JP2016222468A - 光ファイバ素線の製造方法、制御装置および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの外径が変動した場合でも方向変換器における光ファイバ裸線の浮揚位置を安定化できる光ファイバ素線の製造方法、制御装置および製造装置を提供する。【解決手段】光ファイバ母材２を溶融紡糸して光ファイバ裸線３を形成する紡糸工程と、光ファイバ裸線３の外周に被覆層を設けるコーティング工程と、被覆層を硬化させて光ファイバ素線５を得る硬化工程と、を有する光ファイバ素線の製造方法を提供する。光ファイバ裸線３の方向を方向変換器２０によって変換する。方向変換器２０は、光ファイバ裸線３を案内するガイド溝を有する。ガイド溝内には、光ファイバ裸線３を、流体を吹出させることによって浮揚させる吹出し口が形成されている。方向変換器２０における光ファイバ裸線３の位置を検出するとともに、光ファイバ裸線３の外径を測定し、光ファイバ裸線３の位置および外径に基づいて、方向変換器２０への前記流体の導入流量を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ素線の製造方法、制御装置および製造装置に関する。

光ファイバ素線の製造においては、一般に、光ファイバ母材から光ファイバを直線的な経路に沿って鉛直下方へ線引きする方法が採用されている。
例えば、図５に示す製造装置を用いて光ファイバ素線５を製造するには、光ファイバ母材２を紡糸部１０の加熱炉１１で溶融紡糸して光ファイバ裸線３を鉛直下向きに引き出す。光ファイバ裸線３を冷却部１２０で冷却した後、コーティング部３０で被覆層を設けて光ファイバ素線中間体４を得る。光ファイバ素線中間体４の被覆層を硬化部４０で硬化させて光ファイバ素線５を得る。光ファイバ素線５は、プーリー８０、引取り部９０を経て巻取り手段１００により巻き取る。

この製造方法においては、生産性に影響する要因として、システム全体の高さによる制限がある。システムの高さが生産性を制限する主な要因となるのは、光ファイバ母材を溶融紡糸して得られた光ファイバ裸線を十分に冷却するための距離を確保する必要があるからである。
建屋を含む新たな設備を新設すればこの制限は緩和できるが、そのために莫大な費用が必要となる上、将来にさらに生産性向上が求められれば、さらに莫大な費用をかけて新たな設備を新設する必要が生じる。
この制限を緩和する方法として、非接触保持機構を有する方向変換用の器具を用いる方法がある。
非接触保持機構は、空気などの流体の圧力によって対象を非接触で保持する機構であって、この機構を有する方向変換器では、光ファイバ裸線（ベアファイバ、裸ファイバ）に接触することなく、光ファイバ裸線を方向変換させることができる。
この方向変換器を用いれば、光ファイバ母材から第一の経路に沿って線引きした光ファイバ裸線の方向を、第一の経路とは異なる第二の経路に沿うように変換することができる（例えば、特許文献１、２を参照）。

特許文献１には、光ファイバが導入される溝を有し、この溝内に開口が形成された方向変換用の器具を用いる光ファイバの製造方法が開示されている。この方法では、１つの流入口を通して前記器具に導入したガスを開口から噴出させ、ガスの圧力により光ファイバを浮揚させた状態でこの光ファイバを方向変換させる。
特許文献２に記載の方向転換器は、光ファイバ裸線を案内するガイド溝を有し、ガイド溝の底面および両側面にガスの吹出口が形成されている（実施例、図３および図４を参照）。この方向転換器を用いた製造方法では、４つの吹出口から吹出されるガスの圧力により光ファイバを浮揚させた状態でこの光ファイバを方向変換させる。

特許第５５７１９５８号公報 特開昭６２−００３０３７号公報

光ファイバ裸線の浮揚量は、非接触保持機構の溝内で吹出されるガスの圧力と、光ファイバ裸線の外径と、光ファイバ裸線に加えられる線引張力とのバランスにより決まる。そのため、ガスの流速と光ファイバ裸線の外径と線引張力とが一定であれば、光ファイバ裸線の浮揚量も一定となり、安定的な線引きが可能である。
しかし、実際の製造工程では、光ファイバ母材の外径変動、光ファイバ裸線の線引き速度の変動、光ファイバ母材の残り長さの減少などを原因として、光ファイバ裸線の浮揚量が変化することがある。
特に、線引き速度を低速（例えば３０ｍ／ｍｉｎ程度）から、製品製造時の定常速度（一般には１５００ｍ／ｍｉｎ以上）へと高める過程（以下、増速工程と呼ぶ）においては、光ファイバ裸線の外径と線引張力は一定に制御されている状態ではなく、線引き速度の増加と共に母材先端部の縮径部（ネックダウン）の形状が時々刻々と変化するため、光ファイバ裸線の外径および線引張力が変化し、浮揚量も時々刻々と変化する。
光ファイバ裸線の外径が小さくなった上に、線引張力が高くなると、光ファイバ裸線の浮揚量が小さくなるため、光ファイバ裸線が前記器具の溝の内面と接触するおそれがある。光ファイバ裸線が前記器具と接触すると、光ファイバ裸線が傷つき、その強度が低下する可能性がある。
一方、光ファイバ裸線の外径が大きくなった上に、線引張力が低くなると、光ファイバ裸線の浮揚量が大きくなって浮揚状態の安定性が低下し、光ファイバ裸線が前記器具の溝の内面と接触し、光ファイバ裸線が傷つき、その強度が低下するおそれがある。
また、非接触保持機構における光ファイバ裸線の浮揚位置が変化すると、非接触保持機構の下流側に設置されたコーティング部への光ファイバ裸線の導入位置が変動することにより、コーティングの偏肉が生じるおそれがある。
なお、上流側とは線引き方向の上流側をいい、下流側とは線引き方向の下流側をいう。従って、下流方向とは一定の方向ではなく、非接触保持機構で光ファイバ裸線が方向変換された後についてはその方向変換した方向が下流方向である。

本発明の一態様は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバの外径が変動した場合でも方向変換器における光ファイバ裸線の浮揚位置を安定化できる光ファイバ素線の製造方法、制御装置および製造装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸工程と、前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる被覆層を設けるコーティング工程と、前記被覆層を硬化させて光ファイバ素線を得る硬化工程と、を有し、前記紡糸工程から前記コーティング工程までのいずれかの位置で、前記光ファイバ裸線の方向を１または複数の方向変換器によって変換し、前記方向変換器は、前記光ファイバ裸線を案内するガイド溝と、外部から流体が導入される内部空間とを有し、前記ガイド溝内には、前記内部空間の前記流体を吹出させることによって、前記ガイド溝内の前記光ファイバ裸線を浮揚させる吹出し口が形成され、少なくとも１つの前記方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置を検出するとともに、前記光ファイバ裸線の外径を測定し、前記光ファイバ裸線の位置および外径に基づいて、前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御する光ファイバ素線の製造方法を提供する。
本発明の一態様では、前記光ファイバ裸線の外径の測定値に基づいて、前記方向変換器における目標浮揚位置を定め、前記目標浮揚位置と、前記光ファイバ裸線の位置の検出結果とを比較し、そのずれを小さくするように前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御することができる。
本発明の一態様では、前記複数の方向変換器のうち少なくとも１つの方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置の検出結果と前記目標浮揚位置とのずれを小さくするように、前記複数の方向変換器のうちすべての方向変換器への前記流体の導入流量を制御することができる。

前記目標浮揚位置は、式（１）により得られた光ファイバ裸線の最適浮揚位置の相対ズレ量に基づいて定めることができる。

前記光ファイバ素線の線引き速度が定常に達する前の段階において、前記目標浮揚位置は、式（２）により得られた光ファイバ裸線の最適浮揚位置の相対ズレ量に基づいて算出してもよい。

本発明の一態様は、光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸部と、前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる被覆層を設けるコーティング部と、前記被覆層を硬化させる硬化部と、を備えた、光ファイバ素線の製造装置に用いられる制御装置であって、前記紡糸部から前記コーティング部までのいずれかの位置で前記光ファイバ裸線の方向を変換する１または複数の方向変換器と、前記方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置を検出する位置検出部と、前記光ファイバ裸線の外径を測定する外径測定部と、前記位置検出部で測定された前記光ファイバ裸線の位置、および前記外径測定部で測定された光ファイバ裸線の外径に基づいて、前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御する制御部と、を備え、前記方向変換器は、前記光ファイバ裸線を案内するガイド溝と、外部から流体が導入される内部空間とを有し、前記ガイド溝内には、前記内部空間の前記流体を吹出させることによって、前記ガイド溝内の前記光ファイバ裸線を浮揚させる吹出し口が形成され、前記制御部は、少なくとも１つの前記方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置を検出するとともに、前記光ファイバ裸線の外径を測定し、前記光ファイバ裸線の位置および外径に基づいて、前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御する制御装置を提供する。
前記制御部は、前記光ファイバ裸線の外径の測定値に基づいて前記方向変換器における目標浮揚位置を定め、前記目標浮揚位置と、前記光ファイバ裸線の位置の検出結果とを比較し、そのずれを小さくするように前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御することが好ましい。
前記制御部は、前記複数の方向変換器のうち少なくとも１つの方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置の検出結果と前記目標浮揚位置とのずれを小さくするように、前記複数の方向変換器のうちすべての方向変換器への前記流体の導入流量を制御することができる。

前記制御部は、前記目標浮揚位置を、式（１）により得られた光ファイバ裸線の最適浮揚位置の相対ズレ量に基づいて定めることができる。

前記光ファイバ素線の線引き速度が定常に達する前の段階において、前記制御部は、前記目標浮揚位置を、式（２）により得られた光ファイバ裸線の最適浮揚位置の相対ズレ量に基づいて定めることができる。

本発明の一態様は、前記制御装置と、前記光ファイバ母材を溶融紡糸して前記光ファイバ裸線を形成する前記紡糸部と、前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる前記被覆層を設ける前記コーティング部と、前記被覆層を硬化させる前記硬化部と、を備えた光ファイバ素線の製造装置を提供する。

例えば、増速工程では、光ファイバ裸線の外径が増減しやすい。また、線引き速度が定常に達した後も、光ファイバ母材内部の残留泡や混入した異物などの欠陥部の影響を受けて光ファイバ裸線の外径が変動する可能性がある。
本発明によれば、方向変換器における光ファイバ裸線の位置および外径に基づいて方向変換器への流体の導入流量を制御するので、方向変換器において吹出し口からガイド溝に放出される流体の流速を調節し、光ファイバ裸線の浮揚量を調整することができる。
そのため、光ファイバ裸線の外径の変動を原因とする浮揚量の不足により光ファイバ裸線がガイド溝の内側面と接触するのを回避することができる。また、光ファイバ裸線の外径の変動を原因として光ファイバ裸線の浮揚量が大きくなりすぎると浮揚状態が不安定となることがあるが、光ファイバ裸線の浮揚量を適正化することにより浮揚状態を安定化し、光ファイバ裸線がガイド溝の内側面と接触するのを防ぐことができる。
よって、方向変換器によって光ファイバ裸線が傷つくことがなくなり、製造装置の稼働率が高くなるため生産性の向上が可能となり、製造コストの削減を図ることができる。また、良好な歩留まりで光ファイバ素線を製造することができる。
さらに、方向変換器における光ファイバ裸線の浮揚位置が安定するため、コーティング部への光ファイバ裸線の入線位置が一定となる。よって、コーティングの偏肉を防ぎ、安定した品質の光ファイバ素線を製造することができる。

本発明に係る光ファイバ素線の製造装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。 図１に示す製造装置の方向変換器の断面構造を示す模式図である。 方向変換器の一例を示す正面図である。 前図に示す方向変換器の変形例を示す正面図である。 従来の光ファイバ素線の製造装置の一例を示す模式図である。

図１は、本発明に係る光ファイバ素線の製造装置の一実施形態である製造装置１の概略構成を示す模式図である。
製造装置１は、線引き方向の上流側から下流側に、紡糸部１０と、方向変換器２０（２０Ａ，２０Ｂ）と、コーティング部３０と、硬化部４０と、位置検出部５０と、外径測定部５１と、制御部６０と、流量調整器７０と、プーリー８０と、引取り部９０と、巻取り手段１００とを備えている。
方向変換器２０と、位置検出部５０と、外径測定部５１と、制御部６０と、流量調整器７０（７０Ａ，７０Ｂ）とは、制御装置１０１を構成している。

紡糸部１０は、加熱炉１１を備えており、加熱炉１１によって光ファイバ母材２を加熱して溶融紡糸することによって光ファイバ裸線３を形成する。
２ａは、光ファイバ母材２の加熱溶融されている縮径部（ネックダウン）先端部である。

方向変換器２０は、光ファイバ裸線３の方向を変換する。図１に示す製造装置１では２つの方向変換器２０が用いられる。これらの方向変換器２０を、線引き方向の上流側から下流側に、それぞれ第１方向変換器２０Ａおよび第２方向変換器２０Ｂという。
第１方向変換器２０Ａは、光ファイバ母材２から鉛直下向き（第一の経路Ｌ１）に引き出された光ファイバ裸線３を、９０°の方向変換により、水平（第二の経路Ｌ２）に向ける。
第一の経路Ｌ１と第二の経路Ｌ２とを含む面をＰ１という。Ｘ方向は、面Ｐ１内において第二の経路Ｌ２に沿う方向であり、Ｙ方向は、面Ｐ１に垂直な方向である。
第２方向変換器２０Ｂは、光ファイバ裸線３を、９０°の方向変換により、鉛直下向き（第三の経路Ｌ３）とする。

以下、方向変換器２０の構造について説明する。
図３に示す方向変換器２０１は、方向変換器２０の第１の例であって、光ファイバ裸線３の向きを９０°変換することができる。
方向変換器２０１は、平面視４分円形とされ、外周面２０ａに全周長にわたってガイド溝２１が形成されている。方向変換器２０１は、中心軸方向をＹ方向に一致させるとともに、径方向Ｒ（図２参照）を面Ｐ１（図１参照）に沿う方向に向けた姿勢で設置される。ここでは、平面視円弧形の外周面２０ａに沿う方向を周方向という。

ガイド溝２１の底部には、ガイド溝２１に沿って配線された光ファイバ裸線３を浮揚させる流体（空気など）の吹出し口２２がガイド溝２１に沿って形成されている。吹出し口２２は、ガイド溝２１の全長にわたって形成されている。
吹出し口２２の一端２２ａはガイド溝２１の一端２１ａに達し、他端２２ｂは他端２１ｂに達している。

図２に示すように、方向変換器２０１は、方向変換器２０１に確保された内部空間（流体溜部２５）内の流体（例えば空気）を、吹出し口２２を通してガイド溝２１内に放出できるように構成されている。
方向変換器２０１は、流体を外部から流体溜部２５に導入し、吹出し口２２を通してガイド溝２１内に放出させるように構成することができる。
図３に示すように、方向変換器２０１には、外部から流体溜部２５に流体を導入する導入路２６が接続される導入部２７が形成されていることが好ましい。導入部２７は、例えば流体の導入口である。

図２に示すように、ガイド溝２１は、径方向外方に行くほど内側面２１ｃ，２１ｃの間隔（Ｙ方向寸法）が徐々に大きくなるように、径方向Ｒに対して傾斜して形成されていることが好ましい。２つの内側面２１ｃ，２１ｃは、径方向Ｒに対する傾斜角度θが互いに等しいことが好ましい。

図３に示す方向変換器２０１では、光ファイバ裸線３は４分円形のガイド溝２１の一端２１ａから入り、他端２１ｂから出ることによって９０°の方向変換がなされる。光ファイバ裸線３が入線する入線部２３はガイド溝２１の一端２１ａを含む部分であり、光ファイバ裸線３が出線する出線部２４はガイド溝２１の他端２１ｂを含む部分である。

図４に示す方向変換器２０２は、方向変換器２０１の変形例であって、平面視４分の３円形とされている。以下、既出の構成と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
方向変換器２０２は、図３に示す方向変換器２０１と同じ構造の本体部２９ａの入線側および出線側に、それぞれ本体部２９ａと同じ構造の補助部２９ｂ，２９ｃが連設された構造とされている。方向変換器２０２は、光ファイバ裸線３が入線部２３’から本体部２９ａのガイド溝２１に入り、本体部２９ａで方向が９０°変換された後、出線部２４’を通って出線するため、基本的な機能は方向変換器２０１と同じである。
方向変換器２０１，２０２は、光ファイバ裸線３の向きを９０°変換することができるため、図１に示す方向変換器２０Ａ，２０Ｂとして使用できる。

図１に示すように、位置検出部５０は、第２方向変換器２０Ｂの線引き方向の下流側に設けられ、第三の経路Ｌ３の光ファイバ裸線３の位置を検出する。位置検出部５０としては、例えばレーザ方式（光学式）の位置センサを使用できる。レーザ方式の位置センサは、例えば、光源（レーザ光源）から光ファイバ裸線３に向けて照射された光を、前記光源と対向して設置された検知器で受光し、その光に基づいて光ファイバ裸線３の位置を検出することができる。
第２方向変換器２０Ｂにおける光ファイバ裸線３の浮揚量が増減すると、第三の経路Ｌ３の光ファイバ裸線３のＸ方向の位置が変化する。そのため、位置検出部５０は、光ファイバ裸線３の位置情報に基づいて、第２方向変換器２０Ｂにおける光ファイバ裸線３の浮揚量を検出できる。
位置検出部５０は、光ファイバ裸線３の位置に関する情報（光ファイバ裸線３の位置の検出結果）に基づいて位置信号（検出信号）を制御部６０に出力する。

外径測定部５１は、位置検出部５０の線引き方向の下流側に設けられ、光ファイバ裸線３の外径を測定できる。外径測定部５１は、光ファイバ裸線３に接触せずに被覆層の外径を測定できることが好ましい。
外径測定部５１としては、例えば、光源と検知器とを備えた光学式の測定装置を使用できる。この測定装置は、例えば、光ファイバ裸線３の側方位置に設置された光源（レーザ光源など）から光を照射し、前記光源と対向して設置された検知器で前方散乱光を受光し、そのパターンまたは強度を解析することにより光ファイバ裸線３を測定する。

外径測定部５１は、位置検出部５０とコーティング部３０との間に設けることができる。
外径測定部５１は、前記外径の測定値に基づいて外径信号（測定信号）を制御部６０に出力する。
なお、外径測定部５１の設置位置は、光ファイバ裸線３の外径が測定できる位置であれば特に限定されない。外径測定部５１は、例えば、加熱炉１１とコーティング部３０との間のいずれの位置にあってもよい。

流量調整器７０は、方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を調整することができる。流量調整器７０は、例えば方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入路（例えば図３に示す導入路２６）に設けることができる。流量調整器７０としては、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）等が使用できる。
図１に示す製造装置１では２つの流量調整器７０が用いられる。２つの流量調整器７０のうち、第１方向変換器２０Ａに導入される流体の流量を調整する流量調整器７０を第１流量調整器７０Ａといい、第２方向変換器２０Ｂに導入される流体の流量を調整する流量調整器７０を第２流量調整器７０Ｂという。

制御部６０は、位置検出部５０からの位置信号、および外径測定部５１からの外径信号に基づいて、流量調整器７０Ａ，７０Ｂに制御信号を出力し、この制御信号に基づいて流量調整器７０Ａ，７０Ｂが方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を制御することで、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおける光ファイバ裸線３の浮揚量を調節することができる。

コーティング部３０は、光ファイバ裸線３の外周に、ウレタンアクリレート系の樹脂などの被覆材を塗布（コーティング）して被覆層とすることによって光ファイバ素線中間体４を得る。
樹脂コーティングは、例えば２層コーティングであり、内側にヤング率の低い一次被覆層用の材料を塗布し、外側にヤング率の高い二次被覆層用の材料が塗布される。使用される材料は、例えば紫外線硬化樹脂である。
コーティング部３０は、一次被覆層と二次被覆層を別々に塗布する構成であってもよいし、一次被覆層と二次被覆層を同時に塗布する構成であってもよい。

硬化部４０は、１または複数のＵＶランプ４０ａを備え、光ファイバ素線中間体４の被覆層を硬化して光ファイバ素線５を形成する。硬化部４０は、例えば、光ファイバ素線中間体４が通過する空間を挟んで設けられた複数対のＵＶランプ４０ａを有する。

プーリー８０は、光ファイバ素線５の方向を変換することができる。
引取り部９０は、例えば引取りキャプスタンであり、ここで線引き速度が決定される。線引き速度は例えば１５００ｍ／ｍｉｎ以上である。
巻取り手段１００は、例えば、光ファイバ素線５を巻き取る巻取りボビンである。

次に、製造装置１を用いた場合を例として、本発明の光ファイバ素線の製造方法の一実施形態を説明する。
（紡糸工程）
図１に示すように、紡糸部１０において、光ファイバ母材２を加熱して溶融紡糸して光ファイバ裸線３を形成する。
光ファイバ母材２の外径は例えば１００ｍｍ以上であり、１つの光ファイバ母材２から作製される光ファイバ素線５の長さは例えば数千ｋｍである。

（方向変換器による方向変換）
光ファイバ母材２から鉛直下向き（第一の経路Ｌ１）に引き出された光ファイバ裸線３は、第１方向変換器２０Ａにおける９０°の方向変換により、水平（第二の経路Ｌ２）に向けられる。
光ファイバ裸線３は、第２方向変換器２０Ｂにおける９０°の方向変換により、鉛直下向き（第三の経路Ｌ３）となる。

図２に示すように、方向変換器２０Ａ，２０Ｂでは、流体溜部２５内の流体（例えば空気）を、吹出し口２２を通してガイド溝２１内に放出することによって、光ファイバ裸線３を浮揚させることができる。詳細には、放出された空気により、ガイド溝２１の深部２１ｄと浅部２１ｅとの圧力差が大きくなるため、光ファイバ裸線３に、径方向外方の力が作用することによって、光ファイバ裸線３は浮揚する。

方向変換器２０Ａ，２０Ｂによって、光ファイバ裸線３に接触することなく光ファイバ裸線３を方向変換させることができる。方向変換器２０Ａ，２０Ｂは、接触式の方向変換器（例えばプーリ）とは異なり、抵抗（例えばプーリの回転抵抗）がほぼ生じない。
方向変換器２０Ａ，２０Ｂにより光ファイバ裸線３の方向を変換することによって、システム全体の高さを増すことなく、光ファイバ裸線を十分に冷却するための距離を確保し、生産性を高めることができる。

光ファイバ裸線３の浮揚量は、吹出し口２２からガイド溝２１内に吹出される流体の流速と、光ファイバ裸線３に加えられる線引張力と、光ファイバ裸線３の外径とのバランスにより決まる。
例えば、線引張力が一定である場合には、流体の流速が速いほど光ファイバ裸線３の浮揚量は大きくなり、流体の流速が遅いほど光ファイバ裸線３の浮揚量は小さくなる。流体の流速が一定である場合には、線引張力が高いほど光ファイバ裸線３の浮揚量は小さくなり、線引張力が低いほど光ファイバ裸線３の浮揚量は大きくなる。
線引張力が一定であり、かつ流体の流速も一定である場合には、光ファイバ裸線３の外径が大きいほど浮揚量は大きくなり、光ファイバ裸線３の外径が小さいほど浮揚量は小さくなる。

図１に示すように、本実施形態の製造方法では、以下に詳述するように、位置検出部５０からの光ファイバ裸線３の位置情報と、外径測定部５１からの光ファイバ裸線３の外径に関する情報とに基づいて、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおける流体の導入流量を制御する。
この制御方法は、第２方向変換器２０Ｂにおける光ファイバ裸線３の浮揚量が増減することによって第三の経路Ｌ３の光ファイバ裸線３のＸ方向の位置が変化することを利用する。
位置検出部５０は、第三の経路Ｌ３における光ファイバ裸線３の位置情報に基づいて、位置信号を制御部６０に出力する。この位置信号は、第２方向変換器２０Ｂにおけるガイド溝２１内の光ファイバ裸線３のＸ方向の位置に応じた信号である。

制御部６０は、位置検出部５０からの位置信号に基づいて、流量調整器７０Ａ，７０Ｂに制御信号を出力し、この制御信号に基づいて流量調整器７０Ａ，７０Ｂが方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を制御する。これによって、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおいて吹出し口２２からガイド溝２１に放出される流体の流速を調節し、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおける光ファイバ裸線３の浮揚量を調整する。

例えば、線引張力が高くなることにより光ファイバ裸線３の浮揚量が小さくなることで、第三の経路Ｌ３の光ファイバ裸線３が方向変換器２０Ｂのガイド溝２１の深さ方向に変位すると、制御部６０は、方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を大きくする。これによって、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおいて、吹出し口２２からガイド溝２１に放出される流体の流速が高くなり、光ファイバ裸線３の浮揚量が回復する。
一方、線引張力が低くなることにより光ファイバ裸線３の浮揚量が大きくなることで、第三の経路Ｌ３の光ファイバ裸線３が方向変換器２０Ｂのガイド溝２１の深さ方向とは反対の方向に変位すると、制御部６０は、方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を小さくする。これによって、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおいて、吹出し口２２からガイド溝２１に放出される流体の流速が低くなり、光ファイバ裸線３の浮揚量が抑えられる。

本実施形態では、光ファイバ裸線３の外径に関する情報に基づいて方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を微調整することによって、光ファイバ裸線３の浮揚量を適正化することができる。詳しくは以下の通りである。
外径測定部５１は、第三の経路Ｌ３における光ファイバ裸線３の外径を測定し、測定値に基づいて外径信号を制御部６０に出力する。
制御部６０では、外径信号に基づいて、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおける光ファイバ裸線３の目標浮揚位置を定める。

光ファイバ裸線３の目標浮揚位置は、例えば次のように定めることができる。
図２に示すように、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおいて、径方向Ｒに対する内側面２１ｃ，２１ｃの傾斜角度をθ［°］とする。光ファイバ裸線３の外径をＤ［ｍｍ］とする。基準となる光ファイバ裸線３（以下、基準光ファイバ裸線３という）の外径をＤ_０［ｍｍ］とする。外径Ｄ_０は例えば０．１２５［ｍｍ］である。
光ファイバ裸線３とガイド溝２１の内側面２１ｃとの隙間を一定にするための、（基準光ファイバ裸線の最適浮揚位置からの）光ファイバ裸線３の最適浮揚位置の相対ズレ量Δｒ［ｍｍ］（径方向Ｒの距離）は、以下の式（１）により算出できる。

相対ズレ量Δｒは、基準位置（基準光ファイバ裸線３の最適浮揚位置）からの最適浮揚位置の相対ズレ量［ｍｍ］を示す。前述の目標浮揚位置は、相対ズレ量Δｒに基づいて定めることができる。例えば、基準位置から（径方向Ｒ外方に）Δｒずれた位置を目標浮揚位置とすることができる。

最適浮揚位置は、光ファイバ裸線３がガイド溝２１の内側面２１ｃと接触するのを確実に回避することなどを指標として定められる。最適浮揚位置は、例えば光ファイバ素線の製造試験などにより実験的に求めることができる。

実際には、増速工程（光ファイバ素線の製造の過程において、線引き速度が定常に達する前の段階）では、種々の要因により浮揚量の調整の遅れが生じることがある。前記要因とは、例えば、光ファイバ裸線３の外径変化に対する応答の遅れ（ヒステリシス）、方向変換器２０Ａ，２０Ｂと外径測定部５１との離間距離に起因する遅れなどがある。
そのため、前述の目標浮揚位置は、以下の式（２）により算出してもよい。

αは、径方向Ｒのオフセット量であり、上述の浮揚量の調整の遅れの要因に応じて定めることができる。具体的には、αを大きくすると浮揚量が大きくなりすぎて安定性が低下するため、浮揚量の安定性を考慮して、０ｍｍ＜α≦１ｍｍ程度とすることが望ましい。
式（２）を採用することによって、線引速度が定常に達する前の段階において、浮揚量の調整の遅れが生じた場合でも、光ファイバ裸線３がガイド溝２１の内側面２１ｃと接触するのを確実に防ぐことができる。
線引速度および光ファイバ裸線３の外径が定常に達した後については、オフセット量αをゼロとして（すなわち、式（１）を採用して）流体の導入流量を制御することができる。

制御部６０では、位置検出部５０からの位置信号により得られた光ファイバ裸線３の位置情報と、目標浮揚位置とを比較し、光ファイバ裸線３の位置と目標浮揚位置とのズレを小さくするように方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を微調整する。

例えば、光ファイバ裸線３の外径が小さくなることにより、光ファイバ裸線３の浮揚量が、その外径に応じた目標浮揚位置における浮揚量より小さくなった場合には、制御部６０は、流量調整器７０Ａ，７０Ｂにより方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を増加させる。これにより、吹出し口２２からガイド溝２１に放出される流体の流速を高め、光ファイバ裸線３の浮揚量が不足するのを防ぐ。
一方、光ファイバ裸線３の外径が大きくなることにより、光ファイバ裸線３の浮揚量が、その外径に応じた目標浮揚位置における浮揚量より大きくなった場合には、制御部６０は、流量調整器７０Ａ，７０Ｂにより方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を減少させる。これにより、吹出し口２２からガイド溝２１に放出される流体の流速を低くし、光ファイバ裸線３の浮揚量を抑制する。

光ファイバ素線５の製造の初期段階では線引き速度は遅く、光ファイバ裸線３の外径は増減しやすいが、線引き速度が速くなり、定常に達するとともに光ファイバ裸線３の外径の増減は少なくなる。
増速工程では、光ファイバ裸線３の外径が増減しやすいため、光ファイバ裸線３の浮揚量も増減しやすくなる。また、線引き速度が定常に達した後も、光ファイバ母材内部の残留泡や混入した異物などの欠陥部の影響を受けて光ファイバ裸線３の外径が変動する可能性がある。

本実施形態の製造方法では、光ファイバ裸線３の外径の変動を原因とする浮揚量の不足により光ファイバ裸線３がガイド溝２１の内側面２１ｃと接触するのを回避することができる。
また、光ファイバ裸線３の外径の変動を原因として光ファイバ裸線３の浮揚量が大きくなりすぎると、浮揚状態が不安定となることがあるが、光ファイバ裸線３の浮揚量を適正化することにより浮揚状態を安定化し、光ファイバ裸線３がガイド溝２１の内側面２１ｃと接触するのを防ぐことができる。

制御方法としては、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御が好ましい。これにより、流体の流量の制御を応答性よく行うことができる。

（コーティング工程）
コーティング部３０において、光ファイバ裸線３の外周に、ウレタンアクリレート系の樹脂などの被覆材を塗布（コーティング）して被覆層とすることによって光ファイバ素線中間体４を得る。

（硬化工程）
硬化部４０において、ＵＶランプ４０ａの照射などにより、光ファイバ素線中間体４の被覆層を硬化して光ファイバ素線５を得る。

光ファイバ素線５は、プーリー８０によって向きを変えられ、引取り部９０により引き取られ、巻取り手段１００により巻き取られる。

上述のように、増速工程（線引き速度が定常に達する前の低線引き速度の段階）では、光ファイバ裸線３の外径が増減しやすい。また、線引き速度が定常に達した後も、光ファイバ裸線３の外径が変動する可能性がある。
本実施形態の製造方法では、方向変換器２０Ｂにおける光ファイバ裸線３の位置および外径に基づいて方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を制御するので、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおいて吹出し口２２からガイド溝２１に放出される流体の流速を調節し、光ファイバ裸線３の浮揚量を適正化することができる。
そのため、光ファイバ裸線３の外径の変動を原因とする浮揚量の不足により光ファイバ裸線３がガイド溝２１の内側面２１ｃと接触するのを回避することができる。
また、光ファイバ裸線３の外径の変動を原因として光ファイバ裸線３の浮揚量が大きくなりすぎると浮揚状態が不安定となることがあるが、光ファイバ裸線３の浮揚量を適正化することにより浮揚状態を安定化し、光ファイバ裸線３がガイド溝２１の内側面２１ｃと接触するのを防ぐことができる。
よって、方向変換器２０Ａ，２０Ｂによって光ファイバ裸線３が傷つくことがなくなり、製造装置１の稼働率が高くなるため生産性の向上が可能となり、製造コストの削減を図ることができる。また、良好な歩留まりで光ファイバ素線５を製造することができる。
さらに、線引き速度が定常に達した後は、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおける光ファイバ裸線３の浮揚位置が安定するため、コーティング部３０への光ファイバ裸線３の入線位置が一定となる。よって、コーティングの偏肉を防ぎ、安定した品質の光ファイバ素線５を製造することができる。

［実施例１］
図１に示す製造装置１を用意した。方向変換器２０Ａ，２０Ｂとしては、図３に示す方向変換器２０１を用いた。
図２に示すように、ガイド溝２１の内側面２１ｃの、径方向Ｒに対する傾斜角度θは０．５°とした。ガイド溝２１の底における幅は５０μｍとした。
方向変換器２０Ａ，２０Ｂに導入される流体としては空気を使用した。
予備試験の結果、空気の導入流量を、方向変換器２０Ａ，２０Ｂについてそれぞれ１００Ｌ／ｍｉｎとした場合の光ファイバ裸線３（外径１２５μｍ）の浮揚旋回半径は、約６２．５ｍｍとなった。この条件では、他の条件の場合より浮揚位置が安定であったことが確認されたため、この位置を外径１２５μｍの光ファイバ裸線３における最適浮揚位置とした。
第１方向変換器２０Ａは、光ファイバ裸線３の温度が約１０００℃となる位置に設けた。第２方向変換器２０Ｂは、第１方向変換器２０Ａから、線引き方向の下流側に１ｍ離れた位置に設けた。

紡糸部１０において光ファイバ母材２を溶融紡糸して光ファイバ裸線３（外径１２５μｍ）を得た。
光ファイバ母材２から鉛直下向き（第一の経路Ｌ１）に引き出された光ファイバ裸線３を、第１方向変換器２０Ａによって水平（第二の経路Ｌ２）に方向変換し、次いで、第２方向変換器２０Ｂによって鉛直下向き（第三の経路Ｌ３）に方向変換した。
コーティング部３０において、光ファイバ裸線３に紫外線硬化樹脂のコーティングを施し、硬化部４０においてＵＶランプ４０ａにより紫外線を照射して被覆層を硬化させて光ファイバ素線５を得た。
光ファイバ素線５は、プーリー８０、引取り部９０を経て、巻取り手段１００により巻き取った。

位置検出部５０で得られた光ファイバ裸線３の位置情報に基づいて位置信号を制御部６０に出力するとともに、外径測定部５１により得られた光ファイバ裸線３の外径の測定値に基づいて外径信号を制御部６０に出力した。
制御部６０から流量調整器７０Ａ，７０Ｂに制御信号を出力することにより、方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を制御し、吹出し口２２からガイド溝２１に放出される流体の流速を調整した。制御方法としては、ＰＩＤ制御を採用した。

詳しくは、外径が１２５μｍであるときの光ファイバ裸線３の浮揚旋回半径６２．５ｍｍを中心値として、浮揚旋回半径が中心値より小さくなると方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を大きくし、浮揚旋回半径が中心値より大きくなると方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を小さくした。

この際、外径信号に応じて前述の式（１）を用いて目標浮揚位置を算定した。この目標浮揚位置と、外径が１２５μｍであるときの光ファイバ裸線３の浮揚旋回半径の中心値との偏差に応じて、流量調整器７０Ａ，７０Ｂにより方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を増減させた。
すなわち、光ファイバ裸線３の外径が１２５μｍより大きい場合、前述の式（１）を用いて得た目標浮揚位置は、外径が１２５μｍであるときの光ファイバ裸線３の浮揚旋回半径の中心値より大きくなるが、現在の浮揚位置が外径１２５μｍのときの光ファイバ裸線３の浮揚旋回半径の中心値である場合は、前記偏差は負となり、方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を増加させた。
光ファイバ裸線３の外径が１２５μｍより小さい場合、前述の式（１）を用いて得た目標浮揚位置は、外径が１２５μｍであるときの光ファイバ裸線３の浮揚旋回半径の中心値より小さくなるが、現在の浮揚位置が外径１２５μｍのときの光ファイバ裸線３の浮揚旋回半径の中心値である場合は、前記偏差は正となり、方向変換器２０Ａ，２０Ｂへの流体の導入流量を減少させた。
なお、目標浮揚位置は、方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおける径方向の位置（半径）で表すことができる。

この製造方法によって、１０本の光ファイバ母材２を用いて、合計１００００ｋｍの光ファイバ素線５を製造した。１０本の光ファイバ母材２についてそれぞれ増速工程（線引き速度が定常に達する前の、低線引き速度の段階）があるため、合計１０回の増速工程があった。
光ファイバ素線５の製造開始時には、光ファイバ裸線３の外径は１３５μｍであり、光ファイバ素線５の線速が１ｍ／秒であり、線引張力は５０ｇｆであった。線引き速度が定常に達した段階では、光ファイバ素線５の線速（線引き速度）は３０ｍ／秒±１ｍ／秒であり、線引張力は１５０ｇｆ±２５ｇｆであった。
方向変換器２０Ａ，２０Ｂにおける光ファイバ裸線３の浮揚旋回半径に大きな変動はなく、光ファイバ裸線３の浮揚は安定していた。
この製造方法により光ファイバ素線５を製造し、プルーフ試験を行った結果、方向変換器２０Ａ，２０Ｂによって光ファイバ裸線３が傷つくことなく、良好な歩留まりで光ファイバ素線５を製造することができたことが確認された。

［実施例２］
増速工程における前述の目標浮揚位置を、式（１）に代えて式（２）を用いて算定すること以外は実施例１と同様にして光ファイバ素線５を製造した。式（２）におけるαは０．５［ｍｍ］とした。この値（０．５［ｍｍ］）は、浮揚量の安定性を確保し、かつ浮揚安定性が低下することなく、しかも制御遅れ（前述の応答の遅れ等）に対して十分な余裕を持つ値として、予備試験で定めた。
線引速度および光ファイバ外径が定常に達した後には、式（１）を用いて算定した目標浮揚位置を用いて制御を行った。
プルーフ試験を行った結果、方向変換器２０Ａ，２０Ｂによって光ファイバ裸線３が傷つくことなく、良好な歩留まりで光ファイバ素線５を製造することができたことが確認された。

［比較例１］
位置検出部５０および外径測定部５１を備えていないこと以外は実施例１で用いた製造装置と同じ製造装置を用いて光ファイバ素線５を製造した。
空気の導入流量は、方向変換器２０Ａ，２０Ｂについてそれぞれ一定値（１００Ｌ／ｍｉｎ）とした。
その他の条件は実施例１と同様とした。

１０本の光ファイバ母材２について、それぞれ線引き速度が定常に達する前の低線引き速度の段階があるため、合計１０回の低線引き速度の段階があった。そのうち７回において、光ファイバ裸線３の断線が発生した。
また、線引き速度が定常に達した段階では、光ファイバ素線５の線速（線引き速度）は３０ｍ／秒±１ｍ／秒であり、線引張力は１５０ｇｆ±２５ｇｆであった。線引張力の変動の際には、光ファイバ裸線３の浮揚量の変動が見られた。
プルーフ試験の結果、光ファイバ裸線３がガイド溝の内側面に接触したことが原因と考えられる断線が発生したため、製造歩留まりが良好とはいえなかった。

以上、本発明の光ファイバ素線の製造方法及び製造装置について説明してきたが、本発明は前記の例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本発明の光ファイバ素線の製造方法で用いられる方向変換器の数は、１または複数とすることができる。図１に示す製造装置１では２つの方向変換器２０が使用されているが、方向変換器２０の数は１でもよいし、３以上の任意の数でもよい。
方向変換器が複数ある場合には、光ファイバ裸線の位置の検出は、複数の方向変換器のうち少なくとも１つで行う。光ファイバ裸線の位置の検出は、複数の方向変換器の全てについて行ってもよいし、複数の方向変換器のうち一部の方向変換器について行ってもよい。
流体の導入流量の制御は、複数の方向変換器のすべてに行うのが好ましいが、複数の方向変換器のうち一部の方向変換器について行ってもよい。流体の導入流量の制御は、少なくとも最も下流側の方向変換器に対して行うのが好ましい。

上記実施形態では、光ファイバ裸線の位置および外径の測定値に基づいて流体の導入流量を制御する方法として、目標浮揚位置と光ファイバ裸線の位置とのずれを小さくするように導入流量を制御する方法を採用したが、本発明で採用できる制御方法は上記実施形態の方法に限らない。
例えば、目標浮揚位置と光ファイバ裸線の位置とのずれを考慮しながら、光ファイバ裸線の位置信号のバラツキ（標準偏差）が小さくなるように流体の導入流量を補正する方法を採用することができる。また、目標浮揚位置と光ファイバ裸線の位置とのずれを考慮しながら、光ファイバ裸線の外径のバラツキ（標準偏差）が小さくなるように流体の導入流量を補正する方法を採用することもできる。また、目標浮揚位置と光ファイバ裸線の位置とのずれを考慮しながら、光ファイバ裸線の位置信号のバラツキから光ファイバ裸線の外径信号のバラツキを差し引いた値が小さくなるように流体の導入流量を補正する方法を採用することもできる。

１…光ファイバ素線の製造装置、２…光ファイバ母材、３…光ファイバ裸線、５…光ファイバ素線、１０…紡糸部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０１，２０２…方向変換器、２１…ガイド溝、２１ｃ…内側面、２２…吹出し口、２５…流体溜部（内部空間）、３０…コーティング部、４０…硬化部、５０…位置検出部、５１…外径測定部、６０…制御部、９０…引取り部、１０１…制御装置。

Claims (11)

1. 光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸工程と、
   前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる被覆層を設けるコーティング工程と、
   前記被覆層を硬化させて光ファイバ素線を得る硬化工程と、を有し、
   前記紡糸工程から前記コーティング工程までのいずれかの位置で、前記光ファイバ裸線の方向を１または複数の方向変換器によって変換し、
   前記方向変換器は、前記光ファイバ裸線を案内するガイド溝と、外部から流体が導入される内部空間とを有し、
   前記ガイド溝内には、前記内部空間の前記流体を吹出させることによって、前記ガイド溝内の前記光ファイバ裸線を浮揚させる吹出し口が形成され、
   少なくとも１つの前記方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置を検出するとともに、前記光ファイバ裸線の外径を測定し、前記光ファイバ裸線の位置および外径に基づいて、前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御することを特徴とする光ファイバ素線の製造方法。
2. 前記光ファイバ裸線の外径の測定値に基づいて、前記方向変換器における目標浮揚位置を定め、
   前記目標浮揚位置と、前記光ファイバ裸線の位置の検出結果とを比較し、そのずれを小さくするように前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ素線の製造方法。
3. 前記複数の方向変換器のうち少なくとも１つの方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置の検出結果と前記目標浮揚位置とのずれを小さくするように、前記複数の方向変換器のうちすべての方向変換器への前記流体の導入流量を制御することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ素線の製造方法。
4. 前記目標浮揚位置を、式（１）により得られた光ファイバ裸線の最適浮揚位置の相対ズレ量に基づいて定めることを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバ素線の製造方法。
   

   
5. 前記光ファイバ素線の線引き速度が定常に達する前の段階において、前記目標浮揚位置を、式（２）により得られた光ファイバ裸線の最適浮揚位置の相対ズレ量に基づいて定めることを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバ素線の製造方法。
   

   
6. 光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸部と、前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる被覆層を設けるコーティング部と、前記被覆層を硬化させる硬化部と、を備えた、光ファイバ素線の製造装置に用いられる制御装置であって、
   前記紡糸部から前記コーティング部までのいずれかの位置で前記光ファイバ裸線の方向を変換する１または複数の方向変換器と、
   前記方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置を検出する位置検出部と、
   前記光ファイバ裸線の外径を測定する外径測定部と、
   前記位置検出部で測定された前記光ファイバ裸線の位置、および前記外径測定部で測定された光ファイバ裸線の外径に基づいて、前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御する制御部と、を備え、
   前記方向変換器は、前記光ファイバ裸線を案内するガイド溝と、外部から流体が導入される内部空間とを有し、
   前記ガイド溝内には、前記内部空間の前記流体を吹出させることによって、前記ガイド溝内の前記光ファイバ裸線を浮揚させる吹出し口が形成され、
   前記制御部は、少なくとも１つの前記方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置を検出するとともに、前記光ファイバ裸線の外径を測定し、前記光ファイバ裸線の位置および外径に基づいて、前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御することを特徴とする制御装置。
7. 前記制御部は、前記光ファイバ裸線の外径の測定値に基づいて前記方向変換器における目標浮揚位置を定め、前記目標浮揚位置と、前記光ファイバ裸線の位置の検出結果とを比較し、そのずれを小さくするように前記方向変換器への前記流体の導入流量を制御することを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
8. 前記制御部は、前記複数の方向変換器のうち少なくとも１つの方向変換器における前記光ファイバ裸線の位置の検出結果と前記目標浮揚位置とのずれを小さくするように、前記複数の方向変換器のうちすべての方向変換器への前記流体の導入流量を制御することを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
9. 前記制御部は、前記目標浮揚位置を、式（１）により得られた光ファイバ裸線の最適浮揚位置の相対ズレ量に基づいて定めることを特徴とする請求項７または８に記載の制御装置。
   

   
10. 前記光ファイバ素線の線引き速度が定常に達する前の段階において、前記制御部は、前記目標浮揚位置を、式（２）により得られた光ファイバ裸線の最適浮揚位置の相対ズレ量に基づいて定めることを特徴とする請求項７または８に記載の制御装置。
    

    
11. 請求項６〜１０のうちいずれか１項に記載の制御装置と、前記光ファイバ母材を溶融紡糸して前記光ファイバ裸線を形成する前記紡糸部と、前記光ファイバ裸線の外周に樹脂からなる前記被覆層を設ける前記コーティング部と、前記被覆層を硬化させる前記硬化部と、を備えたことを特徴とする光ファイバ素線の製造装置。

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