線引き速度Ｖを減少させるように線引き速度設置値Ｖｓが設定される。このようにして、制御部１５Ｃは、裸線外径ｄｆが目標外径に近づくように、引き取り部７０による線引き速度Ｖを調整する。
一方、位置検出部１８は、非接触式方向変換器２０Ｃを通過した光ファイバ裸線３の位置（以下、裸線位置Ｐという）を検出し、これを制御部１５Ｃに入力する。制御部１５Ｃは、裸線位置Ｐと目標位置とを比較し、この比較結果に基づいて、ガス流量設定値Ｇｓをガス流量調整部１７に出力する。例えば裸線位置Ｐが目標位置よりも非接触式方向変換器２０Ｃのガイド溝の底面に近い場合には、ガス流量Ｇを増加させるようにガス流量設定値Ｇｓが設定される。また、裸線位置Ｐが目標位置よりも前記底面から遠い場合には、ガス流量Ｇを減少させるようにガス流量設定値Ｇｓが設定される。このようにして、制御部１５Ｃは、裸線位置Ｐが目標位置に近づくように、非接触式方向変換器２０Ｃのガス流量Ｇを調整する。
ここで、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度は、線引き速度Ｖおよびガス流量Ｇによって変化する。例えば線引き速度Ｖが大きく、ガス流量Ｇが小さいほど、光ファイバ裸線３の温度が高くなる傾向がある。そこで制御部１５Ｃのメモリには、線引き速度Ｖ、ガス流量Ｇ、および光ファイバ裸線３の温度の相関関係が予め記憶されている。この相関関係は、例えば線引き速度Ｖを一定にしたままガス流量Ｇを変化させたり、ガス流量Ｇを一定にしたまま線引き速度Ｖを変化させたりしたときの、光ファイバ裸線３の温度変化を測定することで得られる。図６に示すように、制御部１５Ｃは、前記相関関係を参照し、線引き速度Ｖおよびガス流量Ｇに基づいて、光ファイバ裸線３の温度を所定の温度に近づけるように設定された制御信号Ｑ３を、温度調整部１３に出力する。
以下、具体的な実施例を用いて、上記実施形態を説明する。なお、以下の実施例は本発明を限定するものではない。
（実施例）
本実施例では、図７に示す光ファイバの製造装置１Ｄを用いて光ファイバを製造した。光ファイバの製造装置１Ｄの基本的な構成は、第２実施形態の製造装置１Ｂの構成と同様である。ただし、除冷炉および冷却部は設けられておらず、非接触式方向変換器２０Ａおよび２０Ｂの間には非接触式方向変換器２０Ｅが設けられている。また、非接触式方向変換器２０Ｃと温度調整部１３との間には温度測定部１４Ａが設けられ、温度調整部１３とコーティング部３０との間には温度測定部１４Ｂが設けられている。
なお、光ファイバの製造装置１Ｄにおける非接触式方向変換器２０Ａ、２０Ｅ、２０Ｂ、２０Ｃはそれぞれ、光ファイバ裸線３の進行方向を１８０°、１８０°、９０°、９０°の順に変換する。
本実施例では、図７に示す光ファイバの製造装置１Ｄを用いて光ファイバを製造した。光ファイバの製造装置１Ｄの基本的な構成は、第２実施形態の製造装置１Ｂの構成と同様である。ただし、除冷炉および冷却部は設けられておらず、非接触式方向変換器２０Ａおよび２０Ｂの間には非接触式方向変換器２０Ｅが設けられている。また、非接触式方向変換器２０Ｃと温度調整部１３との間には温度測定部１４Ａが設けられ、温度調整部１３とコーティング部３０との間には温度測定部１４Ｂが設けられている。
なお、光ファイバの製造装置１Ｄにおける非接触式方向変換器２０Ａ、２０Ｅ、２０Ｂ、２０Ｃはそれぞれ、光ファイバ裸線３の進行方向を１８０°、１８０°、９０°、９０°の順に変換する。
本実施例では、温度調整部１３として、冷却筒を用いた。冷却筒の空洞内に導入するガスとして、ヘリウムおよび窒素の混合気体を用いた。光ファイバ裸線３の目標外径を１２５μｍ、光ファイバ素線の目標外径（目標被覆径ｄｃ）を２５０μｍとした。被覆層として、紫外線硬化型樹脂（ウレタンアクリレート）を採用した。制御部１５Ｂに、図４に示すような制御を実行させ、被覆径測定部５０による実被覆径ｄｃｍの測定結果が、目標被覆径ｄｃである２５０μｍに近づくように、温度調整部１３を制御させた。
より詳しくは、ｄｃｍ＞ｄｃの場合には、温度調整部１３に導入される混合ガスのうち、ヘリウムの混合比を減少させる制御信号Ｑ２を、制御部１５Ｂが出力する。ヘリウムは窒素よりも熱伝導率が大きいため、ヘリウムの混合比を減少させることで冷却筒の冷却性能が低下し、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が上昇する。これにより、コーティング部３０において光ファイバ裸線３に塗布される樹脂材料の量が減少し、被覆径を減少させることができる。
逆に、ｄｃｍ＜ｄｃの場合には、温度調整部１３に導入される混合ガスのうち、ヘリウムの混合比を上昇させる制御信号Ｑ２を制御部１５Ｂが出力することで、被覆径を増大させることができる。
逆に、ｄｃｍ＜ｄｃの場合には、温度調整部１３に導入される混合ガスのうち、ヘリウムの混合比を上昇させる制御信号Ｑ２を制御部１５Ｂが出力することで、被覆径を増大させることができる。
上記のように構成された光ファイバの製造装置１Ｄにおいて、線引き速度を、２８〜５０ｍ／ｓｅｃの範囲で変化させた。なお、上記の通り、線引き速度によってコーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が変化するため、コーティング部３０として設置されるダイスの出口径を適宜変更している。
この結果、温度測定部１４Ａで測定された光ファイバ裸線３の温度は、線引き速度が２８ｍ／ｓｅｃで１０３℃、３３ｍ／ｓｅｃで１４３℃、４４ｍ／ｓｅｃで２２９℃、５０ｍ／ｓｅｃで２７１℃であった。
これに対し、温度測定部１４Ｂで測定された光ファイバ裸線３の温度は、線引き速度が２８ｍ／ｓｅｃで３０℃、３３ｍ／ｓｅｃで３７℃、４４ｍ／ｓｅｃで５６℃、５０ｍ／ｓｅｃで６８℃となった。
このように、温度調整部１３を通過前の光ファイバ裸線３の温度が１０３℃〜２７１℃であったのに対し、温度調整部１３を通過後の光ファイバ裸線３の温度は３０℃〜６８℃となった。
この結果、温度測定部１４Ａで測定された光ファイバ裸線３の温度は、線引き速度が２８ｍ／ｓｅｃで１０３℃、３３ｍ／ｓｅｃで１４３℃、４４ｍ／ｓｅｃで２２９℃、５０ｍ／ｓｅｃで２７１℃であった。
これに対し、温度測定部１４Ｂで測定された光ファイバ裸線３の温度は、線引き速度が２８ｍ／ｓｅｃで３０℃、３３ｍ／ｓｅｃで３７℃、４４ｍ／ｓｅｃで５６℃、５０ｍ／ｓｅｃで６８℃となった。
このように、温度調整部１３を通過前の光ファイバ裸線３の温度が１０３℃〜２７１℃であったのに対し、温度調整部１３を通過後の光ファイバ裸線３の温度は３０℃〜６８℃となった。
被覆層が硬化した後の被覆層の外径は２５０μｍで安定しており、コーティングの不良や硬化不良などは見られなかった。このことから、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度として、少なくとも３０℃〜６８℃の範囲内は適切であることが判る。
また、線引き速度を±１ｍ／ｓｅｃの範囲で変動させても、被覆層の外径の変動は±１μｍ以内となり、コーティングの安定性が良好であることが確認された。
また、線引き速度を±１ｍ／ｓｅｃの範囲で変動させても、被覆層の外径の変動は±１μｍ以内となり、コーティングの安定性が良好であることが確認された。
（比較例１）
比較例１として、実施例と同様の製造装置１Ｄを用いて、制御部１５Ｂによる温度調整部１３の制御を行なわずに光ファイバ素線を製造した。この結果、線引き速度を±１ｍ／ｓｅｃの範囲で変動させると、被覆層の外径が±５μｍ程度変動した。
比較例１と実施例との対比から、実施例における制御部１５Ｂの温度調整部１３への制御が適切であり、被覆層の外径を安定させる効果が得られていることが判る。
比較例１として、実施例と同様の製造装置１Ｄを用いて、制御部１５Ｂによる温度調整部１３の制御を行なわずに光ファイバ素線を製造した。この結果、線引き速度を±１ｍ／ｓｅｃの範囲で変動させると、被覆層の外径が±５μｍ程度変動した。
比較例１と実施例との対比から、実施例における制御部１５Ｂの温度調整部１３への制御が適切であり、被覆層の外径を安定させる効果が得られていることが判る。
（比較例２）
比較例２として、実施例における製造装置１Ｄの構成から、温度調整部１３を除いた装置によって、光ファイバ素線を製造した。すなわち、非接触式方向変換器２０Ｃを通過した光ファイバ裸線３が、温度調整工程を経ることなく、コーティング部３０に進入する構成である。この構成で線引き速度を３２ｍ／ｓｅｃとすると、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度は１００℃となり、線引き速度を３５ｍ／ｓｅｃとすると、同温度は１１６℃となった。
比較例２として、実施例における製造装置１Ｄの構成から、温度調整部１３を除いた装置によって、光ファイバ素線を製造した。すなわち、非接触式方向変換器２０Ｃを通過した光ファイバ裸線３が、温度調整工程を経ることなく、コーティング部３０に進入する構成である。この構成で線引き速度を３２ｍ／ｓｅｃとすると、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度は１００℃となり、線引き速度を３５ｍ／ｓｅｃとすると、同温度は１１６℃となった。
この結果、線引き速度が３２ｍ／ｓｅｃ未満の範囲ではコーティング不良などがみられなかったものの、線引き速度が３２ｍ／ｓｅｃでは、線引き速度が安定しているにも関わらず、被覆層の外径が±５μｍ程度変動した。また、線引き速度が３５ｍ／ｓｅｃでは、光ファイバ裸線３に被覆層となる樹脂材料がコーティングされなかった。これは、光ファイバ裸線３の温度が１００℃の場合に、適切に樹脂材料が塗布される温度の上限に近く、同温度が１１６℃の場合に、この上限を超えてしまったためであると考えられる。
以上のことから、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度は、１００℃以下となるように管理されることが望ましい。
以上のことから、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度は、１００℃以下となるように管理されることが望ましい。
（比較例３）
比較例３は、比較例１と同様の構成の製造装置を用いて、線引き速度を１０ｍ／ｓｅｃとした。すなわち、線引き速度を低速にしつつ、光ファイバ裸線３を冷却筒によって冷却してから、コーティング部３０に進入させる構成である。この構成では、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が２０℃となった。
この結果、光ファイバ裸線３に被覆層は形成されたものの、硬化後の被覆層と光ファイバ裸線３との密着性が弱く、この光ファイバ素線を指で軽くしごく程度で、被覆層が光ファイバ裸線３から剥離されてしまった。これは、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が低すぎるために生じる現象であると考えられる。
一方、実施例１では、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が３０℃（線引き速度２８ｍ／ｓｅｃ）の場合に、被覆層が正常に形成されることが確認されている。従って、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度は、３０℃以上となるように管理されることが望ましい。
比較例３は、比較例１と同様の構成の製造装置を用いて、線引き速度を１０ｍ／ｓｅｃとした。すなわち、線引き速度を低速にしつつ、光ファイバ裸線３を冷却筒によって冷却してから、コーティング部３０に進入させる構成である。この構成では、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が２０℃となった。
この結果、光ファイバ裸線３に被覆層は形成されたものの、硬化後の被覆層と光ファイバ裸線３との密着性が弱く、この光ファイバ素線を指で軽くしごく程度で、被覆層が光ファイバ裸線３から剥離されてしまった。これは、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が低すぎるために生じる現象であると考えられる。
一方、実施例１では、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度が３０℃（線引き速度２８ｍ／ｓｅｃ）の場合に、被覆層が正常に形成されることが確認されている。従って、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度は、３０℃以上となるように管理されることが望ましい。
以上説明したように、製造装置１Ａ〜１Ｄを用いた光ファイバの製造方法によれば、非接触式方向変換器２０Ｃの下流側かつコーティング部３０の上流側に配置された温度調整部１３によって、光ファイバ裸線３の温度を調整する温度調整工程を有している。これにより、非接触式方向変換器を用いながら、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度がばらつくのを抑えて、光ファイバ裸線３の外周に所望の状態の被覆層を形成することができる。
また、第１実施形態において説明したように、温度測定部１４による光ファイバ裸線３の温度の測定結果に基づいて、温度調整部１３が光ファイバ裸線３の温度を調整するように構成した場合には、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度をより高精度に調整することができる。
また、第２実施形態において説明したように、被覆径測定部５０による被覆層の外径の測定結果に基づいて、温度調整部１３が光ファイバ裸線３の温度を調整するように構成した場合には、被覆層の外径が変動するのを、より直接的に抑えることが可能となる。
また、第３実施形態の構成では、前記相関関係を参照し、線引き速度Ｖおよびガス流量Ｇに基づいて温度調整部１３を制御することで、これら線引き速度Ｖおよびガス流量Ｇに応じた最適な温度設定値を定めることができる。
また、実施例において説明したように、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度を、３０℃以上１００℃以下の範囲内とした場合には、被覆層と光ファイバ裸線３との密着性が不充分となったり、被覆層となる樹脂材料が光ファイバ裸線３に適切に塗布されなかったりするのを抑えることができる。
なお、温度調整部１３を制御する際の各種ばらつきを吸収するために、上記温度範囲には、１０℃程度の余裕を持たせるとよい。この場合、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度を、４０℃以上９０℃以下の範囲内にするとよい。
なお、温度調整部１３を制御する際の各種ばらつきを吸収するために、上記温度範囲には、１０℃程度の余裕を持たせるとよい。この場合、コーティング部３０に進入する光ファイバ裸線３の温度を、４０℃以上９０℃以下の範囲内にするとよい。
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記第１実施形態の温度測定部１４は、温度調整部１３とコーティング部３０との間に配置されていたが、温度測定部１４は非接触式方向変換器２０Ｃの下流側かつコーティング部３０の上流側の任意の位置に配置することができる。例えば、非接触式方向変換器２０Ｃと温度調整部１３との間に、温度測定部１４を配置してもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
１Ａ〜１Ｄ…光ファイバの製造装置 ３…光ファイバ裸線 １０…紡糸部 １３…温度調整部 １４…温度測定部 １５Ａ〜１５Ｃ…制御部 ２０Ａ〜２０Ｅ…非接触式方向変換器 ３０…コーティング部 ４０…硬化部 ５０…被覆径測定部 ７０…引き取り部 ９０…巻き取り部
Claims (6)
- 光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸工程と、
非接触式方向変換器によって前記光ファイバ裸線を冷却する冷却工程と、
前記非接触式方向変換器の下流側かつコーティング部の上流側に配置された温度調整部によって、前記光ファイバ裸線の温度を調整する温度調整工程と、
前記コーティング部によって、前記光ファイバ裸線の外周に樹脂前駆体を含む未硬化被覆層を設けるコーティング工程と、
硬化部によって前記未硬化被覆層を硬化させる硬化工程と、
を有し、
前記温度調整部は非接触式方向変換器ではなく、前記温度調整部と前記コーティング部との間に非接触式方向変換器を配置しない、光ファイバの製造方法。 - 前記温度調整部は、前記非接触式方向変換器の下流側かつ前記コーティング部の上流側に配置された温度測定部による前記光ファイバ裸線の温度の測定結果に基づいて、前記光ファイバ裸線の温度を調整する、
請求項１に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記温度調整部は、前記硬化部の下流側に配置された被覆径測定部による被覆層の外径の測定結果に基づいて、前記光ファイバ裸線の温度を調整する、請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法。
- 前記温度調整部と前記コーティング部との間における前記光ファイバ裸線の温度が３０℃以上１００℃以下の範囲内である、請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
- 前記温度調整部は、前記光ファイバ裸線を冷却する機能を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
- 前記温度調整部は、前記光ファイバ裸線を加熱する機能を有する、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。
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