JPH064493B2 - 光学ガラス繊維の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光学ガラス繊維の製造方法に関し、特に内視鏡
等に使用される可撓性の画像伝送用マルチファイバーの
製造方法に関する。

（従来の技術） 一般に内視鏡等に使用される可撓性の画像伝送用マルチ
ファイバーは、米国特許第3,004,368号明細書に開示さ
れているように酸溶出法によって製造される。

ここで、酸溶出法による画像伝送用マルチファイバーの
一般的な製造方法を簡単に説明する。

相対的に屈折率の高いコアガラスと、その周囲を被って
いる相対的に屈折率の低いクラッドガラスと、更にその
周囲を被っている酸可溶性のガラスからなる直径500μ
ｍ、長さ200mmの三重構造シングルファイバーを酸可溶
性のガラスパイプで作られた外套管の中に整列配置しれ
マルチファイバープリフォームを作成する。

次に、外套管の一端を封じて外套管内部の空気を排出し
ながらマルチファイバープリフォームを加熱電気炉内に
一定速度で送り込む。

加熱電気炉内に送り込まれたマルチファイバープリフォ
ームは加熱されて軟化し、その軟化された下端を引き出
すことでマルチファイバープリフォームの下部に径が急
激に減少するネックダウン部が形成され、このネックダ
ウン部の下端から細径のマルチファイバーが紡糸されて
出てくる。

この細径のマルチファイバーをローラで引つ張ることに
より所望径のマルチファイバーを製造する。

次に、このマルチファイバーを一定の長さに切断した状
態で両端を酸に溶けない物質で被覆し、中間部分を酸溶
液中に浸し、中間部分の外套管及び酸可溶性ガラスを溶
かすことにより可撓性を備えた画像伝送用のマルチファ
イバーが得られる。

（発明が解決しようとする課題） このようにマルチファイバープリフォームを加熱炉で加
熱して紡糸する場合、その加熱炉の炉温が紡糸されたマ
ルチファイバーの性能に大きく影響を与えることはよく
知られている。

また、三重構造シングルファイバーを構成している酸可
溶性ガラスは、一般的な光学ガラス理化学ガラスと異な
り温度に対するガラスの粘度の変化が激しい。

マルチファイバーの紡糸温度はガラスの軟化点付近の温
度であり、酸可溶性ガラスの性質からできるだけ低い温
度で紡糸するのが望ましい。

しかし、紡糸温度を低過ぎると、ガラスの粘度が高くな
って紡糸することができなくなる。逆に高過ぎると、酸
可溶性ガラスの粘度が低くなり過ぎて気泡の発生や、結
晶化が起きる等の問題が生じ、紡糸されたマルチファイ
バーの性能を著しく阻害する結果となる。

従って、加熱炉の炉温、特にマルチファイバーが出てく
るネックダウン部の温度を最適値に保って紡糸すること
が望ましい。

また、コアガラスとクラッドガラス及び酸可溶性ガラス
は、紡糸する温度での粘度が一致することが望ましい。

しかし、三種のガラスの粘度特性を完全に一致させるこ
とは非常に難しい。また、前述したように酸可溶性ガラ
スの温度に対する粘度の変化はコアガラス、クラッドガ
ラスと比較して激しいので、僅かに温度が上昇するだけ
で、酸可溶性ガラスの粘度だけがコアガラス、クラッド
ガラスに比べて低くなる。

その結果、紡糸されるマルチファイバーの線径が安定せ
ず、形状が真円にならないで楕円形状になったりするほ
か、酸可溶性ガラス中に気泡が発生し、伝送特性が悪く
なる等の不具合が生じる原因となる。

本発明は前記事情に鑑み案出されたもので、本発明の目
的は、加熱炉の炉温を適切にコントロールし、良質なマ
ルチファイバーを紡糸できる光学ガラス繊維の製造方法
を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明は、マルチファイバー
紡糸時の引張力を検出し、この検出された引張力に基づ
いて前記マルチファイバープリフォームのネックダウン
部の温度を算出すると共に、この算出結果に基づいて加
熱炉の炉温を所定値に制御するようにしたことを特徴と
する。

また、本発明は、マルチファイバー紡糸時に検出する引
張力として、紡糸されるマルチファイバーの線径に基づ
いて計算された単位断面積当たりの引張力を用いるよう
にしたことを特徴とする。

（作用） マルチファイバーの紡糸時、マルチファイバーに作用す
る引張力を検出する。

そして、検出された引張力からマルチファイバープリフ
ォームのネックダウン部の温度を算出し、この算出結果
に基づいで加熱炉の炉温を所定値に制御し、マルチファ
イバープリフォームのネックダウン部の温度を適正値に
保つ。

これによって、線径の安定した良質のマルチファイバー
が得られる。

この場合、検出された引張力及び紡糸されたファイバー
の線径から単位断面積当たりの引張力を計算し、この単
位断面積当たりの引張力からマルチファイバープリフォ
ームのネックダウン部の温度を算出することも可能であ
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

第１図は本発明に係る製造方法を説明するための装置の
概略図を示す。

１はマルチファイバープリフォームで、マルチファイバ
ープリフォーム１は、相対的に屈折率の高いコアガラス
と、その周囲を被う相対的に屈折率の低いクラッドガラ
スと、更にその周囲を被う酸可溶性ガラスからなる直径
500μｍ，長さ200mmの三重構造シングルファイバーを、
酸可溶性ガラスパイプで形成された外套管中に約10,000
本整列配置して構成されている。

マルチファイバープリフォーム１の上部は保持具２で保
持されて吊下され、保持具２はロードセル４を介して送
り台３上に載置されている。

ロードセル４はマルチファイバーの紡糸時の引張力を検
出するもので、ロードセル４は送り台３と保持具２と間
でマルチファイバープリフォーム１の円周方向に等間隔
をおいて三つ配置されている。

また、各ロードセル４は夫々50Kgfまでの荷重を測定で
き、各ロードセル４の出力の合計は、マルチファイバー
プリフォーム１の重量と保持具２の重量と紡糸時の引張
力とを合計したものとなる。

送り台３は送りねじ５に螺合され、送りねじ５が回転す
ることにより、マルチファイバープリフォーム１が加熱
電気炉６内に所定の速度で送り込まれるように構成され
ている。

７はマルチファイバープリフォーム１のネックダウン部
１ａから細く伸ばされて出てくるマルチファイバー、８
はこのマルチファイバー７を引っ張るローラで、ローラ
８で引っ張ることにより所望径のマルチファイバー７が
紡糸される。

９は紡糸されたマルチファイバー７の線径を計測する線
径計測装置で、この線径計測装置９の出力は記録計１０
と制御部１１に接続され、記録計１０では紡糸されるマ
ルチファイバー７の線径が記録される。

制御部１１は加熱電気炉６の炉温を制御するもので、ロ
ードセル４からの出力信号及び線径計測装置９の出力信
号に基づいでマルチファイバー７紡糸時の単位断面積当
たりの引張力を算出する。

単位断面積当たりの引張力は、ロードセル４から得られ
た正味の引張力を線径計測装置９から得られるファイバ
ー断面積で割ることにより得られる。引張力と線径と
は、ネックダウン部１ａからマルチファイバー７が紡糸
されて、線径計測装置９のところまで移動するだけの時
間分ずれがある。従って、現在の線径を使ってずれの時
間分だけ前の引張力を割ることによって、その時の単位
断面積当たりの引張力が得られる。

この引張力からマルチファイバープリフォーム１のネッ
クダウン部１ａのガラスの温度（粘度）を算出し、この
温度が適正温度（例えば730℃）になるように加熱電気
炉６の温度を制御する。

制御部１１で算出された紡糸時の正味の引張力のデータ
は記録計１０に出力され、記録される。

次に、以上の構成からなる装置の動作と共に実施例に係
る方法について説明する。

まず、送りねじ５が回転し、送り台３上に支持されたマ
ルチファイバープリフォーム１が徐々に加熱電気炉６内
に送り込まれ、加熱される。

そして、加熱され軟化されたマルチファイバープリフォ
ーム１のネックダウン部１ａから出てくるマルチファイ
バー７はローラ８により引っ張られ、細く伸ばされて紡
糸される。この時、マルチファイバー７の線径は線径計
測装置９によって常時計測されている。

マルチファイバー７の紡糸時、ロードセル４の出力は、
マルチファイバープリフォーム１と保持具２の重量を合
計した値に、ローラ８により引張力が加わった値にな
る。

従って、マルチファイバー紡糸時のロードセル４の出力
信号を制御部１１に入力して演算することにより、マル
チファイバープリフォーム１と、保持具２の重量を差し
引いた正味のファイバー引張力を求めることができる。

この正味のファイバー引張力は、マルチファイバープリ
フォーム１のネックダウン部１ａのガラスの粘度の様子
を表わしている。即ち、温度が高くて、ガラスの粘度が
低い場合には、小さな引張力でマルチファイバー７を紡
糸することができる。また、温度が低くて、ガラスの粘
度が高い場合には、大きな引張力で紡糸しなければなら
ない。

このことは、正味のファイバー引張力を算出することに
よって、ネックダウン部１ａのガラスの温度を間接的に
求めることができる。そして、算出結果で得られた温度
と設定値とを比較し、その偏差がゼロとなるように加熱
電気炉６の温度を制御する。これによって線径の安定し
た真円形で、且つ酸可溶性ガラス中に気泡が生じたりす
ることのない良質なマルチファイバー７を紡糸すること
が可能になる。

記録計１０に記録された線径及び引張力を一例を第２図
に示す。

図において引張力はマルチファイバープリフォーム１の
重量及び保持具２の重量を差し引いた正味のファイバー
引張力である。

マルチファイバー７を紡糸するにつれて、マルチファイ
バープリフォーム１の重量は徐々に減少していく。従っ
てロードセル４の出力から差し引く荷重は時間の経過に
つれて変化させる必要がある。

差し引く荷重は、通常、紡糸直前のロードセル４の出力
を使用し、その後は、紡糸速度から計算によって求めた
値を加えていく。

この場合、正味のファイバー引張力は、数Kgから十数Kg
の値であり、紡糸に伴うマルチファィバープリフォーム
１の減少は百ｇから数百ｇの値であるので、以上の方法
で十分である。

正味のファイバー引張力は、第２図から明らかなように
線径の変動と同様な変化を示している。

また、紡糸開始時においてマルチファイバープリフォー
ム１のネックダウン部１ａから線径計測装置９の所まで
紡糸されたマルチファイバー７が移動する時間だけ時間
軸に対してずれている。

正味のファイバー引張力は、ネックダウン部１ａでガラ
スが伸ばされる時の粘度と引っ張るガラスの量に比例す
る。

従って、線径が大きければそれだけ多くのガラスを伸ば
すため大きな引張力が必要となる。このことは第２図の
データからマルチファイバー７の単位断面積当りの引張
力を計算すると、時間によってほぼ一定となっているこ
とからも確かめられる。

一方、加熱電化炉６の温度を上げて紡糸を行なうと、引
張力は小さくなる。反対に温度を下げると引張力は大き
くなり、ついには紡糸することができなくなる。

本実施例の場合、加熱電気炉６の温度が730℃の時に引
張力は７Kgfであった。そして、この温度で良質のマル
チファイバー７が紡糸できた。

ここで炉温を740℃に10℃上げて紡糸すると、引張力は2
Kgfに減少してしまい、紡糸されたマルチファイバーに
ブレミッシュ等が発生し、品質が劣化した。

このように、僅かの温度の上昇が紡糸されたマルチファ
イバー７の性能に大きく影響する。

本実施例では引張力が常に５Kgf以上であるように加熱
電気炉６の温度をコントロールすることによって常に良
質のマルチファイバー７を紡糸することができた。

尚、本実施例ではマルチファイバー７の線径を線径計測
装置９で計測した場合について説明したが、予めマルチ
ファイバー７を一定の線径で紡糸するように製造装置を
構成すれば、単に引張力からネックダウン部１ａの温度
を算出することも可能である。

また、本発明は酸溶出法によるマルチファイバー７の紡
糸だけでなく、光通信に使用される石英ガラスファイバ
ーの紡糸、一般のロッドインチューブ法による光学ガラ
スファイバー等の紡糸においても適用可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明に係る光学ガラス繊維の製造方法に
よれば、線径の安定した良質のマルチファイバーを紡糸
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するための装置の概略図、第２図
は本実施例における線径及び引張力の記録例を示す説明
図である。 尚図中、１はマルチファイバープリフォーム、１ａはネ
ックダウン部、２は保持具、３は送り台、４はロードセ
ル、５は送りねじ、６は加熱電気炉、７はマルチファイ
バー、８はローラ、９は線径計測装置、１０は記録計、
１１は制御部である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マルチファイバープリフォームを加熱炉内
   に送り込み、 加熱され軟化されたマルチファイバープリフォームのネ
   ックダウン部から出てくるマルチファイバーに引張力を
   加えて細く伸ばし所望径に紡糸する光学ガラス繊維の製
   造方法において、 マルチファイバー紡糸時の引張力を検出し、 この検出された引張力に基づいて前記マルチファイバー
   プリフォームのネックダウン部の温度を算出すると共
   に、この算出結果に基づいて加熱炉の炉温を所定値に制
   御するようにした、 ことを特徴とする光学ガラス繊維の製造方法。
2. 【請求項２】マルチファイバー紡糸時に検出する引張力
   は、紡糸されるマルチファイバーの線径に基づいて計算
   された単位断面積当たりの引張力である請求項１記載の
   光学ガラス繊維の製造方法。