光纤的制造方法与流程

光纤的制造方法
1.相互引用
2.本专利申请要求基于2020年7月7日提出的日本专利申请第2020-117240号的优先权，并且援引了所述日本专利申请中所记载的全部记载内容。
技术领域
3.本发明涉及光纤的制造方法。


背景技术：

4.已知的是，拉丝塔(tower)的振动是使光纤的玻璃外径的变动劣化的主要原因之一。日本特开2016-79073号公报中记载了一种方法：其中，通过在拉丝塔与光纤母材之间设置时间常数为1秒以下的振动抑制机构，从而抑制由拉丝塔的振动引起的光纤的玻璃外径的变动。


技术实现要素：

5.本发明的光纤的制造方法包括：加热光纤母材并对玻璃纤维进行拉丝；测定玻璃纤维的外径以获得时间的函数；将时间的函数变换为频率的函数；在频率的函数中，识别因第一拉丝条件引起的第一峰和因第二拉丝条件引起的第二峰；以及在将第一峰的频率设为fm、将第一峰的半峰全宽设为wm、将第二峰的频率设为fn时，调节第二拉丝条件，使得满足fn《fm-wm/2或者fn》fm wm/2。
附图说明
6.图1是实施方式涉及的光纤的制造方法中所使用的制造装置的构成图。
7.图2是从路线的上游侧观察摆动导辊而得的图。
8.图3是表示实施方式涉及的光纤的制造方法的流程图。
9.图4是表示控制摆动导辊的摆动的工序的流程图。
10.图5是表示在玻璃外径变动发生劣化的情况下玻璃外径变动的时间变化的图。
11.图6是表示在玻璃外径变动发生劣化的情况下玻璃外径变动的频谱的图。
12.图7是表示在利用控制部进行了反馈控制的情况下玻璃外径变动的频谱的图。
13.图8是表示在利用控制部进行了反馈控制的情况下玻璃外径变动的时间变化的图。
具体实施方式
14.[本发明要解决的课题]
[0015]
作为光纤的重要特性之一，可以列举出偏振模色散(pmd：polarization mode dispersion)。日本特开平8-295528号公报中记载了一种方法，其中通过使导辊周期性地摆动来对光纤施加扭绞，从而抑制pmd。然而，在日本特开平8-295528号公报所记载的方法中，
由于光纤的行进位置和距离发生变化，因此玻璃外径会发生变动。而且，在特定的条件下，玻璃外径的变动有时会特别地劣化。在这种情况下，为了抑制玻璃外径的变动，可以采用大幅降低拉丝速度、或者尽可能地减小所施加的扭绞等方法。但是，生产性和成品率会大幅受损。根据日本特开2016-79073号公报所记载的方法，虽然玻璃外径的变动有一定程度上的改善，但并不充分。
[0016]
本发明的目的在于提供一种可以进一步抑制玻璃外径的变动，而不使生产性和成品率劣化的光纤的制造方法。
[0017]
[本发明的效果]
[0018]
根据本发明，能够提供一种可以进一步抑制玻璃外径的变动，而不使生产性和成品率劣化的光纤的制造方法。
[0019]
[本发明实施方式的说明]
[0020]
首先列举本发明的实施方式并进行说明。本发明的一个实施方式涉及的光纤的制造方法包括：加热光纤母材并对玻璃纤维进行拉丝；测定所述玻璃纤维的外径以获得时间的函数；将时间的函数变换为频率的函数；在频率的函数中，识别因第一拉丝条件引起的第一峰和因第二拉丝条件引起的第二峰；以及在将第一峰的频率设为fm、将第一峰的半峰全宽设为wm、将第二峰的频率设为fn时，调节第二拉丝条件，使得满足fn《fm-wm/2或者fn》fm wm/2
[0021]
在该光纤的制造方法中，可以通过调节第二拉丝条件，使得因第一拉丝条件引起的第一峰与因第二拉丝条件引起的第二峰相互不重叠。由此，可以抑制因第一峰与第二峰的重叠而产生的大振幅。因此，可以进一步抑制玻璃外径的变动的劣化，而不使生产性和成品率劣化。
[0022]
外径的采样间隔可以为100ms以下。在这种情况下，能够可靠地检测到玻璃外径的短周期的变动。
[0023]
上述光纤的制造方法可以进一步包括：在玻璃纤维上形成被覆层以成为光纤；以及使用摆动导辊对光纤施加扭绞。在这种情况下，为了对光纤施加扭绞，需要使摆动导辊摆动，而摆动导辊的摆动频率成为第二拉丝条件，从而得到因摆动频率引起的第二峰。由此，可以更有效地使第一峰与第二峰互相不重叠。
[0024]
第二拉丝条件可以为摆动导辊的摆动频率。在这种情况下，通过调节摆动导辊的摆动频率，可以进一步抑制玻璃外径的变动的劣化，而不使生产性和成品率劣化。
[0025]
[本发明实施方式的详细说明]
[0026]
以下参照附图对本发明的光纤的制造方法的具体例子进行说明。需要说明的是，本发明不限于这些示例，而是由权利要求书的范围所表示，并且意图包括与权利要求书同等的意义和范围内的所有变化。在附图的说明中，对同一要素标注相同的符号，并且省略重复的说明。
[0027]
(光纤的制造装置)
[0028]
图1是实施方式涉及的光纤的制造方法中所使用的制造装置的构成图。图1所示的制造装置100(拉丝机)是用于从光纤预制件101经由玻璃纤维104而制造光纤110的装置。制造装置100具备：把持部102、加热炉103、保温炉105、测定器106、冷却器107、模具108、紫外线照射机109、摆动导辊111、绞盘112、卷取机113以及控制部114。
[0029]
把持部102把持着光纤预制件101，并以一定的速度将其送入到加热炉103中。光纤预制件101具有被把持部102把持的基端部101a、和插入到加热炉103的内部的前端部101b。把持部102具有将光纤预制件101供给到加热炉103中的功能。
[0030]
加热炉103具有光纤预制件101被插入的开口103a、和与开口103a相对的且玻璃纤维104被拉出的开口103b。加热炉103对供给到加热炉103的内部的光纤预制件101的前端部101b加热以使其软化。从通过加热而软化了的前端部101b拉出玻璃纤维104。玻璃纤维104经由开口103b而被拉出至加热炉103的外部。
[0031]
保温炉105对玻璃纤维104保温以缓和玻璃的结构。测定器106测定玻璃的结构缓和了的状态下的玻璃纤维104的外径(玻璃外径)。测定器106例如通过对玻璃纤维104照射激光来测定玻璃外径。利用测定器106进行的玻璃外径的采样的时间间隔例如为100ms以下。虽然也依赖于拉丝速度，但是当采样间隔变长时，可能无法检测到玻璃外径的短周期的变动。测定器106将所测定的玻璃外径发送给控制部114。
[0032]
冷却器107配置在测定器106之后以冷却玻璃纤维104。模具108将树脂涂布在送入的玻璃纤维104的外周面上以形成被覆树脂。树脂含有丙烯酸酯系的紫外线固化性树脂。紫外线照射机109对形成在玻璃纤维104上的被覆树脂照射紫外线以使被覆树脂固化。由此，玻璃纤维被树脂被覆而形成光纤110。
[0033]
摆动导辊111通过周期性地倾斜轴方向以对光纤110施加扭绞。摆动导辊111与控制部114电连接，通过利用控制部114来控制摆动，从而对光纤110施加扭绞。也可以在摆动导辊111的前后配置一对固定导辊，但是不能完全地抑制摆动导辊111的摆动传递到其他部分。
[0034]
图2是从路线的上游侧(紫外线照射机侧)观察摆动导辊而得的图。如图2所示，摆动导辊111在其旋转轴线m1与预定轴线m2形成的角度为
±
θ的范围内摆动。作为该摆动的摇头运动的结果，当摆动导辊111的旋转轴线m1相对于预定轴线m2而倾斜角度 θ时，对光纤110施加横向的力，光纤110在摆动导辊111的表面上滚动，从而对光纤110施加扭绞。当摆动导辊111相对于预定轴线m2而只倾斜角度-θ时，对光纤110施加相反方向的扭绞。
[0035]
也就是说，通过重复进行使摆动导辊111相对于预定轴线m2以角度
±
θ摆动的对称的往返运动，可以对光纤110交替地施加相对于行进方向(拉丝方向)的顺时针的扭绞和逆时针的扭绞。由此，摆动导辊111在对光纤110施加扭绞的同时，将光纤110引导至绞盘112。
[0036]
绞盘112以预定的速度和张力牵引光纤110。卷取机113卷取由绞盘112牵引来的光纤110。控制部114从测定器106接收由测定器106所测定的玻璃外径，基于该玻璃外径，对摆动导辊111的摆动进行反馈控制。控制部114也可以控制整个制造装置100。
[0037]
控制部114例如可以构成为计算机系统，其包括：cpu(central processing unit：中央处理器)等处理器；ram(random access memory：随机存储器)和rom(read only memory：只读存储器)等存储器；触摸面板、鼠标、键盘、显示器等输入输出装置；以及网卡等通信装置。控制部114在基于存储于存储器中的计算机程序的处理器的控制下使各硬件动作，从而实现控制部114的功能。
[0038]
(光纤的制造方法)
[0039]
图3是表示实施方式涉及的光纤的制造方法的流程图。光纤110的制造方法包括：将光纤预制件101插入到加热炉(拉丝炉)103中的工序s1、加热光纤预制件101的前端部
101b的工序s2、从前端部101b拉出玻璃纤维104的工序s3、对玻璃纤维104保温的工序s4、测定玻璃纤维104的外径的工序s5、冷却玻璃纤维104的工序s6、在玻璃纤维104上形成被覆层以成为光纤110的工序s7、对光纤110施加扭绞的工序s8、以及卷取光纤110的工序s9。需要说明的是，工序s4以后的工序是以着眼于光纤110的长度方向的某一点时的顺序示出的。
[0040]
在工序s1中，利用把持部102将光纤预制件101以一定速度插入到加热炉103的内部。在基端部101a被把持的状态下，将光纤预制件101的前端部101b经由加热炉103的开口103a而送入到加热炉103的内部。在工序s2中，利用加热炉103加热前端部101b以使其软化。
[0041]
在工序s3中，从通过加热而软化了的前端部101b经由开口103b而拉出玻璃纤维104。可以根据工序s3中的玻璃纤维104的拉出速度(拉丝速度)来设定工序s1中的光纤预制件101的插入速度。
[0042]
在工序s4中，利用保温炉105对拉出的玻璃纤维104进行保温。由此，可以缓和玻璃的结构。在工序s5中，利用测定器106测定玻璃纤维104的外径。在工序s6中，对玻璃纤维104进行冷却。
[0043]
在工序s7中，首先，利用模具108在玻璃纤维104的外周面上涂布树脂以形成被覆树脂。接着，通过从紫外线照射机109照射的紫外线使被覆树脂固化，从而成为包覆玻璃纤维104的被覆层。由此，在玻璃纤维104的外周面上形成被覆层。结果，得到了光纤110。通过重复进行工序s7，也可以形成多层被覆层。
[0044]
在工序s8中，通过摆动导辊111的周期性的摆动，对光纤110施加扭绞。在工序s9中，利用绞盘112以预定的速度和张力牵引光纤110，然后利用卷取机113进行卷取。
[0045]
图4是表示控制摆动导辊的摆动的工序的流程图。光纤110的制造方法进一步包括图4所示的工序s10。工序s10是基于在工序s5中所测定的玻璃外径来控制摆动导辊111的摆动的工序。利用控制部114进行工序s10。控制部114首先进行获取玻璃外径的工序s11。具体而言，控制部114从测定器106接收在工序s5中所测定的玻璃外径。
[0046]
接着，控制部114进行将所获取的玻璃外径记录作为时间的函数的工序s12。控制部114例如将外径与时间对应地存储在存储器中。接着，控制部114进行将所记录的函数变换为频率的函数的工序s13。利用傅立叶变换进行该变换。
[0047]
接着，控制部114进行在变换后的频率的函数中识别因第一拉丝条件引起的第一峰p1和因第二拉丝条件引起的第二峰p2的工序s14。第一拉丝条件例如是因制造装置100、建筑物、或者光纤预制件101的振动而引起的振动数。这里，第一拉丝条件是制造装置100的固有振动频率。第二拉丝条件是因摆动导辊111的摆动频率等外部干扰而引起的频率。第一峰p1具有较宽的带宽。第二峰p2具有比第一峰p1窄的带宽。
[0048]
由于第二峰p2是对应于摆动导辊111的摆动频率或其一半倍数的峰，因此控制部114可以基于摆动导辊111的摆动频率来识别第二峰p2。如果确定了第二峰p2，则控制部114可以通过与第二峰p2的带宽的比较来识别第一峰p1。也可以通过半峰全宽来替代带宽以进行比较。
[0049]
接着，在将第一峰p1的频率设为fm、将第一峰p1的半峰全宽设为wm、将第二峰p2的频率设为fn时，控制部114进行调节第二拉丝条件的工序s15，使得满足fn《fm-wm/2或者fn》fm wm/2。由于第二峰p2对应于摆动导辊111的频率或其一半倍数，因此存在多个第二峰p2。由此，可以调节第二拉丝条件，使得各个第二峰p2的频率fn满足上述关系式。
[0050]
在本实施方式中，控制部114调节作为第二拉丝条件的摆动导辊111的摆动频率。由此，可以使第二峰p2偏离第一峰p1，使其不与第一峰p1重叠。结果，可以抑制第一峰p1与第二峰p2相互重叠而使玻璃外径变动的振幅增大。这里，第二峰p2与第一峰p1重叠是指第二峰p2的频率fn在以第一峰p1的频率fm为中心且具有与半峰全宽wm相同幅宽的频率范围内。
[0051]
如上所述，通过控制部114进行工序s10，可以控制摆动导辊111的摆动。制造装置100的固有振动频率也会根据光纤预制件101的余长而变化。因此，一旦通过工序s10，使第二峰p2偏离第一峰p1，第一峰p1有时也会变化而与第二峰p2再次重叠。因此，在光纤110的制造中，始终监控玻璃外径，并且重复进行工序s10来进行第二拉丝条件的反馈控制是有效的。例如，可以在隔预定次数实行工序s5时进行工序s10，也可以隔预定时间进行工序s10。
[0052]
图5是表示在玻璃外径变动发生劣化的情况下玻璃外径变动的时间变化的图。图5的横轴表示时间、纵轴表示玻璃外径变动(μm)。玻璃外径变动是指与作为目标的玻璃外径的差。在一般的光纤中，将玻璃外径的目标值设定为125μm。在图5的图中，玻璃外径变动的3σ为0.41μm。
[0053]
图6是表示在玻璃外径变动发生劣化的情况下玻璃外径变动的频谱的图。图6是将图5所示的玻璃外径变动的时间变化进行傅立叶变换而得的结果。图6的横轴表示频率、纵轴表示强度。在图6所示的频谱中，存在带宽较宽的第一峰p1和带宽较窄的第二峰p2。如上所述，第一峰p1来自制造装置100的固有振动频率。第二峰p2对应于施加扭绞的摆动导辊111的频率或其一半倍数。这里，第一峰p1与一个第二峰p2重叠。这样，当第一峰p1与第二峰p2相互重叠时，玻璃外径变动的振幅增大。
[0054]
因此，利用控制部114进行反馈控制。图7是表示在利用控制部进行反馈控制的情况下玻璃外径变动的频谱的图。图7的横轴表示频率、纵轴表示强度。具体而言，调节第二峰p2的频率，使得第二峰p2的频率与第一峰p1的频率错开。当摆动导辊111的摆动频率降低时，相邻的第二峰p2之间的频率间隔变窄，因此第二峰p2容易与第一峰p1重叠。因此，这里，进行了将摆动导辊111的摆动频率提高的调节。
[0055]
图8是表示在利用控制部进行反馈控制的情况下玻璃外径变动的时间变化的图。图8的横轴表示时间、纵轴表示玻璃外径变动(μm)。在图8的图中，玻璃外径变动的3σ改善为0.22μm。需要说明的是，没有改变拉丝速度。因此，在保持生产性的同时，玻璃外径变动得到改善。
[0056]
如上所述，在实施方式涉及的制造方法中，在工序s10中，调节第二拉丝条件，使得因第一拉丝条件引起的第一峰p1与因第二拉丝条件引起的第二峰p2互相不重叠。因此，可以抑制因第一峰p1与第二峰p2的重叠而产生的大振幅。由此，可以进一步抑制玻璃外径变动的劣化，而生产性和成品率不会劣化。
[0057]
利用测定器106的玻璃外径的采样间隔为100ms以下。由此，可以可靠地检测到玻璃外径的短周期的变动。
[0058]
上述制造方法包括：在玻璃纤维104上形成被覆层以成为光纤110，然后使用摆动导辊111对光纤110施加扭绞的工序s8。因此，为了对光纤110施加扭绞，需要使摆动导辊111摆动，因而摆动导辊111的摆动频率成为第二拉丝条件。由此，因振荡频率而得到第二峰p2。因此，不使第一峰p1与第二峰p2相互重叠的工序s10变得更加有效。