JP2014012625A - 光ファイバの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ワーク加工装置 - Google Patents

光ファイバの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ワーク加工装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 光ファイバ用ワークの加工中に異常を適時検出することができる光ファイバの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ワーク加工装置を提供する。
【解決手段】 光ファイバの製造方法は、ガラス体から成る光ファイバ用ワーク10P,50を光ファイバ用ワーク加工装置により保持して加熱加工する加工工程を備え、加工工程において、加熱された状態の光ファイバ用ワーク10P,50の異常に起因する振動、または、光ファイバ用ワーク10P,50を加熱する熱により光ファイバ用ワーク加工装置の一部であるガラス体から成るガラス体部25が加熱された状態でのガラス体部25の異常に起因する振動を、アコースティックエミッションセンサ7を用いて検出することを特徴とする。
【選択図】 図7

Description

本発明は、光ファイバ用ワークの異常を適時検出することができる光ファイバの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ワーク加工装置に関する。
光ファイバは、ガラス体から成る光ファイバ用母材を線引きすることにより製造される。この線引きをする前に、一般的に、光ファイバ用母材には、ダミーと呼ばれるガラス体が溶着される。そして、このダミーに所定の治具が取り付けられて、光ファイバ用母材とダミーとの一体物が、紡糸炉中に吊り下げられる。このように光ファイバ用母材とダミーとの一体物が吊り下げられた状態で、光ファイバ用母材の少なくとも一部が加熱されて線引きされることで、光ファイバが製造される。また、光ファイバ用母材を製造する工程においてもガラス体から成るダミーにガラス多孔体を付着させる方法がとられる場合がある。例えば、VAD(Vapor-phase Axial Desposition)法がそれに該当する。
このようにして光ファイバを製造するにあたり、光ファイバ用母材やダミーといったガラス体は加工対象物であり、光ファイバ用ワークと呼ばれることがある。例えば、上記のように光ファイバ用母材とダミーとが溶着される場合、光ファイバ用母材及びダミーは、それぞれ光ファイバ用ワークと呼ばれ、光ファイバ用母材を線引きする場合、光ファイバ用母材とダミーとの一体物が光ファイバ用ワークと呼ばれる。また、光ファイバ用母材が製造される工程においては、ダミーとガラス多孔体との一体物やダミーが光ファイバ用ワークと呼ばれる。
上記のように光ファイバ用母材が製造される際、光ファイバ用母材やダミーが互いに溶着される際、或いは、光ファイバ用母材が線引きされる際等において、光ファイバ用ワークの少なくとも一部が加熱されるため、光ファイバ用ワークは熱衝撃を受ける。このように光ファイバ用ワークが熱衝撃を受けると、光ファイバ用ワークにクラックが生じることがある。このようなクラックが生じると、製造される光ファイバが断線する等の不都合が生じることがある。従って、光ファイバ用ワークにクラック等の異常が発生した場合、迅速な対応をしなければならないことがある。
下記特許文献1には、レーザを用いて検査対象物を破壊することなくクラック等の異常を検査する方法が記載されている。この検査方法では、レーザ光の焦点位置における検査対象物におけるラマン散乱光強度分布からクラック発生の有無や位置を特定するものである。
特開2003−247943号公報
しかし、上記特許文献1に記載の検査方法ではレーザ光がクラックの位置に当たる必要があり、レーザ光がクラックの位置に当たらない限り、クラックの発生を検出することができない。また、この方法では、クラックの発生後速やかにこのクラックの発生を検出することができない。
また、目視により光ファイバ用ワークのクラック等の異常を発見しようとしても、光ファイバ用母材とダミーとの溶着時においては、光ファイバ用ワークが回転しているためクラックの発見が困難であり、また、線引時においては、外部から線引炉中の光ファイバ用母材を目視できない。このように光ファイバ用ワークの加工中にクラック等の異常を発見することは困難であった。
その一方、光ファイバ用ワークにクラック等の異常が発生した場合、上記のように迅速な対応が必要となる場合があるため、光ファイバの製造工程において、光ファイバ用ワークの異常を適時検出したいという要請があった。
そこで、本発明は、光ファイバ用ワークの加工中に異常を適時検出することができる光ファイバの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ワーク加工装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明者等の鋭意検討の結果、ガラス体の加熱中にクラックや破断等の異常が生じる場合に、ガラス体から周波数の高い振動が生じることが見出された。そこで、光ファイバ用ワークの加工中にガラス体である光ファイバ用ワークから生じる当該振動を検出することにより、加工中の光ファイバ用ワークの異常を検出することができるという結論に至った。また、本検討において、光ファイバ用ワークを加工する加工装置の一部がガラス体から成る場合、この加工装置のガラス体部分が加熱されて異常が生じる場合にも、同様の振動が生じることが見出され、この振動を検出することにより、加工中に加工装置のガラス体部分に異常が生じたことを検出することができるという結論に至り、本発明をするに至った。
すなわち本発明は、ガラス体から成る光ファイバ用ワークを光ファイバ用ワーク加工装置により保持して加熱加工する加工工程を備え、前記加工工程において、加熱された状態の前記光ファイバ用ワークの異常に起因する振動、または、前記光ファイバ用ワークを加熱する熱により前記光ファイバ用ワーク加工装置の一部であるガラス体部が加熱された状態での前記ガラス体部の異常に起因する振動を、アコースティックエミッションセンサを用いて検出することを特徴とする光ファイバの製造方法である。
アコースティックエミッションセンサは、ドリル等を用いた通常の光ファイバ用ワークの加工時に発生する振動よりも高い周波数の振動を検出し、例えば、周波数が約50kHz以上の振動を検出することができる。従って、光ファイバ用ワークや光ファイバ用ワーク加工装置の一部であるガラス体部が加熱されてクラック等が入り、光ファイバ用ワークや光ファイバ用ワーク加工装置のガラス体部から周波数の高い振動が生じた場合に、アコースティックエミッションセンサはこの振動を検出することができる。このようにアコースティックエミッションセンサにより当該振動を検出することにより、光ファイバ用ワークの異常や光ファイバ用ワーク加工装置のガラス体部の異常を適時検出することができる。
さらに、前記アコースティックエミッションセンサが検出する振動の内、周波数が60kHz以上90kHz以下の振動が時間の経過とともに増加した場合に、前記光ファイバ用ワークや光ファイバ用ワーク加工装置のガラス体部に異常が生じたと判断することが好ましい。
本発明者らは、ガラスから成る光ファイバ用ワークやガラス体部が加熱されて破断やクラックといった異常が生じる場合に、光ファイバ用ワークやガラス体部の形状によらず、光ファイバ用ワークやガラス体部から伝導する振動の内60kHz以上90kHz以下の振動が増加することを見出した。従って、周波数がこの範囲である振動の増加を検出することで、適切に光ファイバ用ワークの異常を検出することができる。
また、前記加工工程は、前記光ファイバ用ワークを回転しながら加熱する工程であることが好ましい。
このような工程としては、例えば、光ファイバ用母材を外付け法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて製造する工程や、光ファイバ用母材とダミーガラス体とを溶着する工程や、光ファイバ用母材の一部を溶断する工程等を挙げることができる。工程内容としてはたとえば、外付け法では、出発部材であるガラスロッドが回転されて加熱されながらガラス多孔体が付着され、CVD法においては、ガラス管が回転されて加熱されながら内側にガラス粒子が付着されて当該ガラス粒子が充実化される。溶着工程においては、光ファイバ用母材及びダミーガラス体は、それぞれ旋盤に保持されて、回転されながら酸水素バーナ等により加熱される。溶断工程においては、光ファイバ用母材が旋盤に保持されて、回転されながら酸水素バーナ等により加熱される。この加熱によりガラスロッド、ガラス管、光ファイバ用母材、ダミーガラス等といった光ファイバ用ワークに熱衝撃によるクラックが生じることがある。このようなクラックが入る場合であっても、光ファイバ用ワークは回転しているためクラックの発生を目視により発見しづらく、目視不可能な位置にクラックが入る場合もある。しかし、本発明によれば、光ファイバ用ワークが回転している最中であっても、適切にクラックの発生を検出することができる。
また、前記加工工程は、前記光ファイバ用ワークを吊持した状態で加熱する工程であることが好ましい。
このような工程としては、例えば光ファイバを棒引き、線引きする工程を挙げることができる。このような工程においては、光ファイバ用ワークである光ファイバ用母材が加熱されるため、光ファイバ用母材に熱衝撃によるクラックが生じることある。このようなクラックが入る場合であっても、前述のように線引きする工程においては、光ファイバ用母材を目視することができないため、クラックの発生を目視により発見できない。しかし、本発明によれば、光ファイバ用母材を目視する必要がないため、光ファイバ用母材のクラックの発生を適切に検出することができる。
また、上記課題を解決するため、本発明は、光ファイバの製造に用いるガラス体から成る光ファイバ用ワークを加熱加工する光ファイバ用ワーク加工装置であって、前記光ファイバ用ワークを保持する保持部と、前記保持部に保持された光ファイバ用ワークを加熱する加熱部と、加熱された状態の前記光ファイバ用ワークからの振動、または、前記光ファイバ用ワークを加熱する熱により当該光ファイバ用ワーク加工装置の一部であるガラス体部が加熱された状態での前記ガラス体部からの振動を、検出するアコースティックエミッションセンサと、前記アコースティックエミッションセンサからの信号を受信する制御部と、を備え、前記制御部は、前記アコースティックエミッションセンサからの信号により、ファイバ用ワークの加熱加工時における異常を検出することを特徴とするものである。
上記のように、ガラス体の加熱時にクラック等の異常が生じる場合、ガラス体から周波数の高い特有の振動が生じる。そこで、本発明の光ファイバ用ワーク加工装置によれば、光ファイバ用ワークで発生した振動がアコースティックエミッションセンサにより検出され、制御部が光ファイバ用ワークの異常を示す振動を検出する。または、光ファイバ用ワーク加工装置の一部であるガラス体部が加熱されてクラック等が入る場合にも、ガラス体部で発生した振動がアコースティックエミッションセンサにより検出され、制御部が光ファイバ用ワークの異常を示す振動を検出する。従って、本発明によれば、光ファイバ用ワークや光ファイバ用ワーク加工装置のガラス体部の異常を目視により発見できない場合であっても、光ファイバ用ワークや光ファイバ用ワーク加工装置の異常を適時検出することができる。
さらに、前記制御部は、前記アコースティックエミッションセンサが検出する振動の内、周波数が60kHz以上90kHz以下の振動が時間の経過とともに増加した場合に、前記光ファイバ用ワークに異常が生じたと判断することが好ましい。
制御部が、周波数が60kHz以上90kHz以下の振動が増加することを検出することで、光ファイバ用ワークの破断やクラックの発生を適切に検出することができる。
また、前記保持部は、前記光ファイバ用ワークを回転可能に保持する旋盤に設けられることが好ましい。
保持部が旋盤に設けられることにより、この旋盤を用いて光ファイバ用ワークを回転させながら加工する場合であっても、光ファイバ用ワークの異常を検出することができる。例えば、外付法やCVD法を用いて光ファイバ用母材を製造する工程や、光ファイバ用ワークが光ファイバ用母材とダミーガラス体であり、光ファイバ用母材とダミーガラス体との溶着を行ったり、ダミーガラス体が溶着された光ファイバ用母材の溶断を行ったりする場合において、熱衝撃によって生じる光ファイバ用ワークの破断やクラック等の異常を適切に検出することができる。
或いは、前記保持部は、前記光ファイバ用ワークを吊り下げて保持する吊持部であることが好ましい。
保持部が吊持部であることにより、この吊持部を用いて光ファイバ用ワークを吊り下げた状態で加工する場合であっても、光ファイバ用ワークの異常を検出することができる。例えば、光ファイバ用ワークがダミーガラス体が溶着された光ファイバ用母材であり、この光ファイバ用母材の線引きを行う場合のように、光ファイバ用母材が吊り下げられて加工される際に、熱衝撃によって生じる光ファイバ用母材の破断やクラック等の異常を適切に検出することができる。
以上のように、本発明によれば、光ファイバ用ワークの加工中に異常を適時検出することができる光ファイバの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ワーク加工装置が提供される。
本発明の光ファイバの製造方法により製造される光ファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。 図1の光ファイバの製造方法の工程を示すフローチャートである。 光ファイバ用母材の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。 VAD工程の様子を示す図である。 脱水焼結工程の様子を示す図である。 保持工程後の様子を示す図である。 溶着工程の様子を示す図である。 溶断工程の様子を示す図である。 線引工程の様子を示す図である。 光ファイバ用ワークが保持される様子を示す断面図である。 外付工程の様子を示す図である。 CVD工程の様子を示す図である。 実施例1において、破断が生じない場合の振動のスペクトルを示す図である。 実施例1において、破断が生じた場合の振動と破断が生じていない場合の振動との差スペクトルを示す図である。 実施例2において、破断が生じた場合の振動と破断が生じていない場合の振動との差スペクトルを示す図である。 実施例3の光ファイバ用母材の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。 実施例3において、破断が生じた場合の振動と破断が生じていない場合の振動との差スペクトルを示す図である。 実施例4の光ファイバ用母材の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。 実施例4において、破断が生じた場合の振動と破断が生じていない場合の振動との差スペクトルを示す図である。
以下、本発明に係る光ファイバの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ワーク加工装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、既説の構成要素と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
図1は、本発明の光ファイバの製造方法により製造される光ファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。
図1に示すように、本実施形態で製造される光ファイバ10は、コア11、コア11の外周面を隙間なく囲むクラッド12と、クラッド12を被覆する第一被覆層13と、第一被覆層13を被覆する第二被覆層14とから構成されている。クラッド12の屈折率は、コア11の屈折率よりも低くされている。コア11の直径は、例えば、7μm〜10μmとされ、クラッド12の外径は、例えば、125μmとされる。コア11を構成する材料としては、例えば、ゲルマニウム(Ge)等の屈折率を上げるドーパントが添加された石英(SiO)を挙げることができ、クラッド12を構成する材料としては、例えば、何もドーパントが添加されていない純粋石英を挙げることができ、また、第一被覆層13及び第二被覆層14を構成する材料としては、例えば、互いに種類の異なる紫外線硬化樹脂を挙げることができる。
図2は、図1の光ファイバ10の製造方法の工程を示すフローチャートである。
図2に示すように本実施形態の光ファイバ10の製造方法は、光ファイバ用母材を製造する母材製造工程P1と、製造された光ファイバ用母材とダミーガラス体とを旋盤で保持する保持工程P2と、旋盤に保持された光ファイバ用母材とダミーガラス体とを溶着する溶着工程P3と、光ファイバ用母材の一部を溶断する溶断工程P4と、ダミーガラス体が溶着された光ファイバ用母材を線引きする線引工程P5とを備える。なお、以下の説明において、特にガラス体が軟化状態や溶融状態や多孔体等である旨の言及をしない場合、ガラス体の少なくとも一部は充実の固体状態のガラス体であることを意味する。
<母材製造工程P1>
図3は、光ファイバ用母材の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図3に示すように、光ファイバ用母材10Pは、円柱状の形状をしており、コア11となるロッド状のコアガラス体11Pと、コアガラス体11Pを隙間なく囲みクラッド12となるクラッドガラス体12Pとから構成されている。この光ファイバ用母材10Pが、後述の様に線引きされ、さらに被覆されることにより、図1に示す光ファイバ10となる。
本実施形態の母材製造工程P1は、VAD法を用いた工程であり、VAD工程P1aと脱水焼結工程P1bとを備える。
(VAD工程P1a)
図3は、VAD工程P1aの様子を示す図である。図3に示すように本工程における光ファイバ用ワーク加工装置は、VAD装置20と、VAD装置20に取り付けられる複数のアコースティックエミッションセンサ7(以下、AEセンサ7)と、制御部8とを備える。
VAD装置20は、ブース21と、吊持部22と、複数の酸水素バーナ24とを備える。なお、VAD工程においては、後述のように酸水素バーナ64からはガラス体となる原料が火炎と共に噴射するため、酸水素バーナ64はデポジッションバーナと呼ばれる場合がある。
ブース21は、後述のようにスートの飛散を防止する機能を有する程度の気密性を有する。
吊持部22は、出発部材としてのガラスロッド53が垂直な状態で回転するようにガラスロッド53を保持する。このガラスロッド53は、後述のように光ファイバ用母材10Pの一部とはならないものの、先端に光ファイバ用母材10Pが形成されるダミーガラス体であり、加熱加工される対象であるため、たとえその形状が変形しない場合であっても、本工程ではガラスロッド53は光ファイバ用ワークの1つと理解することができる。また、後述のようにガラスロッド53とガラスロッド53の先端に付着するガラス多孔体16Pとの一体物も光ファイバ用ワークの1つと理解することができる。従って、光ファイバ用ワークであるガラスロッド53を垂直に保持する吊持部22は、保持部と理解される。
加熱部である酸水素バーナ24は、ガラス体から成るガラス部としての噴射口25を備えており、この噴射口25から光ファイバ用ワークを加熱する火炎を噴射する。なお、本実施形態では、最も下側に位置する酸水素バーナ24が、光ファイバ用母材10Pのコアガラス体11Pを形成するためのバーナであり、残りの2つの酸水素バーナ24がクラッドガラス体12Pを形成するためのバーナである。
AEセンサ7の1つは、吊持部22におけるガラスロッド53からの振動が伝導する位置に取り付けられており、本実施形態では、吊持部22の上面上に取り付けられて、ガラスロッド53から伝導する吊持部22の振動を検出する。また他のAEセンサ7は、それぞれの酸水素バーナ24における噴射口25からの振動が伝導する位置に取り付けられている。これらAEセンサ7は、周波数が50kHz以上500kHz以下の振動を検出する構成とされ、検出した振動に基づいた信号を出力する。AEセンサ7が、検出する振動の周波数が50kHz以上であれば、一般的なAEセンサにより適切に振動を検出することができる。従って、AEセンサ7として一般的なAEセンサを用いることができる。また、検出する周波数が、500kHz以下であれば、後述のように検出した振動から異常が生じたことを制御部8において適切に検出することができる。
制御部8は、AEセンサ7及びVAD装置20と電気的に接続されており、AEセンサ7から出力する信号が入力すると共に、この信号に光ファイバ用ワーク(本工程ではガラスロッド53やガラスロッド53とガラス多孔体16Pの一体物)や酸水素バーナ24の噴射口25の異常に起因する信号が含まれていないかを判断する構成とされ、更に、制御信号をVAD装置20に出力する構成とされている。また、VAD装置20は、制御部8からの制御信号によりその動作が制御される構成とされている。
このような光ファイバ用ワーク加工装置を用いる本実施形態のVAD工程P1aでは、吊持部22に吊持されたガラスロッド53を軸中心に回転させながら、コアガラス体11Pとなるスートをガラスロッド53の先端に堆積し、コアガラス体11Pとなるスートの堆積に連続して、クラッドガラス体12Pとなるスートを堆積する。このときブース21によりスートが外部に飛散することが防止されている。
コアガラス体11Pのスートの堆積は、流量が制御されたキャリアガス(例えばAr、Oなど)により、気化されたSiCl等のガラス体となる材料と共に気化されたドーパントとなる材料を酸水素バーナによる火炎内に導入する。そして、ガラス体となる原料がSiClであれば、SiClがSiOとされ、出発材であるガラスロッド53の先端にSiOとドーパントの微粒子からなるスートを堆積させる。このとき酸水素バーナ24の噴射口25も加熱される。上記のように光ファイバ10のコア11にゲルマニウムが添加される場合には、気化されたSiClとGeClとを酸水素バーナ24の火炎内に導入する。そして、SiClからSiOとされ、GeClからGeOとされ、SiOやGeOの微粒子からなるスートが堆積されてコアガラス体11Pとなるガラス多孔体とする。
次に、クラッドガラス体12Pとなるスートを堆積する。クラッドガラス体12Pとなるスートは、流量が制御されたキャリアガスにより、気化されたSiClを酸水素バーナの火炎中に導入し、SiClからSiOとすると共に、SiOガラスのスートを先に形成したコアガラス体11Pとなるガラス多孔体の外周を被覆するように堆積する。このスートの堆積により、クラッドガラス体12Pとなるガラス多孔体が形成される。このとき酸水素バーナ24の噴射口25も加熱される。上記のような光ファイバ10のクラッド12が、何らドーパントが添加されない石英により構成される場合には、特にドーパントを加えずにクラッドガラス体12Pとなるスートを堆積する。また、光ファイバ10のクラッド12が、フッ素等のドーパントが添加される石英により構成される場合には、気化されたSiClと共にドーパントを含有するガスを酸水素バーナの火炎内に導入する。例えば、ドーパントがフッ素である場合には、気化されたSiClと共に気化されたSiFを酸水素バーナの火炎内に導入する。
なお、ブース21には図示しない排気機構が備えられており、本工程において不要なガスがブース21外に排気される。
こうしてガラスロッド53の先端に光ファイバ用母材10Pとなるガラス多孔体16Pが形成される。
本工程におけるガラスロッド53や酸水素バーナ24の噴射口25の異常の検出は、AEセンサ7から出力される信号に、ガラスロッド53や噴射口25の異常に起因する振動が時間の経過とともに増加したことを検出することにより行われる。ガラスロッド53といった光ファイバ用ワークや噴射口25といった光ファイバ用ワーク加工装置のガラス体部の異常に起因する振動が含まれているか否かを判断するには、制御部8がVAD工程P1aにおいて特定の周波数の振動が増加したことを検出すれば良い。加熱されたガラス体に異常が生じると特定の周波数の振動が急激に増加するためである。この新たな周波数の振動としては、周波数が50kHz以上500kHz以下の振動を挙げることができる。
また、この新たな周波数の振動としては、周波数が60kHz以上90kHz以下の振動とすることがより好ましい。本発明者等は、加熱された光ファイバ用ワークやガラス体部にクラックや破断の発生といった異常が生じる場合に、光ファイバ用ワークやガラス体部の形状に関わらず、60kHz以上90kHz以下の振動が生じて、光ファイバ用ワークを保持する保持部や酸水素バーナに伝導することを見出した。従って、制御部8が60kHz以上90kHz以下の振動が増加することを検出することにより、光ファイバ用ワークやガラス体部におけるクラックや破断の発生を検出することができる。本工程のようにガラスロッド53やガラスロッド53とガラス多孔体16Pとの一体物が回転している場合、ガラスロッド53にクラックや破断が発生しても、その発生を目視により確認できない場合がある。また、噴射口25は火炎の噴射中に加熱されて光るため噴射口25にクラックが発生しても、その発生を目視により確認できない場合がある。しかし、このように制御部8が60kHz以上90kHz以下の振動が時間の経過とともに増加することを検出することにより、光ファイバ用ワークやガラス体部である噴射口25におけるクラックや破断の発生を適切に検出することができるのである。
制御部8が特定の周波数の振動が時間の経過とともに増加したことを検出するには、次のように行えばよい。例えば、制御部8は、AEセンサ7からの信号を所定期間だけ高速フーリエ変換解析を行って、振動スペクトルのデータを算出する。次に算出したデータと、当該所定期間より前に同様の方法で算出した振動スペクトルのデータとの差分を行い、これらデータの差スペクトルのデータを算出する。この差スペクトルのデータに、光ファイバ用ワークであるガラスロッド53やガラス体部である噴射口25に異常が生じる場合に生じる振動スペクトルのデータが含まれている場合に、制御部8は、ガラスロッド53或いは噴射口25に異常が生じたと判断する。このとき差スペクトルのデータに、周波数が60kHz以上90kHz以下の振動が含まれている場合には、ガラスロッド53や噴射口25クラックや破断が生じていると判断することができる。
制御部8がガラスロッド53や噴射口25の異常を検出したとき、制御部8は、VAD装置20を停止する制御信号を送信したり、図示しない手段により、異常である旨のアラームを発したりする。
(脱水焼結工程P1b)
次にVAD工程で得た光ファイバ用母材10pとなるガラス多孔体16Pに対して、脱水焼結工程P1bを行う。
図4は、脱水焼結工程P1bの様子を示す図である。図4に示すように本工程で用いるファイバ用ワーク加工装置は、脱水焼結を行う装置の一例である脱水焼結装置40と、脱水焼結装置40に取り付けられる複数のAEセンサ7と、制御部8とを備える。
脱水焼結装置40は、炉41内に設けられるヒータ42と、ヒータ42で囲まれるように配置されるマッフル43と、マッフル43を閉じるマッフル蓋44と、マッフル内にVAD工程で得たガラスロッド53とガラス多孔体16Pとの一体物を吊持する吊持部45とを備える。
マッフル43は、ガラス体から成るガラス管であり、本工程の光ファイバ用ワーク加工装置のガラス体部の1つとされる。マッフル43の一方は、板状のマッフル底46により塞がれている。マッフル43はガラス多孔体16P全体が挿入可能な大きさとされる。また、マッフル43内内にはAr、He等の不活性ガスやCl、SiFなどの脱水性ガスが充填されている。また、マッフル蓋44は、ガラスロッド53を挿通可能な直径の孔が形成された板状の部材であり、マッフル43の孔を塞いでいる。
加熱部であるヒータ42は、マッフル43の外周面を覆うように配置されており、例えば電気抵抗加熱を利用したヒータである。
吊持部45は、マッフル蓋44の孔にガラスロッド53が挿通されて、ガラス多孔体16Pがマッフル43内に位置した状態で、ガラスロッド53とガラス多孔体16Pとの一体物が垂直な状態で回転するようにして、ガラスロッド53を保持する。なお、吊持部22は、ガラスロッド53が垂直な状態で、ガラスロッド53を吊る状態でガラスロッド53を保持しても良く、ガラスロッド53を把持してガラスロッド53を固定的に保持しても良い。上記のようにガラスロッド53は光ファイバ用ワークであるため、吊持部45は吊持部22と同様に保持部と理解される。本実施形態において吊持部45は、吊持部22と同様の構成とされる。
AEセンサ7の1つは、吊持部45におけるガラスロッド53からの振動が伝導する位置に取り付けられており、本実施形態では、吊持部45の上面上に取り付けられて、ガラスロッド53から伝導する吊持部45の振動を検出する。また他のAEセンサ7の1つは、マッフル43の外周面上に取り付けられ、更に、他のAEセンサ7はマッフル蓋44のマッフル43からの振動が伝導する位置に取り付けられている。なお、AEセンサ7の保護のため、マッフル43やマッフル蓋44に取り付けられるAEセンサ7は、熱の影響が少ない位置に取り付けられることが好ましい。
制御部8は、AEセンサ7及び脱水焼結装置40と電気的に接続されており、AEセンサ7から出力する信号が入力すると共に、この信号に光ファイバ用ワーク(本工程ではガラスロッド53やガラスロッド53とガラス多孔体16Pとの一体物)やガラス体部であるマッフル43の異常に起因する信号が含まれていないかを判断する構成とされ、更に、制御信号を脱水焼結装置40に出力する構成とされている。また、脱水焼結装置40は、制御部8からの制御信号によりその動作が制御される構成とされている。
このような光ファイバ用ワーク加工装置を用いる本実施形態の脱水焼結工程P1bでは、吊持部45がガラスロッド53を軸中心に回転しながら、ヒータ42の熱でマッフル43を介してガラスロッド53とガラス多孔体16Pとを加熱する。この加熱によりマッフル43も加熱される。ガラス多孔体16Pが加熱されることにより、ガラス多孔体16Pのガラス粒子間に存在する水分が取り除かれ、次いでガラス多孔体16Pが充実の透明なガラス体となる。こうしてガラス多孔体16Pの中心付近がコアガラス体11Pとなり、コアガラス体11Pよりも外周側がクラッドガラス体12Pとなる。
なお、本工程では、炉41に設けられる図示しないガス供給管から必要なガスが供給されると共に、炉41に設けられる図示しない排気管から不要なガスが廃棄される。
本工程におけるガラスロッド53やマッフル43の異常の検出は、VAD工程におけるガラスロッド53や酸水素バーナ24の噴射口25の異常の検出と同様にして行えばよい。つまり、制御部8が本工程において特定の周波数の振動が増加したことを検出すれば良い。この振動の周波数はVAD工程において検出した特定の周波数と同様とすることができる。
制御部8がガラスロッド53やマッフル43の異常を検出したとき、制御部8は、脱水焼結装置40を停止する制御信号を送信したり、図示しない手段により、異常である旨のアラームを発したりする。
こうして得られたコアガラス体11Pとクラッドガラス体12Pを有する充実の透明なガラス体の一部を切断や研磨を施し円柱状の形状にすることにより、図3に示す光ファイバ用母材10Pを得る。
なお、上記のVAD工程P1aでは、複数の酸水素バーナ24を用いたが、例えば、コアガラス体11Pとなるガラス多孔体とクラッドガラス体12Pとなるガラス多孔体とを連続して形成しない場合には、酸水素バーナは1つであっても良い。例えば、コアガラス体11Pに添加されるドーパントとなる材料が、一部の希土類元素の様に気化できない場合は、上記VAD工程P1aと同様にしてコアガラス体11Pとなるガラス多孔体のみを形成する。その後、このガラス多孔体に希土類元素等のドーパントの塩化物が溶解した溶液を含浸させ、その後、液抜き、乾燥させる。そして、上記脱水焼結工程P1bと同様に脱水焼結工程を行い、コアガラス体11Pがガラスロッド53上に形成された状態とする。その後、更に後述する外付け工程を行い、クラッドガラス体12Pとなるガラス多孔体をコアガラス体11Pの外周面上に形成して、さらに、このガラス多孔体に対して上記脱水焼結工程P1bと同様に脱水焼結工程を行い、クラッドガラス体12Pとなるガラス多孔体を充実のガラス体として、コアガラス体11Pの外周面上にクラッドガラス体12Pが形成された状態とする。
<保持工程P2>
次に製造された光ファイバ用母材10Pを本工程及び次工程における光ファイバ用ワーク加工装置に保持する。図6は、保持工程P2後の様子を示す図である。図6に示すように、保持工程P2においては、光ファイバ用ワーク加工装置に上記の光ファイバ用母材10P、及び、ダミーガラス体50をセットする。
本工程における光ファイバ用ワーク加工装置は、主に金属から成る旋盤60と、旋盤60に取り付けられる複数のアコースティックエミッションセンサ7と、制御部8とを備える。
旋盤60は、基台61と、基台61上に設けられる一対の主軸台62a,62bと、それぞれの主軸台62a,62bに取り付けられ、互いに対向しているチャック部63a,63bと、それぞれのチャック部63a,63b間に沿って移動可能な酸水素バーナ64とを備える。
主軸台62aは、基台61に固定されており、主軸台62bは、基台61上に設けられ、主軸台62aに対して離れたり近づいたりする方向に移動可能とされている。
チャック部63a,63bは、それぞれ主軸台62a,62b内部に設けられる図示しないモータと連動し、主軸台62a,62bに対して回転可能とされている。
光ファイバ用母材10Pは、長手方向が水平となるように、チャック部63aに一端側がチャッキングされ、旋盤60に保持される。この状態において、光ファイバ用母材10Pは、チャック部63aの回転により、軸中心に回転可能とされる。
ダミーガラス体50は、特に形状が限定されるわけではないが、本実施形態においては、断面が円形の形状とされて、一端側が光ファイバ用母材10Pの外径と同じ外径の太径部51とされ、他端側が光ファイバ用母材10Pの外径よりも小さい外径の小径部52とされる形状を有している。また、ダミーガラス体50の小径部52には、径方向に沿って貫通している貫通孔H5が形成されている。そして、ダミーガラス体50は、小径部52がチャック部63bにチャッキングされ、旋盤60に保持される。この状態において、ダミーガラス体50は、チャック部63bの回転により、軸中心に回転可能とされる。
このように光ファイバ用母材10P、及び、ダミーガラス体50が、それぞれチャック部63a,63bにチャッキングされた状態で、図6に示すように光ファイバ用母材10Pの他端側の端面S1と、ダミーガラス体50の一端側の端面S5とが、互いに対向する。なお、旋盤60の、チャック部63a,63bは、光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50を保持するため、光ファイバ用ワーク加工装置の保持部と理解することができ、また、光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50は、後述のように旋盤60を用いて加熱されて溶着加工されるため、光ファイバ用ワークと理解することができる。
本実施形態では、チャック部63a,63bに光ファイバ用母材10P、及び、ダミーガラス体50が旋盤60に保持された状態で、光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50からの振動は、チャック部63a,63bに伝導し、さらにチャック部63a,63bが取り付けられる主軸台62a,62bに伝導し、さらに主軸台62a,62bが取り付けられる基台61に伝導する。
加熱部である酸水素バーナ64は、チャック63a,63bの間を移動できる構成とされ、ガラス体から成るガラス体部としての噴射口65を備えており、この噴射口65から光ファイバ用ワークである光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50を加熱する火炎を噴射する。
なお、旋盤60は、後述の溶着工程P3や溶断工程P4における水素濃度の測定の都合などからブース内に配置されても良い。
AEセンサ7の1つは、旋盤6における光ファイバ用母材10P或いはダミーガラス体50からの振動が伝導する位置に取り付けられており、本実施形態では、主軸台62a上に取り付けられて、主軸台62aの振動を検出する。また他のAEセンサ7は、酸水素バーナ64における噴射口65からの振動が伝導する位置に取り付けられている。
制御部8は、それぞれのAEセンサ7及び旋盤6と電気的に接続されており、AEセンサ7から出力する信号が入力すると共に、この信号に光ファイバ用ワーク(本工程では光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50)の異常や、酸水素バーナ64の異常に起因する信号が含まれていないかを判断する構成とされ、更に、制御信号を旋盤6に出力する構成とされている。また、旋盤6は、制御部8からの制御信号によりその動作が制御される構成とされている。
<溶着工程P3>
次に、旋盤60に保持された光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50とを溶着する。
図7は、本工程の様子を示す図である。まず、本工程では、互いに対向している光ファイバ用母材10Pの端面S1と、ダミーガラス体50の端面S5とが、所定の距離となるように、主軸台62bを移動させる。さらに、図7において破線で示すように、チャック部63a,63bを同一方向に回転させることにより、光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50を同一方向に回転させる。
このように端面S1,S5同士が所定の距離をあけて、同一方向に回転している状態で、酸水素バーナ64の火炎により、それぞれの端面S1,S5を加熱する。そして、光ファイバ用母材10Pの端面S1、及び、ダミーガラス体50の端面S5の温度が、それぞれ軟化点に達し、端面S1、S5が軟化したところで、主軸台62bを主軸台62a側に移動させて、それぞれの端面S1,S5を密着させる。その後、主軸台62bを主軸台62a側に僅かに移動させて、光ファイバ用母材10Pにダミーガラス体50を押し付けながら、酸水素バーナ64の火炎で、互いに密着している光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50の端面S1,S5の近傍を炙り、光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50とを溶着する。
主軸台62a上のAEセンサ7は、少なくとも酸水素バーナ64の火炎により光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50が炙られている間、旋盤60の主軸台62aの振動を検出している。また、酸水素バーナ64に取り付けられたAEセンサ7は、少なくとも光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50が炙られている間、AEセンサ7に伝導する振動を検出している。そして、検出された振動に基づく信号は、それぞれのAEセンサ7から出力されて、制御部8に入力する。上記のように一方のAEセンサ7は、旋盤60における光ファイバ用ワークである光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50からの振動が伝導する位置に取り付けられ、他方のAEセンサ7は、噴射口65からの振動が伝導する位置に取り付けられているため、制御部8は、入力したAEセンサ7からの信号に基づいて、加熱された光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50の異常、或いは、光ファイバ用ワークを加熱する熱で加熱された酸水素バーナ64の噴射口65の異常を検出する。この異常としては、例えば、熱衝撃による光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50や噴射口65のクラックや破断の発生を挙げることができる。
この光ファイバ用母材10P或いはダミーガラス体50の異常の検出は、AEセンサ7から出力される信号に、光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50の異常に起因する振動、或いは、噴射口65の異常に起因する振動が時間の経過とともに増加したことを検出することにより行われる。光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50といった光ファイバ用ワークの異常に起因する振動が含まれているか否かを判断するには、制御部8が溶着時に特定の周波数の振動が増加したことを検出すれば良い。この振動の周波数はVAD工程において検出した特定の周波数と同様とすることができる。
また、本工程においてもこの特定の周波数の振動としては、周波数が60kHz以上90kHz以下の振動とすることがより好ましい。
制御部8が特定の周波数の振動が時間の経過とともに増加したことを検出するには、VAD工程における振動数の増加の検出と同様に行えばよい。
制御部8が光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50の異常を検出したとき、制御部8は、旋盤60を停止する制御信号を送信したり、図示しない手段により、異常である旨のアラームを発したりする。
こうして光ファイバ用母材10P或いはダミーガラス体50に異常が発生しているかが監視された状態で、光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50とが溶着される。
<溶断工程P4>
次に、ダミーガラス体50が溶着された光ファイバ用母材10Pの一部を溶断することで、光ファイバ用母材10Pの先端を細径化する。
図8は、溶断工程P4の様子を示す図である。図8に示すように、本工程では、光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50を同一方向に回転させながら、光ファイバ用母材10Pの一部を酸水素バーナ64の火炎により加熱する。そして、光ファイバ用母材10Pの加熱された部分が軟化点に達して軟化したところで、主軸台62bを主軸台62aから離れる方向に移動させて、光ファイバ用母材10Pを延伸し、溶断する。
本工程において、AEセンサ7は、少なくとも酸水素バーナ64の火炎により光ファイバ用母材10Pが炙られている間、溶着工程P3と同様にして、旋盤60の主軸台62aの振動や酸水素バーナ64の振動を検出し、制御部8に検出された振動に基づく信号が入力されている。そして、制御部8は、溶着工程P3と同様にして、光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50の異常或いは酸水素バーナ64の噴射口65の異常を検出する。また、溶着工程P3と同様にして、制御部8が光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50や酸水素バーナ64の異常を検出したとき、制御部8は、旋盤60を停止する制御信号を送信したり、図示しない手段により、異常である旨のアラームを発したりする。
こうして光ファイバ用母材10P或いはダミーガラス体50に異常が発生しているかが監視された状態で、光ファイバ用母材10Pの一部が溶断されて、その先端が細径化される。
<線引工程P5>
図9は、線引工程P5の様子を示す図である。本工程においては、まず、ダミーガラス体50が溶着され、溶断により先端が細径化された光ファイバ用母材10Pを光ファイバ用ワーク加工装置にセットする。
本工程における光ファイバ用ワーク加工装置は、紡糸炉100と、金属製の吊持部9と、吊持部9に設けられるAEセンサ7と、制御部8とを備える。本実施形態では、後述のように線引加工される光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50の一体物が光ファイバ用ワークであり、吊持部9は、光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50との一体物を保持する保持部とすることができる。
吊持部9は、光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50の一体物を吊り下げるように保持し、着脱ピン93と着脱ピン93が貫通する母材支持体94とを有する。また、紡糸炉100は、加熱部110を有する。
本工程においては、AEセンサ7は、吊持部9の母材支持体94に取り付けられている。
図10は、光ファイバ用ワークである光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50の一体物が吊持部9により保持される様子を示す断面図である。図10に示すように、母材支持体94は、下方に向かって凹部94cが形成されており、凹部94cを形成している母材支持体94の枠部94fには、貫通孔H9が形成されている。
まず、この凹部94cにダミーガラス体50の小径部52を入り込ませる。そして、凹部94cに入り込んでいるダミーガラス体50の小径部52に形成された貫通孔H5、及び、母材支持体94の枠部94fに形成された貫通孔H9に、着脱ピン93を挿通する。従って、母材支持体94が高い位置に固定されることで、光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50との一体物が、着脱ピン93を介して母材支持体94に吊り下げられる。こうして、光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50の一体物は、吊持部9に吊り下げられ、光ファイバ用母材10Pは、ダミーガラス体50を介して吊持部9に吊り下げられるように保持される。
本工程では、このように光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50の一体物は、吊持部9に吊り下げられるように保持されることで、光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50からの振動は、吊持部9の着脱ピン93に伝導し、更に母材支持体94に伝導する。AEセンサ7は、上述のように吊持部9の母材支持体94に取り付けられているため、光ファイバ用ワークからの振動が伝導する位置に取り付けられていることになる。
次に、図9に示すように光ファイバ用母材10Pの少なくとも先端が、紡糸炉100の加熱部110により加熱される場所に位置するように、吊持部9により保持された光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50の一体物を移動させる。なお、このように光ファイバ用母材10Pが位置すると、少なくとも光ファイバ用母材10Pが加熱される位置は、紡糸炉100の外側から目視することができない。
次に紡糸炉100の加熱部110を発熱させて、光ファイバ用母材10Pを加熱する。このとき光ファイバ用母材10Pの下端は、例えば2000℃に加熱され溶融状態となる。そして、光ファイバ用母材10Pからガラスが溶融して、ガラスが線引きされる。
このときAEセンサ7は、少なくとも光ファイバ用母材10Pが加熱されている間、吊持部9の母材支持体94の振動を検出している。そして、検出された振動に基づく信号は、AEセンサ7から出力されて、制御部8に入力する。上記のようにAEセンサ7は、吊持部9における光ファイバ用ワークである光ファイバ用母材10P及びダミーガラス体50からの振動が伝導する位置に取り付けられているため、制御部8は、入力したAEセンサ7からの信号に基づいて、光ファイバ用母材10P或いはダミーガラス体50の異常を検出する。この異常としては、溶着工程P3における光ファイバ用母材10P或いはダミーガラス体50の異常と同様の異常を挙げることができる。
そして、本工程における光ファイバ用母材10P或いはダミーガラス体50の異常の検出は、溶着工程P3における光ファイバ用母材10P或いはダミーガラス体50の異常の検出と同様に行えばよい。上記のように光ファイバ用母材10Pは、紡糸炉100により目視できない。このため光ファイバ用母材10Pの加熱される部分にクラックや破断が発生しても、その発生を目視により確認できない。しかし、制御部8が、溶着工程P3と同様に光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50の異常に起因する振動が増加することを検出することにより、この異常を適切に検出することができる。更に制御部8が、60kHz以上90kHz以下の振動が増加することを検出することにより、光ファイバ用ワークにおけるクラックや破断の発生を適切に検出することができる。
制御部8が光ファイバ用母材10Pやダミーガラス体50の異常を検出したとき、制御部8は、紡糸炉100を停止する制御信号を送信したり、図示しない手段により、異常である旨のアラームを発したりする。
このように光ファイバ用ワークの異常が監視された状態で、線引きされた溶融状態のガラスは、紡糸炉100から出ると、すぐに固化を開始して、コアガラス体11Pがコア11となり、クラッドガラス体12Pがクラッド12となり、コア11とクラッド12とから構成される光ファイバとなる。その後、この光ファイバは、冷却装置120を通過して、適切な温度まで冷却される。冷却装置120に入る際、光ファイバの温度は、例えば1800℃程度であるが、冷却装置120を出る際には、光ファイバの温度は、例えば40℃〜50℃となる。
次に、光ファイバは、第一被覆層13となる紫外線硬化性樹脂が入ったコーティング装置131を通過し、この紫外線硬化性樹脂で被覆される。更に紫外線照射装置132を通過し、紫外線が照射されることで、紫外線硬化性樹脂が硬化して第一被覆層13が形成される。次に光ファイバは、第二被覆層14となる紫外線硬化性樹脂が入ったコーティング装置133を通過し、この紫外線硬化性樹脂で被覆される。更に紫外線照射装置134を通過し、紫外線が照射されることで、紫外線硬化性樹脂が硬化して第二被覆層14が形成され、図1に示す光ファイバ10となる。そして、光ファイバ10は、ターンプーリー141により方向が変換され、リール142により巻取られる。
こうして光ファイバ用母材10P或いはダミーガラス体50に異常が発生しているかが監視された状態で、図1に示す光ファイバ10が製造される。
以上説明したように、本実施形態において、光ファイバ用ワーク加工装置における光ファイバ用ワークを保持する保持部は、溶着工程P3では旋盤60のチャック63a,63bであり、線引工程P5では吊持部9である。そして、本実施形態による光ファイバ用ワーク加工装置では、AEセンサ7が光ファイバ用ワークや光ファイバ用ワーク加工装置のガラス体部といったガラス体の振動が伝導する位置に取り付けられている。上記の各工程において、光ファイバ用ワークや光ファイバ用ワーク加工装置のガラス体部の少なくとも一部は1000℃〜2000℃に加熱され、当該温度に加熱された状態の固体状態の充実のガラス体にクラック等の異常が生じる場合がある。AEセンサ7は、このように加熱された状態の光ファイバ用ワークや光ファイバ用ワーク加工装置のガラス体部が充実の固体状態で異常をきたす場合に当該振動を検出することで、光ファイバ用ワークが回転している状態や見えない状態であっても、光ファイバ用ワークの異常を適時検出することができる。
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、光ファイバや光ファイバ用母材の形態や各工程におけるガス種といった各構成は本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更可能である。
例えば、上記母材製造工程P1では、VAD工程P1aと脱水焼結工程P1bとを有していたが、本発明はこれに限らない。
(母材製造工程P1の他の例)
例えば、母材製造工程P1は外付工程を有しても良い。図11は、外付工程の様子を示す図である。図11に示すように本工程で用いるファイバ用ワーク加工装置は、外付装置70と、外付装置70に取り付けられる複数のAEセンサ7と、制御部8とを備える。
外付装置70は、ブース71と、ブース71内に配置される上記旋盤60と同様の旋盤60とから構成される。また、それぞれのAEセンサ7は、溶着工程P3や溶断工程P4におけるファイバ用ワーク加工装置と同様の位置に設けられる。
このようなファイバ用ワーク加工装置を用いた外付工程は次の様に行われる。まず、上記VAD工程P1a及び脱水焼結工程P1bおよび他の必要な工程を経て、コアガラス体11Pの外周面がクラッドガラス体で隙間なく囲まれたガラス体を準備する。ただし、本工程で準備されるクラッドガラス体の外径は、図3に示す本来あるべき光ファイバ用母材10Pのクラッドガラス体12Pの外径よりも小さくされる。これは、VAD工程P1aでクラッドガラス体12Pとなるガラス多孔体を意図的に少なめに形成して、クラッドガラス体12Pの内周側の部位を形成し、ガラス多孔体を多く付着させる必要があるクラッドガラス体12Pの外周側の部位は効率の良い外付法を用いて形成した方が全体の工程の効率が良くなるためである。従って、上記で準備されるガラス体は、光ファイバ用母材10Pよりもクラッドガラス体の外径が小さな母材用ロッド17Rである。次に準備した母材用ロッド17Rの両端にガラス体から成るダミーガラス体54を溶着する。母材用ロッド17Rへのダミーガラス体54の溶着は、母材用ロッド17Rの一端にダミーガラス体54を溶着した後、母材用ロッド17Rの他端にダミーガラス体54を溶着する。それぞれの溶着は、上記溶着工程P3において、光ファイバ用母材10Pとダミーガラス体50とを溶着するのを同様に行えばよい。
次に母材用ロッド17Rの両端に溶着されたダミーガラス体54を旋盤60のそれぞれのチャック63a,63bでチャッキングして母材用ロッド17Rとダミーガラス体54との一体物を旋盤60にセットする。
次に旋盤60にセットされた母材用ロッド17Rがダミーガラス体54と共に回転している状態で、酸水素バーナ64を母材用ロッド17Rの長手方向に沿って移動させながら母材用ロッド17Rを加熱して、クラッドガラス体12Pの外周側の部位となるスートを母材用ロッド17Rの外周面上に堆積する。なお、本工程においてもVAD工程と同様に、酸水素バーナ64からはガラス体となる原料が火炎と共に噴射するため、酸水素バーナ64はデポジッションバーナと呼ばれる場合がある。このスートの堆積は、VAD工程P1aにおいてクラッドガラス体12Pとなるスートを堆積した工程と同様にして、流量が制御されたキャリアガス(ArやO等)により、気化されたSiCl等の原料を酸水素バーナの火炎中に導入すれば良い。こうして母材用ロッド17Rの外周面上にクラッドガラス体12Pの外周側の部位となるガラス多孔体17Pが形成される。なお、図11においてガラス多孔体17Pは破線で示されており、酸水素バーナ64から噴射する火炎は、ガラス多孔体17Pが形成されていない状態が示されている。
本工程において、上記溶着工程P3や溶断工程P4を同様にして、AEセンサ7により旋盤60の主軸台62aの振動や酸水素バーナ64の振動が検出され、制御部8に検出された振動に基づく信号が入力される。そして、制御部8は、溶着工程P3や溶断工程P4と同様にして、母材用ロッド17Rやダミーガラス体54の異常或いは酸水素バーナ64の噴射口65の異常を検出する。そして、溶着工程P3や溶断工程P4と同様にして、制御部8が母材用ロッド17Rやダミーガラス体54や酸水素バーナ64の異常を検出したとき、制御部8は、旋盤60を停止する制御信号を送信したり、図示しない手段により、異常である旨のアラームを発したりする。
次に、母材用ロッド17Rの外周面上にガラス多孔体17Pが形成されたガラス体に対して上記の脱水焼結工程P1bと同様にして脱水焼結工程を行う。そして、得られたコアガラス体11Pとクラッドガラス体12Pを有する充実の透明なガラス体の一部を切断や研磨を施し円柱状の形状にすることにより、図3に示す光ファイバ用母材10Pを得る。
なお、本工程は、母材用ロッド17Rが水平の状態で旋盤60にセットされたが、母材用ロッド17Rが垂直の状態でセットされるような旋盤が用いられても良い。
(母材製造工程P1の更に他の例)
また、上記実施形態の母材製造工程P1では、VAD法を用いたが、CVD法を用いても良い。図12は、CVD工程の様子を示す図である。図12に示すように本工程で用いるファイバ用ワーク加工装置は、CVD装置80と、CVD装置80に取り付けられる複数のAEセンサ7と、制御部8とを備える。
CVD装置80は、ブース81と、ブース81内に配置され、ガス供給管84及び排気管85が設けられる点を除き上記旋盤60と同様の構成の旋盤60とから構成される。このガス供給管84は、一方のチャック63aの中心付近に設けられており、図示しないガス供給部から供給されるキャリアガスと原料ガスであるSiCl等のガスを供給することができるよう構成されている。また、排気管85は、他方のチャック63bの中心付近に設けられており、図示しないガス排気部に接続されて、不要なガスを排気するよう構成されている
外付装置70は、ブース71と、ブース71内に配置される上記旋盤60と同様の旋盤60とから構成される。また、それぞれのAEセンサ7は、溶着工程P3や溶断工程P4におけるファイバ用ワーク加工装置と同様の位置に設けられる。
このようなファイバ用ワーク加工装置を用いたCVD工程は、次の様に行われる。まず、光ファイバ用母材12Pのクラッドガラス体12Pの一部となる光ファイバ用ワークとしてのガラス管18Pの両端がそれぞれのチャック63a,63bにチャッキングされて、ガラス管18Pが旋盤60にセットされる。このとき、図12に示すように、ガラス管18Pの先端が貫通孔H8内に挿入された状態となる。
こうしてガラス管18Pがセットされた状態で、ガラス管18Pの内壁にガラス層を積層する。本実施形態においては、ガラス管18Pの内壁に、まず、クラッドガラス体12Pとなるクラッドガラス層を積層し、次にコアガラス体11Pとなるコアガラス層を積層する。この工程においては、チャック63a,63bを回転させて、ガラス管18Pを軸中心に回転させると共に、ガラス管18Pの長手方向に沿って酸水素バーナ64を移動させることで、ガラス管18Pを加熱する。このときガス供給管84からSiClやGeCl等の必要な原料ガスが貫通孔H8内に供給され、不要なガスが排気管85から排気する。そして、原料ガスに由来するスート18sが堆積して、堆積したスート18sが、バーナ58の移動により加熱されて、ガラス層となる。この動作を繰り返すことで、積層されたガラス層は、ガラス管18Pの一部なり、ガラス管18Pの厚さは厚くなる。また、スート18sをひととおり堆積させた後に最後にスート18sのガラス化を行ってもよい。なお、クラッドガラス体12Pとなるガラス層の積層においては、SiClガスがガス供給管84からガラス管18P内に供給され、コアガラス体11Pとなるガラス層の積層においては、SiClガス及びGeClガスがガス供給管84からガラス管18P内に供給される。こうして、外周側にクラッドガラス体12Pとなるガラス層が積層され、内周側にコアガラス体11Pとなるガラス層が積層されたガラス管18Pを得る。
次にCVD工程で得られたガラス管18Pの貫通孔を潰すコラプス工程を行う。コラプス工程は、原料ガスの供給を停止して、酸水素バーナ64を往復移動させることにより、ガラス管を過熱する。この加熱により、ガラス管18Pの貫通孔H8が縮小され、最終的に貫通孔H8は潰される。この工程は減圧下で行われる。このときガラス管18Pを軸中心に回転されることが好ましい。
なお、上記のCVD工程及びコラプス工程においては、上記溶着工程P3や溶断工程P4を同様にして、AEセンサ7により旋盤60の主軸台62aの振動や酸水素バーナ64の振動が検出され、制御部8に検出された振動に基づく信号が入力される。そして、制御部8は、溶着工程P3や溶断工程P4と同様にして、ガラス管18P或いは酸水素バーナ64の噴射口65の異常を検出する。そして、溶着工程P3や溶断工程P4と同様にして、制御部8がガラス管18Pや酸水素バーナ64の異常を検出したとき、制御部8は、旋盤60を停止する制御信号を送信したり、図示しない手段により、異常である旨のアラームを発したりする。
なお、本工程においてガラス管18Pを加熱する手段として酸水素バーナ64の代わりにヒータ炉等を用いても良い。この場合、酸水素バーナ64に設置したAEセンサ7は不要となる。
(その他の変形例)
また、図1に示す光ファイバはその一例を示すものであり、他の形態の光ファイバであっても良い。例えば、クラッドの外周面の断面における形状が多角形であったり、クラッドの外周面を隙間なく囲む外側のクラッドが形成されていても良い。
また、上記工程では、AEセンサ7が複数設けられる場合があったが、AEセンサ7は1か所に設けられても良い。例えば、VAD装置20に設けられるAEセンサ7は、吊持部22上のみに設けられたり、酸水素バーナ24のみに設けられたりしても良い。また、旋盤60に設けられるAEセンサ7は、主軸台62上のみに設けられたり、酸水素バーナ64のみに設けられたりしても良い。例えば、上記実施形態において酸水素バーナ24,64の噴射口65がガラス体から構成されずに金属やセラミックから構成されていて良く、この場合、酸水素バーナ24,64に設けられるAEセンサ7は不要である。また、脱水焼結装置に設けられるAEセンサ7のいずれかが省略されて、例えば、マッフル43に設けられるAEセンサ7のみとされても良い。
また、一部の工程において、加工が可能である限りにおいて、光ファイバ用ワークが回転しなくても良い。
また、上記実施形態では、一つのAEセンサ7を用いて振動を検出したが、複数のAEセンサ7を用いて振動を検出しても良い。この場合、光ファイバ用ワークの異常をより精度良く検出することができる。例えば、溶着工程P3や溶断工程P4において、旋盤60のそれぞれの主軸台62a,62bにAEセンサ7を取り付けても良い。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
(実施例1)
直径が100mmで、長さが1500mmの円柱状であり、石英からなるガラスロッドを光ファイバ用ワークに見立てて準備した。次に図6に示す光ファイバ用ワーク加工装置と同様の装置を準備し、準備したガラスロッドを図6に示す光ファイバ用母材10Pと同様にして、旋盤のチャック部でチャッキングした。次にガラスロッドを30rpmで回転させつつ、旋盤の主軸台に取り付けたAEセンサにより主軸台の振動を検出した。この振動を高速フーリエ変換解析した。この結果を図19に示す。
さらに、ガラスロッドの回転を維持したまま酸水素バーナでガラスロッドを炙った。このとき酸水素バーナの出力を高くして、ガラスロッドにかかる熱応力が大きくなるようにした。ガラスロッドの炙りを開始してから10分後に、ガラスロッドのチャッキングされている部分から破断が生じた。このとき破断が生じた時点を含み、旋盤の主軸台に取り付けたAEセンサにより主軸台の振動を検出し、この振動を高速フーリエ変換解析した。そして、図13に示す破断が発生していないときの解析結果との差分スペクトルを取った。この結果を図14に示す。
図14に示すように、周波数が60kHz以上90Hz以下の振動が増加していることが示され、この振動がガラスロッドの破断による振動であることが分かった。従って、AEセンサによりガラスロッドの異常に起因する振動を検出することにより、ガラスロッドの異常を適時検出することができることが確認された。
(実施例2)
実施例1のガラスロッドと同様のガラスロッド、及び、図3に示す光ファイバ用母材と同様の構成で、大きさがガラスロッドと同様である光ファイバ用母材を準備した。そして、ガラスロッドの一方の端部近傍の外周面に傷を付けた。次に実施例1で用いた光ファイバ用ワーク加工装置の旋盤の一方のチャック部にガラスロッドの傷を付けた側と反対側をキャッキングして、他方のチャック部に光ファイバ用母材をチャッキングした。
次にガラスロッド及び光ファイバ用母材を実施例1と同様に回転させ、AEセンサにより振動を検出した。そして検出した振動を制御部により高速フーリエ変換解析し続けた。
そして、酸水素バーナに点火して、ガラスロッド及び光ファイバ用母材のそれぞれの対向面を加熱して、それぞれの対向面が軟化点に近づいたところで、ガラスロッドと光ファイバ用母材とを密着して、更に加熱をして、ガラスロッドと光ファイバ用母材とを溶着しようとした。ガラスロッドと光ファイバ用母材とを密着後に加熱を続けている段階で、先に付けたガラスロッドの傷を起点として、ガラスロッドが破断した。
そこで、破断が発生していないときの解析結果と、破断がした時点を含む解析結果との差分スペクトルを取った。この結果を図15に示す。
図15に示すように、実施例1と同様にして周波数が60kHz以上90Hz以下の振動が増加していることが示され、この振動がガラスロッドの破断による振動であることが分かった。従って、2つの光ファイバ用ワークが接触している状態であっても、同様の周波数の振動が生じることが分かった。そして、2つの光ファイバ用ワークが接触している状態で光ファイバ用ワークに異常が生じても、AEセンサにより振動を検出することで、この異常を適時検出することができることが確認された。
(実施例3)
直径が100mmで長さが1500mmであり、肉厚が20mmのガラス管、及び、このガラス管と同じ長さで直径が20mmのガラスロッドを7本準備した。このガラスロッドの内、1本の端部近傍の外周面に傷を付けた。次にこのガラス管の貫通孔にガラスロッドを全て挿入し、光ファイバ用母材とした。ただし、傷を付けたガラスロッドが、中心に位置するようにした。この光ファイバ用母材の様子を長手方向に垂直な断面で、図16に示す。図16において、31はガラス管を示し、32aは傷を付けたガラスロッドを示し、32bは傷をつけていない他のガラスロッドを示す。また、実施例1のガラスロッドと同様のガラスロッドを準備した。
次に実施例1で用いた光ファイバ用ワーク加工装置の旋盤の一方のチャック部にガラスロッドをキャッキングして、他方のチャック部に光ファイバ用母材をチャッキングした。ただし、傷を付けたガラスロッド32aの傷の位置が他方のチャック部にチャッキングされたガラスロッド側となるように光ファイバ用母材をチャッキングした。
次にガラスロッド及び光ファイバ用母材を実施例1と同様に回転させ、AEセンサにより振動を検出した。そして検出した振動を制御部により高速フーリエ変換解析し続けた。
そして、酸水素バーナに点火して、ガラスロッド及び光ファイバ用母材のそれぞれの対向面を加熱して、それぞれの対向面が軟化点に近づいたところで、ガラスロッドと光ファイバ用母材とを密着して、更に加熱をして、ガラスロッドと光ファイバ用母材とを溶着した。その後、回転を維持させながら酸水素バーナを消火して、ガラスロッドと光ファイバ用母材とを自然冷却した。この自然冷却の最中に先につけておいたガラスロッドの傷を起点として、光ファイバ用母材に破断が生じた。
そこで、破断が発生していないときの解析結果と、破断がした時点を含む解析結果との差分スペクトルを取った。この結果を図17に示す。
図17に示すように、実施例1と同様にして周波数が60kHz以上90Hz以下の振動が増加していることが示され、この振動がガラスロッドの破断による振動であることが分かった。従って、複数の部材を組み上げた光ファイバ用母材の内部に破断が生じる場合であっても、同様の周波数の振動が生じることが分かった。そして、このような光ファイバ用ワークとしての光ファイバ用母材に異常が生じても、AEセンサにより振動を検出することで、この異常を適時検出することができることが確認された。
(実施例4)
実施例1のガラスロッドと同様のガラスロッドを2本準備した。そして1本のガラスロッドには、穿孔処理を施して、中心軸を囲み長手方向に貫通する直径が5mmの貫通孔を6個形成した。この貫通孔を形成するガラスロッドの内周面に対して、研磨処理を施さず、穿孔処理において内周面に付いた傷を残した。この貫通孔が形成されたガラスロッドの様子を長手方向に垂直な断面で、図18に示す。図18において、33はガラスロッドを示し、34はガラスロッド33に形成された貫通孔を示す。
次に実施例1で用いた光ファイバ用ワーク加工装置の旋盤の一方のチャック部に貫通孔が形成されていないガラスロッドをチャッキングして、他方のチャック部に貫通孔が形成されたガラスロッドをチャッキングした。
次にそれぞれのガラスロッドを実施例1と同様に回転させ、AEセンサにより振動を検出した。そして検出した振動を制御部により高速フーリエ変換解析し続けた。
そして、酸水素バーナに点火して、それぞれのガラスロッドのそれぞれの対向面を加熱して、それぞれの対向面が軟化点に近づいたところで、それぞれのガラスロッドを密着して、更に加熱をして、それぞれのガラスロッドを溶着した。その後、回転を維持させながら酸水素バーナを消火して、それぞれのガラスロッドを自然冷却した。その後、再び酸水素バーナに点火して、酸水素バーナをトラバースして、溶着したそれぞれのガラスロッドを火炎研磨した。さらに貫通孔が形成されたガラスロッドの溶着点から100cm離れた地点に酸水素バーナを固定し、貫通孔が形成されたガラスロッドの溶断作業を行った。このときガラスロッドの内周面に残した傷を起点として、光ファイバ用母材に破断が生じた。
そこで、破断が発生していないときの解析結果と、破断がした時点を含む解析結果との差分スペクトルを取った。この結果を図19に示す。
図19に示すように、実施例1と同様にして周波数が60kHz以上90Hz以下の振動が増加していることが示され、この振動がガラスロッドの破断による振動であることが分かった。従って、光ファイバ用ワークの溶断時において破断が生じる場合であっても、同様の周波数の振動が生じることが分かった。また、ガラスロッドの形状によらず同様の周波数の振動が生じることが分かった。そして、このような光ファイバ用ワークとしての光ファイバ用母材に異常が生じても、AEセンサにより振動を検出することで、この異常を適時検出することができることが確認された。
以上の実施例の結果より、光ファイバ用ワークを加工する際に、AEセンサにより光ファイバ用ワークの保持部の振動を検出することで、光ファイバ用ワークの異常を検出できることが確認できた。また、保持部からAEセンサに伝導する振動の内、60kHz以上90kHz以下の振動を検出することにより、光ファイバ用ワークの破断を検出することができることが分かった。この振動の周波数は、ガラス材のワークが光ファイバ用ワークの加工機を伝導する周波数であるため、光ファイバ用母材を線引きする線引工程であっても同様の検出ができると考えられる。
以上のように、本発明によれば、本発明によれば、光ファイバ用ワークの異常を適時検出することができる光ファイバの製造方法、及び、それに用いる光ファイバ用ワーク加工装置が提供され、さまざまな種類の光ファイバの製造に有用である。
6・・・旋盤(保持部)
7・・・アコースティックエミッションセンサ(AEセンサ)
8・・・制御部
9,22・・・吊持部(保持部)
10・・・光ファイバ
10P・・・光ファイバ用母材
11・・・コア
11P・・・コアガラス体
12・・・クラッド
12P・・・クラッドガラス体
16P、17P・・・ガラス多孔体
18P・・・ガラス管
20・・・VAD装置
24・・・酸水素バーナ
25・・・噴射口(ガラス体部)
40・・・脱水焼結装置
43・・・マッフル
50・・・ダミーガラス体
61・・・基台
62a,62b・・・主軸台
63a,63b・・・チャック部
64・・・酸水素バーナ
70・・・外付装置
80・・・CVD装置
93・・・着脱ピン
94・・・母材支持体
100・・・紡糸炉
P1・・・母材製造工程
P2・・・保持工程
P3・・・溶着工程
P4・・・溶断工程
P5・・・線引工程

Claims (8)

  1. ガラス体から成る光ファイバ用ワークを光ファイバ用ワーク加工装置により保持して加熱加工する加工工程を備え、
    前記加工工程において、加熱された状態の前記光ファイバ用ワークの異常に起因する振動、または、前記光ファイバ用ワークを加熱する熱により前記光ファイバ用ワーク加工装置の一部であるガラス体部が加熱された状態での前記ガラス体部の異常に起因する振動を、アコースティックエミッションセンサを用いて検出する
    ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
  2. 前記アコースティックエミッションセンサが検出する振動の内、周波数が60kHz以上90kHz以下の振動が時間の経過とともに増加した場合に、前記光ファイバ用ワークに異常が生じたと判断する
    ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。
  3. 前記加工工程は、前記光ファイバ用ワークを回転しながら加熱する工程である
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバの製造方法。
  4. 前記加工工程は、前記光ファイバ用ワークを吊持した状態で加熱する工程である
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバの製造方法。
  5. 光ファイバの製造に用いるガラス体から成る光ファイバ用ワークを加熱加工する光ファイバ用ワーク加工装置であって、
    前記光ファイバ用ワークを保持する保持部と、
    前記保持部に保持された光ファイバ用ワークを加熱する加熱部と、
    加熱された状態の前記光ファイバ用ワークからの振動、または、前記光ファイバ用ワークを加熱する熱により当該光ファイバ用ワーク加工装置の一部でありガラス体から成るガラス体部が加熱された状態での前記ガラス体部からの振動を、検出するアコースティックエミッションセンサと、
    前記アコースティックエミッションセンサからの信号を受信する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記アコースティックエミッションセンサからの信号により、ファイバ用ワークの加熱加工時における異常を検出する
    ことを特徴とする光ファイバ用ワーク加工装置。
  6. 前記制御部は、前記アコースティックエミッションセンサが検出する振動の内、周波数が60kHz以上90kHz以下の振動が時間の経過とともに増加した場合に、前記光ファイバ用ワークに異常が生じたと判断する
    ことを特徴とする請求項5に記載の光ファイバ用ワーク加工装置。
  7. 前記保持部は、前記光ファイバ用ワークを回転可能に保持する旋盤に設けられる
    ことを特徴とする請求項5または6に記載の光ファイバ用ワーク加工装置。
  8. 前記保持部は、前記光ファイバ用ワークを吊り下げて保持する吊持部である
    ことを特徴とする請求項5または6に記載の光ファイバ用ワーク加工装置。
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