JP2006219331A - 光ファイバ母材延伸装置及び光ファイバ母材延伸方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ母材の外径変動の影響を受けずに、適切に延伸を行うことが可能な光ファイバ母材延伸装置及び光ファイバ母材延伸方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ母材１４を加熱する加熱炉９と、光ファイバ母材１４を加熱炉９内に送出する送り側チャック部４と、送り側チャック部４における光ファイバ母材１４の送出量と基準外径位置とを変更するための制御部１２とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの母材を延伸させる光ファイバ母材延伸装置及び光ファイバ母材延伸方法に関する。

光ファイバは、一般に以下の手順を経て製造される。
まず、ＶＡＤ（Vapor phase Axial Deposition）法などにより、コアとなる部分を含むガラス微粒子の堆積体を製作し、その後、この堆積体を焼結することにより中間母材を得る。次に、中間母材の外側にガラスの微粒子を堆積させ、高温下でガラス化することにより光ファイバ母材を得る。そして、この光ファイバ母材を線引き（延伸）することにより光ファイバを得ることができる。

図１１は、上記のような光ファイバ母材延伸装置の構成を示す図である。
この光ファイバ母材延伸装置１０１は、光ファイバ母材１０６を送り出す送り側チャック部１０２と、光ファイバ母材１０６を引き取る引き側チャック部１０３と、光ファイバ母材１０６を加熱するヒータ部１０５を内部に備える加熱炉１０４とからなる。

この光ファイバ母材延伸装置１０１は、加熱炉１０４内で光ファイバ母材１０６を加熱し、送り側チャック部１０２の下降（送出）速度より早い速度で引き側チャックを下降させることにより光ファイバ母材１０６に張力を付与し、これを延伸させる。
特開２００１−１９４５７号公報

しかしながら、上記の光ファイバ母材延伸装置においては、以下に示すような解決すべき課題が存在する。
近年、光ファイバの製造コストの低減のため、母材の大型化ならびに長尺化が進んでいるが、特に長尺化に母材の外径変動が大きくなるという問題が発生している。

これは、母材の透明化を行う工程において生じる問題であり、多孔質ガラス母材を吊り下げ、加熱領域を通過させ、これにより透明化する場合には、多孔質ガラス母材の加熱領域より下方にある部分が重なり、下方向に引き伸ばそうとする力が発生し、多孔質ガラス母材が引き伸ばされる。

この透明化処理が進行し、多孔質ガラス母材が下方に移動し、加熱領域が多孔質ガラス母材の上部に位置するようになると、この多孔質ガラス母材の加熱領域より下の部分が大きくなるため、この部分の重量が増加し、この重量に引かれて外径が小さくなる。

このため、透明化処理により得られる透明ガラス母材の外径は、概して、上端に近いほど細く、下端に近いほど太くなる。また、この透明ガラス母材の外径変動は、多孔質ガラス母材が長尺になるほど大きくなる。

以下、上記の問題の原因について説明する。
上記の延伸処理においては、上下（送り側及び引き側）のチャック部の速度差により母材を変形させるが、加熱炉内部に送り込む母材体積と加熱炉から出る母材の体積は等しい。

つまり、「元母材体積＝延伸後母材体積」、「送り側速度×元母材半径＾２×円周率＝引き取り側速度×目標延伸径＾２×円周率」、「送り速度：引き取り側速度＝元母材半径＾２：目標延伸径＾２」の関係により、チャック部の速度比は元母材径（以下、基準母材径）の２乗と目標延伸径の２乗の比により定まり、この速度差でチャック部を動かすことで目標通りの延伸が可能となる。

しかしながら、延伸工程が進行するにつれて、加熱炉内の断熱材は発熱体から熱量を受け取ることにより温度が上昇し、ガラス母材の未軟化部を輻射熱で加熱するとともに、ガラス母材の加熱軟化部から未軟化部に熱が伝導する。このため、元母材外径から目標とする延伸径に変化している間の距離（以下、母材の外径変動領域）が変化する。つまり、図１２（ａ）に示すように、延伸開始時には短いが、図１２（ｂ）に示すように、延伸工程が進むにつれて長くなる。

この際の変化量は、延伸速度が遅い場合には小さく、延伸速度が速くなると大きくなる。このため、延伸開始直後と終了間際では送り側速度と引き取り側速度との比率を定める元母材径の位置（基準外径位置）がずれる。このために、計算での速度と実際に目標延伸径にするための必要な速度に差が生じてしまい延伸径の変動が生じていた。

また、従来は、延伸する前の母材の外径変動が小さかったり、延伸速度が遅かったりしたために問題とはならなかったが、前記の母材の長尺化（大型化）と、処理の高速化により顕著な問題となっている。

このような事情に鑑み本発明は、光ファイバ母材の外径変動の影響を受けずに、適切に延伸を行うことが可能な光ファイバ母材延伸装置及び光ファイバ母材延伸方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、光ファイバの母材における所定の外径を有する位置を基準外径位置とし、これに基づいて母材を延伸する光ファイバ母材延伸装置であって、母材を延伸するにあたって、母材を加熱する加熱手段と、母材を加熱手段内に送出する送出手段と、母材の延伸中に、所定の回数をもって送出手段における部材の送出量と基準外径位置とを変更する変更手段とを有することを要旨とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、変更手段は、基準外径位置を加熱手段から遠ざかる方向へ移動させる手段であることを要旨とする。

請求項３に記載の本発明は、光ファイバの母材における所定の外径を有する位置を基準外径位置とし、これに基づいて母材を延伸する光ファイバ母材延伸方法であって、母材を延伸するにあたって、母材を加熱する加熱工程と、母材を加熱工程内に送出する送出工程と、母材の延伸中に、所定の回数をもって送出工程における部材の送出量と基準外径位置とを変更する変更工程とを有することを要旨とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の発明において、変更工程は、基準外径位置を加熱工程から遠ざかる方向へ移動させる工程であることを要旨とする。

本発明によれば、このような事情に鑑み本発明は、光ファイバ母材の外径変動の影響を受けずに、適切に延伸を行うことが可能となる。

以下、本発明の光ファイバ母材延伸装置及び光ファイバ母材延伸方法についての説明を行う。
なお、以下の実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。
また、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付し、これに関する反復説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る光ファイバ母材延伸装置１ａの構成図である。
この光ファイバ母材延伸装置１ａは、送りモータ部２と、螺子部３と、送り側チャック部４と、張力測定部５と、引きモータ部６と、螺子部７と、引き側チャック部８と、加熱炉９と、ヒータ部１０と、演算部１１と、制御部１２と、外径測定部１３とからなる。

送り側チャック部４は、送りモータ部２と、これから発せられた動力を伝達する螺子部３とにより駆動し、光ファイバ母材１４を下方へ送り出す。

一方、引き側チャック部８は、送りモータ部６と、これから発せられた動力を伝達する螺子部７とにより駆動し、光ファイバ母材１４を下方へ引く。

光ファイバ母材１４は、加熱炉９内のヒータ部１０により加熱され、上記のチャック部４及び８の作用により延伸される。

張力測定部５は、光ファイバ母材にかかる張力を測定する。

演算部１１は、光ファイバ母材１４の移動速度や移動量等を算出する。

外径測定部１３は、光ファイバ母材１４の外径を測定する。

演算部１１は、外径測定部１３により測定された外径に基づいて送り側チャック部４の送り速度と引きチャック部８の引き速度とを算出する。

制御部１２は、演算部１１により演算された速度に基づいて送りモータ部２や引きモータ部６の回転数を制御する。また、ヒータ部１０の出力も制御する。

以下、上記の構成を有する光ファイバ母材延伸装置１ａにおける延伸処理の詳細について説明する。
本発明の光ファイバ母材延伸装置１ａにおいては、光ファイバ母材１４の送り側移動量と、この光ファイバ母材１４の延伸開始直後基準外径位置と延伸中盤の基準外径位置とを変更する。

延伸開始時の光ファイバ母材１４の基準外径位置は、そのヒータ部１０の近傍にある部分を指す。

延伸が開始されてしばらく経つと、加熱炉９内の断熱材の温度は、発熱体から受け取る熱量と炉体などに逃げる熱量とが等価となるため安定する。

また、光ファイバ母材１４の加熱軟化部から未軟化部への熱伝導による温度上昇も、炉体や雰囲気に逃げる熱量とが等価となるため安定する。

上記の状態になった時に基準外径位置を開始時の位置よりも引き取り側（下方）にずらす。以下、その詳細について説明する。

従来の技術においては、図２（ａ）に示すように、延伸開始後に送り側チャックの移動量分だけ基準外径の位置を移動させて延伸速度を算出するのが従来の方法であるが、本発明においては、図２（ｂ）に示すように、送り側移動量と基準外径位置を延伸中で変更する。なお、望ましくは、延伸開始時から段階的に位置をずらしていくのがよい。

基準外径位置を変更する時期やその量は、延伸速度、炉の構造、炉内温度などにより変化するが、母材径の変化には鈍感なため（延伸前の平均母材径が１０ｍｍ程度の変化では大きな影響はない）に、延伸速度や炉内温度などの作業条件が同じであれば、基準外径位置の変更する時期や変更する量を同じにしても十分に外径変動が低減できる。

上記のように基準外径位置を移動させることで、光ファイバ母材１４の延伸後の外径が太くなったり、細くなったりする。

図４（ａ）に示すように、延伸径が太くなった場合は、途中までは基準母材径位置が合っているが、それ以降は基準外径位置が延伸開始位置側（図の左側）にずれている。

この理由としては、例えば、延伸前母材が図４（ａ）中の○の部分を延伸している場合、基準外径位置が開始位置側にずれていると、図３（ａ）に示すように、実際の母材径は○の位置の外径より大きくなる。このため、基準母材径を○の位置の外径として送り出しと引き取り速度の比を算出して延伸しても、実際の外径は太いので延伸径が細くなりきらずに延伸径が太くなり、図３（ｂ）に示すように、理想の外径、つまり母材の外径が一定とならない。

一方、図４（ｂ）に示すように、延伸径が細くなった場合、途中までは基準母材径位置が合っているが、それ以降は基準外径位置が延伸終了位置側（図の右側）にずれている。

例えば、延伸前母材が太くなった場合と同じところを延伸しているとする．基準母材径位置が終了位置側にずれていると、実際の母材径は○の位置の外径より小さくなる。このため、基準母材径を○の位置の外径とし、これに基づいて送り出しと引き取り速度の比を算出して延伸しても、実際の外径は細いので延伸径が細くなりすぎる
したがって、実際に調整を行うにあたっては、上記のずれが生じ始めた位置が、基準外径位置を変更する位置となり、目標延伸径と実際に延伸した母材径との差からずれ量の調整量を見積もることができる。

また、光ファイバ母材１４としては、テーパ状になっているものを使用することが望ましい。

仮に、外径がほとんど一様な母材では、基準母材径位置がずれても延伸径が変わらないため、ずれ量や位置の見積もりができない。

図５は、上記の構成を有する光ファイバ母材延伸装置１ａの一連の動作を説明するための図である。
まず、ユーザからの指令により処理が開始されると（Ｓ５１）、外径測定部１３により光ファイバ母材１４の位置・外径情報が取得され（Ｓ５２）、送り側チャック部４の送り速度が演算部１１により算出され（Ｓ５３）、加工が開始される（Ｓ５４）。

なお、上記のＳ５２における位置・外径情報は母材１４の外径値を含み、この情報から延伸開始時の基準外径位置を算出することができる。例えば、母材１４の全長が２０００ｍｍであり、その外径値が既知であり、また、送り側チャック部４が螺子部３の最上部に位置している際、これとヒータ部１０との距離は２５００ｍｍであり、次に、送り側チャック部４を７００ｍｍ下降させ、母材１４の下端を引き側チャック部８に固定した場合、母材１４の下端はヒータ部１０よりも２００ｍｍ下方に位置していることになる。したがって、延伸開始時の基準外径位置は母材１４の下端から２００ｍｍ上方の位置となる。

加工が開始されると、光ファイバ母材１４の移動量が演算部１１により算出される（Ｓ５５）。なお、この移動量は、送りモータ部２及び引きモータ部６の回転数等から求められる。

次に、算出された移動量から基準外径位置をずらす必要があるか否かが判定され（Ｓ５６）、必要があると判定された場合（Ｓ５６：Ｙｅｓ）は、外径基準位置の移動量及び送り速度の修正値が演算部１１により算出され（Ｓ５７）、外径基準位置が移動されるとともに送り速度値が修正される（Ｓ５８）。そして、光ファイバ母材１４が所望の外径となるまで延伸
されているか否かが判定され（Ｓ５９）、所望の外径となっている場合（Ｓ５９：Ｙｅｓ）は、加工が終了される（Ｓ６０）。

図６は、上記の構成を有する光ファイバ母材延伸装置１ａの一連の動作（別の例）を説明するための図である。
まず、ユーザからの指令により処理が開始されると（Ｓ６１）、外径測定部１３により光ファイバ母材１４の基準外径位置等に関する情報が取得され（Ｓ６２）、送り側チャック部４の送り速度が演算部１１により算出され（Ｓ６３）、
加工が開始される（Ｓ６４）。

加工が開始されると、光ファイバ母材１４の移動量が演算部１１により算出され、外径値が外径測定部１３により測定され（Ｓ６５）、前記の移動量と外径値に基づいて、送り速度が算出され（Ｓ６６）、上記の各値に基づいて基準外径位置をずらす必要があるか否かが判定され（Ｓ６７）、必要があると判定された場合（Ｓ６７：Ｙｅｓ）は、外径基準位置の移動量及び送り速度の修正値が演算部１１により算出され（Ｓ６８）、外径基準位置が移動されるとともに送り速度値が修正される（Ｓ６９）。そして、光ファイバ母材１４が所望の外径となるまで延伸されているか否かが判定され（Ｓ７０）、所望の外径となっている場合（Ｓ７０：Ｙｅｓ）は、加工が終了される（Ｓ７１）。

次に、以上の構成を有する光ファイバ母材延伸装置１ａを用いて光ファイバ母材を延伸した場合と、従来の技術を用いて延伸を行った場合の差異について説明する。

＜比較例＞
外径１３０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの長手方向に外径変動のある母材を目標延伸径３０ｍｍで延伸を行った。なお、基準外径の位置は最後まで同じ位置で延伸を行った。

延伸張力３００Ｎ、炉電力３０ｋＷとし、送り側の平均速度は３０ｍｍ／ｍｉｎであった。

その結果、延伸後母材にて、延伸前母材の外径変動と逆の傾向（引き始め側が細くなり、段々と太くなり、引き終わりでまた細くなる）が見られ、外径変動が３０ｍｍ±３ｍｍになった。

なお、図７（ａ）は延伸前の母材径及び長手方向位置を示す図であり、図７（ｂ）は延伸後の母材径及び長手方向位置を示す図である。

＜実施例＞
外径１３０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの長手方向に外径変動のある母材を目標延伸径３０ｍｍで延伸を行った。なお、基準外径の位置を送り側が１５０ｍｍ移動した時点から引き取り側に１５ｍｍずらして延伸を行った。

延伸張力３００Ｎ、炉電力３０ｋＷとし、送り側の平均速度は３０ｍｍ／ｍｉｎであった。

その後、延伸後母材の外径変動が小さくなり、延伸前母材径の変動に応じた外径変動が見られない延伸径の変動は３０ｍｍ±０．５ｍｍとなった。

なお、図８（ａ）は延伸前の母材径及び長手方向位置を示す図であり、図８（ｂ）は延伸後の母材径及び長手方向位置を示す図である。

図９は、本発明の第２の実施例（実施例２）に係る光ファイバ母材延伸装置１ｂの構成図である。
この光ファイバ母材延伸装置１ｂにおいては、加熱炉９内部のヒータ部１０の下側に外径測定部１３が配置されており、このため、延伸中であっても即時的に外系を測定できる。

図１０は、本発明の第３の実施例（実施例３）に係る光ファイバ母材延伸装置１ｃの構成図である。
この光ファイバ母材延伸装置１ｃにおいては、加熱炉９の外部の上側に外径測定部１３が配置されている。このため、延伸前に外径を測定でき、これにより測定に要する時間を短縮できる。

なお、上記の光ファイバ母材延伸装置を用いた光ファイバ母材延伸方法も本発明の範囲に含まれる。

以上のとおり、本発明によれば、光ファイバ母材の外径変動の影響を受けずに、適切に延伸を行うことが可能となる。

また、これにあたって装置に大規模な改修を施す必要がないため、簡易的に上記の効果を奏する装置を実現できる。

本発明の実施例１に係る光ファイバ母材延伸装置の構成図である。 図１の光ファイバ母材延伸装置の基準外径位置の移動処理を説明するための図である。 図１の光ファイバ母材延伸装置の基準外径位置の移動処理を説明するための図である。 図１の光ファイバ母材延伸装置の基準外径位置の移動処理を説明するための図である。 図１の光ファイバ母材延伸装置の動作を説明するための図である。 図１の光ファイバ母材延伸装置の動作を説明するための図である。 比較例における長手方向位置と母材径との関係を示す図である。 実施例における長手方向位置と母材径との関係を示す図である。 本発明の実施例２に係る光ファイバ母材延伸装置の構成図である。 本発明の実施例３に係る光ファイバ母材延伸装置の構成図である。 従来の光ファイバ母材延伸装置の構成図である。 図１１の光ファイバ母材延伸装置における問題点を説明するための図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ 光ファイバ母材延伸装置
２ 送りモータ部
３、７ 螺子部
４ 送り側チャック部
５ 張力測定部
６ 引きモータ部
８ 引き側チャック部
９ 加熱炉
１０ ヒータ部
１１ 演算部
１２ 制御部
１３ 外径測定部
１４ 光ファイバ母材
１０１ 従来の光ファイバ母材延伸装置
１０２ 従来例における送り側チャック部
１０３ 従来例における引き側チャック部
１０４ 従来例における加熱炉
１０５ 従来例におけるヒータ部
１０６ 従来例における光ファイバ母材

Claims (4)

1. 光ファイバの母材における所定の外径を有する位置を基準外径位置とし、これに基づいて該母材を延伸する光ファイバ母材延伸装置であって、
   前記母材を延伸するにあたって、該母材を加熱する加熱手段と、
   前記母材を前記加熱手段内に送出する送出手段と、
   前記母材の延伸中に、所定の回数をもって前記送出手段における該部材の送出量と前記基準外径位置とを変更する変更手段と
   を有することを特徴とする光ファイバ母材延伸装置。
2. 前記変更手段は、前記基準外径位置を前記加熱手段から遠ざかる方向へ移動させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材延伸装置。
3. 光ファイバの母材における所定の外径を有する位置を基準外径位置とし、これに基づいて該母材を延伸する光ファイバ母材延伸方法であって、
   前記母材を延伸するにあたって、該母材を加熱する加熱工程と、
   前記母材を前記加熱工程内に送出する送出工程と、
   前記母材の延伸中に、所定の回数をもって前記送出工程における該部材の送出量と前記基準外径位置とを変更する変更工程と
   を有することを特徴とする光ファイバ母材延伸方法。
4. 前記変更工程は、前記基準外径位置を前記加熱工程から遠ざかる方向へ移動させる工程であることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ母材延伸方法。
   
   

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