[发明专利]光纤素线的制造方法和制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造石英玻璃系光纤素线的方法和装置，特别涉及一种制造对光纤裸线的表面层赋予残留压缩应力来提高耐弯曲性的石英系光纤素线的方法和装置。

本申请基于2011年8月12日在日本申请的特愿2011-176740号主张优先权，将其内容援引于此。

背景技术

一般而言，在石英玻璃系光纤素线的制造方法中，通常使由石英系玻璃构成的光纤母材在纺丝用加热炉中加热、熔融，并从该纺丝用加热炉呈线状地引出，使其冷却、凝固，从而制成光纤裸线，进而，利用保护被覆用树脂进行被覆，利用牵引机牵引，进而卷绕于线轴。作为适用于制造这种石英玻璃系光纤素线的制造装置，通常因纺丝速度不同而异，纺丝速度慢时使用如图6所示的装置，纺丝速度快时使用如图7所示的装置。

图6所示的制造装置具备：纺丝用加热炉14，用于使由石英系玻璃构成的光纤母材12加热熔融；冷却区域18，用于将从纺丝用加热炉14呈线状地引出的光纤裸线16在大气中冷却、凝固；涂覆装置20，用于利用保护被覆用树脂被覆经冷却、凝固的光纤裸线16；固化装置22，用于使利用该涂覆装置而进行了被覆的树脂固化；绞盘等牵引装置26，用于牵引保护被覆用树脂被固化的状态下的光纤素线24；以及未图示的卷绕机，用于最终卷绕光纤素线24。

另一方面，在图7所示的制造装置中，在纺丝用加热炉14与涂覆装置20之间的冷却区域18配设有强制冷却装置18A。从纺丝用加热炉14呈线状地引出的光纤裸线16通过强制冷却装置18A而被强制冷却。强制冷却装置18A通常具有双重壁结构（套管结构）。在强制冷却装置18A中，利用冷却水等冷却介质来冷却壁部，并且向内侧的光纤裸线16通过的空间（冷却空间）内导入导热性良好且不对光纤裸线16的材质带来不良影响的气体，例如He气等冷却气体来强制冷却光纤裸线16。

利用这样的光纤素线制造装置如下制造光纤素线。将作为光纤裸线原料的光纤母材（石英系玻璃母材）12在纺丝用加热炉14中加热至2000℃以上的高温，使其熔融。从该纺丝用加热炉14的下部一边使光纤母材12作为光纤裸线16直接在高温下伸长一边向下方引出。使该光纤裸线16的玻璃材料凝固，并且在冷却区域18冷却（利用大气中冷却或强制冷却装置18A的冷却）至能够利用树脂进行涂覆的温度。然后，为了进行保护，将冷却至所需温度的光纤裸线16在涂覆装置20中用未固化状态的树脂被覆。进而，使该被覆树脂在固化装置22中固化，形成具备保护被覆层的光纤素线24。对于树脂的固化，根据树脂的种类，可使用加热固化或紫外线固化等适宜的方式。光纤素线24经由转向轮28，利用牵引装置26以规定速度牵引。进而，光纤素线16通常经由未图示的浮动辊等，利用线轴等卷绕装置卷绕。

然而，最近一直在进行弯曲损耗特性优异的光纤，即，即使被赋予弯曲直径小的弯曲弯曲损耗也小的光纤的开发。在使用了光纤的装置中也有暂时赋予5mmφ以下的小的弯曲直径的情况。另一方面，将光纤弯曲成环状或线圈状、其它弯曲形状时，在其弯曲部的外侧（弯曲外侧）会产生拉伸应力。如果弯曲直径变小，则伴随于此，作用于光纤弯曲部外侧的拉伸应力变大。

如果光纤弯曲部的拉伸应力超过其材料的断裂极限强度，则光纤在其弯曲部发生断裂。另外，即使在弯曲部的拉伸应力未超过其材料的断裂极限强度的情况下，如果以维持施加弯曲的状态经过长时间、或反复给予弯曲等，则因疲劳破坏而导致在弯曲部发生断裂。因此，假设在将光纤在赋予弯曲直径小的弯曲的状态下使用时，需要该光纤的耐弯曲性优异。如上所述，弯曲部的断裂主要因作用于弯曲外侧的拉伸应力引起，因此作为用于提高耐弯曲性的一个对策，可考虑缓和使光纤弯曲时产生的弯曲部外侧的拉伸应力。

立足于上述这种观点的提高耐弯曲性的方法已经在专利文献1中提出。在该专利文献1中公开了在使玻璃母材软化、熔融并连续拉丝（光纤化）的途中，在光纤裸线凝固后，在保持对该光纤给予拉丝所需的拉伸力（张力）的状态下，将该光纤裸线的表面再加热，仅使表面层软化、熔融（因此，中心部保持凝固），接着在保持赋予张力的状态下使表面层再凝固。在该方法中，通过暂时仅使完全凝固的光纤裸线的表面层再熔融，从而能够使表面的微小龟裂消失。进而，由于用于拉丝的张力而导致光纤裸线所产生的形变（拉伸形变）在裸线的表面层被缓和，若其后解除张力，则在表面层残留压缩应力。这样，使在表面残留压缩应力的光纤弯曲时，在弯曲部外侧的表面层产生的拉伸应力被残留压缩应力缓和或抵消。因此，即使在弯曲直径小的情况下，作用于弯曲部外侧的拉伸应力实质上也变小，其结果不易产生由弯曲引起的龟裂、断裂。