JP3812357B2

JP3812357B2 - 光ファイバ母材の延伸方法及び延伸装置

Info

Publication number: JP3812357B2
Application number: JP2001101090A
Authority: JP
Inventors: 佳生横山; 敏弘大石; 裕一大賀
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: US20020139150A1; EP1245543A2; JP2002293564A; EP1245543A3; CN1385385A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材を加熱軟化させて所望の外径になるように延伸する光ファイバ母材の延伸方法及び延伸装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバ及びその母材である光ファイバ母材の生産性を向上するために、光ファイバ母材が大型化されており、所望の外径となるように母材を引き延ばす延伸加工の重要性が増してきている。特に、このような光ファイバ母材の延伸に対して、その延伸精度、すなわち出発母材を延伸して得られる延伸母材の外径の精度を高くすることが求められている。
【０００３】
光ファイバ母材の延伸加工は、出発母材を加熱手段によって加熱軟化させ、所望の外径となるように引き延ばすことによって行われる。また、出発母材を加熱軟化させる加熱手段としては、酸素、水素、メタンなどを燃料ガスとしたバーナ火炎や、抵抗ヒータ等を用いた電気炉などが用いられる。
【０００４】
特に、光ファイバ母材が大型化してその外径が１００ｍｍを超えるようになると、バーナ火炎での加熱による延伸は困難となる。このため、そのような大型の光ファイバ母材を加工する場合、通常、抵抗ヒータ等を用いた電気炉によって母材の延伸が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバ母材の延伸に上述のように電気炉を用いた場合、電気ヒータによる加熱では酸水素火炎での加熱のように加熱位置を狭い範囲に限定することが難しく、延伸する母材に対して比較的広い範囲が加熱されることとなる。このため、供給される出発母材及び延伸された延伸母材の間で長手方向に外径が変化していく母材部分であるテーパ部の範囲が広くなり、これによって、母材の延伸精度が低下するという問題を生じる。
【０００６】
詳述すると、延伸された延伸母材の外径、及び母材のテーパ部に含まれる各位置での外径は、出発母材の外径及び形状に加えて、加熱炉への出発母材の送込み速度や、延伸母材の引取り速度などの影響によって変化する。このことを逆に利用して、出発母材の送込み速度または延伸母材の引取り速度を制御することによって、延伸して得られる延伸母材の外径を制御することができる。
【０００７】
ここで、大型の光ファイバ母材の延伸加工で、上述のように加熱範囲及びそれによる母材のテーパ部が広くなると、母材の送込み速度または引取り速度を変化させたときに、テーパ部でのテーパ形状全体が影響を受け、広い範囲で母材の外径が変化してしまう。したがって、例えば、出発母材及びテーパ部の下方で延伸母材に対して外径測定器を設け、測定された延伸母材の外径に基づいて母材の送込み速度または引取り速度を制御しても、外径が母材の広範囲で変化するために、延伸母材の外径を充分な精度で制御することができない。
【０００８】
これに対して、母材のテーパ部に対して複数の外径測定器を設けて、各外径の変化及びテーパ形状の変化などに基づいて延伸母材の外径を制御することが提案されている（特開平５−１４７９７１号公報、及び特開平８−９１８６１号公報参照）。しかしながら、これらの方法によっても、充分な延伸精度は得られていない。
【０００９】
このように、母材の延伸精度が低下すると、延伸精度を改善するために、後工程で旋盤を用いて精度良く延伸し直すなど、余分な工程を行うことが必要となる場合がある。このとき、結局、光ファイバ母材の大型化にかかわらず、その製造コストが低減されず、光ファイバ及び光ファイバ母材の生産性が向上されないこととなる。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、光ファイバ母材の延伸精度が向上されて、その生産性が向上される光ファイバ母材の延伸方法及び延伸装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光ファイバ母材の延伸方法は、母材送込み手段が送込む出発母材の一端部を加熱手段によって加熱軟化させて所望の外径になるように延伸し、得られた延伸母材を母材引取り手段が引取る光ファイバ母材の延伸方法であって、（ａ）長手方向に沿って外径が変化する出発母材及び延伸母材の間のテーパ部に対して、テーパ部に含まれる上流部測定位置と、テーパ部に含まれ上流部測定位置よりも長手方向の下流にある下流部測定位置とが設定され、（ｂ）上流部測定位置でのテーパ部の上流部外径について、設定された上流部目標外径と測定された上流部測定外径とを比較し、その偏差に基づいて母材送込み手段による出発母材の送込み速度を制御するとともに、（ｃ）下流部測定位置でのテーパ部の下流部外径について、設定された下流部目標外径と測定された下流部測定外径とを比較し、その偏差に基づいて母材引取り手段による延伸母材の引取り速度を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による光ファイバ母材の延伸装置は、母材送込み手段が送込む出発母材の一端部を加熱手段によって加熱軟化させて所望の外径になるように延伸し、得られた延伸母材を母材引取り手段が引取る光ファイバ母材の延伸装置であって、（１）長手方向に沿って外径が変化する出発母材及び延伸母材の間のテーパ部に対して、テーパ部に含まれる上流部測定位置でのテーパ部の上流部外径を測定する上流部外径測定手段と、（２）テーパ部に含まれ上流部測定位置よりも長手方向の下流にある下流部測定位置でのテーパ部の下流部外径を測定する下流部外径測定手段と、（３）上流部測定位置でのテーパ部の上流部外径について、設定された上流部目標外径と測定された上流部測定外径とを比較し、その偏差に基づいて母材送込み手段による出発母材の送込み速度を制御する送込み速度制御手段と、（４）下流部測定位置でのテーパ部の下流部外径について、設定された下流部目標外径と測定された下流部測定外径とを比較し、その偏差に基づいて母材引取り手段による延伸母材の引取り速度を制御する引取り速度制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記した光ファイバ母材の延伸方法及び延伸装置においては、延伸加工における母材のテーパ部について、上流側の上流部測定位置と下流側の下流部測定位置との２個所に対して目標外径を設定している。そして、上流部測定位置での測定外径の目標外径からの偏差を用いて上流での母材の送込み速度を制御するとともに、下流部測定位置での測定外径の目標外径からの偏差を用いて下流での母材の引取り速度を制御している。
【００１４】
このように、各測定位置に対して一定の目標外径を与え、かつ、上流部及び下流部での外径測定と、母材の送込み速度及び引取り速度の制御とを上記のように組合せることによって、延伸母材の外径への制御のタイムラグを低減して、その外径を精度良く制御することが可能となる。
【００１５】
また、延伸方法及び延伸装置は、上流部目標外径と下流部目標外径とのそれぞれが、出発母材の外径及び延伸母材に対する目標外径に基づいて設定されることが好ましい。これにより、出発母材の外径及び延伸母材に対する目標外径によって想定されるテーパ部のテーパ形状から求められる外径値をテーパ部での目標外径に設定して、常に良好にテーパ部及び延伸母材の外径を制御することができる。
【００１６】
さらに、上流部目標外径と下流部目標外径とのそれぞれが、光ファイバ母材の組成に基づいて設定されることが好ましい。これにより、光ファイバ母材の組成によって母材のテーパ形状が異なってくることを考慮しつつ、各外径を制御することができる。
【００１７】
また、下流部測定位置が、テーパ部の終了端近傍の所定位置に設定されるとともに、先に設定された下流部測定位置に対して、上流部測定位置が、下流部測定位置よりも長手方向の上流にある各位置における外径の下流部外径との相関を考慮して設定されることを特徴とする。
【００１８】
このように、下流部測定位置がテーパ部の終了端近傍に設定されることによって、延伸母材の外径を確実に制御することができる。さらに、この下流部測定位置に対して、その外径が下流部外径に対して好適な相関を有する位置を上流部測定位置として選択することによって、充分な精度で延伸母材の外径を制御することが可能となる。
【００１９】
また、上流部目標外径が、先に設定された下流部目標外径、及び上流部外径の下流部外径との相関に基づいて設定されることを特徴とする。
【００２０】
このように、出発母材の外径及び延伸母材に対する目標外径などによって設定される下流部目標外径に対して、設定された下流部目標外径との相関を考慮して上流部目標外径を設定することによって、上記した測定位置の設定と同様に、充分な精度で延伸母材の外径を制御することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光ファイバ母材の延伸方法及び延伸装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２２】
図１は、本発明による光ファイバ母材の延伸装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。以下、図１に示した延伸装置の構成について、本延伸装置を用いて行われる本発明による光ファイバ母材の延伸方法とともに説明する。
【００２３】
本実施形態による延伸装置は、延伸の対象となる光ファイバ母材１を収容するとともに、その加熱を行う加熱炉１０を備える。加熱炉１０の上方には、光ファイバ母材１を上方側から支持する回転チャックである上部チャック１１が設けられている。また、加熱炉１０の下方には、光ファイバ母材１を下方側から支持する回転チャックである下部チャック１３が設けられている。
【００２４】
加熱炉１０は、本実施形態においては電気炉であり、延伸の対象となる光ファイバ母材である出発母材１ａの一端部を加熱軟化させるための加熱手段として、ヒータ１５が設置されている。出発母材１ａは、このヒータ１５によって加熱軟化され、所望の外径になるように延伸されて、延伸母材１ｃとなる。また、この延伸加工中、出発母材１ａ及び延伸母材１ｃの間の母材部分は、母材１の長手方向（図中の一点鎖線）に沿って外径が変化していくテーパ部１ｂとなっている。
【００２５】
上部チャック１１での出発母材１ａの送込みは、母材送込み駆動部１２によって駆動制御されており、この上部チャック１１及び母材送込み駆動部１２が、所定の送込み速度で出発母材１ａを送込む母材送込み手段を構成している。また、下部チャック１３での延伸母材１ｃの引取りは、母材引取り駆動部１４によって駆動制御されており、この下部チャック１３及び母材引取り駆動部１４が、所定の引取り速度で延伸母材１ｃを引取る母材引取り手段を構成している。
【００２６】
上記した母材送込み手段及び母材引取り手段によって、長手方向に沿って移動されつつ延伸される光ファイバ母材１に対し、その長手方向について、上流部測定位置Ｐ１及び下流部測定位置Ｐ２の２個所が、外径を測定する位置として設定されている。
【００２７】
上流部測定位置Ｐ１は、母材１のテーパ部１ｂに含まれる位置に設定されている。また、下流部測定位置Ｐ２は、母材のテーパ部１ｂに含まれ上流部測定位置Ｐ１よりも下流にある位置に設定されている。本実施形態の延伸装置においては、これらの測定位置Ｐ１、Ｐ２でそれぞれ測定されたテーパ部１ｂでの母材１の外径に基づき、母材送込み手段による出発母材１ａの送込み速度、及び母材引取り手段による延伸母材１ｃの引取り速度を制御し、これによって、出発母材１ａを延伸して得られる延伸母材１ｃの外径が略一定になるように外径制御を行っている。
【００２８】
上流部測定位置Ｐ１には、位置Ｐ１でのテーパ部１ｂの外径（上流部外径）を測定するための上流部外径測定器２０が設置されている。上流部外径測定器２０は、レーザ光源などの発光器２１と、テーパ部１ｂを挟んで発光器２１の反対側に設置された受光器２２とを有して構成されている。受光器２２の出力信号は、演算処理部２３へと入力される。そして、演算処理部２３において、この受光器２２からの信号に基づいて、上流部測定位置Ｐ１でのテーパ部１ｂの上流部外径の測定値として上流部測定外径Ｄ１が算出される。
【００２９】
演算処理部２３で算出された上流部測定外径Ｄ１は、さらに送込み速度制御部２４へと入力される。一方、この送込み速度制御部２４においては、上流部測定位置Ｐ１でのテーパ部１ｂの目標外径として、上流部目標外径Ｄ１０があらかじめ設定されている。送込み速度制御部２４は、設定された上流部目標外径Ｄ１０と測定された上流部測定外径Ｄ１とを比較し、その偏差（Ｄ１−Ｄ１０）に基づいて母材送込み駆動部１２に対して指示を行って、母材送込み手段による出発母材１ａの送込み速度を制御する。
【００３０】
下流部測定位置Ｐ２には、位置Ｐ２でのテーパ部１ｂの外径（下流部外径）を測定するための下流部外径測定器２５が設置されている。下流部外径測定器２５は、レーザ光源などの発光器２６と、テーパ部１ｂを挟んで発光器２６の反対側に設置された受光器２７とを有して構成されている。受光器２７の出力信号は、演算処理部２８へと入力される。そして、演算処理部２８において、この受光器２７からの信号に基づいて、下流部測定位置Ｐ２でのテーパ部１ｂの下流部外径の測定値として下流部測定外径Ｄ２が算出される。
【００３１】
演算処理部２８で算出された下流部測定外径Ｄ２は、さらに引取り速度制御部２９へと入力される。一方、この引取り速度制御部２９においては、下流部測定位置Ｐ２でのテーパ部１ｂの目標外径として、下流部目標外径Ｄ２０があらかじめ設定されている。引取り速度制御部２９は、設定された下流部目標外径Ｄ２０と測定された下流部測定外径Ｄ２とを比較し、その偏差（Ｄ２−Ｄ２０）に基づいて母材引取り駆動部１４に対して指示を行って、母材引取り手段による延伸母材１ｃの引取り速度を制御する。
【００３２】
本実施形態による光ファイバ母材の延伸装置及びそれを用いた延伸方法においては、延伸加工中における光ファイバ母材１のテーパ部１ｂに対して、その上流端側の上流部測定位置Ｐ１と下流端側の下流部測定位置Ｐ２との２個所を外径測定位置としてそれぞれ外径測定器２０、２５を設けるとともに、それぞれの測定位置に対して一定の目標外径Ｄ１０、Ｄ２０を設定している。そして、上流部測定位置Ｐ１での測定外径Ｄ１の目標外径Ｄ１０からの偏差（Ｄ１−Ｄ１０）に基づいて母材送込み手段からの出発母材１ａの送込み速度を制御し、一方、下流部測定位置Ｐ２での測定外径Ｄ２の目標外径Ｄ２０からの偏差（Ｄ２−Ｄ２０）に基づいて母材引取り手段での延伸母材１ｃの引取り速度を制御している。
【００３３】
このように、テーパ部１ｂの２個所に設定された測定位置Ｐ１、Ｐ２に対してそれぞれ目標外径Ｄ１０、Ｄ２０をあらかじめ与え、かつ、上流部及び下流部での外径測定と、母材の上流からの送込み速度及び下流への引取り速度の制御とを上記のように組合せることによって、得られる延伸母材１ｃの外径への制御のタイムラグが低減される。したがって、その外径をレスポンス良くかつ精度良く制御することが可能となる。
【００３４】
ここで、測定位置Ｐ１、Ｐ２に対する目標外径については、上流部目標外径Ｄ１０と下流部目標外径Ｄ２０とのそれぞれを、出発母材１ａの外径及び延伸母材１ｃに対する目標外径（所望の外径）に基づいて設定することが好ましい。これにより、延伸加工中の母材１の形状として想定されるテーパ部１ｂのテーパ形状を求めることが可能となり、そのテーパ形状から算出された測定位置Ｐ１、Ｐ２それぞれでの外径値を目標外径として、常に良好にテーパ部１ｂ及び延伸母材１ｃの外径を制御することができる。
【００３５】
さらに、上流部目標外径Ｄ１０と下流部目標外径Ｄ２０とのそれぞれを、光ファイバ母材１の組成に基づいて設定することが好ましい。これにより、延伸加工中における母材１のテーパ形状が光ファイバ母材の組成に依存して異なってくることを考慮しつつ、各外径を良好に制御することができる。
【００３６】
以下、上記した実施形態による光ファイバ母材の延伸方法及び延伸装置の好適な構成等について、その具体的な実施例とともに説明する。なお、以下の説明においては、出発母材１ａの外径をＤａ、母材送込み手段での出発母材１ａの送込み速度をＶ１、延伸母材１ｃに対する目標外径をＤｃ、母材引取り手段での延伸母材１ｃの引取り速度をＶ２と表すこととする。
【００３７】
まず、各測定位置Ｐ１、Ｐ２に対する母材１の目標外径を設定するため、図１に示した延伸装置を用いて、予備的に光ファイバ母材の延伸加工を行った。ただし、外径測定による母材の送込み速度及び引取り速度の制御は行わず、両者ともに一定の速度として延伸を行った。
【００３８】
出発母材１ａとしては、外径Ｄａがφ６５〜１０２ｍｍの範囲にある所定の外径で長手方向に均一な外径を有する母材を用意した。また、延伸条件としては、母材１の加熱に用いるヒータ１５のヒータ温度を１８９０℃、上部チャック１１側からの出発母材１ａの送込み速度Ｖ１を３ｍｍ／ｍｉｎとし、延伸して得られる延伸母材１ｃでの目標外径Ｄｃをφ４０ｍｍとした。また、このとき、下部チャック１３側への延伸母材１ｃの引取り速度Ｖ２は、次式
Ｖ２＝（Ｄａ／Ｄｃ）²×Ｖ１
で求められる。
【００３９】
以上の条件によって光ファイバ母材１の延伸加工を行い、その途中でヒータ１５を切って延伸の工程を終了して、母材１を取り出して延伸加工中でのテーパ部１ｂのテーパ形状を調べた。得られたテーパ形状の外径データの一例を図２に示す。この図２のグラフにおいて、横軸は母材１の長手方向の位置（ｍｍ）、縦軸は母材１の各位置での外径（ｍｍ）であり、テーパ部１ｂでの母材１の外径の変化が示されている。
【００４０】
このような母材１のテーパ形状、例えばテーパ部１ｂの長さは、ヒータ１５による加熱範囲や母材の送込み速度などに依存する。このため、実際に光ファイバ母材の延伸を行う場合には、テーパ部１ｂの長さを含むテーパ形状を延伸装置毎に調べておき、そのデータに基づいて、好適な母材送込み速度や、外径測定器２０、２５を設置する測定位置Ｐ１、Ｐ２などを設定することが好ましい。これにより、例えば、下流部測定位置Ｐ２がテーパ部１ｂの終了端（もしくは下流端）よりも下流の位置になるなどの好適でない設定となることが防止される。
【００４１】
さらに、テーパ部１ｂのテーパ形状を調べた複数の外径データについて、テーパ部１ｂでの長手方向の位置毎に外径データを整理するとともに、２個所の位置間での外径の相関を調べた。これらの結果に基づき、まず、下流端側の下流部測定位置Ｐ２を、Ｄａがφ６５ｍｍで最小外径の出発母材１ａを延伸したときにテーパ部１ｂの終了端となる位置よりも２０ｍｍ手前の位置に設定した。
【００４２】
このように、テーパ部１ｂに含まれる２個所の測定位置のうち、下流部測定位置Ｐ２については、テーパ部１ｂの終了端近傍の所定位置に設定することが好ましい。これにより、下流部測定位置Ｐ２が延伸母材１ｃに極力近い位置となるので、位置Ｐ２における下流部外径Ｄ２と延伸母材１ｃで得られる外径とがより強い相関を有することとなり、延伸母材１ｃの外径を確実に制御することができる。
【００４３】
また、下流部測定位置Ｐ２に対する下流部目標外径Ｄ２０については、図２に示した外径データ等を参照して設定することができる。なお、テーパ部１ｂの終了端（下流端）の位置とは、延伸母材１ｃの目標外径Ｄｃ（本実施例ではφ４０ｍｍ）に略到達した長手方向の位置をいう。
【００４４】
一方、上流部測定位置Ｐ１は、先に設定された下流部測定位置Ｐ２に対して、位置Ｐ２よりも長手方向の上流にある各位置における外径の下流部外径Ｄ２との相関を考慮し、下流部外径Ｄ２に対して最も好適な相関を有する位置を上流部測定位置Ｐ１として選択して設定することが好ましい。これにより、充分な精度で延伸母材１ｃの外径を制御することが可能となる。
【００４５】
また、上流部測定位置Ｐ１に対する上流部目標外径Ｄ１０については、先に設定された下流部目標外径Ｄ２０、及び上流部外径Ｄ１の下流部外径Ｄ２との相関に基づいて設定することが好ましい。これにより、上記した測定位置の設定と合わせて、充分な精度で延伸母材１ｃの外径を制御することが可能となる。
【００４６】
上流部測定位置Ｐ１、上流部目標外径Ｄ１０、及び下流部目標外径Ｄ２０の設定について、さらに具体的に説明する。なお、下流部測定位置Ｐ２については、上記したように、Ｄａがφ６５ｍｍで最小外径の出発母材１ａを延伸したときのテーパ部１ｂの下端の位置よりも２０ｍｍ手前の位置に設定されている。
【００４７】
まず、外径Ｄａがφ６５〜９７ｍｍの範囲にある４本の出発母材１ａに対し、延伸加工中でのテーパ部１ｂのテーパ形状及びその変化を調べた。図３（ａ）〜（ｃ）に、下流部測定位置Ｐ２より上流のテーパ部１ｂの各位置での外径と、下流部測定位置Ｐ２での下流部外径Ｄ２との相関を示す。この図３（ａ）〜（ｃ）のグラフにおいて、横軸は下流部測定位置Ｐ２での下流部外径Ｄ２（ｍｍ）を、縦軸はそれより上流の各位置での外径（ｍｍ）をそれぞれ示している。
【００４８】
これらのグラフのうち、図３（ａ）は、位置Ｐ２から５０ｍｍ上流の位置での母材１の外径と下流部外径Ｄ２との相関を示している。また、図３（ｂ）は、位置Ｐ２から１００ｍｍ上流の位置での母材１の外径と下流部外径Ｄ２との相関を示している。また、図３（ｃ）は、位置Ｐ２から１５０ｍｍ上流の位置での母材１の外径と下流部外径Ｄ２との相関を示している。また、これらのグラフには、測定された外径データと合わせて、直線近似によって求められた外径相関直線が示されている。
【００４９】
これらの外径データ及びその直線近似計算の結果より、出発母材１ａの外径Ｄａを変えていったときに、下流部測定位置Ｐ２での下流部外径Ｄ２との外径の相関が最も良い上流の位置、具体的には、下流部外径Ｄ２との外径の相関が最も直線に近い位置は、下流部測定位置Ｐ２から１００ｍｍ上流の位置（図３（ｂ））であることがわかった。この結果に基づき、この位置Ｐ２から１００ｍｍ上流の位置を上流部測定位置Ｐ１として設定した。
【００５０】
これらの上流部測定位置Ｐ１及び下流部測定位置Ｐ２に対して、テーパ部１ｂのテーパ形状の制御に用いる上流部目標外径Ｄ１０及び下流部目標外径Ｄ２０は、設定された上流部測定位置Ｐ１、下流部測定位置Ｐ２、延伸の対象となる出発母材１ａの外径Ｄａ、及び上述のように予備的な延伸加工を行って得られた外径データなどからそれぞれ設定される。
【００５１】
まず、下流部測定位置Ｐ２でのテーパ部１ｂの下流部外径Ｄ２に対する下流部目標外径Ｄ２０は、好ましくは、図２に示した外径データ等による出発母材１ａの外径Ｄａと下流部外径Ｄ２との相関に基づいて設定される。本実施例において求められた下流部外径Ｄ２と出発母材１ａの外径Ｄａとの相関を、図４のグラフに示す。
【００５２】
この図４のグラフにおいて、横軸は出発母材１ａの外径Ｄａ（ｍｍ）を、縦軸はテーパ部１ｂの下流部測定位置Ｐ２での下流部外径Ｄ２（ｍｍ）を示している。下流部目標外径Ｄ２０は、このグラフに示されている相関に基づいて、延伸の対象となる出発母材１ａの外径Ｄａの値から設定される。
【００５３】
また、上流部測定位置Ｐ１でのテーパ部１ｂの上流部外径Ｄ１に対する上流部目標外径Ｄ１０は、好ましくは、先に設定された下流部目標外径Ｄ２０、及び図３（ｂ）に示した上流部外径Ｄ１と下流部外径Ｄ２との相関の外径相関直線に基づいて設定される。
【００５４】
上記した設定内容及び設定方法を用い、平均外径Ｄａが８８ｍｍで長手方向に約４ｍｍの外径変動を有する母材を出発母材１ａとして、実際に光ファイバ母材の延伸加工を行った。上流部測定位置Ｐ１及び下流部測定位置Ｐ２については、上記の通り設定した。
【００５５】
また、下流部測定位置Ｐ２での下流部目標外径Ｄ２０は、図４に示した相関曲線に基づいて、出発母材１ａの外径Ｄａ＝８８ｍｍから、下流部目標外径Ｄ２０＝４０．９ｍｍとして設定した。また、上流部測定位置Ｐ１での上流部目標外径Ｄ１０は、図３（ｂ）に示した外径相関直線の直線近似式
Ｄ１＝４．９６５１×Ｄ２−１５５．９
にＤ２０＝４０．９ｍｍを代入して、上流部目標外径Ｄ１０＝４７．２ｍｍとして設定した。
【００５６】
以上の設定内容を適用し、ヒータ１５のヒータ温度を１８８０℃、出発母材１ａの送込みの初期速度をＶ１０＝５ｍｍ／ｍｉｎ、延伸母材１ｃの引取りの初期速度をＶ２０＝２３．１ｍｍ／ｍｉｎとした延伸条件で、光ファイバ母材の延伸を行った。
【００５７】
また、上流部測定位置Ｐ１で測定された上流部測定外径Ｄ１、及び下流部測定位置Ｐ２で測定された下流部測定外径Ｄ２による、母材の送込み速度Ｖ１及び引取り速度Ｖ２の制御は、上記したそれぞれの初期速度Ｖ１０及びＶ２０と、外径の偏差（Ｄ１−Ｄ１０）及び（Ｄ２−Ｄ２０）とに基づき、以下の制御式
Ｖ１＝Ｖ１０＋Ａ１×（Ｄ１−Ｄ１０）
Ｖ２＝Ｖ２０＋Ａ２×（Ｄ２−Ｄ２０）
を用いて速度制御を行った。ここで、上記制御式における係数Ａ１及びＡ２は、各測定位置Ｐ１及びＰ２での外径の偏差を速度制御に反映させる係数である。
【００５８】
本実施例では、具体的には、Ａ１＝５（／ｍｉｎ）、Ａ２＝５０（／ｍｉｎ）として制御を行った。このとき、延伸して得られた延伸母材１ｃでは、長手方向での外径変化幅が約０．０８ｍｍと、極めて均一な外径を有する延伸母材１ｃに延伸されていることが確認された。これは、上記のように上流部測定位置Ｐ１での外径の偏差（Ｄ１−Ｄ１０）を上方での母材の送込み速度Ｖ１にフィードバックし、かつ、下流部測定位置Ｐ２での外径の偏差（Ｄ２−Ｄ２０）を下方での母材の引取り速度Ｖ２にフィードバックすることによって、小さいタイムラグで、レスポンス良く外径を制御することが可能となったためである。
【００５９】
ここで、上記制御式での制御係数Ａ１及びＡ２については、Ａ１、Ａ２の値がそれぞれ５０、５００を超えると、速度の制御幅が大きくなりすぎて、得られる延伸母材１ｃの外径が不均一になることがわかった。したがって、これらの係数Ａ１、Ａ２は、好ましくはそれぞれ５０（／ｍｉｎ）以下、５００（／ｍｉｎ）以下の範囲の値とすることが好ましい。
【００６０】
また、これらの係数Ａ１、Ａ２の値及びその組合せは、延伸する出発母材１ａの外径Ｄａ、延伸母材１ｃの目標外径Ｄｃ、ヒータ１５のヒータ温度、及びヒータ１５の長さなどの延伸条件を考慮して、最適な制御条件が得られるように設定することが好ましい。また、母材の送込み速度Ｖ１及び引取り速度Ｖ２の制御が互いに影響し合うことをも考慮して設定することが好ましい。
【００６１】
なお、延伸加工中の光ファイバ母材のテーパ部に対し、複数の外径測定器を設けて外径制御を行う延伸方法については、特開平５−１４７９７１号公報、及び特開平８−９１８６１号公報に記載があるが、これらの文献に示されている方法では、充分な延伸精度が得られていない。
【００６２】
具体的には、特開平５−１４７９７１号公報に記載された延伸方法では、テーパ部の開始直後の外径と終了直前の外径とを測定し、開始直後の外径の測定値から終了直前の外径の目標値を求めて外径制御を行っている。しかしながら、この方法では、テーパ部に対する目標外径が一定でないため、その制御方法が複雑化する。また、テーパ部の開始直後の位置から終了直前の位置に到達するまでのタイムラグの影響を除くことが難しい。
【００６３】
また、特開平８−９１８６１号公報に記載された延伸方法では、テーパ部に複数の外径測定器を設けてそれぞれで外径を測定するとともに、テーパ部のテーパ形状を直線で近似して、その直線の傾きを一定とするように外径制御を行っている。しかしながら、実際の母材のテーパ部におけるテーパ形状は直線ではなく、直線状のテーパ形状を仮定した制御方法では精度良く外径制御を行うことはできない。また、外径の絶対値については２個所で測定された外径の平均値によって制御を行っているが、これについても、同様に、テーパ形状が直線でない場合には精度良く外径制御を行うことはできない。
【００６４】
これに対して、本発明による延伸方法及び延伸装置は、テーパ部に対して設定した２個所の測定位置に対してあらかじめ一定の目標外径を与えるとともに、上流部外径及び下流部外径に基づいて、母材の送込み速度及び引取り速度をそれぞれ制御している。これにより、延伸母材の外径への制御のタイムラグを極力小さくして、レスポンス良くかつ精度良く外径制御を行うことが可能となる。
【００６５】
また、延伸の対象となる出発母材に長手方向の外径変動がある場合、延伸加工中における母材のテーパ部での外径分布にも変動を生じるが、このとき、得られる延伸母材の外径を均一に保つには、テーパ部の外径分布を一定に保つことが重要である。このためには、テーパ部の各位置での外径をすべて測定して外径制御を行うことが考えられる。しかしながら、実際には、設備上の制約等からそのような構成は困難である。
【００６６】
これに対して、本発明による延伸方法及び延伸装置によれば、テーパ部の外径分布を制御するために好適な組合せとなるように２個所の測定位置を設定し、その上流部測定位置及び下流部測定位置のそれぞれで外径測定を行うことによって、効率的な外径制御を実現している。
【００６７】
本発明による光ファイバ母材の延伸方法及び延伸装置は、上記した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、測定位置Ｐ１、Ｐ２や、目標外径Ｄ１０、Ｄ２０の設定については、上述した設定例以外にも、それぞれの延伸装置での具体的な条件に応じた設定方法で設定することが好ましい。また、測定外径と目標外径との偏差をフィードバックする制御式についても、上記した実施例での１次の制御式はその１例を示すものであり、他の形の式を用いても良い。
【００６８】
【発明の効果】
本発明による光ファイバ母材の延伸方法及び延伸装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、延伸加工中の母材のテーパ部について、上流部測定位置と下流部測定位置との２個所で外径を測定するとともに目標外径を設定し、上流部測定位置及び下流部測定位置での外径偏差から母材の送込み速度及び引取り速度をそれぞれ制御する光ファイバ母材の延伸方法及び延伸装置によれば、延伸母材の外径への制御のタイムラグを低減して、その外径を精度良く制御することが可能となる。
【００６９】
これにより、光ファイバ及び光ファイバ母材の生産性を向上する目的で光ファイバ母材が大型化された場合でも、充分な延伸精度で母材の延伸を行うことができ、光ファイバ母材の製造コストの低減により、その生産性を効果的に向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ母材の延伸装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。
【図２】光ファイバ母材のテーパ部での外径の変化を示すグラフである。
【図３】上流部外径と下流部外径との相関を示すグラフである。
【図４】下流部外径と出発母材の外径との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光ファイバ母材、１ａ…出発母材、１ｂ…テーパ部、１ｃ…延伸母材、Ｐ１…上流部測定位置、Ｐ２…下流部測定位置、１０…加熱炉、１１…上部チャック、１２…母材送込み駆動部、１３…下部チャック、１４…母材引取り駆動部、１５…ヒータ、
２０…上流部外径測定器、２１…発光器、２２…受光器、２３…演算処理部、２４…送込み速度制御部、
２５…下流部外径測定器、２６…発光器、２７…受光器、２８…演算処理部、２９…引取り速度制御部。

Claims

母材送込み手段が送込む出発母材の一端部を加熱手段によって加熱軟化させて所望の外径になるように延伸し、得られた延伸母材を母材引取り手段が引取る光ファイバ母材の延伸方法であって、
長手方向に沿って外径が変化する前記出発母材及び前記延伸母材の間のテーパ部に対して、前記テーパ部に含まれる上流部測定位置と、前記テーパ部に含まれ前記上流部測定位置よりも前記長手方向の下流にある下流部測定位置とが設定され、
前記上流部測定位置での前記テーパ部の上流部外径について、設定された上流部目標外径と測定された上流部測定外径とを比較し、その偏差に基づいて前記母材送込み手段による前記出発母材の送込み速度を制御するとともに、
前記下流部測定位置での前記テーパ部の下流部外径について、設定された下流部目標外径と測定された下流部測定外径とを比較し、その偏差に基づいて前記母材引取り手段による前記延伸母材の引取り速度を制御することを特徴とする光ファイバ母材の延伸方法。
前記上流部目標外径と前記下流部目標外径とのそれぞれが、前記出発母材の外径及び前記延伸母材に対する目標外径に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の延伸方法。
前記上流部目標外径と前記下流部目標外径とのそれぞれが、前記光ファイバ母材の組成に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の延伸方法。
前記下流部測定位置が、前記テーパ部の終了端近傍の所定位置に設定されるとともに、先に設定された前記下流部測定位置に対して、前記上流部測定位置が、前記下流部測定位置よりも前記長手方向の上流にある各位置における外径の前記下流部外径との相関を考慮して設定されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の延伸方法。
前記上流部目標外径が、先に設定された前記下流部目標外径、及び前記上流部外径の前記下流部外径との相関に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の延伸方法。
母材送込み手段が送込む出発母材の一端部を加熱手段によって加熱軟化させて所望の外径になるように延伸し、得られた延伸母材を母材引取り手段が引取る光ファイバ母材の延伸装置であって、
長手方向に沿って外径が変化する前記出発母材及び前記延伸母材の間のテーパ部に対して、前記テーパ部に含まれる上流部測定位置での前記テーパ部の上流部外径を測定する上流部外径測定手段と、
前記テーパ部に含まれ前記上流部測定位置よりも前記長手方向の下流にある下流部測定位置での前記テーパ部の下流部外径を測定する下流部外径測定手段と、
前記上流部測定位置での前記テーパ部の前記上流部外径について、設定された上流部目標外径と測定された上流部測定外径とを比較し、その偏差に基づいて前記母材送込み手段による前記出発母材の送込み速度を制御する送込み速度制御手段と、
前記下流部測定位置での前記テーパ部の前記下流部外径について、設定された下流部目標外径と測定された下流部測定外径とを比較し、その偏差に基づいて前記母材引取り手段による前記延伸母材の引取り速度を制御する引取り速度制御手段と
を備えることを特徴とする光ファイバ母材の延伸装置。
前記上流部目標外径と前記下流部目標外径とのそれぞれが、前記出発母材の外径及び前記延伸母材に対する目標外径に基づいて設定されることを特徴とする請求項６記載の光ファイバ母材の延伸装置。
前記上流部目標外径と前記下流部目標外径とのそれぞれが、前記光ファイバ母材の組成に基づいて設定されることを特徴とする請求項６記載の光ファイバ母材の延伸装置。
前記下流部測定位置が、前記テーパ部の終了端近傍の所定位置に設定されるとともに、先に設定された前記下流部測定位置に対して、前記上流部測定位置が、前記下流部測定位置よりも前記長手方向の上流にある各位置における外径の前記下流部外径との相関を考慮して設定されることを特徴とする請求項６記載の光ファイバ母材の延伸装置。
前記上流部目標外径が、先に設定された前記下流部目標外径、及び前記上流部外径の前記下流部外径との相関に基づいて設定されることを特徴とする請求項６記載の光ファイバ母材の延伸装置。