JP5476778B2 - 光ファイバ用ガラス母材の延伸方法 - Google Patents

Description

本発明は、加熱炉によって加熱された光ファイバ用ガラス母材を延伸する光ファイバ用ガラス母材の延伸方法に関する。

従来の光ファイバ用ガラス母材の延伸方法の一例として、チャックで母材の両端を把持し、回転させながら加熱し、かつ両チャックが相対的に遠ざかるように移動させることにより延伸させるものがある。（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の光ファイバ用ガラス母材の延伸方法の別の例として、母材下部を炉内に保持し、先端部が溶融落下するのを待って延伸開始するものがある。（例えば、特許文献２参照）
更に、従来の光ファイバ用ガラス母材の延伸方法の更に別の例として、母材先端部を加熱炉に挿入し、ある程度の重量を持った部分を落し種部として落下させて口出しを行うものがある。（例えば、特許文献３参照）

特開２００３−３４２０２９号公報 国際公開第２００５／１０５６８３号パンフレット 特開２００２−０８０２３８号公報

ところが、上記特許文献１に開示された従来の光ファイバ用ガラス母材の延伸方法では、延伸開始の初期にハンチングが起き易く、光ファイバ用ガラス母材の外径を安定させるまでに多くの時間を必要としていた。外径が安定するまでの間のガラス母材は不良となるため、歩留まりの向上の妨げとなっていた。

また、上記特許文献２、３に開示された従来の光ファイバ用ガラス母材の延伸方法では、光ファイバ用ガラス母材が自重により落下する際に、落し種部が増大してその落し種部が急激に落下してしまうという可能性があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光ファイバ用ガラス母材の口出し時の落し種部の径を最適化することにより、落し種部が増大することなく、その後の延伸時に外径が安定するまでの時間を短縮し、歩留まりの向上を図ることができる光ファイバ用ガラス母材の延伸方法を提供することにある。

上記課題を解決することができる本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の延伸方法は、
光ファイバ用ガラス母材の両端を把持し、加熱炉により前記光ファイバ用ガラス母材を加熱して溶融延伸させる光ファイバ用ガラス母材の延伸方法であって、
延伸開始時の口出し作業において、前記光ファイバ用ガラス母材の一端のみを把持して前記光ファイバ用ガラス母材の他端側を溶融し、前記光ファイバ用ガラス母材の溶融部を自重により落下させ、延伸することにより口出しを行う際に、落下する前記溶融部の外径を測定して予め設定した目標値と比較し、その偏差に基づき、送り込み量を制御して落下する前記溶融部を延伸することにより口出し作業を行うことを特徴としている。

このように構成された光ファイバ用ガラス母材の延伸方法によれば、口出し作業を行う際に、光ファイバ用ガラス母材の溶融部を自重により落下させ、落下する溶融部の外径を測定して予め設定した目標値と比較し、その偏差に基づき、送り込み量を制御して落下する溶融部を延伸することで、口出し作業を行う。
このように、口出し時に初期溶融した溶融部の外径を目標値と比較して制御しているので、延伸初期の光ファイバ用ガラス母材の外径が太過ぎたり細過ぎたりすることなく、目標値の径からスタートできるため、ハンチングの発生を減少させることができる。よって、延伸開始から外径が安定するまでの時間を短縮することができ、歩留まりの向上を図ることができる。

また、本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の延伸方法は、前記口出し作業を行った後に、前記光ファイバ用ガラス母材の他端を把持して前記光ファイバ用ガラス母材の延伸を引き続き行うことが好ましい。

このように構成された光ファイバ用ガラス母材の延伸方法によれば、前記した口出し作業に引き続き光ファイバ用ガラス母材の延伸を行うことにより、目標径に制御された口出し部を延伸開始部とすることができる。このため、光ファイバ用ガラス母材の径がハンチングすることなく、延伸開始時から外径が安定した状態で光ファイバ用ガラス母材の延伸を引き続き行うことができる。

本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の延伸方法によれば、光ファイバ用ガラス母材の口出し時の落し種部の径を最適化することにより、その後の延伸時に外径が安定するまでの時間を短縮し、歩留まりの向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材延伸装置のブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係る光ファイバ用ガラス母材の延伸方法の口出しまでの制御動作を説明するフローチャートである。 図２に続く延伸の制御動作を説明するフローチャートである。

以下、図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態である光ファイバ用ガラス母材延伸装置１０は、光ファイバ用ガラス母材１を加熱する炉心管１１と、炉心管１１の外側に配置されたヒータ１２とを備えている。また、このガラス母材延伸装置１０は、ヒータ１２の温度を測定するヒータ温度測定器１３と、炉心管１１の外部に配置された上チャック機構１４と、炉心管１１の下端部に配置された外径測定器１５とを備えている。さらに、このガラス母材延伸装置１０は、光ファイバ用ガラス母材１の搬送方向下流に配置されたキャプスタン機構１６と、制御手段１７とを備えている。

ヒータ１２は、制御手段１７により設定された設定温度に応じた通電が行われることで、炉心管１１を加熱して光ファイバ用ガラス母材１を溶融させる。また、ヒータ温度測定器１３は、ヒータ１２の現在温度を測定し、その測定値（電気信号）を制御手段１７に転送する。

上チャック機構１４は、上チャックモータ１８と、上チャックモータ１８の不図示の出力軸に連結されたボールねじ１９と、ボールねじ１９に螺合された上チャック２０とを備える。上チャック２０は、延伸開始時に光ファイバ用ガラス母材１の上端部（一端）を把持する。また、上チャックモータ１８は、制御手段１７により設定された設定速度に応じた電流を与えられることで、ボールねじ１９を回転させ、上チャック２０を所定の下降速度で下降させる。

外径測定器１５は、非接触型のセンサである。この外径測定器１５は、溶融された光ファイバ用ガラス母材１が自重により垂れ始めることにより口出しを始めた際の光ファイバ用ガラス母材１の溶融部（落下部）の外径を測定し、その測定値（電気信号）を制御手段１７に転送する。

制御手段１７は、光ファイバ用ガラス母材１の口出し時に、外径測定器１５より取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径測定値により、送りチャック制御を実行する。
なお、炉温制御とは、ヒータ温度測定器１３から転送されたヒータ１２の現在温度の測定値に基づき、ヒータ１２の温度を上げるか、或いはヒータ１２の温度を下げるかの制御である。また、送りチャック制御とは、上チャック２０を現在位置からさらに下降させるか、或いは上チャック２０を現在位置から上昇させるかの制御である。これら炉温制御、送りチャック制御は通常の延伸制御で行われているが、本願発明では、外径測定値により、口出し時に、送りチャック制御を行う。

炉温制御では、取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の外径測定値Ｄｐｖを落とし種目標外径設定値Ｄｔｓｐと比較し、それらの偏差Δｔｄと、炉温制御用ゲインＫｐｔｔにより、制御量Δｔｄ＊Ｋｐｔｔを算出し、炉温設定値Ｔｓｐとの加減算を行う。これにより、ヒータ温度設定値Ｔｈｓｐ＝Ｔｓｐ±（Δｔｄ＊Ｋｐｔｔ）を算出し、温度調節計２４を通じてヒータ１２の温度を調整する。

送りチャック制御では、取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の外径測定値Ｄｐｖを目標外径設定値Ｄｔｓｐと比較し、それらの偏差Δｔｄと、上チャック速度制御用ゲインＫｐｔａにより、制御量Δｔｄ＊Ｋｐｔａを算出し、上チャック速度設定値Ｖａｓｐに対する加減算により、上チャック速度設定値Ｖａｓｐ＝Ｖａ±（Δｔｄ＊Ｋｐｔａ）で上チャックモータ１８への駆動指令を決定する。

送りチャック制御を行う場合は、取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径測定値が設定外径値よりも大きいか否かを比較し、外径測定値が設定外径値よりも細くなっていると、上チャック２０の下降速度を「ｂ」だけ速くさせる制御を実行する。また、外径測定値が設定外径値よりも太くなっていると、上チャック２０の下降速度を「ｂ」だけ遅くする、または引上げる制御を実行する。

口出し作業終了後、他端側を下チャックに接続し、光ファイバ用ガラス母材１の延伸作業を開始する。このとき、送りチャック制御か引張り制御かのどちらかを選択するが、両方選択することとしても良い。
なお、送りチャック制御とは、上チャック２０の下降速度を速くさせるか、或いは遅くさせるかの制御である。また、引張り制御とは、キャプスタン機構１６のローラ２２の回転速度を上げるか或いは下げるかの制御である。

キャプスタン機構１６は、キャプスタンモータ２１と、キャプスタンモータ２１の不図示の出力軸に連結された複数のローラ２２と、ローラ２２に架け渡されたベルト２３とを備えている。このキャプスタン機構１６は、口出し作業終了時にキャプスタン部に他端側を把持して引っ張り、延伸開始するもので、制御手段１７により設定された設定引張速度に応じた電流が与えられる。これにより、ローラ２２を回転させてベルト２３により、光ファイバ用ガラス母材１を所定の引っ張り速度で搬送方向下流側へ引張する。

送りチャック制御では、取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の外径測定値Ｄｄｖを制御目標外径設定値Ｄｓｐと比較して測定外径偏差Δｄを算出し、その偏差Δｄと、上チャック速度制御用ゲイン値Ｋｐａにより、制御量Δｄ＊Ｋｐａを算出する。そして、上チャック速度設定値Ｖａに対する加減算により、上チャック速度設定値Ｖａｓｐ＝Ｖａ±（Δｄ＊Ｋｐａ）で上チャックモータ１８への駆動指令を決定する。
引張り制御では、取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の外径測定値Ｄｄｖを制御目標外径設定値Ｄｓｐと比較して測定外径偏差Δｄを算出し、その偏差Δｄと、キャプスタン速度制御用ゲインＫｐｂにより、制御量Δｄ＊Ｋｐｂを算出する。そして、キャプスタン速度設定値Ｖｃに対する加減算により、キャプスタン速度設定値Ｖｓｐ＝Ｖｃ±（Δｄ＊Ｋｐｂ）でキャプスタンモータ２１への駆動指令を決定する。

送りチャック制御を選択した場合は、取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径測定値が設定外径値よりも大きいか否かを比較し、外径測定値が設定外径値よりも細くなっていると、上チャック２０の下降速度を「ｃ」だけ速くする制御を実行する。また、外径測定値が設定外径値よりも太くなっていると、上チャック２０の下降速度を「ｃ」だけ遅くする、または引上げる制御を実行する。

引張り制御を選択した場合は、取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径測定値が設定外径値よりも大きいか否かを比較し、外径測定値が設定外径値よりも細くなっていると、キャプスタンモータ２１の回転速度を「ｄ」だけ遅くする制御を実行する。また、外径測定値が設定外径値よりも太くなっていると、キャプスタンモータ２１の回転速度を「ｄ」だけ速くする制御を実行する。

次に、図２、図３を参照して、光ファイバ用ガラス母材延伸装置１０を適用した光ファイバ用ガラス母材の延伸方法の制御動作について説明する。

上チャック２０に光ファイバ用ガラス母材１の上端部を把持し、上チャックモータが駆動されることにより、上チャック２０が所定の下降速度で下降され、ヒータ１２が作動している炉心管１１内に光ファイバ用ガラス母材１が投入される。

図２に示すように、溶融された光ファイバ用ガラス母材１が自重により垂れ始めることにより口出しを始めた際に、外径測定器１５が光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径を測定する。そして、その外径測定値が制御手段１７により予め設定されている落とし種目標外径設定値Ｄｔｓｐ以上になるまでは、外径測定器１５による外径測定を続ける（Ｓ１０２→Ｓ１０３）。

外径測定器１５による光ファイバ用ガラス母材１の外径測定値が、落とし種目標外径設定値Ｄｔｓｐ以上であることを検出したら、その外径測定値が制御手段１７に取り込まれ、制御が開始される。

取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径測定値が設定外径値よりも大きいか否かを比較し、外径測定値が設定外径値よりも細くなっていると、上チャック２０の下降速度を「ｂ」だけ速くさせる制御を行う（Ｓ１０８→Ｓ１０９）。

また、外径測定値が設定外径値よりも太くなっていると、上チャック２０の下降速度を「ｂ」だけ遅くさせる制御を行う（Ｓ１０８→Ｓ１１０）。

このように、光ファイバ用ガラス母材１の口出しまでの制御動作では、口出し時の光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径が予め設定した目標値よりも太くなっていた場合、下降速度を調整して光ファイバ用ガラス母材１の外径が細くなるように制御する。逆に、口出し時の光ファイバ用ガラス母材１の外径が予め設定した目標値よりも細くなっていた場合、下降速度を調整して光ファイバ用ガラス母材の外径が太くなるように制御する。

図３に示すように、外径を調整された光ファイバ用ガラス母材１は、口出し作業終了後、他端側を下チャック（キャプスタン）に接続し、続いて延伸作業を開始する。このとき、送りチャック制御か引張り制御かのどちらかを選択する。

光ファイバ用ガラス母材１の下端部をキャプスタン機構１６のベルト２３で把持し、外径測定器１５が光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径を測定し、その外径測定値が制御手段１７に取り込まれる（Ｓ１１１→Ｓ１１２）。

この段階で、送りチャック制御か或いは引張り制御かのどちらかを人が選択する（Ｓ１１３）。

送りチャック制御を選択した場合は、取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径測定値が設定外径値よりも大きいか否かを比較し、外径測定値が設定外径値よりも細くなっていると、上チャック２０の下降速度を「ｃ」だけ速くする制御を行う（Ｓ１１３→Ｓ１１４→Ｓ１１５）。

また、外径測定値が設定外径値よりも太くなっていると、上チャック２０の下降速度を「ｃ」だけ遅くする、または引上げる制御を行う（Ｓ１１３→Ｓ１１４→Ｓ１１６）。

引張り制御を選択した場合は、取り込まれた光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径測定値が設定外径値よりも大きいか否かを比較し、外径測定値が設定外径値よりも細くなっていると、キャプスタンモータ２１の回転速度を「ｄ」だけ遅くする制御を行う（Ｓ１１３→Ｓ１１７→Ｓ１１８）。

また、外径測定値が設定外径値よりも太くなっていると、キャプスタンモータ２１の回転速度を「ｄ」だけ速くする制御を行う（Ｓ１１３→Ｓ１１７→Ｓ１１９）。

このように、光ファイバ用ガラス母材１の延伸の制御動作では、口出し後の光ファイバ用ガラス母材１の溶融部の外径が予め設定した目標値よりも太くなっていた場合、下降速度または引張り速度、若しくはその両方を調整して光ファイバ用ガラス母材１の外径が細くなるように制御する。逆に、口出し後の光ファイバ用ガラス母材１の外径が予め設定した目標値よりも細くなっていた場合、下降速度または引張り速度、若しくはその両方を調整して光ファイバ用ガラス母材の外径が太くなるように制御する。

以上説明したように、本発明の一実施形態の光ファイバ用ガラス母材１の延伸方法によれば、口出し作業を行う際に、光ファイバ用ガラス母材１の溶融部を自重により落下させ、落下する溶融部の外径を測定して予め設定した目標値と比較し、その偏差に基づき送りチャックの下降速度（送り込み量）を制御して落下する溶融部を延伸することで、口出し作業を行う。

これにより、初期溶融した溶融部の外径を目標値として制御しているので、延伸初期の光ファイバ用ガラス母材の外径が太過ぎたり細過ぎたりせずに、目標値の径からスタートできるため、ハンチングすることはない。よって、光ファイバ用ガラス母材の口出し時の落し種部の径を最適化することにより、その後の延伸時に外径が安定するまでの時間を短縮し、歩留まりの向上を図ることができる。

また、口出し作業に引き続き光ファイバ用ガラス母材の延伸を行うことにより、目標径に制御された口出し部を延伸開始部とすることができる。このため、光ファイバ用ガラス母材の径がハンチングすることなく、延伸開始時から外径が安定した状態で光ファイバ用ガラス母材の延伸を引き続き行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１ 光ファイバ用ガラス母材
１０ 光ファイバ用ガラス母材延伸装置
１１ 炉芯管（加熱炉）
１２ ヒータ
１３ ヒータ温度測定器
１５ 外径測定器（外径測定手段）
１６ キャプスタン機構
１７ 制御手段
２０ 上チャック
２１ キャプスタンモータ

Claims (2)

1. 光ファイバ用ガラス母材の両端を把持し、加熱炉により前記光ファイバ用ガラス母材を加熱して溶融延伸させる光ファイバ用ガラス母材の延伸方法であって、
   延伸開始時の口出し作業において、前記光ファイバ用ガラス母材の一端のみを把持して前記光ファイバ用ガラス母材の他端側を溶融し、前記光ファイバ用ガラス母材の溶融部を自重により落下させ、延伸することにより口出しを行う際に、落下する前記溶融部の外径を測定して予め設定した目標値と比較し、その偏差に基づき、送り込み量を制御して落下する前記溶融部を延伸することにより口出し作業を行うことを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の延伸方法。
2. 前記口出し作業を行った後に、前記光ファイバ用ガラス母材の他端を把持して前記光ファイバ用ガラス母材の延伸を引き続き行うことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ用ガラス母材の延伸方法。