JP2000169171A - 光ファイバ用母材の延伸方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】寸法精度の高い光ファイバ用母材を延伸できる
方法の提供。特に引落部での外径測定値にずれなく対応
した外径制御を実現する。 【解決手段】延伸中の母材の引落部の外径を測定し、こ
の測定値と設定値のずれに応じて、加熱源を移動し、こ
のとき外径測定器と加熱源との間隔は一定のままとする
方法。加熱源を移動しない場合には母材の送り出し速度
および引き取り速度を同時に増加または減少させること
により、引落部と加熱源との相対的な位置関係を上記の
加熱源を移動した場合と同様にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ用ガラス
母材の延伸方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを製造するには、通常ＶＡＤ
法、ＯＶＤ法等で合成された光ファイバ用ガラス母材を
延伸，縮径して所定サイズの延伸体として、この延伸体
を線引炉中で加熱溶融しつつ一定の張力をかけて設計サ
イズの光ファイバに線引する。延伸体の寸法精度はその
ままファイバの寸法精度に影響し、ファイバの寸法不良
はファイバと光源との結合状態、ファイバ間の接続、コ
ネクタ等に悪影響を及ぼす。従って延伸体プリフォーム
の外径を一定にすることは、光ファイバ外径精度向上の
ために非常に重要である。

【０００３】従来技術として、図５に示すように送り込
み用チャック２′で光ファイバ用母材１′の一端を水平
方向に把持して回転させながら加熱源４′で加熱して延
伸し、延伸された他端６′は引き取り用チャック７′で
把持し、チャック２′を右方へ定速で移動（送り出し）
しながら外径測定器８′で測定した延伸体５′の外径
（外径測定値）の設定値からのずれを演算装置９′で演
算し、この結果に応じて制御装置１０′によりモーター
１１′を制御してチャック７′の右方への移動（引き取
り）速度を制御する方法が知られている。

【０００４】また、この改良法として特公昭５９−１８
３２５号公報（文献）には、図６に示すように、光フ
ァイバ用母材１′の両端をそれぞれチャック２′，７′
で把持し、引落部３′を加熱源４′で加熱溶融して引き
延ばす光ファイバ用母材の製造方法であって、加熱源
４′を固定しておき延伸終了側のチャック７′を定速で
移動するか、またはチャック７′を固定して加熱源４′
を定速移動し、かつ前記引落部３′の途中の外径を測定
して該外径が一定になるように延伸開始側のチャック
２′の移動速度を制御して所定の寸法のガラス母材を得
る方法が提案されている。また延伸体５′の外径と引落
部３′の外径の両方を測定して制御する方法についても
提案されている。なお、図５と図６において共通する符
号は同意である。

【０００５】また、特開平６−１２７９６３号公報（文
献）には、ネックダウン部の径を測定して、延伸後の
プリフォームの外径を制御する光ファイバ用プリフォー
ムの延伸方法において、延伸後のプリフォームのネック
ダウン部長さを延伸前のプリフォーム外径の３倍以上と
してネックダウン部の断面テーパ形状のテーパの傾斜を
緩やかにすることにより、ネックダウン部の径の測定誤
差を小さくして延伸体の最終外径寸法精度を上げる方法
が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】文献の技術を、電気
炉を加熱源とする延伸に適用して外径制御の応答時間を
短くするために引落部の外径測定値により外径制御する
と、仕上がり外径の精度が悪化するという問題があっ
た。その理由としては次のように考えられる。仕上がり
外径の精度を向上させるためには、外径制御に用いる外
径測定器を仕上がり外径に近い部分に設置する必要があ
る。しかし、一方で仕上がり外径に近い部分で外径制御
を行うと、応答時間が長くなり所定の外径に制御するこ
とが困難になる。すなわち、所定の外径に制御しようと
してチャック速度等を変化させた場合は、加熱源に近い
ほど温度が高いためガラス粘度が小さく、外径が大きく
変化するのに対し、加熱源から離れた部分はガラス粘度
が高いために外径の変化量は少ない。加熱源から離れた
部分の外径が大きく変化するのは、加熱源に近い部分が
引き取りチャックの移動により次第に移動してきてから
になるため、チャック速度等が変化した時点からしばら
く時間が経過してからになる。引落部の形状はテーパ状
になっていて、仕上がり外径に近くなるほど加熱源から
離れることになることから、仕上がり外径に近い部分で
外径制御を行なうほど、制御の応答が遅いことになる。

【０００７】加熱源がバーナ火炎による場合は、加熱範
囲が短いために引落部の長さも短くなるので、加熱源か
らあまり離さずにかつ仕上がり外径に近い外径のところ
で外径制御を行なうことが可能であった。しかし、加熱
源が電気炉の場合は、バーナ加熱の場合と比較すると加
熱範囲が広くなってしまうことから引落部の長さを短く
することが難しいため、バーナ加熱の場合と同程度の外
径精度を得ようとして外径測定を仕上がり外径に近い部
分とすると、加熱源と測定器の間隔が大きくなり、外径
制御の応答時間が長くなってしまい安定な制御ができな
い問題があった。

【０００８】また、文献の技術においては、ネックダ
ウン部の長さが長い場合、外径測定器を仕上がり外径に
近い部分に設置することができず、結果的に仕上がり外
径の精度が悪化する問題があった。これはネックダウン
部が長い状態で、仕上がり外径に近い部分の外径を測定
しようとすると、やはり加熱源と外径測定位置の間隔が
大きくなり、外径制御の応答時間が長くなって所定の外
径に調整することが困難となるからである。

【０００９】以上のような現状に鑑み、本発明は従来技
術の問題点を解消し、外径精度の向上した光ファイバ用
ガラス母材を延伸できる方法を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、(1)光ファイバ用ガラス母材の端部より順次加熱
軟化させて外径を縮径する際、引落部の外径がテーパ状
に変化している部分の外径を外径測定器により測定し、
該外径測定値が予め設定した外径値と一致するように制
御しながら延伸する方法において、該外径測定値をｄと
し外径設定値をＤとするとき、ｄ−Ｄ＞０の場合には加
熱源を引き取り方向に、ｄ−Ｄ＜０の場合には加熱源を
引き取り方向とは反対方向にそれぞれ移動させ、且つ外
径測定器と加熱源の間隔は常に一定に保っておくことを
特徴とする光ファイバ用母材の延伸方法、(2)前記外径
測定値ｄと外径設定値Ｄの差（ｄ−Ｄ）に応じて、光フ
ァイバ用ガラス母材の送り込み速度も制御することを特
徴とする上記(1) 記載の光ファイバ用母材の延伸方法、
(3)光ファイバ用ガラス母材の端部より順次加熱軟化さ
せて外径を縮径する際、引落部の外径がテーパ状に変化
している部分の外径を外径測定器により測定し、該外径
測定値が予め設定した外径値と一致するように制御しな
がら延伸する方法において、該外径測定値をｄとし外径
設定値をＤとするとき、ｄ−Ｄ＞０の場合には光ファイ
バ母材の送り込み速度と延伸体の引き取り速度を同時に
減少させ、ｄ−Ｄ＜０の場合には光ファイバ母材の送り
込み速度と延伸体の引き取り速度を同時に増加させ、且
つ外径測定器と加熱源の間隔は常に一定に保っておくこ
とを特徴とする光ファイバ用母材の延伸方法、および
(4)前記外径測定値ｄと外径設定値Ｄの差（ｄ−Ｄ）に
応じた送り込み速度の変化量が、引き取り速度の変化量
より大きいことを特徴とする上記(3) 記載の光ファイバ
用母材の延伸方法、である。

【００１１】仕上がり径の精度を上げるためには、引落
部のうち外径測定器による測定位置をより仕上がり外径
に近い部分とする必要がある。しかし、仕上がり外径に
近い位置による外径制御は、加熱部と外径測定部の間隔
が離れるので応答時間が遅くなり、外径制御により所定
の外径に調整することが困難になる問題があった。本発
明者らは、上記課題を解決するために、測定外径と予め
設定した外径との差に応じて加熱源を上下に移動するこ
と、このとき加熱源と外径測定部の距離は常に一定に保
持しておくことを考えついた。

【００１２】本発明に到達した経緯から説明する。すな
わち、従来の外径制御方法は、測定外径と設定外径との
差に応じて延伸体の引き取り速度を制御するもので、測
定外径が設定外径より大きくなった時は引取速度を増加
させ、逆に測定外径が設定外径より小さくなったときに
は引き取り速度を減少させる方法であった。この方法で
は、例えば、測定外径が大きくなって引き取り速度を増
加させるとこれに伴って引落部の長さが長くなってしま
い、その過程で引落部の下部は位置が下がることにな
る。引落部はテーパ状になっているので、図４の(a) の
状態から(c) の破線に示すように引落部が下がった状態
となると、引き取り速度増加によって現実には縮径して
いるのに、外径測定値では外径が増加していることにな
り、外径制御の応答が遅くなるものと考えられる。ま
た、図４の(b) の破線で示すように引落部が上方に移動
した状態では、現実には増径しているのに外径測定値は
やはり対応が遅れることがわかる。

【００１３】上記のような考察から、本発明の第一の方
法は、仕上がり外径に近い部分、より具体的には引落部
のテーパが終わり一定径の延伸体となる部分に近い部分
で外径測定し、しかも外径制御の応答時間をより短くす
るために、外径測定値をｄとし、外径設定値をＤとする
ときの両者の差（ｄ−Ｄ）に応じて加熱源そのものを上
下に移動させるものである。その際、加熱源と外径測定
器との間隔は一定に保ったまま移動させる。すなわち、
外径測定値ｄが外径設定値Ｄより大きい場合（ｄ−Ｄ＞
０）は加熱源を下降させて縮径が進んだ部分をさらに加
熱縮径させることで仕上がり外径を小さくし、逆に外径
測定値が外径設定値Ｄより小さい場合（ｄ−Ｄ＜０）は
加熱源を上昇させて、縮径が進んだ部分から加熱源を遠
ざけ、縮径を停止させることで仕上がり外径を大きくす
る。加熱源の移動により前記仕上がり外径変化に加え
て、テーパ部の外径を測定している外径測定器も同時に
移動するので、外径測定値への応答は敏感になる。

【００１４】なお、ネックダウン部は「加熱源によって
加熱され温度が最も高くなって外径が急激に変化してい
る部分」と「温度が下がりつつある領域で外径の変化量
が次第に小さくなっていく部分」の二つに分けて考えら
れ、後者の部分を「縮径が進んだ部分」という。従って
本願発明における「縮径が進んだ部分」には、加熱源領
域を通過した直後の領域から外径が一定になる直前の領
域までを含む。

【００１５】また、加熱源への母材の送り込み速度を、
外径測定値ｄと外径設定値Ｄの差に応じて制御する方法
も採用できる。この場合、外径測定値ｄが外径設定値Ｄ
より大きくなったとき（ｄ−Ｄ＞０）には、送り込み速
度を減少させ、逆に小さくなったとき（ｄ−Ｄ＜０）に
は、送り込み速度を増加させるように制御する。このよ
うにすると、例えば測定外径が太くなった場合、送り込
み速度が減少するので引落部が上部に長くなると考えら
れる。したがって、引落部下部の外径測定部のテーパ部
は上下に殆ど動かないため、送り込み速度変化による縮
径効果がそのまま外径測定値に現れる。よって引き取り
速度を制御する方法より送り込み速度を制御する方法の
ほうが応答時間は短い。

【００１６】図１は本発明の一実施態様を示す概略図で
あり、図１において、光ファイバ用母材３はその上下端
に取り付けたダミー棒２，７を介して、送り込み用チャ
ック１および引き取り用チャック８に把持され、加熱炉
４中に保持されている。加熱炉４のヒータ５の下部に
は、引落部１７の外径を測定するために外径測定器１６
が設けてあり、引落部の下部で延伸体６の仕上がり径に
近い部分を測定できるようにしてある。また、加熱炉４
は炉体移動用ボールねじ１３で炉体移動用モータ１１に
より上下方向に移動可能である。送り込み用チャックは
送り込み用チャック移動用ボールねじ９に取り付けられ
送り込み用チャック移動用モータにより上下方向に移動
可能である。また、引き取り用チャック８も引き取り用
チャック移動用ボールねじ１５に取り付けられ引き取り
用チャック移動用モータ１４により上下方向に移動可能
である。本発明においては、外径測定器からの測定信号
は制御装置１２に送られ、ここで演算された外径設定値
とのずれに応じた制御信号を炉体移動用モータ１１に送
り、加熱炉４を移動させる。移動のさせ方はすでに述べ
たとおりである。さらに制御装置１２の制御信号に応じ
て送り込み用チャック移動用モータ１０および／または
引き取り用チャック移動用モータ１４の速度を制御でき
る。

【００１７】以上述べてきたように、本発明によれば従
来より外径制御における応答を敏感にすることができる
ので、外径測定器を加熱源から離れた位置に設置しても
十分安定な外径制御が可能になる。従って、外径測定器
を仕上がり外径に近い部分に設置することができ、結果
的に外径が高精度の延伸体を得ることができる。なお本
発明は、従来技術では外径測定器を仕上がり外径に近い
部分に設置できなかった、例えば加熱源が電気炉で引落
部の長さが長くなってしまうような場合に適用すると特
に有利な効果があるが、加熱源がバーナであっても適用
可能である。また縦型と横型のいずれの延伸装置にも適
用できる。さらに、本発明は従来の制御方法に組み合わ
せても適用可能である。すなわち、外径測定値ｄと外径
設定値Ｄの差に応じて、母材の送り込み速度を制御する
と同時に炉体の移動も制御してもよい。または、測定外
径と設定外径の差に応じて、引き取り速度を制御すると
同時に炉体の移動も制御してもよい。ただし、上述のよ
うに、引き取り速度の制御の組み合わせるよりは送り込
み速度の制御と組み合わせるほうが外径制御の応答が敏
感である点でより望ましい。

【００１８】以上述べてきたように、外径測定値により
加熱源の移動を制御する本発明の延伸方法は、従来困難
であった仕上がり外径に近い部分での外径測定とその結
果得られた外径測定値による制御性の両立を可能にする
ものであるが、加熱源が電気炉の場合は大型になるため
移動が困難になる場合がある。そのような場合、本発明
の第二の方法によれば、加熱源（炉体）は停止のままで
且つ加熱源と引落部外径測定器との間隔も一定のまま
で、送り込み速度と引き取り速度を同時に増加または同
時に減少させることで、引落部外径測定位置と加熱源の
相対的な位置関係を、前記した炉体移動の場合と等価に
できるため、同様の効果を得ることができる。

【００１９】すなわち、外径測定値が外径設定値より大
きくなった場合、送り込み速度と引き取り速度を同時に
減少させ、外径測定値が外径設定値より小さくなった場
合、送り込み速度と引き取り速度を同時に増加させる。
このように両速度を同時に変化させることで相対的に炉
体が移動したのと同じ効果を得ることができる。なお、
送り込み速度と引き取り速度の両方を同時に増加または
減少させる際、減少させる量は必ずしも同じ量である必
要はなく、送り込み速度を引き取り速度より大きく変化
させてもよく、逆でもよい。ただし、先に説明した理由
から送り込み速度を引き取り速度より多く変化させるほ
うが望ましい。

【００２０】（実施例１）外径８０ｍｍの光フアイバ用
母材（３）を３０ｍｍに延伸するため、鉛直方向に貫通
口を有する加熱炉（４）に母材を挿入し、母材の両端に
それぞれ一体化されたダミー棒（２，７）を介してチャ
ック（１，８）で把持し、母材の下端から上端にかけて
順次加熱軟化させつつ、延伸を行った。その際、引落部
（１７）の一部の外径を外径測定器（１６）で測定し、
得られた測定値をもとに、下記の条件でチャック速度と
炉体速度を制御した。なお、各速度は正の値が下降方向
を示す。 上チャック速度＝（上チャック速度設定値）−K₁×（外
径測定値−外径設定値） 下チャック速度＝ 下チャック速度設定値 炉体移動速度＝K₃×（外径測定値−外径設定値） 上チャック速度設定値＝１０ｍｍ／分 下チャック速度設定値＝７１ｍｍ／分 K₁ ＝２０分^-1 K₃ ＝ ５分^-1 外径設定値＝３０．５ｍｍ 上記条件で延伸を実施した結果、得られた（６）の外径
は３０．０±０．１ｍｍと良好で、図１のグラフに示す
ように延伸中の外径測定値は設定値とほぼ一致してい
た。

【００２１】（実施例２）外径８０ｍｍの光フアイバ用
母材（３）を３０ｍｍに延伸するため、鉛直方向に貫通
口を有する加熱炉（４）に母材を挿入し、母材の両端に
それぞれ一体化されたダミー棒（２，７）を介してチャ
ック（１，８）で把持し、母材の下端から上端にかけて
順次加熱軟化させつつ、延伸を行った。その際、引落部
（１７）の一部の外径を外径測定器（１６）で測定し、
得られた測定値をもとに、炉体（４）を固定して下記の
条件でチャック速度を制御した。なお、各速度は正の値
が下降方向を示す。 上チャック速度＝（上チャック速度設定値）−K₁×（外
径測定値−外径設定値） 下チャック速度＝（下チャック速度設定値）−K₂×（外
径測定値−外径設定値） 上チャック速度設定値＝１０ｍｍ／分 下チャック速度設定値＝７１ｍｍ／分 K₁ ＝２０分^-1 K₂ ＝１０分^-1 外径設定値＝３０．５ｍｍ 上記条件で延伸を実施した結果、得られた（６）の外径
は３０．０±０．１ｍｍと良好であった。

【００２２】（実施例３）外径８０ｍｍの光フアイバ用
母材（３）を３０ｍｍに延伸するため、鉛直方向に貫通
口を有する加熱炉（４）に母材を挿入し、母材の両端に
それぞれ一体化されたダミー棒（２，７）を介してチャ
ック（１，８）で把持し、母材の下端から上端にかけて
順次加熱軟化させつつ、延伸を行った。その際、引落部
（１７）の一部の外径を外径測定器（１６）で測定し、
得られた測定値をもとに、下記の条件でチャック速度と
炉体速度を制御した。なお、各速度は正の値が下降方向
を示す。 上チャック速度＝１０ｍｍ／分 下チャック速度＝７１ｍｍ／分 炉体移動速度＝K₃×（外径測定値−外径設定値） K₃ ＝５０分^-1 外径設定値＝３０．５ｍｍ 上記条件で延伸を実施した結果、得られた（６）の外径
は３０．０±０．１ｍｍと良好で、図１のグラフに示す
ように延伸中の外径測定値は設定値とほぼ一致してい
た。

【００２３】（比較例）上記実施例 の条件を下記の条
件に変え、同様の延伸を行ったところ、得られた延伸体
の外径は３０．０±３．０ｍｍと外径が不安定な結果と
なった。また、延伸中の外径測定値は図３に示したよう
に外径設定値と一致せず、不安定な状態であった。 上チャック速度＝ 上チャック速度設定値 下チャック速度＝（下チャック速度設定値）＋K₂×（外
径測定値−外径設定値） 上チャック速度設定値＝１０ｍｍ／分 下チャック速度設定値＝７１ｍｍ／分 K₂ ＝１０分^-1 外径設定値＝３０．５ｍｍ

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば延
伸体の設定値からのずれへの応答を従来より敏速に、し
かも適切に対応して加熱延伸できるので、得られる光フ
ァイバ用ガラス母材の寸法精度の向上に大いに有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施態様を説明する概略図であ
る。

【図２】 本発明の実施例における外径設定値と外径測
定値のデータを示すグラフである。

【図３】 本発明の比較例における外径設定値と外径測
定値のデータを示すグラフである。

【図４】 引落部の移動状態による外径測定値のずれを
説明する図であり、縦軸は外径（ｍｍ）、横軸は時間
（分）を表す。

【図５】 従来の延伸方法を説明する概略図である。

【図６】 従来の延伸方法を説明する概略図である。

【符号の説明】

１ 送り込み用チャック、 ２ ダミー棒、 ３
光ファイバ用母材、４ 加熱炉、 ５
ヒータ、 ６ 延伸体、７ ダミー棒、
８ 引き取り用チャック、９ 送り込み用チャ
ック移動用ボールねじ、１０ 送り込み用チャック移動
用モータ、１１ 炉体移動用モータ、 １２ 制御装
置、１３ 炉体移動用ボールねじ、１４ 引き取り用チ
ャック移動用モータ、１５ 引き取り用チャック移動用
ボールねじ、１６ 外径測定器、 １７ 引落
部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ用ガラス母材の端部より順次
   加熱軟化させて外径を縮径する際、引落部の外径がテー
   パ状に変化している部分の外径を外径測定器により測定
   し、該外径測定値が予め設定した外径値と一致するよう
   に制御しながら延伸する方法において、該外径測定値を
   ｄとし外径設定値をＤとするとき、ｄ−Ｄ＞０の場合に
   は加熱源を引き取り方向に、ｄ−Ｄ＜０の場合には加熱
   源を引き取り方向とは反対方向にそれぞれ移動させ、且
   つ外径測定器と加熱源の間隔は常に一定に保っておくこ
   とを特徴とする光ファイバ用母材の延伸方法。
2. 【請求項２】 前記外径測定値ｄと外径設定値Ｄの差
   （ｄ−Ｄ）に応じて、光ファイバ用ガラス母材の送り込
   み速度も制御することを特徴とする請求項１記載の光フ
   ァイバ用母材の延伸方法。
3. 【請求項３】 光ファイバ用ガラス母材の端部より順次
   加熱軟化させて外径を縮径する際、引落部の外径がテー
   パ状に変化している部分の外径を外径測定器により測定
   し、該外径測定値が予め設定した外径値と一致するよう
   に制御しながら延伸する方法において、該外径測定値を
   ｄとし外径設定値をＤとするとき、ｄ−Ｄ＞０の場合に
   は光ファイバ母材の送り込み速度と延伸体の引き取り速
   度を同時に減少させ、ｄ−Ｄ＜０の場合には光ファイバ
   母材の送り込み速度と延伸体の引き取り速度を同時に増
   加させ、且つ外径測定器と加熱源の間隔は常に一定に保
   っておくことを特徴とする光ファイバ用母材の延伸方
   法。
4. 【請求項４】前記外径測定値ｄと外径設定値Ｄの差（ｄ
   −Ｄ）に応じた送り込み速度の変化量が、引き取り速度
   の変化量より大きいことを特徴とする請求項３記載の光
   ファイバ用母材の延伸方法。