專利名稱：光纖素線的制造方法和制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造石英玻璃系光纖素線的方法和裝置，特別涉及一種制造對光纖裸線的表面層賦予殘留壓縮應(yīng)力來提高耐彎曲性的石英系光纖素線的方法和裝置。本申請基于2011年8月12日在日本申請的特愿2011-176740號主張優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于此。
背景技術(shù)：
一般而言，在石英玻璃系光纖素線的制造方法中，通常使由石英系玻璃構(gòu)成的光纖母材在紡絲用加熱爐中加熱、熔融，并從該紡絲用加熱爐呈線狀地引出，使其冷卻、凝固，從而制成光纖裸線，進而，利用保護被覆用樹脂進行被覆，利用牽引機牽引，進而卷繞于線軸。作為適用于制造這種石英玻璃系光纖素線的制造裝置，通常因紡絲速度不同而異，紡絲速度慢時使用如圖6所示的裝置，紡絲速度快時使用如圖7所示的裝置。圖6所示的制造裝置具備:紡絲用加熱爐14，用于使由石英系玻璃構(gòu)成的光纖母材12加熱熔融；冷卻區(qū)域18，用于將從紡絲用加熱爐14呈線狀地引出的光纖裸線16在大氣中冷卻、凝固；涂覆裝置20，用于利用保護被覆用樹脂被覆經(jīng)冷卻、凝固的光纖裸線16 ；固化裝置22，用于使利用該涂覆裝置而進行了被覆的樹脂固化；絞盤等牽引裝置26，用于牽引保護被覆用樹脂被固化的狀態(tài)下的光纖素線24 ;以及未圖示的卷繞機，用于最終卷繞光纖素線24。另一方面，在圖7所示的制造裝置中，在紡絲用加熱爐14與涂覆裝置20之間的冷卻區(qū)域18配設(shè)有強制冷卻裝置18A。從紡絲用加熱爐14呈線狀地引出的光纖裸線16通過強制冷卻裝置18A而被強制冷卻。強制冷卻裝置18A通常具有雙重壁結(jié)構(gòu)(套管結(jié)構(gòu))。在強制冷卻裝置18A中，利 用冷卻水等冷卻介質(zhì)來冷卻壁部，并且向內(nèi)側(cè)的光纖裸線16通過的空間(冷卻空間)內(nèi)導(dǎo)入導(dǎo)熱性良好且不對光纖裸線16的材質(zhì)帶來不良影響的氣體，例如He氣等冷卻氣體來強制冷卻光纖裸線16。利用這樣的光纖素線制造裝置如下制造光纖素線。將作為光纖裸線原料的光纖母材(石英系玻璃母材)12在紡絲用加熱爐14中加熱至2000°C以上的高溫，使其熔融。從該紡絲用加熱爐14的下部一邊使光纖母材12作為光纖裸線16直接在高溫下伸長一邊向下方引出。使該光纖裸線16的玻璃材料凝固，并且在冷卻區(qū)域18冷卻(利用大氣中冷卻或強制冷卻裝置18A的冷卻)至能夠利用樹脂進行涂覆的溫度。然后，為了進行保護，將冷卻至所需溫度的光纖裸線16在涂覆裝置20中用未固化狀態(tài)的樹脂被覆。進而，使該被覆樹脂在固化裝置22中固化，形成具備保護被覆層的光纖素線24。對于樹脂的固化，根據(jù)樹脂的種類，可使用加熱固化或紫外線固化等適宜的方式。光纖素線24經(jīng)由轉(zhuǎn)向輪28，利用牽引裝置26以規(guī)定速度牽引。進而，光纖素線16通常經(jīng)由未圖示的浮動輥等，利用線軸等卷繞裝置卷繞。然而，最近一直在進行彎曲損耗特性優(yōu)異的光纖，即，即使被賦予彎曲直徑小的彎曲彎曲損耗也小的光纖的開發(fā)。在使用了光纖的裝置中也有暫時賦予5_Φ以下的小的彎曲直徑的情況。另一方面，將光纖彎曲成環(huán)狀或線圈狀、其它彎曲形狀時，在其彎曲部的外偵儀彎曲外側(cè))會產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。如果彎曲直徑變小，則伴隨于此，作用于光纖彎曲部外側(cè)的拉伸應(yīng)力變大。如果光纖彎曲部的拉伸應(yīng)力超過其材料的斷裂極限強度，則光纖在其彎曲部發(fā)生斷裂。另外，即使在彎曲部的拉伸應(yīng)力未超過其材料的斷裂極限強度的情況下，如果以維持施加彎曲的狀態(tài)經(jīng)過長時間、或反復(fù)給予彎曲等，則因疲勞破壞而導(dǎo)致在彎曲部發(fā)生斷裂。因此，假設(shè)在將光纖在賦予彎曲直徑小的彎曲的狀態(tài)下使用時，需要該光纖的耐彎曲性優(yōu)異。如上所述，彎曲部的斷裂主要因作用于彎曲外側(cè)的拉伸應(yīng)力引起，因此作為用于提高耐彎曲性的一個對策，可考慮緩和使光纖彎曲時產(chǎn)生的彎曲部外側(cè)的拉伸應(yīng)力。立足于上述這種觀點的提高耐彎曲性的方法已經(jīng)在專利文獻I中提出。在該專利文獻I中公開了在使玻璃母材軟化、熔融并連續(xù)拉絲(光纖化)的途中，在光纖裸線凝固后，在保持對該光纖給予拉絲所需的拉伸力(張力)的狀態(tài)下，將該光纖裸線的表面再加熱，僅使表面層軟化、熔融(因此，中心部保持凝固)，接著在保持賦予張力的狀態(tài)下使表面層再凝固。在該方法中，通過暫時僅使完全凝固的光纖裸線的表面層再熔融，從而能夠使表面的微小龜裂消失。進而，由于用于拉絲的張力而導(dǎo)致光纖裸線所產(chǎn)生的形變(拉伸形變)在裸線的表面層被緩和，若其后解除張力，則在表面層殘留壓縮應(yīng)力。這樣，使在表面殘留壓縮應(yīng)力的光纖彎曲時，在彎曲部外側(cè)的表面層產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力被殘留壓縮應(yīng)力緩和或抵消。因此，即使在彎曲直徑小的情況下，作用于彎曲部外側(cè)的拉伸應(yīng)力實質(zhì)上也變小，其結(jié)果不易產(chǎn)生由彎曲引起的龜裂、斷裂。然而，本發(fā)明人等對專利文獻I中示出的方法進行了實驗，結(jié)果明確了存在如下問題。S卩，專利文獻I只不過提出了如下方案:將從紡絲用加熱爐引出的光纖裸線冷卻，使其完全凝固后，在張力的存在下將光纖裸線的表面再加熱，使表面層再熔融。并且，對于將光纖裸線的表面再加熱而使表面層再熔融時的光纖裸線的溫度，僅作為一個例子記載了在冷卻至約200°c的狀態(tài)下進行再加熱。在本發(fā)明人等根據(jù)專利文獻I所示的方法在光纖裸線完全凝固的階段將表 面層再加熱而使其再凝固時，明確了大多無法穩(wěn)定地對張力釋放后的光纖素線的裸線部分的表面層賦予殘留壓縮應(yīng)力。特別是，在將光纖裸線冷卻至專利文獻I中作為一個例子而記載的那樣的溫度，即冷卻至200°c左右的階段將表面層再加熱而使其再凝固時，明確了張力釋放后的光纖素線的裸線部分的表面層未被賦予殘留壓縮應(yīng)力、或未在光纖的長度方向上的整體范圍內(nèi)均勻地被賦予殘留壓縮應(yīng)力，因此無法可靠且穩(wěn)定地提聞耐彎曲性。專利文獻1:日本特開平1-301531號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上情況而作出的，其課題在于提供一種制造對光纖裸線部分的表面層可靠且穩(wěn)定地賦予殘留壓縮應(yīng)力的光纖素線、因而耐彎曲性可靠且穩(wěn)定地制造優(yōu)異的光纖素線的方法及裝置。本發(fā)明人等為了解決上述課題反復(fù)進行了各種實驗、研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)為了最終可靠且穩(wěn)定地賦予殘留壓縮應(yīng)力，使光纖裸線的表面層再熔融時的光纖裸線表面的溫度條件是重要的因素。即，進行了對使光纖裸線的表面層再熔融時的光纖裸線表面溫度進行各種改變而使表面加熱、再熔融的實驗。其結(jié)果重新認識到在表面溫度超過100°c的階段使之加熱、再熔融時，在張力釋放后未穩(wěn)定地賦予殘留壓縮應(yīng)力，另一方面，如果在表面溫度成為100°C以下的階段使之加熱、再熔融，則能夠使殘留壓縮應(yīng)力在張力釋放后可靠且穩(wěn)定地存在，從而完成了本發(fā)明。具體而言，本發(fā)明的第I方式涉及的光纖素線的制造方法如下:用紡絲用加熱爐將石英系光纖母材加熱、熔融；將上述熔融的母材從上述紡絲用加熱爐呈線狀地引出，使其連續(xù)冷卻、凝固而形成光纖裸線；用樹脂被覆上述光纖裸線而形成光纖素線；利用牽引機一邊對上述光纖素線賦予張力一邊連續(xù)牽引。其中，經(jīng)上述冷卻、凝固的光纖裸線的表面溫度成為100°c以下時，在賦予上述張力的狀態(tài)下將光纖裸線的表面再加熱，僅使上述光纖裸線的表面層再熔融，使上述再熔融的光纖裸線的表面層再凝固后，用樹脂被覆上述光纖裸線，其后釋放上述張力，從而得到在光纖裸線部分的表面層賦予殘留壓縮應(yīng)力的光纖素線。在上述第I方式的光纖素線的制造方法中，可以利用大氣中冷卻，使從上述紡絲用加熱爐引出的線狀的母材冷卻、凝固，且可以使從上述紡絲用加熱爐引出至開始上述再加熱為止的時間為2秒以上。在上述第I方式涉及的光纖素線的制造方法中，可以通過使從上述紡絲用加熱爐引出的線狀的母材連續(xù)通過強制冷卻裝置來進行冷卻、凝固，且可以在從上述強制冷卻裝置引出的上述光纖裸線的表面溫度成為100°c以下的時刻開始上述再加熱。本發(fā)明的第2方式涉及的光纖素線的制造裝置，具備:紡絲用加熱爐，用于使光纖母材加熱熔融；冷卻區(qū)域，用于將從上述紡絲用加熱爐呈線狀地引出的光纖裸線強制冷卻，使其凝固；再加熱裝置，用于將經(jīng)上述冷卻、凝固的光纖裸線的表面在其表面溫度成為100°C以下的階段再加熱，僅使表面層再熔融；再冷卻區(qū)域，用于將利用上述再加熱裝置而進行了再熔融的上述光 纖裸線的表面層冷卻，使其再凝固；涂覆裝置，用于用樹脂被覆上述再冷卻區(qū)域中冷卻了的上述光纖裸線；以及牽引裝置，用于對在利用上述涂覆裝置進行了被覆的上述樹脂被固化的狀態(tài)下的光纖素線一邊負載張力一邊牽引。在上述第2方式涉及的光纖素線的制造裝置中，上述冷卻區(qū)域可以以在大氣中將光纖裸線冷卻的方式構(gòu)成。在上述第2方式涉及的光纖素線的制造裝置中，可以在上述冷卻區(qū)域設(shè)置用于將光纖裸線強制冷卻的強制冷卻裝置。根據(jù)上述本發(fā)明的方式涉及的光纖素線的制造方法，能夠可靠且穩(wěn)定地對張力釋放后的光纖素線中的裸線的表面層賦予壓縮殘留應(yīng)力。因此，即使在對光纖素線反復(fù)施加小的彎曲直徑的彎曲的情況下，也能夠可靠且穩(wěn)定地制造不太可能從彎曲部的外側(cè)產(chǎn)生龜裂、斷裂的光纖素線，即耐彎曲性優(yōu)異的光纖素線。另外，根據(jù)上述本發(fā)明的方式涉及的光纖素線的制造裝置，能夠以批量生產(chǎn)的規(guī)模制造如上所述耐彎曲性優(yōu)異的光纖素線。


圖1是表示用于實施本發(fā)明的第I實施方式涉及的光纖素線制造方法的裝置的一個例子的簡圖。圖2是用于說明應(yīng)用本發(fā)明的第I實施方式涉及的光纖素線制造方法制造光纖素線的途中的光纖裸線的情況的示意圖。圖3是表示用于實施本發(fā)明的第2實施方式涉及的光纖素線制造方法的裝置的一個例子的簡圖。圖4是表示基于本發(fā)明的實施例1和比較例I的殘留壓縮應(yīng)力賦予情況的圖表。圖5是表示基于本發(fā)明的實施例2和比較例2的殘留壓縮應(yīng)力賦予情況的圖表。圖6是表示用于實施以往的光纖素線制造方法的裝置的一個例子的簡圖。圖7是表示用于實施以往的光纖素線制造方法的裝置的其它例子的簡圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細說明。圖1是表示用于實施本發(fā)明的第I實施方式涉及的光纖素線制造方法的光纖素線制造裝置10的整體構(gòu)成的圖。應(yīng) 予說明，圖1所示的光纖素線制造裝置10適合應(yīng)用于線速慢的情況。在圖1中，光纖素線制造裝置10例如具備:紡絲用加熱爐14，用于將由石英系玻璃等構(gòu)成的光纖母材12加熱熔融；冷卻區(qū)域18，用于將從紡絲用加熱爐14向下方呈線狀地引出的光纖裸線16冷卻，使其凝固；再加熱裝置30，用于將經(jīng)冷卻、凝固的光纖裸線16的表面再加熱，僅使其表面層再熔融；再冷卻區(qū)域32，用于使經(jīng)再熔融的表面層再凝固；涂覆裝置20，用于利用保護被覆用樹脂被覆表面層再凝固了的光纖裸線；根據(jù)需要設(shè)置的固化裝置22，用于使利用該涂覆裝置20而進行了被覆的樹脂固化；以及牽引裝置26，用于為了牽引保護被覆用樹脂被固化的狀態(tài)下的光纖素線24而對光纖素線24負載拉伸力(張力)。應(yīng)予說明，此處，“將光纖裸線16的表面再加熱，僅使其表面層再熔融”是指僅將構(gòu)成光纖裸線6的石英系玻璃的表面層加熱至其表面層軟化并顯示流動性的溫度以上。換言之，是指將表面層加熱至除去其表面層中的形變的溫度以上，另一方面，與表面層相比，對于內(nèi)側(cè)的部分而言，保持在固化的狀態(tài)，即保持未除去形變的狀態(tài)。另外，“使其再凝固”是指通過冷卻而使軟化的表面層再次固化而回到?jīng)]有流動性的狀態(tài)。在第I實施方式中，上述冷卻區(qū)域18是通過使光纖裸線16通過大氣中來進行空氣冷卻的區(qū)域。另外，再冷卻區(qū)域32也是通過使光纖裸線16通過大氣中來進行空氣冷卻的區(qū)域。上述冷卻區(qū)域18的長度以能夠確保使出自紡絲用加熱爐14的光纖裸線16到達再加熱裝置30的入口的時間為2秒以上的方式，被設(shè)定成與光纖裸線16的線速相應(yīng)的適宜的長度。換言之，以在冷卻區(qū)域18利用大氣對光纖裸線16進行2秒以上空氣冷卻的方式進行設(shè)定。這種設(shè)定適于拉絲速度(線速)慢的情況，例如線速為5 100m/min左右的情況。這樣，通過本發(fā)明人等的實驗確認了通過從紡絲用加熱爐14出來至到達再加熱裝置30的入口為止對光纖素線16進行2秒以上空氣冷卻，從而使進入再加熱裝置30時的光纖裸線16的表面溫度成為100°C以下。即，線速慢時，能夠利用大氣中冷卻使從紡絲用加熱爐14呈線狀地引出的光纖裸線16冷卻、凝固。此時，作為光纖裸線16的表面溫度的指標，可以使用從紡絲用加熱爐14引出的時刻開始的經(jīng)過時間，如果該經(jīng)過時間為2秒以上，則可以推斷光纖裸線16的表面溫度成為100°C以下。應(yīng)予說明，總之，上述再加熱裝置30只要能夠?qū)⒐饫w裸線16迅速短時間加熱至熔融其表面層的溫度，即加熱至通過軟化并顯示流動性來除去形變的溫度(例如1600°C以上)即可。再加熱裝置30的具體構(gòu)成沒有特別限定，代表性的為CO2激光裝置，除此之外，還可以使用電爐、氫氧燃燒器等。圖1中分別各配設(shè)I臺涂覆裝置20和固化裝置22，但根據(jù)情況，可以將第I涂覆裝置和第I固化裝置、以及第2涂覆裝置和第2固化裝置以串聯(lián)形式進行配設(shè)，形成雙層被覆。另外，如圖1所示，即使分別各配設(shè)I臺涂覆裝置和固化裝置時，也可以使用能夠進行雙層一起被覆的裝置作為涂覆裝置來進行雙層被覆。該方面在后述說明的圖2的制造裝置(第2實施方式)中也相同。以下，參照圖2對使用圖1的光纖素線制造裝置的本發(fā)明的第I實施方式涉及的光纖素線制造方法進行說明。應(yīng)予說明，在圖2中，帶點的部分表示光纖母材12、光纖裸線16中的熔融的部分。在圖1、圖2中，用紡絲用加熱爐14加熱至2000°C以上的高溫而熔融的光纖母材12通過來自牽引裝置26的牽引力(張力)T而從紡絲用加熱爐14的下端以例如5 IOOm/min左右的低速作為光纖裸線16被引出。該光纖裸線16立即通過冷卻區(qū)域18。在通過冷卻區(qū)域18期間，光纖裸線16被室溫程度的大氣冷卻，溫度降低。在該途中，光纖裸線16凝固至其中心部，進一步進行冷卻。并且，在從紡絲用加熱爐14出來后經(jīng)過了 2秒以上的時刻，即，在光纖裸線16的表面溫度成為100°C以下的階段，利用再加熱裝置30將光纖裸線16的表面加熱，僅使表面層16A熔融。S卩，在光纖裸線16的中心部分16B保持凝固狀態(tài)，僅使從表面到規(guī)定深度的表面層16A熔融。此處，來自牽引裝置26的張力T作用于在冷卻區(qū)域18凝固至中心部分16B的光纖裸線16的整體，因拉伸應(yīng)力而產(chǎn)生拉伸形變。并且，利用再加熱裝置30而進行了再熔融的表面層16A發(fā)生軟化而成為具有流動性的狀態(tài)，因此拉伸形變被暫時釋放，來自牽引裝置26的張力T成為僅未再熔融的中心部分16B負擔的狀態(tài)。接著，光纖裸線16通過再冷卻區(qū)域32，通過室溫的大氣而從表面開始冷卻，表面層16A再凝固。其后，光纖裸線16經(jīng)由涂覆裝置20和固化裝置2 2，由保護被覆用的樹脂被覆，得到實施了保護被覆的光纖素線24。光纖素線24 —邊由牽引裝置26負載張力T 一邊被牽引，并被卷繞于線軸等未圖示的卷繞裝置。在從紡絲用加熱爐14引出并在冷卻區(qū)域18的途中凝固至利用牽引裝置26牽引為止的期間，對光纖裸線16、光纖素線24施加張力T。特別是對于光纖裸線16的中心部分(未再熔融的部分)16B,由于從凝固至被牽引期間因該張力T而持續(xù)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，所以蓄積形變(拉伸形變)。另一方面，光纖裸線16的表面層(再熔融的部分)16A因其再熔融而導(dǎo)致拉伸形變被暫時釋放，其后再凝固后僅殘留少許拉伸形變。因此，在利用牽引裝置26進行牽引的階段，光纖裸線部分的中心部分16B殘存有大的拉伸形變，在表面層16A僅殘存有比16B小的拉伸形變。并且，牽引后釋放張力T時，光纖裸線部分在釋放上述拉伸形變(特別是中心部的大的拉伸形變)的方向上，即在壓縮方向上發(fā)生彈性變形。此時，由于中心部分16B與表面層16A中殘存的拉伸形變有較大差異，所以中心部分16B的拉伸形變消失(或變小)。同時，在表面層16A產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，該壓縮應(yīng)力在張力釋放后也殘留。即成為在表面層16A賦予有殘留壓縮應(yīng)力的狀態(tài)。這樣，對在光纖裸線部分的表面層16A賦予有殘留壓縮應(yīng)力的光纖素線給予彎曲時，在彎曲部外側(cè)的表面層產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，但在表面層預(yù)先存在殘留壓縮應(yīng)力。因此，作用于彎曲外側(cè)的表面層的拉伸應(yīng)力與殘留壓縮應(yīng)力抵消、或至少被殘留壓縮應(yīng)力緩和。其結(jié)果，可有效地防止因施加于彎曲外側(cè)的拉伸應(yīng)力而導(dǎo)致在彎曲外側(cè)的表面產(chǎn)生龜裂，或從彎曲外側(cè)產(chǎn)生斷裂。因此，在小彎曲半徑的情況下也顯示優(yōu)異的耐彎曲性。由于冷卻區(qū)域18中的冷卻時間短至2秒以下，所以冷卻不充分，在將光纖裸線16的表面層再加熱時的表面溫度為高溫(100°c以上，例如專利文獻I所示的200°C)的情況下，該時刻的光纖裸線16的中心部也為相當?shù)母邷亍Ｒ虼?，通過再加熱，從而中心部進一步成為高溫，因此，即使不達到熔融，也進行軟化，中心部的拉伸形變也被緩和。其結(jié)果，難以在表面層與中心部之間賦予充分的拉伸形變之差，即使在張力釋放后的狀態(tài)下，也難以對表面層賦予充分的壓縮殘留應(yīng)力。另外，在進行用于表面層再熔融的再加熱時，光纖裸線未被充分冷卻至表面溫度成為100°C以下時，再加熱時的中心部的溫度的不均也大。因此，即使在中心部的拉伸形變的緩和的有無、緩和的程度方面，不均也變大。例如，在光纖裸線的長度方向的某位置中心部的拉伸形變未被緩和，與此相對，在長度方向的其它位置中心部的拉伸形變被大幅緩和。其結(jié)果，在最終釋放張力后，對表面層賦予殘留壓縮應(yīng)力的地方和未賦予殘留壓縮應(yīng)力的地方在長度方向上混合存在，耐彎曲性可能在長度方向上存在不均。如果確保出自紡絲用加熱爐14的光纖裸線16通過利用大氣中空氣冷卻的冷卻區(qū)域18至到達再加熱裝置30的入口的時間為2秒以上，并在就要利用再加熱裝置30進行再加熱之前將表面充分冷卻至100°C以下的低溫，則此時中心部的溫度也已經(jīng)充分降低。因此，即使進行再加熱，也能夠充分確保中心部與表面的溫度差。進而，也能夠使中心部的溫度的不均比較小。因此，能夠防止中心部的拉伸形變被緩和、或中心部的拉伸形變產(chǎn)生不均。因此，能夠大幅確保張力負載狀態(tài)下的中心部與表面層之間的拉伸形變之差，并且也能夠減小該拉伸形變之差的不均，能夠在最終釋放張力的狀態(tài)下對表面層充分賦予殘留壓縮應(yīng)力。進而，也能夠減小該表面層的殘留壓縮應(yīng)力的不均。圖3中示出用于實施本發(fā)明的第2實施方式涉及的光纖素線制造方法的光纖素線制造裝置的整體的構(gòu)成。圖3所示的光纖素線`制造裝置適于線速快的情況，例如100 1000m/min左右的情況。應(yīng)予說明，在圖3中，對與圖1所示的要素相同的要素，標記與圖1相同的符號，并省略其說明。在為該第2實施方式涉及的裝置時，在用于使從紡絲用加熱爐14引出的光纖裸線16冷卻、凝固的冷卻區(qū)域18設(shè)有強制冷卻裝置18A。即，線速快時，優(yōu)選利用強制冷卻裝置18A將從紡絲用加熱爐14呈線狀地引出的光纖裸線16強制冷卻。此時，在從強制冷卻裝置18A引出的光纖裸線16的表面溫度成為100°C以下的時刻開始再加熱，僅使光纖裸線16的表面層再熔融，進而使其再凝固，從而能夠可靠且穩(wěn)定地對張力釋放后的光纖素線16的裸線部分賦予壓縮殘留應(yīng)力。該強制冷卻裝置18A利用冷卻控制裝置36來控制冷卻能力，其具體構(gòu)成沒有特別限定，總之只要是能夠調(diào)節(jié)冷卻能力的冷卻裝置即可。例如可以使用具有包圍光纖裸線16的通過區(qū)域的雙重壁結(jié)構(gòu)(套管結(jié)構(gòu))的冷卻裝置。在具有雙重壁結(jié)構(gòu)的冷卻裝置中，例如，利用冷卻水等冷卻介質(zhì)來冷卻壁部，并且在內(nèi)側(cè)的光纖裸線16的通過區(qū)域(冷卻空間)內(nèi)導(dǎo)入導(dǎo)熱性良好且不對光纖裸線16的材質(zhì)帶來不良影響的冷卻用氣體，例如He氣等來冷卻光纖裸線16。進而，通過利用冷卻控制裝置36來控制該冷卻氣體的導(dǎo)入流量，從而能夠控制對光纖裸線16的冷卻能力。進而，在強制冷卻裝置18A的下方且在再加熱裝置30的正上方的位置(再加熱裝置30的入口附近)配設(shè)有用于測定光纖裸線16的表面溫度的表面溫度檢測裝置34，例如放射溫度計。以由該表面溫度檢測裝置34得到的表面溫度信號被發(fā)送至冷卻控制裝置36、并利用冷卻控制裝置36來控制強制冷卻裝置18A的冷卻能力的方式構(gòu)成。另外，在用于對利用再加熱裝置30僅將表面層再熔融的光纖裸線16進行再冷卻的再冷卻區(qū)域32設(shè)有再冷卻用的強制冷卻裝置32A。該再冷卻用的強制冷卻裝置32A的具體構(gòu)成沒有特別限定。例如與上述強制冷卻裝置18A同樣地，可以使用具有包圍光纖裸線16的通過區(qū)域的雙重壁結(jié)構(gòu)(套管結(jié)構(gòu))的冷卻裝置。在具有雙重壁結(jié)構(gòu)的冷卻裝置中，例如，利用冷卻水等冷卻介質(zhì)來冷卻壁部，并且向內(nèi)側(cè)的光纖裸線16的通過區(qū)域(冷卻空間)內(nèi)導(dǎo)入導(dǎo)熱性良好且不對光纖裸線16的材質(zhì)帶來不良影響的He氣等冷卻氣體來冷卻光纖裸線16。對使用如上所述的圖3所示的光纖素線制造裝置的本發(fā)明的第2實施方式涉及的光纖素線制造方法進行說明。在圖3中，將用紡絲用加熱爐14加熱至2000°C以上的高溫而熔融的光纖母材12，利用來自牽引裝置26的牽引力(張力)T從紡絲用加熱爐14的下端，例如以100 IOOOm/min左右的高速作為光纖裸線16呈線狀地引出。該光纖裸線16通過冷卻區(qū)域18的強制冷卻裝置ISA0在通過強制冷卻裝置18A期間，光纖裸線16被強制冷卻，溫度迅速降低。在該途中，光纖裸線16凝固至其中心部，冷卻進一步進行。另一方面，利用配設(shè)于再加熱裝置30的入口附近的表面溫度檢測裝置34來測定進入再加熱裝置30時的光纖裸線16的表面溫度。以該溫度成為100°C以下的方式，利用冷卻控制裝置36來反饋控制強制冷卻裝置18A的冷卻能力。例如根據(jù)上述檢測出的表面溫度來控制流入冷卻控制裝置36的冷卻氣體的流量。通過這種控制，從而光纖裸線16以其表面溫度成為100°C以下的方式被冷卻。在光纖裸線16的表面溫度成為100°C以下的階段，利用再加熱裝置30將光纖裸線16的表面再加熱，僅使表面層熔融。即，光纖裸線16的中心部分保持著凝固狀態(tài)，僅使表面層的部分熔融。此處，與圖1所 示的第I實施方式的情況同樣地，來自牽引裝置26的張力T作用于強制冷卻裝置18A中凝固至中心部分的光纖裸線16的整體而產(chǎn)生拉伸形變。并且，利用再加熱裝置30而進行了再熔融的光纖裸線16的表面層軟化而具有流動性，因此在表面層，拉伸形變暫時被釋放，來自牽引裝置26的張力T僅負擔未再熔融的中心部分。接著，光纖裸線16通過再冷卻區(qū)域32的強制冷卻裝置32A。在強制冷卻裝置32A中，光纖裸線16從其表面起被強制冷卻，表面層再凝固。其后，光纖裸線16經(jīng)由涂覆裝置20和固化裝置22，由保護被覆用的樹脂被覆，得到實施了保護被覆的光纖素線24。利用牽引裝置26，一邊對光纖素線24負載張力T 一邊牽引，并卷繞于線軸等未圖示的卷繞裝置。這樣，在使用圖3所示的光纖素線制造裝置的第2實施方式涉及的制造方法中，用于僅將光纖裸線16的表面層熔融的再加熱也在充分冷卻至表面溫度成為100°C以下的階段進行。與第I實施方式的情況同樣地，在開始再加熱時中心部溫度也充分降低。因此，能夠使為了使表面層再熔融而進行再加熱時的中心部的溫度并不變得那么高，而且也能夠使中心部的溫度的不均比較小。因此，能夠防止中心部的拉伸形變被緩和，或中心部的拉伸形變產(chǎn)生不均等。因此，能夠大幅確保張力負載狀態(tài)下的中心部與表面層之間的拉伸形變之差，并且也能夠減小該拉伸形變之差的不均，能夠在最終釋放張力的狀態(tài)下對表面層充分賦予殘留壓縮應(yīng)力。而且也能夠減小該表面層的殘留壓縮應(yīng)力的不均。以上，對于光纖裸線，從其表面開始進行再加熱而使其再熔融的表面層的厚度(再熔融深度)沒有特別限定，但為慣用的通信用光纖中的光纖裸線直徑(通常在80 150 μ m左右的范圍內(nèi)，通常大多為125 μ m)時，優(yōu)選以對從表面至2 10 μ m左右的深度的部分賦予壓縮形變的方式進行再熔融。如果僅對從表面至小于2 μ m的深度的部分賦予壓縮形變，則可能難以賦予充分的殘留壓縮應(yīng)力以提高耐彎曲性。另一方面，如果對從表面至超過10 μ m的部分賦予壓縮形變，則可能對光纖素線的光學(xué)特性帶來影響。以下，將本發(fā)明的實施例與比較例一同進行說明。應(yīng)予說明，以下的實施例用于使本發(fā)明的作用效果明確化，并且實施例中記載的條件不限定本發(fā)明的技術(shù)范圍。實施例〔實施例1〕實施例1是使用圖1所示的裝置實施本發(fā)明的第I實施方式涉及的光纖制造方法的例子。S卩，如下制造通常的具有單模光纖的特性的雙層被覆結(jié)構(gòu)的石英玻璃系光纖素線(裸線直徑125 μ m，成品素線外徑250 μ m)。在冷卻區(qū)域18中利用大氣將從紡絲用加熱爐14引出的光纖裸線16空氣冷卻后，利用再加熱裝置30僅使光纖裸線的表面層熔融。接著，在再冷卻區(qū)域32中使表面層再凝固。其后，形成由紫外線固化樹脂構(gòu)成的保護被覆層，利用牽引裝置26，以IOOgf左右的張力進行牽引。此處，使從紡絲用加熱爐14的下端出來至到達再加熱裝置30的時間、即利用冷卻區(qū)域18的冷卻時間在2秒 5秒的范圍內(nèi)以0.5秒間隔進行改變。另外，在5 100m/min的范圍內(nèi)，使牽引速度(線速)進行各種改變。

對得到的各光纖素線，調(diào)查張力釋放后的裸線部分表面層的殘留應(yīng)力，結(jié)果確認在任意線速、任意冷卻時間下，在光纖素線的長度方向上的全長范圍內(nèi)，大致均勻地對裸線表面層賦予了殘留壓縮應(yīng)力。代表性地確認了在線速為20m/min且冷卻時間為2秒的情況下，對張力釋放后的裸線部分表面層在長度方向傷大致均勻地賦予了 50MPa左右的殘留壓縮應(yīng)力。另外，對這些被賦予了殘留壓縮應(yīng)力的光纖素線實際賦予彎曲時，即使在彎曲直徑
2.0mmΦ下也不產(chǎn)生因施加彎曲而引起的斷裂。在有無殘留壓縮應(yīng)力的判定中，將使用FOSE公司制FSA (光纖應(yīng)力分析儀)測定而得的表面的殘留壓縮應(yīng)力的測定值為5MPa以上的情況判定為殘留壓縮應(yīng)力“有”，將表面的殘留壓縮應(yīng)力小于5MPa的情況判定為殘留壓縮應(yīng)力“無”。應(yīng)予說明，在該實施例1中確認了冷卻時間為2秒以上時，再加熱裝置30的入口處的光纖裸線表面溫度為100°C以下?！脖容^例I〕與實施例1同樣地，如下制造通常的具有單模光纖的特性的雙層被覆結(jié)構(gòu)的石英玻璃系光纖素線(裸線直徑125 μ m，素線成品外徑250 μ m)。在冷卻區(qū)域18中利用大氣將從紡絲用加熱爐14引出的光纖裸線16空氣冷卻后，利用再加熱裝置30僅使光纖裸線的表面層熔融。接著，在再冷卻區(qū)域32使表面層再凝固。其后，形成由紫外線固化樹脂構(gòu)成的保護被覆層，利用牽引裝置26，以IOOgf左右的張力進行牽引。此處，使從紡絲用加熱爐14的下端出來至到達再加熱裝置30的時間，即利用冷卻區(qū)域18的冷卻時間小于2秒，即在1.5 0.5秒的范圍內(nèi)以0.5秒的間隔進行改變。另外，與實施例1同樣地，在5 IOOm/min的范圍內(nèi)，使牽引速度(線速)進行各種改變。對得到的各光纖素線，調(diào)查張力釋放后的裸線部分表面層的殘留壓縮應(yīng)力，結(jié)果明確了在冷卻時間為1.5秒的情況下，在任意線速下，在光纖素線的長度方向上被賦予殘留壓縮應(yīng)力的部分與未被賦予殘留壓縮應(yīng)力的部分均混合存在。即，明確了殘留壓縮應(yīng)力的賦予情況存在不均。另外，確認了冷卻時間為1.0秒、0.5秒時，在任意線速下在裸線部分表面層均沒有被賦予殘留壓縮應(yīng)力。另外，確認了如果對上述沒有被賦予殘留壓縮應(yīng)力或殘留壓縮應(yīng)力的有無情況在長度方向上存在不均的光纖素線實際賦予彎曲時，如果彎曲至彎曲直徑為2.0_Φ，則在任意光纖素線中，在彎曲部外側(cè)均產(chǎn)生龜裂或斷裂。在該比較例I中，確認了冷卻時間為1.5 0.5秒以上，再加熱裝置30的入口處的光纖裸線表面溫度超過100°c。對于以上實施例1和比較例I中的各線速、各冷卻時間下的張力釋放后的殘留壓縮的有無情況，集中示于圖4 。從圖4可知使用如圖1所示的裝置時，如果使冷卻區(qū)域18中的大氣中冷卻時間為2秒以上,貝U即使以5 100m/min的范圍內(nèi)的任意線速進行制造時，也能夠在張力釋放后穩(wěn)定地賦予殘留壓縮應(yīng)力?！矊嵤├?〕實施例2是使用圖3所示的裝置，根據(jù)第2實施方式實施本發(fā)明的光纖制造方法的例子。S卩，如下制造通常的具有單模光纖的特性的雙層被覆結(jié)構(gòu)的石英玻璃系光纖素線(裸線直徑125 μ m,素線成品外徑250 μ m)。在使用He氣作為冷卻氣體的強制冷卻裝置18A中將從紡絲用加熱爐14引出的光纖裸線16強制冷卻后，僅使光纖裸線的表面層熔融。接著，在再冷卻裝置32A中進行強制冷卻，使表面層再凝固。然后，形成由紫外線固化樹脂構(gòu)成的保護被覆層，利用牽引裝置26，以IOOgf左右的張力進行牽引。此處，利用表面溫度檢測裝置34檢測再加熱裝置30的入口處的光纖裸線16的表面溫度，以該位置的光纖裸線16的表面溫度成為100°C或50°C的方式控制強制冷卻裝置32A的冷卻氣體(He氣)流量。在100 600m/min的范圍內(nèi)，使牽引速度(線速)進行各種改變。對得到的各光纖素線，調(diào)查張力釋放后的裸線部分表面層的壓縮殘留應(yīng)力，結(jié)果確認了在任意線速、任意溫度(再加熱裝置30的入口處的表面溫度)下，在光纖素線的長度方向上的全長范圍內(nèi)，大致均勻地賦予了殘留壓縮應(yīng)力。代表性地確認了在線速為600m/min且再加熱之前的表面溫度為100°C時，對張力釋放后的裸線部分表面層在長度方向大致均勻地賦予了 55MPa左右的殘留壓縮應(yīng)力。另外，確認了對上述被賦予殘留壓縮應(yīng)力的光纖素線實際賦予彎曲時，如果至彎曲直徑為2.0mm Φ左右，則在任意光纖素線中，在彎曲部外側(cè)均不產(chǎn)生龜裂、斷裂?！脖容^例2〕與實施例2同樣地，如下制造通常的具有單模光纖的特性的雙層被覆結(jié)構(gòu)的石英玻璃系光纖素線(裸線直徑125 μ m,素線成品外徑250 μ m)。在強制冷卻裝置18A中將從紡絲用加熱爐14引出的光纖裸線16強制冷卻后，僅使光纖裸線的表面層熔融。接著，在再冷卻裝置32A中進行強制冷卻，使表面層再凝固。進而，形成由紫外線固化樹脂構(gòu)成的保護被覆層，利用牽引裝置26以IOOgf左右的張力進行牽引。此處，利用表面溫度檢測裝置34檢測再加熱裝置30的入口處的光纖裸線16的表面溫度，以該位置的光纖裸線16的表面溫度成為150°C 5000°C的方式控制強制冷卻裝置32A的冷卻氣體(He氣)流量。另外，在100 1000m/min的范圍內(nèi)對牽引速度(線速)進行各種改變。對得到的各光纖素線，調(diào)查張力釋放后的裸線部分表面層的殘留壓縮應(yīng)力，結(jié)果明確了再加熱裝置30的入口處的光纖裸線16的表面溫度為150°C時，在任意線速下，在光纖素線的長度方向被賦予殘留壓縮應(yīng)力的部分和未被賦予殘留壓縮應(yīng)力的部分均混合存在。即，明確了殘留壓縮應(yīng)力的賦予情況存在不均。另外，確認了在再加熱裝置30的入口處的光纖裸線16的表面溫度為200 500°C時，在任意線速下，均未對光纖素線賦予殘留壓縮應(yīng)力。另外，對上述未被賦予殘留壓縮應(yīng)力或殘留壓縮應(yīng)力的有無情況在長度方向上存在不均的光纖素線實際賦予彎曲時，如果彎曲至彎曲直徑為2.0mmcK則在任意光纖素線中，在彎曲部外側(cè)均產(chǎn)生龜裂或斷裂。對于以上的實施例2和比較例2中的各線速、各冷卻時間下的張力釋放后的殘留壓縮的有無情況，集中示于圖5。由圖5可知使用如圖3所示的裝置時，通過將就要再加熱之前的表面溫度控制在100°c以下,從而以100 600m/min的范圍內(nèi)的任意線速進行制造時，均能夠在張力釋放后穩(wěn)定地賦予殘留壓縮應(yīng)力。產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明的方式，能夠提供一種制造可靠且穩(wěn)定地對光纖裸線部分的表面層賦予了殘留壓縮應(yīng)力的光纖素線，因而耐彎曲性可靠且穩(wěn)定地制造優(yōu)異的光纖素線的方法和
裝直。符號說明10光纖素線制造裝置12光纖母材14紡絲用加熱爐16光纖裸線16Α表面層16Β中心部分18冷卻區(qū)域18Α強制冷卻裝置20涂覆裝置24光纖素線26牽引裝置30再加熱裝置32再冷卻區(qū)域32Α強制冷卻裝置34表面溫度檢測裝置T張力
權(quán)利要求
1.一種光纖素線的制造方法，其特征在于，是如下制造方法: 用紡絲用加熱爐將石英系光纖母材加熱、熔融， 將所述熔融的母材從所述紡絲用加熱爐呈線狀地引出，使其連續(xù)冷卻、凝固而形成光纖裸線， 用樹脂被覆所述光纖裸線而形成光纖素線， 利用牽引機，一邊對所述光纖素線賦予張力，一邊連續(xù)牽引； 其中，經(jīng)所述冷卻、凝固的光纖裸線的表面溫度成為100°c以下時，在賦予了所述張力的狀態(tài)下將光纖裸線的表面再加熱，僅使所述光纖裸線的表面層再熔融， 使所述再熔融的光纖裸線的表面層再凝固后，用樹脂被覆所述光纖裸線，其后釋放所述張力，從而得到對光纖裸線部分的表面層賦予殘留壓縮應(yīng)力的光纖素線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖素線的制造方法，其中，利用大氣中冷卻，使從所述紡絲用加熱爐引出的線狀的母材冷卻.凝固，且使從所述紡絲用加熱爐引出到開始所述再加熱的時間為2秒以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖素線的制造方法，其中，通過使從所述紡絲用加熱爐引出的線狀的母材連續(xù)地通過強制冷卻裝置，使其冷卻 凝固，且在從所述強制冷卻裝置引出的所述光纖裸線的表面溫度成為100°c以下的時刻開始所述再加熱。
4.一種光纖素線的制造裝置，其特征在于，具備: 紡絲用加熱爐，用 于使光纖母材加熱熔融； 冷卻區(qū)域，用于將從所述紡絲用加熱爐呈線狀地引出的光纖裸線強制冷卻，使其凝固； 再加熱裝置，用于將經(jīng)所述冷卻、凝固的光纖裸線的表面在其表面溫度成為100°C以下的階段再加熱，僅使表面層再熔融； 再冷卻區(qū)域，用于將利用所述再加熱裝置而進行了再熔融的所述光纖裸線的表面層冷卻，使其再凝固； 涂覆裝置，用于用樹脂被覆在所述再冷卻區(qū)域中冷卻了的所述光纖裸線；以及 牽引裝置，用于一邊對利用所述涂覆裝置而進行了被覆的所述樹脂被固化的狀態(tài)下的光纖素線負載張力，一邊牽引。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖素線的制造裝置，其中，所述冷卻區(qū)域以在大氣中將光纖裸線冷卻的方式構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖素線的制造裝置，其中，在所述冷卻區(qū)域設(shè)有用于將光纖裸線強制冷卻的強制冷卻裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖素線的制造方法和制造裝置，所述光纖素線的制造方法如下用紡絲用加熱爐將石英系光纖母材加熱并熔融；將上述熔融的母材從上述紡絲用加熱爐呈線狀地引出，使其連續(xù)冷卻、凝固而形成光纖裸線；將上述光纖裸線用樹脂被覆而形成光纖素線；利用牽引機一邊對上述光纖素線賦予張力一邊連續(xù)牽引；經(jīng)上述冷卻、凝固的光纖裸線的表面溫度成為100℃以下時，在賦予上述張力的狀態(tài)下將光纖裸線的表面再加熱，僅使上述光纖裸線的表面層再熔融，使上述再熔融的光纖裸線的表面層再凝固后，用樹脂被覆上述光纖裸線，其后釋放上述張力，由此得到對光纖裸線部分的表面層賦予了殘留壓縮應(yīng)力的光纖素線。
文檔編號C03B37/029GK103189322SQ201280003550
公開日2013年7月3日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者松下信吾 申請人:株式會社藤倉