(57)【要約】【課題】  線引きされ被覆される前のガラスファイバの振動を非接触で抑制して、光ファイバの強度低下を防止することができる光ファイバの製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】  線引きされて被覆される前の裸の状態のガラスファイバ１２に電気的な斥力を与えて線振れを防止するので、ガラスファイバ１２が機器に接触して表面に損傷を受けるのを防止することができ、光ファイバ１３の強度低下を防止することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス母材を加熱してガラスファイバを線引きし、前記ガラスファイバに樹脂を被覆して光ファイバとする光ファイバの製造方法であって、
前記ガラスファイバに電気的な斥力を与えて前記ガラスファイバの線振れを抑制する光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記ガラスファイバと対向する面が前記ガラスファイバと同じ極性に帯電している帯電部材を前記ガラスファイバの周囲に配置して、前記ガラスファイバに電気的斥力を与える請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記ガラスファイバに樹脂を被覆する前に前記ガラスファイバを冷却管に通して冷却する際に、前記冷却管における前記ガラスファイバと対向する面を前記ガラスファイバと同じ極性に帯電させて当該冷却管を帯電部材とする請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記ガラスファイバと前記帯電部材とに同じ符号の電荷を与える請求項２又は３に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項５】
ガラス母材を加熱してガラスファイバを線引きし、前記ガラスファイバに樹脂を被覆して光ファイバとする光ファイバの製造装置であって、
前記ガラス母材のネックダウン部と線引きされた前記ガラスファイバを樹脂で被覆する樹脂塗布装置との間に、周囲から前記ガラスファイバに電気的な斥力を付与して線振れを防止する帯電部材を設けたことを特徴とする光ファイバの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバの製造方法および製造装置に係り、例えば、ガラス母材を加熱してガラスファイバを線引きし、線引きしたガラスファイバに樹脂を被覆して光ファイバを製造する光ファイバの製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、線引炉でガラス母材を加熱し、ガラス母材の溶融部（ネックダウン部）からガラスファイバを線引きして、線引したガラスファイバに樹脂を被覆して光ファイバを製造する光ファイバの製造装置が知られている（例えば特許文献１、２参照）。
図４に示すように、特許文献１に記載の光ファイバの製造装置１００では、光ファイバ母材１０１を垂直に固定し、光ファイバ母材１０１の下端部を線引炉１０２で加熱、溶融して、線引によりガラスファイバ１０３を所定の外径まで細径化し、冷却装置１０４により常温付近まで冷却する。そして、その後、塗布装置１０５によりガラスファイバ１０３に樹脂を被覆し、硬化装置１０６により被覆した樹脂を紫外線硬化して光ファイバ１０７を製造して、ガイドローラ１０８を介して巻取ローラ（図示省略）に巻き取る。
【０００３】
このとき、光ファイバの製造装置１００では、光ファイバ母材１０１のネックダウン部から塗布装置１０５の間においてはガラスファイバ１０３の振動を抑制する固定点が存在しない。このため、ネックダウン部の下端から塗布装置１０５の間のガラスファイバ１０３は、この２点を固定点とした弦のように振動して、例えば冷却装置１０４等の壁面に接触して損傷を受け、この損傷のために光ファイバ１０７の強度低下を招くおそれがある。そこで、この光ファイバの製造装置１００では、ガラスファイバ１０３の位置を検出して、冷却装置１０４がガラスファイバ１０３に接触しないように冷却装置１０４の位置を制御している。
【０００４】
また、図５に示すように、特許文献２に記載の光ファイバの製造装置１１０では、ガラスファイバ１０３の進行経路における冷却装置１０４と塗布装置１０５との間に、ガラスファイバ１０３の進行経路に直交する方向の振動を制御する振動規制部１１１が設けられている。この振動規制部１１１は、ガラスファイバ１０３の周囲からガラスファイバ１０３に向けて周方向で均等な圧力の気体を吹き付けることにより、ガラスファイバ１０３の振動を規制するものである。
なお、図５においては、図４において前述した部位と同じ部位には共通する符号を付して、重複する説明を省略することとする。
【特許文献１】特開平１１−１３０４５８号公報（図１）
【特許文献２】特開２０００−１５９５３６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、製造技術の進展に伴い、線引速度が高速化している。ガラスファイバを線引する際に、塗布装置１０５入線部では線引炉１０２から出線する高温のガラスファイバ１０３を常温付近まで冷却する必要があるので、その冷却時間を確保するために、線引速度の高速化に対応して線引タワーの高層化が進んでいる。その結果、ネックダウン部から塗布装置１０５までの距離が長尺化しており、弦長の増大に応じてガラスファイバ１０３の振動幅が増大しているため、より確実にガラスファイバ１０３の振動を規制することが望まれるようになってきた。
【０００６】
本発明の目的は、線引きされ被覆される前のガラスファイバの振動を非接触で抑制して損傷を防止し、光ファイバの強度低下を防止することができる光ファイバの製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明にかかる光ファイバの製造方法は、ガラス母材を加熱してガラスファイバを線引きし、前記ガラスファイバに樹脂を被覆して光ファイバとする光ファイバの製造方法であって、前記ガラスファイバに電気的な斥力を与えて前記ガラスファイバの線振れを抑制することにある。
【０００８】
このように構成された光ファイバの製造方法においては、線引きされて被覆される前の裸の状態のガラスファイバに電気的な斥力を与えて線振れを抑制するので、ガラスファイバが冷却管等に接触して損傷を受けるのを防止することができ、光ファイバの強度低下を防止することができる。
【０００９】
また、本発明にかかる光ファイバの製造方法は、前記ガラスファイバと対向する面が前記ガラスファイバと同じ極性に帯電している帯電部材を前記ガラスファイバの周囲に配置して、前記ガラスファイバに電気的斥力を与えることができる。
【００１０】
この場合、ガラスファイバの周囲に配置された帯電部材におけるガラスファイバと対向する面が、ガラスファイバと同じ極性に帯電しているので、ガラスファイバに対して周囲から電気的斥力を与えることになる。このため、ガラスファイバは帯電部材の中央を通過するように位置規制されるので、ガラスファイバの線振れを抑制することができる。
【００１１】
前記帯電部材が環状であれば、その環が存在する平面上でガラスファイバがあらゆる方向から帯電部材の中心に向かって斥力を受けて押されて帯電部材の中心で落ち着き、ガラスファイバの線振れを抑制することができる。前記環が作る電界は上下方向に伸びる。この電界の伸びる方向がガラスファイバの走行方向と一致するように環を配置すると、ガラスファイバには上下に引っ張られる力が働き、ガラスファイバが環の中心に落ち着くようになる。
【００１２】
また、本発明にかかる光ファイバの製造方法では、前記ガラスファイバに樹脂を被覆する前に前記ガラスファイバを冷却管に通して冷却する際に、前記冷却管における前記ガラスファイバと対向する面を前記ガラスファイバと同じ極性に帯電させて当該冷却管を帯電部材とすることができる。
【００１３】
この場合、溶融・線引きされて被覆される前のガラスファイバを冷却する冷却管が、内部を通過するガラスファイバに周囲から電気的斥力を与えて線振れを抑制するので、ガラスファイバは冷却管に接触することなく通過することができる。
【００１４】
本発明にかかる光ファイバの製造方法では、前記ガラスファイバと前記帯電部材とに同じ符号の電荷を与えることにある。
【００１５】
このように構成された光ファイバの製造方法においては、帯電部材とガラスファイバに同じ符号の電荷を与えて同じ符号の電荷を帯電させるので、予めガラスファイバに帯電している電荷の符号にかかわらず同じ符号の帯電をすることになり、確実に互いに斥力を発生することになる。付与する電荷は正負いずれでも可能である。
【００１６】
また、本発明にかかる光ファイバの製造装置は、ガラス母材を加熱してガラスファイバを線引きし、前記ガラスファイバに樹脂を被覆して光ファイバとする光ファイバの製造装置であって、前記ガラス母材のネックダウン部と線引きされた前記ガラスファイバを樹脂で被覆する樹脂塗布装置との間に、周囲から前記ガラスファイバに電気的な斥力を付与して線振れを防止する帯電部材を設けたことことにある。
【００１７】
このように構成された光ファイバの製造装置においては、線引きされて被覆される前の裸の状態のガラスファイバに、帯電部材が電気的な斥力を与えて線振れを抑制するので、ガラスファイバが冷却装置に接触して損傷を受けるのを防止することができ、光ファイバの強度低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、線引きされて被覆される前の裸の状態のガラスファイバに電気的な斥力を与えて線振れを抑制するので、ガラスファイバが冷却装置等に接触して損傷を受けるのを防止することができ、光ファイバの強度低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の光ファイバの製造装置に係る実施形態を示す構成図、図２（Ａ）は帯電部材の１例を示す斜視図、（Ｂ）は帯電部材における帯電の状態を示す説明図、図３（Ａ）は線振れを生み出す力を算定したモデルを示す説明図、（Ｂ）はガラスファイバの断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施形態にかかる光ファイバの製造装置１０は、ガラス母材１１を加熱してガラスファイバ１２を線引きし、ガラスファイバ１２に樹脂を被覆して光ファイバ１３とするものである。そして、線引きされたガラスファイバ１２のネックダウン部１２ａと線引きされたガラスファイバ１２を樹脂で被覆する樹脂塗布装置であるダイス１４との間に、周囲からガラスファイバ１２に電気的な斥力を付与して線振れを防止する帯電部材１５が設けられている。
【００２１】
すなわち、線引炉１６でガラス母材１１の下端部を加熱・溶融して線引してガラスファイバ１２を所定の径まで細径化する。線引炉１６の下方には冷却装置が設けられており、冷却管１７に図示しない冷却ガス供給手段から冷却ガスが供給され、線引きされた高温のガラスファイバ１２が冷却管内で常温付近まで冷却される。ダイス１４の下方にはガイドローラ１８および巻取ローラ１９が設けられている。従って、ダイス１４により樹脂を被覆された光ファイバ１３は、ガイドローラ１８で走行方向を変えて巻取ローラ１９に巻き取られる。
なお、図１においては、帯電部材１５をネックダウン部１２ａと冷却管１７との間に設けたが、これに限らず、冷却管１７を帯電部材としても使用することができる。
【００２２】
帯電部材１５は、線引きされて被覆される前の状態のガラスファイバ１２に、電気的な斥力を与えて線振れを防止するものである。ガラスファイバ１２の表面は、空気との摩擦で発生する静電気により負に帯電するため、帯電部材１５におけるガラスファイバと対向する面も負に帯電させる。
【００２３】
図２（Ａ）および（Ｂ）には、帯電部材１５の一例が示されている。例えば、図２（Ａ）に示すように、帯電部材１５を円盤状の鍔部１５ａと、円筒状の本体部１５ｂから構成し、少なくとも本体部１５ｂを、回転することにより空気との摩擦で発生する静電気で負に帯電する材質、例えば、テフロン（登録商標）、シリコン、ＰＶＣ、ポリエチレン、ガラス等で作製するのが望ましい。なお、本体部１５ｂは、図示省略のモータにより回転される駆動ローラ１８ａと、支持部１５ｂの外周面に当接する複数の従動ローラ１８ｂにより回転可能に支持され、駆動ローラ１８ａの回転により帯電部材１５を回転駆動する。なお、鍔部１５ａが本体部１５ｂの外表面よりも外側に突出しているので、帯電部材１５が落下するのを防止している。
【００２４】
図２（Ｂ）に示すように、帯電部材１５を回転させると、帯電部材１５は空気との摩擦により静電気が生じ、帯電部材１５の内周面も負に帯電するので、負に帯電しているガラスファイバ１２に対して反発し合う斥力を発生することになる。帯電部材１５はガラスファイバ１２を中心として回転しているので、ガラスファイバ１２に対して外側から中心に向かって均等に斥力が作用することになり、ガラスファイバ１２の長手方向に直交する方向の振動を規制することになる。帯電部材１５に帯電する電荷の量は、帯電部材１５の回転数を制御することにより空気と帯電部材１５との摩擦量を調整して、発生する静電気の量を調整することにより調整することができる。なお、ガラスファイバ１２と帯電部材１５との間の電気的斥力を安定させるため、帯電部材１５を乾燥した空気雰囲気に置くのが望ましい。
【００２５】
図３（Ａ）に基づいて、線振れを発生する力Ｆの大きさを推定する。ガラスファイバ１２のネックダウン部１２ａおよびダイス１４を２つの固定点と考え、ネックダウン部１２ａからダイス１４までの距離をＬとし、ガラスファイバ１２の張力をＴｇとし、振れ幅をＸとしたときに必要な力Ｆを算出する。一般に、Ｆ＝２×Ｔｇ×ｓｉｎθ≦２×Ｔｇ×Ｘ／(Ｌ／２）である。ここで、例えば、張力Ｔｇ＝２０（ｇ）、ネックダウン部１２ａからダイス１４までの距離をＬ＝１２（ｍ）、振れ幅Ｘ＝１（ｍｍ）と仮定すると、Ｆ＝６．６×１０−３（ｇ）が得られる。
次に、ガラスファイバ１２の長さ１ｃｍ当たりに圧力Ｐ（ｇ／ｃｍ２）がかかり、上述したＦ＝６．６×１０−３（ｇ）が作用したと考えて外乱を圧力変動に換算すると、圧力Ｐはガラスファイバ１２の断面積（図３（Ｂ）参照）から、Ｐ＝６．６×１０−３／（１２５×１０−４×１）＝０．５２（ｇ／ｃｍ２）が得られる。
【００２６】
次に、前述した線振れを発生する力に相当するクーロン力を発生するために必要な電荷量を求める。電荷をｑ１、ｑ２、真空の誘電率をε０、２つの電荷の距離をｒとすると、クーロン力ＱＦは、ＱＦ＝｜ｑ１・ｑ２｜／（４・π・ε０・ｒ２）である。いま、帯電部材１５の内径を６ｍｍφ（ｒ＝３（ｍｍ））とする。クーロン力ＱＦが前述した線振れを発生させる力Ｆ＝６．６×１０−３（ｇ）となるのに必要な電荷は、ｑ１＝ｑ２＝ｑとしたときに、ｑ＝０．２５（ｐｃ）となる。すなわち、人体から放電される静電気量（約０．３〜０．４（μｃ））と比較して１／１６００程度の小さな静電気量によって線振れを抑えることが可能であると考えられる。
【００２７】
このように構成された光ファイバの製造装置１０においては、線引きされて被覆される前の裸の状態のガラスファイバ１２に、帯電部材１５が電気的な斥力を与えて線振れを防止するので、ガラスファイバ１２が冷却管等に接触して損傷を受けるのを防止することができ、光ファイバ１３の強度低下を防止することができる。
【００２８】
次に、図１を参照して、本発明にかかる光ファイバの製造方法について説明する。この光ファイバの製造方法では、線引炉１６によりガラス母材１１の下端部を加熱してガラスファイバ１２を線引きし、所定の径まで細径化する。線引された高温のガラスファイバ１２を冷却管１７により常温付近まで冷却し、ダイス１４によってガラスファイバ１２に樹脂を被覆する。このとき、ガラス母材１１のネックダウン部１２ａとダイス１４との間において、帯電部材１５がガラスファイバ１２に電気的な斥力を与えてガラスファイバの線振れを防止する。ダイス１４により樹脂を被覆された光ファイバ１３は、ガイドローラ１８で方向を変えて巻取ローラ１９に巻き取られる。
【００２９】
帯電部材１５のガラスファイバと対向する面はガラスファイバ１２と同じ極性に帯電させ、ガラスファイバ１２の周囲に配置して、ガラスファイバ１２に電気的斥力を与えるようにする。これにより、ガラスファイバ１２に対して周囲から電気的斥力を与えることができ、ガラスファイバ１２は帯電部材１５の中央を通過するように位置規制されるので、ガラスファイバの線振れを抑制することができる。
また、帯電部材１５は、環状、円形断面、円筒形状等ガラスファイバ１２の外側を全周にわたって覆うものを使用すると、ガラスファイバ１２はあらゆる方向から帯電部材１５の中心に向かって斥力を受けて押され、ガラスファイバ１２の線振れを防止することができる。
【００３０】
帯電部材１５を通過するときにガラスファイバ１２が振れると、帯電部材１５からガラスファイバ１２に作用する電気的斥力によりガラスファイバ１２が押し戻される。このためガラスファイバ１２の振れ幅は小さくなり、帯電部材１５の中心近傍を通過することになる。ガラスファイバ１２が常に帯電部材１５の中心を通らず、中心近傍を振れ回ったとしても、線振れが抑制されて振れ幅が小さいので、ガラスファイバ１２が冷却管等に接触して損傷することを防止できる。本発明は、線引速度が２０００ｍ／分以上となるような高速線引きでは、線振れの幅を小さくする効果が特に大きく有効である。また、製造する光ファイバの特性等により線引張力を小さくする場合も、線振れの幅が大きくなる。その場合には本発明の実施により線振れの幅を小さくする効果が特に大きく有効である。線引張力（ガラスファイバの張力）が４０ｇ以下となると急激に線振れが大きくなるので、その場合には本発明により線振れの幅を小さくする効果が特に大きく有効である。
【００３１】
なお、本発明の光ファイバの製造方法および製造装置は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した実施形態においては、帯電部材１５を独立して設けたが、このほか、ガラスファイバ１２のネックダウン部１２ａとダイス１４との間に設けられている冷却装置としての冷却管１７のガラスファイバと対向する面を、ガラスファイバ１２と同じ極性に帯電させて当該冷却管を帯電部材とすることができる。この場合には、冷却管１７の内部を通過するガラスファイバ１２に周囲から電気的斥力を与えて線振れを防止するので、ガラスファイバ１２は冷却管１７に当接することなく通過することができる。
【００３２】
また、前述した実施形態においては、帯電部材１５にガラスファイバ１２が帯電している電荷と同じ符号すなわち負の電荷を与えたが、ガラスファイバ１２と帯電部材１５の両方に正の電荷を与えて帯電させるようにしても良い。この場合には、ガラスファイバ１２および帯電部材１５が予め帯電している電荷の符号にかかわらず同じ極性に帯電することになるので、帯電部材１５からガラスファイバ１２に斥力が作用して、確実にガラスファイバ１２の線振れを防止することができる。
【００３３】
また、前述した実施形態においては、帯電部材１５を一箇所設けた場合について説明したが、複数箇所設けることも可能である。この場合には、ネックダウン部１２ａとダイス１４に加えて帯電部材１５の位置も固定点となるので、各固定点間の距離が等しくなるように配置すると効果的である。
【００３４】
また、線引きの線速が速くなるほど、あるいは線引き時のガラス張力が小さいほど、線引き時の母材溶融温度を高くする必要があり、ガラスファイバ１２がより低粘度の状態となっている。このため、一旦ガラスファイバ１２が断線すると、ネックダウン部１２ａのガラスの自重で溶融したガラスが落下して危険な場合がある。このようにガラスファイバ１２が断線した場合には、ガラス母材１１を一旦下降させて溶融ポイントをヒートゾーンからずらして冷却することによりガラスの垂れを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明は、光ファイバを製造する光ファイバの製造方法および製造装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の光ファイバの製造装置に係る実施形態を示す構成図である。
【図２】（Ａ）は帯電部材の斜視図である。（Ｂ）は帯電部材における帯電の状態を示す説明図である。
【図３】（Ａ）は線振れを生み出す力を算定したモデルを示す説明図である。（Ｂ）はガラスファイバの断面図である。
【図４】従来の光ファイバの製造方法および製造装置を示す構成図である。
【図５】従来の別の光ファイバの製造方法および製造装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  光ファイバの製造装置
１１  ガラス母材
１２  ガラスファイバ
１２ａ  ネックダウン部
１３  光ファイバ
１４  ダイス（樹脂塗布装置）
１５  帯電部材
１７  冷却管（冷却装置）
【図１】
2007254214.tif 000003
【図２】
2007254214.tif 000004
【図３】
2007254214.tif 000005
【図４】
2007254214.tif 000006
【図５】
2007254214.tif 000007