JP6638346B2 - 光ファイバ製造装置、光ファイバ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ製造装置、光ファイバ製造方法に関し、詳細には、光ファイバ用ガラス母材から光ファイバを線引きする光ファイバ製造装置、光ファイバ製造方法に関する。

光ファイバ用線引炉（以下、線引炉という）による光ファイバの線引きは、石英を主成分とする光ファイバ用ガラス母材（以下、ガラス母材という）を炉心管に供給し、炉心管の外側に設けられたヒータで加熱溶融して行われる。
光ファイバの線位置が炉心管の中心の位置から大きくずれると、ガラス母材の溶融範囲が周方向で不均一になったり、下流側の冷却装置に接触することがある。そこで、例えば、特許文献１，２には、ガラス母材を回転させながら線引きすることにより、高品質な光ファイバを製造する技術が開示されている。

特開２０１３−２２０９７２号公報 特開２０１３−２５３００８号公報

ところで、上記特許文献１，２では、線引きされた光ファイバの線位置を検出し、この線位置が炉心管の中心の位置（つまり（ｘ，ｙ）が（０，０））に配置されるように、光ファイバ母材を水平方向に移動させている。
しかしながら、光ファイバの線位置と炉心管の中心の位置とが一致するように調整している場合に、ヒータが経年劣化によって変形すると、ガラス母材の溶融範囲が周方向で不均一になるので、ヒータ自体の損傷や抵抗の悪化などが生じていなくても、ヒータを交換する必要がある。このため、ヒータの交換頻度を抑えることが望まれている。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ヒータの交換頻度を抑える光ファイバ製造装置、光ファイバ製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光ファイバ製造装置、製造方法は、光ファイバ用ガラス母材が供給される炉心管、および該炉心管を外側から加熱するヒータを有し、前記炉心管内で前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバ用線引炉と、線引きされる前記光ファイバの線位置を検出するファイバ位置測定器と、前記光ファイバ用ガラス母材を該光ファイバ用ガラス母材の軸方向に直交する方向に移動させる移動機構と、前記ファイバ位置測定器で検出された光ファイバの線位置に基づいて前記移動機構に駆動信号を出力する制御部とを備えた光ファイバ製造装置であって、前記制御部は、線引き終了後の前記光ファイバ用ガラス母材の焼結領域と未焼結領域との境界位置に基づいて、前記ヒータの加熱量が前記光ファイバ用ガラス母材の周方向で均一になる位置を次回の光ファイバの目標線位置に設定し、次回の光ファイバの線位置が前記目標線位置に配置されるように、前記移動機構に駆動信号を出力する。

上記によれば、コア偏心などの構造外れを防止できると共に、ヒータの交換頻度を抑え、線引炉の長寿命化を図ることができる。

本発明の一態様に係る光ファイバ製造装置の概略構成図である。 図１の制御装置の構成図である。 図１の光ファイバ製造装置による制御ブロック図である。 線引き終了後のガラス母材を説明する図である。 線引き終了後のガラス母材を説明する図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本発明の一態様に係る光ファイバ製造装置は、（１）光ファイバ用ガラス母材が供給される炉心管、および該炉心管を外側から加熱するヒータを有し、前記炉心管内で前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバ用線引炉と、線引きされる前記光ファイバの線位置を検出するファイバ位置測定器と、前記光ファイバ用ガラス母材を該光ファイバ用ガラス母材の軸方向に直交する方向に移動させる移動機構と、前記ファイバ位置測定器で検出された光ファイバの線位置に基づいて前記移動機構に駆動信号を出力する制御部とを備えた光ファイバ製造装置であって、前記制御部は、線引き終了後の前記光ファイバ用ガラス母材の焼結領域と未焼結領域との境界位置に基づいて、前記ヒータの加熱量が前記光ファイバ用ガラス母材の周方向で均一になる位置を次回の光ファイバの目標線位置に設定し、次回の光ファイバの線位置が前記目標線位置に配置されるように、前記移動機構に駆動信号を出力する。光ファイバの目標線位置は、線引き終了後のガラス母材の焼結領域と未焼結領域との境界位置からガラス母材への加熱が周方向で均一になるように設定されており、光ファイバの線位置を炉心管の中心以外の位置に配置できる。このため、仮にヒータが経年劣化で変形しても、光ファイバの線位置を炉心管の中心からずれた位置に変更できる。よって、コア偏心などの構造外れを防止できると共に、ヒータの交換頻度を抑え、線引炉の長寿命化や製造コストの低廉化を図ることができる。
（２）前記光ファイバ用ガラス母材の直径、線引き終了後の該光ファイバ用ガラス母材の軸方向に直交する所定面から該光ファイバ用ガラス母材の焼結領域と未焼結領域との境界位置までの高さ、該高さが得られた方向を入力させる入力部をさらに備え、前記制御部は、前記入力部で入力された値に基づいて前記光ファイバの目標線位置を設定する。ガラス母材に関する値を入力して光ファイバの目標線位置を設定すれば、ガラス母材への加熱を周方向でより一層均一にできる。

本発明の一態様に係る光ファイバ製造方法は、（３）光ファイバ用ガラス母材が供給される炉心管、および該炉心管を外側から加熱するヒータを有し、前記炉心管内で前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする線引ステップと、線引きされる前記光ファイバの線位置を検出するファイバ位置測定ステップと、前記光ファイバ用ガラス母材を該光ファイバ用ガラス母材の軸方向に直交する方向に移動させる移動ステップと、前記ファイバ位置測定ステップで検出された光ファイバの線位置に基づいて前記移動ステップにおいて移動機構に駆動信号を出力する制御ステップとを含む光ファイバ製造方法であって、前記制御ステップは、線引き終了後の前記光ファイバ用ガラス母材の焼結領域と未焼結領域との境界位置に基づいて、前記ヒータの加熱量が前記光ファイバ用ガラス母材の周方向で均一になる位置を次回の光ファイバの目標線位置に設定し、次回の光ファイバの線位置が前記目標線位置に配置されるように、前記移動機構に駆動信号を出力する。光ファイバの目標線位置は、線引き終了後のガラス母材の焼結領域と未焼結領域との境界位置からガラス母材への加熱が周方向で均一になるように設定されており、光ファイバの線位置を炉心管の中心以外の位置に配置できる。このため、仮にヒータが経年劣化で変形しても、光ファイバの線位置を炉心管の中心からずれた位置に変更できる。よって、コア偏心などの構造外れを防止できると共に、ヒータの交換頻度を抑え、線引炉の長寿命化や製造コストの低廉化を図ることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら、本発明による光ファイバ製造装置および製造方法の好適な実施の形態について説明する。以下ではヒータにより炉心管を加熱する抵抗炉を例に説明する。
図１は、本発明の一態様による光ファイバ製造装置の概略構成図である。線引炉１０は、例えば、下部チャンバ１０ａ、炉筐体１３からなる。炉筐体１３の中央部には、カーボン製で円筒状の炉心管１３ａが設けられ、下部チャンバ１０ａと連通している。

炉筐体１３内には、ヒータ１３ｂが炉心管１３ａを囲むように設けられ、炉心管１３ａを外側から加熱する。
ガラス母材１１は線引きタワー１ａに吊り下げられて炉心管１３ａ内に挿入される。ガラス母材１１の上端は、吊り支持装置１９で把持されており、ガラス母材１１は上下方向（軸方向、ｚ方向ともいう）に移動可能である。

また、この吊り支持装置１９には水平移動機構１９ａが設けられている。水平移動機構１９ａは、制御装置２１からの信号にしたがい、ガラス母材１１を、軸方向に対して直交する水平方向（例えばｘｙ方向）に移動可能に構成されている。なお、水平移動機構１９ａが本発明の移動機構に相当する。

セットされたガラス母材１１の下端部分が、炉心管１３ａの外側からヒータ１３ｂで加熱されると、ガラス母材１１の下端部分が溶融して垂下し、下部チャンバ１０ａから下方に引き出され、光ファイバ１２となる。
なお、線引炉１０内の酸化劣化を防止するために、線引炉１０には不活性ガス等による炉内ガスの供給機構（図示省略）が設けられている。このガスは、線引きされた光ファイバ１２と共に、下部チャンバ１０ａから放出される。

線引きされた光ファイバ１２は、冷却装置１５で強制的に冷却された後、塗布装置１６に向かう。塗布装置１６では、例えば紫外線硬化樹脂が塗布されて光ファイバ１２を保護する。この樹脂は硬化装置１７で硬化される。その後、光ファイバ１２は、ガイドローラ１８を経てキャプスタン１８ａで引き取られ、巻き取りドラム２０で巻き取られる。

また、例えば下部チャンバ１０ａと冷却装置１５との間には外径測定器１４が設置されている。外径測定器１４は、本発明のファイバ位置測定器に相当し、例えば、線引きされた光ファイバ１２の側面の投光画像をモニタして画像処理を施すことにより、光ファイバ１２のガラス外径を測定する。これにより、光ファイバの線位置を検出できる。この検出結果は制御装置２１に送られる。なお、外径測定器は、例えば、冷却装置１５と塗布装置１６との間にも設けてもよい。

図２は、図１の制御装置の構成図である。制御装置２１は、例えば、制御部２１ａ、通信部２１ｂ、入力部２１ｃから構成されている。制御部２１ａは、通信部２１ｂを介して図１で説明した外径測定器１４や水平移動機構１９ａと通信可能である。また、制御部２１ａは、例えば１個あるいは複数個のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等からなり、例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このロードしたＲＡＭ内のプログラムを実行する。これにより、光ファイバ製造装置の動作を制御できる。

ここで、制御部２１ａは、目標値設定部３０、比較部３１、調整部３２を有する。目標値設定部３０は、図１のガラス母材１１の焼結領域と未焼結領域に基づいて、ヒータ１３ｂの加熱量がガラス母材１１の周方向で均一になる位置を光ファイバの目標線位置に設定する。比較部３１は、この光ファイバの目標線位置と外径測定器１４で検出された光ファイバの線位置とを比較する。調整部３２は、この比較結果に基づいて水平移動機構１９ａを駆動するための制御信号を作成する。

図３は、図１の光ファイバ製造装置による制御ブロック図であり、図４や図５は、線引き終了後のガラス母材を説明する図である。
線引き終了後のガラス母材には、図４（Ａ）に示すように、透明な焼結領域Ｓ（図４（Ａ）に無地で示す）と不透明な未焼結領域Ｕ（図４（Ａ）にハッチングで示す）がある。このガラス母材を、例えばその周方向で撮影して画像処理すると、図４（Ｂ）に示すように、焼結領域Ｓと未焼結領域Ｕとの境界位置から所定位置（例えばガラス母材の軸方向に直交する所定面）までの高さを求めることができる。具体的には、図４（Ａ）に示した最大高さＨ（例えば２５ｍｍ）と、この最大高さＨが得られた方向（例えば３３°）を計測できる。

次いで、図２に示した入力部２１ｃから、最大高さＨとその方向や、例えば今回および次回セットする各ガラス母材の直径を入力すると、目標値設定部３０が、今回セットしたガラス母材の周方向で見て、溶融範囲の多い箇所をヒータの内面から遠くし、溶融範囲の少ない箇所をヒータの内面に近づけるように、次回のガラス母材に関する光ファイバの目標線位置（目標値：例えば（ｘ，ｙ）が（−１ｍｍ，−０．５ｍｍ））を設定する。

なお、図４（Ａ）に示した最小高さｈと、この最小高さｈが得られた方向を用い光ファイバの目標線位置を設定してもよい。あるいは、図５に示すように、線引き終了後のガラス母材をその上方から撮影して画像処理することも可能である。また、光ファイバの目標線位置は、座標に替えて、方向と移動量で設定してもよい。

図３に示すように、目標値が与えられると、比較部３１が目標値と外径測定器１４で検出した光ファイバ１２の現在位置との差（偏差）を求め、この誤差信号を調整部３２に出力する。調整部３２は誤差信号として制御信号を作成し、水平移動機構１９ａに出力する。水平移動機構１９ａはこの制御信号で作動し、その操作量をガラス母材１１に出力する。また、光ファイバ１２の現在位置の変化は直ちに外径測定器１４で検出され、比較部３１にフィードバックされる。

なお、線引きが進んでガラス母材が短くなると、図１に示した線引きタワー１ａの撓みも小さくなるので、目標値には線引きタワーの傾斜を考慮してもよい。
このように、図２の制御部２１ａは、入力部２１ｃで入力された値に基づいて光ファイバの目標線位置を設定し、外径測定器で検出される光ファイバの線位置がこの目標線位置に配置されるように、水平移動機構に駆動信号を出力する。水平移動機構は、ガラス母材の揺れ防止のために、１ｍｍ／秒以下の速度でガラス母材を移動させる。

以上のように、本実施形態によれば、光ファイバの目標線位置は、ガラス母材の焼結領域と未焼結領域からガラス母材への加熱が周方向で均一になるように設定されており、光ファイバの線位置を炉心管の中心以外の位置に配置できる。このため、仮にヒータが経年劣化で変形しても、光ファイバの線位置を炉心管の中心からずれた位置に変更できる。よって、コア偏心などの構造外れを防止できると共に、ヒータの交換頻度を抑え、線引炉の長寿命化を図ることができる。より具体的には、コア偏心による光ファイバの廃却率を１０％から０％近くまで低くすることができ、また、ヒータの使用期間をこれまでの３〜４倍の長さに延ばすことができた。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…光ファイバ製造装置、１ａ…線引きタワー、１０…線引炉、１０ａ…下部チャンバ、１１…ガラス母材、１２…線引きされた光ファイバ、１３…炉筐体、１３ａ…炉心管、１３ｂ…ヒータ、１４…外径測定器、１５…冷却装置、１６…塗布装置、１７…硬化装置、１８…ガイドローラ、１８ａ…キャプスタン、１９…吊り支持装置、１９ａ…水平移動機構、２０…巻き取りドラム、２１…制御装置、２１ａ…制御部、２１ｂ…通信部、２１ｃ…入力部、３０…目標値設定部、３１…比較部、３２…調整部。

Claims (3)

1. 光ファイバ用ガラス母材が供給される炉心管、および該炉心管を外側から加熱するヒータを有し、前記炉心管内で前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする光ファイバ用線引炉と、線引きされる前記光ファイバの線位置を検出するファイバ位置測定器と、前記光ファイバ用ガラス母材を該光ファイバ用ガラス母材の軸方向に直交する方向に移動させる移動機構と、前記ファイバ位置測定器で検出された光ファイバの線位置に基づいて前記移動機構に駆動信号を出力する制御部とを備えた光ファイバ製造装置であって、
   前記制御部は、線引き終了後の前記光ファイバ用ガラス母材の焼結領域と未焼結領域との境界位置に基づいて、前記ヒータの加熱量が前記光ファイバ用ガラス母材の周方向で均一になる位置を次回の光ファイバの目標線位置に設定し、
   次回の光ファイバの線位置が前記目標線位置に配置されるように、前記移動機構に駆動信号を出力する、光ファイバ製造装置。
2. 前記光ファイバ用ガラス母材の直径、線引き終了後の該光ファイバ用ガラス母材の軸方向に直交する所定面から該光ファイバ用ガラス母材の焼結領域と未焼結領域との境界位置までの高さ、該高さが得られた方向を入力させる入力部をさらに備え、
   前記制御部は、前記入力部で入力された値に基づいて前記光ファイバの目標線位置を設定する、請求項１に記載の光ファイバ製造装置。
3. 光ファイバ用ガラス母材が供給される炉心管、および該炉心管を外側から加熱するヒータを有し、前記炉心管内で前記光ファイバ用ガラス母材を加熱溶融して光ファイバを線引きする線引ステップと、線引きされる前記光ファイバの線位置を検出するファイバ位置測定ステップと、前記光ファイバ用ガラス母材を該光ファイバ用ガラス母材の軸方向に直交する方向に移動させる移動ステップと、前記ファイバ位置測定ステップで検出された光ファイバの線位置に基づいて前記移動ステップにおいて移動機構に駆動信号を出力する制御ステップとを含む光ファイバ製造方法であって、
   前記制御ステップは、線引き終了後の前記光ファイバ用ガラス母材の焼結領域と未焼結領域との境界位置に基づいて、前記ヒータの加熱量が前記光ファイバ用ガラス母材の周方向で均一になる位置を次回の光ファイバの目標線位置に設定し、
   次回の光ファイバの線位置が前記目標線位置に配置されるように、前記移動機構に駆動信号を出力する、光ファイバ製造方法。

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