JP7396158B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、光ファイバの製造方法に関する。

一般的な光ファイバの製造（線引き）方法では、光ファイバ用のガラス母材（以下、光ファイバ母材と称する）の先端部分を加熱して軟化し、この軟化した部分に張力をかけて引き伸ばすことにより、細径のガラスファイバとする。次いで、冷却工程、樹脂の被覆工程などを経て、ガラスファイバが被覆に覆われた光ファイバとし、直下ローラやガイドローラによって案内された後、引き取り装置によりそのパスラインの下流側に引き取られてボビン等に巻き取る。

その際、ガラスファイバの張力（線引き張力）をオンラインで直接測定することが好ましいが、特許文献１に示すように、樹脂の被覆後における光ファイバに生ずる張力（被覆後張力）をモニターし、予め測定していた被覆後張力と線引き張力との関係式から線引き張力を求める場合がある。

特開２０１３－０２８５０８号公報

ところで、直下ローラやガイドローラなどの各種ローラは、ベアリングの劣化等によってローラの回転抵抗が変わることがある。直下ローラと引き取り装置との間にあるガイドローラの数が多い場合、各ローラの回転抵抗が積み重なることになるため、劣化等によってローラの回転抵抗が高くなった場合、引き取り装置に入る前の、光ファイバに生ずる張力も高くなる。このため、仮に光ファイバに低強度の部分が存在したときには、直下ローラと引き取り装置との間で断線する確率が高くなる。
断線が引き取り装置の手前側で生じた場合には、再度光ファイバ母材の先端部分を加熱溶融し、この溶融したガラスの塊（落とし種）を落とす（口出しともいう）ことからやり直す必要が生じる場合がある。また、断線が発生した場合に、線引き炉の内部でガラスファイバが詰まると、復旧に大幅な時間が必要になることもある。

引き取り装置の手前での光ファイバの断線を減らすには、直下ローラやガイドローラなど、引き取り装置の手前で使われている各種ローラが劣化しているか否かを測定すればよい。すなわち、複数のガイドローラを経由することによって生じた張力を引き取り装置の手前で測定することが望まれる。しかし、被覆後張力をモニターするローラの後段にもローラがある場合は、被覆後張力の測定結果から、各種ローラが劣化しているか、ひいては断線する確率が高まっているか否かを判断することができない。

本開示は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、複数のガイドローラを有する光ファイバの製造装置において、ガイドローラの劣化を判定することで線引き中における光ファイバの断線を減らすことができる光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱する線引き炉と、線引きされたガラスファイバに樹脂を被覆する被覆装置と、該被覆された光ファイバの走行ラインの方向を変更する直下ローラと、該直下ローラから送られた光ファイバをそれぞれ案内する複数のガイドローラと、該ガイドローラに案内された光ファイバを引き取る引き取り装置と、を順に有した光ファイバの製造装置により光ファイバを製造する方法であって、前記ガイドローラの劣化を検査する工程と、所定径のガラスファイバを線引きする工程と、を有し、前記検査する工程が、前記引き取り装置の直前に位置するガイドローラで張力を測定する工程と、前記測定した張力に基づいて前記ガイドローラの劣化を判定する工程とを含む。

上記によれば、線引き中における光ファイバの断線を減らすことができる。

本開示の一態様に係る光ファイバの製造装置の概略図である。 図１の制御装置の構成図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
本開示に係る光ファイバの製造方法は、（１）光ファイバ母材を加熱する線引き炉と、線引きされたガラスファイバに樹脂を被覆する被覆装置と、該被覆された光ファイバの走行ラインの方向を変更する直下ローラと、該直下ローラから送られた光ファイバをそれぞれ案内する複数のガイドローラと、該ガイドローラに案内された光ファイバを引き取る引き取り装置と、を順に有した光ファイバの製造装置により光ファイバを製造する方法であって、前記ガイドローラの劣化を検査する工程と、所定径のガラスファイバを線引きする工程と、を有し、前記検査する工程が、前記引き取り装置の直前に位置するガイドローラで張力を測定する工程と、前記測定した張力に基づいて前記ガイドローラの劣化を判定する工程とを含む。
引き取り装置の手前で張力を測定することでガイドローラの劣化を検査するので、光ファイバの断線の頻度が高くなる前に、劣化したガイドローラを交換するなどの処理を行うことができる。さらに、ガイドローラの劣化を判定するので、光ファイバの断線の頻度が高くなる前に、劣化したガイドローラを交換するなどの処理を行うことができる。よって、複数のガイドローラを有する光ファイバの製造装置において、線引き中における光ファイバの断線を減らすことができる。
また、最終的な張力を測定することができるので、断線する確率が高まっているか否かも判断できる。
なお、「張力」とは、樹脂の被覆後における光ファイバに生ずる張力（被覆後張力）を意味しており、また、「手前」とは、光ファイバの走行方向を考慮した際の、前方側を意味する。

（２）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記張力を測定する工程は、前記複数のガイドローラのうちの、少なくとも１個のガイドローラ軸に加わる力を測定する工程である。
直下ローラと引き取り装置との間に位置するガイドローラ軸に加わる力を測定し、ガイドローラの劣化を判定するので、上記同様、光ファイバの断線の頻度が高くなる前に、劣化したガイドローラを交換するなどの処理を行うことができる。よって、線引き中における光ファイバの断線を減らすことができる。
（３）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記張力を測定する工程は、少なくとも前記複数のガイドローラのうちの一つのガイドローラの前、または後ろの光ファイバの固有振動を測定することで光ファイバの張力を求める工程である。
レーザ式測定器等で、非接触で光ファイバの固有振動から光ファイバの張力を求めることができるため、測定のためのガイドローラを省略することができる。
（４）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記ガイドローラ軸に加わる力を測定する工程は、前記引き取り装置の直前に位置するガイドローラのガイドローラ軸に加わる力を測定する工程である。
引き取り装置の直前に位置するガイドローラ軸に加わる力を測定すれば、どのガイドローラが劣化していても、劣化の有無を判定できる。また、最終的な張力を測定することができるので、断線する確率が高まっているか否かも判断できる。
（５）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記固有振動を測定する工程は、前記引き取り装置の直前に位置するガイドローラの後ろの光ファイバの固有振動を測定する工程である。
引き取り装置の直前に位置するガイドローラの後ろの光ファイバの固有振動を測定すれば、どのガイドローラが劣化していても、劣化の有無を判定できる。また、最終的な張力を測定することができるので、断線する確率が高まっているか否かも判断できる。

（６）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記直下ローラから前記引き取り装置までの走行ラインの長さが、５ｍ以上である。
光ファイバを被覆する樹脂は、ＵＶ硬化炉を出てしばらくの間は温度が高い状態にあるため、その状態で引き取り装置に引き取られると、樹脂が変形したり、ガラスファイバと被覆との間が剥離したりする場合がある。本開示では、直下ローラから引き取り装置までの走行ラインの長さが、５ｍ以上と長く設定されているため、被覆された光ファイバを十分冷却することができる。
（７）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記複数のガイドローラの個数が、２０個以下である。
多数のガイドローラを用いてターン数を多くすることで、コンパクトな製造装置を提供できる。また、その個数が２０個以下なので、張力が高くなりすぎるのを抑えることができる。
（８）本開示の光ファイバの製造方法の一態様では、前記線引きする工程中に、前記ガイドローラの劣化を検査する工程を行う。
線引き中であっても、ガイドローラの劣化を測定することで、光ファイバの断線の頻度が高くなる前に、劣化したガイドローラをパスラインから外し、交換するなどの処理を行うことができる。よって、線引き中における光ファイバの断線を減らすことができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら、本開示に係る光ファイバの製造方法の具体例について説明する。図１は、本開示の一態様に係る光ファイバの製造装置の概略図である。
図１に示すように、光ファイバ製造装置１０は、最上流位置に、光ファイバ母材Ｇを加熱して軟化させる線引き炉１１を備える。

線引き炉１１は、内側に光ファイバ母材Ｇが供給される円筒状の炉心管１２と、この炉心管１２を取り囲む発熱体１３と、炉心管１２内に例えばアルゴンガスを供給するガス供給部１４とを有している。これにより、炉内雰囲気を、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２、若しくはこれらの混合ガス雰囲気に設定する。なお、線引き炉１１は、抵抗炉でもよいし、誘導炉でもよい。
光ファイバ母材Ｇの上部は母材送りユニットＦに把持されており、光ファイバ母材Ｇは母材送りユニットＦにより炉心管１２内に送られる。光ファイバ母材Ｇの下端部分が発熱体１３によって加熱されて下方に線引きされると、光ファイバＧ２の構成部材であるガラスファイバＧ１が形成される。

光ファイバ製造装置１０は、線引き炉１１の下流側に冷却ユニット１５を備える。冷却ユニット１５には、例えばヘリウムガスの冷却ガスが供給されており、光ファイバ母材Ｇから線引きされたガラスファイバＧ１は、冷却ユニット１５で冷却される。
光ファイバ製造装置１０は、冷却ユニット１５の下流側に外径測定ユニット１６を備える。外径測定ユニット１６は、例えばレーザ光を用いてガラスファイバＧ１の外径を測定可能に構成されており、冷却ユニット１５で冷却されたガラスファイバＧ１は、外径測定ユニット１６で外径が測定されて下方に送られる。なお、外径測定ユニット１６は、ガラスファイバＧ１の外径を非接触で測定できれば、レーザ光以外の測定方式であってもよい。

光ファイバ製造装置１０は、外径測定ユニット１６の下流側にＵＶ樹脂塗布装置１７ａ、ＵＶ硬化炉１７ｂを備える。なお、ＵＶ樹脂塗布装置１７ａ、およびＵＶ硬化炉１７ｂが、本開示の被覆装置に相当する。外径が測定されたガラスファイバＧ１には、例えば、紫外線硬化型樹脂であるウレタンアクリレート樹脂がＵＶ樹脂塗布装置１７ａで塗布され、このウレタンアクリレート樹脂はＵＶ硬化炉１７ｂで紫外線が照射されて硬化する。これにより、ガラスファイバＧ１の周囲に樹脂層を形成した光ファイバＧ２となる。

光ファイバ製造装置１０は、ＵＶ硬化炉１７ｂの下流側に、直下ローラ１８、および、例えば９個のガイドローラ１９ａ～１９ｉを備える。直下ローラ１８は、線引き炉１１の直下に配置され、光ファイバＧ２の走行方向が垂直方向から例えば水平方向へと変更される。
直下ローラ１８によって走行方向が変更された光ファイバＧ２は、ガイドローラ１９ａ～１９ｉにそれぞれ案内され、最下流に位置するガイドローラ１９ｉによって走行方向が水平方向から例えば斜め上方へと変更される。

光ファイバ製造装置１０は、ガイドローラ１９ｉの下流側に、さらに、引き取り装置２０、ガイドローラ２１、ダンサローラ２２、および巻き取り装置２３を備えている。光ファイバＧ２は、引き取り装置２０のキャプスタンで所定の速度で引き取られ、ダンサローラ２２を介して巻き取り装置２３のボビンＢに巻き取られる。
なお、引き取り装置２０が本開示の引き取り装置に相当する。引き取り装置は、ガラスファイバＧ１の周囲に樹脂層を形成した光ファイバＧ２を最初に牽引する装置である。

光ファイバＧ２を被覆する樹脂は、ＵＶ硬化炉１７ｂを出てしばらくの間は温度が高い状態にあるため、その状態で引き取り装置２０に引き取られると、樹脂が変形する場合がある。これを防ぐためには、光ファイバＧ２の樹脂層を冷却することが好ましく、直下ローラ１８から引き取り装置２０までの走行ラインの長さが、５ｍ以上に設定されていることが好ましい。一方、光ファイバ製造装置１０をコンパクトにするためには、多数のガイドローラ１９ａ～１９ｉを用いてターン数を増やすことが好ましいが、あまり多くすると、各ガイドローラの回転抵抗が積み重なって、引き取り装置２０の手前での張力が高くなってしまう。図１では９個のガイドローラ１９ａ～１９ｉを示しているが、２０個以下のガイドローラで構成することが好ましい。また、製造線速における各ガイドローラ１９ａ～１９ｉの１個当たりの回転抵抗は３０ｇ以下に設定することが好ましい。

ガイドローラ１９ａ～１９ｉを検査する工程は、例えば、ガラスファイバＧ１を線引きする工程の前に行う。なお、線引きする工程とは、良品となる光ファイバを巻き取っている状態を示す。検査する工程を実施するために、図１に示すように、例えば引き取り装置２０の直前に位置するガイドローラ１９ｉには、ガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わる力を測定する張力測定装置３０ｉが設置されている。このガイドローラ軸に加わる力は、このガイドローラに掛かっている光ファイバの張力を表す。張力測定装置３０ｉは、例えば荷重計（ロードセル）であり、ガイドローラ１９ｉの回転軸に設けられる。張力測定装置３０ｉの検知結果は制御装置４０に入力される。なお、張力測定装置３０ｉは、例えばガイドローラ１９ｉの後ろの光ファイバの固有振動を測定することで、光ファイバの張力を求めてもよい。

図２は、図１の制御装置の構成図である。制御装置４０は、例えば、入力部４１、制御部４２から構成される。制御部４２は、例えば１個あるいは複数個のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等からなり、例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このロードしたＲＡＭ内のプログラムを実行する。これにより、光ファイバ製造装置１０の動作を制御できる。

入力部４１では、所定の閾値などを予め入力可能である。上述したように仮に２０個のガイドローラを設置し、１個当たりの回転抵抗が３０ｇの場合、引き取り装置２０手前の張力には、回転抵抗の総和６００ｇが加算される。そこで、入力部４１では、所定の閾値を、例えば７００ｇと入力する。
制御部４２は、比較部４３、判定部４４を有する。比較部４３は、所定の閾値と、張力測定装置３０ｉで検出された、ガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わっている光ファイバＧ２の張力とを比較する。判定部４４は、検出された光ファイバＧ２の張力が所定の閾値を超えている場合、測定位置よりも上流側に位置するガイドローラ１９ａ～１９ｉが劣化していると判定する。

ガイドローラ１９ａ～１９ｉが劣化していると判定された場合、制御部４２は、例えばランプの点灯やブザーの鳴動により、ガイドローラ１９ａ～１９ｉの交換を作業者に知らせる。作業者は、各ガイドローラ１９ａ～１９ｉをパスラインから一旦外すなどして、各ガイドローラ１９ａ～１９ｉを交換する。各ガイドローラ１９ａ～１９ｉ自体の交換に替えて、各ガイドローラ１９ａ～１９ｉを回転自在に支持するための軸受を交換することも可能である。

このように、直下ローラ１８と引き取り装置２０との間に位置するガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わる力を測定することで、光ファイバＧ２の断線の頻度が高くなる前に、ガイドローラ１９ａ～１９ｉが劣化しているか否かを判定できる。そして、ガイドローラ１９ａ～１９ｉが劣化していると判定された場合、ガイドローラ１９ａ～１９ｉあるいはガイドローラ１９ａ～１９ｉの軸受を交換するなどしてから、線引きする工程を開始できる。よって、線引き中に発生する光ファイバＧ２の断線を減らすことができる。
また、引き取り装置２０の直前に位置するガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わる力を測定すれば、どのガイドローラが劣化していても、劣化の有無を判定できる。

ところで、上記実施形態では、引き取り装置２０の直前に位置するガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わる力を測定する例を挙げて説明した。しかし、本開示はこの例に限定されない。例えば、張力測定装置を、引き取り装置２０の直前に位置するガイドローラ１９ｉから数えて１個手前に位置するガイドローラ１９ｈに設置し、このガイドローラ１９ｈのガイドローラ軸に加わる力を測定してもよい。この場合でも、ガイドローラ１９ａ～１９ｈの劣化の有無を判定できる。ただし、最後のガイドローラ１９ｉの劣化の有無は判定できないため、ガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わる力を測定する方が好ましい。
また、複数のガイドローラのうちの、少なくとも２個のガイドローラ軸に加わる力を測定し、その力の差から求められる張力の増分に基づいて、ガイドローラの劣化を判定することも可能である。このようにすることで、当該２個のガイドローラ、およびその間のガイドローラの劣化の有無が判定できる。
勿論、各ガイドローラ軸に加わる力を測定すれば、各ガイドローラの劣化を調べることができるので、さらに好ましいが、設備コスト増やメンテナンスの問題がある。
なお、ガイドローラ軸に加わる力を測定する代わりに、例えばハンディの張力計や、非接触の張力計で、引き取り装置２０の手前や、各ガイドローラ前後の張力を測定し、ガイドローラの劣化を判定してもよい。

また、上記実施形態では、ガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わる力を線引きする工程の開始前にモニターしていた（検査する工程）。しかし、ガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わる力を線引き中にオンラインでモニターすることも可能である。線引き中であっても、光ファイバの断線の頻度が高くなる前に劣化したガイドローラをパスラインから外し、交換するなどの処理を行うことができる。よって、線引き中における光ファイバの断線を減らすことができる。

（実施例）
ガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わる力（測定値）を測定し、光ファイバＧ２の断線頻度との関係を求めた。なお、断線頻度は、光ファイバＧ２が線引き長１０００ｋｍ当たりで断線する回数と定義した。
その結果、測定値が７００ｇの場合には、断線頻度は２回であった。また、測定値が６００ｇの場合には、断線頻度は１．３回であり、測定値が５００ｇの場合には０．６回であった。さらに、測定値が４００ｇの場合には０．３回、測定値が３００ｇの場合には０．０５回であり、測定値が２００ｇの場合には０．０２回であった。つまり、ガイドローラ１９ａ～１９ｉのガイドローラ軸に加わる力が５００ｇを超えないようにすれば、光ファイバＧ２の断線頻度が１回未満になることが分かる。

なお、ガイドローラ１９ｉのガイドローラ軸に加わる力を小さくするには、ガイドローラの個数をできるだけ少なくすることが有効であり、望ましくは、２０個以下である。また、ガイドローラ１９ａ～１９ｉのガイドローラ軸に加わる力を小さくするために、流体軸受を用いてもよい。

また、上記実施形態では、ガラス径φ１２５μｍのファイバを用いて測定しているが、φ８０μｍやφ１５０μｍといったガラス径のファイバにも、本開示は適用可能である。すなわち、光ファイバに掛かる応力は、「線引き張力／ガラスファイバ断面積」で表されるので、径が異なるファイバでは、この応力が同じになるように、断面積比に比例した線引き張力に調整すればよい。つまり、φ１２５μｍの場合に張力を５００ｇ以下にするのであれば、φ１００μｍの場合には、３２０ｇ以下にすればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…光ファイバ製造装置、１１…線引き炉、１２…炉心管、１３…発熱体、１４…ガス供給部、１５…冷却ユニット、１６…外径測定ユニット、１７ａ…ＵＶ樹脂塗布装置、１７ｂ…ＵＶ硬化炉、１８…直下ローラ、１９ａ～１９ｉ…ガイドローラ、２０…引き取り装置、２１…ガイドローラ、２２…ダンサローラ、２３…巻き取り装置、３０ｉ…張力測定装置、４０…制御装置、４１…入力部、４２…制御部、４３…比較部、４４…判定部、Ｆ…母材送りユニット、Ｇ…光ファイバ母材、Ｇ１…ガラスファイバ、Ｇ２…光ファイバ、Ｂ…ボビン。

Claims (8)

1. 光ファイバ母材を加熱する線引き炉と、線引きされたガラスファイバに樹脂を被覆する被覆装置と、該被覆された光ファイバの走行ラインの方向を変更する直下ローラと、該直下ローラから送られた光ファイバをそれぞれ案内する複数のガイドローラと、該ガイドローラに案内された光ファイバを引き取る引き取り装置と、を順に有した光ファイバの製造装置により光ファイバを製造する方法であって、
   前記ガイドローラの劣化を検査する工程と、所定径のガラスファイバを線引きする工程と、を有し、
   前記検査する工程が、
   前記引き取り装置の直前に位置するガイドローラで張力を測定する工程と、前記測定した張力に基づいて前記ガイドローラの劣化を判定する工程とを含む、光ファイバの製造方法。
2. 前記張力を測定する工程は、
   前記複数のガイドローラのうちの、少なくとも１個のガイドローラ軸に加わる力を測定する工程である、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記張力を測定する工程は、
   少なくとも前記複数のガイドローラのうちの一つのガイドローラの前、または後ろの光ファイバの固有振動を測定することで光ファイバの張力を求める工程である、請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記ガイドローラ軸に加わる力を測定する工程は、前記引き取り装置の直前に位置するガイドローラのガイドローラ軸に加わる力を測定する工程である、請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
5. 前記固有振動を測定する工程は、前記引き取り装置の直前に位置するガイドローラの後ろの光ファイバの固有振動を測定する工程である、請求項３に記載の光ファイバの製造方法。
6. 前記直下ローラから前記引き取り装置までの走行ラインの長さが、５ｍ以上である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。
7. 前記複数のガイドローラの個数が、２０個以下である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。
8. 前記線引きする工程中に、前記ガイドローラの劣化を検査する工程を行う、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。